(57)【要約】【課題】バイフューエル内燃機関は、ガソリン燃料の消費抑制と排気エミッションの低減を主な目的としている。通常運転時は、ガソリン燃料に比べて排出されるＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯ等の少ないＣＮＧ燃料を供給燃料として使用し、エミッションの低減を行う。この場合、燃料噴射装置はガソリン用，ＣＮＧ用がそれぞれ必要となりガソリンからＣＮＧあるいは、ＣＮＧからガソリンへの燃料切換え時に発生するトルク段差，変動対策が課題である。【解決手段】燃料切換え時に燃料噴射量補正と吸入空気量補正及び点火時期補正制御を設けた。また、ガス燃料と液体燃料を噴射する噴射弁を共用した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料と液体燃料の少なくともいずれかの燃料で運転可能なバイフューエル型の内燃機関において、前記ガス燃料による運転から前記液体燃料による運転への切換えもしくは、前記液体燃料による運転から前記ガス燃料による運転への移行時に燃料噴射量補正，吸入空気量補正制御、または点火時期補正制御の少なくともいずれか一つを実行することを特徴とするバイフューエル内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項２】
請求項１において前記燃料切換え移行時に燃料噴射量補正と吸入空気量補正制御を組み合わせて制御することを特徴とするバイフューエル内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項３】
請求項１において、前記燃料切換え移行時に燃料噴射量補正と吸入空気量補正および点火時期補正制御を組み合わせて制御することを特徴とするバイフューエル内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項４】
バイフューエル型の内燃機関において、ガス燃料と液体燃料を噴射する燃料噴射弁を共用としたことを特徴とするバイフューエル型の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項４記載のバイフューエル型の内燃機関において、ガス燃料と液体燃料の供給をエンジンの運転状態に応じて切換えることを特徴とするバイフューエル内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項４において、前記共用噴射弁以外にガス燃料専用噴射弁を設けたバイフューエル型の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
液体燃料を噴射する第１燃料噴射弁とガス燃料を噴射する第２燃料噴射弁を備えたものにおいて、前記第１燃料噴射弁の液体燃料で前記ガス燃料専用噴射弁のクリーニング噴射を行うバイフューエル型の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項７において、液体燃料で前記ガス燃料専用噴射弁のクリーニング噴射を行うタイミングを始動時又はスロットルバルブの全開領域とするバイフューエル型の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガソリンとＣＮＧ（液化天然ガス）のような２種類あるいは複数種類の燃料を使用して運転するいわゆるバイフューエル車の内燃機関に関し、燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バイフューエル内燃機関は、ガソリン燃料の消費抑制とそれに伴う排気エミッションの低減を主な目的としている。使用燃料は例えば特開２００２−３８９８６号に記載のように、ガソリンとＣＮＧ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）の組み合わせがある。
【０００３】
通常運転時は、ガソリン燃料に比べて排出されるＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯ等の少ないＣＮＧ燃料を供給燃料として使用し、エミッションの低減を行う。
【０００４】
この場合、燃料噴射装置はガソリン，ＣＮＧそれぞれ必要となることから、一つの内燃機関に対して二つの燃料噴射装置を設けることになる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３８９８６号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ガス燃料と液体燃料のどちらでも走行可能なバイフュエール型の内燃機関においては、内燃機関へ供給する燃料切換え時に発生するトルク段差，変動を防止する必要がある。
【０００７】
また、従来のガソリン機関に比べ、一つの内燃機関に対して二つの燃料噴射装置すなわち、ガス燃料用と液体燃料用を設けている為、燃料供給装置はコスト高となり、燃料噴射制御装置のコスト低減が課題である。
【０００８】
本発明の目的は、燃料切換え時に発生するトルク段差，変動を抑制するものである。また、燃料噴射装置を構成する部品の統合，共用化を行うものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では内燃機関へ供給する燃料が、ガスから液体へあるいは、液体からガスに切換える際に燃料噴射量補正，吸入空気量補正，点火時期補正制御を行うことにより回避するものである。
【００１０】
別の発明ではガス燃料噴射弁と液体燃料噴射弁とを一つの噴射弁で共用とすることを特徴とした。それによって、従来各気筒別々に装着されていたガス燃料用と液体燃料用の２種類の噴射弁を１種類に統合できる。併せて、フューエルギャラリーも１種類に統合できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について説明する。図１は本発明を適用するシステムの構成を示す図である。
【００１２】
図１は、本発明が適用される燃料噴射装置のシステム構成図を示す。吸気管５Ａ〜５Ｄには燃料を噴射するガスおよび液体燃料噴射弁６Ａ〜６Ｄが配置されている。その上流にはスロットルボディ３が配置されており、スロットルバルブ４が格納されている。内燃機関１の負荷状態を検知するために、スロットル開度センサ１３や吸気管負圧センサ１４が配置されている。
【００１３】
ガスおよび液体燃料噴射弁６Ａ〜６Ｄは、燃料をその上部から導入し、先端のオリフィスから噴射する構造をしており、該燃料は、電磁力によって上下する可動弁とノズルに設けられたオリフィスとによって計量，噴射される。
【００１４】
内燃機関１の気筒数は何気筒でも対応可能であるが、４気筒を代表にとり実施例の説明を行う。空気は図示していないがダクトから吸入されエアクリーナ２，スロットルボディ３に組み付けられたスロットルバルブ４，吸気管５Ａ〜５Ｄを通り内燃機関１へ供給される。
【００１５】
次に液体燃料噴射装置とガス燃料噴射装置について簡単に説明を行う。
【００１６】
液体燃料噴射装置は、燃料を燃料タンク３０内に配置した燃料ポンプ３１で液体燃料配管３３に圧送し、液体燃圧レギュレータ３２で所定の燃料圧力にコントロールされ、フューエルギャラリー４０を経由し、ガスおよび液体燃料噴射弁６Ａ〜６Ｄから吸気管５Ａ〜５Ｄへ噴射するものである。なお、ガス燃料への切換えは、液体燃料遮断弁３４を閉じて安全遮断弁５２と高圧遮断弁５４及びガス燃料遮断弁５６を開くことにより行う。
【００１７】
ガス燃料噴射装置は、ガス燃料が高圧で充填されている高圧ボンベ５０から燃圧センサ５１，ガス燃料を開閉する安全遮断弁５２，ガス燃圧レギュレータ５５が取り付けられているガス燃料配管５３を通り、フューエルギャラリー４０を経由し、吸気管５Ａ〜５Ｄに取り付けられたガスおよび液体燃料噴射弁６Ａ〜６Ｄからそれぞれの吸気管へ噴射するものである。安全遮断弁５２は、内燃機関１の運転，停止に応じてガスの開放，遮断を行うもので、ガス燃圧レギュレータ５５はスロットルボディ３の下流側の吸気管圧力に対する差圧を一定に調圧するものである。なお、液体燃料への切換えは、前記安全遮断弁５２と高圧遮断弁５４及びガス燃料遮断弁５６を閉じて前記液体燃料遮断弁３４を開くことにより行う。
【００１８】
図２は、本発明で特に、第６の発明における燃料噴射装置を示す図である。吸気管の各気筒毎にガス燃料及び液体燃料共用のガスおよび液体燃料噴射弁６Ａ〜６Ｄが配置されており、エンジンの運転領域すなわちエンジン回転数に応じて燃料を切換えられるようになっている。エンジン回転数と燃料切換えのタイミングについては図３にその例を示す。始動時特に、低温始動時及び高回転域は、エネルギー密度の高い液体燃料を使用し、低回転及び中回転域は、ガス燃料を使用するようにしている。尚、ガスおよび液体燃料噴射弁６Ａ〜６Ｄ上流側の吸気管５Ａ〜５Ｄ集合部１６にガス燃料専用の噴射弁１５を１本追加配置することで始動時特に、低温始動時を含む全回転数領域をガス燃料のみでも運転可能としている。
【００１９】
発明者らは、燃料噴射装置のコスト低減を目的として燃料噴射弁の数量削減、即ち液体燃料噴射弁とガス燃料噴射弁を共用とし、１種類の燃料噴射弁で成立させることを考えた。
【００２０】
本システムには、内燃機関１の運転状態を検知するために、冷却水温センサ７，内燃機関１の回転速度やクランク角度を検知するクランク角センサ８，トランスミッションの出力軸の回転数を検出する車速センサ９及び排気管１０にＯ２  センサ１１などが配置されている。
【００２１】
コントローラ２０では、上記のクランク角センサ８からの信号や、その他の各種センサからの検出信号を取り込み、それらの検出結果に基づいてガスおよび液体燃料噴射弁６Ａ〜６Ｄ，点火コイル１２，燃料ポンプ３１等の制御を行っている。
【００２２】
図４はコントローラ２０の内部構成を示したものである。コントローラ２０は、入力回路１９１，Ａ／Ｄ変化部１９２，中央演算部１９３，ＲＯＭ１９４，ＲＡＭ１９５、及び出力回路１９６を含んだコンピュータにより構成されている。入力回路１９１は、アナログ信号の場合（例えば、水温センサ７，スロットル開度センサ１３等からの信号）を受け付けて、該信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部１９２に出力するためのものである。中央演算部１９３は、該Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１９４等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御プログラムを実行する事によって、前記各制御及び診断等を実行する機能を備えている。なお、演算結果、及び、前記Ａ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１９５に一時保管されるとともに、該演算結果は、出力回路１９６を通じて制御出力信号１９７として出力され、ガスおよび液体燃料噴射弁６Ａ〜６Ｄ，点火コイル１２等の制御に用いられる。
【００２３】
ここで、共用噴射弁のみの構成について、以下に動作の一例を説明する。
【００２４】
前記液体燃料噴射装置と前記ガス燃料噴射装置は、始動時特に、低温時の始動は、前者の液体燃料噴射装置を使用し、エンジンの状態例えば始動後の時間，冷却水温及び運転状態などの単独或いは組み合わせで切換え条件を設定し、その条件が満足したらガス燃料噴射装置へ切換え使用するものである。図５は前記の一例を示したもので例えば始動時で条件Ａが成立すると液体燃料噴射装置、即ちガソリンが内燃機関１へ噴射される。条件Ｂ成立するとガソリンの噴射が停止し、ガス燃料が内燃機関１へ噴射される。
【００２５】
前記燃料噴射装置の切換えについてさらに詳細に説明する。図６は燃料切換え移行時のトルク段差，変動対策とハンチング防止のための制御方法を示す。液体燃料としてはガソリンをガス燃料としてはＣＮＧを例にとって説明する。
【００２６】
ガソリンからＣＮＧに切換える場合、スロットル開度が一定、かつ理論空燃比の状態において、ガス燃料による充填効率の低下によりトルクが約１０％低下する。このトルク段差を無くすためには、スロットル開度をトルクが１０％増加するように開き、空気量をガソリンからＣＮＧに切換える前の空気量に対して多くする。さらに、このスロットル開度に同期して、ＣＮＧを０から１００％まで段階的に、１０％の増加分を保持しながら噴射する。このＣＮＧ噴射量の増量によってトルク反動が生じた場合は、点火時期をアドバンス側に制御する。
【００２７】
同様に、ＣＮＧからガソリンに切換える場合は、スロットル開度が一定、かつ理論空燃比の状態において、トルクが約１０％増加する。このトルク段差を無くすためには、スロットル開度をトルクが１０％減少するように閉じ、空気量をＣＮＧからガソリンに切換える前の空気量に対して少なくする。さらに、このスロットル開度に同期して、ガソリンを０から１００％まで段階的に、１０％の減少分を保持しながら噴射する。このガソリン噴射量の減量によってトルク反動が生じた場合は、点火時期をリタード側に制御する。
【００２８】
図７は、燃焼に必要な燃料量を液体燃料噴射量とガス燃料噴射量を分担，精度良く噴射するための制御ブロックを示す。２００は基本噴射量演算手段で、基本噴射量Ｔｉは、空気量（Ｑａ）とエンジン回転数（Ｎｅ）などにより算出される。２０１は液体燃料噴射量演算手段で、基本噴射量Ｔｉに燃料性状設定係数Ｋｉを積算して算出される。２０２はガス燃料噴射量演算手段で、基本噴射量Ｔｉにガス性状設定係数Ｋｇを積算して算出される。２０３の燃料噴射量分担手段では、２０６の液体燃料噴射回数カウント手段で各気筒何回液体燃料噴射が行われているか監視しており、この監視結果の信号に基づいてガス燃料噴射量の算出を行うものである。２０７は噴射指令手段で図５に示した条件で、液体燃料噴射，ガス燃料噴射の停止，実行の指令を行うものである。２０４，２０５は出力手段である。
【００２９】
以下実施の態様を説明する。
【００３０】
第一実施態様、ガス燃料噴射弁と液体燃料噴射弁とを共用とすることで、従来各気筒別々に装着されていたガス燃料用と液体燃料用の２種類の噴射弁を１種類に統合できる。併せて、フューエルギャラリーも１種類に統合できる。
【００３１】
第二実施態様、ガス燃料と液体燃料の供給をエンジンの運転領域すなわちエンジン回転数に応じて切換えることを特徴とした。
【００３２】
第三実施態様、ガス及び液体燃料を噴射する共用噴射弁以外にガス燃料専用噴射弁を１個追加設定した。ガス燃料専用の噴射弁を前記共用噴射弁上流の吸気管分岐前の集合部に１本追加配置することにより、各気筒に配置した前記共用噴射弁から供給されるガス燃料の不足分を補い、エンジンの全運転領域すなわちエンジン始動時を含む全回転数領域を前記ガス燃料のみでも運転可能とした。
【００３３】
それによって、ＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯ等の排出量が前記液体燃料ここでは、特に、ガソリン燃料に比べて少ない前記ガス燃料ここでは、特に、ＣＮＧ燃料を供給燃料として運転する領域が拡大するので、更なるエミッションの低減が可能となる。
【００３４】
第四実施態様、液体燃料使用時にガス燃料専用噴射弁から液体燃料を噴射し、ガス燃料専用噴射弁の墳口部に発生するデポジットを排除するクリーニング噴射を行うようにした。それによって、システム全体の信頼性を向上することができる。
【００３５】
第五実施態様、クリーニング噴射のタイミングを始動時又はスロットルバルブの全開領域とした。
【００３６】
本実施例によれば燃料切換え時に発生するトルク段差，変動を防止できるため車両の運転性が向上する。また、ガス燃料と液体燃料を噴射する噴射弁を共用することにより、一つの内燃機関に対して二つの燃料噴射装置を設置する従来システムに対し、燃料噴射弁とフューエルギャラリーの数を半減でき、部品コストを削減できる。
【００３７】
その他、噴射弁取付位置の自由度が広がると共に組立性も向上する。共用噴射弁については、ガス燃料噴射時に噴口部に堆積するデポジットを液体燃料噴射時に洗浄できるため、噴射弁の信頼性も向上する。
【００３８】
さらに、共用噴射弁を用いたシステムにおいてガス燃料専用の噴射弁を１個追加することにより、前記ガス燃料のみでも車両の全運転領域をカバーできるため、ＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯ等の排気エミションのさらなる低減が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば燃料切換え時に発生するトルク段差，変動を防止できるため車両の運転性が向上する。また、ガス燃料と液体燃料を噴射する噴射弁を共用することにより、一つの内燃機関に対して二つの燃料噴射装置を設置する従来システムに対し、燃料噴射弁とフューエルギャラリーの数を半減でき、部品コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するシステム構成を示す図。
【図２】共用噴射弁とガス燃料専用噴射弁の装着状態を示す図。
【図３】エンジン回転数と燃料切換えのタイミングを示す図。
【図４】コントローラのブロック図を示す図。
【図５】ガス燃料噴射と液体燃料噴射の切換えを示す図。
【図６】燃料切換え移行時の噴射量，スロットル開度，点火時期の補正内容を示す図。
【図７】制御ブロック図。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…エアクリーナ、３…スロットルボディ、４…スロットルバルブ、５Ａ〜５Ｄ…吸気管、６Ａ〜６Ｄ…ガスおよび液体燃料噴射弁、７…水温センサ、８…クランク角センサ、９…車速センサ、１０…排気管、１１…Ｏ２  センサ、１２…点火コイル、１３…スロットル開度センサ、１４…吸気管負圧センサ、２０…コントローラ、３０…燃料タンク、３１…燃料ポンプ、３２…液体燃圧レギュレータ、３３…液体燃料配管、３４…液体燃料遮断弁、４０…フューエルギャラリー、５０…高圧ボンベ、５１…燃圧センサ、５２…安全遮断弁、５３…ガス燃料配管、５４…高圧遮断弁、５５…ガス燃圧レギュレータ、５６…ガス燃料遮断弁。
【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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