JP6388731B2 - 内燃機関の燃焼安定化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼を促進する燃焼促進剤を燃焼室に供給することで燃焼を安定化させる内燃機関の燃焼安定化装置に関するものである。
従来の内燃機関において、燃焼室にオゾンを供給することで燃焼の安定化を図る技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−276404号公報
ここで、従来の内燃機関において、低負荷時だけでなく、負荷の上昇時にも過渡的に燃焼が不安定化することがある。特許文献1に記載の従来技術では、内燃機関の負荷の上昇時に燃焼室に供給するオゾン量を減少させる制御を行うように構成されている。
しかしながら、このような制御方式では、内燃機関の負荷の上昇時には、瞬間的にさらなる燃焼の不安定化を招いてしまうという問題がある。また、内燃機関の燃焼状態を検出し、検出結果に従って燃焼室に供給するオゾン量を調整する機能を備えて構成した場合であっても、過渡的な燃焼不安定時には応答が間に合わないという問題がある。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、内燃機関の負荷の上昇に伴う過渡的な燃焼の不安定化を抑制することのできる内燃機関の燃焼安定化装置を得ることを目的とする。
本発明における内燃機関の燃焼安定化装置は、電力を供給する電力供給器と、電力供給器からの供給電力によって燃焼促進剤を発生させて内燃機関の燃焼室に供給し、供給電力が増加するほど燃焼促進剤の発生量が増加する燃焼促進剤発生器と、内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令を出力する機関出力指令器と、電力供給器を制御する電子制御ユニットと、を備え、電子制御ユニットは、機関出力指令器が出力する機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算する機関出力上昇率演算部と、機関出力上昇率演算部によって演算された機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤の発生量を調整する電力供給制御部と、燃焼促進剤発生器から燃焼室までの吸気経路に存在する空気量を、燃焼サイクルの1サイクルで用いられる空気量で除することで、燃焼促進剤発生器から発生した燃焼促進剤が燃焼室に供給されるまでの遅れ時間を演算する遅れ時間演算部と、遅れ時間演算部によって演算された遅れ時間と、機関出力上昇率演算部によって演算された機関出力上昇率とから、機関出力が上昇開始となる時期と、燃焼促進剤発生器から発生した燃焼促進剤が燃焼室に供給される時期とが一致するように、供給電力が供給開始となる電力供給時期を演算する電力供給時期演算部と、を有し、電力供給制御部は、電力供給時期演算部によって演算された電力供給時期に合わせて、供給電力が供給されるように電力供給器を制御するものである。
本発明によれば、内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算し、機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤発生器からの燃焼促進剤の発生量を調整するように構成されている。これにより、内燃機関の負荷の上昇に伴う過渡的な燃焼の不安定化を抑制することのできる内燃機関の燃焼安定化装置を得ることができる。
本発明の実施の形態1における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態1における電力供給器の構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態1における燃焼促進剤発生器の構成の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態1における燃焼促進剤発生器の構成の別例を示す概略図である。 本発明の実施の形態1における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第1の例を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第2の例を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第3の例を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第4の例を示すタイミング図である 本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第5の例を示すタイミング図である 本発明の実施の形態2における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態2における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態2における機関回転数と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態2における機関負荷と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態2における吸気温度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態2における吸気湿度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態2における吸気圧力と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態2における発生器温度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 図15に示すマップに従って演算される電力補正係数を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態3における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である 本発明の実施の形態3における電力供給時期演算部によって演算される電力供給時期の一例を説明するためのタイミング図である。 本発明の実施の形態4における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。
以下、本発明による内燃機関の燃焼安定化装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。なお、図1では、内燃機関の燃焼安定化装置(以下、燃焼安定化装置と略すことがある)が適用される内燃機関1と、内燃機関1の燃焼室2および吸気経路3と、吸気経路3に設けられた吸気量調整器8とが併せて図示されている。
ここで、本実施の形態1では、燃焼安定化装置は、内燃機関1の燃焼室2に、燃焼を促進する燃焼促進剤を供給することで燃焼を安定化させるように構成されている。また、燃焼促進剤は、後述する燃焼促進剤発生器5の電極間に交流電圧を印加することで生じる放電によって発生させるように構成されている。
図1において、燃焼安定化装置は、電力供給器4、燃焼促進剤発生器5、電子制御ユニット6および機関出力指令器7を備える。電子制御ユニット6は、電力供給制御部61、機関出力上昇率演算部62および吸気量制御部63を有する。電子制御ユニット6は、例えば、メモリに記憶されたプログラムを実行するCPUと、システムLSI等の処理回路によって実現される。
電力供給器4は、直流電圧をより高電圧の交流電圧に変換する機能を備え、電力供給制御部61から入力される電力量指令に従った電力を燃焼促進剤発生器5へ供給する。具体的には、電力供給器4は、電力供給制御部61から入力される制御信号に従って、電力供給器4自体が有する最大出力以下の電力の範囲内で任意の電力を燃焼促進剤発生器5へ供給可能に構成されている。また、電力供給器4から燃焼促進剤発生器5への電力の供給時期についても、電力供給制御部61から入力される制御信号に従って制御される。
なお、電力供給器4によって供給される電力、すなわち、交流電圧について、燃焼促進剤発生器5の電極間へ交流電圧を印加したときに放電が発生可能であればよいので、正弦波に限定するものでなく、矩形波であってもよい。
ここで、電力供給器4の具体的な構成例について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施の形態1における電力供給器4の構成の一例を示す回路図である。
図2において、電力供給器4は、直流電源41、DC/DCコンバータ42、スイッチング素子43、昇圧トランス44および共振用コイル45を有する。
直流電源41は、DC/DCコンバータ42へ直流電圧を出力する。なお、直流電源41としては、例えば、12Vの直流電圧を印加可能な一般的な自動車のバッテリを用いればよい。
DC/DCコンバータ42は、直流電源41が出力する直流電圧を、例えば2倍以上40倍以下に昇圧し、昇圧後の直流電圧を出力する。昇圧後の直流電圧は、2直列2並列に接続された4つのスイッチング素子43で構成されたフルブリッジ回路のインバータによって、交流電圧に変換される。スイッチング素子43は、電力供給制御部61から入力される制御信号に従って、オンおよびオフに切り替えられる。このような切り替え制御が行われることで、交流電圧の生成が可能となる。
なお、図2では、直流電圧から交流電圧への変換をフルブリッジ回路で行うように構成しているが、その変換をハーフブリッジ回路で行うように構成してもよい。このようにハーフブリッジ回路を用いた場合、スイッチング素子43の個数が2つで済むものの、フルブリッジ回路と比べて、2倍の電圧がスイッチング素子43に印加されることとなるので、より高い耐圧のスイッチング素子43を選定する必要がある。
また、直流電源41の直流電圧をDC/DCコンバータ42によって昇圧せずに、スイッチング素子43によって、直流電源41の直流電圧から交流電圧へ直接変換するように構成すれば、DC/DCコンバータ42が不要となる。
昇圧トランス44の一次側は、2直列2並列に接続された4つのスイッチング素子43の各2直列間を結ぶように接続されている。昇圧トランス44の二次側の高圧側端子は、共振用コイル45を介して燃焼促進剤発生器5に接続される一方、低圧側端子は、接地されている。なお、昇圧トランス44の巻数比は、必要な昇圧比に従って、例えば、2以上20以下の範囲で決定される。このように、昇圧トランス44による昇圧と、共振による昇圧との併用によって生成された高電圧が燃焼促進剤発生器5の電極間へ印加される。
なお、本実施の形態1では、昇圧トランス44は必ずしも必要ではなく、昇圧トランス44を設けなくてもよい。この場合、昇圧トランス44による昇圧と、共振による昇圧との併用でなく、共振による昇圧のみによって、燃焼促進剤発生器5の電極間へ印加する高電圧を生成する必要がある。
電力供給制御部61は、1Hz以上の繰り返し周波数を有する制御信号をスイッチング素子43に出力する。電力供給器4は、電力供給制御部61から入力される制御信号に従って、燃焼促進剤発生器5の電極間へ電圧を印加する動作と、その電極間に電圧を印加しない動作とを繰り返す。また、その電極間へ電圧を印加する期間と、電圧を印加しない期間との両期間の比率によって、電力供給器4から燃焼促進剤発生器5へ供給される電力の調整が可能となる。なお、制御信号の繰り返し周波数は、内燃機関1の回転と同期させてもよく、その場合、機関回転数と対応させることが可能となるので制御が容易となる。
ここで、燃焼促進剤発生器5の電極間へ電圧を印加する期間においては、時間当たりの燃焼促進剤発生器5への供給電力が一定であると考えられるが、実際には完全に一定ではなく、燃焼促進剤発生器5の放電環境および電力供給器4の温度によって、わずかに増減する。そこで、燃焼促進剤発生器5の低電圧側にコンデンサを設け、電極間へ印加した電圧およびコンデンサの電圧から、リサジュー波形を取得して電力を常時検出し、その検出結果から繰り返し周波数を調整することで電力が一定となるよう保つように構成してもよい。
燃焼促進剤発生器5は、電力供給器4からの供給電力によって、電極間で放電を発生させることで燃焼促進剤を発生させて内燃機関1の燃焼室2に供給する。また、燃焼促進剤発生器5への供給電力が増加するほど燃焼促進剤の発生量が増加する。
ここで、燃焼促進剤発生器5の具体的な構成例について、図3および図4を参照しながら説明する。
図3は、本発明の実施の形態1における燃焼促進剤発生器5の構成の一例を示す概略図である。図3において、燃焼促進剤発生器5は、第1の電極51、第2の電極52および誘電体53を有する。
第1の電極51は、間隙を介して、第2の電極52と対向して設けられている。また、第1の電極51および第2の電極52の間に、少なくとも1つの誘電体53を介在させた構成となっている。
第1の電極51に電力供給器4の高電圧端子を接続し、第2の電極52に電力供給器4の低電圧端子を接続している。電力供給器4から電極間へ電圧が印加されたとき、誘電体53を介して、第1の電極51および第2の電極52の間隙で誘電体バリア放電が発生する。バリア放電が発生すると、空気中の酸素分子および水分子が分解され、燃焼を促進する燃焼促進剤として、オゾン、OHラジカルおよびOラジカルの少なくとも1つ以上が生成される。
図4は、本発明の実施の形態1における燃焼促進剤発生器5の構成の別例を示す概略図である。図4において、燃焼促進剤発生器5は、第1の電極51、第2の電極52および誘電体53を有する。
第1の電極51は、第2の電極52と対向して設けられている。また、第1の電極51および第2の電極52の間に設けられた誘電体53は、第1の電極51および第2の電極52の両方に接した構成となっている。このように構成することで、誘電体53の表面に沿った放電が可能となり、上記と同様に、燃焼促進剤の発生が可能となる。
ここで、図3に示す構成と、図4に示す構成とを比較した場合、図3に示す構成では、燃焼促進剤の発生効率がより高いという利点があり、図4に示す構成では、放電を発生させるのに必要な印加電圧がより低いという利点がある。
燃焼促進剤発生器5は、内燃機関1の吸気経路3に設けられている。なお、吸気経路3に燃焼促進剤発生器5を設ける際、内燃機関1の吸気量を調整する吸気量調整器8に対して、燃焼室2側に設けてもよいし、大気側に設けてもよい。
吸気量調整器8に対して燃焼室2側に燃焼促進剤発生器5を設けた場合、燃焼促進剤が発生する位置から燃焼室2までの距離を短くすることができるので、発生直後の燃焼促進剤を燃焼室2へ供給することができる。燃焼促進剤が発生する位置から燃焼室2までの距離が長くなる場合、発生した燃焼促進剤の一部が分解されることがあるので、その距離を適切に設定する必要がある。また、内燃機関1の吸気時期に合わせて、燃焼促進剤発生器5で放電を発生させることで、燃焼促進剤が発生してから燃焼室2へ供給されるまでの時間がさらに短縮可能である。
燃焼促進剤発生器5の設置環境は、大気圧以下の環境であるので、放電を発生させるのに必要な電圧が低くなることが利点である。また、吸気による圧力の脈動を利用して、燃焼促進剤発生器5での放電時期を設定することができる。
一方、吸気量調整器8に対して大気側に燃焼促進剤発生器5を設けた場合、安定した圧力環境下での放電の発生が可能となる。また、燃焼促進剤発生器5で放電を発生させるときの周辺圧力の変動によって、電力供給器4が供給する電力が変動してしまう場合であっても、燃焼促進剤発生器5への安定した電力供給が可能となる。
機関出力指令器7は、内燃機関1の機関出力を制御するための機関出力指令を出力するように構成されている。なお、機関出力とは、機関負荷および機関回転数の積で表される。したがって、機関出力の上昇とは、機関負荷および機関回転数の積が上昇することを示す。機関出力指令器7が出力する機関出力指令は、機関出力上昇率演算部62および吸気量制御部63に入力される。
ここで、機関出力指令器7の具体的な構成例として、内燃機関1が4輪自動車に搭載されている場合には、アクセルペダルが機関出力指令器7に相当する。また、内燃機関1が2輪自動車に搭載されている場合には、スロットルグリップが機関出力指令器7に相当する。
吸気量制御部63は、機関出力指令器7が出力する機関出力指令に従って、吸気量を調整するための吸気量指令を吸気量調整器8に出力する。吸気量調整器8は、吸気量指令に従って、吸気量を調整する。具体的には、例えば、吸気量調整器8が吸気バルブで構成される場合、吸気量制御部63は、吸気バルブの開度を制御するための吸気量指令を出力する。この場合、吸気量調整器8は、吸気量指令に従って吸気バルブの開度が制御されることで、吸気量を調整する。
なお、一般的な自動車では、吸気量に合わせて燃焼室2への燃料の噴射量が決定される。したがって、内燃機関1において、燃焼が安定していれば、吸気量の増加に伴って、機関出力が上昇する。換言すると、本実施の形態1では、燃焼安定化装置によって燃焼を安定化させることができるので、その結果、吸気量の増加に伴って確実に機関出力を上昇させることができる。
機関出力上昇率演算部62は、機関出力指令器7が出力する機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算する。具体的には、機関出力上昇率演算部62は、機関出力指令器7が出力する機関出力指令の時間微分値を演算し、その演算結果を機関出力上昇率とする。なお、本実施の形態1では、機関出力上昇率演算部62によって演算される機関出力上昇率が0以上の値であるものとする。
通常、内燃機関1では、機関出力の上昇時には少なからず過渡的な燃焼不安定化が発生し、機関出力が急上昇するほど燃焼は不安定化しやすくなる。そこで、吸気量制御部63は、より時間をかけて吸気量が増加するように、吸気量調整器8を制御する。
なお、燃焼の不安定化とは、内燃機関1の燃焼サイクルごとの機関出力変動が大きくなることを示す。また、燃焼の不安定化が続くと、機関運転が停止する可能性がある。また、内燃機関1が圧縮自着火式のものである場合、多量の排ガス再循環によって、排ガスの熱を次のサイクルに持ち越して連続運転を行っているので、機関出力の上昇時にはより緩慢な調整が必要となる。しかしながら、機関出力指令器7が機関出力指令を出力してから、実際に機関出力が上昇するまでの時間が長くなることは、応答性の低下となるので、実用の観点から好ましくない。
したがって、機関出力上昇時では、燃焼の不安定化および応答性の低下というトレードオフの関係にある両者に対して、バランスを考慮した制御を行っている。つまり、本実施の形態1では、燃焼安定化装置によって、機関出力上昇時における過渡的な燃焼の不安定化を改善するとともに、より急速に機関出力が上昇する際にも燃焼を安定化させることができる。
次に、燃焼安定化装置の制御動作について、図5を参照しながらさらに説明する。図5は、本発明の実施の形態1における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。
図5において、機関出力指令器7が出力する機関出力指令は、機関出力上昇率演算部62と、吸気量制御部63とに入力される。吸気量制御部63は、入力された機関出力指令に従って、吸気量指令を吸気量調整器8に出力する。吸気量調整器8は、吸気量指令に従って、吸気量を調整する。
機関出力上昇率演算部62は、入力された機関出力指令から、機関出力上昇率を演算し、その機関出力上昇率を電力供給制御部61に出力する。
電力供給制御部61は、機関出力上昇率演算部62から入力される機関出力上昇率に従って、その機関出力上昇率に対応する、燃焼促進剤発生器5への供給電力を決定する。電力供給制御部61は、入力された機関出力上昇率が大きいほど、供給電力がより大きくなるように供給電力を決定する。
具体的には、例えば、機関出力上昇率と、供給電力とに関連付けられ、機関出力上昇率が大きくなるほど供給電力が大きくなるように規定されているマップをメモリに予め記憶する。電力供給制御部61は、メモリに記憶されているマップから、機関出力上昇率演算部62から入力される機関出力上昇率に対応する供給電力を決定する。
電力供給制御部61は、決定された供給電力が燃焼促進剤発生器5へ供給されるように、電力供給器4を制御する。これにより、燃焼促進剤発生器5への供給電力に対応する量の燃焼促進剤が発生可能となる。また、燃焼促進剤発生器5への供給電力が大きいほど、燃焼促進剤の発生量が大きくなる。
このように、電力供給制御部61は、機関出力上昇率演算部62によって演算された機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器4を制御することで、燃焼促進剤の発生量を調整する。
ここで、内燃機関1の燃焼状態を検出し、その検出結果として燃焼安定度が低ければ、燃焼促進剤を発生させるフィードバック制御も可能であると考えられる。しかしながら、燃焼促進剤発生器5は、吸気経路3に設けられているので、燃焼促進剤が発生してから燃焼室2へ供給されるまでの時間に遅れが生じる。したがって、このようなフィードバック制御では、機関出力に伴う過渡的な燃焼不安定化に対して、応答が間に合わない。これに対して、本実施の形態1では、機関出力の上昇時には、燃焼が不安定化する以前に燃焼促進剤発生器5から燃焼促進剤が発生するので、燃焼が不安定化すると同時に燃焼促進剤を供給することが可能となる。
次に、燃焼安定化装置の動作例について、図6〜図10を参照しながら説明する。なお、電力供給制御部61は、図6〜図10の各図で示す複数の制御パターンの少なくとも1つ以上を用いて、燃焼促進剤発生器5への供給電力を制御するように構成される。
図6は、本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第1の例を示すタイミング図である。
図6において、各縦軸は、機関出力指令器7が出力する機関出力指令の相対値と、機関出力上昇率演算部62が演算する機関出力上昇率の相対値と、電力供給器4が供給する供給電力の相対値とを示し、横軸は、共通の時間軸としている。
また、図6では、横軸に対して、機関出力指令が一定となる期間Aと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Bと、機関出力指令が再度一定となる期間Cとに分類することができる。なお、機関出力指令に従って、機関出力が実際に上昇して燃焼が不安定化する時期は、図示する期間Cよりもさらに後の未来となる。
図6において、期間Aでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が0となり、燃焼促進剤発生器5への供給電力も0となる。燃焼促進剤発生器5への供給電力が0となる場合、燃焼促進剤の発生量が0となる。
続いて、期間Bでは、機関出力指令が直線的に増加しているので、機関出力上昇率および供給電力が0ではない一定の値となる。なお、図6から分かるように、期間Bは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が一定となる期間である。
続いて、期間Cでは、機関出力指令が再度一定となるので、期間Aと同様に、機関出力上昇率が0となり、燃焼促進剤発生器5への供給電力も0となる。燃焼促進剤発生器5への供給電力が0となる場合、燃焼促進剤の発生量が0となる。
このように、電力供給制御部61は、期間B、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が一定となる期間において、供給電力が一定となるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤の発生量を一定にする。
ここで、期間Bよりも、実際に機関出力が上昇する期間の方が長い場合が多い。したがって、期間Bから期間Cに移行する移行時点から、一定期間、供給電力が継続して供給されるように構成してもよい。
また、機関出力の上昇後に燃焼不安定化が徐々に回復するのであれば、期間Bから期間Cに移行する移行時点で供給電力を瞬間的に0にせずに、その移行時点から、一定期間をかけて供給電力が徐々に下がりながら継続して供給されるように構成してもよい。この場合、必ずしも供給電力を完全に0まで下げる必要は無く、内燃機関1の運転状況によっては、供給電力が下がり終えた後、わずかな供給電力が継続して供給されるように構成してもよい。このように構成することで、燃焼をより安定化することが可能となる。
また、期間Bから期間Cに移行する移行時点から、一定期間、その移行時点における供給電力、すなわち、期間Bでの供給電力が継続して供給されるようにし、完全に燃焼が安定した後に、供給電力が0となるように構成してもよい。このように構成することで、燃焼が安定するまで十分な量の燃焼促進剤の供給を行うことが可能となる。
なお、期間Bから期間Cに移行する移行時点から、一定期間、供給電力が継続して供給されるように構成される場合、その移行時点から供給電力が継続して供給される供給時間は、内燃機関1の特性および運転条件を考慮し、予め設定しておけばよい。また、この場合、期間Cでの供給電力の値は、期間Bでの供給電力以下となるように予め設定しておけばよい。
ここで、機関出力上昇率は、機関出力指令の時間微分値によって示される。具体的には、機関出力上昇率は、機関出力上昇率演算部62の時間分解能によって離散化されてステップ的に得られる値に対して差分を取ることで、算出される。つまり、現在の機関出力指令と1ステップ前の過去の機関出力指令との差を算出し、その差を時間分解能で除した値を、機関出力指令の時間微分値とする。
機関出力上昇率演算部62の時間分解能が十分に高い場合、単純な後退差分で問題が生じない場合が多く、機関出力上昇率の算出負荷を軽減することができる。
一方、機関出力上昇率演算部62の時間分解能が十分に高くない場合、より高次の差分法が必要となる。この場合、現在の機関出力指令と2ステップ以上前の過去の機関出力指令とを用いて、機関出力指令の時間微分値を算出する。なお、どの程度過去の機関出力指令を用いるか、すなわち、どの程度高次の算出を行うかは、算出精度と計算負荷とのトレードオフとなるので、機関出力上昇率演算部62の時間分解能、メモリ容量および演算速度を考慮して決定すればよい。
図7は、本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第2の例を示すタイミング図である。図7の縦軸および横軸は、先の図6と同様である。
また、図7では、先の図6と同様に、横軸に対して、機関出力指令が一定となる期間Aと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Bと、機関出力指令が再度一定となる期間Cとに分類することができる。
図7において、期間Aでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が0となり、燃焼促進剤発生器5への供給電力も0となる。
続いて、期間Bでは、機関出力指令が下に凸となる曲線に沿って増加し、機関出力上昇率が直線的に増加する。そのため、機関出力上昇率の増加に従って、供給電力も直線的に増加する。なお、図7から分かるように、期間Bは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が増加方向に変化する期間である。
続いて、期間Cでは、機関出力指令が再度一定となるので、期間Aと同様に、機関出力上昇率が0となり、燃焼促進剤発生器5への供給電力も0となる。
このように、電力供給制御部61は、期間B、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が増加方向に変化する期間において、供給電力が増加方向に変化するように電力供給器4を制御することで、燃焼促進剤の発生量を増加させる。
なお、図7では、期間Bにおいて、機関出力上昇率の増加に伴い供給電力が直線的に増加するように制御される場合を例示しているが、供給電力が増加方向に変化すれば、供給電力をどのように増加させてもよい。また、必ずしも、機関出力上昇率と供給電力とを比例関係にする必要は無い。例えば、機関出力上昇率および供給電力の各相対値において、機関出力上昇率が1のとき、供給電力を10とする場合、機関出力上昇率が2のとき、供給電力を20ではなく、15としてもよい。
また、図7では、期間Bから期間Cに移行する移行時点では、供給電力が0となる場合を例示しているが、上記と同様に、その移行時点から、一定期間、供給電力が継続して供給されるように構成されてもよい。
図8は、本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第3の例を示すタイミング図である。図8の縦軸および横軸は、先の図6と同様である。
また、図8では、先の図6と同様に、横軸に対して、機関出力指令が一定となる期間Aと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Bと、機関出力指令が再度一定となる期間Cとに分類することができる。
図8において、期間Aでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が0となり、燃焼促進剤発生器5への供給電力も0となる。
続いて、期間Bでは、機関出力指令が上に凸となる曲線に沿って増加し、機関出力上昇率が直線的に減少する。そのため、機関出力上昇率の減少に従って、供給電力も直線的に減少する。なお、図8から分かるように、期間Bは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が減少方向に変化する期間である。
続いて、期間Cでは、機関出力指令が再度一定となるので、期間Aと同様に、機関出力上昇率が0となり、燃焼促進剤発生器5への供給電力も0となる。
このように、電力供給制御部61は、期間B、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が減少方向に変化する期間において、供給電力が減少方向に変化するように電力供給器4を制御することで、燃焼促進剤の発生量を減少させる。
なお、図8では、期間Bにおいて、機関出力上昇率の減少に伴い供給電力が直線的に減少するように制御される場合を例示しているが、供給電力が減少方向に変化すれば、供給電力をどのように減少させてもよい。
図9は、本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第4の例を示すタイミング図である。図9の縦軸および横軸は、先の図6と同様である。
また、図9では、横軸に対して、機関出力指令が増加方向に変化する期間Aと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Bと、機関出力指令が一定となる期間Cとに分類することができる。
図9において、期間Aでは、機関出力指令が直線的に増加し、機関出力上昇率が一定となる。この場合、電力供給制御部61は、機関出力上昇率と予め設定された閾値とを比較し、その比較結果から、供給電力を決定する。具体的には、電力供給制御部61は、その機関出力上昇率が閾値以下であれば、供給電力を0とし、その機関出力上昇率が閾値よりも大きければ、その機関出力上昇率に対応する供給電力を供給する。
このように構成することで、燃焼が著しく不安定とならないような緩慢な機関出力の上昇時には、無駄な電力を消費しないといったことが可能となる。なお、図9では、期間Aにおいて、機関出力上昇率が閾値以下である場合を例示している。また、閾値は、内燃機関1の特性および運転条件を考慮し、予め設定しておけばよい。
続いて、期間Bでは、機関出力指令が上に凸となる曲線に沿って増加し、機関出力上昇率が直線的に減少する。この場合、機関出力上昇率の減少に従って、供給電力も直線的に減少する一方、その供給電力が0よりも大きい予め設定された下限値に到達すれば、その供給電力がその下限値となる。なお、図9から分かるように、期間Bは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が減少方向に変化する期間である。
このように構成することで、上記と同様に、期間Bから期間Cに移行する移行時点から、一定期間、供給電力を継続して供給するようにすることができる。なお、図9では、その移行時点で、供給電力を下限値から0にする場合を例示している。
続いて、期間Cでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が0となり、燃焼促進剤発生器5への供給電力も0となる。
このように、電力供給制御部61は、期間B、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が減少方向に変化する期間において、供給電力が下限値に達した時点以降では、下限値の供給電力が供給されるように電力供給器4を制御する。
図10は、本発明の実施の形態1における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第5の例を示すタイミング図である。図10の縦軸および横軸は、先の図6と同様である。
また、図10では、先の図6と同様に、横軸に対して、機関出力指令が一定となる期間Aと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Bと、機関出力指令が再度一定となる期間Cとに分類することができる。
図10において、期間Aでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が0となり、燃焼促進剤発生器5への供給電力も0となる。
続いて、期間Bでは、機関出力指令が直線的に増加しているので、機関出力上昇率および供給電力が0ではない一定の値となる。なお、図10から分かるように、期間Bは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が一定となる期間である。
続いて、期間Cでは、機関出力指令が再度一定となるので、機関出力上昇率が0となり、燃焼促進剤発生器5への供給電力も0となる。ここで、期間Bが短いほど、瞬時的に供給電力を供給する必要があり、電力供給器4の最大出力に限界がある場合、必要な供給電力を確保することができない。そこで、期間Cでは、期間Bから期間Cに移行する移行時点から、一定期間、供給電力を継続して供給するように制御されている。
このように構成することで、電力供給器4の最大出力に限界がある場合であっても、供給電力の供給時間を延長することができるので、その結果、必要な供給電力を確保することができる。
このように、電力供給制御部61は、期間B、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が一定となる期間から機関出力指令が一定となる期間に移行する移行時点から、一定期間、供給電力が継続して供給されるように電力供給器4を制御する。
以上、本実施の形態1によれば、内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算し、機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤発生器からの燃焼促進剤の発生量を調整するように構成されている。
このように、機関出力指令および機関出力上昇率に従って、燃焼促進剤発生器への供給電力を制御することで燃焼促進剤の発生量が調整されているので、燃焼室への燃焼促進剤の供給の高応答化が可能となるとともに、内燃機関の負荷の上昇に伴う過渡的な燃焼の不安定化の抑制が可能となる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2では、先の実施の形態1の構成に対して、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正し、補正後の供給電力が燃焼促進剤発生器5へ供給されるように制御する機能を備えた場合について説明する。なお、本実施の形態2では、先の実施の形態1と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
ここで、先の実施の形態1では、機関出力指令の上昇に合わせて、供給電力を制御するように構成されている一方、供給電力に対応して発生する燃焼促進剤の量が、燃焼促進剤発生器5および内燃機関1の各状態によっては変化する可能性があることを考慮していなかった。具体的には、例えば、燃焼促進剤発生器5の温度および内燃機関1の吸気状態量によっては、同等の供給電力が燃焼促進剤発生器5へ供給されても、燃焼促進剤の発生量が異なる可能性がある。
また、燃焼の不安定化の改善に関して、厳密には、燃焼促進剤の発生量だけでなく、燃焼促進剤の濃度も影響するので、内燃機関1の機関回転数および機関負荷に対応する吸気量そのものを把握しておく必要がある。したがって、条件によっては、機関出力上昇率に対応する供給電力が燃焼促進剤発生器5へ供給されても、燃焼促進剤の濃度が足りず、燃焼の不安定化が十分に改善できない可能性がある。
そこで、本実施の形態2では、上記の課題を解決する手段の一例として、燃焼促進剤発生器5および内燃機関1の各状態に従って、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正し、補正後の供給電力が燃焼促進剤発生器5へ供給されるように構成されている。
図11は、本発明の実施の形態2における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。図11において、燃焼安定化装置は、先の図1の構成に対して、吸気状態量検出器9と、発生器温度検出器10と、機関回転数検出器11と、機関負荷検出器12とをさらに備える。
吸気状態量検出器9は、内燃機関1の吸入空気の状態量である吸気状態量を検出する。具体的には、吸気状態量検出器9は、吸入空気の温度である吸気温度と、吸入空気の湿度である吸入湿度と、吸入空気の圧力である吸気圧力との少なくとも1つを、吸気状態量として検出する。
なお、吸気状態量検出器9の検出位置は、燃焼促進剤発生器5の上流側が好ましい。燃焼促進剤発生器5の上流側を検出位置にすることが構成上困難であれば、燃焼促進剤発生器5の下流側を検出位置としてもよい。また、内燃機関1への吸入前の大気を検出し、圧力損失および燃焼促進剤発生器5の放電による発熱を考慮して補正を行うことで、吸気状態量を検出するように、吸気状態量検出器9を構成してもよい。
吸気状態量として検出される対象によって吸気状態量検出器9の検出位置を変更してもよい。また、内燃機関1に搭載されているセンサ類の値を流用することで吸気状態量を検出するように、吸気状態量検出器9を構成してもよい。
吸気状態量として検出される対象に吸気温度が含まれる場合、吸気状態量検出器9は、一例として、熱電対またはサーミスタ等の温度検出器によって構成される。なお、内燃機関1に吸気温センサが搭載されている場合、吸気状態量検出器9は、別途、上記の温度検出器を用いる必要がなく、その吸気温センサによって構成される。また、吸気温大気の温度を検出する検出器が存在する場合、その検出器の検出値から吸気温度を推定するように、吸気状態量検出器9を構成してもよい。
吸気状態量として検出される対象に吸気湿度が含まれる場合、吸気状態量検出器9は、一例として、サーミスタ、乾湿度計または伸縮式湿度計等の検出器によって構成される。
吸気状態量として検出される対象に吸気圧力が含まれる場合、燃焼促進剤発生器5の位置によって、吸気圧力の検出の仕方が変わる。燃焼促進剤発生器5が吸気量調整器8に対して大気側に設けられている場合、吸気状態量検出器9は、大気側から吸気量調整器8までの吸気経路3では、大気圧と吸気圧力とが等しいものとして、その大気圧を吸気圧力とする。
一方、燃焼促進剤発生器5が吸気量調整器8に対して燃焼室2側に設けられている場合、吸気状態量検出器9は、吸気圧力を検出する。なお、内燃機関1に吸気圧センサが搭載されている場合、吸気状態量検出器9は、その吸気圧センサによって構成される。
発生器温度検出器10は、燃焼促進剤発生器5の温度である発生器温度を検出する。発生器温度検出器10は、一例として、熱電対またはサーミスタ等の接触式の温度検出器によって構成される。発生器温度検出器10の検出位置は、燃焼促進剤発生器5の誘電体53または第2の電極52とする。ただし、燃焼促進剤発生器5で放電が発生している間にも、発生器温度を検出するので、検出位置は、誘電体53および第2の電極52のいずれであっても、低電圧側であって放電による電気ノイズの影響が小さい位置とする。
なお、誘電体53の歪み量を検出することで発生器温度を検出するように、または電力供給器4が印加する電圧波形から発生器温度を検出するように、発生器温度検出器10を構成してもよい。このように構成することで、コストを低減することができる。
また、接触式の温度検出器ではなく、放射温度計等の非接触式の温度検出器によって発生器温度検出器10を構成してもよい。このように構成することで、接触式の温度検出器を用いる場合と比較して、放電による電気ノイズの影響を受けにくく、設置位置の自由度が上がる。
機関回転数検出器11は、内燃機関1の機関回転数を検出する。機関回転数検出器11は、一例として、クランク角を検出するクランク角センサの検出値から機関回転数を検出するように構成される。
機関負荷検出器12は、内燃機関1の機関負荷を検出する。機関負荷検出器12は、燃焼室2内の圧力を検出する圧力センサの検出値に対応する正味図示平均有効圧力を用いて、機関負荷を検出するように構成される。また、機関出力指令および機関回転数から機関負荷を推定するように、機関負荷検出器12を構成してもよい。このように構成することで、機関負荷の検出の応答性が高くなる。
なお、一般的な内燃機関では、吸気量と機関負荷とが同じような指標となるが、本実施の形態2では、燃焼が安定していることを前提条件とはしていないので、吸気量が増加しても機関負荷が増加するとは限らず、両者が示す意味を切り分けている。
次に、燃焼安定化装置の制御動作について、図12を参照しながらさらに説明する。図12は、本発明の実施の形態2における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。
先の図5の構成では、電力供給制御部61は、機関出力上昇率演算部62の出力から、燃焼促進剤発生器5へ供給される供給電力を制御する。すなわち、機関出力上昇率に対応する供給電力が燃焼促進剤発生器5へ供給されるように制御される。
これに対して、図12の構成では、電力供給制御部61は、機関出力上昇率演算部62の出力に加えて、さらに、吸気状態量検出器9、発生器温度検出器10、機関回転数検出器11および機関負荷検出器12の各出力から、燃焼促進剤発生器5へ供給される供給電力を制御する。すなわち、上記の各出力に従って、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正し、補正後の供給電力が燃焼促進剤発生器5へ供給されるように制御される。
次に、燃焼安定化装置の動作例について、図13〜図18を参照しながら説明する。図13は、本発明の実施の形態2における機関回転数と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図13に示すマップは、メモリに予め記憶されている。
ここで、吸気量が機関回転数と概ね比例関係にあるので、燃焼促進剤の濃度は、機関回転数の増加に対して反比例的に低下する。そこで、図13に示すマップは、機関回転数の増加に対して電力補正係数が比例的に増加するように設定されている。
電力供給制御部61は、図13に示すマップに従って、機関回転数検出器11によって検出された機関回転数に対応する電力補正係数を演算する。
図14は、本発明の実施の形態2における機関負荷と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図14に示すマップは、メモリに予め記憶されている。
ここで、機関負荷が低負荷時には燃焼が不安定になりやすく、機関負荷が中負荷から高負荷に上昇する時よりも、機関負荷が低負荷から中負荷に上昇する時の方が、より大きな供給電力を必要とする。そこで、図14に示すマップは、機関負荷が中負荷以降の領域にある場合には、機関負荷の増加に対して電力補正係数が比例直線に沿って比例的に増加する一方、機関負荷が低負荷の領域にある場合には、その比例直線に沿った値よりも大きな値の電力補正係数となるように設定されている。
電力供給制御部61は、図14に示すマップに従って、機関負荷検出器12によって検出された機関負荷に対応する電力補正係数を演算する。
このように、機関回転数および機関負荷のそれぞれに対応する電力補正係数は、吸気量の増加に対して比例直線に沿って比例的に増加する一方、機関負荷に対応する電力補正係数は、機関負荷が低負荷の場合には、その比例直線に沿った値よりも大きな値となる。
なお、機関回転数検出器11および機関負荷検出器12を設ける代わりに、吸気経路3に流量センサを設け、流量センサによって検出された流量に対応する電力補正係数が演算されるように構成してもよい。この場合、流量に対応する電力補正係数は、流量の増加に対して比例直線に沿って比例的に増加する一方、その流量が低流量である場合には、その比例直線に沿った値よりも大きな値の電力補正係数となるように設定される。
図15は、本発明の実施の形態2における吸気温度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図15に示すマップは、メモリに予め記憶されている。
ここで、吸気温度が高いほど燃焼促進剤の寿命が短くなり、その結果、燃焼促進剤の発生効率が低下する一方、吸気温度が常温付近では、その寿命は、吸気温度に対して大きな影響を受けない。そこで、図15に示すマップは、吸気温度の増加に対して、電力補正係数が下に凸となる曲線に沿って増加するように設定されている。
電力供給制御部61は、図15に示すマップに従って、吸気状態量検出器9によって検出された吸気温度に対応する電力補正係数を演算する。
図16は、本発明の実施の形態2における吸気湿度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図16に示すマップは、メモリに予め記憶されている。
ここで、燃焼促進剤発生器5で発生する放電エネルギーが吸気中の水分子によって吸収されるので、吸気湿度が高いほど供給電力を増加させる必要がある。そこで、図16に示すマップは、吸気湿度の増加に対して電力補正係数が比例的に増加するように設定されている。
電力供給制御部61は、図16に示すマップに従って、吸気状態量検出器9によって検出された吸気湿度に対応する電力補正係数を演算する。
図17は、本発明の実施の形態2における吸気圧力と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図17に示すマップは、メモリに予め記憶されている。
ここで、吸気圧力が大気圧以下の領域では、吸気圧力が高いほど燃焼促進剤の発生効率が上がる。そこで、図17に示すマップは、吸気圧力の増加に対して、電力補正係数が下に凸となる曲線に沿って減少するように設定されている。
電力供給制御部61は、図17に示すマップに従って、吸気状態量検出器9によって検出された吸気圧力に対応する電力補正係数を演算する。
図18は、本発明の実施の形態2における発生器温度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図18に示すマップは、メモリに予め記憶されている。
図18に示すマップは、先の図15に示すマップと同様に、発生器温度の増加に対して電力補正係数が下に凸となる曲線に沿って増加するように設定されている。ただし、放電の熱によって、発生器温度が吸気温度よりも高温となってしまうので、発生器温度が、燃焼促進剤が発生不可な温度となる可能性がある。したがって、図18に示すように、燃焼促進剤が発生不可な温度では、電力補正係数が0となるように設定されている。
このように構成することで、発生器温度が、燃焼促進剤が発生不可な温度に達すれば、電力供給を停止することができ、その結果、無駄な電力を削減するととともに、その停止中には、吸気によって、燃焼促進剤発生器5を冷却状態とすることができる。
電力供給制御部61は、図18に示すマップに従って、発生器温度検出器10によって検出された発生器温度に対応する電力補正係数を演算する。
電力供給制御部61は、上記のように、図13〜図18に示す複数のマップに従って複数の電力補正係数を演算した後、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して、演算されたすべての電力補正係数を乗ずることで、その供給電力を補正する。なお、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して、各電力補正係数を乗ずる順番は問わない。
なお、本実施の形態2では、図13〜図18の各図に示す複数のマップをすべて用いて、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正するように構成する場合を例示するが、複数のマップの少なくとも1つを用いて、その供給電力を補正するように構成してもよい。この場合、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して、用いたマップに従って演算された各電力補正係数を乗ずることで、その供給電力を補正するように構成すればよい。
次に、電力補正係数について、図19を参照しながらさらに説明する。図19は、図15に示すマップに従って演算される電力補正係数を説明するための概略図である。
ここで、先の図13〜図18に示す各マップには、電力補正係数が1となる場合の基準値が予め設定されている。例えば、図19に示すように、吸気温度と電力補正係数とを関連付けたマップでは、電力補正係数が1となる場合の吸気温度が基準吸気温度となる。
吸気状態量検出器9によって検出された吸気温度が基準吸気温度よりも低ければ、電力補正係数が1未満の値となる。この場合、電力供給制御部61は、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して1未満の値の電力補正係数を乗ずることで補正するので、補正後の供給電力が補正前の供給電力に対して減少する。
一方、吸気状態量検出器9によって検出された吸気温度が基準吸気温度よりも高ければ、電力補正係数が1よりも大きい値となる。この場合、電力供給制御部61は、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して1よりも大きい値の電力補正係数を乗ずることで補正するので、補正後の供給電力が補正前の供給電力に対して増加する。
このように、図13〜図18の各図に示す複数のマップの少なくとも1つを用いて、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正するように構成することで、燃焼促進剤の発生量を適切に制御することができ、その結果、燃焼促進剤の不足による燃焼の不安定化の解消および消費電力の節約が可能となる。
以上、本実施の形態2によれば、先の実施の形態1の構成において、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して、各種パラメータの検出値に従って補正を行い、補正後の供給電力が供給されるよう電力供給器を制御するように構成されている。
これにより、機関出力上昇率に対応する供給電力が燃焼促進剤発生器へ供給されても、燃焼促進剤の濃度が足りなくなるような状況の発生を抑制することができ、その結果、燃焼の不安定化をより抑制することができる。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3では、先の実施の形態2の構成に対して、燃焼が不安定化する時期に合わせて燃焼促進剤を燃焼室2へ供給する機能を備えた場合について説明する。なお、本実施の形態3では、先の実施の形態2と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態2と異なる点を中心に説明する。
ここで、先の実施の形態1、2では、機関出力指令の上昇に合わせて、供給電力が制御されるように構成されている一方、燃焼促進剤を発生させてから燃焼室2に供給するまでには条件に応じた遅れ時間が発生することを考慮していなかった。そこで、本実施の形態3では、その遅れ時間を考慮した電力供給時期を決定し、その電力供給時期に合わせて、供給電力が燃焼促進剤発生器5へ供給されるように構成されている。
図20は、本発明の実施の形態3における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。図20において、燃焼安定化装置は、先の図12の構成に対して、電子制御ユニット6に含まれる遅れ時間演算部64および電力供給時期演算部65をさらに備える。なお、電子制御ユニット6の演算処理の能力によっては、電子制御ユニット6とは別の電子制御ユニットに遅れ時間演算部64および電力供給時期演算部65を備えて構成してもよい。
遅れ時間演算部64は、燃焼促進剤発生器5から発生した燃焼促進剤が燃焼室2へ供給されるまでの時間を、遅れ時間として演算する。ここで、吸気速度または燃焼状態の遷移時間は、機関回転数によって比例的に決まる。そこで、遅れ時間演算部64は、機関回転数に対応する燃焼サイクル数を単位として遅れ時間を演算する。
例えば、1秒という時間について、機関回転数が3000rpmである場合と、機関回転数が1000rpmの場合とを比較すると、機関回転数が3000rpmである場合の方がより影響が大きくなる。したがって、本実施の形態3において、遅れ時間を燃焼サイクル数で表現する方がより適切である。
遅れ時間演算部64は、燃焼促進剤発生器5から燃焼室2までの吸気経路3に存在する空気量Mgを、燃焼サイクルの1サイクルで用いられる空気量Mcで除することで、遅れ時間を演算する。
ここで、空気量Mgは、既知であり、燃焼促進剤発生器5から燃焼室2までの吸気経路3の容積から予め求めておくものである。燃焼促進剤発生器5から燃焼室2までの吸気経路3の容積は既知であり、例えば、燃焼促進剤発生器5を吸気経路3に設ける際にその容積を測定しておけばよい。なお、既知の空気量Mgに対して、吸気量調整器8の上流側および下流側の各圧力を基に補正を行うように、遅れ時間演算部64を構成してもよい。この場合、上流側の圧力を大気圧とし、下流側の圧力を吸気状態量検出器9によって検出された吸気圧力とすればよい。
空気量Mcは、遅れ時間演算部64によって演算されるものである。遅れ時間演算部64は、吸気状態量検出器9によって検出された吸気圧力と、既知である内燃機関1の行程容積とから、空気量Mcを演算する。なお、内燃機関1の筒内圧力を検出し、その筒内圧力を吸気圧力の代わりに用いて空気量Mcを演算するように遅れ時間演算部64を構成してもよい。
このように、遅れ時間演算部64は、空気量Mgを空気量Mcで除することで、燃焼促進剤が発生してから燃焼室2へ供給されるまでに要するサイクル数を、遅れ時間として演算することができる。
電力供給時期演算部65は、遅れ時間演算部64によって演算された遅れ時間と、機関出力上昇率演算部62によって演算された機関出力上昇率とから、電力供給時期を演算する。具体的には、電力供給時期演算部65は、機関出力が上昇開始となる時期と、燃焼促進剤発生器5から発生した燃焼促進剤が燃焼室2へ供給開始となる時期とが一致するように、電力供給時期を決定する。
電力供給制御部61は、電力供給時期演算部65によって演算された電力供給時期に合わせて、供給電力が燃焼促進剤発生器5へ供給されるように制御する。
図21は、本発明の実施の形態3における電力供給時期演算部65によって演算される電力供給時期の一例を説明するためのタイミング図である。図21において、各縦軸は、機関出力指令の相対値と、機関出力の相対値と、供給電力の相対値と、燃焼促進剤の量の相対値とを示し、横軸は、共通の時間軸としている。
図21では、横軸に対して、機関出力指令が上昇開始となる時期Aと、機関出力が上昇開始となる時期Bと、供給電力が供給開始となる時期C、すなわち、電力供給時期と、燃焼促進剤が燃焼室2へ供給開始となる時期Dとを図示している。
電力供給時期演算部65は、時期Aと時期Cとの間の期間(以下、期間ACと称す)を求め、その期間ACを用いて、時期Bと時期Dとを一致させる。
時期Cと時期Dとの間の期間(以下、期間CDと称す)は、遅れ時間演算部64によって演算された遅れ時間に相当するので、既知である。
また、時期Aと時期Bとの間の期間(以下、期間ABと称す)は、内燃機関1の特性によって異なる。そこで、機関出力上昇率と期間ABとの関係を事前に調べ、機関出力上昇率と期間ABとを関連付けたマップをメモリに記憶する。電力供給時期演算部65は、そのマップに従って、機関出力上昇率演算部62によって演算された機関出力上昇率に対応する期間ABを演算する。
電力供給時期演算部65は、期間ABと期間CDとの差から、期間ACを演算し、その演算結果を用いて、時期Bと時期Dとが一致するように、電力供給時期を求めることができる。
例えば、吸気圧力が低く期間CDが大きいほど、電力供給時期演算部65によって演算される期間ACが小さくなる。すなわち、電力供給制御部61は、遅れ時間演算部64によって演算された遅れ時間が大きいほど早く供給電力が供給されるように電力供給器4を制御する。
また、例えば、機関出力上昇率が大きいほど、期間ABが小さくなるので、電力供給時期演算部65によって演算される期間ACが小さくなる。すなわち、電力供給制御部61は、機関出力上昇率演算部62によって演算された機関出力上昇率が大きいほど早く供給電力が供給されるように電力供給器4を制御する。
以上、本実施の形態3によれば、先の実施の形態1、2の各構成において、遅れ時間を考慮した電力供給時期を決定し、その電力供給時期に合わせて、供給電力が燃焼促進剤発生器へ供給されるよう電力制御器を制御するように構成されている。これにより、燃焼促進剤を発生させてから燃焼室に供給するまでの遅れ時間を考慮した適切な制御が実現可能となる。
実施の形態4.
本発明の実施の形態4では、先の実施の形態1〜3の各燃焼安定化装置を、複数の気筒を備えた多気筒内燃機関に適用する場合について説明する。なお、本実施の形態4では、先の実施の形態1〜3と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態1〜3と異なる点を中心に説明する。
先の実施の形態1〜3の各燃焼安定化装置は、単気筒内燃機関および多気筒内燃機関の両方に適用可能である。また、各燃焼安定化装置が多気筒内燃機関に適用される場合には、各気筒へ分岐している吸気経路3に燃焼促進剤発生器5がそれぞれ設けられる構成を採用することができる。
図22は、本発明の実施の形態4における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。図22において、吸気経路3は、内燃機関1の4つの気筒のそれぞれへ分岐している。また、各気筒への吸気経路3に燃焼促進剤発生器5がそれぞれ設けられている。
このように構成することで、燃焼促進剤発生器5をより燃焼室2側へ設けることができるので、先の図16に示す期間CDの短縮が可能となる。また、応答性の向上だけでなく、発生した燃焼促進剤が燃焼室2へ供給されるまでに分解される量が減少するので、消費電力を削減することができる。
吸気経路3が分岐される分岐点よりも下流側では、各気筒の吸気による圧力の脈動が顕著である。そこで、各気筒で燃焼促進剤を発生させる時期が異なるように、燃焼促進剤発生器5の放電時期を制御することで、放電環境の圧力を気筒ごとに適切に選ぶことが可能となる。
例えば、放電環境の圧力が低い時期を放電時期とすれば、放電に必要な電圧を低くすることができる。一方、放電環境の圧力が高い時期を放電時期とすれば、燃焼促進剤の発生効率を高くすることができる。
以上、本実施の形態4によれば、先の実施の形態1〜3の各構成において、内燃機関の複数の気筒の各気筒への吸気経路に燃焼促進剤発生器がそれぞれ設けられるように構成されている。これにより、燃焼促進剤発生器をより燃焼室側へ設けることが可能となる。
なお、本実施の形態1〜4について個別に説明してきたが、本実施の形態1〜4のそれぞれで開示した構成例は、任意に組み合わせることが可能である。

Claims (7)

  1. 電力を供給する電力供給器と、
    前記電力供給器からの供給電力によって燃焼促進剤を発生させて内燃機関の燃焼室に供給し、前記供給電力が増加するほど前記燃焼促進剤の発生量が増加する燃焼促進剤発生器と、
    前記内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令を出力する機関出力指令器と、
    前記電力供給器を制御する電子制御ユニットと、
    を備え、
    前記電子制御ユニットは、
    前記機関出力指令器が出力する前記機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算する機関出力上昇率演算部と、
    前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御することで、前記燃焼促進剤の発生量を調整する電力供給制御部と、
    前記燃焼促進剤発生器から前記燃焼室までの吸気経路に存在する空気量を、燃焼サイクルの1サイクルで用いられる空気量で除することで、前記燃焼促進剤発生器から発生した前記燃焼促進剤が前記燃焼室に供給されるまでの遅れ時間を演算する遅れ時間演算部と、
    前記遅れ時間演算部によって演算された前記遅れ時間と、前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率とから、前記機関出力が上昇開始となる時期と、前記燃焼促進剤発生器から発生した前記燃焼促進剤が前記燃焼室に供給される時期とが一致するように、前記供給電力が供給開始となる電力供給時期を演算する電力供給時期演算部と、
    を有し、
    前記電力供給制御部は、
    前記電力供給時期演算部によって演算された前記電力供給時期に合わせて、前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
    内燃機関の燃焼安定化装置。
  2. 前記電力供給制御部は、
    前記遅れ時間演算部によって演算された前記遅れ時間が大きいほど早く前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
    請求項1に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
  3. 前記電力供給制御部は、
    前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率が大きいほど早く前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
    請求項1または2に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
  4. 前記内燃機関の吸気温度、前記内燃機関の吸気湿度および前記内燃機関の吸気圧力の少なくとも1つを、吸気状態量として検出する吸気状態量検出器をさらに備え、
    前記電力供給制御部は、
    前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力に対して、前記吸気状態量検出器によって検出された前記吸気状態量に従って補正を行い、補正後の前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
    請求項1からのいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
  5. 前記内燃機関の機関負荷を検出する機関負荷検出器をさらに備え、
    前記電力供給制御部は、
    前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力に対して、前記機関負荷検出器によって検出された前記機関負荷に従って補正を行い、補正後の前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
    請求項1からのいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
  6. 前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出器をさらに備え、
    前記電力供給制御部は、
    前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力に対して、前記機関回転数検出器によって検出された前記機関回転数に従って補正を行い、補正後の前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
    請求項1からのいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
  7. 前記燃焼促進剤発生器の発生器温度を検出する発生器温度検出器をさらに備え、
    前記電力供給制御部は、
    前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力に対して、前記発生器温度検出器によって検出された前記発生器温度に従って補正を行い、補正後の前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
    請求項1からのいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
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