JPH0771321A

JPH0771321A - ガスエンジンの燃料供給制御装置

Info

Publication number: JPH0771321A
Application number: JP21760793A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Miyata; 達司宮田; Ikurou Nozu; 育朗野津; Hiroshi Matsuda; 洋松田; Hiroshi Takada; 寛高田; Nobuo Hamazaki; 延雄浜崎
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジンの大型化を招くことなく、ガスエン
ジンの出力アップを図る。【構成】絞弁開度に応じて制御されるエンジン吸入空
気に対して所定の希薄空燃比となるように減圧されたガ
ス燃料を混合する混合器１０と、各気筒の吸気ポートに
ガス燃料を噴射する補助燃料噴射手段１１と、各気筒の
吸入行程を検出する手段Ａと、排気の空燃比を検出する
手段Ｂと、検出した空燃比が目標空燃比と一致するよう
に補助燃料の供給量を算出する手段Ｃと、各気筒吸入行
程で補助燃料を噴射するように前記補助燃料噴射手段１
１を制御する噴射制御手段Ｄとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高圧の天然ガスを燃料と
するガスエンジンの燃料供給制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧の天然ガスを燃料として用いるガス
エンジンは、例えば実開昭６０−９２７４２号公報等に
も開示されているが、高圧ボンベからの燃料を減圧弁
（ガスレギュレータ）により減圧し、混合器によってエ
ンジン吸入空気と所定の割合で混合し、この混合気をエ
ンジンに供給している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合、エ
ンジンの吸入空気は、吸気中に占める体積割合の大きい
ガス燃料の導入により、相対的に減少し、エンジンの吸
入空気量が減る分だけ、エンジン最大出力が相対的に低
下する。このため、所定の最大出力を確保するには、タ
ーボチャージャとインタークーラを備え、吸気の充填効
率を向上させるか、総排気量の大きいエンジンを用いる
等の必要があり、コストアップやエンジン大型化が避け
られなくなる。

【０００４】本発明はこのような問題を解決、つまりエ
ンジン大型化を招くことなく、ガスエンジンの出力アッ
プを図ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで第１の発明は、図
１に示すように、高圧の天然ガスを燃料とするガスエン
ジンにおいて、高圧ガス燃料を所定の圧力に減圧調整す
る手段（１３、１６）と、絞弁開度に応じて制御される
エンジン吸入空気に対して所定の希薄空燃比となるよう
に前記減圧されたガス燃料を混合する混合器（１０）
と、各気筒の吸気ポートにガス燃料を噴射する補助燃料
噴射手段（１１）と、各気筒の吸入行程を検出する手段
（Ａ）と、排気の空燃比を検出する手段（９）と、検出
した空燃比が目標空燃比と一致するように補助燃料の供
給量を算出する手段（Ｂ）と、各気筒吸入行程で補助燃
料を噴射するように前記補助燃料噴射手段（１１）を制
御する噴射制御手段（Ｃ）とを備える。

【０００６】また、第２の発明は、高圧の天然ガスを燃
料とするガスエンジンにおいて、高圧ガス燃料を所定の
圧力に減圧調整する手段（１３、１６）と、絞弁開度に
応じてエンジン吸入空気に対して所定の希薄空燃比とな
るように前記減圧されたガス燃料を混合する混合器（１
０）と、各気筒の燃焼室に直接的にガス燃料を噴射する
補助燃料噴射手段（１１）と、各気筒の吸入行程を検出
する手段（Ａ）と、排気の空燃比を検出する手段（９）
と、検出した空燃比が目標空燃比と一致するように補助
燃料の供給量を算出する手段（Ｂ）と、各吸入行程の終
期で補助燃料を噴射するように前記補助燃料噴射手段
（１１）を制御する噴射制御手段（Ｃ'）とを備える。

【０００７】

【作用】第１の発明では、混合器により、所定の吸入空
気量を確保しうる程度の希薄空燃比の混合気が生成さ
れ、この希薄混合気に対して、各気筒の吸入行程で補助
燃料噴射手段から加圧ガス燃料が噴射される。補助燃料
は圧力の低い吸入行程で吸気ポートに噴射されるので、
吸入空気量を相対的に減少させることがなく、また補助
燃料により、空燃比を要求される濃度まで高めることが
でき、これらにより、エンジン排気量を大型化せずに所
定の最大出力が確保される。

【０００８】第２の発明では、第１の発明の作用に加
え、補助燃料噴射手段をエンジン燃焼室に設けたので、
吸入行程の終期において吸気弁が閉じる付近でも燃料を
供給でき、燃焼室内での燃料の層状化が容易に達成で
き、燃料の着火が安定し、燃費や排気組成の改善が図れ
る。

【０００９】

【実施例】図２はこの発明の実施例であり、ガスエンジ
ン１の吸気通路１８には絞弁２３が設けられ、絞弁２３
は図示しないアクセルペダルに連動し、絞弁開度に応じ
て吸入空気量が制御される。絞弁２３の上流には混合器
１０が設けられ、吸入空気量に対応してガス燃料を混合
し、所定の希薄混合気を生成する。この混合気の空燃比
は、体積割合の大きいガス燃料を導入しても吸入空気量
の最大値が設定流量を下回ることのない程度の希薄空燃
比となるように設定される。

【００１０】混合器１０には高圧の天然ガスを充填した
ガスボンベ１５からの燃料が、ガスレギュレータ１３を
介して所定の圧力まで減圧された状態で導かれ、吸入空
気量に比例してベンチュリ部に発生する負圧に応じて吸
入される。

【００１１】また、ガスボンベ１５の高圧ガス燃料はガ
スレギュレータ１６によって減圧され、前記絞弁２３の
下流の、各気筒の吸気ポートに設けた燃料噴射弁１１に
導かれ、燃料噴射弁１１の開弁により、吸気ポートに補
助燃料として加圧ガス燃料を噴射供給する。

【００１２】エンジン燃焼室２４には混合気に圧縮上死
点付近で点火する点火栓７が設けられる。

【００１３】燃料噴射弁１１や点火栓７の作動を制御
し、またガスレギュレータ１６によって調圧される燃料
圧力を制御するコントロールユニット２が備えられ、コ
ントロールユニット２は燃料噴射弁１１を吸気弁２１が
開いている吸入行程で作動させ、かつ各気筒に供給され
る混合気の空燃比が運転状態に応じて決まる目標空燃比
と一致するように噴射量を制御し、また点火栓７を最適
点火時期において点火させるように制御する。

【００１４】このため、コントロールユニット２には、
エンジン回転数、クランク角度を検出するクランク角セ
ンサ８、絞弁下流の吸入負圧を検出する負圧センサ１
７、エンジン冷却水温を検出する水温センサ４からの運
転状態を代表する信号が入力すると共に、排気弁２２下
流の排気通路１９の排気空燃比（酸素濃度）を検出する
排気センサ９からの信号が入力し、これらに基づいて、
運転状態に応じて目標空燃比を決定し、排気センサ９の
出力から実際の空燃比と目標空燃比との偏差にしたがっ
て燃料噴射弁１１から噴射する補助燃料の供給量を算出
し、かつこの補助燃料を各気筒のエンジン吸入行程で噴
射するように同期制御する。また、吸入行程での吸入負
圧に対して、常に所定の圧力差を維持するように、ガス
レギュレータ１６の燃料ガス圧力を調圧し、これにより
燃料噴射弁１１からの噴射量を噴射時間にのみ比例して
精度よく制御できるようにする。さらに、点火栓７を運
転状態に応じて最適な点火時期をもって点火させるよう
に、パワートランジスタ５の導通を制御し、イグニッシ
ョンコイル６から高電圧を点火栓７に印加する。

【００１５】また、コントロールユニット２にはイグニ
ッションスイッチ３からの信号も入力し、これにより前
記ガスボンベ１５からの燃料通路を遮断する燃料遮断弁
１２と１４をイグニッションスイッチ３のオン時に開く
ようになっている。

【００１６】ここで、図３のフローチャートを参照しな
がら、コントロールユニット２による燃料噴射弁１１の
噴射制御についてさらに詳しく説明する。

【００１７】まず、ステップ２〜４で、エンジン回転速
度、負荷（吸入負圧）に基づいて予め運転状態に応じて
設定してある目標空燃比を決定する。次いで排気センサ
（Ｏ₂センサ）４の出力を読み込み、実際の空燃比を求
める。

【００１８】目標空燃比と実際の空燃比との偏差から、
目標空燃比と一致させるために必要な燃料の補正量を算
出し、この補正量にしたがって燃料噴射弁１１の燃料噴
射パルス幅を決定する（ステップ５、６）。

【００１９】次に、ステップ７で、燃料噴射弁１１を吸
気弁２１が開いている吸入行程で作動させるために、燃
料噴射パルス幅（噴射時間）と、そのときの回転数、ク
ランク角度信号に基づいて燃料の噴射時期を算出する。
燃料の噴射は、噴射時間を考慮して、吸入行程中に終了
するように、噴射開始時期が決定される。

【００２０】ステップ８で、クランク角度信号を見なが
ら、演算された噴射開始時期に合わせて燃料噴射信号を
出力し、噴射パルス幅の対応した時間だけ燃料を噴射す
る。この燃料噴射は点火順序にしたがって気筒毎に順次
制御されるのであり（ステップ９、１０）、ステップ１
では、全気筒（例えば第１気筒から第６気筒）の噴射が
完了したら、次のサイクルに移るためにデータ更新を行
い、以後上記した動作を繰り返す。

【００２１】このようにして、コントロールユニット２
は、各サイクル毎に燃料噴射弁１１からの燃料噴射を制
御する。

【００２２】次に全体の作用について説明する。

【００２３】ガスエンジン１に供給される混合気は、吸
気通路１８の絞弁２３の上流の混合器１０において、予
め所定の希薄空燃比となるように生成される。この混合
気は運転状態にかかわらず概略一定値となるが、要求空
燃比よりも薄く、これだけでは円滑に燃焼しない。しか
し、絞弁２３の吸気ポートに設けた燃料噴射弁１１によ
り、補助的に燃料が供給され、目標空燃比となるように
フィードバック制御されるので、安定した燃焼が実現す
る。

【００２４】そして補助燃料は、吸気弁２１の開いてい
る吸入行程で、絞弁２３の下流の吸気ポートに噴射され
るので、ガス燃料の供給によっても、絞弁２３を通過す
るエンジン吸入空気量の低下は少なく、また、混合器１
０で生成される混合気の空燃比も吸入空気量に影響を与
えない程度に希薄に設定してあるため、吸入空気中に占
める体積割合の大きいガス燃料を導入するにもかかわら
ず、エンジンの最大吸入空気量は必要量だけ確保され、
エンジンを大型化したり、過給せずとも、最大出力の低
下が防げる。

【００２５】また、燃料噴射弁１１からの補助燃料は、
吸入行程で噴射されるため、混合器１０で生成された基
本的な混合気に対して、燃焼室２４において、点火栓７
の近傍に比較的濃い燃料層を形成することができ、点火
栓７による着火性能を改善することができる。とくに、
運転状態によって、目標空燃比を希薄に設定し、希薄燃
焼を行う場合など、このように混合気を層状化し、点火
栓近傍に濃い燃料層を形成すると、希薄燃焼を非常に安
定して行うことできる。

【００２６】次に図４の実施例を説明する。

【００２７】この実施例では燃料噴射弁１１を吸気ポー
トではなく、エンジン燃焼室２４に設置することによ
り、燃焼室２４に直接的にガス燃料を噴射するようにし
たものである。そして、コントロールユニット２は、燃
料噴射弁１１からの燃料の噴射を、吸入行程の終期にか
けて行われるように制御する。

【００２８】燃料を燃焼室２４の内部に直接的に噴射す
るので、気筒内の圧力が燃料噴射圧力よりも高くならな
い間ならば、吸気弁２１が閉じてからも燃料を供給する
ことができ、これにより、燃焼室内に形成される混合気
の層状化を確実なものとし、つまり、吸入行程の終期に
おいて噴射された燃料により、点火栓近傍に燃料の濃い
混合気層を形成することができ、希薄燃焼時にあっても
安定した着火を実現する。

【００２９】なお、燃料噴射時期の制御は、吸気弁２１
が閉じた後も燃料の供給が可能なことから、吸気ポート
に噴射するときよりも、ラフな制御としても支障なく、
運転状態によって大きく異なる燃料噴射時間に対して
も、常に確実に要求時期範囲内で噴射を行わせることが
可能となる。

【００３０】また、このように気筒内に直接的に燃料を
噴射するにしても、燃料の噴射圧力は、高圧のガスボン
ベ１５からの燃料を減圧するだけのため、加圧ポンプ等
が一切不要で、燃料供給系の構成要件が簡略化する。

【００３１】

【発明の効果】以上のように第１の発明は、高圧の天然
ガスを燃料とするガスエンジンにおいて、高圧ガス燃料
を所定の圧力に減圧調整する手段と、絞弁開度に応じて
制御されるエンジン吸入空気に対して所定の希薄空燃比
となるように前記減圧されたガス燃料を混合する混合器
と、各気筒の吸気ポートにガス燃料を噴射する補助燃料
噴射手段と、各気筒の吸入行程を検出する手段と、排気
の空燃比を検出する手段と、検出した空燃比が目標空燃
比と一致するように補助燃料の供給量を算出する手段
と、各気筒吸入行程で補助燃料を噴射するように前記補
助燃料噴射手段を制御する噴射制御手段とを備えたた
め、混合器で混合されるガス燃料を減らし、吸入行程で
吸気ポートに残りのガス燃料を導入し、このようにして
絞弁を通過する吸入空気量を相対的に減少させることな
く、かつ必要に応じて要求される濃度まで空燃比を濃く
することができ、これらによりエンジンを大型化した
り、過給しなくても、所定のエンジン最大出力を確保す
ることができる。

【００３２】また、第２の発明は、高圧の天然ガスを燃
料とするガスエンジンにおいて、高圧ガス燃料を所定の
圧力に減圧調整する手段と、絞弁開度に応じてエンジン
吸入空気に対して所定の希薄空燃比となるように前記減
圧されたガス燃料を混合する混合器と、各気筒の燃焼室
に直接的にガス燃料を噴射する補助燃料噴射手段と、各
気筒の吸入行程を検出する手段と、排気の空燃比を検出
する手段と、検出した空燃比が目標空燃比と一致するよ
うに補助燃料の供給量を算出する手段と、各吸入行程の
終期で補助燃料を噴射するように前記補助燃料噴射手段
を制御する噴射制御手段とを備えたため、吸入行程の終
期において吸気弁が閉じる付近でも燃焼室にガス燃料を
供給でき、燃焼室内での燃料の層状化が容易に達成さ
れ、燃料の着火が安定し、燃費や排気組成の改善が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す構成図である。

【図２】本発明の実施例を示す構成断面図である。

【図３】燃料噴射の制御動作をあらわすフローチャート
である。

【図４】他の実施例を示す構成断面図である。

【符号の説明】

１ガスエンジン２コントロールユニット７点火栓８クランク角センサ９排気センサ１０混合器１１燃料噴射弁１３ガスレギュレータ１５ガスボンベ１６ガスレギュレータ１７吸入負圧センサ２１吸気弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田寛埼玉県上尾市大字壱丁目一番地日産ディーゼル工業株式会社内 (72)発明者浜崎延雄埼玉県上尾市大字壱丁目一番地日産ディーゼル工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧の天然ガスを燃料とするガスエンジ
ンにおいて、高圧ガス燃料を所定の圧力に減圧調整する
手段と、絞弁開度に応じて制御されるエンジン吸入空気
に対して所定の希薄空燃比となるように前記減圧された
ガス燃料を混合する混合器と、各気筒の吸気ポートにガ
ス燃料を噴射する補助燃料噴射手段と、各気筒の吸入行
程を検出する手段と、排気の空燃比を検出する手段と、
検出した空燃比が目標空燃比と一致するように補助燃料
の供給量を算出する手段と、各気筒吸入行程で補助燃料
を噴射するように前記補助燃料噴射手段を制御する噴射
制御手段とを備えることを特徴とするガスエンジンの燃
料供給装置。
【請求項２】高圧の天然ガスを燃料とするガスエンジ
ンにおいて、高圧ガス燃料を所定の圧力に減圧調整する
手段と、絞弁開度に応じてエンジン吸入空気に対して所
定の希薄空燃比となるように前記減圧されたガス燃料を
混合する混合器と、各気筒の燃焼室に直接的にガス燃料
を噴射する補助燃料噴射手段と、各気筒の吸入行程を検
出する手段と、排気の空燃比を検出する手段と、検出し
た空燃比が目標空燃比と一致するように補助燃料の供給
量を算出する手段と、各吸入行程の終期で補助燃料を噴
射するように前記補助燃料噴射手段を制御する噴射制御
手段とを備えることを特徴とするガスエンジンの燃料供
給装置。