JP2005140040A

JP2005140040A - 内燃機関の燃料供給装置

Info

Publication number: JP2005140040A
Application number: JP2003378494A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Hikiri; 邦彦肥喜里
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: JP4694781B2

Abstract

【課題】天然ガスなど気体燃料を使用する車両の過給機付き内燃機関において、吸気圧力を検出する吸気圧力センサの出力遅れにより、とくにアクセル開度が閉側へ急変するような減速時に余分な燃料供給が継続され、減速時の空燃比がリッチになり、排気特性が一時的に悪化する、のを防止する。
【解決手段】エンジン回転数の検出値およびアクセル開度の検出値に応じたブーストリミッタの設定値を求める手段（S2〜S4）、吸気圧力の検出値とブーストリミッタの設定値との比較により吸気圧力の検出値＜ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値を用いて吸入空気量を演算する手段（S5，S7，S8）、同じく吸気圧力の検出値≧ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値に代えてブーストリミッタの設定値を用いて吸入空気量を演算する手段（S5，S6，S8）、スロットル弁の上流または下流に空燃比が略一定の混合気を生成するべく燃料供給量を吸入空気量の演算値に応じて制御する手段（図１の34、参照）、を備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の燃料供給装置に関するものであり、とくに天然ガス等の気体燃料を使用する内燃機関に好適な減速時の燃料補正に係るものである。

ディーゼルエンジンをオットーサイクルエンジンに転用するCNGエンジン（圧縮天然ガスを燃料に使用する内燃機関）においては、吸気圧力およびエンジン回転数に基づいてスピードデンシティ法により吸入空気量を演算する手段、スロットル弁の上流または下流に空燃比が略一定の混合気を生成するべく燃料供給量を吸入空気量の演算値に応じて制御する手段、を備えるものがある。

CNGなど気体燃料を使用するのでなく、ガソリン燃料を使用する内燃機関において、加減速時の燃料噴射量を適正に維持するべく、壁流燃料（吸気通路の壁面に付着し、液状のまま壁面を伝わってシリンダへ流れ込む）の過不足分を補正するようにしたものが開示される（特許文献１）。
特開平１０−１８８８２号

天然ガスなど気体燃料を使用する内燃機関においては、ガソリン燃料を使用する内燃機関の場合と異なり、壁流燃料の発生がないため、その過不足分の燃料補正を行う必要はないが、吸気圧力を検出する吸気圧力センサやアクセルペダルの踏み量を検出するアクセル開度センサの出力遅れにより、とくにアクセルペダルの踏み量が閉側へ大きく急変するような減速時において、燃料供給の減量制御が遅れて余分な燃料供給が継続され、減速時の空燃比がリッチになり、排気特性が一時的に悪化する可能性が考えられる。

この発明は、このような課題の改善に有効な手段の提供を目的とする。

第１の発明は、天然ガスなど気体燃料を使用する車両の過給機付き内燃機関において、吸気圧力を検出する手段、エンジン回転数を検出する手段、開度を検出する手段、エンジン回転数の検出値およびアクセル開度の検出値に応じたブーストリミッタの設定値を求める手段、吸気圧力の検出値とブーストリミッタの設定値との比較により吸気圧力の検出値＜ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値を用いて吸入空気量を演算する手段、同じく吸気圧力の検出値≧ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値に代えてブーストリミッタの設定値を用いて吸入空気量を演算する手段、スロットル弁の上流または下流に空燃比が略一定の混合気を生成するべく燃料供給量を吸入空気量の演算値に応じて制御する手段、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、天然ガスなど気体燃料を使用する車両の内燃機関において、吸気圧力を検出する手段、エンジン回転数を検出する手段、開度を検出する手段、吸気圧力の検出値およびエンジン回転数の検出値に基づいて吸入空気量を演算する手段、スロットル弁の上流または下流に空燃比が略一定の混合気を生成するべく燃料供給量を吸入空気量の演算値に応じて制御する手段、アクセル開度の検出値に基づいて開度の閉側への変化量△θを演算する手段と、その変化量△θが所定値以上になるとそのときのアクセル開度の検出値および変化量△θに応じた割合で燃料供給量を所定時間だけ減量補正する手段、を備えることを特徴とする。

第３の発明は、天然ガスなど気体燃料を使用する車両の過給機付き内燃機関において、吸気圧力を検出する手段、エンジン回転数を検出する手段、開度を検出する手段、エンジン回転数の検出値およびアクセル開度の検出値に応じたブーストリミッタの設定値を求める手段、吸気圧力の検出値とブーストリミッタの設定値との比較により吸気圧力の検出値＜ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値を用いて吸入空気量を演算する手段、同じく吸気圧力の検出値≧ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値に代えてブーストリミッタの設定値を用いて吸入空気量を演算する手段、スロットル弁の上流または下流に空燃比が略一定の混合気を生成するべく燃料供給量を吸入空気量の演算値に応じて制御する手段、アクセル開度の検出値に基づいて開度の閉側への変化量△θを演算する手段、その変化量△θが所定値以上になるとそのときのアクセル開度の検出値および変化量△θに応じた割合で燃料供給量を所定時間だけ減量補正する手段、を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明または第３の発明において、開度の閉側への変化量△θが所定値以上になるとそのときのアクセル開度の検出値および変化量△θに応じた割合で燃料供給量を所定時間だけ減量補正する手段は、所定時間が経過するとアクセル開度の検出値および変化量△θに応じた割合を徐々に補正量０へ積分減衰処理する手段、を備えることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明または第３の発明において、停車時およびアイドル運転に近い低速走行中は無条件に吸気圧力の検出値を用いて吸入空気量を演算する手段、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、アクセルペダルが閉側へ戻される減速時においては、アクセル開度の検出値が低下するに連れてブーストリミッタの設定値が低下する。吸気圧力の検出値の出力遅れにより、ブーストリミッタの設定値が吸気圧力の検出値を下回ると、燃料供給量を規定する吸入空気量の演算に吸気圧力の検出値の代わりにブーストリミッタの設定値が用いられるので、吸気圧力の検出値がブーストリミッタの設定値を超える分（吸気圧力の検出値の出力遅れ分）の燃料供給量を減らせることになる。このため、吸気圧力の検出値の出力遅れにより、減速時の空燃比がリッチとなり、排気特性が一時的に悪化する、のを防止することができる。

第２の発明によれば、アクセルペダルが閉側へ戻される減速時においては、アクセル開度の閉側への変化量△θが所定値以上になるとそのときのアクセル開度および変化量△θに対応する割合で燃料供給量が所定時間だけ減量補正されるため、実開度（実際のアクセル開度）に対するアクセル開度センサ21の出力遅れに起因する余分な燃料噴射量を減らせるため、減速時の空燃比がリッチとなり、排気特性が一時的に悪化する、のを防止することができる。

第３の発明によれば、アクセルペダルが閉側へ戻される減速時においては、吸気圧力の検出値の出力遅れに起因する余分な燃料供給量およびアクセル開度の検出値の出力遅れに起因する余分な燃料供給量を減らせることになる。このため、空燃比がリッチになり、減速時の排気特性が一時的に悪化する、のを高度に防止できるのである。

第４の発明によれば、アクセルペダルが閉側へ戻される減速時においては、アクセル開度の検出値に基づいて演算される変化量△θが所定値以上になるとそのときのアクセル開度および変化量△θに対応する割合で燃料供給量が所定時間だけ減量補正されるが、所定時間が経過すると、燃料供給の補正量が積分減衰処理により０へ徐々に縮小させるため、エンジン回転数の変動も小さく抑えられる。

第５の発明によれば、停車時およびアイドル運転に近い低速走行中においては、負荷条件によって吸気圧力の検出値がブーストリミッタの設定値を超えやすくなるが、無条件に吸気圧力の検出値を用いて吸入空気量が演算されるので、エンストの発生を防止できるのである。吸気圧力の検出値よりも低いブーストリミッタの設定値を用いて吸入空気量を演算すると、吸気圧力の検出値がブーストリミッタの設定値を超える分だけ燃料供給量が減られるため、エンストを起こしかねないのである。

図１において、10は車両に搭載される過給機付きエンジンであり、燃料にCNG（圧縮天然ガス）が使用される。エンジン10の吸気通路11にスロットル弁12が介装され、その上流に燃料供給装置14のノズル15が配置される。スロットル弁12は、エンジン10への吸気流量を制御するものであり、アクセルペダルの踏み量（アクセル開度）に応じて開閉される。13はアイドル運転時のエンジン回転を目標アイドル回転に制御するISC（アイドル・スピード・コントロール）バルブである。

燃料供給装置14は、ガスボンベ（図示せず）からノズル15へ燃料（CNG）を供給する配管が備えられ、配管にガス制御弁16（噴射弁）のほか、図示しないが、ガスボンベからガス制御弁16への順に高圧燃料遮断弁，ガスレギュレータ，低圧燃料遮断弁が介装される。高圧燃料遮断弁，低圧燃料遮断弁、はイグニッションスイッチのONにより開弁する一方、イグニッションスイッチのOFFにより閉弁するように制御される。ガスレギュレータは、高圧燃料を所定の低圧燃料に調圧（減圧）するものであり、ガス制御弁16は、空燃比が略一定の混合気を生成するべく、ノズル15への低圧燃料の供給量（噴射量）を運転状態に応じて制御するものである。

17はエンジンの点火プラグであり、混合気はエンジンの気筒（シリンダ）に吸入され、点火プラグ17により、圧縮行程の死点付近で点火される。点火プラグ17は、運転状態に応じた最適な点火時期に制御される。

ガス制御弁16，点火プラグ17，ISCバルブ13，等を制御するのがエンジンコントロールユニット20であり、アクセルペダルの踏み量を検出するアクセル開度センサ21、クランク角およびエンジン回転数を検出するクランク角センサ22、吸気圧力（インテークマニホールドの内部圧力）を検出する吸気圧力センサ23、が設けられる。

エンジンコントロールユニット20は、ガス制御弁16の燃料噴射量を制御する手段、点火プラグ17の点火時期を制御する手段、ISCバルブ13の開度を制御する手段、等のほか、過給圧をブーストリミッタ値以下に抑えるように制御する手段を備える。図１において、ブーストリミッタ補正手段30は、過給圧をブーストリミッタ値以下に抑えるように制御する手段の一部を構成すると共にガス制御弁16の燃料噴射量を制御する手段の一部を構成するものである。

過給圧をブーストリミッタ値以下に抑えるように制御する手段においては、ブーストリミッタ値に基づいて過給圧（吸気圧力センサ23の検出信号）を監視しつつ、過給圧がブーストリミッタ値を超えると排気バイパス等により過給圧をブーストリミッタ値以下に低下させる制御が行われる。

ブーストリミッタ補正手段30においては、エンジン回転数およびアクセル開度に規定されるブーストリミッタ値のマップデータ（図４のようなブーストリミッタマップ）が格納され、エンジン回転数の検出信号およびアクセル開度の検出信号に基づいて図４のマップデータから求められるブーストリミッタ値を出力するのである。負荷SW24（エアコン等の操作スイッチ）が備えられ、負荷SW24のON-OFFにより、ブーストリミッタ値を補正する機能が設定される。

ガス制御弁16の燃料噴射量を制御する手段においては、ブーストリミッタ補正手段30の出力（ブーストリミッタ値）および吸気圧力センサ23の出力（検出信号）が比較器31に入力され、小さい方が吸入空気量算出手段32へ出力される。比較器31は、吸気圧力センサ23の出力≧補正手段30の出力（ブーストリミッタ値）の場合、吸入空気量の算出に用いられる吸気圧力として補正手段30の出力（ブーストリミッタ値）、吸気圧力センサ23の出力＜補正手段30の出力（ブーストリミッタ値）の場合、同じく吸気圧力センサ23の検出信号、を出力する。ブーストリミッタ補正手段30においては、車速センサ25が設けられ、停車時およびアイドル運転に近い低速走行中は、吸気圧力センサ23の検出信号を無条件に出力させるべく信号を比較器31に与える機能が設定される。

吸入空気量算出手段32においては、比較器31の出力（吸気温度センサ23の出力または補正手段30の出力），エンジン回転センサの検出信号，吸気温度（インテークマニホールドの内部温度）を検出する吸気温度センサ（図示せず）の検出信号，に基づいてスピードデンシティ法により吸入空気量が計算される。

減速時燃料減量補正手段においては、アクセル開度およびその閉側への変化量△θに規定される補正係数Kdecのマップデータ（図５のような減速時燃料減量補正マップ）が格納される。変化量△θは、アクセル開度センサ21の出力（検出信号）に基づいて、△θ＝前回の検出値−今回の検出値、に算出される。変化量△θが所定値（DDTVODEC）以上になると、そのときのアクセル開度および変化量△θに基づいて図５のマップデータからこれらに対応する補正係数Kdecを求め、所定時間(TKDEC)が経過するまで補正係数Kdecの出力を一定に保持する一方、所定時間（TKDEC）が経過すると、補正係数Kdecを所定の割合で徐々に０へ縮小させる処理（積分減衰制御）を行うのである。

燃料噴射量算出手段34においては、吸入空気量（算出手段32の出力）に応じたガス制御弁の燃料噴射量Te（有効噴射パルス幅）を計算する。有効噴射パルス幅Teは、減速時燃料減量補正手段33からの補正係数Kdecに基づいて、補正係数Kdec＝０に減衰されるまで間は、Te＝Te×（１−Kdec）に減量補正される。

図２は、吸入空気量の算出に係る制御内容を説明するフローチャートであり、所定の実行周期毎に繰り返される。S1においては、車速センサ25の検出値に基づいて、車速≧ブーストリミッタ判定車速、かどうかを判定する。ブーストリミッタ判定車速は、吸入空気量GAの計算にブーストリミッタ値が許容される条件を判定するための基準値であり、吸気圧力センサ23の出力よりも低いブーストリミッタ値を吸入空気量GAの計算に用いると、エンストを起こしかねない車速値（例えば、1km/h〜10km/h）に設定される。S1の判定がyesのときは、S2へ進む一方、S1の判定がnoのときは、S7において、吸気圧力Pd＝吸気圧力センサ23の出力、を設定する。

S2においては、アクセル開度センサ21の検出値、S3においては、クランク角センサ22の検出値（エンジン回転数）、を読み取る。S4においては、これらの検出値に基づいて、ブーストリミッタマップからアクセル開度およびエンジン回転数に対応するブーストリミッタ値を求める。S5においては、吸気圧力センサ23の出力≧ブーストリミッタ値、かどうかを判定する。S5の判定がyesのときは、S6において、吸入空気量GAの計算に用いられる吸気圧力Pd＝ブーストリミッタ値を設定する一方、S5の判定がnoのときは、S7において、同じく吸気圧力Pd＝吸気圧力センサの出力を設定する。

S8においては、S6の吸気圧力Pb（ブーストリミッタ値）またはS7の吸気圧力Pb（吸気圧力センサ23の出力）を用いて、吸入空気量GA＝K×Pd／Tb×N、を計算する。Kは吸入空気量係数，Pdは吸気圧力（kpa 絶対圧力），Tbは吸気温度（K 絶対温度），Nはエンジン回転数である。吸入空気量GAの計算値に基づいて、所定空燃比の混合気を生成するに必要な燃料噴射量Teが計算され、減速時燃料減量補正係数Kdecの出力がない場合、吸入空気量GAの計算値に相応する燃料噴射量信号がガス制御弁16へ出力される。

図６は、減速時における、エンジン回転数、アクセル開度センサ21の出力、吸気圧力センサ23の出力，ブーストリミッタ値、吸入空気量、空気過剰率λ、の変化を例示するタイミングチャートである。アクセルペダルが閉側へ戻され、開度センサ21の出力が低下すると、スロットル弁12の閉側への動作により、吸気圧力（実際の吸気圧力）が低下する。ブーストリミッタ値も、エンジン回転数およびアクセル開度の低下に伴って低下する。

吸気圧力センサ23の出力は、吸気圧力に遅れて低下する（図中の点線、参照）が、吸気圧力センサ23の出力≧ブーストリミッタ値になると、その間は吸入空気量GAの計算にブーストリミッタ値が用いられるのである。このため、吸気圧力センサ23の出力を用いて吸入空気量GAの計算を継続する場合に較べると、吸気圧力センサ23の出力遅れに起因する余分な燃料噴射量が抑えられ、空気過剰率λの低下も小さくなり、減速時の排気特性が悪化するのを防止することができる。

図３は、減速時燃料減量補正に係る制御内容を説明するフローチャートであり、所定の実行周期毎に繰り返される。S11においては、アクセル開度センサ21の出力に基づいて算出される変化量△θと所定値（DDTVODEC）との比較により、変化量△θ≧所定値（DDTVODEC）かどうかを判定する。S1の判定がyesのときは、S12へ進む一方、S11の判定がnoのときは、RETURNへ至る。

S12においては、アクセル開度を検出する（アクセル開度センサ21の出力を読み取る）。S13においては、アクセル開度の変化量△θを計算する。つまり、S11において、変化量△θ≧所定値(DDTVODEC)、が成立すると、S12およびS13において、その時点のアクセル開度および変化量△θを確定するのである。

S14においては、減速時燃料減量補正マップからアクセル開度（確定値）および変化量△θ（確定値）に対応する減速時燃料減量補正係数Kdecを求める。S15においては、吸入空気量GA（図２のS8における算出値）に応じた燃料噴射量Te（有効噴射パルス幅）をTe＝Te×（１−Kdec）に減量補正する。S16においては、所定時間（TKDEC）が経過するまで減速時燃料減量補正係数Kdecを保持する。すなわち、所定時間（TKDEC）が経過するまでの間は、S11の処理〜S14の処理がパスされ、実行周期毎にS15の処理〜S16の処理が繰り返されるのである。

S16において、所定時間(TKDEC)が経過すると、S17において、減速時燃料減量補正係数Kdecを徐々に０へ縮小させる処理（積分減衰制御）を開始する。この処理により、（１−Kdec）が次第に大きくなり、有効噴射パルス幅Teが減速時燃料減量補正の解除状態へ徐々に戻される。S17においては、減速時補正係数Kdecの積分減衰処理により、Kdec≦０に達するまでの間は、S1の処理〜S16の処理がパスされ、Kdec≦０に達すると、S18において、Kdec＝０に設定する。その後は、所定の実行周期毎にS11から既述の処理が繰り返されるのである。

図７は、減速時燃料減量補正に係る制御を説明するタイミングチャートである。ペダルが閉側へ戻されると、アクセル開度センサ21の出力は、実開度（実際のアクセル開度）に遅れて低下する。この出力遅れにより、図中の点線のように余分な燃料噴射が継続され、空気過剰率λが大きく低下するようになるが、アクセル開度の閉側への変化量△θが所定値（DDTVDEC）以上になると、そのときのアクセル開度および変化量△θに対応する補正係数Kdecに基づいて、燃料供給量Te（実行周期毎に吸入空気量GAから計算される有効噴射パルス幅）が所定時間（TKDEC）だけTe＝Te×（１−Kdec）に補正されるため、実開度（実際のアクセル開度）に対するアクセル開度センサ21の出力遅れに起因する空気過剰率λの低下が小さく抑えられるのである。所定時間（DDTVDEC）が経過すると、燃料供給の補正量が積分減衰処理により０へ徐々に縮小させるため、減速燃料減量補正の解除に伴うエンジン回転数の変動も小さく抑えられる。

この実施形態においては、図２の制御および図３の制御により、吸気圧力センサ23の出力遅れに起因する余分な燃料供給量およびアクセル開度センサ21の出力遅れに起因する余分な燃料供給量を減らせるため、減速時の排気特性が一時的に悪化する、のを高度に防止できるのである。

この発明の実施形態に係るシステム概要図である。同じくコントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。同じくコントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。同じくブーストリミッタマップを例示する特性図である。同じく減速時燃料減量補正マップを例示する特性図である。同じく制御内容を説明するタイミングチャートである。同じく制御内容を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

11 吸気通路
12 スロットル弁
13 ISCバルブ
14 燃料供給装置
15 燃料供給装置のノズル
16 燃料供給装置のガス制御弁（噴射弁）
17 点火プラグ
20 コントロールユニット

Claims

天然ガスなど気体燃料を使用する車両の過給機付き内燃機関において、吸気圧力を検出する手段、エンジン回転数を検出する手段、開度を検出する手段、エンジン回転数の検出値およびアクセル開度の検出値に応じたブーストリミッタの設定値を求める手段、吸気圧力の検出値とブーストリミッタの設定値との比較により吸気圧力の検出値＜ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値を用いて吸入空気量を演算する手段、同じく吸気圧力の検出値≧ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値に代えてブーストリミッタの設定値を用いて吸入空気量を演算する手段、スロットル弁の上流または下流に空燃比が略一定の混合気を生成するべく燃料供給量を吸入空気量の演算値に応じて制御する手段、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
天然ガスなど気体燃料を使用する車両の内燃機関において、吸気圧力を検出する手段、エンジン回転数を検出する手段、開度を検出する手段、吸気圧力の検出値およびエンジン回転数の検出値に基づいて吸入空気量を演算する手段、スロットル弁の上流または下流に空燃比が略一定の混合気を生成するべく燃料供給量を吸入空気量の演算値に応じて制御する手段、アクセル開度の検出値に基づいて開度の閉側への変化量△θを演算する手段と、その変化量△θが所定値以上になるとそのときのアクセル開度の検出値および変化量△θに応じた割合で燃料供給量を所定時間だけ減量補正する手段、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
天然ガスなど気体燃料を使用する車両の過給機付き内燃機関において、吸気圧力を検出する手段、エンジン回転数を検出する手段、開度を検出する手段、エンジン回転数の検出値およびアクセル開度の検出値に応じたブーストリミッタの設定値を求める手段、吸気圧力の検出値とブーストリミッタの設定値との比較により吸気圧力の検出値＜ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値を用いて吸入空気量を演算する手段、同じく吸気圧力の検出値≧ブーストリミッタの設定値のときは吸気圧力の検出値に代えてブーストリミッタの設定値を用いて吸入空気量を演算する手段、スロットル弁の上流または下流に空燃比が略一定の混合気を生成するべく燃料供給量を吸入空気量の演算値に応じて制御する手段、アクセル開度の検出値に基づいて開度の閉側への変化量△θを演算する手段、その変化量△θが所定値以上になるとそのときのアクセル開度の検出値および変化量△θに応じた割合で燃料供給量を所定時間だけ減量補正する手段、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
開度の閉側への変化量△θが所定値以上になるとそのときのアクセル開度の検出値および変化量△θに応じた割合で燃料供給量を所定時間だけ減量補正する手段は、所定時間が経過するとアクセル開度の検出値および変化量△θに応じた割合を徐々に補正量０へ積分減衰処理する手段、を備えることを特徴とする請求項２または請求項３の記載に係る内燃機関の燃料供給装置。
停車時およびアイドル運転に近い低速走行中は無条件に吸気圧力の検出値を用いて吸入空気量を演算する手段、を備えることを特徴とする請求項１または請求項３の記載に係る内燃機関の燃料供給装置。