JP3121613B2 - オットーエンジンの制御方法 - Google Patents

オットーエンジンの制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はオットーエンジンの制御方法、更に詳細には
吸気弁の開放期間を可変にすることにより絞り弁のない
エンジンを制御するオットーエンジンの制御方法に関す
る。
この場合対象となるエンジンはシリンダあたり単独の
吸気路を有するエンジン、複数の吸気路、特に旋回路と
充填路を有するエンジン等である。更に個々に駆動可能
な吸気弁の他に個々に駆動可能な排気弁を設けることも
できる。
以下では「吸気開放」、「吸気閉鎖」の時点が繰り返
して用いられる。これらの時点は正確にいうと、ピスト
ンの上死点に対する吸気行程開始時のクランク軸角度差
ないし下死点に対する吸気行程終了時のクランク軸角度
差を言う。従って「吸気開放」の時点が一定であるとい
うことは全てのシリンダに対しての上述したクランク軸
角度の差が同一であることを意味する。
［従来の技術］ 絞り弁のない４行程オットーエンジンを制御する方法
は、ジェー・エイッチ・トウトル（J.H.Tuttle）により
「吸気弁を早期に閉じることによりエンジンの負荷を制
御すること」の表題で、SAE論文 820408（1982）頁１
−15に記載されている。絞り弁がなくても異なる空気量
が得られるようにするために、「吸気開放」の時点をそ
れぞれ一定にして「吸気閉鎖」の時点を変えるようにし
ている。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、シリンダに旋回路と充填路を有し、
旋回路と充填路の各吸気弁が制御される絞り弁のないオ
ットーエンジンにおいて、運転時乗り心地がよく、しか
も燃料消費が少なく、また有害な排ガスの放出を少なく
することができるオットーエンジンの制御方法を提供す
ることである。
［課題を解決ための手段］ 本発明においては、上述した課題を解決するために、 各シリンダに旋回路と充填路を有し、旋回路と充填路
の吸気弁の開放期間を可変にすることにより絞り弁のな
いオットーエンジンを制御する方法において、 エンジン回転数に従った値となる回転数信号（ｎ）を
求め、 アクセルペダル位置に従った値となるアクセルペダル
信号（γ）を求め、 燃料供給量（ti）をエンジン回転数信号並びにアクセ
ルペダル信号のそれぞれの値に従って定め、 点火時点（ZW）をエンジン回転数信号（ｎ）及び燃料
供給量（ti）信号の各値に従って定め、 エンジンの下方負荷領域においては充填路の吸気弁は
常に閉じるようにし、一方旋回路の吸気弁の開放期間の
みで吸気行程当りアクセルペダル信号と回転数信号の各
値によって定まる空気量がほぼ吸入されるように、旋回
路の吸気弁の開放期間を調節し、 前記下方負荷領域を越える負荷領域においては最大吸
気流量に必要な開放期間となるように旋回路の吸気弁を
駆動し、一方、吸気行程当りアクセルペダル信号と回転
数信号の各値によって定まる空気量がほぼ吸入されるよ
うに充填路の吸気弁の開放期間を調節する構成を採用し
た。
［作用］ このような構成では、低負荷並びに高負荷運転領域に
おいて各負荷にほぼ対応した空気量を吸入することがで
き、また燃料供給量がエンジン回転数信号並びにアクセ
ルペダル信号に従って定められることから、それぞれ負
荷に対応した最適の空気量と燃料量が得られ、それによ
り燃料消費を少なくし、しかも有害な排ガスの放出を少
なくすることができ、また、混合気が濃すぎたり、薄す
ぎることがないので、失火が少なくなり乗り心地を良く
することができる。
［実施例］ 以下図面に示す実施例に従い本発明を詳細に説明す
る。
第１図にブロック図として図示したオットーエンジン
10を駆動する場合、エンジンに供給される空気及びエン
ジンに供給される燃料並びに点火時点は運転パラメータ
に従って調節される。
通常のオットーエンジンの実施例に比較して本発明実
施例では空気をエンジンに供給する装置が異なる。即ち
吸気管13には絞り装置が設けられておらず、その代り吸
気は吸気弁制御装置14により制御される。この制御装置
は図示した実施例では吸気閉鎖制御装置14.1と吸気開放
制御装置14.2に分割されている。吸気閉鎖制御装置は吸
気弁作動装置15に４つの信号ESを出力し、一方吸気開放
制御装置は吸気弁作動装置に４つの信号EOを出力する。
なおこの実施例並びに以下に述べる実施例では４シリン
ダオットーエンジンを取り扱うものとする。但しシリン
ダの数はこれに限定されるものではなく、種々のものが
応用可能である。
信号EO、ESはアクセルペダル信号γ並びに回転数信号
ｎに従って求められる。アクセルペダル信号はアクセル
ペダル信号発生器16により出力され、回転数信号は第１
図には不図示の回転数センサによって得られる。
従来のオットーエンジンでは負荷を検出するのにしば
しば空気量センサあるいは吸気圧センサからの信号が利
用されている。これらの測定装置には、一部センサに起
因して（弁型空気量センサ）、又一部に測定原理に起因
して（負荷信号を処理する時の遅れ「遅延誤差」）ある
いは吸気装置におけるセンサの配置（デイストリビュー
タの前に配置されることによって生じる「位相誤差」）
等の動的な誤差が発生する。これらの誤差を避けるため
に、本発明実施例ではこのような測定装置の使用を回避
している。吸気圧が平均して一定であるということが本
発明の制御の原理の背景となっている。空気流量を制御
する絞り装置のないオットーエンジン10では吸気圧はほ
ぼ外部の空気圧に対応しているので、吸入された空気量
はシリンダの吸気弁装置によって調節される吸気期間に
従って求めることが可能になる。
燃料供給量制御装置11にはアクセルペダル信号γと回
転数信号ｎが供給される。これらの信号によって行程あ
たりの空気量並びに行程当りの燃料供給量が制御され
る。これらの制御によって互いに充分調節できない場合
には、λ制御（空燃比制御）を用いて調節が行なわれ
る。このλ制御は燃料供給量制御装置11のみかあるいは
吸気弁制御装置14に対しても行なわれる。これは両制御
装置にλ信号が入力されていることによって明瞭にされ
ている。吸気弁制御装置によりλ値を制御すると、λ値
の変化に素早く応答できるという利点が得られる。しか
し空気量を介してλ値を制御するのは、最大吸気量にま
だ達っしていな場合にのみ可能である。最大充填量（最
大吸気量）でλ値を大きくしなければならない場合、即
ち燃料供給量に対して更に空気を増量しなければならな
い場合には、空気量をもはや増大することができないの
で、行程当りの燃料供給量を少なくすることによってλ
制御を行なう。
空気流量を介してλ制御を行なう上述した説明から分
るように、λ制御のやり方は、空気流量が従来の弁を可
変に制御することにより行なわれる通常の絞り装置を用
いたものにより得られるか、あるいは吸気弁を可変に制
御することによってのみ得られるかに無関係であること
が理解できる。
点火角制御装置12にも負荷信号としてアクセルペダル
信号あるいはアクセルペダル信号から得られる信号が入
力される。しかし通常燃料供給量制御装置11からの出力
信号は種々の形で補正することができるので、これを負
荷信号として用いるのが望ましい。さらに噴射量はエン
ジンの回転トルクの出力を示す代表的な量であり、又必
要な点火角を示す値でもある。従って点火角制御装置12
には負荷信号として噴射信号tiが入力され、点火角信号
ZWがオットーエンジン10に出力される。
第２図には本発明の好ましい実施例が図示されてい
る。アクセルペダル信号発生器16はアクセルペダル16.1
とアクセルペダル信号を出力するマップ値（特性値）メ
モリ16.2から構成されている。マップ値メモリはアクセ
ルペダル信号γとオットーエンジン10の回転数ｎに従っ
てアクセルペダル信号γ′を出力する。このメモリ16に
格納されたマップ値によりアクセルペダルの位置と回転
数に従ってエンジンの負荷特性を定めることができる。
吸気閉鎖装置14.1は、４つのブロック、即ち吸気閉鎖
を定める基本マップ値メモリ17、全体補正回路18、個別
補正回路12並びに個別処理装置20から構成される。基本
マップ値メモリ17からは、それぞれの回転数ｎ並びにア
クセルペダル信号γ′から吸気弁の閉じる角度を定める
基本値ES_Gが出力される。この基本値は全体補正回路18
においてES_Kに補正される。本実施例ではエンジン温度
T_Mに関係した関数値、空気温度T_Lに関係した関数値並
びに吸気圧P_Lに関係した関数値を用いて掛算的な補正
が行なわれる。
気圧が同じ場合空気温度が高ければ高い程吸気弁は遅
れて閉じられ、それにより開放時点が同じでその他の運
転パラメータも同じ場合行程あたりの空気量が同じよう
にされる。個別補正回路19はアクセルペダル信号γ′、
回転数ｎに従ってシリンダごとの補正を行なう。この個
別補正回路19によって空気量を供給する場合、構造に起
因した差を補償することができる。これにより各シリン
ダは各回転数と負荷時にほぼ行程あたり同一の空気量を
吸入することが可能である。個別処理装置20の役割は後
述する。
第２図に図示した実施例では吸気開放制御装置14.2は
マップ値発生器として構成されている。このアップ値発
生器は回転数ｎとアクセルペダル信号γ′に従ってそれ
ぞれ上死点前で吸気弁が開放すべきクランク軸角度の値
を出力する。各回転数と負荷（アクセルペダル信号）に
対して全ての４つの吸気弁の角度は等しくされる。
吸気閉鎖制御装置の個別処理装置20は下方負荷領域に
おいて個々のシリンダを遮断する機能を果す。この装置
によって所定の吸気弁は開放すると同時に閉鎖される
か、あるいは閉鎖信号ESを開放信号EOと同時に出力する
ことにより開放させないようにする。この目的のために
個別処理装置20が異なる吸気弁の開放信号EOに作用し、
具体的には下方負荷領域において開放信号を少なくとも
一つの吸気弁に出力しないようにし、この吸気弁を閉じ
たままにする。それによって空気交換に伴なう損失を防
止するようにする。同時にガス交換を中止したシリンダ
に供給される燃料を遮断するようにする。個別処理装置
20の信号は、第２図には複雑さを避けるために図示され
ていないが、上述した目的のために燃料供給量制御装置
11にも作用する。
第２図に図示した実施例では燃料供給量制御装置11は
噴射時間を定めるマップ値メモリ22、補正回路23、λ制
御器24、並びに管壁燃料膜補正回路25を有する。これら
の回路の接続関係については第２図に図示されている。
このような制御装置は、管壁燃料膜補正回路25を除き種
々の形で多数の数の製品が市場で販売されている。燃料
供給量制御装置から出力される通常の噴射時間信号は、
この管壁燃料膜補正回路を用いて補正され、それにより
吸気管の管壁燃料膜の動的な特性に合せることができ
る。種々の管壁燃料膜補正値が利用されている。この管
壁燃料膜補正は定常状態でない行程における制御プロセ
スにおいて基本的に用いられる。補正回路25による管壁
燃料膜の補正は、既に吸気弁を可変にすることにより空
気流量の素早い応答特性によって得られる第２図に図示
の装置の走行特性並びに有害排ガス排除特性を更に向上
させることになる。
さらに点火角制御装置12も二つのブロック、即ち点火
角を発生させるマップ値メモリ26と点火角補正回路27を
有する。点火角マップ値メモリ26から回転数ｎ、噴射時
間ti_Rに従って点火角を定める基本値ZW_Gが出力され、
この基本値は補正回路27によりエンジン温度T_M、空気
温度T_L並びに気圧P_Lに従った関数値と加算補正され
る。
第３図には空気流量並びに燃料供給量に関してλ制御
を行なう機能を有するオットーエンジン12が図示されて
いる。第３図に図示した実施例では４シリンダオットー
エンジン10の４つの全ての排ガス管28.8〜28.4にλセン
サ29.1〜29.4が配置されており、それにより４つの全て
のシリンダのλ値を個々に制御することが可能になる。
４つのセンサによって測定されたλ値は燃料用λ制御器
24の比較装置並びに空気用λ制御器30の比較装置に入力
される。それぞれの比較装置において４つのλ実際値は
λ目標値λ−ｓと比較される。それぞれの制御偏差量に
従って両制御器24、30は操作信号を出力する。燃料用λ
制御器24の操作信号では通常の処理が行なわれる。空気
用λ制御器30の操作信号は個別処理回路20に入力され、
第３図に関連して説明したように個別補正回路19に出力
される。
第３図装置の機能で重要なことは、起動装置31が設け
られていることである。この起動装置は、個々のシリン
ダの噴射時間に作用を行なう場合当該シリンダが最大充
填量に達した時のみ燃料用λ制御器24を起動させること
ができる。第３図に図示した実施例の場合最大充填量に
なっているかどうかは、各シリンダに対してそれに関連
した吸気弁の閉鎖角ES_iが限界値ES_GRを越えたかどう
かをチェックすることによって調べることができる。こ
の条件が満たされた場合そのシリンダに対する燃料用λ
制御器24の機能が動作される。それに関連するシリンダ
の空気用λ制御器は限界に達している。
個々のシリンダの燃料供給量制御装置は種々の実施例
のものが知られている。この種の制御装置には全体の制
御装置に見られるように適用制御装置が設けられてお
り、具体的には個々のシリンダに対する噴射時間を適用
制御する装置が設けられている。同様に適用制御装置の
あるなしに関係なく種々の実施例の空気用λ制御器30の
空気制御に対しても用いられる。
通常使用されている燃料用λ制御器においてはシリン
ダ個々の制御は行なわれず、単独のλ実際値を用いてす
べてのシリンダに対して噴射時間が共通に調節されてい
る。同様にこのような単一のλ実際値を用いて全ての吸
気弁に対する吸気期間を共通に制御することができる。
第３図に関連してλ制御に関し吸気弁の開放期間を調
節する方法が説明された。同様にアイドリング制御ある
いはノッキング制御のように他の従来の制御も開始させ
ることができる。シリンダを個々に制御したくない場合
には直接アクセルペダル信号γあるいはアクセルペダル
信号γ′を調節するのが好ましい。アクセルペダル信号
を調節してアンチスキット制御、エンジン制動トルク制
御、車速制御あるいは回転数、走行速度限界制御を行な
うことができる。ギア切替え時アクセルペダル信号γ′
を運転手により調節不可能に戻すことによって滑らかな
移行を行なうことができる。それによりエンジンの効率
に好ましくない従来の点火角の戻りを防止することがで
きる。
排気再循環は吸気弁の開放時点を動作点に関係して変
化させることにより行なうことができる。開放を速める
ことによりピストンが上方に移動している間にも次の吸
気行程の開始時に排ガスを吸気管に導くことができる。
このように開放時点を選択することにより排気再循環を
制御することができる。
第１図の吸気弁制御装置14は機能的にみて「吸気開
放」、吸気閉鎖」の観点に従って分類するだけでなく、
シリンダあたり何個の吸気弁を駆動するかによっても分
類することができる。１つの可能性は１つのシリンダの
異なる吸気弁を駆動するときに差をつけないことであ
る。他の可能性が第４図に図示されている。
第４図の場合機能的に見て吸気弁制御装置14′は旋回
路の吸気弁制御装置30と充填路の吸気弁制御装置33に分
類される。旋回路を通って流れる空気は大きな渦が形成
され、良好な混合気が生成される。一方充填路を通って
流れる空気には抵抗が少なく従って渦の形成は少ない。
上述した方法をこのような空気通路が形成されたエンジ
ンに用いる場合次のようにするのが好ましい。即ち旋回
路を通って供給される空気量で充分な下方負荷領域では
充填路の吸気弁を継続して閉じるようにする。
旋回路の吸気弁の駆動信号をどのぐらい継続させるか
は次のようにする。吸気行程当りのこの吸気弁の開放期
間だけによってアクセルペダル信号と回転数のそれぞれ
の値によって設定される空気量がほぼ吸入されるように
する。アクセルペダルの位置で吸入される空気量が上述
した限界値を越えた場合には最大空気量が流入できるよ
うに旋回路の吸気弁を駆動する。
それに対して充填路の吸気弁の駆動期間は吸気行程た
あたりアクセルペダル信号と回転数のそれぞれの値によ
って設定される空気量がほぼ吸入されるように駆動す
る。限界値を越えずに下回っている場合には各シリンダ
を遮断し、残りのシリンダにおいて上述した方法で所定
の開放期間で旋回路の吸気弁を駆動するようにするのが
好ましい。
好ましい実施例では、エンジンに更にノッキングセン
サ（図示されてないが）を設け、各シリンダのノッキン
グ特性を選択的に検出するようにしても良い。シリンダ
にノッキングが検出された時には、吸気期間を変化さ
せ、ノッキングが起こらないようにする。こうすること
により、従来ノッキングを解消するのにコストを上昇さ
せる点火角の調節を省略することができる。
なお第１図から第４図に図示したブロック図は本発明
の機能を分り易くするためのものであり、通常そこに記
載されている制御は図面に具体的に記載された回路ブロ
ックではなく、マイクロプロセッサを用いて実現される
ものである。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、負
荷が少ない運転領域では、大きな空気渦が形成される旋
回路の吸気弁の開放期間の調節だけでアクセルペダル信
号と回転数信号によって定まる渦となった空気量がほぼ
吸入されることから、空気と燃料を良好に混合させるこ
とができ、それにより良質な混合気が形成され、同運転
領域での燃費並びに排ガス特性を向上させることができ
る。また、負荷が大きな運転領域では、旋回路の吸気弁
を介して最大空気量が流入され、また充填路の吸気弁の
開放期間の調節によりアクセルペダル信号と回転数信号
によって定まる空気量がほぼ吸入され、負荷にほぼ対応
した空気量を吸入することができる。従って、低負荷並
びに高負荷運転領域において各負荷にほぼ対応した空気
量を吸入することができ、また燃料供給量がエンジン回
転数信号並びにアクセルペダル信号に従って定められる
ことから、それぞれ負荷に対応した最適の空気量と燃料
量が得られ、それにより燃料消費を少なくし、しかも有
害な排ガスの放出を少なくすることができ、また、混合
気が濃すぎたり、薄くなりすぎることがないので、失火
が少なくなり乗り心地を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明方法を実現する制御装置のブロック図、
第２図は第１図のブロックの詳細なブロック図、第３図
はλ制御装置を備えた可変弁制御装置のブロック回路
図、第４図は旋回路と充填路を備えた吸気弁制御装置の
ブロック図である。 10……エンジン、11……燃料供給量制御装置 12……点火角制御装置、14……吸気弁制御装置 16……アクセルペダル信号発生器
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ａ (72)発明者 ハインツ・シュトゥツェンベルガー ドイツ連邦共和国 7143 ファイヒンゲ ン・エンツ・シュヴァ‐プシュトラーセ 19／２ (72)発明者 エンゲルベルト・ティルホーン ドイツ連邦共和国 7128 ラウフェン・ ライスヴェーク 42 (56)参考文献 特開 昭63−219832（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−116842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−87831（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 13/02 F02D 41/02 301 F02D 41/02 320

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】各シリンダに旋回路と充填路を有し、旋回
    路と充填路の吸気弁の開放期間を可変にすることにより
    絞り弁のないオットーエンジンを制御する方法におい
    て、 エンジン回転数に従った値となる回転数信号（ｎ）を求
    め、 アクセルペダル位置に従った値となるアクセルペダル信
    号（γ）を求め、 燃料供給量（ti）をエンジン回転数信号並びにアクセル
    ペダル信号のそれぞれの値に従って定め、 点火時点（ZW）をエンジン回転数信号（ｎ）及び燃料供
    給量（ti）信号の各値に従って定め、 エンジンの下方負荷領域においては充填路の吸気弁は常
    に閉じるようにし、一方旋回路の吸気弁の開放期間のみ
    で吸気行程当りアクセルペダル信号と回転数信号の各値
    によって定まる空気量がほぼ吸入されるように、旋回路
    の吸気弁の開放期間を調節し、 前記下方負荷領域を越える負荷領域においては最大吸気
    流量に必要な開放期間となるように旋回路の吸気弁を駆
    動し、一方、吸気行程当りアクセルペダル信号と回転数
    信号の各値によって定まる空気量がほぼ吸入されるよう
    に充填路の吸気弁の開放期間を調節することを特徴とす
    るオットーエンジンの制御方法。
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