JPH06101518A - Combustion control device for internal combustion engine - Google Patents

Combustion control device for internal combustion engine

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Publication number
JPH06101518A
JPH06101518A JP4251646A JP25164692A JPH06101518A JP H06101518 A JPH06101518 A JP H06101518A JP 4251646 A JP4251646 A JP 4251646A JP 25164692 A JP25164692 A JP 25164692A JP H06101518 A JPH06101518 A JP H06101518A
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JP
Japan
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air
combustion
control
fuel
amount
Prior art date
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Pending
Application number
JP4251646A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masami Nagano
正美 永野
Takeshi Atago
武士 阿田子
Nobuo Kurihara
伸夫 栗原
Toshimichi Minowa
利通 箕輪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH06101518A publication Critical patent/JPH06101518A/en
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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve quality of air-fuel ratio, thereby stabilize combustion condition, and widen a lean-burn range in a lean-burn system. CONSTITUTION:A combustion condition detecting means detects a combustion condition of an internal combustion engine. A combustion condition judging means judges whether or nor the combustion condition is within an allowable range based on roughness of the internal combustion engine, receiving an output from the combustion condition detecting means. Quality of air-fuel ratio is managed so as to keep a satisfactory condition according to the judgment of the combustion condition judging means by means of an air-fuel ratio quality managing means. It is thus possible to obtain stability without affecting fuel consumption performance and exhaust gas performance.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リーンバーンシステム
を採用した内燃機関の燃焼制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustion control device for an internal combustion engine which employs a lean burn system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の代表的なリーンバーン(希薄燃
焼)エンジンにおける空燃比、燃費率、サージトルク
(燃焼変動の大きさ)、並びに排気ガス性能(NOX浄化
率)の関係を図13に示す。図13からわかるように、空燃
比を大きく、即ち、混合気を希薄にすることによりNO
Xが大幅に減少し、燃費も10%前後向上する。しかし、
さらに希薄にすると、燃費は良くなるものの燃焼が不安
定になり、サージトルク(燃焼変動)が大きくなり円滑な
回転運動性が悪化してしまう。そのため、リーンバーン
システムにおいては、サージトルクが悪化する直前に空
燃比を設定することが常識となっている。
2. Description of the Related Art Air-fuel ratio, fuel consumption rate, surge torque in a typical lean burn engine
FIG. 13 shows the relationship between (magnitude of combustion fluctuation) and exhaust gas performance (NO x purification rate). As can be seen from FIG. 13, by increasing the air-fuel ratio, that is, by leaning the air-fuel mixture, NO
X is greatly reduced and fuel consumption is improved by around 10%. But,
If it is made leaner, the fuel consumption is improved, but combustion becomes unstable, surge torque (combustion fluctuation) increases, and smooth rotational motility deteriorates. Therefore, in the lean burn system, it is common knowledge to set the air-fuel ratio immediately before the surge torque deteriorates.

【0003】しかしながら、燃料噴射弁、エアフロセン
サあるいは空燃比センサ等の構成部品の性能のばらつき
やその経時劣化により、設定空燃比よりも大きくなって
しまい、そのために運転性が損なわれるという問題があ
った。そこで、燃焼変動量を検出し、空燃比フィードバ
ック手段で前記変動量が所定値より大きいときは空燃比
をリッチ側に制御し、前記変動量が所定値より小さいと
きは空燃比をリーン側に制御するものが、例えば、特開
昭60-13938号公報により開示されている。
However, there is a problem that the set air-fuel ratio becomes larger than the set air-fuel ratio due to variations in the performance of the components such as the fuel injection valve, the air flow sensor, the air-fuel ratio sensor, etc. and the deterioration over time, which impairs drivability. It was Therefore, the combustion fluctuation amount is detected, and the air-fuel ratio feedback means controls the air-fuel ratio to the rich side when the fluctuation amount is larger than a predetermined value, and controls the air-fuel ratio to the lean side when the fluctuation amount is smaller than the predetermined value. What is done is disclosed in, for example, JP-A-60-13938.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
如き従来技術においては、燃焼の変動を小さくするため
に空燃比フィードバック手段で空燃比をリッチ側に制御
されるので、燃費や排気ガス性能が損なわれたり、ある
いは、空燃比のみの制御であることからリーン運転領域
を拡大できないという問題点があった。
However, in the prior art as described above, since the air-fuel ratio feedback means controls the air-fuel ratio to the rich side in order to reduce the fluctuation of combustion, the fuel consumption and exhaust gas performance are impaired. However, there is a problem that the lean operation range cannot be expanded because the control is performed only on the air-fuel ratio.

【0005】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、混合気の質を向上させる
ことにより、燃焼の変動を安定化させるとともに、リー
ンバーン領域が拡大できる内燃機関の燃焼制御装置を提
供することである。ここで、良好な混合気の質とは、
(i)シリンダ内での燃料と空気の混合状態が良いこと、
かつ、(ii)シリンダ内での混合気の分布状態が良いこと
である。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve the quality of the air-fuel mixture to stabilize the fluctuation of combustion and expand the lean burn region. A combustion control device for an internal combustion engine is provided. Here, a good mixture quality is
(i) A good mixture of fuel and air in the cylinder,
And (ii) the distribution of the air-fuel mixture in the cylinder is good.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべ
く、本発明に係わる内燃機関の燃焼制御装置は、基本的
には、希薄燃焼システムにおいて、内燃機関のラフネス
を検出し、その結果に応じて混合気の質を制御するよう
にしたことを特徴としている。そして、より具体的な例
としては、内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出
手段と、該燃焼状態検出手段からの出力を受け内燃機関
のラフネスの大きさにより燃焼状態が許容範囲内にある
か否かを判別する燃焼状態判別手段と、該燃焼状態判別
手段の判別結果に応じて混合気の質を良好な状態に管理
する混合気の質管理手段を備えたことを特徴としたもの
が挙げられる。
In order to achieve the above object, the combustion control system for an internal combustion engine according to the present invention basically detects the roughness of the internal combustion engine in a lean burn system, and The feature is that the quality of the air-fuel mixture is controlled accordingly. Then, as a more specific example, the combustion state detecting means for detecting the combustion state of the internal combustion engine and the combustion state within the allowable range depending on the roughness of the internal combustion engine receiving the output from the combustion state detecting means. And a combustion state determining means for determining whether or not the mixture is present, and a mixture quality control means for controlling the quality of the mixture to a good state according to the determination result of the combustion state determining means. Can be mentioned.

【0007】また、混合気の質管理手段としては、燃焼
状態を制御するための各種アクチエータへの制御量検出
手段と、前記アクチュエータがそれぞれ有すべき最適制
御量とのずれが大きいものから順番に制御対象としての
優先順位を決定する制御量操作アクチエータの優先順位
決定手段と、前記アクチュエータの制御量を変更させる
制御量変更手段と、制御量変更に対する燃焼状態評価手
段とから構成されたことを特徴としたものが挙げられ
る。
As means for controlling the quality of the air-fuel mixture, the control amount detecting means for controlling various combustion states and the optimum control amounts for the respective actuators are in order from the one having the largest deviation. It is characterized by comprising a priority determining means of a controlled variable operation actuator for determining a priority as a controlled object, a controlled variable changing means for changing a controlled amount of the actuator, and a combustion state evaluating means for changing the controlled amount. And the ones mentioned.

【0008】さらに、混合気の質管理手段による制御対
象としては、点火時期、吸入空気量、燃料流量、燃料の
粒径、燃料噴射タイミング、スワールコントロールバル
ブ開度、EGR量の少なくとも1つとしたことを特徴と
したものが挙げられる。
Further, at least one of the ignition timing, the intake air amount, the fuel flow rate, the fuel particle size, the fuel injection timing, the swirl control valve opening degree, and the EGR amount is controlled by the air-fuel mixture quality control means. There is a feature.

【0009】[0009]

【作用】所定のリーン空燃比において、内燃機関の燃焼
状態を燃焼状態検出手段で検出し、その信号を入力して
燃焼状態判別手段で燃焼状態が許容範囲外にあると判断
したときは、混合気の質管理手段でその時々の運転状態
に応じて最も混合気の質が効果的に良好となるアクチエ
ータを選定し、前記アクチエータへの制御量を燃焼状態
の動向を監視しながら燃焼状態が許容範囲内に入るよう
に変更するものである。
When the combustion state of the internal combustion engine is detected by the combustion state detection means at a predetermined lean air-fuel ratio and the signal is input and the combustion state determination means determines that the combustion state is outside the allowable range, the mixing is performed. The air quality control means selects the actuator that most effectively improves the air-fuel mixture quality according to the operating state at each time, and the combustion state is allowed while controlling the amount of control to the actuator while monitoring the trend of the combustion state. It is changed so that it falls within the range.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明に係る一実施例の燃焼制御装置
について、図示の実施例により詳細に説明する。先ず、
本発明に係わる内燃機関の燃焼制御装置の全体構成につ
いて説明する。図1は、本発明に係わる内燃機関の燃焼
制御装置を4気筒エンジンに用いた場合の全体システム
図、図2は、その入出力仕様を示すブロック図の一例で
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A combustion control system according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiment. First,
The overall configuration of the combustion control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described. FIG. 1 is an overall system diagram when a combustion control device for an internal combustion engine according to the present invention is used in a 4-cylinder engine, and FIG. 2 is an example of a block diagram showing its input / output specifications.

【0011】エアクリーナ1のエンジンへの吸気側に
は、エアクリーナー1で濾過されたエンジンへの吸入空
気の質量(流量)を検出するエアフローセンサ2が設け
られている。この吸入空気量はECM(Electronic Con
trol Module)27からの制御信号204で制御されるISC
(Idle Speed Control)バルブ10の開度とスロットバル
ブの開度で決定され、その制御信号はスロットルセンサ
3の信号値107、アイドルスイッチの信号値102としてE
CM27へ出力される。また、吸気管には吸入空気温度を
検出する吸気温センサ30が設けられ、その検出値110は
ECM27に出力される。
On the intake side of the air cleaner 1 to the engine, an air flow sensor 2 for detecting the mass (flow rate) of the intake air filtered by the air cleaner 1 into the engine is provided. This intake air volume is ECM (Electronic Con
ISC controlled by control signal 204 from control module 27
(Idle Speed Control) Determined by the opening of the valve 10 and the opening of the slot valve, and the control signals are E as the signal value 107 of the throttle sensor 3 and the signal value 102 of the idle switch.
Output to CM27. An intake air temperature sensor 30 that detects the intake air temperature is provided in the intake pipe, and the detected value 110 is output to the ECM 27.

【0012】吸気管のエンジン入口部にはECM27の制
御信号208により制御されるスワール・コントロール・
バルブ(以下、SCVという)20が設けられ、このスワ
ール・コントロール・バルブ20において吸入空気は横渦
となる空気流 (スワール)に形成されシリンダへ吸入
される。このスワール量は、スワールコントロールバル
ブ20の開度によって決定される。すなわち、SCVは2
分割された吸気管の片側に取り付けられており、高速回
転域ではSCVが開いて、より多くの空気をシリンダに
送り込む。他方、吸入空気量の少ない低速回転域では、
SCVを閉じてやることにより、吸気のスピードを高め
て燃焼室内に生じるスワールを強化し、この空気の流れ
はインジェクタ4から噴射された燃料と混ざりあって、
濃いめの混合気を作り、スワールの中心(点火プラグ5
の近傍)に点火しやすい火種を作るようになされる。
At the engine inlet of the intake pipe, a swirl control controlled by a control signal 208 of ECM27
A valve (hereinafter referred to as SCV) 20 is provided, and in the swirl control valve 20, intake air is formed into an air flow (swirl) that forms a lateral vortex and is sucked into the cylinder. This swirl amount is determined by the opening degree of the swirl control valve 20. That is, SCV is 2
It is attached to one side of the divided intake pipe, and SCV opens in the high speed rotation range to send more air into the cylinder. On the other hand, in the low speed rotation range where the intake air amount is small,
By closing the SCV, the intake speed is increased and the swirl generated in the combustion chamber is strengthened, and this air flow mixes with the fuel injected from the injector 4,
Make a rich mixture and swirl center (spark plug 5
It is designed to create a spark that is easy to ignite.

【0013】吸気管のエンジン入口近傍には燃料噴射の
ためのインジェクタ4が設けられるとともに、燃料タン
ク(図示せず)にはその噴射用供給燃料をインジェクタ
4に吐出するための燃料ポンプ11が設置されており、さ
らにインジェクタ4及び燃料ポンプ11は配管によって連
結され、配管の中間部には燃料性状センサ12が設けられ
ている。一方、インジェクタ4にはエアカットバルブ6
が連結され、さらに、エアカットバルブ6はソレノイド
9に連結されている。エアカットバルブ6から送られた
空気は燃料と衝突することにより燃料の微粒化を促進さ
せる。
An injector 4 for injecting fuel is provided near the engine inlet of the intake pipe, and a fuel pump 11 for discharging the injection supply fuel to the injector 4 is installed in a fuel tank (not shown). Further, the injector 4 and the fuel pump 11 are connected by a pipe, and a fuel property sensor 12 is provided at an intermediate portion of the pipe. On the other hand, the injector 4 has an air cut valve 6
, And the air cut valve 6 is connected to the solenoid 9. The air sent from the air cut valve 6 collides with the fuel to promote atomization of the fuel.

【0014】エアカットバルブ6への空気量はECM27
からの制御信号206によってソレノイドバルブ9により
決定される。一方、燃料の噴射量201は、エンジンの冷
却水温を検出する水温センサ31により検出された値10
5、エアフローセンサ2で検出された値100、クランク角
センサ32により検出された値101、燃料性状センサ12で
検出された値111などを入力信号とするECM27により
算出され決定される。
The amount of air to the air cut valve 6 is ECM27.
Is determined by the solenoid valve 9 by a control signal 206 from On the other hand, the fuel injection amount 201 is the value 10 detected by the water temperature sensor 31 that detects the cooling water temperature of the engine.
5, the value 100 detected by the air flow sensor 2, the value 101 detected by the crank angle sensor 32, the value 111 detected by the fuel property sensor 12, and the like are calculated and determined by the ECM 27.

【0015】シリンダの上部には点火プラグ5が設けら
れ、この点火プラグ5はECM27からの制御装置202に
よりイグニッションコイルで発生した高電圧の電気エネ
ルギーを導き、シリンダに吸入された混合気を着火、爆
発、燃焼させ、排気バルブを介して排出されるようにな
っている。エンジンのシリンダブロックにはノックセン
サ29が設けられ、点火の間、ノックセンサ29で異常燃焼
によるノッキング検出を行い、検出量108をECM27に
出力する。燃焼した混合気は排気ガスとなり排出され
る。
A spark plug 5 is provided above the cylinder, and the spark plug 5 guides the high-voltage electric energy generated in the ignition coil by the control unit 202 from the ECM 27 to ignite the air-fuel mixture sucked into the cylinder. It is designed to explode, burn, and be discharged through an exhaust valve. A knock sensor 29 is provided in the cylinder block of the engine. During ignition, the knock sensor 29 detects knocking due to abnormal combustion and outputs a detected amount 108 to the ECM 27. The burned mixture becomes exhaust gas and is discharged.

【0016】ECM27の制御信号209により制御される
EGR(Exhaust Gas Recirculation)バルブ7及びE
GRコントロールバルブ8を介して、エキゾーストマニ
ホールドからインテークマニホールドに通じる連通路が
設けられ、これにより排出された排気ガスの一部が吸気
管に還流され、不活性ガスである排気ガスは吸入混合ガ
スと共にシリンダ内に吸入され、高温燃焼時に発生する
窒素酸化物が抑制される。EGR量を制御するための吸
気管内圧力の検出は圧力センサ28により行われ、その検
出値109はECM27へ出力される。
EGR (Exhaust Gas Recirculation) valve 7 and E controlled by control signal 209 of ECM 27
A communication passage communicating from the exhaust manifold to the intake manifold is provided via the GR control valve 8, whereby a part of the exhaust gas discharged is recirculated to the intake pipe, and the exhaust gas which is an inert gas is mixed with the intake mixed gas. Nitrogen oxides sucked into the cylinder and generated during high temperature combustion are suppressed. The pressure sensor 28 detects the pressure in the intake pipe for controlling the EGR amount, and the detected value 109 is output to the ECM 27.

【0017】マニホールド触媒17の上流にはO2センサ1
9が取り付けられており、このO2センサ19により排気ガ
ス中に含まれるO2濃度からシリンダ内で起った燃焼状
態および触媒状態を検出される。O2センサは1つ以上
とし、A/Fセンサでも代用可能である。O2センサ19
が活性化すると、その検出値104をもとにフィードバッ
ク制御が行われる。
An O 2 sensor 1 is provided upstream of the manifold catalyst 17.
9 is attached, and the O 2 sensor 19 detects the combustion state and the catalyst state occurring in the cylinder from the O 2 concentration contained in the exhaust gas. The number of O 2 sensors is one or more, and an A / F sensor can be substituted. O 2 sensor 19
When is activated, feedback control is performed based on the detected value 104.

【0018】EGR取り込み位置の下流には二次空気を
供給するための二次空気用ポンプ13が設けられている。
二次空気量はECM27からの制御信号207によってVC
カットソレノイドバルブ16でコントロールされ、さらに
エアカットバルブ14で調整されるようになっている。ま
た、排気ガスの逆流防止はチェックバルブ15により行わ
れ、二次空気用ポンプ13の駆動はECM27からの制御信
号205により出力される。二次空気と混合された排気ガ
スはサーマルリアクタ効果により炭化水素、一酸化炭素
が低減される。
A secondary air pump 13 for supplying secondary air is provided downstream of the EGR intake position.
The secondary air amount is VC by the control signal 207 from ECM27.
It is controlled by the cut solenoid valve 16 and adjusted by the air cut valve 14. The check valve 15 prevents the backflow of the exhaust gas, and the drive of the secondary air pump 13 is output by the control signal 205 from the ECM 27. The exhaust gas mixed with the secondary air is reduced in hydrocarbons and carbon monoxide due to the thermal reactor effect.

【0019】また、マニホールド触媒17の下流には、
三元触媒又はNOX触媒、あるいはこの両者からなるメ
イン触媒が設置されている。図3、図4、図5は本発明
の構成を示したものである。図3は本発明に係わる燃焼
制御装置の一実施例を示す全体構成図、図4は混合気の
質管理手段の詳細図、図5は燃焼状態検出手段と燃焼状
態判別手段の詳細図である。
Further, downstream of the manifold catalyst 17,
Three-way catalyst or NO X catalyst or a main catalyst composed of the two, is provided. 3, 4, and 5 show the configuration of the present invention. 3 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a combustion control device according to the present invention, FIG. 4 is a detailed diagram of a mixture quality control means, and FIG. 5 is a detailed diagram of a combustion state detection means and a combustion state determination means. .

【0020】図3において、基本制御は、アクセルの踏
込み量に応じて空気量が変化し、電子制御燃料噴射装置
は空気量を検出して、その空気量に見合った分の燃料量
を噴射するように制御が行われるものであり、こうして
空気量の制御によりトルク制御がなされるものである。
このように、エンジンから排出された排気ガスを、例え
ば、A/Fセンサ及びO2センサ等の空燃比検出手段
で、所定の空燃比になるようにフィードバック制御が行
われる。
In FIG. 3, in the basic control, the air amount changes according to the amount of depression of the accelerator, and the electronically controlled fuel injection device detects the air amount and injects the fuel amount corresponding to the air amount. Thus, the torque control is performed by controlling the air amount in this way.
In this way, the exhaust gas discharged from the engine is feedback-controlled so that the exhaust gas has a predetermined air-fuel ratio by the air-fuel ratio detecting means such as the A / F sensor and the O 2 sensor.

【0021】エンジンからの回転変動を、例えば、筒内
圧センサ、ノックセンサ、あるいはクランク角センサか
らなる燃焼状態検出手段で検出し、その検出信号を内燃
機関のラフネスの大きさを判別する燃焼状態判別手段に
入力し、燃焼状態が予定のものかどうか判別する。そし
て、燃焼状態判別手段の結果に応じて、もし燃焼状態が
悪ければ、混合気の質を効果的に良好にするための最適
なアクチエータを選定するとともに、燃焼状態の動向を
監視しながらアクチエータへの制御量を変更させる混合
気の質管理手段により混合気の質を管理する。この混合
気の管理するための制御対象としては、点火時期、吸入
空気量、燃料流量、燃料の粒径(アシストエア量)、噴
射タイミング、SCVの開度、並びにEGR量などであ
る。なお、アシストエアとは、インジェクタに空気を吹
き付けることにより、インジェクタから噴射された燃料
をさらに細かくするための空気をいう。
Rotational fluctuations from the engine are detected by a combustion state detecting means including, for example, an in-cylinder pressure sensor, a knock sensor, or a crank angle sensor, and the detection signal is used to determine the degree of roughness of the internal combustion engine. Input to the means to determine whether the combustion state is as expected. Then, according to the result of the combustion state determination means, if the combustion state is bad, the optimum actuator for effectively improving the quality of the air-fuel mixture is selected, and the actuator is monitored while monitoring the trend of the combustion state. The quality of the air-fuel mixture is controlled by the air-fuel mixture quality control means for changing the control amount of. Control targets for managing this air-fuel mixture include ignition timing, intake air amount, fuel flow rate, fuel particle size (assist air amount), injection timing, SCV opening, and EGR amount. In addition, the assist air means air for blowing the air to the injector so as to make the fuel injected from the injector finer.

【0022】図4は、図3の混合気の質管理手段の詳細
を示したものである。混合気の質を左右する各種アクチ
エータへの制御量検出手段、その時々の運転状態に応じ
て効果的に混合気の質を良好にする為の制御量操作アク
チエータの優先順位決定手段、最適制御量記憶手段、制
御量変更手段、制御量を変更した結果、燃焼状態がどう
変化したかを評価する制御変更に対する燃焼状態評価手
段で構成されている。
FIG. 4 shows details of the air-fuel mixture quality control means shown in FIG. Control quantity detection means for various actuators that influence the quality of the air-fuel mixture, priority control means for the control quantity operation actuator to improve the quality of the air-fuel mixture effectively according to the operating state at that time, optimal control quantity It is composed of a storage unit, a control amount changing unit, and a combustion state evaluation unit for control change for evaluating how the combustion state changes as a result of changing the control amount.

【0023】各種アクチュエータへの制御量検出手段
は、アシストエア量をコントロールするバルブ、SCV
バルブを制御するバルブ、EGRバルブ等各種アクチュ
エータの制御量を検出する。次に、制御量操作アクチュ
エータの優先順位決定手段は、各種アクチュエータの最
適制御量記憶手段から出力される個々のアクチュエータ
が有すべき最適制御量からのずれを読み込み、そのずれ
の最も大きいものから順番に最適な方向に制御を行う。
The control amount detecting means for the various actuators is a valve for controlling the assist air amount, or an SCV.
It detects the control amount of various actuators such as valves that control valves and EGR valves. Next, the priority determination means of the control amount operation actuator reads the deviation from the optimum control amount that each actuator should have, which is output from the optimum control amount storage means of various actuators, and the deviation from the largest one is in order. Control in the optimal direction.

【0024】続いて、制御量変更手段により各種アクチ
ュエータを変更させるとともに、制御量変更に対する燃
焼状態評価手段で制御量を変更することにより燃焼状態
がどのように変化したかを考慮しながら、制御量を変更
する。図5は、図3の燃焼状態検出手段と燃焼状態判別
手段の詳細を示したものである。
Subsequently, the control amount changing means is used to change various actuators, and the combustion state evaluating means for changing the control amount changes the control amount, while considering how the combustion state changes. To change. FIG. 5 shows details of the combustion state detection means and the combustion state determination means of FIG.

【0025】図5において、燃焼状態(各気筒の燃焼
圧)を筒内圧センサで検出すると、例えば4気筒の場
合、1、3、4、2、1…の順序でピーク値が現れる。
空燃比を大きくしていくと(混合気を希薄燃焼させる
と)燃焼状態が悪化するので、ピーク値が変化する。こ
の信号を波形処理手段で取り込んで積分を行い、各気筒
の吸入・圧縮・爆発・排気の仕事量を計算させる。次
に、アナログ出力回路で矩形波を出力し、燃焼状態処理
手段で各気筒毎の図示平均有効圧力を求め、燃焼変動の
大きさを算出する。そして、燃焼状態判別手段で算出結
果をみて、これが許容値以上ふれているようだと燃焼状
態が悪い、許容値以下だと燃焼状態が良いという判断を
行う。
In FIG. 5, when the combustion state (combustion pressure of each cylinder) is detected by the in-cylinder pressure sensor, peak values appear in the order of 1, 3, 4, 2, 1 ... For four cylinders.
As the air-fuel ratio is increased (lean combustion of the air-fuel mixture), the combustion state deteriorates, so the peak value changes. This signal is taken in by the waveform processing means and integrated to calculate the work of intake, compression, explosion and exhaust of each cylinder. Next, the analog output circuit outputs a rectangular wave, the combustion state processing means obtains the indicated mean effective pressure for each cylinder, and the magnitude of the combustion fluctuation is calculated. Then, the combustion state determination means looks at the calculation result, and it is determined that the combustion state is bad if it touches the allowable value or more and that the combustion state is good if it is less than the allowable value.

【0026】図6は混合気の質改善の為にスワールコン
トロールバルブを制御する本発明の一実施例を示したも
のである。図6において、吸入空気量Qa及びエンジン
回転数Neを λ=1.4(リーンバーン領域)、並びに
λ=1.0(理論空燃比)における基本燃料噴射量Tpの
マップに入力し、その出力と空燃比A/F信号とから、
それぞれPI(比例+積分)制御、PID(比例+積分
+微分)制御により空燃比フィードバック制御が行われ
る。次に、λ=1.0/1.4 切換マップに基づいて、Qa
/Ne(基本燃料噴射量Tpに相当)とNeとの関係か
らマップ上での現在の領域を判定し、それにより、λ=
1.0 又は 1.4 に対応した基本燃料噴射量Tpに切り換
えられ、そのための空気吸入量Qψ信号がエンジンに入
力される。なお、加速又は減速のときの吸入空気量Qa
の遅れ又は進みを補償するために、過渡補償ブロックが
設けられている。例えば、加速時には、検出遅れとか取
り込み遅れ等の遅れが生じてしまうが、この過渡補償に
よりその遅れ分が補償される。
FIG. 6 shows an embodiment of the present invention in which the swirl control valve is controlled to improve the quality of the air-fuel mixture. In FIG. 6, the intake air amount Qa and the engine speed Ne are set to λ = 1.4 (lean burn region), and
Input into the map of the basic fuel injection amount Tp at λ = 1.0 (theoretical air-fuel ratio), and from the output and the air-fuel ratio A / F signal,
Air-fuel ratio feedback control is performed by PI (proportional + integral) control and PID (proportional + integral + derivative) control, respectively. Next, based on the λ = 1.0 / 1.4 switching map, Qa
/ Ne (corresponding to the basic fuel injection amount Tp) and the relationship between Ne and the current region on the map are determined, whereby λ =
The basic fuel injection amount Tp corresponding to 1.0 or 1.4 is switched, and the air intake amount Qψ signal for that is input to the engine. The intake air amount Qa during acceleration or deceleration
A transient compensation block is provided for compensating for the delay or lead of. For example, during acceleration, a delay such as a detection delay or a capture delay occurs, but this transient compensation compensates for the delay.

【0027】次に、エンジンの燃焼変動をラフネス検出
手段で検出する。ラフネス検出手段によるラフネス状態
の検出は、燃焼状態を直に筒内圧センサやノックセンサ
で検出することにより行う。ラフネス検出手段でのサー
ジトルクの検出値が、0.1kg・m 以下かどうかを次の燃
焼状態判別手段で判別する。サージトルクが0.1kg・m
以上のときは車両の前後方向の変動を生じ、運転者が不
快感を感じるので、混合気の質管理手段で、サージトル
クが小さくなる方向にSCVの開度を修正するものであ
る。また、すなわち、吸入空気量Qaとエンジン回転数
Neの入力により、SCVの基本となるデューティーを
決定しておき、そのデューティーと、サージトルク及び
スワール強度との関係より、現在の状態に応じてSCV
の補正制御御を行うように出力されるものである。
Next, the combustion fluctuation of the engine is detected by the roughness detecting means. The roughness state is detected by the roughness detecting means by directly detecting the combustion state with a cylinder pressure sensor or a knock sensor. Whether the detected value of the surge torque by the roughness detecting means is 0.1 kg · m or less is determined by the next combustion state determining means. Surge torque is 0.1kg ・ m
In the above case, the vehicle is fluctuated in the front-rear direction and the driver feels uncomfortable. Therefore, the opening degree of the SCV is corrected by the air-fuel mixture quality control means so that the surge torque becomes smaller. In other words, the duty that is the basis of SCV is determined by inputting the intake air amount Qa and the engine speed Ne, and the SCV is determined according to the current state from the relationship between the duty and the surge torque and the swirl strength.
It is output so as to perform the correction control of.

【0028】図7、図8によりスワールコントロールの
効果とエンジンの特性について説明する。図7は、スワ
ールコントロールの効果について示したものである。ス
ワールコントロールバルブ (SCV) 開は各シリンダー
内でのスワール無しを示し、SCV閉がスワール有りを
示す。SCVが閉、即ちスワールをかけると、サージト
ルク (燃焼変動) の悪化点が空燃比のリーン側に移動す
ることがわかる。 図8は、スワールコントロールバル
ブ開度とサージトルク、並びに燃費率との関係を示した
ものである。図8からもわかるように、サージトルクが
最小になるSCV開度において、燃費率もほぼ最小とな
る。ところで、エンジンはポンプである以上、スワール
をかけるためにスワールコントロールバルブを絞ると、
それが抵抗になってシリンダ内が負圧になる。その結
果、ピストンに余計な仕事を強いることになり、ポンピ
ングロスが発生し燃費が悪くなる。このように、スワー
ルをかけすぎるとポンピングロスが増加することから、
SCV開度はサージトルクの最少点よりもSCVの開き
側に設定される。
The effects of swirl control and engine characteristics will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the effect of swirl control. Opening the swirl control valve (SCV) indicates no swirl in each cylinder, and closing the SCV indicates swirl. It can be seen that when the SCV is closed, that is, swirl is applied, the point where the surge torque (combustion fluctuation) deteriorates moves to the lean side of the air-fuel ratio. FIG. 8 shows the relationship between the swirl control valve opening, the surge torque, and the fuel consumption rate. As can be seen from FIG. 8, at the SCV opening where the surge torque is the minimum, the fuel consumption rate is also the minimum. By the way, since the engine is a pump, if you throttle the swirl control valve to apply swirl,
It becomes resistance and the inside of the cylinder becomes negative pressure. As a result, extra work is forced on the piston, which causes pumping loss and deteriorates fuel efficiency. In this way, if you swirl too much, pumping loss will increase,
The SCV opening is set on the opening side of the SCV with respect to the minimum point of the surge torque.

【0029】図9は、所定の空燃比において、燃焼変動
が小さい場合には、さらに空燃比をリーン側に移行し、
リーンバーン領域を拡大する実施例を示したものであ
る。図9に示したシステム回路全体は、図6で示した混
合気の質管理手段に、図6のシステム回路と並列に設け
られるものである。以下の図示例は、基本的構成は図6
に示したものとはぼ同一であるので、以下、相違点のみ
を重点的に説明する。
FIG. 9 shows that when the combustion fluctuation is small at a predetermined air-fuel ratio, the air-fuel ratio is further shifted to the lean side,
It shows an example of expanding the lean burn region. The entire system circuit shown in FIG. 9 is provided in parallel with the system circuit of FIG. 6 in the air-fuel mixture quality control means shown in FIG. In the example shown below, the basic configuration is shown in FIG.
Since it is almost the same as that shown in FIG. 3, only the differences will be mainly described below.

【0030】本実施例においては、ラフネス検出手段に
よるサージトルク検出値が0.1kg・m 以下の場合は、所
定のλよりもリーン側に目標のλを補正することでリー
ンバーン領域 (λ=1.0 よりリーン) を拡大するもので
ある。図10は、混合気の質を改善する為にスワールコン
トロールバルブやEGR量などを複数個制御する実施例
を示したものである。
In this embodiment, when the surge torque detection value by the roughness detecting means is 0.1 kg · m or less, the lean burn region (λ = λ) is corrected by correcting the target λ to the lean side of the predetermined λ. (Lean from 1.0) is expanded. FIG. 10 shows an embodiment in which a plurality of swirl control valves and EGR amounts are controlled in order to improve the quality of the air-fuel mixture.

【0031】本実施例においては、図6の図示例同様
に、吸入空気量Qaとエンジン回転数Neの入力によ
り、SCV、EGR、エアアシスト等の基本デューティ
ーを決定しておき、それら各デューティーと、サージト
ルク及びスワール強度、サージトルクとEGR量、サー
ジトルクとエアアシスト量との関係より、現在の状態に
応じてSCV、EGR量、エアアシスト量の補正制御御
を行うように出力するされるものである。 図11は、E
GR量とサージトルクの関係を、図12は、エアアシスト
量 (噴霧の粒径) とサージトルクの関係を示したもので
ある。
In the present embodiment, as in the example shown in FIG. 6, basic duties such as SCV, EGR, air assist, etc. are determined in advance by inputting the intake air amount Qa and the engine speed Ne. , Surge torque and swirl strength, Surge torque and EGR amount, Surge torque and air assist amount are output to perform correction control of SCV, EGR amount, and air assist amount according to the current state. It is a thing. Figure 11 shows E
FIG. 12 shows the relationship between the GR amount and the surge torque, and FIG. 12 shows the relationship between the air assist amount (spray particle size) and the surge torque.

【0032】図11において、EGR量を増加していてと
あるところからサージトルクが悪化する。通常、EGR
量はサージトルクが0.1kg・m を越えない最大量に設定
されている。図12において、エアアシスト量を増加させ
ると噴霧の粒径はそれに応じて細かくなり、サージトル
クも減少する。しかし、粒径をあまり細かくすると燃焼
スピードが低下し、燃焼状態も不安定となることからサ
ージトルクが悪化する。
In FIG. 11, the surge torque deteriorates as the EGR amount increases. Usually EGR
The amount is set to the maximum amount at which the surge torque does not exceed 0.1 kg ・ m. In FIG. 12, when the air assist amount is increased, the spray particle size becomes finer accordingly, and the surge torque also decreases. However, if the particle size is made too small, the combustion speed decreases and the combustion state becomes unstable, so the surge torque deteriorates.

【0033】以上の説明から明らかなように、空燃比22
位のリーンバーン領域で運転すると、NOXは減少し、
かつ燃費も良くなるのに対し、サージトルクはこのあた
りから徐々に悪化する(図13参照)。それでも空燃比を
このあたりで維持させるためには、燃料量を調整する方
法も知られているが、本発明においては、あくまでもス
ワールをかけたり、EGR量を変化させたり、エアアシ
スト量を変化させ噴霧の粒径を変化させる等の方法を用
いることにより燃焼状態を良くして、空燃比をリーンバ
ーン状態に維持させるものである。
As is clear from the above description, the air-fuel ratio 22
Driving in the lean burn area, the NO X decreases,
And, while the fuel consumption also improves, the surge torque gradually deteriorates from this point (see Fig. 13). Nevertheless, in order to maintain the air-fuel ratio around this, a method of adjusting the fuel amount is also known, but in the present invention, swirling is applied, the EGR amount is changed, and the air assist amount is changed. By using a method such as changing the particle size of the spray, the combustion state is improved and the air-fuel ratio is maintained in the lean burn state.

【0034】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設
計変更を行うことが可能である。たとえば、本発明に係
わる実施例においては、ラフネス状態を検出するのに、
筒内圧センサやノックセンサで燃焼状態を直に検出する
方法の一例が示されているが、その他にも、エンジンの
回転数の変動から推定する方法や、駆動系のプロペラシ
ャフト等のトルク変化により推定する方法も有効であ
る。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various design changes can be made without departing from the present invention described in the claims. It is possible to For example, in the embodiment according to the present invention, in order to detect the roughness state,
An example of a method for directly detecting the combustion state with an in-cylinder pressure sensor or knock sensor is shown, but other methods such as estimating from the fluctuation of the engine speed or changing the torque of the drive system propeller shaft, etc. The estimation method is also effective.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、所定のリーン空燃比に
おいて燃焼が変動しても、混合気の質を改善して対応す
るようにしたものであることから、従来技術のように空
燃比をかえることを必要としないため、燃費、排気ガス
性能を損なうことなく安定化することができる。
According to the present invention, even if the combustion changes at a predetermined lean air-fuel ratio, the quality of the air-fuel mixture is improved to cope with it. Since it does not need to be changed, it is possible to stabilize without compromising fuel economy and exhaust gas performance.

【0036】さらに、混合気の質が向上できることから
リーンバーン領域を拡大できる効果がある。
Further, since the quality of the air-fuel mixture can be improved, there is an effect that the lean burn region can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係わる内燃機関の燃焼制御装置の全
体構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a combustion control device for an internal combustion engine according to the present invention.

【図2】 図1のコントロールユニットの回路ブロック
図である。
FIG. 2 is a circuit block diagram of a control unit of FIG.

【図3】 本発明に係わる燃焼制御装置の一実施例を示
す全体構成図である。
FIG. 3 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a combustion control device according to the present invention.

【図4】 図3の本発明の機能ブロック図である。FIG. 4 is a functional block diagram of the present invention in FIG.

【図5】 図3の本発明の機能ブロック図である。5 is a functional block diagram of the present invention in FIG.

【図6】 本発明に係る燃焼制御装置の一実施例の構成
を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of an embodiment of a combustion control device according to the present invention.

【図7】 スワールの効果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an effect of swirl.

【図8】 スワールコントロール開度、サージトルク、
燃費率の関係を示す図である。
[Fig. 8] Swirl control opening, surge torque,
It is a figure which shows the relationship of a fuel consumption rate.

【図9】 本発明に係る燃焼制御装置の他の実施例の構
成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the combustion control device according to the present invention.

【図10】 本発明に係る燃焼制御装置の他の実施例の
構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the combustion control device according to the present invention.

【図11】 EGR量とサージトルクの関係を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between an EGR amount and a surge torque.

【図12】 エアアシスト量とサージトルクの関係を示
す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between an air assist amount and a surge torque.

【図13】 空燃比と各種エンジン性能の関係を示す図
である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between an air-fuel ratio and various engine performances.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エアクリーナ 2 エアフローセンサ 3 スロットルセンサ 4 インジェクタ 5 点火プラグ 6 エアカットバルブ 7 EGRバルブ 8 EGRコントロールバルブ 9 ソレノイドバルブ 10 ISCバルブ 11 燃料ポンプ 12 燃料性状センサ 13 2次空気用ポンプ 14 エアカットバルブ 15 チェックバルブ 16 VCカット・ソレノイドバルブ 18 メイン触媒 19 O2センサ (A/Fセンサ) 20 スワールコントロールバルブ 27 ECM (コントロールユニット) 28 吸気圧センサ 29 ノックセンサ 30 吸気温センサ 31 水温センサ 32 クランク角センサ1 Air Cleaner 2 Air Flow Sensor 3 Throttle Sensor 4 Injector 5 Spark Plug 6 Air Cut Valve 7 EGR Valve 8 EGR Control Valve 9 Solenoid Valve 10 ISC Valve 11 Fuel Pump 12 Fuel Property Sensor 13 Secondary Air Pump 14 Air Cut Valve 15 Check Valve 16 VC cut solenoid valve 18 Main catalyst 19 O 2 sensor (A / F sensor) 20 Swirl control valve 27 ECM (control unit) 28 Intake pressure sensor 29 Knock sensor 30 Intake temperature sensor 31 Water temperature sensor 32 Crank angle sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02D 45/00 301 G 7536−3G 330 7536−3G 368 S 7536−3G F02M 25/07 550 F R N F02P 5/15 D (72)発明者 箕輪 利通 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Internal reference number FI Technical display location F02D 45/00 301 G 7536-3G 330 7536-3G 368 S 7536-3G F02M 25/07 550 FR NF02P 5/15 D (72) Inventor Toshimichi Minowa 4026, Kuji-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hitachi Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 希薄燃焼システムにおいて、内燃機関の
ラフネスを検出し、その結果に応じて混合気の質を制御
するようにしたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装
置。
1. A combustion control device for an internal combustion engine, comprising: detecting a roughness of an internal combustion engine in a lean burn system; and controlling a quality of an air-fuel mixture according to the result.
【請求項2】 内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態
検出手段と、該燃焼状態検出手段からの出力を受け内燃
機関のラフネスの大きさにより燃焼状態が許容範囲内に
あるか否かを判別する燃焼状態判別手段と、該燃焼状態
判別手段の判別結果に応じて混合気の質を良好な状態に
管理する混合気の質管理手段を備えたことを特徴とする
内燃機関の燃焼制御装置。
2. A combustion state detecting means for detecting a combustion state of the internal combustion engine and an output from the combustion state detecting means are used to determine whether or not the combustion state is within an allowable range based on the roughness of the internal combustion engine. A combustion control device for an internal combustion engine, comprising: a combustion state determining means for controlling the combustion state, and a mixture quality control means for controlling the quality of the mixture in a good state according to the determination result of the combustion state determining means.
【請求項3】 前記混合気の質管理手段は、燃焼状態を
制御するための各種アクチエータへの制御量検出手段
と、前記アクチュエータがそれぞれ有すべき最適制御量
とのずれが大きいものから順番に制御対象としての優先
順位を決定する制御量操作アクチエータの優先順位決定
手段と、前記アクチュエータの制御量を変更させる制御
量変更手段と、制御量変更に対する燃焼状態評価手段と
から構成されたことを特徴とする請求項2記載の内燃機
関の燃焼制御装置。
3. The quality control means for the air-fuel mixture, in order from a control amount detection means for controlling various combustion states of the various actuators, and an optimal control amount which the actuator should have, respectively. It is characterized by comprising a priority determining means of a controlled variable operation actuator for determining a priority as a controlled object, a controlled variable changing means for changing a controlled amount of the actuator, and a combustion state evaluating means for changing the controlled amount. The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 2.
【請求項4】 前記混合気の質管理手段による制御対象
は、点火時期、吸入空気量、燃料流量、燃料の粒径、燃
料噴射タイミング、スワールコントロールバルブ開度、
EGR量の少なくとも1つとしたことを特徴とする請求
項2記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. The control target of the air-fuel mixture quality control means is ignition timing, intake air amount, fuel flow rate, fuel particle size, fuel injection timing, swirl control valve opening,
The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein at least one of the EGR amounts is used.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003222048A (en) * 2002-01-31 2003-08-08 Nissan Motor Co Ltd Multi-cylinder diesel engine
JP2017020366A (en) * 2015-07-07 2017-01-26 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

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JP2003222048A (en) * 2002-01-31 2003-08-08 Nissan Motor Co Ltd Multi-cylinder diesel engine
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