JP2001513167A - 内燃機関の燃料／空気混合物の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料／空気混合物の比に対する尺度として燃料／空気混合物の燃焼速度(ＷＦ)が決定される内燃機関のための燃料／空気混合物の制御方法において、この尺度を決定するために、燃焼速度の絶対値（ＷＦ）のほかに、この絶対値における燃料／空気混合物の関数として平均燃焼速度の変化方向もまた決定される。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の燃料／空気混合物の制御装置 従来技術 本発明は、燃焼速度の評価に基づく内燃機関の燃料／空気混合物の制御に関す るものである。 ドイツ特許第２４４３４１３号から、燃焼速度が燃焼室内を流れるイオン電流 の評価により得られるようなλ制御装置が既知である。既知の装置は、リーン運 転限界においてすなわちリーン（希薄）な燃料／空気混合物において制御を行う 。λ値が１より大きいこの範囲においては、平均火炎速度はλの変化と共に単調 に変化するので、決定された火炎速度の値は、燃料／空気混合物の比λに対して 一義的に値が割り当てられている。この一義性は、燃料がリッチ（過濃）な混合 物組成（λ＜１）を含む他のλ値に関しては失われる。その理由は、燃焼速度、 すなわち火炎速度は、ほぼλ＝０．８５の付近において最大値をとるからである 。言い換えると、最大値の付近においては、１つの火炎速度値に２つのλ値を割 り当てることができるので、制御のためには火炎速度信号に対する値のみでは十 分ではない(両義性)。 この背景から、燃焼速度の最大値付近においても、測定された燃焼速度に基づ いてλ制御を可能にする方法および装置を提供することが本発明の課題である。 この場合、燃焼速度の測定は、ドイツ特許第３５１９０２８号から既知のような 二重イオン電流センサを用いて行うことができる。 この課題は独立請求項の特徴の組合せにより解決される。有利な変更態様が従 属請求項に記載されている。 本発明は、比較的安価な装置費用を必要とするのにすぎず、したがってコスト 的に有利であるので、２サイクルの小型機関に使用できることがとくに有利であ る。以下に本発明の実施態様を図面により説明する。 図１は、二重イオン電流センサおよび火炎前面が図示された機関の燃焼室を示 す。図２はイオン電流の時間線図を示す。図３は、λの関数としての火炎速度の 線図を示す。図４は本発明の技術的周辺図を示す。図５は本発明の一実施態様の 構成図を示す。 図１における符号１は機関の燃焼室２内の火炎前面を示す。火炎は、矢印方向 に左から右へ燃焼室内に配置された二重イオン電流センサ４に向かって伝搬し、 二重イオン電流センサ４は、オフセットして配置された個々のイオン電流センサ ３および５から形成されていてもよい。組合せ文字Ｓｘ（符号８）は、両方のイ オン電流センサの空間間隔を示す。火炎速度を測定する原理は、火炎前面１が距 離Ｓｘを通過するのに必要な通過時間ｄｅｌｔａ＿ｔの測定に基づいている。火 炎速度ＷＦは、通過距離と通過時間との商として、すなわちＷＦ＝Ｓｘ／ｄｅｌ ｔａ＿ｔ（符号７）として与えられる。 ｄｅｌｔａ＿ｔの決定は図２から明らかである。ここで、符号２．１は第１の イオン電流センサの信号を示し、符号２．２は第２のイオン電流センサの信号を 示す。時点ｔｏにおいて燃焼が開始したのち、両方のセンサの信号は時間遅れｄ ｅｌｔａ＿ｔをもって上昇する。ｄｅｌｔａ＿ｔは、たとえばイオン電流信号が しきい値ＳＷと比較されかつｄｅｌｔａ＿ｔがしきい値を超える時点の時間間隔 として定義されることにより決定することができる。ｄｅｌｔａ＿ｔの代わりに クランク軸角度αの角度値で決定してもよい。 図３は、Ｓｘおよびｄｅｌｔａ＿ｔから決定される一定の機関回転速度に対す る平均火炎速度ＭＷＦの空燃比λの関数としての線図を示し、この線図は最大値 ＭＷＦ＿ｍａｘを有し、最大値ＭＷＦ＿ｍａｘ（ＭＷＦ＿最大）は、２つの部分 曲線ＭＷＦ＿ｌｉｎｋｓ（ＭＷＦ＿左）およびＭＷＦ＿ｒｅｃｈｔｓ（ＭＷＦ右 ）を相互に分離している。 図４は、本発明の技術的周辺図として、イオン電流センサ４を備えた燃焼室２ 、直接噴射弁または吸気管噴射弁４．６、制御装置４．７、負荷測定手段４．８ および回転速度センサ４．９を示す。噴射弁の代わりに制御された気化器が使用 されてもよい。 噴射信号ｔｉは図５の構成により形成される。これにより、機関５．１の回転 速度ｎおよび負荷Ｌの関数として、燃料供給信号の基本値ｔｉＧが基本特性曲線 群ＧＫ（符号５．２）から形成される。続いて、基本値ｔｉＧは、たとえば結合 ブロック５．７、５．８において乗算および／または加算により少なくとも１回 補正され、たとえば噴射パルス幅として、噴射弁の操作のために使用される。イ オン電流ＩＳの利用により、ブロック５．３において連続燃焼の平均燃焼（火炎 ）速度ＭＷＦが測定される。 その後に制御装置５．４が続き、制御装置５．４は、たとえば極値制御装置と して形成され、最大平均火炎速度ＭＷＦに制御する。この実施態様は、たとえば ＭＷＦ＿ｍａｘにおいて量論的に運転されるべき２サイクルの小型機関に対して とくに適している。極値制御法は、燃料供給量の一時的変化に対するＭＷＦの応 答を評価することに基づいている。この応答は、ＭＷＦ＿ｍａｘの右側に存在す るかまたは左側に存在するかを示している。 このためにまず、そのときの平均燃焼速度ＭＷＦ１がイオン電流信号から形成 される。火炎速度は、火炎速度の最大値ＭＷＦ＿ｍａｘの右側または左側のいず れの側に存在してもよい。ＭＷＦ＿ｍａｘに対する相対位置を決定するために、 燃料供給量の所定の変化、たとえば上昇が行われる。変化は制御装置５．４と結 合ブロック５．７との加算結合または乗算結合により行ってもよいことは明らか である。それによりＭＷＦが上昇したとき、ＭＷＦ１は、図３の右側特性曲線部 分に移行し、したがってさらにリッチ化されなければならない。これに対しＭＷ Ｆが小さくなった場合、ＭＷＦ１は左側特性曲線部分に移行し、したがってさら にリーン化されなければならない。この過程を反復することにより、僅かなサイ クル内に最大ＭＷＦに関連の燃料供給量を決定することができる。最大値におけ る接線が水平であるので、これは燃料供給量の変化に対するＭＷＦの応答が小さ いことを特徴とする。したがって、最大値にきわめて近い点の値は、燃焼速度の 燃料供給量の変化に対する応答が所定の大きさに到達しないことにより、検出可 能である。この代わりに、最大値の近傍は、燃焼速度の変化方向が入れ替わるこ とによっても検出可能である。 最大ＭＷＦが検出された場合、機関がややリッチな状態で運転すべきように設 計されているときはリッチ化することができる。機関がリーンな状態で運転すべ きときは、それに応じてリーン化されなければならない。言い換えると、希望の 燃料／空気比は、燃焼速度が最大となる燃料供給量からの所定の増大または低減 により設定することができる。 このようにして得られた希望のλを形成する燃料供給量ｔｉと基本燃料供給量 ｔｉＧとの差が処理されて補正値が形成される。 このために、ブロック５．５が使用される。ブロック５．５は、定常運転条件 下での制御装置５．４の乗算出力値または加算出力値の平均値を形成する。定常 運転条件は、たとえば負荷Ｌおよび回転速度ｎがほぼ一定のときに存在する。 この定常運転条件を検出するために、ブロック５．５に信号Ｌおよびｎが供給 される。平均値の形成のために、ブロック５．５に制御装置５．４の出力信号が 供給され、かつブロック５．５．１において平均化される。両方の信号Ｌおよび ｎが所定の時間それぞれ所定の変動幅内にある場合、ブロック５．５は、これを 定常運転条件として評価する。この場合、ブロック５．５．１において形成され た制御装置５．４の出力値の平均値は、定常の場合には閉じられるスイッチ５． ５．２を介して出力され、かつ学習特性曲線群ＫＫｓｔａｔ（符号５．６）に伝 送され、学習特性曲線群ＫＫｓｔａｔにより、負荷Ｌおよび回転速度ｎの関数と して値が求められる。特性曲線群内に記憶されている値は、結合ブロック５．７ における制御装置５．４の出力信号と同様に、結合ブロック５．８を介して基本 信号ｔｉＧに作用する。言い換えると、両方のブロック５．７、５．８は加算ま たは乗算のいずれかで作用する。ｔｉＧから補正によりｔｉＫが得られる。 補正値が既に書き込まれている学習特性曲線群領域が次にスタートするとき、 この補正値がブロック５．８において作用し、これによりブロック５．７におい てさらに補正する必要はない。完全な学習が行われ、したがって学習特性曲線群 ＫＫｓｔａｔの内容が最適化されたとき、ブロック５．７における制御係合に対 する必要性はほとんどない。したがって、とくに制御動作のむだ時間により形成 される過渡運転状態におけるエラー適合が回避される。 言い換えると、機関の運転において、個々の運転点ごとに補正値が基本値と結 合される。変化する機関の運転条件に燃料供給量を確実に連続して適合させるた めに、それぞれの時点に適合される補正値を決定するための学習方法が所定の方 法で反復される。 以下に有利な変更態様をさらに説明する。この変更態様は、小型機関がその空 気フィルタが汚れるまで運転されたときに効果を示す。汚れた空気フィルタの抵 抗の上昇に基づき、小型機関の空気の吸入が少なくなる。希望の混合物組成を保 持するために、上記の学習機能がこれに応答し、燃料供給量は次第に低減される 。ここで汚れたフィルタが新しいフィルタと交換されたとき、まずリーンな混合 物が設定され、これが小型機関に対して過熱危険を導くことがある。きわめてリ ーンなこの混合物は、学習特性曲線群において、たとえば１より小さい補正係数 が記憶されていることによるものである。危険性のあるこの急激なリーン化を回 避するために、急激にリーン化したとき、学習特性曲線群に１が上書きされる。 空気フィルタを交換した後の急激なリーン化は、たとえば学習特性曲線群内で前 の補正係数と新しい補正係数との差の評価により行われることがある。これが大 きすぎる場合、これは適合ミスを示し、この適合ミスは、おそらく他のすべての 特性曲線群の場所に対しても同様に当てはまる。このとき特性曲線群の場所を乗 算の中立要素として１を上書きすることにより、小型機関が過熱の危険なく運転 することができる規定の出力状況が形成される。 噴射装置を使用する代わりに、本発明は、気化器との組合せにおいても使用可 能である。この場合、気化器の形状が燃料供給量の基本値を決定し、図５に示す 基本特性曲線群ＧＫが気化器の形状と置き換えられる。この場合、補正係合は、 たとえば気化器の燃料ノズルを通過する主空気の流れ以外にバイパス空気量を変 化させることにより、空気量を調節することができる。しかしながら、補正係合 は、燃料通路内においてもまた、たとえば気化器のフロート室内の圧力を変化す ることによっても行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーク，ゴットロープ ドイツ連邦共和国 71706 マルクグレー ニンゲン，グラフ・ハルトマン・シュトラ ーセ 20 (72)発明者 ブリッシュ，ハインツ ドイツ連邦共和国 74321 ビーティクハ イム―ビッシンゲン，アホルンヴェーク ７ (72)発明者 シュトゥッツェンベルガー，ハインツ ドイツ連邦共和国 71665 ヴァイヒンゲ ン，シュヴァブシュトラーセ 19／２ (72)発明者 ミューラー，ウーヴェ ドイツ連邦共和国 70825 コルンタル― ミュンヒンゲン，レルヒェンシュトラーセ 41

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃料／空気混合物の比に対する尺度として燃料／空気混合物の平均燃焼速 度（ＭＷＦ）が決定される、内燃機関の燃料／空気混合物の制御方法において、 前記尺度を決定するために、前記平均燃焼速度の絶対値（ＷＦ）のほかに、前 記絶対値における燃料／空気混合物の関数として、前記平均燃焼速度の変化方向 もまた決定されることを特徴とする内燃機関の燃料／空気混合物の制御方法。 ２．前記燃料／空気混合物が変化されること、および結果として得られた燃焼 速度の変化が、前記変化方向の決定のために評価されること、を特徴とする請求 項１の方法。 ３．前記燃料／空気混合物の反復された変化と結果として得られた前記変化方 向の評価とにより、前記燃焼速度の最大値が求められることを特徴とする請求項 ２の方法。 ４．希望の燃料／空気混合物が、前記燃焼速度が最大になる燃料供給量からの 所定の増大または低減により設定されることを特徴とする請求項３の方法。 ５．供給すべき燃料供給量の基本値が、前記内燃機関の運転パラメータの関数 として与えられること、 前記基本値と、前記希望の燃料／空気混合物を形成する前記燃料供給量との差 に対する尺度が形成されること、 この尺度が、補正値として記憶され、かつ前記内燃機関の他の運転において前 記基本値を補正するために使用されること、 を特徴とする請求項４の方法。 ６．前記尺度が、個々の運転点ごとに学習特性曲線群内に記憶され、かつ前記 内燃機関の他の運転において、前記基本値と乗算結合および／または加算結合さ れることを特徴とする請求項５の方法。 ７．前記尺度が、所定の方法で反復されて新たに形成されることを特徴とする 請求項５または６の方法。 ８．新たに形成された尺度がそれの前の値と比較されること、およびこれら両 方の値が著しく異なるときに、記憶されている前記補正値が中立値により置き換 えられること、を特徴とする請求項７の方法。 ９．燃料／空気混合物の組成に対する尺度として平均燃焼速度（ＭＷＦ）を測 定するための手段を備えた、内燃機関の燃料／空気混合物の制御装置において、 前記測定するための手段が、燃焼速度の絶対値（ＷＦ）のほかに、前記絶対値 における燃料／空気混合物の関数として、前記平均燃焼速度の変化方向もまた決 定することを特徴とする内燃機関の燃料／空気混合物の制御装置。 １０．前記平均燃焼速度が、前記内燃機関の燃焼室内の２つのイオン電流セン サの信号から得られることを特徴とする請求項９の装置。