CN113167170A - 内燃机系统、车辆及火花塞的点火正时修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供内燃机系统、车辆以及火花塞的点火正时修正方法，其能够抑制引入发动机的燃料的燃烧特性的变化对发动机性能的影响。内燃机系统将天然气作为燃料供给到气缸，由火花塞点火燃烧，该内燃机系统中具备控制部，该控制部基于燃料的温度来修正所述火花塞的点火正时。例如，该内燃机系统还具备检测燃料的温度的燃料温度传感器，控制部基于由燃料温度传感器检测到的燃料的温度来修正点火正时。

Description

内燃机系统、车辆及火花塞的点火正时修正方法

技术领域

本公开涉及一种内燃机系统、车辆以及火花塞的点火正时修正方法。

背景技术

以往，已知作为燃料使用压缩天然气(Compressed natural Gas：CNG)和液化天然气(Liquefied natural Gas：LNG)等天然气的天然气发动机。

CNG被贮存在车辆所具备的高压气罐中，被从该高压气罐引入燃料供给系统，经减压后供给到发动机的进气歧管。以这种方式供给到进气歧管的CNG与流入进气歧管的进气混合，并被引入各个气缸内，由火花塞点火燃烧。

另外，LNG在可以维持液态的低温下被贮存在车辆所具备的LNG罐内，被从该LNG罐引入燃料供给系统，并被在燃料供给系统中设置的气化器气化，供给到发动机的进气歧管。以这种方式供给到进气歧管的LNG与流入进气歧管的进气混合，并被引入各个气缸内，由火花塞点火燃烧。

在使用汽油作为燃料的汽油发动机中，例如公开了根据发动机的转速、负荷或冷却水的温度来决定点火正时的技术(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-257020号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，作为天然气主要成分的甲烷的燃烧特性随温度和压力变化而变化。由此，与汽油发动机相比，使用天然气作为燃料的天然气发动机需要考虑甲烷的燃烧特性。

例如，在高压气罐中贮存CNG时，高压气罐内的压力随着CNG的贮存量变化而变化。存在以下问题：如果高压气罐内的压力发生变化，则被引入发动机的减压后的燃料的温度发生变化，从而燃料的燃烧特性发生变化，影响发动机性能。

另外，在LNG罐中贮存LNG时也存在以下问题：当利用气化器对以液体形式贮存的LNG进行热交换并将其供给到发动机时，LNG罐中的气体也被供给到发动机，所以如果LNG罐内的各种成分的量和比率发生变化，则被引入发动机的气化后的燃料温度发生变化，从而燃料的燃烧特性发生变化，影响发动机性能。

本公开的目的在于提供如下内燃机系统、车辆以及火花塞的点火正时修正方法，即，能够抑制引入到发动机中的燃料的燃烧特性的变化对发动机性能的影响的内燃机系统、车辆以及火花塞的点火正时修正方法。

解决问题的方案

为了实现上述目的，本公开的内燃机系统在将天然气作为燃料供给到气缸，由火花塞点火燃烧的内燃机系统中，具备控制部，该控制部基于所述燃料的温度来修正所述火花塞的点火正时。

本公开的车辆具备上述内燃机系统。

本公开的火花塞的点火正时修正方法是一种内燃机系统中的火花塞的点火正时修正方法，该内燃机系统将天然气作为燃料供给到气缸，由火花塞点火燃烧，其中，基于所述燃料的温度来修正所述火花塞的点火正时。

发明效果

根据本公开，能够抑制引入发动机的燃料的燃烧特性的变化对发动机性能的影响。

附图说明

图1是概略性地表示本公开的第一实施方式的内燃机系统的结构的框图。

图2是表示燃料温度及负荷与点火正时的修正值之间的关系的图。

图3是表示气门正时、燃料温度低时的点火正时等、以及燃料温度高时的点火正时等的一例的正时图。

图4是表示火花塞的点火正时修正处理的一例的流程图。

图5是概略性地表示本公开的第二实施方式的内燃机系统的结构的框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本公开的实施方式。

图1是概略性地表示本公开的第一实施方式的内燃机系统100的结构的框图。

如图1所示，内燃机系统100具备CNG发动机10(以下称为发动机)。在发动机10的气缸体11中，每个气缸11c都设置有活塞12。活塞12经由连杆14连接到曲轴13。活塞12随着曲轴13的旋转而上下移动。在气缸体11上的气缸盖15上，与每个气缸11c对应地设置有火花塞16。

另外，内燃机系统100具备：供给大量进气的涡轮增压器60(增压器)；以及从排气侧取出一部分废气并将其返回到进气侧的称为EGR(Exhaust Gas Recirculation，排气再循环)的排气再循环装置70(以下称为EGR装置)。返回到进气侧的废气称为EGR气体。

涡轮增压器60具备：由排气驱动的涡轮61；以及由涡轮61的驱动力驱动以压缩进气的压缩机62。在压缩机62与进气歧管25之间的进气管23中，设置有用于冷却进气的中间冷却器63。旁通通路23a中设置有用于调节旁通通路23a的进气量的进气节流阀23b。

EGR装置70具备：连接发动机10的排气侧和进气侧的排气再循环通路71(以下称为EGR通路)；设置在EGR通路71中且冷却EGR气体的排气再循环冷却器72(以下称为EGR冷却器)；以及设置在EGR通路71中且用于调节排气再循环量(以下称为EGR量)的排气再循环阀73(以下称为EGR阀)。

进气从空气滤清器22通过进气管23或旁通通路23a到达发动机10。通过进气管23后的进气被压缩机62压缩并被中间冷却器63冷却。通过进气管23或旁通通路23a后的进气与来自排气再循环通路71的EGR气体一起流入进气歧管25，并与来自每个气缸11c中设置的燃料喷射器26的天然气(CNG)混合后，被引入气缸11c内，由火花塞16点火燃烧。

在发动机10的进气侧设置有：检测进气节流阀24的开度的节流阀开度传感器41；检测进气的压力的进气压力传感器42、43；以及检测进气的温度的进气温度传感器44、45。这些传感器41、42、43、44、45的检测值被输入到控制部50(发动机控制单元)中。

在来自气缸11c的排气经由排气门18被排出到排气歧管27之后，一部分流入EGR通路71，剩余的一部分经由涡轮61被供给到排气管28。排气从排气管28供给到三元催化剂30，由三元催化剂30除去CO、非甲烷总烃(non-methane hydrocarbon：NMHC)及NOx，并通过消音器31排放到大气中。

在排气管28中配置有空燃比传感器46(lambda sensor，氧传感器)，该空燃比传感器46基于从排气歧管27排出的废气的氧浓度来检测空燃比。空燃比传感器46的检测值被输入到控制部50中。控制部50基于空燃比传感器46的检测值来控制空燃比，以使燃烧稳定。

CNG被贮存在高压气罐32中。CNG被从高压气罐32供给到高压调节器37(减压装置)，并通过高压调节器37被减压到规定的压力后，用作发动机10的燃料。燃料通过燃料喷射器26供给到发动机10的进气歧管25。所供给的燃料与流入进气歧管25的进气混合，并被引入各气缸11c内，由火花塞16点火燃烧。控制部50控制初级点火系统17，以修正火花塞16的点火正时。在下面的说明中，说到“燃料”时是指减压后的CNG，而不是指减压前的CNG。因此，说到燃料的温度或燃料温度时是指减压后的CNG的温度，而不是指减压前的CNG的温度。

在高压气罐32中配置有检测罐内的压力的罐压力传感器38(CNG压力传感器)。在将CNG从高压气罐32供给到高压调节器37的CNG供给路径中配置有检测CNG的温度的CNG温度传感器39。在将燃料从高压调节器37供给到进气歧管25的燃料供给路径35中配置有检测燃料的温度和压力的温度压力传感器40(对应于本公开的“燃料温度传感器”)。此外，燃料的温度和压力可以由多个传感器分别检测，或者也可以例如根据压力计算(间接地计算)温度。各传感器38、39及40的检测值被输入到控制部50中。

控制部50执行火花塞16的点火正时修正等的各种控制，具备CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)、输入端口、输出端口等。由控制部50的CPU将存储在ROM中的点火正时修正程序在RAM中展开并执行，由此实现控制部50的各种功能。控制部50基于燃料温度和发动机10的负荷来修正火花塞16的点火正时。此外，在本实施方式中，作为燃料温度，使用由温度压力传感器40检测到的燃料温度。另外，作为发动机10的负荷，使用每冲程的燃料喷射时间(ms)。基于根据发动机10的进气量和喷射器系数计算出的燃料量，求出每冲程的燃料喷射时间。发动机10的进气量，例如，是基于由进气压力传感器43检测到的进气压力、由进气温度传感器45检测到的进气温度、由大气压力传感器(未图示)检测到的气压、以及由曲轴位置传感器(未图示)检测到的发动机转速求出的。

图2是表示燃料温度及负荷与点火正时的修正值之间的关系的图。在图2的列方向上示出了燃料温度(℃)，在行方向上示出了每冲程的燃料喷射时间(ms)。在此，修正值是指相对于点火正时的点火提前角值Δθ(°)。图2所示的关系作为映射图例如存储在控制部50的ROM中。可以通过实验结果或模拟来创建映射图。

控制部50基于燃料温度和每冲程燃料喷射时间，参照图2所示的映射图求出点火提前角值Δθ，并基于所求出的点火提前角值Δθ修正火花塞16的点火正时。此外，图2示出了燃料温度T1，T2，T3，...，Tn-1，Tn(T1<T2<T3<...<Tn-1<Tn)。另外，示出了燃料喷射时间ta，tb，tc，...，tz(ta<tb<tc<...<tz)。另外，示出了Δθ1，Δθ2，Δθ3(Δθ1<Δθ2<Δθ3)。

如图2所示，在燃料喷射时间为ta时，不管燃料温度如何，点火提前角值Δθ都为0。即，在燃料喷射时间为ta时，即使燃料温度升高了，控制部50也不修正点火正时。

相对于此，如图2所示，在燃料喷射时间为tb时，燃料温度为Tn-1则点火提前角值Δθ为0，燃料温度为Tn则点火提前角值Δθ为-Δθ1。即，在燃料喷射时间为tb且燃料温度为Tn时，控制部50将点火正时修正-Δθ1(延迟Δθ1)。

另外，如图2所示，在燃料喷射时间为tc时，燃料温度为Tn-1则点火提前角值Δθ为-Δθ1，燃料温度为Tn则点火提前角值Δθ为-Δθ2。即，在燃料喷射时间为tc且燃料温度为Tn-1时，控制部50将点火正时修正-Δθ1(延迟Δθ1)，在燃料温度为Tn时，控制部50将点火正时修正-Δθ2(延迟Δθ2)。

另外，如图2所示，在燃料喷射时间为tz时，燃料温度为Tn-1则点火提前角值Δθ为-Δθ2，燃料温度为Tn则点火提前角值Δθ为-Δθ3。即，在燃料喷射时间为tz且燃料温度为Tn-1时，控制部50将点火正时修正-Δθ2(延迟Δθ2)，在燃料温度为Tn时，控制部50将点火正时修正-Δθ3(延迟Δθ3)。

如上所述，在燃料温度高于规定温度时，控制部50将点火正时修正成比规定温度下的点火正时更晚。

图3是表示气门正时、燃料温度低时的点火正时等、以及燃料温度高时的点火正时等的一例的正时图。图3的横轴表示曲柄角(°)。如图3所示，在从180°附近的位置(排气门18的打开动作开始位置)到360°附近的位置(排气门18的关闭动作结束位置)之间进行排气工序。在360°之前进行燃料喷射。在从360°附近的位置(进气门19的打开动作开始位置)到540°附近的位置(进气门19的关闭动作结束位置)之间进行进气工序。将燃料和进气的混合气压缩的压缩工序从540°附近的位置开始。在点火正时，火花塞16对在压缩冲程中被压缩了的混合气点火。

如图3所示，燃料温度高时的点火正时比燃料温度低时的点火正时更晚(角度延迟)。

接着，参照图4说明火花塞16的点火正时修正处理。图4是表示火花塞16的点火正时修正处理的一例的流程图。与发动机10的启动操作相应地开始该流程。

在步骤S100中，控制部50从温度压力传感器40获取燃料温度。

接着，在步骤S110中，控制部50获取每冲程的燃料喷射时间。

接着，在步骤S120中，控制部50基于燃料温度和每冲程的燃料喷射时间，参照图2所示的映射图修正点火正时。

接着，在步骤S130中，控制部50判断是否已经有发动机10的停止操作。在已经有发动机10的停止操作时(步骤S130：是)，处理结束。在没有发动机10的停止操作时(步骤S130：否)，则处理返回到步骤S100之前。

在上述实施方式的内燃机系统100中，经减压的CNG作为燃料与吸入空气一起被供给到气缸11c，由火花塞16点火燃烧，该内燃机系统100具备控制部50，该控制部50基于燃料的温度修正火花塞16的点火正时。由此，即使在例如，贮存CNG的高压气罐32中的压力发生变化，从而引入发动机10的燃料的燃烧特性发生变化时，也根据燃料温度修正点火正时，所以能够避免影响到发动机性能。

此外，在以上实施方式中，基于由温度压力传感器40检测到的燃料温度修正了火花塞16的点火正时，但本公开不限于此。例如，也可以具备基于由罐压力传感器38检测到的CNG的压力和由CNG温度传感器39检测到的CNG的温度来估计燃料温度的温度估计部，使控制部50基于由温度估计部估计出的燃料温度来修正火花塞16的点火正时。而且，也可以基于由温度压力传感器40检测到的燃料温度和由温度估计部估计出的燃料温度来修正点火正时。由此，能够更适当地修正点火正时。

另外，在上述实施方式中，将发动机10的负荷视为每冲程的燃料喷射时间，基于每冲程的燃料喷射时间来修正点火正时。

接着，说明使用气化后的LNG作为燃料的第二实施方式。图5是概略性地表示本公开的第二实施方式的内燃机系统100的结构的框图。此外，在第二实施方式的说明中，将主要说明与第一实施方式不同的结构，对于相同的结构标以相同的附图标记并省略其说明。

LNG在可以保持液态的低温下贮存在车辆所具备的LNG罐82内。LNG被LNG压力调节器88减压，从LNG罐82导向LNG供给路径85，由设置在LNG供给路径85中的LNG气化器86气化，再由LNG调节器87减压和调压，用作发动机10的燃料。被气化、减压和调压后的燃料通过燃料喷射器26供给到发动机10的进气歧管25。所供给的燃料与流入进气歧管25的进气混合，被引入各气缸11c内，并由火花塞16点火燃烧。控制部50控制初级点火系统17，以修正火花塞16的点火正时。在下面的说明中，说到“燃料”时是指气化后的LNG，而不是指气化前的LNG。因此，说到燃料的温度或燃料温度时是指气化后的LNG的温度，而不是指气化前的LNG的温度。

检测LNG温度的LNG温度传感器40A配置在LNG供给路径85中。LNG温度传感器40A的检测值被输入到控制部50中。控制部50基于燃料温度和发动机10的负荷来修正火花塞16的点火正时。作为燃料温度，使用由LNG温度传感器40A检测到的燃料温度。此外，由于控制部50对点火正时的修正与第一实施方式相同，所以省略其说明。

在第二实施方式的内燃机系统100中，气化后的LNG作为燃料与吸入空气一起被供给到气缸11c，由火花塞16点火燃烧，该内燃机系统100中具备控制部50，该控制部50基于燃料的温度修正火花塞16的点火正时。由此，即使在例如，LNG罐82中的各种成分的量和比率发生变化，从而引入到发动机10中的气化后的燃料温度发生变化，也根据气化后的燃料温度修正点火正时，所以能够避免影响到发动机性能。

此外，在第二实施方式中，基于由LNG温度传感器40A检测到的燃料温度修正了火花塞16的点火正时，但本公开不限于此。例如，也可以具备温度估计部，该温度估计部根据作为LNG气化的热源的LNG气化器86的发动机冷却水入口和出口温度以及基于燃料喷射器26的脉冲宽度计算的燃料流量来估计燃料温度，使控制部50基于由温度估计部估计出的燃料温度来修正火花塞16的点火正时。而且，也可以基于由LNG温度传感器40A检测到的燃料温度和由温度估计部估计出的燃料温度来修正点火正时。由此，能够更适当地修正点火正时。

另外，在上述实施方式中，是将基于燃料温度来修正火花塞的点火正时的结构应用于燃料与吸入空气一起被供给到气缸11c，由火花塞16点火燃烧的发动机10，但是也可以将其应用于将燃料直接喷射到气缸11c内的缸内直喷发动机。

此外，上述实施方式都仅表示实施本公开的技术的具体化的一例，本公开的技术范围不应受这些实施方式的限制。即，能够不脱离其要点或其主要特征地以各种形式实施本公开的技术。

本申请基于在2018年12月3日提交的日本专利申请(特愿2018-226653)，其内容在此作为参照而引入。

工业实用性

本公开适合用于搭载有内燃机系统的车辆，该内燃机系统要求即使在引入到发动机中的燃料的燃烧特性发生了变化时也不会影响发动机性能。

附图标记说明

10 发动机

11c 气缸

16 火花塞

32 高压气罐

37 高压调节器

38 罐压力传感器

39 CNG温度传感器

40 温度压力传感器

40A LNG温度传感器

50 控制部(发动机控制单元)

82 LNG罐

85 LNG供给路径

86 LNG气化器

87 LNG调节器

88 LNG压力调节器

100 内燃机系统

Claims (7)

1.一种内燃机系统，其特征在于，将天然气作为燃料供给到气缸，由火花塞点火燃烧，所述内燃机系统中，

具备控制部，所述控制部基于所述燃料的温度来修正所述火花塞的点火正时。

2.如权利要求1所述的内燃机系统，其中，

还具备检测所述燃料的温度的燃料温度传感器，

所述控制部基于由所述燃料温度传感器检测到的所述燃料的温度来修正所述点火正时。

3.如权利要求1或2所述的内燃机系统，其中，

所述燃料是经减压的压缩天然气，

所述内燃机系统还具备：

检测所述压缩天然气的温度的压缩天然气温度传感器；

检测所述压缩天然气的压力的压缩天然气压力传感器；以及

温度估计部，所述温度估计部根据由所述压缩天然气温度传感器检测到的所述压缩天然气的温度和由所述压缩天然气压力传感器检测到的所述压缩天然气的压力来估计所述燃料的温度，

所述控制部基于由所述温度估计部估计出的所述燃料的温度来修正所述点火正时。

4.如权利要求1或2所述的内燃机系统，其中，

所述燃料是气化后的液化天然气，

所述内燃机系统还具备：

温度估计部，所述温度估计部根据作为所述液化天然气的气化的热源的气化器的发动机冷却水入口和出口温度以及基于喷射器脉冲宽度计算的燃料流量，来估计所述燃料的温度；

所述控制部基于由所述温度估计部估计出的所述燃料的温度来修正所述点火正时。

5.如权利要求1至4中的任意一项所述的内燃机系统，其中，

所述控制部还基于内燃机的负荷来修正所述点火正时。

6.一种车辆，其特征在于，具备权利要求1至5中的任意一项所述的内燃机系统。

7.一种火花塞的点火正时修正方法，其特征在于，是将天然气作为燃料供给到气缸，由火花塞点火燃烧的内燃机系统中的火花塞的点火正时修正方法，其中，

基于所述燃料的温度来修正所述火花塞的点火正时。

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