JP7334636B2 - 副室式点火システム - Google Patents

Description

本発明は、主室と副室とに区分けされた燃焼室の副室内の燃料に点火する副室式点火システムに関する。

副室式点火システムの中には、エンジンの燃焼室を副室と主室とに区分けする隔壁と、副室内の燃料に点火する点火プラグと、点火プラグを制御する点火制御部とを有し、隔壁に、副室と主室とを連通させる連通孔が設けられているものがある。そして、このような技術を示す文献としては、次の特許文献１がある。

特開２００９－２７０５４１号公報

上記の副室式点火システムでは、まず副室内の燃料に炎が着火して副室内に火炎が広がってから、次にその火炎が連通孔から主室内に噴出して主室内に火炎が広がることになる。そのため、点火から主室内に火炎が広がるまでの時間が長くなる。そして、このような問題は、エンジンに加わっている負荷の大きさが小さい低負荷状態の時に、特に顕著になる。すなわち、アクセルの踏み込み量等が少ない低負荷状態の時には、燃焼室内に供給される燃料の量が少なくなること等により、副室内や主室内における燃料が少なくなり燃え難くなることにより、副室内や主室内における燃焼の進行が遅くなるからである。そのため、副室式点火システムにおける低負荷状態の時には、特に顕著に、点火から主室内に火炎が広がるまでの時間が長くなる。

そのため、副室式点火システムにおける低負荷状態の時において、次に示す最適点火制御を行おうとした場合、次に示す問題があることに本発明者は着目した。以下では、点火プラグが点火を行うタイミングを「点火タイミング」とし、点火タイミングの後において、燃焼室内の燃料のうちの所定量が燃焼した状態になるタイミングを「燃焼タイミング」とする。そして、点火タイミングから燃焼タイミングまでの時間を「燃焼時間」とする。

最適点火制御では、最適な燃焼タイミングとしての最適燃焼タイミングよりも燃焼時間だけ早いタイミングである最適点火タイミングを算出する。その最適点火タイミングに点火タイミングを制御する。しかしながら、副室式点火システムにおける低負荷状態の時には、上記のとおり、点火から主室内に火炎が広がるまでの時間が長くなることにより、上記の燃焼時間が長くなってしまう。それにより、その燃焼時間の分だけ最適燃焼タイミングよりも早い最適点火タイミングが、早くなり過ぎてしまう。

そして、算出された最適点火タイミングが早過ぎる場合、事実上、その最適点火タイミングに点火タイミングを制御することは不可能になる。その最適点火タイミングで実際に点火した場合、圧縮上死点前での、すなわち圧縮行程での燃焼量が多くなり過ぎ、その燃焼により発生する逆トルク、すなわちエンジンの回転を減衰させる方向に加わる逆方向のトルクにより、エンジンのトルクの一部が相殺されてトルクが下がってしまうからである。

そのため、副室式点火システムにおける低負荷状態の時には、最適点火タイミングよりも遅いタイミングに点火タイミングを制御する他なくなる。しかしながら、その場合、燃焼タイミングが最適燃焼タイミングよりも遅くなることにより、効率的にトルクを得ることができなくなってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、副室式点火システムにおける低負荷状態の時においても、最適点火タイミングに点火タイミングを制御できるようにすることを、主たる目的とする。

本発明の副室式点火システムは、エンジンの燃焼室を副室と主室とに区分けする隔壁と、所定の放電ギャップに電圧を印加して放電火花を発生させることにより前記副室内の燃料に点火する点火プラグと、前記点火プラグを制御する点火制御部とを有する。そして、前記隔壁に、前記副室と前記主室とを連通させる連通孔が形成されている。

以下では、前記エンジンに加わっている負荷が所定の大きさである状態を高負荷状態とし、前記エンジンに加わっている負荷が当該所定の大きさよりも小さい状態を低負荷状態とする。また、前記点火プラグが前記放電ギャップにおける放電を開始するタイミングを点火タイミングとし、前記点火タイミングの後において前記燃焼室内の燃料のうちの所定量が燃焼した状態になるタイミングを燃焼タイミングとする。そして、前記点火タイミングから前記燃焼タイミングまでの時間を燃焼時間とする。

前記点火制御部は、最適な前記燃焼タイミングとしての最適燃焼タイミングよりも前記燃焼時間だけ早いタイミングである最適点火タイミングを算出して、前記最適点火タイミングに前記点火タイミングを制御する最適点火制御を、前記高負荷状態の時に行う。

以下では、前記点火タイミングと前記燃焼タイミングとの間において、前記副室内に発生した火炎が前記連通孔から前記主室内に噴出し始めるタイミングを噴出タイミングとする。そして、前記点火タイミングから前記噴出タイミングまでの時間を噴出時間とする。

前記点火制御部は、前記高負荷状態の時に比べて前記低負荷状態の時に前記噴出時間が長くなるのを抑制する噴出遅延抑制制御を行う噴出制御部を有する。そして、前記低負荷状態の時には、前記噴出制御部により前記噴出遅延抑制制御を行うことにより、前記高負荷状態の時に比べて前記燃焼時間が長くなるのを抑制しつつ、前記点火制御部により前記最適点火制御を行う。

本発明によれば、低負荷状態の時に、噴出遅延抑制制御を行うことにより、高負荷状態の時に比べて燃焼時間が大きくなるのを抑制できる。そのため、その燃焼時間の分だけ最適燃焼タイミングよりも早い最適点火タイミングが、早くなり過ぎるのを抑制できる。それにより、副室式点火システムにおける低負荷状態の時においても、最適点火タイミングに点火タイミングを制御することが可能になる。そして、実際に最適点火制御を行うことにより、最適点火タイミングに点火タイミングが制御される。それにより、最適燃焼タイミングに燃焼タイミングが制御されることになり、トルクを効率的に発生させることができる。

第１実施形態の点火システムを示す断面図 副室及びその周辺を示す断面図 点火プラグ及びその周辺の回路を示す回路図 点火プラグによる点火を示すタイミングチャート 放電エネルギの制御を示すグラフ 上死点前点火制御における副室及びその周辺を示す断面図 上死点後点火制御における副室及びその周辺を示す断面図 連通気流の流速変化を示すグラフ 燃焼の進行を示すタイミングチャート 点火制御部による制御を示すフローチャート

次に本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の副室式点火システム７０を示す断面図である。この副室式点火システム７０は、エンジン９０に対して設置されている。エンジン９０は、一燃焼サイクルが吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程の４行程からなる４ストロークエンジンである。以下では、それらのうちの圧縮行程と膨張行程との間の上死点を「圧縮上死点ｔＤ」という。エンジン９０は、シリンダ１０と、その上部に取り付けられているヘッド２０とを有する。

以下では、図に合わせて、シリンダ１０の中心線Ｘの長さ方向を上下方向として説明する。ただし、例えば、当該中心線Ｘを上下方向に対して斜めにしてエンジン９０及び副室式点火システム７０を設置したり、当該中心線Ｘを水平方向にしてエンジン９０及び副室式点火システム７０を設置したりする等、エンジン９０及び副室式点火システム７０は、任意の方向に設置することができる。

シリンダ１０内には、ピストン１８が設置されている。ピストン１８は、リンク１２を介してクランクシャフト１１に連結されており、クランクシャフト１１の回転に従い上下動する。そのピストン１８の上方に燃焼室３０が形成されている。

ヘッド２０には、燃焼室３０内に気体を吸入するための吸気通路２１と、燃焼室３０内の気体を排出するための排気通路２９とが設けられている。そして、吸気通路２１には吸気弁２４が設置され、排気通路２９には排気弁２６が設置されている。吸気弁２４は吸気カム２３により駆動され、排気弁２６は排気カム２７により駆動される。そして、ヘッド２０には、吸気通路２１に燃料を噴射するための燃料噴射装置２２が設置されている。

副室式点火システム７０は、ヘッド２０に取り付けられている点火プラグ４０と、気流を点火プラグ４０の放電ギャップ４５に流れ易くするための気流支援構造Ａｓと、各センサ５１～５３と、各センサ５１～５３からの入力に基づいて点火プラグ４０を制御する点火制御部６０とを有する。

各センサ５１～５３は、クランクセンサ５１と吸気圧センサ５２と水温センサ５３とを含む。クランクセンサ５１は、クランク角度やエンジン９０の回転速度を検出する。吸気圧センサ５２は、吸気通路２１の気圧である吸気圧を検出する。水温センサ５３は、エンジン９０を冷却するための冷却水の水温を検出する。

点火制御部６０は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）等の一部であり、噴出制御部６３及び対気流制御部６４を有する。噴出制御部６３は、点火プラグ４０により副室３８内の燃料に点火してから火炎が主室内に噴出し始めるまでの時間である噴出時間ｔ１３を制御する。
具体的には、噴出制御部６３は、エンジン９０に加わっている負荷や、エンジン９０の空燃比や、エンジン９０において排気を再び吸気に戻す量であるＥＧＲ量や、エンジン９０の冷却水の水温等の各パラメータに基づいて、それらのパラメータの変動によっても噴出時間ｔ１３の変動が小さくなるように制御する。上記の負荷は、例えば、アクセルペダルの踏み込み量から算出してもよいし、エンジン９０に加わっている負荷を直接検出してもよいし、エンジン９０の回転速度の変化等から算出してもよい。対気流制御部６４は、気流支援構造Ａｓによる気流によっても点火プラグ４０の放電火花Ｆが途切れないように点火プラグ４０を制御する。

図２は、副室３８及びその周辺を示す断面図である。点火プラグ４０は、中心電極４４とその外周側に設けられている絶縁碍子４１とを有する。絶縁碍子４１の下端部には、隔壁３４が取り付けられている。その隔壁３４により、燃焼室３０が主室３１と副室３８とに区分けされている。具体的には、隔壁３４よりも内側が副室３８を構成し、隔壁３４よりも外側が主室３１を構成している。隔壁３４は、導電体製であり、点火プラグ４０の接地電極を兼ねている。

隔壁３４には複数の連通孔３５が形成されており、それら複数の連通孔３５により、副室３８と主室３１とが連通している。それら複数の連通孔３５のうちの１つである中央連通孔３５ｃは、シリンダ１０の中心線Ｘ上に設けられており、隔壁３４を上下方向に貫通している。

その中央連通孔３５ｃのすぐ上方に中心電極４４の下端部が位置している。すなわち、中心電極４４の下部は、絶縁碍子４１の下端から下方に長く延びており、中央連通孔３５ｃに近接している。その中心電極４４の下端部と、隔壁３４における中央連通孔３５ｃの上端周辺部との間の隙間が、放電ギャップ４５を構成している。よって、放電ギャップ４５は、副室３８内における中央連通孔３５ｃの直ぐ近くに設けられており、複数の連通孔３５のうち中央連通孔３５ｃに最も近接している。

このように、放電ギャップ４５が中央連通孔３５ｃに近接していることにより、放電ギャップ４５に気流が流れ易くなっている。この構造が、気流支援構造Ａｓを構成している。すなわち、気流支援構造Ａｓとして、放電ギャップ４５が中央連通孔３５ｃに近接している構造が形成されている。点火プラグ４０は、その放電ギャップ４５に電圧を印加することにより放電火花Ｆを発生させる。その放電火花Ｆが、気流支援構造Ａｓによる気流により伸長することにより、燃料に対する着火性が向上する。

図３は、点火プラグ４０の回路及びその周辺を示す回路図である。点火プラグ４０は、一次コイル４１２と２次コイル４２１とを有する。一次コイル４１２と２次コイル４２１とはコア４０１に巻かれている。一次コイル４１２にはバッテリ４１１とスイッチング素子４１３とが直列に接続されている。他方、２次コイル４２１には、放電ギャップ４５とダイオード４２２とが直列に接続されている。スイッチング素子４１３は、点火制御部６０により制御される。

以下では、スイッチング素子４１３をＯＮからＯＦＦにした際に２次コイル４２１において電流が流れる方向を「順方向」といい、その反対方向を「逆方向」という。ダイオード４２２は、順方向の電流が流れるのを許容し、逆方向に電流が流れるのを阻止する方向に設置されている。

図４は、点火プラグ４０の制御を示すタイミングチャートである。図４（ａ）に示すように、所定の通電タイミングｔ０で点火信号がＨｉｇｈになると、それに伴い点火制御部６０は、スイッチング素子４１３をＯＮにする。それにより、一次コイル４１２に図４（ｂ）に示す一次電流が流れ始め、その一次電流は、時間の経過と共に大きくなっていく。それにより図４（ｅ）に示すように、一次コイル４１２に放電エネルギＥが磁気エネルギの形で蓄えられる。そして、図４（ａ）に示す点火信号が、通電タイミングｔ０よりも所定の充電時間ｔ０１だけ後の点火タイミングｔ１でＬｏｗになる。それにより、２次コイル４２１に、図４（ｃ）に示す二次電圧が発生して、放電ギャップ４５に絶縁破壊が生じる。それにより、放電ギャップ４５に図４（ｄ）に示す二次電流が流れて、放電ギャップ４５に放電火花Ｆが発生する。その後は、図４（ｅ）に示すように、磁気エネルギとして蓄えられていた放電エネルギＥが、図４（ｄ）に示す二次電流が流れるのに従い減少していき、それに伴い二次電流の大きさも減少する。

次に図５を参照しつつ、放電ギャップ４５に印加する放電エネルギＥの制御について説明する。図５（ａ）は、放電エネルギＥを相対的に小さく制御した場合の一次電流の時間変化を示すグラフであり、図５（ｂ）は、放電エネルギＥを相対的に大きく制御した場合の一次電流の時間変化を示すグラフである。図５（ａ）に示すように、放電エネルギＥを相対的に小さく制御する場合には、充電時間ｔ０１を相対的に短く設定し、図５（ｂ）に示すように、放電エネルギＥを相対的に大きく制御する場合には、充電時間ｔ０１を相対的に長く設定する。以上の制御により、噴出制御部６３及び対気流制御部６４は放電エネルギＥを制御する。

図６は、圧縮上死点ｔＤよりも前（すなわち圧縮行程）に点火を行う上死点前点火制御における、副室３８及びその周辺を示す断面図である。このような上死点前点火制御は、通常時に行う。以下では、中央連通孔３５ｃに流れる気流を「連通気流Ａ」という。この上死点前点火制御における点火の際には、主室３１側から副室３８側に流れる上向きの連通気流Ａが放電ギャップ４５に流れる。その連通気流Ａにより、放電火花Ｆが副室３８内において上方に伸長する。その伸長した放電火花Ｆにより、副室３８内の燃料に炎が着火する。それにより副室３８内に発生した火炎は、副室３８内に伝播した後、各連通孔３５から主室３１内に向けて放出される。

図７は、圧縮上死点ｔＤよりも後（すなわち膨張行程）に点火を行う上死点後点火制御における、副室３８及びその周辺を示す断面図である。このような上死点後点火制御は、ファーストアイドリング時等、エンジン９０が所定の運転状況の時に行う。ファーストアイドリング時は、エンジン９０の始動後において、触媒暖機等のためにアイドル回転数を通常よりも高くする時期である。この上死点後点火制御における点火の際には、副室３８側から主室３１側に流れる下向きの連通気流Ａが放電ギャップ４５に流れる。その連通気流Ａにより、放電火花Ｆが副室３８内から中央連通孔３５ｃを通じて主室３１内にまで伸長する。その伸長した放電火花Ｆにより、副室３８内及び主室３１内の両室内の燃料に炎が着火する。

図８は、連通気流Ａの流速（絶対値）の変化のイメージを示すグラフである。放電ギャップ４５に流れる流速は、この連通気流Ａの流速に略比例する。具体的には、連通気流Ａは、圧縮行程の後半においては、主室３１内の気体が中央連通孔３５ｃを含む各連通孔３５に集中して流れることにより、主室３１内や副室３８内の気流に比べて強くなる。そのため、中央連通孔３５ｃに近接している放電ギャップ４５に流れる気流も、主室３１内や副室３８内の気流に比べて強くなる。その後、連通気流Ａの流速は、この図８に示すように、圧縮上死点ｔＤに近づくに従い低下していき、圧縮上死点ｔＤ又はその近傍で、一旦略零になる。しかし連通気流Ａは、圧縮上死点ｔＤの後に再び速やかに発生する。連通気流Ａは、ピストン１８が下降を開始して副室３８と主室３１との間に気圧差が発生し始めると、今度は逆に、副室３８内の気体が中央連通孔３５ｃを含む各連通孔３５に集中して流れることにより、速やかに発生するからである。

副室式点火システム７０は、この連通気流Ａを積極的に利用して、放電ギャップ４５に気流を流すようにしている。それが上記の気流支援構造Ａｓである。以上のように、連通気流Ａは、圧縮上死点ｔＤから離れるに従い強くなる。具体的には、圧縮上死点ｔＤよりも前、すなわち圧縮行程の後半においては、クランク角度が圧縮上死点ｔＤから進角するほど放電ギャップ４５に流れる気流が強くなる。他方、圧縮上死点ｔＤよりも後、すなわち膨張行程の前半においては、クランク角度が圧縮上死点ｔＤから遅角するほど、放電ギャップ４５に流れる気流が強くなる。そのため、点火タイミングｔ１が圧縮上死点ｔＤから離れるほど、放電火花Ｆは吹き消えやすくなる。そのため、対気流制御部６４は、その気流によっても放電火花Ｆが途切れないように放電エネルギＥを制御する。

具体的には、対気流制御部６４は、上死点前点火制御の際、すなわち、圧縮行程の後半に点火が行われる際には、点火タイミングｔ１が所定のタイミングである場合に比べて、点火タイミングｔ１が当該所定のタイミングよりも早いタイミングである場合に、放電エネルギＥが大きくなるように制御する。より具体的には、例えば、点火タイミングｔ１が早くなるに従い放電エネルギＥが大きくなるように制御する。

他方、対気流制御部６４は、上死点後点火制御の際、すなわち、膨張行程の前半に点火が行われる際には、点火タイミングｔ１が所定のタイミングである場合に比べて、点火タイミングｔ１が当該所定のタイミングよりも遅いタイミングである場合に、放電エネルギＥが大きくなるように制御する。より具体的には、例えば、点火タイミングｔ１が遅くなるに従い放電エネルギＥが大きくなるように制御する。

図９は、上死点前点火制御における燃焼の進行を示すタイミングチャートである。以下では、点火プラグ４０が放電ギャップ４５に電圧を印加するタイミングを「点火タイミングｔ１」とする。また、点火タイミングｔ１の後において、放電火花Ｆにより燃料に炎が着火するタイミングを「副室着火タイミングｔ２」とする。また、副室着火タイミングｔ２の後において、副室３８内で発生した火炎が連通孔３５から主室３１内に噴出し始めるタイミングを「噴出タイミングｔ３」とする。また、噴出タイミングｔ３の後において、噴出した火炎により主室３１内の燃料に本格的に炎が着火し始めるタイミングを「主室着火タイミングｔ４」とする。また、主室着火タイミングｔ４の後において燃焼室３０内の燃料の所定量（例えば質量の５０％）が燃焼した状態になるタイミングを「燃焼タイミングｔ５」とする。

また、点火タイミングｔ１から副室着火タイミングｔ２までの期間を、「火花段階期間ｔ１２」とする。また、副室着火タイミングｔ２から噴出タイミングｔ３までの期間を「副室伝播期間ｔ２３」とする。また、噴出タイミングｔ３から主室着火タイミングｔ４までの期間を「火炎噴出期間ｔ３４」とする。また、主室着火タイミングｔ４から燃焼タイミングｔ５までの期間を「主室伝播期間ｔ４５」とする。また、点火タイミングｔ１から噴出タイミングｔ３までの時間を「噴出時間ｔ１３」とする。また、点火タイミングｔ１から燃焼タイミングｔ５までの時間を「燃焼時間ｔ１５」とする。

図９（ａ）（ｂ）は、比較例での上死点前点火制御における燃焼の進行を示すタイミングチャートである。比較例において、第１実施形態のものと同一の又は対応する部材等については、同一の符号を付して説明する。比較例の副室式点火システム７０は、本実施形態のものと比較して、図２に示す気流支援構造Ａｓを有していない点で相違している。すなわち、比較例の副室式点火システム７０は、本実施形態に比べて中心電極４４が短く、且つ隔壁３４とは別に接地電極を有している。そのため、放電ギャップ４５が中央連通孔３５ｃに近接していない。さらに、比較例の副室式点火システム７０は、本実施形態と比較して、図１に示す点火制御部６０が噴出制御部６３を有していない点で相違している。

図９（ａ）は、比較例での上死点前点火制御における、高負荷状態での燃焼の進行を示すタイミングチャートである。ここでは、点火制御部６０は、次に示す最適点火制御を行う。その最適点火制御では、まず、最適な燃焼タイミングｔ５としての最適燃焼タイミングＴ５を取得する。その最適燃焼タイミングＴ５は、例えば、得られるトルクが略最大となる燃焼タイミングｔ５であり、より具体的には、例えば、圧縮上死点ｔＤよりも１０ＣＡ（クランクアングル）後のタイミングである。次に、燃焼時間ｔ１５を算出する。その詳細については後述する。次に、最適燃焼タイミングＴ５よりも燃焼時間ｔ１５だけ早いタイミングである最適点火タイミングＴ１を算出する。次に、その最適点火タイミングＴ１に点火タイミングｔ１を制御する。以上の最適点火制御により、最適燃焼タイミングＴ５に燃焼タイミングｔ５が制御される。

図９（ｂ）は、比較例での上死点前点火制御における、低負荷状態での燃焼の進行を示すタイミングチャートである。ここでは、最適点火制御により、最適燃焼タイミングＴ５よりも燃焼時間ｔ１５だけ早い最適点火タイミングＴ１を算出すると、その最適点火タイミングＴ１は早くなり過ぎてしまう。そのため、もしこの最適点火タイミングＴ１で点火した場合、圧縮上死点ｔＤよりも前での、すなわち圧縮行程での燃焼量が多くなり過ぎ、その燃焼により発生する逆トルクにより、エンジン９０のトルクが相殺されてトルクが下がってしまう。そのため、この低負荷状態の時には、最適点火制御を行うことはできず、最適点火タイミングＴ１よりも遅いタイミングに点火タイミングｔ１を制御する。それにより、最適燃焼タイミングＴ５よりも遅いタイミングが燃焼タイミングｔ５となってしまう。

図９（ｃ）は、本実施形態での上死点前点火制御における、高負荷状態での燃焼の進行を示すタイミングチャートである。本実施形態においても、比較例と同様の最適点火制御を行う。ただし、本実施形態では気流支援構造Ａｓがあるので、図９（ａ）に示す比較例の高負荷状態に比べて、放電火花Ｆが伸長する。それにより、副室３８内における着火性が向上し、副室着火タイミングｔ２よりも手前の火花段階期間ｔ１２が短くなる。さらに、放電火花Ｆが伸長することにより、副室３８内の燃料に強くしっかりと炎が着火する。それにより、副室３８内において火炎が伝播し易くなり、副室伝播期間ｔ２３も短くなる。以上により、噴出時間ｔ１３が短くなる。さらに、それに伴い、火炎噴出期間ｔ３４や主室伝播期間ｔ４５も若干短くなる。以上の気流支援構造Ａｓの作用により、燃焼時間ｔ１５が、図９（ａ）に示す比較例の高負荷状態に比べて短くなる。

このとき、もし仮に、点火タイミングｔ１が、図９（ｃ）に破線で示すように、図９（ａ）に示す比較例の高負荷状態の時と同じだと、燃焼タイミングｔ５が、最適燃焼タイミングＴ５よりも早くなってしまう。そのため、本実施形態では、比較例に比べて、燃焼時間ｔ１５が短くなった分だけ、点火タイミングｔ１が遅くなるように、最適点火制御により制御される。

図９（ｄ）は、本実施形態での上死点前点火制御における、低負荷状態での燃焼の進行を示すタイミングチャートである。本実施形態では気流支援構造Ａｓがあるので、それだけでも、図９（ｂ）に示す比較例の低負荷状態に比べて燃焼時間ｔ１５が短くなる。さらに、それに加えて、噴出制御部６３により、高負荷状態の時に比べて低負荷状態の時に噴出時間ｔ１３が長くなるのを抑制する噴出遅延抑制制御が行われることにより、さらに、燃焼時間ｔ１５が短くなる。

具体的には、低負荷状態の時には、噴出遅延抑制制御として、高負荷状態の時に比べて放電エネルギＥを大きくする。それにより、副室３８内における着火性が向上する。それにより、噴出遅延抑制制御を行わない場合に比べて、副室着火タイミングｔ２よりも手前の火花段階期間ｔ１２が短くなる。さらに、放電エネルギＥが大きくなることにより、副室３８内の燃料に炎が強くしっかりと着火する。そのため、副室３８内において火炎が伝播し易くなり、噴出遅延抑制制御を行わない場合に比べて、副室伝播期間ｔ２３も短くなる。以上により、噴出遅延抑制制御を行わない場合に比べて、噴出時間ｔ１３が短くなり、それに伴い、火炎噴出期間ｔ３４や主室伝播期間ｔ４５も若干短くなる。以上の噴出遅延抑制制御の作用によっても、図９（ｂ）に示す比較例の低負荷状態に比べて、燃焼時間ｔ１５が短くなる。すなわち、気流支援構造Ａｓと噴出遅延抑制制御との双方の作用により、図９（ｂ）に示す比較例の低負荷状態に比べて、燃焼時間ｔ１５が顕著に短くなる。

そのため、この図９（ｄ）に示す本実施形態の低負荷状態の時には、図９（ｂ）に示す比較例の低負荷状態の時とは違い、最適点火制御により、燃焼時間ｔ１５の分だけ最適燃焼タイミングＴ５よりも早い最適点火タイミングＴ１を算出しても、その最適点火タイミングＴ１は早くなり過ぎない。そのため、この最適点火タイミングＴ１に点火タイミングｔ１を制御したとしても、圧縮上死点ｔＤよりも前での、すなわち膨張行程での燃焼量が多くなり過ぎて逆トルクが強くなり過ぎるといったことはない。そのため、本実施形態では、低負荷状態の時にも最適点火制御を行うことができる。そして、実際に最適点火制御を行うことにより、すなわち、最適点火タイミングＴ１に点火タイミングｔ１を制御することにより、最適燃焼タイミングＴ５に燃焼タイミングｔ５を制御することができる。

図１０は、以上に示した噴出制御部６３及び対気流制御部６４を有する点火制御部６０による制御を示すフローチャートである。まず、各センサ５１～５３により、エンジン９０の運転状況を示す各パラメータを取得する（Ｓ１０１）。

次に、それらのパラメータに基づいて、放電エネルギＥと最適点火タイミングＴ１とを算出する（Ｓ１０２）。すなわち、噴出制御部６３は、エンジン９０に加わっている負荷や、エンジン９０の空燃比や、エンジン９０におけるＥＧＲ量や、エンジン９０の冷却水の水温等に基づいて、放電エネルギＥを算出する。

具体的には、噴出制御部６３は、空燃比が所定の空燃比である場合に比べて当該所定の空燃比よりも大きい場合に、放電エネルギＥが大きくなるように算出する。より具体的には、例えば、空燃比が大きい程、放電エネルギＥが大きくなるように算出する。また、噴出制御部６３は、ＥＧＲ量が所定量である時に比べて当該所定量よりも大きい時に、放電エネルギＥが大きくなるように制御する。より具体的には、例えばＥＧＲ量が大きい程、放電エネルギＥが大きくなるように算出する。また、水温が所定温度である時に比べて、水温が当該所定温度よりも低い時に、放電エネルギＥが大きくなるように制御する。より具体的には、例えば冷却水の水温が低い程、放電エネルギＥが大きくなるように算出する。

他方、対気流制御部６４は、最適点火タイミングＴ１が圧縮上死点ｔＤに近い場合よりも遠い場合に、放電エネルギＥが大きくなるように算出する。よって、これらの放電エネルギＥと最適点火タイミングＴ１とは同時に算出される。なぜなら、放電エネルギＥが大きくなるほど燃焼時間ｔ１５が短くなることにより最適点火タイミングＴ１が遅くなる。よって、放電エネルギＥは最適点火タイミングＴ１に影響を及ぼす。他方、対気流制御部６４は、上記のとおり、最適点火タイミングＴ１が圧縮上死点ｔＤに近い場合よりも遠い場合に、放電エネルギＥを大きくする。よって、最適点火タイミングＴ１は放電エネルギＥに影響を及ぼす。このように、放電エネルギＥ及び最適点火タイミングＴ１の各方は他方に影響を及ぼす。そのため、放電エネルギＥ及び最適点火タイミングＴ１の両値は、例えば、それら両値を同時に算出することができる連立方程式や多次元マップを用いることにより、同時に算出する（Ｓ１０２）。

次に、最適点火タイミングＴ１及び放電エネルギＥから通電タイミングｔ０を算出する（Ｓ１０３）。通電タイミングｔ０は、最適点火タイミングＴ１よりも充電時間ｔ０１だけ早いタイミングである。その充電時間ｔ０１は、放電エネルギＥが大きい程長くなり、また、バッテリ４１１の電圧が低い程長くなる。また、充電時間ｔ０１は同じでも、エンジン９０の回転速度が速くなるほど、その充電時間ｔ０１が占めるクランク角度は大きくなる。以上に基づいて、点火制御部６０は充電時間ｔ０１を算出し、さらにその充電時間ｔ０１に基づいて通電タイミングｔ０を算出する（Ｓ１０３）。この算出は、例えば数式に基づいて算出してもいし、マップに基づいて算出してもよい。

次に、算出された通電タイミングｔ０で、スイッチング素子４１３をＯＮにする（Ｓ１０４）。次に、算出された最適点火タイミングＴ１で、スイッチング素子４１３をＯＦＦにする（Ｓ１０５）。すなわち、最適点火タイミングＴ１に点火タイミングｔ１を制御する。これにより、点火プラグ４０による点火が実行されて、最適燃焼タイミングＴ５に上記の所定量（例えば質量の５０％）の燃料が燃焼した状態になる。すなわち、最適燃焼タイミングＴ５に燃焼タイミングｔ５が制御される。

なお、以上には、通常時等の上死点前点火制御を説明したが、ファーストアイドリング時等の上死点後点火制御では、燃焼タイミングｔ５が最適燃焼タイミングＴ５ではなく、あえて最適燃焼タイミングＴ５よりも遅いタイミングになるように点火タイミングｔ１を制御する。よって、上死点後点火制御では、最適燃焼制御を行わない。

本実施形態によれば、次の効果が得られる。気流支援構造Ａｓが有るのに加え噴出遅延抑制制御を行うことにより、上死点前点火制御における低負荷状態での燃焼時間ｔ１５を抑制することができる。そのため、その燃焼時間ｔ１５の分だけ最適燃焼タイミングＴ５よりも早い最適点火タイミングＴ１が、早くなり過ぎるのを抑制できる。それにより、副室式点火システム７０における低負荷状態の時においても、最適点火タイミングＴ１に点火タイミングｔ１を制御することが可能になる。そして、実際に最適点火制御を行うことにより、最適点火タイミングＴ１に点火タイミングｔ１が制御される。それにより、最適燃焼タイミングＴ５に燃焼タイミングｔ５が制御されることになり、トルクを効率的に発生させることができる。

具体的には、噴出制御部６３は、噴出遅延抑制制御として、高負荷状態の時に比べて低負荷状態の時に放電エネルギＥが大きくなるように制御する。それにより低負荷状態の時に、噴出時間ｔ１３を短縮して燃焼時間ｔ１５を短縮することができる。

また、副室式点火システム７０は、気流支援構造Ａｓにより、放電ギャップ４５に気流を流れ易くすることにより、放電火花Ｆを伸長させることができる。それにより、放電火花Ｆによる着火性を向上させて噴出時間ｔ１３を短くすることができる。それにより燃焼時間ｔ１５を短縮できる。また、気流支援構造Ａｓとして、放電ギャップ４５が連通孔３５に近接する構造を採用することにより、連通孔３５を利用して効率的に気流支援構造Ａｓを形成することができる。

また、対気流制御部６４は、気流支援構造Ａｓによる気流によっても放電火花Ｆが途切れないように放電エネルギＥを制御する。そのため、このように気流支援構造Ａｓが有る場合においても、放電火花Ｆの安定性を確保することができる。

具体的には、圧縮行程の後半においては、タイミングが早い程、すなわち圧縮上死点ｔＤから離れる程、放電ギャップ４５に流れる気流が強くなる。そのため、点火タイミングｔ１が早い程、放電火花Ｆが吹き消え易くなる。その点、対気流制御部６４は、点火タイミングｔ１が圧縮行程の後半の場合においては、点火タイミングｔ１が遅い場合に比べて早い場合に、放電エネルギＥが大きくなるように制御する。これにより、効率的に吹き消えを防止することができる。

また、膨張行程の前半においては、タイミングが遅い程、すなわち圧縮上死点ｔＤから離れる程、放電ギャップ４５に流れる気流が強くなる。そのため、点火タイミングｔ１が遅い程、放電火花Ｆが吹き消え易くなる。その点、対気流制御部６４は、点火タイミングｔ１が膨張行程の前半の場合においては、点火タイミングｔ１が早い場合に比べて遅い場合に、放電エネルギＥが大きくなるように制御する。これにより、効率的に吹き消えを防止することができる。

また、隔壁３４は、点火プラグ４０の接地電極を兼ねている。その隔壁３４に連通孔３５が形成されている。そのため、放電ギャップ４５を効率的に連通孔３５に近接させて配置することができる。

また、噴出制御部６３は、空燃比、ＥＧＲ、水温等のエンジン９０の運転状態を示す各パラメータに基づいて放電エネルギＥを制御する。それにより、所定の状況下で噴出時間ｔ１３が長くなるのを効率的に抑制できる。

具体的には、エンジン９０の空燃比が大きい時には、燃焼室３０内の燃料が希薄になることにより、燃料が燃え難くなり火炎が伝播し難くなる。その点、噴出制御部６３は、空燃比が小さい時に比べて大きい時に放電エネルギＥが大きくなるように制御する。そのため、空燃比が小さい時に比べて大きい時に噴出時間ｔ１３が長くなるのを抑制できる。

また、エンジン９０のＥＧＲ量が多い時には、吸気に戻る排気の量が多くなることにより、燃料が燃え難くなり火炎が伝播し難くなる。その点、噴出制御部６３は、ＥＧＲ量が小さい時に比べて大きい時に放電エネルギＥが大きくなるように制御する。そのため、ＥＧＲ量が小さい時に比べて大きい時に噴出時間ｔ１３が長くなるのを抑制できる。

また、エンジン９０の冷却水の水温が低い時には、燃焼室３０内の燃料が温まり難いことにより、燃料が燃え難くなり火炎が伝播し難くなる。その点、噴出制御部６３は、冷却水の水温が高い時に比べて低い時に放電エネルギＥが大きくなるように制御する。そのため、冷却水の水温が高い時に比べて低い時に噴出時間ｔ１３が長くなるのを抑制できる。

また、上死点後点火制御においては、次の効果が得られる。すなわち、上死点後点火制御においては、放電火花Ｆが中央連通孔３５ｃを通じて主室３１内にまで伸長して、直接、主室３１内の燃料に炎を着火することになるので、これにより燃焼時間ｔ１５を短縮することができる。

［他の実施形態］
以上に示した実施形態は、次のように変更して実施できる。例えば、第１実施形態では、吸気通路２１に燃料を噴射しているが、これに代えて又は加えて、副室３８内や主室３１内に燃料を噴射するようにしてもよい。また例えば、第１実施形態では、充電時間ｔ０１を制御することにより放電エネルギＥを制御しているが、これに代えて又は加えて、一次コイル４１２に流れる電流を制御することにより放電エネルギＥを制御するようにしてもよい。

また例えば、第１実施形態の噴出制御部６３は、空燃比、ＥＧＲ量、水温の各パラメータに基づいて、放電エネルギＥを変更しているが、それらのうちのいずれかについては、当該パラメータに基づいて放電エネルギＥを変更するのをなくしてもよい。また例えば、第１実施形態では、圧縮行程の後半に点火される場合及び膨張行程の前半に点火される場合の両方において、対気流制御部６４による放電エネルギＥの制御を行っている。これに代えて、圧縮行程の後半に点火される場合及び膨張行程の前半に点火される場合の一方又は両方において、対気流制御部６４による放電エネルギＥの制御を行わないようにしてもよい。

また例えば、第１実施形態では、気流支援構造Ａｓ及び対気流制御部６４が設けられているが、対気流制御部６４をなくしたり、気流支援構造Ａｓと対気流制御部６４との両方をなくしたりしてもよい。このような場合においても、噴出制御部６３による噴出遅延抑制制御の効果は得ることができる。

また例えば、第１実施形態では、噴出制御部６３が、放電エネルギＥを制御することにより噴出遅延抑制制御を行っているが、これに代えて、次のようにして、噴出遅延抑制制御を行うようにしてもよい。すなわち、放電ギャップ４５に気流を吹き付ける吹付装置を設け、その吹付装置を噴出制御部６３により制御することにより、高負荷状態の時に比べて低負荷状態の時に強く気流を放電ギャップ４５に吹き付けるようにしてもよい。この場合、低負荷状態の時には、放電火花Ｆがより長く伸長することにより着火性が向上して、高負荷状態の時に比べて噴出時間ｔ１３が長くなるのが抑制される。

３０…燃焼室、３１…主室、３４…隔壁、３５…連通孔、３８…副室、４０…点火プラグ、４５…放電ギャップ、６０…点火制御部、６３…噴出制御部、７０…副室式点火システム、９０…エンジン、Ｆ…放電火花、Ｔ１…最適点火タイミング、Ｔ５…最適燃焼タイミング、ｔ１…点火タイミング、ｔ３…噴出タイミング、ｔ５…燃焼タイミング、ｔ１３…噴出時間、ｔ１５…燃焼時間。

Claims (10)

1. エンジン（９０）の燃焼室（３０）を副室（３８）と主室（３１）とに区分けする隔壁（３４）と、所定の放電ギャップ（４５）に電圧を印加して放電火花（Ｆ）を発生させることにより前記副室内の燃料に点火する点火プラグ（４０）と、前記点火プラグを制御する点火制御部（６０）とを有し、前記隔壁に、前記副室と前記主室とを連通させる連通孔（３５）が形成されており、
   前記エンジンに加わっている負荷が所定の大きさである状態を高負荷状態とし、前記エンジンに加わっている負荷が当該所定の大きさよりも小さい状態を低負荷状態とし、
   前記点火プラグが前記放電ギャップにおける放電を開始するタイミングを点火タイミング（ｔ１）とし、前記点火タイミングの後において前記燃焼室内の燃料のうちの所定量が燃焼した状態になるタイミングを燃焼タイミング（ｔ５）とし、前記点火タイミングから前記燃焼タイミングまでの時間を燃焼時間（ｔ１５）として、
   前記点火制御部は、最適な前記燃焼タイミングとしての最適燃焼タイミング（Ｔ５）よりも前記燃焼時間だけ早いタイミングである最適点火タイミング（Ｔ１）を算出して、前記最適点火タイミングに前記点火タイミングを制御する最適点火制御を、前記高負荷状態の時に行う、
   副室式点火システム（７０）において、
   前記点火タイミングと前記燃焼タイミングとの間において、前記副室内に発生した火炎が前記連通孔から前記主室内に噴出し始めるタイミングを噴出タイミング（ｔ３）とし、前記点火タイミングから前記噴出タイミングまでの時間を噴出時間（ｔ１３）として、
   前記高負荷状態の時に比べて前記低負荷状態の時に前記噴出時間が長くなるのを抑制する噴出遅延抑制制御を行う噴出制御部（６３）を有し、
   前記低負荷状態の時には、前記噴出制御部により前記噴出遅延抑制制御を行うことにより、前記高負荷状態の時に比べて前記燃焼時間が長くなるのを抑制しつつ、前記点火制御部により前記最適点火制御を行う副室式点火システム。
2. 前記噴出制御部は、前記噴出遅延抑制制御として、前記高負荷状態の時に比べて前記低負荷状態の時に、前記放電ギャップに印加する放電エネルギ（Ｅ）が大きくなるように制御する、請求項１に記載の副室式点火システム。
3. 前記放電ギャップに気流を流れ易くするための気流支援構造（Ａｓ）を有し、
   前記隔壁には前記連通孔が複数形成されており、前記気流支援構造として、前記放電ギャップが複数の前記連通孔のうちの１つに近接している、請求項１又は２に記載の副室式点火システム。
4. 前記気流支援構造による気流によっても前記放電火花が途切れないように、前記放電ギャップに印加する放電エネルギを制御する対気流制御部（６４）を有する、請求項３に記載の副室式点火システム。
5. 前記対気流制御部は、前記点火タイミングに基づいて前記放電エネルギを制御するものであり、前記対気流制御部は、前記点火タイミングが圧縮行程の後半である場合において、前記点火タイミングが所定タイミングである場合に比べて、前記点火タイミングが当該所定タイミングよりも早いタイミングである場合に、前記放電エネルギが大きくなるように制御する、請求項４に記載の副室式点火システム。
6. 前記対気流制御部は、前記点火タイミングに基づいて前記放電エネルギを制御するものであり、前記対気流制御部は、前記点火タイミングが膨張行程の前半である場合において、前記点火タイミングが所定タイミングである場合に比べて、前記点火タイミングが当該所定タイミングよりも遅いタイミングである場合に、前記放電エネルギが大きくなるように制御する、請求項４又は５に記載の副室式点火システム。
7. 前記放電ギャップは２つの電極どうし（３４，４４）の間に形成されており、前記隔壁は、導電体製であり前記２つの電極のうちの一方の電極（３４）を兼ねている、請求項３～６のいずれか１項に記載の副室式点火システム。
8. 前記噴出制御部は、前記エンジンの空燃比に基づいて、前記放電ギャップに印加する放電エネルギを制御するものであり、前記空燃比が所定空燃比である時に比べて、前記空燃比が当該所定空燃比よりも大きい時に、前記放電エネルギが大きくなるように制御する、請求項１～７のいずれか１項に記載の副室式点火システム。
9. 前記噴出制御部は、前記エンジンにおいて排気を再び吸気に戻す量であるＥＧＲ量に基づいて、前記放電ギャップに印加する放電エネルギを制御するものであり、前記ＥＧＲ量が所定量である時に比べて、前記ＥＧＲ量が当該所定量よりも大きい時に、前記放電エネルギが大きくなるように制御する、請求項１～８のいずれか１項に記載の副室式点火システム。
10. 前記噴出制御部は、前記エンジンの冷却水の水温に基づいて、前記放電ギャップに印加する放電エネルギを制御するものであり、前記水温が所定温度である時に比べて、前記水温が当該所定温度よりも低い時に、前記放電エネルギが大きくなるように制御する、請求項１～９のいずれか１項に記載の副室式点火システム。

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