(57)【要約】【課題】  本発明は、燃焼室２に形成された混合気を複数の点火手段２６により多点点火するエンジン１００に関し、その目的は、ＮＯｘの増加を抑制しながら運転状態を安定化させ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。【解決手段】  運転状態を検出する運転状態検出手段１０，１１と、運転状態検出手段１０，１１の検出結果に基づいて、複数の点火手段２６の内の一部である制御対象点火手段２６ａの点火時期を制御する点火時期制御手段３０とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、
運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記複数の点火手段の内の一部である制御対象点火手段の点火時期を制御する点火時期制御手段とを備えたエンジン。
【請求項２】
前記運転状態検出手段として、前記運転状態としてエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段を備え、
前記点火時期制御手段が、前記エンジン回転数検出手段で検出したエンジン回転数が不安定な場合に、前記制御対象点火手段の点火時期を進角化させるように構成されている請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記運転状態検出手段として、前記運転状態としてエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段を備え、
前記点火時期制御手段が、前記エンジン負荷検出手段で検出したエンジン負荷が上昇側に変動した場合に、前記制御対象点火手段の点火時期を進角化させるように構成されている請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
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、
運転状態に基づいて、前記複数の点火手段の内の一部である制御対象点火手段の点火時期を制御する点火時期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。）。
【０００３】
火花点火エンジンにおいて、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、この点火時期制御手段は、運転状態としてのエンジン回転数が不安定な場合に、点火時期を進角化することにより、燃焼速度及び温度を上昇させて、混合気を安定して燃焼させて、エンジン回転数の安定化させるように構成されている。
【０００４】
また、ガスヒートポンプ等の熱源システムで使用される火花点火式エンジンは、部分出力運転（定格出力運転よりも小さい出力での運転）時での高効率化を図るために、燃料が空気に対して希薄な希薄混合気を燃焼させる希薄燃焼を行う場合がある。そして、このような希薄燃焼を実施する火花点火式エンジンでも、希薄燃焼時の燃焼安定化のために、点火時期を進角化するように構成する場合がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１４１３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
火花点火式エンジンにおいて、点火プラグの点火時期の進角化を実施すると、燃焼速度及び温度の上昇により、ＮＯｘが増加する。
【０００７】
特に、多点点火式エンジンでは、全ての点火プラグの点火時期を進角化することで、安定した運転状態は確保できるものの、燃焼速度及び温度が急激に上昇するので、ＮＯｘが過剰増加してしまう場合がある。
【０００８】
また、火花点火式エンジンにおいて、エンジン負荷が変動した場合に、エンジン回転数を安定化させるために、そのエンジン負荷の変動に応じて燃料供給量を制御する場合があるが、エンジン負荷の上昇側への変動に応じて燃料供給量を増加させると、燃焼室に形成される混合気の当量比が過剰に大きくなって、ＮＯｘ濃度が増加し、更には効率低下を招く場合がある。
【０００９】
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の増加を抑制しながら運転状態を安定化させ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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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エンジンであって、その第１特徴構成は、運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記複数の点火手段の内の一部である制御対象点火手段の点火時期を制御する点火時期制御手段とを備えた点にある。
【００１１】
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、運転状態に基づいて、前記複数の点火手段の内の一部である制御対象点火手段の点火時期を制御する点にある。
【００１２】
即ち、本発明者らは、多点点火式エンジンにおいて、複数の点火手段の全ての点火時期を同時に変更するのではなく、一部の制御対象点火手段の点火時期のみを変更することで、ＮＯｘの増加を抑制しながら運転状態を安定化させることができるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【００１３】
即ち、上記第１特徴構成によれば、複数の点火手段を働かせて混合気を多点点火する多点点火式エンジンにおいて、上記点火時期制御手段により、一部の制御対象点火手段の点火時期のみを上記運転状態検出手段の検出結果に基づいて制御することで、複数の点火手段の点火時期の内、相対的に遅い点火時期によりＮＯｘの増加を抑制しながら、相対的に早い点火時期により混合気を安定して燃焼させることができる。例えば、点火時期の進角化により運転状態の安定化を図る場合には、運転状態検出手段により不安定な運転状態を検出したときに、制御対象点火手段の点火時期のみを進角化させることで、進角化した点火時期により混合気を安定して燃焼させながら、他の点火手段の点火時期を遅角側に固定することで、燃焼圧力及び温度の上昇を抑制して、比較的ＮＯｘの増加を抑制することができる。
【００１４】
従って、本発明により、火花点火式エンジンにおいて、ＮＯｘの増加を抑制しながら運転状態を安定化させることができる点火時期の制御技術を実現することができる。
【００１５】
本発明に係るエンジンの第２特徴構成は、前記運転状態検出手段として、前記運転状態としてエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段を備え、
前記点火時期制御手段が、前記エンジン回転数検出手段で検出したエンジン回転数が不安定な場合に、前記制御対象点火手段の点火時期を進角化させるように構成されている点にある。
【００１６】
上記第２特徴構成によれば、上記点火時期制御手段により、上記回転数検出手段で検出された実際のエンジン回転数（クランク軸の回転数）が目標エンジン回転数に対して不安定な状態である場合に、制御対象点火手段の点火時期を進角化させることで、混合気の燃焼状態を良好なものとして、エンジン回転数を安定化させることができる。一方、制御対象点火手段以外の点火時期については遅角側に固定されているため、点火時期の進角による燃焼圧力及び温度の上昇を抑制して、ＮＯｘの増加を抑制することができる。
【００１７】
本発明に係るエンジンの第３特徴構成は、前記運転状態検出手段として、前記運転状態としてエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段を備え、
前記点火時期制御手段が、前記エンジン負荷検出手段で検出したエンジン負荷が上昇側に変動した場合に、前記制御対象点火手段の点火時期を進角化させるように構成されている点にある。
【００１８】
上記第３特徴構成によれば、上記点火時期制御手段により、上記エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷が上昇側に変動してエンジン回転数が低下する恐れがある場合には、制御対象点火手段の点火時期を進角化させることで、燃焼圧力及び温度を若干上昇させて、エンジン負荷の上昇側への変動に合わせてエンジン出力を若干上昇させて、エンジン回転数を安定化させることができる。一方、制御対象点火手段以外の点火時期については遅角側に固定されているため、点火時期の進角による燃焼圧力及び温度の上昇を抑制して、ＮＯｘの増加を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
また、エンジン１００には、クランク軸９により回転駆動されるポンプ等の負荷機器の運転状態が入力され、その負荷機器の運転状態からクランク軸９にかかるエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段１１が設けられている。
また、クランク角センサ１０やエンジン負荷検出手段１１のように、運転状態としてのエンジン回転数やエンジン負荷等を検出する手段を運転状態検出手段と呼ぶ。
【００２８】
ＥＣＵ３０は、このクランク角センサ１０で検出されたエンジン回転数やエンジン負荷検出手段１１で検出されたエンジン負荷等の運転状態に基づいて、点火時期可変機構２７を働かせることにより、複数の点火プラグ２６の内一部である１つの制御対象点火プラグ２６ａ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。
【００２９】
例えば、点火時期制御手段として機能するＥＣＵ３０は、運転状態検出手段としてのクランク角センサ１０で検出したエンジン回転数の安定度が低い（即ちエンジン回転数が不安定）であると判定した場合に、制御対象点火プラグ２６ａの点火時期を、エンジン回転数の安定度が許容できる程度まで高くなるまで、進角化させるように構成されている。
そして、このように制御対象点火プラグ２６ａの点火時期を進角化させて、残りの点火プラグ２６ｂの点火時期は進角させずに遅角側に固定しておくことで、制御対象点火プラグ２６ａの点火時期の進角化により混合気の燃焼状態を良好なものとしてエンジン回転数の安定度を向上させながら、全ての点火プラグ２６の点火時期を進角させる場合と比較して燃焼圧力及び温度の上昇が抑制されるので、ＮＯｘの増加を抑制することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
更に、点火時期制御手段として機能するＥＣＵ３０は、運転状態検出手段としてのエンジン負荷検出手段１１で検出したエンジン負荷が上昇側に閾値以上変動すると判定した場合に、燃焼圧力及び温度を若干上昇させてエンジン出力を若干上昇させるよう、制御対象点火プラグ２６ａの点火時期を進角化させるように構成されている。
【００３２】
そして、このように制御対象点火プラグ２６ａの点火時期を進角化させてエンジン出力を上昇させることで、全ての点火プラグ２６の点火時期を進角させてエンジン出力を上昇させる場合と比較して、燃焼圧力及び温度の上昇が抑制されるので、ＮＯｘの増加を抑制することができ、更に、燃料供給量を増加させてエンジン出力を上昇させる場合と比較して、ＮＯｘの増加を抑制する上に燃料供給量を増加させない分だけ熱効率を向上することができる。
【００３３】
〔実施例〕
これまで説明してきた本発明に係るエンジン１００のように、２つの点火プラグ２６のうち１つの制御対象点火プラグ２６ａの点火時期のみを進角化させたときの排ガスｅ中のＮＯｘ濃度の変化状態（実施例）と、両方の点火プラグ２６の点火時期を進角化させたときの排ガスｅ中のＮＯｘ濃度の変化状態（比較例）とを計測し、図２に示すような結果を得た。
即ち、実施例における点火時期を進角化させることによるＮＯｘ濃度の増加は、比較例における点火時期を進角化させることによるＮＯｘ濃度の増加と比較して、非常に抑制されていることが確認できた。
また、実施例においては、制御対象点火プラグ２６ａの点火時期のみを進角化させることにより、エンジン回転数が安定化し、更に、エンジン出力を若干量の上昇させることができることを確認した。
【００３４】
更に、エンジン出力を上昇させるために、燃料供給量を増加させる上に、全ての点火プラグ２６の点火時期を遅延化させることでも、上記実施例と同様に、排ガスｅ中のＮＯｘ濃度を抑制しながらエンジン出力を上昇させることができるが、上記実施例においては、燃料供給量を増加させることなくエンジン出力を上昇させることができるので、上記燃料供給量を増加する場合と比較して、熱効率が向上されていることが確認できる。
【００３５】
尚、上記の実施の形態では、運転状態検出手段としては、運転状態として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のクランク角センサ１０、又は、運転状態としてのエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段１１を用いたが、別に、他の運転状態を検出する運転状態検出手段を設け、ＥＣＵ３０等が機能する点火時期制御手段により、その運転状態に基づいて制御対象点火手段の点火時期を制御しても構わない。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るエンジンの実施の形態を示す概略構成図
【図２】ＮＯｘ濃度の変化状態と点火時期との関係を示すグラフ図
【符号の説明】
【００３８】
２：燃焼室
１０：クランク角センサ（エンジン回転数検出手段、運転状態検出手段）
１１：エンジン負荷検出手段（運転状態検出手段）
２６：点火プラグ（点火手段）
２６ａ：制御対象点火プラグ（制御対象点火手段）
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
【図１】
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【図２】
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