(57)【要約】【課題】従来より広い運転範囲で着火性能や燃焼状態の改善を図るとともに、位相点火する際に、後で放電させる点火プラグにおける点火要求電圧が高くなり過ぎることを抑制して点火プラグの寿命低下や破損を回避できる内燃機関の点火制御装置を提供する。【解決手段】プラグギャップでの放電により燃焼室内の混合気に点火する第１点火プラグと、第１点火プラグと同じ燃焼室に配置され、かつ第１点火プラグよりも狭いプラグギャップの初期値が設定されている第２点火プラグとを備え、第１点火プラグと第２点火プラグの両方の点火プラグにおける放電により混合気への着火を実行する場合に、第１点火プラグよりも第２点火プラグの方が先に放電を始めることが無いように第１点火プラグおよび第２点火プラグの放電開始順序を制限する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に配置され、プラグギャップでの放電により燃焼室内の混合気に点火する第１点火プラグと、
前記第１点火プラグが配置された燃焼室と同一の燃焼室に配置され、且つ前記第１点火プラグよりも狭いプラグギャップの初期値が設定されている第２点火プラグと、
前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの各点火プラグに於ける放電動作及び点火タイミングを制御する点火制御部と、
を備えた内燃機関の点火制御装置であって、
前記点火制御部は、前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの両方の点火プラグに於ける放電により混合気への着火を実行する場合に、前記第１点火プラグよりも前記第２点火プラグの方が先に放電を始めることが無いように前記第１点火プラグ及び前記第２点火プラグの放電開始順序を制限することを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
【請求項２】
前記点火制御部は、前記内燃機関が所定の高負荷領域で運転中である場合に、前記放電開始順序の制限を行う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】
前記点火制御部は、前記内燃機関が所定の低温状態且つ始動中である場合に、前記放電開始順序の制限を行う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】
前記点火制御部は、前記内燃機関の運転状態に基づいて決定した点火タイミングがＴＤＣよりも進角側且つＴＤＣから所定範囲内である場合に、前記放電開始順序の制限を行うことを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項５】
前記点火制御部は、前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの点火タイミングの間隔が所定値以上である場合に、前記放電開始順序の制限を行うことを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項６】
少なくとも前記燃焼室の中央部付近に前記第１点火プラグを配置したことを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の内燃機関の点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、１つの燃焼室に対して複数の点火プラグを備えた多点点火方式による内燃機関の点火制御装置に関し、更に詳しくは、点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力が高い運転状態であっても失火すること無く、混合気への着火を確実に行うことができる内燃機関の点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
混合気の着火性を改善する手段として、１つの燃焼室に対して複数の点火プラグを備え、それら複数の点火プラグを同じタイミングで放電させる同時点火、或いは、それら複数の点火プラグを異なるタイミングで放電させる位相点火、の何れかにより、混合気への着火を行なう、所謂、多点点火方式を採用した内燃機関が実用化されている。
【０００３】
この多点点火方式では、複数の点火プラグを使って同時点火あるいは位相点火を行なうことにより、燃焼室内に於ける火炎の広がりの均等化や火炎伝播時間の短縮を図ることができ、結果として、燃焼状態が改善されて機関出力を向上させることができるというメリットがある。
【０００４】
又、濃度分布の斑（ムラ）が大きい混合気に対しても安定した着火性が得られるため、希薄燃焼を行う内燃機関や排気ガスを大量に還流させて再燃焼させる内燃機関の点火方式としても有効である。
【０００５】
従来、このような多点点火方式を採用した内燃機関の点火制御装置として、燃焼室の中央部とボア端部に夫々点火プラグを配置した多点点火方式の内燃機関に於いて、過給機や圧縮比可変機構の作動により点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力が所定値よりも大きい場合には、ボア端部に配置した点火プラグによる放電を停止して中央部に配置した点火プラグのみを放電させて混合気への着火を行なう１点点火方式へ切り替える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
又、燃焼室中央部にはプラグギャップの狭い点火プラグを配置し、ボア端部にはプラグギャップの広い点火プラグを配置した多点点火方式の内燃機関に於いて、希薄燃焼や排気ガスの還流を行うときだけ多点点火方式を実行し、それ以外ではボア端部に配置した点火プラグによる放電を停止して中央部に配置した点火プラグのみを放電させて混合気への着火を行なう１点点火方式へ切り替える技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
又、特許文献２には、点火タイミングが、ＴＤＣ（ＴＯＰ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ ： 圧縮行程の上死点）近傍まで遅角したときについても、何れか一方の点火プラグによる放電を停止し、もう一方の点火プラグのみを放電させて混合気への着火を行なう１点点火方式へ切り替える技術も開示されている。
【０００８】
これらの従来の技術に共通していることは、点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力が高くなる運転状態では点火プラグのプラグギャップで放電を起こさせるために必要な点火要求電圧が高くなり過ぎて失火が発生する恐れがあるため、点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力が高くなる運転状態のときには多点点火を禁止して１点点火に切り替えてしまうということである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−４６４７４号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の先行技術を適用した内燃機関では、例えば、過給機や圧縮比可変機構を作動させた時のほか、高負荷運転時、始動時、点火タイミングがＴＤＣ近傍まで遅角した時など、総じて点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力が高くなる運転状態に対しては、点火要求電圧が高くなって失火を招く恐れがあるため、多点点火を実行することをあきらめて１点点火を行なうものである。
【００１１】
その結果、点火タイミングにおける燃焼室内の圧力が高くなる運転状態での失火は回避出来るものの、多点点火を実行する運転領域が大幅に限定されてしまい、多点点火の最大のメリットである優れた着火性能や燃焼状態の改善が最大限に活用できないという課題がある。
【００１２】
又、位相点火による多点点火を実行する場合、先に放電させる点火プラグではピストンが上昇することによって燃焼室内の混合気が圧縮されて発生する圧力下での放電となる。ところが、後から放電させる点火プラグについては、先に放電させた点火プラグによって混合気が着火して燃焼が進む中で放電させることになるため、先に放電させた点火プラグのときよりも高い圧力下（燃焼圧が発生している圧力下）での放電となる。
【００１３】
そのため、先に放電させる点火プラグの点火タイミングと後から放電させる点火プラグの点火タイミングとの間隔を広く設定すればするほど、後から放電させる点火プラグの点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力が高くなり、その結果、後から放電させる点火プラグにおける点火要求電圧が高くなって失火を招くという課題がある。
【００１４】
特に、特許文献２に於いては、多点点火を実行する際の点火順序については何ら記載されておらず、もし、位相点火を行うときにプラグギャップが広い方の点火プラグによる放電を後に設定した場合、プラグギャップが広い分だけ点火要求電圧は更に高くなり、失火の発生する可能性は一段と高くなる。これに関しては、点火系の電源能力を大きくしたり、点火コイルの出力エネルギー仕様を大きくしたりすることで対策可能と考えられるが、電源回路や点火コイルの大型化やコストアップを伴う。又、そのような設計変更で対策できたとしても、点火要求電圧が高い状態で点火プラグの放電を繰り返すと、点火プラグの寿命の低下につながる。更に、最悪の場合には点火要求電圧が点火プラグの耐圧限界を超えて破損することも考えられる。
【００１５】
この発明は、このような従来の内燃機関の点火制御装置に於ける前述の課題を解決するためになされたものであり、点火系の電源能力や点火コイルの大型化やコストアップを伴うことなく、前述の先行技術に於いては多点点火を実行することをあきらめていた運転状態に於いても積極的に多点点火を実行することで、従来技術よりも広い運転範囲に於いて着火性能や燃焼状態の改善を達成し、且つ、位相点火する際に後から放電させる点火プラグの点火要求電圧が高くなり過ぎること自体を抑制して点火プラグの寿命低下や破損を回避できる内燃機関の点火制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明による内燃機関の点火制御装置は、内燃機関の燃焼室に配置され、プラグギャップでの放電により燃焼室内の混合気に点火する第１点火プラグと、前記第１点火プラグが配置された燃焼室と同一の燃焼室に配置され、且つ前記第１点火プラグよりも狭いプラグギャップの初期値が設定されている第２点火プラグと、前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの各点火プラグに於ける放電動作及び点火タイミングを制御する点火制御部と、を備えた内燃機関の点火制御装置であって、前記点火制御部は、前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの両方の点火プラグに於ける放電により混合気への着火を実行する場合に、前記第１点火プラグよりも前記第２点火プラグの方が先に放電を始めることが無いように前記第１点火プラグ及び前記第２点火プラグの放電開始順序を制限することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明による内燃機関の点火制御装置によれば、内燃機関の燃焼室に配置され、プラグギャップでの放電により燃焼室内の混合気に点火する第１点火プラグと、前記第１点火プラグが配置された燃焼室と同一の燃焼室に配置され、且つ前記第１点火プラグよりも狭いプラグギャップの初期値が設定されている第２点火プラグと、前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの各点火プラグに於ける放電動作及び点火タイミングを制御する点火制御部と、を備えた内燃機関の点火制御装置であって、前記点火制御部は、前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの両方の点火プラグに於ける放電により混合気への着火を実行する場合に、前記第１点火プラグよりも前記第２点火プラグの方が先に放電を始めることが無いように前記第１点火プラグ及び前記第２点火プラグの放電開始順序を制限するように構成されているので、点火系の電源能力や点火コイルの大型化やコストアップを伴うこと無く、先行技術では禁止していた運転状態においても多点点火を実行できるようになることで、従来技術よりも広い運転範囲において着火性能や燃焼状態の改善を実現することが可能となる。
【００１８】
又、位相点火する際に、後で放電させる点火プラグにおける点火要求電圧が高くなり過ぎることを抑制して点火プラグの寿命低下や破損を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置を示す概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置に於ける点火プラグの配置を示す平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置に於ける点火系の制御回路を１気筒分のみについて示す構成図である。
【図４】第１点火プラグ及び第２点火プラグのプラグギャップの関係を示す説明図である。
【図５】２点同時点火したときの点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力を示す特性図である。
【図６】２点位相点火したときの点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力を示す特性図である。
【図７】点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力と点火要求電圧の関係を示す特性図である。
【図８】この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置に於ける制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置を図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の実施例１による内燃機関の点火制御装置を示す概略構成図である。図１に於いて、内燃機関１に於ける気筒１ａの燃焼室１ｂには、吸気弁１ｃと排気弁１ｄとピストン１ｅとが備えられている。又、燃焼室１ｂ内を臨むようにして、第１点火プラグ１３ａと第２点火プラグ１３ｂの２つの点火プラグ、並びに、燃料噴射弁１１とが備えられている。
【００２１】
この内燃機関１では、吸気通路５に設けられた電子制御スロットル８により、吸入空気量が調整される。電子制御スロットル８は、バタフライバルブ８ｂと、これを駆動するモータ８ｃ、バタフライバルブ８ｂの開度を検出するスロットル開度センサ８ａとから構成される。
【００２２】
エンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する。）２は、アクセルペダル３の踏み込み位置を検出するアクセルポジションセンサ４の出力信号を取得して、モータ８ｃに制御信号を送り、スロットル開度センサ８ａからのバタフライバルブ開度信号に基づいて、バタフライバルブ８ｂを適切な開度に制御する。クランク角センサ１２はクランク軸１ｇのクランク角度を検出し、カム角センサ１０は吸気側のカム軸１ｈのカム角度を検出し、水温センサ１７は内燃機関１の冷却水の温度を検出する。
【００２３】
ＥＣＵ２は、アクセルポジションセンサ４、クランク角センサ１２、カム角センサ１０、エアフローセンサ７、水温センサ１７、及びその他のセンサ類（図示せず。）からの各出力信号を取得して、点火タイミングや燃料噴射量などを決定する。そして、それらの各決定値に基づいて、燃料噴射弁１１を駆動して燃料を燃焼室１ｂ内に噴射供給し、第１点火プラグ１３ａに接続された第１点火コイル１４ａ、及び、第２点火プラグ１３ｂに接続された第２点火コイル１４ｂ、を夫々駆動して第１点火プラグ１３ａ、及び、第２点火プラグ１３ｂのプラグギャップで放電を起こさせて燃焼室１ｂ内の混合気に点火する。尚、第１点火プラグ１３ａのプラグギャップの初期値は、第２点火プラグ１３ｂのプラグギャップの初期値よりも広く設定されている。
【００２４】
エアクリーナ６によって塵やごみが除去された吸入空気は、エアフローセンサ７により流量が計測された後、電子制御スロットル８を通過してサージタンク９へと導かれ、更に、サージタンク９から吸気弁１ｃを通って燃焼室１ｂへ導入される。そして、燃焼室１ｂ内に導入された吸入空気と燃料噴射弁１１から噴射された燃料噴霧とが混ざり合って混合気が形成され、第１点火プラグ１３ａ、及び／又は、第２点火プラグ１３ｂの放電によって混合気が着火されて燃焼する。
【００２５】
混合気の燃焼圧力は、ピストン１ｅに伝えられてピストン１ｅを往復運動させる。ピストン１ｅの往復運動はコネテクティングロッド１ｆを介してクランク軸１ｇに伝えられ、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。燃焼後の混合気は排気となり、排気弁１ｄを通ってエキゾーストマニホールド１５へ排出され、触媒１６により浄化された後、大気中へ排出される。
【００２６】
図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置に於ける点火プラグの配置を示す平面図で、（ａ）は第１点火プラグ１３ａ及び第２点火プラグ１３ｂを対称に配置した対称配置の場合を示し、（ｂ）は第１点火プラグ１３ａ及び第２点火プラグ１３ｂを非対称に配置した非対称配置の場合を示す。（ａ）、（ｂ）の何れの場合も、第１点火プラグ１３ａ及び第２点火プラグ１３ｂの向かって左側には２つの吸気弁１ｃ、向って右側には２つの排気弁１ｄを備えている。
【００２７】
図２の（ａ）に示す対称配置の場合には、図の円の中心（ほぼ燃焼室１ｂの中心に対応する）から少し外れた位置に、その中心に対してほぼ対称に第１点火プラグ１３ａ及び第２点火プラグ１３ｂが配置されている。又、図２の（ｂ）に示す非対称配置の場合には、図の中心付近に第１点火プラグ１３ａが配置され、その中心から離れたボア端部に第２点火プラグ１３ｂが配置されている。
【００２８】
ここで、図２の（ａ）、及び図２の（ｂ）のどちらの配置を採用するかに関しては、点火プラグを搭載する際のレイアウト上の制約の他、燃焼室１ｂの形状や混合気の形成状態等に基づいて内燃機関を設計する段階で決定される。
【００２９】
そして、燃焼室１ｂの中央部は元々、着火性が良いことが実験的に知られているため、その中央部に配置した点火プラグに於ける確実な放電並びに混合気への着火が重要となる。そのため、図２の（ｂ）のように２つの点火プラグを非対称配置とする場合の位相点火時に於いては、点火順序の制限制御を実行する際、後で放電させることのない第１点火プラグ１３ａを燃焼室１ｂ中央付近に配置することで、第１点火プラグ１３ａに於ける混合気への着火を安定かつ、より確実なものとすることができる。
【００３０】
この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置に於いては、第１点火プラグ１３ａのプラグギャップｄ１と、第２点火プラグ１３ｂのプラグギャップｄ２の各初期値が、ｄ１＞ｄ２の関係となるように設定されており、例えば、ｄ１は１．０［ｍｍ］前後、ｄ２は０．８［ｍｍ］前後の値のものが採用される。
【００３１】
図３は、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置に於ける点火系の制御回路を１気筒分のみについて示す構成図である。図３に於いて、１気筒分の点火系の制御回路は、第１点火プラグ１３ａと、第２点火プラグ１３ｂと、第１点火プラグ１３ａに接続された第１点火コイル１４ａと、第２点火プラグ１３ｂに接続された第２点火コイル１４ｂと、ＥＵＣ２とから構成される。
【００３２】
第１点火コイル１４ａは、１次巻線１４１ａと、２次巻線１４２ａと、ドライバ回路１４３ａとから構成されている。そして、１次巻線１４１ａの一端はドライバ回路１４３ａに接続され、２次巻線１４２ａの一端は第１点火プラグ１３ａの一方の電極に接続され、１次巻線１４１ａの他端と２次巻線１４２ａの他端とは相互に接続されてバッテリ電圧線３０に接続されている。
【００３３】
第２点火コイル１４ｂは、１次巻線１４１ｂと、２次巻線１４２ｂと、ドライバ回路１４３ｂとから構成されている。そして、１次巻線１４１ｂの一端はドライバ回路１４３ｂに接続され、２次巻線１４２ｂの一端は第１点火プラグ１３ｂの一方の電極に接続され、１次巻線１４１ｂの他端と２次巻線１４２ｂの他端とは相互に接続されてバッテリ電圧線３０に接続されている。
【００３４】
第１点火コイル１４ａ及び第２点火コイル１４ｂは、夫々の１次巻線１４１ａ、１４１ｂに接続されたバッテリ電圧線３０からのバッテリ電圧を、夫々の２次巻線１４２ａ、１４２ｂにより昇圧して夫々の点火プラグ１３ａ、１３ｂの一方の電極に供給する。夫々のドライバ回路１４３ａ，１４３ｂは，ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２から送出される制御信号に基づいて夫々の１次巻線１４１ａ、１４１ｂの通電が制御され、所定のタイミングのときに、夫々の点火プラグ１３ａ、１３ｂの電極間ギャップであるプラグギャップから火花を放電させることで、燃焼室１ｂ内で圧縮された混合気に着火を行う。
【００３５】
次に、点火プラグにおける点火要求電圧について説明する。一般に点火プラグの点火要求電圧は、次式（１）により表されるパッシェンの法則により決定される。
Ｖ＝Ｋ×Ｐ×ｄ＋Ｃ                    ・・・・・・・式（１）
ここで、Ｖは点火要求電圧
Ｋは比例定数
Ｐは点火タイミングにおける燃焼室１ｂの圧力
ｄはプラグギャップ
Ｃは点火プラグの電極温度や混合気の濃度によって決定される定数
である。
式（１）から明らかなように、プラグギャップｄが大きく、点火タイミングにおける燃焼室１ｂの圧力Ｐが大きい場合、点火要求電圧Ｖは高くなる。
【００３６】
更に、例えば、過給機により過給された場合や圧縮比可変機構を作動させて圧縮比が高くなった場合、点火タイミングに於ける燃焼室１ｂの圧力Ｐは更に高くなるため、点火要求電圧Ｖが高くなり過ぎて、最悪の場合には失火を招くことが懸念される。そこで、実施例１に係る内燃機関では、次のような構成をとる。
【００３７】
図４は、第１点火プラグ及び第２点火プラグのプラグギャップの関係を示す説明図であり、（ａ）は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関に於ける第１点火プラグ１３ａを示し、（ｂ）は、第２点火プラグ１３ｂを示す。図４の（ａ）に於ける中心電極１３ａ１と側方電極１３ａ２との間の空隙、及び図４の（ｂ）に於ける中心電極１３ｂ１と側方電極１３ｂ２との間の空隙、がプラグギャップであり、図４の（ａ）に示す第１点火プラグ１３ａではプラグギャップ初期値ｄ1が設定され、図４（ｂ）に示す第２点火プラグ１３ｂではプラグギャップ初期値ｄ２が設定されている。そして、この実施の形態１に係る内燃機関に於いては、ｄ１＞ｄ２の関係になるように各プラグギャップの初期値が設定される。
【００３８】
次に、２つある点火プラグのうち一方の点火プラグのみを放電させた場合（１点点火を実行した場合）、又は、２つある点火プラグを同時に放電させた場合（２点同時点火を実行した場合）に於ける、点火タイミングと点火タイミングにおける燃焼室内の圧力との関係を詳しく説明する。
【００３９】
図５は、２点同時点火したときの点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力を示す特性図である。即ち、図５に示す特性図は、１つの燃焼室内に２つの点火プラグを備えていて、且つ、それらの点火プラグの両方を同時に放電させる２点同時点火に於ける、点火タイミングと点火タイミングにおける燃焼室内の圧力との関係を示している。尚、２つの点火プラグのうち一方の点火プラグのみを放電させる１点点火の場合も、図５に示す特性図と同様の特性を備える。
【００４０】
図５に於いて、横軸はクランク角度を表しており、ピストン１ｅがＢＤＣ（Bottom  Dead  Center）からＴＤＣ（Top  Dead  Center）へ向って上昇する圧縮行程と、ピストン１ｅがＴＤＣからＢＤＣへ向って下降する膨張行程の２つの行程の期間が示されている。又、図５には、内燃機関１をモータリング運転した時（混合気を燃焼させなかった時）の燃焼室内の圧力が一例として破線のカーブＭで示されている。
【００４１】
図５から、モータリング運転時に於いては、ピストンが最も下にあるＢＤＣのときに燃焼室内の圧力は最小値となり、ピストンが最も上にあるＴＤＣのときに燃焼室内の圧力は最大値となることが判る。
【００４２】
又、図５に於いて、例えば、Ｉｇ１、Ｉｇ２、Ｉｇ３の３箇所の点火タイミングにて点火プラグを放電させた場合、各点火タイミングＩｇ１、Ｉｇ２、Ｉｇ３に於ける燃焼室１ｂ内の圧力は、夫々、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３となることを示す。即ち、１点点火又は２点同時点火の場合には、点火タイミングに於ける燃焼室１ｂ内の圧力は、モータリング運転時とほぼ等価であるとともに、点火タイミングＩｇ３のようにＴＤＣで放電させるときが最も高い圧力下で放電させることになる。言い換えれば、点火タイミングＩｇ３のようにＴＤＣで放電させるときが最も点火要求電圧が高くなる。
【００４３】
次に、２つの点火プラグの点火タイミングをずらして放電させた場合（２点位相点火を実行した場合）に於ける、点火タイミングと点火タイミングにおける燃焼室内の圧力との関係を説明する。
【００４４】
図６は、２点位相点火したときの点火タイミングにおける燃焼室内の圧力を示す特性図である。即ち、図６に示す特性図は、１つの燃焼室内に２つの点火プラグを備えていて、且つ、それらの点火プラグの点火タイミングをずらして放電させる２点位相点火を実行したときの、点火タイミングと点火タイミングにおける燃焼室内の圧力との関係を示す特性図である。但し、気筒１ａ内に吸入される空気量は図５の場合と同一とする。
【００４５】
尚、図６の場合についても、図５の場合と同様に、横軸はクランク角度を表しており、ピストン１ｅがＢＤＣからＴＤＣへ向って上昇する圧縮行程と、ピストン１ｅがＴＤＣからＢＤＣへ向って下降する膨張行程の両行程の期間が示されている。また、図６についても、内燃機関をモータリング運転した時（混合気を燃焼させなかった時）の燃焼室内の圧力が破線カーブＭ（図５に示した破線カーブＭと同じ特性）で示されている。
【００４６】
図６において、例えば、先に放電させる点火プラグの点火タイミングをＩｇ１、後から放電させる点火プラグの点火タイミングをＩｇ２とした場合、夫々の点火タイミングＩｇ１、Ｉｇ２に於けるに燃焼室１ｂ内の圧力は、夫々、Ｐ１、Ｐ４となる。即ち、先に放電させる点火プラグについては、前述の図５において点火タイミングＩｇ１で放電させたときと同じく、モータリング運転時とほぼ等価な圧力Ｐ１での放電となる。ところが、後から放電させる点火プラグでは、図６の実線Ｆで示すように、先に放電させた点火プラグの放電により混合気が着火されて燃焼が始まるため、モータリング運転時の圧力よりも高い燃焼圧が発生した中での放電となる。即ち、図５において点火タイミングＩｇ２で放電させたときの圧力Ｐ２よりも高い圧力Ｐ４で放電させることになる。
【００４７】
このように、２点位相点火を実行した場合には、後から放電する点火プラグの点火タイミングに於ける燃焼室１ｂ内の圧力は、燃焼圧の影響を受けてモータリング運転時よりも高くなり、その結果、点火要求電圧も高くなってしまうことから、場合によっては、正常な放電が出来なくなり失火に至ることがある。
【００４８】
次に、図６で示した、２つの点火プラグの点火タイミングが、Ｉｇ１、Ｉｇ２のときの燃焼室内の圧力Ｐ１、Ｐ４と点火要求電圧との関係を説明する。図７は、点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力と点火要求電圧の関係を示す特性図である。図７に於いて、先に放電させた点火プラグ（点火タイミング＝Ｉｇ１）に於ける燃焼室内の圧力Ｐ１に対する点火要求電圧をＶ１とし、後から放電させた点火プラグ（点火タイミング＝Ｉｇ２）に於ける燃焼室内の圧力Ｐ４に対する点火要求電圧をＶ４とすると、点火タイミングに於ける燃焼室１ｂ内の圧力と点火要求電圧Ｖとの関係は、先に放電させた点火プラグについては図７のプロットＡで示され、後で放電させる点火プラグについては図７のプロットＢで示される。
【００４９】
図７のプロットＡ、プロットＢから、点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力Ｐが高くなれば点火要求電圧Ｖも高くなることは明らかである。そこで、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置に於いては、点火タイミングＩｇ２に於ける燃焼室１ｂ内の圧力Ｐ４のときの点火要求電圧Ｖを下げるために、後で点火する点火プラグのプラグギャップの初期値を先に点火する点火プラグのプラグギャップより狭く設定しておくことで対処している。
【００５０】
後から点火する点火プラグのプラグギャップを短縮しておけば、式（１）で表されるパッシェンの法則から判るように点火要求電圧Ｖは下がり、点火タイミングＩｇ２に於ける燃焼室１ｂ内の圧力Ｐ４のときの点火要求電圧Ｖは、図７のプロットＣで示されるように低減することが実現される。
【００５１】
以上に基づき、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火制御装置では、２点位相点火する場合に於いては、先に放電させる点火プラグとしては、図４の（ａ）に示した第１点火プラグ１３ａ（プラグギャップ初期値ｄ1）を選択し、後から放電させる点火プラグとしては、図４の（ｂ）に示した第２点火プラグ１３ｂ（プラグギャップ初期値ｄ２，但し、ｄ１＞ｄ２）となるようにプラグギャップの初期値を設定している。
【００５２】
次に、この発明の実施の形態１に於ける内燃機関の点火制御装置に於ける制御手順を説明する。図８は、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置に於ける制御手順を示すフローチャートである。
【００５３】
図８に於いて、ステップＳ１では、内燃機関１の運転状態が２点位相点火の実行ゾーンか否かを判定する。ステップＳ１に於ける判定の結果、内燃機関１の運転状態が２点位相点火の実行ゾーンでなかった場合（ＮＯ）には、ステップＳ１からステップＳ６に進み、点火プラグの放電開始順序の制限は行わずに各点火コイル１４ａ、１４ｂの駆動を制御して処理を抜ける。一方、ステップＳ１に於ける判定の結果、内燃機関１の運転状態が２点位相点火の実行ゾーンであった場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１からステップＳ２へ進む。
【００５４】
ステップＳ２では、内燃機関１が所定の高負荷領域で運転中であるか否かを判定する。
ステップＳ２に於いて、内燃機関が所定の高負荷領域で運転中であったと判定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２からステップＳ７に進み、点火プラグの放電開始順序を制限して各点火コイル１４ａ、１４ｂの駆動を制御して処理を抜ける。一方、ステップＳ２に於いて内燃機関１が所定の高負荷領域で運転中でないと判定した場合（ＮＯ）には、ステップＳ２からステップＳ３へ進む。
【００５５】
ステップＳ３では、内燃機関１が所定の低温状態且つ始動中であるか否かを判定する。ステップＳ３に於いて内燃機関が所定の低温状態且つ始動中であると判定した場合（ＹＥＳ）にはステップＳ３からステップＳ７に進み、点火プラグの放電開始順序を制限して各点火コイル１４ａ、１４ｂの駆動を制御して処理を抜ける。一方、ステップＳ３に於いて内燃機関１が所定の低温状態且つ始動中でないと判定した場合（ＮＯ）には、ステップＳ３からステップＳ４へ進む。
【００５６】
ステップＳ４では、内燃機関１の運転状態に基づいて決定した点火タイミングがＴＤＣよりも進角側且つＴＤＣから所定範囲内であるか否かを判定する。ステップＳ４に於いて点火タイミングがＴＤＣよりも進角側且つＴＤＣから所定範囲内であると判定した場合（ＹＥＳ）にはステップＳ４からステップＳ７に進み、点火プラグの放電開始順序を制限して各点火コイル１４ａ、１４ｂの駆動を制御して処理を抜ける。一方、ステップＳ４に於いて点火タイミングがＴＤＣよりも進角側且つＴＤＣから所定範囲内でないと判定した場合（ＮＯ）にはステップＳ４からステップＳ５へ進む。
【００５７】
ステップＳ５では、点火タイミングの位相差（先に点火する点火プラグと後から点火する点火プラグの点火タイミングの間隔）が所定値以上であるか否かを判定する。ステップＳ５に於いて点火タイミングの位相差が所定値以上であると判定した場合（ＹＥＳ）にはステップＳ５からステップＳ７に進み、点火プラグの放電開始順序を制限して各点火コイル１４ａ、１４ｂの駆動を制御して処理を抜ける。一方、ステップＳ５に於いて点火タイミングの位相差が所定値以上でないと判定した場合（ＮＯ）にはステップＳ５からステップＳ６へ進み、点火プラグの放電開始順序を制限せずに各点火コイル１４ａ、１４ｂの駆動を制御して処理を抜ける。
【００５８】
以上の制御動作をまとめると以下のようになる。即ち、内燃機関１の運転状態が２点位相点火の実行ゾーンであるとき（ステップＳ１がＹＥＳ判定のとき）、（１）内燃機関１が所定の高負荷領域で運転中であるとき（ステップＳ２がＹＥＳ判定のとき）、又は、（２）内燃機関１が所定の低温状態かつ始動中であるとき（ステップＳ３がＹＥＳ判定のとき）、又は、（３）点火タイミングがＴＤＣよりも進角側且つＴＤＣから所定範囲内であるとき（ステップＳ４がＹＥＳ判定のとき）、又は、（４）点火タイミングの位相差が所定値以上であるとき（ステップＳ５がＹＥＳ判定のとき）、の（１）〜（４）の何れかが１つでも成立しているときには点火要求電圧が高くなる運転状態であると判断し、第１点火プラグ１３ａよりも第２点火プラグ１３ｂの方が早く放電することが無いように第１点火プラグ１３ａ、及び、第２点火プラグ１３ｂの放電開始順序が制限されて各点火コイル１４ａ、１４ｂが駆動制御される（ステップＳ７の処理）。
【００５９】
一方、ステップＳ１がＮＯ判定のとき、又は、ステップＳ２〜Ｓ５の判定が全てＮＯ判定のときには、２点位相点火を実行する運転状態でない場合か、或いは、点火要求電圧が高くなる運転状態ではないと判断でき、点火プラグの放電開始順序は制限せず、予め、ＥＣＵ２内のメモリに記憶されている点火方式や点火タイミングに基づいて各点火コイル１４ａ、１４ｂが駆動制御される（ステップＳ６の処理）。
【００６０】
次に、点火方式や点火タイミングの設定方法につき補足する。
この発明の実施の形態１による内燃機関の点火制御装置に於ける点火方式としては、１点点火、又は２点同時点火、又は２点位相点火、の何れかの点火方式が運転状態に応じて予め設定されている。又、それと同時に、２つある点火プラグ夫々の点火タイミングも運転状態に応じてあらかじめ設定されている。
【００６１】
１点点火方式が設定されている運転状態に於いては、２つある点火プラグのうち何れか一方の点火プラグの点火タイミングのみが予め設定されている。又、２点点火方式が設定されている運転状態に於いては、２つある点火プラグ夫々の点火タイミングが予め設定されている。
【００６２】
そして、両方の点火プラグの点火タイミングが同じ設定であれば２点同時点火であり、両方の点火プラグの点火タイミングが異なる設定であれば２点位相点火である。そして、２点位相点火が設定されている場合、先に放電させる点火プラグの点火タイミングと後で放電させる点火プラグの点火タイミングの差が位相差として定義され、設定された各点火タイミングから自ずと点火順序も定まる。
【００６３】
前述の点火方式と点火タイミングは、例えば、運転状態毎に、点火方式と点火タイミングを網羅的に変更したときの、燃焼消費量・機関出力・排気ガス濃度・燃焼状態等の計測結果に基づいて、予め決定しておき、運転状態に応じた点火方式と点火タイミングとして、ＥＣＵ２内のメモリに記憶させている。
【００６４】
更に、実際に内燃機関１を運転しているときには、エアフローセンサ７の検出する吸入空気量、クランク角センサ１２により検出する回転速度、等、各種センサによる検出信号から現在の運転状態を検出し、検出した現在の運転状態に基づいて、ＥＣＵ２内のメモリに記憶されている点火方式と点火タイミングが選択されるように構成されている。
【００６５】
このように、ＥＣＵ２に記憶される点火方式と点火タイミングを設定する際の内燃機関１の状態としては、プラグギャップや圧縮比は初期値の状態である。しかし、実際に内燃機関１が運転され始めると経年変化や劣化により、プラグギャップが徐々に広がったり、燃焼室１ｂ内にカーボンが堆積することで圧縮比が徐々に高くなって初期状態よりも点火要求電圧が上昇して失火が発生することが懸念される。
【００６６】
そこで、初期設定された点火方式と点火タイミングのまま内燃機関１の運転を長らく継続するうちに失火が発生することを防止するため、この発明の実施の形態１では、初期状態よりも点火要求電圧が高くなる恐れのある運転状態（前述の（１）〜（４）の何れかが１つでも成立しているとき）に対しては、第１点火プラグ１３ａよりも第２点火プラグ１３ｂの方が早く放電することが無いように第１点火プラグ１３ａ、及び、第２点火プラグ１３ｂの放電開始順序を制限するようにしている。
【００６７】
次に、前述の図８のフローチャートで用いられている各制御パラメータの設定方法につき補足する。図８に於けるステップＳ１では、内燃機関１の運転状態が位相点火の実行ゾーンか否かを判定しているが、前述したとおり、各種センサによる検出信号から現在の運転状態に基づいて、ＥＣＵ２内のメモリに記憶されている点火方式と点火タイミングが選択されるため、現在の運転状態が位相点火の実行ゾーンか否かの判定が可能である。
【００６８】
又、内燃機関１は高負荷になるほど空気充填量が増大するため、高負荷時ほど、空気充填量が増えて点火タイミングにおける燃焼室内の圧力が高くなり、点火要求電圧が高くなって失火しやすくなる。図８のステップＳ２では、内燃機関１が高負荷領域で運転中であるか否かを判定しているが、ここでは、エアフローセンサ７の検出する吸入空気量、クランク角センサ１２により検出する回転速度、等、各種センサによる検出信号から、気筒１ａ内に充填される空気量を負荷量として算出し、該負荷量が所定値以上であった場合に「所定の高負荷領域」であると判定する。
【００６９】
尚、「所定の高負荷領域」であることを判定するための閾値に相当する負荷量については、点火方式と点火タイミングを予め決定した際に対して、経年変化や劣化によって点火要求電圧が更に高くなり、失火を招く可能性のある高負荷領域を実験的または机上試算結果に基づいて決定する。
【００７０】
又、内燃機関１は低温時ほどオイル粘度が高くなり機関を始動させるために必要なトルクが大きくなる傾向があるため、低温になるほど空気充填量が増大することは周知であり、そのため、低温であるほど、点火タイミングに於ける燃焼室１ｂ内の圧力が高くなり、点火要求電圧が高くなって失火しやすくなる。図８のステップＳ３では、内燃機関１が所定の低温状態かつ始動中であるか否かを判定しているが、内燃機関１の温度については、冷却水温度を検出する水温センサ１７によって検出され、内燃機関１が始動中であるか否かについては、スタータスイッチの作動状態等から判定される。
【００７１】
尚、「所定の低温状態」であることを判定するための閾値に相当する冷却水温度についても、点火方式と点火タイミングをあらかじめ決定した際に対して、経年変化や劣化によって点火要求電圧が更に高くなり、失火を招く可能性のある冷却水温度を実験的または机上試算結果に基づいて決定する。
【００７２】
又、図８のステップＳ４では、内燃機関１の運転状態に基づいて決定した点火タイミングがＴＤＣよりも進角側かつＴＤＣから所定範囲内であるか否かを判定しているが、これについては、図５で説明したとおり、点火タイミングがＴＤＣよりも進角側且つＴＤＣに接近しているときほど点火タイミングにおける燃焼室内の圧力が高くなり、点火要求電圧が高くなって失火しやすくなることに基づく。
【００７３】
尚、「ＴＤＣから所定範囲内」であることを判定するための閾値に相当する点火タイミングについても、点火方式と点火タイミングを予め決定した際に対して、ノック発生時の点火リタードにより点火要求電圧が高くなることや、経年変化や劣化によって点火要求電圧が更に高くなることを考慮して実験的または机上試算結果に基づいて決定する。
【００７４】
又、図８のステップＳ５では、点火タイミングの位相差が所定値以上であるか否かを判定しているが、これについても、図６で説明したとおり、位相差が大きいときほど後で点火する点火プラグの点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力が高くなり、点火要求電圧が高くなって失火しやすくなることに基づく。
【００７５】
尚、「点火タイミングの位相差が所定値以上」であることを判定するための閾値に相当する位相差についても、点火方式と点火タイミングを予め決定した際に対して、経年変化や劣化によって点火要求電圧が更に高くなり、失火を招く可能性のある位相差を実験的または机上試算結果に基づいて決定する。
【００７６】
そして、図８のステップＳ６では、ＥＣＵ２内のメモリに記憶させているとおりの点火順序と点火タイミングのままで各点火コイルを駆動制御し、ステップＳ７では、ＥＣＵ２内のメモリに記憶させているとおりの点火順序と点火タイミングではなく、第１点火プラグ１３ａよりも第２点火プラグ１３ｂの方が先に放電を始めることが無いように各点火プラグの放電開始順序を制限して各点火コイル１４ａ、１４ｂを駆動制御する。
【００７７】
この発明による内燃機関の点火制御装置は、以下の特徴を備える。
請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置によれば、内燃機関の燃焼室に配置され、プラグギャップでの放電により燃焼室内の混合気に点火する第１点火プラグと、前記第１点火プラグが配置された燃焼室と同一の燃焼室に配置され、且つ前記第１点火プラグよりも狭いプラグギャップの初期値が設定されている第２点火プラグと、前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの各点火プラグに於ける放電動作及び点火タイミングを制御する点火制御部と、を備えた内燃機関の点火制御装置であって、前記点火制御部は、前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの両方の点火プラグに於ける放電により混合気への着火を実行する場合に、前記第１点火プラグよりも前記第２点火プラグの方が先に放電を始めることが無いように前記第１点火プラグ及び前記第２点火プラグの放電開始順序を制限するように構成されているので、点火系の電源能力や点火コイルの大型化やコストアップを伴うこと無く、先行技術では禁止していた運転状態においても多点点火を実行できるようになることで、従来技術よりも広い運転範囲において着火性能や燃焼状態の改善を実現することが可能となる。又、位相点火する際に、後で放電させる点火プラグにおける点火要求電圧が高くなり過ぎることを抑制して点火プラグの寿命低下や破損を回避することができる。
【００７８】
請求項２に記載の内燃機関の点火制御装置によれば、内燃機関が所定の高負荷領域で運転中である場合に前記した放電開始順序の制限を行うようにしたので、従来では失火の発生を回避するために多点点火を禁止せざるを得なかった「内燃機関の高負荷運転時」であっても多点点火を実行できるようになるため、特に、高負荷運転時の着火性能や燃焼状態の改善を実現できる。
【００７９】
請求項３に記載の内燃機関の点火制御装置によれば、内燃機関が所定の低温状態且つ始動中である場合に前記した放電開始順序の制限を行うようにしたので、従来では失火の発生を回避するために多点点火を禁止せざるを得なかった内燃機関の「低温始動時」であっても多点点火を実行できるようになるため、特に、低温度始動時の着火性能や燃焼状態の改善を実現できる。
【００８０】
請求項４に記載の内燃機関の点火制御装置によれば、内燃機関の運転状態に基づいて決定した点火タイミングがＴＤＣよりも進角側且つＴＤＣから所定範囲内である場合に前記した放電開始順序の制限を行うようにしたので、位相点火の実行時に於いて、従来では失火の発生を回避するために多点点火を禁止せざるを得なかった「点火タイミングがＴＤＣよりも進角側かつＴＤＣから所定範囲内に制御されている時」であっても多点点火を実行できるようになるため、特に、点火タイミングがＴＤＣよりも進角側かつＴＤＣから所定範囲内に制御されている時の着火性能や燃焼状態の改善を実現できる。
【００８１】
請求項５に記載の内燃機関の点火制御装置によれば、第１点火プラグと第２点火プラグの点火タイミングの間隔が所定値以上である場合に前記した放電開始順序の制限を行うようにしたので、位相点火の実行時において、「第１点火プラグと第２点火プラグの点火タイミングの間隔が所定値以上に制御されている時」であっても多点点火を実行できるようになるため、特に、後で放電させる点火プラグにおける点火要求電圧が高くなり過ぎて失火することを防止して着火性能や燃焼状態の改善を実現できる。
【００８２】
請求項６に記載の内燃機関の点火制御装置によれば、少なくとも燃焼室の中央部付近に第１点火プラグを配置するようにしたので、複数ある点火プラグのうち、少なくとも一方の点火プラグを燃焼室の中央部付近に配置した場合に於いて、燃焼室の中央部付近に配置される方の点火プラグを本発明で定義される第１点火プラグとし、その結果、第１点火プラグ及び第２点火プラグの放電開始順序を制限する多点点火制御を実行する際、特許文献２（段落［００６４］）にも記載されているように、元々、着火性の良い燃焼室中央部付近に配置される方の点火プラグ（即ち、第１点火プラグに指定した点火プラグ）による放電が、もう一方の点火プラグ（第２点火プラグに指定した点火プラグ）による放電よりも後に開始されなくなる。その結果、燃焼室の中央部付近に配置される第１点火プラグに於ける点火要求電圧が高くなり過ぎることが回避され、着火性の良い燃焼室の中央部付近に配置された第１点火プラグによる放電をより確実なものとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上の通り、この発明に係る内燃機関の点火制御装置は、１つの燃焼室に対して複数の点火プラグを備える内燃機関の点火制御装置に有用であり、特に、点火タイミングに於ける燃焼室内の圧力が高くなる条件で機関を運転している場合の失火を抑制でき、従来技術よりも広い運転範囲で多点点火を実行することに好適である。
【符号の説明】
【００８４】
１    内燃機関                          １ａ    気筒
１ｂ    燃焼室                          １ｃ    吸気弁
１ｄ    排気弁                          １ｅ    ピストン
１ｆ    コネテクティングロッド          １ｇ    クランク軸
１ｈ    吸気側カム軸                    ２    エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
３    アクセルペダル                    ４    アクセルポジションセンサ
５    吸気通路                          ６    エアクリーナ
７    エアフローセンサ                  ８    電子制御スロットル
８ａ    スロットル開度センサ            ８ｂ    バタフライバルブ
８ｃ    モータ                          ９    サージタンク
１０    カム角センサ                    １１    燃料噴射弁
１２    クランク角センサ                １３ａ    第１点火プラグ
１３ｂ    第２点火プラグ                １４ａ    第１点火コイル
１４ｂ    第２点火コイル                １５    エキゾーストマニホールド
１６    触媒                            １７    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】
2011106376.tif 000008
【図７】
2011106376.tif 000009
【図８】
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