特許 6320111 エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6320111

(24)【登録日】2018年4月13日

(45)【発行日】2018年5月9日

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02P 3/045 20060101AFI20180423BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20180423BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20180423BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20180423BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20180423BHJP

   H01T 13/54 20060101ALI20180423BHJP

   H01T 15/00 20060101ALI20180423BHJP

   F02P 3/04 20060101ALI20180423BHJP

【ＦＩ】

   F02P3/045 303B

   F02B19/12 B

   F02D45/00 368Z

   F02D45/00 345A

   F02D45/00 301G

   F02D43/00 301E

   F02D43/00 301A

   F02P3/045 303F

   F02P13/00 301J

   H01T13/54

   H01T15/00 C

   F02P3/04 304F

   F02P13/00 302A

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-66474(P2014-66474)

(22)【出願日】2014年3月27日

(65)【公開番号】特開2015-190338(P2015-190338A)

(43)【公開日】2015年11月2日

【審査請求日】2016年12月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼島 良胤

(72)【発明者】

【氏名】田中 大樹

(72)【発明者】

【氏名】佐古 孝弘

【審査官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２９１５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９９４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３６０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２６４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１７３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０８７８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３２６００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｐ １／００−１７／１２

Ｆ０２Ｄ ４３／００−４５／００

Ｈ０１Ｔ ７／００−２３／００

Ｆ０２Ｂ １／００−２３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

点火点を覆うプラグカバー内を点火室とする点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する連通孔が前記プラグカバーに備えられ、
前記点火プラグの放電エネルギーを調整可能な放電エネルギー調整手段と、
前記放電エネルギー調整手段を制御する制御手段とを備えたエンジンであって、
前記燃焼室内において過早着火が発生するのを判定する過早着火判定手段が設けられ、
前記制御手段が、前記過早着火判定手段により前記過早着火が判定されると、前記過早着火を解消するように前記放電エネルギーを小さくすべく、前記放電エネルギー調整手段を制御するように構成され、
前記放電エネルギー調整手段が、前記点火プラグに放電電圧を印加する点火コイルと、前記制御手段からの点火信号に基づいて前記点火コイルの一次コイルの通電をオンオフするイグナイタとを備えて構成され、
前記制御手段が、前記イグナイタに与える前記点火信号のオン時間を短くすることにより、前記放電エネルギーを小さくするように構成され、
前記制御手段が、前記点火信号のオン時間を前記一次コイルに流れる一次電流が飽和するまでの前記点火信号のオン状態の継続時間よりも短くすることが可能に設定された第１短縮用時間だけ、前記点火信号のオン時間を短くした後、前記過早着火判定手段により前記過早着火が判定されなくなるまで、１サイクル毎に、前記第１短縮用時間よりも短い第２短縮用時間ずつ、前記点火信号のオン時間を短くするように構成されているエンジン。

【請求項2】

前記燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率を調整する空燃比調整手段と、
前記燃焼室内における失火異常を判定する失火異常判定手段とが設けられ、
前記制御手段が、混合気の空気過剰率をストイキ又はそれに近いストイキ範囲内とストイキ範囲よりも大きいリーン範囲内とに調整すべく、前記空燃比調整手段を制御するように構成され、並びに、前記失火異常判定手段により前記失火異常が判定されると、前記点火信号のオン時間を、前記リーン範囲の空気過剰率の混合気を着火可能に設定された通常オン時間に戻すように構成されている請求項１に記載のエンジン。

【請求項3】

点火点を覆うプラグカバー内を点火室とする点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する連通孔が前記プラグカバーに備えられ、
前記点火プラグの放電エネルギーを調整可能な放電エネルギー調整手段と、
前記放電エネルギー調整手段を制御する制御手段とを備えたエンジンであって、
前記燃焼室内において過早着火が発生するのを判定する過早着火判定手段が設けられ、
前記制御手段が、前記過早着火判定手段により前記過早着火が判定されると、前記過早着火を解消するように前記放電エネルギーを小さくすべく、前記放電エネルギー調整手段を制御するように構成され、
前記放電エネルギー調整手段が、前記点火プラグに放電電圧を印加する点火コイルと、前記制御手段からの点火信号に基づいて前記点火コイルの一次コイルの通電をオンオフするイグナイタとを備えて構成され、
前記制御手段が、前記イグナイタに与える前記点火信号のオン時間を短くすることにより、前記放電エネルギーを小さくするように構成され、
前記燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率を調整する空燃比調整手段と、
前記燃焼室内における失火異常を判定する失火異常判定手段とが設けられ、
前記制御手段が、混合気の空気過剰率をストイキ又はそれに近いストイキ範囲内とストイキ範囲よりも大きいリーン範囲内とに調整すべく、前記空燃比調整手段を制御するように構成され、並びに、前記失火異常判定手段により前記失火異常が判定されると、前記点火信号のオン時間を、前記リーン範囲の空気過剰率の混合気を着火可能に設定された通常オン時間に戻すように構成されているエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、点火点を覆うプラグカバー内を点火室とする点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する連通孔が前記プラグカバーに備えられ、前記点火プラグの放電エネルギーを調整可能な放電エネルギー調整手段と、
前記放電エネルギー調整手段を制御する制御手段とを備えたエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

かかるエンジンは、点火点を覆うプラグカバー内を点火室とし、そのプラグカバーに点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する連通孔を備えた点火プラグ（以下、プレチャンバー点火プラグと称する場合がある）がシリンダヘッドに装着されたものである。
ちなみに、このようなエンジンは、例えば、ヒートポンプ式空調システムにおいて、ヒートポンプの駆動用として用いられ、コージェネレーションシステムにおいて、発電機の駆動用として用いられる。

【0003】

つまり、このようなプレチャンバー点火プラグを備えたエンジンでは、吸気工程において燃焼室に吸気された混合気を圧縮工程において点火室に流入させて、燃焼膨張行程において点火室内の混合気をプレチャンバー点火プラグにより火花点火させ、その点火により形成された燃焼火炎を連通孔を通して燃焼室に噴出させることにより、燃焼室内の混合気を着火させるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
そして、制御手段により、点火プラグの放電エネルギーを所定の値に調整すべく、放電エネルギー調整手段が制御される。

【0004】

このように、点火室に流入させた混合気を火花点火させて、点火室内で一旦燃焼させ、その燃焼火炎を連通孔から燃焼室に噴出させることにより、燃焼火炎を燃焼室内に急速に拡がらせることができるので、混合気として、高い空気過剰率の希薄混合気を用いる場合でも、安定して燃焼させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−９９４０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、プレチャンバー点火プラグのプラグカバーは、燃焼室内で形成される燃焼火炎に晒されるので、プラグカバーやそのプラグカバー内の点火室は高温になる。
従って、プレチャンバー点火プラグを備えたエンジンでは、燃焼室に吸気された混合気が、プレチャンバー点火プラグにより行わせる所望の点火時期よりも前に、点火室内やプラグカバーにおける燃焼室内に臨む面で着火する現象（以下、過早着火と称する場合がある）が起こり易い。
例えば、燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率が低くなるほど、燃焼室内の燃焼温度が高くなるので、プラグカバーや点火室は高温になり、又、エンジンの出力が上昇するほど、燃焼室内の圧力が上昇して、燃焼室内の温度が高くなるので、プラグカバーや点火室は高温になる。従って、燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率が小さくなるほど、あるいは、エンジンの出力が高くなるほど、過早着火が起こり易い。
そして、過早着火が起こると、燃焼室内の圧力が異常に上昇して、ノッキングが誘発され易くなるので、エンジンの運転が不安定になる虞があり、又、プレチャンバー点火プラグの耐久性が低下する等により、エンジンの耐久性が低下する虞もある。

【0007】

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、過早着火の発生を抑制して、運転の安定性及び耐久性の向上を図り得るエンジンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るエンジンは、点火点を覆うプラグカバー内を点火室とする点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する連通孔が前記プラグカバーに備えられ、
前記点火プラグの放電エネルギーを調整可能な放電エネルギー調整手段と、
前記放電エネルギー調整手段を制御する制御手段とを備えたものであって、
第１特徴構成は、前記燃焼室内において過早着火が発生するのを判定する過早着火判定手段が設けられ、
前記制御手段が、前記過早着火判定手段により前記過早着火が判定されると、前記過早着火を解消するように前記放電エネルギーを小さくすべく、前記放電エネルギー調整手段を制御するように構成され、
前記放電エネルギー調整手段が、前記点火プラグに放電電圧を印加する点火コイルと、前記制御手段からの点火信号に基づいて前記点火コイルの一次コイルの通電をオンオフするイグナイタとを備えて構成され、
前記制御手段が、前記イグナイタに与える前記点火信号のオン時間を短くすることにより、前記放電エネルギーを小さくするように構成され、
前記制御手段が、前記点火信号のオン時間を前記一次コイルに流れる一次電流が飽和するまでの前記点火信号のオン状態の継続時間よりも短くすることが可能に設定された第１短縮用時間だけ、前記点火信号のオン時間を短くした後、前記過早着火判定手段により前記過早着火が判定されなくなるまで、１サイクル毎に、前記第１短縮用時間よりも短い第２短縮用時間ずつ、前記点火信号のオン時間を短くするように構成されている点にある。

【0009】

上記特徴構成によれば、過早着火判定手段により過早着火が判定されると、制御手段により、過早着火を解消するように放電エネルギーを小さくすべく、放電エネルギー調整手段が制御される。
つまり、放電エネルギーが小さくなることにより、点火室内での混合気の燃焼温度や電極の温度が下がって、プラグカバーや点火室内の温度が過度に上昇するのを防止することができるので、過早着火の発生を抑制することができる。
従って、過早着火の発生を抑制して、運転の安定性及び耐久性の向上を図り得るエンジンを提供することができる。
加えて、上記特徴構成によれば、制御手段からイグナイタに点火信号が送られ、その点火信号に基づいて、イグナイタにより、点火コイルの一次コイルの通電がオンオフされる。一次コイルの通電がオンされると一次コイルに一次電流が流れ、一次コイルの通電がオフされると一次コイルの一次電流が遮断され、その一次電流の遮断に伴って、点火コイルの二次コイルに高電圧の誘導電圧が発生して、点火プラグに放電エネルギーが印加される。
そして、過早着火判定手段により過早着火が判定されると、制御手段により、イグナイタに与える点火信号のオン時間が短くされることにより、プレチャンバー点火プラグに印加される放電エネルギーが小さくされる。
従って、過早着火の発生を的確に抑制することができる。
更に、上記特徴構成によれば、先ず、点火信号のオン時間が第１短縮用時間だけ短くされて、点火コイルの一次コイルに一次電流が流れるのが未飽和の状態に止められ、以降は、過早着火判定手段により過早着火が判定されなくなるまで、１サイクル毎に、第１短縮用時間よりも短い第２短縮用時間ずつ、点火信号のオン時間が短くされるので、一次コイルに流れる一次電流が徐々に小さくなる。
つまり、先ず、点火信号のオン時間が第１短縮用時間だけ短くされることにより、一次コイルに一次電流が流れるのが未飽和の状態に止められるので、プレチャンバー点火プラグに印加される放電エネルギーが確実に小さくなる。以降は、過早着火判定手段により過早着火が判定されなくなるまで、プレチャンバー点火プラグに印加される放電エネルギーが徐々に小さくされるので、放電エネルギーが小さくなり過ぎて、燃焼室内で失火が発生するのを的確に抑制することができる。
従って、燃焼室内で失火が発生するのを的確に抑制しながら、過早着火を的確に且つ極力速く抑制することができる。

【0010】

第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率を調整する空燃比調整手段と、
前記燃焼室内における失火異常を判定する失火異常判定手段とが設けられ、
前記制御手段が、混合気の空気過剰率をストイキ又はそれに近いストイキ範囲内とストイキ範囲よりも大きいリーン範囲内とに調整すべく、前記空燃比調整手段を制御するように構成され、並びに、前記失火異常判定手段により前記失火異常が判定されると、前記点火信号のオン時間を、前記リーン範囲の空気過剰率の混合気を着火可能に設定された通常オン時間に戻すように構成されている点にある。

【0011】

上記特徴構成によれば、制御手段により、混合気の空気過剰率をストイキ範囲内やリーン範囲内に調整すべく、空燃比調整手段が制御される。
そして、失火異常判定手段により失火異常が判定されると、制御手段により、点火信号のオン時間が、リーン範囲の空気過剰率の混合気を着火可能に設定された通常オン時間に戻される。
つまり、燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率がストイキ範囲内やリーン範囲内に調整される場合、混合気の空気過剰率が大きいほど、混合気が着火し難くなるので、空気過剰率がリーン範囲の希薄混合気でも着実に着火できるように、過早着火が発生していない通常時には、点火信号のオン時間は、リーン範囲の空気過剰率の混合気を着火可能に設定された通常オン時間に設定される。
そして、過早着火を解消するように、点火信号のオン時間が短くされている状態で、燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率が大きくなる等により、燃焼室内で失火異常が発生しても、点火信号のオン時間が通常オン時間に戻されるので、失火異常を速やかに解消することができる。
従って、過早着火の発生を抑制することができると共に、その過早着火を抑制しているときに、燃焼室で失火異常が発生しても、失火異常が速やかに解消されるので、運転の安定性をさらに向上することができる。

【0012】

本発明に係るエンジンは、点火点を覆うプラグカバー内を点火室とする点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する連通孔が前記プラグカバーに備えられ、
前記点火プラグの放電エネルギーを調整可能な放電エネルギー調整手段と、
前記放電エネルギー調整手段を制御する制御手段とを備えたものであって、
第３特徴構成は、前記燃焼室内において過早着火が発生するのを判定する過早着火判定手段が設けられ、
前記制御手段が、前記過早着火判定手段により前記過早着火が判定されると、前記過早着火を解消するように前記放電エネルギーを小さくすべく、前記放電エネルギー調整手段を制御するように構成され、
前記放電エネルギー調整手段が、前記点火プラグに放電電圧を印加する点火コイルと、前記制御手段からの点火信号に基づいて前記点火コイルの一次コイルの通電をオンオフするイグナイタとを備えて構成され、
前記制御手段が、前記イグナイタに与える前記点火信号のオン時間を短くすることにより、前記放電エネルギーを小さくするように構成され、
前記燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率を調整する空燃比調整手段と、
前記燃焼室内における失火異常を判定する失火異常判定手段とが設けられ、
前記制御手段が、混合気の空気過剰率をストイキ又はそれに近いストイキ範囲内とストイキ範囲よりも大きいリーン範囲内とに調整すべく、前記空燃比調整手段を制御するように構成され、並びに、前記失火異常判定手段により前記失火異常が判定されると、前記点火信号のオン時間を、前記リーン範囲の空気過剰率の混合気を着火可能に設定された通常オン時間に戻すように構成されている点にある。

【0013】

上記特徴構成によれば、過早着火判定手段により過早着火が判定されると、制御手段により、過早着火を解消するように放電エネルギーを小さくすべく、放電エネルギー調整手段が制御される。
つまり、放電エネルギーが小さくなることにより、点火室内での混合気の燃焼温度や電極の温度が下がって、プラグカバーや点火室内の温度が過度に上昇するのを防止することができるので、過早着火の発生を抑制することができる。
従って、過早着火の発生を抑制して、運転の安定性及び耐久性の向上を図り得るエンジンを提供することができる。
加えて、上記特徴構成によれば、制御手段からイグナイタに点火信号が送られ、その点火信号に基づいて、イグナイタにより、点火コイルの一次コイルの通電がオンオフされる。一次コイルの通電がオンされると一次コイルに一次電流が流れ、一次コイルの通電がオフされると一次コイルの一次電流が遮断され、その一次電流の遮断に伴って、点火コイルの二次コイルに高電圧の誘導電圧が発生して、点火プラグに放電エネルギーが印加される。
そして、過早着火判定手段により過早着火が判定されると、制御手段により、イグナイタに与える点火信号のオン時間が短くされることにより、プレチャンバー点火プラグに印加される放電エネルギーが小さくされる。
従って、過早着火の発生を的確に抑制することができる。
更に、上記特徴構成によれば、制御手段により、混合気の空気過剰率をストイキ範囲内やリーン範囲内に調整すべく、空燃比調整手段が制御される。
そして、失火異常判定手段により失火異常が判定されると、制御手段により、点火信号のオン時間が、リーン範囲の空気過剰率の混合気を着火可能に設定された通常オン時間に戻される。
つまり、燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率がストイキ範囲内やリーン範囲内に調整される場合、混合気の空気過剰率が大きいほど、混合気が着火し難くなるので、空気過剰率がリーン範囲の希薄混合気でも着実に着火できるように、過早着火が発生していない通常時には、点火信号のオン時間は、リーン範囲の空気過剰率の混合気を着火可能に設定された通常オン時間に設定される。
そして、過早着火を解消するように、点火信号のオン時間が短くされている状態で、燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率が大きくなる等により、燃焼室内で失火異常が発生しても、点火信号のオン時間が通常オン時間に戻されるので、失火異常を速やかに解消することができる。
従って、過早着火の発生を抑制することができると共に、その過早着火を抑制しているときに、燃焼室で失火異常が発生しても、失火異常が速やかに解消されるので、運転の安定性をさらに向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態に係るエンジンの全体構成を示すブロック図

【図2】点火回路の回路図

【図3】点火信号のオン時間の設定の仕方を説明する図

【図4】通電時間設定制御のフローチャートを示す図

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、エンジンは、シリンダ１、そのシリンダ１内に往復摺動自在に内嵌されたピストン２、シリンダ１のシリンダヘッド１ｈに装着されたプレチャンバー点火プラグ（即ち、点火プラグ）３０、及び、このエンジンの運転を制御する制御部（制御手段の一例であり、所謂、エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ））３等を備えて構成されている。
シリンダ１内においてピストン２の頂部とシリンダヘッド１ｈとの間に、燃焼室４が形成され、シリンダヘッド１ｈには、燃焼室４に夫々連通する状態で吸気ポート５及び排気ポート（図示省略）が設けられ、更に、吸気ポート５を開閉する吸気バルブ６、排気ポートを開閉する排気バルブ（図示省略）も設けられている。

【0019】

そして、吸気バルブ６及び排気バルブが開閉動作されることにより、燃焼室４において、吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、排気行程の各行程が順次行われて、ピストン２の往復運動が連結棒によってクランクシャフト７の回転運動として出力されるように構成されている。このような構成は、通常の４ストロークエンジンと同様の構成である。このクランクシャフト７には、起動初期に燃焼室４における燃焼を伴うことなくクランクシャフト７の回転を確保するためのセルモータ８が備えられている。

【0020】

このエンジンは、例えば、気体燃料である都市ガス（１３Ａ）を燃料Ｇとするものであり、吸気行程では、吸気バルブ６を開状態として、吸気ポート５から燃焼室４へ、燃焼用空気Ａと燃料Ｇとの混合気を吸気するように構成されている。圧縮行程及び燃焼膨張行程では、燃焼室４に吸気した混合気を圧縮して燃焼膨張させるように構成されている。排気行程では、排気バルブを開状態として、燃焼室４から排気ポートに燃焼排ガスを排出するように構成されている。

【0021】

更に、このエンジンには、吸気ポート５に燃料Ｇを噴射するインジェクター９、吸気ポート５を通して燃焼室４に吸気される混合気の吸気量を調整可能なスロットルバルブ１０、燃焼室４に吸気される混合気の空気過剰率を調整する空燃比調整手段１１、及び、プレチャンバー点火プラグ３０に印加する放電エネルギーを調整可能な点火回路１４（放電エネルギ調整手段の一例）が設けられている。

【0022】

この実施形態では、インジェクター９から噴出する燃料Ｇの噴出量を調整可能な燃料調整弁１２が、インジェクター９に燃料Ｇを供給する燃料供給路１３に設けられている。
つまり、燃料調整弁１２によりインジェクター９から噴出する燃料Ｇの噴出量を調整することにより、吸気ポート５を通して燃焼室４に吸気される混合気の空気過剰率を調整可能となり、空燃比調整手段１１が、この燃料調整弁１２を備えて構成されている。

【0023】

点火回路１４は、図２に示すように、プレチャンバー点火プラグ３０に放電電圧を印加する点火コイル１５と、半導体スイッチング素子からなり、点火コイル１５の一次コイル１５ｆの通電をオンオフするイグナイタ１６とを備えて構成されている。
制御部３から、イグナイタ１６をオンオフする点火信号Ｓがイグナイタ１６に与えられる。イグナイタ１６がオンすると、点火コイル１５の一次コイル１５ｆにバッテリー１７から一次電流が流れ、イグナイタ１６がオフすると、一次コイル１５ｆの一次電流が遮断されるのに伴って、点火コイル１５の二次コイル１５ｓに高電圧の誘導電圧が発生し、その誘導電圧が点火プラグ３０の中心電極３１に印加されて、中心電極３１と接地電極３２との間で火花放電する。
そして、イグナイタ１６に与える点火信号Ｓのオン時間を調整することにより、点火コイル１５の一次コイル１５ｆに流れる一次電流が調整されて、プレチャンバー点火プラグ３０に印加される放電エネルギーが調整されることになる。

【0024】

図１に示すように、プレチャンバー点火プラグ３０は、プラグ本体３３と、プラグ本体３３の先端部（図１の下方側の端部）に設けられた点火点（図示せず）を覆って点火室３４を形成するプラグカバー３５とを備えて構成されており、プラグカバー３５とプラグ本体３３とが一体とされている。
プラグカバー３５は、円筒状のプラグカバー基端部３５ｂと、そのプラグカバー基端部３５ｂの一端を閉じるドーム状のプラグカバー頭部３５ａとを備えた有底円筒状に構成されている。このプラグカバー３５は、そのドーム状のプラグカバー頭部３５ａの頂点をプラグ本体３３の軸心上に位置させて、プラグカバー基端部３５ｂをプラグ本体３３に外嵌させた状態で、プラグ本体３３に一体的に組み付けられる。

【0025】

そして、このプレチャンバー点火プラグ３０が、そのプラグ本体３３の軸心を燃焼室４の中心軸（図１の直線Ｗに沿う軸）に一致させて、そのプラグカバー頭部３５ａを燃焼室４に突出させた状態で、シリンダヘッド１ｈに装着される。

【0026】

プラグカバー３５（具体的にはプラグカバー頭部３５ａ）には、燃焼室４と点火室３４とを連通する複数の連通孔３６が形成されている。プレチャンバー点火プラグ３０は、燃焼室４から連通孔３６を通して点火室３４へ流入する混合気に火花点火して燃焼させ、その燃焼により形成された燃焼火炎を、連通孔３６を通して燃焼室４へ噴出させるように構成されている。このようにして、燃焼室４から点火室３４への混合気の流入、及び、点火室３４から燃焼室４への燃焼火炎の噴出を、複数の連通孔３６により行うことにより、燃焼室４に吸気された混合気を燃焼させるように構成されている。ここで、点火室３４に流入する混合気は、燃焼室４から連通孔３６を通して流入される混合気がすべてであり、点火室３４に対して燃焼室４以外から燃料Ｇや混合気が供給されることはない。

【0027】

次に、制御部３の制御動作について説明する。
制御部３は、エンジンを制御するプログラムを実行可能なマイクロコンピュータ等を備えて構成され、点火回路１４のイグナイタ１６に点火信号Ｓを印加することにより、プレチャンバー点火プラグ３０の中心電極３１と接地電極３２との間での火花放電の時期を制御するように構成されている。

【0028】

エンジンは、吸気バルブ６を開動作させた状態でピストン２が上死点から下降することにより、燃焼室４に混合気を吸気する吸気行程が行われる。次に、吸気バルブ６を閉動作させた状態でピストン２が上昇することにより、燃焼室４の混合気を圧縮する圧縮行程が行われる。この圧縮行程では、ピストン２が下死点から上昇することにより燃焼室４の容積が減少されるので、燃焼室４に吸気された混合気が連通孔３６を通して点火室３４に流入する。
制御部３は、点火信号Ｓを点火回路１４に送ることにより、点火タイミング（例えば、上死点直前）に、プラグ本体３３を作動させて、点火点にて火花点火して点火室３４の混合気に点火する。すると、点火室３４での燃焼が進み、燃焼火炎が連通孔３６を通して燃焼室４に噴出する。これにより、燃焼室４の混合気が燃焼されて燃焼膨張行程が行われて、ピストン２が下降する。次に、排気バルブを開動作させた状態でピストン２が上昇することにより、燃焼室４の燃焼排ガスを排気ポートに導いて排出する排出行程が行われる。
このようにして、エンジンは、吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、排気行程の順に各行程を行う一連の動作を繰り返し行う４ストロークエンジンとして構成されている。

【0029】

又、制御部３は、混合気の空気過剰率をストイキ又はそれに近いストイキ範囲内とストイキ範囲よりも大きいリーン範囲内とに調整すべく、燃料調整弁１２を制御するように構成されている。
例えば、エンジンがヒートポンプ式の空調システムにおいて、ヒートポンプの駆動用として用いられる場合、空調負荷に応じてエンジンに負荷がかかるので、制御部３は、エンジン負荷に応じてエンジンの回転速度を調整すべく、スロットルバルブ１０を制御するように構成されている。
そして、例えば、制御部３は、回転速度が高回転速度範囲のときは、混合気の空気過剰率をストイキ範囲内に調整すべく、燃料調整弁１２を制御し、回転速度が高回転速度範囲よりも低い低回転速度範囲のときは、混合気の空気過剰率をリーン範囲内に調整すべく、燃料調整弁１２を制御するように構成されている。
ちなみに、ストイキ範囲は、例えば、略１．０に設定され、リーン範囲は、例えば、１．５〜１．９の範囲に設定される。

【0030】

又、制御部３は、過早着火が発生していない通常時は、図３（ａ）に示すように、イグナイタ１６に与える点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを、通常オン時間Ｔｃに設定するように構成されている。この通常オン時間Ｔｃは、プレチャンバー点火プラグ３０に対して、リーン範囲の空気過剰率の混合気を着実に着火可能な放電エネルギーを印加させることが可能な時間に設定される。図３に示すように、通常オン時間Ｔｃは、一次電流が飽和するまでの点火信号Ｓのオン状態の継続時間Ｔｓよりも長い時間、例えば、７ｍｓｅｃに設定される。

【0031】

以上が、本発明のエンジン及びプレチャンバー点火プラグ３０の基本構成である。
先にも説明したように、本発明のエンジンは、過早着火の発生を抑制するように構成されている。以下、過早着火の発生を抑制するための制御に関して説明する。
図１に示すように、本発明では、燃焼室４内において過早着火が発生するのを判定する過早着火判定手段２１が設けられている。
そして、制御部３が、過早着火判定手段２１により過早着火が判定されると、過早着火を解消するように放電エネルギーを小さくすべく、点火回路１４を制御するように構成されている。

【0032】

図１に示すように、この実施形態では、シリンダ１内の圧力（燃焼室４内の圧力）を検出する筒内圧力センサ２２、及び、クランクシャフト７のクランク角を検出するクランク角検出器２３が設けられている。そして、筒内圧力センサ２２にて検出されるシリンダ１内の圧力、及び、クランク角検出手段２３により検出されるクランクシャフト７のクランク角に基づいて、１サイクル毎に過早着火が発生しているか否かを判定する過早着火判定部２４が、制御部３を用いて構成されている。
つまり、過早着火判定手段２１が、筒内圧力センサ２２、クランク角検出器２３及び過早着火判定部２４により構成されている。
尚、筒内圧力センサ２２にて検出されるシリンダ１内の圧力、及び、クランク角検出手段２３により検出されるクランクシャフト７のクランク角に基づいて、過早着火判定部２４により過早着火が発生しているか否かを判定する手法は、公知の各種手法を採用することができるので、詳細な説明を省略して、以下に一例を簡単に説明する。
即ち、点火時期よりも前に、燃焼室４内で燃焼が開始してしまうため、点火時期を制御していた状態と比較して、筒内圧力センサ２２にて検出されるシリンダ１内の圧力の最大値が急激に上昇することになる。このような現象に基づき、筒内圧力センサ２２にて検出されるシリンダ１内の圧力、及び、クランク角検出手段２３により検出されるクランクシャフト７のクランク角に基づいて、過早着火の発生の有無を判定することができる。

【0033】

又、燃焼室４内における失火異常を判定する失火異常判定手段２５も設けられている。
この実施形態では、筒内圧力センサ２２の検出情報に基づいて、１サイクル毎に平均有効圧を演算すると共に、演算した平均有効圧が所定の失火判定用圧力以下になると、失火異常と判定する失火異常判定部２６が、制御部３を用いて構成されている。ちなみに、失火判定用圧力は、燃焼室４内での燃焼が正常な状態での平均有効圧よりも低い所定の圧力に設定される。
つまり、失火異常判定手段２５が、筒内圧力センサ２２及び失火異常判定部２６により構成されている。

【0034】

次に、点火回路１４を制御して過早着火を抑制する制御について、説明を加える。
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、この実施形態では、制御部３が、点火回路１４のイグナイタ１６に与える点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを短くすることにより、放電エネルギーを小さくするように構成されている。
又、制御部３が、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを一次電流が飽和するまでの点火信号Ｓのオン状態の継続時間Ｔｓよりも短くすることが可能に設定された第１短縮用時間ΔＴ１だけ、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを短くした後、過早着火判定手段２１により過早着火が判定されなくなるまで、１サイクル毎に、第１短縮用時間ΔＴ１よりも短い第２短縮用時間ΔＴ２（図示省略）ずつ、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを短くするように構成されている。
上述のように、通常オン時間Ｔｃが７ｍｓｅｃに設定される場合、第１短縮用時間ΔＴ１は、例えば５ｍｓｅｃに設定され、第２短縮用時間ΔＴ２は、例えば０．１ｍｓｅｃに設定される。

【0035】

過早着火を抑制する制御について、更に説明を加える。
制御部３は、１サイクル毎に、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを設定する通電時間設定制御を実行し、その通電時間設定制御にて設定したオン時間Ｔｏｎの点火信号Ｓを点火回路１４に与え、並びに、エンジン負荷に応じてエンジンの回転速度を調整すべく、スロットルバルブ１０を制御すると共に、回転速度に応じて混合気の空気過剰率をストイキ範囲とリーン範囲とに調整すべく、燃料調整弁１２を制御する。
従って、プレチャンバー点火プラグ３０は、通電時間設定制御で設定された点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎに応じた放電エネルギーが与えられて作動する。
そして、過早着火判定手段２１は、エンジンの作動中、１サイクル毎に過早着火の発生の有無を判定する。

【0036】

以下、図４に示すフローチャートに基づいて、通電時間設定制御について説明する。
制御部３は、エンジンの起動が指令されると、通電時間設定制御を実行し、先ず、起動時は、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを通常オン時間Ｔｃに設定し（ステップ＃１）、以降、過早着火判定手段２１により過早着火が判定されず、且つ、失火異常判定手段２５により失火異常が判定されない間は、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを変更しない（ステップ＃２〜４））。
従って、プレチャンバー点火プラグ３０には、オン時間Ｔｏｎが通常オン時間Ｔｃに調整された点火信号Ｓが与えられる。

【0037】

制御部３は、ステップ＃２において、過早着火判定手段２１により過早着火が判定されたと判断すると、オン時間Ｔｏｎを直前のオン時間Ｔｏｎよりも第１短縮用時間ΔＴ１だけ短くし（ステップ＃５）、更に、１サイクル毎に、過早着火判定手段２１により過早着火が判定されたか否かを判断して、過早着火が判定されたと判断する間は、１サイクル毎に、オン時間Ｔｏｎを直前のオン時間Ｔｏｎよりも第２短縮用時間ΔＴ２だけ短くする（ステップ＃６，７）。

【0038】

ステップ＃６において、過早着火判定手段２１により過早着火が判定されなかったと判断すると、ステップ＃３において、失火異常判定手段２５により失火異常が判定されたか否かを判断し、失火異常が判定されなかったと判断した場合は、オン時間Ｔｏｎを直前のオン時間Ｔｏから変更せず（ステップ＃４）に、ステップ＃２に戻り、失火異常が判定されたと判断した場合は、オン時間Ｔｏｎを通常オン時間Ｔｃに戻し（ステップ＃８）、空気過剰率を低くする又はエンジン負荷を小さくして（図示省略）、ステップ＃２に戻る。

【0039】

つまり、過早着火判定手段２１により過早着火が判定されると、先ず、オン時間Ｔｏｎが通常オン時間Ｔｃよりも第１短縮用時間ΔＴ１だけ短くなるように調整された点火信号Ｓ（図３（ｂ）参照）が、プレチャンバー点火プラグ３０に与えられ、以降、過早着火判定手段２１により過早着火が判定される間は、１サイクル毎に、オン時間Ｔｏｎが直前のオン時間Ｔｏｎよりも第２短縮用時間ΔＴ２ずつ短く調整された点火信号Ｓ（図３（ｃ）参照）が、プレチャンバー点火プラグ３０に与えられる。

【0040】

従って、過早着火判定手段２１により過早着火が判定されると、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎが短くされて、プレチャンバー点火プラグ３０に与えられる放電エネルギーが小さくなるので、過早着火の発生が抑制される。
そして、そのように過早着火の発生を抑制すべく、プレチャンバー点火プラグ３０に与える放電エネルギーを小さくするにしても、最初は、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを比較的大きい幅で短くし、以降は、１サイクル毎に過早着火判定手段２１により過早着火が判定されたか否かを判断しながら、過早着火が判定されなくなるまで、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎを１サイクル毎に徐々に小さくする。
このことにより、放電エネルギーが小さくなり過ぎて、燃焼室４内で失火が発生するのを的確に抑制することができるので、燃焼室４内で失火が発生するのを的確に抑制しながれ、過早着火を的確に且つ極力速く抑制することができる。

【0041】

又、過早着火の抑制の際に、オン時間Ｔｏｎを短くし過ぎて、燃焼室４内で失火異常が発生しても、図３（ａ）に示すように、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎが通常オン時間Ｔｃに戻されるので、失火異常を速やかに解消することができる。
又、混合気の空気過剰率がストイキ範囲に調整されているときに、過早着火の抑制のために点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎが短く設定され、そのようにオン時間Ｔｏｎが短く設定されている状態で、混合気の空気過剰率がリーン範囲に調整されて、失火が発生しても、点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎが通常オン時間Ｔｃに戻されるので、失火異常を速やかに解消することができる。

【0042】

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 過早着火判定手段２１の具体構成は、上記の実施形態において例示した構成、即ち、筒内圧力センサ２２、クランク角検出器２３及び過早着火判定部２４を備えた構成に限定されるものではなく、公知の種々の構成を採用することができる。例えば、燃焼開始時期が進角してしまうので、結果的にＮＯｘ排出量が急激に増え、又、排気の温度も急降下する。そこで、過早着火判定手段２１は、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサや、排気の温度を検出する排気温度センサを備えて構成することができる。

【0043】

（ロ） 過早着火は、混合気の空気過剰率が小さいほど発生し易いので、本願発明の過早着火を抑制するための構成は、混合気の空気過剰率が所定値（例えば、ストイキ範囲の上限である１．５）以下のときに実行し、混合気の空気過剰率が所定値よりも大きいときは実行しないように構成しても良い。

【0044】

（ハ） 点火信号Ｓのオン時間Ｔｏｎの通常オン時間Ｔｃの具体例として、上記の実施形態では、一次電流が飽和するまでのオン状態の継続時間Ｔｓよりも長い時間としたが、そのオン状態の継続時間Ｔｓよりも短い時間でも良い。

【産業上の利用可能性】

【0045】

以上説明したように、過早着火の発生を抑制して、運転の安定性及び耐久性の向上を図り得るエンジンを提供することができる。

【符号の説明】

【0046】

１ｈ シリンダヘッド
２ ピストン
３ 制御部（制御手段）
４ 燃焼室
１１ 空燃比調整手段
１４ 点火回路（放電エネルギー調整手段）
１５ 点火コイル
１５ｆ 一次コイル
１６ イグナイタ
２１ 過早着火判定手段
２５ 失火異常判定手段
３０ プレチャンバー点火プラグ（点火プラグ）
３４ 点火室
３５ プラグカバー
３６ 連通孔
Ｓ 点火信号
Ｔｃ 通常オン時間
Ｔｏｎ オン時間
Ｔｓ 一次電流が飽和するまでのオン状態の継続時間
ΔＴ１ 第１短縮用時間
ΔＴ２ 第２短縮用時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】