(57)【要約】【課題】スパークプラグの長寿命化を図ることができる内燃機関用の点火装置を提供すること。【解決手段】内燃機関用の点火装置１０は、内燃機関における一つの燃焼室に取り付けられた複数のスパークプラグ１と、スパークプラグ１に電圧を印加する電圧印加手段２と、ギャップ判定手段３と、プラグ選択手段４と、を有する。ギャップ判定手段３は、複数のスパークプラグ１における接地電極１１と中心電極１２との間の放電ギャップＧの大きさを判定する。プラグ選択手段４は、電圧印加手段２によって電圧を印加するスパークプラグ１を、ギャップ判定手段３の判定結果に基づいて選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関における一つの燃焼室に取り付けられた複数のスパークプラグ（１、１ａ、１ｂ）と、
該スパークプラグ（１、１ａ、１ｂ）に電圧を印加する電圧印加手段（２）と、
上記複数のスパークプラグ（１、１ａ、１ｂ）における接地電極（１１）と中心電極（１２）との間の放電ギャップ（Ｇ）の大きさを判定するギャップ判定手段（３）と、
上記電圧印加手段（２）によって電圧を印加する上記スパークプラグ（１、１ａ、１ｂ）を、上記ギャップ判定手段（３）の判定結果に基づいて選択するプラグ選択手段（４）と、を有することを特徴とする内燃機関用の点火装置（１０）。
【請求項２】
上記プラグ選択手段（４）は、上記ギャップ判定手段（３）の判定結果によって上記放電ギャップ（Ｇ）の大きさが最も小さいと判断された上記スパークプラグ（１、１ａ、１ｂ）に、優先的に上記電圧印加手段（２）からの電圧の印加を行うことができるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用の点火装置（１０）。
【請求項３】
上記電圧印加手段（２）は、互いに磁気的に結合された一次コイル（２１、２１ａ、２１ｂ）及び二次コイル（２２、２２ａ、２２ｂ）を有する点火コイル（２０、２０ａ、２０ｂ）を備え、上記ギャップ判定手段（３）は、上記点火コイル（２０、２０ａ、２０ｂ）の一次コイル（２１、２１ａ、２１ｂ）に印加される一次電圧の大きさに基づいて、上記放電ギャップ（Ｇ）の大きさを判定するよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用の点火装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスパークプラグを有する内燃機関用の点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の内燃機関には、スパークプラグの接地電極と中心電極との間の放電ギャップに火花放電を生じさせることにより、燃焼室の混合気に点火する点火装置が備えられている。ここで、繰り返しの火花放電により、電極が徐々に消耗するが、かかる消耗はスパークプラグの寿命に影響する。それゆえ、電極の消耗を抑制する技術が種々提案されている。
【０００３】
特許文献１には、一つの気筒に互いに放電ギャップが異なる複数のスパークプラグを配置した点火装置において、エンジンの回転数に応じて点火させるスパークプラグを切り替えることにより、長寿命化を図ることを目的としたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６６７２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記点火装置においては、放電ギャップを大きくした側のスパークプラグの電極が優先的に消耗するため、長寿命化を図ることについて改善の余地がある。すなわち、放電ギャップを大きくすると、電極間に要求される電圧が上昇するが、これに伴い、放電ギャップを大きくした方のスパークプラグの電極が比較的早く消耗されやすい。複数のうちの少なくとも一つのスパークプラグが消耗すると、複数のスパークプラグのすべてについて交換を行なうのが実状であるため、複数のスパークプラグ間に電極消耗の偏りが生じることは長寿命化の妨げとなる。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、スパークプラグの長寿命化を図ることができる内燃機関用の点火装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、内燃機関における一つの燃焼室に取り付けられた複数のスパークプラグと、
該スパークプラグに電圧を印加する電圧印加手段と、
上記複数のスパークプラグにおける接地電極と中心電極との間の放電ギャップの大きさを判定するギャップ判定手段と、
上記電圧印加手段によって電圧を印加する上記スパークプラグを、上記ギャップ判定手段の判定結果に基づいて選択するプラグ選択手段と、を有することを特徴とする内燃機関用の点火装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記内燃機関用の点火装置は、電圧印加手段によって電圧を印加するスパークプラグを、ギャップ判定手段の判定結果に基づいて選択するプラグ選択手段を有する。それゆえ、複数のスパークプラグ間における電極の消耗量の偏りを防止することができる。その結果、スパークプラグの長寿命化を図ることができる。
【０００９】
以上のごとく、本発明によれば、スパークプラグの長寿命化を図ることができる内燃機関用の点火装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における、内燃機関用の点火装置の回路図。
【図２】実施例１における、内燃機関用の点火装置の動作フロー図。
【図３】実施例１における、スパークプラグの先端部の側面図。
【図４】実施例２における、内燃機関用の点火装置の動作フロー図。
【図５】実施例３における、内燃機関用の点火装置の回路図。
【実施例】
【００１１】
（実施例１）
内燃機関用の点火装置の実施例につき、図１〜図３を用いて説明する。
内燃機関用の点火装置１０は、図１に示すごとく、内燃機関における一つの燃焼室に取り付けられた複数のスパークプラグ１と、スパークプラグ１に電圧を印加する電圧印加手段２と、ギャップ判定手段３と、プラグ選択手段４と、を有する。ギャップ判定手段３は、複数のスパークプラグ１における接地電極１１と中心電極１２との間の放電ギャップＧの大きさを判定する。プラグ選択手段４は、電圧印加手段２によって電圧を印加するスパークプラグ１を、ギャップ判定手段３の判定結果に基づいて選択する。
【００１２】
点火装置１０は、車両用エンジン等の内燃機関において、混合気への着火手段として用いられる。
本例においては、内燃機関における一つの燃焼室に、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂが取り付けられている。二つのスパークプラグ１ａ、１ｂは、互いに同じ構造を有する。図３に示すごとく、スパークプラグ１は、互いの間に放電ギャップＧを設けた状態で対向配置される中心電極１２と接地電極１１とを有する。また、スパークプラグ１は、中心電極１２を内側に保持する絶縁碍子１３と、絶縁碍子１３を内側に保持するハウジング１４とを有する。二つのスパークプラグ１ａ、１ｂは、少なくとも使用前の状態においては、放電ギャップＧの大きさが互いに同等となっている。
【００１３】
点火装置１０は、所定のタイミングにおいて、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂの少なくとも一方を放電させ、燃焼室内の燃料（混合気）に着火することで、内燃機関を運転する。スパークプラグ１を繰り返し放電させると、中心電極１２及び接地電極１１が徐々に消耗する。これにより、放電ギャップＧが徐々に拡大して、適切な放電が困難となるまで放電ギャップＧが拡大すると、スパークプラグ１の寿命が尽きることとなる。
【００１４】
一つの燃焼室に二個のスパークプラグ１ａ、１ｂを配置して、二個のスパークプラグ１ａ、１ｂを、交互に放電させた場合、単純に考えると、一個のスパークプラグを用いる場合と比して寿命が２倍に延びることとなる。しかしながら、二個のスパークプラグ１ａ、１ｂを交互に使用したとしても、各サイクルにおける燃焼条件等が異なる可能性があるため、二個のスパークプラグ１ａ、１ｂが同じように消耗するとは限らない。二個のスパークプラグ１ａ、１ｂの消耗量が互いに異なると、各サイクルにおける排気ガス濃度、エンジン出力が異なるおそれがあり、ひいてはエミッション規制をクリアできない原因や、振動の原因にもなりかねない。これらの課題を克服するため、本例では、二個のスパークプラグ１ａ、１ｂの使用環境が異なっても、スパークプラグ１の交換時期を長くすることができる方法として、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂの電極消耗の速度を同じにする手法を提案する。
【００１５】
図１に示す点火装置１０は、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂにおける放電ギャップＧの大きさに偏りが生じないように、各サイクルにおいて放電させるスパークプラグ１を選択する。その方法として、ギャップ判定手段３によって、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂにおける放電ギャップＧの大きさを判定し、その判定結果に基づいて、プラグ選択手段４が、放電させるスパークプラグ１を選択する。
【００１６】
本例において、プラグ選択手段４は、ギャップ判定手段３の判定結果によって放電ギャップＧの大きさが最も小さいと判断されたスパークプラグ１に、優先的に電圧印加手段２からの電圧の印加を行うことができるよう構成されている。これにより、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂの間において、放電ギャップＧの大きさに偏りが生じないようにしている。
【００１７】
また、電圧印加手段２は、互いに磁気的に結合された一次コイル２１及び二次コイル２２を有する点火コイル２０を備える。そして、ギャップ判定手段３は、点火コイル２０の一次コイル２１に印加される一次電圧の大きさに基づいて、放電ギャップＧの大きさを判定するよう構成されている。
【００１８】
図１に示すごとく、電圧印加手段２は、各スパークプラグ１ａ、１ｂにそれぞれ接続される二つの点火コイル２０ａ、２０ｂと、各点火コイル２０ａ、２０ｂの一次コイル２１ａ、２１ｂにそれぞれ接続された二つのイグナイタ２３ａ、２３ｂとを有する。また、点火コイル２０ａの二次コイル２２ａは、スパークプラグ１ａと接続されており、点火コイル２０ｂの二次コイル２２ｂは、スパークプラグ１ｂと接続されている。
【００１９】
各点火コイル２０の一次コイル２１には、イグナイタ２３のオンオフに伴い、バッテリ（直流電源）の電圧を昇圧回路２４によって昇圧した一次電圧の印加と遮断とが繰り返される。そして、一次コイル２１への一次電圧の通電が遮断される際に、二次コイル２２に二次電圧が誘導され、中心電極１２と接地電極１１との間に放電電圧が印加される。
【００２０】
イグナイタ２３は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）等のスイッチング素子によって構成される。各イグナイタ２３のＩＧＢＴのゲートは、エンジン制御装置５と接続されている。イグナイタ２３は、エンジン制御装置５からゲートに入力される点火制御信号に基いて、コレクタ及びエミッタ間における電流の導通及び遮断を切り替える。
【００２１】
ギャップ判定手段３は、一方の一次コイル２１ａに印加された一次電圧（Ｖａ）に基づいて、一方のスパークプラグ１ａの放電ギャップＧの大きさを推定し、他方の一次コイル２１ｂに印加された一次電圧（Ｖｂ）に基いて、他方のスパークプラグ１ｂの放電ギャップＧの大きさを推定する。一次電圧（Ｖａ、Ｖｂ）を計測するため、一次コイル２１とイグナイタ２３との間には、電圧検出部３１が接続されている。各電圧検出部３１によって検出された一次電圧（Ｖａ、Ｖｂ）の情報は、コンパレータ３２において比較され、その情報がエンジン制御装置５に送られる。エンジン制御装置５では、一次電圧の大きい方の点火コイル２０に接続されたスパークプラグ１の放電ギャップＧが大きいと判定し、一次電圧の小さいほうの点火コイル２０に接続されたスパークプラグ１に高電圧を印加し放電すべく、プラグ選択手段４を用いて、作動させるイグナイタ２３を選択する。
【００２２】
ここで、ギャップ判定手段３による放電ギャップＧの大きさの推定は、パッシェンの法則を利用したものである。すなわち、ギャップ判定手段３は、スパークプラグ１における平行な電極間に火花放電の生じる二次電圧が、スパークプラグ１の配された燃焼室内のガス圧ｐと、スパークプラグ１の放電ギャップＧの大きさｄとの積の関数として表されることを利用している。
【００２３】
この手法を用いると、二次電圧が大きい方のスパークプラグ１が、放電ギャップＧがより大きいと判定できる。また、二つの点火コイル２０ａ、２０ｂにおける二次電圧の差から、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂの放電ギャップＧの差を求めることができる。また、一次電圧と二次電圧とは比例関係にあるため、一次電圧の値からも放電ギャップＧの差を求めることもできる。
【００２４】
二次電圧は数十ｋＶと高いため、測定が困難であることから、電圧の低い一次電圧を電圧検出部３１によって検出する方が簡単である。この様にして、二つの点火コイル２０ａ、２０ｂのいずれの一次電圧（Ｖａ、Ｖｂ）の方が大きいか、そして、二つの点火コイル２０ａ、２０ｂの一次電圧の差｜Ｖａ−Ｖｂ｜を、ギャップ判定手段３において算出する。この算出結果に基づき、プラグ選択手段４は、二つの点火コイル２０ａ、２０ｂのいずれを作動させて、いずれのスパークプラグ１を放電させるかを選択し、電圧印加手段２によってそのスパークプラグ１に電圧を印加する。
【００２５】
なお、上述のごとく、ギャップ判定手段３は、パッシェンの法則に基づいて放電ギャップＧの大きさを推定するため、燃焼状態が安定しているとき、つまり、点火タイミングにおける燃焼室内のガス圧ｐが少なくとも２サイクルにおいて一定であることを条件に、一次電圧から二つのスパークプラグ１ａ、１ｂの放電ギャップＧの差を高精度に推定できる。例えば、ギャップの判定条件としては、空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比に近いと判断される状態であって、各サイクルにおけるエンジン回転数、吸入空気量、点火タイミングが一定の条件において、放電ギャップＧの大きさを判定するのが理想的である。なお、空燃比が理論空燃比に近いか否かは、例えば空燃比センサ、Ｏ2センサによって検出できる。
【００２６】
次に、点火作動させるスパークプラグ１の選択の仕方の一例を、図２のフローに沿って説明する。
まず、燃焼室に供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を、空燃比センサ等によって測定し、得られた空燃比が理論空燃比に近いか否かを判断する（ステップＳ１）。例えば、空燃比（Ａ／Ｆ）が１４〜１５の範囲内にあるとき、理論空燃比に近いと判断する。
【００２７】
理論空燃比に近くないと判断されたときは、適切な放電ギャップＧの大きさの推定が困難であることから、ギャップ判定手段３による判断を行わない。そのため、この場合、プラグ選択手段４は、これまでと同様のパターンにて、点火させるスパークプラグ１を選択する（ステップＳ２）。つまり、これまで、一方のスパークプラグ１ａを作動させていた場合は、引き続き、スパークプラグ１ａを作動させる。あるいは、これまで数サイクルごとに点火させるスパークプラグ１ａ、１ｂを交互に切り替える制御を行っていた場合は、それと同様の制御を行う。そして、理論空燃比に近い状態になるまで、ギャップ判定手段３による判定を待つ。
【００２８】
一方、ステップＳ１において、理論空燃比に近いと判断された場合は、ギャップ判定手段３によって、二つの一次電圧の差｜Ｖａ−Ｖｂ｜が、規定値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ３）。二つの一次電圧の差｜Ｖａ−Ｖｂ｜が規定値以下であれば、数サイクルごとに点火させるスパークプラグ１ａ、１ｂを交互に切り替えながら、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂを交互に使用する（ステップＳ４）。すなわち、この場合、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂの放電ギャップＧの大きさ（消耗量）は略同等であると判断されるため、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂを均等に使用する。
【００２９】
二つの一次電圧の差｜Ｖａ−Ｖｂ｜が規定値を超えていると判断されたときは、プラグ選択手段４は、以下のように、点火させるスパークプラグ１を選択する。つまり、Ｖａ＞Ｖｂのときは、スパークプラグ１ｂを選択し、Ｖａ＜Ｖｂのときは、スパークプラグ１ａを選択する（ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７）。すなわち、接続された点火コイル２０の一次電圧の小さい方のスパークプラグ１の放電ギャップＧが小さい（消耗量が少ない）と推定されるため、そのスパークプラグ１を使用する。
【００３０】
このようにして、本例の点火装置１０は、点火させるスパークプラグ１を適宜選択する。そして、上記のような判断（ギャップ判定手段３による判断）は、例えば、所定サイクルごと、所定時間ごと、その他、適宜のタイミングにおいて行う。
【００３１】
次に、本例の作用効果につき説明する。
内燃機関用の点火装置１０は、電圧印加手段２によって電圧を印加するスパークプラグ１を、ギャップ判定手段３の判定結果に基づいて選択するプラグ選択手段４を有する。それゆえ、二つのスパークプラグ１間における電極の消耗量の偏りを防止することができる。その結果、スパークプラグ１の長寿命化を図ることができる。
【００３２】
また、プラグ選択手段４は、ギャップ判定手段３の判定結果によって放電ギャップＧの大きさが最も小さいと判断されたスパークプラグ１に、優先的に電圧印加手段２からの電圧の印加を行うことができるよう構成されている。それゆえ、二つのスパークプラグ１間における電極の消耗量の偏りを防止しやすい。
【００３３】
また、ギャップ判定手段３は、点火コイル２０の一次コイル２１に印加される一次電圧の大きさに基づいて、放電ギャップＧの大きさを判定するよう構成されている。これにより、容易に放電ギャップＧの大きさを判定することができる。
【００３４】
以上のごとく、本例によれば、スパークプラグの長寿命化を図ることができる内燃機関用の点火装置を提供することができる。
【００３５】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、スパークプラグ１ａ、１ｂの点火制御において、実施例１に示した制御フロー（図２）におけるステップＳ２を変更した例である。すなわち、燃焼室に供給される混合気の空燃比が理論空燃比に近くないと判断されたときは、各サイクルにおいて、二つのスパークプラグ１ａ、１ｂを同時に点火させる制御を行う（ステップＳ２ａ）。そして、理論空燃比に近い状態になるまで、ギャップ判定手段３による判定を待つ。
【００３６】
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
【００３７】
本例においては、混合気の空燃比が理論空燃比に近くないとき、すなわち、混合気が着火し難いとき、複数のスパークプラグ１ａ、１ｂを同時に点火させるよう制御することにより、混合気への着火性を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３８】
（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、ギャップ判定手段３が、内燃機関の運転領域（回転数及び負荷）、累積運転時間、累積サイクル、累積走行距離等を総合的に勘案して、各スパークプラグ１ａ、１ｂの放電ギャップＧの大きさを推定するよう構成された例である。
【００３９】
スパークプラグ１ａの電極の消耗量は、スパークプラグ１ａを用いて運転したときの内燃機関の運転領域、累積運転時間、累積サイクル、累積走行距離に影響される。スパークプラグ１ｂの電極の消耗量は、スパークプラグ１ｂを用いて運転したときの内燃機関の運転領域、累積運転時間、累積サイクル、累積走行距離に影響される。そこで、本例においては、ギャップ判定手段３がこれらの情報を総合的に勘案することにより、各スパークプラグ１ａ、１ｂのそれぞれの放電ギャップＧの大きさを判定する。すなわち、例えば、スパークプラグ１ａを用いた運転が、どの運転領域において、どの程度の累積運転時間、累積サイクル、累積走行距離等であったかによって、電極消耗量を推定し、放電ギャップＧの大きさを推定する。
【００４０】
本例のギャップ判定手段３は、車両の各部に配された各種センサ等からの信号に基づき、内燃機関の運転領域、累積運転時間、累積サイクル、累積走行距離等の情報を得る。ギャップ判定手段３は、一方のスパークプラグ１ａを用いて運転したときの内燃機関の運転領域、累積運転時間、累積サイクル、累積走行距離等の情報と、他方のスパークプラグ１ｂを用いて運転したときの内燃機関の運転領域、累積運転時間、累積サイクル、累積走行距離の情報とを得ることができるように構成されている。
【００４１】
そして、ギャップ判定手段３は、得られた情報から、各スパークプラグ１ａ、１ｂの放電ギャップＧの大きさを判定する。プラグ選択手段４は、ギャップ判定手段３の判定結果によって放電ギャップＧの大きさがより小さい（電極消耗量がより少ない）と判断されたスパークプラグ１に、優先的に電圧印加手段２からの電圧の印加を行うことができるよう構成されている。
【００４２】
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例においても、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４３】
なお、本実施例において、ギャップ判定手段３が用いる情報は、必ずしも、運転領域、累積運転時間、累積サイクル、累積走距離のすべてである必要はない。例えば、ギャップ判定手段３は、運転領域と累積運転時間との情報のみを用いるものであってもよい。また、運転領域、累積運転時間、累積サイクル、累積走行距離以外の情報を組み合わせて放電ギャップＧを判定することもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１ａ、１ｂ  スパークプラグ
１０  点火装置
１１  接地電極
１２  中心電極
２  電圧印加手段
３  ギャップ判定手段
４  プラグ選択手段
Ｇ  放電ギャップ
【図１】
2016176411.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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