JP5203157B2

JP5203157B2 - バイフューエル内燃機関の燃料噴射制御方法

Info

Publication number: JP5203157B2
Application number: JP2008308796A
Authority: JP
Inventors: 五一北川; 徹赤尾
Original assignee: 株式会社エッチ・ケー・エス
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: JP2010133301A

Description

本発明はバイフューエル内燃機関の燃料噴射制御方法に関する。

バイフューエル内燃機関として、特許文献１に記載の如く、ガソリン等の液体燃料を供給する液体燃料噴射弁と、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等のガス燃料を供給するガス燃料噴射弁とを制御し、液体燃料とガス燃料のいずれかの燃料を多気筒内燃機関の各気筒に供給可能にするものがある。従来技術では、始動時には液体燃料運転を行ない、内燃機関の冷却水温が一定値以上になるとガス燃料運転に切換わる。
特公平6-43814

バイフューエル内燃機関の液体燃料運転では、各気筒に所定のクランク角毎に内燃機関の運転状態に応じた量の液体燃料を同期噴射するとともに、スロットル開度の変化率が一定値以上になる等の過渡時であることを検出したときには、その過渡状態に基づいて各気筒にクランク角と無関係に非同期に液体燃料を噴射する。このとき、スロットル開度ｔ（図４（Ｃ））の変化に対し、内燃機関の空気過剰率λは図４（Ａ）に示す如くに遅れなく加速増量されて空燃比はリッチになり、車両加速度Ｇは図４（Ｂ）に示す如くに安定的に加速される。

ところが、内燃機関に例えば後付けされてなるガス燃料噴射弁が燃焼室から遠くに配置されると、ガスの比重も低いため、噴射されたガス燃料は燃焼室に到達するまでの時間遅れを伴い、内燃機関の空気過剰率λは過渡的には図４（Ａ）のＰ1に示す如くにオーバーリーンになり、ガス燃料の燃焼が不安定になる結果、特に車両の発進加速時に、車両加速度Ｇは図４（Ｂ）のＰ1に示す如くに加速されない。このオーバーリーンを補う目的で過渡時に非同期噴射されたガス燃料も、噴射から遅れて燃焼室に到達し、内燃機関の空気過剰率λはその時図４（Ａ）のＰ2に示す如くに逆にオーバーリッチになり、ガス燃料の燃焼が不安定になる結果、車両加速度Ｇは図４（Ｂ）のＰ2に示す如くにもたつく。

ガス燃料噴射弁を後付されてなるバイフーエルシステムの制御では、ガソリン用ＥＣＵ（後述の第１ＥＣＵ）の基本噴射信号の液体燃料噴射弁開成通電時間に、運転状態に応じて定まる各種の補正係数を乗じてガス燃料噴射弁開成通電時間を演算している。ガス運転時は全ての運転条件で同期、非同期噴射にかかわらずこのガス燃料噴射弁開成通電時間でガス燃料噴射弁からガス燃料を噴射しているため、上述した加速不良は避けられなかった。

本発明の課題は、バイフューエル内燃機関において、スロットル開度又はその開き変化率、もしくは機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になる過渡時における燃焼の安定を図ることにある。

請求項１の発明は、液体燃料を供給する液体燃料噴射弁と、後付けされてガス燃料を供給するガス燃料噴射弁とを制御し、液体燃料とガス燃料のいずれかの燃料を多気筒内燃機関の各気筒に供給可能にするバイフューエル内燃機関の燃料噴射制御方法において、第１ＥＣＵと第２ＥＣＵとを有し、第１ＥＣＵは、ガス燃料噴射弁に対するガス燃料噴射信号ｆ1と液体燃料噴射弁に対する液体燃料噴射信号ｆ2を決定するための基本噴射信号ｆとして、内燃機関の負荷に応じた燃料を各気筒の吸気系に所定のクランク角タイミングで噴射させるための同期噴射信号ｆaと、内燃機関の回転速度が一定値以下で、かつスロットル開度又はその開き変化率、もしくは内燃機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になる過渡運転時に、各気筒の吸気系にクランク角と無関係のタイミングで直ちに燃料を噴射させるための非同期噴射信号ｆbとを発生させるプログラムを内蔵し、第２ＥＣＵは、
ガス燃料噴射弁を後付けしたことに対応して設けられたものであり、内燃機関の運転状態が通常運転状態にあるとき、第１ＥＣＵが出力する基本噴射信号ｆの中の同期噴射信号ｆaで各気筒のガス燃料噴射弁を駆動するガス燃料噴射信号ｆ1を出力することにより、当該ガス燃料噴射弁を駆動制御し、各気筒にガス燃料を噴射し、内燃機関の回転速度が一定値以下で、かつスロットル開度又はその開き変化率、もしくは内燃機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になる過渡運転状態時に、第１ＥＣＵが出力する基本噴射信号ｆの中の非同期噴射信号ｆbと、この非同期噴射信号ｆbに続く複数サイクル分の同期噴射信号ｆaで各気筒の液体燃料噴射弁を駆動制御し、各気筒に液体燃料を噴射し、その後の同期噴射信号ｆaで前記ガス燃料噴射弁を用いる通常運転時のガス燃料運転に戻すようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記第１ＥＣＵは、内燃機関の運転状態に応じて、液体燃料のための燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1を演算し、前記第２ＥＣＵは、内燃機関の運転状態に応じて、前記第１ＥＣＵが出力する基本噴射信号ｆと、燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1を用いることにより、ガス燃料噴射弁開成通電時間Ｔ2を演算し、前記第２ＥＣＵは、通常運転時に、ガス燃料噴射弁開成通電時間Ｔ2によりガス燃料噴射弁を開成制御し、過渡運転時に、燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1により液体燃料噴射弁を開成制御するようにしたものである。

(a)バイフューエル内燃機関において、各気筒に所定のクランクタイミングで内燃機関の運転状態に応じた量のガス燃料を噴射する(所謂同期噴射)ガス燃料運転中に、機関の回転速度が一定値以下で、かつスロットル開度又はその開き変化率、もしくは機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になった過渡時に、直ちに一定時間に渡り、各気筒に液体燃料を噴射する液体燃料運転に切換え、その後、前記ガス燃料運転に戻す。

従って、内燃機関に例えば後付けされるガス燃料噴射弁が燃焼室から液体燃料噴射弁よりも遠くに配置され、ガス燃料の比重が液体燃料より低くても、上述の過渡時には、液体燃料噴射弁から噴射される液体燃料が燃焼室に遅れなく到達するものになり、内燃機関の空気過剰率λは過渡的に図３（Ａ）に示す如くにリッチになり、この液体燃料が直ちに一定時間安定的に燃焼する結果、車両加速度Ｇは図３（Ｂ）に示す如くに安定的に加速される。

このことは、車両が低速度の低負荷（例えばスロットル開度1/6以下）・低回転（例えば1400rpm以下）から、スロットル弁を急開して機関の吸入空気量を増加させ、機関出力を増大させようとする発進加速時に特に有用である。

(b)上述(a)の過渡時における液体燃料運転が、各気筒にクランク角と無関係に非同期に液体燃料を噴射し、その非同期噴射後の一定時間、各気筒に所定のクランク角毎に内燃機関の運転状態に応じた量の液体燃料を同期噴射する。これにより、上述(a)の過渡時に非同期噴射により増量された液体燃料が、燃焼室に直ちに遅れなく到達し、内燃機関の空気過剰率λは過渡的に図３（Ａ）に示す如くにリッチになり、この液体燃料が直ちに一定時間安定的に燃焼する結果、車両加速度Ｇは図３（Ｂ）に示す如くに安定的に加速される。

(c)内燃機関に液体燃料噴射弁とその作動を電気制御する第１ＥＣＵを先付けし、ガス燃料噴射弁とその作動を電磁制御する第２ＥＣＵを後付けしたバイフューエル内燃機であって、第１ＥＣＵが機関の回転速度が一定値以下で、かつスロットル開度又はその開き変化率、もしくは機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になったとき、各気筒の吸気系にクランク角と無関係のタイミングで燃料を噴射させる非同期噴射信号を発生させるものにおいて、各気筒に所定のクランク角毎に内燃機関の運転状態に応じた量のガス燃料を噴射するガス燃料運転中に、第１ＥＣＵが発生させた非同期噴射信号を第２ＥＣＵが捕らえたことを条件に、第２ＥＣＵが直ちに一定時間に渡り、各気筒に液体燃料を噴射する液体燃料運転に切換え、その後、ガス燃料運転に戻すことができる。

図１はバイフューエル内燃機関を示す模式図、図２は本発明による噴射燃料切換関係を示す模式図、図３は本発明によるバイフューエル内燃機関の運転状態を示す模式図、図４は従来技術によるバイフューエル内燃機関の運転状態を示す模式図である。

図１に示す多気筒バイフューエル内燃機関１０は、吸気系に、アクセルペダルに連動するスロットル弁１１を設け、その下流側にサージタンク１２を設けている。サージタンク１２に連通する吸気マニホールド１２Ａには液体燃料（ガソリン）噴射弁１４を設け、吸気マニホールド１２Ａにおける液体燃料噴射弁１４よりも燃焼室から遠い位置に例えば後付けされるガス燃料（ＣＮＧ）噴射弁１５を設けている。排気系には、排気ガス中の酸素濃度を測定するＯ_２センサ１６が、排気マフラにおける三元触媒の上流に配置してある。Ｏ_２センサ１６は、酸素濃度に対応する電圧信号ｖを出力する。

バイフューエル内燃機関１０は、第１ＥＣＵ（電子制御装置）２０と、例えば後付けの第２ＥＣＵ（電子制御装置）３０を有している。２つのＥＣＵ２０、３０は合体して１個になっても良い。

第１ＥＣＵ２０の入力インターフェイスには、サージタンク１２内の吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、カムポジションセンサ１７から出力される気筒判別信号ｃ1、クランクポジションセンサ１８から出力されるクランク角度基準信号ｃ2及び回転数信号Ｎ、スロットル弁１１の開き量を検出するスロットルセンサ１９から出力されるスロットル開度信号ｔ、内燃機関１０の冷却水温を検出する水温センサ１０１から出力される水温信号ｗ、Ｏ_２センサ１６から出力される電圧信号ｖ、エアフローメータ１０２から出力される吸入空気量信号ｑ等が入力される。第１ＥＣＵ２０の出力インターフェイスからは、ガス燃料噴射弁１５に対するガス燃料噴射信号ｆ1と、液体燃料噴射弁１４に対する液体燃料噴射信号ｆ2を決定するための基本となる基本噴射信号ｆと、点火プラグ１０Ａに対する点火パルス信号等を出力する。

第１ＥＣＵ２０は、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａとクランクポジジョンセンサ１８から出力される回転数信号Ｎとを主情報とし、内燃機関１０の運転状況に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を演算して燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1を決定し、その決定された通電時間を用いて液体燃料噴射弁１４を制御し、内燃機関１０の負荷に応じた燃料を液体燃料噴射弁１４から各気筒の吸気系に、所定のクランク角タイミングで、１気筒当り、２クランク回転に１回噴射（同期噴射）させるためのプログラムが内蔵してある。また、第１ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ１８から出力された内燃機関１０の回転速度が一定値以下で、かつスロットルセンサ１９から出力されたスロットル開度の開き変化率、もしくはエアフローメータ１００から出力された機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になる過渡時に、各気筒の吸気系にクランク角と無関係のタイミングで直ちに開き変化率に応じて燃料を噴射（非同期噴射）させるための非同期噴射信号を発生させるプログラムも、同期噴射におけると同様にして内蔵してある。

尚、第１ＥＣＵ２０が演算した上述の同期噴射と非同期噴射の各燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1は、燃料を液体燃料とすることを前提としている。

図２の基本噴射信号ｆは、上述の同期噴射信号（ｆa）と、非同期噴射信号（ｆb）を示すものである。

第２ＥＣＵ３０は、ガス燃料噴射弁１５を例えば後付けしたことに対応して設けたものであり、前述の吸気圧センサ１３からの吸気圧信号ａ、カムポジションセンサ１７からの気筒判別信号ｃ1、クランクポジションセンサ１８からのクランク角度基準信号ｃ2、回転数信号Ｎ、スロットルセンサ１９からのスロットル開度信号ｔ、水温センサ１０１からの水温信号ｗ、Ｏ_２センサ１６からの電圧信号ｖ、エアフローメータ１０２から出力される吸入空気量信号ｑ等の内燃機関１０の各種運転信号を入力インターフェイスに入力され、これらの入力情報に基づいて内燃機関１０の現在の運転状態を判別し、内燃機関１０のこの運転状態に応じて、第１ＥＣＵ２０が出力する前述の基本噴射信号ｆと、燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1を用いることにより、ガス燃料噴射弁開成通電時間Ｔ２を演算するプログラムと液体燃料噴射弁１４とガス燃料噴射弁１５を以下の如くに切換え制御するプログラムを内蔵している。

(1)内燃機関１０の通常運転時
第２ＥＣＵ３０により内燃機関１０の運転状態が通常運転状態にあると判断したとき、第２ＥＣＵ３０は第１ＥＣＵ２０が出力する前述の基本噴射信号ｆと、燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1を用いて、ガス燃料噴射弁１５を駆動するガス燃料運転を行なう。

即ち、第２ＥＣＵ３０は、第１ＥＣＵ２０が出力する基本噴射信号ｆの中の同期噴射信号（ｆa）で各気筒のガス燃料噴射弁１５を駆動する。

このとき、第２ＥＣＵ３０は、第１ＥＣＵ２０が出力する液体燃料のための燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1を内燃機関１０の運転状態に応じて定まる各種の補正係数で補正してガス燃料噴射弁開成通電時間Ｔ2を演算し、このガス燃料噴射弁開成通電時間Ｔ2によりガス燃料噴射弁１５を開成制御する。

従って、第２ＥＣＵ３０は、図２に示すガス燃料噴射信号ｆ1で、ガス燃料噴射弁１５を上述の如くに駆動制御し、各気筒に所定のクランク角毎に内燃機関１０の運転状態に応じた量のガス燃料を同期噴射する。

(2)内燃機関１０の過渡運転時
第２ＥＣＵ３０により、クランクポジションセンサ１８から出力された内燃機関１０の回転速度が一定値以下で、かつスロットルセンサ１９から出力されたスロットル開度又はその開き変化率、もしくはエアフローメータ１０２から出力された機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になる過渡運転状態に入ったことが判断されたとき、第２ＥＣＵ３０は第１ＥＣＵ２０が出力する前述の基本噴射信号ｆと、燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1を用いて、直ちに一定時間に渡り、液体燃料噴射弁１４を駆動する液体燃料運転に切換える。

即ち、第２ＥＣＵ３０は、第１ＥＣＵ２０が出力する基本噴射信号ｆの中の非同期噴射信号（ｆb）と、この非同期噴射信号（ｆb）に続く同期噴射信号（ｆa）で各気筒の液体燃料噴射弁１４を駆動する（図２の液体燃料噴射信号ｆ2）。

このとき、第２ＥＣＵ３０は、第１ＥＣＵ２０が出力する液体燃料のための燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1をそのまま用い、この燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1により液体燃料噴射弁１４を開成制御する。

液体燃料噴射後一定時間経過すると第２ＥＣＵ３０はガス燃料噴射弁１５を用いる上述(1)のガス燃料運転に戻す。

本実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)バイフューエル内燃機関１０において、各気筒に所定のクランク角毎に内燃機関１０の運転状態に応じた量のガス燃料を同期噴射するガス燃料運転中に、機関の回転速度が一定値以下で、かつスロットル開度又はその開き変化率、もしくは機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になった過渡時に、直ちに一定時間に渡り、各気筒に液体燃料を噴射する液体燃料運転に切換え、その後、前記ガス燃料運転に戻す。

従って、内燃機関１０に例えば後付されるガス燃料噴射弁１５が燃焼室から液体燃料噴射弁１４よりも遠くに配置され、ガス燃料の比重が液体燃料より低くても、上述の過渡時には、液体燃料噴射弁１４から噴射される液体燃料が燃焼室に遅れなく到達するものになり、内燃機関１０の空気過剰率λは過渡的に図３（Ａ）に示す如くにリッチになり、この液体燃料が直ちに一定時間安定的に燃焼する結果、車両加速度Ｇは図３（Ｂ）に示す如くに安定的に加速される。

このことは、車両が低速度の低負荷（例えばスロットル開度1/6以下）・低回転（例えば1400rpm以下）から、スロットル弁１１を急開して機関の吸入空気量を増加させ、機関出力を増大させようとする発進加速時に特に有用である。

(b)上述(a)の過渡時における液体燃料運転が、各気筒にクランク角と無関係に非同期に液体燃料を噴射し、その非同期噴射後の一定時間、各気筒に所定のクランク角毎に内燃機関１０の運転状態に応じた量の液体燃料を同期噴射する。これにより、上述(a)同様、内燃機関１０の空気過剰率λは過渡的に図３（Ａ）に示す如くにリッチになり、この液体燃料が直ちに一定時間安定的に燃焼する結果、車両加速度Ｇは図３（Ｂ）に示す如くに安定的に加速される。

(c)尚、内燃機関１０に液体燃料噴射弁１４とその作動を電気制御する第１ＥＣＵ２０を先付けし、ガス燃料噴射弁１５とその作動を電磁制御する第２ＥＣＵ３０を後付けしたバイフューエル内燃機であって、第１ＥＣＵ２０が機関の回転速度が一定値以下で、かつスロットル開度又はその開き変化率、もしくは機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になったとき、各気筒の吸気系にクランク角と無関係のタイミングで燃料を噴射させる非同期噴射信号を発生させるものにあっては、各気筒に所定のクランク角毎に内燃機関１０の運転状態に応じた量のガス燃料を噴射するガス燃料運転中に、第１ＥＣＵ２０が発生させた非同期噴射信号を第２ＥＣＵ３０が捕らえたことを条件に、第２ＥＣＵ３０が直ちに一定時間に渡り、各気筒に液体燃料を噴射する液体燃料運転に切換え、その後、ガス燃料運転に戻すものとすることもできる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１はバイフューエル内燃機関を示す模式図である。図２は本発明による噴射燃料切換関係を示す模式図である。図３は本発明によるバイフューエル内燃機関の運転状態を示す模式図である。図４は従来技術によるバイフューエル内燃機関の運転状態を示す模式図である。

符号の説明

１０バイフューエル内燃機関
１１スロットル弁
１４液体燃料噴射弁
１５ガス燃料噴射弁
２０第１ＥＣＵ（電子制御装置）
３０第２ＥＣＵ（電子制御装置）

Claims

液体燃料を供給する液体燃料噴射弁と、後付けされてガス燃料を供給するガス燃料噴射弁とを制御し、液体燃料とガス燃料のいずれかの燃料を多気筒内燃機関の各気筒に供給可能にするバイフューエル内燃機関の燃料噴射制御方法において、
第１ＥＣＵと第２ＥＣＵとを有し、
第１ＥＣＵは、
ガス燃料噴射弁に対するガス燃料噴射信号ｆ1と液体燃料噴射弁に対する液体燃料噴射信号ｆ2を決定するための基本噴射信号ｆとして、内燃機関の負荷に応じた燃料を各気筒の吸気系に所定のクランク角タイミングで噴射させるための同期噴射信号ｆaと、内燃機関の回転速度が一定値以下で、かつスロットル開度又はその開き変化率、もしくは内燃機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になる過渡運転時に、各気筒の吸気系にクランク角と無関係のタイミングで直ちに燃料を噴射させるための非同期噴射信号ｆbとを発生させるプログラムを内蔵し、
第２ＥＣＵは、
ガス燃料噴射弁を後付けしたことに対応して設けられたものであり、
内燃機関の運転状態が通常運転状態にあるとき、第１ＥＣＵが出力する基本噴射信号ｆの中の同期噴射信号ｆaで各気筒のガス燃料噴射弁を駆動するガス燃料噴射信号ｆ1を出力することにより、当該ガス燃料噴射弁を駆動制御し、各気筒にガス燃料を噴射し、
内燃機関の回転速度が一定値以下で、かつスロットル開度又はその開き変化率、もしくは内燃機関の吸入空気量又はその変化率が一定値以上になる過渡運転状態時に、第１ＥＣＵが出力する基本噴射信号ｆの中の非同期噴射信号ｆbと、この非同期噴射信号ｆbに続く複数サイクル分の同期噴射信号ｆaで各気筒の液体燃料噴射弁を駆動制御し、各気筒に液体燃料を噴射し、その後の同期噴射信号ｆaで前記ガス燃料噴射弁を用いる通常運転時のガス燃料運転に戻すことを特徴とするバイフューエル内燃機関の燃料噴射制御方法。
前記第１ＥＣＵは、内燃機関の運転状態に応じて、液体燃料のための燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1を演算し、
前記第２ＥＣＵは、内燃機関の運転状態に応じて、前記第１ＥＣＵが出力する基本噴射信号ｆと、燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1を用いることにより、ガス燃料噴射弁開成通電時間Ｔ2を演算し、
前記第２ＥＣＵは、通常運転時に、ガス燃料噴射弁開成通電時間Ｔ2によりガス燃料噴射弁を開成制御し、過渡運転時に、燃料噴射弁開成通電時間Ｔ1により液体燃料噴射弁を開成制御する請求項１に記載のバイフューエル内燃機関の燃料噴射制御方法。