JP2013238129A - Ignition control device and ignition control method for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の点火制御装置及び点火制御方法に関する。 The present invention relates to an ignition control device and an ignition control method for an internal combustion engine.
筒内の混合気に火花点火するにあたって、コロナ放電による混合気の点火と、アーク放電による混合気の点火を比較すると、コロナ放電は比較的広範囲の放電なのに対し、アーク放電が局所的な放電となる。そのため、コロナ放電による点火では、アーク放電による点火に比べて燃焼室内の燃焼速度を高めることができる。 Comparing the ignition of the air-fuel mixture by corona discharge with the ignition of the air-fuel mixture by arc discharge in spark ignition of the air-fuel mixture in the cylinder, corona discharge is a relatively wide range discharge, whereas arc discharge is a local discharge. Become. Therefore, in the ignition by corona discharge, the combustion speed in the combustion chamber can be increased compared to the ignition by arc discharge.
そこで、特許文献1では、急速燃焼を要するような運転条件、例えば燃焼が比較的不安定になりやすい低負荷、低回転のような運転条件では、コロナ放電による点火を行うことで燃焼速度を高めている。そして、急速燃焼を回避すべき運転条件、例えば燃焼速度が過大になると燃焼騒音等のような運転性を悪化させる虞がある高負荷、高回転のような運転条件では、アーク放電による点火を行うことで燃焼速度が過大になることを防止している。
Therefore, in
しかしながら、本発明の発明者により、点火時期における筒内ガス密度が比較的に高い領域では、コロナ放電により発生させた低温プラズマによる点火が、アーク放電により発生させた熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を短縮することができるものの、点火時期における筒内ガス密度が所定値以下の場合や、筒内温度が所定値以下の場合、あるいは内燃機関の回転速度が所定値以上の場合には、コロナ放電により発生させた低温プラズマによる点火が、アーク放電により発生させた熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を悪化させる(短縮できない)ことが知見された。 However, in the region where the in-cylinder gas density at the ignition timing is relatively high, the inventor of the present invention ignites ignition by a low temperature plasma generated by corona discharge rather than ignition by thermal plasma generated by arc discharge. If the in-cylinder gas density at the ignition timing is less than the predetermined value, the in-cylinder temperature is less than the predetermined value, or the rotational speed of the internal combustion engine is more than the predetermined value, the period can be shortened. It has been found that ignition by low-temperature plasma generated by discharge worsens (cannot be shortened) the ignition delay period compared to ignition by thermal plasma generated by arc discharge.
そこで、本発明は、低温プラズマによる筒内の混合気の点火と、熱プラズマによる筒内の混合気の点火と、を併用して全運転条件で安定した点火性を確保しつつ、安定した燃焼を実現することを目的としている。 Therefore, the present invention uses a combination of ignition of an air-fuel mixture in a cylinder by low-temperature plasma and ignition of an air-fuel mixture in a cylinder by thermal plasma, and ensures stable ignitability under all operating conditions while maintaining stable combustion. It aims to realize.
本発明の内燃機関の点火制御装置は、低温プラズマ及び熱プラズマの少なくとも一方を発生させることで筒内の混合気を点火可能な点火手段を有し、点火時期における筒内ガス密度が第1所定値以上となる運転条件のときには、少なくとも低温プラズマを発生させて筒内の混合気に点火することを特徴としている。 An ignition control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention has ignition means capable of igniting an air-fuel mixture in a cylinder by generating at least one of low temperature plasma and thermal plasma, and the cylinder gas density at the ignition timing is a first predetermined value. When the operating condition exceeds the value, at least low temperature plasma is generated and the air-fuel mixture in the cylinder is ignited.
本発明によれば、筒内ガス密度が第1所定値以上となる運転条件のときに低温プラズマにより混合気の点火を行うことで、熱プラズマによる混合気の点火を行うよりも着火遅れ期間を短縮することができ、良好な点火性が確保され、初期燃焼のばらつきが抑制され安定した燃焼を実現することができる。 According to the present invention, by igniting the air-fuel mixture with low-temperature plasma under the operating condition where the in-cylinder gas density is equal to or higher than the first predetermined value, the ignition delay period is longer than when the air-fuel mixture is ignited with thermal plasma. It can be shortened, good ignitability is ensured, variation in initial combustion is suppressed, and stable combustion can be realized.
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明が適用された内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
内燃機関1の燃焼室2には、吸気弁3介して吸気通路4が接続され、排気弁5を介して排気通路6が接続されている。
An
燃焼室2は、シリンダヘッド7の下面とシリンダブロック8のシリンダ9内壁面と、シリンダ9内を往復運動するピストン10の冠面によって画成される。そして、この燃焼室2の中央頂部には、燃焼室2内の混合気を点火する点火手段としての点火プラグ11が配置されている。
The
本実施例における点火プラグ11は、図1及び図2に示すように、棒状の中心電極12と、中心電極12の周囲を全周に亙って覆う円筒状の側方電極13と、中心電極12を保持する絶縁碍子14と、を有している。この点火プラグ11は、側方電極13の一端が、燃焼室2の中央頂部に開口するようにシリンダヘッド7に取り付けられており、側方電極13の内側の空間である点火室15が燃焼室2の中央頂部と連通している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
そして、中心電極12は、図2に示すように、外周に複数の突起部16が形成されている。この突起部16は、中心電極12の軸直角方向に突出するものであって、点火室15内の電界強度を不均一にして、図3に示すように突起部16の先端と側方電極13との間で後述するストリーマを生成させる。
As shown in FIG. 2, the
この点火プラグ11は、ディストリビュータ17、高電圧発生装置18、パルスジェネレータ19を介してECU(エンジンコントロールユニット)20に接続されている。パルスジェネレータ19は、ECU20によって適切な時期にパルスが生じるように制御され、このパルスに応じて高電圧発生装置18で発生した電圧は、ディストリビュータ17によって点火時期となる気筒に印加される。
The
ECU20は、マイクロコンピュータを内蔵し、内燃機関1の種々の制御を行うものであり、内燃機関1の回転速度(エンジン回転速度)を検知する回転速度センサ21、吸入空気量を検知するエアフローメータ22、冷却水温度を検知する冷却水温度センサ23、吸気通路4内の吸気圧を検知する吸気圧センサ24、吸気通路4内の吸気温度を検知する吸気温度センサ25、アクセル開度から内燃機関1への要求負荷を検知するアクセルペダルセンサ26等の各種センサからの信号が入力されている。
The ECU 20 incorporates a microcomputer and performs various controls of the
そして、ECU20は、運転条件に応じて、燃料噴射弁27による燃料噴射時期や燃料噴射量を制御するとともに、点火プラグ11による点火タイミング等を制御している。またECU20は、内燃機関1の回転速度や負荷等に応じて、点火プラグ11の放電形態を制御する。詳述すると、ECU20は、点火プラグ11への印加電圧や印加する電圧のパルス幅等を制御することにより、その放電形態をコロナ放電もしくはアーク放電に切り替え可能となっている。
The ECU 20 controls the fuel injection timing and fuel injection amount by the
点火プラグ11の電極間に高電圧を印加した場合、負極より偶発的に遊離した電子は正極に向かって加速しつつ進行し、その過程で衝突によって雰囲気ガスを電離させ、さらに遊離電子を生む(これを電子なだれという)。電子が正極に達する過程で電離した電子は、速やかに正極に向かい、質量の大きな正イオンのみが取り残されて、正イオン群と負極間に生じた電位差によってさらなる電子なだれが誘起され、ストリーマと呼ばれる正イオンと電子とが混在したプラズマを形成する。この過程が低温プラズマと呼ばれるもので、ストリーマが生成された状態の放電形態をコロナ放電と呼ぶ。低温プラズマは、比較的広い範囲に発生する。そのため、低温プラズマによる点火では、比較的広い範囲で混合気が点火される。
When a high voltage is applied between the electrodes of the
ストリーマは正極の複数の部位で生成されるが、いずれかのストリーマが負極に到達して電気的に正負極が短絡すると、短絡された部位を通して大電流が流れ、図4に示すように一本のアークが生成される。このアークは高温を発生するものであり、このアークを形成する過程が熱プラズマと呼ばれる。そして、この熱プラズマが生成される放電形態をアーク放電と呼ぶ。つまり、コロナ放電は電圧印加開始からアーク放電へと遷移するまでの過渡状態において発生するものである。 A streamer is generated at a plurality of parts of the positive electrode. When one of the streamers reaches the negative electrode and the positive and negative electrodes are electrically short-circuited, a large current flows through the short-circuited part, as shown in FIG. Arc is generated. This arc generates a high temperature, and the process of forming this arc is called thermal plasma. The discharge form in which this thermal plasma is generated is called arc discharge. That is, corona discharge occurs in a transient state from the start of voltage application to transition to arc discharge.
放電形態がコロナ放電からアーク放電へ遷移すると、アークにより短絡された部位を通して大電流が流れることによって電圧降下が生じ、結果的に電力消費量が増大する。また、アーク放電では、電極の限られた部位に放電が起こるので、混合気の着火は局所的なものとなり、燃焼室2全体に火炎が拡がるまでに要する距離(火炎伝播距離)が相対的に長くなる。
When the discharge form transitions from corona discharge to arc discharge, a large current flows through a portion short-circuited by the arc, resulting in a voltage drop, resulting in an increase in power consumption. Further, in the arc discharge, since discharge occurs in a limited part of the electrode, the ignition of the air-fuel mixture becomes local, and the distance (flame propagation distance) required for the flame to spread over the
一方、電力消費量を抑制するために印加電圧を小さくすると、ストリーマの生成量が少なくなったり、あるいはストリーマが生成されない暗流状態となる。 On the other hand, if the applied voltage is reduced in order to suppress the power consumption, the amount of streamer generation is reduced, or a dark current state is generated in which no streamer is generated.
アーク放電への遷移を防止し、着火が生じるまでストリーマによって混合気の電子温度が高めることができれば、中心電極12の周囲には複数のストリーマが生成されるので、着火する部位も複数となる。つまり、比較的広範囲の放電であるコロナ放電での低温プラズマにより混合気を点火すれば、局所的な放電であるアーク放電での熱プラズマにより混合気を点火する場合に比べて、燃焼室2内の燃焼速度を高めることができる。
If transition to arc discharge can be prevented and the electron temperature of the air-fuel mixture can be increased by the streamer until ignition occurs, a plurality of streamers are generated around the
図5を用いて、印加電圧、印加時間(パルス幅)及び放電形態の相関について説明する。ここで、アーク領域とはアーク放電に遷移した領域、コロナ領域とはアーク放電に遷移する前のコロナ放電を維持する領域、暗流領域とはストリーマが発生しない領域である。 The correlation between applied voltage, applied time (pulse width), and discharge mode will be described with reference to FIG. Here, the arc region is a region that has transitioned to arc discharge, the corona region is a region that maintains corona discharge before transitioning to arc discharge, and the dark current region is a region in which streamers are not generated.
図5に示すように、印加電圧が大きくなるにしたがって暗流領域からコロナ領域、アーク領域と移行する。また、印加時間が長くなるにしたがって暗流領域からコロナ領域、アーク領域と移行する。但し、印加電圧が所定電圧(図5中のE0)以下では、印加時間に関わらず暗流領域であり、コロナ領域、アーク領域へ移行することはない。 As shown in FIG. 5, the dark current region shifts to the corona region and arc region as the applied voltage increases. Further, as the application time becomes longer, the dark current region shifts to the corona region and the arc region. However, when the applied voltage is equal to or lower than a predetermined voltage (E0 in FIG. 5), it is a dark current region regardless of the application time, and does not shift to the corona region or the arc region.
このように、同じ電極間距離、電極形状であっても高電圧印加時間によりアーク放電になる場合と、コロナ放電になる場合とがある。つまり、高電圧印加時間を短くしてアーク領域へ遷移する以前に電界を遮断すればアーク放電に至らず、コロナ放電のまま高電圧を電極間に印加することができる。例えば、印加電圧がEの場合は、印加時間がtc未満であれば暗流領域、印加時間がtc以上、ta以下であればコロナ領域、印加時間がtaよりも大きくなればアーク領域となるの。そのため、例えば、印加電圧Eでコロナ放電を行う場合には、図5(a)に示すように、印加時間をt1(tc≦t1≦ta)とし、印加電圧Eでアーク放電を行う場合には、図5(b)に示すように、印加時間t2(t2>ta)とすればよい。 As described above, even when the distance between the electrodes and the electrode shape are the same, there are cases where arc discharge is caused by high voltage application time and corona discharge is caused. That is, if the high voltage application time is shortened and the electric field is interrupted before the transition to the arc region, the arc discharge does not occur and a high voltage can be applied between the electrodes while maintaining the corona discharge. For example, when the applied voltage is E, the dark current region is applied if the applied time is less than tc, the corona region is applied if the applied time is not less than tc and not more than ta, and the arc region is formed if the applied time is greater than ta. Therefore, for example, when corona discharge is performed with the applied voltage E, as shown in FIG. 5A, when the application time is t1 (tc ≦ t1 ≦ ta) and arc discharge is performed with the applied voltage E, As shown in FIG. 5B, the application time t2 (t2> ta) may be set.
また、ディストリビュータ17と点火プラグ11との間に、点火プラグ11の中心電極に印加する電圧の極性を切り替えることが可能なスイッチ機構(図示せず)を設け、印加電圧の極性を切り替えることによって、同一パルス波形のままコロナ放電とアーク放電とを切り替えることも可能である。点火プラグ11の側方電極13にプラスの電圧が印加され、中心電極12にマイナスの電圧が印加された状態で発生するストリーマを負ストリーマとし、点火プラグ11の側方電極13にマイナスの電圧が印加され、中心電極12にプラスの電圧が印加された状態で発生するストリーマを正ストリーマとすれば、プラズマの特性上、正ストリーマの方が負ストリーマよりもその進展速度が速い。
Further, a switch mechanism (not shown) capable of switching the polarity of the voltage applied to the center electrode of the
これは、ストリーマが正極に向かって進行する負ストリーマでは、電子の進行とともに生じる電子なだれによって、その進展とともに電子電荷集積部分が拡散により拡がっていくのに対し、正ストリーマでは、ストリーマが負極に向かって進み、電子なだれ自体はストリーマ内部に向かって進行するためストリーマ先端が細く、電界を維持したまま進むため、進展速度が高くなることによる。この進展速度の違いより、同一の印加電圧、印加時間であっても、印加電圧の極性を切り替えることで、コロナ放電とアーク放電とを切り替えることが可能となる。 This is because, in a negative streamer in which the streamer travels toward the positive electrode, the electron avalanche generated as the electron progresses causes the electron charge accumulation portion to spread due to diffusion, whereas in the positive streamer, the streamer moves toward the negative electrode. This is because the avalanche itself advances toward the inside of the streamer, so that the streamer tip is thin and the electric field is maintained, so that the advancing speed is increased. Due to this difference in the development speed, it is possible to switch between corona discharge and arc discharge by switching the polarity of the applied voltage even with the same applied voltage and applied time.
ここで、点火時期における筒内ガス密度が比較的に高い領域では、コロナ放電により発生させた低温プラズマによる点火が、アーク放電により発生させた熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を短縮することができるものの、点火時期における筒内ガス密度が所定密度以下のときや、筒内温度が所定温度以下のとき、あるいは内燃機関の回転速度が所定回転速度以上のときには、コロナ放電により発生させた低温プラズマによる点火が、アーク放電により発生させた熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を短縮できない(点火性が悪化する)ことが発明者によって知見された。 Here, in the region where the in-cylinder gas density at the ignition timing is relatively high, ignition by low-temperature plasma generated by corona discharge may shorten the ignition delay period compared to ignition by thermal plasma generated by arc discharge. Although it is possible, low temperature plasma generated by corona discharge when the in-cylinder gas density at the ignition timing is below a predetermined density, the in-cylinder temperature is below a predetermined temperature, or when the internal combustion engine rotational speed is above a predetermined rotational speed. It has been found by the inventor that the ignition delay period cannot be shortened (ignitability deteriorates) as compared with ignition by thermal plasma generated by arc discharge.
図6は、一例として、縦軸を着火遅れ期間、横軸を点火時の筒内ガス密度として、低温プラズマによる点火特性と熱プラズマによる点火特性とを比較して示した特性図である。この図6に示すように、点火時の筒内ガス密度が比較的高い領域では、低温プラズマによる点火は、熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を短縮することができるが、点火時の筒内ガス密度が小さいと、熱プラズマに対して点火性が悪化する。また、低温プラズマの点火性能と熱プラズマの点火性能が同じとなる筒内ガス密度をρ1とすれば、内燃機関の回転速度が速くなるほど、このρ1は大きくなる傾向がある。 FIG. 6 is a characteristic diagram showing, as an example, a comparison between ignition characteristics by low-temperature plasma and ignition characteristics by thermal plasma, with the vertical axis representing the ignition delay period and the horizontal axis representing the in-cylinder gas density during ignition. As shown in FIG. 6, in the region where the in-cylinder gas density at the time of ignition is relatively high, ignition by low-temperature plasma can shorten the ignition delay period compared to ignition by thermal plasma. When the gas density is small, the ignitability with respect to the thermal plasma deteriorates. If the cylinder gas density at which the ignition performance of the low-temperature plasma and the ignition performance of the thermal plasma are the same is ρ1, this ρ1 tends to increase as the rotational speed of the internal combustion engine increases.
そこで、第1実施例における点火制御装置では、点火時の筒内ガス密度が所定密度以上の場合に、点火時の筒内ガス温度が所定温度以上で、かつ内燃機関1の回転速度が所定回転速度以下であれば、低温プラズマによる混合気の点火が行われるように点火プラグ11を制御する。そして、点火時の筒内ガス密度が上記所定密度よりも小さい場合や、点火時の筒内ガス温度が上記所定温度よりも小さい場合や、内燃機関1の回転速度が上記所定回転速度よりも大きい場合には、熱プラズマによる混合気の点火が行われるように点火プラグ11を制御する。
Therefore, in the ignition control apparatus according to the first embodiment, when the cylinder gas density at the time of ignition is equal to or higher than the predetermined density, the cylinder gas temperature at the time of ignition is equal to or higher than the predetermined temperature, and the rotation speed of the
これによって、熱プラズマよりも低温プラズマによる点火性が良くなる運転条件のときには、低温プラズマによる点火を行うことで、熱プラズマによる混合気の点火を行うよりも着火遅れ期間を短縮することができ、良好な点火性が確保され、初期燃焼のばらつきが抑制され安定した燃焼を実現することができる。 This makes it possible to shorten the ignition delay period by igniting the air-fuel mixture with thermal plasma by performing ignition with low-temperature plasma at the operating conditions where the ignitability by low-temperature plasma is better than thermal plasma. Good ignitability is ensured, variation in initial combustion is suppressed, and stable combustion can be realized.
そして、低温プラズマによる点火では熱プラズマによる点火よりも点火性が悪化する運転条件のときには、熱プラズマによる点火を行うことで、低温プラズマによる混合気の点火を行うよりも着火遅れ期間を短縮することができる。 And, under the operating conditions where the ignitability is worse in the ignition by the low temperature plasma than in the ignition by the thermal plasma, the ignition delay period is shortened by performing the ignition by the thermal plasma rather than the ignition of the air-fuel mixture by the low temperature plasma. Can do.
また、一本の点火プラグ11で、低温プラズマによる混合気の点火と、熱プラズマによる混合気の点火を実現することができる。
In addition, with the
なお、筒内ガス密度は、例えば、点火時期、吸入空気量、内燃機関1の回転速度から筒内ガス密度が算出されるマップを実験を通して予め作成し、ECU20内のROMに格納しておくことで、このマップを参照して推定可能である。但し、筒内ガス密度の算出方法は、この方法に限定されるものではなく、例えば、筒内ガス圧力と筒内ガス温度から気体の状態方程式を利用して算出するようにしてもよい。点火時期における筒内ガス圧力Pignは、吸気圧をP1、点火時期における有効圧縮比をεign、比熱比kとすれば、Pign=P1×εignkとなる。また、点火時期のおける筒内ガス温度Tignは、吸気温度T1、吸気温度の補正項をα、点火時期における有効圧縮比をεign、比熱比kとすれば、Tign=(T1+α)×εign(k-1)となる。
The in-cylinder gas density is prepared in advance through experiments, for example, and a map in which the in-cylinder gas density is calculated from the ignition timing, the intake air amount, and the rotational speed of the
図7は、第1実施例の点火制御装置における制御の流れを示すフローチャートである。S1では、ECM20に入力された各種情報に基づいて目標トルク、エンジン回転速度(内燃機関1の回転速度)、点火時期を算出する。S2では、上述したような既知の方法で点火時の筒内ガス密度を算出し、算出された筒内ガス密度が予め設定された上記所定密度以上であるか否かを判定する。筒内ガス密度が上記所定密度以上であればS3へ進み、そうでない場合にはS6へ進む。S3では、上述したような既知の方法で点火時の筒内ガス温度を算出し、算出された筒内ガス温度が予め設定された上記所定温度以上であるか否かを判定する。筒内ガス温度が上記所定温度以上であればS4へ進み、そうでない場合にはS6へ進む。S4では、現在のエンジン回転速度が予め設定された上記所定回転速度以下であるか否かを判定する。エンジン回転速度が上記所定回転速度以下の場合にはS5へ進み、そうでない場合にはS6へ進む。S5では、低温プラズマによる混合気の点火を実施する。S6では、熱プラズマによる混合気の点火を実施する。
FIG. 7 is a flowchart showing a control flow in the ignition control apparatus of the first embodiment. In S1, a target torque, engine rotation speed (rotation speed of the internal combustion engine 1), and ignition timing are calculated based on various information input to the
以下、本発明の他の実施例について説明するが、上述した本発明の第1実施例と同一の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described. The same components as those of the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
本発明の第2実施例における点火制御装置は、上述した第1実施例の点火制御装置と略同一構成となっているが、低温プラズマによる点火と熱プラズマによる点火との切り替えにあたって、筒内ガス密度と内燃機関1の回転速度のみを考慮している。
The ignition control device according to the second embodiment of the present invention has substantially the same configuration as the ignition control device according to the first embodiment described above, but the in-cylinder gas is used for switching between ignition by low-temperature plasma and ignition by thermal plasma. Only the density and the rotational speed of the
図8は、第2実施例の点火制御装置における制御の流れを示すフローチャートである。S11では、ECM20に入力された各種情報に基づいて目標トルク、エンジン回転速度(内燃機関1の回転速度)、点火時期を算出する。S12では、上述したような既知の方法で点火時の筒内ガス密度を算出し、算出された筒内ガス密度が予め設定された上記所定密度以上であるか否かを判定する。筒内ガス密度が上記所定密度以上であればS13へ進み、そうでない場合にはS15へ進む。S13では、現在のエンジン回転速度が予め設定された上記所定回転速度以下であるか否かをを判定する。エンジン回転速度が上記所定回転速度以下の場合にはS14へ進み、そうでない場合にはS15へ進む。S14では、低温プラズマによる混合気の点火を実施する。S15では、熱プラズマによる混合気の点火を実施する。
FIG. 8 is a flowchart showing a control flow in the ignition control apparatus of the second embodiment. In S11, a target torque, an engine rotational speed (the rotational speed of the internal combustion engine 1), and an ignition timing are calculated based on various information input to the
このような第2実施例においても、上述した第1実施例と略同様の作用効果を得ることができる。 In the second embodiment as described above, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those of the first embodiment described above.
次に、本発明の第3実施例における点火制御装置について説明する。第3実施例における点火制御装置は、上述した第1実施例の点火制御装置と略同一構成となっているが、低温プラズマによる点火と熱プラズマによる点火との切り替えの判定に、筒内ガス密度の代わりにエンジン負荷(目標トルク)を用いている。つまり、この第3実施例は、点火時の筒内ガス密度としてエンジン負荷(目標トルク)を使用した例である。点火時の筒内ガス密度は、簡易的にはエンジン負荷で代表させてもよい。 Next, an ignition control apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. The ignition control device according to the third embodiment has substantially the same configuration as the ignition control device according to the first embodiment described above, but in-cylinder gas density is used to determine whether to switch between ignition by low-temperature plasma and ignition by thermal plasma. Instead of the engine load (target torque) is used. That is, the third embodiment is an example in which the engine load (target torque) is used as the in-cylinder gas density at the time of ignition. The in-cylinder gas density at the time of ignition may be simply represented by the engine load.
図9は、第3実施例の点火制御装置における制御の流れを示すフローチャートである。S21では、ECM20に入力された各種情報に基づいて目標トルク、エンジン回転速度(内燃機関1の回転速度)、点火時期を算出する。S22では、上述したような既知の方法で点火時の筒内ガス温度を算出し、算出された筒内ガス温度が予め設定された上記所定温度以上であるか否かを判定する。筒内ガス温度が上記所定温度以上であればS23へ進み、そうでない場合にはS25へ進む。S23では、エンジン負荷とエンジン回転速度に応じて低温プラズマによる点火領域と熱プラズマによる点火領域とが割り付けられた点火領域算出マップを用いて、現在の運転条件が低温プラズマによる点火領域であるか熱プラズマによる点火領域であるかの判定を実施する。
FIG. 9 is a flowchart showing a control flow in the ignition control apparatus of the third embodiment. In S21, a target torque, an engine rotational speed (the rotational speed of the internal combustion engine 1), and an ignition timing are calculated based on various information input to the
S23で用いる点火領域算出マップは、エンジン回転速度が低回転速度でエンジン負荷が低、中、高負荷とき、エンジン回転速度が中回転速度でエンジン負荷が中、高負荷とき、エンジン回転速度が高回転速度でエンジン負荷が高負荷のときに低温プラズマによる点火領域となるよう設定され、エンジン負荷が極低負荷のとき、エンジン回転速度が中回転速度でエンジン負荷が低負荷のとき、エンジン回転速度が高回転速度でエンジン負荷が低、中負荷のとき、エンジン回転速度が極高回転速度ときに熱プラズマによる点火領域となるよう設定されている。 The ignition region calculation map used in S23 indicates that the engine speed is low and the engine load is low, medium and high, the engine speed is medium and the engine load is medium and high, and the engine speed is high. When the engine load is high and the engine load is high, it is set to be an ignition region by low-temperature plasma. When the engine load is extremely low, the engine speed is medium and the engine load is low. When the engine load is low, the engine load is low, and the medium load is set, the ignition region is set to be the thermal plasma ignition region when the engine rotation speed is extremely high.
S23での判定結果が、低温プラズマによる点火領域である場合にはS24へ進み、熱プラズマによる点火領域である場合にはS25へ進む。そしてS24では、低温プラズマによる混合気の点火を実施する。一方、S25では、熱プラズマによる混合気の点火を実施する。 If the determination result in S23 is the ignition region by the low temperature plasma, the process proceeds to S24, and if the determination result is the ignition region by the thermal plasma, the process proceeds to S25. In S24, the air-fuel mixture is ignited by low-temperature plasma. On the other hand, in S25, the mixture is ignited by thermal plasma.
このような第3実施例においても、上述した第1実施例と略同様の作用効果を得ることができる。 Also in the third embodiment, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those of the first embodiment described above.
なお、この第3実施例においては、点火時の筒内ガス温度に代えて、点火時の冷却水温度またはエンジンオイルの油温を用いてもよい。すなわち、図9のS22において、例えば、冷却水温度が予め設定された所定水温以上の場合や、油温が予め設定された所定油温以上の場合には、S23へ進み、そうでない場合にはS25へ進むようにしてもよい。 In the third embodiment, instead of the in-cylinder gas temperature at the time of ignition, the coolant temperature at the time of ignition or the oil temperature of the engine oil may be used. That is, in S22 of FIG. 9, for example, when the cooling water temperature is equal to or higher than a predetermined water temperature or when the oil temperature is equal to or higher than a predetermined oil temperature, the process proceeds to S23. You may make it progress to S25.
また、この第3実施例で用いる上記点火領域算出マップは、低温プラズマによる混合気の点火性能に応じて変更されるものであり、例えば、図10、図11に示すような点火領域算出マップを用いることも可能である。 Further, the ignition region calculation map used in the third embodiment is changed according to the ignition performance of the air-fuel mixture by the low temperature plasma. For example, the ignition region calculation map as shown in FIGS. 10 and 11 is used. It is also possible to use it.
上述した各点火領域算出マップは、エンジン負荷とエンジン回転速度に応じて低温プラズマによる点火領域と熱プラズマによる点火領域とが割り付けられているが、図12に示すように、点火時の筒内ガス密度とエンジン回転速度に応じて低温プラズマによる点火領域と熱プラズマによる点火領域とが割り付けられた点火領域算出マップを用いることも可能である。図12に示すような点火領域算出マップを用いれば、低温プラズマによる点火領域であるのか熱プラズマによる点火領域であるのかをより正確に推定することが可能となる。 In each of the ignition region calculation maps described above, the ignition region due to the low temperature plasma and the ignition region due to the thermal plasma are assigned according to the engine load and the engine speed, but as shown in FIG. It is also possible to use an ignition region calculation map in which an ignition region by low-temperature plasma and an ignition region by thermal plasma are assigned according to the density and the engine rotation speed. If an ignition region calculation map as shown in FIG. 12 is used, it is possible to more accurately estimate whether the ignition region is a low-temperature plasma ignition region or a thermal plasma ignition region.
図12に示す点火領域算出マップは、エンジン回転速度が低回転速度で筒内ガス密度が低、中、高密度とき、エンジン回転速度が中回転速度で筒内ガス密度が中、高密度とき、エンジン回転速度が高回転速度で筒内ガス密度が高密度のときに低温プラズマによる点火領域となるよう設定され、筒内ガス密度が極低密度のとき、エンジン回転速度が中回転速度で筒内ガス密度が低密度のとき、エンジン回転速度が高回転速度で筒内ガス密度が低、中密度のとき、エンジン回転速度が極高回転速度ときに熱プラズマによる点火領域となるよう設定されている。 The ignition region calculation map shown in FIG. 12 is when the engine speed is low and the in-cylinder gas density is low, medium, and high, and when the engine speed is medium and the in-cylinder gas density is medium and high, When the engine speed is high and the in-cylinder gas density is high, it is set to be an ignition region by low-temperature plasma. When the in-cylinder gas density is extremely low, the engine speed is in the cylinder at medium speed. When the gas density is low, the engine rotation speed is high, and the in-cylinder gas density is low and medium density. When the engine rotation speed is extremely high, the ignition region is set by thermal plasma. .
また、一本の点火プラグで低温プラズマによる点火と熱プラズマによる点火とを切り替える場合には、上述した点火プラグ11に代えて図13に示すような点火プラグ31を用いることも可能である。
Further, when switching between ignition by low-temperature plasma and ignition by thermal plasma with a single ignition plug, it is possible to use an
図13は、本発明の第4実施例における点火制御装置の要部を拡大して示した説明図である。 FIG. 13 is an explanatory view showing, in an enlarged manner, main portions of the ignition control device according to the fourth embodiment of the present invention.
この第4実施例における点火制御装置は、上述した第1実施例の点火制御装置と略同一構成となっているが、この第4実施例における点火プラグ31は、燃焼室2の頂部壁面よりも燃焼室2内に突出するよう配置された中心電極32と、中心電極32の外周側に位置し、燃焼室2に対して先端が露出するよう配置された外側電極(アース)33と、中心電極32を保持する絶縁碍子34と、を有している。
The ignition control device in the fourth embodiment has substantially the same configuration as the ignition control device in the first embodiment described above, but the
そして、この第4実施例においては、高周波のLC共振により発生する電圧を変えることで低温プラズマによる点火と熱プラズマによる点火を切り替える。低温プラズマにより燃焼室2内の混合気を点火する場合には、点火プラグ31に印加する電圧を相対的に低くすることで、図13(a)に示すように、中心電極32の周囲にストリーマを生成させる。そして、熱プラズマにより燃焼室2内の混合気を点火する場合には、点火プラグ31に印加する電圧を相対的に高くすることで、図13(b)に示すように、中心電極32と外側電極33とを短絡させる一本のアーク(アークチャンネル)を生成させる。
And in this 4th Example, the ignition by a low temperature plasma and the ignition by a thermal plasma are switched by changing the voltage which generate | occur | produces by high frequency LC resonance. When the air-fuel mixture in the
このような第4実施例の点火制御装置においても、上述した第1実施例のように、筒内ガス密度、筒内ガス温度及びエンジン回転速度を考慮して、低温プラズマによる点火と、熱プラズマによる点火とを切り替えることで、上述した第1実施例と略同様の作用効果を得ることができる。また、この第4実施例の点火制御装置においても、低温プラズマによる点火と熱プラズマによる点火との切り替えにあたって、上述した第2実施例のように、筒内ガス密度とエンジン回転速度のみを考慮したり、上述した第3実施例のように、筒内ガス温度、エンジン回転速度及びエンジン負荷を考慮するようにしてもよい。 In the ignition control apparatus of the fourth embodiment as well, as in the first embodiment described above, the ignition by the low temperature plasma and the thermal plasma are performed in consideration of the in-cylinder gas density, the in-cylinder gas temperature, and the engine rotation speed. By switching between ignition by the above-mentioned, it is possible to obtain substantially the same operational effects as in the first embodiment described above. In the ignition control apparatus of the fourth embodiment, only the in-cylinder gas density and the engine rotational speed are considered in switching between ignition by low temperature plasma and ignition by thermal plasma as in the second embodiment described above. Alternatively, as in the third embodiment described above, the in-cylinder gas temperature, the engine rotation speed, and the engine load may be considered.
そして、図14に示す第5実施例のように、低温プラズマによる点火用の点火プラグと、熱プラズマによる点火用の点火プラグとを、個別に設けるようにしてもよい。 Then, as in the fifth embodiment shown in FIG. 14, an ignition plug for ignition by low-temperature plasma and an ignition plug for ignition by thermal plasma may be provided separately.
この第5実施例における点火制御装置は、上述した第1実施例の点火制御装置と略同一構成となっているが、この第5実施例においては、燃焼室2の頂部中央に低温プラズマにより混合気を点火する第1点火プラグ41が配置され、燃焼室2の頂部外周側に熱プラズマにより混合気を点火する第2点火プラグ51が配置されている。つまり、この第5実施例では、第1点火プラグ41及び第2点火プラグ51が点火手段に相当する。
The ignition control device in the fifth embodiment has substantially the same configuration as the ignition control device in the first embodiment described above, but in this fifth embodiment, mixing is performed by low-temperature plasma at the center of the top of the
第1点火プラグ41は、燃焼室2の頂部壁面よりも燃焼室2内に突出するよう配置された中心電極42と、中心電極42の外周側に位置し、燃焼室2に対して露出するよう配置された外側電極(アース)43と、中心電極42を保持する絶縁碍子44とを有している。この第1点火プラグ41は、高電圧のRF電源により電圧が印加されることで、低温プラズマにより混合気を点火する。
The
第2点火プラグ51は、燃焼室2の頂部壁面よりも燃焼室2内に突出するよう配置された中心電極52と、中心電極52先端と対向する外側電極53と、を有し、中心電極52と外側電極53との間で放電して火花(熱プラズマ)を発生させることで混合気を点火するものである。
The
このような第5実施例の点火制御装置においても、上述した第1実施例のように、筒内ガス密度、筒内ガス温度及びエンジン回転速度を考慮して、低温プラズマによる点火と、熱プラズマによる点火とを切り替えることで、上述した第1実施例と略同様の作用効果を得ることができる。また、この第5実施例の点火制御装置においても、低温プラズマによる点火と熱プラズマによる点火との切り替えにあたって、上述した第2実施例のように、筒内ガス密度とエンジン回転速度のみを考慮したり、上述した第3実施例のように、筒内ガス温度、エンジン回転速度及びエンジン負荷を考慮するようにしてもよい。 In the ignition control apparatus of the fifth embodiment as well, as in the first embodiment described above, in consideration of the in-cylinder gas density, the in-cylinder gas temperature, and the engine rotation speed, the ignition by the low temperature plasma and the thermal plasma are performed. By switching between ignition by the above-mentioned, it is possible to obtain substantially the same operational effects as in the first embodiment described above. Also in the ignition control device of the fifth embodiment, only the in-cylinder gas density and the engine speed are taken into account when switching between ignition by low-temperature plasma and ignition by thermal plasma, as in the second embodiment described above. Alternatively, as in the third embodiment described above, the in-cylinder gas temperature, the engine rotation speed, and the engine load may be considered.
そして、低温プラズマによる点火用の第1点火プラグ41と、熱プラズマによる点火用の第2点火プラグ51とが個別に設けられた第5実施例においては、点火時の筒内ガス密度が上記所定密度以上の場合には、少なくとも低温プラズマによる混合気の点火が行われるようにし、点火時の筒内ガス密度が上記所定密度よりも小さい場合には、少なくとも熱プラズマによる混合気の点火が行われるようにしてもよい。すなわち、点火時の筒内ガス密度が上記所定密度以上の場合には、第1点火プラグ41を使って低温プラズマによる混合気の点火を行う際に、同時に第2点火プラグ51を使って熱プラズマによる混合気の点火を行うようにしてもよく、点火時の筒内ガス密度が上記所定密度よりも小さい場合には、第2点火プラグ51を使って熱プラズマによる混合気の点火を行う際に、同時に第1点火プラグ41を使って低温プラズマによる混合気の点火を行うようにしてもよい。
In the fifth embodiment in which the
1…内燃機関
2…燃焼室
3…吸気弁
4…吸気通路
5…排気弁
6…排気通路
7…シリンダヘッド
8…シリンダブロック
9…シリンダ
10…ピストン
11…点火プラグ
12…中心電極
13…側方電極
14…絶縁碍子
15…点火室
16…突起部
17…ディストリビュータ
18…高電圧発生装置
19…パルスジェネレータ
20…エンジンコントロールユニット(ECU)
21…回転速度センサ
22…エアフローメータ
23…冷却水温度センサ
24…吸気圧センサ
25…吸気温度センサ
26…アクセルペダルセンサ
27…燃料噴射弁
DESCRIPTION OF
21 ...
Claims (10)
筒内ガス密度を推定可能な筒内ガス状態検知手段と、を有し、
点火時期における筒内ガス密度が第1所定値以上となる運転条件のときには、少なくとも低温プラズマを発生させて筒内の混合気に点火することを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 Ignition means capable of igniting an air-fuel mixture in the cylinder by generating at least one of low temperature plasma and thermal plasma;
In-cylinder gas state detection means capable of estimating the in-cylinder gas density,
An ignition control device for an internal combustion engine, characterized in that, when operating conditions are such that the in-cylinder gas density at the ignition timing is equal to or higher than a first predetermined value, at least low-temperature plasma is generated to ignite an air-fuel mixture in the cylinder.
点火時期における筒内ガス密度が第1所定値以上となる運転条件のときには、少なくとも低温プラズマを発生させて筒内の混合気に点火し、
点火時期における筒内ガス密度が上記第1所定値以下となる第2所定値よりも小さくなる運転条件のときには、少なくとも熱プラズマを発生させて筒内の混合気に点火することを特徴とする内燃機関の点火制御方法。 An ignition means capable of igniting an air-fuel mixture in the cylinder by generating at least one of a low temperature plasma and a thermal plasma; and an in-cylinder gas state detection means capable of estimating an in-cylinder gas density;
When the operating condition is such that the cylinder gas density at the ignition timing is equal to or higher than the first predetermined value, at least low temperature plasma is generated to ignite the mixture in the cylinder,
An internal combustion engine that generates at least thermal plasma and ignites an air-fuel mixture in a cylinder under an operating condition in which an in-cylinder gas density at an ignition timing is smaller than a second predetermined value that is equal to or lower than the first predetermined value. Engine ignition control method.
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