(57)【要約】【課題】燃焼室内で混合ガスの燃焼を促進できる内燃機関の点火装置を提供する。【解決手段】点火プラグ５を備えた内燃機関の点火装置であって、前記点火プラグの放電部ＧＰに流体ＡＲを供給する流体供給手段５４，５７と、前記流体供給手段を制御して、前記点火プラグの放電期間中に前記流体を前記放電部へ供給する制御手段６とを備える。制御手段が流体供給手段を制御して点火プラグの放電期間中に流体を放電部へ供給する。これにより、放電部にガス流動を生成させ、火花による火炎を成長させ、また未燃ガスへの熱拡散を促進させる。これにより、内燃機関の燃焼室内での初期燃焼性を向上させて燃費や排気エミッションの改善を図ることができる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグを備えた内燃機関の点火装置であって、
前記点火プラグの放電部に流体を供給する流体供給手段と、前記流体供給手段を制御して、前記点火プラグの放電期間中に前記流体を前記放電部へ供給する制御手段とを備える、ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項２】
前記流体供給手段の流体噴射口が、前記放電部の中心電極と接地電極との間に形成されるギャップに臨むように設定されると共に、前記接地電極と交差しない向きに流体噴射方向が設定してある、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項３】
前記流体供給手段は、前記流体を加熱する加熱手段を更に備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記放電部に形成される火炎の火炎長を最大とする前記流体の流速を設定して、前記流体を供給する、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火装置に関する。より詳細には、内燃機関の燃焼室内での混合ガスの燃料を促進できる点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な内燃機関であるガソリンエンジンなどには、点火プラグを含む点火装置が適用されている。点火プラグは燃焼室内に臨むように配置されており、燃焼室内の混合ガスが圧縮されたときに火花点火される。この点火よる爆発で発生する膨張力に基づいて内燃機関は駆動力を得ている。特許文献１は、内燃機関に採用される点火プラグの構造についての提案をしている。特許文献１で提案する点火プラグはハウジング内を貫通して空気通路が設けられている。この空気通路は点火プラグの先端近傍に補充空気を供給できるように配備されたもので、混合ガスの燃焼後に燃焼室内への空気供給を可能としている。
【０００３】
特許文献１は、シリンダ内でピストンが下降したときに発生させる真空状態を破る技術を提案するものである。すなわち、混合ガスの燃料により発生した駆動力でピストンが下降しているときの最下位置付近で、シリンダ内に真空状態が発生してピストンを引くような力が作用する場合がある。ピストンにこのような力が作用すると、クランクシャフトに反対方向への回転力を与えてしまう。このときに点火プラグに設けた空気通路を介して燃焼室内に空気を流し込むことで、ピストンがクランクシャフトに反対方向の回転力を与えることを回避して、内燃機関を安定に駆動できる。そこで、特許文献１はシリンダ内で上下動するピストンに真空状態が作用するような状態となったときに、点火プラグに設けた空気通路から空気を供給することで真空を破壊してピストンを円滑に駆動させる技術を提案する。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２０６３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
点火プラグは内燃機関を駆動させるために重要な部品である。点火プラグが不適正な点火動作をすると内燃機関の駆動が不安定となるので、点火プラグの点火には十分な配慮が必要である。また、内燃機関の回転数に応じてシリンダ内での混合ガスの流速や方向が変化すると、これに起因して初期火炎長や火炎伝播の形状が変化することが知られている。これによって排気エミッションや燃費の悪化を招来するので、燃焼の初期から火炎伝播を良好に維持することが望まれる。
【０００６】
しかしながら、前述の特許文献１はピストンの上下動作行程中で真空状態が発生しないように、燃焼室に空気を導入する技術を提案するものである。点火プラグで点火したときの混合ガスの着火や初期燃焼の促進などについては考慮していないので改善が望まれる。
【０００７】
よって、本発明の目的は、燃焼室内での混合ガスの初期燃焼を促進できる内燃機関の点火装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、点火プラグを備えた内燃機関の点火装置であって、前記点火プラグの放電部に流体を供給する流体供給手段と、前記流体供給手段を制御して、前記点火プラグの放電期間中に前記流体を前記放電部へ供給する制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の点火装置によって達成できる。
【０００９】
本発明によると、制御手段が流体供給手段を制御して点火プラグの放電期間中に流体を放電部へ供給する。これにより、放電部にガス流動を生成させ、火花による火炎を成長させ、また未燃ガスへの熱拡散を促進させる。これにより、内燃機関の燃焼室内での初期燃焼性を向上させて燃費や排気エミッションの改善を図ることができる。
【００１０】
また、前記流体供給手段の流体噴射口が、前記放電部の中心電極と接地電極との間に形成されるギャップに臨むように設定されると共に、前記接地電極と交差しない向きに流体噴射方向が設定してある構造とするのが望ましい。このようにすると、ギャップに形成した火炎が成長したときに接地電極に接触して冷却されてしまうのを予防できる。
【００１１】
また、前記流体供給手段は、前記流体を加熱する加熱手段を更に備えている構造としてもよい。このようにすると流体の温度は低いときに必要に応じて昇温させることができる。
【００１２】
そして、前記制御手段は、前記放電部に形成される火炎の火炎長を最大とする前記流体の流速を設定して、前記流体を供給するように構成されているのが望ましい。このようにすれば、放電部に最適な流速の流体を供給して火炎を大きく形成できるので、内燃機関の燃焼室内での燃焼促進を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃焼室内での混合ガスの初期燃焼を促進できる内燃機関の点火装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る内燃機関の点火装置について説明する。
【００１５】
図１は、実施例に係る点火装置が適用されている内燃機関１の構成を示した図である。内燃機関１は、従来の内燃機関と同様に、シリンダ２内にピストン３が上下動自在に配置されている。ピストン３の上方には燃焼室４が形成されている。この燃焼室４に臨むように点火プラグ５が配備されている。さらに、燃焼室４に吸気を供給するための吸気ポート１０及び燃焼室４で発生した排気ガスを排出するための排気ポート２０がそれぞれ接続されている。そして、吸気ポート１０の燃焼室４側の開口部には吸気弁１１、また排気ポート２０には排気弁２１がそれぞれ配備されている。吸気ポート１０の所定位置には、この吸気ポート１０内に燃料を噴射するインジェクタ１２が差し込まれている。よって、このインジェクタ１２より下流側では吸気（空気）に燃料が混合された混合ガスとなり燃焼室４に導入される。
【００１６】
さらに、必要に応じて、インジェクタ１２の上流側にタンブル流制御弁１３を配備してもよい。このようにタンブル流制御弁１３を配備すると、燃焼室４内にタンブル流ＴＳを形成させて、燃焼の促進や出力の向上を図ることができる。
【００１７】
上記吸気ポート１０の上流側には図示しない吸気通路が接続されている。吸気通路の途中にはエアクリーナ、エアフロメータ、スロットルバルブなどが適宜に配置されているが、ここではこれらの図示も省略している。
【００１８】
前述した燃焼室４の上部には点火プラグ５が配備してある。この点火プラグ５は、先端側の放電部が燃焼室４内に臨むようにして配置されている。点火プラグ５は所定以上の電圧が印加したときに火花（スパーク）を飛ばして、燃焼室４内の混合ガスを燃焼させる。以上で説明した各部は電子制御装置（Electronic  Control  Unit、以下、ＥＣＵ６と称する）によって全体的に制御されている。
【００１９】
ＥＣＵ６は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力回路などを有して構成されている。このＥＣＵ６には、例えば内燃機関の回転数を検出するクランク角センサ、シリンダ温度を検出する水温センサ、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルセンサなど各種のセンサから出力が供給されている。ＥＣＵ６は、これらセンサの出力に基づいて、前述した吸気弁１１、排気弁２１やタンブル流制御弁１３の動作やインジェクタ１２の燃料噴射タイミング、さらには点火プラグ５の点火タイミングなどを制御して、内燃機関１を円滑に駆動させる。そのためにＲＯＭにはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムが格納されている。
【００２０】
以上で説明した構成は、従来において一般的な内燃機関と同様であるが、この内燃機関１に適用されている点火装置は新規な構成を含んでいる。以下で、点火装置に係る構成をより詳細に説明する。
【００２１】
図２は、図１で示している内燃機関１に適用されている点火装置に係る部分を取出して示している図である。この図２では、点火装置の中心を成す点火プラグ５の構成を確認できるように拡大して示してある。点火プラグ５は、従来の点火プラグの場合と同様に先端部に火花を発生させるための２つの電極部を有している。すなわち、点火プラグ５は中心電極５１と接地電極５３とを備えている。これら中心電極５１と接地電極５３との間は所定距離に設定されており、スパークギャップ（火花用の隙間）ＧＰになっている。中心電極５１と接地電極５３とに所定以上の電圧印加されたときに、ギャップＧＰに火花が飛ぶことになる。よって、中心電極５１及び接地電極５３とこれらの間のギャップＧＰにより、点火プラグ５の放電部が形成される。
【００２２】
そして、上記点火プラグ５は特徴的な構造を備えている。点火プラグ５はハウジング５３の一部に、外部から放電部へ空気（大気）を供給する空気通路５４が設けてある。空気通路５４の上流側は空気を吸引して昇圧させる高圧エアポンプ５６に接続されている。なお、この高圧ポンプ５６は圧縮空気を貯留する高圧タンクで代替してもよい。
【００２３】
そして、ハウジング５３内の空気通路５４には上流側から電磁弁５７、ヒータ５９が配備されている。空気通路５４の下流側の先端部分５４ＦＲはＬ字型に曲げられている。この先端部分５４ＦＲには流体噴射口となる空気噴出口５５が形成されている。この空気噴出口５５から所定圧の空気ＡＲが噴射される。空気噴出口５５はギャップＧＰを臨むように配置されている。より詳細には、噴射される空気ＡＲがギャップＧＰ部分に吹付けられるように、すなわち、空気ＡＲがギャップＧＰ部分を通過するように空気噴出口５５が設定されている。
【００２４】
上記のようにギャップＧＰ部分に空気ＡＲを吹き込む構造を備えると、火花を飛ばしたときにガス流動を生成させることができる。ギャップＧＰに火花が飛んでいる期間（放電期間）中にガス流動を生成させると、初期火炎の成長と未燃ガスへの熱拡散を促進することができる。これにより、燃焼室４内での着火性を向上させて初期燃焼性を促進することができる。よって、このような点火装置を備える内燃機関は燃費及び排気エミッションの改善を図ることができる。
【００２５】
ここで、空気噴出口５５から噴射する空気の噴射方向ＳＤと接地電極５３との好ましい位置関係について図３を参照して説明する。図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視構成図であり、接地電極５３の好ましい配置例を示している。図３（Ａ）で示す様に、空気ＡＲの噴射方向ＳＤに対して逃げ角ＡＮを設定して、空気ＡＲによって外側に伸びる火炎ＰＲが接地電極５３と接触しないように設定するのが望ましい。火炎ＰＲが接地電極５３と接触すると、火炎ＰＲが冷却されてしまい周辺の混合ガスを加熱する熱量が減衰されてしまう。図３（Ａ）で示すように逃げ角ＡＮを設定して、接地電極５３を配置することで火炎の冷却を防止できる。これにより、両電極５１，５２に電圧を印加して発生させたギャップＧＰに発生させた火花に基づく初期火炎の成長促進（火炎伸長）と未燃混合気（エンドガス）への熱拡散を促進して、火炎伝播を良好とすることができる。これにより内燃機関１の燃焼室４内での燃焼性能を向上させることができる。よって、前述のように燃費や排気エミッションの改善を図ることができる。
【００２６】
なお、接地電極５３の逃げ角ＡＮは、火炎ＰＲが広がる領域を予想して、これを回避するように設定すればよいが、図３（Ｂ）で示すように空気ＡＲの噴射方向ＳＤに対して９０°或いは９０°以上（＋α°）としておけば、より確実に火炎ＰＲが接地電極５３と接触しない構造とすることができる。
【００２７】
再度、図２を参照する。前述したように空気通路５４には高圧エアポンプ５６、またハウジング５３内では電磁弁５７、ヒータ５９が配備されている。これらの構成部は点火装置の制御手段としても機能するＥＣＵ６により駆動が制御されている。ＥＣＵ６は点火プラグ５の放電期間中に、火炎ＰＲが好ましい形態に成長（伸長）するように、高圧エアポンプ５６による空気圧、また、電磁弁５７による空気通路５４の開度を制御する。ＥＣＵ６は、ギャップＧＰの火花が空気噴出口５５から噴射された空気ＡＲによりその外側へ流出る（伸長する）火炎となるように空気圧や電磁弁の開度を制御する。
【００２８】
なお、外気温度が低い場合に、吸気通路５４を介して導入される空気も低温となる。低温の空気を放電部に吹付けると、初期火炎の成長促進を阻害してしまうことになる。そこで、本実施例では必要に応じて空気ＡＲを加熱できるように、吸気通路５４の途中に加熱手段となるヒータ５９が配備してある。よって、ＥＣＵ６は、水温センサなどの出力を確認し、必要に応じてヒータ５９へ通電して空気ＡＲを昇温させることができる。
【００２９】
図４は、放電部に形成される火炎長Ｌ（ｍｍ）と空気の流速Ｖ（ｍ／ｓ）との関係について示している図である。この図４で示しているようにギャップＧＰへ供給する空気の流速Ｖが高まるのに応じて火炎長Ｌも成長（伸長）する。しかし、最大値（ＭＡＸ値）を超えた以降において、更に流速Ｖを上げ続けると火炎が空気で吹き消される状態となって失火に至る。ＥＣＵ６は、図４で例示するようなデータをＲＯＭに格納しており、最大の火炎長Ｌが得られるような流速Ｖを発生させるべく高圧エアポンプ５６の駆動及び電磁弁５７の開閉の制御を実行する。
【００３０】
以上の説明から明らかなように、実施例に係る点火装置が適用されている内燃機関１は点火プラグ５の放電部に空気（流体）を供給するための流体供給手段を備えおり、ＥＣＵ６が放電部に形成される火炎が成長するように空気の流速Ｖを設定する。これにより、放電部に発生させた初期火炎の成長促進と未燃混合気への熱拡散を促進して火炎伝播を良好とすることができる。その結果、内燃機関１の初期燃焼性能を向上させることができるので、燃費や排気エミッションの改善を図ることができる。
【００３１】
図５（Ａ）は、実施例の内燃機関１の燃焼室４内での初期燃焼の様子を模式的に示した図である。この図５（Ａ）は、図１でＢ−Ｂ矢視方向へ見た構成で示している。なお、図５（Ｂ）は比較例であり、従来の内燃機関での初期燃焼の様子を模式的に示した図である。
【００３２】
図５（Ａ）で示すように、実施例の内燃機関１では初期燃焼時に火炎ＰＲが吸気側に伸長するので、燃焼室４内で混合ガスを確実に着火させて均質な燃焼を得ることができる。特に、タンブル流制御弁１３を配備した場合には、図５（Ｂ）で模式的に示すように、未燃のエンドガスＥＧが吸気弁１１の下側に滞留し易く、燃焼室内が高温になるとノッキングＫＮが発生してしまう場合がある。これに対して、実施例の場合には図５（Ａ）で示すように空気の噴射向きをタンブル流の流れに逆らうように設定するとエンドガスＥＧの滞留も合わせて抑制して良好な火炎伝播を得ることができる。
【００３３】
なお、上記実施例では放電部に供給する流体を最も一般的な空気としたが、これに限る必要はない。電極間に発生した火花を火炎核として火炎を成長させる流体を人工的に作製して供給するようにしてもよい。
【００３４】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例に係る点火装置が適用されている内燃機関の構成を示した図である。
【図２】図１で示している内燃機関に適用されている点火装置に係る部分を取出して示している図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ矢視構成図であり、接地電極の好ましい配置例を説明するために示した図である。
【図４】放電部に形成される火炎長Ｌ（ｍｍ）と空気流速Ｖ（ｍ／ｓ）との関係について示している図である。
【図５】（Ａ）は実施例の内燃機関の初期燃焼の様子を模式的に示した図であり、（Ｂ）は比較例の様子を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１                        内燃機関
２                        シリンダ
４                        燃焼室
５                        点火プラグ
６                        ＥＣＵ（制御手段）
１０                      吸気ポート
１１                      吸気弁
１２                      インジェクタ
１３                      タンブル流制御弁
２１                      排気弁
５４                      空気通路
５５                      空気噴射口（流体噴射口）
５６                      高圧エアポンプ
５７                      電磁弁
５９                      ヒータ（加熱手段）
ＧＰ                      ギャップ
ＡＲ                      空気（流体）
ＳＤ                      空気の噴射方向（流体噴射方向）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008157028.tif 000006
【図５】
2008157028.tif 000007