JPS5842617Y2 - 点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はエンジンの点火時期制御装置に係り、特に排気
ガス再循環方式を採用したエンジンの点火時期制御装置
に関する。

自動車から排出されるガス中の有害成分のうち光化学反
応により、人体へ悪影響を及ぼす窒素酸化物の浄化手段
として排気ガスの一部を吸気系に与え、混合気を希釈す
ることにより燃焼温度を下げる所謂排気再循環方式（Ｅ
ＧＲ）が用いられていることは周知の通りである。

排気再循環方式において排気ガスの還流率と窒素酸化物
（ＮＯｘ）の低減率とはほぼ比例関係にあり、ＮＯｘの
低減という観点に立てば還流率は大きい方が好ましいが
、反面エンジンの平均有効圧力の減少率も還流量に比例
して大きくなり、高出力領域での運転性が阻害される。

そして、ＥＧＲを行う場合には点火時期を進めなければ
ならないという思想は「内燃機関、ｖｏｔ９、Ａ２３．
ｐ、２７〜３０」あるいは「トヨタ技術、第２１巻、第
３号、ｐ、２０〜２４」に若干ながら開示されている。

しかしながら、単にＥＧＲを行う場合に点火時期を進め
なければならないという必要性は認識されていたが、実
際に実用化する場合にしてどのような方法でＥＧＲ量を
検出し、どのようなＥＧＲ量一点火時期特性にするか等
はなんら検討されていなかった。

本考案の目的は、実際に実用化する場合の具体的点火時
期制御装置を提供するもので、その特徴は実際の排気ガ
スの還流量を排気還流通路に設けた検出器で検出し、排
気ガスの還流量の増大に応じて進角装置の進角度合を順
次大きくするようにしたものである。

以下図面に示す実施例について説明する。

第１図は本考案を実施したエンジンの吸排気系統を示す
もので１は周知の気化器であって、フロート室２、メイ
ンノズル３、スロットルバルブ４を備えている。

５は吸気管であり、気化器１とエンジンの燃焼室６を連
通ずる。

７は排気管、８は排気管７と吸気管５とを連通ずる排気
ガス還流通路で、この通路中には還流ガス制御弁８ａ及
び還流ガス量検出装置９が設けられている。

１０はエンジン軸と直結する配電器である。

第２図は還流ガス量検出装置９と進角機構の一実施例を
示すものである。

還流ガス検出装置は還流通路８内に設置した加熱用ヒー
タ１１と上流側測温抵抗素子１２ 、１３、下流側測温
抵抗素子１４、ブリッジ回路１５、増巾回路１６、およ
びブリッジ回路１５に一定電圧を供給する定電圧回路１
７より構成されている。

上流側測温素子１２は気体密度補正用の抵抗体である。

１８はバッテリーなどの直流電源、１９は配電器１０に
レバー２０で連結された真空進角機構でレバー３０の一
部には還流ガス量検出装置９の出力で付勢されるコイル
２１に吸引されるプランジャー２２が設置られる。

２３はダイヤフラムで前記レバー２２の一端と連結され
、ダイヤフラム２３によって分解された２つの部屋２４
．２５が形成され、部屋２４には吸気管負圧が導入され
る。

部屋２５には大気が導入されている。

第３図は還流ガス量検出装置９の具体例でブリッジ回路
１５は測温抵抗素子１２，１３，１４の抵抗値と外部の
平衡調整用可変抵抗２６，２７で構成される。

定電圧回路１７は定電流の機能をも有し、複数個のトラ
ンジスタを主体とし、抵抗、コンデンサ、ダイオードな
どによって構成され、前記ブリッジ回路１５に一定電圧
（１２Ｖ）一定電流（３，５Ａ）供給する。

第４図は還流ガス量検出装置９の出力特性で還流ガス量
に対する出力電圧であり、微小流量部分を除いてほぼ直
線特性となる。

すなわちヒータの上流と下流では排気ガスの温度に差が
生じ、この差はガス流量に比例することから、温度差を
抵抗変化になむし、これを出力電圧としてとり出すこと
によりガス流量を測定することができる。

ＥＧＲを行う場合、運転条件に見合って還流ガス制御弁
８ａを調整して還流ガス量を制御するとそれに伴ってエ
ンジン６に供給される空気量と燃料の量の比いわゆる空
燃比Ａ／Ｆが変化する。

そのためエンジンのシリンダー内での燃焼速度、圧力上
昇など燃焼に係る数値も変化し、エンジン出力が変化す
るとともに、排気ガス中の有害成分も変化する。

い１ある運転条件によって還流ガス量が増大したとする
と、エンジン６に供給される混合気が変化し、排気ガス
中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）の濃度が増
加する。

一方、排気ガスの吸入により燃焼温度が下り、ＮＯｘ濃
度は減少するが、シリンダー内の有効平均圧力も低下し
、出力が低下し、運転性に一時的な支障例えば加速時の
息つきなどが生ずる。

第５図はＥＧＲ還流率とＮＯｘ低減率及び平均有効圧力
の減少率の関係を示したもので、ＥＧＲ還流率が増加す
るとＮＯｘ低減率、平均有効圧力の減少率もともに増加
することを示しており、還流率が１５％を超えるへ平均
有効圧力は約２０％低下し、これ以上還流率を増すと運
転性が阻害されることを示している。

第６図はエンジンを一定速度で運転し、点火時期を変え
そのときの排ガス中のＮＯｘ濃度を出力トルクで割った
値（ＮＯｘ／Ｔ）と点火時期との関係を示したもので、
同図には低速、中速、高速、最高速の４つの速度につい
て測定したものを示している。

この図によれば、低速運転時の特性Ａは比較的なだらか
な曲線になっており、中速Ｂ１高速Ｃ１最高速りに移る
につれてＮＯｘ／Ｔの最小値の範囲すなわち最適進角４
度の範囲ａ、ｂ、ｃ及びｄは徐にせ１くなってきている
。

つ１り低速運転時では最適進角４度の範囲ａは広く、低
速運転時には点火時期が多少ずれたとしても排出ガス中
のＮＯｘ濃′度はそれ程上昇しないが、最高速では、最
適進角４度ｄの範囲はきわめて小さく、これよりわずか
でもずれるとＮＯｘ濃度が急激に増すことを示している
。

第６図のデータはＥＧＲを行わないエンジンの特性であ
るが、ＦＧＲを行った場合でもその最適点火時期の絶対
値が全体的にずれるが、最適範囲が低速で広く高速に移
るにつれてせ１くなるという傾向は変りがない。

したがって、従来技術の如くエンジンの点火時期をＥＧ
Ｒを行わない場合、エンジンの回転速度伴って最適点火
時期になるように真空進角機構を設定しておき、ＥＧＲ
を行った場合も特別に点火時期を変えないものにあって
は高速運転時にＥＧＲを行うと、当然エンジンに供給さ
れる混合気が変動するためにエンジンの要求する最適点
火時期はＥＧＲを行わないときの最適点火時期よりずれ
るため、結果的にはＮＯｘの濃度が増大する。

この欠点を補うためＥＧＲを行うとき一定角度点火時期
を適寸せることか提案されているがこのものでは次のよ
うな欠点がある。

第７図は一定速度でエンジンを運転しておきＥＧＲ還流
率が零（Ｌ特性）と１０饅（Ｍ特性）と１５％（Ｎ特性
）について最適点火時期を示したもので、この特性によ
ればＥＧＲを行わないときの最適点火時期ｔに対しＥＧ
Ｒ還流率が増加するにつれて点火時期を更に進めること
がエンジンの排ガス中のＮＯｘ濃度を低減する上で必要
であることを示している。

よって、ＥＧＲを行うときに一定角度のみ点火時期を増
大するやり方は進め角をθ１にとったとき還流率が１０
係のときは最適の点火時期となるが、１５多に増えたと
きにはもはや、最適点火時期からずれてし捷う。

ＥＧＲ還流率はエンジンの回転速度、負荷によって変る
ものであるから、第７図に示す特性で、Ｌ■Ｎ のいず
れの特性になるかはその時のエンジンの状態によって変
り、ＥＧＲ時に一意的に一定角度進角させるものにあっ
ては十分な効果が期待できない。

特にＥＧＲを頻繁に行う運転領域は中速から高速にかけ
てであり、この領域では点火時期のわずかのずれが、大
巾な出力の低下あるいはＮＯｘ濃度の上昇となって表わ
れる。

これに対して本考案においては還流ガス検出装置９の検
出信号は第４図に示す如く還流流量にほぼ比例した電圧
となるためコイル２１には還流ガス量に応じた吸引力が
作用し、プランジャー２２に働く電磁吸引力によりロッ
ド２０は配電器１０の点火時期を還流々量に見合って進
める方向に変位させる。

ロッド２０の下端に連結されたダイヤフラム２３にはエ
ンジンの吸気負圧に応じた変位が生じ、との負圧進角機
構によりＥＧＲを行わないときの最適点火時期が与えら
れるようになっている。

第２図において、還流通路８を流れる排ガス量が増大す
ると、測温抵抗素子１２と１３の抵抗値の差が増大し、
ブリッジ回路１５の出力電圧が増し、コイル２１の吸引
力が増加するので配電器１０は負圧進角機構で規定され
る進角にプランジャー２２に作用する電磁力による進角
が加算された角度１で進むことになる。

したがってエンジンの点火時期はＥＧＲ還流率に応じて
進み量が増大し、エンジンの要求をほぼ満足させること
ができる。

ＥＧＲを行ったときの進角させる量はエンジンの容量特
性により一律に規制することは困難であるが、エンジン
の諸元が決定されると実験的にその進角量を求めること
ができる。

第８図及び第９図はエンジンの回転速度を一定に保ち、
ＥＧＲ還流率と進角割合との関係を吸入負圧をパラメー
タとして示したものである。

これらの図から明らかな如く、吸入負圧によって進角割
合は変化するが、一般的な傾向として還流率が増加する
程進角割合が大きくなることを示している。

そして還流率の増加分に対する進角割合の増加分は吸入
負圧が大きい（絶対圧力が低い）程、大きくなっており
、高速（３６０５ｒ、ｐ、ｍ）より中速（２１６３ｒ、
ｐ、ｍ）の方が大きくなっている。

この理由はエンジンは高負荷、高回転のとき気化器の混
合気が濃くなるように設定されているため、吸入負圧が
小さい状態、すなわち高負荷のとき及び高速運転時には
ＥＧＲ還流量が同一であっても出力の低下が少くなるた
めに進角割合をそれ程大きくする必要がないためである
と考えられる。

第１０図はエンジン回転数と最適進角割合との関係をＥ
ＧＲ還流率と吸入負圧をパラメータとして示したもので
ある。

この図から明らかな如く、進角割合はエンジンの回転数
が高速に移るにつれて、減少する傾向にあるが、その変
化率は比較的小さく近似的に還流率によって定すると考
えられる。

したがって、本考案の如＜、ＥＧＲ還流率によってエン
ジンの点火時期を変更すればエンジン出力の低下が少く
して、かつＥＧＲによるＮＯｘの低減効果が得られる。

本考案は以上説明したごとく、ＥＧＲ方式を適用した排
気ガス浄化システムにも・いて、還流ガス量を例えば熱
線式流量測定の原理を用い、正確にこれを測定し、その
出力で、真空進角機構に吸気管負圧で動作する以外の機
械を新たに追加し、ＥＧＲによって生ずる運転性等の支
障を改善するために点火時期を制御するようにしたもの
である。

すなわち従来の点火時期制御と異なり、排気系の信号を
キャッチし、点火時期を制御する所謂フィードバック式
の閉ループ制御であるため、制御精度は従来に比し格段
と高く、しかも、ＥＧＲによって得られるＮＯｘの低減
効果には何ら影響なく、さらに新しい効果すなわち、Ｈ
ＣｌＣ０の低減、運転性の改善、燃費の向上等多大の効
果が期待出来る。

さらに排気ガスはススや水分を多量に含んでいるととも
に、低負荷と高負荷とでは排気ガス温度も約３００°Ｃ
くらいの相違があるため、この流量を正確に測定するこ
とは困難とされていたが、本考案における実験では、ス
スや水分の影響も小さく、寸た温度による出力電圧の変
動もブリッジ回路を用いている関係で、実用上無視出来
る程小さく、特に顕著なことはブリッジ回路の一辺に気
体密度補正用測温抵抗体１２を用いているので排気ガス
にかかわらず他の気体流でも正確に測定が出来ることで
あり、本考案の実施によって、正確なＥＧＲシステムに
よる高精度の排気浄化技術が確立出来るという効果があ
る。

尚、゛本本考を実施するにあたり、点火時期を制御する
ための装置としては機械的なコンタクトを有する配電器
の他に、現在、無接点式の点火装置として実用されてい
る電子式の点火装置に応用することも可能である。

この場合には還流ガス量検出装置からの信号を点火時期
を進めるための信号として用いれば良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を実施した点火時期制御装置を組み込ん
だエンジンの系統図、第２図はその要部詳細図、第３図
は検出装置の回路図、第４図は検出装置の特性図、第５
図はＥＧＲ還流率の特性図、第６図及び第７図は点火時
期特性図、第８図、第９図は還流率と進角割合の関係を
示す特性図、第１０図はエンジン回転速度と進角割合の
特性図である。 １・・・気化器、２・・・フロート室、３・・・メイン
ノズル、４・・・スロットルバルブ、５・・・吸気管、
６・・・エンジン、７・・・排気管、８・・・排気ガス
還流通路、８ａ・・・還流ガス制御弁、９・・・還流ガ
ス量検出装置、１０・・・配電器、１１・・・加熱用ヒ
ータ、１２，１３・・・上流側測温抵抗素子、１４・・
・下流側測温抵抗素子、１５・・・ブリッジ回路、１６
・・・増巾回路、１７・・・定電圧回路、１８・・・バ
ッテリ、１９・・・真空進角機構、２０・・・レバー、
２１・・・コイル、２２・・・プランジャ、２３・・・
ダイヤフラム、２４・・・吸気管負圧導入室、２５・・
・大気導入室、２６，２７・・・平衡調整用可変抵抗。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 排気管と吸気管を連通ずる排気ガス還流通路の途中に設
   けられ前記排気ガス還流通路を流れる還流排気ガスの量
   を直接検知する還流ガス検出装置と； 前記還流ガス検出装置の検出信号に基づいて補正出力信
   号を出力する補正出力信号発生手段と；エンジンの回転
   数奎るいはエンジンの吸気系に生じる圧力に依存して点
   火時期を進角する点火進角手段と： 前記補正出力信号発生手段からの補正出力信号に基づき
   前記排気ガス還流通路を流れる還流排気ガスの量が増大
   するにつれて前記点火進角手段による点火時期の進角に
   加えて連続的に点火時期の進角度合を大きくする点火進
   角補正手段とを備えてなる点火時期制御装置。