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JP2010101182A - Method for controlling operation of spark-ignition internal combustion engine - Google Patents

Method for controlling operation of spark-ignition internal combustion engine Download PDF

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JP2010101182A
JP2010101182A JP2008270489A JP2008270489A JP2010101182A JP 2010101182 A JP2010101182 A JP 2010101182A JP 2008270489 A JP2008270489 A JP 2008270489A JP 2008270489 A JP2008270489 A JP 2008270489A JP 2010101182 A JP2010101182 A JP 2010101182A
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JP
Japan
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spark
air
combustion
fuel mixture
ignition
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008270489A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Morihito Asano
守人 浅野
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.)
Daihatsu Motor Co Ltd
Original Assignee
Daihatsu Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Daihatsu Motor Co Ltd filed Critical Daihatsu Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems in a spark-ignition engine igniting an air-fuel mixture by performing arc discharge in a plasma atmosphere, wherein, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is rich, an excessive combustion state may be created, combustion gas temperature is raised in comparison with the case of less fuel, and an ignition plug is adversely affected. <P>SOLUTION: In this method for controlling operation of the spark-ignition internal combustion engine igniting the air-fuel mixture by reacting plasma generated in a combustion chamber by an electromagnetic wave with spark discharge by the ignition plug, a plasma generating region in the combustion chamber is changed into the air-fuel mixture with lean air. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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

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

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

ところで、特許文献1に記載のものでは、プラズマ雰囲気中にアーク放電を行うので、着火性が向上することにより、安定した火炎が得られる反面、混合気の空燃比がリッチである場合には、過剰な燃焼状態になることもある。つまり、混合気中の燃料が多くなると、その燃料がプラズマ雰囲気中のアーク放電により燃焼することで、燃料が少ない場合に比較して燃焼ガスの温度が上昇することがある。   By the way, in the thing of patent document 1, since arc discharge is performed in plasma atmosphere, while improving the ignitability, a stable flame can be obtained, but when the air-fuel ratio of the mixture is rich, Excessive combustion may occur. That is, when the amount of fuel in the air-fuel mixture increases, the temperature of the combustion gas may increase as compared with the case where the amount of fuel burns due to arc discharge in the plasma atmosphere as compared with the case where the amount of fuel is small.

しかしながら、燃焼ガスの温度が上昇すると、上昇した温度により点火プラグの電極温度も通常の運転状態の場合より上昇することになる。そのような状態で、アーク放電を繰り返すと、アーク放電により点火プラグの電極が損傷を受けることがある。そのような損傷が高じた場合、点火プラグの電極が変形する可能性も生じた。   However, when the temperature of the combustion gas rises, the electrode temperature of the spark plug also rises due to the raised temperature as compared with the normal operating state. If arc discharge is repeated in such a state, the electrode of the spark plug may be damaged by the arc discharge. If such damage was high, the spark plug electrode could be deformed.

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

すなわち、本発明の火花点火式内燃機関の運転制御方法は、電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグによる火花放電とを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の運転制御方法であって、燃焼室内のプラズマを生成する領域を空気の希薄な混合気にすることを特徴とする。   That is, the operation control method for a spark ignition internal combustion engine according to the present invention is an operation control method for a spark ignition internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by reacting plasma generated in a combustion chamber by electromagnetic waves and spark discharge by an ignition plug. And the area | region which produces | generates the plasma in a combustion chamber is made into the lean air-fuel | gaseous mixture.

このような構成によれば、火花放電と反応させるプラズマが生成される領域は、空気が希薄な混合気が満たされるので、プラズマと火花点火とが反応しても燃焼は緩慢になる。したがって、燃焼が過剰に良好になることを抑制することが可能になる。   According to such a configuration, the region in which the plasma that reacts with the spark discharge is generated is filled with a lean air-fuel mixture, so that combustion is slow even if the plasma and spark ignition react. Therefore, it becomes possible to suppress the combustion from becoming excessively good.

以上の構成において、空気の希薄な混合気は例えば、排気ガスの還流により形成するものが挙げられる。   In the above configuration, the lean air-fuel mixture is, for example, that formed by the recirculation of exhaust gas.

本発明は、以上説明したような構成であり、火花放電と反応させるプラズマが生成される領域は、空気が希薄な混合気が満たされるので、プラズマと火花点火とが反応しても燃焼を緩慢にさせることができ、燃焼が過剰に良好になることを抑制することができる。   The present invention is configured as described above, and the region in which the plasma that reacts with the spark discharge is generated is filled with a lean air-fuel mixture. Therefore, even if the plasma and spark ignition react, the combustion is slowed down. It is possible to prevent the combustion from becoming excessively good.

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

図1に、1気筒の構成を代表して概略的に示したエンジン100は、自動車用の火花点火式4サイクル4気筒のもので、その吸気系1には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ2が配設され、その下流側にはサージタンク3が設けられている。サージタンク3に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁5が設けてあり、その燃料噴射弁5を、電子制御装置6により制御するようにしている。燃焼室30を形成するシリンダヘッド31には、二つの吸気弁32及び二つの排気弁33が配設されるとともに、火花を発生するとともにイオン電流Iを検出するための電極となる点火プラグ18が取り付けてある。また排気系20には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのO2 センサ21が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された触媒装置である三元触媒22の上流の位置に取り付けられている。 An engine 100 schematically shown as a representative of the configuration of one cylinder in FIG. 1 is a spark ignition type four-cycle four-cylinder for an automobile, and its intake system 1 opens and closes in response to an accelerator pedal (not shown). A throttle valve 2 is provided, and a surge tank 3 is provided downstream thereof. A fuel injection valve 5 is further provided in the vicinity of one end communicating with the surge tank 3, and the fuel injection valve 5 is controlled by the electronic control unit 6. The cylinder head 31 forming the combustion chamber 30 is provided with two intake valves 32 and two exhaust valves 33, and an ignition plug 18 that serves as an electrode for generating a spark and detecting the ion current I. It is attached. Further, in the exhaust system 20, an O 2 sensor 21 for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas is located upstream of the three-way catalyst 22 which is a catalyst device arranged in a pipe line leading to a muffler (not shown). Is attached to.

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

このようなイオン電流検出系40に加えて、燃焼室30内にプラズマを生成するために、点火プラグ18の中心電極には、電磁波例えばマイクロ波が供給される。マイクロ波は、マグネトロン50とマグネトロン50を制御する制御回路51とを備えてなる高圧交流発生装置52から出力される。制御回路51には、電子制御装置6から出力される高圧交流発生信号kが入力される構成である。マイクロ波を点火プラグ18まで伝送する伝送経路53については、よく知られたものを用いることができ、例えばマグネトロン50に電気的に接続される導波管と、その導波管と点火プラグ18の中心電極とを電気的に接続する同軸ケーブル及び同軸分配器とで構成される。したがって、中心電極がマイクロ波を放射するアンテナとして機能する。制御回路51は、入力される高圧交流発生信号kに基づいてマグネトロン50が出力するマイクロ波の出力時期及び出力電力を制御するものである。この実施形態においては、マグネトロン50は、一定出力のマイクロ波を出力するように設定してある。   In addition to such an ion current detection system 40, an electromagnetic wave, for example, a microwave is supplied to the center electrode of the spark plug 18 in order to generate plasma in the combustion chamber 30. The microwave is output from a high voltage AC generator 52 including a magnetron 50 and a control circuit 51 that controls the magnetron 50. The control circuit 51 is configured to receive a high-voltage AC generation signal k output from the electronic control device 6. As the transmission path 53 for transmitting the microwave to the spark plug 18, a well-known one can be used. For example, a waveguide electrically connected to the magnetron 50, the waveguide and the spark plug 18 are connected to each other. It is comprised with the coaxial cable and coaxial distributor which electrically connect a center electrode. Therefore, the center electrode functions as an antenna that radiates microwaves. The control circuit 51 controls the output timing and output power of the microwave output from the magnetron 50 based on the input high-voltage AC generation signal k. In this embodiment, the magnetron 50 is set to output a constant output microwave.

以上の構成に加えて、エンジン100は、気筒毎に排気ガス還流装置60を備えている。それぞれの排気ガス還流装置60は、吸気ポート34に連通するように一方の端部が接続される排気ガス還流管路61と、その排気ガス還流管路61に設けられて排気ガス還流管路61を通過する排気ガスの流量を制御する排気ガス還流制御弁62とを備えて構成される。排気ガス還流管路61の他方の端部は、排気系20を構成する排気マニホルド23に接続される。排気ガス還流装置60は、排気ガス還流制御弁62が制御されるつまり開かれると、排気ガスが排気ガス還流制御弁62の開度に応じた流量で排気ガス還流管路61を通過して、吸気ポート34内に還流させるものである。還流される排気ガスの流量は、排気ガス還流制御弁62の開度に依存するもので、排気ガス還流制御弁62の開度の制御は、電子制御装置6により行われる。この実施形態にあっては、それぞれの排気ガス還流制御弁62は、気筒毎に燃焼状態が異なる場合は個別に制御されるものであり、それ以外は全てが同一に制御されるものである。   In addition to the above configuration, the engine 100 includes an exhaust gas recirculation device 60 for each cylinder. Each exhaust gas recirculation device 60 has an exhaust gas recirculation conduit 61 connected at one end so as to communicate with the intake port 34, and the exhaust gas recirculation conduit 61 provided in the exhaust gas recirculation conduit 61. And an exhaust gas recirculation control valve 62 for controlling the flow rate of the exhaust gas passing through the exhaust gas. The other end of the exhaust gas recirculation pipe 61 is connected to an exhaust manifold 23 that constitutes the exhaust system 20. When the exhaust gas recirculation control valve 62 is controlled, that is, when the exhaust gas recirculation device 60 is opened, the exhaust gas passes through the exhaust gas recirculation pipe 61 at a flow rate corresponding to the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve 62, The air is recirculated into the intake port 34. The flow rate of the exhaust gas to be recirculated depends on the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve 62, and the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve 62 is controlled by the electronic control device 6. In this embodiment, each exhaust gas recirculation control valve 62 is individually controlled when the combustion state is different for each cylinder, and is otherwise controlled identically.

エンジン100はさらに、バルブ可変機構63を備えている。バルブ可変機構63は例えば、吸気弁32のバルブタイミング及びバルブリフト量を、それぞれの吸気弁32に対して独立に制御するものである。それぞれの吸気弁32のバルブタイミング及びバルブリフト量を独立に制御することにより、点火プラグ18の電極近傍に、空気の希薄な混合気をエンジン100の運転状態に応じて選択的に形成するものである。   The engine 100 further includes a variable valve mechanism 63. For example, the variable valve mechanism 63 controls the valve timing and the valve lift amount of the intake valves 32 independently of each intake valve 32. By independently controlling the valve timing and valve lift amount of each intake valve 32, a lean air-fuel mixture is selectively formed in the vicinity of the electrode of the spark plug 18 according to the operating state of the engine 100. is there.

電子制御装置6は、中央演算処理装置7と、記憶装置8と、入力インターフェース9と、出力インターフェース11と、A/Dコンバータ10とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インターフェース9には、サージタンク3内の圧力すなわち吸気管圧力を検出するための吸気圧センサ13から出力される吸気圧信号a、エンジン100の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ14から出力される気筒判別信号G1とクランク角度基準位置信号G2とエンジン回転数信号b、車速を検出するための車速センサ15から出力される車速信号c、スロットルバルブ2の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ16から出力されるIDL信号d、エンジン100の冷却水温を検出するための水温センサ17から出力される水温信号e、上記したO2 センサ21から出力される電流信号h等が入力される。一方、出力インターフェース11からは、燃料噴射弁5に対して燃料噴射信号fが、点火プラグ18に対してイグニションパルスgが、それぞれの排気ガス還流制御弁62に対して弁開度信号mがそれぞれ出力されるようになっている。 The electronic control device 6 is mainly configured by a microcomputer system including a central processing unit 7, a storage device 8, an input interface 9, an output interface 11, and an A / D converter 10. The input interface 9 includes an intake pressure signal a output from an intake pressure sensor 13 for detecting the pressure in the surge tank 3, that is, an intake pipe pressure, and an output from a cam position sensor 14 for detecting the rotation state of the engine 100. Cylinder discrimination signal G1, crank angle reference position signal G2, engine speed signal b, vehicle speed signal c output from the vehicle speed sensor 15 for detecting the vehicle speed, idle switch for detecting the open / closed state of the throttle valve 2 The IDL signal d output from 16, the water temperature signal e output from the water temperature sensor 17 for detecting the coolant temperature of the engine 100, the current signal h output from the O 2 sensor 21, etc. are input. On the other hand, from the output interface 11, a fuel injection signal f is sent to the fuel injection valve 5, an ignition pulse g is sent to the spark plug 18, and a valve opening signal m is sent to each exhaust gas recirculation control valve 62. It is output.

以上の構成において、電子制御装置6には、吸気圧センサ13から出力される吸気圧信号aとカムポジションセンサ14から出力される回転数信号bとを主な情報とし、エンジン100の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間(基本噴射量)を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Tを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁5を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を吸気系1に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。また、このようにエンジン100の燃料噴射を制御する一方、電子制御装置6は、燃焼室内のプラズマを生成する領域を空気の希薄な混合気にするように、排気ガス還流装置60及び可変バルブ機構63を制御する制御プログラムが内蔵してある。   In the above-described configuration, the electronic control unit 6 uses the intake pressure signal a output from the intake pressure sensor 13 and the rotation speed signal b output from the cam position sensor 14 as main information, and determines the operating state of the engine 100. The basic injection time (basic injection amount) is corrected by various correction coefficients determined accordingly to determine the fuel injection valve opening time, that is, the injector final energization time T, and the fuel injection valve 5 is controlled by the determined energization time. A program for injecting fuel corresponding to the engine load into the intake system 1 is incorporated. Further, while controlling the fuel injection of the engine 100 in this way, the electronic control unit 6 makes the exhaust gas recirculation device 60 and the variable valve mechanism so that the region in which the plasma is generated in the combustion chamber becomes a lean air-fuel mixture. A control program for controlling 63 is built in.

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

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

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

これは、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、高周波電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、OHラジカルやNラジカルになると共に、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体は電離した状態、言換するとプラズマ状態となることで、飛躍的に火炎が大きくなるものである。   This is because the flow of electrons due to the spark discharge and the ions and radicals generated by the spark discharge oscillate and meander due to the influence of the high-frequency electric field, resulting in a longer path length and the number of collisions with surrounding water and nitrogen molecules. This is due to a dramatic increase. Water molecules and nitrogen molecules that have been struck by ions and radicals become OH radicals and N radicals, and the surrounding gas that has been struck by ions and radicals is ionized, in other words, a plasma state. The flame will increase dramatically.

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

以上のような混合気の着火制御によりエンジン100を運転している間に、各気筒において混合気の燃焼時つまり燃焼行程において燃焼室30に発生するイオン電流を検出し、検出したイオン電流に基づいて各気筒の燃焼状態を検出して、燃焼状態が過剰に良好である場合に、燃焼室30内のプラズマを生成する領域を吸気の希薄な混合気にするように、排気ガス還流装置60及び可変バルブ機構63を制御するものである。次に、図2に示すフローチャートにより、この実施形態を説明する。   While the engine 100 is being operated by the ignition control of the air-fuel mixture as described above, the ion current generated in the combustion chamber 30 in each cylinder during combustion of the air-fuel mixture, that is, in the combustion stroke, is detected, and based on the detected ion current. When the combustion state of each cylinder is detected and the combustion state is excessively good, the exhaust gas recirculation device 60 and the exhaust gas recirculation device 60 and The variable valve mechanism 63 is controlled. Next, this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

図2において、ステップS1において、各気筒のイオン電流を検出する。イオン電流は、燃焼の開始直後に点火プラグ18の中心電極により検出されるもので、燃焼状態が良好であると、ピストンが上死点に達した直後の時間に最大電流値となり、その後は減少するものである。したがって、イオン電流のこのような特性を検出して、燃焼状態を把握することができる。   In FIG. 2, the ion current of each cylinder is detected in step S1. The ion current is detected by the center electrode of the spark plug 18 immediately after the start of combustion. If the combustion state is good, the ion current becomes the maximum current value immediately after the piston reaches top dead center, and then decreases. To do. Therefore, such a characteristic of the ionic current can be detected to grasp the combustion state.

ステップS2では、検出したイオン電流が、所定の電流値を上回っているか否かを判定する。所定の電流値は、プラズマが多くのラジカルを含むこと、あるいは高負荷での運転が連続して燃焼ガスの温度が上昇することなどで、過剰に良好となる燃焼状態を判定し得る値に、適合により設定する。過剰に良好な燃焼状態とは、燃焼ガスの温度が高温となり点火プラグ18の電極に損傷を与える可能性がある燃焼状態である。   In step S2, it is determined whether or not the detected ion current exceeds a predetermined current value. The predetermined current value is a value that can determine an excessively good combustion state, for example, when the plasma contains many radicals or the temperature of the combustion gas rises continuously at high load, Set by conformance. An excessively good combustion state is a combustion state in which the temperature of the combustion gas becomes high and the electrodes of the spark plug 18 may be damaged.

ステップS2において、検出したイオン電流が所定の電流値以下である場合は、この制御を終了する。一方、検出したイオン電流が所定の電流値を上回っている場合は、ステップS3において、可変バルブ機構63を制御して、プラズマを生成する領域を空気の希薄な混合気にする。具体的には、排気ガス還流装置60の排気ガス還流制御弁62を開いておき、可変バルブ機構63を制御して、二つの吸気弁32を開くバルブタイミング及びバルブリフトを個別に制御して異ならせ、燃焼室30内にスワールを発生させる。つまり、一方の吸気弁32側から還流した排気ガスを吸入し、他方の吸気弁32側から新気を吸入する。このようにして、スワールが発生することにより、排気ガス還流管路61からの排気ガスが、燃焼室30の中央に集中し、その周囲に新鮮な吸入空気が取り囲むようになる。このため、燃焼室30の中央すなわち点火プラグ18の電極近傍に還流された排気ガスが集中し、その結果、空気の希薄な混合気がプラズマを生成する領域に形成されるものである。   In step S2, if the detected ion current is less than or equal to a predetermined current value, this control is terminated. On the other hand, if the detected ion current exceeds a predetermined current value, in step S3, the variable valve mechanism 63 is controlled so that the region where plasma is generated becomes a lean air-fuel mixture. Specifically, the exhaust gas recirculation control valve 62 of the exhaust gas recirculation device 60 is opened, the variable valve mechanism 63 is controlled, and the valve timing and valve lift for opening the two intake valves 32 are individually controlled. The swirl is generated in the combustion chamber 30. That is, exhaust gas recirculated from one intake valve 32 side is sucked, and fresh air is sucked from the other intake valve 32 side. As a result of the occurrence of swirl in this manner, the exhaust gas from the exhaust gas recirculation pipe 61 is concentrated in the center of the combustion chamber 30, and fresh intake air surrounds it. For this reason, the exhaust gas recirculated concentrates in the center of the combustion chamber 30, that is, in the vicinity of the electrode of the spark plug 18, and as a result, a lean air-fuel mixture is formed in a region where plasma is generated.

以上の構成において、エンジン100の運転が継続され、例えば高負荷の運転状態が続くことで燃焼が安定し、燃焼状態が過剰に良好になる場合がある。この場合に、イオン電流により気筒別にそのような燃焼状態を検出して、プラズマの生成状態を制御するものである。   In the above configuration, the operation of the engine 100 is continued. For example, when the high-load operation state continues, the combustion is stabilized, and the combustion state may become excessively good. In this case, the state of plasma generation is controlled by detecting such a combustion state for each cylinder using an ion current.

このような燃焼室30内の混合気の状態において、プラズマと火花放電とを反応させると、空気が希薄であるのでラジカルの成長が促進されず、燃焼状態が低下する。したがって、点火プラグ18やピストン35が損傷を被ることを抑制することができる。   When the plasma and spark discharge are reacted in the state of the air-fuel mixture in the combustion chamber 30, since the air is lean, the growth of radicals is not promoted and the combustion state is lowered. Therefore, damage to the spark plug 18 and the piston 35 can be suppressed.

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

上述の実施形態においては、燃焼状態をイオン電流の電流値により判定したが、検出したイオン電流が閾値を上回っている期間の時間あるいはクランク角度により判定するものや、イオン電流の測定を開始した後の所定期間内におけるイオン電流値の積分値により検出するものなどであってもよい。このような、イオン電流の特性から燃焼状態をイオン電流似より判定することは、この分野で知られている方法を用いるものであってよい。   In the above-described embodiment, the combustion state is determined by the current value of the ion current. However, it is determined by the time or crank angle during which the detected ion current exceeds the threshold, or after the measurement of the ion current is started. It may be one that is detected by an integral value of ion current values within a predetermined period. Such determination of the combustion state from the ion current characteristics from the characteristics of the ion current may be performed using a method known in this field.

また、燃焼状態を検出するものとしては、それぞれの気筒に圧力センサを取り付け、各気筒における燃焼行程の気筒内圧力が設定された判定圧力以上となるか否かを判定して行うものであってよい。すなわち良好な燃焼状態の気筒にあっては、気筒内圧力が高くなるので、判定圧力以上となった気筒を、過剰に燃焼状態が良好な気筒として判定することができる。   The combustion state is detected by attaching a pressure sensor to each cylinder and determining whether the in-cylinder pressure of the combustion stroke in each cylinder is equal to or higher than a set determination pressure. Good. That is, in a cylinder in a good combustion state, the cylinder pressure becomes high, so that a cylinder having a determination pressure or higher can be determined as a cylinder in which the combustion state is excessively good.

加えて、マイクロ波を放射するアンテナとしては、点火プラグ18の中心電極を用いる以外に、内部に誘電体が充填されて密封されたホーン型アンテナや、燃焼室30内に突き出して設けられるモノポール型アンテナなどを用いるものであってよい。   In addition, as the antenna for radiating microwaves, besides using the center electrode of the spark plug 18, a horn type antenna that is sealed with a dielectric filled therein, or a monopole that protrudes into the combustion chamber 30. A type antenna or the like may be used.

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

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

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

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

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

符号の説明Explanation of symbols

6…電子制御装置
7…中央演算処理装置
8…記憶装置
9…入力インターフェース
11…出力インターフェースと、
50…マグネトロン
51…制御回路
52…高圧交流発生装置
18…点火プラグ
30…燃焼室
60…排気ガス還流装置
6 ... Electronic control unit 7 ... Central processing unit 8 ... Storage unit 9 ... Input interface 11 ... Output interface
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Magnetron 51 ... Control circuit 52 ... High voltage | pressure AC generator 18 ... Spark plug 30 ... Combustion chamber 60 ... Exhaust gas recirculation apparatus

Claims (2)

電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグによる火花放電とを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の運転制御方法であって、
燃焼室内のプラズマを生成する領域を空気の希薄な混合気にする火花点火式内燃機関の運転制御方法。
An operation control method for a spark ignition internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by reacting plasma generated in a combustion chamber by electromagnetic waves and spark discharge by an ignition plug,
An operation control method for a spark ignition type internal combustion engine in which a region in which plasma is generated in a combustion chamber is a lean air-fuel mixture.
空気の希薄な混合気を、排気ガスの還流により形成する請求項1記載の火花点火式内燃機関の運転制御方法。   The operation control method for a spark ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein the lean air-fuel mixture is formed by recirculation of exhaust gas.
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