JPH0510243A - Ｆｆｖ用エンジンの点火制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＦＦＶ用エンジンにおける低負荷域の出力向
上、点火プラグのかぶり、くすぶりを防止し、かつ、高
負荷域におけるプレイグニッションの発生を有効に回避
する。 【構成】 １行程当りの吸入空気重量Ｇａと設定値ＧaS
ETとを比較し、Ｇａ＜ＧaSETの場合、低負荷域と判断
し、高熱価プラグと低熱価プラグの双方を点火させる。
また、Ｇａ≧ＧaSETの場合、高負荷域と判断し、高熱価
プラグのみを点火させる。その結果、低負荷域では双方
の点火プラグを点火させることで燃焼期間が短くなり熱
効率が良くなる。また、低熱価プラグが点火するのでプ
ラグのかぶり、くすぶりを防止することができる。一
方、高負荷域では高熱価プラグのみ点火させるのでプレ
イグニッションの発生を有効に回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン負荷に応じて
高熱価プラグと低熱価プラグの双方あるいは一方を選択
的に点火させるＦＦＶ用エンジンの点火制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガソリン燃料、アルコール燃料、
あるいは、ガソリンとアルコールの混合燃料によっても
運転可能なＦＦＶ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＦｕｅｌＶｅｈ
ｉｃｌｅ）用エンジンが開発されており、このＦＦＶ用
エンジンに供給される燃料中のアルコール濃度（含有
率）は、燃料補給の際のユーザ事情により０％（ガソリ
ンのみ）から１００％（ガソリン０％）の間で変化す
る。

【０００３】一般に、アルコール燃料はガソリン燃料に
対しプレイグニッションが比較的低い温度で発生しやす
いため、アルコール燃料を使用するエンジンではガソリ
ン燃料を使用するエンジンより高い熱価の点火プラグを
用いる必要がある。

【０００４】しかし、上述したＦＦＶ用エンジンでは、
点火プラグを燃料補給時のアルコール濃度の変化に応じ
て適正な熱価のものと逐一交換することは実質的に不可
能であり、ノッキングやプレイグニッションの発生を予
防するためには予め高熱価の点火プラグを装着しておか
なければならないが、熱価が高いと低アルコール濃度の
燃料を使用したときに点火プラグのかぶり、くすぶりが
発生してエンジン不調を来たすなどの問題が生じる。

【０００５】この対策として、例えば特開昭５７−３６
２号公報には、各気筒にエンジンの全運転域で作動する
主点火プラグと、燃料中のアルコール濃度が設定値以上
にあるとき点火させる補助点火プラグとを配設し、アル
コール濃度が高くなり空燃比が適正値からずれたときに
は２本の点火プラグを点火させて燃焼速度を速めエンジ
ン出力の低下を防止する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近のＦＦＶ
用エンジンでは、アルコール濃度センサで検出した燃料
中のアルコール濃度に基づいて最適な目標空燃比、点火
時期が設定されるため、アルコール濃度が高くなっても
空燃比が目標値からずれることはなく、この限りにおい
て少なくとも補助点火プラグを用いる必要はないが、ノ
ッキングやプレイグニッションの発生する可能性のほと
んどない低負荷域では１つの点火プラグのみによる点火
では燃焼期間が長くなり、熱効率が悪くなりエンジン出
力の低下を招く。

【０００７】一方、高負荷運転域において、特にアルコ
ール濃度が高い場合、使用している点火プラグの熱価が
適正でないとプレイグニッションを生じてしまう。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、低負荷域の熱効率を上げてエンジン出力の向上を図
り、また、燃料中のアルコール濃度が低くても点火プラ
グのかぶり、くすぶりが防止でき、さらに、燃料中のア
ルコール濃度が高くてもプレイグニッションを有効に回
避することのできるＦＦＶ用エンジンの点火制御方法を
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によるＦＦＶ用エンジンの点火制御装置は、エン
ジン運転状態からエンジン負荷を判断する手順と、エン
ジン運転状態と燃料中のアルコール濃度に基づき点火時
期を設定する手順と、点火時期に達した時、エンジンが
低負荷の場合には各気筒に設けた低熱価プラグと高熱価
プラグの双方に点火信号を出力し、またエンジンが高負
荷の場合には高熱価プラグにのみ点火信号を出力する手
順とを備えるものである。

【００１０】

【作用】上記構成において、まず、エンジン運転状態か
らエンジン負荷を判断し、また、エンジン運転状態と燃
料中のアルコール濃度に基づき点火時期を設定する。

【００１１】そして、点火時期に達した時、エンジンが
低負荷の場合には、燃焼期間を短くして熱効率を上げる
べく各気筒に設けた低熱価プラグと高熱価プラグの双方
に点火信号を出力する。また、エンジンが高負荷の場合
には高熱価プラグにのみ点火信号を出力する。

【００１２】その結果、エンジン低負荷時には低熱価プ
ラグが点火するので燃料中のアルコール濃度が低くて
も、プラグのかぶり、くすぶりを防止することができ
る。また、エンジン高負荷時には、高熱価プラグのみが
点火するのでアルコール濃度が高くてもプレイグニッシ
ョンが発生することはない。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て説明する。

【００１４】図１〜図１０は本発明の実施例を示し、図
１は点火時刻設定手順を示すフローチャート、図２は点
火対象気筒判別、エンジン回転数算出手順を示すフロー
チャート、図３は点火タイマ駆動手順を示すフローチャ
ート、図４は点火信号出力手順を示すフローチャート、
図５はクランクパルスを検出するクランク角センサとク
ランクロータの正面図、図６はカムパルスを検出するカ
ム角センサとカムロータの正面図、図７は基本点火時期
マップの概念図、図８は気筒別点火タイミングを示すタ
イムチャート、図９はエンジン制御系の概略図、図１０
は制御装置の概略図である。

【００１５】〔エンジン制御系の構成〕図９において、
符号１はＦＦＶ用エンジン（図においては水平対向４気
筒型エンジン）で、このエンジン１のシリンダヘッド２
に形成された吸気ポート２ａにインテークマニホルド３
が連通され、さらに、このインテークマニホルド３の上
流にエアチャンバ４を介してスロットルチャンバ５が連
通され、このスロットルチャンバ５の上流に吸気管６を
介してエアクリーナ７が取付けられている。

【００１６】また、上記吸気管６の上記エアクリーナ７
の直下流に、吸入空気量センサ（図においては、ホット
ワイヤ式エアフローメータ）８が介装され、上記スロッ
トルチャンバ５に設けられたスロットルバルブ５ａに、
スロットル開度センサ９ａとスロットルバルブ全閉を検
出するアイドルスイッチ９ｂとが連設されている。

【００１７】また、上記スロットルバルブ５ａの上流側
と下流側とを連通するバイパス通路１０に、アイドルス
ピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）１１が介装され
ている。さらに、上記インテークマニホルド３の各気筒
の各吸気ポート２ａの直上流側に、インジェクタ１２が
配設されている。

【００１８】また、上記シリンダヘッド２の各気筒毎
に、その先端を燃焼室に露呈する高熱価プラグ１３ａと
低熱価プラグ１３ｂが取付けられている。上記高熱価プ
ラグ１３ａが燃焼室の中央に配設され、低熱価プラグ１
３ｂが燃料やオイルによってかぶりの生じる可能性の少
ない位置（例えば、排気ポート２ｂの近傍）に配設され
ている。

【００１９】また、上記各インジェクタ１２は、燃料通
路１４を介して燃料タンク１５に連通され、この燃料タ
ンク１５内には、ガソリンのみの燃料、アルコールのみ
の燃料、あるいは、アルコールとガソリンとの混合燃
料、すなわち、ユーザーの燃料補給の際の事情によりア
ルコール濃度Ｍが０％から１００％の間で変化する燃料
が貯留されている。

【００２０】また、上記燃料タンク１５内にはインタン
ク式の燃料ポンプ１６が設けられ、この燃料ポンプ１６
からの燃料が上記燃料通路１４に介装された燃料フィル
タ１７、アルコール濃度センサ１８を経て上記インジェ
クタ１２、プレッシャレギュレータ１９に圧送され、こ
のプレッシャレギュレータ１９から上記燃料タンク１５
に燃料がリターンされて燃料圧力が所定の圧力に調圧さ
れる。

【００２１】また、上記アルコール濃度センサ１８は、
例えば、上記燃料通路１４内に設けられた一対の電極な
どから構成され、燃料の電気伝導度変化に基づく電流変
化を検出することにより上記アルコール濃度Ｍが検出さ
れる。なお、このアルコール濃度センサ１８は、上述の
電気伝導度変化を検出するタイプに限定されるものでは
なく、その他、抵抗検出式、静電容量式、光学式のもの
を用いても良い。

【００２２】また、上記エンジン１のシリンダブロック
１ａにノックセンサ２０が取付けられているとともに、
このシリンダブロック１ａに形成された冷却水通路（図
示せず）に冷却水温度センサ２１が臨まされ、さらに、
上記シリンダヘッド２の排気ポート２ｂに連通するエグ
ゾーストマニホルド２２の集合部に、Ｏ2 センサ２３が
臨まされている。なお、符号２４は触媒コンバータであ
る。

【００２３】また、上記シリンダブロック１ａに支承さ
れたクランクシャフト１ｂに、クランクロータ２６が軸
着され、このクランクロータ２６の外周に、所定のクラ
ンク角に対応する突起（あるいはスリット）を検出する
電磁ピックアップなどからなるクランク角センサ２７が
対設され、さらに、上記シリンダヘッド２のカムシャフ
ト１ｃに連設されたカムロータ２８に、電磁ピックアッ
プなどからなるカム角センサ２９が対設されている。

【００２４】上記クランクロータ２６は、図５に示すよ
うに、その外周に突起２６ａ，２６ｂ，２６ｃが形成さ
れ、これらの各突起２６ａ，２６ｂ，２６ｃが、例え
ば、各気筒（＃１，＃２と＃３，＃４）の圧縮上死点前
（ＢＴＤＣ）θ1，θ2 ，θ3の位置（例えば、θ1 ＝９
７°，θ2 ＝６５°，θ3 ＝１０°）に形成されてい
る。

【００２５】すなわち、突起２６ａが点火時期及び燃料
噴射タイミング設定の際の基準クランク角を示し、突起
２６ａ，２６ｂ間の通過時間からエンジンの回転周期ｆ
が算出され、また、突起２６ｃが固定点火時期、始動時
の噴射開始クランク角を示す基準クランク角となる。

【００２６】また、上記カムロータ２８の外周には、図
６に示すように、気筒判別用の突起２８ａ，２８ｂ，２
８ｃが形成され、例えば、突起２８ａが＃３，＃４の圧
縮上死点後（ＡＴＤＣ）θ4 の位置（例えばθ4 ＝２０
°）に形成され、突起２８ｂが３個の突起で構成されて
最初の突起が＃１気筒のＡＴＤＣθ5 の位置（例えばθ
5 ＝５°）に形成されている。さらに、突起２８ｃが２
個の突起で形成され、最初の突起が＃２気筒のＡＴＤＣ
θ6 の位置（例えばθ6 ＝２０°）に形成されている。

【００２７】なお、上記クランクロータ２６あるいは上
記カムロータ２８の外周には、突起の代わりにスリット
を設けても良く、さらには、上記クランク角センサ２
７、カム角センサ２９は、電磁ピックアップなどの磁気
センサに限らず、光センサなどでも良い。

【００２８】〔制御装置の回路構成〕一方、図１０にお
いて、符号３１はマイクロコンピュータなどからなる制
御装置（ＥＣＵ）で、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ
３４及びＩ／Ｏインターフェース３５がバスライン３６
を介して互いに接続され、定電圧回路３７から所定の安
定化電圧が各部に供給される。

【００２９】上記定電圧回路３７は、ＥＣＵリレー３８
のリレー接点を介してバッテリ３９に接続され、このバ
ッテリ３９に、上記ＥＣＵリレー３８のリレーコイルが
イグニッションスイッチ４０を介して接続されている。

【００３０】また、上記バッテリ３９に、燃料ポンプリ
レー４１のリレー接点を介して燃料ポンプ１６が接続さ
れている。

【００３１】また、上記Ｉ／Ｏインターフェース３５の
入力ポートには、上記各センサ８，９ａ，１８，２０，
２１，２３，２７，２９及び、アイドルスイッチ９ｂが
接続されているとともに、上記バッテリ３９が接続され
てバッテリ電圧がモニタされている。

【００３２】一方、上記Ｉ／Ｏインターフェース３５の
出力ポートには、点火プラグ１３ａ，１３ｂのイグナイ
タ３０ａ，３０ｂが接続され、さらに、駆動回路４２を
介して、ＩＳＣＶ１１、インジェクタ１２、燃料ポンプ
リレー４１のリレーコイルが接続されている。

【００３３】上記ＲＯＭ３３には制御プログラム、各種
マップ類、などの固定データが記憶されており、また、
上記ＲＡＭ３４にはデータ処理した後の上記各センサ
類、スイッチ類の出力信号、及び、ＣＰＵ３２で演算処
理したデータが格納されている。

【００３４】上記ＣＰＵ３２では、上記ＲＯＭ３３に記
憶されている制御プログラムに従い、エンジン運転状態
からエンジン負荷を判断すると共に、エンジン運転状態
および燃料のアルコール濃度に基づき点火時期を設定
し、点火時期に達した時、エンジンが低負荷の場合には
各気筒に設けた低熱価プラグと高熱価プラグとの双方に
点火信号を出力させ、また、エンジンが高負荷の場合に
は高熱価プラグにのみ点火信号を出力させる。

【００３５】〔動作〕次に、上記制御装置３１による制
御手順について説明する。

【００３６】〔点火対象気筒判別、エンジン回転数算出
手順〕図２はクランク角センサ２７からのクランクパル
スにより割込みスタートする点火対象気筒判別、エンジ
ン回転数算出ルーチンであり、Ｓ１０１でクランク角セ
ンサ２７、および、カム角センサ２９の出力信号に基づ
いて点火対象気筒を判別し、Ｓ１０２でクランク角セン
サ２７から出力されるＢＴＤＣθ1 ，θ2 を検出するク
ランクパルス間の経過時間ｔ１，２と、θ1 ，θ2 の挾
み角（θ1 −θ2 ）から周期ｆを算出し（ｆ←ｄｔ１，
２／ｄ（θ1 −θ2 ））、Ｓ１０３で上記周期ｆからエ
ンジン回転数Ｎを算出し（Ｎ←６０／ｆ）、ルーチンを
外れる。 〔点火時刻設定手順〕図１は所定時間毎の割込みルーチ
ンによって点火時刻を設定するルーチンであり、まずＳ
２０１で１行程当りの吸入空気重量Ｇａを次式から算出
する。

【００３７】Ｇａ＝Ｑａ×ＴＩＭＥ１／２ ＴＩＭＥ１／２＝３０／Ｎ Ｑａ：エアフローメータ８による計測吸入空気重量流量 ＴＩＭＥ１／２：エンジン１／２回転当りの時間 次いで、Ｓ２０２でアルコール濃度センサ１８の出力値
に基づき燃料中のアルコール濃度Ｍを算出する。

【００３８】そして、Ｓ３０３で上記１行程当りの吸入
空気重量Ｇａとエンジン負荷を判定する設定値ＧaSETと
を比較し、Ｇａ＜ＧaSET（低負荷）の場合Ｓ２０４へ進
み、Ｇａ≧ＧaSET（高負荷）の場合Ｓ２０５へ進む。

【００３９】Ｓ２０４へ進むとプラグ選択用フラグＦＬ
ＡＧpuをセットし（ＦＬＡＧpu←１，両プラグ選択）、
Ｓ２０６へ進む。また、Ｓ２０５へ進むとプラグ選択用
フラグＦＬＡＧpuをクリアし（ＦＬＡＧpu←０，高熱価
フラグ選択）、Ｓ２０６へ進む。

【００４０】そして、Ｓ２０６でエンジン回転数Ｎ、１
行程当りの吸入空気重量Ｇａ、アルコール濃度Ｍに基づ
きＲＯＭ３３に格納されている基本点火時期（角度）マ
ップＭＰθBASEを参照し、補間計算付で基本点火時期
（角度）θBASEを設定する。

【００４１】その後、Ｓ２０７へ進み、ノックセンサ２
０の出力値（電圧）に基づいてノックコントロール値θ
NKを設定し、Ｓ２０８で、点火対象気筒の点火時期（角
度）θIGを上記基本点火時期θBASEと上記ノックコント
ロール値θNKに基づいて設定する（θIG←θBASE＋θN
K）。

【００４２】そして、Ｓ２０９で、上記点火時期θIGに
基づき次式から点火時刻ＡＤＶを設定した後、ルーチン
を外れる。

【００４３】ＡＤＶ←θIG×ｆ ｆ：周期 〔点火タイマ駆動手順〕図３はクランク角センサ２７か
らのＢＴＤＣθ2 パルスをトリガとして割込みスタート
するルーチンで、Ｓ３０１で上記点火時刻設定手順で設
定した点火時刻ＡＤＶをタイマセットし、同時に駆動さ
せて計時を開始し、ルーチンを外れる。 〔点火信号出力手順〕図４は上記点火時刻ＡＤＶに達し
たときに割込みスタートするフローチャートで、Ｓ４０
１で上記点火時刻設定手順でセットしたプラグ選択用フ
ラグＦＬＡＧpuがセット状態かどうか判断し、セット状
態（ＦＬＡＧpu＝１）の場合、低負荷運転と判断しＳ４
１１へ進み、点火対象気筒＃ｉの高熱価プラグ１３ａに
接続するイグナイタ３０ａ、および、低熱価プラグ１３
ｂに接続するイグナイタ３０ｂの双方へ点火信号を出力
した後、Ｓ４１３へ進む。

【００４４】また、プラグ選択用フラグＦＬＡＧpuがク
リア（ＦＬＡＧpu＝０）されている場合、高負荷運転と
判断しＳ４１２へ進み、点火対象気筒＃ｉの高熱価プラ
グ１３ａに接続するイグナイタ３０ｂへ点火信号を出力
した後、Ｓ４１３へ進む。

【００４５】そして、Ｓ４１１あるいはＳ４１２からＳ
４１３へ進むと点火タイマをリセットし、ルーチンを外
れる。

【００４６】その結果、ノッキングやプレイグニッショ
ンの発生する可能性の少ない低負荷域では高熱価プラグ
１３ａと低熱価プラグ１３ｂの双方が点火されるため燃
焼期間が短くなり、その分、熱効率がよくなる。また、
低熱価プラグ３０ｂが点火するため燃料中のアルコール
濃度Ｍが低くてもプラグのかぶり、くすぶりが発生する
ことはない。

【００４７】一方、プラグのかぶり、くすぶりの可能性
のない高負荷域では高熱価プラグ１３ａのみが点火する
ため、燃料中のアルコール濃度Ｍが高くてもプレイグニ
ッションの発生はない。なお、低熱価プラグ１３ｂは点
火していないのでプレイグニッションが発生する温度ま
で上昇することはない。

【００４８】また、燃料中のアルコール濃度Ｍが低い場
合でも、上記高熱価プラグ１３ａが燃焼室の中央に配設
されているのでノッキングの発生も未然に防止すること
ができる。

【００４９】ところで、ＦＦＶ用エンジンでは燃料中の
アルコール濃度Ｍが高い場合、低温始動性が悪いという
特性を有してるため、ヒータなどを用いて始動性の改善
を図るようにしたものが多いが、低温始動時に上記両プ
ラグ１３ａ，１３ｂを点火させることで燃料への着火性
が良くなり、始動性が向上する。

【００５０】（第二実施例）図１１，図１２は本発明の
第二実施例を示し、図１１は点火時刻設定手順を示すフ
ローチャート、図１２は高熱価プラグと低熱価プラグの
切換領域を示す概念図である。なお、図１１のフローチ
ャートにおいて図１と同様のステップは同一の符号を付
して説明を省略する。

【００５１】この実施例は、燃料中のアルコール濃度Ｍ
が低く、かつ、高負荷域でノッキングが発生し易い燃焼
室形状を有するエンジンに適用するもので、図１２に示
すように、吸入空気重量Ｇａが設定値ＧaSET以上（Ｇａ
≧ＧaSET）であっても、燃料中のアルコール濃度Ｍが設
定値ＭSET 以下（Ｍ＜ＭSET ）の場合には高熱価プラグ
１３ａと低熱価プラグ１３ｂの双方を点火することでノ
ッキングの発生を未然に防止しようとするものである。

【００５２】図１１のフローチャートにおいて、Ｓ２０
３でＧａ≧ＧaSET（高負荷運転）と判断されてＳ５０１
へ進むと燃料中のアルコール濃度Ｍと設定値ＭSET とを
比較し、Ｍ＜ＭSET （低アルコール濃度）の場合Ｓ２０
４へ戻り、Ｍ≧ＭSET （高アルコール濃度）の場合、Ｓ
２０５へ進む。

【００５３】その結果、図１２に示すように、Ｇａ≧Ｇ
aSET、かつ、Ｍ≧ＭSET の場合にのみ高熱価プラグ１３
ａが点火することになる。

【００５４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
低負荷域には高熱価プラグと低熱価プラグの双方を点火
させることで、燃焼期間が短くなり、その分、熱効率を
上げてエンジン出力の向上を図ることができる。さら
に、低熱価プラグが点火するので、燃料中のアルコール
濃度が低くてもプラグのかぶり、くすぶりを防止するこ
とができる。

【００５５】また、高負荷域では高熱価プラグのみを点
火させることで、燃料中のアルコール濃度が高くてもプ
レイグニッションの発生を有効に回避することができる
など優れた効果が奏される。。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１〜図１０は本発明の実施例を示し、図１は
点火時刻設定手順を示すフローチャート

【図２】点火対象気筒判別、エンジン回転数算出手順を
示すフローチャート、

【図３】点火タイマ駆動手順を示すフローチャート

【図４】点火信号出力手順を示すフローチャート

【図５】クランクパルスを検出するクランク角センサと
クランクロータの正面図

【図６】カムパルスを検出するカム角センサとカムロー
タの正面図

【図７】基本点火時期マップの概念図

【図８】気筒別点火タイミングを示すタイムチャート

【図９】エンジン制御系の概略図

【図１０】制御装置の概略図

【図１１】図１１，図１２は本発明の第二実施例を示
し、図１１は点火時刻設定手順を示すフローチャート

【図１２】高熱価プラグと低熱価プラグの切換領域を示
す概念図

【符号の説明】

１３ａ 高熱価プラグ １３ｂ 低熱価プラグ ＡＤＶ 点火時期（時刻） Ｍ アルコール濃度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 エンジン運転状態からエンジン負荷を判
   断する手順と、 エンジン運転状態と燃料中のアルコール濃度に基づき点
   火時期を設定する手順と、 点火時期に達した時、エンジンが低負荷の場合には各気
   筒に設けた低熱価プラグと高熱価プラグの双方に点火信
   号を出力し、またエンジンが高負荷の場合には高熱価プ
   ラグにのみ点火信号を出力する手順 とを備えることを特徴とするＦＦＶ用エンジンの点火制
   御方法。