(57)【要約】【課題】燃料性状が変化しても最適な燃料噴射量で運転することができるＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法を提供すること。【解決手段】ＣＮＧ燃料ボンベに新たにＣＮＧ燃料が充填された場合には（ステップＳ１０肯定）、所定の性状判断運転条件にあるときの筒内圧力に基づいて燃料性状を判別し（ステップＳ１１肯定、ステップＳ１２）、当該燃料性状毎に燃料量補正係数を求めて燃料噴射量を補正することができるので（ステップＳ１３）、燃料性状が変化しても最適な燃料噴射量で運転することができる（ステップＳ１４）。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＮＧエンジンの燃焼室内または吸気ポートに設けられＣＮＧ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサと、
を備えたＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法であって、
ＣＮＧ燃料を貯蔵するＣＮＧ燃料ボンベに新たにＣＮＧ燃料が充填された場合には、所定の性状判断運転条件にあるときの筒内圧力に基づいて燃料性状を判別し、当該燃料性状毎に燃料量補正係数を求めて燃料噴射量を補正することを特徴とするＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法。
【請求項２】
前記燃料噴射弁が燃焼室内に設けられた筒内直噴式のＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法であって、予め複数の成層マップエリアを備え、前記燃料性状判別後にＣＮＧエンジンが成層リーンバーン運転領域にある場合には、その燃料性状に基づいて対応する前記成層マップエリアを選択し、当該成層マップエリア毎の各燃焼パラメータのデータを用いて運転することを特徴とする請求項１に記載のＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）を燃料とするＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法に関し、さらに詳しくは、燃料性状が変化しても最適な運転ができるＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギー対策や環境対策等の観点から、自動車用内燃機関の燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を利用するＣＮＧエンジンの開発が盛んに行われており、当該ＣＮＧエンジンを最適に制御するための種々の技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＣＮＧ燃料の主成分はメタンであるが、このＣＮＧ燃料は、その産地や産出時期、季節等によってガス成分組成にバラツキがあり、発熱量が異なることが知られている。
【０００４】
したがって、ＣＮＧエンジンを同一の燃料噴射量で運転すると、燃料性状が変化する毎に燃焼状態も変化してしまい、予め想定しているエンジン性能が得られなくなってしまう虞がある。また、精度良く燃料性状を検出するセンサ（たとえば、メタンセンサ）は、未だ実用化されていない。
【０００５】
このように、燃料性状が変化しても最適な運転ができるＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法の提供が要請されているものの、未だ提供されていない。
【０００６】
特に、燃料噴射弁が燃焼室内に設けられた筒内直噴式のＣＮＧエンジンにあっては、燃料性状の変化により燃料噴射量を変化させる必要があるが、成層燃焼時に燃料噴射量を変化させると、他の燃焼パラメータ（たとえば、燃料噴射期間、燃料噴射時期、点火時期等）も複雑に変化させる必要があり、その制御方法の提供が望まれていた。
【０００７】
なお、ガス燃料のガス組成にかかわらず最適な点火時期を確保する技術が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、この技術は、排気マニホルドに設けられた酸素センサの出力信号に基づいて燃料噴射量を制御することにより実際の空燃比を理論空燃比に一致させる。また、排気管に設けられた空燃比センサにより実際の空燃比を検出することによって、ＣＮＧ燃料のガス組成に応じて定まる理論空燃比を検出する。そして、ＣＮＧ燃料の理論空燃比と最適点火時期との関係を予め求めておき、検出されたＣＮＧ燃料の理論空燃比に応じて点火時期を補正するというものである。
【０００８】
また、燃料性状を判別する関連技術として、筒内圧力から燃料の燃焼速度を算出することでガソリン燃料性状を判別する技術（特許文献２参照）や、ガス燃料車両において燃料性状センサ（メタンセンサ）により燃料性状を判別し、燃料残量表示を補正する技術（特許文献３参照）等が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−５４３０５号公報
【特許文献２】
特公平７−５００９８号公報
【特許文献３】
特許第３１６４３３６号公報
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料性状が変化しても最適な燃料噴射量でＣＮＧエンジンを運転することができ、エンジン性能を十分に発揮させることができるＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、この発明は、燃料性状が変化しても最適な燃焼パラメータでＣＮＧエンジンを成層燃焼運転することができ、エンジン性能を十分に発揮させることができるＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明に係るＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法は、ＣＮＧエンジンの燃焼室内または吸気ポートに設けられＣＮＧ燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサとを備えたＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法であって、ＣＮＧ燃料を貯蔵するＣＮＧ燃料ボンベに新たにＣＮＧ燃料が充填された場合には、所定の性状判断運転条件にあるときの筒内圧力に基づいて燃料性状を判別し、当該燃料性状毎に燃料量補正係数を求めて燃料噴射量を補正することを特徴とするものである。
【００１３】
したがって、この発明によれば、燃料性状が変化しても最適な燃料噴射量でＣＮＧエンジンを運転することができ、エンジン性能を十分に発揮させることができる。
【００１４】
また、この発明に係るＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法は、前記燃料噴射弁が燃焼室内に設けられた筒内直噴式のＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法であって、予め複数の成層マップエリアを備え、前記燃料性状判別後にＣＮＧエンジンが成層リーンバーン運転領域にある場合には、その燃料性状に基づいて対応する前記成層マップエリアを選択し、当該成層マップエリア毎の各燃焼パラメータのデータを用いて運転することを特徴とするものである。
【００１５】
したがって、この発明によれば、燃料性状が変化しても最適な燃焼パラメータでＣＮＧエンジンを成層燃焼運転することができ、エンジン性能を十分に発揮させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法の実施の形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を筒内直噴式のＣＮＧエンジンに適用し、１つの気筒を図示して説明するが、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るＣＮＧエンジンの概略構成を示す断面図である。図１に示すように、ＣＮＧエンジン１０は、後述するインジェクタ（燃料噴射弁）２３によってＣＮＧ燃料を燃焼室１０ａに直接噴射する直噴式であり、成層リーンバーン運転領域を有するように構成されている。燃焼室１０ａは、シリンダボア１１とシリンダヘッド１３とシリンダボア１１内に往復動自在に配設されたピストン１２とによって構成されている。
【００１８】
この燃焼室１０ａのほぼ中央には、点火プラグ１４が配設されている。また、燃焼室１０ａを臨む吸気ポート１５には吸気弁１６が配設され、燃焼室１０ａを臨む排気ポート１８には排気弁２０が配設されている。また、燃焼室１０ａの吸気弁１６近傍には、ＣＮＧ燃料を燃焼室１０ａに直接噴射するインジェクタ２３が配設されている。燃焼室１０ａの排気弁２０近傍には、燃焼室１０ａ内の圧力を検出する筒内圧センサ２５が配設されている。
【００１９】
なお、ＣＮＧエンジン１０は、図示しない排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）や、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）等を備えるとともに、通常の直噴式のガソリンエンジンが備えるその他の基本構成装置を備えている。
【００２０】
このようにＣＮＧエンジン１０は、基本的には通常の直噴式のガソリンエンジンと同様の構成となっているが、ＣＮＧ燃料を供給できるようにするために、燃料供給系統の構成が当該ガソリンエンジンの場合と異なっている。この燃料供給系統は、図示例を省略するが、以下のような構成となっている。
【００２１】
すなわち、ＣＮＧ燃料を貯蔵するためのＣＮＧ燃料ボンベは、ＣＮＧ燃料を高圧（たとえば、最大２０ＭＰａ）状態で貯蔵できるように構成され、内部の圧力を検出するための圧力センサや、内部の温度を検出するための温度センサを備えている。このＣＮＧ燃料ボンベとＣＮＧエンジン１０のデリバリパイプとは、燃料供給パイプによって接続されている。
【００２２】
このデリバリパイプは、上記燃料供給パイプで圧送されてきたＣＮＧ燃料を各インジェクタ２３に分配するためのものであり、当該デリバリパイプ内の圧力を検出する圧力センサや、温度を検出する温度センサを備えている。また、上記燃料供給パイプには、上記ＣＮＧ燃料ボンベから圧送されてくるＣＮＧ燃料を所定圧力に調節する高圧レギュレータが設けられている。また、ＣＮＧ燃料ボンベへの燃料充填口には、当該充填口の開閉状態を検出する充填口開閉センサが設けられている。
【００２３】
なお、上記ＣＮＧエンジン１０、点火プラグ１４、吸気弁１６、排気弁２０、インジェクタ２３や、図示しない高圧レギュレータ、ＣＮＧ燃料ボンベの遮断弁、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）のＥＧＲ弁、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）等は、圧力センサや温度センサ、筒内圧センサ２５等の各種センサ情報に基づいて、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御されている。
【００２４】
また、上記燃料充填口の開閉状態は、上記充填口開閉センサによって検出され、その検出信号は上記電子制御ユニット（ＥＣＵ）によってモニターされている。
【００２５】
つぎに、本発明の要部である制御方法について主に図２および図３を参照して説明する。ここで、図２は、ＣＮＧエンジン１０の燃料性状別制御方法を示すフローチャートであり、図３は、指定した運転条件における燃料性状毎の筒内圧力と燃料量補正係数の一例を示すマップ図である。
【００２６】
図２に示すように、先ず、ＣＮＧ燃料ボンベ（図示せず）にＣＮＧ燃料が新たに充填されたか否かを判別する（ステップＳ１０）。新たな燃料充填によって、上記ＣＮＧ燃料ボンベ内の燃料性状（ガス組成）が変化するからである。この燃料充填の有無は、イグニションオフの信号と上記充填口開閉センサ（図示せず）からの信号、およびＣＮＧ燃料ボンベ内の圧力信号とから判別される。すなわち、イグニションオフ前のＣＮＧ燃料ボンベ内の圧力と、イグニションがオフにされて燃料充填口が開閉され、かつイグニションが再度オンになった後の当該ボンベ内圧力とを比較する。イグニションオフ前のＣＮＧ燃料ボンベ内圧力よりも、再度イグニションオン後の当該ボンベ内圧力が高くなれば、ＣＮＧ燃料が新たに充填されたと判断できる。
【００２７】
ＣＮＧ燃料が新たに充填されたならば（ステップＳ１０肯定）、燃料性状が変化したと判断して、ＣＮＧエンジン１０が燃料性状判断を行うべき所定の運転条件にあるか否かを判断する（ステップＳ１１）。この所定の運転条件とは、一般的走行レベルで必ず走る運転領域であり、予め指定されたものである。
【００２８】
また、図３に示すように、予め上記運転条件毎に筒内圧力（たとえば、筒内圧力の最大値Ｐｍａｘ）マップを備えている。すなわち、各運転条件（運転条件１，２，・・・）毎に各燃料性状（燃料Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・・）に対応した筒内圧力Ｐｍａｘと燃料量補正係数とを予め準備してある。
【００２９】
この燃料性状判断を行うべき所定の運転条件にある場合には（ステップＳ１１肯定）、このような筒内圧力Ｐｍａｘのマップ（図３参照）を用いることにより、その運転条件と、当該運転条件での筒内圧力Ｐｍａｘの測定値（筒内圧センサ２５による測定値）とによって燃料性状を判別する（ステップＳ１２）。
【００３０】
そして、この燃料性状に対応する燃料量補正係数を求め、この燃料量補正係数を用いることで最適な燃料噴射量を算出し（ステップＳ１３）、当該最適燃料噴射量でＣＮＧエンジン１０を運転する（ステップＳ１４）。なお、種々の燃料性状が混在しているときには、上記マップから補間して求めればよい。
【００３１】
また、ＣＮＧ燃料が新たに充填されていないならば（ステップＳ１０否定）、燃料性状は変化していないと判断できるので、現状の運転条件における燃料噴射量で運転すればよい（ステップＳ１４）。また、ＣＮＧ燃料が新たに充填されても、燃料性状判断を行うべき所定の運転条件にない場合には、燃料性状の判別は行わず、当該運転条件になるまで待機する（ステップＳ１０肯定、ステップＳ１１否定、ステップＳ１２）。
【００３２】
以上のように、この実施の形態１に係るＣＮＧエンジン１０の燃料性状別制御方法によれば、ＣＮＧ燃料ボンベに新たにＣＮＧ燃料が充填された場合には、所定の性状判断運転条件にあるときの筒内圧力に基づいて燃料性状を判別し、当該燃料性状毎に燃料量補正係数を求めて燃料噴射量を補正することができるので、燃料性状が変化しても最適な燃料噴射量でＣＮＧエンジン１０を運転することができ、エンジン性能を十分に発揮させることができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態１においては、この発明を筒内直噴式のＣＮＧエンジン１０に適用するものとして説明したが、これに限定されず、吸気ポートにＣＮＧ燃料を噴射する方式のＣＮＧエンジンに適用してもよく、上記効果と同様の効果を期待できる。また、多気筒エンジンについては、この発明を各気筒に適用することができる。
【００３４】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るＣＮＧエンジン１０の燃料性状別制御方法を示すフローチャートであり、図５は、燃料性状に対応する成層マップエリアの一例を示すマップ図であり、図６は、成層マップエリア毎の各燃焼パラメータのデータの一例を示すマップ図である。
【００３５】
本実施の形態２は、上記実施の形態１に示した制御（図２におけるステップＳ１０〜ステップＳ１２）に加え、燃料性状判別後にＣＮＧエンジン１０が成層リーンバーン運転領域にある場合には、その燃料性状に基づいて対応する成層マップエリア（図５参照）を選択し、当該成層マップエリア毎の各燃焼パラメータのデータ（図６参照）を用いて運転することを特徴とするものである。
【００３６】
すなわち、図４に示すように、先ず、ＣＮＧ燃料ボンベ（図示せず）にＣＮＧ燃料が新たに充填されたか否かを判別する（ステップＳ２０）。ＣＮＧ燃料が新たに充填されたならば（ステップＳ２０肯定）、燃料性状が変化したと判断して、ＣＮＧエンジン１０が燃料性状判断を行うべき所定の運転条件にあるか否かを判断する（ステップＳ２１）。この所定の運転条件とは、一般的走行レベルで必ず走る運転領域であり、予め指定されたものである。
【００３７】
この燃料性状判断を行うべき所定の運転条件にある場合には（ステップＳ２１肯定）、筒内圧力Ｐｍａｘのマップ（上記実施の形態１で示した図３参照）を用いることにより、その運転条件と、当該運転条件での筒内圧力Ｐｍａｘの測定値（筒内圧センサ２５による測定値）とによって燃料性状を判別する（ステップＳ２２）。
【００３８】
つぎに、ＣＮＧエンジン１０が成層リーンバーン運転領域にあるか否かを判断する（ステップＳ２３）。成層リーンバーン運転領域では、種々の燃焼パラメータ、たとえば、燃料噴射期間、燃料噴射時期、点火時期、ＥＧＲ弁開度、スロットル開度、可変バルブタイミング機構によるバルブ開閉タイミング等を同時に制御する必要があり、均質燃焼時とは異なる制御をする必要があるからである。
【００３９】
成層リーンバーン運転領域にある場合には（ステップＳ２３肯定）、ステップＳ２２において判別された燃料性状に基づいて、これに対応する成層マップエリア（図５参照）を選択する。すなわち、図５に示すように、たとえば燃料性状がＡの場合には、成層マップエリア１を選択する。
【００４０】
そして、図６に示すように、たとえば、選択された成層マップエリア１には、さらに上記燃焼パラメータである▲１▼燃料噴射期間、▲２▼燃料噴射時期、▲３▼点火時期、▲４▼ＥＧＲ弁開度等毎にそれぞれマップが用意されている。
【００４１】
この燃料噴射期間に係るマップでは、たとえば、ＣＮＧエンジン１０の回転数と１ストローク当たりの燃料量に対応する最適な噴射期間が設定されている。燃料噴射時期、点火時期、ＥＧＲ弁開度等についても同様に、最適値が設定されたマップが用意されている。他の成層マップエリア（２，３，４・・・）についても、上記と同様に最適なマップが用意されている。
【００４２】
このように、燃料性状毎に予め成層マップエリア（図５参照）が用意され、燃料性状によって選択されたこの成層マップエリアには、さらに燃焼パラメータ毎のマップ（図６参照）が用意されているので、これらのマップを用いて制御することで、その燃料性状に最適な成層燃焼を実現することができる（ステップＳ２４）。
【００４３】
一方、成層リーンバーン運転領域でない場合（ステップＳ２３否定）、すなわち、均質燃焼の運転領域である場合には、筒内圧力Ｐｍａｘのマップ（上記実施の形態１で示した図３参照）から燃料量補正係数を求め、この燃料量補正係数を用いることで最適な燃料噴射量を算出し、当該最適燃料噴射量でＣＮＧエンジン１０を運転する（ステップＳ２５）。
【００４４】
なお、ＣＮＧ燃料が新たに充填されていないならば（ステップＳ２０否定）、燃料性状は変化していないと判断できるので、現状の運転条件における燃料噴射量で運転すればよい（ステップＳ２６）。
【００４５】
以上のように、この実施の形態２に係るＣＮＧエンジン１０の燃料性状別制御方法によれば、予め複数の成層マップエリアを備え、燃料性状判別後にＣＮＧエンジン１０が成層リーンバーン運転領域にある場合には、その燃料性状に基づいて対応する成層マップエリアを選択し、当該成層マップエリア毎の各燃焼パラメータのデータを用いて運転するので、燃料性状が変化しても最適な燃焼パラメータで成層燃焼運転をすることができ、エンジン性能を十分に発揮させることができる。
【００４６】
また、均質燃焼運転時には、筒内圧力Ｐｍａｘのマップから燃料量補正係数を求め、この燃料量補正係数を用いることで最適な燃料噴射量を算出し、当該最適燃料噴射量でＣＮＧエンジン１０を運転することができ、エンジン性能を十分に発揮させることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係るＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法によれば、ＣＮＧ燃料ボンベに新たにＣＮＧ燃料が充填された場合には、所定の性状判断運転条件にあるときの筒内圧力に基づいて燃料性状を判別し、当該燃料性状毎に燃料量補正係数を求めて燃料噴射量を補正するので、燃料性状が変化しても最適な燃料噴射量でＣＮＧエンジンを運転することができ、エンジン性能を十分に発揮させることができる。
【００４８】
また、この発明に係るＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法によれば、前記燃料性状判別後にＣＮＧエンジンが成層リーンバーン運転領域にある場合には、その燃料性状に基づいて対応する成層マップエリアを選択し、当該成層マップエリア毎の各燃焼パラメータのデータを用いて運転するので、燃料性状が変化しても最適な燃焼パラメータでＣＮＧエンジンを成層燃焼運転することができ、エンジン性能を十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るＣＮＧエンジンの概略構成を示す断面図である。
【図２】ＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法を示すフローチャートである。
【図３】指定した運転条件における燃料性状毎の筒内圧力と燃料量補正係数の一例を示すマップ図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るＣＮＧエンジンの燃料性状別制御方法を示すフローチャートである。
【図５】燃料性状に対応する成層マップエリアの一例を示すマップ図である。
【図６】成層マップエリア毎の各燃焼パラメータのデータの一例を示すマップ図である。
【符号の説明】
１０  ＣＮＧエンジン
１０ａ  燃焼室
１１  シリンダボア
１２  ピストン
１３  シリンダヘッド
１４  点火プラグ
１５  吸気ポート
１６  吸気弁
１８  排気ポート
２０  排気弁
２３  インジェクタ（燃料噴射弁）
２５  筒内圧センサ
【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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