CN103670805A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Aisan Industry Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

提供一种内燃机的控制装置，在从使用液体燃料的运转模式转变为使用气体燃料的运转模式时，能够降低对构成内燃机的气缸提供气体燃料所需的电力消耗量。控制装置在汽油运转模式下的机械运转过程中当CNG的输送燃料压力PDc为开始判断值PDTh1以上时、即步骤S13：“是”，开始进行减压处理，对多个气缸中的至少一个气缸提供CNG、即步骤S14。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及能够使用液体燃料和气体燃料的双燃料型的内燃机的控制装置。
背景技术
以往，作为双燃料型的内燃机，例如提出了专利文献1所述的内燃机。在这种双燃料型的内燃机中设置有喷射汽油等液体燃料的第一喷射阀以及喷射CNG(压缩天然气)等气体燃料的第二喷射阀。
而且，在使用液体燃料的第一运转模式下进行机械运转时，从第一喷射阀喷射液体燃料，另一方面，禁止从第二喷射阀喷射气体燃料。另外，在以使用气体燃料的第二运转模式进行运转时，从第二喷射阀喷射气体燃料，另一方面，禁止从第一喷射阀喷射液体燃料。
专利文献1：日本特开2005-214079号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，在以城市间的移动为代表的车辆的长距离移动时，考虑燃料消耗量方面，有时内燃机以第一运转模式长时间持续运转。在该情况下，包含液体燃料的混合气体在燃烧室内燃烧而产生的热等经由第一喷射阀传递到气体燃料的提供系统，因此构成该提供系统的输送管内的气体燃料的温度上升。于是，在内燃机以第一运转模式进行运转时不能使用输送管内的气体燃料，因此气体燃料的压力逐步提高。
在此，对阀体的背面侧施加的气体燃料的压力、即输送管内的气体燃料的压力越大则第二喷射阀越难以打开。这样，在气体燃料的压力大时，打开第二喷射阀所需的电力值变大。
因此，在由于第一运转模式长期持续而输送管内的气体燃料的压力变高之后运转模式转变为第二运转模式时，与气体燃料的压力没有变高的情况相比，内燃机以第二运转模式运转时从第二喷射阀喷射气体燃料所需的电力消耗量增加。
本发明是鉴于这种情形而完成的。其目的在于提供一种内燃机的控制装置，在从使用液体燃料的运转模式转变为使用气体燃料的运转模式时能够降低向构成内燃机的气缸提供气体燃料所需的电力消耗量。
用于解决问题的方案
以下，说明用于达到上述目的的方案及其作用效果。
本发明的一个方式是选择性地利用使用液体燃料的第一运转模式和使用气体燃料的第二运转模式的双燃料型的内燃机的控制装置。该控制装置的宗旨在于，在内燃机以第一运转模式运转的过程中气体燃料的燃料压力为开始判断值以上时，开始进行减压处理对构成内燃机的多个气缸中的至少一个气缸提供气体燃料。
根据上述结构，当内燃机以第一运转模式运转的过程中气体燃料的压力为开始判断值以上时，开始进行减压处理，对各气缸中的至少一个气缸提供气体燃料。其结果，在以第一运转模式运转的过程中，能够使气体燃料的压力低于开始判断值。因此，之后在运转模式从第一运转模式转变为第二运转模式时，能够降低向构成内燃机的各气缸提供气体燃料所需的电力消耗量。
此外优选为，在气体燃料的压力小于结束判断值时结束减压处理，其中，该结束判断值被设定为比开始判断值低。由此，与在气体燃料的压力低于开始判断值的定时结束减压处理的情况相比，能够抑制发生连续地反复开始和结束减压处理、即所谓波动。
另外优选为，在从减压处理的开始时间点起的经过时间经过了规定期间时结束该减压处理。采用这种控制结构也能够抑制产生连续地反复开始和结束减压处理、即所谓波动。
另外也可以是，将气体燃料提供给喷射阀的气体燃料提供系统具备对喷射阀提供气体燃料的输送管以及对该输送管提供调压后的气体燃料的调节器。优选为，在进行减压处理时允许将由调节器调压后的气体燃料提供给输送管。
根据上述结构，抑制在由于减压处理而输送管内的气体燃料被消耗期间输送管内的气体燃料的压力低于由调节器调压后的气体燃料的压力。因而，能够对通过执行减压处理而提供气体燃料的气缸继续提供适量的气体燃料。
另外，在被提供的气体燃料的压力为阀打开临界压力以上时，不能从气体燃料用的喷射阀喷射气体燃料。因此优选为，将开始判断值设定为小于阀打开临界压力的值。由此，能够避免在内燃机以第一运转模式运转的过程中在开始减压处理之前运转模式从第一运转模式转变为第二运转模式时气体燃料的压力超过阀打开临界压力的情况。因而，能够抑制内燃机在以第二运转模式进行运转时产生来自喷射阀的气体燃料喷射不良这一情况。
此外也可以是，减压处理是对各气缸中的一部分气缸提供气体燃料的处理。由此，能够在对其余的气缸提供液体燃料的阶段降低气体燃料的压力。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的双燃料型的内燃机及其控制装置的结构图。
图2是表示在第一实施方式中在决定减压处理的开始定时和结束定时时所执行的处理例程的流程图。
图3是表示在第一实施方式中内燃机以汽油运转模式运转的过程中开始减压处理的情况下CNG的输送燃料压力发生变化的样子的时序图。
图4是表示在第二实施方式中决定减压处理的开始定时和结束定时时所执行的处理例程的流程图。
附图标记说明
11：双燃料型的内燃机；161～164：CNG用喷射阀；17：作为内燃机的输出轴的曲轴；30：作为气体燃料提供系统的CNG提供系统；33：CNG用输送管；35：调节器；50：控制装置；Cnt：作为经过时间的计数器；CntTh：作为规定期间的计数判断值；PDc：作为气体燃料的压力的输送燃料压力；PDcmax：阀打开临界压力；PDTh1：开始判断值；PDTh2：结束判断值；#1～#4：气缸。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，按照图1～图3说明使本发明具体化的第一实施方式。
如图1所示，双燃料型的内燃机11具备提供作为液体燃料的汽油的作为液体燃料提供系统的汽油提供系统20以及提供作为气体燃料的CNG(压缩天然气)的作为气体燃料提供系统的CNG提供系统30。在使构成这种内燃机11的多个气缸#1、#2、#3、#4吸入进气的进气通路上从进气的流动方向的上游侧向下游侧依次设置有空气净化器(未图示)、节气阀12以及稳压箱13等。另外，在进气的流动方向上的稳压箱13的下游侧设置有进气歧管14，该进气歧管14使进气通路内的进气的气流分流到各气缸#1～#4。
另外，在进气歧管14中使各气缸#1～#4吸入进气的分岐流路中设置有喷射汽油的汽油用喷射阀151、152、153、154和喷射CNG的CNG用喷射阀161、162、163、164。而且，在气缸#1～#4内的燃烧室内包含汽油或者CNG和进气的混合气体进行燃烧时，内燃机11的作为输出轴的曲轴17向规定的旋转方向旋转。
此外，气缸#1～#4内的混合气体燃烧而产生的废气经由由排气歧管18等构成的排气通路而排出。
在汽油提供系统20设置有从汽油箱21内抽吸汽油的燃料泵22以及将从该燃料泵22喷出的汽油加压输送的汽油用输送管23。而且，从汽油用输送管23对各汽油用喷射阀151～154提供汽油。
在CNG提供系统30设置有与CNG箱31相连接的高压燃料配管32以及与该高压燃料配管32的下游端相连接的CNG用输送管33。在高压燃料配管32设置有截止阀34以及配置在比截止阀34更靠下游侧的调节器35，其中，该截止阀34在使用CNG进行机械运转时打开，而在使用汽油进行机械运转时关闭。该调节器35进行动作使得规定的燃料压力的CNG被提供给CNG用输送管33。在本实施方式中，还将由调节器35调压后的燃料压力的情况称为“系统燃料压力PDcmin”。
接着，说明本实施方式的内燃机11的控制装置50。
如图1所示，控制装置50与压力传感器SE1、油门踏板开度传感器SE2以及曲柄角传感器SE3等进行电连接，其中，压力传感器SE1检测CNG用输送管33内的燃料压力，油门踏板开度传感器SE2检测驾驶员的加速操作量，曲柄角传感器SE3检测作为输出轴的旋转速度的曲轴17的转速。另外，控制装置50与汽油提供系统20(具体地说，燃料泵22等)、CNG提供系统30的截止阀34、各汽油用喷射阀151～154以及各CNG用喷射阀161～164等进行电连接。
这种控制装置50具备未图示的由CPU、ROM以及RAM构成的微型计算机。ROM存储有由CPU执行的各种控制程序等。另外，RAM临时存储有车辆的未图示的在点火开关被接通期间可适当地重写的信息。
另外，在本实施方式的内燃机11中，选择性地利用使用汽油的运转模式即汽油运转模式(第一运转模式)、使用CNG的运转模式即CNG运转模式(第二运转模式)。在汽油运转模式进行机械运转时，禁止从CNG用喷射阀161～164喷射CNG。因此，在机械运转过程中产生的热经由CNG用喷射阀161～164等传递到CNG用输送管33且CNG用输送管33内的CNG的温度上升，作为CNG用输送管33内的CNG的压力的输送燃料压力PDc上升。于是，向CNG用喷射阀161～164的阀体(未图示)的背面侧施加的压力变高，在使CNG用喷射阀161～164喷射CNG时需要使CNG用喷射阀161～164产生大电磁力。即，有可能导致CNG用喷射阀161～164进行动作所需的电力消耗量增加。
因此，在本实施方式中，以在汽油运转模式下的机械运转过程中输送燃料压力PDc增加的情况为触发，开始进行对各气缸#1～#4中的至少一个气缸(在本实施方式中，第一气缸#1)提供CNG来代替汽油的减压处理。通过执行该减压处理，一点一点地使用CNG用输送管33内的CNG，使输送燃料压力PDc减少。
另外，在减压处理中，以CNG的输送燃料压力PDc不会过于低的方式打开截止阀34。即，允许将由调节器35调压后的CNG提供给CNG用输送管33。
接着，参照图2示出的流程图来说明在决定减压处理的开始定时和结束定时时由控制装置50执行的处理例程。此外，该处理例程是分别按照预先设定的规定循环来执行的例程。
在图2示出的处理例程中，控制装置50判断运转模式是否为汽油运转模式(步骤S11)。在运转模式并非汽油运转模式的情况下(步骤S11：“否”)，运转模式为CNG运转模式，因此控制装置50暂时结束本处理例程。另一方面，在运转模式为汽油运转模式的情况下(步骤S11：“是”)，控制装置50判断处理标志FLG是否为“0(零)”(步骤S12)。该处理标志FLG是在执行减压处理过程中复位为“1”的标志。
在处理标志FLG为“1”的情况下(步骤S12：“否”)，处于执行减压处理的过程，因此控制装置50将其处理转移到后述的步骤S16。另一方面，在处理标志FLG为“0(零)”的情况下(步骤S12：“是”)，处于没有执行减压处理，因此，控制装置50获取基于来自压力传感器SE1的检测信号得到的CNG的输送燃料压力PDc，判断该输送燃料压力PDc是否为预先设定的开始判断值PDTh1以上(步骤S13)。该开始判断值PDTh1被设定为小于CNG用喷射阀161～164的阀打开临界压力PDcmax的值。此外，“阀打开临界压力PDcmax”是指当输送燃料压力PDc进一步增加时则无法从CNG用喷射阀161～164喷射CNG的压力。
在输送燃料压力PDc小于开始判断值PDTh1的情况下(步骤S13：“否”)，控制装置50暂时结束本处理例程。另一方面，在输送燃料压力PDc为开始判断值PDTh1以上的情况下(步骤S13：“是”)，控制装置50开始进行减压处理(步骤S14)。接着，控制装置50将处理标志FLG复位为“1”(步骤S15)，暂时结束本处理例程。
在步骤S16中，控制装置50判断CNG的输送燃料压力PDc是否为小于结束判断值PDTh2，该结束判断值PDTh2小于开始判断值PDTh1且大于上述系统燃料压力PDcmin。在输送燃料压力PDc为结束判断值PDTh2以上的情况下(步骤S16：“否”)，继续进行减压处理，因此，控制装置50暂时结束本处理例程。
另一方面，在输送燃料压力PDc小于结束判断值PDTh2的情况下(步骤S16：“是”)，能够判断为输送燃料压力PDc充分低，因此控制装置50结束减压处理(步骤S17)。接着，控制装置50将处理标志FLG设定为“0(零)”(步骤S18)，暂时结束本处理例程。
接着，参照图3示出的时序图说明在汽油运转模式下进行机械运转时的动作。
在内燃机汽油运转模式下的运转过程中，各气缸#1～#4内的包含汽油的混合气体燃烧而产生的热传递到CNG提供系统30。于是，禁止从CNG用喷射阀161～164喷射CNG，因此随着CNG用输送管33内的CNG的温度上升，CNG的输送燃料压力PDc增加。
而且，如图3所示，在输送燃料压力PDc为开始判断值PDTh1以上的第一定时t1开始进行减压处理，该开始判断值PDTh1低于阀打开临界压力PDcmax。于是，对各气缸#1～#4中的气缸#2～#4仍然提供汽油，而对气缸#1开始提供CNG来代替汽油。即，即使在汽油运转模式下的机械运转过程中，也从CNG用喷射阀161喷射CNG，因此CNG用输送管33内的CNG一点一点地被消耗。
另外，在汽油运转模式下的机械运转过程中，通常不使用CNG，因此由截止阀34停止从CNG箱31向CNG用输送管33提供CNG。但是，当开始进行减压处理时，即使在内燃机在以汽油运转模式运转的过程中，也打开截止阀34，允许从CNG箱31向CNG用输送管33提供CNG。
通过在第一定时t1开始进行减压处理，输送燃料压力PDc随着时间经过逐渐减小。而且，当在第二定时t2输送燃料压力PDc小于结束判断值PDTh2时结束减压处理。此时，在运转模式仍然为汽油运转模式的情况下，停止从CNG用喷射阀161对第一气缸#1喷射CNG，而从汽油用喷射阀151喷射汽油。另外，由于停止提供CNG，因此截止阀34被关闭，禁止从CNG箱31向CNG用输送管33提供CNG。
之后，当运转模式从汽油运转模式转变为CNG运转模式时，对各气缸#1～#4提供CNG而不是汽油。此时，输送燃料压力PDc变得小于开始判断值PDTh1。因此，与在输送燃料压力PDc为开始判断值PDTh1以上的状态下从CNG用喷射阀161～164喷射CNG的情况相比，抑制提供给CNG用喷射阀161～164的电力消耗量增加并且在CNG运转模式下进行机械运转。
如上所述，在本实施方式中，能够得到以下示出的效果。
(1)在汽油运转模式下的机械运转过程中，当CNG的输送燃料压力PDc为开始判断值PDTh1以上时开始进行减压处理，对第一气缸#1提供CNG来代替汽油。其结果，能够在第一运转模式下的机械运转过程中降低CNG的输送燃料压力PDc。因此，之后在运转模式从汽油运转模式转变为CNG运转模式时，由于输送燃料压力PDc小于开始判断值PDTh1，因此能够不导致电力消耗量增加而使CNG用喷射阀161～164进行动作。
(2)在本实施方式中，当输送燃料压力PDc小于结束判断值PDTh2时结束减压处理。由此，与在输送燃料压力PDc小于开始判断值PDTh1的定时结束减压处理的情况相比，能够抑制发生连续地反复开始和结束减压处理、即所谓波动。
(3)另外，在减压处理过程中，通过打开截止阀34，允许从CNG箱31向CNG用输送管33提供CNG。因此，抑制在减压处理过程中输送燃料压力PDc变得小于系统燃料压力PDcmin的情况。因而，在从CNG用喷射阀喷射CNG时，能够从CNG用喷射阀喷射与要求喷射量对应的适量的CNG。
(4)另外，在本实施方式中，将开始判断值PDTh1设定为小于阀打开临界压力PDcmax的值。由此，能够避免以下情况：在第一运转模式下的机械运转过程中当开始进行减压处理之前运转模式从汽油运转模式转变为CNG运转模式时，CNG的输送燃料压力PDc超过阀打开临界压力PDcmax。因而，能够抑制发生在CNG运转模式下的机械运转过程中的CNG喷射不良。
(5)另外，在第一运转模式下的机械运转过程中适当地执行减压处理，由此避免在第二运转模式下进行机械运转时CNG用喷射阀161～164的动作所需的电力增加这一情况。因此，能够采用阀打开临界压力PDcmax低的喷射阀作为CNG用喷射阀。另外，作为CNG用喷射阀161用的升压电路，还能够采用升压特性低的电路。
(6)并且，在CNG的输送燃料压力PDc为开始判断值PDTh1以上的状态下，运转模式几乎不会转变为CNG运转模式。因此，在CNG运转模式下的机械运转过程中，能够高精度地调整在输送燃料压力PDc为开始判断值PDTh1以上的高压状态下可避免的CNG的喷射的量、即CNG的喷射量。
(第二实施方式)
接着，按照图4说明本发明的第二实施方式。此外，第二实施方式的减压处理的结束定时的决定方法与第一实施方式不同。因而，在以下说明中，主要说明与第一实施方式不同的部分，对与第一实施方式相同的构件结构附加相同的附图标记而省略重复说明。
在本实施方式中，在汽油运转模式下的机械运转过程中当开始进行减压处理时，在从其开始时间点起的经过时间到达规定期间的定时结束减压处理。而且，通过试验、模拟等将该规定期间预先设定为与车辆的特性相应的长度。
接着，参照图4示出的流程图说明在决定减压处理的开始定时和结束定时时控制装置50所执行的处理例程。此外，该处理例程是分别按照预先设定各规定循环来执行的例程。
在图4示出的处理例程中，在运转模式为汽油运转模式(步骤S11：“是”)、处理标志FLG为“1”的情况下(步骤S12：“否”)，控制装置50将其处理转移到后述的步骤S161。另一方面，在运转模式为汽油运转模式(步骤S11：“是”)、处理标志FLG为“0(零)”的情况下(步骤S12：“是”)，控制装置50将其处理转移到步骤S13。
然后，在CNG的输送燃料压力PDc为开始判断值PDTh1以上的情况下(步骤S13：“是”)，控制装置50开始进行减压处理(步骤S14)，将处理标志FLG设定为“1”(步骤S15)。接着，控制装置50将与开始减压处理起的经过时间相当的计数器Cnt设定为“0(零)”(步骤S151)，暂时结束本处理例程。
在步骤S161中，控制装置50使计数器Cnt仅递增“1”。接着，控制装置50判断更新后的计数器Cnt是否为与上述规定期间相当的计数判断值CntTh以上(步骤S162)。在计数器Cnt小于计数判断值CntTh的情况下(步骤S162：“否”)，由于减压处理的结束条件不成立、即减压处理的执行时间没有达到规定期间，因此控制装置50暂时结束本处理例程。
另一方面，在计数器Cnt为计数判断值CntTh以上的情况下(步骤S162：“是”)，减压处理的结束条件已成立、即减压处理的执行时间到达规定期间，因此控制装置50结束减压处理(步骤S17)。接着，控制装置50将处理标志FLG设定为“0(零)”(步骤S18)，暂时结束本处理例程。
如上所述，在本实施方式中，除了得到与上述第一实施方式的效果(1)、(3)～(6)相等的效果以外，还能够得到以下示出的效果。
(7)在本实施方式中，当开始进行减压处理时，开始对与从其开始时间点起的经过时间相当的计数器Cnt进行更新。而且，当该计数器Cnt为计数判断值CntTh以上时结束减速处理。由此，与在输送燃料压力PDc变得小于开始判断值PDTh1的定时结束减压处理的情况相比，能够抑制发生连续地反复开始和结束减压处理、即所谓波动。
此外，也可以将上述各实施方式变更为以下那样的其它实施方式。
·在第二实施方式中，在执行减压处理过程中，在计数器Cnt变为计数判断值CntTh以上之前CNG的输送燃料压力PDc变为结束判断值PDTh2以下的情况下，即使计数器Cnt没有达到计数判断值CntTh也能够结束减压处理。
·在第一实施方式中，在减压处理过程中也可以使截止阀34保持关闭状态。在该情况下，也能够在输送燃料压力PDc变为系统燃料压力PDcmin以下之前结束减压处理，因此能够抑制发生在减压处理过程中CNG喷射不良这一情况。
·在各实施方式中，在减压处理中，对各气缸#1～#4中的一部分气缸提供CNG来代替汽油即可，例如也可以对两个气缸提供CNG来代替汽油，也可以对三个气缸提供CNG来代替汽油。
·在各实施方式中，在减压处理中，也可以对全部气缸#1～#4提供CNG来代替汽油。
·在各实施方式中也可以是，监视CNG的输送燃料压力PDc的上升速度，在开始进行减压处理时，在该时间点的上升速度快时比上升速度慢时将提供CNG的气缸的数量增加。由此，通过执行减压处理来能够减小输送燃料压力PDc。
·在各实施方式中也可以是，不管是否执行减压处理而在CNG的输送燃料压力PDc没有减小的情况下，增加提供CNG的气缸的数量。由此，通过执行减压处理能够减小输送燃料压力PDc。
·在各实施方式中也可以是，在执行减压处理过程中，在运转模式转变为CNG运转模式的情况下，在该时间点结束减压处理。
·在各实施方式中也可以是，使减压处理持续到运转模式从汽油运转模式转变为CNG运转模式为止。
·在各实施方式中也可以是，在减压处理过程中，对至少一个气缸提供汽油和CNG。
·在各实施方式中，气体燃料可以是CNG以外的其它气体燃料(氢气等)，也可以是LPG(液化石油气)。例如，在气体燃料为氢气的情况下，作为液体燃料可举出汽油。另外，在气体燃料为二甲醚(DME)的情况下，作为液体燃料可举出轻油。
接着，以下补充说明根据上述各实施方式和其它实施方式能够掌握的技术思想。
(i)优选为，将结束判断值设定为大于由调节器调压得到的气体燃料的压力的值。这样，能够在气体燃料的压力变得过于低之前结束减压处理。

Claims (10)

1.一种内燃机的控制装置，是选择性地利用使用液体燃料的第一运转模式和使用气体燃料的第二运转模式的双燃料型的内燃机的控制装置，其特征在于，
在上述第一运转模式下的机械运转过程中当气体燃料的燃料压力为开始判断值以上时，开始进行对构成上述内燃机的多个气缸中的至少一个气缸提供气体燃料的减压处理。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在气体燃料的压力小于结束判断值时结束上述减压处理，其中，该结束判断值被设定为比上述开始判断值低。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在从上述减压处理的开始时间点起的经过时间经过了规定期间时，结束该减压处理。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
将气体燃料提供给喷射阀的气体燃料提供系统具备对上述喷射阀提供气体燃料的输送管以及对该输送管提供调压后的气体燃料的调节器，
在进行上述减压处理时，允许将由上述调节器调压后的气体燃料提供给上述输送管。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
气体燃料用的喷射阀构成为：在提供给该喷射阀的气体燃料的压力为阀打开临界压力以上时不能打开该喷射阀，
将上述开始判断值设定为小于上述阀打开临界压力的值。
6.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
气体燃料用的喷射阀构成为：在提供给该喷射阀的气体燃料的压力为阀打开临界压力以上时不能打开该喷射阀，
将上述开始判断值设定为小于上述阀打开临界压力的值。
7.根据权利要求1～3中的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
上述减压处理是对各上述气缸中的一部分气缸提供气体燃料的处理。
8.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
上述减压处理是对各上述气缸中的一部分气缸提供气体燃料的处理。
9.根据权利要求5所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
上述减压处理是对各上述气缸中的一部分气缸提供气体燃料的处理。
10.根据权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
上述减压处理是对各上述气缸中的一部分气缸提供气体燃料的处理。
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