(57)【要約】    【課題】  燃焼室内に複数の点火プラグを適切に配置し、各点火プラグによる点火時期を適切に制御することによって、ノッキングの発生を確実に防止できる燃焼制御装置を提供する。    【解決手段】  燃焼室２には、２つの吸気ポート４ａ，４ｂ及び１つの排気ポート５が連通し、燃焼室２の排気側に第１及び第２点火プラグ８，９を配置し、吸気側に第３点火プラグ１０を配置する。第１及び第２点火プラグ８，９によって第１の点火を実行し、該第１の点火の実行時期ＣＡＩＧ１より後であって、燃焼室２内の圧力が最大となる時期ＣＡＰＭＡＸより前に、第３点火プラグ１０による第２の点火を実行する。第２の点火によってエンドガス部における燃焼速度を高めてノッキングを防止する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に複数の点火プラグを備える内燃機関の燃焼制御装置において、
前記燃焼室には、２つの吸気ポート及び１つの排気ポートが連通し、前記２つの吸気ポートが前記燃焼室に開口する２つの吸気口の中心位置を通る直線と平行で、かつ前記燃焼室を含む気筒の中心線を含み、前記気筒の軸方向に延びる平面によって前記燃焼室を吸気側と、排気側とに分割した場合において、前記排気側に第１及び第２点火プラグを配置するとともに前記吸気側に第３点火プラグを配置し、
前記第１及び第２点火プラグによって第１の点火を実行し、該第１の点火の実行時期より後であって、前記燃焼室内の圧力が最大となる時期より前に、前記第３点火プラグによる第２の点火を実行することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記第１の点火の実行時期は、前記燃焼室を含む気筒の圧縮行程中に設定され、前記第２の点火の実行時期は前記圧縮行程の終了直前に設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記第３点火プラグは、前記２つの吸気口の間であって、前記燃焼室の周縁部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に複数の点火プラグが設けられた内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃焼室に２つの点火プラグが設けられた内燃機関が示されており、２つの点火プラグは燃焼室上部の中央位置付近に所定の間隔で配置される。この２つ点火プラグを用いてほぼ同時期に点火を行うことによって、燃焼期間の短縮と筒内温度上昇の抑制が達成され、高出力化を図りつつノッキングの発生が抑制される。
【０００３】
特許文献２には、燃焼室に２つの点火プラグが設けられた内燃機関の点火時期制御装置が示されており、２つの点火プラグの一方は燃焼室の吸気ポート側に配置され、他方は排気ポート側に配置される。この制御装置によれば、機関が高負荷運転状態にあるときは２つの点火プラグによって異なる時期に点火する位相差点火が行われ、高負荷運転状態にないときは同時点火が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４８８３９号公報
【特許文献２】特許第４２７５２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されるように２つの点火プラグを同時期に点火する場合には、点火後の火炎伝播に偏りが生じると、燃焼室周縁部で未燃混合気が圧縮され、ノッキングの起点となるおそれがある。
特許文献２に示されるように位相差点火を行うことによってノッキング抑制の効果は得られるが、確実に防止するためには改善の余地があった。
【０００６】
本発明は上述した点に着目してなされたものであり、燃焼室内に複数の点火プラグを適切に配置し、各点火プラグによる点火時期を適切に制御することによって、ノッキングの発生を確実に防止できる燃焼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】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、燃焼室（２）に複数の点火プラグを備える内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼室には、２つの吸気ポート（４ａ，４ｂ）及び１つの排気ポート（５）が連通し、前記２つ吸気ポート（４ａ，４ｂ）が前記燃焼室に開口する２つの吸気口の中心位置（ＰＣ）を通る直線（ＬＩＰ）と平行で、かつ前記燃焼室を含む気筒（１）の中心線（ＬＣ）を含み、前記気筒の軸方向（Ｙ）に延びる平面（Ａ）によって前記燃焼室（２）を吸気側と、排気側とに分割した場合において、前記排気側に第１及び第２点火プラグ（８，９）を配置するとともに前記吸気側に第３点火プラグ（１０）を配置し、前記第１及び第２点火プラグ（８，９）によって第１の点火を実行し、該第１の点火の実行時期（ＣＡＩＧ１）より後であって、前記燃焼室内の圧力が最大となる時期（ＣＡＰＭＡＸ）より前に、前記第３点火プラグ（１０）による第２の点火を実行することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第１及び第２点火プラグによる点火によって排気側の混合気が先に燃焼し、火炎は吸気側に向かって伝播するので、第３点火プラグの近傍がいわゆるエンドガス部となる。エンドガス部では、ピストンの上昇と既燃ガスとによって未燃ガスが圧縮され、低温酸化反応が発生するので、その発生タイミングの近傍で第３点火プラグによる点火を行うことにより、燃焼速度を高めてノッキングの発生を確実に防止することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記第１の点火の実行時期（ＣＡＩＧ１）は、前記燃焼室（２）を含む気筒（１）の圧縮行程中に設定され、前記第２の点火の実行時期（ＣＡＩＧ２）は前記圧縮行程の終了直前に設定されることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、第１及び第２点火プラグによる点火が圧縮行程中に行われ、第３点火プラグによる点火が圧縮行程の終了直前に行われる。第３点火プラグによる点火を燃焼行程の開始直後において実行してもノッキング抑制効果が得られるが、圧縮行程終了直前に行うことにより、機関出力を高めることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記第３点火プラグ（１０）は、前記２つの吸気口の間であって、前記燃焼室（２）の周縁部に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、自着火が発生し易いエンドガス部において第３点火プラグによる点火が行われ、ノッキングを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその燃焼制御装置の要部の構成を示す図である。
【図２】図１に示す気筒の上方からみた構成を説明するための模式図である。
【図３】第１点火時期（ＣＡＩＧ１）及び第２点火時期（ＣＡＩＧ２）の設定を説明するためのタイムチャートである。
【図４】混合気温度（ＴＭＸ）と層流燃焼速度（ＶＬＢ）との関係を示す図である。
【図５】燃焼質量割合（ＲＭＢ）の推移を示すタイムチャートである。
【図６】ノッキング防止のための点火時期制御を行う機関運転領域（ＲＨＬ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその燃焼制御装置の要部の構成を示す図であり、図２は燃焼室２の上方からみた構成を説明するための模式図である。
内燃機関（以下「エンジン」という）は、例えば４つの気筒１を有し、図１は１つの気筒に対応する構成を示している。気筒１は、ピストン３及びシリンダヘッド１ａによって画成される燃焼室２を有し、燃焼室２には２つの吸気ポート４ａ，４ｂと、１つの排気ポート５が連通している。吸気ポート４ａ，４ｂが燃焼室２に開口する吸気口には吸気弁６ａ，６ｂが設けられ、排気ポート５が燃焼室２に開口する排気口には排気弁７が設けられている。吸気ポート４ａ，４ｂには、燃料インジェクタ１１ａ，１１ｂが装着されており、燃料インジェクタ１１ａ，１１ｂによって吸気ポート４ａ，４ｂ内に燃料が噴射される。
【００１５】
燃焼室２には、吸入される混合気を着火させるための第１点火プラグ８、第２点火プラグ９、及び第３点火プラグ１０が装着されている。気筒１の軸方向Ｙに延びる平面Ａで燃焼室２を分割し、２つの吸気口を含む部分を吸気側と呼び、排気口を含む部分を排気側と呼ぶこととすると、第１及び第２点火プラグ８，９は排気側に配置され、第３点火プラグ１０は吸気側に配置されている。より詳細には、第３点火プラグ１０は、２つの吸気口の間であって、燃焼室２の周縁部に配置されている。平面Ａは、２つの吸気口の中心位置ＰＣを通る直線ＬＩＰと平行で、かつ気筒１の中心線ＬＣを含み、気筒１の軸方向Ｙに延びる平面である。なお、中心線ＬＣは気筒１の内側（燃焼室側）横断面形状の重心（面積重心）を通る線であり、吸気口の中心位置ＰＣは吸気口形状の重心（面積重心）である。
【００１６】
燃料インジェクタ１１ａ，１１ｂには図示しない燃料給通路が接続されており、燃料ポンプによって加圧された燃料が供給される。
第１〜第３点火プラグ８，９，１０、及び燃料インジェクタ１１ａ，１１ｂは、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２１に電気的に接続されており、ＥＣＵ２１によって駆動・制御される。
【００１７】
ＥＣＵ２１には、クランク角度位置センサ２２、吸気圧センサ２３、冷却水温センサ２４が接続され、さらに図示しない各種センサ（吸気温センサ、スロットル弁開度センサなど）が接続されており、それらのセンサの検出信号がＥＣＵ２１に供給される。
【００１８】
クランク角度位置センサ２２は、エンジンのクランク軸（図示せず）の回転角度を検出し、クランク軸の回転角度に応じたパルス信号をＥＣＵ２１に供給する。クランク角度位置センサ２２は、クランク角度位置を示す複数のパルス信号を出力するものであり、このパルス信号は、燃料噴射時期、点火時期ＣＡＩＧ、水噴射時期ＣＡＷＩ等の各種タイミング制御、及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。吸気圧センサ２３は、エンジンの吸気圧（スロットル弁の下流側における吸気管内圧力）ＰＢＡを検出し、冷却水温センサ２４はエンジンの冷却水温ＴＷを検出する。
【００１９】
図３は、第１〜第３点火プラグ８，９，１０による点火時期の設定を説明するために、燃焼室２内の圧力（筒内圧）ＰＣＹＬの推移、及びノッキングが発生するときの燃焼室２内の、ノッキングが発生しやすい領域における熱発生量ＱＨの推移を示すタイムチャートである。この図において横軸はクランク角度ＣＡであり、図中に示すＴＤＣは、ピストン３が圧縮上死点に位置するタイミングに相当する。また筒内圧ＰＣＹＬの変化波形に重ねて示す破線の波形ＫＮＧＰがノッキング発生時の筒内圧変化を示す。
【００２０】
本実施形態では、第１及び第２点火プラグ８，９によって第１の点火が第１点火時期ＣＡＩＧ１（例えば上死点前１０ｄｅｇ）において行われ、第３点火プラグ１０によって第２の点火が第２点火時期ＣＡＩＧ２（例えば上死点前５ｄｅｇ）において行われる。第１の点火によって、燃焼室２内の混合気の燃焼が始まり、ピストン３の上昇に伴って未燃混合気が圧縮される。ノッキングが発生するときは、圧縮上死点の直後にエンドガス部において低温酸化反応による熱発生ＬＴＯＸがあり、その熱発生が起因となってノッキングが発生する（熱発生ＫＮＧＨ）。
【００２１】
図１及び図２に示すように気筒１を構成し、第１及び第２点火プラグ８，９による第１の点火を行うと排気側の混合気が先に燃焼し、火炎は吸気側に向かって進む。第３点火プラグ１０近傍の未燃混合気はピストン３及び既燃ガスによって圧縮され、上述した低温酸化反応が起きる。その低温酸化反応が発生するタイミング若しくはその直前のタイミングで第３点火プラグ１０によって第２の点火を行うと、未燃混合気の温度が高くなっているため、燃焼速度が高くなって未燃混合気を急速に燃焼させて、ノッキング（自着火）の発生を防止することができる。
【００２２】
図４は、混合気温度ＴＭＸと、層流燃焼速度ＶＬＢとの関係の一例を示す図であり、混合気温度ＴＭＸが１０００°Ｋ近傍より高くなると、層流燃焼速度ＶＬＢが急激に高くなることが確認されている。図５は、燃焼質量割合ＲＭＢの推移を示すタイムチャート（横軸はクランク角度ＣＡ）であり、第１点火時期ＣＡＩＧ１における第１の点火によって燃焼が開始され、第２点火時期ＣＡＩＧ２における第２の点火によって燃焼質量割合ＲＭＢが実線で示すように急激に増加する（破線は第２の点火を行わない場合の推移を示す）。したがって、上述したように低温酸化反応が発生するタイミング若しくはその直前のタイミングで第２の点火を行うことにより、１０００°Ｋ近傍の高い燃焼速度を実現し、ノッキングの発生を確実に防止することができる。
【００２３】
なお、第２点火時期ＣＡＩＧ２は、図３に示した時期が最適であるが、筒内圧ＰＣＹＬが最大となる圧力最大時期ＣＡＰＭＡＸより前であれば、ノッキング防止効果が得られる。
【００２４】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した本実施形態では、エンジンの運転状態に関わらず（全運転領域で）上述した点火制御（３つの点火プラグによる第１及び第２の点火）を行うようにしたが、図６にハッチングを付して示すように、エンジンの高負荷運転領域ＲＨＬにおいて上述した点火制御を行い、高負荷運転領域ＲＨＬ以外のエンジン運転領域では、３つの点火プラグ８〜１０による同時点火を行うようにしてもよい。ここでＮＥ１，ＮＥ２，及びＮＥ３は、それぞれ例えば１０００ｒｐｍ，１５００ｒｐｍ，及び４５００ｒｐｍ程度に設定され、ＰＢＡ１及びＰＢＡ２は、それぞれ例えば４８ｋＰａ（３６０ｍｍＨｇ）及び１０１．３ｋＰａ（７６０ｍｍＨｇ）程度に設定される。
【００２５】
また上述した実施形態では、２つの吸気ポート４ａ，４ｂに対応して燃料インジェクタ１１ａ，１１ｂを設けるようにしたが、２つの吸気ポート４ａ，４ｂの結合部の上流側に１つの燃料インジェクタを設けるようにしてもよい。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  気筒
２  燃焼室
４ａ，４ｂ  吸気ポート
５  排気ポート
６ａ，６ｂ  吸気弁
７  排気弁
８  第１点火プラグ
９  第２点火プラグ
１０  第３点火プラグ
１１ａ，１１ｂ  燃料インジェクタ
２１  電子制御ユニット
ＣＡＩＧ１  第１点火時期
ＣＡＩＧ２  第２点火時期
ＮＥ  エンジン回転数（回転速度）
ＰＢＡ  吸気圧（負荷）
【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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