JP7150095B1 - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】オリフィスを介して主燃焼室に接続された副燃焼室の掃気性を向上させ、内燃機関の燃焼性の低下を抑止することを目的とする。【解決手段】主燃焼室と、主燃焼室との間に少なくとも１つのオリフィスを有する副燃焼室とを備えた内燃機関の制御装置であって、制御装置は、点火コイルの動作を制御して点火プラグに形成された火花放電により燃料ガスを燃焼させる第一の制御装置と、燃料ガスを燃焼させるタイミングとは別のタイミングで点火コイルの動作を制御して副燃焼室の掃気を促進する第二の制御装置とを備える。【選択図】図１
Description
本願は、内燃機関の制御装置及び制御方法に関するものである。
近年問題提起されている地球温暖化への対応として、世界規模で温室効果ガス削減の取り組みが始まっている。自動車業界に於いてもこの対応が必要となっており、内燃機関の効率を改善するための開発が進められている。内燃機関の効率向上のための１つの方式に、点火プラグの先にオリフィスを有する副燃焼室を設け、副燃焼室内の燃料に着火し、燃焼火炎をオリフィスから主燃焼室へ噴出させることで、主燃焼室内の燃料を着火する、副室式エンジンと呼ばれるものがある（例えば、特許文献１参照）。この方式では、主燃焼室内の燃料を急速に多点点火することができるので、希薄燃料であっても、燃焼期間を短縮することができ、安定した運転をすることができる。よって、熱効率を大きく向上させることができ、温室効果ガスの排出量を大幅に削減できる方式として近年、注目されている。
この副室式エンジンにおいて、副燃焼室がオリフィスを介して主燃焼室に接続されるため掃気性に課題があり、副燃焼室内に燃焼により生じた既燃ガスが停留しやすい。既燃ガスの停留により、副燃焼室内に必要な量の燃料が入り込めず、副燃焼室内の燃焼が弱くなってしまうことで、副燃焼室から噴射される燃焼火炎も弱くなり、主燃焼室の燃焼性が低下、さらには失火を引き起こしてしまう点が課題である。
この問題を解決するため、例えば特許文献１では、点火プラグ電極部、副燃焼室内、オリフィスなどの形状及び位置関係を工夫し、精密に配置すること等で対応している。しかし、様々なエンジン形状、運転条件、カーボンの堆積、金属部材の消耗及び劣化などにより、点火プラグ電極及び副燃焼室内の状態は時々刻々と変化しており、ハード面だけでの対応には限界があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、副燃焼室内に停留した既燃ガスなどを副燃焼室外へ効率良く排出、掃気できるようにすることで、副燃焼室を有する内燃機関の燃焼性の低下を抑止できる、内燃機関の制御装置及び制御方法を提供することを目的とするものである。
本願に開示される内燃機関の制御装置は、少なくとも１つのオリフィスを有する副燃焼室と、前記副燃焼室に配置された点火プラグと、前記点火プラグに高電圧を供給する点火コイルと、前記点火コイルから供給された高電圧により前記点火プラグに形成された火花放電が前記副燃焼室に導入された燃料ガスを燃焼し、前記オリフィスから燃焼火炎が噴出される主燃焼室とを備えた内燃機関の前記点火コイルの動作を制御する制御装置であって、前記制御装置は、前記点火コイルの動作を制御して前記点火プラグに形成された火花放電により前記燃料ガスを燃焼させる第一の制御装置と、前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミングとは別のタイミングで前記点火コイルの動作を制御して前記副燃焼室の掃気を促進する第二の制御装置とを備え、前記第二の制御装置は、前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミング以降、次に燃料ガスが前記副燃焼室に導入されるまでの期間に、前記点火プラグに掃気促進放電を発生させるように前記点火コイルの動作を制御するとともに、少なくとも前記燃料ガスが燃焼される燃焼行程後の排気行程においては前記掃気促進放電を複数回発生させるように前記点火コイルの動作を制御する、ものである。
本願に開示される内燃機関の制御装置及び制御方法によれば、副燃焼室内に停留した既燃ガスなどを副燃焼室外へ効率良く排出、掃気できるので、副燃焼室を有する内燃機関の燃焼性の低下を抑止することできる。
以下、本願で開示される内燃機関の制御装置の実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。なお、ここでは、内燃機関としてエンジンを例に説明する。
実施の形態１．
以下に、実施の形態１に係る内燃機関（エンジン）について図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の概略構成図である。図において、内燃機関１００は、主燃焼室１０５と、主燃焼室との間に主燃焼室と連通する少なくとも１つのオリフィス１０１を有する副燃焼室１０２と、副燃焼室１０２内に配置され、電極（図示せず）を有し印加された高電圧により電極と接地電極との間で火花放電を形成する点火プラグ１０３と、点火プラグ１０３に高電圧を供給する点火コイル１０４と、点火プラグ１０３に火花放電を形成させるために点火コイル１０４の動作を制御する第一の制御装置１０６と、副燃焼室１０２内の既燃ガスの掃気を促進させるための放電を点火プラグ１０３に生じさせるために点火コイル１０４の動作を制御する第二の制御装置１０７と、を備えている。本実施の形態においては、副燃焼室１０２内の燃焼ガスが点火プラグ１０３の火花放電で着火され、副燃焼室１０２内で燃焼火炎が成長して上昇する。そして、オリフィス１０１から噴出された燃焼火炎により主燃焼室１０５内で燃焼が引き起こされる。
以下に、実施の形態１に係る内燃機関（エンジン）について図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の概略構成図である。図において、内燃機関１００は、主燃焼室１０５と、主燃焼室との間に主燃焼室と連通する少なくとも１つのオリフィス１０１を有する副燃焼室１０２と、副燃焼室１０２内に配置され、電極（図示せず）を有し印加された高電圧により電極と接地電極との間で火花放電を形成する点火プラグ１０３と、点火プラグ１０３に高電圧を供給する点火コイル１０４と、点火プラグ１０３に火花放電を形成させるために点火コイル１０４の動作を制御する第一の制御装置１０６と、副燃焼室１０２内の既燃ガスの掃気を促進させるための放電を点火プラグ１０３に生じさせるために点火コイル１０４の動作を制御する第二の制御装置１０７と、を備えている。本実施の形態においては、副燃焼室１０２内の燃焼ガスが点火プラグ１０３の火花放電で着火され、副燃焼室１０２内で燃焼火炎が成長して上昇する。そして、オリフィス１０１から噴出された燃焼火炎により主燃焼室１０５内で燃焼が引き起こされる。
なお、主燃焼室１０５には、吸気管につながる吸気ポート、排気管につながる排気ポート、クランクシャフトに繋がるロッドに接続され出力を生じる可動式のピストンを備えているが、図１では記載を省略している。また、主燃焼室１０５及び副燃焼室１０２にはそれぞれ各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等が設置され、第一及び第二の制御装置１０６、１０７に接続されて制御されるが、図１では、主燃焼室１０５に設けられたセンサの例としてセンサ１０８を、副燃焼室１０２に設けられたセンサの例としてセンサ１０９を示している。センサ１０８は、例えばその１つはクランク角センサであり、センサ１０９は後述するが、その１つがサーミスタ等の温度センサである。
主燃焼室１０５へ燃焼火炎を噴出するため、副燃焼室１０２に設けられるオリフィス１０１は１つに限らず、複数あっても良く、３～８か所に設けられるのが副室式エンジンでは一般的である。副室式エンジンには、副燃焼室に燃料噴射装置を配置し、副燃焼室内に直接燃料を噴射するアクティブ式と呼ばれるものと、副燃焼室に燃料噴射装置を配置せず、主燃焼室に噴射された燃料を、主燃焼室と燃焼室間との圧力差で副燃焼室内に導入するパッシブ式と呼ばれるものがあるが、本実施の形態においてはいずれのものでも良い。副燃焼室１０２に燃料が導入されればいずれのものでも良い。なお、燃料ガスは、空気と燃料の混合気である。
また、副燃焼室１０２に加え、主燃焼室１０５にも点火プラグを配置して良い。その場合、本実施の形態においては、第二の制御装置１０７は、副燃焼室１０２に配置される点火プラグ１０３と、これに接続される点火コイル１０４を制御するものとする。
図２は、ピストン（図示せず）を動作するクランク軸（図示せず）のクランク角に対応した第一及び第二の制御装置１０６、１０７の動作を説明するための図である。通常、このクランク角で内燃機関の状態が表される。図２において、クランク角０［ｄｅｇＡＴＤＣ］は上死点であり、タイムラグを考慮しこれより少し前に点火時期が設定される。点火されると、燃焼行程となり、その後燃焼したガスは再燃しないので排気され（排気行程）、再び燃料ガスを吸入し（吸気行程）、下死点（クランク角３６０）から上死点に移動することで、燃料ガスが圧縮される（圧縮行程）。
［第一の制御装置１０６による内燃機関の動作］
第一の制御装置１０６により、点火コイル１０４の動作が制御されることで、点火時期すなわち点火プラグ１０３の火花放電のタイミングが制御される。第一の制御装置１０６には図示していない各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等が接続されている。例えば、クランク角センサの信号により、クランク角０［ｄｅｇＡＴＤＣ］より、少し前に火花放電のタイミング（点火時期）となるように、点火コイル１０４の動作を制御する。具体的には、第一の制御装置１０６は点火コイル１０４の動作を制御する点火信号を生成する。点火信号がハイの状態で点火コイル１０４へ通電、点火信号をハイからローへ切り替えたタイミングで点火コイル１０４は高電圧を発生して、点火プラグ１０３に高電圧を供給する。
第一の制御装置１０６により、点火コイル１０４の動作が制御されることで、点火時期すなわち点火プラグ１０３の火花放電のタイミングが制御される。第一の制御装置１０６には図示していない各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等が接続されている。例えば、クランク角センサの信号により、クランク角０［ｄｅｇＡＴＤＣ］より、少し前に火花放電のタイミング（点火時期）となるように、点火コイル１０４の動作を制御する。具体的には、第一の制御装置１０６は点火コイル１０４の動作を制御する点火信号を生成する。点火信号がハイの状態で点火コイル１０４へ通電、点火信号をハイからローへ切り替えたタイミングで点火コイル１０４は高電圧を発生して、点火プラグ１０３に高電圧を供給する。
本実施の形態においては、図２で示された点火時期で、副燃焼室１０２内で燃焼が起こり、オリフィス１０１を介して主燃焼室１０５に噴出された燃焼火炎により燃焼が引き起こされる。
なお、第一の制御装置１０６は、内燃機関の各行程において、図示していない各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等を制御し、各種バルブの開閉、燃料ガスの供給等を制御する。
［第二の制御装置１０７による内燃機関の動作］
第二の制御装置１０７は、副燃焼室１０２内の既燃ガスの掃気を促進させるために、点火コイル１０４へ高電圧を出力するよう点火信号を出し、副燃焼室１０２内に配置される点火プラグ１０３の放電ギャップ間で火花放電を発生させる。
第二の制御装置１０７は、副燃焼室１０２内の既燃ガスの掃気を促進させるために、点火コイル１０４へ高電圧を出力するよう点火信号を出し、副燃焼室１０２内に配置される点火プラグ１０３の放電ギャップ間で火花放電を発生させる。
以降、フライバック式の点火コイル１０４を例に説明する。従って、第一の制御装置１０６についても説明したように、点火信号がハイの状態で点火コイル１０４へ通電、点火信号をハイからローへ切り替えたタイミングで点火コイル１０４は高電圧を発生して、点火プラグ１０３が接続されていれば、点火プラグの高圧電極と接地電極との間（放電ギャップ）を絶縁破壊し、火花放電が形成される。
点火プラグ１０３の放電ギャップ間で火花放電が発生すると、放電の高熱が急激に発生するため、衝撃波、圧力波を生じる。これは軽微なものであるが、容積が１×１０－６［ｍ３］以下となるような副燃焼室１０２では、内部に僅かながら乱れを生じさせることができ、副燃焼室１０２内に停留している既燃ガスにも乱れ、動きを生じさせることができるため、既燃ガスの掃気を促進することができる。
掃気を促進するための火花放電は、副燃焼室１０２内に新気燃料がほぼ無い状況で発生させる。例えば、図２に示す掃気区間Ｔｓｃａｖで発生させると良い。掃気区間Ｔｓｃａｖの始まりであるタイミングｔｓｔａは副燃焼室１０２内の燃料ガスに着火して、燃焼を発生させるための点火時期ｔｉｇｎを含まず、これ以降のタイミングである。区間の終わりであるタイミングｔｅｎｄは、圧縮行程に入ってすぐ、副燃焼室１０２内に十分な量の新気燃料が供給される前のタイミングである。
第二の制御装置１０７は、掃気区間Ｔｓｃａｖ内で、掃気を促進するために発生させる火花放電（以降、掃気促進放電と呼ぶ）の回数を事前のマッチング評価などで決め、運転条件に応じて変更するようにしても良い。例えば、吸入空気圧が７０［ｋＰａ］を超えるような、高負荷の運転条件では、もとより掃気性が良いので掃気促進放電を発生させなくても良く、掃気促進放電回数は０回で良い。吸入空気圧が３０［ｋＰａ］を下回るような軽負荷の運転条件では、掃気性が良くないので掃気促進放電を例えば１５回発生させるように、エンジン負荷が高くなるほど、エンジン回転数が高くなるほど、掃気性は良くなるので、掃気促進放電回数を少なくしていくようにすると良い。
掃気促進放電を発生させるタイミング及び掃気促進放電の間隔は、掃気区間Ｔｓｃａｖ内で適宜決めて良く、マッチング評価などで運転条件毎に最適なタイミング及び間隔を探し決めておくと良い。本実施の形態では、副燃焼室１０２内圧力が減じる方向へ転じるタイミングｔ１の２０［ｄｅｇＡＴＤＣ］付近で５回、排気弁が開いた後のタイミングｔ２の２００［ｄｅｇＡＴＤＣ］付近で５回、吸気弁が開いた後のタイミングｔ３の３８０［ｄｅｇＡＴＤＣ］付近で５回とする場合を例にとり、以降の説明で用いる。
掃気促進放電を発生させる間隔を、副燃焼室１０２内の固有振動数で表される周期に応じて設定すると、共振の効果により圧力波を効果的に増幅でき、より効率良く副燃焼室１０２内に乱れを生じさせることができ、より掃気を促進することができる。
例えば、副燃焼室１０２内部が円筒状でありその内径直径が１２［ｍｍ］である場合、タイミングｔ２付近は高温の既燃ガスがまだ残っている状態なので、副燃焼室１０２内の温度はそれなりに高く、ρ１０モード（ρ１０モード：副燃焼室１０２の周方向振動数が１次、すなわち直径で２分割した共振モード）の固有振動数は約３３［ｋＨｚ］となる。この固有振動数は、実際に計測しても良いし、良く知られるドレーパの式などから算出しても良い。振動数３３［ｋＨｚ］は１周期が約３０［μｓｅｃ］となり、この１周期分の間隔を、以降、基本間隔と呼ぶことにする。
以下、第二の制御装置１０７が点火コイル１０４を操作して、副燃焼室１０２内の掃気を促進する動作の例について、図３から図６を用いて、具体的に説明する。
図３から図６は、図２のタイミングｔ２付近で５回の掃気促進放電を発生させる時の放電パターンを示した図である。図において、点火信号は第二の制御装置１０７から点火コイル１０４に送信される信号でタイミングｔ２であり、点火信号がハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）へ切り替えたタイミングで点火コイル１０４は高電圧を発生して、点火プラグ１０３に高電圧を供給する。また、放電電圧は、点火プラグ１０３に印加される電圧であり、高電圧が印加された時に絶縁破壊Ｄｂｒｅａｋが発生した回数を１回としている。
タイミングｔ２付近で５回の掃気促進放電を発生させる時、図３に示すように、放電間隔Ｄ31～Ｄ34を全て、基本間隔である約３０［μｓｅｃ］とすると、副燃焼室１０２内に共振を利用して効率的に乱れを引き起こすことができ、掃気性を向上させることができる。
もしくは、タイミングｔ２付近で５回の掃気促進放電を発生させる時、放電間隔を基本間隔の逓倍数の間隔としても良い。例えば、図４に示すように、放電間隔Ｄ41～Ｄ44を全て、基本間隔の３倍となる約９０［μｓｅｃ］としても、同様に共振効果を起こすことができる。共振による圧力波の増幅効果は微減するが、点火コイル１０４の発熱を抑制することができる。なお、基本間隔の逓倍数は３倍に限るものではない。
また、基本間隔の逓倍数は一律で、放電間隔を設定しなくても良い。例えば、図５に示すように、１回目と２回目の放電間隔Ｄ51を基本間隔である３０［μｓｅｃ］、２回目と３回目の放電間隔Ｄ52を基本間隔の２倍となる６０［μｓｅｃ］、３回目と４回目の放電間隔Ｄ53を基本間隔の３倍となる９０［μｓｅｃ］、４回目と５回目の放電間隔Ｄ54を基本間隔の５倍となる１５０［μｓｅｃ］のようにしても良い。序盤に共振効果で圧力波を素早く増幅し、放電による発熱の影響を受ける後半では放電間隔を広くとることで、点火コイル１０４の負荷を減らしつつ効果的に副燃焼室１０２内に乱れを供給できる。
副燃焼室１０２内の固有振動数は副燃焼室１０２内の温度に依存するので、副燃焼室内の温度状況に応じて基本間隔を変更すると、さらに効率良く乱れを起こすことができる。
副燃焼室１０２内部の内径直径が上述したように１２［ｍｍ］であるとき、燃焼行程中のタイミングｔ１付近では燃焼火炎が存在しているため、副燃焼室１０２内の温度は非常に高く、ρ１０固有振動数は約４５［ｋＨｚ］、基本間隔は２２［μｓｅｃ］となる。吸気行程中のタイミングｔ３付近では、既燃ガスの排出がほぼ完了し、新気の吸入が始まっているので副燃焼室１０２内の温度は比較的低く、ρ１０モードの固有振動数は約１８［ｋＨｚ］、基本間隔は約５５［μｓｅｃ］となる。すなわち、燃焼行程中のタイミングｔ１では排気行程中のタイミングｔ２より基本間隔は小さく、吸気行程中のタイミングｔ３では、排気行程中のタイミングｔ２より基本間隔は大きくなる。
このように、掃気促進放電を発生させるタイミングによって、基本間隔の値を選び、この逓倍間隔で必要な回数、掃気促進放電を発生させると良い。すなわち、掃気区間Ｔｓｃａｖ内で掃気促進放電を発生させるタイミング、掃気促進放電の間隔及び回数は、マッチング評価などで内燃機関の運転条件毎に予め決めておき、掃気促進放電条件のテーブルとして、格納しておくと良い。
さらには、同じ行程の中であっても、副燃焼室１０２内の温度は時々刻々と変化する。主として、温度は下がっていく方向に変化するので、基本間隔を適宜、微調整できるようにしても良い。例えば、タイミングｔ２付近で５回の掃気促進放電を発生させる場合、図３で示したように、放電間隔Ｄ31～Ｄ34を全て、基本間隔である約３０［μｓｅｃ］にせず、図６に示すように、放電間隔Ｄ61を３０［μｓｅｃ］、放電間隔Ｄ62を３１［μｓｅｃ］、放電間隔Ｄ63を３２［μｓｅｃ］、放電間隔Ｄ64を３３［μｓｅｃ］のように、回を追うごとに１［μｓｅｃ］ずつ広げる方向に微調整する。このように、時間経過に従って放電間隔を広げることで、点火コイル１０４の負荷を減らしつつ、より効果的に副燃焼室１０２内に乱れを供給できる。また、副燃焼室１０２内の温度をセンサ１０９で測定可能な場合は、測定された温度の低下率に応じて、放電間隔を広げればよい。
なお、上述においては、固有振動の例としてρ１０モードを取り上げて説明したが、副燃焼室１０２内の形状によって起こり易い振動モードは異なる。そのため、副燃焼室１０２内の形状によっては、例えば、ρ２０モード（副燃焼室１０２の周方向振動数が２次の共振モード）、ρ０１モード（副燃焼室１０２の径方向振動数が１次、すなわち同心円状に２分割した共振モード）、ρ１１モード（副燃焼室１０２の周方向振動数が１次かつ径方向振動数が１次の共振モード）などを選んでも同様の効果を得ることができる。
次に、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置による点火動作の手順について図７及び図８を用いて、説明する。
まず、図７において、内燃機関の動作が開始し（ステップＳ１０１）、副燃焼室１０２に燃料ガスが導入される。点火時期ｔｉｇｎ内で第一の制御装置１０６の点火信号により、点火コイル１０４が動作し、点火プラグ１０３に火花放電が生じ副燃焼室１０２内で燃料ガスが燃焼し、オリフィス１０１から主燃焼室１０５へ燃焼火炎が噴出される（ステップＳ１０２）。副燃焼室１０２から燃焼火炎が主燃焼室１０５に噴出されると、副燃焼室１０２には新気燃料がほぼ無い状況になる。掃気区間Ｔｓｃａｖが始まると（ステップＳ１０３）、第二の制御装置１０７により、点火コイル１０４が制御され、掃気促進放電が生じる（ステップＳ１０４）。区間の終わりであるタイミングｔｅｎｄは、次の圧縮行程に入ってすぐであり、副燃焼室１０２内に十分な量の新気燃料が供給される前のタイミングが区間の終わりであるタイミングｔｅｎｄである。掃気区間Ｔｓｃａｖが終了する（ステップＳ１０５）と、第二の制御装置１０７による放電は生じない。
まず、図７において、内燃機関の動作が開始し（ステップＳ１０１）、副燃焼室１０２に燃料ガスが導入される。点火時期ｔｉｇｎ内で第一の制御装置１０６の点火信号により、点火コイル１０４が動作し、点火プラグ１０３に火花放電が生じ副燃焼室１０２内で燃料ガスが燃焼し、オリフィス１０１から主燃焼室１０５へ燃焼火炎が噴出される（ステップＳ１０２）。副燃焼室１０２から燃焼火炎が主燃焼室１０５に噴出されると、副燃焼室１０２には新気燃料がほぼ無い状況になる。掃気区間Ｔｓｃａｖが始まると（ステップＳ１０３）、第二の制御装置１０７により、点火コイル１０４が制御され、掃気促進放電が生じる（ステップＳ１０４）。区間の終わりであるタイミングｔｅｎｄは、次の圧縮行程に入ってすぐであり、副燃焼室１０２内に十分な量の新気燃料が供給される前のタイミングが区間の終わりであるタイミングｔｅｎｄである。掃気区間Ｔｓｃａｖが終了する（ステップＳ１０５）と、第二の制御装置１０７による放電は生じない。
図８は、第二の制御装置１０７による掃気促進放電の条件を予めマッチング評価などで決めておき、掃気促進放電条件テーブルとして格納している場合の点火動作の手順を示している。
図７と同様に、内燃機関の動作が開始し（ステップＳ２０１）、副燃焼室１０２に燃料ガスが導入される。点火時期ｔｉｇｎ内で第一の制御装置１０６の点火信号により、点火コイル１０４が動作し、点火プラグ１０３に火花放電が生じ副燃焼室１０２内で燃料ガスが燃焼し、オリフィス１０１から主燃焼室１０５へ燃焼火炎が噴出される（ステップＳ２０２）。
図７と同様に、内燃機関の動作が開始し（ステップＳ２０１）、副燃焼室１０２に燃料ガスが導入される。点火時期ｔｉｇｎ内で第一の制御装置１０６の点火信号により、点火コイル１０４が動作し、点火プラグ１０３に火花放電が生じ副燃焼室１０２内で燃料ガスが燃焼し、オリフィス１０１から主燃焼室１０５へ燃焼火炎が噴出される（ステップＳ２０２）。
第二の制御装置１０７は掃気区間Ｔｓｃａｖの前に、予め決められた掃気促進放電条件テーブルを読み出す（ステップＳ２０３）。これはステップＳ２０２より前であっても良い。掃気区間Ｔｓｃａｖが始まると（ステップＳ２０４）、第二の制御装置１０７は、取得した掃気促進放電条件テーブルに基づいて、点火信号を生成し、点火コイル１０４を制御し、点火プラグ１０３で掃気促進放電が生じる（ステップＳ２０５）。掃気区間Ｔｓｃａｖにおける掃気促進放電のタイミングは掃気促進放電条件テーブルによって決まっているが、副燃焼室１０２の温度を取得し（ステップＳ２０６）、取得した温度から温度の低下率ΔＴｅｍｐ．ｓｃを算出し、温度の低下率の予測値ΔＴｅｍｐ．ｐｒｅと相違する場合（ステップＳ２０７でＮＯ）は取得したタイミングテーブルによる放電間隔を調整する（ステップＳ２０８）。温度の低下率ΔＴｅｍｐ．ｓｃと温度の低下率の予測値ΔＴｅｍｐ．ｐｒｅとが等しいあるいは概ね等しい場合は、放電間隔を変更しない。放電間隔を調整するか否かは、温度の低下率ΔＴｅｍｐ．ｓｃと温度の低下率の予測値ΔＴｅｍｐ．ｐｒｅとの差分に対し予め閾値を決めておくと良い。掃気区間Ｔｓｃａｖが終了する（ステップＳ２０９）と、第二の制御装置１０７による放電は生じない。
なお、ステップＳ２０６、Ｓ２０７の代わりに、上述したように掃気促進放電の開始から時間経過に従って放電間隔を広げるようにし、ステップＳ２０８で放電間隔を調整してもよい。掃気促進放電条件テーブルに時間経過に従って放電間隔を広げる条件を予め持たせておいてもよい。すなわち、副燃焼室の温度に応じて、掃気促進放電の放電間隔を調整すればよい。
なお、ステップＳ２０６、Ｓ２０７の代わりに、上述したように掃気促進放電の開始から時間経過に従って放電間隔を広げるようにし、ステップＳ２０８で放電間隔を調整してもよい。掃気促進放電条件テーブルに時間経過に従って放電間隔を広げる条件を予め持たせておいてもよい。すなわち、副燃焼室の温度に応じて、掃気促進放電の放電間隔を調整すればよい。
［制御装置１０６、１０７のハードウエア構成］
次に、制御装置のハードウエア構成について図９を用いて説明する。
図９は、本実施の形態に係る第一及び第二の制御装置１０６、１０７のハードウエア構成図である。第一及び第二の制御装置１０６、１０７、少なくとも点火コイル１０４を制御する制御装置である。第一及び第二の制御装置１０６、１０７の各機能は、第一及び第二の制御装置１０６、１０７が備えた処理回路により実現される。具体的には、第一及び第二の制御装置１０６、１０７は、図９に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置１０（コンピュータ）、演算処理装置１０とデータのやり取りをする記憶装置２０、演算処理装置１０に外部の信号を入力する入力回路３０、および演算処理装置１０から外部に信号を出力する出力回路４０等を備えている。
次に、制御装置のハードウエア構成について図９を用いて説明する。
図９は、本実施の形態に係る第一及び第二の制御装置１０６、１０７のハードウエア構成図である。第一及び第二の制御装置１０６、１０７、少なくとも点火コイル１０４を制御する制御装置である。第一及び第二の制御装置１０６、１０７の各機能は、第一及び第二の制御装置１０６、１０７が備えた処理回路により実現される。具体的には、第一及び第二の制御装置１０６、１０７は、図９に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置１０（コンピュータ）、演算処理装置１０とデータのやり取りをする記憶装置２０、演算処理装置１０に外部の信号を入力する入力回路３０、および演算処理装置１０から外部に信号を出力する出力回路４０等を備えている。
演算処理装置１０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、および各種の信号処理回路等が備えられても良い。また、演算処理装置１０として、同じ種類のものまたは異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されても良い。記憶装置２０として、演算処理装置１０からデータを読み出しおよび書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置１０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路３０は、クランク角度センサ、カム角度センサ、吸気量検出センサ、水温センサ、電源電圧センサ、イオン電流検出回路等の各種のセンサおよびスイッチ（例えば、図１のセンサ１０８，１０９）が接続され、これらセンサおよびスイッチの出力信号を演算処理装置１０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路４０は、点火コイル１０４等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置１０からの制御信号を変換して出力する駆動回路等を備えている。
第一及び第二の制御装置１０６、１０７が備える各機能は、演算処理装置１０が、ＲＯＭ等の記憶装置２０に記憶されたソフトウエア（プログラム）を実行し、記憶装置２０、入力回路３０、および出力回路４０等の第一及び第二の制御装置１０６、１０７の他のハードウエアと協働することにより実現される。なお、第一及び第二の制御装置１０６、１０７が用いる閾値、判定値等の設定データ及び掃気促進放電条件テーブルは、ソフトウエア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置２０に記憶されている。第一及び第二の制御装置１０６、１０７の有する各機能は、それぞれソフトウエアのモジュールで構成されるものであっても良いが、ソフトウエアとハードウエアの組み合わせによって構成されるものであっても良い。
なお、第二の制御装置１０７は、第一の制御装置１０６とは別体の、独立したモジュール等としても良いが、第一の制御装置１０６内に搭載して、すなわち、同じパッケージ内に配置して一体化したモジュールであっても良い。
また、第二の制御装置１０７の機能を上述のコンピュータを有する第一の制御装置１０６内のソフトウエアとして掃気促進機装置または掃気促進機能を構成すれば、装置構成を簡素化でき、低コストで掃気促進機能を実現することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、燃料ガスの燃焼後に副燃焼室内に停留した既燃ガスなどを副燃焼室外へ排出するための掃気放電を行うようにしたので、副燃焼室内に停留した既燃ガスなどを副燃焼室外へ効率良く排出、掃気できるようになり、副燃焼室を有する内燃機関の燃焼性の低下を抑止できる。副燃焼室を用い、熱効率の良い条件で安定してエンジンを運転できるようになるので、内燃機関から排出される温室効果ガスの量を削減し、環境の保全に役立てることができる。
本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
１００：内燃機関、 １０１：オリフィス、 １０２：副燃焼室、 １０３：点火プラグ、 １０４：点火コイル、 １０５：主燃焼室、 １０６：第一の制御装置、 １０７：第二の制御装置、１０８：センサ、 １０９：センサ、 Ｔｓｃａｖ：掃気区間、 ｔｓｔａ：タイミング（掃気区間の始まり）、 ｔｉｇｎ：点火時期、 ｔｅｎｄ：タイミング（掃気区間の終わり）。
Claims (11)
- 少なくとも１つのオリフィスを有する副燃焼室と、前記副燃焼室に配置された点火プラグと、前記点火プラグに高電圧を供給する点火コイルと、前記点火コイルから供給された高電圧により前記点火プラグに形成された火花放電が前記副燃焼室に導入された燃料ガスを燃焼し、前記オリフィスから燃焼火炎が噴出される主燃焼室とを備えた内燃機関の前記点火コイルの動作を制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記点火コイルの動作を制御して前記点火プラグに形成された火花放電により前記燃料ガスを燃焼させる第一の制御装置と、
前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミングとは別のタイミングで前記点火コイルの動作を制御して前記副燃焼室の掃気を促進する第二の制御装置とを備え、
前記第二の制御装置は、前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミング以降、次に燃料ガスが前記副燃焼室に導入されるまでの期間に、前記点火プラグに掃気促進放電を発生させるように前記点火コイルの動作を制御するとともに、少なくとも前記燃料ガスが燃焼される燃焼行程後の排気行程においては前記掃気促進放電を複数回発生させるように前記点火コイルの動作を制御する内燃機関の制御装置。 - 少なくとも１つのオリフィスを有する副燃焼室と、前記副燃焼室に配置された点火プラグと、前記点火プラグに高電圧を供給する点火コイルと、前記点火コイルから供給された高電圧により前記点火プラグに形成された火花放電が前記副燃焼室に導入された燃料ガスを燃焼し、前記オリフィスから燃焼火炎が噴出される主燃焼室とを備えた内燃機関の前記点火コイルの動作を制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記点火コイルの動作を制御して前記点火プラグに形成された火花放電により前記燃料ガスを燃焼させる第一の制御装置と、
前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミングとは別のタイミングで前記点火コイルの動作を制御して前記副燃焼室の掃気を促進する第二の制御装置とを備え、
前記第二の制御装置は、前記内燃機関の運転条件に対応して予め定められた掃気促進放電のタイミング及び放電間隔を含むテーブルを有し、前記テーブルに従って、前記点火コイルの動作を制御するとともに、前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミング以降、次に燃料ガスが前記副燃焼室に導入されるまでの期間に、前記点火プラグに前記掃気促進放電を発生させるように前記点火コイルの動作を制御する内燃機関の制御装置。 - 前記第二の制御装置は、前記内燃機関の運転条件に対応して予め定められた前記掃気促進放電の回数のテーブルを有し、前記テーブルの掃気促進放電の回数に従って、前記点火コイルの動作を制御する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
- 少なくとも１つのオリフィスを有する副燃焼室と、前記副燃焼室に配置された点火プラグと、前記点火プラグに高電圧を供給する点火コイルと、前記点火コイルから供給された高電圧により前記点火プラグに形成された火花放電が前記副燃焼室に導入された燃料ガスを燃焼し、前記オリフィスから燃焼火炎が噴出される主燃焼室とを備えた内燃機関の前記点火コイルの動作を制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記点火コイルの動作を制御して前記点火プラグに形成された火花放電により前記燃料ガスを燃焼させる第一の制御装置と、
前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミングとは別のタイミングで前記点火コイルの動作を制御して前記副燃焼室の掃気を促進する第二の制御装置とを備え、
前記第二の制御装置は、前記内燃機関の運転条件に対応して予め定められた掃気促進放電の回数のテーブルを有し、前記テーブルの掃気促進放電の回数に従って、前記点火コイルの動作を制御するとともに、前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミング以降、次に燃料ガスが前記副燃焼室に導入されるまでの期間に、前記点火プラグに前記掃気促進放電を発生させるように前記点火コイルの動作を制御する内燃機関の制御装置。 - 前記第二の制御装置は、前記副燃焼室内のガスの固有振動数の周期に応じて設定された前記掃気促進放電の間隔で、前記点火コイルの動作を制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
- 少なくとも１つのオリフィスを有する副燃焼室と、前記副燃焼室に配置された点火プラグと、前記点火プラグに高電圧を供給する点火コイルと、前記点火コイルから供給された高電圧により前記点火プラグに形成された火花放電が前記副燃焼室に導入された燃料ガスを燃焼し、前記オリフィスから燃焼火炎が噴出される主燃焼室とを備えた内燃機関の前記点火コイルの動作を制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記点火コイルの動作を制御して前記点火プラグに形成された火花放電により前記燃料ガスを燃焼させる第一の制御装置と、
前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミングとは別のタイミングで前記点火コイルの動作を制御して前記副燃焼室の掃気を促進する第二の制御装置とを備え、
前記第二の制御装置は、前記副燃焼室内のガスの固有振動数の周期に応じて設定された掃気促進放電の間隔で、前記点火コイルの動作を制御するとともに、前記第一の制御装置による前記点火コイルの動作タイミング以降、次に燃料ガスが前記副燃焼室に導入されるまでの期間に、前記点火プラグに前記掃気促進放電を発生させるように前記点火コイルの動作を制御する内燃機関の制御装置。 - 前記第二の制御装置は、前記掃気促進放電の間隔を前記副燃焼室内のガスの温度に応じて調整する請求項５または６に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記第一の制御装置と前記第二の制御装置とは同じパッケージ内に配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
- 少なくとも１つのオリフィスを有する副燃焼室と、前記副燃焼室に配置された点火プラグと、前記点火プラグに高電圧を供給する点火コイルと、前記点火コイルから供給された高電圧により前記点火プラグに形成された火花放電が前記副燃焼室に導入された燃料ガスを燃焼し、前記オリフィスから燃焼火炎が噴出される主燃焼室とを備えた内燃機関の前記点火コイルの動作を制御する制御方法であって、
燃料ガスが圧縮された点火時期に前記点火コイルの動作を制御して前記点火プラグに形成された火花放電により前記燃料ガスを燃焼させる工程と、
前記燃料ガスを燃焼させる工程の後であって、次に新規燃料が前記副燃焼室に導入されるまでの期間に、前記点火コイルの動作を制御して前記点火プラグに形成された掃気促進放電により、前記副燃焼室内を掃気する工程と、を備え、
前記副燃焼室内を掃気する工程は、前記燃料ガスを燃焼させる工程後の少なくとも排気行程における複数回の前記掃気促進放電を含むことを特徴とする、内燃機関の制御方法。 - 少なくとも１つのオリフィスを有する副燃焼室と、前記副燃焼室に配置された点火プラグと、前記点火プラグに高電圧を供給する点火コイルと、前記点火コイルから供給された高電圧により前記点火プラグに形成された火花放電が前記副燃焼室に導入された燃料ガスを燃焼し、前記オリフィスから燃焼火炎が噴出される主燃焼室とを備えた内燃機関の前記点火コイルの動作を制御する制御方法であって、
燃料ガスが圧縮された点火時期に前記点火コイルの動作を制御して前記点火プラグに形成された火花放電により前記燃料ガスを燃焼させる工程と、
前記燃料ガスを燃焼させる工程の後であって、次に新規燃料が前記副燃焼室に導入されるまでの期間に、前記点火コイルの動作を制御して前記点火プラグに形成された掃気促進放電により、前記副燃焼室内を掃気する工程と、を備え、
前記内燃機関の運転条件に対応して予め定められた前記掃気促進放電のタイミング、放電間隔及び放電回数を含むテーブルを読み出し、
前記副燃焼室内を掃気する工程において、前記テーブルに従って、前記掃気促進放電を生じさせる、内燃機関の制御方法。 - 前記副燃焼室内を掃気する工程において、前記副燃焼室内のガスの温度に応じて、前記掃気促進放電の放電間隔を調整する請求項９または１０に記載の内燃機関の制御方法。
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