JP2006152836A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】多点点火式の内燃機関において、正確に内燃機関の燃焼状態を把握するとともに、燃焼悪化を効果的に改善すること。
【解決手段】この内燃機関１は、放電により燃焼室１ｂ内の混合気に点火する第１点火プラグ１０ａと、放電により前記燃焼室１ｂの混合気へ点火できるとともに、所定の運転条件においては、前記混合気へ点火する代わりに前記燃焼室１ｂ内の燃焼イオン電流を検出する第２点火プラグ１０ｂと、を含む。そして、少なくとも浄化触媒を暖機する際には、第２点火プラグ１０ｂで燃焼室内１ｂの燃焼イオン電流Ｉを検出するとともに、検出した燃焼イオン電流Ｉに基づいて燃焼室内１ｂの燃焼状態を判定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の点火プラグを有する火花点火式の内燃機関に関する。

燃焼室内の燃焼イオン電流を検出して、内燃機関の燃焼状態を判定し、空燃比を制御する技術が知られている。また、良好な燃焼状態を得るため、複数の点火プラグを用いる、いわゆる多点点火式の内燃機関が実用化されている。特許文献１には、燃焼イオン電流によって内燃機関の燃焼状態を判定する技術には、燃焼室内の燃焼イオン電流を検知するイオンプラグを備え、前記イオンプラグからの燃焼イオン電流の検出情報に基づいて前記燃焼室の燃料噴射弁の開時間を最大出力に設定する技術が開示されている。

特開平４−１９４３３６号公報

しかし、特許文献１に開示された技術は、内燃機関の燃焼状態を正確に把握することはできるが、内燃機関の運転中において燃焼イオン電流を検出するために用いるイオンプラグは点火に寄与しないので、燃焼状態が悪化している場合、これを改善するためには限界がある。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多点点火式の内燃機関において、正確に内燃機関の燃焼状態を把握するとともに、燃焼悪化を効果的に改善できる内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、放電により混合気に点火する点火手段を、同一燃焼室に対して複数備える内燃機関であって、前記燃焼室内の混合気に点火する第１の点火手段と、放電により前記燃焼室の混合気へ点火できるとともに、前記燃焼室内の燃焼イオン電流を検出できる第２の点火手段と、を含み、浄化触媒を暖機する際には、前記第１の点火手段によって点火し、このときの前記燃焼室内の燃焼イオン電流を前記第２の点火手段で検出して、検出した燃焼イオン電流に基づき前記燃焼室内の燃焼状態を判定することを特徴とする。

この内燃機関は、燃焼室内の混合気への点火に用いる第１の点火手段と、混合気への点火に用いるとともに、燃焼イオン電流も検出できる第２の点火手段とを同一の燃焼室に備える。これによって、燃焼イオン電流を検出する際には、第２の点火手段は点火に寄与せずに燃焼イオン電流を検出でき、また火炎伝播速度も知ることができるので、燃焼状態を正確に把握できる。また、第２の点火手段は混合気への点火にも用いることができるので、燃焼状態が不安定な場合には、第１の点火手段とともに点火に用いて、燃焼悪化を効果的に改善できる。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記第２の点火手段が前記燃焼イオン電流を検出するときには、前記第１の点火手段によって点火して、前記第２の点火手段は点火には寄与しないことを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃焼室が複数存在する場合、燃焼状態が悪化した燃焼室に対して、燃料の増量、点火時期の進角その他の燃焼改善手段によって燃焼状態を改善することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記浄化触媒の暖機時において燃焼状態が悪化していない場合には、前記内燃機関から排出される排ガスの温度をさらに上昇させることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関の運転サイクルにおける前記混合気の燃焼可能時期を避けて前記第２の点火手段から放電させることにより、前記燃焼イオン電流を検出するために用いる電荷を蓄える蓄電手段を含むことを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記蓄電手段に蓄えられている電荷量が予め定める許容電荷量以下になった場合に、前記第２の点火手段から放電させて前記蓄電手段に電荷を蓄えることを特徴とする。

以上説明したように、この発明に係る内燃機関では、多点点火式の内燃機関において、正確に内燃機関の燃焼状態を把握するとともに、燃焼悪化を効果的に改善できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。本発明は、多点点火式の内燃機関であれば、レシプロ式、ロータリー式を問わず適用でき、特に希薄燃焼用の内燃機関に対しては好適である。また、本発明は、乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。

実施例１は、次の点に特徴がある。すなわち、内燃機関が備える浄化触媒を暖機する際には、第１の点火手段によって点火し、点火に寄与させずに第２の点火手段を用いて燃焼イオン電流を検出し、検出した燃焼イオン電流に基づいて燃焼状態を判定する。そして、燃焼状態が悪化した場合には、燃料増量又は点火時期の進角（浄化触媒暖機における遅角の程度を減少させる）等の燃焼改善制御を実行する。

ここで、燃焼状態は、内燃機関に供給した燃料の燃焼時間と、燃焼割合（供給した燃料がどの程度燃焼したか）とで評価できる。より具体的には、燃焼状態がよいと判断されるためには、内燃機関に供給した燃料ができるだけ短時間で、かつ完全燃焼に近い状態が、安定して持続されていることが必要である。

図１は、実施例１に係る内燃機関を示す断面図である。図２−１〜図２−３は、実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。図１〜図２−３を用いて、実施例１に係る内燃機関について簡単に説明する。なお、実施例１に係る内燃機関１は、気筒数及び気筒配置が限定されるものではない。

実施例１に係る内燃機関１は、気筒１ｓ内の燃焼室１ｂで燃料Ｆと空気Ａとの混合気を燃焼させて、気筒１ｓ内でピストン７を往復運動させる。そして、コネクティングロッド９を介してピストン７の往復運動をクランク軸８に伝達し、クランク軸８でピストン７の往復運動を回転運動に変換して、内燃機関１の出力として取り出す。この内燃機関１には、吸気通路の一部である吸気ポート３ｉ内に燃料Ｆを噴射するポート噴射弁４により燃料が供給される。なお、内燃機関１は気筒１ｓ内の燃焼室１ｂ内へ燃料Ｆを直接噴射する、いわゆる直噴の内燃機関であってもよい。

図２−１に示すように、実施例１に係る内燃機関１は、同一の燃焼室１ｂに、第１の点火手段である第１点火プラグ１０ａ、及び第２の点火手段である第２点火プラグ１０ｂを備える。第１点火プラグ１０ａは、燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに配置され、第２点火プラグ１０ｂは燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔであって吸気弁５ｉ₁の中心と排気弁５ｅ₁の中心とを結ぶ線の外側に配置される。そして、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂを用いて燃焼室１ｂ内の混合気に点火することにより、希薄燃焼運転時においても安定して混合気を燃焼させることができる。なお、第２点火プラグ１０ｂは、燃焼室１ｂのボア端部であって吸気弁５ｉ₂の中心と排気弁５ｅ₂の中心とを結ぶ線の外側に配置してもよい。

第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの配置は、図２−１に示す例に限られず、例えば、図２−２に示すように、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂを燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに配置してもよい。また、同一の燃焼室１ｂに、計３本以上の点火プラグを設けてもよい。例えば、図２−３に示すように、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂに加え、さらに第３点火プラグ１０ｃを設けてもよい。

実施例１においては、燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに配置される第１点火プラグ１０ａを第１の点火手段として用い、燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔに設けられる第２点火プラグ１０ｂを第２の点火手段として用いる。このように、第１の点火手段と第２の点火手段とはそれぞれ１本づつでもよいし、第１の点火手段が複数本で第２の点火手段が１本、あるいは第１の点火手段が１本で第２の点火手段が複数本、さらには第１の点火手段及び第２の点火手段ともに複数本であってもよい。

また、実施例１においては、第２の点火手段である第２点火プラグ１０ｂは、検出した燃焼イオン電流に基づき、第１点火プラグ１０ａからの火炎伝播速度から燃焼状態を判定する。このため、第１点火プラグ１０ａと第２点火プラグ１０ｂとは、ある程度の距離をもって配置することが好ましい。一方、第２点火プラグ１０ｂで燃焼イオン電流を検出する際には、これを点火には用いず、第１点火プラグ１０ａで点火する。このため、燃焼安定性という観点からは、第１点火プラグ１０ａを燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに配置し、燃焼室１ｂ内へできるだけ均一火炎を伝播させることが好ましい。したがって、燃焼状態の判定と燃焼安定性とを両立するためには、第１点火プラグ１０ａを燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに配置し、第２点火プラグ１０ｂを燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔに配置することが好ましい。

ポート噴射弁４から噴射された燃料Ｆは、吸気ポート３ｉに導入される空気Ａと混合気を形成し、吸気弁５ｉを通って内燃機関１の燃焼室１ｂ内へ充填される。ピストン７の上昇により圧縮された燃焼室１ｂ内の混合気は、第１点火プラグ１０ａ又は第２点火プラグ１０ｂの少なくとも一方により点火されて燃焼する。そして、混合気の燃焼圧力により、ピストン７は往復運動する。燃焼後の混合気は、排ガスＥｘとして排気弁５ｅから排気通路である排気ポート３ｅへ排出されて、浄化触媒１６により浄化される。なお、吸気弁５ｉと排気弁５ｅとは、それぞれ吸気カム６ｉと排気カム６ｅとによって開閉される。

図１に示すように、内燃機関１には、クランク軸８の回転角度を検出するクランク角センサ５１が取り付けられている。また、カム位置検出センサ５４により吸気カム６ｉの位置が検出され、この検出信号に基づいて、複数の気筒のピストンがどの位置にあるかが判定される。クランク角センサ５１及びカム位置検出センサ５４からの検出信号により、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０は、内燃機関１のそれぞれの気筒が備える燃焼室に対する燃料噴射時期、及び点火時期を決定する。また、内燃機関１には、エアフローセンサ５３、アクセル開度センサ５５等の、内燃機関１の運転を制御するために必要な情報を取得するためのセンサ類が取り付けられる。機関ＥＣＵ２０は、これら各種センサからの信号に基づいて、内燃機関１の運転を制御する。

図３は、実施例１に係る点火系を示す説明図である。実施例１に係る内燃機関１が備える第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂには、それぞれ第１及び第２ダイレクトイグニッション１１ａ、１１ｂが取り付けられている。機関ＥＣＵ２０が第１又は第２ダイレクトイグニッション１１ａ、１１ｂの少なくとも一方に点火指令を与えることにより、第１又は第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの少なくとも一方が放電する。

第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂのうち、ボア端部１ｓｔに配置される第２点火プラグ１０ｂを放電させる第２ダイレクトイグニッション１１ｂには、燃焼イオン電流測定手段である燃焼イオン電流測定装置４０が組み込まれている。これにより、第２点火プラグ１０ｂを燃焼イオン電流検出センサとしても用いることができるので、燃焼室１ｂ内の燃焼イオン電流を検出することができる。なお、実施例１では、第２点火プラグ１０ｂと、燃焼イオン電流測定装置４０とにより燃焼状態検出手段が構成される。

第１及び第２ダイレクトイグニッション１１ａ、１１ｂは、イグナイター部１２と、イグニッションコイル部１３とで構成される。イグニッションコイル部１３は、一次コイル１４₁と二次コイル１４₂とで構成されている。そして、イグニッションコイル部１３は、一次コイル１４₁に接続されたバッテリーの電圧（＋Ｂ）を二次コイル１４₂で昇圧して、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂに供給する。

イグナイター部１２は機関ＥＣＵ２０に接続されており、機関ＥＣＵ２０から送られる点火信号に基づきイグニッションコイル部１３に通電する。そして、機関ＥＣＵ２０によって決定されるタイミングで、燃焼室１ｂに設けられる第１点火プラグ１０ａや第２点火プラグ１０ｂから放電させ、燃焼室１ｂ内の混合気に点火する。次に、燃焼イオン電流測定装置４０について説明する。なお、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂは、第１、第２中心電極１０ａｐ、１０ｂｐと、側方電極１０ａｓ、１０ｂｓとの間で放電する。

燃焼イオン電流測定装置４０は、燃焼イオン電流を検出するための検出回路４１と、反転回路４２と、Ｖ−Ｉ変換回路４３と、Ａ点の電圧を測定するための処理回路４５とを含んで構成される。検出回路４１は、第２ダイレクトイグニッション１１ｂのイグニッションコイル部１３を構成する二次コイル１４₂に接続されている。検出回路４１は、蓄電手段としてコンデンサ４４を備える。

この燃焼イオン電流測定装置４０が燃焼室１ｂ内の燃焼イオン電流を検出するにあたって、まず、第２点火プラグ１０ｂから放電させる。この実施例において、第２点火プラグ１０ｂの放電はマイナス放電であり（第１点火プラグ１０ａも同様）、当該放電により第２点火プラグ１０ｂから検出回路４１に向かって電流が流れる。この電流が検出回路４１に流れると、コンデンサ４４に電荷が蓄えられる。このように、実施例１に係る燃焼イオン電流測定装置の検出回路４１は、放電のエネルギーの一部をコンデンサ４４に蓄える。

前記コンデンサ４４に電荷が蓄えられることによって、放電により混合気に点火する機能を有するとともに、燃焼イオン電流検出センサとしても機能する第２点火プラグ１０ｂの中心電極１０ｂｐに電圧が印加された状態となる。この状態で、内燃機関１の燃焼室１ｂ内で燃焼が発生し、例えばその燃焼による火炎が第２点火プラグ１０ｂに到達したとする。燃焼反応によってイオンが発生するため、第２点火プラグ１０ｂの中心電極１０ｂｐと側方電極１０ｂｓとの間を火炎が通過すると、両電極間に電流が流れる。この電流を燃焼イオン電流という。上述したように、第２点火プラグ１０ｂの中心電極１０ｂｐに電圧が印加されているので、図３に示すように、燃焼イオン電流Ｉが検出回路４１から第２点火プラグ１０ｂへ向かって流れる。この燃焼イオン電流Ｉが、反転回路４２、Ｖ−Ｉ変換回路４３を経て機関ＥＣＵ２０に取り込まれ、実施例１に係る運転制御に用いられる。

図４は、燃焼イオン電流の波形の一例を示す説明図である。図４に示すように、機関ＥＣＵ２０が第１ダイレクトイグニッション１１ａのイグナイター部１２に点火信号を与えると、この点火信号に応じて第１点火プラグ１０ａの中心電極１０ａｐと側方電極１０ａｓとの間で放電する（ＳＰａ；クランク角はＣＡａ）。そして、この放電によって発生した火花が燃焼室１ｂ内の混合気に着火し、これを燃焼させる。

混合気への着火後、火炎が燃焼室１ｂ内へ伝播する。図４中のＦＲは、燃焼イオン電流検出センサとしての機能を持つ第２点火プラグ１０ｂに火炎が到達したときを示す（ＣＡｂ）。第２点火プラグ１０ｂに火炎が到達すると、燃焼イオン電流Ｉが流れるので、検出回路４１で検出される燃焼イオン電流Ｉは、ＣＡｂを起点として、図４に示すように変化する。実施例１において、第１点火プラグ１０ａは、燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに配置されているので、中央部分１ｓｃで発生した火炎がボア端部１ｓｔまで伝播するにはある程度の時間を要する。

ここで、上述したように、燃焼イオン電流検出センサとしての機能を持つ第２点火プラグ１０ｂは、燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔに取り付けられている。このため、第１点火プラグ１０ａによる点火時期（ＣＡａ）から、第２点火プラグ１０ｂにより燃焼イオン電流を検出した時期（ＣＡｂ：燃焼イオン電流検出時期）までの火炎伝播期間ΔＣＡを知ることができる。第１点火プラグ１０ａと第２点火プラグ１０ｂとの距離は予め分かるので、前記火炎伝播期間ΔＣＡが分かれば、燃焼室１ｂ内における火炎の伝播速度Ｖを知ることができる。

燃焼室１ｂ内における火炎の伝播速度Ｖが遅いということは、燃焼が遅い、すなわち燃焼状態が悪化していると判断できる。一方、燃焼室１ｂ内における火炎の伝播速度Ｖが速いということは、燃焼が速い、すなわち燃焼状態が良好であると判断できる。例えば、燃焼室１ｂ内における火炎の伝播速度Ｖを、予め定めた基準値Ｖｃと比較し、Ｖ＜Ｖｃである場合には燃焼が悪化していると判断し、Ｖ≧Ｖｃである場合には燃焼が良好であると判断する。

次に、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置について説明する。図５は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。実施例１に係る運転制御は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置３０によって実現できる。図５に示すように、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ２０に組み込まれて構成されている。機関ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ２０ｐと、記憶部２０ｍと、入力及び出力ポート２５、２６と、入力及び出力インターフェース２７、２８とから構成される。

なお、機関ＥＣＵ２０とは別個に、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置３０を用意し、これを機関ＥＣＵ２０に接続してもよい。そして、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ２０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の運転制御装置３０が利用できるように構成してもよい。

内燃機関の運転制御装置３０は、運転状態判定部３１と、燃焼状態判定部３２と、燃焼制御部３３とを含んで構成される。これらが、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。この実施例において、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ２０を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）２０ｐの一部として構成される。この他に、ＣＰＵ２０ｐには、内燃機関１の運転を制御する制御部２３が含まれている。

ＣＰＵ２０ｐと、記憶部２０ｍとは、バス２４₁〜２４₃、入力ポート２５及び出力ポート２６に接続される。これにより、内燃機関の運転制御装置３０を構成する運転状態判定部３１と燃焼状態判定部３２と燃焼制御部３３とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を発したりできるように構成される。また、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ２０が有する内燃機関１の負荷や機関回転数その他の内燃機関の運転制御データを取得したり、内燃機関の運転制御装置３０の制御を機関ＥＣＵ２０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

入力ポート２５には、入力インターフェース２７が接続されている。入力インターフェース２７には、クランク角センサ５１、回転数センサ５２、エアフローセンサ５３、カム位置検出センサ５４、アクセル開度センサ５５、燃焼イオン電流測定装置４０その他の、内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェース２７内のＡ／Ｄコンバータ２７ａやディジタル入力バッファ２７ｄにより、ＣＰＵ２０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート２５へ送られる。これにより、ＣＰＵ２０ｐは、運転制御や内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。

出力ポート２６には、出力インターフェース２８が接続されている。出力インターフェース２８には、ポート噴射弁４や第１ダイレクトイグニッション１１ａその他の、内燃機関１の運転制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェース２８は、制御回路２８₁、２８₂等を備えており、ＣＰＵ２０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、機関ＥＣＵ２０のＣＰＵ２０ｐは、前記センサ類からの出力信号に基づいて、内燃機関１の点火時期や燃料噴射時期、あるいは燃料噴射量等を制御して、内燃機関１の運転を制御する。

記憶部２０ｍには、実施例１に係る内燃機関の運転制御に用いるコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは内燃機関の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部２０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ２０ｐへすでに記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、実施例１に係る運転制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の運転制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、運転状態判定部３１、燃焼状態判定部３２及び燃焼制御部３３の機能を実現するものであってもよい。次に、実施例１に係る運転制御及び内燃機関の運転制御装置等の動作について説明する。この説明においては、適宜図１〜図５を参照されたい。

図６は、実施例１に係る内燃機関の運転制御を示すフローチャートである。実施例１に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、内燃機関の運転制御装置３０が備える運転状態判定部３１は、内燃機関１の排気温度センサ５６から排ガスＥｘの温度を取得して、浄化触媒１６が暖機中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。例えば、排ガスの温度が予め定めた所定の温度を超えていれば、浄化触媒１６が十分に浄化性能を発揮できると判断して、浄化触媒１６の暖機が完了したと判定することができる。また、内燃機関１の冷却水温度から、浄化触媒１６の暖機が完了したか否かを判定してもよい。

浄化触媒１６の暖機中でない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、すなわち浄化触媒１６の暖機が完了している場合には、実施例１に係る内燃機関の運転制御を終了する。浄化触媒１６が暖機中である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、すなわち浄化触媒１６の暖機が完了していない場合には、燃焼制御部３３は第１点火プラグ１０ａによる１点点火とする。そして、燃焼状態判定部３２は、点火に用いない第２点火プラグ１０ｂにより燃焼室１ｂ内の燃焼イオン電流Ｉを計測する（ステップＳ１０２）。これにより、第１点火プラグ１０ａにより点火されて燃焼した混合気の火炎伝播を、第２点火プラグ１０ｂを用いた燃焼イオン電流の計測によって判定することができる。

なお、浄化触媒１６の暖機時において、第２点火プラグ１０ｂにより点火して、第１点火プラグ１０ａにより燃焼イオン電流を検出してもよい。しかし、実施例１のように、燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに備えられる第１点火プラグ１０ａにより点火することで、燃焼室１ｂ内へ略均一に火炎を伝播させることができるので、好ましい。

ここで、実施例１では、点火プラグが２本の場合を説明しているが、点火プラグが３本以上である場合は、内燃機関１が備える点火プラグの総数よりも少ない本数の点火プラグによって点火する。そして、点火に用いない点火プラグによって、燃焼室１ｂ内の燃焼イオン電流を検出する。

なお、浄化触媒１６の暖機中においては、浄化触媒１６の温度を活性温度、すなわち、浄化触媒１６の備える浄化性能が発揮できる温度にできるだけ早く到達させる必要がある。このため、点火時期を、浄化触媒１６の暖機完了後よりも遅角させることにより、排ガスの温度を上昇させて、浄化触媒１６へ送る。燃焼制御部３３は、運転条件判定部３１の判定結果を受けて、点火に用いる点火プラグを選択し（実施例１では第１点火プラグ１０ａ）、その点火時期を決定する。

上述したように、第２点火プラグ１０ｂにより燃焼イオン電流Ｉを検出するためには、第２の点火手段である第２点火プラグ１０ｂに放電させて、検出回路４１が備える蓄電手段であるコンデンサ４４に電荷を蓄える必要がある。このため、実施例１では、内燃機関１の運転サイクルにおいて燃焼を伴わない時期、すなわち、燃焼室１ｂの混合気の燃焼可能時期を避けた時期に、第２点火プラグ１０ｂに放電させる。

図７は、蓄電手段に対する蓄電時期を示す説明図である。ここで、ＥＶＯは、Exhaust Valve Open、すなわち排気弁開を意味し、ＩＶＣは、Intake Valve Close、すなわち吸気弁閉を意味する。図７に示すように、実施例１では、排気弁５ｅが開いてから吸気弁５ｉが閉じるまでの期間に第２点火プラグ１０ｂから放電させて、コンデンサ４４に電荷を蓄える。より好ましくは、排気行程又は吸気行程で第２点火プラグ１０ｂから放電させて、コンデンサ４４に電荷を蓄える。このようにすれば、燃焼に関係なく、燃焼イオン電流を検出するための電荷を蓄電手段であるコンデンサ４４に蓄えることができる。なお、点火後の火炎伝播は、点火ＳＰａから膨張行程終了までの期間に判定され、より具体的には点火時期（ＳＰａ）から排気弁５ｅが開くまでの期間に判定される。

第２点火プラグ１０ｂにより燃焼イオン電流を検出するためには、燃焼イオン電流の検出時においてコンデンサ４４に電荷が蓄えられていればよい。このため、燃焼イオン電流の検出前における燃焼を伴わない時期に、第２点火プラグ１０ｂから放電させればよい。例えば、燃焼毎に第２点火プラグ１０ｂから放電させて、コンデンサ４４に蓄電してもよい。また、コンデンサ４４に蓄えられる電荷量がある所定量以下になったときに第２点火プラグ１０ｂから放電させて、コンデンサ４４に蓄電してもよい。これについては、実施例２で説明する。

第１点火プラグ１０ａの点火により発生する火炎が第２点火プラグ１０ｂまで到達すれば、第２点火プラグ１０ｂにより燃焼イオン電流Ｉが検出される。したがって、その時期（ＣＡｂ）に第２点火プラグへ前記火炎が到達したと判断できる。燃焼状態判定部３２は、第２点火プラグ１０ｂの燃焼イオン電流Ｉの計測結果を取得する。そして、燃焼状態判定部３２は、第１点火プラグ１０ａの点火により発生する火炎が第２点火プラグ１０ｂまで到達する時期（火炎到達時期）が、予め定めた基準値よりも遅いか否かを判定する（ステップＳ１０３）。例えば、燃焼イオン電流検出時期（ＣＡｂ）と、点火時期（ＣＡａ）との差ΔＣＡ（＝ＣＡｂ−ＣＡａ；火炎伝播期間）を、基準値ΔＣＡｃと比較することにより、前記判定をすることができる。

このように、点火位置と燃焼イオン電流検出位置とを異なる位置とすることにより、燃焼室１ｂ内の燃焼状態をより正確に判定できる。また、実施例１では、点火に用いる点火プラグと、燃焼イオン電流Ｉを検出する点火プラグとを別個にするとともに、燃焼イオン電流を検出する際には、燃焼イオン電流Ｉを検出する点火プラグを点火に用いない構成としている。これにより、燃焼イオン電流Ｉは、点火のための放電の影響を受けずに検出できるので、燃焼室１ｂ内の燃焼状態をより正確に判定できる。これにより、浄化触媒１６の暖機時における燃焼の安定性を向上させることができる。

火炎到達時期が予め定めた基準値以上に早い場合には（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、内燃機関１の燃焼状態は良好であると判定できる。この場合、そのまま実施例１に係る内燃機関の運転制御を終了しても燃焼の安定性は変化せず、ドライバビリティ等に影響はない。しかし、内燃機関１の燃焼状態が良好である場合には、さらに点火時期を遅角させたり、燃料増量分を減少させたりできる余地がある。したがって、火炎到達時期が予め定めた基準値以上に早い場合には（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、燃焼制御部３３は、燃焼が許容値よりも悪化しない範囲で、第１点火プラグ１０ａによる点火時期を現状よりもさらに遅角させたり、燃料増量分を減少させたりしてもよい。

火炎到達時期が予め定めた基準値よりも遅い場合には（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、内燃機関１の燃焼状態が悪化していると判定できる。このまま内燃機関１の運転を続行すると、燃焼状態の悪化に起因してドライバビリティに影響を与えるおそれがある。この場合、燃焼制御部３３は、内燃機関１の燃焼状態を改善する。これにより、内燃機関１の燃焼を安定させることができるので、燃焼悪化がドライバビリティに与える影響を極めて低減できる。

内燃機関１の燃焼状態を改善するための燃焼改善手段としては、例えば、第１点火プラグ１０ａによる点火時期を現状よりも進角させるものがある。すなわち、浄化触媒１６の暖機制御のための点火時期遅角量を減少させるものである。また、燃焼改善手段としては、浄化触媒１６の暖機における燃料増量分を現状よりも増加させて、Ａ／Ｆをリッチにするものがある。実施例１では、両者のうち少なくとも一方を実行する（ステップＳ１０４）。また、第１点火プラグ１０ａとともに、第２の点火手段である第２点火プラグ１０ｂも点火に用いることを燃焼改善手段としてもよい。なお、内燃機関が複数の燃焼室を備える場合、燃焼状態が悪化した燃焼室に対して、燃焼状態を改善するようにしてもよい。これによって、浄化触媒１６の暖機において、より精密に内燃機関１の燃焼状態を制御できるので、ドライバビリティの低下や燃料消費をより抑制することができる。

浄化触媒１６の暖機が終了した後は、第２点火プラグ１０ｂも内燃機関１の点火に用いることができる。これによって、希薄燃焼運転のように燃焼が不安定になりやすい運転条件であっても、確実に混合気へ着火して安定してこれを燃焼させることができる。これによって、燃焼が悪化した場合でも、効果的にこれを改善することができる。このように、実施例１では、第２点火プラグ１０ｂは、燃焼イオン電流を検出する機能と、燃焼室１ｂ内の混合気に点火する機能とを備えるので、内燃機関１の運転制御の自由度が向上する。

以上、実施例１では、第１の点火手段による点火位置と、第２の点火手段による燃焼イオン電流検出位置とを異なる位置にしているので、燃焼室内の燃焼状態をより正確に判定できる。また、点火に用いる第１の点火手段と、燃焼イオン電流を検出する第２の点火手段とを別個にするとともに、燃焼イオン電流の検出時においては、第２の点火手段を点火に用いない構成としている。これにより、点火のための放電の影響を受けずに燃焼イオン電流を検出できるので、燃焼室内の燃焼状態をより正確に判定できる。さらに、第２の点火手段は点火にも用いることができるので、燃焼状態が不安定な場合には、第１の点火手段とともに点火に用いることで、効果的に燃焼悪化を改善することができる。なお、実施例１の構成は、以下の実施例に対しても適宜適用することができる。また、実施例１と同様の構成を備えていれば、実施例１と同様の作用、効果を奏する。

実施例２は、蓄電手段に蓄えられる電荷量が許容電荷量以下になった場合にのみ、放電により電荷を蓄える点に特徴がある。他の構成は、実施例１と同様なので説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。なお、次の説明では、適宜図１〜７を参照されたい。

図８は、実施例２に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。実施例２に係る内燃機関の運転制御は、この内燃機関の運転制御装置３０ａにより実現できる。実施例２に係る内燃機関の運転制御装置３０ａは、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置３０と略同様であるが、さらに蓄電制御部３４を備える。図９は、実施例２に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。

実施例２に係る内燃機関の運転制御は、燃焼イオン電流の検出前に検出回路４１が備える蓄電手段に電荷を蓄えるための制御である。内燃機関の運転制御装置３０ａが備える運転状態判定部３１が浄化触媒１６の暖機中であると判定した場合は、燃焼状態判定部３２が第２点火プラグ１０ｂにより燃焼イオン電流を検出して内燃機関１の燃焼状態を判定する。このとき、実施例２では、内燃機関の運転制御装置３０ａが備える蓄電制御部３４は、検出回路４１の蓄電手段であるコンデンサ４４に蓄えられている電荷量が、燃焼イオン電流の検出が可能となる許容電荷量以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。例えば、蓄電制御部３４が、処理回路４５を介して燃焼イオン電流測定装置４０のＡ点における電圧を取得し、この電圧を基準電圧と比較する。そして、前記Ａ点の電圧が基準電圧以下である場合、蓄電制御部３４は、コンデンサ４４に蓄えられている電荷量が、許容電荷量以下であると判定する。

これは、蓄電手段であるコンデンサ４４に蓄えられる電荷量が許容電荷量以下になった場合にのみ、放電により電荷を蓄えるためである。燃焼イオン電流は微弱であるため、一旦コンデンサ４４に電荷を蓄えれば、ある程度の期間は燃焼イオン電流を検出できる。すなわち、内燃機関１で燃焼が発生する毎にコンデンサ４４へ電荷を蓄える必要はない。実施例２のようにすれば、コンデンサ４４に蓄えられる電荷量が許容電荷量以下になった場合にのみ、第２の点火手段である第２点火プラグ１０ｂから放電するので、その分、蓄電に要する電力の消費を抑制し、内燃機関１の燃料消費を低減することができる。

コンデンサ４４に蓄えられている電荷量が許容電荷量よりも大きい場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、コンデンサ４４に蓄えられている電荷量によって燃焼イオン電流が検出できる。この場合は、実施例２に係る制御を終了する。コンデンサ４４に蓄えられている電荷量が許容電荷量以下である場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、コンデンサ４４に蓄えられている電荷量では燃焼イオン電流が検出できない。この場合、第２点火プラグ１０ｂから放電させることによってコンデンサ４４に蓄電するが、上述したように、混合気の燃焼可能時期を避けて放電させる必要がある。このため、蓄電制御部３４は、第２点火プラグ１０ｂから放電させる時期が燃焼可能時期であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

第２点火プラグ１０ｂの放電時期が燃焼可能時期である場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、第２点火プラグ１０ｂから放電させることはできないので、実施例２に係る制御を終了する。第２点火プラグ１０ｂの放電時期が燃焼可能時期でない場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、蓄電制御部３４は第２点火プラグ１０ｂから放電させて、検出回路４１が備えるコンデンサ４４へ蓄電する（ステップＳ２０３）。このように、実施例２では、蓄電手段であるコンデンサ４４の電荷量が低下した場合のみ、第２の点火手段である第２点火プラグ１０ｂから放電させて、コンデンサ４４へ蓄電する。

以上、実施例２では、蓄電手段に蓄電されている電荷量が低下した場合のみ、第２の点火手段から放電させて、蓄電手段へ電荷を蓄電する。これにより、蓄電のためのエネルギー消費を低減できるので、内燃機関の燃料消費を抑制することができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、複数の点火プラグを備える多点点火式の内燃機関に有用であり、特に、正確に内燃機関の燃焼状態を把握するとともに、燃焼悪化を効果的に改善することに適している。

実施例１に係る内燃機関を示す断面図である。 実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。 実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。 実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。 実施例１に係る点火系を示す説明図である。 燃焼イオン電流の波形の一例を示す説明図である。 実施例１に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。 実施例１に係る内燃機関の運転制御を示すフローチャートである。 蓄電手段に対する蓄電時期を示す説明図である。 実施例２に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。 実施例２に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１ｂ 燃焼室
１ｓ 気筒
１０ａ 第１点火プラグ
１０ｂ 第２点火プラグ
１１ａ 第１ダイレクトイグニッション
１１ｂ 第２ダイレクトイグニッション
１６ 浄化触媒
２０ 機関ＥＣＵ
３０、３０ａ 内燃機関の運転制御装置
３１ 運転状態判定部
３２ 燃焼状態判定部
３３ 燃焼制御部
３４ 蓄電制御部
４０ 燃焼イオン電流測定装置
４１ 検出回路
４５ 処理回路

Claims (6)

1. 放電により混合気に点火する点火手段を、同一燃焼室に対して複数備える内燃機関であって、
   前記燃焼室内の混合気に点火する第１の点火手段と、
   放電により前記燃焼室の混合気へ点火できるとともに、前記燃焼室内の燃焼イオン電流を検出できる第２の点火手段と、を含み、
   浄化触媒を暖機する際には、前記第１の点火手段によって点火し、このときの前記燃焼室内の燃焼イオン電流を前記第２の点火手段で検出して、検出した燃焼イオン電流に基づき前記燃焼室内の燃焼状態を判定することを特徴とする内燃機関。
2. 前記第２の点火手段が前記燃焼イオン電流を検出するときには、前記第１の点火手段によって点火して、前記第２の点火手段は点火には寄与しないことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記燃焼室が複数存在する場合、燃焼状態が悪化した燃焼室に対して、燃料の増量、点火時期の進角その他の燃焼改善手段によって燃焼状態を改善することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記浄化触媒の暖機時において燃焼状態が悪化していない場合には、前記内燃機関から排出される排ガスの温度をさらに上昇させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記内燃機関の運転サイクルにおける前記混合気の燃焼可能時期を避けて前記第２の点火手段から放電させることにより、前記燃焼イオン電流を検出するために用いる電荷を蓄える蓄電手段を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 前記蓄電手段に蓄えられている電荷量が予め定める許容電荷量以下になった場合に、前記第２の点火手段から放電させて前記蓄電手段に電荷を蓄えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。

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