(57)【要約】【課題】可能な限り圧縮行程で燃料噴射し、運転できない領域が発生する時間を最小限に抑制すること。【解決手段】エンジン運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼を切り替える筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法であり、噴射圧が目標燃圧より低下した場合には（ステップＳ１１肯定）、全域均質燃焼に切り替える一方（ステップＳ１２，１３）、噴射終了と点火の最小インターバルマップから噴射終了クランク角度Ａを算出し（ステップＳ１４）、予め回転数と負荷で定義された筒内圧マップと燃圧とから現時点における噴射終了クランク角度Ｂを算出し（ステップＳ１５）、算出された両角度Ａ，Ｂを比較して、より進角側を噴射終了クランク角度とし（ステップＳ１６）、この角度と現時点の燃圧に基づいて噴射開始クランク角度を算出し噴射する（ステップＳ１７）。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り替える筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法であって、
ＣＮＧ燃料を燃料噴射弁に分配するためのデリバリパイプ内の圧力が目標燃圧より低くなった場合には、全域均質燃焼に切り替える一方、
点火と噴射の最小インターバルマップから噴射終了クランク角度を算出し、
予め回転数と負荷で定義された筒内圧マップと燃圧とから現時点における噴射可能クランク角度を算出し、
前記算出された両クランク角度を比較して、より進角側を最終噴射終了クランク角度とし、
この最終噴射終了クランク角度と現時点の燃圧とに基づいて噴射開始クランク角度を算出し燃料噴射することを特徴とする筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）を筒内に直接噴射し、成層燃焼運転領域を有する筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時制御方法に関し、さらに詳しくは、可能な限り圧縮行程で燃料噴射することにより運転できない領域が発生する時間を最小限に抑制できる筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法に関する。
【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）を利用するとともに、その燃費の向上や出力向上を図るべく、筒内にＣＮＧ燃料を燃料噴射弁によって直接噴射する筒内直噴ＣＮＧエンジン（以下、適宜ＣＮＧエンジンと記す）の開発が盛んに行われており、種々の技術が提案されている。
【０００３】
このような筒内直噴ＣＮＧエンジンは、通常、ＣＮＧ燃料を貯蔵するＣＮＧ燃料ボンベと、各気筒内にＣＮＧ燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、ＣＮＧ燃料を蓄圧し各燃料噴射弁に分配するデリバリパイプと、ＣＮＧ燃料ボンベとデリバリパイプとを接続する燃料供給パイプの途中に設けられ、ＣＮＧ燃料を所定圧力に減圧する高圧レギュレータとを備え、成層燃焼と均質燃焼とを切り替え可能に構成されている。
【０００４】
ＣＮＧ燃料は、ＣＮＧ燃料ボンベにおいて高圧（たとえば、最大２０ＭＰａ程度）で蓄圧されているが、このＣＮＧ燃料ボンベから圧送されると、デリバリパイプに供給される前に上記高圧レギュレータによって一定圧力（たとえば、５ＭＰａ程度）に減圧される。
【０００５】
したがって、従来は、上記一定圧力値に対応する燃焼マップが予め設定されており、このマップに基づき、エンジンの回転数と負荷状況等に応じた成層燃焼と均質燃焼とを切り替える制御を行っていた。
【０００６】
すなわち、このような筒内直噴ＣＮＧエンジンは、圧縮行程で燃料噴射することで充填効率等を上げ、性能向上を図ろうとしているので、高圧で燃焼室内に燃料噴射する必要がある。また、ＣＮＧ燃料ボンベ内の残存ガス圧力が、上記一定圧力値以下になると、ＣＮＧ燃料を高圧レギュレータによって調圧供給できなくなるため、航続距離が伸びなくなることが知られている。
【０００７】
このため、ＣＮＧ燃料の圧力が基準圧力よりも小さいときに、吸気弁の閉弁時期を早め、吸気行程または圧縮行程前半（吸気死点直後）に筒内噴射するように制御することで、燃料圧力が低圧であっても燃料噴射できるようにし、航続距離を伸ばすことができる技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３２８９９７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃圧が高圧レギュレータの圧力よりも低下したときに、直ちに吸気行程噴射に切り替えると、エンジン性能は、圧縮行程噴射時と比較して空気量不足から出力が落ち、運転できない領域が発生するという課題があった。
【００１０】
また、吸気下死点直後の圧縮行程前半で燃料噴射する具体的な手段については、上記文献には開示されていない。
【００１１】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、可能な限り圧縮行程で燃料噴射することにより運転できない領域が発生する時間を最小限に抑制でき、噴射開始が排気行程になるような場合でも対応することができるとともに、さらに成層燃焼を切り替えずに燃料噴射時期だけを変えたときに発生する失火等も抑制できる筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期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、この発明に係る筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法は、エンジン運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り替える筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法であって、ＣＮＧ燃料を燃料噴射弁に分配するためのデリバリパイプ内の圧力が目標燃圧より低くなった場合には、全域均質燃焼に切り替える一方、点火と噴射の最小インターバルマップから噴射終了クランク角度を算出し、予め回転数と負荷で定義された筒内圧マップと燃圧とから現時点における噴射可能クランク角度を算出し、前記算出された両クランク角度を比較して、より進角側を最終噴射終了クランク角度とし、この最終噴射終了クランク角度と現時点の燃圧とに基づいて噴射開始クランク角度を算出し燃料噴射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、可能な限り圧縮行程で燃料噴射できるので、運転できない領域が発生する時間を最小限に抑制できる。
【００１４】
また、燃圧がかなり小さくなり、負荷が大きい領域では燃料噴射期間が長くなり、噴射開始が排気行程になるような場合でも対応することができる。
【００１５】
さらに、成層燃焼を切り替えずに燃料噴射時期だけを変えたときに発生する失火等も抑制できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期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】
図１は、この発明の実施の形態に係る筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法を示すフローチャート、図２は、点火−噴射の最小インターバルマップの一例を示すマップ図である。図３は、筒内圧マップの一例を示すマップ図であり、筒内圧とクランク角度との関係を示すグラフ図（１）およびマップ図（２）である。
【００１８】
また、図４は、燃圧変化時における運転領域の概念を示す模式図であり、燃圧正常時の場合（１）と、燃圧低下時における従来技術の場合（２）と、燃圧低下時における本発明の場合（３）とを比較できるように示したものである。また、図５は、本発明を適用する筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料供給システムを示す模式図である。
【００１９】
先ず、本発明を適用する筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料供給システムについて、図５に基づいて説明する。図５に示すように、ＣＮＧエンジン１０は、ＣＮＧ燃料をインジェクタ（燃料噴射弁）１７によって燃焼室１０ａに直接噴射する直噴式である。
【００２０】
この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。なお、排気系統の構成は、図示を省略してある。
【００２１】
ＣＮＧ燃料ボンベ１２は、ＣＮＧ燃料を高圧（たとえば、最大２０ＭＰａ程度）状態で貯蔵するためのものである。なお、図示を省略するが、ＣＮＧ燃料ボンベ１２は、ボンベ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。このＣＮＧ燃料ボンベ１２とＣＮＧエンジン１０のデリバリパイプ１３とは、燃料供給パイプ１４によって接続されている。
【００２２】
このデリバリパイプ１３は、後述する高圧レギュレータ１５を経て圧送されてきたＣＮＧ燃料を各インジェクタ１７に分配するためのものであり、当該デリバリパイプ１３内の圧力を検出する圧力センサ１３ａや、温度を検出する温度センサ１３ｂを備えている。
【００２３】
また、ＣＮＧ燃料ボンベ１２からインジェクタ１７に至る燃料供給パイプ１４には、ＣＮＧ燃料ボンベ１２から圧送されたＣＮＧ燃料の圧力を所定圧力（たとえば、５ＭＰａ程度）まで減圧する高圧レギュレータ１５が設けられている。
【００２４】
なお、ＣＮＧエンジン１０、インジェクタ１７、高圧レギュレータ１５等は、デリバリパイプ１３の圧力センサ１３ａや温度センサ１３ｂ、ＣＮＧ燃料ボンベ１２の圧力センサや温度センサ（図示せず）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。
【００２５】
つぎに、本発明に係る燃料噴射時期の制御方法について図１に基づいて説明する。図１に示すように、先ず、ＣＮＧエンジン１０を始動したら（ステップＳ１０）、デリバリパイプ１３内の圧力である噴射圧が、高圧レギュレータ１５の圧力である目標燃圧未満であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。
【００２６】
噴射圧が目標燃圧を越える場合は（ステップＳ１１否定）、高圧レギュレータ１５により一定圧力で調圧されており、予め設定された適合値に基づいて制御されているので、そのまま通常の燃焼制御と実施する（ステップＳ１８）。
【００２７】
ただし、圧力変動等も考慮して、この判定値は幅を持たせて設定してある。たとえば、高圧レギュレータ１５による燃料圧力を５ＭＰａとすると、その判定圧力を４．５ＭＰａとしてある。
【００２８】
一方、ＣＮＧ燃料ボンベ１２の燃料が少なくなり、噴射圧が目標燃圧よりも低くなった場合には（ステップＳ１１肯定）、成層燃焼領域か否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００２９】
すなわち、このような場合は、噴射圧が段階的に低下しており、予め設定された通常の制御値が使えなくなっている。特に成層燃焼時は、噴射期間や噴霧燃料の貫徹力が変化するので、失火等の不具合が発生し易くなる。
【００３０】
そこで、噴射圧が目標燃圧よりも低くなった場合には（ステップＳ１１肯定）、すべての燃焼領域を均質燃焼に切り替えることで、上記失火等の不具合の発生を抑制する（ステップＳ１２、ステップＳ１３）。
【００３１】
つぎに、上記のように均質燃焼に切り替えられた状態であっても、できるだけ圧縮行程で燃料噴射できるように以下の制御を実施する。
【００３２】
▲１▼  点火時期はＣＮＧエンジン１０の回転数と負荷（吸気管圧力と燃料量）で決まり、燃料圧力の影響はない。
【００３３】
▲２▼  また、噴射終了時期と点火時期は、ある程度のインターバルがないと、噴射された燃料と空気が十分に混合されない。この場合も燃料圧力とは関係がない。
【００３４】
ＣＮＧ燃料は気体であるため気化時間が必要ないので、点火−噴射終了の最小インターバルを、回転数と燃料量で定義されたマップ（図２参照）で適合して、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）に格納しておく。
【００３５】
そして、この噴射終了−点火の最小インターバルマップと、上記▲１▼から求まる噴射−点火インターバルから可能な噴射終了クランク角度Ａを算出する（ステップＳ１４）。
【００３６】
▲３▼  つぎに、予め、回転数および吸気管圧力で定義されたモータリング時の筒内圧マップ（図３参照）と燃圧（噴射圧）に基づいて、現時点における噴射終了クランク角度Ｂ（噴射可能クランク角度）を算出する（ステップＳ１５）。
【００３７】
▲４▼  つぎに、上記噴射終了クランク角度Ａと上記噴射終了クランク角度Ｂとを比較して、より進角側の角度を噴射終了クランク角度（最終噴射終了クランク角度）と定義する（ステップＳ１６）。
【００３８】
▲５▼  そして、この噴射終了クランク角度と現時点における燃圧（噴射圧）とから、噴射開始クランク角度を算出し、この噴射開始クランク角度に基づいて燃料噴射を行う（ステップＳ１７）。
【００３９】
このような制御により、図４に示すように、燃圧が正常な場合（図４（１）参照）から、燃圧が低下したときに、直ちに吸気行程噴射あるいは圧縮行程噴射の前半に制御を切り替えると、次のようになる。
【００４０】
すなわち、従来技術の場合は、図４（２）に示すように、エンジン性能は通常の圧縮行程噴射時と比較して、空気量不足から均質燃焼領域が一気に縮小して出力が落ちてしまう。
【００４１】
これに対して、本発明の場合は、図４（３）に示すように、可能な限り圧縮行程で燃料噴射できるので、均質燃焼領域は段階的に縮小し、運転できない領域が発生する時間を最小限に抑制できる。
【００４２】
以上のように、この実施の形態に係る筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法によれば、可能な限り圧縮行程で燃料噴射できるので、運転できない領域が発生する時間を最小限に抑制できる。
【００４３】
また、燃圧がかなり小さくなり、負荷が大きい領域では燃料噴射期間が長くなり、噴射開始が排気行程になるような場合でも対応することができる。
【００４４】
さらに、成層燃焼を切り替えずに燃料噴射時期だけを変えたときに発生する失火等も抑制できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法によれば、可能な限り圧縮行程で燃料噴射でき、運転できない領域が発生する時間を最小限に抑制できる。また、燃圧がかなり小さくなり、負荷が大きい領域では燃料噴射期間が長くなり、噴射開始が排気行程になるような場合でも対応することができる。さらに、成層燃焼を切り替えずに燃料噴射時期だけを変えたときに発生する失火等も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料噴射時期制御方法を示すフローチャートである。
【図２】点火−噴射の最小インターバルマップの一例を示すマップ図である。
【図３】筒内圧マップの一例を示すマップ図である。
【図４】燃圧変化時における運転領域の概念を示す模式図である。
【図５】筒内直噴ＣＮＧエンジンの燃料供給システムを示す模式図である。
【符号の説明】
１０  ＣＮＧエンジン
１０ａ  燃焼室
１２  ＣＮＧ燃料ボンベ
１３  デリバリパイプ
１３ａ  圧力センサ
１３ｂ  温度センサ
１４  燃料供給パイプ
１５  高圧レギュレータ
１７  インジェクタ（燃料噴射弁）
【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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