(57)【要約】【課題】ノッキングを一段と回避しつつ出力の低下を回避するようにした装置を提供する。【解決手段】燃焼室（５）の中心に第一点火プラグ（１４）を、燃焼室（５）の中心以外に第二点火プラグ（１５）を備え、高負荷域でこれら複数の点火プラグ（１４、１５）を用いての多点点火が継続する場合に、この多点点火を一時的に停止する多点点火一時停止手段（３１）を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
高負荷域でこれら複数の点火プラグを用いての多点点火が継続する場合に、この多点点火を一時的に停止する多点点火一時停止手段を備えることを特徴とするエンジンの点火制御装置。
【請求項２】
前記多点点火一時停止手段は、
第一期間のあいだ前記複数の点火プラグを用いての多点点火を行う手段と、
この第一期間終了後に第二期間のあいだ前記第二点火プラグによる点火を停止して前記第一点火プラグのみによる点火を行う手段と、
これら第一期間での多点点火と、第二期間での第一点火プラグのみによる点火とを繰り返す手段と
からなることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項３】
前記第二点火プラグの温度を推定または検出する手段を備え、
この第二点火プラグの温度が設定温度以上になった場合に、即座に前記多点点火を停止することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項４】
前記高負荷域はエンジンの負荷が判定負荷以上となった場合であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項５】
エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
前記判定負荷を、この検出されるエンジンの回転速度が低くなるほど小さく設定することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項６】
エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段を備え、
前記判定負荷を、この検出されるエンジンの冷却水温が高くなるほど小さく設定することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項７】
ＭＢＴを与える基本点火時期を算出する手段と、
ノックセンサに基づいてノッキングが生じているか否かを判定する手段と、
この判定結果よりノッキングが生じている場合に、前記基本点火時期を遅角側に補正し  た値を制御点火時期として設定する手段と
を備え、
点火時期の前記遅角側への補正が行われていない場合に、前記多点点火の一時的停止を禁止することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジンの点火制御装置、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上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、上記の特許文献１の技術について実験してみたところ、ノッキングを回避しつつ出力を向上させるものであったはずが、高負荷域において多点点火による運転が長くなるとノッキングが生じることが分かった。
【０００４】
このようにノッキングが生じても、実際にはノックセンサに基づくノック制御が働くので、ノッキングを回避できるが、ノッキングの回避は点火時期を遅角することによって行っているので、ノッキング回避に伴うこの点火時期の遅角分だけエンジンの出力が低下してしまう。
【０００５】
そこで本発明は、ノッキングを回避しつつ出力の低下を回避するようにした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】
【０００６】
本発明は、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、高負荷域でこれら複数の点火プラグを用いての多点点火が継続する場合に、この多点点火を一時的に停止するように構成する。
【発明の効果】
【０００７】
高負荷域で多点点火を継続するとノッキングが生じることがあるが、本発明によれば、多点点火を一時的に停止するので、高負荷域におけるノッキングの発生を抑制しつつ出力の低下を回避することができる。
【０００８】
また、多点点火が一時的に停止されるまでの間、高負荷域において多点点火を継続できるので、高負荷域での出力の向上が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明のシステムを説明するための概略図である。
【００１１】
空気は吸気コレクタに蓄えられた後、吸気マニホールドを介して各気筒の燃焼室５に導入される。燃料は各気筒の吸気ポート４に配置された燃料インジェクタ２１より噴射供給される。
【００１２】
ここで、排気通路８に備えられる三元触媒９、１０は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲（ウインドウ）にあるとき、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった有害三成分を同時に効率よく除去できる。空燃比は吸入空気量と燃料量の比であるので、エンジンの１サイクル（４サイクルエンジンではクランク角で７２０°区間）当たりに燃焼室５に導入される吸入空気量と、燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量との比が理論空燃比となるように、エンジンコントローラ３１ではエアフローメータ３２からの吸入空気流量の信号とクランク角センサ（３３、３４）からの信号に基づいて燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量を定めている。
【００１３】
空気中に噴射された燃料は気化しつつ空気と混合してガス（混合気）を作り燃焼室５に流入する。この混合気は２つの吸気弁１６、１６が閉じることで燃焼室５内に閉じこめられ、ピストン６の上昇によって圧縮される。
【００１４】
この圧縮混合気に対して高圧火花により点火を行うため、パワートランジスタ内蔵の点火コイルを各気筒に配した電子配電システムの点火装置１１を備える。すなわち、点火装置１１は、バッテリからの電気エネルギーを蓄える点火コイル１３と、点火コイル１３の一次側への通電、遮断を行うパワートランジスタと、点火コイル１３の一次電流の遮断によって点火コイル１３の二次側に発生する高電圧を受けて、火花放電を行う２つの点火プラグ１４、１５とからなっている。
【００１５】
この場合、図２（Ａ）にも示したようにメインプラグ１４（第一点火プラグ）は燃焼室５の天井のほぼ中央位置に、サブプラグ１５（第二点火プラグ）は吸気側に偏った位置にそれぞれ燃焼室５に臨んで設けられている。図２（Ａ）では●の大きさを異ならせているが、メインプラグ１４、サブプラグ１５の仕様は同じかまたは同様のものである。サブプラグ１５の数と位置はこれに限られるものでなく、例えば、図２（Ｂ）に示したように４つのサブプラグ１５をシリンダ壁に沿って等分に配置してもかまわない。
【００１６】
圧縮上死点より少し手前で２つの点火プラグ１４、１５により火花が飛ばされ燃焼室５内の圧縮混合気に着火されると、火炎が広がりやがて爆発的に燃焼し、この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行う。この仕事はクランクシャフト７の回転力として取り出される。燃焼後のガス（排気）は２つの排気弁１７、１７が開いたとき排気通路８へと排出される。
【００１７】
点火に際しては、先にサブプラグ１５を点火し、次にメインプラグ１４を点火する。これにより燃焼室５内の混合気の燃焼速度が速まりエンジンの出力を高めることができる。なお、メインプラグ１４、サブプラグ１５を同時点火することもある。
【００１８】
燃費が最良となる点火時期が基本点火時期ＡＤＶ０として定められており、エンジンコントローラ３１では運転条件（エンジンの負荷と回転速度）に応じて基本点火時期ＡＤＶ０を演算し、実際のクランク角がこの点火時期ＡＤＶ０に一致するとき、パワートランジスタを介して点火プラグ１４の一次側電流を遮断することにより、点火時期を制御する。
【００１９】
一方、高負荷低回転速度域になると、ノッキングが生じがちとなるので、エンジンコントローラ３１ではノックセンサ３６に基づくノック制御を行う。２つの点火プラグ１４、１５を用いたノック制御は、１つの点火プラグ１４のみを用いたノック制御と同様である。すなわち、ノックセンサ３６により検出されるノック強度が所定値を超えるときには基本点火時期ＡＤＶ０［°ＢＴＤＣ］を一定の遅角量ＲＴＤ［°］だけステップ的に遅角させた時期を制御点火時期ＱＡＤＶ［°ＢＴＤＣ］として点火を行い、この遅角でノック強度が所定値以下に収まっていれば、今度は一定の進角量を少しずつ与えて、つまり少しずつ進角側に戻した点火時期を制御点火時期ＱＡＤＶとして点火を行う。この点火時期の進角により再びノック強度が所定値を超えるときには、そのときの制御点火時期ＱＡＤＶを一定の遅角量ＲＴＤだけ再びステップ的に遅角させた時期を制御点火時期ＱＡＤＶとして点火を行い、この遅角でノック強度が所定値以下に収まっていれば、今度は少しずつ進角側に戻した点火時期を制御点火時期ＱＡＤＶとして点火を行う。後は上記を繰り返す。
【００２０】
さて、図３は、燃焼室天井のほぼ中央位置にのみ点火プラグを設けたエンジンでのノッキングの発生する場所とノッキングの発生する時期ＩＴとの測定結果である。図３においてＩＴにつけた数字は小さいほどＴＤＣに近い時期であることを、大きいほどＴＤＣより遅れた時期であることを表している。同図より吸気弁付近のヒートスポットからノッキングが発生していることが解る。このように中心一点点火でも一様な火炎伝播は行われていないが、総じて吸気側でノッキングが発生するので、この吸気側のノック対策として吸気側にサブプラグを設けている。しかしながら、点火プラグが吸気側に偏った配置となるため燃焼の到達時間が場所によって異なり、高負荷域で多点点火による運転を続けることで、燃焼室５壁温のバランスがくずれて逆にノッキングが発生しやすい状態になってしまう。
【００２１】
その状態を改善するために本実施形態では、高負荷域での多点点火が継続する場合にこの多点点火を一時的に停止する。
【００２２】
これを具体的に説明すると、図４は低速回転速度にある時刻ｔ１でエンジンの負荷を増加させ、時刻ｔ２からは回転速度を増加させ、さらに高負荷運転中の時刻ｔ３で負荷が下がったときの特性である。この場合に、エンジン負荷が判定負荷を超えている期間は多点点火を継続するとノッキングが生じる頻度の高い高負荷域である。このため、ノッキングが生じることのない高負荷域以外の領域では原則としてメインプラグ１４とサブプラグ１５による多点点火（以下単に「多点点火」という。）を行い、高負荷域における第１の条件のときと、高負荷域とは限らないけれどもプレイグニッションが生じることになる第２の条件のときにサブプラグ１５による点火を停止してメインプラグ１４のみによる一点点火（以下単に「一点点火」という。）に切換える。
【００２３】
ここで、一点点火を行う高負荷域における第１の条件は、高負荷域においてＡの期間だけ多点点火を行ったあとのＢの期間である。一点点火を行う第２の条件は、サブプラグ１５の温度が判定温度を超えたときである。本実施形態では、これら２つの条件を共に扱っているが、片方のみを扱うようにしてもかまわない。
【００２４】
図４を詳述すると、高負荷域に入る時刻ｔ１１よりＡの期間だけ多点点火を行い、Ａの期間が過ぎる時刻ｔ１２より一点点火とし、Ｂの期間が過ぎるのを待つ。Ｂの期間が過ぎる時刻ｔ１３より再びＡの期間だけ多点点火を行う。
【００２５】
Ａの期間が経過する前の時刻ｔ１４より時刻ｔ１５までの期間でサブプラグ温度が判定温度を超えたために、この期間では即座に一点点火とする。
【００２６】
時刻ｔ１５からは再び多点点火を行うが、時刻ｔ１６より高負荷域でなくなるので、多点点火を継続する。
【００２７】
時刻ｔ１７で再びエンジン負荷が高負荷域に戻るとＡの期間だけ多点点火を行い、Ａの期間が経過する時刻ｔ１８で一点点火に切換える。
【００２８】
時刻ｔ１８よりＢの期間が経過する前の時刻ｔ１９で高負荷域でなくなると、多点点火を行う。
【００２９】
エンジンコントローラ３１で行われるこの制御を図５でのフローチャートにより詳述する。
【００３０】
図５は２つの点火プラグ１４、１５を用いた点火制御（多点点火と一点点火）を行うためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００３１】
ステップ１ではエンジン負荷、クランク角センサ（３３、３４）（回転速度検出手段）により検出されるエンジン回転速度Ｎ、水温センサ３５（水温検出手段）により検出される水温Ｔｗ、温度センサ３７（第二点火プラグの温度を検出する手段）により検出される実際のサブプラグ温度Ｔｓを読み込む。
【００３２】
ここで、エンジン負荷としては、例えば燃料噴射量の基本値である基本噴射パルス幅Ｔｐ［ｍｓ］やエアフローメータ３２により検出される吸入空気量を用いればよい。
【００３３】
ステップ２では実際のサブプラグ温度Ｔｓと判定温度ＴｓＨを比較する。ここで、判定温度ＴｓＨはプレイグニッションの発生する温度を基準に設定する。具体的には判定温度ＴｓＨは一定値でかまわない。ここで、プレイグニッションとは点火プラグにより点火する前に高温になっている点火プラグ（ここではサブプラグ１５）により燃焼室５内の混合気が着火することである。サブプラグ温度Ｔｓが判定温度ＴｓＨ以上のときにはサブプラグ１５によるプレイグニッションが生じるので、ステップ３に進んで一点点火を行う。なお、サブプラグ温度Ｔｓは温度センサで直接的に検出するものに限らず、推定することによって求めることも可能である。
【００３４】
サブプラグ温度Ｔｓが判定温度ＴｓＨ未満のときにはサブプラグ１５によるプレイグニッションが生じないと判断しステップ４に進んでエンジンの負荷と回転速度により定まる運転条件が、ノック制御域にあるか否かをみる。ノック制御域は図６に示したように高負荷低回転速度域である。
【００３５】
ここでは、運転条件がノック制御域にありかつエンジン負荷が高負荷域に継続してある場合を先に説明し、その後にノック制御域や高負荷域より外れる場合に言及する。運転条件がノック制御域にあるので、ステップ４よりステップ５に進み、制御点火時期ＱＡＤＶ［°ＢＴＤＣ］と基本点火時期ＡＤＶ０［°ＢＴＤＣ］を比較する。ここで、基本点火時期ＡＤＶ０は、ＭＢＴの得られる点火時期で、運転条件（エンジンの負荷と回転速度）に応じて予めマップで与えられている。制御点火時期ＱＡＤＶと基本点火時期ＡＤＶ０とが等しいときにはノックは生じていないので、ステップ１１に進み多点点火を行う。
【００３６】
制御点火時期ＱＡＤＶと基本点火時期ＡＤＶ０とが等しくないときにはステップ６に進み、エンジン負荷と判定負荷を比較する。ここで、判定負荷はノックの生じる頻度の高い高負荷域の境界を定める値で、図７のように設定されている。すなわち、判定負荷は、冷却水温Ｔｗが同じ条件であればエンジン回転速度が低くなるほど小さくなる値である。またエンジン回転速度Ｎが同じであれば、冷却水温Ｔｗが高くなるほど小さくなる値である。
【００３７】
ここではエンジン負荷が判定負荷以上である、つまり高負荷域にあるので、ノックが生じる可能性があると判断しステップ６よりステップ７、８に進みサブ停止フラグとサブ実行フラグをみる。サブ停止フラグ、サブ実行フラグはともにゼロに初期設定されているので、ステップ９に進み、第一タイマＴＭ１を起動する（ＴＭ１＝０）。第一タイマＴＭ１は高負荷域で一点点火を継続して行う期間を計測するためのものである。
【００３８】
ステップ１０ではサブ実行フラグ＝１とした後、ステップ１１の操作を実行する。このサブ実行フラグ＝１により、次回よりはステップ７、８よりステップ１２に進む。
【００３９】
ステップ１２では第一タイマ値ＴＭ１をインクリメントし、インクリメント後の第一タイマ値ＴＭ１と時間Ａ（第一期間）を比較する。時間Ａは高負荷域において連続して二点点火する時間を定めるものである。第一タイマ値ＴＭ１が時間Ａ未満であるときにはステップ１１に進んで多点点火を行う。
【００４０】
やがて第一タイマ値ＴＭ１が時間Ａ以上になるとステップ１３よりステップ１４に進んで第二タイマＴＭ２を起動する（ＴＭ２＝０）。第二タイマＴＭ２は高負荷域で一点点火を継続して行う期間を計測するためのものである。
【００４１】
ステップ１５ではサブ停止フラグ＝１とした後、ステップ１６で一点点火を行う。このサブ停止フラグ＝１により、次回よりはステップ７よりステップ１７に進む。
【００４２】
ステップ１７では第二タイマ値ＴＭ２をインクリメントし、インクリメント後の第二タイマ値ＴＭ２と時間Ｂ（第二期間）を比較する。時間Ｂは高負荷域において連続して一点点火を連続して行う時間を定めるものである。第二タイマ値ＴＭ２が時間Ｂ未満であるときにはステップ１６に進んで一点点火を行う。
【００４３】
やがてタイマ値ＴＭ２が時間Ｂ以上になるとステップ１８よりステップ１９、２０に進んでサブ実行フラグ＝０、サブ停止フラグ＝０とする。ステップ２１では多点点火を再び行う。
【００４４】
サブ実行フラグ＝０、サブ停止フラグ＝０により、次回よりは再びステップ７、８よりステップ９に進むことになり、上記を繰り返す。
【００４５】
このようにして、運転条件がノック制御域にありかつエンジン負荷が判定負荷以上の高負荷域にある限り、期間Ａでの多点点火と、期間Ｂでの一点点火とが繰り返される。
【００４６】
一方、ノック制御域の途中で運転条件が変化してノック制御域を外れたり、制御点火時期と基本点火時期とが一致しておらずかつ高負荷域にある状態からエンジン負荷が変化して判定負荷より低下したときには、ステップ４、６よりステップ１１に進み、直ちに多点点火を実行する。
【００４７】
このようにして多点点火と一点点火とを行うのであるが、図５のステップ１１、２１は実際には多点点火実行フラグ＝１と、また図５のステップ３、１６は実際には多点点火実行フラグ＝０としている。そして、図示しない点火タイミングに同期したフローにおいてこの多点点火実行フラグをみて、この多点点火実行フラグ＝１のときには多点点火を実行し、この反対にこの多点点火実行フラグ＝０のときには一点点火を停止する。
【００４８】
ここで本実施形態の作用・効果を説明する。
【００４９】
エンジンの回転速度一定で運転条件を低負荷状態からスロットルバルブ全開状態へと移行させた場合にノック制御が行われるが、このノック制御中に点火時期がどのように変化するのかを図８、図９は表している。このうち図８は多点点火で連続運転した場合の特性、図９は本実施形態による場合の特性である。
【００５０】
高負荷域で連続して多点点火した場合には、図８に示したように点火時期が右下がりで推移、つまり時間の経過と共に徐々に点火時期が遅角していっている。
【００５１】
これに対して本実施形態（請求項２に記載の発明）では、図９のようにＣの期間（第一期間）で多点点火が行われた後のＤの期間（第二期間）で一点点火に切換えられるために点火時期がＣの期間よりも進角側に移っており、その後のＥの期間（第一期間）で多点点火に戻されても、点火時期はＣの期間（前回の第一期間）と同様の時期に保たれている。Ｄの期間つまり一点点火の場合に多点点火の場合よりも点火時期が進角側に移るのは、一点点火のほうが燃焼期間が長くなるので、そのぶん点火時期を進角できるためである。
【００５２】
ここで、図１０は多点点火時の全開トルク感度を示し、点火時期が１°進角される毎にトルク増加率が１％強増える、つまり点火時期１°の進角で１％強トルクが増加することを表している。このため、本実施形態（請求項２に記載の発明）により、Ｅの期間で多点点火に戻した際にＣの期間と同じ点火時期を維持できるとなると、連続して多点点火を行う場合よりも点火時期を進角させることが可能となり、その分だけエンジントルクを向上できるのである。なお、図１０の横軸のゼロの位置がＴＤＣでこれより右側が進角側、これより左側が遅角側である。
【００５３】
このように、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、高負荷域で多点点火が継続する場合に、この多点点火を一時的に停止するようにしたので、高負荷域におけるノッキングの発生を抑制しつつ出力の低下を回避することができる。
【００５４】
本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、サブプラグ１５（第二点火プラグ）の温度が判定温度ＴｓＨ（設定温度）以上になった場合に、即座に多点点火を停止して一点点火に切換えるので、サブプラグ１５を起因としたプレイグニッションを抑制できる。
【００５５】
ノッキングは高負荷域においても低回転速度ほど発生しやすくなることから、本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、判定負荷をエンジンの回転速度Ｎが低くなるほど小さく設定するので（図７参照）、エンジン回転速度Ｎに関係なく判定負荷を精度よく与えることができる。
【００５６】
ノッキングは高水温ほど発生しやすくなることから、本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、判定負荷を冷却水温Ｔｗが高くなるほど小さく設定するので（図７参照）、冷却水温Ｔｗに関係なく判定負荷を精度よく与えることができる。
【００５７】
点火時期の遅角側への補正が行われていないことは、高負荷域でありながらノッキングが生じていないことを表す。このため、本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、点火時期の遅角側への補正が行われていない場合に、多点点火の一時的停止を禁止するようにしているので（図５のステップ５、１１）、これにより常時多点点火を行うことが可能となり、燃費、トルクが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施形態のエンジンの概略構成図。
【図２】エンジンの燃焼室を下から見上げた概略構成図。
【図３】中心一点点火の場合のノック発生場所とノック発生時期を示す特性図。
【図４】第１実施形態の点火制御を説明するための波形図。
【図５】第１実施形態の点火制御を説明するためのフローチャート。
【図６】ノック制御域の領域図。
【図７】判定負荷の特性図。
【図８】２点点火連続運転でのノック制御中の点火時期の変化を示す波形図。
【図９】第１実施形態のノック制御中の点火時期の変化を示す波形図。
【図１０】二点点火全開トルクの点火時期感度の特性図。
【符号の説明】
【００５９】
１４  メインプラグ（第一点火プラグ）
１５  サブプラグ（第二点火プラグ）
２１  燃料噴射弁
３１  エンジンコントローラ
３３、３４  クランク角センサ（回転速度検出手段）
３５  水温センサ（水温検出手段）
３７  サブプラグ温度センサ（第二点火プラグの温度を検出する手段）
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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