JP3350909B2 - 内燃機関の燃料管理システムおよび気体燃料流量センサ - Google Patents
内燃機関の燃料管理システムおよび気体燃料流量センサInfo
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- F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
- F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
- F02D19/023—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に内燃機関の燃料
管理システムに関し、特に燃料源として気体燃料を用い
た内燃機関に使用される燃料管理システムおよび気体燃
料流量センサに関する。
管理システムに関し、特に燃料源として気体燃料を用い
た内燃機関に使用される燃料管理システムおよび気体燃
料流量センサに関する。
【０００２】
【従来技術】内燃機関を最適に動作させるために、例え
ば自動車に用いられる型式の最近の内燃機関では、内燃
機関の燃料チャージの空燃比を監視し、この空燃比を補
正して、所望の内燃機関性能を得るようにしている。燃
料を節約し、内燃機関からの放出物を低く押さえるため
には、空燃比の十分な監視が必要である。
ば自動車に用いられる型式の最近の内燃機関では、内燃
機関の燃料チャージの空燃比を監視し、この空燃比を補
正して、所望の内燃機関性能を得るようにしている。燃
料を節約し、内燃機関からの放出物を低く押さえるため
には、空燃比の十分な監視が必要である。
【０００３】最近の潮流として、内燃機関用燃料として
気体燃料を採用する傾向がある。この種の気体燃料とし
て、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）
及び液化石油ガス（ＬＰＧ）がある。気体燃料を用いる
利点は、放出物が少なくクリーンな燃焼、内燃機関の最
良のコールド発進及びこれらの豊富な効用による一層の
経済性が挙げられる。
気体燃料を採用する傾向がある。この種の気体燃料とし
て、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）
及び液化石油ガス（ＬＰＧ）がある。気体燃料を用いる
利点は、放出物が少なくクリーンな燃焼、内燃機関の最
良のコールド発進及びこれらの豊富な効用による一層の
経済性が挙げられる。
【０００４】気体燃料内燃機関の空燃比を監視するた
め、代表的には、一般的に空燃比または酸素センサとし
て知られている空燃比センサが、内燃機関からの排気ガ
ス流に露出配置されている。その空燃比センサは、排気
ガス流の酸素の量を示す制御回路に出力信号を与える。
排気ガス流中の酸素量は、内燃機関への燃料チャージの
空燃比を表す。
め、代表的には、一般的に空燃比または酸素センサとし
て知られている空燃比センサが、内燃機関からの排気ガ
ス流に露出配置されている。その空燃比センサは、排気
ガス流の酸素の量を示す制御回路に出力信号を与える。
排気ガス流中の酸素量は、内燃機関への燃料チャージの
空燃比を表す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】内燃機関の排気ガス流
中に空燃比センサを用いる不利点の一つは、空燃比セン
サが制御システムに空燃比を示すフイードバック信号を
与えるのみであるということにある。従って、内燃機関
の燃焼と、空燃比センサが排気ガス流中の酸素含有量を
決定し制御回路へその信号を与える時間との間に生ずる
遅れによって、特に内燃機関の動作状態を変化させてい
る間、最適の内燃機関動作状態よりも劣った状態がもた
らされる。
中に空燃比センサを用いる不利点の一つは、空燃比セン
サが制御システムに空燃比を示すフイードバック信号を
与えるのみであるということにある。従って、内燃機関
の燃焼と、空燃比センサが排気ガス流中の酸素含有量を
決定し制御回路へその信号を与える時間との間に生ずる
遅れによって、特に内燃機関の動作状態を変化させてい
る間、最適の内燃機関動作状態よりも劣った状態がもた
らされる。
【０００６】本発明の目的は、従来知られている装置の
上述の欠点を克服する気体燃料内燃機関の燃料管理シス
テムを提供することにある。
上述の欠点を克服する気体燃料内燃機関の燃料管理シス
テムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気吸入口、
気体燃料源、内燃燃焼室、気体燃料源と燃焼室とを流体
的に接続する燃料フロー手段、空気吸入口と燃焼室を流
体的に接続するエアフロー手段、燃焼室への可燃物混合
気を形成する気体および空気と、燃料フロー手段内に設
けられた、燃料フロー手段を通る燃料の流速を可変的に
制御するバルブ手段とを有する内燃機関と関連して用い
られる燃料管理システムである。
気体燃料源、内燃燃焼室、気体燃料源と燃焼室とを流体
的に接続する燃料フロー手段、空気吸入口と燃焼室を流
体的に接続するエアフロー手段、燃焼室への可燃物混合
気を形成する気体および空気と、燃料フロー手段内に設
けられた、燃料フロー手段を通る燃料の流速を可変的に
制御するバルブ手段とを有する内燃機関と関連して用い
られる燃料管理システムである。
【０００８】このシステムは、燃料フロー手段を通るガ
スフローの質量を測定し、これを表す燃料出力信号を発
生する手段、エアフロー手段を通るエアフローの質量を
測定し、これを表す空気出力信号を発生する手段、及び
燃料出力信号と空気出力信号とに応答して、空燃比を計
算し、計算空燃比と目標空燃比とを比較し、かつバルブ
手段を動作させるためにバルブ手段に出力信号を発生さ
せる制御回路手段を備え、上記空燃比を上記目標空燃比
に近似させるように構成されている。
スフローの質量を測定し、これを表す燃料出力信号を発
生する手段、エアフロー手段を通るエアフローの質量を
測定し、これを表す空気出力信号を発生する手段、及び
燃料出力信号と空気出力信号とに応答して、空燃比を計
算し、計算空燃比と目標空燃比とを比較し、かつバルブ
手段を動作させるためにバルブ手段に出力信号を発生さ
せる制御回路手段を備え、上記空燃比を上記目標空燃比
に近似させるように構成されている。
【０００９】
【作用】要約すると、本発明は、気体燃料源と内燃機関
との間に直列に、質量ガスフローセンサなどのガスフロ
ーセンサを備えている。この質量ガスフローセンサは、
制御回路に内燃機関に与えらる気体燃料の質量の割合を
示す出力信号を与える。
との間に直列に、質量ガスフローセンサなどのガスフロ
ーセンサを備えている。この質量ガスフローセンサは、
制御回路に内燃機関に与えらる気体燃料の質量の割合を
示す出力信号を与える。
【００１０】同様に、質量エアフローセンサは、内燃機
関の吸入口に対し直列に設けられる。この質量エアフロ
ーセンサは、また、内燃機関に導入された空気の質量の
割合を示す信号を制御回路に与える。
関の吸入口に対し直列に設けられる。この質量エアフロ
ーセンサは、また、内燃機関に導入された空気の質量の
割合を示す信号を制御回路に与える。
【００１１】制御回路は、マイクロプロセッサを基本と
したものであり、質量エアフローセンサと質量ガスフロ
ーセンサの両者から受け取った信号から空燃比を計算す
るアルゴリズムを有する。この制御回路は、内燃機関に
備えられた気体燃料の量を変化させ最適空燃比を得るた
めに、気体燃料源に対し直列に接続されたバルブすなわ
ちインジェクタ手段に出力信号を発生する。
したものであり、質量エアフローセンサと質量ガスフロ
ーセンサの両者から受け取った信号から空燃比を計算す
るアルゴリズムを有する。この制御回路は、内燃機関に
備えられた気体燃料の量を変化させ最適空燃比を得るた
めに、気体燃料源に対し直列に接続されたバルブすなわ
ちインジェクタ手段に出力信号を発生する。
【００１２】好ましくは、空燃比センサは、内燃機関か
らの排気ガス流に連通して設けられ、制御回路に対し、
内燃機関に設けられた燃料チャージの実空燃比を表す出
力信号を発生する。制御回路は、空燃比センサから決定
される実際の空燃比と計算された空燃比とを比較し、必
要なら、バルブ手段に適切な補償信号を発生し、計算さ
れた空燃比の値と実際の空燃比の値とをほぼ同一にす
る。
らの排気ガス流に連通して設けられ、制御回路に対し、
内燃機関に設けられた燃料チャージの実空燃比を表す出
力信号を発生する。制御回路は、空燃比センサから決定
される実際の空燃比と計算された空燃比とを比較し、必
要なら、バルブ手段に適切な補償信号を発生し、計算さ
れた空燃比の値と実際の空燃比の値とをほぼ同一にす
る。
【００１３】好ましくは、質量ガスフローセンサはホッ
トワイヤ質量ガスフローセンサを構成する。気体燃料の
燃焼温度以下にホットワイヤの温度を維持するために、
質量ガスフローセンサとともに、安全回路が設けられて
いる。
トワイヤ質量ガスフローセンサを構成する。気体燃料の
燃焼温度以下にホットワイヤの温度を維持するために、
質量ガスフローセンサとともに、安全回路が設けられて
いる。
【００１４】
【実施例】図１を参照する。図１には、吸入口１３を有
する内燃機関１２に使用する本発明の燃料管理システム
のブロック図が示されている。空気吸入口１６は、吸入
口１３に流体的に接続された混合室２０に、エアフロー
手段１８により流体的に接続されている。同様に、気体
燃料源２２は、混合室２０にガスフロー手段２４により
流体的に接続されている。次に、動作について説明す
る。空気吸入１６からの空気と燃料源２２からの気体燃
料は、内燃機関１２への導入及び燃焼に先だって混合室
２０で混合される。そして内燃機関１２は、排気２６を
経由して内燃機関燃焼生成物を排気する。
する内燃機関１２に使用する本発明の燃料管理システム
のブロック図が示されている。空気吸入口１６は、吸入
口１３に流体的に接続された混合室２０に、エアフロー
手段１８により流体的に接続されている。同様に、気体
燃料源２２は、混合室２０にガスフロー手段２４により
流体的に接続されている。次に、動作について説明す
る。空気吸入１６からの空気と燃料源２２からの気体燃
料は、内燃機関１２への導入及び燃焼に先だって混合室
２０で混合される。そして内燃機関１２は、排気２６を
経由して内燃機関燃焼生成物を排気する。
【００１５】異なる気体燃料を燃料源２２内に包含させ
ることができる。例えば、燃料源２２は、圧縮天然ガス
（ＣＮＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス
（ＬＰＧ）等を含むことができる。
ることができる。例えば、燃料源２２は、圧縮天然ガス
（ＣＮＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス
（ＬＰＧ）等を含むことができる。
【００１６】図１において、質量ガスフローセンサ３０
は、その詳細は後に述べるが、ガス源２２と混合室２０
の間に直列に設けられている。質量ガスフローセンサ３
０はガスフロー手段２４を通るガスフローの質量を示す
出力信号３２を、制御回路３４に、その結果として内燃
機関１２に与える。同様に、質量エアフローセンサ３６
は、空気吸入１６と混合室２０の間にエアフロー手段１
８に対して直列に流体的に接続されている。この質量エ
アフローセンサ３６は、混合室２０に質量エアフローを
示す出力信号３８を、制御回路３４に、その結果として
内燃機関１２に与える。
は、その詳細は後に述べるが、ガス源２２と混合室２０
の間に直列に設けられている。質量ガスフローセンサ３
０はガスフロー手段２４を通るガスフローの質量を示す
出力信号３２を、制御回路３４に、その結果として内燃
機関１２に与える。同様に、質量エアフローセンサ３６
は、空気吸入１６と混合室２０の間にエアフロー手段１
８に対して直列に流体的に接続されている。この質量エ
アフローセンサ３６は、混合室２０に質量エアフローを
示す出力信号３８を、制御回路３４に、その結果として
内燃機関１２に与える。
【００１７】制御バルブ手段４０もまた、ガスフロー手
段２４に対して直列に接続され、燃料源２２から混合室
２０へのガスフローの割合を可変的に制御する。制御回
路３４は、可変バルブ手段４０に電気的に接続された出
力４２を含み、最適内燃機関性能を得るために、燃料源
２２から混合室２０へのガスの流速を変化させる。
段２４に対して直列に接続され、燃料源２２から混合室
２０へのガスフローの割合を可変的に制御する。制御回
路３４は、可変バルブ手段４０に電気的に接続された出
力４２を含み、最適内燃機関性能を得るために、燃料源
２２から混合室２０へのガスの流速を変化させる。
【００１８】図１をさらに参照する。空燃比センサ４４
は、内燃機関１２からの排気ガス流と流体的に連通して
いる。空燃比センサ４４は、制御回路３４に、内燃機関
１２からの排気ガス流２６の実際の空燃比を示す出力信
号４６を与える。空燃比センサ４４の目的について、次
に説明する。
は、内燃機関１２からの排気ガス流と流体的に連通して
いる。空燃比センサ４４は、制御回路３４に、内燃機関
１２からの排気ガス流２６の実際の空燃比を示す出力信
号４６を与える。空燃比センサ４４の目的について、次
に説明する。
【００１９】さて図２には、本発明の燃料管理システム
１０の応用例が示されている。図２の実施例において、
混合室２０は取り除かれ、代わりに、エアフロー手段１
８が内燃機関１２の吸入１３に直接接続されている。さ
らに、可変バルブまたは気体燃料インジェクタ５０が、
ガスフロー手段２４に対して直列に接続され、内燃機関
１２への気体燃料の量を可変的に制御する。好ましく
は、１個のバルブ５０は内燃機関の各燃焼室に対して関
連づけられて設けられている。前述したように、制御回
路３４からの出力４２は、バルブまたはインジェクタ５
０の開口と内燃機関１２に与える燃料の量を、可変的に
制御する。その他のすべての点に関して、第２図のシス
テムは第１図のシステムと同一である。従って、簡潔さ
のために、繰り返し説明しない。
１０の応用例が示されている。図２の実施例において、
混合室２０は取り除かれ、代わりに、エアフロー手段１
８が内燃機関１２の吸入１３に直接接続されている。さ
らに、可変バルブまたは気体燃料インジェクタ５０が、
ガスフロー手段２４に対して直列に接続され、内燃機関
１２への気体燃料の量を可変的に制御する。好ましく
は、１個のバルブ５０は内燃機関の各燃焼室に対して関
連づけられて設けられている。前述したように、制御回
路３４からの出力４２は、バルブまたはインジェクタ５
０の開口と内燃機関１２に与える燃料の量を、可変的に
制御する。その他のすべての点に関して、第２図のシス
テムは第１図のシステムと同一である。従って、簡潔さ
のために、繰り返し説明しない。
【００２０】図３を参照する。図３には、本発明の燃料
管理システム１０の応用例がさらに示されている。バル
ブ５０の代わりに、可変気体燃料インジェクタ５２が、
ガスフロー手段２４に対して直列に流体的に接続されて
いる。気体インジェクタ５２は、内燃機関１２の吸入１
３のすぐ上流でエアフロー手段１８に接続されている。
管理システム１０の応用例がさらに示されている。バル
ブ５０の代わりに、可変気体燃料インジェクタ５２が、
ガスフロー手段２４に対して直列に流体的に接続されて
いる。気体インジェクタ５２は、内燃機関１２の吸入１
３のすぐ上流でエアフロー手段１８に接続されている。
【００２１】その結果、インジェクタ５２からの気体は
内燃機関吸入口１３への誘引に先立って吸入口１６を通
して誘引された空気を混合する。前述したように、制御
回路３４からの出力４２は、インジェクタ５２の動作を
制御し、内燃機関１２に与える燃料の量を変化させる。
内燃機関吸入口１３への誘引に先立って吸入口１６を通
して誘引された空気を混合する。前述したように、制御
回路３４からの出力４２は、インジェクタ５２の動作を
制御し、内燃機関１２に与える燃料の量を変化させる。
【００２２】図４及び図５を参照する。これらの図に
は、質量ガスフローセンサ３０の好ましい実施例が示さ
れている。このセンサは、入口端６２と出口端６４を有
する細長い管状の円筒ハウジング６０を有する。好まし
くは、流れストレイトナ６６が、ハウジング６０を通る
乱流を最小にするために、ハウジング６０の入口端６２
に設けられている。
は、質量ガスフローセンサ３０の好ましい実施例が示さ
れている。このセンサは、入口端６２と出口端６４を有
する細長い管状の円筒ハウジング６０を有する。好まし
くは、流れストレイトナ６６が、ハウジング６０を通る
乱流を最小にするために、ハウジング６０の入口端６２
に設けられている。
【００２３】バイパス管６８がハウジング６０の内部に
含まれており、管６８とハウジング６０の長手軸は互い
にほぼ平行になっている。その結果、ハウジング６０を
通る流れの一部もバイパス管６８を通して流れる。
含まれており、管６８とハウジング６０の長手軸は互い
にほぼ平行になっている。その結果、ハウジング６０を
通る流れの一部もバイパス管６８を通して流れる。
【００２４】ガスフローセンサ３０はホットワイヤ質量
ガスフローセンサである。ホットワイヤ７０及びコール
ドワイヤ７２の両者がバイパス管６８内に配置され、ホ
ットワイヤ７０及びコールドワイヤ７２の両者は、バイ
パス管６８を通してガスフローにさらされている。コー
ルドワイヤ７２は、ハウジング６０を通るガスフローの
雰囲気温度を示す出力信号を与え、ホットワイヤ７０を
雰囲気温度以上の実質的に一定の温度に維持する。その
高められた温度とより高いガス流速にホットワイヤ７０
を維持するために、より一層大きな電流が必要であり、
ホットワイヤ７０にかかる電圧は、フローメータ３０を
通る質量ガスフローを示す信号を与える。
ガスフローセンサである。ホットワイヤ７０及びコール
ドワイヤ７２の両者がバイパス管６８内に配置され、ホ
ットワイヤ７０及びコールドワイヤ７２の両者は、バイ
パス管６８を通してガスフローにさらされている。コー
ルドワイヤ７２は、ハウジング６０を通るガスフローの
雰囲気温度を示す出力信号を与え、ホットワイヤ７０を
雰囲気温度以上の実質的に一定の温度に維持する。その
高められた温度とより高いガス流速にホットワイヤ７０
を維持するために、より一層大きな電流が必要であり、
ホットワイヤ７０にかかる電圧は、フローメータ３０を
通る質量ガスフローを示す信号を与える。
【００２５】バイパス管６８の設計に当たって、気体の
乱流をできる限り最小にすることが望ましい。特に、ホ
ットワイヤセンサとバイパス管の最適な直径と距離との
比を約１．５にすべきである。その比が１．０以下であ
るときは、プローブは入り口に接近しすぎて、流れが非
層流になる。その結果として、比が２．０以上であると
きは、バイパス管６８の内壁にぶつかる二次空気によっ
て乱れが生じる。
乱流をできる限り最小にすることが望ましい。特に、ホ
ットワイヤセンサとバイパス管の最適な直径と距離との
比を約１．５にすべきである。その比が１．０以下であ
るときは、プローブは入り口に接近しすぎて、流れが非
層流になる。その結果として、比が２．０以上であると
きは、バイパス管６８の内壁にぶつかる二次空気によっ
て乱れが生じる。
【００２６】また、レイノルド数（ＲE)は２，３００よ
り大きくすべきである。レイノルド数は、次のように定
義される。
り大きくすべきである。レイノルド数は、次のように定
義される。
【００２７】ＲE ＝ Ｕ × Ｄ / Ｖ ここで、Ｕはガス速度、Ｄはバイパス管６８の直径、Ｖ
は使用されるガスの粘度である。
は使用されるガスの粘度である。
【００２８】図６において、質量ガスフローセンサ３０
に使用される電子回路７６が示されている。電子回路７
６は、通常の演算増幅器７８、８０及び９０を含み、ホ
ットワイヤ７０を通して電流を表す出力９２で電圧信号
を与える。このような回路は、ホットワイヤ質量ガスフ
ローセンサ用としては標準のものであり、さらに説明す
ることは不必要であろう。
に使用される電子回路７６が示されている。電子回路７
６は、通常の演算増幅器７８、８０及び９０を含み、ホ
ットワイヤ７０を通して電流を表す出力９２で電圧信号
を与える。このような回路は、ホットワイヤ質量ガスフ
ローセンサ用としては標準のものであり、さらに説明す
ることは不必要であろう。
【００２９】さらに図６を参照する。ホットワイヤ７０
の温度を気体燃料の引火温度より低く維持することは重
要である。さもなければ、爆発が生ずる。例えば、メタ
ンのような気体燃料の最低引火温度は約６３０℃である
ので、気体燃料の引火を防止するためにはホットワイヤ
７０は約５５０℃の温度限界とすれば十分である。さら
にまた、ホットワイヤ７０の温度はホットワイヤ７０に
かかる電圧降下に従って増加するので、ホットワイヤ７
０にかかる電圧降下を予め設定された量より小さく、例
えば５ボルトに維持し、ホットワイヤ７０の温度を燃料
の引火温度より低く維持すれば十分である。
の温度を気体燃料の引火温度より低く維持することは重
要である。さもなければ、爆発が生ずる。例えば、メタ
ンのような気体燃料の最低引火温度は約６３０℃である
ので、気体燃料の引火を防止するためにはホットワイヤ
７０は約５５０℃の温度限界とすれば十分である。さら
にまた、ホットワイヤ７０の温度はホットワイヤ７０に
かかる電圧降下に従って増加するので、ホットワイヤ７
０にかかる電圧降下を予め設定された量より小さく、例
えば５ボルトに維持し、ホットワイヤ７０の温度を燃料
の引火温度より低く維持すれば十分である。
【００３０】ホットワイヤ７０にかかる電圧降下を制限
するために、回路７６は、バイアス抵抗９８を通してバ
イアス電圧に接続された１つの入力９６を有する演算増
幅器９４とホットワイヤ７０の電圧に接続された第２の
入力１００を有する。演算増幅器９４からの出力はトラ
ンジスタ１０２を制御するために用いられる。このトラ
ンジスタ１０２は、第２のトランジスタ１０４を経由し
てホットワイヤ７０に電流を与える。
するために、回路７６は、バイアス抵抗９８を通してバ
イアス電圧に接続された１つの入力９６を有する演算増
幅器９４とホットワイヤ７０の電圧に接続された第２の
入力１００を有する。演算増幅器９４からの出力はトラ
ンジスタ１０２を制御するために用いられる。このトラ
ンジスタ１０２は、第２のトランジスタ１０４を経由し
てホットワイヤ７０に電流を与える。
【００３１】次に、その動作について説明する。故障の
場合、ホットワイヤ７０の一方側の接地に対する電圧Ｖ
1が演算増幅器９４の入力９６のしきい値を越えるとき
はいつも、演算増幅器９４がトランジスタ１０２を制御
し、ホットワイヤ７０への電流を制限する。この様式で
は、ホットワイヤ７０への電圧は、演算増幅器９４から
の入力９６の電圧によってしきい値ＶTHに制限される。
場合、ホットワイヤ７０の一方側の接地に対する電圧Ｖ
1が演算増幅器９４の入力９６のしきい値を越えるとき
はいつも、演算増幅器９４がトランジスタ１０２を制御
し、ホットワイヤ７０への電流を制限する。この様式で
は、ホットワイヤ７０への電圧は、演算増幅器９４から
の入力９６の電圧によってしきい値ＶTHに制限される。
【００３２】図７に、本発明の燃料管理システムの操作
のフローチャートが示されている。ステップ１１０で、
マイクロプロセッサベースである制御回路は、質量ガス
フローセンサ３０からの気体燃料出力信号ＭG、同様に、
質量エアフローセンサ３６からの空気出力信号ＭAを読
む。またステップ１１０は、空燃比センサ４４で決定さ
れた実際の空燃比の平均値を回復し、この値をＡ/ＦAV
として割り当てる。
のフローチャートが示されている。ステップ１１０で、
マイクロプロセッサベースである制御回路は、質量ガス
フローセンサ３０からの気体燃料出力信号ＭG、同様に、
質量エアフローセンサ３６からの空気出力信号ＭAを読
む。またステップ１１０は、空燃比センサ４４で決定さ
れた実際の空燃比の平均値を回復し、この値をＡ/ＦAV
として割り当てる。
【００３３】ステップ１１０は、センサ自己較正ルーチ
ン１１２を反復して呼び、このルーチンは内部テーブル
を活用するもので、操作上一般的なものであるのでさら
に説明することは不必要であろう。同様に、センサ診断
ルーチン１１４は、ステップ１１０から反復して呼ばれ
る。この診断ルーチンについて、次に詳細に説明する。
ン１１２を反復して呼び、このルーチンは内部テーブル
を活用するもので、操作上一般的なものであるのでさら
に説明することは不必要であろう。同様に、センサ診断
ルーチン１１４は、ステップ１１０から反復して呼ばれ
る。この診断ルーチンについて、次に詳細に説明する。
【００３４】ステップ１１０で、Ａ/ＦAV値と同様に、
センサ３６及び３０からの信号で決定された後、ステッ
プ１１０はステップ１１６に分岐し、このステップ１１
６で計算された空燃比は次の式に基づいてアルゴリズム
により決定される。
センサ３６及び３０からの信号で決定された後、ステッ
プ１１０はステップ１１６に分岐し、このステップ１１
６で計算された空燃比は次の式に基づいてアルゴリズム
により決定される。
【００３５】Ａ/ＦCALC ＝ ＭA / ＭG ステップ１１６はステップ１１７に分岐する、このステ
ップ１１７で前に確立された値ＡＦAVと空燃比Ａ/Ｆ
CALCに許容値ＴＯＬをプラスまたはマイナスして計算さ
れた値と比較される。計算された空燃比の値がＡＦCALC
プラスまたはマイナスＴＯＬ以内のときは、ステップ１
１７はステップ１１９に分岐する、このステップ１１９
は計算された空燃比ＡＦCALCを目標空燃噴射値ＡＦINJ
に割り当てる。
ップ１１７で前に確立された値ＡＦAVと空燃比Ａ/Ｆ
CALCに許容値ＴＯＬをプラスまたはマイナスして計算さ
れた値と比較される。計算された空燃比の値がＡＦCALC
プラスまたはマイナスＴＯＬ以内のときは、ステップ１
１７はステップ１１９に分岐する、このステップ１１９
は計算された空燃比ＡＦCALCを目標空燃噴射値ＡＦINJ
に割り当てる。
【００３６】反対に、ＡＦAV値が計算された空燃比ＡＦ
CALCプラスまたはマイナスＴＯＬ以内でないときは、ス
テップ１１７はステップ１２１に分岐し、このステップ
１２１は計算された空燃比ＡＦCALCがＡＦAVの一定の範
囲以内、例えば１０％であるかどうかを決定する。この
一定範囲は、勿論、ステップ１１７の値ＴＯＬによって
設定された範囲より大きい。
CALCプラスまたはマイナスＴＯＬ以内でないときは、ス
テップ１１７はステップ１２１に分岐し、このステップ
１２１は計算された空燃比ＡＦCALCがＡＦAVの一定の範
囲以内、例えば１０％であるかどうかを決定する。この
一定範囲は、勿論、ステップ１１７の値ＴＯＬによって
設定された範囲より大きい。
【００３７】ステップ１２１において、ＡＦCALC値が、
所定の範囲外のときは、ステップ１２１はステップ１１
４に分岐し、このステップ１１４は後に述べる診断を行
う。
所定の範囲外のときは、ステップ１２１はステップ１１
４に分岐し、このステップ１１４は後に述べる診断を行
う。
【００３８】反対に、ＡＦCALC値が、先の値ＡＦAVにプ
ラスまたはマイナスの一定範囲のときは、ステップ１２
１はステップ１２３を代わりに分岐し、このステップ１
２３は、目標空燃比値ＡＦINJを、計算された空燃比Ａ
ＦCALCと、ＡＦAVとＡＦCALCの重み付け関数である補償
ファクタＣＲとの和に設定する。
ラスまたはマイナスの一定範囲のときは、ステップ１２
１はステップ１２３を代わりに分岐し、このステップ１
２３は、目標空燃比値ＡＦINJを、計算された空燃比Ａ
ＦCALCと、ＡＦAVとＡＦCALCの重み付け関数である補償
ファクタＣＲとの和に設定する。
【００３９】内燃機関１２が噴射バルブを使用するとき
は、ステップ１１９またはステップ１２３はステップ１
１８に分岐し、このステップ１１８は目標空燃比Ａ/Ｆ
INJを得るために必要な燃料インジェクタ用のデュテイ
サイクル算定数値を設定する。反対に、リニアバルブが
内燃機関への燃料フローを制御するために使用されると
きは、ステップ１１９またはステップ１２３は代わりに
ステップ１１８’に分岐し、このステップ１１８’でリ
ニアバルブ開口算定数値がＡ/ＦINJを得るために実行さ
れる。ステップ１１８またはステップ１１８’はステッ
プ１２０に分岐し、このステップ１２０はインジェクタ
及び/またはバルブに線４２を介して適切な出力信号を
出力する。
は、ステップ１１９またはステップ１２３はステップ１
１８に分岐し、このステップ１１８は目標空燃比Ａ/Ｆ
INJを得るために必要な燃料インジェクタ用のデュテイ
サイクル算定数値を設定する。反対に、リニアバルブが
内燃機関への燃料フローを制御するために使用されると
きは、ステップ１１９またはステップ１２３は代わりに
ステップ１１８’に分岐し、このステップ１１８’でリ
ニアバルブ開口算定数値がＡ/ＦINJを得るために実行さ
れる。ステップ１１８またはステップ１１８’はステッ
プ１２０に分岐し、このステップ１２０はインジェクタ
及び/またはバルブに線４２を介して適切な出力信号を
出力する。
【００４０】そしてステップ１２０はステップ１２２に
分岐し、このステップ１２２は空燃比センサ４４からの
値を読む。ステップ１２２はステップ１２４に分岐し、
このステップ１２４は平均測定空燃比Ａ/ＦAVを計算
し、そしてステップ１１０に分岐し、上記プロセスが繰
り返される。
分岐し、このステップ１２２は空燃比センサ４４からの
値を読む。ステップ１２２はステップ１２４に分岐し、
このステップ１２４は平均測定空燃比Ａ/ＦAVを計算
し、そしてステップ１１０に分岐し、上記プロセスが繰
り返される。
【００４１】ガスフローセンサ３０用診断ルーチンが第
８図に示されている。ステップ１２６において、プログ
ラムは、Ｖ0、Ｖ1、ＲＰＭおよびＴＰＳの値を読む。ここ
で、Ｖ0はガスセンサ回路の出力９２（第６図）の出力
電圧に等しい。Ｖ１はホットワイヤ７０からの電圧、Ｒ
ＰＭは内燃機関の１分当たりの回転数、ＴＰＳはスロッ
トル位置センサからの信号である。ステップ１２６は、
その後、ステップ１２８に分岐する。
８図に示されている。ステップ１２６において、プログ
ラムは、Ｖ0、Ｖ1、ＲＰＭおよびＴＰＳの値を読む。ここ
で、Ｖ0はガスセンサ回路の出力９２（第６図）の出力
電圧に等しい。Ｖ１はホットワイヤ７０からの電圧、Ｒ
ＰＭは内燃機関の１分当たりの回転数、ＴＰＳはスロッ
トル位置センサからの信号である。ステップ１２６は、
その後、ステップ１２８に分岐する。
【００４２】ステップ１２８では、ＲＰＭ信号としきい
値ＲＰＭＴＨとを比較して内燃機関のクランクが回され
たかあるいは回転中であるかを決定する。信号ＲＰＭが
しきい値ＲＰＭＴＨより小さいときは、ステップ１２８
はステップ１２９に直ちに分岐し、診断ルーチンから戻
る。さもなければ、ステップ１２８はステップ１３０に
分岐する。
値ＲＰＭＴＨとを比較して内燃機関のクランクが回され
たかあるいは回転中であるかを決定する。信号ＲＰＭが
しきい値ＲＰＭＴＨより小さいときは、ステップ１２８
はステップ１２９に直ちに分岐し、診断ルーチンから戻
る。さもなければ、ステップ１２８はステップ１３０に
分岐する。
【００４３】ステップ１３０では、内燃機関が既に回転
中のときは、モジュールからの出力電圧Ｖ０が、ゼロプ
ラスまたはマイナス＋許容値（ＴＯＬ）と比較される。
電圧Ｖ０がゼロの値のときは、故障の可能性を示す。電
圧Ｖ０がゼロより大きいときは、ステップ１３０はステ
ップ１３２に分岐する。ステップ１３２では、アルゴリ
ズムはホットワイヤ電圧Ｖ１と予め設定された定数しき
い値ＶＴＨ（第６図）とを比較する。ホットワイヤ電圧
Ｖ１が定数しきい値ＶＴＨに等しいときは、センサ回路
の故障またはコールドワイヤ７２の不能を示す。反対
に、ホットワイヤ電圧Ｖ１がしきい値ＶＴＨより小さい
ときは、ステップ１３２はガスフローセンサの正常操作
を示すステップ１３４に分岐する。そしてステップ１３
４はステップ１２９に分岐し、診断ルーチンから出る。
中のときは、モジュールからの出力電圧Ｖ０が、ゼロプ
ラスまたはマイナス＋許容値（ＴＯＬ）と比較される。
電圧Ｖ０がゼロの値のときは、故障の可能性を示す。電
圧Ｖ０がゼロより大きいときは、ステップ１３０はステ
ップ１３２に分岐する。ステップ１３２では、アルゴリ
ズムはホットワイヤ電圧Ｖ１と予め設定された定数しき
い値ＶＴＨ（第６図）とを比較する。ホットワイヤ電圧
Ｖ１が定数しきい値ＶＴＨに等しいときは、センサ回路
の故障またはコールドワイヤ７２の不能を示す。反対
に、ホットワイヤ電圧Ｖ１がしきい値ＶＴＨより小さい
ときは、ステップ１３２はガスフローセンサの正常操作
を示すステップ１３４に分岐する。そしてステップ１３
４はステップ１２９に分岐し、診断ルーチンから出る。
【００４４】ステップ１３０において、モジュールから
の出力電圧がゼロに等しいときは、ステップ１３０はス
テップ１３６に分岐し、このステップ１３６はＴＰＳ信
号を検査することによってスロットルが開であるかどう
かを決定する。もし、そうでないときには、減速または
アイドリングを示し、ステップ１３６はステップ１３２
に分岐する。反対にモジュールからの出力電圧Ｖ0がゼ
ロに等しくスロットル位置が開のときは、ホットワイヤ
の故障あるいは他の回路故障を示し、ステップ１３６は
ステップ１３７に分岐する。ステップ１３７において、
ホットワイヤセンサの不能及び／または回路不能を示す
フラグが設定され、そしてステップ１３７はステップ１
３８に分岐する。ステップ１３８で診断ルーチンは、車
両をサービスセンタに持っていかせるため、車両の限定
動作を許容する「リンプモード」に入る。典型的には、
リンプモードでは、マイクロプロセッサはセンサから決
定されたデータよりむしろ検索テーブルからのデータを
使用し、車両の動作を制御する。その後、ステップ１３
８はステップ１４０に分岐し、故障車両のオペレータに
警告し、ステップ１２９を経由して戻る。
の出力電圧がゼロに等しいときは、ステップ１３０はス
テップ１３６に分岐し、このステップ１３６はＴＰＳ信
号を検査することによってスロットルが開であるかどう
かを決定する。もし、そうでないときには、減速または
アイドリングを示し、ステップ１３６はステップ１３２
に分岐する。反対にモジュールからの出力電圧Ｖ0がゼ
ロに等しくスロットル位置が開のときは、ホットワイヤ
の故障あるいは他の回路故障を示し、ステップ１３６は
ステップ１３７に分岐する。ステップ１３７において、
ホットワイヤセンサの不能及び／または回路不能を示す
フラグが設定され、そしてステップ１３７はステップ１
３８に分岐する。ステップ１３８で診断ルーチンは、車
両をサービスセンタに持っていかせるため、車両の限定
動作を許容する「リンプモード」に入る。典型的には、
リンプモードでは、マイクロプロセッサはセンサから決
定されたデータよりむしろ検索テーブルからのデータを
使用し、車両の動作を制御する。その後、ステップ１３
８はステップ１４０に分岐し、故障車両のオペレータに
警告し、ステップ１２９を経由して戻る。
【００４５】モジュールからの出力信号Ｖ0がゼロより
大きく、かつＶ１が予め設定された量ＶTHに等しい場合
には、ステップ１３２はステップ１４２に分岐する。こ
のステップ１４２は、コールドワイヤが、故障であるか
その回路網の他の内部故障があること示すフラグを設定
する。そしてステップ１４２はステップ１３８に分岐
し、このステップ１３８では、前述したように、内燃機
関は「リンプモード」に入り、ドライバーはステップ１
４０により警告を受け、ステップ１２９で診断ルーチン
から出る。気体燃料の燃焼を防止するための特別の設備
も製作される。
大きく、かつＶ１が予め設定された量ＶTHに等しい場合
には、ステップ１３２はステップ１４２に分岐する。こ
のステップ１４２は、コールドワイヤが、故障であるか
その回路網の他の内部故障があること示すフラグを設定
する。そしてステップ１４２はステップ１３８に分岐
し、このステップ１３８では、前述したように、内燃機
関は「リンプモード」に入り、ドライバーはステップ１
４０により警告を受け、ステップ１２９で診断ルーチン
から出る。気体燃料の燃焼を防止するための特別の設備
も製作される。
【００４６】
【発明の効果】上述したように、本発明によって、燃料
源として気体燃料を使用した内燃機関の新規な安全な制
御システムと安全な燃料流量センサが得られる。
源として気体燃料を使用した内燃機関の新規な安全な制
御システムと安全な燃料流量センサが得られる。
【図１】本発明の好適な実施例を示す概略図である。
【図２】第１図と同様な図であるが、その応用を示して
いる。
いる。
【図３】第１図と同様な図であるが、さらにその他の応
用を示している。
用を示している。
【図４】質量ガスフローセンサの好適な実施例を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図５】第４図の線５ー５に沿って切り取られた図であ
る。
る。
【図６】質量ガスフローセンサの電子部の回路図であ
る。
る。
【図７】本発明の好適な実施例の操作を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図８】質量ガスフローセンサの診断ルーチンを示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
１０ 燃料管理システム １２ 内燃機関
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−89967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−229327（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 21/02 311 F02M 21/02 F02D 41/14 310 F02D 45/00 366
Claims (4)
- 【請求項１】気体燃料源と内燃燃焼室とを流体的に接続
する気体燃料フロー手段と、空気吸入口と前記内燃燃焼
室を流体的に接続するエアフロー手段と、前記燃料フロ
ー手段内に設けられ燃料流量を制御するバルブ手段と、
前記燃料フロー手段を通る気体燃料流量を測定するホッ
トワイヤ方式の流量信号発生手段と、前記エアフロー手
段を通る空気流量を測定する空気流量信号発生手段と、
前記測定された燃料流量信号と空気流量信号から演算し
た空燃比とあらかじめ定められた目標空燃比とを比較し
前記目標空燃比になるように前記バルブ手段を制御する
制御回路手段とを備えた内燃機関の燃料管理システムに
おいて、前記気体燃料流量を測定するホットワイヤ方式
の流量信号発生手段に、前記気体燃料の引火温度に対応
する電位よりも低く設定された電位と気体燃料の流量を
測定するためのホットワイヤの電位との比較手段と、前
記比較手段において前記ホットワイヤの電位が前記設定
された電位を越えるとき前記ホットワイヤに流れる電流
を制限しホットワイヤの電位を前記設定された値以下に
保持する電流制限手段とを備えたことを特徴とする内燃
機関の燃料管理システム。 - 【請求項２】 請求項１において、ホットワイヤ方式の流
量信号発生手段は、前記内燃機関が予め定めた回転数以
上の運転時に前記気体燃料流量信号発生手段の出力電圧
が零または許容誤差以下でかつスロットル弁が開である
とき前記ホットワイヤの内部故障とする診断手段と、前
記診断結果によるリンプモード検索手段とを備えたこと
を特徴とする内燃機関の燃料管理システム。 - 【請求項３】 請求項１において、ホットワイヤ方式の流
量信号発生手段は、前記内燃機関が予め定めた回転数以
上の運転時に前記流量信号発生手段の出力電圧が零また
は許容誤差以上でかつ気体燃料流量を測定するためのホ
ットワイヤの電位が設定された電位に一定になったとき
コールドワイヤの内部故障とする診断手段と、前記診断
結果によるリンプモード検索手段とを備えたことを特徴
とする内燃機関の燃料管理システム。 - 【請求項４】 ホットワイヤ方式の気体燃料流量センサに
おいて、前記気体燃料の引火点温度に対応する電位より
も低く設定された電位と気体燃料の流量を測定するため
のホットワイヤの電位との比較手段と、前記比較手段に
おいて前記ホットワイヤの電位が前記設定された電位を
越えるとき前記ホットワイヤに流れる電流を制限しホッ
トワイヤの電位を前記設定された値以下に保持する電流
制限手段と、前記内燃機関が予め定めた回転数以上であ
って前記ホットワイヤ方式の気体燃料流量センサの出力
電圧が零または許容誤差よりも大きいときにホットワイ
ヤの電位が設定された電位に一定になったとき前記セン
サのコールドワイヤの内部故障とする診断手段と、前記
内燃機関が予め定めた回転数以上であって前記センサの
出力電圧が零または許容誤差以下でかつスロットル弁が
開であるとき前記ホットワイヤの内部故障とする診断手
段と、前記コールドワイヤあるいはホットワイヤの故障
診断結果によるリンプモード検索テーブル手段、とを備
えたことを特徴とする気体燃料流量センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08058373 US5353765B1 (en) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | Fuel management system for a gaseous fuel internal combustion engine |
| US08/058,373 | 1993-05-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0771325A JPH0771325A (ja) | 1995-03-14 |
| JP3350909B2 true JP3350909B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=22016420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09264194A Expired - Lifetime JP3350909B2 (ja) | 1993-05-10 | 1994-04-28 | 内燃機関の燃料管理システムおよび気体燃料流量センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5353765B1 (ja) |
| JP (1) | JP3350909B2 (ja) |
| DE (1) | DE4415377B4 (ja) |
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| US5542398A (en) * | 1995-04-26 | 1996-08-06 | Marcon; Robert V. | LPG fuel tank, and fuel supply system, for engines |
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