(57)【要約】  【課題】  機関運転状態に応じて点火ギャップΔＧを可変制御可能な多点点火装置の提供。  【解決手段】  燃焼室内に配設される多点点火プラグ４に、多数の点火用電極５が火花ギャップΔＧを挟んで電気的に直列に配列された電極列を設ける。この電極列の一端に電圧を印加する点火コイル２を備える。機関運転状態に応じてアクチュエータ３によりワイヤを介して回転盤９を回動することにより、回転盤９上の点火用電極５の回転角度が変化して、複数の火花ギャップΔＧの長さが一斉に変化する。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気を火花点火する内燃機関の多点点火装置において、
少なくとも３つ以上の点火用電極が火花ギャップを挟んで電気的に直列に配列され、上記火花ギャップが少なくも２つ以上設けられる電極列と、
上記電極列の一端に電圧を印加する電圧印加手段と、
機関運転状態に応じて火花ギャップを可変制御するギャップ制御手段と、を有することを特徴とする内燃機関の多点点火装置。
【請求項２】
上記ギャップ制御手段により、各火花ギャップの長さが制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の多点点火装置。
【請求項３】
上記ギャップ制御手段により、火花点火が行われる火花ギャップの個数が制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の多点点火装置。
【請求項４】
上記ギャップ制御手段が、各点火用電極を保持する回転盤と、これら回転盤と機械的に連係され、これら回転盤の角度を変更するアクチュエータと、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の多点点火装置。
【請求項５】
火花点火が行われる点火ギャップの長さを積算した総ギャップ量が、各点火用電極から接地電極までの距離よりも短くなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の多点点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内の混合気を火花点火する火花点火式の内燃機関に関し、特に、複数の点火用電極が点火ギャップを挟んで直列に配列された電極列を備える多点点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃焼室内の混合気を火花点火する火花点火式の内燃機関において、複数の点火用電極が火花ギャップを挟んで電気的に直列に配列された電極列を設け、複数のギャップで実質的に同時に火花を発生させる技術が開示されている。このような同時多点点火を行うことにより、空燃比が３０程度の極めて希薄な燃焼を実現可能で、火花点火式内燃機関にける燃費性能を著しく向上することが可能である。
【特許文献１】特開２００４−７９４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
機関運転状態によって、最適な点火ギャップの長さや個数は変化する。従って、上記従来のように点火ギャップの長さや個数が不変であると、全運転領域において良好な飛火性、着火性や燃焼安定性等を得ることができない。例えば、高負荷域では、筒内圧が高く点火コイルの要求二次電圧が高くなるので、確実に飛火が行われるように点火ギャップの長さが短く制限される。一方、始動冷機時や低負荷域のような難燃状態では、安定した着火性を確保するために点火ギャップを長く確保する必要がある。また、高負荷域では、火花点火が行われる点火点数を増加することにより、燃焼を速くして排気温度を低下することが望ましい。逆に、エンジン始動時や低水温時には、むしろ点火点数を少なくすることにより、燃焼を意図的に遅くして、後燃え促進により排気温度の上昇を促進し、触媒活性化までの時間を短くすることが望ましい。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、燃焼室内の混合気を火花点火する内燃機関の多点点火装置において、少なくとも３つ以上の点火用電極が火花ギャップを挟んで電気的に直列に配列され、上記火花ギャップが少なくも２つ以上設けられる電極列と、上記電極列の一端に電圧を印加する電圧印加手段と、機関運転状態に応じて火花ギャップを可変制御するギャップ制御手段と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、機関運転状態に応じて適切な火花ギャップを与えることが可能で、着火性や燃焼安定性等の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るガソリンエンジンのような火花点火式の内燃機関の多点点火装置の一例を示すシステム構成図である。シリンダブロック２１のシリンダ２２内を昇降するピストン６の冠面と、シリンダブロック２１の上部に固定されるシリンダヘッド８のペントルーフ型をなす下面と、の間には燃焼室２３が形成されている。この燃焼室２３には、混合気に火花点火を行う点火装置の多点点火プラグ４が配設されている。この多点点火プラグ４には、多数の点火用電極５が点火ギャップΔＧを挟んで直列に配置されている。電極列の一端に位置するプラグ電極１５（図２及び図３参照）には点火コイル２により電圧が印加される。他端の点火用電極５Ｂと接地電極としてのアース部７とは点火ギャップΔＧを挟んで電気的に直列に配置されている。そして本実施例では、上記の点火ギャップΔＧを可変とするギャップ可変手段としてのアクチュエータ３が設けられている。エンジン制御部１は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するコンピュータシステムであり、各種センサ類より検出される機関回転数や機関負荷等の機関運転状態に基づいて、上記の点火コイル２及びアクチュエータ３へ制御信号を出力し、その動作を制御する。
【０００７】
図２及び図３を参照して、各点火用電極５は回転盤９に取り付けられている。多点点火プラグ４の両側部には、接地電極としてのアース棒１０が点火用電極５に対して所定量離間して配設されている。コイル側からの電流がシリンダヘッド８等にリークすることのないように、プラグ電極１５を含む電極列とアース棒１０やアース部７等の接地電極との最短距離Δａが、シリンダヘッド８と点火用電極５との最短距離よりも短く設定されている。更に言えば、上記の最短距離Δａは、火花点火が行われる点火ギャップΔＧの長さを積算した総ギャップ量ΔＧｔよりも短く設定されている。
【０００８】
図４〜６を参照して、アクチュエータ３は、ワイヤ１３を介して回転盤９の回転角度を一斉に変更することができる。詳しくは、アクチュエータ３のハウジング１１内には、電制ステップモータ１４と、このモータ１４により回転駆動される回転軸１２とが設けられる。回転軸１２が回転すると、この回転軸１２とともに回転するアーム１２Ａを介してワイヤ１３が電極列の配列方向（図４の左右方向）に進退移動するように構成されている。ワイヤ１３は各回転盤９の外周に係合しており、ワイヤ１３が進退移動すると、全ての回転盤９が一斉に回転する。これにより、点火用電極５が回転し、点火ギャップΔＧの長さが一斉に変化する。つまり、エンジン制御部１により機関運転状態に応じてステップモータ１４の動作を制御することにより、ステップモータ１４のステップ数に比例して回転盤９つまり点火用電極５の移動角度を変化させて、点火ギャップΔＧの長さを可変制御することができる。なお、ワイヤ１３と回転盤９の接続については、ステップモータ１４のステップ数に比例して点火用電極５の角度が変化するものであれば良く、具体的には、摩耗材による接続、歯車形式による噛み合い接続、あるいは直接的な接合等が挙げられる。また、上記のアース棒１０は例えばハウジング１１に取り付けられる。
【０００９】
図７〜１１を参照して、本発明の第１実施例について説明する。この第１実施例では、複数（図７では６個）の点火用電極５が等間隔に配置されており、複数の点火ギャップΔＧの長さが略一定に設定されている。そして、機関運転状態に応じてアクチュエータ３により点火ギャップΔＧの長さを一斉に可変制御するようになっている。図７（Ａ）に示すように、点火ギャップΔＧの長さを最小とする設定状態では、点火用電極５が略一直線上に配置される。図７（Ｂ）に示すように、点火ギャップΔＧの長さを最大とする設定状態では、各点火用電極５が電極列方向（図７の左右方向）に対して最も大きく傾斜する。
【００１０】
図８は本実施例に係る制御の流れを示すフローチャートであり、例えば上記のエンジン制御部１により記憶及び所定期間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。ステップ（図では「Ｓ」と記す）１１では、機関運転状態を判定する。この例では、空燃比を理論空燃比近傍に維持する空燃比フィードバック制御、いわゆるλコントロール中であるかを判定する。なお、このようなλコントロールの判定に代えて、例えば機関要求負荷が所定値以下であるかを判定する様にしても良い。
【００１１】
λコントロール中である場合、ステップ１１からステップ１２へ進み、機関要求負荷に対応する燃料噴射パルス幅ＴＰに基づいて、予め設定及び記憶された図９に示すような制御テーブルを参照して、ステップモータ１４のステップ数を演算する。図９に示すように、燃料噴射パルス幅ＴＰが大きいほど、ステップ数を小さくして、点火ギャップΔＧの長さを短くしている。なお、図１０に示すように、燃料噴射パルス幅ＴＰに代えて、アクセル開度等に基づいて設定される機関要求負荷に応じてステップ数を求めるようにしても良い。この場合、機関要求負荷が高くなるほどステップ数を小さくして、点火ギャップΔＧの長さを短くする。なお、この図１０において、符号（Ａ）は最小ギャップ設定状態に対応し、符号（Ｂ）は最大ギャップ設定状態に対応している。
【００１２】
再び図８を参照して、機関高負荷域のようにλコントロール中でない場合、つまり燃料噴射量の増量制御が行われる場合、ステップ１１からステップ１３へ進み、ステップ数を０（ゼロ）として、最小ギャップの設定状態とする。つまり、燃料増量を行うリッチ運転域つまり高負荷域では、点火ギャップΔＧを最小状態に固定する。
【００１３】
ステップ１４では、ステップ１２又はステップ１３で設定されたステップ数に応じた指令信号をステップモータ１４へ出力する。これにより、ステップモータ１４が要求ステップ数に応じて駆動制御され、点火ギャップΔＧの長さが調整される。
【００１４】
図１１に示すように、この第１実施例では、ステップ数が大きくなるほど点火ギャップΔＧの長さが大きくなり、火花点火が行われる複数の点火ギャップΔＧの長さを積算した総ギャップ量ΔＧｔが大きくなる。但し、ステップ数の可変範囲内では、上述したように総ギャップ量ΔＧｔがアース棒１０と点火用電極５との最短距離Δａよりも常に短くなるように設定されている。
【００１５】
以下に説明する第２及び第３実施例では、上述した第１実施例と同様の構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略する。図１２に示す第２実施例では、各点火用電極５に対してそれぞれ接地電極としてのアース棒１０Ａを設けている。そして、各点火用電極とアース棒１０Ａとの最短距離Δａ１〜Δａ５をそれぞれ個別に設定している。これにより、点火用電極５の回転角度に応じて、電極列における途中の点火用電極５で、そのアース棒１０Ａへのリーク（放電）を積極的に発生させて、火花点火が行われる点火ギャップの個数、つまり点火数を可変制御することができる。
【００１６】
図１５に示すように、総ギャップ量ΔＧｔは、第１実施例と同様、上記の最短距離Δａ、つまり点火用電極５からアース棒１０Ａへリークされる部位の距離Δａよりも短く設定されている。言い換えると、点火用電極５からアース棒１０Ａへの距離Δａが総ギャップ量ΔＧｔよりも短くなると、この点火用電極５からアース棒１０Ａへ放電されることになる。
【００１７】
図１３は、この第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。ステップ２１では、機関水温ＴＷＮが所定温度（例えば８０℃程度）を超えているかを判定する。つまり、機関暖機後の状態であるかを判定する。上記の機関水温ＴＷＮは例えば周知の水温センサ１６（図１参照）により検出される。この水温ＴＷＮが所定温度を超えていなければ、ステップ２２へ進み、水温ＴＷＮに基づいて、図１４に示すような水温補正テーブルを参照して、ステップモータ１４のステップ数を算出する。一方、水温ＴＷＮが所定温度を超えていれば、ステップ２３へ進み、ステップモータ１４のステップ数をゼロとする。ステップ２４では、上記のステップ２２又はステップ２３で設定されたステップ数をステップモータ１４へ出力する。これにより、設定されたステップ数へ向けてステップモータ１４が駆動制御される。
【００１８】
このような第２実施例によれば、冷機時や始動時のような低水温時には図１４のＣ３に示すように、ステップ数を大きくして、点火数を少なくすることで、燃焼速度を遅らせて後燃えを促進し、排気温度を上昇させることにより、ＨＣの排出量を抑制し、排気性能の向上を図ることができる。一方、暖気後の通常運転時のような高水温時には、図１４のＣ４に示すように、ステップ数を小さくして点火数を多くすることにより、燃焼速度の上昇により熱効率を向上させることができる。
【００１９】
図１６を参照して第３実施例を説明する。この第３実施例では、各点火用電極５の初期位置、つまり各回転盤９上での初期角度をそれぞれ個別に設定し、複数の点火ギャップΔＧの長さをそれぞれ異ならせている。詳しくは、図１６に示すように、コイル２側からアース７側へ向けて点火ギャップΔＧが徐々に大きくなるように、点火用電極５の電極列方向に対する傾斜角度を徐々に大きくしている。
【００２０】
このような第３実施例によれば、上記第２実施例と同様、各点火用電極５の回転位置を変更することにより、各点火ギャップΔＧの長さが変化するとともに、火花点火が行われる点火ギャップΔＧの個数、すなわち点火数も変化する。例えば図１６（Ａ）の最小ギャップ設定状態では点火数が６であるのに対し、図１６（Ｂ）の設定状態では点火数が２となる。従って、第２実施例と同様に、水温に応じて点火数を可変制御することにより、低温時の排気性能の向上及び暖機後の熱効率の向上を図ることができる。
【００２１】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記の第１実施例では機関負荷（燃料噴射パルス幅）、第２実施例では機関水温に基づいて点火ギャップを可変としているが、双方を組み合わせて、機関負荷及び水温の双方に基づいて点火ギャップを制御しても良い。
【００２２】
以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想及びその作用効果について以下に列記する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではない。
【００２３】
（１）  燃焼室２３内の混合気を火花点火する内燃機関の多点点火装置において、少なくとも３つ以上の点火用電極５が火花ギャップΔＧを挟んで電気的に直列に配列され、上記火花ギャップΔＧが少なくも２つ以上設けられる電極列（多点点火プラグ４）と、上記電極列の一端に電圧を印加する電圧印加手段（点火コイル）と、機関運転状態に応じて火花ギャップΔＧを可変制御するギャップ制御手段と、を有している。
【００２４】
従って、上述したように、空燃比（ＥＧＲ量等を含めて燃焼室内に供給されるガスと燃料との空燃比Ｇ／Ｆ）や機関負荷、あるいは機関回転数等の機関運転状態に応じて、火花ギャップΔＧを適切に設定することができ、多点点火装置におけるより一層の着火性や燃焼安定性等の向上を図ることができる。例えば、難燃状態にある低負荷側では火花ギャップΔＧを大きくすることによって、消炎効果低減により燃焼安定化を図ることができる。一方、高負荷側のように筒内圧が高く点火コイルの要求二次電圧の大きくなる領域においては、点火ギャップΔＧを小さくすることことにより、良好な着火性を確保することができる。
【００２５】
（２）典型的には、上記第１〜３実施例に示すように、各火花ギャップΔＧの長さが可変制御される。
【００２６】
（３）好ましくは第２，３実施例のように、火花点火が行われる火花ギャップΔＧの個数が制御される。
【００２７】
（４）例えば図２等に示すように、各点火用電極５を保持する回転盤９と、これら回転盤９と機械的に連係され、これら回転盤９の角度を変更するアクチュエータ３と、を備える。
【００２８】
（５）接地電極への不用意なリーク（放電）を生じることのないように、火花点火が行われる点火ギャップΔＧの長さを積算した総ギャップ量ΔＧｔは、点火用電極５からアース棒１０等の接地電極までの最短距離Δａよりも短くなるように設定されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る内燃機関の多点点火装置の一例を示すシステム構成図。
【図２】図１の矢視Ａ対応図。
【図３】図２の矢視Ｂ対応図。
【図４】図１のアクチュエータの内部を簡略的に示す構成図。
【図５】図１の多点点火プラグを簡略的に示す構成図。
【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿う断面対応図。
【図７】本発明の第１実施例に係る多点点火装置の最小ギャップ状態（Ａ）及び最大ギャップ状態を示す説明図。
【図８】上記第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図９】上記第１実施例のステップ数設定テーブルの一例を示す特性図。
【図１０】上記第１実施例のステップ数設定テーブルの他の例を示す特性図。
【図１１】上記第１実施例のステップ数と総ギャップ量との関係を示す特性図。
【図１２】本発明の第２実施例に係る多点点火装置を簡略的に示す構成図。
【図１３】上記第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図１４】上記第２実施例の水温−ステップ数テーブルの一例を示す特性図。
【図１５】上記第２実施例のステップ数と総ギャップ量との関係を示す特性図。
【図１６】本発明の第３実施例に係る多点点火装置を示す説明図。
【符号の説明】
【００３０】
１…エンジン制御部
２…点火コイル（電圧印加手段）
３…アクチュエータ
４…多点点火プラグ（電極列）
５…点火用電極
７…アース部（接地電極）
９…回転盤
１０…アース棒（接地電極）
１３…ワイヤ
１４…電制ステップモータ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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