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JP2013238130A - Ignition control device and ignition control method for internal combustion engine - Google Patents

Ignition control device and ignition control method for internal combustion engine Download PDF

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JP2013238130A
JP2013238130A JP2012110154A JP2012110154A JP2013238130A JP 2013238130 A JP2013238130 A JP 2013238130A JP 2012110154 A JP2012110154 A JP 2012110154A JP 2012110154 A JP2012110154 A JP 2012110154A JP 2013238130 A JP2013238130 A JP 2013238130A
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JP
Japan
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ignition
temperature plasma
low temperature
plasma
fuel mixture
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012110154A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taisuke Shiraishi
泰介 白石
Tatsuya Yaguchi
竜也 矢口
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure stable ignition of an internal combustion engine by executing at the same timing ignition of an air-fuel mixture in the cylinder by low temperature plasma and ignition of an air-fuel mixture in the cylinder by thermal plasma.SOLUTION: If in-cylinder gas density at the time of ignition is predetermined density or lower (S2), if an in-cylinder gas temperature at the time of ignition is a predetermined temperature or lower (S3), or if the rotational speed of the internal combustion engine 1 is a predetermined rotational speed or higher (S4), a first ignition plug 7 and a second ignition plug 8 are controlled so that ignition of an air-fuel mixture in a combustion chamber 2 is carried out by both low temperature plasma and thermal plasma. Thus, since propagation of flame generated by the ignition by the thermal plasma is utilized in operation conditions with ignition of the low temperature plasma deteriorated, deterioration of the ignition by the low temperature plasma is restrained. Thus preferable ignition of the low temperature plasma for igniting an air-fuel mixture is ensured in a relatively wide range in the combustion chamber 2 for a wide range of operation conditions.

Description

本発明は、内燃機関の点火制御装置及び点火制御方法に関する。   The present invention relates to an ignition control device and an ignition control method for an internal combustion engine.

筒内の混合気に火花点火するにあたって、コロナ放電による混合気の点火と、アーク放電による混合気の点火を比較すると、コロナ放電は比較的広範囲の放電なのに対し、アーク放電が局所的な放電となる。そのため、コロナ放電による点火では、アーク放電による点火に比べて燃焼室内の燃焼速度を高めることができる。   Comparing the ignition of the air-fuel mixture by corona discharge with the ignition of the air-fuel mixture by arc discharge in spark ignition of the air-fuel mixture in the cylinder, corona discharge is a relatively wide range discharge, whereas arc discharge is a local discharge. Become. Therefore, in the ignition by corona discharge, the combustion speed in the combustion chamber can be increased compared to the ignition by arc discharge.

そこで、特許文献1では、急速燃焼を要するような運転条件、例えば燃焼が比較的不安定になりやすい低負荷、低回転のような運転条件では、コロナ放電による点火を行うことで燃焼速度を高めている。そして、急速燃焼を回避すべき運転条件、例えば燃焼速度が過大になると燃焼騒音等のような運転性を悪化させる虞がある高負荷、高回転のような運転条件では、アーク放電による点火を行うことで燃焼速度が過大になることを防止している。   Therefore, in Patent Document 1, under an operating condition that requires rapid combustion, for example, an operating condition such as low load and low rotation in which combustion is relatively unstable, the combustion speed is increased by performing ignition by corona discharge. ing. And under operating conditions that should avoid rapid combustion, for example, operating conditions such as high noise and high rotation that may deteriorate driving performance such as combustion noise when the combustion speed becomes excessive, ignition is performed by arc discharge. This prevents the combustion rate from becoming excessive.

特開2008−121462号公報JP 2008-121462 A

しかしながら、本発明の発明者により、点火時期における筒内ガス密度が比較的に高い領域では、コロナ放電により発生させた低温プラズマによる点火が、アーク放電により発生させた熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を短縮することができるものの、点火時期における筒内ガス密度が所定値以下の場合や、筒内温度が所定値以下の場合、あるいは内燃機関の回転速度が所定値以上の場合には、コロナ放電により発生させた低温プラズマによる点火が、アーク放電により発生させた熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を悪化させる(短縮できない)ことが知見された。   However, in the region where the in-cylinder gas density at the ignition timing is relatively high, the inventor of the present invention ignites ignition by a low temperature plasma generated by corona discharge rather than ignition by thermal plasma generated by arc discharge. If the in-cylinder gas density at the ignition timing is less than the predetermined value, the in-cylinder temperature is less than the predetermined value, or the rotational speed of the internal combustion engine is more than the predetermined value, the period can be shortened. It has been found that ignition by low-temperature plasma generated by discharge worsens (cannot be shortened) the ignition delay period compared to ignition by thermal plasma generated by arc discharge.

また、特許文献1においては、低温プラズマによる点火と熱プラズマによる点火の使い分けであり、低温プラズマによる点火と熱プラズマによる点火を同時期に実施するものではない。   Further, in Patent Document 1, ignition by low temperature plasma and ignition by thermal plasma are used properly, and ignition by low temperature plasma and ignition by thermal plasma are not performed at the same time.

そこで、本発明は、低温プラズマによる筒内の混合気の点火と、熱プラズマによる筒内の混合気の点火と、を同時期に実施することで、全運転条件で安定した点火性を確保しつつ、安定した燃焼を実現することを目的としている。   Therefore, the present invention secures stable ignitability under all operating conditions by performing ignition of the mixture in the cylinder by low temperature plasma and ignition of the mixture in the cylinder by thermal plasma at the same time. However, it aims at realizing stable combustion.

本発明の内燃機関の点火制御装置は、点火時期における筒内ガス密度が所定密度以下、点火時期における筒内温度が所定温度以下、内燃機関の回転速度が所定回転速度以上、内燃機関の負荷が所定負荷以下のいずれかの場合には、熱プラズマにより混合気を点火させた後に低温プラズマにより混合気が点火することを特徴としている。   The ignition control device for an internal combustion engine according to the present invention has an in-cylinder gas density at an ignition timing of a predetermined density or less, an in-cylinder temperature at the ignition timing of a predetermined temperature or less, an internal combustion engine rotation speed of a predetermined rotation speed or more, and an internal combustion engine load. In any case of a predetermined load or less, the air-fuel mixture is ignited by low-temperature plasma after the air-fuel mixture is ignited by thermal plasma.

本発明によれば、低温プラズマのみを発生させただけでは点火性が悪化する運転条件において、低温プラズマによる点火性の悪化を抑制することができ、幅広い運転条件で、燃焼室内の比較的広い範囲で混合気を点火する低温プラズマの良好な点火性を確保することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress deterioration in ignition performance due to low temperature plasma under operating conditions in which ignitability deteriorates only by generating only low temperature plasma, and in a relatively wide range within the combustion chamber under a wide range of operating conditions. Thus, it is possible to ensure good ignitability of the low temperature plasma for igniting the air-fuel mixture.

本発明が適用された内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which showed typically schematic structure of the internal combustion engine to which this invention was applied. 低温プラズマによる点火特性と熱プラズマによる点火特性とを比較して示した特性図。The characteristic view which showed the ignition characteristic by a low temperature plasma, and the ignition characteristic by a thermal plasma compared. 低温プラズマの発生時期を模式的に示した説明図。Explanatory drawing which showed typically the generation | occurrence | production time of low-temperature plasma. 本発明の第1実施例の点火制御装置における制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of control in the ignition control apparatus of 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例の点火制御装置における制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of control in the ignition control apparatus of 2nd Example of this invention. 点火領域算出マップの他の設定例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the other example of a setting of an ignition area | region calculation map. 点火領域算出マップの他の設定例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the other example of a setting of an ignition area | region calculation map. 点火領域算出マップの他の設定例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the other example of a setting of an ignition area | region calculation map.

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明が適用された内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied.

内燃機関1の燃焼室2は、シリンダヘッド3の下面とシリンダブロック4のシリンダ5内壁面と、シリンダ5内を往復運動するピストン6の冠面によって画成される。   The combustion chamber 2 of the internal combustion engine 1 is defined by the lower surface of the cylinder head 3, the inner wall surface of the cylinder 5 of the cylinder block 4, and the crown surface of the piston 6 that reciprocates in the cylinder 5.

そして、この燃焼室2には、低温プラズマを発生させることで燃焼室2内の混合気を点火する第1点火手段としての第1点火プラグ7と、熱プラズマを発生させることで燃焼室2内の混合気を点火する第2点火手段としての第2点火プラグ8とが、個別に設けられている
第1点火プラグ7は、燃焼室2の頂部中央に設けられており、燃焼室2の頂部壁面よりも燃焼室2内に突出するよう配置された中心電極9と、中心電極9の外周側に位置し、燃焼室2に対して先端が露出するよう配置された外側電極10と、中心電極9を保持する絶縁碍子11と、を有している。
The combustion chamber 2 has a first spark plug 7 as a first ignition means for igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber 2 by generating a low temperature plasma, and a thermal plasma in the combustion chamber 2. The second spark plug 8 as a second ignition means for igniting the air-fuel mixture is provided separately. The first spark plug 7 is provided at the center of the top of the combustion chamber 2, and the top of the combustion chamber 2. A central electrode 9 disposed so as to protrude from the wall surface into the combustion chamber 2, an outer electrode 10 positioned on the outer peripheral side of the central electrode 9 and having its tip exposed to the combustion chamber 2, and the central electrode 9 and an insulator 11 for holding 9.

この第1点火プラグ7は、ディストリビュータ12、高電圧発生装置13を介してECU(エンジンコントロールユニット)14に接続されている。高電圧発生装置13は、例えば高電圧のRF電源や繰り返しナノパルス電圧を発生させる高電圧のナノパルス電源であり、ECU14によって適切な時期に適切な期間、高電圧が発生するよう制御され、高電圧発生装置13で発生した電圧は、ディストリビュータ12によって点火時期となる気筒に印加される。   The first spark plug 7 is connected to an ECU (Engine Control Unit) 14 via a distributor 12 and a high voltage generator 13. The high voltage generator 13 is, for example, a high voltage RF power source or a high voltage nano pulse power source that repeatedly generates a nano pulse voltage. The high voltage generator 13 is controlled by the ECU 14 to generate a high voltage at an appropriate time for an appropriate period. The voltage generated by the device 13 is applied by the distributor 12 to the cylinder at the ignition timing.

第2点火プラグ8は、燃焼室2の頂部外周側に設けられており、燃焼室2の頂部壁面よりも燃焼室2内に突出するよう配置された中心電極15と、中心電極15先端と対向する外側電極16と、を有し、中心電極15と外側電極16との間で放電して火花(熱プラズマ)を発生させることで混合気を点火するものである。   The second spark plug 8 is provided on the outer peripheral side of the top of the combustion chamber 2, and is opposed to the center electrode 15 disposed so as to protrude into the combustion chamber 2 from the top wall surface of the combustion chamber 2, and the front end of the center electrode 15. And an outer electrode 16 that discharges between the center electrode 15 and the outer electrode 16 to generate a spark (thermal plasma) to ignite the air-fuel mixture.

この第2点火プラグ8は、ディストリビュータ17、点火コイル18、電源19を介してECU14に接続されている。点火コイル18は、この点火コイル18の一次電流の通電と遮断がECU14によって制御され、これによって点火コイル18の二次側に適切な時期に高電圧を発生させている。そして、点火コイル18の二次側に発生した高電圧は、ディストリビュータ17によって点火時期となる気筒に印加される。   The second spark plug 8 is connected to the ECU 14 via a distributor 17, an ignition coil 18, and a power source 19. The ignition coil 18 is controlled by the ECU 14 to turn on and off the primary current of the ignition coil 18, thereby generating a high voltage at an appropriate time on the secondary side of the ignition coil 18. The high voltage generated on the secondary side of the ignition coil 18 is applied by the distributor 17 to the cylinder at the ignition timing.

ECU14は、マイクロコンピュータを内蔵し、内燃機関1の種々の制御を行うものであり、内燃機関1の回転速度(エンジン回転速度)を検知する回転速度センサ21、吸入空気量を検知するエアフローメータ22、冷却水温度を検知する冷却水温度センサ23、吸気通路内の吸気圧を検知する吸気圧センサ24、吸気通路内の吸気温度を検知する吸気温度センサ25、アクセル開度から内燃機関1への要求負荷を検知するアクセルペダルセンサ26等の各種センサからの信号が入力されている。   The ECU 14 incorporates a microcomputer and performs various controls of the internal combustion engine 1. The ECU 14 includes a rotational speed sensor 21 that detects the rotational speed (engine rotational speed) of the internal combustion engine 1, and an air flow meter 22 that detects the intake air amount. A cooling water temperature sensor 23 for detecting the cooling water temperature, an intake pressure sensor 24 for detecting the intake pressure in the intake passage, an intake air temperature sensor 25 for detecting the intake air temperature in the intake passage, and the accelerator opening to the internal combustion engine 1 Signals from various sensors such as an accelerator pedal sensor 26 for detecting the required load are input.

第1点火プラグ7は、RF電源やナノパルス電源により高電圧を印加することで、中心電極9の先端周りに不均一な電界を生じさせ、コロナ放電による低温プラズマを比較的広い範囲に発生させる。そのため、低温プラズマによる点火では、比較的広い範囲で混合気が点火される。低温プラズマとは、プラズマ中の電子温度のみが非常に高い熱的に非平衡な状態である。   The first spark plug 7 generates a non-uniform electric field around the tip of the center electrode 9 by applying a high voltage from an RF power source or a nano pulse power source, and generates low-temperature plasma due to corona discharge in a relatively wide range. Therefore, in the ignition by the low temperature plasma, the air-fuel mixture is ignited in a relatively wide range. Low temperature plasma is a thermally non-equilibrium state in which only the electron temperature in the plasma is very high.

第2点火プラグ8は、中心電極15と外側電極16との間のアーク放電により熱プラズマを発生させる。アーク放電では、中心電極15と外側電極16とが電気的に短絡し、短絡された部位を通して大電流が流れ、一本のアークが生成される。このアークは高温を発生するものであり、このアークを形成する過程が熱プラズマと呼ばれる。そのため、熱プラズマによる点火では、混合気の着火は局所的なものとなり、燃焼室2全体に火炎が拡がるまでに要する距離(火炎伝播距離)が相対的に長くなる。   The second spark plug 8 generates thermal plasma by arc discharge between the center electrode 15 and the outer electrode 16. In the arc discharge, the center electrode 15 and the outer electrode 16 are electrically short-circuited, a large current flows through the short-circuited portion, and a single arc is generated. This arc generates a high temperature, and the process of forming this arc is called thermal plasma. Therefore, in the ignition by the thermal plasma, the ignition of the air-fuel mixture becomes local, and the distance (flame propagation distance) required until the flame spreads over the entire combustion chamber 2 becomes relatively long.

ここで、点火時期における筒内ガス密度が比較的に高い領域では、コロナ放電により発生させた低温プラズマによる点火が、アーク放電により発生させた熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を短縮することができるものの、点火時期における筒内ガス密度が所定密度以下のときや、筒内温度が所定温度以下のとき、あるいは内燃機関の回転速度が所定回転速度以上のときには、コロナ放電により発生させた低温プラズマによる点火が、アーク放電により発生させた熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を短縮できない(点火性が悪化する)ことが発明者によって知見された。   Here, in the region where the in-cylinder gas density at the ignition timing is relatively high, ignition by low-temperature plasma generated by corona discharge may shorten the ignition delay period compared to ignition by thermal plasma generated by arc discharge. Although it is possible, low temperature plasma generated by corona discharge when the in-cylinder gas density at the ignition timing is below a predetermined density, the in-cylinder temperature is below a predetermined temperature, or when the internal combustion engine rotational speed is above a predetermined rotational speed. It has been found by the inventor that the ignition delay period cannot be shortened (ignitability deteriorates) as compared with ignition by thermal plasma generated by arc discharge.

図2は、一例として、縦軸を着火遅れ期間、横軸を点火時の筒内ガス密度として、低温プラズマによる点火特性と熱プラズマによる点火特性とを比較して示した特性図である。この図2に示すように、点火時の筒内ガス密度が比較的高い領域では、低温プラズマによる点火は、熱プラズマによる点火よりも着火遅れ期間を短縮することができるが、点火時の筒内ガス密度が小さいと、熱プラズマに対して点火性が悪化する。また、低温プラズマの点火性能と熱プラズマの点火性能が同じとなる筒内ガス密度をρ1とすれば、内燃機関の回転速度が速くなるほど、このρ1は大きくなる傾向がある。   FIG. 2 is a characteristic diagram showing, as an example, a comparison between ignition characteristics by low-temperature plasma and ignition characteristics by thermal plasma, where the vertical axis is the ignition delay period and the horizontal axis is the in-cylinder gas density at the time of ignition. As shown in FIG. 2, in the region where the in-cylinder gas density at the time of ignition is relatively high, ignition by low-temperature plasma can shorten the ignition delay period compared to ignition by thermal plasma. When the gas density is small, the ignitability with respect to the thermal plasma deteriorates. If the cylinder gas density at which the ignition performance of the low-temperature plasma and the ignition performance of the thermal plasma are the same is ρ1, this ρ1 tends to increase as the rotational speed of the internal combustion engine increases.

そこで、第1実施例における点火制御装置では、点火時の筒内ガス密度が所定密度よりも大きい場合に、点火時の筒内ガス温度が所定温度よりも大きく、かつ内燃機関1の回転速度が所定回転速度よりも小さい場合には、低温プラズマのみにより燃焼室2内の混合気の点火が行われるよう第1点火プラグ7を制御する。そして、点火時の筒内ガス密度が上記所定密度以下の場合や、点火時の筒内ガス温度が上記所定温度以下の場合や、内燃機関1の回転速度が上記所定回転速度以上の場合には、低温プラズマと熱プラズマの双方により燃焼室2内の混合気の点火が行われるよう第1点火プラグ7及び第2点火プラグ8を制御する。   Therefore, in the ignition control device according to the first embodiment, when the in-cylinder gas density at the time of ignition is higher than the predetermined density, the in-cylinder gas temperature at the time of ignition is higher than the predetermined temperature, and the rotation speed of the internal combustion engine 1 is When the rotational speed is lower than the predetermined rotational speed, the first spark plug 7 is controlled so that the air-fuel mixture in the combustion chamber 2 is ignited only by the low temperature plasma. When the in-cylinder gas density at the time of ignition is equal to or lower than the predetermined density, the in-cylinder gas temperature at the time of ignition is equal to or lower than the predetermined temperature, or the rotational speed of the internal combustion engine 1 is equal to or higher than the predetermined rotational speed. The first spark plug 7 and the second spark plug 8 are controlled so that the air-fuel mixture in the combustion chamber 2 is ignited by both low temperature plasma and thermal plasma.

低温プラズマと熱プラズマの双方により燃焼室2内の混合気に点火する場合には、第1点火プラグ7により低温プラズマを発生させるタイミングのときに、燃焼室2内の低温プラズマを発生させる空間(低温プラズマの放電領域)の状態が低温プラズマで点火し易い状態となるように、低温プラズマを発生させるのに先だって、第2点火プラグ8で熱プラズマを発生させ、熱プラズマにより混合気に点火する。   When the mixture in the combustion chamber 2 is ignited by both the low temperature plasma and the thermal plasma, the space (in which the low temperature plasma is generated in the combustion chamber 2 at the timing when the low temperature plasma is generated by the first spark plug 7 ( Prior to generating the low temperature plasma, the second spark plug 8 generates thermal plasma so that the state of the discharge region of the low temperature plasma is easily ignited by the low temperature plasma, and ignites the mixture by the thermal plasma. .

ここで、図3を用いて、低温プラズマと熱プラズマの双方により燃焼室2内の混合気に点火する場合の低温プラズマの発生時期に関して詳述する。   Here, the generation timing of the low temperature plasma in the case where the air-fuel mixture in the combustion chamber 2 is ignited by both the low temperature plasma and the thermal plasma will be described in detail with reference to FIG.

低温プラズマを発生させる前に熱プラズマにより混合気を点火すると、熱プラズマにより点火した部分の混合気が既燃ガスとなって膨張し、それに伴い未燃焼領域の混合気のガス密度が上昇するため、低温プラズマを発生させる空間の状態が低温プラズマで点火し易い状態となる。   If the air-fuel mixture is ignited by thermal plasma before generating low-temperature plasma, the air-fuel mixture in the portion ignited by thermal plasma expands as burned gas, and the gas density of the air-fuel mixture in the unburned region increases accordingly. Thus, the state of the space where the low temperature plasma is generated becomes easy to ignite with the low temperature plasma.

ただし、熱プラズマによる点火から低温プラズマによる点火までの時間が短すぎると、未燃焼領域のガス密度が十分に上昇する前に、低温プラズマにより形成した活性化学種が消滅してしまい、低温プラズマによる点火性が向上しない。そこで、熱プラズマによる点火で形成される火炎の伝播により低温プラズマを発生させる空間のガス密度が上昇し、低温プラズマを発生させた際に形成される活性化学種が消滅せずに混合気の点火(酸化反応)に有効に使われる時期以降に、低温プラズマを発生させて、低温プラズマによる点火を行う。   However, if the time from the ignition by the thermal plasma to the ignition by the low temperature plasma is too short, the active chemical species formed by the low temperature plasma disappears before the gas density in the unburned region is sufficiently increased. Ignition does not improve. Therefore, the gas density in the space where the low temperature plasma is generated increases due to the propagation of the flame formed by the ignition by the thermal plasma, and the active chemical species formed when the low temperature plasma is generated does not disappear and the ignition of the air-fuel mixture After the time when it is effectively used for (oxidation reaction), low temperature plasma is generated and ignition by low temperature plasma is performed.

また、熱プラズマによる点火から低温プラズマによる点火までの時間が長くなりすぎると、低温ブラズマを発生させる空間に、熱プラズマによる点火で生じた火炎が到達し、低温ブラズマを発生させる空間内の混合気が既燃ガスになってしまう。そこで、熱プラズマによる点火で生じた火炎が到達し、低温プラズマを発生される空間内の混合気が既燃ガスとなるような時期よりも前に、低温プラズマを発生させて、低温プラズマによる点火を行う。   In addition, if the time from ignition by thermal plasma to ignition by low temperature plasma becomes too long, the flame generated by ignition by thermal plasma reaches the space where low temperature plasma is generated, and the air-fuel mixture in the space where low temperature plasma is generated Becomes burnt gas. Therefore, before the time when the flame generated by the ignition by the thermal plasma arrives and the mixture in the space where the low temperature plasma is generated becomes burned gas, the low temperature plasma is generated and the low temperature plasma is ignited. I do.

従って、低温プラズマと熱プラズマの双方により燃焼室2内の混合気に点火する場合、熱プラズマによる点火で形成される火炎の伝播により低温プラズマを発生させる空間のガス密度が上昇し、低温プラズマを発生させた際に形成される活性化学種が消滅せずに混合気の点火(酸化反応)に有効に使われる時期以降で、熱プラズマによる点火で生じた火炎が到達し、低温プラズマを発生される空間内の混合気が既燃ガスとなるような時期よりも前となるような期間内(例えば、図3の低温プラズマ発生期間)に、第1点火プラグ7で低温プラズマを発生させる。   Therefore, when the mixture in the combustion chamber 2 is ignited by both the low temperature plasma and the thermal plasma, the gas density in the space where the low temperature plasma is generated is increased by the propagation of the flame formed by the ignition by the thermal plasma, and the low temperature plasma is After the time when the active chemical species formed when it is generated does not disappear and is used effectively for ignition (oxidation reaction) of the air-fuel mixture, the flame generated by ignition by the thermal plasma arrives and low temperature plasma is generated Low temperature plasma is generated by the first spark plug 7 within a period (for example, the low temperature plasma generation period in FIG. 3) before the time when the air-fuel mixture in the space becomes burnt gas.

なお、運転条件からECU14で算出される目標点火時期は、低温プラズマによる点火時期である。つまり、基準となる点火時期は、第1点火プラグ7による低温プラズマの点火時期であり、低温プラズマと熱プラズマの双方により燃焼室2内の混合気に点火する場合には、この基準となる点火時期に低温プラズマにより混合気が点火するように、第2点火プラグ8の点火時期が設定される。   Note that the target ignition timing calculated by the ECU 14 from the operating conditions is an ignition timing by low-temperature plasma. That is, the reference ignition timing is the ignition timing of the low temperature plasma by the first spark plug 7, and when the mixture in the combustion chamber 2 is ignited by both the low temperature plasma and the thermal plasma, this reference ignition is performed. The ignition timing of the second spark plug 8 is set so that the air-fuel mixture is ignited by the low temperature plasma at the timing.

このような第1実施例の点火制御装置においては、低温プラズマによる点火性が悪化する運転条件では、熱プラズマによる点火で生じた火炎の伝播を利用することで、低温プラズマによる点火性の悪化を抑制することができ、幅広い運転条件で、燃焼室2内の比較的広い範囲で混合気を点火する低温プラズマの良好な点火性を確保することができる。   In such an ignition control device of the first embodiment, under the operating conditions in which the ignitability due to the low temperature plasma deteriorates, the deterioration of the ignitability due to the low temperature plasma is obtained by utilizing the propagation of the flame generated by the ignition due to the thermal plasma. Therefore, it is possible to ensure good ignitability of the low temperature plasma that ignites the air-fuel mixture in a relatively wide range in the combustion chamber 2 under a wide range of operating conditions.

また、低温プラズマの発生開始から終了までは、低温プラズマによる点火により、低温プラズマにより比較的広い領域で混合気を点火することができる。   Further, from the start to the end of the generation of the low temperature plasma, the air-fuel mixture can be ignited in a relatively wide region by the low temperature plasma by the ignition by the low temperature plasma.

なお、筒内ガス密度は、例えば、点火時期、吸入空気量、内燃機関1の回転速度から筒内ガス密度が算出されるマップを実験を通して予め作成し、ECU14内のROMに格納しておくことで、このマップを参照して推定可能である。但し、筒内ガス密度の算出方法は、この方法に限定されるものではなく、例えば、筒内ガス圧力と筒内ガス温度から気体の状態方程式を利用して算出するようにしてもよい。点火時期における筒内ガス圧力Pignは、吸気圧をP1、点火時期における有効圧縮比をεign、比熱比kとすれば、Pign=P1×εignkとなる。また、点火時期のおける筒内ガス温度Tignは、吸気温度T1、吸気温度の補正項をα、点火時期における有効圧縮比をεign、比熱比kとすれば、Tign=(T1+α)×εign(k-1)となる。 The in-cylinder gas density is prepared in advance through experiments, for example, a map in which the in-cylinder gas density is calculated from the ignition timing, the intake air amount, and the rotational speed of the internal combustion engine 1 and stored in the ROM in the ECU 14. Thus, it can be estimated with reference to this map. However, the method for calculating the in-cylinder gas density is not limited to this method. For example, the in-cylinder gas density may be calculated from the in-cylinder gas pressure and the in-cylinder gas temperature using a gas state equation. The in-cylinder gas pressure Pign at the ignition timing is Pign = P1 × εignk, where the intake pressure is P1, the effective compression ratio at the ignition timing is εsign, and the specific heat ratio k. The in-cylinder gas temperature Tign at the ignition timing is calculated as follows: Tign = (T1 + α) × εign (k -1) .

図4は、第1実施例の点火制御装置における制御の流れを示すフローチャートである。S1では、ECM14に入力された各種情報に基づいて目標トルク、エンジン回転速度(内燃機関1の回転速度)、点火時期を算出する。S2では、上述したような既知の方法で点火時の筒内ガス密度を算出し、算出された筒内ガス密度が予め設定された上記所定密度以下であるか否かを判定する。筒内ガス密度が上記所定密度以下であればS6へ進み、そうでない場合にはS3へ進む。S3では、上述したような既知の方法で点火時の筒内ガス温度を算出し、算出された筒内ガス温度が予め設定された上記所定温度以下であるか否かを判定する。筒内ガス温度が上記所定温度以下であればS6へ進み、そうでない場合にはS4へ進む。S4では、現在のエンジン回転速度が予め設定された上記所定回転速度以上であるか否かを判定する。エンジン回転速度が上記所定回転速度以上の場合にはS6へ進み、そうでない場合にはS5へ進む。S5では、低温プラズマによる混合気の点火を実施する。S6では、熱プラズマによる混合気の点火と、低温プラズマによる混合気の点火の双方を実施する。   FIG. 4 is a flowchart showing a control flow in the ignition control apparatus of the first embodiment. In S1, a target torque, engine rotation speed (rotation speed of the internal combustion engine 1), and ignition timing are calculated based on various information input to the ECM 14. In S2, the in-cylinder gas density at the time of ignition is calculated by a known method as described above, and it is determined whether or not the calculated in-cylinder gas density is equal to or less than the predetermined density set in advance. If the in-cylinder gas density is equal to or lower than the predetermined density, the process proceeds to S6, and if not, the process proceeds to S3. In S3, the in-cylinder gas temperature at the time of ignition is calculated by a known method as described above, and it is determined whether or not the calculated in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the predetermined temperature set in advance. If the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, the process proceeds to S6, and if not, the process proceeds to S4. In S4, it is determined whether or not the current engine rotation speed is equal to or higher than the predetermined rotation speed set in advance. If the engine rotational speed is equal to or higher than the predetermined rotational speed, the process proceeds to S6, and if not, the process proceeds to S5. In S5, the air-fuel mixture is ignited by low-temperature plasma. In S6, both ignition of the air-fuel mixture using thermal plasma and ignition of the air-fuel mixture using low-temperature plasma are performed.

また、低温プラズマによる点火を行うのか、熱プラズマによる点火と低温プラズマよる点火の双方を行うのかを判定するにあたっては、図5に示す第2実施例のように、エンジン負荷(目標トルク)とエンジン回転速度に応じて低温プラズマによる点火領域と熱プラズマ及び低温プラズマの双方による点火領域とが割り付けられた点火領域算出マップを用いることも可能である。   In determining whether to perform ignition by low temperature plasma, or both ignition by thermal plasma and ignition by low temperature plasma, as in the second embodiment shown in FIG. 5, the engine load (target torque) and the engine It is also possible to use an ignition region calculation map in which an ignition region by low-temperature plasma and an ignition region by both thermal plasma and low-temperature plasma are assigned according to the rotation speed.

図5は、第2実施例の点火制御装置における制御の流れを示すフローチャートである。S11では、ECM14に入力された各種情報に基づいて目標トルク、エンジン回転速度(内燃機関1の回転速度)、点火時期を算出する。S12では、上述したような既知の方法で点火時の筒内ガス温度を算出し、算出された筒内ガス温度が予め設定された上記所定温度以下であるか否かを判定する。筒内ガス温度が上記所定温度以下であればS13へ進み、そうでない場合にはS14へ進む。S14では、エンジン負荷とエンジン回転速度に応じて低温プラズマによる点火領域と熱プラズマ及び低温プラズマの双方による点火領域とが割り付けられた点火領域算出マップを用いて、現在の運転条件が低温プラズマによる点火領域であるか熱プラズマ及び低温プラズマの双方による点火領域であるかの判定を実施する。   FIG. 5 is a flowchart showing a control flow in the ignition control apparatus of the second embodiment. In S11, a target torque, an engine rotational speed (the rotational speed of the internal combustion engine 1), and an ignition timing are calculated based on various information input to the ECM 14. In S12, the in-cylinder gas temperature at the time of ignition is calculated by a known method as described above, and it is determined whether or not the calculated in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the predetermined temperature set in advance. If the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, the process proceeds to S13, and if not, the process proceeds to S14. In S14, the current operating condition is ignited by the low temperature plasma using the ignition region calculation map in which the ignition region by the low temperature plasma and the ignition region by both the thermal plasma and the low temperature plasma are assigned according to the engine load and the engine speed. It is determined whether the region is an ignition region by both thermal plasma and low-temperature plasma.

S14で用いる点火領域算出マップは、エンジン回転速度が低回転速度でエンジン負荷が低、中、高負荷とき、エンジン回転速度が中回転速度でエンジン負荷が中、高負荷とき、エンジン回転速度が高回転速度でエンジン負荷が高負荷のときに低温プラズマによる点火領域となるよう設定され、エンジン負荷が極低負荷のとき、エンジン回転速度が中回転速度でエンジン負荷が低負荷のとき、エンジン回転速度が高回転速度でエンジン負荷が低、中負荷のとき、エンジン回転速度が極高回転速度ときに熱プラズマ及び低温プラズマの双方による点火領域となるよう設定されている。   The ignition region calculation map used in S14 is such that the engine speed is low and the engine load is low, medium and high, the engine speed is medium and the engine load is medium and high, and the engine speed is high. When the engine load is high and the engine load is high, it is set to be an ignition region by low-temperature plasma. When the engine load is extremely low, the engine speed is medium and the engine load is low. Is set to be an ignition region by both thermal plasma and low-temperature plasma when the engine speed is extremely high and the engine load is low and medium load.

S14での判定結果が、低温プラズマによる点火領域である場合にはS15へ進み、熱プラズマ及び低温プラズマの双方による点火領域である場合にはS13へ進む。そしてS15では、低温プラズマによる混合気の点火を実施する。一方、S13では、熱プラズマ及び低温プラズマの双方による混合気の点火を実施する。   If the determination result in S14 is the ignition region by the low temperature plasma, the process proceeds to S15, and if the determination result is the ignition region by both the thermal plasma and the low temperature plasma, the process proceeds to S13. In S15, the air-fuel mixture is ignited by low-temperature plasma. On the other hand, in S13, the mixture is ignited by both the thermal plasma and the low temperature plasma.

このような第2実施例においても、上述した第1実施例と略同様の作用効果を得ることができる。   In the second embodiment as described above, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those of the first embodiment described above.

なお、この第2実施例においては、点火時の筒内ガス温度に代えて、点火時の冷却水温度またはエンジンオイルの油温を用いてもよい。すなわち、図5のS12において、例えば、冷却水温度が予め設定された所定水温以下の場合や、油温が予め設定された所定油温以下の場合には、S13へ進み、そうでない場合にはS14へ進むようにしてもよい。   In the second embodiment, instead of the in-cylinder gas temperature at the time of ignition, the coolant temperature at the time of ignition or the oil temperature of the engine oil may be used. That is, in S12 of FIG. 5, for example, when the cooling water temperature is equal to or lower than a predetermined water temperature set in advance or when the oil temperature is equal to or lower than a predetermined oil temperature set in advance, the process proceeds to S13. You may make it progress to S14.

また、この第2実施例で用いる上記点火領域算出マップは、低温プラズマによる混合気の点火性能に応じて変更されるものであり、例えば、図6、図7に示すような点火領域算出マップを用いることも可能である。   Further, the ignition region calculation map used in the second embodiment is changed according to the ignition performance of the air-fuel mixture by the low temperature plasma. For example, the ignition region calculation map as shown in FIGS. It is also possible to use it.

上述した各点火領域算出マップは、エンジン負荷とエンジン回転速度に応じて低温プラズマによる点火領域と熱プラズマによる点火領域とが割り付けられているが、図8に示すように、点火時の筒内ガス密度とエンジン回転速度に応じて低温プラズマによる点火領域と熱プラズマ及び低温プラズマの双方による点火領域とが割り付けられた点火領域算出マップを用いることも可能である。図8に示すような点火領域算出マップを用いれば、低温プラズマによる点火領域であるのか熱プラズマ及び低温プラズマの双方による点火領域であるのかをより正確に推定することが可能となる。   In each of the ignition region calculation maps described above, the ignition region due to the low temperature plasma and the ignition region due to the thermal plasma are assigned according to the engine load and the engine speed, but as shown in FIG. It is also possible to use an ignition region calculation map in which an ignition region by low-temperature plasma and an ignition region by both thermal plasma and low-temperature plasma are assigned according to the density and the engine speed. If an ignition region calculation map as shown in FIG. 8 is used, it is possible to more accurately estimate whether it is an ignition region due to low temperature plasma or an ignition region due to both thermal plasma and low temperature plasma.

図8に示す点火領域算出マップは、エンジン回転速度が低回転速度で筒内ガス密度が低、中、高密度とき、エンジン回転速度が中回転速度で筒内ガス密度が中、高密度とき、エンジン回転速度が高回転速度で筒内ガス密度が高密度のときに低温プラズマによる点火領域となるよう設定され、筒内ガス密度が極低密度のとき、エンジン回転速度が中回転速度で筒内ガス密度が低密度のとき、エンジン回転速度が高回転速度で筒内ガス密度が低、中密度のとき、エンジン回転速度が極高回転速度ときに熱プラズマ及び低温プラズマの送付による点火領域となるよう設定されている。   The ignition region calculation map shown in FIG. 8 is when the engine rotation speed is low and the in-cylinder gas density is low, medium, and high, and when the engine rotation speed is medium and the in-cylinder gas density is medium and high, When the engine speed is high and the in-cylinder gas density is high, it is set to be an ignition region by low-temperature plasma. When the in-cylinder gas density is extremely low, the engine speed is in the cylinder at medium speed. When the gas density is low, the engine rotation speed is high, and the in-cylinder gas density is low and medium. When the engine rotation speed is extremely high, the ignition region is sent by sending thermal plasma and low-temperature plasma. It is set as follows.

1…内燃機関
2…燃焼室
3…シリンダヘッド
4…シリンダブロック
5…シリンダ
6…ピストン
7…第1点火プラグ
8…第2点火プラグ
14…ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 2 ... Combustion chamber 3 ... Cylinder head 4 ... Cylinder block 5 ... Cylinder 6 ... Piston 7 ... 1st spark plug 8 ... 2nd spark plug 14 ... ECU

Claims (5)

低温プラズマを発生させて筒内の混合気に点火する第1点火手段と、
熱プラズマを発生させて筒内の混合気に点火する第2点火手段と、
筒内ガス状態を検出する筒内ガス状態検知手段と、を有する内燃機関の点火制御装置において、
点火時期における筒内ガス密度が所定密度以下、点火時期における筒内温度が所定温度以下、内燃機関の回転速度が所定回転速度以上、内燃機関の負荷が所定負荷以下のいずれかの場合には、熱プラズマにより混合気を点火させた後に低温プラズマにより混合気が点火するように、上記第1点火手段及び上記第2点火手段の双方を駆動することを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
First ignition means for generating low temperature plasma and igniting an air-fuel mixture in the cylinder;
Second ignition means for generating thermal plasma and igniting the air-fuel mixture in the cylinder;
In-cylinder gas state detection means for detecting an in-cylinder gas state, and an ignition control device for an internal combustion engine,
When the in-cylinder gas density at the ignition timing is equal to or lower than the predetermined density, the in-cylinder temperature at the ignition timing is equal to or lower than the predetermined temperature, the rotation speed of the internal combustion engine is equal to or higher than the predetermined rotation speed, and the load of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined load, An ignition control apparatus for an internal combustion engine, wherein both the first ignition means and the second ignition means are driven so that the air-fuel mixture is ignited by low-temperature plasma after the air-fuel mixture is ignited by thermal plasma.
低温プラズマによる点火時期は、低温プラズマを発生させた際に形成される活性化学種が消滅せずに混合気の点火に使われるよう、熱プラズマによる点火で未燃焼領域である低温プラズマの放電領域のガス密度が上昇した時期に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の点火制御装置。   The ignition timing of the low temperature plasma is the discharge region of the low temperature plasma, which is an unburned region in the ignition of the thermal plasma, so that the active chemical species formed when the low temperature plasma is generated is used for ignition of the air-fuel mixture. The ignition control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition control device is set at a time when the gas density of the engine increases. 低温プラズマによる点火時期は、熱プラズマによる点火で形成される火炎の伝播により、低温プラズマの放電領域の混合気が既燃ガスとなる前となるように設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の点火制御装置。   The ignition timing by the low temperature plasma is set so that the air-fuel mixture in the discharge region of the low temperature plasma becomes the burned gas by the propagation of the flame formed by the ignition by the thermal plasma. The ignition control device for an internal combustion engine according to 1 or 2. 上記第1点火手段により低温プラズマを発生させる低温プラズマ発生期間は、
低温プラズマを発生させた際に形成される活性化学種が消滅せずに混合気の点火に使われるようになる低温プラズマ発生開始時期から、熱プラズマによる点火で未燃焼領域である低温プラズマの放電領域のガス密度が上昇した時期から、熱プラズマによる点火で形成される火炎の伝播により、低温プラズマの放電領域の混合気が既燃ガスとなる低温プラズマ発生終了時期までの範囲内に設定されることを特徴とする請求項1〜3のいずかに記載の内燃機関の点火制御装置。
The low temperature plasma generation period for generating low temperature plasma by the first ignition means is as follows:
Discharge of the low temperature plasma, which is an unburned region in the ignition by the thermal plasma, from the start of the low temperature plasma generation where the active chemical species formed when the low temperature plasma is generated does not disappear and is used for ignition of the air-fuel mixture From the time when the gas density of the region has increased to the end of the low-temperature plasma generation where the gas-fuel mixture in the discharge region of the low-temperature plasma becomes burnt gas due to the propagation of the flame formed by ignition by thermal plasma The ignition control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the ignition control device is an internal combustion engine.
低温プラズマを発生させて筒内の混合気に点火する第1点火手段と、
熱プラズマを発生させて筒内の混合気に点火する第2点火手段と、
筒内ガス状態を検出する筒内ガス状態検知手段と、を有し、
点火時期における筒内ガス密度が所定密度以下、点火時期における筒内温度が所定温度以下、内燃機関の回転速度が所定回転速度以上、内燃機関の負荷が所定負荷以下のいずれかの場合には、熱プラズマにより混合気を点火させた後に低温プラズマにより混合気が点火するように、上記第1点火手段及び上記第2点火手段の双方を駆動することを特徴とする内燃機関の点火制御方法。
First ignition means for generating low temperature plasma and igniting an air-fuel mixture in the cylinder;
Second ignition means for generating thermal plasma and igniting the air-fuel mixture in the cylinder;
In-cylinder gas state detection means for detecting the in-cylinder gas state,
When the in-cylinder gas density at the ignition timing is equal to or lower than the predetermined density, the in-cylinder temperature at the ignition timing is equal to or lower than the predetermined temperature, the rotation speed of the internal combustion engine is equal to or higher than the predetermined rotation speed, and the load of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined load, An ignition control method for an internal combustion engine, wherein both the first ignition means and the second ignition means are driven so that the air-fuel mixture is ignited by low-temperature plasma after the air-fuel mixture is ignited by thermal plasma.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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