JP2792910B2 - 内燃機関の燃焼状態制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、いわゆるスワールコントロールバルブを備
える希薄燃焼内燃機関で好適に用いられる内燃機関の燃
焼状態制御装置に関する。

従来の技術 内燃機関の燃料供給量制御方法の１つとして、定常走
行時等の軽負荷状態時には、理論空燃比より大きいリー
ン領域で空燃比制御（希薄燃焼制御）を行つて燃費を向
上させ、これに対して内燃機関に高出力が要求される高
負荷状態時には、前記理論空燃比あるいはそれより小さ
いリツチ領域で空燃比制御を行つてドライバビリテイを
良くするという制御方法がある。

前記希薄燃焼を可能とするには、混合気中の燃料成分
が少ないことに起因する燃焼状態の悪化を防止する必要
があり、そのため燃焼室の吸気弁近傍にスワールコント
ロールバルブと称されるスワール（渦）発生装置を設
け、希薄燃焼制御時にはスワールコントロールバルブを
動作（開状態にする）してスワールを発生させ、これに
よつて燃焼速度を大きくし、希薄燃焼を良好にしてい
る。これに対して、希薄燃焼制御を行わないときには、
スワールコントロールバルブを非動作（開状態にする）
にして吸入空気量を増大し、高出力を得るようにしてい
る。

このようなスワールコントロールバルブの開閉制御
は、内燃機関の回転速度や吸入空気圧、あるいは、いわ
ゆるキツクダウンスイツチなどの高スロツトル開度検知
装置の検出結果などに基づいて行われている。たとえば
回転速度を用いる構成では、該回転速度が予め定める基
準値の2200rpm以上の高負荷状態となると、前記スワー
ルコントロールバルブを閉状態から開状態とし、これに
対して、もう１つの基準値の2000rpm以下の軽負荷状態
となると、開状態から閉状態とする。このように前記予
め定める基準値を中心として、いわゆるヒステリシス特
性を備えている。

一方、内燃機関で発生された動力は、自動的に減速比
を切換える自動変速機を介して出力される。この自動変
速機は、検出されるスロツトル弁開度や車速などから、
変速線図に基づいて前記減速比の切換えを行い、変速制
御を行う。前記変速線図は、たとえばパワー、ノーマ
ル、エコノミーの３種類が設けられており、どの変速線
図に基づいて変速動作を行うかは、運転者によつて設定
される走行モードに対応して選択される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述のいずれの構成でも、スワールコ
ントロールバルブの開閉制御は、内燃機関の回転速度や
吸入空気圧などが所定の基準値となつた時点で行われ
る。

したがつて、この開閉制御動作には運転者の意志が反
映されない場合が生じる。すなわち、たとえば運転者が
高出力での運転を希望して、パワーモードに設定してい
るにも拘わらず、前記所定の基準値によるスワールコン
トロールバルブ制御では、なかなか希薄燃焼制御状態か
ら抜け出すことができず、またエコノミーモードに設定
されているときには、その逆に、希薄燃焼制御に移らな
いというように、運転者が設定した走行モードに応じた
適切な制御を行うことができないという不具合がある。

本発明の目的は、運転者の意志を反映して、出力重視
または燃費重視の運転を行うことができる内燃機関の燃
焼状態制御装置を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、内燃機関の回転速度を検出する状態検出手
段と、前記検出した回転速度が予め定める基準値未満で
あるときには燃料供給量を少なくして希薄燃焼制御を行
い、基準値以上であるときには前記希薄燃焼制御を中断
する空燃比制御手段と、希薄燃焼制御実行中に燃焼速度
を増大させる燃焼状態制御手段とを有する燃料供給量制
御手段と、 所定の変速条件に従つて、変速制御する変速制御手段
と、走行モードが設定され、該設定された走行モードに
応じて前記変速条件を切換えるモード設定手段とを有す
る自動変速機と、 前記走行モードに応じて、該走行モードが高出力を要
求するモードになるほど、前記基準値を小さくなるよう
に変更する基準値変更手段とを含むことを特徴とする内
燃機関の燃焼状態制御装置である。

作 用 本発明に従えば、内燃機関の回転速度と予め定める基
準値とが比較され、前記回転速度が基準値未満であると
きには、燃料供給量を少なくして希薄燃焼制御が行わ
れ、この希薄燃焼制御中は、燃焼状態制御手段によつて
燃焼速度が増大される。前記基準値は、運転者が設定す
る自動変速機の走行モードに応じて、該走行モードが高
出力を要求するモードになるほど小さくなるように変更
される。

したがつて運転者によつて設定される走行モードに対
応して、高出力運転時には、空燃比が小さくされるとと
もに、燃焼状態変化手段が非動作とされ、希薄燃焼領域
は縮小される。また経済運転時には、前記空燃比が大き
くされるとともに、燃焼状態変化手段が動作され、希薄
燃焼領域が拡大される。こうして、運転者の意図に合わ
せた最適な出力特性または燃費特性となるように燃焼状
態が変化される。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の内燃機関の制御装置１
とそれに関連する構成を示すブロツク図である。吸気口
２から導入された燃焼用空気は、エアクリーナ３で浄化
され、吸気管４から、該吸気管４に介在されるスロツト
ル弁５でその流入量が調整された後、サージタンク６に
流入する。サージタンク６から流出した燃焼用空気は、
吸気管７に介在され、燃焼状態制御手段であるスワール
コントロールバルブ39でスワールの発生が調整された
後、燃料噴射弁８から噴射される燃料と混合され、こう
して生成された混合気は吸気弁９を介して内燃機関10の
燃焼室11に供給される。燃焼室11には、点火プラグ12が
設けられおり、この燃焼室11からの燃焼排ガスは、排気
弁13を介して排出され、排気管14から三元触媒15を経て
大気中に放出される。

前記吸気管４には吸入空気の温度を検出する吸気温度
検出器21が設けられ、前記スロツトル弁５にはスロツト
ル弁開度検出器22が設けられ、サージタンク６には吸気
圧検出器23が設けられる。また前記燃焼室11付近には冷
却水温度検出器24が設けられ、排気管14において、前記
三元触媒15より上流側には酵素濃度検出器などによつて
実現される空燃比検出器25が設けられ、三元触媒15より
下流側には排気温度検出器26が設けられる。

内燃機関10の回転速度は、状態検出手段であるクラン
ク角検出器27によつて検出され、該クランク角検出器27
は、制御装置１に回転信号を導出する。車体の速度は車
速検出器28によつて検出され、該車速検出器28からの車
速信号は制御装置１に入力される。前記空燃比検出器25
および燃料噴射弁８と、制御装置１とは空燃比制御手段
を構成する。この空燃比制御手段と、前記スワールコン
トロールバルブ39と、クランク角検出器27とは、燃料供
給量制御手段を構成する。

内燃機関10で発生された動力は、自動変速機38を介し
て、車輪40に伝達される。この自動変速機38は前記制御
装置１によつて制御されており、制御装置１は、自動変
速機38に関連して設けられ、モード設定手段であるモー
ドスイツチ37からの出力と、前記車速検出器28からの車
速信号などとに基づいて、自動変速機38の変速制御手段
である電磁ソレノイドを選択的に駆動し、減速比の切換
えを行う。自動変速機38に関連してニユートラル検出器
31が設けられており、このニユートラル検出器31は自動
変速機38の変速段がニユートラル位置であることを検出
する。

制御装置１にはまた、前記各検出器21〜28とともに、
内燃機関10を始動させるスタータモータ33が起動されて
いるかどうかを検出するスタート検出器29と、冷房機の
使用などを検出する空調検出器30とからの検出結果が入
力される。さらにまた、この制御装置１はバツテリ34に
よつて電力付勢されており、該制御装置１は、前記各検
出器21〜31の検出結果および電圧検出器20によつて検出
されるバツテリ34の電源電圧などに基づいて、燃料噴射
量や点火時期などを演算し、前記燃料噴射弁８および点
火プラグ12などを制御する。

前記吸気管４にはまた、スロツトル弁５の上流側と下
流側とをバイパスする側路35が形成されており、この側
路35には流量制御弁36が設けられている。この流量制御
弁36は、制御装置１からの出力に基づいて、スロツトル
弁５がほぼ全閉であるアイドリング時の燃焼用空気の流
量を調整制御する。制御装置１はまた、内燃機関10が運
転されているときには、燃料ポンプ32を駆動する。

第２図は、制御装置１の具体的構成を示すブロツク図
である。前記検出器20〜25の検出結果は、入力インタフ
エイス回路41からアナログ／デジタル変換器42を介し
て、処理回路43に与えられる。また前記検出器22,27〜3
1の検出結果およびモードスイツチ37からの出力は、入
力インタフエイス回路44を介して、前記処理回路43に与
えられる。処理回路43内には、各種の制御用マツプや学
習値などを記憶するためのメモリ45が設けられている。
この処理回路43には、前記バツテリ34からの電力が定電
圧回路46を介して供給される。

処理回路43からの制御出力は、出力インタフエイス回
路47を介して導出され、前記燃料噴射弁８に与えられて
燃料噴射量が制御され、またイグナイタ48を介して点火
プラグ12に与えられて点火時期が制御され、さらにまた
前記流量制御弁36に与えられてアイドル時の側路35を介
する流入空気量が制御され、さらにまた燃料ポンプ32が
駆動制御される。またこの制御出力は、前述のようにス
ワールコントロールバルブ39に与えられて、燃焼室11へ
流入する混合気のスワールの発生が制御され、さらにま
た自動変速機38に与えられて変速動作が制御される。

前記排気温度検出器26の検出結果は、制御装置１内の
排気温度検出回路49に与えられ、その検出結果が異常に
高温であるときには、駆動回路50を介して警告灯51が点
灯される。

上述のように内燃機関10は、スワールコントロールバ
ルブ39を備えるいわゆる希薄燃焼エンジンであり、第３
図で示されるように、前記混合気の空燃比を変化するこ
とによつて、出力特性および燃費特性を変化することが
できる。すなわち、制御装置１は、空燃比検出器25の検
出結果に基づいて、燃料噴射弁８およびスワールコント
ロールバルブ39を制御し、所望とする出力特性および燃
費特性を実現する。燃料噴射弁８の噴射時間を制御する
ことによつて、前記空燃比の値は、リツチ側のたとえば
出力重視の12.5からリーン側の燃費重視の18〜23程度ま
で変化される。なお、三元触媒15における燃焼排ガスの
浄化が容易な理想的な空燃比は、たとえば14.5である。

またこのように空燃比を変化するにあたつて、スワー
ルコントロールバルブ39を駆動制御することによつて、
燃焼効率を変化することができる。すなわち、内燃機関
10の負荷状態を表す、たとえば実際の回転速度NE1が、
後述する予め定める基準回転速度NE未満である定常走行
時等の軽負荷状態では、空燃比を大きくするとともに、
スワールコントロールバルブ39を動作状態である閉状態
とすることによつて、燃焼室11に流入する混合気にスワ
ールが発生して、燃焼速度が増大し、したがつて希薄燃
焼が可能となる。これに対して、前記回転速度NE1が予
め定める基準回転速度NE以上の負荷状態では、空燃比を
小さくするとともに、スワールコントロールバルブ39を
非動作状態である開状態とすることによつて、スワール
は発生することなく、吸入空気量は増大する。このよう
なスワールコントロールバルブ39の開閉制御は、後述す
るモードスイツチ37の設定状態に対応して、クランク角
検出器27によつて検出される内燃機関10の回転速度に基
づいて行われる。

前記スワールコントロールバルブ39は、内燃機関10の
吸気負圧を利用して駆動されるものであつてもよく、す
なわち、吸気管７に管路の一端を接続し、この管路の他
端にスワールコントロールバルブ39を駆動するためのア
クチユエータを接続し、この管路の間に介在される電磁
開閉弁への通電／非通電動作によつて制御されるように
してもよい。またモータなどの電気式のアクチユエータ
で駆動されてもよい。

一方、前記自動変速機38の変速動作は、車速が、基準
値変更手段でもあるモードスイツチ37によつて設定され
る走行モードに対応した基準車速となるたびに行われ
る。前記走行モードは、たとえばパワー、ノーマル、エ
コノミーの３種類であり、これらの各走行モードにおけ
る車速と自動変速機38の変速段との関係は第４図で示さ
れており、この第４図で示される各走行モード毎の車速
線図はメモリ45に記憶されている。この第４図から明ら
かなように、エコノミーモードよりノーマルモード、さ
らにパワーモードの方がより高回転速度で変速動作が行
われ、したがつて内燃機関10がより高出力で使用され
る。このモードスイツチ37の設定モード対応して、前記
スワールコントロールバルブ39の開閉動作の基準回転速
度NEが、第１表で示されるように設定される。なお、こ
の第１表で示される基準回転速度NEは、メモリ45内にス
トアされている。

第５図は、上述のスワールコントロールバルブ39の開
閉動作を説明するためのフローチヤートである。ステツ
プn1では、制御装置１はクランク角検出器27からの回転
信号に基づいて、内燃機関10の実際の回転速度NE1を算
出する。ステツプn2では、制御装置１はモードスイツチ
37の設定モードを読込み、ステツプn3では、前記ステツ
プn2において読込まれた走行モードに対応した前記基準
回転速度NEが計算して求められる。

ステツプn4では、ステツプn1で求められた内燃機関10
の実際の回転速度NE1が、前記基準回転速度NE以上とな
つたかどうかが判断され、そうであるときにはステツプ
n5で、スワールコントロールバルブ39は開駆動される。
これにともなつてステツプn6で、制御装置１は燃料噴射
弁８の通電時間を長く設定して空燃比をリツチ側に制御
し、これによつて高出力運転を行うことができる。

また、ステツプn4において実際の回転速度NE1が前記
基準回転速度NE未満であるときには、ステツプn7でスワ
ールコントロールバルブ39は閉駆動され、これによつて
ステツプn8で、空燃比はリーン側に制御されて希薄燃焼
が行われる。

このように本発明に従う制御装置１では、自動変速機
38に関連して設けられ、その変速条件を切換えるモード
スイツチ37の設定モードに対応して、スワールコントロ
ールバルブ39が開閉制御される。スワールコントロール
バルブ39が閉じられて希薄燃焼領域が拡大されるときに
は、空燃比はリーン側とされ、スワールコントロールバ
ルブ39が開かれて希薄燃焼領域が縮小されるときには空
燃比がリツチ側とされる。

したがつて、運転者によつて設定されるモードスイツ
チ37の設定モードに対応して、出力重視または燃費重視
の運転を行うことができ、ドライバビリテイを向上する
ことができ、あるいは経済性を向上することができる。

上述の実施例では、スワールコントロールバルブ39の
開閉制御は、第１表で示される基準回転速度NEとなつた
時点で行われる。したがつて、実際の回転速度NE1がこ
の基準回転速度NE付近を上下するときには、いわゆるハ
ンチングなどが生じやすく、このため本発明の他の実施
例として、第２表および第６図で示されるように、スワ
ールコントロールバルブ39の閉状態から開状態への切換
時と、開状態から閉状態への切換時とにそれぞれ個別の
基準回転速度NEa,NEbを設け、こうしていわゆるヒステ
リシス特性を持たせて、スワールコントロールバルブ39
の開閉制御の安定性を向上するようにしてもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、運転者が選択して設定
し、自動変速機の変速条件を切換えるモード設定手段の
走行モードに対応して、高出力運転時には空燃比を小さ
くするとともに燃焼状態制御手段を非動作として希薄燃
焼領域を縮小し、また経済運転時には空燃比を大きくす
るとともに燃焼状態制御手段を動作させ、希薄燃焼領域
を拡大するようにしたので、運転者の意図に合わせた最
適な出力特性または燃費特性を得ることができ、ドライ
バビリテイを向上することができ、あるいは経済性を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の内燃機関の制御装置１とそ
れに関連する構成を示すブロツク図、第２図は制御装置
１の具体的構成を示すブロツク図、第３図は空燃比の変
化に対する出力特性および燃費特性の変化を示すグラ
フ、第４図はモードスイツチ37によつて設定される各走
行モードに対応した変速動作を説明するためのグラフ、
第５図は本発明の一実施例のスワールコントロールバル
ブ39の開閉制御動作を説明するためのフローチヤート、
第６図は本発明の他の実施例のスワールコントロールバ
ルブ39の開閉制御動作を説明するためのグラフである。 １……制御装置、4,7……吸気管、８……燃料噴射弁、1
0……内燃機関、20〜31……検出器、37……モードスイ
ツチ、38……自動変速機、39……スワールコントロール
バルブ、43……処理回路、45……メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１Ｊ (56)参考文献 特開 昭63−12846（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−199132（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−196946（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−28519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−302163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−48748（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/02,41/04,41/14 F02D 29/00 F02D 45/00 F02B 31/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の回転速度を検出する状態検出手
   段と、前記検出した回転速度が予め定める基準値未満で
   あるときには燃料供給量を少なくして希薄燃焼制御を行
   い、基準値以上であるときには前記希薄燃焼制御を中断
   する空燃比制御手段と、希薄燃焼制御実行中に燃焼速度
   を増大させる燃焼状態制御手段とを有する燃料供給量制
   御手段と、 所定の変速条件に従つて、変速制御する変速制御手段
   と、走行モードが設定され、該設定された走行モードに
   応じて前記変速条件を切換えるモード設定手段とを有す
   る自動変速機と、 前記走行モードに応じて、該走行モードが高出力を要求
   するモードになるほど、前記基準値を小さくなるように
   変更する基準値変更手段とを含むことを特徴とする内燃
   機関の燃焼状態制御装置。