JPS6220366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は内燃機関の燃料供給調整装置に関する
もので、機関の通常運転中に燃料消費を最少に保
つとともに、加速時の過渡期には燃料の混合比を
自動的に高くするように作動する。 簡単に言うと、本発明の目的は航空機用のピス
トン・エンジの燃料混合体をマイクロコンピユー
ターにより制御することである。このエンジンが
通常に運転されていると、本発明装置は自動的に
それを感知し、その排気温度等を制御の媒介変数
として使用する。排気温度とその予定値とを比較
して燃料供給を段階的に増加又は減少させて、燃
料消費を最少に抑制する。そして、排気温度をそ
の直前の値と繰り返し比較することによつて、排
気温度を最少燃料消費に該当する温度に近づけ
る。この場合、エンジンへの燃料供給も段階的に
増減され、エンジンの運転状態が新しい状態で安
定するまで、最少燃料消費量を確保する。 尚、本発明によると、排気マニホールド空気圧
のような他の制御の媒介変数を繰り返し感知し、
もしこの媒介変数が予定値を超過し付加的出力が
要求されると、自動的に燃料供給量を増加する。
これと反対に、機関出力の必要量が減少すると、
燃料供給量を少なくして燃料消費を減少させる。 図面に就き本発明を説明すると、第１図にはス
パーク点火式の内燃機関の燃空比と数個の制御媒
介変数の関係を示している。最上方のグラフには
排気ガス温度を縦軸にまた燃空比を横軸に取つて
おり、排気ガス温度は燃空比が約0.062の時に最
高になり、燃空比がそれより減少または増加する
と、いずれの場合も略直線的に減少することを示
している。 また、上から二番目のグラフは、シリンダ〜ヘ
ツド温度変化を縦軸に、燃空比を横軸に取つてお
り、これによると、シリンダーヘツド温度は燃空
比が排気ガス温度を最大にする0.062付近までは
直線的に上昇し、燃空比がそれよりもやや高くな
つた0.0675付近で最高に達することが示されてい
る。更に燃空比が高く（燃料濃度が濃く）なる
と、シリンダーヘツド温度はわずかずつ低下して
行く。しかしながら、最高シリンダーヘツド温度
を通過した状態で機関の運転を継続すると機関の
破壊を招く恐れがあるので、その状況は避けなけ
ればならない。 第１図の三番目のグラフは、燃空比とエンジン
出力の関係を示している。これからは明らかなご
とく、エンジン出力は燃空比の上昇とともに増加
して、それが最高値に達すると燃空比の増加に拘
らずエンジン出力は略定常的になる。更に、エン
ジンの最高出力は燃空比が0.076に達したときに
得られ、この値は最高排気ガス温度並びに最高シ
リンダーヘツド温度を生み出す燃空比の値より実
質的に大である。 第１図最下方のグラフは、特定燃料消費を燃空
比の関数として示したもので、ここに現われてい
る曲線の最低点は最も経済性の高い燃料消費状態
を示しており、その状態が燃空比0.059の時に得
られ、燃空比がそれよりも高く或は低くなると燃
料節約に関する経済性が減少することを示してい
る。尚、この特定燃料消費曲線上の最も経済的な
点は、燃空比が最高排気ガス温度を生み出す
0.062よりもやや低い0.059であることは、第１図
最上方と最下方のグラフを比較することにより明
瞭である。 第１図から明らかなごとく、特定燃料消費は最
高排気ガス温度に関連し、最少燃料消費は最高排
気ガス温度を生むよりもやや低い燃空比によつて
得られることが解る。 また、第３図に於て、エンジンは排気ガス温度
検出器２０６とシリンダーヘツド温度検出器２０
８を備えており、これらによつて排気ガス温度と
シリンダーヘツド温度を検出する。 本発明による燃料制御機構の理論は第３図のマ
イクロコンピユーター２００により具体化され
る。例えば少なくとも燃料ポンプの給液口圧力に
より部分的の制御される燃料系の、燃料供給度を
制御する手段は、ステツプモーター２０２による
可変燃料バイパス弁２０４を制御することにより
行なわれる。 燃料供給率を計算する方法を第２図ａ及び第２
図ｂに示すフローチヤートにより航空機用レシプ
ロエンジンに関して説明する。 まず、第２図ａに於て、動作１００によつて主
スイツチが「オン」とされ、航空機の電気系統を
作動させる。ステツプ１０２に於てマイクロコン
ピユーター２００は排気ガス温度を認識し、その
温度が定められた最小限界値以上であり且つエン
ジンが生常な温度範囲内にあるか否かを決定す
る。もし、エンジンが作動されていないか或いは
作動されて間がなく、排気ガス温度が規定の範囲
に達していない場合は、排気ガス温度がその最小
限界値以上に達するまでこのステツプ１０２が繰
り返される。 排気ガス温度が最小限界値に達すると、マイク
ロコンピユーター２００はこれを感知し、ステツ
プ１０４でシリンダーヘツド温度を検出し、排気
ガス温度の場合と同様にそれが予じめ定められた
最小限界値に達しているか否かを確認する。もし
シリンダーヘツド温度が規定の値に達していない
時は制御を再びステツプ１０２へ戻してこれを繰
り返す。 シリンダーヘツド温度が適切になつた時、制御
はステツプ１０６へ移行し、エンジンの手動チヨ
ークレバーの位置を検出し、もし手動チヨークレ
バーが混合気を充分濃くする位置にないときは、
制御は再びステツプ１０２へ戻され、手動チヨー
クレバーが適切な位置に達するまでステツプ１０
２，１０４，１０６が繰り返される。 排気ガス温度及びシリンダーヘツド温度がそれ
ぞれの規定の値にあり、また手動チヨークレバー
が適切な位置にあることが確認されると、制御は
動作１０８に移行し燃料自動制御回路が作動さ
れ、燥作者の制御パネル１１１上の指示ランプ１
１０が点灯して、燃料自動制御が可能であること
を示す。 ステツプ１１２に於て、制御パネル１１１上の
燃料自動制御スイツチ１１４の位置が検出され、
エンジンの始動時には燃料自動制御スイツチ１１
４は「オフ」の状態にあるので、マイクロコンピ
ユーター２００は動作１１６に於てステツプモー
ター２０２のスイツチを作動させ、混合気が充分
「濃」となるように位置させる。その後、マイク
ロコンピユーター２００は動作１１８に於てＮの
最初値にＮ(i)を予じめセツトし、その後の制御要
素をステツプ１２０に於て値Ｘに予じめセツトす
る。この例の場合、Ｎは（64）に等しい。制御要
素ＸとＮ(i)に就いては後述する。ステツプ１２０
を径て制御は再びステツプ１０２へ戻される。 操作者は制御パネル１１１上のスイツチ１１４
を「オン」にして、燃料自動制御系を作動せしめ
ることができる。それと同時に、制御パネル１１
１上のパイロツトランプ１２２が点灯する。これ
によりステツプ１１２は動作１２４を生み、フエ
イルセイフソレノイド（図示せず）を作動させ、
停電時に充分に「濃」い燃空比の生常な燃料が供
給されることになる。 前述ソレノイドの励磁に続いて、動作１２４に
於る電位差計の如き燃料自動制御系は、通常の位
置変換器２１０（第３図）を経てステツプ１２６
に於るスロツトル運動を検出する。もしスロツト
ル運動が予定値を超過しており、エンジン出力の
急激な増減が示されると、フエイルセイフソレノ
イドがステツプ１２８で不作動状態にされ、制御
系は動作１１６，１１８，１２０を経て再びステ
ツプ１０２へ戻される。 もし、スロツトル運動が予定された限界値以上
でなく、エンジンが一定の速度で回転しているこ
とが示されると、制御系はステツプ１２６から可
変時間遅延器１３０へ移行する。可変時間遅延器
１３０の作用は後述するが、一般的な条件下では
制御系は可変時間遅延器１３０から第２図ｂに示
すステツプ１３２へ直接移行する。ステツプ１３
２に於て、制御系はエンジンの排気マニホールド
空気圧を圧力検出器２１２（第３図）を介して感
知しエンジンが最大許容出力レベル（通常はエン
ジン出力の75％）以上で作動しているか否かを判
断する。排気マニホールド空気圧が予定されてい
る限界値よりも小であり且つエンジン出力が最大
許容出力以下であると、制御系はステツプ１３４
へ移行する。 ステツプ１３４に於て、一般的な温度検出器に
よりシリンダーヘツド温度を感知し、これが最高
値例えば237度Ｃ以下であることを確認する。最
高許容シリンダーヘツド温度以上でエンジンを長
時間作動させるとエンジンの破損が生じる。 エンジンが最高許容出力以下で作動し、又、シ
リンダーヘツド温度が最高許容値以下であると、
システムは動作１３６で排気ガス温度を読み、同
時に排気ガス温度EGT０の最初の値をゼロに設
定する。EGT０の最初の値は第２図ｂに示すル
ープを通じての最初の繰り返しの中でのみゼロに
設定される。 動作１３８に於て、動作１３６で決定された排
気ガス温度の値はEGT１へ譲られる。 動作１３８の次に、Ｎ(i)の値はステツプ１４０
でテストされ、Ｎ(i)が(2)に等しいか否かが決定さ
れる。最初、Ｎ(i)はステツプ１８に於てＮの値に
セツトされ、これを(2)あげてインテジヤ出力とす
るのが望ましい。一例では、Ｎは（64）又は
（26）に等しい。Ｎの値はエンジンへの燃料供給
率を調節すべくシステムの行なう繰り返し数に関
連して最高の燃料経済性を得べくし、又、燃料供
給増加量の段階的増減量にも関係する。 Ｎの最初の値が(2)よりも大であるので、燃料制
御系は次にEGT１の値をステツプ１４２のEGT
０の値と比較する。今、排気ガス温度EGT１の
値が予定のEGT０の値以上であると、制御系は
ステツプ１４４へ移り、制御要素Ｘ又はＹが制御
系によりセツトされたか否かを決定する。この例
に於て、制御要素は最初にＸにセツトされている
ので、制御は直接動作１４６へ移行する。反対
に、もし制御要素がステツプ１４４でＹにセツト
されていると、Ｎ(i)は動作１４８で二分の一に分
割され、制御は動作１４６へ移行する。動作１４
６に於てプログラムは電気手段を作動させて、Ｎ
(i)の値に比例する増加量により燃料供給を減少さ
せる。それにはステツプ・モータを使用して燃料
源からエンジンへの燃料供給を減少させ、この場
合、ステツプ・モータをＮ(i)又は（64）ステツプ
回動させる。他方に於て、制御要素Ｙがプログラ
ムによりセツトされ、ステツプ１４４でテストさ
れたとすると、エンジンへの燃料供給を減少させ
るために使用されたステツプ・モータは単に
（32）ステツプされる。即ち動作１４８でＮ(i)を
半減せしめているからである。 動作１４６に引き続き、制御要素Ｘを値１５０
にセツトし、EGT１の値を動作１５２に於て
EGT０の値に譲り、制御系を再びステツプ１０
２へ戻す。（第２図ａ参照） 尚、第２図ｂに於て、エンジンがその許容され
た最小運転出力レベル以下にあり、又、シリンダ
ーヘツド温度が許容最高レベル以下であるとする
と、ステツプ１３６〜１５２を連続的の繰り返
し、エンジンへの燃料供給を最初の燃料供給増加
量（即ちステツプ・モータの64ステツプ）により
減少させて、現在の排気ガス温度EGT１がステ
ツプ１４２で決定された値よりも少なくなるまで
エンジンへの燃料供給を減少させる。このような
状態は、動作１４６で行なわれた燃料供給の減少
が燃空比が0.062（第１図）よりも少ない量にま
で薄められるまで継続される。これは第１図最上
方のグラフに示された最高排気ガス温度の左側に
該当する。この場合、ステツプ１４２は制御をス
テツプ１５４へ移し、これによりＸ，Ｙの何れの
制御要素が最近セツトされたか否かを判断する。
制御要素Ｘが値１５０に以前セツトされたので、
制御は動作１５６へ移り、Ｎ(i)の値を二分し、次
に動作１５８へ移行する。 動作１５８に於ては、エンジンへの燃料供給が
ステツプ・モータＮ(i)／６ステツプにより増加す
る。かくして、動作１５６，１５８、エンジンへ
の燃料供給を、エンジンへの燃料供給前の減少の
四分の一に該当する増量により増加させる。動作
１５８は又、排気ガス温度を最高値まで増加させ
る。（第１図最上方グラフ参照） 動作１５８に続いて制御要素Ｙが値１６０にセ
ツトされ、繰り返しループが１５２からステツプ
１３６へ続く。 排気ガス温度EGT１の現在値は再び動作１３
６，１３８で決定され、以前に決定されたステツ
プ１４２に於る排気ガス温度EGT０と比較され
る。エンジンへの燃料供給率の増加が、予期した
ように排気ガス温度を増加させたと仮定すると、
システムは順次、ステツプ１４４、動作１４８，
１４６をしてエンジンへの燃料供給率を現在値Ｎ
(i)（動作１４８に再セツトされた）ステツプまで
減少させ、制御ループは再び繰り返される。しか
し、ステツプ１４２で決定された排気ガス温度
EGT１が、以前にステツプ１４２で決定された
値よりも小であると仮定すると、制御系はステツ
プ１４４ではなくステツプ１５４へ移行する。こ
のような状態は、ステツプ１５８を遂行すること
による燃料供給率の増加が充分に大で、排気ガス
温度が最高排気ガス温度（第１図）の左側から右
側へ移る時に発生する。この場合、制御要素Ｙが
セツトされているので、ステツプ１５４はこの制
御を直接に動作１４６へ移し、エンジンへの燃料
供給を減じて燃空比を最高排気ガス温度（第１
図）の右側へ移して、最良の燃料経済性に適合す
る燃空比へ導こうとする。 第２図ｂで、動作１５６，１４８が遂行される
と、Ｎ(i)の値が二分の一とされる。かくして、Ｎ
(i)は最初に（64）にセツトされたものが、動作１
５６，１５８により総合的に６回遂行されること
になる。同時にステツプ１４０は完全に動作１４
６，１４８をバイパスするので、エンジンへの燃
料供給率は現在値に維持される。 本発明による燃料供給制御の完全な繰り返し方
法を第４図及び次の表に示す。

【表】

【表】 第４図に於て曲線Ａは排気ガス温度、又、曲線
Ｂは特定燃料消費を示す。最良の燃料経済性は勿
論、特定燃料消費の最低値に於て得られる。更に
第４図の水平軸はエンジンへの燃料供給を毎時あ
たりポンドで示している。繰り返しループは第４
図のグラフ及び前記の表に、１から９までの番号
を付して示されている。各繰り返しループはステ
ツプ１３６〜１５２による一循環を示している。
第４図のグラフ及び前表は、繰り返しループ１〜
４を示しているが、燃料供給率は最高排気ガス温
度の点で実質的に大である。 繰り返しループ５〜９に示すように、燃料供給
増加量の減少により、エンジンへの燃料供給率は
交替的に増減するので、繰り返しループ９に於て
排気ガス温度は特定燃料消費の最少点と一致する
ため、最大の燃料経済性が達成される。更に繰り
返しループ９に於て、Ｎ(i)の値は(2)に減少して燃
料供給率のこれ以上の調整を停止する。 第２図ｂに於て、シリンダーヘツド温度は、例
えば237度Ｃの最大許容値を超過し、燃料経済性
を最大にする前述のステツプ１３６〜１６０が無
視され、ステツプ１３４のかわりに制御系を動作
１７０へ移行させ、エンジンへの燃料供給率をス
テツプ・モータのＮステツプ作動分だけ増加す
る。この増加によりシリンダーヘツド温度を低下
させ、それによつてエンジンの損傷を防止する。
動作１７０に続いて、Ｎ(i)の値は動作１７２に於
て最初の値（64）に再びセツトされ、制御系はス
テツプ１０２へ移されて、前述の前操作が繰り返
される。 第２図ｂに於て、マニオールド空気圧が最大限
界値を超過すると、前述の最大燃料経済性を得よ
うとする繰り返しが無視され、そのかわりにステ
ツプ１３２が制御系をステツプ１７４へ移行させ
る。排気マニホールド空気圧が限界値以上に増加
すると、エンジン出力要件が平常の出力範囲を越
えたことになる。 ステツプ１７４に於て、シリンダーヘツド温度
が最大許容値237度Ｃと比較される。もし、シリ
ンダーヘツド温度が最大許容値を超過すると、動
作１７０及び１７２は次々に遂行され、エンジン
への燃料供給率を増加させ、同時にシリンダーヘ
ツド温度を低下させる。反対に、もしシリンダー
ヘツド温度が最大許容値よりも小な時は、ステツ
プ１７４は制御を動作１７６へ移行させ、エンジ
ンへの燃料供給をステツプ・モータのＮ／２ステ
ツプまで減少させる。事実、このループはエンジ
ンへの燃料供給率をステツプ・モータのＮ／２増
加量に保ち、最大許容シリンダーヘツド温度より
も大で、第１図の線１８０に示す如き最良エンジ
ン出力状態またはこれに近い状態を生み出す。前
述の通り、燃料制御作用を行なうに必要な電気的
要素は通常の型式のものであるので、ここに詳細
な説明並びに図示をしなかつた。しかし、ステツ
プ・モータは燃料源からエンジンへの燃料供給率
を変えるのに利用される。ステツプ・モータの作
用による燃料供給調整はステツプ数に比例する。
しかし、電気的システムはソレノイドを含んでい
るので、電力供給に支障のある場合は、燃料系は
平常の完全に「濃」い燃空比の混合気を供給する
状態に復帰する。 それゆえ、本発明の燃料供給制御系は、エンジ
ンの最大燃料経済性、又、エンジンの最大許容通
常出力限界を超過した場合にも、エンジンの最大
出力が生み出されることを許容する。更に本シス
テムによると、排気ガス温度又は最高排気ガス温
度の絶対値を知る必要がなく、エンジンの最大許
容通常出力限界値以下で最良の燃料経済性を得る
ことを可能にする。そろゆえ、本発明は多数の操
作法及びエンジン規模に広く応用することができ
る。また本発明は、排気ガス温度、シリンダーヘ
ツド温度の直接的な制御に比較して費用低廉であ
り、航空機用レシプロエンジンに使用するのに適
しており、特殊で高価な燃料及び特殊な流量調整
装置の使用を全く必要としない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はエンジンの四種類の変数に関する燃空
比の影響を示すグラフ、第２図ａ及び第２図ｂは
本発明燃料自動制御系の作用を示すフローチヤー
ト、第３図は本発明システムの部分的概念図、第
４図は本発明システムの作用を示すグラフであ
る。 １１０……指示ランプ、１１１……制御パネ
ル、１１４……燃料自動制御スイツチ、２００…
…マイクロコンピユーター、２０２……ステツ
プ・モータ、２０４……可変燃料バイパス弁、２
０６，２０８……温度検出器、EGT……排気ガ
ス温度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンへの混合気が「濃い」或いは「薄
   い」ことにより排気ガス温度が最高値から下降す
   る時にそのエンジンの排気ガス温度を感知する手
   段と、 燃空比が予め定められた排気ガス温度の最高値
   に対応する燃空比より高い事を保障する手段と、 予め定められた燃料供給変化量により、排気ガ
   ス温度が前もつて定められた排気ガス温度よりも
   低くなるまで、燃空比が対応する最高排気ガス温
   度より低くなるように、エンジンへの燃料供給率
   を繰り返し減少せしめる手段と、 燃料供給変化量が予め定められた量よりも小と
   なるまで、次第に変化量を減少させ、エンジンに
   対する燃料供給率を選択的に増加或いは減少させ
   る手段と、 シリンダーヘツド温度を感知し、シリンダーヘ
   ツド温度が予定値を超過した時に、エンジンへの
   燃料供給率を予め定められた量に従い増加させる
   手段と、 エンジンの排気マニホールド空気圧を感知し、
   排気マニホールド空気圧が予定値を超過し且つシ
   リンダーヘツド温度が予定値を超過した時に、エ
   ンジンへの燃料供給率を予め定められた量に従い
   増加させ、シリンダーヘツド温度が予定値以下で
   ある時には、エンジンへの燃料供給率を予め定め
   られた量に従い減少させる手段と、 からなる内燃機関の燃料供給調整装置。