JP2013104361A - Fuel injection device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve uniformity of fuel/air mixture supplied to a combustion chamber in a fuel injection device for an internal combustion engine where gas fuel including a plurality of fuel components is used as fuel.SOLUTION: The fuel injection device for the internal combustion engine includes: a fuel injection valve which injects the gas fuel including the plurality of fuel compositions to an intake port; and a mixing ratio estimation device for estimating a mixing ratio of the fuel components in the gas fuel. The mixing ratio of the gas fuel is estimated, and an injection start timing of the gas fuel from the fuel injection valve is set based on an estimated mixing ratio.

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。   The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine.

従来の技術においては、燃焼室に連通する吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関が知られている。吸気ポート内に空気が流入すると共に燃料が噴射されることにより混合気が生成されて燃焼室に供給される。   In the prior art, a port injection type internal combustion engine in which fuel is injected into an intake port communicating with a combustion chamber is known. When air flows into the intake port and fuel is injected, an air-fuel mixture is generated and supplied to the combustion chamber.

内燃機関の燃料としては、液体燃料の他に常温および常圧で気体の状態である気体燃料を使用できることが知られている。気体燃料は、加圧された状態で燃料噴射弁に供給される。ポート噴射型の内燃機関では、燃料噴射弁から吸気ポートの内部に気体燃料が噴射される。気体燃料としては、単一の成分から構成される燃料の他に、複数の成分から構成される混合気体燃料を用いることができる。例えば水素と天然ガスとを含む混合気体燃料を用いることができる。   As a fuel for an internal combustion engine, it is known that a gaseous fuel in a gaseous state at room temperature and normal pressure can be used in addition to a liquid fuel. The gaseous fuel is supplied to the fuel injection valve in a pressurized state. In a port injection type internal combustion engine, gaseous fuel is injected from the fuel injection valve into the intake port. As the gaseous fuel, in addition to the fuel composed of a single component, a mixed gas fuel composed of a plurality of components can be used. For example, a mixed gas fuel containing hydrogen and natural gas can be used.

特開2003−090243号公報においては、吸気行程中のピストン速度が最も速い時に、噴射ピークの燃料ガスがインジェクタと吸気ポートの間を流れているように、燃料噴射の開始時期及び噴射期間を設定するガス機関の燃料噴射制御方法が開示されている。この燃料噴射制御方法では、最も流動の激しい時に空気と燃料ガスとをインジェクタから吸気ポート間に流すことになるので、短い混合経路でも均一に空気と燃料ガスを混合できることが開示されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 2003-090243, the fuel injection start timing and injection period are set so that the fuel gas at the injection peak flows between the injector and the intake port when the piston speed during the intake stroke is the fastest. A fuel injection control method for a gas engine is disclosed. In this fuel injection control method, it is disclosed that air and fuel gas are allowed to flow between the injector and the intake port at the time of the most intense flow, so that air and fuel gas can be uniformly mixed even in a short mixing path.

特開2003−090243号公報JP 2003-090243 A

気体燃料を用いる内燃機関において、気体燃料は液体燃料と同様に燃料タンクに貯留することができる。ところが、気体燃料を補給する地域や社会情勢等により、燃料タンクに補給される気体燃料の成分が変化する場合がある。例えば、気体燃料に水素と天然ガスとが含まれる場合には、補給される燃料の水素比率および天然ガス比率が変化する場合がある。この場合には、燃料タンクに貯留されている気体燃料の混合比率が変化し、燃料噴射弁から噴射される燃料の混合比率が変化する。   In an internal combustion engine that uses gaseous fuel, gaseous fuel can be stored in a fuel tank in the same manner as liquid fuel. However, the component of the gaseous fuel that is replenished to the fuel tank may change depending on the area where the gaseous fuel is replenished, social conditions, and the like. For example, when the gaseous fuel contains hydrogen and natural gas, the hydrogen ratio and natural gas ratio of the fuel to be replenished may change. In this case, the mixing ratio of the gaseous fuel stored in the fuel tank changes, and the mixing ratio of the fuel injected from the fuel injection valve changes.

ところで、ポート噴射型の内燃機関において、吸気ポートに配置された燃料噴射弁から気体燃料を噴射した場合には、噴射された気体燃料が吸気ポートを進行する。気体燃料は、空気と混合されて、所望の濃度にて燃焼室に供給されることが好ましい。また、混合気が燃焼室に流入したときに、燃焼室内において所望の燃料の濃度分布を形成することが好ましい。   By the way, in a port injection type internal combustion engine, when gaseous fuel is injected from a fuel injection valve arranged in an intake port, the injected gaseous fuel advances through the intake port. The gaseous fuel is preferably mixed with air and supplied to the combustion chamber at a desired concentration. Further, it is preferable that a desired fuel concentration distribution is formed in the combustion chamber when the air-fuel mixture flows into the combustion chamber.

燃料噴射弁から燃料を噴射したときに、気体燃料が吸気弁の近傍に到達する時期が所望の時期よりも早いと、吸気弁が開いた時に、吸気弁の近傍には所望の濃度よりも高い濃度の混合気が形成されている。このため、燃焼室には、過濃な混合気が供給される。一方で、気体燃料が吸気弁の近傍に到達する時期が所望の時期よりも遅いと、吸気弁が開いた時に、吸気弁の近傍には所望の濃度よりも低い濃度の混合気が形成されている。このため、燃焼室には、希薄な混合気が供給される。   When fuel is injected from the fuel injection valve, when the time when the gaseous fuel reaches the vicinity of the intake valve is earlier than the desired time, the concentration near the intake valve is higher than the desired concentration when the intake valve opens. A mixture of concentrations is formed. For this reason, the rich air-fuel mixture is supplied to the combustion chamber. On the other hand, if the time when the gaseous fuel reaches the vicinity of the intake valve is later than the desired time, an air-fuel mixture having a concentration lower than the desired concentration is formed in the vicinity of the intake valve when the intake valve is opened. Yes. For this reason, a lean air-fuel mixture is supplied to the combustion chamber.

ところで、燃料噴射弁から吸気ポート内に噴射される燃料の混合比率が変化すると、吸気弁が開いたときに気体燃料が到達している位置が変化し、燃焼室に流入する混合気が不均一になる場合があった。所望の濃度よりの希薄な混合気が燃焼室に供給されたり、所望の濃度よりも過濃な混合気が燃焼室に供給されたりする場合があった。この結果、燃焼変動が増大する場合があった。または、燃焼室において空燃比を大きくした状態で燃焼を行なうリーンバーンエンジン等の場合には、点火プラグの近傍に所望の濃度よりも高い濃度の混合気が供給されると、燃焼室から排出されるNO量が増加する場合があった。 By the way, when the mixing ratio of the fuel injected from the fuel injection valve into the intake port changes, the position where the gaseous fuel reaches when the intake valve opens changes, and the mixture flowing into the combustion chamber is uneven. There was a case. In some cases, a lean air-fuel mixture having a desired concentration is supplied to the combustion chamber, or an air-fuel mixture having a concentration higher than the desired concentration is supplied to the combustion chamber. As a result, the combustion fluctuation may increase. Alternatively, in the case of a lean burn engine or the like that performs combustion with a large air-fuel ratio in the combustion chamber, if an air-fuel mixture with a concentration higher than the desired concentration is supplied in the vicinity of the spark plug, it is discharged from the combustion chamber. the amount of NO X is in some cases increased that.

更に、燃焼室から吸気ポートへの混合気の吹き返しや、燃焼室に吸入されずに残留した混合気が濃度の高い状態で吸気弁の近傍に残留した場合には、次の燃焼サイクルにおいて、過濃な混合気が燃焼室に吸入される場合があった。   Furthermore, if the air-fuel mixture blows back from the combustion chamber to the intake port, or the air-fuel mixture remaining without being sucked into the combustion chamber remains in the vicinity of the intake valve in a high concentration state, it will be excessive in the next combustion cycle. In some cases, a rich mixture was sucked into the combustion chamber.

本発明は、複数の燃料成分を含む気体燃料を燃料にする内燃機関の燃料噴射装置であって、燃焼室に供給する混合気の均一性を向上させることを目的とする。   The present invention is a fuel injection device for an internal combustion engine that uses gaseous fuel containing a plurality of fuel components as fuel, and an object thereof is to improve the uniformity of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber.

本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、複数の燃料成分を含む気体燃料を機関吸気通路に噴射する燃料噴射弁と、気体燃料の燃料成分の混合比率を取得する混合比率取得手段とを備える。気体燃料は、混合比率が変化することにより燃料噴射弁から噴射したときの気体燃料の運動量が変化する特性を有している。気体燃料の混合比率を取得し、取得した混合比率に基づいて、燃料噴射弁の気体燃料の噴射開始時期および噴射圧力のうち少なくとも一方を設定する。   A fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention includes a fuel injection valve that injects gaseous fuel containing a plurality of fuel components into an engine intake passage, and a mixing ratio acquisition unit that acquires a mixing ratio of the fuel components of the gaseous fuel. Gaseous fuel has the characteristic that the momentum of gaseous fuel changes when it injects from a fuel injection valve, when a mixing ratio changes. The mixing ratio of the gaseous fuel is acquired, and at least one of the injection start timing and the injection pressure of the gaseous fuel of the fuel injection valve is set based on the acquired mixing ratio.

上記発明においては、気体燃料は、水素および炭化水素を含み、気体燃料の水素比率が高くなるほど噴射開始時期を進角側に設定することができる。   In the above invention, the gaseous fuel contains hydrogen and hydrocarbons, and the injection start timing can be set to the advance side as the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases.

上記発明においては、気体燃料は、水素および炭化水素を含み、気体燃料の水素比率が高くなるほど噴射圧力を高く設定することができる。   In the said invention, gaseous fuel contains hydrogen and a hydrocarbon, and it can set injection pressure so high that the hydrogen ratio of gaseous fuel becomes high.

上記発明においては、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を検出する圧力検出器を備え、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を検出し、検出した圧力が高くなるほど噴射開始時期を遅く設定することができる。   In the above invention, the pressure detector for detecting the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve is provided, the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve is detected, and the injection start timing is set later as the detected pressure increases. can do.

本発明によれば、複数の燃料成分を含む気体燃料を燃料にする内燃機関の燃料噴射装置であって、燃焼室に供給する混合気の均一性を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a fuel-injection apparatus of the internal combustion engine which uses gaseous fuel containing a several fuel component as fuel, Comprising: The uniformity of the air-fuel | gaseous mixture supplied to a combustion chamber can be improved.

実施の形態における内燃機関の概略図である。1 is a schematic view of an internal combustion engine in an embodiment. 実施の形態における気体燃料の水素比率と気体燃料の噴射開始時期との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the hydrogen ratio of gaseous fuel and the injection start time of gaseous fuel in embodiment. 実施の形態における燃料噴射装置の第1の制御のフローチャートである。It is a flowchart of the 1st control of the fuel-injection apparatus in embodiment. 実施の形態における燃料噴射装置の第1の制御における気体燃料の噴射開始時期の補正値を設定するフローチャートである。It is a flowchart which sets the correction value of the injection start time of the gaseous fuel in the 1st control of the fuel injection apparatus in embodiment. 実施の形態における気体燃料の水素比率と気体燃料の噴射圧力との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the hydrogen ratio of gaseous fuel and the injection pressure of gaseous fuel in embodiment. 実施の形態における燃料噴射装置の第2の制御のフローチャートである。It is a flowchart of the 2nd control of the fuel-injection apparatus in embodiment.

図1から図6を参照して、実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置について説明する。本実施の形態の内燃機関は、気体燃料を用いている。   A fuel injection device for an internal combustion engine according to an embodiment will be described with reference to FIGS. The internal combustion engine of the present embodiment uses gaseous fuel.

図1に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。内燃機関は、機関本体1を備える。機関本体1は、各気筒の燃焼室2を備える。本実施の形態においては、それぞれの気筒には点火栓7が配置されている。機関本体1は、燃焼室2に連通する機関吸気通路を含み、機関吸気通路は吸気ポート11を有する。機関本体1は、燃焼室2に連通する機関排気通路を含み、機関排気通路は排気ポート12を有する。機関本体1は、機関吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁3を含む。本実施の形態における燃料噴射弁3は、それぞれの気筒の吸気ポート11に気体燃料を噴射する。   FIG. 1 shows a schematic diagram of an internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine includes an engine body 1. The engine body 1 includes a combustion chamber 2 for each cylinder. In the present embodiment, a spark plug 7 is disposed in each cylinder. The engine body 1 includes an engine intake passage communicating with the combustion chamber 2, and the engine intake passage has an intake port 11. The engine body 1 includes an engine exhaust passage communicating with the combustion chamber 2, and the engine exhaust passage has an exhaust port 12. The engine body 1 includes a fuel injection valve 3 that injects fuel into the engine intake passage. The fuel injection valve 3 in the present embodiment injects gaseous fuel into the intake port 11 of each cylinder.

機関本体1は、吸気ポート11に接続された吸気マニホールド4と排気ポート11に接続された排気マニホールド5とを含む。吸気マニホールド4は、吸気ダクト6を介して吸入空気量検出器8に連結されている。吸入空気量検出器8は、エアクリーナ9に連結されている。吸気ダクト6内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁10が配置されている。一方、排気マニホールド5は、排気管51を介して排気処理装置としての排気浄化触媒55に連結されている。   The engine body 1 includes an intake manifold 4 connected to the intake port 11 and an exhaust manifold 5 connected to the exhaust port 11. The intake manifold 4 is connected to an intake air amount detector 8 via an intake duct 6. The intake air amount detector 8 is connected to an air cleaner 9. A throttle valve 10 driven by a step motor is disposed in the intake duct 6. On the other hand, the exhaust manifold 5 is connected to an exhaust purification catalyst 55 as an exhaust treatment device via an exhaust pipe 51.

本実施の形態における排気浄化触媒55は、三元触媒により構成されている。機関吸気通路、燃焼室または排気浄化触媒55よりも上流の排気通路内に供給された排気の空気および燃料(炭化水素)の比を排気の空燃比と称すると、三元触媒は、排気の空燃比を、ほぼ理論空燃比にすることにより、排気に含まれる炭化水素HC、一酸化炭素COおよび窒素酸化物NOを同時に浄化する機能を有する。本実施の形態の排気浄化装置においては、排気浄化触媒55の上流の機関排気通路に、排気浄化触媒55に流入する排気ガスの空燃比(A/F)を検出するための空燃比センサ56が配置されている。排気処理装置としては、三元触媒の他に排気を浄化する任意の装置を採用することができる。たとえば、酸化触媒またはNO還元触媒等を採用することができる。 The exhaust purification catalyst 55 in the present embodiment is constituted by a three-way catalyst. When the ratio of the exhaust air and fuel (hydrocarbon) supplied into the engine intake passage, the combustion chamber or the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst 55 is called the exhaust air-fuel ratio, the three-way catalyst By making the fuel ratio substantially the stoichiometric air-fuel ratio, it has a function of simultaneously purifying hydrocarbon HC, carbon monoxide CO and nitrogen oxide NO X contained in the exhaust gas. In the exhaust purification device of the present embodiment, an air-fuel ratio sensor 56 for detecting the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 55 is disposed in the engine exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst 55. Has been placed. As the exhaust treatment device, any device that purifies exhaust gas in addition to the three-way catalyst can be adopted. For example, an oxidation catalyst or a NO x reduction catalyst can be employed.

排気マニホールド5と吸気マニホールド4との間には、排気ガス再循環(EGR)を行うためにEGR通路52が配置されている。EGR通路52の途中には電子制御式のEGR制御弁53が配置されている。また、EGR通路52の途中には、EGR通路52内を流れるEGRガスを冷却するためのEGR冷却装置54が配置されている。   An EGR passage 52 is disposed between the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 to perform exhaust gas recirculation (EGR). An electronically controlled EGR control valve 53 is disposed in the middle of the EGR passage 52. Further, an EGR cooling device 54 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 52 is disposed in the middle of the EGR passage 52.

本実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射弁3と、燃料噴射弁3に加圧した燃料を供給する燃料供給装置とを備える。本実施の形態における燃料供給装置は、燃料タンク61および圧力調整弁62を含む。それぞれの燃料噴射弁3は、燃料供給管63を介して燃料タンク61に接続されている。   The fuel injection device for an internal combustion engine in the present embodiment includes a fuel injection valve 3 and a fuel supply device that supplies pressurized fuel to the fuel injection valve 3. The fuel supply device in the present embodiment includes a fuel tank 61 and a pressure adjustment valve 62. Each fuel injection valve 3 is connected to a fuel tank 61 via a fuel supply pipe 63.

燃料供給装置は、加圧した燃料を供給するように形成されている。本実施の形態においては、燃料タンク61には気体燃料が加圧されて貯蔵されている。燃料タンク61に貯蔵されている燃料は、圧力調整弁62により減圧される。圧力調整弁62により減圧された燃料は、燃料供給管63を介して、それぞれの燃料噴射弁3に供給される。圧力調整弁62から燃料噴射弁3に燃料を供給する流路には、燃料噴射弁3に供給する燃料の圧力を検出する圧力センサ64が配置されている。圧力調整弁62の上流側及び下流側には、温度センサ65,66が配置されている。温度センサ65,66は、後述するように燃料タンク61から供給される気体燃料の燃料成分の混合比率を取得する混合比率取得手段として機能する。燃料タンク61には、内部の圧力を検出する圧力センサ67が配置されている。   The fuel supply device is configured to supply pressurized fuel. In the present embodiment, gaseous fuel is pressurized and stored in the fuel tank 61. The fuel stored in the fuel tank 61 is depressurized by the pressure adjustment valve 62. The fuel decompressed by the pressure regulating valve 62 is supplied to each fuel injection valve 3 through the fuel supply pipe 63. A pressure sensor 64 that detects the pressure of the fuel supplied to the fuel injection valve 3 is disposed in the flow path for supplying fuel from the pressure adjustment valve 62 to the fuel injection valve 3. Temperature sensors 65 and 66 are arranged on the upstream side and the downstream side of the pressure regulating valve 62. The temperature sensors 65 and 66 function as a mixing ratio acquisition unit that acquires the mixing ratio of the fuel components of the gaseous fuel supplied from the fuel tank 61 as will be described later. The fuel tank 61 is provided with a pressure sensor 67 for detecting the internal pressure.

本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット30を備える。本実施の形態における電子制御ユニット30は、デジタルコンピュータにより構成されている。電子制御ユニット30は、双方性バス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、入力ポート35および出力ポート36を備える。ROM32には、制御を行なうために必要なマップ等の情報が予め記憶されている。CPU34は、任意の演算や判断を行なうことができる。RAM33は、読み書きが可能な記憶装置である。   The internal combustion engine in the present embodiment includes an electronic control unit 30. The electronic control unit 30 in the present embodiment is configured by a digital computer. The electronic control unit 30 includes a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, an input port 35, and an output port 36 connected to each other by a bidirectional bus 31. In the ROM 32, information such as a map necessary for performing control is stored in advance. The CPU 34 can perform arbitrary calculations and determinations. The RAM 33 is a readable / writable storage device.

吸入空気量検出器8の出力信号は、対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、温度センサ65,66、圧力センサ64,67、および空燃比センサ56等のセンサの出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。   The output signal of the intake air amount detector 8 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Output signals from sensors such as the temperature sensors 65 and 66, the pressure sensors 64 and 67, and the air-fuel ratio sensor 56 are input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.

アクセルペダル40には、アクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続されている。負荷センサ41の出力により要求トルクを検出することができる。負荷センサ41の出力信号は、対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°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が接続されている。クランク角センサ42の出力により、機関回転数やクランク角度を検出することができる。   A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40. The required torque can be detected from the output of the load sensor 41. The output signal of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Further, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 °. The engine speed and crank angle can be detected from the output of the crank angle sensor 42.

一方、出力ポート36は、対応する駆動回路38を介して、点火栓7、スロットル弁10の駆動用ステップモータおよびEGR制御弁53に接続されている。また、出力ポート36は、対応する駆動回路38を介して圧力調整弁62に接続されている。   On the other hand, the output port 36 is connected to the spark plug 7, the step motor for driving the throttle valve 10, and the EGR control valve 53 via a corresponding drive circuit 38. The output port 36 is connected to the pressure regulating valve 62 via a corresponding drive circuit 38.

本実施の形態における気体燃料は、水素と炭化水素とを含む混合気体燃料が用いられている。炭化水素としては、天然ガスやバイオマスガスなどを例示することができる。   As the gaseous fuel in the present embodiment, a mixed gas fuel containing hydrogen and hydrocarbons is used. Examples of the hydrocarbon include natural gas and biomass gas.

燃料噴射弁から噴射された気体燃料は、空気と混合しながら吸気ポートを進行する。燃焼室には、所望の濃度の混合気が供給されることが好ましい。すなわち、所望の燃焼時の空燃比にて燃料を燃焼させることが好ましい。このために、燃料噴射弁から噴射された気体燃料が、所望の時期に吸気弁の近傍に到達するように制御することが好ましい。例えば、吸気弁が開く直前に吸気弁の近傍に気体燃料が到達することが好ましい。また、気体燃料の到達時期は、燃焼室内において形成される気体燃料の濃度分布にも影響を与える。燃焼室内においては、所望の燃料の濃度分布が形成されることが好ましい。   The gaseous fuel injected from the fuel injection valve advances through the intake port while being mixed with air. It is preferable that an air-fuel mixture having a desired concentration is supplied to the combustion chamber. That is, it is preferable to burn the fuel at the desired air-fuel ratio at the time of combustion. For this reason, it is preferable to perform control so that the gaseous fuel injected from the fuel injection valve reaches the vicinity of the intake valve at a desired time. For example, it is preferable that the gaseous fuel reaches the vicinity of the intake valve immediately before the intake valve is opened. The arrival time of the gaseous fuel also affects the concentration distribution of the gaseous fuel formed in the combustion chamber. A desired fuel concentration distribution is preferably formed in the combustion chamber.

ところで、燃料タンクに貯留されている気体燃料が少なくなってきて補給を行う時に、補給を行う地域等により補給する気体燃料に含まれる水素と炭化水素との混合比率が異なる場合がある。燃料タンクに残存している気体燃料とは異なる混合比率を有する気体燃料が補給される場合がある。この結果、燃料タンク内の気体燃料の混合比率が変化し、燃料噴射弁に供給される気体燃料の混合比率が変化する場合がある。ここで、気体燃料の燃料成分の混合比率が変化すると、燃料噴射弁から気体燃料を噴射したときの気体燃料の貫徹力が変化してしまう。このために、気体燃料が吸気弁の近傍に到達する時期が変化する。   By the way, when the gas fuel stored in the fuel tank is reduced and replenishment is performed, the mixing ratio of hydrogen and hydrocarbons contained in the gas fuel to be replenished may differ depending on the region where the replenishment is performed. In some cases, a gaseous fuel having a different mixing ratio from the gaseous fuel remaining in the fuel tank is supplied. As a result, the mixing ratio of the gaseous fuel in the fuel tank may change, and the mixing ratio of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve may change. Here, when the mixing ratio of the fuel component of the gaseous fuel changes, the penetration force of the gaseous fuel when the gaseous fuel is injected from the fuel injection valve changes. For this reason, the time when gaseous fuel reaches the vicinity of an intake valve changes.

本実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射弁から気体燃料を噴射したときの気体燃料の運動量に基づいて、燃料噴射時期および燃料噴射圧力のうち少なくとも一方を設定する。本実施の形態における気体燃料の運動量は、気体燃料の密度と気体燃料を噴射したときの速度の積として定めることができる。燃料噴射弁から噴射した気体燃料の運動量が大きくなるほど、貫徹力が増大し噴射された気体燃料が吸気弁の近傍に到達するまでの時間が短くなる。   The fuel injection device for the internal combustion engine in the present embodiment sets at least one of the fuel injection timing and the fuel injection pressure based on the momentum of the gaseous fuel when the gaseous fuel is injected from the fuel injection valve. The momentum of the gaseous fuel in the present embodiment can be determined as the product of the density of the gaseous fuel and the speed when the gaseous fuel is injected. As the momentum of the gaseous fuel injected from the fuel injection valve increases, the penetration force increases, and the time until the injected gaseous fuel reaches the vicinity of the intake valve is shortened.

例えば、気体燃料の密度が大きくなると(単位体積当りの質量が大きくなる)と、噴射された気体燃料の貫徹力、即ちペネトレーションが増大し、噴射された気体燃料が吸気弁の近傍に到達する時期が早くなる。また、燃料噴射弁から噴射される気体燃料の速度が高くなると、噴射された気体燃料が吸気弁の近傍に到達する時期が早くなる。気体燃料を噴射してから吸気弁の近傍に到達するまでの時間は、燃焼室に供給する混合気の濃度や燃焼室における気体燃料の濃度分布に影響を与える。   For example, when the density of the gaseous fuel increases (the mass per unit volume increases), the penetration force of the injected gaseous fuel, that is, the penetration increases, and the time when the injected gaseous fuel reaches the vicinity of the intake valve Becomes faster. In addition, when the speed of the gaseous fuel injected from the fuel injection valve increases, the time at which the injected gaseous fuel reaches the vicinity of the intake valve is advanced. The time from the injection of the gaseous fuel to the vicinity of the intake valve affects the concentration of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber and the concentration distribution of the gaseous fuel in the combustion chamber.

ところで、気体燃料の密度は、気体燃料に含まれる燃料成分の混合比率に依存する。複数の気体燃料の成分の平均分子量が小さいほど、同一の圧力および同一の温度では密度が小さくなる。本実施の形態においては、気体燃料の水素比率が高くなるほど、気体燃料の密度が小さくなる。また、燃料噴射弁から噴射されるときの気体燃料の速度は、気体燃料に含まれる燃料成分の混合比率に依存する。本実施の形態の水素と炭化水素とを含む気体燃料においては、燃料噴射弁に供給される気体燃料の圧力が一定の場合には、気体燃料の水素比率が大きくなるほど、噴射されたときの気体燃料の速度が速くなる。   By the way, the density of the gaseous fuel depends on the mixing ratio of the fuel components contained in the gaseous fuel. The smaller the average molecular weight of the components of the plurality of gaseous fuels, the lower the density at the same pressure and the same temperature. In this Embodiment, the density of gaseous fuel becomes small, so that the hydrogen ratio of gaseous fuel becomes high. Further, the speed of the gaseous fuel when injected from the fuel injection valve depends on the mixing ratio of the fuel components contained in the gaseous fuel. In the gaseous fuel containing hydrogen and hydrocarbons of the present embodiment, when the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve is constant, the larger the hydrogen ratio of the gaseous fuel, the larger the gas when injected. Increases fuel speed.

ここで、気体燃料の水素比率が増加したときには、噴射されたときの気体燃料の運動量は、噴射される速度が増加する効果よりも密度が小さくなる効果が大きくなる。このために、気体燃料の水素比率を高くするほど燃料を噴射したときの気体燃料の運動量が小さくなる。すなわち、気体燃料の水素比率が高くなるほど、気体燃料の貫徹力が低下し、燃料噴射弁から噴射された気体燃料が吸気弁の近傍に到達するまでに長い時間がかかるという特性を有する。このように、気体燃料の混合比率は、燃料噴射弁から気体燃料を噴射したときの気体燃料の運動量に影響を与える特性を有している。   Here, when the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases, the momentum of the gaseous fuel when injected increases the effect of decreasing the density than the effect of increasing the injected speed. For this reason, the higher the hydrogen ratio of the gaseous fuel, the smaller the momentum of the gaseous fuel when the fuel is injected. That is, as the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases, the penetration of the gaseous fuel decreases, and it takes a longer time for the gaseous fuel injected from the fuel injection valve to reach the vicinity of the intake valve. As described above, the mixing ratio of the gaseous fuel has a characteristic that affects the momentum of the gaseous fuel when the gaseous fuel is injected from the fuel injection valve.

本実施の形態の燃料噴射装置の第1の制御においては、気体燃料の混合比率を取得し、気体燃料の混合比率に基づいて気体燃料の噴射開始時期を設定する制御を行う。本実施の形態における気体燃料では、気体燃料の水素比率が高くなるほど気体燃料の貫徹力が低下するために噴射開始時期を進角側に設定する制御を行う。すなわち、噴射開始時期を早くする制御を行う。   In the first control of the fuel injection device according to the present embodiment, control is performed to acquire the gaseous fuel mixing ratio and set the gaseous fuel injection start timing based on the gaseous fuel mixing ratio. In the gaseous fuel in the present embodiment, since the penetration force of the gaseous fuel decreases as the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases, control is performed to set the injection start timing to the advance side. That is, control is performed to advance the injection start timing.

図1を参照して、燃料噴射装置は、気体燃料の燃料成分の混合比率を取得する混合比率取得手段としての混合比率推定装置を含む。本実施の形態における混合比率推定装置は、圧力調整弁62と、温度センサ65,66とを含む。温度センサ65,66の出力により、圧力調整弁62の上流側と下流側との温度差を検出することができる。燃料タンク61からは加圧された気体燃料が供給されて圧力調整弁62にて減圧される。気体燃料の減圧時には、気体燃料が膨張するために温度が低下する。このときの温度低下量は、気体燃料の比熱に依存する。このために、圧力調整弁62を流通したときの温度低下量は、燃料成分の混合比率に依存する。   Referring to FIG. 1, the fuel injection device includes a mixture ratio estimation device as a mixture ratio acquisition unit that acquires a mixture ratio of fuel components of gaseous fuel. The mixing ratio estimation apparatus in the present embodiment includes a pressure adjustment valve 62 and temperature sensors 65 and 66. The temperature difference between the upstream side and the downstream side of the pressure regulating valve 62 can be detected by the outputs of the temperature sensors 65 and 66. A pressurized gaseous fuel is supplied from the fuel tank 61 and is depressurized by the pressure regulating valve 62. When the gaseous fuel is depressurized, the temperature decreases because the gaseous fuel expands. The amount of temperature drop at this time depends on the specific heat of the gaseous fuel. For this reason, the amount of temperature drop when flowing through the pressure regulating valve 62 depends on the mixing ratio of the fuel components.

本実施の形態の気体燃料においては、炭化水素よりも水素の方が減圧膨張時の吸熱量が小さくなる。水素比率が高くなるほど圧力調整弁62を流通したときの温度低下量が小さくなる。本実施の形態における混合比率推定装置は、所定の内燃機関の運転状態において、圧力調整弁62を流通したときの温度低下量を検出し、検出した温度低下量に基づいて水素比率を推定している。更に本実施の形態における混合比率推定装置は、圧力センサ67により圧力調整弁62に流入する気体燃料の圧力を検出する。圧力センサ64により圧力調整弁62から流出する気体燃料の圧力を検出する。圧力センサ64,67の出力に基づいて圧力調整弁62の上流側と下流側との圧力差を算出する。   In the gaseous fuel of the present embodiment, the endothermic amount during decompression expansion is smaller for hydrogen than for hydrocarbon. The higher the hydrogen ratio, the smaller the temperature drop when the pressure regulating valve 62 is circulated. The mixing ratio estimation apparatus according to the present embodiment detects a temperature decrease amount when flowing through the pressure regulating valve 62 in a predetermined internal combustion engine operation state, and estimates a hydrogen ratio based on the detected temperature decrease amount. Yes. Furthermore, the mixing ratio estimation apparatus in the present embodiment detects the pressure of the gaseous fuel flowing into the pressure regulating valve 62 by the pressure sensor 67. The pressure of the gaseous fuel flowing out from the pressure regulating valve 62 is detected by the pressure sensor 64. Based on the outputs of the pressure sensors 64 and 67, the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the pressure regulating valve 62 is calculated.

次に、圧力調整弁62の上流側と下流側との圧力差と、圧力調整弁62の上流側と下流側との温度差に基づいて、気体燃料の水素比率を推定する。本実施の形態においては、圧力調整弁62の上流側と下流側との圧力差と、圧力調整弁62の上流側と下流側との温度差とを関数にする気体燃料の水素比率のマップを電子制御ユニット30に記憶させている。圧力調整弁62の上流側と下流側との圧力差および温度差を検出することにより、気体燃料の水素比率を推定することができる。   Next, the hydrogen ratio of the gaseous fuel is estimated based on the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the pressure regulating valve 62 and the temperature difference between the upstream side and the downstream side of the pressure regulating valve 62. In the present embodiment, a map of the hydrogen ratio of the gaseous fuel that is a function of the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the pressure regulating valve 62 and the temperature difference between the upstream side and the downstream side of the pressure regulating valve 62 is shown. It is stored in the electronic control unit 30. By detecting the pressure difference and the temperature difference between the upstream side and the downstream side of the pressure regulating valve 62, the hydrogen ratio of the gaseous fuel can be estimated.

図2に、本実施の形態における第1の制御における気体燃料の水素比率と燃料噴射弁の噴射開始時期との関係を説明するグラフを示す。縦軸の噴射開始時期は、クランク角度で示されている。図2に示す例では、クランク角度θIBOにおいて吸気弁が開いている。気体燃料の水素比率が高くなるほど、燃料噴射弁から噴射されるときの燃料の運動量が減少するため、第1の制御においては、気体燃料の水素比率が大きくなるほど噴射開始時期を進角側に設定する。   FIG. 2 is a graph illustrating the relationship between the hydrogen ratio of the gaseous fuel and the injection start timing of the fuel injection valve in the first control in the present embodiment. The injection start timing on the vertical axis is indicated by the crank angle. In the example shown in FIG. 2, the intake valve is open at the crank angle θIBO. As the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases, the momentum of the fuel when being injected from the fuel injection valve decreases. Therefore, in the first control, the injection start timing is set to the advance side as the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases. To do.

図3に、本実施の形態における燃料噴射装置の第1の制御のフローチャートを示す。本実施の形態においては、基準噴射開始時期を設定し、燃料タンクに貯留する気体燃料の混合比率を取得し、気体燃料の混合比率に基づいて噴射開始時期の補正値を設定し、基準噴射開始時期を補正値にて補正して最終的な噴射開始時期を設定する制御を行う。図3に示す第1の制御は、例えば予め定められた時間間隔や所定の燃焼サイクル数ごとに繰り返して行なうことができる。   FIG. 3 shows a flowchart of the first control of the fuel injection device in the present embodiment. In the present embodiment, the reference injection start timing is set, the mixing ratio of the gaseous fuel stored in the fuel tank is acquired, the correction value for the injection starting timing is set based on the mixing ratio of the gaseous fuel, and the reference injection start is started. Control is performed to correct the timing with a correction value and set the final injection start timing. The first control shown in FIG. 3 can be performed repeatedly, for example, at predetermined time intervals or every predetermined number of combustion cycles.

始めに、ステップ101においては、それぞれの気筒に供給する燃料噴射量を設定する。燃料噴射量としては、例えば、内燃機関の要求負荷と機関回転数とに基づいて設定することができる。図1を参照して、要求負荷と機関回転数とを関数にする燃料噴射量のマップを、予め電子制御ユニット30に記憶させておくことができる。負荷センサ41の出力から要求負荷を検出し、クランク角度センサ42の出力から機関回転数を検出することができる。検出した要求負荷と機関回転数とに基づいて燃料噴射量を設定することができる。   First, in step 101, the fuel injection amount to be supplied to each cylinder is set. The fuel injection amount can be set, for example, based on the required load of the internal combustion engine and the engine speed. With reference to FIG. 1, a map of the fuel injection amount having the required load and the engine speed as a function can be stored in the electronic control unit 30 in advance. The required load can be detected from the output of the load sensor 41, and the engine speed can be detected from the output of the crank angle sensor 42. The fuel injection amount can be set based on the detected required load and the engine speed.

ステップ102においては、燃料噴射期間を設定する。本実施の形態における燃料噴射弁3は、一定の気体燃料の圧力において開弁しているときには、燃料の噴射流量がほぼ一定になるように形成されている。ステップ101において設定した燃料噴射量から燃料噴射弁を開弁している期間(時間長さ)を算出する。   In step 102, a fuel injection period is set. The fuel injection valve 3 in the present embodiment is formed so that the fuel injection flow rate is substantially constant when the valve is opened at a constant gas fuel pressure. The period (time length) during which the fuel injection valve is opened is calculated from the fuel injection amount set in step 101.

ステップ103において、基準となる基準噴射開始時期θFSBを設定する。基準噴射開始時期は、予め定められた吸気弁の開弁時期と、ステップ102において算出された燃料噴射期間とに基づいて設定することができる。   In step 103, a reference injection start timing θFSB serving as a reference is set. The reference injection start timing can be set based on the predetermined opening timing of the intake valve and the fuel injection period calculated in step 102.

ステップ104においては、噴射開始時期の補正値θαを読み込む。本実施の形態において、噴射開始時期の補正値θαは、気体燃料の水素比率が高くなるほど噴射開始時期が早くなるように設定される。ここで、噴射開始時期の補正値θαを設定する制御について説明する。   In step 104, the injection start timing correction value θα is read. In the present embodiment, the injection start timing correction value θα is set so that the injection start timing is earlier as the hydrogen ratio of the gaseous fuel is higher. Here, control for setting the correction value θα of the injection start timing will be described.

図4に、本実施の形態の第1の制御における噴射開始時期の補正値を設定するフローチャートを示す。本実施の形態においては、燃料タンクに気体燃料を補給する毎に噴射開始時期の補正値を設定している。図4に示す制御は、例えば、予め定められた時間間隔ごとに繰り返して行うことができる。   FIG. 4 shows a flowchart for setting the correction value of the injection start timing in the first control of the present embodiment. In this embodiment, every time fuel gas is supplied to the fuel tank, a correction value for the injection start timing is set. The control shown in FIG. 4 can be repeatedly performed at predetermined time intervals, for example.

ステップ111においては、燃料タンクに気体燃料が補給されたか否かを判別する。図1を参照して、本実施の形態においては、燃料タンク61に取り付けられた圧力センサ67の出力により、気体燃料が補給されたことを検出する。本実施の形態においては、今回の燃料タンク61の内部の圧力が、前回の圧力に比べて予め定められた判定値よりも大きく上昇した場合に気体燃料が補給されたと判別している。気体燃料の補給の有無の判別については、この形態に限られず、任意の装置および制御により行なうことができる。   In step 111, it is determined whether or not gaseous fuel has been supplied to the fuel tank. Referring to FIG. 1, in the present embodiment, it is detected that gaseous fuel has been replenished by the output of pressure sensor 67 attached to fuel tank 61. In the present embodiment, it is determined that the gaseous fuel has been replenished when the internal pressure of the current fuel tank 61 has risen more than a predetermined determination value compared to the previous pressure. The determination of the presence / absence of replenishment of gaseous fuel is not limited to this mode, and can be performed by an arbitrary device and control.

ステップ111において、燃料タンクに気体燃料が補給された場合にはステップ112に移行する。ステップ111において、燃料タンクに気体燃料が補給されていない場合には、この制御を終了する。   In step 111, when gaseous fuel is supplied to the fuel tank, the routine proceeds to step 112. In step 111, if the fuel tank is not replenished with gaseous fuel, this control is terminated.

ステップ112においては、気体燃料の水素比率を取得する。燃料に含まれる水素比率は、前述の混合比率推定装置により推定することができる。なお、気体燃料の混合比率の取得は、前述の混合比率推定装置に限られず、たとえば、混合比率を直接検出する混合比取得センサにより取得しても構わない。または、燃料が補給されたときに運転者等が混合比率を電子制御ユニットに入力しても構わない。   In step 112, the hydrogen ratio of the gaseous fuel is acquired. The hydrogen ratio contained in the fuel can be estimated by the above-described mixing ratio estimation device. The acquisition of the mixing ratio of the gaseous fuel is not limited to the above-described mixing ratio estimation device, and may be acquired by, for example, a mixing ratio acquisition sensor that directly detects the mixing ratio. Alternatively, the driver or the like may input the mixing ratio to the electronic control unit when fuel is supplied.

次に、ステップ113においては、噴射開始時期の補正値θαを設定する。図2を参照して、噴射開始時期の補正値θαは、水素比率が高くなるほど噴射開始時期が早くなる(進角側になる)ように設定される。例えば、水素比率を関数にした噴射開始時期の補正値θαを電子制御ユニット30に予め記憶させておくことができる。このように、気体燃料を補給する度に噴射開始時期の補正値を設定することができる。設定された噴射開始時期の補正値θαは、電子制御ユニット30に記憶させておくことができる。   Next, in step 113, a correction value θα for the injection start timing is set. Referring to FIG. 2, the correction value θα of the injection start timing is set so that the injection start timing becomes earlier (advanced side) as the hydrogen ratio increases. For example, the correction value θα of the injection start timing as a function of the hydrogen ratio can be stored in advance in the electronic control unit 30. Thus, the correction value of the injection start timing can be set every time the gaseous fuel is replenished. The correction value θα of the set injection start timing can be stored in the electronic control unit 30.

図3を参照して、ステップ104において噴射開始時期の補正値θαを読み込んだ後に、ステップ105において補正後の噴射開始時期θFSを設定する。本実施の形態においては、基準噴射開始時期θFSBに、補正値θαを加算することにより、補正後の噴射開始時期θFSを設定している。なお、補正方法については、この形態に限られず、噴射開始時期の補正係数を設定し、補正係数を乗じる等の任意の補正方法を採用することができる。   Referring to FIG. 3, after reading correction value θα of the injection start timing in step 104, corrected injection start timing θFS is set in step 105. In the present embodiment, the corrected injection start timing θFS is set by adding the correction value θα to the reference injection start timing θFSB. The correction method is not limited to this mode, and any correction method such as setting a correction coefficient for the injection start timing and multiplying by the correction coefficient can be employed.

次に、ステップ106においては、設定した噴射開始時期θFSに基づいて気体燃料の噴射を行う。   Next, in step 106, gaseous fuel is injected based on the set injection start timing θFS.

本実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置は、気体燃料の混合比率に基づいて噴射開始時期を設定するために、気体燃料の貫徹力に起因する燃料噴射弁から吸気弁の近傍まで到達する時間の変動を補正することができる。所望の時期に吸気弁の近傍に気体燃料が到達するように、気体燃料を噴射することができる。燃焼室に供給される気体燃料の濃度の均一性を向上させることができる。また、燃焼室において気体燃料の所望の濃度分布を形成することができる。このために、燃焼サイクル毎に燃焼室に供給される気体燃料の濃度が異なることに起因する燃焼変動を抑制したり、内燃機関がリーンバーンエンジンの場合には NOの増加を抑制したりすることができる。 The fuel injection device for an internal combustion engine in the present embodiment sets the injection start timing based on the mixing ratio of the gaseous fuel, so that the time required to reach the vicinity of the intake valve from the fuel injection valve due to the penetration force of the gaseous fuel Fluctuations can be corrected. The gaseous fuel can be injected so that the gaseous fuel reaches the vicinity of the intake valve at a desired time. The uniformity of the concentration of the gaseous fuel supplied to the combustion chamber can be improved. Further, a desired concentration distribution of the gaseous fuel can be formed in the combustion chamber. For this, it suppresses combustion variation which the concentration of the gaseous fuel supplied to the combustion chamber for each combustion cycle due to different, when the internal combustion engine is lean-burn engine or suppress an increase of the NO X be able to.

次に、本実施の形態における第2の制御について説明する。本実施の形態の第2の制御においては、気体燃料の混合比率に基づいて、燃料噴射弁における気体燃料の噴射圧力を設定する。燃料噴射弁における噴射圧力が高くなるほど、燃料噴射弁から噴射される気体燃料の速度が大きくなる。すなわち、燃料噴射弁から噴射される気体燃料の運動量が大きくなる。   Next, the second control in the present embodiment will be described. In the second control of the present embodiment, the injection pressure of the gaseous fuel in the fuel injection valve is set based on the mixing ratio of the gaseous fuel. The higher the injection pressure at the fuel injection valve, the higher the speed of the gaseous fuel injected from the fuel injection valve. That is, the momentum of the gaseous fuel injected from the fuel injection valve increases.

図5に、本実施の形態の第2の制御における気体燃料の水素比率と、燃料噴射弁における気体燃料の噴射圧力との関係を説明するグラフを示す。燃料噴射弁からの噴射圧力が一定の場合には、気体燃料の水素比率が高くなるほど、燃料噴射弁から噴射されるときの燃料の運動量が減少する。このために、第2の制御においては、気体燃料の水素比率が高くなるほど、燃料噴射弁から気体燃料を噴射する時の噴射圧力を高くする制御を行う。本実施の形態においては、気体燃料の水素比率が高くなるほど、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を高くする制御を行う。図1を参照して、本実施の形態の燃料噴射装置においては、燃料噴射弁3に供給する気体燃料の圧力は、圧力調整弁62により変更することができる。   FIG. 5 shows a graph for explaining the relationship between the hydrogen ratio of the gaseous fuel and the injection pressure of the gaseous fuel in the fuel injection valve in the second control of the present embodiment. When the injection pressure from the fuel injection valve is constant, the momentum of the fuel when injected from the fuel injection valve decreases as the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases. For this reason, in 2nd control, control which raises the injection pressure at the time of injecting gaseous fuel from a fuel injection valve is performed, so that the hydrogen ratio of gaseous fuel becomes high. In the present embodiment, control is performed to increase the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve as the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases. Referring to FIG. 1, in the fuel injection device of the present embodiment, the pressure of the gaseous fuel supplied to fuel injection valve 3 can be changed by pressure adjustment valve 62.

図6に、本実施の形態における第2の制御のフローチャートを示す。図6に示す制御は、例えば予め定められた時間間隔や所定の燃焼サイクル数ごとに繰り返して行なうことができる。本実施の形態の第2の制御においては、燃料タンクに気体燃料を補給するごとに、燃料タンクに貯留する気体燃料の混合比率を取得し、気体燃料の混合比率に基づいて燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射圧力を設定し、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を調整する。   FIG. 6 shows a flowchart of the second control in the present embodiment. The control shown in FIG. 6 can be performed repeatedly, for example, at predetermined time intervals or every predetermined number of combustion cycles. In the second control of the present embodiment, every time fuel gas is supplied to the fuel tank, the mixing ratio of the gaseous fuel stored in the fuel tank is acquired and injected from the fuel injection valve based on the mixing ratio of the gaseous fuel. The fuel injection pressure is set, and the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve is adjusted.

ステップ121においては、燃料タンクに気体燃料が補給されたか否かを判別する。ステップ121において燃料タンクに気体燃料が補給された場合には、ステップ122に移行する。ステップ121において、燃料タンクに気体燃料が補給されていない場合には、この制御を終了する。   In step 121, it is determined whether gaseous fuel has been supplied to the fuel tank. If gaseous fuel is replenished to the fuel tank at step 121, the routine proceeds to step 122. In step 121, when gaseous fuel is not replenished to the fuel tank, this control is terminated.

ステップ122においては、気体燃料の水素比率を取得する。水素比率の取得は、本実施の形態における第1の制御と同様に、混合比率推定装置により推定することができる。   In step 122, the hydrogen ratio of the gaseous fuel is acquired. The acquisition of the hydrogen ratio can be estimated by the mixing ratio estimation device, similarly to the first control in the present embodiment.

ステップ123においては、気体燃料を噴射する時の噴射圧力を設定する。気体燃料の水素比率が高くなるほど噴射圧力を高く設定している。図5を参照して、本実施の形態においては、気体燃料の水素比率を関数にする燃料の噴射圧力の値が、予め電子制御ユニットに記憶されている。推定した気体燃料の水素比率に基づいて、燃料噴射弁から噴射する時の噴射圧力を設定することができる。   In step 123, an injection pressure for injecting gaseous fuel is set. The injection pressure is set higher as the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases. Referring to FIG. 5, in the present embodiment, the value of the fuel injection pressure that is a function of the hydrogen ratio of the gaseous fuel is stored in advance in the electronic control unit. Based on the estimated hydrogen ratio of the gaseous fuel, the injection pressure when injecting from the fuel injection valve can be set.

次に、ステップ124においては、設定された燃料噴射弁の噴射圧力に基づいて、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を調整する。図1を参照して、本実施の形態においては、設定された気体燃料の噴射圧力になるように、圧力調整弁62により燃料噴射弁3に供給する気体燃料の圧力を調整する。   Next, in step 124, the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve is adjusted based on the set injection pressure of the fuel injection valve. With reference to FIG. 1, in the present embodiment, the pressure of the gaseous fuel supplied to fuel injection valve 3 is adjusted by pressure adjustment valve 62 so that the injection pressure of the gaseous fuel is set.

このように、本実施の形態の第2の制御においては、燃料タンクに燃料が補給されるごとに、燃料噴射弁における気体燃料の噴射圧力を調整している。本実施の形態おける第2の制御においても、気体燃料の混合比率に起因する気体燃料の運転量の変動を補正することができる。燃焼室に供給する混合気の均一性を向上させることができる。また、気体燃料が燃焼室に流入したときに、燃焼室内において所望の気体燃料の濃度分布を形成することができる。このために、複数の燃焼サイクル間における混合気の気体燃料の濃度のばらつきを抑制し、燃焼変動を抑制することができる。または、例えば、リーンバーンエンジンにおいては、排出されるNO量の増加を抑制することができる。 As described above, in the second control of the present embodiment, the injection pressure of the gaseous fuel in the fuel injection valve is adjusted every time fuel is supplied to the fuel tank. Also in the second control in the present embodiment, it is possible to correct the variation in the operating amount of the gaseous fuel due to the mixing ratio of the gaseous fuel. The uniformity of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber can be improved. Further, when the gaseous fuel flows into the combustion chamber, a desired gaseous fuel concentration distribution can be formed in the combustion chamber. For this reason, the variation in the concentration of the gaseous fuel in the air-fuel mixture among a plurality of combustion cycles can be suppressed, and the combustion fluctuation can be suppressed. Or, for example, in a lean-burn engine, it is possible to suppress the increase in the NO X amount exhausted.

更に、本実施の形態における燃料噴射装置は、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を検出する圧力検出器を備え、燃料噴射弁3に供給する気体燃料の圧力を検出し、検出した圧力が高くなるほど噴射開始時期を遅く設定する制御を行うことができる。図1を参照して、本実施の形態においては、燃料供給管63に取り付けられている圧力センサ64が燃料噴射弁3に供給する気体燃料の圧力を検出する圧力検出器として機能する。燃料噴射弁3に供給する気体燃料の圧力は、燃料噴射弁3の噴射圧力に相等する。例えば、上記の第1の制御において、圧力センサ64により検出した気体燃料の圧力に基づいて、設定した噴射開始時期を更に補正することができる。   Furthermore, the fuel injection device in the present embodiment includes a pressure detector that detects the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve, detects the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve 3, and the detected pressure is It is possible to control to set the injection start timing later as the value becomes higher. Referring to FIG. 1, in the present embodiment, a pressure sensor 64 attached to a fuel supply pipe 63 functions as a pressure detector that detects the pressure of gaseous fuel supplied to the fuel injection valve 3. The pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve 3 is equivalent to the injection pressure of the fuel injection valve 3. For example, in the first control described above, the set injection start timing can be further corrected based on the pressure of the gaseous fuel detected by the pressure sensor 64.

気体燃料を用いる内燃機関は、液体燃料を用いる内燃機関よりも燃料噴射量に対する噴射圧力の影響が大きくなる。このために、燃料噴射弁に供給する圧力に基づいて噴射開始時期を設定することにより、より正確に所望の時期に気体燃料を吸気弁の近傍に供給することができる。   An internal combustion engine that uses gaseous fuel has a greater influence of the injection pressure on the fuel injection amount than an internal combustion engine that uses liquid fuel. For this reason, by setting the injection start timing based on the pressure supplied to the fuel injection valve, the gaseous fuel can be supplied to the vicinity of the intake valve more accurately at a desired timing.

本実施の形態の混合比率取得手段は、圧力調整弁の上流側と下流側との温度差に基づいて、気体燃料の水素比率を推定しているが、この形態に限られず、気体燃料の混合比率を取得可能な任意の手段を採用することができる。   The mixing ratio acquisition means of the present embodiment estimates the hydrogen ratio of the gaseous fuel based on the temperature difference between the upstream side and the downstream side of the pressure regulating valve. Any means capable of acquiring the ratio can be adopted.

たとえば、混合比率取得手段は、排気に含まれる酸素濃度を推定し、推定した酸素濃度に基づいて気体燃料の混合比率を推定しても構わない。図1を参照して、本実施の形態における内燃機関は、機関排気通路に燃焼室2から流出する排気の空燃比を検出する空燃比センサ56が配置されている。空燃比センサ56の出力により、排気に含まれる酸素濃度を推定することができる。排気は、気体燃料の水素比率が高いほど酸素濃度が高くなる。すなわち、気体燃料の水素比率が高いほど排気の空燃比はリーン側の値になる。このために、たとえば、予め定められた内燃機関の運転状態において、空燃比センサ56の出力により排気の酸素濃度を推定し、推定した酸素濃度に基づいて、気体燃料の水素比率を推定することができる。   For example, the mixture ratio acquisition means may estimate the oxygen concentration contained in the exhaust gas and estimate the gas fuel mixture ratio based on the estimated oxygen concentration. Referring to FIG. 1, the internal combustion engine in the present embodiment is provided with an air-fuel ratio sensor 56 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from combustion chamber 2 in the engine exhaust passage. Based on the output of the air-fuel ratio sensor 56, the oxygen concentration contained in the exhaust gas can be estimated. The exhaust gas has a higher oxygen concentration as the hydrogen ratio of the gaseous fuel is higher. That is, the higher the hydrogen ratio of the gaseous fuel, the leaner the air / fuel ratio of the exhaust gas becomes. For this purpose, for example, in a predetermined operating state of the internal combustion engine, the oxygen concentration of the exhaust gas is estimated based on the output of the air-fuel ratio sensor 56, and the hydrogen ratio of the gaseous fuel is estimated based on the estimated oxygen concentration. it can.

または、本実施の形態における排気浄化触媒55は三元触媒から構成されており、排気浄化触媒55に流入する排気の空燃比がほぼ理論空燃比になるようにフィードバック制御が行われている。本実施の形態における内燃機関では、空燃比センサ56により排気の空燃比を検出し、排気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように、気体燃料の噴射量および吸入空気量のうち少なくとも一方を調整している。フィードバック制御を行うときの調整量は、気体燃料の水素比率に依存する。このために、混合比率取得手段は、フィードバック制御を行うときの調整量に基づいて、気体燃料の水素比率を推定しても構わない。   Alternatively, the exhaust purification catalyst 55 in the present embodiment is composed of a three-way catalyst, and feedback control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 55 is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. In the internal combustion engine in the present embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas is detected by the air-fuel ratio sensor 56, and at least one of the injection amount of gaseous fuel and the intake air amount is adjusted so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio. It is adjusted. The amount of adjustment when performing feedback control depends on the hydrogen ratio of the gaseous fuel. For this reason, the mixture ratio acquisition means may estimate the hydrogen ratio of the gaseous fuel based on the adjustment amount when the feedback control is performed.

本実施の形態の第1の制御および第2の制御においては、噴射開始時期または噴射圧力のいずれか一方を変更しているが、この形態に限られず、燃料の運動量に基づいて噴射時期および噴射圧力の両方を変更しても構わない。   In the first control and the second control of the present embodiment, either the injection start timing or the injection pressure is changed. However, the present invention is not limited to this mode, and the injection timing and the injection are based on the momentum of the fuel. Both pressures may be changed.

本実施の形態においては、気体燃料として、水素と炭化水素との混合気体を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、複数の燃料成分を含む任意の気体燃料を噴射する燃料噴射弁を備える燃料噴射装置に本発明を適用することができる。   In the present embodiment, the gas fuel is described by taking a mixed gas of hydrogen and hydrocarbon as an example. However, the present invention is not limited to this mode, and a fuel injection valve that injects an arbitrary gaseous fuel containing a plurality of fuel components. The present invention can be applied to a fuel injection device including the above.

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。   The above embodiments can be combined as appropriate. In each of the above-described controls, the order of the steps can be appropriately changed within a range where the function and the action are not changed. In the respective drawings described above, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. In the embodiment, the change shown in a claim is included.

2 燃焼室
3 燃料噴射弁
6 吸気ダクト
11 吸気ポート
30 電子制御ユニット
51 排気管
55 排気浄化触媒
56 空燃比センサ
61 燃料タンク
62 圧力調整弁
63 燃料供給管
64 圧力センサ
65,66 温度センサ
67 圧力センサ
2 Combustion chamber 3 Fuel injection valve 6 Intake duct 11 Intake port 30 Electronic control unit 51 Exhaust pipe 55 Exhaust purification catalyst 56 Air-fuel ratio sensor 61 Fuel tank 62 Pressure adjustment valve 63 Fuel supply pipe 64 Pressure sensor 65, 66 Temperature sensor 67 Pressure sensor

Claims (4)

複数の燃料成分を含む気体燃料を機関吸気通路に噴射する燃料噴射弁と、
気体燃料の燃料成分の混合比率を取得する混合比率取得手段とを備え、
気体燃料は、混合比率が変化することにより燃料噴射弁から噴射したときの気体燃料の運動量が変化する特性を有しており、
気体燃料の混合比率を取得し、取得した混合比率に基づいて、燃料噴射弁の気体燃料の噴射開始時期および噴射圧力のうち少なくとも一方を設定することを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置。
A fuel injection valve for injecting gaseous fuel containing a plurality of fuel components into the engine intake passage;
A mixing ratio acquisition means for acquiring the mixing ratio of the fuel component of the gaseous fuel,
Gaseous fuel has the characteristic that the momentum of gaseous fuel changes when injected from the fuel injection valve by changing the mixing ratio,
A fuel injection device for an internal combustion engine, which acquires a mixing ratio of gaseous fuel and sets at least one of injection start timing and injection pressure of gaseous fuel of a fuel injection valve based on the acquired mixing ratio.
気体燃料は、水素および炭化水素を含み、
気体燃料の水素比率が高くなるほど噴射開始時期を進角側に設定する、請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
Gaseous fuel contains hydrogen and hydrocarbons,
The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the injection start timing is set to an advance side as the hydrogen ratio of the gaseous fuel increases.
気体燃料は、水素および炭化水素を含み、
気体燃料の水素比率が高くなるほど噴射圧力を高く設定する、請求項1または2に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
Gaseous fuel contains hydrogen and hydrocarbons,
The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the injection pressure is set higher as the hydrogen ratio of the gaseous fuel becomes higher.
燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を検出する圧力検出器を備え、
燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を検出し、検出した圧力が高くなるほど噴射開始時期を遅く設定する、請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
A pressure detector for detecting the pressure of the gaseous fuel supplied to the fuel injection valve;
The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure of gaseous fuel supplied to the fuel injection valve is detected, and the injection start timing is set later as the detected pressure increases.
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