JP2019152126A - Ignition control device - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書による開示は、点火制御装置に関する。 The disclosure herein relates to an ignition control device.
内燃機関の燃焼室において放電を発生させることで燃焼室内の混合気体に点火する点火装置として、例えば特許文献1には、燃焼室においてプラズマ雰囲気を生成した後に、このプラズマ雰囲気に対してアーク放電を発生させる、という技術が開示されている。この点火装置は、電圧が印加されることでアーク放電を発生させる主電極と、電圧が印加されることでプラズマ雰囲気を生成する補助電極とを有している。上記特許文献1では、プラズマ雰囲気によりアーク放電が発生しやすくなるため、混合気体に確実に点火することができる、としている。 As an ignition device that ignites a mixed gas in a combustion chamber by generating a discharge in a combustion chamber of an internal combustion engine, for example, in Patent Document 1, after generating a plasma atmosphere in a combustion chamber, arc discharge is performed on the plasma atmosphere. A technique of generating is disclosed. This ignition device has a main electrode that generates an arc discharge when a voltage is applied, and an auxiliary electrode that generates a plasma atmosphere when a voltage is applied. In Patent Document 1, arc discharge is likely to occur due to a plasma atmosphere, so that the mixed gas can be reliably ignited.
しかしながら、プラズマ雰囲気を生成する場合でも、アーク放電が発生した場合と同様に、燃焼室にて発生したイオンが電極に衝突するという現象が発生することに変わりがない。このため、アーク放電を発生させるたびにプラズマ雰囲気を生成させる場合、プラズマ雰囲気を生成するための電極について、イオンの衝突が繰り返されることで徐々に劣化していくことが懸念される。 However, even when a plasma atmosphere is generated, the phenomenon that ions generated in the combustion chamber collide with the electrode remains the same as when arc discharge occurs. For this reason, when a plasma atmosphere is generated each time an arc discharge is generated, there is a concern that the electrode for generating the plasma atmosphere is gradually deteriorated by repeated collisions of ions.
本開示の主な目的は、電極の劣化を抑制しつつ、混合気体への着火性を高めることができる点火制御装置を提供することにある。 A main object of the present disclosure is to provide an ignition control device that can improve the ignitability of a mixed gas while suppressing deterioration of an electrode.
上記目的を達成するため、開示された態様は、
電圧が印加される電極(11,12)を有し、電極に電圧が印加されることで内燃機関の燃焼室(200)において放電を発生可能であり、放電により燃焼室内の混合気体に点火する点火部(10)と、
電極に電圧を印加する電圧印加部(20)と、
を備えている点火装置(100)の動作制御を行う点火制御装置(24)であって、
電極への電圧印加を、点火部に放電を発生させるために電圧印加部に実行させる第1実行部(S108)と、
第1実行部による電圧印加が実行される場合に燃焼室にプラズマが存在しているように、電極への電圧印加を、混合気体を電離させて燃焼室にプラズマを発生させるために電圧印加部に実行させる第2実行部(S107)と、
電極への電圧印加を、点火部による放電状態を取得するために電圧印加部に実行させる第3実行部(S207)と、
第3実行部による電圧印加が実行された場合の点火部による放電状態に基づいて、第2実行部による電圧印加を実行するか否かを判定する第2実行判定部(S103,S208)と、
を備えている点火制御装置である。
In order to achieve the above object, the disclosed aspect is:
It has electrodes (11, 12) to which a voltage is applied. By applying a voltage to the electrodes, a discharge can be generated in the combustion chamber (200) of the internal combustion engine, and the gas mixture in the combustion chamber is ignited by the discharge. An ignition part (10);
A voltage application unit (20) for applying a voltage to the electrodes;
An ignition control device (24) for controlling the operation of the ignition device (100) comprising:
A first execution unit (S108) that causes the voltage application unit to execute voltage application to the electrodes in order to generate discharge in the ignition unit;
The voltage application unit is configured to generate a plasma in the combustion chamber by ionizing the gas mixture so that the plasma is present in the combustion chamber when voltage application is performed by the first execution unit. A second execution unit (S107) to be executed,
A third execution unit (S207) for causing the voltage application unit to execute voltage application to the electrode in order to acquire a discharge state by the ignition unit;
A second execution determination unit (S103, S208) for determining whether to execute voltage application by the second execution unit based on a discharge state by the ignition unit when voltage application by the third execution unit is executed;
Is an ignition control device.
点火部の電極に電圧が印加された場合の点火部による放電状態は、電極の劣化状態に応じて変化すると考えられる。また、電極が劣化していない場合には、この電極への電圧印加に伴って放電が発生しやすく、電極の劣化が進むことで、この電極への電圧印加に伴って放電が徐々に発生しにくくなっていく、と考えられる。 It is considered that the discharge state by the ignition part when a voltage is applied to the electrode of the ignition part changes according to the deterioration state of the electrode. In addition, when the electrode is not deteriorated, discharge is likely to occur with the application of voltage to the electrode, and as the electrode deteriorates, the discharge is gradually generated with the application of voltage to the electrode. It is thought that it will become difficult.
そこで、上記態様によれば、第3実行部により電極への電圧印加が行われた場合の点火部による放電状態に応じて、プラズマ雰囲気を発生させる場合と発生させない場合とが使い分けられる。このため、第1実行部による電圧印加が行われるたびに第2実行部による電圧印加が行われる構成に比べて、第2実行部による電圧印加が行われる回数が低減するため、第2実行部の電圧印加により電極の劣化が進むということを抑制できる。その一方、第3実行部の電圧印加による放電状態が電極の劣化が進んでいることを示す場合には、第2実行部の電圧印加により混合気体の電離を促進させてプラズマを発生させることで、第1実行部での電圧印加による放電が発生しやすい環境を燃焼室につくり出すことができる。したがって、電極の劣化を抑制しつつ、混合気体への着火性を高めることができる。 Therefore, according to the above aspect, the case where the plasma atmosphere is generated and the case where the plasma atmosphere is not generated are selectively used according to the discharge state by the ignition unit when the voltage is applied to the electrode by the third execution unit. For this reason, since the frequency | count of voltage application by a 2nd execution part reduces compared with the structure where the voltage application by a 2nd execution part is performed whenever the voltage application by a 1st execution part is performed, a 2nd execution part It is possible to suppress the deterioration of the electrode due to the voltage application. On the other hand, when the discharge state due to the voltage application of the third execution unit indicates that the deterioration of the electrode is progressing, the ionization of the gas mixture is promoted by the voltage application of the second execution unit to generate plasma. An environment in which discharge due to voltage application at the first execution unit is likely to occur can be created in the combustion chamber. Therefore, the ignitability to the mixed gas can be enhanced while suppressing the deterioration of the electrode.
なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものにすぎず、技術的範囲を限定するものではない。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis described in a claim and this clause only shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later, and does not limit a technical range.
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施例の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present disclosure will be described based on the drawings. In addition, the overlapping description may be abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the corresponding component in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other examples described above can be applied to other portions of the configuration. Moreover, not only the combination of the configurations explicitly described in the description of each embodiment, but also the configuration of a plurality of embodiments can be partially combined even if they are not explicitly described, as long as there is no problem in the combination. And the combination where the structure described in several embodiment and the modification is not specified shall also be disclosed by the following description.
(第1実施形態)
図1に示すように、点火装置100は点火プラグ10と点火回路20を有する。この点火プラグ10は内燃機関(エンジン)の燃焼室200に設けられる。点火回路20によって点火プラグ10に火花放電(グロー放電)が発生される。これにより燃焼室200内の混合気体が着火する。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
<エンジンの挙動>
以下、点火装置100を説明する前に、エンジンの挙動を説明する。このエンジンは4サイクルエンジンである。燃焼駆動状態のエンジンは、以下に示す吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、および、排気行程を順次繰り返して実施する。これら4つの行程は、エンジンの燃焼サイクルの1周期である1燃焼サイクルにおいて行われる。
<Engine behavior>
Hereinafter, before describing the
吸気行程において、エンジンのピストンは、クランクシャフトの回転に連動してシリンダ内を下降する。これによりシリンダとピストンとによって区画される燃焼室200の容量が増大する。この際に吸気バルブによって燃焼室200と吸気ポートとが連通され、燃焼室200内に吸気ポートの気体(主として空気)が吸入される。またインジェクタから燃焼室200内に霧状の燃料が噴射される。これにより燃焼室200内に吸気ポートの気体と燃料の混ざった混合気体が流入される。
In the intake stroke, the piston of the engine descends in the cylinder in conjunction with the rotation of the crankshaft. This increases the capacity of the
圧縮行程において、ピストンは下死点を通過してシリンダ内を上昇する。それによって燃焼室200の容量が減少する。この際に吸気バルブによって燃焼室200と吸気ポートとの連通が遮られる。なおもちろんではあるが、燃焼室200と排気ポートとの連通は排気バルブによって遮られている。これにより燃焼室200内の混合気体が圧縮される。
In the compression stroke, the piston passes through the bottom dead center and moves up in the cylinder. Thereby, the capacity of the
燃焼膨張行程において、ピストンが上昇して上死点へと向かっている際、若しくは、ピストンが上死点を過ぎて下降している際、点火プラグ10でグロー放電が発生される。それによって混合気体が着火し、燃焼爆発する。燃焼室200内の混合気体が膨張し、それによってピストンが下降する。この爆発によるピストンの運動エネルギがクランクシャフトの回転エネルギに変換される。このクランクシャフトの回転エネルギがエンジンの出力として動力伝達装置を介して駆動輪などに出力される。
In the combustion expansion stroke, glow discharge is generated in the
排気行程において、ピストンが下死点を過ぎて上昇し始める際、排気バルブの駆動によって燃焼室200と排気ポートとが連通する。それによって燃焼室200内の排気が排出される。
In the exhaust stroke, when the piston starts to rise past the bottom dead center, the
排気行程後、ピストンが上死点を過ぎて下降し始めると、再び上記の吸気行程が実施される。以上に示したように燃焼駆動状態のエンジンは、吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、および、排気行程の4行程を順次実施する。 After the exhaust stroke, when the piston starts to move past the top dead center, the intake stroke is performed again. As described above, the engine in the combustion drive state sequentially performs the four strokes of the intake stroke, the compression stroke, the combustion expansion stroke, and the exhaust stroke.
<点火装置の構成>
次に、点火装置100を説明する。上記したように点火装置100は点火プラグ10と点火回路20を有する。点火プラグ10は中心電極11と接地電極12を有する。図1に示すように、中心電極11は点火回路20に接続されている。接地電極12はグランドに接続されている。点火プラグ10が点火部に相当し、点火回路20が電圧印加部に相当する。
<Configuration of ignition device>
Next, the
図2に示すように、中心電極11と接地電極12は燃焼室200内において離間して対向配置されている。中心電極11の一部は接地電極12側に突起している。これに対して接地電極12における中心電極11との対向部位は平板形状を成している。この接地電極12の平板部位と中心電極11の突起部位とが離間して対向している。以下においては中心電極11と接地電極12との間の空隙をギャップGと示す。また、点火プラグ10は、中心電極11を支持している絶縁碍子13と、絶縁碍子13及び接地電極12を支持しているハウジング14とを有している。なお、接地電極12の平板部位における中心電極11側の面には、グロー放電の発生を促すための溝が複数形成されていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
図1に示すように点火回路20は、車両に搭載されたバッテリ40の正極とグランドとを接続する第1経路L1、および、第1経路L1と中心電極11とを接続する第2経路L2を有する。そして点火回路20は、これら第1経路L1と第2経路L2に設けられる点火コイル21、イグナイタ22、および、ダイオード23を有する。さらに点火回路20はエンジンECU24を有する。イグナイタ22がスイッチ素子に相当する。
As shown in FIG. 1, the
点火コイル21は磁気結合した1次コイル21aと2次コイル21bを有する。図1と図3では磁気結合をハッチングによって示している。上記のイグナイタ22はNチャネル型MOSFETである。イグナイタ22はエンジンECU24によって開閉制御される。
The
エンジンECU24は、点火装置100の動作制御を行う点火制御装置である。エンジンECU24は、プロセッサ、記憶部、入出力インターフェース等を含んで構成されたコンピュータを有している。記憶部には、RAMやメモリ等が含まれている。エンジンECU24は車両に搭載された各種センサ、および、各種ECUと電気的に接続されている。これら各種センサは図1において車載センサ300としてまとめて示している。各種ECUは車載ECU400としてまとめて示している。
The
エンジンECU24には車載センサ300で検出された各種センサ信号が入力される。そしてエンジンECU24は車載ECU400と車載ネットワークを通じて相互に信号の送受信を行っている。エンジンECU24は車載センサ300から入力される各種センサ信号や、車載ECU400から入力される各種車両情報に基づいて、イグナイタ22に出力する制御信号の生成と出力を決定している。
Various sensor signals detected by the in-
<点火装置の回路構成>
図1に示すように第1経路L1では、バッテリ40の正極からグランドに向かって順に、1次コイル21aとイグナイタ22が直列接続されている。1次コイル21aの一端がバッテリ40の正極に接続されている。1次コイル21aの他端がイグナイタ22のドレイン電極に接続されている。イグナイタ22のソース電極がグランドに接続されている。そしてイグナイタ22のゲート電極はエンジンECU24に接続されている。エンジンECU24からイグナイタ22に出力される制御信号によって、イグナイタ22の閉状態と開状態が制御される。グランドが基準電位に相当する。
<Circuit configuration of ignition device>
As shown in FIG. 1, in the first path L1, the primary coil 21a and the
第2経路L2は、第1経路L1におけるバッテリ40と1次コイル21aとの間の中点と中心電極11とを接続している。この第2経路L2では、第1経路L1との接続点から中心電極11に向かって順に、ダイオード23と2次コイル21bが直列接続されている。ダイオード23のカソード電極が第1経路L1と第2経路L2との接続点に接続されている。ダイオード23のアノード電極が2次コイル21bの一端に接続されている。そして2次コイル21bの他端が中心電極11に接続されている。
The second path L2 connects the
<点火装置の挙動>
次に、図3に基づいて点火装置100の挙動を説明する。なお図3においては表記が煩雑と成ることを避けるために、符号の記載を省略している。
<Behavior of ignition device>
Next, the behavior of the
エンジンECU24から出力される制御信号によるイグナイタ22の開閉制御によって、点火装置100の中心電極11には、交流電圧、若しくは、直流電圧が印加される。以下においては、中心電極11に交流電圧を印加する制御信号を、プラズマ信号と示す。中心電極11に直流電圧を印加する制御信号を、点火信号と示す。
An AC voltage or a DC voltage is applied to the
プラズマ信号は、電圧レベルが所定周期でハイレベルとローレベルに切り換ることで生成される複数のパルスを含むパルス信号である。このプラズマ信号の周波数は2次コイル21bの共振周波数の整数倍である。本実施形態ではプラズマ信号の周波数として、2次コイル21bの共振周波数の1倍を採用している。この周波数は、例えば15kHz程度である。
The plasma signal is a pulse signal including a plurality of pulses generated by switching the voltage level between a high level and a low level at a predetermined period. The frequency of this plasma signal is an integral multiple of the resonance frequency of the
プラズマ信号がハイレベルの場合、イグナイタ22は閉状態になる。そのため、図3の(a)欄に示すように、第1経路L1ではバッテリ40から1次コイル21aとイグナイタ22を介してグランドに電流が流れる。プラズマ信号がハイレベルからローレベルに切り換ると、イグナイタ22は閉状態から開状態になる。これにより図3の(b)欄に示すように1次コイル21aに電流が流れなくなる。しかしながらこのイグナイタ22の閉状態から開状態への切り換わりは、上記したように例えば15kHzで繰り返し行われる。したがって1次コイル21aを流れる電流の電流量は時間的に連続的に変化する。そのため、1次コイル21aから発生する磁界の強さも時間的に連続的に変化する。このように時間的に連続的に強さの変化する磁界が2次コイル21bを通過する。これにより2次コイル21bには誘導起電力が絶えず発生する。
When the plasma signal is at a high level, the
この2次コイル21bに発生する誘導起電力の発生方向は、1次コイル21aを流れる電流の増大と減少とに応じて、時間的に連続的に変化する。すなわち誘導起電力は交流的に変化する。そのため、2次コイル21bの他端に接続された中心電極11に印加される電圧(印加電圧)も交流的に変化する。
The direction in which the induced electromotive force generated in the
この印加電圧がバッテリ40の電源電圧よりも低い場合、ダイオード23には逆バイアスが印加される。図3の(a)欄に示すように、この場合においてもダイオード23には微量ながら電流が流れる。このダイオード23を流れる電流の電流量は、数μA程度である。
When this applied voltage is lower than the power supply voltage of the
これとは反対に、印加電圧がバッテリ40の電源電圧よりも高い場合、ダイオード23には順バイアスが印加される。図3の(b)欄に示すように、ダイオード23にはバッテリ40に向かう電流が流れる。
On the other hand, when the applied voltage is higher than the power supply voltage of the
以上に示したように、プラズマ信号によってイグナイタ22を所定周期で開閉制御すると、中心電極11に交流電圧が印加される。これにより中心電極11にコロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方が発生する。
As described above, when the
このコロナ放電およびグロー放電は、中心電極11の周りに不均一な電界が生じることで起きる持続的な放電である。コロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方の発生によって、中心電極11と接地電極12との間に荷電粒子の通る路としてストリーマが複数形成される。これにより中心電極11の近傍に位置する混合気体が電離する。言いかえれば、中心電極11の近傍に位置する混合気体がイオン化してプラズマが発生し、プラズマ雰囲気が生成される。この結果、混合気体に含まれる自由電子の数が増大する。
The corona discharge and the glow discharge are continuous discharges that occur when a non-uniform electric field is generated around the
点火信号は、電圧レベルが所定時間ハイレベルに保たれた後にローレベルに切り換ることで生成される単発のパルスを含むパルス信号である。このハイレベルに保たれる所定時間は、上記したイオン化促進具合や後述の各種情報などに基づいて決定される。エンジンECU24の記憶部にはこれらプラズマ信号や各種情報に対するマップが記憶されている。エンジンECU24はこれらプラズマ信号および各種情報と記憶部に記憶されたマップとに基づいて所定時間を決定している。なおもちろんではあるが、このようなマップは各種実験を予め行うことで求められている。以下においても各種マップが登場するが、これらも同様にして各種実験を実施することで予め求められている。そして各種マップはエンジンECU24の記憶部に記憶されている。
The ignition signal is a pulse signal including a single pulse generated by switching to a low level after the voltage level is maintained at a high level for a predetermined time. The predetermined time kept at the high level is determined based on the above-described ionization promotion condition and various information described later. A map for these plasma signals and various information is stored in the storage unit of the
点火信号がハイレベルの場合、イグナイタ22は閉状態になる。そのため、図3の(c)欄に示すように、第1経路L1ではバッテリ40から1次コイル21aとイグナイタ22を介してグランドに電流が流れる。この際、ダイオード23にはバッテリ40の電源電圧に応じた逆バイアスが印加される。そのためダイオード23にはほとんど電流が流れない。第2経路L2の2次コイル21bにも電流は流れない。しかしながら1次コイル21aから発生する磁界が2次コイル21bを通過し続ける。これにより2次コイル21bに磁気エネルギが蓄積され続ける。
When the ignition signal is at a high level, the
点火信号がハイレベルからローレベルになると、第1経路L1での1次コイル21aを介した通電が止まる。このために2次コイル21bを通過していた磁界が急激に減少し、2次コイル21bに誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、ダイオード側が正、中心電極11側が負である。中心電極11に印加される電圧がグランド電位よりも低くなり、接地電極12が中心電極11よりも高電位になる。中心電極11と接地電極12との間で絶縁破壊が生じ、接地電極12から中心電極11へと向かってアーク放電が生じる。この結果、図3の(d)欄に示すように、第2経路L2では中心電極11から2次コイル21bとダイオード23を介してバッテリ40に電流が流れる。このアーク放電は、中心電極11と接地電極12との間の混合気体に含まれる自由電子の数が多いほどに発生しやすい。この点火信号により中心電極11に印加される電圧が第1実行部による電極への電圧印加に相当する。
When the ignition signal changes from the high level to the low level, energization through the primary coil 21a in the first path L1 is stopped. For this reason, the magnetic field that has passed through the
以上に示したように、プラズマ信号による交流電圧の発生によって、コロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方が中心電極11に発生する。これにより混合気体がイオン化してプラズマが発生し、混合気体に含まれる自由電子の数が増大する。
As described above, at least one of corona discharge and glow discharge is generated at the
そのため、点火信号によってアーク放電を発生する前に、予め中心電極11にコロナ放電やグロー放電を発生させるなどしてプラズマを発生させ、混合気体に含まれる自由電子の数を増大しておく。これにより中心電極11と接地電極12との間でアーク放電が発生することをプラズマにより促進できる。
Therefore, before the arc discharge is generated by the ignition signal, plasma is generated in advance by generating corona discharge or glow discharge at the
上記したようにエンジンは吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、および、排気行程の4行程を順次実施する。これら各種行程は、クランクシャフトの回転角に連動している。上記の車載センサ300にはこのクランクシャフトの回転角を検出する回転センサが含まれている。したがってエンジンECU24には車載センサ300からクランクシャフトの回転角が入力される。エンジンECU24はこのクランクシャフトの回転角に基づいて、エンジンがどの行程を実施しているのかを判定する。そしてエンジンECU24はプラズマ信号と点火信号の出力タイミングを決定する。
As described above, the engine sequentially performs the four strokes of the intake stroke, the compression stroke, the combustion expansion stroke, and the exhaust stroke. These various strokes are linked to the rotation angle of the crankshaft. The in-
具体的に言えば、エンジンECU24は吸気行程以降、プラズマ信号をイグナイタ22に出力する。その後、圧縮行程における燃焼膨張行程開始の所定時間前のタイミングで、エンジンECU24は制御信号をハイレベルにして点火信号を出力し始める。これにより点火信号の出力開始から所定時間経過後に、点火信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに切り換る。この際にグロー放電が発生し、燃焼膨張行程が開始する。
Specifically, the
以下においては表記を簡明とするために、制御信号を制御信号CSと示す。プラズマ信号をプラズマ信号IPSと示す。点火信号を点火信号ISと示す。中心電極11に印加される電圧を印加電圧V2と示す。2次コイル21bに流れる電流を電流I2と示す。また所定時間を所定時間Δtと示す。これは図面においても同様である。
In the following, the control signal is referred to as a control signal CS in order to simplify the notation. The plasma signal is denoted as plasma signal IPS. The ignition signal is indicated as an ignition signal IS. A voltage applied to the
図4に示すように、本実施形態のエンジンECU24は、吸気行程の開始タイミングt1から終了タイミングt2までの期間において、プラズマ信号IPSをイグナイタ22に出力する。これにより印加電圧V2は交流電圧のように変化する。印加電圧V2の振幅はおよそ2.0〜4.0kV程度である。この際、電流I2も交流電流のように変化する。しかしながらこの際の電流I2は、グロー放電発生時の放電電流と比べて電流量が桁違いに小さい。そのために図4では電流I2がほとんど変化しないように表記している。
As shown in FIG. 4, the
上記したように吸気行程では、ピストンの下降によって燃焼室200の容量が増大するとともに、吸気ポートの気体が燃焼室200内に吸入される。したがってこの吸入行程では燃焼室200の外に気体は排出されがたく、燃焼室200内で混合気体が流動する。そのために中心電極11と接地電極12との間のギャップを混合気体が流動する。この際、プラズマ信号IPSの出力によって中心電極11にコロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方が発生している。したがってギャップを流動する混合気体が順次イオン化される。この結果、燃焼室200内の混合気体が平均的にイオン化され、その自由電子数が増大する。
As described above, in the intake stroke, the capacity of the
上記したように圧縮行程では、吸気ポートと排気ポートそれぞれと燃焼室との連通が遮られる。したがってコロナ放電やグロー放電によって自由電子数の増大された混合気体が燃焼室200の外に排出され難くなっている。
As described above, in the compression stroke, communication between the intake port, the exhaust port, and the combustion chamber is blocked. Therefore, it is difficult for the gas mixture having an increased number of free electrons due to corona discharge or glow discharge to be discharged out of the
エンジンECU24は、クランクシャフトの回転数に基づいて、圧縮行程においてピストンが上昇して上死点に到達するタイミングt3を推定する。そしてエンジンECU24は、そのタイミングt3よりも所定時間Δtだけ速いタイミングを算出する。この所定時間Δtは、上記したようにイオン化促進具合(自由電子数)や各種情報などに基づいて算出される。
The
エンジンECU24はこのタイミングt3よりも所定時間Δtだけ早いタイミングt4において、制御信号CSをハイレベルにして点火信号ISを出力し始める。これにより1次コイル21aに電流が流れ、2次コイル21bに磁気エネルギが蓄積される。
The
タイミングt4から所定時間Δt経過してタイミングt3に至るとエンジンECU24は、点火信号ISをハイレベルからローレベルに変化する。これにより図4に示すように印加電圧V2は急激にグランド電位よりも低くなる。そして印加電圧V2の電圧レベルが、中心電極11と接地電極12との間で絶縁破壊を生じるほどに低くなると、中心電極11と接地電極12との間でグロー放電が発生し、放電電流が流れる。このように放電電流が流れると2次コイル21bに蓄積されたエネルギが放出される。ピーク時の放電電流の電流はおよそ数10mA程度である。タイミングt3以降、印加電圧V2と電流I2は逓減する。
When a predetermined time Δt elapses from timing t4 and reaches timing t3, the
図5に、コロナ放電やグロー放電によって自由電子数を増大した場合のグロー放電発生時の印加電圧V2を実線で示す。また、自由電子数を増大しなかった場合のグロー放電発生時の印加電圧V2を破線で示す。図5に示す要求電圧は、アーク放電が生じるのに要する印加電圧V2の電圧レベルを示している。図5に明示するように、自由電子数を増大している場合、増大していない場合に比べて、要求電圧が小さくなっている。 In FIG. 5, the applied voltage V2 at the time of occurrence of glow discharge when the number of free electrons is increased by corona discharge or glow discharge is shown by a solid line. The applied voltage V2 when glow discharge occurs when the number of free electrons is not increased is indicated by a broken line. The required voltage shown in FIG. 5 indicates the voltage level of the applied voltage V2 required for arc discharge to occur. As clearly shown in FIG. 5, when the number of free electrons is increased, the required voltage is smaller than when the number of free electrons is not increased.
点火プラグ10においては、ギャップGが拡大することで、中心電極11と接地電極12との間での火花放電が発生しにくくなることが懸念される。ここで、環境保全や燃料枯渇の問題への対策としては、例えばガソリンエンジンについて、自然吸気エンジンでの高圧縮比化や、過給ダウンサイジングエンジンによって燃費を低減する手法が挙げられる。高圧縮エンジンや過給ダウンサイジングエンジンでは、燃焼室200の温度や圧力が高くなりやすいため、車両走行距離の増加に伴って点火プラグ10の中心電極11や接地電極12の消耗や劣化が進みやすく、ギャップGが拡大しやすい。
In the
車両走行距離の増加など点火プラグ10の使用期間が長くなることにより、ギャップGが拡大するなど点火プラグ10の劣化が進行すると、点火プラグ10において火花放電を発生させるための要求電圧が高くなる。要求電圧とは、点火プラグ10のギャップGにおいて絶縁破壊を引き起こすのに必要な放電電圧のことであり、ギャップGの拡大に伴って要求電圧も徐々に増加していく。このため、火花放電が発生しにくくなるほどにギャップGが拡大すると、要求電圧が過度に高くなりやすく、電極11,12も劣化しやすくなってしまう。したがって、点火プラグ10の経年劣化や電極消耗に起因した要求電圧上昇への対策が必要になる。
When the use period of the
本実施形態では、上述したように、プラズマを発生させるための電圧印加と、アーク放電を発生させるための電圧印加と、の両方が電極11,12に対して行われると、これら電極11,12が劣化しやすくなることが懸念される。そこで、本実施形態では、プラズマを発生させるための電圧印加を行うか否かを判定し、この電圧印加を極力行わないようにすることで、電極11,12の劣化が進行しにくくする。以下、プラズマを発生させるための電圧印加をプラズマ電圧印加と称し、アーク放電を発生させるための電圧印加を点火電圧印加と称する。
In the present embodiment, as described above, when both the voltage application for generating plasma and the voltage application for generating arc discharge are performed on the
具体的には、エンジンECU24が、プラズマ電圧印加及び点火電圧印加のいずれでもない判定電圧印加を電極11,12に行い、電極11,12にて放電が適正に発生するか否かを判定する。そして、判定電圧印加により放電が適正に発生する場合には、電極11,12が劣化していない又は劣化の進行が僅かにとどまっている適正状態にあるとして、プラズマ電圧印加を行わない。一方、判定電圧印加により放電が適正に発生しない場合には、電極11,12の劣化が進行して放電の発生しにくい劣化進行状態にあるとして、プラズマ電圧印加を行う。なお、点火電圧印加により放電が適正に発生しなかった場合は、失火することになる。
Specifically, the
図4に示すように、判定電圧印加により中心電極11に印加される電圧は交流電圧になっており、この交流電圧は、プラズマ電圧印加により中心電極11に印加される交流電圧と同じ値や周期を有している。その一方で、判定電圧印加の継続期間Tbは、プラズマ電圧印加の継続期間Taより短くなっている。
As shown in FIG. 4, the voltage applied to the
エンジンECU24が判定電圧印加を行うために出力する制御信号を判定用信号EPSと称すると、判定用信号EPSは、電圧レベルが所定周期でハイレベルとローレベルに切り換ることで生成される複数のパルスを含むパルス信号である。また、判定用信号EPSは、プラズマ信号IPSと同じ周波数を有している。
When the control signal output by the
エンジンECU24は、排気行程において判定用信号EPSをイグナイタ22に出力する。これにより印加電圧V2は交流電圧のように変化する。エンジンECU24は、判定用信号EPSによる印加電圧V2の変化が、排気行程の開始タイミングt0と吸気行程の開始タイミングt1との間に含まれるように、判定用信号EPSを出力する。ここで、排気行程においては、燃焼室200から混合気体が排出されることに起因して、電極11,12の間に放電が発生したとしても混合気体に着火することが生じにくくなっている。
The
電極11,12が劣化進行状態にあることに起因して、判定用信号EPSにより電圧印加が行われてもギャップGにて放電が発生しない場合、電流I2は流れない又は流れても僅かな電流に過ぎない。この場合、エンジンECU24は、点火信号ISによる放電が発生しにくいとして、吸気行程においてプラズマ信号IPSを出力して燃焼室200にプラズマを発生させることで、圧縮行程において点火信号ISによる放電の発生を促進させる。
When the
一方、図6に示すように、電極11,12が正常状態にあることに起因して、判定用信号EPSによりギャップGでの放電が発生した場合、電流I2は印加電圧V2に対応した適正な値になる。この場合、エンジンECU24は、点火信号ISによる放電が発生しやすいとして、吸気行程においてプラズマ信号IPSを出力しない。すなわち、燃焼室200にプラズマを発生させない。
On the other hand, as shown in FIG. 6, when discharge in the gap G is generated by the determination signal EPS due to the
電極11,12が正常状態にある場合に、判定用信号EPSにより発生する放電は、アーク放電、コロナ放電、グロー放電のいずれであってもよい。いずれの放電が発生した場合でも、電極11,12の間には電流I2が流れることになる。ここで、燃焼室200においては、中心電極11に電圧が印加されると電界が発生し、空間に存在している初期電子が移動する。この場合、電子の移動に伴い、α作用により気体分子が電離することで放出された電子もさらに電界によって加速され、α作用による電離が繰り返し発生し、電子なだれに至って放電が発生する。なお、電極11,12が劣化進行状態にある場合には、中心電極11への電圧印加に伴ってプラズマが発生するものの、電子なだれは発生せずに放電の発生までは至らない。
When the
<点火制御処理>
エンジンECU24は、点火装置100の動作制御を行う点火制御処理を行う。ここでは、点火制御処理について図7、図8のフローチャートを参照しつつ説明する。
<Ignition control processing>
The
図7において、ステップS101では、エンジンの運転状態に関する運転情報を取得する。ここでは、運転情報として、エンジン回転速度やエンジン負荷情報を車載センサ300や車載ECU400から読み込む。
In FIG. 7, in step S101, operation information relating to the operating state of the engine is acquired. Here, the engine rotation speed and the engine load information are read from the in-
ステップS102では、燃焼室200においてアーク放電を発生させるよりも前のタイミングでプラズマを発生させておくか否かを判定するプラズマ判定処理を行う。このプラズマ判定処理については、図8のフローチャートを参照しつつ説明する。図8において、ステップS201では、電極11,12が劣化進行状態にあることを示す劣化フラグがセットされているか否かを判定する。劣化フラグは、エンジンECU24の記憶部等にセットされるフラグである。
In step S102, a plasma determination process is performed to determine whether or not to generate plasma at a timing prior to generating arc discharge in the
劣化フラグがセットされていない場合、ステップS202,S203にて、電極11,12の劣化判定を行うか否かの判定をエンジンの運転状態に基づいて行う。ステップS202では、エンジンの運転状態が高負荷状態にあるか否かを判定する。エンジンの運転状態としては、高負荷状態の他に少なくとも低負荷状態や中負荷状態があり、高負荷状態は低負荷状態及び中負荷状態のいずれよりも負荷が高い状態になっている。エンジンの運転状態が高負荷状態になる場合としては、車両が登り坂を走行している場合や、エンジンへの吸入空気量が急激に増加した場合などが挙げられる。
When the deterioration flag is not set, in steps S202 and S203, it is determined whether or not the deterioration of the
図9に示すように、エンジンの運転負荷が高負荷になるほど、点火信号ISによる要求電圧が大きくなる。これは、エンジンの運転負荷が高負荷になるほど、点火時の筒内圧が高くなることや、燃焼室200での混合気体の流速が高くなってギャップGから電子が吹き飛ばされやすくなることなどに起因して、電極11,12での放電が発生しにくくなるためである。この場合、点火時の筒内圧が高いと、電極11,12で放電を発生させるために必要な電圧が高くなることになる。換言すれば、エンジンの運転負荷が低負荷になるほど、電極11,12での放電が発生しやすいため、仮に電極11,12が劣化進行状態になっていたとしても、エンジンの運転状態が低負荷状態である場合には、点火信号ISによる放電が適正に発生しやすい。このため、電極11,12が劣化進行状態になっている場合に点火信号ISによる放電が発生しにくくなるのは、エンジンの運転状態が高負荷状態にある場合であると言える。
As shown in FIG. 9, the required voltage by the ignition signal IS increases as the engine operating load increases. This is due to the fact that the higher the engine operating load, the higher the in-cylinder pressure at the time of ignition, the higher the flow rate of the mixed gas in the
また、エンジンの運転領域について、点火時の筒内圧と要求電圧との関係を示すマップを記憶部に記憶しておく。そして、このマップを用いて、要求電圧が40kV等の所定値より大きくなったか否かを判定することで、エンジンの運転領域が高負荷領域と言えるほどに筒内圧が大きくなったか否かを判定する。すなわち、要求電圧が所定値より大きくなった場合に、エンジンの運転領域が高負荷領域にあると判断する。また、このマップについては、エンジン回転数やエンジン負荷情報から筒内圧が取得されており、筒内圧及び要求電圧の両方が大きいほどエンジンの運転負荷が高負荷になることを示すことになる。 Further, a map indicating the relationship between the in-cylinder pressure at ignition and the required voltage is stored in the storage unit for the engine operating region. Then, by using this map, it is determined whether or not the in-cylinder pressure has increased to the extent that the engine operating region can be said to be a high load region by determining whether or not the required voltage has become larger than a predetermined value such as 40 kV. To do. That is, when the required voltage becomes larger than a predetermined value, it is determined that the engine operating region is in the high load region. In addition, for this map, the in-cylinder pressure is acquired from the engine speed and the engine load information, and the larger the in-cylinder pressure and the required voltage, the higher the engine operating load becomes.
ステップS203では、エンジンが暖機運転を行っているか否かを判定する。ここでは、エンジンの冷却水温が所定温度より低いか否かの判定や、エンジン油温が所定温度より低いか否かの判定を行う。そして、冷却水温が所定温度より低い場合や、エンジン油温が所定温度より低い場合は、エンジンが暖機運転を行っていると判断する。なお、エンジンが暖機運転を行っている場合は、エンジンが暖機途中にあることになる。 In step S203, it is determined whether or not the engine is warming up. Here, it is determined whether or not the engine coolant temperature is lower than a predetermined temperature, and whether or not the engine oil temperature is lower than a predetermined temperature. When the cooling water temperature is lower than the predetermined temperature or when the engine oil temperature is lower than the predetermined temperature, it is determined that the engine is performing a warm-up operation. When the engine is warming up, the engine is in the middle of warming up.
エンジンの運転状態が高負荷状態であり、且つエンジンの暖機運転が終了している場合、電極11,12が劣化進行状態にあるか否かの判定を行うとして、ステップS204〜S210の処理を行う。
When the engine operating state is a high load state and the engine warm-up operation has been completed, it is determined whether or not the
ステップS204では、判定用信号EPSにより中心電極11に印加される電圧の値を設定する。ここでは、判定用信号EPSによる印加電圧を、プラズマ信号IPSによる印加電圧より大きい値に設定する。換言すれば、プラズマ信号IPSによる印加電圧は、判定用信号EPSによる印加電圧に比べて小さくなっている。ここで、プラズマ信号IPSにより電圧が印加された場合、プラズマ雰囲気さえ生成できれば、放電が発生しても発生しなくてもよいため、プラズマ信号IPSによる印加電圧を極力小さくすることができる。この場合、プラズマ信号IPSによる印加電圧が小さいほど、プラズマ電圧印加による電極11,12の劣化を進行しにくくすることができる。なお、判定用信号EPSによる印加電圧は、点火信号ISによる印加電圧より小さい値に設定される。
In step S204, the value of the voltage applied to the
ステップS205では、判定用信号EPSによる判定電圧印加の継続期間Tbを設定する。ここでは、この継続期間Tbを、プラズマ信号IPSによるプラズマ電圧印加の継続期間Taより短い期間に設定する。ここで、プラズマ電圧印加は、燃焼室200に放電を促進できる量のプラズマを生成する必要があるが、判定電圧印加は、放電が発生したか否かを判定することができればよい。このため、電極11,12の劣化を進行しにくくするという観点では、判定電圧印加の継続期間Tbは極力短いことが好ましいことになる。
In step S205, a determination voltage application duration Tb based on the determination signal EPS is set. Here, the continuation period Tb is set to a period shorter than the continuation period Ta of the plasma voltage application by the plasma signal IPS. Here, the application of the plasma voltage needs to generate an amount of plasma that can promote discharge in the
また、判定電圧印加の開始タイミングと終了タイミングとを設定する。ここでは、判定電圧印加の開始タイミングを、エンジンの排気行程の開始タイミングt0から所定時間だけ遅れたタイミングに設定する。また、判定電圧印加の終了タイミングを、エンジンの吸気行程の開始タイミングt1から所定時間だけ早いタイミングに設定する。この場合、排気バルブの開放直後と閉鎖直前を除いた期間の全てで判定電圧印加が行われる構成に比べて、ロバスト性を高めることができる。 In addition, the start timing and end timing of application of the determination voltage are set. Here, the determination voltage application start timing is set to a timing delayed by a predetermined time from the engine exhaust stroke start timing t0. Further, the end timing of application of the determination voltage is set to a timing earlier by a predetermined time than the start timing t1 of the intake stroke of the engine. In this case, the robustness can be improved as compared with the configuration in which the determination voltage is applied in the entire period except immediately after the exhaust valve is opened and immediately before the exhaust valve is closed.
ステップS206では、排気行程が開始されたか否かを判定する。排気行程が開始されていない場合には、この判定を繰り返し行うことで、ステップS206にて待機する。排気行程が開始された場合、ステップS207に進む。なお、本実施形態では、排気行程が開始された場合、所定時間だけ待機した後に判定電圧印加が開始されるように判定用信号EPSを出力する。ステップS207では、判定用信号EPSを点火装置100のイグナイタ22に対して出力する。これにより、判定電圧印加が電極11,12に対して行われる。
In step S206, it is determined whether an exhaust stroke has been started. If the exhaust stroke has not been started, this determination is repeated to wait in step S206. When the exhaust stroke is started, the process proceeds to step S207. In the present embodiment, when the exhaust stroke is started, the determination signal EPS is output so that the determination voltage application is started after waiting for a predetermined time. In step S207, the determination signal EPS is output to the
ステップS208では、判定電圧印加により電極11,12に放電が発生したか否かを判定する。ここでは、判定電圧印加の継続期間Tbの全体を対象として、判定電圧印加に伴って流れる電流I2が、あらかじめ定められた基準値より1回でも大きくなったか否かを判定する。そして、電流I2が基準値より大きい場合に放電が発生したと判断し、電流I2が基準値より大きくない場合に放電が発生していないと判断する。なお、図6に示すような、電流I2の変化を示すデータに対して閾値等のスレッシュを上下振幅で挟むように設定しておき、電流Iがそのスレッシュを越えた場合に、放電が発生したと判定してもよい。
In step S208, it is determined whether or not a discharge has occurred in the
判定用信号EPSにより放電が発生しなかった場合、ステップS209に進み、電極11,12が劣化進行状態にあるとして、劣化フラグをエンジンECU24の記憶部等にセットする。一方、判定用信号EPSにより放電が発生した場合、ステップS210に進み、電極11,12が正常状態にあるとして、劣化フラグのセットを行わない。
If no discharge is generated by the determination signal EPS, the process proceeds to step S209, and the deterioration flag is set in the storage unit or the like of the
ステップS209,S210の処理が終了することで、ステップS102のプラズマ判定処理が終了した場合、図7の説明に戻り、ステップS103に進む。ステップS103では、劣化フラグがセットされているか否かを判定する。劣化フラグがセットされている場合、プラズマ電圧印加を行うとして、ステップS104〜S108の処理を行う。 When the processing of steps S209 and S210 is completed, and the plasma determination processing of step S102 is completed, the process returns to the description of FIG. 7 and proceeds to step S103. In step S103, it is determined whether a deterioration flag is set. When the deterioration flag is set, the processing of steps S104 to S108 is performed assuming that the plasma voltage is applied.
ステップS104では、プラズマ信号IPSにより中心電極11に印加される電圧の値を設定する。ここでは、上記ステップS204にて述べたように、プラズマ信号IPSによる印加電圧を、判定用信号EPSによる印加電圧以下の値に設定する。なお、プラズマ信号IPSによる印加電圧は、点火信号ISによる印加電圧より小さい値に設定される。
In step S104, the value of the voltage applied to the
ステップS105では、プラズマ信号IPSによるプラズマ電圧印加の継続期間Taを設定する。ここでは、上記ステップS205にて述べたように、この継続期間Taを、判定用信号EPSによる判定電圧印加の継続期間Tbと同じ又はそれより長い期間に設定する。 In step S105, the duration Ta of the plasma voltage application by the plasma signal IPS is set. Here, as described in step S205, the continuation period Ta is set to a period that is the same as or longer than the continuation period Tb of the determination voltage application by the determination signal EPS.
ステップS106では、吸気行程が開始されたか否かを判定する。吸気行程が開始されていない場合には、この判定を繰り返し行うことで、ステップS106にて待機する。なお、本実施形態では、吸気行程が開始されたタイミングでプラズマ電圧印加が開始されるようにプラズマ信号IPSを出力する。ステップS107では、プラズマ信号IPSを点火装置100のイグナイタ22に対して出力する。これにより、プラズマ電圧印加が電極11,12に対して行われる。
In step S106, it is determined whether the intake stroke has started. If the intake stroke has not been started, this determination is repeated to wait in step S106. In the present embodiment, the plasma signal IPS is output so that the application of the plasma voltage is started at the timing when the intake stroke is started. In step S107, the plasma signal IPS is output to the
ステップS107の後に行うステップS108では、ステップS107の処理により燃焼室200にプラズマ雰囲気が生成された状態で、点火処理を行う。この点火処理では、点火タイミングに合わせて点火信号ISを出力し、電極11,12にアーク放電を発生させる。
In step S108 performed after step S107, an ignition process is performed in a state where a plasma atmosphere is generated in the
上記ステップS103にて、劣化フラグがセットされていないと判定された場合、電極11,12が正常状態にあるとして、ステップS104〜S107の処理を行わずに、そのままステップS108に進む。この場合、燃焼室200にプラズマ雰囲気が生成されていなくても、電極11,12が正常状態にあることに起因して、ステップS108にて点火処理を行うことで電極11,12にアーク放電が適正に発生することになる。
If it is determined in step S103 that the deterioration flag is not set, it is determined that the
エンジンECU24は、点火制御処理の各ステップを実行する機能を有している。ステップS108の処理を実行する機能が第1実行部に相当し、ステップS107の処理を実行する機能が第2実行部に相当し、ステップS207の処理を実行する機能が第3実行部に相当する。ステップS103,S208の処理を実行する機能が第2実行判定部に相当し、特に、ステップS208の処理を実行する機能が放電判定部に相当する。ステップS202,S203,S206の処理を実行する機能が第3実行判定部に相当し、特に、ステップS202の処理を実行する機能が運転判定部に相当し、ステップS203の処理を実行する機能が暖機判定部に相当する。
The
<作用効果>
ここまで説明した本実施形態によれば、判定電圧印加による電極11,12での放電状態に基づいて、プラズマ電圧印加を行うか否かの判定が行われる。この場合、点火電圧印加が行われるたびにプラズマ電圧印加が行われる構成に比べて、プラズマ電圧印加が行われる回数が低減するため、プラズマ電圧印加が行われることで電極11,12の劣化が進むということを抑制できる。その一方で、判定電圧印加による放電状態が、電極11,12が劣化進行状態にあることを示している場合には、プラズマ電圧印加を行うことで燃焼室200にプラズマ雰囲気を生成することで、点火電圧印加によるアーク放電の発生を促進できる。したがって、電極11,12の劣化を抑制しつつ、混合気体への着火性を高めることができる。
<Effect>
According to the present embodiment described so far, it is determined whether or not to apply plasma voltage based on the discharge state at the
本実施形態によれば、エンジンの運転状態に応じて判定電圧印加が行われる。この場合、判定電圧印加による放電状態の判定精度が高くなるような運転状態を選択して、判定電圧印加を行うことが可能になるため、電極11,12の劣化状態の判定精度を高めることができる。このため、プラズマ電圧印加によりプラズマ雰囲気を生成する回数を最低限に抑えることができる。
According to this embodiment, the determination voltage is applied according to the operating state of the engine. In this case, since it becomes possible to select the operation state that increases the determination accuracy of the discharge state by applying the determination voltage and apply the determination voltage, the determination accuracy of the deterioration state of the
本実施形態によれば、エンジンの運転状態が高負荷状態にある場合に判定電圧印加が行われるため、高負荷状態での電極11,12の放電状態に基づいて電極11,12の劣化状態を判定できる。ここで、エンジンの運転状態が高負荷状態にある場合は、低負荷状態にある場合に比べて、電極11,12での放電が発生しにくい状態になっているため、電極11,12の劣化の進行度合いが放電状態に顕著に現れやすく、劣化判定の精度を高めることができる。
According to this embodiment, since the determination voltage is applied when the engine operating state is in a high load state, the deterioration state of the
しかも、エンジンの運転状態が高負荷状態になる頻度は、車両のユーザによってばらつきやすく、ユーザによっては、高負荷状態になる頻度が非常に低い場合も想定される。このため、判定電圧印加により電極11,12の劣化判定を行った後に、エンジンの運転状態が高負荷状態になるまでに電極11,12の劣化が進んでしまうことが懸念される。この懸念に対しても、エンジンの運転状態が高負荷状態にある場合での電極11,12の劣化状態が判定されることで、高負荷状態において電極11,12にて放電が適正に発生しないということを抑制できる。
Moreover, the frequency at which the engine operating state becomes a high load state is likely to vary depending on the user of the vehicle, and depending on the user, the frequency at which the engine is in a high load state may be very low. For this reason, there is a concern that the deterioration of the
さらに、エンジンの運転状態が高負荷状態になる頻度は、その運転状態が低負荷状態になる頻度に比べて低いと想定される。このため、頻度が低い運転状態を劣化判定の実行条件に設定しておくことで、判定電圧印加の回数を低減できる。これにより、判定電圧印加により電極11,12の劣化が進行するということを抑制できる。
Furthermore, it is assumed that the frequency at which the engine is in a high load state is lower than the frequency at which the engine is in a low load state. For this reason, the frequency | count of determination voltage application can be reduced by setting the driving | running state with low frequency to the execution conditions of deterioration determination. Thereby, it can suppress that degradation of the
本実施形態によれば、エンジンの暖機運転が終了した場合に判定電圧印加が行われる。ここで、エンジンの暖機運転が行われている場合、燃焼室200での混合気体の流速がばらつきやすいことなどに起因して、電極11,12での放電の発生状態がばらつくことが想定される。このため、エンジンの暖機運転中に電極11,12の劣化判定を行っても、放電の発生状態がばらつくことで判定精度が低下することが懸念される。これに対して、エンジンの暖機運転が終了した後に判定電圧印加を行うことで、電極11,12の放電状態が安定しやすいため、劣化判定の精度を高めることができる。
According to the present embodiment, the determination voltage is applied when the warm-up operation of the engine is finished. Here, when the warm-up operation of the engine is performed, it is assumed that the state of occurrence of discharge at the
本実施形態によれば、判定電圧印加がエンジンの排気行程にて行われるため、判定電圧印加により混合気体に着火してしまうということを回避できる。しかも、判定電圧印加によりプラズマが発生したとしても、このプラズマは排気行程において排気と共に燃焼室200から排出される。このため、吸気行程で燃焼室200に取り込まれた吸入空気の状態が判定電圧印加により意図せずに変化してしまい、混合気体の着火性が低下する、ということを抑制できる。また、エンジンの運転状態が高負荷状態であったとしても、排気行程では、排気の排出に伴って筒内圧が比較的低くなるため、判定電圧印加により電極11,12の放電が発生しやすい環境になっている。このため、判定電圧印加による電圧を極力低い値に設定しても、電極11,12の劣化判定を精度良く行うことができる。
According to the present embodiment, since the determination voltage application is performed in the exhaust stroke of the engine, it is possible to avoid that the mixed gas is ignited by the determination voltage application. Moreover, even if plasma is generated by applying the determination voltage, this plasma is discharged from the
本実施形態によれば、プラズマ信号IPSによる電極11,12への印加電圧が、判定用信号EPSによる印加電圧より小さくなっているため、プラズマ信号IPSによるプラズマ電圧印加により電極11,12の劣化が進行するということを抑制できる。これは、電極11,12に印加される電圧が小さいほど、イオンが電極11,12に衝突するエネルギが小さくなりやすいことに起因して、電極11,12の劣化が進行しにくくなるためである。
According to the present embodiment, since the voltage applied to the
本実施形態によれば、判定電圧印加の継続期間Tbがプラズマ電圧印加の継続期間Taより短いため、判定電圧印加により電極11,12の劣化が進行することを抑制できる。これは、電極11,12への電圧印加の継続期間が短いほど、イオンが電極11,12に衝突する回数が少なくなりやすいことに起因して、電極11,12の劣化が進行しにくくなるためである。
According to the present embodiment, since the duration Tb of the determination voltage application is shorter than the duration Ta of the plasma voltage application, it is possible to suppress the deterioration of the
本実施形態によれば、判定電圧印加により電極11,12に放電が発生した場合に、プラズマ電圧印加が行われない。このため、プラズマ電圧印加によるプラズマを発生させて点火電圧印加による放電発生の確率を高めることよりも、プラズマ電圧印加により電極11,12の劣化進行を抑制することを優先することができる。ここで、判定電圧印加により放電が発生するほどに電極11,12の状態が良好であれば、点火電圧印加により電極11,12に放電が発生する可能性が非常に高いと考えられる。したがって、プラズマ電圧印加を行わなくても、点火電圧印加により適正に放電を発生させることができる。
According to the present embodiment, when a discharge is generated in the
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、判定電圧印加により放電が発生しなかった場合に、電極11,12が劣化進行状態にあると判定していた。これに対して、第2実施形態では、判定電圧印加により放電が発生しないという状態が複数回だけ繰り返された場合に、電極11,12が劣化進行状態にあると判断する。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
In the said 1st Embodiment, when discharge did not generate | occur | produce by the determination voltage application, it determined with the
本実施形態では、上記第1実施形態のステップS208に相当する判定処理を行い、判定電圧印加により放電が発生しなかった場合に、ステップS209に相当する処理として、劣化カウンタをセットする。そして、その後の複数回の排気行程のそれぞれを対象として、判定電圧印加による判定処理を行い、放電が発生しなかった場合に劣化カウンタをインクリメントすることで、放電が発生しなかった回数をカウントする。そして、劣化カウンタがあらかじめ定められた所定回数に達した場合に、劣化フラグをセットし、電極11,12が劣化進行状態にあると判断する。
In the present embodiment, the determination process corresponding to step S208 of the first embodiment is performed, and when no discharge is generated by applying the determination voltage, a deterioration counter is set as a process corresponding to step S209. Then, a determination process by applying a determination voltage is performed for each of a plurality of exhaust strokes thereafter, and the number of times that no discharge has occurred is counted by incrementing a deterioration counter when no discharge has occurred. . When the deterioration counter reaches a predetermined number of times, a deterioration flag is set, and it is determined that the
本実施形態によれば、複数回の排気行程において、判定電圧印加により放電が適正に発生しなかった場合に、電極11,12が劣化進行状態にあると判断される。この場合、エンジンの運転状態が高負荷状態にあることなどに起因して、電極11,12での放電状態が不安定になることを考慮した上で、電極11,12の劣化判定の精度を高めることができる。
According to the present embodiment, it is determined that the
(他の実施形態)
以上、本開示による複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
(Other embodiments)
Although a plurality of embodiments according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not construed as being limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments and combinations without departing from the gist of the present disclosure. can do.
変形例1として、判定用信号EPSによる判定電圧印加は、エンジンの排気行程においてどのタイミングで行われてもよい。例えば、判定電圧印加は、排気行程の開始タイミングt0から開始されてもよく、エンジンの吸気行程の開始タイミングt1で終了されてもよい。 As a first modification, the determination voltage application by the determination signal EPS may be performed at any timing in the exhaust stroke of the engine. For example, the determination voltage application may be started from the start timing t0 of the exhaust stroke or may be ended at the start timing t1 of the intake stroke of the engine.
変形例2として、判定用信号EPSによる判定電圧印加は、エンジンの排気行程だけで行われるのではなく、排気行程とは異なる行程で行われてもよい。判定電圧印加は、例えば、排気行程と吸気行程とに跨るように行われてもよく、吸気行程だけで行われてもよい。この場合でも、判定電圧印加による電極11,12での放電状態を電流I2等により取得することで、電極11,12の劣化状態を判定できる。
As a second modification, the determination voltage application by the determination signal EPS is not performed only in the exhaust stroke of the engine, but may be performed in a stroke different from the exhaust stroke. The determination voltage application may be performed, for example, across the exhaust stroke and the intake stroke, or may be performed only in the intake stroke. Even in this case, the deterioration state of the
変形例3として、判定用信号EPSによる電極11,12への印加電圧は、プラズマ信号IPSによる印加電圧より大きくなくてもよい。例えば、判定用信号EPSによる印加電圧が、プラズマ信号IPSによる印加電圧と同じ値になっていてもよい。また、判定電圧印加の継続期間Tbは、プラズマ電圧印加の継続期間Taより短くなくてもよい。
As a third modification, the voltage applied to the
変形例4として、判定用信号EPSにより電極11,12に印加される電圧は交流電圧でなくてもよい。例えば、判定用信号EPSによる印加電圧が、点火信号ISによる印加電圧と同様に直流電圧になっていてもよい。
As a fourth modification, the voltage applied to the
変形例5として、判定電圧印加は、エンジンの運転状態が高負荷状態でない場合に行われてもよい。例えば、エンジンの運転状態が低負荷状態にある場合に判定電圧印加が行われる構成とする。また、判定電圧印加は、エンジンの暖機運転の最中に行われてもよい。 As a fifth modification, the determination voltage application may be performed when the operating state of the engine is not a high load state. For example, the determination voltage is applied when the engine operating state is in a low load state. The determination voltage application may be performed during the warm-up operation of the engine.
変形例6として、電極11,12の劣化判定を行うか否かの判定パラメータとして、エンジンの運転状態の他に、車両の総走行距離に関する情報や、点火信号ISによる総点火回数に関する情報などが用いられてもよい。例えば、エンジンの運転状態が高負荷状態にある場合に、総走行距離が所定値より大きいこと、及び総点火回数が所定値より大きいことの少なくとも一方を満たしていることを条件として、電極11,12の劣化判定が行われる、という構成とする。
As a modified example 6, information regarding the total travel distance of the vehicle, information regarding the total number of times of ignition by the ignition signal IS, etc., in addition to the operating state of the engine, are used as determination parameters for determining whether or not the
変形例7として、プラズマ電圧印加と点火電圧印加とが行われる電極は、共通の電極11,12ではなくてもよい。例えば、プラズマ電圧印加が行われる電極と、点火電圧印加が行われる電極とは、互いに独立した電極であるとする。この場合、判定電圧印加は、プラズマ電圧印加が行われる電極に行われることになる。
As a modified example 7, the electrodes to which the plasma voltage application and the ignition voltage application are performed may not be the
変形例8として、判定電圧印加により電極11,12の劣化状態を判定する上記第1実施形態の構成が適用される内燃機関としては、高圧縮エンジンや過給ダウンサイジングエンジン、自然吸気エンジンなどが挙げられる。また、噴射形態としては、筒内噴射式エンジンや吸気ポート噴射式エンジン、デュアル噴射式エンジンなどが挙げられる。なお、デュアル噴射式エンジンは、吸気ポート噴射と筒内噴射との両方を備えたエンジンである。
As a modified example 8, as the internal combustion engine to which the configuration of the first embodiment for determining the deterioration state of the
変形例9として、点火制御装置としての機能を発揮する構成は、エンジンECU24ではなく、車両に搭載された種々の演算装置であってもよく、複数の演算装置が協働で制御装置としての機能を発揮してもよい。また、各演算装置に設けられたフラッシュメモリやハードディスク等の非遷移的実体的記憶媒体に各種プログラムが記憶されていてもよい。
As a modified example 9, the configuration that performs the function as the ignition control device may be various arithmetic devices mounted on the vehicle instead of the
10…点火部としての点火プラグ、11…中心電極、12…接地電極、20…電圧印加部としての点火回路、24…点火制御装置としてのエンジンECU、100…点火装置、200…燃焼室、S103…第2実行判定部、S107…第2実行部、S108…第1実行部、S202…第3実行判定部及び運転判定部、S203…第3実行判定部及び暖機判定部、S206…第3実行判定部、S207…第3実行部、S208…第2実行判定部及び放電判定部、Ta,Tb…期間としての継続期間。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記電極に電圧を印加する電圧印加部(20)と、
を備えている点火装置(100)の動作制御を行う点火制御装置(24)であって、
前記電極への電圧印加を、前記点火部に放電を発生させるために前記電圧印加部に実行させる第1実行部(S108)と、
前記第1実行部による電圧印加が実行される場合に前記燃焼室にプラズマが存在しているように、前記電極への電圧印加を、前記混合気体を電離させて前記燃焼室に前記プラズマを発生させるために前記電圧印加部に実行させる第2実行部(S107)と、
前記電極への電圧印加を、前記点火部による放電状態を取得するために前記電圧印加部に実行させる第3実行部(S207)と、
前記第3実行部による電圧印加が実行された場合の前記点火部による放電状態に基づいて、前記第2実行部による電圧印加を実行するか否かを判定する第2実行判定部(S103,S208)と、
を備えている点火制御装置。 It has electrodes (11, 12) to which a voltage is applied, and discharge can be generated in the combustion chamber (200) of the internal combustion engine by applying a voltage to the electrodes, and the gas mixture in the combustion chamber is generated by the discharge. An ignition part (10) for igniting,
A voltage application unit (20) for applying a voltage to the electrode;
An ignition control device (24) for controlling the operation of the ignition device (100) comprising:
A first execution unit (S108) that causes the voltage application unit to execute voltage application to the electrode in order to generate discharge in the ignition unit;
When the voltage application by the first execution unit is executed, the plasma is generated in the combustion chamber by applying a voltage to the electrode and ionizing the mixed gas so that the plasma exists in the combustion chamber. A second execution unit (S107) that causes the voltage application unit to execute
A third execution unit (S207) for causing the voltage application unit to execute voltage application to the electrodes in order to acquire a discharge state by the ignition unit;
A second execution determination unit (S103, S208) that determines whether or not to execute voltage application by the second execution unit based on a discharge state by the ignition unit when voltage application by the third execution unit is executed. )When,
Ignition control device.
前記内燃機関の運転状態が所定の低負荷状態よりも負荷が大きい高負荷状態にあるか否かを判定する運転判定部(S202)を有しており、
前記運転判定部は、
前記内燃機関の運転状態が前記高負荷状態にある場合に、前記電極への電圧印加を前記第3実行部に実行させると判断する、請求項2に記載の点火制御装置。 The third execution determination unit
An operation determination unit (S202) for determining whether or not the operation state of the internal combustion engine is in a high load state in which a load is larger than a predetermined low load state;
The driving determination unit
The ignition control device according to claim 2, wherein when the operating state of the internal combustion engine is in the high load state, it is determined that the third execution unit executes voltage application to the electrodes.
前記内燃機関の暖機運転が終了したか否かを判定する暖機判定部(S203)を有しており、
前記暖機判定部は、
前記内燃機関の前記暖機運転が終了した場合に、前記電極への電圧印加を前記第3実行部に実行させると判断する、請求項2又は3に記載の点火制御装置。 The third execution determination unit
A warm-up determination unit (S203) for determining whether or not the warm-up operation of the internal combustion engine has ended,
The warm-up determination unit
4. The ignition control device according to claim 2, wherein when the warm-up operation of the internal combustion engine is finished, it is determined that the third execution unit executes voltage application to the electrodes. 5.
前記第3実行部による電圧印加が実行された場合に前記点火部による放電が発生したか否かを判定する放電判定部(S208)を有しており、
前記第2実行部は、前記第3実行部の電圧印加による放電が発生していないと前記放電判定部が判断した場合に、前記電極への電圧印加を実行する、請求項1〜7のいずれか1つに記載の点火制御装置。 The second execution determination unit
A discharge determination unit (S208) for determining whether or not a discharge by the ignition unit has occurred when voltage application by the third execution unit is performed;
The said 2nd execution part performs the voltage application to the said electrode, when the said discharge determination part judges that the discharge by the voltage application of the said 3rd execution part has not generate | occur | produced. The ignition control device according to any one of the above.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018036867A JP2019152126A (en) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | Ignition control device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11199170B2 (en) | 2018-03-01 | 2021-12-14 | Denso Corporation | Ignition control device |
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2018
- 2018-03-01 JP JP2018036867A patent/JP2019152126A/en active Pending
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