JPH1048184A - 燃料空気混合気の品質を評価する方法及び装置 - Google Patents

燃料空気混合気の品質を評価する方法及び装置

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JPH1048184A
JPH1048184A JP9109999A JP10999997A JPH1048184A JP H1048184 A JPH1048184 A JP H1048184A JP 9109999 A JP9109999 A JP 9109999A JP 10999997 A JP10999997 A JP 10999997A JP H1048184 A JPH1048184 A JP H1048184A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の、とくにオットー機関の、有害物
質の少ない、燃料を節約するかつノッキングの起こらな
い動作を可能にするため、燃焼段階の燃料空気混合気を
評価する方法及び装置を提案する。 【解決手段】 周期的に燃焼段階を開始する電気点火パ
ルスが、燃焼室の点火プラグに加えられる、とくにオッ
トー機関における燃焼段階における燃料空気混合気の品
質を評価する方法において、燃焼段階（Ｖ）の間に点火
パルス（Ｚ）に続いて、点火プラグに電気テストパルス
（Ｐ）が加えられ、かつ燃焼室のその都度の燃料空気混
合気によって生じるテストパルス（Ｐ）の影響が、電気
量として検出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、周期的に燃焼段階
を開始する電気点火パルスが、燃焼室の点火プラグに加
えられる、とくにオットー機関における燃焼段階におけ
る燃料空気混合気の品質を評価する方法に関する。さら
に本発明は、このような方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術によれば、オットー機関は、
（濃い）燃料空気混合気によって動作させられ、この燃
料空気混合気のラムダ値（燃料／空気比）はほぼ１にあ
る。このような動作様式は、燃焼排気ガス及び燃料消費
量に関して常に満足なものではない。
【０００３】希薄な燃料空気混合気（ラムダ値＞１）に
よって動作させられるオットー機関も周知である。それ
により燃料消費量は減少する。しかし”ノッキング”が
生じることがあり、このことは望ましくない。
【０００４】周知の機関において、個々の燃焼段階の燃
料空気比は評価されないので、燃料空気比の制御は、相
応して鈍い。
【０００５】ドイツ連邦共和国特許第２８０２１９６号
明細書に、反応混合物のイオン化状態を検出するイオン
電流センサが記載されている。イオン電流センサは、制
御又は表示量を形成するためにイオン電流のための評価
装置に接続されている。残留物の燃焼のために、点火プ
ラグによって形成することができるイオン電流センサ
に、点火電圧が加えられる。
【０００６】ドイツ連邦共和国特許第４２３９８０３号
明細書に、内燃機関のためのイオン化電流検出装置が提
案されている。これにより、燃焼パルスを検出すること
によって混合気の燃焼を確認するようにする。燃焼が行
なわれたか又は行なわれなかったかが、検出できるにす
ぎない。
【０００７】ドイツ連邦共和国特許第３４４５５３９号
明細書によれば、点火パルスと炎前面の伝搬との間の時
間が検出される、ラムダ値の評価が公知である。この時
間は、実際ラムダ値を表わしている。炎前面の伝搬を測
定するために、独立に燃焼室内に取付けられた電極が使
われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、内燃
機関の、とくにオットー機関の、有害物質の少ない、燃
料を節約するかつノッキングの起こらない動作を可能に
するため、燃焼段階の燃料空気混合気を評価する方法及
び装置を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記の
課題は、初めに述べたような方法において次のようにし
て解決される。すなわち燃焼段階の間に点火パルスに続
いて、点火プラグに電気テストパルスが加えられ、かつ
燃焼室のその都度の燃料空気混合気によって生じるテス
トパルスの影響が、電気量として検出される。
【００１０】それにより、いずれにせよ存在する点火プ
ラグを使用して、燃焼室における個々の燃焼段階におい
てそれぞれ存在する燃料空気混合気の混合比（ラムダ
値）を検出することが達成される。点火プラグは、燃焼
室内においてイオン化電極として作用し、その際、燃焼
室内にそれぞれ存在する燃料空気混合気の混合比に依存
するイオン化は、電気テストパルスに相応して影響を及
ぼす。定義されたテストパルスの能動的なあらかじめの
供与は、燃焼ガスのイオン化の受動的なだけの評価より
も良好に再現可能なかつ良好に評価可能な信号を生じ
る。
【００１１】テストパルスの影響から導き出される電気
量は、次の燃焼段階及び／又は次の複数の燃焼段階の混
合比を制御するために使用することができる。このこと
は、混合比の目標値を達成するために、燃料供給及び／
又は空気供給を相応して増加し、かつ／又は減少するこ
とによって行なうことができる。なるべく次の燃焼過程
における“ノッキング”を避けるために、機関が“ノッ
キング”の傾向を有する混合比の範囲において、点火時
点も調整される。
【００１２】限界の場合、それぞれの燃焼段階（オット
ー機関の作業行程）又はそれぞれのテストパルスの後
に、次の燃焼段階に対する最適な混合比及び最適な点火
時点が設定される。しかし連続する燃焼段階の複数のテ
ストパルスから平均値を形成し、かつこれにより次の１
つ又は複数の燃焼段階のための調整を行ない、かつ／又
は燃焼段階のテストパルスに基づいて後続の複数の燃焼
段階のための調整を行なうことも、有利なことがある。
【００１３】オットー機関は、通常複数の燃焼室（シリ
ンダ）を有する。本発明によれば、それぞれのシリンダ
に対する混合比及び必要な場合には点火時点を独立に検
出し、かつ調節することが可能である。
【００１４】方法を実施する装置は、特許請求の範囲第
９ないし１１項の特徴によって特徴づけられている。こ
の電気装置は、通常の点火装置に簡単に統合される。
【００１５】
【発明の実施の形態】方法と装置のその他の有利な構成
は、実施例の次の説明から明らかである。
【００１６】オットー機関は、複数の燃焼室１を有し、
これらのうち図５には１つが示されている。燃焼室１内
に点火プラグ２が配置されている。図示されていない弁
を介して燃焼室１に、燃料空気混合気が供給可能であ
り、この燃料空気混合気の混合比は、例えば噴射ノズル
３及び絞り弁４によって調節することができる。
【００１７】点火プラグ２は、点火コイル６の２次巻線
５に接続されており、この点火コイルの１次巻線７の前
に、断続器８がある。点火配電器９は、点火パルスを燃
焼室の点火プラグ２に分配する。
【００１８】図１ないし４に、４サイクルオットー機関
の燃焼室１の燃焼段階Ｖが概略的に示されている。これ
は、断続器８及び点火コイル６を介して点火プラグ２に
より引起こされる点火パルスＺによって始まり、この点
火パルスは、例えば１５ｋＶの点火電圧を有する。これ
は、機関回転速度に応じて数ｍｓ後に終了し、その後、
燃焼室１から排気ガスが追出される。図１ないし４によ
る実施例において、燃焼段階Ｖの間に点火時点ｔ０の後
にｔｖだけ時間的に遅延して、テストパルス発生器１０
から破線で示したテストパルスＰが発生される。点火時
点を検出するために、テストパルス発生器１０は、信号
線１１を介して断続器８又は点火コイル６の２次巻線５
に連結されている。テストパルスＰは、方形パルスであ
り、この方形パルスは、燃焼段階Ｖを取り囲んでいる。
【００１９】テストパルスは、時間遅延ｔｖの後に時点
ｔ１に始まる。時間遅延ｔｖは、テストパルスが本来の
燃焼段階Ｖの開始前に始まるように決められている。時
間遅延ｔｖは、１ｍｓより小さく；これは、例えば０．
１ｍｓにある。時間遅延ｔｖによって、点火電圧の後続
振動が除去される。テストパルスＰは、燃焼段階Ｖの後
の時点ｔ２に終了する。その期間ｔｐは、最大ほぼ１５
ｍｓである。
【００２０】振幅Ｕ０は、抵抗Ｒ１の前において、テス
トパルスの期間の間にわたって一定であり、抵抗Ｒ１の
後において、場合によっては存在するイオン化により縮
小される。テストパルスＰの振幅は、点火プラグの点火
電圧Ｕｚよりもずっと小さい。例えば振幅の最大値Ｕ０
は、ほぼ１００Ｖと１０００Ｖの間、例えば６００Ｖに
ある。
【００２１】テストパルスＰは、測定抵抗Ｒ１を介して
点火プラグ２に加えられる。測定抵抗Ｒ１に接続された
評価回路１２は、燃料空気混合気の異なったイオン化の
ために燃焼室１内のその都度の混合比に依存して生じる
振幅の変化、又は最大値Ｕ０を有するテストパルスＰに
対する測定信号経過Ｐｉｏの変化を検出する。そのため
に測定抵抗Ｒ１の前後の測定線１６、１７が使われ、こ
れら測定線は、評価回路１２に接続されており、かつこ
こに差電圧を供給する。図２、３及び４は、測定結果に
よりこのような振幅変化及び測定信号変化を示してい
る。
【００２２】ラムダ＜１に相当する混合比の場合、測定
の際に振幅Ｕ１を有する測定信号パルスＰｉｏが生じる
（図２（Ａ）、２（Ｂ）、２（Ｃ）参照）。ほぼ１のラ
ムダに相当する混合比の場合、測定の際に振幅Ｕ２を有
する測定信号パルスＰｉｏが生じる（図３（Ａ）、３
（Ｂ）、３（Ｃ）参照）。ラムダ＞１に相当する混合比
の場合、測定の際に振幅Ｕ３を有する測定信号パルスＰ
ｉｏが生じる（図４（Ａ）、４（Ｂ）、４（Ｃ）参
照）。したがってテストパルスに対する得られた測定信
号パルスＰｉｏのそれぞれの変化は、燃焼段階Ｖにおけ
る燃焼室１内のそれぞれの混合比に対する尺度である。
この変化は、評価回路１２によって検出され、この評価
回路は、これを、制御線１３を介して噴射ノズル３を制
御するため、かつ／又は制御線１４を介して絞り弁４を
制御するため、かつ制御線１５を介して断続器８の点火
時点を制御するために評価する。
【００２３】評価回路１２に目標値Ｓが加えられ、この
目標値は、それぞれ所望の混合比をあらかじめ与える。
目標値Ｓからの偏差に相応して、評価回路１２は、制御
線１３、１４を介して燃料及び／又は空気の供給を調整
する。
【００２４】図５による回路においてテストパルスＰ
は、測定抵抗Ｒ１を介して点火プラグ２に加えられる。
２次巻線５は、１つ又は複数の電圧に依存する抵抗Ｒ２
によってテストパルスＰからデカップリングされてい
る。これは、それにより点火プラグ２において有効であ
るが、２次巻線５においては有効ではない。電圧に依存
する抵抗Ｒ２は、２次巻線５に対して直列に接続されて
いる。点火電圧Ｕｚに対してこれらは、小さな抵抗をな
し、かつテストパルスＰに対してこれらは、大きな抵抗
をなしている。それにより一方において点火パルスＺが
妨害されずに点火プラグに作用することができ、かつ他
方において点火パルスＺの後にテストパルスＰが妨害さ
れずに点火プラグ２に到達することを保証する簡単な回
路が達成されている。
【００２５】点火配電器９は、電圧に依存する抵抗Ｒ２
と点火プラグ２の間にあるので、前記の回路は、それぞ
れの燃焼室１における燃焼段階Ｖを個別に検出する。
【００２６】測定信号パルスＰｉｏの評価は、評価回路
１２の相応する構成によって種々の様式で行なうことが
できる：すなわち
【００２７】Ａ：評価回路１２は、それぞれの燃焼過程
Ｖにおけるイオン化によるテストパルスＰの影響の結果
生じる測定信号パルスＰｉｏの経過を時間に関して積分
し、すなわちテストパルスＰの期間にわたって積分する
（図２（Ａ）、３（Ａ）、４（Ａ）参照）。図２
（Ａ）、３（Ａ）、４（Ａ）において測定信号経過のハ
ッチングで示す面積（積分）を比較すれば明らかなよう
に、ほぼ１のラムダ値（図３（Ａ）参照）におけるこの
面積は、ラムダ＜１及びラムダ＞１（図２（Ａ）、４
（Ａ）参照）の場合よりも明らかに大きく、このこと
は、評価回路１２によって簡単に評価することができ、
かつ燃料空気混合気を調整するために利用することがで
きる。
【００２８】Ｂ：時点ｔ１におけるテストパルスＰの始
動とともに、又は点火パルスＺとともに、タイマがスタ
ートされる。これによりあらかじめ与えられる時間遅延
ｔｖより長い時間ｔｓの後に、時点ｔ３に燃焼過程Ｖの
期間に比較してきわめて短い時間の間、測定ウインドウ
Ｆが開かれる。この測定ウインドウＦ内において評価回
路１２は、測定信号Ｐｉｏのその都度の大きさを検出す
る（図２（Ｂ）、３（Ｂ）、４（Ｂ）参照）。図２
（Ｂ）、３（Ｂ）、４（Ｂ）における測定ウインドウＦ
内の測定信号Ｐｉｏの大きさの比較は、ほぼ１のラムダ
値の際の測定時点ｔ３における測定信号が（図３（Ｂ）
参照）、ラムダ値＜１及びラムダ値＞１の場合（図２
（Ｂ）、４（Ｂ）参照）よりもはっきりと大きいことを
示している。このことは、評価回路１２によって簡単に
評価することができ、かつ燃料空気混合気の調整のため
に利用することができる。
【００２９】この構成において、テストパルスＰの期間
が燃焼過程を完全に含んでいる必要はない。テストパル
スＰの開始ｔ１と終了ｔ２は測定ウインドウＦの近くに
あってもよい。
【００３０】Ｃ：評価回路１２によって閾値Ｕｓｃｈｗ
があらかじめ与えられ、この閾値は、振幅Ｕ１、Ｕ２、
Ｕ３より小さい。評価回路１２は、測定信号Ｐｉｏが閾
値Ｕｓｃｈｗに達する期間ｔｓｃｈｗを検出する。期間
ｔｓｃｈｗの開始は、テストパルスＰの開始する時点ｔ
１に（図２（Ｃ）、３（Ｃ）、４（Ｃ）参照）、又は点
火時点ｔ０に置くことができる。
【００３１】図２（Ｃ）、３（Ｃ）、４（Ｃ）の比較か
ら明らかなように、ほぼ１のラムダ値の場合（図３
（Ｃ）参照）に閾値Ｕｓｃｈｗに到達するまでの期間ｔ
ｓｃｈｗは、ラムダ＜１及びラムダ＞１の場合（図２
（Ｃ）、４（Ｃ）参照）よりもはっきりと短く、このこ
とは、評価回路１２によって簡単に評価することがで
き、かつ燃料空気混合気の調整のために利用することが
できる。
【００３２】Ｄ：Ｃ及びＡによる方法の組合わせも可能
である。その際、閾値Ｕｓｃｈｗに到達した際にＡによ
る積分がスタートされる。それにより閾値Ｕｓｃｈｗ以
下及び期間ｔｓｃｈｗ以内にある妨害となる測定信号変
動の積分結果への影響が抑圧される。
【００３３】前記方法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて、それぞ
れの燃料過程が、理論空燃比以上にあるか、又は以下に
あるか（ラムダ＞１又はラムダ＜１）は、直接検出され
ない。しかしこのことは、評価回路１２が、アクチュエ
ータ（Ａｋｔｏｒｉｋ）（ノズル３、絞り弁４）のその
都度の位置又はその都度の操作方向を検出することによ
って、検出することができる。なぜならその都度の位置
又は操作方向は、理論空燃比以上又は以下の範囲におけ
る動作様式の写像であるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】点火パルス及びテストパルスを含む燃焼段階
（オットー機関の作業行程）の時間線図である。
【図２】濃い混合気、例えばλ０．８におけるテストパ
ルスの測定線図である。
【図３】ラムダ１におけるテストパルスの測定線図であ
る。
【図４】希薄混合気、例えばラムダ＞１におけるテスト
パルスの測定線図である。その際、測定線図、図２
（Ａ）、３（Ａ）及び４（Ａ）において積分測定が、測
定線図、図２（Ｂ）、３（Ｂ）、４（Ｂ）において所定
の時間ウインドウにおける電圧測定が、かつ測定線図、
図２（Ｃ）、３（Ｃ）、４（Ｃ）において電圧閾値の到
達に依存する時間測定が行なわれる。
【図５】図１ないし４によるテストパルスを発生しかつ
評価する回路を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室 ２ 点火プラグ ５ ２次巻線 ６ 点火コイル １０ テストパルス発生器 １２ 評価回路 Ｐ テストパルス Ｒ 抵抗 ｔ 時間 Ｕ０ 最大値 Ｕｓｃｈｗ 測定信号閾値 Ｖ 燃焼段階 Ｚ 点火パルス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルベルト・ノルテ ドイツ連邦共和国ヘクステル・フイトウス シユトラーセ10 (72)発明者 マルテイン・ヘルス ドイツ連邦共和国ヘクステル・フリードリ ヒ−ヴイルヘルム−ヴエーベル−シユトラ ーセ20

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周期的に燃焼段階を開始する電気点火パ
    ルスが、燃焼室の点火プラグに加えられる、とくにオッ
    トー機関における燃焼段階における燃料空気混合気の品
    質を評価する方法において、 燃焼段階（Ｖ）の間に点火パルス（Ｚ）に続いて、点火
    プラグに電気テストパルス（Ｐ）が加えられ、かつ燃焼
    室のその都度の燃料空気混合気によって生じるテストパ
    ルス（Ｐ）の影響が、電気量として検出されることを特
    徴とする、燃料空気混合気の品質を評価する方法。
  2. 【請求項２】 電気量が、次の燃焼段階（Ｖ）又は次の
    複数の燃焼段階（Ｖ）の燃料空気混合気の混合比を制御
    するために評価されることを特徴とする、請求項１記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 電気量が、１つ又は複数の次の点火パル
    ス（Ｚ）の点火時点を制御するために評価されることを
    特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 点火パルス（Ｐ）が、ほぼ燃焼段階
    （Ｖ）の期間に相当することを特徴とする、請求項１な
    いし３の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 テストパルス（Ｐ）の振幅が、所定の最
    大値（Ｕ０）に構成され、この最大値が、点火パルス
    （Ｚ）の点火電圧よりも著しく小さく、その際、テスト
    パルス（Ｐ）の振幅の実際値が、その都度の燃焼過程に
    おける燃料空気混合気のその都度の混合比に相応して、
    最大値（Ｕ０）に対して小さくなっており、かつこのこ
    とが評価され、かつテストパルス（Ｐ）のために生じる
    測定信号（Ｐｉｏ）の大きさが、所定の時間（ｔｓ）の
    後に評価され、その際、測定時点（ｔ３）が、テストパ
    ルス（Ｐ）の期間内にあることを特徴とする、請求項１
    ないし４の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 テストパルス（Ｐ）の振幅が、所定の最
    大値（Ｕ０）に構成され、この最大値が、点火パルス
    （Ｚ）の点火電圧よりも著しく小さく、かつその都度の
    混合比によって影響を受ける測定信号経過（Ｐｉｏ）の
    テストパルス（Ｐ）の間の積分が評価されることを特徴
    とする、請求項１ないし４の１つに記載の方法。
  7. 【請求項７】 テストパルス（Ｐ）の振幅が、所定の最
    大値（Ｕ０）に構成され、この最大値が、点火パルス
    （Ｚ）の点火電圧よりも著しく小さく、かつ測定信号閾
    値（Ｕｓｃｈｗ）に到達した時点（ｔｓｃｈｗ）が評価
    されることを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 測定信号閾値（Ｕｓｃｈｗ）に到達した
    時点以後、その後の測定信号経過が、積分によって評価
    されることを特徴とする、請求項６又は７記載の方法。
  9. 【請求項９】 点火パルスをトリガする断続器、及び点
    火パルスを発生する点火コイルを有するオットー機関に
    おける、請求項１ないし８の１つに記載の方法を実施す
    る装置において、 テストパルス発生器（１０）が、断続器（８）の点火時
    点を検出し、かつ遅延時間（ｔｖ）を置いてテストパル
    ス（Ｐ）を発生し、かつテストパルス発生器（１０）
    が、点火プラグ（２）及び評価回路（１２）に接続され
    ており、この評価回路が、燃焼室（１）内のその都度の
    燃料空気混合気によって影響を受けるテストパルス
    （Ｐ）を評価することを特徴とする、請求項１ないし８
    の１つに記載の方法を実施する装置。
  10. 【請求項１０】 テストパルス発生器（１０）が、測定
    抵抗（Ｒ１）を介して点火プラグ（２）及び評価回路
    （１２）に接続されていることを特徴とする、請求項９
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】 １つ又は複数の電圧に依存する抵抗
    （Ｒ２）が、点火コイル（６）の２次巻線（５）に対し
    て直列に接続されており、したがってテストパルス
    （Ｐ）を２次巻線（５）からデカップリングすることを
    特徴とする、請求項９又は１０記載の装置。
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