JP2013007351A - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ignition device for an internal combustion engine capable of restraining a probabilistic fluctuation on a stretching effect of a discharge arc and attaining stable combustion in an internal combustion engine aiming stabilization of combustion by stretching the discharge arc while acting an air current generated in a cylinder on the discharge arc generated at the time of applying high voltage between a center electrode and a ground electrode.SOLUTION: As a discharge arc stretching determination means for determining whether or not the discharge arc 13 is actually stretched, the ignition device for an internal combustion engine includes magnetic field generation means MG, MGto calculate a voltage fluctuation rate ΔV (kV/ms) from discharge voltage VIG during a designated period (0.05 ms) and to generate a magnetic field in order to assist stretching of the discharge arc 13 owing to an air current TMB in a cylinder by making the magnetic field act on the discharge arc 13 when it is determined that the discharge arc 13 is not stretched by comparison with a designated threshold V.

Description

本発明は内燃機関の点火装置に関し、特に、極希薄な混合気の着火性向上に好適なものである。   The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, and is particularly suitable for improving the ignitability of an extremely lean air-fuel mixture.

近年、点火プラグの中心電極と接地電極との間に高電圧を印加したときに発生する放電アークに燃焼室内の発生する混合気の流れを作用させて、放電アークを引き伸ばして希薄な混合気の着火性を向上させた点火装置について種々提案されている。   In recent years, the flow of the air-fuel mixture generated in the combustion chamber is caused to act on the discharge arc generated when a high voltage is applied between the center electrode and the ground electrode of the spark plug, and the discharge arc is stretched to generate a lean mixture. Various ignition devices with improved ignitability have been proposed.

例えば、特許文献1には、内燃機関に装着され、中心電極と、前記中心電極との間で放電火花を形成する接地電極を有し前記中心電極の外周に配置された円環状のハウジングと、前記中心電極と前記ハウジングとの間に設けられ前記中心電極と前記ハウジングとの電気的絶縁をなす絶縁碍子と、を備えた内燃機関用スパークプラグにおいて、前記ハウジングの端面部の外径面に、前記内燃機関の燃焼室内の混合気のタンブル渦気流を前記燃焼室の内部中央部方向へ制御する整流手段を設けたことを特徴とする内燃機関用スパークプラグが開示されている。   For example, Patent Document 1 includes an annular housing that is mounted on an internal combustion engine and has a center electrode and a ground electrode that forms a discharge spark between the center electrode and is disposed on the outer periphery of the center electrode. In the spark plug for an internal combustion engine provided with an insulator provided between the center electrode and the housing and electrically insulating the center electrode and the housing, on the outer diameter surface of the end surface portion of the housing, There is disclosed a spark plug for an internal combustion engine provided with a rectifying means for controlling a tumble vortex of an air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine toward an inner central portion of the combustion chamber.

特許文献1にあるように、燃焼室内のタンブル渦気流等の燃焼内に発生する混合気の流れを整流して点火プラグの中心電極と接地電極との間の特定の位置に誘導することによって、中心電極と接地電極との間に高電圧を印加したときに発生する放電アークにタンブル渦気流を作用させて長く引き伸ばすことによって、高過給気エンジン、希薄燃焼機関等の難着火性の内燃機関において着火性の向上を図ることができると期待されている。   As in Patent Document 1, by rectifying the flow of the air-fuel mixture generated in the combustion such as the tumble vortex in the combustion chamber and guiding it to a specific position between the center electrode and the ground electrode of the spark plug, A highly ignitable internal combustion engine, such as a high-supercharged engine or a lean combustion engine, by applying a tumble vortex to the discharge arc generated when a high voltage is applied between the center electrode and the ground electrode. It is expected that the ignitability can be improved.

また、特許文献2にあるように、筒内噴射式内燃機関において、点火プラグの放電ギャップの中心位置から燃料噴射弁の噴孔の中心位置までの距離と、点火プラグの放電ギャップの中心位置から燃料噴射弁から噴射された燃料噴流の中心軸までの距離とを特定の範囲に設定することにより、燃料噴射弁から噴射された燃料噴流によりその周囲の空気が持ち去られたときに発生する燃料噴流の噴射方向とは略逆向きの引込み気流を点火プラグの放電ギャップ近傍に作用せしめることによって、放電アークを混合気の可燃領域に引き伸ばして着火性の向上を図ることができると期待されている。   Further, as disclosed in Patent Document 2, in a direct injection internal combustion engine, the distance from the center position of the discharge gap of the ignition plug to the center position of the injection hole of the fuel injection valve and the center position of the discharge gap of the ignition plug By setting the distance from the fuel injection valve to the central axis of the injected fuel jet within a specific range, the fuel jet generated when the surrounding air is carried away by the fuel jet injected from the fuel injection valve It is expected that the ignitability can be improved by extending the discharge arc to the combustible region of the air-fuel mixture by applying a drawn air flow substantially opposite to the injection direction to the vicinity of the discharge gap of the spark plug.

ところが、点火プラグを内燃機関のエンジンヘッドに組み付ける際に、点火プラグ自体の個体差や、締め付けトルクのバラツキ、エンジンヘッド側に形成されたネジ山の開始位置のバラツキ等によって点火プラグのハウジング先端で略L字形に延びる接地電極の方向は必ずしも一定方向とはならない。
また、内燃機関の運転状況によって、燃焼室内に発生する混合気の気流の強さ及び流れ方向も必ずしも一定ではない。
このため、特許文献1や特許文献2にあるように点火プラグの先端部にタンブル渦流や燃料噴射の引込流等の筒内に発生する気流を作用させたときに放電アークが引き伸ばされるか否かは確率的事象となり、期待通り放電アークが引き伸ばされない虞があることが判明した。
However, when assembling the spark plug to the engine head of the internal combustion engine, the spark plug housing ends at the tip of the spark plug due to individual differences in the spark plug itself, variations in tightening torque, variations in the starting position of the threads formed on the engine head side, etc. The direction of the ground electrode extending in a substantially L shape is not necessarily a fixed direction.
Further, the strength and flow direction of the air-fuel mixture generated in the combustion chamber are not necessarily constant depending on the operation state of the internal combustion engine.
Therefore, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, whether or not the discharge arc is stretched when an air flow generated in the cylinder, such as a tumble vortex flow or a fuel injection pull-in flow, is applied to the tip of the spark plug. Became a stochastic event, and it was found that the discharge arc might not be stretched as expected.

図11は、本図(a)に示すように、エンジンを模した燃焼試験器を用い、点火プラグ10の中心電極11に対して、接地電極12の軸部が上流側となるように筒内気流TMBが流れている状況で、エンジン回転数:2000rpm、点火プラグ10への印加エネルギ:150mJ、空燃比A/F=25.3の条件で500サイクルの燃焼試験を行い、燃焼室内の気流TMBを点火プラグ10の中心電極11と接地電極12との間に作用させたときの図示平均有効圧Pmiと放電電圧の計測又は監視モニタカメラによる放電アークの観察により調査した結果である。
本図(b)に示すように、500サイクル中約82%に当たる414サイクルで放電アークの引き延ばしが行われ、本図(c)に示すように、500サイクル中約18%に当たる86サイクルで放電アークの引き延ばしが行われなかった。また、放電アークの引き延ばしが行われなかった場合には、目標とする図示平均有効圧に到達せず、燃焼サイクルによって燃焼が悪化する虞がある。
As shown in FIG. 11 (a), a combustion tester simulating an engine is used as shown in FIG. 11 (a) so that the shaft portion of the ground electrode 12 is on the upstream side with respect to the center electrode 11 of the spark plug 10. In a state where the airflow TMB is flowing, a 500-cycle combustion test is performed under the conditions of engine speed: 2000 rpm, energy applied to the spark plug 10: 150 mJ, air-fuel ratio A / F = 25.3, and airflow TMB in the combustion chamber. Is the result of investigation by measuring the indicated mean effective pressure Pmi and the discharge voltage when the spark plug 10 is applied between the center electrode 11 and the ground electrode 12 of the spark plug 10 or by observing the discharge arc with a monitor monitor camera.
As shown in this figure (b), the discharge arc is extended at 414 cycles corresponding to approximately 82% in 500 cycles, and as shown in this figure (c), the discharge arc is performed at 86 cycles corresponding to approximately 18% in 500 cycles. No extension was made. If the discharge arc is not extended, the target indicated mean effective pressure is not reached, and combustion may be deteriorated by the combustion cycle.

したがって、例えば、燃焼室内に略L字形に延びる接地電極12の軸部分が中心電極11に対して筒内気流TMBの上流側となった場合には、中心電極11と接地電極12との間に流入する気流の流速が接地電極12の軸部への衝突により減速され、中心電極11と接地電極12との間に発生した放電アークが十分引き伸ばされず、着火性向上の効果を発揮できない虞があり、タンブル渦流や、燃料噴射によって発生する引込流などの燃焼室内に発生した気流によって、放電アークが十分引き伸ばされるか否かが、確率的事象となり、着火の安定性を損なう虞がある。   Therefore, for example, when the shaft portion of the ground electrode 12 extending in a substantially L shape in the combustion chamber is on the upstream side of the in-cylinder airflow TMB with respect to the center electrode 11, it is between the center electrode 11 and the ground electrode 12. There is a possibility that the flow velocity of the inflowing airflow is decelerated by the collision with the shaft portion of the ground electrode 12, the discharge arc generated between the center electrode 11 and the ground electrode 12 is not sufficiently stretched, and the effect of improving the ignitability cannot be exhibited. Whether or not the discharge arc is sufficiently stretched by the air flow generated in the combustion chamber, such as a tumble vortex or a drawn flow generated by fuel injection, becomes a stochastic event, which may impair ignition stability.

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、所定の放電距離を隔てて対向する中心電極と接地電極との間に高電圧を印加したときに発生する放電アークに筒内に発生する気流を作用させ、放電アークを引き延ばして燃焼の安定化を図る内燃機関において、放電アークの引き延ばし効果の確率的な変動を抑制し、常に安定した燃焼を実現する信頼性の高い内燃機関の点火装置を提供する。   Therefore, in view of such a situation, the present invention causes an air flow generated in a cylinder to act on a discharge arc generated when a high voltage is applied between a center electrode and a ground electrode facing each other with a predetermined discharge distance. A highly reliable internal combustion engine ignition device that suppresses stochastic fluctuations in the effect of extending the discharge arc and always realizes stable combustion in an internal combustion engine that extends the discharge arc to stabilize combustion.

請求項1の発明では、内燃機関に設けた点火プラグに高電圧を印加して絶縁体を介して対向する中心電極と接地電極との間に発生させた放電アークに内燃機関の燃焼室内に発生する気流を作用させて、上記放電アークを引き伸ばして燃焼室内に導入された混合気の点火を行う内燃機関用の点火装置であって、上記放電アークが実際に引き延ばされているか否かを判断する放電アーク引き延ばし判定手段と、該判定手段によって上記放電アークが引き伸ばされていないと判断したときには、上記放電アークに磁界を作用させて上記筒内気流による放電アークの引き延ばしを補助すべく磁場を発生させる磁場発生手段とを具備する。   According to the first aspect of the present invention, a high voltage is applied to a spark plug provided in the internal combustion engine, and a discharge arc generated between the center electrode and the ground electrode facing each other through an insulator is generated in the combustion chamber of the internal combustion engine. An ignition device for an internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture introduced into a combustion chamber by extending the discharge arc by applying an air current to the discharge arc, and whether or not the discharge arc is actually extended A discharge arc stretch determination means for determining; and when the determination means determines that the discharge arc is not stretched, a magnetic field is applied to the discharge arc to assist the extension of the discharge arc by the in-cylinder airflow. Magnetic field generating means for generating.

請求項2の発明では、上記放電アーク引き延ばし判定手段が、上記点火プラグの放電電圧を検出する放電電圧検出手段と、該放電電圧の微少時間に対する電圧増加率を算出する電圧増加率算出手段と、放電開始から所定時間における上記電圧増加率と所定の閾値との比較により上記電圧増加率が上記閾値以上のときには上記放電アークが引き伸ばされていると判断する閾値判定手段とからなる。   In the invention of claim 2, the discharge arc extension determination means includes a discharge voltage detection means for detecting a discharge voltage of the spark plug, a voltage increase rate calculation means for calculating a voltage increase rate with respect to a minute time of the discharge voltage, Threshold determination means for determining that the discharge arc is stretched when the voltage increase rate is equal to or greater than the threshold value by comparing the voltage increase rate at a predetermined time from the start of discharge with a predetermined threshold value.

請求項3の発明では、上記磁場発生手段が通電により発生する磁界の方向が違いに直交する2つの磁場発生手段からなり、上記放電アーク引き延ばし判定手段によって上記放電アークが引き伸ばされていないと判定されたときには、上記2つの磁場発生手段のいずれか一方、又は、両方への通電を行う。   According to a third aspect of the present invention, the magnetic field generating means comprises two magnetic field generating means that are orthogonal to the direction of the magnetic field generated by energization, and it is determined that the discharge arc is not extended by the discharge arc extension determining means. When one of the two magnetic field generating means is applied, power is supplied to one or both of the two magnetic field generating means.

上記筒内気流を中心電極と接地電極との間に発生した放電アークに作用させ、放電アークを引き伸ばすことによって着火性の向上を図ることができることが知られているが、筒内気流による放電アーク引き延ばしは、機関の運転状況や、上記点火プラグが上記燃焼室に組み付けられた状態によって変化する確率的事象であり、必ずしも安定的に筒内気流によって放電アークが引き伸ばされるとは限らない。
しかし、請求項1の発明によれば、上記放電アーク引き伸ばし判定手段によって、放電アークが引き伸ばされていないと判断した場合には、上記磁場発生手段への通電を行い上記放電アークに磁界によるローレンツ力を作用させ、上記放電アークを湾曲させることによって、上記筒内気流によって確実に放電アークを引き伸ばすことができ、安定した着火を実現できる。
また、上記放電アーク引き延ばし判定手段によって、放電アークが引き伸ばされていると判断した場合には、上記磁場発生手段への通電は行われず、無駄なエネルギの消耗を抑制することができる。
It is known that the ignitability can be improved by causing the in-cylinder airflow to act on the discharge arc generated between the center electrode and the ground electrode, and extending the discharge arc. The stretching is a stochastic event that varies depending on the engine operating condition and the state in which the spark plug is assembled in the combustion chamber, and the discharge arc is not always stably stretched by the in-cylinder airflow.
However, according to the first aspect of the present invention, when the discharge arc stretch determining means determines that the discharge arc is not stretched, the magnetic field generating means is energized and the Lorentz force due to the magnetic field is applied to the discharge arc. When the discharge arc is curved, the discharge arc can be reliably stretched by the in-cylinder airflow, and stable ignition can be realized.
Further, when the discharge arc extension determining means determines that the discharge arc is extended, the magnetic field generating means is not energized, and wasteful energy consumption can be suppressed.

本願発明者等の鋭意試験により、筒内気流によって放電アークが引き伸ばされているときには、放電開始から所定時間における放電電圧が大きく変動し、筒内気流によって放電アークが引き伸ばされていないときには、放電開始から所定時間における放電電圧の変動が小さいことが判明した。
かかる知見に基づき、請求項2の発明にあるように、所定時間に対する放電電圧の電圧増加率を閾値判定することによって、容易に放電アークが引き伸ばされているか否かを判定することができるとの新たな知見を得たものである。
When the discharge arc is stretched by the in-cylinder airflow, the discharge voltage at the predetermined time greatly fluctuates from the start of the discharge, and when the discharge arc is not stretched by the in-cylinder airflow, the discharge starts. From the above, it was found that the fluctuation of the discharge voltage in a predetermined time was small.
Based on this knowledge, as in the invention of claim 2, it is possible to easily determine whether or not the discharge arc is stretched by determining the threshold value of the voltage increase rate of the discharge voltage with respect to a predetermined time. New findings have been obtained.

また、請求項3の発明によれば、磁場の発生方向を選択に変えることによって、エネルギロスをより少なく、かつ、より確実に放電アークの引き延ばしを行い極めて安定した着火を実現可能な内燃機関用点火装置が実現できる。   According to the invention of claim 3, by changing the generation direction of the magnetic field to selection, the internal combustion engine can realize extremely stable ignition with less energy loss and more reliably extending the discharge arc. An ignition device can be realized.

本発明の第1の実施形態における内燃機関用点火装置の概要を示し、(a)は、燃焼室内側からエンジンヘッド側を望む平面図、(b)は、本図(a)中A−Aに沿った矢視断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The outline | summary of the ignition device for internal combustion engines in the 1st Embodiment of this invention is shown, (a) is a top view which desires an engine head side from a combustion chamber side, (b) is AA in this figure (a). FIG. 図1に示した内燃機関用点火装置の第1の作用効果を(a)から(c)の順を追って示す斜視図。The perspective view which shows the 1st effect of the ignition device for internal combustion engines shown in FIG. 1 in order of (a) to (c). 本発明の第1の効果を示し、(a)は、放電電圧の経時変化を示す特性図、(b)は、電圧増加率の経時変化を示す特性図。The effect of this invention is shown, (a) is a characteristic diagram which shows the time-dependent change of a discharge voltage, (b) is a characteristic diagram which shows the time-dependent change of a voltage increase rate. 図1に示した内燃機関用点火装置の第2の作用効果を(a)から(c)の順を追って示す斜視図。The perspective view which shows the 2nd effect of the ignition device for internal combustion engines shown in FIG. 1 in order of (a) to (c). 本発明の第2の効果を示し、(a)は、放電電圧の経時変化を示す特性図、(b)は、電圧増加率の経時変化を示す特性図。FIG. 4 shows a second effect of the present invention, wherein (a) is a characteristic diagram showing a change with time of discharge voltage, and (b) is a characteristic diagram showing a change with time of voltage increase rate. 本発明に用いられる磁場発生手段の制御方法の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the control method of the magnetic field generation means used for this invention. 点火プラグが任意の方向に配設されたときの本発明の効果を示す模式図。The schematic diagram which shows the effect of this invention when a spark plug is arrange | positioned in arbitrary directions. 放電アークが筒内気流によって引き延ばされていない状態において、(a)は、放電電圧の経時変化を示す特性図、(b)は、電圧増加率の経時変化を示す特性図。In a state where the discharge arc is not stretched by the in-cylinder airflow, (a) is a characteristic diagram showing a change with time of the discharge voltage, and (b) is a characteristic diagram showing a change with time of the voltage increase rate. 放電アークが筒内気流によって引き延ばされた状態において、(a)は、放電電圧の経時変化を示す特性図、(b)は、電圧増加率の経時変化を示す特性図。In a state where the discharge arc is extended by the in-cylinder airflow, (a) is a characteristic diagram showing a change with time of the discharge voltage, and (b) is a characteristic diagram showing a change with time of the voltage increase rate. 本発明の点火装置において磁界発生手段を駆動するか否かを決定するための閾値の選定方法を示し、(a)は、放電アークの引き延ばされていない状態における電圧増加率の経時変化を示す特性図、(b)は、放電アークの引き延ばされている状態における電圧増加率の経時変化を示す特性図。FIG. 3 shows a threshold selection method for determining whether or not to drive a magnetic field generating means in the ignition device of the present invention. FIG. 4 (a) shows the change over time in the voltage increase rate when the discharge arc is not stretched. The characteristic figure shown, (b) is a characteristic figure which shows the time-dependent change of the voltage increase rate in the state where the discharge arc is extended. 従来の筒内気流を放電アークの引き延ばしに利用した点火装置の問題点を示し、(a)は、図示平均有効圧の計測条件を示す要部断面図、(b)は、放電アークが引き伸ばされたときの特性図、(c)は、は、放電アークが引き伸ばされていないときの特性図。The problem of the ignition device using the conventional in-cylinder air flow for extending the discharge arc is shown. (A) is a cross-sectional view of the main part showing the measurement conditions of the indicated mean effective pressure, and (b) is the drawing of the discharge arc. (C) is a characteristic diagram when the discharge arc is not stretched.

図1を参照して、本発明の実施形態における内燃機関用点火装置1の概要について説明する。
図1(a)は、本実施形態における点火装置1の適用された内燃機関(以下、E/Gと略す。)5の燃焼室側からエンジンヘッド側を望む平面図、(b)は、本図(a)中A−Aに沿った矢視断面図である。
With reference to FIG. 1, the outline | summary of the ignition device 1 for internal combustion engines in embodiment of this invention is demonstrated.
FIG. 1 (a) is a plan view of the internal combustion engine (hereinafter abbreviated as E / G) 5 to which the ignition device 1 according to the present embodiment is applied from the combustion chamber side to the engine head side, and FIG. It is arrow sectional drawing along AA in figure (a).

本図に示すように、E/G5は、エンジンヘッド50と略筒状のシリンダ54とシリンダ52内に可動に収納されたピストン53とによって構成され、エンジンヘッド50の内壁とシリンダ54の内周壁とピストン53の頂面とによって燃焼室500が区画されている。
エンジンヘッド50には吸気バルブ511によって開閉される吸気筒510と、排気バルブ521によって開閉される排気筒520とが形成されている。
エンジンヘッド50には、燃焼室500内に高圧燃料FLを噴霧する燃料噴射弁(INJ)と、高電圧の印加により放電アークを発生され燃焼室内に導入された混合気の点火を行う点火プラグ10と、本発明の要部である放電アーク引き延ばし判定手段及び放電電圧検出手段を内蔵するエンジン制御装置(ECU)30と、磁場発生手段として第1の磁場発生手段MGと第2の磁場発生手段MGとが設けられている。
第1の磁場発生手段MGと第2の磁場発生手段MGとのいずれか一方、又は、両方への通電によって、点火プラグ10の中心電極11と接地電極12との間に発生する放電アーク13にローレンツ力FLNZ1、FLNZ2を選択的に作用させ、所望の方向へ湾曲させることができる。
As shown in the figure, the E / G 5 includes an engine head 50, a substantially cylindrical cylinder 54, and a piston 53 movably housed in the cylinder 52, and an inner wall of the engine head 50 and an inner peripheral wall of the cylinder 54. And the top surface of the piston 53 define a combustion chamber 500.
The engine head 50 is formed with an intake cylinder 510 that is opened and closed by an intake valve 511 and an exhaust cylinder 520 that is opened and closed by an exhaust valve 521.
The engine head 50 includes a fuel injection valve (INJ) that sprays high-pressure fuel FL in the combustion chamber 500, and an ignition plug 10 that ignites an air-fuel mixture that is generated by a discharge arc generated by application of a high voltage and introduced into the combustion chamber. When an engine control unit (ECU) 30 incorporating a discharge arc stretching determining means and the discharge voltage detecting unit is an essential part of the present invention, the first magnetic field generating means MG 1 and the second magnetic field generating means as a magnetic field generating means MG 2 is provided.
Either one of the first and the magnetic field generating means MG 1 and the second magnetic field generating means MG 2, or by energizing the both, the discharge arc generated between the center electrode 11 of the spark plug 10 and the ground electrode 12 The Lorentz forces F LNZ 1 and F LNZ 2 can be selectively acted on 13 to bend in a desired direction.

第1の磁場発生手段MGと第2の磁場発生手段MGとは、発生する磁界MGF、MGFの方向が点火プラグ10の中心軸を通り、互いに直交する方向となる位置に設けられており、点火プラグ10の中心電極11と接地電極12との間に高電圧を印加したときに発生する放電アーク13に対して互いに直交する方向のローレンツ力FLNZ1、FLNZ2を発生させることができる。 The first magnetic field generating means MG 1 and the second magnetic field generating means MG 2 are provided at positions where the directions of the generated magnetic fields MGF 1 and MGF 2 pass through the central axis of the spark plug 10 and are orthogonal to each other. The Lorentz forces F LNZ 1 and F LNZ 2 are generated in directions orthogonal to the discharge arc 13 generated when a high voltage is applied between the center electrode 11 and the ground electrode 12 of the spark plug 10. be able to.

点火制御手段(IGC)20は、少なくともIGBT、サイリスタ等の開閉素子とDC−DCコンバータや昇圧コイル等の電源電圧を高電圧に昇圧する昇圧回路とを含む公知の点火制御手段であって、E/G5の運転状況に応じてECU30から発信された点火信号IGtにしたがって、点火プラグ10の中心電極11と接地電極12との間に高電圧を印加し、放電アーク13を発生させる。IGC20は、いわゆる誘導放電型(TCI)の点火制御手段と容量放電型(CDI)の点火制御手段とのいずれでも良い。
また、IGC20は図略の電圧検出手段を具備し、点火プラグ10に印加した放電電圧VIGの経時変化をモニタし、ECU30へ伝達する。
The ignition control means (IGC) 20 is a known ignition control means including at least switching elements such as IGBTs and thyristors and a booster circuit for boosting a power supply voltage such as a DC-DC converter and a booster coil to a high voltage. / A high voltage is applied between the center electrode 11 and the ground electrode 12 of the spark plug 10 in accordance with the ignition signal IGt transmitted from the ECU 30 according to the operating state of / G5, and the discharge arc 13 is generated. The IGC 20 may be either a so-called induction discharge type (TCI) ignition control means or a capacity discharge type (CDI) ignition control means.
Further, the IGC 20 includes voltage detection means (not shown), monitors the change with time of the discharge voltage V IG applied to the spark plug 10, and transmits it to the ECU 30.

また、電圧増加率算出手段として、ECU30では、放電電圧VIGから、例えば0.05ms毎の微少時間における電圧増加率ΔVを算出する。
なお、電圧増加率ΔVは、(数1)に示すように、0.05ms間の放電電圧VIGの変化量(kV)を0.05msで割った値の絶対値とした。

Figure 2013007351
Further, as the voltage increase rate calculating unit, the ECU 30, the discharge voltage V IG, for example, calculates a voltage increase rate ΔV in short time of each 0.05 ms.
The voltage increase rate ΔV, as shown in equation (1), and the absolute value of the discharging amount of change in voltage V IG (kV) and divided by 0.05ms between 0.05ms.
Figure 2013007351

磁場発生制御手段(MGC)40では、後述する磁場制御方法にしたがって、電圧増加率ΔVを閾値判定する閾値判定手段を具備し、第1の磁場発生手段MG、第2の磁場発生手段MGへの通電の要否を判定し、IGC20の検出した放電電圧VIGに応じて、第1の磁場発生手段(MG)、又は/及び、第2の磁場発生手段(MG)に通電を行い中心電極11と接地電極12との間に発生した放電アーク13に対して、第1の磁界MGF又は/及び、第2の磁界MGFを作用させ、それぞれの磁界MGF、MGFに対して直交する方向の第1のローレンツ力FLNZ1/又は/及び、第2のローレンツ力FLNZ2を発生させる。 The magnetic field generation control means (MGC) 40 includes threshold value determination means for determining a threshold value of the voltage increase rate ΔV according to a magnetic field control method described later, and includes a first magnetic field generation means MG 1 and a second magnetic field generation means MG 2. The first magnetic field generating means (MG 1 ) and / or the second magnetic field generating means (MG 2 ) is energized according to the discharge voltage V IG detected by the IGC 20. The first magnetic field MGF 1 or / and the second magnetic field MGF 2 are applied to the discharge arc 13 generated between the center electrode 11 and the ground electrode 12, and each of the magnetic fields MGF 1 and MGF 2 is applied. A first Lorentz force F LNZ 1 / and / or a second Lorentz force F LNZ 2 in a direction orthogonal to the direction is generated.

ここで、図2、図3を参照して、第1の磁場発生手段MGにより第1の磁界MGFを発生させたときの効果について説明する。
例えば、燃焼室内に向かって略L字形に延びる接地電極12の脚部120が、筒内に流れる気流TMBに対して上流側となる方向で点火プラグ10がシリンダヘッド50に組み付けられている場合、図2(a)に示すように、中心電極11の先端と接地電極12の放電部121との間に放電アーク13が発生したときに、接地電極12の脚部120が障壁となり、放電アーク13は、筒内気流TMBに晒されることなく引き伸ばされない。
成層燃焼機関や高過給燃焼機関等の難着火性の機関においては、このままでは失火に至る虞がある。
そこで、このように、筒内気流によって放電アーク13が引き伸ばされない場合には、第1の磁場発生手段MGを駆動し、第1の磁界MGFを放電アーク13に作用させる。すると、本図(b)に示すように、第1の磁界MGF1に直交する方向の第1のローレンツ力FLNZ1によって放電アーク13がローレンツ力FLNZ1の作用する方向に引き伸ばされることになる。
すると、放電アーク13は、接地電極12の脚部120の影からはみ出し、筒内気流TMBに晒されることになり、本図(c)に示すように筒内気流TMBによって、長く引き伸ばされることになり、難着火性機関の点火が可能となる。
Here, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, an effect when the first magnetic field generating means MG 1 generates the first magnetic field MGF 1 will be described.
For example, when the spark plug 10 is assembled to the cylinder head 50 in a direction in which the leg portion 120 of the ground electrode 12 extending in an approximately L shape toward the combustion chamber is upstream with respect to the airflow TMB flowing in the cylinder, As shown in FIG. 2A, when the discharge arc 13 is generated between the tip of the center electrode 11 and the discharge portion 121 of the ground electrode 12, the leg portion 120 of the ground electrode 12 serves as a barrier, and the discharge arc 13 Is not stretched without being exposed to the in-cylinder airflow TMB.
In a non-ignitable engine such as a stratified combustion engine or a highly supercharged combustion engine, there is a risk of misfire if it continues.
Thus, when the discharge arc 13 is not stretched by the in-cylinder airflow, the first magnetic field generating means MG 1 is driven to cause the first magnetic field MGF 1 to act on the discharge arc 13. Then, as shown in the figure (b), so that the first Lorentz force F LNZ 1 by the discharge arc 13 in a direction orthogonal to the first magnetic field MGF1 is stretched in the direction of action of the Lorentz force F LNZ 1 .
Then, the discharge arc 13 protrudes from the shadow of the leg portion 120 of the ground electrode 12 and is exposed to the in-cylinder airflow TMB, and is elongated by the in-cylinder airflow TMB as shown in FIG. Thus, ignition of a non-ignitable engine becomes possible.

このときに電圧検出手段によって検出された放電電圧VIGの変化、及び、電圧増加率ΔVの経時変化を図3に示す。
図3(a)に示すように、放電開始から、一定期間tの間放電アーク13が引き伸ばされず、本図(b)に示すように、電圧増加率ΔVが所定の閾値VREF(例えば、2kV/ms)より低い場合には、第1の磁場発生手段MGへの通電を行う。
このとき、第1のローレンツ力FLNZ1が放電アーク13作用し、筒内気流TMBによって放電アーク13が引き伸ばされると、本図(a)に示すように、放電電圧VIGが大きく変化する。
なお、点火プラグ10において、中心電極11と接地電極12との間に放電アーク13が発生し、筒内気流TMBによって放電アーク13が引き伸ばされ放電電圧VIGに変化を生じはじめるのは、放電開始から、0.2ms程度の時間が経過したときであり、また、放電アーク13が維持されるのは、2ms程度の期間である。
FIG. 3 shows changes in the discharge voltage V IG detected by the voltage detection means at this time and changes with time in the voltage increase rate ΔV.
As shown in FIG. 3 (a), the discharge start is not stretched is between discharge arc 13 for a period of time t 1, as shown in the figure (b), the voltage increase rate ΔV predetermined threshold V REF (e.g., If lower than 2 kV / ms), the first magnetic field generating means MG 1 is energized.
At this time, when the first Lorentz force F LNZ 1 acts on the discharge arc 13 and the discharge arc 13 is stretched by the in-cylinder airflow TMB, the discharge voltage V IG changes greatly as shown in FIG.
In the spark plug 10, the discharge arc 13 is generated between the center electrode 11 and the ground electrode 12, and the discharge arc 13 is stretched by the in-cylinder airflow TMB and the discharge voltage VIG starts to change from the start of discharge. When the time of about 0.2 ms elapses, the discharge arc 13 is maintained for a period of about 2 ms.

さらに、本実施形態において、点火プラグ10は、図略の絶縁体を介して対向する中心電極11と接地電極12との間に高電圧を印加したときに放電アーク13を発生する、いわゆるスパークプラグを示したが、中心電極11、及び、接地電極12の材質、形状等を特に限定するものではなく、公知の点火プラグを適宜採用し得るものである。
また、本実施形態においては、中心電極11側が正極とし、接地電極12側を負極として、放電アーク13は、中心電極11から接地電極12に向かう電流とみなして第1、第2のローレンツ力FLNZ1、FLNZ2の方向を図示しているが、中心電極11及び接地電極12の極性を逆にすれば、作用するローレンツ力FLNZ1、FLMNZ2の方向も逆向きになる。
Further, in the present embodiment, the spark plug 10 is a so-called spark plug that generates a discharge arc 13 when a high voltage is applied between the center electrode 11 and the ground electrode 12 facing each other through an insulator (not shown). However, the material and shape of the center electrode 11 and the ground electrode 12 are not particularly limited, and known spark plugs can be appropriately employed.
In the present embodiment, the first and second Lorentz forces F are regarded as a current flowing from the center electrode 11 to the ground electrode 12 with the center electrode 11 side as a positive electrode and the ground electrode 12 side as a negative electrode. Although directions of LNZ 1 and F LNZ 2 are illustrated, if the polarities of the center electrode 11 and the ground electrode 12 are reversed, the directions of the acting Lorentz forces F LNZ 1 and F LMNZ 2 are also reversed.

次いで、図4、図5を参照して、第2の磁場発生手段MGにより第2の磁界MGFを発生させたときの効果について説明する。
例えば、本図(a)に示すように、接地電極1の脚部120が、筒内気流TMBの下流側となるように点火プラグ10が組み付けられた場合、接地電極12の脚部120によって放電アーク13の引き延ばしが遮られ、さらに、本図(b)に示すように、上述のように第1の磁場発生手段MGへの通電により、磁界MGFが放電アーク13に作用しても、なお、放電アーク13の引き延ばしに至らない場合に、本図(c)に示すように、第2の磁場発生手段MGへの通電が行われ、第1のローレンツ力FLNZ1に加え第2のローレンツ力FLNZ2が放電アーク13に作用し、放電アーク13の湾曲方向を変化させ、筒内気流TMBによって放電アーク13が大きく引き伸ばされるようになる。
このときの放電電圧VIG(kV)及び電圧変化率ΔV(kV/ms)を図5に示す。
Next, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, an effect when the second magnetic field generation unit MG 2 generates the second magnetic field MGF 2 will be described.
For example, as shown in FIG. 5A, when the spark plug 10 is assembled so that the leg 120 of the ground electrode 1 is on the downstream side of the in-cylinder airflow TMB, the leg 120 of the ground electrode 12 discharges. Even if the extension of the arc 13 is interrupted and the magnetic field MGF 1 acts on the discharge arc 13 by the energization of the first magnetic field generating means MG 1 as described above, as shown in FIG. in the case where not lead to stretching of the discharge arc 13, as shown in the figure (c), the second energization of the magnetic field generating means MG 2 is performed, the addition to the first Lorentz force F LNZ 1 2 The Lorentz force F LNZ 2 acts on the discharge arc 13 to change the bending direction of the discharge arc 13, and the discharge arc 13 is greatly stretched by the in-cylinder airflow TMB.
The discharge voltage V IG (kV) and the voltage change rate ΔV (kV / ms) at this time are shown in FIG.

図5(a)に示すように、本実施例においては、第1の磁場発生手段MGへの通電により、第1の磁界MGFを放電アーク13に作用させてもなお、本図(b)に示すように、所定の時間tにおいて、電圧増加率ΔVが所定の閾値VREF(例えば、2kV/ms)より低いため、第2の磁場発生手段MGへの通電を行い、第2の磁界MGFを放電アーク13に作用させる。
すると筒内気流TMBによって放電アーク13が引き伸ばされるようになり、本図(a)に示すように、放電電圧VIGが大きく変化する。
なお、 一旦、筒内気流TMBにより放電アークが引き伸ばされれば、第1の磁場発生手段MG、及び/又は、第2の磁場発生手段MGへの通電を終了しても良い。
As shown in FIG. 5A, in this embodiment, even if the first magnetic field MGF 1 is applied to the discharge arc 13 by energizing the first magnetic field generating means MG 1 , ), At a predetermined time t 2 , the voltage increase rate ΔV is lower than a predetermined threshold value V REF (for example, 2 kV / ms), so that the second magnetic field generating means MG 2 is energized, and the second The magnetic field MGF 2 is applied to the discharge arc 13.
Then, the discharge arc 13 is stretched by the in-cylinder airflow TMB, and the discharge voltage VIG changes greatly as shown in FIG.
Note that once the discharge arc is stretched by the in-cylinder airflow TMB, the energization to the first magnetic field generating means MG 1 and / or the second magnetic field generating means MG 2 may be terminated.

図6を参照して、本発明における磁場発生手段の制御方法の一例を説明する。
ECU30から点火信号IGtの発振がなされると、それをトリガとして、磁場発生手段の制御フローが開始される。
ステップS100の第1の判定要否判定行程では、放電開始から第1の磁場発生手段MG1への通電の要否を判定する第1の判定時期か否かが判定される。
放電開始から一定時間tとなるまでは放電電圧VIGの変化が少なく、ステップS100のループを繰り返しtの経過まで待機される。
所定の時間tとなるとステップS100の判定がYesとなり、ステップS110の第1の磁場発生要否判定行程に進む。S110の第1の磁場発生要否判定行程では、電圧増加率ΔVと所定の閾値VREFとの比較による第1の閾値判定が行われる。このとき、ΔV<VREFなら判定Yesとなり、ステップS120の第1の磁場発生行程へ進む。
ステップS120の第1の磁場発生行程では、放電アーク13に第1のローレンツ力FLNZ1を作用させるべく第1の磁場発生手段への通電が開始される(MG ON)。
ステップS110において、電圧増加率が所定の閾値以上、即ち、ΔV≧VREFなら判定Noとなり、磁場発生手段への通電は不要と判断され、ステップS160の終了行程に進み、第1の磁場発生手段MG1、第2の磁場発生手段MG共に通電は行われない。
即ち、磁場による補助がなくても筒内気流TMBにより、放電アーク13が引き延ばされる場合には、磁場発生手段MG、MGへの通電を行わず、エネルギを制限することができる。
次いで、ステップS130の第2の判定要否判定行程では、第2の磁場発生手段MGへの通電の要否を判定する第1の判定時期か否かが判定される。
ステップS130において、所定の時間t2を経過するまでは、判定Noとなり、第2の判定が行われることがなく、ステップS100〜S130のループが繰り返される。ステップS130において所定時間t2が経過すると判定Yesとなり、ステップS140の第2の磁場発生要否判定行程に進む。
ステップS140の第2の磁場発生要否判定行程では、電圧増加率ΔVと所定の閾値VREFとの比較による第2の閾値判定が行われる。このとき、ΔV<VREFなら判定Yesとなり、ステップS150の第2の磁場発生行程へ進む。
即ち、第1の磁場発生手段MGへの通電により、電圧増加率が所定の閾値VREF以上となったら第2の磁場発生手段MG2への通電が不要であるので、判定Noとなり、ステップS160の終了行程に進む。
ステップS150の第2の磁場発生行程では、第2の磁場発生手段MGへの通電がなされ、ステップ140で判定Noとなるまで、ステップS140、S150のループが繰り返される。
第2の磁場発生手段MGへの通電により、放電アーク13が筒内気流TMBによって引き伸ばされ、放電電圧VINが所定の閾値VREF以上となると、ステップS140の第2の磁場発生要否判定行程において、判定Yesとなり、ステップ160の終了行程に進む。
With reference to FIG. 6, an example of the control method of the magnetic field generation means in the present invention will be described.
When the ignition signal IGt is oscillated from the ECU 30, the control flow of the magnetic field generating means is started using this as a trigger.
In the first determination necessity determination step of step S100, it is determined whether or not it is the first determination time for determining whether or not energization to the first magnetic field generating means MG1 is necessary from the start of discharge.
Until the constant time t 1 from the start of discharge, the change in the discharge voltage V IG is small, and the loop of step S100 is repeated until the passage of t 1 .
When the predetermined time t 1 is reached, the determination in step S100 is Yes, and the process proceeds to the first magnetic field generation necessity determination step in step S110. In the first magnetic field generation necessity determination process of S110, a first threshold value determination is performed by comparing the voltage increase rate ΔV with a predetermined threshold value VREF . At this time, if ΔV <V REF, the determination is Yes, and the process proceeds to the first magnetic field generation process in step S120.
In the first magnetic field generation process of step S120, energization of the first magnetic field generation means is started (MG 1 ON) in order to apply the first Lorentz force F LNZ 1 to the discharge arc 13.
In step S110, if the voltage increase rate is equal to or greater than a predetermined threshold value, that is, ΔV ≧ VREF, it is determined No, it is determined that energization of the magnetic field generating means is unnecessary, and the process proceeds to the end step of step S160, where the first magnetic field generating means MG1, energizing the second magnetic field generating means MG 2 together is not performed.
That is, when the discharge arc 13 is extended by the in-cylinder airflow TMB without assistance from the magnetic field, the energy can be limited without energizing the magnetic field generating means MG 1 and MG 2 .
Then, in the second determination necessity determination process of step S130, if the first determination timing whether judges is determined whether or not to the energization of the second magnetic field generating means MG 2.
In step S130, until the predetermined time t2 elapses, the determination is No, the second determination is not performed, and the loop of steps S100 to S130 is repeated. When the predetermined time t2 has elapsed in step S130, the determination becomes Yes, and the process proceeds to the second magnetic field generation necessity determination step in step S140.
In the second magnetic field generation necessity determination step in step S140, a second threshold value determination is performed by comparing the voltage increase rate ΔV with a predetermined threshold value VREF . At this time, if ΔV <V REF, the determination is Yes, and the process proceeds to the second magnetic field generation process in step S150.
That is, if the voltage increase rate becomes equal to or greater than the predetermined threshold value V REF due to energization of the first magnetic field generation means MG1, it is not necessary to energize the second magnetic field generation means MG2, so that the determination is No, step S160. Proceed to the end of the process.
In the second magnetic field generating process in step S150, the energization of the second to the magnetic field generating means MG 2 is made, until the judgment No in the step 140 is repeated loop of steps S140, S150.
By energization of the second to the magnetic field generating means MG 2, the discharge arc 13 is stretched by the cylinder airflow TMB, when the discharge voltage V IN is equal to or greater than a predetermined threshold value V REF, a second magnetic field generating necessity determination step S140 In the process, the determination is Yes, and the process proceeds to an end process of step 160.

図7を参照して、任意の方向に点火プラグ10の組み付けられた場合であっても本願発明が効果を発揮するものであることを説明する。なお、点火プラグ10の構成は、上述の実施形態と同様であり、点火プラグ10をシリンダヘッド50に組み付けた際の接地電極12の方向のみが異なる場合の影響と本発明の効果を明確にするために、本図において、中心電極11、接地電極12の脚部120を示す引き出し線および符号は省略してある。
本図(a−1)、(a−2)、(a−3)は、接地電極12の脚部120の位置が筒内気流TMBによる放電アーク13の引き延ばしに影響を与えない位置を示し、このような場合には、筒内気流TMBが直接放電アーク13を引き伸ばして、難着火性の機関においても安定した着火が実現できるので、第1の磁場発生手段MG、第2の磁場発生手段MGのいずれも作動させる必要がなく、磁界発生のためのエネルギを消耗しない。
With reference to FIG. 7, it will be described that the present invention is effective even when the spark plug 10 is assembled in an arbitrary direction. Note that the configuration of the spark plug 10 is the same as that of the above-described embodiment, and the effect of the present invention and the effect when only the direction of the ground electrode 12 is different when the spark plug 10 is assembled to the cylinder head 50 are clarified. For this reason, in this figure, the lead lines and symbols indicating the leg portions 120 of the center electrode 11 and the ground electrode 12 are omitted.
FIGS. (A-1), (a-2), and (a-3) show positions where the position of the leg 120 of the ground electrode 12 does not affect the extension of the discharge arc 13 by the in-cylinder airflow TMB. In such a case, the in-cylinder airflow TMB directly stretches the discharge arc 13, and stable ignition can be realized even in a non-ignitable engine. Therefore, the first magnetic field generating means MG 1 and the second magnetic field generating means None of MG 2 needs to be activated and does not consume energy to generate a magnetic field.

さらに、接地電極12が筒内気流TMBの上流側に位置し、放電アーク13が接地電極12の脚部120の影に隠れる場合には、上述の如く第1の磁場発生手段MGへの通電が行われ、第1のローレンツ力FLNZ1が放電アーク13に作用すると、本図(b−1)に示すように、接地電極12の影に隠れない方向、即ち、筒内気流TMBの流れ方向に対して斜め下流方向へ放電アーク13が引き伸ばされ、筒内気流TMBが第1のローレンツ力FLNZ1によって引き伸ばされた放電アーク13に作用するようになり、本図(b−2)、(b−3)に示すように第2の磁場発生手段MGへの通電を行わずとも、筒内気流TMBによって放電アーク13が引き延ばされ、難着火性の機関においても安定した着火が実現できる。 Further, positioned on the upstream side of the ground electrode 12 cylinder air flow TMB, if the discharge arc 13 is hidden behind the leg 120 of the ground electrode 12, the energization of the first magnetic field generating means MG 1 as described above When the first Lorentz force F LNZ 1 acts on the discharge arc 13, as shown in this figure (b-1), the direction not hidden behind the ground electrode 12, that is, the flow of the in-cylinder airflow TMB The discharge arc 13 is stretched obliquely downstream with respect to the direction, and the in-cylinder airflow TMB acts on the discharge arc 13 stretched by the first Lorentz force F LNZ 1, and FIG. without performing energization (b-3) in the second magnetic field generating means MG 2 as shown, the discharge arc 13 by cylinder airflow TMB is stretched, is also stable ignition in the flame ignitability of the engine realizable.

さらに、接地電極12の脚部120が、中心電極11に対して、筒内気流TMBの斜め下流側の位置となっている場合、放電アーク13がと婦内気流TMBによって引き伸ばされないので、第1の磁場発生手段MGへの通電が行われるが、本図(c−1)に示すように、第1のローレンツ力FLNZ1が、接地電極12の脚部120に向かう方向に作用するため、第1の磁場発生手段MG1への通電後も、放電アーク13が引き伸ばされず、第2の磁場発生手段MG2への通電が行われ、本図(c−2)に示すように、放電アーク13には、第1のローレンツ力FLNZ1と第2のローレンツ力FLNZ2の合力が作用するため、筒内気流TMBに直交する方向に放電アーク13が大きく湾曲され、これに筒内気流TMBが作用して、本図(c−3)に示すように、接地電極12を迂回して放電アーク13が引き伸ばされることになる。 Further, when the leg portion 120 of the ground electrode 12 is positioned obliquely downstream of the in-cylinder airflow TMB with respect to the center electrode 11, the discharge arc 13 is not stretched by the in-lady airflow TMB. While one current supply to the magnetic field generating means MG 1 is performed, as shown in the figure (c-1), since the first Lorentz force FLNZ1 acts in the direction toward the leg 120 of the ground electrode 12, Even after the first magnetic field generating means MG1 is energized, the discharge arc 13 is not stretched, and the second magnetic field generating means MG2 is energized, and as shown in FIG. Since the resultant force of the first Lorentz force F LNZ 1 and the second Lorentz force F LNZ 2 acts, the discharge arc 13 is greatly curved in a direction perpendicular to the in-cylinder airflow TMB, and the in-cylinder airflow TMB is Acting As shown in FIG. (C-3), so that the discharge arc 13 is stretched while bypassing the ground electrode 12.

さらに、接地電極12の脚部120が、筒内気流TMBの下流側に位置するときには、第1の磁場発生手段MGへの通電が行われ、本図(d−1)に示すように、放電アーク13が斜め下流方向に湾曲するが、筒内気流TMBの下流側に接地電極12の脚部120が存在するために、接地電極12の消炎作用の影響を受け安すいため、本図(d−2)に示すように、第1の磁界発生手段MGへの通電を行い、第2のローレンツ力FLNZ2も作用させることにより、接地電極放電が得放電アーク13が大きく湾曲されて、筒内気流TMBが作用するようになり、本図(d−3)に示すように、接地電極12を迂回するように放電アーク13が引き伸ばされることになる。
即ち、本図に示すように、本発明によれば、点火プラグ10の任意の方向に対して、効果的に磁界を作用させて、筒内気流TMBによる放電アーク13の引き延ばしを可能にし、内燃機関において安定した着火を実現できる。
Further, the leg portions 120 of the ground electrode 12, when positioned on the downstream side of the in-cylinder airflow TMB, the first energization of the magnetic field generating means MG 1 is performed, as shown in the figure (d-1), Although the discharge arc 13 bends in the obliquely downstream direction, since the leg portion 120 of the ground electrode 12 exists on the downstream side of the in-cylinder airflow TMB, the discharge arc 13 is easily affected by the flame extinguishing action of the ground electrode 12. As shown in d-2), the first magnetic field generating means MG 2 is energized and the second Lorentz force F LNZ 2 is also applied, whereby a ground electrode discharge is obtained and the discharge arc 13 is greatly curved. The in-cylinder airflow TMB acts, and the discharge arc 13 is stretched so as to bypass the ground electrode 12 as shown in FIG.
That is, as shown in the figure, according to the present invention, a magnetic field is effectively applied to an arbitrary direction of the spark plug 10 to enable the discharge arc 13 to be extended by the in-cylinder airflow TMB, and the internal combustion engine Stable ignition can be realized in the engine.

ここで、本発明に至った経緯を図8、図9、図10を参照して説明する。
図8(a)は、放電アーク13に筒内気流が作用していない状態における放電電圧VIGであり、図8(b)は、そのときの電圧増加率ΔVの変化を示す特性図である。
図8(a)に示すように、筒内気流TMBが放電アーク13に作用せず、放電アーク13の引き延ばしが行われていない状態では、放電電圧VIGにほとんど変化がなく、電圧増加率ΔVの変化も小さい。
一方、図9(a)は、放電アーク13に筒内気流が作用している状態における放電電圧VIGであり、図9(b)は、そのときの電圧増加率ΔVの変化を示す特性図である。
図9(a)に示すように、筒内気流TMBが放電アーク13に作用し、放電アーク13の引き延ばしが行われている状態では、放電電圧VIGが大きく変化し、電圧増加率ΔVの変化も大きい。
したがって、電圧増加率ΔVを閾値判定することにより、放電アーク13が筒内気流TMBによって引き伸ばされているか否かを判定できるとの知見を得たものである。
また、図10に示すように、点火制御装置IGCによって点火プラグ10に例えば20kV以上の高電圧が印加され絶縁破壊に至り、一気に放電空間の抵抗が下がるので、放電開始直後は電圧増加率の変化が極めて大きいため判定時期から除外してある。また、放電が終了する2ms以上の期間も燃焼に伴い燃焼室内に発生するイオン電流の影響により電圧増加率の変化が大きいため判定時期から除外してある。
図10(a)に示すように、放電アーク13が引き伸ばされていない状態では、判定期間内における、電圧増加率ΔVの最大値をVREFとし、電圧増加率ΔVを絶対値化することにより、図10(b)に示すように、放電アーク13が引き伸ばされている状態を閾値VREFとの比較により認識することができる点に着目したものである。
本図において、実際に計測された電圧増加率の相対値の変化を一点鎖線で示し、負の値を反転させた絶対値の変化を実線でしめしてある。
Here, the background to the present invention will be described with reference to FIG. 8, FIG. 9, and FIG.
FIG. 8A shows the discharge voltage V IG when the in-cylinder airflow is not acting on the discharge arc 13, and FIG. 8B is a characteristic diagram showing the change in the voltage increase rate ΔV at that time. .
As shown in FIG. 8A, in a state where the in-cylinder airflow TMB does not act on the discharge arc 13 and the discharge arc 13 is not stretched, the discharge voltage VIG hardly changes and the voltage increase rate ΔV The change is small.
On the other hand, FIG. 9A shows the discharge voltage VIG in a state where the in-cylinder airflow is acting on the discharge arc 13, and FIG. 9B is a characteristic diagram showing the change in the voltage increase rate ΔV at that time. It is.
As shown in FIG. 9A, in a state where the in-cylinder airflow TMB acts on the discharge arc 13 and the discharge arc 13 is stretched, the discharge voltage V IG changes greatly, and the voltage increase rate ΔV changes. Is also big.
Therefore, the inventors have obtained knowledge that it is possible to determine whether or not the discharge arc 13 is stretched by the in-cylinder airflow TMB by determining the threshold value of the voltage increase rate ΔV.
Further, as shown in FIG. 10, since a high voltage of, for example, 20 kV or higher is applied to the spark plug 10 by the ignition control device IGC, dielectric breakdown occurs, and the resistance of the discharge space decreases at a stretch. Is excluded from the judgment time because it is extremely large. In addition, the period of 2 ms or longer when the discharge ends is excluded from the determination time because the change in the voltage increase rate is large due to the influence of the ion current generated in the combustion chamber due to combustion.
As shown in FIG. 10A, in a state where the discharge arc 13 is not stretched, the maximum value of the voltage increase rate ΔV in the determination period is set to V REF , and the voltage increase rate ΔV is converted into an absolute value by As shown in FIG. 10B, attention is paid to the fact that the state in which the discharge arc 13 is stretched can be recognized by comparison with the threshold value VREF .
In this figure, the change in the relative value of the actually measured voltage increase rate is indicated by a one-dot chain line, and the change in the absolute value obtained by inverting the negative value is indicated by a solid line.

なお、本発明において、第1の磁場発生手段MGと第2の磁場発生手段MGとのいずれを先にするかは、実際に適用される内燃機関の燃焼室内に発生する気流の方向や、点火プラグの取付位置等によって適宜変更可能である。
また、上記実施形態においては、第1の磁場発生手段によって放電アークの引き延ばしが行われなかった場合に、第1の磁場発生手段への通電を維持したまま、第2の磁場発生手段への通電を行う制御方法の例を示したが、いずれか一方への通電を選択的に行うようにしても良い。
さらに、磁場発生手段の数は第1、第2の2つに限定するものではなく、2以上の磁場発生手段を設けることにより、ローレンツ力を利用して、放電アークが引き伸ばされない状態を回避する本発明の趣旨に反しない限り、磁場発生手段の数は適宜変更可能である。
また、磁場発生手段に印加する電流の方向を変更することにより、発生する磁場の方向を変え、放電アークに作用するローレンツ力の方向を変え、もっとも効果的に放電アークの引き延ばしができる組み合わせを実際の燃焼行程を繰り返す間に学習し、最適な条件を選択するようにしても良い。
その際にも、電圧増加率ΔVを閾値判定することにより、効果的な磁場の発生条件か否かを判断することができる。
In the present invention, which of the first magnetic field generating means MG 1 and the second magnetic field generating means MG 2 is preceded depends on the direction of the air flow generated in the combustion chamber of the internal combustion engine actually applied, It can be changed as appropriate depending on the mounting position of the spark plug.
In the above embodiment, when the discharge arc is not extended by the first magnetic field generating means, the energization to the second magnetic field generating means is maintained while the energization to the first magnetic field generating means is maintained. Although the example of the control method which performs is shown, you may make it selectively perform electricity supply to any one.
Further, the number of magnetic field generating means is not limited to the first and second, but by providing two or more magnetic field generating means, a state where the discharge arc is not stretched using Lorentz force is avoided. The number of magnetic field generating means can be changed as appropriate unless it is contrary to the spirit of the present invention.
In addition, by changing the direction of the current applied to the magnetic field generating means, the direction of the generated magnetic field is changed, the direction of the Lorentz force acting on the discharge arc is changed, and the combination that can extend the discharge arc most effectively is actually performed. It is also possible to learn while repeating the combustion stroke and to select the optimum conditions.
Also in this case, it is possible to determine whether or not the condition is an effective magnetic field generation condition by determining the threshold value of the voltage increase rate ΔV.

1 内燃機関用点火装置
10 点火プラグ
11 中心電極
12 接地電極
13 放電アーク
20 点火制御装置(IGC)
30 エンジン制御装置(ECU)
40 磁界制御装置(MGC)
5 内燃機関
50 シリンダヘッド
500 燃焼質
510 吸気筒
511 吸気バルブ
520 排気筒
521 排気バルブ
53 シリンダブロック
54 ピストン
INJ 燃料噴射弁
MG 第1の磁界発生手段
MG 第2の磁界発生手段
LNZ1 第1のローレンツ力
LNZ2 第2のローレンツ力
TMB 燃焼室内気流
FL 燃料噴霧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ignition device 10 for internal combustion engines Spark plug 11 Center electrode 12 Ground electrode 13 Discharge arc 20 Ignition control device (IGC)
30 Engine control unit (ECU)
40 Magnetic field controller (MGC)
5 Internal combustion engine 50 Cylinder head 500 Combustion quality 510 Intake cylinder 511 Intake valve 520 Exhaust cylinder 521 Exhaust valve 53 Cylinder block 54 Piston INJ Fuel injection valve MG 1 First magnetic field generation means MG 2 Second magnetic field generation means F LNZ 1 First 1 Lorentz force F LNZ 2 2nd Lorentz force TMB Combustion air flow FL Fuel spray

特開2006−28820号公報JP 2006-28820 A 特開2011−106377号公報JP 2011-106377 A

Claims (3)

内燃機関に設けた点火プラグに高電圧を印加して絶縁体を介して対向する中心電極と接地電極との間に発生させた放電アークに内燃機関の燃焼室内に発生する気流を作用させて、上記放電アークを引き伸ばして燃焼室内に導入された混合気の点火を行う内燃機関用の点火装置であって、
上記放電アークが実際に引き延ばされているか否かを判断する放電アーク引き延ばし判定手段と、
該判定手段によって上記放電アークが引き伸ばされていないと判断したときには、上記放電アークに磁界を作用させて上記筒内気流による放電アークの引き延ばしを補助すべく磁場を発生させる磁場発生手段とを具備することを特徴とする内燃機関用点火装置。
By applying a high voltage to the spark plug provided in the internal combustion engine and causing the air flow generated in the combustion chamber of the internal combustion engine to act on the discharge arc generated between the center electrode and the ground electrode facing each other through the insulator, An ignition device for an internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture introduced into a combustion chamber by extending the discharge arc,
Discharge arc extension determination means for determining whether or not the discharge arc is actually extended;
A magnetic field generating means for generating a magnetic field to assist the extension of the discharge arc by the in-cylinder airflow when a magnetic field is applied to the discharge arc when the determination means determines that the discharge arc is not extended; An internal combustion engine ignition device.
上記放電アーク引き延ばし判定手段が、上記点火プラグの放電電圧を検出する放電電圧検出手段と、該放電電圧の微少時間に対する電圧増加率を算出する電圧増加率算出手段と、放電開始から所定時間における上記電圧増加率と所定の閾値との比較により上記電圧増加率が上記閾値以上のときには上記放電アークが引き伸ばされていると判断する閾値判定手段とからなる請求項1に記載の内燃機関用点火装置。   The discharge arc extension determination means includes a discharge voltage detection means for detecting a discharge voltage of the spark plug, a voltage increase rate calculation means for calculating a voltage increase rate with respect to a minute time of the discharge voltage, and the above-mentioned at a predetermined time from the start of discharge. 2. The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising threshold value determining means for determining that the discharge arc is stretched when the voltage increase rate is equal to or greater than the threshold value by comparing the voltage increase rate with a predetermined threshold value. 上記磁場発生手段が通電により発生する磁界の方向が違いに直交する2つの磁場発生手段からなり、上記放電アーク引き延ばし判定手段によって上記放電アークが引き伸ばされていないと判定されたときには、上記2つの磁場発生手段のいずれか一方、又は、両方への通電を行う請求項1又は2に記載の内燃機関用点火装置。   The magnetic field generating means comprises two magnetic field generating means that are orthogonal to each other in the direction of the magnetic field generated by energization. When the discharge arc extension determining means determines that the discharge arc is not extended, the two magnetic fields are The internal combustion engine ignition device according to claim 1 or 2, wherein power is supplied to one or both of the generating means.
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