(57)【要約】【課題】未燃燃料ＨＣ排出量の低減効果の高い点火制御装置及び点火制御方法を提供する。【解決手段】燃焼室内に設けられる点火プラグ（８）と、燃焼室壁面に付着していてピストンによって掻き上げられた未燃燃料に着火するように排気行程の後半で前記点火プラグを点火する点火制御手段（Ｓ１〜Ｓ６）と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に設けられる点火プラグと、
燃焼室壁面に付着していてピストンによって掻き上げられた未燃燃料に着火するように排気行程の後半で前記点火プラグを点火する点火制御手段と、
を備える内燃機関の点火制御装置。
【請求項２】
前記点火プラグは、
内径が前記燃焼室と同径であって燃焼室壁面に沿って環状に形成され、かつ、絶縁部材からなる環状ボディと、
前記環状ボディの内周面に臨んで設けられる点火部と、
を含んだ環状点火プラグである、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項３】
前記点火プラグの点火部は、所定の間隔ごとに形成される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項４】
前記点火制御手段は、１回の燃焼につき圧縮上死点前もしくは膨張行程においても前記点火プラグを点火する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項５】
前記点火制御手段は、排気上死点前３０度程度で前記点火プラグを点火する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項６】
前記点火制御手段は冷間始動時に実行される、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項７】
排気通路に設けられ、前記燃焼室から排出された排気を浄化する触媒をさらに含み、
前記点火制御手段は前記触媒が活性するまで実行され、活性したら実行を停止される、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項８】
燃焼室内に設けられる点火プラグを備え、燃焼室に供給される燃料と空気の混合気に着火して所望の燃焼状態とするために前記点火プラグの点火タイミングを制御する内燃機関の点火制御方法であって、
排気行程の後半で前記点火プラグを点火する点火制御工程を備える、
ことを特徴とする内燃機関の点火制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関から排出される未燃燃料の炭化水素（ＨＣ）を低減させる点火制御装置及び点火制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）といった大気汚染物質が含まれる。これらの大気汚染物質には排出規制が設けられているので、従来から触媒を用いて排気を浄化して大気汚染物質の排出量を減らしている。しかしながら、触媒は活性温度に到達するまでは十分な浄化能力を発揮せずにエンジンから排出される大気汚染物質はそのまま排出される可能性がある。そこで特許文献１では、触媒の暖機前に排出される未燃燃料である炭化水素（ＨＣ）であって、特に膨張行程で燃焼室壁面に付着し、排気行程でピストンリングによって掻き上げられて排気バルブから排出される未燃燃料ＨＣに着目し、この未燃燃料ＨＣを低減する技術を提供している。具体的には、排気ポートに点火プラグを配置し、燃焼室内で燃焼しきれず排出される未燃燃料ＨＣを排気ポートで排気ポートに配置した点火プラグにより燃焼させてテールパイプから排出される未燃燃料ＨＣの排出量を低減している。
【特許文献１】特開２００５−２０１１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
未燃燃料ＨＣを燃焼させるためには、未燃燃料ＨＣの濃度が燃焼するために必要な濃度を超えている必要がある。
【０００４】
しかし、特許文献１のように排気ポートに配置した点火プラグにより排気ポート内で未燃燃料ＨＣを燃焼しようとしても、排気バルブから排気が排出され点火されるまでに未燃燃料ＨＣが排気ポート内に拡散し、燃焼するために必要な未燃燃料ＨＣの濃度を下回ってしまう虞がある。そのため点火しても十分には燃焼せず、未燃燃料ＨＣを十分に低減できない可能性があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものである。未燃燃料ＨＣの排出量の低減効果の高い点火制御装置及び点火制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、燃焼室内に設けられる点火プラグ（８）と、燃焼室壁面に付着していてピストンによって掻き上げられた未燃燃料に着火するように排気行程の後半で点火プラグを点火する点火制御手段（Ｓ１〜Ｓ６）と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
これにより未燃燃料が拡散して着火しないことが防止され、確実に排気通路に排出される未燃燃料の量を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による内燃機関の点火制御装置の第１実施形態を示す構成図である。本実施形態の内燃機関の点火制御装置は、たとえば排気通路４に触媒１３を備える内燃機関１１に使用する。
【００１０】
内燃機関１１は、筒内噴射式ガソリンエンジンであり、シリンダ１とピストン２とで形成される燃焼室１０に臨んでインジェクタ６が設けられる。また、燃焼室内中央には中心点火プラグ７が配置される。燃焼室１０の外周には点火プラグ８が配置される。そして排気通路４は燃焼室１０と触媒１３とに連通する。
【００１１】
シリンダ１には、冷却水通路１ａが設けられ、冷却水温度を検出する水温センサ９が配置される。シリンダ１は、ピストン２と燃焼室１０を形成する。
【００１２】
ピストン２は、シリンダ内を上下に移動して燃焼室１０の容積を変える。そして燃焼で得られる熱エネルギーを運動エネルギーに変える。
【００１３】
ピストンリング２ａは、ピストン２の周囲に嵌められている輪である。ピストンリング２ａは、シリンダ壁面に沿って摺動する。ピストンリング２ａは、ピストンの直径とシリンダの直径とのわずかな隙間を埋める。ピストンリング２ａは、燃料室内の気密性を保持し、混合気や燃料ガスが漏れるのを防ぐ。
【００１４】
排気バルブ３ａは、燃焼室１０と排気通路４との間に設けられる。吸気バルブ３ｂは、燃焼室１０と吸気通路５との間に設けられる。排気行程・吸気行程で各バルブが開いてできる隙間をそれぞれ排気・吸気が通る。
【００１５】
排気通路４には、排気行程で燃焼室１０から排出された排気が流れる。そして排気は触媒１３へと流れる。
【００１６】
吸気通路５には、吸気行程で燃焼室１０へ流れ込む空気が通流する。
【００１７】
インジェクタ６は、燃焼室１０に燃料を直接噴射する。本実施形態ではインジェクタ６は燃焼室１０の外周側から燃料を噴射する。インジェクタ６は、圧縮行程の終わり付近で噴射する。そして着火のタイミングに合わせて中心点火プラグ７付近に燃料の濃い領域を作る。その領域だけは燃焼可能な空燃比であって全体でみると燃料が薄い状態となり、成層燃焼が可能となる。インジェクタ６は圧縮行程でのみ燃料を噴射するだけでなく吸気行程でも燃料を分割して噴射してもよい。
【００１８】
中心点火プラグ７は燃焼室１０の中央に配置される。中心点火プラグ７はインジェクタ６からの燃料噴射後の圧縮行程の後半で点火する。
【００１９】
点火プラグ８は燃焼室１０の外周に配置される。ここで点火プラグ８は、内径が燃焼室１０と同径であって燃焼室壁面に連続する環状ボディを含む。点火プラグ８は、その環状ボディの内周面に臨んで点火部を設けている環状点火プラグである。環状ボディは、シリンダブロックの上部に嵌め込まれる。本実施形態では点火部は８点設けられ、環状ボディの内周に等間隔に配置される。
【００２０】
水温センサ９は、シリンダブロック内を通る冷却水通路１ａの冷却水温度を検出し、コントローラ２０へ出力する。
【００２１】
排気温センサ１２は、排気通路４に設けられる。排気温センサ１２は、排気の温度Ｔｅｘｈを検出し、コントローラ２０へ出力する。
【００２２】
触媒１３は、排気通路４に設けられる。触媒１３は、内燃機関１１から排出される排気を浄化する。触媒内を排気が通過するときに一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）とが相互に反応を起こして無害化する。
【００２３】
コントローラ２０は、水温センサ９や排気温センサ１２からの信号に基づいて点火プラグ８の点火を制御する。コントローラは、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
【００２４】
以下ではコントローラ２０の具体的な内燃機関の点火制御ロジックについてフローチャートに沿って説明する。図２は、本発明による内燃機関の点火制御装置の第１実施形態の動作を説明するフローチャートである。なおコントローラはこの処理を内燃機関の１サイクル（４ストローク）に同期して繰り返し実行する。
【００２５】
ステップＳ１においてコントローラ２０は、水温センサ９の信号に基づいてシリンダブロックを通る冷却水の温度Ｔｗを検出する。
【００２６】
ステップＳ２においてコントローラ２０は、内燃機関が冷間始動であるか否かを判定する。判定はステップＳ１で検出した冷却水温度Ｔｗに基づいて行えばよく、ここではＴｗが４０℃未満であれば冷間始動と判断する。冷間始動である場合はステップＳ３へ処理を移行し、冷間始動でない場合は処理を抜ける。
【００２７】
ステップＳ３においてコントローラ２０は、排気温センサ１２の信号に基づいて排気温度Ｔｅｘｈを検出する。
【００２８】
ステップＳ４においてコントローラ２０は、触媒１３が活性したか否かを判定する。判定はステップＳ３で検出した排気温度Ｔｅｘｈに基づいて行えばよく、ここではＴｅｘｈが３００℃以上であれば活性したと判断する。触媒が活性していれば処理を抜け、触媒が活性していなければステップＳ５へ処理を移行する。
【００２９】
ステップＳ５においてコントローラ２０は、点火プラグ８を排気行程で点火する。点火タイミングは、ピストンが下死点から上死点付近へと近づく排気行程の後半である。そして処理を抜ける。
【００３０】
このとき燃焼室１０の中心に設けられる中心点火プラグ７は圧縮行程で点火する。点火タイミングは、図示しないクランクセンサなどからの信号に基づいて内燃機関の負荷や回転数に応じて調整ずればよい。
【００３１】
続いて本発明による内燃機関の点火制御装置を実際に作動したときについて説明する。なおフローチャートとの対応を分かりやすくするために、冒頭にＳを付したステップ番号を併記する。
【００３２】
内燃機関が始動されたらまず水温センサ９で冷却水温度Ｔｗを検出し（Ｓ１）、内燃機関が冷間始動状態であるか否かを判定する（Ｓ２）。ここで判定は冷却水温度Ｔｗ＝４０℃を閾値とし、４０℃未満の場合を冷間始動とする。そして冷間始動でない場合は（Ｓ２，Ｎｏ）、圧縮行程で中心点火プラグ７を点火し（Ｓ６）、処理を抜ける。具体的にはピストンが上昇して上死点に到達する手前でインジェクタ６から燃料が噴射され、燃焼室内の混合気に中心点火プラグ７が着火する。すると内燃機関１１では膨張行程が始まり、続いて排気行程へと進む。
【００３３】
冷間始動である場合は（Ｓ２，Ｙｅｓ）、排気温センサ１２で排気温度Ｔｅｘｈを検出し（Ｓ３）、触媒１３が活性しているか否かを判定する（Ｓ４）。ここで判定は排気温度Ｔｅｘｈ＝３００℃を閾値とし、３００℃未満の場合を触媒不活性とする（Ｓ４，Ｎｏ）。そして触媒が活性しているか否かに関わらず、冷間始動でない場合と同様に圧縮行程で中心点火プラグ７を点火する（Ｓ５１，Ｓ６）。そして触媒が活性している場合は（Ｓ４，Ｙｅｓ）処理を抜ける。触媒が活性していない場合は（Ｓ４，Ｎｏ）、さらに排気行程の後半に点火プラグ８で点火する（Ｓ５２）。
【００３４】
図３は、点火プラグ８の点火作用について表している。膨張行程でピストンが上死点から下死点へと下降するときに混合気中の炭化水素（ＨＣ）の一部が燃焼室壁面１０ａに付着する。特に本実施形態のようにインジェクタ６が燃焼室１０の外周側から燃料を噴射する場合は、燃料が燃焼室壁面１０ａに付着しやすい。そしてそのまま燃焼されず、未燃燃料ＨＣとして燃焼室内に残る。次に排気行程に移り今度はピストンが、図３に太矢印で示すように下死点から上死点へと上昇する。上昇するときに、ピストン２に取り付けられ燃焼室壁面１０ａに沿って動くピストンリング２ａが、図３に細矢印で示すように膨張行程で燃焼室壁面１０ａに付着した未燃燃料ＨＣを掻き上げる。ピストンの上昇とともに未燃燃料ＨＣが掻き上げられ、その未燃燃料ＨＣの塊が点火プラグ８の近傍に到達するタイミングで点火プラグ８を点火させる。その点火タイミングは一例を挙げると排気上死点前３０度程度である。この点火タイミングが後述する未燃燃料ＨＣの排出量のセカンドピーク（図４）の低減に効果的である。
【００３５】
このときピストン２のヘッド部分の側面２ｂは掻き上げられる未燃燃料ＨＣの流動がスムーズになる程度に下部から上部に向かって勾配をつける。このようにすることで、ピストンリング２ａによって掻き上げられる未燃燃料ＨＣが、点火プラグ８の位置まで流れやすくなり、燃焼されやすい。
【００３６】
このように本実施形態によれば、内燃機関が冷間始動時であり、かつ、触媒不活性である場合に、排気行程の後半で点火プラグ８で点火する。これにより触媒不活性のため触媒１３で未燃燃料ＨＣを浄化できない場合にも、内燃機関１１から排出される未燃燃料ＨＣを燃焼室内で燃焼させることで確実に排気通路４に流れる未燃燃料ＨＣの量を減らすことができる。さらに図３に示すように、ピストン２によって掻き上げられる未燃燃料ＨＣの塊が点火プラグ８の近傍に到達するタイミングで点火プラグ８を点火する。ピストン２によって掻き上げられる未燃燃料ＨＣが拡散する前に燃焼させるので、十分な燃料濃度の混合気に着火することができ反応も良い。
【００３７】
また内燃機関の冷間始動時は、燃料の気化が鈍いので混合気の着火性が悪い。圧縮行程で失火が生じる場合にも、排気行程で燃焼させるので未燃燃料ＨＣの排出量を低減できる。そして排気行程での燃焼は、排気温度を上昇させる。触媒１３は排気温度が一定温度以上にならないと浄化作用が働かない。排気温度を上昇させることは、触媒１３の早期活性化につながる。
【００３８】
図４は、点火プラグ８を上述の点火タイミング（排気上死点前３０度）で点火させた場合における、未燃燃料ＨＣの低減効果を示している。横軸はクランク角を、縦軸は未燃燃料ＨＣの排出量を示す。まず始めに排気行程で排気バルブ３ａが開くと燃焼室内の排気が排気通路４に排出されて、未燃燃料ＨＣの排出量のファーストピークを迎える。このときピストン２は下死点付近にある。そしてピストン２が下死点から上死点へと上昇する過程でピストン２によって掻き上げられる未燃燃料ＨＣが、排気バルブ３ａを閉じる前に排気通路４へ排出される。これが未燃燃料ＨＣの排出量のセカンドピークとなる。本実施形態によれば、セカンドピークで排出される未燃燃料ＨＣの排出量を１０％低減（斜線部分）することができる。
【００３９】
図５は、点火プラグ８の点火部数の効果について表している。横軸は点火部の点数を、縦軸は未燃燃料ＨＣの排出量の低減率を示す。点火部を２点設ける場合は、未燃燃料ＨＣの排出量を４.２％低減できる。本実施形態のように点火部を８点設ける場合は、未燃燃料ＨＣの排出量を１０％低減できる。このように点火部の数が増えると未燃燃料ＨＣの排出量の低減効果は増加する傾向にある。また点火部を配置するときは、互いの距離が等間隔であることが好ましい。これはピストン２の外周に沿って掻き上げられる未燃燃料ＨＣを均等に燃焼させ、未燃領域が残らないようにするためである。
【００４０】
（第２実施形態）
図６は、本発明による内燃機関の点火制御装置の第２実施形態の動作を説明するフローチャートである。なお以下では前述した内容と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００４１】
本実施形態によれば、点火プラグ８による点火を１回の燃焼につき、排気行程のみでなく（Ｓ５２）、圧縮上死点前もしくは膨張行程においても行う（Ｓ５１１，Ｓ６１）多重点火とする。圧縮行程では中心点火プラグ７も点火するので多点点火となる。
【００４２】
これにより圧縮行程において中心点火プラグ７のみで燃焼させるよりも燃焼室１０の全体への火炎伝播が早くなる。点火プラグ８の点火タイミングは、内燃機関１１の状況により同時点火や段階的点火をすればよい。燃焼室全体を均等に燃焼させることで燃焼効率が上がり、未燃燃料ＨＣの排出量の低減につながる。
【００４３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。例えば実施形態の筒内噴射式ガソリンエンジンに代えてポート噴射式エンジンやディーゼルエンジンにしてもよい。またインジェクタは燃焼室の中心付近に設けられるタイプであってもよい。これらの変更をしても未燃燃料ＨＣが燃焼室壁面に付着する問題は同じであり、実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
実施形態では点火プラグを環状点火プラグとし、環状ボディに８点の点火部をもつようにしたが、点火部の数は８点に限らない。さらに１つのみの点火部をもつ通常の点火プラグを燃焼室内に臨ませるタイプの点火方式であってもよい。その点火プラグがピストンによって掻き上げられる未燃燃料ＨＣに臨んで点火されるのであれば、実施形態と同様の未燃燃料ＨＣの排出量の低減効果が得られる。そして排気行程での点火タイミングは排気上死点前３０度に限定されず、内燃機関１１の仕様や状態に応じた点火タイミングの設定にすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による内燃機関の点火制御装置を含む内燃機関の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置の作用を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置の効果を説明する図である。
【図５】本発明の内燃機関の点火制御装置の効果を説明する図である。
【図６】本発明の第２実施形態による内燃機関の点火制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１    シリンダ
１ａ  冷却水通路
２    ピストン
８    点火プラグ
９    水温センサ
１０  燃焼室
１０ａ  燃焼室壁面
１１  内燃機関
１２  排気温センサ
１３  触媒
Ｓ１〜Ｓ６  点火制御手段
【図１】
2010138750.tif 000003
【図２】
2010138750.tif 000004
【図３】
2010138750.tif 000005
【図４】
2010138750.tif 000006
【図５】
2010138750.tif 000007
【図６】
2010138750.tif 000008