JP2515836B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、オクタン価の高い高オクタン燃料とオクタ
ン価の低い低オクタン燃料の両方を使用し得るようにし
たエンジンの制御装置に関するものである。

（従来技術） 最近のエンジンは、高オクタン燃料（ハイオクと称す
ることもある）と低オクタン燃料（レギュラーと称する
こともある）とのいずれを使用し得るようにしたものが
多くなっている。このオクタン価の相違は、耐ノック性
の相違として大きく影響するため、オクタン価の異なる
燃料に応じて点火時期を変更するのが一般的である。す
なわち、特開昭58−143169号公報に示すように、耐ノッ
ク性に優れた高オクタン燃料を使用しているときは、低
オクタン燃料を使用している場合に比して、相対的に点
火時期が進角される。

このようなオクタン価に応じて点火時期を変更するに
は、先ず燃料のオクタン価を検出する必要があるが、ノ
ッキングの発生態様に応じてこのオクタン価を検出する
ことも既に行われている。

一方、最近のエンジンでは、充填効率向上のため、共
鳴過給や慣性過給を行うようにしたものが多くなってい
る（例えば特開昭60−164619号公報参照）。このような
過給は、吸気固有振動数を所定のものに設定することに
より得られるが、同調するエンジン回転数はある狭い回
転域でしかない。このため、吸気固有振動数を可変とす
る可変吸気機構を設けることにより、エンジン回転数の
より広い範囲に渡って過給を行えるようにしたものも多
くなっており、このものにあっては、ある切換回転数を
境にして吸気固有振動数が切換えられることになる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、最近では、オクタン価に応じた点火時期の
変更と、可変吸気機構を利用した吸気固有振動数の切換
えとの両方を行うことが考えられている。しかしなが
ら、この両者と併用したものにあっては、オクタン価が
異なる燃料への変更に伴なって点火時期の変更を行った
場合に、トルクが大きく低下する回転域があることが判
明した。

したがって、本発明の目的は、オクタン価に応じた点
火時期の変更と吸気固有振動数を変更するための可変吸
気機構とを備えたものを前提として、トルク低下を防止
し得るようにしたエンジンの制御装置を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段、作用） 本発明は、燃料のオクタン価と点火進角と吸気固有振
動数すなわち充填量との関係について種々検討した結
果、オクタン価の変更に伴なう点火時期の好ましい変更
が、可変吸気機構の好ましい切換回転数設定と必ずしも
相入れない部分がある点を知得すると共に、この相入れ
ない原因となるのが、結局のところオクタン価の相違お
よび充填量相違によるノック限界の相違にある点に着目
してなされたものである。すなわち、ノック限界という
ものが、燃料のオクタン価のみならず充填量にも影響を
受け、このような充填量増大によるノック限界は低オク
タン燃料に対して顕著に影響を与えることになる。この
ため、低オクタン燃料を用いているときは、充填量を増
大し得るとしても、この充填量増大に伴なうトルク上昇
分よりもノック限界からくるトルク低下分の方が大きく
なる回転領域が存在する一方、従来の可変吸気機構の切
換回転数はもっぱら充填量増大にのみ着目して行われて
いたため、上記の回転領域でトルクの落ち込みを発生す
ることになっていた。

これに対して、高オクタン燃料は、耐ノック性が優れ
ているため、充填量増大に伴なうトルク向上によってノ
ック限界からくるトルク低下分を十分に補うことがで
き、したがって可変吸気機構の切換回転数は、もっぱら
充填量増大の観点から行えばよいことになる。

したがって、本発明は、上述した点を踏まえて、オク
タン価に応じて点火時期を変更させた際には、このオク
タン価に応じて可変吸気機構の切換回転数をも変更させ
るようにしてある。具体的には、第９図に示すように、 燃料のオクタン価を検出するオクタン価検出手段と、 前記オクタン価検出手段により検出されたオクタン価
に応じて、エンジンの点火時期を変更する点火時期変更
手段と、 エンジンの吸気固有振動数を変更するための可変吸気
機構と、 エンジン回転数が所定の切換回転数となったときに、
前記可変吸気機構を制御して吸気の固有振動数を切換え
る吸気制御手段と、 前記点火時期変更手段による点火時期の切換えが行わ
れるときに、前記切換回転数を変更する切換回転数変更
手段と、 を備えた構成としてある。

このような構成とすることにより、ノック限界と、こ
のノック限界に影響を及ぼす吸気固有振動数の切換えす
なわち充填量変更との設定を燃料のオクタン価に応じて
最適化して、オクタン価に応じた点火時期変更に伴なう
特定回転域での大きなトルクの落ち込みを防止すること
ができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

第１図において、Ｅはエンジン本体で、これは４つの
気筒C1〜C4が直列に配列された往復動直列型のオットー
式エンジン用とされている。各気筒C1〜C4の詳細は、第
２図に示すようになっている。すなわち、シリンダブロ
ック１とシリンダヘッド２とピストン３とによって燃焼
室４が画成され、この燃焼室に吸気ポート５および排気
ポート６が開口されると共に、点火プラグ７が配設され
ている。そして、吸気ポート５は吸気弁８により、また
排気ポートは排気弁９により、図示を略すエンジン出力
軸と同期して所定のタイミングで開閉される。

前記吸気ポート５に連なる吸気通路11は、途中にサー
ジタンク12を備えている。このサージタンク12は、エン
ジン本体Ｅの一側方（吸気ポート５側）に配置されて、
気筒配列方向に長く伸び、その内部が隔壁12aによっ
て、上方に位置する第１拡大室13と下方に位置する第２
拡大室14とに画成されている。この第１拡大室13には、
１本の共通吸気通路15が連なり、この共通吸気通路15に
は、その上流側から順次、エアクリーナ16、エアフロー
メータ17、スロットル弁18が配設されている。

上記第１拡大室13は、気筒数に応じた４つの独立吸気
通路19A〜19Dによって、各気筒C1〜C4に対して個々独立
して接続されている。そして、各独立吸気通路19A〜19D
は、サージタンク12の一側面すなわちエンジン本体Ｅよ
りも遠い側の側面から一旦当該エンジン本体Ｅから離れ
る方向に伸びた後、下方へ向けて略Ｕ字状となるように
湾曲された後、吸気ポート５へ向けて伸びている。これ
により、比較的エンジン低回転域において慣性過給の同
調条件を満たすように等価吸気管長が長く、すなわち第
１拡大室13を吸気圧力波の反転部とする吸気系が構成さ
れる。各独立吸気通路19A〜19Dの下流側端部には、燃料
噴射弁20が配置されている。

各独立吸気通路19A〜19Dは、それぞれ、その途中部分
が、短い連通路21（第１図に１つのみ図示されている）
を介して、前記第２拡大室14に連通されている。この各
連通路21には、それぞれ開閉弁22が配置されており、こ
の各開閉弁22は一本の共通支軸23に支持されている。そ
して、共通支軸23をアクチュエータ24によって正転ある
いは逆転させることによって、各開閉弁22が同時に開ま
たは同時に閉とされる。この各開閉弁22が開となったと
きは、第２拡大室14が事実上の圧力反転部になって、比
較的エンジン高回転域において慣性過給の同調条件を満
たすように等価吸気管長が短くされる。このように、第
２拡大室14と連通路21と開閉弁22とが、可変吸気機構Ｓ
の主要部を構成する。

前記排気ポート６に連なる排気通路31は、一本の共通
排気通路32を有して、この共通排気通路32に排気ガス浄
化用の触媒33が接続されている。この共通排気通路32に
上流側は、隔壁31aによって一旦、第１、第２の集合部3
4、35に分けられ、この第１集合部33は、独立排気通路3
6A、36Bを介して、１番と２番の気筒C1、C2用の排気ポ
ート６に連なっている。また、第２集合部35は、独立排
気通路36C、36Dを介して３番と４番の気筒C3、C4用の排
気ポート６に連なっている。

前記各独立排気通路36A〜36D同士は、気筒配列方向に
長く伸びる一本の連通路37によって互いに連通されてい
る。この連通路37の長手方向中心部には開閉弁38が配設
され、この開閉弁38はアクチュエータ39によって開閉さ
れる。これにより、開閉弁38が開いたときは、全ての独
立排気通路36A〜36D同士が互いに連通される。また、開
閉弁38を閉じたときは、独立排気通路36Aと36Dとの連
通、36Cと36Dとの連通はそれぞれ行われても、36A、36B
に対する36C、36Dの連通関係が遮断される。

第１図中41は、マイクロコンピュータを利用して構成
された制御ユニットで、この制御ユニット41には、前記
エアフローメータ17からの吸気空気量式号の他、各セン
サあるいはスイッチ42〜46からの各信号が入力される。
上記センサ42は、エンジン回転数を検出するものであ
る。センサ43はノッキングを検出するものである。セン
サ44はエンジン冷却水温を検出するものである。センサ
45は吸気温度を検出するものである。スイッチ46は、ス
ロットル弁18が全閉になった時にONされるアイドルスイ
ッチである。また、制御ユニット41からは、所定の点火
時期信号が出力されてこの点火時期のタイミングで点火
が行われる（このために用いられるイグナイタ、点火コ
イル、デストリビュータ等は既知なので図示を略してあ
る）。さらに、制御ユニット41からは、前記両アクチュ
エータ24、39に対して出力される。

制御ユニット41による制御内容の概略は次の通りであ
る。

先ず、点火時期の設定は、エンジン運転開始時に、高
オクタン燃料用として十分に進角されたものが用いられ
る。この状態で、実際に使用されている燃料が低オクタ
ン燃料である場合は、ノッキングの頻度あるいは強度が
大きくなり、あるいは高オクタン燃料では本来ノッキン
グを生じない運転領域でノッキングを生じることにな
る。このように、ノッキングの発生態様からして、実際
に使用されている燃料が低オクタン燃料であると判別し
たときは、点火時期を、低オクタン燃料用として遅角側
に設定されたものに変更する。

一方、可変吸気機構Ｓにおける開閉弁22の開閉切換
は、エンジン回転数をパラメータとして、高オクタン燃
料用と低オクタン燃料用とで変更される。より具体的に
は、第３図に示すように、高オクタン燃料を用いている
ときは、開閉弁22の切換回転数がＮHとして高い回転数
に設定されて、エンジン回転数がＮH以上であれば開閉
弁22が開とされ、逆にエンジン回転数ＮHよりも小さい
ときは開閉弁22が閉とされる。また、低オクタン燃料が
用いられているときは、切換回転数として、ＮHの代り
に、より低い回転数として設定されたＮRに変更され
る。勿論、エンジン回転数がＮR以上のときに開閉弁22
が開とされ、エンジン回転数ＮRよりも小さいときに開
閉弁22が閉とされる。このような切換回転数の変更は、
オクタン価に応じた点火時期の変更に伴なって行われ
る。

上述のように、切換回転数をオクタン価に応じて点火
時期の変更に伴なって行う理由について、以下に詳述す
る。先ず、エンジン回転数がＮRとＮHとの間にあるとき
は、低オクタン燃料を使用しているときにも、本来充填
量向上の観点からは開閉弁22を閉じておくのが好ましい
ものである。しかしながら、充填量が大きいということ
は、低オクタン燃料であることもあってノック限界が大
きく下がり（点火時期がより遅角される側へ設定する必
要が生じる）、このノック限界との兼ね合いから、事実
上は、充填量を多少犠牲としても開閉弁22を閉じておく
のが好ましいことになる。また、低オクタン燃料を使用
していることを前提としてエンジン回転数がＮRよりも
小さいときは、ノック限界からくる制約は一応は生じる
も充填量向上によるトルク増大が十分に期待し得る運転
領域となり、このため開閉弁22を閉じておくのがよい。
さらに、低オクタン燃料を使用していることを前提に、
エンジン回転数がＮH以上のときは、ノック限界からく
る制約は無くなり、このため充填量向上によるトルク増
大を確保すべく開閉弁22を開とするのがよい。このよう
にして得られた低オクタン燃料を用いたときのトルク曲
線は、第３図実線で示すようになる。ちなみに、切換回
転数をＮHのみに設定した場合は、トルク曲線は、ＮRと
ＮHとの間で第３図破線で示すようにかなり大きく落ち
込むことになる。換言すれば、第３図破線で示す部分
が、本発明によるトルク向上分となる。なお、高オクタ
ン燃料を使用しているときは、ノック限界からくる制約
は殆ど受けることがなく、このため、充填量が最大とな
る点（第３図α線とβ線とが交差する部分）付近に、開
閉弁22の切換回転数ＮHが設定される。ただし、この切
換回転数ＮHも、多少のノック限界からくる制約からし
て、α線とβ線との交差する部分よりも若干低い回転数
に設定されている。

前述した、燃料のオクタン価の相違と充填量の相違
（開閉弁22の開または閉）とが点火時期に及ぼす影響に
ついて示したのが第４図である。この第４図は、エンジ
ン回転数が4500rpm（ＮRとＮHとの間の回転数に相当す
る）、全負荷運転の場合を例としたもので、図中実線が
開閉弁22を開としたときのトルク曲線を示し、図中破線
が開閉弁22を閉としたときのトルク曲線を示す。

この第４図において、高オクタン燃料（ハイオク）を
使用しているときは、ノック限界からくる制約は事実上
生ぜず、したがって、充填量を極力大きくし得るように
開閉弁22の切換回転数を設定し得ることになる。ところ
が、低オクタン燃料（レギュラー）を使用しているとき
は、ノック限界からくる点火進角の制約が極めて大きく
なって、開閉弁22を閉じたとき（充填量大）に得られる
トルクよりも、開閉弁22を開いたとき（充填量小）に得
られるトルクの方が大きくなる。

制御ユニット41による排気系の開閉弁38の開閉制御
は、次のようにして行われる。先ず、低オクタン燃料が
使用されているときは、第５図に示すマップにしたがっ
て、また高オクタン燃料を使用しているときは第６図に
示すマップにしたがって、開閉弁38の開閉制御が行われ
る。この開閉弁38を開くことにより排圧が低下されるた
め、出力が要求される高回転、高負荷領域では排気弁38
を開くようにしてある。この第５図の場合は、第６図の
場合よりも、開閉弁38が開となる領域が、より低回転、
低負荷域にまで拡大されている。このように設定するの
は、低オクタン燃料を用いたときは排ガス温度が高くな
るので、開閉弁38を開く領域を拡大して、排ガスが流れ
る排気通路表面積を増大させて、排ガス温度の低下を図
るためである。

制御ユニット41による制御内容の詳細について、第７
図、第８図に示すフローチャートを参照しつつ説明す
る。な、以下の説明でＰはステップを示す。

先ず、エンジンの運転開始と共に、P0でシステム全体
のイニシャライズが行われるが、このとき、点火時期と
しては、高オクタン燃料用として設定される。この後、
P1において、ノッキングに応じた遅角量θKNが、あらか
じめ定めた上限値θR（例えば５゜）よりも大きくなっ
たか否かが判別される。このθRは、高オクタン燃料を
使用しているときはθKNがθRに達っしないような大き
さに設定されており、したがって、このP1での判別は、
事実上現在使用されている燃料が低オクタン燃料である
か否かの判別（検出）を行っている処理に相当する。

上記P1の判別のNOのとき、すなわち現在高オクタン燃
料が使用されているときは、P2において、フラグF1が０
にリセットされる。なお、このフラグF1は、「０」のと
きが高オクタン燃料を使用中であることを意味する。こ
の後、P3において、前記センサあるいはスイッチ42〜46
からの各信号が読込まれる。そして、P4において、現在
アイドル運転中であるか否かが判別されるが、この判別
は、アイドルスイッチ46がONでかつエンジン回転数が所
定回転数以下であるときにアイドルと判定するようにな
っている。

上記P4の判別でYESのとき、すなわち現在アイドル運
転時であるときは、P5において、あらかじめ作成、記憶
されているテーブルから、高オクタン燃料に適したアイ
ドル用の点火時期θIDLが読出される。この後、、P6に
おいて、θIDLが最終点火時期θIgとして設定された
後、P12において、このθIgのタイミングで点火が行わ
れる。

前記P4の判別でNOのとき、すなわちスロットル弁17が
開いた走行中と判定されたときは、P7において、高オク
タン燃料ようとして走行中に対応した基本点火時期θB
がテーブル（一般にはエンジン回転数と吸入空気量等の
エンジン負荷とをパラーメータとして作成）から読出さ
れる。この後、P8〜P10の処理によって、水温、吸気
温、ノッキングに応じた各補正量θWT、θAT、θKNが算
出される。そして、P11において、前記θBとθWTとθAT
とを加算した値からθKNを差し引くことにより、最終点
火時期θIgが算出される。この後は、P12において、こ
のθIgのタイミングで点火される。

前記P1の判定でYESのときは、現在使用されている燃
料が低オクタン燃料であると判別されたときである。こ
の場合は、P13において、フラグF1を低オクタン燃料が
用いられることを示す「１」にセットした後、P14以降
の処理（P14〜P23）が行われる。このP14〜P23の処理
は、低オクタン燃料用であること以外は、前記P3〜P12
の処理と同じなので、その重複した説明は省略する。

第８図に示すフローチャートは、第７図に示すフロー
チャートに対して所定時間毎の割込みによって行われ
る。先ず、Q1において、前記センサあるいはスイッチ42
〜46からの各信号の読込みが行われた後、Q2において、
フラグＦが「１」であるか否かが判別される。このQ2の
判別でNOのときは、高オクタン燃料が使用されていると
きなので、吸気系の開閉弁22の切換回転数NCが前述した
ＮH（第３図）に設定された後、Q4において、排気系開
閉弁38を開閉制御するためのマップとして、第６図に示
す高オクタン燃料用のものが選択される。逆に、Q2の判
別でYESのときは、Q5において切換回転数NCがＮRに設定
されると共に、Q6において第５図に示す低オクタン燃料
用のマップが選択される。

前記Q4あるいはQ6の後は、Q7において、エンジン回転
数Ｎが切換回転数NC以上であるか否かが判別される。こ
のQ7の判別でYESのときは、Q8において、フラグF2が０
であるか否かが判別されるが、このフラグF2は「０」の
ときが開閉弁22が閉のときを意味する。このQ8の判別で
YESのときは、現在開閉弁22が閉のときなので、Q2にお
いて当該開閉弁22を開作動させた後、Q10においてフラ
グF2を「１」にセットする。なお、Q8の判別でNOのとき
は既に開閉弁22が開いているので、Q9、Q10の処理は不
用とされる。

前記Q7の判別でNOのときは、開閉弁22を閉とするとき
であって、この場合はQ11〜Q13の処理を得るが、これは
上記Q8〜Q10の処理の対応しているので、その重複した
説明は省略する。

前記Q10、Q13の後およびQ8の判別でNO、Q11の判別でY
ESのときは、いずれもQ14に移行する。このQ14では、Q4
あるいはQ6で選択されたマップに照して、現在の運転領
域が排気系の開閉弁38を開とする領域であるか否かが判
別される。このQ14の判別でYESのときは、Q15において
フラグF3が「０」であるか否かが判別される。このフラ
グF3は「０」のときか開閉弁38が閉のときを意味する。
したがって、Q25の判別でYESのときは、Q16において閉
じられている開閉弁38を開作動させた後、Q17において
フラグF3が「１」にセットされる。また、Q14の判別でN
Oのときは、開閉弁38を閉じるときであるが、このため
の処理Q18〜Q20は上記Q15〜Q17の処理に対応しているの
で、その重複した説明は省略する。

以上実施例では、慣性過給を行うものについて説明し
たが、共鳴過給を行うものについても同様に適用し得
る。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、吸気固
有振動数を切換える可変吸気機構を備えると共に燃料の
オクタン価に応じて点火時期を変更するものにおいて、
可変吸気機構の切換回転数を上記点火時期の変更に伴な
って変更することによりトルクの落ち込みを防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面全体系統図。 第２図は１つの気筒の着目した場合の第１図に示す吸気
系の正面断面図。 第３図は切換回転数とトルクと燃料のオクタン価とトル
クが増大される領域の関係を示すグラフ。 第４図は点火進角とトルクと充填量と燃料のオクタン価
との関係を示すグラフ。 第５図、第６図は排気系に設けた開閉弁の開閉領域を示
すマップ。 第７図、第８図は本発明の制御例を示すフローチャー
ト。 第９図は本発明の構成をブロック図的に示した図。 S:可変吸気機構 7:点火プラグ 22:開閉弁（吸気固有振動数切換用） 41:制御ユニット 42:ノックセンサ（オクタン価検出用）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｐ 5/152 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｄ 5/153 (72)発明者 横田 和也 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−219816（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−277816（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−277817（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−195915（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料のオクタン価を検出するオクタン価検
   出手段と、 前記オクタン価検出手段により検出されたオクタン価に
   応じて、エンジンの点火時期を変更する点火時期変更手
   段と、 エンジンの吸気固有振動数を変更するための可変吸気機
   構と、 エンジン回転数が所定の切換回転数となったときに、前
   記可変吸気機構を制御して吸気の固有振動数を切換える
   吸気制御手段と、 前記点火時期変更手段による点火時期の切換えが行われ
   るときに、前記切換回転数を変更する切換回転数変更手
   段と、 を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。