CN1497150A - 双燃料内燃机的燃料喷射控制装置 - Google Patents

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Abstract

双燃料内燃机的燃料喷射装置因必须使用汽油燃料与CNG燃料，与现有汽油机燃料供给装置相比零件多、构造复杂、成本高，本发明将液体燃料喷射装置做成为包括至少从一处向各气缸喷射液体燃料的喷射阀和喷射气体燃料的气体燃料喷射阀的燃料喷射装置。而且在吸气管上设燃料通路而不设燃料配管，将燃压调节阀与燃料压力脉动抑止阀一体组装于吸气管。再将喷射气体燃料的气体燃料喷射阀与燃料配管一体组装于吸气管。这样，由液体燃料喷射阀的减少、燃料通路向吸气管的一体化或气体燃料喷射阀和燃料配管向吸气管的一体化，可实现零件减少、零件集成与零件废除。

Description

双燃料内燃机的燃料喷射控制装置
技术领域
本发明涉及双燃料内燃机的燃料喷射装置或燃料喷射控制装置。
背景技术
双燃料内燃机，以抑制汽油燃料消耗与减少气体排放为主要目的。所使用的燃料，例如像日本特开2002-38986号、特开平11-294212号中所记述的那样，有将汽油与压缩天然气(CNG：ConpressedNatural Gas)组合起来的燃料。
在通常运转时，以比汽油燃料排出的NOx、HC、CO等少的CNG燃料作为供给燃料使用，来减少气体排放。这种情况下，燃料喷射装置，由于分别需要汽油与CNG，对一台内燃机要设2套燃料喷射装置。
专利文献1：日本特开2002-38986号；
专利文献2：日本特开平11-294212号。
从而，与以现有的燃料喷射装置构成的汽油内燃机相比，有着因设置气体燃料喷射装置使得双燃料燃料供给装置构造变复杂且成本增高的问题，故本发明的课题即在于使燃料喷射装置构造简化、单纯、容易维护，且降低成本。
发明内容
为解决上述课题，本发明的特征在于，设置1个液体燃料喷射装置，而在每个气缸或在规定数量的气缸上设置气体燃料喷射装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的图。
图2是表示本发明其他实施例的图。
图3是表示图2的横、纵剖面的图。
图4是表示适用本发明的系统构成的图。
图5是控制器的方块图。
图6是表示燃料喷射阀的概略形状的图。
图7是详细表示燃料喷射阀喷口的图。
图8是表示气体燃料喷射装置与液体燃料喷射装置的切换的图。
图9是表示空气流动的模拟结果的图。
图10是液体燃料喷射时的说明图。
图11是气体燃料喷射时的说明图。
图12是表示空燃比确认试验结果的图。
图13是表示从液体燃料喷射转移到气体燃料喷射的转移模式的图。
图14是表示液体燃料喷射区间的喷射量的图。
图15是表示从液体燃料喷射向气体燃料喷射转移的转移模式时的喷射量的图(1)。
图16是表示从液体燃料喷射向气体燃料喷射转移的转移模式时的喷射量的图(2)。
图17是表示气体燃料喷射区间的喷射量的图。
图18是表示从气体燃料喷射向液体燃料喷射转移的转移模式的图。
图19是表示控制方块的图。
具体实施方式
为解决上述课题，必须对构成燃料喷射装置的零件进行集成、废止，减少喷射阀数量。
因此，其第一个特征是，喷射液体燃料与气体燃料的燃料喷射装置的液体燃料喷射部(或液体燃料喷射装置)构成为从一处供给燃料。
其第二个特征是，在燃料喷射装置的液体燃料喷射部中，将从一处朝向内燃机的多个气缸多方向喷射液体燃料的液体燃料喷射阀设在比节气阀更靠下游。
其第三个特征在于，将构成液体燃料喷射部的液体燃料喷射阀、燃压调节阀、燃料压力脉动抑止阀及燃料通路的至少一个，和构成气体燃料喷射部(或气体燃料喷射装置)的气体燃料喷射阀、燃压调节阀及燃料通路的至少一个与吸气管一体，从而减少了零件件数并由此降低了成本。
其第四个特征在于，在上述第二个特征的基础上，将构成液体燃料喷射部的液体燃料喷射阀、燃压调节阀、燃料压力脉动抑止阀及燃料通路的至少一个、和构成气体燃料喷射部(或气体燃料喷射装置)的气体燃料喷射阀、燃压调节阀及燃料通路的至少一个与设置有液体燃料喷射阀的吸气管一体化，形成为廉价构成，该液体燃料喷射阀从前述一处向多方向喷射燃料。
其第五个特征在于，在第四或第五个特征的基础上，加上设置有节气阀的节气阀体，来一体化，形成更廉价的构成。
其第六个特征在于，在第二～第五项构成的基础上，其燃料喷射阀为：在接近内燃机处配置气体燃料喷射阀，在远离内燃机处配置液体燃料喷射阀。由于液体燃料比气体燃料喷射的燃料的贯穿力强，故即使远离内燃机，所喷射的燃料也能供给到规定的气缸。
其第七个特征在于，在第二～第五个特征基础上，燃料喷射阀的数量是，液体燃料喷射阀比气体燃料喷射阀少，并形成为廉价构成。
其第八个特征在于，它是将气体燃料与液体燃料中的至少一方供给于内燃机的双燃料系统，具有运算一个燃烧行程所必要的液体燃料喷射量的液体燃料喷射量运算部和算出1个燃烧行程所喷射的液体燃料量的液体燃料量算出部、和根据一个燃烧行程所必要的液体燃料的喷射量和一个燃烧行程所喷射的液体燃料量以气体燃料补充燃料量的不足部分来进行补充喷射的燃料喷射量分担部；根据各燃料箱中的剩余量与运转状态向内燃机供给液体燃料或气体燃料。
其第九个特征在于，它是将气体燃料与液体燃料中的至少一方供给到内燃机的双燃料系统，并具有运算一个燃烧行程所必要的气体燃料喷射量的气体燃料喷射量运算部和算出一个燃烧行程所喷射的气体燃料量的气体燃料算出部、和根据一个燃烧行程所必要的液体燃料的喷射量和一个燃烧行程所喷射的液体燃料量以液体燃料补充燃料量的不足而进行补充喷射的燃料喷射量分担部；根据各燃料箱内的剩余量和运转状态，向内燃机供给液体燃料或气体燃料。
其第十个特征在于，从液体燃料喷射区间向气体燃料喷射区间的切换是在经过第八个特征所述的处理或控制之后进行，由此可防止燃料切换时的气体排放变差、和运转性能变差。
其第十一个特征在于，从气体燃料喷射区间向液体燃料喷射区间的切换是在经过第九个特征所述的处理或控制之后进行，由此可防止燃料切换时的气体排放变差、和运转性能的变差。
其第十二个特征在于，在第十一个特征中，从气体燃料喷射区间向液体燃料喷射区间的切换由在气缸数总数减去1个气缸数间喷射气体和液体两种燃料，可防止气体排放的恶化与运转性能的恶化。
下边说明本发明的实施例。图4是表示适用本发明的系统之构成的图。内燃机1的气缸数可为任意数量，而在此以3个气缸为代表来说明实施例。
空气从导管吸入，经空气滤清器(图中未示出)、组装于节气阀体12上的节气阀4、吸气管2A、2B或2C供给到内燃机1。
其次，对液体燃料喷射装置与气体燃料喷射装置进行简单说明。
液体燃料喷射装置构成为：用配置于燃料箱30内的燃料泵31将燃料压送到配管33中，以燃压调节器32控制为规定的燃料压力，再从液体燃料喷射阀3喷射到吸气管(或吸气通路)2A～2C中。
气体燃料喷射装置构成为：气体燃料从以高压充填的高压贮气瓶50经过气体压力传感器51、开闭气体燃料的主截流阀52、安装着压力调节器53的配管55从安装于吸入管2A、2B、2C的气体燃料喷射阀54A、54B、54C喷射到各吸气管。主截流阀52相应于内燃机1的运转、停止进行气体的通、断；压力调节器53将对节气阀体12下游侧的吸气管压力的压差调节为一定值。
前述燃料喷射阀的位置关系与数量，根据气缸间空燃比的变动、从燃料输送滞后观点出发以实机确认。
发明人以减小燃料喷射装置的成本为目的，考虑了减少燃料喷射阀的数量，即以1个燃料喷射阀能解决问题。图6示出了所使用的燃料喷射阀的概略形状，图7中示出了喷口部的详情。在喷口部设置相应于气缸数量的孔口。在3气缸的内燃机1的情况下，如图7所示，设3个孔口301～303。
在液体燃料喷射阀3为1个的情况下，燃料喷射阀必须安装到朝向吸气管的各气缸的分歧部。因此，需用模拟对用于使空气流动顺利的研究。
图9示出了使空气流动适当化了的结果。由此，即可看出在图9的(A)、(B)、(C)部空气流动产生了紊流。根据该模拟结果喷射液体燃料、气体燃料，确认到气缸间的空燃比的偏差。
图10示出了喷射液体燃料时的状态，由于所喷射的燃料具有贯穿力，尽管有前述模拟中空气流中的紊流、或由用箭头表示的吸气干涉引起的气缸间的空气的紊流，但燃料到达了内燃机入口。另一方面，如图11所示，在喷射气体燃料的情况下，由于由特别是以箭头表示的吸气干涉引起的气缸间的空气紊流，可以确认到不进入规定数量的气缸燃料。
对液体燃料与气体燃料分别以排气分析仪测定了各气缸的空燃比。其结果示于图12。横轴表示气缸编号，纵轴上表示空燃比，整理出试验结果。在图12中，白圈表示液体燃料喷射的空燃比，黑方块表示气体燃料喷射的空燃比。从图中可以确认，在液体燃料喷射的空燃比的偏差是0.7，比气体燃料喷射空燃比的偏差2.2明显地小。从以上结果看，液体燃料喷射阀3的数量的减少，在液体燃料喷射下进行。
在本系统中，为了检测内燃机1的运转状态，图中虽未示出，但配置着冷却水温传感器、用于检测内燃机1的转速或曲轴角度的曲轴角传感器、用于检测变速箱输出轴的转速的车速传感器、以及在排气管8上配置了O2传感器9等。
在图4的控制器10中，输入来自上述曲轴角传感器的信号或从其他各种传感器来的检测信号，根据这些检测结果对液体燃料喷射阀3、点火线圈17、ISC(怠速控制)阀21、燃料泵32等进行控制。
图5示出了控制器10的内部构成。控制器10由包含有输入电路191、A/D变换部192、中央运算部(CPU)193、ROM(只读存储器)194、RAM(随机存取存储器)195、和输出回路196的计算机构成。
输入电回路191，在模拟信号的情况下，比如接受从水温传感器9、节气阀开度传感器9等来的信号，从这些信号中去除噪声成分等，再将去除了噪声成分的信号输出到A/D变换部192。
中央运算部193的功能在于，输入上述A/D变换的结果，由运行在ROM194等媒体中存储的燃料喷射控制程序或其他控制程序、或者进行数据的输出输入，来进行前述的各控制及诊断等。
运算结果和前述A/D变换结果，暂时存储于RAM195中，同时，该运算结果通过输出回路196作为控制输出信号197输出，用于控制液体燃料喷射阀3、点火线圈17等。
前述液体燃料喷射装置和气体燃料喷射装置，起动时使用液体燃料喷射装置，以发动机的状态、比如起动后的时间、冷却水温及运转状态等的单独或组合设定切换条件，如满足这些条件，则切换到气体燃料喷射装置。图8示出前述一例，例如，在起动时，当条件A成立时，液体燃料喷射装置、即汽油喷射向内燃机1。当条件B成立时，作为液体燃料的汽油停止喷射，气体燃料喷射向内燃机1。
下边对前述燃料喷射装置的切换作更详细的说明。图13示出了从液体燃料喷射区间向气体燃料喷射区间的转移状态。在液体燃料喷射区间，如前所述，成为以1个燃料喷射阀向各气缸供给燃料的所谓同时喷射模式。
喷射，在1个吸气中进行1次、即2转中进行3次喷射。另一方面，在气体燃料喷射区间采用时序喷射。从图13中以椭圆围起的部分可以看出，在3气缸内燃机中，存在着A～D四个模式。
A模式是液体燃料喷射区间，1个燃烧行程需要的燃料量以3次喷射(Til)满足。图14中示出了该A模式状态。
B模式是液体燃料喷射(Til)进行2次但有1次不足的情况下，以气体燃料喷射(Tigc)补充该不足部分的模式；图15示出了该B模式的状态。
C模式是液体燃料喷射(Til)进行1次而有2次不足、以气体燃料喷射(Tigc)补充该不足部分的模式。图16示出了该模式的状态。
D模式示出气体燃料喷射区间。图17示出了该D模式的状态。
图18示出了从气体燃料喷射区间向液体燃料喷射区间的转移状态，在前述转移区间间，必须有与从液体燃料喷射区间向气体燃料喷射区间的转移状态不同的、同时从两方喷射的模式。该同时喷射的次数，从图可以看出，是从气缸总数中减去1个气缸的次数。
即使在任何一个转移状态中，也必须以液体燃料喷射量与气体燃料喷射量分配1个燃烧行程需要的燃料量，进行高精度喷射。图19示出了为达到前述要求的控制方块图。200是基本喷射量运算部，基本喷射量Ti由空气量(Qa)与发动机转速(Ne)等算出。201是液体燃料喷射量运算部，是在基本喷射量Ti上乘以燃料性状设定系数Ki算出的。202是气体燃料喷射量运算部，是在基本喷射量Ti上乘以气体性状设定系数Kg算出的。在203的燃料喷射量分担部中，用液体燃料喷射次数计数部206监视在各气缸中进行了多少次液体燃料喷射，基于该监视结果的信号，进行图13～17中说明的气体燃料喷射量的计算。207是喷射指令部，在图8所示的条件下，像图13或图18所示的那样，发出液体燃料喷射、气体燃料喷射的停止或实行的指令。204、205是输出部，在205输出部，以规定顺序向被确定的气缸进行输出。而且，在上述控制中的计算，进行了求积处理，但也可由其他的运算等的处理代替。
下边来详细说明本发明的液体燃料喷射装置。图4是适用本发明的燃料喷射装置的系统构成图，图3是表示图2的燃料喷射装置的构成的要部剖面图。内燃机1，是3气缸(1A、1B、1C)发动机；该多气缸内燃机1的吸气口(1Aa、1Bb、1Cc)上连接设置着吸气管2(2A、2B、2C)，在该吸气管2上配设着1个喷射燃料的液体燃料喷射阀3。在其上游配置节气阀体12，收纳着节气阀4。为检测内燃机1的负荷状态，在节气阀体12上配置着节气阀开度传感器6和检测吸气管负压的压力传感器7。
液体燃料喷射阀3构成为从其上部引入燃料，再从前端的孔口喷射出，该燃料由在电磁力的作用下可上下的可动阀和设于喷嘴上的3个孔口计量、喷射。设于喷射阀上的3个孔口的朝向构成为朝向着内燃机1的各气缸的吸气口。
如图3所示，从液体燃料喷射阀3的孔口喷射的燃料，在内燃机1的吸气口(1Aa、1Bb、1Cc)，初次接触吸气通路的壁面。换句话说，在正规状态下，从孔口喷射的燃料在中途不接触吸气管2的壁面地至少可以到达内燃机1的吸气口(1Aa、1Bb、1Cc)。对3个气缸的燃料分配量不取决于各吸气路径，而主要仅由液体燃料喷射阀3的孔口的计量来决定。从而，由于不像现有的单点喷射(シングルポイントインジエクション)方式那样的燃料壁面流那样多，可确保气缸间的空燃比(A/F)的波动。
喷射控制，考虑到A/F的分配特性，比如对内燃机1的1个循环仅进行1～3次燃料喷射。
图1示出了本发明的实施例，为了将液体燃料喷射装置与气体燃料喷射装置做得更廉价，将后者的气体燃料喷射装置的喷射部添加在前述图2所示的部分上并一体化。在各气缸上组装上用于喷射气体的气体燃料喷射阀54A、54B、54C和燃料配管55。
这样，由于对多气缸内燃机1仅设置1个液体燃料供给系统，可使整个燃料喷射装置更廉价。
如上所述，若采用本发明，通过减少液体燃料喷射装置的液体燃料喷射阀和燃料通路对吸气管的一体化配置而可以进行废除燃料配管、作为气体燃料喷射装置的喷射部的气体燃料喷射阀、燃料配管向吸气管的一体化等的零件减少、集成及废除，可使整个燃料喷射装置更廉价。

Claims (13)

1.一种燃料喷射控制装置，其特征在于，该燃料喷射控制装置对从燃料喷射装置向各气缸供给气体燃料或从一处向各气缸供给液体燃料进行控制；所述燃料喷射装置具有将气体燃料喷射部和液体燃料喷射部，所述气体燃料喷射部将前述气体燃料喷射到内燃机的各气缸，该内燃机为将前述气体燃料和前述液体燃料中的至少一方供给到内燃机的双燃料内燃机；所述液体燃料喷射部将前述液体燃料喷射到前述双燃料内燃机的各气缸。
2.如权利要求1所记述的燃料喷射控制装置，其特征在于，前述液体燃料喷射部设在比控制空气流量的节气阀更靠下游的位置，并具有从一处沿多方向向前述内燃机的多个气缸喷射液体燃料的液体燃料喷射阀，对从该液体燃料喷射阀喷射前述液体燃料进行控制。
3.如权利要求1所记述的燃料喷射控制装置，其特征在于，将构成前述液体燃料喷射部的液体燃料喷射阀、燃压调节阀、燃料压力脉动抑止阀及燃料通路的至少1个、和构成前述气体燃料喷射部的气体燃料喷射阀、燃压调节阀与燃料通路的至少1个一体形成于吸入空气的吸气管，对前述气体燃料或前述液体燃料的喷射进行控制。
4.如权利要求1所记述的燃料喷射控制装置，其特征在于，将构成前述液体燃料喷射部的液体燃料喷射阀、燃压调节阀、燃料压力脉动抑止阀及燃料通路的至少1个、和构成前述气体燃料喷射部的气体燃料喷射阀、燃压调节阀与燃料通路的至少1个一体形成于设置有从前述一处沿多方向喷射燃料的液体燃料喷射阀的吸气管上，对前述气体燃料或前述液体燃料的喷射进行控制。
5.如权利要求3所记述的燃料喷射控制装置，其特征在于，添加设置有前述节气阀的节气阀体、并一体形成于前述吸气管上。
6.如权利要求2所记述的燃料喷射控制装置，其特征在于，前述燃料喷射装置，在接近内燃机一方配置气体燃料喷射阀；在远离内燃机一方配置液体燃料喷射阀。
7.如权利要求2所记述的燃料喷射控制装置，其特征在于，前述液体燃料喷射阀的数量比前述气体燃料喷射阀的数量少。
8.如权利要求1所记述的燃料喷射控制装置，其特征在于，前述气体燃料或前述液体燃料喷射的控制，包含有从前述液体燃料喷射向前述气体燃料喷射切换和从前述气体燃料喷射向前述液体燃料喷射的切换。
9.如权利要求8所记述的燃料喷射控制装置，其特征在于，从前述气体燃料喷射向前述液体燃料喷射切换期间，喷射前述液体燃料与前述气体燃料。
10.一种燃料喷射控制装置，它是一种对从燃料喷射装置向各气缸供给气体燃料或从一处向各气缸供给液体燃料进行控制的燃料喷射控制装置，所述燃料喷射装置具有气体燃料喷射部和液体燃料喷射部，该气体燃料喷射部向内燃机的各气缸喷射前述气体燃料，该内燃机为将前述气体燃料和前述液体燃料中的至少一方供给到内燃机的双燃料内燃机；该液体燃料喷射部将前述液体燃料喷射到前述双燃料内燃机的各气缸；其特征在于，前述燃料喷射控制装置具有液体燃料喷射量运算部、液体燃料量算出部和燃料喷射量分担部，所述液体燃料喷射量运算部对一个燃烧行程中所必要的液体燃料喷射量进行运算；所述液体燃料量算出部算出1个燃烧行程中被喷射的液体燃料量；所述燃料喷射量分担部根据前述液体燃料喷射量与前述液体燃料量，以气体燃料补充前述液体燃料的不足部分。
11.如权利要求10所记述的燃料喷射控制装置，其特征在于，前述气体燃料或前述液体燃料喷射的控制，在进行了前述补充喷射的处理后进行从前述液体燃料喷射向前述气体燃料喷射的切换。
12.一种燃料喷射控制装置，它是一种从燃料喷射装置向各气缸供给气体燃料或从一处向各气缸供给液体燃料进行控制的燃料喷射控制装置，所述燃料喷射装置具有气体燃料喷射部与液体燃料喷射部，该气体燃料喷射部向内燃机的各气缸喷射前述气体燃料，该内燃机为向内燃机供给前述气体燃料和前述液体燃料中的至少一方的双燃料内燃机；该液体燃料喷射部将前述液体燃料喷射到前述双燃料内燃机的各气缸；其特征在于，前述燃料喷射控制装置具有气体燃料喷射量运算部、气体燃料量算出部和燃料喷射量分担部，所述气体燃料喷射量运算部对1个燃烧行程所必要的气体燃料喷射量进行运算；所述气体燃料量算出部算出1个燃烧行程中被喷射的气体燃料量；所述燃料喷射量分担部根据前述气体燃料喷射量和前述气体燃料量由液体燃料补充上述气体燃料的不足部分。
13.按权利要求12所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，前述气体燃料或前述液体燃料喷射的控制，在进行了前述补充喷射的处理后进行从前述气体燃料喷射向前述液体燃料喷射的切换。
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