JPH0643814B2 - 二元燃料の切換制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液体燃料とガス燃料を相互に切換えて供給す
る二元燃料エンジンにおいて、切換時の運転性能の悪化
を防止するための二元燃料の切換方法及び装置に関す
る。

従来の技術 近年、石油に対する代替エネルギー源として天然ガスが
見直され、これを自動車用燃料として活用しようという
動きが特に天然ガス産出国で活発化している。天然ガス
は沸点の低いメタンを主成分としており、そのため、従
来から自動車用燃料として一部で使用されているＬＰＧ
（液化石油ガス）のように常温下で液体貯蔵することが
困難であり、通常、圧縮天然ガス（Compressed Natural
Gas：略してＣＮＧともいう）として、気相状態でボン
ベ内に充填して車両に搭載するようにしている。

これらＣＮＧ等のガス燃料は、従来から車両用燃料とし
て普及しているガソリン及び軽油等の液体燃料（以下ガ
ソリン燃料で代表することがある）に比べてその供給体
制が必ずしも十分に整っておらず、そのためガス燃料だ
けを燃料とするエンジンは、地上設置用など特殊な用途
に限られており、一般に車両用エンジンにおいては、ガ
ス燃料及びガソリン燃料の二元燃料を、ガス燃料の欠乏
時にガソリン燃料へ切換えたり、その他所望により相互
に切換えて使用できるようにした車両が普及しつつある
（例：特開昭５７−５９０４８号）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、二元燃料を切換えてエンジンに供給する
車両にあっては、燃料を切換えた直後に、切換えられた
燃料が即座にエンジンに供給されず、そのために一時的
に空燃比がリーンとなり、エンジントルクが減少し、い
わゆるもたつきを生ずる。このときエンジントルクの減
少を回避しようとしてアクセルペダルを更に踏み込むと
吸入空気量も急増するため、かえってもたつくことがあ
った。また、この空燃比の急激な変化により、車速が急
変してショックを受けることもあった。

そこで本発明はこれらの不都合に鑑み、ガス燃料と液体
燃料の二元燃料を相互に切換えて使用するエンジンを搭
載した車両において、燃料の切換時に所定時間、少量の
液体燃料を供給して、前述したような車両性能の悪化す
ることのない二元燃料の切換方法及びその装置を提供す
ることを目的とする。

問題点を解決するための手段 上述した従来技術の問題は、液体燃料及びガス燃料の二
元燃料を切換えて供給するようにしたエンジンにおい
て、ガス燃料から液体燃料に切換えたときには、切換と
同時にガス燃料の供給を停止し、切換の時点から所定時
間にわたりエンジンのアイドリング時に相当する量の液
体燃料の供給を継続し、該所定時間経過後はエンジンの
運転状態に応じた量の液体燃料を供給するようにし、ま
た液体燃料からガス燃料に切換えたときには、切換と同
時にエンジンの運転状態に応じた量のガス燃料の供給を
開始すると共に切換の時点から所定時間にわたりエンジ
ンのアイドリング時に相当する量に減量した液体燃料を
引続き供給し、該所定時間経過後に液体燃料の供給を停
止するようにしたことを特徴とする二元燃料の切換制御
方法により解決される。

また、その方法の実施に使用する装置として、液体燃料
をエンジンに供給する液体燃料供給手段ａと、ガス燃料
をエンジンに供給するガス燃料供給手段ｂと、これらの
供給手段を切換える燃料切換手段ｃと、この燃料切換手
段により燃料が切換わった時点から所定時間計測するタ
イマーｄと、この所定時間の期間エンジンのアイドリン
グ時に相当する量の液体燃料を供給し、液体燃料に切換
わっているときであって前記期間を除く期間エンジンの
運転状態に応じた量の液体燃料を供給し、それ以外の期
間液体燃料の供給を停止するように制御する液体燃料供
給制御手段ｅと、ガス燃料に切換わっているときにはエ
ンジンの運転状態に応じた量のガス燃料を供給し、それ
以外の期間にはガス燃料の供給を停止するように制御す
るガス燃料供給制御手段ｆとから構成されることを特徴
とする二元燃料の切換制御装置を提供する。

作 用 液体燃料をエンジンに供給して運転しているときに、燃
料切換手段によりエンジンに供給する燃料をガス燃料に
切換えると、これと同時にガス燃料の供給が開始され
る。この場合、燃料切換の時点から所定時間にわたりエ
ンジンのアイドリング時に相当する少量の液体燃料を供
給し続けるようにしているので、システム全体がガス燃
料モードに切換わるのに遅れ時間があってとしても、こ
の所定時間にわたる液体燃料の過渡的供給によりエンジ
ンの円滑な回転が確保される。

一方、ガス燃料をエンジンに供給して運転しているとき
に、燃料切換手段によりエンジンに供給する燃料を液体
燃料に切換えると、これと同時にガス燃料の供給が停止
され、前述の液体燃料からガス燃料への切換の場合と同
様に、燃料切換の時点から所定時間にわたり、先ずエン
ジンのアイドリング時に相当する少量の液体燃料がエン
ジンに供給される。そのため、システム全体が液体燃料
モードに切換わらないうちに液体燃料の供給量のみが即
座に急増することなく、この所定時間の液体燃料の過渡
的供給によりエンジンの円滑な回転が確保される。

実施例 以下、本発明の望ましい実施例につき、図面にもとづい
て説明することにする。

第２図を参照すると、本発明の適用される二元燃料エン
ジンの一例が示されており、この場合燃料としては、ボ
ンベ１内に例えば２００kg／cm²の圧力で充填されるＣ
ＮＧ及びガソリンタンク２内のガソリンが用いられる。
同図において、３はボンベ１に設けられＣＮＧの充填及
び取出しに用いるバルブ、４は高圧配管５を介してバル
ブ３に接続される遮断弁、６は遮断弁４と一体的に設け
られる高圧レギュレータ、７は配管８を介して高圧レギ
ュレータ６に接続される低圧レギュレータをそれぞれ表
している。遮断弁４は、例えばソレノイド等を用いて構
成される電磁弁からなり、線１５を介して送られるＣＮ
Ｇ制御回路１３からの信号により開閉制御される。

遮断弁４が開いている状態でガス燃料は、先ず高圧レギ
ュレータ６で５乃至６kg／cm²に減圧された後に、低圧
レギュレータ７で０．１乃至０．２kg／cm²まで減圧さ
れ、配管１２及び可変オリフィス１０を介してエンジン
の吸気通路１１に設けられる混合器２６に供給され、吸
入空気と混合される。可変オリフィス１０は、ＣＮＧ制
御回路１３から線１４を介して送られてくるパルス信号
により駆動可能なステッピングモータの回転により、所
望のオリフィス開度が設定され、これによりＣＮＧ燃料
の供給量を調節する。

一方、ガソリンタンク２内のガソリン燃料は、ガソリン
タンク２内に設けられるフューエルポンプ１６により、
配管１７及びこの途中に設けられるフューエルフィルタ
ー１８を介して、所定の圧力でインジェクタ１９に送ら
れる。インジェクタ１９は、実際には各気筒毎に設けら
れており、線２１を介してガソリン燃料制御回路２２か
ら送り込まれる電気的な駆動パルスに応じて開閉制御さ
れ、所定圧力で送られる加圧ガソリン燃料を図示しない
吸気弁近傍の吸気通路１１内（吸気ポート部）に間欠的
に噴射する。

エアークリーナ４４を介して吸入される吸入空気は、可
動ベーン２４を有するエアーフローセンサ２３によりそ
の流量が検出される。吸入空気量は、図示しないアクセ
ルペダルに連動するスロットル弁２５によって制御され
る。スロットル弁２５と連動し、スロットル弁２５が全
閉位置（アイドル位置）にある際に閉成するスロットル
ポジションスイッチ４０からの信号は、線４１を介して
ＣＮＧ制御回路１３及びガソリン燃料制御回路２２に送
り込まれる。

混合器２６内でＣＮＧを混合され、あるいはインジェク
タ１９によりガソリン燃料を噴射されて成る混合気は、
エンジン本体２７内の図示しない燃料室で燃焼し、燃焼
した後の排気ガスは、排気通路２８及びこの途中に設け
られる触媒コンバータ２９を介して大気中に排出され
る。

エアーフローセンサ２３は、スロットル弁２５の上流の
吸気通路１１′に設けられ、吸入空気量の変化に応じて
回動する可動ベーン２４の位置により決まる電圧を発生
する。この出力電圧は、線３０を介してガソリン燃料制
御回路２２に送り込まれる。３１は可動ベーン２４を駆
動するためのエアーフローセンサアクチュエータを表し
ており、このアクチュエータ３１は線３２を介してガソ
リン燃料制御回路２２に接続され、燃料切換スイッチ９
がガソリン側にあるときには可動ベーン２４を回動自在
な状態とし、燃料切換スイッチ９がＣＮＧ側にあるとき
には可動ベーン２４が吸入空気通路を全開状態とするよ
うに制御される。

３３はエンジンのディストリビュータであって、クラン
ク軸が所定角度回転する毎にパルス信号を出力し、この
パルス信号は、線３４を介してＣＮＧ制御回路１３及び
ガソリン燃料制御回路２２に送り込まれる。

排気通路２８には、排気ガス中の酸素濃度に応答して出
力を発生する、即ち空燃比が理論空燃比に対してリーン
側にあるかリッチ側にあるかに応じて互いに異なる２値
の出力電圧を発生するＯ_２センサ３５が設けられてお
り、このセンサの出力電圧は、線３６を介してガソリン
燃料制御回路２２に送り込まれる。

吸気通路１１のスロットル弁２５下流側には、導管３７
を介して吸気管圧力センサ３８が設けられ、このセンサ
は吸気通路１１内の負圧に応じて発生する電圧信号を線
３９を介してＣＮＧ制御回路１３に送り込む。

燃料切換スイッチ９は、線４２及び４３を介してＣＮＧ
制御回路１３及びガソリン燃料制御回路２２に、燃料が
切換わったことを表す例えば開閉信号を送り込む。

第３図は、第２図に示したガソリン燃料制御回路２２の
一実施例を表すブロック図である。

エアーフローセンサ２３からの電圧信号及びＯ_２センサ
３５からの電圧信号は、アナログマルチプレクサ機能を
有するアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５０に送り
込まれ、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）５２からの指
示に応じて順次２進信号に変換される。

ディストリビュータ３３からのクランク角所定角度毎の
パルス信号は、入力インターフェイス回路（Ｉ／Ｏ回
路）５４内に設けられる周知の速度信号形成回路に送り
込まれ、これによりエンジンの回転速度を表す２進信号
が形成される。また、このパルス信号は、他の所定角度
毎のパルス信号と共に、燃料噴射パルス幅演算のための
割込み要求信号、燃料噴射開始信号、及び気筒判別信号
等の形成にも利用される。

スロットルポジションスイッチ４０からの信号は、Ｉ／
Ｏ回路５４の所定ビット位置に送り込まれ、一時的に記
憶される。

燃料切換スイッチ９からの信号は、同じくＩ／Ｏ回路５
４の所定ビット位置に送り込まれ、インジェクタ１９の
作動・停止のための割込み要求信号、エアーフローセン
サアクチュエータ３１の作動信号、及び後述するアイド
リング相当量の燃料噴射時間を計測するタイマーのセッ
ト・リセット信号等の形成に利用される。

出力インターフェイス回路（Ｉ／Ｏ回路）５６内には、
レジスタ等を含む周知の燃料噴射制御回路が設けられて
おり、このＩ／Ｏ回路５６は、ＣＰＵ５２から送り込ま
れる噴射パルス幅に関する２進のデータからそのパルス
幅を有する噴射パルス信号を形成する。この噴射パルス
信号は、図示しない駆動回路を介してインジェクタ１９
ａ乃至１９ｄに順次あるいは同時に送り込まれ、これら
を付勢する。これにより、噴射パルス信号のパルス幅に
応じた量の燃料が噴射させられることとなる。また、こ
のＩ／Ｏ回路５６には、エアーフローセンサアクチュエ
ータ３１を駆動するための２値信号を形成する回路が設
けられ、この信号によりエアフローセンサアクチュエー
タ３１は、ＣＮＧ燃料モードのときにベーン２４が吸入
空気通路を全開にするとともにこの状態でロックし、ガ
ソリン燃料モードのときにベーン２４が吸入空気量に応
じて回動自在となるようにロック解除する。

Ａ／Ｄ変換器５０、Ｉ／Ｏ回路５４及び５６は、マイク
ロコンピュータの主要構成要素であるＣＰＵ５２、ラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５８、及びリードオンリ
メモリ（ＲＯＭ）６０に共通バス６２を介して接続され
ており、このバス６２を介してデータ及び命令の転送等
が行なわれる。

ＲＯＭ６０内には、メイン処理ルーチンプログラム、燃
料噴射パルス幅演算用の割込み処理ルーチンプログラ
ム、各種補正係数演算用の割込み処理ルーチンプログラ
ム、燃料切換直後にアイドリング時に相当する量の燃料
噴射を実行するためのルーチンプログラム、このアイド
リング時相当量の燃料噴射時間をカウントダウンするた
めのプログラム（タイマー機能）、及びその他のプログ
ラム、更にそれらの演算処理に必要な種々のデータがあ
らかじめ記憶されている。

一方、第４図は、第２図に示したＣＮＧ制御回路１３の
一実施例を表すブロック図である。この場合、Ａ／Ｄ変
換器５０′、ＣＰＵ５２′、Ｉ／Ｏ回路５４′並びに５
６′、ＲＡＭ５８′、及びＲＯＭ６０′等のハードウェ
アは、基本的な作用及び構成が第３図に示したガソリン
燃料制御回路のハードウェアと同一であるので、その説
明は省略することにする。

ガソリン燃料制御回路２２及びＣＮＧ制御回路１３とし
ては、以上説明した構成と異なる種々の構成のものが適
用できる。例えばＩ／Ｏ回路５４及び５４′内に速度信
号形成回路を設けることなく、所定クランク角毎のパル
ス信号をＣＰＵ５２及び５２′が受け取り、ソフトウェ
アで速度信号を形成するように構成することも可能であ
る。また、エアーフローメータアクチュエータ３１及び
遮断弁４は、上述の如く両制御回路２２及び１３を介す
ることなく、燃料切換スイッチ９と直接接続するように
構成してもよい。

以下、上述したマイクロコンピュータの動作を説明す
る。

ガソリン燃料モード、即ち燃料切換スイッチ９がガソリ
ン燃料側にあるときには、ガソリン燃料制御回路２２が
機能し、エアーフローセンサ２３からの吸入空気量に関
するデータ及びディストリビュータ３３からのエンジン
の回転速度データに基き、先ず、基本燃料噴射量が算出
される。この基本燃料噴射量は、他の各センサからの信
号に応じて都度補正され、補正された燃料噴射量に応じ
て形成される燃料噴射パルスによりインジェクタ１９が
駆動される。この種の処理ルーチンは周知であるので、
その説明は省略する。

ＣＮＧモード、即ち燃料切換スイッチ９がＣＮＧ側にあ
るときには、ＣＮＧ制御回路１３が機能し、吸気管圧力
センサ３８からの吸気管圧力に関するデータ及びディス
トリビュータ３３からのエンジンの回転速度データに基
き、先ず、これらのデータをパラメータとしてＲＯＭ６
０′内に記憶される可変オリフィス１０の基本開度が読
み出される。この基本開度は、他の各センサからの信号
に応じて都度補正され、補正された開度となるように可
変オリフィス１０が駆動される。この種の処理ルーチン
も、前述のガソリン燃料モードと同様の思想により構成
することが可能であるので、その説明は省略する。

次に、本発明に特徴的なモード切換時の制御について、
フローチャート及びタイミングチャートを用いて詳細に
説明する。

第５図は、ガソリン燃料からＣＮＧに切換えたときの制
御に関するフローチャートであり、第６図は、その際の
各部材の作動等を示したタイミングチャートである。ス
テップ７０で燃料切換スイッチ９がガソリン燃料モード
からＣＮＧモードに切換わったか否か判断し、切換わっ
ていないと判断された場合には、ステップ７８に進み、
前述したガソリン燃料モードの制御が継続される。一
方、ステップ７０でＣＮＧモードに切換わったと判断さ
れた場合には、ステップ７１で遮断弁４を開き、ステッ
プ７２で可変オリフィス１０が所定開度Ａとなるように
駆動される。この開度Ａは前述したＣＮＧモードにおけ
るエンジンの運転状態に応じた開度である。ステップ７
３では、エアフローセンサアクチュエータ３１が駆動開
始され、これによりエアーフローセンサのベーン２４
は、ガソリン燃料モードにおけるエンジンの運転状態に
応じた位置Ｂから全開位置Ｃに変位してこの状態でロッ
クされる。この変位に要する時間は、通常、約２００ms
である。ステップ７４では、アイドリング時に相当する
量のガソリン燃料の噴射が開始される、即ち、インジェ
クタ１９の燃料噴射量は、ガソリン燃料モードにおける
エンジンの運転状態に応じた量Ｄからアイドリング時に
相当する量Ｅまで減少する。次に、ステップ７５ではタ
イマーの積算が開始され、ステップ７６でこのタイマー
が所定時間経過するまで、ステップ７４以下の動作、即
ちアイドリング時に相当する量のガソリン燃料の噴射動
作が継続される。この所定時間は、前述したベーン２４
の変位時間に相当する２００msに設定するのが望まし
い。ステップ７６で所定時間が経過したと判断された場
合には、ステップ７７に進みアイドリング時に相当する
量のガソリン燃料噴射を停止し、このルーチンを終了す
ると共に前述のＣＮＧモードの制御に移行する。

第７図は、ＣＮＧからガソリン燃料に切換えたときの制
御に関するフローチャートであり、第８図は、その際の
各部材の作動等を示したタイミングチャートである。ス
テップ９０で燃料切換スイッチ９がＣＮＧモードからガ
ソリン燃料モードに切換わったか否か判断し、切換わっ
ていないと判断された場合には、ステップ９８に進み前
述のＣＮＧモードの制御が継続される。一方、ステップ
９０でＣＮＧモードからガソリン燃料モードに切換わっ
たと判断された場合には、ステップ９１で遮断弁４を閉
じ、ステップ９２で可変オリフィス１０を全閉にする。
次に、ステップ９３では、エアフローセンサのベーン２
４が吸入空気量に応動するようにそのロックを解除す
る。ステップ９４では、エンジンのアイドリング時に相
当するガソリン燃料の噴射量Ｅが設定され、この量でガ
ソリン燃料の噴射が開始される。ステップ９５ではタイ
マーの積算が開始され、ステップ９６でこのタイマーが
所定時間経過するまで、ステップ９４以下の動作、即ち
アイドリング時に相当する量のガソリン燃料の噴射動作
が継続される。この所定時間は、ベーン２４がロック状
態から解除されて吸入空気量に応動するようになるまで
に要する時間に余裕時間を加えた時間に相当する２００
msに設定するのが望ましい。ステップ９６で所定時間が
経過したと判断された場合には、ステップ９７に進みア
イドリング時に相当する量のガソリン燃料噴射を停止し
て、このルーチンを終了し、以後は吸入空気量に見合っ
たガソリン燃料を供給する前述のガソリン燃料モードの
制御に移行する。従って、ガソリン燃料の噴射量は、こ
の移行によりアイドリング時に相当する量からエンジン
の運転状態に応じた量に増加されることとなる。この場
合、即ち、ＣＮＧからガソリン燃料に切換える場合に
は、ガソリン燃料の各配管１７、２０内にベーパが発生
してガソリン燃料噴射の吐出遅れが生じないように、フ
ューエルポンプ１６を常に作動させておき、常にガソリ
ン燃料を循環状態におくようにしておくことが望まし
い。

発明の効果 以上の構成により、特開昭５９−１２２７４９号、実開
昭５９−１３７３４６号などの先行技術と比較して、本
発明は、エンジンに供給する二元燃料を切換える際に、
所定時間にわたりエンジンのアイドリング時に相当する
少量の液体燃料を供給するように制御しているので、液
体燃料からガス燃料への切換えの際のガス燃料の供給遅
れに起因する空燃比のリーン化が阻止され、また、ガス
燃料から液体燃料への切換えの際のガス燃料の配管残分
の供給と液体燃料の急増に起因する空燃比のリッチ化が
阻止され、快適な運転性が得られるという効果がある。
この場合の液体燃料の供給量は、エンジンのアイドリン
グ時に相当する比較的少ない量であり、また、アイドリ
ング時に相当する燃料供給を実行する時間は、システム
全体が現在の燃料モードから他の燃料モードに切換わる
までの極短時間であり、従ってこの制御による液体燃料
の使用量の増大は僅かなもので、燃料経済性の悪化に結
びつくことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の基本構成を示す機能ブロック
図、 第２図は、本発明を適用したエンジンの一実施例を示す
システム構成図、 第３図は、第２図に示したガソリン燃料制御回路の一実
施例を示すブロック図、 第４図は、第２図に示したＣＮＧ制御回路の一実施例を
示すブロック図、 第５図は、ガソリン燃料からＣＮＧに切換えた際の制御
を説明するためのフローチャート、 第６図は、この制御のタイミングチャート、 第７図は、ＣＮＧからガソリン燃料に切換えた際の制御
を説明するためのフローチャート、 第８図は、この制御のタイミングチャートである。 ４……遮断弁、６……高圧レギュレータ、 ７……低圧レギュレータ、９……切換スイッチ、 １０……可変オリフィス １１，１１′……吸気通路、 １３……ＣＮＧ制御回路、 １６……フューエルポンプ、 １９……インジェクタ、 ２２……ガソリン燃料制御回路、 ２３……エアーフローセンサ、 ２４……可動ベーン、２７……エンジン本体、 ２８……排気通路、２９……触媒コンバータ、 ３３……ディストリビュータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体燃料とガス燃料を相互に切換えて供給
   するようにした二元燃料エンジンにおいて、ガス燃料か
   ら液体燃料に切換えたときには、切換と同時にガス燃料
   の供給を停止し、切換の時点から所定時間にわたりエン
   ジンのアイドリング時に相当する量の液体燃料の供給を
   継続し、該所定時間経過後はエンジンの運転状態に応じ
   た量の液体燃料を供給するようにし、また液体燃料から
   ガス燃料に切換えたときには、切換と同時にエンジンの
   運転状態に応じた量のガス燃料の供給を開始すると共に
   切換の時点から所定時間にわたりエンジンのアイドリン
   グ時に相当する量に減量した液体燃料を引続き供給し、
   該所定時間経過後に液体燃料の供給を停止するようにし
   たことを特徴とする二元燃料の切換制御方法。
2. 【請求項２】液体燃料をエンジンに供給する液体燃料供
   給手段と、ガス燃料をエンジンに供給するガス燃料供給
   手段と、これらの供給手段を切換える燃料切換手段と、
   この燃料切換手段により燃料が切換わった時点から所定
   時間計測するタイマーと、この所定時間の期間エンジン
   のアイドリング時に相当する量の液体燃料を供給し、液
   体燃料に切換わっているときであって前記期間を除く期
   間エンジンの運転状態に応じた量の液体燃料を供給し、
   それ以外の期間液体燃料の供給を停止するように制御す
   る液体燃料供給制御手段と、ガス燃料に切換わっている
   ときにはエンジンの運転状態に応じた量のガス燃料を供
   給し、それ以外の期間にはガス燃料の供給を停止するよ
   うに制御するガス燃料供給制御手段とから構成されるこ
   とを特徴とする二元燃料の切換制御装置。
3. 【請求項３】前記所定時間が２００msであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の二元燃料の切換制御
   装置。