JP4902446B2

JP4902446B2 - ガスエンジンの燃料供給方法

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Publication number: JP4902446B2
Application number: JP2007176968A
Authority: JP
Inventors: 州俊稲生
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-07-05
Also published as: JP2009013880A; KR20090004432A

Description

本発明は、既設のガソリン噴射制御装置が発信するガソリン噴射信号を基にして所定の算出方式ガソリン噴射システムを、ＬＰＧ（液化天然ガス）などのガス燃料を使用するガソリン代替ガス燃料噴射システムに改造した場合における、ガスエンジンの燃料供給方法及びそのガソリン代替ガス燃料噴射制御装置に関するものである。

ガソリンと組成・気化性等の特性が異なるＬＰＧなどのガス燃料を、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。これらガソリンとは特性の異なるガス燃料をインジェクタから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り、新規のガスエンジンに対してはエンジン運転状態に応じて最適な燃料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。

しかしながら、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おいて、その制御装置にエンジンの運転状態に応じて最適なガソリン噴射量を実現するプログラムが設定されていることから、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算出するという簡単な機能をもたせたガソリン代替ガス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ガソリン代替ガス燃料噴射システムを構築することが可能である。

図１は従来のガソリン代替ガス燃料噴射システムの配置図、図２はこれに配設される制御装置の機能ブロック図を示すものであり、このようなシステムでは、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Ｉ１〜Ｉｎ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ガス燃料用に補正適合してガス燃料噴射信号Ｏ１〜Ｏｎとして各気筒に設けたインジェクタ２へ出力するガソリン代替ガス燃料噴射制御装置としての電子制御ユニット１１とを備えている。

電子制御ユニット１１には電子制御ユニット１０からのガソリン噴射信号Ｉｎが入力されるが、電子制御ユニット１１はガソリン噴射信号Ｉｎの噴射終了までガソリン噴射量が分からないため、出力するガソリン代替ガス燃料の噴射量は、
ガソリン代替ガス燃料噴射量（ｎ）＝ガソリン噴射量（ｎ−１）×補正係数（但し、ガソリン代替ガス燃料噴射量（ｎ）：ガス燃料を噴射する気筒の噴射量、ガソリン噴射量（ｎ−１）：前回のサイクルで検出したガソリン噴射量、補正係数：ガス燃料補正値）
の式を用いた算出手段で求められ（図４に示すような波形図）てインジェクタ２に出力される。

ところで、ガソリン車では加速時等における運転性向上のために、通常の燃料噴射時期とは別のタイミングで割込み噴射信号を出力して運転性を向上させる方式が一般的に採用されている。しかし、ガソリン代替ガス燃料噴射制御の場合は、ガソリン噴射信号の間に割込み噴射信号を出力した場合に前述の式を適用する関係で、ガソリン代替ガス燃料噴射信号の通常の噴射タイミングに割込み噴射が適用されると空燃比を悪化させて運転性の低下に繋がることから、図５に示すようにガソリン代替ガス燃料噴射信号Ｏｎに割込み噴射信号を出力しないものとしている。そのため、割込み噴射信号を欠いた制御では加速時等のエンジン運転状態において空燃比の希薄化を招き、エンジン運転性を悪化させてしまうという問題がある。
特開２００４―１０８１４８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ガソリン代替ガス燃料噴射システムについて、通常のガソリン噴射信号間にガソリン用割込み噴射信号が出力される運転状況であっても、エンジン運転性を良好に維持できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、既設のガソリン噴射制御装置が発信するガソリン噴射信号を基にして所定の算出方式により算出したガス燃料の噴射量をガス燃料噴射信号としてインジェクタに出力してガスエンジンにガス燃料を供給するガソリン代替ガス燃料噴射制御装置における燃料供給方法において、前記ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置が、通常のガソリン噴射信号による燃料供給に追加して燃料を供給するための割込み噴射信号を検知した場合に、この割込み噴射信号分として１または複数の気筒における前記インジェクタにガス燃料用割込み噴射信号を出力することを特徴とする。

このような制御方法とすることで、加速時など割込み噴射信号による燃料追加が必要となる場合に、ガソリン割込み噴射信号に対応する分が通常タイミングのガス燃料噴射に適用されることなく、別個の割込み噴射信号として出力されるため、空燃比希薄化によるトラブルを有効に回避できるものとなる。

また、このガスエンジンの燃料供給方法において、ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置によるガス燃料用割込み噴射信号の出力は、ガソリン用割込み噴射信号の検知とほぼ同時に開始されるものとすれば、加速等の運転状況の変化に遅れることなく対応することができる。

さらに、上述したガスエンジンの燃料供給方法において、ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置によるガソリン用割込み噴射信号の検知は、タイマ機能を有し通常の噴射時期とはタイミングの異なる噴射信号を割込み噴射信号として判定する割込み噴射信号検知手段によるものとすれば、簡易な処理手順で対応の遅れを最小限とすることができる。

さらにまた、ガソリン噴射システムを改造してなるガソリン代替ガス燃料噴射システムに配設され、燃料供給方法実行用プログラムが記憶手段に格納されているとともに割込み噴射信号検知手段を備えており、上述した燃料供給方法を実施することを特徴とするガソリン代替ガス燃料噴射制御装置とすれば、上述した燃料供給方法を確実且つ容易に実現することができる。

ガソリン用割込み噴射信号を検知した場合にガス燃料用割込み噴射信号として出力するものとした本発明によると、通常のガソリン噴射信号間に割込み噴射信号が出力される運転状況であっても、空燃比の維持が容易なものとなってエンジン運転性を良好に維持することができる。

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１に既設のガソリン噴射システムに、ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置としての電子制御ユニット１１と、電磁駆動式でガス燃料用のインジェクタ２を増設してなる、ガソリン代替ガス燃料噴射システムの配置図を示している。本実施の形態においては、使用するガス燃料がＬＰＧ等の比較的気化し易いものを用いた場合を想定しており、図示しないガス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気筒のインジェクタ２（正面の気筒分のみ図示）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が駆動制御するようになっている。

本発明は、ガソリン噴射制御装置としての電子制御ユニット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ガスエンジンに改造する場合に適用される。そして、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等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エンジン１に供給して点火プラグ４を所定のタイミングで点火させるガソリン噴射システムを利用したものであり、これらの点は前記従来のガソリン代替ガス燃料噴射制御装置と同様である。

本実施の形態では、ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置としての電子制御ユニット１１とガス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、ガソリン代替ガス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ガス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。

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、ハード的には従来のガソリン代替ガス燃料噴射制御装置と同様であるが、そのＲＯＭに以下に述べる本発明のガスエンジンの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している。尚、後述する割込み噴射信号検知手段もインストールされたプログラムにより機能的に実現されるものである。

また、電子制御ユニット１１は図２の機能ブロック図に示す様に、ガソリン噴射制御装置としての電子制御ユニット１０から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Ｉ１〜Ｉｎに基いて、所定の補正係数を掛ける等してガス燃料の適正な噴射量を算出し、この算出されたガス燃料噴射量を与えるガス燃料噴射信号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、この機能についても従来のガソリン代替ガス燃料噴射制御装置と共通している。

特に、本実施の形態では前記機能に加えて、電子制御ユニット１１には、ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置１１が通常のガソリン噴射時期とは異なるタイミングで出力される割込み噴射信号を検知した場合に、その割込み噴射信号に対応して１または複数の気筒のインジェクタ２に、ガス燃料用の割込み噴射信号を出力するようになっている。

即ち、電子制御ユニット１１の記憶手段であるＲＯＭには、後述するガスエンジンの燃料供給方法の手順を実行するためのプログラムが記憶されており、例えばタイマ機能を有する割込み噴射信号検知手段が、前々回のサイクルにおけるガソリン噴射信号と前回のガソリン噴射信号との間隔時間を記憶しておき、その間隔時間が前回と今回のガソリン噴射信号との間隔時間が所定割合以上短縮された場合に今回の信号を割込み噴射信号として判定する手法が考えられる。そして、割込み噴射信号と判定した場合に、その判定とほぼ同時にガス燃料用の割込み噴射信号を通常のガス燃料噴射信号とは別個にインジェクタ２に出力するものとすればよい。

このような機能を有する電子制御ユニット１１を配置した本実施の形態のガソリン代替ガス燃料噴射システムにおいては、例えば図３に示した波形図のように、ガソリン噴射信号Ｉｎ＋２とその次のガソリン噴射信号Ｉｎ＋３間に通常タイミングとは異なる割込み噴射信号が出力された場合に、電子制御ユニット１１がこれを割込み噴射信号として判定し、判定とほぼ同時に所定気筒用のインジェクタ２にガス燃料用割込み噴射信号として出力するようにしたことで、加速時等の割込み信号による追加燃料が必要な場合において、対応遅れを最小限としながらガス燃料を追加的に噴射することが可能となる。

このとき、ガス燃料用割込み噴射信号はガソリン用割込み信号を補正することなくそのまま（同じ噴射時間）で出力するものした場合、対応において遅れが殆ど生じないものとなる。或いは、ガソリン用割込み噴射時間とガス燃料用割込み噴射時間とが同じでは空燃比が薄くなりすぎるときは、一律に所定の噴射量を確保する噴射時間とするか、或いは所定の数値を乗じた割込み噴射時間として出力してもよい。また、ガス燃料用割込み噴射信号は、１つの気筒のインジェクタ２のみに出力する場合に限らず、必要に応じて複数の気筒のインジェクタ２，２，・・・に出力してもよい。

以上のように、ガソリン噴射システムを利用したガソリン代替ガス燃料噴射システムについて、本発明により通常のガソリン噴射信号間に割込み噴射信号が出力されるようなエンジン運転状況であっても、良好なエンジン運転性を維持することができるものとなった。

本発明における実施の形態及び従来例に共通した燃料供給システムの配置図。図１の燃料供給システムにおける信号の流れを示す機能ブロック図。図１の本発明の実施の形態によるガソリン代替ガス燃料噴射制御装置の制御状態の一例を示す波形図。従来例による制御状態を示す波形図。割込み噴射信号があった場合の従来例による制御状態を示す波形図。

符号の説明

１エンジン、２インジェクタ、１０，１１電子制御ユニット

Claims

既設のガソリン噴射制御装置が発信するガソリン噴射信号を基にして所定の算出方式により算出したガス燃料の噴射量をガス燃料噴射信号としてインジェクタに出力してガスエンジンにガス燃料を供給するガソリン代替ガス燃料噴射制御装置における燃料供給方法において、前記ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置が、通常のガソリン噴射信号による燃料供給に追加して燃料を供給するための割込み噴射信号をタイマ機能を有し通常の噴射時期とはタイミングの異なる噴射信号を割込噴射信号として判定する割込み噴射信号検知手段により検知した場合に、この割込み噴射信号分として１または複数の気筒におけるインジェクタに前記ガソリン用割込み噴射信号を補正することなくそのままガス燃料用割込み噴射信号として検知とほぼ同時に出力することを特徴とするガスエンジンの燃料供給方法。