JP2577674B2 - エンジンの点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの燃焼室内に
導入される燃料と空気との混合気に点火するための点火
装置に関するもので、特に、その燃料としてアルコール
とガソリンとの混合燃料を用いるエンジンのための点火
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンエンジンにおいては、燃料ガソ
リンが空気とともに混合気として燃焼室内に吸入され、
その燃焼室内において点火されることによって爆発燃焼
するようにされる。その点火のために、一般には電気火
花を発生するスパークプラグが用いられている。そのス
パークプラグは、所定のギャップを置いて配置された一
対の放電電極を有するもので、その電極間には高電圧が
印加され、それによってその電極間に火花放電が生ずる
ようにされている。燃焼室内の混合気は、その放電に伴
う火花によって点火されるようになっている。

【０００３】このようなスパークプラグを用いる点火装
置の場合には、スパークプラグの発火部、すなわち放電
電極部分が燃焼室内に配置されるために、エンジンの冷
機時など、スパークプラグの温度が十分に上昇しないと
きに、いわゆるくすぶりという現象が生じて、その発火
部にカーボン等の不完全燃焼生成物が付着することがあ
る。そして、そのようにカーボンが付着すると、そこか
ら電気がリークして放電電極間の電圧が低くなるので、
火花が弱くなってしまう。

【０００４】そこで、例えば実開昭60-42291号公報に示
されているように、スパークプラグの発火部近傍にヒー
タを取り付け、エンジンの冷機時にそのヒータに通電す
ることによりスパークプラグを加熱するようにしたもの
が提案されている。このような低温始動補助装置を備え
た点火装置によれば、ヒータによってスパークプラグが
加熱されるので、エンジンの冷機時などにおいてそのス
パークプラグの発火部にカーボンが付着したときにも、
そのカーボンが焼失されるようになる。すなわち、カー
ボンなどによる汚れの清浄作用が行われる。

【０００５】ところで、近年、ガソリン消費量の低減等
を図るために、ガソリンにアルコールを添加した混合燃
料を用いるエンジンも多く見られるようになってきてい
る。そのようなエンジンの場合には、アルコールの沸点
がガソリンよりも高く、また、アルコールの潜熱がガソ
リンに比べて大きいために、燃焼室内の燃料が液滴状と
なりやすい。そのために、エンジンの冷機時などにはス
パークプラグの電極間に液体アルコールが付着しやすく
なる。そして、そのように放電電極に液体燃料が付着す
ると、電極間の絶縁性が低下するので、その電極間に火
花を発生させるだけの放電電圧がかからなくなってしま
う。

【０００６】そこで、そのようなエンジンの点火装置
に、上述のようなヒータを備えたスパークプラグを用い
ることが考えられている。そのようにすれば、ヒータに
通電することによってスパークプラグの放電電極部分が
加熱されるようになるので、その電極間に液体アルコー
ルが付着した場合にも、そのアルコールが気化される。
したがって、確実に放電火花を発生させることが可能と
なる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルコ
ールとガソリンとを混合してエンジンの燃焼室に供給す
る場合には、その混合燃料中のアルコールの濃度が変動
する。そして、そのアルコール濃度が高いほど、スパー
クプラグの放電電極に付着する液体アルコールの量が多
くなる。したがって、上述のようにスパークプラグを加
熱することによって液体アルコールの付着が確実に防止
されるようにするためには、その加熱温度を、アルコー
ル濃度が最も高いときに付着する液体アルコールを気化
させることができるだけの温度に設定することが必要と
なる。すなわち、ヒータによるスパークプラグの加熱温
度を十分に高く設定することが必要となる。その温度
は、電極に付着したカーボンを焼失させるための温度よ
りも高い。そして、そのようにスパークプラグの温度を
高くすると、電極消耗がはげしくなる。また、プラグが
焼損しやすくなる。そのために、スパークプラグの寿命
が低下する。しかも、ヒータに通電する電力を高めなけ
ればならないので、電力消費量も増大する。

【０００８】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、スパークプラグに取り付
けられるヒータによってその放電電極間における燃料の
気化が促進されるようにしながら、アルコールとガソリ
ンとの混合燃料を用いる場合にも、そのヒータによる電
力消費量が抑制され、かつ、プラグの寿命を向上させる
ことのできる点火装置を得ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、アルコールとガソリンとを混合した混
合燃料をエンジンの燃焼室に供給する燃料供給系に、そ
の燃料中のアルコール濃度を検出するアルコールセンサ
を設け、そのアルコール濃度に応じて、スパークプラグ
に取り付けられたヒータへの通電量を決定するようにし
ている。その通電量を決定する制御ユニットは、アルコ
ールセンサによって検出されるアルコール濃度が高いほ
どヒータへの通電電流を大きくするものとされている。
望ましくは、その制御ユニットは、アルコール濃度が高
いときにはヒータへの通電時間を短く、アルコール濃度
が低いときには通電時間を長くするものとされる。

【００１０】

【作用】このように構成することにより、混合燃料中の
アルコール濃度が高く、スパークプラグの放電電極に多
量の液体アルコールが付着しやすいときには、そのスパ
ークプラグに取り付けられたヒータに大きな電流が流さ
れる。したがって、そのヒータによって加熱されるプラ
グの温度が高くなり、その放電電極に多量の液体アルコ
ールが付着したとしても、そのアルコールは短時間で気
化される。一方、混合燃料中のアルコール濃度が低いと
きには、スパークプラグの放電電極に液体アルコールが
付着することも少なくなるので、ヒータへの通電電流は
小さくされる。したがって、スパークプラグの過熱が防
止され、その耐久性が保持されるとともに、ヒータによ
る消費電力も少なく抑えられる。その場合、スパークプ
ラグの放電電極間におけるアルコールの気化に要する加
熱時間は短い。一方、ガソリンのくすぶりにより付着し
たカーボンを焼失させるためには比較的時間がかかる。
したがって、混合燃料中のアルコール濃度が高いときに
はヒータへの通電時間を短く、そのアルコール濃度が低
いときには通電時間を長くすることにより、ヒータが最
適に制御され、その消費電力がより小さく抑えられるよ
うになる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図は本発明によるエンジンの点火装置の一実施例を
示すもので、図１はその全体構造を概略的に示す構成図
であり、図２はその点火装置に用いられているスパーク
プラグを示す切り欠き側面図である。図１から明らかな
ように、エンジン本体１には燃焼室２が設けられてい
る。その燃焼室２には、エンジン本体１の側面に取り付
けられた吸気マニホルド３、絞り弁４、及びエアクリー
ナ５からなる吸気系を通して空気が導入されるようにな
っている。また、その吸気マニホルド３のエンジン本体
１への連結部には燃料噴射装置６が設けられており、そ
の燃料噴射装置６から、燃焼室２内に吸入される空気中
に燃料が噴射されるようになっている。こうして、燃焼
室２内には燃料と空気との混合気が供給されるようにな
っている。

【００１２】燃料噴射装置６は、燃料パイプ７を介して
燃料タンク８に接続されている。その燃料タンク８内に
はガソリンとアルコールとが収容されている。そして、
それらのガソリンとアルコールとが、燃料タンク８内に
設けられた燃料ポンプ（図示せず）により混合された上
で燃料噴射装置６に送られるようになっている。燃料パ
イプ７の途中には、そこを通る混合燃料中のアルコール
濃度を検出するアルコールセンサ９が設けられている。
こうして、燃料噴射装置６、燃料パイプ７、及び燃料タ
ンク８内の燃料ポンプ等によって、アルコールとガソリ
ンとを混合した混合燃料をエンジン本体１の燃焼室２に
供給する燃料供給系が構成され、燃焼室２に供給される
混合燃料中のアルコール濃度がその燃料供給系に設けら
れたアルコールセンサ９によって検出されるようになっ
ている。

【００１３】燃焼室２の中心部上方には、その燃焼室２
内に導入された混合気に点火するためのスパークプラグ
１０が設けられている。図２に示されているように、そ
のスパークプラグ１０は中心電極１１と側方電極１２と
からなる一対の放電電極を先端に有するもので、その電
極１１，１２が燃焼室２内に突出するようにしてエンジ
ン本体１に取り付けられるようになっている。それらの
放電電極１１，１２は所定の小さなギャップを置いて配
置されている。したがって、その電極１１，１２間に高
電圧を印加したときには、その間に火花放電が発生し、
混合気に点火される。また、そのスパークプラグ１０の
先端部には、絶縁碍子１３の周囲に、通電することによ
って発熱するヒータ１４が取り付けられている。そのヒ
ータ１４への通電は、プラグ１０に接続されたリード線
１５を介して行われるようになっている。

【００１４】そのリード線１５は、図１に示されている
ように、電子制御ユニット１６に接続されている。した
がって、スパークプラグ１０のヒータ１４への通電量
は、その制御ユニット１６によって決定されるようにな
っている。その制御ユニット１６には、上述のアルコー
ルセンサ９からのアルコール濃度信号と、エンジン本体
１に取り付けられた水温センサ１７からのエンジン冷却
水温信号とが入力されるようになっている。自動車用エ
ンジンの場合には、その制御ユニット１６には車速等の
信号も入力される。制御ユニット１６は、そのときのア
ルコール濃度及びエンジン冷却水温に基づいて、あらか
じめ用意されたテーブルからヒータ１４への通電時間と
通電電流とを読み取り、それに応じてヒータ１４に通電
するものである。そのテーブルは、例えば各行をアルコ
ール濃度、各列をエンジン冷却水温によって分け、それ
ぞれに通電時間及び通電電流の数値を記入したもので、
その数値は、アルコール濃度が高いほどヒータ１４への
通電電流が大きく、かつその通電時間が短くなり、ま
た、エンジン冷却水温が低いときには通電電流が大き
く、かつ通電時間が長くなるとともに、その水温が上昇
するにつれて通電電流が小さく、かつその通電時間が短
くなるように決定されている。

【００１５】制御ユニット１６においては、図３に示さ
れているようなフローに従って制御信号が出力される。
すなわち、イグニッションスイッチがオンとされると、
まず、アルコールセンサ９及び水温センサ１７からの出
力値であるアルコール濃度Ｖ_A 及びエンジン冷却水温Ｔ
_W がそれぞれ読み込まれる。そして、それらアルコール
濃度Ｖ_A 及びエンジン冷却水温Ｔ_W に応じたヒータ１４
への通電時間ｔ_H がテーブルから読み取られ、その通電
時間ｔ_H が決定される。自動車用エンジンの場合には、
次いで、そのときの車速が例えば１５km/h以上であるか
否かの判断が行われる。そして、車速が１５km/h以下の
ときには、そのときのアルコール濃度Ｖ_A 及びエンジン
冷却水温Ｔ_W に応じたヒータ１４への通電電流Ｉ_H がテ
ーブルから読み取られ、その通電電流Ｉ_H が決定され
る。こうして、ヒータ１４に電流Ｉ_H での通電が開始さ
れる。ヒータ１４への通電が行われると、それまでの所
要時間、例えば１が通電時間ｔ_H から減算される。そし
て、その残りの通電時間ｔ_H と０との比較が行われる。
その通電時間ｔ_H が正のときには、再び車速の判断のス
テップに戻され、車速が１５km/h以下のときにはヒータ
１４への通電が繰り返される。また、その時間ｔ_H が０
以下となると、ヒータ１４への通電が停止される。こう
して、最初に決定された通電時間ｔ_H が経過するまで、
ヒータ１４に対する電流Ｉ_H での通電が継続される。一
方、車速が１５km/h以上となると、通電時間ｔ_H のいか
んにかかわらず、ヒータ１４への通電は直ちに停止され
る。そして、ヒータ１４への通電が停止されると、再び
アルコールセンサ９及び水温センサ１７からの出力値、
すなわちアルコール濃度Ｖ_A 及びエンジン冷却水温Ｔ_W
がそれぞれ読み込まれ、同様のフローが繰り返される。
こうして、イグニッションスイッチがオンとされている
間は制御ユニット１６から制御信号が出力され、ヒータ
１４への通電が制御される。そして、イグニッションス
イッチがオフとされることによりその制御が停止され
る。

【００１６】次に、このように構成されたエンジンの点
火装置の作用について説明する。イグニッションスイッ
チをオンとしてエンジンを始動すると、燃料タンク８か
らアルコールとガソリンとの混合燃料が燃料噴射装置６
に供給され、その燃料がエンジン本体１の燃焼室２に向
けて噴射される。したがって、その燃料は、吸気系から
導かれる空気とともに混合気としてエンジン本体１の燃
焼室２内に導入される。燃焼室２内においては、その混
合気がピストンによって圧縮される。そして、その圧縮
行程の終期にスパークプラグ１０の放電電極１１，１２
間に高電圧が印加されることにより、その電極１１，１
２間に火花放電が起こり、その火花によって燃焼室２内
の混合気に点火される。こうして、その混合気が爆発燃
焼し、エンジンが作動する。

【００１７】このようなエンジンの始動時には、燃焼室
２内のスパークプラグ１０近傍の温度は低い。そのため
に、そのときアルコール濃度の高い混合燃料が燃焼室２
内に導入されると、そのアルコールが液滴となってプラ
グ１０の放電電極１１，１２間に付着しやすくなる。そ
して、そのように液体アルコールが電極１１，１２間に
付着すると、その電極１１，１２間の電圧が低下し、火
花が発生しなくなる。しかしながら、この点火装置の場
合には、燃焼室２に供給される混合燃料中のアルコール
濃度がアルコールセンサ９によって検出される。また、
エンジン冷却水温が水温センサ１７によって検出され
る。そして、そのアルコール濃度が高く、エンジン冷却
水温が低いとき、すなわち液体アルコールがスパークプ
ラグ１０の電極１１，１２に付着しやすいときには、そ
のプラグ１０に取り付けられたヒータ１４に制御ユニッ
ト１６から大きな電流が流される。したがって、そのヒ
ータ１４が高熱を発し、スパークプラグの放電電極１
１，１２部分が高温に加熱される。その結果、その放電
電極１１，１２間に液体アルコールが付着したとして
も、そのアルコールは直ちに気化されるようになり、電
極１１，１２間の絶縁性は確保される。このように、こ
の点火装置によれば、スパークプラグ１０の放電電極１
１，１２間に液体アルコールが付着することが防止され
る。したがって、冬期のような寒冷時にもアルコール濃
度の高い混合燃料を使用することが可能となり、ガソリ
ンの消費量を低減させることができる。

【００１８】また、このようにスパークプラグ１０を加
熱して、その放電電極１１，１２間に付着した液体アル
コールを気化させる場合には、そのために要する加熱時
間は短い。そこで、その場合のヒータ１４への通電時間
は短くされる。それによって、大きな電流は短時間流さ
れるのみとなり、ヒータ１４による消費電力が小さく抑
えられる。そして、エンジンの暖機が進み、エンジン冷
却水温が高くなると、燃焼室２内の燃料は気化しやすく
なり、液体アルコールがスパークプラグ１０に付着する
ことが少なくなる。そこで、そのときには、制御ユニッ
ト１６においてそのときのエンジン冷却水温に応じた通
電電流が選定され、ヒータ１４への通電電流が小さくさ
れる。また、その通電時間も更に短くされる。こうし
て、ヒータ１４による消費電力が最小限に抑えられる。

【００１９】一方、混合燃料中のアルコール濃度が低い
とき、すなわちガソリン濃度が高いときには、エンジン
冷却水温が低くても、スパークプラグ１０の放電電極１
１，１２に付着する液体燃料の量は少ない。そして、そ
のような場合には、ガソリンのくすぶりによるカーボン
の付着の方が問題となる。そこで、そのときには、スパ
ークプラグ１０に取り付けられたヒータ１４への通電電
流が小さくされ、プラグ１０の加熱温度が、付着したカ
ーボンを焼失させることができるだけの温度となるよう
にされる。その温度は５００〜６００℃程度である。た
だし、カーボンを焼失させるためには比較的時間がかか
る。そこで、その場合のヒータ１４への通電時間は、ア
ルコール濃度が高いときよりは長くされる。上述のよう
にこのときにはヒータ１４への通電電流が小さくされる
ので、そのように通電時間を長くしてもヒータ１４によ
る消費電力が増大することはない。そして、このときに
も、エンジン冷却水温の上昇に伴ってヒータ１４への通
電時間が短くされる。それによって、ヒータ１４の消費
電力が最小限に抑えられる。

【００２０】このようにして、このエンジンの点火装置
においては、燃焼室２に供給される混合燃料中のアルコ
ール濃度に応じて、スパークプラグ１０に取り付けられ
たヒータ１４への通電電流及び通電時間が制御される。
したがって、スパークプラグ１０が高温に加熱される機
会が減少し、そのプラグ１０の寿命低下を防止するとと
もに、プラグ１０を加熱するための消費電力を低減させ
ることができる。また、プラグ１０を適度の温度に加熱
することにより、アルコール濃度が高いときの放電電極
１１，１２の濡れ、及びガソリン濃度が高いときのくす
ぶりをともに防止することができる。そして、自動車用
エンジンの場合には、上記実施例のように車速が例えば
１５km/h以上となったときにヒータ１４への通電を停止
させるようにすることにより、エンジンに負荷がかかる
自動車の走行中には、ヒータ１４によるスパークプラグ
１０の加熱が停止されるようになる。したがって、スパ
ークプラグ１０が過熱状態となることが防止され、その
プラグ１０が保護される。

【００２１】なお、上記実施例においては、混合燃料が
燃料噴射装置６から噴射されるものとしているが、本発
明はそのような燃料噴射式エンジンに限られるものでは
なく、気化器式エンジンにも同様に適用することができ
る。また、混合燃料中のアルコール濃度の変動に伴って
ヒータ１４への通電時間を変化させるものとしている
が、場合によってはその通電時間は一定とすることもで
きる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、スパークプラグにヒータを取り付け、そのヒ
ータに通電することによってスパークプラグが加熱され
るようにしているので、アルコール濃度の高い混合燃料
を用いるときにも、エンジンの低温始動時にそのスパー
クプラグの放電電極に液体アルコールが付着することを
防止することができる。したがって、寒冷時においても
アルコール濃度の高い混合燃料を使用することが可能と
なり、ガソリン消費量を低減させることができる。そし
て、ヒータに流す電流を、混合燃料中のアルコール濃度
が高いときには大きく、アルコール濃度が低いときには
小さくするようにしているので、スパークプラグが必要
以上に加熱されることを防止し、その寿命を高めるとと
もに、電力消費量の増大を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエンジンの点火装置の一実施例を
示す構成図である。

【図２】その点火装置に用いられているスパークプラグ
を示す切り欠き側面図である。

【図３】その点火装置の制御ユニットにおける制御フロ
ーを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ２ 燃焼室 ６ 燃料噴射装置 ７ 燃料パイプ（燃料供給系） ８ 燃料タンク ９ アルコールセンサ １０ スパークプラグ １１，１２ 放電電極 １４ ヒータ １６ 制御ユニット １７ 水温センサ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室に供給する燃料としてアルコール
   とガソリンとを混合した混合燃料を用いるエンジンのた
   めの点火装置であって；前記エンジンの燃焼室に設けら
   れ、その燃焼室内に導入される前記混合燃料と空気との
   混合気に点火するスパークプラグと、 そのスパークプラグに取り付けられ、通電によりそのス
   パークプラグを加熱するヒータと、 前記混合燃料の供給系に設けられ、その燃料中のアルコ
   ール濃度を検出するアルコールセンサと、 そのアルコールセンサによって検出されるアルコール濃
   度に応じて前記ヒータへの通電量を決定する制御ユニッ
   トと、を備え、 その制御ユニットが、前記アルコール濃度が高いほど前
   記ヒータに流す電流を大きくするものとされていること
   を特徴とする、 エンジンの点火装置。
2. 【請求項２】 前記制御ユニットが、前記アルコールセ
   ンサによって検出されるアルコール濃度が高いときには
   前記ヒータに通電する時間を短く、アルコール濃度が低
   いときにはその通電時間を長くするものとされているこ
   とを特徴とする、 請求項１記載のエンジンの点火装置。