JP5817630B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、気筒内部にプラズマを発生させる装置を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置の技術分野に関する。   The present invention relates to a technical field of a control device for an internal combustion engine that controls an internal combustion engine provided with a device for generating plasma inside a cylinder.

この種の内燃機関が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されたディーゼルエンジンによれば、プラズマを利用して燃焼室に燃料反応を促進させる条件を作り出し、後燃え期間を短縮することによりPM(Particulate Matter:粒子状物質)を低減することができるとされている。   This type of internal combustion engine is disclosed in Patent Document 1. According to the diesel engine disclosed in Patent Document 1, the conditions for accelerating the fuel reaction in the combustion chamber using plasma are created, and the PM (Particulate Matter) is reduced by shortening the afterburn period. It is supposed to be possible.

また、特許文献2には、着火前に筒内にプラズマを発生させる技術が提案されている。   Patent Document 2 proposes a technique for generating plasma in a cylinder before ignition.

尚、プラズマの発生手法は、特許文献3にも開示されている。   A method for generating plasma is also disclosed in Patent Document 3.

特開2001−317360号公報JP 2001-317360 A 特開2009−036201号公報JP 2009-036211 特開2009−287549号公報JP 2009-287549 A

特許文献1には、プラズマを発生させる時期に関し、燃料噴射開始が検出されたことを放電電極への印加条件とする点が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 discloses that the application condition to the discharge electrode is that the start of fuel injection is detected with respect to the timing of generating plasma.

しかしながら、燃料噴射開始をトリガとする場合、実際に燃焼室にプラズマが発生する時期は明確でなく、燃焼反応との相対的関係は成り行きで変化する。即ち、特許文献2に開示されるように燃焼室において燃焼反応が生じる以前にプラズマが発生することもあれば、逆に燃焼反応が生じた以後にプラズマが発生することもある。   However, when the start of fuel injection is used as a trigger, the time when plasma is actually generated in the combustion chamber is not clear, and the relative relationship with the combustion reaction changes depending on the situation. That is, as disclosed in Patent Document 2, plasma may be generated before the combustion reaction occurs in the combustion chamber, or conversely, the plasma may be generated after the combustion reaction occurs.

ここで、燃焼反応発生以前に燃焼室にプラズマが発生すると、燃焼が活発になり過ぎてNOxの生成量や燃焼騒音が増大する。また、燃焼反応後半でプラズマが発生すると、筒内温度や筒内圧力が低くなり過ぎてプラズマとPMとの反応速度が低下し、PMの浄化効率が低下する。特許文献1乃至3に開示されたものを含む旧来の装置には、このような問題を想定したものはなく、結局の所、燃焼室で発生させたプラズマがPMの浄化に必ずしも有効に機能しない。   Here, if plasma is generated in the combustion chamber before the combustion reaction occurs, combustion becomes too active, and the amount of NOx produced and combustion noise increase. In addition, when plasma is generated in the second half of the combustion reaction, the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure become too low, the reaction rate between the plasma and PM decreases, and the PM purification efficiency decreases. None of the conventional devices including those disclosed in Patent Documents 1 to 3 assume such a problem, and ultimately, the plasma generated in the combustion chamber does not necessarily function effectively for PM purification. .

一方、プラズマを発生させるには電力資源が必要であり、とりわけ特許文献1に開示されるようにコロナ放電を使用するものに至っては高電圧が必要となる。従って、電力資源の効率的利用の観点から言えばプラズマの発生期間は短い方が良く、その点からもプラズマの有効利用が求められている。   On the other hand, in order to generate plasma, electric power resources are required, and in particular, a high voltage is required for those using corona discharge as disclosed in Patent Document 1. Therefore, from the viewpoint of efficient use of power resources, it is better that the plasma generation period is short, and from this point of view, effective use of plasma is required.

本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、プラズマをPM浄化に効率的に利用し得る内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。   This invention is made in view of the point which concerns, and makes it a subject to provide the control apparatus of the internal combustion engine which can utilize a plasma efficiently for PM purification.

上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内圧を検出可能な筒内圧検出手段と、筒内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生装置とを備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の行程容積及び前記検出された筒内圧から筒内の燃焼温度を推定する燃焼温度推定手段と、予め設定された機関運転条件と混合気の当量比との関係から前記当量比を推定する当量比推定手段と、前記推定された燃焼温度及び当量比並びに予め設定された前記燃焼温度及び当量比とPM排出量との関係からPM排出量を推定する排出量推定手段と、前記推定されたPM排出量に基づいて前記プラズマの発生時期を制御する制御手段とを具備することを特徴とする(請求項1)。   In order to solve the above-described problems, an internal combustion engine control apparatus according to the present invention includes an in-cylinder pressure detecting unit capable of detecting an in-cylinder pressure and an internal combustion engine including a plasma generator capable of generating plasma in the cylinder. A control device for an internal combustion engine for controlling an engine, wherein combustion temperature estimation means for estimating a combustion temperature in a cylinder from a stroke volume of the internal combustion engine and the detected in-cylinder pressure, and mixing with a preset engine operating condition Equivalent ratio estimating means for estimating the equivalent ratio from the relationship with the equivalent ratio of gas, PM emission from the estimated combustion temperature and equivalent ratio, and the relationship between the preset combustion temperature and equivalent ratio and PM emission amount An emission amount estimation means for estimating the amount and a control means for controlling the generation time of the plasma based on the estimated PM emission amount (Claim 1).

本発明に係る内燃機関は、燃料の燃焼に伴う熱エネルギを運動エネルギに変換して取り出し可能な機関を包括する概念であるが、好適には更に、燃料を気筒内部に直接噴射する噴射機構を備えた機関である。例えば、このような内燃機関は、圧縮自着火型のディーゼルエンジンや、筒内直噴型のガソリンエンジン等を指す。   The internal combustion engine according to the present invention is a concept that encompasses an engine that can extract thermal energy associated with the combustion of fuel by converting it into kinetic energy, but preferably further includes an injection mechanism that directly injects fuel into the cylinder. It is an equipped organization. For example, such an internal combustion engine refers to a compression self-ignition type diesel engine, an in-cylinder direct injection type gasoline engine, or the like.

本発明に係るプラズマ発生装置は、内燃機関の各気筒に形成される燃焼室においてプラズマを発生させることが可能な装置であり、公知の各種実践的態様の下に構築可能である。プラズマ発生装置は、例えば、電気的に接地された陰極と高電圧印加用の正極とを含む一対の電極と、正極に高電圧を印加する電圧印加装置と、当該印加電圧を制御する制御装置とを含み、電極間にコロナ放電を生じさせることによってプラズマを発生させる装置であってもよい。また、例えば、給電手段としてのアンテナから燃焼室内にマイクロ波帯の電磁波を照射して荷電粒子にエネルギを付与することによりプラズマを発生させる装置であってもよい。尚、プラズマ発生装置は、好適には、気筒毎に独立してプラズマを発生させることが可能である。   The plasma generating apparatus according to the present invention is an apparatus capable of generating plasma in a combustion chamber formed in each cylinder of an internal combustion engine, and can be constructed under various known practical aspects. The plasma generator includes, for example, a pair of electrodes including an electrically grounded cathode and a positive electrode for applying a high voltage, a voltage applying device that applies a high voltage to the positive electrode, and a control device that controls the applied voltage. And a device that generates plasma by generating corona discharge between the electrodes. Further, for example, an apparatus that generates plasma by irradiating microwaves in the combustion chamber from an antenna serving as a power feeding unit to impart energy to charged particles may be used. Note that the plasma generator is preferably capable of generating plasma independently for each cylinder.

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、筒内の燃焼温度及び筒内の混合気の当量比と筒内のPM排出量との関係が、例えば実験的に、経験的に又は理論的に、例えば制御上参照し得るマップ等として予め設定されている。従って、排出量推定手段は、この設定された関係からPM排出量を推定することができる。尚、燃焼温度及び当量比との関係性が定義される「PM排出量」とは、厳密な量概念に留まらず、濃度(単位体積当りの重量や個数)等の規格化された量概念、言い換えれば、内燃機関のその時点の運転条件に応じて適宜厳密な量概念に換算可能な量概念を含み得る。   According to the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the relationship between the combustion temperature in the cylinder, the equivalence ratio of the mixture in the cylinder, and the PM emission amount in the cylinder is, for example, experimentally, empirically, or theoretically. For example, it is set in advance as a map that can be referred to for control. Therefore, the emission amount estimation means can estimate the PM emission amount from this set relationship. The “PM emission amount” in which the relationship between the combustion temperature and the equivalence ratio is defined is not limited to a strict quantity concept, but a standardized quantity concept such as concentration (weight or number per unit volume), In other words, a quantity concept that can be appropriately converted into a strict quantity concept can be included depending on the current operating conditions of the internal combustion engine.

本発明に係る内燃機関の制御装置では、制御手段が、この推定されたPM排出量に基づいてプラズマの発生時期を制御する構成となっている。尚、「プラズマの発生時期を制御する」とは、プラズマの発生を促すエネルギ資源の供給時期(上記例で言えば、電圧の印加時期又は電磁波の照射時期等)を含む趣旨である。即ち、プラズマの発生が一種の化学的現象であるところ、プラズマの発生時期に厳密な制御性を与えることは必ずしも容易でない。その点から、好適には、プラズマの発生を惹起し得る各種の代替的制御量をもって発生時期が代替的に制御され得る。   In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the control means is configured to control the generation time of the plasma based on the estimated PM emission amount. Note that “controlling the generation time of plasma” includes the supply time of energy resources that promote the generation of plasma (in the above example, the application time of voltage or the irradiation time of electromagnetic waves). That is, where plasma generation is a kind of chemical phenomenon, it is not always easy to give strict controllability to plasma generation timing. From this point, preferably, the generation timing can be controlled alternatively with various alternative control amounts that can cause the generation of plasma.

ここで、PMは、スート(煤)等を主成分とする粒子状物質であり、筒内燃焼反応における未燃成分である。即ち、本発明に係る内燃機関の制御装置では、プラズマは燃焼反応開始以後に発生するように制御される。従って、燃焼反応以前に混合気が活性化されることによる過早着火、NOxの増大、燃焼騒音の増大等は生じない。   Here, PM is a particulate material mainly composed of soot (soot) or the like, and is an unburned component in the in-cylinder combustion reaction. That is, in the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the plasma is controlled to be generated after the start of the combustion reaction. Therefore, pre-ignition, NOx increase, combustion noise increase, and the like due to activation of the air-fuel mixture before the combustion reaction do not occur.

一方、上記燃焼温度及び当量比は、夫々が再現性をもって特定可能な時間概念に対応付けられる形で推定される。従って、排出量推定手段は、気筒における燃焼行程において刻々と変化し得るPM排出量を時間概念に対応付けて推定することが出来る。尚、内燃機関の制御上、時間概念がクランク角により与えられるのが適当である点に鑑みれば、これらは好適にはクランク角に対応付けて推定される。この際、例えばクランク角センサの検出周期毎にこれらが推定され記憶されてもよいし、適当な推定周期が定められていてもよい。   On the other hand, the combustion temperature and the equivalence ratio are estimated in a form associated with a time concept that can be specified with reproducibility. Therefore, the emission amount estimation means can estimate the PM emission amount that can change every moment in the combustion stroke in the cylinder in association with the time concept. In view of the fact that it is appropriate that the concept of time is given by the crank angle in the control of the internal combustion engine, these are preferably estimated in association with the crank angle. At this time, for example, these may be estimated and stored for each detection period of the crank angle sensor, or an appropriate estimation period may be determined.

このため、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、プラズマを所望のPM排出量に同期させて発生させることができる。例えば、PM排出量が相対的に多くなる期間や、PM排出量が一サイクル内で最大となる時期においてプラズマを発生させることができ、PM排出量が相対的に少ない状況下でプラズマが生成されることによる電力資源の浪費や、PM排出量が相対的に多い状況下でプラズマが生成されないことによる機会損失等を防止することが出来る。即ち、プラズマをPMの浄化に効率的に利用することが可能となるのである。   For this reason, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, plasma can be generated in synchronization with a desired PM emission amount. For example, plasma can be generated during a period when the PM emission amount is relatively large or when the PM emission amount is maximum within one cycle, and plasma is generated under a situation where the PM emission amount is relatively small. It is possible to prevent waste of electric power resources due to the occurrence of loss of opportunity and loss of opportunity due to the fact that plasma is not generated under the condition where the amount of PM emission is relatively large. That is, the plasma can be efficiently used for the purification of PM.

尚、燃焼温度推定手段は、検出された筒内圧と行程容積から燃焼温度を推定する。行程容積は内燃機関毎にクランク角に応じて定まり得る固有値であるから、筒内圧をクランク角に対応付けて検出すれば、或いは後々クランク角に対応付けることにより、圧縮行程から燃焼行程にかけての断熱変化における燃焼温度は、予め実験的に、経験的に又は理論的に構築された演算式に従って、時間概念に対応付けられた形で推定することが出来る。   The combustion temperature estimating means estimates the combustion temperature from the detected in-cylinder pressure and stroke volume. Since the stroke volume is an eigenvalue that can be determined according to the crank angle for each internal combustion engine, if the in-cylinder pressure is detected in association with the crank angle, or later in association with the crank angle, the adiabatic change from the compression stroke to the combustion stroke The combustion temperature in can be estimated in a form corresponding to the time concept according to an arithmetic expression that is experimentally, empirically, or theoretically constructed in advance.

また、当量比推定手段は、機関運転条件と当量比との予め定められた関係から混合気の当量比を推定する。当量比は、燃焼室において混合気が均質であれば、理論空燃比、即ち燃料と空気との化学量論的な重量比率と実際の空燃比から求め得る。一方、燃料が筒内に直接噴射される本発明に係る内燃機関の構成では、燃料噴霧と空気が偏りを持って混合する。ここで、燃料噴霧は噴孔から噴射された直後から雰囲気を取り込みつつ拡散するため、当量比を正確に得るために、燃焼室における燃料噴霧の形状或いは挙動を推定する計算モデルが好適に利用される。上記予め定められた関係とは、このような計算モデルを好適に含むものであり、機関運転条件とは、例えば、機関回転数、筒内噴射燃料量、筒内吸入空気量、燃料密度、燃料噴射圧、噴孔径等を含み得る。   Further, the equivalence ratio estimation means estimates the equivalence ratio of the air-fuel mixture from a predetermined relationship between the engine operating condition and the equivalence ratio. If the air-fuel mixture is homogeneous in the combustion chamber, the equivalence ratio can be obtained from the stoichiometric air-fuel ratio, that is, the stoichiometric weight ratio of fuel to air and the actual air-fuel ratio. On the other hand, in the configuration of the internal combustion engine according to the present invention in which the fuel is directly injected into the cylinder, the fuel spray and the air are mixed with a bias. Here, since the fuel spray diffuses while taking in the atmosphere immediately after being injected from the nozzle hole, a calculation model for estimating the shape or behavior of the fuel spray in the combustion chamber is preferably used in order to accurately obtain the equivalence ratio. The The predetermined relationship preferably includes such a calculation model, and the engine operating conditions include, for example, engine speed, cylinder injection fuel amount, cylinder intake air amount, fuel density, fuel It may include injection pressure, nozzle hole diameter, and the like.

本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記燃焼温度推定手段は、クランク角に対応付けて前記燃焼温度を推定し、前記当量比推定手段は、クランク角に対応付けて前記当量比を推定する(請求項2)。   In one aspect of the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the combustion temperature estimating means estimates the combustion temperature in association with a crank angle, and the equivalence ratio estimating means in association with a crank angle. The ratio is estimated (claim 2).

上述したように、燃焼温度及び当量比をクランク角に対応付けて推定することが出来れば、必然的にPM排出量をクランク角に対応付けて推定することができ、プラズマをより効率的且つ効果的に発生させ得るので実践上有益である。尚、燃焼温度及び当量比とクランク角との対応付けに係る実践的態様は多義的である。例えば、燃焼温度及び当量比は、夫々クランク角と一対一、一対多、多対一又は多対多に対応付けられてよい。   As described above, if the combustion temperature and the equivalence ratio can be estimated in association with the crank angle, the PM emission amount can inevitably be estimated in association with the crank angle, and the plasma is more efficiently and effectively produced. Because it can be generated automatically, it is useful in practice. In addition, the practical aspect which concerns on matching with combustion temperature and equivalence ratio, and a crank angle is ambiguous. For example, the combustion temperature and the equivalence ratio may be associated with the crank angle on a one-to-one, one-to-many, many-to-one, or many-to-many basis.

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記推定されたPM排出量が最大となる時期又は期間を判定する判定手段を更に具備し、前記制御手段は、前記判定された時期又は期間においてプラズマを発生させる(請求項3)。   In another aspect of the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the control device further includes a determination unit that determines a timing or a period when the estimated PM emission amount is maximum, and the control unit is configured to determine the determined timing or Plasma is generated during the period (claim 3).

この態様によれば、判定手段により、推定されたPM排出量が最大となる時期又は期間が判定される。尚、時期又は期間は、夫々クランク角又はクランク角の範囲と置き換えられてもよい。この時期又は期間においてプラズマを発生させれば、プラズマによる高いPM浄化効率を獲得することができるため好適である。   According to this aspect, the determination means determines the time or period when the estimated PM emission amount is maximum. Note that the time or period may be replaced with a crank angle or a range of crank angles, respectively. If plasma is generated during this period or period, it is preferable because high PM purification efficiency by plasma can be obtained.

尚、本態様における「最大」の定義は一義的でなく、「PM排出量が最大となる」とは、例えば、一気筒の一燃焼行程において最大となること、一気筒の一燃焼行程においてPM排出量が増加傾向から減少傾向に転じること、PM排出量が予め設定される閾値を超えること、過去の燃焼行程において最大値であること等を含み得る。   In addition, the definition of “maximum” in this aspect is not unambiguous, and “maximum PM emission” means, for example, that it is maximum in one combustion stroke of one cylinder, or PM in one combustion stroke of one cylinder. The emission amount may change from an increasing tendency to a decreasing tendency, the PM emission amount may exceed a preset threshold, the maximum value in the past combustion stroke, and the like.

尚、この態様では、前記制御手段は、前記判定された時期又は期間の先回値に基づいて前記プラズマを発生させてもよい(請求項4)。   In this aspect, the control means may generate the plasma based on a previous value of the determined time or period.

この態様によれば、PM排出量が最大となる時期又は期間の先回値に基づいてプラズマの発生時期が制御される。このため、一燃焼行程におけるPM排出量の推定とプラズマの制御とを独立して行うことが出来、制御手段が所謂ビジー状態に陥る懸念が少ない。また、PM排出量が一燃焼行程で最大となる時期又は期間は、厳密には当該燃焼行程が終了するまで確定しないから、PM排出量のリアルタイムな推定結果をプラズマの発生時期にリアルタイムに反映する場合、PM排出量が一燃焼行程で最大となる時期又は期間にプラズマを発生させることは困難である。   According to this aspect, the plasma generation time is controlled based on the previous value of the time or period when the PM emission amount becomes maximum. For this reason, the estimation of the PM emission amount in one combustion stroke and the control of the plasma can be performed independently, and there is little fear that the control means falls into a so-called busy state. In addition, since the timing or period when the PM emission amount becomes maximum in one combustion stroke is not strictly determined until the combustion stroke is completed, the real-time estimation result of the PM emission amount is reflected in the plasma generation timing in real time. In this case, it is difficult to generate plasma at a time or period when the PM emission amount becomes maximum in one combustion stroke.

その点、本態様ではPM排出量の先回値が利用される。従って、PM排出量が少なくとも過去において最大となった時期又は期間にプラズマを発生させることができ、プラズマの発生時期に合理性と妥当性とを与えることが出来る。また、先回値とは概念的には過去の値を意味するが、現実的には、前回値又は制御上無理なく参照可能な直近の過去の値を意味する。従って、先回値を利用しても、実践的には、プラズマの発生時期がリアルタイムに進行する最新の燃焼行程においてPM排出量が最大となる時期から大きく逸脱することはない。従って、安定したPM浄化効率は担保される。   In this respect, the previous value of the PM emission amount is used in this aspect. Therefore, plasma can be generated at least at the time or period when the PM emission amount becomes the maximum in the past, and rationality and validity can be given to the generation time of the plasma. The previous value conceptually means a past value, but actually means the previous value or the latest past value that can be referred to without difficulty in control. Therefore, even if the previous value is used, practically, there is no significant deviation from the time when the PM emission amount becomes maximum in the latest combustion stroke in which the generation time of plasma proceeds in real time. Therefore, stable PM purification efficiency is ensured.

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。   Such an operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.

本発明の第1実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなるブロック図である。1 is a block diagram conceptually showing a configuration of an engine system according to a first embodiment of the present invention. 図1のエンジンシステムにおけるエンジンの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the engine in the engine system of FIG. 図2のエンジンにおける燃焼室周辺の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view around a combustion chamber in the engine of FIG. 2. 図1のエンジンシステムにおいてECUにより実行されるプラズマ点火制御のフローチャートである。2 is a flowchart of plasma ignition control executed by an ECU in the engine system of FIG. 図4の制御において推定される筒内圧及び燃焼温度の一時間推移を例示する図である。It is a figure which illustrates the 1 hour transition of the cylinder pressure estimated in control of FIG. 4, and combustion temperature. 本発明の第2実施形態に係るプラズマ点火制御のフローチャートである。It is a flowchart of the plasma ignition control which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなるブロック図である。It is a block diagram showing notionally the composition of the engine system concerning a 3rd embodiment of the present invention. 図7のエンジンシステムにおけるエンジンの燃焼室周辺の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the combustion chamber periphery of the engine in the engine system of FIG. 図7のエンジンシステムにおいてECUにより実行されるプラズマ点火制御のフローチャートである。It is a flowchart of the plasma ignition control performed by ECU in the engine system of FIG. 図9の制御の効果を例示する燃焼室周辺の概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view around the combustion chamber illustrating the effect of the control of FIG. 9.

<発明の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の各種実施形態について説明する。
<Embodiment of the Invention>
Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1実施形態>
<実施形態の構成>
始めに、図1を参照し、本発明の第1実施形態に係るエンジンシステム10の構成について説明する。ここに、図1は、エンジンシステム10の構成を概念的に表してなるブロック図である。
<First Embodiment>
<Configuration of Embodiment>
First, the configuration of the engine system 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the configuration of the engine system 10.

図1において、エンジンシステム10は、図示せぬ車両に搭載され、ECU100、エンジン200及びプラズマ発生装置300を備える。   In FIG. 1, an engine system 10 is mounted on a vehicle (not shown), and includes an ECU 100, an engine 200, and a plasma generator 300.

ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM等を備え、エンジンシステム10の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ECU100は、ROMに格納された制御プログラムに従って、後述するプラズマ点火制御を実行可能に構成されている。尚、ECU100は、本発明に係る「燃焼温度推定手段」、「当量比推定手段」、「排出量推定手段」、「制御手段」及び「判定手段」の夫々一例として機能し得る一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、これら各手段は、例えば複数のECU、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。   The ECU 100 is an electronic control unit that includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM, and the like, and is configured to be able to control the operation of the engine system 10. Is an example. The ECU 100 is configured to execute plasma ignition control, which will be described later, according to a control program stored in the ROM. The ECU 100 is an integrated electronic control that can function as an example of each of the “combustion temperature estimation means”, “equivalence ratio estimation means”, “emission amount estimation means”, “control means”, and “determination means” according to the present invention. Although it is a unit, the physical, mechanical, and electrical configuration of each means according to the present invention is not limited to this, and each means includes, for example, a plurality of ECUs, various processing units, various controllers, You may comprise as various computer systems etc., such as a microcomputer apparatus.

エンジン200は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるディーゼルエンジンである。ここで、図2を参照し、エンジン200の詳細な構成について説明する。ここに、図2は、エンジン200の概略断面図である。   The engine 200 is a diesel engine as an example of the “internal combustion engine” according to the present invention. Here, a detailed configuration of the engine 200 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the engine 200.

エンジン200は、シリンダブロック201に収容された複数の気筒202の内部において、直噴インジェクタ212から噴射された燃料(ここでは、軽油)と吸入空気との混合気を圧縮自着火させると共に、その燃焼に伴うピストン203の往復運動を、コネクティングロッド204を介してクランク軸205の回転運動に変換可能に構成された圧縮自着火型内燃機関である。尚、気筒202は、紙面と垂直な方向に配列しており、エンジン200は直列多気筒エンジンとなっている。   The engine 200 compresses and ignites an air-fuel mixture of fuel (here, light oil) injected from the direct injection injector 212 and intake air inside a plurality of cylinders 202 accommodated in the cylinder block 201 and combustion thereof. The compression self-ignition internal combustion engine is configured so that the reciprocating motion of the piston 203 accompanying the above can be converted into the rotational motion of the crankshaft 205 via the connecting rod 204. The cylinders 202 are arranged in a direction perpendicular to the paper surface, and the engine 200 is an in-line multi-cylinder engine.

クランク軸205近傍には、クランク軸205の回転角であるクランク角θcrkを検出可能なクランク角センサ206が設置されている。このクランク角センサ206は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたクランク角θcrkは、一定又は不定の周期でECU100に参照される構成となっている。   A crank angle sensor 206 capable of detecting a crank angle θcrk, which is a rotation angle of the crankshaft 205, is installed in the vicinity of the crankshaft 205. This crank angle sensor 206 is electrically connected to the ECU 100, and the detected crank angle θcrk is referred to the ECU 100 at a constant or indefinite period.

エンジン200において、外部から吸入された空気は、吸気管207に導かれる。吸気管207に連通する、シリンダヘッドCHに形成された吸気ポート209の上流側には、吸気ポート209に導かれる新気の量(新気量)を調節するSCV(Swirl Control Valve)208が配設されている。このSCV208は、ECU100と電気的に接続された不図示のアクチュエータによってその駆動状態が制御される構成となっている。   In the engine 200, air sucked from the outside is guided to the intake pipe 207. An SCV (Swirl Control Valve) 208 for adjusting the amount of fresh air (fresh air amount) guided to the intake port 209 is arranged on the upstream side of the intake port 209 formed in the cylinder head CH, which communicates with the intake pipe 207. It is installed. The SCV 208 is configured such that its drive state is controlled by an actuator (not shown) that is electrically connected to the ECU 100.

ここで、吸気ポート209は、SCV208を通過した新気が気筒202内に吸入された時に当該吸気の旋回流(以下、適宜「スワール流」と表現する)が形成されるように、紙面奥行き方向に湾曲している。SCV208は、その弁開度(SCV開度)に応じて、このスワール流の流速Vswを変化させることが出来る。尚、このスワール流は、概ね紙面左右方向に沿った断面に沿って形成される。別言すれば、このスワール流は、略円筒状の気筒202の湾曲した内壁に沿って形成される。ECU100は、スワール流の角速度と、クランク軸205の角速度との比であるスワール比SRを、SCV開度、吸入空気量Ga及び機関回転数NEから公知の手法に従って適宜算出することができる。   Here, the intake port 209 forms a swirling flow of the intake air (hereinafter, referred to as “swirl flow” as appropriate) when fresh air that has passed through the SCV 208 is drawn into the cylinder 202. Is curved. The SCV 208 can change the flow velocity Vsw of the swirl flow according to the valve opening (SCV opening). In addition, this swirl flow is formed along the cross section which followed the paper surface left-right direction substantially. In other words, the swirl flow is formed along the curved inner wall of the substantially cylindrical cylinder 202. The ECU 100 can appropriately calculate the swirl ratio SR, which is the ratio between the angular velocity of the swirl flow and the angular velocity of the crankshaft 205, from the SCV opening, the intake air amount Ga, and the engine speed NE according to a known method.

気筒202と吸気ポート209とは、吸気バルブ210の開閉によってその連通状態が制御されており、上述した吸気は、この吸気バルブ210の開弁時に気筒202内に吸入される。尚、この吸気バルブ210は、クランク軸205に不図示のスプロケット等を介して連結された吸気カム軸に取り付けられた、断面視楕円形状を有する吸気カム211のカムプロファイルに従って開閉駆動される構成となっている。   The communication state between the cylinder 202 and the intake port 209 is controlled by opening and closing the intake valve 210, and the intake air described above is taken into the cylinder 202 when the intake valve 210 is opened. The intake valve 210 is driven to open and close in accordance with a cam profile of an intake cam 211 having an elliptical shape in section when attached to an intake camshaft connected to the crankshaft 205 via a sprocket (not shown). It has become.

気筒202内には、直噴インジェクタ212の燃料噴射弁が露出しており、直噴インジェクタ212から噴射された燃料噴霧は、この気筒202内において、吸気ポート209を介して吸入された新気と混合され上述した混合気となる。気筒202で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ210の開閉に連動して開閉する排気バルブ213の開弁時に排気ポート214を介して排気管215に導かれる。尚、排気管215には、図示せぬDPF(Diesel Particulate Filter)が設置されており、排気中に含まれるPMは、このDPFに一時的に捕捉された後、然るべき再生タイミングで浄化される。尚、DPFにおけるPMの浄化方法は特に限定されない。例えば、ポスト噴射による後燃えの促進によりDPFを昇温させ、捕捉したPMを酸化燃焼させてもよい。   The fuel injection valve of the direct injection injector 212 is exposed in the cylinder 202, and the fuel spray injected from the direct injection injector 212 and fresh air sucked through the intake port 209 in the cylinder 202 are exposed. It is mixed and becomes the above-mentioned air-fuel mixture. The air-fuel mixture burned in the cylinder 202 becomes exhaust gas, and is led to the exhaust pipe 215 via the exhaust port 214 when the exhaust valve 213 that opens and closes in conjunction with opening and closing of the intake valve 210 is opened. A DPF (Diesel Particulate Filter) (not shown) is installed in the exhaust pipe 215, and PM contained in the exhaust is temporarily captured by the DPF and then purified at an appropriate regeneration timing. The PM purification method in the DPF is not particularly limited. For example, the DPF may be heated by promoting post-combustion by post injection, and the captured PM may be oxidized and burned.

気筒202を収容するシリンダブロック201を取り囲むように張り巡らされたウォータジャケットには、エンジン200を冷却するために循環供給される冷却水(LLC)に係る冷却水温Twを検出するための冷却水温センサ216が配設されている。更に、ピストン203がTDC(Top Death Center:上死点)に位置する状態でピストン203の上面部分と気筒202の内壁部分とにより規定される空間である燃焼室には、気筒202内部の圧力である筒内圧Pcylを検出可能な筒内圧センサ217のセンサ端子が露出している。更に、吸気管207には、吸入空気の圧力である吸気圧Pinを検出可能な吸気圧センサ218と、吸入空気量Gaを検出可能なエアフローメータ219とが設置される。   A cooling water temperature sensor for detecting a cooling water temperature Tw related to the cooling water (LLC) circulated and supplied to cool the engine 200 is provided in a water jacket stretched around the cylinder block 201 containing the cylinder 202. 216 is provided. Further, in the combustion chamber, which is a space defined by the upper surface portion of the piston 203 and the inner wall portion of the cylinder 202 in a state where the piston 203 is positioned at TDC (Top Death Center), the pressure inside the cylinder 202 is increased. A sensor terminal of an in-cylinder pressure sensor 217 capable of detecting a certain in-cylinder pressure Pcyl is exposed. Further, the intake pipe 207 is provided with an intake pressure sensor 218 that can detect an intake pressure Pin that is the pressure of intake air, and an air flow meter 219 that can detect an intake air amount Ga.

これら各センサは、ECU100と電気的に接続されており、検出された冷却水温Tw、筒内圧力Pcy、吸気圧Pin及び吸入空気量Gaは、夫々ECU100により、夫々一定又は不定の周期で参照される構成となっている。   Each of these sensors is electrically connected to the ECU 100, and the detected coolant temperature Tw, in-cylinder pressure Pcy, intake pressure Pin, and intake air amount Ga are respectively referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite period. It is the composition which becomes.

ここで、直噴インジェクタ212について補足する。直噴インジェクタ212は、不図示の高圧燃料供給装置の一部であり、高温高圧の燃焼室に燃料を燃料噴霧として噴射可能に構成されている。この高圧燃料供給装置は、燃料を貯蔵する燃料タンク、燃料タンクから燃料を汲み上げフィード圧Pfdの低圧燃料として供給する低圧ポンプ、供給される低圧燃料を昇圧する高圧ポンプ及びコモンレール等を含む公知の燃料供給系である。   Here, the direct injection injector 212 will be supplemented. The direct injection injector 212 is a part of a high-pressure fuel supply device (not shown), and is configured to be able to inject fuel as a fuel spray into a high-temperature and high-pressure combustion chamber. This high-pressure fuel supply device includes a fuel tank that stores fuel, a low-pressure pump that pumps fuel from the fuel tank and supplies it as a low-pressure fuel with a feed pressure Pfd, a high-pressure pump that boosts the supplied low-pressure fuel, a common rail, and the like. Supply system.

コモンレールは、高圧ポンプから供給された高圧燃料を蓄積し、気筒毎に備わる直噴インジェクタ212に安定供給するための燃料バッファである。コモンレールに貯留された高圧燃料の圧力であるレール圧Pcr(Pcr>Pfd)は、レール圧センサにより検出される。レール圧センサは、ECU100と電気的に接続されており、検出されたレール圧Pcrは、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。尚、ECU100は、高圧ポンプに備わる電磁調量弁の駆動制御により高圧ポンプの駆動負荷を制御することにより、レール圧Pcrを所望の目標圧に維持することが出来る。各直噴インジェクタ212は、コモンレールに連結されている。   The common rail is a fuel buffer for accumulating high-pressure fuel supplied from a high-pressure pump and stably supplying it to the direct injection injector 212 provided for each cylinder. Rail pressure Pcr (Pcr> Pfd), which is the pressure of the high-pressure fuel stored in the common rail, is detected by a rail pressure sensor. The rail pressure sensor is electrically connected to the ECU 100, and the detected rail pressure Pcr is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite period. The ECU 100 can maintain the rail pressure Pcr at a desired target pressure by controlling the driving load of the high-pressure pump by controlling the driving of the electromagnetic metering valve provided in the high-pressure pump. Each direct injection injector 212 is connected to a common rail.

直噴インジェクタ212の燃料噴射弁は、先述したように各気筒202の燃焼室に露出している。直噴インジェクタ212は、燃料噴射弁の開弁期間及びレール圧Pcrにより定まる量の燃料を、噴霧として気筒202の内部に噴射可能に構成されている。尚、直噴インジェクタ212は、所謂多孔式の噴射装置であり、燃料噴射弁における燃料噴射用の噴孔は、周状に形成された気筒202の内壁(側壁)に沿って周状に複数形成されている。   The fuel injection valve of the direct injector 212 is exposed to the combustion chamber of each cylinder 202 as described above. The direct injection injector 212 is configured to be able to inject an amount of fuel determined by the valve opening period of the fuel injection valve and the rail pressure Pcr into the cylinder 202 as spray. The direct injection injector 212 is a so-called porous injection device, and a plurality of injection holes for fuel injection in the fuel injection valve are formed circumferentially along the inner wall (side wall) of the cylinder 202 formed in a circumferential shape. Has been.

直噴インジェクタ212の構成について補足すると、直噴インジェクタ212は、ECU100から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル(いずれも不図示)とを備える。当該電磁弁は、コモンレールに蓄積された高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御可能に構成されており、通電時に当該圧力室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該圧力室と低圧通路とを相互に遮断する構成となっている。   To supplement the configuration of the direct injection injector 212, the direct injection injector 212 includes an electromagnetic valve that operates based on a command supplied from the ECU 100, and a nozzle that injects fuel when the electromagnetic valve is energized (both not shown). Is provided. The solenoid valve is configured to be able to control the communication state between the pressure chamber to which the high-pressure fuel accumulated in the common rail is applied and the low-pressure side low-pressure passage connected to the pressure chamber. The pressure chamber and the low-pressure passage are communicated with each other, and the pressure chamber and the low-pressure passage are blocked from each other when energization is stopped.

一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向(噴孔を閉じる方向)に付勢している。従って、電磁弁への通電により圧力室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する(噴孔を開く)ことにより、コモンレールより供給された高圧燃料が噴孔より噴射される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。本実施形態において、一サイクルにおける燃料は、燃焼を安定させるためのパイロット噴射と、残余の燃料を噴射するメイン噴射とに分割して噴射される。   On the other hand, the nozzle has a built-in needle for opening and closing the nozzle hole, and the fuel pressure in the pressure chamber urges the needle in the valve closing direction (direction in which the nozzle hole is closed). Therefore, when the solenoid valve is energized, the pressure chamber communicates with the low-pressure passage, and when the fuel pressure in the pressure chamber decreases, the needle rises in the nozzle and opens (opens the nozzle hole) to supply from the common rail. The high-pressure fuel thus injected is injected from the injection hole. In addition, when the energization of the solenoid valve is stopped, the pressurization chamber and the low pressure passage are cut off from each other and the fuel pressure in the pressure chamber rises, and the needle is lowered in the nozzle to close the valve, thereby terminating the injection. It has become. In the present embodiment, fuel in one cycle is divided and injected into pilot injection for stabilizing combustion and main injection for injecting the remaining fuel.

図1に戻り、プラズマ発生装置300は、エンジン200の燃焼室にプラズマを発生させることが可能な、本発明に係る「プラズマ発生装置」の一例である。プラズマ発生装置300は、高周波電源310、伝送路320及びアンテナ330を備える。   Returning to FIG. 1, the plasma generator 300 is an example of the “plasma generator” according to the present invention that can generate plasma in the combustion chamber of the engine 200. The plasma generator 300 includes a high frequency power source 310, a transmission path 320, and an antenna 330.

高周波電源310は、伝送路320にマイクロ波帯(例えば、2.45GHz帯)の高周波信号を印加可能な電源である。   The high frequency power supply 310 is a power supply capable of applying a microwave band (eg, 2.45 GHz band) high frequency signal to the transmission line 320.

伝送路320は、マイクロ波帯の伝送損失が十分に低減された高周波同軸ケーブルである。伝送路320は、シリンダヘッドCHを貫通する貫通孔に挿入されている。   The transmission line 320 is a high-frequency coaxial cable in which transmission loss in the microwave band is sufficiently reduced. The transmission path 320 is inserted into a through hole that penetrates the cylinder head CH.

アンテナ330は、伝送路320と電気的に接続された、燃焼室内に放電端が露出した放電手段である。アンテナ330は、伝送路320から供給されるマイクロ波帯の高周波信号に共振し、燃焼室内に電磁波を放射することによって高周波電界を形成可能に構成されている。   The antenna 330 is a discharge means that is electrically connected to the transmission path 320 and has a discharge end exposed in the combustion chamber. The antenna 330 is configured to resonate with a microwave high-frequency signal supplied from the transmission line 320 and to generate a high-frequency electric field by radiating electromagnetic waves into the combustion chamber.

尚、本実施形態に係るプラズマ発生装置300は、アンテナ330により形成される電界により酸性化ガス雰囲気中の荷電粒子にエネルギを付与することによってプラズマを形成する態様を有するが、本発明に係るプラズマ発生装置の採り得る態様はこれに限定されない。例えば、燃焼室内に正極及び陰極からなる一対の電極を設置し、陰極を電気的に接地(例えば、シリンダヘッドと電気的に接続)した上で正極に高電圧を印加することにより電極間にコロナ放電を生じさせプラズマを形成する態様を有していてもよい。   The plasma generating apparatus 300 according to the present embodiment has a mode in which plasma is formed by applying energy to charged particles in the acidified gas atmosphere by an electric field formed by the antenna 330, but the plasma according to the present invention. The aspect which a generator can take is not limited to this. For example, a pair of electrodes consisting of a positive electrode and a cathode are installed in the combustion chamber, the cathode is electrically grounded (for example, electrically connected to a cylinder head), and a high voltage is applied to the positive electrode to corona between the electrodes. You may have the aspect which produces discharge and forms plasma.

ここで、図3を参照し、エンジン200の気筒202における燃焼室周辺の様子について説明する。ここに、図3は、燃焼室周辺部分の概略断面図である。尚、同図において、図1及び図2と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。   Here, with reference to FIG. 3, a state around the combustion chamber in the cylinder 202 of the engine 200 will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the periphery of the combustion chamber. In the figure, the same reference numerals are given to the same portions as those in FIGS. 1 and 2, and the description thereof is omitted as appropriate.

図3において、ピストン203の上面部分とシリンダヘッドCHの下面部分とに挟まれた気筒202の燃焼室の一部が表される。直噴インジェクタ212の燃料噴射弁は、概ね燃焼室の中央部に露出(図では燃焼室の片側半分が表されるため、燃料噴射弁が右端に表されている)している。この直噴インジェクタ212の燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧は、図示鎖線表示された燃料噴霧線に沿って噴射される。   3, a part of the combustion chamber of the cylinder 202 sandwiched between the upper surface portion of the piston 203 and the lower surface portion of the cylinder head CH is represented. The fuel injection valve of the direct injection injector 212 is generally exposed at the center of the combustion chamber (in the figure, since one side half of the combustion chamber is shown, the fuel injection valve is shown at the right end). The fuel spray injected from the fuel injection valve of the direct injection injector 212 is injected along a fuel spray line indicated by a chain line in the drawing.

一方、ピストン203の上面部分は、断面視ω状に湾曲している。吸気ポート209を経由して筒内に吸入された新気は、この湾曲した上面部分に沿って図示破矢線の方向へ進行し、進行する過程において燃料噴霧と混合される。   On the other hand, the upper surface portion of the piston 203 is curved in a ω shape in a sectional view. The fresh air sucked into the cylinder through the intake port 209 proceeds in the direction of the broken line shown in the figure along the curved upper surface portion, and is mixed with the fuel spray in the process of traveling.

<実施形態の動作>
本実施形態に係るエンジンシステム10では、ECU100により実行されるプラズマ点火制御により燃焼室内に適宜プラズマが形成される。このプラズマにより一種の未燃成分であるPMの浄化反応が促進される。
<Operation of Embodiment>
In the engine system 10 according to the present embodiment, plasma is appropriately formed in the combustion chamber by plasma ignition control executed by the ECU 100. This plasma promotes the purification reaction of PM, which is a kind of unburned component.

ここで、図4を参照し、プラズマ点火制御の詳細について説明する。ここに、図4は、プラズマ点火制御のフローチャートである。尚、プラズマ点火制御は、エンジン200の稼動期間において所定周期で繰り返し実行される制御である。   Here, the details of the plasma ignition control will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of the plasma ignition control. The plasma ignition control is a control that is repeatedly executed at a predetermined cycle during the operation period of the engine 200.

図4において、ECU100は、現在の状況がプラズマ発生条件に該当するか否かを判定する(ステップS110)。   In FIG. 4, the ECU 100 determines whether or not the current situation corresponds to the plasma generation condition (step S110).

本実施形態に係るプラズマ発生条件とは、プラズマによるPM浄化促進が必要とされる条件を意味する。プラズマを発生させるためには、電力資源である高周波電源310を稼動させる必要がある。従って、電力資源の消費節減の観点に立てば、プラズマは、エンジン200が通常有するPM浄化機能を補足するために利用されるのが望ましい。プラズマ発生条件は、係る観点から事前に設定される条件である。プラズマ発生条件は、予め設定され、ROMに制御情報として格納されている。現在の状況がプラズマ発生条件に該当しない場合(ステップS110:NO)、ECU100は、プラズマ点火制御を終了する。   The plasma generation condition according to the present embodiment means a condition that requires PM purification promotion by plasma. In order to generate plasma, it is necessary to operate a high-frequency power source 310 that is a power resource. Therefore, from the viewpoint of saving power resource consumption, it is desirable that the plasma be used to supplement the PM purification function that the engine 200 normally has. The plasma generation conditions are conditions set in advance from such a viewpoint. The plasma generation conditions are set in advance and stored as control information in the ROM. If the current situation does not correspond to the plasma generation condition (step S110: NO), the ECU 100 ends the plasma ignition control.

尚、プラズマ発生条件は、本質的にはどのような条件であってもよいが、例えば、DPFのPM捕捉量に対応付けられていてもよい。例えば、プラズマによるPMの浄化は、DPFのPM捕捉量が所定範囲に維持されるようにPM排出量を制御する必要がある場合に実行されてもよい。或いは、高回転高負荷時等、PM排出量が相対的に大きくなり易い運転条件において実行されてもよい。   The plasma generation condition may be essentially any condition, but may be associated with, for example, the amount of PM trapped by the DPF. For example, the purification of PM by plasma may be performed when the PM discharge amount needs to be controlled so that the PM trapping amount of the DPF is maintained within a predetermined range. Alternatively, it may be executed under operating conditions in which the PM emission amount tends to be relatively large, such as at high rotation and high load.

現在の状況がプラズマ発生条件に該当する場合(ステップS110:YES)、処理は二系統に分岐する。即ち、ステップS120乃至ステップS180で構成される第1の処理系統と、ステップS190乃至ステップS210から構成される第2の処理系統である。   When the current situation corresponds to the plasma generation condition (step S110: YES), the process branches into two systems. That is, a first processing system configured by steps S120 to S180 and a second processing system configured by steps S190 to S210.

第1の処理系統において、ECU100は先ず機関運転条件を取得する(ステップS120)。本実施形態では、機関運転条件として、機関回転数NE、筒内吸入空気量Gacyl及び筒内燃料噴射量Qcylが取得される。機関回転数NEはクランク角θcrkを時間微分することにより得られる。筒内吸入空気量Gacylは、吸気管207に設置されたエアフローメータ(図2では不図示)により検出される機関全体の吸入空気量Gaから得られる。また、筒内燃料噴射量Qcylは、直噴インジェクタ212の制御量として既知である。   In the first processing system, the ECU 100 first acquires engine operating conditions (step S120). In the present embodiment, the engine speed NE, the cylinder intake air amount Gacyl, and the cylinder fuel injection amount Qcyl are acquired as the engine operating conditions. The engine speed NE is obtained by differentiating the crank angle θcrk with time. The in-cylinder intake air amount Gacyl is obtained from the intake air amount Ga of the entire engine detected by an air flow meter (not shown in FIG. 2) installed in the intake pipe 207. Further, the in-cylinder fuel injection amount Qcyl is known as a control amount of the direct injection injector 212.

これら機関運転条件が取得されると、ECU100は、筒内圧Pcylを取得する(ステップS130)。尚、筒内圧Pcylは、クランク角θcrkに対応付けて取得される。   When these engine operating conditions are acquired, the ECU 100 acquires the in-cylinder pressure Pcyl (step S130). The in-cylinder pressure Pcyl is acquired in association with the crank angle θcrk.

次に、ECU100は、この取得された筒内圧Pcylと、クランク角θcrkにより一義的に定まる行程容積Vcylとに基づいて燃焼温度Tcomを取得する(ステップS140)。燃焼温度Tcomは、下記(1)式に従って算出される。   Next, the ECU 100 acquires the combustion temperature Tcom based on the acquired in-cylinder pressure Pcyl and the stroke volume Vcyl uniquely determined by the crank angle θcrk (step S140). The combustion temperature Tcom is calculated according to the following equation (1).

Tcom=(Pcyl*Vcyl)/(Wg*Rg)・・・(1)
尚、上記(1)式においてWgはガス重量(kg)であり、Rgはガス定数(J/kg・K)である。また、ガス重量Wgは、筒内吸入空気量Gacylと筒内燃料噴射量Qcylとの総和である。
Tcom = (Pcyl * Vcyl) / (Wg * Rg) (1)
In the above equation (1), Wg is the gas weight (kg), and Rg is the gas constant (J / kg · K). The gas weight Wg is the sum of the in-cylinder intake air amount Gacyl and the in-cylinder fuel injection amount Qcyl.

ここで、図5を参照し、筒内圧Pcyl及び燃焼温度Tcomの時間推移について説明する。ここに、図5は、プラズマ点火制御において推定される筒内圧Pcyl及び燃焼温度Tcomの一時間推移を例示する図である。   Here, with reference to FIG. 5, the time transition of the in-cylinder pressure Pcyl and the combustion temperature Tcom will be described. FIG. 5 is a diagram exemplifying a one-time transition of the in-cylinder pressure Pcyl and the combustion temperature Tcom estimated in the plasma ignition control.

図5において、上段の図5(a)が筒内圧Pcylの時間推移であり、下段の図5(b)が燃焼温度Tcomの時間推移である。尚、時間軸はTDC後クランク角で示されており、夫々圧縮TDC(即ち、0)を挟む前後40度の範囲が例示されている。   In FIG. 5, the upper part of FIG. 5A is a time transition of the in-cylinder pressure Pcyl, and the lower part of FIG. 5B is a time transition of the combustion temperature Tcom. The time axis is indicated by the post-TDC crank angle, and a range of 40 degrees before and after the compression TDC (that is, 0) is illustrated.

図示するように、筒内圧Pcylは、圧縮行程において徐々に上昇し、概ね圧縮TDCから若干進角側の位置で最大となる。燃焼温度Tcomも筒内圧Pcylに準じた波形となり、筒内圧Pcylが最大となる位置で概ね最大となる。   As shown in the figure, the in-cylinder pressure Pcyl gradually increases during the compression stroke, and reaches a maximum at a position slightly advanced from the compression TDC. The combustion temperature Tcom also has a waveform that conforms to the in-cylinder pressure Pcyl, and is generally maximum at a position where the in-cylinder pressure Pcyl is maximum.

次に、ECU100は、予め設定された噴霧モデルに基づいて、筒内混合気の当量比φを算出する(ステップS150)。噴霧モデルは、予め理論的に構築された、筒内における燃料噴霧の挙動を解析するための計算モデルであり、ROMに格納されている。尚、この種の計算モデルは各種公知のものを適用可能である。   Next, the ECU 100 calculates the equivalence ratio φ of the in-cylinder mixture based on a preset spray model (step S150). The spray model is a calculation model for analyzing the behavior of the fuel spray in the cylinder, which is theoretically constructed in advance, and is stored in the ROM. Various known models can be applied to this type of calculation model.

例えば、ECU100は、下記(2)乃至(5)式に従って混合気の当量比φを算出する。これら各式は、噴霧モデルを数式化した一例であり、(2)式はペネトレーション(噴霧到達距離)Lspを求める式、(3)式は噴射角θを求める式、(4)式は噴霧体積Vspを求める式、(5)は当量比φを求める式となっている。   For example, the ECU 100 calculates the equivalence ratio φ of the air-fuel mixture according to the following formulas (2) to (5). Each of these formulas is an example of formulating a spray model. Formula (2) is a formula for determining penetration (spray reach distance) Lsp, Formula (3) is a formula for determining an injection angle θ, and Formula (4) is a spray volume. Equation (5) for obtaining Vsp is an equation for obtaining the equivalence ratio φ.

Lsp=0.39*(2*ΔP/ρ0.5*t・・・(2)
Lsp=2.9*(ΔP/ρ0.25*(d*t)0.5・・・(2)
上記(2)式において、上側の式は燃料噴射時期からの経過時間tが(0≦t≦tb)を満たす場合に適用され、下側の式は同じく経過時間tが(t>tb)を満たす場合に適用される。tbは事前に設定された閾値である。また、ΔPは、燃料噴霧と雰囲気(新気)との圧力差であり、ρは空気密度、ρは燃料密度である。また、dは、直噴インジェクタ212の燃料噴射弁における噴孔径である。
Lsp = 0.39 * (2 * ΔP / ρ f ) 0.5 * t (2)
Lsp = 2.9 * (ΔP / ρ a ) 0.25 * (d * t) 0.5 (2)
In the above formula (2), the upper formula is applied when the elapsed time t from the fuel injection timing satisfies (0 ≦ t ≦ tb), and the lower formula is similarly used when the elapsed time t is (t> tb). Applicable when meeting. tb is a threshold value set in advance. ΔP is a pressure difference between the fuel spray and the atmosphere (fresh air), ρ a is the air density, and ρ f is the fuel density. Further, d is the diameter of the injection hole in the fuel injection valve of the direct injection injector 212.

θ=0.05*(ρ*ΔP*d/μ 0.25・・・(3)
上記(3)式においてμは、雰囲気(新気)の粘性係数である。
θ = 0.05 * (ρ a * ΔP * d 2 / μ a 2 ) 0.25 (3)
Mu a in the above equation (3) is a viscosity coefficient of the atmosphere (fresh air).

Vsp=1/3*π*tanθ*Lsp・・・(4)
φ=M/Vsp・・・(5)
上記(5)式において、Mは、筒内燃料噴射量Qcylに対する化学量論比相当の新気体積である。即ち、燃料噴霧は時間経過に従って燃焼室内に徐々に拡散し、その拡散の過程において燃焼室に取り込まれた新気と混合される。経過時間が短い程、噴霧体積Vspが噴射燃料に対する化学量論相当値よりも小さくなるため燃料噴霧の当量比(混合気の当量比)φは大きく、即ち燃料リッチとなる。
Vsp = 1/3 * π * tan 2 θ * Lsp 3 (4)
φ = M / Vsp (5)
In the above equation (5), M is a fresh air volume corresponding to a stoichiometric ratio with respect to the in-cylinder fuel injection amount Qcyl. That is, the fuel spray gradually diffuses into the combustion chamber as time elapses, and is mixed with fresh air taken into the combustion chamber in the diffusion process. As the elapsed time is shorter, the spray volume Vsp becomes smaller than the stoichiometric equivalent value for the injected fuel, so the fuel spray equivalent ratio (equivalent ratio of the mixture) φ is large, that is, the fuel is rich.

尚、このような噴霧モデルは、公知の各種シミュレーションモデル或いは計算モデルの一例に過ぎず、筒内圧Pcylから燃焼温度Tcomを導出する計算式と同様、当量比φを求める手法については各種の態様を適用可能である。算出された当量比φと、ステップS140で取得された燃焼温度Tcomとは、夫々クランク角に対応付けられてRAMに記憶される。   Note that such a spray model is merely an example of various known simulation models or calculation models. Like the calculation formula for deriving the combustion temperature Tcom from the in-cylinder pressure Pcyl, there are various modes for obtaining the equivalent ratio φ. Applicable. The calculated equivalent ratio φ and the combustion temperature Tcom acquired in step S140 are stored in the RAM in association with the crank angle.

当量比φを算出すると、ECU100は、筒内のPM排出量を算出する(ステップS160)。PM排出量は、予めROMに格納されたPM排出量マップを参照することによって算出される。PM排出量マップは、予め実験的に、経験的に又は理論的に、当量比φ及び燃焼温度TcomとPM排出量とを対応付けてなる制御マップである。ECU100は、当量比φ及び燃焼温度Tcomに対応するクランク角毎に、このPM排出量マップからPM排出量を取得する。取得されたPM排出量は、RAMに一時的に記憶される。   When the equivalence ratio φ is calculated, the ECU 100 calculates the PM discharge amount in the cylinder (step S160). The PM emission amount is calculated by referring to a PM emission amount map stored in advance in the ROM. The PM emission amount map is a control map in which the equivalence ratio φ, the combustion temperature Tcom, and the PM emission amount are associated in advance experimentally, empirically, or theoretically. The ECU 100 acquires the PM emission amount from the PM emission amount map for each crank angle corresponding to the equivalence ratio φ and the combustion temperature Tcom. The acquired PM discharge amount is temporarily stored in the RAM.

次に、ECU100は、一燃焼行程におけるPM排出量の最大値が検出されたか否かを判定する(ステップS170)。PM排出量の最大値が検出されない場合(ステップS170:NO)、即ち、燃焼行程が圧縮行程から燃焼行程にかけての過渡期において、推定されたPM排出量が増大傾向にある場合には、処理はステップS120に戻される。即ち、PM排出量の最大値が検出されるまで、ステップS120からステップS160にかけての処理が繰り返される。   Next, the ECU 100 determines whether or not the maximum value of the PM emission amount in one combustion stroke has been detected (step S170). When the maximum value of the PM emission amount is not detected (step S170: NO), that is, when the estimated PM emission amount tends to increase in the transition period from the compression stroke to the combustion stroke, the processing is performed. It returns to step S120. That is, the process from step S120 to step S160 is repeated until the maximum value of the PM emission amount is detected.

PM排出量の最大値が検出されると(ステップS170:YES)、ECU100は、当該最大値に対応するクランク角を次回のプラズマ点火時期として設定する(ステップS180)。   When the maximum value of the PM emission amount is detected (step S170: YES), the ECU 100 sets the crank angle corresponding to the maximum value as the next plasma ignition timing (step S180).

次回の燃焼行程におけるプラズマ点火時期が設定されると、第1の処理系統は終了する。尚、先に述べたように、プラズマ点火制御は繰り返し実行される制御であるから、一の制御ルーチンにおいて第1及び第2の処理系統が終了すると、再び処理はステップS110から繰り返される。   When the plasma ignition timing in the next combustion stroke is set, the first processing system ends. As described above, since the plasma ignition control is repeatedly executed, when the first and second processing systems are completed in one control routine, the process is repeated again from step S110.

尚、ここでは、PM排出量の最大値に対応するクランク角が次回のプラズマ点火時期とされたが、この最大値近傍にPM排出量が所定以上となる領域が広がっている場合等には、このPM排出量が所定以上となるクランク角の範囲が、次回の燃焼行程におけるプラズマ点火期間として設定されてもよい。   Here, the crank angle corresponding to the maximum value of the PM emission amount is set as the next plasma ignition timing. However, when the region where the PM emission amount is greater than or equal to a predetermined value is widened in the vicinity of the maximum value, A range of the crank angle where the PM emission amount is equal to or greater than a predetermined value may be set as a plasma ignition period in the next combustion stroke.

次に、第2の処理系統について説明する。第2の処理系統が開始されると、ECU100は、現時点のクランク角θcrkが、前回の制御ルーチンにおけるステップS180において設定されたプラズマ点火時期に該当するか否かを判定する(ステップS190)。設定されたプラズマ点火時期に該当しない場合(ステップS190:NO)、処理は待機状態とされる。   Next, the second processing system will be described. When the second processing system is started, ECU 100 determines whether or not the current crank angle θcrk corresponds to the plasma ignition timing set in step S180 in the previous control routine (step S190). When it does not correspond to the set plasma ignition timing (step S190: NO), the process is set to a standby state.

一方、設定されたプラズマ点火時期に該当する場合(ステップS190:YES)、ECU100は、高周波電源310を制御して、伝送路320を介してアンテナ330からマイクロ波帯の電磁波を放射し、燃焼室内にプラズマを発生させる(ステップS200)。   On the other hand, when the set plasma ignition timing is met (step S190: YES), the ECU 100 controls the high-frequency power source 310 to radiate microwave band electromagnetic waves from the antenna 330 via the transmission path 320, and Plasma is generated (step S200).

プラズマを発生させると、ECU100は、第1の処理系統において次回のプラズマ点火時期の設定が終了しているか否かを判定し(ステップS210)、次回のプラズマ点火時期の設定が終了していない間は(ステップS210:NO)、処理を待機状態とする。次回のプラズマ点火時期の設定が終了した場合(ステップS210:YES)、ECU100は、第2の処理系統を終了する。   When the plasma is generated, ECU 100 determines whether or not the next plasma ignition timing has been set in the first processing system (step S210), while the next plasma ignition timing has not been set. (Step S210: NO), the process is set to a standby state. When the setting of the next plasma ignition timing is completed (step S210: YES), the ECU 100 ends the second processing system.

尚、通常、第1の処理系統におけるPM排出量の最大値判定は、第2の処理系統におけるプラズマ点火制御以後も継続している。PM排出量が最大であるか否かは、厳密には燃焼行程が終了するまで確定しないからである。従って、第1の処理系統が終了すると、第2の処理系統のステップS210も「YES」側に分岐して、両者は略同時に終了する。   Normally, determination of the maximum value of the PM emission amount in the first processing system is continued after the plasma ignition control in the second processing system. Strictly speaking, whether or not the PM emission amount is maximum is not determined until the combustion stroke is completed. Therefore, when the first processing system ends, step S210 of the second processing system also branches to the “YES” side, and both of them end approximately at the same time.

以上説明したように、本実施形態に係るプラズマ点火制御によれば、前回の制御ルーチンにおいて決定された、PM排出量が最大となるクランク角又はPM排出量が所定以上となるクランク角範囲が、次回の燃焼行程におけるプラズマ点火時期として、燃焼室にプラズマを発生させることが出来る。エンジン200の燃焼状態が一サイクルで大きく変化することは殆どないから、このように前回の最大値相当のクランク角においてプラズマを点火させた場合には、効率的なPM浄化を期待することが出来る、以って電力資源を可及的に節減しつつ、十分なPM浄化効果を得ることが可能となる。また、このようにPM排出量を推定してプラズマ点火制御に活用する旨の技術思想によれば、PMの浄化が必要とされる時期にプラズマを発生させることが出来るから、過早着火、燃焼騒音の増大又はNOx排出量の増加等を防止しつつプラズマを確実にPM浄化に活用し得る点において、このようにPM排出量の最大値に対応付けられずとも十分に効果的である。   As described above, according to the plasma ignition control according to the present embodiment, the crank angle at which the PM discharge amount is maximized or the PM discharge amount is greater than or equal to a predetermined value, which is determined in the previous control routine, Plasma can be generated in the combustion chamber as the plasma ignition timing in the next combustion stroke. Since the combustion state of the engine 200 hardly changes in one cycle, when the plasma is ignited at a crank angle corresponding to the previous maximum value in this way, efficient PM purification can be expected. Thus, it is possible to obtain a sufficient PM purification effect while reducing power resources as much as possible. Further, according to the technical idea that the PM emission amount is estimated and used for the plasma ignition control in this way, the plasma can be generated at the time when the purification of PM is required. In the point that plasma can be reliably used for PM purification while preventing an increase in noise or an increase in NOx emission amount, it is sufficiently effective even if it is not associated with the maximum value of the PM emission amount.

<第2実施形態>
次に、図6を参照し、本発明の第2実施形態に係るPM浄化制御について説明する。ここに、図6は、第2実施形態に係るPM浄化制御のフローチャートである。尚、同図において、図4と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
Second Embodiment
Next, PM purification control according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart of the PM purification control according to the second embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the same portions as those in FIG. 4, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図6において、PM排出量を推定すると(ステップS160)、ECU100は、PM排出量が増加傾向から減少傾向に転じたか否かを判定する(ステップS171)。PM排出量が変化しない、或いは増加傾向にある場合(ステップS171:NO)、ECU100は処理をステップS120に戻し、一連の処理を繰り返す。PM排出量が増加傾向から減少傾向に転じたことが検出されると(ステップS171:YES)、ECU100は燃焼室にプラズマを発生させ(ステップS200)、プラズマ点火制御を終了する。   In FIG. 6, when the PM emission amount is estimated (step S160), the ECU 100 determines whether or not the PM emission amount has changed from an increasing tendency to a decreasing tendency (step S171). When the PM emission amount does not change or tends to increase (step S171: NO), the ECU 100 returns the process to step S120 and repeats a series of processes. When it is detected that the PM emission amount has changed from an increasing tendency to a decreasing tendency (step S171: YES), the ECU 100 generates plasma in the combustion chamber (step S200) and ends the plasma ignition control.

このように、第2実施形態では第1実施形態と異なり、PM排出量のリアルタイムな推定値がプラズマ点火時期の制御に利用される。従って、現時点の燃焼行程におけるリアルタイムなPM排出量に基づいた効果的なPM浄化を実現することができる。   Thus, unlike the first embodiment, the second embodiment uses a real-time estimated value of the PM emission amount for controlling the plasma ignition timing. Therefore, effective PM purification based on the real-time PM emission amount in the current combustion stroke can be realized.

尚、PM排出量が増加傾向から減少傾向に転じたことを制御上のトリガとすることの有効性は、PM排出量マップに規定される、燃焼温度Tcom及び当量比φとPM排出量との関係により裏付けられる。   In addition, the effectiveness of using the trigger for control that the PM emission amount has changed from the increasing tendency as the decreasing tendency is that the combustion temperature Tcom, the equivalence ratio φ, and the PM emission amount are defined in the PM emission amount map. Supported by relationships.

即ち、圧縮行程から燃焼行程にかけての期間においては、燃料噴霧の拡散が進行する過程で徐々に当量比が減少する一方で、燃焼温度は上昇する。このような定性的傾向を、PM排出量に対応付けると、当量比φと燃焼温度Tcomとにより規定される座標上の点が描く軌跡は、PM排出量が小さい領域から多い領域を通過して再び小さい領域に戻る。従って、PM排出量の最大値は、PM排出量が増加傾向から減少傾向に転じた時期と殆ど一致するのである。   That is, during the period from the compression stroke to the combustion stroke, the equivalence ratio gradually decreases while the fuel spray diffuses and the combustion temperature rises. When such a qualitative tendency is associated with the PM emission amount, the trajectory drawn by the point on the coordinates defined by the equivalence ratio φ and the combustion temperature Tcom passes through the region where the PM emission amount is small to the high region again. Return to a small area. Therefore, the maximum value of the PM emission amount almost coincides with the time when the PM emission amount has changed from the increasing tendency to the decreasing tendency.

<第3実施形態>
次に、上記第1及び第2実施形態と異なるプラズマ発生装置を備えた本発明の第3実施形態について説明する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention provided with a plasma generator different from the first and second embodiments will be described.

始めに、図7を参照し、第3実施形態に係るエンジンシステム11の構成について説明する。ここに、図7は、エンジンシステム11の構成を概念的に表してなるブロック図である。尚、同図において図1と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。   First, the configuration of the engine system 11 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram conceptually showing the configuration of the engine system 11. In addition, in the same figure, the same code | symbol is attached | subjected to the location which overlaps with FIG.

図7において、エンジンシステム11は、プラズマ発生装置300に替えてプラズマ発生装置301を備える点において、第1及び第2実施形態に係るエンジンシステム10と異なっている。プラズマ発生装置301は、アンテナ331及びアンテナ駆動部340を備えており、燃焼室内におけるアンテナ331の三次元的位置が可変である点においてプラズマ発生装置300と異なっている。   In FIG. 7, the engine system 11 is different from the engine system 10 according to the first and second embodiments in that a plasma generator 301 is provided instead of the plasma generator 300. The plasma generator 301 includes an antenna 331 and an antenna driver 340, and is different from the plasma generator 300 in that the three-dimensional position of the antenna 331 in the combustion chamber is variable.

ここで、図8を参照し、プラズマ発生装置301についてより具体的に説明する。ここに、図8は、燃焼室周辺の概略断面図である。尚、同図において、図3と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。   Here, the plasma generator 301 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic sectional view around the combustion chamber. In the figure, the same reference numerals are given to the same portions as those in FIG. 3, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図8において、アンテナ331は、シリンダヘッドCHの埋設されたアンテナ駆動部340に、その一端部を伸長可能且つ回動可能に支持される(破矢線参照)。即ち、アンテナ331は、シリンダヘッドCHにおけるアンテナ駆動部340の埋設位置を基点として、燃焼室内で自由にその放電端の位置を変化させることが出来る。アンテナ駆動部340は、例えばサーボモータ等の電気駆動型アクチュエータであり、燃焼室におけるアンテナ331の位置は、迅速且つ正確に制御可能である。   In FIG. 8, the antenna 331 is supported by the antenna driving unit 340 in which the cylinder head CH is embedded in such a manner that one end thereof can be extended and rotated (see broken line). That is, the antenna 331 can freely change the position of its discharge end in the combustion chamber, starting from the embedded position of the antenna driving unit 340 in the cylinder head CH. The antenna drive unit 340 is an electrically driven actuator such as a servo motor, for example, and the position of the antenna 331 in the combustion chamber can be controlled quickly and accurately.

このようなアンテナ位置が可変であるプラズマ発生装置301を備える場合、プラズマ点火制御をより精細化することができる。そのような趣旨に基づいた、第3実施形態に係るプラズマ点火制御について、図9を参照して説明する。ここに、図9は、プラズマ点火制御のフローチャートである。尚、同図において、図4と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。   When the plasma generator 301 having such a variable antenna position is provided, the plasma ignition control can be further refined. The plasma ignition control according to the third embodiment based on such a purpose will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart of the plasma ignition control. In the figure, the same reference numerals are given to the same portions as those in FIG. 4, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図9において、プラズマ発生条件が満たされると(ステップS110:YES)、処理は上述したように、第1の処理系統及び第2の処理系統に分岐する。   In FIG. 9, when the plasma generation condition is satisfied (step S110: YES), the process branches to the first processing system and the second processing system as described above.

第1の処理系統において、ECU100は先ず機関運転条件を取得する(ステップS121)。ここで、ステップS121においては、第1及び第2実施形態に係る機関運転条件(NE、Qcyl、Gacyl)に加えて、更に筒内パイロット噴射量Qpcyl、燃料噴射圧Pinj及びスワール比SRが取得される。筒内パイロット噴射量Qpcylは、直噴インジェクタ212の制御上必要な情報としてECU100が絶えず把握しており、燃料噴射圧Pinjとしては、先述したコモンレールのレール圧Pcrが使用される。スワール比SRは先述したようにECU100が適宜算出可能である。   In the first processing system, the ECU 100 first acquires engine operating conditions (step S121). Here, in step S121, in addition to the engine operating conditions (NE, Qcyl, Gacyl) according to the first and second embodiments, the in-cylinder pilot injection amount Qpcyl, the fuel injection pressure Pinj, and the swirl ratio SR are acquired. The The in-cylinder pilot injection amount Qpcyl is constantly grasped by the ECU 100 as information necessary for the control of the direct injection injector 212, and the rail pressure Pcr of the common rail described above is used as the fuel injection pressure Pinj. The swirl ratio SR can be appropriately calculated by the ECU 100 as described above.

これらの機関運転条件は、空間噴霧モデルによる燃料噴霧の三次元位置推定に利用される。即ち、ステップS130及びS140が実行された後、ECU100は、燃料噴霧の局所リッチ部を判定する(ステップS141)。局所リッチ部を判定するとは、燃料噴霧と新気の混合気において燃料が局所的にリッチとなる部分(局所リッチ部)の燃焼室における三次元的な位置を確定することを意味する。   These engine operating conditions are used for estimating the three-dimensional position of the fuel spray using the space spray model. That is, after steps S130 and S140 are executed, the ECU 100 determines a local rich portion of the fuel spray (step S141). The determination of the local rich portion means that a three-dimensional position in the combustion chamber of a portion where the fuel is locally rich (local rich portion) in the mixture of fuel spray and fresh air is determined.

局所リッチ部の判定には、先に述べた噴霧モデルをベースにした空間噴霧モデルが使用される。空間噴霧モデルは、噴霧モデルと同様予め実験的に、経験的に又は理論的に策定された計算モデルであり、燃焼室に形成されるスワール流及びパイロット噴射の影響が考慮されている。係る空間噴霧モデルに係る演算式も、噴霧モデルと同様に予めROMに格納される。空間噴霧モデルの詳細については公知の手法を適用可能であるためここでは詳細を論じない。ステップS141では、先述した燃料噴射圧Pinj、パイロット噴射量Qpcyl及びスワール比SRが参照され、局所リッチ部の大略的な三次元位置が推定される。尚、大略的とは、アンテナ部331の位置精度を超えない程度の精度であること意味する。   For the determination of the local rich portion, a spatial spray model based on the spray model described above is used. The spatial spray model is a calculation model that has been experimentally, empirically, or theoretically formulated in advance in the same manner as the spray model, and takes into account the effects of swirl flow and pilot injection formed in the combustion chamber. An arithmetic expression related to such a spatial spray model is also stored in the ROM in advance as in the spray model. Details of the spatial spray model are not discussed here because known techniques can be applied. In step S141, the above-described fuel injection pressure Pinj, pilot injection amount Qpcyl, and swirl ratio SR are referred to, and an approximate three-dimensional position of the local rich portion is estimated. Note that “substantially” means accuracy that does not exceed the positional accuracy of the antenna unit 331.

局所リッチ部が判定されると、当量比φの推定(ステップS150)及びPM排出量の推定(ステップS160)を経て、PM排出量の最大値が検出されたか否かが判定される(ステップS170)。未だPM排出量の最大値が検出されない場合(ステップS170:NO)、処理はステップS121に戻される。PM排出量の最大値が検出された場合(ステップS170:YES)、ECU100は、次回のプラズマ点火時期に加え、次回のプラズマ点火時期におけるアンテナ331の制御位置を設定する(ステップS181)。アンテナ331の制御位置は、PM排出量が最大値となるクランク角又はクランク角範囲における局所リッチ部の位置(即ち、局所リッチ部の三次元的位置は刻々と変化する)である。   When the local rich portion is determined, it is determined whether the maximum value of the PM emission amount is detected through the estimation of the equivalence ratio φ (step S150) and the estimation of the PM emission amount (step S160) (step S170). ). If the maximum value of the PM emission amount has not yet been detected (step S170: NO), the process returns to step S121. When the maximum value of the PM emission amount is detected (step S170: YES), the ECU 100 sets the control position of the antenna 331 at the next plasma ignition timing in addition to the next plasma ignition timing (step S181). The control position of the antenna 331 is the position of the local rich portion in the crank angle or the crank angle range where the PM emission amount becomes the maximum value (that is, the three-dimensional position of the local rich portion changes every moment).

一方、第2の処理系統においては、前回のルーチンで設定されたプラズマの点火時期が訪れた場合に(ステップS190:YES)、設定されたアンテナ位置でプラズマの点火制御が実行される(ステップS201)。即ち、ECU100は、アンテナ駆動部340を介し、燃焼室におけるアンテナ331の放電端の三次元位置を局所リッチ部相当位置に制御した上で、プラズマを発生させる。   On the other hand, in the second processing system, when the plasma ignition timing set in the previous routine has come (step S190: YES), plasma ignition control is executed at the set antenna position (step S201). ). That is, the ECU 100 controls the three-dimensional position of the discharge end of the antenna 331 in the combustion chamber to a position corresponding to the local rich portion via the antenna driving unit 340, and then generates plasma.

プラズマを発生させると、ECU100は、次回のプラズマ点火時期及びアンテナ位置の設定が完了しているか否かを判定し(ステップS211)、完了するまで処理を待機状態とする(ステップS211:NO)。次回の点火時期及び位置が設定された場合には(ステップS211:YES)、第2の処理系統を終了する。   When the plasma is generated, ECU 100 determines whether or not the next plasma ignition timing and antenna position have been set (step S211), and the process is in a standby state until completion (step S211: NO). When the next ignition timing and position are set (step S211: YES), the second processing system is terminated.

尚、本実施形態では、アンテナ331の放電端の位置を可変としたが、複数のアンテナを燃焼室内に設置して、局所リッチ部に最も近接した一のアンテナをプラズマ発生に利用する構成としてもよい。   In this embodiment, the position of the discharge end of the antenna 331 is variable. However, a configuration may be adopted in which a plurality of antennas are installed in the combustion chamber and one antenna closest to the local rich portion is used for plasma generation. Good.

尚、ここでは、アンテナ331の位置制御機能を第1実施形態に係るプラズマ点火制御に利用する場合を説明したが、第2実施形態に係るプラズマ点火制御に対しても同様に適用可能であることは言うまでもない。   Here, the case where the position control function of the antenna 331 is used for the plasma ignition control according to the first embodiment has been described, but the present invention can be similarly applied to the plasma ignition control according to the second embodiment. Needless to say.

ここで、図10を参照し、本実施形態の効果について説明する。ここに、図10は、燃焼室周辺の概略断面図である。尚、同図において、図8と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。   Here, the effect of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic sectional view around the combustion chamber. In the figure, the same reference numerals are given to the same portions as those in FIG. 8, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図10において、図示円形のハッチング領域に局所リッチ部があるとする。この場合、アンテナ331を図8に例示された位置に対して伸長し且つ紙面左方向に回動させることにより、局所リッチ部に極めて近接した位置にプラズマを形成することが出来る。このように、本実施形態に係るプラズマ点火制御によれば、PM排出量が最大となるクランク角又はクランク角範囲(即ち、時期又は期間)において、PMが局在する位置にプラズマを発生させることが出来る。従って、高いPM浄化作用を得ることが出来る。   In FIG. 10, it is assumed that there is a local rich portion in the circular hatching area shown in the figure. In this case, the plasma can be formed at a position very close to the local rich portion by extending the antenna 331 with respect to the position illustrated in FIG. As described above, according to the plasma ignition control according to the present embodiment, plasma is generated at a position where PM is localized in a crank angle or a crank angle range (that is, timing or period) in which the PM emission amount is maximum. I can do it. Therefore, a high PM purification action can be obtained.

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and the control of the internal combustion engine accompanying such a change. The apparatus is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、プラズマ発生装置を備えた内燃機関の制御に適用可能である。   The present invention is applicable to control of an internal combustion engine provided with a plasma generator.

10…エンジンシステム、100…ECU、200…エンジン、202…気筒、208…スワール弁、217…筒内圧センサ、300…プラズマ発生装置、330、331…アンテナ、340…アンテナ駆動部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Engine system, 100 ... ECU, 200 ... Engine, 202 ... Cylinder, 208 ... Swirl valve, 217 ... In-cylinder pressure sensor, 300 ... Plasma generator, 330, 331 ... Antenna, 340 ... Antenna drive part.

Claims (3)

筒内圧を検出可能な筒内圧検出手段と、
筒内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生装置と
を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の行程容積及び前記検出された筒内圧から筒内の燃焼温度を推定する燃焼温度推定手段と、
予め設定された機関運転条件と混合気の当量比との関係から前記当量比を推定する当量比推定手段と、
前記推定された燃焼温度及び当量比並びに予め設定された前記燃焼温度及び当量比とPM排出量との関係からPM排出量を推定する排出量推定手段と、
前記推定されたPM排出量に基づいて前記プラズマの発生時期を制御する制御手段と
前記推定されたPM排出量が最大となる時期又は期間を判定する判定手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記判定された時期又は期間においてプラズマを発生させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
In-cylinder pressure detecting means capable of detecting in-cylinder pressure;
A control device for an internal combustion engine for controlling an internal combustion engine comprising a plasma generator capable of generating plasma in a cylinder,
Combustion temperature estimation means for estimating the combustion temperature in the cylinder from the stroke volume of the internal combustion engine and the detected in-cylinder pressure;
Equivalent ratio estimating means for estimating the equivalent ratio from the relationship between the preset engine operating conditions and the equivalent ratio of the air-fuel mixture;
Emission amount estimation means for estimating the PM emission amount from the estimated combustion temperature and equivalent ratio and the relationship between the preset combustion temperature and equivalent ratio and the PM emission amount;
Control means for controlling the generation time of the plasma based on the estimated PM emission amount ;
Determining means for determining a time or period when the estimated PM emission amount is maximum ,
The control device for an internal combustion engine, wherein the control means generates plasma at the determined time or period .
前記燃焼温度推定手段は、クランク角に対応付けて前記燃焼温度を推定し、
前記当量比推定手段は、クランク角に対応付けて前記当量比を推定する
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
The combustion temperature estimating means estimates the combustion temperature in association with a crank angle;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the equivalence ratio estimation means estimates the equivalence ratio in association with a crank angle.
前記制御手段は、前記判定された時期又は期間の先回値に基づいて前記プラズマを発生させる
ことを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。
The control device for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the control means generates the plasma based on a previous value of the determined time or period.
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