CN104011349A - 用于内燃机的控制系统和用于压缩天然气的惰性气体浓度检测设备 - Google Patents

Abstract

在控制系统中，所述控制系统包括：向燃料喷射阀供应压缩天然气的压力蓄积部；以及调节器，所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为设定压力，所述调节器的阀件在向所述压力蓄积部供应压缩天然气时打开，并且在切断向所述压力蓄积部供应压缩天然气时关闭，在通过所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为所述设定压力时，基于所述阀件的开度从第一预定开度减小至第二预定开度(S102)的时段(Δtv)的时长，来控制涉及内燃机中的燃烧状态的控制参数(S105)。

Description

用于内燃机的控制系统和用于压缩天然气的惰性气体浓度检测设备

技术领域

本发明涉及一种用于使用压缩天然气(CNG)作为燃料的内燃机的控制系统和一种用于CNG的惰性气体浓度检测设备。

背景技术

公开号为2004-346911的日本专利申请(JP2004-346911A)介绍了一种用于在使用CNG作为燃料的内燃机中基于燃料性质校正燃料喷射量的技术。在JP2004-346911A中，基于测量气缸内压力的缸内压力传感器的测量值来识别燃料性质。基于识别的燃料性质来校正燃料喷射量。

公开号为2004-346842的日本专利申请(JP2004-346842A)介绍了一种涉及在能够独立供应汽油和CNG作为燃料的双燃料发动机中的启动控制的技术。

在内燃机中用作燃料的CNG的性质并非总是一致的。也就是说，CNG中包含的惰性气体(例如二氧化碳(CO₂)和氮气(N₂))的量可以根据例如CNG的加气站而有明显改变。由于在内燃机中用作燃料的CNG中的惰性气体浓度改变，CNG的燃烧状态可能不稳定或排气特性可能恶化。

发明内容

本发明提供了一种技术，即使在CNG中的惰性气体浓度在内燃机中改变时，所述技术也有助于使用CNG作为燃料的内燃机的正确操作。

本发明的第一方面提供了一种用于内燃机的控制系统，所述内燃机使用压缩天然气作为燃料。所述控制系统包括：压力蓄积部，所述压力蓄积部在将从内燃机的燃料喷射阀喷射的压缩天然气保持在设定压力的状态下储存压缩天然气，并且向所述燃料喷射阀供应压缩天然气；调节器，所述调节器包括阀件，所述阀件在向所述压力蓄积部供应压缩天然气时打开并且在切断向所述压力蓄积部供应压缩天然气时关闭，以使所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为所述设定压力；以及控制单元，所述控制单元在通过所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为所述设定压力时，基于所述阀件的开度从第一预定开度减小至第二预定开度的期间或与所述期间相关的参数，来控制涉及所述内燃机中的燃烧状态的控制参数。

通过这种构造，可以将涉及所述内燃机中的燃烧状态的控制参数控制为与CNG中包含的、且在所述内燃机中实际经历燃烧的惰性气体的浓度相对应的值。因此，即使在CNG中包含的惰性气体的浓度已经由于例如新的CNG的加入而改变时，也可以正确地操作所述内燃机。

在根据本发明的第一方面的控制系统中，所述调节器可以被设置在将压缩天然气引导至所述压力蓄积部的燃料供应通道中。

在根据本发明的第一方面的控制系统中，所述控制单元除了可以基于所述调节器的所述阀件的开度从所述第一预定开度减小至所述第二预定开度的所述期间或与所述期间相关的参数以外，还可以基于所述调节器上游侧的CNG的压力或与所述调节器上游侧的CNG的压力相关的参数来控制涉及所述内燃机中的燃烧状态的控制参数。通过这种构造，可以正确地操作所述内燃机。

本发明的第二方面提供了一种惰性气体浓度检测设备，所述惰性气体浓度检测设备在使用压缩天然气作为燃料的内燃机中检测压缩天然气中的惰性气体浓度。所述惰性气体浓度检测设备包括：压力蓄积部，所述压力蓄积部在将从内燃机的燃料喷射阀喷射的压缩天然气保持在设定压力的状态下储存压缩天然气，并且向所述燃料喷射阀供应压缩天然气；调节器，所述调节器包括阀件，所述阀件在向所述压力蓄积部供应压缩天然气时打开并且在切断向所述压力蓄积部供应压缩天然气时关闭，以使所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为所述设定压力；以及估算单元，所述估算单元在通过所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为所述设定压力时，基于所述阀件的开度从第一预定开度减小至第二预定开度的期间或与所述期间相关的参数，来估算压缩天然气中包含的惰性气体的浓度。通过这种构造，即使在CNG中包含的惰性气体的浓度已经由于例如新的CNG的加入而改变时，也可以检测CNG中包含的、且在所述内燃机中实际经历燃烧的惰性气体的浓度。另外，在内燃机启动时，可以在空气-燃料混合物被点燃之前的时间点(在从所述燃料喷射阀喷射CNG之前的时间点)检测CNG中包含的惰性气体的浓度。

在根据本发明的第二方面的惰性气体浓度检测设备中，所述调节器可以被设置在将压缩天然气引导至压力蓄积部的燃料供应通道中。

在根据本发明的第二方面的惰性气体浓度检测设备中，所述估算单元除了基于所述调节器的所述阀件的开度从所述第一预定开度减小至所述第二预定开度的所述期间或与所述期间相关的参数以外，还可以基于所述调节器上游侧的CNG的压力或与所述调节器上游侧的CNG的压力相关的参数来估算CNG中包含的惰性气体的浓度。通过这种构造，可以进一步高度准确地估算CNG中包含的惰性气体的浓度。

本发明的第三方面提供了一种用于内燃机的控制系统。所述控制系统包括控制单元，所述控制单元基于压缩天然气中包含的惰性气体的浓度控制涉及内燃机中的燃烧状态的控制参数，所述惰性气体的浓度是由根据本发明的第二方面的惰性气体浓度检测设备中的估算单元估算的。

根据本发明，正如在本发明的第一方面中的情况，可以将涉及内燃机中的燃烧状态的控制参数控制为与内燃机中实际经历燃烧的CNG中包含的惰性气体的浓度相对应的值。因此，即使在CNG中包含的惰性气体的浓度已经由于例如新的CNG的加入而改变时，也可以正确地操作所述内燃机。

附图说明

以下将参照附图介绍本发明的示范性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1是示出了机动车的示意性构造的视图，在机动车上装有根据第一实施例的使用CNG作为燃料的内燃机；

图2是示出了根据第一实施例的调节器的示意性构造的第一视图；

图3是示出了根据第一实施例的调节器的示意性构造的第二视图；

图4是示出了CNG中的惰性气体浓度和化学计量的空燃比之间的相互关系的示图；

图5是示出了CNG中的惰性气体浓度和CNG的密度之间的相互关系的示图；

图6是示出了在根据第一实施例的内燃机启动时调节器的阀的开度变化和输送管中的压力变化的时序图；

图7是示出了CNG中的惰性气体浓度和调节器的阀的打开时段的比值之间的相互关系的示图；

图8是示出了根据第一实施例计算燃料喷射量的流程的流程图；

图9是示出了根据第一实施例的调节器的阀的打开时段的时长Δtv和校正系数f(Δtv)之间的相互关系的示图；

图10是示出了根据第二实施例计算燃料喷射量的流程的流程图；

图11是示出了根据第二实施例的CNG中的惰性气体浓度Cig和校正系数f(Cig)之间的相互关系的示图；

图12是示出了根据第三实施例计算燃料喷射量的流程的流程图；

图13是示出了根据第三实施例的燃料箱中的压力Pu和校正系数g(Pu)之间的相互关系的示图；以及

图14是示出了根据第四实施例计算燃料喷射量的流程的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图介绍本发明的实施例。除非另有具体说明，否则本发明的实施例中描述的部件的尺寸、材料、形状、相对设置等不是为了限制本发明的技术范围。

将介绍本发明被应用于推进机动车所用的内燃机的一个示例。图1是示出了机动车的示意性构造的视图，在机动车上装有根据本实施例的使用CNG作为燃料的内燃机。

如图1所示，内燃机1和燃料箱2被安装在机动车100上。内燃机1包括多个气缸3和分别向对应的气缸3中喷射燃料的燃料喷射阀4。进气通道5和排气通道6被连接至内燃机1。

进气通道5是用于将取自大气的新鲜空气(空气)引导至内燃机1的气缸3的通道。进气节流阀7和进气温度传感器8被安装在进气通道5中。进气节流阀7被用于改变进气通道5的通道横截面积。进气温度传感器8测量新鲜空气(空气)的温度(外界空气温度)。

排气通道6是用于让从气缸3排出的燃烧气体(废气)在流过废气净化催化剂、消音器等之后再排放至大气的通道。A/F传感器9被安装在排气通道6中。A/F传感器9输出与空燃比相关的电信号。

燃料箱2是储存压缩天然气(CNG)的箱。第一压力传感器10被安装在燃料箱2上。第一压力传感器10被用于测量燃料箱2中的压力。另外，燃料箱2通过燃料供应管11与输送管18连通。燃料供应管11是用于将燃料箱2中的CNG引导至输送管18的通道。输送管18与燃料喷射阀4连通。输送管18在将CNG保持在设定压力的状态下储存从燃料喷射阀4喷射的CNG，并将CNG供应至燃料喷射阀4。第二压力传感器19被安装在输送管18中。第二压力传感器19被用于测量输送管18中的压力。

燃料箱2通过输入管13连接至加注口12。加注口12被设置在机动车100的车身上。加注口12在被插入设置在气站等处的燃料加注喷嘴时打开。加注口12将从燃料加注喷嘴供应的CNG引入输入管13。

截止阀14和调节器15被设置在燃料供应管11中。截止阀14是在内燃机1停止运行期间关闭且在内燃机1运行期间打开的阀设备。截止阀14可以是例如在施加驱动电力时打开且在未施加驱动电力时关闭的电磁阀设备。调节器15是通过减小从燃料箱2供应的CNG的压力而将输送管18中的压力调节为设定压力的机械阀设备。

在此，将参照图2和图3介绍调节器15的示意性构造。图2和图3示出了调节器15的示意性构造。图2示出了阀160(随后介绍)全开的状态。图3示出了阀160全关的状态。一次腔室151和二次腔室152被限定在调节器15的壳体150中。一次腔室151和二次腔室152通过连通通道153彼此连通。

一次腔室151通过通道155与入口154连通。入口154被用于将CNG引入一次腔室151。入口154在调节器15上游的部分连接至燃料供应管11(燃料供应管11位于从燃料箱2到调节器15的部分)。

二次腔室152通过通道157与出口156连通。出口156被用于从二次腔室152排出CNG。出口156在调节器15下游的部分连接至燃料供应管11(从调节器15到输送管18的燃料供应管11)。

要注意的是，在以下的说明内容中，从燃料箱2到调节器15的燃料供应管11被称作“上游燃料供应管11a”，且从调节器15到输送管18的燃料供应管11被称作“下游燃料供应管11b”。

提升阀160的阀杆160b被容纳在连通通道153中。阀杆160b的远端侧伸入一次腔室151中。锥形阀体160a被连接至阀杆160b的远端侧的端部。阀杆160b的外径小于连通通道153的内径。CNG被允许流过阀杆160b的外周边和连通通道153的内周边之间的环形间隙。阀座158在一次腔室151中被围绕连通通道153的开口端设置。在阀体160a被安置在阀座158上时，连通通道153的开口端即被关闭。

阀杆160b的近端侧伸入二次腔室152中。阀杆160b的近端侧的端部被连接至夹持器161。环形隔膜162桥接在夹持器161的外周边和壳体150的内周边之间。二次腔室152被隔膜162划分为两个腔室152a和151b。在下文中，在两个腔室152a和152b之间，与出口156连通的腔室152a被称作减压腔室152a，且另一个腔室152b被称作大气腔室152b。

弹簧保持器163被连接至夹持器161的近端。调节螺栓165被设置在面对弹簧保持器163的部分。调节螺栓165被螺接至壳体150。卷簧164被设置在弹簧保持器163和调节螺栓165之间。卷簧164将弹簧保持器163、夹持器161和阀160从二次腔室152侧向一次腔室151侧推送。从卷簧164作用在弹簧保持器163、夹持器161和阀160上的推送力通过调节螺栓165来调节。

利用由此构造的调节器15，在以减压腔室152a中的压力为基础的作用力小于卷簧164的推送力时，弹簧保持器163和夹持器161接收卷簧164的推送力并随后从二次腔室152侧向一次腔室151侧位移。在此情况下，隔膜162和阀160也从二次腔室152侧向一次腔室151侧位移。结果，阀体160a从阀座158分离(也就是阀160打开)。由此，一次腔室151和减压腔室152a通过连通通道153彼此连通。

夹持器161的外径大于连通通道153在减压腔室152a中的开口端的内径。因此，在隔膜162和阀160从二次腔室152侧向一次腔室151侧位移时，这些隔膜162和阀160能够到达的位置受限于夹持器161的远端围绕连通通道153在减压腔室152a中的开口端的周边接触到壳体150的位置。由此，如图2所示，在夹持器161的远端围绕开口端的周边接触到壳体150时，阀160的开度(连通通道153的开放面积)最大。

在阀160打开时，从上游的燃料供应管11a经由入口154流入通道155的CNG相继流过一次腔室151和连通通道153并流入减压腔室152a中。流入减压腔室152a的CNG经由通道157、出口156和下游的燃料供应管11b供应至输送管18。

在从一次腔室151向减压腔室152a连续地供应CNG时，减压腔室152a和下游的燃料供应管11b中的压力升高。在以减压腔室152a和下游的燃料供应管11b中的压力为基础的作用力变得大于卷簧164的推送力时，隔膜162从一次腔室151侧向二次腔室152侧位移(从减压腔室152a侧向大气腔室152b侧位移)。在隔膜162从一次腔室151侧向二次腔室152侧位移时，阀160也从一次腔室151侧向二次腔室152侧位移。因此，阀160的开度(连通通道153的开放面积)减小。然后，如图3所示，在阀体160a被安置在阀座158上时(阀160被关闭)，阀160全关(连通通道153的开放面积为零)。在此情况下，从一次腔室151到减压腔室152a的CNG的流动被切断。通过这样做来切断对输送管18的CNG供应。

通过调节器15将输送管18(压力蓄积部)中的压力调节为设定压力。在输送管18中的压力高于或等于设定压力时，调节器15被调节以使阀160关闭。也就是说，在输送管18中的压力低于设定压力时，阀160为了向输送管18供应CNG而打开。随着输送管18中的压力升高，阀160的开度(提升量)逐渐减小。在输送管18中的压力达到设定压力时，阀160为了切断对输送管18的CNG供应而关闭。

ECU16被安装在由此构造的机动车100上。ECU16是由CPU、ROM、RAM、备用RAM等构成的电子控制单元。各种传感器例如进气温度传感器8、A/F传感器9、第一压力传感器10和第二压力传感器19被电连接至ECU16。各种设备例如燃料喷射阀4、进气节流阀7和截止阀14被电连接至ECU16。ECU16基于从各种传感器输入的信号控制不同的设备。

例如，ECU16在内燃机1的发动机负荷、发动机转速等的基础上计算目标燃料喷射量。ECU16根据计算的目标燃料喷射量控制燃料喷射阀4。通过这样做，即可使得在每一个气缸3中燃烧的空气-燃料混合物的空燃比与目标空燃比相符。结果即可使得内燃机1的动力与驾驶员要求的动力相符或者使得废气的性质成为适合用于废气排放控制设备的净化性能的性质。

ECU16响应于机动车100的点火开关(未示出)的接通/切断的切换操作来控制截止阀14。也就是说，ECU16在点火开关切换为切断状态时关闭截止阀14。ECU16在点火开关切换为接通状态时打开截止阀14。通过这样做，截止阀14在内燃机1停止运行期间关闭且在内燃机1运行期间打开。

在截止阀14关闭时，对调节器15的CNG供应被切断。因此，对输送管18的CNG供应也被切断。在对输送管18的CNG供应被切断时，输送管18中剩余的CNG通过燃料喷射阀4逐渐释放。因此，输送管18中的压力降低。结果，在内燃机1停止运行期间，输送管18中的压力低于设定压力，并且调节器15的阀160全开。

在点火开关被切换至接通状态时，对调节器15的CNG供应开始。通过这样做，对输送管18的CNG供应也开始，并且输送管18中的压力开始升高。随着输送管18中的压力升高，调节器15的阀160的开度逐渐减小。在输送管18中的压力达到设定压力时，阀160全关。

燃料箱2中加注的CNG的性质并非总是一致的，而是可以在CNG的加气站(充气站)之间有所改变。空气-燃料混合物中的CNG与氧气恰好按比例反应的空燃比(化学计量的空燃比)根据CNG中的惰性气体浓度而改变。

图4是示出了CNG中的惰性气体浓度和化学计量的空燃比之间的相互关系的示图。如图4所示，在CNG被用作燃料的情况下，化学计量的空燃比随着CNG中的惰性气体浓度的增大而减小。因此，在加注的CNG(注入CNG)具有与燃料箱2中剩余的CNG(残留CNG)不同的性质的情况下，如果加注之后的燃料喷射量和进气流量是根据残留CNG的化学计量的空燃比进行控制，那么实际的空燃比就可能不同于期望的目标空燃比。

例如，在加注的注入CNG具有比残留CNG更高的惰性气体浓度时，加注之后的CNG(混合CNG)的化学计量的空燃比低于残留CNG的化学计量的空燃比。因此，如果在加注了注入CNG之后的燃料喷射量是根据残留CNG的化学计量的空燃比进行控制，那么实际的空燃比就高于目标空燃比。结果，这就可能导致排气特性恶化、发动机动力下降等。

在加注的注入CNG具有比残留CNG更低的惰性气体浓度时，混合CNG的化学计量的空燃比高于残留CNG的化学计量的空燃比。因此，如果在加注了注入CNG之后的燃料喷射量是根据残留CNG的化学计量的空燃比进行控制，那么实际的空燃比就低于目标空燃比。结果，这就可能导致排气特性恶化、发动机动力增加、失火等。

在CNG中的惰性气体浓度已改变时，为了补偿化学计量的空燃比的变化，需要校正燃料喷射量。在下文中，将参照图5至图7介绍一种根据本实施例校正燃料喷射量的方法。

图5是示出了CNG中的惰性气体浓度和CNG的密度之间的相互关系的示图。图6是示出了在内燃机1启动时调节器15的阀160的开度变化和输送管18中的压力变化的时序图。图7是示出了CNG中的惰性气体浓度和调节器15的阀160的打开时段的比值之间的相互关系的示图。

如图5所示，CNG的密度随着CNG中的惰性气体浓度而改变。也就是说，随着CNG中的惰性气体浓度增大，CNG的密度增大。在此，CNG的流动通道的横截面积和CNG的体积流量之间的相互关系通过以下的数学公式(1)表达：

$Q=C\×A\×\sqrt{(2g/\mathrm{\γ})\×\mathrm{\ΔP}}---\left(1\right)$

在上面的数学公式(1)中，Q表示体积流量，C表示流量系数，A表示流动通道的横截面积，g表示重力加速度，γ表示比重，且ΔP表示差压。

因此，在流动通道的横截面积的比值以及不包含惰性气体的CNG(也就是只有甲烷)的比重和包含惰性气体的CNG的比重之间的比值之间的相互关系在体积流量相同的情况下通过以下的数学公式(2)表达：

$A2/A1=\sqrt{\mathrm{\γ}2/\mathrm{\γ}1}---\left(2\right)$

在上面的数学公式(2)中，A1和γ1分别表示流动通道的横截面积和不包含惰性气体的CNG的比重，且A2和γ2分别表示流动通道的横截面积和包含惰性气体的CNG的比重。也就是说，关系式γ2>γ1成立。

因此，随着CNG中的惰性气体的浓度增大，保持相同的体积流量所需的流动通道的横截面积增大。换句话说，在流动通道的横截面积相同时，随着CNG中的惰性气体的浓度增大，体积流量减小。因此，CNG的密度基于CNG中的惰性气体浓度而改变。也就是说，随着CNG中的惰性气体浓度增大，CNG的密度增大。随着CNG的密度增大，在CNG的流动通道的横截面积相同的情况下，CNG的体积流量减小。因此，随着通过调节器供应至压力蓄积部的CNG的密度增大，从使用调节器来调节压力蓄积部中的压力开始时到压力达到设定压力时的时段也就是直到阀件关闭时的时段延长。因此，随着CNG的密度增大，也就是随着CNG中的惰性气体的浓度增大，调节时段的时长延长。在调节时段期间，在压力蓄积部中的压力被调节器调节为设定压力时，阀件的开度从第一预定开度减小至第二预定开度。在此，第一预定开度和第二预定开度均为小于或等于全开阀件开度且大于或等于全关阀件开度的开度。第二预定开度小于第一预定开度。

在本实施例中，在内燃机1启动时，调节器15的阀160随着输送管18中压力的升高而从全开状态变为全关状态。也就是说，CNG的流动通道的横截面积是可变的，并且在从点火开关切换至接通状态时到输送管18中的压力达到设定压力时的时段期间，流动通道的横截面积逐渐减小。

此时，不管CNG中的惰性气体浓度如何，将输送管18中的压力增加至设定压力所需的供应至输送管18的CNG的总量不变。因此，在调节器15的阀160从全开状态变为全关状态的时段中，CNG的流动通道的横截面积的积分值也就是阀160的开度的积分值随着CNG中的惰性气体浓度的增大而增加。也就是说，如图6所示，调节器15的阀160从全开状态变为全关状态的时段(在下文中，该时段被称作打开时段)随着CNG中的惰性气体浓度的增大而延长。

在图6中，上方的示图示出了调节器15的阀160的开度从点火开关切换到接通状态时起的改变，而下方的示图示出了输送管18中的压力在点火开关切换到接通状态之后的改变。在图6中，虚线表示在CNG不包含惰性气体的情况下的改变。实线表示在CNG包含惰性气体的情况下的改变。如上所述，在图6中，在CNG包含惰性气体的情况下的打开时段Δt2比在CNG不包含惰性气体的情况下的打开时段Δt1更长。

在图7中，横坐标轴表示供应至输送管18的CNG(实际经历燃烧的CNG)中的惰性气体的浓度。纵坐标轴表示与上述CNG相对应的打开时段Δt2的时长相对于与不包含惰性气体的CNG相对应的打开时段Δt1的比值(打开时段的比值)。如图7所示，随着供应至输送管18的CNG中的惰性气体的浓度增大，打开时段的比值(Δt2/Δt1)增大。

在本实施例中，阀160的打开时段在内燃机1启动时进行检测。在从燃料喷射阀4执行燃料喷射时的燃料喷射量(控制参数)基于打开时段的检测时长进行校正。也就是说，由于在发动机启动时阀160的打开时段延长，可以确定CNG中的惰性气体浓度增大，因此燃料喷射量增加。

图8是示出了根据本实施例计算燃料喷射量的流程的流程图。燃料喷射量通过每一个燃料喷射阀4在执行燃料喷射时的打开时间(燃料喷射时间)来确定。因此，在该流程中，燃料喷射量被计算为燃料喷射时间。流程被预先存储在ECU16中，并由ECU16重复地执行。

在该流程中，首先，在步骤S101，判定点火开关是否切换至接通状态(IGON)。在步骤S101中做出否定判断时，流程结束。在做出肯定判断时，随后执行步骤S102中的处理。

如上所述，在点火开关切换至接通状态时，ECU16执行不同于该流程的流程以打开截止阀14。通过这样做，开始经由调节器15对输送管18的CNG供应。结果，如图6所示，全开调节器15的阀160的开度开始减小。

在步骤S102，判定调节器15的阀160是否全关。在此，当通过第二压力传感器19检测的输送管18中的压力已达到设定压力时，可以判定阀160全关。可选地，另外设置检测阀160的开度(提升量)的传感器并且在该传感器的检测值的基础上判定阀160是否全关也是可应用的。

当在步骤S102中做出否定判断时，再次执行步骤S102中的处理。在做出肯定判断时，随后执行步骤S103中的处理。在步骤S103，计算阀160的打开时段Δtv。在此，打开时段Δtv被计算为从步骤S101中判定点火开关改变为接通状态时到步骤S102中判定阀160全关时的时段的时长。

随后，在步骤S104，基于在步骤S103中算出的阀160的打开时段Δtv来计算用于校正燃料喷射时间的校正系数f(Δtv)。图9是示出了阀160的打开时段Δtv和校正系数f(Δtv)之间的相互关系的示图。如图9所示，校正系数f(Δtv)是大于或等于1的值，并且随着打开时段的延长而变成更大的值。对应于校正系数f(Δtv)＝1的打开时段是在CNG不包含惰性气体的情况下的打开时段Δt1。

图9示出的阀160的打开时段的时长Δtv和校正系数f(Δtv)之间的相互关系可以在实验等手段的基础上预先确定，并且在ECU16中被存储为映射或函数。在步骤S104中，利用所述映射或函数计算校正系数f(Δtv)。

随后，在步骤S105，通过将基准燃料喷射时间etaubase乘以在步骤S104中算出的校正系数f(Δtv)来计算燃料喷射时间etau。通过这样做，随着阀160的打开时段延长，燃料喷射时间etau延长(也就是燃料喷射量增加)。基准燃料喷射时间etaubase是燃料喷射时间的基准值，基准燃料喷射时间etaubase在内燃机1的发动机负荷、发动机转速等的基础上计算。

根据上述流程，随着在内燃机1启动时阀160的打开时段延长，也就是随着CNG中的惰性气体浓度增大，在从燃料喷射阀4执行燃料喷射时的燃料喷射量增加。因此，可以基于内燃机1中实际经历燃烧的CNG中的惰性气体浓度将空气-燃料混合物的空燃比控制为化学计量的空燃比。由此，即使在CNG中的惰性气体浓度已经由于例如新的CNG的加入而改变时，也可以正确地操作内燃机1。

此外，根据上述流程，在内燃机1启动时，可以基于在开始从燃料喷射阀4燃料喷射之前的时间点也就是在空气-燃料混合物被点燃之前的时间点CNG中的惰性气体浓度来将燃料喷射量设定为正确的值。因此，在内燃机1启动之后马上就可以正确地操作内燃机1。也就是说，在内燃机1启动之后马上就可以稳定燃烧状态，并且可以改善排气特性。

并非在每一次启动内燃机1时都需要执行上述流程。实际上，在新的CNG被加入燃料箱2时，内燃机1中经历燃烧的CNG中的惰性气体浓度有明显改变。因此，在新的CNG被加入燃料箱2之后，在内燃机1首次启动时执行上述流程。在执行上述流程时算出的用于燃料喷射时间的校正系数f(Δtv)可以存储在ECU16中。直到下一次有新的CNG被加入燃料箱2时，都可以通过存储在ECU16中的校正系数f(Δtv)来校正燃料喷射时间。

通过执行上述流程中的步骤S102至S105的处理来计算燃料喷射时间的正时不必是启动内燃机时的正时。例如，在所谓的双燃料发动机的情况下，所述双燃料发动机除了CNG以外还可以经由不同于CNG供应路径的另一条路径向内燃机供应液体燃料例如汽油作为燃料，在内燃机1利用液体燃料作为燃料运行时，可以执行上述流程中的步骤S102至S105的处理。在此情况下，当内燃机利用液体燃料作为燃料运行时，截止阀14关闭且输送管18中的CNG一次释放，然后截止阀14就打开并执行上述流程中的步骤S102至S105的处理。

在以上的说明内容中，基于打开时段来校正燃料喷射量，打开时段是调节器15的阀160从全开状态变为全关状态的期间。另外，可以基于与打开时段相关的另一个参数来校正燃料喷射量。例如，当检测阀160的开度(提升量)的传感器被设置在调节器15处时，能够检测从阀160全开时到阀160的开度减小至大于全关阀160的开度的预定开度时的时段或者从阀160的开度是小于全开阀160的开度的预定开度时到阀160全关时的时段。然后基于检测的时段校正燃料喷射量。可选地，预先设定第一预定开度和第二预定开度并且随后在阀160的开度从第一预定开度减小至第二预定开度的时段的基础上校正燃料喷射量也是可应用的，第一预定开度和第二预定开度中的每一个均小于全开阀160的开度且大于全关阀160的开度。

与阀160的打开时段相关的参数例如可以是：在阀160的开度从全开状态改变为全关状态的时段中阀160的开度每单位时间的减小量(也就是开度变化的斜率)；在从阀160的开度开始减小的时间点(点火开关切换至接通状态的时间点)起已经经过预定的时间段时的时间点的阀160的开度；或者在阀160从全开状态改变为全关状态的时段中阀160的开度的积分值。

涉及内燃机中燃烧状态的、不同于燃料喷射量的控制参数可以基于调节器的阀的打开时段或与调节器的阀的打开时段相关的参数进行校正。与内燃机中的燃烧状态相关的、不同于燃料喷射量的控制参数例如可以是：点火正时、包括EGR系统的内燃机中的EGR气体量或者包括可变气门正时机构的内燃机中的进气门或排气门中的至少任何一方的气门正时。

例如，在CNG中的惰性气体浓度较高时与CNG中的惰性气体浓度较低时相比，空气-燃料混合物的燃烧速率减小。在CNG中的惰性气体浓度增大时，也就是在调节器的阀的打开时段延长时，点火正时可以提前。通过这种构造，即使在CNG中的惰性气体浓度已改变时，也可以抑制空气-燃料混合物的燃烧结束正时的改变。

在包括EGR系统的内燃机中，EGR阀的开度可以被校正以使EGR气体量随着CNG中的惰性气体浓度的增大而减小，也就是随着调节器的阀的打开时段的延长而减小。在包括可变气门正时机构的内燃机中，进气门和排气门中的至少任何一方的气门正时可以被校正以使气缸3中剩余的已燃烧的燃料(内部EGR气体)随着CNG中的惰性气体浓度的增大而减少，也就是随着调节器的阀的打开时段的延长而减少。通过这些构造，即使在CNG中的惰性气体浓度已改变时，也可以抑制空气-燃料混合物的燃烧速率的改变。

根据第二实施例的安装有使用CNG作为燃料的内燃机的机动车的示意性构造类似于第一实施例。在下文中，将介绍在根据本实施例校正燃料喷射量的方法中与第一实施例的不同之处。

如上所述，调节器15的阀160的打开时段基于CNG中的惰性气体浓度而改变。在本实施例中，CNG中的惰性气体浓度在调节器15的阀160的打开时段的基础上进行估算。在从燃料喷射阀4执行燃料喷射时的燃料喷射量基于估算的CNG中的惰性气体浓度进行校正。也就是说，随着CNG中的惰性气体浓度增大，燃料喷射量增加。

图10是示出了根据本实施例计算燃料喷射量的流程的流程图。流程被预先存储在ECU16中，并由ECU16重复地执行。在该流程中，图8所示流程中的步骤S104和S105被步骤S204至S206代替。因此，除了步骤S204至S206以外的步骤中的处理的描述被省略。

在该流程中，当在步骤S103中算出阀160的打开时段Δtv时，步骤S204中的处理被随后执行。在步骤S204，此时供应至输送管18的CNG中的惰性气体浓度Cig在步骤S103中算出的阀160的打开时段Δtv的基础上进行计算。

如上所述，随着CNG中的惰性气体浓度Cig增大，阀160的打开时段延长。CNG中的惰性气体浓度Cig和阀160的打开时段Δtv之间上述的相互关系在ECU16中被存储为映射或函数。在步骤S204，利用所述映射或函数计算CNG中的惰性气体浓度Cig。

随后，在步骤S205，基于在步骤S204中算出的CNG中的惰性气体浓度Cig来计算用于校正燃料喷射时间的校正系数f(Cig)。图11是示出了CNG中的惰性气体浓度Cig和校正系数f(Cig)之间的相互关系的示图。如图11所示，校正系数f(Cig)是大于或等于1的值，并且随着打开时段的延长而变成更大的值。在CNG中的惰性气体浓度Cig为零时(也就是在CNG不包含惰性气体时)，校正系数f(Cig)为1。

图11示出的CNG中的惰性气体浓度Cig和校正系数f(Cig)之间的相互关系可以在实验等手段的基础上预先确定，并且在ECU16中被存储为映射或函数。在步骤S205中，利用所述映射或函数计算校正系数f(Cig)。

随后，在步骤S206，通过将基准燃料喷射时间etaubase乘以在步骤S205中算出的校正系数f(Cig)来计算燃料喷射时间etau。通过这样做，随着CNG中的惰性气体浓度Cig增大，燃料喷射时间etau延长(也就是燃料喷射量增加)。

根据上述流程，正如在根据第一实施例计算燃料喷射量的流程中的情况那样，可以基于内燃机中1实际经历燃烧的CNG中的惰性气体浓度将空气-燃料混合物的空燃比控制为化学计量的空燃比。由此，即使在CNG中的惰性气体的浓度已经由于例如新的CNG的加入而改变时，也可以正确地操作内燃机1。此外，在内燃机1启动时，可以在从燃料喷射阀4开始燃料喷射之前的时间点也就是在空气-燃料混合物被点燃之前的时间点检测CNG中的惰性气体浓度，由此可以基于CNG中的惰性气体浓度将燃料喷射量设定为正确的值。因此，在内燃机1启动之后马上就可以正确地操作内燃机1。

上述流程中的步骤S101至S103和S204可以构成用于检测CNG中的惰性气体浓度的惰性气体浓度检测设备。

正如在第一实施例的可选实施例中的情况那样，其中燃料喷射量在与调节器15的阀160的打开时段相关的另一个参数的基础上进行校正，在本实施例中同样地，CNG中的惰性气体浓度可以在与打开时段相关的另一个参数的基础上进行计算。另外，涉及内燃机中燃烧状态的、不同于燃料喷射量的控制参数可以在CNG中的惰性气体浓度的基础上进行校正。

根据第三实施例的安装有使用CNG作为燃料的内燃机的机动车的示意性构造类似于第一实施例。在下文中，将介绍在根据本实施例校正燃料喷射量的方法中与第一实施例的不同之处。

燃料箱2中的压力基于储存在燃料箱2中的CNG的量而改变。也就是说，随着储存在燃料箱2中的CNG的量减少，燃料箱2中的压力降低。随着储存在燃料箱2中的CNG的量通过将新的CNG加入燃料箱2而增加，燃料箱2中的压力升高。

即使在通过调节器15供应至输送管18的CNG的密度相同时，在CNG的流动通道的横截面积相同的情况下CNG的体积流量也基于在调节器15的上游侧的CNG压力也就是燃料箱2中的压力而改变。也就是说，在CNG的流动通道的横截面积相同的情况下CNG的体积流量在燃料箱2中的压力较高时与燃料箱2中的压力较低时相比有所增加。因此，即使在通过调节器15供应至输送管18的CNG的密度相同时，也就是即使在CNG中的惰性气体浓度相同时，随着燃料箱2中的压力升高，开始通过调节器15来调节输送管18中的压力，并且调节器15的阀160的打开时段缩短。

在本实施例中，在从燃料喷射阀4执行燃料喷射时的燃料喷射量除了基于调节器15的阀160的打开时段的时长以外还基于燃料箱2中的压力进行校正。也就是说，正如在第一实施例中的情况那样，燃料喷射量随着在发动机启动时阀160的打开时段的延长而增加，并且燃料喷射量随着燃料箱2中的压力的升高而增加(燃料喷射量相对于阀160的打开时段的时长的增加量随着燃料箱2中的压力的升高而增加)。

图12是示出了根据本实施例计算燃料喷射量的流程的流程图。流程被预先存储在ECU16中，并由ECU16重复地执行。在该流程中，图8所示流程中的步骤S105被步骤S305至S307代替。因此，除了步骤S305至S307以外的步骤中的处理的描述被省略。

在该流程中，当基于步骤S104中的阀160的打开时段Δtv算出校正系数f(Δtv)时，步骤S305中的处理被随后执行。在步骤S305中，载入通过第一压力传感器10检测的燃料箱2中的压力Pu。

随后，在步骤S306，基于在步骤S305中载入的燃料箱2中的压力Pu来计算用于校正燃料喷射时间的校正系数g(Pu)。图13是示出了燃料箱2中的压力Pu和校正系数g(Pu)之间的相互关系的示图。如图13所示，校正系数g(Pu)是大于零的值，并且随着燃料箱2中的压力Pu升高而变成更大的值。

图13示出的燃料箱2中的压力Pu和校正系数g(Pu)之间的相互关系可以在实验等手段的基础上预先确定，并且在ECU16中被存储为映射或函数。在步骤S306中，利用所述映射或函数计算校正系数g(Pu)。

随后，在步骤S307，通过将基准燃料喷射时间etaubase乘以在步骤S104中算出的校正系数f(Δtv)和在步骤S306中算出的校正系数g(Pu)来计算燃料喷射时间etau。通过这样做，随着打开时段延长，燃料喷射时间etau延长(也就是燃料喷射量增加)，并且随着燃料箱2中的压力升高，燃料喷射时间etau延长(也就是燃料喷射量增加)。

根据上述流程，在从燃料喷射阀4执行燃料喷射时的燃料喷射量的确定不仅考虑了在内燃机1启动时阀160的打开时段，而且还考虑了燃料箱2中的压力。因此，可以基于内燃机中1实际经历燃烧的CNG中的惰性气体浓度进一步高度准确地将空气-燃料混合物的空燃比控制为化学计量的空燃比。

在上述的实施例中，燃料喷射量不仅基于调节器15的阀160的打开时段的时长而且还基于燃料箱2中的压力来进行校正。但是，燃料喷射量可以利用与燃料箱2中的压力相关的另一个参数进行校正。例如，提供检测上游燃料供应管11a中的压力的压力传感器并随后基于检测的压力校正燃料喷射量也是可应用的。随着燃料箱2中的CNG的温度升高，燃料箱2中的压力不可避免地升高。因此，提供检测燃料箱2中的CNG的温度的温度传感器并随后基于温度校正燃料喷射量也是可应用的。

在本实施例中同样地，正如在第一实施例的可选实施例中的情况那样，燃料喷射量可以在与调节器15的阀160的打开时段相关的另一个参数的基础上而不是在打开时段自身的基础上进行校正。涉及内燃机中燃烧状态的、不同于燃料喷射量的控制参数可以基于调节器15的阀160的打开时段或与打开时段相关的参数以及燃料箱2中的压力或与压力相关的参数进行校正。

根据第四实施例的安装有使用CNG作为燃料的内燃机的机动车的示意性构造类似于第一实施例。在下文中，将介绍在根据本实施例校正燃料喷射量的方法中与第二实施例的不同之处。

如上所述，调节器15的阀160的打开时段不仅基于CNG中的惰性气体浓度而且还基于燃料箱2中的压力而改变。在本实施例中，CNG中的惰性气体浓度不仅基于调节器15的阀160的打开时段而且还基于燃料箱2中的压力来进行估算。在从燃料喷射阀4执行燃料喷射时的燃料喷射量基于估算的CNG中的惰性气体浓度进行校正。

图14是示出了根据本实施例计算燃料喷射量的流程的流程图。流程被预先存储在ECU16中，并由ECU16重复地执行。在该流程中，图10所示流程中的步骤S204被步骤S404和S405代替。因此，除了步骤S404和S405以外的步骤中的处理的描述被省略。

在该流程中，当在步骤S103中算出阀160的打开时段Δtv时，步骤S404中的处理被随后执行。在步骤S404中，载入通过第一压力传感器10检测的燃料箱2中的压力Pu。

随后，在步骤S405，此时供应至输送管18的CNG中的惰性气体浓度Cig基于在步骤S103算出的阀160的打开时段Δtv以及在步骤S404载入的燃料箱2中的压力Pu进行计算。

如上所述，随着CNG中的惰性气体浓度Cig增大，阀160的打开时段延长。即使在CNG中的惰性气体浓度Cig相同时，随着燃料箱2中的压力Pu升高，阀160的打开时段缩短。CNG中的惰性气体浓度Cig、阀160的打开时段Δtv和燃料箱2中的压力Pu之间上述的相互关系在ECU16中被存储为映射或函数。在步骤S405中，利用所述映射或函数计算CNG中的惰性气体浓度Cig。此后，执行步骤S205和S206中的处理。

根据上述流程，CNG中的惰性气体浓度的计算不仅考虑了在内燃机1启动时阀160的打开时段，而且还考虑了燃料箱2中的压力。因此，可以进一步高度准确地计算CNG中的惰性气体浓度。结果，正如在根据第三实施例计算燃料喷射量的流程中的情况那样，可以基于内燃机1中实际经历燃烧的CNG中的惰性气体浓度来进一步高度准确地将空气-燃料混合物的空燃比控制为化学计量的空燃比。

上述流程中的步骤S101至S103、S404和S405可以构成用于检测CNG中的惰性气体浓度的惰性气体浓度检测设备。

正如在第三实施例的可选实施例中的情况那样，其中燃料喷射量在与燃料箱2中的压力相关的另一个参数的基础上进行校正，在本实施例中同样地，CNG中的惰性气体浓度可以在与压力相关的另一个参数的基础上进行计算。

在本实施例中同样地，正如在第二实施例的可选实施例中的情况那样，CNG中的惰性气体浓度可以在与调节器15的阀160的打开时段相关的另一个参数的基础上而不是在打开时段的基础上进行计算。涉及内燃机中燃烧状态的、不同于燃料喷射量的控制参数可以在CNG中的惰性气体浓度的基础上进行校正。

尽管已经结合具体的示范性实施例介绍了本公开，但对于本领域技术人员来说显而易见的是显然有很多的可选方案、修改和变型。因此，如本文中所述的本公开的示范性实施例应理解为是说明性而不是限制性的。无需背离本公开的范围即可实现多种改变。

Claims (7)

1.一种用于内燃机的控制系统，所述内燃机使用压缩天然气作为燃料，所述控制系统包括：

压力蓄积部，所述压力蓄积部在将从内燃机的燃料喷射阀喷射的压缩天然气保持在设定压力的状态下储存压缩天然气，并且向所述燃料喷射阀供应压缩天然气；

调节器，所述调节器包括阀件，所述阀件在向所述压力蓄积部供应压缩天然气时打开并且在切断向所述压力蓄积部供应压缩天然气时关闭，以使所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为所述设定压力；以及

控制单元，所述控制单元在通过所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为所述设定压力时，基于所述阀件的开度从第一预定开度减小至第二预定开度的期间或与所述期间相关的参数，来控制涉及所述内燃机中的燃烧状态的控制参数。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中：

所述调节器被设置在将压缩天然气引导至所述压力蓄积部的燃料供应通道中。

3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中：

所述控制单元除了基于所述调节器的所述阀件的开度从所述第一预定开度减小至所述第二预定开度的所述期间或与所述期间相关的参数以外，还基于所述调节器上游侧的压缩天然气的压力或与所述调节器上游侧的压缩天然气的压力相关的参数来控制涉及所述内燃机中的燃烧状态的控制参数。

4.一种惰性气体浓度检测设备，所述惰性气体浓度检测设备在使用压缩天然气作为燃料的内燃机中检测压缩天然气中包含的惰性气体的浓度，所述惰性气体浓度检测设备包括：

压力蓄积部，所述压力蓄积部在将从内燃机的燃料喷射阀喷射的压缩天然气保持在设定压力的状态下储存压缩天然气，并且向所述燃料喷射阀供应压缩天然气；

调节器，所述调节器包括阀件，所述阀件在向所述压力蓄积部供应压缩天然气时打开并且在切断向所述压力蓄积部供应压缩天然气时关闭，以使所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为所述设定压力；以及

估算单元，所述估算单元在通过所述调节器将所述压力蓄积部中的压力调节为所述设定压力时，基于所述阀件的开度从第一预定开度减小至第二预定开度的期间或与所述期间相关的参数，来估算压缩天然气中包含的惰性气体的浓度。

5.根据权利要求4所述的惰性气体浓度检测设备，其中：

所述调节器被设置在将压缩天然气引导至所述压力蓄积部的燃料供应通道中。

6.根据权利要求4或5所述的惰性气体浓度检测设备，其中：

所述估算单元除了基于所述调节器的所述阀件的开度从所述第一预定开度减小至所述第二预定开度的所述期间或与所述期间相关的参数以外，还基于所述调节器上游侧的压缩天然气的压力或与所述调节器上游侧的压缩天然气的压力相关的参数来估算压缩天然气中包含的惰性气体的浓度。

7.一种用于内燃机的控制系统，包括：

控制单元，所述控制单元基于压缩天然气中包含的惰性气体的浓度控制涉及内燃机中的燃烧状态的控制参数，所述惰性气体的浓度是由根据权利要求4至6中的任意一项所述的惰性气体浓度检测设备中的估算单元估算的。