JPS6215751B2 - - Google Patents
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- JPS6215751B2 JPS6215751B2 JP59096690A JP9669084A JPS6215751B2 JP S6215751 B2 JPS6215751 B2 JP S6215751B2 JP 59096690 A JP59096690 A JP 59096690A JP 9669084 A JP9669084 A JP 9669084A JP S6215751 B2 JPS6215751 B2 JP S6215751B2
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- JP
- Japan
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- combustion engine
- internal combustion
- ion current
- fuel
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- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 48
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 11
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
- F02D35/021—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using an ionic current sensor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、内燃機関の動作パラメータの変化に
依存して変化する内燃機関の燃料−空気−混合比
または排気ガス帰還率を制御する方法に関する。
依存して変化する内燃機関の燃料−空気−混合比
または排気ガス帰還率を制御する方法に関する。
厳しい排気ガスの規制および一般的な燃料不足
のため内燃機関を、その排気ガスの有害成分を最
小にしおよび／または燃料消費が最小となる動作
範囲で、動作させる方法が探求されている。
のため内燃機関を、その排気ガスの有害成分を最
小にしおよび／または燃料消費が最小となる動作
範囲で、動作させる方法が探求されている。
この種の要求を満たすため先ず第１に、内燃機
関を出来るだけ希薄な燃料−空気混合比で動作さ
せる方法即ち所謂内燃機関の希薄走行限界で動作
させることが提案されている。この動作領域にお
いては、排気ガスの有害成分はかなり減少し燃料
消費の低減も期待できる。この場合希薄走行限界
を識別する値としては、先ず内燃機関のシリンダ
内部の圧力の変動分を用いる。
関を出来るだけ希薄な燃料−空気混合比で動作さ
せる方法即ち所謂内燃機関の希薄走行限界で動作
させることが提案されている。この動作領域にお
いては、排気ガスの有害成分はかなり減少し燃料
消費の低減も期待できる。この場合希薄走行限界
を識別する値としては、先ず内燃機関のシリンダ
内部の圧力の変動分を用いる。
しかし上述の問題をさらに詳しく考察すると、
圧力特性は、内燃機関の制御できない動作パラメ
ータ例えば空気過剰率、充填量、乱流、の変化に
より決定されることが明らかとなつている。燃焼
室の圧力をクランク軸における角速度の瞬時値を
介して測定すると、上記以外の変動分例えばクラ
ンク機構の振動物体、自動車の走行路の凹凸、内
燃機関本体へ加わる何らかの力、による妨害要素
が発生している。内燃機関のシリンダ内の通常の
圧力特性に重畳されてクランク軸の角速度の変動
として表われる上述の変動は、低域濾波器により
回避することができる。しかしこの種の濾波器の
使用は大いに問題がある。何故ならば内燃機関は
広い回転数範囲にわたつて駆動させなければなら
ないからである。それ故、回転数（周波数）の小
さな場合と大きい場合とに適する濾波器を製作す
ることは困難である。
圧力特性は、内燃機関の制御できない動作パラメ
ータ例えば空気過剰率、充填量、乱流、の変化に
より決定されることが明らかとなつている。燃焼
室の圧力をクランク軸における角速度の瞬時値を
介して測定すると、上記以外の変動分例えばクラ
ンク機構の振動物体、自動車の走行路の凹凸、内
燃機関本体へ加わる何らかの力、による妨害要素
が発生している。内燃機関のシリンダ内の通常の
圧力特性に重畳されてクランク軸の角速度の変動
として表われる上述の変動は、低域濾波器により
回避することができる。しかしこの種の濾波器の
使用は大いに問題がある。何故ならば内燃機関は
広い回転数範囲にわたつて駆動させなければなら
ないからである。それ故、回転数（周波数）の小
さな場合と大きい場合とに適する濾波器を製作す
ることは困難である。
上述の問題点から出発して本発明の目的は、前
述の欠点を有する内燃機関のシリンダ内部の圧力
の変動分を利用する方法を回避した、別種の新規
な制御法を提案することである。
述の欠点を有する内燃機関のシリンダ内部の圧力
の変動分を利用する方法を回避した、別種の新規
な制御法を提案することである。
本発明においては前記制御のため内燃機関の燃
焼室における、イオン電流から求めた炎前面の走
行時間の変化すなわち走行時間値の差を利用す
る。この変化が燃料−空気−混合比に依存するこ
とは知られている。
焼室における、イオン電流から求めた炎前面の走
行時間の変化すなわち走行時間値の差を利用す
る。この変化が燃料−空気−混合比に依存するこ
とは知られている。
本発明の課題は前記の依存性を利用して、内燃
機関の燃料−空気−混合比を希薄走行限界の値
へ、即ち希薄ではあるがまだ点火可能な混合比が
形成されるように制御することである。これによ
り前述の燃焼室の圧力を利用する方法の欠点が回
避される。この課題は本発明により次のようにし
て解決されている、即ち内燃機関の燃焼室におけ
るそれぞれ前後する２つの炎前面の走行時間値の
間の変化を内燃機関の動作の実際値として用いる
ようにし、この実際値を所定値と比較して制御す
べき偏差を求め、この制御偏差に依存して内燃機
関の燃料−空気−混合比または排気ガス帰還率を
所望のように制御するのである。
機関の燃料−空気−混合比を希薄走行限界の値
へ、即ち希薄ではあるがまだ点火可能な混合比が
形成されるように制御することである。これによ
り前述の燃焼室の圧力を利用する方法の欠点が回
避される。この課題は本発明により次のようにし
て解決されている、即ち内燃機関の燃焼室におけ
るそれぞれ前後する２つの炎前面の走行時間値の
間の変化を内燃機関の動作の実際値として用いる
ようにし、この実際値を所定値と比較して制御す
べき偏差を求め、この制御偏差に依存して内燃機
関の燃料−空気−混合比または排気ガス帰還率を
所望のように制御するのである。
本発明の実施例において、前述の制御を簡単に
確実に行なえる、上述の方法を実施する装置が示
されている。この場合の第１の目的は、この制御
装置が自動車の乱暴な運転の場合でも確実に動作
すること、および必要とあれあば自動車に既に取
付けられている測定値発信器と共働できるように
構成することである。さらにこの装置は、低廉な
コストで製造できるものでなければならない。
確実に行なえる、上述の方法を実施する装置が示
されている。この場合の第１の目的は、この制御
装置が自動車の乱暴な運転の場合でも確実に動作
すること、および必要とあれあば自動車に既に取
付けられている測定値発信器と共働できるように
構成することである。さらにこの装置は、低廉な
コストで製造できるものでなければならない。
次に本発明による方法を図面を用いて詳述す
る。この方法により、内燃機関が少くとも一部
は、希薄走行限界の動作範囲で運転されるべきも
のである。この場合所謂希薄走行限界とは、最初
に燃焼の遅れの現われる動作範囲のことである。
燃焼の遅れは、空気過剰率がλ＝１よりも５〜10
％多くなると即ち明らかに希薄混合気とした場合
に始めて現われる。このような所定の走行限界領
域においてはその燃料消費量は、一般に、化学量
論的理論混合比を有する燃料−空気混合気（空気
過剰率λ＝１）の供給された内燃機関の動作領域
における燃料消費量よりも、明らかに少なくな
る。
る。この方法により、内燃機関が少くとも一部
は、希薄走行限界の動作範囲で運転されるべきも
のである。この場合所謂希薄走行限界とは、最初
に燃焼の遅れの現われる動作範囲のことである。
燃焼の遅れは、空気過剰率がλ＝１よりも５〜10
％多くなると即ち明らかに希薄混合気とした場合
に始めて現われる。このような所定の走行限界領
域においてはその燃料消費量は、一般に、化学量
論的理論混合比を有する燃料−空気混合気（空気
過剰率λ＝１）の供給された内燃機関の動作領域
における燃料消費量よりも、明らかに少なくな
る。
内燃機関の燃焼室に２つの電極を取付けた場
合、炎が両電極に到達している燃焼過程の間は、
この両電極間にイオン電流が流れる。このイオン
電流が内燃機関の動作している動作領域を識別す
るために用いられる。この場合イオン電流は、内
燃機関に供給される燃料−空気混合気の空気過剰
率λに依存している。第１図のグラフには時間ｔ
に対するイオン電流の経過が示されている。この
図において、第１曲線は第１シリンダに、第２曲
線は第２シリンダに、第３曲線は第３シリンダ
に、第４曲線は第４シリンダに所属するものであ
る。これたのイオン電流をその都度所定時間領域
で積分すれば、あるいは一層目的に適するように
は内燃機関のピストンの１サイクルでその都度積
分すれば、空気過剰率λと共に変化する電気信号
を発生することができる。
合、炎が両電極に到達している燃焼過程の間は、
この両電極間にイオン電流が流れる。このイオン
電流が内燃機関の動作している動作領域を識別す
るために用いられる。この場合イオン電流は、内
燃機関に供給される燃料−空気混合気の空気過剰
率λに依存している。第１図のグラフには時間ｔ
に対するイオン電流の経過が示されている。この
図において、第１曲線は第１シリンダに、第２曲
線は第２シリンダに、第３曲線は第３シリンダ
に、第４曲線は第４シリンダに所属するものであ
る。これたのイオン電流をその都度所定時間領域
で積分すれば、あるいは一層目的に適するように
は内燃機関のピストンの１サイクルでその都度積
分すれば、空気過剰率λと共に変化する電気信号
を発生することができる。
イオン電流は例えば、第２図に示すイオン電流
ゾンデ１０により検出することができる。この場
合イオン電流ゾンデは内燃機関のシリンダヘツド
１１の内部に配置される。ここには点火プラグ１
２も取付けられている。この場合イオン電流ゾン
デ１０は、両電極間を燃焼過程の間流れるイオン
電流を検出する時は、特別の構成素子とする必要
はなく、例えば点火プラグ１２そのものもイオン
電流ゾンデとして用いることができる。
ゾンデ１０により検出することができる。この場
合イオン電流ゾンデは内燃機関のシリンダヘツド
１１の内部に配置される。ここには点火プラグ１
２も取付けられている。この場合イオン電流ゾン
デ１０は、両電極間を燃焼過程の間流れるイオン
電流を検出する時は、特別の構成素子とする必要
はなく、例えば点火プラグ１２そのものもイオン
電流ゾンデとして用いることができる。
第２図に示されている、内燃機関のシリンダヘ
ツド１１におけるイオン電流ゾンデ１０と点火プ
ラグ１２とを有する装置は、点火プラグ１２から
出発して所定時間後イオン電流ゾンデ１０へ達す
る炎前面の走行時間の検出に用いられる。第３図
には、点火プラグ１２における点火時点の度数分
布と、イオン電流ゾンデ１０における炎前面の到
達時間の度数分布とが、時間軸ｔ上に示されてい
る。この場合１３で表わした点火トリガの度数分
布の中心と１４で表わしたイオン電流ゾンデへの
到達時間の度数分布の中心との間の時間は、炎前
面の平均走行時間ＴLに等しい。炎前面の走行時
間ＴLの絶対値も同じく空気過剰率λと共に変化
する。
ツド１１におけるイオン電流ゾンデ１０と点火プ
ラグ１２とを有する装置は、点火プラグ１２から
出発して所定時間後イオン電流ゾンデ１０へ達す
る炎前面の走行時間の検出に用いられる。第３図
には、点火プラグ１２における点火時点の度数分
布と、イオン電流ゾンデ１０における炎前面の到
達時間の度数分布とが、時間軸ｔ上に示されてい
る。この場合１３で表わした点火トリガの度数分
布の中心と１４で表わしたイオン電流ゾンデへの
到達時間の度数分布の中心との間の時間は、炎前
面の平均走行時間ＴLに等しい。炎前面の走行時
間ＴLの絶対値も同じく空気過剰率λと共に変化
する。
燃料−空気−混合比が一定の場合即ちλの値が
一定の場合その都度の炎前面の走行時間値は、第
３図に示されているように、所定の平均値ＴLを
中心として分布する。
一定の場合その都度の炎前面の走行時間値は、第
３図に示されているように、所定の平均値ＴLを
中心として分布する。
この平均値と個々の走行時間値との偏差から、
偏差の平均値ΔＴLが形成される。それぞれの平
均値ＴL，ΔＴLはλの値に依存する。ΔＴL／ＴL
もλに依存する。即ち走行時間値ＴLの変化率も
空気過剰率λと共に変化する。この関係を第４図
に示す。この図においては縦軸に、走行時間の変
化分の平均値を走行時間の平均値で割つた値をと
り横軸には空気過剰率λがとつてある。この図か
ら、走行時間値の変化率は空気過剰率λと共に増
加して行くことがわかる。
偏差の平均値ΔＴLが形成される。それぞれの平
均値ＴL，ΔＴLはλの値に依存する。ΔＴL／ＴL
もλに依存する。即ち走行時間値ＴLの変化率も
空気過剰率λと共に変化する。この関係を第４図
に示す。この図においては縦軸に、走行時間の変
化分の平均値を走行時間の平均値で割つた値をと
り横軸には空気過剰率λがとつてある。この図か
ら、走行時間値の変化率は空気過剰率λと共に増
加して行くことがわかる。
第５図に示されている装置は、炎前面の走行時
間の測定に対して特に好適である。何故ならばこ
の装置を用いれば、内燃機関のシリンダヘツド内
にイオン電流ゾンデを取付ける付加孔を設けなく
てよいからである。第５図に２つの点火源極１
６，１７を有する点火プラグソケツト１５が示さ
れている。ソケツト１５にはさらに２つの電極１
８，１９が取付けられていて、イオン電流はこの
両電極間を流れる。両電極間対１６，１７と１
８，１９との距離はわずか数ミリである。走行時
間値を測定するにはこの距離で十分である。
間の測定に対して特に好適である。何故ならばこ
の装置を用いれば、内燃機関のシリンダヘツド内
にイオン電流ゾンデを取付ける付加孔を設けなく
てよいからである。第５図に２つの点火源極１
６，１７を有する点火プラグソケツト１５が示さ
れている。ソケツト１５にはさらに２つの電極１
８，１９が取付けられていて、イオン電流はこの
両電極間を流れる。両電極間対１６，１７と１
８，１９との距離はわずか数ミリである。走行時
間値を測定するにはこの距離で十分である。
第６図は本発明の方法を実施する装置の実施例
のブロツク図を示す。図において１は、内燃機関
の連続する作業サイクルにおけるイオン電流の走
行時間を検出する装置を示す。この検出装置１
は、第２図に示されているイオン電流ゾンデ１０
に相応する。２は検出したイオン電流の走行時間
を電気信号に変換する装置、例えば増幅器として
構成される回路段を示す。３はイオン電流の走行
時間値の変化を表わす信号を形成する回路段であ
るサンプルホールド回路を示す。４はこの変化信
号を保持する、例えばコンデンサにより形成され
る記憶器を示す。５は、イオン電流の走行時間値
の変化を表わす実際値信号を、内燃機関の動作パ
ラメータ例えば回転数ｎ吸気管圧力Psに依存す
る設定値と比較する比較器を示す。この設定値
は、８で示されている設定値発生器により形成さ
れる。６は設定値と実際値との偏差を積分する積
分器を示す。７は燃料−空気混合気の混合比を変
化する調整操作部材たとえば電磁弁、または排気
ガスの帰還量を制御する調整操作部材を示す。こ
のようにして、検出された偏差の値に依存して、
燃料−空気混合気の質量比または排気ガスの帰還
量が制御される。
のブロツク図を示す。図において１は、内燃機関
の連続する作業サイクルにおけるイオン電流の走
行時間を検出する装置を示す。この検出装置１
は、第２図に示されているイオン電流ゾンデ１０
に相応する。２は検出したイオン電流の走行時間
を電気信号に変換する装置、例えば増幅器として
構成される回路段を示す。３はイオン電流の走行
時間値の変化を表わす信号を形成する回路段であ
るサンプルホールド回路を示す。４はこの変化信
号を保持する、例えばコンデンサにより形成され
る記憶器を示す。５は、イオン電流の走行時間値
の変化を表わす実際値信号を、内燃機関の動作パ
ラメータ例えば回転数ｎ吸気管圧力Psに依存す
る設定値と比較する比較器を示す。この設定値
は、８で示されている設定値発生器により形成さ
れる。６は設定値と実際値との偏差を積分する積
分器を示す。７は燃料−空気混合気の混合比を変
化する調整操作部材たとえば電磁弁、または排気
ガスの帰還量を制御する調整操作部材を示す。こ
のようにして、検出された偏差の値に依存して、
燃料−空気混合気の質量比または排気ガスの帰還
量が制御される。
前述のようにイオン電流の走行時間値の変化を
求めるために、それ自体公知のサンプルホールド
回路を設ける。この回路により、前後して加わる
少なくとも２つの測定値を記憶することができ
る。両測定値から差信号をその都度求めて、第５
図で説明した方法で設定値と比較することのでき
る変化を形成する。即ちサンプルホールド回路を
用いて、それぞれ相続く各２つの炎前面の走行時
間値の差を実際値として形成する。次にこの実際
値としての差を前もつて設定された規定の走行時
間差の値と比較する、即ち実際値である差が内燃
機関の所定の作動状態を特徴づける値の範囲内に
あるか否かを検出する。この比較結果から制御信
号を求めこの値に依存して、燃料−空気混合気の
質量比または排気ガスの帰還量を制御する。
求めるために、それ自体公知のサンプルホールド
回路を設ける。この回路により、前後して加わる
少なくとも２つの測定値を記憶することができ
る。両測定値から差信号をその都度求めて、第５
図で説明した方法で設定値と比較することのでき
る変化を形成する。即ちサンプルホールド回路を
用いて、それぞれ相続く各２つの炎前面の走行時
間値の差を実際値として形成する。次にこの実際
値としての差を前もつて設定された規定の走行時
間差の値と比較する、即ち実際値である差が内燃
機関の所定の作動状態を特徴づける値の範囲内に
あるか否かを検出する。この比較結果から制御信
号を求めこの値に依存して、燃料−空気混合気の
質量比または排気ガスの帰還量を制御する。
第１図は内燃機関の種々のシリンダのイオン電
流の時間変化を表わした波形図、第２図は点火プ
ラグとイオン電流ゾンデとが配置されている内燃
機関の燃焼室、第３図は点火プラグにおける点火
時点（点火角）の度数分布と、第２図の装置のイ
オン電流ゾンデへの到着時点（到着角）度数分布
Ｈとを時間軸上に示した図、第４図はΔＴL／ＴL
とλとの関係を示すグラフ、第５図は点火プラグ
とイオン電流ゾンデとを一体にした装置の正面
図、第６図は本発明の方法を実施する回路装置の
ブロツク図である。 １……イオン電流ゾンデ、２……イオン電流を
電気信号に変換する回路段、３……サンプルホー
ルド回路、４……記憶器、５……比較段、６……
積分器、７……調整部材、８……動作パラメータ
発信器、１０……イオン電流ゾンデ、１１……シ
リンダヘツド、１２……点火プラグ、１５……ソ
ケツト、１６，１７……点火電極、１８，１９…
…イオン電流検出電極。
流の時間変化を表わした波形図、第２図は点火プ
ラグとイオン電流ゾンデとが配置されている内燃
機関の燃焼室、第３図は点火プラグにおける点火
時点（点火角）の度数分布と、第２図の装置のイ
オン電流ゾンデへの到着時点（到着角）度数分布
Ｈとを時間軸上に示した図、第４図はΔＴL／ＴL
とλとの関係を示すグラフ、第５図は点火プラグ
とイオン電流ゾンデとを一体にした装置の正面
図、第６図は本発明の方法を実施する回路装置の
ブロツク図である。 １……イオン電流ゾンデ、２……イオン電流を
電気信号に変換する回路段、３……サンプルホー
ルド回路、４……記憶器、５……比較段、６……
積分器、７……調整部材、８……動作パラメータ
発信器、１０……イオン電流ゾンデ、１１……シ
リンダヘツド、１２……点火プラグ、１５……ソ
ケツト、１６，１７……点火電極、１８，１９…
…イオン電流検出電極。
Claims (1)
- １ 内燃機関の動作パラメータの変化に依存して
変化する内燃機関の燃料−空気−混合比または排
気ガス帰還率を制御する方法において、内燃機関
の燃焼室においてイオン電流をイオン電流ゾンデ
により検出し、該イオン電流から内燃機関の燃焼
室における炎前面の走行時間を求め、相続く各２
つの走行時間値の間の変化を実際値として設定値
と比較し、制御偏差に依存して調整素子を介して
内燃機関の燃料−空気−混合比または排気ガス帰
還率を変化することを特徴とする内燃機関の燃料
−空気−混合比または排気ガス帰還率を制御する
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19742443413 DE2443413C2 (de) | 1974-09-11 | 1974-09-11 | Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Betriebszustands einer Brennkraftmaschine |
| DE2443413.7 | 1974-09-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6040751A JPS6040751A (ja) | 1985-03-04 |
| JPS6215751B2 true JPS6215751B2 (ja) | 1987-04-09 |
Family
ID=5925405
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50109408A Expired JPS6050973B2 (ja) | 1974-09-11 | 1975-09-09 | 内燃機関の燃料−空気−混合比または排気ガス帰還率を制御する方法 |
| JP59096690A Granted JPS6040751A (ja) | 1974-09-11 | 1984-05-16 | 内燃機関の燃料−空気−混合比または排気ガス帰還率を制御する方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50109408A Expired JPS6050973B2 (ja) | 1974-09-11 | 1975-09-09 | 内燃機関の燃料−空気−混合比または排気ガス帰還率を制御する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPS6050973B2 (ja) |
| DE (1) | DE2443413C2 (ja) |
| FR (1) | FR2284767A1 (ja) |
| GB (1) | GB1519005A (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2507917C2 (de) * | 1975-02-24 | 1986-01-02 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Einrichtung zur Regelung des optimalen Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine |
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