(57)【要約】【課題】  直接噴射式エンジンにおいて成層運転を行う場合、冷間時に着火性を向上させる。【解決手段】  エンジン負荷およびエンジン回転数に基づきエンジンを成層運転させるか否かを判定する（１００）。エンジンを成層運転させる場合、エンジン冷却水の水温を水温センサにて検出する（１１０）。エンジンＥＣＵは、先に検出したエンジン冷却水の水温が、燃焼が完全に気化しないであろう所定温度Ｔ１よりも低いか否かを判定する（１２０）。水温が所定温度Ｔ１よりも低い場合、点火プラグに一体とされたグロープラグのヒータ部を、燃料が着火する温度にまで加熱する（１３０）。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１０）の燃焼室（１３）にインジェクタ（１１）にて燃料を直接噴射する直接噴射式エンジンに備えられると共に、前記燃焼室に噴射された前記燃料を点火プラグ（２０）にて点火してなる筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置であって、
前記点火プラグの点火点近傍に設置される加熱手段（２１、２２）と、
前記インジェクタおよび前記点火プラグを所望のタイミングで駆動することで、前記エンジンを、前記点火プラグの点火点近傍に前記燃料を集中噴射させて点火する成層運転および前記燃焼室に前記燃料を均質噴射させて点火する均質運転のうちいずれか一方の運転に任意のタイミングで切り換える制御手段（３０）と、を備え、
前記制御手段は、前記エンジンを成層運転させる場合、前記加熱手段を駆動させる指令を前記加熱手段に出力するようになっていることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置。
【請求項２】
前記エンジンのエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段（４０）および前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段（５０）にて前記エンジン負荷および前記エンジン回転数に応じた信号が検出されるようになっており、
前記制御手段は、前記エンジン負荷および前記エンジン回転数に応じた信号をそれぞれ入力すると共に、これらの信号に基づき、前記エンジン負荷および前記エンジン回転数をそれぞれ求め、求めた前記エンジン負荷および前記エンジン回転数に基づき、前記成層運転または前記均質運転を選択する手段（１００）を有することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置。
【請求項３】
前記エンジンの冷却水の水温を検出する水温検出手段（６０）にて前記水温に応じた信号が検出されると共に、この信号が前記制御手段に入力されるようになっており、
前記制御手段は、前記エンジンを成層運転させる場合、前記水温検出手段から前記水温に応じた信号を入力すると共に、この信号に基づき水温を求め、この水温が任意の水温よりも低い場合には、前記任意の水温に応じた加熱温度よりも高い温度となるように前記加熱手段を駆動するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記燃料が完全に気化しないであろう所定温度Ｔ１よりも前記水温が低いと判定すると、前記燃料が着火する温度に前記加熱手段を駆動するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記エンジンを均質運転させる場合、前記燃料が着火しない温度となるように前記加熱手段を駆動するようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成層運転を行う直接噴射方式のエンジンにおいて、冷間時の着火性を向上させる筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンの始動性においては、エンジン温度が低い冷間始動時ほどエンジンの始動性が低下することが知られている。これは、吸気管内にて混合気が形成される際（いわゆる均質運転と呼ぶ）、インジェクタから噴射される燃料が吸気管内にて完全に気化されないためである。したがって、形成された混合気の着火性が低下してしまい、エンジンの始動性が悪化する。
【０００３】
そこで、冷間時にエンジンの始動性を向上させるため、始動時に点火プラグを加熱することにより着火性を向上させることで冷間時の始動性を向上させる点火プラグ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この装置においてエンジンに設置される点火プラグには、その外周に高周波誘導コイルが設けられている。そして、エンジンの冷間始動時に、この高周波誘導コイルに高周波電流が印加されると、点火プラグの電極（中心電極および接地電極）に高周波磁界が発生する。点火プラグの電極に高周波磁界が発生すると、電極の表面に高周波磁界に対応した渦電流が発生する。これにより、電極の磁性に起因するヒステリシス損が生じる。このように、高周波誘導コイルから発せられた高周波磁界のエネルギーは、その一部が電極における渦電流損およびヒステリシス損に変換される。そして、この渦電流損およびヒステリシス損に起因して点火プラグの電極が加熱される。このようにして、点火プラグの電極が加熱されると、混合気の着火性が向上し、エンジンの始動性が確保される。
【特許文献１】特開平６−１５９２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、冷間時において、混合気を燃焼室内に導入して点火する均質運転を行うエンジンでしか始動性を向上させることができない。すなわち、インジェクタにて燃料を着火点近傍に直接噴射して点火する成層運転を行うことができるエンジンの冷間時の着火性を向上させる装置は、これまでに提案されていない。
【０００６】
そこで、直接噴射エンジンにおいて、従来の技術と同様に、燃焼室内に熱源を設けることで冷間時の着火性を向上させることができると考えられる。しかしながら、直接噴射エンジンでは、従来と同様に冷間時における着火性を向上させることが困難であることが発明者らの検討により明らかとなった。
【０００７】
まず、直接噴射エンジンにおいては、インジェクタから燃料を噴射するタイミングを変更することで、均質運転または成層運転のいずれか一方の運転を行うことができる。成層運転においては、ピストンが上死点に向かうと共に燃料が噴射されることで点火プラグの着火点近傍のみに燃料が噴射され、点火がなされる。一方、均質運転においては、ピストンが下死点に向かうと共に燃料が噴射されることで燃焼室内に混合気が形成され、この混合気がピストンで圧縮されて点火プラグにて点火される。
【０００８】
従来の方法で点火プラグの電極を加熱する場合、安定した磁界エネルギーが常に電極に供給されずに、電極が十分に加熱されない可能性がある。このような状態で、冷間時に直接噴射エンジンが成層運転される場合、完全に気化されない燃料が点火プラグに噴射されるため、点火プラグの十分な着火性を確保することは困難である。
【０００９】
また、上記のような成層運転および均質運転の両方を行うことができる直接噴射エンジンでは、燃料を点火プラグの点火点に直接噴射でき、着火性を確保できる成層運転を冷間時に行うこととなる。そして、エンジンが始動した後、成層運転から均質運転に切り換えると、成層運転時に加熱された点火プラグの熱によって、点火プラグによる点火前に混合気が点火してしまうという可能性が生じる。
【００１０】
このような過早点火（プレイグニッション）によって、ピストンが下死点方向に押し出される。これにより、吸気管内に負圧が発生し、吸気管内の空気が燃焼室内に吸引されることで例えばスロットルバルブが破壊される可能性が生じる。また、このようなプレイグニッションによって、エンジン出力が低下してしまうという問題も生じる。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑み、直接噴射方式のエンジンの成層運転時におけるエンジン点火を制御できる筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置において、成層運転にて着火性を向上させることを第１の目的とする。また、成層運転時に確実に着火させることを第２の目的とする。さらに、均質運転時のプレイグニッションを防止することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、エンジン（１０）の燃焼室（１３）にインジェクタ（１１）にて燃料を直接噴射する直接噴射式エンジンに備えられると共に、燃焼室に噴射された燃料を点火プラグ（２０）にて点火してなる筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置であって、点火プラグの点火点近傍に設置される加熱手段（２１、２２）と、インジェクタおよび点火プラグを所望のタイミングで駆動することで、エンジンを、点火プラグの点火点近傍に燃料を集中噴射させて点火する成層運転および燃焼室に燃料を均質噴射させて点火する均質運転のうちいずれか一方の運転に任意のタイミングで切り換える制御手段（３０）と、を備え、制御手段は、エンジンを成層運転させる場合、加熱手段を駆動させる指令を加熱手段に出力するようになっていることを特徴としている。
【００１３】
このように、直接噴射式エンジンにおいて、成層運転を行う場合、加熱手段にて点火プラグの点火点近傍を加熱する。例えば、加熱手段としてヒータ部を有するグロープラグを採用し、このヒータ部を加熱する。このとき、ヒータ部の表面が加熱されることとなり、このヒータ部の表面にて燃料を着火させやすくする。このように、ヒータ部を用いることで、加熱面積を確保できる。また、ヒータ部の加熱面積を確保することで、点火点近傍に噴射された燃料のばらつきに対して良好な着火が可能となり、着火性を向上させることができる。この成層運転時の着火性の向上により、エンジンのトータルの燃費を向上させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、エンジンのエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段（４０）およびエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段（５０）にてエンジン負荷およびエンジン回転数に応じた信号が検出されるようになっており、制御手段は、エンジン負荷およびエンジン回転数に応じた信号をそれぞれ入力すると共に、これらの信号に基づき、エンジン負荷およびエンジン回転数をそれぞれ求め、求めたエンジン負荷およびエンジン回転数に基づき、成層運転または均質運転を選択する手段（１００）を有することを特徴としている。
【００１５】
このように、制御手段は、エンジン負荷およびエンジン回転数に基づき、成層運転または均質運転を選択する。これにより、エンジン状態に応じて、着火性を確保できる成層運転を選択することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、エンジンの冷却水の水温を検出する水温検出手段（６０）にて水温に応じた信号が検出されると共に、この信号が制御手段に入力されるようになっており、制御手段は、エンジンを成層運転させる場合、水温検出手段から水温に応じた信号を入力すると共に、この信号に基づき水温を求め、この水温が任意の水温よりも低い場合には、任意の水温に応じた加熱温度よりも高い温度となるように加熱手段を駆動するようになっていることを特徴としている。
【００１７】
このように、水温に応じて加熱手段を駆動する。これにより、水温が任意の温度よりも低い場合、すなわち冷間時に成層運転を行う場合、加熱手段にて点火点近傍を加熱することにより、冷間時の成層運転における着火性を向上させることができる。したがって、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、制御手段は、燃料が完全に気化しないであろう所定温度Ｔ１よりも水温が低いと判定すると、燃料が着火する温度に加熱手段を駆動するようになっていることを特徴としている。
【００１９】
このように、燃料が着火する温度にまで加熱手段を加熱する。これにより、加熱手段にて燃料を着火することができ、ひいては燃料を確実に着火することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、制御手段は、エンジンを均質運転させる場合、燃料が着火しない温度となるように加熱手段を駆動するようになっていることを特徴としている。
【００２１】
このように、エンジンを均質運転させる場合、加熱手段の温度を下げる。これにより、成層運転から均質運転に切り換わった場合点火プラグの点火タイミング前に燃料が着火してしまうプレイグニッション（過早点火）を防止することができる。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置の概略ブロック図である。図１に示されるように、本実施形態に係る筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置は、エンジン１０に装備されるものである。具体的に、この装置は、燃料を噴射するインジェクタ１１が吸気管１２と一体にされており、このインジェクタ１１から燃料がエンジン１０の燃焼室１３内に直接噴射される直接噴射方式のエンジン１０に採用される。
【００２４】
なお、燃焼室１３とは、エンジン１０のシリンダ１４の内壁面、吸気バルブ１５、排気バルブ１６、ピストン１７の上面にて閉塞された空間を指す。
【００２５】
図１に示されるように、筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置は、点火プラグ２０と、エンジンＥＣＵ３０と、スロットルセンサ４０と、エンジン回転数センサ５０と、水温センサ６０と、を備えて構成されている。
【００２６】
点火プラグ２０は、エンジン１０の燃焼室１３内において、インジェクタ１１から噴射される燃料に点火するものである。この点火プラグ２０は、エンジン１０のシリンダヘッド１８に設置され、主体金具、絶縁碍子、中心電極、接地電極等を備えた周知の構成となっている。この点火プラグ２０は、後述するエンジンＥＣＵ３０から入力される信号に応じた点火タイミングにて点火を行うようになっている。
【００２７】
図２は、図１に示される点火プラグ２０の拡大図である。図２に示されるように、本実施形態では、点火プラグ２０は、グロープラグ２１が一体とされた構成となっている。グロープラグ２２は、いわゆる予熱プラグであり、熱を発するヒータ部２２を備えて構成されている。本実施形態では、このヒータ部２２はメタルで構成される。
【００２８】
このグロープラグ２１のヒータ部２２は、例えば点火プラグ２０の中心電極の近傍に配置される。また、ヒータ部２２の加熱温度は、後述するエンジンＥＣＵ３０にて制御されるようになっている。なお、このグロープラグ２１およびヒータ部２２は、本発明の加熱手段に相当する。
【００２９】
エンジンＥＣＵ３０は、エンジン１０の状態によって成層運転または均質運転、さらには点火プラグ２０に備えられたグロープラグ２２のヒータ部２２の加熱温度を制御するものであり、ＣＰＵやメモリ等を備えた周知のマイクロコンピュータである。これらの制御については、後で詳しく説明する。なお、エンジンＥＣＵ３０は本発明の制御手段に相当する。
【００３０】
スロットルセンサ４０は、吸気管１２の内部に備えられ、燃焼室１３に送り込む空気の量を調整する図示しないスロットルバルブの開閉レベル（開度）を検出するものである。このスロットルセンサ４０にて検出されたスロットル開度を示す信号がエンジンＥＣＵ３０に出力される。なお、このスロットルセンサ４０は、本発明のエンジン負荷検出手段に相当する。
【００３１】
エンジン回転数センサ５０は、エンジン１０のエンジン回転数を検出する周知のものである。このようなエンジン回転数センサ５０は、例えばリングギア（またはロータ等）の回転に応じたパルス信号を発生し、このパルス信号をエンジンＥＣＵ３０に出力する。そして、エンジンＥＣＵ３０は、エンジン回転数センサ５０から入力されるパルス信号をエンジン回転数に換算することで、エンジン１０のエンジン回転数を得る。なお、エンジン回転数センサ５０は、本発明のエンジン回転数検出手段に相当する。
【００３２】
水温センサ６０は、エンジン１０を冷却するエンジン冷却水の温度を測定する温度センサであり、冷却水経路の所望の位置に設置されている。このような水温センサ６０は、例えばサーミスタにて構成され、水温に起因してこのサーミスタに生じる電位差を検出する。この電位差は電圧信号としてエンジンＥＣＵ３０に出力され、エンジンＥＣＵ３０にて水温に変換される。なお、水温センサ６０は、本発明の水温検出手段に相当する。
【００３３】
以上が、筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置の構成である。上記構成は、エンジンＥＣＵ３０やエンジン回転数センサ５０、そして水温センサ５０等、１つのエンジン１０に対して共通とすることができる構成要素を除きそれぞれ気筒ごとに用意される。
【００３４】
上記のような筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置において、エンジンＥＣＵ３０がインジェクタ１１および点火プラグ２０を所望のタイミングで駆動することで、点火プラグ２０の点火点近傍に燃料を集中噴射させて点火する成層運転および燃焼室１３に燃料を均質噴射させて点火する均質運転は以下のようになされる。まず、エンジン１０の吸気管１２から吸気バルブ１５を介して空気がシリンダ１４内に導入される。
【００３５】
成層運転においては、シリンダ１４内のピストン１７が上死点近傍に達したときに、インジェクタ１１から燃料が噴射される。ピストン１７は、図１に示されるように、その上面がくぼんだ形状になっている。したがって、燃焼室１３内において、インジェクタ１１から噴射された燃料がピストン１７の上面のくぼんだ形状に沿って点火プラグ２０の点火点近傍のみに導かれ、点火点近傍のみに燃料が多く含まれた混合気が形成される。この後、点火プラグ２０にて点火され、混合気が燃焼される。
【００３６】
一方、均質運転においては、ピストン１７が下死点近傍にあるとき、インジェクタ１１から燃料が噴射され、シリンダ１４内にて混合気が形成される。この後、ピストン１７が上死点に達すると共に混合気が圧縮される。そして、圧縮された混合気が点火プラグ２０にて点火され、混合気が燃焼される。
【００３７】
上記のようにして混合気が燃焼されると、燃焼室１３内の空気は排気バルブ１６を介して排気管１９に排出される。
【００３８】
なお、インジェクタ１１から燃料が噴射されるタイミングは、成層運転または均質運転のいずれか一方の運転を行うと判定したエンジンＥＣＵ３０によって制御されるようになっている。また、ピストン１７の上面の形状は、インジェクタ１１が吸気管１２に配置される場所に応じて様々な形態をとる。
【００３９】
次に、筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置が行う運転制御処理について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。図３は、運転制御処理の内容を表したフローチャートである。この処理は、筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置によって実行され、エンジンＥＣＵ３０のＣＰＵに記録されているプログラム、すなわち、運転制御プログラムにより実行されるものである。また、この運転制御プログラムは、エンジンＥＣＵ３０に電源が供給されると開始される。
【００４０】
ステップ１００では、成層運転を行うか否かが判定される。これは、以下のように判定される。まず、本実施形態では、エンジン１０において、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じて成層運転、均質運転が切り換えられる。図４は、エンジン回転数とエンジン負荷との関係に対応した成層運転および均質運転の領域を表した図である。エンジン負荷とは、上記スロットルセンサ４０にて検出されるスロットル開度を指す。
【００４１】
本実施形態では、図４に示されるように、例えばエンジン回転数が３０００ｒｐｍ以下、エンジン負荷が５０％以下の場合、成層運転を行うこととする。一方、エンジン回転数が３０００ｒｐｍ、エンジン負荷が５０％を超えている場合、均質運転を行うこととする。
【００４２】
したがって、本ステップでは、スロットルセンサ４０およびエンジン回転数センサ５０にて、それぞれスロットル開度およびエンジン回転数が検出されると共に、これらの値が図４において成層運転に該当するか否かが判定されることとなる。そして、成層運転に該当する場合、ステップ１１０に進む。一方、成層運転には該当せず、均質運転に該当する場合、後述するステップ１４０に進む。
【００４３】
ステップ１１０では、エンジン冷却水の水温が検出される。これは、水温センサ６０にてエンジン冷却水の水温に応じた起電圧が検出され、この起電圧が水温に変換されることで得られる。以下では、この水温が任意の水温よりも低い場合に、任意の水温に応じたヒータ部２２の温度よりも高い温度となるようにヒータ部２２を加熱することとなる。
【００４４】
ステップ１２０では、水温が所定温度Ｔ１よりも低いか否かが判定される。すなわち、ステップ１１０にて得られた水温が、所定温度Ｔ１として例えば８０℃を下回っているか否かが判定される。つまり、エンジン冷却水の水温が低い場合、すなわちエンジン１０が冷えている冷間時には、点火プラグ２０の着火性が低下しているため、点火プラグ２０の着火性を向上させる必要がある。このため、本ステップにおいて、水温が所定温度Ｔ１を下回っているか否かが判定される。
【００４５】
言い換えると、所定温度Ｔ１は燃料が完全に気化しないであろう温度であると言える。つまり、水温がこの所定温度Ｔ１よりも低い場合には、エンジン１０が冷えた状態になっているため、冷間時であるとして、以下のステップにて燃料の着火性を向上させる処理を行う。
【００４６】
本ステップにて水温が所定温度Ｔ１を下回っていると判定されるとステップ１３０に進む。一方、水温が所定温度Ｔ１を上回っていると判定されると、後述するステップ１４０に進む。
【００４７】
ステップ１３０では、点火プラグ２０のヒータ部２２が燃料着火温度以上に加熱される。具体的には、グロープラグ２１のヒータ部２２の温度が燃料着火温度、例えば９００℃以上になるように、エンジンＥＣＵ３０からグロープラグ２１に信号が出力される。なお、燃料着火温度とは、点火プラグ２０にて点火しなくても燃料が着火する温度をいう。
【００４８】
本ステップにおけるグロープラグ２１のヒータ温度制御について、図５を参照して説明する。図５は、エンジン冷却水の水温とグロープラグ２１のヒータ部２２のヒータ温度との関係を示した図である。ステップ１２０にて水温が所定温度Ｔ１を下回ったと判定されたので、図５に示されるように、ヒータ部２２の温度が燃料着火温度を上回るように点火プラグ２０のヒータ部２２が加熱される。これにより、成層運転において、点火プラグ２０の着火性を向上させる。
【００４９】
こうしてグロープラグ２１のヒータ部２２が加熱されると、再びステップ１００に戻り、検出されるエンジン回転数およびスロットル開度に基づき成層運転を行うのか、または均質運転を行うのかが判定される。
【００５０】
ステップ１００にて均質運転を行う判定がなされるか、またはステップ１２０にてエンジン冷却水の水温が所定温度Ｔ１を上回ったと判定されると、ステップ１４０に進む。
【００５１】
ステップ１４０では、均質運転がなされると共に、グロープラグ２１のヒータ部２２の温度が下げられる。すなわち、水温が所定温度Ｔ１を上回ったため、ヒータ部２２の温度が高くなくても、着火しやすい状態にある。したがって、このような状態にまでヒータ部２２を加熱する必要はないため、ヒータ部２２の温度を燃料着火温度よりも下げる。このとき、図５に示されるように、水温に応じたヒータ温度となるように、ヒータ部２２の温度を調整する。これにより、シリンダ１４内で形成される混合気がヒータ部２２の熱により、着火してしまうことを防止できる。
【００５２】
本ステップにより点火プラグ２０のヒータ部２２の温度が下げられると、再びステップ１００に戻る。この後、図３に示されるフローチャートが繰り返し実行される。
【００５３】
発明者らは、実際にエンジン１０を成層運転させると共に、グロープラグ２１のヒータ部２２を加熱なし、８８０℃に加熱、１０００℃に加熱した場合に、エンジン冷却水の水温に対するトルク変動を調べる試験を行った。
【００５４】
図６は、エンジン冷却水の水温とトルク変動との関係を示した図である。ここで、トルク変動（ΔＰｍｉ［ｋＰａ］）とは、インジェクタ１１から噴射される燃料において、噴霧のばらつきを表す物理量である。このトルク変動の値が大きいと、安定した運転ができなくなる。逆に、トルク変動が小さいと、エンジン１０は安定して運転できると言える。なお、上記試験を３回行い、図６においてその平均値を直線で結んでいる。
【００５５】
図６に示されるように、ヒータ部２２を加熱しない場合（●）、水温が３０〜５０℃の範囲では、トルク変動の値は大きく、エンジン１０において安定な成層運転がなされていない。しかしながら、水温が８０℃以上になると、トルク変動は下がり、安定した成層運転がなされる。
【００５６】
混合気がヒータ部２２の熱で着火しない程度にヒータ部２２を加熱、すなわちヒータ部２２を８００℃に加熱した場合（▲）、ヒータ部２２を加熱しない場合よりもトルク変動は下がる。つまり、ヒータ部２２を加熱することで着火性を向上させることができ、安定した成層運転を行うことができると言える。
【００５７】
混合気がヒータ部２２の熱で着火する程度の高温にヒータ部２２を加熱、すなわちヒータ部２２を１０００℃に加熱した場合（◆）、水温に依存せずにトルク変動は低い状態になっており、水温に関係なく安定した成層運転がなされる。
【００５８】
以上の結果から、成層運転、すなわち図３に示されるフローチャートにおいて、ステップ１２０、１３０にて水温が所定温度Ｔ１（本実施形態では８０℃）を下回るか否かを判定し、水温が低い冷間時にグロープラグ２１のヒータ部２２を加熱して着火性を向上させることができる。これに伴い、安定した成層運転を可能とすることができる。
【００５９】
また、発明者らは、エンジン１０を成層運転すると共に、ピストン１７が上下運動する際にインジェクタ１１の噴射時期［°ＣＡ  ＢＴＤＣ］を変えたときのトルク変動を調べる試験を行った。なお、噴射時期とは、ピストン１７が上死点に達する前のクランクシャフト角度をいう。また、本試験では、エンジン冷却水の水温を５０℃（冷間時）とし、ヒータ部２２を加熱なし、８００℃に加熱、１０００℃に加熱してそれぞれトルク変動を調べた。
【００６０】
図７は、インジェクタ１１の噴射時期とトルク変動との関係を示した図である。なお、上記試験と同様に３回の試験を行い、図７においてその平均値を直線で結んでいる。図７に示されるように、ヒータ部２２の加熱温度が加熱なし、８００℃の場合では、トルク変動が高く、成層運転が安定してなされていないことがわかる。
【００６１】
一方、ヒータ部２２を１０００℃に加熱すると、ヒータ部２２が加熱なし、８００℃の場合よりも、トルク変動は低下する。また、噴射時期に依存せずに、トルク変動を低く保つことができている。したがって、混合気が着火する温度にヒータ部２２を加熱することにより、水温が低い場合、すなわち冷間時であっても、トルク変動を抑制した成層運転を行うことが可能であると言える。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態では、直接噴射式エンジンの成層運転において、点火プラグ２０の点火点近傍をグロープラグ２１のヒータ部２２で加熱している。このように、ヒータ部２２の表面が加熱されることとなり、このヒータ部２２の表面にて燃料を着火させやすくする。このようにして、ヒータ部２２を用いることで、着火面積を確保できる。また、ヒータ部２２の着火面積を確保することで、点火点近傍に噴射された燃料のばらつきに対して良好な着火が可能となり、着火性を向上させることができる。これにより、点火プラグ２０の点火点近傍に噴射された燃料の着火性を向上させることができる。したがって、冷間時の成層運転時の着火性の向上により、エンジンのトータルとしての燃費を向上することができる。
【００６３】
また、成層運転時にはエンジン冷却水の水温に応じてヒータ部２２を加熱する。これにより、冷間時の成層運転における着火性を向上させることができる。さらに、本実施形態では、燃料が着火する温度にヒータ部２２を加熱している。これにより、ヒータ部２２にて燃料を着火することができ、ひいては燃料を確実に着火することができる。このように確実に燃料を着火できることから、エンジン１０の燃費を向上できる。
【００６４】
成層運転においては、上記のようにヒータ部２２を加熱することで着火性を向上でき、エンジン冷却水の水温やインジェクタ１１から燃料を噴射する噴射時期に依存せずにトルク変動を抑制することができ、エンジン１０を安定して運転することができる。
【００６５】
一方、エンジン１０を均質運転させる場合、ヒータ部２２の温度を燃料が着火しない温度に下げる。これにより、成層運転から均質運転に切り換わった場合、点火プラグ２０の点火タイミング前に燃料が着火してしまうプレイグニッションを防止することができる。
【００６６】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、インジェクタ１１は吸気管１２に一体とされているが、インジェクタ１１の設置位置はこの位置に限るものではない。例えば、点火プラグ２０の隣でも良い。
【００６７】
上記第１実施形態では、エンジン負荷として、スロットルバルブのスロットル開度を採用しているが、吸気管１２内の圧力を吸気管圧力センサ（エンジン負荷検出手段に相当）にて検出し、この吸気管１２内の圧力をエンジン負荷としても良い。また、エンジン１０が冷えていることをエンジン冷却水の水温で判定しているが、エンジン１０の内部において各部品を潤滑するための油の温度を油温センサで検出し、この油温に基づき判定しても良い。
【００６８】
上記第１実施形態では、ヒータ部２１を備えたグロープラグ２１を一体とした点火プラグ２０を採用しているが、ヒータ部２２を点火プラグ２０に内蔵しても良い。図８は、ヒータ部２２を内蔵した点火プラグ２０を示した図である。図８に示されるように、例えばセラミックヒータで構成されるヒータ部２２を点火プラグ２０の絶縁碍子においてその接地電極側に内蔵する。そして、このセラミックヒータに所定の電圧を印加することで電流を流して加熱する。このとき、セラミックヒータの抵抗を測定することで、セラミックヒータの加熱温度を調整する。このようにヒータ部２２を点火プラグ２０に内蔵しても良い。
【００６９】
逆に、ヒータ部２２が点火プラグ２２に一体とされていなくても良い。つまり、点火プラグ２０と、グロープラグ２１とを別体としたものを採用しても良い。また、グロープラグ２１のヒータ部２２をメタルではなく、セラミックで構成しても良い。
【００７０】
上記第１実施形態では、ステップ１００にて図４に示されるエンジン１０の状態に応じて成層運転または均質運転としているが、図４は一例を示すものであり、エンジン負荷およびエンジン回転数は上記第１実施形態に示した値に限定されるものではない。また、所定温度Ｔ１を８０℃、燃料着火温度を９００℃としているが、これらの値は一例を示すものであり、種類の異なるエンジンごとに最適な値が決められる。
【００７１】
上記第１実施形態では、ステップ１４０にて点火プラグ２０のヒータ部２２の温度が燃料着火温度を下回るように下げられるが、ヒータ部２２の加熱を完全に停止しても良い。また、ステップ１３０にて、ヒータ部２２の温度を燃料着火温度以上に加熱しているが、ヒータ部２２の温度を燃料着火温度以上に加熱しなくても良い。つまり、図６に示されるように、ヒータ部２２を加熱するということ自体が燃料の着火性を向上させる効果があるため、ヒータ部２２の加熱温度を所定温度以上にしなくても良い。
【００７２】
また、ヒータ部２２を完全に停止するのではなく、所定時間ごとに加熱しても良い。これにより、点火プラグ２０の中心電極、接地電極周りに付着するカーボンを取り除くことができる。
【００７３】
上記第１実施形態において、図５に示される水温とヒータ温度との関係は、一例を示すものであり、これに限るものではない。
【００７４】
また、第１実施形態において図３に示されるフローチャートは実施の一例を示すものであって、これに限るものではない。
【００７５】
なお、各図中に示したステップは、各種処理を実行する手段に対応するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係る筒内直接噴射式内燃機関の点火制御装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示される点火プラグの拡大図である。
【図３】図１のエンジンＥＣＵが実行する運転制御処理の内容を表したフローチャートである。
【図４】エンジン回転数とエンジン負荷との関係に対応した成層運転および均質運転の領域を表した図である。
【図５】エンジン冷却水の水温とグロープラグのヒータ部のヒータ温度との関係を示した図である。
【図６】エンジン冷却水の水温とトルク変動との関係を示した図である。
【図７】インジェクタの噴射時期とトルク変動との関係を示した図である。
【図８】ヒータ部を内蔵した点火プラグを示した図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０…エンジン、１１…インジェクタ、１３…燃焼室、
２０…点火プラグ、２１…グロープラグ、２２…ヒータ部、
３０…エンジンＥＣＵ、４０…スロットルセンサ、
５０…エンジン回転数センサ、６０…水温センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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