JPH04148032A - Ｆｆｖ用エンジンの過給圧制御方法 - 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、エンジンの最大過給圧を可変設定するＦＦＶ
用エンジンの過給圧制御方法に関する。

［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Ｆ　
Ｆ　Ｖ　（Ｈｅｘｉｂｌｅ　Ｆｕｅｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ
）用エンジンが開発されており、このＦＦＶ用エフェン
ジン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Ｏ％）の間で変化する。

一般に、アルコール燃料はガソリン燃料に対しプレイグ
ニツシヨンが比較的低い温度で発生しやすいため、点火
プラグの熱価を大きくし、また、点火時期を遅角するな
どの措置が必要となる。従って、プレイグニツシヨン発
生を防止するため、アルコール燃料に合わせた熱価の点
火プラグを装着すると、ガソリン燃料使用時にくすぶり
が発生して運転性能が悪化するなどの問題を生じ、また
、点火時期を遅角すると、高オクタン価でノックしにく
く最適点火時期（ＭＢＴ）までの進角が容易であるとい
うアルコール燃料の利点を生かすことができない。

これに対処するに、例えば、特開平１−２８５６６２号
公報には、燃料中のアルコール濃度を検出し、このアル
コール濃度に応じてプレイグニツシヨン限界圧力を演算
により求めるとともに、工ンジンの燃焼室内の燃焼圧力
を検出し、この燃焼圧力と前記イグニッション限界圧力
とを比較して、比較結果に応じて基本点火時期を進角補
正することにより、プレイグニツシヨン発生領域で点火
時期をＭＢＴ近傍まで近付けて、機関効率を向上させる
技術が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前述したように、アルコール燃料はオクタン
価が高いため、上記ＦＦＶ用エフェンジン、高圧縮、高
過給化により出力性能の向上を図るものが多いが、通常
、過給機付エンジンの最大過給圧は、プレイグニツシヨ
ン発生を考慮してエンジン高負荷・高速回転側での性能
をある程度押さえた一義的な値に保たれており、エンジ
ン高負荷・高速回転側での出力が不十分となる傾向があ
った。

すなわち、プレイグニツシヨンの発生によりエンジンが
損傷して耐久性の低下を招くおそれがあるため、従来、
エンジンのポテンシャルを十分に発揮することのできる
最大過給圧までエンジンを過給することは困難であった
。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、プレイグ
ニツシヨン発生を未然に防止して最大過給圧を制御し、
エンジンの出力性能を大幅に向上することのできるＦＦ
Ｖ用エンジンの過給圧制御方法を提供することを目的と
している。

［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
の過給圧制御方法は、エンジンにプレイグニツシヨンを
発生させることのない最大過給圧を燃料のアルコール濃
度に゛対応して予め設定し、過給機の過給圧を制御動作
する過給圧制御用アクチュエータに前記最大過給圧に対
応する動作信号を出力して前記エンンジンの過給圧を制
御することを特徴とする。

［作　用コ 本発明によるＦＦＶ用エンジンの過給圧制御方法では、
予め、エンジンにプレイグニツシヨンを発生させること
のない最大過給圧を燃料のアルコール濃度に対応して設
定しておき、この最大過給圧に対応する動作信号を、過
給機の過給圧を制御動作する過給圧制御用アクチュエー
タに出力する。

これにより、前記エンンジンの過給圧がプレイグニツシ
ヨンを発生することなく前記最大過給圧に制御される。

［発明の実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
最大過給圧制御手順のフローチャート、第２図はエンジ
ン制御系の概略図、第３図は最大過給圧を示す線図、第
４図は最大過給圧マツプの概念図である。

（楕　成） 第２図において、図中の符号１はＦＦＶ用エフェンジン
においては水平対向型エンジン）であり、このエンジン
１のシリンダヘッド２に吸気ボート２ａと排気ボート２
ｂが形成されている。

上記吸気ボート２ａにはインテークマニホルド３が連通
され、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。

一方、上記排気ボート２ｂにエキゾーストマニホルド８
を介して排気管９が連通され、この排気管９に触媒コン
バータ１０が介装されている。

また、上記スロットルチャンバ５にスロットルバルブ１
１が設けられ、このスロットルチャンパラの直上流の上
記吸気管６にインタークーラ１２が介装され、さらに、
上記吸気管６の上記エアークリーナ７の下流側にレゾネ
ータチャンバ１３が介装されている。

また、符号１４は過給機の一例としてのターボチャージ
ャであり、このターボチャージャ１４のタービンホイー
ル１４ａが上記排気管９に介装したタービンハウジング
１４ｂに収納され、一方、このタービンホイール１４ａ
にタービンシャフト１４ｃを介して連結するコンプレッ
サホイール１４ｄが上記吸気管６の上記レゾネータチャ
ンバ１３の下流側に介装したコンプレッサハウジング１
４ｅに収納されている。

また、上記タービンハウジング１４ｂの流入口にウェス
トゲートバルブ１５が介装され、このウェストゲートバ
ルブ１５に連設するレバー１６がダイヤフラムアクチュ
エータ１７のダイヤフラム１７ａにロッド１８を介して
連設されている。

さらに、上記ダイヤフラムアクチュエータ１７の圧力室
１７ｂが上記インテークマニホルド３に圧力通路１９を
介して連通され、この圧力通路１９の中途に、過給圧制
御用アクチュエータの一例としてのデユーティソレノイ
ドバルブ２１が介装され、このデユーティソレノイドバ
ルブ２１の弁体２１ａが上記レゾネータチャンバ１３に
連通ずる減圧通！８２０の吐出口に対設されている。

上記デユーティソレノイドバルブ２１は、後述する制御
装置（ＥＣＵ）４１からのソレノイドコイル２１ｂに供
給されるデユーティ信号によって制御され、ダイヤフラ
ムアクチュエータ１７の圧力室１７ｂに供給される圧力
を調圧し、圧力室１７ｂ内圧力と、ダイヤフラムアクチ
ュエータ１７のダイヤフラム１７ａを後退方向へ常時付
勢しロッド１８、レバー１６を介してウェストゲートバ
ルブ１５を閉方向に付勢するダイヤフラムスプリング１
７ｃとのバランスでウェストゲートバルブ１５によるタ
ービンハウジング１４ｂの流入口の開口面積を制御する
ことで、最大過給圧を制御する。

尚、本実鉋例ではデユーティ信号のデユーティ比が増大
するほど、デユーティソレノイドバルブ２１の弁体２１
ａによる減圧通路２０の単位時間当りの開口時間が増大
し、ダイヤフラムアクチュエータ１７の圧力室１７ｂに
供給されるコンプレッサホイール１４ｄ下流の正圧のリ
ーク景が増大されるため、相対的にウニウドゲートバル
ブ１５が開き始める過給圧が上昇し、すなわち、最大過
給圧が上昇される。

また、上記インテークマニホルド３の各気筒の上記吸気
ボート２ａの直上流にインジェクタ２２が臨まされ、こ
の各インジェクタ２２と燃料タンク２３とが燃料通路２
４を介して連通されている。

この燃料通路２４には上記燃料タンク２３側から燃料ポ
ンプ２５、アルコール濃度センサ２６が介装され、さら
に、上記各インジェクタ２２がプレッシャレギュレータ
２７に連通されて上記燃料タンク２３にリターン燃料が
戻され、燃料圧力が所定の圧力に調圧される。

上記燃料タンク２３には、アルコールのみの燃料、ガソ
リンのみの燃料、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％（ＭＯ）から１００％（Ｍ
ｌｏｏ）の間で変化する燃料が貯留されている。

また、上記アルコール濃度センサ２６は、例えば、上記
燃料通路２４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。

尚、上記アルコール濃度センサは電気伝導度変化を検出
するタイプのほか、抵抗検出式、静電容量式、光学式の
ものを用いてもよく、アルコール濃度を検出できるもの
であれば、これらに限定されない。

また、上記吸気管６の上記エアークリーナ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）２８が介装され、上記スロットルバルブ
１１に、スロットル開度センサ２９ａと、スロットルバ
ルブ１１の全閉を検出するアイドルスイッチ２９ｂとが
連設されている。さらに、上記インテークマニホルド３
に形成したライザをなす冷却水通路（図示せず）に冷却
水温センサ３０が臨まされ、また、上記排気管９に０２
センサ３１が臨まされている。

また、上記エンジン１のクランクシャフト１ａに軸着す
るクランクロータ３２にクランク角センサ３３が対設さ
れ、さらに、上記エンジン１のカムシャフト１ｂに連設
するカムロータ３４にカム角センサ３５が対設されてい
る。

（制御装置の回Ｆ！＠構成） 一方、符号４１は、マイクロコンピュータなどからなる
制御装置（ＥＣＵ）であり、ＣＰＵ４２、ＲＯＭ４３、
ＲＡＭ４４．および、Ｉ１０インターフェイス４５がパ
スライン４６を介して互いに接続されている。

上記Ｉ１０インターフェイス４５の入力ボートには、上
記各センサ２６，２８．２９ａ、３０，３１．３３．３
５＝及び、アイドルスイッチ２９ｂが接続され、一方、
上記Ｉ１０インターフェイス４５の出力ボートには、点
火プラグ３６がイグナイタ３７を介して接続されるとと
もに、駆動回路４７を介して、上記インジェクタ２２、
上記燃料ポンプ２５、及び、上記デユーティソレノイド
バルブ２１のソレノイドコイル２１ｂが接続されている
。

ｔた、上記ＲＯＭ４３には制御プログラム、固定データ
が記憶されており、固定データとしては後述する最大過
給圧マツプＭ　ＣＨＨＡＸｌがある。また、上記ＲＡＭ
４４には上記各センサからの出力信号を処理したデータ
、及び、上記ＣＰＵ４２で演算処理したデータが格納さ
れている。

さらに、上記ＣＰＵ４２では、上記ＲＯＭ４３に記憶さ
れている制御プログラムに従い、上記ＲＡＭ４４に格納
した各種データに基づいて、インジェクタ２２を駆動す
るパルス幅、イグナイタ３７へ出力する点火時期などを
演算し、対応する駆動信号を所定のタイミングでインジ
ェクタ２２、イグナイタ３７に出力するとともに、デユ
ーティソレノイドバルブ２１を駆動する信号のデユ−テ
ィ比を演算し、ターボチャージャ１４による最大過給圧
を制御する。

（最大過給圧制御手順） 次に、最大過給圧制御手順を第１図のフローチャートに
従って説明する。

まず、ステップ５１０１でアルコール濃度センサ２６の
出力信号から燃料のアルコール濃度Ｍを算出し、次いで
、ステップ５１０２で、このアルコール濃度Ｍをパラメ
ータとして最大過給圧マツプＭ　ＣＨＭＡ×１を福間計
算付きで参照し、デユーティ比Ｄ　ＵＴＹＨＡＸＩを設
定してステップ５１０３へ進む。

そして、ステップ５１０３へ進むと、上記ステップ５１
０２テ設定シタデユーテイ比Ｄ　ＵＴＹＨＡＸｌ　ノデ
ューティ信号をデユーティソレノイドバルブ２１へ出力
し、次回のルーチンが実行されるまでの間、ソレノイド
コイル２１ｂの通電時間を、デユーティ比Ｄ　ＩＪＴＹ
ＨＡＸ１４．ｍ　保持ｔ　ル。

すなわち、アルコール（メタノール、エタノールなど）
のオクタン価はガソリンのオクタン価よりも高く、ガソ
リンにアルコールを混合したときの混合オクタン価はア
ルコール濃度Ｍが高くなるに従って高くなるため、第３
図に示すように、プレイグニツシヨンが発生しない限り
、燃料のアルコール濃度Ｍに応じてエンジン１の最大過
給圧を高めることが可能であり、これによりエンジン１
の出力性能を常に十分に引出すことができる。

従って、予め、エンジン１にプレイグニツシヨンを発生
させることのない最大過給圧を与えるデユーティソレノ
イドバルブ２１の駆動信号のデユーティ比を実験などに
より求め、第４図に示すように、最大過給圧マツプＭ　
ＣＨＨＡＸｌの各アドレスに、アルコール濃度Ｍに対応
して、このアルコール濃度Ｍが高くなるほど大きな値の
デユーティ比ＤＯＴＹＨＡＸＩをストアしておくことに
より、プレイグニツシヨン発生を未然に防止してエンジ
ン１の出力性能を向上することができるのである。

（過給圧制御系の動作） 次に、上記最大過給圧を可変するための過給圧制御系の
動作について説明する。

エンジン１が稼働すると、排気管９を流通する排気ガス
圧（排圧）でターボチャージャ１４のタービンホイール
１４ａが回転し、このタービンホイール１４ａにタービ
ンシャフト１４ｃを介して連設するコンプレッサホイー
ル１４ｄが回転し、吸気を過給する。

エンジン低負荷・低回転時の排圧は低く、よって、上記
コンプレッサホイール１４ｄにおける過給圧も低い、一
方、上記エンジン回転数、および、負荷が上昇すれば、
上記過給圧も次第に高くなる。

ここにおいて、前述の最大過給圧制御手順により、燃料
のアルコール濃度Ｍが高いほど、大きいデユーティ比の
デユーティ信号がデユーティソレノイドバルブ２１のソ
レノイドコイル２１ｂへ印加されるので、上記デユーテ
ィソレノイドバルブ２１の弁体２１ａによる減圧通路２
０の単位時間当りの開口時間が増大されて、圧力通路１
９を介してダイヤフラムアクチュエータ１７の圧力室１
７ｂに作用するターボチャージャ１４のコンプレッサホ
イール１４ｄ下流側の過給圧のリーク量が増大し、その
分、ダイヤフラムアクチュエータ１７の圧力室１７ｂに
印加される過給圧が低くなり、このダイヤフラムアクチ
ュエータ１７のダイヤフラム１７ａがダイヤフラムスプ
リング１７ｃの付勢力に抗して、ロッド１８、レバー１
６を介してウェストゲートバルブ１５を開弁させるまで
のターボチャージャ１４による過給圧が相対的に上昇す
ることとなり、最大過給圧が上昇される。

そして、ターボチャージャ１４による過給圧が上昇し、
上記デユーティ比ＤυＴＹＨＡＸ１のデユーティ信号に
よりデユーティソレノイドバルブ２１にて調圧されたダ
イヤフラムアクチュエータ１７の圧力室１７ｂに作用す
る過給圧が上昇し、ターボチャージャ１４による過給圧
が最大過給圧に達すると、上記ダイヤフラムアクチュエ
ータ１７の圧力室１７ｂに作用する調圧された過給圧が
ダイヤフラム１７ａを付勢するダイヤフラムスプリング
１７ｃの付勢力に打勝ち、ダイヤフラム１７ａに連設す
るロッド１８を突出させ、このロッド１８に連設するレ
バー１６を介してウェストゲートバルブ１５が第２図の
時計回り方向に回動し、ウェストゲートバルブ１５が次
第に開弁され、上記タービンホイール１４ａを収納する
タービンハウジング１４ｂの流入口の開口面積を次第に
広げる。

すると、この流入口を通過する排気ガスの一部が上記タ
ービンホイール１４ａをバイパスして通過し、その分、
このタービンホイール１４ａの反動が小さくなり、ター
ボチャージャ１４による過給圧が最大過給圧以上になる
のが防止され、最大過給圧に保持される。

一方、エンジン１にプレイグニツシヨンが発生し、ＥＣ
Ｕ４１からデユーティソレノイドバルブ２１のソレノイ
ドコイル２１ｂに出力されるデユーティ信号のデユーテ
ィ比が小さくされると、上記デユーティソレノイドバル
ブ２１の弁体２１ａによるレゾネータチャンバ１３に連
通する減圧通路２０の単位時間当りの閉塞時間が増大さ
れて、上記ダイヤフラムアクチュエータ１７の圧力室１
７ｂに供給される過給圧のリーク量が減少される。

その結果、ウェストゲートバルブ１５が開き始める過給
圧が低下し、最大過給圧が通常時の値よりも低下させら
れる。

従って、速やかにプレイグニツシヨンが回避されて異常
燃焼が防止され、燃料のアルコール濃度Ｍに応じた最大
過給圧に保たれるので、エンジン１の有するポテンシャ
ルを充分に引き出すことができる。勿論、ＥＣＵ４１で
は、アルコール濃度Ｍに応じて燃料噴射量、および、点
火タイミングを補正して制御している。

（第２実施例） 第５図〜第７図は本発明の第２実施例を示し、第５図は
最大過給圧制御手順のフローチャート、第６図は最大過
給圧を示す線図、第７図は最大過給圧マツプの概念図で
ある。

第２実施例では、アルコール濃度Ｍとエンジン運転状態
としてのエンジン回転数Ｎとに基づいてより緻密な最大
過給圧制御を実現する。

すなわち、第５図のステップ５２０１でアルコール濃度
Ｍを算出すると、ステップ５２０２でクランク角センサ
３３の出力信号に基づいてエンジン回転数Ｎを算出し、
ステップ５２０３で、アルコール濃度Ｍとエンジン回転
数Ｎとをパラメータとして最大過給圧マツプＭ　ＣＨＨ
ＡＸ２を補間計算付きで参照し、デユーティ比Ｄ　ＵＴ
ＹＨＡＸ２を設定してステップ５２０４へ進み、対応す
るデユーティ信号をデユーティソレノイドバルブ２１に
出力してルーチンを抜ける。

ここで、アルコール濃度Ｍが高い場合、エンジン回転数
Ｎが高くなるに従って点火プラグ３６は、電極温度が高
くなり、プレイグニツシヨンが発生しやすくなる。一方
、アルコール濃度Ｍが低い場合には、エンジン回転数Ｎ
が高いほどノック発生頻度が低下してプレイグニツシヨ
ンも発生しにくくなる。

すなわち、より精密には、各アルコール濃度ＭＯ（アル
コール濃度０％）〜Ｍ５０（アルコール濃度５０％）〜
Ｍ　１００（アルコール濃度１００％）に対する最大過
給圧はエンジン回転数Ｎによって変化し、第６図に示す
ような関係となる。これにより、例えば、アルコール濃
度Ｍ１００ではエンジン高回転域で最大過給圧を低下さ
せる一方、アルコール濃度ＭＯではエンジン回転が高く
なるほど最大過給圧を上昇させることができる。

従って、アルコール濃度Ｍ及びエンジン回転数Ｎに対応
する最大過給圧を得るためのデユーティ比を実験などに
より求め、第７図に示すように、アルコール濃度Ｍとエ
ンジン回転数Ｎとをパラメータして構成される最大過給
圧マツプＭ　ＣＨＨＡＸ２の各アドレスに、対応するデ
ユーティ比Ｄ　ＵＴＹＨＡＸ２をストアしておく。

これにより、第２実施例においては、上述の第１実施例
に対し、エンジン回転数Ｎを加味することにより、プレ
イグニツシヨンを未然に回避しつつエンジン状態及びア
ルコール濃度Ｍに応じた緻密な最大過給圧制御を実現す
ることができるのである。

（第３実施例） 第８図以下は本発明の第３実施例を示し、第８図は最大
過給圧制御手順のフローチャート、第９図は最大過給圧
マツプの概念図である。

第３実施例では、最大過給圧を制御するためのエンジン
運転状態として、エンジン回転数Ｎに加えて１行程当り
の吸入空気重量Ｇａを採用し、この１行程当りの吸入空
気重量Ｇａとエンジン回転数Ｎとアルコール濃度Ｍとに
基づいて最大過給圧を制御する。

第８図のプログラムにおいて、ステップ５３０１でアル
コール濃度Ｍを算出し、ステップ５３０２でエンジン回
転数Ｎを算出すると、ステップ５３０３へ進んで、吸入
空気量センサ２８から得られる単位時間当りの吸入空気
量（質量流量）を燃焼サイクル数で割算して１行程当り
の吸入空気量ｌＧａを算出し、ステップ５３０４で、ア
ルコール濃度Ｍ、エンジン回転数Ｎ、及び、１行程当り
の吸入空気重量Ｇａをパラメータとして最大過給圧マツ
プＭ　ＣＨＨＡＸ３を補間計算付きで参照し、デユーテ
ィ比Ｄ　ＵＴＹＨＡＸ３を設定する。

第９図に示すように、上記最大過給圧マツプＭＣＨＨＡ
Ｘ３の各アドレスには、アルコール濃度Ｍ、エンジン回
転数Ｎ、及び、１行程当りの吸入空気重量Ｇａに対応し
て、プレイグニツシヨンを発生させることのない最大過
給圧を与えるデユーティ比Ｄ　ＵＴＹＨＡＸ３が実験な
どから求めてストアされている。

すなわち、第２実施例に対し、エンジン負荷として１行
程当りの吸入空気量ｉＧａを加味することによってエン
ジン状態をさらに精密に把握し、プレイグニツシヨンを
未然に回避しつつ、より適切な最大過給圧に制御するこ
とができるのである。

なお、本実施例では、エンジン負荷として１行程当りの
吸入空気重量Ｇａを用いているが、エンジン負荷を表わ
すものであればよく、例えば、燃料噴射量演算の際に用
いられる基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ、あるいは、燃料噴
射パルス幅Ｔｉを代用しても良い。

そして、上記ステップ５３０４からステップ５３０５へ
進むと、対応するデユーティ信号をデユーティソレノイ
ドバルブ２１に出力し、ルーチンを抜ける。

尚、本発明は上記各実施例に限るものではなく、例えば
、過給圧制御用アクチュエータはデユーティソレノイド
バルブ２１に限定されず、これと同様の機能を有するア
クチュエータでも良く、このアクチュエータに対する制
御量を各マツプにストアするようにしても良い、さらに
、過給機はスーパーチャージャ等であっても良い。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、プレイグニツシヨ
ン発生を未然に防止しつつ最大過給圧を制御するため、
エンジンの持つポテンシャルを充分に引出すことができ
る。

その結果、出力性能の大幅な向上を得ることができるな
ど優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
最大過給圧制御手順のフローチャート、第２図はエンジ
ン制御系の概略図、第３図は最大過給圧を示す線図、第
４図は最大過給圧マツプの概念図、第５図〜第７図は本
発明の第２実施例を示し、第５図は最大過給圧制御手順
のフローチャート、第６図は最大過給圧を示す線図、第
７図は最大過給圧マツプの概念図、第８図以下は本発明
の第３実施例を示し、第８図は最大過給圧制御手順のフ
ローチャート、第９図は最大過給圧マツプの概念図であ
る。 １・・・エンジン １４・・・過給機 ２１・・・過給圧制御用アクチュエータ（デユーティソ
レノイドバルブ） Ｍ・・・アルコール濃度 代理人　　弁理士　　伊　　藤　　　進第１図 エンジン回転数 Ｎ 第５図 第６図 一−モ］ｒ アルコール濃度Ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンにプレイグニッションを発生させることのない
   最大過給圧を燃料のアルコール濃度に対応して予め設定
   し、過給機の過給圧を制御動作する過給圧・制御用アク
   チュエータに前記最大過給圧に対応する動作信号を出力
   して前記エンンジンの過給圧を制御することを特徴とす
   るＦＦＶ用エンジンの過給圧制御方法。