JP2004092540A - Fuel supply control device of gaseous fuel for internal combustion engine - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス燃料内燃機関の燃料供給制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えば圧縮天然ガス(以下、CNGという)のようなガス燃料を用いた内燃機関が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、液体燃料と比べると、ガス燃料は気体であるのでそもそも体積が大きく、しかも単位体積当たりの発熱量が小さいので或る一定の機関出力を得るために必要な燃料量が多くなる。従って、ガス燃料を吸気通路に供給すると、その分だけ空気を吸入できなくなり、即ち吸気充填効率が低下する。
【0004】
この問題は、筒内にガス燃料を直接噴射する燃料噴射弁を設け、圧縮行程に燃料噴射弁から筒内にガス燃料を噴射するようにすれば、解決できると考えられる。
【0005】
しかしながら、圧縮行程に筒内にガス燃料を噴射するためには比較的高い噴射圧を必要とする。従って、ガス燃料が消費されるにつれて燃料ボンベ内のガス燃料圧が次第に低下すると、最終的には内燃機関にガス燃料を供給することができなくなり、その結果燃料ボンベ内のガス燃料を有効に利用できないという問題点がある。例えば、燃料ボンベの容量が20MPaである場合に許容最低圧力が5MPaであると、燃料ボンベ内に充填されたガス燃料の25パーセントを用いることができず、即ち燃料ボンベが25パーセントのデッドボリュームを有していることと同じになる。
【0006】
そこで本発明の目的は、燃料貯蔵容器内のガス燃料を有効に利用することができるガス燃料内燃機関の燃料供給制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、筒内にガス燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、圧縮行程に該燃料噴射弁から筒内にガス燃料を噴射するようにしたガス燃料内燃機関において、燃料貯蔵容器内のガス燃料圧が低いときには高いときに比べて、燃料噴射時期を進角するようにしている。
【0008】
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、燃料貯蔵容器内のガス燃料圧が予め定められた下限圧よりも低くなったときには、吸気行程に燃料噴射弁からガス燃料を噴射するようにしている。
【0009】
また、3番目の発明によれば1番目の発明において、吸気通路内にガス燃料を噴射する追加の燃料噴射弁を具備し、燃料貯蔵容器内のガス燃料圧が予め定められた下限圧よりも低くなったときには、吸気行程に追加の燃料噴射弁から吸気通路内にガス燃料を噴射するようにしている。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気ポート、8は排気ポート、9は点火栓を夫々示す。吸気ポート7は対応する吸気枝管10を介してサージタンク11に連結され、サージタンク11は吸気ダクト12を介してエアクリーナ13に連結される。吸気ダクト12内にはステップモータ14により駆動されるスロットル弁15が配置される。一方、排気ポート8は排気マニホルド16及び排気管17を介して触媒コンバータ18に接続される。
【0011】
図1に示されるように、点火栓9はシリンダヘッド3の内壁面のほぼ中央部に配置される。これに対し、燃料噴射弁6はシリンダヘッド3の内壁面の周縁部に配置される。
【0012】
燃料噴射弁6は筒内にガス燃料を直接噴射するためのものである。図1に示されるように、各燃料噴射弁6は共通の燃料デリバリパイプ19に連結され、燃料デリバリパイプ19はレギュレータ20を介してガス燃料貯蔵容器即ち燃料ボンベ21に連結される。燃料ボンベ21内のガス燃料はレギュレータ20により一定の設定圧PRまで減圧された後に燃料デリバリパイプ19に供給され、次いで設定圧PRでもって燃料噴射弁6から筒内に噴射される。なお、図1に示される内燃機関では、ガス燃料としてCNGが用いられる。しかしながら、他のガス燃料を用いることもできる。
【0013】
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、常時電源に接続されているB−RAM(バックアップRAM)35、入力ポート36、及び出力ポート37を具備する。サージタンク11には、サージタンク11内の吸気圧力を表す出力電圧を発生する圧力センサ40が取り付けられ、燃料ボンベ21には燃料ボンベ21内のガス燃料圧Pを表す出力電圧を発生するガス燃料圧センサ41が取り付けられる。これらセンサ40,41の出力信号は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、入力ポート36にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。CPU34内では圧力センサ40からの出力信号に基づいて吸入空気量Qが算出され、クランク角センサ42からの出力パルスに基づいて機関回転数Nが算出される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路39を介して燃料噴射弁6、点火栓9、及びステップモータ14にそれぞれ接続される。
【0014】
本発明による実施例では、圧縮行程中の燃料噴射時期θFに、燃料噴射時間TAUだけ燃料噴射弁6からガス燃料が筒内に噴射される。この場合の燃料噴射時期θF及び燃料噴射時間TAUは機関運転状態、例えば機関負荷Q/N(吸入空気量Q/機関回転数N)及び機関回転数Nの関数として、図2(A)及び図2(B)にそれぞれ示されるマップの形で予めROM32内にそれぞれ記憶されている。この燃料噴射時間TAUは燃料噴射時期θFに設定圧PRのもとで、要求量だけガス燃料を噴射するのに必要な燃料噴射時間である。
【0015】
ガス燃料が消費され従って燃料ボンベ21内の燃料残量が少なくなるにつれて、燃料ボンベ21内のガス燃料圧Pが次第に低下する。次いで、ガス燃料圧Pが設定圧PRよりも低くなると、レギュレータ20はもはや作動せず、このときのガス燃料圧Pでもってガス燃料を噴射せざるを得ない。
【0016】
ところが、冒頭で述べたように、圧縮行程に筒内にガス燃料を噴射するためには比較的高い噴射圧を必要し、その結果ガス燃料圧Pが設定圧PRよりも低くなると圧縮行程にガス燃料を良好に噴射するのが困難になる。ガス燃料圧Pが筒内圧PCよりも高ければ一応の燃料噴射を行うことは可能であるけれども、ガス燃料圧Pが低くなり従って筒内圧PCとの差(=P−PC)が小さくなるにつれて、ガス燃料を要求量だけ噴射するために必要な燃料噴射時間が好ましくなく長くなる。一方、吸気行程における筒内圧PCは比較的低く、比較的低い噴射圧でもって短時間のうちに燃料噴射を行うことができる。
【0017】
そこで本発明による実施例では、ガス燃料圧Pがレギュレータ20により設定される設定圧PRよりも低いときには、吸気行程にガス燃料を噴射するようにしている。或いは、一般的にいうと、ガス燃料圧Pが低いときには高いときに比べて、燃料噴射時期を進角するようにしている。
【0018】
もっとも、ガス燃料圧Pが設定圧PRよりも低くなったといっても、直ちにすべての機関運転状態において良好な燃料噴射が行えないというわけではない。例えば、燃料噴射時期θFが比較的進角側であり従って燃料噴射が行われるときの筒内圧PCが比較的低い機関運転状態では、圧縮行程に良好な燃料噴射を行うことが可能である。
【0019】
そこで本発明による実施例では、圧縮行程に良好な燃料噴射を行うことが可能な下限圧PLを予め設定しておき、ガス燃料圧Pが設定圧PRよりも低くてもこの下限圧PLよりも高いときには圧縮行程に燃料噴射を行い、ガス燃料圧Pが下限圧PLよりも低くなると吸気行程に燃料噴射を行うようにしている。
【0020】
この下限圧PLの設定方法には様々な方法が考えられ得るが、本発明による実施例では図3(A)に示されるように、下限圧PCを筒内圧PCよりも一定値ΔPだけ大きく設定している(PL=PC+ΔP)。
【0021】
ここで、燃料噴射が行われるときの筒内圧PCは燃料噴射時期θFに応じて定まり、燃料噴射時期θFは上述したように機関運転状態に応じて定まる。そこで本発明による実施例では、下限値PLを機関運転状態例えば機関負荷Q/N及び機関回転数Nの関数として予め求めておき、図3(B)に示されるマップの形で予めROM32内に記憶するようにしている。
【0022】
図4は一定の機関運転状態においてガス燃料圧Pの変化に対する燃料噴射時期の変化を示している。図4を参照すると、ガス燃料圧Pが設定圧PRよりも高いときには圧縮行程に燃料噴射が行われる。このときの燃料噴射時期θF及び燃料噴射時間TAUは上述したように図2に示されるマップから求めることができる。
【0023】
ガス燃料圧Pが設定圧Pよりも低くなりしかしながら下限圧PLよりも高いときには、燃料噴射時期θFを維持しながら、圧縮行程に燃料噴射が行われる。次いで、ガス燃料圧Pが更に低くなって下限圧PLよりも低くなると吸気行程に燃料噴射が行われる。
【0024】
この場合、ガス燃料圧Pが低くなるにつれて噴射圧と筒内圧PCとの差圧が次第に小さくなるので、図2(B)に示されるTAUだけ燃料噴射を行うと、実際に噴射される燃料量が要求量よりも少なくなる。そこで本発明による実施例では、ガス燃料圧Pが低くなるにつれて燃料噴射時間を長くするようにしている。言い換えると、ガス燃料圧Pが設定圧PRよりも低いときには、実際に噴射される燃料量が要求量に一致するように、ガス燃料圧Pに基づいて燃料噴射時間が補正される。
【0025】
このように本発明による実施例では、ガス燃料圧Pが設定圧PRよりも低くなっても機関への燃料供給を継続して行うことができ、燃料ボンベ21内のガス燃料を有効に利用することができる。このことはガス燃料内燃機関車両の走行可能距離が長くなるということも意味している。
【0026】
図5は本発明による実施例の燃料噴射制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割り込みによって実行される。
【0027】
図5を参照すると、まずステップ100ではガス燃料圧Pが設定圧PRよりも低いか否かが判別される。P≧PRのときにはステップ101に進み、圧縮行程に上述した燃料噴射時間TAUだけ燃料噴射が行われる。これに対し、P<PRのときにはステップ102に進み、下限圧PLが図3(B)のマップから算出される。続くステップ103ではガス燃料圧Pが下限圧PLよりも低いか否かが判別される。P≧PLのときにはステップ104に進み、燃料噴射時間TAUを補正しながら、圧縮行程に燃料噴射が行われる。これに対し、P<PLのときにはステップ105に進み、燃料噴射時間TAUを補正しながら、吸気行程に燃料噴射が行われる。
【0028】
図6は本発明による別の実施例を示している。
【0029】
本発明による別の実施例では、圧縮行程にガス燃料を筒内に噴射するための燃料噴射弁6に加えて、吸気行程にガス燃料を吸気ポート7内に噴射するための追加の燃料噴射弁6Aが設けられる。各追加の燃料噴射弁6Aは共通の追加の燃料デリバリパイプ19Aに連結され、追加の燃料デリバリパイプ19Aは追加のレギュレータ20Aを介して燃料ボンベ21に連結される。レギュレータ20及び追加のレギュレータ20Aは三方弁22を介して燃料ボンベ21に連結される。
【0030】
三方弁22は燃料ボンベ21を、燃料噴射弁6と追加の燃料噴射弁6Aとのうちいずれか一方に接続するためにものである。即ち、圧縮行程にガス燃料を筒内に噴射すべきときには燃料ボンベ21が燃料噴射弁6に接続され、吸気行程にガス燃料を吸気ポート7内に噴射すべきときには燃料ボンベ21が追加の燃料噴射弁6Aに接続される。なお、三方弁22は電子制御ユニット30からの出力信号に基づいて制御される。
【0031】
図7に示される燃料噴射制御ルーチンを参照しながら、本発明による別の実施例を詳しく説明する。このルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割り込みによって実行される。
【0032】
図7を参照すると、まずステップ120ではガス燃料圧Pが設定圧PRよりも低いか否かが判別される。P≧PRのときにはステップ121に進み、燃料噴射弁6により圧縮行程に上述した燃料噴射時間TAUだけ筒内噴射が行われる。これに対し、P<PRのときにはステップ122に進み、下限圧PLが図3(B)のマップから算出される。続くステップ123ではガス燃料圧Pが下限圧PLよりも低いか否かが判別される。P≧PLのときにはステップ124に進み、燃料噴射時間TAUを補正しながら、燃料噴射弁6により圧縮行程に筒内噴射が行われる。これに対し、P<PLのときにはステップ125に進み、燃料噴射時間TAUを補正しながら、追加の燃料噴射弁6Aにより吸気行程に吸気ポート噴射が行われる。
【0033】
【発明の効果】
燃料貯蔵容器内のガス燃料を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガス燃料内燃機関の全体図である。
【図2】燃料噴射時期及び燃料噴射時間を示す線図である。
【図3】下限圧を示す線図である。
【図4】一定の機関運転状態における燃料噴射時期の変化を示す線図である。
【図5】燃料噴射制御を実行するためのフローチャートである。
【図6】本発明による別の実施例を示す図である。
【図7】本発明による別の実施例の燃料噴射制御を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1…機関本体
6…燃料噴射弁
6A…追加の燃料噴射弁
7…吸気ポート
21…燃料ボンベ
41…ガス燃料圧センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel supply control device for a gas-fueled internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an internal combustion engine using a gas fuel such as compressed natural gas (hereinafter, referred to as CNG) has been known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, compared to liquid fuels, gas fuels are gaseous and therefore have a large volume in the first place, and a small amount of heat generated per unit volume. Therefore, the amount of fuel required to obtain a certain engine output is large. Therefore, when the gas fuel is supplied to the intake passage, the air cannot be sucked to that extent, that is, the intake charging efficiency decreases.
[0004]
This problem can be solved by providing a fuel injection valve for directly injecting gas fuel into the cylinder, and injecting gas fuel from the fuel injection valve into the cylinder during the compression stroke.
[0005]
However, a relatively high injection pressure is required to inject gas fuel into the cylinder during the compression stroke. Therefore, when the gas fuel pressure in the fuel cylinder gradually decreases as the gas fuel is consumed, the gas fuel cannot be finally supplied to the internal combustion engine, and as a result, the gas fuel in the fuel cylinder is effectively used. There is a problem that can not be. For example, when the capacity of the fuel cylinder is 20 MPa and the minimum allowable pressure is 5 MPa, 25% of the gas fuel filled in the fuel cylinder cannot be used, that is, the fuel cylinder has a dead volume of 25%. It is the same as having.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel supply control device for a gas-fueled internal combustion engine that can effectively use gas fuel in a fuel storage container.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel injection valve for directly injecting gas fuel into a cylinder, and the gas fuel is injected from the fuel injection valve into the cylinder during a compression stroke. In a gas-fueled internal combustion engine, the fuel injection timing is advanced when the gas fuel pressure in the fuel storage container is low as compared to when the gas fuel pressure is high.
[0008]
According to a second aspect, in the first aspect, when the gas fuel pressure in the fuel storage container becomes lower than a predetermined lower limit pressure, the gas fuel is injected from the fuel injector during the intake stroke. I have to.
[0009]
According to a third aspect, in the first aspect, an additional fuel injection valve for injecting gas fuel into the intake passage is provided, and the gas fuel pressure in the fuel storage container is lower than a predetermined lower limit pressure. When it becomes low, gas fuel is injected into the intake passage from an additional fuel injection valve during the intake stroke.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake port, 8 is an exhaust port, 9 Indicates spark plugs, respectively. The
[0011]
As shown in FIG. 1, the ignition plug 9 is disposed substantially at the center of the inner wall surface of the
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
In the embodiment according to the present invention, at the fuel injection timing θF during the compression stroke, gas fuel is injected into the cylinder from the
[0015]
As the gas fuel is consumed and the remaining fuel amount in the
[0016]
However, as described at the beginning, in order to inject gas fuel into the cylinder during the compression stroke, a relatively high injection pressure is required. As a result, when the gas fuel pressure P becomes lower than the set pressure PR, the gas is discharged during the compression stroke. It becomes difficult to inject fuel well. If the gas fuel pressure P is higher than the in-cylinder pressure PC, it is possible to perform a certain amount of fuel injection. However, as the gas fuel pressure P decreases and the difference from the in-cylinder pressure PC (= P−PC) decreases, The fuel injection time required to inject the required amount of gas fuel is undesirably long. On the other hand, the in-cylinder pressure PC in the intake stroke is relatively low, and fuel injection can be performed with a relatively low injection pressure in a short time.
[0017]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the gas fuel pressure P is lower than the set pressure PR set by the
[0018]
However, even if the gas fuel pressure P becomes lower than the set pressure PR, this does not necessarily mean that good fuel injection cannot be performed in all engine operating states. For example, in an engine operating state in which the fuel injection timing θF is relatively advanced and the in-cylinder pressure PC at the time of fuel injection is relatively low, it is possible to perform good fuel injection during the compression stroke.
[0019]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the lower limit pressure PL at which a good fuel injection can be performed during the compression stroke is set in advance, and even if the gas fuel pressure P is lower than the set pressure PR, the lower limit pressure PL is set lower than the lower limit pressure PL. When the fuel pressure is high, fuel injection is performed during the compression stroke, and when the gas fuel pressure P becomes lower than the lower limit pressure PL, fuel injection is performed during the intake stroke.
[0020]
Various methods can be considered for setting the lower limit pressure PL. In the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 3A, the lower limit pressure PC is set to be larger than the in-cylinder pressure PC by a constant value ΔP. (PL = PC + ΔP).
[0021]
Here, the in-cylinder pressure PC when the fuel injection is performed is determined according to the fuel injection timing θF, and the fuel injection timing θF is determined according to the engine operating state as described above. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the lower limit value PL is obtained in advance as a function of the engine operating state, for example, the engine load Q / N and the engine speed N, and is stored in advance in the
[0022]
FIG. 4 shows a change in the fuel injection timing with respect to a change in the gas fuel pressure P in a constant engine operating state. Referring to FIG. 4, when the gas fuel pressure P is higher than the set pressure PR, fuel injection is performed in the compression stroke. At this time, the fuel injection timing θF and the fuel injection time TAU can be obtained from the map shown in FIG. 2 as described above.
[0023]
When the gas fuel pressure P is lower than the set pressure P but higher than the lower limit pressure PL, the fuel injection is performed during the compression stroke while maintaining the fuel injection timing θF. Next, when the gas fuel pressure P further decreases and becomes lower than the lower limit pressure PL, fuel injection is performed in the intake stroke.
[0024]
In this case, as the gas fuel pressure P decreases, the differential pressure between the injection pressure and the in-cylinder pressure PC gradually decreases. Therefore, when the fuel injection is performed only by TAU shown in FIG. Is less than required. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the fuel injection time is made longer as the gas fuel pressure P becomes lower. In other words, when the gas fuel pressure P is lower than the set pressure PR, the fuel injection time is corrected based on the gas fuel pressure P so that the actually injected fuel amount matches the required amount.
[0025]
As described above, in the embodiment according to the present invention, even if the gas fuel pressure P becomes lower than the set pressure PR, fuel can be continuously supplied to the engine, and the gas fuel in the
[0026]
FIG. 5 shows a fuel injection control routine according to the embodiment of the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined crank angle.
[0027]
Referring to FIG. 5, first, at
[0028]
FIG. 6 shows another embodiment according to the present invention.
[0029]
In another embodiment according to the invention, in addition to the
[0030]
The three-
[0031]
Another embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to a fuel injection control routine shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined crank angle.
[0032]
Referring to FIG. 7, first, at
[0033]
【The invention's effect】
The gas fuel in the fuel storage container can be effectively used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of a gas-fueled internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a fuel injection timing and a fuel injection time.
FIG. 3 is a diagram showing a lower limit pressure.
FIG. 4 is a diagram showing a change in fuel injection timing in a constant engine operating state.
FIG. 5 is a flowchart for executing fuel injection control.
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment according to the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for executing fuel injection control of another embodiment according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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---|---|---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100743108B1 (en) * | 2005-04-26 | 2007-07-30 | 박홍철 | Video recording system in vehicle |
RU2558667C1 (en) * | 2014-08-08 | 2015-08-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Mode of operation of engine running on gas fuel |
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2002
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