JP2005233059A

JP2005233059A - バイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法

Info

Publication number: JP2005233059A
Application number: JP2004042481A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Taniguchi; 聡谷口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: JP4089635B2

Abstract

【課題】液体燃料噴射休止時に液体燃料噴射弁の噴口部へのデポジット付着を抑制することができるバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法を提供すること。
【解決手段】ガソリンを筒内に直接噴射する液体燃料噴射弁と、気体燃料を筒内または吸気ポートに噴射する気体燃料噴射弁とを備え、エンジンの運転モードに応じてガソリンと気体燃料のいずれか一方を噴射し、運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り替え可能に構成されたバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法において、ガソリンと気体燃料の噴射切り替え時に（ステップＳ１１肯定、ステップＳ１７肯定）、液体燃料噴射弁の噴射圧を増大させて均質燃焼下で所定時間（Ｔ１，Ｔ２）噴射し、付着したデポジットを洗浄する（ステップＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１８）。洗浄後は、指示通りの燃料に切り替えて燃焼制御する（ステップＳ１５、Ｓ１９）。
【選択図】図１

Description

この発明は、バイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法に関し、更に詳しくは、液体燃料噴射休止時に液体燃料噴射弁の噴口部へのデポジット付着を抑制することができるバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法に関する。

液体燃料のみの運転モードおよび気体燃料のみの運転モードがそれぞれ設定され、液体燃料を燃焼室内に直接噴射する液体燃料噴射弁が設けられているバイフューエル筒内直噴エンジンが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−３２４７５０号公報

上記従来のバイフューエル筒内直噴エンジンにあっては、気体燃料のみの運転モード中に、液体燃料噴射弁の先端部（噴口部）の温度が当該液体燃料の９０％蒸留温度（Ｔ９０）よりも高くなる場合、噴口部内に残留した燃料のほとんどが蒸発するため、デポジット生成の核となる前駆物質が噴口部内壁面に凝集すると考えられる。

このような状態の前駆物質は、つぎの液体燃料噴射の際に洗い流されにくく、噴口部内に残留してデポジットの堆積が進行することとなる。燃料噴射弁の噴口部にデポジットの堆積が進行すると、燃料噴射量が低下して空燃比にずれが生じ、出力低下を起こしたり、最悪の場合には燃料噴射が不可能になる虞があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液体燃料噴射休止時に液体燃料噴射弁の噴口部へのデポジット付着を抑制することができるバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法は、液体燃料を筒内に直接噴射する液体燃料噴射弁と、気体燃料を筒内または吸気ポートに噴射する気体燃料噴射弁とを備え、エンジンの運転モードに応じて前記液体燃料と前記気体燃料のいずれか一方を噴射し、運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り替え可能に構成されたバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法において、前記液体燃料と前記気体燃料の噴射切り替え時に前記液体燃料噴射弁の噴射圧を増大させて均質燃焼下で所定時間噴射することを特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法は、請求項１に記載の発明において、前記液体燃料は、ガソリン、アルコール、ガソリンとアルコールの混合燃料のうちのいずれか一つであることを特徴とするものである。

また、この発明の請求項３に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法は、請求項１または２に記載の発明において、前記気体燃料は、圧縮天然ガス、水素、ジメチルエーテルのうちのいずれか一つであることを特徴とするものである。

この発明に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法（請求項１）によれば、液体燃料と気体燃料の噴射切り替え時に、すなわち気体燃料への切り替え直前と、液体燃料への切り替え直後に、高圧の液体燃料噴射によって液体燃料噴射弁の噴口部に付着したデポジットを洗浄することができる。これにより、液体燃料噴射休止時（気体燃料噴射時）に当該噴口部にデポジットが付着し堆積するのを抑制することができ、燃料噴射量が低下するのを抑制することができる。したがって、空燃比にずれが生じたり、燃料噴射が不可能になる等の不具合の発生を抑制することができる。

また、この発明に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法（請求項２）によれば、ガソリン、アルコール、ガソリンとアルコールの混合燃料のうちのいずれか一つを液体燃料とするバイフューエル筒内直噴エンジンにおいて、その液体燃料噴射弁の噴口部に付着したデポジットを、液体燃料と気体燃料の噴射切り替え時に高圧の液体燃料噴射によって洗浄することができる。

また、この発明に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法（請求項３）によれば、圧縮天然ガス、水素、ジメチルエーテルのうちのいずれか一つを気体燃料とするバイフューエル筒内直噴エンジンにおいて、その液体燃料噴射弁の噴口部に付着したデポジットを、液体燃料と気体燃料の噴射切り替え時に高圧の液体燃料噴射によって洗浄することができる。

以下に、この発明に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図２は、バイフューエル筒内直噴エンジンの概略構成を示す断面図であり、多気筒のバイフューエル筒内直噴エンジンの１気筒について表示してある。図２に示すように、バイフューエル筒内直噴エンジン（以下、単にエンジンと称する）１０は、インジェクタ（液体燃料噴射弁）２３によってガソリン（液体燃料）を燃焼室１０ａに直接噴射するとともに、インジェクタ（気体燃料噴射弁）２４によって圧縮天然ガス（ＣＮＧ：ＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ）等の気体燃料を吸気ポート１５に噴射するように構成され、エンジンの運転モードに応じてガソリンと気体燃料のいずれか一方を噴射し、運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り替え可能に構成されている。

すなわち、エンジン１０の燃焼室１０ａは、シリンダボア１１とシリンダヘッド１３とシリンダボア１１内に往復動自在に配設されたピストン１２とによって構成されている。また、ピストン１２の頂面の吸気側部分には、成層燃焼を成立させるために凹状のキャビティ１２ａが形成されている。

この燃焼室１０ａのほぼ中央には、点火プラグ１４が配設されている。また、燃焼室１０ａを臨む吸気ポート１５には吸気弁１６が配設され、燃焼室１０ａを臨む排気ポート１８には排気弁２０が配設されている。また、燃焼室１０ａの吸気弁１６近傍には、燃焼室１０ａに噴口部２３ａが臨むようにガソリン噴射用のインジェクタ２３が配設されている。

インジェクタ２３の燃料噴射圧は、図示しないポンプによって調節されている。このポンプは、通常時に燃料を筒内噴射可能な所定圧力に昇圧するとともに、後述するデポジット洗浄制御時に燃料噴射圧を通常の噴射時よりも増大させるように構成されている。

このようにエンジン１０は、基本的には通常の直噴式のガソリンエンジンと同様の構成となっているが、インジェクタ２４から気体燃料を噴射できるようにするために、燃料供給系統の構成が当該ガソリンエンジンの場合と異なっている。すなわち、エンジン１０のシステムは、図示例を省略するが、気体燃料を高圧状態で貯蔵するための気体燃料ボンベや、このボンベ内の圧力や温度を検出するセンサを備えている。

また、この気体燃料ボンベから圧送されてきた気体燃料を各インジェクタ２４に分配するデリバリパイプ、このデリバリパイプ内の圧力や温度を検出するセンサ、上記気体燃料ボンベから上記デリバリパイプに圧送されてくる気体燃料を所定圧力に調整するためのレギュレータ等を備えている。

以上に説明したエンジン１０は、図示しない各種センサ情報に基づいて図示しない電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）によって基本制御されるとともに、インジェクタ２３の噴口部２３ａへのデポジット付着を抑制するために、以下のように燃料噴射制御される（図１参照）。

なお、本実施例では、上述した図２に示すエンジン１０を基本構成として説明しているが、図３に示すように、２つの筒内直噴用のインジェクタ２３，２５を備えた構成とし、インジェクタ２３をガソリン噴射用とし、インジェクタ（気体燃料噴射弁）２５を気体燃料噴射用とした構成を採ることもできる。

つぎに、本実施例に係る燃料噴射制御方法について図１に基づいて説明する。ここで、図１は、この発明の実施例に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法を示すフローチャートである。

本実施例は、液体燃料と気体燃料の噴射切り替え時、すなわちガソリンから気体燃料に切り替える直前と、気体燃料からガソリンに切り替えた直後に、ガソリンを高圧で一定時間噴射して燃焼制御することにより、インジェクタ２３の噴口部２３ａのデポジット生成物質（燃料残さ）を洗浄するものであり、以下のように制御する。

先ず、エンジン１０がガソリンで燃焼しているか否かを判断する（ステップＳ１０）。ガソリンで燃焼しているならば（ステップＳ１０肯定）、気体燃料への切り替え指示があるか否かを判断する（ステップＳ１１）。気体燃料への切り替え指示がないならば（ステップＳ１１否定）、通常のガソリンでの燃焼制御を実施し、当該切り替え指示があるまで待つ（ステップＳ２０）。

気体燃料への切り替え指示があるならば（ステップＳ１１肯定）、デポジット洗浄のための制御は、ロバスト性のない成層燃焼では実施できないので、現時点での燃焼が成層燃焼であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。成層燃焼であるならば（ステップＳ１２肯定）、均質燃焼へ切り替えて（ステップＳ１３）、ステップＳ１４のデポジット洗浄制御へ移行し、成層燃焼でないならば（ステップＳ１２否定）、ステップＳ１４のデポジット洗浄制御へそのまま移行する。

このステップＳ１４では、インジェクタ２３の噴口部２３ａ（図２または図３参照）に付着したデポジットを高圧のガソリン燃料噴射によって洗浄するため、燃料噴射圧を図示しないポンプの最大圧まで高圧にする。また、噴射時間はその圧力に応じて補正する。その後、上記デポジットを洗浄するのに十分な時間Ｔ１になるまで高圧噴射での均質燃焼制御を実施する。なお、この洗浄時間Ｔ１は経験値であり、予め実験等により最適値が設定されている。

これにより、インジェクタ２３の噴口部２３ａにデポジットが付着し堆積するのを抑制することができ、燃料噴射量が低下するのを抑制することができる。したがって、空燃比にずれが生じたり、燃料噴射が不可能になる等の不具合の発生を抑制することができる。

そして、このステップＳ１４のデポジット洗浄制御を終えてから、気体燃料へ切り替え（ステップＳ１５）、再びステップＳ１０に戻る。

一方、最初のステップＳ１０においてガソリンで燃焼していない、すなわち気体燃料で燃焼していると判断されたならば（ステップＳ１０否定）、通常の気体燃料での燃焼制御を実施し（ステップＳ１６）、ガソリンへの切り替え指示があるか否かを判断する（ステップＳ１７）。ガソリンへの切り替え指示がないならば（ステップＳ１７否定）、当該切り替え指示があるまで通常の気体燃料での燃焼制御を実施する（ステップＳ１６）。

ガソリンへの切り替え指示があるならば（ステップＳ１７肯定）、インジェクタ２３の噴口部２３ａに付着したデポジットを高圧のガソリン燃料噴射によって洗浄するため、ガソリン噴射に切り替えて均質燃焼下で燃料噴射圧を図示しないポンプの最大圧まで高圧にする。また、噴射時間はその圧力に応じて補正する。その後、上記デポジットを洗浄するのに十分な時間Ｔ２になるまで高圧噴射での均質燃焼制御を実施する（ステップＳ１８）。なお、この洗浄時間Ｔ２は経験値であり、予め実験等により最適値が設定されている。

これにより、ガソリン噴射休止時にインジェクタ２３の噴口部２３ａにデポジットが付着し堆積するのを抑制することができ、燃料噴射量が低下するのを抑制することができる。したがって、空燃比にずれが生じたり、燃料噴射が不可能になる等の不具合の発生を抑制することができる。

このステップＳ１８のデポジット洗浄制御を終えたならば、通常の燃料噴射圧に戻して当該噴射圧でガソリンでの燃焼制御を実施する（ステップＳ１９）。その際、ステップＳ１８のデポジット洗浄制御の直前に成層燃焼制御をしていたならば、成層燃焼制御に切り替える。そして、再びステップＳ１０に戻る。

以上のように、この実施例に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法によれば、ガソリン噴射休止時にインジェクタ２３の噴口部２３ａにデポジットが付着して堆積するのを抑制することができ、燃料噴射量が低下するのを抑制することができる。したがって、空燃比にずれが生じたり、燃料噴射が不可能になる等の不具合の発生を抑制することができる。

なお、上記実施例においては、液体燃料としてガソリンを使用し、気体燃料としてＣＮＧを使用するものとして説明したが、これに限定されず、たとえば、液体燃料としてアルコールや、ガソリンにアルコールを混合したものを使用し、気体燃料として液化石油ガス（ＬＰＧ）や水素、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）等を使用してもよく、またガソリンやこれらの液体燃料と、気体燃料とを任意に組み合わせて使用してもよい。

以上のように、この発明に係るバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法は、液体燃料を筒内に直接噴射する液体燃料噴射弁と、気体燃料を筒内または吸気ポートに噴射する気体燃料噴射弁とを備え、エンジンの運転モードに応じて前記液体燃料と前記気体燃料のいずれか一方を噴射するバイフューエル筒内直噴エンジンに有用であり、特に、液体燃料噴射休止時に液体燃料噴射弁の噴口部へのデポジット付着を抑制することができる燃料噴射制御方法に適している。

バイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法を示すフローチャートである。バイフューエル筒内直噴エンジンの概略構成を示す断面図である。他のバイフューエル筒内直噴エンジンの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０エンジン（バイフューエル筒内直噴エンジン）
１０ａ燃焼室
１１シリンダボア
１５吸気ポート
２３インジェクタ（液体燃料噴射弁）
２４、２５インジェクタ（気体燃料噴射弁）
２３ａ噴口部

Claims

液体燃料を筒内に直接噴射する液体燃料噴射弁と、
気体燃料を筒内または吸気ポートに噴射する気体燃料噴射弁と、
を備え、
エンジンの運転モードに応じて前記液体燃料と前記気体燃料のいずれか一方を噴射し、運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り替え可能に構成されたバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法において、
前記液体燃料と前記気体燃料の噴射切り替え時に前記液体燃料噴射弁の噴射圧を増大させて均質燃焼下で所定時間噴射することを特徴とするバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法。
前記液体燃料は、ガソリン、アルコール、ガソリンとアルコールの混合燃料のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載のバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法。
前記気体燃料は、圧縮天然ガス、水素、ジメチルエーテルのうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項１または２に記載のバイフューエル筒内直噴エンジンの燃料噴射制御方法。