JP2000282928A

JP2000282928A - 燃料遮断弁制御装置

Info

Publication number: JP2000282928A
Application number: JP11092408A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Seike; 康清家; Takahiro Aki; 隆啓安藝; Masahiro Maekawa; 正博前川; Tetsuya Itakura; 徹也板倉
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP4212180B2

Abstract

(57)【要約】【課題】気体燃料用内燃機関に用いられる燃料遮断弁
制御装置において、遮断弁固着剥がしを効率よく適正に
行う。【解決手段】燃料噴射装置の燃料遮断弁を電磁的に開
閉制御するようにした燃料遮断弁制御装置において、エ
ンジン停止時に燃料遮断弁を閉じてからエンジンが停止
するまでの時間を算出して記憶し、エンジン始動時にエ
ンジンの冷却水の温度とガス燃料の圧力を検出する。そ
して、前記エンジン停止までの時間、及び前記検出され
た温度と圧力に基づいて大電流駆動により燃料遮断弁を
開弁駆動させる時間を算出し、算出された時間だけ燃料
遮断弁を大電流駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス燃料用内燃機
関に用いられる燃料遮断弁制御装置に関し、特に低温時
に始動させる際に燃料によって固着した遮断弁を一気に
剥がすための制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の燃料として天然ガス等の
気体燃料が使用されている。天然ガスはボンベに加圧充
填して使用され、この加圧充填された圧縮天然ガス（Ｃ
ＮＧ）をエンジンに供給する場合、ガソリンと同様に燃
料噴射弁を備えたインジェクタを用いる。そして、燃料
を噴射するインジェクタの手前には、エンジン始動時に
開かれ、停止時に閉じる燃料遮断弁が設けられている。

【０００３】車両の燃料噴射装置は電子制御によってイ
ンジェクタの電磁コイルに電流を流し、磁力によって燃
料噴射弁を動かしてインジェクションノズルとの間に隙
間を形成して燃料を噴出させるようにしている。図１は
電磁燃料噴射弁の例を示した図である。電磁コイルａに
端子ｂを通じて通電すると可動鉄心ｃが上方に吸引さ
れ、バルブｄが上方に移動してバルブシートｅから離れ
る。ガス燃料は矢印ｇの方向から導入され、バルブｄが
バルブシートｅから離れると噴射口ｆから噴射される。

【０００４】一方、インジェクタの手前にある燃料遮断
弁も電子制御によって電磁コイルに電流を流し、磁力に
よって弁を動かして燃料を通過させ、或いは遮断してい
る。この燃料遮断弁はエンジンが停止している時は閉じ
られており、エンジンが動いている時は開かれる。ま
た、エンジン等の異常時には閉じられる。ところが、例
えばＣＮＧを燃料として用いたエンジン車両の場合、低
温になるとガス充填時のコンプレッサのオイル、メタン
ガスに含まれる水分、燃焼時に発生する水分等が凍結
し、燃料遮断弁が固着して開きにくくなり、エンジン始
動時にエンジンがかかりにくくなることがある。

【０００５】従来はこの問題を解決するため、エンジン
始動時に燃料遮断弁を駆動する電磁コイルに通常より大
きい電流を流すことによって遮断弁の駆動力を増加させ
る大電流駆動制御が行われている。図２は従来の大電流
駆動制御を説明するための図である。図２において
（ａ）はイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）がＯ
ＮかＯＦＦかを表す波形、（ｂ）は燃料遮断弁が開（Ｏ
Ｎ）か閉（ＯＦＦ）かを表す波形、（ｃ）はエンジンの
回転数を表す波形、（ｄ）はインジェクタと燃料遮断弁
の間に残っている燃料の量（残燃料）を表す波形であ
る。（ｅ）はエンジンの各気筒の燃料噴射弁を駆動する
電磁コイルに流れる電流のタイミングを表す波形であ
り、（ｆ）は燃料遮断弁が大電流駆動がされているか
（ＯＮ）されていないか（ＯＦＦ）を示す波形であり、
（ｇ）は大電流駆動時間を設定したカウンタの波形を表
す。

【０００６】図２において、期間Ａの動作を説明する
と、（ａ）に示すようにＩＧスイッチがＯＦＦになる
と、（ｂ）に示すように燃料遮断弁が閉じる（ＯＦ
Ｆ）。するとエンジンに供給される燃料が希薄になるた
め、（ｃ）に示すようにエンジン回転数が低下し始め、
期間Ａの最後の時点で停止する。一方、ＩＧスイッチが
ＯＦＦになったときに電源はＯＦＦされるが、電流はそ
の直後の僅かな期間流れる。そのため、この間（ｅ）に
示すように、インジェクタによるエンジンへのガス燃料
の噴射は短時間であるが継続し、記号ａで示すタイミン
グで燃料の噴射が行われる（図の場合は３回）。一方、
遮断弁が閉じられた後に３回の燃料噴射が行われるた
め、（ｄ）に示すようにインジェクタと燃料遮断弁の間
に残っている残燃料の量は低下するが、期間Ａの最後で
エンジンが停止するためインジェクタと燃料遮断弁の間
にガス燃料がδだけ残ってしまう。なお、期間Ｂにおい
ても（ｅ）の記号ｂで示す点線のタイミングで各気筒で
燃料噴射が行われたとすると、（ｄ）に点線で示すよう
に残燃料は期間Ｂの最後で０となる。

【０００７】期間Ｃはエンジンの始動の際の動作を示す
波形である。（ａ）に示すようにＩＧスイッチがＯＮ
し、スタータスイッチがＯＮすると（図示なし）、
（ｂ）に示すように燃料遮断弁がＯＮ駆動される。次
に、（ｅ）に示すように記号ｃに示すタイミングで燃料
の噴射が行われ、（ｃ）に示すようにエンジンの回転数
が上昇してゆく。そして、（ｆ）で示すように燃料遮断
弁ＯＮから予め設定した時間Ｔo の間は燃料遮断弁に対
して大電流駆動が行われる。（ｇ）は時間Ｔo をカウン
タが設定した時間を示す波形であり、カウンタ値が０に
なると大電流駆動が終了する。

【０００８】図３は、図２の期間Ｃの大電流駆動の動作
を示すフローチャートである。まずＩＧスイッチをＯＮ
すると（Ｓ１）、大電流駆動する時間が設定される（Ｓ
２）。この時間は予め設定されている固定値である（図
２のＴo ）。次にスタータがＯＮしたかどうか判断され
（Ｓ３）、Ｙｅｓであれば大電流駆動が開始される（Ｓ
４）。そして、予め設定された時間が経過すると、大電
流駆動が終了する（Ｓ５）。なお、Ｓ３においてスター
タがＯＮでない時（Ｎｏ）には大電流駆動は開始されな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料遮断弁の駆
動制御においては、上記のように始動時に燃料遮断弁を
大電流駆動して駆動力を増加させ、燃料によって固着し
た遮断弁を一気に剥がすようにしていた。しかし、始動
時に常に所定時間だけ通常より大きな電流を流すため、
燃料遮断弁にかかる負荷が大きくなり、遮断弁内のコイ
ルの焼け切れ等が発生することがあった。また、通常よ
り大きな電流を流し続けるためバッテリーへの負荷が大
きく、バッテリーの消耗を早めるという問題もあった。
一方、暖機完了時に再始動する場合など、燃料の固着が
ほとんどなく、燃料遮断弁制御を行う必要がない時でも
大電流駆動制御が行われるため、無駄な制御を行って遮
断弁の劣化を早めるという問題があった。

【００１０】本発明は上記問題を解決する燃料遮断弁制
御装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、気体燃料噴射装置の燃料遮断弁を電磁的に開
閉制御するようにした燃料遮断弁制御装置において、エ
ンジン停止時に燃料遮断弁を閉じてからエンジンが停止
するまでの時間を算出して記憶する。また、エンジン始
動時にエンジンの冷却水の温度とガス燃料の圧力を検出
する。そして、前記エンジン停止までの時間、又は前記
検出された温度と圧力の少なくとも１つ、あるいは両者
に基づいて大電流駆動する時間を算出し、算出された時
間だけ燃料遮断弁を大電流駆動して開くようにしたもの
である。

【００１２】エンジン停止時に燃料遮断弁が閉じてから
エンジンが停止するまでの時間は、この間に燃料噴射が
された回数から算出する。また、エンジン停止までの時
間に基づいて算出した燃料遮断弁を大電流駆動する時間
は、前記検出された温度と圧力の少なくとも１つに基づ
いて補正する。さらに、補正に際して補正係数を環境に
応じて変化させる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図４は気体燃料用内燃機関の燃料
供給系統の概要を示した図である。１は燃料タンクで２
００〜２５０kg/cm²の圧力の圧縮燃料が充填されてい
る。燃料タンク１には燃料を供給する充填カプラ２と逆
止弁３が備えられている。４は電磁制御元弁、５は温度
センサ５１と１次圧力センサ５２を備えたセンサ部で、
燃料の圧力や残量の算出等に用いる。燃料ガスはガスフ
ィルタ６、及び第１電磁遮断弁７を通ってレギュレータ
８に行く。レギュレータ８では燃料の圧力を、例えば２
００kg/cm²から８kg/cm²に落として低圧にする。レギュ
レータ８には圧力調整のためのリリーフ弁９が設けられ
ている。第１電磁遮断弁７はガス漏れ等の異常時に燃料
の供給を遮断するためのものである。１０は第２電磁遮
断弁で、エンジン停止時やレギュレータ８により圧力の
調整がうまく行かなかった場合等の圧力異常時に燃料の
供給を遮断するためのものである。１１はガスインジェ
クタで、ＥＣＵ１２のインジェクタドライバー（INJ DR
IVER）の制御によりガスインジェクタ１１に設けられた
燃料噴射弁を駆動してガスを噴射する。ガスインジェク
タ１１にはガス温度センサ１１１と２次ガス圧力センサ
１１２が設けられており、インジェクタの燃料ガスの温
度と圧力（燃圧）が検出される。

【００１４】１３は内燃機関でシリンダブロック１４と
シリンダヘッド１５が設けられており、シリンダブロッ
ク１４には気筒１６が設けられている。気筒１６内には
ピストン１７が往復可能に収容されている。シリンダブ
ロック１４とシリンダヘッド１５の間のピストン１７の
上側は燃焼室１８で、シリンダヘッド１５には吸気管１
９及び排気管２０が設けられている。２１は吸気バル
ブ、２２は排気バルブである。２３は冷却水の水温セン
サであり、２４はノックセンサである。排気管にはＯ₂
センサ２５、２６、触媒コンバータ２７、２８が設けら
れている。

【００１５】図４において、第２電磁遮断弁１０が本発
明において制御対象となる燃料遮断弁であり、インジェ
クタ１１の手前に設けられている。図５は、本発明燃料
遮断弁制御装置の構成の概要を示す図である。図５にお
いて１２はＥＣＵで、ＩＧスイッチ信号発生器１２１、
燃料遮断弁がＯＦＦされてからエンジンが停止するまで
の間に各気筒から何回燃料噴射が行われたかをモニタす
る噴射気筒モニタ１２２、エンジン冷却水の水温センサ
１２３、及び燃料圧力（燃圧）センサ１２４からの各信
号を受け、燃料遮断弁１０を駆動制御する。

【００１６】図６は本発明の大電流駆動制御を説明する
ための図である。図６において（ａ）はＩＧスイッチが
ＯＮかＯＦＦかを表す波形、（ｂ）は燃料遮断弁が開
（ＯＮ）か閉（ＯＦＦ）かを表す波形、（ｃ）はエンジ
ンの回転数を表す波形、（ｄ）はインジェクタと燃料遮
断弁の間に残っている燃料の量（残燃料）を表す波形で
ある。（ｅ）はエンジンの各気筒の燃料噴射弁を駆動す
る電磁コイルに流れる電流のタイミングを表す波形であ
り、（ｆ）は燃料遮断弁が大電流駆動がされているか
（ＯＮ）されていないか（ＯＦＦ）を示す波形であり、
（ｇ）は燃料遮断弁がＯＦＦしてからエンジンが停止す
るまでの時間をカウンタにより算出した波形、及び大電
流駆動時間Ｔを設定したカウンタの波形を表す。

【００１７】図６において、期間Ａの動作を説明する
と、（ａ）に示すようにＩＧスイッチがＯＦＦすると、
（ｂ）に示すように燃料遮断弁が閉じる（ＯＦＦ）。す
るとエンジンに供給される燃料が希薄になるため、
（ｃ）に示すようにエンジン回転数が低下し始め、期間
Ａの最後の時点で停止する。一方、ＩＧスイッチがＯＦ
Ｆになったときに電源はＯＦＦされるが、電流はその直
後の僅かな期間流れる。そのため、この間（ｅ）に示す
ように、インジェクタによるエンジンへのガス燃料の噴
射は短時間ではあるが継続し、記号ａで示すタイミング
で燃料の噴射が行われる（図の場合は３回）。一方、遮
断弁が閉じられた後に３回の燃料噴射が行われるため、
（ｄ）に示すようにインジェクタと燃料遮断弁の間に残
っている残燃料の量は低下するが、期間Ａの最後でエン
ジンが停止するためインジェクタと燃料遮断弁の間にガ
ス燃料がδだけ残ってしまう。なお、期間Ｂにおいても
（ｅ）において記号ｂで示す点線のタイミングで燃料噴
射が行われたとすると、（ｄ）に点線で示すように残燃
料は期間Ｂの最後で０となる。この図の場合、残燃料が
ほぼ０となるのは、燃料遮断弁ＯＦＦ後に７回の燃料噴
射が行われたときである。期間ＡとＢはエンジン停止時
の動作であるから、（ｇ）大電流駆動はＯＦＦのままで
ある。ここまでの動作は図２で示した従来の動作と同じ
である。

【００１８】本発明では、燃料遮断弁が閉じてからエン
ジンが停止するまでの時間を算出して記憶しておく。例
えば、上記エンジン停止までの時間を（ｇ）に示すよう
に燃料噴射された回数をカウントすることによって算出
して記憶しておく。図の場合、１、２、３とカウントさ
れ、エンジン停止までの時間は「３」として記憶され
る。

【００１９】期間Ｃはエンジンの始動の際の動作を示す
波形である。（ａ）に示すようにＩＧスイッチがＯＮ
し、スタータスイッチがＯＮすると（図示なし）、
（ｂ）に示すように燃料遮断弁のＯＮ動作が開始され
る。次に、（ｅ）に示すように記号ｃに示すタイミング
で燃料の噴射が行われ、（ｃ）に示すようにエンジンの
回転数が上昇してゆく。そして、本発明では（ｆ）で示
すように、燃料遮断弁に対して大電流駆動が行われる時
間Ｔは固定値ではなく、（ｅ）において説明したよう
に、燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するまでの
間の時間、例えばこの間に燃料噴射された回数に基づい
て算出される。この時間Ｔは期間Ｃにおいて（ｇ）に示
すように、カウンタにより設定され（この場合４）、こ
の間に大電流駆動が行われる。

【００２０】次に、前記エンジン停止時間からどのよう
に大電流駆動時間を算出するか説明する。図６の場合、
燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するまでに３回
の燃料噴射が行われている。従って、燃料噴射回数のカ
ウント値を用いてエンジン停止までの時間は「３」と算
出され、記憶される。先に述べたように、図６の場合、
残燃料がほぼ０となるのは燃料遮断弁ＯＦＦ後に７回の
燃料噴射が行われたときである。従って、エンジン停止
までの時間、即ち、燃料噴射回数が７に近ければ残燃料
は少なくなり、燃料遮断弁が固着する程度は低くなる。
反対に、７より小さくなればなるほど残燃料は多くな
り、燃料遮断弁が固着する程度は高くなる。

【００２１】以上のことを考えて、例えば図６のよう
に、エンジン停止までの時間が「３」の場合、エンジン
始動時の大電流駆動時間を「４」とする。また、エンジ
ン停止までの時間が「６」の場合、エンジン始動時の大
電流駆動時間を「１」とする。なお、上記カウント値の
「１」に対して、例えば時間は７０〜１０msに設定す
る。勿論この値は環境に応じて変更することができる。

【００２２】図７は本発明の燃料遮断弁の大電流駆動制
御の動作を示すフローチャートである。このフローチャ
ートを用い、図６の波形を参照して、本発明の大電流駆
動制御の動作を説明する。なお、このフローに示す動作
の制御は図５のＥＣＵ１２により行われる。まずＩＧス
イッチをＯＦＦすると（Ｓ１）、燃料遮断弁が閉じられ
てからエンジンが停止するまでの時間が算出され、記憶
される（Ｓ２）。次にエンジンを始動する時にはＩＧス
イッチがＯＮされ（Ｓ３）、図４の温度センサ２３によ
りエンジン冷却水の温度が、２次ガス圧力センサ１１２
により燃料の圧力（燃圧）が検出される（Ｓ４）。次
に、前記記憶されたエンジン停止までの時間に基づいて
燃料遮断弁を開くために大電流駆動する時間が算出され
る（Ｓ５）。次に、前記検出された水温、又は燃圧、あ
るいは両者に基づき、Ｓ５で算出された大電流駆動時間
を補正する（Ｓ６）。なお、前記記憶されたエンジン停
止までの時間に基づいて算出された時間によってのみ大
電流駆動してもよい。その場合は水温と燃圧の検出（Ｓ
４）は不要となる。

【００２３】次にスタータがＯＮしたかどうか判断され
（Ｓ７）、Ｙｅｓであれば大電流駆動が開始される（Ｓ
８）。そして、前記算出された大電流駆動時間が経過す
ると、大電流駆動が終了する（Ｓ９）。なお、Ｓ７にお
いてスタータがＯＮでない時（Ｎｏ）には大電流駆動は
開始されない。図８及び図９は、図７のフローチャート
のＳ６において、エンジンの水温と燃圧からどのように
大電流駆動時間を補正するかを示すグラフの例である。
図８において、横軸は水温（℃）を表し、縦軸は補正係
数を表す。水温が高ければ燃料遮断弁の固着の程度が低
くなるため補正係数は小さくてよい。図９において、横
軸は燃圧（kg/cm²）を表し、縦軸は補正係数を表す。こ
の場合は、燃圧が高ければ燃料遮断弁の固着の程度が高
くなるため補正係数は大きくなる。上記２つのグラフか
ら得られた補正係数を用い、先にエンジン停止までの時
間に基づいて算出された大電流駆動時間を補正係数を積
算することで補正する。例えば、図８の場合は水温が０
℃〜１０℃の間のいずれかの温度の係数を１と、それ以
上の場合を１より大きい係数とし、それ以下の場合を１
より小さい係数とする。また図９の場合は燃圧が１kg/c
m²〜３kg/cm²の間のいずれかの燃圧の係数を１と、それ
以上の場合を１より大きい係数とし、それ以下の場合を
１より小さい係数とする。

【００２４】一方、水温と燃圧の両者から補正係数を算
出してもよい。この場合は水温と燃圧をパラメータにし
たマップを作成し、マップに基づいて補正係数を算出
し、補正する。なお、上記補正係数は環境に応じて変化
させることができる。またこの他、水温と燃圧から大電
流駆動時間を算出し、エンジン停止までの時間で求めた
大電流駆動時間と加算して実際の大電流駆動時間を求め
るようにしても良い。

【００２５】

【発明の効果】本発明は従来のように、燃料遮断弁の大
電流駆動を予め設定された時間行うのではなく、エンジ
ン停止時に燃料遮断弁を閉じてからエンジンが停止する
までの時間を算出して記憶し、エンジン始動時に前記記
憶した時間に基づいて大電流駆動時間を算出して燃料遮
断弁を制御し、さらに、大電流駆動時間を水温や燃圧に
応じて補正しているので、適切な制御を行うことができ
る。そのため、始動時に行われる無駄な大電流駆動が原
因となって発生していた燃料遮断弁の劣化を防止し、寿
命を延ばすことができると共に、大電流駆動時のバッテ
リーへの負担を低減させ劣化を防止することができる。

【００２６】さらに、補正係数を環境に応じて変化させ
ることができるので、適切な燃料遮断弁の駆動制御をす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁燃料遮断弁の構造の例を示す図である。

【図２】従来の大電流駆動制御を説明するための図であ
る。

【図３】従来の大電流駆動制御の動作を示すフローチャ
ートである。

【図４】燃料供給系統の概要を示した図である。

【図５】本発明燃料遮断弁制御装置の構成の概要を示し
た図である。

【図６】本発明の大電流駆動制御を説明するための図で
ある。

【図７】本発明の大電流駆動制御の動作を示すフローチ
ャートである。

【図８】エンジンの冷却水の水温と大電流駆動による燃
料遮断弁の駆動時間との関係を示すグラフである。

【図９】ガス燃料の圧力（燃圧）と大電流駆動よる燃料
遮断弁の駆動時間との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…燃料タンク２…充電カプラ３…逆止弁４…電磁制御元弁５…センサ部５１…温度センサ５２…１次圧力センサ６…ガスフィルタ７…第１電磁遮断弁８…レギュレータ９…リリーフ弁１０…第２電磁遮断弁（燃料遮断弁）１１…ガスインジェクタ１１１…ガス温度センサ１１２…２次ガス圧力センサ１２…ＥＣＵ１２１…ＩＧスイッチ信号発生器１２２…噴射気筒モニタ１２３…水温センサ１２４…燃料圧力センサ１３…内燃機関１４…シリンダブロック１５…シリンダヘッド１６…気筒１７…ピストン１８…燃焼室１９…吸気管２０…排気管２１…吸気バルブ２２…排気バルブ２３…冷却水の温度センサ２４…ノックセンサ２５，２６…Ｏ₂センサ２７，２８…触媒コンバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前川正博兵庫県神戸市兵庫区御所通１丁目２番28号富士通テン株式会社内 (72)発明者板倉徹也兵庫県神戸市兵庫区御所通１丁目２番28号富士通テン株式会社内Ｆターム(参考） 3G301 HA22 JA15 JA32 KA01 KA28 LB00 LB06 LC10 NC01 NE23 PB08Z PC08Z PD08Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体燃料噴射装置の燃料遮断弁を電磁的
に開閉制御する燃料遮断弁制御装置において、エンジン
停止時に燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するま
での時間を算出して記憶する手段、前記エンジン停止ま
での時間に基づいて燃料遮断弁を大電流駆動する時間を
算出する大電流駆動算出手段を有し、算出された時間だ
け燃料遮断弁を大電流駆動する燃料遮断弁制御装置。
【請求項２】エンジン始動時にエンジンの冷却水の温
度とガス燃料の圧力の少なくとも１つを検出する手段を
更に備え、前記大電流駆動算出手段は前記エンジン停止
までの時間、及び該温度と圧力の少なくとも１つに基づ
いて燃料遮断弁を大電流駆動する時間を算出する、請求
項１に記載の燃料遮断弁制御装置。
【請求項３】前記エンジン停止時に燃料遮断弁が閉じ
てからエンジンが停止するまでの時間は、この間に燃料
噴射がされた回数から算出する、請求項１に記載の燃料
遮断弁制御装置。
【請求項４】前記エンジン停止までの時間に基づいて
算出した燃料遮断弁を大電流駆動する時間を、前記検出
された温度と圧力の少なくとも１つに基づいて補正す
る、請求項２に記載の燃料遮断弁制御装置。
【請求項５】前記補正に際し、補正係数を環境に応じ
て変化させる、請求項４に記載の燃料遮断弁制御装置。