JP2014196736A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは気体燃料の燃焼により内燃機関を駆動させる内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control device, and more particularly to an internal combustion engine control device that drives an internal combustion engine by combustion of gaseous fuel.
近年、圧縮天然ガス(CNG)や水素燃料などの気体燃料が、ガソリンなどの液体燃料に代わる代替燃料として注目されており、気体燃料を単独で又は液体燃料と共に燃焼用の燃料として使用する内燃機関が実用化されている(例えば特許文献1参照)。この特許文献1には、空気質量/燃料質量の比率を燃料噴射期間全体に亘って常に一定にして、吸気管を介して気筒内に気体燃料を供給することが開示されている。また、特許文献1の制御装置では、吸気管に設けられた流量計によって、吸気管内に供給される空気流量を検出し、その検出した空気流量に対応した燃料ガス流量を決定している。 In recent years, gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG) and hydrogen fuel has attracted attention as an alternative fuel to replace liquid fuel such as gasoline, and an internal combustion engine that uses gaseous fuel alone or together with liquid fuel as a fuel for combustion Has been put into practical use (see, for example, Patent Document 1). This patent document 1 discloses that the ratio of air mass / fuel mass is always kept constant throughout the fuel injection period, and gaseous fuel is supplied into the cylinder via the intake pipe. Further, in the control device of Patent Document 1, the flow rate of air supplied to the intake pipe is detected by a flow meter provided in the intake pipe, and the fuel gas flow rate corresponding to the detected air flow rate is determined.
ところで、気体燃料は単位質量当たりの体積量が大きく、燃料噴射弁から噴射された気体燃料が吸気管内に占める体積比率が大きい。このため、吸気管に配置された吸気管圧力センサによって内燃機関の吸入空気量を検出するシステムの場合、燃料噴射弁から噴射された気体燃料が吸気管圧力センサでセンシングされることとなる。かかる場合に、気体燃料分の体積流量を無視して、つまり吸気管圧力センサの検出値を吸気管内を流れる空気の体積流量として内燃機関の各種パラメータを演算すると、吸入空気量の検出誤差に起因して内燃機関の制御性が低下することが考えられる。 By the way, the gaseous fuel has a large volume per unit mass, and the volume ratio of the gaseous fuel injected from the fuel injection valve in the intake pipe is large. For this reason, in the case of a system that detects the intake air amount of the internal combustion engine by the intake pipe pressure sensor arranged in the intake pipe, the gaseous fuel injected from the fuel injection valve is sensed by the intake pipe pressure sensor. In such a case, ignoring the volume flow of the gaseous fuel, that is, if various parameters of the internal combustion engine are calculated using the detected value of the intake pipe pressure sensor as the volume flow of the air flowing through the intake pipe, it is caused by an error in detecting the intake air quantity. As a result, the controllability of the internal combustion engine may be reduced.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、気体燃料の噴射により内燃機関の運転を実施する場合における内燃機関の制御性を改善することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a control device for an internal combustion engine that can improve the controllability of the internal combustion engine when the internal combustion engine is operated by injection of gaseous fuel. Is the main purpose.
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
本発明は、内燃機関(10)の吸気管(11)内に気体燃料を噴射する燃料噴射手段(21)を備える燃料噴射システムに適用される内燃機関の制御装置に関する。請求項1に記載の発明は、前記吸気管内の圧力を検出する圧力検出手段(92)と、前記燃料噴射手段による前記気体燃料の噴射を実施している期間において、前記圧力検出手段により検出した圧力に基づいて、前記内燃機関の気筒内に吸入される空気と前記気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する空気量算出手段と、前記空気量算出手段により算出した質量流量に基づいて、前記気体燃料を用いての前記内燃機関の運転を実施する制御手段と、を備えることを特徴とする。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine applied to a fuel injection system including fuel injection means (21) for injecting gaseous fuel into an intake pipe (11) of the internal combustion engine (10). The invention according to claim 1 is detected by the pressure detection means (92) for detecting the pressure in the intake pipe and the pressure detection means in a period during which the gaseous fuel is injected by the fuel injection means. Based on the pressure, the air amount calculating means for calculating the mass flow rate corresponding to the air in the mixture of the air sucked into the cylinder of the internal combustion engine and the gaseous fuel, and the air amount calculating means And control means for operating the internal combustion engine using the gaseous fuel based on the mass flow rate.
要するに、上記構成では、吸気管圧力に基づいて内燃機関の吸入空気量を演算するシステムにおいて、吸気管圧力の検出値から、気筒内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する。また、その算出値に基づいて、気体燃料を用いての内燃機関の運転を制御する。気体燃料の噴射時では、吸気管内において気体燃料が占める体積比率が大きく、圧力検出手段によって気体燃料の体積流量分が検出される。この点、上記構成では、圧力検出手段による吸気管圧力の検出値から気体燃料の検出誤差分を排除して、つまり気筒内に吸入される真の空気量に基づいて、気体燃料を用いての内燃機関の運転に関する各種制御を実施することから、気体燃料の噴射時における内燃機関の制御性を改善することができる。 In short, in the above-described configuration, in the system that calculates the intake air amount of the internal combustion engine based on the intake pipe pressure, the detected value of the intake pipe pressure is changed to the air in the mixture of the air sucked into the cylinder and the gaseous fuel. Calculate the corresponding mass flow rate. Further, based on the calculated value, the operation of the internal combustion engine using the gaseous fuel is controlled. When the gaseous fuel is injected, the volume ratio occupied by the gaseous fuel in the intake pipe is large, and the volume flow rate of the gaseous fuel is detected by the pressure detection means. In this regard, in the above configuration, the detection error of the gaseous fuel is excluded from the detected value of the intake pipe pressure by the pressure detecting means, that is, the gaseous fuel is used based on the true amount of air sucked into the cylinder. Since various controls relating to the operation of the internal combustion engine are performed, the controllability of the internal combustion engine during the injection of gaseous fuel can be improved.
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、気体燃料である圧縮天然ガス(CNG)と液体燃料であるガソリンとを燃焼用の燃料として使用する、いわゆるバイフューエルタイプの車載多気筒エンジン(多気筒内燃機関)に適用される燃料噴射システムとして具体化されている。本システムの全体概略図を図1に示す。
(First embodiment)
The first embodiment will be described below with reference to the drawings. The present embodiment is applied to a so-called bi-fuel type on-vehicle multi-cylinder engine (multi-cylinder internal combustion engine) that uses compressed natural gas (CNG) that is gaseous fuel and gasoline that is liquid fuel as combustion fuel. It is embodied as a fuel injection system. An overall schematic diagram of this system is shown in FIG.
図1に示すエンジン10は、多気筒(例えば直列3気筒)の火花点火式エンジンよりなり、その吸気ポートには吸気マニホールド12を介して吸気管11が接続されており、排気ポートには排気マニホールド13を介して排気管14が接続されている。
An engine 10 shown in FIG. 1 is a multi-cylinder (for example, in-line three-cylinder) spark ignition engine, and an
吸気管11には、空気量調整手段としてのスロットル弁15が設けられている。スロットル弁15は、DCモータ等のアクチュエータ15aにより開度調節される電子制御式のスロットル弁として構成されている。スロットル弁15の開度(スロットル開度)は、アクチュエータ15aに内蔵されたスロットル開度センサ15bにより検出される。吸気管11において、スロットル弁15よりも下流側にはサージタンク17が設けられており、サージタンク17には、吸気管11内の圧力を検出する圧力検出手段としての吸気管圧力センサ92が設けられている。
The
吸気管11におけるサージタンク17よりも下流側には、エンジン10に対して燃料を噴射する燃料噴射手段として、気体燃料を噴射する第1噴射弁21と、液体燃料を噴射する第2噴射弁22とが気筒16毎に設けられている。この第1噴射弁21の噴射により気体燃料が各気筒16の吸気ポートに供給され、第2噴射弁22の噴射により液体燃料が各気筒16の吸気ポートに供給される。
On the downstream side of the
排気管14には、排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する排気センサと、排気を浄化する触媒19とが設けられている。排気センサとしては、エンジン10の空燃比がリッチかリーンかに応じて異なる起電力を発生するO2センサ18a,18bが触媒19の上流側及び下流側にそれぞれ設けられている。
The exhaust pipe 14 is provided with an exhaust sensor that outputs a signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust, and a
エンジン10の吸気ポート及び排気ポートには、気筒16内に導入される空気量を調整する機関バルブとしての吸気バルブ25及び排気バルブ26がそれぞれ設けられている。吸気バルブ25の開動作により空気と燃料との混合気が気筒16内に導入され、排気バルブ26の開動作により燃焼後の排気が排気通路に排出される。
The intake port and the exhaust port of the engine 10 are respectively provided with an
エンジン10の各気筒16には点火プラグ20が設けられている。点火プラグ20には、点火コイル等よりなる点火回路部20aを通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ20の対向電極間に火花放電が発生し、気筒16内に供給された燃料が着火され燃焼に供される。
Each
本システムには、各噴射弁21、22に対して燃料を供給する燃料供給部として、気体燃料(CNG燃料)を供給する気体燃料供給部40と、液体燃料(ガソリン)を供給する液体燃料供給部70とが設けられている。
In this system, as a fuel supply unit for supplying fuel to each of the
気体燃料供給部40は、第1噴射弁21に対して気体燃料を供給するものとなっている。具体的には、気体燃料供給部40において、第1噴射弁21には、ガス配管41を介してガスタンク42が接続されている。ガス配管41の途中には、第1噴射弁21に供給される気体燃料の圧力を減圧調整する圧力調整機能を有するレギュレータ43が設けられている。レギュレータ43は、ガスタンク42内に貯蔵された高圧状態(例えば最大20MPa)の気体燃料を、機械的に定められた圧力値(例えば0.3〜0.4MPa)に減圧調整するものである。減圧調整後の気体燃料は、ガス配管41を通って第1噴射弁21に供給される。
The gaseous
ガス配管41等により形成される燃料通路には更に、ガスタンク42の燃料出口の付近に配置されたタンク主止弁44と、タンク主止弁44よりも下流側であってレギュレータ43の燃料入口の付近に配置された遮断弁45とが設けられている。これら各弁44,45によって、ガス配管41における気体燃料の流通が許容及び遮断される。タンク主止弁44及び遮断弁45はいずれも電磁式の開閉弁であり、非通電時に気体燃料の流通を遮断し、通電時に気体燃料の流通を許容する常閉式となっている。また、レギュレータ43には、減圧調整前の燃料圧力を検出する圧力センサ46が一体に設けられており、レギュレータ43の下流側のガス配管41には、噴射圧を検出する圧力センサ47と、ガス配管41内の気体燃料の温度を検出する温度センサ48とが設けられている。
The fuel passage formed by the gas pipe 41 and the like further includes a tank
液体燃料供給部70は、第2噴射弁22に対して液体燃料を供給するものとなっている。具体的には、液体燃料供給部70において、第2噴射弁22には、燃料配管71を介して燃料タンク72が接続されている。燃料配管71には、燃料タンク72内の液体燃料を第2噴射弁22に給送する燃料ポンプ73が設けられている。
The liquid
制御部80は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等を備えており、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン10の各種制御を実施する。具体的には、制御部80は、上述した各種センサや、本システムに設けられたその他のセンサ類(クランク角センサ91、冷却水温センサ93、吸気温センサ94、車速センサ等)と電気的に接続されており、これらのセンサからの出力(検出信号)が入力される。また、制御部80は、点火回路部20a、各噴射弁21,22等の駆動部と電気的に接続されており、駆動信号を各駆動部に向けて出力することにより各駆動部の駆動を制御する。
The
点火回路部20aや各噴射弁21,22等の駆動部には、制御部80から駆動信号が入力されるようになっており、その入力した駆動信号に応じて各駆動部が駆動される。具体的には、点火回路部20aは、制御部80からの点火信号に応じて高電圧を出力し点火プラグ20に点火火花を生じさせる。第1噴射弁21は、制御部80からの噴射信号に応じた量の気体燃料を吸気ポートに噴射し、第2噴射弁22は、制御部80からの噴射信号に応じた量の液体燃料を吸気ポートに噴射する。
A drive signal is input from the
制御部80は、エンジン運転状態やタンク内の燃料残量、運転者によって操作される図示しない燃料切替スイッチからの入力信号等に応じて使用燃料を選択的に切り替えている。具体的には、ガスタンク42内の気体燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料切替スイッチにより液体燃料の使用が選択されている場合には、液体燃料を優先的に使用し、燃料タンク72内の液体燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料切替スイッチにより気体燃料の使用が選択されている場合には、気体燃料を優先的に使用する。
The
本実施形態の空燃比制御では、空燃比の実際値(実空燃比)と目標値(目標空燃比)との偏差に基づくフィードバック制御を実施している。具体的には、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷)に基づいて目標空燃比を算出するとともに、触媒19の上流側に設けられたO2センサ18aの検出値に基づいて実空燃比を算出する。そして、実空燃比と目標空燃比との偏差に応じて空燃比フィードバック補正量を算出し、その算出した空燃比フィードバック補正量により基本噴射量を補正することで実空燃比を目標空燃比に一致させるようにしている。ここで、基本噴射量は目標空燃比を得るために必要な燃料量であり、気筒16内に吸入される新気の質量流量と目標空燃比とに基づいて算出される。吸入空気量について本実施形態では、吸気管圧力センサ92により検出した吸気管圧力と、クランク角センサ91により検出したエンジン回転速度とに基づいて、吸入空気量(質量流量)を推定するD−J方式を採用している。なお、本システムの空燃比フィードバック制御では、触媒下流側のO2センサ18bの検出値に基づく補正を加えることにより、空燃比制御の制御性を高めるようにしている。以下において「吸入空気量」と示した場合は、気筒16内に吸入される空気の質量流量を意味するものとする。
In the air-fuel ratio control of this embodiment, feedback control based on the deviation between the actual value of air-fuel ratio (actual air-fuel ratio) and the target value (target air-fuel ratio) is performed. Specifically, the target air-fuel ratio is calculated based on the engine operating state (for example, engine speed and engine load), and the actual air-fuel ratio is calculated based on the detected value of the O2 sensor 18a provided on the upstream side of the
ところで、気体燃料は、単位質量当たりの体積量が例えば液体燃料に比べて大きい。そのため、第1噴射弁21により噴射された気体燃料が吸気管11内において占める体積比率が大きく、よってサージタンク17に配置された吸気管圧力センサ92で気体燃料がセンシングされることとなる。つまり、吸気管圧力センサ92による吸気管圧力の検出値は、吸気管11内を通過する新気の体積流量と、第1噴射弁21により噴射される気体燃料の体積流量との和で決まる。一方、エンジン10の負荷は、気筒16内に吸入される空気の質量流量に対応して決まり、空気の質量流量(吸入空気量)が大きいほどエンジン負荷が大きくなる。そのため、第1噴射弁21による気体燃料の噴射を実施している場合に、吸気管圧力センサ92で検出した吸気管圧力をそのまま用いて、つまり吸気管圧力の検出値を気筒16内に吸入される空気の体積流量とみなして、これを質量流量に換算してエンジン10の各種制御に用いると、吸入空気量の検出誤差に起因してエンジン10の制御性が低下することが考えられる。
By the way, the gaseous fuel has a larger volume per unit mass than, for example, liquid fuel. Therefore, the volume ratio occupied by the gaseous fuel injected by the
そこで本実施形態では、第1噴射弁21による気体燃料の噴射によりエンジン10の運転を実施している期間では、吸気管圧力センサ92による吸気管圧力の検出値に基づいて、気筒16内に吸入される混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する。そして、その算出した質量流量に基づいて、気体燃料を用いてのエンジン10の各種制御を実施することとしている。これにより、吸気管圧力センサ92により吸入空気量を推定するシステムにおいて、気体燃料の噴射に伴う検出誤差を排除し、気筒16内に吸入される真の空気量に基づいてエンジン制御を実施するようにしている。
Accordingly, in the present embodiment, during the period in which the engine 10 is being operated by the injection of gaseous fuel from the
次に、気体燃料を用いる場合のエンジン制御の概略構成について、図2の機能ブロック図を用いて説明する。図2に示すように、制御部80は、気体密度算出部81と、体積比率算出部82と、吸入空気量算出部83と、制御量算出部84とを備えている。
Next, a schematic configuration of engine control when using gaseous fuel will be described with reference to the functional block diagram of FIG. As shown in FIG. 2, the
気体密度算出部81は、吸気管11内の温度(吸気管温度)Tinと吸気管圧力Pinとに基づいて、吸気管11内における気体燃料の密度(燃料密度)ρF´[kg/m3]及び空気密度ρA´[kg/m3]を算出する。ここでは、それぞれ下記式(1)を用いて燃料密度ρF´を算出し、下記式(2)を用いて空気密度ρA´を算出する。なお、吸気管温度Tin[℃]としては、吸気温センサ94による検出値を入力して用い、吸気管圧力Pin[kPa]としては、吸気管圧力センサ92による検出値を入力して用いる。
ρF´=ρF×(273/(273+Tin))×(Pin/101.3) …(1)
ρA´=ρA×(273/(273+Tin))×(Pin/101.3) …(2)
(式(1)中、ρFは0℃、1atmでの燃料密度[kg/m3]を示し、ρAは0℃、1atmでの空気密度[kg/m3]を示す。)
Based on the temperature (intake pipe temperature) Tin in the
ρF´ = ρF × (273 / (273 + Tin)) × (Pin / 101.3)… (1)
ρA´ = ρA × (273 / (273 + Tin)) × (Pin / 101.3)… (2)
(In the formula (1), ρF represents the fuel density [kg / m 3] at 0 ° C. and 1 atm, and ρA represents the air density [kg / m 3] at 0 ° C. and 1 atm.)
体積比率算出部82は、気体密度算出部81で算出した燃料密度ρF´及び空気密度ρA´を入力するとともに目標空燃比Arを入力し、それらの入力値を用いて、吸気管11内(サージタンク17内)における空気と気体燃料との体積比率αを算出する。なお、気体燃料によるエンジン運転時には、吸気管11内を流れる空気と、第1噴射弁21により噴射された気体燃料とが吸気管11内に存在した状態になっており、吸気バルブ25の開弁に伴い、空気と気体燃料との混合気が気筒16内に吸入される。したがって、体積比率αは、気筒16内に吸入される空気と気体燃料との体積比率でもある。ここでは、気筒16内に吸入される混合気のうち空気が占める体積割合を算出し、これを体積比率αとして用いる。具体的には、下記式(3)、式(4)及び式(5)を用いて体積比率αを算出する。なお、下記式中、Vは気筒16内に吸入される混合気の体積流量、VAは空気の体積流量、VFは気体燃料の流量、Arは目標空燃比を示す。
α=VA/V=VA/(VA+VF) …(3)
但し、VA=Ar/ρA´ …(4)
VF=1/ρF´ …(5)
The volume
α = VA / V = VA / (VA + VF) (3)
However, VA = Ar / ρA ′ (4)
VF = 1 / ρF´… (5)
吸入空気量算出部83は、吸気管圧力センサ92により検出された吸気管圧力Pin、体積比率算出部82で算出した体積比率α及びクランク角センサ91により検出されたエンジン回転速度Neを入力する。また、それらの入力値を用いて、第1噴射弁21による気体燃料の噴射が実施されている場合の真の吸入空気量Q(質量流量)を算出する。具体的には、まず、吸気管圧力Pin及びエンジン回転速度Neからエンジン負荷率(第1エンジン負荷率R)を算出し、この第1エンジン負荷率Rと体積比率αとにより、実際の吸入空気量Qに対応する真のエンジン負荷率として第2エンジン負荷率RAを算出する。ここで、第1エンジン負荷率Rは、吸気管圧力センサ92により検出された吸気管圧力Pinを、気筒16内に吸入される空気の体積流量とみなした場合のエンジン負荷率である。この第1エンジン負荷率Rは、第2噴射弁22による液体燃料の噴射によりエンジン運転を行っている場合のエンジン負荷率に相当する。一方、第2エンジン負荷率RAは、吸気管圧力センサ92により検出された吸気管圧力Pinのうち、空気量相当分の体積流量に対応するエンジン負荷率である。吸入空気量算出部83は、下記式(6)を用いて第2エンジン負荷率RAを算出する。
RA=R×(VA/V)=R×α …(6)
また、吸入空気量算出部83は、第2エンジン負荷率RAを用いて吸入空気量Q(質量流量)を算出する。なお、吸入空気量Qは、例えば空気の体積流量に対応する吸入空気量Qをモデル化し、それを数式等で表したものを用いて算出する。
The intake air
RA = R × (VA / V) = R × α (6)
The intake air
制御量算出部84は、吸入空気量算出部83で算出した吸入空気量Qを入力し、その入力値を用いてエンジン10の運転状態に関する各種パラメータの制御量、具体的にはスロットル開度及び気体燃料の噴射量を算出する。スロットル開度及び燃料噴射量の算出に際しては、例えば予め定めたマップや数式等を用い、今回の吸入空気量Qに対応する値を読み出すことにより行う。また、制御量算出部84は、算出した制御量に基づく駆動信号を生成して各駆動部(第1噴射弁21、スロットルアクチュエータ15a)に向けて出力する。
The control
次に、本実施形態のエンジン制御の処理手順を図3のフローチャートを用いて説明する。この処理は、制御部80のCPUにより所定周期で繰り返し実行される。
Next, the engine control processing procedure of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This process is repeatedly executed by the CPU of the
図3において、ステップS101では、吸気管圧力センサ92により検出した吸気管圧力Pin及び吸気温センサ94により検出した吸気管温度Tinを取得する。続くステップS102では、第1噴射弁21による気体燃料の噴射によりエンジン運転を実施している期間であるか否かを判定する。
In FIG. 3, in step S101, the intake pipe pressure Pin detected by the intake
第2噴射弁22による液体燃料の噴射によりエンジン運転を実施している期間であれば、ステップS103へ進み、吸気管圧力センサ92により検出した吸気管圧力Pinを、気筒16内に吸入される空気の体積流量として、吸気管圧力Pin及びエンジン回転速度Neからエンジン負荷率(第1エンジン負荷率R)を算出する。続くステップS107では、エンジン負荷率に基づいて吸入空気量Qを算出する。その後、ステップS108へ進み、算出した吸入空気量Qに対応するスロットル開度及び第2噴射弁22による燃料噴射量を算出する。また、各駆動部(スロットルアクチュエータ15a及び第2噴射弁22)に対して駆動信号を出力する。
If it is a period during which the engine operation is being performed by the liquid fuel injection by the
一方、第1噴射弁21による気体燃料の噴射によりエンジン運転を実施している期間である場合には、ステップS102で肯定判定されてステップS104へ進む。ステップS104では、吸気管圧力Pin及び吸気管温度Tinを用いて、上記式(1)により燃料密度ρF´を算出するとともに、上記式(2)により空気密度ρA´を算出する。続くステップS105では、上記式(3)〜式(5)により、気筒16内に吸入される空気と気体燃料との体積比率α(=VA/V)を算出する。
On the other hand, when it is a period during which engine operation is being performed by injection of gaseous fuel from the
ステップS106では、吸気管圧力Pin及びエンジン回転速度Neから第1エンジン負荷率Rを算出するとともに、この第1エンジン負荷率R及び体積比率αを用いて、上記式(6)によりエンジン負荷率(第2エンジン負荷率RA)を算出する。続くステップS107では、エンジン負荷率に基づいて吸入空気量Qを算出する(空気量算出手段)。その後、ステップS108へ進み、吸入空気量Qに対応するスロットル開度及び第1噴射弁21による燃料噴射量を算出するとともに、各駆動部(スロットルアクチュエータ15a及び第1噴射弁21)に対して駆動信号を出力する(制御手段)。
In step S106, the first engine load factor R is calculated from the intake pipe pressure Pin and the engine rotation speed Ne, and the engine load factor ((6)) is calculated using the first engine load factor R and the volume ratio α. A second engine load factor RA) is calculated. In the subsequent step S107, the intake air amount Q is calculated based on the engine load factor (air amount calculating means). Thereafter, the process proceeds to step S108, where the throttle opening corresponding to the intake air amount Q and the fuel injection amount by the
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
吸気管圧力Pinによって吸入空気量Qを演算するシステムにおいて、吸気管圧力センサ92による吸気管圧力Pinの検出値に基づいて、気筒16内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出し、これを吸入空気量Qとしてエンジン10の各種制御を実施する構成とした。気体燃料の噴射時では、液体燃料の噴射時に比べて、吸気管11内において気体燃料が占める体積比率が大きく、吸気管圧力センサ92によって気体燃料の体積流量分がセンシングされる。この点に鑑み、上記構成では、吸気管圧力センサ92による吸気管圧力Pinの検出値から気体燃料の検出誤差分を排除した真の吸入空気量Qを算出し、これを用いてエンジン10の各種制御を実施することから、気体燃料の噴射時におけるエンジン10の制御性を改善することができる。
In the system for calculating the intake air amount Q by the intake pipe pressure Pin, the air out of the mixture of the air sucked into the
吸気管11内において気体燃料の占める体積比率が大きいほど、空気が占める体積比率は小さくなり、吸気管圧力Pinの検出値に対する実際の吸入空気量Qが少なくなる。また、吸気管11内の空気と気体燃料との体積比率は、気筒16内に吸入される混合気中の空気と気体燃料との体積比率で表される。この点に鑑み、吸気管圧力Pinの検出値と、気筒16内に吸入される混合気中の空気と気体燃料との体積比率αと、に基づいて吸入空気量Qを算出する構成とした。この構成によれば、吸気管11内における空気と気体燃料との体積比率に応じて吸入空気量Qを正確に求めることができる。
The larger the volume ratio occupied by the gaseous fuel in the
また、エンジン10の目標空燃比に基づいて体積比率αを算出する構成とした。この構成によれば、気筒16内に吸入される混合気中の空気と気体燃料との体積比率を検出するための新たなセンサを取り付けることなく、既存のセンサの検出値から当該体積比率を算出することができる。
Further, the volume ratio α is calculated based on the target air-fuel ratio of the engine 10. According to this configuration, the volume ratio is calculated from the detection value of the existing sensor without attaching a new sensor for detecting the volume ratio of the air in the air-fuel mixture sucked into the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。上記第1実施形態では、第1噴射弁21による気体燃料の噴射期間中に吸気管圧力センサ92により検出した吸気管圧力Pinを用いてエンジン10の各種制御を実施することを前提として説明した。これに対し、本実施形態では、第1噴射弁21による気体燃料の噴射期間中でないときに吸気管圧力センサ92により吸気管圧力Pinが検出される場合を考慮してエンジン10の各種制御を実施する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The first embodiment has been described on the assumption that various controls of the engine 10 are performed using the intake pipe pressure Pin detected by the intake
すなわち、エンジン10では、都度のエンジン運転状態に応じて、第1噴射弁21による気体燃料の噴射時期や噴射期間の長さが異なる。また、燃料の噴射時期や噴射期間の長さが都度異なることにより、センサ検出値としての吸気管圧力Pinが、第1噴射弁21による気体燃料の噴射期間中に検出した値であるか、それとも第1噴射弁21による気体燃料の噴射期間でないときに検出した値であるかが異なる場合がある。
In other words, in the engine 10, the gas fuel injection timing and the injection period length by the
図4は、吸気管圧力Pinの検出タイミングと噴射期間の長さとの関係を示す図である。図4では、排気行程噴射で気体燃料をエンジン10に供給する場合について示している。また、吸気管圧力Pinの検出タイミングを排気行程中の所定の検出位置Aとしている。なお、検出位置Aで検出した吸気管圧力Pinは、次回の燃料噴射(次々回の燃焼)のための制御量算出の際に用いられる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between the detection timing of the intake pipe pressure Pin and the length of the injection period. FIG. 4 shows a case where gaseous fuel is supplied to the engine 10 by exhaust stroke injection. Further, the detection timing of the intake pipe pressure Pin is set to a predetermined detection position A during the exhaust stroke. The intake pipe pressure Pin detected at the detection position A is used when calculating a control amount for the next fuel injection (next combustion).
図4では、1回の噴射当たりの燃料噴射量が多いとき、つまり燃料の噴射期間が長いときには、検出位置Aでは第1噴射弁21から気体燃料が噴射されている(図中の(I))。これに対し、1回の噴射当たりの燃料噴射量が少ない場合には燃料の噴射期間が短くなり、検出位置Aでは第1噴射弁21から気体燃料が噴射されていない(図中の(II))。つまり、(I)の場合には、吸気管圧力センサ92では気体燃料の体積流量分がセンシングされるため、吸気管圧力センサ92の検出値を気筒16内に吸入される空気の体積流量とみなすと、吸入空気量Qの算出誤差が生じる。これに対し、(II)の場合には、気体燃料の影響を考慮しなくてもよく、吸気管圧力センサ92の検出値を気筒16内に吸入される空気の体積流量とみなすことができる。
In FIG. 4, when the fuel injection amount per injection is large, that is, when the fuel injection period is long, gaseous fuel is injected from the
そこで本実施形態では、吸気管圧力センサ92により検出した吸気管圧力Pinが、エンジン10の1燃焼サイクル内のうち、第1噴射弁21による気体燃料の噴射期間中に検出した圧力である場合には、該検出した吸気管圧力Pinに基づいて、エンジン10の気筒内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する。一方、吸気管圧力センサ92により検出した吸気管圧力Pinが、エンジン10の1燃焼サイクル内のうち、第1噴射弁21による気体燃料の噴射期間中でないときに検出した圧力である場合には、該検出した吸気管圧力Pinを、気筒内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の圧力とみなして、空気に相当する分の質量流量を算出する。
Therefore, in the present embodiment, when the intake pipe pressure Pin detected by the intake
次に、本実施形態のエンジン制御の処理手順を図5のフローチャートを用いて説明する。この処理は、制御部80のCPUにより所定周期で繰り返し実行される。なお、図5の説明では、上記図3と同じ処理については図3のステップ番号を付してその説明を省略する。
Next, the engine control processing procedure of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This process is repeatedly executed by the CPU of the
図5において、ステップS201,S202では、上記図3のステップS101,S102と同じ処理を実行する。続くステップS203では、取得した吸気管圧力Pin及び吸気管温度Tin(センサ値)について、第1噴射弁21による気体燃料の噴射期間中の検出値であるか否かを判定する。取得したセンサ値が気体燃料の噴射期間中の検出値である場合にはステップS204〜S208の処理を実行する。このステップS204〜S208の処理は、上記図3のステップS104〜S108の処理と同じである。
In FIG. 5, in steps S201 and S202, the same processing as in steps S101 and S102 of FIG. 3 is executed. In the following step S203, it is determined whether or not the acquired intake pipe pressure Pin and intake pipe temperature Tin (sensor value) are detected values during the injection period of gaseous fuel by the
一方、取得したセンサ値が気体燃料の噴射期間中の検出値でない場合にはステップS209へ進み、吸気管圧力センサ92により検出した吸気管圧力Pinを、気筒16内に吸入される空気の体積流量とみなして、吸気管圧力Pin及びエンジン回転速度Neからエンジン負荷率(第1エンジン負荷率R)を算出する。このステップS209の処理は上記図3のステップS103と同じである。
On the other hand, if the acquired sensor value is not the detected value during the injection period of the gaseous fuel, the process proceeds to step S209, and the intake pipe pressure Pin detected by the intake
以上説明した第2実施形態によれば、吸気管圧力センサ92により検出した吸気管圧力Pinが、エンジン10の1燃焼サイクル内のうち、第1噴射弁21による気体燃料の噴射期間中に検出した圧力であるか、それとも第1噴射弁21による気体燃料の噴射期間中でないタイミングで検出した圧力であるかに応じて、吸気管圧力センサ92の検出値に基づく吸入空気量Qの算出方法を異なるものとしたため、吸気管圧力Pinの検出タイミングにおいて燃料噴射の状況が都度異なる場合であっても、吸入空気量Qを精度良く算出することができる。
According to the second embodiment described above, the intake pipe pressure Pin detected by the intake
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows, for example.
・上記実施形態では、吸気管圧力Pin及び体積比率αを用いて、上記式(6)により第2エンジン負荷率RAを算出し、その算出した第2エンジン負荷率RAに基づいて第1噴射弁21による燃料噴射量を算出した。これに対し、本実施形態では、吸気管圧力Pin及び体積比率αを用いて、気体燃料の体積流量に対応するエンジン負荷率として第3エンジン負荷率RFを算出し、その算出した第3エンジン負荷率RFを用いて第1噴射弁21による燃料噴射量を算出する構成とする。第3エンジン負荷率RFは、下記式(7)で表される。また、第3エンジン負荷率RFを用いて燃料噴射量を算出する方法は特に限定せず、例えば第3エンジン負荷率RFに対応する燃料噴射量をモデル化し、それを数式等で表したものを用いて算出する方法等が挙げられる。
RF=R×(VF/V) …(7)
In the above embodiment, the second engine load factor RA is calculated by the above equation (6) using the intake pipe pressure Pin and the volume ratio α, and the first injection valve is based on the calculated second engine load factor RA. The fuel injection amount by 21 was calculated. On the other hand, in the present embodiment, the third engine load factor RF is calculated as the engine load factor corresponding to the volume flow rate of the gaseous fuel using the intake pipe pressure Pin and the volume ratio α, and the calculated third engine load is calculated. The fuel injection amount by the
RF = R × (VF / V)… (7)
・第1噴射弁21に供給される気体燃料の組成を学習する組成学習手段を備え、該組成学習手段による学習結果を用いて、エンジン10の気筒内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する構成とする。CNGは、産地や生産工程によって組成にばらつきがある。また、採掘した天然ガスを精製することなく燃料としてそのまま使用する地域もある。特に、窒素や二酸化炭素などの不活性ガス(不純物)の混入割合が多い気体燃料がガスタンク42内に充填された場合には気体燃料の密度が大きく変わり、吸入空気量Qの算出精度に及ぼす影響が大きくなることが考えられる。この点を考慮して上記構成とすることにより、燃料組成のばらつきの影響を抑えつつ吸入空気量Qを精度良く算出することができる。
A composition learning means for learning the composition of the gaseous fuel supplied to the
図6に、本実施形態における気体燃料噴射時のエンジン制御の概略構成を示す機能ブロック図を示す。なお、図6は、エンジン10の1燃焼サイクル内における気体燃料の噴射期間中に吸気管圧力センサ92によって吸気管圧力Pinが検出されることを前提としている。
FIG. 6 is a functional block diagram showing a schematic configuration of engine control at the time of gaseous fuel injection in the present embodiment. 6 is based on the premise that the intake
図6に示すように、本実施形態の制御部80は、気体密度算出部81と、体積比率算出部82と、吸入空気量算出部83と、制御量算出部84とを備えている。気体密度算出部81は、吸気管温度Tinと吸気管圧力Pinと燃料組成の学習値(組成学習値)とを入力し、これらのパラメータに基づいて気体燃料の密度(燃料密度)ρF´[kg/m3]及び空気密度ρA´[kg/m3]を算出する。具体的には、燃料密度ρF´については、上記式(1)を用いて燃料密度のベース値を算出し、そのベース値を組成学習値で補正する。空気密度ρA´については上記式(2)を用いて算出する。
As shown in FIG. 6, the
燃料組成の学習方法は任意でよいが、一例としては、空燃比フィードバック制御にて算出される燃料噴射量の補正量(空燃比補正量FB)に基づき学習値を算出する方法が挙げられる。具体的には、ガスタンク42内に気体燃料が補充された場合の次回のエンジン運転開始後に、空燃比補正量FBが予め設定された所定の制御範囲を超えたときには、燃料組成の学習値FAに所定の更新量fa1を加算し、この加算に併せて空燃比補正量FBから更新量fa1を減算する。これを繰り返すことにより、空燃比補正量FBを制御範囲内に収め、そのときの空燃比補正量FBのずれ分を学習値FAとして記憶する。この場合、気体燃料中の不活性ガスの混入割合が多いほど、基本噴射量に対する増量補正が多くなり、学習値FAは大きくなる。なお、気体密度算出部81以外については上記図2と同じであるため説明を省略する。
The fuel composition learning method may be arbitrary, but an example is a method of calculating a learning value based on a fuel injection amount correction amount (air-fuel ratio correction amount FB) calculated by air-fuel ratio feedback control. Specifically, when the air fuel ratio correction amount FB exceeds a predetermined control range after the start of the next engine operation when the gas fuel is replenished in the
・上記実施形態では、排気センサとしてO2センサ18a,18bが設けられたシステムに適用したが、触媒19の少なくとも上流側に、排気中の酸素濃度に比例した広域の空燃比信号を出力する広域検出タイプのA/Fセンサが設けられたシステムに本発明を適用してもよい。
In the above embodiment, the present invention is applied to a system provided with
・排気センサとして触媒19の上流側にA/Fセンサが設けられたシステムに適用する場合、目標空燃比に代えて実空燃比を用いて体積比率αを算出する構成としてもよい。実空燃比により体積比率αを算出することにより、実空燃比と目標空燃比とが一致していない状況下において、吸気管11内の空気と気体燃料との体積比率をより正確に求めることができる。その結果、吸入空気量Qの演算精度をより高めることができる。
When applied to a system in which an A / F sensor is provided on the upstream side of the
・燃料噴射手段としてガソリン噴射用の燃料噴射弁のみを備える既存のガソリンエンジンに対して、気体燃料の燃料供給ユニットを搭載することによって2種類の燃料を噴射可能なシステムに変更することがある。このようなシステムに本発明を適用することもできる。具体的には、第1噴射弁21の先端部に噴射管が接続されており、この噴射管が吸気管に設けられている。第1噴射弁21から噴出された気体燃料は噴射管を介してエンジン10の吸気ポートに噴射される。
-An existing gasoline engine having only a fuel injection valve for gasoline injection as a fuel injection means may be changed to a system capable of injecting two types of fuel by installing a fuel supply unit for gaseous fuel. The present invention can also be applied to such a system. Specifically, an injection pipe is connected to the tip of the
・上記実施形態では、気体燃料(CNG燃料)と液体燃料(ガソリン燃料)とを燃焼用の燃料として使用するバイフューエルエンジンに本発明を具体化する場合について説明したが、燃焼用の燃料として気体燃料のみを使用するガスエンジンに本発明を具体化してもよい。あるいは、気体燃料と液体燃料とを併用して使用するエンジンに本発明を具体化してもよい。 In the above embodiment, a case has been described in which the present invention is embodied in a bi-fuel engine that uses gaseous fuel (CNG fuel) and liquid fuel (gasoline fuel) as combustion fuel. The present invention may be embodied in a gas engine that uses only fuel. Alternatively, the present invention may be embodied in an engine that uses a combination of gaseous fuel and liquid fuel.
・上記実施形態では気体燃料をCNG燃料としたが、標準状態で気体のその他のガス燃料を用いることもでき、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、水素、ジメチルエーテルなどを主成分とする燃料を用いる構成としてもよい。また、液体燃料についてもガソリン燃料に限定しない。例えば、液体燃料としての軽油を燃焼用の燃料とするディーゼルエンジンに、気体燃料の燃料噴射システムを搭載した構成に本発明を適用してもよい。 In the above embodiment, the gaseous fuel is CNG fuel, but other gaseous fuels that are gaseous in the standard state can also be used, for example, fuels mainly composed of methane, ethane, propane, butane, hydrogen, dimethyl ether, etc. It is good also as a structure. Further, liquid fuel is not limited to gasoline fuel. For example, the present invention may be applied to a configuration in which a fuel injection system for gaseous fuel is mounted on a diesel engine using light oil as a liquid fuel for combustion.
10…エンジン(内燃機関)、11…吸気管、16…気筒、18a…排気センサ、18b…排気センサ、21…第1噴射弁、22…第2噴射弁、40…気体燃料供給部、43…レギュレータ、45…遮断弁、70…液体燃料供給部、80…制御部(空気量算出手段、制御手段、組成学習手段)、92…吸気管圧力センサ(圧力検出手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Engine (internal combustion engine), 11 ... Intake pipe, 16 ... Cylinder, 18a ... Exhaust sensor, 18b ... Exhaust sensor, 21 ... 1st injection valve, 22 ... 2nd injection valve, 40 ... Gaseous fuel supply part, 43 ... Regulator, 45 ... shutoff valve, 70 ... liquid fuel supply unit, 80 ... control unit (air amount calculation means, control means, composition learning means), 92 ... intake pipe pressure sensor (pressure detection means).
Claims (6)
前記吸気管内の圧力を検出する圧力検出手段(92)と、
前記燃料噴射手段による前記気体燃料の噴射を実施している期間において、前記圧力検出手段により検出した圧力に基づいて、前記内燃機関の気筒内に吸入される空気と前記気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する空気量算出手段と、
前記空気量算出手段により算出した質量流量に基づいて、前記気体燃料を用いての前記内燃機関の運転を実施する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 Applied to a fuel injection system comprising fuel injection means (21) for injecting gaseous fuel into an intake pipe (11) of an internal combustion engine (10);
Pressure detecting means (92) for detecting the pressure in the intake pipe;
Based on the pressure detected by the pressure detection means during the period of injection of the gaseous fuel by the fuel injection means, the mixture of the air sucked into the cylinder of the internal combustion engine and the gaseous fuel An air amount calculating means for calculating a mass flow rate corresponding to air,
Control means for operating the internal combustion engine using the gaseous fuel based on the mass flow rate calculated by the air amount calculating means;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記空気量算出手段は、前記組成学習手段による学習結果を用いて、前記混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 Comprising composition learning means for learning the composition of the gaseous fuel supplied to the fuel injection means;
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the air amount calculation means calculates a mass flow rate corresponding to air in the air-fuel mixture using a learning result obtained by the composition learning means. Control device.
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