WO2014087595A1 - 燃料供給装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a fuel supply apparatus configured to be able to switch a fuel supplied into a cylinder of an internal combustion engine between a liquid fuel and a gaseous fuel.
- gaseous fuel such as compressed natural gas (hereinafter abbreviated as “CNG”) has attracted attention as a fuel for internal combustion engines from the viewpoint of reducing harmful components in exhaust gas.
- CNG has a lower energy density than liquid fuels such as gasoline and light oil.
- liquid fuels such as gasoline and light oil.
- the number of facilities where general users of vehicles can obtain gaseous fuel is small. For this reason, in a vehicle equipped with an internal combustion engine for gaseous fuel, care must be taken when moving over a long distance.
- the fuel amount in the cylinder may be insufficient particularly immediately after the switching. As a result, there is a risk that output will decrease.
- the shortage of fuel at the time of switching occurs due to a delay in transportation of the fuel supply system, wall surface adhesion in the intake passage, and the like. While fuel wall deposition occurs in liquid fuels, it does not occur in gaseous fuels. The present disclosure has been made to address such a point.
- the fuel supply device that is the subject of the present disclosure is configured to be able to switch the fuel supplied into the cylinder of the internal combustion engine between liquid fuel and gaseous fuel.
- the liquid fuel means a fuel in a liquid state at normal temperature and pressure (gasoline, light oil, dimethyl ether, alcohol, etc.).
- the gaseous fuel refers to a fuel in a gaseous state at normal temperature and pressure (CNG, liquefied natural gas, liquefied petroleum gas, hydrogen, etc.).
- the fuel supply device includes a first injection valve, a second injection valve, and a control unit.
- the first injection valve injects the liquid fuel in an intake port communicating with the cylinder.
- the second injection valve supplies the gaseous fuel to the cylinder by injecting the gaseous fuel.
- the control unit controls the first injection valve and the second injection valve.
- the control unit includes an output unit and a switching unit.
- the output unit outputs a switching signal.
- This switching signal is a signal (including an instruction, flag setting, etc.) for switching between the injection of the liquid fuel by the first injection valve and the injection of the gaseous fuel by the second injection valve.
- the switching unit switches between injection of the liquid fuel by the first injection valve and injection of the gaseous fuel by the second injection valve based on the output of the switching signal by the output unit.
- control unit further includes a correction unit.
- the correction unit performs correction (increase correction) so as to increase the injection amount in fuel injection before (typically immediately before) switching by the switching unit based on the output of the switching signal from the output unit. .
- the control unit supplies fuel to be supplied into the cylinder between the liquid fuel and the gaseous fuel according to an operating state of the internal combustion engine. Switch appropriately. That is, the output unit appropriately outputs the switching signal in response to the occurrence of an event that causes a fuel switching request (for example, a change in the driving state or a fuel selection operation by the driver). When this switching signal is output, the switching unit switches between the injection of the liquid fuel by the first injection valve and the injection of the gaseous fuel by the second injection valve.
- the correction unit increases and corrects the fuel injection amount in the fuel injection before being switched by the switching unit. That is, an increase correction is performed on the fuel injection amount in the fuel injection (typically immediately before switching) from when the switching signal is output to when the injected fuel is actually switched by the switching unit. As a result, when the fuel is switched (especially immediately after the switching), the shortage of the fuel amount in the cylinder is satisfactorily suppressed.
- FIG. 1 shows schematic structure of the internal combustion engine and its periphery to which one Embodiment of this indication was applied.
- the time chart which shows the mode of the fuel injection performed with the fuel supply apparatus shown by FIG.
- the flowchart which shows the specific example of the fuel switching process performed by ECU shown by FIG.
- an internal combustion engine 10 to which the present embodiment is applied has a fuel supplied in a cylinder 11 provided therein between CNG as a gaseous fuel and gasoline as a liquid fuel.
- This is a so-called bi-fuel engine that can be switched.
- the internal combustion engine 10 has a plurality of (for example, four) cylinders 11.
- the internal combustion engine 10 is mounted on a vehicle and generates power for driving the driving wheels of the vehicle to rotate.
- the internal combustion engine 10 and the surrounding configuration will be described.
- a plurality of intake ports 12 and exhaust ports 13 are formed in the cylinder head of the internal combustion engine 10 so as to communicate with the cylinders 11.
- An intake port 12 and an exhaust port 13 are provided corresponding to each cylinder 11.
- the cylinder head in the internal combustion engine 10 is equipped with a plurality of intake valves 14 and an intake valve drive mechanism 15 for opening and closing these intake valves 14 at a predetermined timing.
- the intake valve 14 opens and closes the intake port 12. That is, the intake valve 14 switches between communication and non-communication between the cylinder 11 and the intake port 12.
- the cylinder head in the internal combustion engine 10 is equipped with a plurality of exhaust valves 16 and an exhaust valve drive mechanism 17 for opening and closing these exhaust valves 16 at a predetermined timing.
- a plurality of spark plugs 18 are attached to the cylinder head in the internal combustion engine 10.
- the ignition plug 18 is provided corresponding to each cylinder 11, and a high voltage is applied at a predetermined timing via an ignition device including an ignition coil and the like. As a result, the spark plug 18 generates a spark discharge in the cylinder 11 for igniting the fuel mixture.
- Each cylinder 11 is connected to an intake passage 21 via an intake port 12.
- the intake passage 21 includes an intake pipe portion and an intake manifold branched from the intake pipe portion corresponding to each cylinder 11.
- a throttle valve 22 as a means for adjusting the intake air amount into the cylinder 11 is provided in the above-described intake pipe portion in the intake passage 21.
- the opening of the throttle valve 22 is adjusted by a throttle actuator 23 such as a DC motor.
- each cylinder 11 is connected to the exhaust passage 31 via the exhaust port 13.
- the exhaust passage 31 includes an exhaust pipe portion and an exhaust manifold branched from the exhaust pipe portion corresponding to each cylinder 11.
- the exhaust pipe section described above is provided with a catalyst 32 for purifying CO, HC, NOx and the like in the exhaust.
- the fuel supply device 50 that supplies fuel to each cylinder 11 in the internal combustion engine 10 will be described.
- the fuel supply device 50 is configured to be able to switch the fuel supplied into the cylinder 11 between gasoline and CNG.
- the fuel supply device 50 includes a gasoline supply unit 51, a CNG supply unit 52, and a control unit 53 (injection control unit).
- the gasoline supply unit 51 includes a gasoline injection valve 511, a gasoline pipe 512, a gasoline tank 513, and a feed pump 514.
- a plurality of gasoline injection valves 511 are provided corresponding to each cylinder 11.
- the gasoline injection valve 511 is mounted in the vicinity of the intake port 12.
- the gasoline injection valve 511 injects gasoline supplied through the gasoline pipe 512 in the intake port 12.
- the gasoline injection valve 511 can be used as an example of the “first injection valve (liquid fuel injection valve)” of the present disclosure.
- Each gasoline injection valve 511 is connected via a gasoline pipe 512 to a gasoline tank 513 in which gasoline is stored.
- a feed pump 514 for sending gasoline to the gasoline pipe 512 is provided in the gasoline tank 513.
- the CNG supply unit 52 includes a CNG injection valve 521, a gas pipe 522, a gas tank 523, a regulator 524, a first cutoff valve 525, and a second cutoff valve 526.
- a plurality of CNG injection valves 521 are provided corresponding to each cylinder 11.
- the CNG injection valve 521 is mounted in the vicinity of the intake port 12.
- the CNG injection valve 521 can be used as an example of the “second injection valve (gaseous fuel injection valve)” of the present disclosure.
- the CNG injection valve 521 supplies CNG into the cylinder 11 by injecting CNG supplied through the gas pipe 522 into the intake port 12.
- Each CNG injection valve 521 is connected to a gas tank 523 via a gas pipe 522.
- the gas tank 523 is filled with CNG in a high pressure state (for example, 20 MPa).
- a regulator 524 is attached to the gas pipe 522.
- This regulator 524 is called a so-called pressure reducing valve.
- the regulator 524 adjusts the pressure of the CNG (injection side supply pressure) supplied to the CNG injection valve 521 side from a high pressure state in the gas tank 523 to a predetermined supply pressure (for example, 0.4 MPa).
- a first shut-off valve 525 is attached to a connection portion between the gas tank 523 and the gas pipe 522.
- a second shut-off valve 526 is attached to a connection portion between the regulator 524 and the gas pipe 522.
- the first cutoff valve 525 and the second cutoff valve 526 are normally closed electromagnetically driven valves. Both shielding valves 525 and 526 block the flow of CNG fuel in the gas passage when not energized. Further, both shielding valves 525 and 526 allow the flow of CNG fuel in the gas passage when energized.
- the control unit 53 controls the fuel injection operation in the gasoline injection valve 511 and the CNG injection valve 521 so that the gasoline injection by the gasoline injection valve 511 and the CNG injection by the CNG injection valve 521 are performed alternatively. That is, only one of gasoline injection or CNG injection is performed in the same intake stroke in one cylinder 11.
- the control unit 53 includes an ECU 530 mainly composed of a microcomputer 531 including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.
- the ECU 530 includes an interface and the like in addition to the microcomputer 531.
- the interface is a signal between the microcomputer 531 and various operation units (throttle actuator 23, gasoline injection valve 511, CNG injection valve 521, etc.) outside the ECU 530, sensors, switches, and the like described later. Mediates the exchange of The microcomputer 531 executes various control programs stored in the ROM. The microcomputer 531 calculates a fuel injection amount, an ignition timing, and the like based on inputs from various sensors described later. Further, the microcomputer 531 outputs a drive control signal for controlling the driving of the various operation units described above based on the calculation result.
- various operation units throttle actuator 23, gasoline injection valve 511, CNG injection valve 521, etc.
- the microcomputer 531 in FIG. 1 functional blocks constructed on the microcomputer 531 by executing the above-described control program are shown.
- the microcomputer 531 includes a switching output unit 532, a fuel determination unit 533, a correction unit 534, a timing setting unit 535, and an injection signal output unit 536. It is equipped with.
- the fuel supply device 50 includes a throttle opening sensor 541, an intake pressure sensor 542, a crank position sensor 543, a cam position sensor 544, a cooling water temperature sensor 545, a first pressure sensor 546, and a second pressure sensor 547. And switches including a selection switch 548 are provided.
- the switching output unit 532 is provided to output a switching signal based on the output signals from the sensors and switches described above.
- the switching output unit 532 can be used as an example of the “output unit (switching command output unit)” of the present disclosure.
- the “switching signal” is a signal for switching between gasoline injection by the gasoline injection valve 511 and CNG injection by the CNG injection valve 521. That is, this switching signal is output to switch the fuel supplied into the cylinder 11.
- the fuel determination unit 533 switches between the gasoline injection signal and the CNG injection signal based on the output of the switching signal from the switching output unit 532. These injection signals are output to the correction unit 534, the timing setting unit 535, and the injection signal output unit 536.
- the fuel determination unit 533 can be used as an example of a “switching unit (switching execution unit)” of the present disclosure.
- the “gasoline injection signal” is a signal output toward the injection signal output unit 536 or the like in order to inject gasoline with the gasoline injection valve 511.
- the “CNG injection signal” is a signal output toward the injection signal output unit 536 or the like in order to inject CNG by the CNG injection valve 521. That is, the fuel determination unit 533 selects (determines) the fuel to be supplied into the cylinder 11 between gasoline and CNG based on the output of the switching signal from the switching output unit 532.
- the correction unit 534 includes an output signal from the fuel determination unit 533 (gasoline injection signal or CNG injection signal: the same applies hereinafter), an output signal from sensors including the above-described throttle opening sensor 541 and the like. , The correction amount for the basic injection amount in the fuel injection of gasoline or CNG is calculated and output.
- the basic injection amount is set according to the operating state by other means included in ECU 530.
- the correction unit 534 performs correction (increase correction) so as to increase the fuel injection amount in the correction target injection based on the output of the switching signal from the switching output unit 532.
- This correction target injection refers to fuel injection before (typically immediately before) the output from the fuel determination unit 533 is switched between the gasoline injection signal and the CNG injection signal. That is, when the correction unit 534 receives the switching signal output from the switching output unit 532, the correction unit 534 performs an increase correction for the correction target injection.
- the timing setting unit 535 sets the fuel injection timing in the gasoline injection valve 511 and the CNG injection valve 521 based on the output signal from the fuel determination unit 533 and the output signals from the above-described sensors.
- the timing setting unit 535 can be used as an example of the “timing changing unit (injection timing changing unit)” of the present disclosure.
- the timing setting unit 535 changes the timing of the correction target injection described above from the pre-correction injection that is fuel injection before the correction target injection.
- the timing setting unit 535 determines the timing of fuel injection by the gasoline injection valve 511 and the CNG injection valve 521 as the timing at which the fuel is easily drawn into the cylinder 11 (the initial stage of the intake stroke). ). On the other hand, the timing setting unit 535 sets the fuel injection timing to the timing at which the fuel is not easily taken into the cylinder 11 (specifically, the second half of the intake stroke) in the correction target injection described above.
- the injection signal output unit 536 receives the gasoline injection signal from the fuel determination unit 533, the basic injection amount, the correction amount set by the correction unit 534, the fuel injection timing set by the timing setting unit 535, Based on the above, a gasoline injection signal having a predetermined timing and a pulse width is output to the gasoline injection valve 511. Similarly, the injection signal output unit 536 receives the CNG injection signal from the fuel determination unit 533, the basic injection amount, the correction amount set by the correction unit 534, and the fuel injection set by the timing setting unit 535. Based on the timing, a CNG injection signal having a predetermined timing and a pulse width is output to the CNG injection valve 521.
- the throttle opening sensor 541 is a sensor that generates an output corresponding to the opening (throttle opening) of the throttle valve 22 and is built in the throttle actuator 23.
- the intake pressure sensor 542 is a sensor that generates an output corresponding to the intake pipe pressure, and is attached to the intake pipe portion of the intake passage 21 on the downstream side of the throttle valve 22 in the intake flow direction.
- the crank position sensor 543 outputs a signal used for calculating the engine speed. Specifically, the crank position sensor 543 outputs a signal having a narrow pulse every time the crankshaft rotates 10 degrees and a wide pulse every time the crankshaft rotates 360 degrees.
- the cam position sensor 544 generates a signal (G2 signal) having one pulse every time the intake camshaft included in the intake valve drive mechanism 15 rotates 90 degrees (that is, every time the crankshaft rotates 180 degrees). To do.
- the cooling water temperature sensor 545 is attached to the cylinder block and generates an output corresponding to the temperature of the cooling water flowing through the cylinder block in the internal combustion engine 10.
- the first pressure sensor 546 is mounted in the vicinity of the connection between the regulator 524 and the gas pipe 522 so as to generate an output corresponding to the fuel pressure upstream of the regulator 524. More specifically, the first pressure sensor 546 is provided closer to the gas tank 523 than the regulator 524.
- the second pressure sensor 547 is mounted in the vicinity of the connection between the CNG injection valve 521 and the gas pipe 522 so as to generate an output corresponding to the fuel pressure downstream of the regulator 524 (that is, the above-described injection-side supply pressure). Yes.
- the selection switch 548 is provided so that the driver can select the fuel used for the operation of the internal combustion engine 10 (supply to the cylinder 11 and combustion in the cylinder 11). This selection switch 548 is provided in the cab of the vehicle so that it can be operated by the driver.
- the switching output unit 532 When an event that causes a fuel switching request (for example, a change in driving state or an operation of the selection switch 548 by the driver) occurs, the switching output unit 532 appropriately outputs a switching signal. That is, the switching output unit 532 outputs a switching signal based on the output signals from the sensors and the selection switch 548 described above.
- the fuel determination unit 533 switches the output signal for the injection signal output unit 536 and the like between the gasoline injection signal and the CNG injection signal after a predetermined time has elapsed. By this switching, the gasoline injection by the gasoline injection valve 511 and the CNG injection by the CNG injection valve 521 are switched.
- the correction unit 534 calculates an increase correction amount and supplies the injection signal output unit 536 to the injection signal output unit 536 during a period in which the fuel injection before switching continues for the predetermined time described above. Output toward. That is, the correction unit 534 increases the increase correction amount before the output signals from the fuel determination unit 533 to the correction unit 534, the timing setting unit 535, and the injection signal output unit 536 are switched between the gasoline injection signal and the CNG injection signal. Is calculated and output.
- This increase correction amount is a correction amount of the fuel injection amount with respect to the correction target injection which is the fuel injection immediately before switching (the last fuel injection for the cylinder 11 before switching).
- the amount of increase correction is determined based on the currently used fuel (signal currently received from the fuel determining unit 533: the same applies hereinafter) and the progress of the operating state before receiving the switching signal (injection of the same fuel). And the duration of the fuel injection amount, etc.).
- the timing setting unit 535 calculates the injection timing correction amount in the period during which the fuel injection before switching continues for the predetermined time described above. Then, the timing setting unit 535 outputs the calculated injection timing correction amount to the injection signal output unit 536.
- This injection timing correction amount is an injection timing correction amount (specifically, a retard amount) in the correction target injection described above. In the present embodiment, this injection timing correction amount is calculated based on the currently used fuel and the output signals from the above-described sensors.
- the injection signal output unit 536 performs injection at a predetermined timing and pulse width to the gasoline injection valve 511 or the CNG injection valve 521 based on output signals from the fuel determination unit 533, the correction unit 534, and the timing setting unit 535.
- a signal gasoline injection signal or CNG injection signal is output.
- FIG. 2 shows an example of fuel switching by operating the selection switch 548.
- the horizontal axis indicates the passage of time, and in the “fuel injection timing”, the upper side indicates the advance side (the lower side indicates the retard side).
- a switching signal is output when switching is possible.
- the case where switching is possible is a case where the remaining amount of gasoline in the gasoline tank 513 is sufficient, for example.
- the fuel is actually switched from CNG to gasoline at time t2 after a predetermined time has elapsed from time t1.
- a switching signal is output when switching is possible.
- the fuel is actually switched from gasoline to CNG.
- the increase correction and the injection timing retardation are executed in the correction target injection that is the last fuel injection between the times t1 and t2. Then, a part of the fuel injected in the correction target injection (in this case, CNG) is not sucked into the cylinder 11 during the intake stroke corresponding to the correction target injection but stays on the intake port 12 side. To do. This staying fuel is sucked in the next intake stroke in the cylinder 11. Thereby, the occurrence of a shortage of fuel in the cylinder 11 immediately after switching is suppressed as much as possible.
- CNG the fuel injected in the correction target injection
- the fuel injection correction for suppressing the shortage of the fuel amount in the cylinder 11 immediately after switching performs the fuel injection in the gasoline injection valve 511 and the fuel injection in the CNG injection valve 521 at the same time. Done without. Therefore, it is possible to perform good injection control while suppressing an increase in control load and adaptation man-hours as much as possible.
- the increase correction and the injection timing retardation are executed.
- the cause of the shortage of the fuel amount in the cylinder 11 that occurs when the switching between the liquid fuel and the gaseous fuel is performed is from the gaseous fuel to the liquid fuel.
- the injection timing retardation amount at the time of switching from the gaseous fuel to the liquid fuel and the injection timing retardation amount at the time of the switching from the liquid fuel to the gaseous fuel is executed.
- step 310 it is determined whether or not a fuel switching request has occurred at the switching output unit 532. At this stage, the switching signal has not been output yet.
- the fuel switching request is generated based on the output signals from the sensors and the selection switch 548 described above.
- step 310 NO
- the processing after step 320 is skipped, and this switching processing ends.
- step 330 it is determined whether or not the current fuel switching is from liquid fuel to gaseous fuel. In accordance with the determination result, the increase correction amount and the injection timing retardation amount are calculated, and the correction target injection is executed based on the calculated value.
- step 330 YES
- step 340 the increase correction amount and the injection timing retardation amount are calculated when the correction target injection is liquid fuel (gasoline). Thereafter, the process proceeds to step 345, and correction target injection with liquid fuel is executed.
- step 350 the process proceeds to step 350.
- an increase correction amount and an injection timing retardation amount are calculated when the correction target injection is gaseous fuel (CNG). Thereafter, the process proceeds to step 545, and correction target injection with gaseous fuel is executed.
- step 360 the switching of the fuel (switching between the gasoline injection signal and the CNG injection signal of the output from the fuel determination unit 533) is executed, and this switching process is completed.
- the present disclosure is not limited to the specific device configuration described above. That is, for example, the CNG injection valve 521 may be mounted on the internal combustion engine 10 so as to inject gaseous fuel directly into the cylinder 11. Further, the number of cylinders 11 and the number of CNG injection valves 521 are not particularly limited.
- the switching signal may be an instruction (command) or a flag setting.
- the calculation of the correction amount may be acquisition using a map (lookup table), or may be calculation by a predetermined calculation formula (calculation program).
- the injection timing retardation can be omitted. That is, when the increase correction amount is sufficient, the correction target injection can be performed at a normal timing (the same timing as the pre-correction injection).
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
本開示の燃料供給装置(50)は、出力部(532)と切替部(533)と補正部(534)とを備えている。出力部は、液体燃料の噴射と気体燃料の噴射とを切替えるための切替信号を出力する。切替部は、切替出力部の出力に基づいて、液体燃料の噴射と気体燃料の噴射とを切替える。補正部は、切替部によって切替えられる前の(典型的には直前の)燃料噴射における燃料噴射量を増量補正する。これにより、バイフューエル内燃機関において、液体燃料と気体燃料との間の切替えが行われた際(特に切替直後)に気筒内における燃料量が不足することで出力低下等が生じるのを抑制し得る。
Description
本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2012年12月4日に出願された日本特許出願2012-264944を基にしている。
本開示は、内燃機関の気筒内に供給する燃料を、液体燃料と気体燃料との間で切替可能に構成された、燃料供給装置に関する。
近年、排気中の有害成分を低減する等の観点から、内燃機関用燃料として、圧縮天然ガス(Compressed Natural Gas:以下「CNG」と略称する)等の気体燃料が注目されている。しかしながら、CNGは、ガソリンや軽油等の液体燃料に比べて、エネルギー密度が小さい。このため、CNG用内燃機関及びこれを搭載した車両においては、液体燃料用内燃機関及びこれを搭載した車両に比べて、機関出力が低くなったり航続距離が短くなったりするという恐れがある。また、現在のところ、車両の一般ユーザが気体燃料を入手可能な施設の数は少ない。このため、気体燃料用内燃機関を搭載した車両においては、長距離の移動に際して注意が必要となる。
そこで、液体燃料と気体燃料とを切替えて使用可能な、いわゆるバイフューエル内燃機関が提案されている(例えば、特開平7-34915号公報等参照。)。かかるバイフューエル内燃機関においては、気筒内に供給される燃料が、液体燃料と気体燃料との間で、運転状態等に応じて適宜切替えられる。これにより、排気中の有害成分の低減が気体燃料の使用によって図られる。更に、高出力及び充分な航続距離が液体燃料の使用によって確保される。
上述のようなバイフューエル内燃機関においては、液体燃料と気体燃料との間の切替えが行われた際、特に切替直後に、気筒内における燃料量が不足することがある。その結果、出力低下等が生じる恐れがある。この切替時の燃料量の不足は、燃料供給系の輸送遅れ、吸気通路内への壁面付着、等に起因して生じる。燃料の壁面付着は、液体燃料において生じる一方で、気体燃料においては生じることはない。本開示は、かかる点に対処するためになされたものである。
本開示の対象となる燃料供給装置は、内燃機関の気筒内に供給する燃料を、液体燃料と気体燃料との間で切替可能に構成されている。ここで、液体燃料とは、常温常圧にて液体状態の燃料をいう(ガソリン、軽油、ジメチルエーテル、アルコール、等。)。また、気体燃料とは、常温常圧にて気体状態の燃料をいう(CNG、液化天然ガス、液化石油ガス、水素、等。)。前記燃料供給装置は、第1噴射弁と、第2噴射弁と、制御部と、を備えている。
前記第1噴射弁は、前記気筒に連通する吸気ポート内にて前記液体燃料を噴射する。前記第2噴射弁は、前記気体燃料を噴射することで前記気筒に前記気体燃料を供給する。前記制御部は、前記第1噴射弁及び前記第2噴射弁を制御する。
前記制御部は、出力部と、切替部と、を備えている。前記出力部は、切替信号を出力する。この切替信号は、前記第1噴射弁による前記液体燃料の噴射と、前記第2噴射弁による前記気体燃料の噴射と、を切替えるための信号(命令、フラグ設定、等を含む。)である。前記切替部は、前記出力部による前記切替信号の出力に基づいて、前記第1噴射弁による前記液体燃料の噴射と、前記第2噴射弁による前記気体燃料の噴射と、を切替える。
本開示の特徴は、前記制御部が、さらに補正部を備えたことにある。この補正部は、前記出力部による前記切替信号の出力に基づいて、前記切替部によって切替えられる前の(典型的には直前の)燃料噴射における噴射量を増量するように補正(増量補正)する。
かかる構成を有する、本開示の燃料供給装置においては、前記制御部は、前記内燃機関の運転状態等に応じて、前記気筒内に供給する燃料を、前記液体燃料と前記気体燃料との間で適宜切替える。すなわち、燃料の切替要求の原因となる事象(例えば前記運転状態の変化あるいは運転者による燃料選択操作)の発生に応じて、前記出力部は、前記切替信号を適宜出力する。この切替信号が出力されると、前記切替部は、前記第1噴射弁による前記液体燃料の噴射と、前記第2噴射弁による前記気体燃料の噴射と、を切替える。
ここで、本開示の燃料供給装置においては、前記補正部は、前記切替部によって切替えられる前の燃料噴射における燃料噴射量を増量補正する。すなわち、前記切替信号が出力されてから実際に前記切替部によって噴射燃料が切替えられるまでの間の燃料噴射(典型的には切替の直前)における燃料噴射量に対して、増量補正が行われる。これにより、燃料の切替えが行われた際(特に切替直後)における、前記気筒内の燃料量の不足の発生が、良好に抑制される。
以下、本開示を具体化した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図1を参照すると、本実施形態が適用される内燃機関10は、内部に設けられた気筒11内に供給される燃料を、気体燃料としてのCNGと、液体燃料としてのガソリンと、の間で切替可能な、いわゆるバイフューエルエンジンである。具体的には、本実施形態においては、内燃機関10は、複数(例えば4つ)の気筒11を有している。そして、内燃機関10は、車両に搭載されて、当該車両の駆動輪を回転駆動させるための動力を発生する。以下、最初に、内燃機関10及びその周辺の構成について説明する。
内燃機関10におけるシリンダヘッドには、複数の吸気ポート12及び排気ポート13が、各気筒11と連通可能に形成されている。吸気ポート12及び排気ポート13は、それぞれ、各気筒11に対応して設けられている。また、内燃機関10におけるシリンダヘッドには、複数の吸気弁14と、これらの吸気弁14を所定のタイミングで開閉動作させるための吸気弁駆動機構15と、が装着されている。吸気弁14は、吸気ポート12を開閉する。すなわち、吸気弁14は、気筒11と吸気ポート12との連通と非連通とを切替える。同様に、内燃機関10におけるシリンダヘッドには、複数の排気弁16と、これらの排気弁16を所定のタイミングで開閉動作させるための排気弁駆動機構17と、が装着されている。さらに、内燃機関10におけるシリンダヘッドには、複数の点火プラグ18が装着されている。点火プラグ18は、各気筒11に対応して設けられていて、点火コイル等を含む点火装置を介して所定タイミングに高電圧が印加される。これにより、点火プラグ18は、燃料混合気を着火するための火花放電を気筒11内にて発生させる。
各気筒11は、吸気ポート12を介して、吸気通路21と接続されている。吸気通路21は、吸気管部と、この吸気管部から各気筒11に対応して枝分かれした吸気マニホールドと、を備えている。吸気通路21における上述の吸気管部には、気筒11内への吸入空気量を調整する手段としてのスロットル弁22が設けられている。このスロットル弁22は、DCモータ等のスロットルアクチュエータ23によって開度調節されるようになっている。
また、各気筒11は、排気ポート13を介して、排気通路31と接続されている。排気通路31は、排気管部と、この排気管部から各気筒11に対応して枝分かれした排気マニホールドと、を備えている。上述の排気管部には、排気中のCO,HC,NOx等を浄化するための触媒32が設けられている。
次に、内燃機関10における各気筒11に燃料を供給する燃料供給装置50について説明する。この燃料供給装置50は、気筒11内に供給する燃料を、ガソリンとCNGとの間で切替可能に構成されている。具体的には、この燃料供給装置50は、ガソリン供給部51と、CNG供給部52と、制御部53(噴射制御部)と、を備えている。
ガソリン供給部51は、ガソリン噴射弁511と、ガソリン配管512と、ガソリンタンク513と、フィードポンプ514と、を備えている。複数のガソリン噴射弁511は、各気筒11に対応して設けられている。ガソリン噴射弁511は、吸気ポート12の近傍に装着されている。そして、ガソリン噴射弁511は、ガソリン配管512を介して供給されたガソリンを吸気ポート12内にて噴射する。ガソリン噴射弁511は、本開示の「第1噴射弁(液体燃料噴射弁)」の一例として用いられ得る。各ガソリン噴射弁511は、ガソリン配管512を介して、ガソリンが貯留されているガソリンタンク513に接続されている。ガソリンタンク513内には、ガソリンをガソリン配管512に送出するためのフィードポンプ514が設けられている。
CNG供給部52は、CNG噴射弁521と、ガス配管522と、ガスタンク523と、レギュレータ524と、第1遮断弁525と、第2遮断弁526と、を備えている。複数のCNG噴射弁521は、各気筒11に対応して設けられている。本実施形態においては、CNG噴射弁521は、吸気ポート12の近傍に装着されている。CNG噴射弁521は、本開示の「第2噴射弁(気体燃料噴射弁)」の一例として用いられ得る。CNG噴射弁521は、ガス配管522を介して供給されたCNGを吸気ポート12内にて噴射することで、気筒11内にCNGを供給する。各CNG噴射弁521は、ガス配管522を介して、ガスタンク523に接続されている。ガスタンク523内には、高圧状態(例えば20MPa)のCNGが充填されている。
ガス配管522には、レギュレータ524が装着されている。このレギュレータ524は、いわゆる減圧弁と称される。レギュレータ524は、CNG噴射弁521側に供給されるCNGの圧力(噴射側供給圧)を、ガスタンク523内における高圧状態から減圧して所定供給圧(例えば0.4MPa)に調整する。ガスタンク523とガス配管522との接続部には、第1遮断弁525が装着されている。同様に、レギュレータ524とガス配管522との接続部には、第2遮断弁526が装着されている。第1遮断弁525及び第2遮断弁526は、常閉式の電磁駆動弁である。両遮蔽弁525,526は、非通電時においてガス通路におけるCNG燃料の通流を遮断する。また、両遮蔽弁525,526は、通電時においてガス通路におけるCNG燃料の通流を許容する。
制御部53は、ガソリン噴射弁511によるガソリン噴射とCNG噴射弁521によるCNG噴射とが択一的に行われるべく、ガソリン噴射弁511及びCNG噴射弁521における燃料噴射動作を制御する。すなわち、1つの気筒11における同一の吸気行程において、ガソリン噴射またはCNG噴射のいずれか一方の噴射のみが行われる。具体的には、制御部53は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、等よりなるマイクロコンピュータ531を主体とするECU530を備えている。ECU530は、マイクロコンピュータ531の他に、インタフェース等を備えている。インタフェースは、マイクロコンピュータ531と、ECU530の外部の、各種動作部(スロットルアクチュエータ23、ガソリン噴射弁511、CNG噴射弁521、等。)、後述するセンサ類、スイッチ類、等と、の間の信号の授受を仲介する。マイクロコンピュータ531は、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行する。そして、マイクロコンピュータ531は、後述する各種センサ等からの入力に基づいて燃料噴射量や点火タイミング等を演算する。更に、マイクロコンピュータ531は、この演算結果に基づいて上述の各種動作部の駆動を制御するための駆動制御信号を出力する。
図1におけるマイクロコンピュータ531内には、上述の制御プログラムの実行により当該マイクロコンピュータ531上に構築される機能ブロックが示されている。図1に示されているように、本実施形態においては、マイクロコンピュータ531は、切替出力部532と、燃料決定部533と、補正部534と、タイミング設定部535と、噴射信号出力部536と、を備えている。また、燃料供給装置50には、スロットル開度センサ541、吸気圧センサ542、クランクポジションセンサ543、カムポジションセンサ544、冷却水温センサ545、第1圧力センサ546、及び第2圧力センサ547を含むセンサ類と、選択スイッチ548を含むスイッチ類と、が設けられている。
切替出力部532は、上述のセンサ類及びスイッチ類からの出力信号に基づいて、切替信号を出力するように設けられている。切替出力部532は、本開示の「出力部(切替指令出力部)」の一例として用いられ得る。ここで、「切替信号」とは、ガソリン噴射弁511によるガソリンの噴射と、CNG噴射弁521によるCNGの噴射と、を切替えるための信号である。すなわち、この切替信号は、気筒11内へ供給する燃料の切替えを行うために出力される。本実施形態においては、切替信号として、ガソリンからCNGへの切替えとCNGからガソリンへの切替えとの2つの態様がある。
燃料決定部533は、切替出力部532による切替信号の出力に基づいて、ガソリン噴射信号とCNG噴射信号とを切替える。そして、これら噴射信号を、補正部534、タイミング設定部535、及び噴射信号出力部536に向けて出力する。燃料決定部533は、本開示の「切替部(切替実行部)」の一例として用いられ得る。ここで、「ガソリン噴射信号」とは、ガソリン噴射弁511にてガソリンを噴射させるために、噴射信号出力部536等に向けて出力される信号である。一方、「CNG噴射信号」とは、CNG噴射弁521にてCNGを噴射させるために、噴射信号出力部536等に向けて出力される信号である。すなわち、燃料決定部533は、切替出力部532による切替信号の出力に基づいて、気筒11内へ供給する燃料を、ガソリンとCNGとの間で選択(決定)するようになっている。
補正部534(噴射量補正部)は、燃料決定部533からの出力信号(ガソリン噴射信号又はCNG噴射信号:以下同様)と、上述のスロットル開度センサ541等を含むセンサ類からの出力信号と、に基づいて、ガソリン又はCNGの燃料噴射における基本噴射量に対する、補正量を算出し出力する。基本噴射量は、ECU530に含まれる他の手段によって運転状態に応じて設定される。特に、本実施形態においては、補正部534は、切替出力部532による切替信号の出力に基づいて、補正対象噴射における燃料噴射量を増量するように補正(増量補正)する。この補正対象噴射とは、燃料決定部533からの出力がガソリン噴射信号とCNG噴射信号との間で切替えられる前(典型的には直前)の燃料噴射をいう。すなわち、補正部534は、切替出力部532から出力された切替信号を受信した場合に、補正対象噴射に対する増量補正を実施する。
タイミング設定部535は、燃料決定部533からの出力信号と、上述のセンサ類からの出力信号と、に基づいて、ガソリン噴射弁511及びCNG噴射弁521における燃料噴射のタイミングを設定する。タイミング設定部535は、本開示の「タイミング変更部(噴射タイミング変更部)」の一例として用いられ得る。特に、本実施形態においては、タイミング設定部535は、上述の補正対象噴射のタイミングを、当該補正対象噴射よりも前の燃料噴射である補正前噴射から変更する。すなわち、タイミング設定部535は、通常の燃料噴射である補正前噴射においては、ガソリン噴射弁511及びCNG噴射弁521による燃料噴射のタイミングを、燃料が気筒11内に吸入されやすいタイミング(吸気行程初期)に設定する。一方、タイミング設定部535は、上述の補正対象噴射においては、燃料噴射のタイミングを、燃料が気筒11内に吸入されにくいタイミング(具体的には吸気行程後半)に設定する。
噴射信号出力部536は、燃料決定部533からガソリン噴射信号を受信した場合に、基本噴射量と、補正部534によって設定された補正量と、タイミング設定部535によって設定された燃料噴射タイミングと、に基づいて、ガソリン噴射弁511に対して、所定のタイミング及びパルス幅のガソリン噴射信号を出力する。同様に、噴射信号出力部536は、燃料決定部533からCNG噴射信号を受信した場合に、基本噴射量と、補正部534によって設定された補正量と、タイミング設定部535によって設定された燃料噴射タイミングと、に基づいて、CNG噴射弁521に対して、所定のタイミング及びパルス幅のCNG噴射信号を出力する。
スロットル開度センサ541は、スロットル弁22の開度(スロットル開度)に対応する出力を生じるセンサであって、スロットルアクチュエータ23に内蔵されている。吸気圧センサ542は、吸気管圧力に対応する出力を生じるセンサであって、スロットル弁22よりも吸気通流方向における下流側にて、吸気通路21の吸気管部に装着されている。クランクポジションセンサ543は、機関回転速度の算出に用いられる信号を出力する。具体的には、クランクポジションセンサ543は、クランクシャフトが10度回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランクシャフトが360度回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力する。カムポジションセンサ544は、吸気弁駆動機構15に備えられている吸気カムシャフトが90度回転する毎に(すなわちクランクシャフトが180度回転する毎に)一つのパルスを有する信号(G2信号)を発生する。冷却水温センサ545は、シリンダブロックに装着され、内燃機関10におけるシリンダブロック内を通流する冷却水の温度に対応する出力を生じる。
第1圧力センサ546は、レギュレータ524の上流側の燃料圧力に対応する出力を生じるように、レギュレータ524とガス配管522との接続部付近に装着されている。より詳しくは、第1圧力センサ546は、レギュレータ524よりもガスタンク523側に設けられている。第2圧力センサ547は、レギュレータ524の下流側の燃料圧力(すなわち上述の噴射側供給圧)に対応する出力を生じるように、CNG噴射弁521とガス配管522との接続部付近に装着されている。選択スイッチ548は、運転者が内燃機関10の運転(気筒11内への供給及び気筒11内での燃焼)に使用される燃料を選択できるように設けられる。この選択スイッチ548は、当該運転者によって操作し得るよう車両の運転室に設けられている。
以下、本実施形態の構成による動作(作用・効果)について説明する。
燃料の切替要求の原因となる事象(例えば運転状態の変化あるいは運転者による選択スイッチ548の操作)が発生すると、切替出力部532は、切替信号を適宜出力する。すなわち、切替出力部532は、上述のセンサ類や選択スイッチ548からの出力信号に基づいて、切替信号を出力する。この切替信号を受信すると、燃料決定部533は、所定時間経過後に、噴射信号出力部536等に対する出力信号を、ガソリン噴射信号とCNG噴射信号との間で切替える。この切替えにより、ガソリン噴射弁511によるガソリンの噴射と、CNG噴射弁521によるCNGの噴射とが切替えられる。
ここで、本実施形態においては、上述の所定時間の間の、切替前の燃料の噴射が継続している期間にて、補正部534は、増量補正量を算出して噴射信号出力部536に向けて出力する。すなわち、補正部534は、燃料決定部533から補正部534、タイミング設定部535、及び噴射信号出力部536への出力信号がガソリン噴射信号とCNG噴射信号との間で切替えられる前に増量補正量を算出および出力する。この増量補正量は、切替直前の燃料噴射(切替前の当該気筒11に対する最後の燃料噴射)である補正対象噴射に対する、燃料噴射量の補正量である。本実施形態においては、この増量補正量は、現在の使用燃料(燃料決定部533から現在受信している信号:以下同様)と、切替信号の受信前の運転状態の経過(同一燃料の噴射の継続時間、燃料噴射量の履歴、等)と、に基づいて算出される。
また、本実施形態においては、上述の所定時間の間の、切替前の燃料の噴射が継続している期間にて、タイミング設定部535は、噴射タイミング補正量を算出する。そして、タイミング設定部535は、算出した噴射タイミング補正量を噴射信号出力部536に向けて出力する。この噴射タイミング補正量は、上述の補正対象噴射における、噴射タイミングの補正量(具体的には遅角量)である。本実施形態においては、この噴射タイミング補正量は、現在の使用燃料と、上述のセンサ類からの出力信号と、に基づいて算出される。
噴射信号出力部536は、燃料決定部533、補正部534、及びタイミング設定部535からの出力信号に基づいて、ガソリン噴射弁511又はCNG噴射弁521に対して、所定のタイミング及びパルス幅の噴射信号(ガソリン噴射信号又はCNG噴射信号)を出力する。
図2のタイムチャートを用いて、切替時の燃料噴射の様子をさらに詳細に説明する。なお、説明の簡単のため、図2においては、選択スイッチ548の操作による燃料切替の例が示されているものとする。また、図中、横軸は時間経過を示し、「燃料噴射タイミング」においては上方が進角側(下方が遅角側)を示すものとする。
時刻t1にて、選択スイッチ548が、気体燃料(CNG)側から液体燃料(ガソリン)側に操作されると、切替えが可能である場合に、切替信号が出力される。切替えが可能である場合とは、例えばガソリンタンク513内のガソリンの残量が充分である場合である。すると、時刻t1から所定時間経過後の時刻t2にて、実際に燃料がCNGからガソリンに切替えられる。同様に、時刻t3にて、選択スイッチ548が、液体燃料(ガソリン)側から気体燃料(CNG)側に操作されると、切替えが可能である場合に、切替信号が出力される。すると、時刻t3から所定時間経過後の時刻t4にて、実際に燃料がガソリンからCNGに切替えられる。
ここで、本実施形態においては、図2に示されているように、時刻t1~t2間における最後の燃料噴射である補正対象噴射にて、増量補正と噴射タイミング遅角とが実行される。すると、当該補正対象噴射にて噴射された燃料(この場合はCNG)の一部は、当該補正対象噴射に対応する吸気行程中には気筒11内に吸入されずに、吸気ポート12側に滞留する。この滞留した燃料は、次回の当該気筒11における吸気行程にて吸入される。これにより、切替直後の気筒11内における燃料量の不足の発生が、可及的に抑制される。特に、本実施形態においては、切替直後の気筒11内における燃料量の不足の発生を抑制するための燃料噴射補正が、ガソリン噴射弁511における燃料噴射とCNG噴射弁521における燃料噴射とを同時に実行することなく行われる。したがって、制御負荷や適合工数の増加を可及的に抑制しつつ、良好な噴射制御を行うことが可能になる。
同様に、時刻t3~t4間における最後の燃料噴射である補正対象噴射においても、増量補正と噴射タイミング遅角とが実行される。なお、増量補正及び噴射タイミング補正が行われない場合に、液体燃料と気体燃料との間の切替えが行われた際に生じる、気筒11内における燃料量不足の要因は、気体燃料から液体燃料への切替の場合と、液体燃料から気体燃料への切替の場合と、で相違する。このため、運転状態が一定の条件下においても、気体燃料から液体燃料への切替の際の噴射タイミング遅角量と、液体燃料から気体燃料への切替の際の噴射タイミング遅角量とは、上述の相違に起因して異なる。
図3のフローチャートを用いて、動作手順の具体例について説明する。このフローチャートに示された切替処理は、ECU530に備えられたマイクロコンピュータ531によって実行されるものである。なお、図中の「S」は「ステップ」を示すものとする。
まず、ステップ310にて、切替出力部532にて燃料切替要求が生じたか否かが判定される。なお、この段階では未だ切替信号は出力されていない。この燃料切替要求は、上述のセンサ類や選択スイッチ548からの出力信号に基づいて生じるものである。燃料切替要求が生じていない場合(ステップ310=NO)、ステップ320以降の処理がスキップされ、本切替処理が終了する。
燃料切替要求が生じている場合(ステップ310=YES)、処理がステップ320に進行する。ステップ320においては、燃料の切替えが許可されるか否かが判定される。すなわち、例えば、燃料切替要求があっても、切替えるべき燃料の残量が少ない場合や、切替えるべき燃料の供給系に異常がある場合は、切替えを行うべきではない。この場合、燃料の切替えが許可されず(ステップ320=NO)、ステップ330以降の処理がスキップされ、本切替処理が終了する。
燃料の切替えが許可された場合(ステップ320=YES)、切替出力部532から切替信号が出力されるとともに、処理がステップ330以降に進行する。ステップ330においては、今回の燃料の切替えが液体燃料から気体燃料であるか否かが判定される。この判定結果に応じて、増量補正量及び噴射タイミング遅角量の算出と、この算出値に基づく補正対象噴射の実行と、が行われる。
具体的には、今回の燃料の切替えが液体燃料から気体燃料である場合(ステップ330=YES)、処理がステップ340に進行する。そして、補正対象噴射が液体燃料(ガソリン)である場合における増量補正量及び噴射タイミング遅角量の算出が行われる。その後、処理がステップ345に進行して、液体燃料による補正対象噴射が実行される。同様に、今回の燃料の切替えが気体燃料から液体燃料である場合(ステップ330=NO)、処理がステップ350に進行する。そして、補正対象噴射が気体燃料(CNG)である場合における増量補正量及び噴射タイミング遅角量の算出が行われる。その後、処理がステップ545に進行して、気体燃料による補正対象噴射が実行される。
このようにして、切替態様に応じた増量補正及び噴射タイミング遅角が行われた後、処理がステップ360に進行する。そして、燃料の切替え(燃料決定部533からの出力の、ガソリン噴射信号とCNG噴射信号との間の切替)が実行され、本切替処理が終了する。
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例において実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。そして、かかる部分の説明については、上述した実施形態を適用することができる。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
本開示は、上述した具体的な装置構成に限定されない。すなわち、例えば、CNG噴射弁521は、気筒11内に気体燃料を直接噴射するように、内燃機関10に装着されていてもよい。また、気筒11の数、及びCNG噴射弁521の数についても、特段の限定はない。
本開示は、上述した具体的な処理態様に限定されない。すなわち、例えば、切替信号は、命令(コマンド)であってもよいし、フラグ設定であってもよい。また、補正量の算出は、マップ(ルックアップテーブル)を用いた取得であってもよいし、所定の計算式(計算プログラム)による算出であってもよい。
増量補正量によっては、噴射タイミング遅角は省略され得る。すなわち、増量補正量が充分である場合、補正対象噴射は、通常のタイミング(補正前噴射と同じタイミング)で行われ得る。
Claims (4)
- 内燃機関(10)の気筒(11)内に供給する燃料を、液体燃料と気体燃料との間で切替可能に構成された、燃料供給装置(50)であって、
前記気筒に連通する吸気ポート(12)内にて前記液体燃料を噴射する第1噴射弁(511)と、
前記気体燃料を噴射することで前記気筒に前記気体燃料を供給する第2噴射弁(521)と、
前記第1噴射弁及び前記第2噴射弁を制御する制御部(53)と、
を備え、
前記制御部は、
前記第1噴射弁による前記液体燃料の噴射と、前記第2噴射弁による前記気体燃料の噴射と、を切替えるための切替信号を出力する出力部(532)と、
前記出力部による前記切替信号の出力に基づいて、前記第1噴射弁による前記液体燃料の噴射と、前記第2噴射弁による前記気体燃料の噴射と、を切替える切替部(533)と、
前記出力部による前記切替信号の出力に基づいて、前記切替部によって切替えられる前の燃料噴射における噴射量を増量するように補正する補正部(534)と、
を備えた燃料供給装置。 - 請求項1に記載の燃料供給装置であって、
前記制御部は、
前記補正部による補正の対象となる燃料噴射のタイミングを、当該燃料噴射の前から変更するタイミング変更部(535)をさらに備えた燃料供給装置。 - 請求項2に記載の燃料供給装置であって、
前記タイミング変更部は、前記補正部による補正の対象となる燃料噴射のタイミングを、吸気行程後半に設定する燃料供給装置。 - 請求項2または3に記載の燃料供給装置であって、
前記タイミング変更部は、前記補正部による補正の対象となる燃料噴射のタイミングを、当該燃料噴射により噴射された燃料の少なくとも一部が次回の吸気行程において前記気筒内に吸入されるよう設定する燃料供給装置。
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