JP4196742B2 - Fuel injection timing control method for in-cylinder direct injection CNG engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮天然ガス(CNG:Compressed Natural Gas)を筒内に直接噴射し、成層燃焼運転領域を有する筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時制御方法に関し、さらに詳しくは、燃圧が変わった時でも、燃料噴霧とキャビティの衝突時における燃料噴射弁とキャビティ間の距離をほぼ一定に保つことができ、ロバスト性の乏しい成層燃焼を成立させることができる筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、エネルギー対策や環境対策等の観点から、自動車用内燃機関の燃料として圧縮天然ガス(CNG)を利用するとともに、その燃費の向上や出力向上を図るべく、筒内にCNG燃料を燃料噴射弁によって直接噴射する筒内直噴CNGエンジン(以下、適宜CNGエンジンと記す)の開発が盛んに行われており、種々の技術が提案されている。
【0003】
図示例を省略するが、このような筒内直噴CNGエンジンは、ピストン頂面の吸気側部分に成層燃焼を成立させるための凹状のキャビティを備えている。そしてこのCNGエンジンは、通常、CNG燃料を貯蔵するCNG燃料ボンベと、各気筒内にCNG燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、CNG燃料を蓄圧し各燃料噴射弁に分配するデリバリパイプと、CNG燃料ボンベとデリバリパイプとを接続する燃料供給パイプの途中に設けられ、CNG燃料を所定圧力に減圧する高圧レギュレータとを備え、成層燃焼と均質燃焼とを切り替え可能に構成されている。
【0004】
CNG燃料は、上記CNG燃料ボンベにおいて高圧(たとえば、最大20MPa程度)で蓄圧されているが、このCNG燃料ボンベから圧送されると、デリバリパイプに供給される前に上記高圧レギュレータによって筒内噴射可能な一定圧力(たとえば、5MPa程度)に減圧される。
【0005】
したがって、従来は、上記一定圧力値に対応する燃焼マップが予め設定されており、このマップに基づき、エンジンの回転数と負荷状況等に応じた成層燃焼と均質燃焼とを切り替える制御を行っていた。
【0006】
すなわち、このような筒内直噴CNGエンジンは、圧縮行程で燃料噴射することで充填効率等を上げ、性能向上を図ろうとしているので、高圧で燃焼室内に燃料噴射する必要がある。また、CNG燃料ボンベ内の残存ガス圧力が、上記一定圧力値以下になると、CNG燃料を高圧レギュレータによって調圧供給できなくなるため、航続距離が伸びなくなることが知られている。
【0007】
このため、燃圧が基準圧よりも小さい時に、吸気弁の閉弁時期を早め、吸気行程または圧縮行程前半(吸気死点直後)に筒内噴射するように制御することで、燃圧が低圧であっても燃料噴射できるようにし、航続距離を伸ばすことができる技術が開示されている(特許文献1参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開2000−328997号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術にあっては、燃料噴射弁から高圧で噴射される燃料噴霧は、燃圧(噴射圧)が異なると、同一の燃料噴射量および噴射時間であっても噴霧長が異なり、その結果、同一の噴射開始時期ではキャビティとの衝突位置が異なる。このため、圧縮行程噴射を行う成層燃焼時には、燃料噴霧のキャビティとの衝突位置が異なると、同一燃料量噴射時でも失火等が発生する虞があった。
【0010】
したがって、燃圧が変わった時でも、燃料噴霧とキャビティの衝突時における燃料噴射弁とキャビティ間の距離をほぼ一定に保つことができる筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法の提供が望まれていた。
【0011】
また、高圧レギュレータの異常時や燃料残量が少なくなった時等の調圧異常時にも適切な燃料噴射ができる筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法の提供が望まれていた。
【0012】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃圧が変わった時でも、燃料噴霧とキャビティの衝突時における燃料噴射弁とキャビティ間の距離をほぼ一定に保つことができ、ロバスト性の乏しい成層燃焼を成立させることができる筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法を提供することを目的とする。
【0013】
また、この発明は、調圧異常によって燃圧が変わった時でも、適切な燃料噴射ができる筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法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】
上述の目的を達成するために、この発明の請求項1に係る筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法は、ピストン頂面にキャビティを有しエンジンの運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り替える筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法であって、成層燃焼時に燃圧が圧力補正可能レベル範囲内でかつ噴射時期補正必要レベル範囲内である場合には、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の前記キャビティとの衝突位置が基準圧時の当該衝突位置と同じになるように燃料噴射開始時期を変更することを特徴とするものである。
【0015】
したがって、この発明によれば、燃圧が変わった時でも、燃料噴霧とキャビティの衝突時における燃料噴射弁とキャビティ間の距離をほぼ一定に保つことができるので、ロバスト性の乏しい成層燃焼を成立させることができる。
【0016】
また、この発明の請求項2に係る筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法は、請求項1に記載の発明において、前記燃圧が圧力補正可能レベル範囲内でかつ高圧である場合には、燃料供給系に設けられたレギュレータの異常による調圧異常と判断して均質燃焼に切り替えるとともに、燃料噴射開始時期を吸気行程上死点近傍に固定し、サンプリング平均燃圧から算出した噴射期間で燃料噴射することを特徴とするものである。
【0017】
したがって、この発明によれば、調圧異常時であっても成層燃焼の不成立による失火等を抑制でき、均質燃焼で対応できる。
【0018】
また、この発明の請求項3に係る筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法は、請求項1に記載の発明において、前記燃圧が圧力補正可能レベル範囲内でかつ低圧である場合には、燃料残量が少ないと判断して均質燃焼に切り替えるとともに、噴射と点火の最小インターバルマップから噴射終了クランク角度を算出し、予め回転数と負荷で定義された筒内圧マップと燃圧とから現時点における噴射可能クランク角度を算出し、前記算出された両クランク角度を比較して、より進角側を最終噴射終了クランク角度とし、この最終噴射終了クランク角度と現時点の燃圧とに基づいて噴射開始クランク角度を算出し燃料噴射することを特徴とするものである。
【0019】
したがって、この発明によれば、燃料残量が少なくなり燃圧が低下した時に、直ちに吸気行程噴射あるいは圧縮行程噴射の前半に制御を切り替えても、可能な限り圧縮行程で燃料噴射できるので、吸入空気量不足から均質燃焼領域が一気に縮小するのを抑制でき、均質燃焼領域を段階的に縮小することができる。この結果、運転できない領域が発生する時間を最小限にとどめることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法の実施の形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0021】
図1は、この発明の実施の形態に係る筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法を示すフローチャート、図2は、調圧異常時の制御方法を示すフローチャート、図3は、燃料残量が少ない時の制御方法を示すフローチャートである。また、図4は、CNGエンジンの概略構成を示す断面図、図5は、CNGエンジンへの燃料供給システムを示す模式図である。
【0022】
先ず、本発明を適用するCNGエンジン10およびその燃料供給システムの概略構成について図4および図5に基づいて説明する。図4および図5に示すように、CNGエンジン10は、CNG燃料をインジェクタ23によって燃焼室10aに直接噴射する直噴式であり、基本的には通常の直噴式のガソリンエンジンと同様の構成となっている。
【0023】
すなわち、図4に示すように、CNGエンジン10の燃焼室10aは、シリンダボア11とシリンダヘッド13とシリンダボア11内に往復動自在に配設されたピストン12とによって構成されている。また、ピストン12の頂面の吸気側部分には、成層燃焼を成立させるために凹状のキャビティ12aが形成されている。
【0024】
この燃焼室10aのほぼ中央には、混合気に点火するための点火プラグ14が配設されている。また、燃焼室10aを臨む吸気ポート15には吸気弁16が配設され、燃焼室10aを臨む排気ポート18には排気弁20が配設されている。また、燃焼室10aの吸気弁16近傍には、CNG燃料を燃焼室10aに直接噴射するインジェクタ23が配設されている。
【0025】
このインジェクタ23は、キャビティ12a内に燃料噴霧23aが噴射されるように、その噴霧形状および噴霧角が設定されている。距離L1は、燃料噴霧23aがピストン12に衝突した時におけるインジェクタ23の噴射孔とキャビティ12aの底壁間の距離を示している。
【0026】
なお、インジェクタ23から噴射された燃料噴霧23aは、キャビティ12aに入り、当該キャビティ12aの底壁に衝突した後、この底壁に沿って点火プラグ14方向に流れながら混合気を形成する。そして、この混合気に点火プラグ14で点火することにより燃焼させている。
【0027】
つぎに、上記CNGエンジン10にCNG燃料を供給にするための燃料供給系統の構成について図5に基づいて説明する。なお、この図5において、排気系統の構成は図示を省略してある。
【0028】
図5に示すように、CNG燃料ボンベ32は、CNG燃料を高圧(たとえば、最大20MPa程度)状態で貯蔵するためのものである。なお、図示を省略するが、CNG燃料ボンベ32は、ボンベ内の圧力を検出する圧力センサや、温度を検出する温度センサを備えている。このCNG燃料ボンベ32とCNGエンジン10のデリバリパイプ33とは、燃料供給パイプ(燃料供給系)34によって接続されている。
【0029】
このデリバリパイプ33は、後述する高圧レギュレータ35を経て圧送されてきたCNG燃料を上記各インジェクタ23に分配するためのものであり、当該デリバリパイプ33内の圧力を検出する圧力センサ33aや、温度を検出する温度センサ33bを備えている。
【0030】
また、CNG燃料ボンベ32からインジェクタ23に至る燃料供給パイプ34には、CNG燃料ボンベ32から圧送されたCNG燃料の圧力を筒内噴射可能な所定圧力(たとえば、5MPa程度)まで減圧する高圧レギュレータ35が設けられている。
【0031】
なお、以上に説明したCNGエンジン10、インジェクタ23、高圧レギュレータ35等は、デリバリパイプ33の圧力センサ33aや温度センサ33b、CNG燃料ボンベ32の圧力センサや温度センサ(図示せず)等の各種センサ情報に基づいて、図示しない電子制御ユニット(ECU)によって制御されている。
【0032】
つぎに、本発明に係る燃料噴射時期の制御方法について図1〜図3に基づいて説明する。その際、図4および図5、図6〜図10を適宜参照する。ここで、図6は、噴射開始時期の一例を示すマップであり、回転数と噴射燃料量毎にクランク角度BTDC(上死点前)を示し、上記電子制御ユニット(ECU)に予め格納されている。また、図7は、定容容器で噴霧長を測定する様子を示す模式図、図8は、定容容器で測定した噴射時間と噴霧長との関係の一例を示すマップであり、燃圧と噴射燃料量毎に予め準備され、上記電子制御ユニット(ECU)に格納されている。
【0033】
また、図9は、基準圧時において燃料噴霧がピストンに衝突した時におけるインジェクタとキャビティ間の距離の一例を示すマップであり、回転数と噴射燃料量毎に当該距離を示し、上記電子制御ユニット(ECU)に予め格納されている。また、図10は、筒内圧とクランク角度との関係の一例を示す筒内圧マップであり、グラフ図(1)およびマップ(2)である。この図10に係る筒内圧マップも上記電子制御ユニット(ECU)に予め格納されている。
【0034】
図1に示すように、先ず、CNGエンジン10を始動したら(ステップS10)、燃圧(図5に示すデリバリパイプ33内の圧力であり、噴射圧である)が、圧力補正可能なレベル範囲内にあるか否かを判断する(ステップS11)。たとえば、燃圧が5MPa、圧力補正可能なレベル範囲が4〜6MPaである場合には、燃圧が圧力補正可能なレベル範囲内にあると判断される。
【0035】
燃圧が圧力補正可能なレベル範囲内にない場合(ステップS11否定)には、後述する調圧異常時制御に移行する(ステップS20)。燃圧が圧力補正可能なレベル範囲内にあるならば(ステップS11肯定)、運転領域が成層燃焼であるか否かを判断する(ステップS12)。
【0036】
運転領域が成層燃焼でない場合には(ステップS12否定)、通常の均質燃焼制御を実施する(ステップS50)。すなわち、当該燃圧で噴射期間のみを補正して燃料噴射する。均質燃焼はロバスト性がきわめて良いので、噴射時期を変更する必要がなく、噴射期間のみを補正すれば足りるからである。なお、この通常の均質燃焼制御が実行された後は、ステップS11に戻る。
【0037】
一方、運転領域が成層燃焼である場合には(ステップS12肯定)、燃圧が噴射時期を補正する必要があるレベルの範囲内か否かを判断する(ステップS13)。すなわち、圧力変動が通常の範囲内であり、補正しなくてもよいレベルの範囲内か否かを判断する。たとえば、現時点での燃圧が5MPaであり、かつ、予め設定された補正不要範囲が4.8〜5.2MPaであるならば、現時点の燃圧は補正不要範囲内にあるので、噴射時期の補正は不要であると判断される。
【0038】
このように噴射時期を補正する必要がない場合には(ステップS13否定)、通常の成層燃焼制御を実施する(ステップS60)。この場合、現時点の燃圧で噴射期間のみを補正する。なお、この通常の成層燃焼制御が実行された後は、ステップS11に戻る。
【0039】
一方、噴射時期を補正する必要がある場合は(ステップS13肯定)、以下の手順で噴射パラメータを補正する。
(1) 先ず、図9に示すマップから、基準圧時(たとえば、5MPa時)の標準適合値(補正していない値)で、燃料噴霧23aとキャビティ12aの衝突時におけるインジェクタ23とキャビティ12a間の距離Lを算出する(ステップS14)。
【0040】
この図9は、噴射開始時期を示すマップ(図6参照)と、定容容器25(図7参照)で測定した噴霧長を示すマップ(図8参照)とから、クランク角度毎の噴霧長L2を計算し、つぎに回転数からクランク角度毎のインジェクタ23とピストンキャビティ12a間の距離L1を算出し、これらの距離が同一(L1=L2)となった時の距離をLと定義し、これを予めマップとして上記電子制御ユニット(ECU)に格納したものである。
【0041】
(2) つぎに、現燃圧での図8から、上記距離L2時の時間を算出する(ステップS15)。
【0042】
(3) そして、上記(2)で算出した時間と、(2)と同じ距離でかつ基準圧時の時間との差を算出する(ステップS16)。この時間差は、同一噴射開始とした時の衝突までの時間差であり、正負の符号を持つものである。
【0043】
(4) つぎに、上記(3)で算出した時間差を回転数からクランク角度に変換し、これを補正クランク角度として図6に示す基準圧時の噴射開始時期を補正し、噴射開始クランク角度を算出する(ステップS17)。
【0044】
(5) つぎに、現燃圧と基準圧とから噴射期間を補正し、再定義する(ステップS18)。
【0045】
(6) そして、上記(4)で算出した噴射開始クランク角度と、上記(5)で再定義した噴射期間とから噴射終了クランク角度を算出し(ステップS18)、この噴射終了クランク角度に基づいて燃料噴射する(ステップS19)。なお、この燃料噴射が実行された後は、ステップS11に戻る。
【0046】
以上のように燃料噴射時期を制御することで、燃圧が変わった時でも、燃料噴霧23aとキャビティ12aの衝突時におけるインジェクタ23とキャビティ12a間の距離をほぼ一定に保てるので、ロバスト性の乏しい成層燃焼を成立させることができる。
【0047】
つぎに、上記ステップS11否定の場合(図1参照)に実施される調圧異常時の制御方法(ステップS20)について、図2に基づいて具体的に説明する。
【0048】
前述の図1におけるステップS11では、燃圧が圧力補正可能なレベル範囲内にないものとして判断されているので、図2に示すステップS21では、さらにこの燃圧が圧力補正可能なレベルの下限以下か否かを判断する。
【0049】
燃圧が圧力補正可能なレベルの下限以下である場合には(ステップS21肯定)、後述する燃料残量が少ない場合の制御(図3参照)に移行する(ステップS40)。
【0050】
一方、燃圧が圧力補正可能なレベルの下限を越える場合には(ステップS21否定)、圧力が高く、高圧レギュレータ35が異常であると判断できるので(ステップS30)、CNGエンジン10の搭載車両の運転手にその旨の警告をインジケータ等で表示し(ステップS31)、運転領域が成層燃焼か否かを判断する(ステップS32)。なお、この警告は、音声等による発音手段によるもの、あるいは、この発音手段と上記インジケータ等の表示手段との併用によるものであってもよい。
【0051】
成層燃焼である場合には(ステップS32肯定)、ロバスト性が悪く、これが成立しない可能性があるため、均質燃焼へ切り替える(ステップS33)。
【0052】
燃圧は基本的に高圧であるが、調圧異常時には燃圧の変動が大きい可能性がある。このため、必ず噴射可能となるように、噴射開始時期を吸気行程上死点近傍に設定する(ステップS34)。一方、均質燃焼である場合には(ステップS32否定)、噴射開始時期を吸気行程上死点近傍に設定する(ステップS34)。
【0053】
噴射期間は燃圧によって変化するので、燃圧の変動が大きいと噴射期間の算出は困難である。そこで、可能な限り燃圧の計測時間を多くし、噴射期間をサンプリング平均燃圧で算出する(ステップS35)。そして、他の適合値を変更することなく、この算出された噴射期間で燃料噴射を行う(ステップS36)。
【0054】
以上に示したレギュレータ35の異常時における制御(ステップS30〜ステップS36)は、イグニション(IG)がOFFになるまで繰り返し実行され(ステップS37否定)、イグニション(IG)がOFFになったら(ステップS37肯定)、制御を終了する(ステップS38)。このように制御することで、調圧異常が直っていないにもかかわらず、変動により燃圧が低下した時に通常の制御に移行してしまうのを抑制できる。
【0055】
以上のように制御することで、調圧異常時であっても成層燃焼の不成立による失火等を抑制でき、均質燃焼で対応できる。また、噴射開始時期を吸気行程上死点近傍に設定しているので、いわゆる吸気ポート噴射の場合と同等の性能までしか期待できないが、調圧異常を運転手により早く認識させ、停車を促す効果を期待できる。
【0056】
つぎに、前述した図2におけるステップS21肯定の場合、すなわち燃圧が圧力補正可能なレベルの下限以下である場合に実施される燃料残量が少ない場合の制御方法(ステップS40)について、図3に基づいて具体的に説明する。
【0057】
燃料残量が少ない場合は、燃圧が段階的に低下しており、予め設定された通常の制御値が使えなくなっている。特に成層燃焼時は、噴射期間や燃料噴霧の貫徹力が変化するので、失火等の不具合が発生し易くなる。
【0058】
そこで、図3に示すように、燃料残量が少ない場合には(ステップS40)、すべての燃焼領域を均質燃焼に切り替えることで、上記失火等の不具合の発生を抑制する(ステップS41、ステップS42)。
【0059】
つぎに、上記のように均質燃焼に切り替えられた状態であっても、できるだけ圧縮行程で燃料噴射できるように以下の制御を実施する。
【0060】
点火時期はCNGエンジン10の回転数と負荷(吸気管圧力と燃料量)で決まり、燃圧の影響はない。また、噴射終了時期と点火時期は、ある程度のインターバルがないと、噴射された燃料と空気が十分に混合されない。この場合も燃圧とは関係がない。
【0061】
CNG燃料は気体であるため気化時間が必要ないので、噴射終了−点火の最小インターバルを、回転数と燃料量で定義された噴射開始時期のマップ(図6参照)で適合して、図示しない電子制御ユニット(ECU)に格納しておく。
【0062】
そして、この噴射終了−点火の最小インターバルマップと、上記点火時期から求まる噴射−点火インターバルから可能な噴射終了クランク角度Aを算出する(ステップS43)。
【0063】
つぎに、予め回転数および吸気管圧力で定義されたモータリング時の筒内圧マップ(図10参照)と燃圧に基づいて、現時点における噴射終了クランク角度B(噴射可能クランク角度)を算出する(ステップS44)。
【0064】
つぎに、上記噴射終了クランク角度Aと上記噴射終了クランク角度Bとを比較して、より進角側の角度を噴射終了クランク角度(最終噴射終了クランク角度)と定義する(ステップS45)。
【0065】
そして、この噴射終了クランク角度と現時点における燃圧とから、噴射開始クランク角度を算出し、この噴射開始クランク角度に基づいて燃料噴射を行う(ステップS46)。
【0066】
このように、燃料残量が少なくなり燃圧が低下した時に、直ちに吸気行程噴射あるいは圧縮行程噴射の前半に制御を切り替えても、可能な限り圧縮行程で燃料噴射できるので、吸入空気量不足から均質燃焼領域が一気に縮小するのを抑制でき、均質燃焼領域を段階的に縮小することができる。この結果、運転できない領域が発生する時間を最小限にとどめることができる。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法(請求項1)によれば、燃圧が変わった時でも、燃料噴霧とキャビティの衝突時における燃料噴射弁とキャビティ間の距離をほぼ一定に保つことができるので、ロバスト性の乏しい成層燃焼を成立させることができる。
【0068】
また、この発明に係る筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法(請求項2)によれば、調圧異常時であっても成層燃焼の不成立による失火等を抑制でき、均質燃焼で対応できる。
【0069】
また、この発明に係る筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法(請求項3)によれば、燃料残量が少なくなり燃圧が低下した時に、直ちに吸気行程噴射あるいは圧縮行程噴射の前半に制御を切り替えても、可能な限り圧縮行程で燃料噴射できるので、吸入空気量不足から均質燃焼領域が一気に縮小するのを抑制でき、均質燃焼領域を段階的に縮小することができる。この結果、運転できない領域が発生する時間を最小限にとどめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態に係る筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法を示すフローチャートである。
【図2】調圧異常時の制御方法を示すフローチャートである。
【図3】燃料残量が少ない時の制御方法を示すフローチャートである。
【図4】CNGエンジンの概略構成を示す断面図である。
【図5】CNGエンジンへの燃料供給システムを示す模式図である。
【図6】噴射開始時期の一例を示すマップである。
【図7】定容容器で噴霧長を測定する様子を示す模式図である。
【図8】定容容器で測定した噴射時間と噴霧長との関係の一例を示すマップである。
【図9】基準圧時において燃料噴霧がピストンに衝突した時におけるインジェクタとキャビティ間の距離の一例を示すマップである。
【図10】筒内圧とクランク角度との関係の一例を示す筒内圧マップである。
【符号の説明】
10 CNGエンジン
10a 燃焼室
12 ピストン
12a キャビティ
14 点火プラグ
15 吸気ポート
16 吸気弁
18 排気ポート
20 排気弁
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
23a 燃料噴霧
32 CNG燃料ボンベ
33 デリバリパイプ
34 燃料供給パイプ(燃料供給系)
35 高圧レギュレータ(レギュレータ)
L1、L2 距離[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method during fuel injection of an in-cylinder direct injection CNG engine having a stratified combustion operation region by directly injecting compressed natural gas (CNG) into the cylinder, and more specifically, the fuel pressure has changed. Even when the fuel spray and the cavity collide, the distance between the fuel injection valve and the cavity can be kept substantially constant, and the fuel injection timing of the in-cylinder direct injection CNG engine that can achieve stratified combustion with poor robustness It relates to a control method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, from the viewpoints of energy and environmental measures, compressed natural gas (CNG) has been used as a fuel for automobile internal combustion engines, and CNG fuel has been injected into the cylinder to improve fuel efficiency and output. In-cylinder direct injection CNG engines (hereinafter referred to as “CNG engines” where appropriate) that directly inject fuel are being actively developed, and various techniques have been proposed.
[0003]
Although not shown in the drawings, such an in-cylinder direct injection CNG engine is provided with a concave cavity for establishing stratified combustion at the intake side portion of the piston top surface. The CNG engine normally includes a CNG fuel cylinder that stores CNG fuel, a fuel injection valve that directly injects CNG fuel into each cylinder, a delivery pipe that accumulates CNG fuel and distributes the fuel to each fuel injection valve, and CNG A high-pressure regulator is provided in the middle of the fuel supply pipe connecting the fuel cylinder and the delivery pipe, and depressurizes the CNG fuel to a predetermined pressure, and is configured to be able to switch between stratified combustion and homogeneous combustion.
[0004]
CNG fuel is stored at a high pressure (for example, about 20 MPa at the maximum) in the CNG fuel cylinder, but when pumped from the CNG fuel cylinder, in-cylinder injection can be performed by the high pressure regulator before being supplied to the delivery pipe. The pressure is reduced to a certain constant pressure (for example, about 5 MPa).
[0005]
Therefore, conventionally, a combustion map corresponding to the constant pressure value is set in advance, and based on this map, control is performed to switch between stratified combustion and homogeneous combustion according to the engine speed and load conditions, etc. .
[0006]
That is, such an in-cylinder direct injection CNG engine is intended to increase the charging efficiency and the like by improving the performance by injecting fuel in the compression stroke, so that it is necessary to inject fuel into the combustion chamber at a high pressure. In addition, it is known that when the residual gas pressure in the CNG fuel cylinder is equal to or lower than the above-described constant pressure value, the CNG fuel cannot be regulated and supplied by the high pressure regulator, and thus the cruising distance cannot be increased.
[0007]
For this reason, when the fuel pressure is lower than the reference pressure, the fuel pressure is low by controlling the intake valve to advance in the in-cylinder injection in the first half of the intake stroke or the compression stroke (immediately after the intake dead center). However, a technology that enables fuel injection and extends the cruising distance is disclosed (see Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-328997
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art as described above, if the fuel spray injected at a high pressure from the fuel injection valve has a different fuel pressure (injection pressure), the spray length has the same fuel injection amount and injection time. As a result, the collision position with the cavity is different at the same injection start timing. For this reason, during the stratified combustion in which the compression stroke injection is performed, if the collision position of the fuel spray with the cavity is different, there is a possibility that misfire or the like may occur even at the same fuel amount injection.
[0010]
Therefore, it is desirable to provide a fuel injection timing control method for a direct injection CNG engine that can keep the distance between the fuel injection valve and the cavity almost constant even when the fuel spray changes and the cavity collides. It was.
[0011]
In addition, it has been desired to provide a fuel injection timing control method for a direct injection CNG engine that can perform appropriate fuel injection even when there is an abnormal pressure adjustment such as when the high pressure regulator is abnormal or when the amount of remaining fuel is low.
[0012]
The present invention has been made in view of the above, and even when the fuel pressure changes, the distance between the fuel injection valve and the cavity at the time of the collision between the fuel spray and the cavity can be kept substantially constant, and the robustness is improved. It is an object of the present invention to provide a method for controlling the fuel injection timing of a direct injection CNG engine that can establish poor stratified combustion.
[0013]
Another object of the present invention is to provide a method for controlling the fuel injection timing of a direct injection CNG engine that can perform appropriate fuel injection even when the fuel pressure changes due to abnormal pressure regulation.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a fuel injection timing control method for a direct injection CNG engine according to
[0015]
Therefore, according to the present invention, even when the fuel pressure changes, the distance between the fuel injection valve and the cavity at the time of collision between the fuel spray and the cavity can be kept substantially constant, so that stratified combustion with poor robustness is established. be able to.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel injection timing control method for an in-cylinder direct injection CNG engine according to the first aspect, wherein the fuel pressure is within a pressure-correctable level range and a high pressure. The fuel supply system determines that the pressure regulation is abnormal due to an abnormality in the regulator, and switches to homogeneous combustion.Furthermore, the fuel injection start timing is fixed near the top dead center of the intake stroke, and fuel is injected in the injection period calculated from the sampling average fuel pressure. It is characterized by injecting.
[0017]
Therefore, according to the present invention, misfire due to the failure of stratified combustion or the like can be suppressed even when pressure regulation is abnormal, and uniform combustion can be handled.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel injection timing control method for an in-cylinder direct injection CNG engine according to the first aspect of the present invention, wherein the fuel pressure is within a pressure correctable level range and a low pressure. When it is determined that the remaining amount of fuel is low, the combustion is switched to homogeneous combustion, and the injection end crank angle is calculated from the minimum interval map between injection and ignition, and the current pressure is calculated from the in-cylinder pressure map and fuel pressure defined in advance by the rotation speed and load. An injectable crank angle is calculated, the two calculated crank angles are compared, and the more advanced side is defined as the final injection end crank angle, and the injection start crank angle is determined based on the final injection end crank angle and the current fuel pressure. Is calculated and fuel is injected.
[0019]
Therefore, according to the present invention, when the remaining fuel amount decreases and the fuel pressure decreases, even if the control is immediately switched to the first half of the intake stroke injection or the compression stroke injection, the fuel can be injected in the compression stroke as much as possible. It is possible to suppress the homogeneous combustion region from being reduced at a stretch due to the shortage of quantity, and the homogeneous combustion region can be reduced stepwise. As a result, it is possible to minimize the time during which an inoperable region occurs.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a fuel injection timing control method for an in-cylinder direct injection CNG engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[0021]
FIG. 1 is a flowchart showing a fuel injection timing control method for a direct injection CNG engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a control method when pressure regulation is abnormal, and FIG. It is a flowchart which shows the control method when there are few. FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of the CNG engine, and FIG. 5 is a schematic diagram showing a fuel supply system to the CNG engine.
[0022]
First, a schematic configuration of a
[0023]
That is, as shown in FIG. 4, the
[0024]
A
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
Next, the configuration of a fuel supply system for supplying CNG fuel to the
[0028]
As shown in FIG. 5, the
[0029]
The
[0030]
A
[0031]
The
[0032]
Next, a fuel injection timing control method according to the present invention will be described with reference to FIGS. At that time, FIGS. 4 and 5 and FIGS. Here, FIG. 6 is a map showing an example of the injection start timing, showing the crank angle BTDC (before top dead center) for each rotation speed and fuel injection amount, and stored in advance in the electronic control unit (ECU). Yes. FIG. 7 is a schematic diagram showing how the spray length is measured in a constant volume container, and FIG. 8 is a map showing an example of the relationship between the injection time and the spray length measured in the constant volume container. Each fuel amount is prepared in advance and stored in the electronic control unit (ECU).
[0033]
FIG. 9 is a map showing an example of the distance between the injector and the cavity when the fuel spray collides with the piston at the reference pressure, and shows the distance for each rotational speed and injected fuel amount. (ECU) is stored in advance. FIG. 10 is an in-cylinder pressure map showing an example of the relationship between the in-cylinder pressure and the crank angle, and is a graph (1) and a map (2). The in-cylinder pressure map according to FIG. 10 is also stored in advance in the electronic control unit (ECU).
[0034]
As shown in FIG. 1, first, when the
[0035]
If the fuel pressure is not within the level range in which pressure correction is possible (No in step S11), the control proceeds to pressure regulation abnormality control described later (step S20). If the fuel pressure is within the level range in which pressure correction is possible (Yes at Step S11), it is determined whether or not the operation region is stratified combustion (Step S12).
[0036]
When the operation region is not stratified combustion (No at Step S12), normal homogeneous combustion control is performed (Step S50). That is, the fuel is injected while correcting only the injection period with the fuel pressure. This is because homogeneous combustion has extremely good robustness, so that it is not necessary to change the injection timing, and it is sufficient to correct only the injection period. In addition, after this normal homogeneous combustion control is performed, it returns to step S11.
[0037]
On the other hand, when the operation region is stratified combustion (Yes at Step S12), it is determined whether or not the fuel pressure is within a level range where the injection timing needs to be corrected (Step S13). That is, it is determined whether or not the pressure fluctuation is within a normal range and does not need to be corrected. For example, if the current fuel pressure is 5 MPa and the preset unnecessary correction range is 4.8 to 5.2 MPa, the current fuel pressure is within the correction unnecessary range. Judged as unnecessary.
[0038]
When it is not necessary to correct the injection timing as described above (No at Step S13), normal stratified combustion control is performed (Step S60). In this case, only the injection period is corrected with the current fuel pressure. In addition, after this normal stratified combustion control is performed, it returns to step S11.
[0039]
On the other hand, when the injection timing needs to be corrected (Yes at Step S13), the injection parameter is corrected by the following procedure.
(1) First, from the map shown in FIG. 9, between the
[0040]
FIG. 9 shows a spray length L2 for each crank angle from a map (see FIG. 6) showing the injection start timing and a map (see FIG. 8) showing the spray length measured in the constant volume container 25 (see FIG. 7). Next, the distance L1 between the
[0041]
(2) Next, the time at the distance L2 is calculated from FIG. 8 at the current fuel pressure (step S15).
[0042]
(3) Then, the difference between the time calculated in the above (2) and the time at the reference pressure and the same distance as (2) is calculated (step S16). This time difference is a time difference until a collision when the same injection is started, and has a positive / negative sign.
[0043]
(4) Next, the time difference calculated in the above (3) is converted from the rotational speed into a crank angle, and this is used as a corrected crank angle to correct the injection start timing at the reference pressure shown in FIG. Calculate (step S17).
[0044]
(5) Next, the injection period is corrected from the current fuel pressure and the reference pressure, and redefined (step S18).
[0045]
(6) Then, an injection end crank angle is calculated from the injection start crank angle calculated in (4) above and the injection period redefined in (5) above (step S18), and based on this injection end crank angle. Fuel is injected (step S19). In addition, after this fuel injection is performed, it returns to step S11.
[0046]
By controlling the fuel injection timing as described above, even when the fuel pressure changes, the distance between the
[0047]
Next, the control method (step S20) at the time of abnormal pressure adjustment, which is executed when the above step S11 is negative (see FIG. 1), will be specifically described based on FIG.
[0048]
In step S11 in FIG. 1 described above, it is determined that the fuel pressure is not within the level range where pressure correction is possible. Therefore, in step S21 shown in FIG. 2, this fuel pressure is further below the lower limit of the level where pressure correction is possible. Determine whether.
[0049]
When the fuel pressure is not more than the lower limit of the level at which pressure correction is possible (Yes at Step S21), the process proceeds to the control (see FIG. 3) when the fuel remaining amount is small, which will be described later (Step S40).
[0050]
On the other hand, if the fuel pressure exceeds the lower limit of the level at which pressure correction is possible (No in step S21), it can be determined that the pressure is high and the
[0051]
In the case of stratified combustion (Yes at step S32), the robustness is poor and this may not be established, so switching to homogeneous combustion is performed (step S33).
[0052]
Although the fuel pressure is basically high, fluctuations in the fuel pressure may be large when pressure regulation is abnormal. For this reason, the injection start timing is set in the vicinity of the top dead center of the intake stroke so that injection can always be performed (step S34). On the other hand, if the combustion is homogeneous (No at Step S32), the injection start timing is set near the top dead center of the intake stroke (Step S34).
[0053]
Since the injection period varies depending on the fuel pressure, it is difficult to calculate the injection period if the fuel pressure varies greatly. Therefore, the fuel pressure measurement time is increased as much as possible, and the injection period is calculated as the sampling average fuel pressure (step S35). Then, fuel injection is performed in the calculated injection period without changing other compatible values (step S36).
[0054]
The control (step S30 to step S36) when the
[0055]
By controlling as described above, misfire due to the failure of stratified combustion or the like can be suppressed even when pressure regulation is abnormal, and uniform combustion can be handled. In addition, since the injection start time is set near the top dead center of the intake stroke, it can only be expected to achieve the same performance as in the case of so-called intake port injection, but the effect of prompting the driver to recognize abnormal pressure regulation and prompting the vehicle to stop Can be expected.
[0056]
Next, FIG. 3 shows a control method (step S40) in the case where the remaining amount of fuel is low when step S21 in FIG. 2 is affirmative, that is, when the fuel pressure is below the lower limit of the pressure correctable level. A specific description will be given based on this.
[0057]
When the remaining amount of fuel is small, the fuel pressure is gradually reduced, and a preset normal control value cannot be used. In particular, during stratified combustion, since the injection period and the penetration force of the fuel spray change, problems such as misfire are likely to occur.
[0058]
Therefore, as shown in FIG. 3, when the remaining amount of fuel is small (step S40), the occurrence of problems such as misfire is suppressed by switching all combustion regions to homogeneous combustion (steps S41 and S42). ).
[0059]
Next, the following control is performed so that fuel can be injected in the compression stroke as much as possible even in a state where the combustion is switched to homogeneous combustion as described above.
[0060]
The ignition timing is determined by the rotational speed and load (intake pipe pressure and fuel amount) of the
[0061]
Since CNG fuel is a gas, no vaporization time is required. Therefore, the injection end-ignition minimum interval is adapted by an injection start timing map (see FIG. 6) defined by the number of revolutions and the amount of fuel, and an electronic (not shown) It is stored in a control unit (ECU).
[0062]
Then, a possible injection end crank angle A is calculated from the injection end-ignition minimum interval map and the injection-ignition interval determined from the ignition timing (step S43).
[0063]
Next, the current injection end crank angle B (injectable crank angle) is calculated based on the in-cylinder pressure map during motoring (see FIG. 10) and the fuel pressure, which are defined in advance by the rotational speed and the intake pipe pressure (step S1). S44).
[0064]
Next, the injection end crank angle A and the injection end crank angle B are compared, and the more advanced angle is defined as the injection end crank angle (final injection end crank angle) (step S45).
[0065]
Then, an injection start crank angle is calculated from the injection end crank angle and the current fuel pressure, and fuel injection is performed based on the injection start crank angle (step S46).
[0066]
Thus, even when the control is switched to the first half of the intake stroke injection or the compression stroke injection immediately when the remaining amount of fuel decreases and the fuel pressure decreases, the fuel can be injected in the compression stroke as much as possible. It is possible to suppress the combustion region from being reduced at a stretch, and the homogeneous combustion region can be reduced stepwise. As a result, it is possible to minimize the time during which an inoperable region occurs.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the fuel injection timing control method for a direct injection CNG engine according to the present invention (Claim 1), even when the fuel pressure changes, the fuel injection valve at the time of collision between the fuel spray and the cavity Since the distance between the cavities can be kept substantially constant, stratified combustion with poor robustness can be established.
[0068]
Further, according to the fuel injection timing control method for a direct injection CNG engine according to the present invention (Claim 2), misfiring due to the failure of stratified combustion can be suppressed even when the pressure regulation is abnormal, and uniform combustion is supported. it can.
[0069]
Further, according to the fuel injection timing control method for a direct injection CNG engine according to the present invention (Claim 3), when the fuel remaining amount decreases and the fuel pressure decreases, the intake stroke injection or the compression stroke injection is immediately performed in the first half. Even if the control is switched, the fuel can be injected in the compression stroke as much as possible. Therefore, it is possible to suppress the homogeneous combustion region from being reduced at a stretch due to insufficient intake air amount, and the homogeneous combustion region can be reduced stepwise. As a result, it is possible to minimize the time during which an inoperable region occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a fuel injection timing control method for an in-cylinder direct injection CNG engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a control method when pressure regulation is abnormal.
FIG. 3 is a flowchart showing a control method when the remaining amount of fuel is low.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a CNG engine.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a fuel supply system to a CNG engine.
FIG. 6 is a map showing an example of injection start timing.
FIG. 7 is a schematic diagram showing how the spray length is measured with a constant volume container.
FIG. 8 is a map showing an example of a relationship between an injection time and a spray length measured in a constant volume container.
FIG. 9 is a map showing an example of a distance between an injector and a cavity when fuel spray collides with a piston at a reference pressure.
FIG. 10 is an in-cylinder pressure map showing an example of a relationship between in-cylinder pressure and crank angle.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
35 High pressure regulator
L1, L2 distance
Claims (3)
成層燃焼時に燃圧が圧力補正可能レベル範囲内でかつ噴射時期補正必要レベル範囲内である場合には、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の前記キャビティとの衝突位置が基準圧時の当該衝突位置と同じになるように燃料噴射開始時期を変更することを特徴とする筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法。A fuel injection timing control method for an in-cylinder direct injection CNG engine having a cavity on a piston top surface and switching between stratified combustion and homogeneous combustion according to engine operating conditions,
When the fuel pressure is within the pressure correctable level range and the injection timing correction required level range during stratified combustion, the collision position of the fuel spray injected from the fuel injection valve with the cavity corresponds to the collision position at the reference pressure. A fuel injection timing control method for an in-cylinder direct injection CNG engine, wherein the fuel injection start timing is changed so as to be the same.
噴射と点火の最小インターバルマップから噴射終了クランク角度を算出し、
予め回転数と負荷で定義された筒内圧マップと燃圧とから現時点における噴射可能クランク角度を算出し、
前記算出された両クランク角度を比較して、より進角側を最終噴射終了クランク角度とし、
この最終噴射終了クランク角度と現時点の燃圧とに基づいて噴射開始クランク角度を算出し燃料噴射することを特徴とする請求項1に記載の筒内直噴CNGエンジンの燃料噴射時期制御方法。When the fuel pressure is within the pressure-correctable level range and low pressure, it is determined that the remaining amount of fuel is low, and the combustion is switched to homogeneous combustion,
Calculate the injection end crank angle from the minimum interval map of injection and ignition,
From the in-cylinder pressure map defined in advance by the rotational speed and load and the fuel pressure, the crank angle that can be injected at the present time is calculated,
Comparing the calculated crank angles, the more advanced side is the final injection end crank angle,
2. The fuel injection timing control method for an in-cylinder direct injection CNG engine according to claim 1, wherein an injection start crank angle is calculated based on the final injection end crank angle and the current fuel pressure, and fuel injection is performed.
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