JP7010141B2

JP7010141B2 - Engine combustion control method and combustion control device

Info

Publication number: JP7010141B2
Application number: JP2018097340A
Authority: JP
Inventors: 達也田中; 圭佑沖濱
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2022-01-26
Anticipated expiration: 2038-05-21
Also published as: JP2019203401A

Description

ここに開示された技術は、エンジンの燃焼制御方法及び燃焼制御装置に関する技術分野に属する。 The techniques disclosed herein belong to the technical fields relating to engine combustion control methods and combustion control devices.

従来より、電極間に電圧を印加することにより燃焼室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段を備えたエンジンが知られている。 Conventionally, an engine provided with a plasma generating means for generating plasma in a combustion chamber by applying a voltage between electrodes has been known.

例えば、特許文献１には、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（プラズマ生成手段）と、中心電極を流れる電流を計測する第１電流計と、接地電極を流れる電流を計測する第２電流とを備え、電極間に低温プラズマ状態（非平衡プラズマ状態）を形成する短パルスの電界を発生される場合に、第１電流計で計測された電流値と第２電流計で計測された電流値との際から、電極間に流れる気体の流速を計測するエンジン（内燃機関）が開示されている。 For example, Patent Document 1 describes an ignition plug (plasma generating means) in which a discharge is generated between the center electrode and the ground electrode, a first current meter for measuring the current flowing through the center electrode, and a current flowing through the ground electrode. When a short pulse electric field that has a second current to be measured and forms a low temperature plasma state (non-equilibrium plasma state) is generated between the electrodes, the current value measured by the first current meter and the second current meter An engine (internal engine) that measures the flow velocity of the gas flowing between the electrodes is disclosed from the current value measured in.

特開２０１４－１４１９１９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-141919

ところで、本発明者らが鋭意研究したところ、プラズマ生成手段の電極間に、燃焼室内に非平衡プラズマが生じるように電圧を印加すると、電極近傍に混合気の燃焼を促進する物質（例えば、オゾン（Ｏ３）やＯＨ）が生成されたり、電極近傍で燃料の分解（低級化）が促進されたりして、エンジンの燃焼安定性が向上することが分かった。特に、混合気の着火性が要求されるときには、圧縮行程後期において非平衡プラズマを発生させれば、混合気が着火しやすくなり、エンジンの着火性が向上する。 By the way, as a result of diligent research by the present inventors, when a voltage is applied between the electrodes of the plasma generating means so as to generate a non-equilibrium plasma in the combustion chamber, a substance that promotes combustion of the air-fuel mixture in the vicinity of the electrodes (for example, ozone). It was found that (O3) and OH) were generated, and the decomposition (lowering) of the fuel was promoted in the vicinity of the electrodes, so that the combustion stability of the engine was improved. In particular, when the ignitability of the air-fuel mixture is required, if non-equilibrium plasma is generated in the latter stage of the compression stroke, the air-fuel mixture becomes easy to ignite and the ignitability of the engine is improved.

しかしながら、圧縮行程後期では燃焼室内の圧力が高くなっており、プラズマ生成手段の電極間には、大量のイオンや分子が存在する。電極間に大量のイオンや分子が存在すると、電極間を電子が移動しにくくなって、電極間で放電がされず、非平衡プラズマが生成されにくくなる。このため、圧縮行程後期において、非平衡プラズマを発生させて、エンジンの燃焼安定性を向上させるという観点からは改良の余地がある。 However, the pressure in the combustion chamber is high in the latter stage of the compression stroke, and a large amount of ions and molecules are present between the electrodes of the plasma generating means. When a large amount of ions or molecules are present between the electrodes, it becomes difficult for electrons to move between the electrodes, discharge is not generated between the electrodes, and non-equilibrium plasma is difficult to be generated. Therefore, there is room for improvement from the viewpoint of improving the combustion stability of the engine by generating non-equilibrium plasma in the latter stage of the compression stroke.

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮行程後期でも非平衡プラズマを効率的に発生させて、エンジンの燃焼安定性を向上させることにある。 The technique disclosed herein has been made in view of these points, and its purpose is to efficiently generate non-equilibrium plasma even in the latter half of the compression stroke to improve the combustion stability of the engine. There is something in it.

上記課題を解決するために、ここに開示された技術では、燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトと、上記燃焼室内に臨むように配置され、電極間に電圧を印加することによる放電により上記燃焼室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、上記燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、上記燃料供給手段により供給された燃料によって形成される混合気を上記燃焼室内で圧縮着火燃焼させるエンジンの燃焼制御方法を対象として、圧縮行程後期において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、第１パルス電圧を周期的に印加して放電させることで、熱平衡プラズマを生成する熱平衡プラズマ生成工程と、上記熱平衡プラズマ生成工程の終了直後に、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、上記第１パルス電圧と同じ電圧である第２パルス電圧を周期的に印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する第１非平衡プラズマ生成工程とを含む、ものとした。 In order to solve the above problems, in the technique disclosed here, the cylinder in which the combustion chamber is formed, the crank shaft that is rotationally driven by the reciprocating movement of the piston inserted in the cylinder, and the combustion chamber are faced. A plasma generation means for generating plasma in the combustion chamber by discharging by applying a voltage between the electrodes and a fuel supply means for supplying fuel to the combustion chamber are provided, and the fuel is supplied by the fuel supply means. For the combustion control method of the engine in which the air-fuel mixture formed by the fuel is compressed, ignited and burned in the combustion chamber, the first pulse voltage is periodically applied between the electrodes of the plasma generating means in the latter half of the compression stroke. Immediately after the completion of the heat equilibrium plasma generation step of generating the heat equilibrium plasma by applying and discharging the heat equilibrium plasma, and immediately after the end of the heat equilibrium plasma generation step, the voltage is the same as the first pulse voltage between the electrodes of the plasma generation means. It includes a first non-equilibrium plasma generation step of generating a non-equilibrium plasma by periodically applying a two-pulse voltage to discharge the fuel.

この構成によると、圧縮行程後期において、熱平衡プラズマを生成することで、プラズマ生成手段の電極等から熱電子が放出されたり、電極間のイオンや分子から自由電子が乖離したりする。これにより、電極間に存在する自由電子の数が増加するため、電極間に大量のイオンや分子が存在したとしても、電極間で放電をすることができる。このため、熱平衡プラズマ生成工程を実行した後に、第１非平衡プラズマ生成工程を実行することで、圧縮行程後期でも非平衡プラズマを効率的に発生させることができる。これにより、圧縮行程後期に、非平衡プラズマを生成して、電極近傍で燃料の分解（低級化）を促進させたり、燃焼室内に混合気の燃焼を促進する物質（以下、活性種という）を生成したりして、エンジンの燃焼安定性を向上させることができる。 According to this configuration, by generating thermal equilibrium plasma in the latter stage of the compression stroke, thermions are emitted from the electrodes of the plasma generation means, and free electrons are separated from the ions and molecules between the electrodes. As a result, the number of free electrons existing between the electrodes increases, so that even if a large amount of ions or molecules are present between the electrodes, discharge can be performed between the electrodes. Therefore, by executing the first non-equilibrium plasma generation step after executing the thermal equilibrium plasma generation step, the non-equilibrium plasma can be efficiently generated even in the latter stage of the compression stroke. As a result, a substance (hereinafter referred to as an active species) that generates non-equilibrium plasma in the latter half of the compression stroke to promote the decomposition (lowering) of the fuel in the vicinity of the electrodes and promotes the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber is introduced. It can be generated to improve the combustion stability of the engine.

上記エンジンの燃焼制御方法の一実施形態では、上記第１パルス電圧は、パルス幅が第１所定値以上のパルス電圧であり、上記第２パルス電圧は、パルス幅が上記第１所定値よりも小さい第２所定値以上でかつ上記第１所定値未満のパルス電圧である。 In one embodiment of the engine combustion control method, the first pulse voltage is a pulse voltage having a pulse width of the first predetermined value or more , and the second pulse voltage has a pulse width larger than the first predetermined value. It is a pulse voltage that is smaller than the second predetermined value and less than the first predetermined value.

すなわち、一般に、非平衡プラズマと熱平衡プラズマとは、プラズマ生成手段の電極間に印加するパルス電圧のパルス幅を制御することにより、それぞれ切り分けて生成することができる。よって、上記の構成により、非平衡プラズマ及び熱平衡プラズマを、目的に合わせて効率的に生成することができる。この結果、エンジンの燃焼安定性をより向上させることができる。 That is, in general, non-equilibrium plasma and thermal equilibrium plasma can be separately generated by controlling the pulse width of the pulse voltage applied between the electrodes of the plasma generating means. Therefore, with the above configuration, non-equilibrium plasma and thermal equilibrium plasma can be efficiently generated according to the purpose. As a result, the combustion stability of the engine can be further improved.

上記エンジンの燃焼制御方法において、圧縮行程における上記熱平衡プラズマ生成工程よりも前の期間において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、上記第２パルス電圧を繰り返し印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する第２非平衡プラズマ生成工程をさらに含んでもよい。 In the combustion control method of the engine, in a period prior to the thermal equilibrium plasma generation step in the compression stroke, the second pulse voltage is repeatedly applied between the electrodes of the plasma generation means to discharge the plasma, thereby causing non-equilibrium. A second non-equilibrium plasma generation step of generating plasma may be further included.

すなわち、例えば、圧縮行程前期であれば、筒内圧はあまり高くなく、熱平衡プラズマを生成した後でなくとも非平衡プラズマを生成することが可能である。よって、熱平衡プラズマを生成する前でかつ非平衡プラズマを生成可能な時期にも、非平衡プラズマを生成することで、燃焼室内に活性種を生成することができる。これにより、燃焼室内で混合気がより燃焼しやすくなり、エンジンの燃焼安定性を一層向上させることができる。 That is, for example, in the early stage of the compression stroke, the in-cylinder pressure is not so high, and it is possible to generate a non-equilibrium plasma even after the thermal equilibrium plasma is generated. Therefore, by generating the non-equilibrium plasma before the thermal equilibrium plasma is generated and at the time when the non-equilibrium plasma can be generated, the active species can be generated in the combustion chamber. This makes it easier for the air-fuel mixture to burn in the combustion chamber, and the combustion stability of the engine can be further improved.

上記エンジンの燃焼制御方法において、上記第１非平衡プラズマ生成工程は、上記熱平衡プラズマ生成工程の終了後、クランク角度で５°以内に実行する工程であってもよい。 In the combustion control method of the engine, the first non-equilibrium plasma generation step may be a step executed within 5 ° in the crank angle after the completion of the thermal equilibrium plasma generation step.

すなわち、圧縮行程では、燃焼室内では混合気が流動しているため、熱平衡プラズマ生成工程で放出された電子は、上記混合気の流れによって、プラズマ生成手段の電極間から移動してしまう。そこで、熱平衡プラズマ生成工程後、クランク角度で５°以内に第１非平衡プラズマ生成工程を実行して、電子が電極間からあまり移動していないうちに非平衡プラズマを生成する。これにより、圧縮行程後期において、非平衡プラズマを効率良く生成することができ、燃焼室内での混合気の燃焼を促進させることができる。この結果、エンジンの燃焼安定性をより一層向上させることができる。 That is, in the compression stroke, since the air-fuel mixture is flowing in the combustion chamber, the electrons emitted in the thermal equilibrium plasma generation step move from between the electrodes of the plasma generation means due to the flow of the air-fuel mixture. Therefore, after the thermal equilibrium plasma generation step, the first non-equilibrium plasma generation step is executed within 5 ° in the crank angle to generate the non-equilibrium plasma while the electrons do not move much from between the electrodes. As a result, non-equilibrium plasma can be efficiently generated in the latter stage of the compression stroke, and combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber can be promoted. As a result, the combustion stability of the engine can be further improved.

上記エンジンの燃焼制御方法において、上記エンジンは、幾何学的圧縮比が１５以上のエンジンであってもよい。 In the combustion control method of the engine, the engine may be an engine having a geometric compression ratio of 15 or more.

すなわち、エンジンの幾何学的圧縮比が１５以上である場合には、ピストンの圧縮行程後期において、筒内圧が高くなりやすい。このため、圧縮行程後期において、燃焼室内に
おいて非平衡プラズマを生成しにくい。したがって、エンジンの幾何学的圧縮比が１５以上であれば、第１非平衡プラズマ生成工程を実行する前に、熱平衡プラズマ生成工程を実行することにより、圧縮行程後期において、非平衡プラズマを生成しやすくして、エンジンの燃焼安定性を向上させるという効果をより適切に発揮することができる。 That is, when the geometric compression ratio of the engine is 15 or more, the in-cylinder pressure tends to increase in the latter stage of the compression stroke of the piston. Therefore, it is difficult to generate non-equilibrium plasma in the combustion chamber in the latter stage of the compression stroke. Therefore, if the geometric compression ratio of the engine is 15 or more, the non-equilibrium plasma is generated in the latter half of the compression stroke by executing the thermal equilibrium plasma generation step before executing the first non-equilibrium plasma generation step. By making it easier, the effect of improving the combustion stability of the engine can be more appropriately exhibited.

本開示に係る技術の別の態様は、上記エンジンの燃焼制御装置に係る技術である。具体的には、燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトと、上記燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、上記燃料供給手段により供給された燃料によって形成される混合気を上記燃焼室内で圧縮着火燃焼させるエンジンの燃焼制御装置を対象として、上記燃焼室内に臨むように配置され、電極間に電圧を印加することによる放電により上記燃焼室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、上記プラズマ生成手段の作動を制御する制御手段とを更に備え、上記制御手段は、圧縮行程後期において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、第１パルス電圧を周期的に印加して放電させることで、熱平衡プラズマを生成する熱平衡プラズマ生成制御を実行するとともに、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了直後に、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、上記第１パルス電圧と同じ電圧である第２パルス電圧を周期的に印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する第１非平衡プラズマ生成制御とを実行するように構成されている、ものとした。 Another aspect of the technique according to the present disclosure is the technique according to the combustion control device of the engine. Specifically, it includes a cylinder in which a combustion chamber is formed, a crank shaft that is rotationally driven by the reciprocating movement of a piston inserted in the cylinder, and a fuel supply means for supplying fuel to the combustion chamber. The combustion control device of the engine that compresses, ignites and burns the air-fuel mixture formed by the fuel supplied by the fuel supply means in the combustion chamber is arranged so as to face the combustion chamber, and a voltage is applied between the electrodes. Further, a plasma generation means for generating plasma in the combustion chamber by electric discharge and a control means for controlling the operation of the plasma generation means are further provided, and the control means is used between the electrodes of the plasma generation means in the latter stage of the compression stroke. In addition, the thermal equilibrium plasma generation control for generating the thermal equilibrium plasma is executed by periodically applying the first pulse voltage to discharge the battery, and immediately after the end of the thermal equilibrium plasma generation control, between the electrodes of the plasma generation means. In addition, the first non-balanced plasma generation control for generating a non-balanced plasma is executed by periodically applying a second pulse voltage , which is the same voltage as the first pulse voltage, to discharge the battery. Yes, it was supposed to be.

この構成でも、圧縮行程後期において、熱平衡プラズマを生成することで、プラズマ生成手段の電極等から熱電子が放出されたり、電極間のイオンや分子から自由電子が乖離したりする。これにより、圧縮行程後期でも非平衡プラズマを効率的に発生させることができる。この結果、エンジンの燃焼安定性を向上させることができる。 Even in this configuration, by generating thermal equilibrium plasma in the latter stage of the compression stroke, thermions are emitted from the electrodes of the plasma generation means, and free electrons are separated from the ions and molecules between the electrodes. As a result, non-equilibrium plasma can be efficiently generated even in the latter stage of the compression stroke. As a result, the combustion stability of the engine can be improved.

上記エンジンの燃焼制御装置の一実施形態では、上記第１パルス電圧は、パルス幅が第１所定値以上のパルス電圧であり、上記第２パルス電圧は、パルス幅が上記第１所定値よりも小さい第２所定値以上でかつ上記第１所定値未満のパルス電圧である。 In one embodiment of the combustion control device of the engine, the first pulse voltage is a pulse voltage having a pulse width of the first predetermined value or more , and the second pulse voltage has a pulse width larger than the first predetermined value. It is a pulse voltage that is smaller than the second predetermined value and less than the first predetermined value.

この構成によると、非平衡プラズマ及び熱平衡プラズマを、目的に合わせて効率的に生成することができる。この結果、エンジンの燃焼安定性をより向上させることができる。 According to this configuration, non-equilibrium plasma and thermal equilibrium plasma can be efficiently generated according to the purpose. As a result, the combustion stability of the engine can be further improved.

上記エンジンの燃焼制御装置において、上記制御手段は、上記第１非平衡プラズマ生成制御に加えて、圧縮行程における上記熱平衡プラズマ生成制御を実行するよりも前の期間において、上記第２パルス電圧を繰り返し印加して、非平衡プラズマを生成する第２非平衡プラズマ生成制御を実行するように構成されていてもよい。 In the combustion control device of the engine, the control means repeats the second pulse voltage in a period prior to executing the thermal equilibrium plasma generation control in the compression stroke in addition to the first non-equilibrium plasma generation control. It may be configured to apply and perform a second non-equilibrium plasma generation control to generate a non-equilibrium plasma.

この構成によると、熱平衡プラズマを生成する前でかつ非平衡プラズマを生成可能な時期にも、非平衡プラズマを生成することで、燃焼室内に、混合気の燃焼を促進する活性種を生成することができる。これにより、燃焼室内で混合気がより燃焼しやすくなり、エンジンの燃焼安定性を一層向上させることができる。 According to this configuration, by generating the non-equilibrium plasma before the thermal equilibrium plasma is generated and at the time when the non-equilibrium plasma can be generated, the active species that promotes the combustion of the air-fuel mixture is generated in the combustion chamber. Can be done. This makes it easier for the air-fuel mixture to burn in the combustion chamber, and the combustion stability of the engine can be further improved.

上記エンジンの燃焼制御装置において、上記制御手段は、上記第１非平衡プラズマ生成制御を、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了後、クランク角度で５°以内に実行するように構成されていてもよい。 In the combustion control device of the engine, the control means may be configured to execute the first non-equilibrium plasma generation control within 5 ° in the crank angle after the end of the thermal equilibrium plasma generation control.

この構成によると、電子がプラズマ生成手段の電極間からあまり移動していないうちに非平衡プラズマを生成することができる。これにより、圧縮行程後期において、非平衡プラズマを適切に生成することができ、燃焼室内での混合気の燃焼を促進させることができる。この結果、エンジンの燃焼安定性をより一層向上させることができる。 According to this configuration, non-equilibrium plasma can be generated while the electrons do not move much from the electrodes of the plasma generating means. As a result, non-equilibrium plasma can be appropriately generated in the latter stage of the compression stroke, and combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber can be promoted. As a result, the combustion stability of the engine can be further improved.

上記エンジンの燃焼制御装置において、上記エンジンは、幾何学的圧縮比が１５以上のエンジンであってもよい。 In the combustion control device of the engine, the engine may be an engine having a geometric compression ratio of 15 or more.

この構成によると、非平衡プラズマ生成工程を実行する前に、熱平衡プラズマ生成工程を実行することにより、圧縮行程後期において、非平衡プラズマを生成しやすくして、エンジンの燃焼安定性を向上させるという効果をより適切に発揮することができる。 According to this configuration, by executing the thermal equilibrium plasma generation step before executing the non-equilibrium plasma generation step, it is easy to generate the non-equilibrium plasma in the latter half of the compression stroke, and the combustion stability of the engine is improved. The effect can be exerted more appropriately.

第２非平衡プラズマ生成工程を含む上記エンジンの燃焼制御方法において、上記第２非平衡プラズマ生成工程の期間は、上記熱平衡プラズマ生成工程の期間及び上記第１非平衡プラズマ生成工程の期間よりも長い、という構成でもよい。In the combustion control method of the engine including the second non-equilibrium plasma generation step, the period of the second non-equilibrium plasma generation step is longer than the period of the thermal equilibrium plasma generation step and the period of the first non-equilibrium plasma generation step. , May be the configuration.

第２非平衡プラズマ生成制御を実行する上記エンジンの燃焼制御装置において、上記第２非平衡プラズマ生成制御の期間は、上記熱平衡プラズマ生成制御の期間及び上記第１非平衡プラズマ生成制御の期間よりも長い、という構成でもよい。In the combustion control device of the engine that executes the second non-equilibrium plasma generation control, the period of the second non-equilibrium plasma generation control is larger than the period of the thermal equilibrium plasma generation control period and the period of the first non-equilibrium plasma generation control. It may be long.

以上説明したように、ここに開示された技術によると、熱平衡プラズマを生成した後に、非平衡プラズマを生成することで、圧縮行程後期でも非平衡プラズマを発生させやすくなる。これにより、圧縮行程後期に非平衡プラズマを生成して、エンジンの燃焼安定性を向上させることができる。 As described above, according to the technique disclosed here, by generating the non-equilibrium plasma after generating the thermal equilibrium plasma, it becomes easy to generate the non-equilibrium plasma even in the latter stage of the compression stroke. As a result, non-equilibrium plasma can be generated in the latter half of the compression stroke to improve the combustion stability of the engine.

例示的な実施形態に係る燃焼制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the engine system to which the combustion control device which concerns on an exemplary embodiment is applied. 放電プラグの電極周辺を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the periphery of the electrode of a discharge plug. エンジンの制御系統を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of an engine. 非平衡プラズマ及び熱平衡プラズマの生成条件を示すマップである。It is a map which shows the generation condition of the non-equilibrium plasma and the thermal equilibrium plasma. 非平衡プラズマを生成する際のパルス電圧の波形の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the waveform of the pulse voltage at the time of generating a non-equilibrium plasma. 熱平衡プラズマを生成する際のパルス電圧の波形の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the waveform of the pulse voltage at the time of generating a thermal equilibrium plasma. 圧縮行程後期において、放電プラグの電極間におけるイオン、分子及び電子の分布を模式的に示す図であって、熱平衡プラズマ生成前の状態を示す。It is a figure which shows typically the distribution of an ion, a molecule and an electron between the electrodes of a discharge plug in the latter part of a compression stroke, and shows the state before the generation of a thermal equilibrium plasma. 圧縮行程後期において、放電プラグの電極間におけるイオン、分子及び電子の分布を模式的に示す図であって、熱平衡プラズマ生成後の状態を示す。It is a figure which shows typically the distribution of an ion, a molecule and an electron among the electrodes of a discharge plug in the latter part of a compression stroke, and shows the state after the generation of a thermal equilibrium plasma. 熱平衡プラズマ生成後に、非平衡プラズマを生成したときの燃焼室内の状態を模式的に示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows typically the state in the combustion chamber when the non-equilibrium plasma is generated after the thermal equilibrium plasma is generated. 非平衡プラズマ及び熱平衡プラズマの生成時期の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the generation time of a non-equilibrium plasma and a thermal equilibrium plasma. 非平衡プラズマ生成制御及び熱平衡プラズマ生成制御を実行する際のＰＣＭの処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing operation of PCM at the time of executing the non-equilibrium plasma generation control and the thermal equilibrium plasma generation control.

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

図１には、本実施形態に係る燃焼制御装置が適用されたエンジン１の構成を示す。本実施形態のエンジン１は車両の搭載されるエンジンである。このエンジン１は、エンジン本体１ａと、エンジン本体１ａに燃焼用の空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１ａで生成された排気を排出するための排気通路３０とを備える。 FIG. 1 shows the configuration of the engine 1 to which the combustion control device according to the present embodiment is applied. The engine 1 of the present embodiment is an engine mounted on a vehicle. The engine 1 includes an engine main body 1a, an intake passage 20 for introducing combustion air into the engine main body 1a, and an exhaust passage 30 for discharging the exhaust generated by the engine main body 1a.

エンジン本体１ａは、直列４気筒式であって、４つの気筒２が図１の紙面と直交する方向に直列に配置されている。エンジン本体１ａは上記車両の駆動源として利用される。 The engine body 1a is an in-line 4-cylinder type, and the four cylinders 2 are arranged in series in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. The engine body 1a is used as a drive source for the vehicle.

エンジン本体１ａは、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復動（ここでは上下動）可能に嵌装されたピストン５とを有する。 The engine body 1a includes a cylinder block 3 in which a cylinder 2 is formed, a cylinder head 4 provided on the upper surface of the cylinder block 3, and a piston fitted to the cylinder 2 so as to be able to reciprocate (here, move up and down). Has 5 and.

気筒２は燃焼室６が形成された気筒である。詳しくは、気筒２内におけるピストン５の上方に燃焼室６が形成されている。燃焼室６はいわゆるペントルーフ型であり、シリンダ
ヘッド４の下面で構成される燃焼室６の天井面は吸気側および排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。この燃焼室６内では、エンジン１の燃焼サイクル、すなわち、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の各行程がこの順で繰り返される。以下の説明では、ピストン５の位置や混合気の燃焼状態によらず気筒２の内側空間のうちピストン５の上面と燃焼室６の天井面との間に形成される空間を燃焼室６という。 Cylinder 2 is a cylinder in which a combustion chamber 6 is formed. Specifically, the combustion chamber 6 is formed above the piston 5 in the cylinder 2. The combustion chamber 6 is a so-called pent-roof type, and the ceiling surface of the combustion chamber 6 formed by the lower surface of the cylinder head 4 has a triangular roof shape composed of two inclined surfaces, an intake side and an exhaust side. In the combustion chamber 6, the combustion cycle of the engine 1, that is, each of the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke is repeated in this order. In the following description, the space formed between the upper surface of the piston 5 and the ceiling surface of the combustion chamber 6 in the inner space of the cylinder 2 regardless of the position of the piston 5 and the combustion state of the air-fuel mixture is referred to as a combustion chamber 6.

シリンダブロック３における気筒２の周囲には、エンジン冷却水が流通するウォータジャケット３ａが形成されている。ウォータジャケット３ａは、４つの気筒２を囲むように、シリンダブロック３内に形成されている。 A water jacket 3a through which engine cooling water flows is formed around the cylinder 2 in the cylinder block 3. The water jacket 3a is formed in the cylinder block 3 so as to surround the four cylinders 2.

ピストン５は、シリンダブロック３内においてコンロッド８を介してクランクシャフト７と連結されている。クランクシャフト７は、ピストン５の往復動により回転駆動される。ピストン５の上面には、その中心部を含む領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹ませたキャビティが形成されている。 The piston 5 is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8 in the cylinder block 3. The crankshaft 7 is rotationally driven by the reciprocating motion of the piston 5. On the upper surface of the piston 5, a cavity is formed in which a region including the central portion thereof is recessed on the opposite side (lower side) of the cylinder head 4.

エンジン本体１ａの幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、本実施形態では１５以上、特に、１５～２５（例えば１７程度）に設定されている。 The geometric compression ratio of the engine body 1a, that is, the ratio of the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the bottom dead center and the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the top dead center is the present implementation. In the form, it is set to 15 or more, particularly 15 to 25 (for example, about 17).

シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気を気筒２（燃焼室６）内に導入するための吸気ポート９と、燃焼室６内で、燃料と空気との混合気が燃焼することにより生成された排気を排気通路３０に導出するための排気ポート１０とが形成されている。これら吸気ポート９と排気ポート１０とは、気筒２毎にそれぞれ２つずつ形成されている。 The cylinder head 4 has an intake port 9 for introducing air supplied from the intake passage 20 into the cylinder 2 (combustion chamber 6), and a mixture of fuel and air burns in the combustion chamber 6. An exhaust port 10 for leading the exhaust generated by the above to the exhaust passage 30 is formed. Two intake ports 9 and two exhaust ports 10 are formed for each cylinder 2.

シリンダヘッド４には、各吸気ポート９の燃焼室６側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁１１と、各排気ポート１０の燃焼室６側の開口をそれぞれ開閉する排気弁１２とが設けられている。 The cylinder head 4 is provided with an intake valve 11 that opens and closes an opening on the combustion chamber 6 side of each intake port 9, and an exhaust valve 12 that opens and closes an opening on the combustion chamber 6 side of each exhaust port 10. ..

シリンダヘッド４には、燃焼室６内に燃料を供給（噴射）するインジェクタ（燃料供給手段）１４が設けられている。インジェクタ１４は、噴射口が形成された先端部が燃焼室６の天井面の中央付近に位置して燃焼室６の中央を臨むように取り付けられている。インジェクタ１４は、その先端に複数の噴口を有し、燃焼室の天井面の中央付近からピストン５の冠面に向かって、気筒２の中心軸を中心としたコーン状（詳しくはホローコーン状）に燃料を噴射するように構成されている。コーンのテーパ角（噴霧角）は、例えば９０°～１００°である。なお、インジェクタ１４の具体的な構成はこれに限らず、単噴口のものであってもよい。 The cylinder head 4 is provided with an injector (fuel supply means) 14 for supplying (injecting) fuel into the combustion chamber 6. The injector 14 is attached so that the tip end portion on which the injection port is formed is located near the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6 and faces the center of the combustion chamber 6. The injector 14 has a plurality of nozzles at its tip, and has a cone shape (specifically, a hollow cone shape) centered on the central axis of the cylinder 2 from the vicinity of the center of the ceiling surface of the combustion chamber toward the crown surface of the piston 5. It is configured to inject fuel. The taper angle (spraying angle) of the cone is, for example, 90 ° to 100 °. The specific configuration of the injector 14 is not limited to this, and may be a single injector.

インジェクタ１４は、不図示の高圧ポンプから圧送された燃料を燃焼室６内に噴射する。インジェクタ１４の噴射圧は、最大で７０ＭＰａ程度まで高められる。 The injector 14 injects fuel pumped from a high-pressure pump (not shown) into the combustion chamber 6. The injection pressure of the injector 14 is increased up to about 70 MPa.

シリンダヘッド４には、燃焼室６内に臨むように配設されかつ該燃焼室６内にプラズマを生成するための放電プラグ１３が設けられている。図２に示すように、放電プラグ１３の先端には中心電極１３ａと接地電極１３ｂとが形成されている。中心電極１３ａは、棒状をなしていて、先端を除く部分は碍子１３ｃによって覆われている。接地電極１３ｂは中心電極１３ａと同心の円筒状をなしている。中心電極１３ａは電源（図示省略）に接続されており、該電源から電圧が印加されると、中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間で放電するようになっている。そして、中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間で放電したときには、放電のエネルギーにより、燃焼室６内にプラズマが生成される。このことから、放電プラグ１３は、電極１３ａ，１３ｂ間に電圧を印加することによる放電により燃焼
室６内にプラズマを生成するプラズマ生成手段に相当する。 The cylinder head 4 is provided so as to face the combustion chamber 6 and is provided with a discharge plug 13 for generating plasma in the combustion chamber 6. As shown in FIG. 2, a center electrode 13a and a ground electrode 13b are formed at the tip of the discharge plug 13. The center electrode 13a has a rod shape, and the portion other than the tip is covered with the insulator 13c. The ground electrode 13b has a cylindrical shape concentric with the center electrode 13a. The center electrode 13a is connected to a power source (not shown), and when a voltage is applied from the power source, a discharge is made between the center electrode 13a and the ground electrode 13b. Then, when a discharge is made between the center electrode 13a and the ground electrode 13b, plasma is generated in the combustion chamber 6 by the energy of the discharge. From this, the discharge plug 13 corresponds to a plasma generation means for generating plasma in the combustion chamber 6 by discharging by applying a voltage between the electrodes 13a and 13b.

上記吸気通路２０には、上流側から順に、エアクリーナ２１と、吸気通路２０を開閉するためのスロットルバルブ２２とが設けられている。本実施形態では、エンジン１の運転中、スロットルバルブ２２は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジン１の停止時等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路２０を遮断する。 The intake passage 20 is provided with an air cleaner 21 and a throttle valve 22 for opening and closing the intake passage 20 in order from the upstream side. In the present embodiment, the throttle valve 22 is basically maintained at a fully open position or an opening close to the throttle valve 22 during operation of the engine 1, and is closed only under limited operating conditions such as when the engine 1 is stopped. The intake passage 20 is shut off.

上記排気通路３０には、排気を浄化するための浄化装置３１が設けられている。浄化装置３１は、例えば、三元触媒を内蔵している。 The exhaust passage 30 is provided with a purification device 31 for purifying the exhaust gas. The purification device 31 has, for example, a built-in three-way catalyst.

排気通路３０には、排気通路３０を通過する排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路２０に還流するためのＥＧＲ装置４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、吸気通路２０のうちスロットルバルブ２２よりも下流側の部分と排気通路３０のうち浄化装置３１よりも上流側の部分とを連通するＥＧＲ通路４１、および、ＥＧＲ通路４１を開閉するＥＧＲバルブ４２を有する。 The exhaust passage 30 is provided with an EGR device 40 for returning a part of the exhaust gas passing through the exhaust passage 30 to the intake passage 20 as EGR gas. The EGR device 40 opens and closes the EGR passage 41 and the EGR passage 41 that communicate the portion of the intake passage 20 downstream of the throttle valve 22 and the portion of the exhaust passage 30 upstream of the purification device 31. It has an EGR valve 42.

尚、本実施形態に係るエンジン１は、過給機を備えていない。但し、本開示に係る技術は、過給機を備えたエンジンに適用することを排除しない。 The engine 1 according to the present embodiment is not provided with a supercharger. However, the technology according to the present disclosure does not exclude application to an engine equipped with a turbocharger.

図３は、エンジン１の制御系統を示す。本実施形態に係るエンジン１は、制御装置としてのパワートレイン・コントロール・モジュール１００（以下、ＰＣＭ１００という）によって統括的に制御される。ＰＣＭ１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。 FIG. 3 shows the control system of the engine 1. The engine 1 according to the present embodiment is collectively controlled by a powertrain control module 100 (hereinafter referred to as PCM100) as a control device. The PCM 100 is composed of a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a microprocessor having a path connecting these units.

車両には各種センサが設けられている。ＰＣＭ１００はこれらセンサと電気的に接続されており、ＰＣＭ１００には、各センサからの検出信号が入力される。例えば、エンジン１には、エンジン本体１ａの温度を検出するエンジン温度センサＳＮ１と、吸気通路２０に流入する吸気流量を検出するエアフローセンサＳＮ２と、燃焼室６に供給される吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ３と、クランクシャフト７の回転角度を検出するクランク角センサＳＮ４と、運転者により操作される不図示のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ５と、各気筒２にそれぞれ１つずつ設けられ、各気筒２内の圧力をそれぞれ検出する筒内圧センサＳＮ６が設けられている。 The vehicle is equipped with various sensors. The PCM 100 is electrically connected to these sensors, and a detection signal from each sensor is input to the PCM 100. For example, the engine 1 detects an engine temperature sensor SN1 that detects the temperature of the engine body 1a, an airflow sensor SN2 that detects the intake flow rate flowing into the intake passage 20, and the pressure of the intake air supplied to the combustion chamber 6. An intake pressure sensor SN3, a crank angle sensor SN4 that detects the rotation angle of the crankshaft 7, and an accelerator opening sensor SN5 that detects the opening (accelerator opening) of an accelerator pedal (accelerator opening) that is not shown and is operated by the driver. One is provided for each cylinder 2, and an in-cylinder pressure sensor SN6 for detecting the pressure in each cylinder 2 is provided.

エンジン温度センサＳＮ１は、例えば、ウォータジャケット３ａを流通するエンジン冷却水の温度を検出することで、エンジン本体１ａの温度を検出する。尚、エンジン温度センサＳＮ１は、排気温度を検出することで、エンジン本体１ａの温度を検出するセンサであってもよく、エンジンオイルの油温を検出することで、エンジン本体１ａの温度を検出するセンサであってもよい。 The engine temperature sensor SN1 detects the temperature of the engine body 1a by detecting, for example, the temperature of the engine cooling water flowing through the water jacket 3a. The engine temperature sensor SN1 may be a sensor that detects the temperature of the engine body 1a by detecting the exhaust temperature, and detects the temperature of the engine body 1a by detecting the oil temperature of the engine oil. It may be a sensor.

ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＮ４の検出結果からエンジン本体１ａの回転数（エンジン回転数）を算出する。ＰＣＭ１００は、アクセル開度センサＳＮ５の検出結果からエンジン負荷を算出する。ＰＣＭ１００は、筒内圧センサＳＮ６の検出結果から、燃焼室６内の熱発生率を算出する。 The PCM100 calculates the rotation speed (engine rotation speed) of the engine body 1a from the detection result of the crank angle sensor SN4. The PCM 100 calculates the engine load from the detection result of the accelerator opening sensor SN5. The PCM 100 calculates the heat generation rate in the combustion chamber 6 from the detection result of the in-cylinder pressure sensor SN6.

ＰＣＭ１００は、これらセンサＳＮ１～ＳＮ６等からの入力信号に基づいて種々の演算を実行して、放電プラグ１３、インジェクタ１４、スロットルバルブ２２、ＥＧＲバルブ４２等のエンジン１の各部を制御する。 The PCM 100 executes various calculations based on the input signals from the sensors SN1 to SN6 and the like to control each part of the engine 1 such as the discharge plug 13, the injector 14, the throttle valve 22, and the EGR valve 42.

〈プラズマの生成〉
本実施形態では、エンジン１の燃焼サイクルにおいて、非平衡プラズマ及び熱平衡プラズマを生成することにより、エンジン１の燃焼安定性を確保するようにしている。尚、非平衡プラズマとは、燃焼室６内のガス温度の上昇を伴わず、燃焼室６内の電子と、燃焼室６内のガスのイオンや分子とが熱平衡状態にないプラズマのことをいう。また、熱平衡プラズマとは、燃焼室６内のガス温度の上昇を伴い、燃焼室６内の電子と、燃焼室６内のガスのイオンや分子とが熱平衡状態にあるようなプラズマのことをいう。 <Generation of plasma>
In the present embodiment, the combustion stability of the engine 1 is ensured by generating the non-equilibrium plasma and the thermal equilibrium plasma in the combustion cycle of the engine 1. The non-equilibrium plasma refers to a plasma in which the electrons in the combustion chamber 6 and the ions and molecules of the gas in the combustion chamber 6 are not in a thermal equilibrium state without an increase in the gas temperature in the combustion chamber 6. .. Further, the thermal equilibrium plasma refers to a plasma in which the electrons in the combustion chamber 6 and the ions and molecules of the gas in the combustion chamber 6 are in a thermal equilibrium state as the gas temperature in the combustion chamber 6 rises. ..

本実施形態では、非平衡プラズマ及び熱平衡プラズマは、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に印加するパルス電圧を制御することにより、特に、パルス電圧のパルス幅を制御することにより、目的に合わせて、それぞれ生成する。図４～図６は、非平衡プラズマ及び熱平衡プラズマの生成条件を示す。図４の横軸は、パルス幅であり、対数スケールで示している。一方、図４の縦軸は印加電圧のピーク値であり、対数スケールで示している。図４に示すように、パルス幅を短くすると非平衡プラズマが生成され、パルス幅を長くすると熱平衡プラズマが生成されることが分かる。イオンや分子は電子と比較するとかなり大きいため、パルス幅の短いパルス電圧では、電子のみが反応して、イオンや分子はほとんど反応しないためである。 In the present embodiment, the non-equilibrium plasma and the thermal equilibrium plasma are tailored to the purpose by controlling the pulse voltage applied between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13, and particularly by controlling the pulse width of the pulse voltage. , Generate each. 4 to 6 show the generation conditions of the non-equilibrium plasma and the thermal equilibrium plasma. The horizontal axis of FIG. 4 is the pulse width, which is shown on a logarithmic scale. On the other hand, the vertical axis of FIG. 4 is the peak value of the applied voltage and is shown on a logarithmic scale. As shown in FIG. 4, it can be seen that when the pulse width is shortened, non-equilibrium plasma is generated, and when the pulse width is lengthened, thermal equilibrium plasma is generated. This is because ions and molecules are considerably larger than electrons, and at a pulse voltage with a short pulse width, only electrons react and ions and molecules hardly react.

本実施形態では、主にパルス幅を変更することにより、非平衡プラズマと熱平衡プラズマとを、目的に合わせて、それぞれ生成するようにしている。具体的には、図５に示すように、ＰＣＭ１００は、熱平衡プラズマを生成するときには、ピーク電圧が１０ｋＶ、パルス幅が上記第１所定値以上の第１パルス電圧を、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に印加させる。また、ＰＣＭ１００は、熱平衡プラズマを生成するときには、パルス幅が１０μｓｅｃ以下のパルス電圧については、１００ｋＨｚの周波数で、パルス幅が１０μｓｅｃを超えるパルス電圧については、出来る限り大きな周波数で繰り返し放電させる。図４及び図５に示すように、第１所定値は、例えば、１μｓｅｃである。より具体的には、ＰＣＭ１００は、後述する熱平衡プラズマ生成制御を実行するときには、基本的には、ピーク電圧が１０ｋＶ、パルス幅が１μｓｅｃの第１パルス電圧を放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に印加させるようにしている。尚、放電プラグ１３の寿命を長くするという観点からは、第１パルス電圧のパルス幅は出来る限り短くすることが好ましい。 In the present embodiment, the non-equilibrium plasma and the thermal equilibrium plasma are generated according to the purpose, mainly by changing the pulse width. Specifically, as shown in FIG. 5, when the PCM100 generates a thermal equilibrium plasma, the PCM100 applies a first pulse voltage having a peak voltage of 10 kV and a pulse width of the first predetermined value or more to the electrodes 13a of the discharge plug 13. It is applied between 13b. Further, when the thermal equilibrium plasma is generated, the PCM 100 repeatedly discharges a pulse voltage having a pulse width of 10 μsec or less at a frequency of 100 kHz and a pulse voltage having a pulse width of more than 10 μsec at a frequency as large as possible. As shown in FIGS. 4 and 5, the first predetermined value is, for example, 1 μsec. More specifically, when the PCM100 executes the thermal equilibrium plasma generation control described later, it basically applies a first pulse voltage having a peak voltage of 10 kV and a pulse width of 1 μsec between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13. I am trying to apply it. From the viewpoint of extending the life of the discharge plug 13, it is preferable to make the pulse width of the first pulse voltage as short as possible.

一方で、図６に示すように、ＰＣＭ１００は、非平衡プラズマを生成するときには、ピーク電圧が１０ｋＶ、パルス幅が第１所定値よりも小さい第２所定値以上かつ第１所定値未満の第２パルス電圧を、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に印加させる。また、ＰＣＭ１００は、非平衡プラズマを生成するときには、上記のパルス電圧を１００ｋＨｚの周波数で繰り返し放電させる。図４及び図６に示すように、第２所定値は、例えば、０．０１μｓｅｃである。より具体的には、ＰＣＭ１００は、後述する第１及び第２非平衡プラズマ生成制御を実行するときには、基本的には、ピーク電圧が１０ｋＶ、パルス幅が０．１μｓｅｃの第２パルス電圧を放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に印加させるようにしている。 On the other hand, as shown in FIG. 6, when the PCM100 generates a non-equilibrium plasma, the peak voltage is 10 kV, the pulse width is smaller than the first predetermined value, the second predetermined value is equal to or more than the second predetermined value, and the pulse width is less than the first predetermined value. A pulse voltage is applied between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13. Further, when the non-equilibrium plasma is generated, the PCM 100 repeatedly discharges the above pulse voltage at a frequency of 100 kHz. As shown in FIGS. 4 and 6, the second predetermined value is, for example, 0.01 μsec. More specifically, when the PCM100 executes the first and second non-equilibrium plasma generation control described later, it basically discharges a second pulse voltage having a peak voltage of 10 kV and a pulse width of 0.1 μsec. The voltage is applied between the electrodes 13a and 13b of 13.

尚、上記熱平衡プラズマ生成制御における第１パルス電圧、並びに、上記第１及び第２非平衡プラズマ生成制御における第２パルス電圧におけるピーク電圧は、図４に示すように、１ｋＶ以上かつ３０ｋＶ以下の範囲で、筒内圧等に基づいて変更してもよい。 As shown in FIG. 4, the peak voltage in the first pulse voltage in the thermal equilibrium plasma generation control and the second pulse voltage in the first and second non-equilibrium plasma generation control is in the range of 1 kV or more and 30 kV or less. Then, it may be changed based on the in-cylinder pressure or the like.

〈燃焼制御〉
本実施形態では、エンジン１の全運転領域において、圧縮着火燃焼（ＣＩ燃焼）が実施される。具体的には、圧縮上死点よりも前にインジェクタ１４から燃焼室６内に燃料が噴射され、この燃料と空気との混合気を燃焼室６内で圧縮することで昇温させ、圧縮上死点付近で混合気を自着火させる。 <Combustion control>
In the present embodiment, compression ignition combustion (CI combustion) is performed in the entire operating region of the engine 1. Specifically, fuel is injected into the combustion chamber 6 from the injector 14 before the compression top dead center, and the mixture of the fuel and air is compressed in the combustion chamber 6 to raise the temperature and perform compression. Self-ignite the air-fuel mixture near dead center.

ここで、エンジン負荷が所定負荷以下の低負荷運転領域など、吸気に対する燃料の供給量が少ないとき（リーンなとき）、特に、燃焼室６内の混合気におけるガスと燃料との質量比であるＧ／Ｆが２５以上の運転状況や、燃焼室６内の全ガス量に対する該ガス中のＥＧＲガス（排気）の量の比であるＥＧＲ率が２０％以上の運転状況などは、混合気が自着火しにくく、燃焼安定性が低下しやすい。そこで、本実施形態では、圧縮行程後期において、非平衡プラズマを生成することによって、エンジン１の燃焼安定性を向上させるようにしている。尚、本明細書においては、圧縮行程前期及び後期とは、圧縮行程における実施期間（クランク角度での期間）を均等に２分割したときの、前半の期間（進角側の期間）が前期に相当し、後半の期間（遅角側の期間）がそれぞれ後期に相当する。 Here, it is the mass ratio of gas and fuel in the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 when the amount of fuel supplied to the intake air is small (lean), such as in a low load operating region where the engine load is a predetermined load or less. The air-fuel mixture is in an operating condition where the G / F is 25 or more, or when the EGR ratio, which is the ratio of the amount of EGR gas (exhaust) in the gas to the total amount of gas in the combustion chamber 6, is 20% or more. It is difficult to self-ignite and the combustion stability tends to decrease. Therefore, in the present embodiment, the combustion stability of the engine 1 is improved by generating non-equilibrium plasma in the latter stage of the compression stroke. In this specification, the first half and the second half of the compression stroke are the first half of the compression stroke (the period at the crank angle) when the execution period (the period at the crank angle) is evenly divided into two. The latter period (the period on the retard side) corresponds to the latter period.

すなわち、非平衡プラズマを生成させると、燃焼室６内で燃料の分解（低級化）が促進される（低温酸化反応が進む）。これにより、燃焼室６内の混合気の昇温が促進され、着火、燃焼しやすくなり、エンジン１の燃焼安定性が向上する。また、非平衡プラズマを生成させると、燃焼室６内に、該燃焼室６内での混合気の燃焼を促進する物質（例えば、オゾン（Ｏ３）やＯＨなど。以下、活性種という）が生成される。これにより、燃焼室６内で混合気に着火した後、火炎伝播しやすくなり、混合気が燃焼しやすくなる。 That is, when the non-equilibrium plasma is generated, the decomposition (lowering) of the fuel is promoted in the combustion chamber 6 (the low temperature oxidation reaction proceeds). As a result, the temperature rise of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is promoted, ignition and combustion are facilitated, and the combustion stability of the engine 1 is improved. Further, when a non-equilibrium plasma is generated, a substance (for example, ozone (O3), OH, etc., hereinafter referred to as an active species) that promotes combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is generated in the combustion chamber 6. Will be done. As a result, after the air-fuel mixture is ignited in the combustion chamber 6, the flame is easily propagated, and the air-fuel mixture is easily burned.

しかしながら、圧縮行程後期は、筒内圧が高く非平衡プラズマが生成されにくい。そこで、本実施形態では、ＰＣＭ１００は、非平衡プラズマを生成する非平衡プラズマ生成制御を実行する前に、熱平衡プラズマを生成する熱平衡プラズマ生成制御を実行するようにしている。詳しくは、ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期において、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に、燃焼室６内に熱平衡プラズマが生じるような第１パルス電圧を印加して放電させることで、熱平衡プラズマを生成する熱平衡プラズマ生成制御を実行し、該熱平衡プラズマ生成制御の終了直後に、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に、燃焼室６内に非平衡プラズマが生じるような第２パルス電圧を印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する第１非平衡プラズマ生成制御とを実行する。 However, in the latter half of the compression stroke, the in-cylinder pressure is high and it is difficult to generate non-equilibrium plasma. Therefore, in the present embodiment, the PCM 100 executes the thermal equilibrium plasma generation control for generating the thermal equilibrium plasma before executing the non-equilibrium plasma generation control for generating the non-equilibrium plasma. Specifically, in the latter half of the compression stroke, the PCM 100 generates a heat-balanced plasma by applying a first pulse voltage such that a heat-balanced plasma is generated in the combustion chamber 6 between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 to discharge the plasma. Immediately after the thermal equilibrium plasma generation control is completed, a second pulse voltage is applied between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 so as to generate unbalanced plasma in the combustion chamber 6. By discharging, the first non-equilibrium plasma generation control for generating non-equilibrium plasma is executed.

図７は、熱平衡プラズマを生成する前の、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間におけるイオン、分子及び自由電子の分布を模式的に示す。図７に示すように、圧縮上死点近傍の時期には、筒内圧が高く、放電プラグ１３の中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間には、混合気を形成するイオンや分子が大量に存在する。このため、電極１３ａ，１３ｂ間に電圧を印加したとしても、自由電子が電極１３ａ，１３ｂ間を移動しにくく、放電されにくい。このため、非平衡プラズマが生成されにくい。 FIG. 7 schematically shows the distribution of ions, molecules, and free electrons between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 before the thermal equilibrium plasma is generated. As shown in FIG. 7, the in-cylinder pressure is high in the vicinity of the compression top dead center, and a large amount of ions and molecules forming an air-fuel mixture are formed between the center electrode 13a and the ground electrode 13b of the discharge plug 13. exist. Therefore, even if a voltage is applied between the electrodes 13a and 13b, it is difficult for free electrons to move between the electrodes 13a and 13b and it is difficult for them to be discharged. Therefore, it is difficult to generate non-equilibrium plasma.

この図７の状態から、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行すると、図８に示すように、電極１３ａ，１３ｂ間の自由電子の数が増加する。これは、上記熱平衡プラズマ生成制御により、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ等から熱電子が放出されたり、電極１３ａ，１３ｂ間のイオンや分子から自由電子が乖離したりするためである。電極１３ａ，１３ｂ間の自由電子の数が増加して自由電子の数密度が増加すれば、電極１３ａ，１３ｂ間にイオンや分子が大量に存在したとしても、電極１３ａ，１３ｂ間で放電させることが可能となる。これにより、非平衡プラズマを生成することができるようになる。 When the thermal equilibrium plasma generation control is executed from the state of FIG. 7, the number of free electrons between the electrodes 13a and 13b increases as shown in FIG. This is because the thermal equilibrium plasma generation control causes thermions to be emitted from the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13, and free electrons to be separated from the ions and molecules between the electrodes 13a and 13b. If the number of free electrons between the electrodes 13a and 13b increases and the number density of free electrons increases, even if a large amount of ions or molecules are present between the electrodes 13a and 13b, they can be discharged between the electrodes 13a and 13b. Is possible. This makes it possible to generate non-equilibrium plasma.

図９には、圧縮行程後期に上記熱平衡プラズマ生成制御を実行した場合の燃焼室６内の状態を模式的に示している。図９では、圧縮上死点のクランク角を０°としており、これに対して進角側（圧縮上死点よりも早い時期）をマイナスで表し、遅角側（圧縮上死点よりも遅い時期）をプラスで表している。尚、圧縮行程は－１８０°～０°の期間である。 FIG. 9 schematically shows the state in the combustion chamber 6 when the thermal equilibrium plasma generation control is executed in the latter half of the compression stroke. In FIG. 9, the crank angle of the compression top dead center is set to 0 °, whereas the advance angle side (the time earlier than the compression top dead center) is represented by a minus, and the retard side (later than the compression top dead center) is shown. Time) is shown as a plus. The compression stroke is a period of −180 ° to 0 °.

図９に示すように、圧縮行程後期に上記熱平衡プラズマ生成制御を実行すると、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ周辺に自由電子の数密度が高い領域Ｓが形成される。そし
て、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了直後、上記第１非平衡プラズマ生成制御を実行すれば、上記領域Ｓにおいて、燃料の分解が促進される（低温酸化反応が進む）とともに、上記活性種が形成される。これにより、電極１３ａ，１３ｂ周辺から火炎が伝播して、燃焼室６内で混合気が燃焼するようになる。よって、エンジン１の燃焼安定性が向上する。 As shown in FIG. 9, when the thermal equilibrium plasma generation control is executed in the latter stage of the compression stroke, a region S having a high number density of free electrons is formed around the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13. Immediately after the end of the thermal equilibrium plasma generation control, if the first non-equilibrium plasma generation control is executed, the decomposition of the fuel is promoted (the low temperature oxidation reaction proceeds) and the active species is produced in the region S. It is formed. As a result, the flame propagates from around the electrodes 13a and 13b, and the air-fuel mixture burns in the combustion chamber 6. Therefore, the combustion stability of the engine 1 is improved.

尚、筒内圧が４ＭＰａ以上になると、熱平衡プラズマの生成自体も困難になるため、上記熱平衡プラズマ生成制御は、圧縮行程後期のうち筒内圧が４ＭＰａ未満の期間で実行される。また、上記熱平衡プラズマ生成制御を実施する期間は、上記第１非平衡プラズマ生成制御を実行する期間と比べてかなり短く設定されている。具体的には、本実施形態では、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ周辺に火炎核が形成されない程度の期間、例えば、クランク角で５°程度の期間だけ熱平衡プラズマ生成制御が実行される。 When the in-cylinder pressure becomes 4 MPa or more, it becomes difficult to generate the thermal equilibrium plasma itself. Therefore, the thermal equilibrium plasma generation control is executed in the latter half of the compression stroke when the in-cylinder pressure is less than 4 MPa. Further, the period for executing the thermal equilibrium plasma generation control is set to be considerably shorter than the period for executing the first non-equilibrium plasma generation control. Specifically, in the present embodiment, the thermal equilibrium plasma generation control is executed only for a period in which flame nuclei are not formed around the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13, for example, a period of about 5 ° at the crank angle .

本実施形態では、上記第１非平衡プラズマ生成制御の終了時期は、燃焼室６内で低温酸化反応が開始する付近の時期に設定されている。詳しくは、上記第１非平衡プラズマ生成制御の終了時期は、圧縮上死点前１０°～３０°に設定されている（図９及び図１０では、圧縮上死点前３０°で終了する場合を例示している）。また、上記第１非平衡プラズマ生成制御を実施する期間は、基本的にはクランク角で１５°程度の期間に設定されている。上記第１非平衡プラズマ生成制御を実施する期間や終了する時期は、エンジン負荷やエンジン回転数により変更してもよい。例えば、エンジン負荷が高い程、上記第１非平衡プラズマ生成制御の終了時期を早い時期（進角側の時期）に設定してもよい。 In the present embodiment, the end time of the first non-equilibrium plasma generation control is set to a time near the start of the low temperature oxidation reaction in the combustion chamber 6. Specifically, the end time of the first non-equilibrium plasma generation control is set to 10 ° to 30 ° before the compression top dead center (in FIGS. 9 and 10, when the end time is 30 ° before the compression top dead center. Is illustrated). Further, the period for carrying out the first non-equilibrium plasma generation control is basically set to a period of about 15 ° in terms of the crank angle. The period for executing the first non-equilibrium plasma generation control and the timing for ending the first non-equilibrium plasma generation control may be changed depending on the engine load and the engine speed. For example, the higher the engine load, the earlier the end time of the first non-equilibrium plasma generation control may be set (the time on the advance angle side).

ここで、圧縮行程後期においては、燃焼室６内では混合気が流動している。このため、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行した後、上記非平衡プラズマ生成制御を実行するまでの期間が長いと、上記熱平衡プラズマ生成制御で放出された自由電子が、混合気の流れによって、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間から移動してしまう。そこで、本実施形態では、ＰＣＭ１００は、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了後、クランク角度で５°以内に上記第１非平衡プラズマ生成制御を実行するように構成されている。すなわち、上述した「熱平衡プラズマ生成制御の終了直後」とは、クランク角度で５°以内の期間を意味している。尚、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了後、クランク角度で５°以内の期間とは、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了と同時を含む。 Here, in the latter stage of the compression stroke, the air-fuel mixture is flowing in the combustion chamber 6. Therefore, if the period from the execution of the thermal equilibrium plasma generation control to the execution of the non-equilibrium plasma generation control is long, the free electrons emitted by the thermal equilibrium plasma generation control are discharged by the flow of the air-fuel mixture. It moves from between the electrodes 13a and 13b of 13. Therefore, in the present embodiment, the PCM 100 is configured to execute the first non-equilibrium plasma generation control within 5 ° in the crank angle after the end of the thermal equilibrium plasma generation control. That is, the above-mentioned "immediately after the end of the thermal equilibrium plasma generation control" means a period within 5 ° in terms of the crank angle. The period within 5 ° of the crank angle after the end of the thermal equilibrium plasma generation control includes the same time as the end of the thermal equilibrium plasma generation control.

上記熱平衡プラズマ生成制御の終了後、クランク角度で５°以内の期間に、上記第１非平衡プラズマ生成制御を実行すれば、上記熱平衡プラズマ生成制御により放出された自由電子が電極１３ａ，１３ｂ間からあまり移動していないうちに非平衡プラズマを生成することができる。これにより、圧縮行程後期において、非平衡プラズマを効率良く生成することができる。この結果、エンジン１の燃焼安定性をより向上させることができる。 If the first non-equilibrium plasma generation control is executed within a period of 5 ° or less in the crank angle after the end of the thermal equilibrium plasma generation control, free electrons emitted by the thermal equilibrium plasma generation control are emitted from between the electrodes 13a and 13b. A non-equilibrium plasma can be generated before it has moved much. As a result, non-equilibrium plasma can be efficiently generated in the latter stage of the compression stroke. As a result, the combustion stability of the engine 1 can be further improved.

本実施形態では、上記熱平衡プラズマ生成制御と上記第１非平衡プラズマ生成制御とが連続していないとき、すなわち、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了と同時に上記第１非平衡プラズマ生成制御を開始していないときには、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了から上記第１非平衡プラズマ生成制御の開始までの間は、放電プラグ１３への電圧の印加を停止させないようにしている。具体的には、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了から上記第１非平衡プラズマ生成制御の開始までの間は、非平衡プラズマが生成されない程度のパルス電圧を印加する。これにより、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了後、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間の放電状態を維持して、上記第１非平衡プラズマ生成制御にスムーズに移行することができる。 In the present embodiment, when the thermal equilibrium plasma generation control and the first non-equilibrium plasma generation control are not continuous, that is, the first non-equilibrium plasma generation control is started at the same time as the end of the thermal equilibrium plasma generation control. When not, the application of the voltage to the discharge plug 13 is not stopped from the end of the thermal equilibrium plasma generation control to the start of the first non-equilibrium plasma generation control. Specifically, from the end of the thermal equilibrium plasma generation control to the start of the first non-equilibrium plasma generation control, a pulse voltage to the extent that non-equilibrium plasma is not generated is applied. As a result, after the completion of the thermal equilibrium plasma generation control, the discharge state between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 can be maintained, and the process can smoothly shift to the first non-equilibrium plasma generation control.

ここで、本実施形態では、図１０に示すように、ＰＣＭ１００は、上記第１非平衡プラ
ズマ生成制御に加えて、圧縮行程における上記熱平衡プラズマ生成制御を実行するよりも前の期間において、詳しくは、圧縮行程前期において、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に、上記第２パルス電圧を繰り返し印加して放電させて、非平衡プラズマを生成する第２非平衡プラズマ生成制御を実行するように構成されている。すなわち、圧縮行程前期であれば、筒内圧はあまり高くなく、熱平衡プラズマを生成した後でなくとも非平衡プラズマを生成することが可能である。よって、圧縮行程前期に非平衡プラズマを生成することで、燃焼室６内に上記活性種を生成することができる。これにより、燃焼室６内で混合気がより燃焼しやすくなり、エンジン１の燃焼安定性を一層向上させることができる。また、圧縮行程前期に上記活性種を生成することで、生成された上記活性種が混合気の流動によって燃焼室６内に拡散する。これにより、混合気に着火した後、火炎が伝播しやすくなる。このため、エンジン１の燃焼安定性をより一層向上させることができる。 Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, the PCM100 is described in detail in a period prior to executing the thermal equilibrium plasma generation control in the compression stroke in addition to the first non-equilibrium plasma generation control. Is to execute the second non-equilibrium plasma generation control for generating non-equilibrium plasma by repeatedly applying the second pulse voltage between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 in the first half of the compression stroke to discharge the voltage. It is configured. That is, in the early stage of the compression stroke, the in-cylinder pressure is not so high, and it is possible to generate a non-equilibrium plasma even after the thermal equilibrium plasma is generated. Therefore, by generating the non-equilibrium plasma in the early stage of the compression stroke, the active species can be generated in the combustion chamber 6. As a result, the air-fuel mixture becomes easier to burn in the combustion chamber 6, and the combustion stability of the engine 1 can be further improved. Further, by generating the active species in the early stage of the compression stroke, the generated active species diffuse into the combustion chamber 6 by the flow of the air-fuel mixture. This makes it easier for the flame to propagate after the air-fuel mixture is ignited. Therefore, the combustion stability of the engine 1 can be further improved.

エンジン１の燃焼安定性を向上させる観点からは、上記第２非平衡プラズマ生成制御は、出来る限り長い期間行うことが好ましい。このため、本実施形態では、図１０に示すように、ＰＣＭ１００は、圧縮行程前期における半分以上の期間（すなわち、圧縮行程全体の１／４以上の期間）に亘って、上記第２非平衡プラズマ生成制御を実行する。より詳しくは、ＰＣＭ１００は、圧縮行程前期の半分よりも前の時期から、圧縮行程後期に入る直前までの期間、上記第２非平衡プラズマ生成制御を実行する。これにより、燃焼室６内で出来る限り多くの上記活性種を生成することができ、エンジン１の燃焼安定性をさらに向上させることができる。 From the viewpoint of improving the combustion stability of the engine 1, it is preferable to perform the second non-equilibrium plasma generation control for as long as possible. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, the PCM100 is the second non-equilibrium plasma over a period of more than half of the period in the first half of the compression stroke (that is, a period of 1/4 or more of the entire compression stroke). Execute generation control. More specifically, the PCM 100 executes the second non-equilibrium plasma generation control from a period before half of the first half of the compression stroke to just before entering the second half of the compression stroke. As a result, as many active species as possible can be produced in the combustion chamber 6, and the combustion stability of the engine 1 can be further improved.

次に、上記非平衡プラズマ生成制御及び上記熱平衡プラズマ生成制御を実行する際のＰＣＭ１００の処理動作について、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。このフローチャートに基づく処理動作は、エンジン１が作動している間は１燃焼サイクル毎に実行される。 Next, the processing operation of the PCM 100 when the non-equilibrium plasma generation control and the thermal equilibrium plasma generation control are executed will be described with reference to the flowchart of FIG. The processing operation based on this flowchart is executed every one combustion cycle while the engine 1 is operating.

まず、ステップＳ１において、ＰＣＭ１００は、各センサＳＮ１～ＳＮ６からの情報を読み込む。 First, in step S1, the PCM 100 reads information from each sensor SN1 to SN6.

次のステップＳ２では、ＰＣＭ１００は、圧縮行程に入ったか否かを判定する。ＰＣＭ１００は、圧縮行程に入ったＹＥＳのときには、ステップＳ３に進む一方で、未だに圧縮行程に入っていないＮＯのときには、圧縮行程に入るまでステップＳ２の判定を繰り返す。 In the next step S2, the PCM 100 determines whether or not the compression stroke has been entered. When YES in the compression stroke, the PCM 100 proceeds to step S3, while when NO in the compression stroke, the determination in step S2 is repeated until the compression stroke is entered.

上記ステップＳ３では、ＰＣＭ１００は、上記第２非平衡プラズマ生成制御を開始する。 In step S3, the PCM 100 starts the second non-equilibrium plasma generation control.

次の、ステップＳ４では、ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期に入ったか否かを判定する。ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期に入ったＹＥＳのときには、ステップＳ５に進む一方で、未だに圧縮行程に入っていないＮＯのときには、圧縮行程後期に入るまで、ステップＳ２の判定を繰り返し、上記第２非平衡プラズマ生成制御を継続して実行する。 Next, in step S4, the PCM 100 determines whether or not the compression stroke has entered the latter stage. When YES in the latter half of the compression stroke, the PCM 100 proceeds to step S5, while in the case of NO which has not yet entered the compression stroke, the determination in step S2 is repeated until the latter half of the compression stroke is entered, and the second non-equilibrium is described. The plasma generation control is continuously executed.

上記ステップＳ５では、ＰＣＭ１００は、上記第２非平衡プラズマ生成制御を終了する。 In step S5, the PCM 100 ends the second non-equilibrium plasma generation control.

次のステップＳ６では、ＰＣＭ１００は、上記熱平衡プラズマ生成制御及び上記第１非平衡プラズマ生成制御を実行する期間を設定する。このステップＳ６において、ＰＣＭ１００は、エンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて、上記熱平衡プラズマ生成制御及び上記第１非平衡プラズマ生成制御を実行する期間を設定する。 In the next step S6, the PCM 100 sets a period for executing the thermal equilibrium plasma generation control and the first non-equilibrium plasma generation control. In step S6, the PCM 100 sets a period for executing the thermal equilibrium plasma generation control and the first non-equilibrium plasma generation control based on the engine load and the engine speed.

続くステップＳ７では、ＰＣＭ１００は、上記熱平衡プラズマ生成制御を開始する。そして、上記ステップＳ６で設定した期間（基本的には、クランク角で５°程度）が経過したときに、次のステップＳ８において、上記熱平衡プラズマ生成制御を終了する。 In the following step S7, the PCM 100 starts the thermal equilibrium plasma generation control. Then, when the period set in step S6 (basically, about 5 ° in the crank angle) has elapsed, the thermal equilibrium plasma generation control is terminated in the next step S8.

次のステップＳ９では、上記第１非平衡プラズマ生成制御を開始する。そして、上記ステップＳ６で設定した期間（基本的には、クランク角で１５°程度）が経過したときに、次のステップＳ１０において、上記第１非平衡プラズマ生成制御を終了する。上記ステップＳ１０の後はリターンする。 In the next step S9, the first non-equilibrium plasma generation control is started. Then, when the period set in step S6 (basically, about 15 ° in the crank angle) has elapsed, the first non-equilibrium plasma generation control is terminated in the next step S10. After the above step S10, it returns.

したがって、本実施形態では、圧縮行程後期において、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に、燃焼室６内に第１パルス電圧を印加して放電させることで、熱平衡プラズマを生成する熱平衡プラズマ生成制御を実行し、熱平衡プラズマ生成制御の終了直後に、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に、第２パルス電圧を印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する第１非平衡プラズマ生成制御を実行する。これにより、圧縮行程後期においても、燃焼室６内に非平衡プラズマを効率的に生成することができ、エンジン１の燃焼安定性を向上させることができる。 Therefore, in the present embodiment, in the latter half of the compression stroke, the thermal equilibrium plasma generation control for generating the thermal equilibrium plasma by applying the first pulse voltage into the combustion chamber 6 between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 to discharge the electric discharge. Is executed, and immediately after the end of the thermal equilibrium plasma generation control, a second pulse voltage is applied between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 to discharge the unbalanced plasma, so that the first non-equilibrium plasma generation control is generated. To execute. As a result, non-equilibrium plasma can be efficiently generated in the combustion chamber 6 even in the latter stage of the compression stroke, and the combustion stability of the engine 1 can be improved.

また、本実施形態では、圧縮行程における上記熱平衡プラズマ生成制御よりも前の期間において、上記第２非平衡プラズマ生成制御を実行するため、筒内圧はあまり高くなく非平衡プラズマを生成可能な時期にも、燃焼室６内に上記活性種が生成される。これにより、燃焼室６内で混合気がより燃焼しやすくなり、エンジン１の燃焼安定性を一層向上させることができる。 Further, in the present embodiment, since the second non-equilibrium plasma generation control is executed in the period prior to the thermal equilibrium plasma generation control in the compression stroke, the in-cylinder pressure is not so high and the non-equilibrium plasma can be generated. Also, the above active species are produced in the combustion chamber 6. As a result, the air-fuel mixture becomes easier to burn in the combustion chamber 6, and the combustion stability of the engine 1 can be further improved.

さらに、本実施形態では、上記第１非平衡プラズマ生成制御は、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了後、クランク角度で５°以内に実行されるため、燃焼室６内に混合気の流動が生じている状況であっても、上記熱平衡プラズマ生成制御により放出された自由電子が電極１３ａ，１３ｂ間からあまり移動していないうちに非平衡プラズマを生成することができる。これにより、圧縮行程後期において、非平衡プラズマを効率良く生成することができ、燃焼室６内での混合気の燃焼を促進させることができる。この結果、エンジン１の燃焼安定性をより一層向上させることができる。 Further, in the present embodiment, the first non-equilibrium plasma generation control is executed within 5 ° in the crank angle after the end of the thermal equilibrium plasma generation control, so that the air-fuel mixture flows in the combustion chamber 6. Even in such a situation, non-equilibrium plasma can be generated while the free electrons emitted by the thermal equilibrium plasma generation control do not move much from between the electrodes 13a and 13b. As a result, non-equilibrium plasma can be efficiently generated in the latter stage of the compression stroke, and combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 can be promoted. As a result, the combustion stability of the engine 1 can be further improved.

ここに開示された技術は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。 The technique disclosed herein is not limited to the above embodiment, and can be substituted as long as it does not deviate from the gist of the claims.

例えば、上述の実施形態では、第１パルス電圧のパルス幅は、第１所定値以上（１μｓｅｃ以上）としたが、これに限らず、第１パルス電圧のパルス幅を、第１所定値未満にしてもよい。この場合、第１パルス電圧のピーク電圧を、１０ｋＶよりも大きく（例えば、２０ｋＶ）にするなどすればよい。また、第２パルス電圧のパルス幅は、第１所定値未満（１μｓｅｃ未満）としたが、これに限らず、第２パルス電圧のパルス幅を、１０μｓｅｃ未満の範囲で、第１所定値以上にしてもよい。この場合、第１パルス電圧のピーク電圧を、１０ｋＶ未満（例えば、８ｋＶ）にするなどすればよい。 For example, in the above-described embodiment, the pulse width of the first pulse voltage is set to the first predetermined value or more (1 μsec or more), but the present invention is not limited to this, and the pulse width of the first pulse voltage is set to be less than the first predetermined value. You may. In this case, the peak voltage of the first pulse voltage may be made larger than 10 kV (for example, 20 kV). Further, the pulse width of the second pulse voltage is set to be less than the first predetermined value (less than 1 μsec), but the pulse width of the second pulse voltage is not limited to this, and the pulse width of the second pulse voltage is set to be equal to or more than the first predetermined value in the range of less than 10 μsec. You may. In this case, the peak voltage of the first pulse voltage may be set to less than 10 kV (for example, 8 kV).

また、上述の実施形態では、過給機が設けられていなかったが、過給機を備えるエンジンの場合には、該過給機の過給圧に基づいて、上記熱平衡プラズマ生成制御における第１パルス電圧のピーク電圧、並びに、上記第１及び第２非平衡プラズマ生成制御における第２パルス電圧のピーク電圧を変更するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the supercharger is not provided, but in the case of an engine including the supercharger, the first in the thermal equilibrium plasma generation control is based on the supercharging pressure of the supercharger. The peak voltage of the pulse voltage and the peak voltage of the second pulse voltage in the first and second non-balanced plasma generation control may be changed.

さらに、上述の実施形態では、上記第１非平衡プラズマ生成制御において、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に印加するパルス電圧と、上記第２非平衡プラズマ生成制御において、放電プラグ１３の電極１３ａ，１３ｂ間に印加するパルス電圧とを同じパルス
電圧としていたが、パルス幅が０．０１μｓｅｃ以上且つ１μｓｅｃ未満、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ３０ｋＶ未満の範囲で、それぞれ異なるパルス電圧としてもよい。特に、上記第２非平衡プラズマ生成制御におけるパルス電圧は、圧縮行程前期に実行されるため、パルス幅やピーク電圧を、上記第１非平衡プラズマ生成制御におけるパルス電圧よりも小さくしたとしても、非平衡プラズマを生成することが可能である。 Further, in the above-described embodiment, the pulse voltage applied between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 in the first non-equilibrium plasma generation control and the electrode 13a of the discharge plug 13 in the second non-equilibrium plasma generation control. The pulse voltage applied between 13b and 13b is the same as the pulse voltage, but different pulse voltages may be used as long as the pulse width is 0.01 μsec or more and less than 1 μsec and the peak voltage is 1 kV or more and less than 30 kV. In particular, since the pulse voltage in the second non-balanced plasma generation control is executed in the first half of the compression stroke, even if the pulse width and the peak voltage are made smaller than the pulse voltage in the first non-balanced plasma generation control, it is not. It is possible to generate a balanced plasma.

また、上記第２非平衡プラズマ生成制御を実行する期間は、圧縮行程前期における半分以上の期間であれば、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて変更してもよい。具体的には、エンジン回転数が高いほど、上記第２非平衡プラズマ生成制御を実行する期間を長く設定してもよい。また、エンジン負荷が低いほど、上記第２非平衡プラズマ生成制御を実行する期間を長く設定してもよい。 Further, the period for executing the second non-equilibrium plasma generation control may be changed according to the engine speed and the engine load as long as the period is more than half of the period in the first half of the compression stroke. Specifically, the higher the engine speed, the longer the period for executing the second non-equilibrium plasma generation control may be set. Further, the lower the engine load, the longer the period for executing the second non-equilibrium plasma generation control may be set.

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。 The above embodiments are merely examples, and the scope of the present disclosure should not be construed in a limited manner. The scope of the present disclosure is defined by the scope of claims, and all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the scope of claims are within the scope of the present disclosure.

ここに開示された技術は、燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトと、上記燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、上記燃料供給手段により供給された燃料によって形成される混合気を上記燃焼室内で燃焼させるエンジンに有用である。 The technology disclosed herein includes a cylinder in which a combustion chamber is formed, a crank shaft that is rotationally driven by the reciprocating motion of a piston inserted in the cylinder, and a fuel supply means that supplies fuel to the combustion chamber. It is useful for an engine that burns an air-fuel mixture formed by the fuel supplied by the fuel supply means in the combustion chamber.

１エンジン
５ピストン
６燃焼室
７クランクシャフト
１３放電プラグ（プラズマ生成手段）
１３ａ中心電極（プラズマ生成手段の電極）
１３ｂ接地電極（プラズマ生成手段の電極）
１４インジェクタ（燃焼供給手段）
１００ＰＣＭ（制御手段） 1 Engine 5 Piston 6 Combustion chamber 7 Crankshaft 13 Discharge plug (plasma generation means)
13a Center electrode (electrode of plasma generation means)
13b Ground electrode (electrode of plasma generation means)
14 Injector (combustion supply means)
100 PCM (control means)

Claims

燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトと、上記燃焼室内に臨むように配置され、電極間に電圧を印加することによる放電により上記燃焼室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、上記燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、上記燃料供給手段により供給された燃料によって形成される混合気を上記燃焼室内で圧縮着火燃焼させるエンジンの燃焼制御方法であって、
圧縮行程後期において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、第１パルス電圧を周期的に印加して放電させることで、熱平衡プラズマを生成する熱平衡プラズマ生成工程と、
上記熱平衡プラズマ生成工程の終了直後に、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、上記第１パルス電圧と同じ電圧である第２パルス電圧を周期的に印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する第１非平衡プラズマ生成工程とを含むことを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。 A cylinder in which a combustion chamber is formed, a crank shaft that is rotationally driven by the reciprocating movement of a piston inserted in the cylinder, and a discharge that is arranged so as to face the combustion chamber and applies a voltage between electrodes. A plasma generating means for generating plasma in the combustion chamber and a fuel supply means for supplying fuel to the combustion chamber are provided, and an air-fuel mixture formed by the fuel supplied by the fuel supply means is compressed and ignited in the combustion chamber. It is a combustion control method for the engine to be burned.
In the latter stage of the compression stroke, a thermal equilibrium plasma generation step of generating a thermal equilibrium plasma by periodically applying a first pulse voltage between the electrodes of the plasma generating means to discharge the plasma.
Immediately after the end of the thermal equilibrium plasma generation step , a second pulse voltage, which is the same voltage as the first pulse voltage, is periodically applied between the electrodes of the plasma generation means to discharge the non-equilibrium plasma. A method for controlling combustion of an engine, which comprises a first non-equilibrium plasma generation step of generating.

請求項１に記載のエンジンの燃焼制御方法において、
上記第１パルス電圧は、パルス幅が第１所定値以上のパルス電圧であり、
上記第２パルス電圧は、パルス幅が上記第１所定値よりも小さい第２所定値以上でかつ上記第１所定値未満のパルス電圧であることを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。 In the engine combustion control method according to claim 1,
The first pulse voltage is a pulse voltage having a pulse width equal to or larger than the first predetermined value.
The second pulse voltage is a combustion control method for an engine, wherein the pulse voltage is a pulse voltage having a pulse width equal to or more than a second predetermined value smaller than the first predetermined value and less than the first predetermined value.

請求項１又は２に記載のエンジンの燃焼制御方法において、
圧縮行程における上記熱平衡プラズマ生成工程よりも前の期間において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、上記第２パルス電圧を繰り返し印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する第２非平衡プラズマ生成工程をさらに含むことを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。 In the engine combustion control method according to claim 1 or 2.
In the period prior to the thermal equilibrium plasma generation step in the compression stroke, the second non-equilibrium plasma is generated by repeatedly applying the second pulse voltage between the electrodes of the plasma generation means to discharge the plasma. An engine combustion control method comprising further a plasma generation step.

請求項１～３のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼制御方法において、
上記第１非平衡プラズマ生成工程は、上記熱平衡プラズマ生成工程の終了後、クランク角度で５°以内に実行する工程であることを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。 In the engine combustion control method according to any one of claims 1 to 3.
A combustion control method for an engine, wherein the first non-equilibrium plasma generation step is a step executed within 5 ° in a crank angle after the completion of the thermal equilibrium plasma generation step.

請求項１～４のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼制御方法において、
上記エンジンは、幾何学的圧縮比が１５以上のエンジンであることを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。 In the engine combustion control method according to any one of claims 1 to 4.
The engine is a combustion control method for an engine, characterized in that the engine has a geometric compression ratio of 15 or more.

燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトと、上記燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、上記燃料供給手段により供給された燃料によって形成される混合気を上記燃焼室内で圧縮着火燃焼させるエンジンの燃焼制御装置であって、
上記燃焼室内に臨むように配置され、電極間に電圧を印加することによる放電により上記燃焼室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
上記プラズマ生成手段の作動を制御する制御手段とを更に備え、
上記制御手段は、圧縮行程後期において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、第１パルス電圧を周期的に印加して放電させることで、熱平衡プラズマを生成する熱平衡プラズマ生成制御を実行するとともに、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了直後に、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、上記第１パルス電圧と同じ電圧である第２パルス電圧を周期的に印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する第１非平衡プラズマ生成制御とを実行するように構成されていることを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。 It is provided with a cylinder in which a combustion chamber is formed, a crank shaft that is rotationally driven by the reciprocating movement of a piston inserted in the cylinder, and a fuel supply means for supplying fuel to the combustion chamber, and is supplied by the fuel supply means. It is a combustion control device of an engine that compresses, ignites and burns the air-fuel mixture formed by the produced fuel in the combustion chamber.
A plasma generating means that is arranged so as to face the combustion chamber and generates plasma in the combustion chamber by electric discharge by applying a voltage between the electrodes.
Further provided with a control means for controlling the operation of the plasma generation means,
The control means executes thermal equilibrium plasma generation control to generate thermal equilibrium plasma by periodically applying a first pulse voltage between the electrodes of the plasma generation means to discharge the plasma in the latter stage of the compression stroke. Immediately after the end of the thermal equilibrium plasma generation control , a second pulse voltage, which is the same voltage as the first pulse voltage, is periodically applied between the electrodes of the plasma generation means to discharge the non-equilibrium plasma. A combustion control device for an engine, characterized in that it is configured to perform a first non-equilibrium plasma generation control to generate.

請求項６に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
上記第１パルス電圧は、パルス幅が第１所定値以上のパルス電圧であり、
上記第２パルス電圧は、パルス幅が上記第１所定値よりも小さい第２所定値以上でかつ上記第１所定値未満のパルス電圧であることを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。 In the combustion control device for the engine according to claim 6.
The first pulse voltage is a pulse voltage having a pulse width equal to or larger than the first predetermined value.
The second pulse voltage is a combustion control device for an engine, wherein the pulse voltage is a pulse voltage having a pulse width equal to or more than a second predetermined value smaller than the first predetermined value and less than the first predetermined value.

請求項６又は７に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
上記制御手段は、上記第１非平衡プラズマ生成制御に加えて、圧縮行程における上記熱平衡プラズマ生成制御を実行するよりも前の期間において、上記第２パルス電圧を繰り返し印加して、非平衡プラズマを生成する第２非平衡プラズマ生成制御を実行するように構成されていることを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。 In the combustion control device of the engine according to claim 6 or 7.
In addition to the first non-equilibrium plasma generation control, the control means repeatedly applies the second pulse voltage in a period prior to executing the thermal equilibrium plasma generation control in the compression stroke to generate the non-equilibrium plasma. A combustion control device for an engine, characterized in that it is configured to perform a second non-equilibrium plasma generation control to generate.

請求項６～８のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼制御装置において、
上記制御手段は、上記第１非平衡プラズマ生成制御を、上記熱平衡プラズマ生成制御の終了後、クランク角度で５°以内に実行するように構成されていることを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。 The engine combustion control device according to any one of claims 6 to 8.
The control means is a combustion control device for an engine, characterized in that the first non-equilibrium plasma generation control is executed within 5 ° in a crank angle after the end of the thermal equilibrium plasma generation control.

請求項６～９のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼制御装置において、
上記エンジンは、幾何学的圧縮比が１５以上のエンジンであることを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。 The engine combustion control device according to any one of claims 6 to 9.
The engine is an engine combustion control device, characterized in that the engine has a geometric compression ratio of 15 or more.

請求項３に記載のエンジンの燃焼制御方法において、In the combustion control method of the engine according to claim 3,
上記第２非平衡プラズマ生成工程の期間は、上記熱平衡プラズマ生成工程の期間及び上記第１非平衡プラズマ生成工程の期間よりも長いことを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。A combustion control method for an engine, wherein the period of the second non-equilibrium plasma generation step is longer than the period of the thermal equilibrium plasma generation step and the period of the first non-equilibrium plasma generation step.

請求項８に記載のエンジンの燃焼制御装置において、In the combustion control device for the engine according to claim 8.
上記第２非平衡プラズマ生成制御の期間は、上記熱平衡プラズマ生成制御の期間及び上記第１非平衡プラズマ生成制御の期間よりも長いことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。The combustion control device for an engine, characterized in that the period of the second non-equilibrium plasma generation control is longer than the period of the thermal equilibrium plasma generation control and the period of the first non-equilibrium plasma generation control.