JP2005163596A - 筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱面着火源の寿命を長くすることのできる筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関を提供する。
【解決手段】 グロープラグ３０を有する燃焼室内に燃料噴射弁２２により噴射供給する筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関であって、燃焼ガス温度の変動に関係する運転状態パラメータの状態値を検出する機関回転数センサ２０、吸気負圧センサ３２等の検出値に応じ、グロープラグ３０を所定の温度に制御すべく通電時間を制御するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼室内に燃料を噴射供給する筒内燃料噴射式内燃機関、より詳しくは、熱面着火源を有する燃焼室内に燃料を噴射供給して連続火炎燃焼を行わせるようにした筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関に関する。

従来、グロープラグ等の熱面着火源を有する燃焼室内に燃料を噴射供給して連続火炎燃焼を行わせるようにした筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載のものが知られている。特許文献１に記載のものはメタノールを燃料とするサイドインジェクション方式の大型２サイクル直噴メタノールエンジンであって、グロープラグに対し副燃料弁からメタノールを噴霧し着火燃焼させるようにしている。

また、特許文献２に記載のものは、熱面着火源のグロープラグと火花放電着火源のスパークプラグとを燃焼室に併設し、圧縮行程噴射の成層燃焼時にはグロープラグによる熱面着火を行わせ、吸気行程噴射の予混合燃焼時には火花放電着火を行わせるようにしている。

特開平７−３４８８０号公報 特開平１１−３４３９５４号公報

ところで、燃焼室内に噴射供給された燃料を熱面着火源のグロープラグの熱面で確実に着火させるためには、グロープラグの熱面を高温に保つ必要がある。そこで、上述の特許文献１に記載のものではグロープラグに常時通電し、また特許文献２に記載のものでは圧縮行程噴射の成層燃焼時に連続的にグロープラグに通電するようにしている。その結果、グロープラグへの電力供給量が増大し、絶縁抵抗等の劣化が促進されて、グロープラグの寿命が短くなる問題を生ずるおそれがあった。

本発明の目的は、かかる従来の問題を解消し、熱面着火源の寿命を長くすることのできる筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の一形態に係る筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関は、熱面着火源を有する燃焼室内に燃料を噴射供給する筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関であって、燃焼ガス温度の変動に関係する運転状態パラメータの状態値を検出する検出手段と、該検出手段による検出値に応じ、前記熱面着火源を所定の温度に制御する温度制御手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記温度制御手段は、前記熱面着火源への通電時間を変化させるものであることが好ましい。

また、前記燃焼ガス温度の変動に関係する運転状態パラメータは、機関冷却水温、機関回転数および機関負荷からなる群から選ばれた少なくとも一つ、またはそれらの組合せであってもよい。

本発明の一形態に係る筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関によれば、燃焼ガス温度の変動に関係する運転状態パラメータの状態値を検出する検出手段による検出値に応じて、温度制御手段によって前記熱面着火源が所定の温度に制御されるので、熱面着火源の寿命を長くすることができる。

また、前記温度制御手段が、前記熱面着火源への通電時間を変化させるものである形態によれば、消費電力を減ずることができる。

以下、本発明に係る筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関の実施形態について添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用する筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関（以下、エンジンと称す）１０の概略構成を示す要部断面図である。図１に示すエンジン１０は、４サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。エンジン１０は、複数の気筒および冷却水路が形成されたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２の上部に固定されたシリンダヘッド１４とを備えている。シリンダブロック１２には、エンジン出力軸たるクランクシャフト１６が回転自在に支持され、このクランクシャフト１６は、各気筒内に摺動自在に装填されたピストン１８とコネクティングロッドを介して連結されている。

クランクシャフト１６の端部には、その周縁に複数の歯が形成されたタイミングロータが取り付けられ、タイミングロータ近傍のシリンダブロック１２には、電磁ピックアップが取り付けられている。これらタイミングロータと電磁ピックアップは、機関回転数センサ２０を構成する。

また、各気筒のピストン１８上方には、ピストン１８の頂面とシリンダヘッド１４の内壁面とに囲まれた燃焼室が形成されている。シリンダヘッド１４には、各気筒の燃焼室の中央に向けて臨むように燃料噴射弁２２が取り付けられ、この燃料噴射弁２２は、不図示のデリバリパイプに連通して接続されており、不図示の燃料タンクから供給される燃料が燃料ポンプにより加圧されて供給される。さらに、シリンダヘッド１４において各気筒の燃焼室に臨む部位には、吸気ポート２４の開口端が２個形成されると共に、排気ポート２６の開口端が２個形成されている。そして、シリンダヘッド１４には、吸気ポート２４の各開口端を開閉する吸気弁２５と、排気ポート２６の各開口端を開閉する排気弁２７とが進退自在に設けられている。さらに、シリンダヘッド１４において各気筒の燃焼室の上部に臨む部位に着火熱面が位置された熱面着火源としてのグロープラグ３０が配置されている。

なお、吸気ポート２４の上流の吸気通路には不図示の吸気絞り弁が設けられており、エンジン１０の出力を制御する。吸気絞り弁の下流の吸気通路には、機関負荷を検出するための吸気負圧センサ３２、シリンダブロック１２には機関冷却水温を検出する水温センサ３４が設けられている。

上述のように構成されたエンジン１０には、該エンジン１０の運転を制御するための電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）１００が併設されている。ＥＣＵ１００には、周知の如く運転状態の把握に必要なパラメータ用の各種センサと共に、本発明の燃焼ガス温度の変動に関係する運転状態パラメータの状態値を検出する検出手段として、機関回転数センサ２０、吸気負圧センサ３２、水温センサ３４が電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ１００に入力されるようになっている。

ここで、ＥＣＵ１００は、双方向性バスによって相互に接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えると共に、入力ポートに接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）を備えたマイクロコンピュータで構成されている。Ａ／Ｄコンバータは、吸気負圧センサ３２、水温センサ３４等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されており、上記各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に入力ポートへ送信する。また、出力ポートは、燃料噴射弁２２、グロープラグ３０等と電気配線を介して接続され、その制御信号をそれぞれへ送信する。

なお、ＲＯＭには、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、グロープラグ３０への通電時間を制御するための通電時間制御ルーチン等、エンジン１０を制御するに必要な制御ルーチンが記憶されている。ＲＡＭには、各センサの出力信号やＣＰＵの演算結果等が記憶される。該演算結果は、例えば、機関回転数センサ２０の出力信号に基づいて算出されるエンジン回転数等である。ＲＡＭに記憶される各種のデータは、機関回転数センサ２０が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。なお、バックアップＲＡＭは、エンジン１０の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を特定する情報等を記憶する。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御等の周知の制御に加え、本発明の要旨となるグロープラグ３０への通電制御を実行する。

そこで、本実施の形態のエンジン１０における制御の一形態を図２を参照して説明する。図２に示す制御形態は、エンジン１０の燃焼ガス温度の変動に関係する運転状態パラメータとして機関回転数および機関負荷を選び、それらの高低に応じて熱面着火源としてのグロープラグ３０への通電時間を変化させ、その着火熱面を所定の温度に制御するものである。この実施形態では、上述の機関回転数センサ２０および吸気負圧センサ３２により検出された状態値としての機関回転数および機関負荷が低回転・低負荷にあるときには、所定の電圧の下にグロープラグ３０への通電・非通電の割合を通電時間割合大（通電時間が長い）となるようにＥＣＵ１００が制御する。これに対し、機関回転数および機関負荷が高回転・高負荷にあるときには、ＥＣＵ１００はグロープラグ３０への通電・非通電の割合を通電時間割合小（通電時間が短い）となるように制御するのである。

一般に、エンジン１０の燃焼室における燃焼ガス温度は、機関回転数、機関負荷および機関冷却水温がそれぞれ高いときには高く、低いときには低い。燃焼ガス温度、延いては排気ポート２６の排気ガス温度が高くなれば、グロープラグ３０の着火熱面の温度は高くなり、燃料噴射弁２２から噴霧される燃料と吸気との混合気を着火させるに必要な所定の着火熱面温度に維持するために必要とされるグロープラグ３０の要求電力は少なくなる。

図３は、排気ガス温度とグロープラグ３０の消費電力との関係において、失火限界と要求消費電力とを示している。図３から分かるように、グロープラグ３０の要求消費電力は失火限界より若干の余裕を見て決定される。そこで、上述したグロープラグ３０への通電時間割合はこの要求消費電力に見合った電力がグロープラグ３０に供給されるようにデューティ制御等により行われる。

図４に、本発明の一実施形態として、機関負荷に応じてグロープラグ３０への通電時間を変化させる制御により、グロープラグ３０の着火熱面を所定の着火熱面温度に維持した実験例において、機関負荷とグロープラグ３０の消費電力との関係を、従来例との対比で示す。従来例においては、通電時間を制御しない連続通電であるので、消費電力が大であるのに対し、本発明においては、機関負荷の全領域において消費電力が少なくなると共に、高負荷領域においてはさらに低減しているのが分かる。

なお、上記説明においては、燃焼ガス温度の変動に関係する運転状態パラメータとして、機関回転数および機関負荷の場合について説明したが、これに加えて、機関冷却水温を用いてもよい。そして、これらの群から選ばれた少なくとも一つ、またはそれらの組合せであってもよい。さらに、エンジン１０が車両に搭載された場合、過渡運転における減速運転状態ではグロープラグ３０への通電時間を長くして前述の所定の着火熱面温度よりも高くし、加速運転状態ではグロープラグ３０への通電時間を短くするようにして、着火を確実に行いつつ、消費電力を減ずるようにしてもよい。

このように、消費電力を減ずることは、オルタネータの必要発電量を減ずることにもなり、燃費を改善することにもつながる。

本発明の一実施の形態を示す要部断面図である。 本発明の実施形態の制御の一形態を示すタイムチャートである。 排気ガス温度とグロープラグの消費電力との関係において、失火限界と要求消費電力とを示すグラフである。 本発明の一実施形態の実験例における機関負荷とグロープラグの消費電力との関係を、従来例との対比で示すグラフである。

符号の説明

１０ エンジン
２０ 機関回転数センサ
２２ 燃料噴射弁
３０ グロープラグ
３２ 吸気負圧センサ
３４ 水温センサ

Claims (3)

1. 熱面着火源を有する燃焼室内に燃料を噴射供給する筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関であって、
   燃焼ガス温度の変動に関係する運転状態パラメータの状態値を検出する検出手段と、
   該検出手段による検出値に応じ、前記熱面着火源を所定の温度に制御する温度制御手段と、
   を備えることを特徴とする筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関。
2. 前記温度制御手段は、前記熱面着火源への通電時間を変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載の筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関。
3. 前記燃焼ガス温度の変動に関係する運転状態パラメータは、機関冷却水温、機関回転数および機関負荷からなる群から選ばれた少なくとも一つ、またはそれらの組合せであることを特徴とする請求項１または２に記載の筒内燃料噴射式熱面着火内燃機関。
   

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