(57)【要約】【課題】リーンリミット以降も一つのレバーを操作するだけで最適なリーンバーン制御を行える希薄燃焼型エンジンの制御装置を提供する。【解決手段】リンク機構４は、スロットル弁３がアイドル位置から全開位置までの範囲に位置している間は、パワーレバー１の操作量に応じた開度でスロットル弁３を開閉させる。パワーレバー１がスロットル弁３の全開位置を超えて更に操作されると、スロットル弁３はパワーレバー１の位置にかかわらず全開に維持され、位置センサ２の出力のみがパワーレバー１の操作量に応答した信号を出力する。混合気の希薄化度合いはパワーレバー１の操作量に応じて決定される。【選択図】　　　　図２
2004036570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼型エンジンの制御装置において、
エンジンの吸気量を制御するスロットル弁と、
前記スロットル弁を回動させるパワーレバーと、
前記パワーレバーの操作量を検知する手段と、
前記検知された操作量に応じて混合気の希薄化度合いを決定する手段と、
混合気の空燃比を前記決定された希薄化度合いに応じてリーン側へ制御する手段とを具備し、
前記パワーレバーの操作範囲が、前記スロットル弁の全開位置を超えた範囲まで確保され、前記全開位置を超えた操作範囲では、前記スロットル弁が全開状態を維持し、前記検知される操作量のみが変化することを特徴とする希薄燃焼型エンジンの制御装置。
【請求項２】
前記全開位置を超えた操作範囲では、その操作量に応じて前記希薄化度合いが減ぜられることを特徴とする請求項１に記載の希薄燃焼型エンジンの制御装置。
【請求項３】
エンジンが暖気中であるか否かを判定する手段と、
前記判定結果に基づいて前記希薄化度合いを制御する手段とをさらに具備したことを特徴とする請求項１または２に記載の希薄燃焼型エンジンの制御装置。
【請求項４】
エンジン回転数に基づいて基準点火時期を求める手段と、
エンジン負荷に基づいて点火時期に関する第１の補正量を求める手段と、
前記希薄度合いに応じた空燃比に基づいて点火時期に関する第２の補正量を求める手段と、
前記基準点火時期を前記第１および第２の補正量で補正する手段と、
前記補正後の点火時期でエンジン点火を制御する手段とを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の希薄燃焼型エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼型エンジンの制御装置に係り、特に、リーンバーン制御に好適な希薄燃焼型エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの定常運転時や緩加速時に混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン（希薄）側に制御する、いわゆるリーンバーン制御が知られている。航空機用レシプロエンジンでは、パワーレバーとは別に設けられたミクスチャーコントロールレバーを操作することにより空燃比をリーン側にシフトさせていくと、所定値までは燃費率が向上するが、それ以上ではエンジンが失火し始めるために燃費率が低下する。このときの空燃比はリーンリミットと呼ばれ、その値はエンジンが希薄燃焼型であるか否かによって大きく異なる。
【０００３】
図１３は、希薄燃焼型エンジンとそれ以外の通常エンジンとの空燃比（およびスロットル開度）と燃料消費率との関係の一例を示した図であり、通常エンジンでは空燃比１７近傍がリーンリミットとなるが、希薄燃焼型エンジンでは、スロットル開度が全開に達してもリーンリミットとならない。
【０００４】
通常エンジンでは、前記リーンリミットがスロットル弁の中間開度近傍に設定されており、スロットル弁をさらに開いて吸入空気量を増やすときは、ミクスチャーコントロールレバーを戻して燃料噴射量を増やし、希薄化度合いを減じることによりエンジンの出力特性を確保している。
【０００５】
これに対して、希薄燃焼型エンジンでは、前記リーンリミットが通常エンジンに較べてさらに希薄側にあり、スロットルを全開状態にして空気量を最大にしても、なおかつ低燃費率が維持されるという特性を有する。
【０００６】
なお、このような航空機用レシプロエンジンの制御装置に関しては、例えば特開平６−２４７３９２号公報に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、通常エンジンにおいて、リーンリミット以降に燃料噴射量を増やす場合には、操縦者がパワーレバーとは別にミクスチャーコントロールレバーを操作して燃料噴射量を調整しなければならなかった。すなわち、操縦者はパワーレバーおよびミクスチャーコントロールレバーの双方を操作しなければならなかった。
【０００８】
また、リーンバーン制御時の最適希薄化度合いがエンジン温度に依存するにもかかわらず、従来技術では希薄化度合いがエンジン温度を考慮して設定されることがなかったため、暖気運転時には空燃比がリーン側へシフトし過ぎてしまうという技術課題があった。
【０００９】
さらに、従来技術ではリーンリミット近傍またはそれ以降の範囲でも、エンジンの点火時期がエンジン回転数のみに基づいて設定されていたため、リーンバーン制御によって空燃比がリーン側へ移行すると、最適なタイミングでエンジンを点火させることが困難であった。
【００１０】
本発明の第１の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、リーンリミット以降も一つのレバーを操作するだけで最適なリーンバーン制御を行える希薄燃焼型エンジンの制御装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、エンジン温度に応じて最適なリーンバーン制御を行える希薄燃焼型エンジンの制御装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の第３の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、エンジンの点火時期が、リーンバーン制御時に最適なタイミングに設定されるようにした希薄燃焼型エンジンの制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、薄燃焼型エンジンの制御装置において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【００１４】
（１）エンジンの吸気量を制御するスロットル弁と、前記スロットル弁を回動させるパワーレバーと、前記パワーレバーの操作量を検知する手段と、前記検知された操作量に応じて混合気の希薄化度合いを決定する手段と、混合気の空燃比を前記決定された希薄化度合いに応じてリーン側へ制御する手段とを具備し、パワーレバーの操作範囲が、前記スロットル弁の全開位置を超えた範囲まで確保され、前記全開位置を超えた操作範囲では、前記スロットル弁が全開状態を維持し、前記検知される操作量のみが変化することを特徴とする。
【００１５】
（２）エンジンが暖気中であるか否かを判定する手段と、前記判定結果に基づいて前記希薄化度合いを制御する手段とをさらに具備したことを特徴とする。
【００１６】
（３）エンジン回転数に基づいて基準点火時期を求める手段と、エンジン負荷に基づいて点火時期に関する第１の補正量を求める手段と、前記希薄度合いに応じた空燃比に基づいて点火時期に関する第２の補正量を求める手段と、前記基準点火時期を前記第１および第２の補正量で補正する手段と、前記補正後の点火時期でエンジン点火を制御する手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】
上記した特徴（１）によれば、パワーレバーの操作量を、スロットル弁の全開位置を超えた範囲でも定量的に求められるので、リーンリミット以降の空燃比をパワーレバーの操作量のみで制御できるようになる。
【００１８】
上記した特徴（２）によれば、エンジンが暖気中であるか否かに応じて混合気の希薄化度合いが制御されるので、エンジン温度に応じて最適なリーンバーン制御を行えるようになる。
【００１９】
上記した特徴（３）によれば、エンジンの点火時期を、エンジン回転数のみならず、エンジン回転数以外のパラメータも利用して設定できるので、より適正なリーンバーン制御が可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるエンジン制御装置の主要部のブロック図であり、ここでは、本発明の理解に必要な構成のみを図示している。
【００２１】
スロットルボディ１０に設けられたスロットル弁３は、リンク機構４を介してパワーレバー１と連結され、このパワーレバー１の操作に応答して回動する。パワーレバー１の操作量Ｌｐｏｗｅｒ（％）は位置センサ２により検知される。Ｎｅセンサ１１はエンジン回転数Ｎｅを検知する。吸気圧センサ１２は吸気管内空気の圧力Ｐｂを検知する。吸気温度センサ１３は吸気管内空気の温度Ｔｗを検知する。エンジン温度センサ１４は、冷却水温度に基づいてエンジン温度ＴＥを検知する。ＥＣＵ１５は、前記各センサにより検知されたプロセス値に基づいてインジェクタの開弁時間Ｔｏｕｔおよびエンジン点火時期θＩＧを求め、燃料噴射ユニット１６および点火ユニット１７を制御する。
【００２２】
図２は、前記パワーレバー１の位置（操作量）と、前記位置センサ２の出力Ｌｐｏｗｅｒおよびスロットル開度θｔｈとの関係を模式的に表現した図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２３】
前記リンク機構４は、スロットル弁３がアイドル状態「Ｌ」から全開位置「ＭＡＸ」までの範囲に位置している間は、前記パワーレバー１の操作量に応じた開度でスロットル弁３を開閉させる。パワーレバー１がスロットル弁３の全開位置「ＭＡＸ」を超えて更に操作されると、スロットル弁３はパワーレバー１の位置にかかわらず全開に維持され、位置センサ２の出力のみがパワーレバー１の操作量に応答した信号を出力する。
【００２４】
このように、本実施形態ではスロットルレバー１がスロットル弁３の全開位置「ＭＡＸ」を超えて操作されることを許容すると共に、その位置を位置センサ２で検出し、スロットル弁３の全開位置を超えた操作範囲では、エンジン出力をスロットル弁３の開度とは無関係に、スロットルレバー１の操作量に応じて制御するようにした点に特徴がある。
【００２５】
図３は、前記位置センサ２およびリンク機構４を備えたスロットルボディ１０の主要部の構成を示した部分透過側面図であり、同図（ａ）はアイドル状態、同図（ｂ）は全開状態、同図（ｃ）は、全開状態を超えてパワーレバー１が更に操作された状態を示している。図４は、前記スロットルボディ１０を吸気通路の方向から見込んだ図である。
【００２６】
図３において、プッシュプルワイヤ４１は、その一端が前記パワーレバー１（図示せず）に連結され、その他端がクランク機構４２を介してスロットルギヤ４３に連結されている。前記スロットルギヤ４３には、前記スロットル弁３が同軸状に、かつロストモーション機構４４を介して連結されている。位置センサ２は、前記スロットルギヤ４３と歯合して従動する従動ギヤ２１を具備し、前記従動ギヤ２１の回転角度を検知することにより、前記プッシュプルワイヤ４１の変位量、すなわち前記パワーレバー１の操作量を検知する。
【００２７】
このような構成において、アイドル状態［同図（ａ）］からパワーレバー１が操作されてプッシュプルワイヤ４１が押し込まれると、スロットル弁３の全開位置［同図（ｂ）］までは、プッシュプルワイヤ４１の変位量に応じてスロットルギヤ４３が回動し、さらに従動ギヤ２１が回動する。前記位置センサ２は、前記従動ギヤ２１の回転角度を検知し、これを前記パワーレバー１の操作量を代表する信号として出力する。
【００２８】
プッシュプルワイヤ４１が全開位置［同図（ｂ）］を超えて更に押し込まれると、スロットル弁３は、それ以上の回動を阻止されて全開状態を維持するにとどまるものの、スロットルギヤ４３は、前記ロストモーション機能４４のコイルスプリング４６の弾性力に抗してさらに所定の限界位置まで回動する。このとき、スロットルギヤ４３と共に従動ギヤ２１も回動するので、前記位置センサ２は、スロットル弁３の全開位置を超えた後も、前記パワーレバー１の操作量を代表する信号を出力できる。
【００２９】
次いで、フローチャートを参照して本実施形態におけるエンジン制御を詳細に説明する。図５は、エンジン制御のメインフローであり、前記ＥＣＵ１５において周期的に実行される。
【００３０】
ステップＳ１では、空燃比設定処理が実行される。本実施形態では、インジェクタの開弁時間Ｔｏｕｔを増減させることで空燃比Ａ／Ｆを制御している。図６は、前記空燃比設定処理の手順を示したフローチャートである。
【００３１】
ステップＳ１０１では基本燃料空気比ＦＡが設定される。本実施形態では、空燃比（Ａ／Ｆ）換算で「１２．５」相当に設定される。ステップＳ１０２では、前記吸気圧センサ１２により検知された吸気圧Ｐｂ、および吸気温度センサ１３により検知された吸気温度ＴＡが読み取られる。ステップＳ１０３では、バッテリ電圧の変化に応じてインジェクタの開弁時間を増減補償するためのバッテリ電圧補償定数Ｔｖが求められる。
【００３２】
ステップＳ１０４では、エンジン温度センサ１４により検知された冷却水温度Ｔｗが第１基準温度Ｔｒｅｆ１と比較される。この第１基準温度Ｔｒｅｆ１は、エンジンが冷えているか否かを判定するための基準値であり、冷却水温度Ｔｗが第１基準温度Ｔｒｅｆ１を超えていればステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では、前記検知された冷却水温度Ｔｗが第２基準温度Ｔｒｅｆ２と比較される。この第２基準温度Ｔｒｅｆ２は、エンジンが完全に暖まっているか否かを判定するための基準値であり、冷却水温度Ｔｗが第２基準温度Ｔｒｅｆ２を超えていればステップＳ１０６へ進み、それ以外はステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０６では、温度補償係数Ｒに「１」がセットされる。ステップＳ１０７では、温度補償係数Ｒに所定値Ｒｘ（０＜Ｒｘ＜１）がセットされる。
【００３３】
ステップＳ１０８では、パワーレバー１の操作量Ｌｐｏｗｅｒが位置センサ２の出力信号に基づいて求められる。ステップＳ１０９では、前記パワーレバー１の操作量Ｌｐｏｗｅｒに基づいて希薄化係数ＫＨが求められる。本実施形態では、図８に示したように、パワーレバー１の操作量Ｌｐｏｗｅｒと希薄化係数ＫＨとの関係を定めたデータテーブルを予め用意しておき、前記検知された操作量Ｌｐｏｗｅｒに基づいてデータテーブルを検索することにより希薄化係数ＫＨを求める。ステップＳ１１０では、次式（１）に基づいて希薄化係数ＫＨが温度補償される。
【００３４】
ＫＨ＝１−（１−ＫＨ）×Ｒ　　…（１）
【００３５】
なお、前記ステップＳ１０４において、冷却水温度Ｔｗが第１基準温度Ｔｒｅｆ１を下回っていると判定されれば、ステップＳ１１２において、前記希薄化係数ＫＨが前記パワーレバー１の操作量Ｌｐｏｗｅとは無関係に「１」に設定される。ステップＳ１１１では、次式（２）に基づいてインジェクタの開弁時間Ｔｏｕｔが求められる。ここで、係数Ｋはインジェクタの噴射性能等で決まる定数である。
【００３６】
Ｔｏｕｔ＝Ｋ×Ｐｂ／ＴＡ×ＦＡ×ＫＨ＋Ｔｖ　　…（２）
【００３７】
図５へ戻り、以上のようにしてインジェクタの開弁時間Ｔｏｕｔが求まると、ステップＳ２では、点火時期設定処理が実行される。図７は、前記点火時期設定処理の手順を示したフローチャートである。
【００３８】
ステップＳ２０１では、エンジン回転数Ｎｅに基づいて基準進角度θＩＧＮｅが求められる。本実施形態では、図９に示したように、エンジン回転数（Ｎｅ）と基準進角度（θＩＧＮｅ）との関係を定めたデータテーブルを予め用意しておき、エンジン回転数Ｎｅに基づいてデータテーブルを検索することにより基準進角度θＩＧＮｅを求める。
【００３９】
ステップＳ２０２では、エンジン負荷に応じた進角増分ΔθＩＧＰｂが求められる。本実施形態では、エンジン負荷を吸気圧Ｐｂで代表し、図１０に示したように、吸気圧Ｐｂと進角増分ΔθＩＧＰｂとの関係を定めたデータテーブルを予め用意しておき、吸気圧Ｐｂに基づいてデータテーブルを検索することにより進角増分ΔθＩＧＰｂを求める。
【００４０】
ステップＳ２０３では、前記ステップＳ１１０で求めた希薄化係数ＫＨが「１」よりも小さいか否かが判定され、小さければステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２０４では、目標燃料空気比ＦＡｔａｇが次式（３）に基づいて、基本燃料空気比ＦＡと前記希薄化係数ＫＨとの積として求められる。
【００４１】
ＦＡｔａｇ＝ＦＡ×ＫＨ　　…（３）
【００４２】
ステップＳ２０５では、前記目標燃料空気比ＦＡｔａｇに基づいて進角増分ΔθＩＧＦＡが求められる。本実施形態では、図１１に示したように、目標燃料空気比ＦＡｔａｇと進角増分ΔθＩＧＦＡとの関係を定めたデータテーブルを予め用意しておき、前記目標燃料空気比ＦＡｔａｇに基づいてデータテーブルを検索することにより進角増分ΔθＩＧＦＡを求める。
【００４３】
なお、前記ステップＳ２０３において、前記希薄化係数ＫＨが「１」よりも小さくなければ、ステップＳ２０７において、前記進角増分ΔθＩＧＦＡに「０」がセットされる。ステップＳ２０６では総進角量θＩＧが、前記基準進角度θＩＧＮｅ、エンジン負荷に応じた進角増分ΔθＩＧＰｂ　、および目標燃料空気比ＦＡｔａｇに応じた進角増分ΔθＩＧＦＡの総和として求められる。
【００４４】
図５へ戻り、以上のようにして総進角量θＩＧが求まると、ステップＳ３では、前記インジェクタの開弁時間Ｔｏｕｔに基づいて燃料噴射ユニット１６が制御され、前記総進角量θＩＧに基づいて点火ユニット１７が制御される。
【００４５】
図１２は、本発明を適用した希薄燃焼型エンジンの出力特性および燃費率特性を、従来の通常エンジンと比較して示した図である。
【００４６】
本実施形態では、スロットル弁の全開以降も、位置センサ２により検知されるパワーレバー１の操作量に応じて混合気を濃化することができるので、パワーレバー１の操作のみでエンジン出力を広範囲にわたって高く維持できる。また、本実施形態ではエンジン温度に応じて空燃比が制御されると共に、エンジン負荷や混合気の希薄化度合いに応じて点火時期が動的に制御されるので、燃料費の更なる節減が可能になる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
（１）請求項１の発明によれば、パワーレバーの操作量を、スロットル弁の全開位置を超えた範囲でも定量的に求められるので、リーンリミット以降の空燃比をパワーレバーの操作量のみで制御できるようになる。
（２）請求項２の発明によれば、パワーレバーがリーンリミットを超えて操作されると、混合気の希薄化度合いが減ぜられて空燃比がリッチ側へシフトされるので、エンジン出力を高めることができる。
（３）請求項３の発明によれば、エンジンが暖気中であるか否かに応じて混合気の希薄化度合いが制御されるので、エンジン温度に応じて最適なリーンバーン制御を行えるようになる。
（４）請求項４の発明によれば、エンジンの点火時期を、エンジン回転数のみならず、エンジン回転数以外のパラメータも利用して設定できるので、より適正なリーンバーン制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるエンジン制御装置の主要部のブロック図である。
【図２】パワーレバーの操作量と位置センサの出力およびスロットル開度との関係を模式的に表現した図である。
【図３】位置センサおよびリンク機構を備えたスロットルボディの主要部の構成を示した部分透過側面図である。
【図４】スロットルボディを吸気通路の方向から見込んだ図である。
【図５】エンジン制御のメインフローである。
【図６】空燃比設定処理の手順を示したフローチャートである。
【図７】点火時期設定処理の手順を示したフローチャートである。
【図８】パワーレバー１の操作量Ｌｐｏｗｅｒと希薄化係数ＫＨとの関係を示した図である。
【図９】エンジン回転数Ｎｅと基準進角度θＩＧＮｅとの関係を示した図である。
【図１０】吸気圧Ｐｂと進角増分ΔθＩＧＰｂとの関係を示した図である。
【図１１】目標燃料空気比ＦＡｔａｇと進角増分ΔθＩＧＦＡとの関係を示した図である。
【図１２】本発明を適用した希薄燃焼型エンジンの出力特性および燃費率特性を、従来の通常エンジンと比較して示した図である。
【図１３】希薄燃焼型エンジンとそれ以外の通常エンジンとの空燃比（およびスロットル開度）と燃料消費率との関係を示した図である。
【符号の説明】１…パワーレバー，２…位置センサ，３…スロットル弁，４…リンク機構，１０…スロットルボディ，１１…Ｎｅセンサ，１２…吸気圧センサ，１３…吸気温度センサ，１４…エンジン温度センサ，１６…燃料噴射ユニット，１７…点火ユニット，４１…プッシュプルワイヤ，４２…クランク機構，４３…スロットルギヤ，ロ４４…ストモーション機構
【図１】
2004036570.tif 000003
【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】
2004036570.tif 000009
【図８】
2004036570.tif 000010
【図９】
2004036570.tif 000011
【図１０】
2004036570.tif 000012
【図１１】
2004036570.tif 000013
【図１２】
2004036570.tif 000014
【図１３】
2004036570.tif 000015