JP4378191B2

JP4378191B2 - エンジン及びその点火時期制御方法

Info

Publication number: JP4378191B2
Application number: JP2004056299A
Authority: JP
Inventors: 新吾薬師寺; 俊作中井
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-03-01
Also published as: JP2005248717A

Description

本発明は、燃焼室に形成された混合気を複数の点火手段により多点点火するように構成され、前記複数の点火手段の点火時期を制御する点火時期制御手段を備えたエンジンに関する。

従来の火花点火式エンジンとして、混合気に対する点火性能を向上させるために、一の燃焼室に対して複数の点火プラグ（点火手段）を設け、燃焼室に形成された混合気を多点点火する所謂多点点火式エンジンが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

火花点火エンジンにおいて、エンジン回転数などの運転状態に基づいて点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御手段を備えたものがあり、例えば、混合気の当量比又はスロットルバルブの開度調整によりエンジン回転数を変化させる場合において、この点火時期制御手段は、エンジン回転数の増加に応じて点火プラグの点火時期を進角側に移行させて、燃焼室においてエンジン回転数に合わせて変化する膨張速度に合わせて混合気を燃焼させるように構成されている。

特開平５−１４１３３６号公報

火花点火エンジンにおいて、混合気の当量比やスロットルバルブの開度調整によりエンジン回転数を変化させる場合に、混合気の当量比やスロットルバルブの開度を調整した瞬間には、一時的にＮＯｘが増加したり燃焼が不安定となって失火が発生するという問題が発生する場合があり、このときに点火プラグの点火時期を移行させると、その問題が顕著となる場合がある。

例えば、混合気の当量比やスロットルバルブの開度を増加した瞬間には、エンジン回転数が充分に増加していないにも拘わらず、燃焼室への燃料供給量が増加するので、一時的に燃焼温度及び圧力が過剰上昇してＮＯｘが増加する場合がある。そして、このようにエンジン回転数を増加させる際に、点火プラグの点火時期を進角化させることにより、燃焼温度及び圧力の上昇が一層顕著になって、一層ＮＯｘが増加してしまうことがある。

また、混合気の当量比やスロットルバルブの開度を減少した瞬間には、エンジン回転数が充分に減少していないにも拘わらず、燃焼室への燃料供給量が低下するので、一時的に燃焼温度及び圧力が過剰低下して安定した燃焼状態を得ることができなくなり、失火等が発生する場合がある。そして、このようにエンジン回転数を減少させる際に、点火プラグの点火時期を遅角化させることにより、燃焼温度及び圧力が低下が一層顕著になって、一層失火が発生してしまうことがある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、火花点火式エンジンにおいて、ＮＯｘの増加や失火の発生等の問題が顕著となることを抑制しながら、エンジン回転数の変更等に伴なう点火手段の点火時期の移行を実施することができる点火時期の制御技術を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係るエンジンは、燃焼室に形成された混合気を複数の点火手段により多点点火するように構成され、前記複数の点火手段の点火時期を制御する点火時期制御手段を備えたエンジンであって、その第１特徴構成は、前記点火時期制御手段が、前記複数の点火手段の点火時期を移行する際に、前記複数の点火手段の内の一部である第１点火手段の点火時期を移行し、エンジン回転数が安定したと判定した後に、前記複数の点火手段の内の他部である第２点火手段の点火時期を移行するように構成されている点にある。

また、上本発明に係る点火時期制御方法は、燃焼室に形成された混合気を複数の点火手段により多点点火するエンジンの点火時期制御方法であって、
その特徴構成は、前記複数の点火手段の点火時期を移行する際に、前記複数の点火時期の内の一部である第１点火手段の点火時期を移行し、エンジン回転数が安定したと判定した後に、前記複数の点火時期の内の他部である第２点火手段の点火時期を移行する点にある。

即ち、上記第１特徴構成によれば、複数の点火手段の点火時期を移行させる際に、一部の第１点火手段の点火時期を移行し、エンジン回転数が安定してから、他部の第２点か手段の点火時期を移行するので、点火手段の点火時期の移行に伴って発生する燃焼温度及び圧力の変動によるＮＯｘの増加や失火の発生等の問題を抑制するエンジンを実現することができる。

本発明に係るエンジンの第２特徴構成は、前記点火時期制御手段が、エンジン回転数が増加するほど前記複数の点火手段の点火時期を進角側に移行するように構成されている点にある。

上記第２特徴構成によれば、点火時期制御手段により、エンジン回転数が増加するほど点火手段の点火時期を進角側に移行させる形態で、エンジン回転数に基づいて点火手段の点火時期を移行させる場合において、エンジン回転数が目標となるエンジン回転数に到達して安定するまでは、第１点火手段の点火時期のみをエンジン回転数に合った時期に移行させて、点火手段の点火時期の移行によるＮＯｘの増加や失火の発生等の問題を抑制し、そしてエンジン回転数が安定してから、第２点火手段の点火時期をエンジン回転数に合った時期に移行させることで、燃焼室においてエンジン回転数に合わせて変化する膨張速度に合わせて混合気を燃焼させることができる。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

図１に示すエンジン１００には、シリンダ５の内面とピストン３の頂面とで規定される燃焼室２と、燃焼室２に吸気弁７を介して接続された吸気路１２と、燃焼室２に排気弁８を介して接続された排気路１３とが設けられている。

また、エンジン１００の燃焼室２には、燃焼室２に吸気された混合気を火花点火可能な２つの点火プラグ２６（点火手段の一例）がシリンダ５軸心を中心に対象配置されており、夫々の点火プラグ２６は、点火時期可変機構２７により、点火時期の調整を伴って、１サイクルにおける所定の点火時期に電圧が印加されて燃焼室２に火花発生するように構成されている。

ピストン３は連結棒４に揺動自在に連結されており、ピストン３の往復動は連結棒４によって１つのクランク軸９の回転運動として得られ、このような構成は通常のエンジンと変わるところが無い。

吸気路１２を流通する空気ａは、適宜過給機等により過給された後に、ミキサ１８において天然ガス系都市ガスの燃料ｇが供給されて混合気となり、燃焼室２に吸気される。

そして、エンジン１００は、燃焼室２に吸気された混合気を、ピストン３の上昇により圧縮した後に、点火プラグ２６により火花点火して燃焼させる所謂火花点火式エンジンとして構成されている。

エンジン１００には、コンピュータからなるエンジン・コントロール・ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）３０が設けられ、ＥＣＵ３０は、エンジン１００における各種制御を行うように構成されている。

また、ミキサ１８に供給される燃料ｇは、燃料量調整弁１９により流量調整可能に構成されて、ＥＣＵ３０により、例えば、排気路１３に設けられ、排ガスｅの酸素濃度を検出可能な酸素センサ２５の検出結果に基づいて、燃料ｇの供給量を調整することで、燃焼室２における混合気の当量比を所定の目標当量比に調整可能に構成されている。

エンジン１００には、クランク軸９の回転数即ちエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段として、クランク軸９の角度を検出することでエンジン回転数を検出可能なクランク角センサ１０が設けられている。

吸気路１２のミキサ１８の上流側には、吸気路１２の流路断面積を調整可能なスロットルバルブ１５が設けられており、ＥＣＵ３０は、要求されるエンジン出力に応じてスロットルバルブ１５を作動させて、燃焼室２への混合気の吸気量を調整して、エンジン出力を調整するように構成されている。

また、エンジン出力を調整すると、クランク軸９にかかるトルクが一定である場合には、クランク角センサ１０の検出結果から認識したクランク軸９の回転数であるエンジン回転数が変更される。

そして、ＥＣＵ３０は、燃焼室２においてエンジン回転数に合わせて変化する膨張速度に合わせて混合気を燃焼させるために、エンジン回転数が増加するほど点火プラグ２６の点火時期を遅角側に移行させる形態で、点火プラグ２６の点火時期を制御する点火時期制御手段として機能するように構成されている。

更に、点火時期制御手段として機能するＥＣＵ３０は、上記のように複数の点火プラグ２６の点火時期を移行する際に、複数の点火手段の内の一部である第１点火プラグ２６ａ（第１点火手段）の点火時期を移行し、クランク角センサ１０の検出結果から認識されるエンジン回転数の安定度が所定の閾値以上と高くなった後に、複数の点火手段２６の内の他部である第２点火プラグ２６ｂ（第２点火手段）の点火時期を移行するように構成されている。

尚、エンジン回転数の安定度は、所定の単位時間における目標エンジン回転数に対する実際のエンジン回転数の分散として求めることができ、安定度が予め決定しておいた閾値未満と低いときにエンジン回転数が不安定であり、この安定度が上記閾値以上と高いときにエンジン回転数が安定していると判断できる。

例えば、点火時期制御手段として機能するＥＣＵ３０は、エンジン回転数の増加に応じて点火プラグ２６の点火時期を進角側に移行する際に、先ず、両方の点火プラグ２６の点火時期ではなく、第１点火プラグ２６ａの点火時期のみを進角側に移行する。
即ち、エンジン回転数が充分に増加されておらず不安定なときには、第１点火プラグ２６ａの点火時期のみを進角側に移行することで、エンジン回転数が不安定なことにより一時的に発生する燃焼速度及び圧力上昇によるＮＯｘ増加を抑制することができる。
そして、エンジン回転数が充分に増加されて安定した際には、残りの第２点火プラグ２６ｂの点火時期を進角側に移行することで、燃焼室２においてエンジン回転数の増加に合わせて増加した膨張速度に合わせて混合気を燃焼させて高効率な運転を行うことができる。

逆に、点火時期制御手段として機能するＥＣＵ３０は、エンジン回転数の減少に応じて点火プラグ２６の点火時期を遅角側に移行する際に、先ず、両方の点火プラグ２６の点火時期ではなく、第１点火プラグ２６ａの点火時期のみを遅角側に移行する。
即ち、エンジン回転数が充分に減少されておらず不安定なときには、第１点火プラグ２６ａの点火時期のみを遅角側に移行することで、エンジン回転数が不安定なことにより一時的に発生する燃焼速度及び圧力減少による失火の発生を抑制することができる。
そして、エンジン回転数が充分に減少されて安定した際には、残りの第２点火プラグ２６ｂの点火時期を遅角側に移行することで、燃焼室２においてエンジン回転数の減少に合わせて減少した膨張速度に合わせて混合気を燃焼させ高効率な運転を行うことができる。

尚、上記の実施の形態では、点火時期制御手段として機能するＥＣＵ３０は、エンジン回転数が増加するほど複数の点火プラグ２６の点火時期を進角側に移行する形態で点火プラグ２６の点火時期を制御するように構成したが、エンジン回転数ではなく、エンジン負荷等の運転状態に基づいて点火プラグ２６の点火時期を制御するように構成しても構わない。

また、上記の実施形態では、燃料ｇとして天然ガス系都市ガスを用いたが、燃料として、天然ガス以外の燃料等を用いることができる。

本発明に係るエンジンの実施の形態を示す概略構成図

符号の説明

２：燃焼室
２６：点火プラグ（点火手段）
２６ａ：第１点火プラグ（第１点火手段）
２６ｂ：第２点火プラグ（第２点火手段）
２７：点火時期可変機構
３０：エンジン・コントロール・ユニット（点火時期制御手段）
１００：エンジン
ａ：空気
ｇ：燃料
ｅ：排ガス

Claims

燃焼室に形成された混合気を複数の点火手段により多点点火するように構成され、前記複数の点火手段の点火時期を制御する点火時期制御手段を備えたエンジンであって、
前記点火時期制御手段が、前記複数の点火手段の点火時期を移行する際に、前記複数の点火手段の内の一部である第１点火手段の点火時期を移行し、エンジン回転数が安定したと判定した後に、前記複数の点火手段の内の他部である第２点火手段の点火時期を移行するように構成されているエンジン。
前記点火時期制御手段が、エンジン回転数が増加するほど前記複数の点火手段の点火時期を進角側に移行するように構成されている請求項１に記載のエンジン。
燃焼室に形成された混合気を複数の点火手段により多点点火するエンジンの点火時期制御方法であって、
前記複数の点火手段の点火時期を移行する際に、前記複数の点火時期の内の一部である第１点火手段の点火時期を移行し、エンジン回転数が安定したと判定した後に、前記複数の点火時期の内の他部である第２点火手段の点火時期を移行する点火時期制御方法。