(57)【要約】【課題】失火の発生を予測する。【解決手段】主燃焼室（２）の頂面に、副室（５１）が形成されており、副室（５１）内の混合気を点火栓（５４）により燃焼させたときに連通孔（５２）から噴出するジェット火炎によって主燃焼室（２）内の混合気が燃焼せしめられる。副室（５１）内の燃焼時期を検出するセンサ（５５）を具備しており、センサ（５５）により検出された副室（５１）内の燃焼時期が、失火を引き起こす時期として予め求められている時期を越えて遅角されたときには、失火が発生すると予測される。【選択図】図１１
2020084891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室の頂面に、連通孔を介して主燃焼室内に連通する副室が形成されており、副室内に点火栓が配置されており、点火栓により副室内の混合気を燃焼させたときに連通孔から噴出するジェット火炎によって主燃焼室内の混合気を燃焼させるようにした副室付内燃機関の制御装置において、副室内の燃焼時期を検出するセンサを具備しており、該センサにより検出された副室内の燃焼時期が、失火を引き起こす時期として予め求められている時期を越えて遅角されたときには、失火が発生すると予測する副室付内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は副室付内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
主燃料ガスが主燃焼室内に供給され、主燃焼室の頂面に、連通孔を介して主燃焼室内に連通しかつ点火栓を有する副室が形成されており、副燃料ガスが副室内に供給され、副室内に供給された副燃料ガスを点火栓により燃焼させたときに連通孔から噴出するジェット火炎によって主燃焼室内の主燃料ガスを燃焼させるようにした副室付内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この副室付内燃機関では、副室内の燃焼圧のピーク値を検出し、このピーク値が目標値となるように副室内への副燃料ガスの供給量を制御し、それにより副室内における燃焼のばらつきを抑えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０３９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、点火栓により副室内の混合気を着火するようにした副室付内燃機関では、点火時期を遅らせていくと副室内の燃焼圧のピーク値が遅れる。この点に関し、研究を重ねた結果、副室内の燃焼圧のピーク値の発生する時期が、ある時期を越えて遅角されると、副室内の燃焼圧のピーク値が十分に高くても、突如失火が生ずることが判明したのである。その理由については必ずしも明確ではないが、おそらく、以下のような理由によるものと考えられる。
【０００５】
即ち、副室からジェット火炎が噴出するのは、副室内の燃焼圧がピーク値に達した後、一定時間が経過したときであり、従って、副室内の燃焼圧がピーク値に達したのが上死点近くであったとすると、副室からジェット火炎が噴出するのは、下死点後のピストンが下降しているときとなる。ところがピストンが下降すると主燃焼室内のガス温は急速に低下し、従って、副室から噴出したジェット火炎が周囲の温度低下したガスにより冷却されることになる。その結果、火炎が主燃焼室内で周囲に伝播せず、それにより失火が生ずるものと考えられる。この場合、主燃焼室内の温度が或る温度以下に低下すると、失火が生ずるものと考えられ、従って、副室内の燃焼圧のピーク値の発生する時期が、ある時期を越えて遅角されると、副室内の燃焼圧のピーク値が十分に高くても、突如失火が生ずるものと考えられる。
【０００６】
このように副室内の燃焼圧のピーク値が十分に高くても失火が生じるので、上述の公知の副室付内燃機関のように、副室内の燃焼圧のピーク値を検出していても、失火の発生を予測することはできない。一方、失火を検出したときに点火時期を遅角させるようにした運転制御装置も公知であるが、この場合には、少なくとも一回は失火が生じることになり、好ましくない。
本発明は、失火の発生を的確に予測することのできる副室付内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
本発明によれば、主燃焼室の頂面に、連通孔を介して主燃焼室内に連通する副室が形成されており、副室内に点火栓が配置されており、点火栓により副室内の混合気を燃焼させたときに連通孔から噴出するジェット火炎によって主燃焼室内の混合気を燃焼させるようにした副室付内燃機関において、副室内の燃焼時期を検出するセンサを具備しており、センサにより検出された副室内の燃焼時期が、失火を引き起こす時期として予め求められている時期を越えて遅角されたときには、失火が発生すると予測する副室付内燃機関の制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
失火の発生を的確に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は副室付内燃機関の全体図である。
【図２】図２はシリンダヘッドを下方から見たときの図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ断面に沿ってみた副室付内燃機関の側面断面図である。
【図４】図４は副室周りの拡大側面断面図である。
【図５】図５は図４のＢ−Ｂ断面に沿ってみた副室ケーシングの断面図である。
【図６】図６は、副室からの噴出ジェット火炎を示す図である。
【図７】図７は、副噴射量と主噴射量とを示す図である。
【図８】図８は、副室内の圧力変化を示す図である。
【図９】図９は、図示平均有効圧を示す図である。
【図１０】図１０Ａおよび図１０Ｂは、遅角限界クランク角を示す図である。
【図１１】図１１は点火時期遅角制御を行うためのフローチャートである。
【図１２】図１２は点火時期遅角制御を行うためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１にガソリンを燃料とする副室付内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の主燃焼室、３は各気筒に対して夫々設けられた主燃料噴射弁、４はサージタンク、５は吸気枝管、６は排気マニホルドを夫々示す。サージタンク４は吸気ダクト７を介して排気ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａの出口に連結され、コンプレッサ８ａの入口は吸入空気量検出器９を介してエアクリーナ１０に連結される。吸気ダクト７内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁１１が配置され、吸気ダクト７周りには吸気ダクト７内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ１２が配置される。
【００１１】
一方、排気マニホルド６は排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂの入口に連結され、排気タービン８ｂの出口は排気管１３を介して排気浄化用触媒コンバータ１４に連結される。排気マニホルド５とサージタンク４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１５内にはＥＧＲ制御弁１６が配置される。各主燃料噴射弁３は燃料分配管１７に連結され、この燃料分配管１７は燃料ポンプ１８を介して燃料タンク１９に連結される。
【００１２】
電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。吸入空気量検出器９の出力信号は、対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。また、アクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。ＣＰＵ２４では、このクランク角センサ３２の出力パルスから機関回転数が算出される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路２８を介して主燃料噴射弁３、スロットル弁１１の駆動用アクチュエータ、ＥＧＲ制御弁１６、および燃料ポンプ１８に接続される。
【００１３】
図３は図１に示される機関本体１の断面図を示しており、図２は図３に示される燃焼室２の頂面の底面図を示している。なお、図２および図３において、４１はシリンダブロック、４２はシリンダブロック４１上に取り付けされたシリンダヘッド、４３はシリンダブロック４１内で往復動するピストン、４４は一対の吸気弁、４５は吸気ポート、４６は一対の排気弁、４７は排気ポートを夫々示す。一方、図２から図５を参照すると、主燃焼室２の頂面中央部には、副室ケーシング５０が取付けられている。図２から図５に示す例では、この副室ケーシング５０は、両端が閉鎖された薄肉の中空円筒状をなしており、副室ケーシング５０の中心軸線がシリンダの中心軸線方向に延びるように主燃焼室２の頂面に取付けられている。この副室ケーシング５０内には副室５１が形成されており、副室ケーシング５０には、副室５１の主燃焼室２側の端部周辺部から主燃焼室２の周辺部に向けて放射状に延びる複数の連通孔５２が形成されている。
【００１４】
また、本発明の実施例では、副室５１の頂面中央部に、副燃料噴射弁５３が配置されており、副室５１の頂面周辺部には点火栓５４が配置されている。更に、副室５１の頂面周辺部には、副室５１内の燃焼時期を検出するためのセンサ５５が配置されている。この実施例では、この副室５１内の燃焼時期を検出するためのセンサ５５は、副室５１内の燃焼圧を検出するための圧力センサからなる。各気筒の副燃料噴射弁５３は、図１に示されるように、燃料分配管５６に連結され、この燃料分配管５６は燃料ポンプ５７を介して燃料タンク１９に連結される。センサ５５の出力信号は、対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力され、また、各気筒の副燃料噴射弁５３および点火栓５４は、対応する駆動回路２８を介して出力ポート２６に連結される。
【００１５】
図１から図５に示される副室付内燃機関では、吸気弁４４が開弁すると、主燃料噴射弁３から噴射された燃料が吸入空気と共に主燃焼室２内に供給され、それによって主燃焼室２内には混合気が形成される。次いで圧縮行程が開始されると、主燃焼室２内の一部の混合気が全連通孔５２から均一に副室５１内に流入する。次いで圧縮行程の後半になると、図４においてＦで示されるように、副燃料噴射弁５３から副室５１内に燃料が噴射される。次いで、圧縮行程末期になると、点火栓５４による点火作用が行われ、副室５１内の混合気が燃焼せしめられる。副室５１内の混合気が燃焼せしめられると、図６に示されるように、ジェット火炎Ｊが各連通孔５２から噴出し、主燃焼室２内の混合気は、これらのジェット火炎Ｊにより燃焼せしめられる。
【００１６】
図７に、要求噴射量Ｑｔと、主燃料噴射弁３からの主噴射量Ｑｍおよび副燃料噴射弁５３からの副噴射量Ｑａとの関係が示されている。なお、これら要求噴射量Ｑｔ、主噴射量Ｑｍおよび副噴射量Ｑａの間には、要求噴射量Ｑｔ＝主噴射量Ｑｍ＋副噴射量Ｑａの関係がある。本発明の実施例では、図７からわかるように、主燃料噴射弁３からの主噴射量Ｑｍに対する副燃料噴射弁５３からの副噴射量Ｑａの割合（Ｑａ/Ｑｍ）は、通常、要求噴射量Ｑｔに拘らずに、一定とされている。なお、図７に示される例では、副噴射量Ｑａは、要求噴射量Ｑｔに拘らずに、要求噴射量Ｑｔの５パーセント程度とされている。
【００１７】
さて、前述したように、副室５１内の燃焼圧のピーク値Ｐmax の発生する時期が、ある時期を越えて遅角されると、副室５１内の燃焼圧のピーク値Ｐmax が十分に高くても、突如失火が生ずることが判明している。このことについて図８および図９を参照しつつ説明する。図８を参照すると、図８の縦軸は副室５１内の圧力Ｐを示しており、図８の横軸は圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）で表したクランク角を示している。
【００１８】
また、図８において実線は、失火を生じていないときの副室５１内の圧力Ｐの変化を示しており、破線は、失火を生じたときの副室５１内の圧力Ｐの変化を示している。図８に示されるように、失火を生じていない場合でも失火を生じている場合でも、副室５１内での燃焼が行われたときには、副室５１内の圧力Ｐのピーク値Ｐmax は高くなり、従って、副室５１内の圧力Ｐのピーク値Ｐmax の大きさから、失火を生じているか否かを判断することはできない。
【００１９】
一方、副室５１内の圧力Ｐがピーク値Ｐmax になったときのクランク角を、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡと称すると、図９の横軸は、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）で表した圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡを示しており、図９の縦軸は機関の図示平均有効圧（ＩＭＰＥ）を示している。なお、図９の各点は、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡと図示平均有効圧（ＩＭＰＥ）との関係を表す実験値を示している。図９に示されるように、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが或るクランク角ＣＸを越えて遅角されると、即ち、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが或るクランク角ＣＸに対して遅角側になると、図示平均有効圧（ＩＭＰＥ）が、突如零になる、即ち、失火が生じることがわかる。
【００２０】
このように突如失火が生じることについて考えられる理由は前述した通りである。このように圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが或るクランク角ＣＸを越えて遅角されると失火が生じるので、このクランク角ＣＸは、失火が生じることなく圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡを遅角することのできる遅角限界を示している。従って、このクランク角ＣＸを、以下、遅角限界クランク角と称する。この遅角限界クランク角ＣＸは、失火を引き起こす時期として予め実験により求められている。ところで、機関負荷が高くなると副噴射量Ｑａが増大するためにジェット火炎Ｊが強くなり、従って、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角側に移動しても失火が生じづらくなる。従って、機関負荷が高くなるほど、遅角限界クランク角ＣＸは遅角側となる。
【００２１】
一方、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが同一の場合、機関回転数が高くなると、ジェット火炎Ｊが噴出するときのクランク角が遅くなるために、ジェット火炎Ｊが弱くなり、従って、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡを進角側に移動しないと失火を生じてしまう。従って、機関回転数が高くなるほど、遅角限界クランク角ＣＸは進角側となる。従って、遅角限界クランク角ＣＸは図１０Ａに示されるような値となる。なお、図１０Ａにおける実線は、等遅角限界クランク角ＣＸを表している。機関負荷および機関回転数に対する遅角限界クランク角ＣＸは予め実験により求められており、この予め実験により求められた遅角限界クランク角ＣＸは、機関回転数および機関負荷の関数として、図１０Ｂに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ２３内に記憶されている。
【００２２】
本発明による実施例では、例えば、ノッキングが発生したときに点火時期の遅角制御が行われ、また、機関冷間始動時にコンバータ１４内の排気浄化用触媒を暖機するために点火時期の遅角制御が行われる。このような点火時期の遅角制御が行われるとき、本発明による実施例では、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸを越えない範囲内において点火時期の遅角作用が行われる。
【００２３】
このように本発明による実施例では、副室５１内の圧力Ｐの圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡを用いて失火の発生を予測している。この場合、主燃焼室２内の圧力の圧力ピーククランク角を用いても、失火の発生を予測可能なように考えられる。しかしながら、主燃焼室２内の圧力の圧力ピーククランク角は、副室５１内の圧力Ｐの圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡに比べて、製造のばらつきや運転条件によって大きく変化し、実際には、主燃焼室２内の圧力Ｐの圧力ピーククランク角を用いても、失火の発生を予測するのは難しい。そこで本発明による実施例では、製造のばらつきや運転条件の影響を比較的受けない副室５１内の圧力Ｐの圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡを用いて失火の発生を予測している。
【００２４】
即ち、本発明による実施例では、主燃焼室２の頂面に、連通孔５２を介して主燃焼室２内に連通する副室５１が形成されており、副室５１内に点火栓５４が配置されており、点火栓５４により副室５１内の混合気を燃焼させたときに連通孔５２から噴出するジェット火炎によって主燃焼室２内の混合気を燃焼させるようにした副室付内燃機関において、副室５１内の燃焼時期を検出するセンサ５５を具備しており、このセンサ５５により検出された副室５１内の燃焼時期が、失火を引き起こす時期として予め求められている時期を越えて遅角されたときには、失火が発生すると予測される。
【００２５】
ところで、本発明による実施例では、点火時期の遅角制御を行うべき要求がなされたときには、遅角フラグがセットされる。次に、図１１を参照しつつ、この遅角フラグを用いて行われる点火時期の遅角制御の一例について説明する。図１１は、この点火時期の遅角制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
【００２６】
図１１を参照すると、まず初めにステップ１００において、遅角フラグがセットされているか否かが判別される。遅角フラグがセットされていないときには処理サイクルを完了する。これに対し、遅角フラグがセットされているときには、ステップ１０１に進んで、圧力センサ５５の検出値に基づき求められた圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが読み込まれる。次いで、ステップ１０２では、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも小さいか否か、即ち、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも進角側にあるかが判別される。圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも小さいとき、即ち、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも進角側にあるときにはステップ１０３に進む。
【００２７】
ステップ１０３では、点火時期ＩＧに一定値ΔＩＧ、例えば０．５度が加算される、即ち、点火時期ＩＧが一定値ΔＩＧだけ遅角される。次いでステップ１０４では、点火時期ＩＧが目標とする点火時期Ｂ，例えばＡＴＤＣ３度よりも小さいか否か、即ち、点火時期ＩＧが目標とする点火時期Ｂよりも進角側にあるか否かが判別される。点火時期ＩＧが目標とする点火時期Ｂよりも進角側にあるときには、処理サイクルを完了する。これに対し、点火時期ＩＧが目標とする点火時期Ｂに達したときにはステップ１０５に進んで遅角フラグがリセットされる。
【００２８】
一方、ステップ１０２において、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも小さくないと判別されたとき、即ち、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも進角側にないと判別されたときにはステップ１０６に進む。このときは失火を生ずる可能性が大きく、従って、異常を知らせる警告灯が点灯される。
【００２９】
一方、副室５１内の燃焼時期を検出するためのセンサ５５として、イオン発生検出センサを用いることもできる。このイオン発生検出センサは、副室５１内に配置された一対のプローブ間に燃焼火炎が到来すると、プローブ間にイオン電流が流れ、このイオン電流の発生から副室５１内の燃焼が生じたことを検出することができる。図１２は、このイオン発生検出センサ５５を用いて点火時期の遅角制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。なお、図１２に示されるルーチンにおけるステップ２０１，２０２以外のステップの内容は、図１１に示されるルーチンにおけるステップ１０１，１０２以外の対応するステップの内容と同じである。
【００３０】
図１２を参照すると、まず初めにステップ２００において、遅角フラグがセットされているか否かが判別される。遅角フラグがセットされていないときには処理サイクルを完了する。これに対し、遅角フラグがセットされているときには、ステップ２０１に進んで、イオン発生検出センサ５５の検出値に基づき求められた圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが読み込まれる。次いで、ステップ２０２では、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも小さいか否か、即ち、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも進角側にあるかが判別される。圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも小さいとき、即ち、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも進角側にあるときにはステップ２０３に進む。
【００３１】
ステップ２０３では、点火時期ＩＧに一定値ΔＩＧ、例えば０．５度が加算される、即ち、点火時期ＩＧが一定値ΔＩＧだけ遅角される。次いでステップ２０４では、点火時期ＩＧが目標とする点火時期Ｂ，例えばＡＴＤＣ３度よりも小さいか否か、即ち、点火時期ＩＧが目標とする点火時期Ｂよりも進角側にあるか否かが判別される。点火時期ＩＧが目標とする点火時期Ｂよりも進角側にあるときには、処理サイクルを完了する。これに対し、点火時期ＩＧが目標とする点火時期Ｂに達したときにはステップ２０５に進んで遅角フラグがリセットされる。
【００３２】
一方、ステップ２０２において、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも小さくないと判別されたとき、即ち、圧力ピーククランク角Ｐmax ＣＡが遅角限界クランク角ＣＸよりも進角側にないと判別されたときにはステップ２０６に進む。このときは失火を生ずる可能性が大きく、従って、異常を知らせる警告灯が点灯される。
【符号の説明】
【００３３】
２      主燃焼室
３      主燃料噴射弁
４４    吸気弁
４６    排気弁
５１    副室
５２    連通孔
５３    副燃料噴射弁
５４    点火栓
５５    センサ
【図１】
2020084891.tif 000003
【図２】
2020084891.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020084891.tif 000009
【図８】
2020084891.tif 000010
【図９】
2020084891.tif 000011
【図１０】
2020084891.tif 000012
【図１１】
2020084891.tif 000013
【図１２】
2020084891.tif 000014