JP2015090140A - Device for determining combustion state of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等の動力源に用いられる内燃機関において、特に内燃機関の燃焼後に生じるイオン電流を用いて燃焼状態を判定する燃焼状態判定装置に関するものである。 The present invention relates to a combustion state determination device for determining a combustion state using an ion current generated after combustion of an internal combustion engine in an internal combustion engine used for a power source of an automobile or the like.
従来より、内燃機関は環境問題や化石燃料の枯渇問題からシリンダ内に供給される混合気の空燃比を高くした希薄燃料によるリーン燃焼や多量のEGRによる燃焼を行っている。しかし、リーン燃焼は燃料が薄いことによる失火が起こり易く、常に燃焼状態を把握し、燃焼状態を改善させる制御が必要であり、この燃焼状態を判定する方法として内燃機関の燃焼によって点火プラグの電極間に発生するイオン電流を用いており、例えば、特開2008−280887号公報(以下「特許文献1」)が知られている。 Conventionally, due to environmental problems and fossil fuel depletion problems, an internal combustion engine has performed lean combustion with a lean fuel with a high air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied into the cylinder and combustion with a large amount of EGR. However, lean combustion tends to cause misfire due to the thin fuel, and it is necessary to always grasp the combustion state and control to improve the combustion state. As a method for determining this combustion state, the electrode of the spark plug is determined by the combustion of the internal combustion engine. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-280887 (hereinafter “Patent Document 1”) is known.
特許文献1では、内燃機関の燃焼過程で発生するイオンの作用により燃焼室内を流れるイオン電流の値を連続的に検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流検出手段により検出される前記イオン電流の値に基づいて、燃焼開始後最初に前記イオン電流値がピークとなる第1ピーク発生時期および前記第1ピーク発生時期の後に前記イオン電流値がピークとなる第2ピーク発生時期を検出するイオン電流ピーク発生時期検出手段と、前記イオン電流ピーク発生時期検出手段によって検出される前記第1ピーク発生時期および/または前記第2ピーク発生時期が前記内燃機関の燃焼特性に依るものであるか否かを判断するピーク発生時期判断手段と、前記イオン電流ピーク発生時期検出手段が検出する前記第1ピーク発生時期および前記第2ピーク発生時期に基づいて、前記内燃機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、前記ピーク発生時期判断手段の判断結果および前記燃焼状態判定手段の判定結果に応じて、予め設定されている点火時期、燃料噴射時期および燃料噴射量のうちの少なくとも一つの設定値を補正する補正手段とを備えた内燃機関の制御装置が提案されている。 In Patent Document 1, ion current detection means for continuously detecting the value of an ion current flowing in a combustion chamber by the action of ions generated in the combustion process of an internal combustion engine, and the ion current detected by the ion current detection means Based on the value, the first peak generation time at which the ion current value peaks first after the start of combustion, and the second peak generation time at which the ion current value peaks after the first peak generation time Whether or not the first peak generation time and / or the second peak generation time detected by the peak generation time detection means and the ion current peak generation time detection means depends on the combustion characteristics of the internal combustion engine. A peak generation time determination means for determining; the first peak generation time detected by the ion current peak generation time detection means; Combustion state determination means for determining the combustion state of the internal combustion engine based on the peak generation time, ignition set in advance according to the determination result of the peak generation time determination means and the determination result of the combustion state determination means A control device for an internal combustion engine has been proposed that includes correction means for correcting at least one set value of the timing, the fuel injection timing, and the fuel injection amount.
しかしながら、上記従来の内燃機関の制御装置では次の問題が生じている。即ち、特許文献1では、イオン電流の第1ピーク発生時期および第2ピーク発生時期の妥当性の判断により、イオン電流のピーク位置が燃焼特性以外の影響を受けて検出されたと判断した場合は、補正値の算出から除外し、判定した内燃機関の燃焼状態に応じて、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量に対する正確な補正を行っているが、内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼である時は、燃焼によって生じるイオン電流も微小となるため、第1及び第2のピーク位置を正確に検出することが困難である。また、イオン電流は自動車に搭載された電子機器からのノイズの影響を受け易いため、ノイズが重畳したイオン電流から第1及び第2のピーク位置を検出すると点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量に対する補正が正しく行われない問題が生じる。 However, the above-described conventional control device for an internal combustion engine has the following problems. That is, in Patent Document 1, when it is determined that the peak position of the ion current is detected by the influence other than the combustion characteristics by determining the appropriateness of the first peak generation time and the second peak generation time of the ion current, Excluded from the calculation of the correction value and corrects the ignition timing, fuel injection timing, and fuel injection amount according to the determined combustion state of the internal combustion engine, but when the internal combustion engine is lean burning with lean fuel Since the ion current generated by combustion is also minute, it is difficult to accurately detect the first and second peak positions. Further, since the ionic current is easily affected by noise from an electronic device mounted on the automobile, when the first and second peak positions are detected from the ionic current superimposed with noise, the ignition timing, the fuel injection timing, and the fuel injection amount are detected. There arises a problem in that the correction is not performed correctly.
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のEGRによる燃焼であってもイオン電流から燃焼状態を正確に判定することができる内燃機関の燃焼状態判定装置を提供することを目標とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a combustion state determination device for an internal combustion engine that can accurately determine a combustion state from an ionic current even when the internal combustion engine is lean combustion with lean fuel or combustion with a large amount of EGR. The goal is to provide
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成とする。即ち、内燃機関の単一の気筒内にて一定の距離をおいて配置される2つの点火プラグと、当該点火プラグに個別に備えられる2つの点火コイルと、前記内燃機関の気筒内の混合気が燃焼することにより前記点火プラグの電極間に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、検出したイオン電流から内燃機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、からなる内燃機関の燃焼状態判定装置において、前記第2の点火プラグは、前記内燃機関が排気行程又は直噴エンジンの吸気行程中に点火動作を行い、前記第1の点火プラグは、前記内燃機関の圧縮行程中に点火動作を行い、前記イオン電流検出手段は、前記第2の点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、前記燃焼状態判定手段は、前記第1の点火プラグの放電から前記第2の点火プラグがイオン電流を検出するまでの時間から火炎伝播判定を行うことを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置とする(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, two ignition plugs arranged at a certain distance in a single cylinder of the internal combustion engine, two ignition coils individually provided in the ignition plug, and an air-fuel mixture in the cylinder of the internal combustion engine The combustion state of the internal combustion engine comprising: an ion current detection means for detecting an ion current generated between the electrodes of the spark plug as a result of combustion, and a combustion state determination means for determining the combustion state of the internal combustion engine from the detected ion current In the determination device, the second spark plug performs an ignition operation during the exhaust stroke of the internal combustion engine or the intake stroke of the direct injection engine, and the first spark plug performs an ignition operation during the compression stroke of the internal combustion engine. The ion current detecting means detects an ion current generated between the electrodes of the second spark plug, and the combustion state determining means is configured to detect a state before the discharge of the first spark plug. Second spark plug and the combustion state determination device for an internal combustion engine which is characterized in that the flame propagation determined from time to detect the ion current (claim 1).
上記の発明においては、前記2つの点火プラグは、圧縮行程中に点火動作を行い、前記イオン電流検出手段は、前記2つの点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、前記燃焼状態判定手段は、前記気筒内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか1つの燃焼判定を行う構成としてもよい(請求項2)。また、前記イオン電流検出手段は、前記単一の気筒に配置された前記2つの点火コイルに対して1つ備え、前記2つの点火コイルの2次コイルは、スイッチ素子を介して前記イオン電流検出手段と接続する構成としてもよい(請求項3)。さらに、内燃機関は、ディーゼルエンジン、又は、均一予混合圧縮着火式エンジンの何れかとしてもよい(請求項4)。 In the above invention, the two spark plugs perform an ignition operation during a compression stroke, and the ion current detection means detects an ion current generated between the electrodes of the two spark plugs to determine the combustion state. The means may be configured to perform combustion determination of at least one of combustion state deterioration including misfire in the cylinder, pre-ignition, and knocking (Claim 2). Further, the ion current detecting means is provided for the two ignition coils arranged in the single cylinder, and the secondary coil of the two ignition coils detects the ion current via a switching element. It is good also as a structure connected with a means (Claim 3). Furthermore, the internal combustion engine may be either a diesel engine or a homogeneous premixed compression ignition engine.
また、請求項4においては、前記2つの点火プラグは、前記内燃機関の前記気筒に対する燃料噴射前に点火動作を行い、前記イオン電流検出手段は、前記2つの点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、前記燃焼状態判定手段は、前記気筒内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか1つの燃焼判定を行う構成としてもよい(請求項5)。 According to a fourth aspect of the present invention, the two spark plugs perform an ignition operation before fuel injection to the cylinder of the internal combustion engine, and the ion current detecting means is an ion current generated between the electrodes of the two spark plugs. The combustion state determination means may perform a combustion determination of at least any one of deterioration of combustion state including misfire in the cylinder, pre-ignition, and knocking (Claim 5).
上記の構成によれば、第2の点火プラグは、内燃機関が排気行程又は直噴エンジンの吸気行程中に点火動作を行い、第1の点火プラグは、内燃機関の圧縮行程中に点火動作を行い、イオン電流検出手段は、第2の点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、燃焼状態判定手段は、第1の点火プラグの放電から第2の点火プラグがイオン電流を検出するまでの時間から火炎伝播判定を行うことで、内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のEGRによる燃焼で生じる微小なイオン電流であっても正確な火炎伝播を判定する内燃機関の燃焼状態判定装置が実現でき、シリンダ内の火炎伝播が正確に行われないことによる内燃機関のパワーロスを防ぐことができる(請求項1)。 According to the above configuration, the second spark plug performs the ignition operation during the exhaust stroke of the internal combustion engine or the intake stroke of the direct injection engine, and the first spark plug performs the ignition operation during the compression stroke of the internal combustion engine. The ion current detecting means detects the ion current generated between the electrodes of the second spark plug, and the combustion state determining means detects the ion current from the discharge of the first spark plug by the second spark plug. Combustion state determination device for an internal combustion engine that determines accurate flame propagation even if the internal combustion engine is a minute ion current generated by lean combustion by lean fuel or combustion by a large amount of EGR by performing flame propagation determination from the time until Therefore, it is possible to prevent the power loss of the internal combustion engine due to the fact that the flame propagation in the cylinder is not accurately performed (claim 1).
また、2つの点火プラグは、圧縮行程中に点火動作を行い、イオン電流検出手段は、2つの点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、燃焼状態判定手段は、気筒内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか1つの燃焼判定を行うことで、2つの点火プラグからの放電により燃焼速度を向上させると共に、内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のEGRによる燃焼で生じる微小なイオン電流であっても燃焼状態を正確に判定することができる(請求項2)。さらに、イオン電流検出手段は、単一の気筒に配置された2つの点火コイルに対して1つ備え、2つの点火コイルの2次コイルは、スイッチ素子を介してイオン電流検出手段と接続することで、1つの気筒に対して備えるイオン電流検出手段を変更することなく、微小なイオン電流から第1の点火プラグの放電から第2の点火プラグがイオン電流を検出するまでの火炎伝播を判定する制御と、2つの点火プラグによって合成したイオン電流から燃焼状態を判定する制御と、を切り替えることができる(請求項3)。 In addition, the two spark plugs perform an ignition operation during the compression stroke, the ion current detection means detects the ion current generated between the electrodes of the two spark plugs, and the combustion state determination means detects the misfire in the cylinder. The combustion speed is improved by the discharge from the two spark plugs by performing at least one of the combustion determination including the deterioration of the combustion state, the premature ignition, and the knocking, and the internal combustion engine performs lean combustion with lean fuel and a large amount of EGR. The combustion state can be accurately determined even with a minute ion current generated by the combustion due to the above (claim 2). Furthermore, one ionic current detection means is provided for two ignition coils arranged in a single cylinder, and secondary coils of the two ignition coils are connected to the ionic current detection means via a switch element. Thus, flame propagation from the discharge of the first spark plug to the detection of the ion current by the second spark plug is determined from the minute ion current without changing the ion current detection means provided for one cylinder. It is possible to switch between control and control for determining the combustion state from the ionic current synthesized by the two spark plugs.
また、前記内燃機関は、ディーゼルエンジン、又は、均一予混合圧縮着火式エンジンの何れかとすることで、空燃比の高いディーゼルエンジンや均一予混合圧縮着火式エンジンにおいても、イオン電流から燃焼状態を判定すると共に、ディーゼルエンジンの自己着火不良に対するアシスト点火及び均一予混合圧縮着火式(HCCI)エンジンの火花点火燃焼(SI燃焼)を行うことができる(請求項4)。 The internal combustion engine is either a diesel engine or a uniform premixed compression ignition type engine, so that the combustion state is determined from the ionic current even in a diesel engine or a uniform premixed compression ignition type engine with a high air-fuel ratio. At the same time, assist ignition for self-ignition failure of the diesel engine and spark ignition combustion (SI combustion) of the homogeneous premixed compression ignition (HCCI) engine can be performed.
また、2つの点火プラグは、内燃機関の気筒に対する燃料噴射前に点火動作を行い、イオン電流検出手段は、2つの点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、燃焼状態判定手段は、気筒内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか1つの燃焼判定を行うことで、空燃比の高いディーゼルエンジンやHCCIエンジンの燃焼による微小なイオン電流であっても燃焼状態を正確に判定することができる(請求項5)。 Further, the two spark plugs perform an ignition operation before fuel injection to the cylinder of the internal combustion engine, the ion current detection means detects an ion current generated between the electrodes of the two spark plugs, and the combustion state determination means includes: Even if a minute ion current due to combustion of a diesel engine or an HCCI engine with a high air-fuel ratio is determined by performing at least one of combustion determination including combustion deterioration, premature ignition, and knocking including misfire in the cylinder Can be accurately determined (Claim 5).
以下に本発明の実施の形態を示す実施例を図1乃至図11に基づいて説明する。 An example showing an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
本発明の第1の実施例とする内燃機関の燃焼状態判定装置の等価回路を示す図を図1に、均一予混合圧縮着火(HCCI)式エンジンの概略図を示す図を図2に、HCCIエンジンの燃焼行程を示す図を図3に、HCCIエンジンの運転領域を示す図を図4に、HCCIエンジンの火花点火(SI)燃焼による火炎伝播判定時の吸気行程→圧縮行程→燃焼行程の概略図を示す図を図5に、SI燃焼による火炎伝播判定時の燃焼状態判定装置の等価回路を示す図を図6に、SI燃焼による火炎伝播判定時の燃焼状態判定装置の点火信号、1次電流、2次電流、イオン電流のタイムチャートを図7に、HCCIエンジンのSI燃焼による燃焼判定時の吸気行程→圧縮行程→燃焼行程の概略図を示す図を図8に、SI燃焼による燃焼判定時の燃焼状態判定装置の等価回路を示す図を図9に、SI燃焼による燃焼判定時の燃焼状態判定装置の点火信号、1次電流、2次電流、イオン電流のタイムチャートを図10に、HCCIエンジンのHCCI燃焼による燃焼判定時の吸気行程→圧縮行程→燃焼行程の概略図を示す図を図11に、HCCI燃焼時の燃焼状態判定装置の点火信号、1次電流、2次電流、イオン電流のタイムチャートを図12にそれぞれ示す。 FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit of a combustion state determination device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a schematic diagram of a homogeneous premixed compression ignition (HCCI) engine, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing the combustion stroke of the engine, FIG. 4 is a diagram showing the operation region of the HCCI engine, and an intake stroke → compression stroke → combustion stroke at the time of flame propagation determination by spark ignition (SI) combustion of the HCCI engine FIG. 5 is a diagram showing a diagram, FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit of a combustion state determination device at the time of flame propagation determination by SI combustion, FIG. 6 is an ignition signal of the combustion state determination device at the time of flame propagation determination by SI combustion, FIG. 7 is a time chart of current, secondary current and ion current, FIG. 8 is a schematic diagram showing intake stroke → compression stroke → combustion stroke at the time of combustion judgment by SI combustion of the HCCI engine, and FIG. 8 is a combustion judgment by SI combustion. Burning state of time FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of the determination device, FIG. 10 is a time chart of the ignition signal, primary current, secondary current, and ion current of the combustion state determination device at the time of combustion determination by SI combustion, and FIG. 10 shows the HCCI of the HCCI engine. FIG. 11 is a diagram showing a schematic diagram of the intake stroke → compression stroke → combustion stroke at the time of combustion determination by combustion. FIG. 11 is a time chart of the ignition signal, primary current, secondary current, and ion current of the combustion state determination device at the time of HCCI combustion. Are shown in FIG.
図1において、内燃機関の燃焼状態判定装置は、第1の点火コイル10aと第2の点火コイル10bからなり、当該第1の点火コイル10aは1次コイル20a、2次コイル30a、鉄芯40a、及び、第1のイグナイタ50aから構成され、当該第2の点火コイル10bは1次コイル20b、2次コイル30b、鉄芯40b、及び、第2のイグナイタ50bから構成される。また、当該第1の点火コイル10aと当該第2の点火コイル10bは同一の電源60から電圧を供給されており、同一の出力に昇圧して点火プラグ70a,70bへ供給する。さらに、当該第1の点火コイル10aと当該第2の点火コイル10bはイオン電流検出手段80と接続され、当該イオン電流検出手段80は、ツェナーダイオード82、ダイオード84、コンデンサ85、抵抗86a,86b、及び、オペアンプ88から構成される。
In FIG. 1, the combustion state determination apparatus for an internal combustion engine includes a first ignition coil 10a and a
また、前記第1の点火コイル10aは、前記1次コイル20aの低圧側を前記電源60と接続し、高圧側を前記第1のイグナイタ50aのコレクタ側と接続される。さらに、前記第2の点火コイル30aの低圧側を前記イオン電流検出手段80と接続し、高圧側を前記第1の点火プラグ70aと接続される。
The first ignition coil 10a has a low voltage side of the primary coil 20a connected to the
また、前記第2の点火コイル10bは、前記1次コイル20bの低圧側を前記電源60と接続し、高圧側を前記第2のイグナイタ50bのコレクタ側と接続される。さらに、前記第2の点火コイル30bの低圧側を前記イオン電流検出手段80と接続し、高圧側を前記第2の点火プラグ70bと接続される。
The
また、前記第1及び第2のイグナイタ50a,50bは、エミッタ側をグランドと接続し、ゲート側を自動車のエンジン制御を行うECU(エンジン・コントロール・ユニット)内部に備えた点火制御手段と接続し、ゲート電流として当該ECUからの点火信号をON・OFFとすることで前記1次コイル20a,20bへの通電を行っている。さらに、前記イオン電流検出手段80は、前記ツェナーダイオード82のカソード端子を前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記2次コイル30a,30bの低圧側と接続され、そのアノード端子を前記ダイオード84のアノード端子と接続される。
The first and second igniters 50a and 50b have an emitter side connected to the ground and a gate side connected to an ignition control means provided in an ECU (Engine Control Unit) for controlling the engine of the automobile. The primary coils 20a and 20b are energized by turning ON / OFF the ignition signal from the ECU as a gate current. Further, the ion current detecting means 80 has the cathode terminal of the Zener diode 82 connected to the low voltage side of the secondary coils 30a and 30b of the first and
また、前記イオン電流検出手段80は、前記ダイオード84のカソード端子をグランドと接続し、前記ツェナーダイオード82に対してバイアス電源を生成するための前記コンデンサ85を並列に接続している。さらに、前記抵抗86aは、その一端を前記ツェナーダイオード82と前記コンデンサ85との並列回路と接続され、他端を前記オペアンプ88の反転入力端子と接続される。 In addition, the ion current detecting means 80 has the cathode terminal of the diode 84 connected to the ground, and the capacitor 85 for generating a bias power supply connected to the Zener diode 82 in parallel. Furthermore, one end of the resistor 86a is connected to the parallel circuit of the Zener diode 82 and the capacitor 85, and the other end is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 88.
また、前記オペアンプ88は、非反転入力端子をグランドと接続し、出力端子を前記ECU内部に備えた燃焼状態判定手段と接続される。さらに、前記オペアンプ88は、反転入力端子と出力端子に対して検出用の前記抵抗86bを並列に接続している。 The operational amplifier 88 has a non-inverting input terminal connected to the ground and an output terminal connected to combustion state determination means provided in the ECU. Further, the operational amplifier 88 has the detection resistor 86b connected in parallel to the inverting input terminal and the output terminal.
また、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記2次コイル30a,30bは、スイッチ素子90a,90bを介して前記ツェナーダイオード82と接続され、当該スイッチ素子90a,90bを切り替えることで前記ツェナーダイオード82又はグランドへの通電を変更している。さらに、当該スイッチ素子90a,90bはリレーから構成されており、前記ECUによって接点を切り替えて前記ツェナーダイオード82又はグランドと導通させている。
The secondary coils 30a and 30b of the first and
図2において、内燃機関は、4気筒の均一予混合圧縮着火式(以下「HCCI」)からなるエンジンであり、エンジンブロックとエンジンヘッドからなる4つの気筒100から構成され、当該エンジンヘッドと当該エンジンブロックは複数のヘッドボルトにより固定されている。また、当該エンジンブロックは上下方向に貫通する略円柱形のシリンダ110によって開口され、当該開口の上端は当該エンジンヘッドで覆われ、当該開口の下端から凹部が形成される。さらに、当該シリンダ110は当該凹部に嵌装されたピストン120で封止され、当該ピストン120が底面、当該エンジンヘッドが上面として区画形成される。
In FIG. 2, the internal combustion engine is a four-cylinder uniform premixed compression ignition type (hereinafter “HCCI”) engine, and is composed of four
また、前記シリンダ110内の予混合気を圧縮して自己着火させるのに最適なよう、前記シリンダ110の圧縮比は11〜13の範囲で設定するのが好ましい。さらに、前記シリンダ110の上端は、2つの傾斜面によって屋根のような形状をなしており、2つの傾斜面はそれぞれ前記シリンダ110の上端の中央部から左右両側に向かって徐々に前記シリンダ110の内壁と合わせ面に近づくように伸びている。 The compression ratio of the cylinder 110 is preferably set in the range of 11 to 13 so as to be optimal for compressing and pre-igniting the premixed gas in the cylinder 110. Furthermore, the upper end of the cylinder 110 is shaped like a roof by two inclined surfaces, and the two inclined surfaces gradually move from the center of the upper end of the cylinder 110 toward the left and right sides. It extends to approach the mating surface with the inner wall.
また、図の左側に示す前記シリンダ110の上端の傾斜面には吸気ポート130が接続されており、図の右側に示す前記シリンダ110の上端の傾斜面には排気ポート140が接続されている。さらに、前記内燃機関は、当該吸気及び排気ポート130,140が1つの前記シリンダ110に対して2つずつ設けられた4弁式のものであり、当該吸気及び排気ポート130,140と前記シリンダ110の接続部には、吸気及び排気バルブ132,142が備えられている。
Further, an intake port 130 is connected to the inclined surface at the upper end of the cylinder 110 shown on the left side of the drawing, and an
また、前記吸気及び排気バルブ132,142は、それぞれ、コイルスプリングが備えられ、当該コイルスプリングにより前記吸気及び排気バルブ132,142が閉じる方向へ押圧される一方、吸気及び排気カムシャフト136,146で連動によって回転する吸気及び排気カム134,144により前記吸気及び排気バルブ132,142が開く方向へ押し下げられるようになっている。さらに、当該吸気及び排気カム134,144が各々当該吸気及び排気カムシャフト136,146に同期して回転されることで、前記吸気及び排気バルブ132,142がそれぞれ所定のタイミングで開閉される。
The intake and exhaust valves 132 and 142 are each provided with a coil spring, and the coil spring is pressed in the direction in which the intake and exhaust valves 132 and 142 are closed. The intake and exhaust valves 132 and 142 are pushed down in the opening direction by the intake and exhaust cams 134 and 144 that rotate in conjunction with each other. Further, the intake and exhaust cams 134 and 144 are rotated in synchronization with the intake and
また、前記吸気及び排気カムシャフト136,146には、それぞれ、前記ピストン120を回転させるクランクシャフト124に対する回転位相を所定の角度範囲において連続的に変化させる可変バルブタイミング機構が備えられており、当該可変バルブタイミング機構によって前記吸気及び排気バルブ132,142の開閉時期がそれぞれ独立に変更されるようになっている。さらに、当該可変バルブタイミング機構として油圧式の連続位相変更方式のものを用いているが、電磁動作式の連続位相変更方式のものを用いてもよい。
Each of the intake and
また、前記吸気及び排気カムシャフト136,146の前記可変バルブタイミング機構をそれぞれ遅角側及び進角側に作動させることによって、前記吸気及び排気バルブ132,142のオーバーラップを無くすことができ、これにより前記シリンダ110内に大量のEGR(既燃ガス)を滞留させることができる。さらに、前記排気バルブ142が閉じてから前記吸気バルブ132が開くまでの期間が短くなれば、EGRガス量は少なくなり、前記排気バルブ142が閉じてから前記吸気バルブ132が開くまでの期間が長くなれば、これに応じて内部EGRガス量も増大する。
Further, by operating the variable valve timing mechanisms of the intake and
また、前記シリンダ110内の上端に、前記第1の点火プラグ70aが配置され、前記シリンダ110の前記排気バルブ142側に前記第2の点火プラグ70bが配置される。前記第1及び第2の点火プラグ70a、70bは、前記シリンダ110内に供給した混合気に圧縮行程終盤の所定のタイミングで点火して燃焼する、火花点火(以下「SI」)燃焼を行うものである。さらに、前記内燃機関は、前記シリンダ110内に直接ガソリンを噴射する直噴エンジンとして、前記シリンダ110の前記吸気ポート130側にインジェクタ150を備える。 Further, the first spark plug 70a is disposed at the upper end in the cylinder 110, and the second spark plug 70b is disposed on the exhaust valve 142 side of the cylinder 110. The first and second spark plugs 70a and 70b perform spark ignition (hereinafter referred to as “SI”) combustion in which the air-fuel mixture supplied into the cylinder 110 is ignited and burned at a predetermined timing at the end of the compression stroke. It is. Further, the internal combustion engine includes an injector 150 on the intake port 130 side of the cylinder 110 as a direct injection engine that directly injects gasoline into the cylinder 110.
また、前記ECUは、前記シリンダ110内の圧力を検出する圧力センサや、前記内燃機関の異常な振動からノッキングを検出するノックセンサからの情報が入力されると共に、前記吸気ポート130に備えられた電気式スロットルバルブの開閉の制御や、前記インジェクタ150の開閉時間を調整して燃料噴射量を制御し、前記シリンダ110内の混合気の空燃比を制御している。さらに、前記ECUは、前記可変バルブタイミング機構の油圧制御によって前記吸気及び排気バルブ132,142の開閉時期を変更することにより、前記吸気及び排気バルブ132,142のオーバーラップ期間を制御している。 Further, the ECU is provided with information from a pressure sensor that detects the pressure in the cylinder 110 and a knock sensor that detects knocking from abnormal vibration of the internal combustion engine, and is provided in the intake port 130. The fuel injection amount is controlled by controlling the opening / closing of the electric throttle valve and the opening / closing time of the injector 150, thereby controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder 110. Further, the ECU controls the overlap period of the intake and exhaust valves 132 and 142 by changing the opening and closing timing of the intake and exhaust valves 132 and 142 by hydraulic control of the variable valve timing mechanism.
図3において、前記気筒100は、前記クランクシャフト124が2回転(720°)する間に吸気行程→圧縮行程→燃焼行程→排気行程を行い、4つの気筒毎に180°の間隔を空けて行われる。また、前記気筒100の燃焼行程は、気筒#1→気筒#2→気筒#4→気筒#3→気筒#1→…の順番で燃焼が行われる。さらに、前記内燃機関では、前記インジェクタ150による燃料噴射を前記内燃機関の運転状態及び燃焼状態に応じて吸気行程中、圧縮行程中、又は、圧縮行程終了間際の何れか、若しくは、これらを組み合わせて行う。
In FIG. 3, the
図4において、前記内燃機関のHCCI運転領域では、上記に示した通り、前記シリンダ110内における予混合気の空燃比(A/F)が15〜30のリーン状態となるように、前記インジェクタ150による燃料噴射量と前記スロットルバルブの開閉とを制御し、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bからの放電により点火することなく、自己着火させて燃焼を実行している。また、前記内燃機関のHCCI運転領域より低負荷のSI運転領域(A)では、前記シリンダ110内の混合気へ、所定のタイミングで前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bからの放電により燃焼させる、火花点火(SI)による火炎伝播による燃焼を実行している。具体的に、SI運転領域(A)とは、アイドリング時を除けば、車両が長い下り坂を走行している等の殆どアクセルを踏んでいない走行条件となり、前記シリンダ110の温度がかなり低くなることを考慮した燃焼とする。さらに、前記内燃機関の高負荷時又は高回転時のSI運転領域(B)では、前記シリンダ110内の空燃比(A/F)をリッチ側へ近づけた混合気に形成し、所定のタイミングで前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bからの放電により燃焼させる、火花点火(SI)による火炎伝播による燃焼を実行している。 In FIG. 4, in the HCCI operation region of the internal combustion engine, as described above, the injector 150 is set so that the air-fuel ratio (A / F) of the premixed gas in the cylinder 110 is in a lean state of 15 to 30. By controlling the fuel injection amount and the opening / closing of the throttle valve, combustion is performed by self-ignition without ignition by the discharge from the first and second spark plugs 70a, 70b. Further, in the SI operation region (A) having a lower load than the HCCI operation region of the internal combustion engine, the air-fuel mixture in the cylinder 110 is discharged at a predetermined timing from the first and second spark plugs 70a and 70b. Combustion is performed by flame propagation by spark ignition (SI). Specifically, the SI operation region (A) is a traveling condition in which the vehicle is hardly stepped on the accelerator, such as when the vehicle is traveling on a long downhill, except during idling, and the temperature of the cylinder 110 becomes considerably low. Consider combustion. Further, in the SI operation region (B) at the time of high load or high rotation of the internal combustion engine, an air-fuel ratio (A / F) in the cylinder 110 is formed into an air-fuel mixture close to the rich side, and at a predetermined timing. Combustion is performed by flame propagation by spark ignition (SI), which is burned by discharge from the first and second spark plugs 70a and 70b.
図5において、前記内燃機関のSI運転領域(A)、(B)の火炎伝播判定時では、前記吸気バルブ132が前記吸気カム134によって押し下げられ、前記ピストン120が吸気下死点に向かって下がることで前記吸気ポート130から外気が導入される吸気行程が行われる。また、前記吸気及び排気バルブ132,142が共に閉じており、前記ピストン120が圧縮上死点に向かって上がることで前記シリンダ110内が規定の圧縮比に高められる圧縮行程が行われる。この圧縮行程中は吸気行程によって導入された外気によってタンブル(縦渦)が発生しており、圧縮行程中に前記インジェクタ150によって燃料噴射が行われると噴射された燃料はこのタンブルによって燃料と外気が混合される。さらに、前記吸気及び排気バルブ132,142が共に閉じており、前記第1の点火プラグ70aによって放電されると前記シリンダ110内の混合気が爆発し、前記ピストン120が燃焼下死点に向かって下がる燃焼行程が行われる。この燃焼行程中の吸気側に備えられた前記第1の点火プラグ70aから放電されることで吸気側に存在する混合気から排気側に存在する混合気へ燃焼が広がっていく火炎伝播が起こる。
In FIG. 5, at the time of flame propagation determination in the SI operation regions (A) and (B) of the internal combustion engine, the intake valve 132 is pushed down by the intake cam 134, and the
図6において、前記内燃機関の火炎伝播判定時の燃焼状態判定装置は、前記ECUによって前記スイッチ素子90aはグランド側へ接触され、前記第1の点火コイル10aの前記2次コイル30aは低圧側をグランドと接続される。また、前記ECUによって前記スイッチ素子90bは前記ツェナーダイオード82側へ接触され、前記第2の点火コイル10bの前記2次コイル30bは前記イオン電流検出手段80と接続される。これにより、前記第2の点火コイル10bの前記2次コイル30bによって前記コンデンサ85にバイアス電源が生成され、前記シリンダ110内で発生したイオン電流を前記第2の点火プラグ70bのみで検出する。
In FIG. 6, in the combustion state determination device for determining the flame propagation of the internal combustion engine, the switch element 90a is brought into contact with the ground side by the ECU, and the secondary coil 30a of the first ignition coil 10a is connected to the low pressure side. Connected to ground. The switch element 90b is brought into contact with the Zener diode 82 side by the ECU, and the secondary coil 30b of the
図7において、前記第2の点火コイル10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第2の点火プラグ70bからの放電が行われるタイミングで前記ECUから前記第2のイグナイタ50bへ点火信号が供給される。また、前記第2のイグナイタ50bへ点火信号が供給されると前記第2の点火コイル10bの前記1次コイル20bへ前記電源60からの1次電流が充電される。さらに、前記ECUは前記第2のイグナイタ50bへの点火信号を遮断することで前記1次コイル20bに充電されていた1次電流も遮断され、電磁誘導により前記第2の点火コイル10bの前記2次コイル30bに高電圧が発生する。
In FIG. 7, the
また、前記2次コイル30bに発生した高電圧が前記第2の点火プラグ70bから放電されると共に、前記コンデンサ85にバイアス電源が充電される。これにより、前記第2の点火プラグ70bは前記気筒100の前記シリンダ110内への燃料噴射を行う前に放電するため、前記第2の点火プラグ70bの放電によって前記気筒100が着火されることはない。
The high voltage generated in the secondary coil 30b is discharged from the second spark plug 70b, and the capacitor 85 is charged with a bias power source. Accordingly, since the second spark plug 70b is discharged before fuel injection into the cylinder 110 of the
また、前記第1の点火コイル10aは、前記ピストン120が圧縮上死点となるタイミングで放電が行われるように前記ECUから前記第1のイグナイタ50aへ点火信号が供給される。さらに、前記第1のイグナイタ50aへ点火信号が供給されると前記第1の点火コイル10aの前記1次コイル20aへ前記電源60からの1次電流が充電される。
The first ignition coil 10a is supplied with an ignition signal from the ECU to the first igniter 50a so that the discharge is performed at the timing when the
また、前記ECUは前記第1のイグナイタ50aへの点火信号を遮断することで前記1次コイル20aに充電されていた1次電流も遮断され、電磁誘導により前記第1の点火コイル10aの前記2次コイル30aに高電圧が発生する。さらに、前記第1の点火プラグ70aは前記気筒100の前記ピストン120が圧縮上死点となるタイミングで放電する。これにより、前記第1の点火プラグ70aの放電によって前記シリンダ110内に存在する混合気が着火され燃焼される。
In addition, the ECU cuts off the ignition signal to the first igniter 50a, thereby cutting off the primary current charged in the primary coil 20a, and the electromagnetic induction induces the 2 of the first ignition coil 10a. A high voltage is generated in the secondary coil 30a. Further, the first spark plug 70a is discharged at a timing when the
また、前記第1の点火プラグ70aから放電によって前記シリンダ110内の上端に備えられた前記第1の点火プラグ70a近傍から燃焼が始まり、火炎伝播によって前記シリンダ110内全域に広まることで排気側に備えられた前記第2の点火プラグ70b近傍まで燃焼が広がる。さらに、前記コンデンサ85に蓄えられた電圧をバイアス電源として前記シリンダ110の排気側で燃焼が起こることによって前記第2の点火プラグ70bの電極間に発生するイオン電流を検出する。 In addition, combustion starts from the vicinity of the first spark plug 70a provided at the upper end in the cylinder 110 by discharge from the first spark plug 70a, and spreads to the entire area of the cylinder 110 by flame propagation to the exhaust side. Combustion extends to the vicinity of the provided second spark plug 70b. Further, an ion current generated between the electrodes of the second spark plug 70b is detected when combustion occurs on the exhaust side of the cylinder 110 using the voltage stored in the capacitor 85 as a bias power source.
また、前記第2の点火プラグ70bの電極間を流れるイオン電流は、図6に記載の前記検出用抵抗86b→前記抵抗86a→前記コンデンサ85→前記2次コイル30b→前記第2の点火プラグ70bの経路で流れる。さらに、前記オペアンプ88は、イオン電流の検出量に応じて前記ECUへ出力信号を出力し、前記ECUによって図中の波形のようなイオン電流が検出される。 Further, the ionic current flowing between the electrodes of the second spark plug 70b is the detection resistor 86b → the resistor 86a → the capacitor 85 → the secondary coil 30b → the second spark plug 70b shown in FIG. It flows in the route. Further, the operational amplifier 88 outputs an output signal to the ECU according to the detected amount of ion current, and the ECU detects an ion current having a waveform in the figure.
また、前記第1の点火プラグ70aの放電から前記ECUが前記第2の点火プラグ70bでイオン電流を検出する時間で前記シリンダ110内の第1の点火プラグ70a側から第2の点火プラグ70b側への火炎伝播の状態を判定することができる。例えば、前記第1の点火プラグ70aが放電したにもかかわらず前記第2の点火プラグ70bでイオン電流を検出することができなければ、正確に火炎伝播が行われていないと判定することができる。さらに、前記第1の点火プラグ70aの放電後、前記第2の点火プラグ70bでイオン電流を検出するまでの時間が遅角していれば、前記インジェクタ150からの燃料が薄い、又は、EGR量が多過ぎるといった判定を行うことができる。 Further, from the discharge of the first spark plug 70a to the second spark plug 70b side from the first spark plug 70a side in the cylinder 110 within the time when the ECU detects the ion current with the second spark plug 70b. The state of flame propagation to can be determined. For example, if the ion spark current cannot be detected by the second spark plug 70b even though the first spark plug 70a is discharged, it can be determined that flame propagation is not accurately performed. . Further, if the time until the second spark plug 70b detects an ionic current after the discharge of the first spark plug 70a is retarded, the fuel from the injector 150 is thin or the EGR amount It can be determined that there are too many.
図8において、前記内燃機関のSI運転領域(A)、(B)の燃焼状態判定時では、前記吸気バルブ132が前記吸気カム134によって押し下げられ、前記ピストン120が吸気下死点に向かって下がることで前記吸気ポート130から外気が導入される吸気行程が行われる。また、前記吸気及び排気バルブ132,142が共に閉じており、前記ピストン120が圧縮上死点に向かって上がることで前記シリンダ110内が規定の圧縮比に高められる圧縮行程が行われる。この圧縮行程中は吸気行程によって導入された外気によってタンブル(縦渦)が発生しており、圧縮行程中に前記インジェクタ150によって燃料噴射が行われると噴射された燃料はこのタンブルによって燃料と外気が混合される。さらに、前記吸気及び排気バルブ132,142が共に閉じており、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bによって放電されると前記シリンダ110内の混合気が爆発し、前記ピストン120が燃焼下死点に向かって下がる燃焼行程が起こる。
In FIG. 8, when determining the combustion state in the SI operation regions (A) and (B) of the internal combustion engine, the intake valve 132 is pushed down by the intake cam 134 and the
図9において、前記内燃機関の燃焼判定時の燃焼状態判定装置は、前記ECUによって前記スイッチ素子90a,90bは前記ツェナーダイオード82側へ接触され、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記2次コイル30a,30bは前記イオン電流検出手段80と接続される。これにより、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記2次コイル30a,30bによって前記コンデンサ85にバイアス電源が生成され、前記シリンダ110内で発生したイオン電流を前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで検出する。
In FIG. 9, in the combustion state determination device at the time of combustion determination of the internal combustion engine, the switch elements 90a and 90b are brought into contact with the Zener diode 82 side by the ECU, and the first and
図10において、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bは、前記ピストン120が圧縮上死点となるタイミングで放電が行われるように前記ECUから前記第1及び第2のイグナイタ50a,50bへ点火信号が供給される。また、前記第1及び第2のイグナイタ50a,50bへ点火信号が供給されると前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記1次コイル20a,20bへ前記電源60からの1次電流が充電される。さらに、前記ECUは前記第1及び第2のイグナイタ50a,50bへの点火信号を遮断することで前記1次コイル20a,20bに充電されていた1次電流も遮断され、電磁誘導により前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記2次コイル30a,30bに高電圧が発生する。
In FIG. 10, the first and
また、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記2次コイル30a,30bに発生した高電圧が前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bから放電されると共に、前記コンデンサ85にバイアス電源が充電される。これにより、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bは圧縮上死点となるタイミングで同時に放電されるため、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの同時放電によって前記シリンダ110内の吸気及び排気側に存在する混合気が着火され燃焼される。
Further, the high voltage generated in the secondary coils 30a and 30b of the first and
また、前記コンデンサ85に蓄えられた電圧をバイアス電源として前記シリンダ110内の燃焼によって前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの電極間に発生するイオン電流を検出する。さらに、前記イオン電流検出手段80は、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの電極間に生じるイオン電流を合成して前記ECUに出力する。 Further, an ion current generated between the electrodes of the first and second spark plugs 70a and 70b due to combustion in the cylinder 110 is detected by using the voltage stored in the capacitor 85 as a bias power source. Further, the ionic current detection means 80 synthesizes the ionic current generated between the electrodes of the first and second spark plugs 70a, 70b and outputs it to the ECU.
また、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの電極間を流れるイオン電流は、図9に記載の前記検出用抵抗86b→前記抵抗86a→前記コンデンサ85→前記2次コイル30a,30b→前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの経路で流れる。さらに、前記オペアンプ88は、イオン電流の検出量に応じて前記ECUへ出力信号を出力し、前記ECUによって図中の波形のようなイオン電流が検出される。 The ionic current flowing between the electrodes of the first and second spark plugs 70a and 70b is the detection resistor 86b → the resistor 86a → the capacitor 85 → the secondary coils 30a and 30b → shown in FIG. It flows through the path of the first and second spark plugs 70a, 70b. Further, the operational amplifier 88 outputs an output signal to the ECU according to the detected amount of ion current, and the ECU detects an ion current having a waveform in the figure.
また、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの放電から前記ECUが前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで合成したイオン電流を検出することで燃焼状態を判定することができる。例えば、前記ECUで前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで合成したイオン電流が検出されなければ、前記気筒100の燃焼に失火が発生していると判定することができ、前記ECUで前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで合成したイオン電流にノック成分が重畳していれば、前記気筒100の燃焼にノッキングが発生していると判定することができる。さらに、前記ECUで前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで合成したイオン電流の波形が進角していれば、前記気筒100の燃焼にプレイグニッションが発生していると判定を行うことができる。
The combustion state can be determined by detecting the ion current synthesized by the ECU at the first and second spark plugs 70a, 70b from the discharge of the first and second spark plugs 70a, 70b. . For example, if the ECU does not detect the ionic current synthesized by the first and second spark plugs 70a and 70b, it can be determined that misfiring has occurred in the combustion of the
図11において、前記内燃機関のHCCI運転領域の燃焼状態判定時では、前記吸気バルブ132が前記吸気カム134によって押し下げられ、前記ピストン120が吸気下死点に向かって下がることで前記吸気ポート130から外気が導入される吸気行程が行われる。また、前記吸気及び排気バルブ132,142が共に閉じており、前記ピストン120が圧縮上死点に向かって上がることで前記シリンダ110内が規定の圧縮比に高められる圧縮行程が行われる。この圧縮行程中は吸気行程によって導入された外気によってタンブル(縦渦)が発生しており、圧縮行程中に前記インジェクタ150によって燃料噴射が行われると噴射された燃料はこのタンブルによって燃料と外気が混合される。さらに、前記吸気及び排気バルブ132,142が共に閉じており、圧縮行程によって前記シリンダ110内の高められた混合気が自己着火から爆発し、前記ピストン120が燃焼下死点に向かって下がる燃焼行程が起こる。
In FIG. 11, when determining the combustion state in the HCCI operation region of the internal combustion engine, the intake valve 132 is pushed down by the intake cam 134, and the
また、前記内燃機関のHCCI運転領域での燃焼状態判定装置は、図9と同様に、前記内燃機関の燃焼判定時の燃焼状態判定装置は、前記ECUによって前記スイッチ素子90aは前記ツェナーダイオード82側へ接触され、前記第1の点火コイル10aの前記2次コイル30aは前記イオン電流検出手段80と接続される。また、前記ECUによって前記スイッチ素子90bは前記ツェナーダイオード82側へ接触され、前記第2の点火コイル10bの前記2次コイル30bは前記イオン電流検出手段80と接続される。これにより、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記2次コイル30a,30bによって前記コンデンサ85にバイアス電源が生成され、前記シリンダ110内で発生したイオン電流を前記第1及び第2の点火プラグ70bで検出する。
The combustion state determination device in the HCCI operation region of the internal combustion engine is the same as in FIG. 9, and the combustion state determination device at the time of combustion determination of the internal combustion engine is the switch element 90a on the Zener diode 82 side by the ECU. The secondary coil 30a of the first ignition coil 10a is connected to the ion current detecting means 80. The switch element 90b is brought into contact with the Zener diode 82 side by the ECU, and the secondary coil 30b of the
図12において、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bからの放電が行われるタイミングで前記ECUから前記第1及び第2のイグナイタ50a,50bへ点火信号が供給される。また、前記第1及び第2のイグナイタ50a,50bへ点火信号が供給されると前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記1次コイル20a,20bへ前記電源60からの1次電流が充電される。さらに、前記ECUは前記第1及び第2のイグナイタ50a,50bへの点火信号を遮断することで前記1次コイル20a,20bに充電されていた1次電流も遮断され、電磁誘導により前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記2次コイル30a,30bに高電圧が発生する。
In FIG. 12, the first and
また、前記第1及び2次コイル30a,30bに発生した高電圧が前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bから放電されると共に、前記コンデンサ85にバイアス電源が充電される。これにより、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bは前記気筒100の前記シリンダ110内への燃料噴射を行う前に放電するため、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの放電によって前記気筒100が着火されることはない。
The high voltage generated in the first and secondary coils 30a and 30b is discharged from the first and second spark plugs 70a and 70b, and the capacitor 85 is charged with a bias power source. Accordingly, since the first and second spark plugs 70a and 70b are discharged before fuel injection into the cylinder 110 of the
また、前記シリンダ110内の燃焼によって、前記コンデンサ85に蓄えられた電圧をバイアス電源として前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの電極間に発生するイオン電流を検出する。さらに、前記イオン電流検出手段80は、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの電極間に生じるイオン電流を合成して前記ECUに出力する。 In addition, the ion current generated between the electrodes of the first and second spark plugs 70a and 70b is detected by the combustion in the cylinder 110 using the voltage stored in the capacitor 85 as a bias power source. Further, the ionic current detection means 80 synthesizes the ionic current generated between the electrodes of the first and second spark plugs 70a, 70b and outputs it to the ECU.
また、前記第2の点火プラグ70bの電極間を流れるイオン電流は、図9に記載の前記検出用抵抗86b→前記抵抗86a→前記コンデンサ85→前記2次コイル30a,30b→前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの経路で流れる。さらに、前記オペアンプ88は、イオン電流の検出量に応じて前記ECUへ出力信号を出力し、前記ECUによって図中の波形のようなイオン電流が検出される。 Also, the ionic current flowing between the electrodes of the second spark plug 70b is the detection resistor 86b → the resistor 86a → the capacitor 85 → the secondary coils 30a and 30b → the first and second resistors shown in FIG. It flows through the path of the two spark plugs 70a, 70b. Further, the operational amplifier 88 outputs an output signal to the ECU according to the detected amount of ion current, and the ECU detects an ion current having a waveform in the figure.
また、前記気筒100のHCCI燃焼から前記ECUが前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで合成したイオン電流を検出することで燃焼状態を判定することができる。例えば、前記ECUで前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで合成したイオン電流が検出されなければ、前記気筒100のHCCI燃焼に失火が発生していると判定することができ、前記ECUで前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで合成したイオン電流にノック成分が重畳していれば、前記気筒100の燃焼にノッキングが発生していると判定することができる。さらに、前記ECUで前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで合成したイオン電流の波形が進角していれば、前記気筒100の燃焼にプレイグニッションが発生していると判定を行うことができる。
Further, the combustion state can be determined by detecting the ionic current synthesized by the ECU at the first and second spark plugs 70a and 70b from the HCCI combustion of the
上記の構成により、前記第2の点火コイル10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第2の点火プラグ70bからの放電を行い、前記第1の点火プラグ70aの放電が前記シリンダ110の上端に備えられた前記第1の点火プラグ70a近傍の燃焼から前記シリンダ110内に広がる燃焼で前記第2の点火プラグ70bの電極間に発生するイオン電流を検出することで、前記第2の点火プラグ70bは前記気筒100の前記シリンダ110内への燃料噴射を行う前に放電するため、前記第2の点火プラグ70bの放電によって前記気筒100が着火することなく、前記第1の点火プラグ70aの放電から前記ECUが前記第2の点火プラグ70bでイオン電流を検出する時間で前記シリンダ110内の火炎伝播の状態を判定することができる。これにより、前記内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のEGRによる燃焼で生じる微小なイオン電流であっても正確な火炎伝播を判定することができる。
With the above configuration, the
また、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bは、前記ピストン120が圧縮上死点となるタイミングで放電を行い、前記シリンダ110内の燃焼から前記ECUが前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bで合成したイオン電流を検出し、燃焼状態を判定することで、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bからの放電により燃焼速度を向上させると共に、前記内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のEGRによる燃焼で生じる微小なイオン電流であっても燃焼状態を正確に判定することができる。
The first and
また、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bからの放電を行い、前記イオン電流検出手段80は、前記気筒100のHCCI燃焼から前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bの電極間で生じたイオン電流を検出することで燃焼状態を判定することで、空燃比の高いHCCIエンジンの燃焼による微小なイオン電流であっても燃焼状態を正確に判定することができる。
The first and
また、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bの前記2次コイル30a,30bは、スイッチ素子90a,90bを介して前記イオン電流検出手段80と接続され、接点を切り替えて前記イオン電流検出手段80又はグランドと導通させることで、前記イオン電流検出手段80を変更することなく、微小なイオン電流から前記第1の点火プラグ70aの放電から前記第2の点火プラグ70bがイオン電流を検出するまでの火炎伝播を判定する制御と、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bによって合成したイオン電流から燃焼状態を判定する制御と、を切り替えることができる。この効果により、希薄燃料によるリーン燃焼や多量のEGRによる燃焼に限らず、前記内燃機関の幅広い運転状況に応じた燃焼状態を1つの装置で判定することができる。
The secondary coils 30a and 30b of the first and
なお、実施例1の変形例として、前記第1及び第2の点火コイル10a,10bは同一の出力を供給するものとしたが、例えば、前記第1の点火コイル10aを高い出力を供給するメイン点火用とし、前記第2の点火コイル10bを前記第1の点火コイル10aより低い出力を供給するサブ点火用とする等、それぞれの点火コイルで異なる出力を供給するものとしてもよい。また、前記イオン電流検出手段80は、前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bによって前記シリンダ110内に生じるイオン電流を検出することができれば、どのような回路構成であってもよい。さらに、前記スイッチ素子90a,90bはリレー以外の素子を用いて構成してもよい。
。
As a modification of the first embodiment, the first and
.
また、前記内燃機関は4気筒のHCCIエンジンとしたが、複数気筒を有したガソリンエンジン又はディーゼルエンジンとしても本発明の効果を得ることができる。さらに、前記内燃機関は、前記シリンダ110の圧縮比は11〜13の範囲で設定したが、SI燃焼又はHCCI燃焼に応じて変更されるものとする。 Further, although the internal combustion engine is a four-cylinder HCCI engine, the effect of the present invention can also be obtained as a gasoline engine or a diesel engine having a plurality of cylinders. Further, in the internal combustion engine, the compression ratio of the cylinder 110 is set in the range of 11 to 13, but is changed according to SI combustion or HCCI combustion.
また、前記第1の点火プラグ70aは、前記シリンダ110内の上端に配置したが、前記第2の点火プラグ70bと離れた位置であれば設計事情によって任意の位置に配置してもよいし、前記第2の点火プラグ70bにおいても前記シリンダ110内の排気側に配置したが、前記第1の点火プラグ70aと離れた位置であれば設計事情によって任意の位置に配置してもよい。さらに、前記内燃機関は、前記シリンダ110内に直接ガソリンを噴射する直噴エンジンとして、前記シリンダ110の前記吸気ポート130側に前記インジェクタ150を備えたが、前記吸気ポート130内にもインジェクタを備えたポート噴射を組み合わせた直噴エンジンとしてもよい。 Further, the first spark plug 70a is disposed at the upper end in the cylinder 110. However, the first spark plug 70a may be disposed at an arbitrary position depending on design circumstances as long as it is away from the second spark plug 70b. The second spark plug 70b is also disposed on the exhaust side in the cylinder 110. However, it may be disposed at an arbitrary position depending on design circumstances as long as it is away from the first spark plug 70a. Further, the internal combustion engine includes the injector 150 on the intake port 130 side of the cylinder 110 as a direct injection engine that directly injects gasoline into the cylinder 110. However, the intake port 130 also includes an injector. Further, it may be a direct injection engine combined with a port injection.
また、前記内燃機関のSI運転領域(A)、(B)の火炎伝播判定時の前記第2の点火コイル10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第2の点火プラグ70bからの放電が行われればよいので、前記シリンダ110内への吸気行程中に前記第2の点火プラグ70bからの放電を行ってもよい。さらに、前記内燃機関のHCCI運転領域の燃焼状態判定時の前記第1及び第2の点火コイル10a,10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bからの放電が行われればよいので、前記シリンダ110内への吸気行程中に前記第1及び第2の点火プラグ70a,70bからの放電を行ってもよい。
In addition, the
10a:第1の点火コイル
10b:第2の点火コイル
50a:第1のイグナイタ
50b:第2のイグナイタ
60:電源
70a:第1の点火プラグ
70b:第2の点火プラグ
80:イオン電流検出手段
90a,90b:スイッチ素子
100:気筒
110:シリンダ
120:ピストン
122:クランク
124:クランクシャフト
130:吸気ポート
132:吸気バルブ
134:吸気カム
136:吸気カムシャフト
140:排気ポート
142:排気バルブ
144:排気カム
146:排気カムシャフト
150:インジェクタ
10a: First ignition coil
10b: Second ignition coil
50a: First igniter
50b: Second igniter
60: Power supply
70a: First spark plug
70b: Second spark plug
80: Ion current detection means
90a, 90b: Switch element
100: cylinder
110: Cylinder
120: Piston
122: Crank
124: Crankshaft
130: Inlet port
132: Intake valve
134: Intake cam
136: Intake camshaft
140: Exhaust port
142: Exhaust valve
144: Exhaust cam
146: Exhaust camshaft
150: Injector
Claims (5)
当該点火プラグ70a,70bに個別に備えられる2つの点火コイル10a,10bと、
前記内燃機関の気筒100内の混合気が燃焼することにより前記点火プラグ70a,70bの電極間に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段80と、
検出したイオン電流から内燃機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、からなる内燃機関の燃焼状態判定装置において、
前記第2の点火プラグ70bは、前記内燃機関が排気行程又は直噴エンジンの吸気行程中に点火動作を行い、
前記第1の点火プラグ70aは、前記内燃機関の圧縮行程中に点火動作を行い、
前記イオン電流検出手段80は、前記第2の点火プラグ70bの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、
前記燃焼状態判定手段は、前記第1の点火プラグ70aの放電から前記第2の点火プラグ70bがイオン電流を検出するまでの時間から火炎伝播判定を行うことを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置。 Two spark plugs 70a, 70b arranged at a certain distance in a single cylinder 100 of the internal combustion engine;
Two ignition coils 10a, 10b individually provided in the spark plugs 70a, 70b;
Ionic current detection means 80 for detecting an ionic current generated between the electrodes of the spark plugs 70a, 70b when the air-fuel mixture in the cylinder 100 of the internal combustion engine burns;
Combustion state determination means for determining the combustion state of the internal combustion engine from the detected ion current,
The second spark plug 70b performs an ignition operation during the exhaust stroke of the internal combustion engine or the intake stroke of the direct injection engine.
The first spark plug 70a performs an ignition operation during a compression stroke of the internal combustion engine,
The ion current detection means 80 detects an ion current generated between the electrodes of the second spark plug 70b,
The combustion state determination means performs a flame propagation determination from the time from when the first spark plug 70a discharges until the second spark plug 70b detects an ionic current. apparatus.
前記イオン電流検出手段80は、前記2つの点火プラグ70a,70bの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、
前記燃焼状態判定手段は、前記気筒100内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか1つの燃焼判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。 The two spark plugs 70a and 70b perform an ignition operation during the compression stroke,
The ion current detecting means 80 detects an ion current generated between the electrodes of the two spark plugs 70a and 70b,
2. The combustion state of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the combustion state determination unit performs combustion determination of at least one of combustion state deterioration including pre-fire in the cylinder 100, pre-ignition, and knocking. Judgment device.
前記2つの点火コイル10a,10bの2次コイル30a,30bは、スイッチ素子90a,90bを介して前記イオン電流検出手段80と接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。 One ionic current detection means 80 is provided for the two ignition coils 10a and 10b arranged in the single cylinder 100,
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the secondary coils 30 a and 30 b of the two ignition coils 10 a and 10 b are connected to the ion current detecting means 80 via switch elements 90 a and 90 b. Combustion state determination device.
前記イオン電流検出手段80は、前記2つの点火プラグ70a,70bの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、
前記燃焼状態判定手段は、前記気筒100内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか1つの燃焼判定を行うことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。 The two spark plugs 70a and 70b perform an ignition operation before fuel injection to the cylinder 100 of the internal combustion engine,
The ion current detecting means 80 detects an ion current generated between the electrodes of the two spark plugs 70a and 70b,
5. The combustion state of the internal combustion engine according to claim 4, wherein the combustion state determination unit performs combustion determination of at least one of deterioration of combustion state including misfire in the cylinder 100, pre-ignition, and knocking. Judgment device.
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