JP6154998B2

JP6154998B2 - 代替燃料エンジンの点火制御方法

Info

Publication number: JP6154998B2
Application number: JP2012162130A
Authority: JP
Inventors: 芳之安藤
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: JP2014020334A

Description

本発明は、ガソリンエンジンをＬＰＧやＣＮＧなどのガソリン代替燃料用に改造する場合における、ガソリン代替燃料エンジンの点火制御方法およびその装置に関するものである。

組成・気化性等の特性がガソリンとは異なるＬＰＧ等のガソリン代替燃料を、電流遮断式の点火装置を有する火花点火エンジンの燃料に使用することは広く知られており、ガソリンとは特性の異なるガソリン代替燃料をインジェクタから吸気管路に噴射する噴射システムをエンジンに搭載するにあたり、エンジンの運転状態に応じて最適の燃料供給量を与える噴射量としてガソリン噴射システムを構成する電子制御ユニットに設定されているガソリン噴射システムを搭載している既存のエンジンに対しては、例えば特開２００３−２０６７７３号公報に記載されているように、入力されたガソリン噴射量に基いてこれと同等の混合気を与える燃料噴射量を種々のデータを用いて所定の計算式で算出する、というきわめて簡単な機能をもたせたガソリン代替燃料用の電子制御ユニットを増設することで、既存のガソリン噴射システムをそのまま利用してガソリン代替燃料噴射システムを構築し、使用する燃料に対応したエンジンに改造することができる。

図５は、このような従来のエンジンの燃料噴射システムの配置図を示したもので、ガソリン代替燃料エンジンの点火制御装置を兼ねたガソリン代替燃料噴射制御用の電子制御ユニット３とガソリン代替燃料用のインジェクタ４をエンジン既設のガソリン噴射システムに増設したガソリン代替燃料噴射システムを示す配置図であり、クランク軸回転センサ７、カム軸回転センサ８、吸入空気量センサ９、スロットル開度センサ１０、ノックセンサ１１、エンジン冷却水温度センサ１２により検出したエンジン運転状態を示す各データに基いて算出したガソリン噴射信号を出力し、改造前においてガソリン用インジェクタをこの噴射信号に応じたデューティサイクルで開閉動作させてエンジン要求流量のガソリンを噴射してエンジン１に供給し、且つ、イグナイタ内蔵の点火装置６に最適なタイミングで点火信号を出力する既設のガソリン用電子制御ユニット２を、代替燃料用に改造したエンジン１に対応させるため代替するガソリン代替燃料用の電子制御ユニット３を増設し、ガソリン噴射信号Ｂを電子制御ユニット３の入力ポートＪで受信させ、その内部で代替燃料に適した補正を行い、ガソリン代替燃料用のインジェクタ駆動信号Ｋを出力してインジェクタ４を駆動制御するものとして、改造後においても高精度の排気性能を確保しようとするものである。

しかしながら、この従来技術においてＬＰＧやＣＮＧのようにガソリンとは燃焼速度が顕著に異なる代替燃料の場合は図６のグラフに示すように良好な熱効率を示す点火時期が大きく異なることから、ガソリンエンジンで最適に設定された点火時期Ｔ２３をそのまま改造後のエンジンに適用すると、代替燃料に最適な点火時期Ｔ２５に設定した場合と比べて熱効率が悪化するなどの問題がある。

これらの問題に対して、図７に示すように、ガソリン用の電子制御ユニット２と点火装置６とを接続する配線を切断し、その代わりにガソリン代替燃料用の電子制御ユニット３内部で計算した点火時期および通電角を送信する配線を点火装置６に接続することで、エンジン性能を良好に発揮させる手段が考えられる。

ところが、この電子制御ユニット３による点火制御においては。図８の点火制御に関するブロック図に示すように、エンジン負荷情報を検知するための吸入空気量センサ信号Ｃの入力、適切なタイミングで点火波形を生成処理（図８，３２２）するためのクランク軸回転センサ信号Ｅ，カム軸回転センサ信号Ｆ等の入力が不可欠となるため、代替燃料用の電子制御ユニット３に多くの入力ポートが必要となってその構成が複雑となりやすい。また、電子制御ユニット３内で点火時期基本値を演算するために、エンジンのあらゆる運転条件を実験確認に基いて設定する必要が生じる。そのため、実験確認および設定工数が増加して電子制御ユニット３に関する設定・製造の手間が嵩み、そのためにコストアップを伴うという問題がある。

そこで、ガソリンエンジンをガソリン代替燃料エンジンに改造する場合に、追加する代替燃料用の電子制御ユニットの設定・製造に要する手間を軽減し低コストで点火時期制御を的確に行えるようにする目的で、ガソリンエンジンをガソリン燃料とは最適な点火時期が異なるガソリン代替燃料用のエンジンに改造する場合に、ガソリン代替燃料用電子制御ユニットが検知したガソリン用点火信号を基にガソリン代替燃料の特性に応じて決定した点火時期修正時間で点火時期を前後に調整する、という比較的簡易な手段を採用したことにより、ガソリン代替燃料に最適な点火制御を比較的容易に実現できるガソリン代替燃料エンジンの点火制御方法が特開２００８−１４２５８号公報に提示されている。

この公報に提示されているガソリン代替燃料エンジンの点火制御方法は、例えば図９に示すように、最終点火時期修正通電角度（δ）＜０の場合には、対象となる一つ前の気筒のガソリン用点火信号（５Ｎ１）の立上り・立下り時間ｔｄｗを計測し、その立下りタイミング（８１）で、ｔ４＝−ｔ１、ｔ３＝ｔｄｗの計算を実行する（６０３）。そして、対象気筒のガソリン用点火信号（５Ｐ０）を立ち上げ、ｔ３時間の間通電させる。これにより、ガソリン用点火信号の点火装置６への通電時間φが一定だとすると、φ＝ｔｄｗより、ガソリン用点火信号の点火立下り（８４）よりも代替燃料用点火信号の立下り（８５）が−ｔ１時間遅れるため、狙い通りガソリン用点火信号よりもδ分、遅角側に点火時期を設定することができ、図１０に示すように、最終点火時期修正通電角度（δ）＞０の場合には、対象となる二つ前の気筒のガソリン用点火信号（５Ｎ２）の立下り（９１）と、一つ前の気筒の立下り（９２）の時間ｔ５と、一つ前の気筒（５Ｎ１）のガソリン用点火信号の点火通電時間ｔｄｗを計測し、点火立下り（９２）のタイミングで、ｔ２＝ｔ５−ｔｄｗ−ｔ１を計算する。そして、この立下りタイミング（９２）よりもｔ２時間経過した後、代替燃料の点火信号（５Ｐ０）をｔｄｗの間通電する。これにより、ガソリン用点火信号の点火装置６への通電時間が一定だとすると、φ＝ｔｄｗより、ガソリン用点火信号の立下り（９５）よりもｔ１時間前に代替燃料用点火信号が立ち下がる（９４）ため、狙い通りガソリンよりもδだけ進角側に点火時期をずらして設定することができる。

しかしながら、前記特開２００８−１４２５８号公報に提示されているガソリン代替燃料エンジンの点火制御方法において、エンジン加減速状態の急激な変化、即ち、前記公報に対しされている点火時期の調整が可能な範囲を超えるような急激なエンジンの回転変動があった場合には代替燃料用点火信号が遅れてしまい失火（ミスファイア）してしまうという問題が生じることになる。殊に、ガソリン代替用エンジン燃料は、気化させたガソリン燃料に比べて燃焼にくいという性質を有しているので点火時期が遅れると失火する原因となり、特に、エンジン回転の変化を検知して点火時期を調整するものであることから、特に、急激に回転が上昇した場合には制御が追いつかなくなるという問題がある。

特開２００３−２０６７７３号公報特開２００８−１４２５８号公報

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、特に、従来のガソリン代替燃料用電子制御ユニットが検知したガソリン用点火信号を基にガソリン代替燃料の特性に応じて決定した点火時期修正時間で点火時期を前後に調整する、という手段ではガソリン代替燃料の点火制御が困難な程にエンジンの回転が急激に変化した場合にもガソリン代替燃料エンジンの点火制御を行うことが可能なガソリン代替燃料エンジンの点火制御方法およびその装置を提供するものである。

前記課題を解決するための、本発明は、エンジン運転状態に応じてガソリン用電子制御ユニットが出力するガソリン噴射信号を受信し該ガソリン噴射信号を基にガソリン代替燃料の噴射量を算出して噴射装置のインジェクタに駆動信号を出力するガソリン代替燃料用電子制御ユニットをエンジンに既設のガソリン噴射システムに増設するとともに、前記ガソリン代替燃料用電子制御ユニットが、前記ガソリン用電子制御ユニットの出力するガソリン用点火信号を受信し、所定の方法で求めた点火時期修正時間で前記ガソリン用点火信号による点火時期のタイミングを調整することにより、ガソリン代替燃料に適合させたガソリン代替用点火信号を生成・出力して点火コイルによる点火を制御するガソリン代替燃料エンジンの点火制御方法において、
前記点火装置が電流遮断式であって、エンジン回転数の加減速に拘わらず、常時ガソリン点火用の点火コイル通電開始信号と、代替燃料の通電開始信号が入力されるＲＳフリップフロップ回路の出力として生成・出力してどちらか先に発生した信号で前記点火装置の点火コイルの通電を開始し、ガソリン点火用の点火コイル通電開始信号と、代替燃料の通電開始信号が入力されるＲＳフリップフロップ回路の出力として生成・出力してどちらか先に発生した信号の内で先に発生した前記点火装置の点火コイルの通電を停止し点火を発生させる事を特徴とする。

また、本発明において、回転変動の多い始動時やアイドル回転などの低回転領域では代替燃料の点火制御を停止させガソリン点火制御のみを作動させることとした。

本発明によれば、従来のエンジン運転状態に応じてガソリン用電子制御ユニットが出力するガソリン噴射信号を受信し該ガソリン噴射信号を基にガソリン代替燃料の噴射量を算出して電流遮断式の点火装置におけるインジェクタに駆動信号を出力するガソリン代替燃料用電子制御ユニットをエンジンに既設のガソリン噴射システムに増設するとともに、前記ガソリン代替燃料用電子制御ユニットが、前記ガソリン用電子制御ユニットの出力するガソリン用点火信号を受信し、所定の方法で求めた点火時期修正時間で前記ガソリン用点火信号による点火時期のタイミングを調整することにより、ガソリン代替燃料に適合させたガソリン代替燃料用点火信号を生成・出力して点火コイルによる点火を制御するガソリン代替燃料エンジンの点火制御方法において，エンジンの回転数の変化を見越して、予め回転数が急激に変化しても直後のガソリン点火時期またはガソリン代替燃料点火時期において点火信号が発せられるので遅れることなく回転に合わせて点火することが可能である。

本発明における実施の形態である燃料噴射システムの配置図。図１に示した実施の形態についての点火装置を示す回路図。図１に示した実施の形態についての点火波形処理部における補正のための処理を示す波形図。図１に示した実施の形態についての噴射信号を選択するための論理回路図。従来例における燃料噴射システムを示す配置図。ガソリンと代替燃料との間の点火時期の違いによる熱効率の差を説明するためのグラフ。従来例における燃料噴射システムを示す配置図。従来例におけるガソリン代替燃料用制御ユニットの動作を説明するためのブロック図。従来例における点火波形処理部におけるδ＜０の場合の処理を示す波形図。従来例における点火波形処理部におけるδ＞０の場合の処理を示す波形。

以下に、図面を参照しながら本発明における最良の実施の形態を説明する。

図１は、本発明のガソリン代替燃料エンジンの点火制御装置を兼ねたガソリン代替燃料噴射制御用の電子制御ユニット３とガソリン代替燃料用のインジェクタ４をエンジン既設のガソリン噴射システムに増設したものであり、ガソリン代替燃料噴射システムを示す配置図である。本発明は、ガソリン用噴射制御装置である電子制御ユニット２とガソリン用インジェクタとを備えたガソリン噴射システムを搭載していた既存のガソリンエンジンを、ガソリン代替燃料エンジンに改造する場合に適用される。

ガソリン用噴射制御装置としての電子制御ユニット２は、クランク軸回転センサ７、カム軸回転センサ８、吸入空気量センサ９、スロットル開度センサ１０、ノックセンサ１１、エンジン冷却水温度センサ１２により検出したエンジン運転状態を示す各データに基いて算出したガソリン噴射信号を出力し、改造前においてガソリン用インジェクタをこの噴射信号に応じたデューティサイクルで開閉動作させてエンジン要求流量のガソリンを噴射してエンジン１に供給し、且つ、イグナイタ内蔵の点火装置６に最適なタイミングで点火信号を出力するものであって、このこと自体は周知の技術である。

特に、前記点火装置６は図２に示したようなイグナイタ内蔵の電流遮断式のものであり、イグニッションコイル６１の一時側にコンタクトポイントと称されるスイッチ６２を介して電流を流し、一次コイルにエネルギーを蓄えて、カムを使ってコンタクトポイントの電流を遮断して一次コイルに蓄えた電気を一気に放出して巻き数の多い二次コイル高電圧を発生させて点火プラグに空気の絶縁を破ってスパークを発生させる従来周知の形式を用いることにより、図２に示した波形の点火電流が得られる。

そして、改造後において電子制御ユニット２からガソリン噴射信号Ｂを送信する配線を、ガソリン代替燃料用噴射制御装置である電子制御ユニット３の入力ポートＪに接続して受信させ、内部で使用するガソリン代替燃料の特性に対応した補正を行ってインジェクタ駆動信号Ｋを生成・出力し、ガソリン代替燃料用のインジェクタ４を開閉制御するものであり、改造車においても高精度の排気性能を実現できる。

これに加えて、電子制御ユニット２から出力した点火信号Ａを点火装置６に送信する配線を途中で切断して電子制御ユニット３の入力ポートＵに接続し、且つ、点火コイル装置６には電子制御ユニット３から延出された点火信号Ｒを送信する配線を接続している。

即ち、電子制御ユニット３は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，複数の信号入出力部（インターフェース）等を備えたガソリン代替燃料エンジン噴射制御用の電子制御ユニットであるが、そのＲＯＭに以下に述べる本発明の特徴部分となるガソリン代替燃料エンジン用の点火制御プログラムを記憶しており、使用するガソリン代替燃料に適した内容の点火制御方法を実施するガソリン代替燃料エンジン用の点火制御装置を兼ねたものとなっている。

また、本実施の形態では、電子制御ユニット２とノックセンサ１１とを接続する配線を途中で分岐させて入力ポートＳを介して電子制御ユニット３に接続しノックセンサ信号Ｇを入力しているが、クランク軸回転センサ７、カム軸回転センサ８、吸入空気量センサ９、スロットル開度センサ１０からの配線は接続されておらず、これらの入力ポートを廃している本発明では、点火信号に限ってはエンジンの回転数を検知する必要がない。

本実施の形態も、前記図５示した従来例と同様に、図７示すように、ガソリン用の電子制御ユニット２と点火装置６とを接続する配線を切断し、その代わりにガソリン代替燃料用の電子制御ユニット３内部で計算した点火時期および通電角を送信する配線を点火装置６に接続することで、エンジン性能を良好に発揮させるものである。

図３（ａ）は図１に示した実施の形態についての通常の連続したエンジン回転の場合の火波形処理部における補正のための処理を示す波形図であり、例えばガソリン代替燃料用点火信号の１つ前の気筒のガソリン用点火信号のガソリン用点火時期について各種の補正事項により補正されてガソリン代替燃料用に生成されたガソリン代替燃料用点火波形に応じた所定の点火時間に応じてガソリン代替燃料用点火信号が送られる。

ところで、図３（ａ）のように連続してエンジンを運転している場合には問題ないが、回転が変動した場合には、例えば前記図９や図１０に示したようにガソリン代替燃料用点火信号の位置を前後に調節することにより対処することができるが、回転の変動が極めて大きく、前後に調節する程度では対処できない場合、例えば図３（ｂ）に示したように前記ガソリン代替燃料用点火波形の後に急な回転数の変動があった場合に次に訪れるガソリン代替燃料用点火波形は、エンジン回転に対して次のガソリン代替燃料点火信号の時期が遅れてしまい失火の原因となっている。

そのため、本実施の形態では、このような場合に、エンジン回転数の加減速に拘わらず、常時ガソリン燃料用点火信号における点火コイルに通電するための点火開始時の点火信号か、ガソリン代替燃料用点火信号における点火コイルに通電するための点火開始時の点火信号のどちらか先に発生した点火信号で点火コイルの通電を開始し、ガソリン燃料用点火信号における点火コイルへの通電を遮断するための通電停止時の点火信号か、ガソリン代替燃料用点火信号における点火コイルへの通電を遮断するための通電停止時の点火信号における点火コイルに通電するための点火開始時の点火信号のどちらか先に発生した点火信号で点火コイルの通電を停止し点火を発生させることにしている。

図４はその際の前記ガソリン代替燃料用の電子制御ユニット３内部での演算を示す論理回路であり、ガソリン燃料用点火信号における点火開始時の点火信号（Ｓｅｔ信号１）とガソリン代替燃料用点火信号における点火開始時の点火信号（Ｓｅｔ信号２）の早いほうを選択する論理回路と、ガソリン燃料用点火信号における点火停止時の点火信号（Ｒｓｅｔ信号１）とガソリン代替燃料用点火信号における点火停止時の点火信号（Ｒｓｅｔ信号２）の早いほうを選択する論理回路とＲＳフリップフロップ回路により選択して点火を制御している。

尚、回転変動の多い始動時やアイドル回転などの低回転領域では代替燃料の点火制御を停止させガソリン点火制御のみを作動させることにより逆に低回転域での確実な点火を確保することもできる。

１エンジン、２，３電子制御ユニット、４インジェクタ、６点火装置、７クランク軸回転センサ、８カム軸回転センサ、９吸入空気量センサ、１０スロットル開度センサ、１１ノックセンサ、１２エンジン冷却水温度センサ、３０マイコン、３１電気的負荷装置

Claims

エンジン運転状態に応じてガソリン用電子制御ユニットが出力するガソリン噴射信号を受信し該ガソリン噴射信号を基にガソリン代替燃料の噴射量を算出して噴射装置のインジェクタに駆動信号を出力するガソリン代替燃料用電子制御ユニットをエンジンに既設のガソリン噴射システムに増設するとともに、前記ガソリン代替燃料用電子制御ユニットが、前記ガソリン用電子制御ユニットの出力するガソリン用点火信号を受信し、所定の方法で求めた点火時期修正時間で前記ガソリン用点火信号による点火時期のタイミングを調整することにより、ガソリン代替燃料に適合させたガソリン代替用点火信号を生成・出力して点火コイルによる点火を制御するガソリン代替燃料エンジンの点火制御方法において、前記点火装置が電流遮断式であって、回転変動の多い始動時やアイドル回転などの低回転領域では代替燃料の点火制御を停止させガソリン点火制御のみを作動させるとともに他の回転域ではエンジン回転数の加減速に拘わらず、常時ガソリン点火用の点火コイル通電開始信号と、代替燃料の通電開始信号が入力されるＲＳフリップフロップ回路の出力として生成・出力してどちらか先に発生した信号で前記点火装置の点火コイルの通電を開始し、ガソリン点火用の点火コイル通電開始信号と、代替燃料の通電開始信号が入力されるＲＳフリップフロップ回路の出力として生成・出力してどちらか先に発生した信号の内で先に発生した前記点火装置の点火コイルの通電を停止し点火を発生させる事を特徴とした代替燃料エンジンの点火制御方法。