JP2015094321A - エンジンの点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンからの排気の浄化性能を向上できること。【解決手段】シリンダ（気筒）１１毎に２個の点火プラグ１２Ａ、１２Ｂを備えたエンジン１０であって、このエンジン１０の排気管１７内における排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２４と、この酸素濃度センサ２４にて検出された酸素濃度が所定値未満のときに点火プラグ１２Ａ及び１２Ｂを２個同時に点火させるよう制御する点火制御ユニット２３と、を有するものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、気筒毎に複数個の点火プラグを備えたエンジンの点火制御装置に関する。

従来、気筒毎に２個の点火プラグを備えたエンジンが提案されている（特許文献１参照）。このようなエンジンでは、エンジン低回転時に１個の点火プラグを点火させ、また、エンジン高回転時には、２個の点火プラグを同時に点火させて各気筒における燃焼速度を上昇させ、燃焼圧力を高めて出力を向上させている。

特開平４−１１２９６９号公報

ところが、例えばエンジンの低回転時に１個の点火プラグを点火させる場合には、未燃焼ガスの発生量が増加する恐れがある。このため、吸気の一部を２次エアとして排気管へ供給する２次エア供給装置を作動させたり、燃料噴射装置により燃料噴射量を調整して、未燃焼ガスの発生量を抑制しているものの、未だに排気を十分に浄化できない恐れがある。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、エンジンからの排気の浄化性能を向上できるエンジンの点火制御装置を提供することにある。

本発明に係るエンジンの点火制御装置は、気筒毎に複数個の点火プラグを備えたエンジンであって、このエンジンの排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、この酸素濃度センサにて検出された酸素濃度が所定値未満のときに前記点火プラグを複数個同時に点火させるよう制御する点火制御手段と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、酸素濃度センサにて検出された排気中の酸素濃度が所定値未満のときに点火プラグを複数個同時に点火させるので、各気筒において、燃焼速度が上昇して燃焼が促進されることで未燃焼ガスの発生量を減少でき、従って、エンジンからの排気の浄化性能を向上できる。

本発明に係るエンジンの点火制御装置における一実施形態を示す構成図。 図１の酸素濃度センサで検出された排気中の酸素濃度と未燃焼ガスの排出量との関係を示し、（Ａ）がシングル点火モードの場合を示すグラフ、（Ｂ）がシングル点火モードとダブル点火モードとを組み合わせた場合を示すグラフ。 図１の点火制御ユニットが制御する点火モードの点火動作の一例を示すフローチャート。 図１の点火制御ユニットが制御する点火モードの点火動作の他の例を示すフローチャート。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るエンジンの点火制御装置における一実施形態を示す構成図である。この図１に示すエンジン１０は、単一または複数のシリンダ（気筒）１１、本実施形態では単一のシリンダ（気筒）１１を備えた４サイクルエンジンである。各シリンダ１１内にはピストン１４が摺動自在に配設されると共に、このピストン１４の上方に燃焼室１３が画成される。本実施形態のエンジン１０は、シリンダ１１毎に複数個、例えば２個の点火プラグ１２Ａ、１２Ｂを備え、これらの点火プラグ１２Ａ、１２Ｂの先端が燃焼室１３に臨んで取り付けられている。

点火プラグ１２Ａ、１２Ｂの少なくとも一方が後述の如く点火されることで、燃焼室１３内で燃料と空気の混合気が燃焼し、これによりピストン１４が往復運動する。このピストン１４の往復運動が、このピストン１４に連結されたクランクシャフト１５により回転運動に変換されて、エンジン１０は駆動力を出力する。

また、エンジン１０には、燃焼室１３に吸気管１６及び排気管１７が連通され、吸気管１６にスロットルボディ１８とエアクリーナボックス１９が接続される。スロットルボディ１８はスロットルバルブ２０を備え、このスロットルバルブ２０の開度により、エアクリーナボックス１９からスロットルボディ１８及び吸気管１６を経てエンジン１０の燃焼室１３へ供給される空気の流量（吸気量）を調整する。

また、吸気管１６には燃料噴射装置２１が設置されている。この燃料噴射装置２１は、吸気管１６を流れる空気に燃料を噴射して混合気を生成する。この混合気がエンジン１０の燃焼室１３内で点火プラグ１２Ａ、１２Ｂの点火により燃焼され、ピストン１４が往復運動してクランクシャフト１５が回転すると共に、排気が排気管１７等を経て排出される。

この排気管１７には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２４が設置されている。この酸素濃度センサ２４による検出値は、酸素濃度信号として、点火制御手段としての点火制御ユニット２３へ送信される。ここで、排気中の酸素濃度が所定値Ｄ１未満の低い場合には、燃焼室１３内で適正な燃焼がなされず、図２（Ａ）に示すように、未燃焼ガス（ＨＣやＣＯなど）の発生量が増大して、排気の浄化率が低くなってしまう。一般的には、上述の未燃焼ガスを減少させるために、燃料噴射装置２１により燃料噴射量を調整したり、エアクリーナボックス１９からの新気を２次エアとして排気管１７へ供給する２次エア供給装置（不図示）を作動させている。

また、クランクシャフト１５の回転角度であるクランク角は、クランク角センサ２５にて検出される。このクランク角センサ２５はエンジン回転数センサとも称される。クランクシャフト１５にはクランクロータ２６が回転一体に連結され、このクランクロータ２６は、外周に所定のクランク角（例えば３０°）間隔で複数の歯（不図示）を備えるが、このうちの一箇所で歯が欠けている。クランク角センサ２５は、クランクシャフト１５と共に回転するクランクロータ２６の歯を検出することで、クランクシャフト１５のクランク角及びエンジン回転数を検出する。このクランク角センサ２５にて検出されたクランク角信号、エンジン回転数信号は、点火制御ユニット２３へ送信される。

上述の点火制御ユニット２３、酸素濃度センサ２４及びクランク角センサ２５を有して、エンジンの点火制御装置３０が構成される。このエンジンの点火制御装置３０における点火制御ユニット２３は、図２（Ｂ）に示すように、酸素濃度センサ２４にて検出された酸素濃度が所定値Ｄ１未満のときに、点火プラグ１２Ａ及び１２Ｂを２個同時に点火させるダブル点火モードを実施し、酸素濃度が所定値Ｄ１以上のときに、点火プラグ１２Ａ、１２Ｂのいずれか１個を点火させるシングル点火モードを実施する。

ダブル点火モードを実施することで、シリンダ（気筒）１１の燃焼室１３において混合気の燃焼速度が上昇して燃焼が促進され、これにより未燃焼ガスの発生が抑制される。また、シングル点火モードでは、シリンダ（気筒）１１の燃焼室１３で混合気の燃焼速度の過大な上昇が抑制されるので、ピストン打音等の騒音が減少する。尚、図２（Ｂ）中の破線は、酸素濃度の所定値Ｄ１未満でシングル点火モードを仮に実施したときの未燃焼ガスの排出量を示す。

ここで、点火制御ユニット２３は、クランク角センサ２５からのクランク角信号に基づいてピストン１４の上死点付近で点火プラグ１２Ａと１２Ｂの少なくとも一方へ点火信号を出力して、これらの点火プラグ１２Ａ、１２Ｂに点火を実行させる。

点火制御ユニット２３が実行する上述の点火モードについて、図３及び図４を用いて説明する。ここで、図３は、酸素濃度センサ２４が酸素濃度を数値で出力する場合の点火動作である。また、図４は、酸素濃度センサ２４が所定値Ｄ１以上の酸素濃度を高濃度であるとしてＯＮ出力し、所定値Ｄ１未満の酸素濃度を低濃度であるとしてＯＦＦ出力する場合の点火動作である。

図３に示すように、点火制御ユニット２３は、エンジン１０の始動時に、点火プラグ１２Ａ及び１２Ｂを２個同時に点火させるダブル点火モードを実行する（Ｓ１）。次に、点火制御ユニット２３は、排気中の現在の酸素濃度Ｄが所定値Ｄ１以上である（Ｄ≧Ｄ１）か否かを判断し（Ｓ２）、現在の酸素濃度Ｄが所定値Ｄ１未満（Ｄ＜Ｄ１）であるときにダブル点火モードを継続する（Ｓ１）。

点火制御ユニット２３は、ステップＳ２において、現在の酸素濃度Ｄが所定値Ｄ１以上になった（Ｄ≧Ｄ１）ときに、点火プラグ１２Ａと１２Ｂのいずれか１個を点火させるシングル点火モードを実行する（Ｓ３）。次に、点火制御ユニット２３は、現在の酸素濃度Ｄが所定値Ｄ１未満（Ｄ＜Ｄ１）になったか否かを判断し（Ｓ４）、現在の酸素濃度Ｄが所定値Ｄ１以上（Ｄ≧Ｄ１）であるときにはシングル点火モードを継続し（Ｓ３）、現在の酸素濃度Ｄが所定値Ｄ１未満（Ｄ＜Ｄ１）となったときにダブル点火モードを実行する（Ｓ１）。

また、図４に示すように、点火制御ユニット２３は、エンジン１０の始動時に、点火プラグ１２Ａ及び１２Ｂを２個同時に点火させるダブル点火モードを実行する（Ｓ１１）。次に、点火制御ユニット２３は、排気中の現在の酸素濃度Ｄが高濃度であるか否かを判断し（Ｓ１２）、現在の酸素濃度Ｄが高濃度ではなく、低濃度であるときにダブル点火モードを継続する（Ｓ１１）。

点火制御ユニット２３は、ステップＳ１２において、現在の酸素濃度Ｄが高濃度になったときに、点火プラグ１２Ａと１２Ｂのいずれか１個を点火させるシングル点火モードを実行する（Ｓ１３）。次に、点火制御ユニット２３は、現在の酸素濃度Ｄが低濃度になったか否かを判断し（Ｓ１４）、現在の酸素濃度Ｄが低濃度ではなく、高濃度であるときにはシングル点火モードを継続し（Ｓ１３）、現在の酸素濃度Ｄが低濃度になったときにダブル点火モードを実行する（Ｓ１１）。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば次の効果（１）〜（７）を奏する。
（１）エンジンの点火制御装置３０における点火制御ユニット２３は、酸素濃度センサ２４にて検出された排気管１７内の排気中の酸素濃度が所定値Ｄ１未満のときに点火プラグ１２Ａ及び１２Ｂを２個同時に点火させるので、シリンダ（気筒）１１の燃焼室１３において、混合気の燃焼速度が上昇して燃焼が促進されることで、酸素濃度が低い場合にも未燃焼ガスを減少できる。従って、燃料噴射装置２１による燃料噴射量の制御を最小限としつつ、排気の浄化性能を向上できる。

また、上述のように排気管１７内の排気中における未燃焼ガスが減少されるので、未燃焼ガスの減少のために排気管１７へ２次エアを供給する２次エア供給装置（不図示）を削除することができる。

（２）点火プラグ１２Ａ及び１２Ｂが２個同時に点火されるダブル点火モードが実行される場合には、シリンダ（気筒）１１の燃焼室１３内で混合気の燃焼速度が上昇して、エンジン１０の温度を早期に上昇させることができる。このため、燃料噴射装置２１からの燃料噴射量を低減でき、エンジン１０の燃費等を向上させることができる。

（３）エンジンの点火制御装置３０における点火制御ユニット２３は、酸素濃度センサ２４にて検出された排気管１７内の排気中の酸素濃度が所定値Ｄ１以上のときに、点火プラグ１２Ａと１２Ｂのいずれか１個を点火させるシングル点火モードを実行する。このため、シリンダ（気筒）１１の燃焼室１３において、点火プラグ１２Ａ及び１２Ｂが２個同時に点火される場合に比べて混合気の燃焼速度の過大な上昇を抑制できるので、ピストン打音等の騒音を低減できる。

（４）排気管１７内の排気中の酸素濃度が所定値Ｄ１以上のときにピストン打音等が低減されるので、ピストン打音を抑制するために潤滑オイルの粘度を高くする必要がなく、粘度の低い潤滑オイルを使用できる。このため、エンジン１０全体のメカニカルロスを低減できるので、エンジン１０の高効率化を実現できる。

（５）排気管１７内の排気中の酸素濃度が所定値Ｄ１以上のときにピストン打音等が低減されるので、ピストンピンの強度を低下させることができ、このためピストンピンのコストを低減できる。

（６）排気管１７内の排気中の酸素濃度が所定値Ｄ１以上のときにピストン打音等が低減されるので、ピストン１４のスカート部のがたつきを防止でき、このためピストン１４とシリンダ１１とのクリアランスを拡大できる。この結果、エンジン１０の耐焼き付き性を向上できると共に、メカニカルロスを低減できる。

（７）排気管１７内の排気中の酸素濃度が所定値Ｄ１以上のときにピストン打音等が低減されるので、ピストン１４のスカート部の剛性を低下させることができる。このため、ピストン１４とシリンダ１１とのフリクション（摩擦）を低減できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

例えば、図３のステップＳ２とＳ４の所定値Ｄ１を異なる値としてヒステリシス設定し、チャタリングを防止するようにしてもよい。また、シリンダ１１毎に３個以上の複数個の点火プラグが設けられた場合には、酸素濃度センサにて検出された酸素濃度が所定値以上のときに複数個の点火プラグの一部、例えばシリンダ１１毎に３個の点火プラグが設けられた場合に３個のうちの２個または１個を点火させてもよい。

１０ エンジン
１１ シリンダ（気筒）
１２Ａ、１２Ｂ 点火プラグ
１７ 排気管
２３ 点火制御ユニット（点火制御手段）
２４ 酸素濃度センサ
３０ エンジンの点火制御装置
Ｄ１ 酸素濃度の所定値

Claims (4)

1. 気筒毎に複数個の点火プラグを備えたエンジンであって、
   このエンジンの排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、
   この酸素濃度センサにて検出された酸素濃度が所定値未満のときに前記点火プラグを複数個同時に点火させるよう制御する点火制御手段と、を有することを特徴とするエンジンの点火制御装置。
2. 前記点火制御手段は、酸素濃度センサにて検出された酸素濃度が所定値以上のときに複数個の点火プラグの一部を点火させるよう制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火制御装置。
3. 気筒毎に２個の点火プラグを備えたエンジンであって、
   このエンジンの排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、
   この酸素濃度センサにて検出された酸素濃度が所定値未満のときに前記点火プラグを２個同時に点火させるよう制御する点火制御手段と、を有することを特徴とするエンジンの点火制御装置。
4. 前記点火制御手段は、酸素濃度センサにて検出された酸素濃度が所定値以上のときに点火プラグを１個点火させるよう制御することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの点火制御装置。

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