JP2007205220A - 気体燃料用エンジンの燃料噴射弁制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時に燃料噴射弁の固着を自動的に解除する機能を備えた気体燃料用エンジンの燃料噴射弁制御装置について、燃料噴射弁の損傷発生を最小限としながらその固着解除を確実に実行できるようにする。
【解決手段】通常時は、閉弁状態から開弁させるための瞬間的な開弁電流とこれに続く開弁状態を保持するための開弁電流よりも小さな保持電流とからなる燃料噴射弁駆動電流を燃料噴射弁に出力し、エンジン始動時に必要に応じて燃料噴射弁の固着を解除させるために通常時よりも増強した燃料噴射弁駆動電流を出力する固着解除制御を実行するものとした燃料噴射弁制御装置において、固着解除制御時に開弁電流に続く保持電流の部分も開弁電流とした開弁電流のみからなる燃料噴射弁駆動電流を出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、気体燃料用エンジンの燃料噴射弁制御装置に関し、殊に、エンジン始動時における燃料噴射弁の固着を自動的に解除する固着解除機能を備えた気体燃料用エンジンの燃料噴射弁制御装置に関する。

近年、ＬＰＧやＣＮＧなどの液化ガス燃料を用いる気体燃料用エンジンが汎用されている。これらは、ガソリンエンジンと同様に電磁駆動式の燃料噴射弁を燃料噴射弁制御装置で開弁制御することにより、適当量の燃料を適切なタイミングで噴射するようになっている。

図４は、そのような気体燃料用エンジンに配設される燃料噴射弁２の縦断面図であり、可動鉄心２０先端側に設けられた弁体２１が基端側のスプリング２３で付勢されシート２ａに密着して閉弁した状態を示しているが、電磁コイル２２に通電された燃料噴射弁駆動電流により、可動鉄心２０が基端側に吸引されて開弁し、ガス燃料を吸気管路に噴射するようになっている。

図２（Ｂ）は、従来の燃料噴射弁制御装置が出力する燃料噴射弁２に対する燃料噴射弁駆動電流を示している。その右側の固着解除制御の終了後における通常時の波形図を参照して、燃料噴射弁２の開弁初期にはスプリング２３の付勢力に抗するトルクよりもさらに大きなトルクを必要とするため、後続する開弁状態を維持する保持制御の保持電流よりも大きな開弁電流を瞬間的に出力する開弁制御を実行する。

しかし、エンジン始動時において、ガス燃料に含まれる水分の凍結等、種々の原因により燃料噴射弁２が固着していることがあり、このような状態では瞬間的な開弁電流による開弁制御では燃料噴射弁２を開弁できない場合がある。そのため、図２（Ｂ）の左側の波形図に示すようにエンジン始動時に固着解除制御を実行し、電磁コイルに通常時よりも大きな駆動電流を流すことで固着を解除させ、その後に通常の燃料噴射弁制御に移行するものとした燃料噴射弁制御が知られている。

ところが、エンジン回転数が所定値に達すること等を基準とする固着解除制御の終了判定がなされるまでの間に、通常時よりも大きな電流を流すことは燃料噴射弁２の電磁コイルの焼け切れ等の原因となって燃料噴射弁２の寿命を短縮させるとともに、バッテリーの余分な消耗にも繋がってしまうという問題がある。

この問題に対し、特開２０００―２８２９０５号公報には、エンジン始動時に検知したエンジン冷却水温度・ガス燃料の圧力に基いて、燃料噴射弁２の駆動電流を増強させる開弁回数を算出して、固着解除制御による燃料噴射弁２の開弁を必要最小限とする燃料噴射弁制御装置が提案されており、これにより燃料噴射弁の損傷およびバッテリーの消耗を減少させることが期待される。しかしながら、固着解除制御による開弁回数は最小限としても、そのときの燃料噴射弁２を駆動させる電流量のピーク値は通常の開弁電流よりも大きいままであるため、燃料噴射弁２における損傷発生の問題は充分に解消されていない。
特開２０００―２８２９０５号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、エンジン始動時に燃料噴射弁の固着を自動的に解除する機能を備えた気体燃料用エンジンの燃料噴射弁制御装置について、燃料噴射弁の損傷発生を最小限としながら燃料噴射弁の固着解除を確実に実行できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、気体燃料用エンジンの燃料噴射弁に配線で接続され、通常時は、閉弁状態から開弁させるための瞬間的な開弁電流とこれに続く開弁状態を保持するための開弁電流よりも小さな保持電流とからなる燃料噴射弁駆動電流を燃料噴射弁に出力し、エンジン始動時には、必要に応じて燃料噴射弁の固着を解除させるために通常時よりも増強した燃料噴射弁駆動電流を出力する固着解除制御を実行するものとした燃料噴射弁制御装置において、固着解除制御時に開弁電流に続く保持電流の部分も開弁電流とした開弁電流のみからなる燃料噴射弁駆動電流を出力するものとした。

これにより、従来の固着解除制御機能を備えた燃料噴射弁制御装置が、固着解除制御中に通常時の開弁電流のピーク値を大きく超える燃料噴射弁駆動電流を出力して燃料噴射弁の損傷を招きやすかったのに対し、保持電流部分も開弁電流とした開弁電流のみからなる燃料噴射弁駆動電流により固着解除制御を行うものとして、開弁電流のピーク値を大きくしないものとしたことで、燃料噴射弁の損傷を最小限としながら、通常時よりも開弁電流の出力時間を延長したことで確実に固着を解除できるものとした。

また、この固着解除制御は、検知したエンジン回転数が予め定めた所定の数値以上となった時点で終了するものとすれば、増強された燃料噴射弁駆動電流の出力回数を必要最小限とすることが容易となり、バッテリーの余分な消耗を回避しやすいものとなる。

固着解除制御中の燃料噴射弁駆動電流を開弁電流のみとした本発明によると、燃料噴射弁の損傷発生を最小限としながら、確実に固着を解除することができるものである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。尚、本発明において、燃料噴射弁制御装置による燃料噴射弁駆動電流の燃料噴射弁に対する出力は、燃料噴射弁制御装置が燃料噴射弁に直接出力することのみならず、燃料噴射弁制御装置が所定の燃料噴射弁駆動電流出力手段に指令して燃料噴射弁に出力させる場合も含むものとする。

図１は、本発明である燃料噴射弁制御装置が配設されたエンジンシステムの配置図を示しており、気体燃料用エンジン１の各種制御を実行する電子制御ユニット１０が燃料噴射弁制御装置を兼ねている。気体燃料用エンジン１には、クランク角度およびエンジン回転数を検出するクランクセンサ１１、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ１２、排気中の酸素濃度を検出するＯ２センサ１３、スロットル開度を検出するスロットルセンサ１４等、エンジンの状態を検出するセンサ類が配設されている。そして、これらが配線で電子制御ユニット１０に接続されて検出データが入力されるようになっており、これらのデータを基に電子制御ユニット１０が各種制御を実行するようになっている。

電子制御ユニット１０は、配線で吸気管路に配設された燃料噴射弁２に接続されており、燃料噴射弁駆動電流を出力することにより燃料噴射弁２の開弁制御を実行する。尚、図では電子制御ユニット１０から直接燃料噴射弁２に接続されているが、所定の燃料噴射弁駆動電流出力手段を介し、これに指令信号を出力することで制御を実行するようにしても同様である。

電子制御ユニット１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バス等を備え、気体燃料用エンジンの一般的な制御を実行するための汎用の電子制御ユニットに、以下に述べる固着解除機能を含む燃料噴射弁制御を実行させるためのプログラムが格納されたものであり、本発明の燃料噴射弁制御装置を機能的に兼ねている点を特徴としている。

即ち、電子制御ユニット１０は、上述した各種センサによる入力データを基に、最適な燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量（噴射時間）を決定して、燃料噴射弁駆動信号を出力することで燃料噴射弁２の開弁制御を実行するものであり、エンジン始動時において、燃料噴射弁２に固着の可能性のあるときは、通常の燃料噴射弁制御に先立って固着解除制御を実行するものであり、その制御方法に特徴があるものである。

固着解除制御を実行する判定基準としては、例えばエンジン始動時（ＩＧスイッチＯＮ時等）にエンジン冷却水温が所定の温度以下である場合に実行するものとし、固着解除制御終了の判定基準としては、例えばエンジン回転数が所定値以上になった時点に終了するものとすれば、電子制御ユニット１０の処理負担を過大に増加させることなく容易に判定することができる。

本発明の特徴部分である固着解除制御機能の詳細について説明すると、先述したように、通常の燃料噴射弁駆動電流は図２（Ａ）の燃料噴射弁駆動電流の右側波形に示すように、燃料噴射弁２を開弁させるための瞬間的に大きな山形の波形となる開弁電流と、これよりも小さな開弁状態を維持するためのフラットな維持電流とからなる。これを本発明において、左側波形に示すように開弁電流出力後に保持電流としないで連続的に開弁電流とした点に特徴がある。

これは、図２（Ｂ）の従来の固着解除制御による燃料噴射弁駆動電流の左側波形が、開弁電流を含めて全体的に電流値を上げたことで燃料噴射弁２の損傷を招きやすかったのに対し、本発明において噴射時間の全てを開弁制御による開弁電流のみとしたことで、電流のピーク値は通常時と変わらないものとして燃料噴射弁２の損傷を最小限としながら、トルクの大きな時間を延長したことで固着を解除しやすくしたものである。尚、これを電圧値でみると、図２（Ａ）の上段の波形図のようになる。

次に、本実施の形態における固着解除制御の手順について、図３のフローチャートを用いて詳細に説明する。

先ず、ＩＧスイッチをＯＮにした時点（Ｓ１）で、エンジン冷却水温や燃料温度・圧力等のエンジン状態を示すデータが電子制御ユニット１０に入力され、スタータをＯＮにすることで（Ｓ２）、固着解除制御の要否が判定される（Ｓ３）。例えば、水分の凍結を原因とする固着が多い場合はエンジン冷却水温度が所定の基準値以上であるか否かで判断するものとする。

そして、固着解除制御が不要と判断された場合は、通常時の燃料噴射弁制御として開弁電流と保持電流とからなる燃料噴射弁駆動電流による燃料噴射弁制御が実行される（Ｓ６）。一方、固着解除制御が必要と判断された場合は、開弁電流のみからなる燃料噴射弁駆動電流による燃料噴射弁制御が実行され（Ｓ４）、エンジン回転数が予め記憶された基準回転数以上となったか判定され（Ｓ５）、基準回転数未満であれば引き続き開弁電流のみによる燃料噴射弁制御が実行され、基準回転数以上であれば通常の燃料噴射弁制御に移行する（Ｓ６）。

このような制御を実行する本実施の形態の燃料噴射弁制御装置によれば、エンジン始動時に燃料噴射弁の固着を容易且つ確実に解除することができ、しかも、固着解除制御中の燃料噴射弁駆動電流のピーク値が極端に上昇しないことから、燃料噴射弁の損傷のリスクを最小限とすることができるものである。

本発明の実施の形態を示す燃料噴射弁制御装置が配置されたエンジンシステムの配置図。 （Ａ）は図１の燃料噴射弁制御装置による燃料噴射弁駆動電流の電圧値と電流値の波形図、（Ｂ）は従来の燃料噴射弁制御装置による燃料噴射弁駆動電流の電流値の波形図。 図１の燃料噴射弁制御装置による制御を示すフローチャート。 燃料噴射弁の縦断面図。

符号の説明

１ 気体燃料用エンジン、２ 燃料噴射弁、１０ 電子制御ユニット、１１ クランクセンサ、１２ 水温センサ、１３ Ｏ２センサ、１４ スロットルセンサ

Claims (2)

1. 気体燃料用エンジンの燃料噴射弁に配線で接続され、通常時は、閉弁状態から開弁させるための瞬間的な開弁電流とこれに続く開弁状態を保持するための前記開弁電流よりも小さな保持電流とからなる燃料噴射弁駆動電流を前記燃料噴射弁に出力し、エンジン始動時には、必要に応じて前記燃料噴射弁の固着を解除させるために通常時よりも増強した燃料噴射弁駆動電流を出力する固着解除制御を実行するものとした燃料噴射弁制御装置において、前記固着解除制御時に前記開弁電流に続く前記保持電流の部分も前記開弁電流とした前記開弁電流のみからなる燃料噴射弁駆動電流を出力することを特徴とする気体燃料用エンジンの燃料噴射弁制御装置。
2. 前記固着解除制御が、検知したエンジン回転数が予め定めた所定の数値以上となった時点で終了する請求項１に記載した気体燃料用エンジンの燃料噴射弁制御装置。
   

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