JP2000002157A - 電子機関制御装置 - Google Patents

電子機関制御装置

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JP2000002157A
JP2000002157A JP11159923A JP15992399A JP2000002157A JP 2000002157 A JP2000002157 A JP 2000002157A JP 11159923 A JP11159923 A JP 11159923A JP 15992399 A JP15992399 A JP 15992399A JP 2000002157 A JP2000002157 A JP 2000002157A
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fuel
engine control
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JP11159923A
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Gutzela Rino
リノ・グツツエラ
Robert Koch Charles
チヤールス・ロバート・コツホ
Scherer Matthias
マテイアス・シエレル
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DaimlerChrysler AG
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    • F02D21/06—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 僅かな費用で機関の燃焼室の残留ガス比率を
決定できるようにする。 【構成】 内燃機関の電子機関制御装置１０は、計算機
１１及び記憶されるプログラムを持つ記憶装置１０を含
んでいる。残留ガス比率と称される排気ガス質量比率
は、未燃焼ガス供給部後及び燃焼前の未燃焼ガス質量比
率と共に、燃焼室１の内容を形成する。本発明により機
関制御装置１０は、機関制御装置１０により発生されか
つ燃焼室１へ供給される未燃焼ガスの現在の燃料−空気
質量比に関連する信号値とセンサ装置により検出されか
つ燃焼後燃焼室１から排出される排気ガスの現在の燃料
−空気質量比に関連する信号値から、現在の残留ガス比
率に関連する信号値を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の上位概念
に記載の内燃機関用の電子機関制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような機関制御装置は、最近の内燃
機関において、内燃機関の運転性能を制御するために使
用される。例えばこのような機関制御装置は、噴射装
置、内燃機関の空気吸入範囲にある絞り弁、排気ガス再
循環装置及び排気ガス浄化装置と共同作用する。更に適
当に構成される機関制御装置を使用して、燃焼室へ供給
される混合気の燃料−空気質量比を変化することがで
き、特に内燃機関の濃厚混合気運転と希薄混合気運転と
の切換えを可能にすることができる。
【０００３】最近の内燃機関（例えば直接噴射ガソリン
機関、直接噴射デイーゼル機関、共通レール噴射デイー
ゼル機関）は、有害物質の放出及び燃料消費を減少する
ため、排気ガス再循環装置を備えることができる。ここ
では機関排気ガスの一部が再び燃焼室へ供給される。こ
のような外部排気ガス再循環は、燃焼室へ入れられる混
合気の燃料−空気質量比を変化し、従ってそこで行われ
る燃焼へ著しい影響を及ぼす。更にそれにより、機関の
出力及び静かな運転に影響を及ぼす排気ガスの組成が変
化される。この外部排気ガス再循環のほかに内部排気ガ
ス再循環によっても、機関の運転性能が影響を受ける。
このような内部排気ガス再循環は、例えばシリンダのピ
ストンにより燃焼室から押出し不可能なむだ容積によっ
て形成される。更に燃焼室への混合気充填中に、排気弁
の閉鎖運動と吸気弁の開放運動との重なりにより、燃焼
室から既に排気系へ押しやられる排気ガスの逆流が行わ
れる。
【０００４】機関の運転性能特に燃料消費、有害物質放
出及び機関効率の最適値を得るために、次の燃焼過程前
に燃焼室に存在する排気ガスの比率が既知でなければな
らない。その場合にのみ燃焼室内の混合気組成を充分精
確に求め、従って機関の運転性能の適当な制御により影
響を及ぼすことができる。
【０００５】次の燃焼前に残留ガス比率と称される燃焼
室内の排気ガス比率は、通常の機関制御装置では特性曲
線図に従って考慮される。この目的のため機関制御装置
の記憶装置に、排気ガス再循環装置の設定の経験値又は
燃焼室へ外部で供給される排気ガス量の影響を及ぼす混
合弁の設定の経験値を内燃機関の種々の負荷状態に応じ
て表わす特性曲線図が記憶されている。内部及び外部排
気ガス再循環は一定の機関運転でも変化できるので、例
えば静かな機関動作を保証できるようにするため、著し
い安全係数で動作を行わねばならず、従って特性曲線図
を使用して残留ガス比率の影響を比較的大ざっぱにのみ
慮することができる。
【０００６】燃焼室の残留ガス比率を比較的精確に測定
できる別の方法は、高い装置費を伴い、従って機関開発
の範囲内で実験においてしか使用できない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、僅かな費用
で燃焼室の残留ガス比率を決める可能性を提示するとい
う問題に関する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この問題は、本発明によ
れば請求項１の特徴を持つ機関制御装置によって解決さ
れる。
【０００９】本発明は、従来のように測定可能な排気ガ
スの燃料−空気質量比と、機関制御装置により設定され
る未燃焼ガスの燃料−空気質量比だけから、残留ガス比
率を求める、という一般的な考えに基いている。この場
合機関運転のため通常既に存在する機関制御装置を使用
することができる。この機関制御装置により、未燃焼ガ
スの燃料−空気質量比の既に存在する信号値が検出さ
れ、センサ装置により検出される排気ガスの燃料−空気
質量比の信号値と適当に本発明により組合わされる。こ
のようなセンサ装置も、最近の排気ガス浄化装置を持つ
内燃機関に既に存在する。従って本発明による機関制御
装置は、機関用に既に存在する機関制御装置へ容易にま
とめることができる。
【００１０】本発明による機関制御装置の好ましい実施
形態に従って、機関制御装置が定常又は準定常機関運転
又は未燃焼ガスの理論燃料−空気質量比外の機関運転の
存在を確認すると、残留ガス比率に関連する信号値に応
じて、機関制御装置が機関運転に影響を及ぼすことがで
きる。この手段は、特に、理論比外の機関運転では、燃
焼後排気ガス中の燃料質量が零にほぼ等しいか（希薄混
合気運転における未燃焼ガスの理論比以上の燃料−空気
質量比）、又は燃焼後排気ガスの空気又は酸素の質量が
零に等しい（濃厚混合気運転における未燃焼ガスの理論
比以下の燃料−空気質量比）、という認識に基いてい
る。その点で更に本発明は、機関の理論比外の運転にお
いても、内部及び外部排気ガス再循環のため、燃焼室内
に（理論比以下の濃厚混合気運転では）ＨＣが豊富であ
るか、又は（理論比以上の希薄混合気運転では）Ｏ２が
豊富であり、即ち燃焼室で燃焼のために利用可能な混合
気が特定の限界までひとりでにますます濃厚又は希薄に
なる、という考察に基いている。
【００１１】従ってこれらの前提条件で、燃料に対して
次の式が成立し、 ｍｋｚ（ｋ）＝ｍｋｆ（ｋ）＋ｒＲｍｋａ（ｋ−ｌ） ここで
【数３】 同様に空気に対して次式が成立し、 ｍｌｚ（ｋ）＝ｍｌｆ（ｋ）＋ｒＲｍｌａ（ｋ−ｌ） ここで
【数４】 次の記号説明は、説明に含まれるすべての式に適用され
る。 ｍｌｚ＝シリンダ燃焼室の空気質量 ｍｌｆ＝未燃焼ガスの空気質量 ｍｌａ＝排気ガスの空気質量 ｍｋｚ＝シリンダ燃焼室の燃料質量 ｍｋｆ＝未燃焼ガスの燃料質量 ｍｋａ＝排気ガスの燃料質量 ｒＲ ＝残留ガス比率 Δ ＝理論燃料−空気質量比 φｚ ＝シリンダ燃焼室の燃焼室に入っている混合気又
は排気ガスの燃料−空気質量比 φｆ ＝未燃焼ガスの燃料−空気質量比 ｋ ＝燃焼直前の燃焼室の不連続な時点 ｋ−１＝先行する燃焼サイクルの時点
【００１２】理論比機関運転の範囲において再現される
式は線形でないので、残留ガス比率の評価は未燃焼ガス
の理論比外の燃料−空気質量比においてのみ適切であ
る。
【００１３】本発明による機関制御装置の好ましい実施
形態に従って、内燃機関の濃厚混合気運転では、残留ガ
ス比率に関連する信号値は、式
【数５】 に類似して計算される値を表わすことができる。この手
段は、一定の運転条件特に一定の機関負荷を持つ濃厚混
合気運転に対して式
【数６】 が成立するという認識に基いている。前記の式を未燃焼
ガスの空気質量ｍｌｆで除算することにより、準定常の
場合に次式が成立する。
【数７】
【００１４】未燃焼ガスの理論比以下の燃料−空気質量
比による濃厚混合気運転の際、燃焼後排気ガス中に空気
又は酸素が存在せず、従って式 ｍｌａ（ｋ）＝ｍｌａ（ｋ−ｌ）＝０ 及び ｍｌｆ（ｋ）＝ｍｌｆ（ｋ−ｌ）＝ｍｌｚ（ｋ）＝ｍ
ｌｚ（ｋ−ｌ）＝一定 が成立することが、考慮された。
【００１５】ｚ変換は次の式を与える。
【数８】 及び
【数９】
【００１６】その時限界値定現は次式を与える。
【数１０】 従ってシリンダ燃焼室の燃料−空気質量比について、次
式が得られる。
【数１１】
【００１７】前記の考察の際考慮すべきことは、シリン
ダ燃焼室の燃料−空気質量比φｚは、燃焼によって変化
しないことである。その結果、排気ガス中に存在する燃
料−空気質量比は燃焼前の燃焼室の燃料−空気質量比に
等しく、即ち式においてφｚは燃焼室内及び排気ガス中
の燃料−空気質量比である。
【００１８】残留ガス比率による変形は前記の式を生じ
る。
【数１２】
【００１９】本発明による機関制御装置の実施形態に従
って、内燃機関の希薄混合気運転の際、残留ガス比率に
関連する信号値は式
【数１３】 に類似して計算される値を表わすことができる。
【００２０】未燃焼ガスの理論比以上の燃料−空気質量
比による希薄混合気運転に対して、濃厚混合気運転につ
いて示される方法に類似の次の考察が適用される。 ｍｌｚ（ｋ）＝ｍｌｆ（ｋ）−ｒＲ・ｍｋｚ（ｋ−ｌ）
・Δ＋ｒＲ・ｍｌｚ（ｋ−ｌ） 未燃焼ガスの燃料質量により除算されるこの式は次式を
生じ、
【数１４】 ここで希薄混合気運転に基いて、次式が成立する。 ｍｋａ（ｋ）＝ｍｋａ（ｋ−ｌ）＝０ 及び ｍｋｆ（ｋ）＝ｍｋｆ（ｋ−ｌ）＝ｍｋｚ（ｋ）＝ｍ
ｋｚ（ｋ−ｌ）＝一定 この場合ｚ変換が次式
【数１５】 及び
【数１６】 を与える。その時限界値定現が次式を与える。
【数１７】
【００２１】シリンダ燃焼室の燃料−空気質量比は燃焼
に無関係であり、従って排気ガスの燃料−空気質量比に
等しい。従って次式が成立する。
【数１８】 残留ガス比率による変形は前記の式を生じる。
【数１９】
【００２２】本発明による機関制御装置の特に有利な実
施形態に従って、センサ装置は燃焼室の後又は機関の後
の排気ガス系に設けられるλセンサを持っている。この
ようなλセンサを使用して、排気ガスの燃料−空気質量
比を求めることができる。仔のようなλセンサは最近の
排気ガス浄化装置を持つ内燃機関において既に存在す
る。
【００２３】本発明による機関制御装置の有利な発展で
は、機関の各燃焼室即ち各シリンダ用のセンサ装置は、
燃焼室から出る排気ガスの燃料−空気質量比用のセンサ
特にλセンサを持つことができる。従来の機関では排気
ガス再循環導管が１個所ですべてのシリンダ用の集合供
給部へ導入されるので、例えば脈動、流れ偏向のような
有力な流れ状態のため、再循環される排気ガスと吸入さ
れる外気との混合が不均一になるので、各燃焼室に異な
る燃料−空気質量比が存在する可能性がある。これは機
関の静かな動作に不利な影響を及ぼすことがある。提案
される手段により、機関の現在の運転状態のため燃焼室
について個々に、それぞれの燃焼室から出る排気ガスの
燃料−空気質量比を求めることが可能である。各燃焼室
における燃料−空気質量比のこの情報に基いて、各燃焼
室内に同じ燃料−空気質量比が存在するように、排気ガ
ス再循環が影響を受けるか変化されるようにすることが
できる。この制御は機関制御装置によって行われる。
【００２４】本発明による機関制御装置のこの発展の有
利な実施形態では、現在充填すべき燃焼室に応じて、排
気ガス再循環装置にある調節弁の制御によって、再循環
される排気ガスの量を変化することができる。例えば４
つの燃焼室Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ及びＩＶを持つ４シリンダ
機関において、機関の特定の運転状態において現在の燃
料−空気質量比が、燃焼室Ｉでは機関のこの運転状態に
ついて機関制御装置により与えられる燃料−空気質量比
より小さく、燃焼室ＩＩ及びＩＩＩではこれに等しく、
燃焼室ＩＶではこれより大きいことが、機関制御装置に
より確認されると、排気ガス再循環装置の調節弁が機関
制御装置により制御されて、燃焼室Ｉ〜ＩＶへ供給され
る外気−燃料−排気ガス混合気を、それを充填されるべ
き燃焼室Ｉ〜ＩＶに応じて変化するこの手段により、た
だ１つの調節弁を使用して、排気ガス再循環率又は燃料
−空気質量比をすべての燃焼室に均一に分布することが
できる。
【００２５】本発明による機関制御装置のそれ以外の重
要な特徴及び利点は、従属請求項、図面及び図面に基く
好ましい実施例の以下の説明から明らかになる。
【００２６】
【実施例】図１によれば、残りを図示してない内燃機関
は、この例ではシリンダ２及びこの中を動かされるピス
トン３により形成される少なくとも１つの燃焼室１を持
っている。燃焼室１には、入口弁４を経て混合気が供給
部５から制御されて供給される。燃焼後燃焼室１内に収
容されている排気ガスは、出口弁６を経て排出部７を通
って排出されるか、又は排気系１７へ供給される。
【００２７】機関は更に排気ガス再循環装置８を持ち、
この排気ガス再循環装置８が、排出部７から排気ガスを
取出し、この排気ガスを調節弁としての排気ガス再循環
弁９を経て、制御されて供給部５へ供給する。
【００２８】ピストン３の上部反転点にあるむだ容積の
ため、各燃焼サイクル後に残留ガス比率ｒＲが燃焼室１
に残る。更に弁４及び６の開放位置が重なるため、排気
ガス排出部７から燃焼室１へ逆流する。燃焼室１内に収
容されるガスの混合気に影響を及ぼすこの内部排気ガス
再循環に、排気ガス再循環装置８を経て弁９により制御
可能な外部排気ガス再循環が加わる。
【００２９】機関は、計算機１１及びこれとデータ交換
する記憶装置１２を持つ機関制御装置１０を更に持って
いる。適当な信号、接続及び制御用導線１３を介して、
機関制御装置１０が特に排気ガス再循環弁９及び燃焼室
１の点火プラグ１４に接続されている。更に機関制御装
置１０は、適当な導線１３を介して、排気系１７に設け
られるλセンサ１５及び例えば弁駆動用カムの位置を検
出するセンサ１６を持つセンサ装置に接続されている。
更にセンサ装置は、例えば吸入される外気の質量を求め
るセンサを含んでいる。
【００３０】例えば内燃機関の希薄混合気運転中に、定
常又は準定常負荷状態又は運転状態が存在することを機
関制御装置１０が確認し、数秒の時間が既に定常負荷状
態を形成することができると、機関のこの一定な運転段
階中機関制御装置１０が、上述した方法に従って残留ガ
ス比率ｒＲを求める。このためλセンサ１５がなるべく
連続的に排気ガスの酸素比率を測定するか、又は機関制
御装置１０のために排気ガスの燃料−空気質量比よりφ
ｚに関連する信号値Ｓａを発生する。この信号値Ｓａは
適当な導線１３を介して機関制御装置１０へ供給され
る。
【００３１】この信号値Ｓａ及びいずれにせよ機関制御
装置１０の既知で未燃焼ガスの発生する燃料−空気質量
比φｆに関連する信号値Ｓｆを使用して、機関制御装置
１０又はその計算機１１が、適当なプログラムにより残
留ガス比率ｒＲに関連する信号値ＳＲＧＡを発生する。
【００３２】この信号値ＳＲＧＡを使用して、機関制御
装置１０は機関の運転状態に多様に影響を及ぼすことが
できる。例えば有害物質放出及び／又は燃料消費及び／
又は静かな動作及び／又は機関出力及び／又は機関効率
を考慮して、機関の運転性能に影響を及ぼすことができ
る。例えば図示してない燃料噴射装置及び／又は供給部
５への外気供給を制御する図示しない絞り弁に影響を及
ぼすことによって、点火プラグ１４の点火時点の変化又
は未燃焼ガスの燃料−空気質量比の変化も同様に可能で
ある。
【００３３】更に残留ガス比率ｒＲを使用して機関制御
装置１０が、排気ガス再循環装置又は排気ガス再循環弁
９の規則正しい機能を監視することもできる。例えば機
関制御装置１０は、測定される残留ガス比率ｒＲにおい
て設定される弁位置が可能であるか否かのもっともらし
さ検査を行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による機関制御装置及びシリンダ燃焼室
の範囲における内燃機関の部分を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室 ５ 未燃焼ガス供給部 １０ 機関制御装置 １１ 計算機 １２ 記憶装置 １５ λセンサ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年６月１７日（１９９９．６．１
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｇ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｎ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１Ｆ (72)発明者 チヤールス・ロバート・コツホ カナダ国パツトンヴイル／レムゼツク・ワ シントンリング２ (72)発明者 マテイアス・シエレル ドイツ連邦共和国エスリンゲン・アルブリ ツク12

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 計算機及び記憶されるプログラムを持つ
    記憶装置を持ちかつセンサ装置と共同作用する内燃機関
    用電子機関制御装置において、機関制御装置（１０）
    が、機関制御装置（１０）により発生されかつ機関の燃
    焼室（１）へ供給される未燃焼ガスの現在の燃料−空気
    質量比（φｆ）に関連する信号値（Ｓｆ）と、センサ装
    置により検出されかつ燃焼後機関の燃焼室（１）から排
    出される排気ガスの現在の燃料−空気質量比（φｚ）に
    関連する信号値（Ｓａ）から、現在の排気ガス質量比率
    即ち残留ガス比率（ｒＲ）に関連する信号値
    （ＳＲＧＡ）を発生し、この排気ガス質量比率が、未燃
    焼ガス供給後及び燃焼前の未燃焼ガス質量成分と共に、
    燃焼室（１）の内容を形成することを特徴とする、電子
    機関制御装置。
  2. 【請求項２】 機関制御装置（１０）が定常又は準定常
    運転の存在を確認すると、現在の残留ガス比率（ｒＲ）
    に関連する信号値（ＳＲＧＡ）に応じて、機関制御装置
    （１０）が機関運転に影響を及ぼすことを特徴とする、
    請求項１に記載の機関制御装置。
  3. 【請求項３】 機関制御装置（１０）が未燃焼ガス（φ
    ｆ）の理論燃料−空気質量比外での機関運転の存在を確
    認すると、現在の残留ガス比率（ｒＲ）に関連する信号
    値（ＳＲＧＡ）に応じて、機関制御装置（１０）が機関
    運転に影響を及ぼすことを特徴とする、請求項１又は２
    に記載の機関制御装置。
  4. 【請求項４】 機関の濃厚混合気運転において、残留ガ
    ス比率（ｒＲ）に関連する信号値（ＳＲＧＡ）が式 【数１】 に類似して計算される値を表わし、ここで ｒＲ ＝残留ガス比率 φｚ ＝排気ガスの燃料−空気質量比 φｆ ＝未燃焼ガスの燃料−空気質量比 Δ ＝理論燃料−空気質量比 であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の機関
    制御装置。
  5. 【請求項５】 機関の希薄混合気運転において、残留ガ
    ス比率（ｒＲ）に関連する信号値（ＳＲＧＡ）が式 【数２】 に類似して計算される値を表わし、ここで ｒＲ ＝残留ガス比率 φｚ ＝排気ガスの燃料−空気質量比 φｆ ＝未燃焼ガスの燃料−空気質量比 Δ ＝理論燃料−空気質量比 であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の機関
    制御装置。
  6. 【請求項６】 センサ装置が、燃焼室（１）の後又は機
    関の後の排気系（１７）に設けられるλセンサ（１５）
    を持っていることを特徴とする、請求項１〜５の１つに
    記載の機関制御装置。
  7. 【請求項７】 現在の残留ガス比率（ｒＲ）に関連する
    信号値（ＳＲＧＡ）に応じて機関運転に影響を及ぼすた
    め、機関制御装置（１０）が未燃焼ガス燃料−空気質量
    比（φｆ）又は機関の排気ガス再循環装置（８）により
    燃焼室（１）へ供給される排気ガス量又は燃焼の点火点
    を変化することを特徴とする、請求項１〜６の１つに記
    載の機関制御装置。
  8. 【請求項８】 現在の残留ガス比率（ｒＲ）に関連する
    信号値（ＳＲＧＡ）を使用して、機関制御装置（１０）
    が内燃機関の排気ガス再循環装置（８）の規則正しい機
    能を監視することを特徴とする、請求項１〜７の１つに
    記載の機関制御装置。
  9. 【請求項９】 機関の各燃焼室（１）用のセンサ装置
    が、燃料−空気質量比（φｚ）用の別個のセンサを持っ
    ていることを特徴とする、請求項１〜８の１つに記載の
    機関制御装置。
  10. 【請求項１０】 再循環される排気ガスの量が、現在充
    填すべき燃焼室（１）に応じて、排気ガス再循環装置
    （８）にある調節弁（９）の制御によって変化されるこ
    とを特徴とする、請求項９に記載の機関制御装置。
JP11159923A 1998-05-05 1999-04-30 電子機関制御装置 Pending JP2000002157A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE19819937.6 1998-05-05
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