JP4207160B2 - Knocking control device for gas fuel direct injection engine - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼室に臨んで設けられた直噴インジェクタ及び点火プラグと、ノッキングの発生を検出または推定するノッキング検出手段とを備えるガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置に関する。 The present invention relates to a knock control device for a gas fuel direct injection engine including a direct injection injector and a spark plug provided facing a combustion chamber, and a knocking detection means for detecting or estimating the occurrence of knocking.
従来より、圧縮天然ガス(以下、CNGと称す)や水素ガスを燃料とする、いわゆるガス燃料エンジンが開発されている。そして、このガス燃料エンジンにおいて、燃焼室でのガス燃料の燃焼を制御して燃費向上などを図るべく、機関運転領域に基づいて燃焼室へのガス燃料の噴射時期を制御することが提案されている。 Conventionally, a so-called gas fuel engine that uses compressed natural gas (hereinafter referred to as CNG) or hydrogen gas as a fuel has been developed. In this gas fuel engine, it has been proposed to control the injection timing of the gas fuel into the combustion chamber based on the engine operation region in order to control the combustion of the gas fuel in the combustion chamber and improve the fuel efficiency. Yes.
例えば、特許文献1には、ガス燃料エンジンにおいて、低負荷運転領域では圧縮行程末期にガス燃料が噴射され、高負荷運転領域では圧縮行程初期または吸気行程にガス燃料が噴射されることが述べられている。 For example, Patent Document 1 states that in a gas fuel engine, gas fuel is injected at the end of the compression stroke in the low load operation region, and gas fuel is injected at the beginning of the compression stroke or in the intake stroke in the high load operation region. ing.
ところで、例えば、CNGは高オクタン価であってガソリンよりはアンチノック性の点で優れるが、高圧縮比などを採用するとノッキングが発生する可能性は高くなる。それ故、高圧縮比などを採用するときには、概してノックコントロール制御として点火時期を最適な時期より遅らせる点火時期遅角制御が採用されることになる。しかしながら、上記特許文献1に記載の技術で点火時期遅角制御を適用すると、燃焼圧力が下がることになり、ガス燃料エンジンの性能が低下するという問題がある。 By the way, for example, CNG has a high octane number and is superior to gasoline in terms of anti-knock properties, but if a high compression ratio or the like is employed, the possibility of knocking increases. Therefore, when a high compression ratio or the like is employed, generally, ignition timing retardation control that retards the ignition timing from the optimum timing is employed as knock control control. However, when the ignition timing retarding control is applied with the technique described in Patent Document 1, the combustion pressure is lowered, and the performance of the gas fuel engine is deteriorated.
そこで、本発明は、ガス燃料エンジンの性能を低下させずに、ノッキングを回避可能にするガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a knocking control device for a gas fuel direct injection engine that makes it possible to avoid knocking without reducing the performance of the gas fuel engine.
上記目的を達成する本発明の一形態に係るガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置は、燃焼室に臨んで設けられた直噴インジェクタ及び点火プラグと、ノッキングの発生を検出または推定するノッキング検出手段とを備えるガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置であって、ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、直噴インジェクタからのガス燃料噴射圧を通常噴射圧よりも高く設定する高噴射圧設定手段を備え、高噴射圧設定手段は、通常噴射圧のガス燃料を直噴インジェクタに供給するための低圧ガス燃料ラインに加えて設けられ、通常噴射圧よりも高い圧力の高圧ガス燃料を直噴インジェクタに供給するための高圧ガス燃料ラインと、低圧ガス燃料ラインと高圧ガス燃料ラインとを切替える切替え手段とを備え、切替え手段は、ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、高圧ガス燃料が直噴インジェクタから噴射されるように高圧ガス燃料ラインに切替えることを特徴とする。 A knocking control device for a gas fuel direct injection engine according to an aspect of the present invention that achieves the above object includes a direct injection injector and a spark plug that are provided facing a combustion chamber, and a knocking detection unit that detects or estimates the occurrence of knocking. A knock control apparatus for a gas fuel direct injection engine comprising: a gas fuel injection pressure that is set to be higher than a normal injection pressure when knocking is detected or estimated by the knock detection means. The high injection pressure setting means is provided in addition to the low pressure gas fuel line for supplying the normal injection pressure gas fuel to the direct injection injector, and the high injection pressure setting means has a pressure higher than the normal injection pressure. The high-pressure gas fuel line, the low-pressure gas fuel line, and the high-pressure gas fuel line for supplying the fuel to the direct injection injector And means changed, the switching means, when the occurrence of knocking is detected or estimated by the knocking detecting means, and switches the high pressure gas fuel line so that the high-pressure gas fuel is injected from the direct injector.
ここで、低圧ガス燃料ラインは、燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する通常の低圧ガス燃料ラインであり、高圧ガス燃料ラインは、低圧ガス燃料ラインに加えて設けられ、レギュレータを迂回する高圧ガス燃料ラインであると好ましい。 Here, the low-pressure gas fuel line is a normal low-pressure gas fuel line that decompresses the high-pressure gas fuel in the fuel tank with a regulator and supplies it to each injector via a delivery pipe . The high-pressure gas fuel line is a low- pressure gas fuel line. A high-pressure gas fuel line provided in addition to the line and bypassing the regulator is preferable.
あるいは、低圧ガス燃料ラインは、燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する通常の低圧ガス燃料ラインであり、高圧ガス燃料ラインは、低圧ガス燃料ラインに加えて設けられ、レギュレータの下流から分岐され、加圧手段が配設された高圧ガス燃料ラインであると好ましい。 Alternatively, the low-pressure gas fuel line is a normal low-pressure gas fuel line in which the high- pressure gas fuel in the fuel tank is decompressed by a regulator and supplied to each injector via a delivery pipe . The high-pressure gas fuel line is a low-pressure gas fuel line. In addition, the high-pressure gas fuel line is preferably provided, and is branched from the downstream side of the regulator and provided with a pressurizing means.
さらに、ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、直噴インジェクタからのガス燃料の噴射終了時期を点火プラグ付近に乱れを発生できるようにするために許容される最大の遅角噴射終了時期にして、ガス燃料の噴射時期を遅角させることが好ましい。 Further, when knocking detection is detected or estimated by the knocking detection means , the maximum retarded-angle injection that is permitted in order to allow the turbulence of the gas fuel injection end timing from the direct injection injector to be generated near the spark plug. It is preferable to retard the gas fuel injection timing as the end timing .
さらに、ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、燃料タンク内のガス燃料圧が所定値よりも低い場合は、高噴射圧設定手段を作動させることなく、点火プラグによる点火時期を遅角する点火時期遅角制御を行なうことが望ましい。 Further, when the occurrence of knocking is detected or estimated by the knocking detection means, if the gas fuel pressure in the fuel tank is lower than a predetermined value, the ignition timing by the spark plug is set without operating the high injection pressure setting means. It is desirable to perform retarded ignition timing retard control.
本発明の一形態によれば、燃焼室に臨んで設けられた直噴インジェクタ及び点火プラグと、ノッキングの発生を検出または推定するノッキング検出手段とを備えるガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置であって、ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、直噴インジェクタからのガス燃料噴射圧を通常噴射圧よりも高く設定する高噴射圧設定手段を備え、高噴射圧設定手段は、通常噴射圧のガス燃料を直噴インジェクタに供給するための低圧ガス燃料ラインに加えて設けられ、通常噴射圧よりも高い圧力の高圧ガス燃料を直噴インジェクタに供給するための高圧ガス燃料ラインと、低圧ガス燃料ラインと高圧ガス燃料ラインとを切替える切替え手段とを備え、切替え手段は、ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、高圧ガス燃料が直噴インジェクタから噴射されるように高圧ガス燃料ラインに切替えるので、ノッキングの発生が検出または推定されたとき、高圧でガス燃料が燃焼室に噴射されて、燃焼室内に大きな乱れを発生させることが出来ることとなる。この結果、ガス燃料エンジンの性能を低下させずに燃焼室内での自然着火が抑制されて、ノッキングが回避可能になる。 According to one aspect of the present invention, there is provided a knocking control device for a gas fuel direct injection engine comprising a direct injection injector and a spark plug provided facing a combustion chamber, and knocking detection means for detecting or estimating the occurrence of knocking. When the occurrence of knocking is detected or estimated by the knocking detection means, the fuel injection pressure setting means for setting the gas fuel injection pressure from the direct injection injector higher than the normal injection pressure, the high injection pressure setting means, A high-pressure gas fuel line, which is provided in addition to a low-pressure gas fuel line for supplying gas fuel having a normal injection pressure to the direct injection injector, and for supplying a high-pressure gas fuel having a pressure higher than the normal injection pressure to the direct injection injector; , A switching means for switching between the low pressure gas fuel line and the high pressure gas fuel line, the switching means by the knocking detection means When the evolution of Kkingu is detected or estimated, because the switching to the high-pressure gas fuel line so that the high-pressure gas fuel is injected from the direct injector, when the occurrence of knocking is detected or estimated, gas fuel combustion chamber at high pressure It is possible to generate a large turbulence in the combustion chamber. As a result, the natural ignition in the combustion chamber is suppressed without deteriorating the performance of the gas fuel engine, and knocking can be avoided.
また、低圧ガス燃料ラインは、燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する通常の低圧ガス燃料ラインであり、高圧ガス燃料ラインは、低圧ガス燃料ラインに加えて設けられ、レギュレータを迂回する高圧ガス燃料ラインである形態によれば、ノッキングの発生が検出または推定されたとき、高圧ガス燃料ラインに切替えて、燃料タンク内の高圧のガス燃料が燃焼室に噴射されるので、特別な加圧手段を必要とすることなく簡単な構成で確実にノッキングが回避可能になる。 The low-pressure gas fuel line is a normal low-pressure gas fuel line that decompresses the high-pressure gas fuel in the fuel tank with a regulator and supplies it to each injector via a delivery pipe . The high-pressure gas fuel line is a low-pressure gas fuel line. Additionally provided, according to the a high pressure gas fuel line that bypasses the regulator, when the occurrence of knocking is detected or estimated by switching the high pressure gas fuel line, a high pressure of fuel gas in the fuel tank combustion Since it is injected into the chamber, knocking can be reliably avoided with a simple configuration without requiring any special pressurizing means.
あるいは、低圧ガス燃料ラインは、燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する通常の低圧ガス燃料ラインであり、高圧ガス燃料ラインは、低圧ガス燃料ラインに加えて設けられ、レギュレータの下流から分岐され、加圧手段が配設された高圧ガス燃料ラインである形態によれば、一旦減圧されたガス燃料が加圧手段で加圧され得るので、燃料タンク内のガス燃料の圧力に関わらず、ノッキングの発生が検出または推定されたとき、高圧のガス燃料を燃焼室内に噴射して、確実にノッキングを回避可能になる。 Alternatively, the low-pressure gas fuel line is a normal low-pressure gas fuel line in which the high- pressure gas fuel in the fuel tank is decompressed by a regulator and supplied to each injector via a delivery pipe . The high-pressure gas fuel line is a low-pressure gas fuel line. Additionally provided, is branched from the downstream of the regulator, according to a high pressure gas fuel line pressure means is disposed, once since decompressed gas fuel can be pressurized by pressurizing means, fuel Regardless of the pressure of the gas fuel in the tank, when the occurrence of knocking is detected or estimated, high-pressure gas fuel is injected into the combustion chamber, so that knocking can be reliably avoided.
さらに、ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、直噴インジェクタからのガス燃料の噴射終了時期を点火プラグ付近に乱れを発生できるようにするために許容される最大の遅角噴射終了時期にして、ガス燃料の噴射時期を遅角させる形態によれば、遅角噴射時期で噴射された高圧ガス燃料が点火プラグ付近に強い乱れを発生させ、その状態で点火が行われるので、ノッキングの発生をより確実に回避することが可能になる。 Further, when knocking detection is detected or estimated by the knocking detection means , the maximum retarded-angle injection that is permitted in order to allow the turbulence of the gas fuel injection end timing from the direct injection injector to be generated near the spark plug. According to the form of retarding the injection timing of the gas fuel at the end timing, the high-pressure gas fuel injected at the retarded injection timing generates a strong turbulence near the spark plug, and ignition is performed in that state. The occurrence of knocking can be avoided more reliably.
さらに、ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、燃料タンク内のガス燃料圧が所定値よりも低い場合は、高噴射圧設定手段を作動させることなく、点火プラグによる点火時期を遅角する点火時期遅角制御を行なう形態によれば、高圧のガス燃料を噴射することが難しいときにも、ノッキング回避のための制御が確実に行えるようになる。 Further, when the occurrence of knocking is detected or estimated by the knocking detection means, if the gas fuel pressure in the fuel tank is lower than a predetermined value, the ignition timing by the spark plug is set without operating the high injection pressure setting means. According to the form of performing retarded ignition timing retard control, control for avoiding knocking can be reliably performed even when it is difficult to inject high-pressure gas fuel.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
まず、図1及び図2に基づいて、本発明に係るガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置の第一の実施形態を説明する。なお、図1は第一の実施形態のガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置101を説明するための概略図であり、図2は図1におけるガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置101を制御するためのフローチャートの一例である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, based on FIG.1 and FIG.2, 1st embodiment of the knock control apparatus of the gas fuel direct injection engine which concerns on this invention is described. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the
エンジン1の吸気ポートは吸気マニフォルド2に接続されていて、エンジン1の排気ポートは排気マニフォルド5に接続されている。図1のエンジン1は、ガス燃料としてCNGを用いるガス燃料供給システム3を備えている。このガス燃料供給システム3は、筒内の燃焼室11に噴射口を介して噴射可能に配置されたガス燃料の直噴インジェクタとしてのCNG直噴インジェクタ41にデリバリパイプ4を介して連通されている。なお、エンジン1には、シリンダブロックに伝わるノッキングによる高周波振動を検出するためのノッキング検出手段としてのノックセンサ1aが配置されている。さらに、エンジン1においては、CNG直噴インジェクタ41からの噴射方向に適合されたピストンキャビティ12が、吸気ポート側にオフセットされて形成されていて、このガス燃料のガス燃料噴射圧を検出する圧力センサ4aがデリバリパイプ4に配置されている。また、各燃焼室11の上部中央には、点火プラグ13がそれぞれ配置されている。
The intake port of the engine 1 is connected to the intake manifold 2, and the exhaust port of the engine 1 is connected to the
車載されたガス燃料容器としての燃料タンク31は、高圧ガス燃料送出ライン32に接続されている。この高圧ガス燃料送出ライン32は、燃料タンク31内の高圧ガス燃料を減圧して低圧ガス燃料にするレギュレータ3b、低圧ガス燃料ライン33を介して、デリバリパイプ4に接続されている。高圧ガス燃料送出ライン32には、燃料タンク31内の高圧ガス燃料のガス燃料圧を検出する圧力センサ3a、及び低圧ガス燃料ライン33に低圧ガス燃料を流すか否かの切替え制御を後述するように行うための遮断弁3Xが配置されていて、これらの下流にレギュレータ3bが接続されている。そして、レギュレータ3bの下流に接続されている低圧ガス燃料ライン33には、低圧ガス燃料の逆流を防止する逆止弁3cが配置されている。なお、遮断弁3Xは、後述のECU300からの出力信号に基づいて制御可能にされている。ここで、レギュレータ3bにより減圧されたガス燃料を低圧ガス燃料と、これに対して燃料タンク31内などの高圧のガス燃料を高圧ガス燃料と称している。
A
一方、高圧ガス燃料ライン34は、高圧ガス燃料送出ライン32から、より詳しくは圧力センサ3aの下流であって遮断弁3Xの上流の分岐点Jから分岐されている。高圧ガス燃料ライン34は、さらに逆止弁3c下流の低圧ガス燃料ライン33に合流される。つまり、この高圧ガス燃料ライン34は、レギュレータ3bを迂回するように低圧ガス燃料ライン33に並列に設けられていて、燃料タンク31からの高圧ガス燃料をそのままデリバリパイプ4に流すことを可能にする流路を形成している。そして、分岐点J下流の高圧ガス燃料ライン34には、高圧ガス燃料を流すか否かの切替え制御を行うための遮断弁3Yが配置されている。なお、この遮断弁3Yは、後述のECU300からの出力信号に基づいて制御可能にされていること上述の遮断弁3Xと同じである。
On the other hand, the high-pressure gas fuel line 34 is branched from the high-pressure gas
燃料タンク31内に、充填圧力(例えば、20MPa)で充填されている高圧ガス燃料は、レギュレータ3bにより一定の高調節圧(例えば、5MPa)まで減圧されて低圧ガス燃料とされ、この高調節圧でもってCNG直噴インジェクタ41から燃焼室11に例えば圧縮行程で噴射される。この高調節圧は、運転状態にかかわらず概して圧縮行程で筒内噴射が可能な圧力である。なお、このCNG直噴インジェクタ41は、後述のECU300からの出力信号に基づいて制御可能にされている。
The high-pressure gas fuel filled in the
遮断弁3X、3Yの他、CNG直噴インジェクタ41の制御等の基本制御を行う電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)300を本発明に係るガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置101は、備えている。ECU300は、CPUと、種々のプログラムやデータを記録するメモリと、入力インタフェース回路と、出力インタフェース回路とを備える、例えばマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェース回路には、シリンダブロックに伝わるノッキングによる高周波振動を検出するためのノックセンサ1a、燃料タンク31内の高圧ガス燃料のガス燃料圧を検出する圧力センサ3a、CNG直噴インジェクタ41からの噴射ガス燃料のガス燃料噴射圧を検出する圧力センサ4a、さらにエンジンの回転数や負荷などのエンジンの運転状態を検出する手段である負荷センサ301や回転数センサ302などが電気配線を介して接続されている。そして、ECU300の出力インタフェース回路は、遮断弁3X、3Yを開閉可能にする駆動用のステップモータSM1、SM2などに接続されていて、これら各種センサなどにより得られたデータに基づき、その開閉が制御可能にされている。
In addition to the
次に、上記構成のガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置101の制御の一例について、図2のフローチャートを用いて説明する。なお、図2の制御ルーチンは、所定時間毎に実行されるルーチンである。
Next, an example of the control of the knocking
上記構成であるガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置101において、ノッキングが発生しないで正常に燃焼が行われている状態では、通常、低圧ガス燃料ライン33を介して、低圧ガス燃料33がデリバリパイプ4に送られてCNG直噴インジェクタ41から低圧ガス燃料が噴射されている。すなわち、低圧ガス燃料ライン33へ低圧ガス燃料を流すべく遮断弁3Xが開かれているのに対し、高圧ガス燃料ライン34への高圧ガス燃料を遮断すべく遮断弁3Yは閉じられている。
In the
ここで制御がスタートすると、ステップS201で、ノッキングを回避する制御をするのかを調べるために、ノッキングが発生したか否かが判別される。すなわち、ノックセンサ1aによりノッキングによる高周波振動が検出され、例えばそれがある閾値を超えるとノッキングが発生したと判別されてステップS202へ進む。なお、ノッキングが発生したか否かは、筒内圧センサなどの他の手段により検出または推定するようにしても良い。あるいは、ノッキング発生をノッキング発生前に事前に推測して、以下の制御を行っても良い。
When the control starts, it is determined in step S201 whether or not knocking has occurred in order to check whether or not control is performed to avoid knocking. That is, the
そして、ステップS202では、ノッキングを回避する手段として、ガス燃料噴射圧を通常噴射圧よりも高く設定する制御を行うことと、従来から行われているように点火時期を遅角側に変更する点火時期遅角制御を行うことのどちらを選ぶか調べるために、燃料タンク31内の圧力が所定圧より高いか否かが判別される。すなわち、本第一の実施形態では、燃料タンク31内の圧力が所定圧より高く、CNG直噴インジェクタ41から高圧ガス燃料を噴射可能であるときにはガス燃料噴射圧を通常噴射圧よりも高く設定する制御が選択され、そうでないときには点火時期遅角制御が選択されて、ノッキングが回避されるようにされている。ここでは圧力センサ3aにより検出される高圧ガス燃料のガス燃料圧が、例えば10MPaとされている所定圧より高いか否か判別される。そして、その結果10MPaより高いと判別されると、ステップS203へ進む。なお、燃料タンク31内の圧力が所定圧より高くないときには、ステップS214へ進み、点火時期遅角制御が行われる。
In step S202, as means for avoiding knocking, control is performed to set the gas fuel injection pressure higher than the normal injection pressure, and ignition is performed to change the ignition timing to the retard side as has been conventionally done. In order to check which of the timing retard control is to be selected, it is determined whether or not the pressure in the
ステップS203へ進むと、高圧ガス燃料ライン34へ高圧ガス燃料を流すべく、遮断弁3Yが開かれ、次いでステップS204では低圧ガス燃料の流路を遮断すべく、遮断弁3Xが閉じられる。これにより、低圧ガス燃料ライン33と高圧ガス燃料ライン34とが切替えられ、高圧ガス燃料ライン34へ高圧ガス燃料を流して、高圧ガス燃料をCNG直噴インジェクタ41から噴射することが可能になる。
In step S203, the shut-off
次に、ステップS205で、予め実験により求めて記憶されている限界噴射終了時期マップから、噴射終了時期が抽出される。具体的には、負荷センサ301や回転数センサ302より検知されるエンジンの負荷や回転数に基づき限界噴射終了時期マップを検索することで、噴射終了時期が求められる。なお、ここにいう限界噴射終了時期とは、遅角噴射する際に、点火プラグ13付近に確実に乱れを発生できるようにするために許容される最大の遅角噴射終了時期である。なお、限界噴射終了時期マップは、エンジンの負荷や回転数のみならず、ガス燃料圧またはガス燃料噴射圧をも考慮して作成されても良い。
Next, in step S205, the injection end time is extracted from the limit injection end time map that is obtained and stored in advance through experiments. Specifically, the injection end time is obtained by searching a limit injection end time map based on the engine load and the rotation speed detected by the
次に、ステップS206で、そのときのエンジンの負荷及び回転数、並びにガス燃料噴射圧から、噴射開始時期が抽出される。より詳しくは、ステップS205で検知されたエンジンの負荷及び回転数からその運転状態に対応して必要とされる燃料噴射量が、予め実験により求めて記憶されているマップデータを検索して、求められる。そして、この燃料噴射量と、圧力センサ4aにより求めたガス燃料噴射圧とに基づき、予め実験により求めて記憶されているデータを検索して燃料噴射期間が求められ、既に抽出されている噴射終了時期との関係から、噴射開始時期が求められることになる。なお、燃料噴射期間を求めるにあたり、本第一の実施形態ではガス燃料噴射圧を用いることとしたが、例えば高圧ガス燃料の燃料温度をも用いても良い。
Next, in step S206, the injection start timing is extracted from the engine load and rotation speed at that time and the gas fuel injection pressure. More specifically, the fuel injection amount required corresponding to the operating state is obtained from the engine load and the rotation speed detected in step S205 by searching map data stored in advance by experiments. It is done. Then, based on the fuel injection amount and the gas fuel injection pressure obtained by the
そして、上記の如く、噴射開始時期と噴射終了時期が求められると、これらに従って高圧ガス燃料がCNG直噴インジェクタ41から噴射されて、点火プラグ13より点火されることで燃焼室11内で燃焼が行われることとなる。ところで、このような制御は、ノッキングを回避すべくなされたものであるので、ノッキングがこれで回避されたのか否か確認すべく、次のステップS207で、上記ステップS201と同様にして、ノッキングが発生したか否かが判別される。そして、ノッキングが発生していない、すなわちノッキングが回避されたと判別されたときには、ステップS208へ進み通常の制御に戻ることとなる。
As described above, when the injection start timing and the injection end timing are obtained, high-pressure gas fuel is injected from the CNG
すなわち、通常の制御状態に戻すべく、ステップS208で低圧ガス燃料が流れるように遮断弁3Xがまず開かれ、ステップS209で高圧ガス燃料が遮断されるように遮断弁3Yが閉じられることとなる。これにより、低圧ガス燃料のガス燃料圧に相当する通常噴射圧(例えば、5MPa)での噴射制御に戻され、低圧ガス燃料を用いて燃焼室11での燃焼が行われることになる。このような制御の切換えはノッキングが回避できるようになったと判別されると、直ちに行われるので急激にエンジンの運転状態が変化するような場合でも、適切に対応する燃焼制御を行うことが可能になる。
That is, in order to return to the normal control state, the shut-off valve 3X is first opened so that the low-pressure gas fuel flows in step S208, and the shut-off
一方、上記の如く制御を切替えてノッキングを回避することが行われるが、ステップS207でノッキングが発生していると判別されたときには、すなわちノッキングが回避できなかったと判別されたときには、ステップS210へ進む。 On the other hand, control is switched as described above to avoid knocking. However, when it is determined in step S207 that knocking has occurred, that is, when it is determined that knocking has not been avoided, the process proceeds to step S210. .
ステップS210では、上記制御によりノッキングを回避できたかを調べるべく、ガス燃料噴射圧を高くして燃焼制御している高圧噴射期間が所定期間経過したか否か判別される。具体的には、遮断弁3Yへの開信号によりスタートされる不図示のタイマ装置により計測され始めた高圧噴射期間が、所定期間を超えたか否かが判別され、越えていないときはステップS205に戻り、再度ステップS205乃至ステップS207及びステップS210が繰り返し行われる。高圧噴射期間が所定期間を超えたときには、上記高噴射圧制御によってもノッキングが回避できなかったと判別され、次のステップS211へ進む。なお、このときタイマ装置で計測中の高圧噴射期間はリセットされて、「0」にされる。
In step S210, it is determined whether or not the high-pressure injection period during which combustion control is performed by increasing the gas fuel injection pressure has passed to determine whether knocking can be avoided by the above control. Specifically, it is determined whether or not the high-pressure injection period started by a timer device (not shown) started by an open signal to the shut-off
そして、ステップS211では、ノッキングを回避すべく、点火時期遅角制御への切替え制御が行われることとなる。そして、この点火時期遅角制御が行われると共に上記高噴射圧制御が停止されるように、ステップS212で遮断弁3Xが開かれ、ステップS213で遮断弁3Yが閉じられる。なお、ステップS211乃至ステップS213はほぼ同時に行われ、円滑に点火時期遅角制御への切換えが行われる。なお、上記ステップS214及びステップS211で点火時期遅角制御が行われることを述べたが、この制御によりノッキングが回避されると、通常の最適な点火時期での制御に戻されることになる。
In step S211, switching control to ignition timing retardation control is performed in order to avoid knocking. Then, the shutoff valve 3X is opened in step S212 and the
上述の本第一の実施形態によれば、上記ガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置101は、CNG直噴インジェクタ41からのガス燃料噴射圧を通常噴射圧よりも高く設定する高噴射圧設定手段を備えている。そして、この高噴射圧設定手段は、燃料タンク31内の高圧ガス燃料をレギュレータ3bにより減圧し、デリバリパイプ4を介して各CNG直噴インジェクタ41に供給する通常の低圧ガス燃料ライン33に加えて設けられ、レギュレータ3bを迂回する高圧ガス燃料ライン34と、低圧ガス燃料ライン33と高圧ガス燃料ライン34とを切替える切替え手段としての遮断弁3X、3Yとを備えているので、ノッキングの発生が検出等されたときに、原則として高圧ガス燃料が直接に燃焼室11に噴射されることになる。そして燃焼室11内に大きな乱れが発生されることになる。特に、ガス燃料が遅角噴射されるので、燃焼室11内の点火プラグ13付近に大きな乱れが発生させられた状態で点火され、この結果、例えばピストンが上死点に到達する以前にガス燃料の燃焼が行われるので、このノッキング回避のための制御によりガス燃料直噴エンジンの性能が低下することがなくなる。また、燃焼室、特に点火プラグ付近の乱れにより燃焼室内での自然着火が抑制されて、ノッキングが回避可能にされる。さらに、かかる構成によれば、高圧ガス燃料と低圧ガス燃料とを切替える制御を行うべく並列な流路と電磁制御可能な遮断弁3X、3Yを設けるのみであるので、簡単な構成で確実にノッキングを回避することが可能になる。
According to the first embodiment described above, the knocking
次に、本発明に係るガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置の第二の実施形態について、図3及び図4に基づいて説明する。なお、図3は第二の実施形態のガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置102を説明するための概略図であり、図4は図3におけるガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置102を制御するためのフローチャートの一例である。なお、説明の理解を容易にするため、上記第一の実施形態と同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付し、重複する説明を避ける。
Next, a second embodiment of the knock control device for a gas fuel direct injection engine according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the
本第二の実施形態では、燃料タンク31からの高圧ガス燃料は全てレギュレータ3bを介して減圧される点が、上記第一の実施形態と相違する。その代わり、本第二の実施形態では、レギュレータ3b下流の低圧ガス燃料ライン33から分岐され、その後低圧ガス燃料ライン33の逆止弁3cを迂回して該低圧ガス燃料ライン33に合流されるように構成され、低圧ガス燃料の圧力を高めるべくコンプレッサ3Zが備えられている高圧ガス燃料ライン35が設けられている。コンプレッサ3Z下流の高圧ガス燃料ライン35には、さらにサージタンク3d、圧力センサ3e、遮断弁3Yが、この順序で配置されている。このサージタンク3dは、コンプレッサ3Zにより高圧にされたガス燃料の脈動を抑制するべく、また圧力センサ3eは、コンプレッサ3Zによって加圧されたガス燃料の圧力を検出可能にすべく設けられている。なお、コンプレッサ3Zはモータ駆動とされている。また、高圧ガス燃料送出ライン32には燃料タンク31近傍に圧力センサ3aが配置されているのみである。
The second embodiment is different from the first embodiment in that the high-pressure gas fuel from the
次に、本第二の実施形態のガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置102の制御の一例について、図4のフローチャートを用いて説明する。なお、図4の制御ルーチンは、所定時間毎に実行されるルーチンである。なお、図4のフローチャートのステップS405乃至ステップS413は、前実施の形態における図2のフローチャートのステップS201、ステップS203、ステップS205乃至ステップS207、ステップS209乃至ステップS211、及びステップS213に対応するので、これらの説明は省略する。
Next, an example of the control of the knocking
上記構成であるガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置102において、ノッキングが発生しないで正常に燃焼が行われている状態では、低圧ガス燃料ライン33を介して、低圧ガス燃料はデリバリパイプ4に送られて、CNG直噴インジェクタ41から低圧ガス燃料は噴射されている。すなわち、コンプレッサ3Zにより加圧された高圧ガス燃料が、高圧ガス燃料ライン35から低圧ガス燃料ライン33へ流れるのを遮断すべく遮断弁3Yは閉じられている。
In the
ここで制御がスタートすると、まずステップS401で、高圧ガス燃料ライン35のガス燃料が高圧ガス燃料であるか調べるべく、サージタンク3d内圧が下限所定圧より高いか否かが判別される。本第二の実施形態では、例えば低圧ガス燃料の圧力がおよそ5MPaであるのに対して、この下限所定圧はそれより大きな圧力の例えば10MPaとされている。そして、圧力センサ3eにより検出されたサージタンク3d内圧、すなわちコンプレッサ3Zにより加圧されたガス燃料の圧力が10MPa以下と判別されるとステップS402へ進み、コンプレッサ3ZがONにされる。これにより、高圧ガス燃料ライン35内のガス燃料は昇圧されて高圧ガス燃料となる。
When the control starts, first, in step S401, it is determined whether or not the internal pressure of the
次に、ステップS403で、コンプレッサ3Zを止めるべく、サージタンク3d内圧が目標所定圧より高いか否か判別される。本第二の実施形態では、この目標所定圧は、例えば20MPaとされていて、圧力センサ3eにより検出されるサージタンク3d内圧が20MPaより高いか否か判別される。そして、ステップS402及びステップS403が、サージタンク3d内圧が20MPaより高いと判別されるまで繰り返される。その結果、サージタンク3d内圧が20MPaより高いと判別されるようになると、ステップS404でコンプレッサ3ZはOFFにされる。その後、ステップS405へ進み、以下、上記の如く制御が行われることとなる。なお、下限所定圧と目標所定圧とは異なる圧力としたが、同じ圧力としても良い。
Next, in step S403, it is determined whether or not the internal pressure of the
上述の本第二の実施形態によれば、高噴射圧設定手段として、燃料タンク31内の高圧ガス燃料をレギュレータ3bにより減圧し、デリバリパイプ4を介して各CNG直噴インジェクタ41に供給する通常の低圧ガス燃料ライン33に加えて、レギュレータ3bの下流から分岐され、コンプレッサ3Zが配設された高圧ガス燃料ライン35と、低圧ガス燃料ライン33と高圧ガス燃料ライン35とを切替える遮断弁3Yとが備えられる。これにより、まず、予めレギュレータ3bにより減圧された低圧ガス燃料が、コンプレッサ3Zにより昇圧されて高圧ガス燃料とされる。そして、燃料タンク31内のガス燃料の圧力に関わらず、ノッキングの発生が検出または推定されたとき、高圧ガス燃料は高圧ガス燃料ライン35を介してデリバリパイプ4に送られ、CNG直噴インジェクタ41から燃焼室11内に噴射されることとなる。この結果、上記第一の実施形態と同様に、確実にノッキングを回避することが可能になる。特に、燃料が遅角噴射されるので、燃焼室11内の点火プラグ13付近に大きな乱れが発生させられた状態で点火が行われ、さらにノッキングを回避することが可能になる。
According to the second embodiment described above, as the high injection pressure setting means, the high pressure gas fuel in the
1 エンジン本体
11 燃焼室
12 ピストンキャビティ
13 点火プラグ
2 吸気マニフォルド
21 燃料通路
3 ガス燃料供給システム
31 燃料タンク
32 高圧ガス燃料送出ライン
33 低圧ガス燃料ライン
34、35 高圧ガス燃料ライン
3a 圧力センサ
3b レギュレータ
3c 逆止弁
3d サージタンク
3e 圧力センサ
3X 遮断弁
3Y 遮断弁
3Z コンプレッサ
4 デリバリパイプ
41 CNG直噴インジェクタ
5 排気マニフォルド
300 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、前記直噴インジェクタからのガス燃料噴射圧を通常噴射圧よりも高く設定する高噴射圧設定手段
を備え、
該高噴射圧設定手段は、
通常噴射圧のガス燃料を前記直噴インジェクタに供給するための低圧ガス燃料ラインに加えて設けられ、前記通常噴射圧よりも高い圧力の高圧ガス燃料を前記直噴インジェクタに供給するための高圧ガス燃料ラインと、
前記低圧ガス燃料ラインと前記高圧ガス燃料ラインとを切替える切替え手段と
を備え、
該切替え手段は、前記ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出または推定されたとき、前記高圧ガス燃料が前記直噴インジェクタから噴射されるように前記高圧ガス燃料ラインに切替えることを特徴とするガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置。 A knocking control device for a gas fuel direct injection engine comprising a direct injection injector and a spark plug provided facing a combustion chamber, and a knocking detection means for detecting or estimating the occurrence of knocking,
A high injection pressure setting means for setting a gas fuel injection pressure from the direct injection injector higher than a normal injection pressure when occurrence of knocking is detected or estimated by the knocking detection means ;
The high injection pressure setting means includes
A high-pressure gas provided in addition to the low-pressure gas fuel line for supplying gas fuel of normal injection pressure to the direct injection injector, and for supplying high-pressure gas fuel of pressure higher than the normal injection pressure to the direct injection injector A fuel line;
Switching means for switching between the low pressure gas fuel line and the high pressure gas fuel line;
With
The switching means switches to the high-pressure gas fuel line so that the high-pressure gas fuel is injected from the direct injection injector when occurrence of knocking is detected or estimated by the knocking detection means. Knocking control device for direct injection engine.
前記高圧ガス燃料ラインは、前記低圧ガス燃料ラインに加えて設けられ、前記レギュレータを迂回する高圧ガス燃料ラインであることを特徴とする請求項1に記載のガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置。 The low-pressure gas fuel line is a normal low-pressure gas fuel line that depressurizes the high-pressure gas fuel in the fuel tank by a regulator and supplies it to each injector through a delivery pipe ,
The high pressure gas fuel line is provided in addition to the low-pressure gas fuel line, knock control device for a gas fuel direct injection engine according to claim 1, characterized in that the high pressure gas fuel line that bypasses the regulator.
前記高圧ガス燃料ラインは、前記低圧ガス燃料ラインに加えて設けられ、前記レギュレータの下流から分岐され、加圧手段が配設された高圧ガス燃料ラインであることを特徴とする請求項1に記載のガス燃料直噴エンジンのノッキング制御装置。 The low-pressure gas fuel line is a normal low-pressure gas fuel line that depressurizes the high-pressure gas fuel in the fuel tank by a regulator and supplies it to each injector through a delivery pipe ,
The high pressure gas fuel line is provided in addition to the low-pressure gas fuel line is branched from the downstream of the regulator, according to claim 1, wherein the pressurizing means is a high pressure gas fuel line disposed Gas fuel direct injection engine knock control device.
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