JP5058121B2 - Operation control method for spark ignition internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグによる火花放電とを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の運転制御方法に関するものである。   The present invention relates to an operation control method for a spark ignition type internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by reacting plasma generated in a combustion chamber by electromagnetic waves with spark discharge by an ignition plug.

従来、車両、特には自動車に搭載される火花点火式内燃機関においては、点火プラグの中心電極と接地電極との間の火花放電により、点火時期毎に燃焼室内の混合気に着火している。このような点火プラグによる着火にあって、例えば燃料を直接気筒内に噴射する型式の内燃機関において、噴射した燃料を点火プラグの火花放電の位置に分布させないと、着火しないことが希に生じる。   2. Description of the Related Art Conventionally, in a spark ignition internal combustion engine mounted on a vehicle, particularly an automobile, an air-fuel mixture in a combustion chamber is ignited at each ignition timing by spark discharge between a center electrode and a ground electrode of a spark plug. In such ignition by an ignition plug, for example, in an internal combustion engine of a type in which fuel is directly injected into a cylinder, if the injected fuel is not distributed at the spark discharge position of the ignition plug, it rarely occurs.

このため、このような内燃機関では、点火プラグの火花放電を補うために、例えば特許文献1に記載のもののように、点火プラグの放電領域にプラズマ雰囲気を生成しておき、プラズマ雰囲気中にアーク放電を行うことにより、従来に比べて高い電圧を印加することなく燃焼室内の混合気に確実に着火し、安定した火炎を得ることができるように構成したものが知られている。
特開2007‐32349号公報
For this reason, in such an internal combustion engine, a plasma atmosphere is generated in the discharge region of the spark plug, for example, as described in Patent Document 1, in order to compensate for the spark discharge of the spark plug, and an arc is generated in the plasma atmosphere. It is known that the discharge is performed to surely ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber without applying a higher voltage than in the past and to obtain a stable flame.
JP 2007-32349 A

ところで、内燃機関は、種々のセンサを用いてその運転状態例えば燃焼状態が検出されて、燃料供給量や点火時期などを調整するように制御されるものである。このような燃焼状態の検出において、たとえば燃焼状態が低下すると、トルクが変動するので、回転数センサによりエンジン回転数を検出し、検出したエンジン回転数の変動などに基づいて燃焼状態を推定し、運転状態を制御することが実施されている。このような燃焼状態の変動は、燃料供給量の過不足あるいは点火時期などに起因する。   By the way, the internal combustion engine is controlled so that its operating state, for example, the combustion state, is detected using various sensors, and the fuel supply amount, ignition timing, and the like are adjusted. In such detection of the combustion state, for example, when the combustion state decreases, the torque changes, so the engine speed is detected by the rotation speed sensor, and the combustion state is estimated based on the detected change in the engine speed, etc. Controlling the operating state has been implemented. Such fluctuations in the combustion state are caused by an excess or shortage of the fuel supply amount or ignition timing.

上述の特許文献1に記載のものにあっては、着火に際してプラズマ雰囲気を必要としているので、プラズマ雰囲気の如何によっては、良好な着火が望めない場合が生じた。しかしながら、プラズマ雰囲気の検出は、例えば発光分光分析など、燃焼室内内部をモニターする必要があり、内燃機関には応用しにくいものである。   Since the plasma atmosphere is required for ignition in the above-described Patent Document 1, depending on the plasma atmosphere, there are cases where good ignition cannot be expected. However, the detection of the plasma atmosphere requires monitoring the inside of the combustion chamber, such as emission spectroscopy, and is difficult to apply to an internal combustion engine.

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。   Therefore, the present invention aims to eliminate such problems.

すなわち、本発明の火花点火式内燃機関の運転制御方法は、電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグによる火花放電とを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の運転状態により電磁波の出力を制御する火花点火式内燃機関の運転制御方法であって、点火プラグにより、燃焼が始まる前のプラズマ生成時に燃焼室内に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいてプラズマの生成状態を判定するものであり、電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマが、そのプラズマと火花放電とが反応することで点火プラグの電極が部分的に損傷を受けることがあるような異常な量となっているか否かの判定を少なくとも行うことを特徴とする。
That is, the spark ignition type internal combustion engine operation control method of the present invention is based on the operating state of the spark ignition type internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by reacting plasma generated in the combustion chamber by electromagnetic waves and spark discharge by the spark plug. A spark ignition type internal combustion engine operation control method for controlling the output of electromagnetic waves, wherein a spark plug detects a current flowing in a combustion chamber at the time of plasma generation before combustion starts , and a plasma generation state based on the detected current The plasma generated in the combustion chamber by electromagnetic waves becomes an abnormal amount that may cause partial damage to the spark plug electrode due to the reaction between the plasma and spark discharge. It is characterized by determining at least whether it is .

このような構成によれば、プラズマにはイオンが含まれていることから、プラズマの発生状態に対応して電流が変化するものとなる。すなわち、プラズマの生成状態が、電流つまりプラズマ電流に反映されるものとなる。したがって、このプラズマ電流を検出することにより、燃焼室に手を加えることなくプラズマの生成状態を把握することが可能になる。   According to such a configuration, since the plasma contains ions, the current changes corresponding to the plasma generation state. That is, the plasma generation state is reflected in the current, that is, the plasma current. Therefore, by detecting this plasma current, it is possible to grasp the generation state of the plasma without modifying the combustion chamber.

以上の構成において、具体的な運転制御としては、プラズマの生成状態が異常であると判定した場合に、運転状態を安全側に切り替えるものが挙げられる。運転状態を安全側に切り替える制御としては、プラズマの生成状態が意図する状態を下回って異常であると判定した場合に、電磁波の出力を大にするものや、電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマが、そのプラズマと火花放電とが反応することで点火プラグの電極が部分的に損傷を受けることがあるような異常な量となっていると判定した場合に、電磁波の出力を停止するものが好ましい。
In the above configuration, specific operation control includes switching the operation state to the safe side when it is determined that the plasma generation state is abnormal. As control for switching the operating state to the safe side, when the generation state of the plasma is lower than the intended state and it is determined to be abnormal, the output of the electromagnetic wave is increased, or the plasma generated in the combustion chamber by the electromagnetic wave However, when it is determined that the amount of the spark plug electrode is partially damaged by the reaction between the plasma and the spark discharge , the electromagnetic wave output is stopped. preferable.

本発明は、以上説明したような構成であり、プラズマにはイオンが含まれていることから、プラズマの発生状態に対応してプラズマ電流が変化するものであるので、プラズマ電流を検出することにより、燃焼室に手を加えることなくプラズマの生成状態を把握することができる。   The present invention is configured as described above. Since the plasma contains ions, the plasma current changes in accordance with the plasma generation state. The generation state of plasma can be grasped without modifying the combustion chamber.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に概略的に示したエンジン100は、自動車用の火花点火式4サイクル4気筒のもので、その吸気系1には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ2が配設され、その下流側にはサージタンク3が設けられている。サージタンク3に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁5が設けてあり、その燃料噴射弁5を、電子制御装置6により制御するようにしている。燃焼室30を形成するシリンダヘッド31には、吸気弁32及び排気弁33が配設されるとともに、火花を発生するとともにプラズマ生成時に流れる電流であるプラズマ電流、及びイオン電流を検出するための電極となる点火プラグ18が取り付けてある。また排気系20には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのO2 センサ21が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された触媒装置である三元触媒22の上流の位置に取り付けられている。なお、図1にあっては、エンジン100の1気筒の構成を代表して図示している。 An engine 100 schematically shown in FIG. 1 is a spark-ignition four-cycle four-cylinder engine for an automobile. A throttle valve 2 that opens and closes in response to an accelerator pedal (not shown) is disposed in an intake system 1 thereof. A surge tank 3 is provided on the downstream side. A fuel injection valve 5 is further provided in the vicinity of one end communicating with the surge tank 3, and the fuel injection valve 5 is controlled by the electronic control unit 6. The cylinder head 31 forming the combustion chamber 30 is provided with an intake valve 32 and an exhaust valve 33, and an electrode for detecting a plasma current and an ion current that generate a spark and flow during plasma generation. A spark plug 18 is attached. Further, in the exhaust system 20, an O 2 sensor 21 for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas is located upstream of the three-way catalyst 22 which is a catalyst device arranged in a pipe line leading to a muffler (not shown). Is attached. In FIG. 1, the configuration of one cylinder of engine 100 is shown as a representative.

電子制御装置6は、中央演算処理装置7と、記憶装置8と、入力インターフェース9と、出力インターフェース11と、A/Dコンバータ10とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インターフェース9には、サージタンク3内の圧力すなわち吸気管圧力を検出するための吸気圧センサ13から出力される吸気圧信号a、エンジン100の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ14から出力される気筒判別信号G1とクランク角度基準位置信号G2とエンジン回転数信号b、車速を検出するための車速センサ15から出力される車速信号c、スロットルバルブ2の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ16から出力されるIDL信号d、エンジン100の冷却水温を検出するための水温センサ17から出力される水温信号e、上記したO2 センサ21から出力される電流信号h等が入力される。一方、出力インターフェース11からは、燃料噴射弁5に対して燃料噴射信号fが、また点火プラグ18に対してイグニションパルスgが出力されるようになっている。 The electronic control device 6 is mainly configured by a microcomputer system including a central processing unit 7, a storage device 8, an input interface 9, an output interface 11, and an A / D converter 10. The input interface 9 includes an intake pressure signal a output from an intake pressure sensor 13 for detecting the pressure in the surge tank 3, that is, an intake pipe pressure, and an output from a cam position sensor 14 for detecting the rotation state of the engine 100. Cylinder discrimination signal G1, crank angle reference position signal G2, engine speed signal b, vehicle speed signal c output from the vehicle speed sensor 15 for detecting the vehicle speed, idle switch for detecting the open / closed state of the throttle valve 2 The IDL signal d output from 16, the water temperature signal e output from the water temperature sensor 17 for detecting the coolant temperature of the engine 100, the current signal h output from the O 2 sensor 21, etc. are input. On the other hand, the output interface 11 outputs a fuel injection signal f to the fuel injection valve 5 and an ignition pulse g to the spark plug 18.

この点火プラグ18には、プラズマ電流及びイオン電流を測定するためのバイアス用電源24が接続され、入力インターフェース9とこのバイアス電源24との間には電流測定用回路25が接続されている。点火プラグ18、バイアス用電源24及び電流測定用回路25によりプラズマ・イオン電流検出系40が構成される。バイアス用電源24は、プラズマを生成する時に点火プラグ18に電流測定のための測定用電圧(バイアス電圧)を印加するものである。そして、測定用電圧の印加により、燃焼室30の内壁と点火プラグ18の中心電極との間、及び点火プラグ18の電極間に流れたプラズマ電流及びイオン電流は、電流測定用回路25により測定される。このようなバイアス用電源24と電流測定用回路25とは、当該分野でよく知られている種々のものを適用することができる。   A bias power supply 24 for measuring plasma current and ion current is connected to the spark plug 18, and a current measurement circuit 25 is connected between the input interface 9 and the bias power supply 24. The spark plug 18, the bias power supply 24, and the current measurement circuit 25 constitute a plasma / ion current detection system 40. The bias power supply 24 applies a measurement voltage (bias voltage) for current measurement to the spark plug 18 when plasma is generated. The plasma current and the ionic current that flow between the inner wall of the combustion chamber 30 and the center electrode of the spark plug 18 and between the electrodes of the spark plug 18 by applying the measurement voltage are measured by the current measurement circuit 25. The As the bias power source 24 and the current measuring circuit 25, various devices well known in the art can be applied.

このようなプラズマ・イオン電流検出系40に加えて、燃焼室30内にプラズマを生成するために、点火プラグ18の中心電極には、電磁波例えばマイクロ波が供給される。マイクロ波は、マグネトロン50とマグネトロン50を制御する制御回路51とを備えてなる高圧交流発生装置52から出力される。制御回路51には、電子制御装置6から出力される高圧交流発生信号が入力される構成である。マイクロ波を点火プラグ18まで伝送する伝送経路53については、よく知られたものを用いることができ、例えばマグネトロン50に電気的に接続される導波管と、その導波管と点火プラグ18の中心電極とを電気的に接続する同軸ケーブル及び同軸分配器とで構成される。制御回路51は、入力される高圧交流発生信号に基づいてマグネトロン50の出力、つまりマグネトロン50が出力するマイクロ波の出力時期及び出力電力を制御するものである。マグネトロン50の出力は、エンジン100の運転状態に応じて調整されるものである。   In addition to such a plasma / ion current detection system 40, an electromagnetic wave, for example, a microwave is supplied to the center electrode of the spark plug 18 in order to generate plasma in the combustion chamber 30. The microwave is output from a high voltage AC generator 52 including a magnetron 50 and a control circuit 51 that controls the magnetron 50. The control circuit 51 is configured to receive a high-voltage AC generation signal output from the electronic control device 6. As the transmission path 53 for transmitting the microwave to the spark plug 18, a well-known one can be used. For example, a waveguide electrically connected to the magnetron 50, the waveguide and the spark plug 18 are connected to each other. It is comprised with the coaxial cable and coaxial distributor which electrically connect a center electrode. The control circuit 51 controls the output of the magnetron 50, that is, the output timing and output power of the microwave output from the magnetron 50 based on the input high-voltage AC generation signal. The output of the magnetron 50 is adjusted according to the operating state of the engine 100.

以上の構成において、電子制御装置6には、吸気圧センサ13から出力される吸気圧信号aとカムポジションセンサ14から出力される回転数信号bとを主な情報とし、エンジン100の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間(基本噴射量)を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Tを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁5を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を吸気系1に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。また、このようにエンジン100の燃料噴射を制御する一方、電子制御装置6は、点火プラグ18によりプラズマ生成時に燃焼室内に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいてプラズマの生成状態を判定し、プラズマの生成状態が異常であると判定した場合に、運転状態を安全側に切り替えるよう、すなわちエンジン100をフェイルセーフ制御するようにプログラミングしてある。   In the above-described configuration, the electronic control unit 6 uses the intake pressure signal a output from the intake pressure sensor 13 and the rotation speed signal b output from the cam position sensor 14 as main information, and determines the operating state of the engine 100. The basic injection time (basic injection amount) is corrected by various correction coefficients determined accordingly to determine the fuel injection valve opening time, that is, the injector final energization time T, and the fuel injection valve 5 is controlled by the determined energization time. A program for injecting fuel corresponding to the engine load into the intake system 1 is incorporated. In addition, while the fuel injection of the engine 100 is controlled in this way, the electronic control unit 6 detects the current flowing in the combustion chamber at the time of plasma generation by the spark plug 18, and determines the plasma generation state based on the detected current. When it is determined that the plasma generation state is abnormal, programming is performed so that the operation state is switched to the safe side, that is, the engine 100 is subjected to fail-safe control.

このエンジン100にあっては、始動後の通常運転状態では高圧交流発生装置52が発生するマイクロ波を出力時期に合わせて点火プラグ18の中心電極から燃焼室30内に放射し、それにより生成されるプラズマと点火プラグ18による火花放電とを反応させて、混合気に着火するように構成されている。プラズマを生成する場合、マイクロ波が中心電極に印加されることにより、燃焼室30内には、点火プラグ18による火花放電に対して高周波電界が形成される。   In the engine 100, in a normal operation state after starting, the microwave generated by the high-voltage AC generator 52 is radiated from the center electrode of the spark plug 18 into the combustion chamber 30 in accordance with the output timing, and is generated thereby. The mixture is ignited by reacting the plasma and spark discharge by the spark plug 18. When generating plasma, a microwave is applied to the center electrode, whereby a high-frequency electric field is formed in the combustion chamber 30 against a spark discharge by the spark plug 18.

点火に際しては、点火プラグ18に点火コイル(図示しない)により火花放電を発生させて、火花放電とほぼ同時あるいはその直後にマイクロ波により高周波電界を発生させてプラズマを生成させることにより、燃焼室30内の混合気を急速に燃焼させる構成である。   At the time of ignition, a spark discharge is generated in the spark plug 18 by an ignition coil (not shown), and a high-frequency electric field is generated by microwaves almost simultaneously with or immediately after the spark discharge to generate plasma, thereby generating a combustion chamber 30. It is the structure which burns the inside air-fuel mixture rapidly.

具体的には、点火プラグ18による火花放電が高周波電界中でプラズマになり、火炎が大きくなる。   Specifically, the spark discharge by the spark plug 18 becomes plasma in a high-frequency electric field, and the flame becomes large.

これは、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、高周波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ラジカルになると共に、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体は電離した状態、言換するとプラズマ状態となることで、飛躍的に火炎が大きくなるものである。   This is because the flow of electrons due to the spark discharge and the ions and radicals generated by the spark discharge oscillate and meander due to the influence of the high-frequency electric field, resulting in a longer path length and the number of collisions with surrounding water and nitrogen molecules. This is due to a dramatic 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 ionized, in other words, a plasma state. The flame will increase dramatically.

この結果、高周波電界と反応することにより増大した火花放電により混合気に着火するため、着火領域が拡大し、点火プラグ18のみの二次元的な着火から三次元的な着火になる。したがって、初期燃焼が安定し、上述したラジカルの増加に伴って燃焼が燃焼室30内に急速に伝播し、高い燃焼速度で燃焼が拡大する。   As a result, the air-fuel mixture is ignited by the spark discharge increased by reacting with the high-frequency electric field, so that the ignition region is expanded and the two-dimensional ignition of only the spark plug 18 is changed to the three-dimensional ignition. Accordingly, the initial combustion is stabilized, the combustion rapidly propagates into the combustion chamber 30 with the increase of the radicals described above, and the combustion expands at a high combustion rate.

以上のような混合気の着火制御において、その時のプラズマの生成状態を、イオン電流を検出して把握し、不具合を生じる可能性がある場合は、エンジン100をフェイルセーフ制御するものである。   In the ignition control of the air-fuel mixture as described above, the state of plasma generation at that time is grasped by detecting the ionic current, and if there is a possibility of malfunction, the engine 100 is subjected to fail-safe control.

図2において、ステップS1では、プラズマ電流を検出する。このプラズマ電流の検出タイミングは点火プラグ18が火花放電し、かつ燃焼が始まるまでの間である。プラズマ電流は、プラズマが存在する場合に発生し、その大きさは、生成されるプラズマの量に比例するものである。燃焼が始まると、その燃焼ガスの中にあるイオンや電子によりイオン電流が流れるものである。この燃焼によるイオン電流は、ピストンが上死点に達して燃焼圧が最大となるタイミング付近において最大となる。   In FIG. 2, in step S1, a plasma current is detected. The detection timing of the plasma current is until the spark plug 18 sparks and combustion starts. The plasma current is generated when plasma is present, the magnitude of which is proportional to the amount of plasma generated. When combustion starts, an ion current flows due to ions and electrons in the combustion gas. The ionic current due to this combustion becomes maximum near the timing when the piston reaches top dead center and the combustion pressure becomes maximum.

ステップS2では、検出したプラズマ電流が上限値以上か否かを判定する。上限値は適合値であり、異常にプラズマを生成した場合に検出されるプラズマ電流値に対応して設定する。異常な量のプラズマとは、そのプラズマと火花放電とが反応した場合に、例えば点火プラグ18の中心電極や接地電極が部分的に損傷を受けることがある量のプラズマである。   In step S2, it is determined whether or not the detected plasma current is greater than or equal to an upper limit value. The upper limit value is a conforming value, and is set corresponding to the plasma current value detected when the plasma is abnormally generated. An abnormal amount of plasma is an amount of plasma in which, for example, the center electrode or the ground electrode of the spark plug 18 may be partially damaged when the plasma and spark discharge react.

検出したプラズマ電流の電流値がこのような上限値未満であると、ステップS3において、検出したプラズマ電流が下限値以下であるか否かを判定する。下限値は、上限値と同様に、適合値であり、プラズマの生成が異常で、必要とする量に達していない場合に検出されるプラズマ電流値に対応して設定する。下限値は、下限値を示したプラズマ電流が検出されたプラズマと火花放電とが反応した場合に、所望の燃焼速度とならない燃焼となる場合のもので適応されるものである。   If the current value of the detected plasma current is less than such an upper limit value, it is determined in step S3 whether or not the detected plasma current is equal to or lower than the lower limit value. Similar to the upper limit value, the lower limit value is a compatible value, and is set in accordance with the plasma current value detected when the generation of plasma is abnormal and the required amount is not reached. The lower limit value is applied when the plasma in which the plasma current indicating the lower limit value is detected reacts with the spark discharge when the combustion does not reach a desired combustion rate.

ステップS2で検出したプラズマ電流の電流値がこのような上限値以上であると、ステップS4においてプラズマの生成状態が異常であるとの判定を行う。同様にして、ステップS3において、検出したプラズマ電流の電流値が下限値以下である場合においても、ステップS4にて異常の判定を行う。   If the current value of the plasma current detected in step S2 is greater than or equal to such an upper limit value, it is determined in step S4 that the plasma generation state is abnormal. Similarly, even when the detected plasma current value is equal to or lower than the lower limit value in step S3, abnormality is determined in step S4.

ステップS5では、検出したプラズマ電流が下限値を上回り、かつ上限値未満である、すなわちエンジンの運転状態において必要不可欠な量、つまり過不足のない意図している規模あるいは状態のプラズマであるので、プラズマの生成状態が正常であることを判定する。   In step S5, the detected plasma current is above the lower limit value and below the upper limit value, that is, an amount that is indispensable in the operating state of the engine, that is, the plasma of the intended scale or state without excess or deficiency. It is determined that the plasma generation state is normal.

これに対して、ステップS4で異常判定を行った場合は、ステップS6において、エンジン100のフェイルセーフ制御を実行する。フェイルセーフ制御の具体的な内容については、後述する。   On the other hand, when the abnormality determination is performed in step S4, fail safe control of the engine 100 is executed in step S6. Specific contents of the fail safe control will be described later.

このように、プラズマの生成状態をプラズマ電流により検出し、検出結果に応じてエンジン100をフェイルセーフ制御するので、プラズマの生成状態により燃焼の低下や運転状態の変動などを抑制することができる。   As described above, the plasma generation state is detected by the plasma current, and the engine 100 is subjected to fail-safe control according to the detection result. Therefore, it is possible to suppress a decrease in combustion, a change in the operation state, and the like depending on the plasma generation state.

次に、図3は、フェイルセーフ制御の具体例である。   Next, FIG. 3 is a specific example of fail-safe control.

同図において、ステップS11においてプラズマの生成状態が上限を超えて異常であるか否かを判定する。すなわち、ステップS4にあっては、プラズマの生成状態異常を、ステップS2とステップS3との結果に基づいて行っている。したがって、ステップS11では、イオン電流が上限値以上であるプラズマの生成状態が上限を超えている異常であるのか、イオン電流が下限値以下であるプラズマの生成状態が下限を下回っている異常であるのかを判定する。   In the figure, in step S11, it is determined whether or not the plasma generation state exceeds the upper limit and is abnormal. That is, in step S4, the plasma generation state abnormality is performed based on the results of steps S2 and S3. Therefore, in step S11, it is an abnormality in which the plasma generation state in which the ion current is equal to or higher than the upper limit exceeds the upper limit, or an abnormality in which the plasma generation state in which the ion current is lower than the lower limit is lower than the lower limit. It is determined whether.

ステップS11において、プラズマの生成状態が上限を超えている異常でないと判定した場合は、ステップS12において点火時期を変更する。この場合、点火時期をマイクロ波の出力に適合したものに変更してフェイルセーフ制御を実行するものである。これに対して、プラズマの生成状態が上限を超えている異常であると判定した場合は、マイクロ波の出力を停止する。すなわち高圧交流発生装置52は、電子制御装置6からの制御信号に基づいて、制御回路51が作動して、マグネトロン50の出力を停止するものである。   If it is determined in step S11 that the plasma generation state does not exceed the upper limit, the ignition timing is changed in step S12. In this case, the fail-safe control is executed by changing the ignition timing to one suitable for the microwave output. On the other hand, when it is determined that the plasma generation state exceeds the upper limit, the microwave output is stopped. That is, in the high-voltage AC generator 52, the control circuit 51 is activated based on the control signal from the electronic control device 6 to stop the output of the magnetron 50.

したがって、プラズマの生成状態により、エンジン100に不都合な運転状態を抑制することができ、正常な状態でエンジン100を運転することができる。   Therefore, the operation state unfavorable for engine 100 can be suppressed by the plasma generation state, and engine 100 can be operated in a normal state.

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment.

上述の実施形態においては、検出したプラズマ電流の電流値によりプラズマの生成状態の異常を判定したが、プラズマ電流の周波数、検出期間内の電流値の積分値、検出タイミング、あるいは電流値のピーク位置などにより異常を判定するものであってもよい。これらの判定要素を用いる場合においても、上述の実施形態と同じに、所定の範囲をはずれる場合に異常と判定するものであってよい。   In the above-described embodiment, the abnormality of the plasma generation state is determined based on the detected current value of the plasma current. However, the frequency of the plasma current, the integrated value of the current value within the detection period, the detection timing, or the peak position of the current value An abnormality may be determined based on the above. Even in the case where these determination elements are used, it may be determined that an abnormality occurs when the predetermined range is not used, as in the above-described embodiment.

また、上述の実施形態においては、プラズマの生成状態が下限を下回っている場合に、点火時期を変更する制御を実行したが、燃焼状態が良好になるような制御であれば、点火時期の制御に限定するものではない。例えば、排気ガスの一部を吸入空気に混合する排気ガス還流制御を実施しているエンジンにあっては、その排気ガス還流量つまりEGRガス量を減量する制御がこのプラズマの生成状態に対して適用できる。同様にして、電磁波の出力を大にする、供給(噴射)する燃料を増量する、あるいは燃料の供給を中止する燃料カットを実行する場合の下限負荷を大きく設定するなどであってよい。 In the above-described embodiment, the control for changing the ignition timing is executed when the plasma generation state is below the lower limit. However, if the control is such that the combustion state is good, the ignition timing control is performed. It is not limited to. For example, in an engine that performs exhaust gas recirculation control in which part of the exhaust gas is mixed with intake air, the control for reducing the exhaust gas recirculation amount, that is, the EGR gas amount, is applied to the plasma generation state. Applicable. Similarly, the output of electromagnetic waves may be increased, the amount of fuel to be supplied (injected) may be increased, or the lower limit load when executing a fuel cut that stops the supply of fuel may be set.

さらに、マイクロ波は、上述のように、点火プラグ18を使用して燃焼室30に放射する以外に、専用のアンテナ、特にはモノポール型アンテナを燃焼室30内に突出するようにして設け、そのアンテナにプラズマ・イオン電流検出系40を接続してプラズマ電流及びイオン電流を検出するように構成するものであってよい。   Further, as described above, the microwave is radiated to the combustion chamber 30 using the spark plug 18, and a dedicated antenna, particularly a monopole antenna, is provided so as to protrude into the combustion chamber 30. A plasma / ion current detection system 40 may be connected to the antenna to detect plasma current and ion current.

加えて、上述の実施形態にあって、燃焼状態を検出するためのイオン電流を検出する際のイオン電流の信号雑音比を上げるために、イオン電流を検出する間は、マイクロ波の放射を短時間停止するものであってよい。   In addition, in the above-described embodiment, in order to increase the signal-to-noise ratio of the ionic current when detecting the ionic current for detecting the combustion state, the microwave radiation is shortened during the detection of the ionic current. It may stop for a time.

さらにまた、上述の実施形態においては、特にマイクロ波の周波数を限定しなかったが、好ましくは、マイクロ波の周波数は、水蒸気の吸収波帯とするものが挙げられる。このような周波数に設定することで、混合気内にもこれらの成分があるので、プラズマの生成効率を高くすることができる。仮に、マイクロ波が漏洩した場合であっても、これらの成分は大気中に多量に含まれるものであるので、マイクロ波が減衰しやすく、漏洩したマイクロ波の拡散を抑えることが可能である。   Furthermore, in the above-described embodiment, the frequency of the microwave is not particularly limited. Preferably, the microwave frequency is an absorption waveband of water vapor. By setting such a frequency, since these components are also present in the gas mixture, the plasma generation efficiency can be increased. Even if the microwave leaks, since these components are contained in a large amount in the atmosphere, the microwave is easily attenuated, and the diffusion of the leaked microwave can be suppressed.

高圧交流発生装置としては、上述のようなマグネトロンに代えて、進行波管などであってよく、さらには半導体によるマイクロ波発振回路を備えるものであってもよい。   The high-voltage AC generator may be a traveling wave tube or the like instead of the above-described magnetron, and may further include a semiconductor microwave oscillation circuit.

加えて、アンテナとしては、ビーム型のアンテナや、モノポール型のアンテナであってもよい。   In addition, the antenna may be a beam type antenna or a monopole type antenna.

さらには、点火プラグ18の中心電極をアンテナとして機能させて、高周波給電部とする場合、高周波を一定の電圧で中心電極に継続して印加すると、中心電極の温度が過剰に上昇するため、中心電極の耐熱温度に基づいて設定する上限温度を下回るように、高周波の電圧を制御するものである。   Further, when the center electrode of the spark plug 18 is made to function as an antenna to form a high-frequency power feeding unit, if the high frequency is continuously applied to the center electrode at a constant voltage, the temperature of the center electrode excessively increases, The high frequency voltage is controlled to be lower than the upper limit temperature set based on the heat resistant temperature of the electrode.

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の活用例として、ガソリンや液化天然ガスを燃料として点火プラグによる火花放電を着火に必要とする火花点火式内燃機関に活用することができる。   As an application example of the present invention, it can be used for a spark ignition type internal combustion engine that uses gasoline or liquefied natural gas as fuel and requires spark discharge by an ignition plug for ignition.

本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Structure explanatory drawing which shows schematic structure of embodiment of this invention. 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the control procedure of the embodiment. 同実施形態の具体例の制御手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the control procedure of the specific example of the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

6…電子制御装置
7…中央演算処理装置
8…記憶装置
9…入力インターフェース
11…出力インターフェースと、
50…マグネトロン
51…制御回路
52…高圧交流発生装置
18…点火プラグ
40…イオン電流検出系
30…燃焼室
6 ... Electronic control unit 7 ... Central processing unit 8 ... Storage unit 9 ... Input interface 11 ... Output interface
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Magnetron 51 ... Control circuit 52 ... High voltage alternating current generator 18 ... Spark plug 40 ... Ion current detection system 30 ... Combustion chamber

Claims (4)

電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグによる火花放電とを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の運転状態により電磁波の出力を制御する火花点火式内燃機関の運転制御方法であって、
点火プラグにより、燃焼が始まる前のプラズマ生成時に燃焼室内に流れる電流を検出し、
検出した電流に基づいてプラズマの生成状態を判定するものであり、
電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマが、そのプラズマと火花放電とが反応することで点火プラグの電極が部分的に損傷を受けることがあるような異常な量となっているか否かの判定を少なくとも行う火花点火式内燃機関の運転制御方法。
An operation control method for a spark ignition internal combustion engine that controls the output of electromagnetic waves according to the operation state of a spark ignition internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by reacting plasma generated in the combustion chamber by electromagnetic waves and spark discharge by an ignition plug. There,
The spark plug detects the current flowing in the combustion chamber when plasma is generated before combustion begins .
Based on the detected current, it determines the plasma generation state ,
Determine whether the plasma generated in the combustion chamber by electromagnetic waves has an abnormal amount that may cause partial damage to the spark plug electrode due to the reaction between the plasma and spark discharge. At least a spark ignition type internal combustion engine operation control method.
プラズマの生成状態が異常であると判定した場合に、運転状態を安全側に切り替える請求項1記載の火花点火式内燃機関の運転制御方法。 2. The operation control method for a spark ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein the operation state is switched to a safe side when it is determined that the plasma generation state is abnormal. プラズマの生成状態が意図する状態を下回って異常であると判定した場合に、電磁波の出力を大にする請求項2記載の火花点火式内燃機関の運転制御方法。 The operation control method for a spark ignition type internal combustion engine according to claim 2, wherein the output of the electromagnetic wave is increased when it is determined that the plasma generation state is lower than the intended state and is abnormal. 電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマが、そのプラズマと火花放電とが反応することで点火プラグの電極が部分的に損傷を受けることがあるような異常な量となっていると判定した場合に、電磁波の出力を停止する請求項2記載の火花点火式内燃機関の運転制御方法。 When it is determined that the plasma generated in the combustion chamber by electromagnetic waves has an abnormal amount that may cause partial damage to the spark plug electrode due to the reaction between the plasma and spark discharge The operation control method for a spark ignition type internal combustion engine according to claim 2, wherein the output of electromagnetic waves is stopped.
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