JPH0357878A

JPH0357878A - エンジンの燃焼制御装置

Info

Publication number: JPH0357878A
Application number: JP19164289A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Mitsumoto; 久司光本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-07-25
Filing date: 1989-07-25
Publication date: 1991-03-13
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JP2527818B2

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、エンジンの燃焼制御装置に係り、詳しくは、
メタノールやエタノール等のアルコールを他の燃料、例
えばガソリンと混合した混合燃料で運転されるエンジン
の燃焼状態を制御する装置に関する．（従来の技術）ガソリンを使用するエンジンに対する点火時期制御に各
種のものが提案されている。その主な内容は２つで、そ
の１つは筒内圧が最大となるクランク角位置（θｐｍａ
ｘ　：以下、適宜筒内圧最大角度という）が機関の発生
トルクを最大にする一定位置（ＡＴＤＣＩＯ’ないし２
０″′）にくるように点火時期を制御（ＭＢＴ！ＩＩ御
）するもの、他の１つは筒内圧信号から機関のノッキン
グ信号を取り出し、ノッキンダレベルが所定値より大き
くなった時に遅角側に点火時期を制御（ノンキング制御
）するものである。

また、これら両者の組み合わせられたもの、あるいは多
気筒機関に対するＭＢＴ制御に工夫を凝らしたものなど
がある。後者について説明すると（特開昭６１−１４４
７９号公報参照）、これはθｐ＋＋＋ａｘの平均値を採
用する場合の問題を解消するために考案されたもので、
予め試験等で調べた耐ノック性が相対的に高い状態にあ
る気筒の圧力信号にて点火時期制御を開始し、当該気筒
でノッキングが発生してＭＢＴ！Ｉｌ御が不可能となっ
たら、やはり耐ノック性が相対的に高い状態にある気簡
の圧力信号を選択させる点に特徴を有し、この手法によ
ればノンキングの生じていない気筒では確実にＭＢＴに
制御されるので、ノソキングが生していないのに平均値
（ＭＢＴよりいくらかずれた値となる）が採用される場
合に比べて燃費率が良くなり、しかも制御が簡素化され
る。

例えば、各気簡について逐次検出したθｐｍａｘのうち
最新の４気筒分について平均値を計算し、その平均値に
基づいて各気筒共通の点火時期を演算するのでは、ノッ
キングを生じた気筒の点火時期によってノッキングを生
じていない気筒の点火時期が不必要に遅角されてしまう
のである。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来のエンジンの燃焼制御装
置にあっては、ガソリン（特定の燃料）を使用するエン
ジンを対象としてＭＢＴ，ノック抑制制御を行う構或と
なっていたため、メタノールエンジンに適用した場合、
メタノールはオクタン価が高いことから、耐ノック性が
良く、高圧縮比化が可能であるが、そのため、圧縮工程
中の筒内温度がガソリンに比較すると高くなり、点火プ
ラグの電極、あるいは燃焼室内のデポジットが着火点と
なり、プレイグニションが発生し易くなってエンジンが
損傷するという問題点があった。

（発明の目的）そこで本発明は、プレイグニションを検出することによ
り、プレイグニシジンに影響を最小限に抑えてエンジン
の損傷を防止することを目的としている。

（課題を解決するための手段）請求項１記載の発明によるエンジンの燃焼制御装置は上
記目的達或のため、その基本概念図を第１図（Ａ）に示
すように、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出
手段ａと、エンジンの筒内圧を検出する圧力検出手段ｂ
と、エンジンの運転状態に基づいて燃焼状態を制御する
基本制御値を設定する基本値設定手段Ｃと、圧力検出手
段ｂの出力に基づいてプレイグニションを検出するプレ
イグニション検出手段ｄと、プレイグニションが検出さ
れると、点火時期を遅角させるかあるいは空燃比をリッ
チ化するかのうち少なくとも１つ以上の処理を行って前
記基本制御値を補正する制御千段ｅと、制御手段ｅの出
力に基づいて燃焼に関連するパラメータを操作する操作
手段ｆと、を備えている。

また、第２項記載の発明によるエンジンの燃焼制御装置
は上記目的達或のため、その基本概念図を第ｌ図（Ｂ）
に示すように、エンジンの運転状態を検出する運転状態
検出手段ａと、エンジンの筒内圧を検出する圧力検出手
段ｂと、燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール
検出手段Ｃと、エンジンの運転状態に基づいて燃焼状態
を制御する基本制御値を設定する基本値設定手段ｄと、
圧力検出手段ｂの出力に基づいてプレイグニションを検
出するプレイグニション検出手段ｅと、プレイグニショ
ンが検出されると、アルコール濃度に応じて点火時期を
遅角させるかあるいは空燃比をリッチ化するかのうち少
なくとも１つ以上の処理を行って前記基本制御値を補正
する制御手段ｆと、制御手段ｆの出力に基づいて燃焼に
関連するパラメータを操作する操作手段ｇと、を備えて
いる。

（作用）請求項１記載の発明では、各気筒の筒内圧の変化からプ
レイグニションが検出され、プレイグニションと判断す
ると、点火時期のリタード、あるいは空燃比のリッチ化
のうち１つ以上が実行される。

したがって、エンジンの燃焼が抑制される方向に制御さ
れ、プレイグニションによる損傷が防止される。

また、請求項２記載の発明では、プレイグニションと判
断するとアルコール濃度に応じて同様の補正処理が行わ
れ、任意のアルコール濃度においてもエンジン損傷が有
効に防止される。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜５図は請求項ｌ記載の発明に係るエンジンの燃焼
制御装置の一実施例を示す図である。

まず、構戒を説明する。第２図は燃焼制御装置の全体構
戒図であり、この図において、１はエンジンであり、吸
入空気はエアクリーナ２から吸気管３を通して各気簡に
供給され、燃料は噴射信号Ｓｉに基づきインジェクタ４
により噴射される。

燃料としてはガソリンにメタノールやエタノール等のア
ルコールを混合したアルコール混合燃料が用いられ、気
筒内の混合気は点火信号Ｓｐに基づく点火ブラグ５の放
電作用によって爆発、燃焼し、排気になって排気管６か
ら徘出される。

エンジンｌに吸入される空気流量Ｑａはエアフローメー
タ７により検出され、吸気管３内の絞弁８によって制御
される。エンジン１のクランク角はクランク角センサ９
により検出され、クランク角センサ９の出力パルスを計
数することによりエンジン回転数Ｎが算出される。排気
中の酸素濃度は排気管６に設けた酸素センサ１０により
検出され、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度は
水温センサｌ１により検出される。また、各気簡の筒内
圧は圧カセンサ（圧力検出手段）１２により検出され、
圧カセンサ１２は点火プラグ５の座金として締付、固定
されている。

上記エアフローメータ７、クランク角センサ９、酸素セ
ンサ１０および水温センサ１１は運転状態検出手段１３
を構威しており、運転状態検出手段１３および圧カセン
サ１２からの出力はコントロールユニット２０に入力さ
れる。コントロールユニット２ｏは基本値設定手段、プ
レイグニション検出手段および制御手段としての機能を
有し、主にマイクロコンピュータによって構威され、後
述のプログラムに従ってエンジン１の燃焼制御に必要な
処理値を演算し、前記噴射信号Ｓｉおよび点火信号ｓｐ
を出力する。なお、インジェクタ４および点火ブラグ５
は操作手段２１を構或する。

次に、作用を説明する。

一般に、プレイグニション（過早着火）とは、燃焼室内
壁に生じた過熱個所つまり、プラグの先端排気弁などに
より過熱されて火花点火の前に着火することをいう。し
たがって、現象としては前記の熱面着火に他ならず、混
合気が高温になって着火する点はノッキングと似ている
が、ノッキングは点火後に生じ、プレイグニションは点
火前に着火することに相違がある。

プレイグニションの原因の大部分は過熱した点火プラグ
であるが、着火の時期がたまたま火花による点火時期と
丁度一致していると、イグニションキーを切って点火を
止めてもエンジンは止まらず、また出力も爆発音も何等
異状なく、同キーを入れて運転しているときと同しよう
に正常に作動を続ける（ホット・スボソトの温度が平衡
していれば）。このようなときは、エンジンにとっては
なんら有害でなはないがエンジンがコントロール（停止
）できない。このようなときは、燃料を濃くすると簡単
に止まる。

プレイグニションは、軽度のときは、普通の運転時に発
生していながら気付かないこともある。

程度が激しくなると、シリンダ壁の温度が急上昇し、出
力は激減し、回転数が変動し、ついには運転不能になり
、エンジンを損傷したりする。一般に、このような激し
いプレイグニションはエンジンの中速以上で起きること
が多い。

第３図はプレイグニション時の筒内圧波形であり、特に
、モータリング時とＭＢＴ時とプレイグニション時の波
形を記載してある。モータリング時はθｐｌＩＩａ×が
ＴＤＣに一致する。ＭＢＴ時はモータリング時と比較し
、点火時期から着火遅れを持って筒内圧がモータリング
時よりも大きくなり、θｐｍａｘはＡＴＤＣ１０ａ〜２
０゜である。しかし、プレイグニションは点火時期前に
圧力上昇が始まるため、θｐｍａｘはＭＢＴのθｐｍａ
ｘよりもＴＤＣ側にずれ、さらに絶対圧も非常に高くな
る。

また、第４図に点火時期と点火プラグ５の中心電極温度
との関係を示す。点火時期を進めて行くと次第に中心電
極温度が高くなり、ついにはプレイグニションを発生す
る温度に達する。一方、空燃比（Ａ／Ｆ）をリーン化す
ると中心電極温度は更に高くなり、リッチの場合より点
火時期が遅角側でプレイグニションが発生する。したが
って、プレイグニションが発生した場合、点火時期を遅
角するかあるいは空燃比をリッチ化すると防止できるこ
とになる。

第５図は上記原理に基づく燃焼制御のプログラムを示す
フローチャートである。まず、Ｐ１でノックが起きてい
るか否かを判別する。プレイグニシッンもノックもない
ときはＰ２でθｐｍａｘがＭＢＴに等しいか否かを判別
し、等しいときはＰ，でこの点火時期時の筒内圧Ｐｋを
学習し、Ｐ４では点火時期の補正なしとしてルーチンを
終了する。

また、Ｐ１でノックがあるときはＰ，で点火時期をリタ
ードしてノックを抑制する。一方、θｐｍａｘがＭＢＴ
とずれているときはＰ，てこのときの筒内圧Ｐｓを読み
込み、Ｐ７でＰｓ−Ｐｋ≧ΔＰｋ（但し、Ｐｋ：ある設
定値）が或立するか否かを判別する。或立していなけれ
ば点火時期よりも後に燃焼があったと判断し、Ｐ８でＭ
ＢＴ制御のための点火時期の補正を行う。一方、上式の
関係が或立していれば、点火時期よりも前に燃焼があっ
たと判断しＰ，でカウンタをカウントアップし、ＰＩ０
でカウント回数が所定値ｍ０以上であるか否かを判別す
る。ｍ０未溝のときはＰ．でθｐｍａｘ時の筒内圧Ｐａ
ｌ）ｍａＸを読み込み、Ｐ　Ｂ　ｐｍａｘ≧Ｐ０（但し
、Ｐ０はプレイグニションと断定できるレベル）が戒立
するか否かを判別する。或立していればプレイグニショ
ンの程度がクリティカルでないと判断してＰＩｚで点火
時期をリタードするとともに、Ｐｌ１で空燃比をリッチ
化し、さらにＰ　１４でカウンタをクリアする。これに
より、プレイグニションが直ちに抑制される。したがっ
て、例えばメタノールエンジンで高圧縮比にしたような
場合で燃焼室内にデポジットが生じたり等してプレイグ
ニシコンが発生してもエンジン１の損傷を防止すること
ができる。また、Ｐ　（３　ｐｍａｘ＜　Ｐ　ｏのとき
はｐ＋ｚ〜Ｐｌ＆をジャンプしてルーチンを終える。

一方、Ｐ　６　ｐａ＋ａｘ＜　Ｐ　ｏであってもＰｓ−
Ｐｋ≧ΔＰｋの或立するカウント回数がｍ０以上であれ
ばクリティカルと判断しｐ＋ｚに進む。

次に、第６〜９図は請求項２記載の発明に係るエンジン
の燃焼制御装置の一実施例を示す図であり、本実施例で
は第６図に示すようにアルコールセンサ（アルコール検
出手段）３０が設けられ、アルコールセンサ３０により
燃料中のアルコール濃度（混合割合）が検出されてその
検出出力はコントロールユニット３１に入力サれている
。コントロールユニット３１は前記実施例の制御内容に
アルコール濃度のデータを加味し、第９図に示すプログ
ラムでその処理を行っている。

以上の構戒において、第７図はメタノール濃度による点
火時期特性を示す。メタノールは耐ノック性が高く、プ
レイグニションが発生しやすい。

したがって、メタノール濃度がある割合（Ｍ０）以上で
ないと、ノックより先にプレイグニションが発生しない
。Ｍ０以下では通常のノック制御で充分である。また、
燃焼室内のデポジットの発生や点火時期の変動によりプ
レイグニション発生点火時期はリタード側にずれてくる
。そこで、プレイグニションが発生した場合の点火時期
設定はメタノール割合が高い程余裕代を大きくする。

第８図は同様にメタノール濃度と空燃比特性を示す。プ
レイグニション限界はメタノール濃度が高い程リッチに
なり、また設定空燃比はメタノールは断熱火炎温度がガ
ソリンよりも低いためり一ン設定できる。したがって、
余裕代はメタノールの方が小さい。よって、プレイグニ
ションが発生した場合の設定空燃比はメタノール濃度が
高い程リッチに設定する。以上のことから、メタノール
濃度に応じて点火時期および空燃比の補正を行えば極め
て適切となることが判る。

第９図は燃焼制御のフローチャートであり、前記実施例
と同一処理を行うステップは同一番号を？して重複説明
を省略する。まず、ｐｚ＋でアルコールセンサ３０の出
力に基づいてメタノール濃度を読み込む。前記実施例と
の相違はメタノール濃度のデータが処理に適切に反映さ
れる点であり、具体的には、次の通りである。

ａ）Ｐ．■ではメタノール濃度に応じて点火時期をリタ
ードする。したがって、ノックの抑制をきめ細かく行え
る。

ｂ）Ｐｉｓではメタノール濃度がＭ０以上か否かを判別
する処理が加わり、Ｍ０以上のときＰ，に進み、Ｍ０未
満のときはＰＩｌにジャンプし、プレイグニション検出
に伴う抑制制御は前述の理由によりやらない。

Ｃ）Ｐ！４ではΔＰｋをメタノール濃度に応して設定す
る。

ｄ）同様に、ｐ２ｓではメタノール濃度に応じてｍ０を
設定し、ＰＺ＆ではメタノール濃度に応じてＰ０を設定
する。

ｅ）Ｐ．，、Ｐ．でメタノール濃度に応じて点火時期の
リタード、Ａ／Ｆのリッチ化を行う。

以上のことから、本実施例ではプレイグニションが発生
した場合、任意のメタノール濃度においてもエンジン１
の損傷を有効に防止することができる。

なお、上記各実施例では点火時期のリタードおよび空燃
比のリッチ化を双方とも行っているが、これはどちらか
一方を行ってもよい。

（効果）請求項１記載の発明によれば、プレイグニションの影響
を最小限に抑えることができ、エンジンの損傷を防止す
ることができる。

また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加えて
任意のアルコール濃度においてもエンジンの損傷を有効
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）（Ｂ）は本発明の基本概念図、第２〜５図
は請求項１記載の発明の一実施例を示す図であり、第２
図はその全体構或図、第３図はその筒内圧波形を示す図
、第４図はそのプレイグニションの発生の特性を示す図
、第５図はその燃焼制御のプログラムを示すフローチャ
ート、第６〜９図は請求項２記載の発明の一実施例を示
す図であり、第６図はその全体構或図、第７図はその点
火時期に対するメタノール濃度とプレイグニションの発
生との関係を示す図、第８図はその空燃比に対するメタ
ノール濃度とプレイグニションの発生との関係を示す図
、第９図はその燃焼制御のプログラムを示すフローチャ
ートである。１・・・・・・エンジン、２・・・・・・エアクリーナ、３・・・・・・吸気管、４・・・・・・インジェクタ、５・・・・・・点火プラグ、６・・・・・・排気管、７・・・・・・エアフローメータ、８・・・・・・絞弁、９・・・・・・クランク角センサ、１０・・・・・・酸素センサ、１１・・・・・・水温センサ、１２・・・・・・圧カセンサ（圧力検出手段）、１３・
・・・・・運転状態検出手段、２０、３１・・・・・・コントロールユニット（　ｉｋ
　本値設定手段、プレイグニション検出手段、制御手段）、２ｌ・・・・・・操作手段、３０・・・・・・アルコールセンサ（アルコール検出手
段）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出
手段と、ｂ）エンジンの筒内圧を検出する圧力検出手段と、ｃ）エンジンの運転状態に基づいて燃焼状態を制御する
基本制御値を設定する基本値設定手段と、ｄ）圧力検出手段の出力に基づいてプレイグニションを
検出するプレイグニション検出手段と、ｅ）プレイグニションが検出されると、点火時期を遅角
させるかあるいは空燃比をリッチ化するかのうち少なく
とも１つ以上の処理を行って前記基本制御値を補正する
制御手段と、ｆ）制御手段の出力に基づいて燃焼に関連
するパラメータを操作する操作手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
（２）ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出
手段と、ｂ）エンジンの筒内圧を検出する圧力検出手段と、ｃ）燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール検出
手段と、ｄ）エンジンの運転状態に基づいて燃焼状態を制御する
基本制御値を設定する基本値設定手段と、ｅ）圧力検出手段の出力に基づいてプレイグニションを
検出するプレイグニション検出手段と、ｆ）プレイグニションが検出されると、アルコール濃度
に応じて点火時期を遅角させるかあるいは空燃比をリッ
チ化するかのうち少なくとも１つ以上の処理を行って前
記基本制御値を補正する制御手段と、ｇ）制御手段の出力に基づいて燃焼に関連するパラメー
タを操作する操作手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。