JP5557094B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents
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Description
特に、複数の燃料を使用し、燃料を切り替えて内燃機関に供給する制御技術に関する。
そして、このガス燃料と液体燃料との2種類の燃料を選択して使用を切り替える内燃機関を搭載する車両を「バイフューエル車」と称している。
このバイフューエル車の内燃機関の燃料供給装置は、性状の異なる複数の燃料について相互に独立して設ける燃料供給系と、それぞれの燃料について前記内燃機関の吸気量に応じた適量の噴射量を設定可能とする制御手段とを備え、前記内燃機関に供給する燃料を選択的に切り替えて供給可能としている。
そして、燃料切替時には、切替前後の燃料供給系が変わるため、吸気通路内に残った切替前の残存余剰燃料と切替直後に切替後燃料の供給が不足する分との過不足を切替前後で適切に調整し、空燃比を制御する必要がある。
特に、バイフューエル気体燃料車において、液体燃料車をベースとして気体燃料用の燃料供給系を追加するケースにおいては、液体燃料から気体燃料への切替直後に液体燃料の燃料供給量が不足しがちである。
従来技術としては、上記の特許文献1に開示される二元燃料の切替制御方法及び装置がある。
この特許文献1のものは、燃料切替後もしばらくは切替前の燃料を供給し続けることで、切替時の燃料過不足を調整しているが、同時に2種類の燃料を供給する必要があり、一時的に制御手段(「エンジンコントローラ」とも換言できる。)の出力電流が増大することや、混合する燃料量の制御が複雑になるという不都合がある。
また、上記の特許文献2に開示されるものもある。
この特許文献2のものは、2系統の燃料供給系を選択的に切り替えて内燃機関に供給する燃料を切り替える内燃機関の燃料供給装置であって、各気筒毎に燃料を噴射供給する同期噴射(シーケンシャル噴射)を行って、途中で燃料切替要求があった場合に、次の気筒から燃料を切り替えて同期噴射を継続するよう制御する技術、あるいは、燃料切替要求があった場合に、燃料切替直後に非同期噴射を行うよう制御する技術を開示している。
しかし、燃料の切替タイミングと噴射形式(同期噴射(シーケンシャル噴射)、非同期噴射(同時噴射、斉時噴射)それぞれ)との関係を細かく配慮しているものの、切替時に供給燃料量に不足が生ずる点については改良の余地があり、さらに、切替時に不足する供給燃料量が、切替直前の噴射量との関連性を見出すまでに至っていないという不都合がある。
また、常に単一燃料のみの制御となるので、燃料切替後も、空燃比フィードバック制御で補正する燃料量も単一となり、その燃料の過不足を考慮すれば良く、良好な制御精度を確保できる。
図2において、1はバイフューエル車に搭載される内燃機関である。
この内燃機関1は複数の気筒(図示せず)を有し、内燃機関1は、図2に示す如く、吸気系として、エアクリーナ2と吸気管3とスロットルボディ4とサージタンク5と吸気マニホルド6の各分岐管7とを順次に接続し、各気筒に連通する吸気通路8を設けている。
また、前記内燃機関1は、排気系として、排気マニホルド9の各分岐管10と触媒コンバータ11と排気管12とを順次に接続し、各気筒に連通する排気通路13を設けている。
前記内燃機関1は、スロットルボディ4の吸気通路8にスロットルバルブ14を設けている。
このスロットルバルブ14は、図示しないアクセルペダルの操作量に応じてスロットルモータにより開閉動作される。
また、前記内燃機関1は、スロットルバルブ14を迂回して前記吸気通路8を連通するバイパス空気通路15を設けている。
このバイパス空気通路15の途中には、アイドル運転時のエンジン回転数が目標エンジン回転数になるようバイパス空気量を調整するアイドル空気量制御弁(「ISCバルブ」ともいう。)16を設けている。
更に、前記内燃機関1は、圧縮天然ガスや液化石油ガス(CNG、LPG)等の気体燃料と、ガソリンや軽油等の液体燃料との、少なくとも一方が燃焼室(図示せず)に供給される。
また、前記内燃機関1は、は、気体燃料を貯留する気体燃料容器(「ガスボンベ」とも換言できる。)17を備えている。
この気体燃料容器17には、気体燃料供給管18の一端側を接続している。
この気体燃料供給管18は、他端側を気体燃料デリバリパイプ19に接続している。
この気体燃料デリバリパイプ19は、前記吸気マニホルド6の各分岐管7に設けられた気体燃料噴射弁20をそれぞれ接続している。
また、前記気体燃料供給管18には、気体燃料容器17側から順次に、主止弁21と減圧用の調圧弁22と気体燃料フィルタ23と気体燃料圧力・気体燃料温度センサ24とを配設している。
前記主止弁21は、前記内燃機関1の停止時に気体燃料を遮断する。
前記調圧弁22は、気体燃料を減圧して適正な圧力・流量に調整する。
前記気体燃料フィルタ23は、気体燃料を濾過する。
前記気体燃料圧力・気体燃料温度センサ24は、気体燃料の圧力を検出するとともに、気体燃料の温度をも検出する。
また、前記内燃機関1は、液体燃料を貯留する液体燃料タンク25を備えている。
この液体燃料タンク25内には、液体燃料ポンプ26を設けている。
この液体燃料ポンプ26には、液体燃料供給管27の一端側を接続している。
この液体燃料供給管27は、他端側を液体燃料デリバリパイプ28に接続している。
そして、この液体燃料デリバリパイプ28には、前記吸気マニホルド6の各分岐管7に設けられた液体燃料噴射弁29をそれぞれ接続している。
また、前記液体燃料供給管27には、液体燃料フィルタ30を配設している。
前記液体燃料デリバリパイプ28には、プレッシャレギュレータ31を接続している。
このプレッシャレギュレータ31は、燃料戻り管32により液体燃料タンク25に接続されている。
このプレッシャレギュレータ31は、液体燃料噴射弁29に供給される液体燃料圧力を調整し、余剰の燃料を燃料戻り管32により液体燃料タンク25に戻す。
このとき、この液体燃料タンク25には、エバポ配管33の一端側を接続している。
このエバポ配管33は、他端側を蒸発液体燃料の吸着・放出を行うキャニスタ34に接続している。
このキャニスタ34には、パージ配管35の一端側を接続している。
このパージ配管35は、他端側を前記スロットルバルブ14下流側の吸気通路8に連通している。
このパージ配管35には、パージ制御弁36を設けている。
このパージ制御弁36は、キャニスタ34から吸気通路8に供給される蒸発液体燃料量を調整する。
前記内燃機関1は、吸気通路8の吸気温度を検出する吸気温センサ37を吸気管3に設け、吸気通路8の吸気流量を検出するエアフローセンサ38を吸気管3に設け、吸気通路8の吸気圧力を検出する吸気圧力センサ39をサージタンク5に設け、排気通路13の排気酸素濃度を検出する空燃比センサ40を排気マニホルド9に設けている。
前記アイドル空気量制御弁16や気体燃料噴射弁20、主止弁21、気体燃料圧力・気体燃料温度センサ24、液体燃料ポンプ26、液体燃料噴射弁29、パージ制御弁36、吸気温センサ37、エアフローセンサ38、吸気圧力センサ39、空燃比センサ40は、気体燃料と液体燃料との少なくとも一方を燃焼室に供給可能な前記内燃機関1の燃料供給装置41を構成する制御手段42に接続されている。
そして、この制御手段42には、燃料選択スイッチ43(新規)を接続する。
前記制御手段42は、それぞれの燃料について前記内燃機関1の吸気量に応じた適量の噴射量を設定可能としている。
そして、前記内燃機関1の燃料供給装置41は、前記内燃機関1に供給する燃料を選択的に切り替えて供給可能としている。
詳述すれば、バイフューエル車の燃料切替時に、定常運転時に供給する燃料に加えて追加の切替時燃料噴射を「シーケンシャル噴射の前に適量事前に噴射」あるいは「通常のシーケンシャル噴射量に適量加算して噴射」し、切替直後の空燃比を調整する。
また、噴射する非同期噴射量は、予め各エンジン運転条件(吸入空気量、吸気管圧力、エンジン回転数、エンジン負荷、スロットル開度など)に最適な噴射補正量を実試験で求め設定する。
更に、前記燃料供給装置41は、性状の異なる複数の燃料について相互に独立して設けてあり、また、各気筒毎に独立して噴射制御可能として設けてあるので、気体燃料であるガス燃料の燃料噴射装置、および、液体燃料であるガソリンの燃料噴射装置は、ともに、同期噴射(シーケンシャル噴射)と、非同期噴射(同時噴射、斉時噴射)とを選択的に切り替えて実施することが可能である。
更にまた、ガソリン内燃機関をベースとしているため、ガス燃料の燃料噴射装置は、ガソリンの燃料噴射装置よりも吸気管上流側に配設してある。
標準噴射量とは、基本噴射量に様々な補正量を加えた噴射量のことであり、通常の始動後運転として行う空燃比フィードバック制御に使用する最終的な噴射量のことである。標準噴射量は、所定の圧力に調整された燃料と噴射装置が開弁される時間となる噴射時間とによって制御する。各燃料で、運転状態に応じた所定の補正値をそれぞれ設定する。なお、それらの燃料供給圧は、いずれも低圧(数気圧程度)である。
燃料切替時の燃料不足(空燃比がリーンとなる)が、切替直前の噴射量に対し相関性がある(ある一定の割合となっている)との知見に基づき、燃料噴射量を調整している。図3では、非同期噴射の噴射量を、エンジン回転(及び負荷など)に応じて設定し調整している。
従って、複数の燃料を同時に使用しないので、配分を考慮する必要がなく、制御装置の駆動負荷を低減できる。
また、常に単一燃料のみの制御となるので、燃料切替後も、空燃比フィードバック制御で補正する燃料量も単一となり、その燃料の過不足を考慮すれば良く、良好な制御精度を確保できる。
つまり、切替補正量が各気筒に一通り加えられた後、その一時的に通過供給された燃料噴射に起因して空燃比の変動が生じても、通常の空燃比フィードバック制御によって、所望の空燃比に制御できるので、排ガスの浄化性能を確保できる。
また、前記内燃機関1の回転数が高くなるほど、燃焼サイクルに要する時間、あるいは各工程に要する時間が短くなるので、シリンダ内への充填効率を考慮して、追加する切替時補正量を決定する係数Kpinjを決定すれば良い。
従って、前記内燃機関1の回転数を含む運転条件(他に、吸入空気量、吸気管圧力、エンジン負荷(率)、スロットル開度のいずれかを含む)に応じた切替時補正量を加えることで、切替直後の空燃比調節が詳細に設定でき、良好な制御精度を確保できる。
この図3のタイムチャートにおいては、
(1)t0位置にて前記燃料選択スイッチ43を操作すると、
(2)t1位置にてガソリンよりガス燃料へ噴射燃料を切り替え、
(t0時の噴射気筒の次の噴射気筒の標準噴射開始時)
(3)t2位置にて燃料切替時噴射(ガス)を各気筒のシーケンシャル噴射の前に適量の切替時補正量を標準噴射から独立して噴射する。
(標準噴射時間の前であって直前の吸気行程が終了した後の任意の時)
なお、図3、および後述の図4において、等間隔に並んだ縦の点線は行程の境界を示すものであり、標準噴射が行われる主な行程は、燃料のガス、ガソリンともに排気行程となっている。
また、図4の切替時噴射、シーケンシャル噴射に追加して噴射のタイムチャートについて説明する。
この図4のタイムチャートにおいては、
(1)t0位置にて前記燃料選択スイッチ43を操作すると、
(2)t1位置にてガソリンよりガス燃料へ噴射燃料を切り替え、
(t0時の噴射気筒の次の噴射気筒の標準噴射開始時)
(3)各気筒のシーケンシャル噴射時に標準噴射量を与える噴射時間に燃料切替時補正噴射(ガス)を与える噴射時間を連続するよう加算して全気筒それぞれに噴射する。燃料切替時補正分は標準噴射分の前又は後に連続させて加算する。
切替時噴射量は、以下の式によって、切替時噴射実施直前の燃料噴射パルス巾(TP ms)に予め実験で求めた切替時噴射(Tchg ms)算出用補正係数Kpinjを乗じた値より算出される。
Tchg = TP × Kpinj
0 ≦ Kpinj ≦ 1
そして、切替時噴射(Tchg ms)算出用補正係数Kpinjは、図5及び図6に示す如く、エンジン回転数(Ne rpm)、吸気管圧力(Pin kPa)などにより調整できるように設定する。
なお、図6において、吸気管圧力が大きい程、スロットルが開いて大気圧に近くなっているということになる。
このとき、前記燃料選択スイッチ43からの燃料切替信号は、ガソリンである液体燃料とガスである気体燃料との双方向の切替信号がある。
そして、ガソリンである液体燃料からガスである気体燃料への切替信号か否かの判断(103)に移行する。
このガソリンである液体燃料からガスである気体燃料への切替信号か否かの判断(103)において、判断(103)がYESの場合には、運転状態(吸入空気量、吸気管圧力、エンジン回転数、エンジン負荷、スロットル開度など)に対応する切替時補正ガス噴射量を算出する処理(104)に移行する。
判断(103)がNO、つまりガスである気体燃料からガソリンである液体燃料への切替信号の場合には、運転状態(吸入空気量、吸気管圧力、エンジン回転数、エンジン負荷、スロットル開度など)に対応する切替時補正ガソリン噴射量を算出する処理(105)に移行する。
そして、運転状態(吸入空気量、吸気管圧力、エンジン回転数、エンジン負荷、スロットル開度など)に対応する切替時補正ガス噴射量を算出する処理(104)の後には、燃料切替を実施する処理(106)に移行し、上記の処理(104)で算出した補正噴射量を事前に独立してあるいは通常のシーケンシャル噴射時の噴射量に連続するよう加算してガスである気体燃料を噴射する処理(107)の後に、前記内燃機関1の燃料供給装置41の制御用プログラムのエンド(110)に移行する。
また、上述の運転状態(吸入空気量、吸気管圧力、エンジン回転数、エンジン負荷、スロットル開度など)に対応する切替時補正ガソリン噴射量を算出する処理(105)の後には、燃料切替を実施する処理(108)に移行し、上記の処理(105)で算出した補正噴射量を通常のシーケンシャル噴射時の噴射量に加算してガソリンである液体燃料を噴射する処理(109)の後に、前記内燃機関1の燃料供給装置41の制御用プログラムのエンド(110)に移行する。
また、この発明の実施例においては、図6において切替時噴射(Tchg ms)算出用補正係数Kpinjを吸気管圧力(Pin kPa)により調整する説明を行ったが、吸気管圧力(Pin kPa)の代わりに、スロットル開度(0−100%など)、エンジン負荷率(0−1.0)などで設定することもできる。
3 吸気管
6 吸気マニホルド
8 吸気通路
9 排気マニホルド
11 触媒コンバータ
12 排気管
13 排気通路
14 スロットルバルブ
17 気体燃料容器(「ガスボンベ」とも換言できる。)
18 気体燃料供給管
19 気体燃料デリバリパイプ
20 気体燃料噴射弁
21 主止弁
22 減圧用の調圧弁
23 気体燃料フィルタ
24 気体燃料圧力・気体燃料温度センサ
25 液体燃料タンク
26 液体燃料ポンプ
27 液体燃料供給管
28 液体燃料デリバリパイプ
29 液体燃料噴射弁
30 液体燃料フィルタ
31 プレッシャレギュレータ
32 燃料戻り管
34 キャニスタ
36 パージ制御弁
37 吸気温センサ
38 エアフローセンサ
39 吸気圧力センサ
40 空燃比センサ
41 燃料供給装置
42 制御手段
43 燃料選択スイッチ
Claims (4)
- 性状の異なる複数の燃料について相互に独立して設ける燃料供給系と、それぞれの燃料について内燃機関の吸気量に応じた適量の噴射量を設定可能とする制御手段とを備え、前記内燃機関に供給する燃料を選択的に切り替えて供給可能とする内燃機関の燃料供給装置において、切替補正量を、燃料切替前の前記内燃機関の回転数を含む運転条件に基づいて標準噴射量より少ない所定割合に決定し、一の燃料から別な燃料への切替要求時には、この切替要求時に噴射を行っている気筒の次の気筒から全気筒を一巡する間に全気筒に対して切替後燃料の通常運転時の標準噴射量に加えて前記切替補正量を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
- 切替要求時に噴射を行っている気筒の次の気筒の噴射時間の間に全気筒に対して切替補正量の噴射を開始する非同期噴射により、または、切替要求時に噴射を行っている気筒の次の気筒から全気筒を一巡する間に全気筒に対して順次切替補正量を噴射する同期噴射により、切替補正量の噴射を行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料供給装置。
- 前記切替補正量の噴射を、各気筒の標準噴射量の噴射の前であって直前の吸気行程が終了した後の任意の時に、この標準噴射から独立して行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料供給装置。
- 前記切替補正量の噴射を、各気筒の標準噴射量の噴射の開始直前または終了直後に、この標準噴射に連続させて行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料供給装置。
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