JPS61190148A - 内燃機関の燃焼室における燃焼制御方法及び装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の燃焼室における燃焼制御方法及び装
置に関する。

［従来技術］ ドイツ特許公開公報第３１１１１３５号には、光学セン
サを用いて内燃機関の燃焼室に燃焼中発生する光信号を
検出する方法が開示されている。適当な手段を用い、燃
焼から生ずる光の光度に基づき、燃焼プロセスにおける
特異点を求めることが可能である。更に例えば、基準マ
ーク発生器などのセンサを用い、この特異点を対応する
クランク角に対応させることができる。目標となるクラ
ンク角と光信号に関係した実際のクランク角を比較する
ことにより、点火時点や他の燃焼に影響を与える量を制
御する制御回路を構成することができる。

このような装置により内燃機関の回転円滑度を大きくし
、最適な値に制御することが可能になる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述したような従来の装置では、回転の円滑度がそれ以
上向上しないような時でもＭ＃が行なわれるという問題
点がある。これは、従来の制御では良好な燃焼を示す光
信号と、燃焼遅れを示す光信号間の区別ができないこと
に起因している。

従って光信号からでは回転円滑度につながる燃焼と、そ
うでない燃焼間を区別することができないという問題点
がある。

従って本発明はこのような従来の欠点を解決するために
成されたもので、内燃機関の円滑度に悪影響を与える燃
焼を除去し、内燃機関を最適に制御することが可能な内
燃室における内燃機関の燃焼室における燃焼制御方法及
び装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はこのような問題点を解決するために、内燃機関
の燃焼室における燃焼遅れを検出し、燃焼遅れが所定値
より大きくなった場合、燃焼室における燃焼を制御して
、燃焼遅れを減少させる構成を採用した。

［作　用］ このような構成において、例えば燃焼遅れを検出するた
めに、内燃機関の燃焼室における光度が用いられ、その
信号に基づき内燃機関に供給される燃料の量を制御する
ようにしている。

［実施例］ 以下、本発明の内燃機関の燃焼室における燃焼制御方法
及び装置の実施例を説明する。以下の実施例で内燃機関
はガソリンエンジンについて説明されるが、本発明の原
理は内燃機関の種類に限定されるものではなく、任意の
種類の内燃機関に応用できるものである。また、以下に
説明する回路は図示した回路に限定されるものではなく
、例えば、本発明の基礎になっている考え方は、アナロ
グ回路、デジタル回路、プログラム制御のコンピュータ
あるいはそれらを組み合わせて実現できるものである。

第１図には内燃機関の燃焼室における図示中間圧の特性
が図示されている。第１図の横軸は上死点を経過した後
のクランク角度が図示されており、縦軸には平均図示中
間圧ＰＩＱに対する図示中間圧ＰＩが図示されている。

図示中間圧ＰＩは−燃焼サイクル中、例えば積分により
得られる内燃機関の燃焼室における平均圧力値であり、
一方平均図示中間圧ＰＩＱは複数の図示中間圧ＰＩの時
間平均値、即ち多数の燃焼サイクルにおける図示中間圧
である。第１図において、Ｘ印は燃焼サイクル中得られ
た、規格化された図示中間圧ＰＩ／ＰＩＱである。

第１図にはこのような図示中間圧が複数個記入されてい
る。第１図において規格化された図示中間圧ＰＩ／ＰＩ
ＱのＸ印の値が１．０よりも大きい場合には、その燃焼
サイクルでは内燃機関の円清廉に悪い影響を与えるもの
でないことを意味する。それに対し、規格化された中間
圧が１．０よりも小さい場合には、回転が円滑でないこ
とを意味する。このような燃焼サイクルは、通常燃焼遅
れの概念として知られており、第１図から明らかなよう
に、１．０より小さい図示中間圧ＰＩ／ＰＩＱは、１．
０よりも大きな値を持つ図示中間圧よりもクランク角で
遅れて現われ、それにより燃焼８れといわれている。こ
のような燃焼遅れが、内燃機関の混合気が極端に稀薄化
している場合や、排ガスで稀薄されたような時に発生す
る。

この燃焼遅れは、内燃機関が限界回転に近づいたような
場合には、点火時期が最適に設定している場合でも発生
する。このように燃焼に遅延が発生することにより、燃
焼が内燃機関の駆動に寄与する回転トルクは減少し、そ
の結果、内燃機関の回転円清廉が悪くなる。従って、こ
のような燃焼遅れを出来る限り防止するようにしなけれ
ばならない。

第２図には、内燃機関の燃焼室における燃焼光の最大値
が図示されている。横軸は、第１図と同様に、上死点後
におけるクランク角であり、縦軸は燃焼光最大値の平均
値ＳＭＱに対する燃焼光最大値ＳＭが図示されている。

ＳＭは所定の燃焼サイクル中における燃焼の最大光度を
示しており、ＳＭＱは前後して現れる複数の燃焼光最大
値の平均値、即ち多数の燃焼サイクルにおける平均燃焼
光最大値を示している。第１図と同様に各Ｘ印は所定の
燃焼サイクルにおける、規格化された燃焼光最大値ＳＭ
／ＳＭＱを示している。

燃焼室の各燃焼サイクルには、それぞれ規格化された図
示中間圧ＰＩ／ＰＩＱ並びに規格化された燃焼光最大値
ＳＭ／ＳＭＱが対応する。従って第１図の各Ｘ印には、
第２図のＸ印が対応している。燃焼に遅延が発生する場
合には、その場合発生する燃焼に基づく光度は平均値よ
りも少なくなることが知られている。即ち、燃焼遅れの
場合には、規格化された燃焼光最大値ＳＭ／ＳＭＱが１
．０よりも小さい値となっている。このように光度が減
少する理由は燃焼遅れが発生するサイクルでは温度並び
に圧力値が減少するからである。

燃焼室の温度、圧力並びにそれから得られる燃焼光最大
値ないし図示中間圧間には線形な関係がないので、規格
化された図示中間圧、並びに規格化された燃焼光最大値
間にも線形な関係は得られない。一方、測定並びに実験
により、燃焼遅れの場合には、規格化された図示中間圧
ＰＩ／ＰＩＱと、規格化された燃焼光最大値ＳＭ／ＳＭ
Ｑ間には自乗の関係が発生すること、即ち（１−３Ｍ／
ＳＭＱ）２＝１−ＰＩ／ＰＩＱの関係が成立することが
わかっている。

第３図には内燃機関の燃焼室における図示中間圧と燃焼
光最大値の関係が図示されており、同図から上述した関
係、即ち（１−３Ｍ／ＳＭＱ）２＝１−ＰＩ／ＰＩＱの
関係が実験値とよく一致していることが理解される。

第１図から第３図に関連して、内燃機関の燃焼室におけ
る燃焼を制御するには、２種類の方法が考えられる。ま
ず第１の方法は燃焼室における圧力特性を測定すること
により燃焼遅れを検出し、燃焼遅れが発生したサイクル
に従い、次の燃焼において燃焼遅れが発生しないように
制御を行なう方法である。他の方法は、圧力特性に変わ
り燃焼室における光度特性を用いて第１の方法と同様な
制御を行なう方法である。

第４図には、それに基づきフィードバッグ制御を行なう
実施例が図示されている。同図において符号１０で示す
ものは内燃機関であり、この内燃機関から最大値検出回
路１１に出力信号が入力される。この出力信号は本実施
例の場合、内燃機関の燃焼室における光度特性に関した
信号である。

従って最大値検出回路１１の出力端子には上述した信号
ＳＭ即ち関連する気筒の燃焼サイクルにおける燃焼光最
大値が得られる。この最大値検出回路１１の出力信号は
、平均値形成回路１２並びに結合点１３に入力される。

平均値形成回路１２は信号ＳＭから信号ＳＭＱ、即ち多
数の燃焼サイクルにわたる平均燃焼光最大値を形成する
。結合点１３にはこの信号ＳＭＱが入力される。結合点
１３では両信号ＳＭ、ＳＭＱに基づき、ＡＳＭＮで示し
た出力信号を発生する。この信号は信号処理回路１４に
入力される。この信号処理回路の機能は燃焼遅れを検出
し、それを除去することである。これは例えば、信号Ａ
ＳＭＮから正の値のみを取り出し、それを信号ＡＳＭと
して出力させることによって行なわれる。この出力信号
ＡＳＭは自乗回路１５に入力され、そこで発生した信号
ＡＳＭの自乗信号が、後段に接続された分類回路１６に
入力される。この分類回路１６の出力信号がＵＫで図示
されている。この信号ＵＫは制御器（好ましくはＰＩ制
御器）１７に入力される。符号１８で示すものはデータ
発生器であり、このデータ発生器は内燃機関の回転数や
負荷、温度などの動作パラメータ、あるいはその他の信
号に従ってデータを発生する。制御器１７並びにデータ
発生器１８の出力信号は、結合点１９で互いに結合され
、その結合点１９からの出力信号によって内燃機関１０
の動作が制御される。

このように第４図に図示した実施例により、内燃機関の
燃焼室における燃焼を制御する装置が得られる。即ち、
同装置において最大値検出回路１１により燃焼光最大値
ＳＭが検出され、平均値形成回路１２により平均燃焼光
最大値ＳＭＱが形成され、結合点１３を介して信号ＡＳ
ＭＮ−ＳＭＱ−ＳＭが形成され、この信号が信号処理回
路１４に入力される。この信号処理回路１４は信号ＡＳ
ＭＮのうち負の値を抑圧することにより燃焼遅れを除去
する。その後、自乗回路１５により燃焼光最大値から図
示中間圧に変換され、続いて分類回路１６並びに制御器
１７を介して内燃機関が制御されることになる。

分類回路１６は信号ＡＳＭの自乗の大きさに従って複数
のクラスに分類し、各分類に応じて、それに属する値Ｕ
Ｋを発生する機能を有する。この分類回路の実施例が第
５図に線図として図示されている。横軸には信号ＡＳＭ
の自乗の値がＯと１の間で図示されており、また縦軸に
は信号ＵＫが図示されている。この分類回路で信号ＡＳ
Ｍの自乗が最も小さいクラスに分類された場合、信号Ｕ
Ｋの値は負となることに注意しておく。

次に例として信号ＡＳＭＮが小さい場合、即ち信号ＳＭ
と信号ＳＭＱの偏差がわずかで、燃焼遅れの数が少ない
場合について説明する。ＡＳＭＮが小さいことがらＡＳ
Ｍの自乗も小さくなり、ＡＳＭの自乗が小さいことから
第５図の線図で最も小さい分類に属し、従って信号ＵＫ
は負の値となる。この負の信号ＵＫによりデータ発生器
１８からのデータ値は制御器１７の出力信号に基づき燃
料の量を減少させる方向に制御され、従って燃料と空気
の混合気はデータ値に比較して更に稀薄化され、内燃機
関の限界回転近くに制御される。

内燃機関が限界回転により近づくに従って、燃焼遅れが
発生し、それにより信号ＡＳＭＮの値が大きくなり、信
号ＡＳＭの自乗の値は第５図の最小分類値に属さなくな
り、信号ＵＫが正となる。その結果、制御器１７の出力
信号に基づき内燃機関の燃料と空気の混合気が再び漕厚
化され、内燃機関に多くの燃料が供給され、その結果、
内燃機関は再びその限界回転から遠ざかることになる。

第５図に図示したＡＳＭの自乗とＵＫの信号の関係から
、内燃機関に供給される混合気をデータ発生器１８から
得られるデータ値以下にｉ薄化させることが可能である
。

次に第５図に点線で図示したように、信号ＵＫが負とな
らない場合には、第４図に図示した制御回路によって内
燃機関に供給される混合気が稀薄化される度合いは、デ
ータ発生器１８によって得　　　゛られるデータ値が限
度である。この場合、第４図の制御器は燃焼遅れがある
場合のみ混合気を濃厚化させ、燃焼遅れを再び抑圧させ
る監視装置とみることができる。

第５図に図示したような分類特性の利点は所望の回転円
滑度からのズレに従って重みをつけることができること
である。例えば、わずかな数の燃焼遅れだけしか発生し
ていない場合には、応答をわずかなものにすることがで
きる。一方、燃焼遅れの数が多い場合には、分類特性に
従って制御を強くすることができる。しかし、燃焼遅れ
の数の変動がわずかな場合並びに燃焼遅れの数が短時間
的に大きくなった場合には、この分類特性に基づき、直
ちに強い制御が行なわれるのではなく、変動数が継続す
る場合にのみ分類回路の出力回路が変動することになる
。

燃焼遅れのみが内燃機関の制御に用いられることにより
制御を極めて高速にすることができる。

また分類回路により、同時に全体の制御を安定化させる
ことができる。このように本発明では、内燃機関はその
限界回転近くで駆動できるとともに、同時に可能な限り
、回転円滑度を大きなものとすることができる。

データ発生器１８は開ループ制御とすることもでき、ま
た閉ループ制御とすることもできる。また、このデータ
発生器に入力される信号はそれぞれ内燃機関の回転数、
負荷、温度、並びに吸気管の空気流量、新気の量などの
動作パラメータが可能である。即ち、データ発生器１８
はこれらの動作パラメータに従って開ループ制御データ
値、ないし閉ループ制御データ値を発生するものである
。

また第４図に図示した制御回路において、分類回路１６
を自乗回路１５において組み入れることも可能であり、
また制御技術的に可能ならば、分類回路１６を省略する
ことも可能である。

上述したような燃焼方法により、例えば内燃機関に供給
される燃料の量を制御することが可能である。しかし、
それにかえ、対応した操作機器を用い内燃機関に供給さ
れる排気再循環量を変えることも可能である。またデー
タ発生器１８から得られる出力信号を排ガス組成に従っ
て変化させ、内燃機関に供給される混合気が稀薄化した
場合、限界回転を正確に監視することも可能である。こ
のような場合には、信号ＵＫの値を全て正の値とするよ
うにしなければならない。また本発明の制御装置より燃
焼を制御するのに燃料供給量の他に内燃機関の点火時点
、新気の供給量等を変化させたり、制御することが可能
である。なお、このような場合１点火時点の制御は遅い
方向の点火制御のみに限定される。

上述したように、本発明では内燃機関の内燃室における
燃焼遅れを検出することが重要であり、その方法につい
ては種々の方法が考えられる。上述したように、図示中
間圧、並びに燃焼光最大値を介して検出することもでき
、また燃焼遅れを燃焼サイクルの光放出する間、積分を
介して検出したり、また内燃機関の燃焼室におけるイオ
ン電流の最大値を介して燃焼遅れを検出することも可能
である。

本発明における制御において、燃焼遅れが発生する時点
、即ち正確なりランク角は必ずしも重要でないが、クラ
ンク角信号を同様に燃焼遅れの検出に用いることもでき
る。その場合、クランク角信号にかえ、燃焼室における
燃焼位置に関する信号を用いることができる。この燃焼
位置に関する信号は、例えば燃焼室における圧力特性、
圧力最大値の位置、燃焼室における光度特性、光度の最
大値、あるいは火炎が所定の場所、例えばイオン電流セ
ンサに到着する時点により得ることができ　　　　゛る
。

また、分類回路１６を、例えば負のゼロ点を持つ自乗回
路、あるいはデッドゾーン、並びにデッドゾーン内に負
の出力を有する比例素子を用いて実現することもできる
。

また本発明は、即ち第４図に図示した実施例は内燃機関
の回転円滑度を測定するのにも用いることができる。即
ち回転円滑度の表示として、例えば信号ＵＫ、即ち分類
回路１６の内容を用いることができ、それにより内燃機
関の回転円滑度ないし回転非円浸度を表示させることが
できる。

第４図に示した制御回路を変形させる場合、場合に応じ
て変形しない素子もそれに対応して変形する必要が生じ
る場合が発生する。また上述した変形例を本実施例と組
み合わせて本発明を実現することも可能である。

［効　果］ 以上説明したように、本発明では内燃機関における燃焼
遅れを検出し、燃焼遅れが所定値より大きくなった場合
、燃焼室における燃焼を制御して、燃焼遅れを減少させ
るようにしているので、内燃機関の回転円清廉にマイナ
スの要因を与える燃焼のみを考慮することができるとい
う利点が得られる。

また本発明の実施例では、燃焼室における燃焼光最大値
を用いて内燃機関を制御することが可能であり、本来の
制御回路（閉ループ回路）を線形な信号で駆動するので
はなく、分類されたステップ状の信号により制御を実施
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の燃焼室における図示中間圧の特性を
示した特性図、第２図は燃焼室における燃焼光最大値の
特性を図示した特性図、第３図は図示中間圧と燃焼光最
大値間の関係を示した特性図、第４図は本発明の制御装
置の一実施例を示したブロック図、第５図は分類回路の
特性を示した線図である。 １０・・・内燃機関　　　１１・・・最大値検出回路１
２・・・平均値形成回路 １４・・・信号処理回路　１５・・・自乗回路１６・・
・分類回路　　　１７・・・制御器１８・・・データ発
生器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内燃機関の燃焼室における燃焼遅れを検出し、燃焼
   遅れが所定値より大きくなった場合、燃焼室における燃
   焼を制御して燃焼遅れを減少させることを特徴とする内
   燃機関の燃焼室における燃焼制御方法。 ２）燃焼遅れを内燃機関の燃焼室における圧力特性によ
   り検出するようにした特許請求の範囲第１項に記載の内
   燃機関の燃焼室における燃焼制御方法。 ３）燃焼遅れを図示中間圧により検出するようにした特
   許請求の範囲第２項に記載の内燃機関の燃焼室における
   燃焼制御方法。 ４）燃焼遅れを内燃機関の燃焼室における光度特性によ
   り検出するようにした特許請求の範囲第１項に記載の内
   燃機関の燃焼室における燃焼制御方法。 ５）燃焼遅れを内燃機関の燃焼室における燃焼光最大値
   により検出するようにした特許請求の範囲第４項に記載
   の内燃機関の燃焼室における燃焼制御方法。 ６）燃焼遅れを内燃機関の燃焼室における火炎面により
   検出するようにした特許請求の範囲第１項に記載の内燃
   機関の燃焼室における燃焼制御方法。 ７）燃焼遅れを火炎面が内燃機関の燃焼室の所定の場所
   に到達したことにより検出するようにした特許請求の範
   囲第６項に記載の内燃機関の燃焼室における燃焼制御方
   法。 ８）内燃機関の燃焼室における燃焼を燃料供給量、排気
   再循環率、点火時期、新気の供給により制御するように
   した特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の燃焼室に
   おける燃焼制御方法。 ９）燃焼制御の入力信号を分類に従った信号とした特許
   請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載
   の内燃機関の燃焼室における燃焼制御方法。 １０）内燃機関の燃焼室における燃焼サイクル中燃焼光
   の最大値を検出する最大値検出回路と、燃焼サイクルに
   おいて燃焼遅れか否かを検出する平均値形成回路と、燃
   焼光の最大値を自乗して燃焼の図示中間圧を形成する自
   乗回路と、自乗値に従って所定の分類値を発生する分類
   回路と、分類値に従って制御信号を発生し内燃機関の燃
   焼を制御する制御回路とを備え、燃焼遅れが所定値より
   大きくなった場合、燃焼室における燃焼を制御して燃焼
   遅れを減少させることを特徴とする内燃機関の燃焼室に
   おける燃焼制御装置。 １１）内燃機関を動作パラメータに従ってデータを発生
   するデータ発生器により制御するようにした特許請求の
   範囲第１０項に記載の内燃機関の燃焼室における燃焼制
   御装置。 １２）全体装置を内燃機関の回転円滑度測定に用いるよ
   うにした特許請求の範囲第１０項に記載の内燃機関の燃
   焼室における燃焼制御装置。