エンジンの点火制御装置
【課題】燃焼室内の火炎伝播を均等にすることにより、エンジンの冷却損失を抑制し、高い熱効率を維持することを目的とする。
【解決手段】エンジン１０の点火制御装置１は、燃焼室１４内の複数地点から点火地点を選択可能な多点点火手段２０と、燃焼室１４の吸気側壁面に設けた第１イオンプローブ３１と、燃焼室１４の排気側壁面に設けた第２イオンプローブ３２と、ＥＣＵ３５とを備える。点火制御装置１は、ＥＣＵ３５により、第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間と第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間との差に基づいて、多点点火手段２０の点火地点を選択する制御を行い、燃焼室１４内に均等な火炎伝播を生成する。
【解決手段】エンジン１０の点火制御装置１は、燃焼室１４内の複数地点から点火地点を選択可能な多点点火手段２０と、燃焼室１４の吸気側壁面に設けた第１イオンプローブ３１と、燃焼室１４の排気側壁面に設けた第２イオンプローブ３２と、ＥＣＵ３５とを備える。点火制御装置１は、ＥＣＵ３５により、第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間と第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間との差に基づいて、多点点火手段２０の点火地点を選択する制御を行い、燃焼室１４内に均等な火炎伝播を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおける熱効率は、燃料を燃焼して得られる総エネルギーから排気熱損失、冷却損失、機関放熱による熱損失を差し引いて得られる。したがって、排気熱損失、冷却損失、機関放熱を低減するほど、仕事量を増加し、ひいては出力向上と熱効率の向上を実現できる。
【０００３】
特許文献１には、シリンダヘッドにおける燃焼室に対向する箇所をシリンダブロックとの接合面より凹ませて、遮熱板を装着することにより、シリンダヘッドを断熱し、ヘッドジャケットを介して失われる冷却損失を低減する技術が開示されている。
【０００４】
また、ガソリンエンジンでは燃焼室内の燃料噴霧に点火することにより燃料の燃焼を実現するところ、特許文献２に示すように、１つの燃焼室について点火手段（点火プラグ）を複数備えるものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２７０４０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２５０１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エンジンの燃焼室内における火炎伝播は、エンジンの運転条件によって変化する。エンジンの運転条件の変化に応じて、吸気や排気のタイミングを変化させることや吸排気脈動が変化することにより、シリンダ内の気流形成過程が変化する。この影響を受け、点火プラグ付近での気流や燃料噴霧の分布が変化する。点火プラグ付近での気流や燃料噴霧の分布が変化することにより、燃焼室内における火炎伝播が均等ではなくなり、偏りが生じる。これにより、吸気ポート側の燃焼室壁面と排気ポート側の燃焼室壁面への火炎到達時間に差が生じる。
【０００７】
例えば、図８は高タンブル流の発生時における火炎伝播の偏り傾向の一例を示した説明図である。図８の縦軸は、排気ポート側のシリンダブロック壁面への火炎到達時間から吸気ポート側のシリンダブロック壁面への火炎到達時間を差し引いた時間差（以下、「ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差」と述べる。）を表わし、横軸は、エンジン回転数を表している。図８中の四角実線は、エンジンの運転条件が条件１の場合、黒丸破線は、条件２の場合を示している。
【０００８】
図８に示したＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差が正であるとき、排気ポート側のシリンダブロック壁面への火炎到達時間が長い。反対に、ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差が負であるとき、吸気ポート側のシリンダブロック壁面への火炎到達時間が長い。火炎伝播が均等であるほど、すなわち、ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差が短いほど、シリンダヘッドやシリンダブロックを介して失われる冷却損失が減少する。反対に、火炎伝播が偏るほど、すなわち、ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差が長くなるほど、シリンダヘッドやシリンダブロックを介して失われる冷却損失が増加する。したがって、シリンダヘッドを断熱して冷却損失を抑制し、熱効率を向上させるエンジンであっても、燃焼室内の火炎伝播の偏りによる冷却損失を低減しなければ、シリンダヘッドを断熱することにより得られる効果を無駄にしてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、燃焼室内の火炎伝播を均等にすることにより、エンジンの冷却損失を抑制し、高い熱効率を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決する本発明のエンジンの点火制御装置は、燃焼室内の複数地点から点火地点を選択可能な多点点火手段と、前記燃焼室の吸気側壁面に設けた第１火炎伝播検出手段と、前記燃焼室の排気側壁面に設けた第２火炎伝播検出手段と、前記第１火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間と前記第２火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間の差に基づいて、前記多点点火手段の前記点火地点を選択する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成により、燃焼室内における火炎の伝播の偏りに応じて点火地点を選択し、燃焼室内の火炎の伝播を均等にすることができる。燃焼室の火炎の伝播を均等にすることにより、エンジンの冷却損失を抑制し、高い熱効率を維持することができる。
【００１２】
上記のエンジンの点火制御装置において、前記多点点火手段の点火地点が、吸気側から排気側へ向かって直列に配置された構成とすることができる。この構成により、吸気側と排気側とに生じる火炎の伝播時間の差に応じて、点火地点を選択することができる。
【００１３】
上記のエンジンの点火制御装置において、前記多点点火手段の点火地点は、前記燃焼室の中央部と、前記中央部よりも吸気側と、前記中央部よりも排気側とに配置された構成とすることができる。この構成により、吸気側への火炎伝播時間が早いときには、排気側の点火地点を選択し、排気側への火炎伝播時間が早いときには、吸気側の点火地点を選択することができる。
【００１４】
上記のエンジンの点火制御装置において、前記制御手段は、第１火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間と第２火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間の差を小さくするように、前記多点点火手段の前記点火地点を決定することができる。これにより、燃焼室内に均等な火炎伝播状態を生成することができる。燃焼室内の火炎伝播を均等にすることにより、エンジンの冷却損失を抑制し、熱効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、燃焼室内における火炎の伝播の偏りから点火地点を選択して、燃焼室内の火炎伝播を均等にすることにより、エンジンの冷却損失を抑制し、高い熱効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】エンジンの点火制御装置の概略構成を示した説明図である。
【図２】燃焼室側から見たエンジンのシリンダヘッドの概略を示した説明図である。
【図３】シリンダヘッドとシリンダブロックを示した概略構成図である。
【図４】多点点火手段の点火制御を示したフローチャートである。
【図５】第１イオンプローブと第２イオンプローブとが出力するイオン電流の時間変化の一例を示した説明図である。
【図６】点火制御装置のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差を示した説明図である。
【図７】タンブルコントロールバルブを備えた点火制御装置の概略構成図である。
【図８】高タンブル流の発生時における火炎伝播の偏り傾向の一例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための一形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例のエンジン１０の点火制御装置（以下、単に「点火制御装置」と述べる。）１の概略構成を示した説明図である。図２は、燃焼室１４側から見たエンジン１０のシリンダヘッド１２の概略を示した説明図である。点火制御装置１にかかるエンジン１０は、ピストン１１、シリンダヘッド１２、シリンダブロック１３を備えている。シリンダブロック１３の内側壁面は滑らかに形成されており、シリンダブロック１３の内側壁面に沿ってピストン１１が摺動する。さらに、燃焼室１４が、ピストン１１、シリンダヘッド１２、シリンダブロック１３により区画されて形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド１２には、吸気ポート１５と排気ポート１６とがそれぞれ２つ形成されている。吸気と燃料噴霧とが混合した混合気が、吸気ポート１５を介して燃焼室１４へ供給される。吸気ポート１５の燃焼室１４における開口部（吸気口）１５１には、吸気バルブ１７が吸気口１５１を開閉可能に設けられている。同様に、排気ポート１６の燃焼室１４における開口部（排気口）１６１には排気バルブ１８が排気口１６１を開閉可能に設けられている。これらの吸気口１５１、吸気バルブ１７、排気口１６１、排気バルブ１８も吸気ポート１５、排気ポート１６に対応するように、それぞれ２つ設けられている。２つの吸気口１５１と２つの排気口１６１とは対向するように形成されており、２つの吸気口１５１と２つの排気口１６１との間に、多点点火手段２０が設けられている。
【００２０】
多点点火手段２０は、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３からなる。図２に示すように、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３は、吸気側から排気側へ向かう方向に（以下、「ＩＮ−ＥＸ方向」と述べる。）直列に配置されている。ＩＮ−ＥＸ方向は、対向する吸気口１５１と排気口１６１とを結ぶ直線の方向である。また、このＩＮ−ＥＸ方向は、例えば、エンジン１０が直列に気筒を配置したエンジンである場合、気筒の並ぶ方向にほぼ直交する方向である。また、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３は、燃焼室１４の円柱の断面を形成する円の直径上に直列に配置されている。第１点火プラグ２１は、円の中心に相当する中央部に配置され、第２点火プラグ２２は、第１点火プラグ２１よりも吸気口１５１側に配置され、第３点火プラグ２３は、第１点火プラグ２１よりも排気口１６１側に配置されている。
【００２１】
第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３のいずれも中心電極と側方電極を備え、中心電極と側方電極の電極間の火花放電ギャップにおいて、高電圧を放電することにより点火し、燃焼室内の混合気を燃焼させる。第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３のそれぞれの点火位置は異なるため、燃焼室１４内には、点火地点が複数設けられていることになる。混合気への点火時には、多点点火手段２０における３つの点火プラグの中から点火するプラグを選択することができる。すなわち、燃焼室１４内の複数地点から点火地点を選択することができる。
【００２２】
図１に示すように、シリンダブロック１３には第１イオンプローブ３１、第２イオンプローブ３２が燃焼室１４内の火炎を測定可能に設けられている。第１イオンプローブ３１は、吸気ポート１５側のシリンダブロック１３の壁面に設けられている。第２イオンプローブ３２は、排気ポート１６側のシリンダブロック１３の壁面に設けられている。第１イオンプローブ３１は、中心電極およびこれに近接した接地電極を備えている。火炎が発生する際に、これらの電極間に微小なイオンギャップが形成されることにより、第１イオンプローブ３１は、燃焼による火炎の伝播を検出する。そして、第１イオンプローブ３１は、検出した火炎をイオン電流として出力する。同様に、第２イオンプローブ３２も、第１イオンプローブ３１と同様の構成を備え、燃焼による火炎の伝播を検出し、イオン電流として出力する。また、イオンプローブを用いて燃焼室１４内の火炎を測定する構成に代えて、筒内圧センサを用いて圧力の変化から火炎の伝播を検出する構成、光ファイバーを用いてラジカル発光強度の変化から火炎の伝播を検出する構成、温度センサを用いて燃焼温度の変化から火炎の伝播を検出する構成であってもよい。
【００２３】
図３は、エンジン１０のシリンダヘッド１２とシリンダブロック１３を示した概略構成図である。シリンダヘッド１２、シリンダブロック１３には冷却水が流通する第１ウォータジャケット１９ａと第２ウォータジャケット１９ｂが形成されている。第１ウォータジャケット１９ａは、シリンダヘッド１２のうち、多点点火手段２０周辺と、排気ポート１６が形成された側の部分に冷却水を流通させるとともに、シリンダブロック１３のうち、排気ポート１６が形成された側の部分に冷却水を流通させる。第２ウォータジャケット１９ｂは、シリンダヘッド１２のうち、吸気ポート１５が形成された側の部分に冷却水を流通させるとともに、シリンダブロック１３のうち、吸気ポート１５が形成された側の部分に冷却水を流通させる。
【００２４】
第１ウォータジャケット１９ａ、第２ウォータジャケット１９ｂのそれぞれは、シリンダブロック１３側から冷却水が流入し、シリンダヘッド１２側へ冷却水が流出する縦流しの構造を有している。また、エンジン１０の出力を取り出す側をリア側として、第１ウォータジャケット１９ａ、第２ウォータジャケット１９ｂのそれぞれは、エンジン１０のフロント側から冷却水が流入し、リア側から冷却水が流出する構造になっている。また、エンジン１０には第２ウォータジャケット１９ｂを流通する冷却水の流量を調整する調整弁３３が設けられている。
【００２５】
また、エンジン１０は、クランクシャフト（図示しない）のクランク角を検出するクランク角センサ３４を備えている。さらに、エンジン１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３５を備えている。ＥＣＵ３５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、エンジン１０の制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りしてエンジン１０を制御する。本実施例においては、ＥＣＵ３５は、第１イオンプローブ３１、第２イオンプローブ３２、クランク角センサ３４のそれぞれと電気的に接続されており、これらの各センサの出力信号を取得する。また、ＥＣＵ３５は、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３と電気的に接続されており、各点火プラグによる点火を制御する。具体的には、ＥＣＵ３５は、第１イオンプローブ３１と第２イオンプローブ３２とが検出する火炎伝播の時間差に基づいて、多点点火手段２０の点火地点を選択し、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３のいずれかにより、混合気に点火する。また、ＥＣＵ３５は、調整弁３３と電気的に接続されており、調整弁３３の開閉を制御する。
【００２６】
次に、エンジン１０の熱効率向上を目的としてシリンダヘッド１２の冷却を抑制する動作について説明する。エンジン１０はシリンダヘッド１２の冷却を抑制することにより冷却損失を低減するとともに、ノッキングを改善する。一般に、エンジンの圧縮行程上死点付近でシリンダヘッドとピストンの表面積割合が大きくなるため、冷却損失はシリンダヘッドの温度の影響を大きく受ける。一方、ノッキングは、燃焼室の内壁温度の上昇により誘発されることが知られている。
【００２７】
ＥＣＵ３５は、調整弁３３を閉弁し、第２ウォータジャケット１９ｂへ供給する冷却水の流量を低減し、シリンダヘッド１２、及びシリンダブロック１３の吸気ポート１５側の冷却を抑制する。これにより、吸気ポート１５側のシリンダヘッド１２の冷却が抑制されて、冷却損失が減少する。一方、第１ウォータジャケット１９ａへ供給される冷却水量は変わらないため、排気ポート１６側の冷却能力が維持される。構造上、排気ガスが通過する排気ポート１６は高温になる。排気ポート１６側への冷却水の供給により、高温になりがちな排気ポート１６側が冷却され、燃焼室１４の内壁温度の上昇が防がれてノッキングの発生を抑制する。このようにエンジン１０では、第２ウォータジャケット１９ｂへの冷却水の供給を低減し、シリンダヘッド１２の冷却を抑制してシリンダヘッド１２の断熱性能を高め、冷却損失を低減し、熱効率を向上するとともに、燃焼室１４の内壁温度の上昇を防ぎ、ノッキングの発生を抑制している。
【００２８】
次に、点火制御装置１における多点点火手段２０の点火制御について説明する。多点点火手段２０の点火制御はＥＣＵ３５により実行される。図４は多点点火手段２０の点火制御を示したフローチャートである。多点点火手段２０の点火制御はエンジン１０の始動とともに開始される。以下、図４のフローチャートを参照して多点点火手段２０の点火制御について説明する。
【００２９】
ＥＣＵ３５はステップＳ１において、第１点火プラグ２１を用いて混合気に点火する。燃焼室１４内の環境を反映する情報の乏しいエンジン１０始動の初期の段階では、３つの点火プラグの中から中央に配置されている第１点火プラグ２１を用いる。ＥＣＵ３５は次にステップＳ２へ進む。
【００３０】
ＥＣＵ３５はステップＳ２において、時間差Θ１を算出する。時間差Θ１は、第１点火プラグ２１により混合気が点火された場合において、第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間と、第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間の差である。時間差Θ１は、第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間から第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間を差し引いた時間差である。すなわち、時間差Θ１は、第１点火プラグ２１使用時のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差である。
【００３１】
図５は、第１イオンプローブ３１と第２イオンプローブ３２とが出力するイオン電流の時間変化の一例を示した説明図である。図５の縦軸は、出力されるイオン電流を示し、横軸は、クランクアングル（時間変化）を示している。混合気への点火が行われると、燃焼による火炎が燃焼室１４の壁面へ伝播する。この結果、第１イオンプローブ３１と第２イオンプローブ３２とが火炎を検出する。図５の例では、第２イオンプローブ３２のイオン電流が、第１イオンプローブ３１のイオン電流よりも先に上昇している。これは、第２イオンプローブ３２が第１イオンプローブ３１よりも先に火炎を検出していることを示している。これは、火炎が燃焼室１４の排気側の壁面に先に到達したことを示している。時間差Θ１は第２イオンプローブ３２のイオン電流の立ち上がり時から、第１イオンプローブ３１のイオン電流の立ち上がり時を差し引いて算出される。図５の例では、火炎が燃焼室１４の排気側の壁面に先に到達したため、時間差Θ１が負の値となるが、火炎が燃焼室１４の吸気側の壁面に先に到達した場合には、時間差Θ１が正の値となる。ＥＣＵ３５はステップＳ２の処理を終えるとステップＳ３へ進む。
【００３２】
ＥＣＵ３５はステップＳ３において、時間差Θ１が０より大きいか否かを判断する。ＥＣＵ３５はステップＳ３においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、時間差Θ１が０より大きい場合、ステップＳ４へ進む。
【００３３】
ＥＣＵ３５はステップＳ４において、第３点火プラグ２３を用いて混合気に点火する。時間差Θ１が０より大きい（時間差Θ１が正の値）場合は、火炎が燃焼室１４の吸気側の壁面に先に到達し、排気側の壁面に遅れて到達していることを示している。これは、点火時点の燃焼室１４の気流、燃料噴霧の分布の環境において、燃焼室１４の中央で点火した場合、排気側よりも吸気側へ火炎が伝播するのが早いことを意味している。そこで、点火制御装置１では、排気側に設けられた第３点火プラグ２３により混合気に点火する。ＥＣＵ３５は次にステップＳ５へ進む。
【００３４】
ＥＣＵ３５はステップＳ５において、時間差Θ３を算出する。時間差Θ３は、第３点火プラグ２３により混合気が点火された場合における、第１イオンプローブ３１が検出する火炎の到達する時間と、第２イオンプローブ３２が検出する火炎の到達する時間の差である。時間差Θ３は、第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間から第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間を差し引いた時間差である。すなわち、時間差Θ３は第３点火プラグ２３使用時のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差である。時間差Θ３は時間差Θ１同様に、第２イオンプローブ３２のイオン電流の立ち上がり時から、第１イオンプローブ３１のイオン電流の立ち上がり時を差し引いて算出される。ＥＣＵ３５はステップＳ５の処理を終えるとステップＳ６へ進む。
【００３５】
ＥＣＵ３５はステップＳ６において、時間差Θ３の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さいか否かを判断する。ステップＳ６は、この時点の燃焼室１４の環境下において、最適な点火位置として第１点火プラグ２１と第３点火プラグ２３のどちらを選択するのがよいかを判断するステップである。時間差Θ１の絶対値と時間差Θ３の絶対値とを比較して値の小さい方が、吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差が小さく、燃焼室１４の壁面への火炎伝播時間が均等になる。従って、この結果に基づき、以降の処理において、火炎到達にかかる時間差が小さくなるように使用する点火プラグを選択する。ＥＣＵ３５はステップＳ６においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、時間差Θ３の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さい場合、ステップＳ７へ進む。
【００３６】
ＥＣＵ３５はステップＳ７において、第３点火プラグ２３を用いて混合気に点火する。時間差Θ３の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さい場合、第１点火プラグ２１の点火地点において点火するよりも、第３点火プラグ２３の点火地点において点火する方が、吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差を小さくできる。このため、第３点火プラグ２３を用いて混合気を点火する。ＥＣＵ３５はステップＳ７の処理を終えると、リターンとなる。
【００３７】
ところで、ＥＣＵ３５はステップＳ３においてＮＯと判断する場合、すなわち、時間差Θ１が０以下である場合、ステップＳ８へ進む。ＥＣＵ３５はステップＳ８において、時間差Θ１が０より小さいか否かを判断する。ＥＣＵ３５はステップＳ８においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、時間差Θ１が０より小さい場合、ステップＳ９へ進む。
【００３８】
ＥＣＵ３５はステップＳ９において、第２点火プラグ２２を用いて混合気に点火する。時間差Θ１が０より小さい（時間差Θ１が負の値）場合は、火炎が燃焼室１４の排気側の壁面に先に到達し、吸気側の壁面に遅れて到達していることを示している。これは、点火時点の燃焼室１４の気流、燃料噴霧の分布の環境において、燃焼室１４の中央で点火した場合、吸気側よりも排気側へ火炎が伝播するのが早いことを意味している。そこで、点火制御装置１では、吸気側に設けられた第２点火プラグ２２により混合気に点火する。ＥＣＵ３５は次にステップＳ１０に進む。
【００３９】
ＥＣＵ３５はステップＳ１０において、時間差Θ２を算出する。時間差Θ２は、第２点火プラグ２２により混合気が点火された場合における、第１イオンプローブ３１が検出する火炎の到達する時間と、第２イオンプローブ３２が検出する火炎の到達する時間の差である。時間差Θ２は、第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間から第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間を差し引いた時間差である。すなわち、時間差Θ２は第２点火プラグ２２使用時のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差である。時間差Θ２は時間差Θ１同様に、第２イオンプローブ３２のイオン電流の立ち上がり時から、第１イオンプローブ３１のイオン電流の立ち上がり時を差し引いて算出される。ＥＣＵ３５はステップＳ１０の処理を終えるとステップＳ１１へ進む。
【００４０】
ＥＣＵ３５はステップＳ１１において、時間差Θ２の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さいか否かを判断する。ステップＳ１１は、この時点の燃焼室１４の環境下において、最適な点火位置として第１点火プラグ２１と第２点火プラグ２２のどちらを選択するのがよいかを判断するステップである。時間差Θ１の絶対値と時間差Θ２の絶対値とを比較し、値の小さい方が吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差が小さく、燃焼室１４の壁面への火炎伝播時間が均等になる。従って、この結果に基づき、以降の処理において、火炎到達にかかる時間差が小さくなるように使用する点火プラグを選択する。ＥＣＵ３５はステップＳ１１においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、時間差Θ２の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さい場合、ステップＳ１２へ進む。
【００４１】
ＥＣＵ３５はステップＳ１２において、第２点火プラグ２２を用いて混合気に点火する。時間差Θ２の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さい場合、第１点火プラグ２１の点火地点において点火するよりも、第２点火プラグ２２の点火地点において点火する方が、吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差を小さくできる。このため、第２点火プラグ２２を用いて混合気を点火する。ＥＣＵ３５はステップＳ７の処理を終えると、リターンとなる。
【００４２】
一方、ＥＣＵ３５はステップＳ１１においてＮＯと判断する場合、すなわち、時間差Θ２の絶対値が時間差Θ１の絶対値以上である場合、ステップＳ１３へ進む。また、ＥＣＵ３５はステップＳ７においてＮＯと判断する場合、すなわち、時間差Θ３の絶対値が時間差Θ１の絶対値以上である場合にも、ステップＳ１３へ進む。
【００４３】
ＥＣＵ３５はステップＳ１３において、第１点火プラグ２１を用いて混合気に点火する。時間差Θ１の絶対値が時間差Θ２の絶対値や時間差Θ３の絶対値よりも小さい場合、第１点火プラグ２１の点火地点において点火する方が、吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差を小さくできる。このため、第１点火プラグ２１を用いて混合気を点火する。
【００４４】
また、ＥＣＵ３５はステップＳ８においてＮＯと判断する場合、ステップＳ１３へ進む。すなわち、時間差Θ１が０のとき、続けて第１点火プラグ２１を用いて混合気を点火する。時間差Θ１が０のときは、その環境下での第１点火プラグ２１における点火により燃焼室１４の壁面への火炎到達時間が等しいため、第１点火プラグにおける点火を維持する。ＥＣＵ３５はステップＳ１３の処理を終えると、リターンとなる。
【００４５】
点火制御装置１は、複数の点火プラグをＩＮ−ＥＸ方向に直列に配置したことにより、吸気側と排気側とに生じる火炎の伝播時間の差に応じて、点火地点を選択することができる。すなわち、点火時点における燃焼室１４内の環境に適した点火プラグを選択できる。上記の通り、点火制御装置１は、複数の点火プラグをそれぞれ単独で用いて混合気を点火し、点火時点の燃焼室１４の環境下において、第１イオンプローブ３１が検出した火炎の到達時間と第２イオンプローブ３２が検出した火炎の到達時間の差を小さくするように点火位置を決定する。これにより、燃焼室１４の壁面への火炎到達時間が均等になる点火プラグを選択できる。
【００４６】
上記の制御を実施することにより、図６の結果が得られる。図６は、点火制御装置１のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差を示した説明図である。図６の縦軸は、ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差を表わし、横軸は、エンジン回転数を表している。図６中の白丸実線は、本実施例の点火制御装置１の値を示し、黒丸破線は、比較例の装置の値を示している。比較例の装置は、第１点火プラグ２１のみ備えており、全ての点火を第１点火プラグ２１で行うものである。比較例の装置のその他の構成は点火制御装置１と同様である。
【００４７】
図６によると、点火制御装置１におけるＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差は、エンジン回転数に依存せず、常に、０近傍の値を示している。すなわち、点火制御装置１における混合気の燃焼による燃焼室１４の壁面への火炎到達時間が概ね等しい。このため、燃焼室１４内に均等な火炎伝播状態が生成されている。燃焼室１４の火炎伝播状態が均等であると冷却損失を抑制できるため、点火制御装置１は、エンジン回転数によらず、冷却損失を抑制する。これにより、点火制御装置１は高い熱効率を維持することができる。
【００４８】
また、点火制御装置１では、燃焼室１４内のタンブル流を強化するタンブル流生成手段を備えていてもよい。図７はタンブルコントロールバルブを備えた点火制御装置１Ａの概略構成図である。タンブルコントロールバルブ４１は吸気通路４０に設けられ、吸気通路４０の一部を閉塞することにより、燃焼室１４内に供給される混合気の流れを調整し、燃焼室１４内のタンブル流を強化する。タンブルコントロールバルブ４１はＥＣＵ３５と電気的に接続されており、ＥＣＵ３５により制御される。なお、図７の点火制御装置１Ａは、タンブルコントロールバルブ４１を備えたことを除き、点火制御装置１と同様の構成をしている。
【００４９】
このようなタンブル流を強化する構成を備えていると、タンブル流を強化する条件では、燃焼室１４内の気流、燃料噴霧の分布が変化し、混合気の燃焼時に燃焼室１４の壁面に火炎が到達する時間に大きな偏りが生じる。このため、火炎到達時間の偏りにより、冷却損失が大きくなることが考えられる。しかしながら、点火制御装置１Ａは、点火位置を複数設けるともに、火炎到達時間を等しくする制御を実施することにより、燃焼室１４の壁面への均等な火炎伝播状態を生成し、冷却損失を抑制する。これにより、点火制御装置１Ａは、高い熱効率を維持することができる。
【００５０】
また、点火制御装置１は、上記のようなタンブル流を強化する構成に限られず、燃焼室１４内の気流を変化させる構成、例えば、スワール流を強化する構成、吸気弁の開閉タイミングを変化する可変動弁機構を備える構成にも応用できる。
【００５１】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、実施例では点火プラグを３つ備えているが、これ以上備えていてもよい。
【００５２】
また、上記の実施例では、シリンダヘッド１２の冷却を抑制することにより、エンジン１の冷却損失を低減するが、特に、実施例で示した構成に限定されるものではない。上記の構成は、例えば、シリンダヘッド１２の燃焼室１４に露出した部分に断熱部材を配置する構成により、シリンダヘッド１２を燃焼室１４から断熱し、シリンダヘッド１２へ移動するの熱の移動量を低減するものであってもよい。この断熱部材として、例えば、シリンダヘッド１２を構成する材料よりも熱伝導率の小さい部材を選択できる。これにより、シリンダヘッド１２から失われる熱量が減少し、シリンダヘッド１２における冷却損失を低減できる。また、上記の構成は、シリンダブロック１３からシリンダヘッド１２への熱伝導を防ぐ構成であってもよい。例えば、シリンダヘッド１２のシリンダブロック１３側の面に断熱部材を配置することにより、シリンダブロック１３からシリンダヘッド１２への熱伝導を防ぎ、シリンダヘッド１２において失われる熱量を低減し、冷却損失を低減してもよい。また、これらの構成は、互いに組み合わせてもよいし、上記実施例で述べた構成と組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 点火制御装置
１０ エンジン
１１ ピストン
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
２０ 多点点火手段
２１ 第１点火プラグ
２２ 第２点火プラグ
２３ 第３点火プラグ
３１ 第１イオンプローブ（第１火炎伝播検出手段）
３２ 第２イオンプローブ（第２火炎伝播検出手段）
３５ ＥＣＵ（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおける熱効率は、燃料を燃焼して得られる総エネルギーから排気熱損失、冷却損失、機関放熱による熱損失を差し引いて得られる。したがって、排気熱損失、冷却損失、機関放熱を低減するほど、仕事量を増加し、ひいては出力向上と熱効率の向上を実現できる。
【０００３】
特許文献１には、シリンダヘッドにおける燃焼室に対向する箇所をシリンダブロックとの接合面より凹ませて、遮熱板を装着することにより、シリンダヘッドを断熱し、ヘッドジャケットを介して失われる冷却損失を低減する技術が開示されている。
【０００４】
また、ガソリンエンジンでは燃焼室内の燃料噴霧に点火することにより燃料の燃焼を実現するところ、特許文献２に示すように、１つの燃焼室について点火手段（点火プラグ）を複数備えるものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２７０４０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２５０１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エンジンの燃焼室内における火炎伝播は、エンジンの運転条件によって変化する。エンジンの運転条件の変化に応じて、吸気や排気のタイミングを変化させることや吸排気脈動が変化することにより、シリンダ内の気流形成過程が変化する。この影響を受け、点火プラグ付近での気流や燃料噴霧の分布が変化する。点火プラグ付近での気流や燃料噴霧の分布が変化することにより、燃焼室内における火炎伝播が均等ではなくなり、偏りが生じる。これにより、吸気ポート側の燃焼室壁面と排気ポート側の燃焼室壁面への火炎到達時間に差が生じる。
【０００７】
例えば、図８は高タンブル流の発生時における火炎伝播の偏り傾向の一例を示した説明図である。図８の縦軸は、排気ポート側のシリンダブロック壁面への火炎到達時間から吸気ポート側のシリンダブロック壁面への火炎到達時間を差し引いた時間差（以下、「ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差」と述べる。）を表わし、横軸は、エンジン回転数を表している。図８中の四角実線は、エンジンの運転条件が条件１の場合、黒丸破線は、条件２の場合を示している。
【０００８】
図８に示したＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差が正であるとき、排気ポート側のシリンダブロック壁面への火炎到達時間が長い。反対に、ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差が負であるとき、吸気ポート側のシリンダブロック壁面への火炎到達時間が長い。火炎伝播が均等であるほど、すなわち、ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差が短いほど、シリンダヘッドやシリンダブロックを介して失われる冷却損失が減少する。反対に、火炎伝播が偏るほど、すなわち、ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差が長くなるほど、シリンダヘッドやシリンダブロックを介して失われる冷却損失が増加する。したがって、シリンダヘッドを断熱して冷却損失を抑制し、熱効率を向上させるエンジンであっても、燃焼室内の火炎伝播の偏りによる冷却損失を低減しなければ、シリンダヘッドを断熱することにより得られる効果を無駄にしてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、燃焼室内の火炎伝播を均等にすることにより、エンジンの冷却損失を抑制し、高い熱効率を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決する本発明のエンジンの点火制御装置は、燃焼室内の複数地点から点火地点を選択可能な多点点火手段と、前記燃焼室の吸気側壁面に設けた第１火炎伝播検出手段と、前記燃焼室の排気側壁面に設けた第２火炎伝播検出手段と、前記第１火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間と前記第２火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間の差に基づいて、前記多点点火手段の前記点火地点を選択する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成により、燃焼室内における火炎の伝播の偏りに応じて点火地点を選択し、燃焼室内の火炎の伝播を均等にすることができる。燃焼室の火炎の伝播を均等にすることにより、エンジンの冷却損失を抑制し、高い熱効率を維持することができる。
【００１２】
上記のエンジンの点火制御装置において、前記多点点火手段の点火地点が、吸気側から排気側へ向かって直列に配置された構成とすることができる。この構成により、吸気側と排気側とに生じる火炎の伝播時間の差に応じて、点火地点を選択することができる。
【００１３】
上記のエンジンの点火制御装置において、前記多点点火手段の点火地点は、前記燃焼室の中央部と、前記中央部よりも吸気側と、前記中央部よりも排気側とに配置された構成とすることができる。この構成により、吸気側への火炎伝播時間が早いときには、排気側の点火地点を選択し、排気側への火炎伝播時間が早いときには、吸気側の点火地点を選択することができる。
【００１４】
上記のエンジンの点火制御装置において、前記制御手段は、第１火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間と第２火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間の差を小さくするように、前記多点点火手段の前記点火地点を決定することができる。これにより、燃焼室内に均等な火炎伝播状態を生成することができる。燃焼室内の火炎伝播を均等にすることにより、エンジンの冷却損失を抑制し、熱効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、燃焼室内における火炎の伝播の偏りから点火地点を選択して、燃焼室内の火炎伝播を均等にすることにより、エンジンの冷却損失を抑制し、高い熱効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】エンジンの点火制御装置の概略構成を示した説明図である。
【図２】燃焼室側から見たエンジンのシリンダヘッドの概略を示した説明図である。
【図３】シリンダヘッドとシリンダブロックを示した概略構成図である。
【図４】多点点火手段の点火制御を示したフローチャートである。
【図５】第１イオンプローブと第２イオンプローブとが出力するイオン電流の時間変化の一例を示した説明図である。
【図６】点火制御装置のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差を示した説明図である。
【図７】タンブルコントロールバルブを備えた点火制御装置の概略構成図である。
【図８】高タンブル流の発生時における火炎伝播の偏り傾向の一例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための一形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例のエンジン１０の点火制御装置（以下、単に「点火制御装置」と述べる。）１の概略構成を示した説明図である。図２は、燃焼室１４側から見たエンジン１０のシリンダヘッド１２の概略を示した説明図である。点火制御装置１にかかるエンジン１０は、ピストン１１、シリンダヘッド１２、シリンダブロック１３を備えている。シリンダブロック１３の内側壁面は滑らかに形成されており、シリンダブロック１３の内側壁面に沿ってピストン１１が摺動する。さらに、燃焼室１４が、ピストン１１、シリンダヘッド１２、シリンダブロック１３により区画されて形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド１２には、吸気ポート１５と排気ポート１６とがそれぞれ２つ形成されている。吸気と燃料噴霧とが混合した混合気が、吸気ポート１５を介して燃焼室１４へ供給される。吸気ポート１５の燃焼室１４における開口部（吸気口）１５１には、吸気バルブ１７が吸気口１５１を開閉可能に設けられている。同様に、排気ポート１６の燃焼室１４における開口部（排気口）１６１には排気バルブ１８が排気口１６１を開閉可能に設けられている。これらの吸気口１５１、吸気バルブ１７、排気口１６１、排気バルブ１８も吸気ポート１５、排気ポート１６に対応するように、それぞれ２つ設けられている。２つの吸気口１５１と２つの排気口１６１とは対向するように形成されており、２つの吸気口１５１と２つの排気口１６１との間に、多点点火手段２０が設けられている。
【００２０】
多点点火手段２０は、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３からなる。図２に示すように、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３は、吸気側から排気側へ向かう方向に（以下、「ＩＮ−ＥＸ方向」と述べる。）直列に配置されている。ＩＮ−ＥＸ方向は、対向する吸気口１５１と排気口１６１とを結ぶ直線の方向である。また、このＩＮ−ＥＸ方向は、例えば、エンジン１０が直列に気筒を配置したエンジンである場合、気筒の並ぶ方向にほぼ直交する方向である。また、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３は、燃焼室１４の円柱の断面を形成する円の直径上に直列に配置されている。第１点火プラグ２１は、円の中心に相当する中央部に配置され、第２点火プラグ２２は、第１点火プラグ２１よりも吸気口１５１側に配置され、第３点火プラグ２３は、第１点火プラグ２１よりも排気口１６１側に配置されている。
【００２１】
第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３のいずれも中心電極と側方電極を備え、中心電極と側方電極の電極間の火花放電ギャップにおいて、高電圧を放電することにより点火し、燃焼室内の混合気を燃焼させる。第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３のそれぞれの点火位置は異なるため、燃焼室１４内には、点火地点が複数設けられていることになる。混合気への点火時には、多点点火手段２０における３つの点火プラグの中から点火するプラグを選択することができる。すなわち、燃焼室１４内の複数地点から点火地点を選択することができる。
【００２２】
図１に示すように、シリンダブロック１３には第１イオンプローブ３１、第２イオンプローブ３２が燃焼室１４内の火炎を測定可能に設けられている。第１イオンプローブ３１は、吸気ポート１５側のシリンダブロック１３の壁面に設けられている。第２イオンプローブ３２は、排気ポート１６側のシリンダブロック１３の壁面に設けられている。第１イオンプローブ３１は、中心電極およびこれに近接した接地電極を備えている。火炎が発生する際に、これらの電極間に微小なイオンギャップが形成されることにより、第１イオンプローブ３１は、燃焼による火炎の伝播を検出する。そして、第１イオンプローブ３１は、検出した火炎をイオン電流として出力する。同様に、第２イオンプローブ３２も、第１イオンプローブ３１と同様の構成を備え、燃焼による火炎の伝播を検出し、イオン電流として出力する。また、イオンプローブを用いて燃焼室１４内の火炎を測定する構成に代えて、筒内圧センサを用いて圧力の変化から火炎の伝播を検出する構成、光ファイバーを用いてラジカル発光強度の変化から火炎の伝播を検出する構成、温度センサを用いて燃焼温度の変化から火炎の伝播を検出する構成であってもよい。
【００２３】
図３は、エンジン１０のシリンダヘッド１２とシリンダブロック１３を示した概略構成図である。シリンダヘッド１２、シリンダブロック１３には冷却水が流通する第１ウォータジャケット１９ａと第２ウォータジャケット１９ｂが形成されている。第１ウォータジャケット１９ａは、シリンダヘッド１２のうち、多点点火手段２０周辺と、排気ポート１６が形成された側の部分に冷却水を流通させるとともに、シリンダブロック１３のうち、排気ポート１６が形成された側の部分に冷却水を流通させる。第２ウォータジャケット１９ｂは、シリンダヘッド１２のうち、吸気ポート１５が形成された側の部分に冷却水を流通させるとともに、シリンダブロック１３のうち、吸気ポート１５が形成された側の部分に冷却水を流通させる。
【００２４】
第１ウォータジャケット１９ａ、第２ウォータジャケット１９ｂのそれぞれは、シリンダブロック１３側から冷却水が流入し、シリンダヘッド１２側へ冷却水が流出する縦流しの構造を有している。また、エンジン１０の出力を取り出す側をリア側として、第１ウォータジャケット１９ａ、第２ウォータジャケット１９ｂのそれぞれは、エンジン１０のフロント側から冷却水が流入し、リア側から冷却水が流出する構造になっている。また、エンジン１０には第２ウォータジャケット１９ｂを流通する冷却水の流量を調整する調整弁３３が設けられている。
【００２５】
また、エンジン１０は、クランクシャフト（図示しない）のクランク角を検出するクランク角センサ３４を備えている。さらに、エンジン１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３５を備えている。ＥＣＵ３５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、エンジン１０の制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りしてエンジン１０を制御する。本実施例においては、ＥＣＵ３５は、第１イオンプローブ３１、第２イオンプローブ３２、クランク角センサ３４のそれぞれと電気的に接続されており、これらの各センサの出力信号を取得する。また、ＥＣＵ３５は、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３と電気的に接続されており、各点火プラグによる点火を制御する。具体的には、ＥＣＵ３５は、第１イオンプローブ３１と第２イオンプローブ３２とが検出する火炎伝播の時間差に基づいて、多点点火手段２０の点火地点を選択し、第１点火プラグ２１、第２点火プラグ２２、第３点火プラグ２３のいずれかにより、混合気に点火する。また、ＥＣＵ３５は、調整弁３３と電気的に接続されており、調整弁３３の開閉を制御する。
【００２６】
次に、エンジン１０の熱効率向上を目的としてシリンダヘッド１２の冷却を抑制する動作について説明する。エンジン１０はシリンダヘッド１２の冷却を抑制することにより冷却損失を低減するとともに、ノッキングを改善する。一般に、エンジンの圧縮行程上死点付近でシリンダヘッドとピストンの表面積割合が大きくなるため、冷却損失はシリンダヘッドの温度の影響を大きく受ける。一方、ノッキングは、燃焼室の内壁温度の上昇により誘発されることが知られている。
【００２７】
ＥＣＵ３５は、調整弁３３を閉弁し、第２ウォータジャケット１９ｂへ供給する冷却水の流量を低減し、シリンダヘッド１２、及びシリンダブロック１３の吸気ポート１５側の冷却を抑制する。これにより、吸気ポート１５側のシリンダヘッド１２の冷却が抑制されて、冷却損失が減少する。一方、第１ウォータジャケット１９ａへ供給される冷却水量は変わらないため、排気ポート１６側の冷却能力が維持される。構造上、排気ガスが通過する排気ポート１６は高温になる。排気ポート１６側への冷却水の供給により、高温になりがちな排気ポート１６側が冷却され、燃焼室１４の内壁温度の上昇が防がれてノッキングの発生を抑制する。このようにエンジン１０では、第２ウォータジャケット１９ｂへの冷却水の供給を低減し、シリンダヘッド１２の冷却を抑制してシリンダヘッド１２の断熱性能を高め、冷却損失を低減し、熱効率を向上するとともに、燃焼室１４の内壁温度の上昇を防ぎ、ノッキングの発生を抑制している。
【００２８】
次に、点火制御装置１における多点点火手段２０の点火制御について説明する。多点点火手段２０の点火制御はＥＣＵ３５により実行される。図４は多点点火手段２０の点火制御を示したフローチャートである。多点点火手段２０の点火制御はエンジン１０の始動とともに開始される。以下、図４のフローチャートを参照して多点点火手段２０の点火制御について説明する。
【００２９】
ＥＣＵ３５はステップＳ１において、第１点火プラグ２１を用いて混合気に点火する。燃焼室１４内の環境を反映する情報の乏しいエンジン１０始動の初期の段階では、３つの点火プラグの中から中央に配置されている第１点火プラグ２１を用いる。ＥＣＵ３５は次にステップＳ２へ進む。
【００３０】
ＥＣＵ３５はステップＳ２において、時間差Θ１を算出する。時間差Θ１は、第１点火プラグ２１により混合気が点火された場合において、第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間と、第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間の差である。時間差Θ１は、第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間から第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間を差し引いた時間差である。すなわち、時間差Θ１は、第１点火プラグ２１使用時のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差である。
【００３１】
図５は、第１イオンプローブ３１と第２イオンプローブ３２とが出力するイオン電流の時間変化の一例を示した説明図である。図５の縦軸は、出力されるイオン電流を示し、横軸は、クランクアングル（時間変化）を示している。混合気への点火が行われると、燃焼による火炎が燃焼室１４の壁面へ伝播する。この結果、第１イオンプローブ３１と第２イオンプローブ３２とが火炎を検出する。図５の例では、第２イオンプローブ３２のイオン電流が、第１イオンプローブ３１のイオン電流よりも先に上昇している。これは、第２イオンプローブ３２が第１イオンプローブ３１よりも先に火炎を検出していることを示している。これは、火炎が燃焼室１４の排気側の壁面に先に到達したことを示している。時間差Θ１は第２イオンプローブ３２のイオン電流の立ち上がり時から、第１イオンプローブ３１のイオン電流の立ち上がり時を差し引いて算出される。図５の例では、火炎が燃焼室１４の排気側の壁面に先に到達したため、時間差Θ１が負の値となるが、火炎が燃焼室１４の吸気側の壁面に先に到達した場合には、時間差Θ１が正の値となる。ＥＣＵ３５はステップＳ２の処理を終えるとステップＳ３へ進む。
【００３２】
ＥＣＵ３５はステップＳ３において、時間差Θ１が０より大きいか否かを判断する。ＥＣＵ３５はステップＳ３においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、時間差Θ１が０より大きい場合、ステップＳ４へ進む。
【００３３】
ＥＣＵ３５はステップＳ４において、第３点火プラグ２３を用いて混合気に点火する。時間差Θ１が０より大きい（時間差Θ１が正の値）場合は、火炎が燃焼室１４の吸気側の壁面に先に到達し、排気側の壁面に遅れて到達していることを示している。これは、点火時点の燃焼室１４の気流、燃料噴霧の分布の環境において、燃焼室１４の中央で点火した場合、排気側よりも吸気側へ火炎が伝播するのが早いことを意味している。そこで、点火制御装置１では、排気側に設けられた第３点火プラグ２３により混合気に点火する。ＥＣＵ３５は次にステップＳ５へ進む。
【００３４】
ＥＣＵ３５はステップＳ５において、時間差Θ３を算出する。時間差Θ３は、第３点火プラグ２３により混合気が点火された場合における、第１イオンプローブ３１が検出する火炎の到達する時間と、第２イオンプローブ３２が検出する火炎の到達する時間の差である。時間差Θ３は、第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間から第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間を差し引いた時間差である。すなわち、時間差Θ３は第３点火プラグ２３使用時のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差である。時間差Θ３は時間差Θ１同様に、第２イオンプローブ３２のイオン電流の立ち上がり時から、第１イオンプローブ３１のイオン電流の立ち上がり時を差し引いて算出される。ＥＣＵ３５はステップＳ５の処理を終えるとステップＳ６へ進む。
【００３５】
ＥＣＵ３５はステップＳ６において、時間差Θ３の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さいか否かを判断する。ステップＳ６は、この時点の燃焼室１４の環境下において、最適な点火位置として第１点火プラグ２１と第３点火プラグ２３のどちらを選択するのがよいかを判断するステップである。時間差Θ１の絶対値と時間差Θ３の絶対値とを比較して値の小さい方が、吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差が小さく、燃焼室１４の壁面への火炎伝播時間が均等になる。従って、この結果に基づき、以降の処理において、火炎到達にかかる時間差が小さくなるように使用する点火プラグを選択する。ＥＣＵ３５はステップＳ６においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、時間差Θ３の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さい場合、ステップＳ７へ進む。
【００３６】
ＥＣＵ３５はステップＳ７において、第３点火プラグ２３を用いて混合気に点火する。時間差Θ３の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さい場合、第１点火プラグ２１の点火地点において点火するよりも、第３点火プラグ２３の点火地点において点火する方が、吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差を小さくできる。このため、第３点火プラグ２３を用いて混合気を点火する。ＥＣＵ３５はステップＳ７の処理を終えると、リターンとなる。
【００３７】
ところで、ＥＣＵ３５はステップＳ３においてＮＯと判断する場合、すなわち、時間差Θ１が０以下である場合、ステップＳ８へ進む。ＥＣＵ３５はステップＳ８において、時間差Θ１が０より小さいか否かを判断する。ＥＣＵ３５はステップＳ８においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、時間差Θ１が０より小さい場合、ステップＳ９へ進む。
【００３８】
ＥＣＵ３５はステップＳ９において、第２点火プラグ２２を用いて混合気に点火する。時間差Θ１が０より小さい（時間差Θ１が負の値）場合は、火炎が燃焼室１４の排気側の壁面に先に到達し、吸気側の壁面に遅れて到達していることを示している。これは、点火時点の燃焼室１４の気流、燃料噴霧の分布の環境において、燃焼室１４の中央で点火した場合、吸気側よりも排気側へ火炎が伝播するのが早いことを意味している。そこで、点火制御装置１では、吸気側に設けられた第２点火プラグ２２により混合気に点火する。ＥＣＵ３５は次にステップＳ１０に進む。
【００３９】
ＥＣＵ３５はステップＳ１０において、時間差Θ２を算出する。時間差Θ２は、第２点火プラグ２２により混合気が点火された場合における、第１イオンプローブ３１が検出する火炎の到達する時間と、第２イオンプローブ３２が検出する火炎の到達する時間の差である。時間差Θ２は、第２イオンプローブ３２が検出する火炎到達時間から第１イオンプローブ３１が検出する火炎到達時間を差し引いた時間差である。すなわち、時間差Θ２は第２点火プラグ２２使用時のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差である。時間差Θ２は時間差Θ１同様に、第２イオンプローブ３２のイオン電流の立ち上がり時から、第１イオンプローブ３１のイオン電流の立ち上がり時を差し引いて算出される。ＥＣＵ３５はステップＳ１０の処理を終えるとステップＳ１１へ進む。
【００４０】
ＥＣＵ３５はステップＳ１１において、時間差Θ２の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さいか否かを判断する。ステップＳ１１は、この時点の燃焼室１４の環境下において、最適な点火位置として第１点火プラグ２１と第２点火プラグ２２のどちらを選択するのがよいかを判断するステップである。時間差Θ１の絶対値と時間差Θ２の絶対値とを比較し、値の小さい方が吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差が小さく、燃焼室１４の壁面への火炎伝播時間が均等になる。従って、この結果に基づき、以降の処理において、火炎到達にかかる時間差が小さくなるように使用する点火プラグを選択する。ＥＣＵ３５はステップＳ１１においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、時間差Θ２の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さい場合、ステップＳ１２へ進む。
【００４１】
ＥＣＵ３５はステップＳ１２において、第２点火プラグ２２を用いて混合気に点火する。時間差Θ２の絶対値が時間差Θ１の絶対値よりも小さい場合、第１点火プラグ２１の点火地点において点火するよりも、第２点火プラグ２２の点火地点において点火する方が、吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差を小さくできる。このため、第２点火プラグ２２を用いて混合気を点火する。ＥＣＵ３５はステップＳ７の処理を終えると、リターンとなる。
【００４２】
一方、ＥＣＵ３５はステップＳ１１においてＮＯと判断する場合、すなわち、時間差Θ２の絶対値が時間差Θ１の絶対値以上である場合、ステップＳ１３へ進む。また、ＥＣＵ３５はステップＳ７においてＮＯと判断する場合、すなわち、時間差Θ３の絶対値が時間差Θ１の絶対値以上である場合にも、ステップＳ１３へ進む。
【００４３】
ＥＣＵ３５はステップＳ１３において、第１点火プラグ２１を用いて混合気に点火する。時間差Θ１の絶対値が時間差Θ２の絶対値や時間差Θ３の絶対値よりも小さい場合、第１点火プラグ２１の点火地点において点火する方が、吸気側壁面と排気側壁面の火炎到達にかかる時間差を小さくできる。このため、第１点火プラグ２１を用いて混合気を点火する。
【００４４】
また、ＥＣＵ３５はステップＳ８においてＮＯと判断する場合、ステップＳ１３へ進む。すなわち、時間差Θ１が０のとき、続けて第１点火プラグ２１を用いて混合気を点火する。時間差Θ１が０のときは、その環境下での第１点火プラグ２１における点火により燃焼室１４の壁面への火炎到達時間が等しいため、第１点火プラグにおける点火を維持する。ＥＣＵ３５はステップＳ１３の処理を終えると、リターンとなる。
【００４５】
点火制御装置１は、複数の点火プラグをＩＮ−ＥＸ方向に直列に配置したことにより、吸気側と排気側とに生じる火炎の伝播時間の差に応じて、点火地点を選択することができる。すなわち、点火時点における燃焼室１４内の環境に適した点火プラグを選択できる。上記の通り、点火制御装置１は、複数の点火プラグをそれぞれ単独で用いて混合気を点火し、点火時点の燃焼室１４の環境下において、第１イオンプローブ３１が検出した火炎の到達時間と第２イオンプローブ３２が検出した火炎の到達時間の差を小さくするように点火位置を決定する。これにより、燃焼室１４の壁面への火炎到達時間が均等になる点火プラグを選択できる。
【００４６】
上記の制御を実施することにより、図６の結果が得られる。図６は、点火制御装置１のＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差を示した説明図である。図６の縦軸は、ＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差を表わし、横軸は、エンジン回転数を表している。図６中の白丸実線は、本実施例の点火制御装置１の値を示し、黒丸破線は、比較例の装置の値を示している。比較例の装置は、第１点火プラグ２１のみ備えており、全ての点火を第１点火プラグ２１で行うものである。比較例の装置のその他の構成は点火制御装置１と同様である。
【００４７】
図６によると、点火制御装置１におけるＥＸ−ＩＮ火炎到達時間差は、エンジン回転数に依存せず、常に、０近傍の値を示している。すなわち、点火制御装置１における混合気の燃焼による燃焼室１４の壁面への火炎到達時間が概ね等しい。このため、燃焼室１４内に均等な火炎伝播状態が生成されている。燃焼室１４の火炎伝播状態が均等であると冷却損失を抑制できるため、点火制御装置１は、エンジン回転数によらず、冷却損失を抑制する。これにより、点火制御装置１は高い熱効率を維持することができる。
【００４８】
また、点火制御装置１では、燃焼室１４内のタンブル流を強化するタンブル流生成手段を備えていてもよい。図７はタンブルコントロールバルブを備えた点火制御装置１Ａの概略構成図である。タンブルコントロールバルブ４１は吸気通路４０に設けられ、吸気通路４０の一部を閉塞することにより、燃焼室１４内に供給される混合気の流れを調整し、燃焼室１４内のタンブル流を強化する。タンブルコントロールバルブ４１はＥＣＵ３５と電気的に接続されており、ＥＣＵ３５により制御される。なお、図７の点火制御装置１Ａは、タンブルコントロールバルブ４１を備えたことを除き、点火制御装置１と同様の構成をしている。
【００４９】
このようなタンブル流を強化する構成を備えていると、タンブル流を強化する条件では、燃焼室１４内の気流、燃料噴霧の分布が変化し、混合気の燃焼時に燃焼室１４の壁面に火炎が到達する時間に大きな偏りが生じる。このため、火炎到達時間の偏りにより、冷却損失が大きくなることが考えられる。しかしながら、点火制御装置１Ａは、点火位置を複数設けるともに、火炎到達時間を等しくする制御を実施することにより、燃焼室１４の壁面への均等な火炎伝播状態を生成し、冷却損失を抑制する。これにより、点火制御装置１Ａは、高い熱効率を維持することができる。
【００５０】
また、点火制御装置１は、上記のようなタンブル流を強化する構成に限られず、燃焼室１４内の気流を変化させる構成、例えば、スワール流を強化する構成、吸気弁の開閉タイミングを変化する可変動弁機構を備える構成にも応用できる。
【００５１】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、実施例では点火プラグを３つ備えているが、これ以上備えていてもよい。
【００５２】
また、上記の実施例では、シリンダヘッド１２の冷却を抑制することにより、エンジン１の冷却損失を低減するが、特に、実施例で示した構成に限定されるものではない。上記の構成は、例えば、シリンダヘッド１２の燃焼室１４に露出した部分に断熱部材を配置する構成により、シリンダヘッド１２を燃焼室１４から断熱し、シリンダヘッド１２へ移動するの熱の移動量を低減するものであってもよい。この断熱部材として、例えば、シリンダヘッド１２を構成する材料よりも熱伝導率の小さい部材を選択できる。これにより、シリンダヘッド１２から失われる熱量が減少し、シリンダヘッド１２における冷却損失を低減できる。また、上記の構成は、シリンダブロック１３からシリンダヘッド１２への熱伝導を防ぐ構成であってもよい。例えば、シリンダヘッド１２のシリンダブロック１３側の面に断熱部材を配置することにより、シリンダブロック１３からシリンダヘッド１２への熱伝導を防ぎ、シリンダヘッド１２において失われる熱量を低減し、冷却損失を低減してもよい。また、これらの構成は、互いに組み合わせてもよいし、上記実施例で述べた構成と組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 点火制御装置
１０ エンジン
１１ ピストン
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
２０ 多点点火手段
２１ 第１点火プラグ
２２ 第２点火プラグ
２３ 第３点火プラグ
３１ 第１イオンプローブ（第１火炎伝播検出手段）
３２ 第２イオンプローブ（第２火炎伝播検出手段）
３５ ＥＣＵ（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の複数地点から点火地点を選択可能な多点点火手段と、
前記燃焼室の吸気側壁面に設けた第１火炎伝播検出手段と、
前記燃焼室の排気側壁面に設けた第２火炎伝播検出手段と、
前記第１火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間と前記第２火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間の差に基づいて、前記多点点火手段の前記点火地点を選択する制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの点火制御装置。
【請求項２】
前記多点点火手段の点火地点が、吸気側から排気側へ向かって直列に配置されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項３】
前記多点点火手段の点火地点は、前記燃焼室の中央部と、前記中央部よりも吸気側と、前記中央部よりも排気側とに配置されたことを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、第１火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間と第２火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間の差を小さくするように、前記多点点火手段の前記点火地点を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項１】
燃焼室内の複数地点から点火地点を選択可能な多点点火手段と、
前記燃焼室の吸気側壁面に設けた第１火炎伝播検出手段と、
前記燃焼室の排気側壁面に設けた第２火炎伝播検出手段と、
前記第１火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間と前記第２火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間の差に基づいて、前記多点点火手段の前記点火地点を選択する制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの点火制御装置。
【請求項２】
前記多点点火手段の点火地点が、吸気側から排気側へ向かって直列に配置されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項３】
前記多点点火手段の点火地点は、前記燃焼室の中央部と、前記中央部よりも吸気側と、前記中央部よりも排気側とに配置されたことを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、第１火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間と第２火炎伝播検出手段が検出する火炎到達時間の差を小さくするように、前記多点点火手段の前記点火地点を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジンの点火制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８８９３６（Ｐ２０１２−１８８９３６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０７９７（Ｐ２０１１−５０７９７）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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