(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料内燃機関において、アクセルペダルの踏み込み量に応じて定まる基本スロットル開度を算出し、吸入空気量が機関回転数に応じて定まる必要吸入空気量となる最小のスロットル開度である必要最小スロットル開度を算出し、スロットル開度をこれら基本スロットル開度と必要最小スロットル開度とのうち小さい方に制御するスロットル開度制御装置。
【請求項２】
ガス燃料内燃機関において、各気筒の吸気行程における瞬時吸入空気量を検出し、該瞬時吸入空気量の平均値である平均吸入空気量を算出し、各気筒の瞬時吸入空気量が該平均吸入空気量に一致するように、スロットル開度を、機関吸気通路内の圧力振動に対し逆位相でもって振動せしめるスロットル開度制御装置。
【請求項３】
機関低回転運転時には前記基本スロットル開度と前記必要最小スロットル開度とのうち小さい方にスロットル開度を制御し、機関高回転運転時にはスロットル開度を基本スロットル開度に制御する請求項１に記載のスロットル開度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のスロットル開度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、機関吸気通路内に燃料噴射弁を配置した内燃機関が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸気通路内に生じた圧力波により吸気通路内を空気が逆流すると吸気通路内に供給された燃料がこの逆流する空気と共に吸気通路内を逆流し、その結果機関燃焼室内に実際に供給される燃料量が正規の燃料量からずれるという問題点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、ガス燃料内燃機関において、アクセルペダルの踏み込み量に応じて定まる基本スロットル開度を算出し、吸入空気量が機関回転数に応じて定まる必要吸入空気量となる最小のスロットル開度である必要最小スロットル開度を算出し、スロットル開度をこれら基本スロットル開度と必要最小スロットル開度とのうち小さい方に制御するスロットル開度制御装置が提供される。すなわち１番目の発明では、スロットル開度が、機関に必要な吸入空気を供給しつつ空気の逆流を低減することができる必要最小スロットル開度にせしめられるので燃焼室内に供給される燃料量が正規の燃料量からずれるのが阻止される。
【０００５】
前記課題を解決するために２番目の発明によれば、ガス燃料内燃機関において、各気筒の吸気行程における瞬時吸入空気量を検出し、該瞬時吸入空気量の平均値である平均吸入空気量を算出し、各気筒の瞬時吸入空気量が該平均吸入空気量に一致するように、スロットル開度を、機関吸気通路内の圧力振動に対し逆位相でもって振動せしめるスロットル開度制御装置が提供される。すなわち２番目の発明では、圧力振動が打ち消されるので空気の逆流が低減され、したがって燃焼室内に供給される燃料量が正規の燃料量からずれるのが阻止される。
更に、３番目の発明によれば１番目の発明において、機関低回転運転時には前記基本スロットル開度と前記必要最小スロットル開度とのうち小さい方にスロットル開度を制御し、機関高回転運転時にはスロットル開度を基本スロットル開度に制御する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をガス燃料内燃機関に適用した場合を示している。
図１を参照すると、ガス燃料機関本体１は４つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４を具備する。各気筒はそれぞれ対応する吸気枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを介してサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアクリーナ５に接続される。各吸気枝管内には圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を噴射する燃料噴射弁６が配置される。吸気ダクト４内には電子式のアクチュエータ７により駆動されるスロットル弁８と、例えばホットワイヤ式のエアフロメータ９とが配置される。なお、機関１の吸気行程順序は＃１−＃３−＃４−＃２である。一方、各気筒は排気マニホルド１０を介して三元触媒１１を収容したケーシング１２に接続される。なお、各燃料噴射弁６およびアクチュエータ７はそれぞれ電子制御ユニット２０からの出力信号に基づいて制御される。
【０００７】
電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）２５、入力ポート２６、および出力ポート２７を具備する。エアフロメータ９は吸入空気量Ｇａに比例した出力電圧を発生する。踏み込み量センサ２８はアクセルペダル（図示しない）の踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する。これらセンサ９，２８の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器２９を介して入力ポート２６に入力される。また、入力ポート２６には機関回転数Ｎを表す出力パルスを発生する回転数センサ３０が接続される。一方、出力ポート２７はそれぞれ対応する駆動回路３１を介して燃料噴射弁６およびアクチュエータ７に接続される。
【０００８】
本実施態様ではスロットル開度θは基本スロットル開度θＢとされる。この基本スロットル開度θＢは機関出力をアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰにより定まる目標出力にするのに必要なスロットル開度であり、予め実験により求められている。基本スロットル開度θＢは図２に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
【０００９】
ところで、例えば１番気筒＃１の吸気行程が行われて対応する吸気枝管２ａ内に圧力振動が生ずると吸気枝管２ａ内に空気の逆流が生じ、その結果燃料噴射弁６から噴射されたＣＮＧがこの空気流と共に吸気枝管２ａ内を逆流して１番気筒＃１に供給されるＣＮＧ量が正規のＣＮＧ量よりも少なくなる。一方、吸気枝管２ａ内を逆流したＣＮＧはサージタンク３内に流入し、次いで吸気行程が行われる３番気筒＃３に吸入されると３番気筒＃３に供給されるＣＮＧ量が正規のＣＮＧ量よりも多くなる。
【００１０】
すなわち、このように吸気脈動が生ずると気筒間の空燃比のばらつきが大きくなり、その結果機関出力が低下し、燃料消費率が増大してしまう。
特に、ＣＮＧのようなガス燃料はガソリンのような液体燃料に比べて空気流の影響を受けやすい。したがって図１の内燃機関のようにＣＮＧを用いた場合には気筒間の空燃比のばらつきが大きくなる恐れがある。
【００１１】
一方、スロットル開度が十分大きいときには吸入空気量はスロットル弁８により規制されず、むしろ機関回転数に依存する。したがって、このように機関回転数に応じて定まる吸入空気量を必要吸入空気量と称すると、吸入空気量が必要吸入空気量となる最小のスロットル開度までスロットル開度を小さくしても吸入空気量が不足することはない。一方、スロットル開度が小さくなるとスロットル弁８による空気の逆流の抵抗が大きくなるので空気の逆流を低減することができる。
【００１２】
そこで、吸入空気量が必要吸入空気量となる最小のスロットル開度を必要最小スロットル開度θＭと称すると、本実施態様では必要最小スロットル開度θＭを予め求めておき、必要最小スロットル開度θＭが基本スロットル開度θＢよりも小さいときにはスロットル開度θを必要最小スロットル開度θＭにしている。その結果、機関に必要な吸入空気を供給しつつ空気の逆流を低減することができ、したがって気筒間の空燃比のばらつきを低減することができる。この必要最小スロットル開度θＭは予め実験により求められており、図３に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。図３からわかるように必要最小スロットル開度θＭは機関回転数Ｎが大きくなるにつれて大きくなる。
【００１３】
なお、実際に空気の逆流が生ずるのは機関回転数Ｎが低いとき、例えば約２４００ｒｐｍよりも低いときである。したがって、機関低回転運転時にスロットル開度θを基本スロットル開度θＢと必要最小スロットル開度θＭとの小さい方にし、機関高回転運転時にスロットル開度θを基本スロットル開度θＢにすることもできる。
【００１４】
図４はスロットル開度θを算出するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図４を参照すると、まず初めにステップ４０では現在の機関回転数Ｎおよびアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰが読み込まれる。続くステップ４１では図２のマップから基本スロットル開度θＢが算出される。続くステップ４２では図３のマップから必要最小スロットル開度θＭが算出される。続くステップ４３では必要最小スロットル開度θＭが基本スロットル開度θＢよりも小さいか否かが判別される。θＭ＜θＢのときには次いでステップ４４に進み、スロットル開度θが必要最小スロットル開度θＭとされる。これに対し、θＭ≧θＢのときには次いでステップ４５に進み、スロットル開度θが基本スロットル開度θＢとされる。アクチュエータ７は実際のスロットル開度がθとなるようにスロットル弁８を駆動する。
【００１５】
次に別の実施態様を説明する。機関吸気通路内に圧力振動が発生したときには図５に示されるように吸入空気量Ｇａも振動し、このとき吸入空気量Ｇａは平均吸入空気量ＧａＡＶを中心として振動する。一方、基本スロットル開度θＢが必要最小スロットル開度θＭよりも小さいときには吸入空気量Ｇａはスロットル開度θに依存する。したがってこのときスロットル開度θを増大させると吸入空気量Ｇａが増大し、スロットル開度θを減少させると吸入空気量Ｇａが減少することになる。したがって吸入空気量Ｇａが減少したときにスロットル開度θを増大させ、吸入空気量Ｇａが増大したときにスロットル開度θを減少させれば吸入空気量Ｇａの振動が打ち消されて低減されることになる。
【００１６】
そこで本実施態様では、θＢ＜θＭのときには図５に示されるように吸入空気量Ｇａの振動に対し逆位相でもってスロットル開度θを振動せしめ、それにより吸入空気量Ｇａの振動を低減するようにしている。その結果、空気の逆流を低減できるので気筒間の空燃比のばらつきを低減することができる。なお、この場合スロットル開度θは基本スロットル開度θＢを中心として振動せしめられる。
【００１７】
スロットル開度θを吸入空気量Ｇａの振動に対し逆位相でもって振動せしめるために、吸入空気量Ｇａを連続的に検出してこの吸入空気量Ｇａに応じてスロットル開度θを算出するようにすることもできる。しかしながら、各気筒の吸気行程における瞬時吸入空気量が平均吸入空気量ＧａＡＶに一致するようにスロットル開度θを制御すればスロットル開度θが吸入空気量Ｇａの振動に対し逆位相でもって振動せしめられていることになる。そこで本実施態様では、各気筒の吸気行程における瞬時吸入空気量を検出し、この瞬時吸入空気量が平均吸入空気量ＧａＡＶに一致するようにスロットル開度θを補正するようにしている。
【００１８】
次に図６を参照して本実施態様を詳細に説明する。図６に示すスロットル開度算出ルーチンは各気筒の吸気行程が行われる毎に実行される。
図６を参照すると、まず初めにステップ５０では現在の機関回転数Ｎおよびアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰが読み込まれる。続くステップ５１では図２のマップから基本スロットル開度θＢが算出される。続くステップ５２では図３のマップから必要最小スロットル開度θＭが算出される。続くステップ５３では基本スロットル開度θＢが必要最小スロットル開度θＭよりも小さいか否かが判別される。θＢ≧θＭのときには次いでステップ５４に進み、スロットル開度θが必要最小スロットル開度θＭとされる。これに対し、θＢ＜θＭのときには次いでステップ５５に進み、係数ｉが特定される。すなわち現在いずれの気筒の吸気行程が行われているかが特定される。続くステップ５６では現在吸気行程が行われているｉ番気筒の瞬時吸入空気量Ｇａ（ｉ）が読み込まれる。続くステップ５７では平均吸入空気量ＧａＡＶ（＝（Ｇａ（１）＋Ｇａ（２）＋Ｇａ（３）＋Ｇａ（４））／４）が算出される。
【００１９】
すなわち、ステップ５６で１番気筒の瞬時吸入空気量Ｇａ（１）が読み込まれたときにはその他の気筒の瞬時吸入空気量Ｇａ（２），Ｇａ（３），Ｇａ（４）はこれまでのルーチンで求められた値を用いて平均吸入空気量ＧａＡＶが算出される。
続くステップ５８では平均吸入空気量ＧａＡＶに対するｉ番気筒の瞬時吸入空気量Ｇａ（ｉ）のずれ量ＤＧａ（＝Ｇａ（ｉ）−ＧａＡＶ）が算出される。続くステップ５９ではずれ量ＤＧａに基づいて補正スロットル開度Ｄθが算出される。この補正スロットル開度Ｄθは各気筒の瞬時吸入空気量Ｇａ（ｉ）を平均吸入空気量ＧａＡＶに一致させるためのものであり、図７に示されるようにずれ量ＤＧａが大きくなるにつれて小さくなる。補正スロットル開度Ｄθは予め実験により求められており、図７に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。続くステップ６０では基本スロットル開度θＢに補正スロットル開度Ｄθを加算したものがスロットル開度θとされる。アクチュエータ７は実際のスロットル開度がθとなるようにスロットル弁８を駆動する。なお、この場合スロットル開度θは基本スロットル開度θＢを中心として変動せしめられる。
【００２０】
なお、本実施態様では気筒間の吸入空気量のばらつきを低減することにより空気の逆流を低減し、それによって気筒間の空燃比のばらつきを低減するようにしているという見方もできる。
これまで述べてきた実施態様ではガス燃料としてＣＮＧを用いている。しかしながらガス燃料として例えば液化石油ガス（ＬＰＧ）などのように一次燃料である天然ガスおよび石油ガス、或いは二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガスを用いることができる。
【００２１】
【発明の効果】
吸気通路における空気の逆流を低減することができるので燃焼室内に供給される燃料量が正規の燃料量からずれるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】基本スロットル開度を示す線図である。
【図３】必要最小スロットル開度を示す線図である。
【図４】スロットル開度θを算出するためのフローチャートである。
【図５】吸入空気量およびスロットル開度の振動を示す線図である。
【図６】別の実施態様によるスロットル開度θを算出するためのフローチャートである。
【図７】補正スロットル開度を示す線図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２…吸気枝管
６…燃料噴射弁
７…アクチュエータ
８…スロットル弁
９…エアフロメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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