JP2014141919A - Internal combustion engine ignition control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine ignition control device capable of measuring gas flow speed near an ignition plug without spark ignition.SOLUTION: An internal combustion engine ignition control device includes: an ignition plug for generating electric discharge between two electrodes, i.e., a central electrode and a ground electrode; a first ammeter measuring current carried across the central electrode; a second ammeter measuring current carried across the ground electrode; and a short pulse circuit capable of generating an electric field of a short pulse for generating a low-temperature plasma state between the electrodes. If the short pulse circuit is to generate the electric field of the short pulse between the electrodes, gas flow speed of gas flowing between the electrodes is calculated from difference between a current value measured by the first ammeter and that measured by the second ammeter.

Description

この発明は、内燃機関の点火制御装置に関する。   The present invention relates to an ignition control device for an internal combustion engine.

従来、例えば特許文献１に開示されるように、気筒ごとに複数の点火プラグを備え、各気筒において中央点火プラグから順次、点火を行う内燃機関が知られている。この内燃機関の制御装置は、中央点火プラグに流れる２次電流又は中央点火プラグに印加される２次電圧を検出する機能と、検出された２次電流又は２次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が速いか否かを判定する機能を有している。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。 2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in, for example, Patent Document 1, an internal combustion engine that includes a plurality of spark plugs for each cylinder and performs ignition sequentially from a central spark plug in each cylinder is known. The control device for an internal combustion engine detects the secondary current flowing through the central spark plug or the secondary voltage applied to the central spark plug, and the inside of the cylinder based on the detected secondary current or secondary voltage. It has a function of determining whether or not the gas flow rate is fast.
The applicant has recognized the following documents including the above-mentioned documents as related to the present invention.

特開２００９−０１３８５０号公報JP 2009-013850 A 実開昭６３−１６８２８２号公報Japanese Utility Model Publication No. 63-168282 特開２０１２−１１２３１０号公報JP 2012-112310 A

ところで、往復サイクル型の内燃機関において、サイクル間・気筒間の筒内状態バラツキは従来からの課題となっている。近年、内燃機関の燃費向上策として希薄燃焼（リーンバーン）が注目されている。希薄燃焼による燃費向上を図るためには、希薄可燃限界を拡大する必要がある。希薄可燃限界には、サイクル間・気筒間の燃焼変動が大きく影響するため、燃焼変動の抑制が重要である。   By the way, in a reciprocating cycle type internal combustion engine, in-cylinder state variation between cycles and cylinders has been a conventional problem. In recent years, lean burn has attracted attention as a measure for improving the fuel efficiency of internal combustion engines. In order to improve fuel efficiency through lean combustion, it is necessary to expand the lean flammability limit. Since the combustion fluctuation between cycles and cylinders greatly affects the lean flammability limit, it is important to suppress the combustion fluctuation.

発明者等の鋭意研究によって、希薄燃焼下では点火プラグ付近を流れる気体の気体流速によって初期燃焼状態が大きく変化し、これにより希薄燃焼の燃費効果が増減することが明らかになってきている。以上のことから、燃焼変動の抑制を実現する上で、点火時期に近い時期に点火プラグ付近を流れる気体の気体流速を計測できる技術が必要とされている。   Inventor's diligent research has revealed that under lean combustion, the initial combustion state varies greatly depending on the gas flow velocity of the gas flowing in the vicinity of the spark plug, thereby increasing or decreasing the fuel efficiency effect of lean combustion. In view of the above, a technique capable of measuring the gas flow velocity of the gas flowing in the vicinity of the ignition plug at a timing close to the ignition timing is required in order to suppress the combustion fluctuation.

上述した従来の制御装置では、一度火花点火を実行する必要があり、燃焼が悪いサイクルの点火前への対策が行えないというデメリットがある。また、点火時期近傍の筒内状態を計測するために、特別な計測装置を筒内に設置することも考えられるが、コスト増や構成が非常に複雑になるため実現性に乏しい。   The conventional control device described above has a demerit that it is necessary to execute spark ignition once, and it is impossible to take measures before ignition of a cycle with poor combustion. In order to measure the in-cylinder state in the vicinity of the ignition timing, it may be possible to install a special measuring device in the cylinder.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、火花点火することなく点火プラグ近傍の気体流速を計測することのできる内燃機関の点火制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an ignition control device for an internal combustion engine that can measure a gas flow velocity in the vicinity of a spark plug without spark ignition. .

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の点火制御装置であって、
中心電極と接地電極との電極間に放電が生じる点火プラグと、
前記中心電極を流れる電流を計測する第１電流計と、
前記接地電極を流れる電流を計測する第２電流計と、
前記電極間に低温プラズマ状態を形成する短パルスの電界を発生可能な短パルス回路と、
前記短パルス回路により前記電極間に短パルスの電界を発生させる場合に、前記第１及び第２電流計により計測された電流値の差異から、前記電極間を流れる気体の気体流速を算出する流速算出手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is an ignition control device for an internal combustion engine,
A spark plug that generates a discharge between the center electrode and the ground electrode;
A first ammeter for measuring a current flowing through the center electrode;
A second ammeter for measuring a current flowing through the ground electrode;
A short pulse circuit capable of generating a short pulse electric field that forms a low-temperature plasma state between the electrodes;
When a short pulse electric field is generated between the electrodes by the short pulse circuit, a flow velocity for calculating a gas flow velocity of the gas flowing between the electrodes from a difference between current values measured by the first and second ammeters. And a calculating means.

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記流速算出手段は、前記内燃機関の吸気弁が閉じてから前記点火プラグによる点火前までの期間に、前記短パルス回路により前記電極間に短パルスの電界を発生させる手段、を更に備えることを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
The flow velocity calculating means further comprises means for generating a short pulse electric field between the electrodes by the short pulse circuit during a period from when the intake valve of the internal combustion engine is closed to before ignition by the spark plug. Features.

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記流速算出手段は、リーンバーン運転を実行する場合に、前記短パルス回路により前記電極間に短パルスの電界を発生させる手段、を更に備えることを特徴とする。 The third invention is the first or second invention, wherein
The flow velocity calculating means further includes means for generating a short pulse electric field between the electrodes by the short pulse circuit when performing lean burn operation.

また、第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、
運転条件に応じた前記電極間の基本気体流速を取得する基本気体流速取得手段と、
運転条件に応じた基本点火時期を取得する基本点火時期取得手段と、
前記流速算出手段により算出された気体流速が現運転条件に応じた基本気体流速よりも遅い場合は、現サイクルの点火時期を該現運転条件に応じた基本点火時期よりも進角し、速い場合は、該現サイクルの点火時期を該現運転条件に応じた基本点火時期よりも遅角する点火時期補正手段と、
前記点火時期補正手段により補正された点火時期に従って、前記電極間にアーク放電を生じさせる点火回路と、を更に備えることを特徴とする。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
Basic gas flow rate acquisition means for acquiring a basic gas flow rate between the electrodes according to operating conditions;
Basic ignition timing acquisition means for acquiring basic ignition timing according to the operating conditions;
When the gas flow velocity calculated by the flow velocity calculation means is slower than the basic gas flow velocity corresponding to the current operation condition, the ignition timing of the current cycle is advanced and faster than the basic ignition timing according to the current operation condition Ignition timing correction means for retarding the ignition timing of the current cycle from the basic ignition timing according to the current operating conditions;
And an ignition circuit for generating an arc discharge between the electrodes in accordance with the ignition timing corrected by the ignition timing correction means.

第１の発明において、点火プラグの電極間に低温プラズマ状態を形成する短パルスの電界を発生させた場合、火花点火は生じず、混合気に着火させることなく、中心電極と接地電極を流れる電流値を計測可能である。電極間を流れる気体の気体流速が速いほど、電極間の電子は流され、接地電極に到達しない電子が多くなる。そのため、計測した電流値の差異が大きくなる。よって、計測した電流値の差異の大小から電極間を流れる気体の気体流速を算出することができる。よって、第１の発明によれば、火花点火することなく点火プラグ近傍の気体流速を計測することができる。   In the first invention, when a short pulse electric field that forms a low temperature plasma state is generated between the electrodes of the spark plug, no spark ignition occurs, and the current flowing through the center electrode and the ground electrode without igniting the mixture. The value can be measured. The faster the gas flow velocity of the gas flowing between the electrodes, the more electrons flow between the electrodes, and the more electrons that do not reach the ground electrode. Therefore, the difference in the measured current value becomes large. Therefore, the gas flow velocity of the gas flowing between the electrodes can be calculated from the difference in the measured current value. Therefore, according to the first aspect, the gas flow velocity in the vicinity of the spark plug can be measured without spark ignition.

第２の発明において、吸気弁を閉じて（圧縮行程開始）から点火プラグによる点火前（点火時期前）までの期間中において、点火プラグの電極間に低温プラズマ状態を形成する短パルスの電界を発生させても、火花点火は生じず、混合気に着火させることなく、中心電極と接地電極を流れる電流値を計測可能である。そのため、第２の発明によれば、初期燃焼への寄与度が大きい点火時期直前の気体流速を計測することが可能である。   In the second invention, during the period from when the intake valve is closed (compression stroke start) to before ignition by the spark plug (before ignition timing), a short pulse electric field that forms a low-temperature plasma state between the electrodes of the spark plug is generated. Even if generated, spark ignition does not occur, and the value of the current flowing through the center electrode and the ground electrode can be measured without igniting the air-fuel mixture. Therefore, according to the second aspect of the invention, it is possible to measure the gas flow velocity immediately before the ignition timing that has a large contribution to the initial combustion.

第３の発明において、リーンバーン運転における希薄可燃限界は、サイクル間・気筒間の燃焼変動の影響を大きく受ける。燃焼変動は点火プラグ近傍の気体流速の影響を受けるため、気体流速を計測できることが各種制御において重要である。第３の発明によれば、リーンバーン運転を実行する場合に、火花点火することなく点火プラグ近傍の気体流速を計測することができる。   In the third aspect of the invention, the lean flammability limit in the lean burn operation is greatly affected by fluctuations in combustion between cycles and between cylinders. Since combustion fluctuations are affected by the gas flow velocity in the vicinity of the spark plug, it is important in various controls that the gas flow velocity can be measured. According to the third invention, when the lean burn operation is executed, the gas flow velocity in the vicinity of the spark plug can be measured without spark ignition.

第４の発明によれば、計測した気体流速に応じて、点火時期を適切に補正することができる。そのため、サイクル間・気筒間の燃焼変動を低減することができる。   According to the fourth invention, the ignition timing can be appropriately corrected according to the measured gas flow velocity. As a result, combustion fluctuations between cycles and cylinders can be reduced.

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。It is a conceptual block diagram for demonstrating the system configuration | structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１に示す点火プラグ２２の電極部の拡大図である。It is an enlarged view of the electrode part of the spark plug 22 shown in FIG. 通常点火モードの電圧操作を示す図である。It is a figure which shows the voltage operation of a normal ignition mode. 流速計測モードの電圧操作を示す図である。It is a figure which shows the voltage operation of flow velocity measurement mode. 流速計測モードにおける筒内圧とパルス周波数と着火下限電極間電圧差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cylinder pressure in a flow velocity measurement mode, a pulse frequency, and the voltage difference between ignition lower limit electrodes. 点火プラグ２２の電極間の気体流速と電子挙動について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the gas flow velocity between the electrodes of the spark plug 22, and an electronic behavior. 本発明の実施の形態１における流量計測モードを実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。3 is a flowchart of a control routine executed by an ECU 50 to realize a flow rate measurement mode in Embodiment 1 of the present invention. 電極間の気体流速とＩｇ／Ｉｃとの関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between gas flow rates and I g / I c between the electrodes. 基本点火時期における熱発生時期のバラツキについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the variation in the heat generation time in a basic ignition timing. 点火時期近傍において点火プラグ２２の電極間を流れる気体の気体流速と、燃焼速度との関係について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the gas flow rate of the gas which flows between the electrodes of the ignition plug 22 in the ignition timing vicinity, and a combustion speed. 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。In Embodiment 2 of this invention, it is a flowchart of the control routine which ECU50 performs. 図１１に示す制御ルーチンにより点火時期を制御した場合における熱発生時期を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a heat generation timing when the ignition timing is controlled by the control routine shown in FIG. 11.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンとも記す）１０を備えている。内燃機関１０は、火花点火式の４ストローク型レシプロエンジンである。また、内燃機関１０は、所定の運転領域（例えば低負荷領域）において希薄燃焼（リーンバーン）運転を実現可能なリーンバーンエンジンである。好ましくは、内燃機関１０は、筒内にタンブル流を生じさせる各部構造を有している。 Embodiment 1 FIG.
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a conceptual configuration diagram for explaining a system configuration according to Embodiment 1 of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10. The internal combustion engine 10 is a spark ignition type 4-stroke reciprocating engine. The internal combustion engine 10 is a lean burn engine that can realize lean burn operation in a predetermined operation region (for example, a low load region). Preferably, the internal combustion engine 10 has each part structure that generates a tumble flow in the cylinder.

内燃機関１０は図示しない複数の気筒１２を有している。気筒１２には、その内部を往復運動するピストン１４が設けられている。ピストン１４の往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ１６が設けられている。   The internal combustion engine 10 has a plurality of cylinders 12 (not shown). The cylinder 12 is provided with a piston 14 that reciprocates inside thereof. The reciprocating motion of the piston 14 is converted into the rotational motion of the crankshaft. A crank angle sensor 16 for detecting the rotation angle (crank angle) of the crankshaft is provided in the vicinity of the crankshaft.

内燃機関１０は、シリンダヘッド１８を備えている。シリンダヘッド１８の下面と気筒１２の内壁とピストン１４の冠面との間には、燃焼室２０が形成されている。シリンダヘッド１８には、燃焼室２０内に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁（図示省略）が設けられている。シリンダヘッド１８には、燃焼室２０の上面中央部に点火プラグ２２が設けられている。燃焼室２０には、吸気通路２４および排気通路２６が接続されている。   The internal combustion engine 10 includes a cylinder head 18. A combustion chamber 20 is formed between the lower surface of the cylinder head 18, the inner wall of the cylinder 12, and the crown surface of the piston 14. The cylinder head 18 is provided with a fuel injection valve (not shown) for injecting fuel directly into the combustion chamber 20. The cylinder head 18 is provided with a spark plug 22 at the center of the upper surface of the combustion chamber 20. An intake passage 24 and an exhaust passage 26 are connected to the combustion chamber 20.

吸気通路２４には、電子制御式のスロットルバルブ（図示省略）が設けられている。吸気通路２４の下流端には、吸気通路２４と燃焼室２０との間を開閉する吸気バルブ２８が設けられている。   The intake passage 24 is provided with an electronically controlled throttle valve (not shown). An intake valve 28 that opens and closes between the intake passage 24 and the combustion chamber 20 is provided at the downstream end of the intake passage 24.

また、排気通路２６の上流端には、燃焼室２０と排気通路２６との間を開閉する排気バルブ３０が設けられている。   An exhaust valve 30 that opens and closes between the combustion chamber 20 and the exhaust passage 26 is provided at the upstream end of the exhaust passage 26.

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述のクランク角センサ１６等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述の燃料噴射弁、点火プラグ２２、スロットルバルブ等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。   The system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. Various sensors for detecting the operating state of the internal combustion engine 10 such as the crank angle sensor 16 described above are connected to the input portion of the ECU 50. Further, various actuators for controlling the operation state of the internal combustion engine 10 such as the fuel injection valve, the ignition plug 22 and the throttle valve are connected to the output portion of the ECU 50. The ECU 50 controls the operating state of the internal combustion engine 10 by executing predetermined programs based on input information from various sensors and operating various actuators.

［実施の形態１における特徴的構成］
図２は、図１に示す点火プラグ２２の電極部の拡大図である。点火プラグ２２は、中心電極２２ａと接地電極（外周電極）２２ｂを有する２極間放電点火プラグである。中心電極２２ａと接地電極２２ｂは燃焼室２０内に突き出ている。 [Characteristic Configuration in Embodiment 1]
FIG. 2 is an enlarged view of an electrode portion of the spark plug 22 shown in FIG. The spark plug 22 is a two-electrode discharge spark plug having a center electrode 22a and a ground electrode (outer peripheral electrode) 22b. The center electrode 22 a and the ground electrode 22 b protrude into the combustion chamber 20.

図１に示すように、中心電極２２ａは中心電極線５２ａを介して点火回路を含む点火プラグ電圧制御回路５４に接続されており、その経路には中心電極線５２ａを流れる電流Ｉｃを計測するための第１電流計５６ａが配置されている。また、接地電極（外周電極）２２ｂは外周電極線５２ｂを介して点火プラグ電圧制御回路５４に接続されており、その経路には外周電極線５２ｂを流れる電流Ｉｇを計測するための第２電流計５６ｂが配置されている。点火プラグ電圧制御回路５４は、ＥＣＵ５０の入力部および出力部に接続されている。 As shown in FIG. 1, the central electrode 22a is connected to the spark plug voltage control circuit 54 which includes an ignition circuit via a center electrode line 52a, is the path to measure the current I c flowing through the center electrode line 52a For this purpose, a first ammeter 56a is arranged. The ground electrode (peripheral electrode) 22b is connected to the spark plug voltage control circuit 54 through the outer peripheral electrode line 52b, a second current for measuring the current I g flowing through the outer peripheral electrode line 52b in the path A total 56b is arranged. The spark plug voltage control circuit 54 is connected to an input unit and an output unit of the ECU 50.

点火プラグ電圧制御回路５４は、通常点火モードと流速計測モードの２つのモードを実現する回路を備える。点火プラグ電圧制御回路５４は、ＥＣＵ５０の出力部から出力される制御信号を受けて選択的に各モードを実行可能である。   The spark plug voltage control circuit 54 includes a circuit that realizes two modes of a normal ignition mode and a flow velocity measurement mode. The spark plug voltage control circuit 54 can selectively execute each mode in response to a control signal output from the output unit of the ECU 50.

（通常点火モード）
図３は、通常点火モードの電圧操作を示す図である。ＶＣは中心電極電圧、Ｖｇは外周電極電圧を示している。
通常点火モードは、電気火花により筒内の混合気に着火させるモードであり、電極間放電形態としてアーク放電を生じさせるモードである。点火時期において点火装置の１次電流が遮断されると２次電圧が上昇し、中心電極２２ａに電圧が加えられ、点火プラグ２２の放電電圧に達し、電極間に火花（容量火花および誘導火花）が生じる。図３に示すように、放電時間は例えば１ｍｓ程度である。 (Normal ignition mode)
FIG. 3 is a diagram illustrating voltage operation in the normal ignition mode. V C is the center electrode voltage, V g denotes an outer electrode voltage.
The normal ignition mode is a mode in which the air-fuel mixture in the cylinder is ignited by electric sparks, and is a mode in which arc discharge is generated as an interelectrode discharge mode. When the primary current of the ignition device is cut off at the ignition timing, the secondary voltage rises, voltage is applied to the center electrode 22a, reaches the discharge voltage of the spark plug 22, and sparks (capacitive spark and induction spark) between the electrodes. Occurs. As shown in FIG. 3, the discharge time is about 1 ms, for example.

（流速計測モード）
図４は、流速計測モードの電圧操作を示す図である。ＶＣは中心電極電圧、Ｖｇは外周電極電圧を示している。
流速計測モードは、筒内の混合気に着火させない電極間放電を行うモードであり、電極間に短パルスの電界を与えて（微小時間で投入エネルギを遮断することを繰り返して）、低温プラズマ状態を形成し、電極間放電形態として低温プラズマでの電荷授受を行わせるモードである。具体的には、点火プラグ電圧制御回路５４は、短パルスの電圧（高周波の電圧）を発生するパルス発生部を有し、ＥＣＵ５０からの制御信号に基づいて中心電極２２ａに短パルスの電圧を印加する。図４に示すように、１パルスあたりの放電時間は例えば１μｓ程度である。 (Velocity measurement mode)
FIG. 4 is a diagram illustrating voltage operation in the flow velocity measurement mode. V C is the center electrode voltage, V g denotes an outer electrode voltage.
The flow velocity measurement mode is a mode in which the inter-electrode discharge that does not ignite the air-fuel mixture in the cylinder is performed. A short pulse electric field is applied between the electrodes (repeatedly shutting off the input energy in a very short time), and a low-temperature plasma state In this mode, charge transfer is performed in a low-temperature plasma as an interelectrode discharge mode. Specifically, the spark plug voltage control circuit 54 has a pulse generator that generates a short pulse voltage (high frequency voltage), and applies a short pulse voltage to the center electrode 22a based on a control signal from the ECU 50. To do. As shown in FIG. 4, the discharge time per pulse is, for example, about 1 μs.

図５は、流速計測モードにおける筒内圧とパルス周波数と着火下限電極間電圧差との関係を示す図である。
図５に示すように、筒内圧が高いほど着火下限電極間電位差が高くなる傾向がある。また、パルス周波数を高めることで、着火下限電極間電位差が高くなり、混合気に着火させることのない非着火領域が拡大される。そのため、流速計測モードの印加電界強度、パルス周波数を適切に設計することで、圧縮行程後半においても非着火領域における電極間放電を実現することができる。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship among the in-cylinder pressure, the pulse frequency, and the ignition lower electrode voltage difference in the flow velocity measurement mode.
As shown in FIG. 5, the higher the in-cylinder pressure, the higher the ignition lower electrode potential difference. Further, by increasing the pulse frequency, the potential difference between the ignition lower limit electrodes is increased, and the non-ignition region where the air-fuel mixture is not ignited is expanded. Therefore, by appropriately designing the applied electric field strength and pulse frequency in the flow velocity measurement mode, it is possible to realize inter-electrode discharge in the non-ignition region even in the latter half of the compression stroke.

図６は、点火プラグ２２の電極間の気流と電子挙動について説明するための模式図である。
中心電極２２ａに印加されると中心電極２２ａから電子が放出される。放出された電子は、電極間の気流により流される。気流が強いほど接地電極２２ｂに到達しない電子が多くなる。そのため、気流が強いほど、中心電極２２ａ側の電流Ｉｃに比して接地電極２２ｂ側の電流Ｉｇが小さくなる（Ｉｃ＞Ｉｇ）。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the airflow between the electrodes of the spark plug 22 and the electronic behavior.
When applied to the center electrode 22a, electrons are emitted from the center electrode 22a. The emitted electrons are caused to flow by the airflow between the electrodes. The stronger the air flow, the more electrons that do not reach the ground electrode 22b. Therefore, stronger airflow, current I g of the ground electrode 22b side is smaller than the current I c of the center electrode 22a side (I c> I g).

そこで、本発明では、気流が強いほど電子が流されＩｃとＩｇとの差が拡大することを利用して、点火プラグ２２近傍の気体流速を算出することとした。 Therefore, in the present invention, the difference between the stronger air current electrons flowed I c and I g is utilized to expand, it was decided to calculate the gas flow velocity in the vicinity of the spark plug 22.

なお、実際には負極からの放出電子によってイオン化された気体分子の移動による放電（タウンゼント放電）や、電子が先導する電子になだれによる放電（ストリーマ放電）により電極間放電が行われ、気流強度によって外周電極到達前のイオン消滅速度が増減することになる。図６のように電子のみが流されるわけではない。   Actually, discharge between electrodes is performed by discharge caused by movement of gas molecules ionized by electrons emitted from the negative electrode (townsend discharge) or by avalanche of electrons led by electrons (streamer discharge). The ion annihilation rate before reaching the outer peripheral electrode increases or decreases. As shown in FIG. 6, not only electrons are flowed.

（流速計測フローチャート）
図７は、上述した流量計測モードを実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
ＥＣＵ５０には、運転条件（例えば、負荷率、エンジン回転数）に応じた基本点火時期を定めた基本点火時期マップが記憶されている。 (Flow velocity measurement flowchart)
FIG. 7 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 50 in order to realize the above-described flow rate measurement mode.
The ECU 50 stores a basic ignition timing map that defines basic ignition timings according to operating conditions (for example, load factor, engine speed).

図７に示すルーチンでは、まず、流速計測要求があるか否かを判定する（ステップＳ１００）。例えば、希薄燃焼を実行する運転条件（例えば低負荷）である場合に、点火時期近傍の気体流速を計測する要求があると判定する。流速計測要求があると判定される場合、ＥＣＵ５０は、点火プラグ電圧制御回路５４に流速計測モードを実行する制御信号を出力する。   In the routine shown in FIG. 7, it is first determined whether or not there is a flow velocity measurement request (step S100). For example, it is determined that there is a request to measure the gas flow rate in the vicinity of the ignition timing when the operating condition (for example, low load) is performed to perform lean combustion. When it is determined that there is a flow velocity measurement request, the ECU 50 outputs a control signal for executing the flow velocity measurement mode to the spark plug voltage control circuit 54.

点火プラグ電圧制御回路５４は、基本点火時期より前の所定クランク角において、点火プラグ２２の電極間に低温プラズマ状態を形成する短パルスの電界を与える（ステップＳ１１０）。この所定クランク角は、圧縮行程後半から点火時期前までが好ましい。   The spark plug voltage control circuit 54 applies a short pulse electric field that forms a low-temperature plasma state between the electrodes of the spark plug 22 at a predetermined crank angle before the basic ignition timing (step S110). The predetermined crank angle is preferably from the latter half of the compression stroke to before the ignition timing.

第１電流計５６ａにより中心電極２２ａ側の電流Ｉｃが、第２電流計５６ｂにより接地電極２２ｂ側の電流Ｉｇが計測される（ステップＳ１２０）。計測された電流ＩｃとＩｇは、点火プラグ電圧制御回路５４を介してＥＣＵ５０の入力部に入力される。 The center electrode 22a side of the current I c by the first ammeter 56a is, current I g of the ground electrode 22b side is measured by the second ammeter 56b (step S120). Measured current I c and I g is inputted to the input portion of the ECU50 via a spark plug voltage control circuit 54.

ＥＣＵ５０は、電流ＩｃとＩｇとの差異から電極間の気体流速を算出する（ステップＳ１３０）。図８は、電極間の気体流速とＩｇ／Ｉｃとの関係を示す図である。図８に示すように、Ｉｇ／Ｉｃが低いほど電極間の気体流速が速い傾向がある。ＥＣＵ５０は、図８に相当するマップを記憶している。ＥＣＵ５０は、マップからＩｇ／Ｉｃに応じた気体流速を取得する。これにより電極間を流れる気体の気体流速を算出することができる。その後、本ルーチンの処理は終了される。 ECU50 calculates a gas flow rate between the electrodes from the difference between the current I c and I g (step S130). Figure 8 is a diagram showing the relationship between gas flow rates and I g / I c between the electrodes. As shown in FIG. 8, the gas flow rate between the electrodes tends to be faster as I g / I c is lower. The ECU 50 stores a map corresponding to FIG. ECU50 obtains the gas flow rate in accordance with the map to I g / I c. Thereby, the gas flow velocity of the gas flowing between the electrodes can be calculated. Thereafter, the processing of this routine is terminated.

以上説明したように、図７に示すルーチンによれば、混合気に着火させること無く、点火プラグ２２の電極間を流れる気体の気体流速を計測することができる。図５に示すように、流速計測モードの印加電界強度、パルス周波数を適切に設計することで、初期燃焼への寄与度が大きい点火時期直前の気体流速を計測することが可能である。点火時期直前の気体流速を計測することが可能となることで、気体流速を計測した現サイクルにおいて気体流速のバラツキによる燃焼変動を低減する制御を施すことも可能となる。特にリーンバーン運転など、燃焼変動が燃費効果代を決める運転において、その効果を向上させることが可能である。   As described above, according to the routine shown in FIG. 7, the gas flow velocity of the gas flowing between the electrodes of the spark plug 22 can be measured without igniting the air-fuel mixture. As shown in FIG. 5, by appropriately designing the applied electric field strength and pulse frequency in the flow velocity measurement mode, it is possible to measure the gas flow velocity immediately before the ignition timing that greatly contributes to the initial combustion. Since it becomes possible to measure the gas flow rate immediately before the ignition timing, it is also possible to perform control to reduce combustion fluctuation due to variations in the gas flow rate in the current cycle in which the gas flow rate is measured. Particularly in an operation such as lean burn operation where combustion fluctuations determine the fuel efficiency effect, it is possible to improve the effect.

また、本実施形態のシステムでは、一般的な点火プラグを用いて気体流速を計測できるため、筒内に複雑な計測系を設置する必要がなく、低コスト性、実現性の面でも有利な効果がある。   Further, in the system of the present embodiment, since the gas flow rate can be measured using a general spark plug, there is no need to install a complicated measuring system in the cylinder, which is advantageous in terms of low cost and feasibility. There is.

（変形例）
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、流量計測モードを、圧縮行程開始から点火時期前までの時期に実行することとしているが、流速計測モードを実行できる時期はこれに限定されるものではなく、任意のタイミングで実行可能である。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。 (Modification)
By the way, in the system of the first embodiment described above, the flow rate measurement mode is executed at the time from the start of the compression stroke to before the ignition timing, but the time when the flow velocity measurement mode can be executed is limited to this. Instead, it can be executed at an arbitrary timing. This point is the same in the following embodiments.

また、上述した実施の形態１では、所定気筒についての流速計測モードについて説明しているが、これに限定されるものではなく、多気筒エンジンでは、上記流量計測のための構成を各気筒に備え、独立して実施することも可能である。   In the first embodiment described above, the flow velocity measurement mode for the predetermined cylinder has been described. However, the present invention is not limited to this, and in a multi-cylinder engine, the configuration for measuring the flow rate is provided in each cylinder. It can also be carried out independently.

また、本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。また、火花点火式のエンジンに限らず、圧縮自着火式のエンジンにも本発明を適用することができる。また、リーンバーンエンジンに限定されるものではない。なお、過給機を備えた過給リーンバーンエンジンであってもよい。   Further, the engine to which the present invention is applied is not limited to the in-cylinder direct injection engine as in the above-described embodiment. The present invention can also be applied to a port injection type engine. Further, the present invention can be applied not only to a spark ignition type engine but also to a compression self-ignition type engine. Moreover, it is not limited to a lean burn engine. A supercharged lean burn engine equipped with a supercharger may be used.

尚、上述した実施の形態１においては、点火プラグ２２が前記第１の発明における「点火プラグ」に、第１電流計５６ａが前記第１の発明における「第１電流計」に、第２電流計５６ｂが前記第１の発明における「第２電流計」に、パルス発生部を有する点火プラグ電圧制御回路５４が「短パルス回路」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１１０−ステップＳ１３０の処理を実行することにより前記第１及び第２の発明における「流速算出手段」が、上記ステップＳ１００−ステップＳ１３０の処理を実行することにより前記第３の発明における「流速算出手段」が、それぞれ実現されている。 In the first embodiment described above, the spark plug 22 is the “ignition plug” in the first invention, the first ammeter 56a is the “first ammeter” in the first invention, and the second current is The total 56b corresponds to the “second ammeter” in the first aspect of the invention, and the spark plug voltage control circuit 54 having a pulse generator corresponds to the “short pulse circuit”.
Further, here, the ECU 50 executes the processing of the above steps S110 to S130, so that the “flow velocity calculating means” in the first and second inventions executes the processing of the above steps S100 to S130. The “flow velocity calculating means” in the third aspect of the invention is realized.

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図９〜図１２を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図１２のルーチンを実行させることで実現することができる。 Embodiment 2. FIG.
[System Configuration of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the ECU 50 to execute a routine shown in FIG.

［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１によれば、点火プラグ２２の電極間の気体流速を計測することができる。特に、圧縮行程後半から点火時期直前における気体流速を算出することができる。そのため、気体流速を計測した現サイクルと同一サイクルにおいて、気体流速に応じて適正に点火時期を補正することが可能となる。 [Characteristic Control in Embodiment 2]
According to the first embodiment described above, the gas flow rate between the electrodes of the spark plug 22 can be measured. In particular, the gas flow rate from the latter half of the compression stroke to immediately before the ignition timing can be calculated. Therefore, it is possible to appropriately correct the ignition timing in accordance with the gas flow rate in the same cycle as the current cycle in which the gas flow rate is measured.

図９は、点火時期と熱発生時期のバラツキについて説明するための図である。点火時期を運転条件に応じた基本点火時期に固定した場合、上述したようにサイクル間・気筒間で気体流速のバラツキが生じることから、図９に示すように熱発生時期にバラツキが生じる。   FIG. 9 is a diagram for explaining variation in ignition timing and heat generation timing. When the ignition timing is fixed at the basic ignition timing according to the operating conditions, the gas flow velocity varies between the cycles and between the cylinders as described above. Therefore, the heat generation timing varies as shown in FIG.

図１０は、点火時期近傍において点火プラグ２２の電極間を流れる気体の気体流速と、燃焼速度との関係について説明するための図である。図中の適合時の流速は、運転条件に応じた所定クランク角における基本気体流速である。図１０に示すように、流速が速くなるほど燃焼速度が速くなり、流速が遅くなるほど燃焼速度が遅くなる傾向がある。燃焼変動を低減するためには、熱発生時期が揃うように、計測した気体流速の大小に応じて点火時期を制御することが望ましい。   FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between the gas flow velocity of the gas flowing between the electrodes of the ignition plug 22 and the combustion velocity in the vicinity of the ignition timing. The flow velocity at the time of adaptation in the figure is the basic gas flow velocity at a predetermined crank angle according to the operating conditions. As shown in FIG. 10, the combustion speed increases as the flow rate increases, and the combustion speed tends to decrease as the flow rate decreases. In order to reduce combustion fluctuations, it is desirable to control the ignition timing according to the measured gas flow velocity so that the heat generation timing is aligned.

そこで、実施の形態２のシステムでは、現運転条件における基本気体流速に対して、計測された気体流速が速い場合には、点火時期を現運転条件における基本点火時期よりも遅角し、計測された気体流速が遅い場合には、点火時期を現運転条件における基本点火時期よりも進角することとした。   Therefore, in the system of the second embodiment, when the measured gas flow rate is faster than the basic gas flow rate under the current operating conditions, the ignition timing is retarded from the basic ignition timing under the current operating conditions and measured. When the gas flow rate was slow, the ignition timing was advanced from the basic ignition timing under the current operating conditions.

図１１は、上述の制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
ＥＣＵ５０には、運転条件（例えば、負荷率、エンジン回転数）に応じた基本点火時期を定めた基本点火時期マップと、運転条件に応じた所定クランク角における基本気体流速を定めた基本気体流速マップが記憶されている。 FIG. 11 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 50 in order to realize the above-described control.
The ECU 50 includes a basic ignition timing map that defines basic ignition timing according to operating conditions (for example, load factor and engine speed), and a basic gas flow velocity map that defines basic gas flow speed at a predetermined crank angle according to operating conditions. Is remembered.

図１１に示すルーチンでは、まず、流速計測要求があるか否かを判定する（ステップＳ２００）。例えば希薄燃焼を実施する運転条件（例えば低負荷運転）である場合に、点火時期近傍の気体流速を計測する要求があると判定する。流速計測要求があると判定される場合、ＥＣＵ５０は、点火プラグ電圧制御回路５４に流速計測モードを実行する制御信号を出力する。流速計測の実行時期は、例えば基本点火時期の１０ｄｅｇＣＡ前とする。   In the routine shown in FIG. 11, it is first determined whether or not there is a flow velocity measurement request (step S200). For example, it is determined that there is a request to measure the gas flow velocity in the vicinity of the ignition timing when the operating condition (for example, low load operation) is performed to perform lean combustion. When it is determined that there is a flow velocity measurement request, the ECU 50 outputs a control signal for executing the flow velocity measurement mode to the spark plug voltage control circuit 54. The execution timing of the flow velocity measurement is, for example, 10 deg CA before the basic ignition timing.

その後、ＥＣＵ５０は、具体的には、上述した図７のステップＳ１１０−Ｓ１３０と同等の処理により、点火プラグ２２の電極間を流れる気体の気体流速を算出する（ステップＳ２１０）。   Thereafter, the ECU 50 specifically calculates the gas flow velocity of the gas flowing between the electrodes of the spark plug 22 by a process equivalent to steps S110 to S130 of FIG. 7 described above (step S210).

次に、ＥＣＵ５０は、算出した気体流速が基本気体流速よりも遅いか否かを判定する（ステップＳ２２０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、上述の基本気体流速マップから現運転条件に応じた基本気体流速を取得し、これとステップＳ２１０で算出した気体流速とを大小比較する。   Next, the ECU 50 determines whether or not the calculated gas flow rate is slower than the basic gas flow rate (step S220). Specifically, the ECU 50 obtains a basic gas flow rate corresponding to the current operation condition from the basic gas flow rate map described above, and compares this with the gas flow rate calculated in step S210.

算出した気体流速が基本気体流速よりも遅いと判定される場合には、ＥＣＵ５０は、点火時期を基本点火時期よりも進角する（ステップＳ２３０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、上述の基本点火時期マップから現運転条件に応じた基本点火時期を取得し、基本点火時期に進角補正値を加えた新たな点火時期を決定する。   When it is determined that the calculated gas flow velocity is slower than the basic gas flow velocity, the ECU 50 advances the ignition timing from the basic ignition timing (step S230). Specifically, the ECU 50 acquires a basic ignition timing corresponding to the current operating condition from the above basic ignition timing map, and determines a new ignition timing obtained by adding an advance correction value to the basic ignition timing.

一方、算出した気体流速が基本気体流速よりも速いと判定される場合には、ＥＣＵ５０は、点火時期を基本点火時期よりも遅角する（ステップＳ２４０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、上述の基本点火時期マップから現運転条件に応じた基本点火時期を取得し、基本点火時期に遅角補正値を加えた新たな点火時期を決定する。   On the other hand, when it is determined that the calculated gas flow velocity is faster than the basic gas flow velocity, the ECU 50 retards the ignition timing from the basic ignition timing (step S240). Specifically, the ECU 50 acquires a basic ignition timing corresponding to the current operating condition from the above basic ignition timing map, and determines a new ignition timing obtained by adding a retardation correction value to the basic ignition timing.

本ルーチン終了後、ＥＣＵ５０は、決定した新たな点火時期に基づいて通常点火モードを実行する制御信号を点火プラグ電圧制御回路５４に出力する。点火プラグ電圧制御回路５４は、新たな点火時期に基づいて電極間にアーク放電を生じさせる。   After the end of this routine, the ECU 50 outputs a control signal for executing the normal ignition mode to the spark plug voltage control circuit 54 based on the determined new ignition timing. The spark plug voltage control circuit 54 generates an arc discharge between the electrodes based on the new ignition timing.

以上説明したように、図１１に示すルーチンによれば、算出した気体流速に応じて点火時期を適切に補正することができる。そのため、サイクル間・気筒間の燃焼変動を低減することができる。燃焼変動を低減することで、特にリーンバーン運転において希薄燃焼限界が向上し、燃費効果を向上させることができる。   As described above, according to the routine shown in FIG. 11, the ignition timing can be appropriately corrected according to the calculated gas flow velocity. As a result, combustion fluctuations between cycles and cylinders can be reduced. By reducing the combustion fluctuation, the lean combustion limit can be improved particularly in the lean burn operation, and the fuel efficiency effect can be improved.

図１２は、図１１に示す制御ルーチンにより点火時期を適切に補正した場合における熱発生時期を示す図である。
図１１に示す制御ルーチンにより、サイクル毎に点火時期を制御して質量燃料割合５０％時期を揃えることが可能である。一般には、質量燃料割合５０％時期が約８ｄｅｇＡＴＤＣとなるように点火時期を制御することでサイクル毎に最大仕事が得られる。 FIG. 12 is a diagram showing the heat generation timing when the ignition timing is appropriately corrected by the control routine shown in FIG.
With the control routine shown in FIG. 11, it is possible to control the ignition timing for each cycle so that the mass fuel ratio is 50%. In general, the maximum work can be obtained for each cycle by controlling the ignition timing so that the 50% mass fuel ratio is about 8 degATDC.

尚、上述した実施の形態２においては、点火回路を含む点火プラグ電圧制御回路５４が前記第４の発明における「点火回路」に相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ２２０の処理を実行することにより前記第４の発明における「基本気体流速取得手段」が、上記ステップＳ２３０又はＳ２４０の処理を実行することにより前記第４の発明における「基本点火時期取得手段」が、上記ステップＳ２３０及びＳ２４０の処理を実行することにより前記第４の発明における「点火時期補正手段」が、それぞれ実現されている。 In the second embodiment described above, the spark plug voltage control circuit 54 including the ignition circuit corresponds to the “ignition circuit” according to the fourth aspect of the present invention.
In addition, here, the ECU 50 executes the process of step S220, so that the “basic gas flow rate acquisition means” in the fourth invention executes the process of step S230 or S240, thereby executing the process of the fourth invention. The “ignition timing correction means” in the fourth aspect of the present invention is realized by executing the processing of steps S230 and S240.

１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ ピストン
１６ クランク角センサ
２０ 燃焼室
２２ 点火プラグ
２２ａ 中心電極
２２ｂ 接地電極
２４ 吸気通路
２６ 排気通路
５０ ＥＣＵ
５２ａ 中心電極線
５２ｂ 外周電極線
５４ 点火プラグ電圧制御回路
５６ａ 第１電流計
５６ｂ 第２電流計 10 Internal combustion engine 12 Cylinder 14 Piston 16 Crank angle sensor 20 Combustion chamber 22 Spark plug 22a Center electrode 22b Ground electrode 24 Intake passage 26 Exhaust passage 50 ECU
52a Center electrode line 52b Outer electrode line 54 Spark plug voltage control circuit 56a First ammeter 56b Second ammeter

Claims (4)

中心電極と接地電極との電極間に放電が生じる点火プラグと、
前記中心電極を流れる電流を計測する第１電流計と、
前記接地電極を流れる電流を計測する第２電流計と、
前記電極間に低温プラズマ状態を形成する短パルスの電界を発生可能な短パルス回路と、
前記短パルス回路により前記電極間に短パルスの電界を発生させる場合に、前記第１及び第２電流計により計測された電流値の差異から、前記電極間を流れる気体の気体流速を算出する流速算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 A spark plug that generates a discharge between the center electrode and the ground electrode;
A first ammeter for measuring a current flowing through the center electrode;
A second ammeter for measuring a current flowing through the ground electrode;
A short pulse circuit capable of generating a short pulse electric field that forms a low-temperature plasma state between the electrodes;
When a short pulse electric field is generated between the electrodes by the short pulse circuit, a flow velocity for calculating a gas flow velocity of the gas flowing between the electrodes from a difference between current values measured by the first and second ammeters. A calculation means;
An ignition control device for an internal combustion engine, comprising: 前記流速算出手段は、前記内燃機関の吸気弁が閉じてから前記点火プラグによる点火前までの期間に、前記短パルス回路により前記電極間に短パルスの電界を発生させる手段、を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の点火制御装置。   The flow velocity calculating means further comprises means for generating a short pulse electric field between the electrodes by the short pulse circuit during a period from when the intake valve of the internal combustion engine is closed to before ignition by the spark plug. 2. The ignition control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition control device is an internal combustion engine. 前記流速算出手段は、リーンバーン運転を実行する場合に、前記短パルス回路により前記電極間に短パルスの電界を発生させる手段、を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の点火制御装置。   3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the flow velocity calculation means further includes means for generating a short pulse electric field between the electrodes by the short pulse circuit when performing lean burn operation. Ignition control device. 運転条件に応じた前記電極間の基本気体流速を取得する基本気体流速取得手段と、
運転条件に応じた基本点火時期を取得する基本点火時期取得手段と、
前記流速算出手段により算出された気体流速が現運転条件に応じた基本気体流速よりも遅い場合は、現サイクルの点火時期を該現運転条件に応じた基本点火時期よりも進角し、速い場合は、該現サイクルの点火時期を該現運転条件に応じた基本点火時期よりも遅角する点火時期補正手段と、
前記点火時期補正手段により補正された点火時期に従って、前記電極間にアーク放電を生じさせる点火回路と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の点火制御装置。 Basic gas flow rate acquisition means for acquiring a basic gas flow rate between the electrodes according to operating conditions;
Basic ignition timing acquisition means for acquiring basic ignition timing according to the operating conditions;
When the gas flow velocity calculated by the flow velocity calculation means is slower than the basic gas flow velocity corresponding to the current operation condition, the ignition timing of the current cycle is advanced and faster than the basic ignition timing according to the current operation condition Ignition timing correction means for retarding the ignition timing of the current cycle from the basic ignition timing according to the current operating conditions;
An ignition circuit for generating arc discharge between the electrodes according to the ignition timing corrected by the ignition timing correction means;
The ignition control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
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