JP2014029128A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火花点火式内燃機関を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for controlling a spark ignition internal combustion engine.
燃焼温度を低下させてNOxの排出量を削減しつつ、ポンピングロスの低減を図るEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置が付帯した内燃機関が周知である(例えば、下記特許文献1を参照)。EGR装置は、排気経路と吸気経路とをEGR通路を介して接続し、気筒で発生する燃焼ガスの一部をEGR通路経由で吸気経路に還流させて吸気に混入するものである。 While lowering the combustion temperature and reducing emissions of NO x, EGR to reduce the pumping loss (Exhaust Gas Recirculation) device is well known internal combustion engine which is attached (e.g., see Patent Document 1). The EGR device connects an exhaust path and an intake path via an EGR passage, and part of combustion gas generated in the cylinder is recirculated to the intake path via the EGR path and mixed into the intake air.
EGRを行うことにより、燃費の向上を実現することが可能であるが、その一方で、吸気に混入するEGRガスの量が過多となると、気筒の燃焼室内での燃料の燃焼が不安定となり、時には失火してしまうこともある。とりわけ、内燃機関の温度が低いときにEGRを行うと、燃焼の不安定化が顕著となる。従来は、暖機運転中にはEGRを行わないか、EGRガス量を減量していた。 By performing EGR, it is possible to improve fuel efficiency. On the other hand, if the amount of EGR gas mixed into the intake air is excessive, the combustion of fuel in the combustion chamber of the cylinder becomes unstable, Sometimes misfires occur. In particular, when EGR is performed when the temperature of the internal combustion engine is low, combustion instability becomes significant. Conventionally, EGR is not performed during warm-up operation, or the amount of EGR gas is reduced.
近時では、気筒の燃焼室内にある混合気に確実に着火させ、安定した火炎を得るべく、点火プラグにおける火花放電の惹起とともに、電界発生回路、換言すればマグネトロンが出力するマイクロ波若しくは高周波発振器が出力する高周波を燃焼室内に放射する「アクティブ着火」法が試みられている(例えば、下記特許文献2または3を参照)。アクティブ着火法によれば、点火プラグの中心電極と接地電極との間の空間にマイクロ波若しくは高周波電界が形成され、この電界中で発生したプラズマが成長して、火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きな火炎核が生成される。 Recently, in order to reliably ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber of the cylinder and to obtain a stable flame, a spark discharge is generated in the spark plug, and an electric field generating circuit, in other words, a microwave or a high-frequency oscillator output by a magnetron Attempts have been made to "active ignition" that radiates high-frequency waves output from the engine into the combustion chamber (see, for example, Patent Document 2 or 3 below). According to the active ignition method, a microwave or high-frequency electric field is formed in the space between the center electrode and the ground electrode of the spark plug, and the plasma generated in this electric field grows to become the beginning of flame propagation combustion. Flame kernels are generated.
アクティブ着火を併用すれば、EGRに起因した燃焼の不安定化の問題を緩和ないし解消できると思われる。しかし、燃焼室内にマイクロ波若しくは高周波を放射するためには電力を消費し、その電力は内燃機関から駆動力の供給を受けて回転するオルタネータにより発電するものであるから、アクティブ着火の実行がEGRによる燃費向上効果を帳消しにし、却って燃費の悪化を招くおそれを否定できない。 If active ignition is used in combination, it seems that the problem of instability of combustion caused by EGR can be alleviated or eliminated. However, in order to radiate microwaves or high-frequency waves into the combustion chamber, electric power is consumed, and the electric power is generated by the rotating alternator in response to the driving force supplied from the internal combustion engine. It is impossible to deny the possibility that the fuel efficiency improvement effect due to will be canceled and the fuel efficiency deteriorated.
本発明は、気筒の燃焼室内での燃料の燃焼の安定化と実効的な燃費の向上との両立を図ることを所期の目的としている。 An object of the present invention is to achieve both the stabilization of fuel combustion in the combustion chamber of a cylinder and the improvement of effective fuel consumption.
本発明では、気筒の燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に生成される電界と、点火プラグの中心電極と接地電極との間に発生する火花放電とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し、混合気に着火するアクティブ着火を実行することができ、なおかつ排気の一部を還流させて吸気に混入するEGR装置が付帯している火花点火式内燃機関を制御するものであって、アクティブ着火を行わずEGRを行わないかEGRガス量がより少ない状況と比較して、アクティブ着火を行いEGRガス量を増大させることにより低減することができる燃料消費量と、アクティブ着火に費やされる電力を賄うために必要となる燃料消費量とを演算し、前者が後者を上回ることを条件としてアクティブ着火を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。 In the present invention, plasma is generated in the combustion chamber by interacting the electric field generated in the combustion chamber via the antenna facing the combustion chamber of the cylinder and the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug. A spark ignition type internal combustion engine that is capable of performing active ignition to generate and ignite an air-fuel mixture, and that is accompanied by an EGR device that recirculates a part of exhaust gas and mixes it with intake air; Compared to the situation where EGR is not performed without active ignition or the amount of EGR gas is smaller, the fuel consumption that can be reduced by increasing the amount of EGR gas by performing active ignition, and the power consumed for active ignition A control device for an internal combustion engine, which calculates an amount of fuel consumption necessary to cover the fuel and performs active ignition on condition that the former exceeds the latter You configure.
並びに、気筒の燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に生成される電界と、点火プラグの中心電極と接地電極との間に発生する火花放電とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し、混合気に着火するアクティブ着火を実行することができ、なおかつ排気の一部を還流させて吸気に混入するEGR装置が付帯している火花点火式内燃機関を制御するものであって、EGRガス量が気筒における燃料の燃焼が不安定化しない限界量よりも大きくなることを条件としてアクティブ着火を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。 In addition, the electric field generated in the combustion chamber via the antenna facing the combustion chamber of the cylinder interacts with the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug to generate plasma in the combustion chamber. The spark ignition type internal combustion engine which can perform active ignition for igniting the air-fuel mixture, and which is accompanied by an EGR device that recirculates a part of the exhaust gas and mixes in the intake air, A control apparatus for an internal combustion engine is characterized in that active ignition is performed on condition that the amount becomes larger than a limit amount at which combustion of fuel in the cylinder does not become unstable.
本発明によれば、気筒の燃焼室内での燃料の燃焼の安定化と実効的な燃費の向上との両立を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to achieve both the stabilization of fuel combustion in the combustion chamber of the cylinder and the improvement of effective fuel consumption.
<第一実施形態>本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。
<First Embodiment> An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition gasoline engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided. A
図2に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ12は、点火コイル14にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル14は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ13とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
FIG. 2 shows an electric circuit for spark ignition. The
本実施形態の内燃機関には、気筒1の燃焼室内に電界を発生させる電界発生装置を付帯させている。この電界発生装置は、燃焼室内でプラズマを生成する目的のものである。電界発生装置の例としては、高周波の交流電圧を印加する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を印加する脈流電圧発生回路等を挙げることができる。 The internal combustion engine of the present embodiment is accompanied by an electric field generator that generates an electric field in the combustion chamber of the cylinder 1. This electric field generator is intended to generate plasma in a combustion chamber. Examples of the electric field generator include an AC voltage generation circuit that applies a high-frequency AC voltage, a pulsating voltage generation circuit that applies a high-frequency pulsating voltage, and the like.
図2ないし図4に示すように、高周波を発生させる電界発生装置は、車載バッテリを電源とし、低圧直流を高圧交流に変換する回路を含む。具体的には、バッテリが提供する約12Vの直流電圧を100V〜500Vに昇圧するDC−DCコンバータ61と、DC−DCコンバータ61が出力する直流を交流に変換するHブリッジ回路62と、Hブリッジ回路62が出力する交流をさらに高い電圧に昇圧する昇圧トランス63とを構成要素とする。
As shown in FIGS. 2 to 4, the electric field generator for generating a high frequency includes a circuit that converts a low-voltage direct current into a high-voltage alternating current using an in-vehicle battery as a power source. Specifically, a DC-
電界発生装置の出力端には、第一ダイオード64及び第二ダイオード65を介設することが好ましい。第一ダイオード64は、カソードが昇圧トランス63の二次側巻線の信号ラインに接続し、アノードが点火コイル14との結節点であるミキサ66に接続している。第二ダイオード65は、アノードが昇圧トランス63の二次側巻線のグランドラインに接続し、カソードが接地している。これら第一ダイオード64及び第二ダイオード65は、点火タイミングにおいて点火コイル14の二次側から流れ込む負の高圧パルス電流を遮る役割を担う。
A
電界発生装置が発振する高周波電圧は、アクティブ着火法により混合気に着火する際、火花放電開始と略同時、火花放電開始直前または火花放電開始直後に、点火プラグ12の中心電極に印加する。つまり、気筒1の燃焼室内に臨む点火プラグ12の中心電極を、電界を放射するアンテナとする。これにより、燃焼室内における、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間の空間に、高周波電界が形成される。そして、高周波電界中で火花放電を行うことによりプラズマが発生し、このプラズマが火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きなラジカルプラズマ火炎核を生成する。
When the air-fuel mixture is ignited by the active ignition method, the high-frequency voltage oscillated by the electric field generator is applied to the center electrode of the
上記は、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、OHラジカルやNラジカルになるとともに、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体も電離した状態、即ちプラズマ状態となることで、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎核も大きくなるのである。この結果、火花放電のみによる二次元的な着火から三次元的な着火に増幅され、燃焼が燃焼室内に急速に伝播、高い燃焼速度で拡大することとなる。 In the above, the flow of electrons due to the spark discharge and the ions and radicals generated by the spark discharge are vibrated and meandered by the influence of the electric field, resulting in a long path length and a dramatic increase in the number of collisions with surrounding water and nitrogen molecules. This is due to the increase. Water molecules and nitrogen molecules that have been struck by ions and radicals become OH radicals and N radicals, and the surrounding gas that has been struck by ions and radicals is also ionized, that is, a plasma state. In addition, the region of ignition of the air-fuel mixture increases and the flame kernel also increases. As a result, the two-dimensional ignition by only the spark discharge is amplified to the three-dimensional ignition, and the combustion rapidly propagates into the combustion chamber and expands at a high combustion speed.
因みに、電界発生装置として脈流電圧発生回路を採用する場合、当該脈流電圧発生回路は周期的に電圧が変化する直流電圧を発生させるものであればよく、その波形も任意であってよい。脈流電圧は、基準電圧(0Vであることがある)から一定周期で一定電圧まで変動するパルス電圧、交流電圧を半波整流した電圧、交流電圧に直流バイアスを加味した電圧等をおしなべて含む。電界発生装置が発振する高周波電圧は、周波数が200kHz〜3000kHz程度、振幅が3kVp−p〜10kVp−p程度であることが好ましい。 Incidentally, when a pulsating voltage generating circuit is employed as the electric field generating device, the pulsating voltage generating circuit may be any circuit that generates a DC voltage whose voltage periodically changes, and its waveform may be arbitrary. The pulsating voltage includes a pulse voltage that varies from a reference voltage (which may be 0V) to a constant voltage in a constant cycle, a voltage obtained by half-wave rectifying an AC voltage, a voltage obtained by adding a DC bias to the AC voltage, and the like. The high-frequency voltage oscillated by the electric field generator preferably has a frequency of about 200 kHz to 3000 kHz and an amplitude of about 3 kVp-p to 10 kVp-p.
内燃機関の気筒1に吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
An intake passage 3 for supplying intake air to the cylinder 1 of the internal combustion engine takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
気筒1から排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
The exhaust passage 4 for exhausting the exhaust from the cylinder 1 guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An
本実施形態の内燃機関には、外部EGR装置2が付帯している。外部EGR装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における触媒41の上流側と吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側とを連通するEGR通路21と、EGR通路21上に設けたEGRクーラ22と、EGR通路21を開閉し当該EGR通路21を流れるEGRガスの流量を制御するEGRバルブ23とを要素とする。EGR通路21の入口は、排気通路4における排気マニホルド42またはその下流の所定箇所に接続している。EGR通路21の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク33に接続している。
An external EGR device 2 is attached to the internal combustion engine of the present embodiment. The external EGR device 2 realizes a so-called high-pressure loop EGR. The EGR
本実施形態の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。 An ECU (Electronic Control Unit) 0 that is a control device of the present embodiment is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及び機関の回転数を検出する回転センサから出力されるクランク角信号(N信号)b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ(または、シフトポジションスイッチ)から出力されるシフトレンジ信号g、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号(G信号)h等が入力される。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal (N signal) b output from a rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed. An accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal or the opening of the
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、電界発生装置に対して電界(即ち、高周波)発生指令信号l、EGRバルブ23に対して開度操作信号m等を出力する。
From the output interface, the ignition signal i for the igniter of the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、機関の回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それら回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、要求EGR率(または、EGR量)、燃焼室内に電界を発生させるか否かやその電界発生のタイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、mを出力インタフェースを介して印加する。 The processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in the memory in advance, calculates operation parameters, and controls the operation of the internal combustion engine. The ECU 0 acquires various information a, b, c, d, e, f, g, and h necessary for operation control of the internal combustion engine via the input interface, knows the engine speed, and is filled in the cylinder 1. Estimate the amount of intake air. Based on the rotational speed, the intake air amount, etc., the required fuel injection amount, fuel injection timing (including the number of times of fuel injection for one combustion), fuel injection pressure, ignition timing, required EGR rate (or EGR amount) ), Various operating parameters such as whether or not to generate an electric field in the combustion chamber and the timing of the electric field generation are determined. As the operation parameter determination method itself, a known method can be adopted. Thus, the ECU 0 applies various control signals i, j, k, l, m corresponding to the operation parameters via the output interface.
図5に、アクセルペダルの踏込量に応じた要求負荷と、気筒1に充填する吸気について要求されるEGRガス量を示すEGR率との関係の概略を示す。基本的に、要求EGR率は、中負荷領域において最も高く、低負荷領域、高負荷領域においてはそれよりも低い。低負荷領域では、要求負荷が低くなるほど要求EGR率が低下する。高負荷領域では、要求負荷が高くなるほど要求EGR率が低下する。 FIG. 5 shows an outline of the relationship between the required load corresponding to the accelerator pedal depression amount and the EGR rate indicating the EGR gas amount required for the intake air charged in the cylinder 1. Basically, the required EGR rate is the highest in the medium load region and lower in the low load region and the high load region. In the low load region, the required EGR rate decreases as the required load decreases. In the high load region, the required EGR rate decreases as the required load increases.
気筒1に充填する吸気のEGR率を高めれば、内燃機関のポンピングロスが低下し、実効的な燃費の向上を期待できる。だが、EGR率が過剰に高いと、気筒1の燃焼室内での燃料の燃焼が不安定となり、時に失火する。特に、内燃機関の温度が低いときには、燃焼の不安定化が顕著となる。燃焼が不安定になると、機関の回転数が安定せずその変動が大きくなったり、排気通路4経由で未燃燃料成分が排出されたりするので、問題となる。燃焼の不安定化のリスクが高いならば、要求EGR率によらずEGRを実行しない(EGRバルブ23を全閉とする)か、要求EGR率よりもEGR量を減らす(EGRバルブ23の開度を要求EGR率に見合わない開度まで絞る)ようにする必要がある。
If the EGR rate of the intake air charged in the cylinder 1 is increased, the pumping loss of the internal combustion engine is reduced, and an effective improvement in fuel consumption can be expected. However, if the EGR rate is excessively high, the combustion of fuel in the combustion chamber of the cylinder 1 becomes unstable and sometimes misfires. In particular, when the temperature of the internal combustion engine is low, combustion instability becomes significant. If the combustion becomes unstable, the engine speed will not be stable and the fluctuation will increase, or unburned fuel components will be discharged via the exhaust passage 4, which will be a problem. If the risk of instability of combustion is high, EGR is not executed regardless of the required EGR rate (
これに対し、アクティブ着火法を用いるならば、要求EGR率に従ってEGRを実行したとしても、EGRに起因した燃焼の不安定化を回避することが可能である。とは言え、気筒1の燃焼室内にマイクロ波若しくは高周波を放射するためには、電力を消費する。その電力は、内燃機関から駆動力の供給を受けて回転するオルタネータ(図示せず)により発電する。つまり、電力消費の増大は燃料消費の増大を意味することから、アクティブ着火の実行がEGRによる燃費向上効果を帳消しにし、却って燃費を悪化させることもあり得る。 On the other hand, if the active ignition method is used, even if EGR is executed according to the required EGR rate, it is possible to avoid instability of combustion due to EGR. However, in order to radiate microwaves or high frequencies into the combustion chamber of the cylinder 1, power is consumed. The electric power is generated by an alternator (not shown) that rotates upon receiving a driving force from the internal combustion engine. In other words, since an increase in power consumption means an increase in fuel consumption, the execution of active ignition may cancel the fuel efficiency improvement effect by EGR, and may worsen the fuel efficiency.
そこで、本実施形態では、アクティブ着火を行わずEGRを行わないかEGRガス量がより少ない状況と比較して、アクティブ着火を行いEGRガス量を増大させることにより低減することができる燃料消費量と、アクティブ着火に費やされる電力を賄うために必要となる燃料消費量とを演算し、前者が後者を上回る場合に限りアクティブ着火を実行するものとしている。 Therefore, in the present embodiment, compared to the situation where EGR is not performed without performing active ignition or the amount of EGR gas is smaller, the fuel consumption amount that can be reduced by increasing the amount of EGR gas by performing active ignition The fuel consumption required to cover the power consumed for active ignition is calculated, and active ignition is executed only when the former exceeds the latter.
図6に、本実施形態のECU0がプログラムに従い実施する処理の手順例を示す。まず、ECU0は、現在の運転領域即ち機関の回転数及び負荷(アクセル開度、吸気圧、気筒1に流入する吸気の流量または燃料噴射量)や冷却水温、吸気温等に対応した要求EGR率(または、EGR量)と、アクティブ着火を行わずとも気筒1の燃焼室内における燃焼の不安定化を招かないような限界のEGR率(または、EGR量)とを、例えばマップデータを参照して知得する(ステップS1、S2)。予め、ECU0のメモリには、様々な機関の回転数、機関の負荷、冷却水温等の諸条件の下で実験的に若しくは適合により求められた、燃費に有利となる要求EGR率、及び燃焼の不安定化のリスクが十分に小さいEGR率の値を記述したマップデータが格納されている。ECU0は、現在のエンジン回転数、負荷、冷却水温、吸気温等をキーとして当該マップを検索し、要求EGR率及び燃焼の不安定化を招かないようなEGR率をそれぞれ抽出して知得する。燃焼の不安定化を招かないようなEGR率は、運転領域や冷却水温、吸気温等によっては、要求EGR率に等しい(現在の状況下ではEGRを行っても燃焼は不安定化しない)こともあるし、0である(現在の状況下ではEGRを行うと燃焼が不安定化する)こともある。 FIG. 6 shows a procedure example of processing executed by the ECU 0 according to the present embodiment in accordance with a program. First, the ECU 0 requests the required EGR rate corresponding to the current operation region, that is, the engine speed and load (accelerator opening degree, intake pressure, intake air flow rate or fuel injection amount flowing into the cylinder 1), cooling water temperature, intake air temperature, and the like. (Or EGR amount) and a limit EGR rate (or EGR amount) that does not cause instability of combustion in the combustion chamber of cylinder 1 without performing active ignition, for example, referring to map data Know (steps S1, S2). In the memory of the ECU 0 in advance, the required EGR rate that is advantageous for fuel consumption, obtained experimentally or by adaptation under various conditions such as the engine speed, engine load, and cooling water temperature, and the combustion Map data describing the value of the EGR rate with a sufficiently low risk of destabilization is stored. The ECU 0 searches the map using the current engine speed, load, cooling water temperature, intake air temperature, and the like as keys, and extracts and knows the required EGR rate and the EGR rate that does not cause combustion instability. The EGR rate that does not cause instability of combustion is equal to the required EGR rate depending on the operating region, cooling water temperature, intake air temperature, etc. (in the current situation, combustion does not become unstable even if EGR is performed) Or 0 (combustion may become unstable when EGR is performed under the present situation).
そして、ECU0は、燃焼の不安定化を招かないようなEGR率としたときの燃料消費量と、要求EGR率を実現したときの燃料消費量との差分を、例えばマップデータを参照して知得する(ステップS3)。予め、ECU0のメモリには、様々な機関の回転数、機関の負荷、冷却水温、吸気温及び吸気のEGR率(または、EGR量)等の諸条件の下で実験的に若しくは適合により求められた燃料消費量の値を記述したマップデータが格納されている。ECU0は、現在のエンジン回転数、負荷、冷却水温、吸気温等及びEGR率をキーとして当該マップを検索し、燃焼の不安定化を招かないようなEGR率としたときの燃料消費量と、要求EGR率を実現したときの燃料消費量とを抽出する。そして、後者から前者を減算して、要求EGR率への制御によって節約される燃料消費量を知得する。 Then, the ECU 0 knows the difference between the fuel consumption when the EGR rate is set so as not to cause instability of combustion and the fuel consumption when the required EGR rate is realized with reference to map data, for example. Obtain (step S3). The memory of the ECU 0 is obtained in advance experimentally or by adaptation under various conditions such as the engine speed, engine load, cooling water temperature, intake air temperature, and intake EGR rate (or EGR amount). Map data describing the value of fuel consumption is stored. The ECU 0 searches the map using the current engine speed, load, cooling water temperature, intake air temperature, etc. and the EGR rate as keys, and the fuel consumption when the EGR rate is set so as not to cause instability of combustion, The fuel consumption when the required EGR rate is realized is extracted. Then, the former is subtracted from the latter to know the fuel consumption saved by the control to the required EGR rate.
並びに、ECU0は、点火プラグ12の電極に高周波を印加して気筒1の燃焼室内に高周波電界を発生させるために費やされる電力分の燃料消費量を、例えばマップデータを参照して知得する(ステップS4)。予め、ECU0のメモリには、様々な内燃機関の負荷及び冷却水温(ここでは、点火プラグ12の電極及び高周波電界印加用の電気回路の温度を示唆する)等の条件の下で実験的に若しくは適合により求められた、燃焼室内に電界を発生させるための電力消費量を燃料消費量に換算した値を記述したマップデータが格納されている。ECU0は、現在の機関の負荷、冷却水温等をキーとして当該マップを検索し、燃焼室内に高周波電界を発生させるために必要となる燃料消費量を抽出して知得する。但し、点火プラグ12の電極に高周波を印加する際に電気回路を流れる電流及び電圧を計測することで、高周波電界を発生させるために費やされる電力を実測し、その実測の電力消費量を燃料消費量に換算するようにしても構わない。
In addition, the ECU 0 knows, for example, map data, fuel consumption for power consumed to generate a high-frequency electric field in the combustion chamber of the cylinder 1 by applying a high frequency to the electrode of the spark plug 12 (step). S4). In the memory of the ECU 0 in advance, experimentally under conditions such as various internal combustion engine loads and cooling water temperature (in this case, the temperature of the electrode of the
その上で、ECU0は、要求EGR率への制御によって節約される燃料消費量と、燃焼室内に高周波電界を発生させるために必要となる燃料消費量とを比較し(ステップS5)、前者の燃料消費量が後者の燃料消費量を上回るならば、吸気のEGR率を燃費の削減に有利な大きさ即ち要求EGR率に制御するべくEGRバルブ23の開度を操作しつつ(ステップS6)、気筒1の膨張行程においてアクティブ着火を実行するべく点火プラグ12の電極に高周波電界を印加する(ステップS7)。逆に、前者の燃料消費量が後者の燃料消費量以下であるならば、吸気のEGR率を燃焼の不安定化を招くリスクの小さい要求EGR率以下に制御し(ステップS8)、アクティブ着火を実行しない、即ち気筒1の膨張行程において点火プラグ12の電極に高周波電界を印加しない。
The ECU 0 then compares the fuel consumption saved by the control to the required EGR rate with the fuel consumption required to generate a high-frequency electric field in the combustion chamber (step S5), and the former fuel If the consumption exceeds the latter fuel consumption, the opening of the
本実施形態では、気筒1の燃焼室内に臨む点火プラグ12の中心電極をアンテナとして燃焼室内に生成される電界と、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間に発生する火花放電とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し、混合気に着火するアクティブ着火を実行することができ、なおかつ排気の一部を還流させて吸気に混入するEGR装置2が付帯している火花点火式内燃機関を制御するものであって、アクティブ着火を行わずEGRを行わないかEGRガス量がより少ない状況と比較して、アクティブ着火を行いEGRガス量を増大させることにより低減することができる燃料消費量と、アクティブ着火に費やされる電力を賄うために必要となる燃料消費量とを演算し、前者が後者を上回ることを条件としてアクティブ着火を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置0を構成した。
In this embodiment, an electric field generated in the combustion chamber using the center electrode of the
本実施形態では、アクティブ着火法により燃焼を不安定化させずに吸気に混入するEGRガス量を増量できることに鑑み、アクティブ着火の実行に費やされる電力分の燃料消費とEGR率の増大制御がもたらす燃料消費の改善効果とを天秤にかけて、改善効果が上回る場合にのみアクティブ着火を実行することとしたのである。本実施形態によれば、気筒1の燃焼室内での燃料の燃焼の安定化と実効的な燃費の向上との両立を図り得る。 In the present embodiment, in view of the fact that the amount of EGR gas mixed into the intake air can be increased without destabilizing combustion by the active ignition method, the fuel consumption for the execution of active ignition and the increase control of the EGR rate are brought about. The improvement effect of fuel consumption was weighed and the active ignition was executed only when the improvement effect exceeded. According to the present embodiment, it is possible to achieve both the stabilization of fuel combustion in the combustion chamber of the cylinder 1 and the improvement of effective fuel consumption.
<第二実施形態>次に述べる本実施形態は、EGRを実行すると気筒1の燃焼室内での燃焼が不安定となる状況、特に内燃機関の温度が低い暖機運転中等において、アクティブ着火を実行して燃焼を安定化させることに主眼を置くものである。 <Second Embodiment> In this embodiment described below, active ignition is performed in a situation where combustion in the combustion chamber of the cylinder 1 becomes unstable when EGR is executed, particularly during a warm-up operation where the temperature of the internal combustion engine is low. The focus is on stabilizing combustion.
内燃機関、アクティブ着火用の高周波発生回路やEGR装置等の構成は、第一実施形態と同様である。また、内燃機関の制御装置たるECU0の基本的機能も、第一実施形態と同様である。 The configurations of the internal combustion engine, the active ignition high-frequency generation circuit, the EGR device, and the like are the same as those in the first embodiment. Further, the basic function of the ECU 0 as the control device for the internal combustion engine is the same as that of the first embodiment.
図7に、本実施形態のECU0がプログラムに従い実施する処理の手順例を示す。ECU0は、現在の運転領域即ち機関の回転数及び負荷や冷却水温、吸気温等に対応した要求EGR率(または、EGR量)と、アクティブ着火を行わずとも気筒1の燃焼室内における燃焼の不安定化を招かないような限界のEGR率(または、EGR量)とを、例えばマップデータを参照して知得する(ステップS9、S10)。ステップS9は、第一実施形態のステップS1と同様であり、ステップS10は、第一実施形態のステップS2と同様である。 FIG. 7 shows a procedure example of processing executed by the ECU 0 according to the present embodiment in accordance with a program. The ECU 0 determines the required EGR rate (or EGR amount) corresponding to the current operating region, that is, the engine speed and load, the cooling water temperature, the intake air temperature, etc., and the non-combustion in the combustion chamber of the cylinder 1 without performing active ignition. The limit EGR rate (or EGR amount) that does not cause stabilization is obtained by referring to, for example, map data (steps S9 and S10). Step S9 is the same as step S1 of the first embodiment, and step S10 is the same as step S2 of the first embodiment.
そして、ECU0は、要求EGR率と、燃焼の不安定化を招かないような限界のEGR率とを比較し(ステップS11)、前者が後者を上回るならば、吸気のEGR率を要求EGR率に制御するべくEGRバルブ23の開度を操作しつつ(ステップS12)、気筒1の膨張行程においてアクティブ着火を実行するべく点火プラグ12の電極に高周波電界を印加する(ステップS13)。逆に、前者の要求EGR率が後者のEGR率以下であるならば、アクティブ着火を実行しなくとも燃焼が不安定となるリスクが十分に小さいということであるので、吸気のEGR率を要求EGR率に制御しながらも(ステップS14)、気筒1の膨張行程においてアクティブ着火を実行しない。
Then, the ECU 0 compares the required EGR rate with a limit EGR rate that does not cause instability of combustion (step S11), and if the former exceeds the latter, the intake EGR rate is set to the required EGR rate. A high frequency electric field is applied to the electrode of the
本実施形態では、気筒1の燃焼室内に臨む点火プラグ12の中心電極をアンテナとして燃焼室内に生成される電界と、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間に発生する火花放電とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し、混合気に着火するアクティブ着火を実行することができ、なおかつ排気の一部を還流させて吸気に混入するEGR装置2が付帯している火花点火式内燃機関を制御するものであって、EGRガス量が気筒1における燃料の燃焼が不安定化しない限界量よりも大きくなることを条件としてアクティブ着火を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置0を構成した。
In this embodiment, an electric field generated in the combustion chamber using the center electrode of the
本実施形態では、アクティブ着火法により燃焼を不安定化させずに吸気に混入するEGRガス量を増量できることに鑑み、燃焼の不安定化のおそれのある状況にあると判断した場合にアクティブ着火を実行することとしたため、従来EGRを停止していた暖機運転中等にもEGRを行うことが可能となり、一層の燃費の向上を見込める。加えて、要求EGR率を達成できる程度にまでEGRガスの還流量を増加させても燃焼の不安定化のおそれが小さい場合には、アクティブ着火を実行しないので、余分な電力消費ひいては燃料消費を削減できる。 In the present embodiment, in view of the fact that the amount of EGR gas mixed into the intake air can be increased without destabilizing combustion by the active ignition method, active ignition is performed when it is determined that there is a possibility of unstable combustion. Since it is determined to be executed, it is possible to perform EGR even during warm-up operation where EGR is conventionally stopped, and further improvement in fuel consumption can be expected. In addition, if there is little risk of destabilization of combustion even if the recirculation amount of EGR gas is increased to such an extent that the required EGR rate can be achieved, active ignition is not executed, so that excess power consumption and fuel consumption are reduced. Can be reduced.
<第三実施形態>続いて述べる本実施形態は、アクティブ着火を実行するか否か(そして、排気通路4から吸気通路1に還流させるEGRガスの量を増大させるか減少させるか)に関して、第一実施形態の判断処理と第二実施形態の判断処理とを組み合わせたものである。 <Third Embodiment> This embodiment to be described next relates to whether or not to perform active ignition (and whether to increase or decrease the amount of EGR gas recirculated from the exhaust passage 4 to the intake passage 1). This is a combination of the determination process of one embodiment and the determination process of the second embodiment.
内燃機関、アクティブ着火用の高周波発生回路やEGR装置等の構成は、第一実施形態または第二実施形態と同様である。また、内燃機関の制御装置たるECU0の基本的機能も、第一実施形態または第二実施形態と同様である。 The configurations of the internal combustion engine, the active ignition high-frequency generation circuit, the EGR device, and the like are the same as those in the first embodiment or the second embodiment. Further, the basic function of the ECU 0 as the control device for the internal combustion engine is the same as that of the first embodiment or the second embodiment.
図8に、本実施形態のECU0がプログラムに従い実施する処理の手順例を示す。ECU0は、現在の運転領域即ち機関の回転数及び負荷や冷却水温、吸気温等に対応した要求EGR率(または、EGR量)と、アクティブ着火を行わずとも気筒1の燃焼室内における燃焼の不安定化を招かないような限界のEGR率(または、EGR量)とを、例えばマップデータを参照して知得する(ステップS15、S16)。ステップS15は、第一実施形態のステップS1または第二実施形態のステップS9と同様であり、ステップS16は、第一実施形態のステップS2または第二実施形態のステップS10と同様である。 FIG. 8 shows a procedure example of processing executed by the ECU 0 according to the present embodiment in accordance with a program. The ECU 0 determines the required EGR rate (or EGR amount) corresponding to the current operating region, that is, the engine speed and load, the cooling water temperature, the intake air temperature, etc., and the non-combustion in the combustion chamber of the cylinder 1 without performing active ignition. The limit EGR rate (or EGR amount) that does not cause stabilization is obtained by referring to map data, for example (steps S15 and S16). Step S15 is the same as step S1 of the first embodiment or step S9 of the second embodiment, and step S16 is the same as step S2 of the first embodiment or step S10 of the second embodiment.
そして、ECU0は、要求EGR率と、燃焼の不安定化を招かないような限界のEGR率とを比較する(ステップS17)。前者の要求EGR率が後者のEGR率以下であるならば、アクティブ着火を実行しなくとも燃焼が不安定となるリスクが十分に小さいということであるので、吸気のEGR率を要求EGR率に制御しながらも(ステップS18)、気筒1の膨張行程においてアクティブ着火を実行しない、即ち気筒1の膨張行程において点火プラグ12の電極に高周波電界を印加しない。
Then, the ECU 0 compares the required EGR rate with a limit EGR rate that does not cause instability of combustion (step S17). If the former required EGR rate is less than or equal to the latter EGR rate, the risk of instability of combustion is sufficiently small even if active ignition is not executed. Therefore, the intake EGR rate is controlled to the required EGR rate. However (step S18), the active ignition is not executed in the expansion stroke of the cylinder 1, that is, the high frequency electric field is not applied to the electrode of the
翻って、前者の要求EGR率が後者のEGR率を上回るならば、次に、ECU0は、燃焼の不安定化を招かないようなEGR率としたときの燃料消費量と、要求EGR率を実現したときの燃料消費量との差分を、例えばマップデータを参照して知得する(ステップS19)。ステップS19は、第一実施形態のステップS3と同様である。 In contrast, if the former required EGR rate exceeds the latter EGR rate, then the ECU 0 realizes the fuel consumption and the required EGR rate when the EGR rate is set so as not to cause instability of combustion. The difference with the fuel consumption at the time of doing is acquired with reference to map data, for example (step S19). Step S19 is the same as step S3 of the first embodiment.
並びに、ECU0は、点火プラグ12の電極に高周波を印加して気筒1の燃焼室内に高周波電界を発生させるために費やされる電力分の燃料消費量を、例えばマップデータを参照して知得する(ステップS20)。ステップS20は、第一実施形態のステップS4と同様である。 In addition, the ECU 0 knows, for example, map data, fuel consumption for power consumed to generate a high-frequency electric field in the combustion chamber of the cylinder 1 by applying a high frequency to the electrode of the spark plug 12 (step). S20). Step S20 is the same as step S4 of the first embodiment.
その上で、ECU0は、要求EGR率への制御によって節約される燃料消費量と、燃焼室内に高周波電界を発生させるために必要となる燃料消費量とを比較し(ステップS21)、前者の燃料消費量が後者の燃料消費量を上回るならば、吸気のEGR率を燃費の削減に有利な大きさ即ち要求EGR率に制御するべくEGRバルブ23の開度を操作しつつ(ステップS22)、気筒1の膨張行程においてアクティブ着火を実行するべく点火プラグ12の電極に高周波電界を印加する(ステップS23)。逆に、前者の燃料消費量が後者の燃料消費量以下であるならば、吸気のEGR率を燃焼の不安定化を招くリスクの小さい要求EGR率以下に制御し(ステップS24)、アクティブ着火を実行しない、即ち気筒1の膨張行程において点火プラグ12の電極に高周波電界を印加しない。
The ECU 0 then compares the fuel consumption saved by the control to the required EGR rate with the fuel consumption required to generate a high-frequency electric field in the combustion chamber (step S21), and the former fuel If the consumption exceeds the latter fuel consumption, the opening of the
本実施形態によれば、燃焼の不安定化のおそれがない状況においてはアクティブ着火を実行しないため、余分な電力消費ひいては燃料消費を削減できる。さらに、燃焼の不安定化のおそれのある状況においては、アクティブ着火の実行に費やされる電力分の燃料消費とEGR率の増大制御がもたらす燃料消費の改善効果とを天秤にかけ、改善効果が上回る場合にはアクティブ着火を実行し、改善効果が下回る場合にはアクティブ着火を実行せずにEGRガス量を抑制することとしたため、気筒1の燃焼室内での燃料の燃焼の安定化と実効的な燃費の向上との両立を図り得る。 According to the present embodiment, the active ignition is not executed in a situation where there is no fear of unstable combustion, so that it is possible to reduce extra power consumption and thus fuel consumption. Furthermore, in situations where there is a risk of destabilization of combustion, when the improvement effect exceeds the fuel consumption for the power consumed for execution of active ignition and the improvement effect of the fuel consumption brought about by the increase control of the EGR rate, the improvement effect exceeds Since the active ignition is executed and the EGR gas amount is suppressed without executing the active ignition when the improvement effect is lower, the combustion of the fuel in the combustion chamber of the cylinder 1 is stabilized and the effective fuel consumption is reduced. It is possible to achieve both improvement.
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。内燃機関の気筒の燃焼室内でプラズマを生成する目的で燃焼室内に電界を発生させる電界発生装置は、高周波の交流電圧を印加する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を印加する脈流電圧発生回路に限定されない。電界発生装置として、マイクロ波発生装置等を採用しても構わない。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. An electric field generator for generating an electric field in a combustion chamber for the purpose of generating plasma in a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine is an AC voltage generating circuit that applies a high-frequency AC voltage, or a pulsating voltage that applies a high-frequency pulsating voltage. It is not limited to the generation circuit. A microwave generator or the like may be employed as the electric field generator.
マイクロ波発生装置は、車載バッテリを電源とするマグネトロン及びこれを制御する制御回路を要素とする。マイクロ波発生装置は、導波管や同軸ケーブル等を介して点火プラグに電気的に接続しており、マグネトロンが出力するマイクロ波を点火プラグに印加し、その中心電極から気筒の燃焼室内に放射することが可能である。 The microwave generator includes a magnetron that uses a vehicle-mounted battery as a power source and a control circuit that controls the magnetron. The microwave generator is electrically connected to the spark plug via a waveguide, a coaxial cable, etc., and the microwave output from the magnetron is applied to the spark plug and radiated from the center electrode into the combustion chamber of the cylinder. Is possible.
マグネトロンによるマイクロ波は、火花放電開始と略同時、火花放電開始直前または火花放電開始直後に印加する。このとき、ECUは、マグネトロンを制御する制御回路に対して、電界(即ち、マイクロ波)発生指令信号を入力する。マグネトロンによるマイクロ波と、点火コイルによる高誘導電圧とを重畳して点火プラグの中心電極に印加することも考えられる。 The microwave generated by the magnetron is applied almost simultaneously with the start of the spark discharge, immediately before the start of the spark discharge or immediately after the start of the spark discharge. At this time, the ECU inputs an electric field (ie, microwave) generation command signal to a control circuit that controls the magnetron. It is also conceivable to apply the microwave by the magnetron and the high induction voltage by the ignition coil in a superimposed manner to the center electrode of the spark plug.
気筒の燃焼室内に電界を放射するアンテナもまた、点火プラグの中心電極には限定されない。点火プラグとは別に、気筒の燃焼室内に電界を放射するアンテナを設置した内燃機関を構成しても構わない。 The antenna that radiates an electric field into the combustion chamber of the cylinder is not limited to the center electrode of the spark plug. In addition to the spark plug, an internal combustion engine in which an antenna for radiating an electric field is installed in the combustion chamber of the cylinder may be configured.
EGR装置は、高圧ループEGR装置には限定されない。吸気通路における排気ターボ過給機のコンプレッサの上流側と、排気通路における排気ターボ過給機のタービン(さらには、触媒)の下流側とをEGR通路を介して連通し、低温低圧のEGRガスを還流せしめる低圧ループEGR装置が付帯した内燃機関の制御に、本発明を適用しても構わない。 The EGR device is not limited to a high pressure loop EGR device. The upstream side of the compressor of the exhaust turbocharger in the intake passage and the downstream side of the turbine (and further the catalyst) of the exhaust turbocharger in the exhaust passage are connected via the EGR passage, and low temperature and low pressure EGR gas is supplied. The present invention may be applied to control of an internal combustion engine attached with a low-pressure loop EGR device that recirculates.
その他、各部の具体的構成や具体的な処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part, the specific processing procedure, and the like can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用できる。 The present invention can be used for controlling an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
12…アンテナ(点火プラグ)
2…EGR装置
0 ... Control unit (ECU)
1 ...
2 ... EGR device
Claims (2)
アクティブ着火を行わずEGRを行わないかEGRガス量がより少ない状況と比較して、アクティブ着火を行いEGRガス量を増大させることにより低減することができる燃料消費量と、アクティブ着火に費やされる電力を賄うために必要となる燃料消費量とを演算し、前者が後者を上回ることを条件としてアクティブ着火を行う
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 Plasma is generated in the combustion chamber by mixing the electric field generated in the combustion chamber via the antenna facing the combustion chamber of the cylinder and the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug, and mixing A spark ignition type internal combustion engine which can perform active ignition to ignite, and which is accompanied by an EGR device which recirculates a part of exhaust gas and mixes it with intake air,
Compared to the situation where EGR is not performed without active ignition or the amount of EGR gas is smaller, the fuel consumption that can be reduced by increasing the amount of EGR gas by performing active ignition, and the power consumed for active ignition A control device for an internal combustion engine, which calculates a fuel consumption amount required to cover the above and performs active ignition on condition that the former exceeds the latter.
EGRガス量が気筒における燃料の燃焼が不安定化しない限界量よりも大きくなることを条件としてアクティブ着火を行う
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 Plasma is generated in the combustion chamber by mixing the electric field generated in the combustion chamber via the antenna facing the combustion chamber of the cylinder and the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug, and mixing A spark ignition type internal combustion engine which can perform active ignition to ignite, and which is accompanied by an EGR device which recirculates a part of exhaust gas and mixes it with intake air,
A control device for an internal combustion engine, wherein active ignition is performed on condition that the amount of EGR gas is larger than a limit amount that does not destabilize fuel combustion in a cylinder.
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JP2015187433A (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-29 | ダイハツ工業株式会社 | internal combustion engine |
JP2015187395A (en) * | 2014-03-26 | 2015-10-29 | ダイハツ工業株式会社 | internal combustion engine |
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2012
- 2012-07-31 JP JP2012169486A patent/JP2014029128A/en active Pending
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