WO2016132708A1 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

　燃料噴射制御装置は、気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁（２１）を備える内燃機関（１０）に適用され、気体燃料による内燃機関の運転開始要求が生じたか否かを判定する要求判定部（８０、１０１）と、要求判定部により運転開始要求が生じたと判定された場合に、気体燃料噴射弁から気体燃料を噴射させる噴射指令に先立ち、気体燃料噴射弁から気体燃料を噴射させない程度に気体燃料噴射弁に通電するプレ通電制御を実施する通電制御部（８０、２０１～２０９）と、を備える。

Description

燃料噴射制御装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１５年２月２０日に出願された日本特許出願番号２０１５－３２００９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、気体燃料を燃料噴射弁に供給可能な燃料供給系を備える内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。

　従来、例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料を燃焼させて駆動する内燃機関が実用化されている。ここで、エンジンを始動する際には、噴射弁と弁座との張り付き（固着）が生じていることがある。この点について、特許文献１には、気体燃料噴射弁が固着していると判定されているときには、エンジン始動時の気体燃料圧力を通常運転時よりも低くするとともに、通電時間を通常運転時よりも長くすることが開示されている。こうした制御により、噴射弁と弁座との張り付きの解消を促進させる。

特許第３５７２６０５号公報

　エンジン始動時には、通常、気筒判別が完了した後に噴射指令を行い、この噴射指令に伴い燃料噴射弁から燃料が噴射されてエンジンで燃焼が行われる。上記特許文献１に記載の制御のように通電時間を長くする場合、エンジン始動に要する時間が長くなるおそれがある。

　本開示は、気体燃料による内燃機関の運転開始要求に伴い、内燃機関の運転を速やかに開始することができる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

　本開示の一態様により、燃料噴射制御装置は、気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁を備える内燃機関に適用され、気体燃料による内燃機関の運転開始要求が生じたか否かを判定する要求判定部と、要求判定部により運転開始要求が生じたと判定された場合に、気体燃料噴射弁から気体燃料を噴射させる噴射指令に先立ち、気体燃料噴射弁から気体燃料を噴射させない程度に気体燃料噴射弁に通電するプレ通電制御を実施する通電制御部と、を備える。

　上記構成では、内燃機関の運転開始要求に伴い気体燃料で内燃機関を運転する場合には、気体燃料噴射弁に噴射指令する前に予め、気体燃料噴射弁から気体燃料を噴射させない程度に気体燃料噴射弁に通電しておく。こうした通電制御により、気体燃料噴射弁の開弁を促進することができ、噴射指令した際に内燃機関への気体燃料の供給を適正に行わせることができる。その結果、気体燃料による内燃機関の運転開始要求に伴い、内燃機関の運転を速やかに開始することができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、エンジンの燃料噴射システムの概略を示す構成図であり、 図２は、各電気負荷に対する電力供給系の構成を示す図であり、 図３は、エンジン始動要求時の開弁促進制御を示すタイムチャートであり、 図４は、燃料切替要求時の開弁促進制御を示すタイムチャートであり、 図５は、エンジン始動要求時の開弁促進制御の処理手順を示すフローチャートであり、 図６は、燃料切替要求時の開弁促進制御の処理手順を示すフローチャートであり、 図７は、エンジン水温と積算通電時間との関係を示す図であり、 図８は、バッテリ電圧と積算通電時間との関係を示す図であり、 図９は、供給ガス圧と積算通電時間との関係を示す図であり、 図１０は、他の実施形態の開弁促進制御を示すタイムチャートであり、 図１１は、他の実施形態の開弁促進制御を示すタイムチャートである。

　以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、気体燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と、液体燃料であるガソリンとを燃焼用の燃料として使用する、いわゆるバイフューエルタイプの車載エンジン（内燃機関）に適用される燃料噴射制御システムとして具体化している。本システムの全体概略図を図１に示す。

　図１に示すエンジン１０は、多気筒（例えば直列３気筒）の火花点火式エンジンである。エンジン１０の吸気ポートには吸気マニホールド１２を介して吸気管１１が接続されており、排気ポートには排気マニホールド１３を介して排気管１４が接続されている。吸気管１１には、空気量調整部としてのスロットル弁１５が設けられている。スロットル弁１５は、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５ａにより開度調節される電子制御式である。スロットル弁１５の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５ａに内蔵されたスロットル開度センサ１５ｂにより検出される。

　排気管１４には、排気の成分を検出する排気センサと、排気を浄化する触媒１９とが設けられている。排気センサとしては、排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する酸素センサ１８ａ，１８ｂが、触媒１９の上流側及び下流側にそれぞれ設けられている。

　エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、気筒内に導入される空気量を調整する機関バルブとしての吸気バルブ２５及び排気バルブ２６がそれぞれ設けられている。吸気バルブ２５の開動作により空気と燃料との混合気が気筒内に導入され、排気バルブ２６の開動作により燃焼後の排気が排気通路に排出される。

　エンジン１０の各気筒には点火プラグ２０が設けられている。点火プラグ２０には、点火コイル等よりなる点火装置２０ａを通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２０の対向電極間に火花放電が発生し、気筒内に導入した燃料が着火され燃焼に供される。

　本システムには、エンジン１０の気筒ごとに、燃料を各気筒に供給する燃料噴射弁として、気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁２１と、液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁２２とが設けられている。これら各噴射弁２１，２２は、吸気マニホールド１２に燃料を噴射する。

　各噴射弁２１，２２は、電磁駆動部が電気的に駆動されることで弁体が閉位置から開位置にリフトされる開閉タイプの制御弁であり、制御部８０から入力されるオン／オフ式の開弁駆動信号によりそれぞれ開弁駆動される。これら各噴射弁２１，２２は、通電により開弁し、通電遮断により閉弁することにより、通電時間に応じた量の燃料を噴射する。本実施形態では、気体燃料噴射弁２１の先端部に燃料導管２３が接続されている。気体燃料噴射弁２１から噴射された気体燃料は、燃料導管２３を介して吸気マニホールド１２に放出される。液体燃料噴射弁２２について本実施形態ではポート噴射式であるが、エンジン１０の気筒内に直接燃料を噴射する直噴式としてもよい。

　気体燃料噴射弁２１について詳しくは、自身に供給される気体燃料の圧力（供給ガス圧）により閉鎖シール性が付与されるいわゆるセルフシール（自密閉）構造を有している。具体的には、気体燃料噴射弁２１の閉弁状態では、供給ガス圧が弁体に作用することで弁体を閉弁位置に定めている。そして、電磁駆動部が通電されると、弁体が閉弁方向の力に打ち勝って開弁方向に変位し、これにより噴射孔が開弁状態になる。気体燃料噴射弁２１の噴射孔にはゴム製の弁座部が設けられており、弁体の先端部と弁座部とが密着することにより、閉弁時における閉鎖シール性が確保される。

　次に、気体燃料噴射弁２１に対して気体燃料を供給する気体燃料供給部４０と、液体燃料噴射弁２２に対して液体燃料を供給する液体燃料供給部７０とについて説明する。

　気体燃料供給部４０には、気体燃料を高圧状態で貯留するガスタンク４２と、ガスタンク４２と気体燃料噴射弁２１とを接続するガス配管４１とが設けられている。ガス配管４１の途中には、気体燃料噴射弁２１に供給される気体燃料の圧力を減圧調整する機能を有する圧力調整部としてのレギュレータ４３が設けられている。レギュレータ４３は、ガスタンク４２内に貯蔵された高圧状態（例えば最大２０ＭＰａ）の気体燃料を所定の設定圧（例えば０．２～１．０ＭＰａの範囲内の一定圧）になるように減圧調整するものである。減圧調整後の気体燃料は、ガス配管４１を通って気体燃料噴射弁２１に供給される。なお、レギュレータ４３は、気体燃料噴射弁２１に供給する燃料の圧力を可変調整可能な可変燃圧式であってもよい。

　ガス配管４１には更に、ガスタンク４２の燃料出口付近に配置されたタンク主止弁４４と、タンク主止弁４４よりも下流側であってレギュレータ４３の燃料入口付近に配置された遮断弁４５とが設けられている。これら各弁４４，４５によって、ガス配管４１における気体燃料の流通が許容及び遮断される。タンク主止弁４４及び遮断弁４５はいずれも電磁式の開閉弁であり、非通電時において気体燃料の流通が遮断され、通電時において気体燃料の流通が許容される常閉式である。また、ガス配管４１において、レギュレータ４３の上流側及び下流側には、燃料圧力を検出する圧力センサ４６，４７が設けられており、レギュレータ４３の下流側には、燃料温度を検出する温度センサ４８が設けられている。

　液体燃料供給部７０には、液体燃料を貯留する燃料タンク７２が設けられており、燃料タンク７２が液体燃料噴射弁２２に燃料配管７１を介して接続されている。燃料配管７１には、燃料タンク７２内の液体燃料を液体燃料噴射弁２２に給送する燃料ポンプ７３が設けられている。燃料ポンプ７３により汲み上げられた液体燃料は、燃料配管７１を通って液体燃料噴射弁２２に供給される。

　制御部８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、制御部８０は、上述した各種センサや、本システムに設けられたその他のセンサと電気的に接続されており、これらのセンサからの出力（検出信号）が入力される。その他のセンサとしては、例えばエンジン回転速度を検出するクランク角センサ８１、吸気管圧力を検出する吸気圧センサ８２、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ８３、車速を検出する車速センサ等がある。

　制御部８０は、点火装置２０ａ、各噴射弁２１，２２や、エンジン１０の始動装置としてのスタータ等の駆動部と電気的に接続されており、駆動信号を各駆動部に向けて出力することにより各駆動部を制御する。例えば、気体燃料噴射弁２１は、制御部８０からの噴射指令である開弁駆動信号に応じて開弁し、気体燃料を噴射する。点火装置２０ａは、制御部８０からの点火信号に応じて高電圧を出力し、点火プラグに点火火花を生じさせる。

　気体燃料噴射弁２１や点火装置２０ａ、スタータ、タンク主止弁４４、遮断弁４５などの電気負荷は車載バッテリからの電力供給を受けて作動する。その電力供給系の構成を図２に示す。図２では、電気負荷としての各気筒の気体燃料噴射弁２１や点火装置２０ａ、タンク主止弁４４、遮断弁４５、スタータ８４が電力供給線９２を介して、電源部としてのバッテリ９３に接続されている。スタータ８４は、ドライバの操作（例えばキー操作）によって電力供給状態及び電力遮断状態が切り替えられる。これら各電気負荷は、バッテリ９３からの電力供給により駆動される。また、制御部８０には、ドライバによって操作されるエンジン１０の始動スイッチとしてのイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ８５）のオン／オフ信号が入力される。

　制御部８０は、エンジン運転状態やタンク内の燃料残量、図示しない燃料選択スイッチからの入力信号等に応じて、エンジン１０の運転に使用する燃料を選択的に切り替えている。具体的には、燃料選択スイッチにより気体燃料の使用が選択されている場合又は燃料タンク７２内の液体燃料の残存量が所定値を下回った場合には、エンジン１０の運転モードとして、気体燃料供給部４０により気体燃料をエンジン１０に供給する気体燃料モードを選択する。一方、燃料選択スイッチにより液体燃料の使用が選択されている場合又はガスタンク４２内の気体燃料の残存量が所定値を下回った場合には、エンジン１０の運転モードとして、液体燃料供給部７０により液体燃料をエンジン１０に供給する液体燃料モードを選択する。

　ここで、気体燃料噴射弁２１の噴射孔には一般に、燃料リーク対策としてゴム製の弁座部が設けられている。エンジン停止中や液体燃料によるエンジン運転中では、気体燃料噴射弁２１の駆動は停止しており、弁体の先端部と弁座部とが密着した状態になっている。こうした状態から気体燃料噴射弁２１に噴射指令した場合、気体燃料噴射弁２１から直ちに気体燃料が噴射されないことがある。特に、低温時のエンジン始動では、ゴムの硬化により弁体が弁座部に固着した状態となりやすい。また、供給ガス圧が高いと、弁体が燃料圧力によって弁座部に押し付けられ、弁体の固着を助長することがある。

　そこで本実施形態では、気体燃料によるエンジン１０の運転開始要求が生じた場合に、気体燃料噴射弁２１から気体燃料を噴射させる噴射用の通電制御に先立ち、気体燃料噴射弁２１から気体燃料を噴射させない程度に気体燃料噴射弁２１に通電するプレ通電制御を実施する。気体燃料によるエンジン１０の運転開始要求としては、（１）気体燃料によりエンジン１０を始動させる始動要求、及び（２）液体燃料でのエンジン運転中に使用燃料を液体燃料から気体燃料に切り替える燃料切替要求、を含む。本実施形態では、プレ通電制御は開弁促進制御に相当し、プレ通電制御を実行する制御部８０は通電制御部に相当する。

　本実施形態の開弁促進制御について図３及び図４のタイムチャートを用いて説明する。図３は、気体燃料によるエンジン始動要求が生じた場合を示し、図４は、液体燃料から気体燃料への燃料切替要求が生じた場合を示す。なお、図３中、（ａ）は気体燃料噴射弁２１の開弁駆動信号の推移、（ｂ）は気体燃料噴射弁２１の供給ガス圧の推移、（ｃ）は遮断弁４５の開閉の推移、をそれぞれ示している。図４中、（ａ）は燃料切替要求の推移、（ｂ）は気体燃料噴射弁２１の開弁駆動信号の推移、（ｃ）は気体燃料噴射弁２１の供給ガス圧の推移、（ｄ）は遮断弁４５の開閉の推移、（ｅ）は使用燃料の推移、をそれぞれ示している。図３及び図４では、第ｎ気筒を「♯ｎ」と示している。

　図３において、気体燃料によるエンジン１０の始動要求（例えばＩＧスイッチ８５のオン信号の入力）があると、まず、気体燃料噴射弁２１に対し開弁促進用の通電を実施する（時刻ｔ１１）。具体的には、図３に示すように、気体燃料噴射弁２１から燃料が噴射されない程度に短い所定幅Ｗのパルスを出力する。特に本実施形態では、所定幅Ｗのパルスを複数個連続的に出力することにより通電オン／オフを繰り返す。このとき、各気筒の気体燃料噴射弁２１に対して、１気筒ずつ順に開弁促進用の通電を実施する。

　本実施形態では、燃焼順序を第１気筒（♯１）、第２気筒（♯２）、第３気筒（♯３）の順としており、この燃焼順序に従って、各気筒の気体燃料噴射弁２１に対して開弁促進用の通電を行う。具体的には、まず、時刻ｔ１１から所定の通電期間ＴＢの間において、第１気筒の気体燃料噴射弁２１に対して開弁促進用の通電を実施する。次いで、時刻ｔ１１から所定期間ＴＡが経過した時刻ｔ１２で、第２気筒の気体燃料噴射弁２１に対する開弁促進用の通電を開始し、所定の通電期間ＴＢの間、所定幅Ｗのパルスを連続的に出力する。その後、第３気筒の気体燃料噴射弁２１に対しても同様に開弁促進用の通電を実施する（時刻ｔ１３）。所定期間ＴＡとしては、１燃焼サイクルの１行程分が設定されており、３気筒エンジンであれば２４０℃Ａが設定されている。なお、所定期間ＴＡの長さはこれに限らず、１行程分の長さより長くてもよいし短くてもよい。

　開弁促進用の通電により弁体が開弁方向に動き、弁座部から離間すると、気体燃料噴射弁２１の噴射孔から燃料が漏れ出ることにより供給ガス圧が低下する。本実施形態では、このときの供給ガス圧の低下量に基づいて、各気筒の気体燃料噴射弁２１について気筒ごとに開弁判定を行う。具体的には、供給ガス圧の低下量ΔＰが判定値よりも大きい場合に、対応する気筒の気体燃料噴射弁２１が開弁促進用の通電によって開弁したものと判定する。そして、所定の気筒数以上（３気筒エンジンの場合、例えば２つ以上）の気体燃料噴射弁２１が開弁したと判定されると、遮断弁４５及びタンク主止弁４４を開弁する（時刻ｔ１４）。また、気筒判別が完了した後に気体燃料噴射弁２１に噴射指令して、気体燃料でエンジン１０を始動する（時刻ｔ１５～）。

　次に、気体燃料への燃料切替要求が生じた場合について説明する。図４において、液体燃料を用いてのエンジン運転中に燃料の切替要求が発生すると、使用燃料を液体燃料としたままの状態で、気体燃料噴射弁２１に対して開弁促進用の通電制御を実施する（時刻ｔ２１）。開弁促進用の通電については、エンジン始動要求時と同じく、気体燃料噴射弁２１から燃料が噴射されない程度に短い所定幅Ｗのパルスを複数個連続的に出力する通電制御を１気筒ずつ順に行う。第１気筒（♯１）～第３気筒（♯３）のそれぞれについて開弁促進用の通電を行い、所定の気筒数以上の気体燃料噴射弁２１が開弁したと判定されると、使用燃料を液体燃料から気体燃料に切り替える（時刻ｔ２４）。具体的には、液体燃料噴射弁２２による燃料噴射を停止するとともに、遮断弁４５及びタンク主止弁４４を開弁して気体燃料噴射弁２１に噴射指令する。

　次に、本実施形態の開弁促進制御の処理手順についてフローチャートを用いて説明する。まずは、気体燃料によるエンジン１０の始動要求が生じた場合について図５を用いて説明する。この処理は、制御部８０により所定周期毎に実行される。本実施形態では、制御部８０は燃料噴射制御装置に相当する。

　図５において、１０１では、気体燃料によるエンジン１０の始動要求が生じたか否かを判定する。ここでは、ＩＧスイッチ８５がオンに切り替えられた後であること、及び気体燃料モードが選択されていることの２つの条件が成立している場合に、気体燃料によるエンジン１０の始動要求有りと判定する。本実施形態では、１０１は要求判定部に相当する。

　１０１で肯定判定されると、１０２へ進み、圧力センサ４７により検出された供給ガス圧が所定値よりも低いか否かを判定する。供給ガス圧が所定値以上である場合には１０３へ進み、遮断弁４５を閉弁した状態に維持する。一方、供給ガス圧が所定値よりも低い場合には、１０４へ進み、遮断弁４５を所定時間だけ一時的に開弁し、その後遮断弁４５を閉弁する。本実施形態では、１０２は圧力判定部に相当する。

　１０２～１０４の処理を行う理由は次の通りである。車両停止後における気体燃料供給部４０からの燃料漏れを防止するために、ＩＧスイッチをオフする直前に予め供給ガス圧を低下させておく制御を実施することがある。こうした制御を実施するシステムの場合、次回のエンジン始動要求時には供給ガス圧が低くなっていることがある。また、供給ガス圧が低い場合、開弁促進用の通電に伴う供給ガス圧の変化が小さく、開弁判定の精度が低下するおそれがある。この点を考慮し、本実施形態では、開弁促進用の通電を行う前の供給ガス圧が所定値よりも低い場合には遮断弁４５を一時的に開弁することにより、供給ガス圧を高める。なお、遮断弁４５を一時的に開弁する際には、タンク主止弁４４についても一時的に開弁してもよいし、閉弁したままとしてもよい。

　１０５では、気筒判別が未完了か否かを判定する。気筒判別が完了している場合にはそのまま本ルーチンを終了する。この場合には、開弁促進用の通電が完了しているか否かに関わらず、気体燃料噴射弁２１に対してエンジン始動のための噴射指令を行う。つまり、気筒判別が完了したら、その時点で気体燃料の噴射を試みる。なお、使用燃料を液体燃料に切り替えて液体燃料でエンジン始動を行ってもよい。

　気筒判別が未完了である場合には、１０５で否定判定されて１０６へ進む。１０６では、エンジン１０の始動時水温が所定値よりも低いか否かを判定する。１０７では、バッテリ９３の電圧が所定値よりも高いか否かを判定する。なお、バッテリ電圧は、図示しない電圧センサにより検出する。また、１０８では、ＩＧスイッチ８５がオンされてからの経過時間が所定時間Ｔ１よりも短いか否かを判定する。ここで、所定時間Ｔ１としては、気筒判別に要する時間Ｔ２よりも長い時間が設定されている。

　１０６、１０７及び１０８の少なくともいずれかで否定判定された場合にはそのまま本ルーチンを終了する。この場合には、開弁促進用の通電を実施せず、気体燃料噴射弁２１に噴射指令する。このとき、使用燃料を液体燃料に切り替えて液体燃料でエンジン始動を行う構成としてもよい。一方、１０６、１０７及び１０８の全てで肯定判定されると、１０８へ進み、気体燃料噴射弁２１に開弁促進用の通電を行う。

　１１０では、開弁促進用の通電に伴う供給ガス圧の圧力低下量ΔＰが所定値よりも大きい気筒数が所定値以上（例えば２以上）か否かを判定する。そして１１０で肯定判定されると、１１１へ進み、気体燃料によりエンジン１０を始動させる。一方、１１０で否定判定された場合には、１１２へ進み、液体燃料によりエンジン１０を始動させる。

　次に、気体燃料への燃料切替要求が生じた場合の開弁促進制御の処理手順について、図６のフローチャートを用いて説明する。この処理は、液体燃料を用いてのエンジン運転中に、制御部８０により所定周期毎に実行される。なお、図６の説明では、図５と同じ処理については図５のステップ番号を付してその説明を省略する。

　図６において、２０１では、液体燃料から気体燃料への燃料切替要求が生じたか否かを判定する。切替要求がなければそのまま本ルーチンを終了し、切替要求があれば２０２へ進む。２０２～２０４では、図５の１０２～１０４と同じ処理を実行し、２０５で、バッテリ電圧が所定値よりも高いか否かを判定する。２０５で肯定判定されると、２０６へ進み、気体燃料噴射弁２１に対して開弁促進用の通電を実施する。このとき、エンジン１０は液体燃料で運転したままにする。

　２０７では、開弁促進用の通電に伴う供給ガス圧の圧力低下量ΔＰが所定値よりも大きい気筒の数が所定値以上（例えば２以上）か否かを判定する。そして２０７で肯定判定されると、２０８へ進み、使用燃料を気体燃料に切り替える。一方、２０７で否定判定された場合には、２０９へ進み、使用燃料を液体燃料のままにしてエンジン運転を継続する。

　図５の１０９及び図６の２０６の開弁促進用の通電制御では、開弁促進用の通電における積算通電時間（通電オンの時間の積算値）を可変にしている。具体的には、図５の開弁促進用の通電制御では、始動時水温が低いほど積算通電時間を長くしている（図７）。また、バッテリ電圧が低いほど積算通電時間を長くし（図８）、供給ガス圧が高いほど積算通電時間を長くしている（図９）。本実施形態では、所定幅Ｗのパルスの出力回数を可変に設定することにより、積算通電時間を可変にしている。つまり、所定幅Ｗの出力回数を多くすることで積算通電時間を長くしている。

　以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

　エンジン１０の運転開始要求が生じた場合に、気体燃料噴射弁２１から気体燃料を噴射させる噴射指令に先立ち、気体燃料噴射弁２１から気体燃料を噴射させない程度に気体燃料噴射弁２１に通電する開弁促進制御を実施する構成とした。これにより、気体燃料噴射弁２１の開弁を促進することができ、噴射指令した際にエンジン１０への気体燃料の供給を適正に行わせることができる。その結果、気体燃料によるエンジン１０の運転開始要求に伴い、該運転を速やかに開始することができる。

　エンジン１０の運転開始要求として、エンジン１０を気体燃料により始動させる始動要求が生じた場合に開弁促進用の通電を実施する構成とした。エンジン１０を始動する際には、気体燃料噴射弁２１の閉弁が維持された状態からの駆動となるため、エンジン始動要求が生じた時に気体燃料噴射弁２１の弁体が弁座部に張り付いていることがある。特に、エンジン１０の冷間始動時には、弁座部のゴム部分が硬化することで弁体が弁座部に固着しやすく、上記事項が生じやすい。この点、エンジン始動のための噴射指令を行う前に気体燃料噴射弁２１に対して開弁促進用の通電を実施することにより、エンジン１０の始動性を向上させることができる。

　エンジン１０の運転開始要求として、エンジン１０を液体燃料で運転しているときに使用燃料を気体燃料に切り替える燃料切替要求が生じた場合に開弁促進制御を実施する構成とした。使用燃料を気体燃料に切り替える際には、気体燃料噴射弁２１の閉弁が維持された状態からの駆動となるため、燃料切替要求時には気体燃料噴射弁２１の弁体が弁座部に密着していることがある。この点に鑑み、使用燃料を気体燃料に切り替える前に気体燃料噴射弁２１に対して開弁促進用の通電を実施することにより、使用燃料の切替時において、気体燃料の供給不足に起因する出力変動を抑制することができる。

　気体燃料への切替要求が生じた場合の開弁促進用の通電については、使用燃料を気体燃料に切り替える前に実施する構成とした。開弁促進用の通電は、気体燃料噴射弁２１から気体燃料を噴射させない態様で実施するため、液体燃料によるエンジン運転中に実施しても燃料過多とならず、出力変動が生じない。また、燃料過多を抑制するための液体燃料の減量補正などの複雑な制御を実施しなくて済む。

　開弁促進用の通電として、気体燃料噴射弁２１から気体燃料が噴射されない所定幅Ｗのパルスを複数個連続的に出力する構成とした。こうした通電オン／オフの繰り返しにより、気体燃料噴射弁２１の弁体の弁座部への張り付きを解消させることができる。また、噴射孔を一旦開弁させることで、その後、気体燃料噴射弁２１を開弁しやすくすることができる。

　バッテリ９３の電圧が所定値よりも高い場合に開弁促進用の通電を実施する構成とした。バッテリ電圧が低い場合に開弁促進用の通電を実施すると、スタータ８４への供給電力の不足によりエンジン１０を始動できない。特に、エンジン１０の冷間始動時には、バッテリ９３の性能が低下する傾向にあり、エンジン１０の始動性に及ぼす影響が大きい。これらの点に鑑み上記構成とすることで、エンジン１０の始動性を確保しつつ、開弁促進用の通電を実施することができる。

　気体燃料噴射弁２１の供給ガス圧に基づいて、開弁促進用の通電により気体燃料噴射弁２１が開弁したか否かを判定する開弁判定処理を実施し、その判定結果に基づいて、気体燃料でのエンジン運転の許否を決定する構成とした。開弁促進用の通電により気体燃料噴射弁２１の弁体の張り付きが解消して噴射孔が開くと、噴射孔から気体燃料が漏れ出ることで供給ガス圧が低下する。この点を利用し、上記構成とすることにより、気体燃料によるエンジン運転が可能であることを事前に確認した上で、気体燃料によるエンジン運転を行うことができる。本実施形態では、制御部８０は気体燃料噴射弁２１が開弁したか否かを判定する開弁判定部に相当する。

　気体燃料噴射弁２１の供給ガス圧が所定値よりも低い場合には、遮断弁４５を一時的に開弁した後に開弁促進用の通電を実施する構成とした。こうした構成とすることにより、開弁促進用の通電を行った場合に、該通電に伴う供給ガス圧の圧力変化を精度良く検出することができる。

　また、各気筒の気体燃料噴射弁２１に対して１気筒ずつ順に開弁促進用の通電を実施する構成としたことから、開弁促進用の通電に伴う供給ガス圧の低下を１気筒ずつ検出することができる。これにより、噴射指令によって確実に燃料噴射する気筒と、燃料噴射しないおそれのある気筒とを判別することができる。

　開弁促進制御では、エンジン温度が低いほど、開弁促進用の通電における積算通電時間を長くする構成とした。エンジン温度が低いほど、気体燃料噴射弁２１の弁体と弁座部の張り付き度合いが強くなり、気体燃料噴射弁２１が開弁しにくい。これに鑑み、上記構成とすることにより、温度に起因する気体燃料噴射弁２１の開弁しにくさに応じて通電することができ、電力消費の無駄を抑制することができる。

　また、バッテリ電圧が低いほど、開弁促進用の通電における積算通電時間を長くする構成とした。バッテリ電圧が低いほど気体燃料噴射弁２１が開きにくくなるが、上記構成とすることにより、バッテリ電圧に起因する気体燃料噴射弁２１の開弁しにくさに応じて通電することができる。

　気体燃料噴射弁２１の供給ガス圧が高いほど、開弁促進用の通電における積算通電時間を長くする構成とした。供給ガス圧が高い場合には、燃料圧力によって弁体が弁座部に押し付けられた状態となり、弁体の張り付きを助長することがある。こうした点を考慮し、上記構成とすることにより、供給ガス圧に起因する気体燃料噴射弁２１の開弁しにくさに応じて通電することができる。

　（他の実施形態）
　本開示は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

　開弁促進用の通電制御は、気体燃料噴射弁２１から気体燃料を噴射させない供給電力で気体燃料噴射弁２１に通電する態様であればよい。例えば、通電オン／オフを繰り返す構成に代えて、気体燃料噴射弁２１から燃料が噴射されない程度に短い所定幅のパルスを１回のみ出力する構成としてもよい。あるいは、気体燃料噴射弁２１から燃料が噴射されない程度に低い電力を所定時間継続して気体燃料噴射弁２１に供給する構成としてもよい。

　上記実施形態では、各気筒の気体燃料噴射弁２１に対して１気筒ずつ順に開弁促進用の通電を実施する構成としたが、全気筒の気体燃料噴射弁２１に対して同時に開弁促進用の通電を実施してもよい。具体的には、図１０に示すように、時刻ｔ３１で気体燃料によるエンジン１０の運転開始要求が生じた場合、第１気筒（♯１）、第２気筒（♯２）及び第３気筒（♯３）の全気筒に対して、開弁促進用の通電を同時に行う。こうした構成とした場合、開弁促進制御を短時間で実施することができ、気体燃料によるエンジン運転を早期に開始できる点で望ましい。このとき、上記実施形態と同じく、開弁促進用の通電に伴う供給ガス圧の低下量に基づいて開弁判定を実施する構成としてもよい。

　上記実施形態では、第１気筒～第３気筒のそれぞれの気体燃料噴射弁２１に対して開弁促進用の通電を１回ずつ実施する構成としたが、各噴射弁２１に対して複数回ずつ実施する構成としてもよい。また、全気筒の気体燃料噴射弁２１で開弁したと判定されるまで、開弁促進用の通電を実施する構成としてもよい。

　上記実施形態では、所定数以上の気体燃料噴射弁２１が開弁したと判定された場合に、気体燃料によるエンジン１０の運転を許可する構成としたが、開弁判定処理により全気筒の気体燃料噴射弁２１が開弁したことを条件に、気体燃料によるエンジン１０の運転を許可する構成としてもよい。なお、開弁しなかった気体燃料噴射弁２１が少なくとも１つあった場合には、液体燃料によりエンジン１０の運転を開始又は継続するとよい。本開示では、制御部８０は気体燃料によるエンジン１０の運転を許可する許可部に相当する。

　開弁促進用の通電により開弁した気体燃料噴射弁２１が所定数以上であることを条件に気体燃料によるエンジン運転を実施することとしたが、開弁判定処理を実施せずに、開弁促進用の通電を実施した後、気体燃料によるエンジン運転を実施する構成としてもよい。噴射指令の前に開弁促進用の通電を実施しておけば、気体燃料噴射弁２１の弁体の弁座部への張り付きが解消されなくても、その度合いを低減させておくことができる。したがって、開弁判定処理を実施せずに噴射指令した場合には、気体燃料噴射弁２１が開弁しやすくなっており、気体燃料噴射弁２１から燃料が噴射されることは十分に考えられる。

　気体燃料によるエンジン１０の運転開始要求に伴い開弁促進用の通電を開始するタイミングは、噴射指令に先立ち実施する態様であれば特に制限されない。例えば、図３及び図４のように、気体燃料によるエンジン１０の運転開始要求に伴い、直ちに開弁促進用の通電を開始する構成に代えて、該運転開始要求が生じてから所定時間が経過したタイミングで開弁促進用の通電を開始する構成としてもよい。

　気体燃料によるエンジン１０の始動要求に伴い開弁促進用の通電を実施する場合、上記実施形態では、始動要求後の初回の噴射指令に先立ち、開弁促進用の通電を実施する構成とした。これを変更し、開弁促進用の通電を実施せずにエンジン始動を試みたものの始動できなかった場合に、次の噴射指令までの期間に、該噴射指令に先立ち開弁促進用の通電を実施する構成としてもよい。

　図１１は、この実施形態の開弁促進制御の具体的態様を示すタイムチャートである。図１１中、（ａ）はスタータ８４の駆動または駆動停止の推移、（ｂ）はエンジン回転速度の推移、（ｃ）は気体燃料噴射弁２１の開弁駆動信号の推移、（ｄ）は遮断弁４５の開閉の推移、をそれぞれ示している。なお、（ｃ）では１気筒のみの開弁駆動信号を示している。

　図１１において、ＩＧスイッチ８５がオンされたことに伴い遮断弁４５及びタンク主止弁４４が開弁される（時刻ｔ４１）。続いて、ドライバの操作によりスタータ８４がオンされ、気体燃料噴射弁２１に対して噴射指令が出力される。このとき、気体燃料噴射弁２１に開弁駆動信号を出力しても気体燃料噴射弁２１が開弁駆動しなかった場合を考える。この場合、ドライバの操作に伴い、時刻ｔ４３でスタータ駆動が一旦オフされた直後に開弁促進用の通電を実施する（時刻ｔ４４）。開弁促進用の通電としては、例えば気体燃料噴射弁２１から燃料が噴射されない程度に短い所定幅Ｗのパルスを複数個連続的に出力する。その後、ドライバの操作に伴い、時刻ｔ４５でスタータ８４が再駆動された後では、開弁促進用の通電により気体燃料噴射弁２１が開きやすくなっており、噴射孔から適正量の気体燃料が噴射され、エンジン１０が始動される。

　気体燃料によるエンジン１０の始動要求が生じたタイミングで開弁促進用の通電（１回目の開弁促進制御）を行い、それにも関わらずエンジン１０を始動できなかった場合に、スタータ８４の駆動が一旦停止した後にさらに開弁促進用の通電（２回目の開弁促進制御）を行ってもよい。この場合、２回目の開弁促進制御の通電態様については、１回目の開弁促進制御の通電態様と同じでもよいし異なっていてもよい。例えば、２回目の開弁促進制御では、より開弁しやすくなるように積算通電時間（パルスの出力回数など）を増加させる構成としてもよい。

　上記実施形態の開弁促進制御では、開弁促進制御の積算通電時間を可変に設定したが、予め定めた一定時間としてもよい。

　上記実施形態では３気筒エンジンに適用する場合について説明したが、気筒数はあくまで一例であり、４気筒エンジンや６気筒エンジン、８気筒エンジンなどの多気筒エンジンに適用してもよい。

　上記実施形態では、気体燃料噴射弁２１の先端部に燃料導管２３が接続されており、気体燃料噴射弁２１から噴射された気体燃料は、燃料導管２３を介して吸気通路に放出される構成としたが、気体燃料噴射弁２１が直接吸気通路に気体燃料を噴射する構成としてもよい。

　上記実施形態では、エンジン燃焼用の燃料として気体燃料と液体燃料とを使用するバイフューエルタイプの車載エンジンに適用したが、気体燃料のみを使用するガス専用の車載エンジンに適用してもよい。この場合、気体燃料によるエンジン１０の運転開始要求として、気体燃料によりエンジン１０を始動させる始動要求があった場合に開弁促進制御を実施する。

　スタータ８４は、ドライバの操作により駆動または駆動停止が切り替わる構成に限らず、スタータ駆動のタイミングを任意に制御できるものであってもよい。この場合、開弁促進制御を確実に終了させた後にエンジン１０の燃焼制御（噴射及び点火）を開始できる。

　上記実施形態では、多気筒エンジンの気筒ごとに気体燃料噴射弁２１をそれぞれ複数ずつ設ける構成としたが、複数の気筒の共通部分に気体燃料噴射弁２１を設け、吸気系統の集合部分に対して気体燃料を噴射する構成としてもよい。この場合、開弁促進制御については、各気筒の気体燃料噴射弁２１に対して１気筒ずつ順に実施してもよいし、全気筒の気体燃料噴射弁２１に対して同時に実施してもよい。

　上記実施形態では気体燃料をＣＮＧ燃料としたが、標準状態で気体のその他のガス燃料を用いることもでき、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、水素、ジメチルエーテルなどを主成分とする燃料を用いる構成としてもよい。また、液体燃料についてもガソリンに限定されず、例えば軽油等を用いる構成としてもよい。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

 

Claims (14)

1. 　気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁（２１）を備える内燃機関（１０）に適用され、
   　前記気体燃料による前記内燃機関の運転開始要求が生じたか否かを判定する要求判定部（８０、１０１）と、
   　前記要求判定部により前記運転開始要求が生じたと判定された場合に、前記気体燃料噴射弁から前記気体燃料を噴射させる噴射指令に先立ち、前記気体燃料噴射弁から前記気体燃料を噴射させない程度に前記気体燃料噴射弁に通電するプレ通電制御を実施する通電制御部（８０、１０１～１１２、２０１～２０９）と、
   を備える燃料噴射制御装置。
2. 　前記通電制御部は、前記運転開始要求として、前記内燃機関を前記気体燃料により始動させる始動要求が生じた場合に前記プレ通電制御を実施する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 　前記通電制御部は、前記内燃機関の温度が所定温度よりも低い場合に前記プレ通電制御を実施する請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 　前記内燃機関は、液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁（２２）を更に備え、
   　前記通電制御部は、前記運転開始要求として、前記内燃機関を前記液体燃料で運転しているときに使用燃料を前記気体燃料に切り替える燃料切替要求が生じた場合に前記プレ通電制御を実施する請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 　前記通電制御部は、前記燃料切替要求が生じた場合の前記プレ通電制御を、前記使用燃料を前記気体燃料に切り替える前に実施する請求項４に記載の燃料噴射制御装置。
6. 　前記通電制御部は、前記プレ通電制御として、前記気体燃料噴射弁から前記気体燃料が噴射されない所定幅のパルスを複数個連続的に出力する通電制御を実施する請求項１～５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
7. 　前記通電制御部は、前記気体燃料噴射弁に電力供給する電源部（９３）の電圧が所定値よりも高い場合に前記プレ通電制御を実施する請求項１～６のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
8. 　前記気体燃料噴射弁に供給される前記気体燃料の圧力に基づいて、前記プレ通電制御により前記気体燃料噴射弁が開弁したか否かを判定する開弁判定部（８０）と、
   　前記開弁判定部の判定結果に基づいて、前記運転開始要求に伴い前記気体燃料での前記内燃機関の運転を許可する許可部（８０）と、を更に備える請求項１～７のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
9. 　前記気体燃料を貯留する燃料タンク（４２）と、前記燃料タンクと前記気体燃料噴射弁とを接続する燃料通路（４１）における前記気体燃料の流通を遮断する遮断機能を有する遮断弁（４５）とが設けられており、
   　前記気体燃料噴射弁に供給される前記気体燃料の圧力が所定値よりも低いか否かを判定する圧力判定部（８０、１０２）を備え、
   　前記通電制御部は、前記圧力判定部により前記気体燃料の圧力が前記所定値よりも低いと判定された場合に、前記遮断弁を一時的に開弁した後に前記プレ通電制御を実施する請求項８に記載の燃料噴射制御装置。
10. 　前記内燃機関は複数の気筒を備え、気筒ごとに前記気体燃料噴射弁が設けられており、
    　前記通電制御部は、各気筒の前記気体燃料噴射弁に対して１気筒ずつ順に前記プレ通電制御を実施する請求項１～９のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
11. 　前記内燃機関は複数の気筒を備え、気筒ごとに前記気体燃料噴射弁が設けられており、
    　前記通電制御部は、各気筒の前記気体燃料噴射弁に対して同時に前記プレ通電制御を実施する請求項１～９のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
12. 　前記通電制御部は、前記内燃機関の温度が低いほど、前記プレ通電制御における積算通電時間を長くする請求項１～１１のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
13. 　前記通電制御部は、前記気体燃料噴射弁に電力供給する電源部（９３）の電圧が低いほど、前記プレ通電制御における積算通電時間を長くする請求項１～１２のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
14. 　前記通電制御部は、前記気体燃料噴射弁に供給される前記気体燃料の圧力が高いほど、前記プレ通電制御における積算通電時間を長くする請求項１～１３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
    
     

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