JPH01253535A - 多気筒エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多気筒エンジンの制御装置に関するものであっ
て、とくに、燃焼特性の異なる種々の燃料が使用される
エンジンの燃焼制御性の改善に関する。

（従来の技術） 吸気量、吸気温、スロットル開度、排気ガス中のＯ２濃
度等、エンジンの運転状態を示す各種入力情報に応じて
、空燃比（本願において空燃比とは、燃料単位重量当た
りの吸気ｆｉＡ／Ｆを意味する）、点火時期、ＥＧＲ率
（排気ガス還流率）等を制御する燃焼制御装置を設けた
多気筒エンジンはよく知られている（例えば、特開昭６
０−９０９４２号公報参照）。

ところで、近年エミッション性能が良好であり、かつ、
天然ガス、石炭等から製造できるため資源的に有利であ
るアルコール（例えばメタノール）をガソリンに混合し
たアルコール・ガソリン混合燃料を使用するようにした
多気筒エンジンが提案されている。

このようなアルコール、・ガソリン混合燃料を使用する
エンジンにおいては、アルコールとガソリンでは、単位
重量当たりの必要空気量が異なるので、燃料のアルコー
ル濃度によって理論空燃比が異なる。したがって、エン
ジン始動時等、空燃比のＯｆフィードバック制御を行わ
ないときには、燃料のアルコール濃度が分からないと吸
気量に対応ケる燃料供給量を決定できないといった問題
がある。そこで、このようなエンジンにおいては、燃料
のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出センサ
が設けられる。そして、アルコール儂度検出センサとし
ては、燃料の光の屈折率を測定してアルコール濃度を検
出するようにしたもの、燃料の誘電率を測定してアルコ
ール濃度を検出するようにしたしの等が用いられている
。

（発明か解決しようとする課題） ところが、■折率式アルコール濃度検出センサは光学機
械であるため高価であり、一方、誘電率式アルコール濃
度検出センサは燃料中に金属イオンや有機イオンが含ま
れていると検出精度が低下するといった問題があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたしのであっ
て、アルコール・ガソリン混合燃料等、燃焼特性が異な
る種々の燃料を使用する多気筒エンジンにおいて、アル
コール濃度検出センサ等を設けることなく、燃料の組成
に応じた良好な燃焼制御を行うことができる制御装置を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために、エンジン始動時
に気筒毎に異なる燃焼制御条件を設定する始動時燃焼制
御条件設定手段と、気筒毎に完爆を検出する完爆検出手
段と、エンジン始動後上記完爆検出手段によって少なく
とも１つの気筒の完爆が検出されたときには、最初に完
爆が検出された気筒と同一の燃焼制御条件で全気筒の燃
焼制御を行う燃焼制御手段とを設けたことを特徴とする
多気筒エンジンの制御装置を提供する。

（発明の作用・効果） 本発明によれば、エンジン始動時に気筒毎に異なる燃焼
制御条件が設定されるが、例えば、空燃比（Ａ／Ｆ）を
上記燃焼制御条件とした場合を例にとると、エンジン始
動時に気筒毎に異なる空燃比となるように各気筒の燃料
供給量が設定され、クランキングが開始される。そして
、完爆検出手段によって最初に完爆した気筒が判定され
るが、第６図に示すように、クランキング開始時から完
爆するまでの時間（完爆時間）は、ある特定の空燃比の
ときに最小となるような特性を示し、かかる空燃比がそ
のときの燃料の蒸留性状（気化しやすさ）に合ったエン
ジン始動時の最適空燃比（以下、最適切期空燃比という
）となる。すなわち、最初に完爆した気筒の空燃比は該
組成の燃料に対する最適初期空燃比に近い値となってい
る。そして、燃焼制御手段によって、他の気筒も最初に
完爆した気筒の空燃比と同一の空燃比、すなわち、燃料
の組成が不明であっても、その組成の燃料に対する最適
初期空燃比に近い空燃比で運転されるように、燃料供給
量か制御される。したがって、高価なアルコール濃度検
出センサ等を用いることなく、全気筒を燃料組成に応じ
た適正な空燃比で運転できる。なお、クランキング開始
後、いずれかの気筒が完爆するまでに要する時間は非常
に短いので、エンジン始動後、速やかに、上記適性な空
燃比による運転を行うことかできる。

また、燃料かアルコール・ガソリン混合燃料である場合
には最適初期空燃比は燃料のアルコール濃度の関数とな
り、この関数関係は理論的あるいは実験的に求めること
ができるので、上記関数関係を用いて、完爆時間が最ら
短い気筒の空燃比から燃料中のアルコール濃度の概略値
を算出するようにしても良く、このようにして算出され
たアルコール濃度の概略値に基づいてＥＧＲ率等の制御
を行なえば、エミッション性能の向上を図ることができ
る。

なお、暖機完了後は、Ｏ，センサによって検出される排
気ガス中のＯｔａ度を人力情報として理論空燃比を目標
値とする（λ−１）空燃比のフィードバック制御を行い
、かかるフィードバック制御時に、吸気流量と燃料流量
とから理論空燃比を算出し、かかる理論空燃比から燃料
のアルコール濃度を算出しく上記したように、理論空燃
比とアルコール濃度の関数関係は容易に求められる）、
このようにして算出されたアルコール濃度に基づいて、
０．フィードバック領域外での空燃比のオーブンループ
制御、点火時期制御、ＥＧＲ率制御等を行うようにすれ
ば、暖機完了後の燃焼制御性の向」ユを図ることができ
る。

以上、クランキング時に気筒毎に異なる空燃比（Ａ／Ｆ
）を設定する場合について本発明の作用・効果を説明し
ているが、燃焼制御条件はこれに限られるものではなく
、例えば、気筒毎に異なる点火時期を設定し、最初に完
爆した気筒の点火時期に他の気筒の点火時期を合わせる
ようにしてもよい。

（実施例） 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図に示すように、メタノール・ガソリン混合燃料を
使用する４気筒エンジンＣＥは、第１〜第４気筒＃ｌ〜
＃４において、夫々、吸気ボートｌを介して独立吸気通
路２から燃焼室３に混合気を吸入し、燃焼室３内で混合
気を爆発・燃焼させ、排気ガスを排気ボート４を介して
独立排気通路５に排出し、上記燃焼に伴って発生する熱
エネルギをクランク軸６の回転連動に変換するようにな
っている。なお、本実施例ではメタノール・ガソリン混
合燃料を用いているが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、他のアルコールを含む燃料を用いる場合、さ
らには、ハイオクガソリンとレギュラーガソリンを混合
して用いるような場合等、燃焼特性が異なる種々の燃料
を用いる場合に広く適用できる。

そして、容気筒＃！〜＃４に吸気を供給するために共通
吸気通路７が設けられ、該共通吸気通路７には上流から
順に、吸気中の塵を除去するエアクリーナ１１と、吸気
ｍを検出するエアフローセンサ１２と、アクセルペダル
（図示せず）と連動して開閉されるスロットル弁Ｉ３と
が設けられている。共通吸気通路７はスロットル弁＋３
の下流の分岐部１４で第１〜第４気筒＃ｌ〜＃４の各独
立吸気通路２に接続されている。

上記第１〜第４気筒＃ｌ〜＃４の６独立吸気通路２には
、夫々、吸気中に燃料を噴射する燃料噴射弁１６が設け
られている。そして、上記各燃料噴射弁１６に燃料を供
給するために、上流側端部が燃料タンク（図示せず）に
接続された燃料供給通路１７が設けられ、該燃料供給通
路１７には燃料を各燃料噴射弁１６に圧送するための燃
料供給ポンプ１８が介設されている。上記燃料供給通路
１７は燃料供給ポンプ１８の下流で、第１．第４気筒＃
１．＃４の燃料噴射弁１６に燃料を供給する第１分岐燃
料供給通路２Ｉと、第２．第３気筒＃２、＃３の燃料噴
射弁１６に燃料を供給する第２分岐燃料供給通路２２と
に分岐している。そして、第１．第２分岐燃料供給通路
２１．２２には、夫々、これらを開閉する第１．第２開
閉弁２３．２４が設けられ、所定の軽負荷時には、いず
れか一方の開閉弁２３．２４を閉止して、第２．第３気
筒＃２゜＃３のみに燃料を供給するか、または、第１．
第４気筒＃１．＃４のみに燃料を供給するかして、減気
筒運転を行い、燃費性能を向上さけるようにしている。

上記第１分岐燃料供給通路２１は第１開閉弁２３の下流
でさらに分岐して第１．第４気筒＃１．＃４の燃料噴射
弁１６に接続され、一方、第２分岐燃料供給通路２２は
第２開閉弁２４の下流でさらに分岐して第２．第３気筒
＃２．＃３の燃料噴射弁１６に接続されている。

また、第１〜第４気筒＃１〜＃４の独立排気通路５は集
合部２５で１つの共通排気通路２６に集合されている。

ところで、エンジンＣＢの燃焼制御を行うために、マイ
クロコンピュータで構成されるコントロールユニット２
７（始動時燃焼制御条件設定手段、燃焼制御手段）が設
けられ、該コントロールユニット２７は、吸気温センサ
２８の出力信号（吸気温）、エアフローセンサ１２の出
力信号（吸ｆｉ！ｆり、スロットル弁開度センサ２９の
出力信号（スロットル開度）、吸気圧センサ３１の出力
信号（吸気圧）、０゜センサ３２の出力信号（０，ａ度
、空燃比）、気筒別に設けられた気筒内圧力センサ３０
（第４気筒＃４のみ図示）の出力信号（気筒内圧力）等
のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
３４と、各種演算処鹿を行うＣＰｔＪ３５と、各種情報
を記憶する１１０Ｍ３６及びｒｔＡＭ３７と、各燃料噴
射弁１６％第１．第２開閉弁２３．２４等へ出力信号を
出す出力回路３８とで構成されている。

なお、クランク軸６に対して設けられた基準パルスセン
サ４１と上死点パルスセンサ４２によって、エンジン回
転数が検出されるようになっている。

また、水温センサ４３（暖機完了検出手段）によって冷
却水温が検出されるようになっている以下、第２図（ａ
）　、　（ｂ）に示すフローチャートに従って、コント
ロールユニット２７によるエンジンＣＥの燃焼制御方法
について説明する。

イグニッンヨンスイッチがオンされると制御が開始され
、ステップＳｌで第１〜第４気筒＃ｌ〜＃４に、夫々、
個別的に燃料仕様（空燃比１点火時期、ＥＧＲ率等）が
設定される。燃料のメタノール濃度が不明であり、した
がって、吸気量に対応する燃料供給…を決められないの
で、４つの気筒＃ｌ〜＃４に、夫々、異なる値のアルコ
ール濃度を仮定的に設定し、これらの中で最ら早く完爆
した気筒に仮定的に設定されていたアルコール濃度が実
際のアルコール濃度に近い値となっていることに鑑み、
暖機運転中は、とりあえず上記最早完爆気筒に仮定的に
設定されていたアルコール濃度に基づいて全気筒の燃焼
制御を行うようにしている。そして、燃料のアルコール
濃度は０−１００％のどのような値となっているかが分
からないので、０〜ｌＯＯ％の範囲をほぼ等間隔に５分
割し、４つの気筒＃１〜＃４に、夫々、これらの分割点
に対応する濃度を仮定的に設定するようにしている。

例えば、第３図に示すように、第１〜第４気筒＃１〜＃
４の初期空燃比（Ａ／Ｆ”）は、夫々、メタノール濃度
が２０％、４０％、６０％、８０％のメタノール・ガソ
リン混合燃料（以下、夫々、Ｍ２０燃料１Ｍ４０燃料１
Ｍ６０燃料１Ｍ８０燃料という）に対する最適初期空燃
比に設定される。しかし、使用される燃料のメタノール
濃度の概略値が判っている場合は、各気筒の初期空燃比
を、予想されるメタノール濃度範囲をほぼ゛等分割し、
その分割点となるメタノール濃度に対応する最適切期空
燃比に設定するのが好ましい。尚、メタノール濃度が９
０％を超えると、火炎が見えにくくなるといった問題が
あり、かつ、低温始動性が悪くなりガソリンアシストが
必要となるといった問題があるので、通常メタノール濃
度は９０％以下に抑えられている。

上記最適切期空燃比は、エンジン始動時に最適とされる
空燃比であり、メタノール濃度の関数となるが、その特
性は、第４図中の直線Ｇ３で示すように、メタノールａ
度に対して直線的に変化し、直線Ｇ、で表される理論空
燃比（λ−１）よりはややリッチな値である。

なお、点火時期、ＥＧＲ率は、普通の方法で上記初期空
燃比に応じた値に設定される。

次に、ステップＳ２でクランキングか開始される。

続いて、ステップＳ３で、各気筒＃１〜＃４の気筒内圧
力センサ４３の出力値が読み込まれる。

これらの気筒内圧力センサ４３の出力値はＡ／Ｄ変換器
３４によってデジタル信号に変換された後ＣＰＵに入力
され、これらのデジタル信号は各気筒毎に、夫々、時系
列的にＲＡＭ３７に記憶される。

次に、ステップＳ４で各気筒＃１〜＃４の完爆時間が計
測される。ステップＳ３で読み込まれた気筒内圧力は、
ＲＡＭ３７内に各気筒＃１〜＃４毎に時系列的に記憶さ
れているが、その特性は、第５図中の曲線Ｇ４のように
、当該気筒か着火・完爆するまではＬｌで示すような低
レベルにあるが、完爆すると爆発時にはＬｌで示すよう
な高レベルに達するような特性を示ｔ′。そこで、気筒
内圧力が上記し１とＬｌのほぼ中間レベルの［７４以上
となったときにその気筒が完爆したものと判定するよう
にし、クランキング開始時から気筒内圧力が最初に上記
し、に達した時点までの時間を完爆時間としている。

なお、気筒内温塵あるいは気筒の振動強度に基づいて気
筒の着火・完爆を検出するようにしてもよい。

次に、ステップＳ５で各気筒＃１〜＃４の完爆時間が比
較され、続いてステップＳ６で完爆時間か最ら短い気筒
が判定される。

そして、ステップＳ７で上記の完爆時間が最も短い気筒
の初期空燃比から、燃料の概略組成（メタノール濃度）
が判定される。ｔなわち、エンジン始動時の最適切期空
燃比は、前記したとおり、燃料のメタノール濃度の関数
となり、このような最適切期空燃比とメタノール濃度と
の関係は既知なので、このような関数関係をマツプ化し
てコントロールユニット２７内に記憶している。一方、
完爆時間が最も短い気筒の初期空燃比は最適初期空燃比
に近い値となっているので、上記マツプを利用して、完
爆時間か最も短い気筒の初期空燃比からメタノール濃度
の概略値が求められる。

次に、ステップＳ８では全気筒に共通に適用すべき各種
燃焼制御条件が設定される。燃焼制御条件中、空燃比は
完爆時間が最も短い気筒の初期空燃比と同じ値に設定さ
れ、点火時期、ＥＧＲ率等、その他の燃焼制御条件は上
記初期空燃比とステップＳ７で算出された燃料のメタノ
ール濃度の概略値とに基づいて普通の方法で設定される
。

そして、ステップＳ９では、全気筒＃１〜＃４に対して
、ステップＳ８で設定された各種燃焼制御条件に従った
統一的な燃焼制御が行なわれる。

なお、各気筒の完爆時間は非常に短いので、クランキン
グ開始後、極短時間内にこのような燃焼制御が開始され
る。

次に、ステップＳＩＯで冷却水温が人力され、続いて、
ステップＳｌｌで上記冷却水温に基づいてエンノンＧＥ
の暖機が完了したか否かが比較される。冷却水温が所定
値（例えば６０℃）以下であれば暖機か完了していない
ものと判定され（ＮＯ）、暖機が完了するまで、ステッ
プＳ９，１０が繰り返し実行される。なお、油温センサ
を設け、油温によってエンジンＣＥの暖機が完了したか
否かを判定するようにしてもよい。

一方、冷却水温が所定値を超えていれば暖機が完了して
いるので（ＹＥＳ）、制御はステップ８１２以下の暖機
完了後用の制御ルーチンに進められる。

ステップＳＩ２ではエンジン回転数とエンジン負荷（ス
ロットル開度）とが入力され、エンジンの運転状態が把
握され、続いてステップＳＩ３で、上記運転状態が、排
気ガス中のＯ２ａ度を入力情報とする空燃比のフィード
バック制御領域にあるか否かが比較される。本実施例で
はエンジン回転数が所定値以下であり、かつ、エンノン
負荷が所定値以下となる運転領域では、理論空燃比を目
標値とする空燃比のフィ−ドバック制御を行うようにし
ている。なお、空燃比のフィードバック制御ルーチンは
このフローチャートに記載されていないが、普通の制御
方法で行なわれるようになっている。比較の結果、エン
ジンの運転状態がフィードバック領域になければ（Ｎｏ
）、ステップ８１２゜１３が繰り返し実行される。

一方、エンノンの運転状態がフィードバック領域にあれ
ば（ＹＥＳ）、制御はステップＳＩ４に進められ、吸気
流量、燃料流量、０．ａ度、吸気温等の各種制御情報が
入力される。すなわち、空燃比のフィードバック制御が
行われているときには、排気ガス中の０．ａ度を入力情
報として、理論空燃比（λ−１）で運転されているので
、吸気流量と燃料流量とから、該燃料に対する理論空燃
比が算出できる。

続いて、ステップＳ１５で、吸気流１と燃料流量とから
、該燃料に対する理論空燃比が算出される。

次に、ステップ３１６で、上記理論空燃比から燃料のメ
タノール濃度が演算される。前記したように、理論空燃
比は燃料のメタノール濃度の関数となり、このような関
数関係はコントロールユニット２７内にマツプ化して記
憶されているので、このようなマツプを用いて上記理論
空燃比から燃料のアルコール１５度か算出される。

そして、ステップＳＩ７で上記メタノール濃度に基づい
て、点火時期、ＥＧＲ率等エンジンの制御条件の再設定
が行なわれる。すなわち、ステップＳ８で設定された燃
焼制御条件は、ステップＳ７で算出されたメタノール濃
度概略値に基づいて算出されているので、それ程高精度
ではないので、ステップＳＩ６で算出された正確なアル
コール濃度に基づいて、燃焼制御条件を再設定する。こ
の後、ステップＳ１７で設定された燃焼制御条件に従っ
て、空燃比、点火時期、ＥＧＲ率等の燃焼制御が行なわ
れる。

なお、新たに燃料を補給するまではアルコール濃度は変
わらないので、ステップＳＩ６で算出されたアルコール
濃度を記憶しておき、次の燃料補給時までは、エンジン
始動時、暖機完了時とも、このアルコール濃度を用いて
、空燃比、点火時期、ＥＧＲ率等の燃焼制御条件を設定
するようにしてもよい。このようにすれば、常に真のア
ルコール濃度に基づいた燃焼制御を行うことができるの
で、燃焼制御の精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すメタノール・ガソリン混
合燃料を使用する４気筒エンジンのシステム構成図であ
る。 第２図（ａ）　、　（ｂ）は、夫々、第１図に示すエン
ジンのコントロールユニットによる燃焼制御方法を示す
フローチャートである。 第３図は、エンジン始動時に各気筒に個別的に設定され
る初期空燃比を示す図である。 第４図はエンジン始動時の最適初期空燃比と理論空燃比
のメタノール濃度に対する特性を示す図である。 第５図は、クランキング時の気筒内圧力の時間に対する
特性を示す図である。 第６図は燃料のメタノール濃度を一定とした場合の気筒
の完爆時間の空燃比に対する特性を示す図である。 ＧＥ・・・４気筒エンジン、＃ｌ〜＃４・・・第１〜第
４気筒、２・・・独立吸気通路、３・・・燃焼室、７・
・・共通吸気通路、！’２・・・エアフローセンサ、１
３・・・スロットル弁、１６・・・燃料噴射弁、１８・
・・燃料ポンプ、２７・・・コントロールユニット（始
動時燃焼制御条件設定手段、燃焼制御手段）、２８・・
・吸気温センサ、２９・・・スロットル開度センサ、３
０・・・気筒内圧力センサ（完爆検出手段）、３２・・
・０．センサ、４３・・・水温センサ（暖機完了検出手
段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジン始動時に気筒毎に異なる燃焼制御条件を
   設定する始動時燃焼制御条件設定手段と、気筒毎に完爆
   を検出する完爆検出手段と、エンジン始動後上記完爆検
   出手段によって少なくとも１つの気筒の完爆が検出され
   たときには、最初に完爆が検出された気筒と同一の燃焼
   制御条件で全気筒の燃焼制御を行う燃焼制御手段とを設
   けたことを特徴とする多気筒エンジンの制御装置。