(57)【要約】【目的】本発明は、ＣＤＩ駆動時においても適正な燃料噴射量を噴射させ、噴射量が多すぎて始動性が悪化することを防止でき、低温始動時の排気ガス浄化性能を向上し得ることを目的としている。【構成】このため、始動時にはＣＤＩ駆動し、非始動時には通常駆動により駆動制御される燃料噴射弁を備えた気体燃料エンジンの燃料制御装置において、エンジン水温を検出可能なエンジン水温検出手段を設け、エンジン水温検出手段により検出した始動時のエンジン水温が、設定された水温以下の時には燃料噴射弁をＣＤＩ駆動し、かつＣＤＩ駆動時には通常駆動とは異なった無駄時間を設定すべく制御する制御手段を設けている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動時にはＣＤＩ駆動し、非始動時には通常駆動により駆動制御される燃料噴射弁を備えた気体燃料エンジンの燃料制御装置において、エンジン水温を検出可能なエンジン水温検出手段を設け、このエンジン水温検出手段により検出した始動時のエンジン水温が、設定された水温以下の時には前記燃料噴射弁をＣＤＩ駆動し、かつＣＤＩ駆動時には通常駆動とは異なった無駄時間を設定すべく制御する制御手段を設けたことを特徴とする気体燃料エンジンの燃料制御装置。
【請求項２】
前記無駄時間は、電源電圧により変化する値であることを特徴とする請求項１に記載の気体燃料エンジンの燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は気体燃料エンジンの燃料制御装置に係り、特にＣＤＩ駆動時においても適正な燃料噴射量を噴射させ、噴射量が多すぎて始動性が悪化することを防止でき、低温始動時の排気ガス浄化性能を向上し得る気体燃料エンジンの燃料制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両には、気体燃料であるＣＮＧ（圧縮天然ガス）を燃料とするエンジンを搭載した気体燃料車両である天然ガス自動車（ＮＧＶ）がある。
【０００３】
このような車両においては、エンジンに供給される気体燃料が充填された燃料容器を設け、この燃料容器が少なくとも主止弁とレギュレータとを介して燃料噴射弁に連結した燃料供給系を設けている。燃料容器内の気体燃料は、燃料供給系の燃料供給管により取り出され、レギュレータ（減圧弁）により所定の圧力・流量に調整され、燃料噴射弁から空気と混合してエンジンに供給される。
【０００４】
また、エンジンの始動時は、最初にインパルス状の高い駆動電流を流し、その後４アンペアのフル通電が行われ、このときのインパルス状の駆動は、コンデンサの放電を利用するものであり、ＣＤＩ（キャパシティプ・ディスチャージ・インジェクション）駆動と呼ばれる。
【０００５】
気体燃料エンジンの燃料制御装置としては、特開平７−１８９８１１号公報に開示されるものがある。この公報に開示されるガス燃料エンジンの燃料噴射量の制御方法は、燃料噴射弁近傍のガス圧力を検知し、ガス圧力に基づいて補正係数を求め、補正係数に基づいて燃料噴射時間を補正し、ガス燃料噴射式エンジンに供給する燃料噴射量を精密に制御している。
【０００６】
また、特開２０００−２８２９５５号公報に開示されるものがある。この公報に開示される燃料供給装置は、車両に搭載される内燃機関に気体燃料を供給する燃料供給装置において、気体燃料を貯蔵する燃料タンクと、燃料タンクから供給される気体燃料を噴射弁の開閉により内燃機関内に噴射する燃料噴射機構と、噴射弁に加わる気体燃料圧力および噴射弁を開くための通電時間を制御する制御手段とを備え、制御手段は、噴射弁が固着されていると判定されているときには、内燃機関の始動時の気体燃料圧力を通常運転時よりも低くすると共に通電時間を通常運転時よりも長くし、噴射弁の固着解消を速やかに行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のＣＮＧ（圧縮天然ガス）を燃料とするエンジン、つまり気体燃料エンジンの燃料制御装置において、燃料噴射弁は、シール性を向上させるために、ゴムシールを採用している。
【０００８】
しかし、ＣＮＧ用の燃料噴射弁は、低温下においてゴムシールが固着してしまい、始動時に開弁できなくなり、始動性が悪化するという不具合がある。
【０００９】
この不具合を解消する対策として、気体燃料エンジンでは、低温始動時に、図６に示す如く、インジェクタ駆動信号をＯＮとし、燃料噴射弁のＣＤＩ駆動を行い、１５０Ｖまで昇圧させ、強制的に燃料噴射弁を開弁させる制御を行っている。
【００１０】
この制御により、ゴムシールの固着による燃料噴射弁の固着状態は解消されるが、ＣＤＩ駆動時の開弁遅れが発生する。
【００１１】
この結果、ＣＤＩ駆動時の開弁遅れは、図６〜図８に示す如く、ノーマル駆動時の開弁遅れと比較して短縮されることにより、ＣＤＩ駆動の有無で無駄時間が大きく異なってしまうという不都合がある。
【００１２】
また、ＣＤＩ駆動時に通常の無駄時間で燃料噴射制御を行うと、燃料噴射弁の駆動時間は同じでも、実際の開弁時間が長くなることにより、オーバリッチとなり、始動性の悪化を招いてしまうという不都合がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、始動時にはＣＤＩ駆動し、非始動時には通常駆動により駆動制御される燃料噴射弁を備えた気体燃料エンジンの燃料制御装置において、エンジン水温を検出可能なエンジン水温検出手段を設け、このエンジン水温検出手段により検出した始動時のエンジン水温が、設定された水温以下の時には前記燃料噴射弁をＣＤＩ駆動し、かつＣＤＩ駆動時には通常駆動とは異なった無駄時間を設定すべく制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上述の如く発明したことにより、エンジン水温検出手段により検出した始動時のエンジン水温が、設定された水温以下の時には、制御手段によって、燃料噴射弁をＣＤＩ駆動し、かつＣＤＩ駆動時には通常駆動とは異なった無駄時間を設定すべく制御し、ＣＤＩ駆動時においても適正な燃料噴射量が噴射されるため、噴射量が多すぎて始動性が悪化することを防止し、低温始動時の排気ガス浄化性能を向上させている。
【００１５】
【実施例】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【００１６】
図１〜図５はこの発明の実施例を示すものである。図２及び図３において、２は気体燃料自動車（以下「車両」という）、４はこの車両２に搭載される多気筒用、例えば３気筒用の気体燃料エンジン（単に「エンジン」ともいう）、６は後輪、８はリアアクスル軸、１０は車体フロア、１２はガス燃料充填装置、１４は燃料供給系を構成するガス燃料供給装置、１６は排気装置、１８はアウタパネルである。
【００１７】
前記エンジン４には、図２に示す如く、吸気系に、吸気マニホルド２０と、スロットルバルブ２２を備えたスロットルボディ２４と、吸気管２６と、エアクリーナ２８とが設けられ、また排気系に、排気装置１６を構成するように、排気マニホルド３０と、三元触媒３２と、フロントマフラ３４及びリアマフラ３６を備えた排気管３８とが設けられている。吸気マニホルド２０には、各気筒に対応して第１〜３燃料噴射弁４０−１〜４０−３が取り付けられている。この第１〜３燃料噴射弁４０−１〜４０−３は、図３に示す如く、燃料デリバリパイプ４２に接続している。
【００１８】
車両２には、図３に示す如く、車体フロア１０よりも下方において、車幅方向に指向するリアアクスル軸８よりも車両２の前方側に、気体燃料としての加圧した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を充填する後側、前側の２つの第１、第２燃料容器４４−１、４４−２が車幅方向に指向し且つ車両２の前後で並んで設置される。
【００１９】
これらの第１、第２燃料容器４４−１、４４−２の車幅方向の左側には、第１、第２容器元弁４６−１、４６−２が夫々設けられている。また、この第１、第２燃料容器４４−１、４４−２は、充填連絡パイプ４８で連絡されている。
【００２０】
そして、第１燃料容器４４−１には、ガス燃料充填装置１２の燃料充填管５０の一端側が接続されている。この燃料充填管５０の他端側は、アウタパネル１８に取り付けたレセプタクルボックス５２の充填口５４に接続されている。この充填口５４には、フューエルリッド（図示せず）が取り付けられる。
【００２１】
前記燃料充填管５０には、充填口５４側から順次に、この充填口５４側からの気体燃料を第１、第２燃料容器４４−１、４４−２側に充填させる燃料充填弁（ボールバルブ）５６と、第１、第２燃料容器４４−１、４４−２側からの気体燃料が充填口５４側に逆流するのを阻止する逆止弁５８とが設けられている。
【００２２】
また、前記第２燃料容器４４−２には、ガス燃料供給装置１４の燃料供給管６０の一端側が接続されている。この燃料供給管６０の他端側は、吸気マニホルド２０に取り付けた燃料デリバリパイプ４２に接続されている。
【００２３】
この燃料供給管６０には、第２燃料容器４４−２側から順次に、エンジン４の停止時に該燃料供給管６０を遮断するように閉動作する主止弁（電磁弁）６２と、気体燃料を濾過するガスフィルタ６４と、気体燃料の圧力・流量を一定に調整するレギュレータ（減圧弁）６６とが設けられている。
【００２４】
更に、前記主止弁６２と燃料噴射弁４０との間の燃料供給管６０には、燃料残圧値（Ｐ）を検出可能な燃料残圧検出手段として残量圧力センサ６８が設けられている。この残量圧力センサ６８には、デジタル燃料計７０とアナログ燃料残量計７２とが連絡している。
【００２５】
前記燃料デリバリパイプ４２には、主止弁６２と燃料噴射弁４０との間の燃料温度を検出可能な燃料温度検出手段としての燃料温度センサ７４と、主止弁６２と燃料噴射弁４０との間の燃料圧力を検出可能な燃料圧力検出手段としての燃料圧力センサ７６とが取り付けられている。
【００２６】
また、前記吸気管２６には、内部の吸気路を流れる吸入空気の温度を検出する吸気温センサ７８が設けられている。吸気マニホルド２０には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ８０が設けられている。排気マニホルド３０には、内部の排気路を流れる排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ８２が設けられている。
【００２７】
前記燃料噴射弁４０と主止弁６２と燃料温度センサ７４と燃料圧力センサ７６と吸気温センサ７８と吸気管圧力センサ８０と酸素濃度センサ８２とは、制御手段８４に連絡している。また、この制御手段８４には、エンジン４の冷却水温度であるエンジン水温を検出するエンジン水温検出手段である水温センサ８６と、エンジン２のイグニションスイッチ（ＩＧ　ＳＷ）８８とが連絡している。
【００２８】
なお、エンジン４で使用する気体燃料の特性は、体積一定条件の下で、温度の変化によって圧力も変化してしまい、つまり、温度が高いと圧力も高くなり、また、車両２の停止時間が長いと温度が低くなり、更に、車両２の停止時間が長いと、燃料漏れがなくても、燃料残圧値が低くなるものである。
【００２９】
前記制御手段８４には、エンジン水温検出手段である水温センサ８６により検出した始動時のエンジン水温が設定された水温Ａ以下の時に、前記燃料噴射弁４０をＣＤＩ駆動し、かつＣＤＩ駆動時には通常駆動とは異なった無駄時間を設定すべく制御する機能が付加されている。
【００３０】
詳述すれば、前記制御手段８４は、イグニションスイッチ（ＩＧ　ＳＷ）８８がＯＮした時のエンジン水温を検出した水温センサ８６から検出信号を入力し、水温センサ８６の検出した始動時のエンジン水温と予め設定された水温Ａとを比較し、始動時のエンジン水温が予め設定された水温Ａ以下の時に、前記燃料噴射弁４０をＣＤＩ駆動するとともに、このＣＤＩ駆動時には、図５に開示した無駄時間テーブルに沿って無駄時間を設定するものである。
【００３１】
また、無駄時間テーブルにおいて、無駄時間は電源電圧であるバッテリ電圧（Ｖ）により変化する値であり、例えば図５に示す如く、バッテリ電圧（Ｖ）に応じて、通常駆動時のノーマル無駄時間（マイクロｓｅｃ）と、このノーマル無駄時間（マイクロｓｅｃ）よりも小なるＣＤＩ駆動時のＣＤＩ無駄時間（マイクロｓｅｃ）とを設定する。
【００３２】
次に、図１の気体燃料エンジンの燃料制御装置の制御用フローチャートに沿って、作用を説明する。
【００３３】
気体燃料エンジンの燃料制御装置の制御用プログラムがスタート（１０２）すると、イグニションスイッチ（ＩＧ　ＳＷ）８８がＯＮ動作（１０４）した後に、始動時水温が予め設定された水温Ａ以下であるか否かの判断（１０６）を行う。
【００３４】
そして、この判断（１０６）において、判断（１０６）がＮＯ、つまり前記水温センサ８６の検出した始動時のエンジン水温である始動時水温と予め設定された水温Ａとの関係が、
始動時水温＞Ａ
の場合には、後述するインジェクタ駆動をノーマル駆動、且つ無駄時間をノーマル無駄時間とする処理（１１２）に移行させ、判断（１０６）がＹＥＳ、つまり始動時水温と予め設定された水温Ａとの関係が、
始動時水温≦Ａ
の場合には、インジェクタ駆動をＣＤＩ駆動、且つ無駄時間をＣＤＩ無駄時間とする処理（１０８）に移行させる。
【００３５】
つまり、始動時水温が予め設定された水温Ａよりも大きい場合には、第１〜３燃料噴射弁４０−１〜４０−３の固着が起こらないため、始動時でもノーマル駆動とするものである。
【００３６】
なお、上述のノーマル無駄時間やＣＤＩ無駄時間は、図５に示す無駄時間テーブルから補間される。
【００３７】
また、インジェクタ駆動をＣＤＩ駆動、且つ無駄時間をＣＤＩ無駄時間とする処理（１０８）の後に、制御モードが始動モードであるか否かの判断（１１０）を行い、この判断（１１０）がＹＥＳの場合には、インジェクタ駆動をＣＤＩ駆動、且つ無駄時間をＣＤＩ無駄時間とする処理（１０８）に戻り、判断（１１０）がＮＯの場合には、インジェクタ駆動をノーマル駆動、且つ無駄時間をノーマル無駄時間とする処理（１１２）に移行させ、この処理（１１２）の後にエンド（１１４）に移行させる。
【００３８】
これにより、エンジン水温検出手段である水温センサ８６により検出した始動時のエンジン水温が設定された水温Ａ以下の時に、前記燃料噴射弁４０をＣＤＩ駆動し、かつＣＤＩ駆動時には通常駆動とは異なった無駄時間を設定すべく制御する機能の付加された前記制御手段８４によって、ＣＤＩ駆動時においても適正な燃料噴射量が噴射されるため、噴射量が多すぎて始動性が悪化することを防止でき、低温始動時の排気ガス浄化性能を向上し得る。
【００３９】
また、前記無駄時間が、電源電圧であるバッテリ電圧（Ｖ）により変化する値であることにより、精度の高い制御が実施可能であり、実用上有利である。
【００４０】
なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。
【００４１】
例えば、この発明の実施例においては、無駄時間テーブルに、ノーマル無駄時間とＣＤＩ無駄時間との２つを設定する構成としたが、無駄時間テーブルに１つのノーマル無駄時間のみを設定し、このノーマル無駄時間から演算してＣＤＩ無駄時間を算出する構成とすることも可能である。
【００４２】
すなわち、各電圧に応じた開弁遅れ時間差、つまりＣＤＩ駆動無し開弁遅れからＣＤＩ駆動有り開弁遅れを減じたテーブルを設定し、ノーマル無駄時間から係数を減算し、ＣＤＩ無駄時間とするものである。なお、ＣＤＩ無駄時間は、以下の式によって算出される。
ＣＤＩ無駄時間＝ノーマル無駄時間−α
α：開弁遅れ時間差
【００４３】
また、無駄時間をＣＤＩ駆動無しのノーマル無駄時間１つとし、ＣＤＩ駆動有りの時にはＣＤＩ駆動無しの無駄時間に各電圧のＣＤＩ無駄時間補正係数を掛けて算出する方策も考えられる。なお、ＣＤＩ無駄時間は、以下の式によって算出される。
ＣＤＩ無駄時間＝ノーマル無駄時間Ｘβ
β：ＣＤＩ無駄時間補正係数
【００４４】
さすれば、従来の１つのノーマル無駄時間のみを設定した無駄時間テーブルをそのまま使用することができ、演算機能の向上した制御手段を使用する場合には、有効である。
【００４５】
更に、気体燃料エンジンの燃料制御装置を低温仕様の設定とする特別構成とすることも可能である。
【００４６】
すなわち、ＣＤＩ無駄時間のみを設定する無駄時間テーブルを設け、ノーマル無駄時間をＣＤＩ無駄時間から算出するものである。
【００４７】
さすれば、ＣＮＧの気化熱や寒冷地における頻度を考慮し、頻度の大なる方、つまりＣＤＩ無駄時間のみを設定する無駄時間テーブルを設定し、制御の簡素化を図っている。
【００４８】
更にまた、この発明の実施例においては、始動時（イグニションスイッチのＯＮ後）に、エンジン水温と設定された水温とを比較し、始動時の駆動状態をノーマル駆動とＣＤＩ駆動とのいずれか一方とする構成としたが、この比較処理と動作との制御順序を変更し、インジェクタ制御の応答性を向上させる特別構成とすることも可能である。
【００４９】
すなわち、始動時（イグニションスイッチのＯＮ後）に、ＣＤＩ駆動を行い、その後にエンジン水温と設定された水温とを比較し、そのままのＣＤＩ駆動、あるいはノーマル駆動への移行を行うものである。
【００５０】
さすれば、ＣＮＧを燃料とする場合、ＣＤＩ駆動を行う頻度が多いと想定されるので、予めＣＤＩ駆動を実施させ、その後にエンジン水温と設定された水温と比較して、そのままのＣＤＩ駆動、あるいはノーマル駆動への移行を行い、燃料噴射弁の開弁制御を確実に行うことができるとともに、インジェクタ制御の応答性を向上させることができる。
【００５１】
また、始動時の駆動状態をノーマル駆動とＣＤＩ駆動とを切り換える特別構成とすることも可能である。
【００５２】
すなわち、再始動時等の停止状態から比較的時間が経過していない場合には、エンジン水温が極端に低下するものでないことにより、通常の始動時には、ＣＤＩ駆動を行い、例えば、所定時間以内における始動時、あるいは再始動時には、駆動状態をＣＤＩ駆動からノーマル駆動に切り換え、ノーマル駆動を駆動を行い、所定時間が経過した後には、駆動状態をＣＤＩ駆動に復帰させる設定とするものである。
【００５３】
さすれば、エンジン水温以外の判断因子を使用することが可能となるとともに、エンジン水温、あるいはその他の検出信号を使用すれば、よい一層信頼性の高い制御が可能となり、排気ガス浄化性能の向上に寄与し得る。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、始動時にはＣＤＩ駆動し、非始動時には通常駆動により駆動制御される燃料噴射弁を備えた気体燃料エンジンの燃料制御装置において、エンジン水温を検出可能なエンジン水温検出手段を設け、エンジン水温検出手段により検出した始動時のエンジン水温が、設定された水温以下の時には燃料噴射弁をＣＤＩ駆動し、かつＣＤＩ駆動時には通常駆動とは異なった無駄時間を設定すべく制御する制御手段を設けたので、この制御手段によって、ＣＤＩ駆動時においても適正な燃料噴射量が噴射されるため、噴射量が多すぎて始動性が悪化することを防止でき、低温始動時の排気ガス浄化性能を向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す気体燃料エンジンの燃料制御装置の制御用フローチャートである。
【図２】気体燃料エンジンの燃料制御装置のシステム構成図である。
【図３】車両の概略斜視図である。
【図４】気体燃料エンジンの燃料制御装置の制御用タイムチャートである。
【図５】無駄時間テーブルを示す図である。
【図６】この発明の従来技術を示すインジェクタ駆動電流波形におけるインジェクタ駆動信号を示す図である。
【図７】インジェクタ駆動電流波形における通常時インジェクタ駆動電流を示す図である。
【図８】インジェクタ駆動電流波形におけるＣＤＩ駆動時インジェクタ駆動電流を示す図である。
【符号の説明】
２　気体燃料自動車（以下「車両」という）
４　気体燃料エンジン（単に「エンジン」ともいう）
８　リアアクスル軸
１０　車体フロア
１２　ガス燃料充填装置
１４　ガス燃料供給装置
１６　排気装置
２０　吸気マニホルド
２２　スロットルバルブ
２４　スロットルボディ
２６　吸気管
２８　エアクリーナ
３０　排気マニホルド
３２　三元触媒
３８　排気管
４０−１〜４０−３　第１〜３燃料噴射弁
４２　燃料デリバリパイプ
４４−１、４４−２　第１、第２燃料容器
４６−１、４６−２　第１、第２容器元弁
４８　充填連絡パイプ
５０　燃料充填管
５２　レセプタクルボックス
５４　充填口
５６　燃料充填弁（ボールバルブ）
５８　逆止弁
６０　燃料供給管
６２　主止弁（電磁弁）
６６　レギュレータ（減圧弁）
６８　残量圧力センサ
７０　デジタル燃料計
７２　アナログ燃料残量計
７４　燃料温度センサ
７６　燃料圧力センサ
７８　吸気温センサ
８０　吸気管圧力センサ
８２　酸素濃度センサ
８４　制御手段
８６　水温センサ
８８　イグニションスイッチ（ＩＧ　ＳＷ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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