(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料噴射装置の燃料噴射弁の電磁コイルに電流を流し、磁力により当該燃料噴射弁を駆動させて開閉制御すると共に、エンジン始動時に電圧を上げ当該電磁コイルに通常よりも大きい電流を流すことにより当該燃料噴射弁の駆動力を増加させる昇圧駆動制御を行うようにした燃料噴射弁制御装置において、
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つを検出する手段によって検出された温度と圧力の少なくとも１つに基づいて、昇圧駆動により燃料噴射弁を駆動させる回数を算出する昇圧駆動回数算出手段、及び
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を備え、
前記昇圧駆動回数算出手段は該温度と圧力の少なくとも１つ、及び前記エンジン停止までの時間に基づいて昇圧駆動により燃料噴射弁を駆動させる回数を算出する、燃料噴射弁制御装置。
【請求項２】
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、この間に燃料が噴射された回数から算出する、請求項１に記載の燃料噴射弁制御装置。
【請求項３】
前記温度と圧力の少なくとも１つに基づいて算出された昇圧駆動回数と前記エンジン停止までの時間に基づいて算出された昇圧駆動回数との加算から実際の昇圧駆動回数を算出する、請求項１に記載の燃料噴射弁制御装置。
【請求項４】
エンジン回転数検出手段を備え、エンジン回転数が所定回数に達した場合、前記算出された回数にかかわらず昇圧駆動を終了するようにした、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス燃料用内燃機関に用いられる燃料噴射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噴射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用いる。
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。
【０００３】
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。
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、燃料噴射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。
【０００４】
従来はこの問題を解決するため、エンジン始動時に電圧を上げ、燃料噴射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噴射弁の駆動力を増加させる昇圧駆動制御が行われている。
図２は従来の昇圧駆動制御を説明するための図である。図２において（ａ）はスタータスイッチがＯＮかＯＦＦかを表す波形、（ｂ）はエンジンの回転数を表す波形である。（ｃ）はエンジンの各気筒の燃料噴射弁を駆動するコイルに流れる電流の波形であり、（ｄ）は昇圧駆動がされているか（ＯＮ）されていないか（ＯＦＦ）を示す波形である。
【０００５】
図２において、（ａ）に示すようにスタータスイッチがＯＮすると、（ｂ）に示すようにエンジンが回転を開始し、回転数は上昇する。この時、エンジンの各気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁を駆動する各コイルには（ｃ）において斜線の波形で示す昇圧駆動された電流が流れる。そして、エンジンの回転数が所定の昇圧駆動の閾値Ｒthに達すると昇圧駆動は波形（ｄ）に示すようにＯＦＦとなり、燃料噴射弁を駆動する各コイルに流れる電流の波形の波高値は小さくなり、通常の値となる。
【０００６】
図３は上記昇圧駆動制御の動作を示すフローチャートである。まずイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）をＯＮすると（Ｓ１）、スタータがＯＮしたかどうか判断され（Ｓ２）、Ｙｅｓであれば昇圧駆動が開始される（Ｓ３）。次にエンジン回転数が所定値以上に達したかどうか判断され（Ｓ４）、Ｙｅｓであれば昇圧駆動が終了する（Ｓ５）。一方、Ｎｏであれば再度エンジン回転数が所定値以上に達したかどうか判断される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の制御においては始動時にエンジンの回転数が所定の値に達するまで常に通常より大きな電流を流すため、例えば完爆せず始動状態が長く続いた場合には燃料噴射弁にかかる負荷が大きくなり、噴射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、燃料噴射弁制御を行う必要がない時でも昇圧駆動制御が行われるため、無駄な制御を行って噴射弁の劣化を早めるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題を解決する燃料噴射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。
【０００９】
【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、燃料噴射装置の燃料噴射弁を電磁的に開閉制御するようにした燃料噴射弁制御装置において、エンジンの冷却水の温度、又はガス燃料の圧力、あるいは両者を検出し、エンジン始動時に前記検出された温度、又は圧力、あるいは両者に基づいて昇圧駆動により燃料噴射弁を駆動させる回数を算出し、算出された回数だけ燃料噴射弁を昇圧駆動させるようにしたものである。
【００１０】
さらに、本発明ではエンジンの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を算出して記憶しておき、エンジン始動時にこの時間に基づいて昇圧駆動回数を調整するものである。
【００１１】
【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。
【００１２】
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。
【００１３】
図５は本発明燃料噴射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、スタータスイッチ（ＳＷ）信号発生器１２１、エンジン回転数検出器１２２、エンジン冷却水の水温センサ１２３、燃料圧力（燃圧）センサ１２４、及び燃料遮断弁が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噴射されたかをモニタする噴射気筒モニタからの各信号を受け、エンジンの気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁を駆動制御する。
【００１４】
図６は本発明の昇圧駆動制御を説明するための図である。図６において（ａ）はスタータスイッチがＯＮかＯＦＦかを表す波形、（ｂ）はエンジンの回転数を表す波形である。（ｃ）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波形であり、（ｄ）は昇圧駆動がされているか（ＯＮ）かされていないか（ＯＦＦ）を示す波形である。（ｅ）はどの気筒が燃料噴射のために駆動されたかを表すための波形であり、（ｆ）はグループ別の昇圧駆動による燃料噴射弁の駆動回数を表すカウンタの波形である。例えば各気筒の燃料噴射弁が２回ずつ昇圧駆動されるよう設定された場合、カウンタには２回に設定される。そして、設定された回数である２回の昇圧駆動が行われた場合にはカウンタは０となり、昇圧駆動による燃料噴射弁の駆動は終了する。（ｇ）は全気筒の昇圧駆動回数カウンタであり、各気筒の燃料噴射弁が２回ずつ昇圧駆動されるよう設定された場合には、カウンタの値は気筒の数が４の場合８と設定される。そして、このカウンタの値が０になると昇圧駆動による弁の駆動は終了する。
【００１５】
図７は本発明昇圧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、本発明昇圧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。
まずエンジン始動時にイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）をＯＮすると（Ｓ１）、図４の水温センサ２３によりエンジンの水温が、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（Ｓ２）。次に、検出された水温、又は燃圧、あるいは両者に基づいて昇圧駆動回数が算出される（Ｓ３）。この場合、水温が高ければ燃料噴射弁の固着の程度が低くなるため昇圧駆動回数は少なくなり、燃圧が高ければ燃料噴射弁の固着の程度が高くなるため昇圧駆動回数は多くなる。Ｓ３で昇圧駆動回数が算出されると、算出された昇圧駆動回数が設定される（Ｓ４）。例えば各気筒が２回ずつ昇圧駆動されるよう設定された場合、図６の（ｇ）全気筒噴射回数カウンタが８に設定される。あるいは（ｆ）グループ別噴射回数カウンタを２に設定してもよい。次にスタータがＯＮしたかどうか判断され（Ｓ５）、Ｙｅｓであれば昇圧駆動が開始される（Ｓ６）。この時、エンジンの各気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁を駆動する各コイルには図６（ｃ）の斜線の波形で示す昇圧駆動された電流が流れる。次にエンジン回転数が所定値以上（Ｒth）に達したかどうか判断され（Ｓ７）、Ｙｅｓであれば昇圧駆動が終了し（Ｓ８）、燃料噴射弁を駆動する各コイルに流れる電流の波形の波高値は小さくなって通常の値となる。本発明では、Ｓ７においてエンジン回転数が所定値以上に達していなかった場合（Ｎｏ）でも、設定駆動回数以上、この場合は各気筒２回ずつ計８回昇圧駆動による噴射弁駆動が行われたかどうか判断され（Ｓ９）、設定駆動回数以上行われれば（Ｙｅｓ）昇圧駆動は終了する。一方、Ｓ９でＮｏの場合にはＳ７に戻ってエンジンの回転数が所定値以上であるかどうか判断される。
【００１６】
図８及び図９は、図６のフローチャートのＳ２において、エンジンの水温、又は燃圧からどのように昇圧駆動回数を算出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、縦軸は昇圧駆動による弁の駆動回数（回）を表す。先に述べたように、水温が高ければ燃料噴射弁の固着の程度が低くなるため昇圧駆動回数は少なくてよい。例えば、水温が−２０℃の場合、昇圧駆動回数は３回とする。図９において、横軸は燃圧（kg/cm2）を表し、縦軸は昇圧駆動による弁の駆動回数（回）を表す。この場合は、燃圧が高ければ燃料噴射弁の固着の程度が高くなるため昇圧駆動回数は多くなる。例えば、燃圧が５kg/cm2の場合、昇圧駆動回数は３回とする。一方、水温と燃圧の両者から駆動回数を算出してもよい。例えば、水温−２０℃、燃圧５kg/cm2の場合には昇圧駆動回数を３とし、水温−３０℃、燃圧５kg/cm2の場合には昇圧駆動回数を５とし、水温−３０℃、燃圧６kg/cm2の場合には昇圧駆動回数を６とする。より具体的には、水温と燃圧をパラメータにしたマップを作成しておき、マップに基づいて昇圧駆動回数を求めることができる。
【００１７】
図１０は本発明の燃料噴射弁制御装置の別の実施形態を示した図である。図１０において、（ａ）はＩＧスイッチがＯＮかＯＦＦかを表す波形、（ｂ）は図４の燃料遮断弁１０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）は図４のインジェクタ１１と燃料遮断弁１０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）は燃料噴射弁が昇圧駆動されているか（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（期間Ａ）、及び昇圧駆動時間Ｔを設定したカウンタの波形（期間Ｃ）を表す。
【００１８】
図１０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になったときには電源は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噴射弁が開き、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念料は期間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）昇圧駆動はＯＦＦのままである。
【００１９】
本発明では、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。
【００２０】
期間Ｃはエンジン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、燃料噴射弁に対して昇圧駆動が行われる時間Ｔが、（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）、この間に昇圧駆動が行われる。
【００２１】
次に、前記エンジン停止時間からどのように昇圧駆動回数を算出するか説明する。図１０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１０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、燃料噴射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、燃料噴射弁が固着する程度は高くなる。
【００２２】
以上のことを考えて、例えば図１０のようにエンジン停止までの時間が「３」の場合、エンジン始動時の昇圧駆動回数を４とする。また，エンジン停止までの時間が「６」の場合、エンジン始動時の昇圧駆動回数を１とする。
図１１は本発明の燃料噴射弁の昇圧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１０の波形を参照して、本発明昇圧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。
【００２３】
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、前記検出された水温、又は燃圧、あるいは両者に基づき、昇圧駆動回数を算出する（Ｓ５）。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噴射弁を昇圧駆動する回数が算出される（Ｓ６）。そして、Ｓ５及びＳ６で算出された回数を合計して昇圧駆動回数を設定する（Ｓ７）。
【００２４】
次にスタータがＯＮしたかどうか判断され（Ｓ８）、Ｙｅｓであれば昇圧駆動が開始される（Ｓ９）。次にエンジン回転数が所定値以上かどうか判断され（Ｓ１０）、Ｙｅｓであれば昇圧駆動が終了する（Ｓ１１）。一方、Ｓ１０でＮｏであれば設定駆動回数以上昇圧駆動が行われたかどうか判断され（Ｓ１２）、Ｙｅｓであれば終了する。ＮｏであればＳ１０に戻る。
【００２５】
なお、上記フローにおいてＳ５とＳ６で算出した回数を合計した回数を昇圧駆動回数として設定したが、例えば、エンジン停止時間に基づいて算出した昇圧駆動回数をそのまま加えるのではなく、「４」を基準とし、「５」であれば＋１とし、「３」であれば−１とすることもできる。またこの他エンジン停止時間に基いて補正係数を算出し、この補正係数をＳ５で算出した回数に積算するようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は従来のようにエンジンの回転数が所定の値に達するまで昇圧駆動による弁の駆動回数を続けるのではなく、エンジンの冷却水の水温や燃料の圧力の状態によって燃料噴射弁を剥がすために必要な昇圧駆動回数を算出し、燃料噴射弁制御をするものである。これにより水温や燃料の圧力の状態に応じた適切な燃料噴射弁の昇圧駆動制御を行うことができ、始動時に行われる無駄な昇圧駆動が原因となって発生していた燃料噴射弁の劣化を防止し、寿命を延ばすことができると共に、昇圧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。
【００２７】
さらに、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、エンジン始動時に記憶した時間に基づいて昇圧駆動回数を調整したのでより適切な駆動制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁燃料噴射弁の構造の例を示す図である。
【図２】従来の昇圧駆動制御を説明するための図である。
【図３】従来の昇圧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】本発明燃料噴射弁制御装置の構成の概要を示した図である。
【図６】本発明の昇圧駆動制御を説明するための図である。
【図７】本発明の昇圧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昇圧駆動による燃料噴射弁の駆動回数との関係を示すグラフである。
【図９】ガス燃料の圧力（燃圧）と昇圧駆動よる燃料噴射弁の駆動回数との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の別の実施形態の昇圧駆動制御を説明するための図である。
【図１１】本発明の別の実施形態の昇圧駆動制御の動作を示すフローチャートである。
【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
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…スタータＳＷ信号発生器
１２２…エンジン回転数検出器
１２３…エンジン冷却水の温度センサ
１２４…燃料圧力センサ
１２５…噴射気筒モニタ
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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【図１０】
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【図１１】
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