JPH07111140B2 - エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

エンジンの燃焼制御装置

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JPH07111140B2
JPH07111140B2 JP60016263A JP1626385A JPH07111140B2 JP H07111140 B2 JPH07111140 B2 JP H07111140B2 JP 60016263 A JP60016263 A JP 60016263A JP 1626385 A JP1626385 A JP 1626385A JP H07111140 B2 JPH07111140 B2 JP H07111140B2
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    • F02D41/0002Controlling intake air
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は騒音やNOx排出量の低減を意図したエンジンの
燃焼制御装置に関する。
(従来の技術) 近時、エンジンの出力性能向上を図る観点から、吸入ス
ワールや点火エネルギの増大を図る試みが行われてい
る。例えば、その1つとして吸入スワールに着目する
と、周知のように、吸入スワールは混合気の希薄化、大
量EGRに伴う燃焼悪化を改善する有効な手段である。し
かし、一般にスワールを強化すると、高速域における吸
入空気量が低下し出力が低下する。そこで、運転条件に
応じてスワールの制御が行われる。
従来のこの種の吸入スワール制御機能を備えたエンジン
の燃焼制御装置としては、例えば特開昭58−28529号公
報に記載されたものがある。この装置はヘリカル形吸気
ポートを2分割して主吸入ポートに吸気管負圧で開閉す
るスワールコントロール弁を設け、軽負荷時はこのスワ
ールコントロール弁を閉じてスワール吸入ポートにより
強力なスワールを発生させて燃焼改善を行う。一方、高
負荷時にはスワールコントロール弁を開いて十分な吸入
空気量を確保し出力の向上を図る。なお、運転条件の判
断は吸入空気量をパラメータとして行っている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来のエンジンの燃焼制御装
置にあっては、吸入空気量により運転条件を判断してス
ワールコントロール弁を開閉制御する構成となっていた
ため、同一の吸入空気量であっても後述の第5図に示す
ように空燃比によって燃焼速度(図中ではこれを燃焼期
間Tで表す)が変わり、この燃焼速度の変化は第6図に
示すようにシリンダ内の最大圧力上昇率(dp/dθ)max
に影響を与える。これは、燃焼速度の変化により燃焼騒
音が影響を受けることを意味している。例えば、同一吸
入空気量という条件下で空燃比がリッチ側に移行したと
き(加速時など)、第5図に示すように燃焼期間Tが短
くなって燃焼騒音が大きくなる(第6図参照)。したが
って、単に吸入空気量に基づいて吸入スワールを制御す
るのみでは燃焼騒音の低減を図ることができない。
また、燃焼期間Tの変化による影響は騒音に限らず、第
7図に示すようにNOx排出量にも及ぶ。
(発明の目的) そこで本発明は、加速の程度を加味して設定された目標
空燃比に応じて吸入スワールを制御することにより、加
速時における空燃比の変化に拘らず燃焼速度の均一化を
図って、燃焼騒音やNOxの排出量を低減させることを目
的としている。
(発明の構成) 本発明によるエンジンの燃焼制御装置は、その基本概念
図を第1図に示すように、エンジンの回転速度と負荷と
を検出する運転状態検出手段aと、エンジンの加速操作
を検出する加速操作検出手段bと、検出された運転状態
と加速操作量とに応じて目標空燃比を設定する空燃比設
定手段cと、目標空燃比の設定値から推定されるエンジ
ンの燃焼速度が所定の範囲に収まるように吸気スワール
の強さもしくは点火エネルギを制御するとともに、目標
空燃比の設定値が増大側に変化したときには、吸気スワ
ールの強さもしくは点火エネルギを増大側に変化させる
一方、目標空燃比の設定値が減少側に変化したときに
は、吸気スワールの強さもしくは点火エネルギを減少側
に変化させる燃焼速度制御手段dと、を備えたことを特
徴とするのである。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第2〜7図は本発明の第1実施例を示す図である。
まず、構成を説明する。第2図において、1はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ2より吸気管3を通し
て各気筒に供給され、燃料は噴射信号Siに基づきインジ
ェクタ4により噴射される。気筒内で燃焼した排気は排
気管5を通して触媒コンバータ6に導入され、触媒コン
バータ6内で排気中の有害成分(CO、HC、NOx)を三元
触媒により清浄化して排出される。吸入空気の流量Qaは
エアフローメータ7により検出され、吸気管3内の絞弁
8によって制御される。また、各気筒の吸気ポート近傍
は第3図に詳細に示すように、主吸入ポート9aおよびス
ワール吸入ポート9bに分割され、主吸入ポート9aにはス
ワールコントロール弁10が配設される。スワールコント
ロール弁10はロッド11を介してサーボダイアフラム12に
連結されており、サーボダイアフラム12には切換電磁弁
13により吸気管3内の吸入負圧あるいは大気が択一的に
導かれる。切換電磁弁13には所定条件下で切換信号(燃
焼制御信号)Scが入力されており、切換電磁弁13は切換
信号Scが入力されるとサーボダイアフラム12に吸入負圧
を供給し、切換信号Scの非入力時にはサーボダイアフラ
ム12に大気を供給する。サーボダイアフラム12は負圧に
応動してロッド11を駆動する負圧室を有しており、吸入
負圧が供給されるとロッド11を介してスワールコントロ
ール弁10を閉弁し、大気が供給されるとスワールコント
ロール弁10を開弁する。上記主吸入ポート9a、スワール
吸入ポート9b、スワールコントロール弁10、ロッド11、
サーボダイアフラム12および切換電磁弁13は全体として
燃焼速度可変手段14を構成する。したがって、燃焼速度
可変手段14は切換信号Scが入力されると吸入空気をスワ
ール吸入ポート9bを通して気筒に導き所定の吸入スワー
ルを発生させる。一方、切換信号Scの非入力時には主吸
入ポート9aを開して十分な吸入空気量を確保する。
絞弁8の開度Cvは絞弁開度センサ20により検出され、エ
ンジン1の回転数Nはクランク角センサ21により検出さ
れる。前記エアフロメータ7およびクランク角センサ21
は運転状態検出手段22を構成しており、運転状態検出手
段22および絞弁開度センサ20からの信号はコントロール
ユニット23に入力される。コントロールユニット23はこ
れらのセンサ情報に基づいて空燃比制御および吸入スワ
ール制御(燃焼速度制御)を行うもので、そのブロック
構成図は第4図のように示される。
第4図において、コントロールユニット23は加速検出回
路24、判別回路25、空燃比制御回路26およびスワール制
御回路(燃焼速度制御手段)27により構成される。加速
検出回路24は絞弁開度Cvに基づいてエンジン1が加速さ
れたか否かを判別し、加速状態にあるとき加速程度に応
じた加速信号Saを出力する。絞弁開度センサ20および加
速検出回路24は加速操作検出手段28を構成する。判別回
路25は吸入空気量Qaと回転数Nからエンジン1の運転状
態を判別し、現運転状態に最適な目標空燃比を設定す
る。空燃比制御回路(空燃比設定手段)26は判別回路25
からの出力に基づいて目標空燃比となるように燃量噴射
量を演算するとともに、加速信号Saが入力されると、加
速程度に応じて空燃比を補正するように燃量噴射量を演
算し、噴射信号Siをインジェクタ4に出力する。スワー
ル制御回路27は目標空燃比や加速の有無、程度に応じて
吸入スワールを発生させるか否かを決定し、燃焼速度可
変手段14への切換信号Scの出力を制御する。
次に作用を説明する。
近時、実用燃費の向上と排気エミッションの低減とを両
立させるため、定常時には希薄空燃比で、加速領域の一
部または全部には理論空燃比で運転する試みが行われ
る。ところが、このような空燃比制御を吸入スワールを
制御しているエンジンに適用した場合、燃費向上の面で
は相応の効果が得られるものの吸入スワール本来の特長
である燃焼速度を速めるという観点から騒音やNOx排出
量も同時に増大するという面に難点が生ずる。従来は前
者に重点がおかれており、後者の対策が不十分である。
そこで本実施例では、騒音やNOx排出量の増加は燃焼速
度の過度な増大に起因するという点に着目して、吸入ス
ワール制御の判断パラメータに加速情報を併用し加速時
の空燃比の濃化に伴う燃焼速度の増大を適切に抑制する
ことで、吸入スワール制御の特長を生かしつつ騒音やNO
x排出量を低減している。
すなわち、本実施例のエンジン1にあっても定常時には
希薄空燃比で、加速時には理論空燃比で運転される。い
ま、エンジン1が定常時にあって希薄空燃比で運転され
ているときはスワール制御回路27が吸入スワールを必要
と判断して切換信号Scの出力を停止している。このた
め、燃焼速度可変手段14がスワールコントロール弁10を
閉じて燃焼室内に混合気のスワールを発生させ燃焼速度
を速めて燃焼改善を図っている。この状態を前述した第
5図中に示すと、図中A1〜A2間(例えば、A/F=22)で
示される。なお、A1は点火時、A2は混合気が90%燃焼し
た時点を表す。したがって、燃焼期間TaはTa=A1〜A2
なる。この状態において、加速操作が行われると、空燃
比がA/F=22から濃化されて理論空燃比(A/F=14.7)に
移行するとともに、スワール制御回路27から切換信号Sc
が出力されて燃焼速度可変手段14によりスワールコント
ロール10が開かれて吸入スワールの発生が停止される。
これを、第5図に示すと、A1〜A2間から理論空燃比でス
ワールなしの状態、すなわちC1〜C2間(燃焼期間Tc)に
移行するように示される。移行前後の燃焼期間Ta、Tcに
着目すると、TcとTaほぼ等しくなって従来と異なり燃焼
速度の増大が抑制される。したがって、第6、7図に示
す因果関係から、空燃比の変化に拘らず騒音やNOx排出
量を従来に比して大幅に低減することができる。因に、
上記加速状態にあっても吸入スワールを発生させている
と、燃焼期間Tcが第5図に示すB1〜B2間となって燃焼速
度が増大(Tb<Ta)し、騒音等の増加を招く。
このように、本実施例によれば、例えば、希薄空燃比に
よる運転が行われているときに加速操作が行われ、空燃
比が理論空燃比もしくはそれよりもリッチ側の空燃比に
変化した場合においても、燃焼騒音が問題にならない適
切な燃焼速度となるように燃焼速度制御手段(上記実施
例中ではスワールコントロール弁)が制御されるため、
燃焼騒音を常に一定のレベル以下に抑えることができ
る。また、もともと燃焼速度が遅く、燃焼の安定性が悪
い希薄空燃比での運転時には、燃焼速度制御手段によっ
て所定の燃焼速度が確保される(例えばスワールを強く
する)ので、希薄空燃比での運転時の燃焼の安定化を図
ることができる。なお、加速時には理論空燃比に限ら
ず、さらにリッチ側に移行させて運転性能との均衡を図
るようにしてもよい。
第8図は本発明の第2実施例を示す図であり、本実施例
はマニアルトランスミッションを備えた車両への適用例
である。
第8図において、31はコントロールユニットであり、コ
ントロールユニット31は第1実施例に比して新たに判別
回路32が追加して構成される。判別回路32はマニアルト
ランスミッションのギヤ位置を検出する位置センサ33か
らのギヤ位置信号Sgおよび加速信号Saが入力されてお
り、判別回路32はアップシフト時に加速操作が行われる
と加速操作に先立つアップシフト時の空燃比の切換えと
吸入スワールの停止とを要求し、吸入スワールの発生時
は単に加速信号Saに従うように要求する信号を空燃比制
御回路26およびスワール制御回路27に出力する。その他
は、第1実施例と同様で同一番号が付されている。
したがって、本実施例ではアップシフト時に加速操作に
先立って空燃比がリッチ側に移行しその後吸入スワール
が停止されるため、加速時の最初の燃焼速度が速まり、
然る後に燃焼速度の増大が抑制されて加速時の運転性能
を高めつつ騒音やNOx排出量を低減することができる。
なお、上記各実施例では運転状態の判断に吸入空気量と
回転数を用いているが、これに限らず、例えば吸入負圧
と回転数を用いてもよく、さらにこれらに空燃比情報
(酸素センサ出力等)やEGR情報を併用するようにして
もよい。
また、加速程度の判別は絞弁開度の開き速度に限らず、
例えば吸入負圧の変化に基づいてもよい。
さらに、本発明はワイヤードロジック回路に限らずマイ
クロコンピュータを用いてソフトウェアにより実現する
ことも可能である。
また、本発明は上記各実施例に示したように吸入スワー
ルを制御して燃焼速度を可変とするものに限らない。例
えば、気筒毎に点火プラグを2個配設した2点着火方式
のエンジンにも適用でき、その場合には2点から1点着
火へ移行することで点火エネルギを変えて燃焼速度を可
変としてもよく、また他の方式で点火エネルギを変化さ
せるものであってもよい。
(効果) 本発明によれば、加速の程度に加味して設定された目標
空燃比に応じて吸入スワールを制御するので、燃焼速度
の過度な増大を回避することができ、燃焼騒音を常に一
定のレベル以下に抑えることができると共に、NOx排出
量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念図、第2〜7図は本発明の第
1実施例を示す図であり、第2図はその全体構成図、第
3図はその吸気ポート近傍の吸気管を模式的に示す図、
第4図はそのブロック構成図、第5図はその作用を説明
するための空燃比とクランク角度で燃焼期間を表わした
図、第6図はその燃焼期間と最大圧力上昇率との関係を
示す図、第7図はその燃焼期間とNOx排出量との関係を
示す図、第8図は本発明の第2実施例を示すそのブロッ
ク構成図である。 1……エンジン、 22……運転状態検出手段、 26……空燃比制御回路(空燃比設定手段)、 27……スワール制御回路(燃焼速度制御手段)。 28……加速操作検出手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02P 15/08 301 B

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)エンジンの回転速度と負荷とを検出す
    る運転状態検出手段と、 b)エンジンの加速操作を検出する加速操作検出手段
    と、 c)検出された運転状態と加速操作量とに応じて目標空
    燃比を設定する空燃比設定手段と、 d)目標空燃比の設定値から推定されるエンジンの燃焼
    速度が所定の範囲に収まるように吸気スワールの強さも
    しくは点火エネルギを制御するとともに、目標空燃比の
    設定値が増大側に変化したときには、吸気スワールの強
    さもしくは点火エネルギを増大側に変化させる一方、目
    標空燃比の設定値が減少側に変化したときには、吸気ス
    ワールの強さもしくは点火エネルギを減少側に変化させ
    る燃焼速度制御手段と、を備えたことを特徴とするエン
    ジンの燃焼制御装置。
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