(57)【要約】【課題】幅広い運転条件に対して好適な点火タイミングを得ることができるグローエンジンを提供する。【解決手段】グロープラグ１５の先端部１５Ｐから上死点に位置するときのピストン７の頂面７ａまでのプラグ距離Ｇを変更するプラグ距離変更機構３０を設け、エンジン１の運転状態に応じてプラグ距離Ｇを変更する。ノックセンサ４１によってエンジン１のノッキングの発生を検出したとき、ＥＣＵ４０によるＤＣモータ３３への制御を通じて、プラグ距離Ｇをピストン７の頂面７ａから離間する方向に制御する。これにより、ヒータコア２７の過熱等に起因して進角（過進角）した点火タイミングを適正な点火タイミングまで遅角化させることができ、ノッキング等の発生を好適に抑制することができる。【選択図】図１
2012180754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合気が導入される燃焼室内において先端部がピストンの頂面に向かって突出するグロープラグと、
前記グロープラグの先端部から上死点に位置するときの前記ピストンの頂面までの距離を変更するプラグ距離変更手段と、を備えたことを特徴とするグローエンジン。
【請求項２】
前記グロープラグは、前記燃焼室を形成するシリンダヘッドに直接的又は間接的に螺合することにより取り付けられており、
前記プラグ距離変更手段は、前記グロープラグの螺合位置の変更により前記距離を変更することを特徴とする請求項１に記載のグローエンジン。
【請求項３】
前記プラグ距離変更手段は、電動モータの駆動力により、前記グロープラグの螺合位置を変更することを特徴とする請求項１に記載のグローエンジン。
【請求項４】
前記グロープラグは、略筒状のプラグハウジングの内部に、前記先端部が前記プラグハウジングから前記燃焼室内に露出するように取り付けられており、
前記プラグハウジングは、前記燃焼室を形成するシリンダヘッドに螺合することにより取り付けられており、
前記プラグ距離変更手段は、前記プラグハウジングの螺合位置の変更により前記距離を変更することを特徴とする請求項１に記載のグローエンジン。
【請求項５】
前記プラグハウジングには、先端部よりも径が大きい大径部が基部側に設けられており、
前記シリンダヘッドの上部には前記大径部との当接によって前記距離の最小値を規定するための第１のストッパが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のグローエンジン。
【請求項６】
前記大径部がギヤであり、
前記プラグ距離変更手段は、前記ギヤに噛合するピニオンを備えた電動モータであることを特徴とする請求項５に記載のグローエンジン。
【請求項７】
前記ピニオンには、前記大径部との当接によって前記距離の最大値を規定するための第２のストッパが設けられていることを特徴とする請求項６に記載のグローエンジン。
【請求項８】
前記シリンダヘッドと前記大径部との間には、前記プラグハウジングを基部側へ付勢するバネ部材が介挿されていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載のグローエンジン。
【請求項９】
前記シリンダヘッドと前記プラグハウジングとの間に、前記燃焼室内の気密性を確保するためのシール部材を介装したことを特徴とする請求項４から請求項８のいずれかに記載のグローエンジン。
【請求項１０】
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段で検出した運転状態に基づいて前記プラグ距離変更手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のグローエンジン。
【請求項１１】
前記運転状態検出手段は、エンジンで発生するノッキングを検出するノック検出手段を備え、
前記制御手段は、前記ノック検出手段でノッキングの発生を検出したとき、前記グロープラグの先端部を前記ピストンの頂面から離間する方向に移動させることを特徴とする請求項１０記載のグローエンジン。
【請求項１２】
前記運転状態検出手段は、前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記筒内圧力検出手段で検出した筒内圧力に基づいてエンジンの運転状態がノッキング傾向にあることを判定したとき、前記グロープラグの先端部を前記ピストンの頂面から離間する方向に移動させることを特徴とする請求項１０記載のグローエンジン。
【請求項１３】
前記運転状態検出手段は、前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記筒内圧力検出手段で検出した筒内圧力に基づいてエンジンの運転状態が失火傾向にあることを判定したとき、前記グロープラグの先端部を前記ピストンの頂面に接近する方向に移動させることを特徴とする請求項１０または請求項１２に記載のグローエンジン。
【請求項１４】
前記運転状態検出手段は、エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記グロープラグの先端部から上死点に位置するときの前記ピストンの頂面までの距離を、前記エンジン負荷と前記エンジン回転数とに応じて設定された設定値に制御することを特徴とする請求項１０記載のグローエンジン。
【請求項１５】
前記運転状態検出手段は、前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記筒内圧力検出手段で検出した筒内圧力に基づいてエンジンの運転状態がノッキング傾向にあることを判定したとき、現在のエンジン負荷とエンジン回転数とに対応する前記設定値を、前記グロープラグの先端部が前記ピストンの頂面から離間する側の値に更新することを特徴とする請求項１４記載のグローエンジン。
【請求項１６】
前記運転状態検出手段は、前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記筒内圧力検出手段で検出した筒内圧力に基づいてエンジンの運転状態が失火傾向にあることを判定したとき、現在のエンジン負荷とエンジン回転数とに対応する前記設定値を、前記グロープラグの先端部が前記ピストンの頂面に接近する側の値に更新することを特徴とする請求項１４記載のグローエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グロープラグを用いて予混合気を圧縮点火させるグローエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、グローエンジンは、例えば、火花点火式のエンジンのような点火系の装置等が不要であり、その構造の簡素化や小型化等が比較的容易であることから、主として模型飛行機等のエンジンに広く用いられている。
【０００３】
この種のエンジンにおいて、例えば、特許文献１に開示されているように、グロープラグは、先端が燃焼室内の上部に臨まされるようシリンダヘッドに保持されることが一般的である。このグロープラグには、基本的には、エンジンの始動時にのみ、ヒートコアを加熱するための通電が行われる。そして、エンジン始動後は、グロープラグに通電することなく、予混合気の圧縮熱や燃焼熱等によってヒートコアの熱量が所定に保持され、このヒートコアが圧縮された予混合気を点火させることにより、エンジンの回転が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５３４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、グローエンジンの点火タイミングは、燃焼室内の混合気の状態、プラグ温度（ヒートコア温度）、燃料性状、圧縮比等によって決定される。
【０００６】
ここで、特にヒートコア温度は、使用環境温度、圧縮比、エンジン負荷、サイクル毎の燃焼ばらつき等の影響を敏感に受け、安定的な温度に維持することが困難な場合がある。従って、グローエンジンは、使用環境等によっては、ノッキング等の異常を回避するための適正な点火タイミングを得ることが困難な場合があり、例えば、種々の運転条件下での使用が予想される産業機械等への適用が困難であった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、幅広い運転条件に対して好適な点火タイミングを得ることができるグローエンジン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】
【０００８】
本発明の一態様によるグローエンジンは、予混合気が導入される燃焼室内において先端部がピストンの頂面に向かって突出するグロープラグと、前記グロープラグの先端部から上死点に位置するときの前記ピストンの頂面までの距離を変更するプラグ距離変更手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のグローエンジンによれば、幅広い運転条件に対して好適な点火タイミングを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わり、グローエンジンの要部を示す構成図
【図２】同上、（ａ）はグロープラグをピストンの頂面に対して最も近接する位置に制御した状態を示す要部断面図であって（ｂ）はグロープラグをピストンの頂面に対して最も離間する位置に制御した状態を示す要部断面図
【図３】同上、プラグ距離制御ルーチンを示すフローチャート
【図４】本発明の第２の実施形態に係わり、グローエンジンの要部を示す構成図
【図５】同上、プラグ距離制御ルーチンを示すフローチャート
【図６】本発明の第３の実施形態に係わり、グローエンジンの要部を示す構成図
【図７】同上、プラグ距離制御ルーチンを示すフローチャート
【図８】同上、プラグ距離設定用マップの一例を示す説明図
【図９】本発明の第４の実施形態に係わり、グローエンジンの要部を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図１乃至図３は本発明の第１の実施形態に係わり、図１はグローエンジンの要部を示す構成図、図２（ａ）はグロープラグをピストンの頂面に対して最も近接する位置に制御した状態を示す要部断面図であって（ｂ）はグロープラグをピストンの頂面に対して最も離間する位置に制御した状態を示す要部断面図、図３はプラグ距離制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００１２】
図１に示すエンジン１は、グロープラグを用いて予混合気を圧縮点火させるグローエンジンを示し、本実施形態において、より具体的には、例えば、刈払機等の動力源として好適な、排気量２１ｃｃの汎用２ストローク単気筒エンジンを示す。
【００１３】
このエンジン１のシリンダ５の内部には、シリンダライナ６を介してピストン７が摺動自在に嵌挿されている。また、シリンダライナ６には、掃気ポート６ａと排気ポート６ｂと吸気ポート（図示せず）とが開口され、これら各ポートがピストン７の往復動によって開閉される。
【００１４】
また、シリンダ５の頂部にはシリンダヘッド１０が冠設され、このシリンダヘッド１０はシリンダライナ６及びピストン７とともに燃焼室１１を画成する。ここで、本実施形態において、シリンダヘッド１０の底面には、例えば、略ドーム状をなす凹部１０ａが形成され、この凹部１０ａの基部に形成されたテーパ面により、燃焼室１１内にはスキッシュエリア１１ａが設定されている。
【００１５】
また、シリンダヘッド１０には、吸気ポートから導入された予混合気を点火するためのグロープラグ１５が装着され、このグロープラグ１５の先端側が、燃焼室１１内に臨まされている。
【００１６】
具体的に説明すると、図２（ａ），（ｂ）に示すように、グロープラグ１５は、プラグハウジング１７を介してシリンダヘッド１０に組み付けられている。プラグハウジング１７は、先端側外周に雄ネジ部１７ａが刻設された金属製の中空部材で構成され、雄ネジ部１７ａの螺合によってシリンダヘッド１０の略中央部に装着されている。また、プラグハウジング１７の内部にはグロープラグ１５が挿入され、グロープラグ１５は、その中途外周に刻設された雄ネジ部１５ａを介して、プラグハウジング１７の先端側に螺着されている。これにより、グロープラグ１５の先端部に形成された筒状部１５ｂが燃焼室１１内に突出され、筒状部１５ｂ内に収容されたヒートコア２７が燃焼室１１内に臨まされている。
【００１７】
本実施形態において、ヒートコア２７は、例えば、７０％の白金と３０％のロジウムとで組成された合金からなるコイル状のフィラメントで構成され、一端が中心電極１９と電気的に接続されると共に、他端が筒状部１７ｂに対して略面一となる位置で筒状部１７ｂと電気的に接続されている。以下の説明において、この筒状部１７ｂの先端面の中心を、グロープラグ１５の先端部１５Ｐと称する。
【００１８】
なお、グロープラグ１５には、基本的には、エンジン１の始動時にのみ、ヒートコア２７を加熱するための通電が行われる。そして、エンジン１の始動後は、グロープラグ１５に通電することなく、予混合気の圧縮熱や燃焼熱等によってヒートコア２７の熱量が所定に確保される。このヒートコア２７が圧縮された予混合気を点火させることにより、エンジンの回転が維持される。
【００１９】
グロープラグ１５はその先端側がピストン７に向けて垂下されている。すなわち、グロープラグ１５は、燃焼室１１内において、ピストン７の頂面７ａに向かって突出している。そして、燃焼室１１内において、グロープラグ１５の先端部１５Ｐは、上死点に位置するときのピストン７の頂面７ａに近い所定領域に配置されている。
【００２０】
ここで、上死点に位置するときのピストン７の頂面７ａに近い所定領域とは、例えば、グロープラグ１５の先端部１５Ｐから上死点に位置するときのピストンの頂面までの距離をＧ（以下、プラグ距離Ｇと称す）、上死点に位置するときのピストン７の頂面７ａから燃焼室１１の頂部までの距離をＨとした場合に、０≦Ｇ／Ｈ≦０．８を満たす領域である。基本的には、プラグ距離Ｇは小さいほど良好な燃焼を実現できるため、０≦Ｇ／Ｈ≦０．６がより好ましく、０≦Ｇ／Ｈ≦０．４がさらに好ましい。或いは、上死点に位置するときのピストン７の頂面７ａに近い領域は、シリンダ直径をＢとした場合に、０≦Ｇ／Ｂ≦０．４を満たす領域である。基本的には、プラグ距離Ｇは小さいほど良好な燃焼を実現できるため、０≦Ｇ／Ｂ≦０．３がより好ましく、０≦Ｇ／Ｂ≦０．２がさらに好ましい。なお、プラグ距離Ｇは略零であっても良好な燃焼が実現可能である。また、上述の所定領域は、ピストン７の頂面７ａ上の中心軸の延長線上近傍の領域であることが好ましい。
【００２１】
また、好適なヒートコア２７（フィラメント）の仕様についても精査したところ、その線径については、０．１６〜０．２５［ｍｍ］の範囲で良好な燃焼が可能である。また、この場合の巻き径については、０．８〜１．４［ｍｍ］の範囲で良好な燃焼が可能である。また、巻き数については、６〜９巻の範囲で良好な燃焼が可能である。その中でも特に、線径が０．２［ｍｍ］、巻き径が１．２［ｍｍ］、巻き数が９巻の各条件を備えたヒートコア２７において、最も良好な燃焼を実現することができる。ただし、燃焼室形状、グロープラグの配置等の種々の条件により、最適なヒートコア２７の条件は異なるため、ヒートコア２７の条件はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
本実施形態において、上述のようなグロープラグ１５を装着したエンジン１の好適な圧縮比は、５以上、１０未満である。良好な燃焼を実現するためには、６以上、９未満であることがより好ましい。
【００２３】
本発明者らは、このような構成を用いたエンジン１について、ガソリンを燃料とする燃焼実験を行った結果、所定の運転条件下において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち、良好なエンジンの運転を実現できることを確認した。すなわち、従来一般に燃焼室の頂部近傍に配置されていたグロープラグの先端部をピストンの頂面に近づけることにより、専用のアルコール系燃焼のみならず、ガソリンを燃料として用いた場合にもグロープラグによる良好な燃焼を実現できることを確認した。
【００２４】
このような燃焼は、火炎の伝播の起点（火炎核）を好適な位置に設定することにより実現できたものと推測できる。すなわち、燃焼室１１内において、グロープラグ１５の先端部１５Ｐをピストン７の頂面７ａに近づけて配置することにより、燃焼初期の火炎をピストン７の頂面７ａに沿って略中央から径方向に向けて伝播させ、その後、燃焼室１１の頂部に向けて火炎を伝播させることが、グロープラグ１５をガソリンに対して適合させる上での重要な要件であると推測できる。更なる考察として、燃焼初期の火炎をピストン７の頂面７ａに向けて伝播させることにより、ノッキング等の主たる発生要因として考えられるスキッシュエリア１１ａ近傍の混合気（すなわち、燃焼室内の上部を基点として混合気を点火した場合の所謂エンドガス）を初期段階で燃焼させることがグロープラグ１５をガソリンに対して適合させる上での重要な要件であると推測される。
【００２５】
その一方で、グロープラグ１５の温度（ヒートコア温度）は使用環境温度、圧縮比、エンジン負荷、サイクル毎の燃焼ばらつき等に応じて受動的に変化する。そして、このような温度変化により、例えば、ヒートコアが過熱されすぎると、点火タイミングが過進角となってノッキング等を誘発することが考えられる。このような点火タイミングの変動は、上述の推測から、火炎伝播の起点（すなわち、プラグ距離Ｇ）を調整することで抑制することが可能である。そこで、プラグ距離Ｇの変更によって良好な燃焼を実現可能な運転条件を拡張すべく、エンジン１は、プラグ距離変更手段としてのプラグ距離変更機構３０を有する。
【００２６】
図１，２に示すように、プラグ距離変更機構３０は、例えば、グロープラグ１５が取り付けられたプラグハウジング１７を回動させて雄ネジ部１７ａのシリンダヘッド１０との螺合位置を変更することによりプラグ距離Ｇを機械的に変更するものである。プラグハウジング１７は略筒形状であり、その内部にグロープラグ１５が取り付けられている。グロープラグ１５はプラグハウジング１７に取り付けられた状態で、その先端部１５Ｐが燃焼室内に露出している。プラグ距離変更機構３０は、プラグハウジング１７の基部側に形成された大径のギヤ３１と、このギヤ３１に噛合するピニオン３２と、ピニオン３２を回動するＤＣモータ３３と、を備えて要部が構成されている。
【００２７】
ここで、シリンダヘッド１０の上部にはギヤ３１との当接によってプラグ距離Ｇの最小値Ｇｍｉｎを規定するための第１のストッパ３５が設けられ、ピニオン３２の上部にはギヤ３１との当接によってプラグ距離Ｇの最大値Ｇｍａｘを規定するための第２のストッパ３６が設けられている。また、プラグハウジング１７の移動によるガタを防止するため、第１のストッパ３５の内周には、ギヤ３１をシリンダヘッド１０から離間する方向に付勢するリターンスプリング３７が設けられている。すなわち、リターンスプリング３７は、シリンダヘッド１０とギヤ３１との間に介挿されている。さらに、シリンダヘッド１０とプラグハウジング１７との間には、これらの気密性を確保するためのシールリング３８が介装されている。なお、シールリング３８としては、例えば、鉄製或いはゴム製のシールリングを好適に用いることが可能である。
【００２８】
ＤＣモータ３３には、制御手段としてのエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０が接続されている。また、ＥＣＵ４０には、ノック検出手段（運転状態検出手段）としてのノックセンサ４１が接続されている。そして、ＥＣＵ４０は、ノックセンサ４１においてエンジン１のノッキングが検出される毎に、ＤＣモータ３３に対する駆動制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａから離間する方向に設定距離ｇ（例えば、ｇ＝０．５［ｍｍ］）だけ移動させる。
【００２９】
このような制御は、具体的には、例えば、図示しないキースイッチがＯＮされている間、図３に示すプラグ距離制御ルーチンのフローチャートに従って設定時間毎に繰り返し実行される。このルーチンがスタートすると、ＥＣＵ４０は、先ず、ステップＳ１０１において、現在、プラグヒータ（図示せず）を用いたグロープラグ１５への通電が行われているか否か、すなわち、エンジン１の始動中であるか否かを調べる。
【００３０】
そして、現在、グロープラグ１５への通電中であり、エンジン１の始動中であると判定すると、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進み、ＤＣモータ３３の制御を通じて、プラグ距離Ｇを最小値Ｇｍｉｎに制御した後、ステップＳ１０３に進む。すなわち、ＥＣＵ４０は、エンジン１の始動時制御として、第１のストッパ３５によって規定されるピストン７との最近接位置まで、グロープラグ１５を移動させる。
【００３１】
一方、ステップＳ１０１において、現在、グロープラグ１５への通電中でなく、エンジン１の始動後であると判定すると、ＥＣＵ４０は、そのままステップＳ１０３に進む。
【００３２】
ステップＳ１０１或いはステップＳ１０２からステップＳ１０３に進むと、ＥＣＵ４０は、ノックセンサ４１によってノッキングが検出されているか否かを調べ、ノッキングが検出されていないと判定した場合、そのままルーチンを抜ける。
【００３３】
一方、ステップＳ１０３において、ノッキングが検出されていると判定した場合、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０４に進み、ＤＣモータ３３の制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７から離間する方向に設定距離ｇ（例えば、ｇ＝０．５［ｍｍ］）移動させた後、ルーチンを抜ける。
【００３４】
このような実施形態によれば、グロープラグ１５の先端部１５Ｐから上死点に位置するときのピストン７の頂面７ａまでの距離（プラグ距離Ｇ）を変更するプラグ距離変更機構３０を設け、このプラグ距離変更機構３０によってエンジン１の運転状態に応じたプラグ距離Ｇの変更を行うことにより、幅広い運転条件に対して好適な点火タイミングを得ることができる。
【００３５】
具体的には、ノックセンサ４１によってエンジン１のノッキングの発生を検出したとき、ＥＣＵ４０によるＤＣモータ３３への制御を通じて、プラグ距離Ｇをピストン７の頂面７ａから離間する方向に制御することにより、ヒートコア２７の過熱等に起因して進角（過進角）した点火タイミングを適正な点火タイミングまで遅角化させることができ、ノッキング等の発生を好適に抑制することができる。
【００３６】
この場合において、エンジン１の燃焼を維持可能なプラグ距離Ｇの限界値（最小値Ｇｍｉｎ，最大値Ｇｍａｘ）を予め実験等によって求め、これらの限界値に基づいて設定した第１，第２のストッパ３５，３６によってグロープラグ１５の移動範囲を制限することにより、グロープラグ１５が燃焼に適合しないプラグ距離Ｇまで移動することを防止することができ、プラグ距離変更機構３０によってプラグ距離Ｇを変化させた場合にもエンジン１の燃焼を維持することができる。
【００３７】
次に、図４，５は本発明の第２の実施形態に係わり、図４はグローエンジンの要部を示す構成図、図５はプラグ距離制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本実施形態は、ピストン７の頂面７ａに対してグロープラグ１５を離間側のみならず近接側へも制御する点が、上述の第１の実施形態に対して主として異なる。その他、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図４に示すように、本実施形態のＥＣＵ４０には、運転状態検出手段として、ノックセンサに代えて、燃焼室１１内の筒内圧力Ｐを検出する筒内圧センサ４５（筒内圧力検出手段）と、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ４６と、が接続されている。また、ＥＣＵ４０には、現在の点火タイミングが最適な点火タイミング（ＭＢＴ点）にあるか否かを筒内圧力Ｐから導かれるパラメータ（筒内圧力Ｐのピーク値Ｐｐと最大筒内圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘ）に基づいて判定するための閾値（上限値Ｐｔｈ１、及び、下限値Ｐｔｈ２、上限値Ｃｔｈ１および下限値Ｃｔｈ２）が、予め実験等により設定されて格納されている。
【００３９】
本実施形態において、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ４５で検出した筒内圧力Ｐのピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ１以上となったとき、あるいは、最大圧力発生クランク角度が閾値Ｃｔｈ１より早いとき（進角側にあるとき）の少なくとも何れか一方であるとき、エンジン１の燃焼温度が高く、点火タイミングがノッキング傾向の異常であることを判定する。そして、ＥＣＵ４０は、点火タイミングがノッキング傾向の異常であると判定する毎に、ＤＣモータ３３に対する駆動制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａから離間する方向に設定距離ｇ（例えば、ｇ＝０．５［ｍｍ］）だけ移動させる。一方、ＥＣＵ４０は、筒内圧力のピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ２以下となったとき、あるいは、最大圧力発生クランク角度が閾値Ｃｔｈ２より遅くなったとき（遅角側にあるとき）の少なくとも何れか一方であるとき、エンジン１の燃焼温度が低く、点火タイミングが失火傾向の異常であることを判定する。そして、ＥＣＵ４０は、点火タイミングが失火傾向の異常であると判定する毎に、ＤＣモータ３３に対する駆動制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａに接近する方向に設定距離ｇ（例えば、ｇ＝０．５［ｍｍ］）だけ移動させる。なお、本実施形態において、筒内圧力のピーク値Ｐｐとは、クランク角度センサの信号に同期した指定の角度(たとえば、ＡＴＤＣ４５からＢＴＤＣ４５まで１０度刻みの１０点)で検出された筒内圧力の最大値を示す。
【００４０】
このような制御は、具体的には、例えば、図示しないキースイッチがＯＮされている間、図５に示すプラグ距離制御ルーチンのフローチャートに従って設定時間毎に繰り返し実行される。このルーチンがスタートすると、ＥＣＵ４０は、先ず、ステップＳ２０１において、現在、プラグヒータ（図示せず）を用いたグロープラグ１５への通電が行われているか否か、すなわち、エンジン１の始動中であるか否かを調べる。
【００４１】
そして、現在、グロープラグ１５への通電中であり、エンジン１の始動中であると判定すると、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０１からステップＳ２０２に進み、ＤＣモータ３３の制御を通じて、例えば、プラグ距離Ｇを第１，第２のストッパ３５，３６により規定される最小値Ｇｍｉｎと最大値Ｇｍａｘとの中間値Ｇｍｅｄに制御した後、ステップＳ２０３に進む。
【００４２】
一方、ステップＳ２０１において、現在、グロープラグ１５への通電中でなく、エンジン１の始動後であると判定すると、ＥＣＵ４０は、そのままステップＳ２０３に進む。
【００４３】
ステップＳ２０１或いはステップＳ２０２からステップＳ２０３に進むと、ＥＣＵ４０は、筒内圧力のピーク値ＰｐがＭＢＴ点の上限値を示す閾値Ｐｔｈ１以上であるか否か、及び、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ１より早いか否か（進角側か否か）を調べる。
【００４４】
そして、ステップＳ２０３において、ピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ１以上であること、あるいは、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ１より早いこと（進角側にあること）の少なくとも何れか一方を判定した場合、ＥＣＵ４０は、エンジン１の点火タイミングが進角化傾向にあり、運転状態がノッキング傾向にあると判定してステップＳ２０４に進み、ＤＣモータ３３の制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａから離間する方向に設定距離ｇ移動させた後、ステップＳ２０５に進む。
【００４５】
一方、ステップＳ２０３において、ピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ１よりも低く、且つ、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ１より遅い（遅角側にあること）を判定した場合、ＥＣＵ４０は、そのままステップＳ２０５に進む。
【００４６】
ステップＳ２０３或いはステップＳ２０４からステップＳ２０５に進むと、ＥＣＵ４０は、ピーク値ＰｐがＭＢＴ点の下限値を示す閾値Ｐｔｈ２以下であるか否か、及び、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ２より遅いか否か（遅角側か否か）を調べる。
【００４７】
そして、ステップＳ２０５において、ピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ２以下であること、あるいは、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ２より遅いこと（遅角側にあること）の少なくとも何れか一方を判定した場合、ＥＣＵ４０は、エンジン１の点火タイミングが遅角化傾向にあり、運転状態が失火傾向にあると判定してステップＳ２０６に進み、ＤＣモータ３３の制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａに接近する方向に設定距離ｇ移動させた後、ルーチンを抜ける。
【００４８】
一方、ステップＳ２０５において、ピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ２よりも高く、且つ、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ２より早い（進角側にあること）を判定した場合、ＥＣＵ４０は、そのままルーチンを抜ける。
【００４９】
このような実施形態によれば、筒内圧力のピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ１以上あるいは最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ１より早い場合となったとき、ＥＣＵ４０によるＤＣモータ３３への制御を通じてプラグ距離Ｇをピストン７の頂面７ａから離間する方向に制御することにより、上述の第１の実施形態で得られる効果と同様、ヒートコア２７の過熱等に起因して進角した点火タイミングを適正な点火タイミングまで遅角化させることができ、ノッキング等の発生を好適に抑制することができる。
【００５０】
加えて、筒内圧力のピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ２以下あるいは最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ２より遅い場合となったとき、ＥＣＵ４０によるＤＣモータ３３への制御を通じてプラグ距離Ｇをピストン７の頂面７ａに接近する方向に制御することにより、ヒートコア２７の温度低下等に起因して遅角した点火タイミングを適正な点火タイミングまで進角化させることができ、失火等の発生を好適に抑制することができる。
【００５１】
この場合において、筒内圧力Ｐ（ピーク値Ｐｐと最大圧力発生位置Ｃｐｍａｘ）に基づく制御を行うことにより、実際にノッキングや失火等が発生する前のタイミングにおいてプラグ距離Ｇを適正化することができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、筒内圧力Ｐに基づいてプラグ距離Ｇを制御するためのパラメータとしてピーク値Ｐｐ及び最大圧力発生位置Ｃｐｍａｘを用いた一例について説明したが、これらのうちの何れか一方のみを用いてプラグ位置Ｇを制御することも可能である。
【００５３】
次に、図６乃至図８は本発明の第３の実施形態に係わり、図６はグローエンジンの要部を示す構成図、図７はプラグ距離制御ルーチンを示すフローチャート、図８はプラグ距離設定用マップの一例を示す説明図である。なお、本実施形態は、上述の第２の実施形態の制御を、エンジン負荷及びエンジン回転数に基づいてより精細に行うものである。その他、上述の第２の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図６に示すように、本実施形態にＥＣＵ４０には、運転状態検出手段として、筒内圧センサ４５、クランク角センサ４６に加え、エンジン負荷Ｑを示すパラメータであるスロットル開度を検出するスロットルセンサ４７（負荷検出手段）が接続されている。また、ＥＣＵ４０には、筒内圧力のピーク値Ｐｐ及び最大筒内圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘに対する閾値（上限値Ｐｔｈ１、及び、下限値Ｐｔｈ２、上限値Ｃｔｈ１および下限値Ｃｔｈ２）に加え、エンジン負荷Ｑ及びエンジン回転数Ｎｅとプラグ距離Ｇとの関係を示す３次元のプラグ距離設定用マップ（図８参照）が格納されている。なお、本実施形態において、エンジン回転数Ｎｅはクランク角センサ４６からのクランク角に基づいて算出されるものであり、クランク角センサ４６は、エンジン回転数検出手段としての機能を有する。また、図８中のエンジン負荷は、エンジン１の最大負荷Ｑｍａｘに対する現在のエンジン負荷Ｑの割合ｑ［％］によって示されている。
【００５５】
本実施形態において、ＥＣＵ２０は、基本的には、エンジン負荷Ｑとエンジン回転数Ｎｅとに基づいてプラグ距離設定用マップからプラグ距離Ｇｍａｐを求め、ＤＣモータ３３に対する駆動制御を通じて、プラグ距離Ｇをプラグ距離Ｇｍａｐに制御する。加えて、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ４５で検出した筒内圧力のピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ１，Ｐｔｈ２で規定される領域外にあるとき、或いは、最大筒内圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ１，Ｃｔｈ２で規定される領域外にあるときの少なくとも何れか一方であるとき、エンジン１の点火タイミングがノッキング傾向或いは失火傾向の異常であることを判定する。そして、ＥＣＵ４０は、点火タイミングがノッキング傾向の異常であると判定する毎に、ＤＣモータ３３に対する駆動制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａから離間する方向に設定距離ｇ（例えば、ｇ＝０．５［ｍｍ］）だけ移動させる。一方、ＥＣＵ４０は、点火タイミングが失火傾向の異常であると判定する毎に、ＤＣモータ３３に対する駆動制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａに接近する方向に設定距離ｇ（例えば、ｇ＝０．５［ｍｍ］）だけ移動させる。さらに、点火タイミングの異常判定に基づいてグロープラグ１５を移動させた場合、プラグ距離設定用マップ上において該当する領域のプラグ距離Ｇｍａｐの値を、現在のプラグ距離Ｇに更新する。
【００５６】
このような制御は、例えば、図示しないキースイッチがＯＮされている間、図７に示すプラグ距離制御ルーチンのフローチャートに従って設定時間毎に繰り返し実行される。このルーチンがスタートすると、ＥＣＵ４０は、先ず、ステップＳ３０１において、例えば、プラグ距離設定用マップ上において、スロットル開度に基づいて求められたエンジン負荷ｑの該当領域が変化したか否かを調べる。
【００５７】
そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０１において、プラグ距離設定用マップ上でのエンジン負荷ｑの該当領域が変化していないと判定した場合にはステップＳ３０２に進み、変化したと判定した場合にはステップＳ３０３に進む。
【００５８】
ステップＳ３０１からステップＳ３０２に進むと、ＥＣＵ４０は、プラグ距離設定用マップ（図８参照）上において、クランク角に基づいて求められたエンジン回転数Ｎｅの該当領域が変化したか否かを調べる。
【００５９】
そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０２において、プラグ距離設定用マップ上でのエンジン回転数Ｎｅの該当領域が変化したと判定した場合にはステップＳ３０３に進み、変化していないと判定した場合にはステップＳ３０４に進む。
【００６０】
ステップＳ３０１或いはステップＳ３０２からステップＳ３０３に進むと、ＥＣＵ４０は、マップ上でエンジン負荷ｑ及びエンジン回転数Ｎｅが新たに該当する領域でのプラグ距離Ｇｍａｐを求め、ＤＣモータ３３の制御を通じて、グロープラグ１５のプラグ距離Ｇをプラグ距離Ｇｍａｐに制御した後、ステップＳ３０４に進む。
【００６１】
そして、ステップＳ３０２或いはステップＳ３０３からステップＳ３０４に進むと、ＥＣＵ４０は、筒内圧力のピーク値ＰｐがＭＢＴ点の上限値を示す閾値Ｐｔｈ１以上であるか否か、及び、最大圧力クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ１より早いか否か（進角側か否か）を調べる。
【００６２】
そして、ステップＳ３０４において、ピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ１以上であること、或いは、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ１より早いこと（進角側にあること）の少なくとも何れか一方を判定した場合、ＥＣＵ４０は、エンジン１の点火タイミングが進角化傾向にあり、運転状態がノッキング傾向にあると判定してステップＳ３０５に進み、ＤＣモータ３３の制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａから離間する方向に設定距離ｇ移動させると共に、プラグ距離設定用マップ上で該当するプラグ距離Ｇｍａｐを現在のプラグ距離Ｇで更新した後、ステップＳ３０６に進む。
【００６３】
一方、ステップＳ３０４において、ピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ１よりも低く、且つ、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ１より遅い（遅角側にあること）を判定した場合、ＥＣＵ４０は、そのままステップＳ３０６に進む。
【００６４】
ステップＳ３０４或いはステップＳ３０５からステップＳ３０６に進むと、ＥＣＵ４０は、ピーク値ＰｐがＭＢＴ点の下限値を示す閾値Ｐｔｈ２以下であるか否か、及び、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ２より遅いか否か（遅角側か否か）を調べる。
【００６５】
そして、ステップＳ３０６において、ピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ２以下であること、あるいは、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ２より遅いこと（遅角側にあること）の少なくとも何れか一方を判定した場合、ＥＣＵ４０は、エンジン１の点火タイミングが遅角化傾向にあり、運転状態が失火傾向にあると判定してステップＳ３０７に進み、ＤＣモータ３３の制御を通じて、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａに接近する方向に設定距離ｇ移動させると共に、プラグ距離設定用マップ上で該当するプラグ距離Ｇｍａｐを現在のプラグ距離Ｇで更新した後、ルーチンを抜ける。
【００６６】
一方、ステップＳ３０６において、ピーク値Ｐｐが閾値Ｐｔｈ２よりも高く、且つ、最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘが閾値Ｃｔｈ２より早い（進角側にあること）を判定した場合、ＥＣＵ４０は、そのままルーチンを抜ける。
【００６７】
このような実施形態によれば、エンジン負荷Ｑおよびエンジン回転数Ｎｅに基づいてプラグ距離Ｇを制御することにより、より精細にプラグ距離Ｇを最適化することができる。加えて、筒内圧力（ピーク値Ｐｐと最大圧力発生クランク角度Ｃｐｍａｘ）に基づいてプラグ距離Ｇを補正した場合には、補正後のプラグ距離Ｇをプラグ距離設定用マップ上の該当箇所に反映させることにより、エンジン１の経時変化等にも対応してプラグ距離Ｇを最適化することが可能となる。
【００６８】
次に、図９は本発明の第４の実施形態に係わり、グローエンジンの要部を示す構成図である。なお、本実施形態は、ピニオン３２、DCモータ３３、ECU４０、ノックセンサ４１がない点が、上述の第１の実施形態に対して主として異なる。その他、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００６９】
図９に示すように、本実施形態では、プラグハウジング１７に代えて、プラグハウジング１７０を用いる。プラグハウジング１７０は、プラグハウジング１７と類似の構造であるが、基部側に大径の把持部３１０が形成されている点のみ、プラグハウジング１７と異なる。把持部３１０は、ユーザがプラグハウジング１７０を回動させるために把持する部分である。把持部３１０の形状は、特に限定されないが、多角形状、ギア形状等が上げられる。円形状でもよいが、その場合、滑り止めとして、表面を粗く加工してあることが好ましい。このようなプラグハウジング１７０を含む構成が、プラグ距離変更手段としてのプラグ距離変更機構３００として機能する。
【００７０】
このような構成により、ユーザは把持部３１０を掴んでプラグハウジング１７０を回転させることで、プラグ距離Gを調整することができる。例えば、エンジン始動後にノッキングの傾向が確認される場合にはグロープラグ１５をピストン７の頂面７ａから離間する方向にプラグハウジング１７０を回転させる。これにより、進角した点火タイミングを遅角させることができるので、ノッキングの発生を抑制することができる。逆に、エンジン始動後に失火等が発生した場合には、グロープラグ１５をピストン７の頂面７ａに近づく方向にプラグハウジング１７０を回転させる。これにより、遅角した点火タイミングを進角させることができるので、失火の発生を抑制することができる。
【００７１】
なお、本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲内である。
【００７２】
例えば、上述の各実施形態においては、燃料としてガソリンを用いたグローエンジンの一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、エタノール、ＬＰガス、ケロシン等の各種燃料に対しても適用が可能である。また、上述の第３の実施形態においては、エンジン負荷のパラメータとしてスロットル開度を用いた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、エンジンの吸入負荷等に基づいてエンジン負荷を求めることも可能である。また、上述の各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよいことは勿論である。
【００７３】
また、グロープラグがプラグハウジングに取り付けられた構成について説明したが、これに限定されない。プラグハウジングを介してグロープラグを間接的にシリンダヘッドに螺合させてもよいし、グロープラグを直接的にシリンダヘッドに螺合させてもよい。直接的に螺合させる場合には、グロープラグ自体の形状を、プラグ距離変更機構に適合する形状に変更することで本発明と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【００７４】
また、第１から第３の実施形態において、ＤＣモータを用いてプラグ距離Ｇを変更する制御を行ったが、これに限定されず、油圧モータやその他のアクチュエータにより駆動制御を行っても良い。
【符号の説明】
【００７５】
１  …  エンジン
５  …  シリンダ
６  …  シリンダライナ
６ａ  …  掃気ポート
６ｂ  …  排気ポート
７  …  ピストン
７ａ  …  頂面
１０  …  シリンダヘッド
１０ａ  …  凹部
１１  …  燃焼室
１１ａ  …  スキッシュエリア
１５  …  グロープラグ
１５Ｐ  …  先端部
１７  …  プラグハウジング
１７ａ  …  雄ネジ部
１７ｂ  …  筒状部
１８  …  貫通孔
１８ａ  …  段差部
１８ｂ  …  段差部
１９  …  中心電極
１９ａ  …  外向フランジ
２１  …  絶縁体
２２  …  絶縁体
２３  …  座金
２５  …  円筒部材
２７  …  ヒートコア
３０  …  プラグ距離変更機構（プラグ距離変更手段）
３１  …  ギヤ
３２  …  ピニオン
３３  …  モータ
３５  …  第１のストッパ
３６  …  第２のストッパ
３７  …  リターンスプリング
３８  …  シールリング
４０  エンジン制御ユニット（制御手段）
４１  …  ノックセンサ（ノック検出手段（運転状態検出手段））
４５  …  筒内圧センサ（筒内圧力検出手段（運転状態検出手段））
４６  …  クランク角センサ（エンジン回転数検出手段（運転状態検出手段））
４７  …  スロットルセンサ（負荷検出手段（運転状態検出手段））
【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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