JPH08158923A

JPH08158923A - 二元燃料噴射エンジン

Info

Publication number: JPH08158923A
Application number: JP6306569A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Suzuki; 恭一鈴木
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】軽油による着火補助を受ける二元燃料噴射エ
ンジンの着火性を低回転、低負荷運転域でも十分に確保
できる二元燃料噴射エンジンを提供することにある。【構成】アクセルペダルの踏み込み量に応じて開閉さ
れるスロットルバルブ３１、燃焼室Ｃに供給する主燃料
の供給量を調節する調量弁４０、燃焼室Ｃに臨み設けら
れた副燃料用の第１噴射弁５、副燃料をエンジン圧縮上
死点近傍で燃焼室内に噴射すべく第１噴射弁５に副燃料
を供給するポンプ２７、低負荷運転領域において、副燃
料をパイロット噴射すべく、第１噴射弁５を制御する副
燃料制御手段を有するＥＣＵ２６を備えたことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧縮天然ガス（ＣＮＧ）
等を主燃料としたディーゼルエンジンタイプの二元燃料
噴射エンジン、特に、着火補助のため軽油等の副燃料を
噴射して圧縮着火する二元燃料噴射エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】主燃料として例えば、圧縮天然ガス（Ｃ
ＮＧ）を用いたディーゼルエンジンタイプの二元燃料噴
射エンジンが知られている。この内、エンジンの吸気通
路を開閉操作するスロットル弁を備え、そのスロットル
弁の上流側にベンチュリー部を設け、ここにガスミキサ
を介し圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の供給系が接続されたも
のが知られている。この種のエンジンは適宜操作される
スロットル弁の開度に応じ、ＣＮＧ混合気の吸入量を調
整し、これにより出力調整を行なえるようにしている。
ところで、このＣＮＧエンジンはＣＮＧの着火性が比較
的低く、着火補助を必要としており、比較的着火性の良
い軽油の噴霧による着火補助が行なわれる場合がある。

【０００３】この軽油による着火補助装置としては、エ
ンジンの各燃焼室に軽油の燃料噴射弁を取付け、この燃
料噴射弁に軽油供給系を連結し、次のように駆動する。

【０００４】図１２（ａ）に示すように、燃料噴射弁は
圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍の時点ｔａより所定クランク
角域αａで針弁を開き、軽油噴霧を行ない、これが着火
して火種となってその回りのＣＮＧの混合気を主燃焼さ
せることとなる。この種の二元燃料噴射エンジンを理論
空燃比（ストイキオ）で運転するとする。この場合、二
元燃料噴射エンジンが中負荷運転域や中回転域以上の高
負荷側運転域にあると、図１２（ｂ）、（ｃ）に実線で
示すように、筒内圧力は例えばＰｍ１となり、筒内温度
もＴ１となり、比較的安定した燃焼行程が行なわれる。

【０００５】ところで、実公平２−４０２８９号公報に
はガス燃料を着火するための着火性の良い油燃料の燃料
噴射弁とガス燃料噴射弁とを共に燃焼室に取付け、油燃
料とガスの混合割合を変化させることを可能としたディ
ーゼルエンジンが開示される。この場合、主燃料の天然
ガスを利用するに際し、着火性の良い油燃料で燃焼を安
定化させている。更に、特開平２−１１９６４２号公報
には絞り弁を備えた吸気通路上に水素ガス供給系を接続
したミキサを装備し、そのミキサの下流で燃焼室に近い
吸気通路上の位置に天然ガス供給系に接続された噴射弁
を取付け、内燃機関が低負荷運転時には水素ガスの混合
気を燃焼室に供給し、中、高負荷運転時には天然ガスの
混合気を燃焼室に供給する圧縮ガス内燃機関が開示され
る。この場合、着火性の低い低負荷運転時に着火性の良
い水素ガスを用い、中、高負荷運転時には主燃料である
天然ガスを用いて運転している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スロットル
弁の上流のベンチュリー部よりガスミキサを介し圧縮天
然ガス（ＣＮＧ）を供給し、燃焼室にインジェクタより
軽油供給を行ない着火補助を行なうという二元燃料噴射
エンジンの場合、次のような問題がある。即ち、この種
のＣＮＧエンジンが理論空燃比（ストイキオ）の基で、
低負荷、低回転域で運転されたとする。この場合、スロ
ットル・ガスミキサにより吸入空気量が絞られることと
なり、図１２（ｂ）に破線で示すように、筒内圧力は例
えばＰｍ２に、又、軽油を噴射することにより、図１２
（ｃ）に破線に示すように筒内温度もＴ２とそれぞれ比
較的低くなり、たとえ軽油による着火補助を行なってい
ても、軽油自体の着火が不安定となる。

【０００７】このように、軽油による着火補助を行う二
元燃料噴射エンジンにおいて、運転域が低速回転、低負
荷域にあると、筒内圧力や筒内温度が低下するため、着
火源が失火状態に成りやすく、安定したストイキオ運転
が出来ないという問題がある。このような事態に対処す
る上で、エンジンの圧縮比アップの対策が考えられる
が、この場合、ノッキング防止という制限があるため、
通常の軽油を主燃料としたディーゼルエンジンほどに高
い圧縮比を設定することは出来ない。

【０００８】なお、実公平２−４０２８９号公報の二元
燃料噴射エンジンでは吸気系にミキサを備えず、上述の
問題の解決策は開示されていない。一方、特開平２−１
１９６４２号公報の二元燃料噴射エンジンは着火補助燃
料である水素ガス及び主燃料である天然ガスを共に吸気
系より供給している点と、低負荷運転時にのみ着火補助
燃料である水素ガスを吸気通路に噴射するという構成で
あり、上述の問題の解決策は開示されていない。請求項
１乃至請求項８の発明の目的は、軽油による着火補助を
受ける二元燃料噴射エンジンの着火性を低回転、低負荷
運転域でも十分に確保できる二元燃料噴射エンジンを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、エンジンの燃焼室に連通
される吸気通路に設けられアクセルペダルの踏み込み量
に応じて開閉されるスロットルバルブ、上記燃焼室内に
供給する主燃料の供給量を調節する供給量制御部材を有
する主燃料供給手段、上記燃焼室に臨み設けられた副燃
料用の第１噴射弁、上記主燃料のための着火源となる副
燃料を上記エンジン圧縮上死点近傍で、上記燃焼室内に
噴射すべく上記第１噴射弁に副燃料を供給する副燃料供
給手段、上記エンジンの低負荷運転領域において、上記
副燃料の主噴射の前に上記副燃料をパイロット噴射すべ
く、上記副燃料供給手段を制御する副燃料制御手段を有
する制御手段を備えたことを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
二元燃料噴射エンジンにおいて、上記制御手段は、少な
くとも、上記エンジンの低負荷運転領域において、上記
エンジンの排気通路に設けられた空燃比センサの出力に
応じて上記燃焼室内に供給される上記主燃料による混合
気を理論空燃比にすべく、上記供給量制御部材を制御す
る主燃料制御手段を有することを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１乃至請求
項２に記載の二元燃料噴射エンジンにおいて、上記エン
ジンの運転状態として、少なくともエンジンの回転数と
負荷を検出する運転状態検出手段を備え、上記制御手段
が、上記運転状態検出手段の出力に応じて上記主燃料供
給手段及び上記副燃料供給手段を制御することを特徴と
する。請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項２に
記載の二元燃料噴射エンジンにおいて、上記供給量制御
部材が、上記吸気通路に設けられたことを特徴とする。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項２に記載の二元燃料噴射エンジンにおいて、上記供給
量制御部材が、上記吸気通路のスロットルバルブの上流
側に形成されたベンチュリー部と上記主燃料の供給源と
を連通する主燃料供給通路に介装された開閉弁とを有す
ることを特徴とする。請求項６記載の発明は、請求項５
に記載の二元燃料噴射エンジンにおいて、上記供給量制
御部材が、上記スロットルバルブの下流の上記吸気通路
に設けられ主燃料を噴射する第２噴射弁を有することを
特徴とする。

【００１３】請求項７記載の発明は、請求項６に記載の
二元燃料噴射エンジンにおいて、上記制御手段は、上記
主燃料供給手段により供給される上記主燃料を補正すべ
く、上記第２噴射弁からの主燃料の噴射量を制御するこ
とを特徴とする。請求項８記載の発明は、請求項１乃至
請求項２に記載の二元燃料噴射エンジンにおいて、上記
主燃料が圧縮天然ガス（ＣＮＧ）であり、上記副燃料
が、軽油であることを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１の発明は、制御手段がエンジンの運転
時に主燃料供給手段を駆動して主燃料の混合気を燃焼室
に供給し、更に、制御手段内の副燃料制御手段が副燃料
供給手段内の第１噴射弁により副燃料を燃焼室内の圧縮
混合気中に噴霧するよう制御するので、副燃料が着火し
てその火種により主燃料の着火を補助することと成り、
特に、副燃料制御手段が低回転低負荷運転域では副燃料
を主噴射するに先立ちパイロット噴射を行なうように副
燃料供給手段を制御する。請求項２記載の発明は、請求
項１に記載の二元燃料噴射エンジンにおいて、特に、制
御手段内の主燃料制御手段が、供給量制御部材を制御
し、少なくとも、低負荷運転領域において、空燃比セン
サの出力に応じて主燃料による混合気を理論空燃比に制
御する。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１乃至請求
項２の二元燃料噴射エンジンにおいて、特に、制御手段
が、運転状態検出手段の少なくともエンジンの回転数と
負荷の各出力に応じて主燃料供給手段及び副燃料供給手
段を制御する。請求項４記載の発明は、請求項１乃至請
求項２に記載の二元燃料噴射エンジンの供給量制御部材
が、吸気通路に設けられ、燃焼室への主燃料の供給量を
制御する。請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項
２に記載の二元燃料噴射エンジンにおいて、特に、供給
量制御部材が、吸気通路のスロットルバルブの上流側に
形成されたベンチュリー部と、主燃料の供給源とを連通
する主燃料供給通路に介装された開閉弁とを有し、燃焼
室への主燃料の供給量を制御する。

【００１６】請求項６記載の発明は、請求項５に記載の
二元燃料噴射エンジンの供給量制御部材が、スロットル
バルブの下流の吸気通路に設けられ主燃料を噴射する第
２噴射弁を有し、この第２噴射弁が燃焼室への主燃料の
供給量を操作する。請求項７記載の発明は、請求項６に
記載の二元燃料噴射エンジンにおいて、主燃料の噴射量
を制御する制御手段が、特に、主燃料供給手段により供
給される主燃料を補正すべく、第２噴射弁からの主燃料
の噴射量を制御する。請求項８記載の発明は、請求項１
乃至請求項２に記載の二元燃料噴射エンジンの主燃料
が、特に、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）であり、副燃料が、
軽油であってもよい。

【００１７】

【実施例】図１の二元燃料噴射エンジン（以後単にエン
ジンと記す）１は、主燃料を圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と
し、副燃料を軽油とした直列４気筒のディーゼルエンジ
ンタイプのものである。このエンジン１はシリンダブロ
ック２及びシリンダヘッド３を備え、それらの内部に
は、ピストン４を摺動自在に嵌装した各燃焼室Ｃが列状
に配設される。なお、ここでは各気筒とも同様構成を採
ることより、第１気筒を主に説明する。ここで、シリン
ダヘッド３の各シリンダ対向部には副燃料である軽油を
噴霧する第１噴射弁５と、燃焼室Ｃ及び吸排気通路６，
７の間を開閉する吸排気弁８，９が装着される。

【００１８】第１噴射弁５は、図２に示すようなユニッ
トインジェクタであり、その本体１０の下部に噴射ノズ
ル１１が、上部に噴射ポンプ１２及び電磁弁２１が配備
される。噴射ポンプ１２はプランジャ室１３と、そこに
嵌挿されるプランジャ１４と、エンジン側の回転を受け
てプランジャ１４を駆動するカム機構１５と、プランジ
ャ室１３の下部より噴射ノズル１１に延出する噴射油路
１８と、プランジャ室１３の中央部より電磁弁２１に延
出する供給油路１６とで構成されている。噴射ノズル１
１は噴射油路１８に連通可能な図示しない噴口を開閉す
る針弁１９と、針弁１９を閉弁方向に付勢するプレッシ
ャスプリング２０とで構成されている。

【００１９】電磁弁２１は供給油路１６と軽油タンク２
４側の低圧油路１７とを断続する弁体２１１を備える。
この電磁弁２１はオフ時に弁体２１１が供給油路１６と
低圧油路１７を連通し、オン時に供給油路１６より噴射
ポンプ１２側を閉じ、プランジャ室１３側をポンプ作動
させるように操作する。なお、電磁弁２１の励磁コイル
は駆動回路２５及び後述のエンジンコントロールユニッ
ト（以後単にＥＣＵと記す）２６に接続される。低圧油
路１７は軽油ポンプ２７を介し軽油タンク２４に連結さ
れ、低圧油路１７側の油圧を所定の給油圧に保持するよ
うにリーク弁２３を付設されている。

【００２０】エンジン１の吸気通路６はシリンダヘッド
３に連結される吸気多岐管２８１と、同管に連結される
吸気管２８２と、吸気管２８２の先端に配備される図示
しないエアクリーナ等により形成され、排気通路７は排
気多岐管２９と、酸化触媒３０及び図示しないマフラー
等で形成される。吸気管２８２の途中には吸気通路６を
開閉するスロットルバルブ３１と、その上流側に形成さ
れたベンチュリー部３６と、ベンチュリー部３６に形成
されると共に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給するＣＮＧ
導入路３８に連通する供給口３７とが形成されている。

【００２１】スロットルバルブ３１は図示しないリンク
系を介し図示しないアクセルペダルに連結される。吸気
管２８には絞り弁３１を迂回する第１及び第２バイパス
路３２，３４が連結され、同スロットルバルブ３１のア
イドル位置Ｓａ信号を出力するアイドルスイッチ４７及
びスロットルバルブ３１の開度θｓ信号を出力する負荷
センサ４６が付設されている。吸気通路６にはスロット
ルバルブ３１を迂回する第１バイパス路３２及び第２バ
イパス路３４が形成されている。第１バイパス路３２に
は同バイパス路の絞り量を増減させるＩＳＣソレノイド
弁３３が設けられ、これによりアイドル回転数を調整す
る。第２バイパス路３４には同バイパス路を開閉させる
アイドルアップソレノイド弁３５が設けられ、これによ
りエンジン冷態時等にアイドル回転数のアップを行なわ
せる。なお、ＩＳＣソレノイド弁３３及びアイドルアッ
プソレノイド弁３５は共にＥＣＵ２６により駆動制御さ
れる。

【００２２】ベンチュリー部３６に設けられた供給口３
７の後方位置には、開閉弁としての調量弁４０が取り付
けられ、この調量弁４０によりＣＮＧ導入路３８より吸
気通路６に供給するＣＮＧの供給量を調整できる。調量
弁４０を駆動する燃料制御用のステップモータ３９はＥ
ＣＵ２６により制御される。なお、ベンチュリー部３
６、供給口３７、ＣＮＧ導入路３８、調量弁４０及びス
テップモータ３９がガスミキサＭを成し、これは燃焼室
Ｃ内に供給する主燃料（ＣＮＧ）の供給量を調節する供
給量制御部材として働く。ＣＮＧ導入路３８は低圧レギ
ュレータ４１、高圧レギュレータ４２を介し、ＣＮＧボ
ンベ４３に接続される。なお、高圧レギュレータ４２は
ＣＮＧボンベ４３の約２００ｋｇ／ｃｍ²のＣＮＧを約
４ｋｇ／ｃｍ²に調圧し、低圧レギュレータ４１は、約
４ｋｇ／ｃｍ²のＣＮＧを大気圧に調圧し、調量弁４０
側に供給する。ここで、ガスミキサＭ、ＣＮＧ導入路３
８、低圧レギュレータ４１、高圧レギュレータ４２及び
ＣＮＧボンベ４３が主燃料供給手段を構成する。

【００２３】吸気通路６のベンチュリー部３６の上流に
は、空気量Ｑａ信号を出力するエアフローセンサ４４、
吸気温Ｔａ信号を出力する吸気温センサ４５が装着さ
れ、それぞれＥＣＵ２６に接続されている。排気通路７
にはＯ₂センサ４８が取付けられ、ＥＣＵ２６に接続さ
れている。主燃料制御手段は、ガスミキサＭに加えて、
吸気通路６におけるガスミキサＭの下流に設けられた第
２噴射弁６０と、この第２噴射弁６０及び高圧レギュレ
ータ４２間を連通する補助通路６２と、第２噴射弁６０
を駆動する駆動回路６１とからなり、主燃料を吸気通路
６に供給してガスミキサＭからの主燃料を補正する補助
供給手段を有している。

【００２４】そして、第２噴射弁６０は、ＥＣＵ２６に
図示しない弁本体用ソレノイドの駆動回路６１を介し接
続され、ＥＣＵ２６からのオンオフ信号に応じて駆動回
路６１を介して駆動され、ガスミキサＭからの主燃料の
供給量に比べて少量の主燃料を吸気通路６に噴射してガ
スミキサＭからの主燃料を補正する。ＥＣＵ２６は周知
のマイクロコンピュータにより要部が構成され、後述の
主燃料及び副燃料の各制御プログラムや各種の設定値等
を図示しないＲＯＭに記憶処理される。更に、ＥＣＵ２
６の図示しないＩ／Ｏポートの入力端にはエアフローセ
ンサ４４、吸気温センサ４５、負荷センサ４６、空燃比
センサ４８、アイドルスイッチ４７より各検出信号が入
力され、エンジン本体側の水温センサ４９より水温信号
Ｗｔが、クランク角センサ５０よりクランクパルス信号
ｄθが、それぞれ入力される。更に、ＥＣＵ２６の図示
しないＩ／Ｏポートの出力端からは適時に、電磁弁２１
の接続された駆動回路２５、ＩＳＣソレノイド弁３３、
アイドルアップソレノイド弁３５、ステップモータ３９
にそれぞれ駆動信号が出力される。

【００２５】ＥＣＵ１６は制御手段として機能し、特
に、ここでは制御手段の一部を成す副燃料制御手段とし
て、エンジンの低負荷運転領域において、副燃料（軽
油）の主噴射の前に副燃料をパイロット噴射すべく、副
燃料供給手段（第１噴射弁５）を制御する。更に、制御
手段はその一部を成す主燃料制御手段として、少なくと
も、エンジンの低負荷運転領域において、エンジンの排
気通路７に設けられた空燃比センサ４８の出力に応じて
燃焼室Ｃ内に供給される主燃料（ＣＮＧ）による混合気
を理論空燃比にすべく、供給量制御部材（調量弁４０）
及び第２噴射弁６０を制御する。

【００２６】更に、制御手段は運転状態検出手段（クラ
ンク角センサ５０、負荷センサ４６）の出力Ｎｅ、θｓ
に応じて主燃料供給手段（調量弁４０）及び副燃料供給
手段（第１噴射弁５）を制御する。ここで、図１のエン
ジン１が駆動すると、スロットルバルブ３１の開度θｓ
に応じた空気量Ｑａの新気が吸気通路６に流入し、同時
に、空気量Ｑａ相当の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が供給口
３７よりベンチュリー部の働きで吸気通路６に流入し、
ＣＮＧ混合気が各燃焼室Ｃに各吸気行程毎に流入し、後
述の軽油の着火補助を受けつつ圧縮着火され、燃焼し排
気される。

【００２７】以下、図示しないメインルーチン、図６、
図７の副燃料制御ルーチン及びインジェクタ駆動ルーチ
ンの各フローチャートに沿って、本装置の作動を説明す
る。ＥＣＵ２６は図示しないメインスイッチのキーオン
によりメインルーチンでの制御に入り、各機能のチェッ
ク、初期値セット等の初期機能セットがなされる。続い
て、エンジンの各種運転情報を読み取り、クランク角信
号ｄθ（パルス信号）の割込み毎にカウントされるクラ
ンク角信号ｄθの周期からエンジン回転数Ｎｅの算出を
行なう処理を行ない、その上で、主燃料（ＣＮＧ）供給
手段の調量弁４０を駆動する燃料制御用のステップモー
タ３９を駆動し、主燃料（ＣＮＧ）を供給口３７より供
給可能状態に切換え、一制御周期内の処理を順次各サブ
ルーチンに沿って実行するという制御処理を繰り返す。
なお、ここで、主燃料（ＣＮＧ）供給量はスロットルバ
ルブ３１の開度調整によって行なわれ、ここでの調量弁
４０はＯ₂センサ４８からの信号に応じ、主燃料（ＣＮ
Ｇ）による混合気を理論空燃比にすべく、開度調整され
と共に、第２噴射弁６０より更に木目細かに主燃料の供
給量が制御される。

【００２８】このようなメインルーチンの途中で、図６
の副燃料制御ルーチンに達する。この副燃料制御ルーチ
ンのステップｓ１，ｓ２では最新のエンジン回転数Ｎｅ
を取り込み、空気量Ｑａ及びエンジン回転数Ｎｅより吸
入空気量Ａ／Ｎを算出し、所定エリアにストアする。ス
テップｓ３では負荷θｓ信号及びエンジン回転数Ｎｅを
取り込み、予め設定されている低回転域判定値Ｎｅ１
（図３参照）及び低負荷域判定値θ_Lを共に下回ってい
るか否か判断し、低回転低負荷域であるとステップｓ４
に進み、パイロット噴射モードＭ_Pを設定し、そうでな
い低負荷高回転域あるいは中高負荷低回転域であるとス
テップｓ５に進んで通常モードＭ_Nを設定する。

【００２９】パイロット噴射モードＭ_Pであるとしてス
テップｓ４よりｓ６に進むと、図４（ａ）、（ｂ）に示
すようなパターンで副噴射を行なわせるためのデータを
設定する。即ち、ここでは現吸入吸気量Ａ／Ｎ相当のパ
イロット噴射量（時間幅Ｔ_P）及び主噴射量（時間幅Ｔ
ｍ）が予め記憶されているパイロット噴射量算出マップ
（図示せず）より算出され、パイロット噴射時期θｐ及
び主噴射時期θｍも一定値が設定され、メインルーチン
にリターンする。なお、ここでの全噴射量及びパイロッ
ト噴射量はほぼ一定値に設定され、例えば、パイロット
噴射量が３〜５ｍｍ³／stroke相当の時間幅Ｔ_Pに設定さ
れ、全噴射量(主噴射量＋パイロット噴射量)が１０〜１
３ｍｍ³／stroke相当の時間幅Ｔｍに設定される。更
に、主噴射時期θｍは上死点ＴＤＣ前２°に設定され、
それより約６°前にパイロット噴射時期θｐが設定され
る。なお、これらの値はエンジン特性に応じて適宜修正
される。

【００３０】一方、通常モードＭ_Nであるとしてステッ
プｓ５よりｓ７に進むと、図５（ａ）、（ｂ）に示すよ
うなパターンで副噴射を行なわせるためのデータを設定
する。即ち、ここでは現吸入吸気量Ａ／Ｎ相当の通常量
（時間幅Ｔｎ）が予め設定されている通常量算出マップ
（図示せず）より算出され、通常噴射時期θｎも一定値
が設定され、メインルーチンにリターンする。なお、こ
こでの通常量はほぼ一定値に設定され、例えば、通常量
が１０〜１３ｍｍ³／stroke相当の時間幅Ｔｎに設定さ
れる。更に、通常時期θｎは上死点ＴＤＣ前５°に設定
される。なお、これらの値はエンジン特性に応じて適宜
修正される。

【００３１】メインルーチンの途中で、クランクパルス
ｄθのカウント値が第１気筒における副燃料噴射量演算
時期θ_INJ１に達すると、図７のインジェクタ駆動ルー
チンの割込み処理に入る。なお、この処理は各気筒の副
燃料噴射量演算時期θ_INJ１毎に順次実行される。第１
気筒におけるインジェクタ駆動ルーチンでは、ステップ
ｂ１で燃料カット域を示すフラグＦＣＦＬＧが１か否か
判断し、カット域ではそのままリターンし、そうでない
と、ステップｂ２に進む。ここではパイロット噴射モー
ドＭ_Pか通常噴射モードＭ_Nかを判断し、パイロット噴射
モードＭ_Pでステップｂ３に通常噴射モードＭ_Nでステッ
プｂ４に進む。

【００３２】パイロット噴射モードＭ_Pでは、第１噴射
弁５に対して、図４（ａ）、（ｂ）に示すようなパイロ
ット噴射モードＭ_Pで噴射を行なわせるためのデータを
設定する。即ち、ここではステップｓ６で算出したパイ
ロット噴射量（時間幅Ｔ_P）と主噴射量（時間幅Ｔｍ）
及びパイロット噴射時期θｐ及び主噴射時期θｍが電磁
弁２１の駆動回路２５内の駆動用ドライバにそれぞれセ
ットされる。一方、通常モードＭ_Nでは、ステップｂ４
に達し、第１噴射弁５に対して、図５（ａ）、（ｂ）に
示すような通常モードＭ_Nで噴射を行なわせるためのデ
ータを設定する。即ち、ここではステップｓ７で算出し
た通常量（時間幅Ｔｎ）と通常時期θｎが電磁弁２１の
駆動回路２５内の駆動用ドライバにそれぞれセットされ
る。

【００３３】この電磁弁２１の制御値のセットの後、ス
テップｂ３，ｂ４よりステップｂ５に進むと、ここでは
各ドライバをトリガし、メインルーチンにリターンす
る。この結果、パイロット噴射モードＭ_Pであると図４
（ａ）、（ｂ）に示すように、各気筒の燃料噴射弁５は
駆動する。即ち、電磁弁２１の時点θｐでのオン時（Ｒ
_Pで示した）に所定クランク角域Ｔ_Pに噴射ノズル１１の
針弁１９をリフト作動させ、パイロット噴射させる。次
いで、電磁弁２１の時点θｍでのオン時（Ｒ_Mで示し
た）に所定クランク角域Ｔｍで針弁をリフト作動させ、
主噴射させる。このため、パイロット噴射された軽油が
比較的低温低圧化している圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の混
合気中であっても、比較的早期に着火して爆発すること
により筒内圧力及び筒内温度が上昇（図４（ｂ）中の符
号Ｐ１位置参照）し、この状態で主噴射された軽油が失
火することなく確実に燃焼し、この軽油の火炎がシリン
ダ内の主燃料であるＣＮＧ混合気を確実に着火させるこ
とができる。

【００３４】このため、ストイキオ運転時で、低回転低
負荷運転域で燃焼室が比較的低温低圧化していても、パ
イロット噴射モードＭ_Pを選択することにより、着火補
助用の軽油をパイロット噴射して確実に着火させ、主噴
射された軽油を確実に燃焼させ、その燃焼熱でシリンダ
内の主燃料であるＣＮＧの混合気を安定して燃焼させる
ことが出来る。一方、低回転低負荷運転域以外の低負荷
中高回転域あるいは中高回転域であると、ここでは燃料
噴射弁５を図５（ａ）、（ｂ）に示すような通常モード
で駆動する。

【００３５】即ち、電磁弁２１の時点θｎでのオン時
（Ｒ_Nで示した）に、クランク角域Ｔｎで針弁１９をリ
フト作動させる。このため、噴射された燃料が比較的高
温高圧化している圧縮混合気中で容易に着火（図５
（ｂ）中の符号Ｐ２位置参照）し、その火炎がシリンダ
内の主燃料であるＣＮＧ混合気を確実に着火させること
ができる。このため、ストイキオ運転時で、低負荷中高
回転域あるいは中高回転域では、通常噴射による着火補
助用の軽油が確実に燃焼し、その燃焼熱でシリンダ内の
主燃料であるＣＮＧの混合気を安定して燃焼させること
が出来る。上述のところにおいて、燃焼室Ｃ内に主燃料
（ＣＮＧ）を供給する供給量制御部材としてガスミキサ
Ｍを用い、このガスミキサＭ、ＣＮＧ導入路３８、低圧
レギュレータ４１、高圧レギュレータ４２及びＣＮＧボ
ンベ４３から成る主燃料供給手段を用いたが、これに代
えて、図８に示すように圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を吸気
路６に噴霧する第２噴射弁５２を設けた構成を採っても
良い。

【００３６】図８の二元燃料噴射エンジン（以後単にエ
ンジン１ａと記す）は、図１のエンジン１と比較して、
主燃料供給手段が相違する以外は同様の構成を採り、こ
こでは同一部材には同一符号を付し、重複説明を略す。
このエンジン１ａの主燃料供給手段は、各気筒に連通さ
れる吸気多岐管２８１に各々設けられ、供給量制御部材
を成す第２噴射弁５２と、第２噴射弁５２より各々延び
るＣＮＧ導入路３８と、ＣＮＧ導入路３８上の高圧レギ
ュレータ４２と、ＣＮＧボンベ４３とで構成される。こ
こでの第２噴射弁５２は吸気多岐管２８１のシリンダヘ
ッド側端部に取り付けられ、図示しないソレノイドによ
り弁体（図示せず）を開閉駆動するという周知のものが
採用される。第２噴射弁５２のソレノイドはＥＣＵ２６
ａに電磁弁駆動回路５１を介し接続される。ここで、Ｅ
ＣＵ２６ａからのオンオフ信号に応じ、電磁弁駆動回路
５１が第２噴射弁５２を駆動し、燃料噴射を行なうよう
に構成されている。

【００３７】高圧レギュレータ４２はＣＮＧボンベ４３
の約２００ｋｇ／ｃｍ²のＣＮＧを約１０ｋｇ／ｃｍ²に
調圧し、第２噴射弁５２側に供給する。このエンジン１
ａのＥＣＵ２６ａは周知のマイクロコンピュータで要部
が構成され、その図示しないＲＯＭには図１０のメイン
ルーチン及び図１１の第２噴射弁駆動ルーチンや図６の
副燃料制御ルーチン、図７のインジェクタ駆動ルーチン
が記憶処理され、ここでは、制御手段として特に次のよ
うな機能を備える。即ち、ここでの制御手段は、図１の
制御手段と同様に、副燃料制御手段として、エンジンの
低負荷運転領域において、副燃料（軽油）の主噴射の前
に副燃料をパイロット噴射すべく、副燃料供給手段（第
１噴射弁５）を制御する。

【００３８】更に、制御手段は、その一部を成す主燃料
制御手段として、少なくとも、エンジンの低負荷運転領
域において、エンジンの排気通路７に設けられたＯ₂セ
ンサ４８の出力に応じて燃焼室Ｃ内に供給される主燃料
（ＣＮＧ）による混合気を理論空燃比にすべく、供給量
制御部材（第２噴射弁５２）をフィードバック制御す
る。更に、制御手段は、運転状態検出手段（クランク角
センサ５０、負荷センサ４６）の出力Ｎｅ、θｓに応じ
て主燃料供給手段（ＣＮＧボンベ４３、第２噴射弁５
２、等）及び副燃料供給手段（第１噴射弁５）を制御す
る。

【００３９】ここで、図８のエンジン１ａが駆動する
と、スロットルバルブ３１の開度θｓに応じた空気量Ｑ
ａの新気が吸気路６に流入し、後述のように、圧縮天然
ガス（ＣＮＧ）が第２噴射弁５２より吸気ポート側に噴
射（図９参照）され、ＣＮＧ混合気が各燃焼室Ｃに各吸
気行程毎に流入し、後述の軽油の着火補助を受けつつ圧
縮着火され、燃焼し排気される。以下、図１０のメイン
ルーチン及び図１１の第２噴射弁駆動ルーチンに沿って
エンジン１ａの主燃料供給制御を説明する。なお、副燃
料供給制御は図１のエンジン１と同様に図６、図７の副
燃料制御ルーチン及びインジェクタ駆動ルーチンの各フ
ローチャートに沿って行なわれ、ここでは重複説明を略
す。

【００４０】ＥＣＵ２６は図示しないメインスイッチの
キーオンによりメインルーチンでの制御に入り、各機能
のチェック、初期値セット等の初期機能セットがなさ
れ、ステップａ２に進む。ここでは、ＥＣＵ２６ａの図
示しない入出力ポートに運転状態情報を出力する各セン
サより、エンジン回転数信号Ｎｅ、空気量Ｑａ，負荷信
号θｓ、実空燃比（Ａ／Ｆ）等を順次取り込み、所定の
エリアにストアする。この後、現運転域が燃料カット域
（アイドルスイッチ４７のＳａ信号オン時）か否か判定
し、同域ではフラグＦＣＦをオンし、リターンし、そう
でないとステップａ５に進み、フラグＦＣＦをクリアし
ステップａ６に進む。

【００４１】ここでは、フィードバック域の判定、即
ち、酸化触媒３０の活性化や、Ｏ₂センサ４８の活性化
がなされているか否かが判断される。不活性時にはステ
ップａ７に進み、ここで非フィードバック域での運転時
であるとし、現運転情報の内の空気量Ｑ_A、エンジン回
転数Ｎｅより吸入空気量Ａ／Ｎを算出し、（Ａ／Ｎ，Ｎ
ｅ）に応じたマップ補正係数ＫＭＡＰを図示しない補正
係数ＫＭＡＰ算出マップより算出し、後述のステップａ
１２に進む。フィードバック域であるとして、ステップ
ａ８に進むと、ここでは目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJを図
示しない目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJ算出マップで算出す
る。

【００４２】目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJが決定すると、
この後、ステップａ９，ａ１０に進み、ここではＯ₂セ
ンサ４８の出力により実空燃比（Ａ／Ｆ）_iを算出し取
り込む。その上で、目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJと実空燃
比（Ａ／Ｆ）の偏差ε_i（＝ΔＡ／Ｆ）及び前回の偏差
ε_i-1の差分Δεを算出し、所定エリアにストアする。
この後、ステップａ１１ではフィードバック補正係数Ｋ
ＦＢの算出をする。この場合、偏差ε_iに応じた比例項
ＫＰ（ε_i）、差分Δεに応じた微分項ＫＤ（Δε）及
び偏差ε_i及び時間積分に応じた積分項ΣＫＩ（ε_i）が
適宜算出され、これら値はフィードバック域で全て加算
されてフィードバック補正係数ＫＦＢとして周知のＰＩ
Ｄ制御に使用される。

【００４３】ステップａ１２に達すると、目標空燃比
（Ａ／Ｆ）_OBJにフィードバック補正係数ＫＦＢを加算
して現実空燃比（Ａ／Ｆ）_iと目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJ
の偏差を除くための修正空燃比（Ａ／Ｆ）_Bを算出す
る。この後、ステップａ１３に達すると、修正空燃比
（Ａ／Ｆ）_Bに応じた基本燃料噴射量Ｔ_Bを定数α及び体
積効率ηｖを乗算して基本燃料噴射量Ｔ_Bを算出する。
この場合、図示しない燃焼室容積、エンジン回転数Ｎ
ｅ、吸入空気量Ａ／Ｎより体積効率ηｖが算出される。
なお、大気圧Ａｐや大気温Ｔａによって体積効率ηｖを
補正することが望ましい。ステップａ１４に達すると、
基本燃料噴射量Ｔ_Bに水温ｗｔ等に応じた空燃比補正係
数ＫＤＴが乗算され、更に、電圧補正係数Ｖｂが加算さ
れて第２噴射弁５２の燃料噴射パルス幅Ｔ１が算出さ
れ、所定のエリアに取り込まれステップａ２にリターン
する。

【００４４】このメインルーチンの途中で、図１１に示
すような第２噴射弁駆動ルーチンが実行される。このル
ーチンは各気筒の第２噴射弁５２毎に設定されているク
ランク角θ_INJ２毎に割込み実施されており、ここでは
その中の第１気筒の制御のみを代表的に説明する。この
ルーチンでは、ステッｃ１で、フラグＦＣＦが立ってい
るか否か判定し、燃料カット域ではそのままメインにリ
ターンし、そうでないとステップｃ２に進む。ここでは
第２噴射弁５２に接続された第２噴射弁駆動回路５１内
の所定気筒のドライバ（図示せず）に最新の燃料噴射パ
ルス幅Ｔ１がセットされ、そのドライバがトリガされ、
メインルーチンにリターンする。

【００４５】このため、エンジン１ａの各気筒は主燃料
の噴射時期θ２（図９参照）毎に、圧縮天然ガス（ＣＮ
Ｇ）が第２噴射弁５２によって燃料噴射パルス幅Ｔ１相
当の量噴霧され、燃焼室Ｃに供給され、これにより、実
空燃比（Ａ／Ｆ）を目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJに修正す
ることができる。しかも、低負荷低回転域ではパイロッ
ト噴射モードＭ_Pを選択し、第１噴射弁５で図４
（ａ）、（ｂ）に示すように、パイロット噴射時期θｐ
にパイロット噴射量（時間幅Ｔ_P）の軽油を、主噴射時
期θｍに主噴射量（時間幅Ｔｍ）の軽油をそれぞれ噴射
する。一方、低負荷低回転域でないと、通常モードＭ_N
を選択し、第１噴射弁５で図５（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、通常時期θｎに通常噴射量（時間幅Ｔｎ）の軽油
を噴射する。

【００４６】この結果、パイロット噴射モードＭ_Pであ
ると、比較的低温低圧化している圧縮天然ガス（ＣＮ
Ｇ）の混合気中であっても、比較的早期に軽油が着火し
て爆発することにより、筒内圧力及び筒内温度が上昇
し、この状態で主噴射された軽油が燃焼し、この軽油の
火炎がシリンダ内の主燃料であるＣＮＧ混合気を確実に
着火させることができる。一方、通常噴射モードＭ_Nで
あると、比較的高温高圧化している圧縮混合気中で容易
に軽油が着火し、その火炎が燃焼室Ｃ内の主燃料である
ＣＮＧ混合気を確実に着火させることができる。

【００４７】このため、着火補助用の軽油が全運転域で
確実に着火補助の役割を果たし、主燃料であるＣＮＧの
混合気を安定して燃焼させることが出来る。特に、ここ
では排気通路７に装備したＯ₂センサ４８の出力信号が
主副燃料の合計の空燃比情報を含むので、主燃料制御手
段であるＥＣＵ２６ａが主燃料の圧縮天然ガス（ＣＮ
Ｇ）の供給量を目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJを達成できる
ように制御することで、副燃料の圧縮天然ガス（ＣＮ
Ｇ）の供給を行なっても、空燃比制御に不具合は生じな
いという利点がある。

【００４８】上述のところにおいて、燃焼室Ｃ内に主燃
料（ＣＮＧ）を供給する供給量制御部材は吸気路６側に
装着されていたが、これに代えて、主燃料の供給手段と
しての第２噴射弁（図示せず）を、副燃料の軽油を噴射
する第１噴射弁５と同様に燃焼室Ｃに並設し、ほぼ、同
一の噴射時期（圧縮上死点前）に主燃料の圧縮天然ガス
（ＣＮＧ）と副燃料の軽油を燃焼室Ｃに噴霧しても良
い。この場合も、上述の第１第２実施例と同様の作用効
果が得られる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、請求項１乃至請求項８の
発明では、主燃料供給手段を駆動して主燃料の混合気を
燃焼室に供給し、副燃料制御手段が副燃料供給手段内の
第１噴射弁により副燃料を燃焼室内の圧縮混合気中に噴
霧し、この際、副燃料が着火してその火種により主燃料
の着火を補助することと成り、特に、副燃料の着火性の
低下し易い低回転低負荷運転域では副燃料の主噴射に先
立ちパイロット噴射を行なうので、エンジンの着火性を
低回転、低負荷運転域でも十分に確保でき、安定した運
転を行なえる。特に、主燃料による混合気を理論空燃比
に制御してもよく、この場合にも同様の効果が得られ
る。

【００５０】特に、エンジンの回転数と負荷の各出力に
応じて主燃料供給手段及び副燃料供給手段を制御しても
よく、この場合にも同様の効果が得られる。特に、主燃
料供給手段の供給量制御部材が、吸気通路に設けられ、
燃焼室への主燃料の供給量を制御してもよく、この場合
にも同様の効果が得られる。特に、主燃料供給手段の供
給量制御部材が、吸気通路のスロットルバルブの上流側
に形成されたベンチュリー部と、主燃料の供給源とを連
通する主燃料供給通路に介装された開閉弁（調量弁）と
により、燃焼室への主燃料の供給量を制御してもよく、
この場合にも同様の効果が得られる。

【００５１】特に、主燃料供給手段の供給量制御部材
が、スロットルバルブの下流の吸気通路に設けられ主燃
料を噴射する第２噴射弁を有し、この第２噴射弁が燃焼
室への主燃料の供給量を操作してもよく、この場合にも
同様の効果が得られる。特に、主燃料供給手段により供
給される主燃料を補正すべく、第２噴射弁から主燃料を
噴射して制御することにより、木目細かな空燃比制御を
行ない燃焼改善ができる。特に、主燃料が、圧縮天然ガ
ス（ＣＮＧ）であり、副燃料が、軽油であってもよく、
この場合にも同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二元燃料噴射エンジンの全体構成図で
ある。

【図２】図１のエンジンで用いる第１噴射弁の断面図で
ある。

【図３】図１のエンジンが用いる運転域の設定マップの
特性図である。

【図４】図１のエンジンにおいてパイロット噴射モード
で駆動する針弁リフトの変化特性線図が（ａ）に示さ
れ、筒内圧力特性線図が（ｂ）に示される。

【図５】図１のエンジンにおいて通常噴射モードで駆動
する針弁リフトの変化特性線図が（ａ）に示され、筒内
圧力特性線図が（ｂ）に示される。

【図６】図１のエンジンが用いる副燃料制御プログラム
のフローチャートである。

【図７】図１のエンジンが用いるインジェクタ駆動プロ
グラムのフローチャートである。

【図８】本発明の第２実施例としてのエンジンの全体構
成図である。

【図９】図９のエンジンの行程説明線図である。

【図１０】図９のエンジンのメインプログラムのフロー
チャートである。

【図１１】図９のエンジンの第２噴射弁駆動プログラム
のフローチャートである。

【図１２】従来のエンジンの作動を説明する経時的線図
であり、（ａ）は針弁リフトを、（ｂ）は筒内圧力を、
（ｃ）は筒内温度をそれぞれ示す。１エンジン５第１噴射弁６吸気通路７排気通路１１噴射ノズル２１電磁弁２６ＥＣＵ２７ポンプ３１スロットルバルブ３６ベンチュリー部３７供給口３８ＣＮＧ導入路３９燃料制御ステップモータ４０調量弁４６負荷センサ４８Ｏ₂センサ５２第２噴射弁６０第２噴射弁Ｃ燃焼室ＭガスミキサＭ_P パイロット噴射モードＭ_N 通常噴射モード θs 負荷信号Ｑａ吸入空気量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｍ 21/02 ３０１Ｒ３１１Ｂ 43/00 57/02 ３１０Ｄ 61/14 ３１０Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの燃焼室に連通される吸気通路に
設けられアクセルペダルの踏み込み量に応じて開閉され
るスロットルバルブ、上記燃焼室内に供給する主燃料の供給量を調節する供給
量制御部材を有する主燃料供給手段、上記燃焼室に臨み設けられた副燃料用の第１噴射弁、上記主燃料のための着火源となる副燃料を上記エンジン
圧縮上死点近傍で、上記燃焼室内に噴射すべく上記第１
噴射弁に副燃料を供給する副燃料供給手段、上記エンジンの低負荷運転領域において、上記副燃料の
主噴射の前に上記副燃料をパイロット噴射すべく、上記
副燃料供給手段を制御する副燃料制御手段を有する制御
手段を備えたことを特徴とする二元燃料噴射エンジン。
【請求項２】上記制御手段は、少なくとも、上記エンジ
ンの低負荷運転領域において、上記エンジンの排気通路
に設けられた空燃比センサの出力に応じて上記燃焼室内
に供給される上記主燃料による混合気を理論空燃比にす
べく、上記供給量制御部材を制御する主燃料制御手段を
有することを特徴とする請求項１に記載の二元燃料噴射
エンジン。
【請求項３】上記エンジンの運転状態として、少なくと
もエンジンの回転数と負荷を検出する運転状態検出手段
を備え、上記制御手段が、上記運転状態検出手段の出力に応じて
上記主燃料供給手段及び上記副燃料供給手段を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の二元燃料
噴射エンジン。
【請求項４】上記供給量制御部材が、上記吸気通路に設
けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載
の二元燃料噴射エンジン。
【請求項５】上記供給量制御部材が、上記吸気通路のス
ロットルバルブの上流側に形成されたベンチュリー部と
上記主燃料の供給源とを連通する主燃料供給通路に介装
された開閉弁とを有することを特徴とする請求項１乃至
請求項２に記載の二元燃料噴射エンジン。
【請求項６】上記供給量制御部材が、上記スロットルバ
ルブの下流の上記吸気通路に設けられ主燃料を噴射する
第２噴射弁を有することを特徴とする請求項５に記載の
二元燃料噴射エンジン。
【請求項７】上記制御手段は、上記主燃料供給手段によ
り供給される上記主燃料を補正すべく、上記第２噴射弁
からの主燃料の噴射量を制御することを特徴とする請求
項６に記載の二元燃料噴射エンジン。
【請求項８】上記主燃料が圧縮天然ガス（ＣＮＧ）であ
り、上記副燃料が、軽油であることを特徴とする請求項
１乃至請求項２に記載の二元燃料噴射エンジン。