(57)【要約】【課題】燃焼室の中心に第一点火プラグしか備えないエンジンの点火装置に用いている既存の制御ユニットの多点点火エンジンへの適用を可能とした点火装置を提供する。【解決手段】各気筒毎に燃焼室の中心に第一点火プラグ（６Ａ〜６Ｄ）を、燃焼室の中心以外に第二点火プラグ（７Ａ〜７Ｄ）を備え、これら複数の点火プラグを用いて多点点火を行う多気筒エンジンの点火装置において、気筒の異なる第一点火プラグと第二点火プラグとを一つの点火コイルで点火する。【選択図】図１
2005163550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒毎に燃焼室の中心に第一点火プラグを、燃焼室の中心以外に第二点火プラグを備え、これら複数の点火プラグを用いて多点点火を行う多気筒エンジンの点火装置において、
気筒の異なる第一点火プラグと第二点火プラグとが一つの点火コイルで点火されるように点火プラグと点火コイルとを組み合わせることを特徴とする多気筒エンジンの点火制御装置。
【請求項２】
前記第一、第二の点火プラグとも中心電極側が正となる極性であることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの点火制御装置。
【請求項３】
前記異なる気筒同士は点火順序で１つ以上おいた気筒同士であることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの点火制御装置。
【請求項４】
気筒数が４つであり点火順序がＮｏ．１気筒−Ｎｏ．３気筒−Ｎｏ．４気筒−Ｎｏ．２気筒の順であるときにはＮｏ．１気筒の第二点火プラグ及びＮｏ．４気筒の第一点火プラグを１つの点火コイルで、Ｎｏ．２気筒の第二点火プラグ及びＮｏ．３気筒の第一点火プラグを１つの点火コイルで、Ｎｏ．３気筒の第二点火プラグ及びＮｏ．２気筒の第一点火プラグを１つの点火コイルで、Ｎｏ．４気筒の第二点火プラグ及びＮｏ．１気筒の第一点火プラグを１つの点火コイルでそれぞれ点火することを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの点火制御装置。
【請求項５】
高回転域になると前記多点点火を停止して前記第一点火プラグによる点火を行わせることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は多気筒エンジンの点火装置、特に多点点火を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ノッキングを回避しつつ出力を向させることを目的として、燃焼室の中心に第一点火プラグを、燃焼室の中心以外に第二点火プラグを配置し、これら複数の点火プラグを用いて多点点火を行うものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２６６７３９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１の技術では、点火プラグの数と同数の点火コイルが必要であるため、燃焼室の中心に第一点火プラグしか備えないエンジンの点火装置を多点点火を行うエンジンにそのまま適用することができず、制御ユニットの変更が必要となり、コストが増大する。
【０００４】
そこで本発明は、点火コイルの数を燃焼室の中心に第一点火プラグしか備えないエンジンと同じとして、燃焼室の中心に第一点火プラグしか備えないエンジンの点火装置に用いている既存の制御ユニットの多点点火エンジンへの適用を可能とした点火装置を提供することを目的とする。
【０００５】
一方、多点点火エンジンにおいて極性の異なる２つの点火プラグの間で一つの点火コイルを共用化することで、点火コイルの数を減ずるものが特許第３３８７０３９号に開示されている。このものは、１気筒当たり複数の点火プラグを取り付けて着火性の改善を図ると共に、点火プラグの汚損やチャンネリングをも生じにくくするため、２つの点火プラグの一方は中心電極側が正となる極性で、これに対して他方のプラグは中心電極側が負となる極性で放電用高電圧を印加するものであり、２つの点火プラグとも中心電極側が正となる極性で放電用高電圧を印加する本発明とは技術的思想が異なる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、各気筒毎に燃焼室の中心に第一点火プラグを、燃焼室の中心以外に第二点火プラグを備え、これら複数の点火プラグを用いて多点点火を行う多気筒エンジンの点火装置において、気筒の異なる第一点火プラグと第二点火プラグとが一つの点火コイルで点火されるように構成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、気筒の異なる第一点火プラグと第二点火プラグとを一つの点火コイルで点火するので、点火コイルの数が燃焼室の中心に第一点火プラグしか備えないエンジンと同じでよくなり、コストアップを防ぐことができると共に、燃焼室の中心に第一点火プラグしか備えないエンジンの点火装置に用いている既存の制御ユニットによる対応が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は１つの気筒につき２つの点火プラグを備える４気筒エンジンに本発明の点火装置を適用した場合の８つの点火プラグと４つの点火コイルの組み合わせを示している。
【００１０】
ここで、Ｎｏ．１気筒で代表させると、図２に示したように気筒には２つの吸気弁２、３と２つの排気弁４、５を備えると共に、燃焼室はペントルーフ型であり、このＮｏ．１気筒の燃焼室天井のほぼ中央位置にＮｏ．１気筒のメインプラグ６Ａ（第一点火プラグ）が、また吸気側に偏った位置にＮｏ．１気筒のサブプラグ７Ａ（第二点火プラグ）がそれぞれ燃焼室に臨んで設けられている。図２では●の大きさを異ならせているが、メインプラグ６Ａ、サブプラグ７Ａの仕様は同じかまたは同様のもので、２つの点火プラグ６Ａ、７Ａとも中心電極側が正となる極性である。１つの気筒当たりのサブプラグ７Ａの数と位置はこれに限られるものでない。なお、図１はＮｏ．１気筒の燃焼室を下から見上げた概略構成図である。
【００１１】
本発明では、気筒の異なるメインプラグと、サブプラグを１つの点火コイルで点火する。すなわち、図１において各気筒の気筒番号を左から順にＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４とし、各気筒のメインプラグを６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、各気筒のサブプラグを７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、４つの点火コイルを第１点火コイル１１、第２点火コイル１２、第３点火コイル１３、第４点火コイル１４とすると、次のように点火コイルと点火プラグとを組み合わせる。
【００１２】
（１）第１点火コイル１１；
Ｎｏ．１気筒のサブプラグ７Ａ及びＮｏ．４気筒のメインプラグ６Ｄ。
【００１３】
（２）第２点火コイル１２；
Ｎｏ．２気筒のサブプラグ７Ｂ及びＮｏ．３気筒のメインプラグ６Ｃ。
【００１４】
（３）第３点火コイル１３；
Ｎｏ．３気筒のサブプラグ７Ｃ及びＮｏ．２気筒のメインプラグ６Ｂ。
【００１５】
（４）第４点火コイル１４；
Ｎｏ．４気筒のサブプラグ７Ｄ及びＮｏ．１気筒のメインプラグ６Ａ。
【００１６】
図３には具体的な電気回路図を示す。第１から第４の各点火コイル１１〜１４は各一次側コイル１１ａ〜１４ａと各二次側コイル１１ｂ〜１４ｂとからなり、このうち一次側コイル１１ａ〜１４ａは、少なくともバッテリを備えている充電回路１５に対して並列接続されている。また、第１点火コイル１１の二次側コイル１１ｂの両端にＮｏ．１気筒のサブプラグ７Ａ及びＮｏ．４気筒のメインプラグ６Ｄの各端子が、第２点火コイル１２の二次側コイル１２ｂの両端にＮｏ．２気筒のサブプラグ７Ｂ及びＮｏ．３気筒のメインプラグ６Ｃの各端子が、第３点火コイル１３の二次側コイル１３ｂの両端にＮｏ．３気筒のサブプラグ７Ｃ及びＮｏ．２気筒のメインプラグ６Ｂの各端子が、第４点火コイル１４の二次側コイル１４ｂの両端にＮｏ．４気筒のサブプラグ７Ｄ及びＮｏ．１気筒のメインプラグ６Ａの各端子がそれぞれ接続され、８つの点火プラグの栓体は総てアースに接続されている。
【００１７】
各点火コイルの一次側コイル１１ａ〜１４ａと充電回路１５の間には、サイリスタ１６〜１９が介装されている。サイリスタの総数は点火コイルの総数と同じ４つであり、各サイリスタ１６〜１９はそのアノードが充電回路１５に、そのカソードがそれぞれの一次側コイル１１ａ〜１４ａに接続されており、この状態ではブロック状態（非導通状態）にある。各サイリスタの働きは同じであるので、第１点火コイル用のサイリスタ１６で代表させて説明すると、エンジンコントローラ２１によりサイリスタ１６のゲートにプラス電圧が印加されると、サイリスタ１６が導通状態となって充電回路１５からの電流がサイリスタ１６に接続されている第１点火コイルの一次側コイル１１ａに流れて図示しないコンデンサにエネルギーが蓄えられる。一方、エンジンコントローラ２１によりゲートへのプラス電圧の印加をやめると、今度は導通状態にあったサイリスタ１６が非導通状態となりコンデンサより１次側コイル１１ａへと放電が行われる。このとき二次側コイル１１ｂに高電圧が発生し、この高電圧が２つの点火プラグ７Ａ、６Ｄ（の中心電極）に流れて点火プラグのギャップに火花が飛ぶ。
【００１８】
このように、サイリスタ１６〜１９はスイッチング素子としての働きをするのであり、ゲートへのプラス電圧の印加を遮断する時期（つまり点火時期）がエンジンコントローラ２１により点火コイル毎に制御される。
【００１９】
ここで、サイリスタ１６〜１９とエンジンコントローラ２１により制御ユニットが構成されている。ここでは、コンデンサ放電式無接点点火装置を示したが、これに限られるものでなく一次電流遮断式無接点点火装置（フルトランジスタ式）としてもかまわない。
【００２０】
図１、図３のように１気筒当たり２つ、従って合計８つの点火プラグを備えるのに対しその半数の点火コイルしか備えていない本実施形態の点火装置によっても、図４に示したように各気筒の点火時期に合わせた多点点火を行わせることができる。図４において「Ｍ」はメインプラグを、「Ｓ」サブプラグを意味し、パルスのある位置が点火時期である。ただし、見やすいようにサブプラグの点火時期とメインプラグの点火時期をずらせて示している。
【００２１】
例えば４気筒エンジンの点火順序をＮｏ．１−Ｎｏ．３−Ｎｏ．４−Ｎｏ．２の順とした場合にＮｏ．１気筒の点火時期になったときには第１点火コイル１１及び第４点火コイル１４の一次側電流を遮断すると、Ｎｏ．１気筒のサブプラグ７Ａ（及びＮｏ．４気筒のメインプラグ６Ｄ）とＮｏ．１気筒のメインプラグ６Ａ（及びＮｏ．４気筒のサブプラグ７Ｄ）で点火が行われる。このとき、サブプラグ７Ａを先にメインプラグ６Ａを後に点火させたいのであれば、第１点火コイル１１の一次側電流を先に第４点火コイル１４の一次側電流を後に遮断すればよく、サブプラグ７Ａ及びメインプラグ６Ａで同時に点火を行いたいのであれば第１点火コイル１１及び第４点火プラグ１４の一次側電流を同時に遮断すればよい。
【００２２】
次に、Ｎｏ．３気筒の点火時期になったときには第３点火コイル１３及び第２点火コイル１２の一次側電流を遮断すると、Ｎｏ．３気筒のサブプラグ７Ｃ（及びＮｏ．２気筒のメインプラグ６Ｂ）とＮｏ．３気筒のメインプラグ６Ｃ（及びＮｏ．２気筒のサブプラグ７Ｂ）で点火が行われる。後は同様であり、Ｎｏ．４気筒の点火時期になったときには第４点火コイル１４及び第１点火コイル１１の一次側電流を遮断すると、Ｎｏ．４気筒のサブプラグ７Ｄ及びメインプラグ６Ｄで点火が、Ｎｏ．２気筒の点火時期になったときには第２点火コイル１２及び第３点火コイル１３の一次側電流を遮断すると、Ｎｏ．２気筒のサブプラグ７Ｂ及びメインプラグ６Ｂで点火が行われる。
【００２３】
ここで、多点点火のためには１つの点火コイル例えば第１点火コイル１１は２つの気筒（Ｎｏ．１気筒とＮｏ．４気筒）の点火を受け持つので、図４に示したように点火コイルはクランク角で３６０°毎に一次側電流を遮断する必要がある。そこで高回転速度まで多点点火を行い得るかどうかを検討する。すなわち、１つの点火コイルが連続して同強度のエネルギーを発生するには、点火コイルの仕様で定まる所定時間が必要であり、この所定時間を確保できない限り１つの点火コイルが連続して同強度のエネルギーを発生することができない。今、所定時間を現状の０．１ｍｓ程度で計算してみると、この時間はエンジン回転速度が２０００ｒｐｍのときクランク角で１２０°あればよい。一方、３６０°のクランク角区間を要することになるエンジン回転速度は６０００ｒｐｍである。従って、
エンジン回転速度が６０００ｒｐｍを超えると、所定時間が３６０°のクランク角区間を上回ることになり要求の点火時期に点火できなくなるので、多点点火を行い得る上限のエンジン回転速度は６０００ｒｐｍ付近になることがわかる。逆にいえば、現状の点火コイルを本発明の点火装置に適用しても、エンジン回転速度が６０００ｒｐｍ付近までは多点点火を行わせることができるのである。また、エンジン回転速度が６０００ｒｐｍ付近を超えるときには、多点点火を行わせることができないので、メインプラグのみを用いた点火（中心一点点火）に切換える（図５参照）。
【００２４】
本発明は４気筒エンジンに限定されるものでなく、例えば６気筒、８気筒、１２気筒エンジンにも適用できる。４気筒エンジンでは図４のように点火順序で一つおいた気筒同士と一つの点火コイルを組み合わせているが、これに限定されるものでない。６気筒、８気筒、１２気筒エンジンでは点火順序で２つ以上おいた気筒同士と一つの点火コイルを組み合わせる場合が考え得る。
【００２５】
次に、多点点火による燃焼改善効果を図６、図７を参照して説明すると、同図において破線はスロットル弁全開状態（定常）において中心一点点火かつノック限界点火時期で点火したときのθ５０−９０(これは後期燃焼期間を表す)の特性を、２０００ｒｐｍのときと４０００ｒｐｍのときとについて示している。これに対して実線はサブプラグを圧縮上死点を基準として進角させたときに後期燃焼期間がどう変化するのかを示している。具体的に説明すると、例えば図６においてサブプラグの点火時期（サブプラグＡＤＶ）を進角側（横軸右側）にずらしてゆくとあるところで後期燃焼期間が最小となり、さらにサブプラグの点火時期を進角側にずらすと後期燃焼期間が長くなってゆき、やがて中心一点点火の場合の後期燃焼期間と一致している。図７においてはサブプラグの点火時期を進角側にずらせたときに中心一点点火の場合の後期燃焼期間より短くなる範囲が図６の場合より広くなっている。このように、図６、図７より圧縮上死点後にサブプラグによる点火を加えることで、２０００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍのいずれの場合も後期燃焼期間が中心一点点火の場合よりも短くなっていることがわかる。
【００２６】
ここで、破線と実線の差が後期燃焼期間短縮代となるが、この短縮代は２０００ｒｐｍのときと４０００ｒｐｍのときとで違っている。そこで、縦軸を後期燃焼期間短縮代とし、横軸をエンジン回転速度として取り直したのが図８(燃焼改善効果回転速度感度)である。図８によればエンジン回転速度が低速になるほど燃焼改善効果が大きく、この逆に高速になるほど燃焼改善効果が小さくなっていることがわかる。
【００２７】
ここで、本実施形態の作用、効果を説明する。
【００２８】
本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、気筒の異なるメインプラグ（第一点火プラグ）とサブプラグ（第二点火プラグ）とを一つの点火コイルで点火する。具体的には、４気筒エンジンについて点火順序がＮｏ．１気筒−Ｎｏ．３気筒−Ｎｏ．４気筒−Ｎｏ．２気筒の順であるときに、Ｎｏ．１気筒のサブプラグ７Ａ及びＮｏ．４気筒のメインプラグ６Ｄを第１点火コイル１１で、Ｎｏ．２気筒のサブプラグ７Ｂ及びＮｏ．３気筒のメインプラグ６Ｃを第２点火コイル１２で、Ｎｏ．３気筒のサブプラグ７Ｃ及びＮｏ．２気筒のメインプラグ６Ｂを第３点火コイル１３で、Ｎｏ．４気筒のサブプラグ７Ｄ及びＮｏ．１気筒のメインプラグ６Ａを第４点火コイル１４でそれぞれ点火するので（請求項４に記載の発明）、点火コイルの数が燃焼室の中心に第一点火プラグしか備えないエンジンと同じ４つでよくなり、コストアップを防ぐことができると共に、サイリスタ１６〜１９とエンジンコントローラ２１とからなる既存の制御ユニットによる対応が可能となる。
【００２９】
また本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、高回転域になると多点点火を停止して前記メインプラグによる点火を行わせるので（図５参照）、無駄な点火エネルギーの消費を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】点火プラグと点火コイルの組み合わせを示す図。
【図２】Ｎｏ．１気筒の燃焼室を下から見上げた概略構成図。
【図３】第１実施形態の点火装置の電気回路図。
【図４】各気筒の点火制御を説明するための特性図。
【図５】運転領域図。
【図６】多点点火による燃焼改善効果を示す特性図。
【図７】多点点火による燃焼改善効果を示す特性図。
【図８】多点点火による燃焼改善効果回転速度感度を示す特性図。
【符号の説明】
【００３１】
６Ａ〜６Ｄ  メインプラグ（第一点火プラグ）
７Ａ〜７Ｄ  サブプラグ（第二点火プラグ）
１１〜１４  点火コイル
１５  充電回路
１６〜１９  サイリスタ（制御ユニット）
２１  エンジンコントローラ（制御ユニット）
【図１】
2005163550.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005163550.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005163550.tif 000007
【図６】
2005163550.tif 000008
【図７】
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【図８】
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