(57)【要約】    【課題】  気筒毎に複数の点火プラグを備えた点火装置において、排気浄化触媒の活性を促進して浄化性能を向上する。    【解決手段】  燃焼室中心部に主点火プラグ、吸気側寄りの周辺部に副点火プラグを設け、主副の点火プラグを点火する２点点火を行って始動（完爆）した後、排気浄化触媒が活性温度Ｔｃ１に達するまでの間、主点火プラグのみを点火する１点点火を行って排気温度を上昇させ（Ｓ１〜Ｓ５）、活性温度Ｔｃ１に達した後、２点点火に移行する（Ｓ６，Ｓ７）。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎に燃焼室の中心部と周辺部とに点火プラグを備え、排気温度上昇が要求される運転条件で周辺部の点火プラグの点火を禁止することを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項２】
気筒毎に点火する頻度が高い主点火プラグと点火する頻度が低い副点火プラグとを備え、排気温度上昇が要求される運転条件で副点火プラグの点火を禁止することを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項３】
気筒毎に複数の点火プラグを備え、排気温度上昇が要求される運転条件では１個の点火プラグを点火することを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項４】
前記排気温度上昇が要求される運転条件は、排気通路に設けられる排気浄化触媒を暖める条件であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項５】
前記排気温度上昇が要求される運転条件を、機関温度状態に基づいて検出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項６】
前記機関温度状態は、機関冷却水温度であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項７】
前記機関温度状態は、排気通路に設けられる排気浄化触媒の下流側の排気温度であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項８】
前記機関温度状態は、排気通路に設けられる排気浄化触媒の温度であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項９】
前記排気温度上昇が要求される運転条件の終了後、点火する点火プラグの数を増やすときに、機関トルクを一定に維持する過渡的な制御を介して定常時の制御に移行することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１０】
前記機関トルクを一定に維持する過渡的な制御は、点火する点火プラグの数を増やすと同時に点火時期を所定量遅角し、その後前記遅角量を減少しつつ燃料供給量を減少して定常時の制御に移行する制御であることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１１】
気筒毎に複数の点火プラグを備え、機関温度条件により設定する点火する点火プラグ数を機関温度が低いときは高いときより少なくすることを特徴とする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、気筒毎に複数の点火プラグを備えた内燃機関の点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒毎に２個の点火プラグを備え、暖機完了前の低温時には燃焼性を安定化するため２個の点火プラグを点火し、暖機完了後は基本的に１個の点火プラグを点火するようにしたものがある。（特許文献１参照）。
また、燃焼室の中心に１個の点火プラグ、周辺部に複数の点火プラグを備え、定常運転状態では中心の点火プラグのみを点火し、加速時や冷間時には周辺部の複数の点火プラグのみを点火するようにしたものもある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−１４１３３６号
【特許文献２】特開平２−１２３２８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記いずれの点火装置も、低温時は高温時より点火する点火プラグ数を増加しているが、点火する点火プラグ数を増加すると、排気温度が低下するため排気通路に介装された触媒など排気浄化触媒の暖機が遅れ、排気浄化性能が損なわれてしまうことがあった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、気筒毎に複数の点火プラグを備えた点火装置において、排気浄化触媒の暖機が要求される等の運転条件では排気温度を上昇できるようにして要求を満たせるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため本発明は、気筒毎に燃焼室中心部と周辺部とに点火プラグを配置し、あるいは作動頻度が異なる点火プラグを配置するなど、複数の点火プラグを備えた内燃機関の点火装置において、排気温度上昇が要求される条件では、周辺部の点火プラグあるいは作動頻度の小さい点火プラグの点火を禁止して点火する点火プラグの数を減少する構成とした。
【発明の効果】
【０００５】
後述するように、点火する点火プラグの数が少ない方が多いときより排気温度が上昇するので、排気浄化触媒を暖機する要求がある低温条件では点火する点火プラグ数を少なくすることにより排気温度上昇を早めて要求を満たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる点火装置を備えた内燃機関のシステム構成を示し、図２は、該点火装置における点火プラグの配置を示す。
図１，図２に示すように、内燃機関１は、気筒毎に２個ずつの吸気弁２及び排気弁３を備え、これら計４個の吸気弁２及び排気弁３で囲まれる燃焼室中心部に常時点火する１個の主点火プラグ４を配置し、また、吸気側寄りの周辺部に運転状態に応じて点火と点火停止とを切り換える副点火プラグ５を配置する。
【０００７】
前記吸気弁２に連なる吸気ポート６には吸気通路７が接続され、該吸気通路７からの吸入空気と、前記吸気ポート６に装着された燃料噴射弁８から噴射された燃料とが混合して混合気が形成される。燃料噴射弁は燃焼室に燃料を噴射するものとしてもよい。
燃焼室内の混合気は、点火プラグによる火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は前記排気弁３に連なる排気ポート９に接続された排気通路１０へ排出され、三元触媒等の排気浄化触媒１１を経て浄化された後、大気中に放出される。
【０００８】
前記排気浄化触媒１１には、触媒内部の温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサ１２を装着する。また、該排気浄化触媒１１上流側の排気通路１０には、酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサ１３が備えられる。該空燃比センサ１３は、理論空燃比を検出可能なストイキセンサであってもよいし、排気空燃比を広域に検出可能な広域空燃比センサであってもよい。
【０００９】
この他のセンサ類として、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４、クランク角位置や機関回転速度を検出するためのクランク角センサ１５、機関冷却水温度（以下水温という）を検出する水温センサ１６が備えられ、これらセンサ類で検出された信号は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１７に入力され、該ＥＣＵ１７は、前記検出信号に基づいて本発明に係る点火制御を行うと共に、空燃比制御その他エンジン制御を行う。
【００１０】
図３は、上記点火制御のフローを示す。該点火制御を図３のフローに従って説明する。
ステップ１では、スタータスイッチがＯＮされたかを判定し、ＯＮされた後にステップ２へ進む。
ステップ２では、前記主点火プラグ４と副点火プラグ５とを共に点火する２点点火とする。すなわち、始動（クランキング）時は、２点点火とすることにより燃焼性をできるだけ安定化して始動性を確保する。
【００１１】
ステップ３では、完爆したかを機関回転速度Ｎｅが所定値Ｎｅ１以上になったか、あるいはスタータスイッチがＯＦＦされたかなどにより判定し、完爆と判定されるのを待ってステップ４へ進む。
ステップ４では、前記触媒温度センサ１２によって検出される排気浄化触媒１１の温度（触媒温度）Ｔｃが活性温度Ｔｃ１以上であるかを判定する。ホットリスタート時のように始めから活性温度Ｔｃ１以上と判定されたときは、排気温度上昇させる必要がないのでこのルーチンを終了して２点点火を維持する。
【００１２】
活性温度Ｔｃ１未満と判定されたときは、ステップ５へ進み、前記副点火プラグ５の点火を停止し、主点火プラグ４のみを点火する１点点火に切り換える。
すなわち、上記のように排気浄化触媒９が未活性状態のときは、排気温度を上昇させて活性を促進したい要求がある。ここで、主点火プラグ４のみを点火する１点点火時の排気温度と、副点火プラグ５も点火する２点点火時の排気温度とを比較する。図４は、主点火プラグ４のみによる１点点火の点火時期を変化したときの排気温度ａと、主点火プラグ４の点火時期（主点火時期）を変化させつつ副点火プラグ５を複数の異なる点火時期ｂBTDC〜ｆBTDC（副点火時期）に固定して点火した２点点火時の排気温度ｂ〜ｆとを示す。図４の横軸は主点火時期であり、排気温度ｂ〜ｆに対応する各副点火時期ｂBTDC〜ｆBTDCは、ｆBTDC→ｂBTDCの方向に遅角量を大きく設定してあり、副点火時期が主点火時期より遅角側の場合と進角側の場合とを含めてデータを得た。
【００１３】
主点火プラグ４を任意の点火時期で点火し、それより進角側、遅角側のいずれで副点火プラグ５を点火させても副点火プラグ５を点火しない場合より排気温度は低下しており、２点点火は１点点火に比較して排気温度が低下することが明らかである。これは、２点点火は１点点火に比較して燃焼速度を早められるものであるが、その結果、短時間で燃焼が終了するため後燃え期間が無くなり排気温度が低下すると考えられる。
【００１４】
以上のデータ結果に基づき、本発明では上記のように排気温度上昇が要求される運転条件で１点点火を行う。
次いで、ステップ６では上記１点点火により上昇する排気温度に伴って触媒温度Ｔｃが活性温度Ｔｃ１に達したかを判定し、活性温度Ｔｃ１に達するまで１点点火を維持し、達した後ステップ７へ進む。
【００１５】
上記のように始動時の２点点火から排気温度が高い１点点火に切り換えることにより、図６のタイムチャートに示すように、触媒温度を速やかに活性温度に上昇させることができるので、排気浄化触媒１１による浄化を速やかに開始でき、浄化性能が向上する。
ステップ７では、前記１点点火から２点点火に移行する制御を行う。
具体的には、機関トルクを一定に維持しつつ２点点火に切り換える。すなわち、図５に示すように、１点点火（図示ａ）から単に副点火プラグ５の点火を追加して２点点火（図示ｂ）に切り換えると、燃焼速度が増大して熱効率が向上するため、筒内圧が増大しトルクが増大してしまう。そこで、前記トルクの増大を抑制できるように主点火プラグ４の点火時期（主点火時期）を所定量遅角し、副点火プラグ５の点火時期（副点火時期）も遅角させて２点点火に切り換え、その後、徐々にこれら主副の点火時期の遅角量を減少（進角）しつつ燃料噴射量を徐々に減少することで、筒内圧を一定に維持してトルク段差を抑制しつつ２点点火（図示ｃ）に切り換えることができる。副点火時期は、例えば図６のタイムチャートに示すように、２点点火への切り換え開始時は主点火時期より遅角しておき、途中で主点火時期より進角するように進角戻し速度を大きくし、最終的に２点点火におけるＭＢＴ（最大トルク発生点火時期）になるまで進角する。これにより、定常状態では十分に燃費を向上させ、かつ、浄化性能にも優れた２点点火を行うことができる。
【００１６】
ただし、特に燃焼室内のガス流動速度が大きい高速高負荷な運転条件で、１点点火でも十分に燃焼速度を高めることができる場合には、１点点火を行って点火エネルギ消費節減によって燃費を向上するようにしてもよい。
また、本実施形態の主点火プラグ４と副点火プラグ５の配置によれば、燃焼室中心部に配置した主点火プラグ４により、１点点火時にもできるかぎり燃焼性を向上できると共に、副点火プラグ５を吸気側寄りの周辺部に配置したため、相対的に低温な吸気側で燃焼速度が遅くエンドガス圧縮によるノッキングを発生しやすくなっていたのを、吸気側で点火して燃焼速度を速めることによって効果的に防止することができる。
【００１７】
すなわち、最低限２個の点火プラグを最も適切に配置して、上記点火方式の切り換えを行うことにより、浄化性能及び燃費の向上とノッキング防止を全て満たすことができる。
ただし、本発明は上記点火プラグの配置に限定されるものでないことは勿論であり、また、３個以上の点火プラグを設け、排気温度上昇が要求される運転条件、機関温度の低温条件で点火する点火プラグ数を減少するものを含む。
【００１８】
また、上記実施形態では、触媒の活性温度を排気浄化触媒１１に設けた温度センサ１２で検出して点火方式を切り換えるものを示したが、水温センサ１６で検出される水温に基づき、または水温にその他運転状態を加味して触媒温度を推定するようにしてもよく、また、触媒下流に設けた排気温度センサにより検出される排気温度に基づいて活性温度を推定して点火方式を切り換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態のシステム構成を示す図。
【図２】同上実施形態における点火プラグの配置を示す図。
【図３】同上実施形態の点火制御を示すフローチャート。
【図４】１点点火と２点点火との各種点火時期における排気温度を示す図。
【図５】１点点火から２点点火に切り換えるときの筒内圧変化を示す図。
【図６】同上実施形態における点火制御時の各種状態量の変化の様子を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００２０】
１  内燃機関
２  吸気弁
３  排気弁
４  主点火プラグ
５  副点火プラグ
８  燃料噴射弁
１０  排気通路
１１  排気浄化触媒
１２  触媒温度センサ
１５  クランク角センサ
１６  水温センサ
１７  ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
【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】
2005171965.tif 000007
【図６】
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