(57)【要約】【課題】多点点火と多重点火を切替えることで、点火プラグの電極が消耗することを抑制しつつ、気筒内における混合気の着火をより確実に行うことが可能な、内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関は、気筒ごとに複数の点火プラグを備えている。制御装置は、各気筒において、サイクルごとに中央点火プラグとサイド点火プラグ（火花放電部）を用いて点火を行う多点点火制御と、中央点火プラグを用いてサイクルごとに複数回、絶縁破壊電圧に昇圧させて点火を行う多重点火制御とを切替可能な点火制御切替手段と、気筒内の混合気が着火しにくい状態であるか否かを判定する着火性判定手段とを有している。点火制御切替手段は、機関回転速度が判定回転速度以上である場合など、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、多点点火制御から多重点火制御に切替える。【選択図】図３
2008303841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒ごとに複数の点火プラグを備える内燃機関の制御装置であって、
サイクルごとに複数の点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御と、１つの点火プラグを用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御と、を切替可能な点火制御切替手段と、
気筒内の混合気が着火しにくい状態であるか否かを判定する着火性判定手段と、
を有し、
点火制御切替手段は、
混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、多点点火制御から多重点火制御に切替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
点火制御切替手段は、
混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合には、多重点火制御から多点点火制御に切替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、
着火性判定手段は、
機関回転速度が予め設定された判定回転速度以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、
着火性判定手段は、
機関負荷が予め設定された判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、
内燃機関は、各気筒において、第１点火プラグから順次、点火されるものであり、
さらに、
第１点火プラグに流れる２次電流又は第１点火プラグに印加される２次電圧を検出する２次放電検出手段と、
検出された２次電流又は２次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定するガス流動判定手段と、
を有し、
着火性判定手段は、
ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定された場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、
ガス流動判定手段は、
絶縁破壊電圧に達した後の２次電圧である放電維持電圧が予め設定された判定電圧以上となった場合に、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置により制御される内燃機関であって、
気筒ごとに、第１及び第２点火プラグを備え、多重点火制御は、第１点火プラグを用いて点火を行うものであり、
第１及び第２点火プラグにそれぞれ２次電圧を印加する第１及び第２点火コイルと、
第１及び第２点火コイルにそれぞれ電気エネルギを供給可能な第１及び第２コンデンサと、
第１コンデンサと第２コンデンサからそれぞれ第１点火コイルと第２点火コイルに電気エネルギを供給可能にする第１接続状態と、第２コンデンサから第１点火コイルに電気エネルギを供給可能にする第２接続状態と、を切替え可能なエネルギ振り分け手段と、
多重点火制御に切替えられた場合、第１コンデンサから第１点火コイルに電気エネルギが供給された後に、エネルギ振り分け手段を第１接続状態から第２接続状態に切替えて、第２コンデンサから第１点火コイルに電気エネルギを供給させる制御手段と、
を有することを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関において、
第１点火プラグは、燃焼室の天井壁中央部に火花放電部が配設されている中央点火プラグであり、
第２点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部に火花放電部が配設されているサイド点火プラグである、
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒ごとに複数の点火プラグを備える内燃機関に関し、特に、内燃機関の運転状態に応じて、各気筒において、サイクルごとに複数の点火プラグ（点火源）を用いて点火を行う多点点火制御と、１つの点火プラグを用いて複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御とを、実行可能な内燃機関の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、気筒内に形成された混合気を急速燃焼させるため、気筒ごとに複数の点火プラグを備え、複数の点火プラグを用いて混合気の複数の部位に着火して燃焼させる、いわゆる多点点火式の内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、気筒内に形成される混合気の着火を確実なものとするため、１つの点火プラグを用いて、各サイクルにおいて複数回、容量放電させて点火を行う、いわゆる多重点火を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６３５５０号公報
【特許文献２】特開平１１−１４８４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、多点点火式の内燃機関においては、気筒内における混合気等のガス流動速度が速い場合など、１つの点火プラグを用いて点火を行っても、着火後の火炎伝播が十分に速くなる場合がある。このような場合、多点点火を行うと、ノッキングが生じる虞がある。また、点火プラグの火花放電部に生じた電気火花が、気筒内のガス流動により流されることで必要な放電維持電圧が高くなってしまい、火花放電部において電気火花を維持することができなくなる虞がある。
【０００６】
一方、多重点火が可能な内燃機関においては、多重点火を行う分だけ点火プラグの点火時間又は点火回数が増大するため、点火プラグの火花放電部を構成する電極が消耗し易くなり、点火プラグの寿命が短くなるという問題が生じる。
【０００７】
したがって、気筒ごとに複数の点火プラグを備えて、多点点火と多重点火が可能な内燃機関においては、内燃機関の運転状態等に応じて、適宜、多点点火と多重点火を使い分ける必要がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多点点火と多重点火を切替えることで、点火プラグの電極が消耗することを抑制しつつ、気筒内における混合気の着火をより確実に行うことが可能な、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、気筒ごとに複数の点火プラグを備える内燃機関の制御装置であって、サイクルごとに複数の点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御と、１つの点火プラグを用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御と、を切替可能な点火制御切替手段と、気筒内の混合気が着火しにくい状態であるか否かを判定する着火性判定手段と、を有し、点火制御切替手段は、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、多点点火制御から多重点火制御に切替えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、点火制御切替手段は、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合には、多重点火制御から多点点火制御に切替えるものとすることができる。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、着火性判定手段は、機関回転速度が予め設定された判定回転速度以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとすることができる。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、着火性判定手段は、機関負荷が予め設定された判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとすることができる。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、内燃機関は、各気筒において、第１点火プラグから順次、点火されるものであり、さらに、第１点火プラグに流れる２次電流又は第１点火プラグに印加される２次電圧を検出する２次放電検出手段と、検出された２次電流又は２次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定するガス流動判定手段と、を有し、着火性判定手段は、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定された場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとすることができる。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、ガス流動判定手段は、絶縁破壊電圧に達した後の２次電圧である放電維持電圧が予め設定された判定電圧以上となった場合に、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定するものとすることができる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関の制御装置により制御される内燃機関であって、気筒ごとに、第１及び第２点火プラグを備え、多重点火制御は、第１点火プラグを用いて点火を行うものであるものとすることができ、第１及び第２点火プラグにそれぞれ２次電圧を印加する第１及び第２点火コイルと、第１及び第２点火コイルにそれぞれ電気エネルギを供給可能な第１及び第２コンデンサと、第１コンデンサと第２コンデンサからそれぞれ第１点火コイルと第２点火コイルに電気エネルギを供給可能にする第１接続状態と、第２コンデンサから第１点火コイルに電気エネルギを供給可能にする第２接続状態と、を切替え可能なエネルギ振り分け手段と、多重点火制御に切替えられた場合、第１コンデンサから第１点火コイルに電気エネルギが供給された後に、エネルギ振り分け手段を第１接続状態から第２接続状態に切替えて、第２コンデンサから第１点火コイルに電気エネルギを供給させる制御手段と、を有するものとすることができる。
【００１６】
本発明に係る内燃機関において、第１点火プラグは、燃焼室の天井壁中央部に火花放電部が配設されている中央点火プラグであるものとすることができ、第２点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部に火花放電部が配設されているサイド点火プラグであるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、気筒内におけるガス流動速度が遅いときや、ガス圧力が低い場合など、気筒内の混合気が着火しにくい状態ではない（着火性が高い）と判定された場合には、多点点火を行うことで、混合気を急速燃焼させて出力の向上を図ると共に、点火プラグの火花放電部の電極が消耗することを抑制することができる。一方、気筒内におけるガス流動速度が速いときや、ガス圧力が高いときなど、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、多重点火を行うことで、混合気の着火を確実なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１９】
まず、本実施例に係る内燃機関の概略構成について図１〜図２を用いて説明する。図１は、内燃機関の気筒周辺の概略構成を示す断面図である。図２は、第１点火プラグ及び第２点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドの天井壁を見た図である。なお、図１及び図２には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。
【００２０】
本実施例に係る内燃機関は、燃料噴射弁が吸気通路内に燃料を噴射するガソリン機関であり、気筒内に形成される混合気に点火プラグにより点火を行う火花点火機関である。本実施例において、内燃機関には、点火プラグに電気エネルギを供給する点火システムが含まれており、点火システムには、内燃機関の運転状態に応じて点火プラグの点火時期や放電時間を制御する制御手段として、電子制御装置（以下、単に「制御装置」と記す）が設けられている。以下、内燃機関が有する複数の気筒のうち一つの気筒について説明する。
【００２１】
図１に示すように、内燃機関１０には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド２０と、ピストン３０と、図示しないコンロッド及びクランク軸が設けられている。シリンダブロック１２には、シリンダボア１４が形成されており、ピストン３０は、シリンダボア１４内を、その軸心（以下、ボア軸心と記し、一点鎖線Ｃで示す）に沿って往復運動する。
【００２２】
ピストン３０の往復運動は、回転運動に変換されて図示しないクランク軸から出力される。内燃機関１０には、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）を検出するクランク角センサ（図示せず）が設けられており、クランク角に係る信号を、制御装置に送出している。
【００２３】
シリンダブロック１２には、ピストン３０に対向してシリンダボア１４を塞ぐようにシリンダヘッド２０が結合されている。シリンダヘッド２０には、燃焼室４０が形成されており、ボア軸心Ｃを挟んで、一方の側には、吸入空気を燃焼室４０に導く吸気ポート２４が形成されており、他方の側には、燃焼室４０からの排気ガスを排出する排気ポート２６が形成されている。
【００２４】
また、シリンダヘッド２０には、吸気ポート２４及び排気ポート２６に対応して、それぞれ吸気弁２５と排気弁２７が設けられている。これら吸気弁２５と排気弁２７は、カムシャフトを介して、クランク軸からの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁２５及び排気弁２７は、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。
【００２５】
吸気弁２５を開くと、吸気ポート２４と燃焼室４０が連通し、図示しない吸気通路からの空気を、吸気ポート２４から気筒内の燃焼室４０に吸入することが可能となる。また、排気弁２７を開くと、排気ポート２６と燃焼室４０が連通し、気筒内の燃焼室４０にある排気ガスを、排気ポート２６から図示しない排気通路に排出することが可能となる。
【００２６】
これら吸気ポート２４と排気ポート２６は、図２に示すように、それぞれ２つ設けられており、ボア軸心Ｃを含み、且つクランク軸の軸方向（以下、単に「クランク軸方向」と記し、図に矢印Ｓで示す）に延びる仮想平面である気筒列平面（図中、一点鎖線Ｅで示す）を挟んで、互いに対向するよう配置されている。すなわち、内燃機関において、複数ある気筒はクランク軸方向に列をなしており、各気筒において、吸気ポート２４と排気ポート２６は、いわゆる「クロスフロー式」の配置となっている。
【００２７】
なお、以下の説明において、ボア軸心Ｃを含む気筒列平面Ｅに対して吸気ポート２４が設けられる側を、「吸気側」と記し、図に符号ＩＮで示す。一方、平面Ｅに対して排気ポート２６が設けられる側を、「排気側」と記し、図に符号ＥＸで示す。
【００２８】
シリンダヘッド２０には、燃焼室４０の形状を規定する壁面である天井壁２２が形成されている。天井壁２２は、その周縁２２ｅにおいてシリンダボア１４の壁面であるシリンダ壁１５に滑らかに連続するよう形成されている。シリンダヘッド２０に形成された燃焼室４０の天井壁２２の中央部２２ａ（以下、天井壁中央部と記す）には、中央点火プラグ５０の火花放電部５１が配設されている。なお、中央点火プラグの詳細については、点火システムと併せて後述する。
【００２９】
一方、シリンダヘッド２０に形成された燃焼室４０の天井壁周縁部２２ｃのうち、吸気ポート２４の外縁２４ｅ、排気ポート２６の外縁２６ｅと天井壁２２の周縁２２ｅに挟まれた部位には、サイド点火プラグの火花放電部５５が配設されている。なお、サイド点火プラグの詳細については、点火システムと併せて後述する。
【００３０】
なお、「天井壁中央部」２２ａとは、図２に示すように、燃焼室４０の天井壁２２のうちボア軸心Ｃが通る部位に加えて、吸気ポート２４の外縁２４ｅと排気ポート２６の外縁２６ｅとの間に挟まれた部位を含んでいる。一方、「天井壁周縁部」２２ｃとは、天井壁２２の周縁２２ｅに加え、天井壁２２の周縁２２ｅと、吸気ポート２４の外縁２４ｅ又は排気ポート２６の外縁２６ｅとの間に挟まれた部位を含んでいる。
【００３１】
以上に説明した、シリンダブロック１２のシリンダ壁１５、シリンダヘッド２０の天井壁２２、及びピストン３０の頂面３２で囲まれた空間が、いわゆる「気筒」となる。本実施例において、気筒には、シリンダブロック１２に形成されたシリンダボア１４に加え、シリンダヘッド２０に形成された燃焼室４０が含まれている。
【００３２】
なお、以下の説明において、ボア軸心Ｃに沿う方向のうち、ピストン３０が天井壁２２に向かう向きを「ヘッド側」記して図に矢印Ｕで示す。また、ボア軸心Ｃに沿う方向のうちヘッド側とは反対の向きを「クランク側」と記して図に矢印Ｄで示す。
【００３３】
また、ボア軸心Ｃに直交し、且つクランク軸方向Ｓに直交する方向、すなわちピストン３０とシリンダ壁１５との間でスラスト力及びスラスト反力が作用する方向を、以下の説明において、「スラスト方向」と記して、図に矢印Ｔで示す。なお、スラスト方向Ｔは、気筒列平面Ｅに直交する方向となっている。
【００３４】
次に、本実施例に係る内燃機関における点火システムの構成について、図１〜図６を用いて説明する。図３は、内燃機関の点火システムの構成を示す模式図である。図４−１は、点火コイルが点火プラグに印加する２次電圧と時間との関係を示す図である。図４−２は、点火プラグに流れる２次電流と時間との関係を示す図である。図５は、中央点火プラグの火花放電部の拡大図であり、通常時における電気火花（アーク）の態様を示す図である。図６は、中央点火プラグの火花放電部の拡大図であり、気筒内における混合気等のガス流動により電気火花（アーク）が流された態様を示す図である。
【００３５】
内燃機関１０の点火システム６０には、気筒内に形成される混合気（燃料噴霧を含む）に点火する装置として、気筒ごとに２つの点火プラグを備えている。詳細には、図２に示すように、天井壁中央部２２ａに設けられている中央点火プラグ５０と、天井壁周縁部２２ａに設けられているサイド点火プラグ（火花放電部５５）を備えている。これら点火プラグは、図３に示すように、それぞれ対応して設けられた第１及び第２点火コイル６１，６２により２次電圧が印加されて、それぞれの火花放電部に点火火花（電気火花）を生じさせる。
【００３６】
中央点火プラグ５０の火花放電部５１は、図５に示すように、天井壁中央部２２ａから燃焼室４０に突き出すよう配設されている。火花放電部５１は、第１点火コイル６１の２次コイル６１ｃ（図３参照）に接続されている中心電極５１ａと、シリンダヘッドに接地（アース）されている接地電極５１ｃとを有している。火花放電部５１は、図４−１に示すように、第１点火コイル６１の２次コイル６１ｃにより印加された２次電圧が、要求された絶縁破壊電圧（容量放電電圧）Ｖｂに達すると、中心電極５１ａと接地電極５１ｃとの間にある空隙、いわゆる点火ギャップに、電気火花を生じさせることとなる。
【００３７】
一方、サイド点火プラグは、中央点火プラグ５０と形状及び機能等、同様に構成されており、シリンダヘッド２０の天井壁周縁部２２ｃから燃焼室４０に突き出すように火花放電部５５が配設されている（図２を参照）。火花放電部５５は、図４−１に示すように、第２点火コイルにより印加された２次電圧が、要求された絶縁破壊電圧（容量放電電圧）Ｖｂに達すると、図示しない中心電極と接地電極との間に点火火花を生じさせることとなる。
【００３８】
また、点火システム６０には、図３に示すように、各点火プラグの火花放電部５１，５５に２次電圧（放電電圧）を供給するために、中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグにそれぞれ対応して、第１点火コイル６１と第２点火コイル６２が設けられている。
【００３９】
第１点火コイル６１は、１次コイル６１ａと、２次コイル６１ｃ、及び鉄芯６１ｂを有している。１次コイル６１ａの一端は、後述するエネルギ振り分け装置７６に接続されており、他端は、第１トランジスタ６５のコレクタに接続されている。一方、２次コイル６１ｃの一端は、中央点火プラグ５０の火花放電部５１の中心電極５１ａに接続されており、他端は、後述する制御装置８０に接続されている。第１点火コイル６１の２次コイル６１ｃに発生する２次電圧と、２次コイル６１ｃから中央点火プラグ５０の火花放電部５１に流れる２次電流は、後述する制御装置８０により検出可能となっている。
【００４０】
第２点火コイル６２は、第１点火コイル６１と同様に、１次コイル６２ａと、２次コイル６２ｃ、鉄芯６２ｂとを有しており、１次コイル６２ａの一端は、エネルギ振り分け装置７６に接続されており、他端は、第２トランジスタ６６のコレクタに接続されている。一方、２次コイル６２ｃの一端は、サイド点火プラグの火花放電部５５の中心電極（図示せず）に接続されており、他端は、制御装置８０に接続されている。第２点火コイル６２の２次コイル６２ｃに発生する２次電圧と、２次コイル６２ｃからサイド点火プラグの火花放電部５５に流れる２次電流は、後述する制御装置８０により検出可能となっている。
【００４１】
また、点火システム６０には、第１及び第２点火コイル６１，６２に１次電流を流すため、第１及び第２点火コイル６１，６２にそれぞれ対応して、１次電流の電気エネルギを蓄える第１及び第２コンデンサ６７，６８と、第１及び第２コンデンサ６７，６８をそれぞれ充電する第１及び第２エネルギ発生装置７１，７２と、第１及び第２点火コイル６１，６２の１次電流をそれぞれ断続する第１及び第２トランジスタ６５，６６が設けられている。
【００４２】
第１コンデンサ６７は、一端が、後述するエネルギ振り分け装置７６と、第１エネルギ発生装置７１に接続されており、他端が接地（アース）されている。第２コンデンサ６８は、第１コンデンサ６７と同様に、一端が、エネルギ振り分け装置７６と、第２エネルギ発生装置７２に接続されており、他端が接地されている。
【００４３】
第１エネルギ発生装置７１は、電源を含んでおり、制御装置８０により制御されて、対応する第１コンデンサ６７に、電気エネルギを供給して所定の電荷を蓄える（充電）することが可能に構成されている。第２エネルギ発生装置７２は、第１エネルギ発生装置７１と同様に、対応する第２コンデンサ６８に充電することが可能に構成されている。第１及び第２エネルギ発生装置によりそれぞれ第１及び第２コンデンサ６７，６８に蓄えられる電力量は、放電維持時間に応じて制御装置８０により制御される。
【００４４】
第１トランジスタ６５は、第１点火コイル６１の１次電流を断続する、いわゆる「パワートランジスタ」であり、コレクタが第１点火コイル６１の１次コイル６１ａに接続されており、エミッタが接地されている。第１トランジスタ６５のベースは、制御装置８０に接続される。第１トランジスタ６５は、制御装置８０により制御されてベースからエミッタに信号電流が流れると、コレクタとエミッタの間がショート（ＯＮ）状態となり、第１点火コイル６１の１次コイル６１ａに１次電流を流すことが可能となっている。
【００４５】
第２トランジスタ６６は、第１トランジスタ６５と同様に、コレクタが第２点火コイル６２の１次コイル６２ａに接続されており、エミッタが接地されており、ベースが制御装置８０に接続されている。第２トランジスタ６６は、制御装置８０により制御されて信号電流が流れると、第２点火コイル６２の１次コイル６２ａに１次電流を流すことが可能となっている。
【００４６】
また、点火システム６０には、第１及び第２コンデンサ６７，６８の電気エネルギ（電流）を、第１及び第２点火コイル６１，６２に振り分けて流すエネルギ振り分け装置７６が設けられている。エネルギ振り分け装置７６は、切替えスイッチ等で構成されており、電流を断続する機能を有している。
【００４７】
エネルギ振り分け装置７６は、第１点火コイル６１の１次コイル６１ａと第１コンデンサ６７とを接続状態にして通電可能にすると共に、第２点火コイル６２の１次コイル６２ａと第２コンデンサ６８とを接続状態にして通電可能にすることが可能に構成されている。すなわち、エネルギ振り分け装置７６は、第１コンデンサ６７に蓄えられた電気エネルギ（電荷）を、第１点火コイル６１の１次コイル６１ａに１次電流として流すと共に、第２コンデンサ６８に蓄えられた電気エネルギを、第２点火コイル６２の１次コイル６２ａに１次電流として流すことが可能となっている。
【００４８】
このように、エネルギ振り分け装置７６において、第１点火コイル６１と第１コンデンサ６７を電気的に接続すると共に、第２点火コイル６２と第２コンデンサ６８を電気的に接続することで、第１点火コイル６１が第１コンデンサ６７から電気エネルギの供給を受けることが可能となると共に、第２点火コイル６２が第２コンデンサ６８から電気エネルギの供給を受けることが可能となる。この接続状態を、以下の説明において、エネルギ振り分け装置７６の「第１接続状態」と記す。
【００４９】
また、エネルギ振り分け装置７６は、第１点火コイル６１の１次コイル６１ａと第２コンデンサ６８とを接続して通電可能な状態にすることも可能に構成されている。すなわち、エネルギ振り分け装置７６は、第２コンデンサ６８に蓄えられた電気エネルギを、第１点火コイル６１の１次コイル６１ａに１次電流として流すことが可能となっている。
【００５０】
このように、エネルギ振り分け装置７６において、第１点火コイル６１と第２コンデンサ６８を電気的に接続することで、第１点火コイル６１が第２コンデンサ６８からも電気エネルギの供給を受けることが可能となる。この接続状態を、以下の説明において、エネルギ振り分け装置７６の「第２接続状態」と記す。
【００５１】
エネルギ振り分け装置７６は、第１コンデンサ６７と第２コンデンサ６８から、それぞれ第１点火コイル６１と第２点火コイル６２に電気エネルギを供給可能にする第１接続状態と、第２コンデンサ６８から第１点火コイル６１に電気エネルギを供給可能にする第２接続状態と、を切替可能となっている。エネルギ振り分け装置７６の第１接続状態と第２接続状態との切替えは、後述する制御装置８０により制御される。
【００５２】
点火システム６０には、内燃機関１０の運転状態に応じて、第１及び第２エネルギ発生装置７１，７２、第１及び第２トランジスタ６５，６６、及びエネルギ振り分け装置７６を制御する制御装置８０を有している。
【００５３】
制御装置８０は、内燃機関１０に設けられた各種センサ又は他の制御装置から、クランク軸の回転速度（以下、機関回転速度と記す）に係る信号と、内燃機関がクランク軸から出力する機械的動力（以下、機関負荷と記す）に係る信号と、中央点火プラグ及びサイド点火プラグの放電時間に係る信号と、中央点火プラグ及びサイド点火プラグの点火時期に係る信号を受けている。
【００５４】
これら信号に基づいて、制御装置８０は、機関回転速度や機関負荷などの内燃機関１０の運転状態を把握することが可能となっている。また、制御装置８０は、上述の各種信号に応じて、第１及び第２エネルギ発生装置７１，７２を制御して、第１及び第２コンデンサ６７，６８に充電される電気エネルギ（電力量）を調整することが可能となっている。また、制御装置８０は、第１及び第２トランジスタ６５，６６の通電と遮断を制御することで、それぞれ第１及び第２点火コイル６１，６２の１次コイル６１ａ，６２ａに１次電流を流す期間、すなわち第１及び第２点火コイル６１，６２の２次コイル６１ｃ，６２ｃに２次電圧が発生するタイミングと時間長さを調整することが可能となっている。
【００５５】
このように制御装置８０は、第１及び第２エネルギ発生装置７１，７２と、第１及び第２トランジスタ６５，６６を制御することで、中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグ（火花放電部５５）の点火時期と放電時間とを制御することが可能となっている。これにより、点火システム６０は、第１及び第２点火コイル６１，６２の２次コイル６１ｃ，６２ｃに、数十ｋＶの２次電圧を生じさせ、それぞれ中央点火プラグ５０とサイド点火プラグに印加して、火花放電部５１，５５に火花放電を生じさせる。
【００５６】
なお、本実施例において、制御装置８０は、最初に中央点火プラグ５０（第１点火プラグ）を点火させ、次に、サイド点火プラグ（火花放電部５５のみ図示）を点火させるよう制御する。なお、制御装置８０は、中央点火プラグ５０とサイド点火プラグを同時に点火させることも可能となっている。
【００５７】
また、制御装置８０は、第１点火コイルの２次コイルと、第２点火コイルの２次コイルに接続されているため、第１点火コイル６１の２次コイル６１ｃが中央点火プラグ５０に印加する２次電圧と、２次コイル６１ｃから中央点火プラグ５０に流れる２次電流を、検出することが可能となっている。加えて、制御装置８０は、第２点火コイル６２の２次コイル６２ｃがサイド点火プラグに印加する２次電圧と、２次コイル６２ｃからサイド点火プラグに流れる２次電流とを検出することもできる。つまり、制御装置８０は、中央点火プラグ５０（第１点火プラグ）に印加される２次電圧、又は中央点火プラグ５０に流れる２次電流を検出する機能（２次放電検出手段）を有している。
【００５８】
また、制御装置８０は、エネルギ振り分け装置７６の接続状態を、第１接続状態から第２接続状態に切替えるよう制御すると共に、第１トランジスタ６５に信号電流を流すことで、第２コンデンサ６８に蓄えられた電気エネルギを、第１点火コイル６１の１次コイル６１ａに１次電流として流し、２次コイル６１ｃに２次電圧を発生させて、中央点火プラグ５０に印加することができる。つまり、制御装置８０は、エネルギ振り分け装置７６の接続状態を切替えて、サイド点火プラグに対応して設けられた第２コンデンサの電気エネルギを、中央点火プラグ５０（第１点火プラグ）の点火エネルギとして用いることが可能となっている。
【００５９】
また、制御装置８０は、検出された２次電圧又は２次電流に基づいて、混合気等の、気筒内のガスの流動速度（以下、単に「ガス流動速度」と記す）が速いか否かを判定することが可能となっており、以下に、図３〜図６を用いて詳細を説明する。なお、中央点火プラグを例にして説明する。
【００６０】
制御装置８０により第１トランジスタ６５が制御されて、第１点火コイル６１の１次コイル６１ａに流れる１次電流が遮断されると、図４−１に時点Ｔ０で示すように、中央点火プラグ５０に２次電圧が印加され始める。中央点火プラグ５０に加えられた２次電圧が、図４−１及び図４−２に時点Ｔ１で示すように、要求される絶縁破壊電圧（容量放電電圧）Ｖｂに達すると、火花放電部５１には、アーク放電が開始されて、中心電極５１ａから接地電極５１ｃとの間には、図５に示すように、略直線状に延びる点火火花（電気火花、アーク）が生じる。これにより、図４−２に示すように、点火プラグ５０の中心電極５１ａと接地電極５１ｃとの間を２次電流が流れる。
【００６１】
このように中心電極５１ａと接地電極５１ｃとの間にひとたび電気火花が形成され、アーク放電が開始されると、電気火花の形状すなわち放電経路に沿って、混合気等、気筒内のガスを構成する分子がイオン化されて、中心電極５１ａと接地電極５１ｃとの間における電気抵抗が小さくなる。これにより、時点Ｔ１以降に、中心電極５１ａと接地電極５１ｃとの間に印加される放電維持電圧Ｖｋ（数百ボルト）は、絶縁破壊電圧（容量放電電圧）Ｖｂ（数十キロボルト）に比べて小さな値となる。なお、この放電維持電圧Ｖｋにより行われるアーク放電を「誘導放電」と記して、「容量放電」と区別する。
【００６２】
このとき、機関回転速度が低い場合など、気筒内におけるガス流動速度が、それほど速くない、すなわち判定流動速度を下回るような状態においては、時点Ｔ１において生じた、略直線状をなす電気火花の形状は、そのまま、図４−１及び図４−２に時点Ｔ３で示すアーク放電終了まで維持されることとなる。以下の説明において、アーク放電の開始から終了まで、火花放電部に、略直線状の電気火花が維持される状態を、「通常時」と記す。
【００６３】
一方、機関回転速度が高い場合など、ガス流動速度が速い、すなわち判定流動速度以上である場合、図６に示すように、電気火花が、混合気等のガスの流動方向（図６に矢印Ｆで示す）に流されて、中心電極５１ａと接地電極５１ｃとの間で、ガスの流動方向Ｆに凸となって湾曲してしまうことがある。
【００６４】
このように、電気火花が流されて、その形状が湾曲したものとなると、直線状に電気火花が形成されている場合に比べて、電気火花の経路が長くなり、中心電極５１ａと接地電極５１ｃとの間における電気抵抗が増大することとなる。このため、気筒内におけるガス流動速度が増大するに従って、放電維持電圧Ｖｋが上昇することとなる。すなわち、放電維持電圧Ｖｋと、ガス流動速度は、略比例関係を有しており、放電維持電圧Ｖｋから、気筒内の火花放電部におけるガス流動速度を推定することが可能となっている。
【００６５】
このため、上述のように電気火花が流された場合においては、図４−１に破線で示すように、時点Ｔ１のアーク放電開始以降、すなわち電気火花の発生以降の放電維持電圧Ｖｋｆは、通常時の放電維持電圧Ｖｋｎに比べて高くなると共に、放電終了のタイミング（時点Ｔ２）は、通常時の放電終了（時点Ｔ３）に比べて早期なものとなる。つまり、気筒内の混合気のガス流動速度は、放電維持電圧Ｖｋに略比例することとなる。電気火花が流された時は、通常時に比べて、放電維持電圧が高くなると共に、電気火花の発生から放電終了までの時間（以下、放電維持時間と記す）が短くなる。
【００６６】
このように、機関回転速度が高い場合など、気筒内における混合気等のガス流動速度が速い場合に、中央点火プラグを用いて、各気筒においてサイクルごとに一度点火を行うだけで、着火後の火炎伝播が十分に速くなる場合がある。このような場合に、サイクルごとに中央点火プラグとサイド点火プラグを用いて「多点点火」を行うと、ノッキング等が生じる虞がある。また、各点火プラグの火花放電部に生じた点火火花が、気筒内のガス流動により流されてしまい、電気火花が流されて要求される放電維持電圧が高くなる。要求される放電維持電圧が高くなると、各点火プラグの火花放電部５１，５５において電気火花を維持できなくなる虞がある。
【００６７】
一方、各気筒において、サイクルごとに複数回、容量放電させて（容量放電電圧に達して）点火を行う多重点火を行う場合、特定の点火プラグの点火回数又は点火時間が増大するため、火花放電部を構成する中心電極と接地電極の消耗速度が速くなり、点火プラグの寿命が短くなってしまうという問題が生じる。
【００６８】
そこで、本実施例に係る内燃機関の制御装置では、気筒内の混合気が着火しにくい状態であるか否かを判定し、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合には、サイクルごとに中央点火プラグとサイド点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御を行い、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、中央点火プラグを用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて（容量放電電圧に昇圧させて）点火を行う多重点火制御を行うことを特徴としている。
【００６９】
本実施例に係る内燃機関の制御装置が実行する点火制御について、図３〜図９を用いて説明する。図７は、内燃機関の運転状態と判定回転速度との関係を説明する図である。図８は、内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される２次電圧のタイミングチャートである。図９は、内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される２次電圧のタイミングチャートである。
【００７０】
まず、制御装置８０は、内燃機関の運転状態に係る制御変数である機関回転速度に基づいて、混合気が着火しにくいものであるか否かを判定する。具体的には、図７に示すように、制御装置８０は、機関回転速度が、予め設定された判定回転速度Ｎｄ以上であるか否かを判定する。すなわち、制御装置８０は、機関回転速度が、低回転速度域Ｎ１にあるか、高回転速度域Ｎ２にあるかを判定する。
【００７１】
なお、判定回転速度Ｎｄは、予め適合実験等により求められており、制御定数として制御装置８０のＲＯＭ（図示せず）に記憶されている。また、判定回転速度Ｎｄは、内燃機関の運転状態に係る他の制御パラメータに応じて、制御変数として設定されるものとしても良い。
【００７２】
機関回転速度が判定回転速度Ｎｄ以上ではないと判定した場合、すなわち機関回転速度が低回転速度域Ｎ１にあると判定した場合、制御装置８０は、気筒内の混合気の流動速度は小さく、各気筒の各サイクルにおいて、点火プラグで多重点火を行わなくとも、混合気が良好に着火する、すなわち混合気が着火しにくい状態ではないと判定して、サイクルごとに中央点火プラグ５０とサイド点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御を選択する。それまで多重点火制御が行われていた場合、制御装置８０は、多重点火制御から多点点火制御に切替える。
【００７３】
多点点火制御を選択した場合、図３に示すように、制御装置８０は、第１エネルギ発生装置７１を制御して、中央点火プラグ５０の放電時間に応じた電気エネルギを第１コンデンサ６７に蓄えると共に、第２エネルギ発生装置７２を制御して、サイド点火プラグの放電時間に応じた電気エネルギを第２コンデンサ６８に蓄える。これと共に、制御装置８０は、エネルギ振り分け装置７６を、第１接続状態に制御して、第１コンデンサ６７と第２コンデンサ６８から、それぞれ第１点火コイル６１と第２点火コイル６２に電気エネルギを供給可能にする。
【００７４】
そして、制御装置８０は、中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグの点火時期に応じて、それぞれ第１トランジスタ６５と第２トランジスタ６６に信号電流を流す。これにより、第１及び第２コンデンサ６７，６８に蓄えられていた電気エネルギは、それぞれ１次電流となって第１及び第２点火コイル６１，６２に流れる。
【００７５】
第１点火コイルは、第１コンデンサ６７の電気エネルギにより、図８に示すように、時点Ｔ０から２次電圧が発生して、これを中央点火プラグ５０に印加する。中央点火プラグ５０は、時点Ｔ１において絶縁破壊電圧（容量放電電圧）に達し、火花放電部５１に電気火花（放電火花）を生じさせる。同様に、第２点火コイル６２は、第２コンデンサ６８の電気エネルギにより、時点Ｔ２から２次電圧が生じて、これをサイド点火プラグに印加する。サイド点火プラグは、時点Ｔ３において絶縁破壊電圧（容量放電電圧）に達し、火花放電部５５に電気火花を生じさせる。
【００７６】
このようにして、内燃機関１０は、各気筒において、サイクルごとに中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグの双方を用いて点火を行う多点点火を行うことで、着火後の混合気の火炎伝播を、多重点火や一点点火を行う場合に比べて早期に完了させて、混合気を急速燃焼させることで出力トルクを向上させることができる。
【００７７】
一方、機関回転速度が判定回転速度Ｎｄ以上であると判定した場合、すなわち機関回転速度が高回転速度域にあると判定した場合、制御装置８０は、気筒内の混合気の流動速度が大きく、各気筒においてサイクルごとに、中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグでそれぞれ１回ずつ点火を行ったのでは、混合気に良好に着火できない、すなわち混合気が着火しにくい状態であると判定して、中央点火プラグ５０を用いて、サイクルごとに複数回、容量放電させて（容量放電電圧に昇圧させて）点火を行う多重点火制御を選択する。制御装置８０は、それまで行われていた多点点火制御から多重点火制御に切替える。
【００７８】
多重点火制御を選択した場合、図３に示すように、制御装置８０は、第１エネルギ発生装置７１を制御して、中央点火プラグ５０の１回目の点火の放電時間に応じた電気エネルギを、第１コンデンサ６７に蓄えると共に、第２エネルギ発生装置７２を制御して、中央点火プラグ５０の２回目の点火の放電時間に応じた電気エネルギを第２コンデンサ６８に蓄える。
【００７９】
その後、制御装置８０は、中央点火プラグ５０の点火時期に応じて、第１トランジスタ６５に信号電流を流す。これにより、第１コンデンサ６７に蓄えられていた電気エネルギは、第１点火コイル６１における１回目の１次電流となって１次コイルに流れる。
【００８０】
第１点火コイル６１は、第１コンデンサ６７の電気エネルギにより、図９に示すように、時点Ｔ０から２次電圧が発生して、これを中央点火プラグ５０に印加する。中央点火プラグ５０は、時点Ｔ１において、１回目の絶縁破壊電圧（容量放電電圧）に達し、アーク放電が開始されて火花放電部５１に電気火花を生じさせる。
【００８１】
そして、制御装置８０は、エネルギ振り分け装置７６を第２接続状態に制御して、第２コンデンサ６８から第１点火コイル６１に１次電流を供給可能にする。そして、制御装置８０は、第１トランジスタ６５に再び信号電流を流す。第２コンデンサ６８に蓄えられていた電気エネルギは、第１点火コイル６１における２回目の１次電流となって１次コイルに流れる。
【００８２】
第１点火コイル６１は、図９に示すように、時点Ｔ２の直後から再び２次電圧が上昇して、時点Ｔ３において、（容量放電電圧に達して）２回目の容量放電が開始し、時点Ｔ３以降においてもアーク放電が継続されて、時点Ｔ５まで火花放電部５１の電気火花が継続される。
【００８３】
このようにして、内燃機関１０は、多重点火を行うことで、中央点火プラグ５０に印加される２次電圧を、２度、容量放電を発生させると共に、中央点火プラグ５０の火花放電部において電気火花が生じる時間長さ（時点Ｔ１〜時点Ｔ５）を、点火プラグを一度点火させる場合（時点Ｔ１〜時点Ｔ４）に比べて長いものにしている。これにより、内燃機関が高回転速度で作動している場合など、気筒内のガス流動速度が速く、火花放電部５１において電気火花が流されてしまい、混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。
【００８４】
以上に説明したように、本実施例に係る内燃機関の制御装置８０おいては、各気筒において、サイクルごとに中央点火プラグ５０とサイド点火プラグの双方を用いて点火を行う多点点火制御と、中央点火プラグ５０を用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御を、切替可能な機能（点火制御切替手段）と、気筒内の混合気が着火しにくい状態であるか否かを判定する機能（着火性判定手段）とを有し、点火制御切替手段は、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、多点点火制御から多重点火制御に切替えるものとした。
【００８５】
気筒内の混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、制御装置８０は、中央点火プラグ５０を用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御を行うことで、中央点火プラグ５０に印加される２次電圧を、２度、容量放電を発生させると共に、中央点火プラグ５０の火花放電部において電気火花が生じる時間長さを、中央点火プラグ５０で一度点火する場合に比べて長いものとすることができる。これにより、気筒内の混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。
【００８６】
また、本実施例に係る内燃機関の制御装置８０において、点火制御切替手段は、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合には、多重点火制御から多点点火制御に切替えるものとしたので、気筒内のガス流動速度が遅い場合など、混合気の着火性が高い場合には、制御装置８０は、中央点火プラグ５０とサイド点火プラグの双方を用いる多点点火を行うことで、気筒内の混合気を急速燃焼させて、内燃機関の出力トルクを向上させることができる。この場合、中央点火プラグ５０を用いて多重点火を行う場合に比べて、中央点火プラグ５０の電極が消耗することを抑制することができる。
【００８７】
また、本実施例に係る内燃機関の制御装置８０においては、着火性判定手段は、機関回転速度が判定回転速度以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとしたので、機関回転速度に応じて気筒内のガス流動速度が速くなり、火花放電部に生じた電気火花が気筒内のガス流動により流されてしまうような場合において、多重点火を行うことができ、気筒内の混合気の着火をより確実なものとすることができる。
【００８８】
また、本実施例に係る内燃機関１０は、上記の制御装置８０により制御されるものであり、気筒ごとに、中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグ（第１及び第２点火プラグ）を備え、多重点火制御は、第１点火プラグを用いて点火を行うものであり、さらに、中央点火プラグ５０（第１点火プラグ）及びサイド点火プラグ（第２点火プラグ）にそれぞれ２次電圧を印加する第１及び第２点火コイル６１，６２と、第１及び第２点火コイル６１，６２にそれぞれ電気エネルギを供給可能な第１及び第２コンデンサ６７，６８と、第１コンデンサ６７と第２コンデンサ６８からそれぞれ第１点火コイル６１と第２点火コイル６２に電気エネルギを供給可能にする第１接続状態と、第２コンデンサ６８から第１点火コイル６１に電気エネルギを供給可能にする第２接続状態と、を切替え可能なエネルギ振り分け装置７６（エネルギ振り分け手段）と、多重点火制御に切替えられた場合、第１コンデンサ６７から第１点火コイル６１に電気エネルギが供給された後に、エネルギ振り分け装置７６を第１接続状態から第２接続状態に切替えて、第２コンデンサ６８から第１点火コイル６１に電気エネルギを供給させる制御装置８０（制御手段）を有するものとした。
【００８９】
これにより、内燃機関１０は、各気筒に備えられた中央点火プラグ及びサイド点火プラグ（第１及び第２点火プラグ）に対応して設けられた第１及び第２点火コイル６１，６２と、点火コイル同数である２つのコンデンサを備えるだけで、第１点火プラグを用いて多重点火を行う際に、２つのコンデンサに蓄えられた電気エネルギを、それぞれ第１点火コイル６１の１回目の１次電流及び２回目の１次電流として供給することが可能となる。気筒ごとに２つの点火プラグを備え、多点点火制御と多重点火制御とを切替可能な内燃機関を、気筒あたり２つのコンデンサを備えるだけで実現することができる。
【００９０】
また、本実施例に係る内燃機関１０において、第１点火プラグは、燃焼室４０の天井壁中央部２２ａに火花放電部５１が配設されている中央点火プラグ５０であり、第２点火プラグは、燃焼室４０の天井壁周縁部２２ｃに火花放電部５５が配設されているサイド点火プラグであるものとした。多重点火制御を行う場合に、天井壁中央部に配設された中央点火プラグを用いて多重点火を行うため、多重点火により着火した後の混合気の火炎伝播を、サイド点火プラグを用いて多重点火を行う場合に比べて早期に完了させて、混合気を急速燃焼させることができる。
【実施例２】
【００９１】
本実施例に係る内燃機関の制御装置が実行する点火制御について、図３〜図６及び図８〜図１０を用いて説明する。図１０は、実施例２に係る内燃機関の運転状態と判定負荷との関係を説明する図である。本実施例に係る点火制御は、機関負荷が判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくいものと判定する点で、実施例１の点火制御と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９２】
まず、制御装置８０Ｂは、内燃機関の運転状態に係る制御変数である機関負荷に基づいて、混合気が着火しにくいものであるか否かを判定する。具体的には、図１０に示すように、制御装置８０Ｂは、機関負荷が、予め設定された判定負荷Ｌｄ以上であるか否かを判定する。すなわち、制御装置８０Ｂは、機関負荷が、低負荷域Ｌ１にあるか、高負荷域Ｌ２にあるかを判定する。
【００９３】
なお、判定負荷Ｌｄは、予め適合実験等により求められており、制御定数として制御装置８０ＢのＲＯＭ（図示せず）に記憶されている。また、判定負荷Ｌｄは、内燃機関の運転状態に係る他の制御パラメータ応じて、制御変数として設定されるものとしても良い。
【００９４】
図１０に領域Ｂ１，Ｂ３で示すように、機関負荷が判定負荷Ｌｄ以上ではないと判定した場合、すなわち機関負荷が低負荷域Ｌ１にあると判定した場合には、制御装置８０Ｂは、気筒内における混合気等のガス圧力は低く、各気筒の各サイクルにおいて、点火プラグで多重点火を行わなくとも、混合気が良好に着火する即ち混合気が着火しにくい状態ではないと判定して、サイクルごとに中央点火プラグ５０とサイド点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御を選択する。それまで多重点火制御が行われていた場合、制御装置８０Ｂは、多重点火制御から多点点火制御に切替える。
【００９５】
多点点火制御を選択した場合、図３に示すように、制御装置８０Ｂは、第１エネルギ発生装置７１を制御して、中央点火プラグ５０の放電時間に応じた電気エネルギを第１コンデンサ６７に蓄えると共に、第２エネルギ発生装置７２を制御して、サイド点火プラグの放電時間に応じた電気エネルギを第２コンデンサ６８に蓄える。これと共に、制御装置８０Ｂは、エネルギ振り分け装置７６を、第１接続状態に制御して、第１コンデンサ６７と第２コンデンサ６８から、それぞれ第１点火コイル６１と第２点火コイル６２に電気エネルギを供給可能にする。そして、制御装置８０Ｂは、中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグの点火時期に応じて、それぞれ第１トランジスタ６５と第２トランジスタ６６に信号電流を流す。これにより、第１及び第２コンデンサ６７，６８に蓄えられていた電気エネルギは、１次電流となって、それぞれ第１及び第２点火コイル６１，６２に流れる。
【００９６】
第１点火コイル６１は、第１コンデンサ６７の電気エネルギにより、図８に示すように、時点Ｔ０から２次電圧が発生して、これを中央点火プラグ５０に印加する。中央点火プラグ５０は、時点Ｔ１において絶縁破壊電圧（容量放電電圧）に達し、火花放電部５１に電気火花（放電火花）を生じさせる。同様に、第２点火コイル６２は、第２コンデンサ６８の電気エネルギにより時点Ｔ２から２次電圧が生じて、これをサイド点火プラグに印加する。サイド点火プラグは、時点Ｔ３において絶縁破壊電圧（容量放電電圧）に達し、火花放電部５５に電気火花を生じさせる。このようにして、内燃機関は、各気筒において、サイクルごとに中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグの双方を用いて点火を行う多点点火制御を行うことで、着火後の混合気の火炎伝播をより早期に完了させて、混合気を急速燃焼させることで出力トルクを向上させることができる。
【００９７】
一方、図１０に領域Ｂ２，Ｂ４で示すように、機関負荷が判定負荷Ｌｄ以上であると判定した場合、すなわち機関負荷が高負荷域Ｌ２にあると判定した場合には、制御装置８０Ｂは、気筒内における混合気等のガス圧力が高く、サイクルごとに中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグでそれぞれ１回ずつ点火を行ったのでは混合気に良好に着火できない、すなわち混合気が着火しにくい状態であると判定して、中央点火プラグ５０を用いて、サイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御を選択する。制御装置８０Ｂは、それまで行われていた多点点火制御から多重点火制御に切替える。
【００９８】
多重点火制御を選択した場合、図３に示すように、制御装置８０Ｂは、第１エネルギ発生装置７１を制御して、中央点火プラグ５０の１回目の点火の放電時間に応じた電気エネルギを、第１コンデンサ６７に蓄えると共に、第２エネルギ発生装置７２を制御して、中央点火プラグ５０の２回目の点火の放電時間に応じた電気エネルギを第２コンデンサ６８に蓄える。その後、制御装置８０Ｂは、中央点火プラグ５０の点火時期に応じて、第１トランジスタ６５に信号電流を流す。これにより、第１コンデンサ６７に蓄えられていた電気エネルギは、第１点火コイル６１における１回目の１次電流となって１次コイルに流れる。
【００９９】
第１点火コイル６１は、第１コンデンサ６７の電気エネルギにより、図９に示すように、時点Ｔ０から２次電圧が発生して、これを中央点火プラグ５０に印加する。中央点火プラグ５０は、時点Ｔ１において絶縁破壊電圧（容量放電電圧）に達し、アーク放電が開始されての火花放電部５１に電気火花を生じさせる。
【０１００】
そして、制御装置８０Ｂは、エネルギ振り分け装置７６を、第２接続状態に制御して、第２コンデンサ６８から第１点火コイル６１に電気エネルギを供給可能にする。そして、制御装置８０Ｂは、第１トランジスタ６５に再び信号電流を流す。第２コンデンサ６８に蓄えられていた電気エネルギは、第１点火コイル６１における２回目の１次電流となって１次コイルに流れる。
【０１０１】
第１点火コイル６１は、図９に示すように、時点Ｔ２の直後から再び２次電圧が上昇して、時点Ｔ３において２回目の容量放電が開始される。時点Ｔ３以降、アーク放電が継続されて、時点Ｔ５まで火花放電部５１の電気火花が継続される。
【０１０２】
このようにして、内燃機関は、多重点火を行うことで、中央点火プラグ５０に印加される２次電圧を、２度、容量放電電圧まで昇圧する共に、中央点火プラグ５０の火花放電部において電気火花が生じる時間長さ（時点Ｔ１〜時点Ｔ５）を、中央点火プラグ５０を一度点火させる場合（時点Ｔ１〜時点Ｔ４）に比べて長いものにしている。これにより、内燃機関が高負荷域で作動している場合など、気筒内のガス圧力が高く、混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。
【０１０３】
以上に説明したように、本実施例に係る内燃機関の制御装置８０Ｂにおいては、着火性判定手段は、機関負荷が判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとしたので、機関負荷に応じて気筒内のガス圧力が高くなり、混合気が着火しにくい状態にあっても、多重点火を行うことで、気筒内の混合気の着火をより確実なものとすることができる。
【０１０４】
なお、本実施例に係る内燃機関の制御装置８０Ｂにおいて、着火性判定手段は、機関負荷が判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとしたが、混合気の着火性の判定は、これ限定されるものではない。例えば、着火性判定手段は、図１０に領域Ｂ４で示すように、機関回転速度が判定回転速度Ｎｄ以上であり、且つ機関負荷が判定負荷Ｌｄ以上となった場合に、混合気が着火しにくいものと判定して、点火制御切替手段が、多点点火制御から多重点火制御に切替えても良い。
【０１０５】
また、着火性判定手段は、図１０に領域Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４で示すように、機関回転速度が判定回転速度Ｎｄ以上となっている場合と、機関負荷が判定負荷Ｌｄ以上となっている場合との、いずれかの条件を満たしている場合に、混合気が着火しにくいものと判定して、多点点火制御から多重点火制御に切替えることも好適である。
【０１０６】
なお、上述した実施例１，２において、多点点火を行う場合には、中央点火プラグ５０の点火を行い、その後、サイド点火プラグの点火を行うものとしたが、中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグの点火順序は、これに限定されるものではない。例えば、多点点火を行う場合には、中央点火プラグ５０とサイド点火プラグを同時に点火することも好適である。これにより、多点点火を行ったときに、気筒内の混合気をより急速に燃焼させることができる。
【実施例３】
【０１０７】
本実施例に係る内燃機関の制御装置が実行する点火制御について、図３〜図６及び図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される２次電圧のタイミングチャートである。図１２は、内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される２次電圧のタイミングチャートである。
【０１０８】
本実施例において、内燃機関は、各気筒において、中央点火プラグ（第１点火プラグ）から順次点火されるものであり、制御装置は、中央点火プラグに流れる２次電流又は中央点火プラグに印加される２次電圧を検出する２次放電検出手段と、検出された２次電流又は２次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定するガス流動判定手段と、を有しており、着火性判定手段は、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定された場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定する点で、実施例１の制御装置と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０９】
まず、制御装置８０Ｃは、内燃機関１０の運転状態に応じて、中央点火プラグ５０の点火時期と、放電維持時間を決定し、中央点火プラグ５０を点火させる。詳細には、図３に示すように、制御装置８０Ｃは、第１エネルギ発生装置７１を制御して、放電維持時間に応じた電気エネルギを第１コンデンサ６７に充電すると共に、エネルギ振り分け装置７６を、第１状態に制御する。そして制御装置８０Ｃは、点火時期に応じて、第１トランジスタ６５のベースに信号電流を流して所定時間経過後に遮断する。このようにして、制御装置８０Ｃは、第１点火コイル６１の１次コイル６１ａに所定の期間、１次電流を流すことで、２次コイル６１ｃに２次電圧を生じさせる。
【０１１０】
すると、図１１に時点Ｔ０で示すように、発生した２次電圧は、中央点火プラグ５０に印加開始され、上昇していく。中央点火プラグ５０の２次電圧が、要求された絶縁破壊電圧（容量放電電圧）Ｖｂに達すると（時点Ｔ１）、火花放電部５１の中心電極５１ａと接地電極５１ｃの間に、略直線状の電気火花が生じて、気筒内の混合気の着火が開始される（図５参照）。図１１に示すように時点Ｔ１で電気火花が生じると、中心電極５１ａと接地電極５１ｃとの間の電気抵抗が減少して、２次電圧が容量放電電圧Ｖｂから放電維持電圧Ｖｋに急激に低下する。
【０１１１】
そして、制御装置８０Ｃは、中央点火プラグ５０に印加される２次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定する。具体的には、制御装置８０Ｃは、絶縁破壊電圧Ｖｂに達した直後（時点Ｔ１直後）の２次電圧である放電維持電圧Ｖｋが、予め設定された判定電圧Ｖｄ以上であるか否かを判定する。
【０１１２】
なお、判定電圧Ｖｄは、直線状の電気火花の形状が維持されている場合の放電維持電圧Ｖｋｎ（図４−１参照）よりも高い値に設定されている。判定電圧Ｖｄは、予め適合実験等により求められており、制御定数として制御装置８０Ｃに記憶されている。また、判定電圧Ｖｄは、気筒内におけるガス流動速度が速いか否かを判定する判定流動速度に応じて、制御変数として設定されるものとしても良い。
【０１１３】
図１１に示すように絶縁破壊（時点Ｔ１）直後の放電維持電圧が判定電圧Ｖｄを下回っており、放電維持電圧が判定電圧Ｖｄ以上ではないと判定された場合、制御装置８０Ｃは、中央点火プラグ５０の火花放電部５１において電気火花が流されておらず、気筒内におけるガス流動速度がさほど速くないものと判定して、サイクルごとに中央点火プラグ５０とサイド点火プラグとを用いて点火を行う多点点火制御を選択する。それまで、多重点火制御が行われていた場合、制御装置８０Ｃは、多重点火制御から多点点火制御に切替える。
【０１１４】
多点点火制御を選択した場合、制御装置８０Ｃは、図３に示すように、エネルギ振り分け装置７６を、第１接続状態に制御して、第２コンデンサ６８から、第２点火コイル６２に電気エネルギを供給可能にする。制御装置８０Ｃは、第２トランジスタ６６を制御して、第２コンデンサ６８の電気エネルギを、所定の時間、第２点火コイル６２の１次コイル６２ａに１次電流として流し、２次コイル６２ｃに２次電圧を発生させて、これを時点Ｔ２からサイド点火プラグに印加する。サイド点火プラグに印加された２次電圧は、時点Ｔ３において絶縁破壊電圧（容量放電電圧）Ｖｂに達して、火花放電部５５に電気火花を生じさせる。
【０１１５】
このようにして、内燃機関は、各気筒において、サイクルごとに中央点火プラグ５０及びサイド点火プラグの双方を用いて点火を行う多点点火制御を行うことで、着火後の混合気の火炎伝播を早期に完了させて混合気を急速燃焼させることで、内燃機関の出力トルクを向上させることができる。
【０１１６】
一方、図１２に示すように、絶縁破壊（時点Ｔ１）直後の放電維持電圧Ｖｋが判定電圧Ｖｄを上回っており、放電維持電圧Ｖｋが判定電圧Ｖｄ以上であると判定された場合、制御装置８０Ｃは、図６に示すように、中央点火プラグ５０の火花放電部５１において電気火花が流されており、気筒内におけるガス流動速度が速いものと判定して、中央点火プラグ５０を用いてサイクルごとに複数回、容量放電電圧に昇圧して（容量放電させて）点火を行う多重点火制御を選択する。制御装置８０Ｃは、それまで行われていた多重点火制御から多点点火制御に切替える。
【０１１７】
多重点火制御を選択した場合、制御装置８０Ｃは、図３に示すように、エネルギ振り分け装置７６を、第２接続状態に制御して、第２コンデンサ６８から第１点火コイル６１に電気エネルギを供給可能にする。そして、制御装置８０Ｃは、第１トランジスタ６５に再び信号電流を流す。第２コンデンサ６８に蓄えられていた電気エネルギは、第１点火コイル６１における２回目の１次電流となって１次コイルに流れる。第１点火コイル６１は、図１２に示すように、時点Ｔ２の直後から再び２次電圧が上昇して、時点Ｔ３において、２回目の容量放電が開始し、時点Ｔ３以降においてもアーク放電が継続されて、時点Ｔ５まで火花放電部５１の電気火花が継続される。
【０１１８】
このようにして、内燃機関１０は、多重点火を行うことで、中央点火プラグ５０に印加される２次電圧を、２度、容量放電を発生させると共に、中央点火プラグ５０の火花放電部において電気火花が生じる時間長さ（時点Ｔ１〜時点Ｔ５）を、中央点火プラグ５０を一度点火させる場合（時点Ｔ１〜Ｔ４）に比べて長いものにしている。これにより、各サイクルにおいて気筒内のガス流動速度が速く、図６に示すように火花放電部５１において電気火花が流されてしまい混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。混合気の燃焼過程における燃焼状態の変化に即応して、当該燃焼過程の間に多点点火と多重点火を切り替えることができる。
【０１１９】
以上に説明したように本実施例において、内燃機関１０は、中央点火プラグ５０（第１点火プラグ）から順次、点火されるものであり、制御装置８０Ｃは、中央点火プラグ５０に流れる２次電流又は中央点火プラグに印加される２次電圧を検出する機能（２次放電検出手段）と、検出された２次電流又は２次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が速いか否か、すなわち判定流動速度以上であるか否かを判定する機能（ガス流動判定手段）を備え、着火性判定手段は、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定された場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとした。
【０１２０】
ガス流動速度が遅く、混合気の着火性が高い場合には、制御装置８０Ｃは、中央点火プラグ５０とサイド点火プラグの双方を用いる多点点火制御を行うことで、気筒内の混合気を急速燃焼させて、内燃機関の出力トルクを向上させることができる。中央点火プラグ５０で多重点火を行う場合に比べて、中央点火プラグ５０の電極が消耗することを抑制することができる。一方、ガス流動速度が速く、混合気が着火しにくい状態にある場合には、制御装置８０Ｃは、中央点火プラグ５０を用いてサイクルごとに複数回、容量放電電圧Ｖｂに達して（容量放電させて）点火を行う多重点火制御を行うことで、中央点火プラグ５０に印加される２次電圧を、２度、容量放電電圧Ｖｂまで昇圧すると共に、中央点火プラグ５０の火花放電部５１において電気火花が生じる時間長さを、中央点火プラグ５０で一度点火する場合に比べて長いものとすることができる。これにより、気筒内の混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。
【０１２１】
また、本実施例に係る内燃機関の制御装置８０Ｃにおいては、ガス流動判定手段は、絶縁破壊電圧に達した後の２次電圧である放電維持電圧が判定電圧以上となった場合に、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定するものとしたので、中央点火プラグ５０（第１点火プラグ）に印加された２次電圧が絶縁破壊電圧Ｖｂに達した直後の時点で、ガス流動速度が速いか否かを判定することができる。多点点火制御と多重点火制御の切替えを、中央点火プラグ５０（第１点火プラグ）の絶縁破壊直後という早い時点で判断することができる。
【０１２２】
なお、本実施例において、放電維持電圧Ｖｋが、判定電圧Ｖｄ以上となるか否かで、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定するものとしたが、ガス流動速度が速いか否かを判定する閾値の設定手法は、これに限定されるものではない。例えば、図４−２に示すように、２次電流の発生から所定時間経過後において、２次電流がゼロであるか否か、即ち火花放電が終了しているか否かで判定することもできる。ガス流動により電気火花が流されたときは、電気火花が流されない通常時に比べて早期に放電が終了（図４−２、時点Ｔ２参照）することを利用して、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否か、すなわち速いか否かを判定することもできる。
【０１２３】
なお、上述した各実施例において、サイド点火プラグ（火花放電部５５）は、天井壁周縁部２２ｃのうち、吸気ポート２４の外縁２４ｅと排気ポート２６の外縁２６ｅとの間に配設されるものとしたが、サイド点火プラグの配置は、これに限定されるものではない。シリンダヘッド２０の燃焼室４０の天井壁周縁部２２ｃに、火花放電部５５が配設されれば良く、例えば、天井壁周縁部２２ｃのうち、隣り合う２つの吸気ポート２４の外縁２４ｅの間に、サイド点火プラグの火花放電部５５を配設することも好適である。
【０１２４】
また、上述した各実施例において、天井壁周縁部２２ｃにサイド点火プラグ（火花放電部５５）を１箇所設けるものとしたが、サイド点火プラグの配設個数は、これに限定されるものではない。サイド点火プラグは、火花放電部５５が天井壁周縁部２２ｃに配設されれば良く、例えば、天井壁周縁部２２ｃのうち、中央点火プラグ５０の火花放電部５１を中心としてクランク軸方向Ｓの両側に、２つのサイド点火プラグの火花放電部５５を配設することも好適である。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
以上のように、本発明は、気筒ごとに複数の点火プラグを備える内燃機関に有用であり、特に、過給機を備える内燃機関や、気筒内において希薄混合気を燃焼させる内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】実施例１に係る内燃機関の気筒周辺の概略構成を示す断面図である。
【図２】実施例１に係る内燃機関の中央点火プラグ及びサイド点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドの天井壁を見た図である。
【図３】実施例１に係る内燃機関の点火システムの構成を示す模式図である。
【図４−１】実施例１に係る点火コイルが点火プラグに印加する２次電圧と時間との関係を示す図である。
【図４−２】実施例１に係る点火プラグに流れる２次電流と時間との関係を示す図である。
【図５】実施例１に係る中央点火プラグの火花放電部の拡大図であり、通常時における電気火花（アーク）の態様を示す図である。
【図６】実施例１に係る中央点火プラグの火花放電部の拡大図であり、混合気等の気筒内におけるガス流動により電気火花が流された態様を示す図である。
【図７】実施例１に係る内燃機関の運転状態と判定回転速度との関係を説明する図である。
【図８】実施例１及び２に係る内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される２次電圧のタイミングチャートである。
【図９】実施例１及び２に係る内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される２次電圧のタイミングチャートである。
【図１０】実施例２に係る内燃機関の運転状態と判定負荷との関係を説明する図である。
【図１１】実施例３に係る内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される２次電圧のタイミングチャートである。
【図１２】実施例３に係る内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される２次電圧のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１２７】
１０  内燃機関
１２  シリンダブロック
１５  シリンダ壁
２０  シリンダヘッド
２２  燃焼室の天井壁
２２ａ  天井壁中央部
２２ｃ  天井壁周縁部
２４  吸気ポート
２５  吸気弁
２６  排気ポート
２７  排気弁
３０  ピストン
３２  頂面
４０  燃焼室
５０  中央点火プラグ（第１点火プラグ）
５１  中央点火プラグの火花放電部
５１ａ  中心電極
５１ｃ  接地電極
５５  サイド点火プラグの火花放電部
６０  内燃機関の点火システム
６１  第１点火コイル
６２  第２点火コイル
６５  第１トランジスタ
６６  第２トランジスタ
６７  第１コンデンサ
６８  第２コンデンサ
７１  第１エネルギ発生装置
７２  第２エネルギ発生装置
７６  エネルギ振り分け装置（エネルギ振り分け手段）
８０  内燃機関の制御装置（点火制御切替手段、着火性判定手段、２次放電検出手段、ガス流動判定手段、制御手段）
Ｖｂ  容量放電電圧（２次電圧、絶縁破壊電圧）
Ｖｋ  放電維持電圧（２次電圧）
Ｃ  シリンダボア軸心
Ｓ  クランク軸方向
Ｔ  スラスト方向
ＩＮ  吸気側
ＥＸ  排気側
【図１】
2008303841.tif 000003
【図２】
2008303841.tif 000004
【図３】
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【図４−１】
2008303841.tif 000006
【図４−２】
2008303841.tif 000007
【図５】
2008303841.tif 000008
【図６】
2008303841.tif 000009
【図７】
2008303841.tif 000010
【図８】
2008303841.tif 000011
【図９】
2008303841.tif 000012
【図１０】
2008303841.tif 000013
【図１１】
2008303841.tif 000014
【図１２】
2008303841.tif 000015