JP2001263214A

JP2001263214A - エンジンの点火装置

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Publication number: JP2001263214A
Application number: JP2000076627A
Authority: JP
Inventors: So Miura; 創三浦
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-26
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP3726629B2

Abstract

(57)【要約】【課題】火花点火式エンジンにおいて燃焼室内の火炎
の伝播を均一とし、ノッキングを効果的に抑制する。【解決手段】エンジンの燃焼室内には第１の点火装置
６、１０、１１、１２が設けられており、その第１の点
火装置６、１０、１１、１２よりも吸気ポート側には第
２の点火装置７、８、９が設けられている。コントロー
ラ１５は第１の点火装置及び第２の点火装置を用いて燃
焼室内の混合気の点火を行うが、このときコントローラ
１５は第２の点火装置７，８、９の点火時期を第１の点
火装置６、１０、１１、１２の点火時期よりも進角させ
る。これにより、燃焼室内の火炎伝播が均一になり、ノ
ッキングが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの点火装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用火花点火式エンジンにおいて
は、各気筒毎に１つの点火プラグを設け、燃焼室内の混
合気の点火を行うのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
１つの点火プラグで点火を行った場合、燃焼室内におけ
る火炎の伝播速度の相違により、ノッキングが発生する
可能性がある。

【０００４】これは、燃焼が一種の化学反応であり、火
炎の伝播速度が温度の高い排気ポート側で速く、吸気ポ
ート側で遅くなるので、吸気ポート側の点火プラグから
遠い部分にある混合気は火炎到着までに時間がかかって
他の部位にある混合気に比べて長時間圧縮状況下に置か
れることになり、自己着火を起こしやすくなるからであ
る。ある温度、圧力下に置かれた混合気は一定時間後に
非常に反応の速い自己着火を起こしてしまう（ノッキン
グの発生）。

【０００５】図７は燃焼室２０の中央に設けられた点火
プラグ２１のみで点火を行った場合に火炎の伝播する様
子を示したものである。上述の通り、排気側の方が温度
が高く火炎伝播速度が高いため、これに示されるように
排気ポート２２側に伝播する火炎が燃焼室端まで到達し
た時点では、吸気ポート２３側の火炎は未だ燃焼室端ま
で到達していない。このため、吸気ポート２３側の点火
プラグ２１からの距離が遠いところに存在する混合気が
長時間圧縮状態下に置かれ、自己着火を起こし易くな
る。

【０００６】本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなさ
れたものであり、火花点火式エンジンにおいて燃焼室内
の火炎の伝播を均一とし、ノッキングを効果的に抑制す
ることを目的とする。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】第１の発明は、燃焼室
内に設けられた第１の点火装置と、第１の点火装置より
も吸気ポート側に設けられた第２の点火装置とを備え、
第１及び第２の点火装置を用いて混合気の点火を行うエ
ンジンに用いられる点火装置において、第２の点火装置
の点火時期を第１の点火装置の点火時期よりも進角させ
るように構成したことを特徴とするものである。

【０００８】第２の発明は、第１の発明において、第１
の点火装置が燃焼室の排気ポート側に設けられているこ
とを特徴とするものである。

【０００９】第３の発明は、第１の発明において、第１
の点火装置が燃焼室の中央に設けられていることを特徴
とするものである。

【００１０】第４の発明は、第１から第３の発明におい
て、第２の点火装置の点火時期の進角補正量がエンジン
の冷却水温に応じて設定されることを特徴とするもので
ある。

【００１１】第５の発明は、第１から第３の発明におい
て、第２の点火装置の点火時期の進角補正量がエンジン
の冷却水温が高いほど大きく設定されることを特徴とす
るものである。

【００１２】第６の発明は、第１から第３の発明におい
て、第２の点火装置の点火時期の進角補正量がエンジン
の吸入空気量に応じて設定されることを特徴とするもの
である。

【００１３】第７の発明は、第１から第３の発明におい
て、第２の点火装置の点火時期の進角補正量がエンジン
の吸入空気量が多いほど大きな値に設定されることを特
徴とするものである。

【００１４】第８の発明は、第１から第３の発明におい
て、第２の点火装置の点火時期の進角補正量がエンジン
の回転速度に応じて設定されることを特徴とするもので
ある。

【００１５】第９の発明は、第１から第３の発明におい
て、第２の点火装置の点火時期の進化補正量がエンジン
の回転速度が高いほど大きな値に設定されることを特徴
とするものである。

【００１６】第１０の発明は、第１から第９の発明を吸
気ポートの径が排気ポートの径よりも大きいエンジンに
適用したことを特徴とするものである。

【００１７】

【作用及び効果】したがって、本発明に係るエンジンの
点火装置にあっては、燃焼室内の混合気は燃焼室内に設
けられた複数の点火装置（点火プラグ、点火ギャップ
等）により点火されるが、吸気ポート側に設けられてい
る点火装置から点火が行われる（第１から第３の発
明）。これは、燃焼室内の温度が排気ポート側で高く、
吸気ポート側で低くなっているため、火炎の伝播速度が
排気側と吸気側で異なり、混合気を均一に燃焼させるた
めには吸気ポート側から点火する必要があるからであ
る。

【００１８】すなわち、仮に燃焼室中心部に設けられた
点火プラグのみにより点火した場合、点火プラグから遠
い部分にある吸気側の混合気は、火炎が伝播してくるま
で長時間圧縮状態下に置かれることになり、自己着火を
起こしてノッキングが発生しやすくなるが、本発明を適
用すれば、吸気ポート側から先行して点火が行われるの
で燃焼室内における火炎の伝播が均一化され、着火が遅
れている混合気が自己着火を起こしてノッキングが発生
するのを防止できる。また、ノッキングの発生しない条
件においても、燃焼時間が短縮されることから、燃費性
能、燃焼安定性の向上が図られる。

【００１９】また、必要とされる吸気側点火時期の進角
補正量は、エンジン冷却水温、吸入空気量（負荷）よっ
て異なるが、第４から第７の発明を適用することによ
り、エンジン冷却水温、吸入空気量を考慮して進角補正
量が設定されるので、ノッキングの発生をさらに確実に
抑えることができる。エンジン冷却水温を考慮するのは
冷却水温が高いほど燃焼室の吸気側と排気側の温度差が
大きくなり、火炎伝播速度の差も大きくなるからであ
る。また、エンジンの吸入空気量を考慮するのは吸入空
気量が多いほど燃焼ガスの発熱量が大きく吸気側と排気
側の温度差が大きくなり、火炎伝播速度の差も大きくな
るからであり、また、着火遅れの混合気の量が増大する
からである。

【００２０】また、燃焼は化学反応でありその反応速度
は主に温度に左右されることから、エンジン回転速度が
異なっても必要とされる吸気側の点火の排気側の点火に
対する先行時間[sec]はほぼ一定であるが、エンジン回
転速度が増大すると単位クランク角[deg]に相当する時
間が短くなるため、同一の進角補正量のままだとエンジ
ン回転速度の増大に伴い先行時間が短くなってしまう。
つまり、吸気側の点火の先行時間をエンジン回転速度が
変化しても一定に保つためにはエンジン回転速度の増大
に伴い吸気側点火時期の進角補正量を増大する必要があ
るが、第８、第９の発明によると吸気側点火時期の進角
補正量がエンジン回転速度に応じて設定されるので、吸
気側の点火の先行時間を一定に保つことができる。

【００２１】さらに、吸気ポートの径が排気ポートの径
よりも大きいエンジンでは、吸気側の点火装置が燃焼室
の中心から遠くなるが、本発明を適用することにより燃
焼室内の火炎の伝播を均一にすることができ、ノッキン
グを効果的に抑制することが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態について説明する。

【００２３】図１は本発明に係るエンジンの点火装置の
概略構成図である。燃焼室１には２つの吸気ポート２
ａ、２ｂ、排気ポート３ａ、３ｂが開口しており、これ
ら吸気ポート２ａ、２ｂ、排気ポート３ａ、３ｂは図示
しないバルブにより所定のタイミングで開閉される。こ
こでバルブ前後の圧力差が排気側に比べて吸気側のほう
が低いこと、及び、吸気は温度が低く音速が低いのに対
して、排気である既燃ガスは温度が高く音速が高いため
チョーキングが起こりにくいことから、吸入効率を高め
るべく吸気ポート２ａ、２ｂの径は排気ポート３ａ、３
ｂの径よりも大きくなっている。

【００２４】燃焼室１のほぼ中央には点火装置６（点火
プラグ、点火ギャップ等）が設けられている。また、燃
焼室１の吸気側周辺部には点火装置（点火プラグ、点火
ギャップ等）７、８、９が、排気側周辺部には点火装置
（点火プラグ、点火ギャップ等）１０、１１、１２がほ
ぼ等間隔に設けられている。吸気ポート２ａ、２ｂの径
が排気ポート３ａ、３ｂの径よりも大きいので、吸気側
点火装置７、８、９は排気側点火装置１０、１１、１２
に比べ燃焼室中心、すなわち点火プラグ６からの距離が
長くなっている。

【００２５】これら吸気側点火装置７、８、９は吸気側
点火コイル１３に接続され、中心点火プラグ６及び排気
側点火装置１０、１１、１２は排気側点火コイル１４に
接続されている。

【００２６】コントローラ１５には、エアフローメータ
１６からの吸入空気量信号、クランク角センサ１７から
のエンジン回転速度信号、冷却水温センサ１８からのエ
ンジン冷却水温信号が入力され、コントローラ１５は入
力された各種信号に基づきエンジンの運転状態を判断
し、吸気側点火装置７、８、９の点火時期（吸気側点火
時期）TADVINと、中心点火プラグ６及び排気側点火装置
１０、１１、１２の点火時期（排気側点火時期）TADVM
を演算する。そして、演算された吸気側点火時期（クラ
ンク角）TADVINで吸気側点火コイル１３に点火信号を出
力し、排気側点火時期（クランク角）TADVMで排気側点
火コイル１４に点火信号を出力する。

【００２７】ここで吸気ポート２ａ、２ｂの周囲は排気
ポート３ａ、３ｂの周囲に比べて温度が低いため、火炎
の伝播速度は排気側に比べて遅くなる。そのため、コン
トローラ１５は、吸気側点火時期TADVINを排気側点火時
期TADVMに対して進角させ、吸気ポート側の混合気を早
期に燃焼させることにより、それが長時間圧縮下に置か
れて自己着火を起こすのを防止する。

【００２８】以下、コントローラ１５が行う点火制御に
ついて詳しく説明する。

【００２９】図２はコントローラ１５が行う点火制御の
内容を示したフローチャートであり、クランク角センサ
１７からの所定信号を受けて実行される。

【００３０】これによると、まず、ステップＳ１で吸入
空気量、エンジン回転速度及びエンジン冷却水温が読み
込まれる。

【００３１】次に、ステップＳ２で中心点火プラグ６と
排気側点火装置１０、１１、１２の点火時期TADVM[deg]
が演算される。具体的には、吸入空気量及びエンジン回
転速度に基づき図３に示すマップを参照して基本点火時
期ADVMAPが設定され、エンジン冷却水温に基づき図４に
示すテーブルを参照して点火時期の進角補正量ADVCDが
設定され、次式（１）、 TADVM ＝ ADVMAP ＋ ADVCD ・・・・・（１）により排気側点火時期TADVMが演算される。エンジン冷
却水温が低いときに点火時期を進角させるのは、水温が
低いと燃焼が悪くなりがちなこと、点火時期を早くして
もノッキングを起こしにくい等の理由による。

【００３２】そして、ステップＳ３では、吸気側点火装
置７、８、９の点火時期TADVIN[deg]が演算される。こ
こで吸気側点火時期TADVINは、吸気ポート側において混
合気が自己着火を起こすのを防止すべく排気側点火時期
TADVMよりも早い時期に設定される。

【００３３】具体的には、エンジン冷却水温に基づき図
５に示すテーブルを参照して進角補正量ADBCDINが設定
され、エンジン回転速度及び吸入空気量（エンジン負
荷）に基づき図６に示すマップを参照して進角補正量AD
VMAPINが設定され、次式（２）、 TADVIN ＝ TADVM ＋ ADVCDIN ＋ ADVMAPIN ・・・・・（２）により吸気側点火時期TADVINが演算される。なお、TADV
MはステップＳ２で演算された排気側点火時期である。

【００３４】ここで、進角補正量ADVCDINはエンジン冷
却水温が高いほど大きな値に設定されるが（図５）、こ
れはエンジン冷却水温が高いほど燃焼室内の吸気側と排
気側の温度差、すなわち吸気側への火炎伝播速度と排気
側への火炎伝播速度の差が大きくなり、均一な燃焼を実
現するにはそれに応じて吸気側の点火時期を早める必要
があるからである。

【００３５】また、進角補正量ADVMAPINは吸入空気量が
多いほど大きな値に設定されるが（図６）、これは吸入
空気量が多いほど燃焼ガスの発熱量が大きくなり、この
燃焼ガスが排気弁を介して排気ポートを大きな流量、流
速で通過するので、排気側の受熱量が大きくなって吸気
側と排気側の温度差が大きくなり、火炎伝播速度の差も
大きくなるからであり、また、吸入空気量が多くなるほ
ど吸気側で長時間圧縮下に置かれる混合気の量が増大
し、ノッキングが起こりやすくなるからである。

【００３６】さらに、進角補正量ADVMAPINはエンジン回
転速度が高くなるほど大きな値に設定されるが、これ
は、エンジン回転速度が高くなると単位クランク角[de
g]に相当する時間[sec]が短くなるので、これに対応し
て進角補正量を増大させないと、排気側の点火が行われ
てから吸気側の点火が行われるまでの時間[sec]が一定
に保たれなくなるからである。

【００３７】つまり、燃焼は化学反応であり、その反応
速度は主に温度に左右され、吸気側と排気側の燃焼速度
差はエンジンの回転速度の影響をあまり受けないため、
吸気側の点火の先行時間[sec]はエンジン回転速度が変
化しても一定に保たれることが必要であるが、このよう
にエンジン回転速度が高くなるにつれ進角補正量を増大
すれば吸気側の点火の先行時間[sec]を一定に保つこと
ができる。

【００３８】以上のようにして排気側点火時期TADVM、
吸気側点火時期TADVINが演算されたら、クランク角TADV
INで吸気側点火コイル１３に点火信号が出力され（ステ
ップＳ４）、クランク角TADVMで排気側点火コイル１４
に点火信号が出力される（ステップＳ５）。

【００３９】次に、作用について説明する。

【００４０】吸気ポート２ａ、２ｂが開かれると燃焼室
１内に混合気が導入され、燃焼室１内に導入された混合
気は図示しないピストンによって圧縮される。

【００４１】圧縮された混合気は中心点火プラグ６及び
燃焼室１の内周に沿って設けられた点火装置７ないし１
２によって点火されるが、この際、火炎の伝播速度を考
慮して吸気側の点火装置７、８、９が中心点火プラグ６
及び排気側点火プラグ１０、１１、１２に先行して点火
される。

【００４２】これは、火炎の伝播速度が温度の高い排気
側で速くなり、温度の低い吸気側で遅くなること、ま
た、吸気ポート２ａ、２ｂの径が排気ポート３ａ、３ｂ
の径に比べて大きく、吸気側点火装置７、８、９が燃焼
室中央から遠いことを考慮したものであるが、このよう
に点火装置７、８、９の点火を先行させることにより燃
焼室内の火炎伝播を均一にでき、ノッキングが発生する
のを防止することが可能となる。また、ノッキングの発
生しない条件においても燃焼時間が短縮されることか
ら、燃費性能、燃焼安定性の向上が図られる。

【００４３】さらに、吸気側点火時期TADVINの排気側点
火時期TADVMに対する進角補正量は、エンジン冷却水
温、吸入空気量及びエンジン回転速度に基づき設定され
るので、運転条件に応じて常に最適の点火時期を設定す
ることができ、広い運転領域においてノッキングが効果
的に防止される。

【００４４】なお、以上説明した実施形態は本発明が適
用可能な構成の一例を示したものであり、本発明の適用
可能な範囲を限定するものではない。例えば、上記実施
形態では吸気ポート２ａ、２ｂからは混合気が導入され
るとしたが、本発明は、吸気ポートから空気のみ導入
し、燃料を直接燃焼室内に噴射する、いわゆる直噴式エ
ンジンにも適用することができるものである。また、図
１に示した点火装置や吸排気ポートの配置、数、燃焼室
の形状等はあくまでも一例であり、これらを変更した構
成であっても複数の点火装置を備えた構成であれば本発
明を適用することができる。例えば、本実施形態では、
第１の点火装置として点火装置６、１０、１１、１２を
設け、第２の点火装置として点火装置７、８、９を設け
たが、これはあくまでも一例であり、第１の点火装置と
して点火装置６のみ或いは点火装置１０、１１、１２の
いずれか一つのみを設け、又は、点火装置６、１１のみ
或いは点火装置６、１０、１１、１２のあらゆる組み合
わせを採ることができ、さらに、第２の点火装置として
点火装置８のみ或いは点火装置７，９のみを設け、又は
点火装置７、８、９のあらゆる組み合わせを採ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジン点火装置の概略構成図で
ある。

【図２】コントローラが行うエンジン点火制御の内容を
示したフローチャートである。

【図３】基本点火時期マップである。

【図４】基本点火時期の水温補正テーブルである。

【図５】吸気側点火時期の水温補正テーブルである。

【図６】吸気側点火時期のエンジン回転速度、吸入空気
量補正テーブルである。

【図７】中心点火プラグのみで点火を行ったときの火炎
伝播の様子を示した図である。

【符号の説明】

１燃焼室２ａ、２ｂ吸気ポート３ａ、３ｂ排気ポート６点火装置７、８、９吸気側点火装置１０、１１、１２排気側点火装置１３吸気側点火コイル１４排気側点火コイル１５コントローラ１６エアフローメータ１７クランク角センサ１８冷却水温センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に設けられた第１の点火装置と、前記第１の点火装置よりも吸気ポート側に設けられた第
２の点火装置と、を備え、前記第１及び第２の点火装置
を用いて燃焼室内の混合気の点火を行うエンジンに用い
られ、前記第２の点火装置の点火時期を前記第１の点火装置の
点火時期よりも進角させるように構成したことを特徴と
するエンジンの点火装置。
【請求項２】前記第１の点火装置は燃焼室の排気ポート
側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
エンジンの点火装置。
【請求項３】前記第１の点火装置は燃焼室の中央に設け
られていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン
の点火装置。
【請求項４】前記第２の点火装置の点火時期の進角補正
量が前記エンジンの冷却水温に応じて設定されることを
特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエン
ジンの点火装置。
【請求項５】前記第２の点火装置の点火時期の進角補正
量が前記エンジンの冷却水温が高いほど大きく設定され
ることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記
載のエンジンの点火装置。
【請求項６】前記第２の点火装置の点火時期の進角補正
量が前記エンジンの吸入空気量に応じて設定されること
を特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエ
ンジンの点火装置。
【請求項７】前記第２の点火装置の点火時期の進角補正
量が前記エンジンの吸入空気量が多いほど大きな値に設
定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一
つに記載のエンジンの点火装置。
【請求項８】前記第２の点火装置の点火時期の進角補正
量が前記エンジンの回転速度に応じて設定されることを
特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエン
ジンの点火装置。
【請求項９】前記第２の点火装置の点火時期の進化補正
量が前記エンジンの回転速度が高いほど大きな値に設定
されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つ
に記載のエンジンの点火装置。
【請求項１０】前記エンジンは吸気ポートの径が排気ポ
ートの径よりも大きいエンジンであることを特徴とする
請求項１から９のいずれか一つに記載のエンジンの点火
装置。