JP2014185544A - Control device of spark ignition type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火花点火式内燃機関を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for controlling a spark ignition internal combustion engine.
火花点火式内燃機関に実装されている点火装置では、イグナイタが消弧した際に点火コイルに発生する高電圧を点火プラグの中心電極に印加することで、点火プラグの中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起、点火する。 In an ignition device mounted on a spark ignition type internal combustion engine, a high voltage generated in the ignition coil when the igniter is extinguished is applied to the center electrode of the ignition plug, so that the center electrode of the ignition plug and the ground electrode are A spark discharge is caused between and ignited.
近時では、気筒の燃焼室内にある混合気に確実に着火させ、安定した火炎を得ることができるようにするために、電界発生回路、換言すればマグネトロンが出力するマイクロ波若しくは高周波発振器が出力する高周波を燃焼室内に放射する着火法が試みられている(例えば、下記特許文献1または2を参照)。この着火法によれば、中心電極と接地電極との間の空隙にマイクロ波若しくは高周波電界が形成され、この電界中で発生したプラズマが成長して、火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きな火炎核を生成することができる。 Recently, in order to ensure that the air-fuel mixture in the combustion chamber of the cylinder is ignited and a stable flame can be obtained, an electric field generation circuit, in other words, a microwave or high-frequency oscillator output from the magnetron is output. An ignition method for radiating a high frequency to the combustion chamber has been attempted (see, for example, Patent Document 1 or 2 below). According to this ignition method, a microwave or high-frequency electric field is formed in the gap between the center electrode and the ground electrode, and the plasma generated in this electric field grows to form a large flame nucleus that starts the flame propagation combustion. Can be generated.
燃焼室内に放射されたマイクロ波若しくは高周波が内燃機関外に漏出すると、エンジンルームの内外にある電気・電子機器に電雑がもたらされ、これら機器の動作に悪影響を与える懸念がある。よって、まずはマイクロ波若しくは高周波電界の漏洩を検知する必要があるが、電界の漏洩を検知するための新たな装置を設置することはコストの騰貴を招く不利がある上、ただでさえ狭いエンジンルームのどこに当該装置を配置するのかというスペースの問題にも頭を悩ませることになる。 If microwaves or high-frequency waves radiated into the combustion chamber leak out of the internal combustion engine, electric and electronic devices inside and outside the engine room are brought into contact, and there is a concern that the operation of these devices may be adversely affected. Therefore, it is necessary to detect leakage of microwaves or high-frequency electric fields first, but installing a new device for detecting leakage of electric fields has the disadvantage of increasing costs and even a narrow engine room. The problem of the space of where to place the device is also annoying.
加えて、マグネトロンまたは高周波発振器とアンテナとを接続する線路上に断線や短絡等が発生する可能性も予め考慮に入れておく必要がある。 In addition, it is necessary to consider in advance the possibility of disconnection or short-circuiting on the line connecting the magnetron or high-frequency oscillator and the antenna.
本発明は、火花放電とともに燃焼室内に電界を放射して着火を行う内燃機関における、燃焼室内に電界を放射するシステムに故障が発生した場合に、これを検知できるようにすることを所期の目的としている。 The present invention is intended to detect when a failure occurs in a system that emits an electric field in a combustion chamber in an internal combustion engine that emits an electric field in the combustion chamber along with spark discharge. It is aimed.
本発明では、気筒の燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に放射される電界と、点火プラグの中心電極と接地電極との間に発生する火花放電とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し、混合気に着火する火花点火式内燃機関を制御するものであって、燃料カット条件の成立に伴い燃料噴射を一時中止する燃料カットを実施することとし、燃料カット中にアンテナから電界を放射したときに計測される反射波の大きさと、その燃料カットの実施前またはその燃料カットの終了後にアンテナから電界を放射したときに計測される反射波の大きさとを比較することを通じて、燃焼室内に電界を生成するシステムに故障が生じていないかどうかを判定することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置を構成した。 In the present invention, the electric field radiated into the combustion chamber via the antenna facing the combustion chamber of the cylinder interacts with the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug to generate plasma in the combustion chamber. The spark ignition type internal combustion engine that generates and ignites the air-fuel mixture is controlled, and the fuel cut is performed to temporarily stop the fuel injection when the fuel cut condition is satisfied. By comparing the magnitude of the reflected wave measured when radiated with the magnitude of the reflected wave measured when the electric field is radiated from the antenna before the fuel cut is performed or after the fuel cut is completed, A control device for a spark ignition internal combustion engine is characterized in that it is determined whether or not a failure has occurred in a system that generates an electric field.
特に、燃料カット条件の成立後、実際に燃料カットを開始する前の時期に電界を放射した結果計測される反射波の大きさを、燃料カットの開始後に電界を放射した結果計測される反射波の大きさと比較するようにすれば、気筒の燃焼室内温度やその他の条件をほぼ同等として比較を行うことができ、故障の見逃しや誤判定のおそれが低減する。 In particular, the magnitude of the reflected wave measured as a result of radiating an electric field in the period before the fuel cut is actually started after the fuel cut condition is established, and the reflected wave measured as a result of radiating the electric field after the fuel cut is started By comparing with the size of the cylinder, it is possible to make the comparison with the temperature in the combustion chamber of the cylinder and other conditions being substantially the same, thereby reducing the possibility of oversight of a failure or erroneous determination.
本発明によれば、火花放電とともに燃焼室内に電界を放射して着火を行う内燃機関において、燃焼室内に電界を放射するシステムに発生した故障を検知することが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to detect the failure which generate | occur | produced in the system which radiates | emits an electric field in a combustion chamber in the internal combustion engine which ignites by radiating | emitting an electric field in a combustion chamber with a spark discharge.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、火花点火式の4ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. This internal combustion engine is a spark ignition type four-stroke gasoline engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided. A
本実施形態の内燃機関には、点火の際に気筒1の燃焼室内でプラズマを生成する目的で、燃焼室内に電界を発生させる電磁波放射部を付帯させている。本実施形態における電磁波放射部は、燃焼室内にマイクロ波電界を印可するものであり、車載バッテリを電源としてマイクロ波を発生させるマグネトロン14及びこれを制御する制御回路15と、マグネトロン14が発生させたマイクロ波を伝送する伝送回路16と、伝送回路16に接続したアンテナ17とを要素とする。
The internal combustion engine of the present embodiment is accompanied by an electromagnetic wave radiation portion that generates an electric field in the combustion chamber for the purpose of generating plasma in the combustion chamber of the cylinder 1 at the time of ignition. The electromagnetic wave radiating unit in the present embodiment applies a microwave electric field in the combustion chamber, and is generated by the
制御回路15は、本実施形態の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0から出力される制御信号lを受け、この制御信号lに基づいてマグネトロン14が発振するマイクロ波の電力及びその発振時期を制御する。
The
伝送回路16は、マイクロ波を伝搬させることのできる導波管や同軸ケーブル等を主体とする。この伝送回路16には、アイソレータ18及びパワーメータ19が付随している。アイソレータ18は、アンテナ17からの反射波を吸収してマグネトロン14を安定的に動作させるための保護機器であり、マグネトロン14とアンテナ17との間に介在している。
The
アイソレータ18は、サーキュレータとダミーロードとからなる。サーキュレータは、マグネトロン14から発振される入射電力と、アンテナ17から返ってくる反射電力とを、導波管または同軸ケーブル等のT字部(または、分岐部)に設けたフェライト及び磁界の作用により分離する。そして、入射電量を殆ど損失なしにアンテナ17へと伝送する一方、反射電力をダミーロード側へと導入する。ダミーロードは、例えば反射電力を水等により吸収し熱として排出する水冷式のものである。ダミーロードは、導波管または同軸ケーブル等の終端に接続しており、余剰のマイクロ波エネルギを効率よく吸収する。
The
パワーメータ19は、マグネトロン14からアンテナ17に向けて伝搬する入射電力と、アンテナ17から返ってくる反射電力とを分けて検出する。パワーメータ19は、導波管または同軸ケーブル等の中途に挿入してある。このパワーメータ19は、方向性結合器、同軸無反射終端器、マイクロ波用ダイオードであるクリスタルマウント、電流計、同軸ケーブル等を用いて構成される既知のものである。本実施形態では、双方向性結合器の進行波検出ポート及び反射波検出ポートの各々にクリスタルマウント、同軸無反射終端器及び電流計を接続することで入射電力及び反射電力の双方を同時に読み取り可能な態様のパワーメータ19を採用している。
The
アンテナ17は、その一部が気筒1の燃焼室内に露出し、マグネトロン14から発振され伝送回路16を伝搬するマイクロ波を気筒1の燃焼室内に放射する。アンテナ17は、例えば図2に示すように、燃焼室の天井の点火プラグ13付近に配設したモノポール型アンテナであり、先端部を燃焼室内に表出させ、その他の部分を絶縁体により被覆してある。アンテナ17の先端面は、燃焼室の内面と略面一とする。尤も、アンテナ17の形状及び配設位置は一意には限定されない。
A part of the antenna 17 is exposed in the combustion chamber of the cylinder 1, and radiates microwaves oscillated from the
電界発生装置であるマグネトロン14が発振する高周波電圧は、通常、火花放電開始と略同時、火花放電開始直前または火花放電開始直後に、アンテナ17に印加する。これにより、燃焼室内における、点火プラグ12の周囲の空間に、マイクロ波電界が形成される。そして、マイクロ波電界と火花放電との相互作用を通じて、プラズマが発生し、このプラズマが火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きなラジカルプラズマ火炎核を生成する。
The high-frequency voltage oscillated by the
上記の自走、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ラジカルになるとともに、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体も電離した状態、即ち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、火炎核も大きくなるのである。この結果、火花放電のみによる二次元的な着火から三次元的な着火に増幅され、燃焼が燃焼室内に急速に伝播、高い燃焼速度で拡大することとなる。 The number of times the above-mentioned self-running, the flow of electrons due to 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 collision with surrounding water and nitrogen molecules. This is due to a drastic increase in. 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 also ionized, that is, a plasma state. In addition, the region of ignition of the air-fuel mixture increases and the flame kernel also increases. As a result, the two-dimensional ignition by only the spark discharge is amplified to the three-dimensional ignition, and the combustion rapidly propagates into the combustion chamber and expands at a high combustion speed.
内燃機関の気筒1に吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
An
気筒1から排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
The exhaust passage 4 for exhausting the exhaust from the cylinder 1 guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-
内燃機関の運転制御を司るECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。 The ECU 0 that controls operation of the internal combustion engine is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号d、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号e、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号f、マグネトロン14から発される入射波の強度及びアンテナ17から返ってくる反射波の強度を検出するパワーメータ19から出力される入射波信号g及び反射波信号h等が入力される。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle and engine speed of the crankshaft, and depression of an accelerator pedal. The accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount or the opening of the
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、マグネトロン14の制御回路15に対してマイクロ波発生指令信号l等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i for the igniter of the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、燃焼室内に電界を発生させるか否かやその電界の強度といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、lを出力インタフェースを介して印加する。 The processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in the memory in advance, calculates operation parameters, and controls the operation of the internal combustion engine. The ECU 0 acquires various information a, b, c, d, e, f, g, and h necessary for operation control of the internal combustion engine via the input interface, knows the engine speed, and is filled in the cylinder 1. Estimate the intake volume. Based on the engine speed and intake air amount, etc., the required fuel injection amount, fuel injection timing (including the number of times of fuel injection for one combustion), fuel injection pressure, ignition timing, and an electric field are generated in the combustion chamber. Various operating parameters such as whether or not and the strength of the electric field are determined. The ECU 0 applies various control signals i, j, k, and l corresponding to the operation parameters via the output interface.
本実施形態のECU0は、所定の燃料カット条件が成立したときに、インジェクタ11からの燃料噴射を停止し、かつ点火プラグ12による火花点火を停止する燃料カットを実行する。ECU0は、少なくとも、アクセルペダルの踏込量が0または0に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あることを以て、燃料カット条件が成立したものと判断する。
The ECU 0 of the present embodiment performs fuel cut that stops fuel injection from the injector 11 and stops spark ignition by the
因みに、燃料カット条件が成立したとしても、即時に燃料噴射を停止するわけではない。エンジントルクが比較的大きい段階で、急に燃料供給を遮断すると、エンジン回転数や車速がステップ的に急落するトルクショックが発生し、運転者を含む搭乗者に衝撃を感じさせる。このトルクショックを軽減するべく、燃料カット条件が成立した後、遅延時間の経過を待ってから、はじめて燃料噴射を停止する。この遅延時間中には、点火タイミングを遅角補正し、エンジントルクを積極的に低下させる。 Incidentally, even if the fuel cut condition is satisfied, the fuel injection is not immediately stopped. If the fuel supply is cut off suddenly when the engine torque is relatively large, a torque shock that causes the engine speed and the vehicle speed to drop stepwise occurs, causing the passengers including the driver to feel the shock. In order to reduce the torque shock, the fuel injection is stopped only after the elapse of the delay time after the fuel cut condition is satisfied. During this delay time, the ignition timing is retarded and the engine torque is actively reduced.
燃料カットの開始後、所定の燃料カット終了条件が成立したときには、燃料カットを終了することとし、燃料噴射及び火花点火を再開する。ECU0は、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等のうちの何れかを以て、燃料カット終了条件が成立したものと判断する。 When a predetermined fuel cut end condition is satisfied after the start of the fuel cut, the fuel cut is ended, and fuel injection and spark ignition are resumed. The ECU 0 determines that the fuel cut end condition is satisfied, for example, when the accelerator pedal depression amount exceeds the threshold value or the engine speed has decreased to the fuel cut return speed.
また、ECU0は、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実行する。ECU0は、車速が所定値(例えば、10km/hないし13km/hの値)以下で、ブレーキペダルが踏み込まれており、冷却水温及びバッテリ電圧が十分高い、といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。 Further, the ECU 0 executes an idle stop that stops the idle rotation of the internal combustion engine when a predetermined idle stop condition is satisfied. The ECU 0 is established by satisfying all the conditions that the vehicle speed is not more than a predetermined value (for example, a value of 10 km / h to 13 km / h), the brake pedal is depressed, and the cooling water temperature and the battery voltage are sufficiently high. It is determined that the idle stop condition is satisfied.
燃料カットの開始後、燃料カット終了条件が成立することなくアイドルストップ条件が成立した暁には、燃料カットとアイドルストップとの間に燃料噴射の再開を挟むことなく、燃料カットからアイドルストップまでが一貫して連続することとなる。 After the start of the fuel cut, if the idle stop condition is satisfied without the fuel cut end condition being satisfied, the fuel cut to the idle stop can be performed without interposing the restart of fuel injection between the fuel cut and the idle stop. It will be consistent and continuous.
ECU0は、アイドルストップ条件の成立後、所定のアイドルストップ終了条件が成立したときに、内燃機関を再始動する。ECU0は、運転者がブレーキペダルから足を離した、逆にブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた、アクセルペダルが踏み込まれた、アイドルストップ状態で所定時間(例えば、3分)が経過した等のうち何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。 The ECU 0 restarts the internal combustion engine when a predetermined idle stop end condition is satisfied after the idle stop condition is satisfied. The ECU 0 is one in which the driver takes his foot off the brake pedal, the brake pedal is depressed more strongly, the accelerator pedal is depressed, a predetermined time (for example, 3 minutes) has elapsed in the idle stop state, etc. In any case, it is determined that the idle stop termination condition is satisfied.
ECU0は、内燃機関の始動(冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある)時において、電動機(スタータモータまたはモータジェネレータ)に制御信号oを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに(完爆したものと見なして)終了する。 The ECU 0 inputs a control signal o to an electric motor (starter motor or motor generator) when starting the internal combustion engine (a cold start or a return from an idling stop), and the crankshaft is driven by the electric motor. Perform cranking to rotate. Cranking ends when the internal combustion engine starts from the first explosion to a continuous explosion and the engine speed, that is, the rotation speed of the crankshaft, exceeds a judgment value determined according to the coolant temperature, etc. (assuming that the explosion has been completed) To do.
しかして、本実施形態のECU0は、燃料カット条件が成立した際に、気筒1の燃焼室内に電界を生成するシステムに故障が発生していないかどうかの判定を行う。故障の種類としては、アンテナ17から気筒1の燃焼室内に放射したマイクロ波の内燃機関(気筒1、吸気通路3または排気通路4)外への漏出や、マグネトロン14とアンテナ17とを繋ぐ線路16の断線若しくは短絡、または当該線路16上に存在するアイソレータ18やパワーメータ19等の機器の異常等が挙げられる。
Thus, the ECU 0 of this embodiment determines whether or not a failure has occurred in the system that generates an electric field in the combustion chamber of the cylinder 1 when the fuel cut condition is satisfied. As types of failure, leakage of microwaves radiated from the antenna 17 into the combustion chamber of the cylinder 1 to the outside of the internal combustion engine (cylinder 1,
図3に、システムの故障の有無の判定にあたりECU0が実行する処理の手順例を示している。ECU0は、燃料カット条件が成立(ステップS1)した後、実際に燃料噴射及び点火を停止する燃料カット(ステップS3)の実行を開始する前の時期において、アンテナ17からマイクロ波を放射し、その反射波の強度(特に、マグネトロン14からアンテナ17に向けて伝搬する入射電力に対する、アンテナ17から返ってくる反射電力の比)をパワーメータ19を介して計測する(ステップ2)。
FIG. 3 shows a procedure example of processing executed by the ECU 0 in determining whether there is a system failure. The ECU 0 radiates a microwave from the antenna 17 at a time before starting the fuel cut (step S3) for actually stopping the fuel injection and ignition after the fuel cut condition is established (step S1). The intensity of the reflected wave (particularly, the ratio of the reflected power returned from the antenna 17 to the incident power propagating from the
ステップS2の反射波の計測は、気筒1の燃焼室内で混合気が燃焼し、イオンまたはプラズマが発生している状況の下で行う。このときのマイクロ波の放射は、混合気への着火(火花点火とマイクロ波電界との相互作用)を目的としたものであってもよいし、混合気への着火とは別個独立したもの(着火は火花点火のみを以て行い、マイクロ波の放射は専ら反射波を計測するため)であってもよいが、当該気筒1の吸気バルブ及び排気バルブがともに閉止しているタイミング、即ち圧縮上死点近傍から膨張行程の範囲内で実行することが望ましい。 The reflected wave is measured in step S2 under the condition that the air-fuel mixture is burned in the combustion chamber of the cylinder 1 and ions or plasma are generated. The microwave radiation at this time may be intended to ignite the mixture (interaction between spark ignition and microwave electric field), or may be independent from the ignition to the mixture ( The ignition may be performed only by spark ignition, and the microwave radiation may be measured only for the reflected wave), but the timing at which both the intake valve and the exhaust valve of the cylinder 1 are closed, that is, compression top dead center. It is desirable to execute within the range of the expansion stroke from the vicinity.
加えて、ECU0は、燃料カット中にアンテナ17からマイクロ波を放射し、その反射波の強度をパワーメータ19を介して計測する(ステップ4)。ステップS4の反射波の計測は、気筒1の燃焼室内にイオンまたはプラズマが殆どまたは全く存在していない状況の下で行う。このときのマイクロ波の放射もまた、当該気筒1の吸気バルブ及び排気バルブがともに閉止しているタイミング、即ち圧縮上死点近傍から膨張行程の範囲内で実行することが望ましい。 In addition, the ECU 0 radiates a microwave from the antenna 17 during the fuel cut, and measures the intensity of the reflected wave via the power meter 19 (step 4). The measurement of the reflected wave in step S4 is performed under the situation where there is little or no ions or plasma in the combustion chamber of the cylinder 1. The microwave radiation at this time is also preferably executed at the timing when both the intake valve and the exhaust valve of the cylinder 1 are closed, that is, within the range of the expansion stroke from the vicinity of the compression top dead center.
さらに、ECU0は、燃料カットを終了して燃料噴射及び点火を再開(ステップS5)した後にも、アンテナ17からマイクロ波を放射して、その反射波の強度をパワーメータ19を介して計測する(ステップ6)。ステップS5は、燃料カット中に燃料カット終了条件が成立したことに伴うものであることもあれば、アイドルストップした内燃機関の再始動後であることもある。何れにせよ、ステップS6は、上記ステップS2と全く同様である。
Further, the ECU 0 radiates the microwave from the antenna 17 and measures the intensity of the reflected wave via the
そして、ECU0は、ステップS2にて計測した反射波の大きさと、ステップS4にて計測した反射波の大きさと、ステップS6にて計測した反射波の大きさとを相互に比較する。 Then, the ECU 0 compares the magnitude of the reflected wave measured in step S2, the magnitude of the reflected wave measured in step S4, and the magnitude of the reflected wave measured in step S6.
ステップS2やステップS6でアンテナ17から放射されたマイクロ波は、燃焼室内に存在するイオンまたはプラズマに吸収され、その電力が消費される。故に、マイクロ波は部分反射となるはずである。これに対し、ステップS4でアンテナ17から放射されたマイクロ波は、燃焼室内にイオンまたはプラズマが存在しないことにより、その電力が殆どまたは全く消費されない。故に、マイクロ波はほぼ全反射するはずである。 The microwaves radiated from the antenna 17 in step S2 and step S6 are absorbed by ions or plasma existing in the combustion chamber, and the electric power is consumed. Therefore, the microwave should be partially reflected. In contrast, the microwave radiated from the antenna 17 in step S4 consumes little or no power due to the absence of ions or plasma in the combustion chamber. Therefore, the microwave should be almost totally reflected.
従って、ステップS4にて計測した反射波と、ステップS2及び/またはS6にて計測した反射波とを比べて、前者が後者よりも所定以上大きい(または、前者の後者に対する比率が所定以上大きい)ならば(ステップS7)、マグネトロン14が出力するマイクロ波が正常に伝送回路16を伝搬して気筒1の燃焼室内に放射されている、つまりシステムに故障はないと判定することができる(ステップS8)。
Therefore, comparing the reflected wave measured in step S4 with the reflected wave measured in step S2 and / or S6, the former is larger than the latter by a predetermined amount (or the ratio of the former to the latter is larger than the predetermined value). If so (step S7), it can be determined that the microwave output from the
さもなくば、システムに何らかの故障が発生しているものと考えられる。とりわけ、ステップS2にて計測した反射波、ステップS4にて計測した反射波、ステップS6にて計測した反射波の全てが所定の高位閾値よりも大きい(ステップS9)、即ち燃焼室内における燃焼の有無によらず反射波が大きい場合には、マグネトロン14からアンテナ17までの途中経路で反射が起こっており(この反射は、伝送回路16の断線若しくは短絡、または伝送回路16上に存在するアイソレータ18やパワーメータ19等の機器の異常等に起因すると想像される)、気筒1の燃焼室内にマイクロ波が十分に放射されていないと判定することができる(ステップS10)。
Otherwise, it is considered that some sort of failure has occurred in the system. In particular, the reflected wave measured in step S2, the reflected wave measured in step S4, and the reflected wave measured in step S6 are all greater than a predetermined high threshold (step S9), that is, whether combustion has occurred in the combustion chamber. However, if the reflected wave is large, reflection occurs along the route from the
あるいは、ステップS2にて計測した反射波、ステップS4にて計測した反射波、ステップS6にて計測した反射波の全てが所定の低位閾値よりも小さい(ステップS11)、即ち燃焼室内における燃焼の有無によらず反射波が小さい場合には、アンテナ17から放射されたマイクロ波電界が内燃機関外に漏洩していると判定することができる(ステップS12)。 Alternatively, all of the reflected wave measured in step S2, the reflected wave measured in step S4, and the reflected wave measured in step S6 are smaller than a predetermined low threshold value (step S11), that is, whether there is combustion in the combustion chamber. However, if the reflected wave is small, it can be determined that the microwave electric field radiated from the antenna 17 is leaking outside the internal combustion engine (step S12).
燃焼室内にマイクロ波電界を形成するためのシステムに故障が存在していることを検知したECU0は、その判定結果に係る故障の種別(途中経路での反射(ステップS10)、漏洩(ステップS12)、またはそれ以外の故障)を識別する情報(ダイアグノーシスコード)をメモリに記憶して保持し(ステップS13)、事後の検査や修理の作業における原因究明及び修繕箇所の探索の助けとする。 The ECU 0 that has detected that there is a failure in the system for forming the microwave electric field in the combustion chamber determines the failure type (reflection on the way path (step S10), leakage (step S12) according to the determination result. Information (diagnosis code) for identifying the failure) is stored and retained in the memory (step S13) to assist in the investigation of the cause and the search for the repair location in the subsequent inspection and repair work.
並びに、ECU0は、システムに故障が存在している旨を、運転者の視聴覚に訴えかける態様にて報知する(ステップS15)。ステップS15では、例えば、車両のコックピット内に設置された警告灯(エンジンチェックランプ)を点灯させたり、ディスプレイに表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。 In addition, the ECU 0 notifies the driver that the failure exists in the system in a manner to appeal to the driver's audiovisual sense (step S15). In step S15, for example, a warning light (engine check lamp) installed in the cockpit of the vehicle is turned on, displayed on a display, or a warning sound is output from a buzzer or a speaker.
さらに、以降の運転における、気筒1の燃焼室内にマイクロ波電界を放射する着火を禁止する(ステップS14)。即ち、以降の運転ではアンテナ17からマイクロ波を放射せず、点火プラグ12による火花放電のみを以て気筒1に充填された混合気に着火して、混合気を燃焼させる。
Further, in the subsequent operation, ignition for radiating a microwave electric field into the combustion chamber of the cylinder 1 is prohibited (step S14). That is, in the subsequent operation, the microwave is not radiated from the antenna 17, and the air-fuel mixture filled in the cylinder 1 is ignited only by spark discharge by the
本実施形態では、気筒1の燃焼室内に臨むアンテナ17を介して燃焼室内に放射される電界と、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間に発生する火花放電とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し、混合気に着火する火花点火式内燃機関を制御するものであって、燃料カット条件の成立に伴い燃料噴射を一時中止する燃料カットを実施することとし、燃料カット中(ステップS4)にアンテナ17から電界を放射したときに計測される反射波の大きさと、その燃料カットの実施前(ステップS2)またはその燃料カットの終了後(ステップS6)にアンテナ17から電界を放射したときに計測される反射波の大きさとを比較することを通じて、燃焼室内に電界を生成するシステムに故障が生じていないかどうかを判定することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置0を構成した。
In the present embodiment, the electric field radiated into the combustion chamber via the antenna 17 facing the combustion chamber of the cylinder 1 and the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the
本実施形態によれば、伝送回路16の断線やマイクロ波電界の内燃機関外への漏洩等を検知するための専用の装置を実装することなく、低コストでシステムの故障の発生を検知することが可能となる。
According to the present embodiment, it is possible to detect the occurrence of a system failure at low cost without mounting a dedicated device for detecting disconnection of the
加えて、燃料カット条件の成立後、実際に燃料カットを開始する直前の時期(ステップS2)に電界を放射した結果計測される反射波の大きさを、その直後の燃料カット中(ステップS4)に電界を放射した結果計測される反射波の大きさと比較することで、システムの故障の有無を判定するようにしているため、気筒1の燃焼室内温度や吸気温、吸気湿度、大気圧、燃料温度その他の条件をほぼ同等とした上で双方の反射波を比較することができる。従って、故障を見逃したり、故障がないにもかかわらず故障であると誤判断したりするおそれが低下する。また、燃料カット条件の成立時は、そもそもアクセル開度が小さく、燃料噴射量ひいては機関出力が小さいため、燃料カットの実行開始前の時期にアンテナ17から電磁波を放射したとしても、機関出力が大きく変動することはない。電磁波の放射及び反射波の計測は、燃料カットの実行開始直前の時期及びその後の燃料カット中に短時間だけ行えばよく、速やかに故障判定を完遂できる上、電力消費も小さく済む。 In addition, after the fuel cut condition is established, the magnitude of the reflected wave measured as a result of radiating the electric field at the time immediately before actually starting the fuel cut (step S2) is determined during the fuel cut immediately thereafter (step S4). Since the presence or absence of a system failure is determined by comparing with the magnitude of the reflected wave measured as a result of radiating the electric field to the cylinder, the temperature in the combustion chamber of the cylinder 1, the intake air temperature, the intake air humidity, the atmospheric pressure, the fuel Both reflected waves can be compared with substantially the same temperature and other conditions. Therefore, the possibility of missing a failure or misjudging that it is a failure even though there is no failure is reduced. Further, when the fuel cut condition is satisfied, the accelerator opening is small in the first place, and the fuel injection amount and thus the engine output is small. Therefore, even if the electromagnetic wave is radiated from the antenna 17 before the start of the fuel cut, the engine output is large. It does not fluctuate. Electromagnetic radiation and reflected wave measurement need only be performed for a short period of time immediately before the start of fuel cut execution and during subsequent fuel cuts, so that failure determination can be completed quickly and power consumption can be reduced.
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、ステップS7の分岐判断が真となる(故障なしと判定する)条件として、ステップS4にて計測した反射波が所定の高位閾値よりも大きい、及び/または、ステップS2及び/またはS6にて計測した反射波が所定の低位閾値よりも小さいことを追加してもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, as a condition in which the branch determination in step S7 is true (determines that there is no failure), the reflected wave measured in step S4 is larger than a predetermined high threshold and / or in steps S2 and / or S6. It may be added that the measured reflected wave is smaller than a predetermined low threshold.
内燃機関の気筒1の燃焼室内でプラズマを生成する目的で電界を発生させる電界発生装置は、マグネトロン14には限定されない。電界発生装置として、高周波の交流電圧を出力してアンテナに印加する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を出力してアンテナに印加する脈流電圧発生回路等を採用してもよい。
An electric field generator that generates an electric field for the purpose of generating plasma in the combustion chamber of the cylinder 1 of the internal combustion engine is not limited to the
電界発生装置として脈流電圧発生回路を採用する場合、当該脈流電圧発生回路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、その波形も任意であってよい。脈流電圧は、基準電圧(0Vであることがある)から一定周期で一定電圧まで変動するパルス電圧、交流電圧を半波整流した電圧、交流電圧に直流バイアスを加味した電圧等をおしなべて含む。電界発生装置が発振する高周波電圧は、周波数が200kHzないし3000kHz程度、振幅が3kVp−pないし10kVp−p程度であることが好ましい。 When a pulsating voltage generation circuit is employed as the electric field generation device, the pulsating voltage generation circuit may be any circuit that generates a DC voltage whose voltage periodically changes, and its waveform may be arbitrary. The pulsating voltage includes a pulse voltage that varies from a reference voltage (which may be 0V) to a constant voltage in a constant cycle, a voltage obtained by half-wave rectifying an AC voltage, a voltage obtained by adding a DC bias to the AC voltage, and the like. The high frequency voltage oscillated by the electric field generator preferably has a frequency of about 200 kHz to 3000 kHz and an amplitude of about 3 kVp-p to 10 kVp-p.
上記実施形態における内燃機関は、点火プラグ12とは別に電解放射用のアンテナ17を実装しているものであったが、電界発生装置が出力するマイクロ波若しくは高周波を点火プラグ12の中心電極に印加し、その中心電極から気筒1の燃焼室内に電界を放射する、即ち点火プラグ12の中心電極をアンテナとして利用するものであってもよい。
Although the internal combustion engine in the above embodiment is mounted with the antenna 17 for electrolytic radiation separately from the
その他各部の具体的構成は、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。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用できる。 The present invention can be used for controlling an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
14…マグネトロン
17…アンテナ
19…パワーメータ
0 ... Control unit (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (2)
燃料カット条件の成立に伴い燃料噴射を一時中止する燃料カットを実施することとし、
燃料カット中にアンテナから電界を放射したときに計測される反射波の大きさと、その燃料カットの実施前またはその燃料カットの終了後にアンテナから電界を放射したときに計測される反射波の大きさとを比較することを通じて、燃焼室内に電界を生成するシステムに故障が生じていないかどうかを判定することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。 The electric field radiated into the combustion chamber via the antenna facing the combustion chamber of the cylinder interacts with the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the spark plug to generate plasma in the combustion chamber and mix Controls a spark ignition internal combustion engine that ignites.
With the fuel cut condition established, we will implement a fuel cut that temporarily stops fuel injection,
The magnitude of the reflected wave that is measured when an electric field is radiated from the antenna during a fuel cut, and the magnitude of the reflected wave that is measured when the electric field is radiated from the antenna before or after the completion of the fuel cut A control apparatus for a spark ignition type internal combustion engine, characterized by determining whether or not a failure has occurred in a system that generates an electric field in a combustion chamber by comparing the two.
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