JPH11503504A - 希薄燃料混合物を使用する内燃機関のイオン流を測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 点火スパークの燃焼期間を長くすることを必要とし、希薄燃料混合物を使用する内燃機関のイオン流の測定を行う方法において、燃焼の開始を検知し、その後に発生した点火スパークを止め、その後にイオン流の測定を行う。燃焼の開始は、燃焼電位および／または燃焼電流の変化を測定して検知され、点火コイルの漏洩容量により、あるいは点火コイルの独立した巻線により点火系の二次コイルの低電位側で検知される。点火スパークを制御可能な点火発電機で止める。

Description

【発明の詳細な説明】 希薄燃料混合物を使用する内燃機関のイオン流を測定する方法 技術分野 この発明は希薄燃料混合物を使用し、そのために、点火スパークに対して燃焼 期間の増加を必要とする内燃機関のイオン流を測定する方法に関する。 従来技術 現在、自動車産業は排気ガスの有害な排出を減少させる手段により、できる限 り希薄な燃料混合物を使用する目的を持っている。（用語、希薄燃料の混合物に より空気供給を多くした燃料混合物を意味する）。これは点火プラグの点火スパ ークの質が高いことを要求している。希薄燃料混合物は、点火プラグの消耗が増 大する、点火スパークの燃焼期間が増加することを要求している。消耗が大きく なるので、点火プラグを短期間に交換する必要があり、これは不便でコストを増 大させる。この増加する燃焼期間は通常のイオン流の測定を使用できない結果に なる。 スエーデン特許第 9501259-7号明細書は、短い高エネルギの点火スパークを与 えるため、短い高圧パルスを最初に供給し、低レベルの電位を供給してスパーク を拡げ、内燃機関に対する点火形の点火プラグの消耗を最小にした点火スパーク の燃焼期間を増大させる方法と装置が開示されている。 点火スパークの増大した燃焼期間と点火ブラグの消耗を最小との割合で、上記 装置内で混合物内の燃焼／空気の比率を最適にできるため、および燃焼に関連し た他の特性を測定するためにも、燃焼室内のイオン流を測定する。 これに関連する問題の一つはスパークがスパーク間隙内で振動している期間に はイオン流の測定を行えない点にある。上に示した点火系は通常振動スパークと なる。即ち、交流電流によりスパークが得られる。この事実は「直流スパーク」 対応する「交流スパーク」と比較して半分のエネルギしかないことにある。 スパーク間隙でスパークが振動している間にはイオン流の測定を行えない事実 に対して以下の解釈がある。スパーク電流は 0.5 Aの程度で、イオン流は約 0.0 １mAである。スパーク電流はイオン流より約 50,000 倍である。スパーク電流の 燃焼期間が小さく延びると、イオン流信号が始まる時に減衰スパーク電流の 1/5 0,000 が未だ存在している。つまり、残りのスパーク電流の大きさがイオン流に 影響を与える。 エンジン速度が 6,000 r.p.m．の時に、200 μs は約７°に相当する。希薄燃 料混合物には、この短い延びのスパーク電流が要求される。スパーク電流は減衰 するが、少なくともイオン流の大きさの電流は前記イオン流に影響を与える約 3 0°の間に残っている。現実に困難な条件、つまり希薄燃料の混合物を伴う条件 では、そして排気ガスの放出を減少させるためは、１〜２msの燃焼期間が必要で ある。この期間中には、イオン流は特に高速の時、スパーク電流により「消え失 せる」。従って、イオン流の測定は点火スパークが止むまで、イオン流の測定は 行えない。 発明の要約とその利点 この発明はできる限り希薄な燃料混合物を使用し、点火スパークの燃焼期間を 増大することにより内燃機関のイオン流を測定する課題を解決することにある。 この発明は、燃料混合物の燃焼の開始を検知し、その後に燃焼を発生させる点火 スパークを止め、その後にイオン流の測定を行うことに特徴がある。 この発明の他の特性は従属請求項により明らかである。 実施例の説明 イオン流の測定はエンジンが「ノッキング」しているか否か、これは燃焼が生 じていない時に存在する燃料と空気の混合物であり、その外エンジンやガス放出 に重要な特性を検出するために使用される。 上に示したように、或る環境では、燃焼を安全にスタートさせるため内燃機関 は長い燃焼期間のスパークを必要とする。長い燃焼期間は周知の技術によるイオ ン流の測定を動作させず、その上に点火プラグの消耗を激くする。 点火を困難にし長い燃焼期間を必要とする燃焼混合物のイオン流を測定する問 題を解決する一つの方法は、イオン流測定を行えるように、発生した点火スパー クが止まった後に燃焼の開始を検知することである。スエーデン特許第 9501259 -7号明細書に示す方法で、つまり 20 μs 内で止めることのできる制御可能な点 火発電機によりスパークを止めることができる。 スパーク間隙の電位が 10〜50 kVであれば、スパークが生じる。つまり、この 電位はスパークを発生させるのに必要である。スパーク電位の値は、燃焼室内の 圧力、温度およびガス成分により、また電極の設計により影響される。 スパーク電位は、高圧発電機（イグニッションコイル），例えば一次コイル、 その外、シールド、鉄心、二次コイルの部品に存在する何らかの漏洩容量により 、あるいはこの目的に対する独立した巻線（コイル）により測定できる。 発生したスパークはプラズマで形成されている。つまり、イオンと電子を含む 加熱ガスであり、良好な電気伝導体である。スパーク時点はスパークを開始した 時間である。この時点はスパーク電位で測定される。何故なら、この電位はスパ ークが点火プラグで発生すると著しく低下するからである。 燃焼の開始は、スパークに達した後、或る期間してから生じる。この期間は多 くの理由、例えば燃焼室内の温度、圧力および燃料と空気の混合物に依存して変 化する。 燃焼の開始は、燃焼電位および／または燃焼電流の変化を測定して検知され、 この燃焼電位と燃焼電流は、それぞれスパークが発生した後に、スパーク間隙の スパークを維持するのに必要な電位と電流である。燃焼電位は一般には約 300〜 1000 Vであり、燃焼電流は約 20〜1000 mAである。 燃焼電流は二次コイルの低電位側で測定でき、燃焼電位は燃焼電流の関数であ る。燃焼電位はプラズマの広がりにより影響を受ける。このプラズマは燃焼の開 始で段階的に変化する。スパークが発生した後に燃焼電流あるいは燃焼電位がど のように変化するかを検知すれば、何時、燃焼が始まり次いでスパークが止まる かを測定できる。これは、上に述べた特許明細書により制御可能なスパーク発電 機で可能である。 燃焼開始の不良（発火不調）は燃焼電位および／または燃焼電流の誤動作変化 を測定して検知される。例えば、米国で許されている燃焼開始の不良の程度は当 局により調整されている。この理由は、不燃炭化水素が触媒を破壊し、こうして 長期的に見ると、自動車の排気ガス・フィルタ系を不調にするためである。 燃焼電位あるいは燃焼電流は、点火系の点火コイルに存在する何らかの漏洩容 量により、あるいは点火系の点火コイルのために配置されている独立した巻線に より、点火系の二次コイルの低電位側で検出される。 こうして、この発明による方法には、従来の技術に比べて、燃焼期間を長くす る希薄燃料混合部を使用する内燃機関でイオン流の測定を行うことができ、点火 プラグの消耗が不必要に厳しくないと言う利点がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．点火スパークの燃焼期間を長くすることを必要とし、希薄燃料混合物を使用 する内燃機関のイオン流の測定を行う方法において、燃焼の開始を検知し、その 後に発生した点火スパークを止め、その後にイオン流の測定を行うことを特徴と する方法。 ２．燃焼の開始は燃焼電位および／または燃焼電流の変化を測定して検知される ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．動作不良となる燃焼開始は変化しない燃焼電位および／または燃焼電流を測 定して検知されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．燃焼電位または燃焼電流は点火系の二次コイルの低電位側で検知されること を特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の方法。 ５．燃焼電位または燃焼電流は点火系の点火コイルに生じる何らかの漏洩容量に より検知されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。 ６．燃焼電位または燃焼電流は点火系の点火コイルのために配置されている独立 したコイルにより検知されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。 ７．制御可能な点火発電機で点火スパークを止めることを特徴とする請求の範囲 第１〜６項の何れか１項に記載の方法。