JP7363438B2 - Ignition system for internal combustion engines - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関用の点火装置に関する。 The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine.
特許文献1に開示の点火装置は、点火直前にスパークプラグに高電圧高周波を印加して、スパークプラグの放電ギャップ周囲にイオンを発生させると共に、電極温度を上昇させている。これにより、放電ギャップにおける放電に必要な要求電圧を抑制しようとしている。
The ignition device disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示の構成においては、主放電の直前に高電圧を印加するため、運転条件等によっては、主放電の前に早期着火を招くおそれが懸念される。
However, in the configuration disclosed in
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、早期着火を防ぎつつ、着火性の向上を図ることができる内燃機関用の点火装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an ignition device for an internal combustion engine that can improve ignition performance while preventing early ignition.
本発明の一態様は、筒状の絶縁碍子(31)と、該絶縁碍子の内側に保持されると共に該絶縁碍子の先端側に先端突出部(321)を突出させた中心電極(32)と、上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(33)と、該ハウジングに接続されると共に、上記先端突出部との間に放電ギャップ(G)を形成する接地電極(331)と、を有するスパークプラグ(3)を有し、
上記スパークプラグが備えられた内燃機関(2)の吸気行程初期の段階であって、上記内燃機関の吸気バルブ(21)が開くタイミング、及び上記内燃機関の排気バルブ(22)が閉じるタイミングのうち、遅い方のタイミング(T0)以後に、予備放電を実施するように構成されており、
上記予備放電は、上記吸気バルブが開くタイミング、及び上記排気バルブが閉じるタイミングのうち、遅い方のタイミングから、40°のクランク角に相当する期間が経過するまでの間に実施するよう構成されており、
上記予備放電を実施した後、主放電を実施することにより、混合気を着火させるよう構成されており、
上記内燃機関は、上記吸気バルブを備えた吸気ポート(210)を有し、上記内燃機関は、上記吸気ポートに燃料が噴射されるポート噴射式の内燃機関である、内燃機関用の点火装置(1)にある。
One aspect of the present invention includes a cylindrical insulator (31), and a center electrode (32) held inside the insulator and having a tip protrusion (321) protruding from the tip side of the insulator. , a cylindrical housing (33) that holds the insulator on the inner circumferential side, and a ground electrode (331) that is connected to the housing and forms a discharge gap (G) between it and the tip protrusion. a spark plug (3) having;
The initial stage of the intake stroke of the internal combustion engine (2) equipped with the spark plug, the timing at which the intake valve (21) of the internal combustion engine opens and the timing at which the exhaust valve (22) of the internal combustion engine closes. , the preliminary discharge is performed after the later timing (T0),
The preliminary discharge is configured to be performed between the timing when the intake valve opens and the timing when the exhaust valve closes, whichever is later, until a period corresponding to a crank angle of 40 degrees has elapsed. Ori,
After performing the preliminary discharge, the main discharge is performed to ignite the air-fuel mixture,
The internal combustion engine has an intake port (210) equipped with the intake valve, and the internal combustion engine is a port injection type internal combustion engine in which fuel is injected into the intake port. 1).
上記内燃機関用の点火装置は、吸気行程初期の段階に、予備放電を実施するように構成されている。そのため、予備放電によって混合気に早期着火する懸念を抑制することができる。また、上記点火装置は、吸気バルブが開くタイミング、及び排気バルブが閉じるタイミングのうち、遅い方のタイミング以降に予備放電を実施するように構成されている。それゆえ、予備放電によって、励起された気体分子を効率よく生成することにより、主放電の要求電圧を低下させることができる。その結果、着火性を向上させることができる。 The above-mentioned ignition device for an internal combustion engine is configured to perform preliminary discharge at an early stage of the intake stroke. Therefore, it is possible to suppress the risk of early ignition of the air-fuel mixture due to preliminary discharge. Further, the ignition device is configured to perform the preliminary discharge after the later of the timing when the intake valve opens and the timing when the exhaust valve closes. Therefore, by efficiently generating excited gas molecules through the preliminary discharge, the required voltage for the main discharge can be lowered. As a result, ignitability can be improved.
以上のごとく、上記態様によれば、早期着火を防ぎつつ、着火性の向上を図ることができる内燃機関用の点火装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide an ignition device for an internal combustion engine that can improve ignition performance while preventing early ignition.
Note that the numerals in parentheses described in the claims and means for solving the problem indicate correspondence with specific means described in the embodiments described later, and do not limit the technical scope of the present invention. It's not a thing.
(実施形態1)
内燃機関用の点火装置に係る実施形態について、図1~図5を参照して説明する。
本形態の点火装置1は、スパークプラグ3を有する。スパークプラグ3は、図1に示すごとく、筒状の絶縁碍子31と、中心電極32と、筒状のハウジング33と、接地電極331とを有する。中心電極32は、絶縁碍子31の内側に保持されると共に絶縁碍子31の先端側に先端突出部321を突出させている。ハウジング33は、絶縁碍子31を内周側に保持する。接地電極331は、ハウジング33に接続されると共に、先端突出部321との間に放電ギャップGを形成する。
(Embodiment 1)
An embodiment of an ignition device for an internal combustion engine will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
The
スパークプラグ3は、図3に示すごとく、内燃機関2に備えられている。点火装置1は、内燃機関2の吸気行程初期の段階であって、内燃機関2の吸気バルブ21が開くタイミング、及び内燃機関2の排気バルブ22が閉じるタイミングのうち、遅い方のタイミング以後に、予備放電を実施するように構成されている。
なお、内燃機関2の吸気バルブ21が開くタイミング、及び内燃機関2の排気バルブ22が閉じるタイミングのうち、遅い方のタイミングを、以下において、タイミングT0ともいう。
The
Note that the later timing of the timing at which the
また、本明細書において、図1に示すごとく、スパークプラグ3の中心軸Cが延びる方向において、主燃焼室23内に配される側を先端側といい、その反対側を基端側という。
Further, in this specification, as shown in FIG. 1, in the direction in which the central axis C of the
本形態のスパークプラグ3において、ハウジング33の先端側には、接地電極331が接続されている。本形態において、接地電極331は、その基端側を、ハウジング33の先端部に溶接することで固定される。
In the
また、ハウジング33は、図1に示すごとく、スパークプラグ3を内燃機関2のシリンダヘッド25に取り付けるための取付ネジ部332を有する。スパークプラグ3は、図3に示すごとく、ハウジング33の取付ネジ部332を、シリンダヘッド25に設けられた雌ネジ穴251に螺合することにより、内燃機関2に取り付けられる。
Further, the
次に、スパークプラグ3を備えた内燃機関2について説明する。
本形態の内燃機関2は、図3に示すごとく、シリンダヘッド25と、シリンダブロック26と、シリンダ240内を往復運動するピストン24とを備える。そして、シリンダヘッド25、シリンダブロック26、及びピストン24に囲まれて、主燃焼室23が形成される。シリンダヘッド25には、吸気ポート210及び排気ポート220が形成されており、それぞれ吸気バルブ21及び排気バルブ22が備えられている。シリンダヘッド25における吸気ポート210と排気ポート220との間には、スパークプラグ3が取り付けられる。本形態の内燃機関2は、吸気ポート210に燃料が噴射されるポート噴射式の内燃機関2である。
Next, the
The
また、スパークプラグ3の先端は、主燃焼室23に露出している。つまり、スパークプラグ3の先端側に設けられた放電ギャップGは、主燃焼室23に露出している。
Further, the tip of the
また、ピストン24の往復運動により、主燃焼室23の容積が随時変動する。そして、ピストン24の往復運動により、内燃機関2は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程によるサイクルを順次繰り返す。本形態の内燃機関2は、4ストロークエンジンである。
Further, due to the reciprocating movement of the
より詳細には、吸気行程において、ピストン24が下がるとともに、吸気バルブ21が開くことにより、吸気ポート210から燃料を含む混合気が主燃焼室23内に流入する。そして、吸気バルブ21が閉じ、圧縮行程において、ピストン24が上死点まで上がることにより、吸い込まれた混合気を圧縮する。圧縮された混合気は、スパークプラグ3による主放電によって着火されることにより燃焼し、燃焼した混合気が膨張することでピストン24が下死点まで押し下げられる。次に、排気行程において、押し下げられたピストン24が慣性により上がるとともに、排気バルブ22が開き、燃焼した混合気が排気ポート220を通って主燃焼室23の外へと押し出される。そして、排気バルブ22が閉じ、吸気バルブ21が開弁すると共にピストン24が下がることにより主燃焼室23内に混合気を流入させる吸気行程へと続き、同様の行程を繰り返す。
More specifically, during the intake stroke, the
予備放電は、吸気行程初期の期間に実施される。ここで、吸気行程初期とは、吸気バルブ21の開弁から、例えば、90°CA(Crank Angleの略、クランク角)以下までの間の期間をいう。本形態において、予備放電は、タイミングT0から、吸気行程初期の期間が経過するまでの間に実施される。また、タイミングT0は、言い換えると、吸気バルブ21のみが開となる状態の開始タイミングでもある。
Preliminary discharge is performed during the initial period of the intake stroke. Here, the initial stage of the intake stroke refers to a period from the opening of the
本形態の内燃機関2において、吸気行程が始まる直前であって、吸気バルブ21が開く前に、燃料を多く含む混合気であるリッチ混合気Rは、図3に示すごとく、吸気ポート210内に存在する。そして、図4に示すごとく、吸気バルブ21が開弁することにより、リッチ混合気Rは、主燃焼室23内へと流入する。その後、タイミングT0から、所定期間が経過した後に、図5に示すごとく、リッチ混合気Rは、スパークプラグ3の放電ギャップGに到達する。
In the
そして、評価試験4にて後述するように、予備放電は、吸気バルブ21が開くタイミング、及び排気バルブ22が閉じるタイミングのうち、遅い方のタイミングT0から、40°のクランク角に相当する期間が経過するまでの間に実施することが好ましい。また、本形態において、予備放電期間は、20°CAである。
As will be described later in evaluation test 4, the preliminary discharge lasts for a period corresponding to a crank angle of 40° from timing T0, which is the later of the timing when the
次に、点火装置1及び内燃機関2の制御装置5の構成について説明する。
本形態の点火装置1は、図2に示すごとく、点火コイル4と、スパークプラグ3と、バッテリ12とを有する。また、点火コイル4は、イグナイタ41と、コイル部42と、ダイオード43とを有する。また、点火装置1を制御する内燃機関2の制御装置5は、点火制御装置51と、バルブ制御部52とを有する。点火制御装置51は、主点火制御部511と、予備放電制御部512とを有する。
Next, the configurations of the
The
本形態において、イグナイタ41は、駆動回路部411と、スイッチング素子412とを有する。駆動回路部411は、スイッチング素子412のオン・オフを制御する。スイッチング素子412としては、例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略)や、MOSFET(MOS型電界効果トランジスタの略)を用いることができる。
In this embodiment, the
次に、スパークプラグ3における主放電の点火の制御について述べる。
本形態の点火装置1における主放電の点火は、図2に示すごとく、点火制御装置51の主点火制御部511によって制御されている。主点火制御部511からの点火信号に基づき、所定のタイミングにて、点火コイル4によってスパークプラグ3に高電圧を印加する。主点火制御部511は、クランク角センサ(図示略)により検出されるクランク角の情報をもとに、点火信号の発信を制御することができる。
Next, control of ignition of the main discharge in the
Ignition of the main discharge in the
具体的には、主点火制御部511の点火信号に基づき、点火コイル4のイグナイタ41のオン・オフの切替えにより、バッテリ12の電圧を、一次コイル421と二次コイル422とからなるコイル部42にて昇圧して、スパークプラグ3に高電圧を印加する。これにより、スパークプラグ3の放電ギャップGに主放電を生じさせる。なお、点火コイル4のダイオード43は、二次電流の向きを、スパークプラグ3から二次コイル422に向かう向きに制限する役割を有する。ダイオード43のアノード側は二次コイル422に接続されており、カソード側は接地されている。
Specifically, based on the ignition signal from the main
また、制御装置5のバルブ制御部52は、内燃機関2の運転条件に応じて、吸気バルブ21及び排気バルブ22の開閉タイミングを変化させる。本形態において、上記内燃機関2の運転条件とは、内燃機関2の回転数及び負荷である。
Further, the
次に、予備放電の制御について説明する。
点火制御装置51の予備放電制御部512は、予備放電の実施タイミングを制御する。予備放電制御部512は、バルブ制御部52が求めた吸気バルブ21及び排気バルブ22の開閉タイミングの情報に基づき、予備放電の実施タイミングを決定する。すなわち、バルブ制御部52が求めたタイミングT0以降に、予備放電の実施タイミングを決定する。
Next, control of preliminary discharge will be explained.
The preliminary
そして、予備放電制御部512が決定した予備放電の実施タイミングに予備放電を生じるよう、点火コイル4に点火信号を送る。これにより、所望のタイミングにてスパークプラグ3の放電ギャップGに予備放電を生じさせる。
Then, an ignition signal is sent to the ignition coil 4 so that a preliminary discharge is generated at the preliminary discharge implementation timing determined by the preliminary
また、タイミングT0に対する予備放電の実施タイミングや、予備放電期間は、吸気行程初期の範囲内にて、運転条件等に応じて適宜決定される。 Further, the execution timing of the preliminary discharge with respect to the timing T0 and the preliminary discharge period are appropriately determined within the range of the initial stage of the intake stroke according to the operating conditions and the like.
次に、本形態の作用効果につき説明する。
本形態の内燃機関用の点火装置1は、吸気行程初期の段階に、予備放電を実施するように構成されている。そのため、予備放電によって混合気に早期着火する懸念を抑制することができる。また、点火装置1は、タイミングT0以降に予備放電を実施するように構成されている。それゆえ、予備放電によって、励起された気体分子を効率よく生成することにより、主放電の要求電圧を低下させることができる。その結果、着火性を向上させることができる。
Next, the effects of this embodiment will be explained.
The
また、主放電の要求電圧を低下させることにより、点火コイル4の発熱の抑制や、スパークプラグ3の電極消耗量を抑制することができる。その結果、点火コイル4及びスパークプラグ3の寿命を延ばすことができる。
Further, by lowering the required voltage for main discharge, it is possible to suppress heat generation in the ignition coil 4 and suppress the amount of electrode wear of the
また、予備放電は、タイミングT0から、40°のクランク角に相当する期間が経過するまでの間に実施するよう構成されている。それゆえ、評価試験4にて後述するように、燃料を多く含むリッチ混合気Rが放電ギャップGに流入する前に予備放電を実施することができる。その結果、予備放電によって混合気が早期着火する懸念を抑制することができると共に、励起された気体分子を効率よく生成することができる。 Further, the preliminary discharge is configured to be performed from timing T0 until a period corresponding to a crank angle of 40 degrees has elapsed. Therefore, as will be described later in evaluation test 4, preliminary discharge can be performed before the rich mixture R containing a large amount of fuel flows into the discharge gap G. As a result, it is possible to suppress the risk of early ignition of the air-fuel mixture due to preliminary discharge, and to efficiently generate excited gas molecules.
また、予備放電の実施タイミングは、吸気バルブ21及び排気バルブ22の開閉タイミングの情報に基づき決定される。それゆえ、内燃機関2の運転条件にかかわらず、主放電の要求電圧を確実に低減させやすい。
Further, the timing for performing preliminary discharge is determined based on information on the opening/closing timing of the
また、本形態の点火装置1において、予備放電を実施するためには、特別な装置等を必要としない。それゆえ、点火装置1の大型化や高コスト化を避けつつ、主放電の要求電圧を低下させることができる。
Further, in the
以上のごとく、本形態によれば、早期着火を防ぎつつ、着火性の向上を図ることができる内燃機関用の点火装置1を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide the
(評価試験1)
実施形態1の点火装置1を用いて、以下の評価試験1を行った。評価試験1では、図6に示すごとく、吸気バルブ21の開弁及び排気バルブ22の閉弁のタイミングをおおよそ同じとして、予備放電の開始タイミング毎に、主放電の要求電圧低減効果を確認した。吸気バルブ21の開弁タイミングは、排気行程の上死点(TDC)後1°CAであり、排気バルブ22の閉弁タイミングは、排気行程のTDCである。なお、図6では、圧縮行程のTDCを基準として、圧縮上死点前(すなわちBTDC)のクランク角にて予備放電開始タイミングを示し、図6以降も同様とする。つまり、吸気バルブ21の開弁タイミングがBTDC359°CAであり、排気バルブ22の閉弁タイミングがBTDC360°CAである。すなわち、タイミングT0は、BTDC359°CAである。
(Evaluation test 1)
The following
試験の条件は、エンジン回転数を1500rpm、予備放電期間を20°CAとした。また、各タイミングにおける要求電圧低減効果は、n=500の平均値として求めた。また、要求電圧低減効果は、予備放電を実施しない場合における主放電の要求電圧に対し、その要求電圧を何%低減できたかを示す。 The test conditions were an engine rotation speed of 1500 rpm and a preliminary discharge period of 20° CA. Further, the required voltage reduction effect at each timing was determined as an average value of n=500. Further, the required voltage reduction effect indicates by what percentage the required voltage can be reduced with respect to the required voltage of the main discharge in the case where the preliminary discharge is not performed.
本試験より、吸気行程初期の段階であって、タイミングT0以後に予備放電を実施したことにより、主放電の要求電圧低減効果が確認された。特に、吸気バルブ21の開弁直後であって、排気バルブ22の閉弁後であるBTDC359°CAから予備放電を開始した場合に、要求電圧低減効果が最も高い結果となった。リッチ混合気Rではない吸気ポート210からの新気に対し予備放電を行ったことにより、要求電圧低減効果を有する主要な活性種である励起されたN2(窒素)分子が効率よく生成できたためと考えられる。また、予備放電の開始タイミングがBTDC330°CAの場合でも、ある程度の効果が確認された。一方、吸気行程初期の前の段階、すなわち排気行程の段階であるBTDC390°CAから予備放電を行っても、要求電圧低減効果はほとんど確認されなかった。また、BTDC320°CA以降から予備放電を行った場合も、要求電圧低減効果はほとんどないか、低い結果となった。燃焼後の混合気や、燃料を多く含むリッチ混合気Rに対し予備放電を行っても、充分に活性種が生成できなかったことが原因と考えられる。
From this test, it was confirmed that the effect of reducing the voltage required for main discharge was achieved by performing preliminary discharge after timing T0 at the early stage of the intake stroke. In particular, when preliminary discharge was started at BTDC 359° CA immediately after the
(評価試験2)
また、実施形態1の点火装置1を用いて、以下の評価試験2を行った。評価試験2では、図7に示すごとく、評価試験1と比較し、吸気バルブ21の開弁を20°CA遅角させた。具体的には、吸気バルブ21の開弁時期がBTDC339°CAであり、排気バルブ22の閉弁時期がBTDC360°CAである。すなわち、タイミングT0は、BTDC339°CAである。その他は、評価試験1と同様の条件にて行った。
(Evaluation test 2)
Further, the following
本試験においても、吸気行程初期の段階に予備放電を実施したことにより、主放電の要求電圧低減効果が確認された。特に、吸気バルブ21の開弁直後であって、排気バルブ22が閉弁しているBTDC339°CAから予備放電を開始した場合に、要求電圧低減効果が最も高い結果となった。また、予備放電の開始タイミングがBTDC320°CAまでは、ある程度の効果が確認された。一方、評価試験1と同様に、吸気行程初期の前の段階では、予備放電を行っても、要求電圧低減効果はほとんどない結果となった。また、BTDC300°CA以降から予備放電を行った場合も、要求電圧低減効果はほとんどないか、低い結果となった。評価試験1と同様の原因が考えられる。
In this test as well, the effect of reducing the voltage required for main discharge was confirmed by performing preliminary discharge at the early stage of the intake stroke. In particular, when preliminary discharge was started at BTDC 339° CA immediately after the
(評価試験3)
また、実施形態1の点火装置1を用いて、以下の評価試験3を行った。評価試験3では、図8に示すごとく、評価試験1と比較し、吸気バルブ21の開弁を20°CA進角させた。具体的には、吸気バルブ21の開弁時期がBTDC379°CAであり、排気バルブ22の閉弁時期がBTDC360°CAである。すなわち、タイミングT0は、BTDC360°CAである。また、本試験では、図8に示すごとく、吸気バルブ21及び排気バルブ22の双方が開弁しているオーバーラップ期間が存在する。その他は、評価試験1と同様の条件にて行った。
(Evaluation test 3)
Further, the following
本試験においても、吸気行程初期の段階に予備放電を実施することにより、主放電の要求電圧低減効果が確認された。特に、吸気バルブ21が開弁しており、排気バルブ22が閉弁した直後のBTDC360°CAから予備放電を開始した場合において、要求電圧低減効果が最も高い結果となった。一方、吸気バルブ21の開弁直後であるBTDC379°CAから予備放電を開始した場合、つまり、吸気バルブ21及び排気バルブ22の双方が開弁しているオーバーラップ期間から予備放電を開始した場合は、要求電圧低減効果はほとんどない結果となった。オーバーラップ期間に予備放電を実施した場合の当該結果は、吸気ポート210からのリッチ混合気Rではない新気に対し予備放電を行っているものの、主放電発生前に、生成された活性種が排気ポート220を通じて外部に排出されたことが原因と考えられる。一方、吸気行程初期の前の段階や、BTDC320°CA以降から予備放電を行った場合、要求電圧低減効果はほとんどないか、低い結果となった。評価試験1と同様の原因が考えられる。
In this test as well, the effect of reducing the voltage required for main discharge was confirmed by performing preliminary discharge at the early stage of the intake stroke. In particular, when the
(評価試験4)
実施形態1の点火装置1において、以下の評価試験4を行った。評価試験4では、双方のバルブ21、22の開閉タイミング、エンジン回転数は評価試験1と同様とした。そして、図9~図11に示すごとく、吸気行程初期直前のBTDC360°CAからBTDC320°CAにかけて、吸気ポート210からのリッチ混合気Rの流れのシミュレーションを行った。なお、図9~図11は、評価試験1の図6における、それぞれBTDC360°CA、BTDC330°CA、BTDC320°CAのときに対応する内燃機関2の状況を示す。
(Evaluation test 4)
In the
排気バルブ22が閉弁した直後であって、吸気バルブ21が開弁する前のBTDC360°CAの時点において、リッチ混合気Rは、図9に示すごとく、吸気ポート210内に存在している。そして、排気バルブ22が閉弁した状態であって、図10に示すごとく、吸気バルブ21が開弁した後のBTDC330°CAの時点において、リッチ混合気Rは、主燃焼室23内に流入する。そして、図11に示すごとく、BTDC320°CAの時点において、リッチ混合気Rは、スパークプラグ3の放電ギャップGにまで到達した結果となった。つまり、タイミングT0から40°CA経過した後に、リッチ混合気Rは、放電ギャップGに流入した結果となった。
Immediately after the
(実施形態2)
本形態の点火装置1は、予備放電の短絡頻度の予測に基づいて、予備放電の実施タイミングを決定するよう構成された形態である。
(Embodiment 2)
The
本形態の点火装置1は、予備放電の実施タイミングと、内燃機関2の運転条件と、予備放電の短絡頻度との関係を予め求めたマップに基づいて、予備放電の実施タイミングを決定するよう構成されている。
The
本形態の点火装置1は、上記マップに基づいて、短絡頻度が少ないと予測される期間に予備放電を実施するように構成されている。短絡頻度が少ないときに予備放電を実施することにより、安定してグロー放電を継続でき、これにより、活性種を効率的に生成することができる。一方、短絡頻度が多いときに予備放電を実施するとアーク放電になりやすく、電気エネルギーが熱となり、活性種を効率的に生成しにくい。
The
本形態において、上記マップは、予め実験等を行うことによって作成される。そして、内燃機関2の運転条件を変更しながら、予備放電の短絡を検出することにより、当該マップのためのデータを取得する。予備放電の実施タイミングを決定する予備放電制御部512は、当該マップを備える。内燃機関2の運転条件は、例えば、内燃機関2の回転数や負荷等である。
In this embodiment, the map is created by conducting an experiment or the like in advance. Then, data for the map is acquired by detecting a short circuit in the preliminary discharge while changing the operating conditions of the
予備放電の短絡は、図12に示すごとく、点火コイル4の二次電流を測定することによって検出する。短絡頻度は、予め二次電流の基準値を定めておき、図12中に丸印で示すごとく、所定期間内に二次電流が基準値を下回った回数を測定し、その回数を短絡頻度として計算する。なお、予備放電の短絡頻度の検出にあたり、二次電流の測定値をハイパスフィルタ(HPF)処理してもよい。また、二次電流の代わりに、一次電圧で短絡頻度を検出してもよい。 A short circuit in the preliminary discharge is detected by measuring the secondary current of the ignition coil 4, as shown in FIG. To determine the short-circuit frequency, a reference value for the secondary current is determined in advance, and the number of times the secondary current falls below the reference value within a predetermined period is measured, as shown by the circle in Figure 12, and the number of times is determined as the short-circuit frequency. calculate. Note that in detecting the short-circuit frequency of preliminary discharge, the measured value of the secondary current may be subjected to high-pass filter (HPF) processing. Furthermore, the short circuit frequency may be detected using the primary voltage instead of the secondary current.
予備放電制御部512は、内燃機関2の運転条件毎に、予備放電の短絡頻度を上記マップとして記憶している。つまり、予備放電制御部512は、効果的な予備放電実施が可能な短絡頻度の少ない期間を、運転条件毎にマップとして記憶している。そして、予備放電制御部512は、内燃機関2の運転条件のデータを受信して当該マップと照合し、予備放電の短絡頻度が少ないと予測される期間にて、予備放電を実施するように制御する。
その他は、実施形態1と同様である。
なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
The preliminary
The rest is the same as in the first embodiment.
Note that among the symbols used in the second embodiment and subsequent embodiments, the same symbols as those used in the previously described embodiments represent the same components as those in the previously described embodiments, unless otherwise specified.
本形態の点火装置1は、予備放電の実施タイミングと、内燃機関2の運転条件と、予備放電の短絡頻度との関係を予め求めたマップに基づいて、予備放電の実施タイミングを決定するよう構成されている。つまり、予備放電は、短絡頻度が少ないと予測される期間に実施するよう構成されている。それゆえ、後述する評価試験5にて説明するように、主放電の要求電圧低減効果を一層向上させることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
The
Other than that, it has the same effects as
(評価試験5)
実施形態2の点火装置1を用いて、以下の評価試験5を行った。評価試験5では、図13に示すごとく、評価試験1と同じ運転条件において、吸気行程初期の予備放電の短絡頻度と、予備放電の開始タイミング毎の要求電圧低減効果を測定した。短絡頻度は、それぞれ1°CAの期間での短絡回数を測定した。また、それぞれのタイミングにおける短絡頻度は、n=50の平均値として求めた。その他は、評価試験1と同様の条件にて行った。
(Evaluation test 5)
The following
図13に示すごとく、短絡頻度が相対的に少ないBTDC359°CAのタイミングで予備放電を開始したときにおいて、要求電圧低減効果が最も高い結果となった。一方、短絡頻度が最大となるBTDC330°CAや、BTDC300°CAのタイミングで予備放電を開始した場合、BTDC359°CAのタイミングで開始した場合と比較し、要求電圧低減効果が低い結果となった。短絡頻度が相対的に少ないときに予備放電を行うことによって、安定してグロー放電を継続でき、これにより、活性種の生成が効率的に行われたと考えられる。
As shown in FIG. 13, when preliminary discharge was started at a timing of 359° CA BTDC, where the frequency of short circuits is relatively low, the required voltage reduction effect was the highest. On the other hand, when preliminary discharge was started at the timing of
(実施形態3)
本形態の点火装置1は、図14に示すごとく、予備放電の要否を判定する予備放電要否判定部53を備えた形態である。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 14, the
本形態において、内燃機関2の制御装置5は、図14に示すごとく、予備放電要否判定部53を備える。予備放電要否判定部53は、図15に示すごとく、予め設定した主放電の要求電圧の基準値に基づき、運転条件毎に、予備放電の必要性を判断する。そして、予備放電要否判定部53は、予備放電が不要と判断したとき、予備放電制御部512に対し、予備放電を行わないよう指令する。
In this embodiment, the
主放電の要求電圧が高くなる要因としては、例えば、〔1〕吸気圧、〔2〕目標EGR(Exhaust Gas Recirculationの略、排気再循環)量、〔3〕目標主点火時期、〔4〕筒内温度、〔5〕実圧縮比等の運転時のパラメータがある。〔1〕吸気圧及び〔2〕目標EGR量は大きいほど、〔3〕目標主点火時期はTDCに近いほど主放電の要求電圧は高くなる。また、〔4〕筒内温度は低いほど、〔5〕実圧縮比は高いほど主放電の要求電圧は高くなる。 Factors that increase the required voltage for main discharge include, for example, [1] intake pressure, [2] target EGR (exhaust gas recirculation) amount, [3] target main ignition timing, and [4] cylinder There are operating parameters such as internal temperature and [5] actual compression ratio. [1] The larger the intake pressure and [2] the target EGR amount, and the closer [3] the target main ignition timing is to TDC, the higher the required voltage for main discharge becomes. Furthermore, [4] the lower the in-cylinder temperature, and [5] the higher the actual compression ratio, the higher the required voltage for main discharge.
例えば、〔1〕~〔5〕のパラメータの要求電圧上昇への寄与度をそれぞれA~Eで表した場合、図15に示すごとく、これらの合計から要求電圧推定値を決定することができる。そして、上記パラメータの寄与度の合計から決定される要求電圧推定値が基準値を超えた場合、予備放電が実施される。 For example, if the contribution of parameters [1] to [5] to the required voltage increase is expressed as A to E, respectively, the estimated required voltage value can be determined from the sum of these parameters, as shown in FIG. Then, if the required voltage estimated value determined from the total contribution of the parameters exceeds the reference value, preliminary discharge is performed.
つまり、図15中における条件1~3は、異なる3つの運転条件を示す。そして、それぞれの運転条件において、主放電の要求電圧推定値が基準値よりも低い場合(図15における条件1、2の場合)、予備放電要否判定部53は、予備放電制御部512に対し、予備放電を行わないよう指令する。一方、主放電の要求電圧推定値が基準値以上の場合(図15における条件3の場合)、予備放電を行うよう指令する。
That is,
次に、予備放電制御部512の制御について、図16のフローチャートに従って説明する。まず、ステップS1において、予備放電制御部512は、予備放電要否判定部53の指令に基づいて、予備放電が必要な運転条件か否かを判断する。予備放電が不要な運転条件の場合、再度ステップS1に戻り、改めて予備放電の要否を判断する。一方、予備放電が必要な運転条件と判断した場合、ステップS2へと進む。
Next, the control of the preliminary
ステップS2において、予備放電制御部512は、バルブ制御部52からの信号に基づき、吸気バルブ21及び排気バルブ22の双方が開弁しているバルブオーバーラップ状態か否かを判断する。バルブオーバーラップ状態である場合、ステップS3へと進み、バルブ制御部52からの信号に基づき、排気バルブ22が閉弁するタイミングを読み込み、ステップS5へと進む。一方、ステップS2において、バルブオーバーラップ状態でないと判断した場合、ステップS4に進み、バルブ制御部52からの信号に基づき、吸気バルブ21が開弁するタイミングを読み込み、ステップS5へと進む。
In step S2, the preliminary
ステップS5において、予備放電制御部512は、予備放電タイミングの判断を行い、ステップS6にて、点火コイル4に対し、予備放電出力信号を出力する。
その他は、実施形態1と同様である。
In step S5, the preliminary
The rest is the same as in the first embodiment.
本形態の点火装置1は、予備放電要否判定部53を備える。それゆえ、予備放電が不要と判断した場合、予備放電を実施しないよう制御することができる。それゆえ、点火コイル4の発熱の抑制や、スパークプラグ3の電極消耗量を抑制することができる。その結果、点火コイル4及びスパークプラグ3の寿命を延ばすことができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
The
Other than that, it has the same effects as
上記実施形態1~3において、内燃機関2は吸気ポート噴射式である。ただし、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と、直噴用の燃料噴射弁の双方を備えた内燃機関であってもよい。
In the first to third embodiments described above, the
また、上記実施形態1~3において、予備放電期間を20°CAとする例を示した。ただし、内燃機関2の運転条件等により、予備放電期間を変更することができる。予備放電期間は、例えば、20°CA未満とすることができる。また、予備放電期間は、20°CAよりも長くすることができる。
Further, in the first to third embodiments described above, an example was shown in which the preliminary discharge period was 20° CA. However, the preliminary discharge period can be changed depending on the operating conditions of the
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
1 点火装置
2 内燃機関
21 吸気バルブ
22 排気バルブ
3 スパークプラグ
31 絶縁碍子
321 先端突出部
32 中心電極
33 ハウジング
331 接地電極
G 放電ギャップ
T0 吸気バルブが開くタイミング、及び排気バルブが閉じるタイミングのうち、遅い方のタイミング
1
Claims (2)
上記スパークプラグが備えられた内燃機関(2)の吸気行程初期の段階であって、上記内燃機関の吸気バルブ(21)が開くタイミング、及び上記内燃機関の排気バルブ(22)が閉じるタイミングのうち、遅い方のタイミング(T0)以後に、予備放電を実施するように構成されており、
上記予備放電は、上記吸気バルブが開くタイミング、及び上記排気バルブが閉じるタイミングのうち、遅い方のタイミングから、40°のクランク角に相当する期間が経過するまでの間に実施するよう構成されており、
上記予備放電を実施した後、主放電を実施することにより、混合気を着火させるよう構成されており、
上記内燃機関は、上記吸気バルブを備えた吸気ポート(210)を有し、上記内燃機関は、上記吸気ポートに燃料が噴射されるポート噴射式の内燃機関である、内燃機関用の点火装置(1)。 A cylindrical insulator (31), a center electrode (32) held inside the insulator and having a tip protrusion (321) protruding from the tip side of the insulator, A spark plug (3) having a cylindrical housing (33) held on the side, and a ground electrode (331) connected to the housing and forming a discharge gap (G) between the tip protrusion and the spark plug (33). ),
The initial stage of the intake stroke of the internal combustion engine (2) equipped with the spark plug, the timing at which the intake valve (21) of the internal combustion engine opens and the timing at which the exhaust valve (22) of the internal combustion engine closes. , the preliminary discharge is performed after the later timing (T0),
The preliminary discharge is configured to be performed between the timing when the intake valve opens and the timing when the exhaust valve closes, whichever is later, until a period corresponding to a crank angle of 40 degrees has elapsed. Ori,
After performing the preliminary discharge, the main discharge is performed to ignite the air-fuel mixture,
The internal combustion engine has an intake port (210) equipped with the intake valve, and the internal combustion engine is a port injection type internal combustion engine in which fuel is injected into the intake port. 1).
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