(57)【要約】【課題】火炎伝播速度を適応的に制御すること。【解決手段】エンジン１２は、燃焼室１６内の燃料ガスに点火する点火プラグ３２と、燃焼室１６に設けられた電極４４とを備える。電圧判定回路５０に設けられたコンパレータは、電極４４への印加電圧に対応する電圧を燃焼時期において基準電圧と比較し、ＥＣＵ６０は比較結果に基づいて印加電圧の極性を変更する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の燃料ガスに点火する点火プラグと前記燃焼室に設けられた電極とを備える内燃機関の制御装置であって、
前記電極への印加電圧の極性を燃焼時期の途中で反転させるようにした、制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃焼室に設けられた点火プラグとの間に電界を印加するための電極を備える、制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制動装置の一例が、特許文献１に開示されている。この文献によれば、燃焼室内における火炎の存在が検知されると、約６ｋＶの電圧が伝導体部材に供給され、燃焼室内の火炎に電界が印加される。火炎内の正イオンは、電界のクーロン力によって陰極に向って移動し、火炎内の他の化学種と衝突する。火炎伝播速度は、当該衝突によって発生した運動エネルギによって増加する。この結果、燃焼効率の向上とノッキングの防止とが図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７９４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火炎伝播速度の最適値は、車両の走行状態ないし内燃機関の稼働状態によって異なるところ、火炎伝播速度を如何にして適応的に制御するかは、特許文献１には何ら開示されていない。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、火炎伝播速度を適応的に制御することができる、内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室内の燃料ガスに点火する点火プラグと燃焼室に設けられた電極とを備える内燃機関の制御装置であって、電極への印加電圧の極性を燃焼時期の途中で反転させるようにした、制御装置である。
【発明の効果】
【０００７】
燃焼室の内壁面と電極の間に発生する電界の方向は、燃焼室の内壁面の電圧つまりＧＮＤ電圧と電極への印加電圧との大小関係に依存する。また、火炎内のイオンの多くは正極性を示す。これを踏まえて、電極への印加電圧の極性は、燃焼時期の途中で反転される。これによって、火炎伝播速度を適応的に制御することができる。
【０００８】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この実施例の車両の構成の一部を示す図解図である。
【図２】気筒の頭部周辺の構成の一例を示す図解図である。
【図３】図２に示す電圧判定回路の構成の一例を示す回路図である。
【図４】図３に示す電圧判定回路の動作の一部を示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照して、この実施例の車両１０は、３つの気筒１４が吸気行程，圧縮行程，燃焼・膨張行程および排気行程の４行程を繰り返す３気筒エンジン（内燃機関）１２を動力源として備える。吸気管２８は、各気筒１４の上流の位置で３つに分岐する。一方、排気管３０は、各気筒１４の下流の位置で３つから１つに集約される。各気筒１４に設けられた燃焼室１６は、吸気管２８および排気管３０と連通する。ただし、吸気管２８の開口と燃焼室１６との間には吸気バルブ１８が設けられ、排気管３０の開口と燃焼室１６との間には排気バルブ２０が設けられる。
【００１１】
吸気管２８の分岐点には、空気流量を平準化するためのサージタンク３８が設けられる。サージタンク３８よりも上流の位置には、バルブモータ３４によって開度が調整される単一のスロットルバルブ３６が設けられる。サージタンク３８よりも下流の位置には、吸気管２８に向けて燃料を噴射するべく各気筒１４に割り当てられたインジェクタ（燃料噴射装置）４０が設けられる。
【００１２】
吸気行程では、ＥＣＵ４２の指示によってインジェクタ４０から燃料が噴射される。噴射された燃料は吸入空気と混合され、これによって混合気（燃料ガス）が生成される。吸気行程ではまた、吸気バルブ１８が開かれ、ピストン２２が降下する。これによって、混合気が燃焼室１６に吸い込まれる。
【００１３】
圧縮行程では、吸気バルブ１８が閉じられ、ピストン２２が上昇する。燃焼室１６に吸い込まれた混合気は、ピストン２２によって圧縮される。点火プラグ３２は、ＥＣＵ４２の指示によって、圧縮行程の終了間際に点火される。
【００１４】
燃焼・膨張行程では、点火プラグ３２の点火によって混合気が燃焼され、かつ膨張する。ピストン２２は、混合気の燃焼・膨張によって降下する。排気行程では、排気バルブ２０が開かれ、ピストン２２が上昇する。これによって、燃焼ガスが燃焼室１６から排出される。
【００１５】
ピストン２２は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２６と結合され、クランクシャフト２６は、ピストン２２の上下動に伴って回転する。クランクシャフト２６の回転力はドライブシャフト（図示せず）に伝達され、これによって車両１０が前進または後退する。
【００１６】
図２を参照して、各気筒１４の頭部には、電極４４が挿入される。電極４４は、導電体４４ａとこれを覆う絶縁体４４ｂとによって構成され、電極４４の先端は点火プラグ３２に向かって屈曲される。
【００１７】
電圧判定回路５０は、電極４４への印加電圧Ｖｅｌｃ（後述）に対応する電圧Ｖｉｎ（後述）を燃焼時期において基準電圧Ｖｒｅｆ（後述）と比較し、比較結果をＥＣＵ４２に与える。ＥＣＵ４２は、電圧判定回路５０とともに制御装置をなし、電圧判定回路５０から与えられた比較結果に基づいて、燃焼時期の途中で印加電圧Ｖｅｌｃの極性を変更する。具体的には、電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆを上回った時点で、印加電圧Ｖｅｌｃの極性を反転させる。
【００１８】
電極４４と気筒１４の内壁面との間に発生する電界の方向は、電極４４への印加電圧Ｖｅｌｃと気筒１４の内壁面の電圧（ＧＮＤ電圧）との大小関係に依存する。また、点火プラグ３２の点火によって生じた火炎には、正極性のイオンが多く含まれる。したがって、燃焼時期つまり火炎が燃焼室１６内で広がる時期においては、電圧Ｖｉｎが火炎内の正極性のイオンの影響で変化する。
【００１９】
これを踏まえて、この実施例では、燃焼時期において電圧Ｖｉｎを基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、比較結果に応じて電極４４への印加電圧Ｖｅｌｃの極性を反転させるようにしている。印加電圧Ｖｅｌｃの極性を反転させることで、火炎に含まれる正極性のイオンに対して働く力も反転される。これによって、火炎伝播速度が適応的に制御される。
【００２０】
電圧判定回路５０は、図３に示すように構成される。トランス５２は、１次コイルＬ１および２次コイルＬ２によって構成される。１次コイルＬ１の一方端子は直流電源Ｅ１のプラス端子に接続され、直流電源Ｅ１のマイナス端子はＧＮＤと接続される。１次コイルＬ１の他方端子は、ＥＣＵ４２によってオン／オフされるスイッチＳＷ１を介してＧＮＤと接続される。２次コイルＬ２の一方端子は、端子Ｔ１と接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介してＧＮＤと接続される。端子Ｔ１は電極４４と接続され、抵抗Ｒ１の他方端子はＧＮＤと接続される。
【００２１】
コンパレータ５４としては、例えば新日本無線株式会社製の“ＮＪＭ３１１”が採用される。コンパレータ５４の１番端子はＧＮＤと接続され、コンパレータ５４の８番端子はキャパシタＣ１を介してＧＮＤと接続され、コンパレータ５４の４番端子はキャパシタＣ２を介してＧＮＤと接続される。また、８番端子には電圧Ｖ＋が印加され、４番端子には電圧Ｖ−が印加される。さらに、コンパレータ５４の出力端子は、端子Ｔ２と接続される。端子Ｔ２には、抵抗Ｒ２を介して電源電圧Ｖｃｃが印加される。
【００２２】
コンパレータ５４の２番端子（プラス入力端子）には、基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。一方、コンパレータ５４の３番端子（マイナス入力端子）には、抵抗Ｒ１の端子電圧（上述の電圧Ｖｉｎであり、電極４４への印加電圧Ｖｅｌｃに対応）が印加される。コンパレータ５４は、電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆ以下のときＨレベルの電圧を出力し、電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆを上回るときＬレベルの電圧を出力する。コンパレータ５４の出力電圧には電源電圧Ｖｃｃに対応する電圧が重畳され、これによって生成された電圧Ｖｏｕｔが端子Ｔ２から出力される。
【００２３】
図４を参照して、スイッチＳＷ１は、点火プラグ３２が点火される直前にオンされ、点火プラグ３２の点火と同時にオフされる。１次コイルＬ１の端子電圧は、スイッチＳＷ１のオンによって急激に増大し、スイッチＳＷ１のオフによって急激に低下する。スイッチＳＷ１がオフされることで、電圧Ｖｉｎは、燃焼時期の冒頭で一時的に増大する。
【００２４】
ただし、コンパレータ５４は、１次コイルＬ１の端子電圧が低下する時期に、上述した比較動作を実行する。したがって、燃焼時期の冒頭における電圧Ｖｉｎの増大に関わらず、コンパレータ５４の出力はＨレベルを維持し、端子Ｔ２から出力される電圧ＶｏｕｔもまたＨレベル（＝Ｖｃｃ）を維持する。
【００２５】
火炎には正極性のイオンが含まれるため、燃焼が始まると、燃焼室１６の内壁面と電極４４との間で自然放電が行われる。また、印加電圧Ｖｅｌｃの極性は、スイッチＳＷ１がオン状態からオフ状態に遷移するタイミングで、ＥＣＵ４２によって正極に設定される。したがって、火炎に含まれる正極性のイオンには、電極４４による斥力が働く。火炎が電極４４に到達すると、電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆを上回り、コンパレータ５４の出力がＨレベルからＬレベルに立ち下がる。この結果、端子Ｔ２から出力される電圧ＶｏｕｔもまたＨレベルからＬレベルに立ち下がる。
【００２６】
ＥＣＵ４２は、電圧Ｖｏｕｔの立ち下がりに応答して、電極４４への印加電圧Ｖｅｌｃの極性を負極に変更する。この結果、火炎に含まれる正極性のイオンには、電極４４による引力が働く。端子Ｔ１は抵抗Ｒ１を介してＧＮＤに接続されているため（短絡されているため）、燃焼時期が終了すると、電極４４への印加電圧Ｖｅｌｃは０Ｖに収束する。
【００２７】
印加電圧Ｖｅｌｃの極性を負極に設定したままでは、次回の燃焼時期の冒頭で印加電圧Ｖｅｌｃの極性を正極に設定するために、余計なエネルギが必要になる。このようなエネルギの浪費は、抵抗Ｒ１を介して端子Ｔ１を短絡させることで回避される。
【００２８】
以上の説明から分かるように、エンジン１２は、燃焼室１６内の燃料ガスに点火する点火プラグ３２と、燃焼室１６に設けられた電極４４とを備える。コンパレータ５４は、電極４４への印加電圧Ｖｅｌｅｃに対応する電圧Ｖｉｎを燃焼時期において基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。ＥＣＵ６０は、比較結果に基づいて、燃焼時期の途中で印加電圧ｖｅｌｃの極性を反転させる。印加電圧ｖｅｌｃの極性は火炎の位置に応じて反転され、これによって火炎伝播速度の適応的な制御ひいては失火やノッキングの回避が可能となる。この結果、エンジン性能の向上が図られる。
【００２９】
なお、この実施例では、燃焼時期の冒頭で印加電圧Ｖｅｌｃの極性を正極に設定し、燃焼時期の途中で当該極性を負極に反転させるようにしている。しかし、これに代えて、燃焼時期の冒頭で印加電圧Ｖｅｌｃの極性を負極に設定し、燃焼時期の途中で当該極性を正極に反転させるようにしてもよい。
【００３０】
また、この実施例では、図３に示す電圧判定回路５０によって印加電圧Ｖｅｌｃの極性の反転時期を特定するようにしている。しかし、電圧判定回路５０の代わりに、車両１０の運転状態に応じて異なる複数のマップをＥＣＵ４２に設け、当該マップを参照して極性の反転時期を特定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０  …車両
１２  …エンジン
１４  …気筒
１８  …吸気バルブ
２０  …排気バルブ
２２  …ピストン
３２  …点火プラグ
４０  …インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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