JP2015187392A - internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
一般的な火花点火式内燃機関に実装されている点火装置では、イグナイタが消弧した際に点火コイルに発生する高電圧を点火プラグの中心電極に印加することで、点火プラグの中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起し、点火する。 In an ignition device mounted on a general spark ignition type internal combustion engine, a high voltage generated in the ignition coil when the igniter extinguishes is applied to the center electrode of the ignition plug, so that the center electrode of the ignition plug is grounded. A spark discharge is caused between the electrodes and ignited.
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ことができるようにするために、高周波発振器が出力する高周波またはマグネトロンが出力するマイクロ波を燃焼室内に放射する「アクティブ点火(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1を参照)。アクティブ点火法によれば、中心電極と接地電極との間の空間に高周波電界またはマイクロ波電界が形成され、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を生成することができる。 Recently, in order to ensure that the air-fuel mixture in the combustion chamber of the cylinder is ignited and a stable flame can be obtained, the high frequency output from the high frequency oscillator or the microwave output from the magnetron is radiated into the combustion chamber. An “active ignition” method has been attempted (see, for example, Patent Document 1 below). According to the active ignition method, a high-frequency electric field or a microwave electric field is formed in the space between the center electrode and the ground electrode, and the plasma generated in this electric field grows to form a large flame nucleus that starts flame propagation combustion. Can be generated.
また、昨今、信号待ち等の一時的な停車時に、車両に搭載された内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施することが普遍化している(例えば、下記特許文献2を参照)。既存のアイドリングストップシステムでは、車速が所定値以下で、ブレーキペダルが閾値以上に踏み込まれており、内燃機関の冷却水温及び車載バッテリの電圧が十分高い、等といった諸条件が成立したときに、内燃機関を停止させる。アイドルストップ中、運転者がブレーキペダルから足を離すか、アクセルペダルを踏み込む等の再始動要求があったときや、アイドルストップ状態で所定時間が経過したときには、内燃機関を再始動する。
Recently, it has become common to implement idle stop for stopping idle rotation of an internal combustion engine mounted on a vehicle when the vehicle is temporarily stopped such as waiting for a signal (for example, see
筒内直接噴射式の内燃機関の始動時、特にアイドルストップ車両におけるアイドルストップ後の再始動の際には、気筒の燃焼室内に未燃の燃料を含んだ吸気が残存していることがある。筒内温度(燃焼室内温度)が高い状況下で、クランキングを開始した直後に圧縮行程を迎える気筒において、既に未燃の燃料を含んでいる吸気に対して燃料を噴射すると、ピストンの往復運動の速度が遅いこととも相まって、圧縮圧力により自着火して爆発するプレイグニッションを引き起こす可能性がある。プレイグニッションが発生すると、内燃機関の始動中に異音が生じる上、内燃機関がダメージを受ける懸念もある。 When starting an in-cylinder direct injection internal combustion engine, particularly when restarting after idling stop in an idling stop vehicle, intake air containing unburned fuel may remain in the combustion chamber of the cylinder. When the cylinder is in the compression stroke immediately after the cranking is started under the condition where the in-cylinder temperature (combustion chamber temperature) is high, the piston reciprocates when the fuel is injected into the intake air that already contains unburned fuel. Coupled with the slow speed of this, it may cause preignition that ignites and explodes due to compression pressure. When pre-ignition occurs, abnormal noise is generated during startup of the internal combustion engine, and the internal combustion engine may be damaged.
このようなプレイグニッションを回避するためには、クランキングの開始後最初に圧縮行程を迎えて燃料噴射及び点火が可能となる気筒に対し、敢えて燃料噴射及び点火を行わず、当該気筒の燃焼室内にある未燃燃料を含む可能性のある吸気を一旦排気させるという手順を踏むことが考えられる。 In order to avoid such pre-ignition, a cylinder that can undergo fuel injection and ignition in the first compression stroke after the start of cranking is intentionally not fuel-injected and ignited. It is conceivable to take a procedure of once exhausting intake air that may contain unburned fuel.
しかしながら、内燃機関の始動は、可及的速やかに完了することが求められる。信号待ち等の停車時のアイドルストップからの再始動であれば、なおさらである。気筒が圧縮行程を迎えたにもかかわらず燃料噴射を控えることは、エンジントルクの発生そして内燃機関(のクランクシャフト)の加速を遅らせるということであり、クランキング期間を徒に引き延ばしてしまうきらいがある。 However, the start of the internal combustion engine is required to be completed as quickly as possible. This is especially true when restarting from an idle stop when the vehicle is stopped, such as when waiting for a signal. Refraining from fuel injection despite the compression stroke of the cylinder means that the generation of engine torque and the acceleration of the internal combustion engine (crankshaft) are delayed, and the cranking period is likely to be extended. is there.
本発明は、筒内直接噴射式の内燃機関の始動時における望ましくないプレイグニッションの発生を抑止しながら、始動の完了をできるだけ早めることを所期の目的としている。 An object of the present invention is to make the completion of the start as early as possible while suppressing the occurrence of an undesired pre-ignition at the start of the direct injection internal combustion engine.
本発明では、気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関であり、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燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に放射される電界とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し燃料に着火するアクティブ点火を実行可能なものであって、再始動のためのクランキングを開始した後、最初に燃料噴射及び点火が可能となる気筒において、燃料噴射の前に燃焼室内に電界を放射しまたはアクティブ点火を実行する内燃機関を構成した。 The present invention is an in-cylinder direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber of a cylinder, via a spark discharge generated between a center electrode and a ground electrode of a spark plug and an antenna facing the combustion chamber. It is possible to perform active ignition that interacts with the electric field radiated in the combustion chamber to generate plasma in the combustion chamber and ignite the fuel, and after starting the cranking for restarting, the fuel first An internal combustion engine that radiates an electric field in the combustion chamber or performs active ignition in a cylinder that enables injection and ignition before fuel injection is configured.
本発明によれば、筒内直接噴射式の内燃機関の始動時における望ましくないプレイグニッションの発生を抑止しながら、始動の完了を早めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, completion | finish of start-up can be advanced, suppressing generation | occurrence | production of the undesired preignition at the time of start-up of the direct injection internal combustion engine.
本発明の一実施形態を、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。本実施形態の内燃機関は、気筒1の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の4ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒1(例えば、三気筒エンジン。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には、その燃焼室に臨む位置に、燃料を噴射するインジェクタ11を設置している。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。
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 of the present embodiment is an in-cylinder direct injection type four-stroke gasoline engine that directly injects fuel into the combustion chamber of the cylinder 1, and includes a plurality of cylinders 1 (for example, a three-cylinder engine. Are shown). Each cylinder 1 is provided with an
図2に、点火系の電気回路を示している。点火コイル14は、点火プラグ12に印加するべき火花放電用の高電圧を供給するものであり、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。内燃機関の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0からの点火信号iをイグナイタ13が受けると、まずイグナイタ13が点弧して点火コイル14の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ13が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、点火コイル14の一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この誘導電圧が点火プラグ12の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電が生じる。
FIG. 2 shows an electric circuit of the ignition system. The
本実施形態の内燃機関では、その点火系に気筒1の燃焼室内に電界を発生させる電界発生装置6を付設している。この電界発生装置6は、燃焼室内でプラズマを生成する目的で高周波を発生させるものである。電界発生装置6の具体例としては、高周波の交流電圧を出力する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を出力する脈流電圧発生回路等を挙げることができる。 In the internal combustion engine of the present embodiment, an electric field generator 6 for generating an electric field in the combustion chamber of the cylinder 1 is attached to the ignition system. The electric field generator 6 generates a high frequency for the purpose of generating plasma in the combustion chamber. Specific examples of the electric field generator 6 include an AC voltage generation circuit that outputs a high-frequency AC voltage, a pulsating voltage generation circuit that outputs a high-frequency pulsating voltage, and the like.
図3及び図4に示すように、電界発生装置6は、車載のバッテリ8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8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が出力する直流電圧を利用して交流の高周波を出力する交流発振器たる高周波発生回路62と、高周波発生回路62が出力する交流の高周波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. 3 and 4, the electric field generator 6 includes a circuit that converts the low-voltage direct current into the high-voltage alternating current by using the on-board battery 8 as a power source. Specifically, a DC-
DC−DCコンバータ61は、ECU0からの指令lを受けて、高周波発生回路62に印加する直流の駆動電圧の大きさを変化させることができ、ひいては、昇圧トランス63の下流における高周波電圧の振幅を変化させることができる。昇圧トランス63の下流における高周波電圧は、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。
The DC-
本実施形態において、高周波発生回路62は、DC−DCコンバータ61が出力する直流電圧を交流電圧に変換するHブリッジ回路である。図4に、このHブリッジ回路の構成例を示している。
In the present embodiment, the high
電界発生装置6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。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7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、昇圧トランス63の下流において交流の高周波を半波整流して脈流化するとともに、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
因みに、電界発生装置6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。ここに言う脈流電圧は、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や、交流電圧に直流バイアスを加味した電圧等を含む。 Incidentally, when a pulsating voltage generation circuit is employed as the electric field generator 6, the pulsating voltage generation circuit may be any circuit that generates a DC voltage whose voltage periodically changes, and its waveform may be arbitrary. . The pulsating voltage mentioned here includes a pulse voltage that varies from a reference voltage (which may be 0 V) to a constant voltage at a constant period, a voltage obtained by adding a DC bias to an AC voltage, and the like.
電界発生装置6が発生させる高周波の脈流電圧は、ミキサ7を介して点火プラグ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。
The high-frequency pulsating voltage generated by the electric field generator 6 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.
アクティブ点火を実行する場合の、点火プラグ12の中心電極に高周波を印加するタイミングは、通常、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である。
In the case of performing active ignition, the timing at which a high frequency is applied to the center electrode of the
勿論、本実施形態の内燃機関は、アクティブ点火ではない従来型の火花点火、即ち点火プラグ12の中心電極からの高周波電界の放射を伴わない火花放電によって混合気に着火することもできる。安定的に着火して燃焼させることが容易な(燃焼不良に陥りにくい)状況下では、従来型の火花点火を実行することとして電力消費を抑制することが考えられる。
Of course, the internal combustion engine of the present embodiment can also ignite the air-fuel mixture by conventional spark ignition that is not active ignition, that is, spark discharge that does not involve emission of a high-frequency electric field from the center electrode of the
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 exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-way catalyst 41 are disposed on the exhaust passage 4.
外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)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。
The external EGR (Exhaust Gas Recirculation)
内燃機関の運転制御を司るECU0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。
The
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エンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号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(いわば、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ブレーキスイッチまたはマスタシリンダ圧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、内燃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、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、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号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 b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle and engine speed of the crankshaft, and depression of an accelerator pedal. An accelerator opening degree signal c output from a sensor that detects the amount or the opening degree of the
クランク角センサは、クランクシャフトに固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。クランク角センサは、典型的には、クランクシャフトが10°CA(クランク角度)回転する都度、クランク角信号bとしてパルス信号を発信する。但し、クランク角センサは、クランクシャフトが一回転する間に三十六回のパルスを出力するわけではなく、例えば、十七番目、十八番目及び二十番目、二十一番目のパルスは欠損する。ECU0は、受信したクランク角信号bのパルス列の欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度を知ることが可能である。
The crank angle sensor senses the rotation angle of a rotor that is fixed to the crankshaft and rotates integrally with the crankshaft. The crank angle sensor typically transmits a pulse signal as a crank angle signal b every time the crankshaft rotates by 10 ° CA (crank angle). However, the crank angle sensor does not output 36 pulses during one rotation of the crankshaft. For example, the 17th, 18th, 20th, and 20th pulses are missing. . The
カム角センサもまた、カムシャフトに固定されカムシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。カム角センサは、少なくとも、カムシャフトが一回転を気筒1の数で割った角度回転する毎に、カム角信号gとしてパルス信号を発信する。三気筒エンジンであれば、カムシャフトが120°回転する都度、パルス信号を発信する。カムシャフトは巻掛伝動機構(チェーン及びスプロケット。図示せず)等を介してクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて従動回転するため、その回転速度はクランクシャフトの二分の一である。故に、カム角信号gのパルスの間隔は、クランク角度に換算すれば240°CAに相当する。このカム角信号gのパルスは、各気筒1の圧縮上死点から所定クランク角度(30°CAないし70°CAの範囲内の値)だけ進角したタイミングを示唆する。また、いわゆる位相変化型の可変バルブタイミング機構が付随している内燃機関にあっては、カム角信号gが当該機構により調節されるバルブタイミングをも表す。 The cam angle sensor also senses the rotation angle of a rotor that is fixed to the cam shaft and rotates integrally with the cam shaft. The cam angle sensor transmits a pulse signal as a cam angle signal g every time the cam shaft rotates at least an angle obtained by dividing one rotation by the number of cylinders 1. In the case of a three-cylinder engine, a pulse signal is transmitted every time the camshaft rotates 120 °. Since the camshaft is driven and rotated by receiving rotational torque from the crankshaft via a winding transmission mechanism (chain and sprocket, not shown) and the like, the rotational speed is half that of the crankshaft. Therefore, the pulse interval of the cam angle signal g corresponds to 240 ° CA in terms of the crank angle. This pulse of the cam angle signal g indicates a timing at which the cylinder 1 is advanced by a predetermined crank angle (a value within a range of 30 ° CA to 70 ° CA) from the compression top dead center of each cylinder 1. Further, in an internal combustion engine with a so-called phase change type variable valve timing mechanism, the cam timing signal g also represents a valve timing adjusted by the mechanism.
出力インタフェースからは、点火プラグ12に付随するイグナイタ13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、DC−DCコンバータ61に対して当該DC−DCコンバータ61が出力する駆動電圧の大きさを指令する電圧指令信号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, an ignition signal i for 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、エンジン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、それらエンジン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、燃焼室内に高周波電界を印加するか否かやその電界の強度、要求EGR率(または、EGR量)等といった各種運転パラメータを決定する。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
ECU0は、内燃機関の始動(冷間始動であることもあれば、アイドルストップからの復帰であることもある)時において、電動機(スタータ(セルモータ)またはモータジェネレータ。図示せず)に制御信号oを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転駆動するクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに(完爆したものと見なして)終了する。
The
本実施形態のECU0は、信号待ち等による車両の停車の際に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施する。ECU0は、車速が所定値(例えば、10km/hないし13km/hの値)以下で、運転者によりブレーキペダルが踏まれている(ブレーキスイッチがON)かブレーキの操作量(ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧)が判定閾値を上回っており、内燃機関の冷却水温及び車載バッテリ8の電圧がそれぞれ所定値よりも高く、直近の内燃機関の再始動後に車速が所定値(例えば、10km/hないし13km/hの値)以上に上昇した履歴がある、といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断し、アイドルストップを実行する。
The
アイドルストップ条件の成立後、ECU0は、運転者がブレーキペダルから足を離した(ブレーキスイッチがOFF)かブレーキの操作量(ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧)が判定閾値を下回った、逆にブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた(ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧がさらに上昇した)、アクセルペダルが踏まれた、アイドルストップ状態で所定時間(例えば、3分)が経過した、等のうちの何れかの成立を以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断し、内燃機関を再始動する。
After the idle stop condition is established, the
内燃機関の再始動のためのクランキングの開始後、ECU0は、クランク角信号b及びカム角信号gを基に各気筒1の現在の行程を確認する気筒判別を遂行する。気筒判別の手法自体は、既知のものを採用してよい。気筒判別が完了すれば、以後に圧縮行程を迎える気筒1に対し、当該圧縮行程においてインジェクタ11から燃料を噴射する同期噴射を行い、さらにその後の圧縮上死点近傍のタイミングで点火を行うことが可能となる。
After starting the cranking for restarting the internal combustion engine, the
だが、特にアイドルストップ後の内燃機関の再始動の際には、気筒1の燃焼室内に未燃の燃料(アイドルストップ前に噴射された燃料)を含む吸気が残存していることがあり得る。筒内温度が高い状況下で、クランキングを開始した直後に圧縮行程を迎える気筒1において、既に未燃の燃料を含んでいる吸気に対して燃料を噴射すると、圧縮圧力により自着火して爆発するプレイグニッションを引き起こす可能性がある。 However, particularly when the internal combustion engine is restarted after the idle stop, there is a possibility that the intake air containing unburned fuel (fuel injected before the idle stop) remains in the combustion chamber of the cylinder 1. When the fuel is injected into the intake air that already contains unburned fuel in the cylinder 1 that reaches the compression stroke immediately after the start of cranking under a situation where the in-cylinder temperature is high, the fuel self-ignites due to the compression pressure and explodes. May cause pre-ignition.
そこで、本実施形態では、内燃機関の再始動時のプレイグニッションの発生を抑止するべく、再始動のためのクランキングを開始した後、最初に燃料噴射及び点火が可能となる気筒1において、エンジントルクを得るための正規の燃料噴射である同期噴射の前に予め、点火プラグ12の中心電極から燃焼室内に高周波電界を放射するか、または、高周波電界の放射とともに点火プラグ12の中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するアクティブ点火を実行しておくこととしている。
Therefore, in this embodiment, in order to suppress the occurrence of pre-ignition at the time of restart of the internal combustion engine, after starting cranking for restart, in the cylinder 1 where fuel injection and ignition can be performed first, Prior to synchronous injection, which is regular fuel injection for obtaining torque, a high frequency electric field is radiated from the center electrode of the
これにより、未燃の燃料を含んだ吸気が当該気筒1の燃焼室内に残存していたとしても、その吸気に点火プラグ12から放射する電磁波のエネルギを吸収させてこれを活性化し、同期噴射を行う前に未燃燃料を自着火させて燃焼させることができ、あるいは、同期噴射を行う前に未燃燃料に強制的にアクティブ点火して燃焼させることができる。結果、当該気筒1の圧縮行程中に同期噴射を実行したとしてもプレイグニッションが発生せず、筒内圧(燃焼室内圧力)の過大化が阻止されるため、大きな異音が発生せず、内燃機関もダメージを受けずに済む。
As a result, even if the intake air containing unburned fuel remains in the combustion chamber of the cylinder 1, the intake air absorbs the energy of electromagnetic waves radiated from the
望ましからぬプレイグニッションの回避(同期噴射前の未燃燃料の処理)のための電界放射またはアクティブ点火は、当該気筒1の吸気下死点後、圧縮行程のできるだけ早い(吸気下死点により近く、圧縮上死点からより遠い)時期に実行することが好ましい。言うまでもなく、同期噴射のタイミングよりも前に、気筒1の燃焼室内に残留する未燃燃料を処理する必要があるからである。 Field emission or active ignition for avoiding undesired pre-ignition (processing of unburned fuel before synchronous injection) is as early as possible in the compression stroke after the intake bottom dead center of the cylinder 1 (according to the intake bottom dead center). It is preferable to execute at a time (closer and further from the compression top dead center). Needless to say, this is because the unburned fuel remaining in the combustion chamber of the cylinder 1 needs to be processed before the timing of the synchronous injection.
上述の電界放射またはアクティブ点火は、必ずしも当該気筒1の圧縮行程中に実行するとは限らない。気筒判別完了後に最初に燃料噴射及び点火が可能となる気筒1、即ち気筒判別完了後に最初に圧縮行程を迎えることとなる気筒1が、気筒判別を完了した時点で排気行程ないし吸気行程にあったとしても、圧縮行程への移行を待つことなしに即座に上述の電界放射またはアクティブ点火を実行して構わない。但し、排気バルブまたは吸気バルブが開弁しているときに当該気筒1の燃焼室内の未燃燃料を燃焼させることで、アフターファイアまたはバックファイアを起こすおそれが絶対にないとは断言できない可能性がある。また、燃焼室内に放射した電磁波の燃焼室外への漏出が問題となることもあり得よう。バックファイア、アフターファイアまたは電磁波の漏洩が懸念されるのであれば、排気バルブ及び吸気バルブがともに閉弁している圧縮行程中に上述の電界放射またはアクティブ点火を実行することが適切である。 The above-described field emission or active ignition is not necessarily performed during the compression stroke of the cylinder 1. The cylinder 1 in which fuel injection and ignition can be performed first after completion of the cylinder discrimination, that is, the cylinder 1 that will reach the compression stroke first after completion of the cylinder discrimination, was in the exhaust stroke or the intake stroke when the cylinder discrimination was completed. However, the above-described field emission or active ignition may be performed immediately without waiting for the transition to the compression stroke. However, there is a possibility that it cannot be absolutely stated that there is no risk of afterfire or backfire by burning unburned fuel in the combustion chamber of the cylinder 1 when the exhaust valve or intake valve is open. is there. In addition, leakage of electromagnetic waves radiated into the combustion chamber to the outside of the combustion chamber may be a problem. If backfire, afterfire or electromagnetic wave leakage is a concern, it is appropriate to perform the field emission or active ignition described above during the compression stroke when both the exhaust and intake valves are closed.
内燃機関の再始動の完了を早める、即ちクランキングの期間を短縮するためには、気筒判別完了後に最初に圧縮行程を迎えることとなる気筒1において上述の電界放射またはアクティブ点火を実行後、その最初の圧縮行程中に正規の燃料噴射である同期噴射を実行し、圧縮上死点近傍のタイミングで噴射した燃料に点火して、本来の(エンジントルクを出力する)燃焼を具現するようにする。 In order to speed up the completion of the restart of the internal combustion engine, that is, to shorten the cranking period, after performing the above-mentioned field emission or active ignition in the cylinder 1 that will reach the compression stroke first after completion of the cylinder discrimination, Synchronous injection, which is normal fuel injection, is executed during the first compression stroke, and the fuel injected at the timing near the compression top dead center is ignited to realize the original combustion (outputting engine torque) .
本実施形態では、気筒1の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関であり、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燃焼室内に臨むアンテナ(点火プラグ12の中心電極)を介して燃焼室内に放射される電界とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し燃料に着火するアクティブ点火を実行可能なものであって、再始動のためのクランキングを開始した後、最初に燃料噴射及び点火が可能となる気筒1において、燃料噴射の前に燃焼室内に電界を放射しまたはアクティブ点火を実行する内燃機関を構成した。
In this embodiment, it is an in-cylinder direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber of the cylinder 1, and an antenna that faces the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the
本実施形態によれば、既に筒内温度が高い状況下での内燃機関の再始動の際に、大きな異音を発生させまたは内燃機関にダメージを与える望ましからぬプレイグニッションが引き起こされることを有効に回避できる。その上で、最初に燃料噴射及び点火が可能となる気筒1において燃料噴射及び点火を行い、内燃機関を速やかに始動させることが可能となる。加えて、プレイグニッションを予防する目的で気筒1の圧縮比を徒に引き下げる必要がなくなるため、十分なエンジントルクの確保及び燃費性能の良化に奏効する。 According to the present embodiment, when the internal combustion engine is restarted under a situation where the in-cylinder temperature is already high, an undesired preignition that generates a large noise or damages the internal combustion engine is caused. It can be effectively avoided. In addition, fuel injection and ignition are first performed in the cylinder 1 where fuel injection and ignition are possible, and the internal combustion engine can be started quickly. In addition, since it is not necessary to reduce the compression ratio of the cylinder 1 for the purpose of preventing pre-ignition, it is effective for securing sufficient engine torque and improving fuel efficiency.
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。例えば、気筒1の燃焼室内に電界を印加するための電界発生装置6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6としてマイクロ波を出力するマグネトロン等を採用し、気筒1の燃焼室内にマイクロ波電界を印加してアクティブ点火を実行するものとしてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, the electric field generator 6 for applying an electric field to the combustion chamber of the cylinder 1 is not limited to an AC voltage generating circuit that applies a high-frequency AC voltage or a pulsating voltage generator circuit that applies a high-frequency pulsating voltage. A magnetron or the like that outputs a microwave may be employed as the electric field generator 6, and active ignition may be performed by applying a microwave electric field into the combustion chamber of the cylinder 1.
上記実施形態では、点火プラグ12の中心電極を電界放射用のアンテナとしていたが、点火プラグ12とは別体のアンテナを気筒1に設け、これを介して気筒1の燃焼室内に高周波電界またはマイクロ波電界を放射してもよい。
In the above-described embodiment, the center electrode of the
本発明の適用対象となる内燃機関は、いわゆるガソリン直噴エンジンには限定されない。ディーゼルエンジンや、HCCI(Homogeneous−Charge Compression Ignition)エンジン等に、本発明を適用することも当然に考えられる。 The internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to a so-called gasoline direct injection engine. Naturally, it is also conceivable to apply the present invention to a diesel engine, a HCCI (homogeneous-charge compression ignition) engine, or the like.
その他各部の具体的構成は、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。 Other specific configurations of each part 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として利用することができる。 The present invention can be used as an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
12…点火プラグ、アンテナ
6…電界発生装置
7…ミキサ
0 ... Control unit (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (1)
再始動のためのクランキングを開始した後、最初に燃料噴射及び点火が可能となる気筒において、燃料噴射の前に燃焼室内に電界を放射しまたはアクティブ点火を実行する内燃機関。 This is an in-cylinder direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber of the cylinder, and radiates it into the combustion chamber via the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug and the antenna facing the combustion chamber. An active ignition that interacts with the generated electric field to generate plasma in the combustion chamber and ignite the fuel,
An internal combustion engine that radiates an electric field in a combustion chamber or performs active ignition before fuel injection in a cylinder in which fuel injection and ignition can be performed first after starting cranking for restart.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014064329A JP2015187392A (en) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2014064329A JP2015187392A (en) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | internal combustion engine |
Publications (1)
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JP2015187392A true JP2015187392A (en) | 2015-10-29 |
Family
ID=54429734
Family Applications (1)
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JP2014064329A Pending JP2015187392A (en) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2015187392A (en) |
-
2014
- 2014-03-26 JP JP2014064329A patent/JP2015187392A/en active Pending
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