(57)【要約】【課題】ＬＰＧ燃料の組成比率にかかわらず、排ガス性能の悪化、動力性能の低下や燃費性能の悪化を生ずることのないＬＰＧ燃料エンジンの燃料噴射制御方法および点火時期制御方法を提供する。【構成】ＬＰＧ燃料を貯蔵するＬＰＧボンベ１６内の液相温度と気相圧力とを温度センサ２０と圧力センサ２２とで検出し、これらに基づいてＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率を求める。求めたプロパン／ブタン比率から当該ＬＰＧ燃料の発熱量またはオクタン価を求め、求めた発熱量またはオクタン価に基づき、基準燃料噴射量または基準点火時期を補正する。【選択図】        図１
2004324509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＰＧ燃料を液体状態で噴射供給するようにしたＬＰＧ燃料エンジンにおいて、
ＬＰＧ燃料を貯蔵するＬＰＧボンベ内の液相温度と気相圧力とを検出し、
検出した液相温度値と気相圧力値とに基づいてＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率を求め、
求めたプロパン／ブタン比率から当該ＬＰＧ燃料の発熱量を求め、
求めた発熱量に基づき、燃料噴射量を決定することを特徴とするＬＰＧ燃料エンジンの燃料噴射制御方法。
【請求項２】
前記当該ＬＰＧ燃料の発熱量は、前記求めたプロパン／ブタン比率に基き、加重平均して求めることを特徴とする請求項１に記載のＬＰＧ燃料エンジンの燃料噴射制御方法。
【請求項３】
ＬＰＧ燃料を液体状態で噴射供給するようにしたＬＰＧ燃料エンジンにおいて、
ＬＰＧ燃料を貯蔵するＬＰＧボンベ内の液相温度と気相圧力とを検出し、
検出した液相温度値と気相圧力値とに基づいてＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率を求め、
求めたプロパン／ブタン比率から当該ＬＰＧ燃料のオクタン価を求め、
求めたオクタン価に基づき、点火時期を決定することを特徴とするＬＰＧ燃料エンジンの点火時期制御方法。
【請求項４】
前記当該ＬＰＧ燃料のオクタン価は、前記求めたプロパン／ブタン比率に基き、加重平均して求めることを特徴とする請求項３に記載のＬＰＧ燃料エンジンの点火時期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＰＧ燃料エンジンの燃料噴射制御方法および点火時期制御方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液化石油ガス（以下、ＬＰＧと称す）を燃料とし、このＬＰＧを液体状態で供給経路を通じてインジェクタに供給して、吸気通路または筒内に噴射するようにしたエンジンが知られている。ところで、かかるエンジンでは、インジェクタにＬＰＧ燃料を供給する供給経路がエンジンからの熱を受けることに起因して、供給経路の内部でのＬＰＧ燃料の気化が生じ易い。その結果として、インジェクタからの噴射燃料にベーパ（気化燃料）が含まれることになり易く、そうなると、その噴射燃料の燃料密度が低下して、噴射燃料が必要量に対して不足することとなる。
【０００３】
そこで、これに対応して、例えば、特許文献１には、燃料を噴射するためのインジェクタにＬＰＧ燃料を供給する供給経路内でのベーパの発生に伴う噴射燃料の不足を補償すべく燃料噴射量を増量し、さらにその増量された燃料噴射量を所定の補正値でもって補正する技術が開示されている。より詳しく述べると、燃焼室内での空燃比が目標値となるように前記補正値を増減させ、そして、供給経路内のベーパ発生状態に関係するパラメータに基づき該補正値の増減量を変更するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２２９２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の技術においては、供給経路内のベーパ発生状態に関係するパラメータに基づき補正値の増減量を変更するようにしているので、ベーパの発生割合に対応させて、混合気の空燃比を理論空燃比に比較的速やかに制御することが可能である。
【０００６】
ところで、一般にＬＰＧ燃料は、その生産の季節やその生産者、または生産ロット等の違いにより、その組成比率が異なるのが通常である。すなわち、同じＬＰＧといっても主にプロパンの含有量が多いものや、主にブタンの含有量の多いものが存在する。このように、ＬＰＧの組成比率が異なると、プロパンおよびブタンの発熱量およびオクタン価はそれぞれ異なるので、その組成比率に対応して発熱量およびオクタン価が異なることになる。この結果、喩え、従来技術に示されたようにベーパ発生状態に対応させて噴射量を制御したとしても、燃料補給等によりＬＰＧボンベに貯留されたＬＰＧ燃料が変わり、発熱量が異なることになると、基本の噴射量制御マップからのずれが生じ、空燃比制御が不安定になり、排ガス性能の悪化が生ずる虞がある。
【０００７】
また、燃料補給等によりオクタン価が異なることになると、高オクタン価のＬＰＧ燃料から低オクタン価のＬＰＧ燃料へ変わった場合には、ノッキングが発生し易くなる。逆に、低オクタン価のＬＰＧ燃料から高オクタン価のＬＰＧ燃料へ変わった場合には、適切な点火時期への対応遅れによる動力性能の低下や燃費性能の悪化の弊害が生ずる虞がある。
【０００８】
本発明の目的は、このような実情に鑑みて、ＬＰＧ燃料の組成比率にかかわらず、排ガス性能の悪化を生ずることのないＬＰＧ燃料エンジンの燃料噴射制御方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ＬＰＧ燃料の組成比率にかかわらず、動力性能の低下や燃費性能の悪化を生ずることのないＬＰＧ燃料エンジンの点火時期制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の一形態に係るＬＰＧ燃料エンジンの燃料噴射制御方法は、ＬＰＧ燃料を液体状態で噴射供給するようにしたＬＰＧ燃料エンジンにおいて、ＬＰＧ燃料を貯蔵するＬＰＧボンベ内の液相温度と気相圧力とを検出し、検出した液相温度値と気相圧力値とに基づいてＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率を求め、求めたプロパン／ブタン比率から当該ＬＰＧ燃料の発熱量を求め、求めた発熱量に基づき、燃料噴射量を決定することを特徴とする。
本発明のＬＰＧ燃料エンジンの燃料噴射制御方法によれば、ＬＰＧ燃料組成比率が異なった場合でも、その組成比率に対応する発熱量が求められ、求められた発熱量に基づいて燃料噴射量が決定されるので、空燃比制御が不安定になることがなく、排ガス性能の悪化等が生ずるのを防止することができる。
【００１１】
また、上記目的を達成する本発明の他の形態に係るＬＰＧ燃料エンジンの点火時期制御方法は、ＬＰＧ燃料を液体状態で噴射供給するようにしたＬＰＧ燃料エンジンにおいて、ＬＰＧ燃料を貯蔵するＬＰＧボンベ内の液相温度と気相圧力とを検出し、検出した液相温度値と気相圧力値とに基づいてＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率を求め、求めたプロパン／ブタン比率から当該ＬＰＧ燃料のオクタン価を求め、求めたオクタン価に基づき、点火時期を決定することを特徴とする。
【００１２】
上述の本発明のＬＰＧ燃料エンジンの点火時期制御方法によれば、ＬＰＧ燃料組成比率が異なった場合でも、その組成比率に対応するオクタン価が求められ、求められたオクタン価に基づいて点火時期が決定されるので、適切な点火進角時期が得られ、動力性能の低下や燃費性能の悪化が生ずるのを防止することができる。
【００１３】
ここで、前記当該ＬＰＧ燃料の発熱量またはオクタン価は、前記求めたプロパン／ブタン比率に基き、加重平均して求めることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。図１に示されるエンジン１０は、プロパンおよびブタン等からなるＬＰＧを燃料として使用するいわゆるＬＰＧ燃料エンジンであり、吸気通路１２内の絞り弁１３の下流に、液体状態のＬＰＧ燃料を噴射して供給するインジェクタ１４を備えている。本実施の形態では、インジェクタ１４には、ＬＰＧボンベ１６に貯留されたＬＰＧのうちその液相部分がＬＰＧボンベ１６の底部に開口された燃料配管１８を通じて供給されるように構成されている。
【００１５】
さらに、ＬＰＧボンベ１６内のＬＰＧ液相温度およびＬＰＧ気相圧力は、それぞれＬＰＧボンベ１６の底部に設けられた温度センサ２０およびＬＰＧボンベ１６の頂部に設けられた圧力センサ２２によって検出されるように構成されている。
【００１６】
インジェクタ１４からは液相のＬＰＧが噴射され、このＬＰＧ燃料と空気とが吸気通路１２を通じて燃焼室内に吸入される。そして、燃焼室内で、空気と気化したＬＰＧ燃料とからなる混合気が点火栓２４により着火されて燃焼し、そのときの燃焼エネルギでピストン２６を往復移動させることにより、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト２８が回転されるように構成されている。
【００１７】
そして、該クランクシャフト２８の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ３０と運転者によって踏込操作されるアクセルペダルの踏込量に応動する絞り弁１３の開度を検出する絞り弁開度センサ３２とが設けられている。
【００１８】
４０は、ＬＰＧ燃料エンジン１０の運転を制御する、マイクロコンピュータ等で構成された電子制御装置（以下、ＥＣＵと称す）であり、ＥＣＵ４０には、温度センサ２０および圧力センサ２２からの検出信号が入力されるようにそれぞれ接続されている。さらに、ＥＣＵ４０には、吸気通路１２を流れる空気量（吸入空気量）を検出するエアフローメータ１５、クランクポジションセンサ３０および絞り弁開度センサ３２等からの検出信号も入力されるようにそれぞれ接続されている。そして、インジェクタ１４と点火栓２４とには、それぞれの駆動回路にＥＣＵ４０からの制御信号が出力されるように接続されている。
【００１９】
ここで、上記構成になるＬＰＧ燃料エンジン１０の燃料噴射制御方法の燃料噴射量を決定する制御手順の一例につき説明する。
【００２０】
まず、ＬＰＧ燃料エンジン１０にインジェクタ１４から供給されるべき最終燃料噴射量Ｑｆ  の算出手順について、その制御ルーチンの一例を示す図２のフローチャートを参照して説明する。この最終燃料噴射量Ｑｆを求める制御ルーチンは、ＥＣＵ４０において所定時間（例えば、１０ｍｓ）毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００２１】
そこで、この制御ルーチンがスタートすると、ステップＳ２１において、エアフローメータ１５の検出信号から求められる吸入空気量ＧＡと、クランクポジションセンサ３０の検出信号から求められるエンジン回転速度ＮＥとによるエンジン運転状態に基づき、基準発熱量Ｈｓに基づく基準燃料噴射量Ｑｓが求められる。ここで、基準発熱量Ｈｓとは、例えば、標準的なＬＰＧ燃料（通常、プロパン２５％、ブタン７５％組成）が有する発熱量である。なお、基準燃料噴射量Ｑｓは上記運転状態に対応して実験的に求められ、ＥＣＵ４０にマップの形態で保存されている。
【００２２】
次に、ステップＳ２２に進み、温度センサ２０および圧力センサ２２の検出信号に基づき求められるＬＰＧボンベ１６内のＬＰＧ液相温度ｔ１およびＬＰＧ気相圧力ｐ１が読み込まれる。そして、ステップＳ２３において、これらのＬＰＧ液相温度ｔ１およびＬＰＧ気相圧力ｐ１に基づき、ＬＰＧボンベ１６内に現在貯留されているＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率が算出される。
【００２３】
ここで、ＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率の算出方法について、図３のＬＰＧ燃料状態図を参照しつつ説明する。このＬＰＧ燃料状態図は、横軸にＬＰＧ液相温度Ｔを縦軸にＬＰＧ気相圧力（蒸気圧）Ｐを採って表されており、この状態図において、曲線ＡおよびＢはそれぞれプロパンおよびブタンの気液境界線を示している。そこで、ＬＰＧ燃料の検出された液相温度がｔ１である場合、この温度条件下では、プロパンの蒸気圧はｐ（Ｃ３）＠ｔ１であり、ブタンの蒸気圧はｐ（Ｃ４）＠ｔ１である。従って、ＬＰＧ燃料の気相圧力がｐ１である場合には、プロパンの含有率Ｐ％は次式で求められることになる。
「Ｐ％＝（ｐ（Ｃ３）＠ｔ１−ｐ１）／（ｐ（Ｃ３）＠ｔ１−ｐ（Ｃ４）＠ｔ１）×１００」
【００２４】
また、ブタンの含有率Ｂ％はプロパンの含有率Ｐ％の残量率として次式で求められる。
「Ｂ％＝（１００−Ｐ％）」
これらの結果として、ＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率＝Ｐ％／Ｂ％が求められる。
【００２５】
図２のフローチャートに戻って、ステップＳ２３におけるＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率の算出に続いて、ステップＳ２４において、ＬＰＧボンベ１６内に現在貯留されているＬＰＧ燃料の発熱量Ｈｖが算出される。すなわち、プロパンの発熱量Ｈｐおよびブタンの発熱量Ｈｂは既知であるから、上記プロパン／ブタン比率Ｐ％／Ｂ％のＬＰＧ燃料の発熱量Ｈｖは、加重平均を算出する次式により求められる。
「Ｈｖ＝（Ｈｐ×Ｐ％＋Ｈｂ×Ｂ％）／１００」
【００２６】
そして、ステップＳ２５に進み、上述の算出された発熱量Ｈｖと前述した基準発熱量Ｈｓとから補正値としての補正係数Ｃｆが求められる。この補正係数Ｃｆは、例えば、Ｈｖ／Ｈｓの逆数として求められる。さらに、ステップＳ２６において、最終燃料噴射量Ｑｆ  が基準燃料噴射量Ｑｓおよび補正係数Ｃｆを用いて次式により算出される。
「Ｑｆ  ＝Ｑｓ×Ｃｆ  」
【００２７】
なお、ここにいう最終燃料噴射量Ｑｆは、本発明の説明のためにＬＰＧの組成の相違にのみ基づいて補正された量であり、エンジン１０の燃料噴射量制御に影響を及ぼす他の周知の諸ファクタ（例えば、エンジン冷却水温度、絞り弁開度等）に基づく補正は含まれていない。実際にインジェクタ１４から噴射されるのは、かかる諸ファクタに基づく補正を含めた燃料噴射量となる。
【００２８】
次に、上記構成になるＬＰＧ燃料エンジン１０の点火時期制御方法の点火時期を決定する制御手順の一例を説明する。
【００２９】
すなわち、ＬＰＧ燃料エンジン１０の点火栓２４による最終点火時期Ｆｆの算出手順について、その制御ルーチンの一例を示す図４のフローチャートを参照して説明する。この最終点火時期Ｆｆを求める制御ルーチンは、最終燃料噴射量Ｑｆを求める制御ルーチンと同様に、ＥＣＵ４０において所定時間（例えば、１０ｍｓ）毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００３０】
そこで、この制御ルーチンがスタートすると、ステップＳ４１において、エアフローメータ１５の検出信号から求められる吸入空気量ＧＡと、クランクポジションセンサ３０の検出信号から求められるエンジン回転速度ＮＥとによるエンジン運転状態に基づき、基準オクタン価Ｏｓを有する標準的なＬＰＧ燃料（プロパン２５％、ブタン７５％組成）に対する基準点火時期Ｆｓが求められる。なお、基準点火時期Ｆｓは上記運転状態に対応して実験的に求められ、ＥＣＵ４０にマップの形態で保存されている。
【００３１】
次に、ステップＳ４２に進み、温度センサ２０および圧力センサ２２の検出信号に基づき求められるＬＰＧボンベ１６内のＬＰＧ液相温度ｔ１およびＬＰＧ気相圧力ｐ１が読み込まれる。そして、ステップＳ４３において、これらのＬＰＧ液相温度ｔ１およびＬＰＧ気相圧力ｐ１に基づき、ＬＰＧボンベ１６内に現在貯留されているＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率が算出される。なお、ＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率の算出方法については、図３を参照して既に説明したので重複説明を避ける。
【００３２】
ステップＳ４３におけるＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率の算出に続いて、ステップＳ４４において、ＬＰＧボンベ１６内に現在貯留されているＬＰＧ燃料のオクタン価Ｏｖが算出される。すなわち、プロパンのオクタン価Ｏｐおよびブタンのオクタン価Ｏｂは既知であるから、プロパン／ブタン比率Ｐ％／Ｂ％のＬＰＧ燃料のオクタン価Ｏｖは加重平均を算出する次式により求められる。
「Ｏｖ＝（Ｏｐ×Ｐ％＋Ｏｂ×Ｂ％）／１００」
【００３３】
そして、ステップＳ４５に進み、上述の算出されたオクタン価Ｏｖと前述した基準オクタン価Ｏｓとの差からオクタン価変化量（Ｏｓ−Ｏｖ）が求められる。ここで、このオクタン価変化量（Ｏｓ−Ｏｖ）と進角量との関係因子αｅが予めエンジン毎に求められ、ＥＣＵ４０にマップの形態で保存されている。さらに、ステップＳ４６において、最終点火時期Ｆｆ  が基準点火時期Ｆｓおよびオクタン価変化量（Ｏｓ−Ｏｖ）と関係因子αｅを用いて次式により算出される。
「Ｆｆ  ＝Ｆｓ＋（Ｏｓ−Ｏｖ）×αｅ」
【００３４】
なお、ここにいう最終点火時期Ｆｆは、本発明の説明のためにＬＰＧの組成の相違にのみ基づいて補正された時期であり、ノッキングセンサを用いて点火時期を制御することに基づく補正は含まれていない。実際に点火栓２４により点火されるのは、かかる制御に基づく補正を含めた点火時期となる。
【００３５】
かくて、ＥＣＵ４０を通じて行われる上述のエンジン１０の燃料噴射制御の結果得られた最終燃料噴射量Ｑｆがインジェクタ１４の開時間が制御されて噴射され、そして、点火時期制御の結果得られた最終点火時期Ｆｆに点火栓２４により点火される。
【００３６】
なお、上述した実施の形態では、燃料噴射量／点火時期の決定に際し、それぞれ、使用中のＬＰＧのプロパン／ブタン比率からその発熱量／オクタン価を求め、求めた発熱量／オクタン価に基き、基準発熱量／基準オクタン価に対する基準燃料噴射量／基準点火時期を補正し、最終燃料噴射量／最終点火時期を得るようにしたが、使用中のＬＰＧのプロパン／ブタン比率から、それに対応させた燃料噴射量／点火時期の値を予めマップの形態で用意しておき、それらから読み出すことにより最終燃料噴射量／最終点火時期を得てもよい。
【００３７】
また、ＬＰＧがプロパンおよびブタンの二組成からなるとして説明したが、他の組成も含む場合にも同様に、それらの組成比率に応じて、発熱量および／またはオクタン価を求め、この求めた発熱量および／またはオクタン価に対応させて燃料噴射制御および／または点火時期制御を行えばよい。
【００３８】
さらに、本発明は、ＬＰＧ燃料を液体状態で噴射供給するようにしたＬＰＧ燃料エンジンにつき説明したが、使用中のＬＰＧのプロパン／ブタン比率からその発熱量／オクタン価を求めて、これに対応させて最終燃料噴射量／最終点火時期を得て制御することは、液体状態で噴射供給する以外のＬＰＧ燃料エンジン（例えば、気体噴射、キャブレータ方式）にも適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明一形態のＬＰＧ燃料エンジンの燃料噴射制御方法によれば、燃料補給等でＬＰＧ燃料組成比率が異なった場合でも、その組成比率に対応して燃料噴射量が補正されるので、空燃比制御が不安定になることがなく、排ガス性能の悪化等が生ずるのを防止することができる。
【００４０】
また、本発明の他の形態に係るＬＰＧ燃料エンジンの点火時期制御方法によれば、同じく燃料補給等でＬＰＧ燃料組成比率が異なった場合でも、その組成比率に対応して点火時期が補正されるので、適切な点火進角時期が得られ、動力性能の低下や燃費性能の悪化が生ずるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＬＰＧ燃料エンジンの概略構成図である。
【図２】本発明のＬＰＧ燃料エンジンの点火時期制御方法における最終点火時期を算出する手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】ＬＰＧ燃料のプロパン／ブタン比率の算出方法を説明するための、横軸にＬＰＧ液相温度Ｔを縦軸にＬＰＧ気相圧力（蒸気圧）Ｐを採って表したＬＰＧ燃料状態図である。
【図４】本発明のＬＰＧ燃料エンジンの燃料噴射御方法における最終燃料噴射量を算出する手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０    ＬＰＧ燃料エンジン
１４    インジェクタ
１６    ＬＰＧボンベ
２０    液相温度センサ
２２    気相圧力センサ
２４    点火栓
４０    ＥＣＵ
【図１】
2004324509.tif 000003
【図２】
2004324509.tif 000004
【図３】
2004324509.tif 000005
【図４】
2004324509.tif 000006