火花点火式エンジンの点火制御装置
【課題】火花点火式の直噴エンジンＥにおいて、シリンダＣ毎に２つの点火プラグ１６，１８を備えるとともに、燃焼室５のスワール流Ｓｗを強化して混合気の燃焼性を高める場合に、冷機時における燃料の壁面付着に起因する空燃比分布の偏りに着目し、その分布にマッチした適切な点火制御によって着火性及び燃焼性を向上する
【解決手段】燃焼室天井部５ａには、シリンダ軸線ｃ１に沿って見たときにインジェクタ１４と反対側の周縁部よりもスワール流Ｓｗの下流側に、サイドプラグ１８が配設されている。エンジン冷機時には一旦、シリンダＣ内壁面に付着した燃料Ｆａが気化し、スワール流Ｓｗにより搬送されてサイドプラグ１８の近傍に濃混合気Ｍを形成する。そこで、サイドプラグ１８をセンタープラグ１６よりも先に点火作動させて、濃混合気Ｍを確実に着火させる。
【解決手段】燃焼室天井部５ａには、シリンダ軸線ｃ１に沿って見たときにインジェクタ１４と反対側の周縁部よりもスワール流Ｓｗの下流側に、サイドプラグ１８が配設されている。エンジン冷機時には一旦、シリンダＣ内壁面に付着した燃料Ｆａが気化し、スワール流Ｓｗにより搬送されてサイドプラグ１８の近傍に濃混合気Ｍを形成する。そこで、サイドプラグ１８をセンタープラグ１６よりも先に点火作動させて、濃混合気Ｍを確実に着火させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射して点火プラグにより点火するようにした火花点火式エンジンの点火制御装置に関し、特に、気筒毎に複数の点火プラグを設けて燃焼性を高めたものに係る。
【背景技術】
【０００２】
従来より、火花点火式エンジンにおいて気筒毎に複数の点火プラグを設けることは公知であり、これにより燃焼期間を短縮して、出力の向上及び燃費の低減を図ることができる。例えば特許文献１に記載の２点点火内燃機関では、気筒内の燃焼室に臨む２つの吸気ポート開口部にそれぞれ対応するように、２つの点火プラグを配設している。そして、一方の吸気ポートにのみＥＧＲガスを還流させ、この吸気ポートに対応する点火プラグによりＥＧＲガスの多く含まれる混合気に先に点火することによって、燃焼性を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−００９６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、昨今の火花点火式エンジンにおいては、気筒内の燃焼室に燃料を噴射して燃焼させる直噴タイプのものが実用化されている。このような直噴エンジンおいては、燃料の気化に伴う吸気冷却効果によって充填効率が向上するとともに、ノッキングが抑制されることから、気筒の圧縮比を高めに設定して機関効率を向上することができる。
【０００５】
しかしながら、気筒内に燃料を噴射する直噴エンジンにおいては、冷機時に気化し難くなった燃料噴霧の一部が液滴のまま気筒内壁面に付着しやすい。この影響で燃焼室周縁部の混合気濃度が高めになる一方で、燃焼室中央部の混合気濃度は低めになってしまい、着火安定性ひいては混合気の燃焼性が低下するという問題がある。
【０００６】
この点につき燃焼室における気筒軸線周りの流動（スワール流）を強化して、燃料噴霧を分散させ、吸気との混合や気化霧化を促進するという技術は周知である。しかし、相対的に吸気量の少ない低回転域においてはスワール流も十分には強化し得ず、前記の混合気濃度の偏りを解消するには至らない。
【０００７】
斯かる点に鑑みて本発明の目的は、前記のように直噴エンジンにおいて冷機時に生じる混合気濃度の偏りとスワール流との関係に着目して、複数の点火プラグを適切に点火作動させることにより、混合気への着火安定性及び燃焼性を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために本発明では、一旦、気筒内壁面に付着した燃料が気化した後にスワール流により搬送されて、混合気濃度が高くなるような部位にサイド点火プラグを設け、エンジン冷機時にはそれを優先的に点火作動させるようにした。
【０００９】
具体的に請求項１の発明では、気筒内の燃焼室にその周縁部の燃料噴射弁から燃料を噴射して、少なくとも、該燃焼室の天井部中央付近のセンター点火プラグによって点火するようにした火花点火式エンジンの点火制御装置を前提とする。
【００１０】
そして、前記燃焼室にスワール流を生成させるスワール生成手段が設けられている場合に、該燃焼室の天井部において、気筒軸線に沿って見たときに前記燃料噴射弁とは反対側の燃焼室周縁部よりも前記スワール流の下流側に位置するように、サイド点火プラグを配設する。その上で、エンジン冷機時の前記スワール流の生成される運転状態においては、前記サイド点火プラグをセンター点火プラグよりも所定クランク角度進角側で点火作動させる、点火時期制御手段を備えるものとする。
【００１１】
ここで、上述したようにエンジンの冷機時には、気筒内に噴射された燃料噴霧が気化し難く、その一部は液滴のまま気筒内壁面に付着することになる。こうして付着した燃料は、気筒内壁の熱を奪って気化するとともに、スワール流により気筒内壁に沿って搬送されることから、それが付着した部位よりもスワール流の下流側において比較的濃い混合気が形成されるようになる。
【００１２】
前記の構成では、そうして比較的濃い混合気の形成される部位にサイド点火プラグが配設されていて、エンジンの冷機時には、それがセンター点火プラグよりも進角側で点火作動されることで、確実な着火が図られて混合気の燃焼性を確保することができる。
【００１３】
一方で、エンジンの暖機が終了し燃料の壁面付着による悪影響が非常に小さくなれば、センター点火プラグをサイド点火プラグと同時に、或いはこれよりも所定クランク角度進角側で点火作動させることが好ましい（請求項２）。すなわち、暖機後は基本的に多点点火によって燃焼改善を図るものであり、その際は燃焼室の中央部寄りの点火を優先する。これは、燃焼室の周縁部寄りに先に点火した場合は、火炎伝播の初期に大きな熱損失が発生してしまい、多点点火とする意義が薄れてしまうからである。
【００１４】
そうして燃焼室の中央部寄りの点火を優先し、補助的に周縁部においても点火を行うことによって、燃焼期間を短縮し出力の向上や燃費の低減が図られる。また、そうして燃焼室の中央部寄りから周縁部に向かい火炎が伝播する際に、エンドガスゾーンで自着火の起きる前にサイド点火プラグによる点火を行うようにすれば、ノッキングも抑制できる。
【００１５】
そうしてエンジンの暖機後は多点点火により基本的に燃焼性を改善できるものであるが、そのためのサイド点火プラグの配設に伴い以下のような問題が生じる。すなわち、一般的に４バルブエンジンにおいて燃焼室の天井部には吸気及び排気ポートが４つ開口しており、排気側の周縁部は熱害が大きいので、吸気側の周縁部に燃料噴射弁を臨ませるとすれば、サイド点火プラグは周方向に隣接する吸排気弁間に配設せざるを得ない。
【００１６】
しかしながら、それら吸排気弁間というのは多気筒エンジンの場合、隣接する気筒間であり、ここは構造上、冷却水が流れ難いため、サイド点火プラグの過熱が問題になり易い。例えばエンジン暖機後の高負荷高回転領域のように燃焼室温度が非常に高くなる運転状態では、過熱したサイド点火プラグが混合気の自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。
【００１７】
そこで、エンジンの暖機後にはセンター点火プラグのみを点火作動させるようにしてもよく（請求項３）、こうすれば、サイド点火プラグの信頼性向上や消費電力の低減が図られる。
【００１８】
より好ましいのは、少なくとも前記のような高負荷高回転領域においてはセンター点火プラグのみを点火作動させる一方（請求項５）、高回転域を除いた所定回転数域（例えば５０００〜５５００ｒｐｍ以下の低中回転域）においては多点点火を行い、センター点火プラグをサイド点火プラグよりも所定クランク角度進角側で点火作動させることである（請求項４）。
【００１９】
さらに、例えば１５００ｒｐｍ未満の低回転域においては気筒の圧縮行程において燃焼室内の吸気温度が上昇しやすく、やはりサイド点火プラグが混合気の自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。そこで、このような低回転域で負荷が所定以上に高いときにもサイド点火プラグによる点火は行わず、センター点火プラグのみの点火としてもよい。
【００２０】
また、上述したようにエンジン冷機時にはサイド点火プラグによる点火を優先する一方、暖機後はセンター点火プラグによる点火を優先する場合に、好ましいのは、エンジンの負荷や回転数に応じてセンター点火プラグの点火時期を決定し、これに対してサイド点火プラグの点火時期を冷機時には進角側に、また、暖機後であれば遅角側に設定することである。
【００２１】
その場合には、例えばエンジン水温の上昇に応じて徐々にサイド点火プラグの点火時期を遅らせるように制御するのが好ましく、こうすれば、エンジンの暖機途中で温度状態が所定以上になれば、センター点火プラグをサイド点火プラグと同時に点火作動させることになる（請求項６）。
【発明の効果】
【００２２】
以上、説明したように本発明に係る火花点火式エンジンの点火制御装置によると、直噴エンジンに特有の気筒内壁面への燃料付着とスワール流との影響で、冷機時に燃焼室周縁の所定部位の混合気濃度が高くなることに着目し、この部位に対応付けてサイド点火プラグを配設するとともに、エンジンの冷機時にはセンター点火プラグよりも進角側でサイド点火プラグを点火作動させることによって、混合気の着火性及び燃焼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る火花点火式エンジンの概略構成図。
【図２】シリンダ内の燃焼室の構成を概略的に示す斜視図。
【図３】＃１〜＃４シリンダへの吸気通路の連通状態を示す模式図。
【図４】エンジンの点火制御マップの概要を示す説明図。
【図５】シリンダの吸気行程で生成されるスワール流と燃料噴霧とを示した図２相当図。
【図６】エンジン冷機時における(a)燃料噴霧の壁面付着と(b)それが気化して形成される濃混合気とを模式的に示すイメージ図。
【図７】点火制御の手順を示すフローチャート図。
【図８】エンジン判暖機時の図６相当図。
【図９】エンジン暖機後の図６相当図。
【図１０】エンジン水温の上昇に応じて点火時期を制御するためのテーブルの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２５】
−エンジンの概略構成−
図１は、本発明に係る火花点火式直噴エンジンＥの概略図である。このエンジンＥは、複数のシリンダＣ，Ｃ，…（気筒：図１には１つのみ示す）が形成されたシリンダブロック１と、その上に組み付けられたシリンダヘッド２とを備えている。個々のシリンダＣには、その軸線ｃ１（図２参照）に沿って上下に往復動するようにピストン３が収容されている。ピストン３はコネクティングロッドによって、シリンダブロック１の下部に回転自在に収容されているクランク軸４に連結されている。
【００２６】
より詳しくは図２に示すように、各シリンダＣ毎に往復動するピストン３の上方に燃焼室５が形成されている。燃焼室５の天井部５ａは、シリンダヘッド２の下面に各シリンダＣ毎に形成された窪みであり、図の例では、吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる浅い三角屋根形状とされている。つまり、この例ではエンジン１は、所謂ペントルーフ型の燃焼室５を備えている。
【００２７】
その天井部５ａの形状に対応するように、燃焼室５の床部であるピストン３の頂面は吸排気の中央部が隆起する台形状とされ、これによりシリンダＣの幾何学的圧縮比が高めに設定されている。また、その隆起部において、後述するセンタープラグ１６の電極に対応するように半球状のキャビティ３ａが形成されており、該センタープラグ１６の電極付近からの火炎面の伝播をできるだけ阻害しないようになっている。
【００２８】
また、前記燃焼室天井部５ａの吸気側の傾斜面、即ち図２において奥側の傾斜面には、第１、第２の２つの吸気ポート６ａ，６ｂが横並びに、即ちクランク軸方向に並んで開口している。一方、同図には手前側に開口部のみを示すが、排気側傾斜面にも同様に２つの排気ポート７，７が横並びに開口している。
【００２９】
そうして燃焼室５に臨む吸気ポート６ａ，６ｂの開口部にはそれぞれ吸気弁８，８が配設されており、そこから斜め上向きに延びた吸気ポート６ａ，６ｂは、図１にも示すようにシリンダヘッド２の側面に開口して、吸気通路１０に接続されている。図３には、複数のシリンダＣ，Ｃ，…（図の例では＃１〜＃４の４つのシリンダ）への吸気通路１０の連通状態を模式的に示しており、サージタンク１１とシリンダＣ，Ｃ，…との間は、各吸気ポート６ａ，６ｂ毎の分岐通路１０ａ，１０ｂによって個別に連通されている。
【００３０】
そして、シリンダＣ毎の分岐通路１０ａ，１０ｂのうちの一方（図２に示す＃１、＃３シリンダＣ，Ｃでは左側の第１吸気ポート６ａに連通する分岐通路１０ａ）には、後述のようにシリンダＣ内の流動を制御するための制御弁１２（Tuｍble Swirl Control Valve：以下、ＴＳＣＶと略称する）が配設されている。このＴＳＣＶ１２は、図の例ではバタフライバルブからなり、第１吸気ポート６ａの流路面積（開度）を調整する。
【００３１】
この実施形態ではＴＳＣＶ１２の開度は後述するＥＣＵ２０によって制御され、エンジンＥの所定の運転状態で第１吸気ポート６ａを全閉にすることにより、吸気を第２吸気ポート６ｂのみから燃焼室５に流入させて、スワール流を強化するものである。このＴＳＣＶ１２によって、第１吸気ポート６ａの流路抵抗を第２吸気ポート６ｂに比べて大きくして、燃焼室５にスワール流を生成するスワール生成手段が構成されている。
【００３２】
尚、図３に示すように、この実施形態の場合、＃１、＃３シリンダＣ，ＣではそれぞれＴＳＣＶ１２がエンジンＥの長手方向後側（図の左側）の吸気ポート６ａに配設される一方、＃２、＃４シリンダＣ，ＣではＴＳＣＶ１２はエンジンＥの前側（図の右側）の吸気ポート６ａに配設されている。
【００３３】
前記のように独立に設けられた一対の吸気ポート６ａ，６ｂに対し、各シリンダＣ毎の排気ポート７，７は下流側で一つに合流して、図１に示すように、シリンダヘッド２の排気側の側面に開口している。この排気側の側面には各シリンダＣ毎に分岐して排気ポート７に連通するように排気マニホールド１３が接続されていて、燃焼室５から既燃ガス（排気ガス）を排出するようになっている。
【００３４】
また、各シリンダＣ毎の２つの吸気ポート６ａ，６ｂの下方には、それらの開口部の中間に噴口を臨ませて、そこから燃焼室５の中央付近に向かって燃料を噴射するようにインジェクタ１４（燃料噴射弁）が配設されている。このインジェクタ１４の基端部には４つのシリンダＣ，Ｃ，…に共通の燃料分配管１５（図１にのみ示す）が接続されていて、図示しない高圧燃料ポンプや高圧レギュレータから供給される燃料が分配されるようになっている。
【００３５】
さらに、各シリンダＣ毎にシリンダヘッド２には、シリンダ軸線ｃ１に沿って延びるようにセンター点火プラグ１６（以下、センタープラグと略称）が配設されている。その先端の電極は、４バルブエンジンの常として天井部５ａの中央付近で燃焼室５に臨んでいる。一方、第１点火プラグ１６の基端側には、図１にのみ示すが点火コイルユニット１７が接続され、各シリンダＣ毎に所定のタイミングで通電するようになっている。
【００３６】
そうしてセンタープラグ１６によって燃焼室５の中央付近で混合気に点火することは、従来周知の如く熱損失を抑えるとともに、良好な火炎伝播のために好ましいものであり、特にこの実施形態では、上述の如くピストン３頂面に半球状のキャビティ３ａが形成されていて、高圧縮比仕様であるにも拘わらず極力、火炎面の伝播を阻害しないようになっている。
【００３７】
加えて、この実施形態の特徴として、図２の左側に位置する第１吸気ポート６ａと、これに対向する排気ポート７（図示せず）との間、即ち、シリンダＣの周方向に隣接する２つの吸排気ポート６ａ，７の開口部間から燃焼室５に臨むようにして、サイド点火プラグ１８（以下、サイドプラグと略称）が配設されており、センタープラグ１６と併せた２点点火制御によって、燃焼性をさらに高めるようにしている。
【００３８】
そうして各シリンダＣ毎に、周方向に隣接する２つの吸排気ポート６ａ，７間に配設されているサイドプラグ１８は、図３からも分かるようにエンジンＥの長手方向に隣接するシリンダＣ，Ｃ間に２つずつ近接して配設されることになり、その２つのサイドプラグ１８の基端側には、図示は省略するが、共通の点火コイルユニットが接続されている。
【００３９】
−点火制御の概要−
この実施形態のエンジンＥでは、前記したＴＳＣＶ１２の開閉作動、インジェクタ１４による燃料の噴射、センター及びサイドプラグ１６，１８による点火等がエンジン・コントロールユニット（ＥＣＵ）２０によって制御されることになる。ＥＣＵ２０には、エンジン水温センサ２１、クランク角センサ２２に加えて、エアフローセンサ２３、アクセル開度センサ２４、車速センサ２５等からの信号が入力される。
【００４０】
一例として図４に示すように、センタープラグ１６及びサイドプラグ１８による点火時期の制御がエンジンＥの負荷や回転数に応じて行われる。これは、基本的にはセンタープラグ１６を優先して混合気に点火し、補助的にサイドプラグ１８によっても点火することによって、燃焼期間を短縮し出力の向上や燃費の低減を図るものであり、２回の点火に適切な位相差を設けることによってノッキングの抑制も図られる。
【００４１】
また、図の例では、ハッチングを入れて示す相対的に低負荷かつ低回転側の運転領域(Ｓ：以下、スワール生成領域という)において各シリンダＣ毎のＴＳＣＶ１２を閉じ、図５に示すように吸気が第２吸気ポート６ｂのみから燃焼室５に流入するようにしている。こうして第２吸気ポート６ｂのみからの吸気流によって、図示のようにスワール流Ｓｗが生成され、燃料噴霧Ｆとの混合及びその気化霧化が促進される。
【００４２】
但し、エンジン冷機時のように燃料の気化霧化が非常に悪い状態では、前記のようにスワール流Ｓｗによって燃料の気化霧化を促進していても、それだけでは十分とは言えない。これは、図６のようにシリンダ軸線ｃ１に沿って見ると分かり易いが、冷機時には燃料噴霧Ｆが気化し難いため、同図(a)のように液滴のままインジェクタ１４とは反対側のシリンダＣの内壁面に到達し、付着する燃料Ｆａが多くなるからである。
【００４３】
そうしてシリンダＣの内壁面に付着する燃料Ｆａが多くなれば、同図(b)に示すように燃焼室５の中央部における混合気濃度は低くなってしまい、センタープラグ１６によって点火しても良好な着火性は得られない。一方で、シリンダＣ内壁面に付着した燃料Ｆａはその後、気化しつつスワール流ＳｗによってシリンダＣの内壁沿いに搬送されて、前記の付着部位よりもスワール流Ｓｗの下流側（以下、単にスワール下流側ともいう）に比較的濃い混合気Ｍを形成するようになる。
【００４４】
そこで、この実施形態では、そうして混合気濃度の高くなるスワール下流側の燃焼室５周縁部にサイドプラグ１８を設けておき、エンジン冷機時には該サイドプラグ１８をセンタープラグ１８よりも進角側で点火作動させることにより、混合気の着火性、燃焼性を安定的に確保するようにしている。尚、前記図６(b)には空燃比が所定値（例えば１２）以上の濃混合気部分Ｍのみを網点で示しているが、実際には混合気は燃焼室５全体に層状に分布している。
【００４５】
−具体的な制御手順−
以下に、この実施形態に係る具体的な点火制御の手順を図７のフローチャートに基づいて説明する。まず、スタート後のステップＳ１では、エンジン水温センサ２１、クランク角センサ２２、エアフローセンサ２３、アクセル開度センサ２４、車速センサ２５等からの信号を入力し、続くステップＳ２ではエンジンＥの運転領域を判定する。例えば、クランク角センサ２２からの信号によりエンジン回転数を演算し、これとアクセル開度とに基づいてエンジン負荷を演算する。そうして求めたエンジンＥの負荷及び回転数に基づき、図４の制御マップを参照してスワール生成領域（Ｓ）にあるか否か判定する。
【００４６】
その判定がＮＯならば後述するステップＳ８に進む一方、判定がＹＥＳであればステップＳ３に進み、ここではエンジン水温が４０°Ｃ未満か否か判定する。これはエンジンＥの冷機時かどうかの判定であり、ＹＥＳでエンジン冷機時であれば、図６を参照して上述したように、相対的に濃い混合気が燃焼室５のスワール下流側周縁部に形成されるから、これに点火するように所定タイミングでサイドプラグ１８を点火作動させた後に、所定クランク角度（例えば５°ＣＡ）遅角側でセンタープラグ１６を点火作動させて（ステップＳ４）、リターンする。
【００４７】
一方、前記ステップＳ３においてＮＯ、即ちエンジン水温が４０°Ｃ以上であると判定すればステップＳ５に進み、今度はエンジン水温が６０°Ｃ未満か否か判定する。これはエンジンＥの暖機が完了したかどうかの判定であり、ＹＥＳでエンジン半暖機時であればステップＳ６に進んで、エンジンＥの負荷や回転数に対応する所定タイミングでセンタープラグ１６及びサイドプラグ１８を同時に点火作動させて、リターンする。
【００４８】
すなわち、エンジンＥの暖機の進行に応じて燃料が気化しやすくなり、半暖機時には、図８(a)に模式的に示すようにシリンダＣ内壁面への付着量が少なくなるとともに、図(b)に示すように燃焼室５の中央部にも比較的濃い混合気Ｍが形成されるようになる。そこで、前記したようにシリンダＣ内壁面への付着燃料Ｆａによって形成されるスワール下流側周縁部の濃混合気Ｍとともに、前記燃焼室５中央部の濃混合気Ｍにも点火することによって、着火性、燃焼性をより向上させることができる。
【００４９】
さらにエンジンＥの暖機が進行して、その水温が６０°Ｃ以上になると（暖機完了）、前記ステップＳ５においてＮＯと判定してステップＳ７に進み、ここでは所定タイミングでセンタープラグ１８を点火作動させた後に、所定クランク角度（例えば５°ＣＡ）遅角側でサイドプラグ１６も点火作動させて、リターンする。
【００５０】
すなわち、エンジンＥの暖機後は燃料噴霧の気化が十分に図られ、図９(a)に破線Ｆａで示すようにシリンダＣの内壁面に付着する燃料が非常に少なくなるとともに、図(b)のように燃焼室５の中央付近に濃混合気Ｍが形成されるようになる。よって、この場合は、センタープラグ１６による点火を優先し、その後の火炎伝播の途中でサイドプラグ１８により補助的に点火することにより、燃焼期間を短縮し出力の向上や燃費の低減を図るものである。
【００５１】
以上、要するにスワール生成領域（Ｓ）においては、エンジンＥの冷機時からの暖機の進行に伴い、図６、８、９のように変化する燃焼室５の空燃比分布とスワール流との関係に着目して、エンジン水温の上昇に応じてセンター及びサイドプラグ１６，１８の点火時期を変更することにより、混合気への着火性及びその燃焼性を高めることができる。
【００５２】
そうしてエンジン水温に応じて点火時期を変更するために、まず、センタープラグ１６による点火時期をエンジンＥの負荷及び回転数に応じて予めマップ（図示せず）に設定しておき、これを基準としてサイドプラグ１８の点火時期は、図１０(a)に一例を示すように、エンジン水温の低い（４０°Ｃ未満の）ときには進角側に、また、暖機後（エンジン水温が６０°Ｃ以上）は遅角側に制御するようにすればよい。
【００５３】
尚、同図においては２つの点火プラグ１６，１８の位相差を５°ＣＡに設定しているが、これは一例に過ぎない。位相差はエンジンＥの運転状態に応じて変更することもできる。また、同図(b)に示すように、サイドプラグ１８の点火時期をエンジン水温の上昇に応じて徐々に遅角させるように設定することもできる。反対に、エンジンＥの冷気時にサイドプラグ１８の点火時期を進角させ、暖機後は遅角させるだけの２段切替とすることも可能である。
【００５４】
そのようなスワール生成領域（Ｓ）における点火制御に対して、それ以外の運転領域では基本的にはセンタープラグ１６を優先して混合気に点火し、補助的にサイドプラグ１８によっても点火する、という一般的な位相差制御を行う。すなわち、前記ステップＳ２においてＮＯ、即ちスワール生成領域（Ｓ）にないと判定して進んだステップＳ８では、エンジン回転数が１５００〜５５００ｒｐｍにあるかどうか判定し、ＹＥＳであれば前記ステップＳ７に進んでセンタープラグ１６優先の点火制御を実行し、リターンする。
【００５５】
一方、前記ステップＳ８においてＮＯ、即ちエンジン回転数が１５００ｒｐｍ未満であるか、或いは５５００ｒｐｍ以上であると判定したときにはステップＳ９に進み、今度はエンジン負荷が所定値未満か否か判定して、ＹＥＳであれば前記ステップＳ７に進む一方、判定がＮＯ、即ちエンジンＥが図４に示す高負荷低回転領域（Ｐ1）か高負荷高回転領域（Ｐ2）かのいずれかにあるときには、センタープラグ１６のみの点火として（ステップＳ１０）リターンする。
【００５６】
こうしてセンタープラグ１６のみの点火とするのは、サイドプラグ１８の過熱による弊害を防止するためである。上述したようにサイドプラグ１８は隣接するシリンダＣ，Ｃ間に２つずつ配設されていて（図３を参照）、構造上、冷却水が流れ難いことから、過熱しやすい。そして、例えば前記高負荷高回転領域（Ｐ2）では燃焼室５の温度が非常に高くなるので、過熱したサイドプラグ１８が混合気の自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。
【００５７】
また、前記高負荷低回転領域（Ｐ1）においても発熱量が多くなるとともに、圧縮行程においてシリンダＣ内壁面からの熱伝導時間が長くなることから、筒内温度が上昇しやすく、このときにもサイドプラグ１８が自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。そこで、それらの領域（Ｐ1，Ｐ2）においてはセンタープラグ１６のみを点火作動させるようにして、サイドプラグ１８の過熱を未然に防止することにより、プレイグニッションを阻止することができる。
【００５８】
前記図７の制御フローには、エンジンＥの冷機時のスワール生成領域（Ｓ）において、サイドプラグ１８をセンタープラグ１６寄りも進角側で点火作動させる一方、暖機後はセンタープラグ１６をサイドプラグ１８と同時に、或いはこれよりも進角側で点火作動させる、という点火時期制御の手順が示されており、これを実行するＥＣＵ２０によって、特許請求の範囲に記載の点火時期制御手段が構成される。
【００５９】
この実施形態の点火時期制御手段は、エンジンＥの半暖機状態ではセンタープラグ１６及びサイドプラグ１８を同時に点火作動させるようにしている。また、暖機後の高負荷低回転及び高負荷高回転領域（Ｐ1，Ｐ2）においては、センタープラグ１６のみを点火作動させるようにしており、換言すれば、エンジン回転数が１５００〜５５００ｒｐｍの範囲では、エンジンＥの負荷状態によらずセンタープラグ１６をサイドプラグ１８よりも進角側で点火作動させるようにしている。
【００６０】
したがって、この実施形態に係る火花点火式エンジンの点火制御装置によると、まず、エンジン暖機後においては、基本的にセンタープラグ１６により混合気へ点火するとともに、補助的にサイドプラグ１８によっても点火することで、燃焼期間を短縮し出力の向上や燃費の低減を図ることができる。この際、燃焼室５の中央から周縁に向かう火炎伝播の途中、適切なタイミングでサイドプラグ１８による点火が行われ、ノッキングの抑制も図られる。
【００６１】
一方、エンジン冷機時においてはサイドプラグ１８による点火が先に行われ、その後にセンタープラグ１６による点火が行われる。サイドプラグ１８は、直噴エンジンに特有のシリンダＣ内壁面への燃料の付着を考慮し、この付着燃料Ｆａが気化しつつスワール流により搬送されて濃混合気Ｍを形成するような（図６を参照）、スワール流下流側の周縁部に配設されているから、このサイドプラグ１８を優先的に点火作動させることによって、エンジン冷機時の着火性及び燃焼性を確保することができる。
【００６２】
また、その冷機時からエンジンＥの暖機が進行するのに連れて、徐々にセンター及びサイドプラグ１６，１８の点火時期を変更することにより、暖機の進行に伴い変化する燃焼室５の空燃比分布に対し最適な点火制御を行って、混合気への着火性及びその燃焼性を最大限に高めることができる。
【００６３】
さらに、隣接するシリンダＣ，Ｃ間に配置されたサイドプラグ１８の冷却が難しいことを考慮して、エンジン暖機後の高負荷低回転、及び高負荷高回転領域（Ｐ1，Ｐ2）においてはセンタープラグ１６のみの点火とし、サイドプラグ１８の過熱を防止するようにしており、このことによってプレイグニッションも未然に防止することができる。
【００６４】
−その他の実施形態−
尚、本発明の構成は前記実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば前記実施形態においてＴＳＣＶ１２は、分岐通路１０ａではなく、これに連通する吸気ポート６ａに設けることもできる。また、スワール流を生成、強化するためにＴＳＣＶ１２を閉じる必要はなく、これを閉じ気味にして流路抵抗を大きくするだけでもよい。
【００６５】
さらに、スワール生成手段としてＴＳＣＶ１２は必須のものではなく、例えばいずれか一方の吸気弁８のリフトを停止したり、そのリフト量を小さくすることによってもスワール流を生成、強化することができる。そのような可変機構を用いずに所謂スワールポートやタンジェンシャルポートのように、スワール流の生成を助けるようなポート形状とすることも可能である。
【００６６】
また、本発明を適用するエンジンはツインプラグのものに限らず、センタープラグ１６の他に２本のサイドプラグを備えたものであってもよい。また、エンジンは４バルブのものに限らず、例えば排気ポートが１つの３バルブエンジンであってもよい。この場合、サイドプラグ１８の配置は前記実施形態のものとは異なるものとなり、冷却水によって十分に冷却可能な位置であれば、図４の領域（Ｐ1，Ｐ2）のいずれかにおいてセンター及びサイドプラグ１６，１８による２点点火とすることも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上、説明したように本発明に係る点火制御装置は、火花点火式エンジンの冷機時における着火性及び燃焼性を確保することができるので、特に自動車用エンジンに適用して有用である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｅ 火花点火式エンジン
Ｃ シリンダ（気筒）
ｃ１ シリンダ軸線（気筒軸線）
５ 燃焼室
５ａ 天井部
１２ ＴＳＣＶ（スワール生成手段）
１４ インジェクタ（燃料噴射弁）
１６ センター点火プラグ
１８ サイド点火プラグ
２０ ＥＣＵ（点火時期制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射して点火プラグにより点火するようにした火花点火式エンジンの点火制御装置に関し、特に、気筒毎に複数の点火プラグを設けて燃焼性を高めたものに係る。
【背景技術】
【０００２】
従来より、火花点火式エンジンにおいて気筒毎に複数の点火プラグを設けることは公知であり、これにより燃焼期間を短縮して、出力の向上及び燃費の低減を図ることができる。例えば特許文献１に記載の２点点火内燃機関では、気筒内の燃焼室に臨む２つの吸気ポート開口部にそれぞれ対応するように、２つの点火プラグを配設している。そして、一方の吸気ポートにのみＥＧＲガスを還流させ、この吸気ポートに対応する点火プラグによりＥＧＲガスの多く含まれる混合気に先に点火することによって、燃焼性を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−００９６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、昨今の火花点火式エンジンにおいては、気筒内の燃焼室に燃料を噴射して燃焼させる直噴タイプのものが実用化されている。このような直噴エンジンおいては、燃料の気化に伴う吸気冷却効果によって充填効率が向上するとともに、ノッキングが抑制されることから、気筒の圧縮比を高めに設定して機関効率を向上することができる。
【０００５】
しかしながら、気筒内に燃料を噴射する直噴エンジンにおいては、冷機時に気化し難くなった燃料噴霧の一部が液滴のまま気筒内壁面に付着しやすい。この影響で燃焼室周縁部の混合気濃度が高めになる一方で、燃焼室中央部の混合気濃度は低めになってしまい、着火安定性ひいては混合気の燃焼性が低下するという問題がある。
【０００６】
この点につき燃焼室における気筒軸線周りの流動（スワール流）を強化して、燃料噴霧を分散させ、吸気との混合や気化霧化を促進するという技術は周知である。しかし、相対的に吸気量の少ない低回転域においてはスワール流も十分には強化し得ず、前記の混合気濃度の偏りを解消するには至らない。
【０００７】
斯かる点に鑑みて本発明の目的は、前記のように直噴エンジンにおいて冷機時に生じる混合気濃度の偏りとスワール流との関係に着目して、複数の点火プラグを適切に点火作動させることにより、混合気への着火安定性及び燃焼性を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために本発明では、一旦、気筒内壁面に付着した燃料が気化した後にスワール流により搬送されて、混合気濃度が高くなるような部位にサイド点火プラグを設け、エンジン冷機時にはそれを優先的に点火作動させるようにした。
【０００９】
具体的に請求項１の発明では、気筒内の燃焼室にその周縁部の燃料噴射弁から燃料を噴射して、少なくとも、該燃焼室の天井部中央付近のセンター点火プラグによって点火するようにした火花点火式エンジンの点火制御装置を前提とする。
【００１０】
そして、前記燃焼室にスワール流を生成させるスワール生成手段が設けられている場合に、該燃焼室の天井部において、気筒軸線に沿って見たときに前記燃料噴射弁とは反対側の燃焼室周縁部よりも前記スワール流の下流側に位置するように、サイド点火プラグを配設する。その上で、エンジン冷機時の前記スワール流の生成される運転状態においては、前記サイド点火プラグをセンター点火プラグよりも所定クランク角度進角側で点火作動させる、点火時期制御手段を備えるものとする。
【００１１】
ここで、上述したようにエンジンの冷機時には、気筒内に噴射された燃料噴霧が気化し難く、その一部は液滴のまま気筒内壁面に付着することになる。こうして付着した燃料は、気筒内壁の熱を奪って気化するとともに、スワール流により気筒内壁に沿って搬送されることから、それが付着した部位よりもスワール流の下流側において比較的濃い混合気が形成されるようになる。
【００１２】
前記の構成では、そうして比較的濃い混合気の形成される部位にサイド点火プラグが配設されていて、エンジンの冷機時には、それがセンター点火プラグよりも進角側で点火作動されることで、確実な着火が図られて混合気の燃焼性を確保することができる。
【００１３】
一方で、エンジンの暖機が終了し燃料の壁面付着による悪影響が非常に小さくなれば、センター点火プラグをサイド点火プラグと同時に、或いはこれよりも所定クランク角度進角側で点火作動させることが好ましい（請求項２）。すなわち、暖機後は基本的に多点点火によって燃焼改善を図るものであり、その際は燃焼室の中央部寄りの点火を優先する。これは、燃焼室の周縁部寄りに先に点火した場合は、火炎伝播の初期に大きな熱損失が発生してしまい、多点点火とする意義が薄れてしまうからである。
【００１４】
そうして燃焼室の中央部寄りの点火を優先し、補助的に周縁部においても点火を行うことによって、燃焼期間を短縮し出力の向上や燃費の低減が図られる。また、そうして燃焼室の中央部寄りから周縁部に向かい火炎が伝播する際に、エンドガスゾーンで自着火の起きる前にサイド点火プラグによる点火を行うようにすれば、ノッキングも抑制できる。
【００１５】
そうしてエンジンの暖機後は多点点火により基本的に燃焼性を改善できるものであるが、そのためのサイド点火プラグの配設に伴い以下のような問題が生じる。すなわち、一般的に４バルブエンジンにおいて燃焼室の天井部には吸気及び排気ポートが４つ開口しており、排気側の周縁部は熱害が大きいので、吸気側の周縁部に燃料噴射弁を臨ませるとすれば、サイド点火プラグは周方向に隣接する吸排気弁間に配設せざるを得ない。
【００１６】
しかしながら、それら吸排気弁間というのは多気筒エンジンの場合、隣接する気筒間であり、ここは構造上、冷却水が流れ難いため、サイド点火プラグの過熱が問題になり易い。例えばエンジン暖機後の高負荷高回転領域のように燃焼室温度が非常に高くなる運転状態では、過熱したサイド点火プラグが混合気の自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。
【００１７】
そこで、エンジンの暖機後にはセンター点火プラグのみを点火作動させるようにしてもよく（請求項３）、こうすれば、サイド点火プラグの信頼性向上や消費電力の低減が図られる。
【００１８】
より好ましいのは、少なくとも前記のような高負荷高回転領域においてはセンター点火プラグのみを点火作動させる一方（請求項５）、高回転域を除いた所定回転数域（例えば５０００〜５５００ｒｐｍ以下の低中回転域）においては多点点火を行い、センター点火プラグをサイド点火プラグよりも所定クランク角度進角側で点火作動させることである（請求項４）。
【００１９】
さらに、例えば１５００ｒｐｍ未満の低回転域においては気筒の圧縮行程において燃焼室内の吸気温度が上昇しやすく、やはりサイド点火プラグが混合気の自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。そこで、このような低回転域で負荷が所定以上に高いときにもサイド点火プラグによる点火は行わず、センター点火プラグのみの点火としてもよい。
【００２０】
また、上述したようにエンジン冷機時にはサイド点火プラグによる点火を優先する一方、暖機後はセンター点火プラグによる点火を優先する場合に、好ましいのは、エンジンの負荷や回転数に応じてセンター点火プラグの点火時期を決定し、これに対してサイド点火プラグの点火時期を冷機時には進角側に、また、暖機後であれば遅角側に設定することである。
【００２１】
その場合には、例えばエンジン水温の上昇に応じて徐々にサイド点火プラグの点火時期を遅らせるように制御するのが好ましく、こうすれば、エンジンの暖機途中で温度状態が所定以上になれば、センター点火プラグをサイド点火プラグと同時に点火作動させることになる（請求項６）。
【発明の効果】
【００２２】
以上、説明したように本発明に係る火花点火式エンジンの点火制御装置によると、直噴エンジンに特有の気筒内壁面への燃料付着とスワール流との影響で、冷機時に燃焼室周縁の所定部位の混合気濃度が高くなることに着目し、この部位に対応付けてサイド点火プラグを配設するとともに、エンジンの冷機時にはセンター点火プラグよりも進角側でサイド点火プラグを点火作動させることによって、混合気の着火性及び燃焼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る火花点火式エンジンの概略構成図。
【図２】シリンダ内の燃焼室の構成を概略的に示す斜視図。
【図３】＃１〜＃４シリンダへの吸気通路の連通状態を示す模式図。
【図４】エンジンの点火制御マップの概要を示す説明図。
【図５】シリンダの吸気行程で生成されるスワール流と燃料噴霧とを示した図２相当図。
【図６】エンジン冷機時における(a)燃料噴霧の壁面付着と(b)それが気化して形成される濃混合気とを模式的に示すイメージ図。
【図７】点火制御の手順を示すフローチャート図。
【図８】エンジン判暖機時の図６相当図。
【図９】エンジン暖機後の図６相当図。
【図１０】エンジン水温の上昇に応じて点火時期を制御するためのテーブルの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２５】
−エンジンの概略構成−
図１は、本発明に係る火花点火式直噴エンジンＥの概略図である。このエンジンＥは、複数のシリンダＣ，Ｃ，…（気筒：図１には１つのみ示す）が形成されたシリンダブロック１と、その上に組み付けられたシリンダヘッド２とを備えている。個々のシリンダＣには、その軸線ｃ１（図２参照）に沿って上下に往復動するようにピストン３が収容されている。ピストン３はコネクティングロッドによって、シリンダブロック１の下部に回転自在に収容されているクランク軸４に連結されている。
【００２６】
より詳しくは図２に示すように、各シリンダＣ毎に往復動するピストン３の上方に燃焼室５が形成されている。燃焼室５の天井部５ａは、シリンダヘッド２の下面に各シリンダＣ毎に形成された窪みであり、図の例では、吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる浅い三角屋根形状とされている。つまり、この例ではエンジン１は、所謂ペントルーフ型の燃焼室５を備えている。
【００２７】
その天井部５ａの形状に対応するように、燃焼室５の床部であるピストン３の頂面は吸排気の中央部が隆起する台形状とされ、これによりシリンダＣの幾何学的圧縮比が高めに設定されている。また、その隆起部において、後述するセンタープラグ１６の電極に対応するように半球状のキャビティ３ａが形成されており、該センタープラグ１６の電極付近からの火炎面の伝播をできるだけ阻害しないようになっている。
【００２８】
また、前記燃焼室天井部５ａの吸気側の傾斜面、即ち図２において奥側の傾斜面には、第１、第２の２つの吸気ポート６ａ，６ｂが横並びに、即ちクランク軸方向に並んで開口している。一方、同図には手前側に開口部のみを示すが、排気側傾斜面にも同様に２つの排気ポート７，７が横並びに開口している。
【００２９】
そうして燃焼室５に臨む吸気ポート６ａ，６ｂの開口部にはそれぞれ吸気弁８，８が配設されており、そこから斜め上向きに延びた吸気ポート６ａ，６ｂは、図１にも示すようにシリンダヘッド２の側面に開口して、吸気通路１０に接続されている。図３には、複数のシリンダＣ，Ｃ，…（図の例では＃１〜＃４の４つのシリンダ）への吸気通路１０の連通状態を模式的に示しており、サージタンク１１とシリンダＣ，Ｃ，…との間は、各吸気ポート６ａ，６ｂ毎の分岐通路１０ａ，１０ｂによって個別に連通されている。
【００３０】
そして、シリンダＣ毎の分岐通路１０ａ，１０ｂのうちの一方（図２に示す＃１、＃３シリンダＣ，Ｃでは左側の第１吸気ポート６ａに連通する分岐通路１０ａ）には、後述のようにシリンダＣ内の流動を制御するための制御弁１２（Tuｍble Swirl Control Valve：以下、ＴＳＣＶと略称する）が配設されている。このＴＳＣＶ１２は、図の例ではバタフライバルブからなり、第１吸気ポート６ａの流路面積（開度）を調整する。
【００３１】
この実施形態ではＴＳＣＶ１２の開度は後述するＥＣＵ２０によって制御され、エンジンＥの所定の運転状態で第１吸気ポート６ａを全閉にすることにより、吸気を第２吸気ポート６ｂのみから燃焼室５に流入させて、スワール流を強化するものである。このＴＳＣＶ１２によって、第１吸気ポート６ａの流路抵抗を第２吸気ポート６ｂに比べて大きくして、燃焼室５にスワール流を生成するスワール生成手段が構成されている。
【００３２】
尚、図３に示すように、この実施形態の場合、＃１、＃３シリンダＣ，ＣではそれぞれＴＳＣＶ１２がエンジンＥの長手方向後側（図の左側）の吸気ポート６ａに配設される一方、＃２、＃４シリンダＣ，ＣではＴＳＣＶ１２はエンジンＥの前側（図の右側）の吸気ポート６ａに配設されている。
【００３３】
前記のように独立に設けられた一対の吸気ポート６ａ，６ｂに対し、各シリンダＣ毎の排気ポート７，７は下流側で一つに合流して、図１に示すように、シリンダヘッド２の排気側の側面に開口している。この排気側の側面には各シリンダＣ毎に分岐して排気ポート７に連通するように排気マニホールド１３が接続されていて、燃焼室５から既燃ガス（排気ガス）を排出するようになっている。
【００３４】
また、各シリンダＣ毎の２つの吸気ポート６ａ，６ｂの下方には、それらの開口部の中間に噴口を臨ませて、そこから燃焼室５の中央付近に向かって燃料を噴射するようにインジェクタ１４（燃料噴射弁）が配設されている。このインジェクタ１４の基端部には４つのシリンダＣ，Ｃ，…に共通の燃料分配管１５（図１にのみ示す）が接続されていて、図示しない高圧燃料ポンプや高圧レギュレータから供給される燃料が分配されるようになっている。
【００３５】
さらに、各シリンダＣ毎にシリンダヘッド２には、シリンダ軸線ｃ１に沿って延びるようにセンター点火プラグ１６（以下、センタープラグと略称）が配設されている。その先端の電極は、４バルブエンジンの常として天井部５ａの中央付近で燃焼室５に臨んでいる。一方、第１点火プラグ１６の基端側には、図１にのみ示すが点火コイルユニット１７が接続され、各シリンダＣ毎に所定のタイミングで通電するようになっている。
【００３６】
そうしてセンタープラグ１６によって燃焼室５の中央付近で混合気に点火することは、従来周知の如く熱損失を抑えるとともに、良好な火炎伝播のために好ましいものであり、特にこの実施形態では、上述の如くピストン３頂面に半球状のキャビティ３ａが形成されていて、高圧縮比仕様であるにも拘わらず極力、火炎面の伝播を阻害しないようになっている。
【００３７】
加えて、この実施形態の特徴として、図２の左側に位置する第１吸気ポート６ａと、これに対向する排気ポート７（図示せず）との間、即ち、シリンダＣの周方向に隣接する２つの吸排気ポート６ａ，７の開口部間から燃焼室５に臨むようにして、サイド点火プラグ１８（以下、サイドプラグと略称）が配設されており、センタープラグ１６と併せた２点点火制御によって、燃焼性をさらに高めるようにしている。
【００３８】
そうして各シリンダＣ毎に、周方向に隣接する２つの吸排気ポート６ａ，７間に配設されているサイドプラグ１８は、図３からも分かるようにエンジンＥの長手方向に隣接するシリンダＣ，Ｃ間に２つずつ近接して配設されることになり、その２つのサイドプラグ１８の基端側には、図示は省略するが、共通の点火コイルユニットが接続されている。
【００３９】
−点火制御の概要−
この実施形態のエンジンＥでは、前記したＴＳＣＶ１２の開閉作動、インジェクタ１４による燃料の噴射、センター及びサイドプラグ１６，１８による点火等がエンジン・コントロールユニット（ＥＣＵ）２０によって制御されることになる。ＥＣＵ２０には、エンジン水温センサ２１、クランク角センサ２２に加えて、エアフローセンサ２３、アクセル開度センサ２４、車速センサ２５等からの信号が入力される。
【００４０】
一例として図４に示すように、センタープラグ１６及びサイドプラグ１８による点火時期の制御がエンジンＥの負荷や回転数に応じて行われる。これは、基本的にはセンタープラグ１６を優先して混合気に点火し、補助的にサイドプラグ１８によっても点火することによって、燃焼期間を短縮し出力の向上や燃費の低減を図るものであり、２回の点火に適切な位相差を設けることによってノッキングの抑制も図られる。
【００４１】
また、図の例では、ハッチングを入れて示す相対的に低負荷かつ低回転側の運転領域(Ｓ：以下、スワール生成領域という)において各シリンダＣ毎のＴＳＣＶ１２を閉じ、図５に示すように吸気が第２吸気ポート６ｂのみから燃焼室５に流入するようにしている。こうして第２吸気ポート６ｂのみからの吸気流によって、図示のようにスワール流Ｓｗが生成され、燃料噴霧Ｆとの混合及びその気化霧化が促進される。
【００４２】
但し、エンジン冷機時のように燃料の気化霧化が非常に悪い状態では、前記のようにスワール流Ｓｗによって燃料の気化霧化を促進していても、それだけでは十分とは言えない。これは、図６のようにシリンダ軸線ｃ１に沿って見ると分かり易いが、冷機時には燃料噴霧Ｆが気化し難いため、同図(a)のように液滴のままインジェクタ１４とは反対側のシリンダＣの内壁面に到達し、付着する燃料Ｆａが多くなるからである。
【００４３】
そうしてシリンダＣの内壁面に付着する燃料Ｆａが多くなれば、同図(b)に示すように燃焼室５の中央部における混合気濃度は低くなってしまい、センタープラグ１６によって点火しても良好な着火性は得られない。一方で、シリンダＣ内壁面に付着した燃料Ｆａはその後、気化しつつスワール流ＳｗによってシリンダＣの内壁沿いに搬送されて、前記の付着部位よりもスワール流Ｓｗの下流側（以下、単にスワール下流側ともいう）に比較的濃い混合気Ｍを形成するようになる。
【００４４】
そこで、この実施形態では、そうして混合気濃度の高くなるスワール下流側の燃焼室５周縁部にサイドプラグ１８を設けておき、エンジン冷機時には該サイドプラグ１８をセンタープラグ１８よりも進角側で点火作動させることにより、混合気の着火性、燃焼性を安定的に確保するようにしている。尚、前記図６(b)には空燃比が所定値（例えば１２）以上の濃混合気部分Ｍのみを網点で示しているが、実際には混合気は燃焼室５全体に層状に分布している。
【００４５】
−具体的な制御手順−
以下に、この実施形態に係る具体的な点火制御の手順を図７のフローチャートに基づいて説明する。まず、スタート後のステップＳ１では、エンジン水温センサ２１、クランク角センサ２２、エアフローセンサ２３、アクセル開度センサ２４、車速センサ２５等からの信号を入力し、続くステップＳ２ではエンジンＥの運転領域を判定する。例えば、クランク角センサ２２からの信号によりエンジン回転数を演算し、これとアクセル開度とに基づいてエンジン負荷を演算する。そうして求めたエンジンＥの負荷及び回転数に基づき、図４の制御マップを参照してスワール生成領域（Ｓ）にあるか否か判定する。
【００４６】
その判定がＮＯならば後述するステップＳ８に進む一方、判定がＹＥＳであればステップＳ３に進み、ここではエンジン水温が４０°Ｃ未満か否か判定する。これはエンジンＥの冷機時かどうかの判定であり、ＹＥＳでエンジン冷機時であれば、図６を参照して上述したように、相対的に濃い混合気が燃焼室５のスワール下流側周縁部に形成されるから、これに点火するように所定タイミングでサイドプラグ１８を点火作動させた後に、所定クランク角度（例えば５°ＣＡ）遅角側でセンタープラグ１６を点火作動させて（ステップＳ４）、リターンする。
【００４７】
一方、前記ステップＳ３においてＮＯ、即ちエンジン水温が４０°Ｃ以上であると判定すればステップＳ５に進み、今度はエンジン水温が６０°Ｃ未満か否か判定する。これはエンジンＥの暖機が完了したかどうかの判定であり、ＹＥＳでエンジン半暖機時であればステップＳ６に進んで、エンジンＥの負荷や回転数に対応する所定タイミングでセンタープラグ１６及びサイドプラグ１８を同時に点火作動させて、リターンする。
【００４８】
すなわち、エンジンＥの暖機の進行に応じて燃料が気化しやすくなり、半暖機時には、図８(a)に模式的に示すようにシリンダＣ内壁面への付着量が少なくなるとともに、図(b)に示すように燃焼室５の中央部にも比較的濃い混合気Ｍが形成されるようになる。そこで、前記したようにシリンダＣ内壁面への付着燃料Ｆａによって形成されるスワール下流側周縁部の濃混合気Ｍとともに、前記燃焼室５中央部の濃混合気Ｍにも点火することによって、着火性、燃焼性をより向上させることができる。
【００４９】
さらにエンジンＥの暖機が進行して、その水温が６０°Ｃ以上になると（暖機完了）、前記ステップＳ５においてＮＯと判定してステップＳ７に進み、ここでは所定タイミングでセンタープラグ１８を点火作動させた後に、所定クランク角度（例えば５°ＣＡ）遅角側でサイドプラグ１６も点火作動させて、リターンする。
【００５０】
すなわち、エンジンＥの暖機後は燃料噴霧の気化が十分に図られ、図９(a)に破線Ｆａで示すようにシリンダＣの内壁面に付着する燃料が非常に少なくなるとともに、図(b)のように燃焼室５の中央付近に濃混合気Ｍが形成されるようになる。よって、この場合は、センタープラグ１６による点火を優先し、その後の火炎伝播の途中でサイドプラグ１８により補助的に点火することにより、燃焼期間を短縮し出力の向上や燃費の低減を図るものである。
【００５１】
以上、要するにスワール生成領域（Ｓ）においては、エンジンＥの冷機時からの暖機の進行に伴い、図６、８、９のように変化する燃焼室５の空燃比分布とスワール流との関係に着目して、エンジン水温の上昇に応じてセンター及びサイドプラグ１６，１８の点火時期を変更することにより、混合気への着火性及びその燃焼性を高めることができる。
【００５２】
そうしてエンジン水温に応じて点火時期を変更するために、まず、センタープラグ１６による点火時期をエンジンＥの負荷及び回転数に応じて予めマップ（図示せず）に設定しておき、これを基準としてサイドプラグ１８の点火時期は、図１０(a)に一例を示すように、エンジン水温の低い（４０°Ｃ未満の）ときには進角側に、また、暖機後（エンジン水温が６０°Ｃ以上）は遅角側に制御するようにすればよい。
【００５３】
尚、同図においては２つの点火プラグ１６，１８の位相差を５°ＣＡに設定しているが、これは一例に過ぎない。位相差はエンジンＥの運転状態に応じて変更することもできる。また、同図(b)に示すように、サイドプラグ１８の点火時期をエンジン水温の上昇に応じて徐々に遅角させるように設定することもできる。反対に、エンジンＥの冷気時にサイドプラグ１８の点火時期を進角させ、暖機後は遅角させるだけの２段切替とすることも可能である。
【００５４】
そのようなスワール生成領域（Ｓ）における点火制御に対して、それ以外の運転領域では基本的にはセンタープラグ１６を優先して混合気に点火し、補助的にサイドプラグ１８によっても点火する、という一般的な位相差制御を行う。すなわち、前記ステップＳ２においてＮＯ、即ちスワール生成領域（Ｓ）にないと判定して進んだステップＳ８では、エンジン回転数が１５００〜５５００ｒｐｍにあるかどうか判定し、ＹＥＳであれば前記ステップＳ７に進んでセンタープラグ１６優先の点火制御を実行し、リターンする。
【００５５】
一方、前記ステップＳ８においてＮＯ、即ちエンジン回転数が１５００ｒｐｍ未満であるか、或いは５５００ｒｐｍ以上であると判定したときにはステップＳ９に進み、今度はエンジン負荷が所定値未満か否か判定して、ＹＥＳであれば前記ステップＳ７に進む一方、判定がＮＯ、即ちエンジンＥが図４に示す高負荷低回転領域（Ｐ1）か高負荷高回転領域（Ｐ2）かのいずれかにあるときには、センタープラグ１６のみの点火として（ステップＳ１０）リターンする。
【００５６】
こうしてセンタープラグ１６のみの点火とするのは、サイドプラグ１８の過熱による弊害を防止するためである。上述したようにサイドプラグ１８は隣接するシリンダＣ，Ｃ間に２つずつ配設されていて（図３を参照）、構造上、冷却水が流れ難いことから、過熱しやすい。そして、例えば前記高負荷高回転領域（Ｐ2）では燃焼室５の温度が非常に高くなるので、過熱したサイドプラグ１８が混合気の自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。
【００５７】
また、前記高負荷低回転領域（Ｐ1）においても発熱量が多くなるとともに、圧縮行程においてシリンダＣ内壁面からの熱伝導時間が長くなることから、筒内温度が上昇しやすく、このときにもサイドプラグ１８が自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。そこで、それらの領域（Ｐ1，Ｐ2）においてはセンタープラグ１６のみを点火作動させるようにして、サイドプラグ１８の過熱を未然に防止することにより、プレイグニッションを阻止することができる。
【００５８】
前記図７の制御フローには、エンジンＥの冷機時のスワール生成領域（Ｓ）において、サイドプラグ１８をセンタープラグ１６寄りも進角側で点火作動させる一方、暖機後はセンタープラグ１６をサイドプラグ１８と同時に、或いはこれよりも進角側で点火作動させる、という点火時期制御の手順が示されており、これを実行するＥＣＵ２０によって、特許請求の範囲に記載の点火時期制御手段が構成される。
【００５９】
この実施形態の点火時期制御手段は、エンジンＥの半暖機状態ではセンタープラグ１６及びサイドプラグ１８を同時に点火作動させるようにしている。また、暖機後の高負荷低回転及び高負荷高回転領域（Ｐ1，Ｐ2）においては、センタープラグ１６のみを点火作動させるようにしており、換言すれば、エンジン回転数が１５００〜５５００ｒｐｍの範囲では、エンジンＥの負荷状態によらずセンタープラグ１６をサイドプラグ１８よりも進角側で点火作動させるようにしている。
【００６０】
したがって、この実施形態に係る火花点火式エンジンの点火制御装置によると、まず、エンジン暖機後においては、基本的にセンタープラグ１６により混合気へ点火するとともに、補助的にサイドプラグ１８によっても点火することで、燃焼期間を短縮し出力の向上や燃費の低減を図ることができる。この際、燃焼室５の中央から周縁に向かう火炎伝播の途中、適切なタイミングでサイドプラグ１８による点火が行われ、ノッキングの抑制も図られる。
【００６１】
一方、エンジン冷機時においてはサイドプラグ１８による点火が先に行われ、その後にセンタープラグ１６による点火が行われる。サイドプラグ１８は、直噴エンジンに特有のシリンダＣ内壁面への燃料の付着を考慮し、この付着燃料Ｆａが気化しつつスワール流により搬送されて濃混合気Ｍを形成するような（図６を参照）、スワール流下流側の周縁部に配設されているから、このサイドプラグ１８を優先的に点火作動させることによって、エンジン冷機時の着火性及び燃焼性を確保することができる。
【００６２】
また、その冷機時からエンジンＥの暖機が進行するのに連れて、徐々にセンター及びサイドプラグ１６，１８の点火時期を変更することにより、暖機の進行に伴い変化する燃焼室５の空燃比分布に対し最適な点火制御を行って、混合気への着火性及びその燃焼性を最大限に高めることができる。
【００６３】
さらに、隣接するシリンダＣ，Ｃ間に配置されたサイドプラグ１８の冷却が難しいことを考慮して、エンジン暖機後の高負荷低回転、及び高負荷高回転領域（Ｐ1，Ｐ2）においてはセンタープラグ１６のみの点火とし、サイドプラグ１８の過熱を防止するようにしており、このことによってプレイグニッションも未然に防止することができる。
【００６４】
−その他の実施形態−
尚、本発明の構成は前記実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば前記実施形態においてＴＳＣＶ１２は、分岐通路１０ａではなく、これに連通する吸気ポート６ａに設けることもできる。また、スワール流を生成、強化するためにＴＳＣＶ１２を閉じる必要はなく、これを閉じ気味にして流路抵抗を大きくするだけでもよい。
【００６５】
さらに、スワール生成手段としてＴＳＣＶ１２は必須のものではなく、例えばいずれか一方の吸気弁８のリフトを停止したり、そのリフト量を小さくすることによってもスワール流を生成、強化することができる。そのような可変機構を用いずに所謂スワールポートやタンジェンシャルポートのように、スワール流の生成を助けるようなポート形状とすることも可能である。
【００６６】
また、本発明を適用するエンジンはツインプラグのものに限らず、センタープラグ１６の他に２本のサイドプラグを備えたものであってもよい。また、エンジンは４バルブのものに限らず、例えば排気ポートが１つの３バルブエンジンであってもよい。この場合、サイドプラグ１８の配置は前記実施形態のものとは異なるものとなり、冷却水によって十分に冷却可能な位置であれば、図４の領域（Ｐ1，Ｐ2）のいずれかにおいてセンター及びサイドプラグ１６，１８による２点点火とすることも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上、説明したように本発明に係る点火制御装置は、火花点火式エンジンの冷機時における着火性及び燃焼性を確保することができるので、特に自動車用エンジンに適用して有用である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｅ 火花点火式エンジン
Ｃ シリンダ（気筒）
ｃ１ シリンダ軸線（気筒軸線）
５ 燃焼室
５ａ 天井部
１２ ＴＳＣＶ（スワール生成手段）
１４ インジェクタ（燃料噴射弁）
１６ センター点火プラグ
１８ サイド点火プラグ
２０ ＥＣＵ（点火時期制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の燃焼室にその周縁部の燃料噴射弁から燃料を噴射して、少なくとも、該燃焼室の天井部中央付近のセンター点火プラグによって点火するようにした火花点火式エンジンの点火制御装置であって、
前記燃焼室にスワール流を生成させるスワール生成手段が設けられ、
前記燃焼室の天井部において、気筒軸線に沿って見たときに前記燃料噴射弁とは反対側の燃焼室周縁部よりも前記スワール流の下流側に、サイド点火プラグが配設され、
エンジン冷機時の前記スワール流の生成される運転状態において、前記サイド点火プラグをセンター点火プラグよりも所定クランク角度進角側で点火作動させる点火時期制御手段を備えている、ことを特徴とする火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項２】
前記点火時期制御手段は、エンジンの暖機後は前記センター点火プラグを、前記サイド点火プラグと同時に、或いはこれよりも所定クランク角度進角側で点火作動させる、請求項１に記載の火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項３】
前記点火時期制御手段は、エンジンの暖機後は前記センター点火プラグのみを点火作動させる、請求項１に記載の火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項４】
前記点火時期制御手段は、エンジン暖機後の少なくとも高回転域を除いた所定回転数域において、前記センター点火プラグをサイド点火プラグよりも所定クランク角度進角側で点火作動させる、請求項２に記載の火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項５】
前記点火時期制御手段は、エンジン暖機後の高負荷高回転領域においては前記センター点火プラグのみを点火作動させる、請求項２又は４のいずれかに記載の火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項６】
前記点火時期制御手段は、エンジンの暖機途中で温度状態が所定以上になれば、前記センター点火プラグをサイド点火プラグと同時に点火作動させる、請求項１〜５のいずれか１つに記載の火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項１】
気筒内の燃焼室にその周縁部の燃料噴射弁から燃料を噴射して、少なくとも、該燃焼室の天井部中央付近のセンター点火プラグによって点火するようにした火花点火式エンジンの点火制御装置であって、
前記燃焼室にスワール流を生成させるスワール生成手段が設けられ、
前記燃焼室の天井部において、気筒軸線に沿って見たときに前記燃料噴射弁とは反対側の燃焼室周縁部よりも前記スワール流の下流側に、サイド点火プラグが配設され、
エンジン冷機時の前記スワール流の生成される運転状態において、前記サイド点火プラグをセンター点火プラグよりも所定クランク角度進角側で点火作動させる点火時期制御手段を備えている、ことを特徴とする火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項２】
前記点火時期制御手段は、エンジンの暖機後は前記センター点火プラグを、前記サイド点火プラグと同時に、或いはこれよりも所定クランク角度進角側で点火作動させる、請求項１に記載の火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項３】
前記点火時期制御手段は、エンジンの暖機後は前記センター点火プラグのみを点火作動させる、請求項１に記載の火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項４】
前記点火時期制御手段は、エンジン暖機後の少なくとも高回転域を除いた所定回転数域において、前記センター点火プラグをサイド点火プラグよりも所定クランク角度進角側で点火作動させる、請求項２に記載の火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項５】
前記点火時期制御手段は、エンジン暖機後の高負荷高回転領域においては前記センター点火プラグのみを点火作動させる、請求項２又は４のいずれかに記載の火花点火式エンジンの点火制御装置。
【請求項６】
前記点火時期制御手段は、エンジンの暖機途中で温度状態が所定以上になれば、前記センター点火プラグをサイド点火プラグと同時に点火作動させる、請求項１〜５のいずれか１つに記載の火花点火式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９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２５５５３２（Ｐ２０１０−２５５５３２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０７０１２（Ｐ２００９−１０７０１２）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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