JP4300510B2 - バイフューエルエンジンの燃料供給制御装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はバイフューエルエンジンの供給燃料制御装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等においては、大気汚染抑制および省資源の観点からガソリンや軽油等の液体燃料に替えて圧縮天然ガス(CNG:Compressed Natural Gas)等の気体燃料が注目されている。しかし、CNGの場合は、ガソリン等に比べてそのエネルギー密度が小さい(ガソリンの20〜30%程度)ので、CNGを使用するエンジンを搭載した車両は、ガソリンを使用するエンジンを搭載した車両に比べて航続距離が短い。また、インフラ整備の遅れから、その充填ステーションの数も十分ではなく、長距離の移動に不安が残っている。そこで、かかる気体燃料と液体燃料との少なくとも一方をエンジンに供給可能な二元燃料、すなわち、バイフューエルエンジンが提案されている。
【0003】
かかるバイフューエルエンジンとしては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。このバイフューエルエンジンは、吸気通路に気体燃料噴射弁と液体燃料噴射弁とを備え、通常運転時においては機関に気体燃料のみを供給し、気体燃料の残量が設定値よりも少なくなったときは供給燃料を液体燃料のみに切替えるようにしている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−294212号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来のバイフューエルエンジンでは、気体燃料の残量が設定値よりも少なくなるまでの通常運転時において、機関に気体燃料のみを供給するようにしているので、かかる気体燃料による運転モードが長期間継続し、燃焼室の表面、特にピストン表面にデポジットが過剰に堆積し易く、その結果として、過早着火(プレイグニッション)等の不具合が発生するという問題がある。これは、気体燃料の場合には、液体燃料のような未揮発成分による燃焼室表面の洗浄作用が期待できないからである。
【0006】
そこで、本発明の課題は、かかるデポジットによる過早着火等の不具合が発生する惧れのないバイフューエルエンジンの供給燃料制御装置および方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の一形態に係るバイフューエルエンジンの燃料供給制御装置は、主燃料の気体燃料と副燃料の液体燃料の少なくとも一方を燃焼室に供給可能なバイフューエルエンジンにおいて、前記気体燃料による気体燃料運転モードにおける運転状態が、ピストン表面にデポジットの堆積し易い特定の運転領域にあるときの運転時間を累積する気体燃料特定運転時間累積手段と、当該気体燃料特定運転時間累積手段による、前記気体燃料運転モードの前記特定の運転領域での累積運転時間が第1の所定値の所定時間となった後、前記液体燃料による液体燃料運転モードに少なくとも一時的に切替える運転モード切替手段と、を備えることを特徴とする。
【0008】
かかる構成によれば、ピストン表面にデポジットの堆積し易い特定の運転領域にあるときの累積運転時間が第1の所定値の所定時間となった後に、液体燃料による液体燃料運転モードに少なくとも一時的に切替えられるので、この堆積されたデポジットを液体燃料の未揮発成分で洗浄除去することができる。
【0009】
ここで、前記気体燃料運転時間累積手段は、前記所定時間を前記気体燃料運転モードにおける特定の運転領域での運転時間を累積することにより求めることが好ましく、特に、前記特定の運転領域は、低負荷・低回転領域であることが好ましい。
【0010】
このようにすると、デポジットが堆積し易い特定の運転領域、特に、低負荷・低回転領域での運転時間に基づいて算出できるので、より正確にデポジットの堆積量を推定することが可能である。
【0011】
なお、前記運転モード切替手段は、液体燃料による洗浄効果大なる運転領域での連続運転が所定時間続いた後においても少なくとも一時的に液体燃料運転モードに切替えることが好ましい。この液体燃料による洗浄効果大なる運転領域は、高負荷領域またはエンジン冷却水温または潤滑油温が所定値よりも低いときの運転領域であってもよい。
【0012】
このようにすると、高負荷領域においては供給される燃料量が多く、未揮発成分が存在する時間および回数も多いので、洗浄除去が容易に行われる。また、エンジン冷却水温または潤滑油温が所定値よりも低いときも、未揮発成分が多いので、洗浄除去が容易に行われる。
【0013】
また、上記課題を解決する本発明の他の形態に係るバイフューエルエンジンの燃料供給制御方法は、主燃料の気体燃料と副燃料の液体燃料の少なくとも一方を燃焼室に供給可能なバイフューエルエンジンにおいて、前記気体燃料による気体燃料運転によってピストン表面にデポジットが所定量堆積したか否かを判定するステップと、デポジットが所定量堆積したと判定されたとき、前記液体燃料による液体燃料運転に一時的に切替えるステップと、を含むことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【0015】
まず、図1を参照して、本発明が適用されるバイフューエルエンジン100の概要を説明する。101はエンジン本体、102はシリンダブロック、103はシリンダヘッド、104はピストン、105は燃焼室、106は吸気ポート、107は排気ポート、108Iは吸気弁、108Eは排気弁、109は燃焼室105内の頂部に配置された点火栓をそれぞれ示している。吸気ポート106は吸気マニフォルド110を介してサージタンク111に接続され、サージタンク111は吸気ダクト112を介してエアクリーナ113に接続されている。吸気ダクト112内にはステップモータ114により駆動されるスロットル弁115が配置されている。一方、排気ポート107は排気マニフォルド116および排気管117を介してNOx吸蔵触媒コンバータ118に接続されている。
【0016】
図1のエンジン100は気体燃料供給系と液体燃料供給系とを具備しており、気体燃料としてCNGを用い、液体燃料としてガソリンを用いている。気体燃料供給系は吸気マニフォルド110内の吸気通路または気筒内に噴射可能に配置されたCNG噴射弁120を具備し、このCNG噴射弁120はCNG供給管122を介し車載された気体燃料容器としてのCNGボンベ124に接続されている。なお、CNG供給管122内には図示しない燃料遮断弁およびレギュレータ126が配置されている。CNGボンベ124内に充填圧力(例えば、20MPa)で充填されているCNGは、レギュレータ126により一定の設定圧PR(例えば、5MPa)まで減圧され、通常のエンジン制御状態では、この設定圧PRでもってCNG噴射弁120から吸気マニフォルド110内の吸気通路または気筒内に噴射され燃焼室105に供給される。
【0017】
同様に、液体燃料供給系は吸気マニフォルド110内の吸気通路または気筒内に噴射可能に配置されたガソリン噴射弁130を具備し、このガソリン噴射弁130はガソリン供給管132を介し車載された液体燃料容器としてのガソリンタンク134に接続されている。なお、ガソリン供給管132内には図示しない燃料ポンプが配置されている。これらのCNG噴射弁120およびガソリン噴射弁130は、それぞれ電子制御ユニット300からの出力信号に基づいて制御される。
【0018】
電子制御ユニット300はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス310を介して相互に接続されたROM(リードオンリメモリ)320、RAM(ランダムアクセスメモリ)330、CPU(マイクロプロセッサ)340、常時電源に接続されているB−RAM(バックアップRAM)350、入力ポート360、および出力ポート370を具備している。
【0019】
サージタンク111にはサージタンク111内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ140が取り付けられている。CNGボンベ124の出口のCNG供給管122内にはCNGボンベ124内の残存CNG量、すなわち残圧に比例した出力電圧を発生するCNG残圧センサ141が配置され、ガソリンタンク134にはガソリンタンク134内の残存ガソリン量に比例した出力電圧を発生するガソリン残量センサ142が配置されている。これらセンサ140、141および142の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器380を介して入力ポート360に入力される。また、入力ポート360にはエンジン回転数Nを表す出力パルスを発生する回転数センサ143およびエンジン冷却水温または潤滑油温を検出する温度センサ144が接続されている。
【0020】
一方、出力ポート370はそれぞれ対応する駆動回路390を介して点火栓109、ステップモータ114、CNG噴射弁120、およびガソリン噴射弁130に接続されている。
【0021】
上記構成になる本発明の実施形態では、例えば、図2に示す燃料供給制御ルーチンに従って、エンジン100に燃料が供給される。この制御ルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割込みによって実行される。制御がスタートすると、まず、ステップS21において、カウンタ1および2が初期状態にリセットされると共に、連続運転フラグがリセットされる。そして、ステップS22に進みCNGによる気体燃料運転モードであるか否かが判断される。ステップS22での判断において、気体燃料運転モードにあると判断されると、ステップS23に進み、気体燃料運転モードにおける運転状態がデポジットの堆積し易い特定運転領域、すなわち低負荷・低回転領域であるか否かが判断される。そして、運転状態が低負荷・低回転領域にあるときは、ステップS24に進み、ここで、後述する機能を果たす連続運転フラグをリセットする。
【0022】
そして、ステップS25に進み、累積時間を得るためにカウンタ1でカウントアップした後、ステップS26において、累積時間に対応するこのカウンタ1のカウント値が所定値A0より大きいか否かが判断される。この所定値A0は、例えば、上述の低負荷・低回転領域での運転の累積時間として10時間程度である。なお、ステップS26における判断で所定値A0に満たないときは、ステップS22戻り、運転状態が低負荷・低回転領域にある限り、カウンタ1でのカウントアップを継続することになる。
【0023】
そこで、カウンタ1のカウント値が所定値A0より大きくなると、ステップS27に進み、液体燃料であるガソリンが規定量以上あるか否かが判断される。これは、ガソリンタンク134内の残存ガソリン量に比例した出力電圧を発生するガソリン残量センサ142からの入力信号に基づいて行われ、規定量以上あるときには、ステップS28に進む。そして、CNG噴射弁120による噴射に替えて、ガソリン噴射弁130からガソリンが噴射されるガソリン燃料運転モードが一定期間実施された後、CNGによる気体燃料運転モードに戻されることになる。なお、この一定期間は、例えば、10分程度である。このガソリンの噴射により、燃焼室105内、特にピストン104頂面に堆積しているデポジットが洗浄される。
【0024】
ところで、上記CNGおよびガソリン燃料の噴射時期および噴射時間に関するデータは、それぞれ、エンジン100の運転状態、例えば、エンジン負荷を表すサージタンク111内の絶対圧PMとエンジン回転数Nとの関数として、マップの形で予めROM320内に記憶されている。このCNGの噴射時間は、レギュレータ126で減圧設定される設定圧PRの下で、要求量だけCNGを吸入通路に噴射させるのに必要な時間である。また、ガソリンの噴射時間は、燃料ポンプで昇圧された一定圧の下で、要求量だけガソリンを吸入通路に噴射させるのに必要な時間である。
【0025】
ここで、図2の制御ルーチンに戻り、ステップS23の判断で、特定運転領域にないと判断されたときには、ステップS29に進み、ガソリンでの洗浄効果大領域内にあるか否かが判断される。NO場合には、ステップS21に戻る。そして、YESの場合には、ステップS30に進み連続運転フラグが立っているか否かが判断され、YESの場合には、ステップS31に進む。なお、ステップS30において連続運転フラグが立っていないと判断された場合には、ステップS32に進み、洗浄効果大領域での累積運転時間を得るためのカウンタ2がリセットされた後、ステップS31に進む。ここで、連続運転フラグは、制御ルーチンにおいて、洗浄効果大領域、例えば高負荷運転領域での連続運転時間を継続して累積することを可能とするためのものである。
【0026】
そこで、ステップS31において、洗浄効果大領域での累積運転時間を上述のカウンタ2でカウントアップする。そして、ステップS33で連続運転フラグを立てた後、ステップS34に進み、カウンタ1でのカウント値が所定値A1より大きいか否か、且つ、カウンタ2でのカウント値が所定値B2より大きいか否かが判断される。ここで、この所定値A1は、前述の所定値A0よりも小さな値であり、気体燃料運転モードの累積運転時間が所定値A0に満たない場合であっても、ガソリンでの洗浄効果大領域の連続運転が継続したときは、ガソリンで洗浄しておいた方がよいと判断される時間である。また、所定値B2は、ガソリンでの洗浄効果大領域での連続運転の累積時間、換言すると、洗浄に値する累積時間であり、例えば、10分程度である。
【0027】
なお、ステップS34における判断で、カウンタ1でのカウント値が所定値A1に、且つ、カウンタ2でのカウント値が所定値B2に満たないときは、ステップS22戻り、再度、気体燃料運転モードか否かが判断され、これがYESで、さらに、ステップS23で運転状態が低負荷・低回転領域でないとして、ステップS29に至ったときには、高負荷運転領域での運転が連続して継続されているとして、カウンタ2でのカウントアップを継続することになる。一方、ステップS23で運転状態が低負荷・低回転領域であると判断されると、ステップS24に進み、連続運転フラグがリセットされるので、次回のルーチンで運転状態が高負荷運転領域に入ったとしても、ステップS30におけるNOの判断によりステップS32に進み、カウンタ2がリセットされる。これは、運転状態が一旦高負荷運転領域を離れるとカウンタ2がリセットされることを意味する。
【0028】
そこで、上述のステップS34における判断で、カウンタ1のカウント値が所定値A1より大きく、且つ、カウンタ2のカウント値が所定値B1より大きい場合には、ステップS27に進み、液体燃料であるガソリンが規定量以上あるか否かが判断され、規定量以上あるときは、前述のようにステップS28に進んでガソリン噴射弁130からガソリンが噴射されるガソリン燃料運転モードが一定期間実施された後、CNGによる気体燃料運転モードに戻されることになる。
【0029】
このようにして、デポジットの堆積が推定される気体燃料運転モードの累積運転時間が所定時間、すなわち、所定値A0となった後には、ガソリンによる液体燃料運転モードに少なくとも一時的に一定期間切替えられるので、この堆積されたデポジットをガソリンの未揮発成分で洗浄除去することができる。また、所定値A0未満でも、所定値A1を超えるときは、ガソリンによる洗浄効果大なる運転領域での連続運転が所定時間、すなわち、所定値B2連続した後においても、少なくとも一時的に一定期間、ガソリンによる液体燃料運転モードに切替えられるので、デポジットを効果的に洗浄除去することができる。
【0030】
なお、このガソリン燃料による洗浄効果大なる運転領域として、上述の実施形態では、供給される燃料量が多く未揮発成分が存在する時間および回数も多い高負荷領域について説明したが、他の実施の形態として、温度センサ144によるエンジン冷却水温または潤滑油温の検出に基づき、それらの温度が所定値よりも低いときの運転領域としてもよい。
【0031】
このようにすると、高負荷領域と同様に、未揮発成分が多いので、洗浄除去が容易に行われる。
【0032】
なお、これまで述べてきた実施態様では気体燃料としてCNGを用い、液体燃料としてガソリンを用いた例につき説明した。しかしながら、気体燃料として、例えば、一次燃料である天然ガスおよび石油ガス、或いは二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガスを用いることができる。また、液体燃料としてイソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素、或いはメタノールを用いることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるバイフューエルエンジンの概要とその実施形態を示す全体線図である。
【図2】本発明の実施形態における燃料供給制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
100 バイフューエルエンジン
120 CNG噴射弁
124 CNGボンベ
130 ガソリン噴射弁
134 ガソリンタンク
141 CNG残圧センサ
142 ガソリン残量センサ
300 電子制御ユニット
Claims (6)
- 主燃料の気体燃料と副燃料の液体燃料の少なくとも一方を燃焼室に供給可能なバイフューエルエンジンにおいて、
前記気体燃料による気体燃料運転モードにおける運転状態が、ピストン表面にデポジットの堆積し易い特定の運転領域にあるときの運転時間を累積する気体燃料特定運転時間累積手段と、
当該気体燃料特定運転時間累積手段による、前記気体燃料運転モードの前記特定の運転領域での累積運転時間が第1の所定値の所定時間となった後、前記液体燃料による液体燃料運転モードに少なくとも一時的に切替える運転モード切替手段と、
を備えることを特徴とするバイフューエルエンジンの燃料供給制御装置。 - 前記特定の運転領域は、エンジンの負荷及び回転数が所定値よりも低い低負荷・低回転領域であることを特徴とする請求項1に記載のバイフューエルエンジンの燃料供給制御装置。
- 前記運転モード切替手段は、前記気体燃料運転モードでの特定の運転領域の累積運転時間が前記第1の所定値の所定時間未満でも、当該第1の所定値の所定時間より小さな第2の所定値の所定時間を超えるときは、未揮発の液体燃料による洗浄効果大なる運転領域での連続運転が所定時間続いた後において、少なくとも一時的に液体燃料運転モードに切替えることを特徴とする請求項1又は2に記載のバイフューエルエンジンの燃料供給制御装置。
- 前記液体燃料による洗浄効果大なる運転領域は、エンジンの負荷が所定値よりも高い高負荷領域であることを特徴とする請求項3に記載のバイフューエルエンジンの燃料供給制御装置。
- 前記液体燃料による洗浄効果大なる運転領域は、エンジン冷却水温または潤滑油温が所定値よりも低いときの運転領域であることを特徴とする請求項3に記載のバイフューエルエンジンの燃料供給制御装置。
- 主燃料の気体燃料と副燃料の液体燃料の少なくとも一方を燃焼室に供給可能なバイフューエルエンジンにおいて、
前記気体燃料による気体燃料運転によってピストン表面にデポジットが所定量堆積したか否かを判定するステップと、
デポジットが所定量堆積したと判定されたとき、前記液体燃料による液体燃料運転に一時的に切替えるステップと、
を含むことを特徴とするバイフューエルエンジンの燃料供給制御方法。
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