JP2011007157A - Method for controlling operation of spark-ignition internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼室内に生成される電界と点火プラグによる火花放電とを反応させてプラズマを生成し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 in which an electric field generated in a combustion chamber reacts with a spark discharge by an ignition plug to generate plasma and ignite an air-fuel mixture.
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。
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
ところで、内燃機関は、負荷の変動特には定常運転状態から定常運転状態に移る際の過渡運転状態に応じて供給する燃料及び吸入空気量を調整するものである。このような燃料供給制御と同様に、特許文献1のもののようにプラズマ雰囲気を利用するものでは、プラズマ雰囲気の生成状態を調整することにより、負荷の変化にプラズマの量を追従させることが考えられている。
By the way, the internal combustion engine adjusts the amount of fuel and intake air to be supplied in accordance with load fluctuations, in particular, a transient operation state when shifting from a steady operation state to a steady operation state. Similar to such fuel supply control, in the case of using a plasma atmosphere such as that of
プラズマを生成するために電磁波、例えばマイクロ波を使用するものでは、マイクロ波の発生源としてマグネトロンを使用することも知られている。しかしながら、マグネトロンを使用するものでは、内燃機関の過渡運転状態における変化速度にマグネトロンの出力が追従しないことがある。そのため、その過渡運転状態に必要なトルクに対応するマイクロ波出力とはならず、意図した過渡運転状態にはならない場合が生じた。 It is also known to use a magnetron as a source of microwaves in those that use electromagnetic waves, such as microwaves, to generate plasma. However, in the case of using a magnetron, the output of the magnetron may not follow the changing speed in the transient operation state of the internal combustion engine. Therefore, the microwave output corresponding to the torque required for the transient operation state is not obtained, and the intended transient operation state may not be achieved.
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、燃焼室内に生成される電界と点火プラグによる火花放電とを反応させてプラズマを生成して混合気に着火する火花点火式内燃機関の運転状態に基づいて電界の強度を制御する火花点火式内燃機関の運転制御方法であって、機関の過渡運転状態を検出し、検出した過渡運転状態に応じて電界の強度を制御するとともに点火時期を制御することを特徴とする。 That is, the spark ignition type internal combustion engine operation control method of the present invention is a spark ignition type internal combustion engine that generates plasma by reacting an electric field generated in a combustion chamber with a spark discharge by a spark plug to ignite an air-fuel mixture. A spark ignition type internal combustion engine operation control method for controlling electric field strength based on an operating state, detecting a transient operation state of the engine, controlling the electric field strength according to the detected transient operation state, and igniting timing It is characterized by controlling.
このような構成によれば、電界の強度を制御することで生成するプラズマの量を制御し、同時に点火時期を制御してトルクを制御するものである。この結果、プラズマの量が過渡運転状態の変化に遅れても、そのような追従遅れを点火時期制御により補って、円滑な過渡運転状態を維持し得るものである。 According to such a configuration, the amount of plasma generated is controlled by controlling the intensity of the electric field, and at the same time, the ignition timing is controlled to control the torque. As a result, even if the amount of plasma is delayed with respect to the change in the transient operation state, such a follow-up delay can be compensated by the ignition timing control, and a smooth transient operation state can be maintained.
以上の構成において、電界の強度の制御及び点火時期の制御としては、具体的には、検出した過渡運転状態が出力を増加する運転状態である場合、電界の強度を増加するとともに点火時期を進角させるものや、及び検出した過渡運転状態が出力を減少させる運転状態である場合、電界の強度を減少させるとともに点火時期を一時的に遅角させるものが好ましい。 In the above configuration, the control of the electric field strength and the ignition timing are specifically controlled by increasing the electric field strength and advancing the ignition timing when the detected transient operation state is an operation state in which the output is increased. In the case where the angle is changed or the detected transient operation state is an operation state in which the output is reduced, it is preferable to reduce the electric field strength and temporarily retard the ignition timing.
上述した、電界を生成させる電界生成手段としては、各種の周波数の電磁波を発生させる電磁波発生装置、燃焼室内に配置される一対の電極に交流電圧を印加する交流電圧発生装置、及び同じく一対の電極に脈流電圧を印加する脈流電圧発生装置などが挙げられる。 As described above, the electric field generating means for generating an electric field includes an electromagnetic wave generator for generating electromagnetic waves of various frequencies, an AC voltage generator for applying an AC voltage to a pair of electrodes arranged in the combustion chamber, and a pair of electrodes. And a pulsating voltage generator for applying a pulsating voltage to the device.
電磁波発生装置が発生する電磁波としては、マイクロ波、各種無線通信例えばアマチュア無線において使用される周波数を含む高周波、及びマイクロ波より波長の短いレーザなどが挙げられる。なお、レーザの場合は、他の電磁波発生装置とは構成の異なるレーザ発振装置を使用する。 Examples of the electromagnetic waves generated by the electromagnetic wave generator include microwaves, high frequencies including frequencies used in various wireless communications such as amateur radio, and lasers having wavelengths shorter than those of microwaves. In the case of a laser, a laser oscillation device having a configuration different from that of other electromagnetic wave generation devices is used.
交流電圧発生装置が出力する交流電圧は、上述の高周波と等しい周波数のものである。 The AC voltage output from the AC voltage generator has a frequency equal to the above-described high frequency.
脈流電圧発生装置は、周期的に電圧が変化する直流電圧を発生させるものであればよく、その直流電圧の波形は任意であってよい。すなわち、本願における脈流電圧は、0ボルトを含む基準となる電圧から、一定周期で一定電圧まで変化するパルス電圧や、一定周期で順次増減する電圧まで変化する、例えば交流電圧を半波整流したような波形の直流電圧、さらには交流に直流バイアスをかけた直流電圧などを含むものである。この場合において、一定周期は、上述の高周波における周波数に対応するものであってよい。なお、波形は、上述したものに限定されるものではなく、正弦波、鋸歯状波、三角波などであってもよい。 The pulsating voltage generator need only generate a DC voltage whose voltage periodically changes, and the waveform of the DC voltage may be arbitrary. That is, the pulsating voltage in the present application changes from a reference voltage including 0 volt to a pulse voltage that changes to a constant voltage at a constant cycle or a voltage that increases or decreases sequentially at a fixed cycle, for example, AC voltage is half-wave rectified. Such a DC voltage having such a waveform, and a DC voltage obtained by applying a DC bias to the AC are included. In this case, the fixed period may correspond to the frequency at the above-described high frequency. The waveform is not limited to that described above, and may be a sine wave, a sawtooth wave, a triangular wave, or the like.
本発明は、以上説明したような構成であり、電界の強度を制御することで生成するプラズマの量を制御し、同時に点火時期を制御してトルクを制御するので、プラズマの量が過渡運転状態の変化に遅れても、そのような追従遅れを点火時期制御により補って、円滑な過渡運転状態を維持することができる。 The present invention is configured as described above, and controls the amount of plasma generated by controlling the strength of the electric field, and at the same time controls the ignition timing to control the torque. Even if it is delayed by this change, such a follow-up delay can be compensated by ignition timing control, and a smooth transient operation state can be maintained.
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気筒の構成を概略的に示したエンジン100は、自動車用の3気筒のものである。エンジン100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、そのスロットルバルブ2の下流にはサージタンク3が設けられている。サージタンク3が連通するシリンダヘッド4側の端部近傍には、さらに燃料噴射弁5が設けてあり、この燃料噴射弁5を電子制御装置6により制御するようにしている。そして、燃焼室7の天井部分には、点火プラグ8及びプラズマを生成するためのアンテナ9が取り付けてある。この実施形態におけるアンテナ9は、モノポール型アンテナで、燃焼室7の天井の点火プラグ8の近傍位置に取り付けられている。点火プラグ8には、イグナイタを一体に備える点火コイル10が交換可能に取り付けられている。アンテナ9は、棒状のもので、絶縁体を介して燃焼室7の壁に取り付けられ、燃焼室7内に突出して設けられる。アンテナ9は、電界生成手段であるマイクロ波発生装置11に図示しない導波管及び同軸ケーブルを介して接続されている。また、排気系12には、図示しないマフラに至るまでの管路に三元触媒(以下、触媒13と称する)が配設され、その上流にはO2センサ14が取り付けられている。
An
マイクロ波発生装置11は、マグネトロン15とマグネトロン15を制御する制御回路16とを備えてなる。マグネトロン15が出力するマイクロ波は、導波管及び同軸ケーブルによりアンテナ9に印加される。又、制御回路16には、電子制御装置6から出力されるマイクロ波発生信号nが入力される構成で、制御回路16は、入力されるマイクロ波発生信号nに基づいてマグネトロン15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。
The
電子制御装置6は、中央演算処理装置18と、記憶装置19と、入力インターフェース20と、出力インターフェース21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。中央演算処理装置18は、記憶装置19に格納された後述のプログラムを実行して、エンジン100の運転制御を行うものである。
The
そしてエンジン100の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース20を介して中央演算処理装置18に入力されるとともに、中央演算処理装置18は出力インターフェース21を介して制御のための信号を燃料噴射弁5などに出力する。具体的には、入力インターフェース20には、サージタンク3内の吸入空気の圧力を検出するための吸気圧センサ22から出力される吸気圧信号a、エンジン回転数を検出するための回転数センサ23から出力される回転数信号b、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24から出力されるIDL信号c、エンジン100の冷却水温を検出するための水温センサ25から出力される水温信号d、エンジン100が吸入する新気の温度を検出するための吸気温センサ26から出力される吸気温信号e、燃焼室7から排気弁を介して排出された排気ガス中の酸素濃度を検出するためのO2センサ14から出力される電圧信号fなどが入力される。一方、出力インターフェース21からは、燃料噴射弁5に対して燃料噴射信号p、イグナイタ10に対して点火信号m及びマイクロ波発生装置11に対してマイクロ波発生信号nなどが出力されるようになっている。
Information necessary for controlling the operation of the
電子制御装置6には、吸気圧センサ22から出力される吸気圧信号aと回転数センサ23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を補正して燃料噴射弁5の開成時間、すなわちインジェクタ最終通電時間を決定し、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該燃料噴射弁5から吸気系1に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。
The
このエンジン100にあっては、マイクロ波発生装置11が発生するマイクロ波を上述した出力時期に合わせてアンテナ9から燃焼室7内に放射し、それにより生成される電界と点火プラグ8による火花放電とを反応させてプラズマを生成し、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、マイクロ波がアンテナ9に印加されることにより、燃焼室7内には、点火プラグ8による火花放電に対して直交する方向に電界が生成される。
In the
点火に際しては、点火プラグ8に点火コイル(図示しない)により火花放電を発生させて、火花放電開始とほぼ同時あるいは火花放電開始直後あるいは火花放電開始直前にマイクロ波により電界を発生させ、火花放電と電界とを反応させてプラズマを生成させることにより、燃焼室7内の混合気を急速に燃焼させる構成である。なお、火花放電開始直後とは、遅くとも火花放電を構成する誘導放電の開始時が好ましい。
At the time of ignition, spark discharge is generated in the
具体的には、点火プラグ8による火花放電が電界中でプラズマになり、当該プラズマにて混合気に着火を行うことで火炎伝播燃焼の始まりとなる火炎核が火花放電のみの点火に比べて大きくなるとともに燃焼室7内に大量のラジカルが発生することで燃焼が促進される。
Specifically, the spark discharge by the
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、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、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎伝播燃焼の始まりとなる火炎核も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 are vibrated and meandered by the influence of the electric field, resulting in a longer path length and a dramatic increase in the number of collisions with surrounding water and nitrogen molecules. This is due to the 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 ignition region for the air-fuel mixture dramatically increases, and the flame kernel that starts the flame propagation combustion also increases.
この結果、火花放電と電界とが反応し発生したプラズマ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8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7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 plasma generated by the reaction between the spark discharge and the electric field, so that the ignition region is expanded and the two-dimensional ignition of only the
このような構成において、エンジン100は、過渡運転状態を検出し、検出した過渡運転状態に応じて電磁波であるマイクロ波の出力を制御するとともに点火時期を制御する運転制御プログラムが電子制御装置6に内蔵してある。マイクロ波の出力及び点火時期の制御は、具体的には、検出した過渡運転状態が出力を増加する運転状態である場合、電界の強度を強くするためにマイクロ波の出力を増加するとともに点火時期を進角させ、検出した過渡運転状態が出力を減少させる運転状態である場合、電界の強度を弱くするためにマイクロ波の出力を減少させるとともに点火時期を一時的に遅角させる構成である。
In such a configuration, the
以下、このエンジン100の運転制御の概略手順を、図2に示すフローチャートにより説明する。
Hereinafter, a schematic procedure of operation control of the
ステップS1では、エンジン100の運転状態が、ある定常運転状態から別の定常運転状態への移行期間における出力を増加する過渡運転状態であるか否かを判定する。過渡運転状態の判定は、例えば単位時間当たりの吸気管圧力が高くなっているか否かにより判定する。すなわち、エンジン100が、加速運転状態である場合は、スロットルバルブ2が開かれることにより、単位時間当たりの吸気管圧力の変化つまり吸気管圧力の変化速度は大きくなるので、吸気管圧力の変化速度が第一所定速度以上に大きくなる場合に加速時の過渡運転状態と判定するものである。
In step S1, it is determined whether or not the operating state of
ステップS1において出力を増加する過渡運転状態つまり加速時の過渡運転状態であると判定すると、ステップS2において、マイクロ波の出力を増加して電界の強度を強くするとともに点火時期を進角させる。すなわち、マイクロ波の出力は、電子制御装置6からマイクロ波発生信号nがマイクロ波発生装置11に出力されることにより、制御回路16がマグネトロン15を制御することで増加するものである。一方、点火時期の進角は、イグナイタ10に出力される点火信号により制御する。
If it is determined in step S1 that the state is a transient operation state in which the output is increased, that is, a transient operation state during acceleration, in step S2, the output of the microwave is increased to increase the electric field strength and advance the ignition timing. That is, the output of the microwave is increased by the
これに対して、ステップS1において加速時の過渡運転状態でないと判定した場合は、ステップS3に進む。ステップS3では、エンジン100の運転状態が、ある定常運転状態から別の定常運転状態への移行期間における出力を減少する過渡運転状態であるか否かを判定する。この場合は、吸気管圧力の変化速度が小さくなるので、その変化速度が第二所定速度以下に小さくなる場合に減速時の過渡運転状態と判定する。
On the other hand, when it determines with it not being the transient operation state at the time of acceleration in step S1, it progresses to step S3. In step S3, it is determined whether or not the operating state of
ステップS3において、出力を減少する過渡運転状態つまり減速時の過渡運転状態と判定した場合は、ステップS4において、マイクロ波の出力を減少して電界の強度を弱くするとともに点火時期を遅角させる。一方、ステップS3において、減速時の過渡運転状態でないと判定した場合には、ステップS5に進み、定常運転状態であるとして、マイクロ波の出力は、それまでの出力を維持するとともに、点火時期についても定常運転状態に対応した進角制御を実施する。 If it is determined in step S3 that the operation is a transient operation state in which the output is reduced, that is, a transient operation state during deceleration, in step S4, the output of the microwave is decreased to weaken the electric field strength and retard the ignition timing. On the other hand, if it is determined in step S3 that the engine is not in the transient operation state during deceleration, the process proceeds to step S5, and the microwave output maintains the output until then and the ignition timing is assumed to be in the steady operation state. Also, advance angle control corresponding to the steady operation state is implemented.
このような構成において、エンジン100が、過渡運転状態になった場合に、その過渡運転状態が加速時のものなのか減速時のものなのかを判定して、それぞれの過渡運転状態に応じたマイクロ波の出力と点火時期の制御とを行うものである。すなわち、マイクロ波の出力を、マグネトロン15の出力を変更することにより制御するものであるが、マイクロ波の出力の変化には遅れが生じるため、過渡時の運転状態の変化に追従しないことがある。例えば加速時の過渡運転状態においては、マイクロ波の出力を増加しても、トルクの増加が運転状態の変化に追従しない。このようなトルクの増加の遅れ、また減速時の過渡運転状態にあってはトルクの減少の遅れを解消するために、点火時期を制御するものである。
In such a configuration, when the
したがって、マイクロ波の出力の増減における追従遅れを、点火時期の進角及び遅角制御により補うことになる。つまり、ある定常運転状態から別の定常運転状態へ運転状態が移る場合に、マイクロ波により生成される電界と火花放電とが反応して生成されるプラズマが、運転状態の変化に対応して増減せず、よって必要なトルクに不足が生じるが、そのトルクの不足は、点火時期を制御することでそれぞれの過渡運転状態における必要なトルクを、確実に確保することができる。したがって、要求に追従した円滑な過渡運転状態を維持し得るものである。 Therefore, the follow-up delay in the increase / decrease in the output of the microwave is compensated by the advance / retard control of the ignition timing. In other words, when the operating state shifts from one steady state to another, the plasma generated by the reaction between the electric field generated by the microwave and the spark discharge increases or decreases in response to the change in the operating state. Therefore, the necessary torque is insufficient, but the insufficient torque can ensure the necessary torque in each transient operation state by controlling the ignition timing. Therefore, a smooth transient operation state following the request can be maintained.
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.
上述の実施形態にあっては、過渡運転状態の判定を吸気管圧力により行ったが、スロットルバルブ2の開度の変化速度やアクセルペダルの踏度の変化速度に基づいて行うものであってもよい。
In the above-described embodiment, the transient operation state is determined based on the intake pipe pressure. However, even if the determination is based on the change rate of the opening degree of the
また、以上の説明にあっては、モノポール型アンテナを説明したが、アンテナはこれに限定されるものではなく、ホーン型アンテナや、点火プラグの中心電極をアンテナとして機能させるものなど、種々のものを用いることができる。 In the above description, the monopole antenna has been described. However, the antenna is not limited to this, and there are various types such as a horn antenna and an antenna in which the center electrode of the spark plug functions as an antenna. Things can be used.
マイクロ波発生装置としては、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 microwave generator may be a traveling wave tube or the like instead of the magnetron as described above, and may further include a semiconductor microwave oscillation circuit.
さらには、点火プラグ1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ものであってもよい。この場合、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。
Furthermore, the center electrode of the
一方、電磁波発生装置における電磁波の周波数についてはマイクロ波の周波数帯に限られるものではなく、点火プラグ8の火花放電部分に電界を生成しプラズマを生成させることが可能な周波数であればよい。したがって、電磁波発生装置としては、例えば図3に示すような構成のものが好適である。
On the other hand, the frequency of the electromagnetic wave in the electromagnetic wave generator is not limited to the microwave frequency band, and may be any frequency that can generate an electric field in the spark discharge portion of the
図3に示す電磁波発生装置30は、例えば300MHzの電磁波を発振する送信機31と、送信機31の出力端に同軸ケーブル32で接続されるマッチングチューナ(又はアンテナチューナ)33と、マッチングチューナ33の出力端に不平衡ケーブル34で接続されるとともにイグナイタ35にも接続されるミキサ36とを備えている。この例にあっては、点火プラグ8の中心電極8aが電磁波を放射するアンテナとして機能するもので、したがって、ミキサ36は、マッチングチューナ33を介して送信機31が出力する電磁波を点火プラグ8の中心電極8aに印加するとともに、イグナイタ35からの点火信号を中心電極8aに印加する。ミキサ36は、送信機31からの電磁波とイグナイタ35からの点火信号を混合するものである。このような電磁波発生装置30にあっては、電磁波の周波数を変化させることにより電磁波の出力を増減させる、あるいは周波数を一定にしておいて電磁波の出力を増減させることにより、生成する電界の強度を制御する。
3 includes a
この例では、送信機31からの電磁波により、中心電極8aと接地電極8bとの間に電界が生成される。生成された電界と、中心電極8aと接地電極8bとの間に発生する火花放電とが反応してプラズマが生成され、混合気に着火するものである。
In this example, an electric field is generated between the
また、電磁波発生装置としては、レーザ発振装置が挙げられる。レーザ発振装置は、レーザダイオードと、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)とシリンドリカルレンズを含むレンズアセンブリとを組み合わせたものが使用できる。レーザ発振装置から出力されるレーザは、光ファイバを介して燃焼室に送られる。この場合、光ファイバは、点火プラグのハウジングの中を通過してその先端が中心電極と接地電極との間隙に向けて取り付けられる。レーザは、火花放電に先立って、火花放電が生じる位置に照射されるのが好ましい。電界の強度は、レーザの出力(強度)を増減することで制御するものである。 Moreover, a laser oscillation apparatus is mentioned as an electromagnetic wave generator. As the laser oscillation device, a combination of a laser diode, a lens assembly including YAG (yttrium, aluminum, garnet) and a cylindrical lens can be used. The laser output from the laser oscillation device is sent to the combustion chamber via an optical fiber. In this case, the optical fiber passes through the inside of the spark plug housing, and its tip is attached toward the gap between the center electrode and the ground electrode. Prior to the spark discharge, the laser is preferably applied to a position where the spark discharge occurs. The intensity of the electric field is controlled by increasing or decreasing the output (intensity) of the laser.
光ファイバから射出されるレーザは、前述の間隙に集中して、間隙近傍に電界を集中させる。したがって、レーザの指向性により電界を所期の位置に生成することができ、プラズマを混合気の着火に最も好適な位置に生成することができる。 The laser emitted from the optical fiber concentrates in the gap and concentrates the electric field near the gap. Therefore, the electric field can be generated at a desired position due to the directivity of the laser, and the plasma can be generated at the most suitable position for ignition of the air-fuel mixture.
以上に説明した電磁波発生装置に代えて、交流電圧発生装置を使用するものであってもよい。図4に示す交流電圧発生装置40は、車両用のバッテリ41の電圧例えば約12V(ボルト)を昇圧回路であるDC−DCコンバータ42にて300〜500Vに昇圧し、その後、図5に例示するHブリッジ回路43にて周波数が約1MHz〜500MHz、好ましくは100MHzの交流に変化させ、さらに昇圧トランス44により約4kVp‐p〜8kVp‐pに昇圧する構成である。
Instead of the electromagnetic wave generator described above, an AC voltage generator may be used. The
このような交流電圧発生装置40において、例えば点火プラグ8の中心電極8aと接地電極8bとを、電界を生成するための一対の電極とする場合、上述の電磁波発生装置30と同様に、交流電圧の出力端部となる昇圧トランス44とイグナイタと点火プラグ8との間にはミキサが配置される。そして、中心電極8aと接地電極8bとの間に高圧の交流電圧を印加することで、放電域である点火プラグ8の間隙に上記周波数帯であって極性が交互に入れ替わる電界が生成される。したがって、生成された電界と火花放電とが反応してプラズマが点火プラグ8周辺に生成され、混合気を着火するものである。なお、この一対の電極を中心電極8aと接地電極8bとで構成するものの場合に、接地電極8bに代えて、シリンダヘッド、シリンダブロックあるいはピストンで代用するものであってもよい。
In such an
一対の電極は、上述した点火プラグ8の中心電極8aと接地電極8bとを使用する以外に、点火プラグ8を挟む位置に電極を配置する構成でもよい。すなわち、所定の距離離して、対向して一対の電極を配置する。この場合に、点火プラグ8がその電極間に位置するように、一対の電極は配置する。この場合においても、電極の一方を、接地電極、シリンダヘッド、シリンダブロックあるいはピストンで代用するものであってもよい。
In addition to using the
なお、このような交流電圧発生装置に代えて、脈流発生装置を使用するものであってもよい。つまり、一対の電極間に交流を印加する代わりに、パルス電圧などの脈流電圧を印加することにより、一対の電極間に電界を生成するものである。脈流発生装置は、交流電圧発生装置と同様に、バッテリから供給される直流をDC−DCコンバータで昇圧し、高圧の直流を所定周期で断続することにより脈流とし、その脈流を昇圧トランスにより昇圧して一対の電極に印加する構成である。脈流発生装置の場合、Hブリッジ回路に代えて周期的にオン・オフするスイッチング回路を用いる。このような脈流発生回路を使用することによっても、一対の電極間に電界を生成することができ、上述の実施形態同様の効果を得ることができる。 Instead of such an AC voltage generator, a pulsating flow generator may be used. That is, instead of applying an alternating current between a pair of electrodes, an electric field is generated between the pair of electrodes by applying a pulsating voltage such as a pulse voltage. Similar to the AC voltage generator, the pulsating flow generator boosts the direct current supplied from the battery with a DC-DC converter and turns the high-voltage direct current into a pulsating flow at predetermined intervals. Thus, the voltage is boosted and applied to a pair of electrodes. In the case of a pulsating flow generator, a switching circuit that is periodically turned on and off is used instead of the H-bridge circuit. By using such a pulsating flow generation circuit, an electric field can be generated between the pair of electrodes, and the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.
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.
6…電子制御装置
7…燃焼室
8…点火プラグ
15…マグネトロン
18…中央演算処理装置
19…記憶装置
20…入力インターフェース
21…出力インターフェース
6 ...
Claims (3)
機関の過渡運転状態を検出し、
検出した過渡運転状態に応じて電界の強度を制御するとともに点火時期を制御する火花点火式内燃機関の運転制御方法。 A spark ignition type internal combustion engine that controls the intensity of an electric field based on the operating state of a spark ignition type internal combustion engine that generates plasma by reacting an electric field generated in a combustion chamber with a spark discharge by an ignition plug and ignites an air-fuel mixture The operation control method of
Detects transient engine operating conditions,
An operation control method for a spark ignition type internal combustion engine, which controls the ignition timing while controlling the intensity of an electric field in accordance with a detected transient operation state.
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