(57)【要約】【課題】気体燃料噴射制御装置を様々なレイアウトのエンジンにおける気体燃料の噴射タイミングの制御に適用できるようにする。【解決手段】気体燃料噴射制御装置が、気体燃料を燃焼させるエンジンの１サイクルを分割した期間であるステージをシリンダ毎に算出するステージ算出部と、気体燃料噴射弁からシリンダに向けての気体燃料の噴射の終了タイミングと、前記エンジンの回転数と、シリンダに向けての気体燃料の噴射時間とに基づいて、気体燃料の噴射を開始するステージと、当該ステージ開始から当該気体燃料の噴射開始までの時間とを算出する、気体燃料噴射開始タイミング算出部と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料を燃焼させるエンジンの１サイクルを分割した期間であるステージをシリンダ毎に算出するステージ算出部と、
気体燃料噴射弁からシリンダに向けての気体燃料の噴射の終了タイミングと、前記エンジンの回転数と、シリンダに向けての気体燃料の噴射時間とに基づいて、気体燃料の噴射を開始するステージと、当該ステージ開始から当該気体燃料の噴射開始までの時間とを算出する、気体燃料噴射開始タイミング算出部と、
を具備する気体燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記エンジンは、複数のシリンダを有し、液体燃料または気体燃料をシリンダで燃焼させるエンジンであり、
前記ステージ算出部は、各シリンダにおけるガソリンの噴射終了タイミングで前記１サイクルを分割して前記ステージを算出する、
請求項１に記載の気体燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイフューエル型のエンジン（内燃機関）を用いる車両など、エンジンの燃料として気体燃料を用いる車両において、気体燃料の噴射タイミングを制御するための幾つかの技術が提案されている。
例えば、特許文献１では、気体燃料噴射弁が管状部材を介して吸気管に接続されている場合でも、高精度な気体燃料噴射制御を行うことのできる技術が示されている。
また、特許文献２では、ガソリン代替燃料としてＬＰＧを用いる場合に、噴射遅れを防止して空燃比の適正化を図るための技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１１５２４号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
気体燃料の最適な噴射タイミングは、エンジン内のレイアウトにより異なる。エンジンのレイアウトが異なる毎に気体燃料の噴射タイミングの制御アルゴリズムを設定することは、エンジン制御の設計者にとって負担となる。
【０００５】
本発明は、様々なレイアウトのエンジンにおける気体燃料の噴射タイミングの制御に適用可能な気体燃料噴射制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、気体燃料噴射制御装置は、気体燃料を燃焼させるエンジンの１サイクルを分割した期間であるステージをシリンダ毎に算出するステージ算出部と、気体燃料噴射弁からシリンダに向けての気体燃料の噴射の終了タイミングと、前記エンジンの回転数と、シリンダに向けての気体燃料の噴射時間とに基づいて、気体燃料の噴射を開始するステージと、当該ステージ開始から当該気体燃料の噴射開始までの時間とを算出する、気体燃料噴射開始タイミング算出部と、を具備する。
【０００７】
前記エンジンは、複数のシリンダを有し、液体燃料または気体燃料をシリンダで燃焼させるエンジンであり、前記ステージ算出部は、各シリンダにおけるガソリンの噴射終了タイミングで前記１サイクルを分割して前記ステージを算出する、ようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
上記した気体燃料噴射制御装置によれば、当該気体燃料噴射制御装置を、様々なレイアウトのエンジンにおける気体燃料の噴射タイミングの制御に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態におけるバイフューエルシステム（Bi-Fuel System）の機能構成を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態における第二エンジン制御ユニットがガスの噴射タイミングを制御する際の、処理タイミングの例を示す説明図である。
【図３】同実施形態において、ステージ算出部がシリンダ毎にステージを算出する処理手順の例を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態において、気体燃料噴射開始タイミング算出部が、ガスの噴射を開始するステージと、当該ステージ開始からガスの噴射開始までの時間とを算出する処理手順の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の一実施形態におけるバイフューエルシステム（Bi-Fuel System）の機能構成を示す概略構成図である。同図において、バイフューエルシステム１は、ガソリンタンク１０と、ガスタンク２０と、レギュレータ３０と、エンジン４０と、第一エンジン制御ユニット（１ｓｔ−ＥＣＵ、液体燃料噴射制御装置）１００と、第二エンジン制御ユニット（２ｎｄ−ＥＣＵ、気体燃料噴射制御装置）１１０とを具備する。エンジン４０は、シリンダユニット５０−１〜４を具備する。シリンダユニット５０−ｉ（ｉは、１≦ｉ≦４の正整数）は、シリンダ（気筒）５１−ｉと、ピストン５２−ｉと、クランク５３−ｉと、吸気マニホールド（Intake Manifold）５４−ｉと、ガソリンインジェクタ５５−ｉと、ガスインジェクタ５６−ｉと、吸気バルブ５７−ｉと、排気バルブ５８−ｉと、点火プラグ５９−ｉとを具備する。第二エンジン制御ユニット１１０は、ステージ算出部１１１と気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２とを具備する。
なお、シリンダユニット５０−１〜５０−４を総称してシリンダユニット５０と表記する。同様に、総称としてシリンダ５１、ピストン５２、クランク５３、吸気マニホールド５４、ガソリンインジェクタ５５、ガスインジェクタ５６、吸気バルブ５７、排気バルブ５８、点火プラグ５９と表記する。
【００１１】
バイフューエルシステム１は、液体燃料または気体燃料を燃焼させて動力を生成する。本実施形態では、液体燃料としてガソリンを用い、気体燃料として圧縮天然ガス（Compressed Natural Gas；ＣＮＧ）を用いる場合を例に説明するが、これに限らず様々な液体燃料および気体燃料を用いることができる。なお、以下では、圧縮天然ガスを単に「ガス」と称する。
ガソリンタンク１０は、ガソリンを貯蔵し、当該ガソリンをエンジン４０に供給する。ガスタンク２０は、ガスを貯蔵し、当該ガスを、レギュレータ３０を介してエンジン４０に供給する。レギュレータ３０は、ガスタンク２０から出力されるガスを減圧してエンジン４０に供給する。
【００１２】
エンジン４０は、バイフューエル型の４気筒４サイクルエンジンである。シリンダユニット５０−１において、ガソリンインジェクタ５５−１は、ガソリンタンク１０から供給されるガソリンを、第一エンジン制御ユニット１００の制御に従ってシリンダ５１−１内へ向けて噴射する。ガスインジェクタ５６−１は、ガスタンク２０から供給されレギュレータ３０で減圧されたガスを、第二エンジン制御ユニット１１０の制御に従ってシリンダ５１−１内へ向けて噴射する。ガスインジェクタ５６は、気体燃料噴射弁の例に該当する。
【００１３】
具体的には、ガソリンインジェクタ５５−１は、ガソリンを吸気マニホールド５４−１に噴射し、ガスインジェクタ５６−１は、ガスを吸気マニホールド５４−１に噴射する。吸気マニホールド５４−１では、ガソリンインジェクタ５５−１から噴射されたガソリンまたはガスインジェクタ５６−１から噴射されたガスが空気と混合される。混合されたガソリンやガスや空気は、吸気バルブ５７−１が開いた際に、吸気マニホールド５４−１からシリンダ５１−１内へ流入する。
【００１４】
シリンダ５１−１は、ガソリンやガスの燃焼室として用いられる。ピストン５２−１は、ガソリンやガスの燃焼およびクランク５３−１の回転運動により、シリンダ５１−１内の往復を繰り返す。クランク５３−１は、ピストン５２−１から供給される動力（ガソリンやガスの燃焼による膨張力）により回転し、動力をピストン５２−１に供給する。
吸気バルブ５７−１は、吸気バルブ５７−１自らが開くことで、混合されたガソリンやガスや空気を吸気マニホールド５４−１からシリンダ５１−１内へ流入させる。排気バルブ５８−１は、排気バルブ５８−１自らが開くことで、シリンダ５１−１内でのガソリンやガスの燃焼による排気ガスを、シリンダ５１−１内から流出させる。また、吸気バルブ５７−１自らが閉じることや、排気バルブ５８−１自らが閉じることで、シリンダ５１−１における気体等の流入や流出が遮断される。
【００１５】
より具体的には、吸入行程（吸気行程）にて、吸気バルブ５７−１が開いた状態となり、また、ピストン５２−１がクランク５３−１に引っ張られて移動することで、混合されたガソリンやガスや空気が吸気マニホールド５４−１からシリンダ５１−１内へ流入する。なお、排気バルブ５８−１は閉じた状態となっている。
次に、圧縮行程にて、吸気バルブ５７−１が閉じた状態となり、また、ピストン５２−１がクランク５３−１に押されて移動することで、混合されたガソリンやガスや空気がシリンダ５１−１内で圧縮される。
【００１６】
次に、膨張行程（燃焼行程）にて、点火プラグ５９−１がガソリンやガスに点火して燃焼させる。燃焼による気体の膨張力でピストン５２−１が押される。気体からのピストン５２−１に対する押圧力（膨張力）は、クランク５３−１に伝達されて回転力となる。
次に、排気行程にて、排気バルブ５８−１が開いた状態となり、また、ピストン５２−１がクランク５３−１に押されて移動することで、ガソリンやガスの燃焼にて生じた排気ガスが、シリンダ５１−１内からエンジン４０の外部へ流出する。
シリンダユニット５０−２〜５０−４についても、シリンダユニット５０−１について説明したのと同様である。但し、シリンダユニット５０−１〜５０−４毎に、上述した行程がずれて実行される。
【００１７】
なお、以下では、上述した吸入行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程の繰り返しを、エンジン４０のサイクルと称する。従って、エンジン４０の１サイクルは、吸入行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程の１回りである。
また、以下では、吸入行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程のそれぞれに要する時間は同じであるとみなして、エンジン４０の１行程に要する時間と称する。
【００１８】
第一エンジン制御ユニット１００は、ガソリンインジェクタ５５がガソリンを噴射するタイミングおよび噴射時間を制御する。第一エンジン制御ユニット１００は、例えばマイコン（Microcomputer）を含んで構成され、マイコンのＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が、マイコンの記憶デバイスからプログラムを読み出して実行することで、処理を行う。
第二エンジン制御ユニット１１０は、ガスインジェクタ５６がガスを噴射するタイミングおよび噴射時間を制御する。第二エンジン制御ユニット１１０は、例えばマイコンを含んで構成され、マイコンのＣＰＵが、マイコンの記憶デバイスからプログラムを読み出して実行することで、処理を行う。第二エンジン制御ユニット１１０は、気体燃料噴射制御装置の例に該当する。
【００１９】
ステージ算出部１１１は、エンジン４０の１サイクルを分割した期間であるステージをシリンダ５１毎に算出する。特に、ステージ算出部１１１は、各シリンダ５１におけるガソリンの噴射終了タイミングでエンジン４０の１サイクルを分割してステージを算出する。すなわち、ステージ算出部１１１は、各シリンダ５１におけるガソリンの噴射終了タイミングを検出することで、ステージの切り替わりを算出する。
気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ガスインジェクタ５６からシリンダ５１に向けてのガスの噴射の終了タイミングと、エンジン４０の回転数と、シリンダ５１に向けてのガスの噴射時間とに基づいて、ガスの噴射を開始するステージと、当該ステージ開始からガスの噴射開始までの時間とを算出する。なお、ガスの噴射の終了タイミングは、エンジン４０内のレイアウトに応じて予め設定されている。あるいは、第二エンジン制御ユニット１１０がガスの噴射の終了タイミングを機械学習するようにしてもよい。
ステージ算出部１１１や、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、例えば、マイコンが実行するプログラムのモジュールとして構成される。
【００２０】
図２は、第二エンジン制御ユニット１１０がガスの噴射タイミングを制御する際の、処理タイミングの例を示す説明図である。同図において、第二エンジン制御ユニット１１０の各々について、ガソリンインジェクタ５５の停止／噴射のタイミングおよびガスインジェクタ５６の停止／噴射のタイミングが示されている。
【００２１】
図２（Ａ）は、ガスの噴射時間が１ステージ内に収まる場合の、第二エンジン制御ユニット１１０の処理タイミングの例を示している。ガソリンインジェクタ５５のいずれかがガソリンの噴射を終了する毎に、ステージ算出部１１１が、シリンダ５１毎にステージを算出する。また、ガソリンインジェクタ５５のいずれかがガソリンの噴射を終了する毎に、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２が、ガスの噴射を開始するステージと、当該ステージ開始からガスの噴射開始までの時間とを算出する。これらの処理のタイミングは、図２においてハッチングされた四角で示されている。
【００２２】
図２の例では、エンジン４０が４気筒エンジンであることから、ステージ算出部１１１は１サイクルを４分割（ほぼ４等分）してステージを算出する。
【００２３】
また、ステージ算出部１１１が算出する行程の開始毎に、第二エンジン制御ユニット１１０は、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２が算出したステージ、および、当該ステージ開始からガスの噴射開始までの時間に基づいて、ガス噴射開始タイミングを制御するためのタイマ設定を行う。図２（Ａ）の例では、ガスの噴射時間が１行程内に収まることから、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ガスの噴射を開始するステージをステージ３と算出する。そして、第二エンジン制御ユニット１１０は、ステージ３の開始となるシリンダ５１についてタイマを設定する。
例えば、ステージ算出部１１１が、シリンダ５１−１（第二エンジン制御ユニット１１０−１）におけるガソリンの噴射終了にてステージの切り替わりを算出した際、点火順序で次のシリンダ５１であるシリンダ５１−２（第二エンジン制御ユニット１１０−２）のステージ３が始まる。そこで、シリンダ５１−２に向けてガスインジェクタ５６−２にガスの噴射を開始させるタイミングとして、第二エンジン制御ユニット１１０は、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２が算出したステージ開始からガスの噴射開始までの時間のカウントを開始する。当該時間が経過すると、第二エンジン制御ユニット１１０は、ガスインジェクタ５６−２を制御してガスを噴射させる。
【００２４】
一方、図２（Ｂ）は、ガスの噴射時間が２ステージにかかる場合の、第二エンジン制御ユニット１１０の処理タイミングの例を示している。この場合、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ガスの噴射を開始するステージをステージ２（排気行程）と算出する。そして、第二エンジン制御ユニット１１０は、ステージ２の開始となるシリンダ５１についてタイマを設定する。
例えば、ステージ算出部１１１が、シリンダ５１−１（第二エンジン制御ユニット１１０−１）におけるガソリンの噴射終了にてステージの切り替わりを算出した際、点火順序で２つ後のシリンダ５１であるシリンダ５１−３（第二エンジン制御ユニット１１０−３）のステージ２が始まる。そこで、シリンダ５１−３に向けてガスインジェクタ５６−３にガスの噴射を開始させるタイミングとして、第二エンジン制御ユニット１１０は、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２が算出したステージ開始からガスの噴射開始までの時間のカウントを開始する。当該時間が経過すると、第二エンジン制御ユニット１１０は、ガスインジェクタ５６−３を制御してガスを噴射させる。
【００２５】
ここで、ガスの噴射時間が１行程以内の時間から２行程にかかる時間に変化する（長くなる）過渡期においてガソリンの噴射が終了したシリンダ５１の次の点火順序のシリンダ５１では、ステージ算出部１１１がステージの切り替わりを算出した際に、既にステージ２を通過しステージ３が開始している。これにより当該シリンダ５１に向けてのガスの噴射が行われなくなると、バイフューエルシステム１を搭載する車両の乗り心地や運転性能が悪化する可能性がある。そこで、第二エンジン制御ユニット１１０は、ガスの噴射時間が１行程以内の時間から２行程にかかる時間に変化したことを算出すると、ガソリンの噴射が終了したシリンダ５１の次の点火順序のシリンダ５１に向けて、ガスインジェクタ５６にガスの噴射を開始させる。そして、第二エンジン制御ユニット１１０は、ガスの噴射終了時間の間、ガスインジェクタ５６にガスの噴射を行わせる。
これにより、シリンダ５１へのガスの供給が欠落することを回避でき、もって、車両の乗り心地や運転性能の悪化を防止または低減させることができる。
【００２６】
次に、図３および図４を参照して、第二エンジン制御ユニット１１０の動作について説明する。
図３は、ステージ算出部１１１がシリンダ５１毎にステージを算出する処理手順の例を示すフローチャートである。ステージ算出部１１１は、シリンダ５１毎に同図の処理を行う。同図の処理において、ステージ算出部１１１は、各シリンダ５１について、ガソリンの噴射終了の有無を判定する（ステップＳ１０１）。例えば、ステージ算出部１１１は、第一エンジン制御ユニット１００からガソリンインジェクタ５５の各々への電流（ガソリンの噴射を指示する信号）を測定し、電流のオンからオフへの切り替わりを検出すると、ガソリンの噴射終了が発生したと判定する。
次に、ステージ算出部１１１は、ステージ算出対象となっているシリンダ５１についてガソリンの噴射終了をステップＳ１０１で検出したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。当該噴射終了を検出したと判定した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ステージ算出部１１１は、ステージ番号を０に設定する（ステップＳ１１１）。その後、ステップＳ１０１へ戻る。
【００２７】
一方、ステップＳ１０２において、ステージ算出対象となっているシリンダ５１についてガソリンの噴射終了を検出していないと判定した場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ステージ算出部１１１は、他のシリンダ５１についてガソリンの噴射終了をステップＳ１０１で検出したか否かを判定する（ステップＳ１２１）。
当該噴射終了を検出したと判定した場合（ステップＳ１２１：ＹＥＳ）、ステージ算出部１１１は、ステージ番号に１を加算する（ステップＳ１３１）。その後、ステップＳ１０１へ戻る。
一方、ステップＳ１３１において、他のシリンダ５１についてガソリンの噴射終了を検出していないと判定した場合（ステップＳ１２１：ＮＯ）、ステップＳ１０１へ戻る。
【００２８】
図４は、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２が、ガスの噴射を開始するステージと、当該ステージ開始からガスの噴射開始までの時間とを算出する処理手順の例を示すフローチャートである。気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、いずれかのシリンダ５１についてガソリンの噴射が終了する毎に、同図の処理を行う。
図４の処理において、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ガスの噴射時間を決定する（ステップＳ２０１）。例えば、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ガソリンの噴射時間に応じたガスの噴射時間に決定する。
次に、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ステップＳ１０１で決定したガスの噴射時間の、エンジン４０の１サイクルに要する時間に対する割合を算出する（ステップＳ２０２）。例えば、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、エンジン４０の回転数から１サイクルに要する時間を算出し、ガスの噴射時間を１サイクルに要する時間で除算して割合を算出する。
【００２９】
次に、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ガス噴射開始のステージを算出する（ステップＳ２０３）。例えば、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ステップＳ２０２で算出した割合を、１／４（１サイクルに対する１ステージの時間の割合）で除算した商の整数部分により、ステージ３から何ステージ前かを算出する。
そして、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ステップＳ２０３で算出したステージの開始からガス噴射開始タイミングまでの時間を算出する（ステップＳ２０４）。その後、図４の処理を終了する。
第二エンジン制御ユニット１１０は、ステージ算出部１１１が、ステージの切り替わりを算出する毎に、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２が算出したステージ、および、ステージの開始からガス噴射開始タイミングまでの時間に基づいて、図２を参照して説明したように、ガスの噴射を制御する。
【００３０】
以上のように、ステージ算出部１１１は、シリンダ５１毎にステージを算出する。そして、気体燃料噴射開始タイミング算出部１１２は、ガスインジェクタ５６からシリンダ５１に向けてのガスの噴射の終了タイミングと、エンジン４０の回転数と、シリンダ５１に向けてのガスの噴射時間とに基づいて、ガスの噴射を開始するステージと、当該ステージ開始からガスの噴射開始までの時間とを算出する。
これにより、第二エンジン制御ユニット１１０では、エンジン４０内のレイアウトに応じてガスの噴射の終了タイミングを設定しておけば、ガスの噴射開始タイミングを算出して噴射の制御を行う。従って、第二エンジン制御ユニット１１０は、様々なレイアウトのエンジンにおける気体燃料の噴射タイミングの制御に適用可能である。
【００３１】
また、ステージ算出部１１１は、各シリンダ５１におけるガソリンの噴射終了タイミングでエンジン４０の１サイクルを分割してステージを算出する。これにより、第二エンジン制御ユニット１１０では、例えばクランクアングルを検出するセンサなど、シリンダ５１における行程を検出するためのセンサを設ける必要無しに、ガスの噴射タイミングを制御することができる。この点において、第二エンジン制御ユニット１１０の構成を簡単化することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１…バイフューエルシステム  １０…ガソリンタンク  ２０…ガスタンク  ３０…レギュレータ  ４０…エンジン  ５０…シリンダユニット  ５１…シリンダ  ５２…ピストン  ５３…クランク  ５４…吸気マニホールド  ５５…ガソリンインジェクタ  ５６…ガスインジェクタ  ５７…吸気バルブ  ５８…排気バルブ  ５９…点火プラグ  １００…第一エンジン制御ユニット  １１０…第二エンジン制御ユニット  １１１…ステージ算出部  １１２…気体燃料噴射開始タイミング算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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