JPS6039465Y2 - 混合気圧縮火花点火内燃機関の燃料調量装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は計算回路を有し、計算回路は回転数信号および
その他の作動パラメータ信号が供給された際、燃料調量
のための粗調整用制御信号を形威し、されに燃料供給量
の微調整のために小なくとも１つの別のセンサを有し、
別のセンサは、排気ガス組成、機関の作動不安定性等の
内燃機関の作動特性の実際値を検出して、粗調整用制御
信号との乗算的結合のために計算回路に供給するように
構成されている、混合気圧縮火花点内燃機関の燃料調量
装置に関する。

その場合気化器または噴射弁を用いて調量できる。

混合気圧縮内燃機関において、燃焼過程で大きな出損失
と燃料の過剰供給とを生ずることがなく、そのために周
囲に有害ガスを過剰に発生しないように、内燃機関のそ
れぞれのストロークで生ずる燃料の量を吸入された空気
量に適合させる必要がある。

それ故燃焼室に供給される燃料空気混合気が化学量論的
比率（入＝１）を有するか或は空気を過剰に有するよう
にすることによって、有害な排気ガス部分が減少し、か
つ空気を清浄に保持する要求が高まってもそれが満足さ
れるから非常に有利である。

次に混合気調量装置で燃料噴射が行われる。

然るに燃料噴射期間を確実に決めるために、吸入された
空気量を検出する必要がある。

このために先ず吸入管路を通過して流れる空気量を、ダ
イヤプラム板を用いて測定する。

そしてその場合ダイヤプラム板は復帰力に抗して吸入空
気流によって調節可能でありかつダイヤプラム板に接続
された指示装置を用いてダイヤプラム板の変位を検出す
る。

実際に吸入された空気量をダイヤプラム板を用いて測定
する際比較的多くの費用がかかると同時に、測定装置に
慣性モーメントがあるために絞り弁の開放によってガス
が流入する場合、作動シリンダを混合気で満たしひいて
はトルクを増加するのに所定の遅延時間を要する。

また噴射期間を決める際空気量を測定する代りに、回転
数と吸入管圧力との値によって噴射期間を求めることが
できる。

その場合斯様な圧力センサの特性曲線を用いて所定回転
数に対する吸入管圧力に依存する燃料の量を求めること
ができる。

吸入管圧力の測定は複雑であり、ダイヤプラム板を用い
る測定のように付加的な発信器を必要とする。

そのために空気量測定の場合に類似して、吸気過程に対
して燃調量過程が遅延することになる。

絞り弁位置が変化した場合良好に制御するために、制御
の際付加的な装置を用いて所定のように燃料を過剰にす
べきである。

絞り弁を比較的容易に制御する際実際の信号を絞り弁位
置によって、例えば所定のポテンショメータを有する絞
り弁軸の結合装置によって得ることができ、実際に絞り
弁の開放の際吸入管圧力は遅延時間を有して生ずるが、
同時に燃料に量は絞り弁位置変化ととももに増加する。

それ故公知のように燃料噴射期間を決める際、燃料噴射
期間を決める基準となる値を絞り弁位置と回転数とから
求め、次の回転数と絞り弁位置とを結合して機ストロー
ク毎に噴射すべき燃料の量を確実に決めるようにすると
有利である。

これに関する公知の特性曲接を第２図に略示し、次に特
性曲線図について詳しく説明する。

実際に噴射すべき燃料の量は比較的複雑な関係で回転数
と絞り弁位置とに依存して変化する。

ｔｉは所定の噴射弁圧力学に相応しかつ燃料の量Ｑに比
例する機関ストローク毎に噴射すべき燃料の噴射期間を
示すものとし、αはその都度の絞り弁位置、ｎはその都
度の回転数を示すものとすると、関数ｔｉ−４（α、ｎ
）を直接関数で現わすことま困難であるので、直接関数
で現わすのが困難な上述の関数を求めるためにパルス成
形装置の低域フィルタによって簡単に実現できる関数を
発生し、後続の乗算装置でこの関数を、回転数に依存す
る所定の関数で乗算するように公知の回路を構成する。

これによって多大の費用がかかる。

それ放水考案の課題は、その都度必要となる燃料の量を
その都度の内燃機関の絞り弁位置と回転数とから余い費
用をかけずに正確に求めることができる調量燃料の量を
決める装置を提供することである。

本考案によればこの課題は冒頭に述べた形式の燃料調量
装置において、 ａ 精密な分解能を有する絞り弁−位置発信器を設け、
この発信器を、計算回路と接続し、ｂ 計算回路は特性
曲線を記憶して有しており、Ｃ計算回路に記憶された特
性曲線は、絞り弁位置−回転数特性曲線でありり、 ｄ この特性曲線に基づき、絞り弁位置の値と回転数値
とから燃料調量のための粗調整用制御信号が直接的に出
力される構成を有していることによって解決される。

その場合実際の特性曲線による制御を比較的粗制御とし
て行うために、特性曲線をただ近似的に与えておくだけ
でよいから有利である。

そこで全体として正確な制御を行うようにする。

本考案によって直接それぞれの内燃機関の特性を示す特
性領域から燃料噴射期間を決める基準となる値を求める
ことができる。

その場合前述のような近似的な制御ではなく、所定の計
算回路を機関特性によって生ずる信号で作動する際、そ
の動作過程を、制御された帰還パルスによって機関が制
御ループを構成する制御モデルとなるようにする。

このために計算回路が特性曲線を度外視して有効な機関
特性の得られるデータを供給する１つまたは有利には結
合された制御信号を使用でき、それによって内燃機関の
動作は有効に制御されるから有利である。

次に本考案を図示の実施例につき詳しく説明する。

第１図において、相応する燃料噴射期Ｄｉの調整によっ
て作動特性に影響を与えられる機関を２で示す。

機関は略示した吸入管３を介して所要の燃焼空気を供給
され、燃焼排気ガスを排気管４を介して排出する。

吸入管３に、図示されてないリンク機構を介して作動可
能な絞り弁５と、更にそれぞれのシリンダに対する吸入
弁の範囲に個別の噴射弁６とが設けである。

噴射弁は第１図の共通の接続線７を介して、詳しく示さ
れていない計算回路８によって噴射特性を制御される。

噴射弁６に図示されてない個別の燃料供給管、ポンプお
よびフィルタを介して所定圧力の燃料が供給される。

その場合燃料は計算回路８によって与えられる所定の時
間間隔でその都度噴射弁６によって、それぞれのシリン
ダの吸入管内に噴射される。

先ず基本的な作動特性を理解するための別の個々の回路
を示さないが、第２図に前述の形式の内燃機関の特性を
示す特性曲線図が示されている。

この特性曲線図は縦軸に１ストローク当りの噴射期間ｔ
ｉ即ち毎分回転数ｎに依存して噴射すべき燃料の量を示
し、その場合それぞれの特性曲線を定の絞り弁位置で示
している。

実際に特性曲線図において、低い回転数では比較的小さ
な絞り弁位置変化に対して噴射燃料の量を比較的大きく
変化する必要があるが、比較的高い回転数では小さな絞
り弁変化によって比較的小さな噴射量の変化が生じ、大
きな絞り弁変化によっては燃料消費がかなり変化するこ
とがわかる。

通常の自動車の運転経験から、斯様な特性曲線図の基本
的な構成を簡単に確認することができる。

即ち低い回転数において機関のトルクを増加するために
小さな絞り弁変化で十分であるが、高い回転数において
は最大角度位置までの大きな絞り弁変化角度においての
み内燃機関の作業特性は大きな影響を受けるようになる
のである。

斯様な特性曲線は所定の形式の内燃機関に固有でありか
つ変化しないことがすでに示されているので、斯様な特
性曲線をそれぞれの内燃機関に対して測定によって求め
ることができる。

特性曲線で値が求められると、その値は計算回路に伝送
される、即ち計算回路は、所定の回転数および所定の絞
り弁位置において特性曲線に相応する噴射時間パルスを
接続線７を介して噴射弁６に伝送するための指令を受信
する。

第１図において入力データは絞り弁５に設けられたポテ
ンショメータ９を用いて得られ、またその場合同時に斯
様なポテンショメータ回路に全負荷スイッチ１０および
／または無負荷スイッチ１１を設けることができるので
、全負荷および／または無負荷作動状態に対しても、計
算回路８に伝送可能な別の信号を発生できる。

また例えば公知のように計算回路は、点火パルスによっ
てまたは第１図の実施例において発信器１２を用いて検
出可能な回転数ｎに相応する信号を受信する。

そしてその場合例えば発信器はクランク軸に設けられた
部材上のマーカ１３を誘導的に検知する。

例えばそれによって中間に接続されたパルス成形装置１
４を用いて計算回路８に、回転数信号または時間間隔信
号として回転数に比例する信号が伝送される。

ここで発信器１２を、内燃機関の作動安定性ないし回転
の滑らかさを測定するために用いると有利である。

また主としてこのために用いると回転数パルスｎを付随
的に省略できる。

これについては後程記述する。内燃機関の回転の滑らか
さないし作動安定性は、較に弁の開放角度を一定に保持
する即ち回転数のレベルと空気量とが同じに保たれた状
態のもとで、供給される燃料の一方または他方の方向へ
変化する即ち燃料−空気−混合気が濃くなるか薄くなる
かすると、内燃機関が作動安定状態にあるか否かの現象
が顕著になる。

そのようになるとするとシリンダ内で調整される燃焼過
程と点火過程に関して、混合気が薄過ぎると点火遅れが
生じかつ混合気が濃過ぎると点火できなくなる、めんど
うな問題が生ずる。

これは自動車に搭載されたエンジンが、チョークを長時
間に亘って引いたままにしておくと、回転特性が益々不
安定になりまた不規則になることで経験されている。

斯様な内燃機関の回転不安定性ないし作動非安定性は、
例えばクランク軸回転の順次連続する時間間隔を継続的
に測定しかつ相互に比較することによって検出できる。

実際に申し分ない安定した回転においては、関連するク
ランク軸の回転周期を相互に減算した場合、差が無いの
が理想である。

内燃機関に回転不安定性があるため、クランク軸に回転
むらが生じると前述のよな差が零の状態からの偏差がひ
どくなっていて、遂には限界状態になる。

また計算回路に、冷機運転および後続の暖機運転のため
にシリンダヘッド温度または冷却水温度を示す温度信号
ｔが伝送され、そのために第１図に発信器１５が略示し
である。

計算回路８は前述のデータから第２図の特性曲線を用い
て所定の方法で噴射パルス時濁ｉを決めるようにすべき
である。

然るにこれによって近似的制御しかできないので、本考
案においては調節器１６を設け、調節器は実際の機関特
性の測定によって計算回路８の動作過程を検査し、かつ
計算回路で例えは乗算過程において所望の燃料消費にお
いて内燃機関の所望のかつ非常に有害物質の小さい作動
を実現するように計算回路に影響を与える。

このために本考案の第１の実施例において、基準値が１
より大きいか小さいかまたは１に等しい信号を、内燃機
関の排気ガス特性を検知するセンサ１７からパルス成形
装置１８を介して調節器１６に供給する。

この信号は空気過剰率λに相応し、その場合センサ１７
は排気ガス組成に基づき、内燃機関に供給された燃料空
気混合気が化学量論的比率を有するかまたは空気過剰で
あるか燃料過剰であるかを決めることができるように、
排気ガスチャネルに設けられている。

斯様なセンサは公知であるのでここでは詳しく示してな
い。

また第３図に示すように、（制御電圧外に比例する）機
関の回転不安定性ないし作動非安定性は混合気が薄くな
ればなる程（入〉１）大きくなり、ついにはもはや混合
気がまったく点火しなくなる。

所望の化学量論的比率は相応する（λ＝１）かまたは僅
かに燃料が過剰であると、機関は最も安定に回転する（
制御電圧外が小）。

その場合混合気が濃くなると再び機関の回転不安定性な
いし作動非安定性は増加する。

実際に内燃機関は、混合気が濃過ぎると燃料消費が多く
なると同時に環境汚染を生ずることになるので、基本的
にλ＜１の範囲で運転すべきではない。

それ故調節器１６は、調節回路８に伝送される調節器の
出力信号が空気過剰率を入＝λｍ１ｎ＝一定た１または
入〉１とする方向に作用するように構成されている。

次に屡々用いられる入＝１−制御の概念は基本的に、所
定値λｍｉｎを保持しかつ入を一定または略一定になる
ように制御することである。

然るに実際に空気過剰率入は例えば無負荷、部分負荷ま
たは全負荷などのその都度の走行状態および回転数状態
にも依存して変化するので、■とは異なるかまたは僅か
に異なる値になることがある。

また排気管内の排気ガス組成を検出する代りに内燃機関
の回転の滑らかさないし作動安定性または相対的な回転
の滑らかさないし作動安定性を検出することができる。

それはその場合前述のように回転の滑らかさないし作動
安定性も燃料空気混合気の組成の関数であるからである
。

前述のように回転の滑らかさないし作動安定性は、クラ
ンク軸回転に比例するパルスを発生しかつ有利には誘導
的に作動される発信器１２を用いて検出される。

その場合機関の回転の滑らかさないし作動安定性を、相
互的なりランク軸回転に基づき安定な回転でない場合、
大概許容された回転差限界値を上回るために、先行する
信号に相応しない信号を検出することによって確認する
ことができる。

また機関回転の滑らかさないし作動安定性の測定は公知
の方法で行われることに基づき、十分な精度を有しない
が、ただ調節器１６を介して、相応する値に噴射期間を
定めることによって回転の滑らかさないし作動安定性を
相応する所望の値に調節するように計算回路８に供給加
能な信号を得ることができる。

然るにこの場合内燃機関の回転の滑らかさないし作動安
定性を制御する際、第３図かな簡単にわかるように内燃
機関をλく１の範囲でも作動できる難点を有する。

ここで付加的に回転の滑らかさなし作動安定性制御の際
、入こ１の状態の場合回転の滑らかさないし作動安定性
制御に優先するいわゆる゛°入＝１−制御゛°を行うよ
うにする。

換言すれば回転の滑らかさないし作動安定性制御の際即
ち発信器１２を用いて機関特性に依存する信号を検出す
る際化学量論的量を超過した燃料空気混合気の比率で作
動されると同時にｄｔＪＲ／ｄ入〉０である場合だけこ
の信号を利用し、実際に安定した制御が可能となるよう
に調節器１６を切換えるようにする。

そこで第３図かられかるように実際の回転の滑らかさな
いし作動安定性制御においてそれぞれλ＝１の右側およ
び左側で２つの調節個所を設けるようにする。

回転の滑らかさないし作動安定性制御と入＝ｌ−制御と
を組合わせると有利である。

それはこの場合機関のすべての動作範囲において、非常
に安定な機関回転および少なくとも安全な化学量論的燃
料空気比率を十分に達成できるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による調節回路を有する内燃機関の接続
を示すブロック図、第２図は第１図の内燃機関の回転数
に依存する燃料噴射期間を絞り弁位置をパラメータとし
て示す特性曲線図、第３図は調節器の制御型ＥＬＩＲを
空気過剰率入に対して示す線図である。 ２・・・・・・機関、３・・・・・・吸入管、４・・・
・・・排気管、５・・・・・・絞り弁、６・・・・・・
噴射弁、δ・・・・・・計算回路、９・・・・・・ポテ
ンショメータ、１２．１５・・・・・・発信器、１４．
１８・・・・・・パルス成形装置、１６・・・・・・調
節器、１７・・・・・・センサ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 計算回路を有し、該計算回路は回転数信号およびその他
   の作動パラメータ信号が供給された際、燃料調量のため
   の粗調整用制御信号を形威し、さらに燃料供給量の微調
   整のために少なくとも１つの別のセンサを有し、該別の
   センサは、排気ガス組成、機関の作動不安定性等の内燃
   機関の作動特性の実際値を検出して、前記粗調整用制御
   信号との乗算的結合のために前記計算回路に供給するよ
   うに構成されている、混合気圧縮火花点火内燃機関の燃
   料調整装置において、 ａ 精密な分解能を有する絞り弁−位置発信器を設け、
   該発信器を計算回路８と接続し、 ｂ 計算回路８は特性曲線を記憶して有しており、 Ｃ計算回路８に記憶された特性曲線は、絞り弁位置−回
   転数特性曲線でありり、 ｄ この特性曲線に基づき、絞り弁位置の値と回転数値
   とから燃料調量のための粗調整用制御信号が直接的に出
   力される構成を有していて成る混合気圧縮火花点内燃機
   関の燃料調量装置。