JP5862552B2 - Fuel injection control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、詳しくはガス燃料及び液体燃料をそれぞれ供給可能な燃料供給系を備える車載内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine, and more particularly to a fuel injection control device for an in-vehicle internal combustion engine including a fuel supply system capable of supplying gas fuel and liquid fuel.
従来、例えば圧縮天然ガス(CNG)等のガス燃料を燃焼させて駆動する内燃機関が実用化されている。こうした内燃機関において、ガス燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系の構成として、ガス燃料を高圧状態で貯蔵するガスタンクと、ガスタンクと燃料噴射手段とを繋ぐ燃料配管の途中に設けられ、ガスタンクから供給されるガス燃料の圧力を減圧調整する圧力調整弁と、圧力調整弁よりも上流側(ガスタンク側)に設けられ、圧力調整弁に対するガス燃料の流通を遮断する遮断弁と、を備える構成が知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, an internal combustion engine that is driven by burning a gas fuel such as compressed natural gas (CNG) has been put into practical use. In such an internal combustion engine, a fuel supply system that supplies gas fuel to a fuel injection valve is provided in the middle of a fuel tank that connects the gas tank and the fuel injection means, and a gas tank that stores the gas fuel in a high pressure state. A pressure regulating valve that depressurizes and adjusts the pressure of the supplied gas fuel, and a shutoff valve that is provided upstream of the pressure regulating valve (on the gas tank side) and blocks the flow of the gas fuel to the pressure regulating valve. It is known (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1には、圧力調整弁が作動不良となり、燃料噴射弁に供給されるガス燃料の圧力が所定値を超えた場合、遮断弁を閉弁することによって圧力調整弁よりも下流側へのガス燃料の供給を遮断するとともに、燃料噴射弁からガス燃料を噴射することが開示されている。また、遮断弁を閉弁した状態でのガス燃料の噴射により、燃料噴射弁に供給されるガス燃料の圧力が所定値よりも低くなった場合には、遮断弁を開弁して、圧力調整弁から下流側へのガス燃料の供給を行うことが開示されている。 In Patent Document 1, when the pressure regulating valve malfunctions and the pressure of the gas fuel supplied to the fuel injection valve exceeds a predetermined value, the shutoff valve is closed to the downstream side of the pressure regulating valve. The gas fuel supply is shut off and the fuel gas is injected from the fuel injection valve. If the pressure of the gas fuel supplied to the fuel injection valve becomes lower than a predetermined value due to the injection of gas fuel with the shut-off valve closed, the shut-off valve is opened to adjust the pressure. It is disclosed that gas fuel is supplied downstream from the valve.
ところで、ガス燃料の密度(ガス密度)は燃料圧力に応じて相違する。そのため、燃料噴射弁に対するガス燃料の供給圧力(噴射圧)によっては、遮断弁を閉弁した状態でのガス燃料の噴射を実施することにより、噴射燃料が過多になることが考えられる。 By the way, the density of gas fuel (gas density) differs depending on the fuel pressure. Therefore, depending on the supply pressure (injection pressure) of the gas fuel to the fuel injection valve, it is conceivable that the injection fuel becomes excessive by injecting the gas fuel with the shut-off valve closed.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ガス燃料と液体燃料とを切り替えて使用する内燃機関の燃料噴射システムにおいて、噴射圧が設定圧力より高圧状態となった場合にも適切な燃料噴射制御を実施することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and is suitable even when the injection pressure is higher than the set pressure in a fuel injection system of an internal combustion engine that switches between gas fuel and liquid fuel. The main object of the present invention is to provide a fuel injection control device for an internal combustion engine capable of performing accurate fuel injection control.
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
本発明は、ガス燃料を噴射する第1噴射手段(21)と、液体燃料を噴射する第2噴射手段(22)と、前記ガス燃料を供給する燃料通路(41)に設けられ、前記第1噴射手段に供給されるガス燃料の圧力を所定の設定圧力に減圧調整する圧力調整弁(60)と、前記燃料通路において前記圧力調整弁の上流側に設けられ、前記ガス燃料の流通を遮断する遮断機能を有する遮断制御弁(44、45)と、を備える燃料噴射システムに適用され、前記第1噴射手段によるガス燃料の噴射と前記第2噴射手段による液体燃料の噴射とを切り替えて実施する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。 The present invention is provided in a first injection means (21) for injecting gas fuel, a second injection means (22) for injecting liquid fuel, and a fuel passage (41) for supplying the gas fuel. A pressure adjusting valve (60) for reducing the pressure of the gas fuel supplied to the injection means to a predetermined set pressure; and provided on the upstream side of the pressure adjusting valve in the fuel passage to block the flow of the gas fuel. This is applied to a fuel injection system including a cutoff control valve (44, 45) having a cutoff function, and is performed by switching between injection of gas fuel by the first injection means and injection of liquid fuel by the second injection means. The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine.
また、請求項1に記載の発明は、前記第1噴射手段に供給されるガス燃料の圧力である供給圧力が、前記設定圧力よりも高圧側の所定の第1判定値(K1)を超えたことを判定する第1判定手段と、前記第1判定手段により前記供給圧力が前記第1判定値を超えたことが判定された場合に、前記遮断制御弁を閉弁するとともに、前記内燃機関の運転負荷に応じて前記第1噴射手段によるガス燃料の噴射から前記第2噴射手段による液体燃料の噴射への切り替えを実施する燃料切替手段と、を備えることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the supply pressure, which is the pressure of the gas fuel supplied to the first injection means, exceeds a predetermined first determination value (K1) on the higher pressure side than the set pressure. When the first determination means and the first determination means determine that the supply pressure has exceeded the first determination value, the shut-off control valve is closed and the internal combustion engine Fuel switching means for performing switching from gas fuel injection by the first injection means to liquid fuel injection by the second injection means in accordance with an operating load.
圧力調整弁では、閉弁状態において例えば異物等の噛み込みが生じることによって上流側から下流側へガス燃料がリークし、その燃料リークによって、下流側の燃料圧力、すなわち第1噴射手段へのガス燃料の供給圧力(噴射圧)が意図せずに高くなることが考えられる。また、噴射圧とガス密度とは比例関係にあり、噴射圧が高いほどガス密度が高くなる。そのため、噴射圧が高いと、その高圧状態に起因して、内燃機関の低負荷状態において噴射燃料が過多になることが生じ得る。この点、本構成では、噴射圧が所定値よりも高い高圧状態となった場合には、遮断制御弁を閉弁するとともに、内燃機関の運転負荷に応じてガス燃料の使用を制限して液体燃料の使用に切り替えるため、噴射燃料が過多になることを回避することができる。よって、上記構成によれば、噴射圧が設定圧力より高圧状態となった場合にも、適切な燃料噴射制御を実施することができる。 In the pressure regulating valve, gas fuel leaks from the upstream side to the downstream side when, for example, foreign matter or the like is caught in the closed state, and the fuel pressure on the downstream side, that is, the gas to the first injection means is caused by the fuel leak. It is conceivable that the fuel supply pressure (injection pressure) increases unintentionally. The injection pressure and the gas density are in a proportional relationship, and the gas density increases as the injection pressure increases. Therefore, when the injection pressure is high, the injected fuel may become excessive in a low load state of the internal combustion engine due to the high pressure state. In this regard, in this configuration, when the injection pressure becomes a high pressure state higher than a predetermined value, the shutoff control valve is closed and the use of gas fuel is restricted according to the operating load of the internal combustion engine. Since switching to the use of fuel, excessive fuel injection can be avoided. Therefore, according to the above configuration, appropriate fuel injection control can be performed even when the injection pressure is higher than the set pressure.
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ガス燃料である圧縮天然ガス(CNG)と液体燃料であるガソリンとを燃焼用の燃料として使用する、いわゆるバイフューエルタイプの車載多気筒エンジン(多気筒内燃機関)に適用される燃料噴射システムとして具体化するものとしている。本システムの全体概略図を図1に示す。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is applied to a so-called bi-fuel type on-vehicle multi-cylinder engine (multi-cylinder internal combustion engine) that uses compressed natural gas (CNG) as a gas fuel and gasoline as a liquid fuel as combustion fuel. It is supposed to be embodied as a fuel injection system. An overall schematic diagram of this system is shown in FIG.
図1に示すエンジン10は直列3気筒の火花点火式エンジンよりなり、その吸気ポート及び排気ポートには吸気系統11、排気系統12がそれぞれ接続されている。吸気系統11は、吸気マニホールド13と吸気管14とを有している。吸気マニホールド13は、エンジン10の吸気ポートに接続される複数(エンジン10の気筒数分)の分岐管部13aと、その上流側であって吸気管14に接続される集合部13bとを有している。吸気管14には空気量調整手段としてのスロットル弁15が設けられている。このスロットル弁15は、DCモータ等のスロットルアクチュエータ15aにより開度調節される電子制御式のスロットル弁として構成されている。スロットル弁15の開度(スロットル開度)は、スロットルアクチュエータ15aに内蔵されたスロットル開度センサ15bにより検出されるようになっている。
An
また、排気系統12は、排気マニホールド16と排気管17とを有している。排気マニホールド16は、エンジン10の排気ポートに接続される複数(エンジン10の気筒数分)の分岐管部16aと、その下流側であって排気管17に接続される集合部16bとを有している。排気管17には、排気の成分を検出する排気センサ18と、排気を浄化する触媒19とが設けられている。排気センサ18としては、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサが設けられている。
Further, the
エンジン10の各気筒には点火プラグ20が設けられている。点火プラグ20には、点火コイル等よりなる点火装置20aを通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ20の対向電極間に火花放電が発生し、気筒内(燃焼室内)に導入した燃料が着火され燃焼に供される。
A
また、本システムは、エンジン10に対して燃料を噴射供給する燃料噴射手段として、ガス燃料(CNG燃料)を噴射する第1噴射弁21と、液体燃料(ガソリン)を噴射する第2噴射弁22とを有している。これら各噴射弁21,22は、吸気系統11において吸気マニホールド13の分岐管部13aにそれぞれ燃料を噴射するものであり、第1噴射弁21の噴射によりガス燃料が各気筒の吸気ポートに供給され、第2噴射弁22の噴射により液体燃料が各気筒の吸気ポートに供給される。
Further, the present system is a fuel injection means for injecting and supplying fuel to the
各噴射弁21,22は、電磁駆動部が電気的に駆動されることで弁体が閉位置から開位置にリフトされる開閉タイプの制御弁であり、制御部80から入力されるオン/オフ式の開弁駆動信号によりそれぞれ開弁駆動される。これら各噴射弁21,22は、通電により開弁し、通電遮断により閉弁する。そして、通電時間に応じた量の燃料(ガス燃料、液体燃料)が各噴射弁21,22から噴射される。なお、本実施形態では、第1噴射弁21の先端部に噴射管23が接続されており、第1噴射弁21から噴出されたガス燃料は噴射管23を介して吸気マニホールド13の分岐管部13aに噴射されるようになっている。
Each of the
ここで、ガス噴射用の第1噴射弁21の構成を、図2を参照して説明する。図2において(a)は非噴射状態を示し、(b)は噴射状態を示している。第1噴射弁21は、自身に供給されるガス燃料の圧力により閉鎖シール性が高められる、いわゆるセルフシール(自密閉)構造を有している。
Here, the configuration of the
図2において、第1噴射弁21は筒状のボディ31を有している。ボディ31には弁体32が摺動可能に収容されており、そのボディ31内において弁体32がばね33により閉弁方向に付勢されている。図2(a)では、弁体32の先端部によって、噴射弁先端に設けられた噴孔部34が閉鎖されている。また、ボディ31内には、弁体32の後端側(上流側)に第1燃料室35が設けられているとともに、弁体32の先端側(下流側)に第2燃料室36が設けられている。弁体32には、摺動部分よりも先端側に小径部32aが設けられており、その小径部32aの周りに第2燃料室36が設けられている。第1燃料室35と第2燃料室36とは、弁体32に設けられた燃料通路37を介して連通されており、燃料通路37の入口側は第1燃料室35に通じ、出口側は第2燃料室36に通じている。弁体32は、ソレノイド等からなる電磁駆動部38への通電に応じて開弁位置に変位する。
In FIG. 2, the
上記構成の第1噴射弁21では、第1燃料室35に対して後述のレギュレータ43からガス燃料が供給され、そのガス燃料が燃料通路37を介して第2燃料室36にも導入される。図2(b)に示すように、電磁駆動部38への通電に伴いばね33の付勢力に抗して弁体32が開弁位置に変位すると、噴孔部34が開放され、ガス燃料が噴射される。
In the
第1噴射弁21において、弁体32にはその先端側に小径部32aが設けられていることから、閉弁状態での第1燃料室35側の受圧面積と第2燃料室36側の受圧面積とは、「第1燃料室35側の受圧面積>第2燃料室36側の受圧面積」となっている(図2(a)参照)。そのため、図2(a)に示す閉弁状態では、レギュレータ43側から供給されるガス燃料の圧力(噴射圧に相当)が、弁体32を閉弁する方向(閉弁方向)に対してはより大きく作用するようになっている。なお、図2(b)に示す開弁状態では、小径部32aの端面(図の下端面)にも噴射圧が作用するため、弁体32に作用する閉弁方向の燃料圧力と開弁方向の燃料圧力とは略同じになっている。
In the
図1の説明に戻り、次に、第1噴射弁21に対してガス燃料を供給するガス燃料供給部40の構成と、第2噴射弁22に対して液体燃料を供給する液体燃料供給部70の構成とを説明する。
Returning to the description of FIG. 1, the configuration of the gas
ガス燃料供給部40において、第1噴射弁21にはガス配管41を介してガスタンク42が接続されており、そのガス配管41の途中には、第1噴射弁21に供給されるガス燃料の圧力を減圧調整する圧力調整機能を有するレギュレータ43が設けられている。レギュレータ43(より詳しくは後述する圧力調整弁60)は、ガスタンク42内に貯蔵された高圧状態(例えば最大20MPa)のガス燃料が、第1噴射弁21の噴射圧である所定の設定圧(例えば0.2〜1.0MPaの範囲内の一定圧、本実施形態では0.3±α(MPa))になるように減圧調整するものである。また、減圧調整後のガス燃料は、ガス配管41を通って第1噴射弁21に供給されるようになっている。なお、ガス配管41において、レギュレータ43よりも上流側が高圧側通路を形成する高圧配管部41a、下流側が低圧側通路を形成する低圧配管部41bとなっている。
In the gas
ガス配管41等により形成されるガス燃料通路には更に、ガスタンク42の燃料出口の付近に配置されたタンク主止弁44(タンク出口弁)と、そのタンク主止弁44よりも下流側であってレギュレータ43の燃料入口の付近に配置された遮断弁45とが設けられており、これら各弁44,45によって、ガス配管41におけるガス燃料の流通が許容及び遮断されるようになっている。タンク主止弁44及び遮断弁45はいずれも電磁式の開閉弁であり、非通電時においてガス燃料の流通が遮断され、通電時においてガス燃料の流通が許容される常閉式となっている。なお、タンク主止弁44及び遮断弁45が、本発明の「遮断制御弁」に相当する。
The gas fuel passage formed by the
ガス配管41において、高圧配管部41aには燃料圧力を検出する圧力センサ46と、燃料温度を検出する温度センサ47とが設けられ、低圧配管部41bには燃料圧力を検出する圧力センサ48と、燃料温度を検出する温度センサ49とが設けられている。なお、遮断弁45と圧力センサ46とはレギュレータ43に一体に設けることが可能であり、本実施形態では、レギュレータ43に一体に遮断弁45と圧力センサ46とを設ける構成を採用することとしている。
In the
ここで、レギュレータ43の具体的構成を、図3を用いて説明する。レギュレータ43は、機械的に定められた設定圧に対して低圧配管部41b内の燃料圧力を調整する機械式の圧力調整装置を構成するものである。
Here, a specific configuration of the
図3において、レギュレータ43は、高圧配管部41a(すなわちガスタンク42側)に接続される高圧通路51と、低圧配管部41b(すなわち第1噴射弁21側)に接続される低圧通路52とを有しており、高圧通路51には遮断弁45と圧力センサ46とが設けられている。圧力センサ46は、遮断弁45よりも上流側でガス燃料の圧力を検出する。符号53は、異物除去用のフィルタである。
In FIG. 3, the
遮断弁45の構成は第1噴射弁21の構成と概ね同じであり、セルフシール(自密閉)構造を有している。その構成を簡単に説明する。遮断弁45は、ばね54により閉弁方向に付勢された弁体55を有しており、電磁駆動部56が通電されることによりばね54の付勢力に抗して弁体55が閉弁位置から開弁位置に変位するようになっている。弁体55の後端側(上流側)には第1燃料室57が設けられるとともに、弁体55の先端側(小径部が設けられた下流側)には第2燃料室58が設けられている。これら両燃料室57,58は、弁体55に設けられた燃料通路59を介して連通されている。この場合、両燃料室57,58にはガスタンク42から高圧のガス燃料が供給され、遮断弁45の閉鎖状態下ではガスタンク42側の燃料圧力により弁体55に閉鎖方向の力が付与されている。そして、電磁駆動部56への通電に伴いばね54の付勢力に抗して弁体55が開弁位置に変位すると(図示の状態)、高圧のガス燃料が下流側に流通する。
The configuration of the shut-off
レギュレータ43において、遮断弁45の下流側には圧力調整弁60が設けられている。圧力調整弁60の構成として、高圧通路51には弁体室61が設けられており、その弁体室61には弁体62が収容されている。弁体62は低圧通路52の入口部分である弁座部63を開閉する開閉部材であり、弁体62が開位置にあれば、弁座部63が開かれて高圧通路51と低圧通路52とが連通される。また、弁体62が閉位置にあれば、弁座部63が閉じられて高圧通路51と低圧通路52との連通が遮断される。
In the
弁体62は、低圧通路52内の燃料圧力(噴射圧に相当)と、弁体作動部65により生じる開弁方向の力とに応じて開閉される。弁体作動部65は、大気に開放された空間であってその内部に調整ばね66が設けられた大気開放部67を有するとともに、大気開放部67と低圧通路52とを仕切る仕切部材としてのダイアフラム68を有している。ダイアフラム68は弁体62に一体に設けられている。ダイアフラム68には、閉弁方向の力として低圧通路52内の燃料圧力が作用し、開弁方向の力として調整ばね66の付勢力と大気圧とが作用する。
The
かかる構成において、「閉弁方向の力>開弁方向の力」になっていれば、弁体62が閉弁位置で保持される。一方、第1噴射弁21の燃料噴射等により低圧通路52内の燃料圧力が低下し、「閉弁方向の力<開弁方向の力」になると、ダイアフラム68の変位に伴い弁体62が開弁される。このとき、閉弁方向の力と開弁方向の力との差に応じて弁体62の開位置(弁体リフト量)が決まり、その開位置に応じて弁座部63における開口面積が変更される。また、この開口面積の変更により、高圧通路51から低圧通路52に流入する燃料量が調整される。
In such a configuration, if “force in the valve closing direction> force in the valve opening direction” is satisfied, the
低圧通路52から分岐した分岐部52aには、低圧通路52内の燃料圧力が異常高圧になった場合にガス抜きをするリリーフ弁69が設けられている。リリーフ弁69は機械駆動式であり、低圧通路52の燃料圧力が所定のリリーフ圧Prefよりも高くなった場合に開弁する。
A
本実施形態では、レギュレータ43において、弁体62や弁体作動部65といった構成部品からなる圧力調整弁60により圧力調整手段が構成されている。なお、図3の構成では、遮断弁45と圧力センサ46と圧力調整弁60とを一体に設けたが、これを変更してもよく、例えば遮断弁45と圧力センサ46とをレギュレータ43とは別体として高圧配管部41aに設けることも可能である。
In the present embodiment, in the
図1の説明に戻り、液体燃料供給部70において、第2噴射弁22には、燃料配管71を介して燃料タンク72が接続されている。また、燃料配管71には、燃料タンク72内の液体燃料を第2噴射弁22に給送する燃料ポンプ73が設けられている。
Returning to the description of FIG. 1, in the liquid
制御部80は、CPU81と、ROM82と、RAM83と、バックアップRAM84と、インターフェース85と、双方向バス86とを備えている。CPU81、ROM82、RAM83、バックアップRAM84、及びインターフェース85は、双方向バス86によって互いに接続されている。
The
CPU81は、本システムにおける各部の動作を制御するためのルーチン(プログラム)を実行する。ROM82には、CPU81が実行するルーチン、及びこのルーチン実行の際に参照されるマップ類(マップの他、テーブルや関係式等を含む)、パラメータ等の各種データが予め格納されている。RAM83は、CPU81がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納する。バックアップRAM84は、電源が投入された状態でCPU81の制御下でデータを適宜格納するとともに、この格納されたデータを電源遮断後も保持する。
The
インターフェース85は、上述したスロットル開度センサ15b、排気センサ18、圧力センサ46,48、温度センサ47,49を含む、本システムに設けられたセンサ類(クランク角センサ、エアフロメータ、冷却水温センサ、車速センサ、アクセルセンサ等)と電気的に接続されており、これらのセンサからの出力(検出信号)をCPU81に伝達する。また、インターフェース85は、スロットルアクチュエータ15a、点火装置20a、各噴射弁21,22、タンク主止弁44、遮断弁45等の駆動部と電気的に接続されていて、これらの駆動部を駆動させるためにCPU81から送出された駆動信号を当該駆動部に向けて出力する。すなわち、制御部80は、上述のセンサ類の出力信号等に基づいてエンジン10の運転状態を取得し、この運転状態に基づいて上述の駆動部の制御を実施する。
The
具体的には、例えばアクセルセンサにより検出されるアクセル操作量及びクランク角センサにより検出されるエンジン回転速度等に基づいて、エンジン10の吸入空気量を算出し、その算出値に基づいてスロットルアクチュエータ15aの駆動を制御する。また、上記エンジン回転速度及びエアフロメータにより検出される吸入空気量等に基づいて燃料噴射量(燃料噴射時間)を算出し、その算出値に基づいて各噴射弁21、22の駆動を制御する。また、エンジン回転速度及び吸入空気量等に基づいて最適点火時期を算出し、その最適点火時期で点火が行われるように点火装置20aの駆動を制御する。
Specifically, for example, the intake air amount of the
点火装置20aやタンク主止弁44、遮断弁45には、制御部80から制御信号が入力されるようになっている。具体的には、点火装置20aは、制御部80からの制御信号に応じて高電圧を出力し点火プラグに点火火花を生じさせる。タンク主止弁44及び遮断弁45は、それぞれ独立に、制御部80からの制御信号に応じて閉弁状態から開弁状態に切り替えられる。
A control signal is input from the
制御部80は、エンジン運転状態やタンク内の燃料残量、図示しない燃料選択スイッチからの入力信号等に応じて使用燃料を選択的に切り替えている。具体的には、ガスタンク42内のガス燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料選択スイッチにより液体燃料の使用が選択されている場合には、液体燃料を優先的に使用し、燃料タンク72内の液体燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料選択スイッチによりガス燃料の使用が選択されている場合には、ガス燃料を優先的に使用する。
The
ところで、レギュレータ43の圧力調整弁60において、弁座部63に異物が噛み込むと、その異物の大きさに応じた開度だけ圧力調整弁60が常に開弁した状態で保持される。つまり、圧力調整弁60が完全に閉じ切れず、燃料通路の高圧側と低圧側とが連通した状態になる。この場合、例えばアイドル運転時などの低負荷運転状態において、第1噴射弁21から噴射される燃料量よりも、高圧側から低圧側に漏れ出る燃料量の方が多くなり、これにより、第1噴射弁21への供給ガス圧(噴射圧)が意図せずに上昇するおそれがある。かかる場合、第1噴射弁21により噴射可能な最小のガス燃料量が大きくなってしまい、その結果、低負荷運転状態において燃料噴射量が過多になることが懸念される。つまり、ガス燃料の圧力とガス密度とは比例関係にあるため、第1噴射弁21への供給ガス圧が高いほど、同じ噴射時間(噴射弁通電時間)であっても実際の燃料噴射量が増え、第1噴射弁21から噴射可能な最小燃料量が増えてしまう。
By the way, in the
なお、弁座部63に噛み込む(付着する)異物としては、例えば圧力調整弁60において、ガス燃料が弁座部63を通過する際に、減圧作用による液化によって生じる液化物質が挙げられる。ガス燃料にはオイル成分が含まれるため、この液化物質はオイル成分を含む粘性の高い物質となる。圧力調整弁60では、このような粘性の高い物質が弁座部63に付着することによって所定開度だけ開いた状態となり、高圧側から低圧側への燃料リークが生じる。こうした不都合は、圧力調整弁60の上流側にフィルタを設けた場合にも生じることは十分に考えられる。
Examples of the foreign matter that bites into (adheres to) the
そこで本実施形態では、第1噴射弁21への供給ガス圧が所定値(判定値K1)を超える高圧状態となった場合に、遮断制御弁(タンク主止弁44及び遮断弁45のうち少なくともいずれか)を閉弁状態にするとともに、エンジン負荷に応じてガス燃料の使用を制限する、具体的には、エンジン負荷に応じて、第1噴射弁21による燃料噴射から第2噴射弁22による燃料噴射への切り替えを実施するか実施しないかを選択する。また、ガス燃料の使用から液体燃料の使用への切り替え後において、その時の第1噴射弁21への供給ガス圧でも適正な燃料噴射が可能となった時点で、第1噴射弁21による燃料噴射、すなわちガス燃料の使用を再開させるようにしている。
Therefore, in the present embodiment, when the supply gas pressure to the
図4は、第1噴射弁21への供給ガス圧と燃料の使用領域との関係を示す概略図である。図4の横軸は第1噴射弁21への供給ガス圧を示し、縦軸はエンジン負荷の大きさを示している。なお、エンジン負荷が大きいことは1燃焼当たりの要求燃料量が大きくなることに相当する。
FIG. 4 is a schematic view showing the relationship between the supply gas pressure to the
図4において、破線L1で示す設定圧Pregは、圧力調整弁60により減圧調整される圧力値である。本実施形態では、この設定圧Pregよりも高圧側に判定値K1が定められている。判定値K1は、アイドル運転時において第1噴射弁21から噴射可能な最小燃料量Qminを考慮して定められている。具体的には、第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K1以上となる領域では、ガス密度の上昇に起因して最小燃料量Qminが増大し、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を実施した場合に、実際の燃料噴射量が、エンジン負荷に応じて定められる要求燃料量Qaよりも過多になる、つまり最小燃料量Qmin>要求燃料量Qaとなってしまうことを意味する。
In FIG. 4, the set pressure Preg indicated by the broken line L <b> 1 is a pressure value that is decompressed by the
また、要求燃料量Qaはエンジン負荷に応じて相違し、高負荷側ほど要求燃料量Qaが多くなる。これを考慮し、本実施形態ではガス燃料の使用領域と液体燃料の使用領域とを定めている。具体的には、図4に実線L2で示すように、第1噴射弁21の作動が許容される供給ガス圧の範囲内において(作動限界圧Plimよりも低圧側の領域において)、高負荷側ほどガス燃料の使用を許容する、換言すれば、低負荷側ほどガス燃料の使用を制限するようにしている。図4では、噴射圧が判定値K1を超える領域においてガス燃料の使用が制限される領域を斜線で示している。なお、作動限界圧Plimは、リリーフ圧よりも高圧側に設定されている。
Further, the required fuel amount Qa differs depending on the engine load, and the required fuel amount Qa increases as the load becomes higher. In consideration of this, in this embodiment, the use area of the gas fuel and the use area of the liquid fuel are determined. Specifically, as indicated by a solid line L2 in FIG. 4, within the range of the supply gas pressure in which the operation of the
本実施形態では、設定圧Pregより低圧側においてガス燃料の使用領域と液体燃料の使用領域とが設定されている。図4では使用領域の境界線を実線L3で示しており、実線L3で仕切られた領域のうち供給ガス圧が高圧側の領域をガス燃料の使用領域とし、低圧側の領域を液体燃料の使用領域としている。 In the present embodiment, the use region of the gas fuel and the use region of the liquid fuel are set on the lower pressure side than the set pressure Preg. In FIG. 4, the boundary line of the use region is indicated by a solid line L3. Among the regions partitioned by the solid line L3, the region where the supply gas pressure is high is the gas fuel use region, and the low pressure side is the liquid fuel use region. As an area.
次に、本実施形態の燃料噴射制御の処理手順を図5のフローチャートを用いて説明する。本処理は、エンジン10の運転が実施されている場合に制御部80のCPU81により所定周期で繰り返し実行される。
Next, the processing procedure of the fuel injection control of this embodiment will be described using the flowchart of FIG. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle by the
図5において、ステップS100では、圧力センサ48により検出される噴射圧が判定値K1以上であるか否かを判定する(第1判定手段)。噴射圧≧判定値K1である場合、ステップS101へ進み、遮断弁45を開弁させる開指令を出力中か否かを判定する。開指令の出力中の場合、ステップS102へ進み、タンク主止弁44を閉弁させる閉指令を出力し、ステップS103で、遮断弁45を閉弁させる閉指令を出力する。
In FIG. 5, in step S100, it is determined whether or not the injection pressure detected by the
続くステップS104では、エンジン運転状態(ここではエンジン負荷及びエンジン回転速度)に基づいて1燃焼当たりの要求燃料量Qaを算出する。また、圧力センサ48により検出される噴射圧(第1噴射弁21への供給ガス圧)に基づいて、第1噴射弁21から噴射可能な最小の噴射量である最小燃料量Qminを算出する。本実施形態では、噴射圧と最小燃料量Qminとの関係が算出用マップとして予め記憶してあり、その算出用マップを用いて最小燃料量Qminを算出する。図6にその算出用マップの一例を示す。図6では、噴射圧が高いほど最小燃料量Qminが大きくなっている。
In the subsequent step S104, the required fuel amount Qa per combustion is calculated based on the engine operating state (here, engine load and engine speed). Further, based on the injection pressure detected by the pressure sensor 48 (supply gas pressure to the first injection valve 21), a minimum fuel amount Qmin, which is the minimum injection amount that can be injected from the
図5の説明に戻り、ステップS105では、要求燃料量Qaと最小燃料量Qminとを比較する。要求燃料量Qaが最小燃料量Qminよりも大きい場合には、ステップS106へ進み、第1噴射弁21による燃料噴射、すなわちガス燃料の使用を選択する。一方、要求燃料量Qaが最小燃料量Qmin以下である場合には、ステップS107へ進み、第2噴射弁22による燃料噴射、すなわち液体燃料の使用を選択する(燃料切替手段)。そして本処理を終了する。
Returning to the description of FIG. 5, in step S105, the required fuel amount Qa is compared with the minimum fuel amount Qmin. When the required fuel amount Qa is larger than the minimum fuel amount Qmin, the process proceeds to step S106, and fuel injection by the
一方、ステップS100で噴射圧≧判定値K1であると判定され、かつステップS101で遮断弁45の開指令の出力中でない、すなわち遮断弁45を閉弁させる閉指令を出力中であると判定された場合、ステップS108へ進む。ステップS108では、噴射圧が判定値K2を超えているか否かを判定する(第2判定手段)。ここで、判定値K2は、設定圧Preg及び判定値K1よりも高圧側に定められており、本実施形態では、リリーフ圧Pref及び作動限界圧Plimよりも低圧側に定められている(図4参照)。噴射圧≦判定値K2である場合、ステップS104〜S107の処理を実行する。一方、噴射圧>判定値K2である場合にはステップS109へ進み、エンジン10の吸入空気量を増量補正し、ステップS110で点火時期を最適点火時期に対して遅角側に補正する(運転変更手段)。その後、ステップS104〜S107の処理を実行し、本処理を終了する。なお、ここでのステップS106が「ガス切替手段」に相当する。
On the other hand, it is determined in step S100 that the injection pressure ≧ determination value K1, and it is determined in step S101 that the
さて、噴射圧が判定値K1よりも低いとステップS111へ進み、遮断弁45を閉弁させる閉指令を出力中であるか否かを判定する。閉指令の出力中である場合、ステップS112へ進み、噴射圧が判定値K3よりも低いか否かを判定する(第3判定手段)。ここで判定値K3は、判定値K1よりも低圧側に定められており、具体的には、エンジン10を運転状態にしておくのに必要な噴射量を確保可能な噴射圧の最小値に定められている。噴射圧≧判定値K3であれば、一旦そのまま本処理を終了する。一方、噴射圧<判定値K3であればステップS113へ進み、遮断弁45を開弁させる開指令を出力し、続くステップS114では、タンク主止弁44を開弁させる開指令を出力する。そして本処理を終了する。
When the injection pressure is lower than the determination value K1, the process proceeds to step S111 to determine whether or not a closing command for closing the
次に、噴射圧が高圧状態になった場合の燃料噴射制御の具体的態様について、図7及び図8のタイムチャートを用いて説明する。 Next, a specific aspect of the fuel injection control when the injection pressure is in a high pressure state will be described using the time charts of FIGS.
図7は、ガス燃料の使用による低負荷運転時(例えばアイドル運転時など)において、例えば圧力調整弁60の弁座部63に異物が噛み込み、噴射圧が判定値K1を超えた場合を想定している。なお、エンジン運転中であることから、噴射圧が判定値K1を超える前ではタンク主止弁44及び遮断弁45は開弁状態となっている。
FIG. 7 assumes a case in which foreign matter is caught in the
図7において、噴射圧が判定値K1を超えると、そのタイミングt11でタンク主止弁44を閉弁し、続いて遮断弁45を閉弁する。互いの閉弁タイミングをずらすのは、タンク主止弁44及び遮断弁45の駆動時期が重複することによるバッテリ電圧の低下に起因して、各弁が開弁しにくくなることを回避するためである。また、タンク主止弁44を先に閉弁する、つまりガス配管41において上流側から先に閉弁するのは、各弁44、45の閉弁に伴う噴射圧の変動を抑制するためである。このとき、第1噴射弁21について、要求燃料量Qaよりも最小燃料量Qminの方が大きくなった時点で、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射から、第2噴射弁22による液体燃料の噴射に切り替える。
In FIG. 7, when the injection pressure exceeds the determination value K1, the tank
要求燃料量Qa<最小燃料量Qminの期間(t11〜t13)では、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を実施すると燃料過多になってしまう。したがって、同期間ではガス燃料の使用を制限し(禁止し)、液体燃料に切り替えて現在のエンジン運転状態を維持する。また、タイミングt12で、運転者によるアクセル操作に伴いエンジン10の吸入空気量が増大すると、要求燃料量Qaが大きくなる。そして、要求燃料量Qa>最小燃料量Qminになると、そのタイミングt13で、第2噴射弁22による液体燃料の噴射から、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替える。このとき、タンク主止弁44及び遮断弁45については閉弁した状態のままにしておく。これにより、ガスタンク42からの燃料供給が遮断された状態で第1噴射弁21によるガス燃料の噴射が行われ、噴射圧が低下する(期間t13〜t14)。
In the period (t11 to t13) in which the required fuel amount Qa <the minimum fuel amount Qmin, if fuel gas is injected by the
そして、噴射圧が判定値K3を下回ると、そのタイミングt14で遮断弁45を開弁し、続いてタンク主止弁44を開弁する。これにより、第1噴射弁21へのガス燃料の供給が許容され、噴射圧が上昇する。ここで、判定値K3は、ガス燃料の使用領域内に設定されており(図4参照)、これにより供給ガス圧が過度に低下することを回避するようにしている。また、本実施形態では、判定値K3を設定圧Pregよりも低圧側に定めている。こうすることにより、遮断弁45の開弁状態への切り替え時において圧力調整弁60の開度を大きくしてガス流量を大きくすることにより、弁座部63に付着した異物を取り除くようにしている。
When the injection pressure falls below the determination value K3, the
次に、ガス燃料の使用による低負荷運転時において、噴射圧が判定値K1を超えた後、更に判定値K2を超えた場合の燃料噴射制御について、図8のタイムチャートを用いて説明する。なお、エンジン運転中であることから、噴射圧が判定値K1を超える前ではタンク主止弁44及び遮断弁45は開弁状態となっている。
Next, fuel injection control when the injection pressure exceeds the determination value K1 and further exceeds the determination value K2 during low-load operation using gas fuel will be described with reference to the time chart of FIG. Since the engine is in operation, the tank
図8において、噴射圧が判定値K1を超えると、そのタイミングt21でタンク主止弁44を閉弁し、続いて遮断弁45を閉弁する。また、第1噴射弁21において要求燃料量Qaよりも最小燃料量Qminの方が大きくなった時点で、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射から、第2噴射弁22による液体燃料の噴射に切り替える。
In FIG. 8, when the injection pressure exceeds the determination value K1, the tank
ここで、遮断弁45の閉弁後において低負荷走行が継続され、ガス燃料の噴射機会が到来しない場合、すなわち要求燃料量Qa<最小燃料量Qminが継続した状態では、噴射圧が更に高圧化して判定値K2よりも高くなることがある。その一つの原因としては、例えば遮断弁45から圧力調整弁60までの燃料配管内の高圧のガス燃料が、圧力調整弁60の弁座部63を通って低圧側に流入するなどの理由が挙げられる。かかる場合、圧力調整弁60と第1噴射弁21との間の低圧通路部(低圧配管部41b、低圧通路52)の高圧化に起因して第1噴射弁21が開弁しにくくなることがある。
Here, when the low-load running is continued after the shut-off
低圧通路部の高圧状態において第1噴射弁21が開弁しにくくなる理由は以下の通りである。すなわち、第1噴射弁21は、閉鎖状態下で低圧通路部からのガス燃料の圧力によって閉鎖方向の力が付与され、その閉鎖方向の力によってガス燃料の流通を遮断するものである。したがって、第1噴射弁21の開弁時には、その燃料圧力に打ち勝つ駆動力を生じさせる必要がある。一方、低圧通路部のガス燃料の圧力が高圧状態であると、第1噴射弁21において閉鎖方向の力が大きく作用することとなり、第1噴射弁21に開弁駆動信号を出力しても第1噴射弁21を開弁できないおそれがある。
The reason why the
そこで、本実施形態では、低圧通路部の高圧化に起因して第1噴射弁21が開弁しにくくなることを回避するべく、噴射圧>判定値K2となった場合には、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射の制限を解除する、すなわち第2噴射弁22による液体燃料の噴射から、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替えることとしている。また、ガス燃料の噴射に切り替える場合には、第1噴射弁21から噴射されるガス燃料の消費を促進させる運転状態に変更することとしている(運転変更手段)。
Therefore, in this embodiment, the first injection is performed when the injection pressure> the determination value K2 in order to avoid the
具体的には、タイミングt21で液体燃料の使用に切り替えた後、噴射圧が更に上昇して判定値K2を超えた場合、そのタイミングt22で、スロットル開度を開弁側に駆動して、吸入空気量を増量補正するとともに、吸入空気量に増加によるトルク増大を抑えるべく、点火時期を遅角側に変更する。なお、吸入空気量の増量補正はエンジン負荷に応じて行い、要求燃料量Qa>最小燃料量Qminとなるように、低負荷側ほど補正量を大きくする。この動作により要求燃料量Qaが増大し、要求燃料量Qa>最小燃料量Qminになった後のタイミングt23で、第2噴射弁22による液体燃料の使用から、第1噴射弁21によるガス燃料の使用に切り替える。つまり、第1噴射弁21からの燃料噴射によってガス燃料の消費を促進させる。このとき、タンク主止弁44及び遮断弁45は閉弁した状態のままであることから、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射によって噴射圧が低下する。
Specifically, after switching to the use of liquid fuel at the timing t21, when the injection pressure further increases and exceeds the determination value K2, the throttle opening is driven to the valve opening side at the timing t22, and the suction is performed. While increasing the air amount, the ignition timing is changed to the retarded side in order to suppress an increase in torque due to the increase in the intake air amount. The increase correction of the intake air amount is performed according to the engine load, and the correction amount is increased toward the lower load side so that the required fuel amount Qa> the minimum fuel amount Qmin. By this operation, the required fuel amount Qa is increased, and at timing t23 after the required fuel amount Qa> minimum fuel amount Qmin, the liquid fuel is used by the
そして、噴射圧が判定値K3を下回ると、そのタイミングt24で遮断弁45を開弁し、続いてタンク主止弁44を開弁する。また、各弁44、45の開弁に伴い噴射圧が設定圧Pregに調整された後において、吸入空気量の増量補正を解除するとともに、点火遅角を解除する。
When the injection pressure falls below the determination value K3, the
以上詳述した第1実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。 According to the first embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
噴射圧が判定値K1よりも高圧状態となった場合に、遮断制御弁としてのタンク主止弁44及び遮断弁45を閉弁するとともに、エンジン負荷に応じてガス燃料の使用を制限して液体燃料の使用に切り替える構成とした。噴射圧が高いほどガス密度が高くなるため、噴射圧が高い場合にガス燃料を使用するとエンジン10の低負荷状態において噴射燃料が過多になることが生じ得る。その点、上記構成によれば、噴射燃料が過多になることを回避することができる。したがって、噴射圧が設定圧力より高圧状態となった場合にも適切な燃料噴射制御を実施することができる。
When the injection pressure is higher than the judgment value K1, the tank
具体的には、第1噴射弁21において噴射可能な燃料量の最小値として、噴射圧に応じて定められる最小燃料量Qminと、エンジン負荷に応じて定められる要求燃料量Qaとを比較し、その比較結果に基づいて、ガス燃料の使用から液体燃料の使用に切り替える構成とした。こうすることにより、要求燃料量Qa>最小燃料量Qminであり、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を実施しても燃料過多が生じない状況下では、ガス燃料を優先して使用することができる。一方、要求燃料量Qa<最小燃料量Qminであり、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を実施すると燃料過多が生じ得る状況下では、ガス燃料の使用を制限することによりエミッションの悪化を回避することができる。
Specifically, as a minimum value of the fuel amount that can be injected in the
ガス燃料の噴射から液体燃料の噴射への切り替え後において、要求燃料量Qaが最小燃料量Qminよりも大きくなった場合に(図7のタイミングt13で)、遮断制御弁としてのタンク主止弁44及び遮断弁45を閉弁した状態のまま、液体燃料の噴射からガス燃料の噴射に切り替える構成とした。これにより、低圧通路部の燃料圧力を積極的に低下させることができ、高圧状態を解消することができる。
When the required fuel amount Qa becomes larger than the minimum fuel amount Qmin after switching from gas fuel injection to liquid fuel injection (at timing t13 in FIG. 7), the tank
ガス燃料の噴射から液体燃料の噴射への切り替え後において、第1噴射弁21への供給ガス圧(噴射圧)が更に高圧化して判定値K2を超えた場合には、遮断制御弁を閉弁した状態のまま、液体燃料の噴射からガス燃料の噴射に切り替える構成とした。第1噴射弁21への供給ガス圧が過度に高くなると、その高圧状態に起因して第1噴射弁21を開弁できなくなるおそれがある。この点を考慮し、上記構成とすることにより、第1噴射弁21を開弁できなくなるといった不都合が生じないようにすることができる。
After switching from gas fuel injection to liquid fuel injection, when the supply gas pressure (injection pressure) to the
また特に、第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K2を超えたことに伴い第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替える場合、ガス燃料の消費を促進させる運転状態に変更する、具体的には、要求燃料量Qa>最小燃料量Qminとなるようにエンジン負荷に応じてエンジン10の吸入空気量を増量補正するとともに、点火時期を遅角側に補正する構成とした。この構成によれば、エンジン10の燃焼によってガス燃料を消費させることにより、低圧通路部の高圧状態を解消することができる。また、点火時期の遅角補正を併せて行うことから、吸入空気量の増量補正を行った場合にもトルク増大が生じないようにすることができる。
In particular, when switching to gas fuel injection by the
第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K2を超えたことに伴い第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替えた後において、噴射圧が判定値K3を下回った場合にタンク主止弁44及び遮断弁45を開弁する構成とした。これにより、供給ガス圧が過度に低下することを回避することができる。また特に、判定値K3を設定圧Pregよりも低圧側に定めたため、タンク主止弁44及び遮断弁45の開弁状態への切り替え時において弁座部63を通過するガス流量を大きくでき、この流量大によって、弁座部63に付着した異物を取り除きやすくすることができる。
After the supply gas pressure to the
判定値K2を、リリーフ圧Pref及び作動限界圧Plimよりも低圧側に定めたため、リリーフ弁69が開弁する前(ガス燃料が大気中に放出される前)であって、かつ第1噴射弁21が開弁できなくなる前に低圧通路部の高圧状態を緩和することができる。
Since the determination value K2 is set to be lower than the relief pressure Pref and the operation limit pressure Plim, the first injection valve is before the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。上記第1実施形態では、噴射圧が判定値K2を超えたことを条件に、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替えて噴射圧を低下させる構成とした。これに対し、本実施形態では、噴射圧が判定値K2を超えたこと、及び減速時の燃料カット要求が生じている期間であることを条件に、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替えて噴射圧を低下させる構成とする。減速時の燃料カット中に点火カット状態でガス燃料を噴射する構成とすることにより、ドライバビリティに及ぼす影響を極力少なくしつつ、噴射圧を低下させることができるからである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment. In the said 1st Embodiment, it was set as the structure which switches to the injection of the gas fuel by the
ここで、噴射圧と最小燃料量Qminとは比例関係にあり、噴射圧が高いほど、1回当たりに噴射可能な最小燃料量Qminは多くなる。一方、減速時の燃料カット中では、触媒温度の低下を抑制する観点から、吸入空気量の増量補正に限界がある。したがって、噴射圧が判定値K2を超えた場合に第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を実施する際に、通常運転時と同じように各気筒で所定位相毎に(3気筒エンジンであれば240℃Aの噴射周期で)燃料噴射を実施すると燃料過多になることが考えられる。かかる場合、エミッションの悪化を招いたり、触媒温度の過昇温を招いたりするおそれがある。そこで本実施形態では、減速時の燃料カット期間中であることを条件に第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替える場合には、噴射周期を各気筒の1燃焼サイクルよりも長くして第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を実施することとしている。
Here, the injection pressure and the minimum fuel amount Qmin are in a proportional relationship, and the higher the injection pressure, the larger the minimum fuel amount Qmin that can be injected per time. On the other hand, during the fuel cut during deceleration, there is a limit to the increase correction of the intake air amount from the viewpoint of suppressing the decrease in the catalyst temperature. Therefore, when the injection of gas fuel by the
図9は、本実施形態の燃料噴射制御の具体的態様を示すタイムチャートである。図9において、噴射圧が判定値K1を超えると、そのタイミングt31でタンク主止弁44を閉弁し、続いて遮断弁45を閉弁する。また、第1噴射弁21において要求燃料量Qaよりも最小燃料量Qminの方が大きくなった時点で、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射から、第2噴射弁22による液体燃料の噴射に切り替える。
FIG. 9 is a time chart showing a specific aspect of the fuel injection control of the present embodiment. In FIG. 9, when the injection pressure exceeds the determination value K1, the tank
その後、噴射圧が判定値K2を超えた場合(t32)、減速時の燃料カットが開始されたことを条件に、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替える。具体的には、噴射圧>判定値K2となった後のタイミングt33で減速時の燃料カット条件が成立すると、スロットル開度を開弁側に駆動して吸入空気量を増量補正する。また、タイミングt34では、第2噴射弁22による液体燃料の噴射から、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替える。ただし、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射は間欠的に実施する。具体的には、噴射周期を各気筒の1燃焼サイクルよりも長くして第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を実施する。例えば、3気筒エンジンであれば、3気筒のうち特定気筒でのみガス燃料の噴射を実施し、他の気筒についてはガス燃料の噴射を実施しないようにする。このガス燃料の噴射により噴射圧が低下し、噴射圧<判定値K3となったタイミングt35で吸入空気量の増量補正を解除する。
Thereafter, when the injection pressure exceeds the determination value K2 (t32), switching to gas fuel injection by the
次に、本実施形態の燃料噴射制御の処理手順を図10のフローチャートを用いて説明する。本処理は、エンジン運転状態において制御部80のCPU81により所定周期で繰り返し実行される。なお、上記図5のフローチャートと同じ処理については、図5のステップ番号を付してその説明を省略する。
Next, the processing procedure of the fuel injection control of this embodiment will be described using the flowchart of FIG. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle by the
図10において、ステップS200〜S208は、上記図5のステップS100〜S108とそれぞれ同じ処理である。ステップS208で噴射圧>判定値K2であると判定されると、ステップS209へ進み、減速時の燃料カット条件が成立しているか否かを判定する(条件判定手段)。減速時の燃料カット条件としては、運転者によるアクセル操作量がゼロであること、エンジン回転速度が所定値以上であること等を含む。減速時の燃料カット条件が成立している場合には、ステップS210へ進み、触媒温度が所定範囲内であるか否かを判定する。触媒温度が低すぎるとガス燃料が触媒19で処理されず、高温すぎるとガス燃料が燃焼することによって触媒温度が過昇温するおそれがあるからである。なお、触媒温度は、排気温度を検出する温度センサの検出値に基づいて推定してもよいし、触媒温度を検出するセンサが設けられている場合にはその検出値を用いてもよい。
10, steps S200 to S208 are the same processes as steps S100 to S108 in FIG. If it is determined in step S208 that the injection pressure is greater than the determination value K2, the process proceeds to step S209, where it is determined whether the fuel cut condition during deceleration is satisfied (condition determination means). The fuel cut condition at the time of deceleration includes that the amount of accelerator operation by the driver is zero, the engine rotation speed is a predetermined value or more, and the like. When the fuel cut condition at the time of deceleration is satisfied, the process proceeds to step S210, and it is determined whether or not the catalyst temperature is within a predetermined range. This is because if the catalyst temperature is too low, the gas fuel is not treated with the
触媒温度が所定範囲内になければ、ステップS211へ進み、燃料噴射及び点火を禁止する。一方、触媒温度が所定範囲内であれば、ステップS212へ進み、点火カットを実施するとともに、ステップS213で吸入空気量を増量補正する。また、ステップS214では、第1噴射弁21によるガス燃料の間欠噴射を実施する。このガス燃料の間欠噴射によって噴射圧が低下する。ステップS215及びS216では、図5のステップS111及びS112の処理を実行し、ステップS217で減速時の燃料カット中か否かを判定する。減速時の燃料カット中でないことを条件にステップS218へ進み、図5のステップS113及びS114と同じ処理を実行し、本処理を終了する。
If the catalyst temperature is not within the predetermined range, the process proceeds to step S211, and fuel injection and ignition are prohibited. On the other hand, if the catalyst temperature is within the predetermined range, the process proceeds to step S212, the ignition cut is performed, and the intake air amount is increased and corrected in step S213. Further, in step S214, the gas fuel is intermittently injected by the
以上詳述した第2実施形態によれば次の優れた効果が得られる。 According to the second embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
噴射圧が判定値K2を超えた場合には、減速時の燃料カット期間中に第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替えて噴射圧を低下させる構成とした。減速時の燃料カット中に点火カット状態でガス燃料を噴射することにより、ドライバビリティへの影響をできるだけ小さくしつつ、噴射圧を設定圧Pregまで低下させることができる。
When the injection pressure exceeds the determination value K2, the configuration is such that the injection pressure is lowered by switching to the injection of gas fuel by the
噴射圧>判定値K2となったことに伴い、減速時の燃料カット期間中に第1噴射弁21によるガス燃料の噴射に切り替える場合、噴射周期を各気筒の1燃焼サイクルよりも長くして第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を実施する構成とした。減速時の燃料カット中では、増量可能な吸入空気量に制限があるため、通常運転時と同じように各気筒で所定位相毎に燃料噴射を実施すると燃料過多になるおそれがある。この点、本構成によれば、ガス燃料の噴射による噴射圧の低下を図る際に、エミッションの悪化や触媒温度の過昇温が生じないようにすることができる。
When the injection pressure is greater than the determination value K2, when switching to the injection of gas fuel by the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。上記の第1実施形態では、第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K1を超えた場合に、遮断制御弁を閉弁するとともに、エンジン負荷に応じて、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を制限する構成とした。これに対し、本実施形態では、第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K1を超えた場合に、遮断制御弁を閉弁するとともに、エンジン負荷に応じて、第1噴射弁21から噴射されるガス燃料の消費を促進させる運転状態に変更する構成とする(運転切替手段)。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment. In the first embodiment, when the supply gas pressure to the
より具体的には、第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K1を超えた場合に、遮断制御弁としてのタンク主止弁44及び遮断弁45を閉弁する。また、その時のエンジン負荷に応じて吸入空気量を増量補正するとともに、第1噴射弁21によるガス燃料の噴射量を増量補正し、エンジン回転速度を上昇させる。この場合、第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K1を超えた場合にもガス燃料の使用を継続することができる。また、第2噴射弁22による液体燃料の噴射に切り替えなくて済むため、液体燃料の残存量が少ない場合にも供給ガス圧の高圧化に対処することが可能である。
More specifically, when the supply gas pressure to the
図11は、本実施形態の燃料噴射制御の具体的態様を示すタイムチャートである。図11では、ガス燃料の使用によるアイドル運転状態において、例えば圧力調整弁60の弁座部63に異物が噛み込み、噴射圧が判定値K1を超えた場合を想定している。なお、エンジン運転中であることから、噴射圧が判定値K1を超える前ではタンク主止弁44及び遮断弁45は開弁状態となっている。
FIG. 11 is a time chart showing a specific aspect of the fuel injection control of the present embodiment. In FIG. 11, it is assumed that, for example, a foreign matter is caught in the
図11において、噴射圧が判定値K1を超えると、そのタイミングt41でタンク主止弁44を閉弁し、続いて遮断弁45を閉弁する。また、第1噴射弁21の要求燃料量Qaを、第1噴射弁21への供給ガス圧(噴射圧)に応じて定められる最小燃料量Qmin又はそれよりも大きくなるように、吸入空気量及び燃料噴射量を増量補正する。なお、このとき、空燃比が理論空燃比又はそれよりもリーン状態になるように吸入空気量を補正する。これにより、エンジン回転速度がアイドル回転速度NE1(例えば、700rpm)よりも高くなり、その状態でエンジン10の運転が継続される。またこのとき、タンク主止弁44及び遮断弁45は閉弁した状態のままであることから、第1噴射弁21からのガス燃料の噴射によって噴射圧が低下する。
In FIG. 11, when the injection pressure exceeds the determination value K1, the tank
そして、噴射圧が判定値K3を下回ったタイミングt42で遮断弁45を開弁し、続いてタンク主止弁44を開弁する。また、各弁44、45の開弁に伴い噴射圧が設定圧Pregに調整された後において吸入空気量の増量補正を解除する。
Then, the
以上詳述した第3実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。 According to the third embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
圧力調整弁60では、閉弁状態で例えば異物等の噛み込みが生じることによって上流側から下流側へガス燃料がリークし、その燃料リークによって、下流側の燃料圧力、すなわち第1噴射手段(第1噴射弁21)へのガス燃料の供給圧力(噴射圧)が意図せずに高くなることが考えられる。また、第1噴射手段に対する供給圧力が高いと、その高圧状態に起因して内燃機関(エンジン10)の低負荷状態において噴射燃料が過多になることが生じ得る。この点、本構成では、噴射圧が所定値よりも高圧になった場合には、遮断制御弁を閉弁するとともに、内燃機関の運転負荷に応じて、第1噴射手段から噴射されるガス燃料の消費を促進させる運転状態に変更するため、噴射燃料が過多になることを抑制することができる。
In the
また、上記構成によれば、第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K1を超えた場合にもガス燃料の使用を継続することができる。また更に、第2噴射弁22による液体燃料の噴射に切り替えなくて済むため、液体燃料の残存量が少ない場合にも噴射圧の高圧化に対処することができる。
Moreover, according to the said structure, use of gas fuel can be continued also when the supply gas pressure to the
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows, for example.
・上記実施形態では、遮断制御弁としてタンク主止弁44及び遮断弁45とを備え、噴射圧が判定値K1を超えた場合には、タンク主止弁44及び遮断弁45を閉弁状態にしたが、いずれか一方のみを制御対象としてもよい。例えば、上記図1の構成において、噴射圧が判定値K1を超えた場合には、遮断弁45のみを閉弁状態にして、タンク主止弁44については開弁した状態のままにしておく。この場合にもガスタンク42から第1噴射弁21へのガス燃料の供給を遮断できることから、上記と同様の効果を奏する。
In the above embodiment, the tank
・上記第1実施形態では、第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K1を超えた場合に、遮断制御弁を閉弁するとともに、エンジン負荷に応じて第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を制限する構成とした。これを変更し、本実施形態では、第1噴射弁21への供給ガス圧が判定値K1を超えた場合に、遮断制御弁の閉弁と共に実施する処理として、(1)エンジン負荷に応じて第1噴射弁21によるガス燃料の噴射を制限する処理、及び(2)エンジン負荷に応じて、第1噴射弁21から噴射されるガス燃料の消費を促進させる運転状態に変更する処理、のうちいずれの処理を実施するかを選択する(処理選択手段)。そして、(1)の処理を選択した場合には、上記図5のステップS104〜S107と同様の処理を実行する。また、(2)の処理を選択した場合には、その時のエンジン負荷に応じて吸入空気量を増量補正するとともに第1噴射弁21から噴射されるガス燃料量を増量補正し、エンジン回転速度を上昇させる処理を実行する。処理選択手段について具体的には、例えば液体燃料の残存量に基づいて選択し、液体燃料の残存量が所定値以上である場合には上記(1)の処理を選択し、該残存量が所定値を下回っている場合には上記(2)の処理を選択する構成としてもよい。
In the first embodiment, when the supply gas pressure to the
・噴射圧が判定値K1を超えたことに伴い遮断制御弁を閉弁するとともに、第1噴射弁21によるガス燃料の使用を制限する処理を所定期間内に所定回数実施した場合に、レギュレータ43の異常である旨の判定をする構成としてもよい。また、その異常判定がされた場合に運転者に通知する構成としてもよい。
The
・噴射圧が判定値K1又は判定値K2を超える状態が所定期間継続した場合に、レギュレータ43の異常である旨の判定をする構成としてもよい。また、その異常判定がされた場合に運転者に通知する構成としてもよい。
-It is good also as a structure which determines that it is abnormal of the
・上記においてレギュレータ異常有りと判定した場合の処理として、遮断制御弁(タンク主止弁44及び遮断弁45)の駆動を制御することによって噴射圧を制御する退避走行処理を実施してもよい。この退避走行処理を実施する際、遮断弁45を開弁した状態のままとして、タンク主止弁44の開閉を制御することにより噴射圧を制御することが望ましい。燃料配管のより上流側に配置された遮断制御弁、すなわちタンク主止弁44により噴射圧を制御することにより、下流側の遮断弁45により噴射圧を制御する場合に比べて、第1噴射弁21までの燃料配管の容積を大きくすることができ、弁の開閉に伴い生じる噴射圧の変動を抑制することが可能となる。これにより、噴射圧を安定して制御することができる。この退避走行処理の実施中では、スロットル開度を制限することにより、退避走行に必要な噴射圧を安定して維持することが望ましい。
As a process when it is determined that there is a regulator abnormality in the above, a retreat travel process for controlling the injection pressure by controlling the drive of the shutoff control valves (tank
・上記図5のステップS112では、第1噴射弁21への供給ガス圧と判定値K3とを比較し、供給ガス圧が判定値K3を下回った場合に遮断制御弁としての遮断弁45及びタンク主止弁44を開弁駆動させる構成としたが、判定値K3を用いる構成に代えて、例えば設定圧Pregを用いる構成としてもよい。
In step S112 of FIG. 5 described above, the supply gas pressure to the
・上記実施形態では、判定値K1〜判定値K3を一定値としたが、例えばバッテリ電圧、エンジン冷却水温、吸気温、レギュレータ上流圧、ガス燃料温度等の少なくともいずれかに応じて可変にする構成としてもよい。 In the above embodiment, the determination value K1 to the determination value K3 are constant values. However, for example, a configuration in which the determination value K1 is variable according to at least one of battery voltage, engine cooling water temperature, intake air temperature, regulator upstream pressure, gas fuel temperature, and the like. It is good.
・上記実施形態では、多気筒エンジンの気筒ごとに第1噴射弁21及び第2噴射弁22をそれぞれ複数ずつ設ける構成としたが、複数の気筒の共通部分に第1噴射弁21及び第2噴射弁22のうちの少なくともいずれかを設ける構成としてもよい。例えば、吸気系統11の集合部分に対してガス燃料や液体燃料を噴射する構成としてもよい。
In the above embodiment, a plurality of the
・上記実施形態ではガス燃料をCNG燃料としたが、標準状態で気体状態の他のガス燃料を用いることもでき、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、水素、DMEなどを主成分とする燃料を用いる構成としてもよい。また、液体燃料についてもガソリン燃料に限らず、例えば軽油などを用いる構成としてもよい。 In the above embodiment, the gas fuel is a CNG fuel, but other gas fuels in a gas state can be used in the standard state. For example, a fuel mainly composed of methane, ethane, propane, butane, hydrogen, DME, etc. It is good also as a structure to use. Further, the liquid fuel is not limited to gasoline fuel, and for example, light oil or the like may be used.
10…エンジン(内燃機関)、15…スロットル弁(空気量調整手段)、19…触媒、21…第1噴射弁(第1噴射手段)、22…第2噴射弁(第2噴射手段)、40…ガス燃料供給部、41…ガス配管(燃料通路)、41a…高圧配管部、42…ガスタンク、44…タンク主止弁(遮断制御弁)、45…遮断弁(遮断制御弁)、51…高圧通路、80…制御部(第1判定手段、燃料切替手段、第2判定手段、ガス切替手段、運転変更手段、第3判定手段、条件判定手段、運転切替手段、判定手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
液体燃料を噴射する第2噴射手段(22)と、
前記ガス燃料を供給する燃料通路(41)に設けられ、前記第1噴射手段に供給されるガス燃料の圧力を所定の設定圧力に減圧調整する圧力調整弁(60)と、
前記燃料通路において前記圧力調整弁の上流側に設けられ、前記ガス燃料の流通を遮断する遮断機能を有する遮断制御弁(44、45)と、を備える燃料噴射システムに適用され、前記第1噴射手段によるガス燃料の噴射と前記第2噴射手段による液体燃料の噴射とを切り替えて実施する内燃機関(10)の燃料噴射制御装置であって、
前記第1噴射手段に供給されるガス燃料の圧力である供給圧力が、前記設定圧力よりも高圧側の所定の第1判定値(K1)を超えたことを判定する第1判定手段と、
前記第1判定手段により前記供給圧力が前記第1判定値を超えたことが判定された場合に、前記遮断制御弁を閉弁するとともに、前記内燃機関の運転負荷に応じて前記第1噴射手段によるガス燃料の噴射から前記第2噴射手段による液体燃料の噴射への切り替えを実施する燃料切替手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 First injection means (21) for injecting gaseous fuel;
Second injection means (22) for injecting liquid fuel;
A pressure adjustment valve (60) provided in a fuel passage (41) for supplying the gas fuel, and for reducing the pressure of the gas fuel supplied to the first injection means to a predetermined set pressure;
The first injection is applied to a fuel injection system including a cutoff control valve (44, 45) provided on the upstream side of the pressure regulating valve in the fuel passage and having a cutoff function for blocking the flow of the gaseous fuel. A fuel injection control device for an internal combustion engine (10) that performs switching between injection of gas fuel by means and liquid fuel injection by the second injection means,
First determination means for determining that the supply pressure, which is the pressure of the gas fuel supplied to the first injection means, has exceeded a predetermined first determination value (K1) on the higher pressure side than the set pressure;
When it is determined by the first determination means that the supply pressure has exceeded the first determination value, the shutoff control valve is closed and the first injection means according to the operating load of the internal combustion engine Fuel switching means for performing switching from the injection of gas fuel by the second fuel injection by the second injection means;
A fuel injection control device for an internal combustion engine, comprising:
前記第2判定手段により前記供給圧力が前記第2判定値を超えたことが判定された場合に、前記遮断制御弁を閉弁した状態のまま前記第2噴射手段による液体燃料の噴射から前記第1噴射手段によるガス燃料の噴射に切り替えるガス切替手段と、
を備える請求項1乃至3のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 Second determination means for determining that the supply pressure has exceeded a predetermined second determination value on a higher pressure side than the first determination value after switching to injection of the liquid fuel by the fuel switching means;
When it is determined by the second determination means that the supply pressure exceeds the second determination value, the second fuel injection from the liquid fuel injection by the second injection means while the shutoff control valve is closed is performed. Gas switching means for switching to gas fuel injection by one injection means;
A fuel injection control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
前記運転変更手段は、前記ガス切替手段により前記ガス燃料の噴射に切り替える場合に、前記空気量調整手段により前記吸入空気量を増量補正することにより、前記ガス燃料の消費を促進させる運転状態に変更する請求項5に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 An air amount adjusting means (15) for adjusting an intake air amount of the internal combustion engine;
The operation change means is changed to an operation state that promotes consumption of the gas fuel by correcting the intake air amount to be increased by the air amount adjustment means when the gas switching means switches to the injection of the gas fuel. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 5.
前記第3判定手段により前記供給圧力が前記第3判定値を下回ったことが判定された場合に前記遮断制御弁を開弁する請求項4乃至7のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 A third determination unit for determining that the supply pressure has fallen below a predetermined third determination value on a lower pressure side than the set pressure after the gas switching unit switches to the injection of the gas fuel;
The fuel for an internal combustion engine according to any one of claims 4 to 7, wherein the shutoff control valve is opened when the third determination means determines that the supply pressure is lower than the third determination value. Injection control device.
前記ガス切替手段は、前記第2判定手段により前記供給圧力が前記第2判定値を超えたことが判定された場合であって、かつ前記条件判定手段により前記燃料カット条件が成立していることが判定された場合に、前記遮断制御弁を閉弁した状態のまま前記第2噴射手段による液体燃料の噴射から前記第1噴射手段によるガス燃料の噴射に切り替える請求項4乃至8のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 Comprising a condition determination means for determining that a predetermined fuel cut condition for performing fuel cut during deceleration is satisfied;
The gas switching means is when the supply pressure exceeds the second determination value by the second determination means, and the fuel cut condition is satisfied by the condition determination means. 9 is selected, the liquid fuel injection by the second injection means is switched to the gas fuel injection by the first injection means while the shutoff control valve is closed. A fuel injection control device for an internal combustion engine according to the item.
前記第1判定手段により前記供給圧力が前記第1判定値を超えたことが判定された場合に、前記燃料切替手段により前記液体燃料の噴射に切り替える処理及び前記運転切替手段により前記ガス燃料の消費を促進させる運転状態に変更する処理のうちいずれを実施するかを選択し、該選択した処理を実施する請求項1乃至10のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 When it is determined by the first determination means that the supply pressure has exceeded the determination value, the shutoff control valve is closed, and the first injection means is operated according to the operating load of the internal combustion engine. Comprising an operation switching means for changing to an operation state that promotes the consumption of injected gas fuel,
When the first determination means determines that the supply pressure has exceeded the first determination value, the fuel switching means switches to the liquid fuel injection and the operation switching means consumes the gas fuel. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10, wherein which of the processes to change to the operating state that promotes the operation is selected and the selected process is performed.
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