JP3998744B2

JP3998744B2 - Fuel injection control device and ignition timing control device for compressed natural gas engine

Info

Publication number: JP3998744B2
Application number: JP30967596A
Authority: JP
Inventors: 隆光鹿島
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JPH10148143A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮天然ガスの気化ガス組成を検出し、この気化ガス組成に応じた燃料噴射量或いは点火時期を設定するエンジンの燃料噴射制御装置及び点火時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、天然ガスは水素、炭素比が大きく、熱効率が高いため二酸化炭素（ＣＯ2）、及び硫黄酸化物（ＳＯx）の排出が少なく、又、天然ガスの主成分であるメタンは炭化水素中もっとも安定した物質であり、オクタン価が高く希薄燃焼が可能で低燃費、高出力を得ることができ、低公害燃料として或いは石油代替燃料として注目されている。
【０００３】
上述のように天然ガスの主成分はメタン（ＣＨ4）であるが、それ以外に、エタン（Ｃ2Ｈ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）等が含まれている。これらの成分の気化圧力はそれぞれ相違しているため、現在開発が進められている圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とするエンジンでは、該ＣＮＧを貯留する高圧燃料タンク内の圧力変化によりエンジンに供給される気化ガス中のメタンの割合が相対的に変化する。尚、図６に、15.6℃におけるＣＮＧの代表成分の気化圧力（絶対圧）を示す。
【０００４】
高圧燃料タンクにＣＮＧを満杯に充填したときの内圧Ｐが210Kgf/cm²とすれば、気化圧力が210Kgf/cm²以下のエタン等の成分は液体の状態にあり、このときインジェクタへ燃料として供給する気化ガスの成分は、メタン（ＣＨ4）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）となる。
【０００５】
一方、高圧燃料タンク内のＣＮＧの残量が次第に減少すると内圧Ｐが低下するため、その過程において、図１７に示すように、先ず、内圧Ｐが４５．５Kgf/cm² 以下になるとエタンが気化しメタンとの混合された気化ガスとしてインジェクタに供給され、次いで、内圧Ｐが７．５Kgf/cm² 以下になるとプロパンが気化し、又、２．３Kgf/cm² 以下ではブタンが気化する。その結果、インジェクタへ供給される気化ガスの組成は内圧Ｐが変化する毎に相違する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、インジェクタへ供給されるＣＮＧの気化ガス組成は内圧Ｐによって変化し、従って、燃料切れ寸前まで補給しないユーザと、早めに補給するユーザとでは高圧燃料タンク内のＣＮＧの組成比率が異なってくる。すなわち、燃料切れ寸前まで補給しないユーザの車は高圧燃料タンクの内圧Ｐが高圧状態から低圧状態へ大きく変化するため気化圧力の低い成分も気化してインジェクタへ燃料として供給されるが、早期に補給するユーザの車では気化圧力の低いエタン、プロパン、ブタン等の成分は気化されず高圧燃料タンクに蓄積される。その結果、ＣＮＧの主燃料がメタンであれば、早期に補給するユーザの高圧燃料タンクの容量は補給を重ねる毎に実質的に減少してしまうことになり、空燃比或いは点火時期が気化ガスの主成分であるメタンに対応して設定されている場合、早期に補給するユーザの車は燃料切れ寸前まで補給しないユーザの車に比べ、メタンの混合割合が少なくなるため空燃比が実質的にリーンとなり、エンジン出力及び走行性能の低下を招く。
【０００７】
この対策として、例えば特開昭６１−２１０２６１号公報に開示されているような、ガソリンを燃料とするエンジンの排気系に介装したＯ2センサからの出力値に基づき排気ガス中の酸素濃度を検出し、これをフィードバックさせて、実際の空燃比を理論空燃比に収束させる技術をＣＮＧを燃料とするエンジンに用いることで、高圧燃料タンクの内圧が変化することによって生じる気化ガスの組成比率の変化に対応して空燃比をフィードバック制御することも考えられるが、高圧燃料タンクの内圧は走行中において時事刻々と変化し、ＣＮＧの気化ガス組成の変化に従い要求空燃比が変化するため、要求空燃比に対する追従性（収束性）が悪く適正な空燃比制御性能を得ることができない。
【０００８】
又、特開平４−２８４１７１号公報には、液化石油ガス（ＬＰＧ）を貯留する燃料タンクに圧力センサと温度センサとを配設し、この各センサの出力値に基づき燃料タンク内の飽和蒸気圧と飽和蒸気温度とを検出し、この飽和蒸気圧と飽和蒸気温度とに基づきＬＰＧの組成比率を算出し、該組成比率とエンジン回転数とに基づき点火時期を設定する技術が開示されており、一方、特開昭６１−２７５５５５号公報には、ＬＰＧを貯留する燃料タンクに温度センサと圧力センサとを配設し、この各センサにて検出した液化ガス温度と飽和蒸気圧力とに基づき液化ガスの組成を算出し、この液化ガスの組成に基づき、該液化ガス組成を完全燃焼させるに必要な空気量を算出して空燃比を決定し、この空燃比に基づきベーパライザのガス圧を調圧する技術が開示されている。
【０００９】
しかし、前者においては液化ガス組成の検出には気化ガスの沸点を支配する液体の温度が重要であり、飽和蒸気温度を検出しても液化ガス組成を推定することはできない。この点、後者においては液体の温度を検出しているため気化ガスの沸点を検出することはできるが、ＣＮＧは液化石油ガス（ＬＰＧ）の組成に比べて要求空燃比、沸点の大きく異なる多成分で構成されており、仮に気化ガスの沸点を正確に求めることができたとしても、高圧燃料タンクの内圧によって大きく変化するＣＮＧの気化ガス組成を正確に検出することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、圧縮天然ガスの気化ガス組成がユーザの補給条件或いは走行条件などによって大きく変化した場合でも、燃料噴射量或いは点火時期を適正に設定することのできる圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置及び点火時期制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、上記組成値に基づき該組成値に対応する要求空燃比を設定し、少なくともエンジン運転状態及び上記要求空燃比に基づき上記インジェクタに対する燃料噴射量を設定することを特徴とする。
【００１５】
本発明による第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、上記組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるに必要な空気量との体積比である着火限界を設定し、少なくとも上記着火限界に基づき始動時の燃料噴射量を設定することを特徴とする。
【００１６】
本発明による第３の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置、或いは上記第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置において、前記高圧燃料タンクに該高圧燃料タンク内の液化ガスを検出する残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定することを特徴とする。
【００１９】
本発明による第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置は、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、上記組成値に基づき該気化ガスのオクタン価を設定し、該オクタン価に基づき点火時期補正値を設定し、少なくともエンジン運転状態及び上記点火時期補正値に基づき最終的な点火時期を設定することを特徴とする。
【００２０】
本発明による第２の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置は、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置において、前記高圧燃料タンクに該高圧燃料タンク内の液化ガスを検出する残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定することを特徴とする。
【００２４】
第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置では、高圧燃料タンクの内圧を内圧検出手段で検出し、この内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、この組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるための要求空燃比を設定する。そして、少なくともエンジン運転状態と上記要求空燃比とに基づき上記インジェクタから噴射する実際の燃料噴射量を設定する。
【００２５】
第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置では、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンク内で発生した気化ガスをインジェクタへ燃料として供給する際の該気化ガスの組成値を上記高圧燃料タンクに設けた内圧検出手段で検出した内圧に基づき設定し、この組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるに必要な空気量との体積比である着火限界を設定し、少なくとも該着火限界に基づき始動時の燃料噴射量を設定する。
【００２６】
第３の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置では、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置、或いは上記第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置において、前記高圧燃料タンクに配設した残留液化ガス検出手段で該高圧燃料タンク内の液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは、該高圧燃料タンク内が単一成分の気化ガスで充満されていると推定する。
【００２９】
第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置では、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧検出手段で検出し、該内圧に基づき上記高圧燃料タンク内で気化しインジェクタへ燃料として供給する気化ガスの組成値を設定し、この組成値に基づき該気化ガスのオクタン価を設定する。そして、少なくともエンジン運転状態と上記点火時期補正値とに基づき最終的な点火時期を設定する。
【００３０】
第２の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置では、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置において、前記高圧燃料タンクに配設した残留液化ガス検出手段で該高圧燃料タンク内の液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは、該高圧燃料タンク内が単一成分の気化ガスで充満されていると推定する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１〜図１０に本発明の第１実施の形態を示す。先ず、図９に基づき圧縮天然ガスエンジンの全体概略構成について説明する。同図の符号１はエンジン本体で、本実施の形態では水平対向型多気筒エンジンを示す。このエンジン本体１のシリンダヘッド２に形成された各吸気ポート２ａに吸気マニホルド３が連通され、この吸気マニホルド３の上流集合部がエアチャンバ４を介してスロットルチャンバ５、吸気管６に連通され、この吸気管６の吸入空気取り入れ口側にエアクリーナ７が取り付けられている。
【００３２】
又、上記吸気管６のエアクリーナ７の直下流に、例えばホットワイヤ式等の吸入空気量センサ８が介装され、更に、上記スロットルチャンバ５に設けられたスロットル弁５ａに、スロットル開度に応じた電圧値を出力するスロットル開度センサ９ａとスロットル弁全閉でＯＮするアイドル接点を有するアイドルスイッチ９ｂとが組み込まれたスロットルセンサ９が連設されている。
【００３３】
又、上記スロットル弁５ａの上流側と下流側とを連通するバイパス通路１０に、主にアイドル時の吸入空気流量を制御するアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）弁１１が介装されている。更に、上記吸気マニホルド３の各気筒の各吸気ポート２ａ直上流側にインジェクタ１２が臨まされ、上記シリンダヘッド２には、先端を燃焼室に露呈する点火プラグ１３が各気筒毎に取り付けられている。各点火プラグ１３には点火コイル１４がそれぞれ連設され、点火コイル１４にイグナイタ１５が接続されている。
【００３４】
又、エンジン本体１のシリンダブロック１ａにノックセンサ２１が取り付けられると共に、シリンダブロック１ａの左右バンクを連通する冷却水通路２２に冷却水温センサ２３が臨まされている。
【００３５】
一方、エンジン本体１の排気ポート２ｂに連通する排気マニホルド２４の集合部が排気通路２５に連通され、この排気通路２５にマフラ２６が連通されている。更に、この排気通路２５の上記排気マニホルド２４の集合部下流に触媒２７が介装されていると共に、上記排気マニホルド２４の集合部にＯ2センサ２８が配設されている。
【００３６】
上記インジェクタ１２は、燃料ライン１６を介して高圧燃料タンク１７に連通され、更に、この燃料ライン１６にプレッシャレギュレータ１８が介装されており、この燃料ライン１６の上記プレッシャレギュレータ１８の上流に気化ガス組成検出手段の一例である炭化水素（ＨＣ）組成検出センサ１９が配設されている。この高圧燃料タンク１７には圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が貯留されており、この高圧燃料タンク１７内の気化ガスが上記燃料ライン１６を介し、上記プレッシャレギュレータ１８により吸気マニホルド３内圧との相対圧が一定になるように調圧された状態で上記インジェクタ１２に供給される。又、上記ＨＣ組成検出センサ１９の検出面は、例えば、三酸化アルミ（Ａｌ2Ｏ3），二酸化チタン（ＴｉＯ2），二酸化スズ（ＳｎＯ2）等を素材とする多孔質セラミックで構成されており、この検出面の微粒子状結晶表面に被検査雰囲気中のＨＣ組成に応じた分子が物理的に吸着し、１部分離した陽子（Ｈ⁺）の移動による多孔質セラミックセンサのバルク方向の電気抵抗の変化を検出することでＨＣ組成を検出する。
【００３７】
又、上記シリンダブロック１ａに支承されたクランクシャフト１ｂに、クランクロータ２９が軸着され、このクランクロータ２９の外周に、所定のクランク角に対応する突起を検出する電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ３０が対設され、更に、上記クランクシャフト１ｂに対して１／２回転するカムシャフト１ｃに連設されたカムロータ３１に、電磁ピックアップ等からなる気筒判別用のカム角センサ３２が対設されている。上記クランクロータ２９には、その外周に突起が所定クランク角に対応して形成されており、後述する電子制御装置４０は、クランク角センサ３０で検出した突起すなわちクランク角信号の入力間隔時間からエンジン回転数ＮEを算出し、また、カム角センサ３２によってカムロータ３１の外周に形成された気筒判別用の突起を検出したときの割り込み信号から気筒判別を行う。
【００３８】
上記インジェクタ１２、点火プラグ１３、ＩＳＣ弁１１等の各アクチュエータに対する制御量の演算、制御信号の出力、すなわち燃料噴射制御、点火時期制御などは、図１０に示す電子制御装置４０にて実行される。この電子制御装置４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、バックアップＲＡＭ４４、及びＩ／Ｏインターフェイス４５がバスライン４６を介して互いに接続されたマイクロコンピュータを中心として構成され、その他、安定化電圧を各部に供給する定電圧回路４７、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の出力ポートからの信号によりアクチュエータ類を駆動する駆動回路４８、及びセンサ類からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４９等の周辺回路が内蔵されている。
【００３９】
上記定電圧回路４７は、電源リレー５０のリレー接点を介してバッテリ５１に接続され、このバッテリ５１に、上記電源リレー５０のリレーコイルがイグニッションスイッチ５２を介して接続されており、上記イグニッションスイッチ５２がＯＮされ、上記電源リレー５０の接点が閉となったとき、上記バッテリ５１の電圧を安定化して電子制御装置４０の各部に供給する。更に、上記バックアップＲＡＭ４４には、バッテリ５１が上記定電圧回路４７を介して直接接続されており、上記イグニッションスイッチ５２のＯＮ，ＯＦＦに拘らず常時バックアップ用電源が供給される。
【００４０】
又、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の入力ポートには、スタータスイッチ３３、アイドルスイッチ９ｂ、ノックセンサ２１、クランク角センサ３０、カム角センサ３２が接続されると共に、ＨＣ組成検出センサ１９、吸入空気量センサ８、スロットル開度センサ９ａ、冷却水温センサ２３、及びＯ2センサ２８等が上記Ａ／Ｄ変換器４９を介して接続され、更に、このＡ／Ｄ変換器４９に上記バッテリ５１の端子電圧ＶB が入力されてモニタされる。
【００４１】
一方、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の出力ポートには、イグナイタ１５が接続されると共に、上記駆動回路４８を介してＩＳＣ弁１１及び各気筒毎に備えたインジェクタ１２が接続されている。
【００４２】
上記ＲＯＭ４２には、エンジン制御プログラムや各種マップ或いはテーブル等の固定データが記憶されており、又、上記ＲＡＭ４３には、上記各センサ類、スイッチ類の出力信号を処理した後のデータ、及び上記ＣＰＵ４１で演算処理したデータが格納される。又、上記バックアップＲＡＭ４４には制御用データ等がストアされ、上記イグニッションスイッチ５２がＯＦＦのときにもデータが保持される。
【００４３】
上記ＣＰＵ４１では上記ＲＯＭ４２に記憶されている制御プログラムに従い燃料噴射制御、点火時期制御等のエンジン制御を所定周期毎に実行する。
【００４４】
このようなエンジン制御系において、イグニッションスイッチ５２がＯＮされると、電源リレー５０がＯＮし、上記電子制御装置４０では、定電圧回路４７を介して各部に定電圧が供給されて各種制御を実行する。すなわち、ＣＰＵ４１が、ＲＯＭ４２に記憶されている制御プログラムに従い、Ｉ／Ｏインターフェイス４５を介して入力されるセンサ・スイッチ類からの各種検出信号、及びバッテリ電圧ＶB等を処理し、ＲＡＭ４３及びバックアップＲＡＭ４４に格納されている各種データ、ＲＯＭ４２に記憶されている固定データ等に基づき各種制御量を演算する。そして、演算した燃料噴射量に相応する駆動パルス信号を所定のタイミングで該当気筒のインジェクタ１２に出力して燃料噴射制御を行い、又、演算した点火時期に対応するタイミングでイグナイタ１５に点火信号を出力して点火時期制御を実行し、更には演算したデューティ比に対応してＩＳＣ弁１１に制御デューティ信号を出力してアイドル回転数制御等を実行する。
【００４５】
この中で燃料噴射制御は、図１〜図３に示すフローチャートに従って実行され、点火時期制御は、図４、図５に示すフローチャートに従って実行される。
【００４６】
先ず、燃料噴射制御について説明する。図１に示すフローチャートは燃料噴射量設定ルーチンで、ステップＳ１でエンジン始動中か否かを、例えばスタータスイッチ３３がオンかオフかで判定する。そして、スタータスイッチ３３がオンの始動中のときはステップＳ２へ進み、又、スタータスイッチ３３がＯＦＦの始動後はステップＳ５へ進む。
【００４７】
始動中と判定されてステップＳ２へ進むと、インジェクタ１２へ供給される気化ガスの着火限界ＬＭＴが設定される。
【００４８】
この着火限界は、図２に示す気化ガスの着火限界設定ルーチンにて設定され、先ず、ステップＳ１６で、燃料ライン１６に配設したＨＣ組成検出センサ１９の出力値に基づきインジェクタ１２へ供給する気化ガス組成を物理量で表した気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出する。そして、ステップＳ１７で、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき気化ガスの着火限界ＬＭＴ（％）をテーブル参照などにより設定してルーチンを抜ける。上記着火限界ＬＭＴは気化ガスを完全燃焼させるに要する体積当たりの理論燃空比(m³/m³)であり、図６に示すように、気化ガスの成分毎に予め設定されている。
【００４９】
次いで、上記燃料噴射量設定ルーチンのステップＳ３へ戻り、上記着火限界ＬＭＴに基づき着火限界係数ＫCLを、図７に示すテーブルを補間計算付きで参照して設定する。
【００５０】
その後、ステップＳ４で、冷却水温度Ｔｗなどに基づき設定する始動時燃料噴射パルス幅ＴSTを上記着火限界係数ＫCLで補正して始動時における燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定する。そして、ステップＳ１１へ進み、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉを噴射対象気筒の噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００５１】
その結果、所定タイミングで上記噴射タイマがスタートされ、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号が噴射対象気筒のインジェクタ１２へ出力され、該インジェクタ１２から所定に計量された燃料が噴射され、エンジンを駆動させる。
【００５２】
一方、スタータスイッチ３３がオフの始動後のときは、ステップＳ１からステップＳ５へ進み、クランク角センサ３０の出力信号に基づいて算出したエンジン回転数ＮEと、吸入空気量センサ８の出力信号に基づいて算出した吸入空気量Ｑとから基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。
Ｔｐ←α・Ｑ／ＮE
ここで、αは通常のガソリン使用時の理論空燃比におけるインジェクタ特性補正定数である。
【００５３】
そして、ステップＳ６で、Ｏ2センサ２８の出力電圧に基づき、ＲＡＭ４３の所定アドレスに格納した空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡを読込み、ステップＳ７で、冷却水温センサ２３による冷却水温Ｔｗ、スロットル開度センサ９ａによるスロットル開度、スロットル全閉時にＯＮ動作するアイドルスイッチ９ｂからのアイドル出力等に基づいて、冷却水温補正、加減速補正、全開増量補正、アイドル後増量補正等に係わる各種増量分補正係数ＣＯＥＦを設定し、ステップＳ８で、後述する空燃比補正係数設定ルーチン（図３参照）で設定した空燃比補正係数ＫA/Fを読込む。
【００５４】
次いで、ステップＳ９でバッテリ５１の端子電圧ＶBに基づき、インジェクタ１２の無効噴射時間を補間する電圧補正係数Ｔｓを設定する。
【００５５】
その後、ステップＳ１０で、上記基本燃料噴射量Ｔｐを、上記空燃比補正係数ＫA/F、各種増量分補正係数ＣＯＥＦ、及び上記空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡにより空燃比補正すると共に、上記電圧補正係数Ｔｓにより電圧補正して最終的な燃料噴射量を定める燃料噴射パルス幅Ｔｉを、
Ｔｉ←Ｔｐ・ＫA/F・ＣＯＥＦ・ＬＡＭＢＤＡ＋Ｔｓ
により算出する。
【００５６】
そして、ステップＳ１１で、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉを燃料噴射対象気筒の噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００５７】
その結果、所定タイミングで上記噴射タイマがスタートされ、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号が噴射対象気筒のインジェクタ１２へ出力され、該インジェクタ１２から所定に計量された燃料が噴射される。
【００５８】
上記ステップＳ８で読込まれる空燃比補正係数ＫA/Fは、図３に示す空燃比補正係数設定ルーチンで設定される。
【００５９】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ２１でＨＣ組成検出センサ１９の出力値に基づきインジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出する。次いで、ステップＳ２２で、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき現在の気化ガスを完全燃焼させるに要する空燃比（要求空燃比）Ａ／ＦDEを設定する。図６に示すように、ＣＮＧの気化ガスを完全燃焼させるための空燃比（Ａ／Ｆ）は、気化ガス組成毎に相違しており、ステップＳ２２ではステップＳ２１で検出した気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき、メタンの単一成分、或いはメタンと他の気化ガスとの混合成分に対応した要求空燃比Ａ／ＦDEを設定する。
【００６０】
そして、ステップＳ２３で、上記要求空燃比Ａ／ＦDEに基づきテーブルを補間計算付きで参照して基本空燃比をフィードフォワード補正する空燃比補正係数ＫA/Fを設定してルーチンを抜ける。図８に示すように、上記テーブルには要求空燃比Ａ／ＦDEが１５（通常のガソリン使用時の理論空燃比）のときの空燃比補正係数ＫA/Fを１．０（基準値）とし、上記要求空燃比Ａ／ＦDEの増減にほぼ比例する空燃比補正係数ＫA/Fが予め実験などから求めて格納されている。従って、上記基本燃料噴射量Ｔｐが空燃比補正係数ＫA/Fで空燃比補正されることにより、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉは上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに対応した値に設定される。
【００６１】
次に、点火時期制御について、図４、図５に示すフローチャートに従って説明する。図４に示す点火時期設定ルーチンでは、先ず、ステップＳ３１でエンジン回転数ＮEと基本燃料噴射量Ｔｐに基づきマップを補間計算付きで参照して基本点火時期ＩＧREGを設定する。尚、上記マッブの各運転領域に格納されている基本点火時期ＩＧREGは、例えばオクタン価ＯＮが９０（レギュラーガソリンのオクタン価に相当）のときの最適点火時期である。
【００６２】
次いで、ステップＳ３２で、後述する点火時期補正値設定ルーチンで設定する点火時期補正値としての点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを読込み、ステップＳ３３でノック補正係数ＡＤＶNを設定する。このノック補正係数ＡＤＶNはノックセンサ２１からの信号に基づき判別したノッキング発生の有無に応じて設定される。
【００６３】
そして、ステップＳ３４で次式に基づき上記基本点火時期ＩＧREGを補正して点火時期進角量ＡＤＶを算出する。
ＡＤＶ←ＩＧREG＋ＡＤＶN＋（ＴＣＭＰ・ＩＧMBT）＋ＡＤＶCNG
ここで、ＩＧMBTは、エンジン運転状態に基づいて設定される点火進角補正値である。
【００６４】
そして、ステップＳ３５で上記点火進角量ＡＤＶに対応する点火タイミングを点火対象気筒の点火タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００６５】
その結果、予め設定されているクランク角を基準として上記点火タイマがスタートし、点火タイミングに達したとき点火対象気筒の点火プラグ１３がスパークする。
【００６６】
上記ステップＳ３２で読込まれる点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正係数ＡＤＶCNGは、図５に示す点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンで設定される。このルーチンでは、先ず、ステップＳ４１で燃料ライン１６に配設したＨＣ組成検出センサ１９の出力値に基づきインジェクタ１２へ供給する気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出する。
【００６７】
次いで、ステップＳ４２で上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき、該気化ガス組成値ＣＮＧCOMのオクタン価ＯＮを設定する。図６に示すように、オクタン価ＯＮは気化ガス組成毎に相違しており、上記ステップＳ４２ではステップＳ４１で検出した気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき、メタンの単一成分、或いはメタンと他の気化ガスとの混合成分に対応したオクタン価ＯＮを設定する。
【００６８】
そして、ステップＳ４３で上記オクタン価ＯＮに基づきテーブルを補間計算付きで参照し、或いは演算によりて点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを設定し、ルーチンを抜ける。
【００６９】
上記ステップＳ４３では、オクタン価ＯＮが高くなるに従いノック限界クランク角が進角方向へ移行するため、オクタン価ＯＮが高いときには大きい値の点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGが設定され、逆にオクタン価ＯＮが低いときは小さい値の点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGが設定される。
【００７０】
このように、本実施の形態によれば、燃料噴射制御ではインジェクタ１２へ供給される気化ガスの組成をＨＣ組成検出センサ１９にて逐次検出しているので、ＣＮＧの気化ガス組成値ＣＮＧCOMが走行中に急激に変化した場合であっても、常に要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定することができ、従って、例えばＣＮＧを早期に補給することで気化ガスの主成分であるメタンの混合割合が低下した場合、或いは走行中に気化ガス組成値ＣＮＧCOMが大きく変化した場合でも、当該気化ガス組成値ＣＮＧCOMに応じた要求空燃比Ａ／ＦDEが設定されるため、空燃比がリーン化することなく安定した燃焼が得られ、排気エミッションの低減、及び良好な始動性能を図ることができる。
【００７１】
又、点火時期制御では、インジェクタ１２へ供給するＣＮＧの気化ガス組成値ＣＮＧCOMに対応するオクタン価ＯＮを設定し、該オクタン価ＯＮに応じた点火時期補正係数ＴＣＭＰ、気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGで基本点火時期ＩＧREGを補正するようにしたので、インジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMが、ユーザの補給タイミング等の使用条件或いは走行条件などにより変化した場合であっても、常に最適な点火時期が設定され、良好な運転性能が得られるばかりでなく排気エミッションの低減を図ることができる。
【００７２】
尚、上記ＨＣ組成検出センサ１９を燃料ライン１６の上記プレッシャレギュレータ１８とインジェクタ１２との間に配設すれば、気化ガス組成が急変した場合であっても燃焼に供する気化ガスの組成に対応する要求空燃比Ａ／ＦDEを瞬時に設定することができる。
【００７３】
又、図１１〜図１６に本発明の第２実施の形態を示す。本実施の形態では、図１５、図１６に示すように、前記第１実施の形態で採用したＨＣ組成検出センサ１９に代えて、高圧燃料タンク１７の上部に内圧検出手段の一例である内圧センサ３４を配設し、更に、高圧燃料タンク１７の底部に残留液化ガス検出手段の一例である液面センサ３５を配設し、上記内圧センサ３４で検出する気化ガス雰囲気内の圧力Ｐに基づきインジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定し、又上記液面センサ３５で高圧燃料タンク１７に貯留されている液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したときは上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMが単一成分であると推定する。
【００７４】
以下、本実施の形態で実行する燃料噴射制御、及び点火時期制御について、図１１〜図１４に示すフローチャートに従って説明する。
【００７５】
図１１に示すフローチャートは燃料噴射量設定ルーチンで、このルーチンでは、先ず、ステップＳ５１でエンジン始動中か否かを、例えばスタータスイッチ３３がオンかオフかで判別する。そして、スタータスイッチ３３がＯＮの始動中のときはステップＳ５２へ進み、又ＯＦＦのときはステップＳ５５へ進む。
【００７６】
ステップＳ５２へ進むと、図１２に示す着火限界設定ルーチンが実行され、インジェクタ１２へ供給する気化ガスの着火限界ＬＭＴが設定される。この着火限界設定ルーチンでは、先ず、ステップＳ６１で内圧センサ３４の出力値に基づいて検出した内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定する。すなわち、高圧燃料タンク１７にＣＮＧが満杯のときの内圧Ｐを、例えば210Kgf/cm²とした場合、メタンは気化ガスの状態で存在するが、その他の成分は、図６、図１７に示すように、気化圧力が210Kgf/cm²以下であるため液化ガスの状態にあり、その後、内圧Ｐが低下して45.5Kgf/cm²以下になると、エタンが気化し、気化ガスはメタンとエタンとの混合ガスになる。又、内圧Ｐが7.5Kgf/cm²以下ではプロパンが気化するため、気化ガスはメタンとエタンとプロパンとの混合ガスになる。そして、内圧Ｐが2.3Kgf/cm²以下ではブタンが気化し、気化ガスはメタンとエタンとプロパンとブタンとの混合ガスになる。従って、上記高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを検出することで、インジェクタ１２へ供給する気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定することができる。
【００７７】
次いで、ステップＳ６２へ進むと、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき着火限界ＬＭＴ（％）をテーブル参照などにより設定してルーチンを抜ける。この着火限界ＬＭＴは気化ガスを完全燃焼させるに要する体積当たりの理論燃空比(m3/m3)であり、第１実施の形態と同様、図６に示すように、気化ガスの成分毎に予め設定されている。
【００７８】
そして、上記燃料噴射量設定ルーチンのステップＳ５３へ戻ると、上記着火限界ＬＭＴに基づき着火限界係数ＫCLを設定し、ステップＳ５４で冷却水温度Ｔｗなどに基づき設定する始動時燃料噴射パルス幅ＴSTを上記着火限界係数ＫCLで補正して始動時における燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定する。そして、ステップＳ１１へ進み、始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを噴射対象気筒の噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００７９】
その結果、所定タイミングで上記噴射タイマがスタートされ、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号が噴射対象気筒のインジェクタ１２へ出力され、該インジェクタ１２から所定に計量された燃料が噴射され、エンジンを駆動させる。
【００８０】
一方、スタータスイッチ３３がオンの始動後のときはステップＳ５１からステップＳ５５へ進み、後述する空燃比補正係数設定ルーチンで設定する空燃比補正係数ＫA/Fを読込み、ステップＳ５６で基本燃料噴射量Ｔｐを、
Ｔｐ←（ＫA/F・α）・Ｑ／Ｎ
に基づき算出する。すなわち、通常のガソリン使用時の理論空燃比におけるインジェクタ特性補正定数αを空燃比補正係数ＫA/Fで補正し、要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する基本燃料噴射量Ｔｐを求める。
【００８１】
次いで、ステップＳ６〜Ｓ１０を経て、前述した第１実施の形態と同様、始動後の燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出し、ステップＳ１１で燃料噴射対象気筒の燃料噴射タイマに上記燃料噴射パルス幅Ｔｉをセットしてルーチンを抜ける。
【００８２】
上記ステップＳ５５で読込まれる始動後の空燃比補正係数ＫA/Fは、図１３に示す空燃比補正係数設定ルーチンで設定される。
【００８３】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ７１で高圧燃料タンク１７に設けた液面センサ３５の出力電圧を読込み、ステップＳ７２で、上記液面センサ３５の出力電圧と基準電圧とを比較して、上記高圧燃料タンク１７に液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したか否かを判別する。そして、上記出力値が基準電圧以上の液化ガスが未だ十分に残留しているときは、ステップＳ７３へ進み、上記高圧燃料タンク１７に設けた内圧センサ３４の出力値に基づいて検出した高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを読込み、ステップＳ７４で上記内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを、上記図１２に示す着火限界設定ルーチンのステップＳ６１と同様に設定する。
【００８４】
次いで、ステップＳ７５へ進み、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき要求空燃比Ａ／ＦDEを演算、或いはテーブル参照により設定し、ステップＳ７７へ進む。図６に示すように、ＣＮＧ組成中の各成分を完全燃焼させるための空燃比、及び各成分の気化圧力は予め知られており、従って、上記高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを検出することで上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに対応する要求空燃比Ａ／ＦDEを簡単に求めることができる。
【００８５】
一方、上記ステップＳ７２で、上記液面センサ３５の出力電圧が基準電圧未満、すなわち高圧燃料タンク１７内に残留する液化ガスの液面が僅少或いはゼロを示すまでに低下したときは、ステップＳ７６へ分岐し、メタン対応の要求空燃比Ａ／ＦDEを設定してステップＳ７７へ進む。すなわち、高圧燃料タンク１７内に液化ガスが存在していれば、内圧Ｐが低下するに従い残留液化ガスが気化し、インジェクタ１２へ混合ガスとして供給されるが、残留液化ガスが存在しない或いは僅少な場合は、その後内圧Ｐが変化しても高圧燃料タンク１７内の気化ガス成分のみがインジェクタ１２に供給されることになる。このときの気化ガスの混合成分はメタンが大部分を支配していると考えられる。
【００８６】
そして、上記ステップＳ７５或いはステップＳ７６からステップＳ７７へ進むと、上記要求空燃比Ａ／ＦDEに基づきテーブル（図８参照）を補間計算付きで参照して空燃比補正係数ＫA/Fを設定し、ルーチンを抜ける。
【００８７】
このように、本実施の形態における燃料噴射制御では、内圧センサ３４を高圧燃料タンク１７に配設し、この高圧燃料タンク１７の内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出するようにしたので、燃料ライン１６に配設したＨＣ組成検出センサ１９により燃料ライン１６を通過する気化ガスから組成値ＣＮＧCOMを検出する第１実施の形態に比し、気化ガス組成値ＣＮＧCOMを瞬時に検出することができ、インジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMに応じた要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定することができる。又、同時に高圧燃料タンク１７に液面センサ３５を配設し、この液面センサ３５の出力値に基づき高圧燃料タンク１７に貯留する液化ガスの液面が僅少或いはゼロを示すまでに低下したときは、インジェクタ１２へ供給する気化ガスがメタンの単一成分であると推定し、このメタンを完全燃焼させる要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉが設定されるので演算、及び制御を簡略化することかできる。
【００８８】
又、本実施の形態で実行する点火時期制御は、第１実施の形態の図４に示す点火時期設定ルーチンと同等のルーチンを経て設定され、当該ルーチンのステップＳ２２で読み込まれる点火時補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGは、図１４に示す点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンに従って実行される。
【００８９】
先ず、ステップＳ８１で高圧燃料タンク１７に設けた液面センサ３５の出力電圧を読込み、ステップＳ８２で、上記液面センサ３５の出力電圧と基準電圧とを比較して、上記高圧燃料タンク１７に残留する液化ガスが僅少或いはゼロを示す程度まで低下したか否かを判別する。そして、出力電圧が基準電圧以上の液化ガスが十分に残留しているときはステップＳ８３へ進み、上記高圧燃料タンク１７に設けた内圧センサ３４の出力値に基づいて検出した高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを読込み、ステップＳ８４で上記内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定する。そして、ステップＳ８５で、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づきオクタン価ＯＮ（図６参照）を設定し、ステップＳ８７へ進む。
【００９０】
一方、上記液面センサ３５の出力電圧が基準電圧未満の液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したときは、ステップＳ８２からステップＳ８６へ分岐し、メタンの単一成分に対応するオクタン価ＯＮを算出してステップＳ８７へ進む。
【００９１】
そして、ステップＳ８５或いはステップＳ８６からステップＳ８７へ進むと、上記オクタン価ＯＮに基づきテーブルを補間計算付きで参照し、或いは演算によりて点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを設定し、ルーチンを抜ける。
【００９２】
このように、本実施の形態における点火時期制御では、高圧燃料タンク１７の内圧Ｐに基づいてインジェクタ１２へ供給する気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定し、この気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づきオクタン価ＯＮを算出するので、燃料ライン１６を通過する気化ガス組成値ＣＮＧCOMからオクタン価ＯＮを検出する第１実施の形態に比し、オクタン価ＯＮに応じた点火時期を早期に設定することができる。又、同時に高圧燃料タンク１７に液面センサ３５を配設し、この液面センサ３５の出力値に基づき液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したときは、インジェクタ１２から噴射する気化ガスがメタンの単一成分であると推定し、このメタンのオクタン価ＯＮに基づき点火時期補正係数ＴＣＭＰ、気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを設定するので、演算が簡略化される。
【００９３】
更に、上述した各実施の形態では高圧燃料タンク内の液化ガス温度を検出する必要がないので、高圧燃料タンクに温度センサを配設する必要がなく、その分部品点数を削減することができる。
【００９４】
尚、上述した各実施の形態では始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを、始動時燃料噴射パルス幅ＴSTを着火限界係数ＫCLで補正して設定しているが、本発明はこれに限らず、始動時燃料パルス幅ＴSTを設定する際の補正項を着火限界ＬＭＴの関数で補正することで始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定したり、或いは該補正項中に着火限界ＬＭＴの関数を補正係数として取り込むことで、始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定するようにしても良い。
【００９５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば以下に列記する効果が奏される。
【００９９】
請求項１記載の発明によれば、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧センサで検出し、この内圧に基づいてインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定することで、気化圧力の異なる複数の成分からなる圧縮天然ガスの気化ガス組成を圧力の変化のみから簡単に検出することができ、気化ガス組成の変化に対応した迅速な空燃比制御性を得ることができる。
【０１００】
請求項２記載の発明によれば、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧センサで検出し、この内圧に基づいてインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、この気化ガス組成値に基づき上記気化ガスの着火限界を設定し、少なくとも該着火限界に基づいて始動時の燃料噴射量を設定するようにしたので、気化ガス組成に応じて始動時の燃料噴射量を適正に設定することができ良好な始動性を得ることができる。
【０１０１】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１或いは２記載の発明において、前記高圧燃料タンクに残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定し、単一の気化ガス成分に基づいて要求空燃比を設定し、或いは着火限界を設定することで燃料噴射制御を簡略化することができる。
【０１０４】
請求項４記載の発明によれば、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧センサで検出し、この内圧に基づいて気化ガス組成を設定し、この気化ガス組成値に基づき当該気化ガスのオクタン価を設定し、該オクタン価に基づいて点火時期を補正するようにしたので、燃焼に供する気化ガス組成に対応した適正な点火時期を設定することができる。
【０１０５】
請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明において、前記高圧燃料タンクに残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定し、単一の気化ガス成分に基づいて点火時期を設定することで点火時期制御を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による燃料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート
【図２】同、気化ガスの着火限界設定ルーチンを示すフローチャート
【図３】同、空燃比補正係数設定ルーチンを示すフローチャート
【図４】同、点火時期設定ルーチンを示すフローチャート
【図５】同、点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンを示すフローチャート
【図６】同、圧縮天然ガス成分の性状を示す図表
【図７】同、着火限界係数を格納するテーブルの概念図
【図８】同、空燃比補正係数を格納するテーブルの概念図
【図９】同、エンジンの全体概略構成図
【図１０】同、電子制御装置の回路図
【図１１】本発明の第２の実施の形態による燃料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート
【図１２】同、気化ガスの着火限界設定ルーチンを示すフローチャート
【図１３】同、空燃比補正係数設定ルーチンを示すフローチャート
【図１４】同、点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンを示すフローチャート
【図１５】同、エンジンの全体概略構成図
【図１６】同、電子制御装置の回路図
【図１７】圧縮天然ガスの気化ガス組成を圧力毎に示す図表
【符号の説明】
１…エンジン本体
１２…インジェクタ
１６…燃料ライン
１７…高圧燃料タンク
１９…気化ガス組成検出手段（炭化水素組成検出センサ）
３４…内圧検出手段（内圧センサ）
３５…残留液化ガス検出手段（液面センサ）
ＡＤＶ…点火時期
Ａ／ＦDE…要求空燃比
ＣＮＧCOM…気化ガス組成値
ＩＧREG…基本点火時期
ＫA/F…空燃比補正係数
ＬＭＴ…着火限界
ＯＮ…オクタン価
Ｐ…内圧
ＴＣＭＰ，ＡＤＶCNG…点火時期補正値
Ｔｉ…燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection control device and an ignition timing control device for an engine that detect a vaporized gas composition of compressed natural gas and set a fuel injection amount or an ignition timing according to the vaporized gas composition.
[0002]
[Prior art]
As is well known, natural gas has a large hydrogen to carbon ratio and high thermal efficiency, so it emits less carbon dioxide (CO2) and sulfur oxides (SOx), and methane, the main component of natural gas, is a hydrocarbon. It is the most stable substance, has a high octane number, can be burned lean, has low fuel consumption and high output, and is attracting attention as a low-pollution fuel or as an alternative to petroleum.
[0003]
As mentioned above, the main component of natural gas is methane (CH4), but other than that, ethane (C2H4), propane (C3H6), butane (C4H10), nitrogen (N2), carbon dioxide (CO2), etc. are included. It is. Since the vaporization pressures of these components are different from each other, in an engine that uses compressed natural gas (CNG) as a fuel that is currently being developed, the engine is supplied to the engine by the pressure change in the high-pressure fuel tank that stores the CNG. The proportion of methane in the vaporized gas is relatively changed. In addition, in FIG. 6, the vaporization pressure (absolute pressure) of the representative component of CNG at 15.6 ° C. is shown.
[0004]
The internal pressure P when the high-pressure fuel tank is fully filled with CNG is 210 kgf / cm²If the vaporization pressure is 210Kgf / cm²The following components such as ethane are in a liquid state, and the components of the vaporized gas supplied as fuel to the injector at this time are methane (CH4), nitrogen (N2), and carbon dioxide (CO2).
[0005]
On the other hand, as the remaining amount of CNG in the high-pressure fuel tank gradually decreases, the internal pressure P decreases. In this process, first, as shown in FIG. 17, the internal pressure P is 45.5 kgf / cm.² When it becomes below, ethane is vaporized and supplied to the injector as a vaporized gas mixed with methane, and then the internal pressure P is 7.5 kgf / cm.² Propane vaporizes when below, and 2.3Kgf / cm² Below, butane vaporizes. As a result, the composition of the vaporized gas supplied to the injector differs every time the internal pressure P changes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the vaporized gas composition of CNG supplied to the injector varies depending on the internal pressure P. Therefore, the composition ratio of CNG in the high-pressure fuel tank differs between the user who does not replenish the fuel just before it runs out and the user who replenishes the fuel soon. Come. That is, in the user's car that does not replenish until just before the fuel runs out, the internal pressure P of the high-pressure fuel tank changes greatly from the high pressure state to the low pressure state, so that the low vaporization pressure component is also vaporized and supplied to the injector as fuel. In the user's vehicle, components such as ethane, propane, and butane having a low vaporization pressure are not vaporized but accumulated in the high-pressure fuel tank. As a result, if the main fuel of CNG is methane, the capacity of the user's high-pressure fuel tank that will be replenished at an early stage will be substantially reduced with each replenishment, and the air-fuel ratio or ignition timing will be reduced. When set for methane, which is the main component, the user's vehicle that is replenished at an early stage has a substantially lower air-fuel ratio because the methane mixing ratio is lower than that of the user's vehicle that does not replenish fuel until it is about to run out of fuel. As a result, engine output and running performance are degraded.
[0007]
As a countermeasure, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected based on an output value from an O2 sensor interposed in an exhaust system of an engine using gasoline as a fuel as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-210261. By changing the internal pressure of the high-pressure fuel tank by changing the internal pressure of the high-pressure fuel tank by using a technology that feeds this back and converges the actual air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio in an engine using CNG as fuel. However, the internal pressure of the high-pressure fuel tank changes from moment to moment during traveling, and the required air-fuel ratio changes in accordance with the change in the vaporized gas composition of CNG. Therefore, it is difficult to obtain proper air-fuel ratio control performance.
[0008]
In Japanese Patent Laid-Open No. 4-284171, a pressure sensor and a temperature sensor are arranged in a fuel tank that stores liquefied petroleum gas (LPG), and the saturated vapor pressure in the fuel tank is based on the output value of each sensor. And a saturated steam temperature are detected, a composition ratio of LPG is calculated based on the saturated steam pressure and the saturated steam temperature, and an ignition timing is set based on the composition ratio and the engine speed. On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 61-275555, a temperature sensor and a pressure sensor are provided in a fuel tank that stores LPG, and a liquefied gas is based on the liquefied gas temperature and the saturated vapor pressure detected by each sensor. The air-fuel ratio is determined by calculating the amount of air required to completely burn the liquefied gas composition based on the liquefied gas composition, and the vaporizer gas pressure is adjusted based on the air-fuel ratio. Techniques have been disclosed.
[0009]
However, in the former, the temperature of the liquid governing the boiling point of the vaporized gas is important for detecting the liquefied gas composition, and the liquefied gas composition cannot be estimated even if the saturated vapor temperature is detected. In this regard, the latter detects the boiling point of the vaporized gas because it detects the temperature of the liquid, but CNG is a multi-component that differs greatly in required air-fuel ratio and boiling point compared to the composition of liquefied petroleum gas (LPG). Even if the boiling point of the vaporized gas can be accurately obtained, it is difficult to accurately detect the vaporized gas composition of CNG that varies greatly depending on the internal pressure of the high-pressure fuel tank.
[0010]
In view of the above circumstances, the present invention provides a compressed natural gas engine capable of appropriately setting the fuel injection amount or the ignition timing even when the vaporized gas composition of the compressed natural gas greatly changes depending on the replenishment condition or running condition of the user. It is an object of the present invention to provide a fuel injection control device and an ignition timing control device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above purposeAccording to the present invention1The fuel injection control device for a compressed natural gas engine includes an internal pressure detecting means disposed in a high pressure fuel tank that stores compressed natural gas, and vaporization that supplies the injector from the high pressure fuel tank to the injector based on the internal pressure detected by the internal pressure detecting means. A gas composition value is set, a required air-fuel ratio corresponding to the composition value is set based on the composition value, and a fuel injection amount for the injector is set based on at least the engine operating state and the required air-fuel ratio. To do.
[0015]
  According to the present invention2The fuel injection control device for a compressed natural gas engine includes an internal pressure detecting means disposed in a high pressure fuel tank that stores compressed natural gas, and vaporization that supplies the injector from the high pressure fuel tank to the injector based on the internal pressure detected by the internal pressure detecting means. A gas composition value is set, and the vaporized gas is based on the composition value.Is the volume ratio with the amount of air required to completely burnAn ignition limit is set, and a fuel injection amount at start-up is set based on at least the ignition limit.
[0016]
  According to the present invention3The fuel injection control device for a compressed natural gas engine is1A fuel injection control device for a compressed natural gas engine, or2In the fuel injection control device for a compressed natural gas engine, a residual liquefied gas detection means for detecting liquefied gas in the high pressure fuel tank is disposed in the high pressure fuel tank, and the liquefied high pressure fuel tank is detected by the residual liquefied gas detection means. When the residual amount of gas is detected to be small or zero, it is estimated that the vaporized gas is a single component.
[0019]
  According to the present invention1An ignition timing control device for a compressed natural gas engine is provided with an internal pressure detecting means disposed in a high pressure fuel tank storing compressed natural gas, and vaporization is supplied to the injector from the high pressure fuel tank based on the internal pressure detected by the internal pressure detecting means. The gas composition value is set, the octane number of the vaporized gas is set based on the composition value, the ignition timing correction value is set based on the octane number, and the final ignition is based on at least the engine operating state and the ignition timing correction value. It is characterized by setting the time.
[0020]
  According to the present invention2An ignition timing control device for a compressed natural gas engine1In the ignition timing control apparatus for a compressed natural gas engine, a residual liquefied gas detection means for detecting liquefied gas in the high pressure fuel tank is disposed in the high pressure fuel tank, and the liquefied high pressure fuel tank is detected by the residual liquefied gas detection means. When the residual amount of gas is detected to be small or zero, it is estimated that the vaporized gas is a single component.
[0024]
  First1In the fuel injection control device of the compressed natural gas engine, the internal pressure of the high-pressure fuel tank is detected by the internal pressure detecting means, and the composition value of the vaporized gas supplied from the high-pressure fuel tank to the injector is set based on the internal pressure. The required air-fuel ratio for completely burning the vaporized gas is set based on the above. Then, an actual fuel injection amount to be injected from the injector is set based on at least the engine operating state and the required air-fuel ratio.
[0025]
  First2In the fuel injection control device of the compressed natural gas engine, the composition value of the vaporized gas when the vaporized gas generated in the high-pressure fuel tank storing the compressed natural gas is supplied to the injector as the fuel is provided in the high-pressure fuel tank. Set based on the internal pressure detected by the internal pressure detecting means, and based on this composition value, set an ignition limit that is a volume ratio with the amount of air necessary for complete combustion of the vaporized gas, and at least based on the ignition limit Set the fuel injection amount.
[0026]
  First3In the compressed natural gas engine fuel injection control apparatus,1A fuel injection control device for a compressed natural gas engine, or2When the residual liquefied gas detection means disposed in the high pressure fuel tank detects that the residual amount of liquefied gas in the high pressure fuel tank is small or zero, It is assumed that the fuel tank is filled with vaporized gas of a single component.
[0029]
  First1In the ignition timing control apparatus for a compressed natural gas engine, the internal pressure of the high pressure fuel tank that stores the compressed natural gas is detected by the internal pressure detecting means, and vaporization is performed in the high pressure fuel tank based on the internal pressure, and is supplied as fuel to the injector. The composition value of the gas is set, and the octane number of the vaporized gas is set based on the composition value. Then, a final ignition timing is set based on at least the engine operating state and the ignition timing correction value.
[0030]
  First2In the compressed natural gas engine ignition timing control device,1When the residual liquefied gas detection means disposed in the high pressure fuel tank detects that the residual amount of liquefied gas in the high pressure fuel tank is small or zero, It is assumed that the fuel tank is filled with vaporized gas of a single component.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 10 show a first embodiment of the present invention. First, the overall schematic configuration of the compressed natural gas engine will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes an engine body, which in the present embodiment represents a horizontally opposed multi-cylinder engine. An intake manifold 3 communicates with each intake port 2a formed in the cylinder head 2 of the engine body 1, and an upstream assembly portion of the intake manifold 3 communicates with a throttle chamber 5 and an intake pipe 6 via an air chamber 4, An air cleaner 7 is attached to the intake air intake side of the intake pipe 6.
[0032]
Further, an intake air amount sensor 8 such as a hot wire is provided immediately downstream of the air cleaner 7 of the intake pipe 6, and a throttle valve 5 a provided in the throttle chamber 5 is adapted to the throttle opening. A throttle sensor 9 incorporating a throttle opening sensor 9a for outputting a voltage value and an idle switch 9b having an idle contact that is turned on when the throttle valve is fully closed is connected.
[0033]
Further, an idle speed control (ISC) valve 11 for mainly controlling the intake air flow rate during idling is interposed in a bypass passage 10 that communicates the upstream side and the downstream side of the throttle valve 5a. Further, an injector 12 faces the upstream side of each intake port 2a of each cylinder of the intake manifold 3, and the cylinder head 2 is provided with a spark plug 13 that exposes the tip to the combustion chamber for each cylinder. . An ignition coil 14 is connected to each ignition plug 13, and an igniter 15 is connected to the ignition coil 14.
[0034]
A knock sensor 21 is attached to the cylinder block 1a of the engine body 1, and a cooling water temperature sensor 23 is exposed in a cooling water passage 22 that communicates with the left and right banks of the cylinder block 1a.
[0035]
On the other hand, a collective portion of the exhaust manifold 24 communicating with the exhaust port 2 b of the engine body 1 is communicated with the exhaust passage 25, and the muffler 26 is communicated with the exhaust passage 25. Further, a catalyst 27 is interposed downstream of the exhaust manifold 24 in the exhaust passage 25 and an O2 sensor 28 is disposed in the exhaust manifold 24.
[0036]
The injector 12 is connected to a high-pressure fuel tank 17 via a fuel line 16, and a pressure regulator 18 is interposed in the fuel line 16, and the vaporized gas is upstream of the pressure regulator 18 in the fuel line 16. A hydrocarbon (HC) composition detection sensor 19 which is an example of the composition detection means is provided. Compressed natural gas (CNG) is stored in the high-pressure fuel tank 17, and the vaporized gas in the high-pressure fuel tank 17 passes through the fuel line 16, and a pressure relative to the intake manifold 3 internal pressure is set by the pressure regulator 18. The pressure is adjusted to be constant and supplied to the injector 12. The detection surface of the HC composition detection sensor 19 is composed of a porous ceramic made of aluminum trioxide (Al2O3), titanium dioxide (TiO2), tin dioxide (SnO2), etc., for example. Molecules corresponding to the HC composition in the atmosphere to be inspected are physically adsorbed on the surface of the fine particles of the particles, and one part of the proton (H⁺) To detect the HC composition by detecting the change in the electrical resistance in the bulk direction of the porous ceramic sensor due to the movement of).
[0037]
Also, a crank rotor 29 is mounted on the crankshaft 1b supported by the cylinder block 1a, and a crank angle sensor comprising an electromagnetic pickup or the like for detecting a protrusion corresponding to a predetermined crank angle on the outer periphery of the crank rotor 29. 30 and a cam rotor 31 connected to a camshaft 1c that rotates 1/2 with respect to the crankshaft 1b, and a cam angle sensor 32 for discriminating a cylinder such as an electromagnetic pickup. Yes. The crank rotor 29 has protrusions formed on the outer periphery thereof corresponding to a predetermined crank angle. The electronic control device 40 described later detects the protrusion detected by the crank angle sensor 30, that is, the input interval time of the crank angle signal. The rotational speed NE is calculated, and cylinder discrimination is performed from an interrupt signal when the cam angle sensor 32 detects a cylinder discrimination protrusion formed on the outer periphery of the cam rotor 31.
[0038]
Calculation of control amounts for the actuators such as the injector 12, spark plug 13, and ISC valve 11 and output of control signals, that is, fuel injection control, ignition timing control, and the like are executed by the electronic control unit 40 shown in FIG. . The electronic control unit 40 is configured around a microcomputer in which a CPU 41, a ROM 42, a RAM 43, a backup RAM 44, and an I / O interface 45 are connected to each other via a bus line 46. In addition, a stabilizing voltage is supplied to each part. A constant voltage circuit 47 for driving, a drive circuit 48 for driving actuators by a signal from an output port of the I / O interface 45, an A / D converter 49 for converting an analog signal from sensors to a digital signal, and the like Built-in circuit.
[0039]
The constant voltage circuit 47 is connected to a battery 51 via a relay contact of a power relay 50, and a relay coil of the power relay 50 is connected to the battery 51 via an ignition switch 52, and the ignition switch 52 is connected to the battery 51. Is turned on and the contact of the power relay 50 is closed, the voltage of the battery 51 is stabilized and supplied to each part of the electronic control unit 40. Further, a battery 51 is directly connected to the backup RAM 44 via the constant voltage circuit 47, and backup power is always supplied regardless of whether the ignition switch 52 is ON or OFF.
[0040]
The input port of the I / O interface 45 is connected to a starter switch 33, an idle switch 9b, a knock sensor 21, a crank angle sensor 30, a cam angle sensor 32, an HC composition detection sensor 19, and an intake air amount. A sensor 8, a throttle opening sensor 9a, a cooling water temperature sensor 23, an O2 sensor 28, and the like are connected via the A / D converter 49, and further, the terminal voltage VB of the battery 51 is connected to the A / D converter 49. Is input and monitored.
[0041]
On the other hand, an igniter 15 is connected to the output port of the I / O interface 45, and an ISC valve 11 and an injector 12 provided for each cylinder are connected via the drive circuit 48.
[0042]
The ROM 42 stores fixed data such as an engine control program and various maps or tables, and the RAM 43 stores data after processing the output signals of the sensors and switches, and the CPU 41. Stores the data that has been arithmetically processed. Further, control data or the like is stored in the backup RAM 44, and the data is held even when the ignition switch 52 is OFF.
[0043]
The CPU 41 executes engine control such as fuel injection control and ignition timing control at predetermined intervals according to a control program stored in the ROM 42.
[0044]
In such an engine control system, when the ignition switch 52 is turned on, the power supply relay 50 is turned on, and the electronic control device 40 supplies a constant voltage to each part via the constant voltage circuit 47 and executes various controls. To do. That is, the CPU 41 processes various detection signals from the sensors and switches, the battery voltage VB and the like input via the I / O interface 45 according to the control program stored in the ROM 42, and stores them in the RAM 43 and the backup RAM 44. Various control amounts are calculated based on various stored data, fixed data stored in the ROM 42, and the like. A drive pulse signal corresponding to the calculated fuel injection amount is output to the injector 12 of the corresponding cylinder at a predetermined timing to perform fuel injection control, and an ignition signal is sent to the igniter 15 at a timing corresponding to the calculated ignition timing. The ignition timing control is executed by outputting, and further, the control duty signal is outputted to the ISC valve 11 in accordance with the calculated duty ratio to execute the idle speed control or the like.
[0045]
Among these, the fuel injection control is executed according to the flowcharts shown in FIGS. 1 to 3, and the ignition timing control is executed according to the flowcharts shown in FIGS. 4 and 5.
[0046]
First, fuel injection control will be described. The flowchart shown in FIG. 1 is a fuel injection amount setting routine. In step S1, it is determined whether the engine is being started, for example, whether the starter switch 33 is on or off. Then, when the starter switch 33 is on, the process proceeds to step S2, and after the starter switch 33 is started, the process proceeds to step S5.
[0047]
When it is determined that the engine is being started and the routine proceeds to step S2, the ignition limit LMT of the vaporized gas supplied to the injector 12 is set.
[0048]
This ignition limit is set in the vaporization gas ignition limit setting routine shown in FIG. 2. First, in step S 16, the vaporization supplied to the injector 12 based on the output value of the HC composition detection sensor 19 disposed in the fuel line 16. A vaporized gas composition value CNGCOM in which the gas composition is expressed as a physical quantity is detected. In step S17, the ignition limit LMT (%) of the vaporized gas is set by referring to a table based on the vaporized gas composition value CNGCOM, and the routine is exited. The ignition limit LMT is a theoretical fuel-air ratio per volume (m^Three/ m^ThreeAs shown in FIG. 6, it is preset for each component of the vaporized gas.
[0049]
Next, returning to step S3 of the fuel injection amount setting routine, the ignition limit coefficient KCL is set based on the ignition limit LMT with reference to the table shown in FIG. 7 with interpolation calculation.
[0050]
Thereafter, in step S4, the starting fuel injection pulse width TST set based on the coolant temperature Tw and the like is corrected with the ignition limit coefficient KCL to set the starting fuel injection pulse width Ti. In step S11, the fuel injection pulse width Ti is set in the injection timer of the cylinder to be injected, and the routine is exited.
[0051]
As a result, the injection timer is started at a predetermined timing, a drive pulse signal having the fuel injection pulse width Ti is output to the injector 12 of the cylinder to be injected, and a predetermined amount of fuel is injected from the injector 12 to start the engine. Drive.
[0052]
On the other hand, after the starter switch 33 is turned off, the routine proceeds from step S1 to step S5, where the engine speed NE calculated based on the output signal of the crank angle sensor 30 and the output signal of the intake air amount sensor 8 are used. The basic fuel injection amount Tp is calculated from the calculated intake air amount Q.
Tp ← α ・ Q / NE
Here, α is an injector characteristic correction constant at the stoichiometric air-fuel ratio when ordinary gasoline is used.
[0053]
In step S6, the air-fuel ratio feedback correction coefficient LAMBDA stored at a predetermined address in the RAM 43 is read based on the output voltage of the O2 sensor 28. In step S7, the cooling water temperature Tw by the cooling water temperature sensor 23 and the throttle opening sensor 9a are read. Based on the throttle opening, idle output from the idle switch 9b that is turned ON when the throttle is fully closed, etc., various correction factors COEF for increasing the coolant temperature, acceleration / deceleration correction, full opening increase correction, post-idle increase correction, etc. are set. In step S8, the air-fuel ratio correction coefficient KA / F set in an air-fuel ratio correction coefficient setting routine (see FIG. 3) described later is read.
[0054]
Next, in step S9, a voltage correction coefficient Ts for interpolating the invalid injection time of the injector 12 is set based on the terminal voltage VB of the battery 51.
[0055]
Thereafter, in step S10, the basic fuel injection amount Tp is air-fuel ratio corrected by the air-fuel ratio correction coefficient KA / F, various increment correction coefficients COEF, and the air-fuel ratio feedback correction coefficient LAMBDA, and the voltage correction coefficient Ts. The fuel injection pulse width Ti that determines the final fuel injection amount by correcting the voltage according to
Ti ← Tp ・ KA / F ・ COEF ・ LAMBDA + Ts
Calculated by
[0056]
In step S11, the fuel injection pulse width Ti is set in the injection timer of the fuel injection target cylinder, and the routine is exited.
[0057]
As a result, the injection timer is started at a predetermined timing, a drive pulse signal having the fuel injection pulse width Ti is output to the injector 12 of the cylinder to be injected, and a predetermined amount of fuel is injected from the injector 12.
[0058]
The air-fuel ratio correction coefficient KA / F read in step S8 is set by an air-fuel ratio correction coefficient setting routine shown in FIG.
[0059]
In this routine, first, the vaporized gas composition value CNGCOM supplied to the injector 12 is detected based on the output value of the HC composition detection sensor 19 in step S21. Next, in step S22, an air-fuel ratio (required air-fuel ratio) A / FDE required to completely burn the current vaporized gas is set based on the vaporized gas composition value CNGCOM. As shown in FIG. 6, the air-fuel ratio (A / F) for completely combusting the CNG vaporized gas is different for each vaporized gas composition, and in step S22, the vaporized gas composition value CNGCOM detected in step S21 is obtained. Based on this, the required air-fuel ratio A / FDE corresponding to a single component of methane or a mixed component of methane and other vaporized gas is set.
[0060]
In step S23, the table is referred to with interpolation calculation based on the required air-fuel ratio A / FDE, an air-fuel ratio correction coefficient KA / F for feedforward correction of the basic air-fuel ratio is set, and the routine is exited. As shown in FIG. 8, in the above table, the air-fuel ratio correction coefficient KA / F when the required air-fuel ratio A / FDE is 15 (theoretical air-fuel ratio when using normal gasoline) is 1.0 (reference value), An air-fuel ratio correction coefficient KA / F, which is substantially proportional to the increase / decrease in the required air-fuel ratio A / FDE, is obtained from experiments and stored in advance. Therefore, the fuel injection pulse width Ti is set to a value corresponding to the vaporized gas composition value CNGCOM by correcting the basic fuel injection amount Tp with the air-fuel ratio correction coefficient KA / F.
[0061]
Next, ignition timing control will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. In the ignition timing setting routine shown in FIG. 4, first, at step S31, the basic ignition timing IGREG is set by referring to the map with interpolation calculation based on the engine speed NE and the basic fuel injection amount Tp. The basic ignition timing IGREG stored in each operation region of the map is the optimal ignition timing when the octane number ON is 90 (corresponding to the octane number of regular gasoline), for example.
[0062]
Next, in step S32, an ignition timing correction coefficient TCMP and an evaporated gas composition correction value ADVCNG as ignition timing correction values set in an ignition timing correction value setting routine described later are read, and in step S33, a knock correction coefficient ADVN is set. This knock correction coefficient ADVN is set according to the presence or absence of the occurrence of knocking determined based on the signal from knock sensor 21.
[0063]
In step S34, the basic ignition timing IGREG is corrected based on the following equation to calculate the ignition timing advance amount ADV.
ADV ← IGREG + ADVN + (TCMP / IGMBT) + ADVCNG
Here, IGMBT is an ignition advance correction value set based on the engine operating state.
[0064]
In step S35, the ignition timing corresponding to the ignition advance amount ADV is set in the ignition timer of the ignition target cylinder, and the routine is exited.
[0065]
As a result, the ignition timer starts with a preset crank angle as a reference, and the spark plug 13 of the ignition target cylinder sparks when the ignition timing is reached.
[0066]
The ignition timing correction coefficient TCMP and the vaporized gas composition correction coefficient ADVCNG read in step S32 are set in the ignition timing correction coefficient and vaporized gas composition correction value setting routine shown in FIG. In this routine, first, the vaporized gas composition value CNGCOM supplied to the injector 12 is detected based on the output value of the HC composition detection sensor 19 disposed in the fuel line 16 in step S41.
[0067]
Next, in step S42, based on the vaporized gas composition value CNGCOM, the octane number ON of the vaporized gas composition value CNGCOM is set. As shown in FIG. 6, the octane number ON is different for each vaporized gas composition. In step S42, based on the vaporized gas composition value CNGCOM detected in step S41, a single component of methane, or methane and other vaporized gases. The octane number ON corresponding to the mixed component is set.
[0068]
In step S43, the table is referred to with interpolation calculation based on the octane number ON, or the ignition timing correction coefficient TCMP and the vaporized gas composition correction value ADVCNG are set by calculation, and the routine is exited.
[0069]
In step S43, the knock limit crank angle shifts in the advance direction as the octane number ON increases. Therefore, when the octane number ON is high, a large ignition timing correction coefficient TCMP and a vaporized gas composition correction value ADVCNG are set. When the octane number ON is low, a small ignition timing correction coefficient TCMP and a vaporized gas composition correction value ADVCNG are set.
[0070]
Thus, according to the present embodiment, in the fuel injection control, the composition of the vaporized gas supplied to the injector 12 is sequentially detected by the HC composition detection sensor 19, so that the vaporized gas composition value CNGCOM of CNG travels. The fuel injection pulse width Ti corresponding to the required air-fuel ratio A / FDE can always be set even when it suddenly changes, so that, for example, the main component of the vaporized gas can be obtained by replenishing CNG early. Even when the mixing ratio of methane is reduced, or even when the vaporized gas composition value CNGCOM greatly changes during traveling, the required air-fuel ratio A / FDE corresponding to the vaporized gas composition value CNGCOM is set. Thus, stable combustion can be obtained without leaning, exhaust emission can be reduced, and good starting performance can be achieved.
[0071]
In the ignition timing control, the octane number ON corresponding to the vaporized gas composition value CNGCOM of CNG supplied to the injector 12 is set, and the basic ignition timing is determined by the ignition timing correction coefficient TCMP and the vaporized gas composition correction value ADVCNG corresponding to the octane number ON. Since IGREG is corrected, the optimal ignition timing is always set even when the vaporized gas composition value CNGCOM supplied to the injector 12 changes due to use conditions such as the replenishment timing of the user or traveling conditions. Thus, not only good operating performance can be obtained, but also exhaust emission can be reduced.
[0072]
If the HC composition detection sensor 19 is disposed between the pressure regulator 18 and the injector 12 of the fuel line 16, even if the vaporized gas composition changes suddenly, it corresponds to the composition of the vaporized gas used for combustion. The required air-fuel ratio A / FDE can be set instantaneously.
[0073]
FIGS. 11 to 16 show a second embodiment of the present invention. In this embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, instead of the HC composition detection sensor 19 employed in the first embodiment, an internal pressure sensor which is an example of an internal pressure detection means is provided above the high-pressure fuel tank 17. 34, and a liquid level sensor 35, which is an example of a residual liquefied gas detection means, is provided at the bottom of the high-pressure fuel tank 17, and the injector is based on the pressure P in the vaporized gas atmosphere detected by the internal pressure sensor 34. When the vaporized gas composition value CNGCOM supplied to the gas tank 12 is set and the oil level of the liquefied gas stored in the high-pressure fuel tank 17 is reduced to a level that shows little or zero by the liquid level sensor 35, the vaporized gas is used. It is estimated that the composition value CNGCOM is a single component.
[0074]
Hereinafter, fuel injection control and ignition timing control executed in the present embodiment will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
[0075]
The flowchart shown in FIG. 11 is a fuel injection amount setting routine. In this routine, first, in step S51, it is determined whether the engine is being started, for example, whether the starter switch 33 is on or off. When the starter switch 33 is ON, the process proceeds to step S52. When the starter switch 33 is OFF, the process proceeds to step S55.
[0076]
When the routine proceeds to step S52, the ignition limit setting routine shown in FIG. 12 is executed, and the ignition limit LMT of the vaporized gas supplied to the injector 12 is set. In this ignition limit setting routine, first, the vaporized gas composition value CNGCOM is set based on the internal pressure P detected based on the output value of the internal pressure sensor 34 in step S61. That is, when the high pressure fuel tank 17 is full of CNG, the internal pressure P is, for example, 210 kgf / cm.²In this case, methane exists in the state of vaporized gas, but the other components have vaporization pressure of 210 kgf / cm as shown in FIGS.²It is in the state of liquefied gas because it is the following, and then the internal pressure P decreases to 45.5 kgf / cm²Below, ethane is vaporized and the vaporized gas becomes a mixed gas of methane and ethane. Also, the internal pressure P is 7.5Kgf / cm²In the following, since propane is vaporized, the vaporized gas is a mixed gas of methane, ethane, and propane. And the internal pressure P is 2.3Kgf / cm²In the following, butane is vaporized, and the vaporized gas is a mixed gas of methane, ethane, propane and butane. Therefore, the vaporized gas composition value CNGCOM supplied to the injector 12 can be set by detecting the internal pressure P of the high-pressure fuel tank 17.
[0077]
Next, when the routine proceeds to step S62, the ignition limit LMT (%) is set by referring to the table based on the vaporized gas composition value CNGCOM, and the routine is exited. This ignition limit LMT is the theoretical fuel-air ratio (m3 / m3) per volume required for complete combustion of the vaporized gas. Like the first embodiment, as shown in FIG. Is set.
[0078]
Then, when returning to step S53 of the fuel injection amount setting routine, the ignition limit coefficient KCL is set based on the ignition limit LMT, and the starting fuel injection pulse width TST set based on the coolant temperature Tw and the like is set in step S54. The fuel injection pulse width Ti at the start is set by correcting with the ignition limit coefficient KCL. Then, the process proceeds to step S11, where the fuel injection pulse width Ti at the start is set in the injection timer of the cylinder to be injected, and the routine is exited.
[0079]
As a result, the injection timer is started at a predetermined timing, a drive pulse signal having the fuel injection pulse width Ti is output to the injector 12 of the cylinder to be injected, and a predetermined amount of fuel is injected from the injector 12 to start the engine. Drive.
[0080]
On the other hand, when the starter switch 33 is turned on, the routine proceeds from step S51 to step S55, where an air-fuel ratio correction coefficient KA / F set in an air-fuel ratio correction coefficient setting routine described later is read, and in step S56, the basic fuel injection amount Tp The
Tp ← (KA / F ・ α) ・ Q / N
Calculate based on That is, the injector characteristic correction constant α at the stoichiometric air-fuel ratio when normal gasoline is used is corrected by the air-fuel ratio correction coefficient KA / F, and the basic fuel injection amount Tp corresponding to the required air-fuel ratio A / FDE is obtained.
[0081]
Next, after steps S6 to S10, as in the first embodiment described above, the fuel injection pulse width Ti after startup is calculated, and in step S11, the fuel injection pulse width Ti is set in the fuel injection timer of the fuel injection target cylinder. Set and exit the routine.
[0082]
The air-fuel ratio correction coefficient KA / F after startup read in step S55 is set by an air-fuel ratio correction coefficient setting routine shown in FIG.
[0083]
In this routine, first, in step S71, the output voltage of the liquid level sensor 35 provided in the high pressure fuel tank 17 is read. In step S72, the output voltage of the liquid level sensor 35 is compared with a reference voltage, and the high pressure fuel is detected. It is determined whether or not the oil level of the liquefied gas in the tank 17 has decreased to a level that shows little or zero. When the liquefied gas whose output value is equal to or higher than the reference voltage still remains, the process proceeds to step S73, and the high pressure fuel tank detected based on the output value of the internal pressure sensor 34 provided in the high pressure fuel tank 17 is reached. In step S74, the vaporized gas composition value CNGCOM is set based on the internal pressure P in the same manner as in step S61 of the ignition limit setting routine shown in FIG.
[0084]
Next, the process proceeds to step S75, where the required air-fuel ratio A / FDE is set by calculation or table reference based on the vaporized gas composition value CNGCOM, and the process proceeds to step S77. As shown in FIG. 6, the air-fuel ratio for completely combusting each component in the CNG composition and the vaporization pressure of each component are known in advance. Therefore, by detecting the internal pressure P of the high-pressure fuel tank 17, The required air-fuel ratio A / FDE corresponding to the vaporized gas composition value CNGCOM can be easily obtained.
[0085]
On the other hand, when the output voltage of the liquid level sensor 35 is lower than the reference voltage in step S72, that is, when the liquid level of the liquefied gas remaining in the high-pressure fuel tank 17 has decreased to a little or zero, the process proceeds to step S76. Branching is performed, the required air-fuel ratio A / FDE corresponding to methane is set, and the process proceeds to step S77. That is, if liquefied gas is present in the high-pressure fuel tank 17, the residual liquefied gas is vaporized as the internal pressure P decreases and is supplied as a mixed gas to the injector 12. However, the residual liquefied gas does not exist or is little. In this case, only the vaporized gas component in the high-pressure fuel tank 17 is supplied to the injector 12 even if the internal pressure P changes thereafter. Methane is considered to dominate most of the mixed components of the vaporized gas at this time.
[0086]
When the process proceeds from step S75 or step S76 to step S77, the air / fuel ratio correction coefficient KA / F is set by referring to the table (see FIG. 8) with interpolation calculation based on the required air / fuel ratio A / FDE. Exit.
[0087]
As described above, in the fuel injection control in the present embodiment, the internal pressure sensor 34 is disposed in the high pressure fuel tank 17, and the vaporized gas composition value CNGCOM is detected based on the internal pressure P of the high pressure fuel tank 17. Compared to the first embodiment in which the composition value CNGCOM is detected from the vaporized gas passing through the fuel line 16 by the HC composition detection sensor 19 disposed in the fuel line 16, the vaporized gas composition value CNGCOM can be detected instantaneously. The fuel injection pulse width Ti corresponding to the required air-fuel ratio A / FDE corresponding to the vaporized gas composition value CNGCOM supplied to the injector 12 can be set. At the same time, when the liquid level sensor 35 is disposed in the high pressure fuel tank 17, and the liquid level of the liquefied gas stored in the high pressure fuel tank 17 is reduced to a little or zero based on the output value of the liquid level sensor 35. Assumes that the vaporized gas supplied to the injector 12 is a single component of methane, and the fuel injection pulse width Ti corresponding to the required air-fuel ratio A / FDE for complete combustion of the methane is set. Can be simplified.
[0088]
Further, the ignition timing control executed in the present embodiment is set through a routine equivalent to the ignition timing setting routine shown in FIG. 4 of the first embodiment, and the ignition correction coefficient TCMP read in step S22 of the routine. The vaporized gas composition correction value ADVCNG is executed according to the ignition timing correction coefficient and vaporized gas composition correction value setting routine shown in FIG.
[0089]
First, in step S81, the output voltage of the liquid level sensor 35 provided in the high pressure fuel tank 17 is read. In step S82, the output voltage of the liquid level sensor 35 is compared with a reference voltage, and the residual voltage remains in the high pressure fuel tank 17. It is determined whether or not the liquefied gas to be discharged has decreased to a level that shows little or zero. When the liquefied gas whose output voltage is equal to or higher than the reference voltage remains, the process proceeds to step S83, and the internal pressure of the high-pressure fuel tank 17 detected based on the output value of the internal pressure sensor 34 provided in the high-pressure fuel tank 17 is reached. P is read, and the vaporized gas composition value CNGCOM is set based on the internal pressure P in step S84. In step S85, the octane number ON (see FIG. 6) is set based on the vaporized gas composition value CNGCOM, and the process proceeds to step S87.
[0090]
On the other hand, when the output voltage of the liquid level sensor 35 is lowered to a level where the oil level of the liquefied gas having a voltage lower than the reference voltage is slightly or zero, the process branches from step S82 to step S86, corresponding to a single component of methane. The octane number ON is calculated and the process proceeds to step S87.
[0091]
When the process proceeds from step S85 or step S86 to step S87, the ignition timing correction coefficient TCMP and the vaporized gas composition correction value ADVCNG are set by referring to the table with interpolation calculation based on the octane number ON or by calculation. Exit.
[0092]
Thus, in the ignition timing control in the present embodiment, the vaporized gas composition value CNGCOM to be supplied to the injector 12 is set based on the internal pressure P of the high-pressure fuel tank 17, and the octane number ON is calculated based on this vaporized gas composition value CNGCOM. Therefore, compared with the first embodiment in which the octane number ON is detected from the vaporized gas composition value CNGCOM passing through the fuel line 16, the ignition timing corresponding to the octane number ON can be set earlier. At the same time, a liquid level sensor 35 is disposed in the high-pressure fuel tank 17, and when the oil level of the liquefied gas is reduced to a level indicating little or zero based on the output value of the liquid level sensor 35, the fuel is injected from the injector 12. Since the vaporized gas is estimated to be a single component of methane and the ignition timing correction coefficient TCMP and vaporized gas composition correction value ADVCNG are set based on the octane number ON of this methane, the calculation is simplified.
[0093]
Further, in each of the above-described embodiments, it is not necessary to detect the temperature of the liquefied gas in the high-pressure fuel tank, so there is no need to provide a temperature sensor in the high-pressure fuel tank, and the number of parts can be reduced accordingly.
[0094]
In each of the above-described embodiments, the fuel injection pulse width Ti at the start is set by correcting the fuel injection pulse width TST at the start with the ignition limit coefficient KCL. However, the present invention is not limited to this, and the start The fuel injection pulse width Ti at the start is set by correcting the correction term when setting the fuel pulse width TST with the function of the ignition limit LMT, or the function of the ignition limit LMT is set in the correction term As a result, the fuel injection pulse width Ti at the start may be set.
[0095]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects are listed.
[0099]
  Claim1According to the described invention, the internal pressure of the high-pressure fuel tank that stores the compressed natural gas is detected by the internal pressure sensor, and the composition value of the vaporized gas supplied to the injector is set based on the internal pressure. The vaporized gas composition of the compressed natural gas comprising these components can be easily detected only from the change in pressure, and rapid air-fuel ratio controllability corresponding to the change in vaporized gas composition can be obtained.
[0100]
  Claim2According to the described invention, the internal pressure of the high-pressure fuel tank that stores the compressed natural gas is detected by the internal pressure sensor, the composition value of the vaporized gas supplied to the injector is set based on the internal pressure, and the vaporized gas composition value is Since the ignition limit of the vaporized gas is set and the fuel injection amount at the start is set based on at least the ignition limit, the fuel injection amount at the start can be appropriately set according to the vaporized gas composition. And good startability can be obtained.
[0101]
  Claim3According to the described invention, the above claims1Or2In the invention described above, residual liquefied gas detection means is provided in the high pressure fuel tank, and when the residual amount of liquefied gas in the high pressure fuel tank is detected to be small or zero by the residual liquefied gas detection means, the vaporized gas is Fuel injection control can be simplified by estimating a single component and setting a required air-fuel ratio based on a single vaporized gas component or setting an ignition limit.
[0104]
  Claim4According to the described invention, the internal pressure of the high-pressure fuel tank storing the compressed natural gas is detected by the internal pressure sensor, the vaporized gas composition is set based on the internal pressure, and the octane number of the vaporized gas is determined based on the vaporized gas composition value. Since it is set and the ignition timing is corrected based on the octane number, an appropriate ignition timing corresponding to the vaporized gas composition to be used for combustion can be set.
[0105]
  Claim5According to the described invention, the above claims4In the invention described above, residual liquefied gas detection means is provided in the high pressure fuel tank, and when the residual amount of liquefied gas in the high pressure fuel tank is detected to be small or zero by the residual liquefied gas detection means, the vaporized gas is The ignition timing control can be simplified by estimating the single component and setting the ignition timing based on the single vaporized gas component.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a fuel injection amount setting routine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an ignition gas ignition limit setting routine;
FIG. 3 is a flowchart showing an air-fuel ratio correction coefficient setting routine;
FIG. 4 is a flowchart showing an ignition timing setting routine;
FIG. 5 is a flowchart showing an ignition timing correction coefficient and vaporized gas composition correction value setting routine;
FIG. 6 is a chart showing the properties of compressed natural gas components
FIG. 7 is a conceptual diagram of a table storing ignition limit coefficients.
FIG. 8 is a conceptual diagram of a table for storing air-fuel ratio correction coefficients.
FIG. 9 is an overall schematic configuration diagram of the engine.
FIG. 10 is a circuit diagram of the electronic control device.
FIG. 11 is a flowchart showing a fuel injection amount setting routine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart showing an ignition gas ignition limit setting routine;
FIG. 13 is a flowchart showing an air-fuel ratio correction coefficient setting routine;
FIG. 14 is a flowchart showing an ignition timing correction coefficient and vaporized gas composition correction value setting routine;
FIG. 15 is an overall schematic configuration diagram of the engine;
FIG. 16 is a circuit diagram of the electronic control device.
FIG. 17 is a chart showing the vaporized gas composition of compressed natural gas for each pressure.
[Explanation of symbols]
1. Engine body
12 ... Injector
16 ... Fuel line
17 ... High pressure fuel tank
19 ... Vaporized gas composition detection means (hydrocarbon composition detection sensor)
34 ... Internal pressure detection means (internal pressure sensor)
35 ... Residual liquefied gas detection means (liquid level sensor)
ADV ... Ignition timing
A / FDE: Required air-fuel ratio
CNGCOM ... Vaporized gas composition value
IGREG ... Basic ignition timing
KA / F: Air-fuel ratio correction factor
LMT ... Ignition limit
ON ... Octane number
P ... Internal pressure
TCMP, ADVCNG: Ignition timing correction value
Ti: Fuel injection amount (fuel injection pulse width)

Claims

An internal pressure detecting means is disposed in a high-pressure fuel tank that stores compressed natural gas,
Based on the internal pressure detected by the internal pressure detection means, set the composition value of the vaporized gas supplied from the high-pressure fuel tank to the injector,
Based on the composition value, a required air-fuel ratio corresponding to the composition value is set,
A fuel injection control device for a compressed natural gas engine, wherein a fuel injection amount for the injector is set based on at least an engine operating state and the required air-fuel ratio.

An internal pressure detecting means is disposed in a high-pressure fuel tank that stores compressed natural gas,
Based on the internal pressure detected by the internal pressure detection means, set the composition value of the vaporized gas supplied from the high-pressure fuel tank to the injector,
Based on the above composition value, set an ignition limit that is a volume ratio with the amount of air necessary to completely burn the vaporized gas,
A fuel injection control device for a compressed natural gas engine, wherein a fuel injection amount at the time of starting is set based on at least the ignition limit.

Residual liquefied gas detection means for detecting liquefied gas in the high pressure fuel tank is disposed in the high pressure fuel tank,
According to claim 1 or 2, wherein the estimating and when the remaining amount of the liquefied gas of the high-pressure fuel tank is detected insignificant or zero in the above residual liquefied gas detection means wherein the gas for vaporization is a single component A fuel injection control device for a compressed natural gas engine.

An internal pressure detecting means is disposed in a high-pressure fuel tank that stores compressed natural gas,
Based on the internal pressure detected by the internal pressure detection means, set the composition value of the vaporized gas supplied from the high-pressure fuel tank to the injector,
Set the octane number of the vaporized gas based on the composition value,
Set the ignition timing correction value based on the octane number,
An ignition timing control device for a compressed natural gas engine, wherein a final ignition timing is set based on at least an engine operating state and the ignition timing correction value.

Residual liquefied gas detection means for detecting liquefied gas in the high pressure fuel tank is disposed in the high pressure fuel tank,
5. The compressed natural gas according to claim 4, wherein when the residual liquefied gas detection means detects that the residual amount of liquefied gas in the high-pressure fuel tank is small or zero, the vaporized gas is estimated to be a single component. Gas engine ignition timing control device.