(57)【要約】      （修正有）【課題】点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関において、空気中の酸素がプラズマと反応して発生するオゾンや、オゾンとの反応により生成するラジカルにより点火プラグや燃焼室表面が酸化する不具合の発生を抑制する。【解決手段】車両の走行中において燃料を供給している間は点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火し、燃料の供給を中断する間はプラズマの生成を中止する。【選択図】図２
2010096163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行中において燃料を供給している間は点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火し、
車両の走行中に燃料の供給を中断する間はプラズマの生成を中止する火花点火式内燃機関の制御方法。
【請求項２】
車両の走行中において燃料を供給している間は点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火し、
燃料の供給を中断することを決定した後、所定時間が経過するまでは燃料供給量を減じながら点火プラグによる火花放電とプラズマとを反応させて混合気に着火し、
所定時間の経過時に燃料の供給を中断するとともにプラズマの生成を中止する火花点火式内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両、特に自動車に搭載される火花点火式内燃機関においては、点火プラグの中心電極と接地電極との間の火花放電により、点火時期ごとに燃焼室内の混合気に着火するようにしている。このような点火プラグによる点火であって、例えば燃料を直接気筒内に噴射する形式の内燃機関において、噴射した燃料を点火プラグの火花放電の位置に分布させないと、着火しないことがまれに生じる。
【０００３】
そこで、このような内燃機関において、点火プラグの放電領域にプラズマ雰囲気を生成しておき、プラズマ雰囲気中に火花放電を行い、火花放電とプラズマとを反応させることにより、従来のものと比較して高い電圧を印加することなく燃焼室内の混合気に着実に着火し、安定して燃焼を行わせるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００７−３２３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料カット中に燃焼室内にプラズマ雰囲気を生成させると、プラズマ雰囲気中の電子が空気中の酸素分子と衝突することにより酸素分子が解離して酸素原子が発生し、この酸素原子が空気中の酸素分子と結合することにより、燃焼室内にオゾンが発生する。すると、発生したオゾンや、オゾンとの反応により生成するラジカルにより点火プラグや燃焼室表面が酸化する不具合が発生する。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の火花点火式内燃機関の制御方法の一つは、以上に述べた課題を解決すべく、車両の走行中において燃料を供給している間は点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火し、車両の走行中に燃料の供給を中断する間はプラズマの生成を中止することを特徴とする。
【０００７】
このようなものであれば、車両の走行中に減速等を行った場合燃料の供給を中断する間はプラズマの生成を中止することにより、プラズマ雰囲気中の電子と酸素分子とが衝突することによる酸素分子の解離を抑制でき、従って、燃焼室内にオゾンが発生することを抑制できる。
【０００８】
また、本発明の火花点火式内燃機関の制御方法の他の一つは、以上に述べた課題を解決すべく、車両の走行中において燃料を供給している間は点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火し、燃料の供給を中断することを決定した後、所定時間が経過するまでは燃料供給量を減じながら点火プラグによる火花放電とプラズマとを反応させて混合気に着火し、所定時間の経過時に燃料の供給を中断するとともにプラズマの生成を中止することを特徴とする。
【０００９】
このようなものであっても、車両の走行中に減速等を行った場合燃料の供給を中断する間はプラズマの生成を中止することにより、プラズマ雰囲気中の電子と酸素分子とが衝突することによる酸素分子の解離を抑制でき、従って、燃焼室内にオゾンが発生することを抑制できる。しかも、所定時間が経過するまでは燃料の供給を中断しないため、プラズマを生成させて燃焼を安定させることにより、燃料カットを行っても出力トルクの低下によるショックが発生しない領域まで失火限界を低下させることができ、従ってエンジンの失火防止と前記ショックの発生の防止を同時に図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料の供給を中断する間はプラズマの生成を中止することにより、プラズマ雰囲気中の電子と酸素分子とが衝突することによる酸素分子の解離を抑制できる。すなわち、燃焼室内にオゾンが発生することを抑制できる。従って、発生したオゾンや、オゾンとの反応により生成するラジカルにより点火プラグや燃焼室表面が酸化する不具合の発生を抑制できる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の第一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、自動車用の３気筒のものである。エンジン１００の吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、そのスロットルバルブ２の下流にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３が連通するシリンダヘッド４側の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を電子制御装置６により制御するようにしている。そして、燃焼室７の天井部分には、点火プラグ８及びプラズマを生成するためのアンテナ９が取り付けてある。この実施形態におけるアンテナ９は、ホーン型アンテナで、燃焼室７の天井の点火プラグ８の近傍位置に取り付けられている。点火プラグ８には、イグナイタを一体に備える点火コイル１０が交換可能に取り付けられている。アンテナ９は、ホーン形状をしており、燃焼室７に面する先端部分はセラミックスなどの誘電体２７により塞がれており、高圧交流発生装置１１に図示しない導波管を介して接続されている。また、排気系１２には、図示しないマフラに至るまでの管路に三元触媒（以下、触媒１３と称する）が配設され、その上流にはＯ2センサ１４が取り付けられている。
【００１３】
高圧交流発生装置１１は、マグネトロン１５とマグネトロン１５を制御する制御回路１６とを備えてなる。マグネトロン１５が出力するマイクロ波は、導波管によりアンテナ９に印加される。又、制御回路１６には、電子制御装置６から出力される高圧交流発生信号ｎが入力される構成で、制御回路１６は、入力される高圧交流発生信号ｎに基づいてマグネトロン１５が出力するマイクロ波の出力時期及び出力電力を制御するものである。
【００１４】
電子制御装置６は、中央演算処理装置１８と、記憶装置１９と、入力インターフェース２０と、出力インターフェース２１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置１８は、記憶装置１９に格納された後述のプログラムを実行して、エンジン１００の運転制御を行うものである。
【００１５】
そしてエンジン１００の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース２０を介して中央演算処理装置１８に入力されるとともに、中央演算処理装置１８は出力インターフェース２１を介して制御のための信号を燃料噴射弁５などに出力する。具体的には、入力インターフェース２０には、サージタンク３内の吸入空気の圧力を検出するための吸気圧センサ２２から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ２３から出力される回転数信号ｂ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ２４から出力されるＩＤＬ信号ｃ、エンジン１００の冷却水温を検出するための水温センサ２５から出力される水温信号ｄ、エンジン１００が吸入する新気の温度を検出するための吸気温センサ２６から出力される吸気温信号ｅ、燃焼室７から排気弁を介して排出された排気ガス中の酸素濃度を検出するためのＯ2センサ１４から出力される電圧信号ｆ、車速を検出するための車速センサ２８から出力される車速信号ｇなどが入力される。一方、出力インターフェース２１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｐ、イグナイタに対して点火信号ｍ及び高圧交流発生装置１１に対して高圧交流発生信号ｎなどが出力されるようになっている。
【００１６】
電子制御装置６の記憶装置１９には、吸気圧センサ２２から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ２３から出力される回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジン１００の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して燃料噴射弁５の開成時間、すなわちインジェクタ最終通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。
【００１７】
このエンジン１００にあっては、暖機後の通常運転状態では高圧交流発生装置１１が発生するマイクロ波を制御回路１６により制御された出力時期に合わせてアンテナ９から燃焼室７内に放射し、それにより生成されるプラズマと点火プラグ８による火花放電とを反応させて、混合気に着火するように構成されている。プラズマを生成する場合、マイクロ波がアンテナ９に印加されることにより、燃焼室７内には、点火プラグ８による火花放電に対して直交する方向に高周波電界が形成される。
【００１８】
このように、点火に際しては、点火プラグ８に点火コイル１０により火花放電を発生させて、火花放電とほぼ同時あるいはその直後にマイクロ波により高周波電界を発生させてプラズマを生成させることにより、燃焼室７内の混合気を急速に燃焼させる機構である。
【００１９】
具体的には、点火プラグ８による火花放電が高周波電界中でプラズマになり、火炎が大きくなる。
【００２０】
これは、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、高周波電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、ＯＨラジカルやＮラジカルになると共に、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体は電離した状態、言換するとプラズマ状態となることで、飛躍的に火炎が大きくなるものである。
【００２１】
この結果、高周波電界と反応することにより増大した火花放電により混合気に着火するため、着火領域が拡大し、点火プラグ８のみの二次元的な着火から三次元的な着火になる。したがって、初期燃焼が安定し、上述したラジカルの増加に伴って燃焼が燃焼室７内に急速に伝播し、高い燃焼速度で燃焼が拡大する。
【００２２】
しかして、本実施形態では、電子制御装置６の記憶装置１９に、車両の走行中において燃料を供給している間は点火プラグ８による火花放電とアンテナ９から放射されるマイクロ波により燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火し、燃料の供給を中断することを決定するための条件が成立している場合には、直ちに燃料の供給を中断し、プラズマの生成を中止する制御を行うためのプログラムをさらに内蔵している。
【００２３】
以下、この内燃機関１００の制御の概略手順を、図２に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２４】
まず、ステップＳ１では、燃料カット条件が成立しているか否かを判断する。具体的には、スロットルバルブ２が全閉である、すなわちアイドルスイッチ２４がＯＮであることを示すＩＤＬ信号ｃがアイドルスイッチ２４から出力されているとともに、車速センサ２８から出力される車速信号ｇが示す車速が所定車速以上であり、水温センサ２５から出力される水温信号ｄが暖機状態である旨を示し、かつ回転数センサ２３からの回転数信号ｂが示すエンジン回転数が所定回転数以上である場合に燃料カット条件が成立していると判断する。燃料カット条件が成立している場合は、ステップＳ２に進む。燃料カット条件が成立していない場合は、このプログラムを終了する。
【００２５】
ステップＳ２では、燃料カットを行う。その後、ステップＳ３に進む。
【００２６】
ステップＳ３では、プラズマを生成させるためのマイクロ波照射を中止する制御を行う。すなわち、高圧交流発生装置１１に対する高圧交流発生信号ｎの出力を中止する。そして、このプログラムを終了する。
【００２７】
すなわち、燃料カット条件が成立した際には、直ちにステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３の制御を順次行うことにより、燃料の供給を中断し、プラズマの生成を中止する。
【００２８】
以上に述べたように、本実施形態に係るエンジン１００の制御方法を採用すれば、燃料の供給を中断する間はプラズマの生成を中止するので、プラズマ雰囲気中の電子と酸素分子とが衝突することによる酸素分子の解離を抑制できる。すなわち、燃焼室内にオゾンが発生することを抑制できる。従って、発生したオゾンや、オゾンとの反応により生成するラジカルにより点火プラグ８や燃焼室７の表面が酸化する不具合の発生を抑制できる効果が得られる。
【００２９】
次に、本発明の第二実施形態を、図面を参照して説明する。なお、上述した第一実施形態におけるものに対応する部位には、同一の名称及び符号を付している。
【００３０】
本実施形態に係るエンジン１００は、前記第一実施形態に係るエンジン１００と同様の構成を有するので、その構成についての詳述は省略する。
【００３１】
しかして、本実施形態では、電子制御装置６の記憶装置１９には、前記第一実施形態に係るプログラムに替えて、車両の走行中において燃料を供給している間は点火プラグ８による火花放電とアンテナ９から放射されるマイクロ波により燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火し、燃料の供給を中断することを決定した後、所定時間Ｔを経過するまでは燃料供給量を減じながら前記火花放電とプラズマとを反応させて混合気に着火し、所定時間Ｔの経過時に燃料の供給を中断するとともにプラズマの生成を中止する制御を行うためのプログラムを内蔵している。前記所定時間Ｔは、燃料の供給を中断することを決定するための条件が成立した後、プラズマを生成させつつ燃料供給量を漸次減少させる運転を行い、燃料供給量を０としても出力トルクの低下によるショックが発生しない領域に達するまでの時間として予め実験に基づき求めたものであり、前記記憶装置１９の所定領域に記憶している。
【００３２】
以下、この内燃機関１００の制御の概略手順を、図３に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３３】
まず、ステップＳ１１では、燃料カット条件が成立しているか否かを判断する。具体的には、スロットルバルブ２が全閉である、すなわちアイドルスイッチ２４がＯＮであることを示すＩＤＬ信号ｃがアイドルスイッチ２４から出力されているとともに、車速センサ２８から出力される車速信号ｇが示す車速が所定車速以上であり、水温センサ２５から出力される水温信号ｄが暖機状態である旨を示し、かつ回転数センサ２３からの回転数信号ｂが示すエンジン回転数が所定回転数以上である場合に燃料カット条件が成立していると判断する。燃料カット条件が成立している場合は、ステップＳ１２に進む。燃料カット条件が成立していない場合は、このプログラムを終了する。
【００３４】
ステップＳ１２では、回転数センサ２３からの回転数信号ｂから算出されるエンジン回転数をパラメータとして所定時間Ｔを決定する。次いで、ステップＳ１３に進む。
【００３５】
ステップＳ１３では、燃料カット条件が成立した後の経過時間ｔが所定時間Ｔ未満であるか否かを判定する。燃料カット条件が成立した後の経過時間ｔが所定時間Ｔ未満である場合は、ステップＳ１４に進む。一方、燃料カット条件が成立した後の経過時間ｔが所定時間Ｔ以上である場合は、ステップＳ１６に進む。
【００３６】
ステップＳ１４では、燃料供給量を所定量減少させる制御を行う。すなわち、所定量減少させた後の燃料供給量に対応する燃料噴射信号ｐを燃料噴射弁５に出力する。その後、ステップＳ１５に進む。
【００３７】
ステップＳ１５では、プラズマを生成させるべくマイクロ波を照射する制御を行う。すなわち、高圧交流発生装置１１に対して高圧交流発生信号ｎを出力する。ここで本実施形態では、エンジン１００の運転状態に応じて燃焼をより安定させるべく、このプログラムによる制御を開始する以前より多くのプラズマを生成させる、すなわち高圧交流発生装置１１の出力を増大させるようにしている。そして、ステップＳ１３に戻る。
【００３８】
ステップＳ１６では、燃料カットを行う。その後ステップＳ１７に進む。
【００３９】
ステップＳ１７では、プラズマを生成させるためのマイクロ波照射を中止する制御を行う。すなわち、高圧交流発生装置１１に対する高圧交流発生信号ｎの出力を中止する。そして、このプログラムを終了する。
【００４０】
すなわち、燃料カット条件が成立した際には、まずエンジン回転数に基づき所定時間Ｔを決定すべく、ステップＳ１１→Ｓ１２の制御を順次行う。
【００４１】
次いで、燃料カット条件が成立した後の経過時間ｔが所定時間Ｔ未満である場合は、ステップＳ１３→Ｓ１４→Ｓ１５の制御を順次行う。すなわち、燃料供給量を漸次減少させつつ、プラズマは生成させ続ける。その後、ステップＳ１３に戻る。
【００４２】
一方、燃料カット条件が成立した後の経過時間ｔが所定時間Ｔに達した場合は、ステップＳ１３→Ｓ１６→Ｓ１７の制御を順次行う。すなわち、燃料の供給及びプラズマの生成を中止する。
【００４３】
以上に述べたように、本実施形態に係るエンジン１００の制御方法を採用すれば、前記第一実施形態におけるエンジン１００の制御方法と同様に、燃料の供給を中断する間はプラズマの生成を中止するので、プラズマ雰囲気中の電子と酸素分子とが衝突することによる酸素分子の解離を抑制できる。すなわち、燃焼室内にオゾンが発生することを抑制できる。従って、発生したオゾンや、オゾンとの反応により生成するラジカルにより点火プラグ８や燃焼室７の表面が酸化する不具合の発生を抑制できる効果が同様に得られる。
【００４４】
加えて、本実施形態に係るエンジン１００の制御方法によれば、燃料カット条件が成立した後の経過時間ｔが所定時間Ｔに達するまでの間は燃料噴射量を減少させつつプラズマを生成させて点火を行い、燃焼の安定を図ることにより、出力トルクの低下によるショックが発生しない領域まで失火限界を低下させることができ、従ってエンジンの失火防止と前記ショックの発生の防止を同時に図ることができる効果も得られる。
【００４５】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。
【００４６】
例えば、前述した本発明の第二実施形態において、燃料カット条件が成立した後、燃料の供給を停止するまでの所定時間は、エンジン回転数以外のパラメータ、例えば、ＩＳＣ量、ギアの減速比、スロットルバルブが全閉状態となる直前のスロットルバルブの開度等に基づき決定してもよい。
【００４７】
また、高周波発生源としては、上述のようなマグネトロン以外にも、進行波管等であってもよく、さらには半導体によるマイクロ波発振回路を備えるものであってもよい。
【００４８】
加えて、上述した実施形態においては、ビーム型のアンテナを説明したが、モノポール型のアンテナであってもよい。
【００４９】
さらには、点火プラグ８の中心電極をアンテナとして機能させて、高周波給電部とするものであってもよい。この場合、高周波を一定の電圧で中心電極に継続して印加すると、中心電極の温度が過剰に上昇するため、中心電極の耐熱温度に基づいて設定する上限温度を下回るように、高周波の電圧を制御するものである。
【００５０】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一実施形態の概略構成を示す構成説明図。
【図２】同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。
【図３】本発明の第二実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５２】
１００…エンジン
５…燃料噴射弁
６…制御装置
８…点火プラグ
９…アンテナ
１５…マグネトロン
【図１】
2010096163.tif 000003
【図２】
2010096163.tif 000004
【図３】
2010096163.tif 000005