JP2895620B2 - 内燃機関の空気／焼料混合比を制御する装置および方法 - Google Patents

内燃機関の空気／焼料混合比を制御する装置および方法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、内燃機関の、空気／燃料混合比を制御する
システム、一層詳しく言えば、供給燃料の品質の変化に
応答して火花点火式エンジンの空気／燃料混合比を制御
するシステムに関する。
背 景 以下に言及する火花点火式エンジンは、圧縮熱で燃料
に点火せずに火花その他のエネルギ源を用いて燃料に所
望に応じて点火するという点で他の内燃機関と異なる。
このようなエンジンに供給される燃料の品質はしばしば
大きく変化する。たとえば、このようなエンジンはガス
パイプラインにおいてポンピング用途に使用されること
があるし、あるいは、発電機の駆動機として使用される
こともある。このエンジンを稼働させるのに用いられる
燃料は、普通は、パイプライン、油井現場から供給され
る天然ガスであり、あるいは、たとえば、ごみ処理地で
発生するメタンの形であることもある。このような源か
らの燃料の品質は時間の経過につれて大きく変わり、エ
ンジン動作に影響し、潜在的にエンジンの保全性を低下
させる可能性がある。
もっと詳しく言えば、天然ガスの品質は、以下の２つ
の方法で測定されることが多い。すなわち、（１）メタ
ン価と（２）低級発熱量（LHV）である。メタン価とい
うのは、定格ガソリンに用いられるオクタン価に類似し
たものであり、燃料がどのくらい容易に点火するかを示
し、低いメタン価をもつ燃料はもっと高いメタン価を持
つ燃料よりも比較的容易に点火する。LHVは、或る質量
単位の燃料に含まれるエネルギの測定値である。メタン
価、LHVのいずれにしても、その変化は、適切にエンジ
ン作動パラメータを調節しなければ、ピーク圧力がエン
ジンのシリンダ内で生じる時期を変化させてしまうこと
によってエンジン性能に悪影響を及ぼす。
エンジンは、燃焼行程中にピストンが上死点（TDC）
に達した後すぐにエンジン・シリンダ内にピーク圧力が
生じたときに最大馬力を発生する。もっとも詳しく言え
ば、圧縮行程中、シリンダ圧力は、第１図のセグメント
Ａで示すような第１の比率で増大する。次いで、ポイン
トＢで点火プラグが発火したときに、セグメントＣで示
すように、シリンダ内で空気／燃料混合気が燃焼するに
つれてより急速に増大し始める。ピークシリンダ圧力は
ピストンが上死点に達した後すぐのポイントＤで生じ
る。
エンジン燃料のLHVまたはメタン価が変化したなら
ば、セグメントＣの勾配も変化することになる。もっと
詳しく言えば、LHVが増大するかあるいはメタン価が減
少すると、Ｃの勾配が増大し、これは燃焼速度が速くな
ったことに相当する。逆に、LHVが減少するか、メタン
価が増大すると、Ｃの勾配が減少し、これは燃焼速度が
遅くなったことに相当する。したがって、燃料速度の変
化はポイントＤの左か右へピークシリンダ圧力を変位さ
せることになる。
現在までに、ピーク圧力の発生時点の変化を補正する
最も普及している方法はタイミングを調節することであ
った。もっと詳しく言えば、Ａの勾配が増大してピーク
圧力を左に変位させる場合、タイミングが遅らされ、点
火プラグを燃焼行程でもっと遅く発火させる。しかしな
がら、これは、エンジンの稼働温度および燃料消費量を
増大させ、エンジン信頼性を低下させる。
逆に、Ｃの勾配を減少すると、ピーク圧力はＤの右の
或るポイントで発生することになる。この問題を解決す
るには、燃焼行程でもっと早くに点火プラグを発火させ
る（タイミングを進める）のが普通である。しかしなが
ら、タイミングを進めると、燃焼室内での空気／燃料混
合気の自然燃焼の傾向が増大する。すなわち、デトネー
ションが生じる。デトネーションは、空気／燃料混合
比、温度および圧力の関数である。タイミングを進める
と、空気／燃料デトネーションが燃焼室で生じ易くな
り、このデトネーションの発生場所でシリンダ壁面、ピ
ストン、シリンダヘッドその他の燃焼室境界部に構造上
の損傷を与える。
燃料のLHVまたはメタン価の変化を補正する別の方法
は、セグメントＣの勾配を変えることである。これを行
うには、燃料のメタン価を変えるか、あるいは、燃焼室
内の空気／燃料混合比を変えるとよい。燃料のメタン価
を制御するのは容易でないので、好ましくは、空気／燃
料混合比を調節する。さらに、空気／燃料混合比は、空
気流量または燃料流量あるいはこれら両方を制御するこ
とによって調節できる。
従来の空気／燃料混合比コントローラとして用いられ
ているのは、代表的には、酸素センサであり、たとえ
ば、これを吸気マニホルドまたは排気マニホルド内に設
置する。しかしながら、これらのセンサは比較的高価で
ある。経済的な代替手段としては、燃焼室内に設置した
安価なイオン・プローブその他のセンサが用いられてい
た。このようなシステムの一例が、Maに1985年８月20日
に発行された米国特許第4,535,749号に見出せる。このM
aの米国特許では、低速の閉ループでイオン・センサを
使用して開ループにおいて長期間ドリフトについて調節
を行っている。もっと詳しく言えば、開ループは記憶し
た燃料供給マップに従った検知動作パラメータに応答し
て空気／燃料混合比を制御するのに用いられている。低
速の閉ループは、大気圧などの周囲条件の変化で生じ
た、燃料供給マップにおける長期間ドリフトを補正する
のに用いられている。しかしながら、Ma米国特許の制御
構造の特質のために、閉ループ補正ファクタはすべての
条件の下で信頼性があるわけではない。さらに、燃料品
質の上記の変化を補正するためには、Ma米国特許はいく
つかの異なった燃料供給マップに依存しなければならな
い。Ma米国特許は、或る時点で開ループ信号と閉ループ
信号を比較して、正しい燃料供給データ・マップが利用
されているかどうかを決定する。比較ポイント間に食い
違いがある場合に、異なった燃料供給マップが選ばれ
る。燃料の品質は広範囲にわたって変わる可能性がある
ために、Ma米国特許装置を許容できる精度で稼働させる
ためには、かなりの数の燃料供給マップが必要である。
これらのマップの開発には費用がかかるし、エンジンの
コントローラにおける貴重なメモリを占有してしまう。
本発明は、燃焼室内の空気／燃料混合気の燃焼特性に
応じて空気流量を制御することによって燃料品質の変化
を調節するコントローラで上記の問題に対抗するもので
ある。エンジンへの燃料流量は別のコントローラで制御
され、普通は、出力管理のためにのみ調節される。他の
局面、目的および利点は、図面、後述の説明および請求
の範囲を検討することによって明らかとなろう。
発明の開示 本発明の一局面によれば、内燃機関の燃焼室に供給す
る空気／燃料混合気を制御する装置が提供される。点火
手段が、点火信号を受けると、それに応答して空気／燃
料混合気に点火する。センサ手段が、そこに火炎が達す
るとそれに応答してイオン信号を発生する。タイマ手段
が点火信号およびイオン化信号を受け、これらの信号の
受信時の時間差に応答して燃焼信号を発生する。空気流
量センサが、燃焼室に給送された空気の量を検知し、空
気流量信号を発生する。燃料流量センサ手段が、燃焼室
に給送される燃料の量を検知し、燃料流量信号を発生す
る。コントローラ手段が、燃焼信号、空気流量信号、燃
料流量信号を受け取り、燃焼信号に応答して燃焼信号空
気／燃料混合比を計算し、空気流量信号および燃料流量
信号に応答して体積空気／燃料混合比を計算し、これら
体積空気／燃料故知および燃焼信号空気／燃料混合比の
比率に応答して制御信号を発生する。この制御信号を受
け取るアクチュエータ手段が、この制御信号に応答して
燃焼室に給送される空気の量を制御する。
本発明の別の局面によれば、内燃機関の燃焼室に給送
される空気／燃料混合比を制御する装置が提供される。
点火手段が、点火信号を受け取り、それに応答して空気
／燃料混合に点火する。センサ手段が、そこに火炎が達
したときにそれに応答してイオン化信号を発生する。タ
イマ手段が、点火信号およびイオン化信号を受け取り、
これらの信号の受信時の時間差に応答して燃焼信号を発
生する。空気圧力センサが、燃焼室に供給された空気の
圧力に応答して実空気圧力信号を発生する。空気流量計
算手段が空気圧力手段を受け取り、それに応答して空気
流量信号を発生する。燃料流量センサが燃焼室に給送さ
れた燃料の量に応答して燃料流量信号を発生する。コン
トローラ手段が、燃焼信号、実空気圧力信号および燃料
流量信号を受け取り、燃焼信号に応答して燃焼信号空気
／燃料混合比を計算し、実空気圧力信号および燃料流量
信号に応答して体積空気／燃料混合比を計算し、体積空
気／燃料混合比および燃料信号空気／燃料混合比の比率
に応答して補正ファクタを計算し、この補正ファクタに
応答して補正燃料流量を計算し、補正燃料流量に応答し
て所望空気圧力信号を計算し、所望空気圧力信号と実空
気圧力信号の差に応答して制御信号を発生する。アクチ
ュエータ手段がコントローラから制御信号を受け取り、
この制御信号に応答して燃焼室に給送される空気の量を
調節する。
図面の説明 第１図は或る特定の空気／燃料混合比についてのシリ
ンダ圧力対クランク角度または時間のグラフである。
第２図は即時空気／燃料混合比コントローラを組み込
むためのハードウェアの一実施例を示す概略図である。
第３図は即時空気／燃料混合比コントローラの好まし
い実施例のプリチャンバ式エンジンに横断面図である。
第4A図、第4B図は即時空気／燃料混合比コントローラ
の実施例によって実行される或る機能のフローチャート
である。
発明を実施するための最良の形態 まず第２図を参照して、ここには、火花点火式エンジ
ン（図示せず）に即時空気／燃料混合比制御装置10を組
み込むためのハードウェアの一実施例が概略的に示して
ある。この好ましい実施例において、制御装置10は電子
制御ユニット12を包含し、これは外部ROM、RAMを有する
２つの68HC11A1マイクロプロセッサ（図示せず）を包含
する。これらのマイクロプロセッサは、アリゾナ州フェ
ニックス市のMotorola Inc.が製造している。当業者に
は明らかなように、電子制御ユニット12は種々のマイク
ロプロセッサベースのシステムの任意の１つの具体化さ
れ得る。制御ユニット12は、電気導体18によって、バッ
テリのような電位差源16に接続してある。制御ユニット
12は、さらに、電気導体12によって、バッテリアースの
ような低電圧源30にも接続してある。制御ユニット12
は、種々のエンジン・センサから検知入力を受け取り、
これら検知入力に応答していくつかのエンジン・パラメ
ータを制御するのに用いられる制御信号を発生する。
燃料管路40が吸気マニホルド42に接続してあり、この
吸気マニホルドはエンジンの燃焼室46の吸気ポート44に
接続してある。図示の目的のために、１つの燃焼室46し
か示していないが、エンジンが複数の燃焼室を持つこと
は当業者に明らかであろう。排気マニホルド48が燃焼室
46の排気ポート50に接続してある。これは吸排気マニホ
ルド42、48は、さらに、排気バイパス54を有するターボ
チャージャ52に接続してある。排気バイパス54は、ター
ボチャージャ52を避けた排気経路を形成しており、吸気
マニホルド42内の空気圧力を制御し、次いで、燃焼室46
内の空気量を制御する。吸気は、吸気ポート55Aを通っ
てターボチャージャ52に入り、ターボチャージャ52とバ
イパス54からの排気は排気ポート55Bから出る。このタ
イプのターボチャージャはこの技術分野では周知である
から、これ以上の説明は行わない。
ウェイストゲート56が排気バイパス54内に配置してあ
り、これはターボチャージャ52まわりあるいはそこを通
って流れる排気の量を制御するようになっている。第１
アクチュエータ58がこのウェイストゲート56に機械的に
接続してあると共に、電子制御ユニット12に電気導体60
を通して電気的に接続してある。電子制御ユニット12は
導体60にパルス幅変調（PWM）タイプのウェイストゲー
ト制御信号を発生し、第１アクチュエータ58はこのウェ
イストゲート制御信号に応答してウェイストゲート56の
位置を制御する。好ましい実施例において、第１アクチ
ュエータ58は、ドイツ連邦共和国のFranz Heinzmann GM
BH and Companyの製造する全電気式アクチュエータであ
るが、他のアクチュエータもこの機能を実施するために
使用できることは了解されたい。
ガス計量弁66がガス管路40内に配置してあり、これは
燃焼室46に給送されるガスの量を制御するようになって
いる。第２アクチュエータ68がこの弁66に機械的に接続
すると共に、電気導体70によって電子制御ユニット12に
電気的に接続している。この電子制御ユニット12は、エ
ンジン調速のための別個のソフトウェア対策（本発明の
部分ではない）を含んでいるが、ここでは簡単に説明す
るに留める。本質的には、調速制御は、この技術分野で
は周知のように、所望エンジン速度を維持するために燃
料流量を調節する閉ループ制御である。電子制御ユニッ
ト12の調速制御部分は、導体70にPEMタイプの調速制御
信号を発生し、第２アクチュエータ68がこの調速制御信
号に応答して弁66の位置を制御する。好ましい実施例に
おいては、第１アクチュエータ58は、ドイツ連邦共和国
のFranz Heinzmann GMBH and Companyの製造する全電気
式アクチュエータである。
燃料品質ダイアル72が電気導体74によって電子制御ユ
ニット12に電気的に接続してある。この燃料品質ダイア
ル72は供給燃料のLHVを入力するのに用いられる。しか
しながら、適切な範囲の燃料LHVが機知であるならば、
燃料品質ダイアル72は不要である。代わりに、電子制御
ユニット12を、このLHVを定数、たとえば、燃料LHV範囲
の平均値として処理するようにプログラムしてもよい。
この概念を以下にもと詳しく説明する。好ましい実施例
において、燃料品質ダイアル72は処理回路（図示せず）
に接続したポテンシオメータ（図示せず）の形をしてい
る。このポテンシオメータは、燃料品質ダイアル72の設
定値に応答して電圧信号を発生し、処理回路がこの電圧
信号を、それに応答するデューティサイクルを有するパ
ルス幅変調PWMに変換する。このPWM信号は電気導体74を
通して電子制御ユニット12に送られる。
エンジン速度センサ80が電気導体82を通して電子制御
ユニット12に電気的に接続している。このエンジン速度
センサ80は、エンジンクランク軸速度に応答して電気信
号を正確に発生する任意タイプのセンサであってもよ
い。しかしながら、好ましい実施例では、このエンジン
速度センサ80は、エンジンのフライホイール・ハウジン
グ（図示せず）に装着してあり、クランク軸（図示せ
ず）に装着したフライホイール84の速度に応答して電気
導体82にディジタル速度信号を発生する。
燃料圧力センサ86が燃料管路40と吸気マニホルド42の
間に配置してある。この燃料圧力センサ86は電気導体88
を通して電子制御ユニット12に電気的に接続してある。
燃料圧力センサ86は、燃料管路40と吸気マニホルド42の
圧力差に応答して電気導体に信号を発生する。
燃料温度センサ90が燃料管路40内に配置してあり、電
気導体92を通して電子制御ユニット12に電気的に接続し
てある。燃料温度センサ90は燃焼室46に給送されつつあ
る燃料の温度に応答して電気導体92に信号を発生する。
空気圧力センサ94が吸気マニホルド42内に配置してあ
り、電気導体96を介して電子制御ユニット12に電気的に
接続している。この空気圧力センサは、吸気マニホルド
42内の実絶対空気圧力に応答して電気胴体に信号を発生
する。
空気温度センサ97が吸気マニホルド42内に配置してあ
り、電気導体98によって電子制御ユニット12に電気的に
接続してある。この空気温度センサ97は、吸気マニホル
ド42の温度に応答して電気導体98に信号を発生する。
吸気マニホルド42にはチョーク弁99が配置してあり、
これはエンジン軽負荷時に燃焼室46に給送される空気の
量を絞るようになっている。このチョーク弁99はチョー
ク・アクチュエータ・ユニット100が機械的に接続して
あり、これはまた、電子制御ユニット12に電気導体102
を通して電気的に接続している。電子制御ユニット12は
電気導体102にPWMタイプのチューク制御信号を発生し、
チョーク弁99の位置を制御するようになっている。好ま
しい実施例では、チョーク・アクチュエータ・ユニット
100はドイツ連邦共和国のFranz Heinzmann GMBH and Co
mpanyの製造する全電気式アクチュエータである。
種々の検知エンジン・パラメータに応答してエンジン
・タイミングを制御するためにタイミング制御器105が
設けてある。このタイミング制御器105は本発明の部分
ではない。したがって、ここに詳しく説明はしない。
タイミング制御器105は、電気導体108によってマグネ
ト・インターフェース106に接続してある。タイミング
制御器105は、エンジン・タイミングを制御するための
タイミング信号を電気導体108に発生する。マグネト・
インターフェース106は、電気導体114によって点火プラ
グ110を含む点火手段109に電気的に接続している。マグ
ネト・インターフェース106は、さらに、電気導体115を
通してバッファ回路112に電気的に接続している。マグ
ネト・インターフェース106は、タイミング信号に応答
して、それぞれ電気導体115を通して点火プラグおよび
バッファ回路に点火信号を送る。
好ましい実施例において、エンジンは、この技術分野
には周知のプリチャンバ式エンジンである。第３図を参
照して、ここには、即時空気／燃料混合比コントローラ
10の好ましい実施例をプリチャンバ式エンジンが横断面
図で示してある。プリチャンバ式エンジンでは、燃焼室
46がメインチャンバ116を包含し、点火手段109がプリチ
ャンバ118と点火プラグ110を包含する。メインチャンバ
116は、燃焼室46の頂部119と側壁120とピストン121との
間のスペースによって構成されている。プリチャンバ11
8とメインチャンバ116の間には複数のオリフィス122が
設けてあり、これらチャンバの間の流れを可能としてい
る。点火プラグ110はプリチャンバ1118内に配置してあ
り、その中の空気／燃焼混合気に点火する様になってい
る。空気／燃料混合気は吸気マニホルド42を通してメイ
ンチャンバ116に給送され、純粋な燃料が燃料管路123を
通してプリチャンバ118に給送される。ピストン121が燃
焼行程中に燃焼室46内で上昇すると、メインチャンバ11
6内の空気／燃料混合気がオリフィス122を通して圧送さ
れ、それによって、プリチャンバ118内に混合気を送る
ことができる。次いで、点火プラグ110が点火信号に応
答して発火すると、オリフィス122を通して複数の高強
度の火炎がメインチャンバ116に送られ、メインチャン
バ116内の空気／燃料混合気を点火する。
好ましい実施例において、プリチャンバ118は、図示
のように、メインチャンバ頂部119に中央で接続してお
り、プリチャンバ118から所定の長手方向距離のところ
で燃焼室46内にセンサ126が配置してある。ここで、プ
リチャンバ118がメインチャンバ116内に配置した普通の
点火プラグと交換し得ることは了解されたい。このタイ
プのプリチャンバ式エンジンはこの技術分野では周知の
ものであるから、ここではこれ以上詳しく説明しない。
第２図を次に参照して、センサ126は、電気導体128に
よってバッファ回路112に電気的に接続してある。バッ
ファ回路112は、さらに、電気導体130によって電子制御
ユニット12にも接続してある。センサ126は、これを通
過して伝播する、燃焼室46内の火炎前縁に応答して電気
体128にイオン化信号を発生する。好ましい実施例で
は、センサ126はイオン・プローブであるが、たとえ
ば、この機能を果たす光学センサを用いることもでき
る。イオン・プローブの動作はこの技術分野では周知で
あるから、ここではこれ以上詳しい説明は行わない。
バッファ回路112は、それぞれ、電気導体115、128を
経て点火信号、イオン化信号を受け取る。バッファ回路
112は、点火信号とイオン化信号の受信時の時間差に応
答して、電気導体130に燃焼信号を発生する。当業者に
は理解できるように、この燃焼信号は、燃焼室118内の
空気／混合気の燃焼率を示すと共に、混合気の有効空気
／燃料混合比も示す。燃焼信号は、以下に説明するよう
に、燃焼室46内の空気／燃料混合比を制御するように電
子制御ユニット12で用いられる。好ましい実施例では、
燃焼信号はパルス化信号であり、このパルスの持続時間
は点火信号とイオン化信号の測定時間差に応答する。
次に第4A図、第4B図を参照して、ここには、電子制御
ユニット12をプログラミングするためのソフトウェアの
実施例が示してある。まず、電子制御ユニット12はブロ
ック200で付勢され、初期化される。その後、ブロック2
02において、種々のエンジン動作パラメータが、電子制
御ユニット12に接続した種々のセンサをモニタすること
によって電子制御ユニット12へ読み込まれる。これのパ
ラメータは電子制御ユニット12のRAM部に記憶され、プ
ログラムの実行毎に更新される。
ブロック204において、未補正燃料流量FFが次の式を
用いて計算される。
ここで、KFCは燃料定数であり、LHVは燃料品質ダイア
ル72によって設定されるような燃料の低級熱量であり、
AKPAは検知吸気マニホルド圧力であり、FKPAは燃料圧力
差であ、FTMPは検知燃料温度である。燃料定数KFCは、
エンジン依存であり、上記等式の単位変換ファクタとし
て作用する。燃料LHVの適切な範囲がわかっている場合
には、燃料品質ダイアル72は省略出来、LHV変数も上記
の等式から除くことができる。それ故、燃料定数KFCに
おける燃料平均LHVを含む必要はある。未補正燃料流量F
Fは、実空気／混合比（A/F）の計算で後に用いられ、そ
れはエンジンに給送されるつつある燃料の流量を表わし
ている。未補正燃料流量FFはメタン価あるいあ燃料LHV
の変化に応じて変わることはない。
次いで、ブロック206において、補正ファクタKCSが未
補正燃料流量に掛け合わされて補正燃料流量FFCを得
る。補正ファクタKCSは、以下に説明するように、燃料L
HVまたはメタン価の変化に応答する。
エンジンの燃焼室46に供給される１行程あたりの燃料
F/Sが、ブロック208において、以下の式を用いて計算さ
れる。
F/S＝FFC/（0.5＊CYL＊NA） ここで、CYLはエンジンのシリンダ数であり、NAはエ
ンジンの回転数（r.p.m）である。
次に、ブロック210において、電子制御ユニット12のR
OM部に記憶してあるルックアップ・テーブルを用いて所
望空気／燃料混合比DAFRが決定される。このルックアッ
プ・テーブルは、或る種のエンジン・パラメータがエン
ジン設計者の指定するパラメータと一致するように経験
的に開発したものである。ルックアップ・テーブルは、
所与の、行程あたりの燃料F/Sとエンジン速度NAの組み
合わせに対応する所望の空気／混合比DAFRを発生する。
ブロック212において、毎分あたりの空気流量は、ガ
ス法則ならびに容積式ポンプについての流れ等式を次の
等式へ組み合わせることによって計算される。
AF＝（TED＊AKPA＊NA）/ATMP ここで、TEDは捕獲有効排気量、ATMPは検知空気温度
である。この等式は次のように整理される。
（１）FLOW＝（MASS/STROKE）＊（NA＊0.5＊CYL） （２）MASS/STROKE＝（AKPA＊TEV）／（Ｒ＊TEMP） ここで、TEVは捕獲有効体積であり、Ｒは比ガス定数
である。捕獲有効体積TEVは、エンジン速度に応答する
経験的に決まる変数であり、吸気行程中に燃焼室46内に
実際に捕らえられる空気の体積を示す。この変数は、吸
気行程中のオーバーラップする弁事象により吸気の一部
が燃焼室46をバイパスする可能性があるため、必要なの
である。式（２）を式（１）に代入し、定数を混ぜ合わ
せると、ブロック212に示す等式となる。
本発明においては、捕獲有効排気量TEDは、速度の関
数として捕獲有効排気量TEDについての値を与える16ポ
イント・ルックアップ・テーブルにアクセスすることに
よって決まる。ルックアップ・テーブルは、或る特定の
エンジン構成についての実験室条件の下に経験的に決定
される。もっと詳しく言えば、16個のルックアップ・テ
ーブル速度の各々で、吸気マニホルド圧力が排気マニホ
ルド圧力と等しくなるまでエンジン・パラメータが制御
される。これらの条件の下に、実験室機器AFLABによっ
て測定された空気流量はブロック212で計算された空気
流量AFと等しくなければならない。ブロック212の等式
からわかるように、この静的状態で変わり得る値のみば
捕獲有効排気量TEDである。したがって、捕獲有効排気
量TEDの値は、或る特定のエンジン速度で、２つの値AF
LAB、AFが等しくなるまで調節され、捕獲有効排気量の
この値の上記の16ポイント・ルックアップ・テーブルに
記憶される。
次いで、ブロック214において、所望空気圧DAKPAが次
の式を用いて計算される。
DAKPA＝（FFC＊DAFR＊ATMP）／（TED＊NA） その後、ブロック216において、空気圧エラーeAが、
所望空気DAKPAと実空気圧AKPAの差に応答して計算され
る。
ブロック218において、既知の制御理論と一致するPID
（比例、積分、微分）タイプの伝達関数を用いて、ウェ
イストゲート制御信号WCSが計算される。もっと詳しく
言えば、制御信号は次の式を用いて計算される。
WCS＝KP1＊eA＋KD1＊ΔeA＋KI1＊ΣeA この伝達関数の第１項すなわちKP1は空気圧エラーそ
のものである。第２項すなわちKD1は空気圧エラーの変
化率である。第３項すなわちKI1は合計項あるいは積分
項であり、空気圧エラーeAがゼロに移行した後に安定状
態制御信号が発生するように与えられる。定数KP1、
KD1、KI1は、経験的に決められ、電子制御ユニット12の
ROM部に記憶される。他の項eA、ΔeAおよびΣeAは、各
プログラム実行毎に電子制御ユニット12のRAM分で更新
される。ウェイストゲート制御信号は普通の電気回路
（図示せず）によってPWM信号に変換され、第１アクチ
ュエータ58に送られてウェイストゲート56の位置を制御
する。
ブロック220におい、電子制御ユニット12のROM部に記
憶されたルックアップ・テーブルにアクセスすることに
よってチョーク位置が決定される。チョーク・ルックア
ップ・テーブルは、エンジン速度および空気／行程の関
数としてチョーク弁99についての設定値を与える。前述
のように、チョーク弁は、軽負荷状態でエンジンへの空
気流量を絞るのに用いられる。これは、ターボチャージ
ャ52で軽負荷条件の下ではブースト圧が大きくなりすぎ
るから、必要なのである。もっと詳しく言えば、チョー
ク作用は、低負荷条件の下で空気／燃料混合気の燃料濃
度を高めてエンジンのアイドル時安定性を改善するのに
必要である。好ましい実施例では、チョーク弁99は40パ
ーセントよりも大きい負荷で全開であり、負荷が減少す
るにつれて絞り量が増大する。電子制御ユニット12は、
チョーク・ルックアップ・テーブルに見出される値に応
答して電気導体102を通してチョーク・アクチュエータ1
00にチョーク制御信号を送る。
その後、ブロック224において、以下のソフトウェア
・フィルタ式を用いて濾波済み燃焼信号CSFが計算され
る。
CSFn＝CSF(n-1)＋〔CSn−CSF(n-1)〕＊KF 第１項のCSFn-1は、先のプログラム実行からの濾波済
み燃焼信号であり、各プログラム実行毎に電子制御ユニ
ット12のRAM部で更新される。第２項のCSnはバッファ回
路112の発生する未濾波燃焼信号である。そして、第３
項のKFはフィルタ式の応答時間を制御するためのフィル
タ定数である。このフィルタ式は経時的に燃焼信号を濾
波することによってそれを安定化するのに用いられる。
ブロック246において、電子制御ユニット12のROM部に
記憶されたルックアップ・テーブルがアクセスされて燃
焼信号空気／燃料混合比CSAFRを決定する。このルック
アップ・テーブルは所与のエンジン構成について経験的
に決定され、現ループ濾波燃焼信号CSFnと燃料／行程F/
Sの所与の組み合わせについて燃焼信号空気／燃料混合
比CSAFRを与える。この燃焼信号空気／燃料混合比CSAFR
は燃焼室内の有効空気／燃料混合比を示すものである。
もっと詳しく言えば、燃焼信号空気／燃料混合比CSAFR
の大きさは燃料／行程または濾波済み燃焼信号あるいは
これら両方の変化に応じて変化する。
次に、ブロック248において、体積空気／燃料混合比V
AFRは未補正燃料流量FF以上の空気流量AFの比率を見出
すことによって決定される。体積空気／燃料混合比VAFR
は、厳密に、燃焼室に送られる空気、燃料の体積比であ
り、メタン価のいかなる変化にも影響しない。体積空気
／燃料混合比は、次に、ブロック244で用いられたもの
と類似したソフトウェア・フィルタ式を用いて濾波さ
れ、濾波済み燃焼信号CSFnとなる。
次いで、補正ファクタKCSが次の式を用いて計算され
る。
KCS＝VAFR/CSAFR この補正ファクタKCSは、次のプログラム実行中に、
ブロック206で用いられ、燃料品質におけるいかなる変
化をも補正する。もし燃料の品質が一定に留まるなら
ば、この値も一定に留まることになる。しかしながら、
燃料の品質が変化するか、あるいは、ダイアル74で間違
って入力された場合には、補正ファクタKCSもそれ相当
に変化することになる。
たとえば、LHVが増大するか、あるいは、メタン価が
減少すると、燃焼信号空気／燃料混合比CSAFRは体積空
気／燃料混合比VAFRよりも低くなる。したがって、補正
ファクタKCSの値は１より大きくなる。よって、ブロッ
ク206で計算された補正燃料流量FFCは、空気／燃料混合
気のLHVが増大したことを示す未補正燃料流量FFよりも
大きくなる。その結果、コントローラはウェイトゲート
56の作動を低下させ、ターボチャージャ52を通してより
多くの排気を流すことになる。こうして、より多くの空
気が燃焼室46に給送され、燃料品質の増加を補正する。
逆に、LHVが減少するか、あるいは、メタン価が増大
した場合には、燃焼信号空気／燃料混合比CSAFRは体積
空気／燃料混合比VAFRよりも大きくなる。したがって、
補正ファクタKCSの値は１より小さくなる。よって、ブ
ロック206で計算された補正燃料流量FFCは未補正燃料流
量FFよりも小さくなり，これは燃焼室46内の空気／燃料
混合気のLHVが減少したことを示す。その結果、コント
ローラはウェイストゲート56の作動を高め、エンジンへ
の空気流量を減らし、燃料品質の低下を補正する。
産業上の利用可能性 ここで、燃料品質になんらの変化なしにエンジンが或
る期間にわたって作動してきたと仮定する。この場合、
ブロック204、206で計算されたような補正済みおよび未
補正の燃料流量FF、FFCの比率は、一定となる。その
後、燃料の品質が変化するとする。たとえば、LHVが減
少して空気／燃料混合気がもっとゆっくりと燃焼するよ
うになったと仮定する。このとき、点火信号とイオン化
信号の発生時の時間差は増大し、燃焼信号がこの増大に
応じて長くなる。
その結果、ブロック246で計算された燃焼信号空気／
燃料混合比が大きくなる。すなわち、より傾斜すること
になる。順次、補正ファクタKCSが１より大きくなり、
これは燃料のLHVが減少したことを示す。補正ファクタK
CSが次いでブロック206で適用されると、補正燃料流量F
FCが未補正燃料流量FFより小さくなる。補正燃料FFCの
値の減少は、ブロック214で計算された所望空気圧DAKPA
の大きさを減少させることになる。順次、ブロック216
における計算からより小さいあるいは負の空気圧エラー
が生じることになる。したがって、ウェイストゲート制
御信号WCSはより小さくなる。ウェイストゲート制御信
号WCSのこの低下に応答して、電気導体60を通して第１
アクチュエータ58に或る信号が送られ、それによって、
ウェイストゲート56の動作を高める。次いで、バイパス
54を通してより多くの排気が流れ、ターボチャージャの
速度を低下させ、究極的には、燃焼室46への空気流量を
減らすことになる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６４ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６４Ｋ ３６８ ３６８Ｚ (56)参考文献 特開 昭62−60964（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−190148（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02D 41/00 F02D 43/00 F02D 45/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の燃焼室（46）に給送される空気
    ／燃料混合気を制御する装置（10）であって、 点火信号を発生する信号手段（106）と、 前記点火信号を受け取り、それに応じて前記空気／燃料
    混合気に点火する点火手段（117）と、 火炎に応答してイオン化信号を発生するセンサ手段（12
    6）と、 前記点火信号およびイオン化信号を受け取り、これらの
    信号の受信時の時間差に応じて燃焼信号を発生するタイ
    マ手段（112）と、 前記燃焼室に給送される空気の量を検知し、空気流量信
    号を発生する空気流量センサ手段（94、212）と、 前記燃焼室に送られる燃料の量を検知し、燃料流量信号
    を発生する燃料流量センサ手段（86、204）と、 前記燃焼信号、空気流量信号および燃料流量信号を受け
    取り、前記燃焼信号に応答して燃焼信号空気／燃料混合
    比を計算し、前記空気流量信号および燃料流量信号に応
    答して体積空気／燃料混合比を計算し、前記体積空気／
    燃料混合比および燃焼信号空気／燃料混合比の比率に応
    答して制御信号を発生するコントローラ手段（12）と、 前記制御信号を受け取り、それに応答して前記燃焼信号
    （46）に送られる空気の量を制御するアクチュエータ手
    段（58）と、 を包含し、 前記燃料流量センサ手段（86、204）が、 燃焼室（46）に供給される燃料の圧力に応答して燃料圧
    力信号を発生する燃料圧力センサ手段（86）と、 この燃料圧力信号を受け取り、それに応答して前記燃料
    流量信号を発生する燃料流量計算手段（204）と、 を包含することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項記載の、内燃機関の燃焼
    室（46）に給送される空気／燃料混合気を制御する装置
    （10）において、 燃焼室に給送される燃料のLHVに関するLHV信号を発生す
    る手段（72）と、 前記燃焼室に給送された燃料の温度に応答して燃料温度
    信号を発生する燃料温度センサ手段（90）と、 前記燃焼室に給送される空気の圧力に応答して空気圧信
    号を発生する空気圧センサ手段（94）と、 を包含し、 前記燃料流量計算手段（204）が前記燃料圧力信号、空
    気圧信号、LHV信号および燃料温度信号を受け取り、こ
    れらの信号に応答して前記燃料流量信号を発生する ことを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】請求の範囲第１項又は第２項記載の、内燃
    機関の燃焼室（46）に給送される空気／燃料混合気を制
    御する装置（10）において、前記点火手段（109）が前
    記燃焼室（46）のほぼ中央に配置してあり、前記センサ
    手段（126）が前記点火手段から長手方向に隔たって前
    記燃焼室（46）内に配置してあることを特徴とする装
    置。
  4. 【請求項４】請求の範囲第１項又は第２項記載の、内燃
    機関の燃焼室（46）に給送される空気／燃料混合気を制
    御する装置（16）において、前記燃焼室（46）が側壁、
    頂壁（120、119）を有し、前記装置が、さらに、 ピストン（121）と、 前記燃焼室側壁、頂壁（120、119）と前記ピストン（12
    1）によって構成されたメインチャンバ（116）とを包含
    し、 前記点火手段（109）が中に点火プラグ（110）を配置し
    たプリチャンバ（116）を包含し、このプリチャンバ（1
    16）が前記燃焼室頂壁（119）に固着してあり、かつ、
    複数のオリフィス（122）によって前記メインチャンバ
    （116）に連通している ことを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】請求の範囲第１項記載の、内燃機関の燃焼
    室（46）に給送される空気／燃料混合気を制御する装置
    （10）において、前記空気流量センサ手段（94、212）
    が、 前記燃焼室に給送される空気の圧力に応答して実空気圧
    信号を発生する空気圧センサ手段（94）と、 前記空気信号を受け取り、それに応答して前記空気流量
    信号を発生する空気流量計算手段（212）と を包含することを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】請求の範囲第項５項記載の、内燃機関の燃
    焼室（46）に給送される空気／燃料混合気を制御する装
    置（10）において、さらに、 前記エンジンの速度に応答してエンジン速度信号を発生
    する速度センサ手段（80）と、 前記燃焼室（46）に給送される空気の温度に応答して空
    気温度信号を発生する温度センサ手段（97）と を包含し、 前記空気流量計算手段が、空気圧、前記エンジン速度信
    号および前記空気温度信号を受け取り、これらの信号に
    応答して前記空気流量信号を発生することを特徴とする
    装置。
  7. 【請求項７】請求の範囲第１項又は第２項記載の、内燃
    機関の燃焼室（46）に給送される空気／燃料混合気を制
    御する装置（10）において、さらに 前記燃焼室（46）からの排気を受け取り、この排気に応
    答して前記燃焼室に加圧空気を給送するようになってい
    るターボチャージャ（52）と、 このターボチャージャ（52）に接続してあり、このター
    ボチャージャ（52）を通って流れる排気の量を制御する
    ようになっているウェイストゲート（56）を有する排気
    バイパス（54）と を包含し、 前記アクチュエータ手段（58）が前記制御信号を受け取
    り、それに応答して前記ウェイストゲート（56）の位置
    に制御し、それによって、前記燃焼室（46）に給送され
    る空気の量を制御する ことを特徴とする装置。
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