JPS6325341A - 燃料供給系 - 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、特に乗用車の混合気圧縮式内燃機関の燃料供
給系であって、該燃料供給系の排気ガス導管内に、排気
ガス有害物質を変換させるための６元触媒が配置されて
おシ、燃焼空気を供給する吸気導管と燃料供給装置とを
備えている形式のものに関する。

従来の技術 ６元触媒とラムダ制御式混合気生成装置とを備えた機関
の考え方は、良好な走行特性及び十分な長時間安定性を
示す全機関特性フィールド内で混合気圧縮式内燃機関の
排気ガス発生を減少させるための、現在のところ最良の
解決策である。この考え方においては例えば、電子制御
式又は電子液圧制御式噴射装置から、また場合によって
は制御された気化器から成る混合気生成装置が、排気ガ
ス導管内に配置きれたラムダゾンデによって、理論空燃
比（λ＝１）を維持するための全運転範囲内で制御され
、これによって、内燃機関の排気ガス内に含まれる有害
成分、つまυ、−酸化炭素Ｃ○、炭化水素ＨＣ，窒素酸
化物ＮＯｘが、後置された３元触媒内で同時に及び高い
還元率で変換される。

しかしながらこの考え方では、燃料消費においては、も
ちろん、機関の部分負荷運転を希薄空燃比で行なう従来
のヨーロッパ的考え方に対して、５〜１０％の燃料消費
損失を招くことになる。これは、つまシ、すべての運転
時点において理論混合比で運転するために、必然的に燃
料消費が高められることが原因である。

発明の課題 本発明の課題は、特に乗用車用の混合気圧縮式内燃機関
の、冒頭に述べた形式の燃料供給系で、空気をきれいに
維持するために作られたきびしい排気ガス規制を満たす
と共に、従来の考え方において存在する、特に部分負荷
範囲内の燃料消費損失を避けることができるようなもの
を提供することである。

課題を解決するための手段 前記課題を解決した本発明によれば、内燃機関が、無負
荷回転及び低い部分負荷回転を含む部分負荷運転範囲外
においてのみ、理論空燃比を有する燃料・空気・混合気
で負荷され、前記部分負荷運転範囲内において、希薄空
燃比（λ≧１．１５）を有する燃料・空気・混合気で負
荷されるようになっている。

作用及び効果 本発明によれば、燃料消費量の多い理論空燃比で内燃機
関が運転されるのは、内燃機関の全運転範囲ではなく、
無負荷運転範囲及び部分負荷運転範囲外の運転範囲にお
いてだけである。

これに対して部分負荷運転範囲内では、値λ≧１．１５
を有する希薄な燃料・空気・混合気で運転される。この
値λ≧１．１５が燃料消費の決定的な改善をもたらす。

この場合、純粋な酸化触媒として、希薄運転で３元触媒
が使用できる。

希薄な燃料・空気・混合気で運転される内燃機関の排気
ガス内に含まれる炭化水素ＨＣ及び−酸化炭素Ｃｏの酸
化は、高い還元率で行なわれる。これに対して、排気ガ
ス内に含まれる酸素含有量は比較的多いので、窒素酸化
物ＮＯｘの減少率は実際には少ないが、内燃機関の燃焼
室内に生じる窒素酸化物は、作用運動学的な過程として
、主として圧力、温度並びに作用相手の濃度によって規
定され、しかもこの窒素酸化物の形成量は、低圧及び低
温の範囲内で、っまシ内燃機関の無負荷運転及び部分負
荷運転範囲内で漸低的に減少するので、この部分負荷運
転範囲中に、燃焼時に生じる窒素酸化物量は非常にわず
かである。

法によって規制された排気ガス放出を検出するための、
指定されたテストは、比較的大部分が都市交通、つまり
内燃機関の出力要求が比較的わずかである走行圏におけ
るものである。従って、テスト圏内の大部分の時間中に
放出される窒素酸化物の量は非常にわずかであつ℃、テ
スト全体における結果も非常にわずかである。

このようなテスト結果は燃料消費量のためにはもちろん
重要である。従って、無負荷及び低い部分負荷を含む部
分負荷運転範囲中に、希薄に規定された燃料・空気・混
合気で運転されると、理論空燃比運転におけるよりもほ
んのわずかな量の窒素酸化物が生ぜしぬられるだけであ
って、その代わシに、法で規定されたテスト圏において
も著しい燃料消費量改善が得られる。

実施例 次に図面に示した実施例について本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図では、例えば乗用車を駆動するために使用てれる
、吸込み装置２及び排気がス装置３を備えた、従来形式
の混合気圧縮式内燃機関が符号１で示されている。排気
ガス装置３内には公知形式の３元触媒４が配置されてお
シ、この６元触媒４は、理論上の値λ＝１前後の空燃比
の狭い範囲で排気がス内に含まれるすべての３つの有害
物質、つまり、−酸化炭素Ｃｏ、炭化水素ＨＣ，窒素酸
化物ＮＯｘ　ｆ高い効率で無害の物質に変換する。

内燃機関１に供給される混合気は、吸込み装置２内に配
置された燃料供給装置６（混合気生成装置）に供給され
る。この燃料供給装置６は燃料配分に影響を与える燃料
配分信号を送る信号導線１５を通じて制御装置５によっ
て負荷される。制御装置５は、この時に、内燃機関の運
転状態に応じた燃料配分信号を形成する。制御装置５は
、信号導線１１，１２，１３．１４を通じ℃内燃機関の
運転状態を示す運転値を検出するための種々異なる測定
値信号発信装置７゜８．９．１０に接続てれている。測
定値信号発信装置７は、排気がス内の酸素余剰量、ひい
ては実際の空燃比を検出するための、排気ガス装置３内
に配置された公知のラムダゾンデである。

これに対して、測定値信号発信装置８は、機械負荷に応
じた値、例えば排気ガス装置２内に生じる低圧を検出す
る低圧検出装置であって、測定値信号発信装置９は、内
燃機関１の回転数を検出する回転数センサである。また
、測定値信号発信装置１０は、内燃機関の温度を検出す
るための温度センサである。制御装置５は、これらすべ
ての値から、そのつどの運転状態に応じた燃料量分配信
号を選び出して、この信号を、これに応じた燃料量を内
燃機関１によって吸いれた 込またれ空気に供給するために燃料供給装置６に送る。

従来のラムダ制御の着想において、例えば電子式又は電
子機械式若しくは液圧式に制御された噴射システム、あ
るいは気化器より成る混合気生成装置は、内燃機関の全
運転範囲内で、理論混合比（λ＝１）を生ぜしめる燃料
量分配信号によって負荷されるようになっているが、こ
れに対して本発明によれば、理論混合比を生ぜしぬる燃
料量分配信号は、無負荷及び部分負荷運転範囲外におい
てのみ供給されるようにするものである。また、無負荷
及び部分負荷運転内では、混合気生成装置は、せいぜい
１．１５であるか又はこれよりも大きいλ値を有する希
薄空燃比を生ぜしめる燃料量分配信号によって負荷され
なければならない。部分負荷運転範囲とその他の負荷範
囲との間の移行範囲においてのみ空燃比は希薄値から理
論混合値まで連続的に移行するようにしなければならな
い。

燃料消費の理由によシ希薄に規定された混合気によって
運転される部分負荷運転範囲は、第２図の、機関回転数
と機関トルクとの関係を示した図表の機関特性フィール
ドで、斜線を引いた範囲２３で表わされている。この図
表で、内燃機関１の全特性フィールド２２は、最大許容
機関回転数ｎｍａ　ｘ並びに全負荷運転曲線２０によっ
て制限されている。符号２１は、自動車の一定速度Ｖに
おいて生じる通常の道路部分負荷曲線を示している。

斜線を引いた部分負荷運転範囲２３は、主として、限界
回転数ｎｇｒｅｎＺ及び限界機関トルクＭｄ　ｇ　１６
ｎｚによって制限烙れ曵おり、この時に、限界回転数は
、例えばｎｇｒｅｎｚ＝３００口回転／分の行程容積１
．８１の内燃機関において、最大回転数ｎｍａＸの約５
５％であって、６ＯＮｍを有する限界回転数Ｍａｇｒｅ
ｎｚは、機関最大トルクＭｄｒｎａＸの約５０％である
。

本発明の構成は、種々異なる課題を解決するために、全
電子制御式、特性フィールド制御式及びラムダ制御式噴
射装置が使用されるか、あるいはその他の電子・液圧・
機械制御式噴射システム又は気化器が使用されるかに応
じて、それに合わせて行なわれる。特性フィールド前制
御装置及びラムダ制御装置を有する完全電子制御式噴射
装置が用いられている場合、本発明は付加的なハードウ
ェア費用を必要とすることなしに実現烙れる。この場合
は、制御演算方式を、第２図で符号２３で示された部分
負荷範囲で理論的な値λ＝１ではなく、値λ≧１．１５
を有する希薄空燃比で走行されるように変えるだけでよ
い。この運転範囲を識別するために必要なセンサ信号、
つまシ主に、機関回転数及び負荷若しくは装入量に関す
る信号はこの噴射システムにおいてはいずれにしても使
用烙れる。走行ミスを避けるために、希薄空燃比から理
論空燃比への変換時において、混合特性にヒステリシス
を伴って滑らかに移行させるとよい。

電子機械式若しくは液圧式に制御される噴射システム又
は、付加的なラムダ制御装置を有する気化器を使用する
場合、混合特性を機械式に前制御するために、電子補助
装置が必要となる。

この電子補助装置は、機関回転数及び負荷（ここでは例
えば吸気管低圧）のための付加的なセンサを介して、制
御しようとする特性フィールド範囲を確認し、燃料供給
装置の調整装置に、混合特性を制御する相応の信号を送
る。第３図には、このために、電子制御式の連続噴射制
御回路のブロック回路図が示されている。ラムダ制御装
置３１は、部分負荷運転範囲外で作用し、信号導線１１
，１２．１３．１４を通じて供給される、運転状態に応
じた特性値、例えば機関負荷、機関回転数、機関温度、
λ値に応じて、信号導線３６を通じて、燃料量分配を決
める調整電流を供給する。この調整電流は、信号導線３
６を通じて切換え装置３７に送られ、この切換え装置３
７はきらに、部分負荷運転範囲外でのみ前記調整電流を
、信号導線３８を通じて、噴射装置の例えば電子液圧式
圧力調整装置に送る。

：、ｌｌＪ換え装置３７は、信号導線３３ａを通じて装
置３２のアウトレットによって制御される。

この装置３２は、信号導線１１，１２．１３を通じて供
給された、内燃機関の運転状態に応じた特性値、つまり
特に機関負荷、機関回転数並びに場合によっては機関温
度から、特性フィールドにおける当該の運転時点を検出
し、この時に同時に、この運転時点が第２図で斜線を引
いた部分負荷運転範囲２３の内側にあるか又は外側にあ
るかを決定する。内燃機関１のその時の運転時点が部分
負荷運転範囲の内側にあれば、切換え装置３γは、装置
３２のアウトレット信号によって制御される、特性フィ
ールドに応じた定電流源３４０アウトレツトに接続され
る。

この定電流源３４及び、所属の抵抗記録器の、相応に制
御される抵抗によって、選択的な部分負荷特性フィール
ド２３の各運転時点のために制御電流を生ぜしめる。こ
の制御電流は、信号導線３５、切換え装置３γ並びにこ
の切換え装置３７のアウトレットに接続された信号導線
３８を通じて、制御装置の圧力調整装置送られる。

この時に制御電流は、内燃機関１が、部分負荷運転範囲
２３によって形成された選択的な特性フィールドのそれ
ぞれの運転時点で、１．０５（無負荷運転）と１．２（
部分負荷運転）との間の範囲又は場合によってはそれよ
りも希薄な（最少燃料消費用の可能性に応じて）空燃比
で運転されるように、調節される。

運転時点が、選択的な部分負荷特性フィールド２３の外
側にあれば、切換え装置３７は切換えられるように負荷
されるので、信号導線３６を通じてラムダ制御装置３１
から送られる制御電流は、噴射装置の圧力調整装置に送
られる。

電子制御式の気化器が使用される場合は、第６図に示さ
れたシステムと原理的に同じシステムによって運転され
る。この場合、電子液圧式の圧力調整装置の代わシに、
混合比を調整する装置、例えば気化器の電子操作される
燃料調整弁が、切換え装置３７０アウトレツトに形成さ
れる調整若しくは制御電流によって負荷される。

しかしながら前記の、制御された希薄運転は特にλ≧１
．２の空燃比で運転されるべき場合は、少なくとも従来
のオツド機関では走行ミスを起こす原因となる。

従って、補助手段として及び希薄運転の可能性を利用す
るために、制御における公知の利点、つまり特に走行時
間及び環境に基づく妨害値の影響を補償する、制御され
た希薄運転が提供される。この際、部分負荷運転範囲の
ための可能な制御として、希薄ラムダ制御機関安定性制
御又は効率制御が行なわれる。希薄ラムダ制御において
は、理論空燃比によってだけでなく、希薄空燃比によっ
ても検出される測定ゾンデによって確認される、空燃比
λの実際値が、内燃機関のそのつどの運転状態に応じて
記憶装置から選び出でれる目標値と比較され、このよう
にして確認されたゴ゛れに応じて、燃料供給装置のため
の燃料量分配信号が形成される。

機関安定性制御においては、閉鎖制御回路で内燃機関の
運転不安定性、例えば、トルク変動の形の運転不安定性
が測定され、この運転不安定性は、燃料量分配信号を、
このような形式の内燃機関のために適当と見られる目標
値（ガイド値）に相応に変えることによって調整される
。

しかしながらこのような２つの形式の制御作業は、基準
となる機関から導き出さなければならないガイド値によ
って行なわれるという欠点がある。この場合、機関の自
然に生じる制御は考慮きれないので、燃料消費に好都合
な運転時点から多かれ少なかれずれてしまう。

これに対して効率制御はがイド値を必要としない。効率
制御は、反比例する値としての、効率若しくは燃料消費
の直接的な制御であって、これは点火角度（λ２）及び
空燃比λの調節値によって行なわれる。燃料消費若しく
は効率は、高い費用をかけることによって直接ダイナミ
ック式にしか測定できないので、実際値測定のための代
用値とじ二トルクが利用される。この効率制御において
は、点火角度は、電子制御装置によって、トルクが最大
になるように制御される。この時に、トルクの実際値は
、内燃機関のトルクを検出する適当なセンサによって確
認されるか、又は、適当な信号発信器によって測定され
た、クランク軸の角速度変化からもコンぎユータによっ
て確認される。しかしながら、燃料流量ｍＢが一定に維
持される限界条件下においてのみ、最小燃料消費量と最
大トルクとの間の明確な関係が得られる。これに対して
、空気流量ｍＬが一定に維持されると、最大トルクにな
るように制御されるが、本来の最大効率になるようには
制御されないので、一定な燃料流量艷においては空気流
量ｍＬヲ、効率制御のための調節値としく利用する必要
がある。

従って、制御は次のようにして行なわれる。

つまシ、内燃機関のそのつどの運転時点に対応する燃料
量を前制御してから、点火角度及び／又は、最大機関ト
ルクを得るための、吸気導管を通って送られる空気流量
が制御式れる。

この制御も有利には電子式に行なわれる。空気流量を変
えるために、公知の調整弁が使用される。この調整弁は
、例えば気化器と連絡したλ＝１　・制御においてオツ
ド機関にあらかじめ設けられている。デジタル式機関エ
レクトロニクスの今日の技術から出発して、前記電子制
御は、アナログ式に行なわれるのではなく、デジタル式
の機関コンｔユータのソフトウェアの一部として、種々
異なる制御演算方式で行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例による混合気生成システム
（燃料量分配システム）を備えた乗用車用の内燃機関の
概略的な回路図、第２図は、従来の混合気圧縮式内燃機
関の回転数とトルクとの関係を示した特性曲線グラフで
あつ℃、斜線部分が希薄混合気で運転されるべき部分負
荷運転範囲を示し、第６図は、本発明による制御及び調
整装置のブロック回路図である。 １・・・内燃機関、２・・・吸込み装置、３・・・排気
ガス装置、４・・・３元触媒、５・・・制御装置、６・
・・燃料供給装置、７，８，９．１０・・・測定値信号
発信装置、１１．１２．１３．１４．１５・・・信号導
線、２０・・・全負荷運転曲線、２１・・・道路部分負
荷曲線、２２・・・全特性フィールド、２３・・・部分
負荷運転範囲、３１・・・ラムダ制御装置、３２・・・
装置、３３ａ・・・信号導線、３４・・・定電流源、３
５．３６・・・信号導線、３７・・・切換え装置、３８
・・・信号導線。 ヘ −Ｏ′Ｃ″ Σ　　　　　Σ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、混合気圧縮式内燃機関の燃料供給系であつて、該燃
   料供給系の排気ガス導管（３）内に、排気ガス有害物質
   を変換させるための３元触媒（４）が配置されており、
   燃焼空気を供給する吸気導管と燃料供給装置（６）とを
   備えている形式のものにおいて、内燃機関（１）が、無
   負荷回転及び低い部分負荷回転を含む部分負荷運転範囲
   外においてのみ、理論空燃比を有する燃料・空気・混合
   気で負荷され、前記部分負荷運転範囲内において、希薄
   空燃比（λ≧１．１５）を有する燃料・空気・混合気で
   負荷されることを特徴とする、燃料供給系。 ２、内燃機関（１）が、部分負荷運転範囲とその他の運
   転範囲との移行範囲で、希薄値から理論値へ連続的に移
   行する空燃比を有する燃料・空気・混合気によつて負荷
   される、特許請求の範囲第１項記載の燃料供給系。 ３、燃料供給装置（６）が、前記部分負荷運転範囲外に
   ある運転範囲においてのみ、理論空燃比を生ぜしめる燃
   料量分配信号を送るための制御装置（３１）に接続され
   、前記部分負荷運転範囲内及び移行運転範囲内で、希薄
   な若しくは理論空燃比にまで連続的に濃密になる空燃比
   を形成する、内燃機関の運転状態に応じた燃料量分配信
   号を生ぜしめる調整装置（３２、３４）に接続している
   、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の燃料供給系。 ４、内燃機関の運転状態に応じて制御される切換え装置
   （３７）が設けられており、該切換え装置（３７）が、
   燃料供給装置（６）を部分負荷運転及び移行運転範囲内
   で前記調整装置（３２、３４）に接続し、その他の運転
   範囲で前記制御装置（３１）に接続する、特許請求の範
   囲第６項記載の燃料供給系。 ５、前記調整装置（３２、３４）が、内燃機関の運転状
   態に応じて制御される定電流源 （３４）を有している、特許請求の範囲第３項又は第４
   項記載の燃料供給系。 ６、部分負荷運転範囲内で希薄空燃比を生ぜしめ、移行
   範囲内で、希薄空燃比から理論空燃比にまで濃密になる
   空燃比を生ぜしめ、その他の運転範囲で、理論空燃比を
   生ぜしめる燃料量分配信号を送る制御装置が燃料供給装
   置に配属されている、特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の燃料供給系。 ７、全運転範囲内で空燃比を検出する測定ゾンデが設け
   られており、前記制御装置が、測定ゾンデによつて測定
   された実際値と、記憶装置内で運転状態に応じて選択さ
   れた、空燃比の目標値とを比較するために、燃料量分配
   信号を生ぜしめるように構成されている、特許請求の範
   囲第６項記載の燃料供給系。 ８、前記制御装置が、機関安定性制御を行なうために、
   部分負荷運転範囲内及び移行運転範囲内における燃料量
   分配信号を生ぜしめるように構成されている、特許請求
   の範囲第６項記載の燃料供給系。 ９、部分負荷及び移行運転範囲外で、理論空燃比を形成
   する燃料量分配信号を生ぜしめ、部分負荷及び移行範囲
   内で、希薄空燃比を形成する、効率を制御するための制
   御信号を生ぜしめる制御装置が内燃機関に配属されてい
   る、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の燃料供給系
   。 １０、最大トルクを得るために一定量に維持された燃料
   流量において、内燃機関から発信されるトルクを検出し
   点火角度及び／又は空気流量を調節することによつて効
   率制御が行なわれる、特許請求の範囲第９項記載の燃料
   供給系。 １１、空気流量を調節するために、吸気導管内で燃料量
   分配箇所の手前に、少なくとも１つの電子制御式調節弁
   が設けられている、特許請求の範囲第１０項記載の燃料
   供給系。