JPS63176645A - 混合圧縮式内機関の混合気構成を制御するための処理方法 - 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】 −の１ この発明は、各シリンダユニットに対してこれに属する
吸入導管内に取り付けられ電子制御ユニットで制御可能
な燃料噴射弁を持つ混合圧縮式内燃機関の混合気構成を
制御するための処理方法に関するものである。

良末立孜オ 排気が触媒体で後処理される、電子制御の燃料噴射（例
えばＬ−Ｊｅｔｒｏｎｉｃ　）をもつ今日の混合気圧縮
内燃機関においては、混合構成は内燃機関の排気導管内
に取り付けられたラムダゾンデで制御されるのが普通で
ある。このラムダゾンデは、排気または加熱素子によっ
て作動温度に到達してようやく作動するという短所をも
っている。この短所を改善するために、ラムダゾンデを
内燃機関のすぐそばに取すイ１けると、生じる排気ピー
ク温度でラムダゾンデが損傷を受ける危険がともなう。

またさらに、排気集合管内にただ１個のラムダゾンデを
使用した場合、混合調整はすべてのシリンダに対して同
時に行なわれることになる。

が　　じようとする したがってこの発明の課題は、各シリンダユニットに対
してこれに属する吸入導管内に取り付けられ電子制御ユ
ニットで制御可能な燃料噴射弁を持つ混合圧縮式内燃機
関の混合気構成を制御するための処理方法で、ラムダゾ
ンデを使用しないものを達成することである。

・　　るための 上述の課題は、この発明による特許請求の範囲第１項の
特徴部分に記載の構成によって解決される。

ラムダゾンデが必要でない本発明の処理方法によって、
混合気制御は内燃機関の始動後すぐに、しかも各シリン
ダそれぞれ別個に行なわれるので、各シリンダにたまた
ま現れた空気配分または燃料配分の欠陥はすぐに補整さ
れる。この処理方法実行のための制御は電気的燃料噴射
ですでに存在する制御装置内に問題なく収められること
ができ、このため本発明の処理方法は、かなり低いコス
トで接続されることができる。この処理方法のもう１つ
の長所は、化学量的混合気構成の制御のためばかりでな
く、濃度下限における混合気制御も行なうことができる
ことである。

第１図のグラフ（１）は、混合圧縮式内燃機関における
有効平均圧力Ｐ　　と、混合構成を表す量ｅ としての空気比例数λとの間の一般的関係を示している
。ここで平均圧力Ｐ　　は、λ〉１の時常ｅ に減少していることがわかる。なぜなら、燃焼室内の空
気残余が増えれば増えるほど、または作動行程における
燃焼燃料量が少なくなればなるほど、燃料のエネルギ供
給が少なくなることによって燃焼室内に生じる圧力レベ
ルが小さくなり、したがって燃焼によってクランク軸に
もたらされる回転モーメントを生みだすエネルギ衝撃も
小さくなる。したがってこのエネルギ衝撃はλの増加、
つまり燃焼室内に送られる燃料量の減少とともに常に減
少する。しかし空気比例数λが１より小さい時、つまり
混合気の濃度が高い場合、１回の作用行程で燃焼する燃
料は理論的に一定である。なぜなら、燃焼に使われる酸
素の量に対応する燃料のみが燃焼し、λく１の場合、空
気が余ることはないからであり、またさらに濃度の高い
混合気においても、λ＝１の場合より多くの燃料が燃え
ることはない。このため、到達しうる最大の平均圧力Ｐ
ｍｅ（ｍａｘ）　　もλ＝１の時に達成され、さらに混
合気の濃度が高くなってもこれ以上の高圧になることは
ない。　しかし実際には、この最大平均圧力”ｍｅ（ｍ
ａｙ）　　は、λが約０．９になって初めて達成される
ように見えるが、これは、実際上理想的な混合気が達成
されることはなく、排気中には常に少量の不燃燃料が残
っているためである。その結果、このグラフのλ＝１と
λ＝０．９の間の領域になお、λの値が小さくなる方向
におけるごくわずかの上昇が表れている。しかしいずれ
にしてもこの領域（０，９＜λく１）における上昇量は
、低濃度領域（λ〉１）の上昇量に比べて無視できるく
らい小さい。このためλ＝１においてこのグラフは折れ
目（２）を持ち（第２図参照）、グラフは、この領域で
折れ目（２）の両側でほぼ直線をなしている。ここで、
例えば混合気の濃度がわずかに薄められた（λ↑）場合
、各作動行程でクランク軸に与えられるエネルギ衝撃を
調べると、高濃度領域（λく１）における２つの測定点
間の衝撃変化は、低濃度領域（λ〉１）におけるよりも
小さく、λ＜０．９の時は、衝撃変化はＯに等しい。

このことはまた、高濃度混合気で測定した衝撃変化およ
び低濃度混合気で測定した衝撃変化は、この２つ衝撃変
化の平均値よりも、前者は小さく、後者は大きいことを
意味している。

本発明による制御処理方法は、混合気の濃度が増加また
は減少している間、たえず連続して起こる２つの点火に
よるエネルギ衝撃の変化を測定し、その前の平均値と比
較することによって行なわれる。混合気の濃度が増加し
ている時衝撃変化の量が平均値より小さいならば、混合
気の濃度はすでに高すぎるわけであり、混合気は再び低
濃度になるように、いわゆる”切り換え”なければなら
ない。そこで濃度が減少に切り換えられるが、衝撃変化
の量が再び平均値より大きくなるとまた新たに濃度増加
の方向に”切り換え”が行なわれる。つまり、この平均
値は、切り換え比較値をなし、衝撃変化の測定値はこの
値を中心に絶えず振動している。このとき、濃度増加お
よび減少の巾は、はぼ常に化学量的にほぼ見あう混合気
、つま　　。

すλ＝１に近いよう、小さく選ばれている。

第３図は、その作用動作が公知のＬ−Ｊｅｔｒｏｎｉｃ
のものに等しい電子制御の燃料噴射装置を備えた４シリ
ンダ混合圧縮式内燃機関（３）における処理実行を制御
するための原理機構を示している。ここで、気体の混合
は、燃料噴射装置の電子制御ユニット（４）によって作
動パラメータに依存して選ばれた燃料噴射時間ｔ　で決
まる。（第３図に！ は、簡単のため１つのシリンダユニットのみが示されて
いる。）各作動状態に従って制御ユニット（４）によっ
て選ばれた噴射時間１．（最初はすべてのシリンダに対
して同じ）は、本発明によって付加された制御ブロック
（５）内で、各シリンダ（Ｚ）毎に混合状態にあわせて
調整される。この調整は個別に４つのブロック（６）〜
（９）内で行なわれる。さらに制御ブロック（５）には
、実際の負荷量として内燃機関（３）の吸気管（ｌＯ）
内の圧力Ｐが、また衝撃発信器（１１）　（クランク軸
上のはずみ車（１３）の始動機歯車リム（１２）に取り
付けられている）を通して内燃機関（３）のクランク軸
の回転運動を特徴づける衝撃信号ＩＱが、またすべての
シリンダ（Ｚ）に対して制御ユニット（４）により公知
の方法で選ばれた噴射時間ｔ　が、またシリンダ（１）
の点火ケーブル（１４）から点火衝撃信号■　が導かれ
ている。

制御ユニツ）（４）（ブロック　（６）〜（９））の出
力信号によって各シリンダ（Ｚ）に対する噴射時間’　
１（ｚ）を決定する０とはすゝてのシリ′り′４′一対
して同一の方法で行なわれ、第４図に流れ図（１５）で
その原理が示されている。

まず、ブロック（１６）において入力値Ｉａ　および■
　　から、クランク軸にシリンダ（Ｚ）内の燃焼によっ
てもたらされるエネルギ衝撃の平均変化Ｄ　　が選ばれ
る。

Ｌｍ（ｚ） さらに、シリンダ（Ｚ）の点火位置より最小２０゜から
最大９０°の領域で始動機歯車リムに取り付けられた発
振器（１１）によって、一定の歯数Ｆ（Ｆは窓に対して
決まる）が動く間の時間ｔＺ　Ｆ　（ｎ　）が測定され
る。このため、窓は点火位置後２０°から９０°の間に
ある。なぜなら、この領域でシリンダ（Ｚ）内でのエネ
ルギ変換の主要部分が経過するからである（第３図参照
）。

これと独立して別個のブロック（１７）　（第３図）に
おいて継続的にクランク軸回転時間ｔｕ（ｎ）が測定さ
れる（ｎは回転指数）。この値は、窓歯数Ｆとの積を全
歯数で割ることによって、窓Ｆ上の各回転数ｎに対する
平均回転数ｔｍＦ（ｎ）になおされる。

金歯数 この値ｔｒｎＦ（ｎ）は、どのシリンダ（Ｚ）が現在作
動行程にあるかにしたがって、各々のプロック（＋３）
、（７）、（８）、（８）のいずれかに導かれる（第３
図参照）。

その差 は、シリンダ（Ｚ）内の燃焼によってはずみ車（１３）
内にもたらされるエネルギ衝撃の大きさを表す量を示し
ている。導入されたエネルギが大きければ大きいほど、
　ｔ　　　（窓Ｆの経過）は短くなＺＦ（ｎ） す、またΔｔ　　　は大きくなる。したがって、Ｚ（ｎ
） Δｔ　　　はシリンダ（Ｚ）のエネルギ衝撃に比例しＺ
（ｎ） ている。

内燃機関（３）の各回転における混合Ｓａｐ度を少し増
加ないし減少させると、点火から点火へのエネルギ衝撃
に比例変化が生じる。この衝撃変化Ｄ　　　は、Δｔ　
　　とその前の回転の衝撃ｔ　ｚ　（ｎ）　　　　ｚ（
ｎ） Ｄ　　　＝Δｔ　　　−Δｔ ｔｚ（ｎ）　　　　ｚ（ｎ）　　　　ｚ（ｎ−１）この
値を平均化するために、エネルギ衝撃変化Ｄ　　　の数
１　によって、最終的に平均衝撃変ｔ　ｚ　（ｍ）　　
　（ｚ） （ＩＺ　　　　　　　　　　　ｉ（・）ＤＬｍ（ｚ）−
□ １（Ｚ） が構成される。内燃機関が始動する時、Ｄｔｍ（ｚ）は
値Ｏを取る、つまり高濃度の混合気（λｋ　０．９　）
で出発するわけである。

Ｄ　　　の決定後、分岐ブロック（１９）内（第４ｔ、
ｍ（ｚ） 図）で、この平均エネルギ衝撃変化１）　ｔ　ｍ　（ｚ
　）の絶対値ＩＤｔｍ（ｚ）　ｌ　　が前もって与えら
れた切り換え比較量Ｄ　ｉ　ｍ　（ｓｔ）より大きいか
または等しいかどうかを確かめる。

このＤ　　　　は、記憶された特性場（１９）　（第Ｌ
ｍ（ｓｔ） ３図参照）からその時点での実負荷（吸気管圧力Ｐ　）
および’ｍＦ（ｎ）の値が対応しているその時点での内
燃機関回転数に依存して前もって与えられる。Ｄ　　　
に対する値は、次のように選ばれｔｍ（ｓｔ） る。つまり、１つのエンジン試験点で混合気濃度が増加
または減少するとき、前もって与えられた回転数および
負荷支持状態に関係して、λ＜０．９６およびλ＞　１
．０４の混合構成に対する多くの平均エネルギ衝撃変化
Ｄ　　　が定常的に測定されｔｍ（ｚ） る。低濃度および高濃度エネルギ衝撃変化の絶対値ＩＤ
　　　　ｌ　　から、切り換え比較値Ｄｔｍ（ｓｔ）と
ｔｍ（ｚ） して支持状態に対応して特性場（１９）内に収められる
平均値が構成される（第３図）。混合気の濃度増加およ
び減少は、一定の段差で行なわれる。

ブロック（＋８）　（第４図）における試問によって、
その時点で選ばれた量ＩＤ　　　１が特性場Ｌｍ（ｚ） （１９）より選ばれたその時点での切り換え比較値すぎ
るならば、ブロック（２０）内で切り換え変数Ｖ（Ｚ）
は、−１に設定される。これは次に接続するブロック（
２１）に作用し、制御ユニット（４）から与えられた噴
射時間ｔ　はその時点で測定されているシリンダ（Ｚ）
に対して短縮される（つまり濃度が減少する）・噴射時
間ｔｉ（ｚ）が各′す′ダ（Ｚ）に対して変化していく
段差は、前もって固定された値Ｓに依存し、このとき２
つの値Ｓとｔｉ（ｚ）の間には反比例の関係がある。ブ
ロック（１９）における試問がＹＥＳ（Ｊ）　、つまり
混合気濃度が低い場合、ブロック（２２）において切り
換え変数Ｖ（Ｚ）は１に設定され混合気の濃度は再び高
められる。４つのシリンダの混合気が同時に濃度増加さ
れないために１つのシリンダ（Ｚ）の濃度増加は、その
前に点火したシリンダ（Ｚ−１）がちょうど濃度減少さ
れたときのみ可能である。ここに入力ブロック（２３）
が接続され、このブロックにその前に点火したシリンダ
（Ｚ−１）の切り換え変数Ｖ（Ｚ−１）のレベルが伝達
される（第３図の送りＶ（１）〜ｖ（４）を参照）。そ
の前に点火したシリンダ内がちょうど濃度減少されてい
るならば（分岐ブロック（２４））　、　　この制御は
ブロック（２１）へと切り換えられ、この時正の切り換
え変数Ｖ（Ｚ）　＝　１　（ブロック（２２））にもと
すいてシリンダの混合気は再び濃度増加されることがで
き、しかも制御ユニット（４）によって前もって与えら
れた噴射時間ｔ　の■ 段階的増加によって行なわれる。しかし、この反対に、
その前に点火されたシリンダ（Ｚ−１）がちょうど濃度
増加されているならば、この制御は入力ブロック（２３
）にもどされる。この制御は、回路（２５）が切り換え
変数Ｖ（Ｚ−１）　−−１になるまで行なわれる。しか
しながら、４つのシリンダすべてで混合気の濃度が同時
に低くなりすぎないように（Ｖ（１）＝　Ｖ（２）＝Ｖ
（３）＝Ｖ（４）＝　１は、回路（２５）内の各シリン
ダ（Ｚ）に対する制御が変化しないことを意味する）、
回路（２５）内に分岐（ブロック（２［（））が設けら
れ、ここに、ちょうど４つのシリンダすべてにおける混
合気の濃度が低すぎる場合に対して、ブロック（２７）
が接続され、このブロックで、第１シリンダの切り換え
変数ｖ（１）が−１に設定され、次に点火するシリンダ
の混合気が再び濃度増加され得るようになっている。し
かしこの場合、第１シリンダの混合気濃度の過度の低下
は除外されている。なぜなら、ブロック（２４）におけ
る次の試問で、さらに濃度低下させてはならないことが
わかり、■（１）は再び１に設定されるからである。

したがって、制御ブロック（５）（第３図）の出力には
・９ね４．：ｔｌ、□）からｔｉ（４）までの４−’）
の指示値信号が出ており、これらの信号は、この図には
表されていない個々のシリンダの吸気導管内に取り付け
られた燃料噴射弁をそれぞれに対応して制御している。

これによって、４つのシリンダの各々内にどの時点にお
いてもほぼ化学量的に対応した混合気（λ　＝１）が用
意されるよう保証されている。制御ブロック（５）（第
３図）は、わかりやすくするために制御ユニット（４）
から分離した関数ユニットとして表示されているが、制
御ブロック（５）は当然ながら制御ユニッ１−（４）の
制御電子回路内に組み込まれることができる。

本発明の処理方法は、濃度下限における混合気構成の調
整にも用いることができる。なぜならば、この領域（２
８）　（第１図参照）では、有効平均圧力　Ｐ　　は同
じように不安定な変化をしているｅ からである。このためグラフの傾斜は、とりわけ濃度下
限を越えると、濃度下限より生じる点火停止によって濃
度下限内におけるよりも木質的に大きくなる。濃度下限
における制御をする場合は、１１）　　　　　ｌとＤ　
　　の比較（第４図、ブロワＬｍ（ｚ　）　　　　　Ｌ
ｍ（ｓｔ） り（１９））において、濃度下限での切り換え比較値が
負荷および回転数に依存して収められた、別の特性場を
使うようにしなければならない。

エンジンを温める間、高濃度の混合気が得られるよう、
Ｄ　　　の最初の値を選ぶ際に１（２）をｔｍ（ｚ） 比較的大きく選び、これによってこの作動領域でｔｉ　
（ｙ、　）を決定するために平均エネルキ衝撃変化Ｄ１
．。（２）　　を０（０等しく（Ｄ　　　　の最初のイ
直）Ｌｍ（ｚ） する、つまりλをほぼ０．９にすることが考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、混合気構成と有効平均圧力Ｐ　と１Ｅ の関係Ｐ　二ｆ（λ）　　を示すグラフである。 ｎｅ 第２図は、第１図におけるグラフの円（Ａ）内の形状を
拡大したものである。 第３図は、この処理方法の実行を制御するための構成の
原理図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）各シリンダユニットに対してこれに属する吸入導
   管内に取り付けられ電子制御ユニットで制御可能な燃料
   噴射弁を持つ混合圧縮式内燃機関の混合気構成を制御す
   るための処理方法であって、内燃機関（３）の始動後す
   ぐに各シリンダユニット（Ｚ）の混合気の濃度は高めら
   れたり薄められたりし、次いで連続して起こる２つの点
   火間において点火によって内燃機関（３）のクランク軸
   にもたらされるエネルギ衝撃の変化、またはこの大きさ
   に対応したパラメータが常に探知され、このとき混合気
   の濃度は、探知された各エネルギ衝撃の変化の量が作動
   パラメータに依存して前もって与えられている切り換え
   比較値を越えている場合には、より高められ、そうでな
   い場合は薄められることを特徴とする処理方法。
2. （２）１つのシリンダユニット（Ｚ）の混合気の濃度増
   大は、その前に点火したシリンダユニット（Ｚ−１）の
   混合気がちょうどその時濃度減少されている時のみ達成
   されることを特徴とする請求項１記載の処理方法。
3. （３）切り換え比較値は電子制御ユニット（５）の定数
   記憶装置内に記憶された特性場（１９）から選ばれ、こ
   の場には、切り換え比較値は高濃度および低濃度の混合
   気で定常的に測定されたエネルギ衝撃変化の平均値とし
   て負荷および回転数に依存して収められていることを特
   徴とする請求項１または２記載の処理方法。
4. （４）混合気の濃度増大減少は、段階的に達成されてい
   ることを特徴とする請求項１〜３の１つに記載の処理方
   法。
5. （５）混合気制御は、多数の個々のエネルギ衝撃変化の
   総和をその個数に関係づけて構成されるエネルギ衝撃変
   化の平均に依存して達成されることを特徴とする請求項
   １〜４の１つに記載の処理方法。