JP2005127316A - Ｌｐｉエンジンの燃料噴射制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動性の向上、出力の向上、燃費の向上、有害排気ガスの減少などの最適な燃料噴射制御を通じてさまざまな性能の向上が図れるＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法を提供するとともに、エンジン制御ユニットに噴射制御条件を提供する燃料圧力センサと燃料温度センサとを必要としないＬＰＩエンジンの燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】本発明は、エンジンが始動したかどうかを確認するエンジン始動確認段階と、エンジンが始動した場合、エンジン回転数の増加量と燃料温度とを算出する段階と、算出したエンジン回転数の増加量と燃料温度とから燃料圧力を算出する段階と、算出した燃料温度と燃料圧力とから供給されるＬＰＧ燃料のプロパン含量を算出する段階と、プロパン含量別に設けたマップによって燃料噴射時期と噴射時間とを制御する段階と、を含んで構成されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明はＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法に関し、特に始動時のＬＰＧのプロパン含量比を算出し、これによる燃料噴射制御を実施するＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法及びその装置に関する。

ＬＰＩ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）エンジンはＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）を燃料として使用するエンジンであり、ボンベと呼ばれるＬＰＧタンク内に貯蔵したＬＰＧ燃料を従来のように、ベーパライザで気化させた後、ミキサで外気と混合してシリンダに供給するものではなく、インジェクタを通じて直接シリンダに噴射して燃焼させるエンジンであり、より精密な燃料噴射制御が可能であるため、次第にその使用が増加している。

一方、ＬＰＧはプロパン（ｐｒｏｐａｎｅ）とブタン（ｂｕｔａｎｅ）をその主成分としているが、季節による始動性の問題のため、主にプロパンを１０〜３０％含有する燃料を使用するようになり、これを基準として燃料噴射制御マップ（ｍａｐ）を作って噴射制御を実施している。
さらに、前記マップが保存されているエンジン制御ユニットは、燃料噴射制御条件である燃料圧力と燃料温度とを、別に設けた燃料圧力センサと燃料温度センサとを通じて提供されていた。

従って、他のＬＰＧが供給された場合、供給されるＬＰＧに適切な燃料噴射制御を実施することができなかったため、始動性の低下、燃費の低下、出力の減少、排気ガス内の有害成分の増加などさまざまな問題が発生し、エンジン制御ユニットを通じた燃料噴射制御に必ず燃料圧力と燃料温度とを測定するセンサが必要であるという短所があった。
特開２００３−２８６９１３号公報

本発明の目的は、エンジン始動時のＬＰＧのプロパン含量を算出し、供給されるＬＰＧの特性（プロパン含量）による燃料噴射制御を実施することにより、燃焼性能の向上による始動性の向上、出力の向上、燃費の向上、有害排気ガスの減少などの最適な燃料噴射制御を通じて得ることができるさまざまな性能の向上が図れるＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法を提供することある。
さらに、本発明の他の目的は、上記の燃料噴射制御を遂行する装置において、エンジン制御ユニットに噴射制御条件を提供する燃料圧力センサと燃料温度センサとを必要としないＬＰＩエンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明による方法は、エンジンが始動したかどうかを確認するエンジン始動確認段階と、エンジンが始動した場合、エンジン回転数の増加量と燃料温度とを算出する段階と、算出したエンジン回転数の増加量と燃料温度とから燃料圧力を算出する段階と、算出した燃料温度と燃料圧力とから供給されるＬＰＧ燃料のプロパン含量を算出する段階と、プロパン含量別に設けたマップによって燃料噴射時期と噴射時間とを制御する段階と、を含んで構成されることを特徴とする。

さらに、本発明による装置は、クランク回転数センサまたはカム回転数センサ、そして冷却水温センサと、空気温センサと、空気量センサと、これらのセンサからの測定値と予め入力されている各種データによってエンジン回転数の増加量と供給される燃料の温度及び圧力を算出し、最終的に燃料内のプロパン含量を算出して各プロパン含量別に設けたマップによってインジェクタ駆動回路を制御するエンジン制御ユニットと、前記インジェクタ駆動回路の作動に応じてノズル開閉時期と時間とが調節されて燃料を噴射するインジェクタと、を含んで構成されることを特徴とする。

本発明では、供給されるＬＰＧのプロパン含量比を算出し、これによる燃料噴射制御を実施することにより燃焼性能の向上による始動性の向上、出力の向上、燃費の向上、有害排気ガスの減少などの効果があり、さらにこのような燃料噴射制御を行う装置において、エンジン制御ユニットに噴射制御条件を提供する燃料圧力センサと燃料温度センサとを必要としないため構成が単純になり、費用が節減される効果がある。

以下、本発明の実施例を添付図によって詳述する。

図１はエンジン始動時のエンジン回転数の挙動を示すエンジン回転数−時間グラフである。
図に示すように、停止していたエンジンを始動すれば、急激に回転数が上昇してからやや緩やかな上昇が続き、その後徐々に下がって安定したアイドル状態を維持するようになる。
このようなエンジン始動時のエンジン回転数の挙動は、どの場合にも同一のパターンを有し、特に始動初期の回転数の上昇程度は、燃料の特性に関連がある。

即ち、始動初期のエンジン回転数の増加量は、図面でグラフの勾配（エンジン回転数の増加量（ｂ）／単位時間（ａ））として表れる。例えば点線は、ブタン１００％（プロパン０％）の場合の勾配であり、一点鎖線は、ブタン７０％、プロパン３０％の場合の勾配であって、このように始動初期のエンジン回転数の増加量はＬＰＧ燃料内のプロパン含量に比例する。
即ち、エンジン回転数の増加量は、供給されるＬＰＧ燃料のプロパン含量を知るための一つの要素になる。

一方、ＬＰＧ燃料のプロパン含量を知るには、供給されるＬＰＧ燃料の温度と圧力とを知ることが必要である。
供給されるＬＰＧ燃料の温度と圧力とが分かれば、図２に示すＬＰＧのＰ−Ｔ（圧力−温度）線図から供給されるＬＰＧ燃料のブタンとプロパンとの組成比を知ることができる。
従って、ＬＰＧ燃料のＰ−Ｔ線図は、エンジン制御ユニットにデータ化して保存される。

ＬＰＧ燃料のＰ−Ｔ線図データによって供給燃料内のプロパン含量が分かれば、各プロパン含量別に設けたマップによって燃料の噴射制御を実施する。
このために、エンジン制御ユニットには予め各プロパン含量別のマップが保存されている。このマップは、基本噴射時間にプロパン含量毎に適切な補償量（補償ファクタ）を決めたマップで、この補償量は各プロパン含量別に反復試験を通じて得られる。
従来はプロパン含量が１０〜３０％のＬＰＧ燃料の噴射制御マップだけがエンジン制御ユニットに入力されていたが、本発明では０〜１００％全領域のマップを備えている。

以下、図３を参照して本発明の各段階をより詳しく説明する。
本発明は、エンジンの始動と同時に作用し始めるものであり、先にエンジンの始動可否を判断する。イグニションスイッチからの信号などによってエンジンが始動したかどうかを判断し、エンジンが始動した場合には始動初期のエンジン回転数の増加量と供給されている燃料の温度とを算出する。
始動初期のエンジン回転数の増加量は、エンジン制御ユニットが内臓した時計によって単位時間（例えば、１秒）毎にクランク回転数センサからエンジン回転数値を算出する。

ここで、クランク回転数センサの代りにクランクシャフトと常に一定の比率で回転するカムシャフトの回転を感知するカム回転数センサを利用してもよい。
燃料温度もやはりエンジン制御ユニットが算出する値であって、エンジン制御ユニットは冷却水温センサと、空気温センサ及び空気量センサなどから燃料温度と関連がある周辺条件に関する値を印加され、これらの値によって燃料温度を算出する。
エンジン制御ユニットには冷却水温、空気温、空気量などの燃料温度値に関するデータが予め反復試験を通じて得られた後にデータ化されて入力されている。
従って、本発明では燃料温度測定のために別に燃料温度センサを設置する必要がない。

上記のように始動初期のエンジン回転数の増加量と燃料温度が算出された後に燃料圧力を算出する。供給燃料の圧力はエンジン回転数の増加量と燃料温度の関数として、各エンジン回転数の増加量と燃料温度の変化による燃料圧力値がデータ化されてエンジン制御ユニットに入力される。
従って、本発明では燃料温度センサの場合と同じく燃料圧力測定のために別に燃料圧力センサを設置する必要がない。
燃料圧力を算出した後には、供給燃料内のプロパン含量を算出するが、前述したように、燃料温度と燃料圧力とが決定すればデータ化されているＬＰＧ燃料のＰ−Ｔ線図からプロパンとブタンとの組成比を知ることができるため、燃料内プロパンの含量が分かる。

このようにプロパンの含量が算出されれば、各プロパン含量別に設けたマップによって燃料噴射制御を実施する。燃料噴射制御の要素は噴射時期と噴射時間であり、プロパン含量別に設けた各マップには、該当するプロパン含量で最大の出力が発生し、燃費が向上し、排気ガス内の有害成分が減少するように考慮された最適の噴射時期と噴射時間とがデータ化して入力される。（より正確には、前述したように基本噴射時間に乗ずる定数化した補償ファクタが決定される。）
前記該当マップによって噴射時期と噴射時間とが決定すれば、エンジン制御ユニットはインジェクタ駆動回路を制御してインジェクタのノズル開閉時期と時間とを調節しながら最適な噴射制御を実施する。
従って、前述したようにプロパン含量による最適の燃焼がなされ出力が向上し、燃費が良くなり、排気ガス内の有害成分が減少する。

一方、図４に示すように、燃料圧力算出段階以後に、以前に算出した燃料の温度及び圧力が適正範囲内の値ではない場合には、エンジン制御ユニットに関連故障コードを保存し、室内に設けた警告灯を点灯して運転者に車両に異常があることを知らせ、整備時に参考となるようになっている。
適正範囲の判断は、燃料の温度及び圧力の最低値と最高値とを予め適正水準で設定しておき、前記段階で算出された燃料の温度及び圧力値をこれと比べて判断するようになり、やはりエンジン制御ユニットで遂行する。
そして、算出された燃料の温度及び圧力が適正範囲内にある場合には、前回の始動時に保存されている可能性がある関連故障コードを削除し、警告灯はオフ状態を維持する。

一方、本発明による装置は、図５に示す通り各種センサ、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）、インジェクタから構成されている。
クランク回転数センサとカム回転数センサから得られたエンジン回転数値と内臓時計によって始動初期の単位時間当りのエンジン回転数の増加量を算出する。また、冷却水温センサ、空気温センサ、空気量センサから燃料温度を算出する。算出されたエンジン回転数の増加量と燃料温度とから供給されているＬＰＧ燃料の燃料圧力を算出する。
算出された燃料圧力と燃料温度とによってプロパン含量を算出するためにＬＰＧ燃料のＰ−Ｔ線図がデータ化して入力されている。また、各プロパン含量別に燃料噴射時期と燃料噴射時間とが決められたマップが入力されており、このマップによって決定された燃料噴射時期と燃料噴射時間によってインジェクタ駆動回路が制御され、インジェクタから燃料を噴射する。

エンジン始動時のエンジン回転数の挙動を示すエンジン回転数−時間グラフである。 ＬＰＧ燃料のＰ−Ｔ（圧力−温度）線図である。 本発明によるＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法の制御フローチャートである。 故障コード保存及び警告灯点灯段階が加えられた燃料噴射制御方法の制御フローチャートである。 本発明によるＬＰＩエンジンの燃料噴射制御装置の概略構成図である。

符号の説明

１ クランク回転数センサ
２ カム回転数センサ
３ 冷却水温センサ
４ 空気温センサ
５ 空気量センサ
１０ エンジン制御ユニット
２０ インジェクタ

Claims (7)

1. エンジンが始動したかどうかを確認するエンジン始動確認段階と、
   エンジンが始動した場合、エンジン回転数の増加量と燃料温度とを算出する段階と、
   算出したエンジン回転数の増加量と燃料温度とから燃料圧力を算出する段階と、
   算出した燃料温度と燃料圧力とから供給されるＬＰＧ燃料のプロパン含量を算出する段階と、
   プロパン含量別に設けたマップによって燃料噴射時期と噴射時間とを制御する段階と、
   を含んで構成されることを特徴とするＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法。
2. 前記エンジン回転数の増加量は、クランク回転数またはカム回転数を測定し、測定されたクランク回転数またはカム回転数の単位時間当りの増加量から算出することを特徴とする請求項１に記載のＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法。
3. 前記燃料温度は、冷却水温、空気温、空気量を測定し、既に入力された冷却水温、空気温、空気量の測定値と燃料温度に関するデータとを利用して算出することを特徴とする請求項１に記載のＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法。
4. 前記ＬＰＧ燃料のプロパン含量は、燃料温度と燃料圧力とからデータ化して入力されたＬＰＧ燃料のＰ−Ｔ線図を利用して算出することを特徴とする請求項１に記載のＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法。
5. 算出された燃料の温度と圧力とが、既に設定されている最低値と最高値との範囲内に収まらない場合、関連故障コードを保存して警告灯を点灯させ、燃料の温度と圧力とが設定した範囲内にある場合、関連故障コードが保存されている時は故障コードを削除し、警告灯のオフ状態を維持する段階を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＰＩエンジンの燃料噴射制御方法。
6. クランク回転数センサまたはカム回転数センサ、そして冷却水温センサと、空気温センサと、空気量センサと、
   これらのセンサからの測定値と予め入力されている各種データによってエンジン回転数の増加量と供給される燃料の温度及び圧力を算出し、最終的に燃料内のプロパン含量を算出して各プロパン含量別に設けたマップによってインジェクタ駆動回路を制御するエンジン制御ユニットと、
   前記インジェクタ駆動回路の作動に応じてノズル開閉時期と時間とが調節されて燃料を噴射するインジェクタと、
   を含んで構成されることを特徴とするＬＰＩエンジンの燃料噴射制御装置。
7. 前記エンジン制御ユニットは、
   前記クランク回転数センサまたはカム回転数センサから得られたエンジン回転数値によって始動初期の単位時間当りのエンジン回転数増加量を算出し、
   冷却水温、空気温、空気量などの各場合に応じて該当する燃料温度値に関するデータが入力されて測定された冷却水温と、空気温と、空気量値とから供給されるＬＰＧ燃料の温度を算出し、
   算出した前記エンジン回転数の増加量と燃料温度の変化による燃料圧力値がデータ化されて入力され、エンジン回転数の増加量と燃料温度とから供給されているＬＰＧ燃料の燃料圧力を算出し、
   ＬＰＧ燃料のＰ−Ｔ線図がデータ化されて入力され、算出された燃料圧力と燃料温度に応じてプロパン含量を算出し、
   各プロパン含量別に燃料噴射時期と燃料噴射時間とが決められたマップが入力されており、
   このマップによって決定した燃料噴射時期と燃料噴射時間によってインジェクタ駆動回路を制御することを特徴とする請求項６に記載のＬＰＩエンジンの燃料噴射制御装置。

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