(57)【要約】【課題】点火プラグの製造コストの増大を抑制しつつ、同点火プラグに過大な電圧が印加される事象の発生を抑制することができる内燃機関の点火装置を提供する。【解決手段】内燃機関は、気体燃料が供給されることで運転するものである。こうした内燃機関の点火装置では、車両の走行する路面の勾配である路面勾配θと必要スロットル開度ＳＣＡとの関係に基づいた電圧予測値ＶＸを求め（ステップＳ１４）、電圧予測値ＶＸが電圧判定値ＶＸＴｈよりも大きいときには（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、点火時期を進角させる（ステップＳ１７）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料が供給されることで運転する内燃機関に適用され、放電によって燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、同点火プラグを制御する制御装置と、を備えた内燃機関の点火装置であって、
前記制御装置は、車両の走行する路面の勾配とスロットルバルブの開度との関係に基づいた電圧予測値を求め、同電圧予測値が電圧判定値よりも大きいときには、前記点火プラグの放電によって混合気に点火する時期を進角させる
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、気体燃料が供給されることで運転する内燃機関に適用され、点火プラグに放電させることにより燃焼室内で混合気に点火する内燃機関の点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の燃焼室に設けられる点火プラグの一例が記載されている。この点火プラグは、中心電極と、同中心電極に対向して配置される接地電極とを備えている。点火プラグに電圧を印加すると中心電極と接地電極との間に電位差を発生させることで点火プラグが放電する。そして、こうした点火プラグの放電によって燃焼室内の混合気が点火するようになっている。
【０００３】
なお、機関運転を行っている最中では点火プラグの放電が繰り返して行われるため、点火プラグの中心電極は、時間が経過するにつれて徐々に摩耗してしまう。このように中心電極が摩耗すると、点火プラグに放電させるために同点火プラグに印加する電圧である要求電圧が大きくなる。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載の点火プラグにあっては、中心電極が摩耗したときに出現する予備エッジ部が中心電極に設けられている。そのため、中心電極が摩耗したとしても同中心電極に予備エッジ部が出現することにより、中心電極には常にエッジ部を存在させることができるようになる。したがって、点火プラグに過大な電圧が印加される事象の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３００２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように中心電極に予備エッジ部を設ける場合、点火プラグに過大な電圧が印加される事象の発生を抑制することはできるものの、点火プラグの製造コストが高くなってしまう。
【０００７】
本発明の目的は、点火プラグの製造コストの増大を抑制しつつ、同点火プラグに過大な電圧が印加される事象の発生を抑制することができる内燃機関の点火装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための内燃機関の点火装置は、気体燃料が供給されることで運転する内燃機関に適用され、放電によって燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、同点火プラグを制御する制御装置と、を備えた装置である。そして、制御装置は、車両の走行する路面の勾配とスロットルバルブの開度との関係に基づいた電圧予測値を求め、同電圧予測値が電圧判定値よりも大きいときには、点火プラグの放電によって混合気に点火する時期を進角させる。
【０００９】
車両の走行する路面が登坂路である場合、車速の低下を抑制すべく、又は車両を加速させるべく、運転者によってアクセル開度が増大されやすい。そして、アクセル開度の増大によってスロットルバルブの開度が大きくなり、内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量が増えると、燃焼室内の圧力が大きくなる。
【００１０】
また、燃焼室内の圧力が大きい場合には、燃焼室内の圧力が小さい場合よりも点火プラグが放電しにくくなる。そして、このように点火プラグが放電しにくいときには、放電させるために点火プラグに印加する電圧が大きくされることがある。
【００１１】
また、点火プラグに印加する電圧の大きさは、点火時期によって可変させることができる。すなわち、ピストンが上死点に向かう途中にあっては、燃焼室内の圧力が徐々に大きくなるため、点火時期を進角させることにより、燃焼室内の圧力が比較的小さい段階で点火プラグが放電されることとなる。そのため、放電させるために点火プラグに印加する電圧を小さくすることができる。
【００１２】
そこで、上記構成では、車両の走行する路面の勾配とスロットルバルブの開度との関係に基づいて電圧予測値が求められる。この電圧予測値は、燃焼室内への吸入空気量が多くなって燃焼室内の圧力が大きくなると想定される場合ほど大きくなる。また、車両の走行する路面が登坂路であり、その路面勾配が大きいほど、運転者によるアクセル操作によってアクセル開度が大きくされやすいため、電圧予測値が大きくされる。
【００１３】
そして、こうした電圧予測値が電圧判定値よりも大きいときには、点火プラグに過大な電圧が印加されるおそれがあると判断することができるため、点火時期が進角される。すると、点火プラグに印加する電圧が当該電圧予測値よりも小さい状態でも点火プラグが放電するようになり、点火プラグに過大な電圧が印加される事象の発生が抑制される。しかも、このように点火プラグに印加する電圧の増大を抑えるための特別な構成を点火プラグに設ける必要がない。したがって、点火プラグの製造コストの増大を抑制しつつ、同点火プラグに過大な電圧が印加される事象の発生を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態の内燃機関の点火装置を備える内燃機関の概略を示す構成図。
【図２】点火時期の進角が必要な運転領域と不要な運転領域とを示すグラフ。
【図３】同内燃機関の点火装置の制御装置が実行する処理ルーチンにおいて、点火時期の進角補正を行うか否かを判定するための処理ルーチンを説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、内燃機関の点火装置を具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１には、本実施形態の内燃機関の点火装置を備える内燃機関１１が図示されている。この内燃機関１１は、圧縮天然ガスなどの気体燃料が供給されることにより運転するようになっている。
【００１６】
図１に示すように、内燃機関１１の各気筒１２内には、ピストン１３が設けられている。これらピストン１３は、内燃機関１１の出力軸であるクランク軸１５にコネクティングロッド１４を介して連結されており、コネクティングロッド１４によりピストン１３の往復運動がクランク軸１５の回転運動に変換される。そして、クランク軸１５の回転速度が、クランクポジションセンサ１１１によって検出される。
【００１７】
各気筒１２内におけるピストン１３よりも上方域は燃焼室１６となっており、燃焼室１６には吸気通路２０及び排気通路２１が接続されている。内燃機関１１には、吸気通路２０を構成する吸気ポート２０ａ内に燃料を噴射する噴射弁２２が設けられている。そして、この噴射弁２２が駆動することにより、燃料が吸気ポート２０ａ内に供給され、同燃料と空気とが燃焼室１６内に導入される。
【００１８】
なお、吸気通路２０において噴射弁２２よりも上流には、燃焼室１６に導入される空気量である吸入空気量を調量するスロットルバルブ２３が設けられている。そして、吸気通路２０におけるスロットルバルブ２３よりも上流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ１１２が設けられている。
【００１９】
また、燃焼室１６には、燃料と空気とを含む混合気に点火する点火プラグ１８が設けられている。この点火プラグ１８による混合気への点火タイミングは、点火プラグ１８の図中上方に設けられているイグナイタ１９によって調整される。
【００２０】
なお、点火プラグ１８は、第１の電極と第２の電極とを有し、第１の電極と第２の電極との間に電位差を発生させることで放電するようになっている。こうした点火プラグ１８の放電によって、燃焼室１６内の混合気が点火される。
【００２１】
図１に示すように、内燃機関１１を制御する制御装置１００には、クランクポジションセンサ１１１及びエアフロメータ１１２に加え、アクセル開度センサ１１３及び路面勾配検出センサ１１４などが電気的に接続されている。アクセル開度センサ１１３は、運転者によって操作されるアクセルペダルの開度であるアクセル開度ＡＣを検出する。路面勾配検出センサ１１４は、車両の走行している路面の勾配である路面勾配θを検出する。
【００２２】
そして、制御装置１００は、こうした各種の検出系によって検出された情報に基づき、点火制御などの各種制御を実施するようになっている。したがって、点火プラグ１８、イグナイタ１９及び制御装置１００により、「内燃機関の点火装置」の一例が構成される。
【００２３】
ところで、気体燃料を含む混合気は、ガソリンなどの液体燃料を含む混合気よりも燃焼させにくい。すなわち、気体燃料を含む混合気を燃焼させるためには、液体燃料を含む混合気を燃焼させる場合よりも大きなエネルギが必要となる。そのため、放電させるために点火プラグ１８に印加する電圧は、液体燃料を含む混合気を燃焼させる場合よりも大きくされる。
【００２４】
また、こうした内燃機関１１を備える車両が走行する路面の勾配が大きくなり、すなわち車両が登坂路走行を開始すると、車速が低下傾向を示すようになるため、運転者は、車速の低下を抑制すべく、又は、車両を加速させるべくアクセル開度ＡＣを増大させることがある。この場合、アクセル開度ＡＣの増大に連動し、スロットルバルブ２３の開度であるスロットル開度ＳＣが大きくなり、吸入空気量が増大され、結果として、燃焼室１６内の圧力が大きくなりやすくなる。
【００２５】
ここで、燃焼室１６に設けられている点火プラグ１８は、燃焼室１６内の圧力が大きいほど放電しにくくなる。すなわち、燃焼室１６内の圧力が大きいほど、放電させるために点火プラグ１８に印加する電圧の最小値が大きくなる。
【００２６】
そこで、本実施形態の内燃機関の点火装置では、車両の走行している路面の勾配である路面勾配θ、及び、スロットル開度ＳＣに基づき、点火プラグ１８に放電させるために同点火プラグ１８に印加する電圧の予測値である電圧予測値ＶＸを求め、この電圧予測値ＶＸが電圧判定値ＶＸＴｈよりも大きいか否かを判定している。電圧予測値ＶＸが電圧判定値ＶＸＴｈ以下であるときには、点火プラグ１８に印加する電圧が過大にはならないと判断することができる一方、電圧予測値ＶＸが電圧判定値ＶＸＴｈよりも大きいときには、点火プラグ１８に印加する電圧が過大になるおそれがあると判断することができる。
【００２７】
そして、電圧予測値ＶＸが電圧判定値ＶＸＴｈよりも大きく、点火プラグ１８に印加する電圧が過大になるおそれがあると判断できるときには、点火プラグ１８への電圧の印加時期、すなわち混合気への点火時期を規定角度（例えば、１０°）だけ進角させるようにしている。
【００２８】
具体的には、アクセル開度ＡＣが大きいほど、スロットル開度ＳＣが大きくなりやすい。そこで、例えばアクセル開度ＡＣが「０（零）」から大きくされたときには、アクセル開度ＡＣの増大態様に基づき、スロットル開度ＳＣの予測値である必要スロットル開度ＳＣＡが算出される。そして、車両の走行する路面の勾配である路面勾配θが一定であるという条件下では、必要スロットル開度ＳＣＡが大きいほど、電圧予測値ＶＸが大きい値にされる。
【００２９】
また、車両の走行する路面が登坂路であり、その路面勾配θが大きいほど、アクセル開度ＡＣが増大されやすい。そして、このようにアクセル開度ＡＣが大きくされると、スロットル開度ＳＣが大きくなり、燃焼室１６内の圧力が大きくなりやすい。そのため、アクセル開度が一定であるという条件下では、車両の走行する路面が登坂路であり、その路面勾配θが大きいほど、電圧予測値ＶＸが大きくされる。
【００３０】
そして、図２に示すグラフにあっては、判定線Ｌが電圧判定値ＶＸＴｈに相当する線となる。すなわち、判定線Ｌよりも右上の領域が、点火時期を進角させる領域に相当する。
ここで、ピストン１３が上死点に向けて摺動している期間にあっては、燃焼室１６内の圧力が徐々に大きくなる。そのため、点火時期を進角させることにより、燃焼室１６内の圧力が比較的小さい段階で、点火プラグ１８に放電させることとなる。したがって、点火プラグ１８に印加する電圧を過大にしなくても、点火プラグ１８に放電させることが可能となる。
【００３１】
次に、図３に示すフローチャートを参照し、点火時期の進角補正が必要か否かを判断するために制御装置１００が実行する処理ルーチンについて説明する。
図３に示すように、制御装置１００は、アクセル開度センサ１１３によって検出されているアクセル開度ＡＣが「０（零）」であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。アクセル開度ＡＣが「０（零）」である場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、車両を加速させる意志を運転者が持っていないと判断できるため、制御装置１００は、ステップＳ１１の判定処理を繰り返して実行する。一方、アクセル開度ＡＣが「０（零）」ではない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、車両を加速させる意志を運転者が持っている可能性有りと判断できるため、制御装置１００は、アクセル開度ＡＣに基づいて必要スロットル開度ＳＣＡを算出する（ステップＳ１２）。この必要スロットル開度ＳＣＡは、アクセル開度ＡＣの変化態様に基づいたスロットル開度ＳＣの予測値であるため、実際のスロットル開度ＳＣと一致するとは限らない。例えば、アクセル開度ＡＣが増大されている最中にあっては、必要スロットル開度ＳＣＡは、実際のスロットル開度ＳＣよりも大きくなりやすい。
【００３２】
続いて、制御装置１００は、車両の走行している路面の勾配である路面勾配θを取得する（ステップＳ１３）。そして、制御装置１００は、路面勾配θ及び必要スロットル開度ＳＣＡに基づいた電圧予測値ＶＸを求める（ステップＳ１４）。続いて、制御装置１００は、求めた電圧予測値ＶＸが電圧判定値ＶＸＴｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１５）。電圧予測値ＶＸが電圧判定値ＶＸＴｈ以下である場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御装置１００は、点火時期の進角補正を不要とし（ステップＳ１６）、その処理を後述するステップＳ１８に移行する。
【００３３】
一方、電圧予測値ＶＸが電圧判定値ＶＸＴｈよりも大きい場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、制御装置１００は、点火時期の進角補正を必要とし（ステップＳ１７）、その処理を次のステップＳ１８に移行する。
【００３４】
ステップＳ１８において、制御装置１００は、機関運転が停止されたか否かを判定する。機関運転が停止されていない場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、制御装置１００は、その処理を前述したステップＳ１１に移行する。一方、機関運転が停止された場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、制御装置１００は、本処理ルーチンを終了する。
【００３５】
以上、上記構成及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）車両の走行する路面の勾配である路面勾配θと必要スロットル開度ＳＣＡとの関係に基づいた電圧予測値ＶＸが電圧判定値ＶＸＴｈよりも大きいときには、点火プラグ１８に過大な電圧が印加されるおそれがあると判断することができるため、点火時期が進角される。すると、点火プラグ１８に印加する電圧が当該電圧予測値ＶＸよりも小さい状態でも点火プラグ１８が放電するようになり、点火プラグ１８に過大な電圧が印加される事象の発生が抑制される。しかも、このように点火プラグ１８に印加する電圧の増大を抑えるための特別な構成を点火プラグ１８に設ける必要がない。したがって、点火プラグ１８の製造コストの増大を抑制しつつ、点火プラグ１８に過大な電圧が印加される事象の発生を抑制することができる。
【００３６】
そして、このように点火プラグ１８に過大な電圧が印加される事象の発生を抑制することで、点火プラグ１８の電極の劣化を抑えることができ、点火プラグ１８の長寿命化を図ることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・点火プラグ１８に印加する電圧を小さくするための点火時期の進角補正を行う場合、進角補正量を可変としてもよい。例えば、電圧予測値ＶＸから電圧判定値ＶＸＴｈを減じた差が大きいほど、進角補正量を大きくしてもよい。
【００３８】
・車両の走行する路面の勾配である路面勾配θを算出する方法としては、車両の加速度を検出するセンサによって検出される車両加速度と、車速を時間微分した値である車速微分値とを用いる方法を挙げることができる。すなわち、車両加速度から車速微分値を減じた差に基づいて路面勾配θを算出するようにしてもよい。
【００３９】
・内燃機関として、ガソリンなどの液体燃料と気体燃料とを使い分けて運転するマルチフューエル型の内燃機関を挙げることができる。こうした内燃機関にあっては、液体燃料を用いた機関運転時には、点火プラグ１８に印加する電圧を小さくするための点火時期の進角補正を行わず、気体燃料を用いた機関運転時に限って、点火プラグ１８に印加する電圧を小さくするための点火時期の進角補正を必要に応じて行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１１…内燃機関、１６…燃焼室、１８…点火プラグ、２３…スロットルバルブ、１００…制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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