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JP6982761B2 - Engine combustion control method and combustion control device - Google Patents

Engine combustion control method and combustion control device Download PDF

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JP6982761B2 JP2018097342A JP2018097342A JP6982761B2 JP 6982761 B2 JP6982761 B2 JP 6982761B2 JP 2018097342 A JP2018097342 A JP 2018097342A JP 2018097342 A JP2018097342 A JP 2018097342A JP 6982761 B2 JP6982761 B2 JP 6982761B2
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圭佑 沖濱
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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

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、例えば、エンジンのリーン燃焼時のように、燃焼のきっかけとなる火炎核が形成されにくく、また、火炎伝播しづらいような運転状態では、エンジンの燃焼安定性が低下することがある。これに対して、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して放電させると、燃焼室内での燃料の燃焼を促進する物質が生成され、エンジンの燃焼安定性が向上することが分かった。 By the way, for example, in an operating state in which a flame nucleus that triggers combustion is difficult to form and flame propagation is difficult, such as during lean combustion of an engine, the combustion stability of the engine may decrease. On the other hand, as a result of diligent research by the present inventors, when a voltage is applied between the electrodes of the plasma generating means so that a non-equilibrium plasma is generated in the combustion chamber and discharged, the fuel burns in the combustion chamber. It has been found that promoting substances are produced and the combustion stability of the engine is improved.

特許文献1に記載のものでは、非平衡プラズマを生じさせてはいるものの、燃焼室内での燃料の燃焼に利用することが全く開示されていない。このため、非平衡プラズマを利用して、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。 Although the non-equilibrium plasma is generated in the one described in Patent Document 1, it is not disclosed at all that it is used for combustion of fuel in a combustion chamber. Therefore, there is room for improvement from the viewpoint of improving the combustion stability of the engine by utilizing the non-equilibrium plasma.

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、非平衡プラズマを適切に利用して、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 the purpose thereof is to improve the combustion stability of the engine by appropriately utilizing the non-equilibrium plasma.

上記課題を解決するために、ここに開示された技術では、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の各工程がこの順で繰り返される燃焼室を有するエンジン本体と、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、上記排気行程で上記燃焼室内から排出された排気を、該燃焼室内に還流させる排気還流手段とを備え、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の燃焼制御方法を対象にして、少なくとも上記圧縮行程において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、第1パルス電圧を印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する非平衡プラズマ生成工程と、上記非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、第2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工程と、を含み、上記非平衡プラズマ生成工程において、上記第1パルス電圧の印加開始時期及び印加終了時期は、上記燃焼室内の混合気におけるガスと燃料との比であるG/F、及び上記燃焼室内の全ガス量に対する該ガス中の排気の量の比であるEGR率の少なくとも一方に基づいて算出される一方、上記第1パルス電圧のピーク電圧は、上記圧縮行程における筒内圧に基づいて設定される、ものとした。 In order to solve the above problems, in the technique disclosed here, each process of the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke and the exhaust stroke is repeated in this order so as to face the engine body having a combustion chamber and the combustion chamber. A plasma generating means for generating plasma in the combustion chamber by discharging by applying a voltage between the electrodes, a fuel supply means for supplying fuel to the combustion chamber, and discharging from the combustion chamber in the exhaust stroke. A combustion control method for an engine, which is provided with an exhaust / recirculation means for recirculating the exhausted exhaust into the combustion chamber and in which an air-fuel mixture formed by the fuel supplied by the fuel supply means is burned in the combustion chamber, is targeted. At least in the compression stroke, the non-equilibrium plasma generation step of generating non-equilibrium plasma by applying a first pulse voltage between the electrodes of the plasma generation means to discharge the non-equilibrium plasma, and the end of the non-equilibrium plasma generation step. immediately after, between the electrodes of the plasma generating means, by discharging by applying a second pulse voltage, and thermal equilibrium plasma generating step of generating a thermal plasma, only contains, in the non-equilibrium plasma generating step, the The application start timing and application end timing of the first pulse voltage are the G / F which is the ratio of the gas and the fuel in the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the amount of exhaust gas in the gas with respect to the total gas amount in the combustion chamber. It is assumed that the peak voltage of the first pulse voltage is set based on the in-cylinder pressure in the compression stroke, while it is calculated based on at least one of the EGR ratio which is the ratio .

この構成によると、少なくとも圧縮行程において非平衡プラズマを生じさせることで、燃焼室内に燃料の燃焼を促進する物質(以下、活性種という)が生成される。これにより、熱平衡プラズマを生じさせたときに、火炎核が形成されやすくなる。また、上記活性種が燃焼室内に拡散していれば、上記火炎核から火炎が伝播しやすくなる。これにより、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 non-equilibrium plasma at least in the compression stroke, a substance (hereinafter referred to as an active species) that promotes combustion of fuel is generated in the combustion chamber. This facilitates the formation of flame nuclei when a thermal equilibrium plasma is generated. Further, if the active species is diffused in the combustion chamber, the flame can easily propagate from the flame nucleus. This makes it possible 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所定値以上かつ該第1所定値よりも大きい第2所定値未満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2所定値以上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 equal to or larger than the first predetermined value and smaller than the second predetermined value, which is larger than the first predetermined value and is less than the second predetermined value. The pulse voltage is a pulse voltage having a pulse width equal to or larger than the second 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、上記非平衡プラズマ生成工程は、上記G/Fが16以上となる運転状態であるときに実行する工程であってもよい。 In the combustion control method of the engine, the non-equilibrium plasma generation step may be a step to be executed when the G / F is 16 or more in the operating state.

すなわち、G/Fが16以上となる運転状態では、リーンな状態であるため、エンジンの燃焼安定性が低下しやすい。このため、G/Fが16以上の運転状態において非平衡プラズマ生成工程を実行することによって、エンジンの燃焼安定性を向上させるという効果を適切に発揮することができる。 That is, in the operating state where the G / F is 16 or more, since it is in a lean state, the combustion stability of the engine tends to decrease. Therefore, by executing the non-equilibrium plasma generation step in an operating state where the G / F is 16 or more, the effect of improving the combustion stability of the engine can be appropriately exhibited.

上記エンジンの燃焼制御方法において、記非平衡プラズマ生成工程は、上記EGR率が20%以上となる運転状態であるときに実行する工程であってもよい。 The combustion control method for the engine, the upper Symbol non-equilibrium plasma generation step may be a step to be executed when a driving state where the EGR rate is 20% or more.

すなわち、EGR率が20%以上となる運転状態では、燃焼室内の酸素濃度がかなり低いため、エンジンの燃焼安定性が低下しやすい。このため、EGR率が20%以上となる運転状態において非平衡プラズマ生成工程と熱平衡プラズマ生成工程とを実行することによって、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, in an operating state where the EGR rate is 20% or more, the oxygen concentration in the combustion chamber is considerably low, so that the combustion stability of the engine tends to decrease. Therefore, by executing the non-equilibrium plasma generation step and the thermal equilibrium plasma generation step in the operating state where the EGR rate is 20% or more, the effect of improving the combustion stability of the engine can be more appropriately exhibited. ..

上記エンジンの燃焼制御方法において、上記非平衡プラズマ生成工程を実行する期間は、上記熱平衡プラズマ生成工程を実行する期間よりも長くてもよい。 In the combustion control method of the engine, the period for executing the non-equilibrium plasma generation step may be longer than the period for executing the thermal equilibrium plasma generation step.

この構成によると、非平衡プラズマ生成工程において、燃焼室内に出来る限り多くの上記活性種を生成することができるため、熱平衡プラズマ生成工程を実行した際の混合気の燃焼がスムーズに進行する。よって、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, in the non-equilibrium plasma generation step, as many active species as possible can be generated in the combustion chamber, so that the combustion of the air-fuel mixture when the thermal equilibrium plasma generation step is executed proceeds smoothly. Therefore, 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、上記非平衡プラズマ生成工程は、少なくとも、上記圧縮行程後期でかつ上記燃料供給手段による燃料の供給後に実行する工程であり、上記非平衡プラズマ生成工程を実行する期間の長さは、上記圧縮行程が実行される期間の1/4以上の長さであってもよい。 In the combustion control method of the engine, the non-equilibrium plasma generation step is at least a step executed at the latter stage of the compression stroke and after the fuel is supplied by the fuel supply means, and is a period during which the non-equilibrium plasma generation step is executed. The length may be 1/4 or more of the period during which the compression stroke is executed.

この構成によると、圧縮行程プラズマ生成手段の電極周辺に、燃料と吸気との混合気が存在するようになり、非平衡プラズマ生成工程で生成される上記活性種によって、プラズマ生成手段の電極周辺において、局所的な低温酸化反応が発生する。これにより、プラズマ生成手段の電極周辺の温度が高くなるため、熱平衡プラズマ生成工程により熱平衡プラズマを生成した際に、火炎核が形成されやすくなる。この結果、エンジンの燃焼安定性がより一層向上される。 According to this configuration, a mixture of fuel and intake air becomes present around the electrode of the compression stroke plasma generation means, and the active species generated in the non-equilibrium plasma generation step causes the plasma generation means to be around the electrode. , Local low temperature oxidation reaction occurs. As a result, the temperature around the electrodes of the plasma generating means becomes high, so that flame nuclei are likely to be formed when the thermal equilibrium plasma is generated by the thermal equilibrium plasma generation step. As a result, the combustion stability of the engine is further improved.

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、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の各工程がこの順で繰り返される燃焼室を有するエンジン本体と、上記燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段と、上記排気行程で上記燃焼室内から排出された排気を、該燃焼室内に還流させる排気還流手段とを備え、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及び上記燃料供給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、少なくとも上記圧縮行程において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、第1パルス電圧を印加して放電させることで、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とともに、上記非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、第2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とを実行するように構成されており、上記非平衡プラズマ生成制御において、上記第1パルス電圧の印加開始時期及び印加終了時期は、上記燃焼室内の混合気におけるガスと燃料との比であるG/F、及び上記燃焼室内の全ガス量に対する該ガス中の排気の量の比であるEGR率の少なくとも一方に基づいて算出される一方、上記第1パルス電圧のピーク電圧は、上記圧縮行程における筒内圧に基づいて設定される、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, the engine body has a combustion chamber in which each step of the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke is repeated in this order, the fuel supply means for supplying fuel to the combustion chamber, and the exhaust stroke. An engine combustion control device including an exhaust / recirculation means for recirculating the exhaust discharged from the combustion chamber to the combustion chamber, and burning an air-fuel mixture formed by the fuel supplied by the fuel supply means in the combustion chamber. The operation of the plasma generation means, the plasma generation means, and the fuel supply means, which are arranged so as to face the combustion chamber and generate plasma in the combustion chamber by discharging by applying a voltage between the electrodes. The control means further includes a control means for controlling, and the control means generates a non-equilibrium plasma by applying a first pulse voltage between the electrodes of the plasma generation means and discharging the gas at least in the compression stroke. A thermal equilibrium plasma that generates a thermal equilibrium plasma by executing the equilibrium plasma generation control and applying a second pulse voltage between the electrodes of the plasma generation means to discharge the non-equilibrium plasma immediately after the end of the non-equilibrium plasma generation control. It is configured to execute the generation control, and in the non-equilibrium plasma generation control, the application start timing and the application end timing of the first pulse voltage are the ratio of the gas and the fuel in the air-fuel mixture in the combustion chamber. The peak voltage of the first pulse voltage is the compression, while it is calculated based on at least one of the G / F and the EGR ratio, which is the ratio of the amount of exhaust gas in the gas to the total amount of gas in the combustion chamber. It is assumed that it is set based on the in-cylinder pressure in the stroke.

この構成でも、燃焼室内に上記活性種が生成されるため、熱平衡プラズマを生じさせたときに、火炎核が形成されやすくなる。また、上記活性種が燃焼室内に拡散していれば、上記火炎核から火炎が伝播しやすくなる。これにより、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, since the active species are generated in the combustion chamber, flame nuclei are likely to be formed when a thermal equilibrium plasma is generated. Further, if the active species is diffused in the combustion chamber, the flame can easily propagate from the flame nucleus. This makes it possible to improve the combustion stability of the engine.

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所定値以上かつ該第1所定値よりも大きい第2所定値未満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2所定値以上となるようなパルス電圧である。 In one embodiment of the combustion control device of the engine, the first pulse voltage is a pulse voltage having a pulse width of not less than the first predetermined value and larger than the first predetermined value and less than the second predetermined value. The pulse voltage is a pulse voltage such that the pulse width is equal to or larger than the second 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、上記エンジンの運転状態が、上記G/Fが16以上となる運転状態であるときに、上記非平衡プラズマ生成制御を実行させ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 is configured to execute the non-equilibrium plasma generation control when the operating state of the engine is an operating state in which the G / F is 16 or more. You may.

すなわち、G/Fが16以上となる運転状態ではエンジンの燃焼安定性が低下しやすいため、上記の構成によると、エンジンの燃焼安定性を向上させるという効果を適切に発揮することができる。 That is, since the combustion stability of the engine tends to decrease in the operating state where the G / F is 16 or more, the effect of improving the combustion stability of the engine can be appropriately exhibited according to the above configuration.

上記エンジンの燃焼制御装置において、記制御手段は、上記エンジンの運転状態が、上記EGR率が20%以上となる運転状態であるときに、上記非平衡プラズマ生成制御を実行させるように構成されていてもよい。 The combustion control apparatus of the engine, the control written above means, the operating state of the engine when in operation state in which the EGR rate becomes 20% or more, is configured to perform the non-equilibrium plasma generation control May be.

すなわち、EGR率が20%以上となる運転状態では、エンジンの燃焼安定性が低下しやすいため、上記の構成によると、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, in an operating state where the EGR rate is 20% or more, the combustion stability of the engine tends to decrease. Therefore, according to the above configuration, the effect of improving the combustion stability of the engine can be more appropriately exhibited. ..

上記エンジンの燃焼制御装置において、上記制御手段は、上記非平衡プラズマ生成制御を実行する期間を、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行する期間よりも長く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 so that the period for executing the non-equilibrium plasma generation control is longer than the period for executing the thermal equilibrium plasma generation control.

この構成によると、非平衡プラズマ生成制御により、燃焼室内に出来る限り多くの上記活性種を生成することができるため、熱平衡プラズマ生成制御を実行した際の混合気の燃焼がスムーズに進行する。よって、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, the non-equilibrium plasma generation control can generate as many active species as possible in the combustion chamber, so that the combustion of the air-fuel mixture when the thermal equilibrium plasma generation control is executed proceeds smoothly. Therefore, 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、上記非平衡プラズマ生成制御を、少なくとも、上記圧縮行程後期でかつ上記燃料供給手段による燃料の供給後に実行させるとともに、該非平衡プラズマ生成制御を実行する期間の長さを、上記圧縮行程が実行される期間の1/4以上の長さに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 executes the non-balanced plasma generation control at least at the latter stage of the compression stroke and after the fuel is supplied by the fuel supply means, and also executes the non-balanced plasma generation control. The length of the period may be configured to be 1/4 or more of the period during which the compression stroke is executed.

この構成によると、非平衡プラズマ生成制御で生成される上記活性種によって、プラズマ生成手段の電極周辺において、局所的な低温酸化反応が発生する。これにより、プラズマ生成手段の電極周辺の温度が高くなるため、熱平衡プラズマ生成制御により熱平衡プラズマを生成した際に、火炎核が形成されやすくなる。この結果、エンジンの燃焼安定性がより一層向上される。 According to this configuration, the active species generated by the non-equilibrium plasma generation control causes a local low temperature oxidation reaction around the electrode of the plasma generation means. As a result, the temperature around the electrodes of the plasma generation means becomes high, so that flame nuclei are likely to be formed when the thermal equilibrium plasma is generated by the thermal equilibrium plasma generation control. As a result, the combustion stability of the engine is further improved.

上記エンジンの燃焼制御方法において、上記非平衡プラズマ生成工程において、上記G/Fが20以上、及びEGR率が30%以上の少なくとも一方を満たす運転状態のときには、上記第1パルス電圧は、上記吸気行程中に印加が開始されかつ上記圧縮行程後期に印加が終了される一方、上記G/Fが20以上、及びEGR率が30%以上の両方を満たさず、かつ、上記G/Fが16以上かつ20未満、及びEGR率が20%以上かつ30%未満の少なくとも一方を満たす運転状態のときには、上記第1パルス電圧は、上記圧縮行程前期に印加が開始されかつ上記圧縮行程後期に印加が終了される、という構成でもよい。In the combustion control method of the engine, in the non-equilibrium plasma generation step, when the G / F is 20 or more and the EGR ratio is at least 30% or more in an operating state, the first pulse voltage is the intake air. While the application is started during the stroke and the application is terminated in the latter half of the compression stroke, the G / F does not satisfy both 20 or more and the EGR ratio is 30% or more, and the G / F is 16 or more. When the operating state satisfies at least one of less than 20 and the EGR rate of 20% or more and less than 30%, the application of the first pulse voltage is started in the first half of the compression stroke and ends in the second half of the compression stroke. It may be configured to be done.

上記エンジンの燃焼制御装置において、上記非平衡プラズマ生成制御において、上記G/Fが20以上、及びEGR率が30%以上の少なくとも一方を満たす運転状態のときには、上記第1パルス電圧は、上記吸気行程中に印加が開始されかつ上記圧縮行程後期に印加が終了される一方、上記G/Fが20以上、及びEGR率が30%以上の両方を満たさず、かつ、上記G/Fが16以上かつ20未満、及びEGR率が20%以上かつ30%未満の少なくとも一方を満たす運転状態のときには、上記第1パルス電圧は、上記圧縮行程前期に印加が開始されかつ上記圧縮行程後期に印加が終了される、という構成でもよい。In the combustion control device of the engine, in the non-equilibrium plasma generation control, when the G / F is 20 or more and the EGR ratio is at least 30% or more in the operating state, the first pulse voltage is the intake air. While the application is started during the stroke and the application is terminated in the latter half of the compression stroke, the G / F does not satisfy both 20 or more and the EGR ratio is 30% or more, and the G / F is 16 or more. When the operating state satisfies at least one of less than 20 and the EGR rate of 20% or more and less than 30%, the application of the first pulse voltage is started in the first half of the compression stroke and ends in the second half of the compression stroke. It may be configured to be done.

以上説明したように、ここに開示された技術によると、少なくとも圧縮行程において、非平衡プラズマを生成することで、燃焼室内に燃料の燃焼を促進する物質を生成することができる。そして、その後に、熱平衡プラズマを生成することで、上記物質を利用して火炎核を容易に形成することができる。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。 As described above, according to the technique disclosed herein, by generating non-equilibrium plasma at least in the compression stroke, it is possible to generate a substance that promotes the combustion of fuel in the combustion chamber. Then, by generating a thermal equilibrium plasma after that, a flame nucleus can be easily formed by utilizing the above-mentioned substance. As a result, the combustion stability of the engine can be improved.

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. 非平衡プラズマ生成制御を伴わない燃焼制御を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the combustion control which does not accompany the non-equilibrium plasma generation control. 非平衡プラズマ生成制御を伴う燃焼制御を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the combustion control with the non-equilibrium plasma generation control. 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. 非平衡プラズマの生成開始時期及び生成期間、並びに、熱平衡プラズマの生成開始時期を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the generation start time and the generation period of a non-equilibrium plasma, and the generation start time of 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. 燃焼室内での熱発生率の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the heat generation rate in a combustion chamber.

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 composed of the lower surface of the cylinder head 4 has a triangular roof shape composed of two inclined surfaces on the intake side and the 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1では、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 first form, it is set to 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 (spray 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 has 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.

〈燃焼制御〉
以下、図4〜9を参照しながら、本実施形態における燃焼制御について説明する。
<Combustion control>
Hereinafter, the combustion control in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 9.

本実施形態では、PCM100は、エンジン1の運転状態及び燃焼室6内の状態に応じて、燃焼形態を異ならせるように、放電プラグ13等を制御している。図4及び図5には、PCM100による燃焼制御の一例をそれぞれ示す。図4及び図5には、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。吸気行程は−360°〜−180°の期間であり、圧縮行程は、−180°〜0°の期間である。 In the present embodiment, the PCM 100 controls the discharge plug 13 and the like so as to make the combustion mode different according to the operating state of the engine 1 and the state in the combustion chamber 6. 4 and 5 show an example of combustion control by the PCM 100, respectively. In FIGS. 4 and 5, 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 (compression top dead center) is shown. (Time later than the point) is represented by a plus. The intake stroke is a period of -360 ° to −180 °, and the compression stroke is a period of −180 ° to 0 °.

図4は、エンジン1の燃焼安定性が低下するおそれが低いときの燃焼制御であって、例えば、エンジン負荷が所定負荷以上の高負荷であるときの燃焼制御の一例である。図4に示すように、例えば、エンジン1が高負荷領域にあるときには、PCM100は、吸気行程中に燃焼室6内にインジェクタ14により燃料を噴射させた後、圧縮行程における圧縮上死点の直前に、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パルス電圧を印加して、電極13a,13b間で放電させて、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。尚、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。 FIG. 4 shows combustion control when the possibility that the combustion stability of the engine 1 is low is low, and is, for example, an example of combustion control when the engine load is a high load equal to or higher than a predetermined load. As shown in FIG. 4, for example, when the engine 1 is in the high load region, the PCM 100 injects fuel into the combustion chamber 6 by the injector 14 during the intake stroke, and then immediately before the compression top dead point in the compression stroke. Thermal equilibrium plasma generation control that generates thermal equilibrium plasma by applying a pulse voltage between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 so as to generate thermal equilibrium plasma in the combustion chamber 6 and discharging between the electrodes 13a and 13b. To execute. 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. ..

エンジン1が高負荷領域にあるときには、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、理論空燃比である14.7付近か該理論空燃比よりも小さくなる程度に燃料が噴射される。また、多くの量の燃料を燃焼室6内で燃焼させるために、出来る限り多くの新気が燃焼室6内に導入される。このため、エンジン1が高負荷領域にあるときには、EGRガスはあまり供給されず、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率が小さい。これらのことから、エンジン1が高負荷領域にあるときには、燃焼室6内の混合気が着火しやすい。このため、図4に示すように、圧縮行程における圧縮上死点の直前に熱平衡プラズマを発生させるだけでも、放電プラグ13の電極13a,13bの周りに火炎核を形成することができ、燃焼室6内の混合気に着火させることができる。 When the engine 1 is in the high load region, the G / F, which is the mass ratio of gas and fuel in the air-fuel mixture in the combustion chamber 6, is around 14.7, which is the stoichiometric air-fuel ratio, or smaller than the stoichiometric air-fuel ratio. Fuel is injected to the extent. Also, as much fresh air as possible is introduced into the combustion chamber 6 in order to burn a large amount of fuel in the combustion chamber 6. Therefore, when the engine 1 is in the high load region, the EGR gas is not supplied so much, and the EGR ratio, which is the ratio of the amount of EGR gas (exhaust gas) in the gas to the total amount of gas in the combustion chamber 6, is small. From these facts, when the engine 1 is in the high load region, the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is likely to ignite. Therefore, as shown in FIG. 4, a flame nucleus can be formed around the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 just by generating the thermal equilibrium plasma immediately before the compression top dead center in the compression stroke, and the combustion chamber can be formed. The air-fuel mixture in 6 can be ignited.

一方で、図5は、エンジン1の燃焼安定性が低下するおそれが高いときの燃焼制御であって、例えば、エンジン負荷が上記所定負荷未満の低負荷である時の燃焼制御の一例である。図5に示すように、例えば、エンジン1が低負荷領域にあるときには、PCM100は、吸気行程中に燃焼室6内にインジェクタ14により燃料を噴射させた後、圧縮行程において、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パルス電圧を印加して、電極13a,13b間で放電させて、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。そして、PCM100は、非平衡プラズマ生成制御の終了直後に、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行する。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。 On the other hand, FIG. 5 is an example of combustion control when the combustion stability of the engine 1 is likely to deteriorate, for example, when the engine load is a low load less than the predetermined load. As shown in FIG. 5, for example, when the engine 1 is in the low load region, the PCM 100 injects fuel into the combustion chamber 6 by the injector 14 during the intake stroke, and then in the compression stroke, the electrode of the discharge plug 13 A pulse voltage is applied between the 13a and 13b so as to generate a non-balanced plasma in the combustion chamber 6, and the discharge is performed between the electrodes 13a and 13b to execute the non-balanced plasma generation control for generating the non-balanced plasma. Then, the PCM 100 executes the thermal equilibrium plasma generation control immediately after the end of the non-equilibrium plasma generation control. 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. ..

エンジン1が低負荷領域にあるときには、燃料の供給量が少ないことに加えて、EGRガスが多く導入されるため、G/Fが大きくなりやすい。また、G/F自体は、ある程度小さくても、EGR率が高くなりやすい。これらのことから、エンジン1が低負荷領域にあるときには、上記熱平衡プラズマ生成制御だけでは、燃焼室6内の混合気が着火しにくく、エンジン1の燃焼安定性が低下してしまうおそれがある。 When the engine 1 is in the low load region, the amount of fuel supplied is small and a large amount of EGR gas is introduced, so that the G / F tends to be large. Further, even if the G / F itself is small to some extent, the EGR rate tends to be high. From these facts, when the engine 1 is in the low load region, the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is difficult to ignite only by the thermal equilibrium plasma generation control, and the combustion stability of the engine 1 may be deteriorated.

このため、本実施形態では、PCM100は、エンジン1の燃焼安定性が低下するおそれが高い運転状態において、非平衡プラズマ生成制御を実行する。非平衡プラズマを生成することにより、燃焼室6内に燃料の燃焼を促進する物質(例えば、オゾン(O3)やOH。以下、活性種という)が生成される。上記活性種が生成されれば、図5に示すように、放電プラグ13の電極13a,13bの周囲において、局所的な低温酸化反応が発生する。低温酸化反応が発生することで、電極13a,13b周りの温度が上昇して、火炎核が形成されやすい状態になる。これにより、上記非平衡プラズマ生成制御の終了直後に、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行することで、図5に示すように、電極13a,13bの周囲に火炎核が形成される。そして、火炎核が形成された後は、図5に示すように、火炎が伝播して混合気に着火する。これにより、エンジン1の燃焼安定性が低下するおそれが高い運転状態であっても、該エンジン1の燃焼安定性を向上させることができる。尚、「非平衡プラズマ生成制御の終了直後」とは、終了と同時を含み、上記非平衡プラズマ生成制御の終了直後、クランク角度で10°以内の期間のことをいう。 Therefore, in the present embodiment, the PCM 100 executes non-equilibrium plasma generation control in an operating state in which the combustion stability of the engine 1 is likely to deteriorate. By generating the non-equilibrium plasma, a substance (for example, ozone (O3) or OH, hereinafter referred to as an active species) that promotes the combustion of fuel is generated in the combustion chamber 6. When the active species is produced, a local low-temperature oxidation reaction occurs around the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13, as shown in FIG. When the low-temperature oxidation reaction occurs, the temperature around the electrodes 13a and 13b rises, and a flame nucleus is easily formed. As a result, by executing the thermal equilibrium plasma generation control immediately after the end of the non-equilibrium plasma generation control, flame nuclei are formed around the electrodes 13a and 13b as shown in FIG. Then, after the flame nucleus is formed, as shown in FIG. 5, the flame propagates and ignites the air-fuel mixture. As a result, the combustion stability of the engine 1 can be improved even in an operating state in which the combustion stability of the engine 1 is likely to decrease. The term "immediately after the end of the non-equilibrium plasma generation control" includes the period immediately after the end of the non-equilibrium plasma generation control and within 10 ° in the crank angle.

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、それぞれ生成することができる。図6〜図8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6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6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6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。 The non-equilibrium plasma and the thermal equilibrium plasma are generated according to the purpose by controlling the pulse voltage applied between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13, in particular, by controlling the pulse width of the pulse voltage. Can be done. 6 to 8 show the generation conditions of the non-equilibrium plasma and the thermal equilibrium plasma. The horizontal axis of FIG. 6 is the pulse width, which is shown on a logarithmic scale. On the other hand, the vertical axis of FIG. 6 is the peak value of the applied voltage and is shown on a logarithmic scale. As shown in FIG. 6, 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7に示すように、PCM100は、上記非平衡プラズマ生成制御においては、ピーク電圧が10kV、パルス幅が第1所定値以上かつ該第1所定値よりも大きい第2所定値未満の第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、上記非平衡プラズマ生成制御において、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6及び図7に示すように、第1所定値は、例えば、0.01μsecであり、第2所定値は、例えば、1μsecである。より具体的には、PCM100は、上記非平衡プラズマ生成制御において、基本的には、ピーク電圧が10kV、パルス幅が0.1μsec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。 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. 7, in the non-equilibrium plasma generation control, the PCM100 has a peak voltage of 10 kV, a pulse width of the first predetermined value or more, and a second predetermined value larger than the first predetermined value. A first pulse voltage of less than is applied between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13. Further, in the non-equilibrium plasma generation control, the PCM 100 repeatedly discharges the pulse voltage at a frequency of 100 kHz. As shown in FIGS. 6 and 7, the first predetermined value is, for example, 0.01 μsec, and the second predetermined value is, for example, 1 μsec. More specifically, in the non-equilibrium plasma generation control, the PCM 100 basically applies a first pulse voltage having a peak voltage of 10 kV and a pulse width of 0.1 μsec between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13. I try to let you.

一方で、図8に示すように、PCM100は、上記熱平衡プラズマ生成制御においては、ピーク電圧が10kV、パルス幅が上記第2所定値以上かつ第3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、上記熱平衡プラズマ生成制御において、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6及び図7に示すように、第3所定値は、例えば、5msecである。より具体的には、PCM100は、上記熱平衡プラズマ生成制御において、基本的には、ピーク電圧が10kV、パルス幅が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。尚、放電プラグ13の寿命を長くするという観点からは、第2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。 On the other hand, as shown in FIG. 8, in the thermal equilibrium plasma generation control, the PCM 100 discharges a second pulse voltage having a peak voltage of 10 kV and a pulse width of more than the second predetermined value and less than the third predetermined value. It is applied between the electrodes 13a and 13b of 13. Further, in the thermal equilibrium plasma generation control, 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. 6 and 7, the third predetermined value is, for example, 5 msec. More specifically, in the thermal equilibrium plasma generation control, the PCM 100 basically applies a second 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. ing. From the viewpoint of extending the life of the discharge plug 13, it is preferable to make the pulse width of the second pulse voltage as short as possible.

尚、上記非平衡プラズマ生成制御の第1パルス電圧及び上記熱平衡プラズマ生成制御の第2パルス電圧におけるピーク電圧は、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。すなわち、例えば、筒内圧が高いときには、電極13a,13b周辺に、ガスのイオンや分子が大量に存在し、電子の動きが制限される結果、非平衡プラズマ及び熱平衡プラズマが生成されにくいため、ピーク電圧を10kVよりも高くしてもよい。 The peak voltage in the first pulse voltage of the non-equilibrium plasma generation control and the second pulse voltage of the thermal equilibrium plasma generation control may be changed in the range of 1 kV or more and 30 kV or less based on the in-cylinder pressure or the like. That is, for example, when the in-cylinder pressure is high, a large amount of gas ions and molecules are present around the electrodes 13a and 13b, and as a result of limiting the movement of electrons, it is difficult to generate non-equilibrium plasma and thermal equilibrium plasma. The voltage may be higher than 10 kV.

本実施形態では、エンジン負荷が低負荷である運転状態の中でも、特に、エンジン1の燃焼安定性が低下しやすい運転状態、すなわち、G/Fが大きかったり、EGR率が高かったりするような運転状態において、上述した非平衡プラズマ生成制御を実行するようにしている。具体的には、G/Fが16以上、及び、EGR率が20%以上の少なくとも一方を満たすような運転状態において、非平衡プラズマ生成制御を実行する。より詳しくは、G/F及びEGR率の大きさに基づいて、上記非平衡プラズマ生成制御の開始時期及び継続期間を変更するようにしている。 In the present embodiment, even in an operating state in which the engine load is low, an operating state in which the combustion stability of the engine 1 tends to decrease, that is, an operation in which the G / F is large or the EGR rate is high. In the state, the above-mentioned non-equilibrium plasma generation control is executed. Specifically, the non-equilibrium plasma generation control is executed in an operating state in which the G / F is 16 or more and the EGR rate is 20% or more at least one of them. More specifically, the start time and duration of the non-equilibrium plasma generation control are changed based on the magnitudes of the G / F and the EGR ratio.

図9には、PCM100による、上記非平衡プラズマ生成制御の開始時期及び継続期間、並びに、上記熱平衡プラズマ生成制御の開始時期を示す。図9では、図4及び図5と同様に、図9(a),(b)共に、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。吸気行程は−360°〜−180°の期間であり、圧縮行程は、−180°〜0°の期間である。 FIG. 9 shows the start time and duration of the non-equilibrium plasma generation control by the PCM 100, and the start time of the thermal equilibrium plasma generation control. In FIG. 9, similarly to FIGS. 4 and 5, the crank angle of the compression top dead center is set to 0 ° in both FIGS. 9 (a) and 9 (b), whereas the advance angle side (from the compression top dead center). (Early period) is indicated by a minus, and the retard side (the period later than the compression top dead center) is indicated by a plus. The intake stroke is a period of -360 ° to −180 °, and the compression stroke is a period of −180 ° to 0 °.

図9の(a)は、G/Fが20以上、及び、EGR率が30%以上の少なくとも一方の条件を満たす運転状態(以下、第1運転状態という)における、上記非平衡プラズマ生成制御の開始時期及び継続期間、並びに、上記熱平衡プラズマ生成制御の開始時期を示す。上記第1運転状態では、エンジン1の燃焼安定性が低下する可能性がかなり高い。そのため、PCM100は、出来る限り長い期間の間、上記非平衡プラズマ生成制御を実行して、燃焼室6内に出来る限り多くの上記活性種を生成する。具体的には、図9(a)に示すように、PCM100は、吸気行程中(クランク角度で−360°〜−180°)に上記非平衡プラズマ生成制御(放電プラグ13による第1パルス電圧での放電)を開始する。PCM100は、上記非平衡プラズマ生成制御の開始から、少なくとも、圧縮行程における−45°までの期間に亘って、上記非平衡プラズマ生成制御を継続させる。そして、PCM100は、−45°〜5°の間に上記非平衡プラズマ生成制御を終了し、その終了直後に、上記熱平衡プラズマ生成制御(放電プラグ13による第2パルス電圧での放電)を開始する。PCM100は、上記熱平衡プラズマ生成制御を燃焼室6内での燃焼が確認されるまで継続する。PCM100は、燃焼室6内で燃焼が開始したか否かを、筒内圧センサSN6の検出結果により判断する。詳しくは、筒内圧センサSN6の検出結果が所定圧力以上になったときに、燃焼室6内で燃焼が開始したと判断する。 FIG. 9A shows the non-equilibrium plasma generation control in an operating state (hereinafter referred to as a first operating state) satisfying at least one of a G / F of 20 or more and an EGR rate of 30% or more. The start time and duration, and the start time of the thermal equilibrium plasma generation control are shown. In the first operating state, there is a high possibility that the combustion stability of the engine 1 will decrease. Therefore, the PCM 100 executes the non-equilibrium plasma generation control for as long as possible to generate as many active species as possible in the combustion chamber 6. Specifically, as shown in FIG. 9A, the PCM100 has the non-equilibrium plasma generation control (at the first pulse voltage by the discharge plug 13) during the intake stroke (-360 ° to −180 ° at the crank angle). Discharge) is started. The PCM 100 continues the non-equilibrium plasma generation control for a period from the start of the non-equilibrium plasma generation control to at least −45 ° in the compression stroke. Then, the PCM 100 ends the non-equilibrium plasma generation control between −45 ° and 5 °, and immediately after the end, starts the thermal equilibrium plasma generation control (discharge by the discharge plug 13 at the second pulse voltage). .. The PCM 100 continues the thermal equilibrium plasma generation control until combustion in the combustion chamber 6 is confirmed. The PCM 100 determines whether or not combustion has started in the combustion chamber 6 based on the detection result of the in-cylinder pressure sensor SN6. Specifically, when the detection result of the in-cylinder pressure sensor SN6 becomes a predetermined pressure or higher, it is determined that combustion has started in the combustion chamber 6.

上記第1運転状態においては、吸気行程中に上記非平衡プラズマ生成制御を開始しているが、その開始時期は、インジェクタ14による燃料噴射開始前であってもよく、インジェクタ14による燃料噴射開始後であってもよい。また、上記非平衡プラズマ生成制御の開始時期及び終了時期は、G/Fの値やEGR率によって変更してもよい。例えば、G/Fが大きい程又はEGR率が高い程、早い時期(進角側の時期)から非平衡プラズマ生成制御を開始し、遅い時期(遅角側の時期)に上記非平衡プラズマ生成制御を終了するようにしてもよい。 In the first operating state, the non-equilibrium plasma generation control is started during the intake stroke, but the start time may be before the start of fuel injection by the injector 14, or after the start of fuel injection by the injector 14. May be. Further, the start time and end time of the non-equilibrium plasma generation control may be changed depending on the G / F value and the EGR rate. For example, the larger the G / F or the higher the EGR rate, the earlier the non-equilibrium plasma generation control is started (the timing on the advance angle side), and the later the non-equilibrium plasma generation control is started (the timing on the retard angle side). May be terminated.

一方、図9の(b)は、G/Fが20以上、及び、EGR率が30%以上の両方の条件を満たさず、かつ、G/Fが16以上かつ20未満、及び、EGR率が20%以上かつ30%未満の少なくとも一方の条件を満たす運転状態(以下、第2運転状態という)における、上記非平衡プラズマ生成制御の開始時期及び継続期間、並びに、上記熱平衡プラズマ生成制御の開始時期を示す。上記第2運転状態では、上記第1運転状態と比較すると、エンジン1の燃焼安定性が低下する可能性は低くなる。そのため、PCM100は、上記第1運転状態のときと比較して、上記非平衡プラズマ生成制御を実行する期間を短くする。具体的には、図9(b)に示すように、PCM100は、圧縮行程の前半(クランク角度で−180°〜−90°)に非平衡プラズマの生成(放電プラグ13による第1パルス電圧での放電)を開始する。PCM100は、上記非平衡プラズマ生成制御の開始から、少なくとも、圧縮行程における−45°までの期間に亘って、上記非平衡プラズマ生成制御を継続する。そして、PCM100は、−45°〜5°の間に非平衡プラズマの生成を終了し、その終了直後に、上記熱平衡プラズマ生成制御を開始する。PCM100は、上記熱平衡プラズマ生成制御を燃焼室6内での燃焼が確認されるまで継続する。PCM100は、燃焼室6内で燃焼が開始したか否かを、上記第1運転状態のときと同様に、筒内圧センサSN6の検出結果により判断する。 On the other hand, in FIG. 9B, both the conditions of G / F of 20 or more and EGR rate of 30% or more are not satisfied, G / F is 16 or more and less than 20, and the EGR rate is. The start timing and duration of the non-equilibrium plasma generation control and the start timing of the thermal equilibrium plasma generation control in an operating state (hereinafter referred to as a second operating state) satisfying at least one of 20% or more and less than 30%. Is shown. In the second operating state, the possibility that the combustion stability of the engine 1 is lowered is lower than that in the first operating state. Therefore, the PCM 100 shortens the period for executing the non-equilibrium plasma generation control as compared with the case of the first operating state. Specifically, as shown in FIG. 9B, the PCM100 generates non-equilibrium plasma (at the first pulse voltage by the discharge plug 13) in the first half of the compression stroke (-180 ° to -90 ° at the crank angle). Discharge) is started. The PCM 100 continues the non-equilibrium plasma generation control for a period from the start of the non-equilibrium plasma generation control to at least −45 ° in the compression stroke. Then, the PCM 100 ends the generation of the non-equilibrium plasma between −45 ° and 5 °, and immediately after the end, the thermal equilibrium plasma generation control is started. The PCM 100 continues the thermal equilibrium plasma generation control until combustion in the combustion chamber 6 is confirmed. The PCM 100 determines whether or not combustion has started in the combustion chamber 6 based on the detection result of the in-cylinder pressure sensor SN6, as in the first operating state.

上記第2運転状態における上記非平衡プラズマ生成制御の開始時期及び終了時期は、上記第1運転状態のときと同様に、G/Fの値やEGR率によって変更してもよい。例えば、G/Fが大きい程又はEGR率が高い程、早い時期(進角側の時期)から上記非平衡プラズマ生成制御を開始し、遅い時期(遅角側の時期)に上記非平衡プラズマ生成制御を終了するようにしてもよい。 The start time and end time of the non-equilibrium plasma generation control in the second operating state may be changed depending on the G / F value and the EGR rate, as in the first operating state. For example, the larger the G / F or the higher the EGR rate, the earlier the non-equilibrium plasma generation control is started from an early stage (advanced angle side), and the later non-equilibrium plasma generation control is started. The control may be terminated.

以上のように、本実施形態では、G/F及びEGR率の大きさに基づいて、上記非平衡プラズマ生成制御の開始時期及び継続期間を変更する。一方で、上述したように、本実施形態では、PCM100は、上記第1及び第2運転状態のいずれのときでも、少なくとも圧縮行程では上記非平衡プラズマ生成制御を実行する。特に、PCM100は、少なくとも、圧縮行程後期でかつインジェクタ14による燃料の供給後に実行する。すなわち、圧縮行程後期でかつインジェクタ14による燃料の供給後であれば、放電プラグ13の電極13a,13b周辺に、燃料と吸気との混合気が存在するようになる。このため、上記非平衡プラズマ生成制御で生成される上記活性種による、電極13a,13b周囲の局所的な低温酸化反応が発生しやすい。したがって、熱平衡プラズマ生成制御により、電極13a,13b周りに火炎核が発生しやすくなり、エンジン1の燃焼安定性がより一層向上される。尚、圧縮行程後期とは、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分割したときの後半の期間(遅角側の期間)に相当する。 As described above, in the present embodiment, the start time and duration of the non-equilibrium plasma generation control are changed based on the magnitudes of the G / F and the EGR ratio. On the other hand, as described above, in the present embodiment, the PCM 100 executes the non-equilibrium plasma generation control at least in the compression stroke in any of the first and second operating states. In particular, the PCM 100 is executed at least in the late compression stroke and after the fuel is supplied by the injector 14. That is, if the compression stroke is late and the fuel is supplied by the injector 14, a mixture of fuel and intake air will be present around the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13. Therefore, a local low-temperature oxidation reaction around the electrodes 13a and 13b is likely to occur due to the active species generated by the non-equilibrium plasma generation control. Therefore, the thermal equilibrium plasma generation control facilitates the generation of flame nuclei around the electrodes 13a and 13b, further improving the combustion stability of the engine 1. The latter half of the compression stroke corresponds to the latter half of the compression stroke (the period at the crank angle) evenly divided into two (the period on the retard side).

また、本実施形態では、PCM100は、非平衡プラズマ生成制御を実行する期間を、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行する期間よりも長くする。特に、PCM100は、上記非平衡プラズマ生成制御を実行する期間を、圧縮行程が実行される期間の1/4以上の長さ(つまり、クランク角で45°以上の長さ)にする。これにより、上記非平衡プラズマ生成制御において、燃焼室6内に出来る限り多くの上記活性種を生成することができる。また、生成された上記活性種の一部が燃焼室6内に拡散することで、上記火炎核から火炎が伝播しやすくなるため、燃焼室6内での混合気の燃焼がスムーズに進行する。この結果、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, the PCM 100 makes the period for executing the non-equilibrium plasma generation control longer than the period for executing the thermal equilibrium plasma generation control. In particular, the PCM 100 sets the period for executing the non-equilibrium plasma generation control to be 1/4 or more of the period during which the compression stroke is executed (that is, a length of 45 ° or more in the crank angle). Thereby, in the non-equilibrium plasma generation control, as many active species as possible can be generated in the combustion chamber 6. Further, since a part of the generated active species diffuses into the combustion chamber 6, the flame easily propagates from the flame nucleus, so that the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 proceeds smoothly. As a result, 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10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、エンジン負荷が所定負荷未満であるか否かを判定する。PCM100は、エンジン負荷が所定負荷未満の低負荷であるYESのときには、ステップS3に進む一方で、エンジン負荷が所定負荷以上の高負荷であるNOのときには、リターンする。 In the next step S2, the PCM 100 determines whether or not the engine load is less than a predetermined load. The PCM 100 proceeds to step S3 when the engine load is YES, which is a low load less than the predetermined load, and returns when the engine load is NO, which is a high load equal to or higher than the predetermined load.

上記ステップS3では、PCM100は、G/Fが16以上であるか否かを判定する。G/Fが16以上であるYESのときには、ステップS5に進む一方で、G/Fが16未満であるNOのときには、ステップS4に進む。 In step S3, the PCM 100 determines whether or not the G / F is 16 or more. When YES with a G / F of 16 or more, the process proceeds to step S5, while when NO with a G / F of less than 16, the process proceeds to step S4.

上記ステップS4では、PCM100は、EGR率が20%以上であるか否かを判定する。EGR率が20%以上であるYESのときには、ステップS5に進む一方で、EGR率が20%未満であるNOのときには、リターンする。 In step S4, the PCM 100 determines whether or not the EGR rate is 20% or more. When the EGR rate is YES of 20% or more, the process proceeds to step S5, while when the EGR rate is NO of less than 20%, the process returns.

上記ステップS5では、PCM100は、上記非平衡プラズマ生成制御を実行すべく、上記非平衡プラズマ生成制御の開始時期及び終了時期を算出する。このステップS5において、PCM100は、G/F及びEGR率に基づいて、上記非平衡プラズマ生成制御の開始時期及び終了時期を算出する。また、このステップS5において、PCM100は、筒内圧等に基づいて、第1パルス電圧のピーク電圧及びパルス幅を決定する。さらに、このステップS5において、PCM100は、筒内圧等に基づいて、第2パルス電圧のピーク電圧及びパルス幅を決定する。 In step S5, the PCM 100 calculates the start time and the end time of the non-equilibrium plasma generation control in order to execute the non-equilibrium plasma generation control. In this step S5, the PCM 100 calculates the start time and the end time of the non-equilibrium plasma generation control based on the G / F and the EGR ratio. Further, in this step S5, the PCM 100 determines the peak voltage and the pulse width of the first pulse voltage based on the in-cylinder pressure and the like. Further, in this step S5, the PCM 100 determines the peak voltage and the pulse width of the second pulse voltage based on the in-cylinder pressure and the like.

次のステップS6では、PCM100は、上記ステップS5で設定した開始時期になった時に、上記非平衡プラズマ生成制御を開始する。このステップS6において、PCM100は、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を生じさせるような第1パルス電圧を印加させる。 In the next step S6, the PCM 100 starts the non-equilibrium plasma generation control when the start time set in the step S5 is reached. In step S6, the PCM 100 applies a first pulse voltage between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 so as to generate a non-equilibrium plasma in the combustion chamber 6.

続くステップS7では、PCM100は、上記ステップS5で設定した終了時期になったか否かを判定する。PCM100は、上記終了時期になったYESのときには、ステップS8に進む一方で、未だ上記終了時期になっていないNOのときには、終了時期になるまで、上記非平衡プラズマ生成制御を継続させ、放電プラグ13の電極13a,13b間に上記第1パルス電圧を繰り返し印加させる。 In the following step S7, the PCM 100 determines whether or not the end time set in the above step S5 has been reached. When the end time is YES, the PCM 100 proceeds to step S8, while when the end time is NO, the non-equilibrium plasma generation control is continued until the end time is reached, and the discharge plug is used. The first pulse voltage is repeatedly applied between the electrodes 13a and 13b of 13.

上記ステップS8では、上記非平衡プラズマ生成制御を終了する。 In step S8, the non-equilibrium plasma generation control is terminated.

次のステップS9では、PCM100は、上記ステップS8での上記非平衡プラズマ生成制御の終了直後、具体的には、上記非平衡プラズマ生成制御の終了後、クランク角で10°以内の期間に、上記熱平衡プラズマ生成制御を開始する。このステップS9において、PCM100は、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を生じさせるような第2パルス電圧を印加させる。 In the next step S9, the PCM100 is subjected to the above-mentioned period immediately after the end of the above-mentioned non-equilibrium plasma generation control in the above-mentioned step S8, specifically, after the end of the above-mentioned non-equilibrium plasma generation control, within a period of 10 ° in crank angle. Thermal equilibrium plasma generation control is started. In step S9, the PCM 100 applies a second pulse voltage between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 so as to generate a thermal equilibrium plasma in the combustion chamber 6.

次のステップS10では、PCM100は、燃焼室6内での混合気の燃焼が開始したか否かを判定する。このステップS10において、PCM100は、筒内圧センサSN6の検出結果が上記所定圧力以上であるか否かに基づいて、燃焼室6内での混合気の燃焼が開始したか否かを判定する。PCM100は、燃焼室6内での混合気の燃焼が開始したYESのときには、ステップS11に進む一方、燃焼室6内での混合気の燃焼が未だ開始していないNOのときには、上記熱平衡プラズマ生成制御を継続させ、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させる。 In the next step S10, the PCM 100 determines whether or not the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 has started. In this step S10, the PCM 100 determines whether or not the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 has started based on whether or not the detection result of the in-cylinder pressure sensor SN6 is equal to or higher than the predetermined pressure. When YES, the PCM100 proceeds to step S11 when the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 has started, while when NO, the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 has not started yet, the thermal equilibrium plasma generation is generated. The control is continued, and the second pulse voltage is repeatedly applied between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13.

上記ステップS11では、PCM100は、上記熱平衡プラズマ生成制御を終了する。ステップS11の後はリターンする。 In step S11, the PCM 100 ends the thermal equilibrium plasma generation control. After step S11, it returns.

以上のようにして、エンジン1の燃焼安定性が低下するおそれのある運転状態において、上記非平衡プラズマ生成制御を実行することにより、燃焼室6内に上記活性種を生成して、上記熱平衡プラズマ生成制御において、火炎核が形成されやすいようにする。これにより、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, in the operating state where the combustion stability of the engine 1 may decrease, the non-equilibrium plasma generation control is executed to generate the active species in the combustion chamber 6 and the thermal equilibrium plasma. To facilitate the formation of flame nuclei in generation control. This makes it possible to improve the combustion stability of the engine.

図11は、上記非平衡プラズマ生成制御を実行した場合と実行しなかった場合とで、燃焼室6内での熱発生率の変化を実験により求めた結果を示すグラフである。図11(a)は上記非平衡プラズマ生成制御を実行した場合の熱発生率の変化を示す一方、図11(b)は上記非平衡プラズマ生成制御を実行しなかった場合の熱発生率の変化を示す。図11(a),(b)において、縦軸は熱発生率であり、横軸はクランク角である。図11(a),(b)共に、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。 FIG. 11 is a graph showing the results of experimentally obtaining changes in the heat generation rate in the combustion chamber 6 when the non-equilibrium plasma generation control was executed and when it was not executed. FIG. 11A shows the change in the heat generation rate when the non-equilibrium plasma generation control is executed, while FIG. 11B shows the change in the heat generation rate when the non-equilibrium plasma generation control is not executed. Is shown. In FIGS. 11A and 11B, the vertical axis is the heat generation rate and the horizontal axis is the crank angle. In both FIGS. 11 (a) and 11 (b), 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 angle side (the retard angle side (). The period later than the compression top dead center) is indicated by a plus.

この実験は、G/Fが30になる運転状態での熱発生率であり、上記非平衡プラズマ生成制御の実行の有無に拘わらず、上記熱平衡プラズマ生成制御は、クランク角で−15°の時に実行している。また、この実験では、上記非平衡プラズマ生成制御の終了時期は、クランク角で−15°以前の時期である。 This experiment is the heat generation rate in the operating state where the G / F becomes 30, and the thermal equilibrium plasma generation control is performed when the crank angle is −15 ° regardless of whether or not the non-equilibrium plasma generation control is executed. Running. In this experiment, the end time of the non-equilibrium plasma generation control is before -15 ° in the crank angle.

図11(b)に示すように、上記非平衡プラズマ生成制御を実行しなかった場合、圧縮上死点近傍においても熱発生率の急上昇しているものがある一方で、圧縮上死点近傍でもほとんど熱発生率の上昇がなく失火したものがあることが分かる。一方で、図11(a)に示すように、上記非平衡プラズマ生成制御を実行した場合、失火すること無く、圧縮上死点近傍において、熱発生率が急上昇、すなわち、燃焼室6内で混合気が燃焼していることが分かる。このように、G/Fが30とかなりリーンな運転状態においても、上記非平衡プラズマ生成制御を実行することにより、燃焼性が向上することが分かる。 As shown in FIG. 11B, when the non-equilibrium plasma generation control is not executed, the heat generation rate rises sharply even in the vicinity of the compression top dead center, while the heat generation rate also rises in the vicinity of the compression top dead center. It can be seen that there was a misfire with almost no increase in the heat generation rate. On the other hand, as shown in FIG. 11A, when the non-equilibrium plasma generation control is executed, the heat generation rate rises sharply in the vicinity of the compression top dead center without misfire, that is, the mixture is mixed in the combustion chamber 6. You can see that the qi is burning. As described above, it can be seen that the combustibility is improved by executing the non-equilibrium plasma generation control even in the operating state where the G / F is 30 and is considerably lean.

また、図11(a)に示すように、上記非平衡プラズマ生成制御を実行した場合、上記非平衡プラズマ生成制御を実行しない場合と比較して、熱発生率のピーク値のバラツキが少ないことが分かる。このように、上記非平衡プラズマ生成制御を実行することにより、着火性が向上するだけで無く、安定した燃焼状態を確保することができることが分かる。したがって、本実施形態の如く、上記非平衡プラズマ生成制御を実行することにより、エンジン1の燃焼安定性を向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 11A, when the non-equilibrium plasma generation control is executed, the variation in the peak value of the heat generation rate is small as compared with the case where the non-equilibrium plasma generation control is not executed. I understand. As described above, it can be seen that by executing the non-equilibrium plasma generation control, not only the ignitability is improved, but also a stable combustion state can be ensured. Therefore, the combustion stability of the engine 1 can be improved by executing the non-equilibrium plasma generation control as in the present embodiment.

したがって、本実施形態では、少なくとも圧縮行程において、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を生じさせるような第1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非平衡プラズマ生成制御を実行し、非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内に熱平衡プラズマを生じさせるような第2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する。この構成により、少なくとも圧縮行程において非平衡プラズマを生じさせることで、燃焼室6内に上記活性種を生成することができ、その後に、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行することで、上記活性種を利用して火炎核を容易に形成することができる。この結果、エンジン1の燃焼安定性を向上させることができる。 Therefore, in the present embodiment, at least in the compression stroke, a first pulse voltage that causes non-equilibrium plasma to be generated in the combustion chamber 6 is applied between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 to discharge the discharge. A second pulse that executes non-equilibrium plasma generation control to generate equilibrium plasma and immediately after the end of non-equilibrium plasma generation control, generates thermal equilibrium plasma in the combustion chamber 6 between the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13. Thermal equilibrium plasma generation control that generates thermal equilibrium plasma is executed by applying a voltage to discharge. With this configuration, the active species can be generated in the combustion chamber 6 by generating non-equilibrium plasma at least in the compression stroke, and then the active species can be produced by executing the thermal equilibrium plasma generation control. It can be utilized to easily form a flame nucleus. As a result, the combustion stability of the engine 1 can be improved.

また、本実施形態では、上記非平衡プラズマ生成制御を実行する期間が、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行する期間よりも長いため、燃焼室6内に出来る限り多くの上記活性種を生成することができる。これにより、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行した際の混合気の燃焼がスムーズに進行する。この結果、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 period for executing the non-equilibrium plasma generation control is longer than the period for executing the thermal equilibrium plasma generation control, it is possible to generate as many active species as possible in the combustion chamber 6. can. As a result, the combustion of the air-fuel mixture when the thermal equilibrium plasma generation control is executed proceeds smoothly. As a result, the combustion stability of the engine 1 can be further improved.

さらに、本実施形態では、上記非平衡プラズマ生成制御は、少なくとも、圧縮行程後期でかつインジェクタ14による燃料の供給後に実行されるとともに、該非平衡プラズマ生成制御を実行する期間の長さは、圧縮行程が実行される期間の1/4以上の長さであるため、放電プラグ13の電極13a,13b周辺に、混合気が存在するようになり、上記非平衡プラズマ生成制御で生成される上記活性種によって、放電プラグ13の電極13a,13b周辺において、局所的な低温酸化反応が発生する。これにより、放電プラグ13の電極13a,13b周辺の温度が高くなるため、上記熱平衡プラズマ生成制御により熱平衡プラズマを生成した際に、火炎核が形成されやすくなる。この結果、エンジンの燃焼安定性がより一層向上される。 Further, in the present embodiment, the non-equilibrium plasma generation control is executed at least at the late stage of the compression stroke and after the fuel is supplied by the injector 14, and the length of the period during which the non-equilibrium plasma generation control is executed is the compression stroke. Since the length is one-fourth or more of the period during which the discharge plug 13 is executed, the air-fuel mixture is present around the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13, and the active species generated by the non-equilibrium plasma generation control. As a result, a local low-temperature oxidation reaction occurs around the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13. As a result, the temperature around the electrodes 13a and 13b of the discharge plug 13 becomes high, so that a flame nucleus is likely to be formed when the thermal equilibrium plasma is generated by the thermal equilibrium plasma generation control. As a result, the combustion stability of the engine is 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2所定値未満(1μsec未満)としたが、これに限らず、第1パルス電圧のパルス幅を、10μsec未満の範囲で、第2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 less than the second predetermined value (less than 1 μsec), but the present invention is not limited to this, and the pulse width of the first pulse voltage is set to a range of less than 10 μsec. It may be a second predetermined value or more. 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、上記非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及び上記熱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。より詳しくは、過給圧が高い程、第1及び第2パルス電圧のピーク電圧を高く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 non-equilibrium plasma generation control is performed based on the supercharging pressure of the supercharger. The peak voltage of the 1-pulse voltage and the peak voltage of the 2nd pulse voltage in the thermal equilibrium plasma generation control may be changed. More specifically, the higher the boost pressure, the higher the peak voltage of the first and second pulse voltages may be.

さらに、上述の実施形態では、エンジン負荷が所定負荷以上の高負荷領域では、上記非平衡プラズマ生成制御を実行しないようにしていたが、これに限らず、エンジン負荷が高負荷であっても、例えば、EGR率が20%以上になるような運転状態では、上記非平衡プラズマ生成制御を実行するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the non-equilibrium plasma generation control is not executed in a high load region where the engine load is a predetermined load or more, but the present invention is not limited to this, and even if the engine load is a high load, For example, the non-equilibrium plasma generation control may be executed in an operating state where the EGR rate is 20% or more.

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、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の各工程がこの順で繰り返される燃焼室を有するエンジン本体と、燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、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燃焼室内で燃焼させるエンジンに有用である。 The technology disclosed herein comprises an engine body having a combustion chamber in which each step of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke and an exhaust stroke is repeated in this order, and a fuel supply means for supplying fuel to the combustion chamber. It is useful for engines that burn the air-fuel mixture formed by the fuel supplied by the fuel supply means in the combustion chamber.

1 エンジン
1a エンジン本体
6 燃焼室
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)
40 EGR装置(排気還流手段)
100 PCM(制御手段)
1 Engine 1a Engine body 6 Combustion chamber 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)
40 EGR device (exhaust gas recirculation means)
100 PCM (control means)

Claims (14)

吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の各工程がこの順で繰り返される燃焼室を有するエンジン本体と、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、上記排気行程で上記燃焼室内から排出された排気を、該燃焼室内に還流させる排気還流手段とを備え、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の燃焼制御方法であって、
少なくとも上記圧縮行程において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、第1パルス電圧を印加して放電させることで、非平衡プラズマを生成する非平衡プラズマ生成工程と、
上記非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、第2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工程と、を含み、
上記非平衡プラズマ生成工程において、上記第1パルス電圧の印加開始時期及び印加終了時期は、上記燃焼室内の混合気におけるガスと燃料との比であるG/F、及び上記燃焼室内の全ガス量に対する該ガス中の排気の量の比であるEGR率の少なくとも一方に基づいて算出される一方、上記第1パルス電圧のピーク電圧は、上記圧縮行程における筒内圧に基づいて設定されることを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。
The engine body has a combustion chamber in which each step of the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke and the exhaust stroke is repeated in this order, and the engine body is arranged so as to face the combustion chamber and is discharged by applying a voltage between the electrodes. A plasma generating means for generating plasma in a combustion chamber, a fuel supply means for supplying fuel to the combustion chamber, and an exhaust recirculation means for returning the exhaust discharged from the combustion chamber in the exhaust stroke to the combustion chamber. It is a combustion control method of an engine that burns an air-fuel mixture formed by the fuel supplied by the fuel supply means in the combustion chamber.
At least in the compression stroke, a non-equilibrium plasma generation step of generating non-equilibrium plasma by applying a first pulse voltage between the electrodes of the plasma generation means to discharge the plasma.
Immediately after completion of the non-equilibrium plasma generating step, between the electrodes of the plasma generating means, by discharging by applying a second pulse voltage, seen containing a thermal plasma generation step of generating a thermal plasma, a,
In the non-equilibrium plasma generation step, the application start timing and application end timing of the first pulse voltage are the G / F which is the ratio of the gas and the fuel in the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the total gas amount in the combustion chamber. The peak voltage of the first pulse voltage is set based on the in-cylinder pressure in the compression stroke, while it is calculated based on at least one of the EGR ratios, which is the ratio of the amount of exhaust gas in the gas to the gas. Combustion control method of the engine.
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所定値以上かつ該第1所定値よりも大きい第2所定値未満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2所定値以上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 of not less than the first predetermined value and larger than the first predetermined value and less than the second predetermined value.
The second pulse voltage is a combustion control method for an engine, wherein the pulse width is a pulse voltage equal to or larger than the second 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、
上記非平衡プラズマ生成工程は、上記G/Fが16以上となる運転状態であるとき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 claim 1 or 2.
The engine combustion control method is characterized in that the non-equilibrium plasma generation step is a step to be executed when the G / F is 16 or more in an operating state.
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、
記非平衡プラズマ生成工程は、上記EGR率が20%以上となる運転状態であるとき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.
Upper Symbol non-equilibrium plasma generation step, combustion control method for an engine which is a process to be executed when the EGR rate is operation state is 20% or more.
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、
上記非平衡プラズマ生成工程を実行する期間は、上記熱平衡プラズマ生成工程を実行する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。
In the engine combustion control method according to any one of claims 1 to 4.
A combustion control method for an engine, characterized in that the period for executing the non-equilibrium plasma generation step is longer than the period for executing the thermal equilibrium plasma generation step.
請求項5に記載のエンジンの燃焼制御方法において、
上記非平衡プラズマ生成工程は、少なくとも、上記圧縮行程後期でかつ上記燃料供給手段による燃料の供給後に実行する工程であり、
上記非平衡プラズマ生成工程を実行する期間の長さは、上記圧縮行程が実行される期間の1/4以上の長さであることを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。
In the combustion control method of the engine according to claim 5.
The non-equilibrium plasma generation step is a step executed at least in the latter stage of the compression stroke and after the fuel is supplied by the fuel supply means.
A combustion control method for an engine, characterized in that the length of the period during which the non-equilibrium plasma generation step is executed is one-fourth or more of the length of the period during which the compression stroke is executed.
吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の各工程がこの順で繰り返される燃焼室を有するエンジン本体と、上記燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段と、上記排気行程で上記燃焼室内から排出された排気を、該燃焼室内に還流させる排気還流手段とを備え、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及び上記燃料供給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、少なくとも上記圧縮行程において、上記プラズマ生成手段の上記電極間に、第1パルス電圧を印加して放電させることで、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とともに、上記非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、第2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とを実行するように構成されており、
上記非平衡プラズマ生成制御において、上記第1パルス電圧の印加開始時期及び印加終了時期は、上記燃焼室内の混合気におけるガスと燃料との比であるG/F、及び上記燃焼室内の全ガス量に対する該ガス中の排気の量の比であるEGR率の少なくとも一方に基づいて算出される一方、上記第1パルス電圧のピーク電圧は、上記圧縮行程における筒内圧に基づいて設定されることを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
An engine body having a combustion chamber in which each process of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke is repeated in this order, a fuel supply means for supplying fuel to the combustion chamber, and discharge from the combustion chamber in the exhaust stroke. It is a combustion control device of an engine provided with an exhaust recirculation means for recirculating the exhausted exhaust into the combustion chamber and burning an air-fuel mixture formed by the fuel supplied by the fuel supply means in the combustion chamber.
A plasma generation 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 and the fuel supply means.
The control means executes non-equilibrium plasma generation control to generate unbalanced plasma by applying a first pulse voltage between the electrodes of the plasma generating means to discharge the plasma at least in the compression stroke. Immediately after the end of the non-equilibrium plasma generation control, the thermal equilibrium plasma generation control for generating the thermal equilibrium plasma is executed by applying a second pulse voltage between the electrodes of the plasma generation means to discharge the plasma. Has been
In the non-equilibrium plasma generation control, the application start timing and application end timing of the first pulse voltage are the G / F which is the ratio of the gas and the fuel in the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the total gas amount in the combustion chamber. The peak voltage of the first pulse voltage is set based on the in-cylinder pressure in the compression stroke, while it is calculated based on at least one of the EGR ratios, which is the ratio of the amount of exhaust gas in the gas to the gas. The combustion control device of the engine.
請求項7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所定値以上かつ該第1所定値よりも大きい第2所定値未満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2所定値以上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 7.
The first pulse voltage is a pulse voltage having a pulse width of not less than the first predetermined value and larger than the first predetermined value and less than the second predetermined value.
The second pulse voltage is a combustion control device for an engine, characterized in that the pulse width is a pulse voltage equal to or higher than the second predetermined value.
請求項7又は8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、上記エンジンの運転状態が、上記G/Fが16以上となる運転状態であるときに、上記非平衡プラズマ生成制御を実行させ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 7 or 8.
The control means is characterized in that the non-equilibrium plasma generation control is executed when the operating state of the engine is an operating state in which the G / F is 16 or more. Combustion control device.
請求項7〜9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、
記制御手段は、上記エンジンの運転状態が、上記EGR率が20%以上となる運転状態であるときに、上記非平衡プラズマ生成制御を実行させ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 7 to 9.
Control written above means, an engine operating condition of the engine when in operation state in which the EGR rate becomes 20% or more, characterized in that it is configured to perform the non-equilibrium plasma generation control Combustion control device.
請求項7〜10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、上記非平衡プラズマ生成制御を実行する期間を、上記熱平衡プラズマ生成制御を実行する期間よりも長く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 for the engine according to any one of claims 7 to 10.
The control means is an engine combustion control device, characterized in that the period for executing the non-equilibrium plasma generation control is longer than the period for executing the thermal equilibrium plasma generation control.
請求項11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、上記非平衡プラズマ生成制御を、少なくとも、上記圧縮行程後期でかつ上記燃料供給手段による燃料の供給後に実行させるとともに、該非平衡プラズマ生成制御を実行する期間の長さを、上記圧縮行程が実行される期間の1/4以上の長さに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 for the engine according to claim 11.
The control means executes the non-equilibrium plasma generation control at least at the latter stage of the compression stroke and after the fuel is supplied by the fuel supply means, and compresses the length of the period during which the non-equilibrium plasma generation control is executed. A combustion control device for an engine, characterized in that it is configured to be at least 1/4 the length of the period in which the stroke is performed.
請求項1に記載のエンジンの燃焼制御方法において、In the engine combustion control method according to claim 1,
上記非平衡プラズマ生成工程において、上記G/Fが20以上、及びEGR率が30%以上の少なくとも一方を満たす運転状態のときには、上記第1パルス電圧は、上記吸気行程中に印加が開始されかつ上記圧縮行程後期に印加が終了される一方、上記G/Fが20以上、及びEGR率が30%以上の両方を満たさず、かつ、上記G/Fが16以上かつ20未満、及びEGR率が20%以上かつ30%未満の少なくとも一方を満たす運転状態のときには、上記第1パルス電圧は、上記圧縮行程前期に印加が開始されかつ上記圧縮行程後期に印加が終了されることを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。In the non-equilibrium plasma generation step, when the G / F is 20 or more and the EGR ratio is at least one of 30% or more, the first pulse voltage is started to be applied during the intake stroke. While the application is completed in the latter half of the compression stroke, the G / F does not satisfy both 20 or more and the EGR ratio is 30% or more, and the G / F is 16 or more and less than 20, and the EGR ratio is When the operating state satisfies at least one of 20% or more and less than 30%, the engine is characterized in that the application of the first pulse voltage is started in the first half of the compression stroke and is terminated in the second half of the compression stroke. Combustion control method.
請求項7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 7.
上記非平衡プラズマ生成制御において、上記G/Fが20以上、及びEGR率が30%以上の少なくとも一方を満たす運転状態のときには、上記第1パルス電圧は、上記吸気行程中に印加が開始されかつ上記圧縮行程後期に印加が終了される一方、上記G/Fが20以上、及びEGR率が30%以上の両方を満たさず、かつ、上記G/Fが16以上かつ20未満、及びEGR率が20%以上かつ30%未満の少なくとも一方を満たす運転状態のときには、上記第1パルス電圧は、上記圧縮行程前期に印加が開始されかつ上記圧縮行程後期に印加が終了されることを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。In the non-equilibrium plasma generation control, when the G / F is 20 or more and the EGR ratio is at least one of 30% or more, the first pulse voltage is started to be applied during the intake stroke. While the application is completed in the latter half of the compression stroke, the G / F does not satisfy both 20 or more and the EGR ratio is 30% or more, and the G / F is 16 or more and less than 20, and the EGR ratio is When the operating state satisfies at least one of 20% or more and less than 30%, the engine is characterized in that the application of the first pulse voltage is started in the first half of the compression stroke and is terminated in the second half of the compression stroke. Combustion control device.
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