JP6009987B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に複数気筒のそれぞれに対応して、異なる燃料を噴射する２つの燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

特許文献１には、ガソリン用燃料噴射弁とガス燃料用燃料噴射弁とを備える内燃機関の燃料噴射制御装置が示されている。この装置は、ガソリン用燃料噴射弁に燃料噴射信号を送出するガソリン用制御ユニットと、ガス用制御ユニットとを備えており、ガソリン用制御ユニットから送出される燃料噴射信号がガス用制御ユニットに入力され、ガス用制御ユニットがガソリン用燃料噴射信号をガス用燃料噴射信号に変換してガス用燃料噴射弁へ供給することにより、ガス用燃料燃料噴射弁の噴射制御が行われる。

特開２００４−２０４６９６号公報

一般にガソリン用燃料噴射信号を、同一機関出力が得られるようにガス用燃料噴射信号へ変換すると、噴射期間（開弁期間）が増加するため、機関の加速時等において非同期噴射（付加噴射）が行われる際に、その非同期噴射による燃料増量分を１行程内で噴射し切れない場合がある。上記従来の装置では、このような場合が考慮されておらず、非同期噴射を行うような運転状態において燃料量が不足して機関運転性が悪化するおそれがある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、ガソリンなどの第１燃料の燃料噴射弁の駆動信号を、ＣＮＧなどの第２燃料の燃料噴射弁の駆動信号へ変換することにより第２燃料を噴射する場合において、非同期噴射要求が行われたときの機関運転性の悪化を防止することができる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数の気筒を有する内燃機関（１）であって、前記複数気筒のそれぞれに対応して設けられ、第１燃料を噴射する第１燃料噴射手段（４）と、前記複数気筒のそれぞれに対応して設けられ、前記第１燃料とは異なる第２燃料を噴射する第２燃料噴射手段（５）とを備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記機関の運転状態に応じて前記第１燃料噴射手段（４）の駆動信号を送出する第１噴射制御手段（２１）と、前記第１噴射制御手段（２１）から送出される駆動信号を前記第２燃料噴射手段（５）の駆動信号へ変換する第２噴射制御手段（２２）と、前記第１燃料噴射手段（４）を用いて前記機関への燃料供給を行う第１運転モードと、前記第２燃料噴射手段（５）を用いて前記機関への燃料供給を行う第２運転モードとを選択する選択手段とを備え、前記第２噴射制御手段（２２）は、前記第２運転モードが選択されているときに、前記第１燃料噴射手段（４）による非同期噴射が要求されているか否かを判断する非同期噴射要求判断手段と、前記第２燃料噴射手段（５）による燃料噴射を実行中か否かを判断する第２燃料噴射実行判断手段と、前記非同期噴射が要求されるときに前記第２燃料噴射実行判断手段の判断結果に応じて、前記非同期噴射要求による前記第２燃料の増量分（ＴＩＡＤＤ２）を、次噴射行程以降の気筒へ噴射するように前記第２燃料噴射手段（５）の駆動信号を補正する補正手段とを有することを特徴とする。

この構成によれば、第２燃料噴射手段による燃料供給を行う第２運転モードが選択されている場合において、第１燃料噴射手段による非同期噴射が要求されたときは、第２燃料噴射手段による燃料噴射を実行中か否かの判断結果に応じて、非同期噴射要求による第２燃料の増量分を、次噴射行程以降の気筒へ噴射するように第２燃料噴射手段の駆動信号が補正される。すなわち、燃料噴射実行中の気筒で噴射を完了できない非同期噴射要求による増量分が次行程以降で噴射されるので、機関への燃料供給量が不足することがなく、機関に要求される必要トルクを確実に発生させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記補正手段は、前記非同期噴射が要求され、かつ前記第２燃料噴射手段（５）による燃料噴射実行中であるときは、前記非同期噴射要求による前記第２燃料の増量分（ＴＩＡＤＤ２）を、次噴射行程の気筒へ噴射するように前記第２燃料噴射手段（５）の駆動信号を補正することを特徴とする。

この構成によれば、非同期噴射が要求され、かつ第２燃料噴射手段による燃料噴射実行中であるときは、非同期噴射要求による第２燃料の増量分を、次噴射行程の気筒へ噴射するように第２燃料噴射手段の駆動信号が補正される。すなわち、燃料噴射実行中の気筒で噴射を完了できない非同期噴射要求による増量分が次行程で噴射されるので、応答性を悪化させることなく要求される必要トルクを発生させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記第２噴射制御手段は、前記非同期噴射が要求され、かつ前記第２燃料噴射手段（５）による燃料噴射実行中でないときは、前記非同期噴射要求による前記第２燃料の増量分（ＴＩＡＤＤ２）を、次噴射行程の気筒へ噴射可能か否かを判断する次行程噴射可否判断手段をさらに有し、前記補正手段は、前記次行程噴射可否判断手段により次噴射行程の気筒へ噴射が不可能と判断されるときは、前記非同期噴射要求による前記第２燃料の増量分（ＴＩＡＤＤ２）を、次々噴射行程の気筒へ噴射するように前記第２燃料噴射手段（５）の駆動信号を補正することを特徴とする。

この構成によれば、非同期噴射が要求され、かつ第２燃料噴射手段による燃料噴射実行中でないときは、非同期噴射要求による第２燃料の増量分を、次噴射行程の気筒へ噴射可能か否かが判断され、次噴射行程の気筒へ噴射が不可能と判断されるときは前記第２燃料の増量分を、次々噴射行程の気筒へ噴射するように第２燃料噴射手段の駆動信号が補正される。すなわち、非同期噴射要求による増量分を次行程で噴射できないと判断されたときは、次々噴射行程の気筒へ噴射されるので、要求される必要トルクを確実に発生させることができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 図１に示す第１及び第２燃料噴射弁（４，５）による燃料噴射時期（ＣＡＩＮＪ）及び燃料噴射時間（ＴＩＮＪ１，ＴＩＮＪ２）の関係（通常制御時）を説明するためのタイムチャートである。 図１に示す第１及び第２燃料噴射弁（４，５）による燃料噴射時期（ＣＡＩＮＪ）及び燃料噴射時間（ＴＩＮＪ１，ＴＩＮＪ２）の関係（加速時）を説明するためのタイムチャートである。 第２燃料噴射弁使用時における付加噴射対応制御を行う処理のフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
内燃機関（以下「エンジン」という）１は、ガソリン及びＣＮＧ（圧縮天然ガス）を燃料として使用する、いわゆるバイフューエルエンジンである。本実施形態では、２つの電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１，２２を用いて、エンジン１の作動制御、具体的には燃料噴射量制御及び点火時期制御が行われる。２つのＥＣＵを以下の説明では、第１ＥＣＵ２１及び第２ＥＣＵ２２という。

エンジン１は４つの気筒＃１〜＃４を有し、各気筒には図示しない点火プラグが設けられている。吸気通路２は４つの気筒に対応して４つの吸気マニホールド２ａに分岐する。吸気通路２にはスロットル弁３が配置され、吸気マニホールド２ａの吸気弁（図示せず）の少し上流側（吸気ポート）には、ガソリンを噴射する第１燃料噴射弁４、及びＣＮＧを噴射する第２燃料噴射弁５が装着されている。図１に示すように第１燃料噴射弁４は第２燃料噴射弁５の下流側に配置される。

第１燃料噴射弁４は、燃料通路８を介してガソリンタンク６内の燃料ポンプユニット７に接続されている。燃料ポンプユニット７は、燃料ポンプ及び圧力レギュレータを備え、所定の燃料圧に調圧されたガソリンが第１燃料噴射弁４に供給される。

第２燃料噴射弁５は、燃料通路１１を介してＣＮＧボンベ１０に接続されており、燃料通路１１の途中には遮断弁１２及び圧力レギュレータ１３が設けられている。第２燃料噴射弁５には調圧されたＣＮＧが燃料通路１１を介して供給される。

第１ＥＣＵ２１には、エンジン１の回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ３１、吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ３２、スロットル弁３の開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ３３、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ３４、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ３５、及び図示しない他のセンサが接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ２１に供給される。

第１ＥＣＵ２１にはさらに燃料切換スイッチ３６が接続されており、運転者の操作によって使用燃料が選択可能に構成されている。燃料切換スイッチ３６は、ガソリンを選択する第１位置と、ＣＮＧを選択する第２位置と、自動切換を選択する第３位置とに切換可能に構成されており、第３位置に設定されると、使用燃料の切換（運転モードの切換）は、エンジン１の運転状態、エンジン１により駆動される車両の走行状態、及びＣＮＧとガソリンの残燃料量に応じて第１ＥＣＵ２１によって行われる。

第１ＥＣＵ２１は各気筒の点火プラグＩＧ＃１〜ＩＧ＃４に接続されており、点火プラグＩＧ＃１〜ＩＧ＃４による点火制御を行う。
第２ＥＣＵ２２は、第１ＥＣＵ２１とデータバス２３を介して接続されており、２つのＥＣＵ２１，２２は、センサによる検出データや制御データをデータバス２３を介して相互に伝送する。第２ＥＣＵ２２は、各気筒に対応する第１燃料噴射弁４及び第２燃料噴射弁５に接続されており、選択されている使用燃料に対応する燃料噴射弁を駆動することによって燃料噴射を行う。なお、図１においては＃２〜＃４気筒に対応する第１燃料噴射弁４をそれぞれ４（＃２），４（＃３），４（＃４）と表示し、＃２〜＃４気筒に対応する第２燃料噴射弁５をそれぞれ５（＃２），５（＃３），５（＃４）と表示して、接続関係を示している。

第１ＥＣＵ２１は、各種センサの検出信号に応じてガソリン使用時の燃料噴射時間ＴＩＮＪ１を算出するとともに、各気筒の点火プラグの点火時期ＩＧＬＯＧを算出し、算出した燃料噴射時間ＴＩＮＪ１（以下「第１燃料噴射時間ＴＩＮＪ１」という）と、使用燃料指令信号ＳＦＵＥＬとを第２ＥＣＵ２２に伝送するとともに、点火時期ＩＧＬＯＧに基づく点火指令信号を各気筒の点火プラグＩＧ＃１〜ＩＧ＃４に供給する。

第２ＥＣＵ２２は、第１燃料噴射時間ＴＩＮＪ１に応じてＣＮＧ使用時の燃料噴射時間ＴＩＮＪ２（以下「第２燃料噴射時間ＴＩＮＪ１」という）を算出する。第１及び第２燃料噴射弁４，５の開弁時間が同一である場合には、ガソリン使用時の方がエンジン１の出力トルクが大きくなる。したがって、第２燃料噴射時間ＴＩＮＪ２は、第１燃料噴射時間ＴＩＮＪ１を増加方向に修正し、第１燃料噴射時間ＴＩＮＪ１と同じエンジン出力が得られるように算出される。

図２は、第１及び第２燃料噴射弁４，５による燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ及び燃料噴射時間ＴＩＮＪ１，ＴＩＮＪ２の関係（通常制御時）を説明するためのタイムチャートであり、図２（ａ）が第１燃料噴射弁４に対応し、図２（ｂ）が第２燃料噴射弁５に対応する。図の上部に示すＣＡＩＣは、燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期を示している。なお、図２に示す順序は、燃料噴射の実行順序に対応させている。

第１及び第２燃料噴射弁４，５の＃１気筒に対応する燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ＃１は同一であり、＃２〜＃４気筒に対応する燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ＃２〜＃４も同一である。また第２燃料噴射時間ＴＩＮＪ２＃１〜＃４は、上述したように、第１燃料噴射時間ＴＩＮＪ１＃１〜＃４より長く設定されている。

図３は、スロットル弁３が急速に開弁された加速時における、燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ及び燃料噴射時間ＴＩＮＪ１，ＴＩＮＪ２の関係を説明するためのタイムチャートである。この例では、＃１気筒において通常の燃料噴射実行後に付加噴射（非同期噴射）が要求された例が示されている。

ガソリン使用時は、図３（ａ）に示すように付加噴射（第１付加噴射時間ＴＩＡＤＤ１）が実行されるが、ＣＮＧ使用時は第２燃料噴射時間ＴＩＮＪ２＃１が第１燃料噴射時間ＴＩＮＪ１＃１より長いため、ガソリン使用時と同様に付加噴射を実行することはできない。そこで、本実施形態では、＃１気筒の次に燃料噴射が実行される＃３気筒において、破線Ｌ１で示すように、燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ＃３を、第１付加噴射時間ＴＩＡＤＤ１に対応する第２付加噴射時間ＴＩＡＤＤ２だけ早めることにより、付加噴射に対応する燃料増量を実行する。

なお、付加噴射要求が発生する時期によっては、＃３気筒の燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ＃３を早めることによって、第１付加噴射時間ＴＩＡＤＤ１に対応する燃料増量を実行できない場合があるので、その場合には破線Ｌ２で示すように、＃１気筒の次の次の燃料噴射実行気筒である＃４気筒の燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ＃４を早めることによって、燃料増量を実行する。破線Ｌ２は説明のために図３に示したものであり、図３（ａ）に示すようなタイミングで付加噴射が実行されるような場合には、＃３気筒で燃料噴射量の増量が実行可能である。

図４は、第２ＥＣＵ２２において、上述したＣＮＧ使用時における付加噴射対応制御を行う処理のフローチャートである。この処理は所定時間毎に実行される。
ステップＳ１１では、ＣＮＧフラグＦＣＮＧが「１」であるか否かを判別する。ＣＮＧフラグＦＣＮＧは、ＣＮＧ使用時において「１」に設定され、ガソリン使用時において「０」に設定されるフラグである。ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、加速フラグＦＡＣＣが「１」であるか否かを判別する。加速フラグＦＡＣＣは、例えばスロットル弁開度ＴＨの変化量ＤＴＨ（＝ＴＨ(k)−ＴＨ(k-1)）が所定閾値ＤＴＨＡＣＣ以上であるとき「１」に設定される。加速フラグＦＡＣＣが「１」であるときは、付加噴射要求があることを意味する。

ステップＳ１１またはＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに処理を終了する。ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、第２燃料噴射弁５による燃料噴射実行中であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、すなわち図３に示す例のような場合には、ステップＳ１５に進み、次の燃料噴射気筒の燃料噴射時期を早めることによって燃料噴射量を増量することを指令する。

ステップＳ１３の答が否定（ＮＯ）であるときは、次の燃料噴射気筒において付加噴射要求に対応する燃料増量が可能か否かを判別する（ステップＳ１４）。その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１５に進み、次の燃料噴射気筒の燃料噴射時期を早めることによる増量を指令する。ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ１６に進み、次の次の燃料噴射気筒の燃料噴射時期を早めることによる増量を指令する（図３（ｂ）の破線Ｌ２参照）。

図３（ｂ）を用いて説明すると、例えば＃１気筒における燃料噴射終了時期ＣＡＩＥ＃１と、＃３気筒における早められた燃料噴射時期ＣＡＡＤＤ＃３との間のタイミングで加速フラグＦＡＣＣが「１」に設定された場合には、ステップＳ１４の答が肯定（ＹＥＳ）となり、＃３気筒で増量が行われる一方、燃料噴射時期ＣＡＡＤＤ＃３と、＃３の通常の燃料噴射開始時期ＣＡＩＮＪ＃３との間のタイミングで加速フラグＦＡＣＣが「１」に設定された場合には、ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）となり、＃４気筒で増量が行われる。

以上のように本実施形態では、第２燃料噴射弁５によるＣＮＧ供給を行うＣＮＧ使用時において、ガソリン使用時に付加噴射が要求される加速時には、第２燃料噴射弁５によるＣＮＧ噴射を実行中か否かの判定が行われ、その判定結果に応じて、付加噴射要求によるＣＮＧの増量分が、次噴射行程以降の気筒へ噴射するように第２燃料噴射弁５の駆動信号が補正される。すなわち、今回の燃料噴射気筒で噴射を完了できない付加噴射要求による増量分が次行程以降で噴射されるので、エンジン１への燃料供給量が不足することがなく、エンジン１に要求される必要トルクを確実に発生させることができる。

また、付加噴射が要求されるような加速時において、第２燃料噴射弁５によるＣＮＧ噴射実行中であるときは、付加噴射要求によるＣＮＧの増量分を、次噴射行程の気筒へ噴射するように第２燃料噴射弁５の駆動信号が補正される（図３（ｂ）、破線Ｌ１）。すなわち、今回の燃料噴射気筒で噴射を完了できない付加噴射要求による増量分が次行程で噴射されるので、応答性を悪化させることなく要求される必要トルクを発生させることができる。

また付加噴射が要求されるような加速時において、第２燃料噴射弁５によるＣＮＧ噴射実行中でないときは、付加噴射要求によるＣＮＧの増量分を、次噴射行程の気筒へ噴射可能か否かが判定され、次噴射行程の気筒へ噴射が不可能と判定されるときはＣＮＧの増量分を、次々噴射行程の気筒へ噴射するように第２燃料噴射弁５の駆動信号が補正される（図３（ｂ）、破線Ｌ２）。すなわち、付加噴射要求によるＣＮＧ増量分を次行程で噴射できないと判断されたときは、次々噴射行程の気筒へ噴射されるので、要求される必要トルクを確実に発生させることができる。

本実施形態では、ガソリンを燃料として使用する運転モードが第１運転モードに相当し、ＣＮＧを燃料として使用する運転モードが第２運転モードに相当する。第１燃料噴射弁４及び第２燃料噴射弁５が第１燃料噴射手段及び第２燃料噴射手段に相当し、第１ＥＣＵ２１が第１噴射制御手段及び選択手段を構成し、第２ＥＣＵ２２が、第２噴射制御手段、非同期噴射要求判断手段、第２燃料噴射実行判断手段、補正手段、及び次行程噴射可否判断手段を構成する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、第２燃料としてＣＮＧを使用する内燃機関を示したが、本発明は、第２燃料としてアルコールあるいは他の気体燃料、例えば液化天然ガス、水素などを使用する内燃機関の燃料噴射制御装置にも適用可能である。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの燃料噴射制御にも適用が可能である。

１ 内燃機関
４ 第１燃料噴射弁（第１燃料噴射手段）
５ 第２燃料噴射弁（第２燃料噴射手段）
２１ 電子制御ユニット（第１噴射制御手段、選択手段）
２２ 電子制御ユニット（第２噴射制御手段、非同期噴射要求判断手段、第２燃料噴射実行判断手段、補正手段、次行程噴射可否判断手段）

Claims (3)

1. 複数の気筒を有する内燃機関であって、前記複数気筒のそれぞれに対応して設けられ、第１燃料を噴射する第１燃料噴射手段と、前記複数気筒のそれぞれに対応して設けられ、前記第１燃料とは異なる第２燃料を噴射する第２燃料噴射手段とを備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記機関の運転状態に応じて前記第１燃料噴射手段の駆動信号を送出する第１噴射制御手段と、
   前記第１噴射制御手段から送出される駆動信号を前記第２燃料噴射手段の駆動信号へ変換する第２噴射制御手段と、
   前記第１燃料噴射手段を用いて前記機関への燃料供給を行う第１運転モードと、前記第２燃料噴射手段を用いて前記機関への燃料供給を行う第２運転モードとを選択する選択手段とを備え、
   前記第２噴射制御手段は、
   前記第２運転モードが選択されているときに、前記第１燃料噴射手段による非同期噴射が要求されているか否かを判断する非同期噴射要求判断手段と、
   前記第２燃料噴射手段による燃料噴射を実行中か否かを判断する第２燃料噴射実行判断手段と、
   前記非同期噴射が要求されるときに前記第２燃料噴射実行判断手段の判断結果に応じて、前記非同期噴射要求による前記第２燃料の増量分を、次噴射行程以降の気筒へ噴射するように前記第２燃料噴射手段の駆動信号を補正する補正手段とを有することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記補正手段は、前記非同期噴射が要求され、かつ前記第２燃料噴射手段による燃料噴射実行中であるときは、前記非同期噴射要求による前記第２燃料の増量分を、次噴射行程の気筒へ噴射するように前記第２燃料噴射手段の駆動信号を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記第２噴射制御手段は、
   前記非同期噴射が要求され、かつ前記第２燃料噴射手段による燃料噴射実行中でないときは、前記非同期噴射要求による前記第２燃料の増量分を、次噴射行程の気筒へ噴射可能か否かを判断する次行程噴射可否判断手段をさらに有し、
   前記補正手段は、前記次行程噴射可否判断手段により次噴射行程の気筒へ噴射が不可能と判断されるときは、前記非同期噴射要求による前記第２燃料の増量分を、次々噴射行程の気筒へ噴射するように前記第２燃料噴射手段の駆動信号を補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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