JP2018013039A - バイフューエルエンジンの回転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バイフューエルエンジンにおいて、燃料を切り替えて運転した場合のエンジン回転速度が低下してエンジン回転の安定性が損なわれることを防止する。
【解決手段】水温センサ１０４により検知したエンジン冷却水の水温データを電子制御装置（ＥＣＵ）５に入力する入力回路８に燃料切替装置７からの切り替え信号で切り替わるリレー８１および電気抵抗８２が直列に接続されており、使用する燃料を切り替えたときにリレー８１が作動して水温センサ１０４からの水温データが電気抵抗８２を加えた値として目標回転速度を上昇させて安定した回転速度に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばガソリン等のような液体燃料と圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等のように異なる種類の燃料を切替えて使用するバイフューエルエンジンの回転速度を制御する回転制御装置に関するものである。

従来、一つのエンジンについて、例えばガソリンと圧縮天然ガス（ＣＮＧ）やガソリンと液化石油ガス（ＬＰＧ）のような液体燃料と気体燃料のように異なる燃料を用いて運転を可能としたバイフューエルエンジンが知られている。

そして、このバイフューエルエンジンを用いた車両は、走行環境の変化に応じて使用される燃料の最適な条件を引き出すことができるため、極めて経済的であるとともに、状況に応じて燃料を選択できるため環境にもやさしいとされ、世界的にも導入が進んでいる。

ところで、前記バイフューエルエンジンにおいて、ガソリンのような液体燃料を使用したエンジンの運転状態において、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）のような気体燃料へ切り替えて運転した場合、切り替える前の液体燃料を使用する場合に比べて吸気量が少なくなり、エンジンの圧縮比との関係から気体燃料における燃焼性が低下し、特に、アイドル運転時のようなエンジン回転速度が低下している場合に回転の安定性が損なわれるという問題があった。

このような問題を解決するため、気体燃料使用時または液体燃料使用時を判別する判別手段と、少なくともバイパス通路に設けられたソレノイドバルブを開いて吸気量を増大させることにより気体燃料使用時には液体燃料使用時に比べて吸気量を増大させることにより、アイドル運転のような低回転時でおける気体燃料使用時にも良好な燃焼性を得るようにした手段が特開昭６２−９６７４２号公報（特許文献１）に提示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、液体燃料から気体燃料へ切り替えた場合に、ソレノイドバルブを開いて吸気量を増大させるものであることからバイパス通路等が必要であり、新規に設計する場合はまだしも安価に提供する目的で例えばガソリンエンジンを基にしてバイフューエルエンジンに改造する場合などには実施が困難である。

また、大掛かりな改造をしないで燃料を切り替えてもアイドリングが安定して行える手段として、バイフューエルエンジンの吸気通路に設けたアイドル運転時に吸気量を調節する電子スロットル装置を電子制御装置（ＥＣＵ）によりアイドル回転速度を目標アイドル回転速度に制御する際に切り替えた燃料に合わせて算出された吸気量を補正するための制御値に基づき電子スロットル装置を制御することで、吸気量を調節する手段が特開２０１１−２１４５４３号公報（特許文献２）に提示されているが、使用する燃料に合わせてプログラムを作成する必要があり、時間と手間が必要であるとともに制御が複雑になるという問題がある。

特開昭６２−９６７４２号公報 特開２０１１−２１４５４３号公報

本発明は、前記従来のバイフューエルエンジンのアイドル回転制御装置が有する問題点を解決するためになされたものであって、吸気通路を拡張するような大がかりな改造を必要としないばかりか複雑なプログラムによる制御をせずに少ない安価な部品で確実にバイフューエルエンジンのアイドル回転制御を行える装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、性質の異なる２種類の燃料を燃料切替装置により切り替えて使用するバイフューエルエンジンにおいて、回転速度を水温センサにより検知したエンジン冷却水の水温データを含むエンジンにおける各種の検知装置から検知したデータを用いて電子制御装置により算出した目標回転速度に制御するバイフューエルエンジンの回転制御装置であって、前記水温センサと前記電子制御装置との間に接続されて前記水温センサにより検知したエンジン冷却水の水温データを電子制御装置に入力する入力回路に前記燃料切替装置からの切り替え信号で切り替わる２つの出力端子を有するリレーおよび前記リレーにおける出力端子の一方に接続された所定値の電気抵抗が直列に接続されており、前記使用する燃料を切り替えたときに前記リレーが作動して前記水温センサからの水温データが前記電気抵抗を加えた値として、または電気抵抗を差し引いた値として前記電子制御装置に出力されて目標回転速度を上昇または下降させて安定した回転速度に制御することを特徴とする。

また、本発明において、燃料が切り替わり且つバイフューエルエンジンを搭載する車両の速度が所定速度を下回った場合或いは燃料噴射弁の噴射時間が所定噴射時間を下回った場合に前記リレーが作動して前記水温センサからの水温データが前記電気抵抗を加えた値として目標回転速度を上昇させるように制御することにより使用燃料による影響が大きいエンジン回転が低回転のときに制御を行うことができるとともに通常の運転時には作動させないことにより適切な運転制御を行うとともに燃料の無駄な消費を防ぐこともできる。

更に、本発明において、前記電気抵抗が可変抵抗である場合には使用する燃料やエンジンの特性に合わせて抵抗値を変化させることができるばかりか製造過程で多数種類の電気抵抗を用意する必要もなく部品の管理などの点でも便利である。

本発明によれば、吸気通路を拡張するような大がかりな改造を必要としないばかりか複雑なプログラムによる制御をせずに少ない安価な部品と簡単な制御回路で確実にバイフューエルエンジンの問題点である燃料の性質により生じる低回転域での不安定さを解消した回転制御を行うことができる。

本発明の好ましい実施の形態におけるバイフューエルエンジンシステムの 全体概略構成図。 図１に示した全体概略構成図における要部を示すブロック回路図。 本発明が適応されない比較例についての目標アイドル回転速度とエンジン回転速度を示すチャート。 図１に示した実施の形態におけるリレーの動きに対する目標アイドル回転速度とエンジン回転速度を示すチャート。 冷却水の温度と目標回転速度との関係図。 サーミスタの温度と抵抗値の特性を示す図表。 異なる実施の形態におけるリレーの動きに対する目標回転速度とエンジン回転速度を示すチャート。 更に異なる実施の形態におけるリレーの動きに対する目標回転速度とエンジン回転速度を示すチャート。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の好ましい実施の形態についての概略図を示すものであり、全体としては従来周知のバイフューエルエンジンシステムと同様に、２つの燃料タンク１および２に例えば液体燃料であるガソリンからなる第１燃料１１および気体燃料であるＣＮＧからなる第２燃料２１がそれぞれ貯留されているとともに、これらの燃料の内で選択されたものが第１燃料供給管１２または第２燃料供給管２２を介してエンジンの吸気通路３に設置した専用の第１燃料噴射弁１３，第２燃料噴射弁２３からそれぞれ噴射される。

そして、例えば吸気通路３に設けられた吸気管圧力センサ１０１により検知した吸気管圧力、エンジン回転検出センサ１０２により検知したエンジン回転速度、スロットルセンサ１０３により検知したスロットル開度、冷却水の水温センサ１０４により検知した水温、排気通路４に設置した酸素センサ１０５より検知した排気ガス中の酸素濃度などを用いて電子制御装置（ＥＣＵ）５において所定のプログラムを用いて所定の燃料噴射量を算出して前記燃料噴射弁１３，２３の開閉制御、点火プラグ６の点火時期制御、アイドルを含めた回転制御等を行う燃料噴射制御方法を実行するものであり、燃料の切替は自動または手動式の燃料切替装置７により燃料タンク１および２に貯留した液体燃料（ガソリン）である第１燃料１１または気体燃料（ＣＮＧ）である第２燃料２１を選択して使用する従来のものと同様である。

尚、本実施の形態では第１燃料１１および第２燃料２１のいずれの燃料を用いる場合にも１つの電子制御装置（ＥＣＵ）５により運転制御するものとしているが、第１燃料１１および第２燃料２１についてそれぞれ個別の電子制御装置（ＥＣＵ）（図示せず）により制御するようにしても良い。

そして、特に本実施の形態では、前記水温センサ１０４と前記電子制御装置（ＥＣＵ）５との間に接続されて前記水温センサ１０４により検知したエンジン冷却水の水温データを電子制御装置（ＥＣＵ）５に入力する入力回路８にリレー８１と電気抵抗８２が直列に接続されている。

更に、詳述すると、前記入力回路８に接続されているリレー８１は図２に示すように、エンジン冷却水の水温センサ１０４に接続されて前記水温センサ１０４からの水温データ信号を入力する入力端子８３と、前記燃料切替装置７からの燃料切替信号により切り替わる２つの出力端子８４ａ，８４ｂを有しており、また、前記出力端子８４ａ，８４ｂの一方には電気抵抗８２が直列に接続されて前記電子制御装置（ＥＣＵ）５の入力端子５１に接続されている。

尚、リレー２０は、少なくとも１系統の入力端子８３と２系統の出力端子８４ａおよび８４ｂを有するとともに前記燃料切替装置７からの燃料切替信号により前記出力端子８４ａまたは８４ｂに切替可能な周知のものを用いることが可能であり、例えば電磁石を用いた電磁式リレー、サイリスタやトライアックを用いた電子式リレーなど形式は問わない。

以上の構成を有する本実施の形態は、従来周知のバイフューエルエンジンの制御システムと同様に、前記各センサにより検知された吸気管圧力、エンジン回転速度、スロットル開度、水温、排気ガス中の酸素濃度などの検知データを用いて電子制御装置（ＥＣＵ）５において予め定めて記録してある所定の運転プログラムにより算出された必要な燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射弁１３または２３を開閉制御するとともに点火プラグ６の点火時期制御、エンジン回転制御などの空燃比制御を含む燃料噴射制御方法を実行するものである。

次に、本実施の形態についてのエンジン回転制御について詳述する。

本実施の形態は、アイドル回転制御について本発明を実施したものであり、例えば、バイフューエルエンジンの始動と始動直後のアイドル運転を燃料タンク１に貯留してある液体燃料（ガソリン）である第１燃料１１により行い、その後自動または手動式の燃料切替装置７によりエンジンへの燃料供給を燃料タンク２に貯留してある気体燃料（ＣＮＧ）である第２燃料２１に切り替えて運転するものである。

本実施の形態では、エンジン始動時には図２に示すように、エンジンの運転、特に、始動時のアイドル回転を制御するための吸気量や燃料噴射量などを設定するために必要な因子として用いられるデータの１つである前記エンジンの冷却水の温度を検知する水温センサ１０４からの検知データが入力回路８を介して電子制御装置（ＥＣＵ）５に入力されるが、本実施の形態では始動時および始動直後のアイドル運転を燃料タンク１に貯留してある液体燃料（ガソリン）である第１燃料１１により行うが、このときにはリレー８１は前記電気抵抗８２が接続されていない側の出力端子８４ａ側に短絡していて実測値の水温データがそのまま電子制御装置（ＥＣＵ）５に入力されて予め設定された運転プログラムにより処理されて吸気量、燃料噴射量などが算出され目標アイドル回転速度になるように電子スロットル装置９を制御して運転される。

次に本実施の形態では、前述のようにエンジンが液体燃料（ガソリン）である第１燃料１１により始動してアイドル回転に移行すると、前記燃料切替装置７により切り替えることによりその旨の指令を受けた電子制御装置（ＥＣＵ）５が前記液体燃料（ガソリン）である第１燃料１１を噴射させていた第１燃料噴射弁１３への第１燃料１１の供給を停止してもう１つの第２燃料噴射弁２３から燃料タンク２に貯留してある気体燃料（ＣＮＧ）である第２燃料２１を供給してアイドル回転を続けることになる。

ここで、本実施の形態では、前記燃料切替装置７からの燃料切り替え指令に基づく指令が前記電子制御装置（ＥＣＵ）５からリレー８１に送られてリレー８１が作動することで前記電気抵抗８２が接続されている側の出力端子８４ｂ側に短絡して実測値の水温データに前記電気抵抗８２の抵抗値が合算された値が水温データとして電子制御装置（ＥＣＵ）５に入力されて前記燃料として液体燃料（ガソリン）である第１燃料１１を用いた場合と同様に予め設定された運転プログラムにより処理されて吸気量、燃料噴射量などが算出され目標アイドル回転速度になるように電子スロットル装置９を制御して運転される。

従って、本実施の形態では、燃料として液体燃料（ガソリン）である第１燃料３を用いてエンジンを始動させて直後のアイドル運転状態から気体燃料（ＣＮＧ）である第２燃料４に切り替えた後は、水温センサ１０４からの水温データが実測値よりも低い水温のデータとして認識されて、目標アイドル回転速度が前記電気抵抗８２の抵抗分だけ上昇するので液体燃料（ガソリン）である第１燃料１１から気体燃料（ＣＮＧ）である第２燃料２１に切り替えたとしても従来のようにエンジン回転速度が低下することなく安定したアイドル回転制御を行うことができる。

図３は、本発明が適応されない従来の実施例についての目標アイドル回転速度とエンジン回転速度を示すチャートであり、液体燃料（ガソリン）である第１燃料から気体燃料（ＣＮＧ）である第２燃料に切り替えた際に、エンジン回転速度の低下がみられ、気体燃料（ＣＮＧ）である第２燃料から液体燃料（ガソリン）である第１燃料に切り替えた際にエンジン回転数の上昇がみられ、どちらの場合も回転数の安定性が損なわれている。

これに対して、本実施の形態では、図４に示す目標アイドル回転速度とエンジン回転速度を示すチャートから明らかなように、エンジンに供給される燃料が液体燃料（ガソリン）である第１燃料から気体燃料（ＣＮＧ）である第２燃料に切り替わると同時にリレーが切り替わり、前述のように水温センサ１０４からの水温データに電気抵抗２１の抵抗値が合算されて目標アイドル回転速度を上昇させることにより図３に示す従来例のようにエンジン回転速度の低下が生じることなく安定した回転を維持することが実証された。

図５は冷却水の温度と目標アイドル回転速度との関係図であり、冷却水の温度が低下すると目標アイドル回転速度が上昇する関係にある事を示す。また、図６は前記電気抵抗８２として使用可能なサーミスタの抵抗値と温度との関係を示すものであり、前記図５に示した冷却水の温度と目標アイドル回転速度の関係に基づいて前記第１燃料１１から第２燃料２１に切り替えたときの回転数の低下分だけ下降させる見かけのエンジン冷却水の温度を求め水温データをその温度に下降させるために必要な抵抗値を例えば図６に示す温度と抵抗値との関係から求めて、その値を有する電気抵抗８２を予め設定しておけばよい。

尚、本実施の形態では使用する燃料を切り替えたときに前記リレー８１が作動して水温センサ１０４からの水温データが電気抵抗８２の抵抗値を加えた値として電子制御装置（ＥＣＵ）５に出力されて目標回転速度を上昇させて安定した回転速度に制御する場合を示したが、使用する燃料を切り替えたときに前記リレー８１が作動して水温センサ１０４からの水温データが電気抵抗８２の抵抗値を差し引いた値として電子制御装置（ＥＣＵ）５に出力されて目標回転速度を下降させて安定した回転速度に制御することも可能である。

尚、本実施の形態では電気抵抗８２として前述のように使用する燃料の種類に応じて予め所定の抵抗値を有する固定抵抗を用いているが、電気抵抗８２を可変抵抗とすることにより、使用する燃料に応じて所望の抵抗値に設定することができるのできわめて便利である。

図７および図８は本発明の異なる実施の形態および更に異なる実施の形態についての目標回転速度とエンジン回転速度を示すチャートであり、システムの構成は図１に示す実施の形態と同様なものとして実施することができる。

そして、前記図４に示した実施の形態では燃料が第１燃料１１から第２燃料２１に切り替わったときにリレー８１が作動して水温センサ１０４からの水温データが電気抵抗８２の抵抗値を加えた値として目標アイドル回転速度を上昇させるように制御するものであるが、図７に示した実施の形態では燃料が第１燃料１１から第２燃料２１に切り替わったとき且つバイフューエルエンジンを搭載する車両の速度が所定速度を下回った場合に、図８に示した実施の形態では燃料が第１燃料１１から第２燃料２１に切り替わったとき且つ燃料噴射弁の噴射時間が所定噴射時間を下回った場合にリレー８１が作動して水温センサ１０４からの水温データが電気抵抗８２を加えた値として目標回転速度を上昇させるように制御するものである。

これらの実施の形態で、使用燃料である気体燃料（ＣＮＧ）からなる第２燃料２１の性質による影響が出易いエンジン回転が低回転のときにエンジン回転上昇制御を行うことにより安定した回転を得ることができるとともに、気体燃料（ＣＮＧ）からなる第２燃料２１に切り替わっても通常の運転時には作動させないことにより適切な運転制御と燃料の無駄な消費を防ぐことができるという利点を有している。

１ 燃料タンク、２ 燃料タンク、３ 吸気通路、４ 排気通路、５ 電子制御装置（ＥＣＵ）、６ 点火プラグ、７ 燃料切替装置、８ 入力回路、９ 電子スロットル装置、１１ 第１燃料、１２ 第１燃料供給管、１３ 第１燃料噴射弁、２１ 第２燃料、２２ 第２燃料供給管、２３ 第２燃料噴射弁、５１ 入力端子、８１ リレー、８２ 電気抵抗、８３ 入力端子、８４ａ 出力端子、８４ｂ 出力端子、１０１ 吸気管圧力センサ、１０２ エンジン回転検出センサ、１０３ スロットルセンサ、１０４ 水温センサ、１０５ 酸素センサ

Claims (4)

1. 性質の異なる２種類の燃料を燃料切替装置により切り替えて使用するバイフューエルエンジンにおいて、回転速度を水温センサにより検知したエンジン冷却水の水温データを含むエンジンにおける各種の検知装置から検知したデータを用いて電子制御装置により算出した目標回転速度に制御するバイフューエルエンジンの回転制御装置であって、前記水温センサと前記電子制御装置との間に接続されて前記水温センサにより検知したエンジン冷却水の水温データを前記電子制御装置に入力する入力回路に前記燃料切替装置からの切り替え信号で切り替わる２つの出力端子を有するリレーおよび前記リレーにおける出力端子の一方に接続された所定値の電気抵抗が直列に接続されており、前記使用する燃料を切り替えたときに前記リレーが作動して前記水温センサからの水温データが前記電気抵抗を加えた値として、または電気抵抗を差し引いた値として前記電子制御装置に出力されて目標回転速度を上昇または下降させて安定した回転速度に制御することを特徴とするバイフューエルエンジンの回転制御装置。
2. 燃料が切り替わり且つバイフューエルエンジンを搭載する車両の速度が所定速度を下回った場合に前記リレーが作動して前記水温センサからの水温データが前記電気抵抗を加えた値として目標回転速度を上昇させるように制御することを特徴とする請求項１記載のバイフューエルエンジンの回転制御装置。
3. 燃料が切り替わり且つ燃料噴射弁の噴射時間が所定噴射時間を下回った場合に前記リレーが作動して前記水温センサからの水温データが前記電気抵抗を加えた値として目標回転速度を上昇させるように制御することを特徴とする請求項１記載のバイフューエルエンジンの回転制御装置。
4. 前記電気抵抗が可変抵抗であることを特徴とする請求項１，２または３記載のバイフューエルエンジンの回転制御装置。
   
   

Images