JPS6059416B2 - 混合気希薄運転限界領域における内燃機関の動作制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、混合気調量装置から燃料が供給される内燃機
関の動作を混合気希薄運転限界領域に制，御する方法お
よび装置に関する。

されにこの方法および装置においては、クランク軸が連
続して３回転する間に内燃機関の回転数変動を測定し、
その際クランク軸の回転周期ごとに計数周波数を第１の
アップカウンタおよび第３のアップカウンタ、に供給し
、計数周波数の２倍の周波数を第２のダウンカウンタに
供給し、またクランク軸が１回転する度に、第１のアッ
プカウンタの計数値を第２のダウンカウンタに転送し、
第２のダウンカウンタの計数値を第３のアップカウンタ
に転送し、か３つ第１のアップカウンタの計数値をゼ狛
にセットし、さらに非静しゆく度を表示する第３のアッ
プカウンタの計数値の実際値と目標値とを比較するため
非静しゆく度を表示する第３のアップカウンタの計数値
を処理結累計数器に転送し、クランク４軸が１回転する
間に、第３のアップカウンタから処理結累計数器に転送
された計数値を回転数に依存する周波数によつて計数す
る。この場合、混合気調量装置は内燃機関に混合気を計
量して供給する種々の形式の装置を意味し、例えば燃料
噴射装置、気化器等である。

また燃量調量パルスはこれらの混合気調量装置を制御す
るパルスを指し、例えば燃料噴射パルスである。従つて
このような方法および装置は、例えは次のような燃料噴
射装置に使用される。つまり、電磁式燃料噴射弁に供給
すべき燃料噴射パルスのパルス幅を回転数および吸気量
によつて決定し、次いで燃料噴射パルスを乗算回路から
成る修正回路ノに加え、この修正回路において、回転数
と吸気量以外の内燃機関の動作パラメータに応じて燃料
噴射パルスのパルス幅を付加的に制御するような燃料噴
射装置に使用される。冒頭で述べた混合気希薄運転限界
領域における内燃機関の動作制御方法は、特開昭５１−
１０４１０６号公報に記載されている。

この動作制御方法をデジタル方式て実施する場合、非静
しゆく度を表わす値Δ（ΔＴ）を連続的に形成し、クラ
ンク軸の回転の度にこのΔ（ΔＴ）の値を所定の目標値
と比較する。ここで、非静しゆく度という用語について
説明を加えておく。

近年、自動車の排気ガス規制はますます厳しくなり、ま
た燃料も高謄しているのて、有害な排気ガス成分をでき
るだけ少なくし、同時に燃料の消費量も少なくなる作動
範囲て内燃機関を運転することが求められている。

この条件を満たすには、内燃機関にできるだけ希薄な燃
料一空気混合気を供給する、つまり内燃機関をできるだ
け１希薄ョな混合気の方向に調節するのが望ましい。

そのためには、例えは内燃機関のシリンダ内における圧
力特性の変動を測定し、それに基づいて内燃機関を希薄
混台気て運転できる限界点を検出しなけれはならない。
本発明では、希薄混合気運転限界領域て生じる、内燃機
関のシリンダ内における圧力特性の変動を１非静しゆく
度ョと名付けている。シリンダ内の圧力特性が変動する
と、シリンダの発生するトルクも変化し、最終的にはク
ランク軸の回転数変動となつて現われる。

従つて、クランク軸の回転数変動を測定することで、内
燃機関の非静しゆく度を求めることかてきる。次に、数
式を用いて非静しゆく度の測定法について説明する。

最初に次のように定義する。

Ｍ＝エンジントルク Ｔ＝周期 θ＝エンジンの慣性モーメント ω＝回転数 φ＝１回転の角度、つまり３６０■ 一般に次の式が成り立つ。

この式から次式が導ける ここで とすれぱ、 式（３）を式（２）に代人すると、 式（４）から最終的に次式が得られる。

従つて、トルクの変動は仝昇￥りに比例することになる
。

前述のように、非静しゆく度はトルク変動から求められ
るので、非静しゆく度を表わす値はΔ（△Ｔ）である。

この値は次式から求めることがてきる。先に定義したよ
うにＴはクランク軸の回転周期なのて、クランク軸が連
続して３回転する間にその回転周期を測定し、上式に基
いて計算すれば、非静しゆく度を表わす値Δ（ΔＴ）を
求めることができる。

さて、前述の特開昭５１−１０４１０６号公報に基づく
内燃機関の動作制御方法ては、この非静しゆく度の値Δ
（ΔＴ）をデジタルカウンタによつて連続的に形成し、
クランク軸の回転の度に所定の目標値と比較する。

Δ（ΔＴ）の値が一方または他方の方向に目標値を越え
る頻度は、アナログ積分器により、この頻度に比例する
直流電圧に変換される。この直流電圧は例えば燃料噴射
装置である混合気調量装置の乗算回路に加わり、これに
より燃料調量パルスのパルス幅が制御され、例えば燃料
噴射パルスのパルス幅が短縮又は延長される。この場合
、アナログ積分器の遅延時間は秒のオーダの大きさであ
る。従つてこのようなアナログ積分器を、混合気希薄運
転制御のために高速で動作するデジタル装置に設けるの
は好ましくない。燃料調量パルスのパルス幅を素早く制
御することができないからである。場合によつては、ア
ナログ積分器を有するデジタル制御装置を用いると、自
動車自体の走行特性が低下することもある。従つて本発
明の課題は、アナログ素子の使用による上述の欠点を取
除くことである。

つまり、冒頭で述べた混合気希薄運転限界領域における
内燃機関の動作制御方法および装置において、燃料調量
パルスのパルス幅を素速く修正する、例えばクランク軸
の回転の度に修正することである。本発明によれば、こ
の課題は次のようにして解決される。すなわち、非静し
ゆく度を表示する第３のアップカウンタの計数値の極性
と、計数値と目標値の大小とを、クランク軸の回転毎に
検出し、該検出結果を評価して、計数値の極性及び計数
値と目標値の大小の４つの可能な組合せのうち、計数値
の極性が回転数減少の際の計数値の極性を正に定める際
正でありかつ計数値が目標値を上回る組合せの場合に限
り、混合気を濃厚化する基準調節が行なわれるように燃
料調量パルスのパルス幅を制御し、他方前記４つの可能
な組合せの・うち残りの３つの組合せの場合には、最大
限の混合気希薄化に調節又は維持される、ようにしたの
である。また、本発明による制御装置は次の４ように構
成される。

すなわち、混合気調量装置に加えるべき燃料調量パルス
のパルス幅を回転数と吸気量とから定め、次いで燃料調
量パルスを、乗算回路から成る修正回路に加え、第３の
アップカウンタのＭＳＢと処理結累計数器のＭＳＢをＡ
ＮＤゲートに加え、ＡＮＤゲートのノ出力側を乗算回路
の電圧感応入力側に接続し、乗算回路において、混合気
を濃厚化する基準調節または混合気の最大限希薄化のど
ちらかが行なわれるように燃料調量パルスのパルス幅を
２状態制御するのてある。

本明細書において１基準調節ョとは混合気を最大限希薄
化状態よりも若干濃厚にすることを意味する。

本発明ては、基準調節と最大限希薄化のどちらかの状態
に混合気を制御する。これをＲ２状態制御ョと呼ふ。通
常の混合気調量装置では、その乗算回路に外部から直流
電圧を供給することによつて燃料調量パルスのパルス幅
を制御し、もつて混合気を濃厚または希薄化の方向に制
御する。

例えは混合気調量装置が燃料噴射装置である場合には、
燃料調量パルスのパルス幅を延長または短縮し、気化器
である場合には、ノズルの断面積調節パルスのパルス幅
を制御する。これに対して本願発明ては、相異なる２つ
の電圧レベル（論理１信号または０信号）を乗算回路に
供給する。

それによつて、燃料調量パルスのパルス幅を制御する（
例えば燃料調量パルスのパルス幅を定める）ための情報
が得られる。この場合、燃料調量パルスは所定の経験値
をもとにして制御される。つまり、乗算回路に供給され
る２つの電圧レベルによつて、混合気を最大限に希薄化
する方向に燃料噴射装置を調節するか、あるいは燃料噴
射装置を前述の基準調節に切換えることがてきる。２つ
の電圧レベルは、非静しゆく度の値および極性を評価す
ることによつて形成する。

このように、非静しゆく度から２つの電圧レベル、つま
り論理１、または０信号を形成し、乗算回路に供給する
ので、完全なデジタル制御を行なうことができる。これ
には次のような利点がある。まず、アナログ積分器を必
要としない。次に，制御装置が完全にデジタル化される
ので、容易に集積化できる。さらに、乗算回路を迅速に
制御できるので、燃料調量パルスのパルス幅を素速く修
正できる。従つて、走行特性ないしドライブ特性は格段
に改善される。既述のように本発明は、内燃機関に混合
気を供給する任意の形式の混合気調量装置、例えば燃料
噴射装置、気化器等に使用することができる。

次に本発明を実施例例につき図面により詳細に説明する
。この実施例では、混合気調量装置として燃料噴射装置
を用いている。

最初に、非静しゆく度Δ（ΔＴ）をデジタル方式で検出
する方法について、簡単に説明する。

図において、クランク軸の回転ディスク６にはマーク片
５が設けられる。マーク片５の動作により、パルス成形
段７には信号０Ｔが生ずる。信号０Ｔが生ずると、計数
器により計数が始まり、計数器の計数値が転送される。
第１のアップカウンタ１と、中間の位置に配置された第
２のダウンカウンタ２と、第３のアップカウンタ３が設
けられる。前述の第５式から明らかなように、非静しゆ
く度の値Δ（ΔＴ）は次式によつて求められるここでＴ
はクランク軸の回転周期だから、クランク軸が連続して
３回転する間にΔ（ΔＴ）の値を求めることができる。

本発明によれば、そのために３つの計数値１，２，３を
設けている。第１のアップカウンタ１および第３のアッ
プカウンタ３には、例えば１〜２ＭＨｚ程度の比較的高
い計数周波数ｆ１を加える。第２のダウンカウンタ２に
は、周波数ｆ１の２倍の計数周波数鋳を加える。ただし
図に示すように、第２のダウンカウンタ２のＬＳＢより
１つ大きい桁に計数周波数ｆ１を加えれば、２ｆ１を加
えたのと同じ効果が得られる。この時、カウンタ２のＬ
ＳＢｌｌは例えばフリップフロップから成つている。３
つの計数器は、信号０Ｔが発生する度に、その計数値を
後段の計数器に並列に転送する。

つまりカウンタ１はカウンタ２に、カウンタ２はカウン
タ３に、その計数値を並列に転送する。この時、第１の
カウンタ１はゼロにセットされる。信号０Ｔはクランク
軸が１回転する度に発生するので、各計数器はクランク
軸の回転周期を計数し、１回転ごとに後続の計数器に転
送することになる。従つて、第３のアップカウンタ３の
計数値は、非静しゆく度の値△（ΔＴ）を表わす。ただ
し、この場合に必要なのは計数値の差値であつて計数値
そのものではないがら、３つの計数器１〜３の計数容量
をそれ程大きく設定する必要はない。

計数周波数が高く、内燃機関の回転数が低く従つて周期
が長い場合、計数器は数回オーバフローする。しかし計
数器がオーバフローしても何の支障もきたさない。非静
しゆく度値Δ（ΔＴ）の極性は第３のアップカウンタ３
のＭＳＢから、知ることができる。この極性は、内燃機
関の回転数の増減、従つて周期Ｔの増減を示す基準とな
る。本実施例では、回転数が減少している場合、つまり
周期か増大している時の非静しゆく度Δ（ΔＴ）の極性
を正としている。内燃機関の希薄混合気運転限界を検出
する場合に、上述の非静しゆく度Δ（ΔＴ）の値を実際
値として使用できるようにするには、非静しゆく度の実
際値と目標値とを比較する必要がある。

非静しゆく度の実際値と目標値とを比較して得られる値
は、制御信号として燃料噴射装置の乗算回路１５に加わ
る。クランク軸の１回転毎に第３のアップカウンタ３に
生ずる非静しゆく度値Δ（ΔＴ）は、非静しゆく度の絶
対値である。第３のアップカウンタ３に生ずる非静しゆ
く度の値Δ（ΔＴ）と目標値との比較は、処理結累計数
器７を用いて行なう。処理結累計数器７には、信号０Ｔ
が加わる際、第３のアップカウンタ３の計数値がセット
される。処理結累計数器７はこの計数値を１周期の間保
持する。そして処理結累計数器７は、信号０Ｔが加わる
個々の周期の始めにセットされた非静しゆく度Δ（ΔＴ
）を、回転数に依存する周波数ｆ＝ｆ（ｎ）を用いてカ
ウントダウンする。カウントダウンにより処理結累計数
器７の計数値が零に達するか又は零を越える場合、非静
しゆく度△（△Ｔ）の実際値は目標値を上回らない。他
方処理結累計数器７の計数値が零に達しない場合、実際
値は目標値を上回る。デジタル技術において周知のよう
に、処理結累計数器７の計数値が零に達するか又は零を
越えるかそれとも零に達しないかは、処理結累計数器７
のＭＳＢを用いて検出することができる。かくて、内燃
機関の非静しゆく度に関連する２つの情報ないし基準を
得る。つまり、非静しゆく度Δ（ΔＴ）の実際値が目標
値を上回るか又は下回るかの情報は、処理結累計数器７
のＭＳＢから検出することがてきる。他方第３のアップ
カウンタ３のＭＳＢから、内燃機関の非静しゆく度Δ（
ΔＴ）の極性に関連する情報を検出することができる。
処理結累計数器７におけるカウントダウンに用いる回転
数に依存する周波数ｆ＝ｆ（ｎ）の導出方法については
、特開昭５１−１０４１０６号公報に記載があるので、
説明を省略する。図示してない電気式燃料噴射装置の乗
算回路１５における制御には、２つの異なる電圧レベル
（論理１信号またはＯ信号）を用いる。

乗算回路１５に一方の電圧レベルが加わる場合には、混
合気が若干濃くなるように、乗算回路１５は応動する。
即ち乗算回路１５は、乗算回路１５に加わる燃料噴射パ
ルスＴｐのパルス幅を１基準調節ョにより調節して、混
合気が若干濃くなるようにする。乗算回路１５に他方の
電圧レベルが加わる場合には、混合気が最大限希薄にさ
れる。そして内燃機関の非静しゆく度を連続レＣ検出し
た結果に基いて再度基準調節に切り換わるまで、混合気
は希薄に維持される。既述のようにこの形式の装置は、
デジタル方式で構成することができ、しかも非静しゆく
度に関連する情報を、クランク軸の１回転毎に乗算回路
１５に供給することができる。従つてこのデジタル式静
しゆく度制御系を２状態制御系として、つまり１基準調
節ョと最大限希薄化の２つの状態をとるように構成し、
応動速度が大きくしかも集積化の容易な装置を得ること
がてきる。既述のように、内燃機関の非静しゆく度Δ（
ΔＴ）は、信号０Ｔにより制御されてクランク軸の１回
転毎に１度検出される。

それ故クランク軸の次の回転では、必要に応じて基準調
節及び最大限混合気希薄化のいずれかに切り換えること
ができる。２つの電圧レベルのうちいずれの電圧レベル
（濃縮又は希薄）を選択するかは、既述のように２つの
基準、即ち非静しゆく度値Δ（ΔＴ）の実際値と目標値
との大小関係および非静しゆく度値の極性に依存する。

２つの電圧レベルと非静しゆく度Δ（ΔＴ）の値及び極
性との関係を下記の表に示す。

前述のように本実施例では、回転数が減少する場合に生
じるΔ（ΔＴ）の極性を正の極性としている。

この表において、肯定の場合を１により示している。従
つて１の場合、ＩΔ（ΔＴ）Ｉは目標値を上回り、また
Δ（ΔＴ）の極性は上述の意味て正である。他方否定の
場合をＯにより示す。従つて０の場合、ｌΔ（ΔＴ）１
は目標値以下である。あるいはΔ（ΔＴ）の極性は正で
ない。表の第３欄即ち基準調節の欄から明らかなように
、基準調節に切り換わるのは唯一の場合に限られる。即
ちΔ（ΔＴ）の極性が、回転数減少の際のΔ（ΔＴ）の
極性を正とする場合、正でありかノつＩΔ（ΔＴ）１が
目標値を越える場合に限り、基準調節に切り換わる。残
りの場合はいずれもＯであり、最大限の混合気希薄化に
調節され、燃料調量パルスの最終的に定められたパルス
幅Ｔｉは、短縮される。本発明によるデジタル式２状態
非静しゆく度制御系を自動車に搭載し、台上試験機にて
ＣＶＣ試験法に従つて試験した結果を、特開昭５１−１
２１７２号明細書に記載されたアナログ積分段を有する
制御系を用いた場合と比較して、下記の表に示す。

ＮＯＸを除く残りの場合ては、有害物質の発生量は従来
のアナログ積分段使用の場合でも、全デジタル式つまり
本発明によつて混合気を最大限に希薄化する場合でもほ
とんどかわらない。但し燃料消費量は、アナログ積分段
使用の場合に比し全デジタル２状態非静しゆく度制御系
使用の場合の方が若干少ない。閾値は、アナログ積分段
使用の場合に比し全デジタル２状態しゆく度制御系使用
の場合の方がより希薄な領域に選定される。このように
閾値をセットした場合にアナログ積分段を使用すると、
満足し得る走行特性は得られない。他方本発明による全
デジタル式２状態制御系を用いれば、自動車の走行特性
は著しく改善され、乗心地も向上する。２つの電圧レベ
ルだけで動作するこの形式の制御系は次のようにして構
成することができる。

即ち処理結累計数器７のＭＳＢ及び第３のアップカウン
タ３のＭＳＢを、ＡＮＤゲート１６を介して乗算回路１
５の入力側１７に加えるものてある。処理結累計数器７
のＭＳＢ及び第３のアップカウンタ３のＭＳＢは論理０
信号または論理１信号である。乗算回路１５の入力側１
７は電圧レベルに感応する。第１の表の内容はＡＮＤゲ
ートの動作に対応するから、ＡＮＤゲート１６を設けた
のである。既述のように、本発明は気化器や燃料噴射装
置などの任意の形式の混合気調量装置に使用することが
できる。

気化器に使用する場合には、燃料を吸込領域に供給する
ノズルの横断面積を調節する。λゾンデの出力信号に依
存して混合気の組成を制御することが容易な形式の気化
器ては、ノズルの横断面以外の領域を調節することもて
きる。本発明は乗算回路を制御することによつて燃料調
量パルスのパルス幅を制御する燃料噴射装置に使用する
ことができる。燃料を負圧を用いて吸い込み又は燃料を
負圧を用いて燃焼室に供給する装置ではいずれも、λゾ
ンデをλゾンデの出力信号を評価する構成部分と共に使
用することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例のブロック図である。 １ ・・・第１のアップカウンタ、２ ・・・第２のダ
ウンカウンタ、３・・・第３のアップカウンタ、７・・
・処理結累計数器、１５・・・乗算回路、Δ（ΔＴ）・
・・非静しゆく度、Ｔｐ，ｔｉ・・・燃料調量パルス、
Ｆ，・・・計数周波数、０Ｔ・・・信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 混合気調量装置から燃料が供給される内燃機関の動
   作を混合気希薄運転限界領域に制御する方法であつて、
   クランク軸が連続して３回転する間に内燃機関の回転数
   変動を測定し、その際クランク回転周期ごとに計数周波
   数を第１のアップカウンタおよび第３のアップカウンタ
   に供給し、計数周波数の２倍の周波数を第２のダウンカ
   ウンタに供給し、またクランク軸が１回転する度に、第
   １のアップカウンタの計数値を第２のダウンカウンタに
   転送し、第２のダウンカウンタの計数値を第３のアップ
   カウンタに転送し、かつ第１のアップカウンタの計数値
   をゼロにセットし、さらに非静しゆく度を表示する第３
   のアップカウンタの計数値の実際値と目標値とを比較す
   るため、非静しゆく度を表示する第３のアップカウンタ
   の計数値を処理結果計数器に転送し、クランク軸が１回
   転する間に、第３のアップカウンタから処理結果計数器
   に転送された計数値を回転数に依存する周波数によつて
   計数する、混合気希薄運転限界領域における内燃機関の
   動作制御方法において、非静しゆく度を表示する第３の
   アップカウンタの計数値（Δ（ΔＴ））の極性と、計数
   値（Δ（ΔＴ））と目標値の大小とを、クランク軸の回
   転毎に検出し、該検出結果を評価して、計数値（△（Δ
   Ｔ））の極性及び計数値（Δ（ΔＴ））と目標値の大小
   の４つの可能な組合せのうち計数値（Δ（ΔＴ））の極
   性が回転減少の際の計数値（Δ（ΔＴ））の極性を正に
   定める際正でありかつ計数値（Δ（ΔＴ））が目標値を
   上回る組合せの場合に限り、混合気を濃厚化する基準調
   節が行なわれるように燃料調量パルスのパルス幅を制御
   し、他方前記４つの可能な組合せのうち残りの３つの組
   合せの場合には、最大限の混合気希薄化に調節又は維持
   されるようにしたことを特徴とする混合気希薄運転限界
   領域における内燃機関の動作制御方法。 ２ 混合気調量装置から燃料が供給される内燃機関の動
   作を混合気希薄運転限界領域に制御する装置であつて、
   クランク軸が連続して３回転する間に内燃機関の回転数
   変動を測定し、その際クランク軸の回転周期ごとに計数
   周波数を第１のアップカウンタおよび第３のアップカウ
   ンタに供給し、計数周波数の２倍の周波数を第２のダウ
   ンカウンタに供給し、またクランク軸が１回転する度に
   、第１のアップカウンタの計数値を第２のダウンカウン
   タに転送し、第２のダウンカウンタの計数値を第３のア
   ップカウンタに転送し、かつ第１のアップカウンタの計
   数値をゼロにセットし、さらに非静しゆく度を表示する
   第３のアップカウンタの計数値の実際値を目標値と比較
   するため、非静しゆく度を表示する第３のアップカウン
   タの計数値を処理結果計数器に転送し、クランク軸が１
   回転する時に、第３のアップカウンタから処理結果計数
   器に転送された計数値を回転数に依存する周波数によつ
   て計数する、混合気希薄運転限界領域における内燃機関
   の動作制御装置において、混合気調量装置に加えるべき
   燃料調量パルスのパルス幅を回転数と吸気量とから定め
   、次いで熱料調量パルスを、乗算回路１５から成る修正
   回路に加え、第３のアップカウンタ３のＭＳＢと処理結
   果計数器７のＭＳＢをＡＮＤゲート１６に加え、ＡＮＤ
   ゲート１６の出力側を乗算回路１５の電圧感応入力側１
   ７に接続し、乗算回路１５において、混合気を濃厚化す
   る基準調節または混合気の最大限希薄化のどちらかが行
   なわれるように燃料調量パルスのパルス幅を２状態制御
   することを特徴とする混合気希薄運転限界領域における
   内燃機関の動作制御装置。