JP4348686B2 - エンジンの燃料供給方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、既設エンジンのガソリン噴射システムを、非ガソリン燃料の噴射システムに利用したものにおけるエンジンの燃料供給方法および装置に関するものである

ガソリンとは組成、気化性などの特性が異なるＬＰＧを火花点火エンジンの燃料に使用することは広く知られており、レギュレータ（ベーパライザ）とミキサとを用いて大気圧程度の圧力に調整した気化ガスを吸気管路に吸引させてエンジンに供給する、という従前から行なわれている周知の方式に代えて、特開平６−１７７０９号公報などに記載されているように気体の状態にして所定圧力に調整したＬＰＧを吸気管路に噴射させてエンジンに供給する方式や、実開昭６１―１３８８６０号公報などに記載されているようにＬＰＧを液体のまま吸気管路に噴射させてエンジンに供給する方式が提供されている。一方、ＣＮＧはＬＰＧに比べて気体の状態を安定よく維持するので、所定の正圧ガスに調整し吸気管路に噴射させてエンジンに供給することが実用化されている。

これらのガソリンと特性が異なる非ガソリン燃料を噴射弁より吸気管路に噴射する燃料供給システムをエンジンに搭載するにあたって、新規のエンジンに対してはエンジン運転状態に応じて最適の燃料供給量を与える噴射量を設定する電子式制御装置を使用して噴射弁を制御するように、最初からシステムを設計・構築すればよい。

しかし、ガソリン噴射システムを搭載している既存のエンジンに対しては、エンジンの運転状態に応じて最適の燃料供給量を与える噴射量がガソリン噴射システムを構成する電子式制御装置に設定されているので、ガソリン噴射量に基いてこれと同等の混合気を与える燃料噴射量を算出する、というきわめて簡単な機能をもたせた電子式制御装置を増設し、且つ燃料の種類ごとに噴射に適した弁口径、ダイナミックレンジをもつ噴射弁を使用することにより、既存のガソリン噴射システムをそのまま利用して非ガソリン燃料の噴射システムを構築し、使用する燃料に対応したエンジンに改造することができる。

斯かる燃料噴射システムは、上述したガソリン噴射システムにおけるガソリン用電子式制御装置が出力するガソリン噴射信号が非ガソリン燃料用電子式制御装置に入力され、ここで非ガソリン燃料に最適な噴射量に換算した噴射信号を噴射弁に出力し非ガソリン燃料を噴射させるものである。

このようなガソリン燃料噴射システムによる燃料供給では、図７のグラフに示すように、ガソリン用電子式制御装置が排気中の酸素濃度に応じてガソリン噴射信号Tibを出力するというフィードバック制御を行っている。そして、非ガソリン燃料用電子式制御装置においてガソリン噴射信号Tibから一定倍率および一定オフセット量を算定するという換算方法で非ガソリン燃料噴射信号Tizを算出させるものとすると、この信号Tizはガソリン噴射信号Tibの波形をそのまま反映した波形となる。

しかしながら、ガソリンと非ガソリン燃料との組成、気化性などの特性の違いにより、前記の換算で得た非ガソリン燃料噴射信号Tizに従う噴射量では非ガソリン燃料の適正なフィードバック制御を行えない場合があり、混合気の空燃比を目標値に保つことができずに排気状態を悪化させてしまう、という問題が生じる。
特開平６−１７７０９号公報 実開昭６１―１３８８６０号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、ガソリン噴射システムを利用した非ガソリン燃料噴射システムについて、非ガソリン燃料用電子式制御装置がガソリン噴射信号から非ガソリン燃料噴射信号を算定する際に非ガソリン燃料の特性に対応した適正なフィードバック制御が行えるように補正して、排気状態を良好なものとすることを課題とする。

そこで、本発明は酸素センサが検知した排気中の酸素濃度に応じて燃料噴射量のフィードバック制御を行うエンジン既設のガソリン噴射システムに、このシステムが具えているガソリン用電子式制御装置がエンジン運転状態に応じて出力するガソリン噴射信号を入力して非ガソリン燃料の噴射量を算出する非ガソリン燃料用電子式制御装置および非ガソリン燃料噴射弁を具えた非ガソリン燃料噴射システムを増設し、非ガソリン燃料用電子式制御装置がガソリン噴射信号の入力により非ガソリン燃料噴射弁に非ガソリン燃料噴射信号を出力する、エンジンの燃料供給方法が持っている上記課題を次のようにして解決するものとした。

即ち、検知した酸素濃度とエンジン回転数およびエンジン負荷とに応じてそれぞれ算出した補正係数をガソリン噴射信号に乗ずることにより非ガソリン燃料噴射信号を算出するものとした。

ガソリン噴射信号から非ガソリン燃料噴射信号を算出する際に、検知された酸素濃度を基に補正係数を算出して補正を加えることにより、フィードバック制御で空燃比の中央値をリッチ側もしくはリーン側に微調整することが容易に可能となり、使用する非ガソリン燃料に適したフィードバック制御を行って、排気状態を良好なものとすることができる。

また、この補正係数を酸素濃度に応じた比例制御部分と、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じた積分制御部分とを含むものとし、酸素濃度変動時の比例部分およびそれに続く積分部分からなるガソリン噴射信号の比例部分に比例制御部分、積分部分に積分制御部分を対応させて乗ずることにより非ガソリン燃料噴射信号を算出するものとすれば、エンジンの運転状態を逐次反映しながら精度の高いフィードバック制御を容易に実現することができる。

さらに、前記補正係数を、１００％＋（係数Ａ，Ｂによる補正値）−（係数Ｃ，Ｄによる補正値）（ＡおよびＣはリッチからリーンおよびリーンからリッチへの各切り替わり時に比例制御を行うための０以上の値、ＢおよびＤはリッチからリーンおよびリーンからリッチへの各切り替わり後の積分制御を行うためのＥ，Ｆ，Ｇの積で決定される値、係数ＥおよびＦはエンジン回転数の関数およびガソリン噴射時間の関数でそれぞれ求められる値、Ｇは実験により求めた最適値であって０以上の定数）で求めるものとすれば、エンジンの運転状態を補正係数に精密に反映することができる。

加えて、上述したエンジンの非ガソリン燃料供給方法を実行するためのプログラムが格納された記憶手段を具えた非ガソリン燃料用電子式制御装置と、非ガソリン燃料噴射弁とが、既設のガソリン燃料供給装置に配置されて非ガソリン燃料供給システムを構成してなるこの非ガソリン燃料供給方法を実行するためのエンジンの燃料供給装置とすれば、上述した非ガソリン燃料供給方法を低廉なコストで確実に実行することができる。

本発明によると、非ガソリン燃料用電子式制御装置がガソリン噴射信号から非ガソリン燃料噴射信号を算定する際に、使用する非ガソリン燃料の特性に対応した適正なフィードバック制御が行われるように非ガソリン燃料噴射信号を補正することができ、排気状態を極めて良好なものとすることができる。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態は、ガソリン用電子式制御装置およびガソリン噴射弁を具えたガソリン噴射システムを搭載している既存のガソリンエンジンを、ＬＰＧを燃料とするエンジンに改造する場合に適用されるものである。

図１は本実施の形態のエンジンの燃料供給装置を示す配置図であり、ＬＰＧを充填したボンベ１の液相部分に配置されたポンプ３から延び電磁駆動の遮断弁４を有する送出管路２が吸気管８内に配置したＬＰＧ噴射弁６に接続されている。ガソリン用電子式制御装置２０は絞り弁開度、吸入空気量、吸入負圧、エンジン回転速度、冷却水温度、排気酸素濃度などのエンジン運転状態１１に基いて算出したガソリン噴射信号を出力し、ガソリン噴射弁をこの駆動信号に応じたデューティサイクルで開閉動作させ、エンジン要求流量のガソリンを噴射してエンジンに供給するものであり、酸素センサ９で排気中の酸素濃度を検知してガソリン噴射量を補正するフィードバック制御を行って排気状態を良好に維持しようとするものであり、このこと自体は周知である。

本実施の形態においては、ＬＰＧ用電子式制御装置１０とＬＰＧ噴射弁６とを具えたＬＰＧ噴射システムが上記のガソリン噴射システムに増設されるが、この際、ガソリン噴射弁は撤去されＬＰＧ噴射弁６につけ替えられて、ガソリン用電子式制御装置２０からガソリン噴射弁に至る駆動信号線１６をそのままＬＰＧ用電子式制御装置１０につけ替え接続して入力信号線とする。

ここで、ガソリン噴射弁をＬＰＧ噴射弁に使用することが考えられるが、エンジン要求燃料流量に対応する容積流量はガソリンとＬＰＧとで異なるので、本実施の形態ではＬＰＧの適正な噴射が可能な弁口径、ダイナミックレンジをもつ専用のＬＰＧ噴射弁６を使用することとした。また、ＬＰＧ用電子式制御装置１０はガソリン用電子式制御装置２０がエンジン運転状態１１および排気中の酸素濃度に応じて出力するガソリン噴射信号に基いてＬＰＧの適正な噴射量を算出し、この算出されたＬＰＧ噴射量を与えるＬＰＧ噴射信号を駆動信号線２４によりＬＰＧ噴射弁６に出力する。

ガソリン用電子式制御装置２０がエンジン運転状態１１に応じて出力したガソリン噴射信号は、入力信号線１６を通ってＬＰＧ用電子式制御装置１０に入力され、ＬＰＧ用電子式制御装置１０は前記の入力信号に基きガソリンに代えてエンジンが要求する流量のＬＰＧを噴射させるＬＰＧ噴射信号を算出し、ＬＰＧ噴射弁６を駆動させるようになっている。そして、このガソリン噴射信号のほかに酸素センサ９からの信号およびエンジン回転数１３がＬＰＧ用電子式制御装置１０に入力される。

以下に、本実施の形態のＬＰＧ噴射システムの詳細について図２〜６を用いて詳細に説明する。図２は本実施の形態におけるＬＰＧ用電子式制御装置１０の動作手順を示すブロック図であり、入力されたガソリン噴射信号TibはＬＰＧ用電子式制御装置１０で解析され、これをガソリンとは異なる特性をもつＬＰＧの噴射に適したＬＰＧ噴射信号Ticとするため、燃料の種類・組成および燃料温度などに応じた様々な補正係数α，βで補正計算を実行するものであるが、この計算途中で酸素センサ９からのデータをフィードバックして反映させる補正係数δを乗ずるようになっている。

補正係数δは、酸素センサ９からの信号をトリガとし、係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆおよび定数Ｇからなる７つの制御係数とエンジン回転数１３、およびガソリン噴射信号Tibに基づくガソリン噴射時間で変化する係数であり、これにより算出された結果をＬＰＧ噴射信号TicとしてＬＰＧ噴射弁６に出力する。

図３は、本実施の形態のフィードバック制御における各信号のグラフを示しており、ガソリン噴射信号Tibは酸素センサからの信号を用いてガソリン用電子式制御装置２０でフィードバック制御を行っているため、比例部分（Ｐ）と積分部分（Ｉ）との繰り返しからなる波形になっている。また、補正係数δはこのガソリン噴射信号Tibの波形を基に作られるものであり、酸素センサの信号と連動してリッチからリーンへの切り替わりにおいて係数Ａおよび係数Ｂにより決定される比例制御部分（Ｐ）および積分制御部分（Ｉ）、リーンからリッチへの切り替わりにおいて係数Ｃおよび係数Ｄにより決定される比例制御部分（Ｐ）および積分制御部分（Ｉ）を有する波形で表される。そして、この補正係数δをガソリン噴射信号Tibに乗じてＬＰＧ噴射信号Ticが作られる。

一方、係数Ａ〜Ｄは図４に示す計算手順で求めることができる。即ち、係数Ａ，Ｃはリーンもしくはリッチへの切り替わり時に比例制御を行う項であって、酸素濃度に応じて０以上の値に設定される。係数Ｂ，Ｄは、リーンもしくはリッチへの切り替わり後に積分減衰制御を行う項であり、係数Ｅと係数Ｆと定数Ｇとの積で決定される。図５の（Ａ），（Ｂ）のグラフに示すように、係数Ｅはエンジン回転数による関数であって回転数が高くなるほど値が大きくなる。係数Ｆはガソリン噴射時間による関数であって噴射時間が長いほど値が大きくなる。また、定数Ｇは０以上の定数であり実験により最適値を設定する。そして、これらの係数Ａ〜Ｆ，定数Ｇを用いて δ＝１００％＋（係数Ａ，Ｂによる補正値）−（係数Ｃ，Ｄによる補正値）により補正係数δを算出し、これをガソリン噴射信号Tibに乗じてＬＰＧ噴射信号Ticを算定することにより、ＬＰＧの特性に適合したフィードバック制御となるように補正するものである。

図６は、本実施の形態の燃料供給方法における排気試験の結果を示すグラフであり、このグラフから新たに追加した非ガソリン用電子式制御装置１０における係数Ａおよび係数Ｃの値を適宜変更することによりフィードバック制御による空燃比をリーンやリッチ側に微調整して、排気状態を最適とする制御を可能としていることがわかる。

以上述べたように、既設のガソリン噴射システムに追加する非ガソリン燃料噴射システムについて、非ガソリン用電子式制御装置に酸素センサからの信号を取り入れて非ガソリン燃料噴射信号を補正計算することにより、ガソリン用電子式制御装置内部のデータを変更・追加することなく空燃比の中央値をリーン側もしくはリッチ側に微調整することが可能となり、使用する非ガソリン燃料に見合ったフィードバック制御を行って排気状態を良好なものとすることができるものである。尚、本実施の形態において、補正係数δを算出するためのエンジン負荷を表すデータとしてガソリン噴射時間を用いたが、これと同等のものであれば他のセンサの信号をデータとして用いても良いことは言うまでもない。

本発明の実施の形態を示す配置図。 図１のＬＰＧ用電子式制御装置の動作を示すブロック図。 図２のＬＰＧ用電子式制御装置における各信号のグラフ。 補正係数δの算出方法を示す説明図。 （Ａ）は係数Ｅを表す関数のグラフ、（Ｂ）は係数Ｆを表す関数のグラフ。 図１のＬＰＧ噴射システムによる排気試験結果を示すグラフ。 従来例における非ガソリン燃料噴射システムにおける各信号のグラフ。

符号の説明

６ ＬＰＧ噴射弁、１０ ＬＰＧ用電子式制御装置、９ 酸素センサ、１１ エンジン運転状態、１３ エンジン回転数、２０ ガソリン用電子式制御装置

Claims (1)

1. 酸素センサが検知した排気中の酸素濃度に応じて燃料噴射量のフィードバック制御を行うエンジン既設のガソリン噴射システムに、このシステムが具えているガソリン用電子式制御装置がエンジン運転状態に応じて出力するガソリン噴射信号を入力して非ガソリン燃料の噴射量を算出する非ガソリン燃料用電子式制御装置および非ガソリン燃料噴射弁を具えた非ガソリン燃料噴射システムを増設し、前記非ガソリン燃料用電子式制御装置が前記ガソリン噴射信号の入力により前記非ガソリン燃料噴射弁に、検知した酸素濃度とエンジン回転数およびエンジン負荷とに応じてそれぞれ算出した補正係数をガソリン噴射信号に乗ずることにより算出した非ガソリン燃料噴射信号を出力するエンジンの燃料供給方法において、前記補正係数は酸素濃度に応じた比例制御部分と、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じた積分制御部分とを含んでおり、酸素濃度変動時の比例部分およびそれに続く積分部分からなる前記ガソリン噴射信号の比例部分に前記比例制御部分、積分部分に前記積分制御部分を対応させて乗ずることにより前記非ガソリン燃料噴射信号を算出するものとされていることを特徴とするエンジンの燃料供給方法。
   

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