JP2023046758A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インジェクタの詰まりを防止することを目的とする。【解決手段】本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、アクセル操作検出部１５によりアクセルオフが検出された場合に、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄおよび液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、一方のインジェクタによる燃料の噴射が停止した後に、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである他方のインジェクタから微量な燃料を噴射するように制御する制御部１６を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、気体燃料および液体燃料の２種類の燃料を使用可能な内燃機関の燃料噴射装置に関するものである。

従来から、気体燃料および液体燃料の２種類の燃料を使用可能なバイフューエル車両が知られている。特許文献１には、内燃機関に供給される燃料の種類を切換えるための燃料切換スイッチを備えたバイフューエル車両が開示されている。このようなバイフューエル車両では、運転者が燃料切換スイッチを介して選択した燃料が内燃機関に供給される。

特開２０１６－９８７２０号公報

一方、運転者が選択していない燃料は内燃機関に供給されないために使用される機会がない。例えば、運転者が使用する燃料として気体燃料を選択した場合、通常走行時において使用される燃料は気体燃料であり、液体燃料が使用される機会がない。逆に、運転者が使用する燃料として液体燃料を選択した場合、通常走行時において使用される燃料は液体燃料であり、気体燃料が使用される機会がない。

また、運転者が使用する燃料を選択しない場合であっても、燃費を向上させるために気体燃料が主に使用されることがあり、この場合には、液体燃料が使用される頻度が少なくなってしまう。したがって、使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタでは、内部に未使用の燃料が残ってしまい、詰まりが発生してしまうことがある。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、インジェクタの詰まりを防止することを目的とする。

本発明は、気体燃料および液体燃料の２種類の燃料を使用可能な内燃機関の燃料噴射装置であって、前記気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタと、前記液体燃料を噴射する液体燃料インジェクタと、運転者によるアクセル操作を検出するアクセル操作検出部と、前記アクセル操作検出部によりアクセルオフが検出された場合に、前記気体燃料インジェクタおよび前記液体燃料インジェクタのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、前記一方のインジェクタによる燃料の噴射が停止した後に、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである他方のインジェクタから微量な燃料を噴射するように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、インジェクタの詰まりを防止することができる。

図１は、バイフューエル車両の構成の一例を示す図である。 図２は、本実施例のＥＣＵによる処理の一例を示すフローチャートである。 図３は、変形例の処理に基づいたタイムチャートを示す図である。

本発明に係る実施形態では、気体燃料および液体燃料の２種類の燃料を使用可能なエンジン１１の燃料噴射装置であって、気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄと、液体燃料を噴射する液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄと、運転者によるアクセル操作を検出するアクセル操作検出部１５と、アクセル操作検出部１５によりアクセルオフが検出された場合に、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄおよび液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、一方のインジェクタによる燃料の噴射が停止した後に、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである他方のインジェクタから微量な燃料を噴射するように制御する制御部１６と、を有する。本実施形態によれば、使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタの詰まりを防止することができる。また、アクセルオフが検出された場合に、使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタから微量な燃料を噴射することで、車両の走行に影響を与えることなく、インジェクタの詰まりを防止することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置の実施例について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置を備えたバイフューエル車両１０の構成の一例を示す図である。なお、図１は、説明の便宜上、本開示の技術を説明するために簡略化したものであり、車両が通常備える構成については図示されていなくても備えているものとする。

本実施例のバイフューエル車両１０は、内燃機関としてのエンジン１１と、エンジン１１および関連機器を制御するＥＣＵ（Electrical Control Unit）１２とを備えている。エンジン１１は、気体燃料および液体燃料の２種類の燃料が切換えて供給されることで駆動する。気体燃料としては例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ）燃料を使用することができ、液体燃料としては例えばガソリン燃料を使用することができる。液体燃料は気体燃料に比べてエンジン始動性が高い。一方、気体燃料は液体燃料に比べて燃費性能に優れている。なお、本実施例のエンジン１１は４気筒である場合について説明するが、単気筒エンジンであってもよく、４気筒以外の多気筒エンジンであってもよい。

バイフューエル車両１０は、吸気系として、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、電子制御スロットルバルブ２３と、インテークマニホールド２４とを備えている。吸気管２２には、吸気流量を検出するＭＡＦセンサ２５と、吸気圧力を検出するＭＡＰセンサ２６とが配設されている。エアクリーナ２１で浄化された吸気は、吸気管２２を通してインテークマニホールド２４に流れ、インテークマニホールド２４から分岐してエンジン１１の各気筒に流入する。ＥＣＵ１２は、ＭＡＦセンサ２５およびＭＡＰセンサ２６により検出される情報に基づいて、電子制御スロットルバルブ２３を制御することにより、バイフューエル車両１０の運転状態等に応じて適切な吸気量がエンジン１１の各気筒に流入するように調整する。

バイフューエル車両１０は、燃料供給系として、気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄと、液体燃料を噴射する液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄとを備えている。気体燃料インジェクタ３１ａと液体燃料インジェクタ３２ａとが第１気筒のシリンダに向かって燃料を噴射し、気体燃料インジェクタ３１ｂと液体燃料インジェクタ３２ｂとが第２気筒のシリンダに向かって燃料を噴射し、気体燃料インジェクタ３１ｃと液体燃料インジェクタ３２ｃとが第３気筒のシリンダに向かって燃料を噴射し、気体燃料インジェクタ３１ｄと液体燃料インジェクタ３２ｄとが第４気筒のシリンダに向かって燃料を噴射する。

気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄから噴射された気体燃料は、吸気系から取り込まれた吸気と混合して混合気が生成され、生成された混合気がエンジン１１の各気筒のシリンダに流入する。同様に、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから噴射された液体燃料は、吸気系から取り込まれた吸気と混合して混合気が生成され、生成された混合気がエンジン１１の各気筒のシリンダに流入する。

また、エンジン１１は、各気筒に対応するイグニッションコイル３３ａ～３３ｄを備えている。イグニッションコイル３３ａ～３３ｄは、各気筒のシリンダに連通する燃焼室内に設けられた点火プラグに高電圧を付加する。点火プラグが点火することによって燃焼室内の混合気が着火して燃焼する。ＥＣＵ１２は、イグニッションコイル３３ａ～３３ｄが点火プラグに高電圧を付加するタイミングを制御することにより、点火プラグの点火時期を制御する。燃焼室内の混合気が燃焼することにより、エンジン１１の各気筒のシリンダ内でピストンが往復運動し、ピストンの往復運動がクランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の回転は変速機を介してドライブシャフトに伝達され、ドライブシャフトに接続する駆動輪が回転してバイフューエル車両１０が走行する。また、エンジン１１は、クランク軸の回転数を検出するクランク角センサ３４を備えている。ＥＣＵ１２は、クランク角センサ３４により検出された情報に基づいてエンジン回転数を算出する。

バイフューエル車両１０は、排気系として、排気マニホールド４１と、触媒を含む触媒コンバータ４２と、マフラー４３とを備えている。排気マニホールド４１と触媒コンバータ４２との間には排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出するＡＦセンサ４４が配設され、触媒コンバータ４２とマフラー４３との間には排気ガス中に酸素が含まれるか否かを検出するＯ₂センサ４５が配設される。各気筒の燃焼室で混合気が燃焼されることで生じた排気は、排気マニホールド４１に流れ、触媒コンバータ４２で浄化される。触媒コンバータ４２で浄化された排気は、マフラー４３で消音された後に排出される。ＥＣＵ１２は、ＡＦセンサ４４およびＯ₂センサ４５により検出される情報に基づいて混合気が理論空燃比になるように電子制御スロットルバルブ２３を制御する。

また、バイフューエル車両１０は、運転者が操作するアクセルペダル１３と、燃料切換スイッチ１４とを備えている。運転者がアクセルペダル１３を操作したときのアクセル操作の情報は、ＥＣＵ１２に送信される。燃料切換スイッチ１４は、運転者が気体燃料と液体燃料の何れかをエンジン１１に供給するかを選択するためのスイッチである。運転者により選択されている燃料切換スイッチ１４の情報は、ＥＣＵ１２に送信される。

また、ＥＣＵ１２は、アクセル操作検出部１５と、制御部１６とを有する。アクセル操作検出部１５と、制御部１６と、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄと、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄとにより内燃機関の燃料噴射装置を構成する。
アクセル操作検出部１５は、運転者がアクセルペダル１３を操作したときのアクセル操作を検出する。アクセル操作検出部１５は、運転者がアクセルペダル１３を操作したか否かを検出してもよく、運転者がアクセルペダル１３を操作したときの操作量（ストローク量）をリニアに検出してもよい。

制御部１６は、運転者により選択されている燃料切換スイッチ１４の情報に基づいて、エンジン１１に供給する燃料を気体燃料および液体燃料の何れかに切換える。具体的には、燃料切換スイッチ１４において気体燃料が選択されている場合には、制御部１６は気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄから噴射させる気体燃料の噴射時期と噴射量とを制御する。一方、燃料切換スイッチ１４において液体燃料が選択されている場合には、制御部１６は液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから噴射させる液体燃料の噴射時期と噴射量とを制御する。ただし、燃料切換スイッチ１４によらず、制御部１６は自らエンジン１１に供給する燃料を自動で選択することができる。例えば、制御部１６は、始動時には液体燃料によりエンジン１１を始動して、エンジン回転数が安定した後に、液体燃料から気体燃料に切換えるような制御をしてもよい。

上述したように構成されるバイフューエル車両１０では、気体燃料および液体燃料のうち使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタに詰まりが発生してしまう場合がある。本実施例に係るバイフューエル車両１０のＥＣＵ１２は、車両の走行に影響を与えることなく、インジェクタの詰まりを防止するように制御する。

以下、本実施例に係るＥＣＵ１２の処理の一例について図２のフローチャートを参照して説明する。図２のフローチャートは、エンジン１１が始動してから、ＥＣＵ１２に含まれるＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを定期的に実行することにより実現される。なお、図２では、燃料切換スイッチ１４に気体燃料が選択されているものとして説明する。

Ｓ１０では、ＥＣＵ１２は、通常のエンジン制御処理を行う。ここで、通常のエンジン制御処理とは、ＥＣＵ１２が各種センサにより検出された情報に基づいて、電子制御スロットルバルブ２３を制御して吸気量を調整したり、イグニッションコイル３３ａ～３３ｄが点火プラグに高電圧を付加するタイミングを制御したり、ＥＣＵ１２の制御部１６が気体燃料の噴射時期と噴射量とを制御したりすることで、エンジン１１のクランク軸をアクセル操作検出部１５により検出されたアクセル操作に応じた回転数でエンジン１１を駆動させる処理をいう。

Ｓ１１では、ＥＣＵ１２のアクセル操作検出部１５は、運転者がアクセルペダル１３を操作している状態からアクセルペダル１３を操作しないアクセルオフを検出したか否かを判定する。アクセルオフを検出した場合にはＳ１２に進み、アクセルオフを検出しない場合にはＳ１０に戻って通常のエンジン制御処理を行う。

Ｓ１２では、ＥＣＵ１２の制御部１６は、これまで燃料を噴射していた気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄからの気体燃料の噴射を停止する。また、ＥＣＵ１２は、各気筒の点火プラグを点火させないように、イグニッションコイル３３ａ～３３ｄを制御する。

Ｓ１３では、ＥＣＵ１２の制御部１６は、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄからの気体燃料の噴射を停止した後に、これまで燃料を噴射していなかった液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから微量な液体燃料を噴射する。ここで、微量とは、エンジン１１にトルクが発生しないような単位時間当たりの噴射量をいう。具体的に、微量とは、エンジン１１がアイドリング状態において液体燃料を噴射するときの単位時間当たりの噴射量以下であることが好ましい。このように、これまで燃料を噴射していなかった液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから微量な液体燃料を噴射することで、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄの詰まりを防止することができる。なお、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから微量な液体燃料を噴射するのは、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄからの気体燃料の噴射を停止した直後（１秒以内、好ましくは０．１秒以内）であることが好ましいが、後述する変形例のように液体燃料が噴射されるまでの時間を長くしてもよい。

液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから噴射された微量な液体燃料は、各気筒のシリンダ内に付着したり、各気筒の吸気ポートに付着したりする。このように付着した液体燃料は、次に点火プラグが点火したとき（後述するＳ１６における通常のエンジン制御処理）に燃焼される。

Ｓ１４では、ＥＣＵ１２の制御部１６は、Ｓ１３において液体燃料を噴射してから、噴射量の積算値が閾値を超えたか否かを判定する。噴射量の積算値が閾値を超えた場合にはＳ１５に進む。一方、噴射量の積算値が閾値を超えない場合にはＳ１３に戻り、ＥＣＵ１２の制御部１６は噴射量の積算値が閾値を超えるまで噴射を継続する。ここで、閾値を超えるまで液体燃料を噴射するのは、微量な液体燃料を噴射しただけでは液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄの詰まりを完全に解消できない場合があるためである。閾値は、予め実証試験により液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄと同タイプであって、詰まりが生じている液体燃料インジェクタから微量な液体燃料を噴射させて、詰まりが解消されたときの積算値に誤差を考慮した値を加算した値とすることができる。この閾値は、ＥＣＵ１２のメモリに予め記憶されている。

Ｓ１５では、ＥＣＵ１２の制御部１６は、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄからの液体燃料の噴射を停止する。このように閾値を超えた場合に液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄからの液体燃料の噴射を停止することで、液体燃料が不用に噴射されることを抑制することができる。

Ｓ１６では、ＥＣＵ１２は、通常のエンジン制御処理を行う。この処理は、Ｓ１０と同様の処理である。
なお、液体燃料を噴射してから、噴射量の積算値が閾値を超えるまでの間に、ＥＣＵ１２のアクセル操作検出部１５がアクセルオンを検出した場合には、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄからの液体燃料の噴射を直ちに停止してＳ１０に戻り、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄから気体燃料を噴射時期と噴射量とを制御しながら噴射させる。

このように本実施例では、アクセルオフが検出された場合に、これまで燃料を噴射していた気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄによる気体燃料の噴射を停止し、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄによる気体燃料の噴射を停止した後に、これまで燃料を噴射していなかった液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから微量な液体燃料を噴射する。したがって、使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタの詰まりを防止することができる。また、本実施例のように、アクセルオフのような運転者がトルクを要求しないタイミングで、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから微量な液体燃料を噴射することで、バイフューエル車両１０の走行に影響を与えることなく、インジェクタの詰まりを防止することができる。

また、本実施例では、微量な液体燃料として、トルクが発生しないような単位時間当たりの噴射量で液体燃料を噴射し、噴射量の積算値が閾値を超えるまで噴射を継続するように制御する。したがって、エンジン１１がトルクを確実に発生しないようにすることができる。また、積載値が閾値を超えるまで燃料の噴射を継続させることで、インジェクタの詰まりを確実に防止することができる。

（変形例）
上述した実施例では、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから噴射された液体燃料が各気筒のシリンダ内等に付着する場合について説明したが、この場合に限られない。ＥＣＵ１２の制御部１６は、気体燃料の噴射が停止した後に、理論空燃比よりもリーンな状態で、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから微量な液体燃料を噴射して、触媒コンバータ４２の触媒に供給してもよい。リーンな状態の液体燃料を触媒コンバータ４２の触媒に供給するために、バイフューエル車両１０は、吸気バルブまたは排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ）と、排気ガス還流装置（ＥＧＲ）とを備える。

具体的には、上述した図２のフローチャートのＳ１３において、ＥＣＵ１２の制御部１６が液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから微量な液体燃料を噴射しているときに、ＥＣＵ１２は電子制御スロットルバルブ２３を開いたり、排気ガス還流装置を駆動させたりして、吸気を取り込むことで液体燃料を理論空燃比よりもリーンな状態にする。更に、ＥＣＵ１２は可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ）を駆動させることで、液体燃料をシリンダ内等に付着させることなく、各気筒から排気マニホールド４１を通じて触媒コンバータ４２の触媒に供給する。このように、リーンな状態の液体燃料を触媒コンバータ４２の触媒に供給することで、液体燃料が触媒で燃焼する。
したがって、気体燃料の噴射が停止した後に液体燃料が噴射されるまでの時間を長くして、気体燃料および液体燃料の何れも噴射されない燃料カット状態が継続した場合であっても、触媒の温度低下を抑制することができる。

図３は、変形例の処理に基づいたタイムチャートを示す図である。図３（ａ）はアクセル操作のオンオフを示し、図３（ｂ）は燃料カット状態を示し、図３（ｃ）は気体燃料の噴射量を示し、図３（ｄ）は液体燃料の噴射量を示し、図３（ｅ）は液体燃料の積算値を示し、図３（ｆ）は空燃比を示している。
図３（ａ）に示すように通常のエンジン制御処理からアクセル操作がオフになることで、図３（ｃ）に示すように気体燃料の噴射量が０となる。その後、図３（ｂ）に示すように気体燃料と液体燃料とを何れも噴射されない燃料カット状態が継続する。所定時間の経過後に、図３（ｄ）および図３（ｅ）に示すように積算値が閾値を超えるまで微量な噴射量で液体燃料が噴射される。このとき、図３（ｆ）に示すように理論空燃比よりもリーンな状態にして液体燃料を触媒コンバータ４２の触媒に供給する。その後、図３（ｄ）および図３（ｅ）に示すように積算値が閾値を超えることで液体燃料の噴射量が０となる。図３（ａ）に示すように、アクセル操作がオンになることで、図３（ｃ）に示すように気体燃料が噴射されて、通常のエンジン制御処理に戻る。
このように変形例によれば、燃料をリーンな状態で噴射して、触媒に供給することにより燃料がカットされたときの触媒の温度低下を抑制することができる。

以上、本発明に係る実施例について説明したが、本発明は上述した実施例および変形例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上述した実施例および変形例では、アクセルオフが検出された場合に、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄによる気体燃料の噴射を停止し、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから微量な液体燃料を噴射する場合について説明したが、この場合に限られず、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄから気体燃料を噴射する場合と、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄから液体燃料を噴射する場合とが逆であってもよい。すなわち、制御部１６は、アクセルオフが検出された場合に、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄによる液体燃料の噴射を停止し、液体燃料インジェクタ３２ａ～３２ｄによる液体燃料の噴射を停止した後に、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄから微量な気体燃料を噴射するように制御してもよい。この場合には、気体燃料インジェクタ３１ａ～３１ｄの詰まりを防止することができる。

上述した実施例および変形例では、液体燃料として石油系燃料であるガソリンについて説明したが、この場合に限られず、重油、軽油、灯油等の石油系燃料であってもよく、アルコール類であってもよく、油脂類であってもよい。上述した実施例および変形例では、気体燃料としてＣＮＧについて説明したが、この場合に限られず、ＬＰＧ等であってもよい。

１０：バイフューエル車両 １１：エンジン（内燃機関） １２：ＥＣＵ １５：アクセル操作検出部 １６：制御部 ３１ａ～３１ｄ：気体燃料インジェクタ ３２ａ～３２ｄ：液体燃料インジェクタ ４２：触媒コンバータ

Claims (3)

1. 気体燃料および液体燃料の２種類の燃料を使用可能な内燃機関の燃料噴射装置であって、
   前記気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタと、
   前記液体燃料を噴射する液体燃料インジェクタと、
   運転者によるアクセル操作を検出するアクセル操作検出部と、
   前記アクセル操作検出部によりアクセルオフが検出された場合に、前記気体燃料インジェクタおよび前記液体燃料インジェクタのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、
   前記一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止した後に、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである他方のインジェクタから微量な燃料を噴射するように制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記制御部は、
   前記微量な燃料として、トルクが発生しないような単位時間当たりの噴射量で燃料を噴射し、噴射量の積算値が閾値を超えるまで噴射を継続するように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記内燃機関からの排気を浄化する触媒を備え、
   前記制御部は、
   前記アクセル操作検出部によりアクセルオフが検出された場合に、前記気体燃料インジェクタと前記液体燃料インジェクタのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである前記一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、
   前記一方のインジェクタによる燃料の噴射が停止した後に、理論空燃比よりもリーンな状態で、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである前記他方のインジェクタから微量な燃料を噴射して、前記触媒に供給するように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

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