JPS6069263A - 機関制御装置 - 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】 本発明は、機関制御装置に関する。

内燃機関においては、各燃焼室内でのサイクル毎の変動
かあり、この変動が火炎伝搬速度に影響を及ぼす。この
サイクル毎の変動の結果、機関を完全に同調することは
不可能でアシ、すべてのすイクルについて、点火時期と
燃料供給を平均的に設定せざるを得ない。最近１点火直
前における点火栓近傍の空気速度を測定することによっ
て、緩急燃焼サイクルを予測できることが分ったが、そ
れ以前にも、すでに５点火時期を掻乱するフィード・フ
ォード装置によって、サイクル毎の変動を低減させ、す
べてのサイクルについて最適設定に近い設定ができるこ
とが、欧州特許出願第８８３０７７２５．８号において
提案されている。

前記提案においては、点火栓近傍の点火直前の気体速度
測定方法が必要とされ、前記出願では。

熱線式または熱膜式風速計の使用を提案している。

これらの装置は微妙なために問題が生じがちである。ま
た、点火栓の内部に組込むことは難しく、さらに、風速
計の配量には、気筒頭部の改造が必要である。

本発明は、前記欠点を解消するために、気筒内の少くと
も火炎伝搬速度の近似的予測を行う方法を提供しようと
するものである。

本発明によれば、火花空隙を介して弱い火花を点火させ
る工程と、弱い火花発生に続く電極間電流または電圧を
測定する工程と、前記電圧または電流を分析して、火炎
伝搬速度を予測する工程と、火花空隙を介して強い火花
を発生させ、混合気に点火する工程とからなシ、強い火
花発生時期を、予測火炎伝搬速度に応じて変更すること
を特徴とする機関制御方法が提供される。

発生した弱い火花は、電極空隙中を移動する気体によっ
て吹かれ、その結果としてのアーク電流の変化を検知す
れば、点火栓のすぐ近傍の気体速度が直接水される。こ
の気体速度測定値を用いて。

サイクル変動を補償するように、主火花発生時期を掻乱
する。

非常に弱い火花を発生しても、混合気は点火しないこと
が望ましく、機関動作も影響を受け力いだろう。しかし
、万一そのような弱い火花によって、燃焼室内の気体が
点火した場合にも、火花発生と燃焼による最大圧力時と
の間には相当大きな遅延時間がある。一方５強い火花が
点火栓を通過した場合の遅延時間は、かなジ短い。し念
がって、主火花による燃焼に悪影響を及ぼさずに１弱い
火花を用いることができる。その理由は、発生時期は遅
れても、主火花による最大圧力によって、急速な燃焼が
生じ、これが、弱い火花による遅い燃焼に追いつき、そ
の結果、弱い火花の燃焼過程への影響は問題にならない
。

点火時点の気体乱流を予測するためには、気体速度は、
主火花点火時点に出来るだけ近く測定すべきである。計
算を行い、火花時期に必要な変更を加える時間を要する
ため正確に一致させることは不可能だからである。

本発明の好適実施例においては、単一サイクル中に弱い
火花を数回発生させ、気体速度を数回読取り、読取った
値から、補外法によって、主火花発生時点の気体速度を
予想している。数回読取っているので、偽似信号を無視
して、火花時点の速度について、統計的に有意の予測を
行うことができる。

過去において、燃焼室内に配置した火炎先端検知器によ
って定まる燃焼時間に応じて、気筒に対する点火および
／または燃料供給を制御する種々な装置が提案されてい
る。ある公知の火炎先端検知器においては、一対の電極
を点火栓から一定距離に配置して、イオン化検知器とし
て作用させ、他の検知器では、二対の同様な電極によっ
て、伝搬速度を測定している。

これらの公知装置の欠点は、別の装置を組込んでイオン
化検知器を設けるために燃焼室を改造しなければならな
いことであｐｌさらに、従来、設けら、れている検知器
は、連続動作に耐えるほどの堅固さを有していない。

英国特許第２０６００６２号明細書において。

燃焼時間を宍わす位置決定助変数を得るために、点火栓
そのものを利用することが提案されている。

この助変数は、比較的低い電圧が点火空隙の両端に印加
された場合、点火後に火花に流れるイオン化電流の終端
における尖頭部の時期からなる。

本発明の好適実施例において５点火栓が、火炎伝搬速度
の変化の予測を可能とするために、点火に先立って、火
花を一回以上、好ましくは、数回発生させる機能、従来
通りの方法で、燃料を点火させる機能、および、実際の
燃焼時間を測定するために、点火後、イオン化検知器と
して作用する機能の、三つの顕著な機能を果す制御装置
が提供される。伝搬速度の予測結果を用いて、予じめ設
定された平均点火時期を掻乱させ、一方、実際の燃焼期
間測定値を用いて、閉ループ制御装置によシ５機関の空
燃比を制御する。平均点火時期は予じめ設定されており
、例えば、マイクロコンピュータの表に記憶されている
所定目標値と、最大圧力に係わる位置決定助変数が一致
するように、閉ループによって空燃比が変化される。

これには、イオン化電流曲線終端の尖頭部も関係がある
と考えられておシ、以下の理由によシ、有用な位置決定
助変数を与えるものと思われる。

波形の最初における鋭い尖頭は、点火された気体のイオ
ン化に起因する。火花の終了後、混合気は燃焼を開始す
るが、火炎が１点火栓の領域を占めるに従って、イオン
化度が増大する。この火炎の漸増によって、広巾主パル
スの立上り端が形成され、広巾パルス尖頭部が、点火栓
最近傍の最強火炎と一致する。火炎は、非常に急速に広
がり、鋭い最初の尖頭部が、広巾パルスの立上シ端と融
合する場合がある。

点火栓領域で最大燃焼率に達した後、火炎は伝搬し、点
火栓領域の燃焼度は、燃焼が完全になるに従って、次第
に低下する。しかし、イオン化電流は、イオン化される
粒子の比率のみならず、燃焼室内の圧力によって決定さ
れ、この圧力は、燃焼室内の火炎の伝搬に従って増大す
る。したがって、広巾パルスの立下り端は、点火栓にお
ける燃焼の完了に起因する一般的立下シと、燃焼室内全
体の圧力に基づく重畳的変調を含んでおシ、はとんどの
状態において、燃焼室内の最高圧力の発生と正確に時期
が一致する立下りパルスに１判別可能な尖頭部が存在す
ることが分った。

ある状態下５％に、空運転時や軽負荷時においては、燃
焼による圧力変動量は、立下９広巾パルスの下降傾向を
逆転するにも足ジないが、検出可能な屈曲点、或いは、
少くとも、最小傾斜点が生ずる。当然ながら、これらの
状態下において、特に、雑音の多い動作中には、検出精
度は損われることがある。

最高圧力時期を予測するために、イオン化電流は１種々
の方法で分析できる。前述の英国特許第２０６００６２
号明細書においては、電流の一次および二次導因数の決
定を提案している。しかしながら、電流から予測立下多
曲線を差引き１次に、位置決定助変数を与えるために、
残りの曲線の一次導函数または中心軌跡を決定すること
が望ましい。

また、ノック状態では、高周波発振がイオン化パルスの
終端に重合し、この信号を濾過して、ノック表示に利用
できることが分ったが、この信号は、直ちに、点火燃料
制御装置を支配して；機関の損ｆＩＩを防ぐ。

点火栓をイオン化検知器として利用する場合のもう一つ
の利点は、自浄作用があるということである。これに対
して、別置のイオン化検知器は、堆積物が生じ、最終的
には、検知されるイオン化電流の値に影響を与える。

第３図の点火制御装置において、主点火装置３０は、線
路３２から受ける駆動電圧によって、高電圧を発生し、
イオノ化ダイオード３４を介して、点火栓３６に加えら
れふ。点火装置３０は、従来の装置、たとえば、容量放
電点火装置またはトランジスタ点火装置でもよい。主点
火装置３０によって発生される火花によって混合気が点
火し、点火に続いて、火炎が混合気を通して伝搬する。

電流電圧モニタ４０はダイオード４２を介して、点火後
１点火栓３６に低電圧を加え、電流の変化を時間の関数
として検知する。

第１図は、機関の一気筒における電流変化の一例を示す
。主点火火花は、第１図において、高電流尖頭部１０を
発生する。これによって直ちに燃焼が開始し、火炎が広
がるにつれて、イオン化度が増大し、広巾パルス１２が
、鋭い尖頭部１０直後に現われる。ある場合には、広巾
パルス１２と。

鋭い尖頭部１０が、相互に融合することがある。

鋭角パルス１２の尖頭値は、燃焼の結果として、点火栓
における最大イオン化と一致するが、火炎は、未だ、点
火栓から離れて伝搬していないため。

気筒内置高圧力とは一致しない。

火炎の伝搬にともなって、点火栓空隙における活性度は
低下し、電流は一般に減少する。しかし、パルス１２の
立下り端に重合して、極大点１４、または、少くとも屈
曲点が見られる。これは、広巾パルス１２の立下ｐ端に
円圧を形成し、燃焼室内圧力の変動が電流に影響を及ぼ
すために生じるものと云われる。

いずれの場合も、広巾パルス１２の立下り端の円圧は、
燃焼室内圧力の最高値と正確に一致し、第３図に示す好
適実施例においては、この円圧１４を検知して、制御装
置４４の制御に用いられている。

この利点を認識するために、最大圧力時期部４６は、分
析する波形に対応するデータを数字形式で記憶し、立下
９パルス１２の端部から逆上って、最大転換点、または
、屈曲点の存在する第一の点を判別する。「屈曲点」と
いう用語は広い意味で用いられており、電流の時間的変
化率は、必ずしも、いずれかの時期において零である必
要はなく、充分に有意の極小点を通過すればよい。

信号分析の好適な方法においては、まず、信号全体から
、尖頭部のない立下り端の予測計算値を差引くことによ
って、圧力最大値を分離する。この予測値は、判別可能
な両側の値の補間によって得ることができる。次に、残
余の信号を、変化率最低点を示す一次時間導函数を決定
するか、または、その重心、正確には、中心軌跡を評価
することによって１分析する。これらの方法は、実時間
で迅速に実行できる利点がおる。

制御装置４４は、したがって、第６図のブロック４６か
ら、最大圧力の実際の時期の表示信号を受け、制御装置
４４において、最大圧力時期の目標値と比較される。空
燃比を増減するために、燃料供給装置を制御する出力が
線路５０に発生し、一方、平均最良火花時期の所定信号
が、線路４８から、回路６０に送られる。

グロック４６内において１機関ノックを表わす１ 高周波成分を検出するために、イオン化電流は。

再び、分析される。この信号を用いて、制御装置４４に
おいては１機関の損傷を防ぐために、直ちに時期変更を
行う。

前述したように、すべての気筒において、サイクル毎に
相当の変動があり、点火直前における点火栓近傍の混合
気速度によって、緩急燃焼サイクルを予測することがで
きる。そのために、第３図に示す装置は１弱い火花発生
器５２を備え、これが主点火装置よりも僅かに早く制御
装置４４によって駆動されて１弱い火花を、分離ダイオ
ード５４を介して、点火栓３６に印加する。

点火栓３６両端の電圧は、電流電圧モニタ４０によって
検知され、第２図に示す通り、電圧変動が１時間の函数
として生じる。たとえば、ある−例では、混合気速度が
毎秒１０米の場合、弱い火花発生より僅か後の電圧変化
率は非常に高いが、毎秒２米の波形の場合、変化率は比
較的低い。

第６図の緩急予測器５６は、弱い火花発生の約ナノセカ
ンドに生じる瞬時ｔ１における電圧変化２ 率を測定し、この変化率から、混合気速度を予測する。

これは、前述したように、予想燃焼期間と関係があり、
フィード・フォード装置において、この予測値を用いて
、火花時期を掻乱して、緩急燃焼サイクルを補償するこ
とができる。

緩急予測器５６の出力は、線路５８を介して。

火花掻乱部６０に加えられる。掻乱部６０は、予測燃焼
期間に応じて、主点火装置３０の駆動を遅らせるための
可変遅延回路である。

最初の零通過時期は、混合気速度によって大きく異なり
、この助変数を、電圧変化率の測定値に代えて利用でき
るので、予測器５６は、必ずしも。

電圧変化率を測定する必要はない。

発生器５２は弱い火花を発生するため、火花が混合気点
火に足る力を有さす、混合気が弱くなる場合が起ｐがち
であるが、たとえ、混合気が比較的強くても、弱い火花
によって燃焼が開始すると、最大圧力発生までに要する
時間は、強い火花の場合より１弱い火花の場合の方が相
当長い。したがって１弱い火花によって燃焼が開始した
場合のみ発生する最大圧力は、主点火装置が発生する最
大圧力によって支配される。したがって、燃焼期間予測
を行うための予備的の弱い点火は、燃焼過程に大きな影
響を与えない。

火炎伝搬速度を予測するためには、主火花に先立って、
数個の弱い火花を利用することが望ましい。数個の読み
が得られたら、予じめ、補外法によって、点火瞬時にお
ける気体速度を予測することができる。さらに、偽似読
み取り値を排除し。

時期決定に対する影響を防ぐことができる。

空燃比の閉ループ制御の場合、サイクル毎に通常化じる
変動のため、長い時定数を必要とし、そのような変動を
低減するために、フィード・フォード制御を組込むこと
によって、帰還回路の精度も同時に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、火花発生後のイオン化度検知のため弱い電流
を点火栓に印加した場合に１点火栓に流れる電流の変動
、および、同じ時間目盛で、同−気筒内における圧力の
時間的変化を示すグラフ％５ 第２図は、火花を空隙に放電した場合における点火栓電
圧の時間的変化を、二つの異った混合気速度について示
す二つのグラフを含む図、第３図は、点火制御装置の回
路ブロック図である。 符号の説明 ３０・・・主点火装置、３４・・・イオン化ダイオード
、３６・・・点火栓、４０・・・電流電圧モニタ％　４
４・・・制御装置、５２・・・弱い火花発生器、５６・
・・緩急予測器、６０・・・火花掻乱部。 代理人　浅　村　晧 ６ 手続補正書（方式） 昭和４年／ρ月／と日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和よ７年特許願第１ツタθ乞コ　号 ２、発明の名称 務閏重’Ｉ’４’ｒ躯番 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和」７年　ア月２＃ＥＩ ６、補正により増加する発明の数。 ８、補正の内容　別紙のとおり　７／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）火花空隙を介して弱い火花を発生する工程と、弱
   い火花発生に続いて、電極間の電流または電圧を測定す
   る工程と、火炎伝搬速度の予測のために。 電圧または電流を分析する工程と、その後、混合気を点
   火するために、火花空隙を介して強い火花を発生する工
   程とを備え、前記強い火花発生時期は、火炎伝搬速度予
   測値に応じて可変であることを特徴とする機関制御方法
   。 （２１４！許請求範囲第１項において、単一サイクル内
   において、数個の気体速度読みを得るために、数個の弱
   い火花を発生させ、前記読みを補外法で処理して、後続
   の主火花発生時における気体速度を予測する方法。 （３）特許請求範囲第１項または第２項において、機関
   に対する燃料供給の閉回路制御のための、実際の燃焼期
   間に依存するパラメータを得るために、点火後、イオン
   化電流を１点火栓に、更に、加え、前記イオン化電流を
   分析して、その終端に重合する尖頭部の時期を位置決定
   することを特徴とする方法。 （４）特許請求範囲第３項において、イオン化電流を分
   析するために、前記電流から予想立下多曲線を差引いて
   、残余信号の一次変化率または中心軌跡を評価すること
   によって、位置決分慕餐盲を得ることを特徴とする方法
   。 （５）特許請求範囲第３項または第４項において、イオ
   ン化電流を分析して、ノックを示す高周波成分を終端部
   に検知し、機関の損傷を防ぐために。 前記検知結果に応じて５点火を可変とすることを特徴と
   する方法。