JP5801585B2 - 燃料噴射制御システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射制御システムに関する。

下記特許文献１には、エンジン始動時において、特にクランキング直後のガソリン燃料の増量分をエンジン温度の変化に応じて適正値に設定する技術が開示されている。
また、下記特許文献２には、バイフューエルシステムの一形態として、ガス燃料噴射制御装置が、ガソリン燃料噴射制御装置から受信したガソリン燃料噴射信号（ガソリン燃料噴射量を表す信号）にガス燃料用の補正係数を乗算してガス燃料噴射量を算出し、その算出結果に応じてガス燃料噴射弁の通電制御を行う技術が開示されている。

特公平６−６０５８１号公報 特開２００９−１３３２０７号公報

ガソリン燃料は蒸発率が低く、吸気ポート壁面に付着する性質があるため、エンジン始動時には吸気ポート壁面が濡れきるまで大量のガソリン燃料を噴射する必要がある（特許文献１参照）が、ガス燃料にはそのような性質は無く、エンジン始動時に大量のガス燃料を噴射する必要はない。
しかしながら、例えば特許文献２に記載されているような、ガソリン燃料噴射信号から算出したガス燃料噴射量に応じてガス燃料噴射弁の通電制御を行うバイフューエルシステムを採用した場合、ガス燃料によるエンジン始動時に大量のガス燃料を噴射してしまい、燃焼の不安定化やエミッションの悪化、燃料消費量の悪化等を招く虞がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、エンジン始動時における気体燃料噴射制御を適切に行い、以って燃焼の不安定化やエミッションの悪化、燃料消費量の悪化等を回避することの可能な燃料噴射制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、燃料噴射制御システムに係る第１の解決手段として、液体燃料噴射弁の通電制御を行う第１制御装置と、前記第１制御装置から入力される前記液体燃料噴射弁の通電用パルス信号に応じて気体燃料噴射弁の通電制御を行う第２制御装置とを備えた燃料噴射制御システムであって、前記第２制御装置は、エンジン始動時に始動時気体燃料噴射量及び始動時気体燃料噴射タイミングを算出し、その算出結果に応じて前記気体燃料噴射弁の通電制御を行うことを特徴とする。

また、本発明では、燃料噴射制御システムに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記第２制御装置は、前記エンジン始動時において、エンジン回転数が所定回転数以上となり且つ燃料噴射回数が所定回数を越えたという条件が成立するまで、前記始動時気体燃料噴射量及び始動時気体燃料噴射タイミングの算出結果に応じて前記気体燃料噴射弁の通電制御を行うことを特徴とする。

また、本発明では、燃料噴射制御システムに係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記第２制御装置は、前記エンジン回転数が所定回転数以上となり且つ前記燃料噴射回数が所定回数を越えたという条件が成立した後、前記燃料噴射回数が増える度に一定値ずつ増える移行係数α、前記始動時気体燃料噴射量ＳＧＦ及び液体燃料噴射量の補正によって算出した通常気体燃料噴射量ＮＧＦからなる下記（１）式に基づいて最終的な気体燃料噴射量ＧＦを算出し、その算出結果に応じて前記気体燃料噴射弁の通電制御を行うことを特徴とする。
ＧＦ ＝ ＳＧＦ×（１−α）＋ ＮＧＦ×α ・・・（１）

また、本発明では、燃料噴射制御システムに係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記第２制御装置は、前記移行係数αが１を越えた後、前記通常気体燃料噴射量を最終的な気体燃料噴射量とすると共に、前記第１制御装置から入力される前記通電用パルス信号の立上がりタイミングを気体燃料噴射タイミングとして前記気体燃料噴射弁の通電制御を行うことを特徴とする。

本発明に係る燃料噴射制御システムでは、第２制御装置が、エンジン始動時に始動時気体燃料噴射量及び始動時気体燃料噴射タイミングを算出し、その算出結果に応じて気体燃料噴射弁の通電制御を行う。つまり、本発明によれば、第２制御装置は、エンジン始動時において、第１制御装置から入力される液体燃料噴射弁の通電用パルス信号に関係なく（言い換えれば、液体燃料噴射量に関係なく）、独自に始動時気体燃料噴射量及び始動時気体燃料噴射タイミングを算出して気体燃料噴射弁の通電制御を行うので、エンジン始動時における気体燃料噴射制御を適切に行うことができ、その結果、燃焼の不安定化やエミッションの悪化、燃料消費量の悪化等を回避することが可能となる。

本実施形態に係る燃料噴射制御システムの概略構成図である。 ２ｎｄ−ＥＣＵ４のガス燃料噴射モード時の動作フローチャートである。 始動時噴射量の算出処理を表すフローチャート（ａ）と、始動時噴射タイミングを表すタイミングチャート（ｂ）である。 エンジン始動（イグニションスイッチ７のオン）から時間経過に伴って、ガス燃料噴射量、ガソリン燃料噴射量及びエンジン回転数がどのように変化するかを示したものである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料噴射制御システムの概略構成図である。本燃料噴射制御システムは、液体燃料（ガソリン）と気体燃料（圧縮天然ガス）とを選択的に切替えて単一エンジン（図示省略）に供給するバイフューエルシステムであり、液体燃料供給系１、気体燃料供給系２、１ｓｔ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３、２ｎｄ−ＥＣＵ４、燃料切替スイッチ５、バッテリ６及びイグニションスイッチ７から構成されている。

液体燃料供給系１は、ガソリンタンク１１、ガソリン供給パイプ１２及びガソリンインジェクタ（液体燃料噴射弁）１３から構成されている。ガソリンタンク１１は、液体燃料としてガソリン燃料を貯蔵する耐腐食性容器であり、ガソリン燃料を吸い上げてガソリン供給パイプ１２へ送出するポンプ及びレギュレータ（図示省略）を内蔵している。

ガソリン供給パイプ１２は、ガソリンタンク１１からガソリンインジェクタ１３へガソリン燃料を配送するための配管である。ガソリンインジェクタ１３は、エンジンの吸気ポートに向けて噴射口が露出するように吸気管に装着された電磁弁（例えばソレノイドバルブ等）であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力されるガソリンインジェクタ通電用パルス信号に応じてガソリン燃料を噴射口から噴射する。

気体燃料供給系２は、ガスタンク２１、高圧ガス供給パイプ２２、遮断弁２３、レギュレータ２４、低圧ガス供給パイプ２５、ガスインジェクタ（気体燃料噴射弁）２６、燃料圧力センサ２７、燃料温度センサ２８及びリリーフバルブ２９から構成されている。

ガスタンク２１は、気体燃料として高圧の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が充填された高耐圧容器である。高圧ガス供給パイプ２２は、ガスタンク２１からレギュレータ２４へ高圧のガス燃料を配送するための高耐圧配管である。遮断弁２３は、高圧ガス供給パイプ２２の途中に介挿された電磁弁であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力される遮断弁駆動信号に応じて開弁或いは閉弁する。

レギュレータ２４は、遮断弁２３の下流側に配置された調圧弁であり、遮断弁２３の開弁時にガスタンク２１から供給される高圧のガス燃料を所望の圧力まで減圧して低圧ガス供給パイプ２５へ送出する。低圧ガス供給パイプ２５は、レギュレータ２４からガスインジェクタ２６へ低圧のガス燃料を配送するための低耐圧配管である。ガスインジェクタ２６は、エンジンの吸気ポートに向けて噴射口が露出するように吸気管に装着された電磁弁であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力されるガスインジェクタ通電用パルス信号に応じてガス燃料を噴射口から噴射する。

燃料圧力センサ２７は、低圧ガス供給パイプ２５の内部圧力（ガス燃料の圧力）を検出し、その検出結果を示すガス燃料圧力信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。燃料温度センサ２８は、低圧ガス供給パイプ２５の内部温度（ガス燃料の温度）を検出し、その検出結果を示すガス燃料温度信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。リリーフバルブ２９は、低圧ガス供給パイプ２５から分岐する配管に介挿された安全弁であり、低圧ガス供給パイプ２５の内部圧力が設定圧力を越えた場合に開弁してガス燃料を外部に排出する。

１ｓｔ−ＥＣＵ３（第１制御装置）は、エンジン状態を検出する各種センサ（図示省略）から入力される各種センサ信号に基づいて、ガソリン燃料噴射量及びガソリン燃料噴射タイミングを算出し、その算出結果に応じてガソリンインジェクタ通電用パルス信号を生成して２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。具体的には、ガソリン燃料噴射量に応じてガソリン用通電パルス信号のパルス幅が設定され、ガソリン燃料噴射タイミングに応じてガソリン用通電パルス信号の立上がりタイミングが設定される。

なお、１ｓｔ−ＥＣＵ３に入力される各種センサ信号には、少なくとも、クランク軸が一定角度回転する時間を１周期とするクランクパルス信号、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に到達する時間を１周期とするＴＤＣパルス信号、吸気温度を示す吸気温度信号、吸気圧力を示す吸気圧力信号、冷却水温を示す冷却水温信号などが含まれている。

１ｓｔ−ＥＣＵ３は、クランクパルス信号からエンジン回転数を算出し、エンジン回転数及び吸気温度（冷却水温でも良い）を基にガソリン燃料噴射量を算出し、さらに当該ガソリン燃料噴射量からガソリン燃料噴射タイミング（ガソリン燃料を噴射すべきクランク軸角度）を算出する。なお、これらガソリン燃料噴射量及びガソリン燃料噴射タイミングの算出手法は従来と同様であるので、詳細な説明は省略する。

２ｎｄ−ＥＣＵ４（第２制御装置）は、エンジン状態を検出する各種センサから入力される各種センサ信号と、燃料圧力センサ２７から入力されるガス燃料圧力信号と、燃料温度センサ２８から入力されるガス燃料温度信号と、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンインジェクタ通電用パルス信号と、燃料切替スイッチ５から入力される燃料選択信号とに基づいて、ガソリンインジェクタ１３、ガスインジェクタ２６及び遮断弁２３を制御する。

具体的には、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、燃料切替スイッチ５から入力される燃料選択信号を基にガソリン燃料が選択されていることを検知した場合、ガソリン燃料噴射モードとなり、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンインジェクタ通電用パルス信号と同一のパルス幅、立上がりタイミングを有するパルス信号、すなわちガソリンインジェクタ通電用パルス信号をガソリンインジェクタ１３へ出力する。

また、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、燃料切替スイッチ５から入力される燃料選択信号を基にガス燃料が選択されていることを検知した場合、ガス燃料噴射モードとなり、遮断弁２３を開弁させてガスタンク２１からのガス燃料の供給を開始すると共に、各種センサ信号（ガス燃料圧力信号及びガス燃料温度信号も含む）及びガソリンインジェクタ通電用パルス信号に基づいてガスインジェクタ通電用パルス信号を生成してガスインジェクタ２６に出力する。なお、このガス燃料噴射モード時の動作についての詳細は後述する。

燃料切替スイッチ５は、手動操作による燃料の切替えを可能とするスイッチであり、そのスイッチの状態、つまりエンジンで使用する燃料としてガソリン燃料が選択されているのか、ガス燃料が選択されているのかを示す燃料選択信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４に出力する。

バッテリ６は、正極端子がイグニションスイッチ７を介して１ｓｔ−ＥＣＵ３及び２ｎｄ−ＥＣＵ４に接続され、負極端子が車体アースされた２次電池である。イグニションスイッチ７は、手動動作によるエンジン始動を可能とするスイッチである。このイグニションスイッチ７のオン時に、バッテリ６から１ｓｔ−ＥＣＵ３及び２ｎｄ−ＥＣＵ４や不図示のセルモータへ電源電圧が供給されてエンジンが始動する。

次に、上記のように構成されたバイフューエルシステムの動作、特に本実施形態の特徴である２ｎｄ−ＥＣＵ４のガス燃料噴射モード時の動作について説明する。
２ｎｄ−ＥＣＵ４は、エンジン始動時、つまりイグニションスイッチ７がオンになった時、燃料切替スイッチ５から入力される燃料選択信号を基にガス燃料が選択されていることを検知した場合、ガス燃料噴射モードとなり、遮断弁２３を開弁させてガスタンク２１からのガス燃料の供給を開始すると共に、図２に示すフローチャートに従ってガス燃料噴射制御を行う。

この図２に示すように、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、まず、始動時ガス燃料噴射量を算出する（ステップＳ１）。具体的には、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、図３（ａ）に示すフローチャートに従って始動時ガス燃料噴射量を算出する。図３（ａ）に示すように、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、吸入空気量に対して略理論空燃比となるように、エンジンのシリンダー行程容積とバルブタイミングから始動時基本噴射量を予め設定する（ステップＳ１a）。

続いて、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、エンジン回転数に応じて実際に吸入される空気量が変化するため、エンジン回転数に応じて始動時基本噴射量に乗算すべき回転数補正係数を回転数補正テーブルから検索する（ステップＳ１b）。吸入空気は、ピストンでの吸入に対して脈動が発生し、エンジン回転数と脈動周期との相関により充填効率が変化するため、回転数に応じた吸気量の変化に対応する。

続いて、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、吸気温度に応じて実際に吸入される空気量が変化するため、吸気温度に応じて始動時基本噴射量に乗算すべき吸気温度補正係数を吸気温度補正テーブルから検索する（ステップＳ１c）。なお、吸気温度に替えて冷却水温を用いて補正係数を算出しても良い。そして、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、始動時基本噴射量に回転数補正係数及び吸気温度補正係数を乗算することにより、始動時ガス燃料噴射量を算出する（ステップ１d）。

図２に戻り、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、上記のように始動時ガス燃料噴射量を算出した後、当該始動時ガス燃料噴射量から始動時ガス燃料噴射タイミング（ガス燃料を噴射すべきクランク軸角度）を算出する（ステップＳ２）。前述のように、ガソリン燃料は蒸発率が低いため、エンジン始動時には吸気ポート壁面が濡れきるまで大量に噴射する必要があるが、ガス燃料にはそのような性質は無く、通常運転時と同等の燃料量でエンジン始動が可能である（図４参照）。そのため、図３（ｂ）に示すように、ガソリン燃料の始動時噴射タイミングは圧縮行程中に設定されるが、ガス燃料の始動時噴射タイミングは理想的な噴射タイミングと同じく、排気行程中に設定される。

続いて、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、エンジン状態を検出する各種センサから入力される各種センサ信号と、燃料圧力センサ２７から入力されるガス燃料圧力信号と、燃料温度センサ２８から入力されるガス燃料温度信号と、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンインジェクタ通電用パルス信号にガス燃料補正係数を乗算することで通常ガス燃料噴射量を算出する（ステップＳ３）。

続いて、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、エンジン回転数が初爆回転数（例えば５００ｒｐｍ）以上か否かを判定し（ステップＳ４）、「Ｎｏ」の場合（クランキング中の場合）、カウンタ変数CINJASTを「０」にセットする（ステップＳ５）。なお、このカウンタ変数CINJASTは、初爆からの燃料噴射回数をカウントするために使用される変数である。

そして、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、上記ステップＳ１にて算出した始動時ガス燃料噴射量を最終的なガス燃料噴射量として設定し（ステップＳ６）、上記ステップＳ２にて算出した始動時ガス燃料噴射タイミングを最終的なガス燃料噴射タイミングとして設定し（ステップＳ７）、これらガス燃料噴射量及びガス燃料噴射タイミングに応じてガス燃料噴射制御、つまりガスインジェクタ２６の通電制御を行う（ステップＳ８）。

具体的には、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、上記ステップＳ８において、クランクパルス信号、ＴＤＣパルス信号及び吸気圧力を基に各気筒の行程及びピストン位置（クランク軸角度）を把握し、ガス燃料噴射タイミングが到来した時に、ガス燃料噴射量に応じたパルス幅を有するガスインジェクタ通電用パルス信号をガスインジェクタ２６へ出力する。

一方、上記ステップＳ４において「Ｙｅｓ」の場合（エンジン回転数が初爆回転数以上の場合）、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、カウンタ変数CINJAST、つまり初爆からの燃料噴射回数が所定回数（例えば「５回」）より大きいか否かを判定する（ステップＳ９）。このステップＳ９において「Ｎｏ」の場合、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、カウンタ変数CINJASTをインクリメントして上述したステップＳ６の処理に移行する（ステップＳ１０）。

つまり、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、ステップＳ９にて「Ｙｅｓ」と判定されるまで（エンジン回転数が所定回転数以上となり且つ燃料噴射回数が所定回数を越えたという条件が成立するまで）、上記ステップＳ１にて算出した始動時ガス燃料噴射量と、上記ステップＳ２にて算出した始動時ガス燃料噴射タイミングとに応じてガスインジェクタ２６の通電制御を行う（図４中の移行期間に到達するまでの期間を参照）。

一方、上記ステップＳ９において「Ｙｅｓ」の場合（エンジン回転数が所定回転数以上となり且つ燃料噴射回数が所定回数を越えたという条件が成立した場合）、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、移行係数αが「１」以下か否かを判定する（ステップＳ１１）。なお、この移行係数αは、燃料噴射回数が増える度に一定値（Δα）ずつ増える係数であり、初期値として「０」が設定されている。

このステップＳ１１において「Ｙｅｓ」の場合、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、上記移行係数α、上記ステップＳ１にて算出した始動時ガス燃料噴射量ＳＧＦ、及び上記ステップＳ３にて算出した通常ガス燃料噴射量ＮＧＦからなる下記（１）式に基づいて最終的なガス燃料噴射量ＧＦを算出する（ステップＳ１２）。
ＧＦ ＝ ＳＧＦ×（１−α）＋ ＮＧＦ×α ・・・（１）

そして、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、上記のガス燃料噴射量ＧＦの算出後、移行係数αに一定値（Δα）を加算し（ステップＳ１３）、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンインジェクタ通電用パルス信号の立上りタイミングをガス燃料噴射タイミングとして設定し（ステップＳ１４）、ステップＳ１２にて算出したガス燃料噴射量及びステップＳ１４にて設定したガス燃料噴射タイミングに応じてガスインジェクタ２６の通電制御を行う（ステップＳ８）。

つまり、この場合、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンインジェクタ通電用パルス信号の立上りタイミングに同期して、上記ステップＳ１２にて算出したガス燃料噴射量に応じたパルス幅を有するガスインジェクタ通電用パルス信号をガスインジェクタ２６へ出力する。

一方、上記ステップＳ１１において「Ｎｏ」の場合（移行係数αが「１」を越えた場合）、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、上記ステップＳ３にて算出した通常ガス燃料噴射量を最終的なガス燃料噴射量として設定してステップＳ１４の処理に移行する（ステップＳ１５）。つまり、この場合、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンインジェクタ通電用パルス信号の立上りタイミングに同期して、上記ステップＳ３にて算出した通常ガス燃料噴射量に応じたパルス幅を有するガスインジェクタ通電用パルス信号をガスインジェクタ２６へ出力する。

このように、エンジン回転数が所定回転数以上となり且つ燃料噴射回数が所定回数を越えたという条件が成立してから移行係数αが「１」を越えるまでの期間では、上記（１）式によって、徐々にガス燃料噴射量に占める始動時ガス燃料噴射量の割合が減り、通常ガス燃料噴射量の割合が増えることになる（図４中の移行期間を参照）。そして、移行係数αが「１」を越えた後は、上記（１）式を用いる必要がなくなるため、通常ガス燃料噴射量を最終的なガス燃料噴射量としてガスインジェクタ２６の通電制御が行われることになる（図４中の移行期間以後を参照）。

以上のように、本実施形態によれば、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、エンジン始動時において、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンインジェクタ通電用パルス信号に関係なく（言い換えれば、ガソリン燃料噴射量に関係なく）、独自に始動時ガス燃料噴射量及び始動時ガス燃料噴射タイミングを算出してガスインジェクタ２６の通電制御を行うので、エンジン始動時におけるガス燃料噴射制御を適切に行うことができ、その結果、燃焼の不安定化やエミッションの悪化、燃料消費量の悪化等を回避することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態はあくまで一例であって本発明の趣旨を逸脱しない範囲において実施形態の細部を種々変更可能であることは勿論である。

１…液体燃料供給系、２…気体燃料供給系、３…１ｓｔ−ＥＣＵ（第１制御装置）、４…２ｎｄ−ＥＣＵ（第２制御装置）、５…燃料切替スイッチ、６…バッテリ、７…イグニションスイッチ

Claims (2)

1. 液体燃料噴射弁の通電制御を行う第１制御装置と、前記第１制御装置から入力される前記液体燃料噴射弁の通電用パルス信号に応じて気体燃料噴射弁の通電制御を行う第２制御装置とを備えた燃料噴射制御システムであって、
   前記第２制御装置は、エンジン始動時に始動時気体燃料噴射量を算出し、当該始動時気体燃料噴射量から始動時気体燃料噴射タイミングを算出し、その算出結果に応じて前記気体燃料噴射弁の通電制御を行い、
   前記エンジン始動時において、エンジン回転数が所定回転数以上となり且つ燃料噴射回数が所定回数を越えたという条件が成立するまで、前記始動時気体燃料噴射量及び始動時気体燃料噴射タイミングの算出結果に応じて前記気体燃料噴射弁の通電制御を行い、
   前記エンジン回転数が所定回転数以上となり且つ前記燃料噴射回数が所定回数を越えたという条件が成立した後、前記燃料噴射回数が増える度に一定値ずつ増える移行係数α、前記始動時気体燃料噴射量ＳＧＦ及び液体燃料噴射量の補正によって算出した通常気体燃料噴射量ＮＧＦからなる下記（１）式に基づいて最終的な気体燃料噴射量ＧＦを算出し、その算出結果に応じて前記気体燃料噴射弁の通電制御を行い、
   前記移行係数αが１を越えた後、前記通常気体燃料噴射量を最終的な気体燃料噴射量とすると共に、前記第１制御装置から入力される前記通電用パルス信号の立上がりタイミングを気体燃料噴射タイミングとして前記気体燃料噴射弁の通電制御を行うことを特徴とする燃料噴射制御システム。
   ＧＦ ＝ ＳＧＦ×（１−α）＋ ＮＧＦ×α ・・・（１）
2. 前記始動時燃料噴射タイミングは排気行程に設定されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御システム。

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