WO2024029314A1 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

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WO2024029314A1
WO2024029314A1 PCT/JP2023/025946 JP2023025946W WO2024029314A1 WO 2024029314 A1 WO2024029314 A1 WO 2024029314A1 JP 2023025946 W JP2023025946 W JP 2023025946W WO 2024029314 A1 WO2024029314 A1 WO 2024029314A1
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WO
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fuel
injection
pressure
post
unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/025946
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English (en)
French (fr)
Inventor
啓太 鈴木
孝夫 菰田
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/32—Controlling fuel injection of the low pressure type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels

Definitions

  • the present disclosure relates to a fuel injection control device.
  • Patent Document 1 describes an engine control device equipped with an injector that directly injects gaseous fuel into a combustion chamber.
  • An object of the present disclosure is to provide a fuel injection control device that can appropriately inject gaseous fuel with a fuel injection valve even in an operating range where fuel is injected at subsonic speed.
  • a fuel injection control device is a fuel injection control device that controls the amount of fuel supplied to an internal combustion engine, and is provided in an intake passage of the internal combustion engine, and is provided in an intake passage of the internal combustion engine to detect a detected value regarding the intake amount of the internal combustion engine.
  • An intake air amount detection unit to obtain, a fuel injection valve provided in a fuel supply path and injecting fuel in a gaseous state, and a pre-injection device to obtain pre-injection pressure, which is the pressure upstream of the fuel injection valve in the supply path.
  • a pressure acquisition section a post-injection pressure acquisition section that acquires a post-injection pressure that is the pressure of a space where fuel is injected by a fuel injection valve, and a detection value of an intake air amount detection section, a pre-injection pressure, and a post-injection pressure.
  • a fuel control unit that causes the fuel injection valve to inject fuel for a longer injection time when the fuel injection valve injects fuel at subsonic speed than when the fuel injection valve injects fuel at sonic speed.
  • the fuel injection control device when the fuel injection valve injects an amount of fuel corresponding to the intake air amount, based on the pre-injection pressure and the post-injection pressure, when injecting at subsonic speed, the sonic speed This causes the fuel injector to inject fuel over a longer injection time than when injecting fuel.
  • the amount of fuel injected at subsonic speed is greater than the amount of fuel injected at sonic speed. It is possible to suppress the decrease. Therefore, according to the fuel injection control device according to one aspect of the present disclosure, gaseous fuel can be appropriately injected by the fuel injection valve even in an operating region where fuel is injected at subsonic speed.
  • the fuel control unit calculates a unit injection amount, which is the amount of fuel injected per unit number of injections of the fuel injection valve, based on the detected value of the intake air amount detection unit, and calculates a pre-injection pressure and a post-injection pressure. Based on this, the injection conversion time, which is the injection time for injecting a unit injection amount of fuel, is calculated, and the fuel is injected into the fuel injection valve based on the injection time obtained by multiplying the unit injection amount and the injection conversion time. You may let them. In this case, the unit injection amount rather than the injection time is calculated based on the detected value of the intake air amount detection section. The injection conversion time is calculated based on the pre-injection pressure and the post-injection pressure.
  • the amount of subsonic fuel injected is greater than the amount of sonic fuel injected. It is possible to suppress the decrease.
  • the fuel control section may calculate the unit injection amount based on the detection value of the intake air amount detection section and the rotation speed of the internal combustion engine.
  • a unit injection amount can be used that corresponds to the detected value of the intake air amount detector and the rotational speed of the internal combustion engine.
  • the fuel control unit calculates a reference injection conversion time that is an injection conversion time when the pre-injection pressure and the post-injection pressure meet predetermined reference conditions, and calculates the mass flow rate of the fuel injected by the fuel injection valve.
  • a conversion ratio that is a ratio to the standard injection conversion time based on the pre-injection pressure and the post-injection pressure, and is a ratio for calculating the injection conversion time corresponding to the pre-injection pressure and the post-injection pressure other than the standard conditions. may be calculated, and the fuel injection valve may be caused to inject fuel at the injection time calculated based on the unit injection amount, the reference injection conversion time, and the conversion ratio.
  • the injection conversion time can be set more easily than, for example, when a two-dimensional map defined by the pre-injection pressure and the post-injection pressure is set in advance without using a conversion ratio according to a predetermined theoretical formula. I can do it.
  • gaseous fuel can be appropriately injected by the fuel injection valve even in an operating region where fuel is injected at subsonic speed.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine including a fuel injection control device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of the fuel injection control device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of processing by the ECU in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine equipped with a fuel injection control device according to an embodiment.
  • a fuel injection control device 100 is a device that controls the amount of fuel supplied to an LP gas engine (internal combustion engine) 20.
  • the fuel injection control device 100 is mounted on, for example, an industrial vehicle.
  • the LP gas engine 20 is supplied with gaseous fuel obtained by vaporizing liquid fuel stored in a fuel tank (not shown).
  • liquefied petroleum gas LPG
  • Liquefied petroleum gas contains propane and butane as main components.
  • fuels such as DME (dimethyl ether) having a boiling point in a temperature range close to the environmental temperature that serves the internal combustion engine (for example, -45° C. to 0° C.) may be used. That is, the LP gas engine 20 is an internal combustion engine that burns a mixture containing liquefied petroleum gas (LP gas) as fuel.
  • the LP gas engine 20 has an engine body 23 composed of a cylinder block 21, a cylinder head 22, and the like.
  • a combustion chamber is defined by a cylinder block 21, a cylinder head 22, and a piston (not shown).
  • An intake passage 24 and an exhaust passage (not shown) are connected to the cylinder head 22 so as to communicate with the combustion chamber.
  • the intake passage 24 is provided with a throttle valve 25 that adjusts the flow rate of intake air.
  • an injector (fuel injection valve) 5 is attached to an intake passage 24 near the cylinder head 22.
  • the injector 5 is connected to a fuel pipe (supply path) 26 through which gaseous LP gas is supplied.
  • a fuel pipe supply path
  • the fuel pipe 26 is supplied with LP gas in a gaseous state at a predetermined pressure.
  • the injector 5 injects gaseous LP gas into the intake passage 24 near the cylinder head 22.
  • An air-fuel mixture is formed by mixing the injected gaseous LP gas with intake air.
  • the air-fuel mixture supplied from the intake passage 24 to the combustion chamber is compressed by a piston, and is ignited by a spark plug (not shown) provided in the cylinder head 22 to be combusted.
  • the burned air-fuel mixture is discharged as exhaust gas from the exhaust flow path.
  • the fuel injection control device 100 includes an ECU (Electronic Control Unit) 10.
  • ECU 10 is an electronic control unit that controls LP gas engine 20.
  • the ECU 10 includes a CPU [Central Processing Unit], a ROM [Read Only Memory], a RAM [Random Access Memory], a communication circuit, and the like.
  • the ECU 10 realizes various functions by, for example, loading a program stored in a ROM into a RAM and executing the program loaded into the RAM by a CPU.
  • ECU 10 may be composed of a plurality of electronic units.
  • FIG. 2 is a block diagram of the fuel injection control device of FIG. 1. As shown in FIG. 2, the ECU 10 is electrically connected to an engine rotation sensor 1, an intake air amount sensor (intake air amount detection section) 2, a pre-injection pressure sensor 3, and a post-injection pressure sensor 4.
  • the engine rotation sensor 1 is a detector that detects the engine rotation speed of the LP gas engine 20.
  • the engine rotation sensor 1 outputs a detection signal of the detected engine rotation speed to the ECU 10.
  • the intake air amount sensor 2 is a detector that is provided in the intake passage 24 of the LP gas engine 20 and detects a detected value related to the intake air amount of the LP gas engine 20.
  • the intake air amount sensor 2 here is, for example, an intake pressure sensor that detects the pressure inside the surge tank 24a as a detected value regarding the intake air amount of the LP gas engine 20.
  • the intake air amount sensor 2 outputs a detection signal of the intake air amount of the LP gas engine 20 to the ECU 10.
  • the pre-injection pressure sensor 3 is a detector for detecting pre-injection pressure, which is the pressure on the upstream side of the injector 5 in the fuel pipe 26.
  • the pre-injection pressure sensor 3 is attached to, for example, a fuel pipe 26 (rail) in which a plurality of injectors 5 are arranged in parallel.
  • the pre-injection pressure sensor 3 detects the pressure (rail pressure) of the gaseous fuel inside the fuel pipe 26 as the pre-injection pressure.
  • the pre-injection pressure sensor 3 outputs a pre-injection pressure detection signal to the ECU 10.
  • the post-injection pressure sensor 4 is a detector for detecting post-injection pressure, which is the pressure in the space where fuel is injected by the injector 5.
  • the space into which fuel is injected by the injector 5 means the internal space of the intake passage 24.
  • the post-injection pressure sensor 4 is attached to each intake manifold 24b, which is the intake passage 24 closer to the cylinder head 22 than the surge tank 24a, for example.
  • the post-injection pressure sensor 4 detects the pressure of intake air inside the intake manifold 24b (hereinafter simply referred to as "intake pipe pressure") as the post-injection pressure.
  • intake pipe pressure intake air inside the intake manifold 24b
  • the post-injection pressure sensor 4 outputs a pre-injection pressure detection signal to the ECU 10.
  • the post-injection pressure sensor 4 can detect the pressure in each cylinder before being largely smoothed by the surge tank 24a.
  • the detected value of the post-injection pressure sensor 4 can more directly represent the fluctuation in the pressure of the space into which fuel is injected by the injector 5, compared to the case where the post-injection pressure sensor 4 is attached to the surge tank 24a.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of processing by the ECU shown in FIG.
  • the process in FIG. 3 is executed while the LP gas engine 20 is operating.
  • the ECU 10 includes an engine state quantity acquisition section 11 , a pre-injection pressure acquisition section 12 , a post-injection pressure acquisition section 13 , and a fuel control section 14 .
  • the ECU 10 uses the engine state quantity acquisition unit 11 to acquire the engine rotation speed and the intake air amount.
  • the engine state quantity acquisition unit 11 acquires the engine rotation speed based on the detection result of the engine rotation sensor 1.
  • the engine state quantity acquisition unit 11 acquires the pressure (P0) inside the surge tank 24a as a detected value related to the intake air amount based on the detection result of the intake air amount sensor 2.
  • the ECU 10 acquires the pre-injection pressure using the pre-injection pressure acquisition unit 12.
  • the pre-injection pressure acquisition unit 12 acquires, for example, the rail pressure (P1) of the fuel pipe 26 (rail) in which the plurality of injectors 5 are arranged in parallel, as the pre-injection pressure, based on the detection result of the pre-injection pressure sensor 3. .
  • the ECU 10 acquires the post-injection pressure using the post-injection pressure acquisition unit 13.
  • the post-injection pressure acquisition unit 13 acquires, for example, the intake pipe pressure (P2) inside the intake manifold 24b as the post-injection pressure based on the detection result of the post-injection pressure sensor 4.
  • the ECU 10 uses the fuel control unit 14 to calculate a unit injection amount.
  • the unit injection amount is the amount of fuel injected per unit injection number of the injector 5.
  • the unit injection number corresponds to the number of fuel injections for one combustion (one stroke) in one cylinder.
  • the unit injection number is one, since fuel is usually injected once in one intake stroke and the fuel is sucked into the combustion chamber.
  • the injection amount of fuel injected in one injection corresponds to the unit injection amount.
  • the fuel control unit 14 calculates a unit injection amount based on the detected value of the intake air amount sensor 2.
  • the fuel control unit 14 calculates a unit injection amount based on the intake air amount and engine rotation speed of the LP gas engine 20, for example.
  • the fuel control unit 14 operates in a two-dimensional manner defined by the pressure inside the surge tank 24a (P0) as a detection value of the intake air amount sensor 2 and the engine rotation speed.
  • the unit injection amount UFnm may be calculated using a map.
  • the row is the engine speed (Ne)
  • the column is the pressure inside the surge tank 24a (P0)
  • the map value is the unit injection amount UFkj.
  • k is an integer from 0 to 5 corresponding to the map point of the engine rotation speed
  • j is an integer from 0 to 9 corresponding to the map point of the pressure inside the surge tank 24a.
  • the unit injection amount UFkj is, for example, the intake air amount corresponding to one combustion (one stroke) at the engine speed (Ne) corresponding to the integer k and the pressure inside the surge tank 24a (P0) corresponding to the integer j.
  • the amount of fuel required to achieve the desired air-fuel ratio can be determined through experiments.
  • the unit of the unit injection amount UFkj may be, for example, mg/stroke.
  • the injection conversion time is an injection time for injecting a unit injection amount of fuel. More specifically, the injection conversion time corresponds to a coefficient for converting the injection amount of fuel corresponding to one combustion (one stroke) into the injection time (driving time) of the injector 5.
  • the injection conversion time is the injection time (driving time) when the injector 5 injects a unit injection amount of fuel even if the fuel is injected at subsonic speed. It is set as a value larger than the conversion time.
  • the fuel control unit 14 calculates the injection conversion time based on the pre-injection pressure and the post-injection pressure.
  • the fuel control unit 14 may calculate the injection conversion time using a two-dimensional map, as shown in Table 2 below.
  • the two-dimensional map shown in Table 2 below is defined using the rail pressure (P1) as the detected value of the pre-injection pressure sensor 3 and the intake pipe pressure (P2) as the detected value of the post-injection pressure sensor 4 as arguments. has been done.
  • the row is the rail pressure (P1)
  • the column is the intake pipe pressure (P2)
  • the map value is the injection conversion time TFnm.
  • n is an integer from 0 to 4 corresponding to the rail pressure map point
  • m is an integer from 0 to 9 corresponding to the intake pipe pressure map point.
  • the unit of the injection conversion time TFnm may be, for example, msec/mg.
  • the value of the injection conversion time TFnm can be determined by an experiment using the injector 5 as a value such that the injector 5 injects a unit injection amount of fuel according to, for example, the rail pressure (P1) and the intake pipe pressure (P2). I can do it. More specifically, in the injector 5 that injects fuel in a gaseous state, if the ratio of intake pipe pressure (P2)/rail pressure (P1) is larger than the critical pressure ratio shown by the following (Equation 1), the speed is subsonic. When the ratio of intake pipe pressure (P2)/rail pressure (P1) is less than or equal to the critical pressure ratio, fuel is injected at the speed of sound. However, ⁇ is the specific heat ratio of the gaseous fuel.
  • the injection conversion time is set to be larger as the intake pipe pressure (P2) becomes higher. That is, in the gray-shaded operating region of Table 2 above, the injection conversion time increases toward the upper left of the table.
  • TF00 to TF03 which belong to the operating range where fuel is injected at subsonic speed
  • TF04 to TF09 which belong to the operating range where fuel is injected at sonic speed.
  • TF00 to TF03 are set larger as the intake pipe pressure (P2) becomes higher.
  • TF04 to TF09 are set to have the same value.
  • TF10 to TF12 which belong to the operating range where fuel is injected at subsonic speed
  • TF13 to TF19 which belong to the operating range where fuel is injected at sonic speed.
  • TF10 to TF12 are set larger as the intake pipe pressure (P2) becomes higher.
  • TF13 to TF19 are set to have mutually equal values.
  • TF20 to TF21 which belong to the operating range where fuel is injected at subsonic speed
  • TF22 to TF29 which belong to the operating range where fuel is injected at sonic speed.
  • TF20 is set larger than TF21.
  • TF22 to TF29 are set to the same value.
  • TF30 to TF39 belong to the operating region in which fuel is injected at the speed of sound, so they are set to the same value.
  • TF40 to TF49 belong to the operating range in which fuel is injected at the speed of sound, and therefore are set to have the same value.
  • the ECU 10 injects fuel using the fuel control unit 14.
  • the fuel control unit 14 causes the injector 5 to inject fuel based on the injection time obtained by multiplying the calculated unit injection amount by the injection conversion time. That is, the fuel control unit 14 determines whether the injector 5 injects the fuel at the sonic speed when the injector 5 injects the fuel at the subsonic speed based on the detected value of the intake air amount sensor 2, the pre-injection pressure, and the post-injection pressure.
  • the injector 5 is made to inject fuel for a longer injection time than in the case where the fuel is injected.
  • the fuel control unit 14 makes the injector 5 inject the fuel by applying environmental correction such as intake air temperature that is not directly related to the change in the pre-injection pressure to the injection time obtained by multiplying the unit injection amount by the injection conversion time. You can. After that, the ECU 10 ends the process shown in FIG.
  • the pressure before injection is such that the fuel is injected at the speed of sound over the entire operating range. If the pressure is increased too much, the pressure may prevent the vaporization of the fuel, which may impede the operation of the internal combustion engine. Therefore, the pre-injection pressure is set to a pressure that allows fuel to be injected at subsonic speed in some operating regions.
  • the conventional fuel injection control device there is room for improvement in calculating the injection time of the injector 5 in an operating region where fuel is injected at subsonic speed.
  • the upstream of the injector Pressure may fluctuate. For example, even if the intake pipe pressure is the same, subsonic fuel injection and sonic fuel injection may be switched due to fluctuations in the upstream pressure of the injector, and general learning control and environmental correction, etc. There may be cases where sufficient correction is not possible.
  • the injector 5 when the injector 5 injects fuel in an amount corresponding to the intake air amount, when injecting at subsonic speed based on the pre-injection pressure and the post-injection pressure, The injector 5 injects fuel for a longer injection time than when injecting at the speed of sound.
  • the amount of fuel injected at subsonic speed is smaller than the amount of fuel injected at sonic speed, compared to, for example, when the injector 5 is operated with the same injection time for injection at subsonic speed and injection at sonic speed. can be restrained from doing so. Therefore, according to the fuel injection control device 100, the injector 5 can appropriately inject gaseous fuel even in an operating range where fuel is injected at subsonic speed.
  • the fuel control unit 14 calculates a unit injection amount, which is the amount of fuel injected per unit injection number of the injector 5, based on the detected value of the intake air amount sensor 2.
  • the fuel control unit 14 calculates an injection conversion time, which is an injection time for injecting a unit injection amount of fuel, based on the pre-injection pressure and the post-injection pressure.
  • the fuel control unit 14 causes the injector 5 to inject fuel based on the injection time obtained by multiplying the unit injection amount and the injection conversion time. Thereby, based on the detected value of the intake air amount sensor 2, the unit injection amount is calculated instead of the injection time.
  • the injection conversion time is calculated based on the pre-injection pressure and the post-injection pressure.
  • the amount of subsonic fuel injected is greater than the amount of sonic fuel injected. It is possible to suppress the decrease.
  • the injection time obtained by multiplying the unit injection amount by the injection conversion time also reflects the difference in injection form between sonic and subsonic speeds. . Therefore, it is possible to omit the need to separately correct the variation in the pre-injection pressure to the injection time obtained by multiplying the unit injection amount by the injection conversion time.
  • the fuel control unit 14 operates based on the detected value of the intake air amount sensor 2 and the engine speed (here, 2 defined by the pressure inside the surge tank 24a (P0) and the engine speed). (using a dimensional map), the unit injection amount is calculated. Thereby, it is possible to use a unit injection amount having a value corresponding to the detection value of the intake air amount sensor 2 and the engine rotation speed.
  • the ECU 10 may perform the following process using the fuel control unit 14 instead of using the two-dimensional map as shown in Table 2 above.
  • the fuel control unit 14 may calculate a reference injection conversion time that is an injection conversion time when the pre-injection pressure and the post-injection pressure meet predetermined reference conditions.
  • the predetermined reference condition means an operating condition corresponding to one point on the two-dimensional map used as a reference for conversion.
  • the predetermined reference condition may be a predetermined pre-injection pressure and post-injection pressure condition.
  • the predetermined reference condition may be an operating range in which fuel is injected at subsonic speed, or may be an operating range in which fuel is injected at sonic speed.
  • the predetermined reference conditions are such that the rail pressure (P1) is 140 kPa and the intake pipe pressure (P2) is based on the operating condition corresponding to one point on the two-dimensional map in Table 2 above.
  • the operating condition may be 100 kPa.
  • the fuel control unit 14 calculates a conversion ratio based on the mass flow rate, pre-injection pressure, and post-injection pressure of the fuel injected by the injector 5 in order to calculate the injection time under the current operating conditions from the reference injection conversion time. It may be calculated.
  • the conversion ratio is a ratio to the standard injection conversion time, and is a ratio for calculating the injection conversion time corresponding to the pre-injection pressure and the post-injection pressure other than the reference conditions.
  • the conversion ratio may be determined, for example, based on at least one of the following relationships (Equation 2) and (Equation 3) below.
  • the following (Equation 2) shows the relationship between P1, P2 and W in the operating range where fuel is injected at subsonic speed.
  • Equation 3 shows the relationship between P1 and W in the operating range where fuel is injected at the speed of sound.
  • each W is the mass flow rate of the gaseous fuel injected by the injector 5
  • P1 is the pre-injection pressure
  • P2 is the post-injection pressure
  • ⁇ is the specific heat ratio of the gaseous fuel
  • ⁇ is the gaseous fuel's specific heat ratio. It is specific weight.
  • (Math. 2) and (Math. 3) below are just examples, and a partially different theoretical formula may be used depending on the specifications of the injector 5, etc.
  • Equation 2 Using the relationship that ⁇ is proportional to P1 in the above (Equation 2), the following (Equation 4) is obtained. Using the relationship that ⁇ is proportional to P1 and ⁇ is constant in the above (Equation 3), the following (Equation 5) is obtained.
  • the subscript "a” is attached to the parameter corresponding to the predetermined reference condition
  • the subscript "b” is attached to the parameter corresponding to the current operating condition
  • the above (Equation 4) and the above (Equation 5) are added.
  • the following (Equation 6) and the following (Equation 7) can be obtained.
  • the fractional part corresponds to the conversion ratio.
  • the following (Equation 6) means a conversion formula for the mass flow rate in an operating region where fuel is injected at subsonic speed.
  • the following (Equation 7) means a conversion formula for the mass flow rate in the operating region where fuel is injected at the speed of sound.
  • the mass flow rate Wb of the gaseous fuel injected by the injector 5 under the current operating conditions is determined from the mass flow rate Wa of the gaseous fuel injected by the injector 5 under predetermined reference conditions. can be converted.
  • Ta be the equivalent injection time of the injector 5 to inject gaseous fuel with a mass flow rate Wa under predetermined reference conditions
  • Tb be the equivalent injection time of the injector 5 to inject gaseous fuel with a mass flow rate Wb under the current operating conditions. Then, since Ta and Tb are inversely proportional to Wa and Wb, respectively, they can be expressed as shown below (Equation 8) and below (Equation 9).
  • the predetermined reference condition other than the predetermined reference condition in the operating region where fuel is injected at subsonic speed is set.
  • the injection conversion time Tb can be calculated by multiplying the standard injection conversion time Ta under predetermined standard conditions by the conversion ratio of the fractional part of the above (Equation 8).
  • the injection equivalent time in the operating region where fuel is injected at the speed of sound may be calculated in a similar manner using the above (Equation 8) only at the critical point. In the operating range where fuel is injected at the speed of sound, map values with the same P1 are equal to each other, and therefore may be given as a constant calculated in advance.
  • the fuel control unit 14 may cause the fuel injection valve to inject fuel based on the injection time obtained by multiplying the unit injection amount, the reference injection conversion time, and the conversion ratio.
  • the fuel control unit 14 applies environmental correction to the injection time obtained by multiplying the unit injection amount, the reference injection conversion time, and the conversion ratio by, for example, the intake air temperature, which is not directly related to the change in the pre-injection pressure, and supplies the fuel to the injector 5. It may also be injected. That is, the fuel control unit 14 determines whether the injector 5 injects the fuel at the sonic speed when the injector 5 injects the fuel at the subsonic speed based on the detected value of the intake air amount sensor 2, the pre-injection pressure, and the post-injection pressure. The injector 5 is made to inject fuel for a longer injection time than in the case where the fuel is injected. After that, the ECU 10 ends the process shown in FIG.
  • the fuel control unit 14 controls the injection conversion time when the pre-injection pressure and the post-injection pressure meet predetermined reference conditions (P1a, P2a).
  • a standard injection conversion time Ta is calculated.
  • the fuel control unit 14 determines the pre-injection pressure P1b, which is a ratio to the standard injection conversion time Ta and is outside the standard conditions.
  • a conversion ratio is calculated, which is a ratio for calculating the injection conversion time Tb corresponding to the post-injection pressure P2b.
  • the fuel control unit 14 causes the injector 5 to inject fuel at an injection time obtained by applying the injection conversion time Tb obtained by multiplying the reference injection conversion time Ta and the conversion ratio to the unit injection amount. This makes it easier to set the injection conversion time, for example, compared to the case where a two-dimensional map defined by the pre-injection pressure and the post-injection pressure is set in advance without using a conversion ratio according to a predetermined theoretical formula. I can do it.
  • the intake air amount sensor 2 which is an intake pressure sensor that detects the pressure inside the surge tank 24a
  • the intake air amount detection unit may be, for example, an air flow sensor that detects the flow rate of intake air as a detected value regarding the intake air amount of the LP gas engine 20.
  • the unit injection amount may be calculated by dividing the intake air amount by the engine speed and multiplying by a predetermined constant.
  • a two-dimensional map centered on the flow rate may be used instead of the pressure (P0) inside the surge tank 24a in Table 1 above.
  • the air flow sensor may be provided in the intake passage 24 upstream of the surge tank 24a.
  • the air flow sensor may be provided in the intake passage 24 upstream of the throttle valve 25.
  • the axis in Table 1 above may also be the filling efficiency.
  • the pre-injection pressure sensor 3 attached to the fuel pipe 26 (rail) in which a plurality of injectors 5 are arranged in parallel is used as an example of a sensor for detecting the pre-injection pressure, but the present invention is not limited to this.
  • the sensor for detecting the pre-injection pressure may be attached to the fuel pipe 26 after the regulator.
  • the pre-injection pressure for example, an estimated value of pressure estimated based on the fuel tank internal pressure and atmospheric pressure may be used.
  • the post-injection pressure sensor 4 attached to each of the intake manifolds 24b is exemplified as a sensor for detecting the post-injection pressure, but the invention is not limited to this.
  • the sensor for detecting the post-injection pressure may be a pressure sensor attached to the surge tank 24a. In this case, it may also be used as an intake pressure sensor that detects the pressure inside the surge tank 24a. Note that an estimated value of intake pipe pressure estimated by a known method may be used as the post-injection pressure.
  • the so-called port injection injector 5 provided to inject fuel into the intake manifold 24b was exemplified as the fuel injection valve, but the present invention is not limited thereto.
  • the fuel injection valve may be, for example, a so-called in-cylinder direct injection injector that is provided to inject fuel into a cylinder.
  • the present disclosure can be applied to an internal combustion engine in which there is an operating region in which the fuel injection valve injects fuel at a subsonic speed lower than the speed of sound. Can be applied.
  • a configuration in which a mixer is not used in combination with the injector 5 is illustrated, but a mixer may also be used in combination with the injector 5.
  • the fuel injection valve injects the remaining amount after subtracting the fuel supplied by the mixer from the amount of fuel corresponding to the amount of intake air. Therefore, for example, the remaining amount of fuel to be injected after subtraction is determined through experiments, and as described above, when the injector 5 injects fuel at subsonic speed, the injector 5 injects fuel at sonic speed.
  • the injector 5 may be made to inject fuel for a longer injection time than in the case of injection.
  • the map value is read without particularly determining whether to inject fuel at subsonic speed or sonic speed, but the present invention is not limited to this.
  • the ECU 10 may determine whether to inject the fuel at subsonic speed or sonic speed, and may switch the injection time to be used based on the determination result.
  • the unit injection number was one, but it is not limited to this.
  • the unit injection number may be a value of 2 or more when multiple fuel injections are performed for one combustion (in one stroke).
  • the unit injection amount since the unit injection amount is the fuel injection amount for one combustion, it may correspond to the sum of the fuel injection amounts that are injected multiple times.
  • Intake air amount sensor intake air amount detection section
  • Injector fuel injection valve
  • Pre-injection pressure acquisition section 13
  • Post-injection pressure acquisition section 14
  • Fuel control section 20
  • LP gas engine internal combustion engine
  • 24 Intake passage
  • 26 26
  • Fuel piping supply path

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Abstract

燃料噴射制御装置は、内燃機関への燃料の供給量を制御する燃料噴射制御装置であって、内燃機関の吸気通路に設けられ、内燃機関の吸気量に関する検出値を取得する吸気量検出部と、燃料の供給路に設けられ、気体状態の燃料を噴射する燃料噴射弁と、供給路の燃料噴射弁よりも上流側の圧力である噴射前圧力を取得する噴射前圧力取得部と、燃料噴射弁により燃料が噴射される空間の圧力である噴射後圧力を取得する噴射後圧力取得部と、吸気量検出部の検出値と噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、燃料噴射弁が燃料を亜音速で噴射する場合に、燃料噴射弁が燃料を音速で噴射する場合と比べて長い噴射時間で燃料噴射弁に燃料を噴射させる燃料制御部と、を備える。

Description

燃料噴射制御装置
　本開示は、燃料噴射制御装置に関する。
　従来、燃料噴射制御装置に関する技術として、例えば特許文献１には、燃焼室に気体燃料を直接噴射するインジェクタを具備するエンジンの制御装置が記載されている。
特開２０００－３４５８８４号公報
　気体状態の燃料を燃料噴射弁が噴射する内燃機関においては、燃料噴射弁の位置で燃料を気体状態としておく制約があることから、燃料噴射弁の上流側の圧力には一定の上限がある。そのため、燃料噴射弁の上流側及び下流側の圧力との関係によっては、燃料噴射弁が燃料を音速よりも低速な亜音速で噴射する運転領域が存在することがある。この場合、例えば互いに等しい噴射時間で燃料を噴射したのでは、亜音速での燃料の噴射量は音速での燃料の噴射量よりも減少してしまう。
　本開示は、亜音速で燃料が噴射される運転領域においても、気体状態の燃料を燃料噴射弁で適切に噴射させ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。
　本開示の一態様に係る燃料噴射制御装置は、内燃機関への燃料の供給量を制御する燃料噴射制御装置であって、内燃機関の吸気通路に設けられ、内燃機関の吸気量に関する検出値を取得する吸気量検出部と、燃料の供給路に設けられ、気体状態の燃料を噴射する燃料噴射弁と、供給路の燃料噴射弁よりも上流側の圧力である噴射前圧力を取得する噴射前圧力取得部と、燃料噴射弁により燃料が噴射される空間の圧力である噴射後圧力を取得する噴射後圧力取得部と、吸気量検出部の検出値と噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、燃料噴射弁が燃料を亜音速で噴射する場合に、燃料噴射弁が燃料を音速で噴射する場合と比べて長い噴射時間で燃料噴射弁に燃料を噴射させる燃料制御部と、を備える。
　本開示の一態様に係る燃料噴射制御装置では、吸気量に応じた量の燃料を燃料噴射弁が噴射するにあたり、噴射前圧力及び噴射後圧力に基づいて、亜音速で噴射する場合には音速で噴射する場合と比べて長い噴射時間で燃料噴射弁に燃料を噴射させる。これにより、例えば亜音速での噴射と音速での噴射とで互いに等しい噴射時間で燃料噴射弁を動作させる場合と比べて、亜音速での燃料の噴射量が音速での燃料の噴射量よりも減少することを抑制することができる。したがって、本開示の一態様に係る燃料噴射制御装置によれば、亜音速で燃料が噴射される運転領域においても、気体状態の燃料を燃料噴射弁で適切に噴射させることができる。
　一実施形態において、燃料制御部は、吸気量検出部の検出値に基づいて、燃料噴射弁の単位噴射回数当たりの燃料の噴射量である単位噴射量を算出し、噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、単位噴射量の燃料を噴射するための噴射時間である噴射換算時間を算出し、単位噴射量と噴射換算時間とを乗算した噴射時間に基づいて、燃料噴射弁に燃料を噴射させてもよい。この場合、吸気量検出部の検出値に基づいて、噴射時間ではなく単位噴射量を算出する。噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、噴射換算時間を算出する。よって、亜音速で燃料が噴射される運転領域において音速で燃料が噴射される運転領域よりも噴射換算時間を大きく設定することで、亜音速の燃料の噴射量が音速の燃料の噴射量よりも減少することを抑制することができる。
　一実施形態において、燃料制御部は、吸気量検出部の検出値と内燃機関の回転数とに基づいて、単位噴射量を算出してもよい。この場合、吸気量検出部の検出値と内燃機関の回転数とに応じた値の単位噴射量を用いることができる。
　一実施形態において、燃料制御部は、噴射前圧力と噴射後圧力とが所定の基準条件であるときの噴射換算時間である基準噴射換算時間を算出し、燃料噴射弁が噴射する燃料の質量流量と噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、基準噴射換算時間に対する比率であって基準条件以外の噴射前圧力と噴射後圧力とに対応する噴射換算時間を算出するための比率である換算比率を算出し、単位噴射量と基準噴射換算時間と換算比率とに基づいて算出した噴射時間で燃料噴射弁に燃料を噴射させてもよい。この場合、例えば所定の理論式に従う換算比率を用いないで噴射前圧力と噴射後圧力とで規定される２次元マップを予め設定する場合と比べて、噴射換算時間の設定の容易化を図ることができる。
　本開示によれば、亜音速で燃料が噴射される運転領域においても、気体状態の燃料を燃料噴射弁で適切に噴射させることができる。
一実施形態の燃料噴射制御装置を備える内燃機関の概略構成図である。 図１の燃料噴射制御装置のブロック図である。 図２のＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、一実施形態の燃料噴射制御装置を備える内燃機関の概略構成図である。図１に示されるように、燃料噴射制御装置１００は、ＬＰガスエンジン（内燃機関）２０への燃料の供給量を制御する装置である。燃料噴射制御装置１００は、例えば産業車両等に搭載される。
　ＬＰガスエンジン２０には、燃料タンク（図示省略）に貯留される液体燃料を気化させた気体状態の燃料が供給される。燃料として、例えば液化石油ガス（ＬＰＧ：［Liquefied　Petroleum　Gas］，ＬＰガス）が用いられる。液化石油ガスは、主成分としてプロパン及びブタンを含む。その他の液体燃料として、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）等、内燃機関を供する環境温度に近い温度域（例えば－４５℃～０℃）に沸点を有する燃料を用いてもよい。つまり、ＬＰガスエンジン２０は、燃料として液化石油ガス(ＬＰガス)を含む混合気を燃焼させる内燃機関である。
　ＬＰガスエンジン２０は、シリンダブロック２１及びシリンダヘッド２２等で構成されたエンジン本体２３を有している。エンジン本体２３では、シリンダブロック２１、シリンダヘッド２２、及びピストン（図示省略）により燃焼室が画成されている。シリンダヘッド２２には、燃焼室に連通するように吸気通路２４及び排気流路（図示省略）が接続されている。吸気通路２４には、吸入空気の流量を調整するスロットルバルブ２５が設けられている。
　ここでのＬＰガスエンジン２０では、シリンダヘッド２２の近傍の吸気通路２４にインジェクタ（燃料噴射弁）５が取り付けられている。インジェクタ５には、気体状態のＬＰガスが供給される燃料配管（供給路）２６が接続されている。燃料配管２６の上流側では、例えば燃料タンクの液体燃料がタンク内圧力（飽和蒸気圧）にてレギュレータ（図示省略）に送出され、タンク内圧力から所定の圧力まで減圧される。燃料配管２６には、所定の圧力の気体状態となったＬＰガスが供給される。インジェクタ５は、気体状態のＬＰガスをシリンダヘッド２２の近傍の吸気通路２４内に噴射する。噴射された気体状態のＬＰガスが吸入空気と混じり合うことにより、混合気が形成される。エンジン本体２３では、吸気通路２４から燃焼室に供給された混合気がピストンで圧縮され、シリンダヘッド２２に設けられた点火プラグ（図示省略）で点火されて燃焼する。燃焼した混合気は、排気流路から排気ガスとして排出される。
　燃料噴射制御装置１００は、ＥＣＵ［Electronic　Control　Unit］１０を備えている。ＥＣＵ１０は、ＬＰガスエンジン２０を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ［Central　Processing　Unit］、ＲＯＭ［Read　Only　Memory］、ＲＡＭ［Random　Access　Memory］、通信回路等を有している。ＥＣＵ１０では、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ１０は、複数の電子ユニットから構成されていてもよい。
　図２は、図１の燃料噴射制御装置のブロック図である。図２に示されるように、ＥＣＵ１０は、エンジン回転センサ１、吸気量センサ（吸気量検出部）２、噴射前圧力センサ３、及び、噴射後圧力センサ４と電気的に接続されている。
　エンジン回転センサ１は、ＬＰガスエンジン２０のエンジン回転数を検出する検出器である。エンジン回転センサ１は、検出したエンジン回転数の検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
　吸気量センサ２は、ＬＰガスエンジン２０の吸気通路２４に設けられ、ＬＰガスエンジン２０の吸気量に関する検出値を検出する検出器である。ここでの吸気量センサ２は、一例として、ＬＰガスエンジン２０の吸気量に関する検出値としてサージタンク２４ａ内部の圧力を検出する吸気圧センサである。吸気量センサ２は、ＬＰガスエンジン２０の吸気量の検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
　噴射前圧力センサ３は、燃料配管２６のインジェクタ５よりも上流側の圧力である噴射前圧力を検出するための検出器である。噴射前圧力センサ３は、例えば複数のインジェクタ５が並設されている燃料配管２６（レール）に取り付けられている。噴射前圧力センサ３は、燃料配管２６内部の気体状態の燃料の圧力（レール圧）を噴射前圧力として検出する。噴射前圧力センサ３は、噴射前圧力の検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
　噴射後圧力センサ４は、インジェクタ５により燃料が噴射される空間の圧力である噴射後圧力を検出するための検出器である。インジェクタ５により燃料が噴射される空間とは、吸気通路２４の内部空間を意味する。噴射後圧力センサ４は、例えば、サージタンク２４ａよりもシリンダヘッド２２側の吸気通路２４であるインテークマニフォールド２４ｂのそれぞれに取り付けられている。噴射後圧力センサ４は、インテークマニフォールド２４ｂ内部の吸入空気の圧力（以下、単に「吸気管圧力」という）を噴射後圧力として検出する。噴射後圧力センサ４は、噴射前圧力の検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
　ちなみに、噴射後圧力センサ４をインテークマニフォールド２４ｂのそれぞれに取り付けることで、サージタンク２４ａで大きく平滑化される前の各気筒の圧力を噴射後圧力センサ４で検出することができる。噴射後圧力センサ４の検出値は、噴射後圧力センサ４をサージタンク２４ａに取り付ける場合と比べて、インジェクタ５により燃料が噴射される空間の圧力の変動をより直接的に表すことができる。
　次に、ＥＣＵ１０の機能的構成について、図３の処理の一例と併せて説明する。図３は、図２のＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。図３の処理は、ＬＰガスエンジン２０の運転中に実行される。ＥＣＵ１０は、エンジン状態量取得部１１と、噴射前圧力取得部１２と、噴射後圧力取得部１３と、燃料制御部１４と、を有している。
　図３に示されるように、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１において、エンジン状態量取得部１１により、エンジン回転数及び吸気量の取得を行う。エンジン状態量取得部１１は、エンジン回転センサ１の検出結果に基づいて、エンジン回転数を取得する。エンジン状態量取得部１１は、吸気量センサ２の検出結果に基づいて、吸気量に関する検出値としてサージタンク２４ａ内部の圧力（Ｐ０）を取得する。
　ＥＣＵ１０は、Ｓ１２において、噴射前圧力取得部１２により、噴射前圧力の取得を行う。噴射前圧力取得部１２は、噴射前圧力センサ３の検出結果に基づいて、例えば複数のインジェクタ５が並設されている燃料配管２６（レール）のレール圧（Ｐ１）を噴射前圧力として取得する。
　ＥＣＵ１０は、Ｓ１３において、噴射後圧力取得部１３により、噴射後圧力の取得を行う。噴射後圧力取得部１３は、噴射後圧力センサ４の検出結果に基づいて、例えばインテークマニフォールド２４ｂ内部の吸気管圧力（Ｐ２）を噴射後圧力として取得する。
　ＥＣＵ１０は、Ｓ１４において、燃料制御部１４により、単位噴射量の算出を行う。単位噴射量は、インジェクタ５の単位噴射回数当たりの燃料の噴射量である。単位噴射回数とは、１気筒における１回の燃焼（１ストローク）分の燃料噴射回数に相当する。単位噴射回数は、例えば本実施形態のようなポート噴射の場合、通常、１回の吸気行程で１回の燃料を噴射して当該燃料が燃焼室に吸入されることから、１回である。単位噴射回数が１回の場合、その１回で噴射される燃料の噴射量が単位噴射量に相当する。
　燃料制御部１４は、吸気量センサ２の検出値に基づいて、単位噴射量を算出する。燃料制御部１４は、例えば、ＬＰガスエンジン２０の吸気量及びエンジン回転数に基づいて、単位噴射量を算出する。具体的な一例として、燃料制御部１４は、下記表１で示されるように、吸気量センサ２の検出値としてのサージタンク２４ａ内部の圧力（Ｐ０）とエンジン回転数とで規定される２次元マップを用いて単位噴射量ＵＦｎｍを算出してもよい。
　上記表１において、行はエンジン回転数（Ｎｅ）であり、列はサージタンク２４ａ内部の圧力（Ｐ０）であり、マップ値は単位噴射量ＵＦｋｊである。ただし、ｋはエンジン回転数のマップ点に対応する０～５の整数であり、ｊはサージタンク２４ａ内部の圧力のマップ点に対応する０～９の整数である。単位噴射量ＵＦｋｊは、例えば、整数ｋに対応するエンジン回転数（Ｎｅ）及び整数ｊに対応するサージタンク２４ａ内部の圧力（Ｐ０）において１回の燃焼（１ストローク）分に対応する吸気量に対して所望の空燃比とするための燃料量として、実験によって求めることができる。単位噴射量ＵＦｋｊの単位は、例えばｍｇ／ストロークであってもよい。
　ＥＣＵ１０は、Ｓ１５において、燃料制御部１４により、噴射換算時間の算出を行う。噴射換算時間は、単位噴射量の燃料を噴射するための噴射時間である。より詳しくは、噴射換算時間は、１回の燃焼（１ストローク）分に対応する燃料の噴射量を、インジェクタ５の噴射時間（駆動時間）に換算するための係数に相当する。噴射換算時間は、亜音速での燃料の噴射であっても、単位噴射量の燃料をインジェクタ５が噴射するような噴射時間（駆動時間）となるように、音速での燃料の噴射での噴射換算時間よりも大きい値として設定される。
　燃料制御部１４は、噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、噴射換算時間を算出する。具体的な一例として、燃料制御部１４は、下記表２で示されるように、２次元マップを用いて噴射換算時間を算出してもよい。下記表２で示される２次元マップは、噴射前圧力センサ３の検出値としてのレール圧（Ｐ１）と、噴射後圧力センサ４の検出値としての吸気管圧力（Ｐ２）と、を引数として規定されている。
　上記表２において、行はレール圧（Ｐ１）であり、列は吸気管圧力（Ｐ２）であり、マップ値は噴射換算時間ＴＦｎｍである。ただし、ｎはレール圧のマップ点に対応する０～４の整数であり、ｍは吸気管圧力のマップ点に対応する０～９の整数である。噴射換算時間ＴＦｎｍの単位は、例えばｍｓｅｃ／ｍｇであってもよい。
　噴射換算時間ＴＦｎｍの値は、インジェクタ５を使った実験により、例えばレール圧（Ｐ１）と吸気管圧力（Ｐ２）とに応じてインジェクタ５が単位噴射量の燃料を噴射するような数値として求めることができる。より詳しくは、気体状態の燃料を噴射するインジェクタ５においては、下記（数１）で示される臨界圧力比よりも吸気管圧力（Ｐ２）／レール圧（Ｐ１）の比率が大きい場合には亜音速での燃料の噴射となり、吸気管圧力（Ｐ２）／レール圧（Ｐ１）の比率が臨界圧力比以下である場合には音速での燃料の噴射となる。ただし、κは気体状態の燃料の比熱比である。
　上記表２は、一例として、太実線で示される罫線の部分を境に左側（等しいＰ２においてＰ１の低圧側）のグレーの網掛けを付した運転領域で亜音速での燃料の噴射となる。また、太実線で示される罫線の部分を境に右側（等しいＰ２においてＰ１の高圧側）の運転領域で音速での燃料の噴射となる。亜音速で燃料が噴射される運転領域においては、音速で燃料が噴射される運転領域よりも噴射換算時間が大きく設定されている。亜音速で燃料が噴射される運転領域においては、レール圧（Ｐ１）が低くなるほど噴射換算時間が大きく設定されている。亜音速で燃料が噴射される運転領域においては、吸気管圧力（Ｐ２）が高くなるほど噴射換算時間が大きく設定されている。つまり、上記表２のグレーの網掛けを付した運転領域では、表中の左上に向かうに従って噴射換算時間が大きくなる。
　例えば、レール圧（Ｐ１）が１２０ｋＰａである場合、亜音速で燃料が噴射される運転領域に属するＴＦ００～ＴＦ０３は、音速で燃料が噴射される運転領域に属するＴＦ０４～ＴＦ０９よりも大きく設定されている。ＴＦ００～ＴＦ０３は、吸気管圧力（Ｐ２）が高くなるほど大きく設定されている。ＴＦ０４～ＴＦ０９は、互いに等しい値とされている。
　例えば、レール圧（Ｐ１）が１４０ｋＰａである場合、亜音速で燃料が噴射される運転領域に属するＴＦ１０～ＴＦ１２は、音速で燃料が噴射される運転領域に属するＴＦ１３～ＴＦ１９よりも大きく設定されている。ＴＦ１０～ＴＦ１２は、吸気管圧力（Ｐ２）が高くなるほど大きく設定されている。ＴＦ１３～ＴＦ１９は、互いに等しい値とされている。
　例えば、レール圧（Ｐ１）が１６０ｋＰａである場合、亜音速で燃料が噴射される運転領域に属するＴＦ２０～ＴＦ２１は、音速で燃料が噴射される運転領域に属するＴＦ２２～ＴＦ２９よりも大きく設定されている。ＴＦ２０は、ＴＦ２１よりも大きく設定されている。ＴＦ２２～ＴＦ２９は、互いに等しい値とされている。
　レール圧（Ｐ１）が１８０ｋＰａである場合、ＴＦ３０～ＴＦ３９は、音速で燃料が噴射される運転領域に属するため、互いに等しい値とされている。レール圧（Ｐ１）が２００ｋＰａである場合、ＴＦ４０～ＴＦ４９は、音速で燃料が噴射される運転領域に属するため、互いに等しい値とされている。
　ＥＣＵ１０は、Ｓ１６において、燃料制御部１４により、燃料の噴射を行う。燃料制御部１４は、算出した単位噴射量と噴射換算時間とを乗算した噴射時間に基づいて、インジェクタ５に燃料を噴射させる。すなわち、燃料制御部１４は、吸気量センサ２の検出値と噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、インジェクタ５が燃料を亜音速で噴射する場合に、インジェクタ５が燃料を音速で噴射する場合と比べて長い噴射時間でインジェクタ５に燃料を噴射させる。なお、燃料制御部１４は、単位噴射量と噴射換算時間とを乗算した噴射時間に、例えば噴射前圧力の変化と直接関係のない吸気温等の環境補正を施してインジェクタ５に燃料を噴射させてもよい。その後、ＥＣＵ１０は、図３の処理を終了する。
［作用及び効果］
　ここで、内燃機関を供する環境温度に近い温度域に沸点を有する液化石油ガス等を燃料として用いる内燃機関にあっては、運転領域の全域にわたって音速で燃料が噴射されるような圧力まで噴射前圧力を上げ過ぎると、圧力により燃料の気化が妨げられて内燃機関の運転に支障が生じる場合がある。そのため、噴射前圧力は、一部の運転領域において亜音速で燃料が噴射されることを許容するような圧力に抑えられた設定とされる。しかしながら、従来の燃料噴射制御装置にあっては、亜音速で燃料が噴射される運転領域でのインジェクタ５の噴射時間の算出に改善の余地がある。例えばエンジン回転数と吸気管圧力とのマップから噴射時間を決定する制御方式（いわゆるスピード・デンシティ方式)の場合、高度差(気圧差)、レギュレータのバラツキ、燃料タンク内圧力等によって、インジェクタの上流圧が変動することがある。例えば吸気管圧力が同一条件下であっても、インジェクタの上流圧の変動によって、亜音速での燃料噴射と音速での燃料噴射とが入れ替わることがあり、一般的な学習制御及び環境補正等では十分に補正できない場合があり得る。
　この点、以上説明したような燃料噴射制御装置１００では、吸気量に応じた量の燃料をインジェクタ５が噴射するにあたり、噴射前圧力及び噴射後圧力に基づいて、亜音速で噴射する場合には音速で噴射する場合と比べて長い噴射時間でインジェクタ５に燃料を噴射させる。これにより、例えば亜音速での噴射と音速での噴射とで互いに等しい噴射時間でインジェクタ５を動作させる場合と比べて、亜音速での燃料の噴射量が音速での燃料の噴射量よりも減少することを抑制することができる。したがって、燃料噴射制御装置１００によれば、亜音速で燃料が噴射される運転領域においても、気体状態の燃料をインジェクタ５で適切に噴射させることができる。
　燃料噴射制御装置１００では、燃料制御部１４は、吸気量センサ２の検出値に基づいて、インジェクタ５の単位噴射回数当たりの燃料の噴射量である単位噴射量を算出する。燃料制御部１４は、噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、単位噴射量の燃料を噴射するための噴射時間である噴射換算時間を算出する。燃料制御部１４は、単位噴射量と噴射換算時間とを乗算した噴射時間に基づいて、インジェクタ５に燃料を噴射させる。これにより、吸気量センサ２の検出値に基づいて、噴射時間ではなく単位噴射量を算出する。噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、噴射換算時間を算出する。よって、亜音速で燃料が噴射される運転領域において音速で燃料が噴射される運転領域よりも噴射換算時間を大きく設定することで、亜音速の燃料の噴射量が音速の燃料の噴射量よりも減少することを抑制することができる。
　ちなみに、噴射換算時間には噴射前圧力の変動の影響が内在されているため、単位噴射量と噴射換算時間とを乗算した噴射時間は、音速又は亜音速の噴射形態の違いも反映されている。したがって、単位噴射量と噴射換算時間とを乗算した噴射時間に、噴射前圧力の変動分の補正を別途行うことを省くことができる。
　燃料噴射制御装置１００では、燃料制御部１４は、吸気量センサ２の検出値とエンジン回転数とに基づいて（ここではサージタンク２４ａ内部の圧力（Ｐ０）とエンジン回転数とで規定される２次元マップを用いて）、単位噴射量を算出する。これにより、吸気量センサ２の検出値とエンジン回転数とに応じた値の単位噴射量を用いることができる。
［変形例］
　以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は、上述した各実施形態に限られるものではない。
　例えば、ＥＣＵ１０は、Ｓ１５において、上記表２のような２次元マップを用いることに代えて、燃料制御部１４により、下記のような処理を行ってもよい。具体的には、燃料制御部１４は、噴射前圧力と噴射後圧力とが所定の基準条件であるときの噴射換算時間である基準噴射換算時間を算出してもよい。所定の基準条件は、換算の基準として用いる２次元マップのうちの１点に相当する運転条件を意味する。所定の基準条件は、予め設定された所定の噴射前圧力及び噴射後圧力の条件であってもよい。所定の基準条件は、亜音速での燃料の噴射となる運転領域でもよいし、音速での燃料の噴射となる運転領域でもよい。所定の基準条件は、一例として、上記表２の２次元マップのうちの１点に相当する運転条件を基準とするように、レール圧（Ｐ１）が１４０ｋＰａであり且つ吸気管圧力（Ｐ２）が１００ｋＰａである運転条件であってもよい。
　燃料制御部１４は、インジェクタ５が噴射する燃料の質量流量と噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、基準噴射換算時間から現在の運転条件での噴射時間を算出するために、換算比率を算出してもよい。換算比率は、基準噴射換算時間に対する比率であって基準条件以外の噴射前圧力と噴射後圧力とに対応する噴射換算時間を算出するための比率である。換算比率は、例えば下記（数２）及び下記（数３）の少なくとも一方の関係に基づいて求めてもよい。下記の（数２）は、亜音速での燃料の噴射となる運転領域におけるＰ１，Ｐ２とＷとの関係を示している。下記の（数３）は、音速での燃料の噴射となる運転領域におけるＰ１とＷとの関係を示している。ただし、各Ｗはインジェクタ５で噴射される気体燃料の質量流量であり、Ｐ１は噴射前圧力であり、Ｐ２は噴射後圧力であり、κは気体燃料の比熱比であり、γは気体燃料の比重量である。なお、下記（数２）及び（数３）は一例であり、インジェクタ５の仕様等に応じて一部異なる理論式が用いられてもよい。
　上記（数２）においてγはＰ１に比例するとの関係を用いると、下記（数４）が得られる。上記（数３）においてγはＰ１に比例し、κは一定であるとの関係を用いると、下記（数５）が得られる。
　次に、所定の基準条件に対応するパラメータに添え字「ａ」を付し、現在の運転条件に対応するパラメータに添え字「ｂ」を付して、上記（数４）及び上記（数５）の比例関係を用いると、下記（数６）及び下記（数７）が得られる。下記（数６）及び下記（数７）において、分数部分が換算比率に相当する。下記（数６）は、亜音速での燃料の噴射となる運転領域における質量流量の換算式を意味する。下記（数７）は、音速での燃料の噴射となる運転領域における質量流量の換算式を意味する。下記（数６）及び下記（数７）によれば、所定の基準条件でインジェクタ５で噴射される気体燃料の質量流量Ｗａから現在の運転条件でインジェクタ５で噴射される気体燃料の質量流量Ｗｂを換算することができる。
　所定の基準条件で質量流量Ｗａの気体燃料を噴射するためのインジェクタ５の噴射換算時間をＴａとし、現在の運転条件で質量流量Ｗｂの気体燃料を噴射するためのインジェクタ５の噴射換算時間をＴｂとすると、Ｔａ，Ｔｂは、Ｗａ，Ｗｂにそれぞれ反比例の関係にあることから、下記（数８）及び下記（数９）のように表すことができる。
　上記（数８）に示されるように、所定の基準条件が亜音速での燃料の噴射となる運転領域に設定される場合、亜音速での燃料の噴射となる運転領域における所定の基準条件以外の噴射換算時間Ｔｂは、所定の基準条件での基準噴射換算時間Ｔａに上記（数８）の分数部分の換算比率を乗算することで算出することができる。音速での燃料の噴射となる運転領域の噴射換算時間は、臨界点のみ上記（数８）を用いて同様の計算で算出してもよい。音速での燃料の噴射となる運転領域ではＰ１が同一のマップ値は互いに等しいため、予め算出した定数として与えられてもよい。
　そして、燃料制御部１４は、図３のＳ１６において、単位噴射量と基準噴射換算時間と換算比率とを乗算した噴射時間に基づいて、燃料噴射弁に燃料を噴射させてもよい。燃料制御部１４は、単位噴射量と基準噴射換算時間と換算比率とを乗算した噴射時間に、例えば噴射前圧力の変化と直接関係のない吸気温等の環境補正を施してインジェクタ５に燃料を噴射させてもよい。すなわち、燃料制御部１４は、吸気量センサ２の検出値と噴射前圧力と噴射後圧力とに基づいて、インジェクタ５が燃料を亜音速で噴射する場合に、インジェクタ５が燃料を音速で噴射する場合と比べて長い噴射時間でインジェクタ５に燃料を噴射させる。その後、ＥＣＵ１０は、図３の処理を終了する。
　以上のＳ１５及びＳ１６の変形例の処理を行う燃料噴射制御装置１００では、燃料制御部１４は、噴射前圧力と噴射後圧力とが所定の基準条件（Ｐ１ａ，Ｐ２ａ）であるときの噴射換算時間である基準噴射換算時間Ｔａを算出する。燃料制御部１４は、インジェクタ５が噴射する燃料の質量流量Ｗと噴射前圧力Ｐ１と噴射後圧力Ｐ２とに基づいて、基準噴射換算時間Ｔａに対する比率であって基準条件以外の噴射前圧力Ｐ１ｂと噴射後圧力Ｐ２ｂとに対応する噴射換算時間Ｔｂを算出するための比率である換算比率を算出する。燃料制御部１４は、基準噴射換算時間Ｔａと換算比率とを乗算して得られる噴射換算時間Ｔｂを単位噴射量に適用した噴射時間でインジェクタ５に燃料を噴射させる。これにより、例えば所定の理論式に従う換算比率を用いないで噴射前圧力と噴射後圧力とで規定される２次元マップを予め設定する場合と比べて、噴射換算時間の設定の容易化を図ることができる。
　その他の変形例として、上記実施形態では、吸気量検出部として、サージタンク２４ａ内部の圧力を検出する吸気圧センサである吸気量センサ２を例示したが、この例に限定されない。吸気量検出部は、例えば、ＬＰガスエンジン２０の吸気量に関する検出値として吸入空気の流量を検出するエアフローセンサであってもよい。この場合、吸気量をエンジン回転数で除算して所定の定数を乗算することで単位噴射量を算出してもよい。或いは、上記表１のサージタンク２４ａ内部の圧力（Ｐ０）に代えて流量を軸とした２次元マップを用いてもよい。エアフローセンサは、サージタンク２４ａよりも上流側の吸気通路２４に設けられていてもよい。エアフローセンサは、スロットルバルブ２５よりも上流側の吸気通路２４に設けられていてもよい。また、上記表１の軸は、その他、充填効率であってもよい。
　上記実施形態では、噴射前圧力を検出するためのセンサとして、複数のインジェクタ５が並設されている燃料配管２６（レール）に取り付けられた噴射前圧力センサ３を例示したが、これに限定されない。噴射前圧力を検出するためのセンサは、レギュレータ以降の燃料配管２６に取り付けられていればよい。なお、噴射前圧力として、例えば燃料タンク内圧及び大気圧に基づいて推定された圧力の推定値を用いてもよい。
　上記実施形態では、噴射後圧力を検出するためのセンサとして、インテークマニフォールド２４ｂのそれぞれに取り付けられた噴射後圧力センサ４を例示したが、これに限定されない。噴射後圧力を検出するためのセンサは、サージタンク２４ａに取り付けられた圧力センサであってもよい。この場合、サージタンク２４ａ内部の圧力を検出する吸気圧センサと共用してもよい。なお、噴射後圧力として、公知の手法で推定された吸気管圧力の推定値を用いてもよい。
　上記実施形態では、燃料噴射弁として、インテークマニフォールド２４ｂ内に燃料を噴射するように設けられた、いわゆるポート噴射のインジェクタ５を例示したが、これに限定されない。燃料噴射弁は、例えば、筒内に燃料を噴射するように設けられた、いわゆる筒内直接噴射のインジェクタであってもよい。要は、燃料噴射弁の上流側及び下流側の圧力との関係によっては、燃料噴射弁が燃料を音速よりも低速な亜音速で噴射する運転領域が存在する内燃機関であれば、本開示を適用することができる。
　上記実施形態では、インジェクタ５にミキサーを併用しない形態を例示したが、インジェクタ５にミキサーが併用されてもよい。この場合、吸気量に応じた量の燃料を供給するにあたり、吸気量に応じた量の燃料からミキサーで供給される燃料を差し引いた残りの分を燃料噴射弁が噴射することとなる。よって、例えば差し引いた残りの分の燃料噴射量を実験等により求めて、この燃料噴射量について、上述したように、インジェクタ５が燃料を亜音速で噴射する場合に、インジェクタ５が燃料を音速で噴射する場合と比べて長い噴射時間でインジェクタ５に燃料を噴射させればよい。
　上記実施形態では、上記表２において、亜音速又は音速のどちらで燃料を噴射するのかを特に判定することなくマップ値を読み取る形態として説明したが、これに限定されない。例えば、ＥＣＵ１０は、亜音速又は音速のどちらで燃料を噴射するのかを判定し、判定結果に基づいて用いる噴射時間の切替えをしてもよい。
　上記実施形態では、単位噴射回数は、１回であったが、これに限定されない。単位噴射回数は、複数回の燃料噴射を１回の燃焼のために（１ストロークで）行う場合、２以上の値であってもよい。この場合、単位噴射量は、１回の燃焼のための燃料の噴射量であるから、その複数回で噴射される燃料の噴射量の合計に相当してもよい。
　２…吸気量センサ（吸気量検出部）、５…インジェクタ（燃料噴射弁）、１２…噴射前圧力取得部、１３…噴射後圧力取得部、１４…燃料制御部、２０…ＬＰガスエンジン（内燃機関）、２４…吸気通路、２６…燃料配管（供給路）、１００…燃料噴射制御装置。

 

Claims (4)

  1. 　内燃機関への燃料の供給量を制御する燃料噴射制御装置であって、
    　前記内燃機関の吸気通路に設けられ、前記内燃機関の吸気量に関する検出値を取得する吸気量検出部と、
    　前記燃料の供給路に設けられ、気体状態の前記燃料を噴射する燃料噴射弁と、
    　前記供給路の前記燃料噴射弁よりも上流側の圧力である噴射前圧力を取得する噴射前圧力取得部と、
    　前記燃料噴射弁により前記燃料が噴射される空間の圧力である噴射後圧力を取得する噴射後圧力取得部と、
    　前記吸気量検出部の検出値と前記噴射前圧力と前記噴射後圧力とに基づいて、前記燃料噴射弁が前記燃料を亜音速で噴射する場合に、前記燃料噴射弁が前記燃料を音速で噴射する場合と比べて長い噴射時間で前記燃料噴射弁に前記燃料を噴射させる燃料制御部と、を備える、燃料噴射制御装置。
  2. 　前記燃料制御部は、
    　　前記吸気量検出部の検出値に基づいて、前記燃料噴射弁の単位噴射回数当たりの前記燃料の噴射量である単位噴射量を算出し、
    　　前記噴射前圧力と前記噴射後圧力とに基づいて、前記単位噴射量の前記燃料を噴射するための噴射時間である噴射換算時間を算出し、
    　　前記単位噴射量と前記噴射換算時間とを乗算した噴射時間に基づいて前記燃料噴射弁に前記燃料を噴射させる、請求項１記載の燃料噴射制御装置。
  3. 　前記燃料制御部は、前記吸気量検出部の検出値と前記内燃機関の回転数とに基づいて、前記単位噴射量を算出する、請求項２記載の燃料噴射制御装置。
  4. 　前記燃料制御部は、
    　　前記噴射前圧力と前記噴射後圧力とが所定の基準条件であるときの前記噴射換算時間である基準噴射換算時間を算出し、
    　　前記燃料噴射弁が噴射する前記燃料の質量流量と前記噴射前圧力と前記噴射後圧力とに基づいて、前記基準噴射換算時間に対する比率であって前記基準条件以外の前記噴射前圧力と前記噴射後圧力とに対応する前記噴射換算時間を算出するための前記比率である換算比率を算出し、
    　　前記単位噴射量と前記基準噴射換算時間と前記換算比率とに基づいて算出した噴射時間で前記燃料噴射弁に前記燃料を噴射させる、請求項２又は３記載の燃料噴射制御装置。

     
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