JPH0364623A - 内燃機関の排気制御装置 - 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、内燃機関の排気制御装置に係り、詳しくは、
排気管における排気の流速を制御して出力向上を図る内
燃機関の排気制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、４サイクルエンジン等の内燃機関にあっては、
燃焼室内に吸入される混合気の体積と内燃機関の行程体
積との比、すなわち体積効率がエンジンの出力特性に大
きく影響すること、また、該体積効率が排気管の長さを
初めとする排気系の構成とエンジンの回転数に影響され
ることが知られている。

そのために排気を制御する装置が開発されており、従来
のこの種の内燃機関の排気制御装置としては、例えば特
開昭６２−４５９２８号公報に記載のものがある。この
装置では、燃焼室内の圧力を圧力センサによって検出し
、その検出結果に基づいて排気管長を制御することによ
り、内燃機関の体積効率の予測的な検出を可能にし、排
気管長の可変制御を高精度に行うようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の内燃機関の排気制御装
置にあっては、筒内の圧力を圧力センサにより検出し、
その検出結果から排気管長を制御しているが、筒内の圧
力はその燃焼状態やノンキング等により変化が大きく、
体積効率を正確に予測するのは困難であり、出力向上と
いう制御の実効が全域で十分に図れないという問題点が
あった。

（発明の目的） そこで本発明は、排気流速が最大となるように排気制御
することにより、全域で出力を向上できる内燃機関の排
気制御装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明による内燃機関の排気制御装置は上記目的達成の
ため、その基本概念図を第１図に示すように、エンジン
の運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、排気の流
速に関連する物理量を検出する物理量検出手段すと、物
理量検出手段すの出力に基づいて排気の流速を算出する
流速算出手段Ｃと、エンジンの運転状態に基づいて運転
領域毎に排気流速の最大値を目標値として設定する目標
値設定手段ｄと、流速算出手段Ｃにより算出された排気
流速が前記目標値と一致するような制御値を演算する制
御手段ｅと、制御手段ｅの出力に基づいて排気流速を操
作する流速可変手段ｆと、を備えている。

（作用） 本発明では、排気の流速が直接検出され、その検出値が
運転領域毎に設定された目標値（流速の最大値）と一致
するように排気流速が操作される。

したがって、体積効率を正確に予測して全域で出力が向
上する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜８図は本発明に係る内燃機関の排気制御装置の一
実施例を示す図である。まず、構成を説明する。第２図
において、１は直列４気筒のエンジンであり、吸入空気
はエアクリーナ２から吸気管３を通して各気筒に供給さ
れ、燃料は噴射信号Ｓｔに基づきインジェクタ４により
噴射される。

気筒内の混合気は点火プラグの放電作用によって爆発、
燃焼し、排気になって排気管５から排出される０本実施
例では排気管５の下流側に特徴があり、これは後述する
。

エンジン１に吸入される空気流量Ｑａはエアフローメー
タ６により検出され、エンジンｌのクランク角はクラン
ク角センサ７により検出される。

なお、クランク角センサ７の出力パルスを計数すること
によりエンジン回転数Ｎが算出される。アクセルペダル
の踏込量はアクセル開度としてアクセルセンサ８により
検出され、排気の流速に関連する物理！（本実施例では
排気の静圧および全圧）は物理量検出手段９により検出
される。

ここで、物理量検出手段９は第３図に示すようにマフラ
下流側の排気管５に取り付けられた全圧ピックアップ１
０および静圧ピックアップ１１により構成される。これ
はいわゆるピトー管の原理を用いて排気管５内における
排気の流速を測定するためのもので、具体的には、例え
ば第４図に示すように先端部に圧電素子ＩＱａ、ｌｌａ
を設け、この圧電素子１０ａ、ｌｌａにより排気の静圧
ＰＩおよび全圧（総圧）ｐｉを測定し、電気信号に変換
して外部に取り出す。

一方、物理量検出手段９の上流側の部材配置は第５図の
ように示され、物理量検出手段９の上流側には排気管５
から分岐する所定容積のレゾネータ１２が配置され、そ
の入口通路（特に、排気管５の壁面と接する位置）には
第６図に拡大図を示すように制御弁１３が設けられてい
る。制御弁１３はステップモータ１４により駆動され、
ステップモータ１４は後述のコントロールユニット２０
からの制御信号Ｓｃに基づいて制御弁１３を駆動する。

上記レゾネータ１２、制御弁１３およびステップモータ
１４は排気流速を操作する流速可変手段Ｉ５を構成する
。

再び第２図に戻り、エアフローメータ６、クランク角セ
ンサ７およびアクセルセンサ８は運転状態検出手段１６
を構成しており、運転状態検出手段１６および物理量検
出手段９からの信号はコントロールユニット２０に入力
されている。コントロールユニット２０はＣＰＵ２１、
ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３およびＩ１０ボート２４により
構成され、流速算出手段、目標値設定手段および制御手
段としての機能を有する。ＣＰ　Ｕ２１はＲＯＭ２２に
書き込まれているプログラムに従ってＩ１０ポート２４
より必要とする外部データを取り込んだり、またＲＡＭ
２３との間でデータの授受を行ったりしながら、排気流
速の算出および排気系の制御に必要な処理値等を演算処
理し、必要に応じて処理したデータをＩ１０ボート２４
に出力する。ＲＯＭ２２はＣＰ　Ｕ２１を制御するプロ
グラム等を格納しており、ＲＡＭ２３は演算に使用する
データをマツプ等の形で一時記憶する。

Ｉ１０ポート２４には前記各センサ６〜９からの信号が
入力されるとともに、Ｉ１０ボート２４からは噴射信号
Ｓｔがインジェクタ４に出力されるとともに、制御信号
Ｓｃがステップモータ１４に出力される。

次に、作用を説明する。

第７図は排気流速制御のプログラムを示すフローチャー
トであり、本プログラムは所定時間毎に一度実行される
。まず、ステップＳ、で静圧ピックアップ１１の出力か
ら排気管５の静圧ＰＩを読み込むとともに、全圧ビック
アンプ１０の出力から全圧Ｐ２を読み込み、全圧Ｐｔと
静圧Ｐｌの差から動圧を次式に従って求め、 ρＵ”＝Ｐア　−Ｐ１ ２　　　　　　　・ 但し、ρ：排気の密度′ さらに、これから流速Ｕを として算出する。なお、以上の式はベルヌーイの定理に
基づくものであり、圧力から速度を求めることができる
のは周知である。また、このステップＳ、では初期設定
を行い Ａ＝Ｏ（Ａ：前回の平均流速） Ｆ＝０（Ｆ：制御フラグ） ｉ＝１　（ｉ領域番号） とする。次いで、ステップＳ３で平均流速Ｕを算出する
。これは、通常の算術平均により求められる。ステップ
Ｓ３ではエンジン１の運転状態としてエンジン回転数Ｎ
とアクセル開度Ａｃを読み込み、ステップＳ４で運転領
域の番号ｉを指定する。

本実施例では第８図に示すようにＮとＡｃをパラメータ
として運転領域を１２個に区分しており、したがって、
ｉ＝１．２・・・・・・１２のうちの１つがそのときの
運転状態に応じて指定される。なお、本実施例では第８
図の値はマツプ化されており、かつ学習制御により逐次
更新され、より高精度の目標（直Ｖｉとなる。また、こ
の場合の目標値Ｖｉとは、各運転領域において出力向上
を図れる排気の最大流速に相当する値であり、出力が高
まるように予め実験等を通してその値が定められる。

次いで、ステップＳ、でｉ＝ｋか否かを判別し、ｉ＝に
のときはステップＳ、でｉ＝にとおき、そのときの同一
の運転領域（すなわち、前回も今回も同じ運転領域）の
目標値Ｖｋを第８図のマツプからルックアップする。一
方、ｉ≠にのときは今回は前回とは異なる運転領域に移
行していると判断し、ステップＳ、で前回の平均流速Ａ
をリセットしてステップＳ、に進む。次いで、ステップ
Ｓ８で今回の平均流速「を目標値Ｖｋと比較し、Ｕ≧Ｖ
ｋのときは既に最大流速であると判断し、ステップＳ３
．でＡおよびＦをリセットしてルーチンを終了し、Ｕ＜
ＶｋのときはステップＳ、。でＵ？ｌＡ−Δα 但し、Δα：ヒス幅でハンチング防止のための不感帯を
考慮した値 が成立しているか否かを判別する。成立していないとき
は流速制御の方向を判断するためにステ・ノブＳ、で制
御フラグＦを判別し、Ｆ＝１のときはステップＳｅｔで
Ｆ＝Ｏとおき、Ｆ＝０のときはステップＳ、でＦ＝１と
おいてステップＳｅｔに進む。

したがって、次回のルーチンでは上式が成立したときに
Ｆの値に基づいて制御弁１３が制御される。

一方、Ｕ≧ＩＡ−Δα１のときはステップ５１４でＦ＝
１であるか否かを判別し、Ｆ−１のときはステップＳ３
Ｓで制御弁１３を予め定めた所定開度だけ閉じる方向に
駆動する。また、Ｆ＝０のときはステップ５１６で制御
弁１３を所定開度だけ開く方向に駆動する。その後、ス
テップＳ１７でＵをＡとおいてル−チンを本冬了する。

これにより、排気管５に対してレゾネータ１２が制御弁
１３の開度で定まる通路面積を通して連通し、排気管５
全体の共鳴周波数が変化する。したがって、排気流速が
共鳴周波数の影響を受けて変化し、本実施例の場合は各
運転領域で平均流速が常に目標イ直と一致するようなフ
ィードバック制御がなされ、結果的には最大流速となる
。この制御を従来例と比較すると、従来例が筒内圧によ
り間接的に体積効率を予測していたのに対し、本実施例
では排気流速という出力に直接的に関連するパラメータ
を検出して排気制御を行っていることになり、体積効率
を正確に予測して全域で出力を向上させることができる
。

また、本実施例では目標値Ｖｉを学習制御で更新してい
るので、各部材の特性経時変化に適切に追従して常に最
適な排気制御を行うことができる。

なお、流速可変手段１５の構成は上記実施例に限るもの
ではなく、例えばバイパス通路を開閉したり、あるいは
排気管５の通路面積を直接的に絞るようなものであって
もよい。そのときには排圧が上昇しないような管径が定
められる。

次に、そのような他の好ましい構成を他の実施例として
第９．１０図に示す。第９図は流速可変手段に関連する
部分の構成図であり、この図において、３１は排気管５
の途中に設けられたマフラ、３２．３３はマフラ３１の
端部を収納可能なベローズ、３４はマフラ３１の側端部
に形成されたラック、３５はマフラ３４と噛合するピニ
オン、３６はピニオン３５に連結されたステップモータ
（第１Ｏ図参照、但し、第１０図はピニオン３５を図中
矢印Ｂ方向から見た図）である。上記マフラ３１、ベロ
ーズ３２．３３、マフラ３４、ピニオン３５およびステ
ップモータ３６は全体として流速可変手段３７を構成す
る。

本実施例ではマフラ３１の端部をベローズ３２あるいは
ベローズ３３に収納することによりマフラ３１の位置を
変えて排気管５の共鳴周波数が変えられ、結果的に流速
が可変制御される。したがって、機構は異なるものの、
前記実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、物理量検出手段９として上記各実施例ではピトー
管を用いているが、これに限らず、レーザーを用いたり
するものや他のものであってもよい。

（効果） 本発明によれば、排気に対し直接的に流速を検出してい
るので、体積効率を正確に予測して全域で出力を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜８図は本発明に係
る内燃機関の排気制御装置の一実施例を示す図であり、
第２図はその全体構成図、第３図はその物理量検出手段
の配置を示す図、第４図はその物理量検出手段の構成を
示す図、第５図はその流速可変手段の構成を示す図、第
６図はそのレゾネータの構成を示す図、第７図はその排
気流速制御のプログラムを示すフローチャート、第８図
はその目標値のマツプを示す図、第９．１０図は本発明
に係る内燃機関の排気制御装置の第２実施例を示す図で
あり、第９図はその流速可変手段の構成を示す図、第１
０図はそのステップモータとピニオンの接続状態を示す
図である。 １・・・・・・エンジン、 ４・・・・・・インジェクタ、 ５・・・・・・排気管、 ６・・・・・・エアフローメータ、 ７・・・・・・クランク角センサ、 ８・・・・・・アクセルセンサ、 ９・・・・・・物理量検出手段、 １０・・・・・・全圧ピックアップ、 １１・・・・・・静圧ピックアップ、 １２・・・・・・レゾネータ、 １３・・・・・・制御弁、 １４．３６・・・・・・ステップモータ、１５．３７・
・・・・・流速可変手段、１６・・・・・・運転状態検
出手段、 ２０・・・・コントロールユニット（流速算出手段、目
標値設定手段、制御手段）、 ２１・・・・・・ＣＰＵ。 ２２・・・・・・ＲＯＭ、 ２３・・・・・・ＲＡＭ。 ２４・・・・・・Ｉ１０ボート、 ３１・・・・・・マフラ、 ３２．３３・・・・・・ベローズ、 ３４・・・・・・ラック、 ３５・・・・・・ピニオン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｂ）排気の流速に関連する物理量を検出する物理量検出
   手段と、 ｃ）物理量検出手段の出力に基づいて排気の流速を算出
   する流速算出手段と、 ｄ）エンジンの運転状態に基づいて運転領域毎に排気流
   速の最大値を目標値として設定する目標値設定手段と、 ｅ）流速算出手段により算出された排気流速が前記目標
   値と一致するような制御値を演算する制御手段と、 ｆ）制御手段の出力に基づいて排気流速を操作する流速
   可変手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。