JP2015105582A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】機関燃料を切り替えたときに混合気の燃焼が不安定になることを抑えることのできる内燃機関の燃料供給装置を提供する。【解決手段】この燃料供給装置は、内燃機関１０に噴射供給される機関燃料をガソリン及びＣＮＧのいずれか一方に切り替え可能であり、ＥＣＵ７０は、空燃比センサ８０にて検出される実空燃比が目標空燃比と一致するように機関燃料の噴射量に対する空燃比学習を行う。そして、ＥＣＵ７０は、ガソリン使用時の空燃比学習が完了したことを含む条件が成立した後に、ガソリンからＣＮＧへの機関燃料の切替を許可する。【選択図】図１

Description

本発明は、機関燃料を切り替え可能な内燃機関の燃料供給装置に関する。
内燃機関に噴射供給される機関燃料を、第１燃料及び第２燃料のいずれか一方に切替可能な燃料供給装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の装置では、機関燃料として、ガソリン及びＣＮＧ（圧縮天然ガス）のいずれか一方を選択して燃料供給系を切り替えることにより、異なった機関燃料による機関運転を可能にしている。
また、周知のように、こうした内燃機関では、混合気を適切に燃焼させる必要があるため、空燃比センサにて検出される実空燃比が目標空燃比と一致するように機関燃料の噴射量を補正する、いわゆる空燃比学習が行われる。こうした空燃比学習による学習値は、使用される燃料の種類に応じて異なるため、特許文献１に記載の装置では、ガソリン及びＣＮＧのそれぞれについて空燃比学習を行うようにしている。
特開２０１３−１３０１５７号公報
ところで、上述したような空燃比学習を完了させるためにはある程度の時間が必要なため、場合によっては、第１燃料（例えばガソリン）に関する空燃比学習が完了する前に、第２燃料（例えばＣＮＧ）への切替が行われてしまうおそれもある。この場合には、第２燃料から再び第１燃料への切替が行われたときに、空燃比制御が適切に行えないため、混合気の燃焼が不安定になり、例えば空燃比の乱れなどが起きるおそれもある。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関燃料を切り替えたときに混合気の燃焼が不安定になることを抑えることのできる内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。
上記課題を解決する内燃機関の燃料供給装置は、内燃機関に噴射供給される機関燃料を第１燃料及び第２燃料のいずれか一方に切り替え可能であり、空燃比センサにて検出される実空燃比が目標空燃比と一致するように機関燃料の噴射量に対する空燃比学習を行う。そしてこの燃料供給装置は、第１燃料使用時の空燃比学習が完了したことを含む条件が成立した後に、第１燃料から第２燃料への機関燃料の切替を許可する。
同構成によれば、少なくとも第１燃料使用時の空燃比学習が完了した後に、第１燃料から第２燃料への機関燃料の切替が許可される。従って、第２燃料に切り替えられた後、再び第１燃料に切り替えられたときには、第１燃料使用時の空燃比学習が既に完了している。そのため、再び第１燃料への切替が行われたときには、空燃比制御を適切な状態で速やかに開始することが可能になる。従って、同構成によれば、機関燃料が第２燃料から再び第１燃料へと切り替えられたときに混合気の燃焼が不安定になることを抑えることができるようになる。
ここで、第１燃料使用時の空燃比学習が完了した後に、第１燃料から第２燃料への機関燃料の切替を許可する場合において、第１燃料使用時の空燃比学習が完了しない状態が続いてしまうと、第１燃料使用時の空燃比学習が完了しない限り、第１燃料から第２燃料への機関燃料の切替は許可されなくなってしまう。そこで、上記第１燃料は、機関始動時に使用される始動時用燃料であることが好ましい。
同構成によれば、機関運転の開始に伴い最初に使用される機関燃料が第１燃料になるため、その第１燃料についての空燃比学習を完了させることができる。従って、第１燃料から第２燃料への機関燃料の切替許可を確実に行うことができるようになる。また、次回以降の機関始動時においては、第１燃料使用時の空燃比学習が既に完了しているため、例えば機関始動時での空燃比ずれによる機関始動性の悪化等を抑えることも可能になる。
なお、上記第１燃料はガソリンであり、第２燃料は圧縮天然ガスである、という構成を採用することもできる。
燃料供給装置の一実施形態について、これが適用される内燃機関の概略構成図。 同実施形態において燃料系モードの遷移を示すタイムチャート。 同実施形態において第１遷移条件の成立を判定するための処理手順を示すフローチャート。
以下、燃料供給装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示す内燃機関１０は、第１燃料としてのガソリンと、第２燃料としてのＣＮＧ（圧縮天然ガス）とを機関燃料として選択し使用する内燃機関である。なお、本実施形態では、内燃機関１０として多気筒内燃機関を想定しているが、図には１つの気筒のみを明記している。
内燃機関１０の吸気通路１２には、ＣＮＧ用インジェクタ１４及びガソリン用インジェクタ１６が設けられている。吸気通路１２では、ＣＮＧ用インジェクタ１４またはガソリン用インジェクタ１６から吸気通路１２に噴射された燃料と吸入空気とを含む混合気が生成される。そして、この混合気は、吸気バルブ１８の開弁に伴って、燃焼室２０に吸入される。燃焼室２０において、点火プラグ２２による点火によって混合気が燃焼すると、この燃焼エネルギは、ピストン２４を介して、車両の駆動輪（図示略）に機械的に連結されるクランク軸２６の回転エネルギに変換される。その後、排気バルブ２８の開弁に伴って、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路３０に排出される。
次に、内燃機関１０の燃焼室２０に燃料を供給する燃料供給装置について、さらに説明する。
上記ＣＮＧ用インジェクタ１４に供給されるＣＮＧは、ＣＮＧボンベ５０に貯蔵されている。ＣＮＧボンベ５０内のＣＮＧは、高圧側通路５６及び低圧側通路６２を介してＣＮＧ用デリバリパイプ６４に供給される。ＣＮＧ用デリバリパイプ６４内のＣＮＧは、各気筒に割り振られたＣＮＧ用インジェクタ１４のそれぞれから吸気通路１２に噴射される。ＣＮＧボンベ５０と高圧側通路５６との間には、手動式の開閉弁である手動開閉弁５２及び電磁駆動式の第１遮断弁５４が設けられている。
高圧側通路５６の下流には、電磁駆動式の第２遮断弁５８を介してＣＮＧボンベ５０から供給されるＣＮＧの圧力を所定圧力まで減圧させるレギュレータ６０が設けられており、所定圧力まで減圧されたＣＮＧが低圧側通路６２を介してＣＮＧ用デリバリパイプ６４に供給される。
上記レギュレータ６０の上流側には高圧側圧力センサ７１が設けられている。高圧側圧力センサ７１は、第２遮断弁５８よりも上流の高圧側通路５６内の圧力を、高圧側検出値ＰＨとして検出する。
一方、ガソリン用インジェクタ１６に供給されるガソリンは、ガソリンタンク４０に貯蔵されている。ガソリンタンク４０内のガソリンは、燃料ポンプ４２によって吸引され、ガソリン用供給通路４４を介してガソリン用デリバリパイプ４６に供給される。そして、ガソリン用デリバリパイプ４６内のガソリンは、各気筒に割り振られたガソリン用インジェクタ１６のそれぞれから吸気通路１２に噴射される。
ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２及び不揮発性メモリ７４などを備えた電子制御装置である。ここで、ＣＰＵ７２は、不揮発性メモリ７４に記憶された各種プログラムを実行する中央処理装置であり、不揮発性メモリ７４には、各種プログラムやデータなどを記憶保持する記憶装置である。
ＥＣＵ７０は、第１遮断弁５４、第２遮断弁５８、ＣＮＧ用インジェクタ１４、ガソリン用インジェクタ１６、点火プラグ２２、及び燃料ポンプ４２等の各種アクチュエータに操作信号ＭＳを出力することで、燃焼室２０において混合気を燃焼させる制御を行う。
またＥＣＵ７０には、ユーザーが機関燃料としてＣＮＧを選択するための選択スイッチ７６が接続されている。これにより、ＥＣＵ７０は、選択スイッチ７６の操作に応じてＣＮＧ及びガソリンのいずれを用いた機関運転を実行する。
ＥＣＵ７０は、ＣＮＧ用インジェクタ１４を用いた機関運転を実行するときには、第１遮断弁５４及び第２遮断弁５８を開弁状態とすることで、ＣＮＧ用インジェクタ１４とＣＮＧボンベ５０とを連通状態とする。そして、ＥＣＵ７０は、ＣＮＧ用インジェクタ１４を開閉動作させることで、ＣＮＧ用インジェクタ１４から吸気通路１２にＣＮＧを噴射させる。以下、こうしたＣＮＧによる機関運転を実行するときの燃料系のモードを、「ＣＮＧ運転モード」という。
これに対し、ガソリン用インジェクタ１６を用いた機関運転を実行するときには、ＥＣＵ７０は、燃料ポンプ４２を駆動してガソリンタンク４０内のガソリンをガソリン用インジェクタ１６に供給する。そしてＥＣＵ７０は、ガソリン用インジェクタ１６を開閉動作させることで、ガソリン用インジェクタ１６から吸気通路１２にガソリンを噴射させる。以下、こうしたガソリンによる機関運転を実行するときの燃料系のモードを、「ガソリン運転モード」という。
ちなみに、ＣＮＧ用インジェクタ１４を用いた機関運転を行わない場合、第１遮断弁５４及び第２遮断弁５８は閉弁状態にされることにより、ＣＮＧ用インジェクタ１４とＣＮＧボンベ５０とは遮断状態にされる。
内燃機関１０の排気通路には、周知の空燃比センサ８０が設けられており、この空燃比センサ８０は、ＥＣＵ７０に接続されている。これにより、空燃比センサ８０から出力される実空燃比に応じた信号がＥＣＵ７０に入力される。
ＥＣＵ７０は、内燃機関１０において、混合気を安定した状態で適切に燃焼させるべく、空燃比学習を実行する。この空燃比学習は周知の学習であり、基本的には、空燃比センサ８０で検出される実空燃比が、機関運転状態に基づいて設定される目標空燃比と一致するように、機関燃料の噴射量を補正するものである。例えば、実空燃比が目標空燃比よりもリッチ側に偏っている場合には、燃料噴射量が減量補正されるようにその補正量が学習される。一方、実空燃比が目標空燃比よりもリーン側に偏っている場合には、燃料噴射量が増量補正されるようにその補正量が学習される。また、こうした空燃比学習による学習値（補正量）は、使用される燃料の種類に応じて異なるため、本実施形態では、ガソリン及びＣＮＧのそれぞれについて空燃比学習が行われる。
次に、ＥＣＵ７０によって切り替えられる燃料系のモードであって、「ガソリン運転モード」から「ＣＮＧ運転モード」に切り替えられるときの遷移モードについて説明する。
図２に、「ガソリン運転モード」から「ＣＮＧ運転モード」に切り替えられるときの燃料系モードの遷移を示す。
まず、イグニッションスイッチが「ＯＮ」にされて機関始動が開始されると（時刻ｔ１）、ＥＣＵ７０は、燃料系モードを「ガソリン運転モード」に設定する。これにより機関始動時は、ガソリンによる機関運転が行われる。なお、ガソリンを使った機関運転では、ＣＮＧを使った機関運転よりも機関出力が高くなるため、燃焼が不安定になりやすい機関始動時には、ガソリンが機関燃料として強制的に選択される。
こうした「ガソリン運転モード」の実行中に、選択スイッチ７６が「ＯＮ」にされることによりユーザーがＣＮＧによる機関運転を要求してきたときには（時刻ｔ２）、ＥＣＵ７０は、燃料系モードを「ＣＮＧ待機運転モード」に設定する。この「ＣＮＧ待機運転モード」は、１つめの遷移モードである。
「ＣＮＧ待機運転モード」では、ガソリンによる機関運転が継続される。そして、「ＣＮＧ運転モード」への切り替えを許可する条件の１つである第１遷移条件が成立しているか否かについての判定が、ＥＣＵ７０によって行われる。
図３に、この第１遷移条件が成立しているか否かを判定する処理についてその手順を示す。
本処理が開始されると、まず、ガソリン使用時の空燃比学習が完了しているか否かが判定される（Ｓ１００）。
そして、ガソリン使用時の空燃比学習が完了しているときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、機関回転速度が閾値Ａ以上であるか否かが判定される（Ｓ１１０）。この閾値Ａとしては、内燃機関１０のアイドル回転速度よりも高い回転速度であって、ＣＮＧによる機関運転を行っても混合気の燃焼を安定させることができる機関回転速度の最低値が設定されている。
そして、機関回転速度が閾値Ａ以上であるときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、第１遷移条件が成立していると判定されて（Ｓ１２０）、本処理は終了される。
一方、上記ステップＳ１００にて、ガソリン使用時の空燃比学習が完了していないと判定されるとき（Ｓ１００：ＮＯ）、あるいは上記ステップＳ１１０にて、機関回転速度が閾値Ａ未満であると判定されるときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、第１遷移条件が不成立であると判定されて（Ｓ１３０）、本処理は終了される。
こうした第１遷移条件の判定処理により、同第１遷移条件が不成立であると判定される場合には、「ＣＮＧ待機運転モード」が継続される。
一方、第１遷移条件が成立していると判定される場合には、燃料系モードが「ＣＮＧ待機運転モード」から「動作チェックモード」へと切り替えられる（図２の時刻ｔ３）。この「動作チェックモード」は、２つめの遷移モードである。
この「動作チェックモード」では、ガソリンによる機関運転を継続しつつ、第１遮断弁５４及び第２遮断弁５８が開弁状態にされる。そしてＣＮＧ用インジェクタ１４が正常に動作するか否かのチェックが行われる。こうしたＣＮＧ用インジェクタ１４の動作チェックは適宜の態様で行うことができる。例えば、ＣＮＧ用インジェクタ１４を開閉動作させたときのＣＮＧ用デリバリパイプ６４内の圧力変化や、機関回転速度の変動量などに基づき、ＣＮＧ用インジェクタ１４の動作チェックを行うことができる。
そして、この「動作チェックモード」において、ＣＮＧ用インジェクタ１４が正常に動作していると判定される場合には、「ＣＮＧ運転モード」へ移行するための第２遷移条件が成立していると判定されて、燃料系モードは「動作チェックモード」から「ＣＮＧ運転モード」へと切り替えられる（図２の時刻ｔ４）。
一方、「動作チェックモード」において、ＣＮＧ用インジェクタ１４が正常に動作していないと判定される場合には、「ＣＮＧ運転モード」への切り替えが禁止される。
以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
（１）先の図３に示した第１遷移条件の判定処理では、ガソリン使用時の空燃比学習が完了している場合に、同第１遷移条件が成立していると判定される。そして、この第１遷移条件が成立している場合には、ガソリンを使用した機関運転からＣＮＧを利用した機関運転への遷移が進められる。このように「ガソリン運転モード」から「ＣＮＧ運転モード」に切り替えるときには、少なくともガソリン使用時の空燃比学習の完了が確認された後に、ガソリンからＣＮＧへの機関燃料の切替が許可される。
従って、機関燃料がガソリンからＣＮＧへと切り替えられた後、再びガソリンへと切り替えられた場合には、ガソリン使用時の空燃比学習が既に完了している。そのため、ＣＮＧから再びガソリンへと機関燃料の切替が行われたときには、空燃比制御を適切な状態で速やかに開始することが可能になる。これにより、機関燃料がＣＮＧから再びガソリンへと切り替えられたときに、混合気の燃焼が不安定になることを抑えることができる。
（２）ガソリン使用時の空燃比学習が完了した後に、ガソリンからＣＮＧへの機関燃料の切替を許可する場合において、ガソリン使用時の空燃比学習が完了しない状態が続いてしまうと、そのガソリン使用時の空燃比学習が完了しない限り、ガソリンからＣＮＧへの機関燃料の切替は許可されなくなってしまう。
この点、本実施形態では、機関始動時に使用される始動時用燃料としてガソリンを使うようにしている。そのため、機関運転の開始に伴い最初に使用される機関燃料はガソリンになるため、ガソリンについての空燃比学習を完了させることができる。従って、ガソリンからＣＮＧへの機関燃料の切替許可を確実に行うことができるようになる。また、次回以降の機関始動時においては、ガソリン使用時の空燃比学習が既に完了しているため、例えば機関始動時での空燃比ずれによる機関始動性の悪化等を抑えることも可能になる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
・第１遷移条件として、「ガソリン使用時の空燃比学習が完了していること」及び「機関回転速度が閾値Ａ以上であること」を設定するようにしたが、少なくとも「ガソリン使用時の空燃比学習が完了していること」を第１遷移条件とすることにより、上記（１）の作用効果を得ることができる。
・第１遷移条件として、「機関回転速度が閾値Ａ以上であること」との条件とは異なる別の条件を適宜設定してもよい。
・「ガソリン使用時の空燃比学習が完了していること」との条件を、第１遷移条件ではなく、第２遷移条件に含めるようにしてもよい。
・ＣＮＧ用インジェクタ１４の正常動作が予め確認されているのであれば、上記第２遷移条件を省略して、「ＣＮＧ運転待機モード」から「ＣＮＧ運転モード」へと直接切り替えるようにしてもよい。
・始動時用燃料がガソリンであったが、ＣＮＧに変更してもよい。
・内燃機関１０に噴射供給される第１燃料がガソリンであり、第２燃料がＣＮＧであったが、この他の機関燃料でもよい。そうした他の機関燃料としては、例えば、軽油、アルコール、ＬＮＧ（液化天然ガス）、水素ガス、ジエチルエーテルなどが挙げられる。
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…ＣＮＧ用インジェクタ、１６…ガソリン用インジェクタ、１８…吸気バルブ、２０…燃焼室、２２…点火プラグ、２４…ピストン、２６…クランク軸、２８…排気バルブ、３０…排気通路、４０…ガソリンタンク、４２…燃料ポンプ、４４…ガソリン用供給通路、４６…ガソリン用デリバリパイプ、５０…ＣＮＧボンベ、５２…手動開閉弁、５４…第１遮断弁、５６…高圧側通路、５８…第２遮断弁、６０…レギュレータ、６２…低圧側通路、６４…ＣＮＧ用デリバリパイプ、７０…ＥＣＵ、７１…高圧側圧力センサ、７２…ＣＰＵ、７４…不揮発性メモリ、７６…選択スイッチ、８０…空燃比センサ。

Claims (3)

  1. 内燃機関に噴射供給される機関燃料を第１燃料及び第２燃料のいずれか一方に切り替え可能であって、空燃比センサにて検出される実空燃比が目標空燃比と一致するように機関燃料の噴射量に対する空燃比学習を行う燃料供給装置であって、
    前記第１燃料使用時の空燃比学習が完了したことを含む条件が成立した後に、前記第１燃料から前記第２燃料への機関燃料の切替を許可する
    ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
  2. 前記第１燃料は、機関始動時に使用される始動時用燃料である
    請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
  3. 前記第１燃料はガソリンであり、前記第２燃料は圧縮天然ガスである
    請求項１または２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
JP2013246592A 2013-11-28 2013-11-28 内燃機関の燃料供給装置 Expired - Fee Related JP6133198B2 (ja)

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