JP6711703B2 - バイフューエルエンジンの燃料噴射切換装置 - Google Patents

バイフューエルエンジンの燃料噴射切換装置 Download PDF

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Description

本発明はバイフューエルエンジンの燃料噴射切換装置に関する。
従来、特許文献1に記載の如く、ガソリン等の基本燃料と、CNG(圧縮天然ガス)又はLPG(液化プロパンガス)等のサブ燃料との組合せによるように、2種類の燃料を用いて運転可能としたバイフューエルエンジンを搭載した車両が知られている。
従来のバイフューエルエンジンを搭載した車両では、元々単一燃料の車両であったものを改造してバイフューエルエンジンシステムを導入することが多いため、これらの車両では、基本燃料の噴射性能のための基本ECU(基本電子制御装置)に加えて、サブ燃料の噴射制御のためのサブECU(サブ電子制御装置)を後付けして備えたものがある。
即ち、サブECUを後付けして備えるバイフューエルエンジンでは、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて演算した燃料噴射時間にて、基本燃料に対応する基本インジェクタから基本燃料を噴射する基本燃料噴射装置を有するエンジンに、基本燃料と異なる種類のサブ燃料を該エンジンの運転状態に応じて後付けのサブインジェクタから噴射可能にするためのサブECUを後付けし、基本燃料とサブ燃料を選択的に切換えてエンジンの運転制御を行なうものとしている。
特開2014-98319号公報
従来のサブECUを後付けして備えるバイフューエルエンジンにおいて、サブECUはエンジンの運転状態に応じて基本インジェクタとサブインジェクタの何れか一方を選択的に駆動可能にしている。サブECUは、エンジンのアイドル運転を含む通常運転状態では、サブインジェクタを駆動するものとしている。
ここで、サブECUがインジェクタの駆動を基本インジェクタからサブインジェクタに切換えたことを基本ECUに通知する仕組みはない。そして、基本ECUは、たとえサブECUがサブインジェクタの駆動中にあっても、サブインジェクタのインジェクタ特性やサブ燃料としての例えばCNGの燃料特性に応じて、エンジンに最適な燃料噴射時間を演算する機能がなく、そのときのエンジンの運転状態に応じて基本インジェクタが基本燃料としての例えばガソリンを噴射する燃料噴射時間を演算してサブECUに出力するものとしている。また、サブECUは、エンジンに設けた空燃比センサ等の検出結果を取込んでおらず、エンジンの空燃比を一定に保持してCNGに最適となる燃料噴射時間を演算する機能がなく、そのような空燃比を一定に保持しつつ燃料噴射時間を演算している基本ECUに従属して用いられるものになっている。
従って、サブECUがサブインジェクタを駆動しようとしているアイドル運転状態下で、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリングポンプ、ランプ等の電気負荷が増大し、結果としてエンジンの回転速度が増大化すると、基本ECUは当該回転速度の増大化に対応し得るように増量した燃料噴射時間(噴射燃料を基本燃料として演算された燃料噴射時間)tをサブECUに出力する。サブECUは、この増量された燃料噴射時間tにてサブ燃料としての例えばCNGをサブインジェクタから噴射させる。
しかしながら、サブインジェクタから噴射されたCNGは、ガソリンに比して気化の遅れがない分だけ空燃比が過濃になって燃焼性が悪く、その後の負荷の変化を受けて一気に燃焼促進されて過回転に至る如くのアイドル運転不安定状態を招くおそれがある。
本発明の課題は、バイフューエルエンジンにおいて、サブ燃料使用中のアイドル運転不安定状態を簡易に回避することにある。
請求項1に係る発明は、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて演算した燃料噴射時間にて、基本燃料に対応する基本インジェクタから基本燃料を噴射する基本燃料噴射装置を有するエンジンに、基本燃料と異なる種類のサブ燃料を該エンジンの運転状態に応じて後付けのサブインジェクタから噴射可能にするためのサブECUを後付けし、基本燃料とサブ燃料を選択的に切換えてエンジンの運転制御を行なうバイフューエルエンジンの燃料噴射切換装置において、サブECUは、エンジンの運転状態に応じて基本インジェクタとサブインジェクタのいずれか一方を選択的に駆動可能にするものであり、エンジンの回転速度検出手段が検出した回転速度Nと、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tとを受信し、燃料噴射時間tを回転速度Nで除した値を判別値Jとして演算し、サブインジェクタの駆動下で判別値Jが上しきい値αより大きくなったときに、サブインジェクタの駆動を停止させて基本インジェクタの駆動を開始させ、基本インジェクタの駆動下で判別値Jが下しきい値βより小さくなったときに、基本インジェクタの駆動を停止させてサブインジェクタの駆動を開始させるようにしたものである。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において更に、前記サブECUは、エンジンが暖機運転域にあるとき、一定回転速度以下の低速回転域にあるとき、又は急加速運転域にあるときのいずれかの運転状態にあるときに、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tにて基本インジェクタを駆動させるようにしたものである。
請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明において更に、前記サブECUは、サブインジェクタの駆動下では、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tに、エンジンの運転状態に応じて定まる燃料噴射時間修正係数Kを乗じた値を修正燃料噴射時間t´として演算し、当該修正燃料噴射時間t´にてサブインジェクタを駆動させるようにしたものである。
(請求項1)
(a)サブECUは、サブインジェクタの駆動下で判別値Jが上しきい値αより大きくなったときに、エンジンがアイドル運転不安定状態に入ったものと判別し、サブインジェクタの駆動を停止させて基本インジェクタの駆動を開始させる。これにより、使用燃料をサブ燃料としての例えばCNGから基本燃料としての例えばガソリンに切換え、エンジンの燃焼状態を安定化し、エンジンストップ等に至るアイドル運転不安定状態を簡易に回避する。
また、サブECUは、基本インジェクタの駆動下で判別値Jが下しきい値βより小さくなったときに、エンジンのアイドル運転状態が安定状態に戻ったものと判別し、基本インジェクタの駆動の駆動を停止させてサブインジェクタの駆動を開始させ、使用燃料を再びCNGに切換える。
(請求項2)
(b)前記サブECUは、エンジンが暖機運転域にあるとき、一定回転速度以下の低速回転域にあるとき、又は急加速運転域にあるときのいずれかの運転状態にあるときに、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tにて基本インジェクタを駆動させる。これにより、エンジンの暖機運転域、低速回転域、又は急加速運転域における使用燃料をガソリンに切換え、エンジンの燃焼状態を安定化する。
(請求項3)
(c)前記サブECUは、サブインジェクタの駆動下では、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tに、エンジンの運転状態に応じて定まる燃料噴射時間修正係数Kを乗じた値を修正燃料噴射時間t´として演算し、当該修正燃料噴射時間t´にてサブインジェクタを駆動させる。これにより、サブECUは、エンジンの空燃比を一定に保持しながら燃料噴射時間を演算する基本ECUに従属しながら、この燃料噴射時間をエンジンのCNGによる運転時に最適となる値に修正し、この修正燃料噴射時間t´にてサブインジェクタを駆動可能にする。
図1はバイフューエルエンジンの燃料噴射切換装置を示す概略図である。 図2は本発明が適用されたバイフューエルエンジンのアイドル運転状態を示すタイムチャートである。 図3は暖機運転対応モードのフローチャートである。 図4は低速回転対応モードのフローチャートである。 図5は急加速運転対応モードのフローチャートである。 図6は通常運転対応モードのフローチャートである。 図7はアイドル運転不安定処理モードのフローチャートである。
本実施形態におけるバイフューエルエンジン10の燃料噴射切換装置20は、図1に示す如く、ガソリン車に後からサブ燃料としてCNGによる走行性能を付加したものであり、ガソリン車がもともと具備していた基本ECU30及び基本燃料としてのガソリン用の基本インジェクタ11に、サブECU40及びENG用のサブインジェクタ12を後付けして構築されている。サブECU40は、基本インジェクタ11及びサブインジェクタ12のいずれか一方を該エンジン10の運転状態に応じて選択的に駆動し、エンジン10の使用燃料としてガソリンとCNGを選択的に切換えて該エンジン10を運転制御する。
ここで、燃料噴射切換装置20にあっては、サブECU40が基本インジェクタ11とサブインジェクタ12のいずれかを選択的に駆動中であるかを基本ECU30に通知する機能はない。そして、基本ECU30は、たとえサブECU40によるサブインジェクタ12の駆動中にあっても、サブインジェクタ12のインジェクタ特性やCNGの燃料特性に応じて、エンジン10に最適な燃料噴射時間tを演算する機能がなく、そのときのエンジン10の運転状態に応じて基本ECU30がガソリンを噴射することを想定して燃料噴射時間tを演算し、この燃料噴射時間tをサブECU40に出力するものとしている。また、サブECU40は、エンジン10に設けた空燃比センサ51等の検出結果を取込んでおらず、エンジン10の空燃比A/Fを一定に保持してCNGに最適となる燃料噴射時間tを演算する機能がなく、そのような空燃比を一定に保持しつつ燃料噴射時間tを演算している基本ECU30に従属して用いられるものになっている。
即ち、基本ECU30は、回転速度検出センサ(回転速度検出手段)52が検出したエンジン10の回転速度N、負荷検出センサ53が検出したエンジン10の吸気圧力P(又は吸気重量Q)、水温センサ54が検出したエンジン10の冷却水温w、運転者によるアクセル操作部に設けたアクセル操作量センサ55が検出したアクセル操作量e等を取り込み、それらのエンジン10の運転状態に応じて燃料噴射時間tを演算して出力する。
このとき、基本ECU30は、空燃比センサ51が検出したエンジン10の空燃比を取り込み、エンジン10の空燃比を一定に保持しつつ、上述の燃料噴射時間tを演算する。
基本ECU30は、インジェクタ駆動信号RiをサブECU40に伝達し、このサブECU40により基本ECU30がエンジン10の運転状態に応じて演算した燃料噴射時間t(各インジェクタ11、12が繰り返す開閉操作の開弁時間t)を用いて基本インジェクタ11とサブインジェクタ12を後述する如くに選択的に駆動する。同時に、基本ECU30は、スロットル駆動信号Rsをスロットル装置13に伝達し、基本ECU30が運転者のアクセル操作部及びエンジン10の運転状態に応じて演算したスロットル開度θを実現するようにスロットル装置13を駆動し、エンジン10の運転制御を行なう。
以下、サブECU40により基本インジェクタ11とサブインジェクタ12を選択的に駆動し、ガソリンとCNGを選択的に切換え使用し、エンジン10の運転制御を行なう手順について説明する。
サブECU40は、回転速度検出センサ52が検出したエンジン10の回転速度N、水温センサ54が検出したエンジン10の冷却水温w、運転者によるアクセル操作部に設けたアクセル操作量センサ55が検出したアクセル操作量e等を取り込み、エンジン10の運転状態が(A)暖機運転域、(B)低速回転域、(C)急加速運転域、(D)通常運転域、(E)アイドル運転不安定状態のいずれにあるかを運転状態判別部41において電子制御的に判別した後、この運転状態判別部41によって電子制御的に操作されるインジェクタ切換部42によって基本インジェクタ11とサブインジェクタ12を以下の如くに選択的に駆動する。
(A)暖機運転域(図3)
サブECU40は、図3に示す如く、水温センサ54が検出したエンジン10の冷却水温wが例えば80℃以下のとき、エンジン10が暖機運転域にあることを運転状態判別部41において判別し、この運転状態判別部41の判別結果に基づくインジェクタ切換部42の切換動作により、基本ECU30が出力したインジェクタ駆動信号Riを基本インジェクタ11に接続する。
即ち、サブECU40は、インジェクタ切換部42によって基本インジェクタ11の駆動を開始し、サブインジェクタ12の駆動を停止状態とする。これにより、基本ECU30がエンジン10の運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tが、サブECU40経由でそのまま基本インジェクタ11に伝達され、基本インジェクタ11が燃料噴射時間tにて駆動され、基本インジェクタ11から燃料噴射時間tにて噴射されるガソリンがエンジン10に供給される。
(B)低速回転域(図4)
サブECU40は、図4に示す如く、回転速度検出センサ52が検出したエンジン10の回転速度Nが例えば500rpm以下のとき、エンジン10が低速回転域にあることを運転状態判別部41において判別し、この運転状態判別部41の判別結果に基づくインジェクタ切換部42の切換動作により、基本ECU30が出力したインジェクタ駆動信号Riを基本インジェクタ11に接続する。
即ち、サブECU40は、インジェクタ切換部42によって基本インジェクタ11の駆動を開始し、サブインジェクタ12の駆動を停止状態とする。これにより、基本ECU30がエンジン10の運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tが、サブECU40経由でそのまま基本インジェクタ11に伝達され、基本インジェクタ11が燃料噴射時間tにて駆動され、基本インジェクタ11から燃料噴射時間tにて噴射されるガソリンがエンジン10に供給される。
(C)急加速回転域(図5)
サブECU40は、図5に示す如く、アクセル操作量センサ55が検出した運転者のアクセル操作量eが一定以上の急加速状態にあるとき、エンジン10が急加速運転域に入ることを運転状態判別部41において判別し、この運転状態判別部41の判別結果に基づくインジェクタ切換部42の切換動作により、基本ECU30が出力したインジェクタ駆動信号Riを基本インジェクタ11に接続する。
即ち、サブECU40は、インジェクタ切換部42によって基本インジェクタ11の駆動を開始し、サブインジェクタ12の駆動を停止状態とする。これにより、基本ECU30がエンジン10の運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tが、サブECU40経由でそのまま基本インジェクタ11に伝達され、基本インジェクタ11が燃料噴射時間tにて駆動され、基本インジェクタ11から燃料噴射時間tにて噴射されるガソリンがエンジン10に供給される。
(D)通常運転域(図6)
サブECU40は、図6に示す如く、回転速度検出センサ52が検出したエンジン10の回転速度N、水温センサ54が検出したエンジン10の冷却水温w、アクセル操作量センサ55が検出した運転者のアクセル操作量e等により、エンジン10が通常運転域にあることを運転状態判別部41において判別したとき、この運転状態判別部41の判別結果に基づくインジェクタ切換部42の切換動作により、基本ECU30が出力したインジェクタ駆動信号Riを燃料噴射時間修正部43経由でサブインジェクタ12に接続する。これにより、サブECU40は、基本インジェクタ11の駆動を停止させ、サブインジェクタ12の駆動を開始する。
このとき、サブECU40は、基本ECU30がエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tに、燃料噴射時間修正部43がエンジン10の運転状態に応じて定める燃料噴射時間修正係数Kを乗じた値を、修正燃料噴射時間t´として演算する。そして、サブECU40は、この修正燃料噴射時間t´をサブインジェクタ12に伝達し、サブインジェクタ12が修正燃料噴射時間t´にて駆動され、サブインジェクタ12から修正燃料噴射時間t´にて噴射されるENGがエンジン10に供給される。
(E)アイドル運転不安定状態(図7)
本発明者の知見によれば、エンジン10のアイドル運転状態下で、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリングポンプ、ランプ等の電気負荷が増大し、結果としてエンジン10の回転速度Nが増大するとき、基本ECU30がエンジン10の運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tを回転速度Nで除して得られる判別値Jが顕著に増大する。
そこで、サブECU40は、回転速度検出センサ52が検出したエンジン10の回転速度Nと、基本ECU30がエンジン10の運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tとを受信し、運転状態判別部41において、燃料噴射時間tを回転速度Nで除した値を判別値J(エンジン10がアイドル運転不安定状態にあることを判別する値)として演算し、下記i又はiiを行なう。
i.サブECU40は、図7に示す如く、インジェクタ切換部42によってサブインジェクタ12の駆動が選択されている状態下で、判別値Jが予め定めてある上しきい値αより大きくなったときに、インジェクタ切換部42の切換動作によってサブインジェクタ12の駆動を停止させて基本インジェクタ11の駆動を開始させる。
これにより、基本ECU30がエンジン10の運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tが、サブECU40経由でそのまま基本インジェクタ11に伝達され、基本インジェクタ11が燃料噴射時間tにて駆動され、基本インジェクタ11から燃料噴射時間tにて噴射されるガソリンがエンジン10に供給される。
る。
ii.サブECU40は、図7に示す如く、インジェクタ切換部42の上述の切換動作によって基本インジェクタ11の駆動が選択されている状態下で、判別値Jが予め定めてある下しきい値βより小さくなったときに、インジェクタ切換部42の切換動作によって基本インジェクタ11の駆動を停止させてサブインジェクタ12の駆動を開始させる。
これにより、サブECU40は、基本ECU30がエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tに、燃料噴射時間修正部43がエンジン10の運転状態に応じて定める燃料噴射時間修正係数Kを乗じた値を、修正燃料噴射時間t´として演算する。そして、サブECU40は、この修正燃料噴射時間t´をサブインジェクタ12に伝達し、サブインジェクタ12が修正燃料噴射時間t´にて駆動され、サブインジェクタ12から修正燃料噴射時間t´にて噴射されるENGがエンジン10に供給される。
図2は、エンジン10のアイドル運転状態を示すタイムチャートであり、基本インジェクタ11によりガソリンが噴射されている期間をGで示し、サブインジェクタ12によりCNGが噴射されている期間をCNGで示している。また、AirCompはエアコン用コンプレッサが駆動されて電気負荷が増大し、結果としてエンジン10の回転速度Nが増大したタイミングであり、判別値Jが上しきい値αを越えて基本インジェクタ11の駆動開始によりガソリンが噴射開始されたタイミングを示している。
従って、本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
(a)サブECU40は、サブインジェクタ12の駆動下で判別値Jが上しきい値αより大きくなったときに、エンジン10がアイドル運転不安定状態に入ったものと判別し、サブインジェクタ12の駆動を停止させて基本インジェクタ11の駆動を開始させる。これにより、使用燃料をサブ燃料としての例えばCNGから基本燃料としての例えばガソリンに切換え、エンジン10の燃焼状態を安定化し、エンジンストップ等に至るアイドル運転不安定状態を簡易に回避する。
また、サブECU40は、基本インジェクタ11の駆動下で判別値Jが下しきい値βより小さくなったときに、エンジン10のアイドル運転状態が安定状態に戻ったものと判別し、基本インジェクタ11の駆動の駆動を停止させてサブインジェクタ12の駆動を開始させ、使用燃料を再びCNGに切換える。
(b)前記サブECU40は、エンジン10が暖機運転域にあるとき、一定回転速度以下の低速回転域にあるとき、又は急加速運転域にあるときのいずれかの運転状態にあるときに、基本ECU30がエンジン10の運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tにて基本インジェクタ11を駆動させる。これにより、エンジン10の暖機運転域、低速回転域、又は急加速運転域における使用燃料をガソリンに切換え、エンジン10の燃焼状態を安定化する。
(c)前記サブECU40は、サブインジェクタ12の駆動下では、基本ECU30がエンジン10の運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tに、エンジン10の運転状態に応じて定まる燃料噴射時間修正係数Kを乗じた値を修正燃料噴射時間t´として演算し、当該修正燃料噴射時間t´にてサブインジェクタ12を駆動させる。これにより、サブECU40は、エンジン10の空燃比を一定に保持しながら燃料噴射時間を演算する基本ECU30に従属しながら、この燃料噴射時間をエンジン10のCNGによる運転時に最適となる値に修正し、この修正燃料噴射時間t´にてサブインジェクタ12を駆動可能にする。
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。
本発明によれば、バイフューエルエンジンにおいて、サブ燃料使用中のアイドル運転不安定状態を簡易に回避することができる。
10 バイフューエルエンジン
11 基本インジェクタ
12 サブインジェクタ
20 燃料噴射切換装置
30 基本ECU
40 サブECU
41 運転状態判別部
42 インジェクタ切換部
43 燃料噴射時間修正部
52 回転速度検出センサ(回転速度検出手段)
t 燃料噴射時間
t´ 修正燃料噴射時間
N 回転速度
J 判別値
α 上しきい値
β 下しきい値

Claims (3)

  1. 基本ECUがエンジンの運転状態に応じて演算した燃料噴射時間にて、基本燃料に対応する基本インジェクタから基本燃料を噴射する基本燃料噴射装置を有するエンジンに、基本燃料と異なる種類のサブ燃料を該エンジンの運転状態に応じて後付けのサブインジェクタから噴射可能にするためのサブECUを後付けし、基本燃料とサブ燃料を選択的に切換えてエンジンの運転制御を行なうバイフューエルエンジンの燃料噴射切換装置において、
    サブECUは、
    エンジンの運転状態に応じて基本インジェクタとサブインジェクタのいずれか一方を選択的に駆動可能にするものであり、
    エンジンの回転速度検出手段が検出した回転速度Nと、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tとを受信し、燃料噴射時間tを回転速度Nで除した値を判別値Jとして演算し、
    サブインジェクタの駆動下で判別値Jが上しきい値αより大きくなったときに、サブインジェクタの駆動を停止させて基本インジェクタの駆動を開始させ、
    基本インジェクタの駆動下で判別値Jが下しきい値βより小さくなったときに、基本インジェクタの駆動を停止させてサブインジェクタの駆動を開始させることを特徴とするバイフューエルエンジンの燃料噴射切換装置。
  2. 前記サブECUは、
    エンジンが暖機運転域にあるとき、一定回転速度以下の低速回転域にあるとき、又は急加速運転域にあるときのいずれかの運転状態にあるときに、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tにて基本インジェクタを駆動させる請求項1に記載のバイフューエルエンジンの燃料噴射切換装置。
  3. 前記サブECUは、
    サブインジェクタの駆動下では、基本ECUがエンジンの運転状態に応じて出力した燃料噴射時間tに、エンジンの運転状態に応じて定まる燃料噴射時間修正係数Kを乗じた値を修正燃料噴射時間t´として演算し、当該修正燃料噴射時間t´にてサブインジェクタを駆動させる請求項2に記載のバイフューエルエンジンの燃料噴射切換装置。
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