(57)【要約】【課題】安価なプロセッサで空燃比センサの出力特性に適合した疑似信号を生成可能な燃料噴射システムを提供する。【解決手段】第１駆動信号を出力する液体燃料噴射制御装置と、液体燃料噴射制御装置から入力される第１駆動信号に基づいて気体燃料噴射量を算出し、その算出結果に応じた第２駆動信号を気体燃料噴射弁に出力する気体燃料噴射制御装置とを備える燃料噴射システムにおいて、気体燃料噴射制御装置は、空燃比センサの出力電圧に応じたデューティ比のパルス信号を出力するプロセッサと、プロセッサから入力されるパルス信号の平均電圧を疑似空燃比センサ出力電圧として液体燃料噴射制御装置及びプロセッサへアナログ出力する出力回路とを備え、プロセッサは、出力回路から入力される疑似空燃比センサ出力電圧と空燃比センサの出力電圧との差分が小さくなるようにデューティ比を設定する。【選択図】図１
2013130158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン運転状態に基づいて液体燃料噴射量を算出し、その算出結果に応じた第１駆動信号を出力する液体燃料噴射制御装置と、
前記液体燃料噴射制御装置から入力される前記第１駆動信号に基づいて気体燃料噴射量を算出し、その算出結果に応じた第２駆動信号を気体燃料噴射弁に出力する気体燃料噴射制御装置と、を備える燃料噴射システムにおいて、
前記気体燃料噴射制御装置は、
空燃比センサの出力電圧に応じたデューティ比のパルス信号を出力するプロセッサと、
前記プロセッサから入力される前記パルス信号の平均電圧を疑似空燃比センサ出力電圧として前記液体燃料噴射制御装置及び前記プロセッサへアナログ出力する出力回路と、
を備え、
前記プロセッサは、前記出力回路から入力される前記疑似空燃比センサ出力電圧と前記空燃比センサの出力電圧との差分が小さくなるように前記デューティ比を設定することを特徴とする燃料噴射システム。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記出力回路から入力される前記疑似空燃比センサ出力電圧と前記空燃比センサの出力電圧との差分が規定値を越えた場合、前記デューティ比を上限値或いは下限値に設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両の燃費性能及び環境保護性能を向上させる技術として、ガソリン等の液体燃料と圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料とを選択的に切替えて単一エンジンに供給するバイフューエルシステムが知られている。このバイフューエルシステムは、開発コストを削減するために、既存のガソリン噴射システムに新規のガス噴射システムを増設する形で構築されることが一般的である（下記特許文献１参照）。
【０００３】
なお、下記特許文献１には、ガソリン用制御装置から非ガソリン燃料用制御装置に出力される排気管に設けたＯ２センサ（空燃比センサ）からの出力信号であるエンジン制御情報を非ガソリン燃料用制御装置に適合するように所定の波形整形手段で整形させてからガソリン用制御装置に入力する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６９６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１では波形整形手段がどのような構成で実現されているのか具体的に開示されていないが、一般的に空燃比センサ出力の疑似信号を生成するには、Ｄ／Ａ変換器やＰＷＭ出力回路を用いる方法が考えられる。しかしながら、高精度なＤ／Ａ変換器を内蔵するマイコン等のプロセッサは高価であり、また、空燃比センサの出力特性に合わせて多彩な周期でＰＷＭ信号を出力できるプロセッサも高価である。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、安価なプロセッサで空燃比センサの出力特性に適合した疑似信号を生成可能な燃料噴射システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、燃料噴射システムに係る第１の解決手段として、エンジン運転状態に基づいて液体燃料噴射量を算出し、その算出結果に応じた第１駆動信号を出力する液体燃料噴射制御装置と、前記液体燃料噴射制御装置から入力される前記第１駆動信号に基づいて気体燃料噴射量を算出し、その算出結果に応じた第２駆動信号を気体燃料噴射弁に出力する気体燃料噴射制御装置と、を備える燃料噴射システムにおいて、前記気体燃料噴射制御装置は、空燃比センサの出力電圧に応じたデューティ比のパルス信号を出力するプロセッサと、前記プロセッサから入力される前記パルス信号の平均電圧を疑似空燃比センサ出力電圧として前記液体燃料噴射制御装置及び前記プロセッサへアナログ出力する出力回路と、を備え、前記プロセッサは、前記出力回路から入力される前記疑似空燃比センサ出力電圧と前記空燃比センサの出力電圧との差分が小さくなるように前記デューティ比を設定する、という手段を採用する。
【０００８】
また、本発明では、燃料噴射システムに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記プロセッサは、前記出力回路から入力される前記疑似空燃比センサ出力電圧と前記空燃比センサの出力電圧との差分が規定値を越えた場合、前記デューティ比を上限値或いは下限値に設定する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気体燃料噴射制御装置が、安価なプロセッサで空燃比センサの出力特性に適合した疑似信号（疑似空燃比センサ出力電圧）を生成して気体燃料噴射制御装置へ出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る燃料噴射システムＡの概略構成図である。
【図２】２ｎｄ−ＥＣＵ４が疑似Ｏ２センサ出力電圧を生成するために備えている構成（ａ）と、２ｎｄ−ＥＣＵ４による疑似Ｏ２センサ出力電圧の生成動作を示すタイミングチャート（ｂ）である。
【図３】２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａが実施するＰＷＭ出力処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料噴射システムＡの概略構成図である。この燃料噴射システムＡは、液体燃料（例えばガソリン）と気体燃料（例えば圧縮天然ガス）とを選択的に切替えて単一エンジン（図示省略）に供給するバイフューエルシステムであり、液体燃料供給系１と、気体燃料供給系２と、１ｓｔ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３と、２ｎｄ−ＥＣＵ４と、燃料切替スイッチ５とから構成されている。
【００１２】
液体燃料供給系１は、ガソリンタンク１１と、ガソリン供給パイプ１２と、ガソリンインジェクタ１３（液体燃料噴射弁）とから構成されている。ガソリンタンク１１は、液体燃料としてガソリンを貯蔵する耐腐食性容器であり、ガソリンを吸い上げてガソリン供給パイプ１２へ送出するポンプ及びレギュレータ（図示省略）などを内蔵している。
【００１３】
ガソリン供給パイプ１２は、ガソリンタンク１１からガソリンインジェクタ１３へガソリンを配送するための配管である。ガソリンインジェクタ１３は、例えばエンジンの吸気ポートに向けて噴射口が露出するように吸気管に装着された電磁弁（例えばソレノイドバルブ等）であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力されるガソリンパルス信号に応じて所定量のガソリンを噴射する。
【００１４】
気体燃料供給系２は、ガスタンク２１と、高圧ガス供給パイプ２２と、遮断弁２３と、レギュレータ２４と、低圧ガス供給パイプ２５と、ガスインジェクタ２６（気体燃料噴射弁）と、低圧側燃圧センサ２７と、低圧側燃温センサ２８とから構成されている。
【００１５】
ガスタンク２１は、気体燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が充填された高耐圧容器である。高圧ガス供給パイプ２２は、ガスタンク２１からレギュレータ２５へ高圧のガス燃料を配送するための高耐圧配管である。遮断弁２３は、高圧ガス供給パイプ２２の途中（ガスタンク２１に近い位置）に介挿された電磁弁であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力される遮断弁駆動信号に応じて開弁或いは閉弁する。
【００１６】
レギュレータ２４は、遮断弁２３の下流側に配置された減圧弁であり、遮断弁２３の開弁時にガスタンク２１から供給される高圧のガス燃料を所望の圧力まで減圧して低圧ガス供給パイプ２５へ送出する。低圧ガス供給パイプ２５は、レギュレータ２４からガスインジェクタ２６へ低圧のガス燃料を配送するための低耐圧配管である。
【００１７】
ガスインジェクタ２６は、例えばエンジンの吸気ポートに向けて噴射口が露出するように吸気管に装着された電磁弁であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力されるガスパルス信号に応じて所定量のガス燃料を噴射する。このように、高圧ガス供給パイプ２２及び低圧ガス供給パイプ２５は、ガスタンク２１からガスインジェクタ２６に至る気体燃料供給経路に相当する。
【００１８】
低圧側燃圧センサ２７は、レギュレータ２４より低圧側（下流側）、つまり低圧ガス供給パイプ２５の内部圧力（低圧側燃圧）を検出し、その検出結果を示す低圧側燃圧信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。低圧側燃温センサ２８は、低圧ガス供給パイプ２５の内部温度（低圧側燃温）を検出し、その検出結果を示す低圧側燃温信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。
【００１９】
１ｓｔ−ＥＣＵ３（液体燃料噴射制御装置）は、エンジン運転状態を検出する各種センサ（図示省略）から入力される各種センサ信号に基づいて、ガソリンインジェクタ１３からエンジンに噴射すべきガソリン噴射量（液体燃料噴射量）を算出し、その算出結果に応じたパルス幅を有するガソリンパルス信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。また、この１ｓｔ−ＥＣＵ３は、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力される疑似Ｏ２センサ出力電圧に基づいて、空燃比が目標空燃比（理論空燃比或いはエンジン運転状態に対して適切な空燃比）となるようにガソリン噴射量を補正する空燃比フィードバック制御を行う。
【００２０】
なお、１ｓｔ−ＥＣＵ３に入力される各種センサ信号には、少なくとも、クランク軸が一定角度回転する時間を１周期とするクランクパルス信号、吸気温度を示す吸気温信号、吸気圧力を示す吸気圧信号、スロットル開度を示すスロットル開度信号、冷却水温を示す冷却水温信号などが含まれている。
【００２１】
２ｎｄ−ＥＣＵ４（気体燃料噴射制御装置）は、低圧側燃圧センサ２７から入力される低圧側燃圧信号と、低圧側燃温センサ２８から入力される低圧側燃温信号と、Ｏ２センサ（空燃比センサ）から出力されるＯ２センサ出力電圧（空燃比に応じた電圧信号）と、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンパルス信号と、燃料切替スイッチ５から入力される燃料切替信号とに基づいて、ガソリンインジェクタ１３、ガスインジェクタ２６及び遮断弁２３の通電制御を行う。
【００２２】
具体的には、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、燃料切替スイッチ５から入力される燃料切替信号を基にエンジン運転に使用する燃料としてガソリンが選択されていると認識した場合（つまりガソリン運転時の場合）、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンパルス信号をそのままガソリンインジェクタ１３へ出力する。
【００２３】
また、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、燃料切替スイッチ５から入力される燃料切替信号を基にエンジン運転に使用する燃料としてガス燃料が選択されていると認識した場合（つまりガス運転時の場合）、遮断弁２３を開弁させてガスタンク２１からガスインジェクタ２６へのガス燃料の供給を開始すると共に、ガソリンパルス信号、低圧側燃圧信号及び低圧側燃温信号に基づいて、ガスインジェクタ２６からエンジンに噴射すべきガス噴射量（気体燃料噴射量）を算出し、その算出結果に応じたパルス幅を有するガスパルス信号を生成してガスインジェクタ２６へ出力する。
【００２４】
さらに、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、図２（ａ）に示すように、１ｓｔ−ＥＣＵ３へ出力すべき疑似Ｏ２センサ出力電圧を生成するための構成として、ＭＣＵ(Micro Control Unit)４ａ及び出力回路４ｂを備えている。ＭＣＵ４ａは、ＣＰＵ(Central Processing Unit)コアやメモリ、入出力インターフェイス等が一体的に組み込まれたプロセッサであり、Ｏ２センサから入力されるＯ２センサ出力電圧をＡ／Ｄ変換してデジタル値として読み込み、そのＯ２センサ出力電圧に応じたデューティ比のパルス信号（ＰＷＭ信号）を出力回路４ｂへ出力する。
【００２５】
出力回路４ｂは、例えばアナログローパスフィルタ回路であり、ＭＣＵ４ａから入力されるＰＷＭ信号の平均電圧を疑似Ｏ２センサ出力電圧（疑似空燃比センサ出力電圧）として１ｓｔ−ＥＣＵ３及びＭＣＵ４ａへアナログ出力する。なお、ＭＣＵ４ａは、上記の出力回路４ｂからフィードバック入力される疑似Ｏ２センサ出力電圧をＡ／Ｄ変換してデジタル値として読み込み、その疑似Ｏ２センサ出力電圧とＯ２センサから入力されるＯ２センサ出力電圧との差分が小さくなるようにＰＷＭ信号のデューティ比を設定する機能を有している。
【００２６】
燃料切替スイッチ５は、ユーザの手動操作によって燃料の切替えを可能とするスイッチであり、そのスイッチの状態、つまりエンジン運転に使用する燃料として液体燃料が選択されているのか、或いは気体燃料が選択されているのかを示す燃料切替信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４に出力する。
【００２７】
次に、上記のように構成された燃料噴射システムＡの動作について詳細に説明する。
＜１ｓｔ−ＥＣＵ３によるガソリンパルス生成動作＞
１ｓｔ−ＥＣＵ３は、エンジン運転中であれば、燃料切替スイッチ５の状態に関係なく（つまりガソリン運転、ガス運転に関係なく）、各種センサ信号を基に毎回の燃料噴射タイミングにおいてエンジンに噴射すべきガソリン噴射量（ガソリンインジェクタ１３の通電時間）を算出し、その算出結果に応じたパルス幅を有するガソリンパルス信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。
【００２８】
具体的には、１ｓｔ−ＥＣＵ３は、クランクパルス信号からエンジン回転数を算出し、このエンジン回転数と吸気温度、冷却水温、吸気圧及びスロットル開度を基にガソリン噴射量を算出する。また、１ｓｔ−ＥＣＵ３は、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力される疑似Ｏ２センサ出力電圧に基づいて、空燃比が目標空燃比となるようにガソリン噴射量を補正する空燃比フィードバック制御も実施する。
【００２９】
ここで、１ｓｔ−ＥＣＵ３は、空燃比フィードバック制御において、過去に算出した空燃比フィードバック補正係数（ガソリン基本噴射量を補正するための係数）を、その時のエンジン運転状態と対応付けて内部メモリに適時記憶及び更新している。このように、過去に算出した空燃比フィードバック補正係数をエンジン運転状態と対応付けてメモリに記憶及び更新することを「学習」と呼び、この「学習」によって得られた空燃比フィードバック係数を「学習値」と呼ぶ。
【００３０】
つまり、１ｓｔ−ＥＣＵ３は、空燃比フィードバック制御において、過去の学習によって得られた学習値の中から、現在のエンジン運転状態に対応する学習値、つまり空燃比フィードバック補正係数を取り出し、その空燃比フィードバック補正係数を先に算出していたガソリン噴射量に乗算することで、最終的にエンジンに噴射すべきガソリン噴射量を算出する。
【００３１】
＜２ｎｄ−ＥＣＵ４による疑似Ｏ２センサ出力電圧の生成動作＞
上記のように、疑似Ｏ２センサ出力電圧は、１ｓｔ−ＥＣＵ３が空燃比フィードバック制御を行うために重要なエンジン情報である。２ｎｄ−ＥＣＵ４は、以下で述べる処理によって疑似Ｏ２センサ出力電圧を生成する。まず、２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、エンジン運転中において燃料切替スイッチ５の状態に関係なく、Ｏ２センサから入力されるＯ２センサ出力電圧及び出力回路４ｂから入力される疑似Ｏ２センサ出力電圧を一定周期でＡ／Ｄ変換して読み込むことにより、両電圧を監視する。
【００３２】
そして、２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、図２（ｂ）に示すように、Ｏ２センサから入力されるＯ２センサ出力電圧を出力目標電圧、出力回路４ｂから入力される疑似Ｏ２センサ出力電圧をリファレンス電圧とし、両電圧の差分が小さくなるように（例えばゼロとなるように）ＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、このように設定したデューティ比のＰＷＭ信号を出力回路４ｂへ出力する。これにより、出力回路４ｂからは、出力目標電圧（つまりＯ２センサ出力電圧）に一致する疑似Ｏ２センサ出力電圧が１ｓｔ−ＥＣＵ３へ出力されることになる。
【００３３】
ここで、例えば図２（ｂ）に示す時刻ｔ１において、燃料切替などの要因によって出力目標電圧とリファレンス電圧との差分が大きく変化した場合を想定する。２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、このように出力目標電圧とリファレンス電圧との差分が規定値を越えた場合、ＰＷＭ信号のデューティ比を一定時間だけ上限値（例えば１００％）或いは下限値（例えば０％）に設定する。図２（ｂ）では、ＰＷＭ信号のデューティ比を上限値に設定した場合を例示している。
【００３４】
このように、燃料切替などの要因によって出力目標電圧とリファレンス電圧との差分が大きく変化した場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比を一定時間だけ上限値或いは下限値に設定することにより、リファレンス電圧（つまり疑似Ｏ２センサ出力電圧）を速やかに出力目標電圧（つまりＯ２センサ出力電圧）に一致させることができ、Ｏ２センサの出力変化に対する応答性を向上できる。また、出力目標電圧とリファレンス電圧との差分を、次回のＰＷＭ信号のデューティ比に反映させることにより、温度変化やハードばらつきによるＯ２センサの出力特性の変化にも対応可能となる。
【００３５】
図３は、上記のような疑似Ｏ２センサ出力電圧のフィードバック制御を実現するために、２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａが実施するＰＷＭ出力処理を示すフローチャートである。２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、エンジン運転中において燃料切替スイッチ５の状態に関係なく、図３に示すＰＷＭ出力処理を一定周期で繰り返し実施する。
【００３６】
この図３に示すように、２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、今回のＰＷＭ出力処理を開始すると、まず、リファレンス電圧を読み込み（ステップＳ１）、読み込んだ今回のリファレンス電圧と前回の出力目標電圧から、Ｏ２センサのハードばらつきや経年劣化などによる出力特性ずれを補正するための出力補正係数を算出する（ステップＳ２）。
【００３７】
続いて、２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、今回のリファレンス電圧と今回の出力目標電圧（今回読み込んだＯ２センサ出力電圧）との差分からＰＷＭ信号のデューティ比（出力Ｄｕｔｙ）を算出する（ステップＳ３）。そして、２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、Ｏ２センサの出力変化に対する応答性を高速化するために、今回のリファレンス電圧と今回の出力目標電圧との差分から、上下限のデューティ比でＰＷＭ信号を出力する時間（上下限Ｄｕｔｙ出力回数）を算出（例えばマップ検索）する（ステップＳ４）。
【００３８】
そして、２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、上記ステップＳ４で算出した上下限Ｄｕｔｙ出力回数分のバッファを上下限のデューティ比で設定すると共に、残りのバッファを上記ステップＳ３で算出した出力Ｄｕｔｙで設定する（ステップＳ５）。そして、２ｎｄ−ＥＣＵ４のＭＣＵ４ａは、上記ステップＳ５で設定したバッファ値をＰＷＭ出力タイマへ反映することにより、出力回路４ｂへ出力するＰＷＭ信号のデューティ比を更新し（ステップＳ６）、最後に出力目標電圧の前回値を更新して今回のＰＷＭ出力処理を終了する（ステップＳ７）。
【００３９】
＜２ｎｄ−ＥＣＵ４による燃料噴射動作＞
２ｎｄ−ＥＣＵ４は、上記のように燃料切替スイッチ５の状態に関係なく、疑似Ｏ２センサ出力電圧の出力を行う一方、燃料切替スイッチ５の状態に応じて燃料噴射モードが変化する。
【００４０】
すなわち、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、燃料切替スイッチ５の状態からガソリン運転が選択されていると認識した場合、ガソリン噴射モードとなり、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンパルス信号をそのままガソリンインジェクタ１３へ出力する。これにより、ガソリン運転時には、現在のエンジン運転状態に対して要求される量であって且つ空燃比を目標空燃比にさせるために必要な量のガソリンがエンジンに供給されることになる。
【００４１】
一方、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、燃料切替スイッチ５の状態からガス運転が選択されていると認識した場合、ガス燃料噴射モードとなり、遮断弁２３を開弁させてガスタンク２１からガスインジェクタ２６へのガス燃料の供給を開始する。そして、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力されるガソリンパルス信号を基にガソリン噴射量を算出し、このガソリン噴射量を低圧側燃圧及び低圧側燃温に基づいて補正することにより、現在のエンジン運転状態に対して要求されるガス噴射量を算出する。
【００４２】
２ｎｄ−ＥＣＵ４は、ガス噴射量の算出結果に応じたパルス幅を有するガスパルス信号をガスインジェクタ２６へ出力する。これにより、ガス運転時には、現在のエンジン運転状態に対して要求される量であって且つ空燃比を目標空燃比にさせるために必要な量のガス燃料がエンジンに供給されることになる。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、２ｎｄ−ＥＣＵ４が、安価なＭＣＵ４ａでＯ２センサの出力特性に適合した疑似信号（疑似Ｏ２センサ出力電圧）を生成して１ｓｔ−ＥＣＵ３へ出力することが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ…燃料噴射システム、１…液体燃料供給系、２…気体燃料供給系、３…１ｓｔ−ＥＣＵ（液体燃料噴射制御装置）、４…２ｎｄ−ＥＣＵ（気体燃料噴射制御装置）、４ａ…ＭＣＵ（プロセッサ）、４ｂ…出力回路、５…燃料切替スイッチ、１３…ガソリンインジェクタ（液体燃料噴射弁）、２６…ガスインジェクタ（気体燃料噴射弁）
【図１】
2013130158.tif 000003
【図２】
2013130158.tif 000004
【図３】
2013130158.tif 000005