JP2000002170A

JP2000002170A - 天然ガス用内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2000002170A
Application number: JP10169051A
Authority: JP
Inventors: Masato Matsuki; 正人松木; Akira Murakami; 昭村上; Seiichi Hosogai; 誠一細貝; Atsushi Ide; 温井出
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】天然ガスを燃料とする内燃機関を適切に制御
し、組成の異なる天然ガスを使用した場合でも、常に良
好な点火時期制御を行うことができる天然ガス用内燃機
関の制御装置を提供する。【解決手段】機関の排気系に設けた酸素濃度センサ１
６の出力に応じて空燃比補正係数ＫＯ２を算出し、これ
を用いて空燃比のフィードバック制御を行う。当該車両
のクルーズ状態において算出される空燃比補正係数の平
均値ＫＲＥＦＣＲＳを、燃料の組成を示すパラメータと
して使用し、これに応じて点火時期のＭＢＴ（最適点火
時期）補正項ＤＩＧＭＢＴ及びノッキング補正項ＤＩＧ
ＫＮＫを算出する。基本点火時期θＩＧＭを補正項ＤＩ
ＧＭＢＴ，ＤＩＧＫＮＫにより補正して、点火時期θＩ
Ｇを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガスを燃料と
する内燃機関に供給する混合気の空燃比及び点火時期を
制御する制御装置に関し、特に天然ガスの組成のばらつ
きを考慮した制御を行うものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車からの排出ガスの低減、エ
ネルギ資源枯渇等の観点から、石油代替燃料への社会的
要求が高まっており、この要求に応えるものとして天然
ガスを燃料とする内燃機関が知られている。

【０００３】またガソリンを燃料とする内燃機関の制御
装置においては、市場に流通しているガソリンの特性
（主に揮発性）のばらつきに対応するために、超音波式
の燃料性状センサを燃料供給配管の途中に設けて、この
センサの検出値に応じて、内燃機関の吸気管内に噴射す
る燃料量を補正するようにしたものは従来より知られて
いるが（特開平８−１７７５４７号公報）、天然ガスを
燃料とする内燃機関においては、天然ガスの組成のばら
つきを考慮して内燃機関の制御を行う制御装置は未だ提
案されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】天然ガスの組成は、ガ
ソリンに比べてそのばらつきが大きいため、天然ガスを
燃料とする内燃機関では、最大の出力トルクが得られる
最適点火時期やノッキングが発生しやすくなる点火時期
が、使用する天然ガスの組成によってかなり変化するこ
とが、実験的に確認されている。

【０００５】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、天然ガスを燃料とする内燃機関を適切に制御し、
組成の異なる天然ガスを使用した場合でも、常に良好な
点火時期制御を行うことができる天然ガス用内燃機関の
制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、天然ガスを燃料とする内燃機
関の排気系に設けられた空燃比検出手段と、該空燃比検
出手段の出力に応じて前記機関に供給する混合気の空燃
比をフィードバック制御するフィードバック制御手段
と、前記機関の運転状態に応じて点火時期を制御する点
火時期制御手段とを有する天然ガス用内燃機関の制御装
置において、前記機関の定常的な運転状態で前記フィー
ドバックに用いられる空燃比制御量に応じて前記燃料の
組成を示す組成パラメータを算出する燃料組成パラメー
タ算出手段と、該組成パラメータに応じて点火時期を補
正する点火時期補正手段とを有することを特徴とする。

【０００７】この構成によれば、機関の定常的な運転状
態において空燃比検出手段の出力に基づいて設定される
空燃比制御量に応じて燃料、すなわち天然ガスの組成を
示す組成パラメータが算出され、該算出された組成パラ
メータに応じて点火時期が補正されるので、組成の異な
る天然ガスを使用した場合でも、常に良好な点火時期制
御を行うことができる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の天然ガス用内燃機関の制御装置において、前記点火時
期補正手段は、前記組成パラメータに応じて前記機関の
出力が最大となるように前記点火時期を補正することを
特徴とする。

【０００９】この構成によれば、使用している燃料の組
成パラメータに応じて機関の出力が最大となるように点
火時期が補正されるので、組成の異なる天然ガスを使用
した場合でも、常に機関の出力が最大となるような点火
時期に制御することができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の天然ガス用内燃機関の制御装置において、前
記点火時期補正手段は、前記組成パラメータに応じて前
記機関のノッキングを防止するためのノッキング補正項
を算出し、該ノッキング補正項により前記点火時期を補
正することを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、組成パラメータに応じ
て機関のノッキングを防止するためのノッキング補正項
が算出され、該ノッキング補正項により点火時期が補正
されるので、組成の異なる天然ガスを使用した場合で
も、ノッキングの発生しない範囲で最適の点火時期に制
御することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
天然ガス用内燃機関（以下単に「エンジン」という）と
その制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエン
ジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が設けられ
ている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴ
Ｈ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の
開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニ
ット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。

【００１３】燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁
３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁はＥＣＵ５に電
気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号によりその開
弁時間が制御される。燃料噴射弁６は、燃料通路２０を
介して燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ：CompressedNa
tural Gas）を貯蔵するＣＮＧタンク２２に接続されて
おり、燃料通路２０の途中には、燃料噴射弁６に供給す
る圧縮天然ガスの圧力を調整するプレッシャレギュレー
タ２１が設けられている。

【００１４】エンジン１の各気筒の点火プラグ２０は、
ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５により点火時期が
制御される。一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気
管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この
絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気
温（ＴＡ）センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを
検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給す
る。

【００１５】エンジン１の本体に装着されたエンジン水
温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジ
ン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を
出力してＥＣＵ５に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）
センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２はエンジ
ン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付
けられている。エンジン回転数センサ１１はエンジン１
のクランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位
置でパルス（以下「ＴＤＣ信号パルス」という）を出力
し、気筒判別センサ１２は特定の気筒の所定のクランク
角度位置で信号パルスを出力するものであり、これらの
各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。

【００１６】三元触媒１４はエンジン１の排気管１３に
配置されており、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の
成分の浄化を行う。排気管１３の三元触媒１４の上流側
には、空燃比検出手段としての酸素濃度センサ１６（以
下「Ｏ２センサ１６」という）が装着されており、この
Ｏ２センサ１６は排気ガス中の酸素濃度を検出し、その
検出値に応じた電気信号を出力しＥＣＵ５に供給する。

【００１７】ＥＣＵ５にはエンジン１が搭載された車両
の走行速度（車速ＶＰ）を検出する車速センサ１９が接
続されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、
電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデ
ジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５
ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、
ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結
果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動
信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。記憶手
段５ｃは、イグニッションスイッチがオフされたときも
バッテリによりバックアップされ、記憶内容を保持する
バックアップメモリを有する。

【００１８】ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメ
ータ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じた空
燃比制御を行う空燃比フィードバック制御領域や空燃比
フィードバック制御を行わないオープンループ制御領域
等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判
別されたエンジン運転状態に応じて、下記式（１）に基
づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射弁６の
燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ×ＫＯ２×Ｋ１＋Ｋ２（１）ここに、ＴＩＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６
の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸
気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＴＩマップを検
索して決定される。ＴＩマップは、エンジン回転数ＮＥ
及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態におい
て、エンジンに供給する混合気の空燃比が基準とする燃
料（例えばメタン１００％の天然ガス）に対してほぼ理
論空燃比になるように設定されている。

【００１９】ＫＯ２は空燃比補正係数（以下、単に「補
正係数」という）であり、空燃比フィードバック制御
時、Ｏ２センサ１６により検出された排気ガス中の酸素
濃度に応じて求められ、さらにオープンループ制御領域
では各運転領域に応じた値に設定される。

【００２０】Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメー
タ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数
であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン
加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決
定される。

【００２１】ＣＰＵ５ｂさらに下記式（２）により、点
火時期θＩＧ（上死点からの進角量で示される）を算出
する。 θＩＧ＝θＩＧＭ＋ＤＩＧＭＢＴ＋ＤＩＧＫＮＫ（２）

【００２２】ここで、θＩＧＭは、エンジン回転数ＮＥ
及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じてθＩＧマップを検索
して決定される基本点火時期である。θＩＧマップは、
エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応す
る運転状態において、基準となる燃料（例えばメタン１
００％の天然ガス）においてエンジン１の出力トルクが
最大となる最適点火時期（ＭＢＴ）となるように設定さ
れている。ＤＩＧＭＢＴ及びＤＩＧＫＮＫは、後述する
ように燃料の組成を示す組成パラメータに応じて設定さ
れるＭＢＴ補正項及びノッキング補正項である。

【００２３】ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料
噴射時間ＴＯＵＴ及び点火時期θＩＧに基づいて燃料噴
射弁６及び点火プラグ２０を駆動する駆動信号を出力回
路５ｄを介して燃料噴射弁６及び点火プラグ２０に供給
する。

【００２４】図２は、Ｏ２センサ１６の出力に応じて補
正係数ＫＯ２を算出するＫＯ２フィードバック制御処理
のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスの
発生に同期してＣＰＵ５ｂで実行される。

【００２５】ステップＳ１では、前回の空燃比制御がオ
ープンループ制御であったか否かを判別し、前回オープ
ンループ制御でなかったときは、前回のエンジン運転状
態がアイドル状態であったか否かを判別し（ステップＳ
２）、前回アイドル状態であったときは今回もアイドル
状態であるか否かを判別する（ステップＳ３）。ここ
で、アイドル状態であるか否かは、エンジン回転数ＮＥ
及びスロットル弁開度θＴＨにより判別される。

【００２６】その結果、ステップＳ２の答が否定（Ｎ
Ｏ）のとき、またはステップＳ２及びＳ３の答がともに
肯定（ＹＥＳ）のときは、すなわち前回アイドル状態で
なかったとき、または前回及び今回共にアイドル状態で
あるときは、ステップＳ４に進み、前回アイドル状態で
あって今回アイドル状態でないとき、すなわちアイドル
状態からそれ以外の運転状態（以下「オフアイドル状
態」という）へ移行したときは、後述するステップＳ１
４に進む。

【００２７】ステップＳ４では、Ｏ２センサ１６の出力
レベルと基準値ＶＲＥＦとの大小関係が反転したか否か
を判別し、反転したときはステップＳ５以下の比例制御
（Ｐ項制御）及び補正係数ＫＯ２の平均値算出処理等を
実行する一方、反転していないときは、ステップＳ１５
以下の積分制御（Ｉ項制御）を実行する。

【００２８】ステップＳ５では、Ｏ２センサ１６の出力
レベルと基準値ＶＲＥＦとの大小関係に応じて、前回算
出されたＫＯ２値に対して加算比例項ＰＲを加算、また
は減算比例項ＰＬを減算する処理を実行する。続くステ
ップＳ６では、算出した補正係数ＫＯ２の値が所定上下
限値の範囲内に入るように処理するリミットチェックを
行う。

【００２９】次いでステップＳ７ではエンジンがアイド
ル状態にあるか否かを判別し、アイドル状態にあるとき
は、アイドル平均値ＫＲＥＦ０を算出して（ステップＳ
８）ステップＳ１１に進む一方、オフアイドル状態であ
るときは、オフアイドル平均値ＫＲＥＦ１を算出すると
ともに（ステップＳ９）、クルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲ
Ｓを後述する図３の処理により算出して（ステップＳ１
０）、ステップＳ１１に進む。ここで、各平均値ＫＲＥ
Ｆ０，ＫＲＥＦ１，ＫＲＥＦＣＲＳは、いずれも補正係
数ＫＯ２の平均値であり、各平均値ＫＲＥＦ０、ＫＲＥ
Ｆ１及びＫＲＥＦＣＲＳは下記式（３）により算出され
る。ＫＲＥＦ（ｎ）＝ＣＲＥＦ×ＫＯ２／Ａ＋（Ａ−ＣＲＥＦ）×ＫＲＥＦ（ｎ−１）／Ａ（３）

【００３０】ここで、（ｎ），（ｎ−１）はそれぞれ今
回値、前回値であることを示すために付されている。ま
た、Ａは例えば１００００（１６進数）に設定される定
数、ＣＲＥＦは０〜Ａの間の値に設定されるなまし係数
である。なまし係数ＣＲＥＦは、エンジン水温ＴＷに応
じて例えば２段階に設定するようにしてよい。ＫＯ２と
しては、比例制御実行直後（すなわちＯ２センサ１６の
出力の反転直後において比例項を加減算した直後）の補
正係数値が用いられる。続くステップＳ１１では、算出
した各平均値ＫＲＥＦ０，ＫＲＥＦ１，ＫＲＥＦＣＲＳ
のリミットチェックを行い、本処理を終了する。

【００３１】一方前記ステップＳ１で前回がオープンル
ープ制御であったときは、今回エンジンがアイドル状態
にあるか否かを判別し（ステップＳ１２）、アイドル状
態にあるときは、補正係数ＫＯ２をアイドル平均値ＫＲ
ＥＦ０に設定して（ステップＳ１３）、ステップＳ１５
に進む一方、アイドル状態にないとき、すなわちオフア
イドル状態にあるときは、補正係数ＫＯ２を（オフアイ
ドル平均値ＫＲＥＦ１×ＣＲ）に設定して（ステップＳ
１４）、ステップＳ１５に進む。ここに、値ＣＲは、エ
ンジン自体の排気ガス特性や排気浄化装置の浄化特性に
応じてエンジン１の総合的な排気ガス特性が改善される
ような値に設定される。

【００３２】またステップＳ３で、エンジンがアイドル
状態にないとき、すなわちアイドル状態からオフアイド
ル状態に移行したときは、前記ステップＳ１４を実行し
てステップＳ１５に進む。

【００３３】ステップＳ１５では、Ｏ２センサ出力レベ
ルと基準値ＶＲＥＦとの大小関係及びＴＤＣ信号パルス
のカウント数に応じて、補正係数ＫＯ２の前回値に加算
積分項ＩＲを加算、または減算積分項ＩＬを減算する処
理を実行し、続くステップＳ１６で算出した補正係数Ｋ
Ｏ２のリミットチェックを行って、本処理を終了する。

【００３４】図２の処理により、Ｏ２センサ１６の出力
レベルに応じて補正係数ＫＯ２が演算されるとともに、
エンジンがアイドル状態にあるときアイドル平均値ＫＲ
ＥＦ０が算出され、オフアイドル状態にあるときオフア
イドル平均値ＫＲＥＦ１及びクルーズ平均値ＫＲＥＦＣ
ＲＳが算出される。また、いずれの平均値も比例項ＰＲ
の加算処理またはＰＬの減算処理の実行直後の補正係数
ＫＯ２を用いて算出される。

【００３５】図３は、図２のステップＳ１０で実行され
るクルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳを算出する処理のフロ
ーチャートである。

【００３６】ステップＳ１０１では、オフアイドル平均
値ＫＲＥＦ１とクルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳとの偏差
の絶対値｜ＫＲＥＦ１−ＫＲＥＦＣＲＳ｜が所定値ＤＫ
ＲＣＲＳより小さいか否かを判別し、｜ＫＲＥＦ１−Ｋ
ＲＥＦＣＲＳ｜＜ＤＫＲＣＲＳであるときは、エンジン
回転数ＮＥが下限値ＮＥＣＲＲＦＬと上限値ＮＥＣＲＲ
ＦＨとの間にあるか否かを判別し（ステップＳ１０
２）、ＮＥＣＲＲＦＬ＜ＮＥ＜ＮＥＣＲＲＦＨであると
きは、吸気管内絶対圧ＰＢＡが下限値ＰＢＣＲＲＦＬと
上限値ＰＢＣＲＲＦＨとの間にあるか否かを判別し（ス
テップＳ１０３）、ＰＢＣＲＲＦＬ＜ＰＢＡ＜ＰＢＣＲ
ＲＦＨであるときは、当該車両がほぼ一定の速度で走行
するクルーズ状態にあることを「１」で示すクルーズフ
ラグＦＣＲＳが「１」であるか否かを判別する（ステッ
プＳ１０４）。その結果、ＦＣＲＳ＝１であるときは、
クルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳを新たに算出すべきこ
と、すなわち学習すべきことを「１」で示す学習実行フ
ラグＦＣＲＳＲＥＦを「１」に設定し（ステップＳ１０
５）、クルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳを前記式（３）に
より算出する（ステップＳ１０６）。

【００３７】次いで、ステップＳ１０６の実行回数をカ
ウントするカウンタｎＣＲＳを「１」だけインクリメン
トし（ステップＳ１０７）、その値が所定値Ｎ（例えば
１０）以上か否かを判別する（ステップＳ１０８）。ｎ
ＣＲＳ＜Ｎであるときは直ちに本処理を終了し、ｎＣＲ
Ｓ≧Ｎとなると、使用中の燃料の組成がクルーズ平均値
ＫＲＥＦＣＲＳに反映されたこと（後述するウオッベ指
数ＷＩと相関性のあるクルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳが
得られたこと）、すなわち燃料の組成が検出されたこと
を「１」で示す組成検出フラグＦＧＣを「１」に設定し
て（ステップＳ１０９）、本処理を終了する。

【００３８】なお、クルーズフラグＦＣＲＳは、後述す
る図５のクルーズ判定処理で設定される。また、前記ス
テップＳ１０１〜Ｓ１０３の判別に際し、ヒステリシス
を設けるようにしてもよい。

【００３９】一方前記ステップＳ１０２で、ＮＥ≧ＮＥ
ＣＲＲＦＨまたはＮＥ≦ＮＥＣＲＲＦＬであるとき、ま
たはステップＳ１０３でＰＢＡ≧ＰＢＣＲＲＦＨまたは
ＰＢＡ≦ＰＢＣＲＲＦＬであるときは、またはステップ
Ｓ１０４でＦＣＲＳ＝０であるときは、クルーズ平均値
ＫＲＥＦＣＲＳの算出を実行しないこととし、学習実行
フラグＦＣＲＳＲＥＦを「０」に設定して（ステップＳ
１１１）、本処理を終了する。

【００４０】またステップＳ１０１で｜ＫＲＥＦ１−Ｋ
ＲＥＦＣＲＳ｜≧ＤＫＲＣＲＳであるときは、クルーズ
平均値ＫＲＥＦＣＲＳを下記式（４）により補正するＫ
ＲＥＦＣＲＳ補正処理を実行して（ステップＳ１１
０）、本処理を終了する。ＫＲＥＦＣＲＳ（ｎ）＝ＣＲＥＦＣＲＳ２×ＫＲＥＦ１／Ａ＋（Ａ−ＣＲＥＦＣＲＳ２）×ＫＲＥＦＣＲＳ（ｎ−１）／Ａ（４）ここでＡは、例えば１００００（１６進数）に設定され
る定数、ＣＲＥＦＣＲＳ２は０〜Ａの間の値に設定され
るなまし係数である。

【００４１】ここでオフアイドル平均値ＫＲＥＦ１は、
エンジン１がオフアイドル状態にあれば当該車両がクル
ーズ状態になくても算出されるため、その算出頻度はク
ルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳの算出頻度より高い。した
がって、オフアイドル平均値ＫＲＥＦ１とクルーズ平均
値ＫＲＥＦＣＲＳとの偏差の絶対値｜ＫＲＥＦ１−ＫＲ
ＥＦＣＲＳ｜が大きいときは、クルーズ平均値ＫＲＥＦ
ＣＲＳをオフアイドル平均値ＫＲＥＦ１に応じて補正す
ることにより、クルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳの学習精
度を向上させることができる。

【００４２】図３の処理によれば、クルーズ平均値ＫＲ
ＥＦＣＲＳは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧
ＰＢＡが所定範囲内にあり、かつ当該車両がクルーズ状
態にあるときに算出され、オフアイドル平均値ＫＲＥＦ
１との偏差の絶対値が大きいときは、オフアイドル平均
値ＫＲＥＦ１に応じて補正される。このようにして、算
出されたクルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳは、後述するよ
うに組成検出フラグＦＧＣが「１」であるときは、燃料
の組成を示すパラメータとして点火時期θＩＧの補正に
使用される。

【００４３】図３の処理により、算出されるクルーズ平
均値ＫＲＥＦＣＲＳは、バックアップメモリに格納され
て、イグニッションスイッチがオフされている間も保持
される。ただし、ＣＮＧタンク２２に新たな燃料が充填
されたときは、「１．０」にリセットされる。また、カ
ウンタｎＣＲＳは、イグニッションスイッチがオフされ
ると「０」にリセットされるが、組成検出フラグＦＧＣ
はバックアップメモリに保持され、新たな燃料の充填が
あったとき「０」にリセットされる。

【００４４】図４は、クルーズ判定処理のフローチャー
トであり、本処理は所定時間（例えば８０ｍｓｅｃ）毎
にＣＰＵ５ｂで実行される。

【００４５】先ずエンジン１の状態が始動モードである
か否かを判別し（ステップＳ３１）、その結果、始動モ
ードでないときは、車速センサ１９等のフェールセーフ
処理が実行中であるか否かを判別し（ステップＳ３
２）、その結果、フェールセーフ処理が実行中でないと
きは、車速ＶＰの平均値ＶＰＡＶＥを下記式（５）によ
り算出する（ステップＳ３３）。ＶＰＡＶＥ（ｎ）＝（Ａ−ＣＣＲＳ）×ＶＰ／Ａ＋ＣＣＲＳ×ＶＰＡＶＥ（ｎ−１）／Ａ（５）ここで、Ａは例えば１００００（１６進数）に設定され
る定数であり、ＣＣＲＳは０からＡの間の値に設定され
るなまし係数である。

【００４６】次いで、車速平均値ＶＰＡＶＥが下限値Ｖ
ＣＲＳＬ（例えば５ｋｍ／ｈ）から上限値ＶＣＲＳＨ
（例えば２５５ｋｍ／ｈ）の範囲内にあるか否かを判別
する（ステップＳ３４）。

【００４７】その結果、前記ステップＳ３１でエンジン
１が始動モードであるとき、前記ステップＳ３２でフィ
ールセーフ処理が実行中であるとき、又は前記ステップ
Ｓ３４でＶＣＲＳＬ＜ＶＰＡＶＥ＜ＶＣＲＳＨが成立し
ていないときは、いずれの場合もステップＳ４２に進
み、ダウンカウントタイマｔｍＤＶＣＲＳに所定時間Ｔ
ＤＶＣＲＳ（例えば１．２５ｓｅｃ）をセットしてスタ
ートさせ、次いでダウンカウントタイマｔｍＣＲＳに所
定時間ＴＣＲＳ（例えば２ｓｅｃ）をセットしてスター
トさせ（ステップＳ４３）、クルーズフラグＦＣＲＳを
「０」に設定して（ステップＳ４４）、本処理を終了す
る。

【００４８】一方、前記ステップＳ３４でＶＣＲＳＬ＜
ＶＰＡＶＥ＜ＶＣＲＳＨが成立するときは、タイマｔｍ
ＤＶＣＲＳの値が「０」に達したか否かを判別し（ステ
ップＳ３５）、未だ「０」に達していないときは直ちに
本処理を終了する一方、タイマｔｍＤＶＣＲＳの値が
「０」に達したときは、このタイマｔｍＤＶＣＲＳに所
定時間ＴＤＶＣＲＳをセットしてスタートさせ（ステッ
プＳ３６）、車速平均値ＶＰＡＶＥの変動量（車速変動
量）ＤＶＣＲＳを算出する（ステップＳ３７）。車速変
動量ＤＶＣＲＳは、例えば車速平均値ＶＰＡＶＥの今回
値と前回値（次のステップＳ３８の記憶値ＶＰＡＶＥＢ
Ｆ）との偏差に基づいて算出される。

【００４９】次いで、記憶値ＶＰＡＶＥＢＦを今回のＶ
ＰＡＶＥ値に設定し（ステップＳ３８）、車速変動量Ｄ
ＶＣＲＳが所定値ＤＶＣＲＳＬＭＴ（例えば０．８ｋｍ
／ｈ／ｓｅｃ相当）より小さいか否かを判別する（ステ
ップＳ３９）。その結果、ＤＶＣＲＳ≧ＤＶＣＲＳＬＭ
Ｔであるときは、前記ステップＳ４３に進む一方、ＤＶ
ＣＲＳ＜ＤＶＣＲＳＬＭＴであるときは、タイマｔｍＣ
ＲＳの値が「０」に達したか否かを判別する（ステップ
Ｓ４０）。その結果、ｔｍＣＲＳ＞０である間は前記ス
テップＳ４４に進み、ｔｍＣＲＳ＝０となったとき、当
該車両がクルーズ状態にあると判定してクルーズフラグ
ＦＣＲＳを「１」に設定して（ステップＳ４１）、本処
理を終了する。

【００５０】本処理によれば、車速ＶＰの平均値ＶＰＡ
ＶＥが所定範囲内である状態を所定時間ＴＤＶＣＲＳ継
続した後、車速平均値ＶＰＡＶＥの変動量ＤＶＣＲＳが
所定値ＤＶＳＣＲＬＭＴより小さい状態を所定時間ＴＣ
ＲＳ継続したときに、当該車両がクルーズ状態にあると
判定してクルーズフラグＦＣＲＳが「１」に設定され
る。したがって、上述した図３のステップＳ１０６では
車両走行が安定した状態にのみクルーズ平均値ＫＲＥＦ
ＣＲＳの学習がなされる。これにより、クルーズ平均値
ＫＲＥＦＣＲＳの信頼性を高くすることができる。

【００５１】なお、クルーズフラグＦＣＲＳは、車速Ｖ
Ｐの変動量を検出することに代えて、エンジン回転数Ｎ
Ｅの変動量を検出し、その変動量が閾値より低い状態が
所定時間以上継続したとき、「１」に設定するようにし
てもよい。

【００５２】図５は、点火時期θＩＧを算出する処理の
フローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスの発
生に同期してＣＰＵ５ｂで実行される。この処理では、
エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて
基本点火時期θＩＧＭを算出するとともに、天然ガスの
組成に応じた値を示す組成パラメータに応じてＭＢＴ補
正項ＤＩＧＭＢＴ及びノッキング補正項ＤＩＧＫＮＫを
算出し、これらの補正項により基本点火時期θＩＧＭを
補正することにより、点火時期θＩＧを算出する。この
ように、天然ガス組成に応じた点火時期の補正を行うの
は、以下に説明するように市場に流通している天然ガス
の組成のばらつきが大きいからである。

【００５３】すなわち、天然ガスの組成によって変化す
る単位体積当たりの発熱量を示す指標としてウオッベ指
数ＷＩ（Wobbe Index）が知られているが、市場で流通
している天然ガスのウオッベ指数ＷＩは、４０〜５８
（ＭＪ／ｍ^３）程度の範囲でばらつきがあり、このウオ
ッベ指数ＷＩと、出力トルクが最大となる最適点火時期
ＭＢＴとは、図８（ａ）に示すように、ウオッベ指数Ｗ
Ｉが増加するほど最適点火時期ＭＢＴが減少する関係が
あり、またウオッベ指数ＷＩと、ノッキングが発生する
ノッキング点火時期θＫＮＫとは、同図（ｂ）に示すよ
うに、ウオッベ指数ＷＩが増加するほどノッキング点火
時期θＫＮＫが減少する関係があることが実験的に確認
されている。なお、ウオッベ指数ＷＩは下記式（６）に
より定義される。ＷＩ＝ＨＣＶ／ＳＧ^１／２（６）ここで、ＨＣＶは、当該天然ガスの高発熱量（ＭＪ／ｍ
^３）、ＳＧは、当該天然ガスの比重である。

【００５４】したがって、使用している天然ガスのウオ
ッベ指数ＷＩに応じて点火時期を補正することにより、
当該天然ガスに適した点火時期の設定、すなわちノッキ
ングが発生しない範囲で、最大のトルクが得られる点火
時期の設定が可能となる。

【００５５】一方、天然ガスを燃料として、エンジンの
定常的な運転状態において上述した空燃比フィードバッ
ク制御を実行して得られる補正係数ＫＯ２と、ウオッベ
指数ＷＩとは、図８（ｃ）に示すような関係、すなわち
ウオッベ指数ＷＩが増加すると補正係数ＫＯ２が減少す
る関係があることが実験的に確認されている（理論的に
は、両者は反比例する関係を有する）。

【００５６】そこで本実施形態では、天然ガスの組成を
示す組成パラメータとして、図３の処理により算出され
る補正係数ＫＯ２のクルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳを使
用する。これは、車両のクルーズ状態で算出される補正
係数ＫＯ２は、エンジン運転状態の変化による変動分が
ほとんど含まれず、エンジンの定常的な運転状態で得ら
れる空燃比補正係数だからである。

【００５７】図５に戻り、点火時期θＩＧの具体的な算
出処理の内容を説明する。ステップＳ５１では、エンジ
ン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じてθＩＧ
マップを検索し、基本点火時期θＩＧＭを算出する。θ
ＩＧマップは、基準燃料（例えばメタン１００％の天然
ガス）を使用したとき最適点火時期（ＭＢＴ）となるよ
うに設定されている。

【００５８】次いで、前記燃料組成フラグＦＧＣが
「１」であるか否かを判別し（ステップＳ５２）、ＦＧ
Ｃ＝０であって使用中の燃料の組成がクルーズ平均値Ｋ
ＲＥＦＣＲＳに十分に反映されていいないとき、ＭＢＴ
補正項ＤＩＧＭＢＴ及びノッキング補正項ＤＩＧＫＮＫ
を共に「０」に設定して（ステップＳ５５）、ステップ
Ｓ５６に進む。

【００５９】一方ＦＧＣ＝１であるときは、先ずクルー
ズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳに応じて図６（ａ）に示すＤＩ
ＧＭＢＴテーブルを検索して、ＭＢＴ補正項ＤＩＧＭＢ
Ｔを算出する（ステップＳ５３）。ＤＩＧＭＢＴテーブ
ルは、クルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳ＝１．０のときＤ
ＩＧＭＢＴ＝０とし、ＫＲＥＦＣＲＳ値が増加するほど
（ウオッベ指数ＷＩが減少するほど）補正項ＤＩＧＭＢ
Ｔが増加するように設定されている。補正項ＤＩＧＭＢ
Ｔが負の値をとるときは、遅角補正に対応する。図６
（ａ）のＤＩＧＭＢＴテーブルは、図８（ａ）に示すウ
オッベ指数ＷＩと最適点火時期ＭＢＴとの関係に対応さ
せたものである。

【００６０】続くステップＳ５４では、ノッキング補正
項ＤＩＧＫＮＫを下記式（７）により算出する。ＤＩＧＫＮＫ＝ＤＩＧＫＮＫＧＣ×ＫＩＧＮＥ×ＫＩＧＰＢＡ（７）ここで、ＤＩＧＫＮＫＧＣは、クルーズ平均値ＫＲＥＦ
ＣＲＳに応じて図６（ｂ）に示すＤＩＧＫＮＫＧＣテー
ブルを検索して算出されるガス組成補正項である。ＤＩ
ＧＫＮＫＧＣテーブルは、クルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲ
Ｓが所定値ＫＲＥＦＸ（例えば０．９５）より大きい範
囲で補正項ＤＩＧＫＮＫＧＣが「０」に設定され、ＫＲ
ＥＦＣＲＳ＜ＫＲＥＦＸの範囲では、ＫＲＥＦＣＲＳが
減少するほど補正項ＤＩＧＫＮＫＧＣが減少するように
設定されている。図６（ｂ）のＤＩＧＫＮＫＧＣテーブ
ルは、図８（ｂ）に示すウオッベ指数ＷＩとノッキング
点火時期θＫＮＫとの関係に対応させたものである。

【００６１】またＫＩＧＮＥは、エンジン回転数ＮＥに
応じて図６（ｃ）に示すＫＩＧＮＥテーブルを検索して
算出されるエンジン回転数補正係数である。ＫＩＧＮＥ
テーブルは、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥ０
（例えば６０００ｒｐｍ）より低い範囲では、補正係数
ＫＩＧＮＥが「０」に設定され、ＮＥ＞ＮＥ０の範囲で
は、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど補正係数ＫＩＧ
ＮＥが増加するように設定されている。また、ＫＩＧＰ
ＢＡは、吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて図６（ｄ）に示
すＫＩＧＰＢＡテーブルを検索して算出される負荷補正
係数である。ＫＩＧＰＢＡテーブルは、吸気管内絶対圧
ＰＢＡが所定圧ＰＢＡ０（例えば５６０ｍｍＨｇ）より
低い範囲では、補正係数ＫＩＧＰＢＡが「０」に設定さ
れ、ＰＢＡ＞ＰＢＡ０の範囲では、吸気管内絶対圧ＰＢ
Ａが高くなるほど補正係数ＫＩＧＰＢＡが増加するよう
に設定されている。

【００６２】ステップＳ５６では、前記式（２）により
基本点火時期θＩＧＭにＭＢＴ補正項ＤＩＧＭＢＴ及び
ノッキング補正項ＤＩＧＫＮＫを加算することにより、
点火時期θＩＧを算出し、本処理を終了する。

【００６３】図７は、エンジン回転数ＮＥ（＞ＮＥ０）
を一定とし、スロットル弁をほぼ全開とした運転状態に
おけるクルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳと各補正項ＤＩＧ
ＭＢＴ，ＤＩＧＫＮＫ（破線）との関係を示す図であ
り、実線が両者の和に相当する。このような運転状態で
は、クルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳが小さいときは、換
言すればウオッベ指数ＷＩが大きい燃料の使用時は、Ｍ
ＢＴ補正項ＤＩＧＭＢＴ及びノッキング補正項ＤＩＧＫ
ＮＫがともに負の値となり、点火時期θＩＧは遅角方向
に補正される。その結果、ノッキングを発生しない範囲
で最適の点火時期に設定することができる。

【００６４】図５の処理によれば、点火時期θＩＧが、
使用中の燃料の組成を示すパラメータとしてのクルーズ
平均値ＫＲＥＦＣＲＳに応じて補正されるので、ノッキ
ングが発生しない範囲で、使用中の燃料に適した最適の
点火時期に制御することができる。その結果、使用する
天然ガスの組成のばらつきを適切に補正し、良好な運転
性を得ることができる。

【００６５】本実施形態では、図２の処理がフィードバ
ック制御手段に相当し、図５のステップＳ５１が点火時
期制御手段に相当し、図３の処理が組成パラメータ算出
手段に相当し、図５のステップＳ５３，Ｓ５４，Ｓ５６
が点火時期補正手段に相当する。そして、図５のステッ
プＳ５３で算出されるＭＢＴ補正項ＤＩＧＭＢＴによる
補正が、エンジン１の出力が最大となるように点火時期
を補正することに相当し、同図のステップＳ５４で算出
されるノッキング補正項ＤＩＧＫＮＫによる補正が、エ
ンジン１のノッキングを防止するための補正に相当す
る。

【００６６】（他の実施形態）なお本発明は上述した実
施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上述した実施形態では、クルーズ平均値ＫＲＥ
ＦＣＲＳを天然ガスの組成を示す組成パラメータとした
が、図８（ｃ）に示す関係を用いて空燃比補正係数ＫＯ
２をウオッベ指数ＷＩに変換し、ウオッベ指数ＷＩを組
成パラメータとして用いてもよい。

【００６７】また、ノッキング補正項ＤＩＧＫＮＫは、
前記式（７）に代えて下記式（７ａ）により算出するよ
うにしてもよい。ＤＩＧＫＮＫ＝ＤＩＧＫＮＫＧＣ＋ＤＩＧＫＮＫＮＥ＋ＤＩＧＫＮＫＰＢＡ（７ａ）ここで、ＤＩＧＫＮＫＮＥは、エンジン回転数ＮＥに応
じて図９（ａ）に示すように設定されるエンジン回転数
補正項であり、ＤＩＧＫＮＫＰＢＡは、吸気管内絶対圧
ＰＢＡに応じて同図（ｂ）に示すように設定される負荷
補正項である。

【００６８】また、ノッキングセンサなどによりノッキ
ングの発生を検出し、その検出結果に応じてノッキング
補正項ＤＩＧＫＮＫを修正することにより、点火時期の
フィードバック補正を行うようにしてもよい。

【００６９】また、上述した実施形態では、クルーズ平
均値ＫＲＥＦＣＲＳ及び組成検出フラグＦＧＣは、バッ
クアップメモリに保持し、燃料の充填があったときに、
それぞれ「１．０」及び「０」にリセットするようにし
たが、クルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲＳを「１．０」にリ
セットすることに代えて、クルーズ平均値ＫＲＥＦＣＲ
Ｓを算出する前記式（３）のなまし係数ＣＲＥＦをその
充填直後の所定期間（ｎＣＲＳ＜Ｎである期間）内は、
該所定期間以外のときより大きな値に設定する（補正係
数ＫＯ２の今回値の寄与度を大きくする）ようにしても
よい。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、機関の定常的な運転状態において空燃比検
出手段の出力に基づいて設定される空燃比制御量に応じ
て燃料、すなわち天然ガスの組成を示す組成パラメータ
が算出され、該算出された組成パラメータに応じて点火
時期が補正されるので、組成の異なる天然ガスを使用し
た場合でも、常に良好な点火時期制御を行うことができ
る。

【００７１】請求項２に記載の発明によれば、使用して
いる燃料の組成パラメータに応じて機関の出力が最大と
なるように点火時期が補正されるので、組成の異なる天
然ガスを使用した場合でも、常に機関の出力が最大とな
るような点火時期に制御することができる。

【００７２】請求項３に記載の発明によれば、組成パラ
メータに応じて機関のノッキングを防止するためのノッ
キング補正項が算出され、該ノッキング補正項により点
火時期が補正されるので、組成の異なる天然ガスを使用
した場合でも、ノッキングの発生しない範囲で最適の点
火時期に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその
制御装置の構成を示す図である。

【図２】空燃比補正係数（ＫＯ２）を算出する処理のフ
ローチャートである。

【図３】空燃比補正係数のクルーズ平均値（ＫＲＥＦＣ
ＲＳ）を算出する処理のフローチャートである。

【図４】車両のクルーズ状態を判定する処理のフローチ
ャートである。

【図５】点火時期（θＩＧ）を算出する処理のフローチ
ャートである。

【図６】図５の処理で使用するテーブルを示す図であ
る。

【図７】点火時期の補正項（ＤＩＧＭＢＴ，ＤＩＧＫＮ
Ｋ）の設定例を示す図である。

【図８】ウオッベ指数（ＷＩ）と最適点火時期（ＭＢ
Ｔ）、ノッキング点火時期（θＫＮＫ）及び空燃比補正
係数（ＫＯ２）との関係を示す図である。

【図９】ノッキング補正項を算出するためのテーブルを
示す図である。

【符号の説明】

１内燃機関５電子コントロールユニット（フィードバック制御手
段、点火時期制御手段、燃料組成パラメータ算出手段、
点火時期補正手段）６燃料噴射弁１３排気管１６酸素濃度センサ（空燃比検出手段）１９車速センサ２０点火プラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細貝誠一埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者井出温埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 3G022 AA00 CA03 DA02 FA03 FA04 FA06 GA00 GA01 GA05 GA07 GA08 GA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然ガスを燃料とする内燃機関の排気系
に設けられた空燃比検出手段と、該空燃比検出手段の出
力に応じて前記機関に供給する混合気の空燃比をフィー
ドバック制御するフィードバック制御手段と、前記機関
の運転状態に応じて点火時期を制御する点火時期制御手
段とを有する天然ガス用内燃機関の制御装置において、前記機関の定常的な運転状態で前記フィードバックに用
いられる空燃比制御量に応じて前記燃料の組成を示す組
成パラメータを算出する燃料組成パラメータ算出手段
と、該組成パラメータに応じて点火時期を補正する点火
時期補正手段とを有することを特徴とする天然ガス用内
燃機関の制御装置。
【請求項２】前記点火時期補正手段は、前記組成パラ
メータに応じて前記機関の出力が最大となるように前記
点火時期を補正することを特徴とする請求項１に記載の
天然ガス用内燃機関の制御装置。
【請求項３】前記点火時期補正手段は、前記組成パラ
メータに応じて前記機関のノッキングを防止するための
ノッキング補正項を算出し、該ノッキング補正項により
前記点火時期を補正することを特徴とする請求項１また
は２に記載の天然ガス用内燃機関の制御装置。