(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料噴射装置の燃料遮断弁の電磁コイルに電流を流し、磁力により当該燃料遮断弁を駆動させて開閉制御すると共に、エンジン始動時に当該電磁コイルに通常より大きい電流を流して当該燃料遮断弁の駆動力を増加させる大電流駆動制御を行う燃料遮断弁制御装置において、
イグニッションスイッチがオフされた場合に燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するまでの時間を算出して記憶する手段と、イグニッションスイッチがオンされた場合に前記記憶したエンジン停止までの時間に基づいて燃料遮断弁を大電流駆動する時間を算出する大電流駆動算出手段を有し、
算出された時間によって燃料遮断弁を大電流駆動する燃料遮断弁制御装置。
【請求項２】
エンジン始動時にエンジンの冷却水の温度とガス燃料の圧力の少なくとも１つを検出する手段を更に備え、前記大電流駆動算出手段は前記エンジン停止までの時間、及び該温度と圧力の少なくとも１つに基づいて燃料遮断弁を大電流駆動する時間を算出する、請求項１に記載の燃料遮断弁制御装置。
【請求項３】
前記エンジン停止時に燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するまでの時間は、この間に燃料噴射がされた回数から算出する、請求項１に記載の燃料遮断弁制御装置。
【請求項４】
前記エンジン停止までの時間に基づいて算出した燃料遮断弁を大電流駆動する時間を、前記検出された温度と圧力の少なくとも１つに基づいて補正する、請求項２に記載の燃料遮断弁制御装置。
【請求項５】
前記補正に際し、前記検出された温度が高いほど前記大電流駆動する時間が短くなるように補正し、また前記検出された圧力が低いほど前記大電流駆動する時間が短くなるように補正する、請求項４に記載の燃料遮断弁制御装置。
【請求項６】
気体燃料噴射装置の燃料遮断弁の電磁コイルに電流を流し、磁力により当該燃料遮断弁を駆動させて開閉制御すると共に、エンジン始動時に当該電磁コイルに通常より大きい電流を流して当該燃料遮断弁の駆動力を増加させる大電流駆動制御を行う燃料遮断弁制御方法において、
イグニッションスイッチがオフされた場合に燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するまでの時間を算出して記憶しておき、イグニッションスイッチがオンされた場合に前記記憶したエンジン停止までの時間に基づいて燃料遮断弁を大電流駆動する時間を算出する大電流駆動算出ステップを有し、
算出された時間によって燃料遮断弁を大電流駆動する燃料遮断弁制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス燃料用内燃機関に用いられる燃料遮断弁制御装置及び制御方法に関し、特に低温時に始動させる際に燃料によって固着した遮断弁を一気に剥がすための制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の燃料として天然ガス等の気体燃料が使用されている。天然ガスはボンベに加圧充填して使用され、この加圧充填された圧縮天然ガス（ＣＮＧ）をエンジンに供給する場合、ガソリンと同様に燃料噴射弁を備えたインジェクタを用いる。そして、燃料を噴射するインジェクタの手前には、エンジン始動時に開かれ、停止時に閉じる燃料遮断弁が設けられている。
【０００３】
車両の燃料噴射装置は電子制御によってインジェクタの電磁コイルに電流を流し、磁力によって燃料噴射弁を動かしてインジェクションノズルとの間に隙間を形成して燃料を噴出させるようにしている。
図１は電磁燃料噴射弁の例を示した図である。電磁コイルａに端子ｂを通じて通電すると可動鉄心ｃが上方に吸引され、バルブｄが上方に移動してバルブシートｅから離れる。ガス燃料は矢印ｇの方向から導入され、バルブｄがバルブシートｅから離れると噴射口ｆから噴射される。
【０００４】
一方、インジェクタの手前にある燃料遮断弁も電子制御によって電磁コイルに電流を流し、磁力によって弁を動かして燃料を通過させ、或いは遮断している。この燃料遮断弁はエンジンが停止している時は閉じられており、エンジンが動いている時は開かれる。また、エンジン等の異常時には閉じられる。
ところが、例えばＣＮＧを燃料として用いたエンジン車両の場合、低温になるとガス充填時のコンプレッサのオイル、メタンガスに含まれる水分、燃焼時に発生する水分等が凍結し、燃料遮断弁が固着して開きにくくなり、エンジン始動時にエンジンがかかりにくくなることがある。
【０００５】
従来はこの問題を解決するため、エンジン始動時に燃料遮断弁を駆動する電磁コイルに通常より大きい電流を流すことによって遮断弁の駆動力を増加させる大電流駆動制御が行われている。
図２は従来の大電流駆動制御を説明するための図である。図２において（ａ）はイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）がＯＮかＯＦＦかを表す波形、（ｂ）は燃料遮断弁が開（ＯＮ）か閉（ＯＦＦ）かを表す波形、（ｃ）はエンジンの回転数を表す波形、（ｄ）はインジェクタと燃料遮断弁の間に残っている燃料の量（残燃料）を表す波形である。（ｅ）はエンジンの各気筒の燃料噴射弁を駆動する電磁コイルに流れる電流のタイミングを表す波形であり、（ｆ）は燃料遮断弁が大電流駆動がされているか（ＯＮ）されていないか（ＯＦＦ）を示す波形であり、（ｇ）は大電流駆動時間を設定したカウンタの波形を表す。
【０００６】
図２において、期間Ａの動作を説明すると、（ａ）に示すようにＩＧスイッチがＯＦＦになると、（ｂ）に示すように燃料遮断弁が閉じる（ＯＦＦ）。するとエンジンに供給される燃料が希薄になるため、（ｃ）に示すようにエンジン回転数が低下し始め、期間Ａの最後の時点で停止する。一方、ＩＧスイッチがＯＦＦになったときに電源はＯＦＦされるが、電流はその直後の僅かな期間流れる。そのため、この間（ｅ）に示すように、インジェクタによるエンジンへのガス燃料の噴射は短時間であるが継続し、記号ａで示すタイミングで燃料の噴射が行われる（図の場合は３回）。一方、遮断弁が閉じられた後に３回の燃料噴射が行われるため、（ｄ）に示すようにインジェクタと燃料遮断弁の間に残っている残燃料の量は低下するが、期間Ａの最後でエンジンが停止するためインジェクタと燃料遮断弁の間にガス燃料がδだけ残ってしまう。なお、期間Ｂにおいても（ｅ）の記号ｂで示す点線のタイミングで各気筒で燃料噴射が行われたとすると、（ｄ）に点線で示すように残燃料は期間Ｂの最後で０となる。
【０００７】
期間Ｃはエンジンの始動の際の動作を示す波形である。（ａ）に示すようにＩＧスイッチがＯＮし、スタータスイッチがＯＮすると（図示なし）、（ｂ）に示すように燃料遮断弁がＯＮ駆動される。次に、（ｅ）に示すように記号ｃに示すタイミングで燃料の噴射が行われ、（ｃ）に示すようにエンジンの回転数が上昇してゆく。そして、（ｆ）で示すように燃料遮断弁ＯＮから予め設定した時間Ｔo の間は燃料遮断弁に対して大電流駆動が行われる。（ｇ）は時間Ｔo をカウンタが設定した時間を示す波形であり、カウンタ値が０になると大電流駆動が終了する。
【０００８】
図３は、図２の期間Ｃの大電流駆動の動作を示すフローチャートである。まずＩＧスイッチをＯＮすると（Ｓ１）、大電流駆動する時間が設定される（Ｓ２）。この時間は予め設定されている固定値である（図２のＴo ）。次にスタータがＯＮしたかどうか判断され（Ｓ３）、Ｙｅｓであれば大電流駆動が開始される（Ｓ４）。そして、予め設定された時間が経過すると、大電流駆動が終了する（Ｓ５）。なお、Ｓ３においてスタータがＯＮでない時（Ｎｏ）には大電流駆動は開始されない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料遮断弁の駆動制御においては、上記のように始動時に燃料遮断弁を大電流駆動して駆動力を増加させ、燃料によって固着した遮断弁を一気に剥がすようにしていた。しかし、始動時に常に所定時間だけ通常より大きな電流を流すため、燃料遮断弁にかかる負荷が大きくなり、遮断弁内のコイルの焼け切れ等が発生することがあった。また、通常より大きな電流を流し続けるためバッテリーへの負荷が大きく、バッテリーの消耗を早めるという問題もあった。一方、暖機完了時に再始動する場合など、燃料の固着がほとんどなく、燃料遮断弁制御を行う必要がない時でも大電流駆動制御が行われるため、無駄な制御を行って遮断弁の劣化を早めるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題を解決する燃料遮断弁制御装置及び制御方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、気体燃料噴射装置の燃料遮断弁を電磁的に開閉制御するようにした燃料遮断弁制御装置において、エンジン停止時に燃料遮断弁を閉じてからエンジンが停止するまでの時間を算出して記憶する。また、エンジン始動時にエンジンの冷却水の温度とガス燃料の圧力を検出する。そして、前記エンジン停止までの時間、又は前記検出された温度と圧力の少なくとも１つ、あるいは両者に基づいて大電流駆動する時間を算出し、算出された時間だけ燃料遮断弁を大電流駆動して開くようにしたものである。
【００１２】
エンジン停止時に燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するまでの時間は、この間に燃料噴射がされた回数から算出する。
また、エンジン停止までの時間に基づいて算出した燃料遮断弁を大電流駆動する時間は、前記検出された温度と圧力の少なくとも１つに基づいて補正する。
さらに、補正に際して補正係数を環境に応じて変化させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図４は気体燃料用内燃機関の燃料供給系統の概要を示した図である。１は燃料タンクで２００〜２５０kg/cm2の圧力の圧縮燃料が充填されている。燃料タンク１には燃料を供給する充填カプラ２と逆止弁３が備えられている。４は電磁制御元弁、５は温度センサ５１と１次圧力センサ５２を備えたセンサ部で、燃料の圧力や残量の算出等に用いる。燃料ガスはガスフィルタ６、及び第１電磁遮断弁７を通ってレギュレータ８に行く。レギュレータ８では燃料の圧力を、例えば２００kg/cm2から８kg/cm2に落として低圧にする。レギュレータ８には圧力調整のためのリリーフ弁９が設けられている。第１電磁遮断弁７はガス漏れ等の異常時に燃料の供給を遮断するためのものである。１０は第２電磁遮断弁で、エンジン停止時やレギュレータ８により圧力の調整がうまく行かなかった場合等の圧力異常時に燃料の供給を遮断するためのものである。１１はガスインジェクタで、ＥＣＵ１２のインジェクタドライバー（INJ DRIVER）の制御によりガスインジェクタ１１に設けられた燃料噴射弁を駆動してガスを噴射する。ガスインジェクタ１１にはガス温度センサ１１１と２次ガス圧力センサ１１２が設けられており、インジェクタの燃料ガスの温度と圧力（燃圧）が検出される。
【００１４】
１３は内燃機関でシリンダブロック１４とシリンダヘッド１５が設けられており、シリンダブロック１４には気筒１６が設けられている。気筒１６内にはピストン１７が往復可能に収容されている。シリンダブロック１４とシリンダヘッド１５の間のピストン１７の上側は燃焼室１８で、シリンダヘッド１５には吸気管１９及び排気管２０が設けられている。２１は吸気バルブ、２２は排気バルブである。２３は冷却水の水温センサであり、２４はノックセンサである。排気管にはＯ2 センサ２５、２６、触媒コンバータ２７、２８が設けられている。
【００１５】
図４において、第２電磁遮断弁１０が本発明において制御対象となる燃料遮断弁であり、インジェクタ１１の手前に設けられている。
図５は、本発明燃料遮断弁制御装置の構成の概要を示す図である。図５において１２はＥＣＵで、ＩＧスイッチ信号発生器１２１、燃料遮断弁がＯＦＦされてからエンジンが停止するまでの間に各気筒から何回燃料噴射が行われたかをモニタする噴射気筒モニタ１２２、エンジン冷却水の水温センサ１２３、及び燃料圧力（燃圧）センサ１２４からの各信号を受け、燃料遮断弁１０を駆動制御する。
【００１６】
図６は本発明の大電流駆動制御を説明するための図である。図６において（ａ）はＩＧスイッチがＯＮかＯＦＦかを表す波形、（ｂ）は燃料遮断弁が開（ＯＮ）か閉（ＯＦＦ）かを表す波形、（ｃ）はエンジンの回転数を表す波形、（ｄ）はインジェクタと燃料遮断弁の間に残っている燃料の量（残燃料）を表す波形である。（ｅ）はエンジンの各気筒の燃料噴射弁を駆動する電磁コイルに流れる電流のタイミングを表す波形であり、（ｆ）は燃料遮断弁が大電流駆動がされているか（ＯＮ）されていないか（ＯＦＦ）を示す波形であり、（ｇ）は燃料遮断弁がＯＦＦしてからエンジンが停止するまでの時間をカウンタにより算出した波形、及び大電流駆動時間Ｔを設定したカウンタの波形を表す。
【００１７】
図６において、期間Ａの動作を説明すると、（ａ）に示すようにＩＧスイッチがＯＦＦすると、（ｂ）に示すように燃料遮断弁が閉じる（ＯＦＦ）。するとエンジンに供給される燃料が希薄になるため、（ｃ）に示すようにエンジン回転数が低下し始め、期間Ａの最後の時点で停止する。一方、ＩＧスイッチがＯＦＦになったときに電源はＯＦＦされるが、電流はその直後の僅かな期間流れる。そのため、この間（ｅ）に示すように、インジェクタによるエンジンへのガス燃料の噴射は短時間ではあるが継続し、記号ａで示すタイミングで燃料の噴射が行われる（図の場合は３回）。一方、遮断弁が閉じられた後に３回の燃料噴射が行われるため、（ｄ）に示すようにインジェクタと燃料遮断弁の間に残っている残燃料の量は低下するが、期間Ａの最後でエンジンが停止するためインジェクタと燃料遮断弁の間にガス燃料がδだけ残ってしまう。なお、期間Ｂにおいても（ｅ）において記号ｂで示す点線のタイミングで燃料噴射が行われたとすると、（ｄ）に点線で示すように残燃料は期間Ｂの最後で０となる。この図の場合、残燃料がほぼ０となるのは、燃料遮断弁ＯＦＦ後に７回の燃料噴射が行われたときである。期間ＡとＢはエンジン停止時の動作であるから、（ｇ）大電流駆動はＯＦＦのままである。ここまでの動作は図２で示した従来の動作と同じである。
【００１８】
本発明では、燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するまでの時間を算出して記憶しておく。例えば、上記エンジン停止までの時間を（ｇ）に示すように燃料噴射された回数をカウントすることによって算出して記憶しておく。図の場合、１、２、３とカウントされ、エンジン停止までの時間は「３」として記憶される。
【００１９】
期間Ｃはエンジンの始動の際の動作を示す波形である。（ａ）に示すようにＩＧスイッチがＯＮし、スタータスイッチがＯＮすると（図示なし）、（ｂ）に示すように燃料遮断弁のＯＮ動作が開始される。次に、（ｅ）に示すように記号ｃに示すタイミングで燃料の噴射が行われ、（ｃ）に示すようにエンジンの回転数が上昇してゆく。そして、本発明では（ｆ）で示すように、燃料遮断弁に対して大電流駆動が行われる時間Ｔは固定値ではなく、（ｅ）において説明したように、燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するまでの間の時間、例えばこの間に燃料噴射された回数に基づいて算出される。この時間Ｔは期間Ｃにおいて（ｇ）に示すように、カウンタにより設定され（この場合４）、この間に大電流駆動が行われる。
【００２０】
次に、前記エンジン停止時間からどのように大電流駆動時間を算出するか説明する。図６の場合、燃料遮断弁が閉じてからエンジンが停止するまでに３回の燃料噴射が行われている。従って、燃料噴射回数のカウント値を用いてエンジン停止までの時間は「３」と算出され、記憶される。先に述べたように、図６の場合、残燃料がほぼ０となるのは燃料遮断弁ＯＦＦ後に７回の燃料噴射が行われたときである。従って、エンジン停止までの時間、即ち、燃料噴射回数が７に近ければ残燃料は少なくなり、燃料遮断弁が固着する程度は低くなる。反対に、７より小さくなればなるほど残燃料は多くなり、燃料遮断弁が固着する程度は高くなる。
【００２１】
以上のことを考えて、例えば図６のように、エンジン停止までの時間が「３」の場合、エンジン始動時の大電流駆動時間を「４」とする。また、エンジン停止までの時間が「６」の場合、エンジン始動時の大電流駆動時間を「１」とする。なお、上記カウント値の「１」に対して、例えば時間は７０〜１０msに設定する。勿論この値は環境に応じて変更することができる。
【００２２】
図７は本発明の燃料遮断弁の大電流駆動制御の動作を示すフローチャートである。このフローチャートを用い、図６の波形を参照して、本発明の大電流駆動制御の動作を説明する。なお、このフローに示す動作の制御は図５のＥＣＵ１２により行われる。
まずＩＧスイッチをＯＦＦすると（Ｓ１）、燃料遮断弁が閉じられてからエンジンが停止するまでの時間が算出され、記憶される（Ｓ２）。次にエンジンを始動する時にはＩＧスイッチがＯＮされ（Ｓ３）、図４の温度センサ２３によりエンジン冷却水の温度が、２次ガス圧力センサ１１２により燃料の圧力（燃圧）が検出される（Ｓ４）。次に、前記記憶されたエンジン停止までの時間に基づいて燃料遮断弁を開くために大電流駆動する時間が算出される（Ｓ５）。次に、前記検出された水温、又は燃圧、あるいは両者に基づき、Ｓ５で算出された大電流駆動時間を補正する（Ｓ６）。なお、前記記憶されたエンジン停止までの時間に基づいて算出された時間によってのみ大電流駆動してもよい。その場合は水温と燃圧の検出（Ｓ４）は不要となる。
【００２３】
次にスタータがＯＮしたかどうか判断され（Ｓ７）、Ｙｅｓであれば大電流駆動が開始される（Ｓ８）。そして、前記算出された大電流駆動時間が経過すると、大電流駆動が終了する（Ｓ９）。なお、Ｓ７においてスタータがＯＮでない時（Ｎｏ）には大電流駆動は開始されない。
図８及び図９は、図７のフローチャートのＳ６において、エンジンの水温と燃圧からどのように大電流駆動時間を補正するかを示すグラフの例である。図８において、横軸は水温（℃）を表し、縦軸は補正係数を表す。水温が高ければ燃料遮断弁の固着の程度が低くなるため補正係数は小さくてよい。図９において、横軸は燃圧（kg/cm2）を表し、縦軸は補正係数を表す。この場合は、燃圧が高ければ燃料遮断弁の固着の程度が高くなるため補正係数は大きくなる。上記２つのグラフから得られた補正係数を用い、先にエンジン停止までの時間に基づいて算出された大電流駆動時間を補正係数を積算することで補正する。例えば、図８の場合は水温が０℃〜１０℃の間のいずれかの温度の係数を１と、それ以上の場合を１より大きい係数とし、それ以下の場合を１より小さい係数とする。また図９の場合は燃圧が１kg/cm2〜３kg/cm2の間のいずれかの燃圧の係数を１と、それ以上の場合を１より大きい係数とし、それ以下の場合を１より小さい係数とする。
【００２４】
一方、水温と燃圧の両者から補正係数を算出してもよい。この場合は水温と燃圧をパラメータにしたマップを作成し、マップに基づいて補正係数を算出し、補正する。
なお、上記補正係数は環境に応じて変化させることができる。またこの他、水温と燃圧から大電流駆動時間を算出し、エンジン停止までの時間で求めた大電流駆動時間と加算して実際の大電流駆動時間を求めるようにしても良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は従来のように、燃料遮断弁の大電流駆動を予め設定された時間行うのではなく、エンジン停止時に燃料遮断弁を閉じてからエンジンが停止するまでの時間を算出して記憶し、エンジン始動時に前記記憶した時間に基づいて大電流駆動時間を算出して燃料遮断弁を制御し、さらに、大電流駆動時間を水温や燃圧に応じて補正しているので、適切な制御を行うことができる。そのため、始動時に行われる無駄な大電流駆動が原因となって発生していた燃料遮断弁の劣化を防止し、寿命を延ばすことができると共に、大電流駆動時のバッテリーへの負担を低減させ劣化を防止することができる。
【００２６】
さらに、補正係数を環境に応じて変化させることができるので、適切な燃料遮断弁の駆動制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁燃料遮断弁の構造の例を示す図である。
【図２】従来の大電流駆動制御を説明するための図である。
【図３】従来の大電流駆動制御の動作を示すフローチャートである。
【図４】燃料供給系統の概要を示した図である。
【図５】本発明燃料遮断弁制御装置の構成の概要を示した図である。
【図６】本発明の大電流駆動制御を説明するための図である。
【図７】本発明の大電流駆動制御の動作を示すフローチャートである。
【図８】エンジンの冷却水の水温と大電流駆動による燃料遮断弁の駆動時間との関係を示すグラフである。
【図９】ガス燃料の圧力（燃圧）と大電流駆動よる燃料遮断弁の駆動時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…燃料タンク
２…充電カプラ
３…逆止弁
４…電磁制御元弁
５…センサ部
５１…温度センサ
５２…１次圧力センサ
６…ガスフィルタ
７…第１電磁遮断弁
８…レギュレータ
９…リリーフ弁
１０…第２電磁遮断弁（燃料遮断弁）
１１…ガスインジェクタ
１１１…ガス温度センサ
１１２…２次ガス圧力センサ
１２…ＥＣＵ
１２１…ＩＧスイッチ信号発生器
１２２…噴射気筒モニタ
１２３…水温センサ
１２４…燃料圧力センサ
１３…内燃機関
１４…シリンダブロック
１５…シリンダヘッド
１６…気筒
１７…ピストン
１８…燃焼室
１９…吸気管
２０…排気管
２１…吸気バルブ
２２…排気バルブ
２３…冷却水の温度センサ
２４…ノックセンサ
２５，２６…Ｏ2 センサ
２７，２８…触媒コンバータ
【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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【図８】
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【図９】
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