(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの気筒に複数のスパークプラグを配置するエンジン（３０）において、所定間隔のエアギャップを持つＡ型スパークプラグ（１０）と、前記Ａ型スパークプラグのエアギャップとは異なる間隔のエアギャップを持つＢ型スパークプラグ（２０）を備え、前記エンジン（３０）の回転数を検出する回転数検出手段（６３）と、前記回転数と該回転数毎に使用するスパークプラグとの関係を記憶した記憶手段と、前記回転数検出手段（６３）と前記記憶手段を接続し、前記二つのスパークプラグをエンジンの回転数に応じて、Ａ型スパークプラグ又はＢ型スパークプラグを選択して点火制御する制御手段を備え、前記回転数検出手段（６３）を制御手段と接続し、着火不良が生じると、前記記憶手段の内容を書き換え可能である書き換え手段を備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンにおいて、前記エンジン（３０）は複数の気筒を有し、気筒毎に前記二つのスパークプラグを制御することを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つの気筒に複数のスパークプラグを配置するエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンに設けられるスパークプラグは良く知られている。スパークプラグは、シリンダ内の燃料に火花を飛ばして点火する点火装置である。例えば、気筒内のシリンダ上部にスパークプラグを備えたガスエンジンが、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２９３３４４号公報
【０００３】
ここで、スパークプラグの点火方法について説明する。まず、イグニッションコイルなどで電圧を数千ボルトに増幅する。さらに、増幅された電圧を中心電極と接地電極に加え、電気火花を発生させる（飛火）。この電極間の燃料粒子が火花放電により活性化され、化学反応（酸化）を起こす。この反応熱の発生により火炎核ができ（着火）、燃焼が周囲に拡がっていく。
【０００４】
増幅させた電圧をかける中心電極と接地電極の隙間（以下、エアギャップと言う）は、スパークプラグの性能に大きく影響する。例えば、エアギャップが広いスパークプラグは、要求される電圧（要求電圧）も大きく、電極が消耗しやすい。一方、エアギャップが狭いスパークプラグは着火しにくいという性能がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
長時間の耐久性を求められるエンジン（例えば、エンジン駆動式ヒートポンプで用いられるエンジン）では、電極消耗を考慮して、狭い設定のエアギャップであるスパークプラグが使用される。しかし、通常、エアギャップが狭いスパークプラグは、エアギャップが広いスパークプラグに比べて着火性能が劣る。そこで、解決しようとする課題は、スパークプラグの長寿命化と着火性能の向上を両立できるエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
請求項１においては、一つの気筒に複数のスパークプラグを配置するエンジン（３０）において、所定間隔のエアギャップを持つＡ型スパークプラグ（１０）と、前記Ａ型スパークプラグのエアギャップとは異なる間隔のエアギャップを持つＢ型スパークプラグ（２０）を備え、前記エンジン（３０）の回転数を検出する回転数検出手段（６３）と、前記回転数と該回転数毎に使用するスパークプラグとの関係を記憶した記憶手段と、前記回転数検出手段（６３）と前記記憶手段を接続し、前記二つのスパークプラグをエンジンの回転数に応じて、Ａ型スパークプラグ又はＢ型スパークプラグを選択して点火制御する制御手段を備え、前記回転数検出手段（６３）を制御手段と接続し、着火不良が生じると、前記記憶手段の内容を書き換え可能である書き換え手段を備えたものである。
【０００８】
請求項２においては、請求項１記載のエンジンにおいて、前記エンジン（３０）は複数の気筒を有し、気筒毎に前記二つのスパークプラグを制御するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、一つの気筒に複数のスパークプラグを配置するエンジン（３０）において、所定間隔のエアギャップを持つＡ型スパークプラグ（１０）と、前記Ａ型スパークプラグのエアギャップとは異なる間隔のエアギャップを持つＢ型スパークプラグ（２０）を備え、前記エンジン（３０）の回転数を検出する回転数検出手段（６３）と、前記回転数と該回転数毎に使用するスパークプラグとの関係を記憶した記憶手段と、前記回転数検出手段（６３）と前記記憶手段を接続し、前記二つのスパークプラグをエンジンの回転数に応じて、Ａ型スパークプラグ又はＢ型スパークプラグを選択して点火制御する制御手段を備え、前記回転数検出手段（６３）を制御手段と接続し、着火不良が生じると、前記記憶手段の内容を書き換え可能である書き換え手段を備えたので、一つの気筒内に二つのスパークプラグを設けることで、スパークプラグの電極磨耗が軽減される。すなわち、スパークプラグの長寿命化が図れる。
【００１１】
また、上記の効果に加え、エンジンの回転数に応じたスパークプラグを選択することで、着火不良及び電極磨耗の低減の両立を図ることができる。すなわち、エンジンを効率良く運転できる。
【００１２】
また、上記の効果に加え、エンジンの使用年数が経過した場合、スパークプラグの電極消耗に伴う要求電圧に適したスパークプラグを選択でき、着火不良及び電極磨耗の低減の両立を図ることができる。すなわち、エンジンを効率良く運転できる。
【００１３】
請求項２においては、請求項１の効果に加え、エンジンの各気筒に合ったスパークプラグを選択して運転でき、電極摩耗の低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る二つのスパークプラグを有するエンジンの内部構造を示す模式図、図２は同じく点火装置の構成を示す制御回路図である。
【００１６】
図３は同じくエンジン駆動式ヒートポンプの全体構成を示す冷媒回路図、図４は同じくエンジンの回転数／負荷マップを示すテーブル図である。
【００１７】
図５は同じくスパークプラグ変更制御を示すフローチャート図である。
【００１８】
図６は同じくエンジンの回転数／負荷マップの第一書き換え手段を示すテーブル図、図７は同じく第二書き換え手段を示すテーブル図である。
【００１９】
本発明の実施例を、エンジン駆動式ヒートポンプ５０に用いられるエンジン３０とする。このエンジン駆動式ヒートポンプ５０において、エンジン３０は圧縮機５１を駆動する。
【００２０】
本実施例のエンジン３０は、天然ガス等の気体状の燃料を用いるガスエンジンである。まず、エンジン３０において、気筒の内部構造について説明する。なお、本実施例では、エンジン３０の気筒数については限定しない。多気筒エンジンは、本実施例で示す内部構造の気筒が、その気筒数存在するものとする。
【００２１】
図１に示すように、燃焼室３６は、混合ガスを燃焼させるための空間であり、吸気配管（吸気マニホールド）３１および排気配管（排気マニホールド）３２と連通している。この燃焼室３６は、エンジン３０の構造体を成す部材であるシリンダブロック３５の上部に空間を形成したシリンダと、その上部に配置されるシリンダヘッド３９によって形成されている。また、シリンダ内には、気密的に摺動することにより往復運動するピストン３３が設けられている。このピストン３３は、燃焼室３６に供給された混合ガスが燃焼し、膨張することにより下方（燃焼室３６の体積が大きくなる方）に摺動する。さらに、該ピストン３３にはコンロッドを介してクランク軸３４が連結され、該ピストン３３の往復運動によりクランク軸３４が回転運動する。
【００２２】
同じく図１に示すように、吸気配管３１は、外部から空気を取り込み、該空気と燃料とをミキサ（図示なし）により混合して生成した混合ガスを、エンジン３０に供給する配管である。この吸気配管３１の一端には、吸気配管３１内に導入される空気中の塵挨等を除去するため、エアクリーナ（図示なし）が設けられる。一方、吸気配管３１の他端は、エンジン３０のシリンダヘッド３９の吸気ポートに接続される。また、吸気バルブ３７は、シリンダヘッド３９において、吸気ポートと燃焼室３６の中途部に設けられる。この吸気バルブ３７は、吸気ポートの開閉動作を行なうことにより、吸気配管３１と燃焼室３６とを連通または閉塞する弁である。
【００２３】
同じく図１に示すように、排気配管３２は、燃焼室３６で混合ガスが燃焼し生成する排気ガスを、エンジン３０の外部に排出する配管である。この排気配管３２の一端は、エンジン３０のシリンダヘッド３９に接続される。一方、他端は、マフラー（図示なし）に接続される。また、排気バルブ３８は、シリンダヘッド３９において、排気ポートと燃焼室３６の中途部に設けられる。この排気バルブ３８は、排気ポートの開閉動作を行なうことにより、排気配管３２と燃焼室３６とを連通または閉塞する弁である。前記吸気バルブ３７及び排気バルブ３８はそれぞれクランク軸にカムやロッド等を介して連動する弁腕により上下駆動される。
【００２４】
同じく図１に示すように、エンジン３０は、燃焼室３６内において、二つのスパークプラグ１０・２０を備えている。スパークプラグ１０・２０は、シリンダヘッド３９に設けられ、その先端部が燃焼室３６の内部に配置される。スパークプラグ１０・２０は、火花を発生することにより、燃焼室３６に供給された混合ガスを燃焼させる。本実施例では、二つのスパークプラグ１０・２０を、それぞれエアギャップの異なるスパークプラグとしている。具体的には、Ａ型スパークプラグ１０のエアギャップは、Ｂ型スパークプラグ２０のエアギャップより狭い間隔としている。但し、スパークプラグは三つ以上設けることも可能である。この場合各スパークプラグのエアギャップは異なるものとし、回転数や負荷に応じて選択してスパークされる。こうすることで更に効率良くエンジンを作動させることができ、スパークプラグの寿命も長くすることができる。エアギャップとは、増幅させた電圧をかける中心電極と接地電極の隙間のことである。このエアギャップは、スパークプラグの性能に大きく影響する。エアギャップが広いスパークプラグは、要求される電圧（要求電圧）も大きく、電極が消耗しやすい性能がある。一方、エアギャップが狭いスパークプラグは、要求電圧は小さく、電極が消耗しにくい性能がある。さらに、Ａ型スパークプラグ１０は、Ｂ型スパークプラグ２０に比べて着火性能が劣る。
【００２５】
本実施例では、着火性能の劣るＡ型スパークプラグ１０の熱価を低熱価型（焼け型）とする。熱価とは、スパークプラグの放熱具合を表す数値である。低熱価型スパークプラグは放熱しにくく電極部が焼けやすいため、低負荷かつ低回転数のエンジン領域での使用が適している。
【００２６】
図２に示すように、Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵと略）６０は、エンジン３０に設けられた点火装置４０に接続されている。該ＥＣＵ６０は制御手段であり、演算装置や記憶手段等を備える。この点火装置４０において、Ａ型スパークプラグ１０及びＢ型スパークプラグ２０は、それぞれ独立した回路１４・２４として配置されている。点火装置４０は、イグナイタ４１、イグニッションコイル１３・２３及びスパークプラグ１０・２０を備え、バッテリー４３より電源供給される装置である。イグナイタ４１は、スパークプラグ１０・２０の点火時期を決定する電子装置で、半導体を利用した一種のスイッチである。本実施例では、切換器４２が、イグナイタ４１の２次側に配置されている。この切換器４２は、ＥＣＵ６０に接続され、回路１４と回路２４を切り換えることができる。また、イグニッションコイル１３・２３は点火に必要な高電圧を発生させる一種の変圧器である。このイグニッションコイル１３・２３は、Ａ型スパークプラグ１０及びＢ型スパークプラグ２０において、それぞれの回路に設けられている。スパークプラグ１０・２０は、それぞれの回路のイグニッションコイル１３・２３にて数千ボルトに増幅された電圧を中心電極１１・２１と接地電極１２・２２に加え、電気火花を発生させる。なお、エンジン３０が多気筒エンジンの場合は、気筒毎に点火装置４０が設けられ、各気筒毎に回転数又は負荷等に応じて制御手段６０により、Ａ型スパークプラグ１０又はＢ型スパークプラグ２０が選択されてスパークされる。こうして、気筒毎にバラツキがあっても確実に燃焼させることが可能となる。但し、ディストリビュータ（図示なし）を用いることも可能である。このディストリビュータは、発生した高電圧を点火順序に従って各シリンダのスパークプラグに順次配分する配電機構である。
【００２７】
スパークプラグの中心電極は高温になるため酸化して消耗する。そのため、スパークプラグは、定期的な点検や交換が本来必要とされてきた。本実施例のように、一つの気筒内に二つのスパークプラグ１０・２０を用いることで、スパークプラグの使用量が半減される。つまり、スパークプラグの長寿命化が図れる。さらに、この二つのスパークプラグ１０・２０を、エアギャップの異なるすなわち着火性能及び電極磨耗においてそれぞれ性能が異なるものとして用いることで、電極磨耗の軽減及び着火性能の向上を実現できる。
また、エアギャップの狭いＡ型スパークプラグ１０の熱価を低熱価とすることで、さらに着火性能が向上できる。
【００２８】
図３に示すように、エンジン駆動式ヒートポンプ５０は、エンジン３０により駆動される圧縮機５１を有している。この圧縮機５１は、冷媒を循環させて冷暖房を行なう。エンジン３０の駆動から圧縮機５１への動力の断続、即ち圧縮機５１の作動及び停止の切り換えは、圧縮機５１の駆動プーリ（図示なし）と該圧縮機５１の駆動軸との間に介装されるクラッチ５２のオン・オフにより行われる。本実施例では、クラッチ５２を周知の構成の電磁クラッチとしている。また、エンジン３０の廃熱は、循環する冷却水によって冷却され、この冷却水はラジエータ（図示なし）及び廃熱回収器５３によって冷却される。
【００２９】
同じく図３に示すように、エンジン駆動式ヒートポンプ５０の構成を簡単に説明する。エンジン駆動式ヒートポンプ５０は、圧縮機５１と、この圧縮機５１の吐出側に接続され冷房時及び暖房時で冷媒の流れを切り換える四方弁５４と、冷房時に圧縮機５１から四方弁５４を介して冷媒が供給される室外熱交換器５５と、暖房時に圧縮機５１から四方弁５４を介して冷媒が供給される室内熱交換器５６と、室外熱交換器５５及び室内熱交換器５６間に配設される室外膨張弁５７とを有しており、これらで構成される冷媒サイクルである。
【００３０】
同じく図３に示すように、ＥＣＵ６０は、吸入圧力センサ６１並びに吐出圧力センサ６２と接続されている。これら吸入圧力センサ６１及び吐出圧力センサ６２は、それぞれ吸入経路５８及び吐出経路５９に設けられている。ここで、ＥＣＵ６０は、吐出圧力センサ６２より検出される吐出圧力から、吸入圧力センサ６１より検出される吸入圧力を減じた圧縮機５１の圧力差を、エンジン３０の負荷として判断する。但し、負荷の検出はこの構成に限定するものではなく、エンジンの回転数とスロットル位置から演算したりすることも可能である。また、ＥＣＵ６０は、エンジン３０の回転数を検出する回転数検出手段６３と接続されている。さらに、ＥＣＵ６０は点火装置４０に接続されている。ここで、ＥＣＵ６０は、点火装置４０の点火時期並びに切換器４２にて、点火するスパークプラグ１０・２０を選択する。
【００３１】
図４に示すように、ＥＣＵ６０は、エンジン３０の負荷と回転数を配列したマップ７０を記憶している。このマップ７０において、ＥＣＵ６０は、検出したエンジン３０の負荷と回転数から最適なスパークプラグ１０・２０を選択する。マップ７０は、縦軸をエンジン負荷すなわち圧縮機５１の高低差圧、横軸をエンジン回転数とする配列としている。エンジン負荷は、０ＭＰａから４．０ＭＰａまでを１０領域に区切り配列している。ここで、例えば０．８ＭＰａの領域は、０．６ＭＰａ以上で１．０ＭＰａ未満の範囲を含んでいる。エンジン回転数は、１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍまでを１０領域に区切り配列している。ここで、例えば１６００ｒｐｍの領域は、１５００ｒｐｍ以上で１７００ｒｐｍ未満の範囲を含んでいる。なお、マップ７０の配列については本実施例に限定するものではない。
【００３２】
同じく図４に示すように、マップ７０において、Ａはエアギャップの狭い前記Ａ型スパークプラグ１０を、Ｂはエアギャップの広い前記Ｂ型スパークプラグ２０を使用する領域であることを示している。エンジン３０が低回転で低負荷の領域（マップ７０にて左上部分）では、着火性能が劣るが電極消耗は少ないＡ型スパークプラグ１０を使用する。一方、エンジン３０が高回転で高負荷の領域（マップ７０にて右下部分）では、電極消耗は大きいが着火性能が良いＢ型スパークプラグ２０を使用する。また、低回転で高負荷の場合も着火性能が良いＢ型スパークプラグ２０を使用することもできる。ここで、Ａ型スパークプラグ１０及びＢ型スパークプラグ２０を使用する領域境界が、マップ７０上にて右上がりの対角線として構成される。ここで、境界を示す対角線すなわちＢ型スパークプラグ１０側の使用限界領域列を、列Ｎと定義する。
【００３３】
このようにして、エンジン３０の回転数及び負荷に応じた最適なスパークプラグを選択することで、着火不良及び電極磨耗の低減の両立を図ることができる。本実施例では、Ａ型スパークプラグ１０の電極磨耗に強いという長所、並びにＢ型スパークプラグ２０の着火性能が良いという長所を、適宜使い分けることができる。すなわち、エンジン３０を耐久性及び着火性の観点から効率良く運転できる。
【００３４】
図５に示すように、マップ７０を用いた失火改善制御について説明する。なお、説明を簡略にするために、最初はＡ型スパークプラグ１０を使用しているものとする。まず、Ｓ１００において、エンジン３０は、回転数と負荷よりマップ７０にて導き出される最適なＡ型スパークプラグ１０で運転している。ここで、Ｓ１０１において、ＥＣＵ６０は、Ａ型スパークプラグ１０の失火判定を行なう。このＡ型スパークプラグ１０が問題なく着火していれば、Ｓ１００の通常運転に戻る。一方、Ａ型スパークプラグ１０が失火した場合はＳ１０２に推移する。次に、Ｓ１０２において、ＥＣＵ６０は、失火したＡ型スパークプラグ１０が、どちらのスパークプラグ１０であったか判断する（本例ではＡ型スパークプラグ１０）。そして、Ｓ１０３において、ＥＣＵ６０は、使用するスパークプラグを失火したＡ型スパークプラグ１０とは異なるＢ型スパークプラグ２０に変更する。さらに、Ｓ１０４において、Ｂ型スパークプラグ２０が問題なく着火していれば、Ｓ１０５に推移する。一方、Ｂ型スパークプラグ２０が失火した場合は、Ｓ１０６に推移する。ここで、Ｓ１０６において、ＥＣＵ６０は、二つのスパークプラグ１０・２０にて失火したので異常と判断しアラームを警告する。また、Ｓ１０５において、ＥＣＵ６０は、マップ７０の書き換えを実施する。この書き換えについて詳しくは後述する。
【００３５】
このようにして、エンジン３０において、一方のスパークプラグが失火した場合でも、他方のスパークプラグを使用することでエンジン３０の着火性能を向上している。また、二つのスパークプラグ１０・２０のそれぞれにて失火した場合は、何らかの異常がありと判断し、作業者に対して早期に点検を促すことができる。
【００３６】
図６を用いて、上述した失火改善制御のＳ１０６において、マップ７０の第一書き換え手段について説明する。図６（ａ）に示すように、回転数１２００ｒｐｍかつ負荷２．８ＭＰＡの領域（図中α）は、マップ７０よりＡ型スパークプラグ１０が使用される領域である。この領域で失火した場合は、上述した失火改善制御によりＢ型スパークプラグ２０にて着火される。このとき同時に、マップ７０において、領域αで使用するスパークプラグをＢ型スパークプラグ２０にするように書き換える。すなわち、列Ｎを領域αの含まれる列に変更する。つまり、図６（ｂ）に示すように、各エンジン回転数の各項目列において、２箇所の領域が「Ａ型」から「Ｂ型」に書き換えられたことになる。
【００３７】
一般に、エンジン負荷が高い場合は、スパークプラグの要求電圧が高い。そして、エンジンの使用年数が経過した場合、スパークプラグの電極消耗に従い要求電圧が上昇する。このような場合は、Ａ型スパークプラグ１０を使用する領域を縮小しＢ型スパークプラグ２０を使用する領域を拡大することで、着火不良及び電極磨耗の低減の両立を図ることができる。
【００３８】
図７を用いて、第二書き換え手段について説明する。図７（ａ）は、図６（ａ）と同じ状態としたので説明は省略する。図７（ｂ）に示すように、エンジン３０がＡ型スパークプラグ１０で失火した場合は、上述した失火改善制御によりＢ型スパークプラグ２０にて着火される。このとき同時に、マップ７０において、列Ｎを１列のみＡ側「Ａ型」に書き換える。つまり、Ａ型スパークプラグ１０で失火した場合は、列Ｎを現在より１列分「Ｂ型」側に変更することで、着火性能の良いＢ型スパークプラグ２０を使用する領域を拡大する。言い換えると、各エンジン回転数の各項目列において、１箇所の領域が「Ａ型」から「Ｂ型」に書き換えられたことになる。
【００３９】
この第二書き換え手段は、使用するスパークプラグ領域変更を、第一書き換え手段に比べて緩やかにしたものである。このようにして、現在のエンジン３０における二つのスパークプラグ１０・２０の状態に応じた適正なマップ７０を作成することができる。つまり、着火不良及び電極磨耗の低減の両立をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る二つのスパークプラグを有するエンジンの内部構造を示す模式図。
【図２】同じく点火装置の構成を示す制御回路図。
【図３】同じくエンジン駆動式ヒートポンプの全体構成を示す冷媒回路図。
【図４】同じくエンジンの回転数／負荷マップを示すテーブル図。
【図５】同じくスパークプラグ変更制御を示すフローチャート図。
【図６】同じくエンジンの回転数／負荷マップの第一書き換え手段を示すテーブル図。
【図７】同じく第二書き換え手段を示すテーブル図。
【符号の説明】
【００４１】
１０    Ａ型スパークプラグ
２０    Ｂ型スパークプラグ
３０    エンジン
【図１】
0004667258.tif 000002
【図２】
0004667258.tif 000003
【図３】
0004667258.tif 000004
【図４】
0004667258.tif 000005
【図５】
0004667258.tif 000006
【図６】
0004667258.tif 000007
【図７】
0004667258.tif 000008