(57)【要約】【課題】  燃料ボンベ内のガス残量が低下した際に、触媒に過大な負担をかけることなく航続距離を確保することのできる気体燃料エンジンの制御装置を提供する。【解決手段】  ＥＣＵ３０は、少なくとも空燃比フィードバック制御される燃料噴射パルス幅Ｔｉ（燃料噴射時間）に基づいてインジェクタ７に対するＣＮＧの供給圧低下を判定し、当該判定を行った際には、予め設定した気筒数の対象気筒に対して燃料カットを行う。すなわち、インジェクタ７に対するＣＮＧの供給圧が低下した際には、設定気筒に対する燃料カットを行って燃料供給する気筒数を限定することにより、燃料供給中の気筒の空燃比を所定に維持する。これにより、ＣＮＧの供給圧低下時にも、失火の発生を抑制しつつ、エンジン１を継続して駆動させ、触媒２０に対する負担の軽減と、航続距離の確保とを両立する。【選択図】  図１
2006063808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ボンベ内に貯蔵した気体燃料をレギュレータで設定圧まで減圧して各気筒のインジェクタに供給する気体燃料エンジンの制御装置において、
上記インジェクタの燃料噴射時間を、少なくとも空燃比フィードバック補正値を用いてフィードバック補正する燃料噴射制御手段と、
上記燃料噴射時間が設定閾値以上となったとき、予め設定した気筒数の対象気筒に対して燃料カットを行う燃料カット手段とを備えたことを特徴とする気体燃料エンジンの制御装置。
【請求項２】
上記燃料カット手段は、エンジンの運転状態に応じて上記閾値を可変設定することを特徴とする請求項１記載の気体燃料エンジンの制御装置。
【請求項３】
上記燃料カット手段は、上記閾値を多段階に複数設定し、上記燃料噴射時間が長時間側の上記閾値を超える毎に、燃料カットを行う対象気筒数を段階的に増加させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の気体燃料エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ボンベ内に貯蔵された高圧な気体燃料をレギュレータで設定圧に減圧してインジェクタに供給する気体燃料エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両等に搭載されるエンジンとして、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の気体燃料を使用する気体燃料エンジンが開発されている。この気体燃料エンジンでは、燃料ボンベ内に貯蔵された高圧な気体燃料をレギュレータで設定圧まで減圧し、減圧した気体燃料をインジェクタに供給する。
【０００３】
ところで、この種のエンジンに適用されるレギュレータは、通常、燃料ボンベ内の圧力が所定の高圧（例えば５ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度の圧力）で有効に機能するよう設計されており、それ以下の圧力では、インジェクタへの供給圧（減圧後の圧力）を設定圧に維持することが困難となる。従って、燃料ボンベ内のガス残量が減少し、燃料ボンベ内の圧力が極めて低圧な状態（例えば、５ＭＰａを大きく下回った状態）になると、たとえインジェクタの燃料噴射パルス幅をフィードバック制御等によって増量補正したとしても、十分な燃料が気筒に供給されなくなり、失火が発生し易くなる。そして、失火による未燃ガスが触媒に到達すると、未燃ガスが触媒で燃焼を開始し、触媒を異常加熱する等の問題がある。
【０００４】
これに対処し、例えば、特許文献１には、車両の走行時において、燃料供給通路のガス圧力が低下したとき、エンジンへの燃料供給を停止する技術が開示されており、具体的には、例えば、所定の時間間隔で燃料供給停止と燃料供給とを繰り返すことにより、触媒の異常加熱を抑制しつつ、車両の走行を継続する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３４５９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料供給を断続的に行う上述の技術は、各気筒に十分な燃料が供給されないことに起因する失火の問題を根本的に解決するものではないため、依然として触媒での未燃ガスの燃焼の可能性を孕んでおり、触媒に対する十分な熱害対策を行っているとは言い難い。
【０００６】
さらに、上述のように燃料供給を断続的に繰り返し行うことは、触媒に過大な負担をかけることとなり、その結果、触媒の早期劣化等を招く虞がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料ボンベ内のガス残量が低下した際に、触媒に過大な負担をかけることなく航続距離を確保することのできる気体燃料エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料ボンベ内に貯蔵した気体燃料をレギュレータで設定圧まで減圧して各気筒のインジェクタに供給する気体燃料エンジンの制御装置において、上記インジェクタの燃料噴射時間を、少なくとも空燃比フィードバック補正値を用いてフィードバック補正する燃料噴射制御手段と、上記燃料噴射時間が設定閾値以上となったとき、予め設定した気筒数の対象気筒に対して燃料カットを行う燃料カット手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の気体燃料エンジンの制御装置によれば、燃料ボンベ内のガス残量が低下した際に、触媒に過大な負担をかけることなく航続距離を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一形態に係わり、図１は気体燃料エンジンの概略構成図、図２は燃料噴射制御ルーチンのフローチャート、図３は燃料カット判定ルーチンのフローチャートである。
【００１１】
図１において、符号１は燃料として気体燃料を使用する気体燃料エンジンを示す。本形態において、エンジン１は、例えば、燃料としてＣＮＧ（圧縮天然ガス）を使用する水平対向４気筒エンジンであり、各気筒の吸気ポート２にインテークマニホルド３が連通されている。インテークマニホルド３には、各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ４を介して吸気管５が連通され、この吸気管５に、例えば電子制御式のスロットル弁６が介装されている。
【００１２】
また、インテークマニホルド３には、各吸気ポート２の直上流側に、ＣＮＧ噴射用のインジェクタ７が臨まされている。各インジェクタ７には、低圧側燃料マニホルド８を介して、燃料供給ライン９の下流端が接続され、この燃料供給ライン９の上流端に、高圧側燃料マニホルド１０が接続されている。また、高圧側燃料マニホルド１０には、例えば２０ＭＰａまでの高圧でＣＮＧを充填可能な燃料ボンベ１１が接続され、さらに、燃料ボンベ１１への燃料充填を行うための充填口１２が逆止弁１３を介して接続されている。
【００１３】
また、燃料供給ライン９の中途には、燃料ボンベ１１から供給される高圧なＣＮＧを設定圧（例えば、３１０ＫＰａ）まで減圧するレギュレータ１４が介装され、さらに、このレギュレータ１４の上流側及び下流側に、高圧燃料フィルタ１５及び低圧燃料フィルタ１６が介装されている。
【００１４】
ここで、本形態において、レギュレータ１４は、燃料ボンベ１１から供給されるＣＮＧの供給圧を２段階に減圧する２段減圧レギュレータで構成されており、例えば、燃料ボンベ１１内の圧力が５ＭＰａ〜２０ＭＰａの高圧であるとき、設定圧での調圧動作が保証されている。
【００１５】
一方、エンジン１の排気側において、各気筒の排気ポート１７には、エグゾーストマニホルド１８が連通され、このエグゾーストマニホルド１８が合流して連通する排気管１９の中途に、触媒２０が介装されている。
【００１６】
また、図１において、符号３０は、マイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（ＥＣＵ）であり、ＥＣＵ３０は、エンジン１に備えられる各種センサ類で検出した運転状態に基づいて、エンジン１の制御を行う。エンジン１に備えられるセンサ類としては、例えば、スロットル弁６に連設されてスロットル開度を検出するスロットルセンサ３５、図示しないエアクリーナの直下流に臨まされて吸入空気量を検出する吸入空気量センサ３６、シリンダヘッドに設けられた冷却水通路に臨まされた冷却水温センサ３７、エグゾーストマニホルド１８に配設されたＯ2センサ３８、クランク軸に連設されるシグナルロータの外周に対設されたクランク角検出用のクランク角センサ３９、カム軸に連設されるシグナルロータの外周に対設された気筒判別用のカム角センサ４０等がある。
【００１７】
ここで、本形態において、Ｏ2センサ３８は、予め代表気筒として設定された気筒（例えば、＃１気筒）から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出するようになっている。すなわち、Ｏ2センサ３８は、エグゾーストマニホルド１８の合流部よりも上流側で、代表気筒の排気ポート１７に連通する管路上に臨まされている。
【００１８】
ＥＣＵ３０によるエンジン制御では、主とする空燃比フィードバック制御において、排気系に介装したＯ2センサ３８の出力（すなわち、代表気筒から排出される排気ガス中の酸素濃度）を所定のスライスレベルと比較して空燃比リッチ／リーンを判定する。そして、空燃比リッチ／リーンに応じて比例積分制御により空燃比フィードバック補正値を設定し、この空燃比フィードバック補正値によりインジェクタ７の燃料噴射パルス幅Ｔｉ（燃料噴射時間）を増減補正して空燃比をストイキオに収束させる。
【００１９】
ところで、気体燃料エンジン１では、燃料ボンベ１１内の圧力が大きく低下すると（例えば、５ＭＰａを大きく下回ると）、レギュレータ１４の特性上、インジェクタ７に対するＣＮＧの供給圧が設定圧以下に低下する。そして、ＣＮＧの供給圧低下に伴ってインジェクタ７が噴射する単位時間当たりの燃料噴射量が減少すると、これを補うべく、フィードバック制御によって燃料噴射パルス幅Ｔｉが増加する。しかし、ＣＮＧの供給圧低下がさらに進むと、たとえ燃料噴射パルス幅Ｔｉを増加させたとしても、空燃比をストイキオに収束させるに十分な量の燃料を噴射することが困難となり、失火等が発生し易くなる。このような状況下では燃料噴射パルス幅Ｔｉが極端に増加するため、この燃料噴射パルス幅Ｔｉに基づいてインジェクタ７に対するＣＮＧ供給圧の低下を判定することができる。そこで、ＥＣＵ３０は、燃料噴射パルス幅Ｔｉが設定閾値以上となったとき、予め設定した気筒数の設定気筒に対する燃料カット（一部気筒燃料カット）を行い、燃料供給する気筒数を限定することで、燃料カットされていない気筒の空燃比を所定に維持し、失火の発生を抑制する。
【００２０】
ここで、ＥＣＵ３０は、一部気筒燃料カット実行の判定用閾値として、例えば、予め設定した２気筒に対する燃料カットの実行を判定するための第１の閾値Ｔｉ１を有する。また、ＥＣＵ３０は、全気筒に対する燃料カットの実行を判定するための第２の閾値Ｔｉ２（＞Ｔｉ１）を有する。
【００２１】
そして、ＥＣＵ３０は、燃料噴射パルス幅Ｔｉと第１，第２の閾値Ｔｉ１，Ｔｉ２とを比較し、これらの比較結果に応じた燃料カットを行う。具体的には、ＥＣＵ３０は、燃料噴射パルス幅Ｔｉが第１の閾値Ｔｉ１以上となったとき、予め設定した２気筒に対する燃料カットを行う。この場合、燃料カットの対象として設定される気筒は、代表気筒（＃１気筒）以外の気筒であり、例えば、＃２，＃４気筒が設定される。その後、燃料噴射パルス幅Ｔｉが第２の閾値Ｔｉ２以上となると、ＥＣＵ３０は、全気筒（４気筒）に対する燃料カットを行う。
【００２２】
すなわち、ＥＣＵ３０は、燃料噴射制御手段、燃料カット手段としての機能を実現する。  
ここで、ＥＣＵ３０は、第１，第２の閾値Ｔｉ１，Ｔｉ２を、それぞれ固定値に設定することも可能であるが、エンジンの運転状態に基づいてそれぞれ可変設定することが望ましい。この場合、ＥＣＵ３０には、例えば、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて各閾値を設定するためのマップがそれぞれ格納されており、ＥＣＵ３０は、各マップを用いて各閾値Ｔｉ１，Ｔｉ２を設定するようになっている。
【００２３】
以下、ＥＣＵ３０によって実行される燃料噴射制御について、図２のフローチャートを用いて説明する。  
図２のフローチャートに示す燃料噴射制御ルーチンは、例えばエンジン回転に同期して実行されるルーチンであり、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ３０は、先ず、ステップＳ１０１で、１行程当たりの吸入空気量に対応する基本燃料噴射量を定めるインジェクタ７の基本噴射時間、すなわち基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを求める。本形態において、具体的には、ＥＣＵは、吸入空気量センサ３６で検出した吸入空気量Ｑをエンジン回転数Ｎｅで割算した値にインジェクタ特性係数Ｋを乗算して基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを設定する（Ｔｐ←Ｋ×Ｑ／Ｎｅ）。
【００２４】
次いで、ステップＳ１０２に進み、ＥＣＵ３０は、Ｏ2センサ３８の出力に基づいて設定されるフィードバック補正値Ｋαを読み出す。このフィードバック補正値Ｋαは、０を中心として増減する補正値であり、１．０を制御中心として加算した補正係数（１＋Ｋα：いわゆる空燃比フィードバック補正係数）を基本燃料噴射パルス幅Ｔｐに乗算することで燃料噴射時間に反映される。周知のように、空燃比フィードバック補正係数（フィードバック補正値Ｋα）は、Ｏ2センサ３８の出力に基づいて判定される空燃比リッチ／リーンの反転に伴い、比例積分制御の比例成分及び積分成分によって更新される。
【００２５】
ステップＳ１０２からステップＳ１０３に進むと、ＥＣＵ３０は、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを、上述の空燃比フィードバック補正係数（１＋Ｋα）により補正し、さらに、他の補正を付加して最終的な燃料噴射量を定めるインジェクタ７の噴射時間すなわち燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定する。空燃比フィードバック以外の補正項としては、冷却水温補正、加減速補正、全開増量補正、アイドル後増量補正等に係わる補正係数ＣＯＥＦ、バッテリ電圧に基づいてインジェクタ７の無効噴射時間を補正する電圧補正パルス幅Ｔｓ等であり、これらの各補正項を基本燃料噴射パルス幅Ｔｐに乗算または加算することで、最終的な燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定する（Ｔｉ←Ｔｐ×（１＋Ｋα）×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ）。
【００２６】
その後、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進み、燃料噴射パルス幅Ｔｉをタイマにセットし、ルーチンを抜ける。これにより、各気筒のインジェクタ７が所定のタイミングで駆動され、燃料噴射パルス幅Ｔｉで定められる噴射時間の間、燃料が噴射される。
【００２７】
次に、ＥＣＵ３０によって実行される燃料カット判定について、図３のフローチャートを用いて説明する。  
図３のフローチャートに示す燃料カット判定ルーチンは、例えばエンジン回転に同期して実行されるルーチンであり、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ３０は、先ず、ステップＳ２０１で、第１の閾値Ｔｉ１の設定を行う。すなわち、ＥＣＵ３０は、予め設定されている第１の閾値設定用のマップを読み出し、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて第１の閾値Ｔｉ１を設定する。
【００２８】
続くステップＳ２０２において、ＥＣＵ３０は、現在の燃料噴射パルス幅Ｔｉが第１の閾値Ｔｉ１以上であるか否かを調べ、Ｔｉ＜Ｔｉ１であると判定した場合には、そのままルーチンを抜ける。
【００２９】
一方、ステップＳ２０２において、Ｔｉ≧Ｔｉ１であると判定すると、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０３に進み、第２の閾値Ｔｉ２の設定を行う。すなわち、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０３において、予め設定されている第２の閾値設定用のマップを読み出し、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて第２の閾値Ｔｉ２を設定する。
【００３０】
続くステップＳ２０４において、ＥＣＵ３０は、現在の燃料噴射パルス幅Ｔｉが第２の閾値Ｔｉ２以上であるか否かを調べ、Ｔｉ＜Ｔｉ２であると判定した場合にはステップＳ２０５に進み、予め設定した２気筒（例えば、＃２，＃４気筒）に対する燃料カット（一部気筒燃料カット）の実行を判定した後、ルーチンを抜ける。
【００３１】
一方、ステップＳ２０４において、Ｔｉ≧Ｔｉ２であると判定すると、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０６に進み、全気筒に対する燃料カットの実行を判定した後、ルーチンを抜ける。
【００３２】
このような形態によれば、少なくとも空燃比フィードバック制御される燃料噴射パルス幅Ｔｉ（燃料噴射時間）に基づいてインジェクタ７に対するＣＮＧの供給圧低下（すなわち、燃料ボンベ１１内のＣＮＧ残量低下）を判定し、当該判定を行った際には、予め設定した気筒数の対象気筒に対して燃料カットを行うので、触媒２０に過大な負担をかけることなく航続距離を確保することができる。
【００３３】
すなわち、インジェクタ７に対するＣＮＧの供給圧が低下した際には、設定気筒に対する燃料カットを行って燃料供給する気筒数を限定することにより、燃料供給中の気筒の空燃比を維持することができる。これにより、ＣＮＧの供給圧低下時にも、失火の発生を抑制しつつ、エンジン１を継続して駆動させることができ、触媒２０に対する負担の軽減と、航続距離の確保とを両立して実現することができる。
【００３４】
その際、エンジン１の運転状態に応じて第１，第２の閾値Ｔｉ１，Ｔｉ２を可変設定することにより、航続可能な距離を最大限確保することができる。
【００３５】
ここで、上述の形態においては、一部気筒燃料カット実行の判定用閾値として閾値Ｔｉ１のみ設定する構成について説明したが、この判定用閾値を多段階に設定し、段階的に燃料カットを行ってもよいことは勿論である。この場合、例えば、６気筒エンジンにおいて、一部気筒燃料カット実行の判定用閾値を２段階に設定し、２気筒燃料カット、３気筒燃料カットを経た後、全気筒燃料カットを行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】気体燃料エンジンの概略構成図
【図２】燃料噴射制御ルーチンのフローチャート
【図３】燃料カット判定ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
【００３７】
１  …  気体燃料エンジン
７  …  インジェクタ
１１  …  燃料ボンベ
１４  …  レギュレータ
３０  …  電子制御装置（燃料噴射制御手段、燃料カット手段）
代理人    弁理士      伊    藤      進
【図１】
2006063808.tif 000003
【図２】
2006063808.tif 000004
【図３】
2006063808.tif 000005