專利名稱：等離子流火花塞點(diǎn)火控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生等離子體(plasma)以點(diǎn)燃混合氣體的內(nèi)燃機(jī)用的等離 子流火花塞(plasma-jet spark plug)的控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
對(duì)于機(jī)動(dòng)車輛用發(fā)動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)，通常使用利用火花放電來點(diǎn)燃混合氣體的火花 塞。近年來，要求內(nèi)燃機(jī)具有更高的輸出和更低的燃料消耗。因此，正在開發(fā)能夠提供更快 的燃燒擴(kuò)散速度并能夠點(diǎn)燃具有更高點(diǎn)火極限空燃比的稀薄混合氣體的等離子流火花塞 (例如，參考專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 JP 2007-287666A等離子流火花塞具有包括小容積放電空間(腔)的結(jié)構(gòu)，其中，由陶瓷絕緣體等絕 緣體圍繞中心電極和接地電極之間的火花放電間隙來形成該放電空間。在等離子流火花塞 的點(diǎn)火方法的一個(gè)例子中，在點(diǎn)燃混合氣體時(shí)，首先通過在中心電極和接地電極之間施加 高壓來進(jìn)行火花放電。由于因此而產(chǎn)生的介質(zhì)擊穿，使得具有較低電壓的電流可以在中心 電極和接地電極之間的間隙中流動(dòng)。因此，通過在中心電極和接地電極之間提供電力改變 放電狀態(tài)，在腔中形成等離子體。通過經(jīng)連通孔(所謂的口)噴射由此形成的等離子體，等 離子流火花塞對(duì)混合氣體進(jìn)行點(diǎn)火。然而，由于等離子流火花塞需要提供大量能量來產(chǎn)生等離子體，因而與傳統(tǒng)火花 塞相比，等離子流火花塞在耐久性上較差。而且，由于從腔中噴射等離子體的時(shí)間短，因而 在一些情況下點(diǎn)火的可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于提高等離子流火花塞的耐久性和 可燃性的控制技術(shù)。本發(fā)明的第一方面提供一種用于控制設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)中的等離子流火花塞的點(diǎn)火 的控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括感測(cè)部，用于感測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)的工作狀況；確定部，用于 根據(jù)感測(cè)到的所述工作狀況來確定所述等離子流火花塞的點(diǎn)火模式；以及點(diǎn)火部，用于根 據(jù)確定出的所述點(diǎn)火模式，進(jìn)行如下點(diǎn)火控制通過向所述等離子流火花塞施加第一電力， 在所述等離子流火花塞的火花放電間隙中引發(fā)介質(zhì)擊穿，然后通過向發(fā)生了所述介質(zhì)擊穿 的所述火花放電間隙施加第二電力，在所述火花放電間隙的附近產(chǎn)生等離子體。根據(jù)第一方面的控制系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)置有等離子流火花塞的內(nèi)燃機(jī)的工作狀況 來確定點(diǎn)火模式。因此，該控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行控制，使得與每一次都在相同模式下進(jìn)行點(diǎn)火 的系統(tǒng)相比，能夠提高等離子流火花塞的耐久性和可燃性。本發(fā)明的第二方面提供第一方面的控制系統(tǒng)，其中，所述確定部確定所述等離子 流火花塞的點(diǎn)火正時(shí)和針對(duì)每一燃燒沖程的點(diǎn)火次數(shù)作為所述點(diǎn)火模式，所述點(diǎn)火部根據(jù) 確定出的點(diǎn)火正時(shí)和確定出的一個(gè)燃燒沖程的點(diǎn)火次數(shù)進(jìn)行所述點(diǎn)火控制。
4
根據(jù)第二方面的控制系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)置有等離子流火花塞的內(nèi)燃機(jī)的工作狀況， 調(diào)整點(diǎn)火正時(shí)和針對(duì)每一燃燒沖程的點(diǎn)火次數(shù)。因此，該控制系統(tǒng)能夠在適合內(nèi)燃機(jī)的工 作狀況的點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行多次點(diǎn)火。因此，該控制系統(tǒng)能夠增加點(diǎn)燃的機(jī)會(huì)，從而提高等離子 流火花塞的點(diǎn)火性能。本發(fā)明的第三方面提供第一方面或第二方面的控制系統(tǒng)，其中，所述確定部根據(jù) 感測(cè)到的所述工作狀況，確定所述第二電力的電力量。根據(jù)第三方面的控制系統(tǒng)能夠根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作狀況，調(diào)整用于生成等離子體的 電力量。因此，無需向等離子流火花塞施加超過必要的電力，并且該控制系統(tǒng)能夠提高等離 子流火花塞的耐久性。第四方面提供第三方面的控制系統(tǒng)，其中，所述確定部根據(jù)感測(cè)到的所述工作狀 況，通過調(diào)整對(duì)發(fā)生了所述介質(zhì)擊穿的火花放電間隙提供的電流的大小來確定所述電力量。第四方面的控制系統(tǒng)能夠通過調(diào)整電流的大小而非調(diào)整供電時(shí)間，向等離子流火 花塞提供適合于內(nèi)燃機(jī)的工作狀況的電力量。本發(fā)明的第五方面提供第三方面的控制系統(tǒng)，其中，所述確定部根據(jù)感測(cè)到的所 述工作狀況，通過調(diào)整對(duì)發(fā)生了所述介質(zhì)擊穿的所述火花放電間隙供電的時(shí)間或時(shí)間量來 確定所述電力量。第五方面的控制系統(tǒng)能夠通過調(diào)整供電時(shí)間而非調(diào)整電流的大小，向等離子流火 花塞提供適合于內(nèi)燃機(jī)的工作狀況的電力量。本發(fā)明的第六方面提供第一方面 第五方面中的一個(gè)方面的控制系統(tǒng)，其中，所 述點(diǎn)火部包括與所述等離子流火花塞連接并用于提供所述第一電力的第一供電部和與所 述等離子流火花塞連接并用于提供所述第二電力的第二供電部，所述點(diǎn)火部通過改變從所 述第二供電部所提供的第二電力的量，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述點(diǎn)火控制。第六方面的控制系統(tǒng)被配置成直接改變從第二供電部所提供的第二電力的量，以 產(chǎn)生等離子體。因此，該控制系統(tǒng)能夠根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作狀況精確地調(diào)整電力量，并且將精 確調(diào)整后的電力提供給等離子流火花塞。本發(fā)明的第七方面提供第六方面的控制系統(tǒng)，其中，所述點(diǎn)火部的所述第二供電 部包括與所述等離子流火花塞連接并用于向所述等離子流火花塞提供所述第二電力的電 源部和用于改變所述電源部和所述等離子流火花塞之間的導(dǎo)通或連接狀態(tài)的開關(guān)，所述點(diǎn) 火部通過控制所述開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述點(diǎn)火控制。第七方面的控制系統(tǒng)能夠以在電源部和等離子流火花塞之間設(shè)置開關(guān)的相對(duì)簡 單的電路來調(diào)整諸如點(diǎn)火正時(shí)和點(diǎn)火頻率或點(diǎn)火次數(shù)等的點(diǎn)火模式。本發(fā)明的第八方面提供第七方面的控制系統(tǒng)，其中，所述點(diǎn)火部的所述第二供電 部包括并聯(lián)配置的多組電路，其中每組電路包括所述開關(guān)和與所述等離子流火花塞連接的 所述電源部，并且所述點(diǎn)火部通過控制所述開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行 所述點(diǎn)火控制。第八方面的控制系統(tǒng)能夠通過使用多個(gè)電源部，使施加至等離子流火花塞的電力 量的調(diào)整范圍變寬。本發(fā)明的第九方面提供第六方面的控制系統(tǒng)，其中，所述點(diǎn)火部的所述第二供電部包括與所述等離子流火花塞連接并用于向所述等離子流火花塞提供所述第二電力的電 源部和用于改變大地與所述電源部和所述等離子流火花塞間的連接部之間的導(dǎo)通或連接 狀態(tài)的開關(guān)，所述點(diǎn)火部通過控制所述開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述 點(diǎn)火控制。第九方面的控制系統(tǒng)能夠通過控制開關(guān)的轉(zhuǎn)換，容易地調(diào)整結(jié)束施加第二電力的 時(shí)刻。本發(fā)明的第十方面提供第六方面的控制系統(tǒng)，其中，所述點(diǎn)火部的所述第二供電 部包括通過變壓器與所述等離子流火花塞連接并用于向所述等離子流火花塞提供所述第 二電力的電源部和用于改變所述變壓器的一次側(cè)和大地之間的導(dǎo)通或連接狀態(tài)的開關(guān)，所 述點(diǎn)火部通過控制所述開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述點(diǎn)火控制。第十方面的控制系統(tǒng)能夠利用在將電源部連接至等離子流火花塞的變壓器的接 地部分設(shè)置開關(guān)的相對(duì)簡單的電路來調(diào)整諸如點(diǎn)火正時(shí)和點(diǎn)火次數(shù)等的點(diǎn)火模式。本發(fā)明的第十一方面提供第六方面的控制系統(tǒng)，其中，所述點(diǎn)火部的所述第二供 電部包括與所述等離子流火花塞連接并用于向所述等離子流火花塞提供所述第二電力的 電源部，所述點(diǎn)火部通過控制所述電源部的輸出電力，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所 述點(diǎn)火控制。第十一方面的控制系統(tǒng)能夠利用控制電源部的輸出電力的相對(duì)簡單的電路來調(diào) 整施加至等離子流火花塞的電力量。


圖1是說明用于控制等離子流火花塞的點(diǎn)火的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是示出等離子流火花塞100的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖；圖3是示出等離子流火花塞100的前端部分的放大剖視圖；圖4是示出內(nèi)燃機(jī)300的控制處理的流程圖；圖5是示出點(diǎn)火裝置320的第一構(gòu)成的圖；圖6是示出點(diǎn)火裝置320的第二構(gòu)成的圖；圖7是示出點(diǎn)火裝置320的第三構(gòu)成的圖；圖8是示出點(diǎn)火裝置320的第四構(gòu)成的圖；圖9是示出點(diǎn)火裝置320的第五構(gòu)成的圖；圖10是示出點(diǎn)火裝置320的第六構(gòu)成的圖；圖11是示出施加于等離子流火花塞的能量和等離子流火花塞的耐久性之間的關(guān) 系的圖；圖12是示出內(nèi)燃機(jī)300的輸出最大的點(diǎn)火正時(shí)的圖；圖13是示出提供低于或等于0. 的失火概率(misfire probability)的最少點(diǎn) 火次數(shù)的圖；圖14是示出用于通過改變內(nèi)燃機(jī)300的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來確定提供低于或等于0. 1 %的 失火概率的最小施加能量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；圖15是示出用于通過改變節(jié)流閥開度來確定提供低于或等于0. 的失火概率 的最小施加能量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖16是示出用于通過改變空燃比來確定提供低于或等于0. 的失火概率的最 小施加能量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；圖17是示出用于通過改變點(diǎn)火正時(shí)來確定提供低于或等于0. 的失火概率的 最小施加能量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；圖18是示出用于通過改變點(diǎn)火次數(shù)來確定提供低于或等于0. 的失火概率的 最小施加能量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；圖19是示出用于通過改變EGR率來確定提供低于或等于0. 的失火概率的最小 施加能量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；圖20是示出用于通過改變最大電流值來確定提供低于或等于0. 的失火概率 的最小施加能量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；圖21是示出用于通過改變供電時(shí)間來確定提供低于或等于0. 的失火概率的 最小施加能量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；圖22是用于示出施加開始時(shí)間和施加停止時(shí)間的概念的圖；圖23是用于示出施加開始時(shí)間和施加停止時(shí)間的概念的圖；圖24是示出用于通過改變施加開始時(shí)間t 1和施加停止時(shí)間t2來確定提供低于 或等于0. 的失火概率的最小施加能量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式以下參考附圖按照下面的順序說明本發(fā)明的實(shí)施例。A.控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概述B.等離子流火花塞的結(jié)構(gòu)C.內(nèi)燃機(jī)的工作控制D.點(diǎn)火裝置的各種構(gòu)成E.實(shí)施例A.控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概述圖1是概略示出用于控制等離子流火花塞的點(diǎn)火的控制系統(tǒng)的圖。圖1所示的控 制系統(tǒng)1包括設(shè)置有等離子流火花塞100的內(nèi)燃機(jī)300、用以對(duì)等離子流火花塞100進(jìn)行點(diǎn) 火的點(diǎn)火裝置320、用以感測(cè)內(nèi)燃機(jī)300的一個(gè)或多個(gè)工作狀況的各種傳感器、以及與這些 傳感器連接的E⑶(發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元)310。內(nèi)燃機(jī)300是普通的四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃機(jī)300裝配有用于感測(cè)空燃比的A/ F傳感器301、用于感測(cè)爆震(knocking)發(fā)生的爆震傳感器302、用于感測(cè)冷卻水的溫度的 水溫傳感器303、用于感測(cè)曲柄角的曲柄角傳感器304、用于感測(cè)節(jié)流閥開度的節(jié)流閥傳感 器305、以及用于感測(cè)EGR閥開度的EGR閥傳感器306。這些傳感器與E⑶310電連接。根據(jù)由這些傳感器所感測(cè)到的內(nèi)燃機(jī)300的工作 狀況，ECU 310確定諸如點(diǎn)火正時(shí)、點(diǎn)火頻率或點(diǎn)火次數(shù)、和/或施加于等離子流火花塞100 的能量量等的等離子流火花塞100的點(diǎn)火模式。然后，根據(jù)確定出的點(diǎn)火模式，ECU 310向 等離子流火花塞100的點(diǎn)火裝置320輸出點(diǎn)火信號(hào)和能量改變信號(hào)。點(diǎn)火信號(hào)是用以啟動(dòng) 等離子流火花塞100的火花放電的觸發(fā)信號(hào)。能量改變信號(hào)是用于調(diào)整或調(diào)節(jié)施加至等離 子流火花塞100的能量量以在火花放電之后產(chǎn)生等離子體的信號(hào)。
點(diǎn)火裝置320根據(jù)從ECU 310接收到的點(diǎn)火信號(hào)和能量改變信號(hào)，對(duì)等離子流火 花塞100進(jìn)行點(diǎn)火控制。具體地，響應(yīng)于來自E⑶310的點(diǎn)火信號(hào)，點(diǎn)火裝置320通過向等 離子流火花塞100施加高壓(第一電力)，產(chǎn)生火花放電，從而在火花放電間隙中引發(fā)介質(zhì) 擊穿。然后，點(diǎn)火裝置320向介質(zhì)擊穿之后的火花放電間隙施加根據(jù)從ECU 310接收到的 能量改變信號(hào)調(diào)整后的電力(第二電力)。因此，從等離子流火花塞100噴射等離子體，并 且點(diǎn)燃?xì)怏w混合物。在本實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)于本申請(qǐng)中所使用的“感測(cè)部”，ECU 310對(duì) 應(yīng)于本申請(qǐng)中所使用的“確定部”，并且點(diǎn)火裝置320對(duì)應(yīng)于本申請(qǐng)中所使用的“點(diǎn)火部”。B.等離子流火花塞的結(jié)構(gòu)圖2是示出等離子流火花塞100的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。圖3是示出等離子流火花 塞100的前端部分的放大剖視圖。在圖2中，等離子流火花塞100的軸0的方向是圖2的 上下方向。在下面的說明中，將下側(cè)和上側(cè)分別稱為前端側(cè)和后端側(cè)。如圖2所示，等離子流火花塞100包括絕緣體10、用于支持絕緣體10的主金屬裝 配構(gòu)件50、沿軸0的方向被支持在絕緣體10中的中心電極20、被焊接至主金屬裝配構(gòu)件50 的前端59的接地電極30、以及被設(shè)置在絕緣體10的后端處的端子金屬構(gòu)件40。絕緣體10是通過煅燒已知的氧化鋁或其它材料形成的管狀絕緣構(gòu)件，其形狀為 具有沿著軸ο的方向延伸的軸孔12的空心圓柱體。絕緣體10包括在軸0方向上的長度的 大約中央處形成的且具有最大外徑的凸緣部19以及在凸緣部19的后端側(cè)形成的后端側(cè)主 干(trunk)部18。絕緣體10還包括在凸緣部19的前端側(cè)形成的且在外徑上小于后端側(cè)主 干部18的前端側(cè)主干部17以及在前端側(cè)主干部17的前端側(cè)形成的且在外徑上小于前端 側(cè)主干部17的腿部13。在前端側(cè)主干部17和腿部13之間，形成有臺(tái)階。如圖3所示，軸孔12的位于腿部的部分形成為電極容納部15，其在內(nèi)徑上小于軸 孔12的在前端側(cè)主干部17、凸緣部19和后端側(cè)主干部18中延伸的部分。將中心電極20 保持在該電極容納部15中。而且，軸孔12還包括位于電極容納部15的前端側(cè)且在內(nèi)徑上 小于電極容納部15的前端小直徑部61。前端小直徑部61的內(nèi)周面與絕緣體10的前端面 16相接，由此形成軸孔12的開口 14。中心電極20是由諸如Inconel (商標(biāo)名)600或601等的鎳合金或其它材料制成 的形狀如圓柱體的電極棒。中心電極20在其中包括由導(dǎo)熱性良好的銅或其它材料制成的 金屬芯23。通過焊接將電極端部25與中心電極20的前端21接合成一體。電極端部25形 狀如圓盤，并且由主要成分包含貴金屬和/或鎢的合金制成。在本實(shí)施例中，將包括中心電 極20和與中心電極20接合成一體的電極端部25的整體構(gòu)件稱為“中心電極”。中心電極20包括如向外凸緣一樣在外徑上增大的后端部，并且該后端部在軸孔 12中位于電極容納部15起始的臺(tái)階部上，以使得在電極容納部15中定位中心電極20。中 心電極20的前端21的前端面26 (確切地說，即，與中心電極20的前端21接合成一體的電 極端部25的前端面26)的周圍邊界部抵接在直徑不同的電極容納部15和前端小直徑部61 之間所形成的臺(tái)階上。利用該結(jié)構(gòu)，軸孔12的前端小直徑部61的內(nèi)周面和中心電極20的 前端面26圍繞限定小容積的小放電空間。將該放電空間稱為腔60。接地電極30和中心電 極20之間的火花放電間隙中的火花放電穿過該腔60內(nèi)的空間和壁表面。然后，在通過火 花放電而發(fā)生介質(zhì)擊穿或絕緣擊穿之后，通過施加能量，在該腔60中形成等離子體。從開口 14的開口端11噴射出該等離子體。如圖2所示，中心電極20通過配置于軸孔12中的金屬玻璃混合物的導(dǎo)電密封構(gòu) 件4與后端金屬端子構(gòu)件40電連接。通過該密封構(gòu)件4，在軸孔12中固定并電連接中心電 極20和端子構(gòu)件40。端子構(gòu)件40通過插頭(未示出)與高壓線纜(未示出)相連接，其 中，通過該高壓線纜，從圖1所示的點(diǎn)火裝置320向端子構(gòu)件40提供電力。主金屬裝配構(gòu)件50是用于將等離子流火花塞100固定至內(nèi)燃機(jī)300的發(fā)動(dòng)機(jī)頭 的管狀金屬構(gòu)件。主金屬裝配構(gòu)件50包圍并保持絕緣體10。主金屬裝配構(gòu)件50由鐵材料 制成，并且包括與未示出的火花塞扳手配合的工具接合部51以及被擰進(jìn)設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)300 上部的發(fā)動(dòng)機(jī)頭中的螺紋部52。主金屬裝配構(gòu)件50包括位于工具接合部51的后端側(cè)的壓緊連接部(staking portion) 53。在絕緣體10的后端側(cè)主干部18和主金屬裝配構(gòu)件50的包括工具接合部51 及壓緊連接部53的部分之間插入圓環(huán)形構(gòu)件6和7。而且，在圓環(huán)形構(gòu)件6和7這兩者之 間填充滑石粉9。通過壓緊連接壓緊連接部53，經(jīng)圓環(huán)形構(gòu)件6和7以及滑石粉9將絕緣 體10向前推向主金屬裝配構(gòu)件50的前端。因此，如圖3所示，通過環(huán)狀密封件80相對(duì)在 主裝配構(gòu)件50的內(nèi)周面上以臺(tái)階形式形成的臺(tái)階狀抵接部56來支持絕緣體10的腿部13 和前端側(cè)主干部17之間的臺(tái)階部，從而使得主裝配構(gòu)件50和絕緣體10成為一體。密封件 80確保主裝配構(gòu)件50和絕緣體10之間的氣密性，并且防止燃燒氣體泄漏。此外，如圖2所 示，在工具接合部51和螺紋部52之間形成凸緣部54，并且在螺紋部52的后端附近，將密封 墊5裝配在凸緣部54的座面55上。將接地電極30設(shè)置在主裝配構(gòu)件50的前端部59。接地電極30由耐火花消耗的 金屬材料制成。例如，可以使用Inconel (商標(biāo)名)600或601等的鎳合金。如圖3所示，接 地電極30是在中央具有連通孔31的圓盤狀構(gòu)件。在接地電極30的厚度方向與軸0的方 向一致且接地電極30抵接絕緣體10的前端面16的狀態(tài)下，將接地電極30裝配在由主裝 配構(gòu)件50的前端部59的內(nèi)周面所限定的接合部58中。在接地電極30的前端面32與主 裝配構(gòu)件50的前端面57齊平的狀態(tài)下，通過激光焊接，將接地電極30的外周邊整圈地與 接合部58相接合，從而使得接地電極30與主裝配構(gòu)件50接合成一體。接地電極30的連 通孔31的大小為連通孔31的最小內(nèi)徑大于或等于絕緣體10的開口 14(開口端11)的內(nèi) 徑。腔60的內(nèi)部通過連通孔31與外部連通。C.內(nèi)燃機(jī)的工作控制E⑶310控制點(diǎn)火裝置320，從而對(duì)裝配有由此構(gòu)成的等離子流火花塞100的內(nèi)燃 機(jī)300進(jìn)行點(diǎn)火。下面對(duì)ECU 310所進(jìn)行的控制進(jìn)行說明。圖4是E⑶310重復(fù)進(jìn)行的用于控制內(nèi)燃機(jī)的控制處理的流程圖。如圖4所示， 在該控制處理開始之后，ECU 310首先通過使用水溫傳感器303獲取冷卻水或散熱劑的溫 度W(步驟S10)，并且檢查是否完成了內(nèi)燃機(jī)300的預(yù)熱(步驟S20)。當(dāng)判斷為冷卻水的溫 度W高于或等于預(yù)定溫度(例如，70°C)并且完成了預(yù)熱時(shí)(步驟S20為“是”)，E⑶310 通過使用曲柄角傳感器304感測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度R(步驟S30)，并且通過使用節(jié)流閥傳感器305感 測(cè)節(jié)流閥開度T (步驟S40)。此外，ECU 310通過使用爆震傳感器302感測(cè)爆震的爆震強(qiáng)度 K (步驟 S50)。在這些用于感測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度R、節(jié)流閥開度T和爆震強(qiáng)度K等的一種或多種工作狀況的操作之后，ECU 310根據(jù)這些感測(cè)值，確定等離子流火花塞100的點(diǎn)火正時(shí)D和點(diǎn)火頻率 或點(diǎn)火次數(shù)N(步驟S60和S70)。例如，通過下面的多維函數(shù)確定點(diǎn)火正時(shí)D和點(diǎn)火次數(shù)
N0D = f (R, T, K)N=g(R，T)當(dāng)在步驟S20判斷為仍未完成預(yù)熱時(shí)(步驟S20為“否”)，E⑶310進(jìn)行預(yù)熱校正 (步驟S 80)。預(yù)熱校正是提高啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)300時(shí)的可燃性的操作。也就是說，E⑶310通 過使用曲柄角傳感器304感測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度R(步驟S90)，并且通過使用節(jié)流閥傳感器305感測(cè) 節(jié)流閥開度T (步驟S100)。此外，ECU 310通過使用爆震傳感器302感測(cè)爆震強(qiáng)度K(步驟 S110)。根據(jù)這些感測(cè)值，ECU310確定仍未完成預(yù)熱的預(yù)熱期間的等離子流火花塞100的 點(diǎn)火正時(shí)D’和點(diǎn)火次數(shù)N’(步驟S120和S130)。在預(yù)熱期間，與正常期間相比，通過提前 點(diǎn)火正時(shí)，并且/或者與正常期間相比，通過增加點(diǎn)火次數(shù)，可以提高可燃性。在通過這些操作確定了點(diǎn)火正時(shí)D和點(diǎn)火次數(shù)N之后，E⑶310通過使用A/F傳感 器301感測(cè)空燃比A(步驟S140)，并且通過使用EGR閥傳感器306感測(cè)EGR閥的開度E (步 驟S150)。最后，通過使用上述各種值，ECU 310確定在火花放電間隙中發(fā)生介質(zhì)擊穿之后 要施加于等離子流火花塞100的能量量J(峰值電流和通電時(shí)間)(步驟S160)。例如，通過 下面的多維函數(shù)來確定能量量J。J = h(R, Τ, A, Ε, D, N)通過重復(fù)上述控制處理，E⑶310可以確定等離子流火花塞100的點(diǎn)火正時(shí)D、點(diǎn) 火次數(shù)N和施加能量量J。根據(jù)由此確定的點(diǎn)火正時(shí)D、點(diǎn)火次數(shù)N和能量量J，ECU 310控 制點(diǎn)火裝置320，并且使等離子流火花塞100進(jìn)行點(diǎn)火。為了確定點(diǎn)火正時(shí)D、點(diǎn)火次數(shù)N 和能量量J，基于在后面所述的實(shí)施例中獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，預(yù)先確定上述函數(shù)和/或控制映 射。通過使用這些函數(shù)和/或控制映射，E⑶310確定點(diǎn)火正時(shí)D和點(diǎn)火次數(shù)N，使得能量 量J較少，并且提高點(diǎn)火的可靠性。P.點(diǎn)火裝置的各種構(gòu)成可以通過各種電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖1所示的點(diǎn)火裝置320。下面對(duì)點(diǎn)火裝置320的四 種構(gòu)成進(jìn)行說明。下面的構(gòu)成不是限制性的，并且可以不局限于下面的構(gòu)成而采用其它各 種構(gòu)成。(Dl)第一構(gòu)成圖5是示出點(diǎn)火裝置320的第一構(gòu)成的圖。以下將第一構(gòu)成的點(diǎn)火裝置稱為“點(diǎn) 火裝置320a”。如圖5所示，點(diǎn)火裝置320a包括用于在等離子流火花塞100中引發(fā)介質(zhì)擊 穿的觸發(fā)放電電路340a和用于在發(fā)生介質(zhì)擊穿之后向等離子流火花塞100施加能量的等 離子放電電路350b。觸發(fā)放電電路340a包括具有12V電壓的電池321、用以將電壓從電池321的電壓 升高至數(shù)萬伏電壓的升壓變壓器323、用以防止電流逆流的二極管324、電阻器325和開關(guān) 326。電池321、升壓變壓器323、二極管324和電阻器325以串聯(lián)電路的方式與等離子流火 花塞100的中心電極20連接。二極管324的陽極與升壓變壓器323的二次側(cè)高壓部分連 接，并且二極管324的陰極與電阻器325的一端連接。開關(guān)326設(shè)置在升壓變壓器323的 一次側(cè)接地部分。例如，該開關(guān)326可以是N溝道MOSFET的半導(dǎo)體開關(guān)。點(diǎn)火裝置320a
10響應(yīng)于從E⑶310接收到的點(diǎn)火信號(hào)，通過控制開關(guān)326的接通/斷開狀態(tài)，調(diào)整等離子流 火花塞100的點(diǎn)火正時(shí)和點(diǎn)火次數(shù)。等離子放電電路350b包括具有500 1000V電壓的高壓電源322、開關(guān)327、線圈 328、用于防止電流逆流的二極管329、以及電容器330。高壓電源322、開關(guān)327、線圈328和 二極管329以串聯(lián)電路的方式與等離子流火花塞100的中心電極20連接。二極管329的 陽極與線圈328的一端連接，并且二極管329的陰極與等離子流火花塞100的中心電極20 連接。電容器330對(duì)應(yīng)于本申請(qǐng)中的“電源部”，并且電容器330以電容器330的一端接地 的狀態(tài)連接在高壓電源322和開關(guān)327之間。例如，開關(guān)327可以是P溝道MO SFET的半 導(dǎo)體開關(guān)。代替電容器330，可以采用內(nèi)部電阻低且在短時(shí)間內(nèi)可以發(fā)出高能量的電源。通過高壓電源322向電容器330充電。當(dāng)在等離子流火花塞100的火花放電間隙 中發(fā)生介質(zhì)擊穿并且通過E⑶310接通開關(guān)327時(shí)，將電容器330中充電的能量施加至等 離子流火花塞100的中心電極20。通過施加電容器330的能量，等離子流火花塞100產(chǎn)生 等離子體。點(diǎn)火裝置320a根據(jù)從E⑶310接收到的能量改變信號(hào)，通過控制開關(guān)327的切 換操作的占空比，來調(diào)整施加至等離子流火花塞100的能量量。第一構(gòu)成的點(diǎn)火裝置320能夠利用在電源部和等離子流火花塞之間設(shè)置有開關(guān) 的相對(duì)簡單的電路來調(diào)整點(diǎn)火正時(shí)和點(diǎn)火頻率。(D2)第二構(gòu)成圖6是示出點(diǎn)火裝置320的第二構(gòu)成的圖。以下將第二構(gòu)成中的點(diǎn)火裝置稱為 “點(diǎn)火裝置320b”。如圖6所示，點(diǎn)火裝置320b的觸發(fā)放電電路340b的結(jié)構(gòu)與圖5所示的 觸發(fā)放電電路340a的結(jié)構(gòu)相同。然而，等離子放電電路350b包括N組電路，其中每組電路 包括電容器330、開關(guān)327、線圈328和二極管329，并且每組電路連接在高壓電源322和等 離子流火花塞100之間。因此，在發(fā)生介質(zhì)擊穿之后，該等離子放電電路350b可以以并聯(lián) 方式向等離子流火花塞100提供從電容器330輸出的能量，從而使得電容器330的數(shù)量最 大等于N。按照第二構(gòu)成所構(gòu)造的點(diǎn)火裝置320能夠響應(yīng)于從E⑶310接收到的能量改變信 號(hào)，通過分別控制數(shù)量等于N的開關(guān)327，在比第一構(gòu)成的調(diào)整范圍寬的調(diào)整范圍中改變所 施加的能量量。在圖6所示的例子中，將每一電容器330的一端連接至高壓電源322和開關(guān)327 之間的連接點(diǎn)。然而，可以將每一電容器330的一端連接至開關(guān)327和線圈328之間的連 接點(diǎn)，并且將另一端接地。(D3)第三構(gòu)成圖7是示出點(diǎn)火裝置320的第三構(gòu)成的圖。以下將第三構(gòu)成的點(diǎn)火裝置稱為“點(diǎn) 火裝置320c”。如圖7所示，點(diǎn)火裝置320c的觸發(fā)放電電路340c與圖5所示的觸發(fā)放電電 路340a在結(jié)構(gòu)上相同。然而，等離子放電電路350c缺少圖5所示的等離子放電電路350a 中所包括的開關(guān)327，相反包括連接在線圈328和二極管329之間且一端接地的開關(guān)331。 點(diǎn)火裝置320c根據(jù)從E⑶310接收到的能量改變信號(hào)，通過接通和斷開開關(guān)331，來調(diào)整施 加至等離子流火花塞100的能量量。具體地，通過斷開該開關(guān)，點(diǎn)火裝置320c可以向等離 子流火花塞100施加蓄積在電容器330中的電荷。另一方面，通過接通該開關(guān)，由于電荷從 電容器330流向地，因而點(diǎn)火裝置320c可以停止向等離子流火花塞100施加能量。
特別地，通過控制開關(guān)331的轉(zhuǎn)換或切換操作，按照第三構(gòu)成所構(gòu)造的點(diǎn)火裝置 320能夠容易地調(diào)整停止向等離子流火花塞100施加能量的時(shí)刻。(D4)第四構(gòu)成圖8是示出點(diǎn)火裝置320的第四構(gòu)成的圖。以下將第四構(gòu)成中的點(diǎn)火裝置稱為 “點(diǎn)火裝置320d”。如圖8所示，點(diǎn)火裝置320d的觸發(fā)放電電路340d在結(jié)構(gòu)上與圖5所示 的觸發(fā)放電電路340a相同。然而，等離子放電電路350d包括具有12V電壓的電池332、大 電流變壓器333、線圈328、二極管329和開關(guān)334。大電流變壓器333連接在線圈328和電 池332之間，并且開關(guān)334設(shè)置在大電流變壓器333的一次側(cè)接地部分。例如，大電流變壓 器的一次側(cè)的線圈匝數(shù)與二次側(cè)的線圈匝數(shù)的比可以是1 1。點(diǎn)火裝置320d能夠根據(jù) 從ECU 310接收到的能量改變信號(hào)，通過接通或斷開設(shè)置在大電流變壓器333的接地部分 的開關(guān)334，來調(diào)整施加至等離子流火花塞100的能量量。按照第四構(gòu)成所構(gòu)造的點(diǎn)火裝置320能夠利用在連接電源與等離子流火花塞的 變壓器的接地部分設(shè)置有開關(guān)的相對(duì)簡單的電路，來調(diào)整點(diǎn)火正時(shí)和點(diǎn)火次數(shù)。(D5)第五構(gòu)成圖9是示出點(diǎn)火裝置320的第五構(gòu)成的圖。以下將第五構(gòu)成的點(diǎn)火裝置稱為“點(diǎn) 火裝置320e”。如圖9所示，點(diǎn)火裝置320e的觸發(fā)放電電路340e在結(jié)構(gòu)上與圖5所示的觸 發(fā)放電電路340a相同。然而，等離子放電電路350e具有下面的結(jié)構(gòu)從圖5所示的等離子 放電電路350a省略了開關(guān)327，并且利用可控制輸出電壓變化的高壓電源342來代替高壓 電源322。點(diǎn)火裝置320e能夠根據(jù)從E⑶310接收到的能量改變信號(hào)，通過改變高壓電源 342的輸出電壓，來調(diào)整施加至等離子流火花塞100的能量量。按照第五構(gòu)成所構(gòu)造的點(diǎn)火裝置320能夠利用用于控制電源部的輸出電壓的相 對(duì)簡單的控制，來容易地調(diào)整施加至等離子流火花塞100的電力量。(D6)第六構(gòu)成圖10是示出點(diǎn)火裝置320的第六構(gòu)成的圖。以下將第六構(gòu)成的點(diǎn)火裝置稱為“點(diǎn) 火裝置320f ”。如圖10所示，點(diǎn)火裝置320f的觸發(fā)放電電路340f在結(jié)構(gòu)上與圖5所示的 觸發(fā)放電電路340a相同。然而，等離子放電電路350f包括高壓電源322、電阻器349、二極 管348、開關(guān)347、電容器346、二極管345、變壓器344、線圈328和二極管343。二極管343 的陽極與等離子流火花塞100的中心電極20連接，并且二極管343的陰極與線圈328的一 端連接。線圈328的另一端與變壓器344的二次側(cè)高壓部分相連接。二極管345的陽極與 該變壓器的一次側(cè)高壓部分和電容器346的一端之間的連接點(diǎn)相連接，并且二極管345的 陰極接地。電容器346的另一端通過開關(guān)347接地。二極管348的陰極與電容器346的另 一端和開關(guān)347之間的連接點(diǎn)相連接，并且二極管348的陽極與電阻器349的一端連接。 電阻器349的另一端與高壓電源322連接。第六構(gòu)成的點(diǎn)火裝置350f的等離子放電電路 350f包括N組電路，其中每組電路包括變壓器344、二極管345、電容器346、開關(guān)347和二 極管348，并且每組電路連接在線圈328和電阻器349之間。按照第六構(gòu)成所構(gòu)造的點(diǎn)火裝置能夠通過分別控制數(shù)量為N的開關(guān)347，來調(diào)整 所施加的能量量。此外，即使在由于向等離子流火花塞100的中心電極20施加負(fù)高壓而引 起負(fù)放電的情況下，第六構(gòu)成的點(diǎn)火裝置也可以容易地監(jiān)視向電容器346充電的電壓。利 用變壓器344，第六構(gòu)成的點(diǎn)火裝置可以使用較低輸出電壓的電源作為高壓電源322，因此可以使用具有較低耐壓的廉價(jià)部件作為構(gòu)成該電路的部件。觸發(fā)放電電路340a、340b、340c、340d、340e和/或340f對(duì)應(yīng)于本申請(qǐng)中所使用的 “第一供電部”，并且等離子放電電路350a、350b、350c、350d、350e和/或350f對(duì)應(yīng)于本申 請(qǐng)中所使用的“第二供電部”。E.實(shí)施例為了確認(rèn)是否能夠在抑制施加至等離子流火花塞100的能量量的同時(shí)提高點(diǎn)火 的可靠性，通過利用具有上述各種構(gòu)成的點(diǎn)火裝置控制對(duì)等離子流火花塞100的點(diǎn)火，進(jìn) 行了各種評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。下面作為實(shí)施例說明評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。(El)實(shí)施例 1實(shí)施例1用于示出為了提高等離子流火花塞100的耐久性而需要降低施加至等離 子流火花塞100的能量量的原因。圖11是示出施加至等離子流火花塞100的能量量和等離子流火花塞100的耐久 性之間的關(guān)系的圖。縱軸表示針對(duì)一次點(diǎn)火操作由等離子放電電路350施加至等離子流火 花塞100的能量量。橫軸表示當(dāng)進(jìn)行100次點(diǎn)火時(shí)放電電壓的平均值高于30kV的時(shí)間。也 就是說，橫軸表示由于電極損耗而使火花放電間隙變寬從而使得放電電壓高于標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間 長度。通過在被加壓至0. 4MPa的空氣中以IOOHz的周期重復(fù)對(duì)等離子流火花塞100點(diǎn)火 來進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。在該環(huán)境下，重復(fù)點(diǎn)火200小時(shí)可以提供與車輛實(shí)際行駛約20000Km的距 離相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過圖11顯而易見，為了提高等離子流火花塞100的耐久性(換句話說，為了延 長等離子流火花塞100的壽命)，必須盡可能地降低施加至等離子流火花塞100的能量量。(E2)實(shí)施例 2實(shí)施例2用于示出如何確定等離子流火花塞100的點(diǎn)火正時(shí)。在實(shí)施例2中，在 空燃比為16、EGR率為0%、施加至等離子流火花塞100的能量為50mJ、且點(diǎn)火次數(shù)為每一 周期(每一燃燒沖程)一次的條件下，在具有2. OL排量的內(nèi)燃機(jī)300中，通過實(shí)驗(yàn)確定內(nèi) 燃機(jī)300提供最大輸出的點(diǎn)火正時(shí)。圖12是示出通過上述實(shí)驗(yàn)所獲得的將內(nèi)燃機(jī)的輸出升高至最大值的點(diǎn)火正時(shí)的 圖。X軸表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，y軸表示節(jié)流閥開度，并且Z軸表示點(diǎn)火正時(shí)(BTDC° )。通 過該圖顯而易見，如果可以感測(cè)到轉(zhuǎn)動(dòng)速度和節(jié)流閥開度，則可以確定用以獲得最大輸出 的點(diǎn)火正時(shí)的角位置。以映射形式預(yù)先存儲(chǔ)圖12所示的圖，并且通過使用該映射，ECU 310 能夠根據(jù)由節(jié)流閥傳感器305感測(cè)到的節(jié)流閥開度和由曲柄角傳感器304感測(cè)到的轉(zhuǎn)動(dòng)速 度，來確定用以獲得最大輸出的點(diǎn)火正時(shí)。(E3)實(shí)施例 3在實(shí)施例3中，在通過實(shí)施例2的圖所確定出的點(diǎn)火正時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)來確定用以確 ?？扇夹缘狞c(diǎn)火頻率或每一周期(每一燃燒沖程)的點(diǎn)火次數(shù)。在該實(shí)驗(yàn)中，在施加至等 離子流火花塞100的能量為25mJ的條件下，在具有2. OL排量的內(nèi)燃機(jī)300中，確定使失火 概率低于或等于0. 的最少點(diǎn)火次數(shù)。圖13是示出在上述條件下使失火概率低于或等于0. 的最少點(diǎn)火次數(shù)的圖。橫 軸表示轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并且縱軸表示節(jié)流閥開度。如該圖所示，當(dāng)節(jié)流閥開度小且轉(zhuǎn)動(dòng)速度低 時(shí)，通過設(shè)置點(diǎn)火次數(shù)等于3，可以使失火概率低于或等于0. 1%。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)速度高于3000rpm時(shí)，通常通過設(shè)置點(diǎn)火次數(shù)等于1，可以使得失火概率低于或等于0. 1%。以映射的形式預(yù)先存儲(chǔ)圖13的圖，并且通過使用該映射，E⑶310可以根據(jù)由節(jié) 流閥傳感器305感測(cè)到的節(jié)流閥開度和由曲柄角傳感器304感測(cè)到的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，確定高點(diǎn) 火性能的點(diǎn)火次數(shù)。普通火花塞的火花放電需要約3msec (毫秒)的時(shí)間，然而等離子流火 花塞100的一次點(diǎn)火包括等離子體的噴射僅需要約20 μ sec (微秒)的時(shí)間。因此，根據(jù)通 過圖11確定出的點(diǎn)火正時(shí)，E⑶310可以通過以20 μ sec的固定時(shí)間間隔進(jìn)行點(diǎn)火，使得 點(diǎn)火的次數(shù)等于根據(jù)圖13確定出的次數(shù)，從而在一個(gè)燃燒沖程期間進(jìn)行多次點(diǎn)火。(E4)實(shí)施例 4在實(shí)施例4中，進(jìn)行用于通過僅改變內(nèi)燃機(jī)300的工作狀況之一來確定提供0. 1 % 以下的失火概率的最小施加能量的實(shí)驗(yàn)。在本實(shí)驗(yàn)中，內(nèi)燃機(jī)300的工作狀況基本設(shè)置如 下轉(zhuǎn)動(dòng)速度為700rpm，空燃比為16，點(diǎn)火次數(shù)為(每一周期)1次，節(jié)流閥開度為0. 25，點(diǎn) 火正時(shí)為BTDC 5°，并且EGR率為10%。圖14是示出用于通過改變內(nèi)燃機(jī)300的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來確定使失火概率低于或等于 0. 的最小施加能量的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。橫軸表示轉(zhuǎn)動(dòng)速度，縱軸表示施加至等離子流火 花塞100的能量。如該圖所示，隨著內(nèi)燃機(jī)300的轉(zhuǎn)動(dòng)速度增大，可以降低施加至等離子流 火花塞100的能量。圖15是示出用于通過改變節(jié)流閥開度來確定使失火概率低于或等于0. 的最 小施加能量的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。橫軸表示節(jié)流閥開度，縱軸表示施加至等離子流火花塞100 的能量。如該圖所示，隨著內(nèi)燃機(jī)300的節(jié)流閥開度增大，可以降低施加至等離子流火花塞 100的能量。圖16是示出用于通過改變空燃比來確定使失火概率低于或等于0. 的最小施 加能量的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。橫軸表示空燃比，縱軸表示施加至等離子流火花塞100的能量。 如該圖所示，隨著內(nèi)燃機(jī)300的空燃比降低，也就是說，隨著燃料百分比的增大，可以降低 施加至等離子流火花塞100的能量。圖17是示出用于通過改變點(diǎn)火正時(shí)來確定使失火概率低于或等于0. 的最小 施加能量的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。橫軸表示點(diǎn)火正時(shí)，縱軸表示施加至等離子流火花塞100的 能量。如該圖所示，在上述條件下，在0° 20°的點(diǎn)火正時(shí)的范圍中，可以降低施加至等 離子流火花塞100的能量。圖18是示出用于通過改變點(diǎn)火次數(shù)來確定使失火概率低于或等于0. 的最小 施加能量的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。橫軸表示點(diǎn)火次數(shù)，縱軸表示施加至等離子流火花塞100的 能量。如該圖所示，隨著內(nèi)燃機(jī)300的點(diǎn)火次數(shù)增大，可以降低施加至等離子流火花塞100 的能量。圖19是示出用于通過改變EGR率來確定使失火概率低于或等于0. 的最小施 加能量的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。橫軸表示EGR率，縱軸表示施加至等離子流火花塞100的能量。 如該圖所示，隨著通過降低EGR率使得排氣再循環(huán)的量減少，可以降低施加至等離子流火 花塞100的能量。通過實(shí)施例4顯而易見，可以通過進(jìn)行增大內(nèi)燃機(jī)300的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、增大節(jié)流閥開 度、降低空燃比、在0° 20°范圍內(nèi)調(diào)整點(diǎn)火正時(shí)、增加點(diǎn)火次數(shù)、以及降低EGR率中的至 少一部分控制操作來降低施加至等離子流火花塞100的能量。通過進(jìn)行這種控制，可以提高等離子流火花塞100的耐久性。(E5)實(shí)施例 5在實(shí)施例5中，進(jìn)行用于通過分別改變施加至等離子流火花塞100的最大電流值 和供電時(shí)間或通電時(shí)間來確定使失火概率低于或等于0. 的最小施加能量的實(shí)驗(yàn)。在 該實(shí)驗(yàn)中，內(nèi)燃機(jī)300的工作狀況設(shè)置如下轉(zhuǎn)動(dòng)速度為700rpm，空燃比為16，點(diǎn)火次數(shù)為 (每一周期)1次，節(jié)流閥開度為0.25，點(diǎn)火正時(shí)為BTDC 5°，并且EGR率為0%。圖20是示出用于通過改變最大電流值來確定使失火概率低于或等于0. 的最 小施加能量的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。橫軸表示所提供的電流的最大值，縱軸表示使失火概率低 于或等于0. 的最小施加能量。如該圖所示，隨著向等離子流火花塞100提供的電流的最 大值增大，所需能量逐漸降低。圖21是示出用于通過改變供電時(shí)間來確定使失火概率低于或等于0. 的最小 施加能量的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。橫軸表示供電時(shí)間，縱軸表示使失火概率低于或等于0. 的 最小施加能量。如該圖所示，隨著向等離子流火花塞100供電的時(shí)間增加，所需能量逐漸增 加。通過實(shí)施例5的結(jié)果顯而易見，在通過等離子放電電路350向等離子流火花塞100 供電的操作中，通過增大最大電流值或者延長供電時(shí)間，可以降低施加至等離子流火花塞 100的能量量。因此，通過進(jìn)行這種控制，可以提高等離子流火花塞100的耐久性。由于可 通電時(shí)間可根據(jù)點(diǎn)火正時(shí)、點(diǎn)火次數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)速度而改變，因而優(yōu)選通過調(diào)整最大電流值而 不是通過調(diào)整通電時(shí)間來降低所施加的能量量。(E6)實(shí)施例 6在實(shí)施例6中，進(jìn)行用于通過改變開始向等離子流火花塞100施加能量的時(shí)間 (以下稱為“施加開始時(shí)間”)和停止或終止施加能量的時(shí)間(以下稱為“施加停止時(shí)間”) 來確定使失火概率低于或等于0. 的最小能量的實(shí)驗(yàn)。在該實(shí)驗(yàn)中，內(nèi)燃機(jī)300的工作狀 況設(shè)置如下轉(zhuǎn)動(dòng)速度為700rpm，空燃比為16，點(diǎn)火次數(shù)為(每一周期)1次，節(jié)流閥開度為 0. 25，點(diǎn)火正時(shí)為BTDC5。，并且EGR率為0%。圖22和圖23是示出施加開始時(shí)間和施加停止時(shí)間的概念的圖。在圖22和圖23 中，“t0”表示的時(shí)刻是通過觸發(fā)放電電路340的放電使等離子流火花塞100的火花放電間 隙處于介質(zhì)擊穿狀態(tài)的時(shí)刻。時(shí)間“tl”是在時(shí)刻t0之后從等離子放電電路350向等離子 流火花塞100開始施加能量(電流)的時(shí)間或時(shí)間間隔(施加開始時(shí)間)。此外，時(shí)間“t2” 是從開始施加能量到結(jié)束施加能量的時(shí)間或時(shí)間間隔(施加停止時(shí)間)。為了易于調(diào)整施加開始時(shí)間tl和施加停止時(shí)間t2，通過使用組合圖5所示的等離 子放電電路350和圖7所示的等離子放電電路350的電路來進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。通過將圖5所示 的等離子放電電路350的開關(guān)327從斷開變?yōu)榻油ǎ涂梢匀菀椎卣{(diào)整施加開始時(shí)間。通 過將圖7所示的等離子放電電路350的開關(guān)331從斷開變?yōu)榻油?，就可以如圖23所示立即 停止施加能量。圖24是示出用于通過改變施加開始時(shí)間tl和施加停止時(shí)間t2來確定使失火概 率低于或等于0. 的最小施加能量的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。橫軸表示施加開始時(shí)間tl，縱軸 表示施加停止時(shí)間t2。如該圖所示，在該實(shí)驗(yàn)中，隨著施加開始時(shí)間tl提前，而且隨著施加 停止時(shí)間t2提前，可以降低所需能量。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖21所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。也就是
15說，從該實(shí)施例和實(shí)施例5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合考慮，應(yīng)該理解，可以通過在更短的時(shí)間段內(nèi)提 供更高的電流，來降低從等離子放電電路350施加至等離子流火花塞100的能量。
盡管以上參考本發(fā)明的各種實(shí)施方式、構(gòu)成和實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明 不局限于上述實(shí)施方式、構(gòu)成和實(shí)施例，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以有各種其它結(jié)構(gòu)。例 如，盡管在上述實(shí)施例中使用等離子流火花塞100作為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火裝置，但是還可 以使用等離子流火花塞100作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等的啟動(dòng)輔助裝置(電熱塞(glow plug))。此 外，在圖4所示的控制處理的流程圖中，盡管全部根據(jù)感測(cè)到的值來確定點(diǎn)火正時(shí)、點(diǎn)火次 數(shù)和能量量，但是還可以根據(jù)感測(cè)到的值來確定這些參數(shù)中的至少任意一個(gè)，并且將其它 參數(shù)設(shè)置為固定值。
權(quán)利要求
一種控制系統(tǒng)，其用于控制設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)中的等離子流火花塞的點(diǎn)火，所述控制系統(tǒng)包括感測(cè)部，用于感測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)的工作狀況；確定部，用于根據(jù)感測(cè)到的所述工作狀況來確定所述等離子流火花塞的點(diǎn)火模式；以及點(diǎn)火部，用于根據(jù)確定出的所述點(diǎn)火模式，進(jìn)行如下點(diǎn)火控制通過向所述等離子流火花塞施加第一電力，在所述等離子流火花塞的火花放電間隙中引發(fā)介質(zhì)擊穿，然后通過向發(fā)生了所述介質(zhì)擊穿的所述火花放電間隙施加第二電力，在所述火花放電間隙的附近產(chǎn)生等離子體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述確定部確定所述等離子流火花 塞的點(diǎn)火正時(shí)和一個(gè)燃燒沖程的點(diǎn)火次數(shù)作為所述點(diǎn)火模式，所述點(diǎn)火部利用確定出的一 個(gè)燃燒沖程的點(diǎn)火次數(shù)，在確定出的點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行所述點(diǎn)火控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述確定部根據(jù)感測(cè)到的所述工 作狀況，確定所述第二電力的電力量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述確定部根據(jù)感測(cè)到的所述工作 狀況，通過調(diào)整對(duì)發(fā)生了所述介質(zhì)擊穿的所述火花放電間隙供電的電流值來確定所述電力 量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述確定部根據(jù)感測(cè)到的所述工作 狀況，通過調(diào)整對(duì)發(fā)生了所述介質(zhì)擊穿的所述火花放電間隙供電的供電時(shí)間來確定所述電力量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述點(diǎn)火部包括與所述 等離子流火花塞連接并用于提供所述第一電力的第一供電部和與所述等離子流火花塞連 接并用于提供所述第二電力的電力量的第二供電部，所述點(diǎn)火部通過改變從所述第二供電 部所提供的所述第二電力，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述點(diǎn)火控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述點(diǎn)火部的所述第二供電部包括 與所述等離子流火花塞連接并用于向所述等離子流火花塞提供所述第二電力的電源部和 用于改變所述電源部和所述等離子流火花塞之間的導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)，所述點(diǎn)火部通過控制 所述開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述點(diǎn)火控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述點(diǎn)火部的所述第二供電部包括 并聯(lián)配置的多組電路，其中每組電路包括所述開關(guān)和與所述等離子流火花塞連接的所述電 源部，并且所述點(diǎn)火部通過控制所述開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述點(diǎn) 火控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述點(diǎn)火部的所述第二供電部包括 與所述等離子流火花塞連接并用于向所述等離子流火花塞提供所述第二電力的電源部和 用于改變大地與所述電源部和所述等離子流火花塞間的連接部之間的導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)，所 述點(diǎn)火部通過控制所述開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述點(diǎn)火控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述點(diǎn)火部的所述第二供電部包括 通過變壓器與所述等離子流火花塞連接并用于向所述等離子流火花塞提供所述第二電力 的電源部和用于改變所述變壓器的一次側(cè)和大地之間的導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)，所述點(diǎn)火部通過控制所述開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述點(diǎn)火控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述點(diǎn)火部的所述第二供電部包 括與所述等離子流火花塞連接并用于向所述等離子流火花塞提供所述第二電力的電源部， 所述點(diǎn)火部通過控制所述電源部的輸出電力，在確定出的所述點(diǎn)火模式下進(jìn)行所述點(diǎn)火控 制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于控制設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)中的等離子流火花塞的點(diǎn)火的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)，并且根據(jù)檢測(cè)到的工作狀態(tài)來確定等離子流火花塞的點(diǎn)火模式。該控制系統(tǒng)將第一電力施加至該等離子流火花塞以進(jìn)行火花放電間隙的介質(zhì)擊穿，并將第二電力施加至已被介質(zhì)擊穿的火花放電間隙以在該火花放電間隙的附近產(chǎn)生等離子體。該控制系統(tǒng)在如上所述確定出的點(diǎn)火模式下進(jìn)行點(diǎn)火控制。
文檔編號(hào)F02P23/04GK101910615SQ200980101559
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者中村通, 中野悌丞, 佐藤美邦, 山田裕一 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社