(57)【要約】【課題】点火プラグの電極の劣化の抑制と、点火プラグで消費される電力量の低減とを両立させ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】点火プラグ１８における中心電極と接地電極との電位差が大きくなると予測される特定条件が成立していないときにはマイナス放電を点火プラグ１８に行わせる一方、特定条件が成立しているときにはプラス放電を点火プラグ１８に行わせるようになっている。特定条件は、点火プラグ１８の温度が温度判定値以下であること、及び、燃焼室１６内の圧力が圧力判定値よりも大きいこと、のうち少なくとも一方を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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放電する点火プラグと、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、
前記中心電極の電位を前記接地電極の電位よりも大きくすることによる前記点火プラグの放電をプラス放電とし、前記中心電極の電位を前記接地電極の電位よりも小さくすることによる前記点火プラグの放電をマイナス放電とした場合、
前記制御装置は、前記点火プラグにおける前記中心電極と前記接地電極との電位差が大きくなると予測される特定条件が成立していないときには前記マイナス放電を前記点火プラグに行わせる一方、前記特定条件が成立しているときには前記プラス放電を前記点火プラグに行わせるようになっており、
前記特定条件は、前記点火プラグの温度が温度判定値以下であること、及び、内燃機関の燃焼室内の圧力が圧力判定値よりも大きいこと、のうち少なくとも一方を含む
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、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、点火プラグに放電させることにより燃焼室内で混合気を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、中心電極と、同中心電極に対向する接地電極とを備える点火プラグの一例が記載されている。こうした点火プラグは、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放電するようになっている。
【０００３】
ここで、点火プラグの放電としては、中心電極の電位を接地電極の電位よりも大きくすることによる放電であるプラス放電、及び、中心電極の電位を接地電極の電位よりも小さくすることによる放電であるマイナス放電が知られている。プラス放電は、電極の劣化が進行しやすいというデメリットを有している。そのため、上記のような点火プラグでは、一般に、電極が劣化しにくいマイナス放電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９７６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放電させる際における点火プラグの中心電極と接地電極との電位差（以下、単に「点火プラグの電位差」という。）は、内燃機関の運転状態などによって変化する。例えば、点火プラグの温度が低い場合には、点火プラグの電気抵抗が大きくなるため、同点火プラグの電位差を大きくしないと同点火プラグが放電しないこととなる。また、内燃機関の高負荷運転時などでは、燃焼室内の圧力が大きくなるため、点火プラグの電位差を大きくしないと同点火プラグが放電しないこととなる。すなわち、点火プラグで消費される電力量が過大となる。なお、こうした課題は、天然ガスなどの気体燃料を用いた機関運転時に顕著に表れる。
【０００６】
本発明の目的は、点火プラグの電極の劣化の抑制と、点火プラグで消費される電力量の低減とを両立させ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】
【０００７】
上記課題を解決するための内燃機関の点火装置は、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放電する点火プラグと、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。中心電極の電位を接地電極の電位よりも大きくすることによる点火プラグの放電をプラス放電とし、中心電極の電位を接地電極の電位よりも小さくすることによる点火プラグの放電をマイナス放電としたとする。この場合、内燃機関の点火装置において、制御装置は、点火プラグの中心電極と接地電極との電位差（以下、単に「点火プラグの電位差」ともいう。）に印加する電圧が大きくなると予測される特定条件が成立していないときにはマイナス放電を点火プラグに行わせる一方、特定条件が成立しているときにはプラス放電を点火プラグに行わせるようになっている。そして、特定条件は、点火プラグの温度が温度判定値以下であること、及び、内燃機関の燃焼室内の圧力が圧力判定値よりも大きいこと、のうち少なくとも一方を含む。
【０００８】
マイナス放電は、点火プラグの電極の劣化が進行しにくいものの、放電させる際における点火プラグの電位差がプラス放電よりも大きくなりやすい。一方、プラス放電は、点火プラグの電極の劣化が進行しやすいものの、放電させる際における点火プラグの電位差がマイナス放電よりも大きくなりにくい。
【０００９】
そこで、上記構成では、特定条件が成立しているときには、点火プラグの電位差を大きくしないと点火プラグでは放電がなされないと判断することができるため、マイナス放電ではなくプラス放電を点火プラグに行わせるようにしている。そのため、マイナス放電を点火プラグに行わせる場合と比較し、点火プラグの電位差が小さくなる。しかも、上記構成では、特定条件が成立していないときには、点火プラグにマイナス放電を行わせるようにしている。このように特定条件が成立しているときにはプラス放電を点火プラグに行わせ、それ以外ではマイナス放電を点火プラグに行わせるようにすることで、点火プラグの電極の劣化の進行も抑えることができる。したがって、マイナス放電とプラス放電とを使い分けることにより、点火プラグの電極の劣化の抑制と、点火プラグで消費される電力量の低減とを両立させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】同内燃機関の点火装置において、点火プラグの概略構成を示す断面図。
【図３】同内燃機関の点火装置において、特定条件が成立している領域を示すグラフ。
【図４】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、プラス放電又はマイナス放電を選択するための処理ルーチンを説明するフローチャート。
【図５】別の実施形態の点火装置において、点火プラグの概略構成を示す断面図。
【図６】他の別の実施形態の点火装置において、点火プラグの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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４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。
【００１２】
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。
【００１３】
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内に供給される。
【００１４】
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を調量するスロットルバルブが設けられている。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。
【００１５】
また、燃焼室１６には、燃料と空気とを含む混合気に対して点火を行う点火プラグ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スティックコイル１９によって調整される。スティックコイル１９には、電圧発生装置３０が電気的に接続されている。そして、スティックコイル１９は、電圧発生装置３０から供給される電圧に基づき点火プラグ１８を放電させるようになっている。
【００１６】
次に、図２を参照し、点火プラグ１８について説明する。
図２に示すように、点火プラグ１８は、筒状をなす本体ケース５１と、本体ケース５１に挿通支持されているとともに絶縁材料で構成される保持部材５２と、図中上下方向である軸方向に延びる中心電極５３とを備えている。中心電極５３は、図中上端である基端と図中下端である先端とを除く他の部位が保持部材５２に被覆された状態で同保持部材５２に保持されている。そして、中心電極５３の先端が放電端部５３１となっている。
【００１７】
また、点火プラグ１８には、本体ケース５１に支持されている接地電極５４が設けられている。接地電極５４は本体ケース５１から図中下方に延出しており、接地電極５４の図中下端である先端は、中心電極５３の放電端部５３１よりも図中下方、すなわちピストン１３の近くに位置しており、放電端部５３１と空間を挟んで対向している。そして、このように接地電極５４において放電端部５３１に対向している先端が、放電部５４１となっている。なお、こうした接地電極５４には、点火プラグ１８の温度であるプラグ温度ＴＭＰを検出するプラグ温度センサ１１４が設けられている。
【００１８】
こうした点火プラグ１８にあっては、中心電極５３の放電端部５３１と接地電極５４の放電部５４１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。そして、こうした放電によって燃焼室１６内の混合気が点火される。
【００１９】
なお、点火プラグ１８では、中心電極５３の電位を接地電極５４の電位よりも大きくすることによる放電であるプラス放電と、中心電極５３の電位を接地電極５４の電位よりも小さくすることによる放電であるマイナス放電との双方が実施可能である。
【００２０】
プラス放電は、マイナス放電と比較して、放電させる際の点火プラグ１８における中心電極５３と接地電極５４との電位差を小さくすることができるというメリットを有している一方で、電極が劣化しやすいというデメリットを有している。これに対し、マイナス放電は、プラス放電と比較して、放電させる際の点火プラグ１８における中心電極５３と接地電極５４との電位差が大きくなるというデメリットを有している一方で、電極が劣化しにくいというメリットを有している。なお、本明細書では、点火プラグ１８における中心電極５３と接地電極５４との電位差のことを、単に「点火プラグ１８の電位差」というものとする。
【００２１】
次に、図１を参照し、内燃機関１１を制御する制御装置１００について説明する。
図１に示すように、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、水温センサ１１３及びプラグ温度センサ１１４などが電気的に接続されている。水温センサ１１３は、内燃機関１１内のウォータジャケット内を流れる冷却水の温度を検出し、プラグ温度センサ１１４は、点火プラグ１８の温度であるプラグ温度ＴＭＰを検出する。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、スティックコイル１９、電圧発生装置３０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。
【００２２】
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、点火プラグ１８の電位差は、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。
【００２３】
また、点火プラグ１８の温度であるプラグ温度ＴＭＰが低い場合、点火プラグ１８の電気抵抗が大きくなるため、点火プラグ１８が放電しにくい。また、内燃機関１１の高負荷運転時には、燃焼室１６内の圧力が大きくなるため、点火プラグ１８が放電しにくい。そして、このように点火プラグ１８が放電しにくい状況下であっても同点火プラグ１８に放電させる場合には、点火プラグ１８が放電しやすい場合よりも同点火プラグ１８の電位差を大きくする必要が生じる。したがって、点火プラグ１８の電位差が大きくなると予測される特定条件が成立しているときに点火プラグ１８にマイナス放電を行わせると、点火プラグ１８の電位差が過大になるおそれがある。
【００２４】
そこで、図３に示すように、本実施形態の内燃機関の点火装置では、点火プラグ１８の温度であるプラグ温度ＴＭＰが温度判定値ＴＭＰＴｈ以下であること、及び、燃焼室１６内の圧力Ｐａが圧力判定値ＰａＴｈよりも大きいことの双方が成立しているときに、上記の特定条件が成立していると判断するようにしている。そして、特定条件が成立していないときには、点火プラグ１８にマイナス放電を行わせても点火プラグ１８の電位差が過大にならないと判断し、点火プラグ１８にマイナス放電を行わせる。一方、特定条件が成立しているときには、点火プラグ１８にマイナス放電を行わせると点火プラグ１８の電位差が過大になると判断し、点火プラグ１８にプラス放電を行わせる。
【００２５】
次に、図４に示すフローチャートを参照し、点火プラグ１８にマイナス放電を行わせるかプラス放電を行わせるかを選択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。
【００２６】
図４に示すように、本処理ルーチンにおいて、制御装置１００は、プラグ温度センサ１１４によって検出されているプラグ温度ＴＭＰを取得する（ステップＳ１１）。続いて、制御装置１００は、クランク軸１５の回転速度や吸入空気量などに基づき、燃焼室１６内の圧力Ｐａを推定演算する（ステップＳ１２）。ここでは、圧縮行程時における燃焼室１６内の圧力Ｐａが推定される。例えば、点火プラグ１８に放電させるタイミングでの圧力を推定してもよいし、ピストン１３が上死点に位置する時点の圧力を推定してもよい。
【００２７】
そして、制御装置１００は、取得したプラグ温度ＴＭＰが温度判定値ＴＭＰＴｈよりも高いか否かを判定する（ステップＳ１３）。プラグ温度ＴＭＰが温度判定値ＴＭＰＴｈよりも高い場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、特定条件が成立していないため、制御装置１００は、マイナス放電を選択し（ステップＳ１４）、本処理ルーチンを一旦終了する。
【００２８】
一方、プラグ温度ＴＭＰが温度判定値ＴＭＰＴｈ以下である場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御装置１００は、燃焼室１６内の圧力Ｐａが圧力判定値ＰａＴｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１５）。燃焼室１６内の圧力Ｐａが圧力判定値ＰａＴｈ以下である場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、特定条件が成立していないため、制御装置１００は、マイナス放電を選択し（ステップＳ１４）、本処理ルーチンを一旦終了する。一方、燃焼室１６内の圧力Ｐａが圧力判定値ＰａＴｈよりも大きい場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、特定条件が成立しているため、制御装置１００は、プラス放電を選択し（ステップＳ１６）、本処理ルーチンを一旦終了する。
【００２９】
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）特定条件が成立しているときには、放電させる際における点火プラグ１８の電位差が過大になると判断することができるため、マイナス放電ではなくプラス放電を点火プラグ１８に行わせるようにしている。これにより、特定条件が成立しているときでも点火プラグ１８にマイナス放電を行わせる場合と比較し、点火プラグ１８の電位差が過大となる事象の発生を抑制することができる。そのため、点火プラグ１８で消費される電力量を低減させることができる。
【００３０】
しかも、特定条件が成立していないときには、点火プラグ１８にマイナス放電を行わせるようにしている。このようにプラス放電を点火プラグ１８に行わせる機会が増えすぎないようにしているため、点火プラグ１８の電極の劣化の進行も抑えることができる。
【００３１】
したがって、このようにマイナス放電とプラス放電とを使い分けることにより、点火プラグ１８の電極の劣化の抑制と、点火プラグ１８で消費される電力量の低減とを両立させることができる。
【００３２】
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。
・内燃機関の点火装置に適用される点火プラグは、中心電極５３と接地電極５４との双方を備える構成であれば適宜変更してもよい。例えば、図５に示すように、点火プラグ１８は、接地電極５４がピストン１３の頂面１３１に設置された構成であってもよい。
【００３３】
また、図６に示すように、点火プラグ１８は、複数の接地電極５４を備えた構成であってもよい。
・燃焼室１６内の圧力Ｐａが大きいか否かの判定は、燃焼室１６内の圧力Ｐａとある程度相関性を有する任意のパラメータを用いた判定であってもよい。例えば、水温センサ１１３によって検出されている冷却水の温度に基づいて当該判定を行ってもよい。
【００３４】
・特定条件は、プラグ温度ＴＭＰが温度判定値ＴＭＰＴｈ以下であることを含んでいるのであれば、燃焼室１６内の圧力Ｐａが圧力判定値ＰａＴｈよりも大きいことを含んでいなくてもよい。
【００３５】
・特定条件は、燃焼室１６内の圧力Ｐａが圧力判定値ＰａＴｈよりも大きいことを含んでいるのであれば、プラグ温度ＴＭＰが温度判定値ＴＭＰＴｈ以下であることを含んでいなくてもよい。
【００３６】
・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にマイナス放電を実施させ、気体燃料を用いた機関運転時には、特定条件が成立しているか否かによってマイナス放電とプラス放電とを使い分けるようにしてもよい。
【００３７】
・また、ガソリンなどの液体燃料を用いて運転される内燃機関でも、特定条件が成立しているか否かによってマイナス放電とプラス放電とを使い分けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１１…内燃機関、１６…燃焼室、１８…点火プラグ、５３…中心電極、５４…接地電極、１００…制御装置。
【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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