JPS63263244A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に火花点火機関
に好適な制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭５９−１１３２６９号に記載のよ
うに、回転数変動に同期して、機関の空気量、燃料量、
点火進角を修正し、機関の揺れ振動を防止していた。し
かし、残留ガス量の変動によって、新気量が変化し、燃
焼変動が生じるという点については配慮されていなかっ
た。

従来の装置は、特開昭６０−２６１３１号に記載のよう
に、回転数変動に対して空燃比を補正していたが、残留
ガス量の変動の点については配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、残留ガスの変動に対する制御変数の修
正の点について配慮がされておらず、フライホイールを
増大し１回転数変動を低減したり。

従来技術のように、回転数変化を検出し、制御変数を修
正しても、サイクル毎の燃焼変動が低減されないという
問題があった。

ることにある。

本発明の他の目的は、内燃機関の希薄燃焼限界の増大に
ある。この限界を増大することによって、燃費が低減し
、窒素酸化物、−酸化炭素、炭化水素等の有害排気成分
を大幅に低減することができる。

燃焼変動の低減によって、機関、車の振動が低減し、乗
り心地が改善される。

従来、振動を検出し、空燃比を補正し、希薄燃焼安定限
界に機関を維持していたが、希薄混合気域のサイクル毎
の燃焼変動を低減する点については配慮されていなかっ
た。本発明では、希薄混合気域の燃焼変動を低減し、安
定限界を増大させる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、残留ガス量に応じ、制御変数を修正するこ
とにより達成される。実験により、下記の事項が明らか
になった。

残留ガス量は、それ以前の燃焼に左右される。

排気行程終りのガスの温度が低いときは、残留ガスの密
度が大きく、残留ガス量が大きくなる。残留ガス量が多
いと、吸気圧力が一定の場合、新気量が小さくなる。吸
気管の容積が極めて小さいときは、吸気圧力がすぐ増大
し、新気の量を元に戻すが、吸気管の容積が大きいとき
は、吸気圧力の増大が遅れ、新気量が小さいままの状態
にもどる。

これにより、燃焼が遅れ、次の排気行程終りのガスの温
度が高くなり、残留ガス量が小さくなる。

残留ガス量が小さくなると、次の行程の新気量が増大す
る。このように、回転数変動を伴なわない場合でも、新
気量の変動に伴う燃焼変動が生じ、従来の制御手法は、
これらの事実が明らかにされる前に提示されているので
、この変動低減に対しては無力である。

上記の現象を数式で簡略に記述すると、下記のごとくな
る。

残留ガス密度と、吸気管内のガス密度の関係は、ここに
、Ｖ、：吸気管の容積 γＰ：吸気管内のガス密度 Ａ、Ｂ：定数 γｅ：残留ガス密度 で示したごとく、残数ガス密度γｅに対し、吸気管の容
積７１分だけ、吸気管内のガス密度γＰの変化が遅れる
。

一方、新気量の変化燃焼の変化に遅れて、γ。

が変化するので。

ｄ　γｅ ここに、Ｅ、Ｃ：定数 が成立する。　（１）、　（２）式を連立すると、とな
る。（３）式の周知のように２次の振動方程式で、振動
系を構成する。

ガス密度γＰが小さいときは、新気量が小さく。

燃焼が遅れる。焼成の遅れに伴って、火炎法ばが遅れ、
燃焼が完了しないま、ま１、爆発行程を終了する場合が
ある。このときは、燃焼温度が低く、γ。が増大する。

（２）式のＣの値が負になり、振動しやすくなる。

さらに、γ、が小さくなると、火炎法ばが途中でとまり
、新気の急激に増大する。しかし、このときは、新気の
量はへるが、残留ガス中の未然分が増大するので、燃焼
をはやめγＰを増大させるように作用する。

したがって、残留ガスが極端に多い場合は、点火時期を
遅らせて、トルクの急上昇を防止することができる。

シリンダ壁には、熱容積があり、これも、（２）式の遅
れの要因となる。

〔作用〕

残留ガスが多いときは、新気量が相対的に小さくなるの
で、燃焼が遅れぎみになる。これを回避するため、残留
ガス量に応じて、点火時期等の制御変数を修正し、燃焼
の遅れを防止し１次のサイクルの残留ガス量の変動を防
止するように動作する。

回転数検出手段によって１機関の回転数を検出し、この
検出情報を基に、残留ガス推定手段によって、残留ガス
量を推定する６爆発行程中の回転上昇率と残留ガス量の
関係をあらかじめ実験で求めておき、これを残留ガス推
定手段に記憶しておき、記憶値を基に、残留ガス量を求
める。

次に、残留ガス量と点火時期の修正値の関係を求め、こ
れをあらかじめ、制御変数修正手段に記憶しておく、残
留ガス推定値を修正手段に入力し、点火時期の修正値を
求め、これを基に、点火時期を修正する。これにより、
燃焼変動が防止できる。

希薄混合気域で、残留ガス量がサイクル毎に大幅に変化
したときでも、燃焼変動を回避することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図にお、いて、内燃機関ｌは、通常のガソリンエンジン
で構成されている。内燃機関１には回転数検出手段２が
接続されている。手段２は、クランク角１度毎にスリッ
トが設けられている光学式エンコーダである。残留ガス
推定手段４、制御変数修正手段３．制御変数制御手段５
は、マイクロプロセッサから構成されている。回転数検
出手段２には、機関１の上死点マーク検出スリットが付
加されている。

検出手段２のスリットの通過信号が推定手段４に入力さ
れるようになっており、上死点から９０度回転するまで
に要する時間ｔｂとγ８の関係（第２図）が、推定手段
４の記憶装置ＲＯＭに記憶されている。む、が大きいと
、燃焼が遅れ、γ８が一時小さくなり、次に増大する。

推定手段４のγ。の値は、修正手段３に入力されるよう
になっている。修正手段３の記憶装置ＲＯＭには、第３
図のγｅと、点火時期の修正値へ〇の関係が記憶されて
いる。γｅが大きいときには、新気量が少なく、Δθを
増し、点火時期（進角）θ＝Ｏｏ十Δθで、点火時期θ
を進めるようになっている。

制御手段５の記憶装置には１回転数と００の関係が記憶
されており、θ＝００＋Δθ　を求め、機関１の点火時
期を制御する。

以下、第１図の実施例の動作を説明する。検出手段２に
よって、各サイクル毎のｔｂ　を求める。

ｔｂが大きいときには、爆発が遅く、燃焼が遅れ、した
がって、一旦γｅが小さくなる。さらに、ｔ−が大きく
なると、不完全燃焼で温度が低下し、γｅが増大する（
第２図）。推定手段４にｔ−を入力し、γ。を求める１
次に、このγｅを修正手段に入力し、第３図の関係を用
いて、Δθを求める。このΔθを制御手段５に入力し、
θを求める。このθによって、機関１の点火時期が制御
される。１残留ガスの多い場合、すなわちγｅが大きい
場合は、次のサイクルの新気の量が小さいので１点火時
期θを進め、燃焼の遅れを回避することができる。

第４図に点火時期を修正するための制御フローチャート
を示した。予めＲＯＭに記憶させである最適な立会時期
θ０に対して、Δθなる修正を加える。θ０は回転数と
吸入負圧又は回転数と基本噴射パルス幅を用いて、検さ
くする。ここで基本ＱＡ　　　ＱＡ：吸入空気量 噴射パルス幅Ｔｐは、ＴＰ＝− ｎ　　　ｎ　：回転数 である。

第５図に制御タイミングチャートを示した。爆発行程に
おけるｔｂｌから点火時期修正量Δθｌを求める。この
求めたΔθ五を用いて次の爆発行程の点火時期を修正す
る。

残留ガス推定手段４の入力信号としては、第１図の回転
数の他に、排気行程終りの燃焼ガスの温度を用いること
もできる。排気弁の近くに、白金温度計を設け、温度Ｔ
ｔを測定する。γｅとＴｔの関係（第６図）を、あらか
じめ推定手段４の記憶装置に記憶しておき、これを基に
γｅを求めることができる。第７図にフローチャートを
示した６また、残留ガス推定手段４の入力信号として、
吸気管圧力Ｐを用いることができる。吸気管圧力Ｐの偏
差値ΔＰと、γｅの関係（第８図）を、あらかじめ推定
手段４の記憶装置に記憶しておき。

これを基にγｅを求めることができる。第９図にフロー
チャートを示した。

残留ガス量を大きく、γｅが大きい場合は、新気量が減
少するので、絞り弁開度が一定の場合、吸気管圧力Ｐが
増大する。すなわちΔＰが大きくなる。

ン上記、ｔｂ＠ＴａｐΔＰの値は、回転数の影響も受け
るので、別途１回転数検出手段２で、回転数を検出し１
回転数の影響をとりのぞき、残留ガス分のみをとり出す
。

制御変数修正手段３としては、点火時期の修正値Δθの
他に、設料量の修正値ΔＱ□空気量の修正値ΔＱａを用
いることもできる１機関１へは燃料噴射弁によって、燃
料が供給され、弁の開弁時間を制御することによって、
燃料量が修正される。

γｅが大きい場合は、ΔＱ、を増し、−吸気行程あたり
の燃料′量を増し、残留ガスの増大に伴う燃焼遅れを回
避する（第１０図）。これにより、燃焼のサイクル毎の
変動が大幅に低減される。第１１図にフローチャートを
示した。第１２図にタイミングチャートを示した。ｔｂ
ｚからΔＱｔｘ　を求め、燃料量を修正する。

気化器のごとく、燃料が空気と予め混合し、気筒に供給
される場合は、供給燃料量は新気量に比例する。したが
って、γｅが大きい場合、絞り弁を開き、空気量の修正
値ΔＱ＆を増し、（第１３図）吸気管圧力を高め、新気
の密度を高めることによって、γｅの増大に伴う、新気
量の低下を防止し、燃焼のサイクル毎の変動を低減する
ことができる。第１４図にフローチャートを示した。

上記の説明は、単気筒機関で主に対象にしたが。

多気筒機関でも同じように適用することができる。

また、ディーゼルエンジンにも同じように適用できるに
のときは、点火時期にかわり燃料噴射時期が制御変数と
なる。

第１５図に示した残留ガス密度と燃料噴射時期の関係に
応じて、燃料噴射時期を修正する。残留ガス量が多いと
燃焼が遅れるので、燃料を早めに噴射すればよい。

第１６図にフローチャートを示した。

第１７図に本発明を燃料噴射式ガソリン機関に適用した
場合の例を示した。燃料量は電磁弁６で制御する。回転
数はクランク角センサ７の角度パルス信号を用いて求め
る（第１８図）。クランク角センサには上死点検出用の
行程判別信号が上死点及び下死点で出力される。その中
の一つの信号を他の信号に対して時間的に長く出力させ
ることによって各行程を区別することができる。

この行程判別信号と角度信号を用いて、爆発行程の上死
点から９０度回転するまでに要する時間ｔｂ　を求める
ことができる。

このｔｂとｎを用いて、ＲＯＭに記憶させたγｅ、Δθ
、ΔＱ１の値を検さくして、θ、Ｑｘ　を修正する。

第２図に示したようにｔ、ｂとγｅの関係において。

γｅはｔｂに対して２値をもつ、ｔｂが大きくなりγｅ
が減少し、再び大きくなるときのｔｂをｔｂｃとする。

ｔｂｃは、回転数、空燃比で決まるので、あらかじめ、
ＲＯＭに記憶させておけば、運転条件に応じてｔｈｅを
求めることができる。ｔｂがｔｂｃより大きい場合、残
留ガスが多すぎて失火するので、混合気中の未然ガス量
が多くなり、燃焼速度Ｖｃ　が大きくなり、排気ガス温
度Ｔｔが小さくなる。

第２０図に制御フローチャートを示した０回転数、Ａ／
Ｆ、ｔｂからｔｈｅを求め、ｔｂがｔｂｃより小さい場
合はマツプ１から点火時期修正量Δθｌを求め、ｔｂが
ｔｂｃより大きい場合はマツプ２から点火時期修正量Δ
θ２を求める。

マツプ１．マツプ２は第２１図に示したように。

マツプ１ではΔθをγｅとともに増加させ、マツプ２で
はγｅとともに減少させる。すなわち、失火しない運転
域では残留ガス量の増加と共に点火時期を進める。一方
、失火する運転域では、１ヘルクの急激な立ち上りを防
止するために、残留ガスータによる検知空気量（これは
常にスロットル部の通過空気量ｇｉｎに等しい）から、
溶料噴射量Ｇルを次のように定めている。

αｏＮｅ ここで、α０は設定空燃比、Ｎｅはエンジン回転数であ
る。

ｇｉｎは音速条件下で一定なので、 となるａＰａは吸気圧力、Ｒａは空気のガス定数、Ｔａ
は吸入空気温度、Ｖｓｔは行程容積、η９は体積効率で
あり、添字０はアイドル平衡状態を表わす。

一方、シリンダ吸入空気量Ｇａｃｙは ＰＢＶＳＴ Ｒａ　Ｔ　ｎ となる。

したがって、シリンダに吸入される混合気の空燃比αｃ
ｙは Ｇａｃｙ　　Ｐａ−Ｎ　ｅ　　ηＶ ＣＥｃｙ＝　　　　　　　＝　　　　　　　　　　　　
□α０ＧｘＬ　　　Ｐａｏ　ｌ　Ｎｅｏ　　ηｖＯとな
る。すなわち、空燃比が変動して、エンジンが不安定に
なりやすい。すなわちη９は残留ガス量などによって変
化すると、空燃比が変化し、結果として、回転速度が大
きくなる。

そこで、燃料噴射量ＧｔＬを αｏＮｅＱｖ。

とすれば ａＮｅ Ｐａｏ′Ｎｅ。

となり、αｃｙはη９の影響を受けないようにできる。

ここで、 Δ　η９　　　　ΔＮ ηｖｏ　　　　　　　Ｎ。

なる関係がある。Δは変動を表わす。ＮはＮの時間微分
、Ｋｌは定数である。この式は、残留ガス量が多い場合
、燃焼が遅くなるので、エンジンのトルクが小さくなる
。トルクと回転数の関係はＴａ＝Ｉ　　ｅＮ なので、Ｎが小さくなることを表わしている。

よって、 ηシロ　　　　　　　Ｎ。

変形すれば ηｙ（Ｉ　　　　　Ｎ。

よって、燃料噴射ｉＧルは のようにする。に２．は定数である。

同様に圧力計量方式では、燃料噴射量ＧＩＤをＧ、ｏ＝
ＫｏＰａ９ｗ　Ｎ　ｅ で定めている。ＫＯは定数である。

したがって、空燃比αｃｙ Ｇ　ｘ　ｏ　　Ｋ　ｏ　Ｒａ　Ｔ　ａ すなわち、圧力計量方式では残留ガスの影響を受けない
ことがわかる。

上記の説明は燃料の輸送遅れがない場合であったが、輸
射遅れがある場合も同様に燃料量を制御することによっ
て、回転数の変動を低減できる。

燃料の噴射する時刻をｉ　−ｎ、燃料がシリンダに吸入
される時刻をｉとする。

空気計量方式では ＋シ ここで、 のように燃料量を制御する。

圧力計量方式では、 Ｇ　ｔｏｉ−ｎ　＝　Ｋｎ　Ｐ　ａｔηｖｓＮｅｔここ
で となる。ηＶをＰａとＮｅのマツプから検さくし、ηｖ
ｉ−ｎ時の値から燃料がシリンダに吸入されるときのη
ｖ１の値を推定する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、サイクル毎の残留ガスの状態を推定し
、この推定値に基づいて、燃料量、点火時期等の機関の
制御変数を修正できるので、サイクル毎の残留ガス量の
変動による新気量の変動に伴う燃焼変動が回避され、機
関のサイクル毎の発生トルク、回転数変動が２０％から
３％以内に低減される。

また、残留ガス量の増大に伴う燃焼に遅れが避されるの
で、希薄燃焼限界空燃比が、２２か２５まで増大する。

この空燃比の拡大によって燃費が５％、窒素酸化物が５
０％、−酸化炭素１０％、炭化水素が２０％低減される
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第１７図は本発明の一実施例の構図、第２図
、第３図、第６図、第８図、第１０１９図、第２１図尺
±動作説明図、第４図、第７第９図、第１４図、第１６
図、第２０図は制御ローチャート、第５図、第１２図は
制御タイミグチャートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転数検出手段、制御変数修正手段より成る内燃機
   関の制御装置において、残留ガス推定手段を設け、残留
   ガス推定手段の情報を制御変数修正手段に入力したこと
   を特徴とする内燃機関の制御装置。