JP2023017478A - Engine controlling device - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。 The technology disclosed herein relates to an engine control device.
特許文献１には、点火プラグを有する内燃機関が記載されている。点火プラグの中心電極と接地電極との間に高電圧が印加されると、両電極の間に放電路が発生し、燃焼室内の混合気が着火される。
この内燃機関は、第１の磁場発生手段と第２の磁場発生手段とを備えている。第１の磁場発生手段及び第２の磁場発生手段は、放電路に対して互いに直交する方向のローレンツ力を発生させる。気筒内の流動によって放電路が引き延ばされない場合に、第１の磁場発生手段及び／又は第２の磁場発生手段は、放電路の引き延ばしを補助する磁場を発生させる。放電路が十分に引き伸ばされることによって、混合気が安定的に着火する。 This internal combustion engine comprises first magnetic field generating means and second magnetic field generating means. The first magnetic field generating means and the second magnetic field generating means generate Lorentz forces in directions perpendicular to each other on the discharge path. When the flow in the cylinder does not extend the discharge path, the first magnetic field generating means and/or the second magnetic field generating means generate a magnetic field that assists in extending the discharge path. The air-fuel mixture is stably ignited by sufficiently extending the discharge path.
モータを動力源とする電気自動車の普及が少しずつ進んでいる。しかしながら、エンジンのみを動力源とする車両、又は、エンジンを搭載したハイブリッド車両は、依然として多い。エンジンの熱効率の更なる改善が求められている。 Electric vehicles using motors as power sources are gradually becoming popular. However, there are still many vehicles powered only by engines or hybrid vehicles equipped with engines. Further improvements in engine thermal efficiency are sought.
エンジンの熱効率を改善させるために、例えばエンジンの幾何学的圧縮比を高くすることが考えられる。エンジンの幾何学的圧縮比が高いと、点火時の筒内圧が高くなる。筒内圧が高いと、放電電圧が高くなるため、点火プラグに印加する電圧も高くしなければならない。この場合、バッテリの電力消費が激しくなる。 In order to improve the thermal efficiency of the engine, it is conceivable, for example, to increase the geometric compression ratio of the engine. The higher the geometric compression ratio of the engine, the higher the in-cylinder pressure at ignition. If the cylinder pressure is high, the discharge voltage will be high, so the voltage applied to the spark plug must also be high. In this case, the power consumption of the battery becomes intense.
印加電圧を下げるために、点火プラグの中心電極と接地電極とのギャップ長を短くする対策が考えられる。しかし、ギャップ長が短いと、放電時に電極が摩耗しやすい。電極摩耗が進むと、放電に要求される印加電圧が次第に高くなる。印加電圧が高くなりすぎると、点火プラグが損傷する。電極摩耗が進んで点火プラグが損傷してしまう前に、点火プラグの交換が必要である。点火プラグの中心電極と接地電極とのギャップ長を短くする対策の結果として、点火プラグの交換頻度が高くなることは、車両の商品性を低下させる。そこで、点火プラグの電極の摩耗を抑制する対策が必要である。 In order to lower the applied voltage, it is conceivable to shorten the gap length between the center electrode of the spark plug and the ground electrode. However, if the gap length is short, the electrodes tend to wear out during discharge. As electrode wear progresses, the applied voltage required for discharge gradually increases. If the applied voltage becomes too high, the spark plug will be damaged. It is necessary to replace the spark plug before electrode wear progresses and the spark plug is damaged. As a result of shortening the gap length between the center electrode and the ground electrode of the spark plug, the increased frequency of replacement of the spark plug lowers the marketability of the vehicle. Therefore, it is necessary to take measures to suppress wear of the electrode of the spark plug.
電極の摩耗を進行させる要因の一つは、再放電である。中心電極と接地電極との間に電圧を印加すると、絶縁破壊により両電極間に放電路が形成される。気筒内の流動によって放電路が引き延ばされて放電路の電気抵抗が増加すると、中心電極と接地電極との間に、新たな放電路が発生する。この再放電発生時にも電極が摩耗する。点火プラグが点火を行う度に再放電が発生すると、電極の摩耗が進んでしまう。 One of the factors that advance electrode wear is re-discharge. When a voltage is applied between the center electrode and the ground electrode, dielectric breakdown forms a discharge path between the electrodes. When the flow in the cylinder elongates the discharge path and increases the electrical resistance of the discharge path, a new discharge path is generated between the center electrode and the ground electrode. The electrodes are also worn when this re-discharge occurs. If re-discharge occurs every time the spark plug ignites, wear of the electrode will progress.
先行技術は、点火プラグの放電路の引き延ばしを補助する技術である。放電路の引き延ばしは、再放電を助長し、電極の摩耗を促進してしまう。電極の摩耗を抑制するためには、先行技術とは異なり、放電路の伸びが抑制されなければならない。 The prior art is a technique that assists in extending the spark plug discharge path. The extension of the discharge path promotes re-discharge and accelerates wear of the electrodes. In order to suppress wear of the electrodes, elongation of the discharge path must be suppressed, unlike the prior art.
ローレンツ力を利用すれば、放電路の伸びを抑制することができる。しかし、電磁石へ通電を行うと、その分、電力が消費される。電力消費をできるだけ抑制することが、車両の燃費性能又は電費性能の向上に有利である。 By utilizing the Lorentz force, the extension of the discharge path can be suppressed. However, when the electromagnet is energized, power is consumed accordingly. Suppressing power consumption as much as possible is advantageous for improving fuel efficiency or power efficiency of the vehicle.
ここに開示する技術は、点火プラグの再放電を抑制する。 The technology disclosed herein suppresses spark plug re-discharge.
本願発明者らは、気筒内における再放電のしやすさに着目した。再放電は、電極間に形成された放電路の抵抗と、電極間の絶縁抵抗とのバランスによって決まる。放電路の抵抗が低い場合、再放電しにくい。放電路の伸びを抑制するために放電路に作用させるローレンツ力を小さくできる。ローレンツ力を小さくすれば、消費電力が抑制できる。これに対し、放電路の抵抗が高い場合、再放電しやすい。放電路の伸びを強く抑制することが求められるため、放電路に作用させるローレンツ力を大きくする必要がある。 The inventors of the present application focused on the ease of re-discharge in the cylinder. Re-discharge is determined by the balance between the resistance of the discharge path formed between the electrodes and the insulation resistance between the electrodes. If the resistance of the discharge path is low, it is difficult to re-discharge. It is possible to reduce the Lorentz force acting on the discharge path in order to suppress the extension of the discharge path. Power consumption can be suppressed by reducing the Lorentz force. On the other hand, when the resistance of the discharge path is high, it is easy to discharge again. Since it is required to strongly suppress the elongation of the discharge path, it is necessary to increase the Lorentz force acting on the discharge path.
エンジンの回転数が高い場合、気筒内の混合気が点火プラグのアーク放電に晒される時間が相対的に短い。着火性が低下しないように、制御器は、アーク放電のために点火プラグに供給する電流を大きくする。この場合、再放電しにくくなる。エンジンの回転数が低い場合、気筒内の混合気が点火プラグのアーク放電に晒される時間が相対的に長い。混合気は相対的に着火しやすい。制御器は、アーク放電のために点火プラグに供給する電流を小さくする。この場合、再放電しやすくなる。本願発明者らは、この知見に基づいて、ここに開示する技術を完成させた。 When the engine speed is high, the air-fuel mixture in the cylinder is exposed to the spark plug arcing for a relatively short time. The controller increases the current supplied to the spark plug for arcing so that ignitability does not deteriorate. In this case, it becomes difficult to re-discharge. When the engine speed is low, the air-fuel mixture in the cylinder is exposed to the spark plug arcing for a relatively long time. The air-fuel mixture is relatively easy to ignite. A controller reduces the current supplied to the spark plug for arcing. In this case, it becomes easier to re-discharge. Based on this finding, the inventors of the present application completed the technology disclosed herein.
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に係る。この制御装置は、
気筒を有するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられる点火プラグであって、前記気筒内に位置する電極対を有し、前記電極対が放電方向にアーク放電を発生させる点火プラグと、
前記点火プラグに電気的に接続されかつ、前記点火プラグへ電気エネルギを供給することによって、アーク放電を発生させる点火制御器と、
前記気筒の周囲に位置する電磁石と、
前記電磁石に電気的に接続されかつ、前記電磁石に通電することにより、前記電極対に対し、前記放電方向に交差する方向の磁場を発生させ、それによって、前記電極対における放電路の伸びを抑制する制御器と、を備え、
前記制御器は、前記エンジンの回転数が高い場合は、回転数が低い場合よりも、前記電磁石へ供給する電流を小さくする。
The technology disclosed herein relates to an engine control device. This control device
an engine having a cylinder;
a spark plug attached to the engine, the spark plug having an electrode pair positioned in the cylinder, the electrode pair generating an arc discharge in a discharge direction;
an ignition controller electrically connected to the spark plug and supplying electrical energy to the spark plug to generate an arc discharge;
an electromagnet positioned around the cylinder;
By electrically connecting to the electromagnet and energizing the electromagnet, a magnetic field is generated in the electrode pair in a direction crossing the discharge direction, thereby suppressing the extension of the discharge path in the electrode pair. a controller for
The controller supplies a smaller current to the electromagnet when the engine speed is high than when the engine speed is low.
この構成によると、制御器は、気筒の周囲に位置する電磁石に通電することによって、点火プラグの電極対に対し、放電方向に交差する方向の磁場を発生させる。電極対に生成された放電路には、ローレンツ力が作用する。気筒内の流動に起因する放電路の伸びが、ローレンツ力によって抑制される。放電路の伸びが抑制されるため、電極対において再放電が発生することが抑制される。これは、点火プラグの電極の摩耗が進行することを抑制する。 According to this configuration, the controller energizes the electromagnet positioned around the cylinder to generate a magnetic field in the direction intersecting the discharge direction in the electrode pair of the spark plug. A Lorentz force acts on the discharge path generated in the electrode pair. The Lorentz force suppresses the elongation of the discharge path due to the flow in the cylinder. Since the elongation of the discharge path is suppressed, the occurrence of re-discharge in the electrode pair is suppressed. This suppresses the progress of wear of the electrode of the spark plug.
前記の構成において制御器は、エンジンの回転数の高低に応じて、電磁石へ供給する電流の大きさを変える。具体的に、エンジンの回転数が低い場合は、前述したように、再放電しやすいため、制御器は、電磁石へ供給する電流を大きくする。電極対の付近に形成される磁場が強くなり、放電路に作用するローレンツ力が強くなる。その結果、放電路の伸長がより強く抑制される。再放電がしやすい場合において、再放電が発生することが、効果的に抑制できる。 In the above configuration, the controller changes the magnitude of the current supplied to the electromagnet according to whether the engine speed is high or low. Specifically, when the engine speed is low, as described above, re-discharge tends to occur, so the controller increases the current supplied to the electromagnet. The magnetic field formed near the electrode pair becomes stronger, and the Lorentz force acting on the discharge path becomes stronger. As a result, expansion of the discharge path is suppressed more strongly. In a case where re-discharge is likely to occur, the occurrence of re-discharge can be effectively suppressed.
これに対し、エンジンの回転数が高い場合は、再放電しにくいため、制御器は、電磁石へ供給する電流を小さくする。電極対の付近に形成される磁場が弱くなり、放電路に作用するローレンツ力が弱くなる。しかし、放電路の抵抗が低く再放電がしにくいため、再放電が発生することが抑制できる。また、電磁石へ供給する電流が小さいため、電力消費が抑制できる。 On the other hand, when the engine speed is high, it is difficult to re-discharge, so the controller reduces the current supplied to the electromagnet. The magnetic field formed near the electrode pair is weakened, and the Lorentz force acting on the discharge path is weakened. However, since the resistance of the discharge path is low and redischarge is difficult to occur, the occurrence of redischarge can be suppressed. Also, since the current supplied to the electromagnet is small, power consumption can be suppressed.
従って前記の構成は、点火プラグのおける再放電の抑制と、電力消費の抑制とを両立できる。 Therefore, the above configuration can achieve both suppression of re-discharge in the spark plug and suppression of power consumption.
前記点火制御器は、前記エンジンの回転数が高い場合は、回転数が低い場合よりも、前記点火プラグへ供給する電気エネルギを高くする、としてもよい。 The ignition controller may supply higher electrical energy to the spark plug when the engine speed is high than when the engine speed is low.
エンジンの回転数が高い場合は、混合気は相対的に着火しにくい。点火制御器が点火プラグへ供給する電気エネルギを高くすることによって、燃焼安定性が確保される。エンジンの回転数が低い場合は、混合気は相対的に着火しやすい。点火制御器が点火プラグへ供給する電気エネルギを低くすることによって、電力消費が抑制できる。 When the engine speed is high, the air-fuel mixture is relatively difficult to ignite. Combustion stability is ensured by increasing the electrical energy supplied to the spark plug by the ignition controller. When the engine speed is low, the air-fuel mixture is relatively easy to ignite. Power consumption can be reduced by lowering the electrical energy supplied to the spark plug by the ignition controller.
前記点火制御器は、前記エンジンの回転数が高い場合は、回転数が低い場合よりも、前記点火プラグへ供給する電流を大きくする、としてもよい。 The ignition controller may supply a larger current to the spark plug when the engine speed is high than when the engine speed is low.
点火プラグへ供給する電流が大きくなれば、放電路の抵抗が下がり、再放電しにくくなる。 As the current supplied to the ignition plug increases, the resistance of the discharge path decreases, making it difficult to redischarge.
本願発明者らはまた、電極間に形成された放電路の抵抗の他にも、電極間の絶縁抵抗に着目した。つまり、電極間の絶縁抵抗が高い場合、放電路が長く伸長しても再放電しにくい。放電路がある程度まで伸びることが許容できるため、放電路の伸びを抑制するために放電路に作用させるローレンツ力を小さくできる。ローレンツ力を小さくすれば、消費電力が抑制できる。これに対し、電極間の絶縁抵抗が低い場合、再放電しやすい。放電路の伸びを強く抑制することが求められるため、放電路に作用させるローレンツ力を大きくする必要がある。 The inventors of the present application also paid attention to the insulation resistance between the electrodes in addition to the resistance of the discharge path formed between the electrodes. In other words, when the insulation resistance between the electrodes is high, it is difficult to re-discharge even if the discharge path is elongated. Since the discharge path can be allowed to extend to some extent, the Lorentz force acting on the discharge path can be reduced to suppress the extension of the discharge path. Power consumption can be suppressed by reducing the Lorentz force. On the other hand, when the insulation resistance between the electrodes is low, re-discharge is likely to occur. Since it is required to strongly suppress the elongation of the discharge path, it is necessary to increase the Lorentz force acting on the discharge path.
気筒内の混合気の空燃比は、絶縁抵抗に関係する。本願発明者らは、気筒内の混合気の、電極間の局所的な空燃比と再放電のしやすさとの関係を調べた結果、電極間の局所的な空燃比が小さい場合は、大きい場合よりも、再放電しやすいことを見出した。 The air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder is related to the insulation resistance. The inventors of the present application have investigated the relationship between the local air-fuel ratio between the electrodes and the ease of re-discharge of the air-fuel mixture in the cylinder. As a result, when the local air-fuel ratio between the electrodes is small, It was found that it is easier to re-discharge than
前記のエンジンの制御装置は、前記点火プラグに電気的に接続されかつ、前記電極対の電極間における局所空燃比を判定する空燃比判定器をさらに備え、
前記制御器は、前記空燃比判定器の判定信号に基づいて、前記局所空燃比が小さい場合は、前記局所空燃比が大きい場合よりも、前記電磁石へ供給する電流を大きくする、としてもよい。
The engine control device further comprises an air-fuel ratio determiner electrically connected to the spark plug and determining a local air-fuel ratio between the electrodes of the electrode pair,
The controller may increase the current supplied to the electromagnet when the local air-fuel ratio is small, based on the determination signal of the air-fuel ratio determiner, compared to when the local air-fuel ratio is high.
電極間における局所空燃比が小さい場合は、再放電しやすい状態であるため、制御器は、電磁石へ供給する電流を大きくする。電極対の付近に形成される磁場が強くなり、放電路に作用するローレンツ力が強くなる。その結果、放電路の伸長がより強く抑制される。再放電がしやすい状態において、再放電が発生することが、効果的に抑制できる。 When the local air-fuel ratio between the electrodes is small, the state is such that re-discharge is likely to occur, so the controller increases the current supplied to the electromagnet. The magnetic field formed near the electrode pair becomes stronger, and the Lorentz force acting on the discharge path becomes stronger. As a result, expansion of the discharge path is suppressed more strongly. It is possible to effectively suppress the occurrence of re-discharge in a state where re-discharge is likely to occur.
これに対し、電極間における局所空燃比が大きい場合は、再放電しにくい状態であるため、制御器は、電磁石へ供給する電流を小さくする。電極対の付近に形成される磁場が弱くなり、放電路に作用するローレンツ力が弱くなる。その結果、放電路は伸長しやすくなる。しかし、再放電がしにくい状態であるため、再放電が抑制できる。また、電磁石へ供給する電流が小さいため、電力消費が抑制できる。 On the other hand, when the local air-fuel ratio between the electrodes is large, it is difficult to redischarge, so the controller reduces the current supplied to the electromagnet. The magnetic field formed near the electrode pair is weakened, and the Lorentz force acting on the discharge path is weakened. As a result, the discharge path becomes easier to expand. However, since it is difficult to re-discharge, re-discharge can be suppressed. Also, since the current supplied to the electromagnet is small, power consumption can be suppressed.
前述の通り、ローレンツ力を利用すれば、放電路の伸びを抑制することができる。ところが、気筒内において放電路が伸びる方向は常に同じ方向ではなく、流動の向きによって変化する。放電路の伸びを効率的に抑制するためには、放電路に作用する磁場の方向が、放電路の伸びの方向に対応した適切な方向でなければならない。 As described above, the Lorentz force can be used to suppress the extension of the discharge path. However, the direction in which the discharge path extends in the cylinder is not always the same, and changes depending on the direction of flow. In order to effectively suppress the extension of the discharge path, the direction of the magnetic field acting on the discharge path must be an appropriate direction corresponding to the extension direction of the discharge path.
本願発明者らは、放電路の伸びる方向を把握するために、点火プラグの放電電圧の変化に着目した。放電路の伸びは放電電圧と相関がある。すなわち、放電路が伸びると放電電圧は高くなる。 The inventors of the present application focused on changes in the spark plug discharge voltage in order to grasp the direction in which the discharge path extends. The extension of the discharge path has a correlation with the discharge voltage. That is, the longer the discharge path, the higher the discharge voltage.
電極間に放電路が形成された後、その放電路にローレンツ力を作用させた場合に、放電路の伸びる方向とローレンツ力の方向とが対向又は実質的に対向することによって放電路の伸びが抑制されれば、放電電圧の変化速度が小さくなる。逆に、放電路の伸びる方向とローレンツ力の方向とが一致又は実質的に一致することによって放電路の伸びが促進されれば、放電電圧の変化速度が大きくなる。 After the discharge path is formed between the electrodes, when the Lorentz force is applied to the discharge path, the direction in which the discharge path extends and the direction of the Lorentz force are opposed or substantially opposed to each other. If suppressed, the rate of change of the discharge voltage becomes smaller. Conversely, if the direction in which the discharge path extends coincides or substantially coincides with the direction of the Lorentz force to promote the extension of the discharge path, the change speed of the discharge voltage increases.
本願発明者らは、既知の方向のローレンツ力を、予備的に放電路に作用させることによって放電路の伸びる方向を把握することを、新たに着想した。 The inventors of the present application newly conceived of grasping the direction in which the discharge path extends by preliminarily applying a Lorentz force in a known direction to the discharge path.
前記エンジンの制御装置は、前記点火プラグに電気的に接続されかつ、前記点火プラグの放電電圧を検出する電圧計測器をさらに備え、
前記電磁石は、それぞれ前記気筒の周囲において異なる位置に位置する第１電磁石、及び、第２電磁石を含み、
前記制御器は、
前記電極対がアーク放電を発生させている間に前記第１電磁石に予備通電を行うと共に、前記電圧計測器が計測した放電電圧を読み込み、
予備通電時の放電電圧の変化に基づいて、前記電極対における放電路の伸びる方向を判断し、
前記放電路の伸びが抑制されるよう、前記第１電磁石及び前記第２電磁石によって発生させる磁場の方向を決定すると共に、決定した磁場の方向となるように、前記電極対がアーク放電を発生させている間に、前記第１電磁石及び前記第２電磁石の少なくとも一方に本通電を行う、としてもよい。
The engine control device further comprises a voltage measuring instrument electrically connected to the spark plug and detecting a discharge voltage of the spark plug,
The electromagnets include a first electromagnet and a second electromagnet positioned at different positions around the cylinder,
The controller is
Preliminarily energizing the first electromagnet while the electrode pair is generating arc discharge, and reading the discharge voltage measured by the voltage measuring instrument,
Determining the direction in which the discharge path extends in the electrode pair based on the change in the discharge voltage during preliminary energization,
The direction of the magnetic field generated by the first electromagnet and the second electromagnet is determined so that the extension of the discharge path is suppressed, and the electrode pair generates an arc discharge so that the direction of the magnetic field is determined. Main energization may be performed to at least one of the first electromagnet and the second electromagnet during the period.
この構成によると、制御器は、点火プラグの電極対がアーク放電を発生させている間に、第１電磁石に予備通電を行う。電極対の付近には所定の方向の磁場が形成される。電極対に形成された放電路は、ローレンツ力によって伸びが抑制される、又は、伸びが促進される。放電路の伸びが抑制される場合、点火プラグの放電電圧の変化速度は小さくなり、放電路の伸びが促進される場合、点火プラグの放電電圧の変化速度は大きくなる。制御器は、既知の方向のローレンツ力と、読み込んだ放電電圧の変化とに基づいて、放電路の伸びる方向を判断できる。 According to this configuration, the controller preliminarily energizes the first electromagnet while the electrode pair of the spark plug is generating arc discharge. A magnetic field in a predetermined direction is formed near the electrode pair. Elongation of the discharge path formed in the electrode pair is suppressed or promoted by the Lorentz force. When the expansion of the discharge path is suppressed, the speed of change in the discharge voltage of the spark plug decreases, and when the expansion of the discharge path is promoted, the speed of change in the discharge voltage of the spark plug increases. The controller can determine the direction in which the discharge path extends based on the known direction of the Lorentz force and the read discharge voltage change.
放電路の伸びる方向が判断できれば、制御器は、放電路の伸びが抑制されるような磁場の方向を決定する。磁場の方向は、第１電磁石、及び／又は、第１電磁石とは異なる位置に位置する第２電磁石によって発生させる磁場の方向である。第１電磁石及び第２電磁石は、任意の方向の磁場を発生できる。 If the direction in which the discharge path extends can be determined, the controller determines the direction of the magnetic field that suppresses the extension of the discharge path. The direction of the magnetic field is the direction of the magnetic field generated by the first electromagnet and/or the second electromagnet located at a position different from the first electromagnet. The first electromagnet and the second electromagnet can generate magnetic fields in arbitrary directions.
磁場の方向が決定されれば、制御器は、電極対がアーク放電を発生させている間に、第１電磁石及び第２電磁石の少なくとも一方に本通電を行う。これにより、放電路の伸びが抑制され、再放電の発生が抑制される。 Once the direction of the magnetic field is determined, the controller energizes at least one of the first electromagnet and the second electromagnet while the electrode pair is arcing. As a result, the extension of the discharge path is suppressed, and the occurrence of re-discharge is suppressed.
この構成によれば、制御器は、第１電磁石に予備通電を行うことによって、放電路の伸びる方向を判断できる。その結果、制御器は、放電路の伸びが抑制されるような磁場の方向を決定できる。放電路の伸びが、効果的に抑制される。また、無駄な電力消費が抑制される。 According to this configuration, the controller can determine the direction in which the discharge path extends by preliminarily energizing the first electromagnet. As a result, the controller can determine the direction of the magnetic field such that elongation of the discharge path is suppressed. Elongation of the discharge path is effectively suppressed. Also, wasteful power consumption is suppressed.
エンジンの制御装置は、点火プラグの再放電を抑制できる。 The engine controller can suppress re-discharge of the spark plug.
以下、エンジンの制御方法及び制御装置の実施形態が、図面を参照しながら説明される。ここで説明されるエンジンの制御方法及び制御装置は例示である。 Embodiments of an engine control method and control device will be described below with reference to the drawings. The engine control method and control apparatus described herein are exemplary.
（エンジンの全体構成）
図１は、例示的なエンジン１を示している。エンジン１は、気筒１１を有している。エンジン１は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返す４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって、自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。
(Overall structure of the engine)
FIG. 1 shows an
図１の上図は、気筒１１の横断面図である。図１の下図は、気筒１１の縦断面図である。エンジン１は、シリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の上に置かれるシリンダヘッド１３とを備えている。気筒１１は、シリンダブロック１２の内部に形成されている。図１では、一つの気筒１１のみを示すが、エンジン１は複数の気筒を有している。
The upper diagram in FIG. 1 is a cross-sectional view of the
気筒１１内には、ピストン１４が内挿されている。ピストン１４は、気筒１１内を往復動する。気筒１１、シリンダヘッド１３及びピストン１４は、燃焼室１７を形成する。
A
エンジン１の幾何学的圧縮比は、１０以上３０以下に設定されている。エンジン１の幾何学的圧縮比は、一般的な火花点火式エンジンよりも高い。幾何学的圧縮比が高いことにより、エンジン１の熱効率は高い。
The geometric compression ratio of the
シリンダヘッド１３には、吸気ポート２１が形成されている。図１の紙面右側は、エンジン１の吸気側に相当する。一つの気筒１１につき、二つの吸気ポート２１が形成されている。吸気ポート２１は、気筒１１に連通している。吸気ポート２１は、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート２１は、気筒１１内にタンブル流を形成させることができる。吸気ポート２１は、吸気弁によって開閉される。吸気ポート２１には吸気通路が接続される。吸気は、吸気ポート２１を通じて気筒１１へ流入する。
An
シリンダヘッド１３にはまた、排気ポート２２が形成されている。排気ポート２２は、吸気ポート２１に対して気筒１１の中心を挟んだ逆側に位置している。図１の紙面左側は、エンジン１の排気側に相当する。一つの気筒１１につき、二つの排気ポート２２が形成されている。排気ポート２２は、気筒１１に連通している。排気ポート２２は、排気弁によって開閉される。排気ポート２２には排気通路が接続される。排気は、排気ポート２２を通じて気筒１１から流出する。
An
以下において、図１の紙面左右方向は、吸排気方向と呼ばれる場合がある。また、吸排気方向に直交する方向は、エンジン１の前後方向に相当する。エンジン１の前後方向は、エンジン１のクランクシャフトが伸びる方向である。図１の上図における紙面上側はエンジン１のフロント側に相当し、紙面下側はエンジン１のリヤ側に相当する。
Hereinafter, the left-right direction on the paper surface of FIG. 1 may be referred to as the intake/exhaust direction. Further, the direction orthogonal to the intake and exhaust direction corresponds to the front-rear direction of the
シリンダヘッド１３には、インジェクタ２４が取り付けられている。インジェクタ２４は、気筒１１毎に取り付けられている。インジェクタ２４は、気筒１１の中に燃料を噴射する。インジェクタ２４の先端には、複数の噴孔が形成されている。インジェクタ２４の先端は、シリンダヘッド１３の下面付近でかつ、気筒１１の中心付近に位置している。尚、インジェクタ２４の位置は、図１の例に限定されない。
An
シリンダヘッド１３には、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、気筒１１毎に取り付けられている。点火プラグ２５は、気筒１１内の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、気筒１１の中心よりも吸気側に位置している。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート２１の間に位置している。点火プラグ２５の先端は、シリンダヘッド１３の下面付近に位置している。尚、点火プラグ２５は、気筒１１の中心よりも排気側に位置してもよい。また、点火プラグ２５は、気筒１１の中心軸上又は中心軸付近に位置してもよい。点火プラグ２５は、図２又は図４に示すように、点火制御器１５に電気的に接続されている。
A
図２は、例示的な制御装置を示している。制御装置は、エンジン１を運転させる。制御装置は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。ＥＣＵ１０は、中央演算処理装置（Central Processing Unit： ＣＰＵ）１０１と、メモリ１０２と、Ｉ／Ｆ回路１０３と、を備えている。ＣＰＵ１０１は、プログラムを実行する。メモリ１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納する。Ｉ／Ｆ回路１０３は、電気信号の入出力をする。
FIG. 2 shows an exemplary controller. The control device causes the
ＥＣＵ１０には、クランク角センサ５１及びアクセル開度センサ５２が接続されている。クランク角センサ５１は、エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフトの回転角に対応する信号を、ＥＣＵ１０へ出力する。アクセル開度センサ５２は、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応した信号を、ＥＣＵ１０へ出力する。
A
ＥＣＵ１０は、クランク角センサ５１及びアクセル開度センサ５２の信号に基づいて、エンジン１の運転状態、より詳細には、エンジン１の回転数とエンジン１の要求負荷とを判断する。ＥＣＵ１０はまた、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。ＥＣＵ１０は、制御量に係る電気信号を、インジェクタ２４、点火制御器１５、スロットル弁１６、及び、スワールコントロール弁１７に出力する。
The
点火制御器１５は、点火プラグ２５を制御する。ＥＣＵ１０は、エンジン１の全運転領域中の少なくとも一部の領域において、点火プラグ２５が混合気に着火するよう、点火制御器１５に信号を出力する。点火制御器１５及び点火プラグ２５の構成の詳細は、後で説明する。
The
スロットル弁１６は、吸気通路に設けられている。スロットル弁１６は、バタフライ弁であって、気筒１１の中への空気の導入量を調節する。
The throttle valve 16 is provided in the intake passage. The throttle valve 16 is a butterfly valve and adjusts the amount of air introduced into the
スワールコントロール弁１７も、吸気通路に設けられている。スワールコントロール弁１７は、気筒１１内に発生するスワール流の強さを調整する。スワールコントロール弁１７が全開であると、気筒１１内にスワール流が発生しない。スワールコントロール弁１７が閉じると、気筒１１内のスワール流が強くなる。
A
図３は、スワールコントロール弁１７に関する制御マップ３１を例示している。制御マップ３１は、エンジン１の回転数と、エンジン１の負荷とによって規定されている。制御マップ３１は、エンジン１の負荷が低くかつエンジン１の回転数が低い第１領域３１１と、第１領域３１１以外の第２領域３１２とに分かれている。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ５１及びアクセル開度センサ５２の信号に基づいて、エンジン１の運転状態が第１領域３１１にあると判断した場合、スワールコントロール弁１７に、閉信号を出力する。スワールコントロール弁１７が閉じて、気筒１１内にスワール流が発生する。エンジン１の負荷が低くかつエンジン１の回転数が低い場合に、燃焼安定性が高まる。
FIG. 3 illustrates a
ＥＣＵ１０は、クランク角センサ５１及びアクセル開度センサ５２の信号に基づいて、エンジン１の運転状態が第２領域３１２にあると判断した場合、スワールコントロール弁１７に、開信号を出力する。スワールコントロール弁１７が開くため、気筒１１内にスワール流が発生しない。スワールコントロール弁１７が開くと、吸気抵抗が低減する。エンジン１の燃費性能が向上する。
The
（点火制御器及び点火プラグの構成）
図４は、点火制御器１５及び点火プラグ２５の構成を例示している。点火プラグ２５は、その先端に、電極対２５０を有している。電極対２５０は、中心電極２５０ａ及び接地電極２５０ｂによって構成されている。電極対２５０は、例えば、ニッケル合金、白金、又は、イリジウム合金によって形成されている。中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとは、ギャップ長Ｇを有するギャップを隔てて対向している。電極対２５０に高電圧が印加されると、中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとの間で絶縁破壊が生じてアーク放電が発生する。それにより、火炎核が生成し、その火炎核が成長することにより、気筒１１内の混合気が燃焼する。
(Structure of ignition controller and spark plug)
FIG. 4 exemplifies the configuration of the
点火制御器１５は、イグニッションコイル及びイグナイタを有している。イグニッションコイルの一次コイルは、電源２６に電気的に接続されている。イグニッションコイルの二次コイルは、点火プラグ２５の中心電極２５０ａに電気的に接続されている。
The
イグナイタは、ＥＣＵ１０の制御信号に従って、一次コイルに電力が供給されるオン状態と、一次コイルに電力が供給されないオフ状態とを切り替える。イグナイタが一次コイルをオン状態にすると、イグニッションコイルに磁場が形成される。その後、所定のタイミングで、イグナイタが一次コイルをオフ状態にすると、電磁誘導により、二次コイルに高電圧の電流が発生する。二次コイルに発生した高電圧の電流が、中心電極２５０ａに供給されることにより、中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとの間にアーク放電が発生する。
The igniter switches between an ON state in which power is supplied to the primary coil and an OFF state in which power is not supplied to the primary coil, according to a control signal from the
また、点火制御器１５は、中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとの間の放電電圧を計測する電圧計測器１５１を有している。電圧計測器１５１の計測信号は、ＥＣＵ１０へ出力される。
The
ここで、エンジン１は幾何学的圧縮比が高いため、点火プラグ２５が点火する時点での筒内圧は高い。筒内圧が高いと点火プラグ２５の放電電圧が高くなるため、点火プラグ２５に印加する電圧も高くしなければならない。しかし、印加電圧が高いと、電源２６の消費電力が高まる。
Here, since the
印加電圧を下げるために、点火プラグ２５の中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとのギャップ長Ｇは、短くなっている。ところが、ギャップ長Ｇが短いと、放電時に電極が摩耗しやすくなる。このエンジン１の制御装置は、電極の摩耗を抑制するための特徴的な構成を備えている。具体的に、エンジン１の制御装置は、点火プラグ２５の電極対２５０の付近に磁場を発生させる磁場発生装置４を備えている。
In order to reduce the applied voltage, the gap length G between the
（磁場発生装置の構成）
電極の摩耗は、再放電によって進行してしまう。図６は、放電電圧の時間変化を例示している。中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとの間に電圧を印加すると、絶縁破壊により両電極間に放電路が形成される（図６のＡ参照）。放電路が形成された後、図６の６０１に例示するように、気筒１１内の流動によって放電路６１が引き延ばされると、放電路６１の抵抗が次第に高まる。抵抗の高まりに伴い、放電電圧も次第に高まる（図６のＢ及びＣ参照）。
(Configuration of magnetic field generator)
Electrode wear progresses due to re-discharge. FIG. 6 exemplifies the time change of the discharge voltage. When a voltage is applied between the
放電電圧が、気筒１１内の環境によって定まる限界電圧を超えると（図６のＤ参照）、図６の６０２に示すように、最初の放電路６１とは別に、中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとの間に新たな放電路６２が形成される。つまり、中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとの間に再放電が発生する。新たな放電路６２が形成されると、放電電圧が低下する。
When the discharge voltage exceeds the limit voltage determined by the environment inside the cylinder 11 (see D in FIG. 6), as indicated by 602 in FIG. A
再放電発生時にも電極が摩耗する。点火プラグ２５において再放電が発生するほど、電極の摩耗が進行してしまう。
Electrodes are also worn when re-discharge occurs. The more re-discharge occurs in the
点火プラグ２５における再放電は、放電路が長く伸びることによって発生する。従って、放電路が長く伸びることを抑制すれば、点火プラグ２５における再放電が抑制でき、電極の摩耗を抑制できる。磁場発生装置４は、ローレンツ力を利用して、放電路が長く伸びることを抑制する。それによって、磁場発生装置４は、点火プラグ２５における再放電を抑制する。
A re-discharge in the
磁場発生装置４は、気筒１１毎に、エンジン１に設けられている。磁場発生装置４は、図１に示すように、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４を有している。排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４はそれぞれ同じ構成を有している。詳細に、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４はそれぞれ、導線によって形成されたコイルと、コイルの内部に配置されたコアとを有している。図２又は図４に示すように、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４はそれぞれ、点火制御器１５に電気的に接続されている。排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４はそれぞれ、点火制御器１５を介して、電源２６からの電力供給を受ける。点火制御器１５は、ＥＣＵ１０からの信号を受けて、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４それぞれへの通電及び非通電を切り替える。尚、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４はそれぞれ、その周囲が絶縁されている。
A
排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４はそれぞれ、図１の上図に示すように、気筒１１の周囲に位置している。より詳細に、排気側電磁石４１は、排気側に位置している。リヤ側電磁石４２は、エンジン１のリヤ側に位置している。吸気側電磁石４３は、吸気側に位置している。フロント側電磁石４４は、エンジン１のフロント側に位置している。排気側電磁石４１と吸気側電磁石４３とは、点火プラグ２５の電極対２５０を挟んで、吸排気方向に対向している。排気側電磁石４１と吸気側電磁石４３とは、第１電磁石に対応する。リヤ側電磁石４２とフロント側電磁石４４とは、点火プラグ２５の電極対２５０を挟んで、エンジン１の前後方向に対向している。リヤ側電磁石４２とフロント側電磁石４４とは、第２電磁石に対応する。点火プラグ２５の位置が気筒１１の中心よりも吸気側にずれているため、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４の位置も、気筒１１の中心よりも吸気側にずれている。
The exhaust-
排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４はまた、図１の下図に示すように、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３との境界付近に位置している。この位置は、気筒１１の中心軸が伸びる方向について、点火プラグ２５の電極対２５０に対応する位置である。排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４はそれぞれ、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とに埋め込まれている。
The exhaust-
排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３は、電源２６からの電力供給を受けて、点火プラグ２５の電極対２５０の付近に、吸排気方向の磁場を発生させる。また、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４は、電源２６からの電力供給を受けて、電極対２５０の付近に、エンジン１の前後方向の磁場を発生させる。
The exhaust-
排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３が、対となって、同一方向の磁場を発生させることにより、気筒１１の周囲に位置する電磁石が、気筒１１の中央付近に位置する点火プラグ２５の電極対２５０の付近に磁場を発生させることができる。同様に、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４が、対となって、同一方向の磁場を発生させることにより、気筒１１の周囲に位置する電磁石が、気筒１１の中央付近に位置する点火プラグ２５の電極対２５０の付近に磁場を発生させることができる。尚、一つの電磁石によって電極対２５０の付近に磁場を発生させることができれば、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３の内の一方を省略してもよい。同様に、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４の内の一方を省略してもよい。また、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４の位置は、一例であり、これらの電磁石の位置を変更することが可能である。例えば排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４の位置は、図１の上図に示す位置に対して、気筒１１の周方向に４５°の角度だけ回転させた位置であってもよい。
The exhaust-
図５は、磁場発生装置４が放電路の伸びを抑制する原理を示している。尚、図５の紙面上側に接地電極２５０ｂが位置し、紙面下側に中心電極２５０ａが位置している。従って、中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとの間において、電流は、図５の上から下へと流れる（実線の矢印参照）。以下においては、図５に示す方向を基準にして、放電路の伸びる方向、磁場の方向及びローレンツ力の方向を説明すると共に、必要に応じて、点火プラグ２５の電極対２５０を中心とした方向の説明に、Ｉ、II、III、IV、Ｖ、VI、VII、VIIIの八つの方向を用いる。Ｉの方向は、電極対２５０からエンジン１のリヤ側に向かう方向であり、IIIの方向は、電極対２５０からエンジン１の吸気側に向かう方向であり、Ｖの方向は、電極対２５０からエンジン１のフロント側に向かう方向であり、VIIの方向は、電極対２５０からエンジン１の排気側に向かう方向である。
FIG. 5 shows the principle by which the
図５は、電極対２５０に発生した放電路が、気筒１１内の流動によって、Ｖの方向へ伸びている状態を示している。この場合において、排気側電磁石４１と吸気側電磁石４３とがVIIからIIIへ向かう方向の磁場を発生させる。この磁場によって、放電路には、Ｉの方向へのローレンツ力が作用する。ローレンツ力が作用することによって、放電路は、Ｖの方向へ伸びることが抑制される。放電路の伸びが抑制される結果、電極対２５０において再放電が発生することが抑制される。
FIG. 5 shows a state in which the discharge path generated in the
放電路が伸びる方向に応じた適切な方向の磁場を発生させると、放電路の伸びが抑制される。しかしながら、例えば点火制御器１５が、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３へ供給する電流の向きを反転させることによって、図５とは逆に、排気側電磁石４１と吸気側電磁石４３とがIIIからVIIへ向かう方向の磁場を発生させると、放電路に作用するローレンツ力の方向が逆方向になる。放電路は、Ｖの方向へ伸びることが促進されてしまう。また、リヤ側電磁石４２とフロント側電磁石４４とがＩからＶへ向かう方向の磁場又はＶからＩへ向かう方向の磁場を発生させても、放電路に作用するローレンツ力の方向がIIIの方向又はVIIの方向になるため、放電路がＶの方向へ伸びることを抑制する効果は低い。
By generating a magnetic field in an appropriate direction according to the direction in which the discharge path extends, the extension of the discharge path is suppressed. However, for example, when the
気筒１１内において放電路が伸びる方向は、常に同じ方向ではなく、流動の向きによって変化する。放電路の伸びを効率的に抑制するためには、磁場の方向が適切な方向でなければならない。
The direction in which the discharge path extends in the
そこで、このエンジン１の制御装置は、電極対２５０においてアーク放電が発生した後、放電路の伸びを抑制するための磁場を発生させる前に、放電路の伸びる方向を、磁場発生装置４を使って把握する。具体的には、放電路の伸びは放電電圧と相関があることを用いて、ＥＣＵ１０は、既知の方向のローレンツ力を予備的に放電路に作用させた場合に、放電路の伸びが促進するか、又は、抑制されるかを、点火プラグ２５の放電電圧の変化に基づいて判断する。つまり、放電路の伸びる方向とローレンツ力の方向とが対向又は実質的に対向することによって放電路の伸びが抑制されれば、放電電圧の変化速度が小さくなる。逆に、放電路の伸びる方向とローレンツ力の方向とが一致又は実質的に一致することによって放電路の伸びが促進されれば、放電電圧の変化速度が大きくなる。尚、予備通電に係る制御の詳細は、後で説明する。
Therefore, the control device of this
こうして放電路の伸びる方向を把握した後、ＥＣＵ１０は、放電路の伸び方向と逆方向のローレンツ力が放電路に作用するよう、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び／又は、フロント側電磁石４４を使って、特定の方向の磁場を発生させる。
After determining the direction in which the discharge path extends, the
つまり、Ｉの方向のローレンツ力を放電路に作用させる場合は、前述したように、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３を用いて、VIIからIIIへ向かう方向の磁場を発生させる。
That is, when the Lorentz force in direction I is applied to the discharge path, as described above, the exhaust-
IIIの方向のローレンツ力を放電路に作用させる場合は、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４を用いて、ＩからＶへ向かう方向の磁場を発生させる。
When the Lorentz force in the III direction is applied to the discharge path, a magnetic field in the direction from I to V is generated using the
Ｖの方向のローレンツ力を放電路に作用させる場合は、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３を用いて、IIIからVIIへ向かう方向の磁場を発生させる。
When the Lorentz force in the V direction is applied to the discharge path, the exhaust-
VIIの方向のローレンツ力を放電路に作用させる場合は、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４を用いて、ＶからＩへ向かう方向の磁場を発生させる。
When the Lorentz force in the VII direction is applied to the discharge path, a magnetic field in the direction from V to I is generated using the
IIの方向のローレンツ力を放電路に作用させる場合は、図８に示すように、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３を用いて、VIIからIIIへ向かう方向の磁場を発生させると共に、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４を用いて、ＩからＶへ向かう方向の磁場を発生させる。二つの方向の磁場の組み合わせによって、IIの方向のローレンツ力が放電路に作用する。
When the Lorentz force in the direction II is applied to the discharge path, as shown in FIG. A magnetic field in the direction from I to V is generated using the
IVの方向のローレンツ力を放電路に作用させる場合は、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３を用いて、IIIからVIIへ向かう方向の磁場を発生させると共に、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４を用いて、ＩからＶへ向かう方向の磁場を発生させる。
When the Lorentz force in the IV direction is applied to the discharge path, the
VIの方向のローレンツ力を放電路に作用させる場合は、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３を用いて、IIIからVIIへ向かう方向の磁場を発生させると共に、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４を用いて、ＶからＩへ向かう方向の磁場を発生させる。
When the Lorentz force in the direction of VI acts on the discharge path, the
VIIIの方向のローレンツ力を放電路に作用させる場合は、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３を用いて、VIIからIIIへ向かう方向の磁場を発生させると共に、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４を用いて、ＶからＩへ向かう方向の磁場を発生させる。
When the Lorentz force in the VIII direction is applied to the discharge path, the
こうして、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３及び／又はフロント側電磁石４４を用いて、Ｉ、II、III、IV、Ｖ、VI、VII、又は、VIIIのそれぞれの方向のローレンツ力を放電路に作用させることができるから、磁場発生装置４は、放電路の伸びを効率的に抑制できる。これにより、消費電力が抑制できる。
Thus, using the
（放電路の伸びる方向を把握する制御）
次に、図６及び図７を参照しながら、放電路の伸びる方向を把握する制御を説明する。この制御では、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３及び／又はフロント側電磁石４４へ予備通電を行う。予備通電は、電極対２５０においてアーク放電が発生した後、電極対２５０において再放電が発生するまでの間に行われる。
(Control for grasping the direction in which the discharge path extends)
Next, control for grasping the direction in which the discharge path extends will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. In this control, the
電磁石への予備通電は、電極対２５０において放電路が生成した後、所定の計測期間が経過した後で行う。計測期間において、電圧計測器１５１は放電電圧を計測し、ＥＣＵ１０は、計測された放電電圧に基づいて、放電電圧の変化速度、つまり、放電電圧の時間微分を計測する。ＥＣＵ１０は、計測期間において、磁場が発生しない状態においての放電電圧の変化速度を計測できると共に、放電路は、計測期間の間に、ある程度の長さに伸長できる（図６のＢ参照）。
Preliminary energization of the electromagnet is performed after a predetermined measurement period has elapsed after the discharge path is generated in the
計測期間の経過後、ＥＣＵ１０は、第１予備通電を行う。ＥＣＵ１０は、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３に予備通電を行って、例えばVIIからIIIの方向の磁場を発生させる。尚、ＥＣＵ１０は、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３に予備通電を行って、IIIからVIIの方向の磁場を発生させてもよい。この磁場により発生するローレンツ力が、放電路の伸びを促進させる場合、電圧計測器が計測する放電電圧の変化速度は、計測期間における変化速度よりも大きくなる（図６のＥ参照）。逆に、ローレンツ力が、放電路の伸びを抑制させる場合、電圧計測器が計測する放電電圧の変化速度は、計測期間における変化速度よりも小さくなる（図６のＦ参照）。
After the measurement period has elapsed, the
図７の７１は、磁場の方向がVIIからIIIの方向である場合に、放電路の伸び方向と、放電電圧の変化速度の大小変化との関係を示している。放電電圧の変化速度が大きくなる場合、放電路の伸びが促進されているため、放電路は、Ｉ、II、III、VII、又は、VIIIの方向に伸びている。逆に、放電電圧の変化速度が小さくなる場合、放電路の伸びが抑制されているため、放電路は、IV、Ｖ、又は、VIの方向に伸びている。
第１予備通電に続いて、ＥＣＵ１０は、第２予備通電を行う。ＥＣＵ１０は、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４に予備通電を行って、例えばＩからＶの方向の磁場を発生させる。磁場の方向が、第１予備通電時とは異なる。第１予備通電時の磁場の方向と、第２予備通電時の磁場の方向とは直交する。なお、ＥＣＵ１０は、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４に予備通電を行って、例えばＶからＩの方向の磁場を発生させてもよい。
Following the first preliminary energization, the
この磁場により発生するローレンツ力が、放電路の伸びを促進させる場合、電圧計測器１５１が計測する放電電圧の変化速度は、計測期間における変化速度、つまり、磁場を形成していない場合の変化速度よりも大きくなる（図６のＧ参照）。逆に、ローレンツ力が、放電路の伸びを抑制させる場合、電圧計測器１５１が計測する放電電圧の変化速度は、計測期間における変化速度よりも小さくなる（図６のＨ参照）。
When the Lorentz force generated by this magnetic field promotes the extension of the discharge path, the change speed of the discharge voltage measured by the
図７の７２は、磁場の方向がＩからＶの方向である場合に、放電路の伸び方向と、放電電圧の変化速度の大小変化との関係を示している。放電電圧の変化速度が大きくなる場合、放電路の伸びが促進されているため、放電路は、Ｉ、II、III、IV、又は、Ｖの方向に伸びている。逆に、放電電圧の変化速度が小さくなる場合、放電路の伸びが抑制されているため、放電路は、VI、VII、又は、VIIIの方向に伸びている。
第１予備通電時における放電電圧の変化速度の大小変化と、第２予備通電時における放電電圧の変化速度の大小変化とを組み合わせることによって、ＥＣＵ１０は、放電路が、Ｉ、II、III、IV、Ｖ、VI、VII、又は、VIIIの、どの方向に伸びているかを把握できる。
By combining the change in the rate of change of the discharge voltage during the first preliminary energization and the change in the rate of change of the discharge voltage during the second preliminary energization, the
ここで、第１予備通電時に、放電電圧の変化速度が大きくなった場合（図６のＥ参照）は、放電路が十分に伸びているため、第１予備通電に続いて、つまり、後述する休止期間の経過を待たずに、第２予備通電が実行される（図６のＧ又はＨ参照）。これに対し、第１予備通電時に、放電電圧の変化速度が小さくなった場合（図６のＦ参照）は、放電路の伸びが抑制されているから、放電路は十分に伸びていない。そこで、ＥＣＵ１０は、第１予備通電時に、放電電圧の変化速度が小さくなった場合は、第１予備通電の終了後、電磁石への通電を行わない休止期間（図６のＪ参照）が経過することを待つ。休止期間の間に放電路が伸長するため、混合気へ点火するまでに、放電路の長さが十分に長くなる。混合気の着火性が向上する。
Here, when the rate of change in the discharge voltage increases during the first preliminary energization (see E in FIG. 6), the discharge path is sufficiently extended. The second preliminary energization is performed without waiting for the rest period to elapse (see G or H in FIG. 6). On the other hand, when the rate of change of the discharge voltage becomes small during the first preliminary energization (see F in FIG. 6), the expansion of the discharge path is suppressed, so the discharge path does not extend sufficiently. Therefore, when the rate of change in the discharge voltage becomes small during the first preliminary energization, the
休止期間の経過後、ＥＣＵ１０は、第２予備通電を行う。それにより、電圧計測器１５１が計測する放電電圧の変化速度は、計測期間における変化速度よりも大きくなる（図６のＫ参照）か、又は、小さくなる（図６のＬ参照）。
After the pause period has elapsed, the
第１予備通電及び第２予備通電の２回の予備通電を行うことにより、ＥＣＵ１０は、放電路の伸びる方向を把握できる。ＥＣＵ１０は、放電路の伸びる方向に基づいて、放電路の伸びが抑制される方向のローレンツ力が放電路に作用するよう、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び／又は、フロント側電磁石４４に、本通電を行う。
By performing two preliminary energizations, that is, the first preliminary energization and the second preliminary energization, the
第２予備通電時に、放電電圧の変化速度が大きくなった場合（図６のＧ又はＫ参照）は、休止期間の経過を待たずに、ＥＣＵ１０は、本通電を実行する（図６のＩ又はＮ参照）。これにより、放電路が伸びることが抑制されるから、放電電圧が、限界電圧を超えることが抑制される。点火プラグ２５における再放電の発生が抑制される。
When the rate of change in the discharge voltage increases during the second preliminary energization (see G or K in FIG. 6), the
ここで、ＥＣＵ１０は、電圧計測器１５１の計測電圧にノイズが含まれることを考慮して、点火プラグ２５の放電電圧が限界電圧よりも十分に低い電圧となるよう（図６のΔＶ参照）、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び／又は、フロント側電磁石４４への本通電における電流量を調整してもよい。
Here, considering that the measured voltage of the
また、ローレンツ力が作用することによる放電路の移動は、等加速度運動であることを考慮して、ＥＣＵ１０は、点火プラグ２５の放電電圧が、限界電圧に近づく前のタイミングで（図６のΔｔ参照）、本通電を開始してもよい。
Considering that the movement of the discharge path due to the action of the Lorentz force is uniformly accelerated motion, the
また、ＥＣＵ１０は、第２予備通電時に、放電電圧の変化速度が小さくなった場合は（図６のＨ又はＬ参照）、本通電を実行する前に、休止期間（図６のＭ又はＯ参照）が経過することを待つ。これにより、休止期間の間に放電路が伸長する。その後、ＥＣＵ１０は、図６のＮ又はＰに示すように本通電を開始する。
In addition, when the rate of change in the discharge voltage becomes small during the second preliminary energization (see H or L in FIG. 6), the
第１予備通電及び第２予備通電のそれぞれにおいて、放電電圧の変化速度が大きくなった場合（つまり、図６のＥ及びＧの場合）、放電路が既に十分に伸びており、しかも、再放電が発生する可能性が高まっているため、ＥＣＵ１０は、速やかに本通電を行って、放電路が伸びることを抑制する。尚、第１予備通電の期間、及び、第２予備通電の期間はそれぞれ、放電電圧が限界電圧を超えないような期間として、適宜の長さに設定できる。
In each of the first preliminary energization and the second preliminary energization, when the rate of change of the discharge voltage increases (that is, in the case of E and G in FIG. 6), the discharge path is already sufficiently extended, and further discharge is likely to occur, the
これに対し、第１予備通電及び／又は第２予備通電において、放電電圧の変化速度が低下した場合（つまり、図６のＦ、Ｈ、又は、Ｌの場合）は、放電路が十分に伸びておらず、再放電が発生する可能性も低い。本通電を行うまでに、十分な休止期間を設けることによって、放電路の長さを十分に長くすることができて、混合気の着火性が高まると共に、放電路の長さが十分に長くなった後に本通電を行うことによって、再放電を効果的に抑制できる。 On the other hand, in the first preliminary energization and/or the second preliminary energization, when the change speed of the discharge voltage is lowered (that is, in the case of F, H, or L in FIG. 6), the discharge path is sufficiently extended. and the possibility of re-discharge is low. By providing a sufficient rest period before main energization, the length of the discharge path can be made sufficiently long, the ignitability of the air-fuel mixture increases, and the length of the discharge path becomes sufficiently long. Re-discharge can be effectively suppressed by performing the main energization after the discharge.
（エンジンの制御方法）
次に、図９Ａ及び図９Ｂのフローチャートを参照しながら、エンジン１の制御方法を説明する。このフローは、ＥＣＵ１０は、点火制御器１５を通じて、点火プラグ２５に通電を行うとスタートする。
(Engine control method)
Next, a control method for the
先ず、スタート後のステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、電圧計測器１５１の計測信号に基づいて、電極対２５０の電極間において絶縁破壊が生じて、アーク放電が開始したか否かを判断する。アーク放電が開始するまで、プロセスはステップＳ１を繰り返し、アーク放電が開始すれば、プロセスは、ステップＳ２へ移行する。
First, in step S<b>1 after the start, the
ステップＳ２において、ＥＣＵ１０は、電圧計測器１５１が計測した放電電圧の計測値に基づいて、電圧変化速度を計測する。これは、図６の計測期間における計測に対応する。
In step S<b>2 , the
放電電圧の電圧変化速度の計測が終了すれば、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３において、第１予備通電を行う。具体的に、ＥＣＵ１０は、VIIからIIIの方向の磁場が形成されるよう、点火制御器１５を通じて、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３へ予備通電を行う。
After the measurement of the voltage change rate of the discharge voltage is completed, the
ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、第１予備通電に伴う放電電圧の電圧変化速度を計測し、続くステップＳ５において、ＥＣＵ１０は、電圧変化速度が、大きくなったか、小さくなったかを判断する。大きくなった場合、プロセスはステップＳ６へ移行し、小さくなった場合、プロセスはステップＳ１５へ移行する。
In step S4, the
ステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、放電路は、Ｉ、II、III、VII、又は、VIIIへ伸びていると判断する（図７の７１参照）。続くステップＳ７において、ＥＣＵ１０は、第２予備通電を行う。具体的に、ＥＣＵ１０は、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３への通電をオフにしかつ、ＩからＶの方向の磁場が形成されるよう、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４へ予備通電を行う。
In step S6, the
ステップＳ８において、ＥＣＵ１０は、第２予備通電に伴う放電電圧の電圧変化速度を計測し、続くステップＳ９において、ＥＣＵ１０は、電圧変化速度が、大きくなったか、小さくなったかを判断する。大きくなった場合、プロセスはステップＳ１０へ移行し、小さくなった場合、プロセスはステップＳ１２へ移行する。
In step S8, the
ステップＳ１０においてＥＣＵ１０は、第１予備通電及び第２予備通電の結果に基づいて、放電路はＩ－IIIの方向へ伸びていると判断する。続くステップＳ１１において、ＥＣＵ１０は、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４への予備通電をオフにし、VIIIの方向の磁場が形成されるよう、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４に、本通電を行う。放電路に対してVIの方向のローレンツ力が作用することにより、Ｉ－IIIの方向へ伸びている放電路の伸びが抑制され、点火プラグ２５における再放電が抑制される。
At step S10, the
ステップＳ１２においてＥＣＵ１０は、第１予備通電及び第２予備通電の結果に基づいて、放電路はVII－VIIIの方向へ伸びていると判断する。続くステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、第２予備通電によって電圧変化速度が小さくなっているため、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４への予備通電をオフにした上で、休止期間の経過を待ち、ステップＳ１４において、ＥＣＵ１０は、Ｖ－VIの方向の磁場が形成されるよう、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４に、本通電を行う。放電路に対してIII－IV方向のローレンツ力が作用することにより、VII－VIIIの方向へ伸びている放電路の伸びが抑制され、点火プラグ２５における再放電が抑制される。
In step S12, the
一方、ステップＳ１５において、ＥＣＵ１０は、放電路は、IV、Ｖ、又は、VIへ伸びていると判断する（図７の７２参照）。続くステップＳ１６において、ＥＣＵ１０は、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３への通電をオフにした上で、休止期間の経過を待つ。続くステップＳ１７において、ＥＣＵ１０は、第２予備通電を行う。具体的に、ＥＣＵ１０は、ＩからＶへ向かう磁場が形成されるよう、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４へ予備通電を行う。
On the other hand, in step S15, the
ステップＳ１８において、ＥＣＵ１０は、第２予備通電に伴う放電電圧の電圧変化速度を計測し、続くステップＳ１９において、ＥＣＵ１０は、電圧変化速度が、大きくなったか、小さくなったかを判断する。大きくなった場合、プロセスはステップＳ２０へ移行し、小さくなった場合、プロセスはステップＳ２２へ移行する。
In step S18, the
ステップＳ２０においてＥＣＵ１０は、第１予備通電及び第２予備通電の結果に基づいて、放電路はIV－Ｖの方向へ伸びていると判断する。続くステップＳ２１において、ＥＣＵ１０は、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４への予備通電をオフにし、II－IIIの方向の磁場が形成されるよう、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４に、本通電を行う。放電路に対してVIII－Ｉの方向のローレンツ力が作用することにより、IV－Ｖの方向へ伸びている放電路の伸びが抑制され、点火プラグ２５における再放電が抑制される。
In step S20, the
これに対し、ステップＳ２２においてＥＣＵ１０は、第１予備通電及び第２予備通電の結果に基づいて、放電路はVIの方向へ伸びていると判断する。続くステップＳ２３において、ＥＣＵ１０は、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４への予備通電をオフにした上で、休止期間の経過を待ち、ステップＳ２４において、IVの方向の磁場が形成されるよう、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４に、本通電を行う。放電路に対してIIの方向のローレンツ力が作用することにより、VIの方向へ伸びている放電路の伸びが抑制され、点火プラグ２５における再放電が抑制される。
On the other hand, in step S22, the
このエンジン１の制御装置及び制御方法は、点火プラグ２５の中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂとのギャップ長Ｇが短くても、再放電を抑制できる。そのため、電極の摩耗の進行を遅らせることができる。点火プラグ２５の交換頻度を低減できる。
This control device and control method for the
また、このエンジン１の制御装置及び制御方法は、放電路の伸びる方向を予め判断するため、放電路の伸びを抑制するために、無駄な電力消費をすることが抑制される。
Moreover, since the control device and control method of the
（局所空燃比の相違に対する再放電の抑制制御）
前述の通り、ローレンツ力を利用すれば、放電路の伸びを抑制することができる。しかし、電磁石へ通電を行うと、その分、電力を消費する。電力消費をできるだけ抑制することが、車両の燃費性能又は電費性能の向上に有利である。
(Re-discharge suppression control for differences in local air-fuel ratio)
As described above, the Lorentz force can be used to suppress the extension of the discharge path. However, energizing the electromagnet consumes power accordingly. Suppressing power consumption as much as possible is advantageous for improving fuel efficiency or power efficiency of the vehicle.
本願発明者らは、気筒１１内における再放電のしやすさに着目した。再放電は、電極間に形成された放電路の抵抗と、電極間の絶縁抵抗とのバランスによって決まる。つまり、電極間の絶縁抵抗が高い場合、放電路が長く伸長しても再放電しにくい。放電路がある程度まで伸びることが許容できるため、放電路の伸びを抑制するために放電路に作用させるローレンツ力を小さくできる。ローレンツ力を小さくすれば、消費電力が抑制できる。これに対し、電極間の絶縁抵抗が低い場合、再放電しやすい。放電路の伸びを強く抑制することが求められるため、放電路に作用させるローレンツ力を大きくする必要がある。
The inventors of the present application focused on the easiness of re-discharge in the
気筒１１内の混合気の空燃比は、絶縁抵抗に関係する。本願発明者らは、電極間の局所的な空燃比と再放電のしやすさとの関係を調べた結果、電極間の局所的な空燃比が小さい場合は、大きい場合よりも、再放電しやすいことを見出した。そこで、このエンジン１の制御装置は、電極間の局所的な空燃比に応じて、磁場発生装置４に供給する電流の大きさを変更する。
The air-fuel ratio of the air-fuel mixture in
エンジン１の制御装置は、点火プラグ２５の放電電圧に基づいて、電極間における局所空燃比を計測する。図１０は、電極間における局所空燃比が相違する場合の、点火プラグ２５の放電電圧の違いを例示している。図１０の横軸は時間であり、縦軸は放電電圧である。図１０のＡ、Ｂ、Ｃ及びＤはそれぞれ、電極間における局所空燃比が相違する例を示し、Ｂは、局所空燃比が適正な空燃比である例を、Ａは、局所空燃比が適正な空燃比よりも小さい空燃比である例を示し、Ｃは、局所空燃比が適正な空燃比よりも大きい空燃比である例を示し、Ｄは、局所空燃比が適正な空燃比よりも大幅に小さい空燃比である例を示している。つまり、Ａは、混合気が、適正な空燃比の混合気と比較して燃料リッチである例を示し、Ｃは、混合気が、適正な空燃比の混合気と比較して燃料リーンである例を示している。Ｄは、混合気が、大幅に燃料リーンな混合気であって、着火限界空燃比である例を示している。
The control device of the
図１０に示すように、電極間における局所空燃比が小さい場合、絶縁破壊が生じてアーク放電が開始する時点の放電電圧、つまり、放電電圧のピーク電圧は低い（図１０のＡ参照）。電極間における局所空燃比が大きくなるほど、放電電圧のピーク電圧は高くなる（図１０のＢ、Ｃ、Ｄ参照）。 As shown in FIG. 10, when the local air-fuel ratio between the electrodes is small, the discharge voltage at the time when dielectric breakdown occurs and arc discharge starts, that is, the peak voltage of the discharge voltage is low (see A in FIG. 10). The higher the local air-fuel ratio between the electrodes, the higher the peak voltage of the discharge voltage (see B, C, and D in FIG. 10).
ＥＣＵ１０は、電圧計測器１５１の計測信号に基づいて局所空燃比を判定することができる。電圧計測器１５１は、電極対２５０の電極間における局所空燃比を判定する空燃比判定器を構成する。
The
ＥＣＵ１０は、点火プラグ２５の電極対においてアーク放電が開始した後、再放電が発生するまでの間に、前述の通り、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び、フロント側電磁石４４に予備通電を行って、放電路の伸びる方向を把握する。そして、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び／又は、フロント側電磁石４４に本通電を行う場合に、判定した局所空燃比に応じて、排気側電磁石４１、リヤ側電磁石４２、吸気側電磁石４３、及び／又は、フロント側電磁石４４に供給する電流の大きさを変更する。
As described above, the
図１１は、放電電圧のピーク電圧（横軸）と、電磁石によって発生させる磁場の強さ（縦軸）との関係を例示している。この制御マップ１１１は、例えばＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。
FIG. 11 illustrates the relationship between the peak voltage of the discharge voltage (horizontal axis) and the strength of the magnetic field generated by the electromagnet (vertical axis). This
ピーク電圧の高低は、局所空燃比の大小に対応する。磁場の強さの強弱は、電磁石への供給電流の大小に対応する。局所空燃比が小さくて混合気が燃料リッチである場合、電極間における絶縁抵抗が相対的低いため、再放電しやすい。そのため、ＥＣＵ１０は、放電路の伸びを抑制するため、電磁石に供給する電流を大きくし、磁場の強さを強くする（図１１のＡ参照。尚、図１１のＡ，Ｂ、Ｃ、Ｄと、図１０のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとは対応している）。また、局所空燃比が大きくて混合気が燃料リーンである場合、電極間における絶縁抵抗が相対的高いため、再放電しにくい。そこで、ＥＣＵ１０は、放電路の伸びをある程度許容するため、電磁石に供給する電流を小さくし、磁場の強さを弱くする（図１１のＣ参照）。これにより、放電路は伸びやすくなるものの、再放電は抑制される。また、電磁石に供給する電流を小さくすることによって、電源２６の消費電力が低減する。これは、車両の燃費性能又は電費性能を向上させる。
The magnitude of the peak voltage corresponds to the magnitude of the local air-fuel ratio. The strength of the magnetic field corresponds to the magnitude of the current supplied to the electromagnet. When the local air-fuel ratio is small and the air-fuel mixture is rich in fuel, the insulation resistance between the electrodes is relatively low, so redischarge is likely to occur. Therefore, the
図１１に例示するように、ＥＣＵ１０は、局所空燃比が小さいほど、電磁石へ供給する電流を大きくする（図１１のＡ、Ｂ及びＣ参照）。再放電がしやすい状態において、電極対２５０における再放電の発生を適切に抑制できる。また、再放電がしにくい状態において、電極対２５０における再放電の発生を適切に抑制しながら、消費電力を低減できる。
As illustrated in FIG. 11, the
局所空燃比がさらに小さくて混合気が着火限界空燃比である場合、ＥＣＵ１０は、電磁石に供給する電流を大きくする（図１１のＤ参照）。局所空燃比が大きいと、小さい場合よりも電流を小さくするため、着火限界空燃比と、着火限界空燃比よりも小さい空燃比との間で、電磁石に供給される電流値は不連続になる。
If the local air-fuel ratio is even smaller and the air-fuel mixture is at the ignition limit air-fuel ratio, the
局所空燃比が混合気の着火限界空燃比である場合、混合気が燃料リーン過ぎて、混合気が着火しない恐れがある。アーク放電開始時では点火プラグ２５の電極対２５０の周囲の混合気が燃料リーンであっても、その後、気筒１１内の流動により、相対的に燃料リッチな混合気が、点火プラグ２５の電極対２５０の周囲に到達し、その到達タイミングであれば混合気が着火する。
If the local air-fuel ratio is the ignition limit air-fuel ratio of the air-fuel mixture, the air-fuel mixture may be too fuel-lean to ignite. Even if the air-fuel mixture around the
そこで、ＥＣＵ１０は、局所空燃比が、混合気の着火限界空燃比である場合は、点火プラグ２５の放電電圧を低く保ち、それによって、点火プラグ２５の放電時間を長く維持する。具体的に、ＥＣＵ１０は、電磁石へ供給する電流を大きくする。このことによって、放電路の伸長が強く抑制される。図１０に一点鎖線で示す放電電圧の波形Ｄにおいて、本通電以降に示すように、点火プラグ２５の放電電圧が低く保たれる。その結果、相対的に燃料リッチな混合気が、点火プラグ２５の電極対２５０の周囲に到達するまで、点火プラグ２５の放電を継続することができ、混合気の着火及び燃焼を開始させることができる。これは、エンジン１の燃焼安定性を向上させる。
Therefore, when the local air-fuel ratio is the ignition limit air-fuel ratio of the air-fuel mixture, the
このエンジン１の制御装置及び制御方法は、電極間の局所空燃比に応じて、ＥＣＵ１０は、電磁石に供給する電流の大きさを変えるため、消費電力が抑制できる。車両の燃費性能又は電費性能を向上できる。
In this control device and control method for the
（エンジンの回転数の高低に対する再放電の抑制制御）
本願発明者らはまた、電力消費をできるだけ抑制するために、放電路の抵抗に着目した。つまり、放電路の抵抗が低い場合、再放電しにくい。放電路の伸びを抑制するために放電路に作用させるローレンツ力を小さくできる。ローレンツ力を小さくすれば、消費電力が抑制できる。これに対し、放電路の抵抗が高い場合、再放電しやすい。放電路の伸びを強く抑制することが求められるため、放電路に作用させるローレンツ力を大きくする必要がある。
(Re-discharge suppression control for high and low engine speed)
The inventors of the present application also focused on the resistance of the discharge path in order to suppress power consumption as much as possible. That is, when the resistance of the discharge path is low, it is difficult to redischarge. It is possible to reduce the Lorentz force acting on the discharge path in order to suppress the extension of the discharge path. Power consumption can be suppressed by reducing the Lorentz force. On the other hand, when the resistance of the discharge path is high, it is easy to discharge again. Since it is required to strongly suppress the elongation of the discharge path, it is necessary to increase the Lorentz force acting on the discharge path.
図１２は、エンジン１の回転数の高低に対して、点火制御器１５が点火プラグ２５へ供給する電気エネルギの高低、及び、電磁石へ供給する電流の大小を例示している。エンジン１の回転数が高い場合、気筒１１内の混合気が点火プラグ２５のアーク放電に晒される時間が相対的に短い。このため、混合気は相対的に着火しにくい。点火制御器１５は、図１２の破線で示すように、アーク放電のために点火プラグ２５に供給する電気エネルギを大きくする。エンジン１の回転数が低い場合、気筒１１内の混合気が点火プラグ２５のアーク放電に晒される時間が相対的に長い。混合気は相対的に着火しやすい。点火制御器１５は、アーク放電のために点火プラグ２５に供給する電気エネルギを小さくする。
FIG. 12 illustrates how the
ここで、図１３は、点火制御器１５が点火プラグ２５へ供給する電流の時間波形を例示している。図１３の破線は、エンジン１の回転数が低い場合の電流波形であり、実線は、エンジン１の回転数が高い場合の電流波形である。点火制御器１５は、エンジン１の回転数が変化することに応じて、電流波形を相似形で変更させる。つまり、エンジン１の回転数が高い場合は、低い場合に対して、電流値を大きくかつ、電流の供給時間を長くする。これにより、エンジン１の回転数が高い場合は、気筒１１内の混合気が点火プラグ２５のアーク放電に晒される時間を長くする。
Here, FIG. 13 illustrates the time waveform of the current supplied to the
エンジン１の回転数が低い場合、点火プラグ２５に供給する電流が小さい。電極間に生成された放電路の抵抗が上がるため、再放電しやすくなる。そこで、ＥＣＵ１０は、放電路の伸びを抑制するため、電磁石に供給する電流を大きくし、磁場の強さを強くする（図１２の実線参照）。
When the rotation speed of the
エンジン１の回転数が高い場合、点火プラグ２５に供給する電流が大きい。電極間に生成された放電路の抵抗が下がるため、再放電しにくくなる。放電路の伸びがある程度許容できるため、ＥＣＵ１０は、図１２に実線で示すように、電磁石に供給する電流を小さくし、磁場の強さを弱くする。これにより、放電路は伸びやすくなるものの、再放電は抑制される。また、電磁石に供給する電流を小さくすることによって、電源２６の消費電力が低減する。これは、車両の燃費性能又は電費性能を向上させる。
When the rotation speed of the
従って、図１２に例示するように、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が高いほど、換言すれば、点火プラグ２５に供給される電気エネルギが下がる上がるほど、電磁石へ供給する電流を小さくする。再放電がしにくい状態において、電極対における再放電の発生を適切に抑制しながら、消費電力を低減できる。また、再放電がしやすい状態において、電極対における再放電の発生を適切に抑制できる。
Therefore, as illustrated in FIG. 12, the
図１４は、局所空燃比の相違に応じて電磁石への通電を調整すると共に、エンジン１の回転数の高低に応じて電磁石への通電を調整する場合に、図９Ａのフローに追加されるステップを示している。図１２のステップＳ１０１～Ｓ１０３は、図９ＡのステップＳ１とステップＳ２との間に追加される。
FIG. 14 shows steps added to the flow of FIG. 9A when adjusting the energization of the electromagnet according to the difference in the local air-fuel ratio and adjusting the energization of the electromagnet according to the rotation speed of the
ＥＣＵ１０は、電圧計測器１５１の計測信号に基づいて、電極対２５０の電極間において絶縁破壊が生じてアーク放電が開始した後、ステップＳ１０１において、絶縁破壊に係る放電電圧のピーク電圧に基づいて、電極間における局所空燃比を判定する。その後、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０２において、局所空燃比と、図１１の制御マップ１１１とに基づいて、ステップＳ１１、Ｓ１４、Ｓ２１又はＳ２４の本通電時に、電磁石へ供給する電流を設定する。
After the electrical breakdown occurs between the electrodes of the
また、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０３において、クランク角センサ５１からの信号に基づいてエンジン１の回転数を判断し、図１２のマップ１１２に従って、ステップＳ１１、Ｓ１４、Ｓ２１又はＳ２４の本通電時に、電磁石へ供給する電流を設定する。
Further, in step S103, the
（変形例）
前記の構成において、点火制御器１５は、点火プラグ２５に対して、エンジン１の回転数が高い場合は、低い場合に対して、電流波形を相似的に大きくしている（図１３参照）。これに代えて、点火制御器１５は、エンジン１の回転数が高い場合は、低い場合に対して、点火プラグ２５へ供給する、単位時間当たりの電気エネルギを高めてもよい。例えば図１５は、点火制御器１５が点火プラグ２５へ供給する電流の時間波形を例示している。図１５の破線は、エンジン１の回転数が低い場合の電流波形であり、実線は、エンジン１の回転数が高い場合の電流波形である。点火制御器１５は、エンジン１の回転数が高い場合は、低い場合に比べて、同図に白抜きの矢印で示すように、初期の電流値を大きくかつ、電流の供給時間を短くする。これにより、エンジン１の回転数が高い場合は、点火プラグ２５のアーク放電から混合気に与えられる、単位時間当たりのエネルギを高める。
(Modification)
In the above configuration, the
例えば図１６は、図１５の実線の電流波形及び破線の電流波形の両方を実現するための、例示的な点火回路７を示している。点火回路７は、点火制御器１５に含まれる。点火回路７のイグニッションコイルにおける二次コイル７２は、可変インダクタによって構成されている。二次コイル７２のインダクタを変えることによって、点火回路７は、点火プラグ２５へ供給する電圧の波形を、図１５における、実線の電流波形と、破線の電流波形との間で変えることができる。
For example, FIG. 16 shows an
この変形例に係るエンジン１の制御装置も、エンジン１の回転数が高い場合の、混合気の着火性を高めることができる。また、エンジン１の回転数が高い場合に、点火プラグ２５に供給される電気エネルギが高いため、再放電しにくくなる。ＥＣＵ１０は、図１２に実線で示すように、電磁石に供給する電流を小さくし、磁場の強さを弱くする。これにより、放電路は伸びやすくなるものの、再放電は抑制される。また、電磁石に供給する電流を小さくすることによって、電源２６の消費電力が低減する。これは、車両の燃費性能又は電費性能を向上させる。
The control device for the
また、エンジン１の回転数が低い場合、点火プラグ２５に供給されるエネルギが下がるため、再放電しやすくなる。そこで、ＥＣＵ１０は、放電路の伸びを抑制するため、電磁石に供給する電流を大きくし、磁場の強さを強くする（図１２の実線参照）。
Further, when the rotation speed of the
従って、前記と同様に、再放電がしにくい状態において、電極対２５０における再放電の発生を適切に抑制しながら、消費電力を低減できる。また、再放電がしやすい状態において、電極対２５０における再放電の発生を適切に抑制できる。
Therefore, similarly to the above, power consumption can be reduced while appropriately suppressing the occurrence of re-discharge in the
このエンジン１の制御方法は、
エンジンの制御器が、当該エンジンの回転数を判断し、
前記制御器が、前記エンジンの回転数に応じて、気筒内に位置する点火プラグに供給する電気エネルギを変更し、
前記制御器が、前記点火プラグの電極対がアーク放電を発生させている間に、前記気筒の周囲に位置する第１電磁石及び第２電磁石の少なくとも一方に通電を行って、前記電極対に対し磁場を発生させ、それによって、前記電極対における放電路の伸びを抑制し、
前記制御器は、前記点火プラグへ供給する電気エネルギが低い場合は、高い場合よりも、前記電磁石へ供給する電流を大きくする。
The control method of this
the engine controller determines the speed of the engine;
wherein the controller changes the electric energy supplied to the spark plug located in the cylinder according to the engine speed;
The controller energizes at least one of a first electromagnet and a second electromagnet positioned around the cylinder while the electrode pair of the ignition plug is generating arc discharge, thereby causing the electrode pair to generating a magnetic field, thereby suppressing elongation of the discharge path in the electrode pair;
The controller supplies a larger current to the electromagnet when the electrical energy supplied to the spark plug is low than when the electrical energy is high.
これにより、点火プラグ２５における再放電を抑制しつつ、消費電力が抑制できる。車両の燃費性能又は電費性能を向上できる。
As a result, power consumption can be suppressed while suppressing re-discharge in the
尚、前記のエンジン１の制御装置及び制御方法は、第１予備通電時に、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３の通電を行い、第２予備通電時に、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４の通電を行っている。エンジン１の制御装置及び制御方法は、第１予備通電時に、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４の通電を行い、第２予備通電時に、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３の通電を行ってもよい。
The control device and control method for the
また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に応じて、第１予備通電時に通電を行う電磁石と、第２予備通電時に通電を御個合う電磁石とを決定してもよい。電極間における放電路は、気筒１１内の流動によって伸びる。気筒１１内にスワール流が形成されている場合と、スワール流が形成されていない場合とでは、気筒１１内の流動状態が変わる。例えば、気筒１１内にスワール流が形成されている場合には、気筒１１内の流れはスワール流れが支配的である。点火プラグ２５の周囲の流動の方向は、概ね吸排気方向に直交する方向になり（図１の白抜きの矢印参照）、放電路は、吸排気方向に直交する方向に伸びやすい。この場合、ＥＣＵ１０は、第１予備通電時に、排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３に対して予備通電を行う。排気側電磁石４１及び吸気側電磁石４３は、電極対２５０に対して、吸排気方向の磁場を発生させるため、放電路には、吸排気方向に直交する方向のローレンツ力が作用する。放電路の伸びる方向と、ローレンツ力の方向とが一致するため、ＥＣＵ１０は、放電路の伸びる方向を速やかに判断できる。
Further, the
一方、気筒１１内にスワール流が形成されていない場合には、気筒１１内の流れはタンブル流れが支配的である。点火プラグ２５の周囲の流動の方向は、概ね吸排気方向になる。放電路は、吸排気方向に伸びやすい。この場合、ＥＣＵ１０は、第１予備通電時に、リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４に対して予備通電を行う。リヤ側電磁石４２及びフロント側電磁石４４は、電極対２５０に対して、吸排気方向に直交する方向の磁場を発生させるため、放電路には、吸排気方向のローレンツ力が作用する。放電路の伸びる方向と、ローレンツ力の方向とが一致するため、ＥＣＵ１０は、放電路の伸びる方向を速やかに判断できる。
On the other hand, when no swirl flow is formed in the
図３に示すように、スワールコントロール弁１７は、エンジン１の回転数及びエンジン１の負荷に応じて開閉制御される。ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数及びエンジン１の負荷に応じて、第１予備通電時に予備通電を行う電磁石、及び、第２予備通電時に予備通電を行う電磁石を決定することができる。
As shown in FIG. 3 , the
１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御器）
１１ 気筒
１５ 点火制御器
１５１ 電圧計測器（空燃比判定器）
２５ 点火プラグ
２５０ 電極対
４１ 排気側電磁石（第１電磁石）
４２ リヤ側電磁石（第２電磁石）
４３ 吸気側電磁石（第１電磁石）
４４ フロント側電磁石（第２電磁石）
1
11
25
42 rear electromagnet (second electromagnet)
43 intake side electromagnet (first electromagnet)
44 front electromagnet (second electromagnet)
Claims (5)
前記エンジンに取り付けられる点火プラグであって、前記気筒内に位置する電極対を有し、前記電極対が放電方向にアーク放電を発生させる点火プラグと、
前記点火プラグに電気的に接続されかつ、前記点火プラグへ電気エネルギを供給することによって、アーク放電を発生させる点火制御器と、
前記気筒の周囲に位置する電磁石と、
前記電磁石に電気的に接続されかつ、前記電磁石に通電することにより、前記電極対に対し、前記放電方向に交差する方向の磁場を発生させ、それによって、前記電極対における放電路の伸びを抑制する制御器と、を備え、
前記制御器は、前記エンジンの回転数が高い場合は、回転数が低い場合よりも、前記電磁石へ供給する電流を小さくする、
エンジンの制御装置。 an engine having a cylinder;
a spark plug attached to the engine, the spark plug having an electrode pair positioned in the cylinder, the electrode pair generating an arc discharge in a discharge direction;
an ignition controller electrically connected to the spark plug and supplying electrical energy to the spark plug to generate an arc discharge;
an electromagnet positioned around the cylinder;
By electrically connecting to the electromagnet and energizing the electromagnet, a magnetic field is generated in the electrode pair in a direction crossing the discharge direction, thereby suppressing the extension of the discharge path in the electrode pair. a controller for
When the engine speed is high, the controller supplies a smaller current to the electromagnet than when the engine speed is low.
Engine controller.
前記点火制御器は、前記エンジンの回転数が高い場合は、回転数が低い場合よりも、前記点火プラグへ供給する電気エネルギを高くする、
エンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1,
The ignition controller increases the electrical energy supplied to the spark plug when the engine speed is high compared to when the engine speed is low.
Engine controller.
前記点火制御器は、前記エンジンの回転数が高い場合は、回転数が低い場合よりも、前記点火プラグへ供給する電流を大きくする、
エンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 2,
When the engine speed is high, the ignition controller supplies a larger current to the spark plug than when the engine speed is low.
Engine controller.
前記点火プラグに電気的に接続されかつ、前記電極対の電極間における局所空燃比を判定する空燃比判定器をさらに備え、
前記制御器は、前記空燃比判定器の判定信号に基づいて、前記局所空燃比が小さい場合は、前記局所空燃比が大きい場合よりも、前記電磁石へ供給する電流を大きくする、エンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 3,
further comprising an air-fuel ratio determiner electrically connected to the spark plug and determining a local air-fuel ratio between the electrodes of the electrode pair;
An engine control device, wherein the controller supplies a larger current to the electromagnet when the local air-fuel ratio is smaller than when the local air-fuel ratio is large, based on the determination signal of the air-fuel ratio determiner. .
前記点火プラグに電気的に接続されかつ、前記点火プラグの放電電圧を検出する電圧計測器をさらに備え、
前記電磁石は、それぞれ前記気筒の周囲において異なる位置に位置する第１電磁石、及び、第２電磁石を含み、
前記制御器は、
前記電極対がアーク放電を発生させている間に前記第１電磁石に予備通電を行うと共に、前記電圧計測器が検出した放電電圧を読み込み、
予備通電時の放電電圧の変化に基づいて、前記電極対における放電路の伸びる方向を判断し、
前記放電路の伸びが抑制されるよう、前記第１電磁石及び前記第２電磁石によって発生させる磁場の方向を決定すると共に、決定した磁場の方向となるように、前記電極対がアーク放電を発生させている間に、前記第１電磁石及び前記第２電磁石の少なくとも一方に本通電を行う、
エンジンの制御装置。
In the engine control device according to any one of claims 1 to 4,
further comprising a voltage measuring instrument electrically connected to the spark plug and detecting a discharge voltage of the spark plug;
The electromagnets include a first electromagnet and a second electromagnet positioned at different positions around the cylinder,
The controller is
Preliminarily energizing the first electromagnet while the electrode pair is generating arc discharge, and reading the discharge voltage detected by the voltage measuring instrument,
Determining the direction in which the discharge path extends in the electrode pair based on the change in the discharge voltage during preliminary energization,
The direction of the magnetic field generated by the first electromagnet and the second electromagnet is determined so that the extension of the discharge path is suppressed, and the electrode pair generates an arc discharge so that the direction of the magnetic field is determined. Main energization is performed to at least one of the first electromagnet and the second electromagnet while the
Engine controller.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021121778A JP2023017478A (en) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | Engine controlling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021121778A JP2023017478A (en) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | Engine controlling device |
Publications (1)
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| JP2023017478A true JP2023017478A (en) | 2023-02-07 |
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ID=85157784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021121778A Pending JP2023017478A (en) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | Engine controlling device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023017478A (en) |
-
2021
- 2021-07-26 JP JP2021121778A patent/JP2023017478A/en active Pending
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