JPS6036739A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の回転に同期して作動する燃料弁や給
排気弁の作動時期を制御する装置に関するものである。

従来、内燃機関の電気的運転装置として用いられている
ものとしては第１図のブロック線図に例示したものがあ
る。このブロック線図において回転角度信号装＃Ｌ１は
内燃機関（図示せず）の回転軸２に取付けられており回
転軸２の回転位ｆｉｌｌディジタル量に変換し、制御ユ
ニット３（７）ｆｆイクロコンピュータ１０に回転角度
信号６を送っている。他方上記機関の運転状態？検出す
る運転変数検出装［５が制御ユニット３に接続されてい
る。この運転変数検出装＃：、５は例えば回転速度計７
、冷却水温度計８などのほか必要にエフ空気流量計、排
気ガス温度計、給気圧力計などの組付せにエフ構成され
ている０この運転変数検出装に５のアナログ量の出力信
号はアナログ−ディジタル変換器９にエフディジタル蓋
に変換されマイクロコンピュータ−０に読込まれる。マ
イクロコンピュータ−０は、リードオンリーメモリー１
に格納されているプログラムに従って例えば回転速度と
冷却水温度とから機関の運転弁の最適な作動時期ｒ求め
る。更に上記回転角度信号６と、該最適な作動時期？比
較して次段の駆動回路１３に出力としてパルス信号１２
ケ送る。パルス信号１２は駆動回路１３で付勢され電気
信号１４として電磁ソレノイド４に印加される。ここで
電磁ソレノイド４は直接にまたは油圧などの流体力を介
して内燃機関の運転弁例えば燃料弁、給気弁、排気弁な
ど運転に必要な弁類（図示せず）？駆動する工うになっ
ている。

運転弁の駆動方法としては電磁ソレノイド４で切換弁を
駆動し、もって高圧の油圧回路を切換え制御ｔおこなう
方法やまた燃料弁の場合にｒｉｌ’Ｘ射ノズルへ供給す
る茜圧の燃料油の油路紮前記切換弁で切換えて制御する
という構成？とる方法がある。

以上述べた工うな内燃機関の電気的運転装置の目的とす
るところは機関の負荷や周囲条件に工り刻々に変化する
運転条件のもとにおいて機関の排出ガスのｌＦ分ケ低減
し、燃料消費の改善？おこなうとともに負荷に対する追
従性の向上−？機関騒音の低下２図り効率のよい機関の
運転状態を確保することにある。即ち内燃機関において
は燃料の噴射時期ｆ給排気弁の作動時期が排出ガス成分
、燃料消費、騒音、負荷追従性などの機関の性能？決定
する基本的要因であり各種の運転条件に応じて燃料弁ヤ
給排気弁の作動時期をきめ細かく制御することにエフ常
に最適な機関性能を発揮することができるものである。

しかし実際には上記の電気信号１４か電磁ソレノイド４
に印加されて電磁ソレノイド４が作動し、引続き運転弁
が作動する１でに時間的な遅れが存在し、この時間的な
遅れが不確定な要因にエフ変化するために、運転弁の作
動時期の制御に誤差が生じ従来の電気的運転装置におい
ては最適な機関性能會得ることが困難である。

特にこの傾向は機関の回転速度が大きくなるにつれて顕
著になり、ついには運転に支障ｔきたすという欠点ケ有
している。

このＬうな欠点を解消するために電気的運転装置の他の
公知の方法として、例えば運転弁にその揚程を計るため
のリフトセンナ會設けこのリフトセンサからの信号にエ
リ運転弁の作動時期音検知し電磁ソレノイド４に印加す
る電気信号の送出時期を補正し運転弁？正確に制御する
という方法がある。しかしこの方法においてはりフトセ
ンサは高価であるばかりではなくこれが装着される場所
が高温で、かつ振動も大きいために故障し易く信頼性に
欠けるという欠点ケ有し、また燃料弁についてはリフト
が０．２１８乃至１．０１１１１といった如く非常に小
さく、す７トセンサの取付は調整に手数がかかるという
欠点？有している。

本発明は電気的運転装置における上記の問題（５） 点を解決するためになされたものであり、電磁ソレノイ
ドに印加する電気信号の波形ケ解析することにエリ運転
弁の作動時期を検知し電磁ソレノイドに印加する電気信
号の送出時期を補正することに↓り安価にして且つ信頼
性が高くま７ｃ嘔付調整にも手数がかからず常に最適な
機関性能を得ることができる内燃機関の制御装置會提供
することであり、その構成は内燃機関の回転角度全検出
する装置と、電磁ソレノイドを介して駆動される運転弁
の作動時期を設定する装置と、内燃機関の回転角度と電
磁ソレノイドの作動時期を比較して電気信号音発生する
装置と、この電気信号にエフ作動する電磁ソレノイドに
より運転される内燃機関の電気的運転装置Ｈｃおいて、
上記の電気信号の波形を解析し電磁ソレノイドの作動時
期を検知する検出器を備え、この検出器の出力に応じて
運転弁の作動時期を修正設定することを特徴とする内燃
機関の制御装置である。

通常電気信号ケ送出してから運転弁が作動す（６） るまでの時間遅れは、電磁ソレノイドの作動の遅れと運
転弁の作動遅れから成っている。電磁ソレノイドで直接
に運転弁を作動せしめるときは電磁ソレノイドの作動の
遅れだけで運転弁の作動遅れはない。また、流体力即ち
油圧力など會介して運転弁？駆動するときは流体源の圧
力を一定に保つことにエフ運転弁の作動の遅れケ一定と
することができる。−万電磁ソレノイドの作動の遅れは
電磁ソレノイドそれ自体のコイルの温度や切換弁に働く
摩擦力などにエフ影響奮うけるものである。即ち周囲温
度や電気信号のパルス幅が変化すれば上記コイルの温度
が変るのでコイルの抵抗値が変化し電磁ソレノイドの電
気的応答性が変化する。また上記摩擦力の変化は機械的
な応答性に影響する。更にこの摩擦力やコイルの温度特
性は経年的にも変化ケもたらすものである。ここで周囲
条件や経年変化などの影響奮うける電磁ソレノイドの作
動遅れが判ればその遅れケ補正して運転弁？適切にまた
タイミングよく制御することが可能となり最適な機関性
能を得る内燃機関の電気的運転装置を得ることが可能と
なるのである。

以下本発明の実施例を示す図面に基づき説明すると、第
２図は本発明の構成？しめずブロック線図であり２１は
回転角度検出装置であり、内燃機関（図示せず）の回転
軸２２に取付けられており回転軸２２の回転位置？ディ
ジタル量に変換し、制御ユニット２３１’ｉのマイクロ
コンピュータ３０に回転角度信号２６ケ送っている。

２５は運転変数検出装置であり、これは例えば回転速度
計２７、冷却水温度計２８の他、図示はないが必要に工
り空気流量針、排気ガス温度計、給気圧力計などの適当
な組合せにより構成されており、この運転変数検出装［
２５のアナログ量の出力信号はアナログ−ディジタル変
換器２９にエフディジタル量に変換されマイクロコンピ
ュータ３０に読込まれる。３１はリードオンリーメモリ
でありこの装置の必要なプログラムが記憶されている。

３３は駆動回路であり第３図はこの回路構成の実施例ｔ
しめしており、マイクロコンピュータ３０エクパルスＭ
　号Ｖａ３２をうけてこれｔバッファ増幅器ケ介してス
イッチ回路においてエミッタ接地トランジスタＴｒｉ４
５が作動し、コレクタ接地トランジスタＴｒ２４６が導
通して電磁ソレノイド２４に電源電圧＋ｖｃｃ４７が印
加されＶｂ３４なる電気信号が流れる工うになっている
０３０は電流検出抵抗であり１オ一ム未満の小さな抵抗
値ｋＮｌ、電磁ソレノイド３４に流れる電流音検出する
。この検出された電流信号はパンファ増幅器４０に弁し
てＶｃ４Ｂとして波形検出器３５に伝えられる。

このバンファ増幅器４０は省略可能でありまた上記駆動
回路３３も他の公知の回路ケ利用してもよい。第４ａ図
は波形検出器３５の回路構成の実施例をしめしており２
つの微分器４１ａ、４１ｂおＬび波形整形器４２から構
成されている０ここで第５回置乃至（Ｆ′Ｉは上記装置
の各部における信号波形會しめしたものであり囚はマイ
クロコンピュータ３０から送られるパルス信号Ｖａ３２
゜ＩＢＩはｔ′ａｉソレノイド２４に印加される電気信
号（９） Ｖｂ３４　、　ＴＣＩは電磁ソレノイド２４ケ流れる電
流信号Ｖｃ４８であり、電磁ソレノイドは誘導性の負荷
であるから上記Ｖｂ３４の投入、遮断時に急峻な尖頭電
圧が表われ、また電流１８号Ｖｃ４８は遅れケ供なって
電流は増加するが電磁ソレノイド２４がその負荷である
可動鉄心ケ吸引し始めると、その移動による逆起電力の
ために電流が一時減少し、可動鉄心の移動が完了すると
電流は再び急激に増加する。従ってここでパルス信号Ｖ
ａ３２の立上りから電流信号Ｖｃ４８の図示ａ点までの
作動遅れ時間τ５ｏｌｉ計測すれば電磁ソレノイド２４
の作動遅れケ検知することができる。［Ｄｌおよび（Ｅ
ｌｆ−ｊそれぞれ波形検出器３５の微分器４１ａ、４１
ｂＯ出力Ｖｄｌ　４９　、　Ｖｄ２５０’ｔ６、！ＯＩ
Ｆは波形整形器４２の出力であり波形検出信号Ｖｅ５１
として計時器３６に送られる。計時器３６Ｕマイクロコ
ンピユータ３０エクのパルス信号Ｖａの立上りから上記
波形検出信号Ｖｅの立上りまでの時間が計時されマイク
ロコンピュータ３０に送られる。

（ｌＯ） 第４ｂ図は隷普器３６の回路構成の例示でありフリラグ
フロック８００セント端子（図示Ｓ、）とリセツト端子
（図示Ｒ，）には夫々パルス信号Ｖａ３２と波形検出信
号Ｖｅ５１がコンデンサお工び抵抗体で構成される微分
回路８４ケ介して接続されており、フリソグフロング８
０はパルス信号Ｖａ３２の立上りでセントされ、波形検
出信号Ｖｅ５１の立上りでリセツトされる。発振器８１
と７リツプフロング８０とがＡＮＤゲート８２に接続さ
れておりフリングフロング８０がセントされているとき
のみ発振器８１の出力パルスはカウンタ８３で計数され
る。カウンタ８３にはＡＮＤゲート８２の他にフリング
フロング８０エクのセント端子が接続されており計数？
始める前にカウンタ８３はクリアにされる。発振器８１
は水晶ケ利用し７ｃ高精度の発振器が使用され、マイク
ロコンピュータ３０はパルスＭ　号Ｖａ　３２を出力す
る前にカウンタ８３の出力Ｖｆ６４ａ−読み込めばｖＬ
磁ソレノイド３４の前回における作動遅れｒ知ることが
できる。

波形検出器３５の第２の実施例３５′ヲ第６図に示す０
この実施例においては微分器を用いずダイオードと増幅
器とから波形の傾斜の変化を計算して、上記第５図（Ｃ
１に表われ′ｆｃ、電流信号ＶｃＯａ点即ち電磁ソレノ
イド２４の作動時期音検知するものであり第７回置乃至
ＩＧＩ　ｒｉ第６図の各部の信号波形をしめしたもので
ある。第６図においてＡ１５２はバンファ増幅器であり
入力信号である電流信号Ｖｃ４８にそのまま次のＡ２５
３とＡ３５６の増幅器に伝えるものであｐ、Ａ３はピー
クホルダ５４でありコンデンサＣ１６１にはピーク電圧
が保持される。電流信号Ｖｃが増加から減少に転じると
ダイオードＤ１５８は遮断し増幅器Ａ２５３のθ端子の
電位が■端子エフ大となるので増幅器Ａ２５３の出力は
負の大きな値をとる。（第７図ＩＢＩ　診照）ＱＡ４は
波形整形用増幅器５５であり電流信号Ｖｃが小さい間は
この増幅器Ａ４５５の出力が大きいのでダイオードＤ２
５９が導通し増幅器Ａ３５６の出力は正の最大値をとる
。

電流信号Ｖｃ４８か減少に転じ波形整形用増幅器Ａ４５
５の出力が負になるとダイオードＤ２５９は遮断し、増
幅器Ａ３５６お工びＡ６５７は入力信号の電流信号Ｖｃ
に追従して変化する。このＡ６５７は最低値ケ保持する
増幅器でありコンデンサＣ２６２にその値が保持される
。

つぎに電流信号Ｖｃが増加に転じるとダイオードＤ３６
０は遮断となり増幅器へ６５７はその最低値を保持し増
幅器Ａ３５６の■端子がＯ端子エフ大きくなるので増幅
器Ａ３５６の出力はその最大値をとる。増幅器Ａ４５５
が正の最大値に復帰すると再びダイオードＤ２５９は導
通し最初の状態にもどる。波形検出信号Ｖｅ５１は増幅
器Ａ３５６の出カケコンデンサ０３６３’に介して得る
ことができる。なお適当な時期において図示はないがス
イフチにエフコンデンサＣ２６２の電位？放電し０−ボ
ルトにもどす。

波形検出器１５の第３の実施例として第３図における電
流信号Ｖｃ　４８１にアナログ−ディジタル変換器を介
してマイクロコンピュータ３０に読込み数値解析により
第５図に示し′ｆｃ電硯ンレ（１３） ノイドの作動遅れ時間τｓｏｌ　ｆ検知しても工い。

この数値解析の手順を第８図のフロー図に示している。

ここでマイクロコンピュータ３０がパルス信号Ｖａ３２
に出力するとπたちにステップ１００Ｖｃおいて電流信
号Ｖｅ　４８　ｋ読み込む。この読み込みのサンプルピ
ンチｊｊと読込みデータ数Ｎは予め定めておくものとし
、例えばｊｔｉｌＯμ旗、Ｎｉ２００としても工い。次
にステップ１０１にてｆ′ＬＫ？を計算する。計算式は
例えばｆＩ′に＝１１争ｆＫ＋４−５６０ｆＫ＋３＋１
１４・ｆＫ＋２−１０４＠ｆＫ＋１＋３５＠ｆＫ・（υ
を利用するＯｆＫはｋＩＩ目のサンプル値である。

ｆ″にの計算は上記（２）式でなく次式ケ利用しても差
支えない。

ｆ′に＝−ｆＫ＋２＋１６ｆＫ＋、−５０ｆＫ＋１６’
ｆＫ−１−ｆＫ−２・・・（２） ステップ１０２においては予め定めておいた定数Ｍと比
較し、上記で計算され３　ｆ＃にの値がこのＭ工り小さ
ければｋｋｌつ増してステップ１０１に戻りｆ＃ＫがＭ
エフ大きければこのときのサンプル（１４） 値ｆＫが第５図［Ｃ１のａ点であるのでステップ１０４
において作動遅れ時間τｓｏｌ　ｋ計算する。計算式％
式％（３） このτｓｏｌの計算ケ第９図のフロー図に工ってめても
よい。第９図は最大値のあとの最小値？見出すことにエ
フ作動遅れ時間τｓｏｌ　’ｉ検知するフローである。

マイクロコンピュータ３０がパルス信号Ｖａ３２に出力
するとただちにステップ１００で電流信号Ｖｃ４８に読
み込む。第８図と同様にに番目のサンプル値？ｆＫとし
ている。

ステップ１０６で前回のサンダル値ｆＫ−１と今回のそ
の値ｆＫが比較され、前回の値ｆＫ−１が小さければｋ
ｋｌつ増してステップ１０６に戻る。前回のサンプル値
ｆＫ−１が今回のその値ｆＫに等しいかこれエフ大きけ
ればそのときのｆＫの値が最大値である。

ステップ１０６と１０７で最大値？検出すれば、ステッ
プ１０８と１０９で最小値を探すことになる。

即ち、前回のサンプル値ｆＫ−１が今回の値ｒＫｉＴ回
ればそのときのサンプル値ｆＫが第５図１ｃＩにあられ
しＦｅ２点であるのでステップ１１０において（３）式
により電磁弁の作動遅れ倉計算する。

電磁ソレノイド２４の種類に工っては電流信号ｖｃ４８
が異なる場合がある。即ち第１０図に示す（Ａ）と［Ｂ
ｌであり、ｔＲ１図にしめすごとき波形の特性を有する
電磁ソレノイドは、波形の変化率がその電流の上昇過程
において負にならないので前記した波形検出器１５の第
２の実施例に示した第６図の回路の適用お工び第３の実
施例で示した第１０図のフローによる作動遅れ時間τｓ
ｏｌ　請求める回路または式としては使用できない。

運転弁の操作に電磁ソレノイドを利用する内燃機関の電
気的運転装置において、運転弁の開と閉の双方に電磁ソ
レノイド會利用するいわゆるダブルソレノイドと、゛開
１７ｊは閉のどちらか片方に電磁ソレノイドを利用し他
の側はバネなどの反カケ利用するいわゆるシングルソレ
ノイドがある。第１１図にダブルソレノイドによる排気
弁の操作方法を例示し、１ｔ＠弁７０の実施例を第１２
図に示す。この工うな例では開用の電磁ソレノイド７２
ａｌＣ電気信号が印加されると排気弁７１は閉となり、
開用の電磁ソレノイド？２ｂに電気信号が印加されると
開となり、閉。

開の電磁ソレノイドは夫々側の駆動回路で付勢されるの
で第２図の実施例において駆動回路３３　。

波形検出器３５．計時器３６は夫々開用と開用の２組？
用意することにエフ排気弁は開閉ともに電磁ソレノイド
の作動遅れが正確に検出できる。またこれは排気弁の代
りに給気弁や燃料噴射弁であってもよい。

以上の如くにして電気信号Ｖｂ３４のｔＲ，〜９波形は
直接またはバンファ増幅器４０Ｌ−介して波形検出器３
５に伝えられ、ここで計時器３６はパルス信号Ｖａ３２
と、上記波形検出器３５の出力信号である波形検出信号
Ｖｅ５１の間の時間を計時しマイクロコンピュータ３０
に作動遅れ信号Ｖｆ６４を発信する。マイクロコンピュ
ータ３０は運転変数検出装置１２５からの信号に基づき
公知の方法にて最適作動時期ｅｏｐｔｋｔｔ算するＯ他
（１７） 方計時器３６から電磁ソレノイド２４の作動遅れｒｓｏ
ｌｋ読み込み、下記（４）式にエフパルス信号Ｖａ３２
の送出時期ｏｐ？計算し回転角度信号２６がθｐに一致
したときパルス信号Ｖａ３２に送出するＯ θｐ＝θｏｐｔ−６ｎ（ｒｓｏｌ＋ｒｖ）　ａ＊＋ｍ＋
ｅ＊（４）ここで　ｎ；機関の回転数（回転数／毎分）
τＶ；運転弁の作動遅れ（秒） なおここで運転弁の作動遅れτＶは予めリードオンリー
メモリ１１に記憶させておくものとし、また電磁ソレノ
イドの作動遅れτｓｏｌとして作動遅れ信号ｖｆＯ数サ
イすル分の移動平均ｔとっても工い。

なお、シングルソレノイドを利用した排気弁７３の操作
方法ケ第１３図に例示する。この方法では電磁ソレノイ
ド７４に電気信号が印加されると排気弁７１が閉じ、電
気信号がなくなれば開く構造となっており、この場合の
パルス信号Ｖａ３２と電流信号Ｖ６の波形を第１４図に
しめす。電磁ソレノイド７４を消磁した場合の電流（１
８） 波形ｖ６は励磁される場合とは逆の応答をするのでパル
ス信号Ｖａ３２の立上りと電流信号ｖものｂ点の間の時
間が排気弁が開く場合のｔ磁針の応答遅れとなる。

排気弁の閉じる場合のｍａｔソレノイドの作動遅れは前
述した方法で検出可能である。排気弁が開く場合の電磁
ソレノイドの作動遅れは演算増幅器を利用しである大き
な一定１１Ｎから電流信号Ｖらｔ減ずれば上述した方法
がそのまま利用できるものである。

以上の如く本発明はｔｉソレノイドに印加する電気信号
の波形忙解析し、その作動時期を検知して周囲条件や経
年変化によりかわる電磁ソレノイドの作動遅れを検出し
運転弁の作動時期の設定を修正するという極めて安価に
てかつ信頼性に優れたまた取付満整の容易な装置にエフ
常に最適な機関性能を発揮しうる内燃機関の制御装ｆｉ
ｌｉｋ提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の運転装置の実施例のブロック線図、第２
図は本発明の運転装置の実施例のブロック線図、第３図
は本発明の装置の駆動回路実施例の回路構成図、第４ａ
図は本発明の装置の波形検出器実施例の回路構成図、第
４ｂ図は本発明の装置の計時器実施例の回路構成図、第
５図は本発明の装置の各部の信号波形図、第６図は本発
明の装置の波形検出器の第２の実施例の回路構成図、第
７図は第６図の装置の各部の信号波形図、第８図は本発
明の波形検出器の第３の実施例の解析手順フロー図、第
９図は第８図の応用例の７０−図、第１０図は電磁ソレ
ノイドの作動電流波形図、第１１図、第１３図は排気弁
操作例示図、第１２図は電磁弁の例示断面図、第１４図
は第１３図の電磁ソレノイドの作動電流波形図である。 ２１・・・Ｎ転角度検出装置　２２・・・回転軸２３・
・・制御ユニット　２４・・・電磁ソレノイド２５・・
・運転変数検出装置ｔ　２６・・・回転角度信号　２９
・・・アナログディジタル変換器３０・・・マイクロコ
ンピュータ　３１・・・リートオンリーメモリ　８２，
３４．４Ｂ、ｌ。 ・５０，５１，６４・・・信号　３３・・・駆動Ｕ路３
５　、３５’・・・波形検出器　３６・・・計時器４０
・・・パンファ増幅器　４１ａ、４１ｂ・・・微分器４
２・・・波形整形器　５２乃至５７・・・増幅器５８乃
至６０・・・ダイオード　６１乃至６３・・・コンデン
サ　１０．７３・・・電磁弁　７１・・・機関排気９Ｆ
’　７２ａ、？２ｂ１７４・・−電磁ソレノイド 出願人　川崎重工業株式会社 （２１） 第９図 第８図 ２８６− 臓　域 側１３図 第１４図 手続補正書・（自発） １、事件の表示 昭和５８年特　許　該第１４５４５４号３、　補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 ４、　代　理　人　〒１０３ ８、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （υ　予め設定された機関運転弁の作動プログラムと、
   運転変数を検出する装置エフの信号と、機関の回転角度
   を検出する装置エフの信号と、にエフ機関運転弁の作動
   時期を算出しこの出力を電気信号として電磁ソレノイド
   を介して上記運転弁を作動せしめる機関の電気的運転装
   置において、上記電気信号の波形を解析する波形検出器
   と、該検出器の出力から電磁弁の作動時期を検出する計
   時器とｔ備え、該計時器の出力信号にエフ機関運転弁の
   作動時期を修正設定することを特徴とする内燃機関の制
   御装置。 （２）増幅器、ダイオード、コンデンサお工び抵抗体エ
   フ構成され電気信号の波形解析？おこなう波形検出器を
   備えた特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装
   置。 （３）２組の微分回路お工び波形整形回路エフ構成され
   電気信号の波形解析會おこなう波形検出器を備えた特許
   請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。