(57)【要約】【課題】燃料貯蔵容器内のガス燃料を有効に利用する。【解決手段】筒内にガス燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備する。燃料ボンベ内のガス燃料圧Ｐがレギュレータの設定圧ＰＲよりも高いときには、圧縮行程に燃料噴射を行う（ステップ１０１）。ガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも低く下限圧ＰＬよりも高いときには、燃料噴射時間を補正しながら、圧縮行程に燃料噴射を行う（ステップ１０４）。ガス燃料圧Ｐが下限圧ＰＬよりも低くなると、燃料噴射時間を補正しながら、吸気行程に燃料噴射を行う（ステップ１０５）。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内にガス燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、圧縮行程に該燃料噴射弁から筒内にガス燃料を噴射するようにしたガス燃料内燃機関において、燃料貯蔵容器内のガス燃料圧が低いときには高いときに比べて、燃料噴射時期を進角するようにしたガス燃料内燃機関の燃料供給制御装置。
【請求項２】
燃料貯蔵容器内のガス燃料圧が予め定められた下限圧よりも低くなったときには、吸気行程に燃料噴射弁からガス燃料を噴射するようにした請求項１に記載のガス燃料内燃機関の燃料供給制御装置。
【請求項３】
吸気通路内にガス燃料を噴射する追加の燃料噴射弁を具備し、燃料貯蔵容器内のガス燃料圧が予め定められた下限圧よりも低くなったときには、吸気行程に追加の燃料噴射弁から吸気通路内にガス燃料を噴射するようにした請求項１に記載のガス燃料内燃機関の燃料供給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス燃料内燃機関の燃料供給制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば圧縮天然ガス（以下、ＣＮＧという）のようなガス燃料を用いた内燃機関が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、液体燃料と比べると、ガス燃料は気体であるのでそもそも体積が大きく、しかも単位体積当たりの発熱量が小さいので或る一定の機関出力を得るために必要な燃料量が多くなる。従って、ガス燃料を吸気通路に供給すると、その分だけ空気を吸入できなくなり、即ち吸気充填効率が低下する。
【０００４】
この問題は、筒内にガス燃料を直接噴射する燃料噴射弁を設け、圧縮行程に燃料噴射弁から筒内にガス燃料を噴射するようにすれば、解決できると考えられる。
【０００５】
しかしながら、圧縮行程に筒内にガス燃料を噴射するためには比較的高い噴射圧を必要とする。従って、ガス燃料が消費されるにつれて燃料ボンベ内のガス燃料圧が次第に低下すると、最終的には内燃機関にガス燃料を供給することができなくなり、その結果燃料ボンベ内のガス燃料を有効に利用できないという問題点がある。例えば、燃料ボンベの容量が２０ＭＰａである場合に許容最低圧力が５ＭＰａであると、燃料ボンベ内に充填されたガス燃料の２５パーセントを用いることができず、即ち燃料ボンベが２５パーセントのデッドボリュームを有していることと同じになる。
【０００６】
そこで本発明の目的は、燃料貯蔵容器内のガス燃料を有効に利用することができるガス燃料内燃機関の燃料供給制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、筒内にガス燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、圧縮行程に該燃料噴射弁から筒内にガス燃料を噴射するようにしたガス燃料内燃機関において、燃料貯蔵容器内のガス燃料圧が低いときには高いときに比べて、燃料噴射時期を進角するようにしている。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、燃料貯蔵容器内のガス燃料圧が予め定められた下限圧よりも低くなったときには、吸気行程に燃料噴射弁からガス燃料を噴射するようにしている。
【０００９】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、吸気通路内にガス燃料を噴射する追加の燃料噴射弁を具備し、燃料貯蔵容器内のガス燃料圧が予め定められた下限圧よりも低くなったときには、吸気行程に追加の燃料噴射弁から吸気通路内にガス燃料を噴射するようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気ポート、８は排気ポート、９は点火栓を夫々示す。吸気ポート７は対応する吸気枝管１０を介してサージタンク１１に連結され、サージタンク１１は吸気ダクト１２を介してエアクリーナ１３に連結される。吸気ダクト１２内にはステップモータ１４により駆動されるスロットル弁１５が配置される。一方、排気ポート８は排気マニホルド１６及び排気管１７を介して触媒コンバータ１８に接続される。
【００１１】
図１に示されるように、点火栓９はシリンダヘッド３の内壁面のほぼ中央部に配置される。これに対し、燃料噴射弁６はシリンダヘッド３の内壁面の周縁部に配置される。
【００１２】
燃料噴射弁６は筒内にガス燃料を直接噴射するためのものである。図１に示されるように、各燃料噴射弁６は共通の燃料デリバリパイプ１９に連結され、燃料デリバリパイプ１９はレギュレータ２０を介してガス燃料貯蔵容器即ち燃料ボンベ２１に連結される。燃料ボンベ２１内のガス燃料はレギュレータ２０により一定の設定圧ＰＲまで減圧された後に燃料デリバリパイプ１９に供給され、次いで設定圧ＰＲでもって燃料噴射弁６から筒内に噴射される。なお、図１に示される内燃機関では、ガス燃料としてＣＮＧが用いられる。しかしながら、他のガス燃料を用いることもできる。
【００１３】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。サージタンク１１には、サージタンク１１内の吸気圧力を表す出力電圧を発生する圧力センサ４０が取り付けられ、燃料ボンベ２１には燃料ボンベ２１内のガス燃料圧Ｐを表す出力電圧を発生するガス燃料圧センサ４１が取り付けられる。これらセンサ４０，４１の出力信号は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。ＣＰＵ３４内では圧力センサ４０からの出力信号に基づいて吸入空気量Ｑが算出され、クランク角センサ４２からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁６、点火栓９、及びステップモータ１４にそれぞれ接続される。
【００１４】
本発明による実施例では、圧縮行程中の燃料噴射時期θＦに、燃料噴射時間ＴＡＵだけ燃料噴射弁６からガス燃料が筒内に噴射される。この場合の燃料噴射時期θＦ及び燃料噴射時間ＴＡＵは機関運転状態、例えば機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）にそれぞれ示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。この燃料噴射時間ＴＡＵは燃料噴射時期θＦに設定圧ＰＲのもとで、要求量だけガス燃料を噴射するのに必要な燃料噴射時間である。
【００１５】
ガス燃料が消費され従って燃料ボンベ２１内の燃料残量が少なくなるにつれて、燃料ボンベ２１内のガス燃料圧Ｐが次第に低下する。次いで、ガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも低くなると、レギュレータ２０はもはや作動せず、このときのガス燃料圧Ｐでもってガス燃料を噴射せざるを得ない。
【００１６】
ところが、冒頭で述べたように、圧縮行程に筒内にガス燃料を噴射するためには比較的高い噴射圧を必要し、その結果ガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも低くなると圧縮行程にガス燃料を良好に噴射するのが困難になる。ガス燃料圧Ｐが筒内圧ＰＣよりも高ければ一応の燃料噴射を行うことは可能であるけれども、ガス燃料圧Ｐが低くなり従って筒内圧ＰＣとの差（＝Ｐ−ＰＣ）が小さくなるにつれて、ガス燃料を要求量だけ噴射するために必要な燃料噴射時間が好ましくなく長くなる。一方、吸気行程における筒内圧ＰＣは比較的低く、比較的低い噴射圧でもって短時間のうちに燃料噴射を行うことができる。
【００１７】
そこで本発明による実施例では、ガス燃料圧Ｐがレギュレータ２０により設定される設定圧ＰＲよりも低いときには、吸気行程にガス燃料を噴射するようにしている。或いは、一般的にいうと、ガス燃料圧Ｐが低いときには高いときに比べて、燃料噴射時期を進角するようにしている。
【００１８】
もっとも、ガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも低くなったといっても、直ちにすべての機関運転状態において良好な燃料噴射が行えないというわけではない。例えば、燃料噴射時期θＦが比較的進角側であり従って燃料噴射が行われるときの筒内圧ＰＣが比較的低い機関運転状態では、圧縮行程に良好な燃料噴射を行うことが可能である。
【００１９】
そこで本発明による実施例では、圧縮行程に良好な燃料噴射を行うことが可能な下限圧ＰＬを予め設定しておき、ガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも低くてもこの下限圧ＰＬよりも高いときには圧縮行程に燃料噴射を行い、ガス燃料圧Ｐが下限圧ＰＬよりも低くなると吸気行程に燃料噴射を行うようにしている。
【００２０】
この下限圧ＰＬの設定方法には様々な方法が考えられ得るが、本発明による実施例では図３（Ａ）に示されるように、下限圧ＰＣを筒内圧ＰＣよりも一定値ΔＰだけ大きく設定している（ＰＬ＝ＰＣ＋ΔＰ）。
【００２１】
ここで、燃料噴射が行われるときの筒内圧ＰＣは燃料噴射時期θＦに応じて定まり、燃料噴射時期θＦは上述したように機関運転状態に応じて定まる。そこで本発明による実施例では、下限値ＰＬを機関運転状態例えば機関負荷Ｑ／Ｎ及び機関回転数Ｎの関数として予め求めておき、図３（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶するようにしている。
【００２２】
図４は一定の機関運転状態においてガス燃料圧Ｐの変化に対する燃料噴射時期の変化を示している。図４を参照すると、ガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも高いときには圧縮行程に燃料噴射が行われる。このときの燃料噴射時期θＦ及び燃料噴射時間ＴＡＵは上述したように図２に示されるマップから求めることができる。
【００２３】
ガス燃料圧Ｐが設定圧Ｐよりも低くなりしかしながら下限圧ＰＬよりも高いときには、燃料噴射時期θＦを維持しながら、圧縮行程に燃料噴射が行われる。次いで、ガス燃料圧Ｐが更に低くなって下限圧ＰＬよりも低くなると吸気行程に燃料噴射が行われる。
【００２４】
この場合、ガス燃料圧Ｐが低くなるにつれて噴射圧と筒内圧ＰＣとの差圧が次第に小さくなるので、図２（Ｂ）に示されるＴＡＵだけ燃料噴射を行うと、実際に噴射される燃料量が要求量よりも少なくなる。そこで本発明による実施例では、ガス燃料圧Ｐが低くなるにつれて燃料噴射時間を長くするようにしている。言い換えると、ガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも低いときには、実際に噴射される燃料量が要求量に一致するように、ガス燃料圧Ｐに基づいて燃料噴射時間が補正される。
【００２５】
このように本発明による実施例では、ガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも低くなっても機関への燃料供給を継続して行うことができ、燃料ボンベ２１内のガス燃料を有効に利用することができる。このことはガス燃料内燃機関車両の走行可能距離が長くなるということも意味している。
【００２６】
図５は本発明による実施例の燃料噴射制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割り込みによって実行される。
【００２７】
図５を参照すると、まずステップ１００ではガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも低いか否かが判別される。Ｐ≧ＰＲのときにはステップ１０１に進み、圧縮行程に上述した燃料噴射時間ＴＡＵだけ燃料噴射が行われる。これに対し、Ｐ＜ＰＲのときにはステップ１０２に進み、下限圧ＰＬが図３（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１０３ではガス燃料圧Ｐが下限圧ＰＬよりも低いか否かが判別される。Ｐ≧ＰＬのときにはステップ１０４に進み、燃料噴射時間ＴＡＵを補正しながら、圧縮行程に燃料噴射が行われる。これに対し、Ｐ＜ＰＬのときにはステップ１０５に進み、燃料噴射時間ＴＡＵを補正しながら、吸気行程に燃料噴射が行われる。
【００２８】
図６は本発明による別の実施例を示している。
【００２９】
本発明による別の実施例では、圧縮行程にガス燃料を筒内に噴射するための燃料噴射弁６に加えて、吸気行程にガス燃料を吸気ポート７内に噴射するための追加の燃料噴射弁６Ａが設けられる。各追加の燃料噴射弁６Ａは共通の追加の燃料デリバリパイプ１９Ａに連結され、追加の燃料デリバリパイプ１９Ａは追加のレギュレータ２０Ａを介して燃料ボンベ２１に連結される。レギュレータ２０及び追加のレギュレータ２０Ａは三方弁２２を介して燃料ボンベ２１に連結される。
【００３０】
三方弁２２は燃料ボンベ２１を、燃料噴射弁６と追加の燃料噴射弁６Ａとのうちいずれか一方に接続するためにものである。即ち、圧縮行程にガス燃料を筒内に噴射すべきときには燃料ボンベ２１が燃料噴射弁６に接続され、吸気行程にガス燃料を吸気ポート７内に噴射すべきときには燃料ボンベ２１が追加の燃料噴射弁６Ａに接続される。なお、三方弁２２は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。
【００３１】
図７に示される燃料噴射制御ルーチンを参照しながら、本発明による別の実施例を詳しく説明する。このルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割り込みによって実行される。
【００３２】
図７を参照すると、まずステップ１２０ではガス燃料圧Ｐが設定圧ＰＲよりも低いか否かが判別される。Ｐ≧ＰＲのときにはステップ１２１に進み、燃料噴射弁６により圧縮行程に上述した燃料噴射時間ＴＡＵだけ筒内噴射が行われる。これに対し、Ｐ＜ＰＲのときにはステップ１２２に進み、下限圧ＰＬが図３（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１２３ではガス燃料圧Ｐが下限圧ＰＬよりも低いか否かが判別される。Ｐ≧ＰＬのときにはステップ１２４に進み、燃料噴射時間ＴＡＵを補正しながら、燃料噴射弁６により圧縮行程に筒内噴射が行われる。これに対し、Ｐ＜ＰＬのときにはステップ１２５に進み、燃料噴射時間ＴＡＵを補正しながら、追加の燃料噴射弁６Ａにより吸気行程に吸気ポート噴射が行われる。
【００３３】
【発明の効果】
燃料貯蔵容器内のガス燃料を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス燃料内燃機関の全体図である。
【図２】燃料噴射時期及び燃料噴射時間を示す線図である。
【図３】下限圧を示す線図である。
【図４】一定の機関運転状態における燃料噴射時期の変化を示す線図である。
【図５】燃料噴射制御を実行するためのフローチャートである。
【図６】本発明による別の実施例を示す図である。
【図７】本発明による別の実施例の燃料噴射制御を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
６…燃料噴射弁
６Ａ…追加の燃料噴射弁
７…吸気ポート
２１…燃料ボンベ
４１…ガス燃料圧センサ
【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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