JP4704953B2 - ガスエンジンの燃料供給方法及びガソリン代替ガス燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、既設のガソリン噴射システムをガス燃料を使用するガソリン代替ガス燃料噴射システムに利用した場合における、ガスエンジンの燃料供給方法及びガソリン代替ガス燃料噴射制御装置に関するものである。

ガソリンとは組成・気化性等の特性が異なるＬＰＧ等のガス燃料を火花点火エンジンの燃料に使用することは広く知られている。例えばＬＰＧを使用するものとして、特開平６−１７７０９号公報などに記載されているようにＬＰＧを気体の状態にして所定圧力に調整し吸気管路に噴射させてエンジンに供給する方式や、実開昭６１−１３８８６０号公報などに記載されているようにＬＰＧを液体のまま吸気管路に噴射させてエンジンに供給する方式が知られている。一方、ＣＮＧはＬＰＧに比べて気体の状態を安定よく維持するので、所定の正圧ガスに調整し吸気管路に噴射させてエンジンに供給することが実用化されている。

これらガソリンとは特性の異なるガス燃料をインジェクタから吸気管路に噴射する噴射システムをエンジンに搭載するにあたり、新規のガスエンジンに対してはエンジン運転状態に応じて最適の燃料供給量を与える噴射量を設定する電子制御装置を使用してインジェクタを制御するように最初からシステムを設計・構築すればよい。

しかし、ガソリン噴射システムを搭載している既存のエンジンに対しては、エンジンの運転状態に応じて最適の燃料供給量を与える噴射量としてガソリン噴射システムを構成する電子制御装置に設定されているので、例えば特開２００４―１０８１４８号公報に記載されているように、ガソリン噴射量に基いてこれと同等の混合気を与える燃料噴射量を種々のデータを用いて所定の計算式で算出する、というきわめて簡単な機能をもたせたガソリン代替ガス燃料用の電子制御装置を増設し、且つ、燃料の種類ごとに噴射に適した弁口径・ダイナミックレンジをもつインジェクタを使用することにより、既存のガソリン噴射システムをそのまま利用してガソリン代替ガス燃料噴射システムを構築し、使用するガス燃料に対応したエンジンに改造することができる。

図４は本発明を含む従来の燃料供給装置を搭載した燃料噴射システムに共通した配置図及び図５は図４に示した燃料噴射システムに配設される制御装置の機能ブロック図を示すものであり、このようなシステムではエンジン１の運転状態を各センサ５〜９で検出し、ガソリン噴射信号ｌ１〜ｌｎを出力するガソリン噴射制御装置としての電子制御ユニット１０と、ガソリン噴射信号をガス燃料用に補正適合してガス燃料噴射信号Ｏ１〜Ｏｎとして各気筒に設けたインジェクタ２へ出力するガソリン代替ガス燃料噴射制御装置としての電子制御ユニット１１とを備えている。

また、図２（Ａ）の波形図に示すように、前記電子制御ユニット１１には電子制御ユニット１０からのガソリン噴射信号ｌｎが入力されており、その信号においてＯＦＦからＯＮに切り替わるガソリン噴射開始の波形を検知すると、所定のディレイ時間をカウントしてからガス燃料噴射信号ＯｎをＯＦＦからＯＮにして、ガソリン噴射時間Ｘおよび各種センサから入力されたエンジン運転状態に基いて計算されたガス燃料の噴射時間Ｙとして、インジェクタ２からガス燃料を噴射させる制御を実行するようになっている。

しかしながら、図２（Ｂ）の波形図に示すように、ガス燃料噴射信号Ｏｎの計算されたガス噴射時間Ｙ’の終了前に、ガソリン噴射信号ｌｎがＯＮとなって次の噴射サイクルが開始するケースにおいては、ガス燃料噴射信号Ｏｎはガス噴射時間Ｙ’’で終了してＯＦＦになることがあり、計算されたガス噴射時間Ｙ’よりも噴射時間が短縮されることで正確な空燃比が得られずにエンジンの運転状態を悪化させてしまう、という問題がある。
特開平６−１７７０９号公報 実開昭６１−１３８８６０号公報 特開２００４―１０８１４８号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、ガソリン噴射制御装置を有するエンジン既設のガソリン噴射システムに、前記ガソリン噴射制御装置が出力するガソリン噴射信号を受信してガス燃料の噴射量を算出するガソリン代替ガス燃料噴射制御装置と、このガソリン代替ガス燃料噴射制御装置に接続されたガス燃料用インジェクタとを増設したガソリン代替ガス燃料噴射システムで実施されるガスエンジンの燃料供給方法において、ガス燃料噴射信号において計算されたガス燃料の噴射終了時前にガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始した場合であっても、ガス燃料の正確な噴射時間を確保できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、ガソリン噴射制御装置を有するエンジン既設のガソリン噴射システムに、前記ガソリン噴射制御装置が出力するガソリン噴射信号を受信してガス燃料の噴射量を算出するガソリン代替ガス燃料噴射制御装置と、このガソリン代替ガス燃料噴射制御装置に接続されたガス燃料用インジェクタとを増設したガソリン代替ガス燃料噴射システムで実施されるガスエンジンの燃料供給方法において、
前記ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置が、ガス燃料の噴射中または非噴射中を示すフラグを用いてガス燃料の噴射制御を実行するものであり、前記ガソリン噴射信号の噴射開始時点で前記フラグが非噴射中を示す場合に噴射中を示す前記フラグに設定してガス燃料の噴射を開始させ、ガス燃料の噴射終了時点で前記フラグが噴射中を示すとき非噴射中を示す前記フラグに設定し、前記ガソリン噴射信号の噴射開始時点で前記フラグが噴射中を示す場合に非噴射中を示す前記フラグに設定し、ガス燃料の噴射終了時点で前記フラグが非噴射中を示すとき噴射中を示すフラグに設定してガス燃料噴射を開始させることで、ガス燃料噴射信号の噴射終了時前に前記ガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始した場合でも、計算したガス燃料の噴射時間を確保するものとした。

このような制御とすることで、入力されたガソリン噴射信号及び検知したエンジン運転状態に基いて計算したガス燃料の噴射時間が終了する前に、ガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始される場合においても、計算したガス燃料の噴射時間を確保できるものとなって、適正な空燃比を実現できるものとなる。

また、このガスエンジンの燃料供給方法において、ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置が、ガス燃料の噴射終了後にガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始した場合に、ガソリン噴射信号の噴射開始時からガス燃料噴射信号の噴射開始時までに所定のディレイ時間を有してガス燃料噴射を開始をさせるものとし、ガス燃料の噴射終了前にガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始した場合には、このディレイ時間を所定の算出方法で補正した補正ディレイ時間としてガス燃料噴射を開始させるものとすれば、噴射タイミングがより適正化された燃料噴射制御が実現できるようになる。

さらに、この補正ディレイ時間は、ガソリン噴射信号の次の噴射サイクル開始時からガス燃料噴射信号の噴射終了時までに要した時間をディレイ時間から引いたものとすれば、計算されたガス燃料噴射時間を確保しやすいものとなる。

さらにまた、ガソリン代替ガス燃料噴射システムに配設され、上述した燃料供給方法の各手順を実行するためのプログラムが記憶手段に記憶されており、上述したガスエンジンの燃料供給方法を実施するためのガソリン代替ガス燃料噴射制御装置とすれば、上述したガスエンジンの燃料供給方法を確実且つ容易に実現できるものとなる。

本発明によると、ガス燃料噴射信号において計算されたガス燃料の噴射終了時前に次のガソリン噴射信号の噴射サイクルが開始した場合であっても、正確なガス燃料の噴射時間を確保することができるものである。

以下に、図面を参照しながら本発明における最良の実施の形態を説明する。図４は、エンジン既設のガソリン噴射システムに、ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置としての電子制御ユニット１１とガス燃料用のインジェクタ２を増設してなるガソリン代替ガス燃料噴射システムを示す配置図である。本実施の形態においては、使用するガス燃料がＬＰＧ等の比較的気化し易いものを用いた場合であり、図示しないガス燃料を充填したボンベの液相部分から延びた図示しない送出管路が、所定の気化手段を経由して複数のインジェクタ２に接続されており、その各インジェクタ２を電子制御ユニット１１が駆動制御するものである。

本発明は、ガソリン噴射制御装置としての電子制御ユニット１０と、図示しないガソリン用インジェクタとを備えたガソリン噴射システムを搭載していた既存のガソリンエンジンをガスエンジンに改造する場合に適用されるものである。そして、電子制御ユニット１０は、スロットル開度センサ８、ＭＡＰセンサ９、Ｏ２センサ６、水温センサ７、クランク角センサ５により検出したエンジン運転状態に基いて算出したガソリン噴射信号を出力し、図示しないガソリン用インジェクタをこの駆動信号に応じたデューティサイクルで開閉動作させ、エンジン要求流量のガソリンを噴射してエンジンに供給し、点火栓４を所定のタイミングで点火させるものであって、このこと自体は周知の技術である。

本実施の形態は、ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置としての電子制御ユニット１１とガス燃料用のインジェクタ２とが前記のガソリン噴射システムを残置させて増設され、ガソリン代替ガス燃料噴射システムを構成する。この場合、図示しないガソリン用インジェクタを撤去してガス燃料用のインジェクタ２とつけ替えればよく、電子制御ユニット１０からガソリン用インジェクタに至る気筒毎の信号線をそのまま電子制御ユニット１１につけ替え接続して、入力信号線とすればよい。

ここで、ガソリン用インジェクタをガス燃料の噴射に使用することが考えられるが、エンジン要求燃料流量に対応する容積流量はガソリンに比べてガス燃料の方が各段に大きいので、本発明ではガス燃料の適正な噴射が可能な弁口径、ダイナミックレンジをもつ専用のガス燃料用のインジェクタ２を使用することとした。

電子制御ユニット１１は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力インターフェース等を備えた汎用の電子制御ユニットであり、ハードウエアとしては従来のガソリン代替ガス燃料制御装置と同様であるが、そのＲＯＭに以下に述べる本発明のガスエンジンの燃料供給方法を実行するためのプログラムを備えている点を特徴としている。

電子制御ユニット１１は、図５の機能ブロック図に示す様に、ガソリン噴射制御装置としての電子制御ユニット１０によりエンジン運転状態に応じて出力されガソリン噴射信号線を介して入力したガソリン噴射信号ｌ１〜ｌｎに基いて、所定の補正係数を掛ける等してガス燃料の適正な噴射量を算出し、この算出されたガス燃料噴射量を与えるガス燃料噴射信号Ｏ１〜Ｏ２を、駆動信号線を介して気筒毎にインジェクタ２に出力するものであり、この機能については従来のガソリン代替ガス燃料噴射制御装置と共通している。

この機能に加えて、電子制御ユニット１１は、ガス燃料の噴射中（１）または非噴射中（２）を示すフラグを用いてガス燃料の噴射制御を実行するものとされ、ガス燃料噴射信号における計算したガス噴射終了時前に、次のガソリン噴射信号の噴射サイクルが開始した場合であっても、正確なガス燃料噴射時間を確保できるようにした点を特徴としている。即ち、電子制御ユニット１１の記憶手段であるＲＯＭには、以下の本実施の形態で詳述するガスエンジンの燃料供給方法の手順を実行するためのプログラムが記憶されているものであり、図３のフローチャート及び図１の波形図を用いて、本実施の形態におけるガスエンジンの燃料供給方法を実施する電子制御ユニット１１の動作について以下に詳細に説明する。

図３のフローチャートおよび図１（Ａ）の波形図を参照して、先ず通常の場合の制御方法について説明する。電子制御ユニット１１には、電子制御ユニット１０からのガソリン噴射信号が入力されているとともに、エンジンの運転状態を検出する各センサから検出信号が入力されている。この入力されたガソリン噴射信号ｌｎにおいて噴射開始の波形を検出したか否かを判定し（Ａ１）、検出しなければ最初に戻り（リターン）、検出すればガス燃料の噴射状態を示すフラグが非噴射中を示すか否かを判定する（Ａ２）。フラグが非噴射中を示す場合、噴射中を示すフラグに設定し（Ｂ１）、予め算出したガス噴射開始のためのディレイ時間をスタートさせてガス噴射を開始する（Ｂ２）。

そして、ガス燃料噴射信号における波形からガス燃料の噴射終了を検出したか否かを判定し（Ａ３）、検出しなければ最初に戻り、検出した場合はフラグが噴射中を示しているか否かを判定する（Ａ４）。この場合、フラグは噴射中を示すことになるので、非噴射中を示すフラグに設定して（Ｂ３）最初に戻る。

一方、ガス燃料噴射信号の計算された噴射終了時前にガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始された場合は、ガソリン噴射信号の噴射開始を検出（Ａ１）後、噴射状態を示すフラグが噴射中を示すものとなる（Ａ２）。そこで、非噴射中を示すフラグに設定する（Ｃ１）ものとする。

そして、ガス燃料噴射信号の噴射終了を検出した時点で（Ａ３）、フラグは非噴射中を示すものとなり（Ａ４）、これを噴射中を示すフラグに設定し（Ｃ２）、先述したディレイ時間を補正した補正ディレイ時間をスタートして、ガス燃料の噴射を開始する。尚、このディレイ時間の補正には、ガソリン噴射信号の次の噴射サイクル開始時から計算されたガス燃料噴射の終了時までに要した時間を当初のディレイ時間から引くことにより補正するようになっており、これにより適正なガス燃料の噴射時間および噴射タイミングを実現しやすくしている。

電子制御ユニット１１がこのようなガスエンジンの燃料供給方法の各手順を実行するようにしたことで、図１（Ａ）の波形図に示す通常の場合の制御から、図１（Ｂ）波形図に示すガス燃料噴射信号の計算された噴射終了時前にガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始された場合の制御においても、ガソリン噴射信号ｌｎとエンジンの運転状態から計算したガス燃料の噴射時間Ｙ’を確保することができるものであり、正確なガス燃料の空燃比を実現できるものとなった。

（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施の形態のガソリン代替ガス燃料噴射制御装置における制御の状態を示す波形図。 （Ａ），（Ｂ）は、従来のガソリン代替ガス燃料噴射制御装置の制御の状態を示す波形図。 図１（Ａ），（Ｂ）の波形図における燃料噴射制御装置の動作を示すフローチャート。 本発明における実施の形態と従来例に共通した燃料供給システムの配置図。 図４のガソリン噴射制御装置とガソリン代替ガス燃料噴射制御装置における信号の流れを示す機能ブロック図。

符号の説明

１ エンジン、２ インジェクタ、１０，１１ 電子制御ユニット

Claims (4)

1. ガソリン噴射制御装置を有するエンジン既設のガソリン噴射システムに、前記ガソリン噴射制御装置が出力するガソリン噴射信号を受信してガス燃料の噴射量を算出するガソリン代替ガス燃料噴射制御装置と、このガソリン代替ガス燃料噴射制御装置に接続されたガス燃料用インジェクタとを増設したガソリン代替ガス燃料噴射システムで実施されるガスエンジンの燃料供給方法において、
   前記ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置が、ガス燃料の噴射中または非噴射中を示すフラグを用いてガス燃料の噴射制御を実行するものであり、前記ガソリン噴射信号の噴射開始時点で前記フラグが非噴射中を示す場合に噴射中を示す前記フラグに設定してガス燃料の噴射を開始させ、ガス燃料の噴射終了時点で前記フラグが噴射中を示すとき非噴射中を示す前記フラグに設定し、前記ガソリン噴射信号の噴射開始時点で前記フラグが噴射中を示す場合に非噴射中を示す前記フラグに設定し、ガス燃料の噴射終了時点で前記フラグが非噴射中を示すとき噴射中を示すフラグに設定してガス燃料噴射を開始させることで、ガス燃料噴射信号の噴射終了時前に前記ガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始した場合でも、計算したガス燃料の噴射時間を確保することを特徴とするガスエンジンの燃料供給方法。
2. 前記ガソリン代替ガス燃料噴射制御装置は、ガス燃料の噴射終了後に前記ガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始した場合に、前記ガソリン噴射信号の噴射開始時から前記ガス燃料噴射信号の噴射開始時までに所定のディレイ時間を有してガス燃料の噴射を開始させ、ガス燃料の噴射終了前に前記ガソリン噴射信号の次の噴射サイクルが開始した場合には、前記ディレイ時間を所定の算出方法で補正した補正ディレイ時間としてガス燃料の噴射を開始させることを特徴とする請求項１に記載したガスエンジンの燃料供給方法。
3. 前記補正ディレイ時間は、前記ガソリン噴射信号の次の噴射サイクル開始時から前記ガス燃料噴射信号の噴射終了時までに要した時間を前記ディレイ時間から引いて算出することを特徴とする請求項２に記載したガスエンジンの燃料供給方法。
4. 前記ガソリン代替ガス燃料噴射システムに配設されるとともに、前記燃料供給方法の各手順を実行するためのプログラムが記憶手段に記憶されている請求項１，２または３に記載したガスエンジンの燃料供給方法を実施するためのガソリン代替ガス燃料噴射制御装置。

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