(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花放電のための間隙を形成する中心電極と接地電極と電気的に中心電極に接続されるとともに中心電極に電圧を印加する導電要素が接続される接続端子とを備える点火プラグを備え、点火プラグに接続される点火コイルを介して印加される高電圧により生じる火花放電と電界生成手段により中心電極を介して燃焼室内に生成される電界とを反応させてプラズマを生成して混合気に着火する火花点火式内燃機関において、少なくとも火花放電時期の点火コイルの二次電圧を検出し、
検出した二次電圧が火花放電が生じた場合に誘起される高電圧値が確実に範囲外になるような所定範囲内である場合に電界生成手段の作動を停止させる火花点火式内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に生成される電界と点火プラグによる火花放電とを反応させてプラズマを生成して混合気に着火する火花点火式内燃機関の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼状態を良好にするために、点火プラグの火花放電を補うことが試みられている。例えば特許文献１に記載のもののように、点火プラグの放電領域に補助電極に高圧を印加してプラズマ雰囲気を生成しておき、プラズマ雰囲気中にアーク放電を行うことにより、従来に比べて高い電圧を印加することなく燃焼室内の混合気に確実に着火し、安定した火炎を得ることができるように構成したものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７-３２３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１においてプラズマ雰囲気の生成には、高圧の交流や直流が補助電極に対して印加されるが、例えばメンテナンス後に補助電極への配線の接続状態が不安定であった場合、その接続部分から補助電極に印加されるべき高圧が漏洩することがある。そして、漏洩した高圧により、車両に搭載されている電気及び電子機器が影響を受け、それらの正常な動作を阻害されることになる。これによって、内燃機関を運転できなくなる場合が生じた。
【０００５】
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明の火花点火式内燃機関の制御方法は、火花放電のための間隙を形成する中心電極と接地電極と電気的に中心電極に接続されるとともに中心電極に電圧を印加する導電要素が接続される接続端子とを備える点火プラグを備え、点火プラグに接続される点火コイルを介して印加される高電圧により生じる火花放電と電界生成手段により中心電極を介して燃焼室内に生成される電界とを反応させてプラズマを生成して混合気に着火する火花点火式内燃機関において、少なくとも火花放電時期の点火コイルの二次電圧を検出し、検出した二次電圧が火花放電が生じた場合に誘起される高電圧値が確実に範囲外になるような所定範囲内である場合に電界生成手段の作動を停止させることを特徴とする。
【０００７】
このような構成であれば、火花点火式内燃機関の運転中に導電要素と接続端子との接続が解消されると、火花放電を生じさせるための点火コイルの二次電圧が、火花放電時期に中心電極に正常に伝達されない。これにより、点火プラグの間隙に火花放電が生じないために、正常に火花放電が生じた場合に比較して検出した点火コイルの二次電圧が小さくなり所定範囲内に収まることになる。この場合に、電界生成手段の作動を停止することにより、接続端子に接続される導電要素から漏洩する高周波やノイズ等が消滅するので、火花点火式内燃機関を制御するための電子制御機器などに対して高周波やノイズ等が及ぼす影響を抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以上説明したような構成であり、火花点火式内燃機関の運転中に導電要素と接続端子との接続が解消されて、検出した点火コイルの二次電圧が所定範囲内にある場合に、電界生成手段の作動を停止することにより、接続端子に接続される導電要素から漏洩する高周波等が消滅するので、火花点火式内燃機関を制御するための電子制御機器などに対して高周波やノイズ等が及ぼす影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を適用するエンジンの要部を示す断面図。
【図２】同実施形態における高周波発生装置のブロック図。
【図３】同実施形態における電子制御装置のブロック図。
【図４】同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に点火プラグ１を備える火花点火式内燃機関である多気筒のエンジン１００は、吸気ポート２の開口３及び排気ポート４の開口５が、燃焼室６の天井部分のほぼ中央に取り付けられる点火プラグ１を中心として対向配置されて、１気筒当たりそれぞれ２ヶ所に開口するものである。すなわち、このエンジン１００は、シリンダブロック７に取り付けられ、燃焼室６の天井部分を形成しているシリンダヘッド８には、吸気側と排気側とにそれぞれカムシャフト９、１０が取り付けてある。シリンダヘッド８の吸気ポート２は、カムシャフト９が回転することにより往復作動する吸気弁１１により、また排気ポート４は、カムシャフト１０が回転することにより往復作動する排気弁１２によりそれぞれ開閉されるものである。そして、燃焼室６の天井部分には、点火プラグ１が取り付けられてあり、吸気ポート２には燃焼室６へ供給する混合気を生成するための燃料噴射弁を備える。なお、エンジン１００それ自体は、この分野で知られている火花点火式のものを適用するものであってよい。
【００１２】
この実施形態の点火プラグ１は、導電材料からなるハウジング１３と、ハウジング１３内に絶縁されて取り付けられる中心電極１４と、中心電極１４から離れてハウジング１３の下端に設けられる接地電極１５と、導電要素を構成するイグナイタ付点火コイル（以下、点火コイルと称する）１６が電気的に接続される接続端子１７とを基本的に備える。点火プラグ１は、ハウジング１３がほぼ円柱形状の絶縁碍子１８を支持し、絶縁碍子１８の上端に接続端子１７が取り付けられている。接続端子１７は、ハウジング１３の下端から突出する中心電極１４と図示しない中軸により電気的に接続されている。さらに、ハウジング１３下端には、中心電極１４下端に対向する位置まで延びる位置に接地電極１５がハウジング１３に一体的に設けてある。絶縁碍子１８は、中心電極１４とエンジン１００への取付部であるハウジング１３とを絶縁するとともに、中心電極１４と接続端子１７との接続部材である中軸も絶縁するものである。
【００１３】
中心電極１４は、例えば柱状の金属材料にて形成されており、その下端が絶縁碍子１８から露出するとともに、ハウジング１３の下端から露出する。このような中心電極１４に対して、接地電極１５は、ハウジング１３下端面に一体的に形成される側面視ほぼＬ字状のもので、その先端は、中心電極１４の中心軸から間隙（ギャップ）１９をあけた位置まで延びている。接地電極１５は、このようにハウジング１３に一体的に設けられているので、使用時にあってはハウジング１３と同電位に維持される。
【００１４】
この実施形態における点火コイル１６は、プラグキャップを兼ね備えた構成のもので、点火プラグ１に被せることにより点火プラグ１と電気的に接続がなされるものである。この場合、後述する電界生成手段としての高周波発生装置３０についても、点火プラグ１と電気的に接続がなされるものである。
【００１５】
このような構成において、点火プラグ１はエンジン１００のそれぞれの気筒に対して取り付けられ、火花放電を行う本来の機能とともに、後述するプラズマ生成のための電界を形成するための高周波電力用のアンテナとしても機能するものである。すなわちこのエンジン１００は、燃焼室６内の混合気に点火プラグ１を用いて着火する場合に、点火プラグ１の火花放電を燃焼室６内に生成する電界と反応させてプラズマを生成することにより、プラズマを生成しない場合の火花放電による着火に比較して、着火領域を大きくしている。このために、点火プラグ１の中心電極１４には、火花放電のための点火コイル１６が接続されるとともに、電界を生成するための高周波電力、例えば周波数６００ｋＨｚの高周波の電磁波を出力する高周波発生装置（図３に示す）３０が、電気的に接続されている。したがって、以下に説明するようにして、高周波発生装置３０から出力される高周波が、点火プラグ１の接続端子１７を介して中心電極１４に印加されるものである。
【００１６】
図２に示す高周波発生装置３０は、例えば６００ｋＨｚの高周波を発生させる送信機３１と、送信機３１の出力端に同軸ケーブル３２で接続されるマッチングチューナ（又はアンテナチューナ）３３と、マッチングチューナ３３の出力端に不平衡ケーブル３４で接続されるとともにイグナイタ付点火コイル１６にも接続されるミキサ３５とを備えている。この実施形態にあっては、点火プラグ１の中心電極１４が高周波を放射するアンテナとして機能するもので、導電要素を構成するミキサ３５の出力線３５ａが点火プラグ１の接続端子１７に取り外し可能に接続される。したがって、ミキサ３５は、マッチングチューナ３３を介して送信機３１が出力する高周波を、点火プラグ１の中心電極１４に印加するとともに、点火コイル１６からの放電高圧信号を中心電極１４に印加する。ミキサ３５は、送信機３１からの高周波と点火コイル１６からの放電高圧信号を混合するものである。なお、高周波の周波数としては、約２００ｋＨｚ〜６００ＭＨｚのものが使用できる。また、ミキサ３５は、放電高圧信号が高周波発生装置３０のマッチングチューナ３３及び送信機３１に流入することを防止するダイオードを備えるものであってもよい。
【００１７】
この実施形態では、送信機３１からの高周波により、中心電極１４と接地電極１５との間に電界が生成される。生成された電界と、中心電極１４と接地電極１５との間に発生する火花放電とが反応してプラズマが生成され、混合気に着火するものである。
【００１８】
点火に際しては、点火プラグ１に点火コイル１６により火花放電を発生させて、火花放電開始とほぼ同時あるいは火花放電開始直後あるいは火花放電開始直前に高周波により電界を発生させ、火花放電と電界とを反応させてプラズマを生成させることにより、燃焼室６内の混合気を急速に燃焼させる構成である。なお、火花放電開始直後とは、遅くとも火花放電を構成する誘導放電の開始時が好ましい。
【００１９】
具体的には、点火プラグ１による火花放電が電界中でプラズマになる。この結果、生成したプラズマにて混合気に着火を行うことで火炎伝播燃焼の始まりとなる火炎核が火花放電のみの点火に比べて大きくなるとともに、所定空間内に大量のラジカルが発生することで燃焼が促進される。
【００２０】
これは、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、ＯＨラジカルやＮラジカルになると共に、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体は電離した状態、言換するとプラズマ状態となることで、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎伝播燃焼の始まりとなる火炎核も大きくなるものである。
【００２１】
この実施形態にあっては、エンジン１００の運転状態を制御する電子制御装置４０により、点火コイル１６と接続端子１７とが電気的に不通になっている場合に、その不通状態を検出して、高周波発生装置３０の作動を停止させるものである。
【００２２】
図３に示す電子制御装置４０は、中央演算処理装置４１と、記憶装置４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置４１は、記憶装置４２に格納された後述の燃焼状態判定プログラムを実行して、エンジン１００の運転制御を行うものである。また電子制御装置４０は、後述する制御プログラムを実行するにあたって必要な、点火コイル１６の二次側電圧を測定する電圧測定回路を備える。
【００２３】
そしてエンジン１００の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース４３を介して中央演算処理装置４１に入力されるとともに、中央演算処理装置４１は出力インターフェース４４を介して制御のための信号を点火コイル１６、高周波発生装置３０、燃料噴射弁などに出力する。すなわち、出力インターフェース４４から、点火コイル１６のイグナイタに対して、放電高圧信号を生成するための点火信号が出力されるとともに、高周波発生装置３０に対して、制御プログラムの動作に基づいて高周波発生装置３０の作動を停止するスイッチ信号を出力する。エンジン１００の運転制御を行う構成については、この分野でよく知られたものを広く用いることができるので、説明を省略する。
【００２４】
このような構成において、電子制御装置４０の記憶装置４２には、エンジン１００の運転中において、火花放電時期の点火コイル１６の二次電圧を検出し、検出した二次電圧が所定範囲内である場合に高周波発生装置３０の作動を停止させる制御プログラムが格納してある。この制御プログラムは、例えばエンジンの始動後所定時間経過後に一度実行すればよく、エンジンの運転中において所定周期で実行するものであってもよい。以下に、この制御プログラムを、図４のフローチャートを交えて説明する。
【００２５】
まず、ステップＳ１において、点火コイル１６の二次電圧を検出する。二次電圧は、上述した放電高圧信号の電圧であり、点火コイル１６が点火プラグ１の接続端子１７に確実に接続されていて火花放電が生じた場合には、点火信号により点火コイル１６の二次側巻線に誘起される高電圧値を示すものであり、火花放電が乗じていない場合は、高電圧値を示さないものである。したがって、二次電圧は、ミキサ３５の出力線３５ａに現れる電圧でもある。
【００２６】
ステップＳ２では、検出した二次電圧が所定範囲内に入るか否かを判定する。所定範囲は、上述した高電圧値が確実に範囲外になるように電圧の範囲を設定するものである。具体的には例えば、０ボルトから５キロボルトの範囲に設定する。ステップＳ２において、検出した二次電圧が、所定範囲外であると判定した場合は、この制御プログラムを終了し、所定範囲内であると判定した場合は、ステップＳ３に進む。すなわちステップＳ２においては、点火コイル１６が点火プラグ１の接続端子１７と不通になっているか否か、つまり具体的には、ミキサ３５の出力線３５ａが接続端子１７と不通になっているか否かを判定するものである。
【００２７】
ステップＳ３では、点火コイル１６が点火プラグ１の接続端子１７と不通になっているとの判断により、高周波発生装置３０の電力の供給を停止することにより、高周波発生装置３０の作動を停止する。
【００２８】
以上の構成において、例えば点火プラグ１の交換を行った後に、エンジン１００を始動したとする。電子制御装置４０は、エンジン１００の始動後所定時間の後にこの制御プログラムを実行する。この時、点火プラグ１の交換後、点火コイル１６を点火プラグ１に確実に取り付けなかったために、点火コイル１６と点火プラグ１とが不通の状態になっていると、ステップＳ１〜ステップＳ３を実行して、高周波発生装置３０の作動を停止する。この場合、一つの気筒において、点火コイル１６と点火プラグ１との不通が生じている場合では、点火は、高周波発生装置３０の作動停止に関係なく継続されるので、エンジン１００は運転状態を維持する。
【００２９】
このように、点火コイル１６が点火プラグ１からはずれている状態、つまりミキサ３５の出力線３５ａを介して高周波が中心電極１４に印加されていない状態では、高周波発生装置３０の作動を停止する、つまり高周波の出力を停止するため、ミキサ３５の出力線３５ａを介して高周波がエンジン１００外部に漏洩することが抑制される。このため、電子制御装置４０やエンジン１００に取り付けられた各種のセンサなどが、高周波の影響により動作が不安定になったり不良になるといった不具合の発生を抑えることができる。
【００３０】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００３１】
上述の実施形態にあって、二次電圧は、火花放電時期において点火コイル１６の二次側巻線に誘起される高電圧としたが、その二次側巻線に流れる電流を電圧に変換することにより検出するものであってもよい。さらには、検出した二次電圧と二次側巻線に流れる電流とがそれぞれ、それぞれのための設定された所定範囲内にあることにより、高周波発生装置の作動を停止する構成にしてもよい。
【００３２】
又、上述の実施例とは異なり、点火コイルから高圧ケーブルを介して点火プラグに放電高圧信号及び高周波を印加するものであってもよい。この場合にあっては、高圧ケーブルが、上述の出力線３５ａに相当する。
【００３３】
上述の高周波発生装置に代えて、電界生成手段としては、脈流を発生させる回路を使用するものであってもよい。つまり、点火プラグに交流を印加する代わりに、パルス電圧などの脈流電圧を印加することにより、点火プラグの中心電極と接地電極間に電界を生成するものである。脈流発生回路は、上述の実施形態のものと同様に、バッテリから供給される直流をＤＣ-ＤＣコンバータで昇圧し、高圧の直流を所定周期で断続することにより脈流とし、その脈流を昇圧トランスにより昇圧して一対の電極に印加する構成である。脈流発生装置の場合、Ｈブリッジ回路に代えて周期的にオン・オフするスイッチング回路を用いる。このような脈流発生回路を使用することによっても、中心電極と接地電極間に電界を生成することができる。
【００３４】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の活用例として、ガソリンや液化天然ガスを燃料として点火プラグによる火花放電を着火に必要とする火花点火式内燃機関に活用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１…点火プラグ
６…燃焼室
３０…高周波発生装置
１４…中心電極
１５…接地電極
４０…電子制御装置
４１…中央演算処理装置
４２…記憶装置
４３…入力インターフェース
４４…出力インターフェース
【図１】
0005584484.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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