JP4841963B2 - Engine fuel supply method and fuel supply apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、既設のガソリン噴射システムを、非ガソリン燃料を使用するガソリン代替燃料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燃料供給装置に関するものである。 The present invention relates to an engine fuel supply method and a fuel supply apparatus in which an existing gasoline injection system is used in a gasoline alternative fuel injection system using non-gasoline fuel.
組成・気化性等の特性がガソリンとは異なるLPG等の非ガソリン燃料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いる。例えば、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。 It is widely known that a non-gasoline fuel such as LPG having characteristics such as composition and vaporization characteristics different from gasoline is used as a fuel for a spark ignition engine. For example, instead of the conventionally known method in which vaporized gas adjusted to a pressure of about atmospheric pressure using a regulator (vaporizer) and a mixer is sucked into the intake pipe and supplied to the engine, As described in Japanese Laid-Open Patent Application No. 6-17709 and the like, a system in which LPG that is in a gas state and adjusted to a predetermined pressure is injected into the intake pipe and supplied to the engine, Japanese Utility Model Publication No. 61-138860, and the like As described in the above, there is provided a system in which LPG is injected into an intake pipe in a liquid state and supplied to an engine. On the other hand, since CNG maintains a gas state more stably than LPG, it has been put into practical use that it is adjusted to a predetermined positive pressure gas, injected into the intake pipe, and supplied to the engine.
これらガソリンとは特性の異なる液化ガス燃料等の非ガソリン燃料をインジェクタより吸気管路に噴射する噴射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制御装置を使用してインジェクタ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。 When installing an injection system that injects non-gasoline fuel such as liquefied gas fuel, which has different characteristics from gasoline, into the intake pipe from the injector, the optimal fuel supply for new engines depends on the engine operating conditions The system may be designed and constructed from the beginning to control the injector using an electronic control device that sets the amount of injection that gives the quantity.
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としてガソリン噴射システムを構成する電子制御装置に設定されているので、例えば特開2004―108148号公報に記載されているように、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種
々のデータを用いて所定の計算式で算出する、というきわめて簡単な機能をもたせた非ガソリン燃料用の電子制御装置を増設し、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インジェクタ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を用いるガソリン代替燃料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。
However, for an existing engine equipped with a gasoline injection system, it is set in the electronic control unit that constitutes the gasoline injection system as an injection amount that gives the optimum fuel supply amount according to the operating state of the engine. For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-108148, a fuel injection amount that gives an air-fuel mixture equivalent to the gasoline injection amount is calculated by a predetermined calculation formula using various data. An existing gasoline injection system can be installed by adding an electronic control unit for non-gasoline fuel with extremely simple functions and using an injector with a valve diameter and dynamic range suitable for injection for each type of fuel. Build a gasoline alternative fuel injection system that uses non-gasoline fuel as it is, and engine that corresponds to the fuel used It can be modified to.
従来のガソリン代替燃料噴射システム及び後述する本発明のガソリン代替燃料噴射システムに共通した配置図である図1を参照して、このようなガソリン代替燃料噴射システムは、エンジン1の運転状態を各センサ5〜9で検出し、ガソリン噴射信号l1〜lnを出力するガソリン噴射制御装置としての電子制御ユニット10と、ガソリン噴射信号を非ガソリン燃料用に補正適合して燃料噴射信号O1〜Onとし各気筒に設けたインジェクタ2へ出力する非ガソリン燃料噴射制御装置である電子制御ユニット11とを備えている。
Referring to FIG. 1, which is a layout diagram common to a conventional gasoline alternative fuel injection system and a gasoline alternative fuel injection system of the present invention to be described later, such a gasoline alternative fuel injection system has an operation state of an engine 1 as a sensor.
しかし、低温始動時など通常運転時とは異なる特定のエンジン運転状況においては、ガソリン噴射信号からガソリン噴射量を検出し上述した手順でガソリン代替燃料の噴射量を求める場合に、両燃料の特性の違いから最適なガソリン代替燃料の噴射量とすることが困難な場合があり、エンジン運転性を悪化さてしまうという問題がある。また、燃料噴射は吸気行程の開始までに終了するのが好ましいとされているが、上述のようにガソリン噴射信号を検出してからガソリン代替燃料の噴射量に補正して出力することで噴射タイミングに遅れが生じた場合、エンジンの運転状況によってはエンジン出力低下等のトラブルを招く心配もある。
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ガソリン代替燃料噴射システムについて、非ガソリン燃料用電子制御装置がガソリン噴射信号から非ガソリン燃料の噴射量を算出しても最適な燃料噴射量となりにくかったり噴射タイミングの僅かなズレがエンジントラブルに繋がったりする特定の運転状況において、燃料供給量および噴射タイミングの最適化を実現することを課題とする。 The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and in a gasoline alternative fuel injection system using a gasoline injection system, the non-gasoline fuel electronic control device detects the injection amount of non-gasoline fuel from the gasoline injection signal. It is an object of the present invention to achieve optimization of the fuel supply amount and the injection timing in a specific operation situation where it is difficult to obtain an optimal fuel injection amount even when calculating the above or a slight deviation in injection timing leads to engine trouble.
ガソリン用噴射制御装置およびエンジン運転状態検出手段が配設されたエンジン既設のガソリン噴射システムに、非ガソリン燃料用噴射制御装置とこれに接続された非ガソリン燃料用インジェクタを増設して前記非ガソリン燃料用噴射制御装置が出力するガソリン噴
射信号を気筒毎に配設したガソリン噴射信号線を介して受信してガソリン噴射信号に同期して非ガソリン燃料の噴射量を算出するとともにその算出した燃料噴射信号を前記非ガソリン燃料用インジェクタに同じ時期のガソリン噴射駆動信号の入力に同期させて出力するガソリン代替燃料噴射システムにおいて、実施されるエンジンの燃料供給方法であって、
前記非ガソリン燃料用噴射制御装置が、予め定めた所定のエンジンの運転状況となった場合に、前記ガソリン噴射信号を用いないで前記エンジン運転状態検出手段で検出したデータを基に直接非ガソリン燃料の噴射量を算出して前記各非ガソリン燃料用インジェクタに燃料噴射信号を出力して単独制御を実行するものとした。
A non-gasoline fuel injection control device and a non-gasoline fuel injector connected thereto are added to an existing gasoline injection system in which an injection control device for gasoline and an engine operating state detecting means are arranged, and the non-gasoline fuel injector is added. The gasoline injection signal output from the fuel injection control device is received via the gasoline injection signal line arranged for each cylinder, and the injection amount of the non-gasoline fuel is calculated in synchronization with the gasoline injection signal and the calculated fuel injection signal In the gasoline alternative fuel injection system that outputs to the non-gasoline fuel injector in synchronism with the input of the gasoline injection drive signal at the same time ,
When the non-gasoline fuel injection control device is in a predetermined predetermined engine operating condition, the non-gasoline fuel is directly controlled based on the data detected by the engine operating state detection means without using the gasoline injection signal. The injection amount is calculated and a fuel injection signal is output to each of the non-gasoline fuel injectors to execute independent control.
このようにすることで、例えば低温始動時等、ガソリン噴射信号から非ガソリン燃料の噴射信号に補正する際に温度特性等がガソリンと大きく異なる非ガソリン燃料については狙った燃料噴射量になりにくい場合や噴射タイミングの僅かな遅れがエンジンのトラブルに結びつきやすい場合などの特定の運転状況において、例えばその運転状況に対応した非ガソリン燃料特有の基本噴射量パターンを予め記憶しておき、これをエンジンの運転状態に応じて補正することにより、ガソリン噴射信号と関係なく適正な燃料噴射量を決定して噴射できるものとなり、しかも、噴射タイミングがエンジン周期に遅れることがなく出力低下等のエンジントラブルを招く心配の少ないものとなる。 This makes it difficult to achieve the target fuel injection amount for non-gasoline fuel, which has a temperature characteristic that differs greatly from gasoline when correcting from a gasoline injection signal to a non-gasoline fuel injection signal, for example, at low temperature start. In certain operating situations, such as when a slight delay in injection timing is likely to lead to engine trouble, for example, a basic injection quantity pattern specific to non-gasoline fuel corresponding to the operating situation is stored in advance, and this is stored in the engine. By correcting according to the operating state, it becomes possible to determine and inject an appropriate fuel injection amount regardless of the gasoline injection signal, and in addition, the injection timing does not delay the engine cycle and causes engine troubles such as output reduction. There will be less worry.
また、この単独制御は、非ガソリン燃料用噴射制御装置が低温始動時と判断した場合に実行するものとすれば、ガソリンと温度特性が大きく異なる非ガソリン燃料であっても良好な低温始動性を発揮しやすいものとなる。 Further, if this single control is executed when the non-gasoline fuel injection control device determines that it is at the time of low-temperature start, good low-temperature startability can be obtained even with non-gasoline fuel having a temperature characteristic greatly different from that of gasoline. It will be easy to demonstrate.
さらに、上述したエンジンの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備えている非ガソリン燃料用電子制御装置と、非ガソリン燃料用インジェクタとが、エンジン既設のガソリン噴射システムに配置されてガソリン代替燃料供給システムを構成してなり、このエンジンの燃料供給方法を実施する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現することができる。 Further, an electronic control device for non-gasoline fuel and a non-gasoline fuel injector provided with storage means storing a program for executing the above-described engine fuel supply method are arranged in an existing gasoline injection system of the engine. If the fuel supply device for an engine that implements the fuel supply method of the engine is configured as a gasoline alternative fuel supply system, the above-described non-gasoline fuel supply method can be reliably realized at a low cost. .
非ガソリン燃料用電子制御装置がガソリン噴射信号から非ガソリン燃料の噴射量を算出しても最適な燃料噴射量となりにくい場合や噴射タイミングの僅かなズレがエンジントラブルに繋がりやすい場合となる、特定のエンジンの運転状況において、ガソリン噴射信号とは関係なく非ガソリン燃料用噴射制御装置が検知したエンジンの運転状態に応じて直接非ガソリン燃料の噴射量を決定するものとした本発明によると、非ガソリン燃料の供給量と噴射タイミングの最適化を実現することができるものである。 Even if the non-gasoline fuel electronic control unit calculates the non-gasoline fuel injection amount from the gasoline injection signal, it is difficult to achieve the optimum fuel injection amount or a slight deviation in the injection timing is likely to lead to engine trouble. According to the present invention, the non-gasoline fuel injection amount is directly determined in accordance with the engine operating state detected by the non-gasoline fuel injection control device regardless of the gasoline injection signal. The fuel supply amount and the injection timing can be optimized.
以下に、図面を参照しながら本発明における最良の実施の形態を説明する。図1は、エンジン既設のガソリン噴射システムに、非ガソリン燃料用噴射制御装置としての電子制御ユニット11と非ガソリン燃料用のインジェクタ2を増設してなる、本発明のガソリン代替燃料噴射システムを示す配置図である。本実施の形態は、使用する非ガソリン燃料がLPG等の比較的気化し易い液化ガス燃料の場合であり、図示しない非ガソリン燃料を充填したボンベの液相部分から延びた図示しない送出管路が、所定の気化手段を経由して複数のインジェクタ2に接続されており、その各インジェクタ2を電子制御ユニット11が駆動制御するものである。
The best mode of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a gasoline alternative fuel injection system according to the present invention, in which an
本発明は、ガソリン用噴射制御装置である電子制御ユニット10と、図示しないガソリン用インジェクタとを備えたガソリン噴射システムを搭載していた既存のガソリンエンジンを、非ガソリン燃料使用エンジンに改造する場合に適用されるものである。そして、ガソリン用噴射制御装置としての電子制御ユニット10は、スロットル開度センサ8、MAPセンサ9、O2センサ6、水温センサ7、クランク角センサ5により検出したエンジン運転状態に基いて算出したガソリン噴射信号を出力し、図示しないガソリン用インジェクタ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し、点火栓4を所定のタイミングで点火させるものであって、このこと自体は周知の技術である。
In the present invention, when an existing gasoline engine equipped with a gasoline injection system equipped with an
本実施の形態においては、非ガソリン燃料用噴射制御装置としての電子制御ユニット11と非ガソリン燃料用のインジェクタ2とが前記のガソリン噴射システムを残置させて増設され、ガソリン代替燃料噴射システムを構成する。この場合、図示しないガソリン用インジェクタを撤去して非ガソリン燃料用のインジェクタ2とつけ替えればよく、電子制御ユニット10からガソリン用インジェクタに至る気筒毎の信号線をそのまま電子制御ユニット11につけ替え接続して、入力信号線とすればよい。
In the present embodiment, an
ここで、ガソリン用インジェクタを非ガソリン燃料の噴射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に比べて非ガソリン燃料の方が各段に大きいので、本発明では非ガソリン燃料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非ガソリン燃料用のインジェクタ2を使用することとした。
Here, it is conceivable to use an injector for gasoline for injection of non-gasoline fuel. However, in the present invention, the volume flow rate corresponding to the engine required fuel flow rate is larger for each stage of non-gasoline fuel than gasoline. It was decided to use a dedicated
電子制御ユニット11は、図示しないCPU,ROM,RAM,入出力インターフェース等を備えた汎用の電子制御ユニットであり、そのROMに以下に述べるガソリン代替用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を備えている点を特徴とする。
The
電子制御ユニット11は、図4の機能ブロック図に示す様に、ガソリン用噴射制御装置である電子制御ユニット10によりエンジン運転状態に応じて出力されガソリン噴射信号線を介して入力したガソリン噴射信号l1〜lnに基いて、所定の補正係数を掛ける等して非ガソリン燃料の適正な噴射量を算出し、この算出された非ガソリン燃料噴射量を与える非ガソリン燃料噴射信号O1〜O2を、駆動信号線を介して気筒毎にインジェクタ2に出力するものであり、この機能については従来のガソリン代替燃料噴射システムにおける非ガソリン燃料用噴射制御装置と共通している。
As shown in the functional block diagram of FIG. 4, the
この機能に加えて、図2の機能ブロック図に示すように、電子制御ユニット11はエンジンの所定の運転状況において、ガソリン噴射信号とは関係なしに独自に非ガソリン燃料の噴射量を決定して各インジェクタ2に燃料噴射信号を出力するものとした、単独制御を実行する点を特徴としている。
In addition to this function, as shown in the functional block diagram of FIG. 2, the
即ち、電子制御ユニット11の記憶手段であるROMには、例えば低温始動時や高出力運転時等、ガソリン噴射信号を補正して非ガソリン燃料噴射信号を生成したのでは適切な燃料噴射制御を達成しにくい場合や燃料噴射タイミングの僅かな遅れがエンジンの出力低下を招きやすい場合等、特定の運転状況毎に予め記憶しておいた基本噴射パターンに、そのときのエンジンの運転状態に基いて所定の計算方法で最適な燃料噴射量を決定することを特徴とした、ガソリン噴射信号によらない単独制御を実行するためのプログラムが記憶されているものである。
That is, in the ROM as the storage means of the
図3のフローチャートを用いて、本実施の形態におけるエンジンの非ガソリン燃料供給方法を実施するエンジンの燃料供給装置に配設された電子制御ユニット11の動作について、以下に詳細に説明する。
The operation of the
電子制御ユニット11は、エンジンの運転状態を検出する各センサから検出信号を検知し(A1)、エンジンの運転状況が予め定めた単独制御に適した状況であるか否かを判定し(A2)、適した状況でなければガソリン噴射信号による非ガソリン燃料噴射制御に移行する。即ち、ガソリン噴射信号を検知してから(B1)、各センサ信号を検知し(B2)、予め定めた所定の計算方法で非ガソリン燃料噴射量を算出して(B3)、非ガソリン噴射信号を各インジェクタ2に出力するものとし(B4)、その後は最初に戻って(A1)以降を繰り返す。
The
一方、単独制御に適した状況であると判定した場合、各センサ信号からエンジンの運転状態を検知し(A3)、例えば冷間始動時であれば予め定めた冷間始動時用の燃料噴射パターンに対し検知したエンジンの運転状態を基に所定の計算方法で非ガソリン燃料噴射量を算出する(A4)。尚、冷間始動時の判定材料としては、水温センサ7とクランク角センサ5で検出したデータが所定の冷間始動時としてのデータ範囲内に収まるかどうか等とすればよい。
On the other hand, when it is determined that the situation is suitable for independent control, the engine operating state is detected from each sensor signal (A3). For example, if it is a cold start, a predetermined cold start fuel injection pattern The non-gasoline fuel injection amount is calculated by a predetermined calculation method based on the detected engine operating state (A4). In addition, what is necessary is just to determine whether the data detected with the
そして、検知したエンジンの回転周期に合わせて気筒毎に適切なタイミングで噴射信号を出力し(A5)、その後は最初に戻って(A1)以降を繰り返す。即ち、このような特殊な運転状況においては、燃料の種類の応じて必要な燃料噴射量・およびその期間について経験的に分かっている場合が多いため、その状況の燃料噴射パターンを予め決めておくこと等により、エンジンの運転状況に応じて多少補正するのみで燃料噴射量を決めることができ、適正な燃料供給量とすることが容易となるからである。 Then, an injection signal is output at an appropriate timing for each cylinder in accordance with the detected rotation period of the engine (A5), and thereafter, the process returns to the beginning and (A1) and subsequent steps are repeated. That is, in such a special operating situation, there are many cases where the necessary fuel injection amount and the period thereof are empirically known depending on the type of fuel, so the fuel injection pattern in that situation is determined in advance. For this reason, the fuel injection amount can be determined with only a slight correction in accordance with the operating condition of the engine, and it becomes easy to obtain an appropriate fuel supply amount.
また、このような手順とすることで、非ガソリン燃料の噴射信号の出力が各気筒の吸気タイミングに遅れることがないものとなる。尚、本フローチャートで説明するエンジンの燃料供給方法において、単独制御に適した状況であるか否かの判定を連続的に繰り返すものとしたが、非ガソリン燃料噴射信号の出力を所定回数または所定時間行って繰り返すものとしてもよく、或いは、その単独制御の運転状況が冷間始動時のようにエンジン始動から停止までの間に再度発生しない性質のものであれば、単独制御となってから所定時間またはエンジンの回転周期を所定回数経過した後、一律にガソリン噴射信号による非ガソリン噴射制御に移行するものとしてもよい。 Further, by adopting such a procedure, the output of the non-gasoline fuel injection signal is not delayed from the intake timing of each cylinder. In the fuel supply method for the engine described in this flowchart, the determination as to whether or not the situation is suitable for single control is repeated continuously. However, the output of the non-gasoline fuel injection signal is output a predetermined number of times or for a predetermined time. If the operation status of the single control does not occur again between the start and stop of the engine as in the cold start, a predetermined time after the single control is started. Alternatively, after a predetermined number of engine rotation cycles have elapsed, the control may be shifted to non-gasoline injection control using a gasoline injection signal.
以上述べたように、本実施の形態のエンジンの燃料供給方法およびその装置により、非ガソリン燃料用制御装置が単独制御に適したエンジンの運転状況であるか否かを的確に判定して、単独制御となった場合にはエンジンの運転状態を基に燃料噴射信号を生成するので、各気筒の周期に遅れることなく燃料を噴射することができるとともに、エンジンが要求する燃料供給量に合致する燃料噴射量を算出することができる。従って、非ガソリン燃料の供給量と噴射タイミングの最適化が実現されるものである。 As described above, the engine fuel supply method and apparatus according to the present embodiment accurately determines whether or not the non-gasoline fuel control device is in an operating state of the engine suitable for single control. In the case of control, a fuel injection signal is generated based on the operating state of the engine, so that fuel can be injected without delaying the cycle of each cylinder, and fuel that matches the fuel supply amount required by the engine The injection amount can be calculated. Therefore, optimization of the supply amount of non-gasoline fuel and the injection timing can be realized.
1 エンジン、2 インジェクタ、5 クランク角センサ、6 O2センサ、7 水温センサ、8 スロットル開度センサ、9 MAPセンサ、 10,11 電子制御ユニット
1 engine, 2 injectors, 5 crank angle sensor, 6 O2 sensor, 7 water temperature sensor, 8 throttle opening sensor, 9 MAP sensor, 10, 11 electronic control unit
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