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毎にセンタープラグ１６の他に、冷却の難しいサイドプラグ１８を設けた場合でも、熱害によるエンジンの信頼性低下やプレイグニッションを抑制する。
【解決手段】エンジンＥの低ないし中回転域において、燃焼性向上のためにセンター及びサイドプラグ１６，１８により、位相差を持たせて混合気に点火するときに、サイドプラグ１８及びその周辺が高温の火炎に曝される時間ができるだけ短くなるよう、その点火時期を相対的に遅角側に制御する（ステップＳ６）。燃料の推定オクタン価が９１ｒｏｎ未満であり、かつ吸気温度が所定以上に高いときにはセンタープラグ１６のみの点火とする（Ｓ７）。高回転域においてもセンタープラグ１６のみの点火とする。
【解決手段】エンジンＥの低ないし中回転域において、燃焼性向上のためにセンター及びサイドプラグ１６，１８により、位相差を持たせて混合気に点火するときに、サイドプラグ１８及びその周辺が高温の火炎に曝される時間ができるだけ短くなるよう、その点火時期を相対的に遅角側に制御する（ステップＳ６）。燃料の推定オクタン価が９１ｒｏｎ未満であり、かつ吸気温度が所定以上に高いときにはセンタープラグ１６のみの点火とする（Ｓ７）。高回転域においてもセンタープラグ１６のみの点火とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は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知られており、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毎に吸気弁及び排気弁を２つずつ設けた、所謂４バルブのものが一般的であり、また、気筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射する直噴タイプのものも実用化が進んでいる。４バルブ化によって吸気抵抗を低減しやすくなるとともに、気筒の吸気行程で噴射する燃料の気化潜熱によって吸気が冷却されて、その充填効率が向上する。
【０００５】
そのような４バルブ直噴エンジンでは、燃焼室の天井部に開口する４つの吸排気ポートに囲まれて、その中央付近に点火プラグ（センター点火プラグ）が配設されるとともに、比較的熱負荷の少ない吸気側の周縁部には燃料噴射弁が配設されるので、そこに追加する点火プラグは、燃焼室の周縁部において周方向に隣接する吸排気ポートの開口間に配設せざるを得ない（サイド点火プラグ）。
【０００６】
しかしながら、気筒毎に周方向に隣接する吸排気ポートの開口間というのは、互いに隣接する気筒間であり、ここは構造上、冷却水の流れが悪くて過熱しやすいという難がある。そのため、サイド点火プラグによって混合気に点火すると、その周辺が過熱してライナーの変形やシール性の悪化等、信頼性の低下を招く虞がある。また、サイド点火プラグ自体の過熱によって混合気の自着火（プレイグニッション）が誘発される虞れもある。
【０００７】
斯かる点に鑑みて本発明の目的は、冷却の難しい燃焼室の周縁部にも点火プラグを配設した場合に、前記のようなエンジンの信頼性低下やプレイグニッションを抑制することにある。
【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、燃焼性の向上のためにセンター及びサイド点火プラグの両方を点火作動させるときには、そのサイド点火プラグが高温の火炎に曝される時間ができるだけ短くなるよう、点火時期を相対的に遅角側にしたものである。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、気筒内の燃焼室の天井部において中央付近にセンター点火プラグを、また周縁部にサイド点火プラグをそれぞれ配設してなる火花点火式エンジンの点火制御装置を対象として、エンジンの暖機後に少なくとも低回転側の運転域において燃焼室温度の高くなる所定の条件下では、前記センター点火プラグ及びサイド点火プラグを、該サイド点火プラグが相対的に遅角側となるよう位相差を持たせて点火作動させるようにしたものである（以下、位相差点火制御ともいう）。
【００１０】
斯かる構成のエンジンが暖機後に少なくとも低回転側の運転域にあって、前記の位相差点火制御が行われると、まず、センター点火プラグによって混合気に点火され、これにより生成された火炎が燃焼室周縁に向かって伝播する途中で、サイド点火プラグによる点火が行われる。こうして複数箇所で点火が行われることで、燃焼期間が全体として短縮されるとともに、ノッキングの抑制も図られる。
【００１１】
しかも、サイド点火プラグによる点火が遅角側なので、その周辺が高温の火炎に曝される時間は前記のように短縮された燃焼期間の一部に過ぎない。よって、サイド点火プラグの点火作動による過熱を抑制することができ、これに起因するエンジンの信頼性の低下やサイド点火プラグの過熱によるプレイグニッションの誘発を抑制できる。
【００１２】
ここで、エンジンの低回転側の運転域においても負荷や回転数、或いは吸気温度の高いときほど燃焼室温度は高くなりやすく、サイド点火プラグの点火作動に起因する弊害が起きやすいので、それらの少なくとも１つに応じて、それが高いときほどセンター及びサイド点火プラグの作動時期の位相差を大きくし、サイド点火プラグ及びその周辺が高温の火炎に曝される時間が短くなるようにするのが好ましい（請求項２）。
【００１３】
また、特に燃焼室温度の高くなりやすい所定の高回転域においては、サイド点火プラグの点火作動は行わず、センター点火プラグのみによって混合気に点火するのがよい（請求項３）。特に、プレイグニッションの発生しやすい高圧縮比仕様の（幾何学的な圧縮比が１２以上の）エンジンでは、供給される燃料のオクタン価が所定値未満で自着火の起きやすいとき、或いは吸気温度が所定値以上のときにも、サイド点火プラグの点火作動を行わないようにするのがよい（請求項４、５）。
【００１４】
ところで、一般に火花点火式エンジンにおいては、ノッキングの発生状況に応じて点火時期を進角、遅角させる所謂ノック制御が行われ、エンジンの運転状態や吸気温度、燃料性状等、種々の要因によって点火時期が大幅に遅角されることがある。こうして点火時期を遅角させると燃焼温度が低下するので、ノッキングを抑制できるとともに、前記したサイド点火プラグの点火作動に起因する弊害も起き難くなるが、その一方で燃焼変動は大きくなってしまう。
【００１５】
そこで、ノック制御によって点火時期を所定以上に遅角させたときには、本来、前記のようにセンター点火プラグのみの点火とするのがよい状況にあっても、即ち、エンジンが前記所定の高回転域にあっても、また、燃料の推定オクタン価が所定値未満であっても、或いは吸気温度が所定値以上であっても、センター及びサイド点火プラグを点火作動させることによって、燃焼安定性を確保することができる（請求項６、７）。
【００１６】
さらに、例えばイオン電流センサや気筒内圧センサのようなセンサを設けて、これにより実際にプレイグニッションの発生を検知したときは、サイド点火プラグの点火作動を禁止することが好ましい（請求項８）。
【発明の効果】
【００１７】
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、気筒内の燃焼室天井部において中央付近にセンター点火プラグを、また、周縁部にサイド点火プラグを配設し、少なくとも低回転側の運転域において基本的には両方の点火プラグによって混合気に点火するものにおいて、サイド点火プラグの点火時期をセンター点火プラグよりも遅角側とすることで、冷却の難しいサイド点火プラグ及びその周辺部が高温の火炎に曝される時間を短くして、エンジンの信頼性の低下やプレイグニッションの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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シリンダ毎の点火プラグの配置を示す模式図。
【図４】プレイグニッションによるイオン電流の説明図。
【図５】エンジンの点火制御マップの概要を示す説明図。
【図６】点火制御の手順を示すフローチャート図。
【図７】位相差点火による燃焼室温度の低下を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
−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。
【００２１】
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、この例では燃焼室５は所謂ペントルーフ型のものである。
【００２２】
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かなり高く（一例として１２以上に）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、その電極付近からの火炎の伝播をできるだけ阻害しないようになっている。
【００２３】
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、燃焼室天井部５ａの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。
【００２４】
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。
【００２５】
図の例では、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、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が閉じられると吸気は第２吸気ポート６ｂのみから燃焼室５に流入して、スワール流を生成するようになる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、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。
【００３０】
そうしてセンタープラグ１６を燃焼室５の中央寄りに配置して、ここで混合気に点火するようにすれば、火炎面の燃焼室壁との接触による損失を減らして、良好な火炎の伝播を実現する上で好ましい。これに加えてこの実施形態では、燃焼室５の周縁部に別の点火プラグ（サイド点火プラグ１８、以下ではサイドプラグと略称）を配設し、前記のように燃焼室５中央から火炎が伝播する途中で点火作動させるようにしている。
【００３１】
一例としてサイドプラグ１８は、図２において左側に位置する第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）との間に即ち、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に臨むようにして配設されている。また、図３に示すようにサイドプラグ１８は、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ていて、図示は省略する共通の点火コイルユニットに接続されている。
【００３２】
そのようなサイドプラグ１８の配置には以下の理由がある。すなわち、この実施形態のような４バルブ直噴エンジンでは、燃焼室５の天井部５ａに４つの吸排気ポート６，…，７，…が開口し、それらに囲まれて天井部５ａの中央付近にはセンタープラグ１６が配設されている。また、比較的熱負荷の少ない吸気側の周縁部（図３の上側周縁部）にはインジェクタ１４が配設されている。
【００３３】
そして、熱負荷の高い排気側の周縁部に点火プラグを配設することは好ましくないので、結局、サイドプラグ１８は、前記の如く周方向に隣接する吸排気ポート６，７の開口間に、即ち図３ではシリンダＣ毎の左右いずれか一側の周縁部に配設せざるを得ないのである。尚、図の例ではサイドプラグ１８は、ＴＳＣＶ１２の設けられている第１吸気ポート６ａの側に位置している。これは、ＴＳＣＶ１２によって制御されるスワール流との関係も考慮したものである。
【００３４】
上述の如き構成のエンジンＥにおいて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による点火等は、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。このＥＣＵ２０には、図１に模式的に示すように、少なくとも、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。
【００３５】
また、図の例ではサージタンク１１よりも下流の吸気通路１０に吸気温度センサ２６が設けられるとともに、イオン電流センサ２７（図２を参照）やノックセンサ２８も設けられており、これらのセンサ２６〜２８からの信号もＥＣＵ２０に入力される。ノックセンサ２８は、従来周知の如くエンジンブロック１の側壁等に配設された振動センサからなり、ノッキングによるシリンダＣ内の共振を検出するように設けられている。
【００３６】
また、イオン電流センサ２７も公知のものであるが、一例として図２の右上に模式的に示すように点火コイルユニット１７に内蔵され、イグニッションコイル１７ａの２次側に直列に接続された電源部２７ａと、検出回路２７ｂとからなる。燃焼室５において混合気の着火によりイオンが発生するとセンタープラグ１６の電極間を電流が流れて、検出回路２７ｂからＥＣＵ２０へ信号が出力される。
【００３７】
そうして検出されるイオン電流の一例を図４に示す。通常の燃焼時にはイグニッションコイル１７ａの１次側で電流を遮断することにより（点火）、その２次側に高電圧が発生して、センタープラグ１６の電極間で火花放電が起きる（絶縁破壊）。この火花によって点火された混合気の燃焼に伴い発生するイオン（ラジカル）を媒体として、図の右側に実線で示すようにイオン電流が流れる。
【００３８】
また、点火の前にイグニッションコイル１７ａの１次側に電圧が印加されているとき、２次側には誘導電圧が発生するので、このときにプレイグニッションが発生すると、これにより燃焼する混合気中のイオンを媒介として、図には仮想線で示すようにイオン電流が流れる。よって、点火前の所定期間においてイオン電流が検出されれば、プレイグニッションの発生を検知することができる。
【００３９】
−点火制御の概要−
前記各種センサからの信号を入力してＥＣＵ２０は、一例として図５に示すような制御マップを参照し、エンジンＥの負荷や回転数、即ち運転状態に基づいてセンター及びサイドプラグ１６，１８の点火制御を行う。また、ノックセンサ２８からの信号によって点火時期を進角ないし遅角させて、ノッキングの発生しないぎりぎりの点火進角とする。このような周知のノック制御を行うことでＥＣＵ２０は、特許請求の範囲に記載のノック制御手段を構成する。
【００４０】
また、図の例では例えば５５００ｒｐｍ未満の低回転域ないし中回転域において、センター及びサイドプラグ１６，１８を両方によって混合気に点火し、燃焼期間を短縮するようにしている。こうするとエンジンＥの出力を向上し燃費を低減できるとともに、ノッキングの抑制も図られるが、その一方でサイドプラグ１８やその周辺の過熱に起因して種々の弊害が生じる虞れがある。
【００４１】
すなわち、この実施形態では、前記したように各シリンダＣ毎にサイドプラグ１８が、燃焼室５の周縁部において周方向に隣接する吸排気ポート６，７の開口部間に配設されているが、このことは、サイドプラグ１８，１８が２つずつ近接してエンジンＥの長手方向に互いに隣接するシリンダＣ，Ｃ間に位置することを意味する（図３を参照）。
【００４２】
そうして互いに隣接するシリンダＣ，Ｃ間は構造上、冷却水の流れが悪くて過熱しやすい。よって、前記のようにセンター及びサイドの両方のプラグ１６，１８によって点火すると、サイドプラグ１８の周辺が過熱してシリンダライナーの変形やシリンダヘッド２との間のシール性の悪化等、信頼性の低下を招く虞がある。また、サイドプラグ１８自体が過熱すると混合気の自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。
【００４３】
斯かる点に鑑みてこの実施形態では、前記のようにセンター及びサイドプラグ１６，１８によって混合気に点火する５５００ｒｐｍ未満の運転域において、サイドプラグ１８及びその周辺が高温の火炎に曝される時間をできるだけ短くするために、サイドプラグ１８をセンタープラグ１６よりも遅角側で点火作動させるようにしている。また、センター及びサイドプラグ１６，１８の点火時期の位相差は、燃焼室５の温度が相対的に高い高負荷、高回転側ほど大きくするようにしている。
【００４４】
一方、図の例では斜線を入れて示す５５００ｒｐｍ以上の高回転域において特に燃焼室５の温度が高くなることを考慮して、ここではサイドプラグ１８の点火作動を禁止し、基本的にセンタープラグ１６のみによって混合気に点火するようにしている。尚、図に破線で示す低負荷低回転側の領域ではＴＳＣＶ１２を閉じて、燃焼室５にスワール流が生成されるようにする。
【００４５】
以下に、具体的な点火制御の手順を図６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、吸気温度センサ２６、イオン電流センサ２７、ノックセンサ２８等からの信号を入力し、続くステップＳ２では、エンジンＥの運転状態を判定する。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、それが５５００ｒｐｍ未満かどうか判定する。
【００４６】
その際にエンジン水温が所定以上（例えば６０°Ｃ）かどうかも判定し、エンジンＥが暖機後でかつ５５００ｒｐｍ未満の低ないし中回転域にあれば（ＹＥＳ）ステップＳ３に進む一方、高回転域にあれば（ＮＯ）後述するステップＳ８に進む。ステップＳ３では、イオン電流センサ２７からの信号に基づいてプレイグニッションが発生しているか否か判定する（プレイグ発生？）。この判定がＹＥＳであれば後述のステップＳ７に進む一方、プレイグニッションが発生していなければ（ＮＯ）ステップＳ４に進み、ここでは現在の燃料のオクタン価を推定する。
【００４７】
これは、前記したように公知のノック制御によって進角ないし遅角されているエンジンＥの点火時期に基づいて燃料のオクタン価を推定するものであり、この推定値が所謂レギュラーガソリンに相当する９１ｒｏｎ（所定値）以上であれば（ＹＥＳ）、後述のステップＳ６に進んで位相差点火制御を行う一方、オクタン価の推定値が９１ｒｏｎ未満であれば（ＮＯ）ステップＳ５に進んで、今度は吸気温度が所定値未満か否か判定する（吸気温低い？）。
【００４８】
そして、吸気温度が所定以上に高く、判定がＮＯであれば後述のステップＳ７に進む一方で、吸気温度がそれほど高くないときには（判定はＹＥＳ）ステップＳ６に進んで、前記ノック制御によって適切に補正されている点火時期にセンタープラグ１６を点火作動させるとともに、その後、所定の位相差を持ってサイドプラグ１８も点火作動させて（位相差点火制御）、リターンする。
【００４９】
つまり、暖機後のエンジンＥが低ないし中回転域にあるときには、プレイグニッションが発生しておらず、燃料性状が許容範囲にあり、しかも、吸気温度もそれほど高くはないという所定条件の成立に応じて、センター及びサイドプラグ１６，１８の位相差点火制御を実行し、これにより燃焼期間の短縮するとともにノッキングの抑制を図る。
【００５０】
そうしてサイドプラグ１８による点火を遅角側とすれば、その周辺が高温の火炎に曝される時間は、前記のように短縮された燃焼期間の一部になり、サイドプラグ１８及びその周辺の過熱を抑制することができる。しかも、２つのプラグ１６，１８の点火時期の位相差はエンジンＥの高負荷、高回転側ほど、即ち、より燃焼室５の温度が高くなりやすい条件下で大きくなるから、より高い効果が得られる。
【００５１】
一方、前記のステップＳ３でＹＥＳ、即ちプレイグニッションが発生していると判定したとき、或いは前記ステップＳ４、Ｓ５の両方でＹＥＳ、即ち、燃料性状が許容範囲外であってかつ吸気温度が所定以上に高いと判定したときには、ステップＳ７に進んでセンタープラグ１６のみの１点点火とし、リターンする。
【００５２】
すなわち、実際にプレイグニッションが発生していれば直ちにサイドプラグ１８の点火作動を禁止することによって、それ以上はプレイグニッションが起きないようにするとともに、プレイグニッションの発生する可能性が極めて高い悪条件下においては、予めセンタープラグ１６のみの１点点火とすることで、それを未然に防止するのである。
【００５３】
同様に燃焼室５の温度がかなり高くなる５５００ｒｐｍ以上の高回転域では、前記ステップＳ２でＮＯと判定してステップＳ８に進み、今度は点火時期が所定以上に大きく遅角されているかどうか（大リタード）判定する。これは、ノック制御による点火時期の遅角量について判定するものであり、遅角量がそれほど大きくなければ（ＮＯ）前記ステップＳ７に進んで、センタープラグ１６のみの１点点火とする。こうすることで、燃焼室５の温度がかなり高くなる高回転域においても、サイドプラグ１８及びその周辺の過熱を抑制することができる。
【００５４】
一方、前記ステップＳ８の判定がＹＥＳであり、ノック制御により点火時期が所定以上に大きく遅角されているときには、前記のステップＳ６に進んでセンター及びサイドプラグ１６，１８による位相差点火制御を実行する。これは、ノック制御によって点火時期が大きく遅角されているときには、燃焼温度が低下するのでサイドプラグ１８及びその周辺も過熱し難くなる一方で、燃焼変動は大きくなることを考慮して、センター及びサイドの２点点火により燃焼安定性を確保するものである。
【００５５】
前記図６のフローにおいてステップＳ３は、プレイグニッションが発生しているか否か判定するもので、ステップＳ５は、供給される燃料のオクタン価を推定するものである。これらのステップを実行することでＥＣＵ２０は、特許請求の範囲に記載のプレイグ検知手段や燃料性状推定手段を構成する。
【００５６】
また、ステップＳ２〜Ｓ６は、エンジン暖機後の低ないし中回転域において所定の条件が満たされればセンター及びサイドプラグ１６，１８を、該サイドプラグ１８が相対的に遅角側となるよう位相差を持たせて点火作動させる、という位相差点火制御の手順を表している。この制御手順を実行することでＥＣＵ２０は、特許請求の範囲に記載の位相差制御手段を構成する。
【００５７】
さらに、ステップＳ３でＹＥＳと判定してステップＳ７に進む制御手順を実行するとき、ＥＣＵ２０は、プレイグニッションが検知されたときにサイドプラグ１８の点火作動を禁止するサイド点火禁止手段を構成する。
【００５８】
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、暖機後のエンジンＥが例えば５５００ｒｐｍ未満の低ないし中回転域にあるときに、位相差点火制御を実行し、センターおよびサイドプラグ１６、１７により所定の位相差を持たせて混合気へ点火することで、燃焼期間を短縮して出力の向上や燃費の低減を実現できる。また、ノッキングの抑制も図られる。
【００５９】
しかも、サイドプラグ１８による点火が相対的に遅角側になることから、その周辺が高温の火炎に曝される時間は前記のように短縮された燃焼期間の一部になり、このことで、サイドプラグ１８やその周辺の過熱を抑制することができる。よって、熱害によるエンジンＥの信頼性低下やサイドプラグ１８の過熱によるプレイグニッションの誘発が抑制される。
【００６０】
その際、２つのプラグ１６，１８による点火時期の位相差を、エンジンＥの高負荷、高回転側ほど大きくすることで、言い換えると燃焼室５の温度が高くなりやすいときほど位相差を大きくして、サイドプラグ１８及びその周辺が高温の火炎に曝される時間を短くすることで、エンジン出力の低下を実質、招くことなく前記のような効果が得られる。
【００６１】
図７は、エンジンＥを中負荷中回転の運転状態とし、センタープラグ１６による点火時期はＢＴＤＣ１０°ＣＡに保ちながら、サイドプラグ１８による点火時期を遅角させていったときに、該サイドプラグ１８付近のシリンダヘッドの温度が変化する様子を調べたものである。図の縦軸の目盛は２°Ｃ刻みなので、同時点火から位相差を３°ＣＡ大きくすると、約３°Ｃ温度が下がると言える。尚、図示のように位相差を６°ＣＡくらいまで大きくしてもエンジン出力は殆ど低下しない。
【００６２】
さらに、この実施形態では、供給される燃料のオクタン価が所定値未満であり、かつ、吸気温度が所定値以上のとき、及び５５００ｒｐｍ以上の高回転域においては、いずれもサイドプラグ１８の点火は行わず、センタープラグ１６のみによって混合気に点火するようにしており、こうすることでサイドプラグ１８の過熱に起因する前記の弊害をより確実に防止できる。
【００６３】
その上さらに、特にノック制御によって点火時期が大幅に遅角されているときには、前記のように本来はセンタープラグ１６のみの点火とする高回転域においても位相差点火制御を行うことによって、燃焼安定性を確保することができる。
【００６４】
−その他の実施形態−
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。例えば前記の実施形態においては、エンジンＥが低ないし中回転域にあっても燃料のオクタン価の推定値が９１ｒｏｎ未満であって、かつ吸気温度が所定値以上のときには、センタープラグ１６のみの１点点火としているが、これについては、推定オクタン価が９１ｒｏｎ未満であるか、或いは吸気温度が所定値以上であるかのいずれかのときに１点点火とするようにしてもよい。
【００６５】
また、前記の実施形態においては、エンジンＥが５５００ｒｐｍ以上の高回転域にあっても点火時期が大幅に遅角されていれば、位相差点火制御を行うようにしているが、このような例外的な位相差制御は行わなくてもよい。
【００６６】
反対に、燃料の推定オクタン価が所定値未満であったり、吸気温度が所定値以上であったりしても、前記のように点火時期が大幅に遅角されているときには位相差点火制御を行うようにすることもできる。
【００６７】
勿論、低ないし中回転域と高回転域とを区分する５５００ｒｐｍという回転数は一例に過ぎず、それは例えば４５００〜６０００ｒｐｍくらいに設定すればよい。また、そうして設定した回転数を燃料の推定オクタン価や吸気温度に応じて変更するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、本発明を適用するエンジンは、前記実施形態のような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本のサイドプラグが燃焼室天井部５ａの周縁部に配設されているものであってもよい。また、４バルブにも限定されず、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。さらに、直噴エンジンにも限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上、説明したように本発明に係る点火制御装置は、複数の点火プラグを備えた火花点火式エンジンの熱害による信頼性の低下やプレイグニッションを防止することができるので、特に自動車用エンジンに有用である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｅ 火花点火式エンジン
Ｃ シリンダ（気筒）
５ 燃焼室
５ａ 天井部
１６ センター点火プラグ
１８ サイド点火プラグ
２０ ＥＣＵ（ノック制御手段、プレイグ検知手段、燃料性状推定手段、位相差点火制 御手段、サイド点火禁止手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は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知られており、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毎に吸気弁及び排気弁を２つずつ設けた、所謂４バルブのものが一般的であり、また、気筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射する直噴タイプのものも実用化が進んでいる。４バルブ化によって吸気抵抗を低減しやすくなるとともに、気筒の吸気行程で噴射する燃料の気化潜熱によって吸気が冷却されて、その充填効率が向上する。
【０００５】
そのような４バルブ直噴エンジンでは、燃焼室の天井部に開口する４つの吸排気ポートに囲まれて、その中央付近に点火プラグ（センター点火プラグ）が配設されるとともに、比較的熱負荷の少ない吸気側の周縁部には燃料噴射弁が配設されるので、そこに追加する点火プラグは、燃焼室の周縁部において周方向に隣接する吸排気ポートの開口間に配設せざるを得ない（サイド点火プラグ）。
【０００６】
しかしながら、気筒毎に周方向に隣接する吸排気ポートの開口間というのは、互いに隣接する気筒間であり、ここは構造上、冷却水の流れが悪くて過熱しやすいという難がある。そのため、サイド点火プラグによって混合気に点火すると、その周辺が過熱してライナーの変形やシール性の悪化等、信頼性の低下を招く虞がある。また、サイド点火プラグ自体の過熱によって混合気の自着火（プレイグニッション）が誘発される虞れもある。
【０００７】
斯かる点に鑑みて本発明の目的は、冷却の難しい燃焼室の周縁部にも点火プラグを配設した場合に、前記のようなエンジンの信頼性低下やプレイグニッションを抑制することにある。
【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、燃焼性の向上のためにセンター及びサイド点火プラグの両方を点火作動させるときには、そのサイド点火プラグが高温の火炎に曝される時間ができるだけ短くなるよう、点火時期を相対的に遅角側にしたものである。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、気筒内の燃焼室の天井部において中央付近にセンター点火プラグを、また周縁部にサイド点火プラグをそれぞれ配設してなる火花点火式エンジンの点火制御装置を対象として、エンジンの暖機後に少なくとも低回転側の運転域において燃焼室温度の高くなる所定の条件下では、前記センター点火プラグ及びサイド点火プラグを、該サイド点火プラグが相対的に遅角側となるよう位相差を持たせて点火作動させるようにしたものである（以下、位相差点火制御ともいう）。
【００１０】
斯かる構成のエンジンが暖機後に少なくとも低回転側の運転域にあって、前記の位相差点火制御が行われると、まず、センター点火プラグによって混合気に点火され、これにより生成された火炎が燃焼室周縁に向かって伝播する途中で、サイド点火プラグによる点火が行われる。こうして複数箇所で点火が行われることで、燃焼期間が全体として短縮されるとともに、ノッキングの抑制も図られる。
【００１１】
しかも、サイド点火プラグによる点火が遅角側なので、その周辺が高温の火炎に曝される時間は前記のように短縮された燃焼期間の一部に過ぎない。よって、サイド点火プラグの点火作動による過熱を抑制することができ、これに起因するエンジンの信頼性の低下やサイド点火プラグの過熱によるプレイグニッションの誘発を抑制できる。
【００１２】
ここで、エンジンの低回転側の運転域においても負荷や回転数、或いは吸気温度の高いときほど燃焼室温度は高くなりやすく、サイド点火プラグの点火作動に起因する弊害が起きやすいので、それらの少なくとも１つに応じて、それが高いときほどセンター及びサイド点火プラグの作動時期の位相差を大きくし、サイド点火プラグ及びその周辺が高温の火炎に曝される時間が短くなるようにするのが好ましい（請求項２）。
【００１３】
また、特に燃焼室温度の高くなりやすい所定の高回転域においては、サイド点火プラグの点火作動は行わず、センター点火プラグのみによって混合気に点火するのがよい（請求項３）。特に、プレイグニッションの発生しやすい高圧縮比仕様の（幾何学的な圧縮比が１２以上の）エンジンでは、供給される燃料のオクタン価が所定値未満で自着火の起きやすいとき、或いは吸気温度が所定値以上のときにも、サイド点火プラグの点火作動を行わないようにするのがよい（請求項４、５）。
【００１４】
ところで、一般に火花点火式エンジンにおいては、ノッキングの発生状況に応じて点火時期を進角、遅角させる所謂ノック制御が行われ、エンジンの運転状態や吸気温度、燃料性状等、種々の要因によって点火時期が大幅に遅角されることがある。こうして点火時期を遅角させると燃焼温度が低下するので、ノッキングを抑制できるとともに、前記したサイド点火プラグの点火作動に起因する弊害も起き難くなるが、その一方で燃焼変動は大きくなってしまう。
【００１５】
そこで、ノック制御によって点火時期を所定以上に遅角させたときには、本来、前記のようにセンター点火プラグのみの点火とするのがよい状況にあっても、即ち、エンジンが前記所定の高回転域にあっても、また、燃料の推定オクタン価が所定値未満であっても、或いは吸気温度が所定値以上であっても、センター及びサイド点火プラグを点火作動させることによって、燃焼安定性を確保することができる（請求項６、７）。
【００１６】
さらに、例えばイオン電流センサや気筒内圧センサのようなセンサを設けて、これにより実際にプレイグニッションの発生を検知したときは、サイド点火プラグの点火作動を禁止することが好ましい（請求項８）。
【発明の効果】
【００１７】
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、気筒内の燃焼室天井部において中央付近にセンター点火プラグを、また、周縁部にサイド点火プラグを配設し、少なくとも低回転側の運転域において基本的には両方の点火プラグによって混合気に点火するものにおいて、サイド点火プラグの点火時期をセンター点火プラグよりも遅角側とすることで、冷却の難しいサイド点火プラグ及びその周辺部が高温の火炎に曝される時間を短くして、エンジンの信頼性の低下やプレイグニッションの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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シリンダ毎の点火プラグの配置を示す模式図。
【図４】プレイグニッションによるイオン電流の説明図。
【図５】エンジンの点火制御マップの概要を示す説明図。
【図６】点火制御の手順を示すフローチャート図。
【図７】位相差点火による燃焼室温度の低下を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
−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。
【００２１】
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、この例では燃焼室５は所謂ペントルーフ型のものである。
【００２２】
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かなり高く（一例として１２以上に）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、その電極付近からの火炎の伝播をできるだけ阻害しないようになっている。
【００２３】
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、燃焼室天井部５ａの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。
【００２４】
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。
【００２５】
図の例では、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、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が閉じられると吸気は第２吸気ポート６ｂのみから燃焼室５に流入して、スワール流を生成するようになる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、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。
【００３０】
そうしてセンタープラグ１６を燃焼室５の中央寄りに配置して、ここで混合気に点火するようにすれば、火炎面の燃焼室壁との接触による損失を減らして、良好な火炎の伝播を実現する上で好ましい。これに加えてこの実施形態では、燃焼室５の周縁部に別の点火プラグ（サイド点火プラグ１８、以下ではサイドプラグと略称）を配設し、前記のように燃焼室５中央から火炎が伝播する途中で点火作動させるようにしている。
【００３１】
一例としてサイドプラグ１８は、図２において左側に位置する第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）との間に即ち、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に臨むようにして配設されている。また、図３に示すようにサイドプラグ１８は、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ていて、図示は省略する共通の点火コイルユニットに接続されている。
【００３２】
そのようなサイドプラグ１８の配置には以下の理由がある。すなわち、この実施形態のような４バルブ直噴エンジンでは、燃焼室５の天井部５ａに４つの吸排気ポート６，…，７，…が開口し、それらに囲まれて天井部５ａの中央付近にはセンタープラグ１６が配設されている。また、比較的熱負荷の少ない吸気側の周縁部（図３の上側周縁部）にはインジェクタ１４が配設されている。
【００３３】
そして、熱負荷の高い排気側の周縁部に点火プラグを配設することは好ましくないので、結局、サイドプラグ１８は、前記の如く周方向に隣接する吸排気ポート６，７の開口間に、即ち図３ではシリンダＣ毎の左右いずれか一側の周縁部に配設せざるを得ないのである。尚、図の例ではサイドプラグ１８は、ＴＳＣＶ１２の設けられている第１吸気ポート６ａの側に位置している。これは、ＴＳＣＶ１２によって制御されるスワール流との関係も考慮したものである。
【００３４】
上述の如き構成のエンジンＥにおいて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による点火等は、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。このＥＣＵ２０には、図１に模式的に示すように、少なくとも、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。
【００３５】
また、図の例ではサージタンク１１よりも下流の吸気通路１０に吸気温度センサ２６が設けられるとともに、イオン電流センサ２７（図２を参照）やノックセンサ２８も設けられており、これらのセンサ２６〜２８からの信号もＥＣＵ２０に入力される。ノックセンサ２８は、従来周知の如くエンジンブロック１の側壁等に配設された振動センサからなり、ノッキングによるシリンダＣ内の共振を検出するように設けられている。
【００３６】
また、イオン電流センサ２７も公知のものであるが、一例として図２の右上に模式的に示すように点火コイルユニット１７に内蔵され、イグニッションコイル１７ａの２次側に直列に接続された電源部２７ａと、検出回路２７ｂとからなる。燃焼室５において混合気の着火によりイオンが発生するとセンタープラグ１６の電極間を電流が流れて、検出回路２７ｂからＥＣＵ２０へ信号が出力される。
【００３７】
そうして検出されるイオン電流の一例を図４に示す。通常の燃焼時にはイグニッションコイル１７ａの１次側で電流を遮断することにより（点火）、その２次側に高電圧が発生して、センタープラグ１６の電極間で火花放電が起きる（絶縁破壊）。この火花によって点火された混合気の燃焼に伴い発生するイオン（ラジカル）を媒体として、図の右側に実線で示すようにイオン電流が流れる。
【００３８】
また、点火の前にイグニッションコイル１７ａの１次側に電圧が印加されているとき、２次側には誘導電圧が発生するので、このときにプレイグニッションが発生すると、これにより燃焼する混合気中のイオンを媒介として、図には仮想線で示すようにイオン電流が流れる。よって、点火前の所定期間においてイオン電流が検出されれば、プレイグニッションの発生を検知することができる。
【００３９】
−点火制御の概要−
前記各種センサからの信号を入力してＥＣＵ２０は、一例として図５に示すような制御マップを参照し、エンジンＥの負荷や回転数、即ち運転状態に基づいてセンター及びサイドプラグ１６，１８の点火制御を行う。また、ノックセンサ２８からの信号によって点火時期を進角ないし遅角させて、ノッキングの発生しないぎりぎりの点火進角とする。このような周知のノック制御を行うことでＥＣＵ２０は、特許請求の範囲に記載のノック制御手段を構成する。
【００４０】
また、図の例では例えば５５００ｒｐｍ未満の低回転域ないし中回転域において、センター及びサイドプラグ１６，１８を両方によって混合気に点火し、燃焼期間を短縮するようにしている。こうするとエンジンＥの出力を向上し燃費を低減できるとともに、ノッキングの抑制も図られるが、その一方でサイドプラグ１８やその周辺の過熱に起因して種々の弊害が生じる虞れがある。
【００４１】
すなわち、この実施形態では、前記したように各シリンダＣ毎にサイドプラグ１８が、燃焼室５の周縁部において周方向に隣接する吸排気ポート６，７の開口部間に配設されているが、このことは、サイドプラグ１８，１８が２つずつ近接してエンジンＥの長手方向に互いに隣接するシリンダＣ，Ｃ間に位置することを意味する（図３を参照）。
【００４２】
そうして互いに隣接するシリンダＣ，Ｃ間は構造上、冷却水の流れが悪くて過熱しやすい。よって、前記のようにセンター及びサイドの両方のプラグ１６，１８によって点火すると、サイドプラグ１８の周辺が過熱してシリンダライナーの変形やシリンダヘッド２との間のシール性の悪化等、信頼性の低下を招く虞がある。また、サイドプラグ１８自体が過熱すると混合気の自着火（プレイグニッション）を誘発する虞れがある。
【００４３】
斯かる点に鑑みてこの実施形態では、前記のようにセンター及びサイドプラグ１６，１８によって混合気に点火する５５００ｒｐｍ未満の運転域において、サイドプラグ１８及びその周辺が高温の火炎に曝される時間をできるだけ短くするために、サイドプラグ１８をセンタープラグ１６よりも遅角側で点火作動させるようにしている。また、センター及びサイドプラグ１６，１８の点火時期の位相差は、燃焼室５の温度が相対的に高い高負荷、高回転側ほど大きくするようにしている。
【００４４】
一方、図の例では斜線を入れて示す５５００ｒｐｍ以上の高回転域において特に燃焼室５の温度が高くなることを考慮して、ここではサイドプラグ１８の点火作動を禁止し、基本的にセンタープラグ１６のみによって混合気に点火するようにしている。尚、図に破線で示す低負荷低回転側の領域ではＴＳＣＶ１２を閉じて、燃焼室５にスワール流が生成されるようにする。
【００４５】
以下に、具体的な点火制御の手順を図６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、吸気温度センサ２６、イオン電流センサ２７、ノックセンサ２８等からの信号を入力し、続くステップＳ２では、エンジンＥの運転状態を判定する。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、それが５５００ｒｐｍ未満かどうか判定する。
【００４６】
その際にエンジン水温が所定以上（例えば６０°Ｃ）かどうかも判定し、エンジンＥが暖機後でかつ５５００ｒｐｍ未満の低ないし中回転域にあれば（ＹＥＳ）ステップＳ３に進む一方、高回転域にあれば（ＮＯ）後述するステップＳ８に進む。ステップＳ３では、イオン電流センサ２７からの信号に基づいてプレイグニッションが発生しているか否か判定する（プレイグ発生？）。この判定がＹＥＳであれば後述のステップＳ７に進む一方、プレイグニッションが発生していなければ（ＮＯ）ステップＳ４に進み、ここでは現在の燃料のオクタン価を推定する。
【００４７】
これは、前記したように公知のノック制御によって進角ないし遅角されているエンジンＥの点火時期に基づいて燃料のオクタン価を推定するものであり、この推定値が所謂レギュラーガソリンに相当する９１ｒｏｎ（所定値）以上であれば（ＹＥＳ）、後述のステップＳ６に進んで位相差点火制御を行う一方、オクタン価の推定値が９１ｒｏｎ未満であれば（ＮＯ）ステップＳ５に進んで、今度は吸気温度が所定値未満か否か判定する（吸気温低い？）。
【００４８】
そして、吸気温度が所定以上に高く、判定がＮＯであれば後述のステップＳ７に進む一方で、吸気温度がそれほど高くないときには（判定はＹＥＳ）ステップＳ６に進んで、前記ノック制御によって適切に補正されている点火時期にセンタープラグ１６を点火作動させるとともに、その後、所定の位相差を持ってサイドプラグ１８も点火作動させて（位相差点火制御）、リターンする。
【００４９】
つまり、暖機後のエンジンＥが低ないし中回転域にあるときには、プレイグニッションが発生しておらず、燃料性状が許容範囲にあり、しかも、吸気温度もそれほど高くはないという所定条件の成立に応じて、センター及びサイドプラグ１６，１８の位相差点火制御を実行し、これにより燃焼期間の短縮するとともにノッキングの抑制を図る。
【００５０】
そうしてサイドプラグ１８による点火を遅角側とすれば、その周辺が高温の火炎に曝される時間は、前記のように短縮された燃焼期間の一部になり、サイドプラグ１８及びその周辺の過熱を抑制することができる。しかも、２つのプラグ１６，１８の点火時期の位相差はエンジンＥの高負荷、高回転側ほど、即ち、より燃焼室５の温度が高くなりやすい条件下で大きくなるから、より高い効果が得られる。
【００５１】
一方、前記のステップＳ３でＹＥＳ、即ちプレイグニッションが発生していると判定したとき、或いは前記ステップＳ４、Ｓ５の両方でＹＥＳ、即ち、燃料性状が許容範囲外であってかつ吸気温度が所定以上に高いと判定したときには、ステップＳ７に進んでセンタープラグ１６のみの１点点火とし、リターンする。
【００５２】
すなわち、実際にプレイグニッションが発生していれば直ちにサイドプラグ１８の点火作動を禁止することによって、それ以上はプレイグニッションが起きないようにするとともに、プレイグニッションの発生する可能性が極めて高い悪条件下においては、予めセンタープラグ１６のみの１点点火とすることで、それを未然に防止するのである。
【００５３】
同様に燃焼室５の温度がかなり高くなる５５００ｒｐｍ以上の高回転域では、前記ステップＳ２でＮＯと判定してステップＳ８に進み、今度は点火時期が所定以上に大きく遅角されているかどうか（大リタード）判定する。これは、ノック制御による点火時期の遅角量について判定するものであり、遅角量がそれほど大きくなければ（ＮＯ）前記ステップＳ７に進んで、センタープラグ１６のみの１点点火とする。こうすることで、燃焼室５の温度がかなり高くなる高回転域においても、サイドプラグ１８及びその周辺の過熱を抑制することができる。
【００５４】
一方、前記ステップＳ８の判定がＹＥＳであり、ノック制御により点火時期が所定以上に大きく遅角されているときには、前記のステップＳ６に進んでセンター及びサイドプラグ１６，１８による位相差点火制御を実行する。これは、ノック制御によって点火時期が大きく遅角されているときには、燃焼温度が低下するのでサイドプラグ１８及びその周辺も過熱し難くなる一方で、燃焼変動は大きくなることを考慮して、センター及びサイドの２点点火により燃焼安定性を確保するものである。
【００５５】
前記図６のフローにおいてステップＳ３は、プレイグニッションが発生しているか否か判定するもので、ステップＳ５は、供給される燃料のオクタン価を推定するものである。これらのステップを実行することでＥＣＵ２０は、特許請求の範囲に記載のプレイグ検知手段や燃料性状推定手段を構成する。
【００５６】
また、ステップＳ２〜Ｓ６は、エンジン暖機後の低ないし中回転域において所定の条件が満たされればセンター及びサイドプラグ１６，１８を、該サイドプラグ１８が相対的に遅角側となるよう位相差を持たせて点火作動させる、という位相差点火制御の手順を表している。この制御手順を実行することでＥＣＵ２０は、特許請求の範囲に記載の位相差制御手段を構成する。
【００５７】
さらに、ステップＳ３でＹＥＳと判定してステップＳ７に進む制御手順を実行するとき、ＥＣＵ２０は、プレイグニッションが検知されたときにサイドプラグ１８の点火作動を禁止するサイド点火禁止手段を構成する。
【００５８】
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、暖機後のエンジンＥが例えば５５００ｒｐｍ未満の低ないし中回転域にあるときに、位相差点火制御を実行し、センターおよびサイドプラグ１６、１７により所定の位相差を持たせて混合気へ点火することで、燃焼期間を短縮して出力の向上や燃費の低減を実現できる。また、ノッキングの抑制も図られる。
【００５９】
しかも、サイドプラグ１８による点火が相対的に遅角側になることから、その周辺が高温の火炎に曝される時間は前記のように短縮された燃焼期間の一部になり、このことで、サイドプラグ１８やその周辺の過熱を抑制することができる。よって、熱害によるエンジンＥの信頼性低下やサイドプラグ１８の過熱によるプレイグニッションの誘発が抑制される。
【００６０】
その際、２つのプラグ１６，１８による点火時期の位相差を、エンジンＥの高負荷、高回転側ほど大きくすることで、言い換えると燃焼室５の温度が高くなりやすいときほど位相差を大きくして、サイドプラグ１８及びその周辺が高温の火炎に曝される時間を短くすることで、エンジン出力の低下を実質、招くことなく前記のような効果が得られる。
【００６１】
図７は、エンジンＥを中負荷中回転の運転状態とし、センタープラグ１６による点火時期はＢＴＤＣ１０°ＣＡに保ちながら、サイドプラグ１８による点火時期を遅角させていったときに、該サイドプラグ１８付近のシリンダヘッドの温度が変化する様子を調べたものである。図の縦軸の目盛は２°Ｃ刻みなので、同時点火から位相差を３°ＣＡ大きくすると、約３°Ｃ温度が下がると言える。尚、図示のように位相差を６°ＣＡくらいまで大きくしてもエンジン出力は殆ど低下しない。
【００６２】
さらに、この実施形態では、供給される燃料のオクタン価が所定値未満であり、かつ、吸気温度が所定値以上のとき、及び５５００ｒｐｍ以上の高回転域においては、いずれもサイドプラグ１８の点火は行わず、センタープラグ１６のみによって混合気に点火するようにしており、こうすることでサイドプラグ１８の過熱に起因する前記の弊害をより確実に防止できる。
【００６３】
その上さらに、特にノック制御によって点火時期が大幅に遅角されているときには、前記のように本来はセンタープラグ１６のみの点火とする高回転域においても位相差点火制御を行うことによって、燃焼安定性を確保することができる。
【００６４】
−その他の実施形態−
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。例えば前記の実施形態においては、エンジンＥが低ないし中回転域にあっても燃料のオクタン価の推定値が９１ｒｏｎ未満であって、かつ吸気温度が所定値以上のときには、センタープラグ１６のみの１点点火としているが、これについては、推定オクタン価が９１ｒｏｎ未満であるか、或いは吸気温度が所定値以上であるかのいずれかのときに１点点火とするようにしてもよい。
【００６５】
また、前記の実施形態においては、エンジンＥが５５００ｒｐｍ以上の高回転域にあっても点火時期が大幅に遅角されていれば、位相差点火制御を行うようにしているが、このような例外的な位相差制御は行わなくてもよい。
【００６６】
反対に、燃料の推定オクタン価が所定値未満であったり、吸気温度が所定値以上であったりしても、前記のように点火時期が大幅に遅角されているときには位相差点火制御を行うようにすることもできる。
【００６７】
勿論、低ないし中回転域と高回転域とを区分する５５００ｒｐｍという回転数は一例に過ぎず、それは例えば４５００〜６０００ｒｐｍくらいに設定すればよい。また、そうして設定した回転数を燃料の推定オクタン価や吸気温度に応じて変更するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、本発明を適用するエンジンは、前記実施形態のような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本のサイドプラグが燃焼室天井部５ａの周縁部に配設されているものであってもよい。また、４バルブにも限定されず、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。さらに、直噴エンジンにも限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上、説明したように本発明に係る点火制御装置は、複数の点火プラグを備えた火花点火式エンジンの熱害による信頼性の低下やプレイグニッションを防止することができるので、特に自動車用エンジンに有用である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｅ 火花点火式エンジン
Ｃ シリンダ（気筒）
５ 燃焼室
５ａ 天井部
１６ センター点火プラグ
１８ サイド点火プラグ
２０ ＥＣＵ（ノック制御手段、プレイグ検知手段、燃料性状推定手段、位相差点火制 御手段、サイド点火禁止手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の燃焼室の天井部において中央付近にセンター点火プラグを、また周縁部にサイド点火プラグを、それぞれ配設してなる火花点火式エンジンの点火制御装置であって、
エンジンの暖機後に少なくとも低回転側の運転域において燃焼室温度の高くなる所定の条件下では、前記センター点火プラグ及びサイド点火プラグを、該サイド点火プラグが相対的に遅角側となるよう位相差を持たせて点火作動させる位相差点火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】
前記位相差点火制御手段は、エンジンの低回転側の運転域において負荷、回転数、吸気温度の少なくとも１つに応じて、それが高いときほどセンター及びサイド点火プラグの作動時期の位相差を大きくする、ことを特徴とする請求項１に記載の点火制御装置。
【請求項３】
前記位相差点火制御手段は、所定の高回転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、請求項１又は２のいずれかに記載の点火制御装置。
【請求項４】
前記気筒の幾何学的な圧縮比が１２以上であり、
供給される燃料のオクタン価を推定可能な燃料性状推定手段を備え、
前記位相差点火制御手段は、前記燃料性状推定手段によって推定された燃料のオクタン価が所定値未満のときには、センター点火プラグのみを点火作動させる、請求項３に記載の点火制御装置。
【請求項５】
前記気筒の幾何学的な圧縮比が１２以上であり、
前記位相差点火制御手段は、吸気温度が所定値以上のときにはセンター点火プラグのみを点火作動させる、請求項３又は４のいずれかに記載の点火制御装置。
【請求項６】
ノッキングの発生状況に応じて点火時期を制御するノック制御手段をさらに備え、
前記位相差点火制御手段は、前記ノック制御手段によって点火時期が所定以上に遅角されているときには、高回転域においてもセンター及びサイド点火プラグを点火作動させる、請求項３〜５のいずれかに１つ記載の点火制御装置。
【請求項７】
ノッキングの発生状況に応じて点火時期を制御するノック制御手段をさらに備え、
前記位相差点火制御手段は、前記ノック制御手段によって点火時期が所定以上に遅角されているときには、燃料の推定オクタン価が所定値未満であっても、また吸気温度が所定値以上であってもセンター及びサイド点火プラグを点火作動させる、請求項３〜６のいずれか１つに記載の点火制御装置。
【請求項８】
プレイグニッションの発生を検知するプレイグ検知手段と、
前記プレイグ検知手段によってプレイグニッションが検知されたとき、サイド点火プラグの点火作動を禁止するサイド点火禁止手段と、を備える請求項１〜７のいずれか１つに記載の点火制御装置。
【請求項１】
気筒内の燃焼室の天井部において中央付近にセンター点火プラグを、また周縁部にサイド点火プラグを、それぞれ配設してなる火花点火式エンジンの点火制御装置であって、
エンジンの暖機後に少なくとも低回転側の運転域において燃焼室温度の高くなる所定の条件下では、前記センター点火プラグ及びサイド点火プラグを、該サイド点火プラグが相対的に遅角側となるよう位相差を持たせて点火作動させる位相差点火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】
前記位相差点火制御手段は、エンジンの低回転側の運転域において負荷、回転数、吸気温度の少なくとも１つに応じて、それが高いときほどセンター及びサイド点火プラグの作動時期の位相差を大きくする、ことを特徴とする請求項１に記載の点火制御装置。
【請求項３】
前記位相差点火制御手段は、所定の高回転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、請求項１又は２のいずれかに記載の点火制御装置。
【請求項４】
前記気筒の幾何学的な圧縮比が１２以上であり、
供給される燃料のオクタン価を推定可能な燃料性状推定手段を備え、
前記位相差点火制御手段は、前記燃料性状推定手段によって推定された燃料のオクタン価が所定値未満のときには、センター点火プラグのみを点火作動させる、請求項３に記載の点火制御装置。
【請求項５】
前記気筒の幾何学的な圧縮比が１２以上であり、
前記位相差点火制御手段は、吸気温度が所定値以上のときにはセンター点火プラグのみを点火作動させる、請求項３又は４のいずれかに記載の点火制御装置。
【請求項６】
ノッキングの発生状況に応じて点火時期を制御するノック制御手段をさらに備え、
前記位相差点火制御手段は、前記ノック制御手段によって点火時期が所定以上に遅角されているときには、高回転域においてもセンター及びサイド点火プラグを点火作動させる、請求項３〜５のいずれかに１つ記載の点火制御装置。
【請求項７】
ノッキングの発生状況に応じて点火時期を制御するノック制御手段をさらに備え、
前記位相差点火制御手段は、前記ノック制御手段によって点火時期が所定以上に遅角されているときには、燃料の推定オクタン価が所定値未満であっても、また吸気温度が所定値以上であってもセンター及びサイド点火プラグを点火作動させる、請求項３〜６のいずれか１つに記載の点火制御装置。
【請求項８】
プレイグニッションの発生を検知するプレイグ検知手段と、
前記プレイグ検知手段によってプレイグニッションが検知されたとき、サイド点火プラグの点火作動を禁止するサイド点火禁止手段と、を備える請求項１〜７のいずれか１つに記載の点火制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２８５９０５（Ｐ２０１０−２８５９０５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３９２３７（Ｐ２００９−１３９２３７）
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【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１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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