JPH11351047A - 内燃機関の制御方法 - Google Patents
内燃機関の制御方法Info
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- JPH11351047A JPH11351047A JP10163419A JP16341998A JPH11351047A JP H11351047 A JPH11351047 A JP H11351047A JP 10163419 A JP10163419 A JP 10163419A JP 16341998 A JP16341998 A JP 16341998A JP H11351047 A JPH11351047 A JP H11351047A
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Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 排出されるＮＯX量を低減することができる
内燃機関の制御方法を提供することである。 【解決手段】 空燃比、点火時期、スワール比、ＥＧＲ
率、バルブタイミング、及び冷却水温度のうちの少なく
とも１つを操作することにより燃焼変動を制御して排気
ガス中のＮＯX含有量を低減する。
内燃機関の制御方法を提供することである。 【解決手段】 空燃比、点火時期、スワール比、ＥＧＲ
率、バルブタイミング、及び冷却水温度のうちの少なく
とも１つを操作することにより燃焼変動を制御して排気
ガス中のＮＯX含有量を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス中のＮＯ
X量を低減する内燃機関の制御方法に関するものであ
る。
X量を低減する内燃機関の制御方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、給気温度が高い又は絶対湿度が
低いと、排気ガス中のＮＯX量が増加する。逆に給気温
度が低い又は絶対湿度が高いと、熱効率が悪化する。出
荷時と異なる大気条件で内燃機関を使用する場合、出荷
時の設定値は必ずしも適正とは言えないが、従来はこの
出荷時の設定値を運転時の大気条件に適した設定に補正
することなく内燃機関を運転していた。
低いと、排気ガス中のＮＯX量が増加する。逆に給気温
度が低い又は絶対湿度が高いと、熱効率が悪化する。出
荷時と異なる大気条件で内燃機関を使用する場合、出荷
時の設定値は必ずしも適正とは言えないが、従来はこの
出荷時の設定値を運転時の大気条件に適した設定に補正
することなく内燃機関を運転していた。
【０００３】点火時期が進角側にずれている場合、ミキ
サ設定がリッチ側（過濃側）にずれている場合、圧縮比
が高圧縮比側にずれている場合、及びスワール比が大き
い方にずれる場合は、排気ガス中のＮＯX量が増加し、
点火時期が遅角側にずれている場合、ミキサ設定がリー
ン側（希薄側）にずれている場合、圧縮比が低圧縮比側
にずれている場合、及びスワール比が小さい方にずれる
場合は、熱効率が悪化する。
サ設定がリッチ側（過濃側）にずれている場合、圧縮比
が高圧縮比側にずれている場合、及びスワール比が大き
い方にずれる場合は、排気ガス中のＮＯX量が増加し、
点火時期が遅角側にずれている場合、ミキサ設定がリー
ン側（希薄側）にずれている場合、圧縮比が低圧縮比側
にずれている場合、及びスワール比が小さい方にずれる
場合は、熱効率が悪化する。
【０００４】同じ型の内燃機関であっても、点火時期、
ミキサ設定、圧縮比及びスワール比にはばらつきがあ
り、また、大気条件により給気温度、給気湿度は変化す
るが、内燃機関の出荷時の大気条件と実際に使用される
時の大気条件は異なる場合の方が多い。従来は、これら
の諸設定を一切補正していなかった。
ミキサ設定、圧縮比及びスワール比にはばらつきがあ
り、また、大気条件により給気温度、給気湿度は変化す
るが、内燃機関の出荷時の大気条件と実際に使用される
時の大気条件は異なる場合の方が多い。従来は、これら
の諸設定を一切補正していなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、出荷時の大
気条件の違いや、製造のばらつき（点火時期、ミキサ設
定、圧縮比、スワール比及びＥＧＲ率）に係わらず、実
際の運転時に最適な設定を行い、排気ガス中のＮＯX含
有量を低減する内燃機関の制御方法を提供することを目
的とする。
気条件の違いや、製造のばらつき（点火時期、ミキサ設
定、圧縮比、スワール比及びＥＧＲ率）に係わらず、実
際の運転時に最適な設定を行い、排気ガス中のＮＯX含
有量を低減する内燃機関の制御方法を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、空燃
比、点火時期、スワール比、ＥＧＲ率、バルブタイミン
グ、及び冷却水温度のうちの少なくとも１つを操作する
ことにより燃焼変動を制御して排気ガス中のＮＯX含有
量を低減することを特徴とする内燃機関の制御方法であ
る。
比、点火時期、スワール比、ＥＧＲ率、バルブタイミン
グ、及び冷却水温度のうちの少なくとも１つを操作する
ことにより燃焼変動を制御して排気ガス中のＮＯX含有
量を低減することを特徴とする内燃機関の制御方法であ
る。
【０００７】請求項２の発明は、空燃比、点火時期、ス
ワール比、ＥＧＲ率、バルブタイミング、及び冷却水温
度のうちの少なくとも１つを操作することにより燃焼変
動を一時的に大きくし、その後、空燃比、点火時期、ス
ワール比、ＥＧＲ率、バルブタイミング、及び冷却水温
度のうちの少なくとも１つを操作することにより燃焼変
動を制御して排気ガス中のＮＯX含有量を低減すること
を特徴とする内燃機関の制御方法である。
ワール比、ＥＧＲ率、バルブタイミング、及び冷却水温
度のうちの少なくとも１つを操作することにより燃焼変
動を一時的に大きくし、その後、空燃比、点火時期、ス
ワール比、ＥＧＲ率、バルブタイミング、及び冷却水温
度のうちの少なくとも１つを操作することにより燃焼変
動を制御して排気ガス中のＮＯX含有量を低減すること
を特徴とする内燃機関の制御方法である。
【０００８】請求項３の発明は、機関回転数と負荷のう
ち少なくとも１つが変化する過渡時において、予め設定
した機関回転数の値で燃焼変動を算出する請求項１に記
載の内燃機関の制御方法である。
ち少なくとも１つが変化する過渡時において、予め設定
した機関回転数の値で燃焼変動を算出する請求項１に記
載の内燃機関の制御方法である。
【０００９】請求項４の発明は、機関回転数と負荷の少
なくとも１つが外乱により変動し、予め設定しかつ固定
した機関回転数の値及び負荷から逸脱した際に、燃焼変
動の算出を一時停止し、所定時間経過後に変動した機関
回転数及び負荷が予め設定した機関回転数及び負荷の値
に近づいてから燃焼変動の算出を再開する請求項１に記
載の内燃機関の制御方法である。
なくとも１つが外乱により変動し、予め設定しかつ固定
した機関回転数の値及び負荷から逸脱した際に、燃焼変
動の算出を一時停止し、所定時間経過後に変動した機関
回転数及び負荷が予め設定した機関回転数及び負荷の値
に近づいてから燃焼変動の算出を再開する請求項１に記
載の内燃機関の制御方法である。
【００１０】請求項５の発明は、アクチュエータの動作
異常時に、燃焼変動の制御を停止する手段を設けた請求
項１に記載の内燃機関の制御方法である。
異常時に、燃焼変動の制御を停止する手段を設けた請求
項１に記載の内燃機関の制御方法である。
【００１１】請求項６の発明は、ベルトで駆動される被
駆動部材の動作異常時又はベルトスリップ発生時に、内
燃機関を停止する手段を設けた請求項１に記載の内燃機
関の制御方法である。
駆動部材の動作異常時又はベルトスリップ発生時に、内
燃機関を停止する手段を設けた請求項１に記載の内燃機
関の制御方法である。
【００１２】請求項７の発明は、複数の気筒を備えた内
燃機関において、前記各気筒ごとに空燃比、点火時期、
スワール比、ＥＧＲ率及びバルブタイミングのうちの少
なくとも１つを操作することにより前記各気筒の燃焼変
動を個々に制御して排気ガス中のＮＯX含有量を低減す
ることを特徴とする内燃機関の制御方法である。
燃機関において、前記各気筒ごとに空燃比、点火時期、
スワール比、ＥＧＲ率及びバルブタイミングのうちの少
なくとも１つを操作することにより前記各気筒の燃焼変
動を個々に制御して排気ガス中のＮＯX含有量を低減す
ることを特徴とする内燃機関の制御方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】燃焼の安定の度合を示す指標とし
て燃焼変動がある。図１３に示すように、横軸にクラン
ク角度、縦軸に筒内圧力をとったグラフにおいて、ピス
トンが上昇して筒内圧力が上昇し、ピストンが上死点に
到る直前で点火プラグで点火し筒内の燃料ガスを爆発さ
せる。筒内圧力は膨張行程に入って変化していく。
て燃焼変動がある。図１３に示すように、横軸にクラン
ク角度、縦軸に筒内圧力をとったグラフにおいて、ピス
トンが上昇して筒内圧力が上昇し、ピストンが上死点に
到る直前で点火プラグで点火し筒内の燃料ガスを爆発さ
せる。筒内圧力は膨張行程に入って変化していく。
【００１４】各サイクル毎に図１３のグラフを描き、描
いたグラフの形状の差異（変動）が小さいほど燃焼変動
が小さく燃焼は安定しており、逆にグラフの形状の差異
が大きいほど燃焼変動が大きく燃焼は不安定である。
いたグラフの形状の差異（変動）が小さいほど燃焼変動
が小さく燃焼は安定しており、逆にグラフの形状の差異
が大きいほど燃焼変動が大きく燃焼は不安定である。
【００１５】ガス機関のような予混合燃焼の内燃機関の
場合、筒内圧力は各サイクル毎に変動する。空燃比が大
きくなり燃料が薄くなるにつれて、１サイクル毎の図１
３の筒内圧力のグラフのばらつきが大きくなり、最悪の
場合は失火する。従って、空燃比が大きくなると燃焼変
動も大きくなる。失火時は、図１３のグラフにおいて爆
発による筒内圧力の上昇（符号Ａ）はなく、圧縮による
筒内圧力のみ（符号Ｂ）となる。
場合、筒内圧力は各サイクル毎に変動する。空燃比が大
きくなり燃料が薄くなるにつれて、１サイクル毎の図１
３の筒内圧力のグラフのばらつきが大きくなり、最悪の
場合は失火する。従って、空燃比が大きくなると燃焼変
動も大きくなる。失火時は、図１３のグラフにおいて爆
発による筒内圧力の上昇（符号Ａ）はなく、圧縮による
筒内圧力のみ（符号Ｂ）となる。
【００１６】本発明は、本件出願人が特願平１０−００
２６１９号で開示したガスエンジンの燃焼制御方法によ
り燃焼変動を検出して、検出した値により以下の第１〜
第７実施例に示すようにして空燃比を制御し、排気ガス
中のＮＯX含有量の低減化を図っている。
２６１９号で開示したガスエンジンの燃焼制御方法によ
り燃焼変動を検出して、検出した値により以下の第１〜
第７実施例に示すようにして空燃比を制御し、排気ガス
中のＮＯX含有量の低減化を図っている。
【００１７】（第１実施例）図１は、第１実施例で使用
する内燃機関（ガス機関）のシステム構成図を示してい
る。図１において、コントローラ１１内には電源１４、
点火装置（イグナイタ）１５、警報装置１２及び警報解
除装置１３が設けてある。
する内燃機関（ガス機関）のシステム構成図を示してい
る。図１において、コントローラ１１内には電源１４、
点火装置（イグナイタ）１５、警報装置１２及び警報解
除装置１３が設けてある。
【００１８】点火装置１５は、電源１４で発生した電圧
を点火プラグ２０へ送る。警報装置１２は、内燃機関１
００から入力されたクランク信号及びカム回転信号から
異常を検知した場合に警報を発する。ユーザが警報に気
付き、警報解除装置１３を操作すると警報は停止する。
を点火プラグ２０へ送る。警報装置１２は、内燃機関１
００から入力されたクランク信号及びカム回転信号から
異常を検知した場合に警報を発する。ユーザが警報に気
付き、警報解除装置１３を操作すると警報は停止する。
【００１９】内燃機関１００において、途中にステップ
モータ式の燃料制御弁１を備えた燃料供給路２２が、図
示しない燃料供給源とミキサ４を接続している。また、
途中にＥＧＲ率変更装置３、ミキサ４及びスロットル５
をこの順に備えた給気管２３が、スワール可変バルブ２
を介して気筒２１に接続されている。
モータ式の燃料制御弁１を備えた燃料供給路２２が、図
示しない燃料供給源とミキサ４を接続している。また、
途中にＥＧＲ率変更装置３、ミキサ４及びスロットル５
をこの順に備えた給気管２３が、スワール可変バルブ２
を介して気筒２１に接続されている。
【００２０】ミキサ４は、燃料供給路２２から供給され
る燃料ガスと、給気管２３から供給される空気（大気）
を混合し、混合気を生成する。ＥＧＲ率変更装置３は、
ミキサ４へ送る排気ガス量を調整する。気筒２１内で爆
発、膨張した燃焼ガスは、フライホイール６を回転させ
る。気筒２１にはバルブタイミング可変装置８が設けて
ある。燃焼ガスは、排気熱交換器７の冷却水により冷却
される。気筒２１内の燃焼ガスは、パイプ３０を介して
ＥＧＲ率変更装置３に供給される。
る燃料ガスと、給気管２３から供給される空気（大気）
を混合し、混合気を生成する。ＥＧＲ率変更装置３は、
ミキサ４へ送る排気ガス量を調整する。気筒２１内で爆
発、膨張した燃焼ガスは、フライホイール６を回転させ
る。気筒２１にはバルブタイミング可変装置８が設けて
ある。燃焼ガスは、排気熱交換器７の冷却水により冷却
される。気筒２１内の燃焼ガスは、パイプ３０を介して
ＥＧＲ率変更装置３に供給される。
【００２１】内燃機関１００は、電磁ピックアップ９を
介してクランク回転信号をコントローラ１１へ出力し、
また、電磁ピックアップ１０を介してカム回転信号をコ
ントローラ１１へ出力する。
介してクランク回転信号をコントローラ１１へ出力し、
また、電磁ピックアップ１０を介してカム回転信号をコ
ントローラ１１へ出力する。
【００２２】図２は、内燃機関１００（図１）の燃焼変
動及び排気ガス中のＮＯX含有量（以下、単にＮＯX量と
呼ぶ。）と空気過剰率（空燃比）との関係を示したグラ
フである。図２において実線の曲線は、大気温度が高い
場合、又は絶対湿度が低い場合、及びこれら両方の条件
を満たす場合のグラフである。また、破線の曲線は、大
気温度が低い場合、又は絶対湿度が高い場合、及びこれ
ら両方の条件を満たす場合のグラフである（後述する図
３においても同じ）。
動及び排気ガス中のＮＯX含有量（以下、単にＮＯX量と
呼ぶ。）と空気過剰率（空燃比）との関係を示したグラ
フである。図２において実線の曲線は、大気温度が高い
場合、又は絶対湿度が低い場合、及びこれら両方の条件
を満たす場合のグラフである。また、破線の曲線は、大
気温度が低い場合、又は絶対湿度が高い場合、及びこれ
ら両方の条件を満たす場合のグラフである（後述する図
３においても同じ）。
【００２３】図２から明らかなように、実線及び破線共
に空気過剰率（空燃比）を大きくするとＮＯX量は少な
くなり、逆に燃焼変動は大きく（不安定）なる。全ての
内燃機関にこの傾向が見られる。
に空気過剰率（空燃比）を大きくするとＮＯX量は少な
くなり、逆に燃焼変動は大きく（不安定）なる。全ての
内燃機関にこの傾向が見られる。
【００２４】また、図２からわかるように、給気する大
気温度が低く、又は絶対湿度が高い場合には燃焼変動が
大きくなり、かつＮＯX量は少なくなる。逆に大気温度
が高く、又は絶対湿度が低い場合には燃焼変動が小さ
く、かつＮＯX量は多くなる。
気温度が低く、又は絶対湿度が高い場合には燃焼変動が
大きくなり、かつＮＯX量は少なくなる。逆に大気温度
が高く、又は絶対湿度が低い場合には燃焼変動が小さ
く、かつＮＯX量は多くなる。
【００２５】しかし、燃焼変動とＮＯX量の関係を示す
図３のグラフに示すように、燃焼変動に対するＮＯX量
は、給気条件（温度、湿度）によらず、ほぼ一定である
ことがわかる。よって、燃焼変動を一定にするような空
燃比で内燃機関を運転すると、ＮＯX量を一定に制御す
ることができる。
図３のグラフに示すように、燃焼変動に対するＮＯX量
は、給気条件（温度、湿度）によらず、ほぼ一定である
ことがわかる。よって、燃焼変動を一定にするような空
燃比で内燃機関を運転すると、ＮＯX量を一定に制御す
ることができる。
【００２６】図４は、コントローラ１１の性能に起因す
る点火時期のばらつきによる燃焼変動及びＮＯX量と空
気過剰率（空燃比）の関係を示している。図４において
実線は点火時期が早い場合を示し、また、破線は点火時
期が遅い場合を示している。
る点火時期のばらつきによる燃焼変動及びＮＯX量と空
気過剰率（空燃比）の関係を示している。図４において
実線は点火時期が早い場合を示し、また、破線は点火時
期が遅い場合を示している。
【００２７】点火時期が遅い場合（破線）は点火時期が
早い場合（実線）と比較して燃焼変動は大きく、かつＮ
ＯX量は少ない。また、点火時期の早い、遅いに関わら
ず、空気過剰率（空燃比）がリッチ（濃密）であれば燃
焼変動は小さく、かつＮＯX量は多く、逆に空気過剰率
（空燃比）がリーン（希薄）であれば燃焼変動は大き
く、かつＮＯX量は少ない。
早い場合（実線）と比較して燃焼変動は大きく、かつＮ
ＯX量は少ない。また、点火時期の早い、遅いに関わら
ず、空気過剰率（空燃比）がリッチ（濃密）であれば燃
焼変動は小さく、かつＮＯX量は多く、逆に空気過剰率
（空燃比）がリーン（希薄）であれば燃焼変動は大き
く、かつＮＯX量は少ない。
【００２８】図５は、点火時期が早い場合と遅い場合の
燃焼変動とＮＯX量の関係を示すグラフである。図５の
グラフは、燃焼変動は点火時期にほとんど関係なくＮＯ
X量が減少すると大きくなり、逆にＮＯX量が増加すると
小さくなることを示している。また図５は、一定の燃焼
変動を維持して内燃機関を運転すれば、排出されるＮＯ
X量は一定となることを示している。
燃焼変動とＮＯX量の関係を示すグラフである。図５の
グラフは、燃焼変動は点火時期にほとんど関係なくＮＯ
X量が減少すると大きくなり、逆にＮＯX量が増加すると
小さくなることを示している。また図５は、一定の燃焼
変動を維持して内燃機関を運転すれば、排出されるＮＯ
X量は一定となることを示している。
【００２９】同タイプの内燃機関であっても、製造誤差
により個々のミキサ設定には差が生じている。図６は、
燃焼変動及びＮＯX量と空気過剰率（空燃比）との関係
を示すグラフにおいて、ミキサ設定のばらつき範囲を破
線の直線で示している。燃焼変動、ＮＯX量及び空燃比
は、それぞれ矢印で示す破線の範囲でばらついている。
しかし、燃焼変動を空燃比で操作すれば、ＮＯX量を調
整することができるので、同タイプの個々の機関におけ
るＮＯX量を一定にすることができる。
により個々のミキサ設定には差が生じている。図６は、
燃焼変動及びＮＯX量と空気過剰率（空燃比）との関係
を示すグラフにおいて、ミキサ設定のばらつき範囲を破
線の直線で示している。燃焼変動、ＮＯX量及び空燃比
は、それぞれ矢印で示す破線の範囲でばらついている。
しかし、燃焼変動を空燃比で操作すれば、ＮＯX量を調
整することができるので、同タイプの個々の機関におけ
るＮＯX量を一定にすることができる。
【００３０】図７は、圧縮比が高い場合（実線）と低い
場合（破線）の燃焼変動及びＮＯX量と空気過剰率（空
燃比）の関係を示すグラフである。図７に示すように、
圧縮比が低い場合は圧縮比が高い場合と比較して燃焼変
動は大きく、かつＮＯX量は少ない。
場合（破線）の燃焼変動及びＮＯX量と空気過剰率（空
燃比）の関係を示すグラフである。図７に示すように、
圧縮比が低い場合は圧縮比が高い場合と比較して燃焼変
動は大きく、かつＮＯX量は少ない。
【００３１】また、圧縮比の高低に関わらず、空気過剰
率（空燃比）がリッチ（濃密）になると燃焼変動は小さ
くなり、かつＮＯX量は増加する。逆に空気過剰率がリ
ーン（希薄）になると、燃焼変動は大きくなり、かつＮ
ＯX量は減少する。
率（空燃比）がリッチ（濃密）になると燃焼変動は小さ
くなり、かつＮＯX量は増加する。逆に空気過剰率がリ
ーン（希薄）になると、燃焼変動は大きくなり、かつＮ
ＯX量は減少する。
【００３２】図８は、圧縮比が高い場合（実線）と低い
場合（破線）の燃焼変動とＮＯX量の関係を示すグラフ
である。図８からわかるように、燃焼変動に対するＮＯ
X量は、圧縮比の高低によらずほぼ一定である。したが
って一定の燃焼変動を維持して内燃機関を運転すれば、
ＮＯX量は一定となる。
場合（破線）の燃焼変動とＮＯX量の関係を示すグラフ
である。図８からわかるように、燃焼変動に対するＮＯ
X量は、圧縮比の高低によらずほぼ一定である。したが
って一定の燃焼変動を維持して内燃機関を運転すれば、
ＮＯX量は一定となる。
【００３３】（スワール回転数／エンジン回転数）で算
出されるスワール比が大きいと燃焼変動は小さく、かつ
ＮＯX量は多くなり、逆にスワール比が小さいと燃焼変
動は大きく、かつＮＯX量は少なくなる。また、冷却水
温度が高いと燃焼変動は小さく、かつＮＯX量は多くな
り、逆に冷却水温度が低いと燃焼変動が大きく、かつＮ
ＯX量は多くなる。しかし、燃焼変動を一定に維持する
とＮＯX量は一定となる。
出されるスワール比が大きいと燃焼変動は小さく、かつ
ＮＯX量は多くなり、逆にスワール比が小さいと燃焼変
動は大きく、かつＮＯX量は少なくなる。また、冷却水
温度が高いと燃焼変動は小さく、かつＮＯX量は多くな
り、逆に冷却水温度が低いと燃焼変動が大きく、かつＮ
ＯX量は多くなる。しかし、燃焼変動を一定に維持する
とＮＯX量は一定となる。
【００３４】以上より、給気条件（温度、湿度）の変
動、点火時期の早遅、圧縮比の高低、スワール比の大小
及び冷却水温度の高低によらず、燃焼変動を一定に維持
して内燃機関を運転すると、ＮＯX量を一定にすること
ができるので、排気ガス中のＮＯX含有量が少なくなる
ように空燃比、点火時期、圧縮比、スワール比及び冷却
水温度を操作して燃焼変動を制御する。
動、点火時期の早遅、圧縮比の高低、スワール比の大小
及び冷却水温度の高低によらず、燃焼変動を一定に維持
して内燃機関を運転すると、ＮＯX量を一定にすること
ができるので、排気ガス中のＮＯX含有量が少なくなる
ように空燃比、点火時期、圧縮比、スワール比及び冷却
水温度を操作して燃焼変動を制御する。
【００３５】図１０は、内燃機関の所定の運転範囲を示
す縦軸に筒内平均有効圧、横軸に機関回転数をとったグ
ラフである。ガスエンジンヒートポンプ機関のＮＯX量
を評価するときにテストするモード点が１２点ある。こ
の１２点でＮＯX量を測定し、負荷要因を掛け、テスト
する機関のＮＯX量を評価する。燃焼変動制御は、この
点在モード点を囲んだ範囲で行う制御である。
す縦軸に筒内平均有効圧、横軸に機関回転数をとったグ
ラフである。ガスエンジンヒートポンプ機関のＮＯX量
を評価するときにテストするモード点が１２点ある。こ
の１２点でＮＯX量を測定し、負荷要因を掛け、テスト
する機関のＮＯX量を評価する。燃焼変動制御は、この
点在モード点を囲んだ範囲で行う制御である。
【００３６】図９は、空気過剰率（空燃比）、機関回転
数及び筒内の平均有効圧の関係を示す燃料制御弁マップ
を示している。この燃料制御弁マップは、ＩＳＯの標準
大気状態の下に、設計値の圧縮比とスワール比を有する
ベース機関で実験した結果に基づいて作成したものであ
る。
数及び筒内の平均有効圧の関係を示す燃料制御弁マップ
を示している。この燃料制御弁マップは、ＩＳＯの標準
大気状態の下に、設計値の圧縮比とスワール比を有する
ベース機関で実験した結果に基づいて作成したものであ
る。
【００３７】予め、コントローラ１１（図１）のシステ
ムに図９の燃料制御弁マップを入力しておく。この燃料
制御弁マップにより、燃焼変動が一定となるように、空
燃比を設定する。
ムに図９の燃料制御弁マップを入力しておく。この燃料
制御弁マップにより、燃焼変動が一定となるように、空
燃比を設定する。
【００３８】（第２実施例）燃焼変動を一定に保って内
燃機関を運転すると、ＮＯX量は変化しない。しかし、
空燃比、点火時期、スワール比、ＥＧＲ率、バルブタイ
ミング及び冷却水温度の５つは、燃焼変動を変化させる
要因であり、これらのうちの１つでも操作すると、燃焼
変動を所定値に変化させることができる。
燃機関を運転すると、ＮＯX量は変化しない。しかし、
空燃比、点火時期、スワール比、ＥＧＲ率、バルブタイ
ミング及び冷却水温度の５つは、燃焼変動を変化させる
要因であり、これらのうちの１つでも操作すると、燃焼
変動を所定値に変化させることができる。
【００３９】図２に示すように、混合気の燃料濃度が濃
く、空燃比が小さい部分では、空燃比の変化量に対する
燃焼変動の変化量が少ない場合がある。この場合、空燃
比を変化させても燃焼変動はあまり変化しない。従っ
て、この場合では空燃比を変化させることによる燃焼変
動の制御は困難である。この場合は、意図的に一旦空燃
比を大きくして（リーンにして）燃焼変動を大きくし、
その後、スワール比等でＮＯX量を少なくするように燃
焼変動を制御する。
く、空燃比が小さい部分では、空燃比の変化量に対する
燃焼変動の変化量が少ない場合がある。この場合、空燃
比を変化させても燃焼変動はあまり変化しない。従っ
て、この場合では空燃比を変化させることによる燃焼変
動の制御は困難である。この場合は、意図的に一旦空燃
比を大きくして（リーンにして）燃焼変動を大きくし、
その後、スワール比等でＮＯX量を少なくするように燃
焼変動を制御する。
【００４０】このように燃焼変動の変化量が小さく燃焼
変動の変化量が検出できない場合は、燃焼変動の変化量
の検出を容易にするために例えば空燃比を操作して一時
的に燃焼変動を大きくし、燃焼変動を確実に検出してか
ら、さらにスワール比やＥＧＲ率等を操作してＮＯX量
を低く抑える所定の燃焼変動になるように燃焼変動を制
御する。図２から、燃焼変動のグラフの勾配が大きい部
分では、ＮＯX量は通常運転時よりも少ないことがわか
る。従って燃焼変動の検出中は、通常時よりもＮＯX量
は少ない。この燃焼変動の検出作業は数十秒程度で完了
する。
変動の変化量が検出できない場合は、燃焼変動の変化量
の検出を容易にするために例えば空燃比を操作して一時
的に燃焼変動を大きくし、燃焼変動を確実に検出してか
ら、さらにスワール比やＥＧＲ率等を操作してＮＯX量
を低く抑える所定の燃焼変動になるように燃焼変動を制
御する。図２から、燃焼変動のグラフの勾配が大きい部
分では、ＮＯX量は通常運転時よりも少ないことがわか
る。従って燃焼変動の検出中は、通常時よりもＮＯX量
は少ない。この燃焼変動の検出作業は数十秒程度で完了
する。
【００４１】（第３実施例）燃焼変動は、機関の回転数
から算出するため、機関回転数及び負荷が変化する過渡
時は燃焼変動の制御が不能である。従って、燃焼変動の
計算時は、実際の機関回転数、負荷に関わらず、これら
を予め設定した所定値であると見なし、この所定値によ
り燃焼変動を算出する。ここで負荷は、コンプレッサや
プロペラ等の被駆動物を使用した場合に発生する。
から算出するため、機関回転数及び負荷が変化する過渡
時は燃焼変動の制御が不能である。従って、燃焼変動の
計算時は、実際の機関回転数、負荷に関わらず、これら
を予め設定した所定値であると見なし、この所定値によ
り燃焼変動を算出する。ここで負荷は、コンプレッサや
プロペラ等の被駆動物を使用した場合に発生する。
【００４２】内燃機関１００によって燃焼変動を検出
（計算）しやすい機関回転数は各々決まっており、過渡
時（機関回転数が変化する時）における燃焼変動の検出
に使用する各内燃機関の最適回転数を、事前にデータを
とってシステムにセットしておき、これを所定値とす
る。
（計算）しやすい機関回転数は各々決まっており、過渡
時（機関回転数が変化する時）における燃焼変動の検出
に使用する各内燃機関の最適回転数を、事前にデータを
とってシステムにセットしておき、これを所定値とす
る。
【００４３】また、内燃機関１００を始動した後、設定
した負荷になるまで燃焼変動制御は待機状態にしてお
き、負荷が、例えば４／４〜２／４負荷に至った段階
で、ＣＰＵ（図示せず。）が燃焼変動の制御開始命令を
出す。
した負荷になるまで燃焼変動制御は待機状態にしてお
き、負荷が、例えば４／４〜２／４負荷に至った段階
で、ＣＰＵ（図示せず。）が燃焼変動の制御開始命令を
出す。
【００４４】（第４実施例）ユーザがエアコンやヒータ
等をＯＮ又はＯＦＦにした場合等の外乱により負荷が急
激に増加しても、制御する際の回転数、負荷の値を補正
せずに、一時制御を停止し、所定時間経過後に実際の機
関回転数及び負荷が予め設定した機関回転数及び負荷の
値に近づいた時、予め設定した機関回転数及び負荷の値
を使用して燃焼変動制御を行う。
等をＯＮ又はＯＦＦにした場合等の外乱により負荷が急
激に増加しても、制御する際の回転数、負荷の値を補正
せずに、一時制御を停止し、所定時間経過後に実際の機
関回転数及び負荷が予め設定した機関回転数及び負荷の
値に近づいた時、予め設定した機関回転数及び負荷の値
を使用して燃焼変動制御を行う。
【００４５】（第５実施例）燃料制御弁１の動作命令が
出ているにも関わらず、燃焼変動の値が変化していない
場合は、空燃比は変化しておらず、燃料制御弁１が動作
していないと判定することができる。
出ているにも関わらず、燃焼変動の値が変化していない
場合は、空燃比は変化しておらず、燃料制御弁１が動作
していないと判定することができる。
【００４６】これはステップモータ式の燃料制御弁１
が、何らかの事情で動作しなくなったことに起因してお
り、この場合は燃焼変動の制御は行わず、かつ警報装置
１２（図１）により燃料制御弁１の故障を知らせる警報
を発する。
が、何らかの事情で動作しなくなったことに起因してお
り、この場合は燃焼変動の制御は行わず、かつ警報装置
１２（図１）により燃料制御弁１の故障を知らせる警報
を発する。
【００４７】（第６実施例）被駆動物であるコンプレッ
サ（図示せず）と内燃機関１００は、ベルト（図示せ
ず）で連結されている。機関回転数は図示しないＣＰＵ
が監視している。燃焼変動の制御中は、機関回転数を予
め設定した所定値に固定している。その場合に機関回転
数の上昇率が所定値以上の場合は、ベルトスリップが生
じていると判断する。ベルトスリップが生じるとシステ
ムの能力を十分に発揮することができないので内燃機関
１００を停止し、かつ異常を示す警報を警報装置１２
（図１）により発する。
サ（図示せず）と内燃機関１００は、ベルト（図示せ
ず）で連結されている。機関回転数は図示しないＣＰＵ
が監視している。燃焼変動の制御中は、機関回転数を予
め設定した所定値に固定している。その場合に機関回転
数の上昇率が所定値以上の場合は、ベルトスリップが生
じていると判断する。ベルトスリップが生じるとシステ
ムの能力を十分に発揮することができないので内燃機関
１００を停止し、かつ異常を示す警報を警報装置１２
（図１）により発する。
【００４８】（第７実施例）多気筒式の内燃機関におい
ては、点火時期、スワール比、空燃比、ＥＧＲ率及びバ
ルブタイミングは気筒毎に制御可能である。各気筒は、
それぞれこれらのうち少なくとも１つで燃焼変動を制御
することができるが、各気筒を点火時期で燃焼変動制御
するのが好ましい。
ては、点火時期、スワール比、空燃比、ＥＧＲ率及びバ
ルブタイミングは気筒毎に制御可能である。各気筒は、
それぞれこれらのうち少なくとも１つで燃焼変動を制御
することができるが、各気筒を点火時期で燃焼変動制御
するのが好ましい。
【００４９】図１１(ａ)は、縦軸に燃焼変動をとり、横
軸にＸ（Ｘ＝空気過剰率（空燃比）、点火時期、ＥＧＲ
率）をとったグラフを示しており、図１１（ｂ）は縦軸
に燃焼変動をとり、横軸にＹ（Ｙ＝スワール比、冷却水
温度、圧縮比）をとったグラフを示している。図１１
（ｃ）は、縦軸にＮＯx量をとり、横軸に燃焼変動をと
ったグラフを示している。
軸にＸ（Ｘ＝空気過剰率（空燃比）、点火時期、ＥＧＲ
率）をとったグラフを示しており、図１１（ｂ）は縦軸
に燃焼変動をとり、横軸にＹ（Ｙ＝スワール比、冷却水
温度、圧縮比）をとったグラフを示している。図１１
（ｃ）は、縦軸にＮＯx量をとり、横軸に燃焼変動をと
ったグラフを示している。
【００５０】図１１（ａ）及び（ｂ）からわかるよう
に、空気過剰率が上昇し、点火時期が遅くなり、ＥＧＲ
率が大きくなり、また、スワール比が小さくなり、冷却
水温度が低くなると、燃焼変動は上昇する。燃焼変動が
大きくなると、ＮＯx量は下がる。
に、空気過剰率が上昇し、点火時期が遅くなり、ＥＧＲ
率が大きくなり、また、スワール比が小さくなり、冷却
水温度が低くなると、燃焼変動は上昇する。燃焼変動が
大きくなると、ＮＯx量は下がる。
【００５１】図１２は、第１〜第７実施例において燃焼
変動制御を行う際の手順を示す流れ図を示している。こ
の流れ図に従い、適正なＮＯX量となるように燃焼変動
制御を行い、また、異常時には警報を発する等の処置を
施す。
変動制御を行う際の手順を示す流れ図を示している。こ
の流れ図に従い、適正なＮＯX量となるように燃焼変動
制御を行い、また、異常時には警報を発する等の処置を
施す。
【００５２】燃焼変動制御は、船舶用機関及び自動車用
のガソリン機関に適用することができる。
のガソリン機関に適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】システムが図９に示す燃料制御弁マップ
を持っていても、種々の変動要因（空燃比や点火時期の
ばらつき等）により排気ガス中のＮＯX含有量が各機関
によって異なるが、請求項１の発明を適用すると、この
燃料制御弁マップを空燃比、点火時期、スワール比、Ｅ
ＧＲ率、バルブタイミング及び冷却水温度で補正するこ
とにより、排気ガス中のＮＯX含有量を低く抑えるよう
に燃焼変動を一定値に制御することができる。
を持っていても、種々の変動要因（空燃比や点火時期の
ばらつき等）により排気ガス中のＮＯX含有量が各機関
によって異なるが、請求項１の発明を適用すると、この
燃料制御弁マップを空燃比、点火時期、スワール比、Ｅ
ＧＲ率、バルブタイミング及び冷却水温度で補正するこ
とにより、排気ガス中のＮＯX含有量を低く抑えるよう
に燃焼変動を一定値に制御することができる。
【００５４】従来の工場出荷時の排気ガス中のＮＯX含
有量の調整だけでは、とても適正な調整はできなかった
が、請求項１の発明を適用すると、燃費と排出されるＮ
ＯX量の両者を常に最適の状態に保ち、内燃機関を操業
することができる。
有量の調整だけでは、とても適正な調整はできなかった
が、請求項１の発明を適用すると、燃費と排出されるＮ
ＯX量の両者を常に最適の状態に保ち、内燃機関を操業
することができる。
【００５５】請求項２の発明を適用すると、燃焼変動の
変化量が小さい場合でも、一旦燃焼変動の変化量を大き
くして燃焼変動の検出を容易にした後に燃焼変動を適正
な変化量となるように空燃比等を制御するので、確実に
排気ガス中のＮＯX含有量を適正に調整することができ
る。
変化量が小さい場合でも、一旦燃焼変動の変化量を大き
くして燃焼変動の検出を容易にした後に燃焼変動を適正
な変化量となるように空燃比等を制御するので、確実に
排気ガス中のＮＯX含有量を適正に調整することができ
る。
【００５６】請求項３の発明を適用すると、機関回転数
と負荷のうちの少なくとも１つが変動しても、予め設定
した機関回転数及び負荷の値を使用して燃焼変動を検出
することができる。
と負荷のうちの少なくとも１つが変動しても、予め設定
した機関回転数及び負荷の値を使用して燃焼変動を検出
することができる。
【００５７】請求項４の発明を適用すると、予め設定し
た機関回転数及び負荷に、実際の機関回転数及び負荷が
近づいてから燃焼変動を検出するので、小さい誤差で排
気ガス中のＮＯX含有量を調整することができる。
た機関回転数及び負荷に、実際の機関回転数及び負荷が
近づいてから燃焼変動を検出するので、小さい誤差で排
気ガス中のＮＯX含有量を調整することができる。
【００５８】請求項５の発明を適用すると、燃料制御弁
等のアクチュエータに異常が発生した際に燃焼変動の検
出を停止し、誤差の大きい燃焼変動値を検出することを
防止し、かつアクチュエータが故障している旨の警報を
発するので、保守を迅速に行うことができる。
等のアクチュエータに異常が発生した際に燃焼変動の検
出を停止し、誤差の大きい燃焼変動値を検出することを
防止し、かつアクチュエータが故障している旨の警報を
発するので、保守を迅速に行うことができる。
【００５９】請求項６の発明を適用すると、ベルトで駆
動される被駆動物（燃料制御弁等）の動作異常時又はベ
ルトスリップ発生時に、内燃機関の運転を停止するよう
にしたので、事故（内燃機関と燃料制御弁を連結するベ
ルトが焼き切れる等）の発生を事前に防止することがで
きる。
動される被駆動物（燃料制御弁等）の動作異常時又はベ
ルトスリップ発生時に、内燃機関の運転を停止するよう
にしたので、事故（内燃機関と燃料制御弁を連結するベ
ルトが焼き切れる等）の発生を事前に防止することがで
きる。
【００６０】請求項７の発明を適用すると、各気筒ごと
に最適な燃焼変動制御を行い、排気ガス中のＮＯX含有
量を適正に調整することができる。
に最適な燃焼変動制御を行い、排気ガス中のＮＯX含有
量を適正に調整することができる。
【図１】 内燃機関のシステム構成図である。
【図２】 内燃機関の燃焼変動及びＮＯX量と空燃比と
の関係を示したグラフである。
の関係を示したグラフである。
【図３】 内燃機関の燃焼変動とＮＯX量の関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】 コントローラの性能に起因する点火時期のば
らつきによる燃焼変動及びＮＯX量と空燃比の関係を示
すグラフである。
らつきによる燃焼変動及びＮＯX量と空燃比の関係を示
すグラフである。
【図５】 点火時期が早い場合と遅い場合の燃焼変動と
ＮＯX量の関係を示すグラフである。
ＮＯX量の関係を示すグラフである。
【図６】 ミキサ設定のばらつき範囲を示した燃焼変動
及びＮＯX量と空燃比の関係を示すグラフである。
及びＮＯX量と空燃比の関係を示すグラフである。
【図７】 圧縮比が高い場合と低い場合の燃焼変動及び
ＮＯX量と空燃比の関係を示すグラフである。
ＮＯX量と空燃比の関係を示すグラフである。
【図８】 圧縮比が高い場合と低い場合の燃焼変動とＮ
ＯX量の関係を示すグラフである。
ＯX量の関係を示すグラフである。
【図９】 空燃比、機関回転数及び筒内の平均有効圧の
関係を示す燃料制御弁マップを示すグラフである。
関係を示す燃料制御弁マップを示すグラフである。
【図１０】 内燃機関の所定の運転範囲を示す縦軸に筒
内平均有効圧、横軸に機関回転数をとったグラフであ
る。
内平均有効圧、横軸に機関回転数をとったグラフであ
る。
【図１１】 （ａ）、（ｂ）は燃焼変動と燃焼変動の各
変動要因との関係を示すグラフであり、（ｃ）はＮＯX
量と燃焼変動の関係を示すグラフである。
変動要因との関係を示すグラフであり、（ｃ）はＮＯX
量と燃焼変動の関係を示すグラフである。
【図１２】 本発明の燃焼変動制御を行う際の手順を示
す流れ図である。
す流れ図である。
【図１３】 気筒内の圧力とクランク角度の関係を示す
グラフである。
グラフである。
１ 燃料制御弁（アクチュエータ） ２ スワール可変バルブ ３ ＥＧＲ率変更装置 ８ バルブタイミング可変装置 ２１ 気筒 １００ 内燃機関
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｂ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｔ
Claims (7)
- 【請求項１】 空燃比、点火時期、スワール比、ＥＧＲ
率、バルブタイミング、及び冷却水温度のうちの少なく
とも１つを操作することにより燃焼変動を制御して排気
ガス中のＮＯX含有量を低減することを特徴とする内燃
機関の制御方法。 - 【請求項２】 空燃比、点火時期、スワール比、ＥＧＲ
率、バルブタイミング、及び冷却水温度のうちの少なく
とも１つを操作することにより燃焼変動を一時的に大き
くし、その後、空燃比、点火時期、スワール比、ＥＧＲ
率、バルブタイミング、及び冷却水温度のうちの少なく
とも１つを操作することにより燃焼変動を制御して排気
ガス中のＮＯX含有量を低減することを特徴とする内燃
機関の制御方法。 - 【請求項３】 機関回転数と負荷のうち少なくとも１つ
が変化する過渡時において、予め設定した機関回転数の
値で燃焼変動を算出する請求項１に記載の内燃機関の制
御方法。 - 【請求項４】 機関回転数と負荷の少なくとも１つが外
乱により変動し、予め設定しかつ固定した機関回転数の
値及び負荷から逸脱した際に、燃焼変動の算出を一時停
止し、所定時間経過後に変動した機関回転数及び負荷が
予め設定した機関回転数及び負荷の値に近づいてから燃
焼変動の算出を再開する請求項１に記載の内燃機関の制
御方法。 - 【請求項５】 アクチュエータの動作異常時に、燃焼変
動の制御を停止する手段を設けた請求項１に記載の内燃
機関の制御方法。 - 【請求項６】 ベルトで駆動される被駆動部材の動作異
常時又はベルトスリップ発生時に、内燃機関を停止する
手段を設けた請求項１に記載の内燃機関の制御方法。 - 【請求項７】 複数の気筒を備えた内燃機関において、
前記各気筒ごとに空燃比、点火時期、スワール比、ＥＧ
Ｒ率及びバルブタイミングのうちの少なくとも１つを操
作することにより前記各気筒の燃焼変動を個々に制御し
て排気ガス中のＮＯX含有量を低減することを特徴とす
る内燃機関の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10163419A JPH11351047A (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 内燃機関の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10163419A JPH11351047A (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 内燃機関の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11351047A true JPH11351047A (ja) | 1999-12-21 |
Family
ID=15773550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10163419A Pending JPH11351047A (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 内燃機関の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11351047A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007120349A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Toyota Motor Corp | バルブ故障診断装置及び方法 |
| JP2011255784A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Toyota Motor Corp | 車両の制御装置 |
| WO2014148192A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 三菱重工業株式会社 | ガスエンジンの排ガス制御装置 |
| JP2017172408A (ja) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | ヤンマー株式会社 | エンジン |
| JP2020169595A (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | マツダ株式会社 | 内燃機関の制御装置および制御方法 |
-
1998
- 1998-06-11 JP JP10163419A patent/JPH11351047A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007120349A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Toyota Motor Corp | バルブ故障診断装置及び方法 |
| JP2011255784A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Toyota Motor Corp | 車両の制御装置 |
| WO2014148192A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 三菱重工業株式会社 | ガスエンジンの排ガス制御装置 |
| JP2014181614A (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスエンジンの排ガス制御装置 |
| US9551285B2 (en) | 2013-03-19 | 2017-01-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Exhaust gas control device of gas engine |
| JP2017172408A (ja) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | ヤンマー株式会社 | エンジン |
| JP2020169595A (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | マツダ株式会社 | 内燃機関の制御装置および制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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