JP2009222030A - 筒内噴射式内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成層燃焼実行時において燃焼室内混合気分布のサイクル間変動がある場合でも、最適な点火時期を設定し、混合気の着火性及び燃焼の安定性を向上させる。
【解決手段】筒内噴射式内燃機関の成層燃焼時において、燃料噴射弁から噴射された燃料を含む混合気流は、燃焼室内の気流経路上を点火手段の位置まで移動する。気流経路上には混合気流中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段が設けられ、検出された濃度に基づいて最適点火時期が決定される。一方、燃焼の安定性を確保できる限界の点火時期として、最進角点火時期と最遅角点火時期が予め決定されている。決定された最適点火時期は、最進角点火時期及び最遅角点火時期と比較され、実際の点火時期が調整される。ここで、点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、気流経路における点火手段の位置より上流側の位置に点火する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、気筒内に燃料噴射弁を有する筒内噴射式内燃機関の点火制御に関する。

気筒内に燃料噴射弁を設け、成層燃焼を行うことにより燃費を改善することが可能な筒内噴射式内燃機関が知られている。筒内噴射式内燃機関では、成層燃焼を行う場合、気筒内の限定された空間に成層混合気を形成するようにしているが、混合気の濃度分布は１サイクル毎にばらつきがある。そのため、内燃機関が一定負荷かつ一定回転数にあるときに一定のタイミングで点火しても、適切な可燃混合気が点火プラグ近傍にある状態とは必ずしも言えず、失火が発生する可能性があるなど、着火性が不安定となる傾向がある。

上記の観点から、特許文献１に記載の筒内噴射式内燃機関では、燃焼室内の燃料噴射弁から点火プラグに向かう経路上にＨＣセンサを設け、混合気の濃度が可燃最適範囲にあるか否かを検出する。点火制御装置は、可燃最適濃度にある混合気が点火プラグ近傍に到達するまでの所要時間を運転状態から予測し、点火時期を決定して点火を実行する。

特許文献２は、筒内噴射式内燃機関において、点火プラグ付近の空燃比を時系列的に計測し、適正空燃比となる時期を選択して点火時期としている。

また、上記の他に本発明に関連のある文献として、特許文献３〜７が挙げられる。

特開２０００−２４０５４４号公報 特開２０００−１７９３７７号公報 特開２００５−２３３０９１号公報 特開平３−２４６３６９号公報 特開２００３−２５４２１６号公報 特開平２００２−１４７２４２号公報 特開平２００６−１３２５１８号公報

特許文献１の方法では、そのサイクルで点火プラグ位置における燃料濃度が最適になるかどうかという点のみを考慮して点火時期を決めているため、結果的に混合気の到達が早い場合は過進角になってノックが発生する可能性があり、混合気の到達が遅い場合には過遅角になって出力が低下する可能性がある。よって、やはり燃焼が安定しないという問題が残る。

特許文献２の方法では、混合気のサイクル間の大きな変動には対応できず、やはり燃焼が安定しないという問題が残る。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、成層燃焼実行時において燃焼室内混合気分布のサイクル間変動がある場合でも、最適な点火時期を設定し、混合気の着火性及び燃焼の安定性を向上させることを目的とする。

本発明の１つの観点では、筒内噴射式内燃機関の点火制御装置は、燃料噴射弁から噴射された燃料が混合気流となって点火手段の位置まで移動する気流経路上に設けられ、当該混合気流中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段と、検出された濃度に基づいて、前記点火手段の最適点火時期を決定する点火時期決定手段と、前記最適点火時期を、予め決められた最進角点火時期及び最遅角点火時期と比較し、比較結果に基づいて実際の点火時期を調整する点火制御手段と、を備え、前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記点火手段により、前記気流経路における前記点火手段の位置より上流側の位置に点火する。

上記の点火制御装置は、筒内噴射式内燃機関の成層燃焼時における点火時期を制御する。燃料噴射弁から噴射された燃料は、空気と混合して混合気流となり、燃焼室内の気流経路上を点火手段の位置まで移動する。気流経路上には、混合気流中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段が設けられる。濃度検出手段は、例えば燃料の濃度としてＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ、燃料の濃度として空燃比を検出する空燃比センサなどとすることができる。

検出された濃度に基づいて、最適点火時期が決定される。一方、燃焼の安定性を確保できる限界の点火時期として、最進角点火時期と最遅角点火時期が予め決定されている。決定された最適点火時期は、最進角点火時期及び最遅角点火時期と比較され、実際の点火時期が調整される。ここで、点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、気流経路における点火手段の位置より上流側の位置に点火する。点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合は、点火手段の位置近傍の混合気の濃度が高すぎて着火性が悪い一方、それより上流側（混合気流の後ろ側）の混合気は適度な可燃濃度となっている傾向がある。そこで、点火手段の位置より上流側に点火することにより、失火などを防止し、燃焼を安定させることができる。

上記の点火制御装置の好適な例では、前記点火制御手段は、最適点火時期が最進角点火時期より早い場合は最進角点火時期を実際の点火時期とし、最適点火時期が最遅角点火時期より遅い場合は最遅角点火時期を実際の点火時期とし、最適点火時期が最進角点火時期と最遅角点火時期の間にある場合は最適点火時期を実際の点火時期とする。

上記の点火制御装置の他の一態様では、前記点火手段は、第１の点火手段と、前記気流経路において前記第１の点火手段より上流側に設けられた第２の点火手段と、を備え、前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記第２の点火手段を用いて点火を行う。

この態様では、気筒に２つの点火手段を設ける。第２の点火手段は、混合気流の気流経路における上流側に設けられ、第１の点火手段より混合気流の上流側位置に点火することができる。実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記第２の点火手段を用いて点火を行う。

上記の点火制御装置の他の一態様では、前記点火手段は、当該点火手段の近傍位置と、前記気流経路において前記近傍位置より上流側にある上流側位置との両方に点火可能であり、前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記上流側位置に点火を行う。

この態様では、点火手段は、その近傍位置に加えて、近傍位置より気流経路上の上流側位置にも点火する機能を有する。このような点火手段としては、例えばプラズマ点火プラグなどが挙げられる。実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、この点火手段を用いて、上流側位置に点火を行う。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る点火制御装置が適用された車両１００の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

車両１００は、エンジン（内燃機関）１を備える。エンジン１は、いわゆる筒内噴射型エンジンであり、気筒２に燃料噴射弁８が設けられている。気筒２の内部にはピストン３が上下運動可能に設けられている。ピストン３はコンロッド４を介してクランク軸（不図示）に連結されている。気筒２の上部には吸気弁５及び排気弁６が設けられている。気筒２の内部には、その内壁と、ピストン３と、吸気弁５と、排気弁６とにより、ピストン３の上方に燃焼室７が形成されている。

また、気筒２の上部には、燃焼室７内部へ向けて点火プラグ１０と、ＨＣセンサ１１とが設けられている。なお、図１においては、説明の便宜上、１つの気筒２のみを示しているが、実際にはエンジン１は複数の気筒２を有する。

また、エンジン１は、吸気通路２０と、排気通路２５とを有する。吸気通路２０には、スロットルバルブ２１が設けられている。吸気通路２０には外部から導入された空気（新気）が通過し、スロットルバルブ２１は吸気通路２０を通過する空気の流量を調整する。吸気通路２０を通過した空気は燃焼室７に供給される。また、燃焼室７には、燃料噴射弁８によって噴射された燃料が供給される。燃焼室７内では、このように供給された空気と燃料との混合気が、点火プラグ１０により点火されて燃焼する。この場合、燃焼によってピストン３が往復運動し、この往復運動がコンロッド４を介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。燃焼によって生じた排気は排気通路２５から排出される。

また、車両１００は、クランク軸の回転を検出するクランク角センサ１７と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８とを備える。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを備えて構成される。ＥＣＵ５０は、車両１００内に設けられた各種センサから信号などを取得し、車両１００内の構成要素に対して制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、ＨＣセンサ１１の出力信号Ｓ３、クランク角センサ１７の出力信号Ｓ４及びアクセル開度センサ１８の出力信号Ｓ５などを受け取る。また、ＥＣＵ５０は、制御信号Ｓ１を燃料噴射弁８に送って燃料噴射タイミング及び噴射量を制御するとともに、制御信号Ｓ２を点火プラグ１０に送って混合気への点火を実行する。

図２は、気筒２内部の燃焼室７の様子を模式的に示す。燃料噴射弁８から噴射された燃料は、吸気通路２０から導入される空気と混ざって混合気流となる。混合気流は、矢印で示す経路（気流経路）１６に沿って、燃料噴射弁８の近傍から点火プラグ１０の近傍へと移動する。なお、この混合気流は、燃焼室７の形状、燃料噴射弁８及び点火プラグ１０の位置関係などにより規定される。図示のように、ＨＣセンサ１１は、混合気流が燃料噴射弁８の近傍から点火プラグ１０の近傍へ至る気流経路１６上であって、点火プラグ１０より上流側に配置されている。

次に、第１実施形態による点火制御について説明する。本実施形態の如き筒内噴射式内燃機関では、均質燃焼を行う場合には吸気行程で燃料噴射を行い、成層燃焼を行う場合には圧縮行程で噴射を行う。以下に説明する点火制御は、成層燃焼時における制御である。

前述のように、燃料噴射弁８から噴射された燃料は、気流経路１６に沿って点火プラグ１０の位置まで移動する。ＨＣセンサ１１は、エンジン１の各サイクルにおいて、混合気流の濃度（ＨＣ濃度、以下「混合気濃度」と呼ぶ。）を時系列的に測定し、混合気濃度が可燃最適範囲にあることを検出する。なお、混合気濃度の可燃最適範囲は予め決定されている。

燃料噴射弁８から燃料噴射がなされると、最初は燃料噴射弁８の近傍に可燃最適範囲の濃度を有する混合気（以下、「最適濃度混合気」と呼ぶ。）が存在するが、それは混合気流となって気流経路１６に沿って移動する。最適濃度混合気が気流経路１６に沿ってＨＣセンサ１１の近傍に至ると、ＨＣセンサ１１が可燃最適範囲の混合気濃度を検出する。最適な点火時期は、その最適濃度混合気が点火プラグ１０の位置に到達したときとなる。そこで、本実施形態では、最適濃度混合気がＨＣセンサ１１で検出されてから、点火プラグ１０の位置に到達するまでに要する所要時間ΔＴを、エンジン１の運転状態に合わせて予め実験的に求めておき、マップとして用意する。

図３（ａ）は、最適濃度混合気がＨＣセンサ１１により検出されてから点火プラグ１０に到達するまでの所要時間ΔＴのマップの例である。図３（ａ）のマップは、エンジンの運転状態を示すパラメータとして、横軸にエンジン回転数、縦軸にエンジンの負荷を示している。ＥＣＵ５０は、ＨＣセンサ１１が最適濃度混合気を検出すると、そのときのエンジン回転数及び負荷に基づいてこのマップを参照し、最適濃度混合気が点火プラグ１０の位置に到達するまでの所要時間ΔＴを取得する。そして、ＥＣＵ５０は、マップを参照して得た所要時間ΔＴに基づいて、最適濃度混合気が点火プラグ１０の位置に到達するときを最適点火時期ＳＡと決定する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１７の出力信号Ｓ４に基づいてエンジン回転数を算出し、アクセル開度センサ１８の出力信号Ｓ５に基づいてエンジン負荷を決定する。

また、本実施形態の点火制御装置は、エンジン１の運転状態に応じて燃焼が安定的に行える点火時期のマップを予め保持している。図３（ｂ）は燃焼安定領域の概念図である。図３（ｂ）において、斜線で示す領域が燃焼安定領域ＳＴであり、エンジン回転数及び負荷と、点火時期との関係が燃焼安定領域ＳＴ内にあるとき、エンジンの燃焼が安定する。ここで、図３（ｂ）における燃焼安定領域ＳＴの上側（点火時期が遅い側）の境界が最遅角点火時期ＳＡＸを示す最遅角点火時期線Ｌｓａｘであり、下側（点火時期が早い側）の境界が最進角点火時期ＳＡＮを示す最進角点火時期線Ｌｓａｎである。最遅角点火時期ＳＡＸは、それ以上点火時期を遅角させると燃焼が不安定になる限界を示し、最進角点火時期ＳＡＮは、それ以上点火時期を進角させると燃焼が不安定になる限界を示す。

図４（ａ）は最進角点火時期ＳＡＮのマップを示し、図４（ｂ）は最遅角点火時期ＳＡＸのマップを示す。いずれのマップも、エンジン回転数及び負荷をパラメータとしている。図４（ａ）のマップは図３（ｂ）に示す最進角点火時期線Ｌｓａｎを規定しており、図４（ｂ）のマップは図３（ｂ）に示す最遅角点火時期線Ｌｓａｘを規定している。

図３（ａ）のマップを参照して求めた最適点火時期は、混合気の濃度の観点では最適な点火時期であるが、実際のエンジンでは混合気の挙動がサイクル毎にばらつくため、最適点火時期が結果的に燃焼安定領域ＳＴを外れてしまうことがあり、失火やノックなどが発生する恐れがある。そこで、本実施形態の点火制御装置は、最適点火時期ＳＡが燃焼安定領域ＳＴ内にあるか否かを判定し、燃焼安定領域ＳＴ内にある場合にはその最適点火時期ＳＡに点火を行う。一方、最適点火時期ＳＡが燃焼安定領域外となった場合、点火制御装置は、最適点火時期が最進角点火時期ＳＡＮより早い場合は最進角点火時期ＳＡＮに点火を行い、最適点火時期ＳＡが最遅角点火時期ＳＡＸより遅い場合は最遅角点火時期ＳＡＸに点火を行う。こうして、最適点火時期でないにしても、失火やノックを防止し、安定した燃焼を確保してトルク変動を抑制する。

具体的には、ＥＣＵ５０は、図３（ａ）のマップを参照して最適点火時期ＳＡを決定した後、図４（ａ）及び４（ｂ）のマップを参照して、最進角点火時期ＳＡＮ及び最遅角点火時期ＳＡＸを取得する。そして、最適点火時期ＳＡを、最進角点火時期ＳＡＮ及び最遅角点火時期ＳＡＸと比較し、最適点火時期ＳＡが最進角点火時期ＳＡＮより早い場合は最進角点火時期ＳＡＮに点火を行い、最適点火時期ＳＡが最遅角点火時期ＳＡＸより遅い場合は最遅角点火時期ＳＡＸに点火を行う。こうして、本実施形態の点火制御装置は、エンジンサイクル毎に混合気の挙動が大きなばらつきを有する場合でも、失火やノックなどを防止して安定した燃焼を確保する。

図５は、第１実施形態に係る点火制御のフローチャートである。この処理は、主として図１に示すＥＣＵ５０が実行する。

まず、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１７の出力信号Ｓ４、及び、アクセル開度センサ１８の出力信号Ｓ５に基づいて、エンジン回転数及び負荷を検出する（ステップＳ１）。次に、ＥＣＵ５０は、ＨＣセンサ１１の出力信号Ｓ３に基づいて、混合気濃度を時系列的に検出する（ステップＳ２）。具体的には、ＨＣセンサ１１は所定時間毎に繰り返し混合気のＨＣ濃度を検出し、ＥＣＵ５０に供給する。

次に、ＥＣＵ５０は、ＨＣセンサ１１が検出した混合気濃度が可燃最適濃度になったか、即ち可燃最適範囲に入ったことを検出する（ステップＳ３）。混合気濃度が可燃最適濃度になった場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、図３（ａ）に例示するマップを参照し、最適点火時期ＳＡを決定する（ステップＳ４）。次に、ＥＣＵ５０は、最適点火時期ＳＡが燃焼安定領域ＳＴ内にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。具体的には、ＥＣＵ５０は、図４（ａ）及び４（ｂ）に例示するマップを参照して最進角点火時期ＳＡＮ及び最遅角点火時期ＳＡＸを取得し、最適点火時期ＳＡをそれらと比較する。

最適点火時期ＳＡが燃焼安定領域ＳＴ内にある場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１０に制御信号Ｓ２を供給し、最適点火時期ＳＡで点火を実行する（ステップＳ６）。最適点火時期ＳＡが最進角点火時期ＳＡＮより早い場合（ステップＳ５；ＳＡ＜ＳＡＮ）、ＥＣＵ５０は最進角点火時期ＳＡＮで点火を実行する（ステップＳ７）。また、最適点火時期ＳＡが最遅角点火時期ＳＡＸより遅い場合（ステップＳ５；ＳＡ＞ＳＡＸ）、ＥＣＵ５０は最遅角点火時期ＳＡＸで点火を実行する（ステップＳ８）。

以上のように、本実施形態では、成層燃焼実行時において、燃焼室内の混合気分布のサイクル間変動にもかかわらず、最適な点火時期を設定し、混合気の着火性及び燃焼の安定性を確保することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態による点火制御装置について説明する。図６は、第２実施形態に係る点火制御装置を適用した車両１００ａの構成を示す。第１実施形態の車両１００と比較すると、車両１００ａは、ＨＣセンサ１１の代わりに空燃比センサ１２を有する点が異なるが、それ以外は同様である。空燃比センサ１２は、点火プラグ１０の近傍に配置され、点火プラグ１０の近傍に存在する混合気の空燃比を検出し、検出信号Ｓ６をＥＣＵ５０に供給する。

図７は、第２実施形態における点火制御時の燃焼室７の状態を模式的に示す。燃料噴射弁８から噴射された燃料は、吸気通路２０から供給される空気と混合して混合気流を形成し、気流経路２４に沿って点火プラグ１０の近傍位置まで移動する。空燃比センサ１２は、点火プラグ１０の近傍に存在する混合気の空燃比を検出する。

点火時期は、予め多数回の実験を行い、測定結果の平均化処理などにより、最適空燃比になる時期（以下、「標準点火時期ＣＡｎ」と呼ぶ。）に設定されている。図８は、１サイクルにおいて空燃比センサが検出した空燃比の標準的な変化を示す特性（以下、「標準特性」と呼ぶ。）９１を示す。この標準特性９１は上述のように複数回の測定結果の平均化などにより得られる。図示のように、燃料の噴射後、空燃比センサが検出する空燃比は一旦濃くなるが、その後徐々に薄くなる。その過程で、最適空燃比になった時期が標準点火時期ＣＡｎである。

しかし、実際には、各サイクルにおいて混合気の挙動にはばらつきがあるので、空燃比センサ１２が検出した空燃比が最適空燃比となったときを最適点火時期ＳＡとする。例えば、図９（ａ）に示すように、実際の空燃比の変化特性９２によれば空燃比が標準点火時期ＣＡｎよりも早く最適空燃比に到達する場合には、その時期を最適点火時期ＳＡとする。また、図９（ｂ）に示すように、実際の空燃比の変化特性９３によれば空燃比が標準点火時期ＣＡｎよりも遅く最適空燃比に到達する場合には、その時期を最適空燃比ＳＡとする。

さらに、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、点火制御装置は最適点火時期が燃焼安定領域内にあるか否かの判定を行う。即ち、ＥＣＵ５０は、図３（ｂ）に例示する燃焼安定領域ＳＴに基づいて、図４（ａ）及び４（ｂ）に例示するマップを保持し、最適点火時期ＳＡを最進角点火時期ＳＡＮ及び最遅角点火時期ＳＡＸと比較する。

図１０（ａ）は、実際の空燃比の変化特性９４において、最適点火時期ＳＡが最進角点火時期より早い場合を示す。空燃比が最適空燃比となる最適点火時期ＳＡが最進角点火時期ＳＡＮより早いため、ＥＣＵ５０は、最進角点火時期ＳＡＮを実際の点火時期とする。即ち、ＥＣＵ５０は、最適点火時期ＳＡが到来しても点火を行わず、最進角点火時期ＳＡＮを待って点火を行う。

図１０（ｂ）は、実際の空燃比の変化特性９５において、最適点火時期ＳＡが最遅角点火時期より遅い場合を示す。空燃比が最適空燃比となる最適点火時期ＳＡが最遅角点火時期ＳＡＸより遅いため、ＥＣＵ５０は、最遅角点火時期ＳＡＸを実際の点火時期とする。即ち、ＥＣＵ５０は、最適点火時期ＳＡを待つことなく、最遅角点火時期ＳＡＸが来たら直ちに点火を実行する。

こうすることにより、実際の点火時期は最適空燃比の状態ではないものの、事前に燃焼安定性が保たれることが確認されている範囲内であるため、ノックや失火を防止することができる。

図１１は、第２実施形態に係る点火制御のフローチャートである。この処理は基本的にＥＣＵ５０により実行される。なお、この処理の前提として、図８に例示するように多数回の測定などに基づいて標準点火時期が予め設定されており、かつ、図４（ａ）及び４（ｂ）の如き安定燃焼領域における点火時期（即ち、最進角点火時期ＳＡＮ及び最遅角点火時期ＳＡＸ）のマップが予め用意されているものとする。

まず、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１７の出力信号Ｓ４、及び、アクセル開度センサ１８の出力信号Ｓ５に基づいて、エンジン回転数及び負荷を検出する（ステップＳ１１）。次に、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数及び負荷に基づいて、図４（ａ）及び図４（ｂ）の如きマップを参照し、最進角点火時期ＳＡＮ及び最遅角点火時期ＳＡＸを決定する（ステップＳ１２）。次に、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡを検出するとともに、空燃比センサ１２の出力信号Ｓ６に基づいて時系列的に空燃比を検出する（ステップＳ１３）。

次に、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡが最遅角点火時期ＳＡＸを超えたか否かを判定する（ステップＳ１４）。クランク角ＣＡが最遅角点火時期ＳＡＸを超えた場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、最遅角点火時期ＳＡＸで直ちに点火を実行する（ステップＳ１８）。

一方、クランク角ＣＡが最遅角点火時期ＳＡＸを超えてない場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ１２が検出した空燃比が最適空燃比となったか否かを判定する（ステップＳ１５）。空燃比が最適空燃比となっていない場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、処理はステップＳ１３へ戻る。一方、空燃比が最適空燃比となった場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡが最進角点火時期ＳＡＮを超えていないかを判定する（ステップＳ１６）。

クランク角ＣＡが最進角点火時期ＳＡＮを超えていない場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、最進角点火時期ＳＡＮで点火を行う（ステップＳ１９）。一方、クランク角ＣＡが最進角点火時期ＳＡＮを超えている場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は最適点火時期ＳＡで点火を行う（ステップＳ１７）。

以上のように、本実施形態では、基本的には最適点火時期ＳＡに点火を行うことにより、サイクル毎の混合気状態の変動に拘わらず、最適な空燃比の混合気に対して点火することができ、着火性及び燃焼の安定性を確保することができる。また、最適点火時期が燃焼安定領域を外れる場合には、燃焼の安定性が確保できる点火時期、即ち、最進角点火時期ＳＡＮ又は最遅角点火時期ＳＡＸに点火を行うので、失火やノックなどを防止することができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る点火制御装置について説明する。第３実施形態に係る点火制御装置を適用した車両は、図６に示す第２実施形態車両１００ａに対して、点火プラグ１５を追加した点のみが異なり、その他は同様である。

図１２に、第３実施形態に係る点火制御装置における点火制御時の燃焼室７の状態を模式的に示す。燃料噴射弁８から噴射された燃料は、吸気通路２０から供給される空気と混合して混合気流を形成し、気流経路２４に沿って点火プラグ１０の近傍位置まで移動する。空燃比センサ１２は、点火プラグ１０の近傍に存在する混合気の空燃比を検出する。

また、点火プラグ１０（以下、「第１の点火プラグ」とも呼ぶ。）に加えて、もう１つの点火プラグ１５（以下、「第２の点火プラグ」とも呼ぶ。）が設けられている。第１の点火プラグ１０は、気筒２（燃焼室７）を平面視した場合のほぼ中央に設けられている。これに対し、第２の点火プラグ１５は、気筒２（燃焼室７）を平面視した場合に、燃料噴射弁８の反対側に設けられている。言い換えると、第２の点火プラグ１５は、燃料噴射弁８から噴射された燃料を含む混合気流の気流経路２４において、第１の点火プラグ１０よりも上流側の位置に設けられている。従って、第２の点火プラグ１５は、第１の点火プラグ１０と比較して、混合気流の上流側の位置に点火を行うことができる。

次に、第３実施形態による点火制御について説明する。第３実施形態による点火制御は、基本的に第２実施形態による点火制御と同様である。即ち、第３実施形態による点火制御装置は、空燃比センサ１２が検出した空燃比が最適空燃比となる最適点火時期ＳＡが、燃焼安定領域に含まれる最進角点火時期ＳＡＮより早ければ最進角点火時期ＳＡＮに点火を行い、最遅角点火時期ＳＡＸより遅ければ最遅角点火時期ＳＡＸに点火を行い、最進角点火時期ＳＡＮと最遅角点火時期ＳＡＸの間であれば最適点火時期ＳＡに点火を行う。

但し、第３実施形態では、最適点火時期ＳＡが最遅角点火時期ＳＡＸより遅く、最遅角点火時期ＳＡＸに点火を行う場合には、第１の点火プラグ１０に加えて、第２の点火プラグ１５でも点火を実行する点が第２実施形態と異なる。このように、第２の点火プラグ１５でも点火を実行する理由を以下に説明する。

一般に、成層混合気は粒径が大きく貫徹力が大きい噴霧群が先頭に密集するため、混合気流の先頭部分に濃い混合気が分布する傾向がある。上記のように、最適点火時期ＳＡが最遅角点火時期ＳＡＸより遅く、点火時期を最遅角点火時期に修正する場合というのは、混合気流の到達が遅い場合である。よって、通常用いられる第１の点火プラグ１０の位置では、混合気の濃度が高すぎて可燃濃度まで下がっておらず、失火の恐れがある。これに対し、第１の点火プラグ１０よりも気流経路２４における上流側の位置では、混合気濃度が可燃濃度まで下がっており、着火性が高い。よって、気流経路２４における上流側に配置された第２の点火プラグ１５により混合気流の後ろ側（噴射弁の反対側）よりの位置で点火することは、失火を防止する上で有効である。

図１３に、第３実施形態の点火制御装置による点火制御のフローチャートを示す。このフローチャートにおいて、ステップＳ２１〜Ｓ２６は、図１１に示す第２実施形態の点火制御のステップＳ１１〜Ｓ１６と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ２４において、クランク角ＣＡが最遅角点火時期ＳＡＸを超えた場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、最遅角点火時期ＳＡＸにおいて、第１の点火プラグ１０及び第２の点火プラグ１５の２点で点火を行う（ステップＳ２８）。これにより、上述のように、そのサイクルの混合気の挙動が極端に遅い場合でも、失火を防止することができる。

一方、ステップＳ２６において、クランク角ＣＡが最進角点火時期ＳＡＮを超えていない場合（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、最進角点火時期ＳＡＮに第１の点火プラグ１０、即ち気筒の中央に配置された点火プラグ１０のみで点火を行う（ステップＳ２９）。

また、ステップＳ２６において、クランク角ＣＡが最進角点火時期ＳＡＮを超えている場合（ステップＳ２６；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は最適点火時期ＳＡに第１の点火プラグ１０、即ち気筒の中央に配置された点火プラグ１０のみで点火を行う（ステップＳ２７）。

以上のように、第３実施形態では、点火時期を最遅角点火時期ＳＡＸに修正する場合には、第１の点火プラグ１０に加えて第２の点火プラグ１５を用いて、混合気流の上流側の位置に対しても点火を行うので、可燃濃度にある混合気に点火することができ、失火を防止することができる。その結果、混合気の変動が極端に大きいサイクルにおいても、最適に近い点火時期及び点火位置を選んで点火することができ、常に燃焼を安定化することができる。

なお、上記の説明では、点火時期を最遅角点火時期ＳＡＸに修正する場合に、第１の点火プラグ１０及び第２の点火プラグ１５の両方で点火を行うこととしているが、その代わりに、第２の点火プラグ１５のみで点火を行うこととしてもよい。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る点火制御装置について説明する。第４実施形態に係る点火制御装置を適用した車両は、図６に示す第２実施形態の点火制御装置を適用した車両１００ａにおいて、通常の点火プラグ１０の代わりに、プラズマ点火プラグ１６を設けた点のみが異なり、その他は同様である。

図１４に、第４実施形態に係る点火制御装置における点火制御時の燃焼室７の状態を模式的に示す。燃料噴射弁８から噴射された燃料は、吸気通路２０から供給される空気と混合して混合気流を形成し、気流経路２４に沿って点火プラグ１０の近傍位置まで移動する。空燃比センサ１２は、プラズマ点火プラグ１６の近傍に存在する混合気の空燃比を検出する。ここで、プラズマ点火プラグ１６は、火花を遠くへ飛ばす機能を有し、通常の点火プラグのように近傍位置２６の混合気に点火することができることに加え、燃焼室７における燃料噴射弁８の反対側の位置（以下、「上流側位置２７」とも呼ぶ。）の混合気にも点火することができる。ここで、上流側位置２７は、混合気流の経路２４におけるプラズマ点火プラグ１６の位置より上流側の位置であり、第３実施形態において第２の点火プラグ１５が設けられる位置とほぼ同様である。

本実施形態では、点火時期を最遅角点火時期ＳＡＸに修正する場合には、プラズマ点火プラグ１６を利用して、混合気流の上流側位置２７に点火を行う。即ち、第３実施形態において第１の点火プラグ１０と第２の点火プラグ１５とで２点点火を行う代わりに、上流側の位置２７の混合気に点火する。第３実施形態において説明したように、点火時期を最遅角点火時期ＳＡＸに修正する場合には、混合気流の上流側（後ろ側）に可燃濃度の混合気が含まれているので、その位置の混合気に点火することにより、失火を防止する。

図１５に、第４実施形態の点火制御装置による点火制御のフローチャートを示す。このフローチャートにおいて、ステップＳ３１〜Ｓ３６は、図１１に示す第２実施形態の点火制御のステップＳ１１〜Ｓ１６と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ３４において、クランク角ＣＡが最遅角点火時期ＳＡＸを超えた場合（ステップＳ３４；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、最遅角点火時期ＳＡＸにおいて、プラズマ点火ププラグ１６を用いて上流側位置２７に遠距離点火を行う（ステップＳ３８）。これにより、上述のように、そのサイクルの混合気の挙動が極端に遅い場合でも、失火を防止することができる。

一方、ステップＳ３６において、クランク角ＣＡが最進角点火時期ＳＡＮを超えていない場合（ステップＳ３６；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、最進角点火時期ＳＡＮにおいて、プラズマ点火プラグ１６を用いて、近傍位置２６に点火を行う（ステップＳ３９）。

また、ステップＳ３６において、クランク角ＣＡが最進角点火時期ＳＡＮを超えている場合（ステップＳ３６；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は最適点火時期ＳＡにおいて、プラズマ点火プラグ１６を用いて近傍位置２６に点火を行う（ステップＳ３７）。

以上のように、第４実施形態では、点火時期を最遅角点火時期にＳＡＸに修正する場合には、プラズマ点火プラグ１６を用いて、混合気流の上流側の位置に対して点火を行うので、可燃濃度にある混合気に点火することができ、失火を防止することができる。その結果、混合気の変動が極端に大きいサイクルにおいても、最適に近い点火時期及び点火位置を選んで点火することができ、常に燃焼を安定化することができる。

第１実施形態に係る点火制御装置を適用した車両の概略構成を示す。 第１実施形態における燃焼室内の混合気流の様子を模式的に示す。 最適点火時期のマップ及び燃焼安定領域を示すグラフである。 最進角点火時期及び最遅角点火時期のマップである。 第１実施形態による点火制御のフローチャートである。 第２実施形態に係る点火制御装置を適用した車両の概略構成を示す。 第２実施形態における燃焼室内の混合気流の様子を模式的に示す。 標準点火時期を示すグラフである。 燃焼室内の混合気の空燃比の変化特性を示すグラフである。 燃焼室内の混合気の空燃比の変化特性を示すグラフである。 第２実施形態による点火制御のフローチャートである。 第３実施形態における燃焼室内の混合気流の様子を模式的に示す。 第３実施形態による点火制御のフローチャートである。 第４実施形態における燃焼室内の混合気流の様子を模式的に示す。 第４実施形態による点火制御のフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 気筒
３ ピストン
８ 燃料噴射弁
１０、１５ 点火プラグ
１１ ＨＣセンサ
１２ 空燃比センサ
１６ プラズマ点火プラグ
１７ クランク角センサ
１８ アクセル開度センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 筒内噴射式内燃機関の点火制御装置であって、
   燃料噴射弁から噴射された燃料が混合気流となって点火手段の位置まで移動する気流経路上に設けられ、当該混合気流中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段と、
   検出された濃度に基づいて、前記点火手段の最適点火時期を決定する点火時期決定手段と、
   前記最適点火時期を、予め決められた最進角点火時期及び最遅角点火時期と比較し、比較結果に基づいて実際の点火時期を調整する点火制御手段と、を備え、
   前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記点火手段により、前記気流経路における前記点火手段の位置より上流側の位置に点火することを特徴とする点火制御装置。
2. 前記点火手段は、第１の点火手段と、前記気流経路において前記第１の点火手段より上流側に設けられた第２の点火手段と、を備え、
   前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記第２の点火手段を用いて点火を行うことを特徴とする請求項１に記載の点火制御装置。
3. 前記点火手段は、当該点火手段の近傍位置と、前記気流経路において前記近傍位置より上流側にある上流側位置との両方に点火可能であり、
   前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記上流側位置に点火を行うことを特徴とする請求項１に記載の点火制御装置。
4. 前記点火制御手段は、最適点火時期が最進角点火時期より早い場合は最進角点火時期を実際の点火時期とし、最適点火時期が最遅角点火時期より遅い場合は最遅角点火時期を実際の点火時期とし、最適点火時期が最進角点火時期と最遅角点火時期の間にある場合は最適点火時期を実際の点火時期とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の点火制御装置。

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