JP2000337207A - 内燃機関の燃料性状判別装置 - Google Patents

内燃機関の燃料性状判別装置

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combustion engine
explosion
cooling water
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慶造 萩原
Tadahiro Azuma
忠宏 東
Yasushi Ouchi
裕史 大内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストアップを招くことなく早期に燃料性状
を判別して、燃料性状に見合った最適な制御を早期から
行うことにより、燃料性状の差異による始動時、始動直
後または過渡時の制御性悪化を防止した内燃機関の燃料
性状判別装置を得る。 【解決手段】 内燃機関の始動時における初爆を検出す
る手段３０と、初爆が検出されるまでのクランク角信号
ＣＡのオン回数Ｎを計測する手段３１と、基準回数ＮＳ
Ｔを設定する手段３２と、オン回数と基準回数とを比較
する手段３３と、比較結果Ａに基づいて燃料性状を判別
する手段３７とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関制御装
置に用いられる燃料性状判別装置に関し、特にコストア
ップを招くことなく、始動時に高い信頼性で迅速に燃料
性状を判別して制御性の悪化を防止することのできる内
燃機関の燃料性状判別装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、内燃機関（エンジン）始動時
または始動直後の燃料制御装置としては、エンジン冷却
水温度（機関温度）を検出し、機関温度に応じて始動時
の燃料量を決定するもの、または、始動時の機関温度に
応じて燃料増量値を決定し、始動直後においては燃料増
量値を時間とともに漸減させるものが知られている。
【０００３】また、従来のエンジン始動直後の点火時期
制御装置としては、検出された機関温度に応じて点火時
期を基準値より進角側に制御するものが知られている。
【０００４】さらに、従来のエンジン始動時または始動
直後のアイドル空気量制御装置としては、検出された機
関温度に応じて始動時の空気量を決定するもの、また
は、始動時の機関温度に応じて空気量増量値を決定し、
始動直後においては空気量増量値を時間とともに漸減さ
せるものが知られている。
【０００５】しかしながら、上記のような従来の内燃機
関制御装置においては、燃料量制御、点火時期制御、お
よびアイドル空気量制御に関して、燃料性状を特に配慮
しておらず、特定の燃料性状に対して、始動時および始
動直後における燃料量、点火時期、アイドル空気量が最
適となるようにマッチングが行われている。
【０００６】また、従来の内燃機関の過渡燃料制御装置
としては、スロットル開度の変化や吸気量の変化から機
関の加速状態を検出し、加速増量手段により加速開始時
に燃料供給量を増加させ、以後、この加速増量を徐々に
減少させるものが知られている。このとき、加速増量
は、吸気量、スロットル開度、機関温度、エンジン回転
数のいずれかをパラメータとして可変設定される。
【０００７】同様に、従来の内燃機関の点火時期制御装
置としては、スロットル開度の変化や吸気量の変化から
機関の加速状態を検出し、加速時においては点火時期の
遅角量を増量するものが知られている。
【０００８】しかしながら、上記のような従来の内燃機
関制御装置においては、前述と同様に、燃料量制御およ
び点火時期制御に関して、燃料性状を特に配慮しておら
ず、特定の燃料性状に対して、過渡時の空燃比や点火時
期が最適となるようにマッチングが行われている。
【０００９】一方、近年、燃料性状に左右されずに常に
安定した燃焼を確保できる内燃機関制御装置が要求され
ており、従来より、燃料性状を間接的に判別する燃料性
状判別装置が種々提案されている。
【００１０】燃料性状の差異が問題となる具体例として
は、たとえば重質ガソリンを用いた場合があげられる。
重質ガソリンは、留出温度が高いガソリンであり、ガソ
リン蒸気圧（ＲＶＰ）が低く、比重およびオクタン価が
レギュラガソリンに比べて高い。
【００１１】しかし、重質ガソリンは、規格としては、
通常のガソリンと全く区別がなく、他のハイオク、レギ
ュラガソリンなどのような給油時の区別も何ら行われて
いない。
【００１２】したがって、レギュラガソリンにマッチン
グされた燃料量制御、点火時期制御、アイドル空気量制
御を行う内燃機関制御装置を搭載した車両に対して、重
質ガソリンを給油する場合が発生し得ることになる。
【００１３】上記車両に重質ガソリンを給油した場合に
おいて、走行時に問題となるのは、加速時のヘジテーシ
ョンや、始動時および始動直後のエンジン回転数の不安
定性などであり、さらには、エンジン始動不能や始動直
後のエンストなどが発生し、排気ガスの成分も悪化す
る。
【００１４】上記不具合の発生原因は、重質ガソリンの
蒸気圧が低く、燃料の吸気管への付着によって実質的な
燃料供給量が低下することから、加速時や始動時および
始動直後において、実質的な空燃比が増大して燃焼不良
を起こすためであると考えられる。
【００１５】そこで、従来より、たとえば特開平２−３
０８９４５号公報に参照されるように、エンジン冷却水
温（機関温度）およびクランキング時間に基づいて燃料
性状を判別する装置が提案されている。
【００１６】しかしながら、上記公報に記載の燃料性状
判別装置によれば、スタータ信号により定速回転が開始
されてから、エンジン自身が回転を開始するまでの期間
においては、燃料性状を検出することができない。
【００１７】また、上記公報に記載の燃料性状判別装置
によれば、バッテリ電圧が低下しているときには、スタ
ータ信号によるエンジン回転数が通常よりも低めにな
り、且つ、クランキング時間も長めになるという欠点が
ある。
【００１８】また、他の燃料性状判別装置として、たと
えば特開昭６３−２７２９３５号公報に参照されるよう
に、低温始動時の完爆時間の長短から燃料性状を検出す
るというものも知られている。
【００１９】また、最近では、ガソリン性状を直接検出
するセンサを用いた燃料性状判別装置も開発されてお
り、たとえば特開平６−１６７４７４号公報に参照され
るように、ガソリン性状による比誘電率の違いを利用し
た静電容量センサおよびガソリン温度センサを用いた装
置も知られている。
【００２０】さらに、ガソリン性状センサを用いた燃料
性状判別装置としては、たとえば特開平６−８１６９８
号公報に参照されるように、ガソリン性状による光の屈
折率の違いを利用したセンサを用いた装置も知られてい
る。
【００２１】しかし、上記のような従来装置によれば、
コストアップを招くという問題や、コンポーネントの複
雑化、ならびに設置場所の問題などが発生し、必ずしも
実用的な解決手段とは言えない。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関の燃料
性状判別装置は以上のように、燃料量制御、点火時期制
御、アイドル空気量制御における始動時や加速時などの
過渡時の制御性に関して、燃料性状の差異による影響を
考慮していないので、特定の燃料性状以外の燃料に対し
ては、エンジン始動時に始動することができないおそれ
があるうえ、始動直後にエンストを起こしたり、エンジ
ンの過渡運転時に大幅な制御性の悪化を招くなどの不具
合を生じるという問題点があった。
【００２３】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、コストアップを招くことなく
早期に燃料性状を判別して、燃料性状に見合った最適な
制御を早期から行うことにより、燃料性状の差異による
始動時、始動直後または過渡時に予測される制御性の悪
化を事前に防止した内燃機関の燃料性状判別装置を得る
ことを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る内燃機関の燃料性状判別装置は、内燃機関の回転数お
よびクランク角位置に対応したクランク角信号を生成す
るクランク角センサと、内燃機関の始動時に始動信号を
出力する始動スイッチと、始動信号に応答して内燃機関
の始動時における初爆を検出する初爆検出手段と、内燃
機関の始動開始から初爆が検出されるまでの間のクラン
ク角信号のオン回数を計測するオン回数計測手段と、内
燃機関の燃料性状の判定基準となる基準回数を設定する
基準回数設定手段と、オン回数と基準回数とを比較する
オン回数比較手段と、オン回数比較手段の比較結果に基
づいて燃料性状を判別する燃料性状判別手段とを備えた
ものである。
【００２５】また、この発明の請求項２に係る内燃機関
の燃料性状判別装置は、請求項１において、燃料性状判
別手段は、オン回数比較手段の比較結果により、オン回
数が基準回数以上であることが判定された場合に、内燃
機関の燃料性状を重質ガソリンと判別し、オン回数が基
準回数よりも小さいことが判定された場合に、内燃機関
の燃料性状を通常ガソリンと判別するものである。
【００２６】また、この発明の請求項３に係る内燃機関
の燃料性状判別装置は、請求項１または請求項２におい
て、内燃機関の冷却水温を検出する温度センサと、始動
信号および冷却水温に基づいて内燃機関の始動時の温度
状態を判定する始動時温度判定手段とを備え、始動時温
度判定手段は、温度状態の判定基準となる基準温度範囲
を設定する基準温度範囲設定手段と、内燃機関の始動時
の冷却水温と基準温度範囲とを比較する冷却水温比較手
段とを含み、冷却水温比較手段の第１の比較結果に基づ
いて、冷却水温が基準温度範囲内であることが判定され
た場合に、オン回数に基づく燃料性状判別手段の判別結
果を有効にするものである。
【００２７】また、この発明の請求項４に係る内燃機関
の燃料性状判別装置は、請求項３において、始動時温度
判定手段は、冷却水温比較手段の第２の比較結果によ
り、冷却水温が基準温度範囲外であることが判定された
場合に、オン回数に基づく燃料性状判別手段の判別結果
を無効とし、内燃機関の燃料性状を通常ガソリンと判別
するものである。
【００２８】また、この発明の請求項５に係る内燃機関
の燃料性状判別装置は、請求項３または請求項４におい
て、基準温度範囲の下限値は、極寒地での始動時の冷却
水温に対応して設定され、基準温度範囲の上限値は、内
燃機関の暖機時の冷却水温に対応して設定されたもので
ある。
【００２９】また、この発明の請求項６に係る内燃機関
の燃料性状判別装置は、請求項１から請求項５までのい
ずれかにおいて、初爆検出手段は、クランク角信号のオ
ンタイミングの周期変化に基づいて初爆を検出するもの
である。
【００３０】また、この発明の請求項７に係る内燃機関
の燃料性状判別装置は、請求項６において、初爆検出手
段は、クランク角信号のオンタイミングの周期変化が所
定値以上の減少を示す場合に、初爆を検出するものであ
る。
【００３１】また、この発明の請求項８に係る内燃機関
の燃料性状判別装置は、請求項１から請求項５までのい
ずれかにおいて、内燃機関の点火制御時に点火プラグの
近傍に生成されるイオン電流を検出するイオン電流検出
装置を備え、初爆検出手段は、イオン電流に基づいて初
爆を検出するものである。
【００３２】また、この発明の請求項９に係る内燃機関
の燃料性状判別装置は、請求項８において、初爆検出手
段は、イオン電流の検出レベルが所定値以上を示す場合
に、初爆を検出するものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図について説明する。図１はこの発明の
実施の形態１を内燃機関制御装置とともに示すブロック
構成図であり、図２は図１内の制御部１１の構成を示す
ブロック図、図３は制御部１１内の燃料性状判別装置１
１０の構成を示す機能ブロック図である。
【００３４】図１において、エンジン１には、吸気管２
が連結されており、吸気管２の入口にはエアクリーナ３
が設けられている。吸気管２内には、吸気量センサ４、
スロットル弁５およびインジェクタ１２が設けられてい
る。
【００３５】また、吸気管２には、スロットル弁５の上
下流を連結するバイパス管２ａが設けられており、バイ
パス管２ａには、バイパス管２ａの開度を制御するバイ
パス制御弁６が設けられている。
【００３６】スロットル開度センサ７は、スロットル弁
５の開度θを検出し、温度センサ８は、機関温度として
エンジン１の冷却水温ＴＷを検出し、始動スイッチ９
は、エンジン１の始動状態を検出して始動信号ＳＴを出
力する。
【００３７】配電器１０は、クランク角センサ１０１を
内蔵しており、点火プラグ１５に対して点火用の高電圧
を配電する。クランク角センサ１０１は、エンジン回転
数およびクランク角位置を示すパルス列からなるクラン
ク角信号ＣＡを生成する。
【００３８】マイクロコンピュータからなる制御部１１
は、各種センサ情報に基づいて各種アクチュエータの駆
動信号を生成し、たとえば、燃料噴射信号Ｊによりイン
ジェクタ１２を駆動し、点火信号Ｐによりイグナイタ１
３および点火コイル１４を駆動する。
【００３９】すなわち、制御部１１は、各センサ４、
７、８、１６および１０１の検出信号と始動スイッチ９
からの始動信号ＳＴとに基づいて、インジェクタ１２を
デューティ駆動して燃料量を制御し、イグナイタ１３を
通電遮断して点火コイル１４の通電時間および点火時期
を制御し、さらに、バイパス制御弁６を駆動してアイド
ル回転数（アイドル吸気量）を制御する。
【００４０】図２において、ディジタルインタフェース
１１１は、クランク角センサ１０１および始動スイッチ
９からの検出信号（ディジタル信号）をＣＰＵ１１４に
入力する。
【００４１】アナログインタフェース１１２は、スロッ
トル開度センサ７、吸気量センサ４および温度センサ８
からの検出信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換器１１３
に入力する。Ａ／Ｄ変換器１１３は、上記アナログ信号
をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１１４に入力する。
【００４２】ＣＰＵ１１４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ
などを内蔵しており、上記入力信号に基づいて、駆動回
路１１５〜１１７を制御する。駆動回路１１５〜１１７
は、それぞれ、インジェクタ１２、バイパス制御弁６お
よびイグナイタ１３を駆動する。
【００４３】図３において、燃料性状判別装置１１０
は、初爆検出手段３０と、オン回数計測手段３１と、基
準回数設定手段３２と、オン回数比較手段３３と、始動
時温度判定手段３４と、燃料性状判別手段３７と、重質
ガソリン判定フラグ３８と、通常ガソリン判定フラグ３
９とを備えている。
【００４４】初爆検出手段３０は、始動信号ＳＴに応答
して起動し、クランク角信号ＣＡのオンタイミングの周
期変化に基づいて、内燃機関の始動時における初爆を検
出する。すなわち、初爆検出手段３０は、クランク角信
号ＣＡの周期変化が所定値以上の減少を示す場合に初爆
を検出し、初爆検出信号ＳＥを出力する。
【００４５】オン回数計測手段３１は、内燃機関の始動
開始から初爆が検出されるまでの間のクランク角信号Ｃ
Ａのオン回数Ｎ（パルス数）を計測する。基準回数設定
手段３２は、内燃機関の燃料性状の判定基準となる基準
回数ＮＳＴを設定する。
【００４６】オン回数比較手段３３は、オン回数Ｎと基
準回数ＮＳＴとを比較し、Ｎ≧ＮＳＴを満たす場合に
「Ｈ」レベルの比較結果Ａを出力し、Ｎ＜ＮＳＴの場合
に「Ｌ」レベルの比較結果Ａを出力する。
【００４７】燃料性状判別手段３７は、オン回数比較手
段３３の比較結果Ａに基づいて燃料性状を判別し、重質
ガソリン判定フラグ３８または通常ガソリン判定フラグ
３９を「１」にセットする。
【００４８】すなわち、燃料性状判別手段３７は、比較
結果Ａが「Ｈ」レベルであって、オン回数Ｎが基準回数
ＮＳＴ以上（Ｎ≧ＮＳＴ）であることが判定された場合
に、内燃機関の燃料性状を重質ガソリンと判別し、重質
ガソリン判定フラグ３８を「１」にセットする。
【００４９】また、燃料性状判別手段３７は、比較結果
Ａが「Ｌ」レベルであって、オン回数Ｎが基準回数ＮＳ
Ｔよりも小さい（Ｎ＜ＮＳＴ）ことが判定された場合
に、内燃機関の燃料性状を通常ガソリンと判別し、通常
ガソリン判定フラグ３９を「１」にセットする。
【００５０】なお、初期状態において、各判定フラグ３
８および３９は、「０」にクリアされている。各判定フ
ラグ３８、３９の一方が「１」にセットされると、制御
部１１（図１参照）は、各判定フラグ３８、３９（燃料
性状）を参照し、燃料性状に応じたエンジン１の制御パ
ラメータを演算する。
【００５１】燃料性状判別装置１１０内の始動時温度判
定手段３４は、始動信号ＳＴおよび冷却水温ＴＷに基づ
いて内燃機関の始動時の温度状態を判定するために、基
準温度範囲設定手段３５と、冷却水温比較手段３６とを
備えている。
【００５２】始動時温度判定手段３４内の基準温度範囲
設定手段３５は、温度状態の判定基準となる基準温度範
囲ＴＲを設定する。また、始動時温度判定手段３４内の
冷却水温比較手段３６は、内燃機関の始動時の冷却水温
ＴＷと基準温度範囲ＴＲとを比較する。
【００５３】始動時温度判定手段３４は、冷却水温比較
手段３６の第１の比較結果Ｂ１に基づいて、冷却水温Ｔ
Ｗが基準温度範囲ＴＲ内であることが判定された場合
に、オン回数Ｎ（比較結果Ａ）に基づく燃料性状判別手
段３７の判別結果を有効にする。
【００５４】すなわち、始動時温度判定手段３４は、冷
却水温比較手段３６の第２の比較結果Ｂ２により、冷却
水温ＴＷが基準温度範囲ＴＲの範囲外であることが判定
された場合に、オン回数Ｎ（比較結果Ａ）に基づく燃料
性状判別手段３７の判別結果を無効とし、内燃機関の燃
料性状を通常ガソリンと判別して、通常ガソリン判定フ
ラグ３９を「１」にセットする。
【００５５】なお、基準温度範囲ＴＲの下限値ＴＷＬ
は、極寒地での始動時の冷却水温に対応して設定され、
基準温度範囲ＴＲの上限値ＴＷＲは、内燃機関の暖機時
の冷却水温に対応して設定されている。
【００５６】また、冷却水温比較手段３６は、たとえ
ば、ＴＷ≦ＴＷＨのときに「Ｈ」レベルで、ＴＷ＞ＴＷ
Ｈのときに「Ｌ」レベルの比較出力を生成する第１の比
較手段と、ＴＷ≧ＴＷＬのときに「Ｈ」レベルで、ＴＷ
＜ＴＷＨのときに「Ｌ」レベルの比較出力を生成する第
２の比較手段とを備えている。
【００５７】したがって、冷却水温比較手段３６は、第
１および第２の比較手段の比較出力がともに「Ｈ」レベ
ルの場合に第１の比較結果Ｂ１を出力し、第１および第
２の比較手段のいずれかが「Ｌ」レベルの場合に第２の
比較結果Ｂ２を出力することになる。
【００５８】すなわち、下限値ＴＷＬに対して「Ｈ」レ
ベル、上限値ＴＷＨに対して「Ｈ」レベルの各比較出力
により、第１の比較結果Ｂ１が出力されれば、冷却水温
ＴＷが基準温度範囲ＴＲ内（極寒地でない環境下でエン
ジン１が冷機状態）にあり、重質ガソリンの揮発性が低
い状態と見なされるので、重質ガソリンに応じた制御を
行うために、クランク角信号ＣＡのオン回数Ｎに基づく
比較結果Ａにより燃料性状が判別される。
【００５９】また、上限値ＴＷＨに対する「Ｌ」レベル
の比較出力により、第２の比較結果Ｂ２が出力されれ
ば、冷却水温ＴＷが高くエンジン１が十分な暖機状態に
あり、燃料性状にかかわらず揮発性の影響が少ない状態
なので、オン回数Ｎに基づく比較結果Ａにかかわらず通
常ガソリンと判定する。
【００６０】また、下限値ＴＷＬに対する「Ｌ」レベル
の比較出力により、第２の比較結果Ｂ２が出力されれ
ば、冷却水温ＴＷが低く極寒地の低温環境下での冷機状
態にあり、通常ガソリンでも揮発性が低い状態なので、
燃料性状を誤判定し易いうえ、このような低温環境下で
重質ガソリンが使用されることはないので、オン回数Ｎ
に基づく比較結果Ａにかかわらず通常ガソリンと判定す
る。
【００６１】次に、図４のフローチャートを参照しなが
ら、図１〜図３に示したこの発明の実施の形態１による
燃料性状判別動作について説明する。図４において、ま
ず、始動スイッチ（イグニッションスイッチ）９がオン
されると（ステップＳ１）、始動信号ＳＴが生成された
瞬間から、燃料性状判別装置１１０が起動し、始動時温
度判定手段３４は冷却水温ＴＷを読み込む（ステップＳ
２）。
【００６２】また、燃料性状判別装置１１０は、始動信
号ＳＴに応答して、オン回数計測手段３１内のカウンタ
値（クランク角信号ＣＡのオン回数Ｎ）を初期化（０ク
リア）する（ステップＳ３）。
【００６３】続いて、始動時温度判定手段３４内の冷却
水温比較手段３６は、冷却水温ＴＷと基準温度範囲ＴＲ
とを比較するため、まず、冷却水温ＴＷが基準温度範囲
ＴＲの下限値ＴＷＬ以上であるか否か（極寒地における
低温状態でないか否か）を判定する（ステップＳ４）。
【００６４】ステップＳ４において、極寒地の低温状態
でなく、ＴＷ≧ＴＷＬ（すなわち、ＹＥＳ）と判定され
れば、続いて、冷却水温ＴＷが基準温度範囲ＴＲの上限
値ＴＷＬ以下であるか否か（エンジン１が暖機状態でな
いか否か）を判定する（ステップＳ５）。
【００６５】ステップＳ５において、エンジン１が暖機
状態でなく、ＴＷ≦ＴＷＬ（すなわち、ＹＥＳ）と判定
されれば、冷却水温ＴＷが基準温度範囲ＴＲ内にある
（燃料性状の判別条件が成立）と見なし、次のステップ
Ｓ６に進む。
【００６６】一方、ステップＳ４において、ＴＷ＜ＴＷ
Ｌ（すなわち、ＮＯ）と判定されるか、または、ステッ
プＳ５において、ＴＷ＞ＴＷＬ（すなわち、ＮＯ）と判
定されれば、次のクランキングの開始（ステップＳ６）
を待たずに、冷却水温ＴＷが基準温度範囲ＴＲの外にあ
る（燃料性状の判別条件が不成立）と見なし、以下の燃
料性状判別ステップＳ７〜Ｓ１１を無効とする。
【００６７】このように燃料性状の判別条件が不成立の
場合、直ちにステップＳ１２に進み、通常ガソリン判定
フラグ３９を強制的にオン（「１」にセット）して、図
４の処理ルーチンを終了する。
【００６８】すなわち、ステップＳ４において、ＴＷ＜
ＴＷＬ（極寒地での冷機状態）であれば、極寒地で重質
ガソリンが用いられることは実際上あり得ないので、通
常ガソリンが用いられているものと見なしてエンジン１
の制御が行われる。
【００６９】また、ＴＷ＞ＴＷＬ（十分な暖機状態）で
あれば、重質ガソリンでも揮発性を有する状態になるの
で、燃料性状と無関係に通常ガソリンと見なしてエンジ
ン１の制御が行われる。
【００７０】エンジン１の暖機状態において、重質ガソ
リンを通常ガソリンと判定しても、始動時、始動直後お
よび過渡時の制御性が悪化する心配はないので、特に支
障は生じない。
【００７１】ステップＳ４およびＳ５において燃料性状
の判別条件が成立し、且つ、スタータ駆動によりエンジ
ン１が実際に始動されてクランキングが開始すると（ス
テップＳ６）、燃料性状判別装置１１０は、クランキン
グと同時または少し時間を置いて、オン回数計測手段３
１内のカウンタ値（オン回数Ｎ）をインクリメントする
（ステップＳ７）。
【００７２】なお、ステップＳ７において、インジェク
タ１２に対する駆動信号Ｊとイグナイタ１３に対する点
火信号Ｐとの情報により、燃料が吸入されていない気筒
および点火されていない気筒に関するクランク角信号Ｃ
Ａは、オン回数Ｎの計数から除外されている。
【００７３】次に、初爆検出信号ＳＥをの有無に基づい
て、クランキング中に初爆検出手段３０が初爆を検出し
たか否かを判定し（ステップＳ８）、初爆が検出されて
いない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ
７に戻る。
【００７４】また、ステップＳ８において、初爆が検出
された（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、オン回数
比較手段３３は、オン回数計測手段３１からオン回数Ｎ
を読み込み（ステップＳ９）、オン回数Ｎが基準回数Ｎ
ＳＴ（重質ガソリンの判定基準）以上か否かを判定する
（ステップＳ１０）。
【００７５】なお、基準回数ＮＳＴは、エシジン１の冷
却水温ＴＷや吸気温度などに応じて最適値に設定され得
る。ステップＳ１０において、Ｎ≧ＮＳＴ（すなわち、
ＹＥＳ）と判定されれば、オン回数比較手段３３から
「Ｈ」レベルの比較結果Ａが出力される。
【００７６】この場合、始動時から初爆までのオン回数
Ｎが多く、使用燃料の揮発性が低いことから、重質ガソ
リンの可能性が高い状態と見なされるので、燃料性状の
判別結果として重質ガソリン判定フラグ３８をオンして
（ステップＳ１１）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００７７】また、ステップＳ１０において、Ｎ＜ＮＳ
Ｔ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、オン回数比較手
段３３から「Ｌ」レベルの比較結果Ａが出力される。こ
の場合、始動時から初爆までのオン回数Ｎが少なく、使
用燃料の揮発性が高い状態と見なされるので、燃料性状
の判別結果として通常ガソリン判定フラグをオンして
（ステップＳ１２）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００７８】なお、一般の内燃機関制御装置において
は、始動時、始動直後および過渡時での燃料量、点火時
期およびアイドル空気量が最適となるように、通常ガソ
リンに対する第１の定数（制御量）がマッチングされて
いる。
【００７９】したがって、比較結果Ａから通常ガソリン
と判定された場合は、第１の定数をそのまま用い、重質
ガソリンと判定された場合には、第１の定数よりも燃料
量を増量したり、点火時期の遅角量を進角側に補正した
り、アイドル空気量を増大するなど、通常ガソリンの場
合よりも空燃比Ａ／Ｆをリッチ側に設定される。
【００８０】次に、図５のタイミングチャートを参照し
ながら、クランク角信号ＣＡのオン周期変化で初爆を検
出する初爆検出手段３０の具体的な動作について説明す
る。図５はクランク角信号ＣＡのパルス波形の時間変化
を示している。
【００８１】図５において、初爆検出手段３０は、エン
ジン１の始動時において、スタータによるクランク角信
号ＣＡのパルス周期Ｔｓｔがほぼ等しいことを利用して
初爆を検出する。
【００８２】すなわち、エンジン１が初爆を開始したと
きには、何らかのエンジントルクが発生するので、わず
かではあるが、クランク角信号ＣＡのオン周期がＴｓｔ
からＴｓｅに短くなる。
【００８３】そこで、初爆検出手段３０は、始動時にお
けるスタータによるクランク角信号ＣＡのオン周期Ｔｓ
ｔの微弱な変動量ΔＴｓ（ノイズ成分）を考慮して、初
爆判定用の基準周期を設定しておき、クランク角信号Ｃ
Ａのオン周期が基準周期よりも短くなった場合に、初爆
が開始したと見なして初爆検出信号ＳＥを出力する。
【００８４】または、初爆検出手段３０は、始動時のス
タータによるオン周期Ｔｓｔの変動量ΔＴｓを考慮し
て、初爆判定用の基準変動量を設定しておき、クランク
角信号ＣＡのオンタイミングの周期変化が基準変動量以
上減少したときに、初爆が開始したと見なして初爆検出
信号ＳＥを出力する。
【００８５】まず、初爆検出手段３０は、始動時のスタ
ータによるクランク角信号ＣＡにおいて、オン回数Ｎ毎
に抽出される周期Ｔｓｔ（Ｎ）の初期値をＴｓｔ（１）
として、Ｎ番目の周期Ｔｓｔ（Ｎ）と、Ｎ−１番目の周
期Ｔｓｔ（Ｎ−１）との周期比率ＲＴｓを、以下の
（１）式から算出する。
【００８６】 ＲＴｓ＝ＴＳＴ（Ｎ）／ＴＳＴ（Ｎ−１） ・・・（１）
【００８７】そして、周期比率ＲＴｓが所定値よりも小
さくなったときに、エンジン１が初爆を開始したものと
して、初爆検出時のオン回数Ｎを初爆開始タイミングの
指標とする。
【００８８】これにより、エンジン１の初爆を確実に検
出して、始動時から初爆開始時までのオン回数Ｎを正確
に取得することができる。したがって、始動時から初爆
までのオン回数Ｎを燃料性状に応じたエンジン１の始動
性を示す情報として用いることにより、燃料性状を正確
に判別することができる。
【００８９】すなわち、低温時に揮発性の低い重質ガソ
リンの場合には、エンジン始動時のクランク角信号ＣＡ
のオン回数Ｎが多くなり、揮発性のよい通常ガソリンの
場合には、極寒利の低温状態でない限りオン回数Ｎが少
なくなるので、オン回数Ｎを基準回数ＮＳＴと比較すれ
ば、オン回数Ｎを指標として燃料性状を判別することが
できる。
【００９０】また、燃料性状判別装置１１０は、始動か
ら初爆までのクランキング時間を計測するのではなく、
クランク角信号ＣＡのオン回数Ｎを計測しているので、
燃料性状を早期に判別することができる。
【００９１】また、バッテリ電圧の低下によりクランキ
ング回転数が低下した場合であっても、燃料性状を確実
に判別することができる。したがって、燃料性状に見合
った最適な制御を実現することができ、始動時、始動直
後または過渡時の制御性を向上させて、始動不能や始動
直後のエンストを防止することができる。
【００９２】さらに、冷却水温ＴＷの状態に応じて燃料
性状判別手段３７の判別結果を有効にするので、燃料性
状の判別が不要な状態においては、無駄な判別処理を防
止することができる。
【００９３】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、クランク角信号ＣＡのオン周期変化に基づいて初爆
を検出したが、点火プラグ１５（図１参照）の近傍に生
成されるイオン電流に基づいて初爆を検出してもよい。
【００９４】以下、イオン電流から初爆を検出したこの
発明の実施の形態２を図について説明する。図６はこの
発明の実施の形態２による初爆検出手段３０Ａの周辺構
成を示すブロック図である。
【００９５】図６において、前述（図１〜図３参照）と
同様のものには同一符号を付し、また、前述と対応する
ものには符号の後に「Ａ」を付して、それぞれ、詳述を
省略する。この場合、制御部１１Ａは、燃料性状判別装
置１１０Ａと関連して、ＣＰＵからなる燃料制御手段１
１４Ａを備えている。
【００９６】燃料性状判別装置１１０Ａ内の初爆検出手
段３０Ａは、インターフェイス１１１Ａを介して、イオ
ン電流ｉ（後述する）に関連した情報を取り込み、イオ
ン電流ｉの検出レベルが所定値以上を示す場合に初爆を
検出する。
【００９７】制御部１１Ａ内の燃料制御手段１１４Ａ
は、燃料性状判別装置１１０Ａの判別結果に基づいてエ
ンジン１の制御量を演算し、インターフェイス１１７Ａ
を介して、インジェクタ１２に対する燃料噴射信号Ｊお
よび点火装置６０に対する点火信号Ｐを出力する。
【００９８】点火装置６０は、前述（図１参照）のイグ
ナイタ１３、点火コイル１４および点火プラグ１５を含
んでいる。制御部１１Ａには、点火装置６０と関連した
イオン電流検出装置６１〜６５が設けられている。
【００９９】イオン電流検出装置内のイオン電流検出手
段６１は、エンジン１の点火制御時において、点火装置
６０内の点火プラグ１５の近傍に生成されるイオン電流
ｉを各気筒毎に検出し、イオン電流検出信号ｉｄを出力
する。
【０１００】イオン電流成分検出手段６２は、イオン電
流検出信号ｉｄを電流レベルに応じた電圧に変換して、
イオン電流成分信号Ｖｉを出力する。Ａ／Ｄ変換器６３
は、イオン電流成分信号ＶｉをＡ／Ｄ変換してデジタル
信号にする。
【０１０１】イオン電流処理手段６４は、デジタル信号
に変換されたイオン電流レベルに基づいて、ノックの有
無や燃焼状態の良否を検出する。イオン電流処理手段６
４は、インターフェース機能６５を介して制御部１１Ａ
と接続されており、制御部１１Ａからの要求に応じて、
燃焼状態量Ｆおよびノック信号Ｋなどを、イオン電流情
報として制御部１１Ａに入力する。
【０１０２】次に、図７〜図１０を参照しながら、図６
内のイオン電流検出装置の動作について説明する。図７
〜図９はイオン電流検出手段６１の具体的な構成を示す
回路図であり、図１０は点火制御時の燃焼状態に関連し
たイオン電流検出信号ｉｄの時間変化を示す波形図であ
る。
【０１０３】図７において、点火コイル１４は、一次巻
線１４ａおよび二次巻線１４ｂを含むトランスにより構
成されている。点火コイル１４の一次巻線１４ａには、
パワートランジスタからなるイグナイタ１３とバッテリ
１７とが接続されている。
【０１０４】二次巻線１４ｂには、点火プラグ１５およ
びイオン電流検出手段６１が接続されている。バッテリ
１７からの給電により一次巻線１４ａに流れる一次電流
は、イグナイタ１３のオンオフ動作で通電遮断されるこ
とにより、二次巻線１４ｂに点火用高電圧を発生する。
【０１０５】点火用高電圧が印加されることにより、点
火プラグ１５に二次電流ｉ２が流れ、エンジン１の気筒
（図示せず）内の混合気を着火するようになっている。
図７〜図９においては、１つの気筒に対する点火装置６
０を代表的に示しているが、同様の点火装置６０は各気
筒に設けられているものとする。
【０１０６】イオン電流検出手段６１は、バイアス電源
となるコンデンサ２１と、コンデンサ２１に並列接続さ
れたツェナーダイオード２２と、コンデンサ２１に直列
接続された逆流防止用のダイオード２３と、ダイオード
２３に並列接続されたイオン電流検出用の抵抗器２４と
を備えている。
【０１０７】ツェナーダイオード２２、ダイオード２３
および抵抗器２４の各一端は接地されている。コンデン
サ２１およびツェナーダイオード２２は、二次巻線１４
ｂの低圧側に接続されており、ツェナーダイオード２２
は、コンデンサ２１に充電されるバイアス電圧をクラン
プする。
【０１０８】いま、点火時期において、イグナイタ（パ
ワートランジスタ）１３をオンオフすることにより、点
火コイル１４の一次電流を遮断すると、二次巻線１４ｂ
の高圧側に負極性の点火用高電圧が発生し、図８内の二
点鎖線矢印で示す放電経路に沿って二次電流ｉ２が流れ
る。
【０１０９】これにより、点火プラグ１５の電極間に放
電が生じて、エンジン１の気筒内の混合気が着火すると
ともに、二次電流ｉ２によりイオン電流検出手段６１内
のコンデンサ２１が充電される。
【０１１０】なお、コンデンサ２１の充電電圧は、ツェ
ナーダイオード２２により任意に設定される。また、点
火プラグ１５の近傍において、混合気の燃焼時の電離作
用によりイオンが発生する。
【０１１１】続いて、コンデンサ２１に充電された正極
性のバイアス電圧により、電子が移動し、図９内の破線
矢印で示す経路に沿ってイオン電流ｉが流れる。このと
き、抵抗器２４で発生する電圧降下を検出することによ
り、図１０のように、混合気の燃焼状態を示すイオン電
流検出信号ｉｄが得られる。
【０１１２】したがって、たとえばイオン電流検出信号
ｉｄ（図１０参照）の電圧レベルに基づいて、エンジン
１の燃焼状態および回転状態などを検出することがで
き、さらに、初爆を検出することができる。
【０１１３】すなわち、イオン電流ｉは燃焼が起こらな
いと発生しないので、イオン電流検出信号ｉｄにある基
準レベルを設定しておき、基準レベルよりも大きなイオ
ン電流検出信号ｉｄが得られた場合に、エンジン１が初
爆を開始したことを判定することができる。
【０１１４】ここでは、初爆検出手段３０Ａは、イオン
電流処理手段６４から得られる燃焼状態量Ｆに基づい
て、イオン電流ｉのレベルが所定値以上であることを判
定している。
【０１１５】このように、既存のイオン電流検出装置を
用いて、イオン電流検出信号ｉｄに基づいて初爆を検出
することにより、初爆検出手段３０Ａ内において、クラ
ンク角信号ＣＡのオン周期変化の演算処理が不要となる
ので、システムの簡略化にもつながる。
【０１１６】
【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、内燃機関の回転数およびクランク角位置に対応した
クランク角信号を生成するクランク角センサと、内燃機
関の始動時に始動信号を出力する始動スイッチと、始動
信号に応答して内燃機関の始動時における初爆を検出す
る初爆検出手段と、内燃機関の始動開始から初爆が検出
されるまでの間のクランク角信号のオン回数を計測する
オン回数計測手段と、内燃機関の燃料性状の判定基準と
なる基準回数を設定する基準回数設定手段と、オン回数
と基準回数とを比較するオン回数比較手段と、オン回数
比較手段の比較結果に基づいて燃料性状を判別する燃料
性状判別手段とを備え、始動から初爆までの時間ではな
く、始動から初爆までのオン回数に基づいて燃料性状を
判別するようにしたので、コストアップを招くことなく
早期に燃料性状を判別して、燃料性状に見合った最適な
制御を早期から行うことができ、燃料性状の差異による
始動時、始動直後または過渡時に予測される制御性の悪
化を事前に防止することのできる内燃機関の燃料性状判
別装置が得られる効果がある。
【０１１７】また、この発明の請求項２によれば、請求
項１において、燃料性状判別手段は、オン回数比較手段
の比較結果により、オン回数が基準回数以上であること
が判定された場合に、内燃機関の燃料性状を重質ガソリ
ンと判別し、オン回数が基準回数よりも小さいことが判
定された場合に、内燃機関の燃料性状を通常ガソリンと
判別するようにしたので、高い信頼性で早期に燃料性状
を判別することのできる内燃機関の燃料性状判別装置が
得られる効果がある。
【０１１８】また、この発明の請求項３によれば、請求
項１または請求項２において、内燃機関の冷却水温を検
出する温度センサと、始動信号および冷却水温に基づい
て内燃機関の始動時の温度状態を判定する始動時温度判
定手段とを備え、始動時温度判定手段は、温度状態の判
定基準となる基準温度範囲を設定する基準温度範囲設定
手段と、内燃機関の始動時の冷却水温と基準温度範囲と
を比較する冷却水温比較手段とを含み、冷却水温比較手
段の第１の比較結果に基づいて、冷却水温が基準温度範
囲内であることが判定された場合に、オン回数に基づく
燃料性状判別手段の判別結果を有効にするようにしたの
で、燃料性状の判別が不要な場合の無駄な判別処理を防
止した内燃機関の燃料性状判別装置が得られる効果があ
る。
【０１１９】また、この発明の請求項４によれば、請求
項３において、始動時温度判定手段は、冷却水温比較手
段の第２の比較結果により、冷却水温が基準温度範囲外
であることが判定された場合に、オン回数に基づく燃料
性状判別手段の判別結果を無効とし、内燃機関の燃料性
状を通常ガソリンと判別するようにしたので、燃料性状
の判別が不要な場合の無駄な判別処理を防止した内燃機
関の燃料性状判別装置が得られる効果がある。
【０１２０】また、この発明の請求項５によれば、請求
項３または請求項４において、基準温度範囲の下限値
は、極寒地での始動時の冷却水温に対応して設定され、
基準温度範囲の上限値は、内燃機関の暖機時の冷却水温
に対応して設定されたので、極寒地の低温状態または十
分な暖機状態での無駄な判別処理を確実に防止した内燃
機関の燃料性状判別装置が得られる効果がある。
【０１２１】また、この発明の請求項６によれば、請求
項１から請求項５までのいずれかにおいて、初爆検出手
段は、クランク角信号のオンタイミングの周期変化に基
づいて初爆を検出するようにしたので、始動時の初爆開
始状態を確実に検出することのできる内燃機関の燃料性
状判別装置が得られる効果がある。
【０１２２】また、この発明の請求項７によれば、請求
項６において、初爆検出手段は、クランク角信号のオン
タイミングの周期変化が所定値以上の減少を示す場合
に、初爆を検出するようにしたので、始動時の初爆開始
状態を確実に検出することのできる内燃機関の燃料性状
判別装置が得られる効果がある。
【０１２３】また、この発明の請求項８によれば、請求
項１から請求項５までのいずれかにおいて、内燃機関の
点火制御時に点火プラグの近傍に生成されるイオン電流
を検出するイオン電流検出装置を備え、初爆検出手段
は、イオン電流に基づいて初爆を検出するようにしたの
で、既存のイオン電流検出装置を用いて始動時の初爆開
始状態を確実に検出することのできる内燃機関の燃料性
状判別装置が得られる効果がある。
【０１２４】また、この発明の請求項９によれば、請求
項８において、初爆検出手段は、イオン電流の検出レベ
ルが所定値以上を示す場合に、初爆を検出するようにし
たので、既存のイオン電流検出装置を用いて始動時の初
爆開始状態を確実に検出することのできる内燃機関の燃
料性状判別装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を概略的に示すブロ
ック構成図である。
【図２】 図１内の制御部の構成を示すブロック図であ
る。
【図３】 この発明の実施の形態１による燃料性状判別
装置を示す機能ブロック図である。
【図４】 この発明の実施の形態１による燃料性状判別
動作を示すフローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態１による初爆検出動作
を示すタイミングチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態２を概略的に示すブロ
ック図である。
【図７】 この発明の実施の形態２によるイオン電流検
出装置の構成例を示す回路図である。
【図８】 この発明の実施の形態２によるイオン電流検
出装置を二次電流経路とともに示す回路図である。
【図９】 この発明の実施の形態２によるイオン電流検
出装置をイオン電流経路とともに示す回路図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２によるイオン電流
検出信号を示す波形図である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）、８ 温度センサ、９ 始動
スイッチ、１１、１１Ａ 制御部、１２ インジェク
タ、１３ イグナイタ、１４ 点火コイル、１５点火プ
ラグ、３０、３０Ａ 初爆検出手段、３１ オン回数計
測手段、３２基準回数設定手段、３３ オン回数比較手
段、３４ 始動時温度判定手段、３５基準温度範囲設定
手段、３６ 冷却水温比較手段、３７ 燃料性状判別手
段、３８ 重質ガソリン判定フラグ、３９ 通常ガソリ
ン判定フラグ、６０ 点火装置、６１ イオン電流検出
手段、１０１ クランク角センサ、１１０、１１０Ａ燃
料性状判別装置、１１４Ａ 燃料制御手段、Ａ 比較結
果、Ｂ１ 第１の比較結果、Ｂ２ 第２の比較結果、Ｃ
Ａ クランク角信号、Ｆ 燃焼状態量、ｉイオン電流、
ｉｄ イオン電流検出信号、Ｊ 燃料噴射信号、Ｎ オ
ン回数、Ｐ点火信号、ＳＥ 初爆検出信号、ＳＴ 始動
信号、ＴＷ 冷却水温、ＴＲ 基準温度範囲、ＴＷＨ
上限値、ＴＷＬ 下限値、Ｔｓｔ、Ｔｓｅ オン周期、
Ｓ４、Ｓ５ 冷却水温を基準温度範囲と比較するステッ
プ、Ｓ７ オン回数を計測するステップ、Ｓ８を初爆を
検出するステップ、Ｓ１０ オン回数を基準回数と比較
するステップ、Ｓ１１ 重質ガソリンを判別するステッ
プ、Ｓ１２ 通常ガソリンを判別するステップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 裕史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3G019 AB09 AC01 AC02 CD06 GA00 GA01 GA10 GA11 LA05 3G084 CA01 DA05 DA13 DA27 EA05 EA07 EA11 FA00 FA14 FA20 FA36 FA38 3G301 HA01 JB09 KA01 NA08 NB03 NE17 NE19 NE23 PB02Z PE00Z PE03Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の回転数およびクランク角位置
    に対応したクランク角信号を生成するクランク角センサ
    と、 前記内燃機関の始動時に始動信号を出力する始動スイッ
    チと、 前記始動信号に応答して前記内燃機関の始動時における
    初爆を検出する初爆検出手段と、 前記内燃機関の始動開始から前記初爆が検出されるまで
    の間の前記クランク角信号のオン回数を計測するオン回
    数計測手段と、 前記内燃機関の燃料性状の判定基準となる基準回数を設
    定する基準回数設定手段と、 前記オン回数と前記基準回数とを比較するオン回数比較
    手段と、 前記オン回数比較手段の比較結果に基づいて前記燃料性
    状を判別する燃料性状判別手段とを備えた内燃機関の燃
    料性状判別装置。
  2. 【請求項２】 前記燃料性状判別手段は、 前記オン回数比較手段の比較結果により、前記オン回数
    が前記基準回数以上であることが判定された場合に、前
    記内燃機関の燃料性状を重質ガソリンと判別し、 前記オン回数が前記基準回数よりも小さいことが判定さ
    れた場合に、前記内燃機関の燃料性状を通常ガソリンと
    判別することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の
    燃料性状判別装置。
  3. 【請求項３】 前記内燃機関の冷却水温を検出する温度
    センサと、 前記始動信号および前記冷却水温に基づいて前記内燃機
    関の始動時の温度状態を判定する始動時温度判定手段と
    を備え、 前記始動時温度判定手段は、 前記温度状態の判定基準となる基準温度範囲を設定する
    基準温度範囲設定手段と、 前記内燃機関の始動時の冷却水温と前記基準温度範囲と
    を比較する冷却水温比較手段とを含み、 前記冷却水温比較手段の第１の比較結果に基づいて、前
    記冷却水温が基準温度範囲内であることが判定された場
    合に、前記オン回数に基づく前記燃料性状判別手段の判
    別結果を有効にすることを特徴とする請求項１または請
    求項２に記載の内燃機関の燃料性状判別装置。
  4. 【請求項４】 前記始動時温度判定手段は、前記冷却水
    温比較手段の第２の比較結果により、前記冷却水温が基
    準温度範囲外であることが判定された場合に、前記オン
    回数に基づく前記燃料性状判別手段の判別結果を無効と
    し、前記内燃機関の燃料性状を通常ガソリンと判別する
    ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料性状
    判別装置。
  5. 【請求項５】 前記基準温度範囲の下限値は、極寒地で
    の始動時の冷却水温に対応して設定され、 前記基準温度範囲の上限値は、前記内燃機関の暖機時の
    冷却水温に対応して設定されたことを特徴とする請求項
    ３または請求項４に記載の内燃機関の燃料性状判別装
    置。
  6. 【請求項６】 前記初爆検出手段は、前記クランク角信
    号のオンタイミングの周期変化に基づいて前記初爆を検
    出することを特徴とする請求項１から請求項５までのい
    ずれかに記載の内燃機関の燃料性状判別装置。
  7. 【請求項７】 前記初爆検出手段は、前記クランク角信
    号のオンタイミングの周期変化が所定値以上の減少を示
    す場合に、前記初爆を検出することを特徴とする請求項
    ６に記載の内燃機関の燃料性状判別装置。
  8. 【請求項８】 前記内燃機関の点火制御時に点火プラグ
    の近傍に生成されるイオン電流を検出するイオン電流検
    出装置を備え、 前記初爆検出手段は、前記イオン電流に基づいて前記初
    爆を検出することを特徴とする請求項１から請求項５ま
    でのいずれかに記載の内燃機関の燃料性状判別装置。
  9. 【請求項９】 前記初爆検出手段は、前記イオン電流の
    検出レベルが所定値以上を示す場合に、前記初爆を検出
    することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の燃料
    性状判別装置。
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