(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料のガス組成が基準ガス組成のときに機関出力トルクを要求トルクに一致させるのに必要なスロットル開度である基準ガス組成基本スロットル開度をアクセルペダルの踏込み量に基づいて算出する手段と、機関出力トルクを検出する手段と、ガス燃料のガス組成が基準ガス組成のときの機関出力トルクである基準ガス組成出力トルクを算出する手段と、機関出力トルクと基準ガス組成出力トルクとに基づいてガス組成補正係数を算出する手段と、基準ガス組成基本スロットル開度をガス組成補正係数により補正することによりスロットル開度を算出する手段と、スロットル開度に応じて定まる吸入空気量に応じて燃料噴射量を算出する手段と、を具備したガス燃料内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス燃料内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば実開平６−８０８２５号公報に示されるようなガス燃料内燃機関では通常、アクセルペダルの踏込み量に応じてスロットル開度が定められ、スロットル開度に応じて定まる吸入空気量に対し最適な量のガス燃料が機関に供給されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガス燃料はその産地や産出時期、季節などによってガス組成にバラツキがあることが知られている。しかしながら、ガス組成にバラツキがあるとガス燃料単位体積当りの発熱量にバラツキが生ずることになり、したがってたとえ吸入空気量に対し最適な量のガス燃料量を供給したとしても機関の出力にバラツキが生ずることになるという問題点がある。言い換えると、機関出力に過不足が生ずることになり、したがって良好なドライバビリティを確保することができない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、ガス燃料のガス組成が基準ガス組成のときに機関出力トルクを要求トルクに一致させるのに必要なスロットル開度である基準ガス組成基本スロットル開度をアクセルペダルの踏込み量に基づいて算出する手段と、機関出力トルクを検出する手段と、ガス燃料のガス組成が基準ガス組成のときの機関出力トルクである基準ガス組成出力トルクを算出する手段と、機関出力トルクと基準ガス組成出力トルクとに基づいてガス組成補正係数を算出する手段と、基準ガス組成基本スロットル開度をガス組成補正係数により補正することによりスロットル開度を算出する手段と、スロットル開度に応じて定まる吸入空気量に応じて燃料噴射量を算出する手段と、を具備したガス燃料内燃機関の制御装置が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、１はシリンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４は燃焼室、５は吸気弁、６は排気弁、７は吸気ポート、８は排気ポート、９は燃焼室４内に配置された点火栓をそれぞれ示す。各吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１０を介して共通のサージタンク１１に接続され、サージタンク１１は吸気ダクト１２を介してエアクリーナ１３に接続される。各吸気枝管１０内には対応する吸気枝管１０内に、ガス燃料としての圧縮天然ガス（以下ＣＮＧと称する）を噴射する燃料噴射弁１４が配置される。また、吸気ダクト１２内には例えばステップモータからなるアクチュエータ１５ａにより駆動されるスロットル弁１５が配置される。一方、排気ポート８は共通の排気マニホルド１６を介して三元触媒１７を収容した触媒コンバータ１８に接続され、触媒コンバータ１８は排気管１９に接続される。
【０００６】
電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５、および出力ポート２６を具備する。各吸気枝管１０には吸気圧に比例した出力電圧を発生する吸気圧センサ２７が取り付けられる。シリンダヘッド３には筒内圧に比例した出力電圧を発生する筒内圧センサ２８が取り付けられ、排気マニホルド１６の集合部には空燃比を検出するための空燃比センサ２９が取り付けられる。また、アクセルペダル３０にはその踏み込み量に比例した出力電圧を発生する踏み込み量センサ３１が接続される。これら吸気圧センサ２７、筒内圧センサ２８、空燃比センサ２９、および踏み込み量センサ３１の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３２を介して入力ポート２５に入力される。さらに入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３３が接続される。ＣＰＵ２４では吸気圧センサ２７の出力信号に基づいて吸入空気量が算出され、クランク角センサ３３の出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート２６はそれぞれ対応する駆動回路３４を介して各点火栓９、各燃料噴射弁１４、およびアクチュエータ１５ａに接続される。
【０００７】
ところで、図１の内燃機関では次式に基づいてスロットル弁１５の開度、すなわちスロットル開度ＴＡが算出される。
ＴＡ＝ＴＡＢＳ・ＫＴＡ
ここでＴＡＢＳは基準ガス組成基本スロットル開度を、ＫＴＡはガス組成補正係数をそれぞれ示している。
【０００８】
基準ガス組成基本スロットル開度ＴＡＢＳはＣＮＧのガス組成が後述する基準ガス組成のときに機関の出力トルクを、アクセルペダル３０の踏み込み量ＤＥＰに応じて定まる要求トルクに一致させるのに必要なスロットル開度であって、予め実験により求められている。このＴＡＢＳは図２に示されるようにアクセルペダル３０の踏み込み量ＤＥＰが大きくなるにつれて大きくなる。このＴＡＢＳはＤＥＰの関数として図２に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
【０００９】
ガス組成補正係数ＫＴＡはＣＮＧのガス組成に応じて基準ガス組成基本スロットル開度ＴＡＢＳを補正するためのものである。補正する必要がないとき、すなわちＣＮＧのガス組成が基準ガス組成のときにはＫＴＡ＝１となる。
一方、図１の内燃機関では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＴＡＵ＝ＴＢＳ・ＦＡＦ・ＫＫ
ここでＴＢＳは基準ガス組成基本燃料噴射時間を、ＦＡＦはフィードバック補正係数を、ＫＫは補正係数をそれぞれ示している。
【００１０】
基準ガス組成基本燃料噴射時間ＴＢＳはＣＮＧのガス組成が基準ガス組成のときに空燃比を目標空燃比、例えば理論空燃比に一致させるのに必要な噴射時間であって予め実験により求められている。このＴＢＳは機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）と機関回転数Ｎとの関数として図３に示されるマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。
【００１１】
フィードバック補正係数ＦＡＦは空燃比センサ２９の出力信号に基づいて空燃比を理論空燃比に一致させるためのものである。なお、フィードバック補正係数ＦＡＦは１．０を中心として変動する。
補正係数ＫＫは暖機時増量補正係数や、加速時増量補正係数などを一まとめにして表したもので、補正する必要がないときには１．０とされる。
【００１２】
このようにアクセルペダル３０の踏み込み量ＤＥＰに応じてスロットル開度ＴＡを制御し、このスロットル開度ＴＡに応じて定まる吸入空気量Ｑに応じて燃料噴射時間ＴＡＵを算出しているのでＣＮＧのガス組成が基準ガス組成である限り、機関の出力トルクを要求トルクに一致させることができる。すなわち、実際の出力トルクに過不足が生ずることがなく、したがって良好なドライバビリティが確保される。
【００１３】
ところで、冒頭で述べたようにＣＮＧのガス組成にはバラツキがある。ところがこのようにＣＮＧのガス組成にバラツキがあるとＣＮＧの発熱量にバラツキが生ずることになる。すなわち、図１の内燃機関のＣＮＧは概ねメタン、エタン、プロパン、およびブタンの四成分からなるが、図４に示されるように各成分毎に単位混合気体積当たりの発熱量が異なっている。したがって、ＣＮＧのガス組成にバラツキがあると単位ＣＮＧ体積当たりの発熱量にバラツキが生ずることになる。一方、機関出力トルクは燃焼室４内に供給されたガス燃料の総発熱量に比例する。したがって、ＣＮＧの発熱量にバラツキがあると燃料噴射時間ＴＡＵが同一であっても機関出力トルクにバラツキが生ずることになる。言い換えると、アクセルペダル３０の踏み込み量ＤＥＰが同一であっても出力トルクにバラツキが生じ、すなわち実際の出力トルクがアクセルペダル３０の踏み込み量ＤＥＰに応じて定まる要求トルクに対し過不足を生ずることになる。この場合、例えば加速時に出力トルクが不足すると良好な車両加速フィーリングを得ることができず、斯くして良好なドライバビリティを確保することができない。
【００１４】
一方、スロットル開度ＴＡを制御することにより機関出力トルクを制御することができる。そこで、本発明による実施態様では、ＣＮＧの発熱量を代表する代表値を求めてこの代表値に応じガス組成補正係数ＫＴＡを算出し、このＫＴＡでもって基準ガス組成基本スロットル開度ＴＡＢＳを補正するようにしている。その結果、ＣＮＧのガス組成に関わらず実際の出力トルクを要求トルクに一致させることができ、したがって良好なドライバビリティを確保することができる。
【００１５】
次に、ガス組成補正係数ＫＴＡの算出方法について説明する。
内燃機関の正味熱効率がＣＮＧのガス組成に依らずほぼ一定であることを考えると同一の機関回転数Ｎ、同一の燃料噴射時間ＴＡＵに対して次式が成立する。
ａ・Ｎ・ＴＲＱ／ＱＥＸ＝ａ・Ｎ・ＴＲＱＳ／ＱＥＸＳ
ここで、ａは仕事の熱当量などを一まとめにして表した定数を、ＴＲＱは或るガス組成における出力トルクを、ＱＥＸは或るガス組成における機関に供給されたＣＮＧの総発熱量を、ＴＲＱＳは基準ガス組成における出力トルク（以下では基準ガス組成出力トルクという）を、ＱＥＸＳは基準ガス組成における機関に供給されたＣＮＧの総発熱量をそれぞれ表している。したがって次の関係が得られる。
【００１６】
ＱＥＸ＝ＴＲＱ・ＱＥＸＳ／ＴＲＱＳ
すなわち、ＣＮＧの発熱量は機関出力トルクＴＲＱにより表される。そこで、本発明による実施態様では機関出力トルクＴＲＱを検出し、検出された出力トルクＴＲＱに基づいてガス組成補正係数ＫＴＡを算出するようにしている。
図５はガス組成補正係数ＫＴＡを示している。図５に示されるように検出された出力トルクＴＲＱが基準ガス組成出力トルクＴＲＱＳよりも小さいとき、すなわちＴＲＱ／ＴＲＱＳ＜１のときにはガス組成補正係数ＫＴＡは１よりも大きく、ＴＲＱ／ＴＲＱＳが小さくなるにつれて大きくなる。したがって、ＴＲＱ／ＴＲＱＳ＜１のときにはスロットル開度ＴＡは増大補正され、斯くして出力トルクが増大せしめられる。一方、ＴＲＱ／ＴＲＱＳ＞１のときにはガス組成補正係数ＫＴＡは１よりも小さく、ＴＲＱ／ＴＲＱＳが大きくなるにつれて小さくなる。したがってＴＲＱ／ＴＲＱＳ＞１のときにはスロットル開度ＴＡは減少補正され、斯くして出力トルクが減少せしめられる。
【００１７】
このようにするとＣＮＧのガス組成に関わらず実際の出力トルクを要求トルクに一致させることができ、したがって出力トルクに過不足が生ずるのを阻止することができる。その結果、ＣＮＧのガス組成に関わらず良好なドライバビリティを確保することができる。
ＣＮＧの基準ガス組成にはどのようなものを用いてもよいが、本実施態様では都市ガス１３Ａのガス組成を基準ガス組成としている。この基準ガス組成は概ね以下の通りである。
メタン：８７．５％
エタン：７．６％
プロパン：２．３％
ブタン：２．６％
また、出力トルクＴＲＱをどのように求めてもよいが、本実施態様では特公平７−８９０９０号公報に記載されているように筒内圧センサ２８により検出される筒内圧に基づいて出力トルクＴＲＱを算出するようにしている。しかしながら、クランクシャフトにトルクセンサを取り付けてもよく、或いは例えば特公平７−３３８０９号公報に記載されているようにクランクシャフトの角速度に基づいて出力トルクを求めるようにすることもできる。
【００１８】
図６はスロットル開度を制御するためのルーチンを示している。このルーチンは例えば繰返し実行されるメインルーチン内で実行される。
図６を参照すると、まず初めにステップ４０では図２のマップを用いて基準ガス組成基本スロットル開度ＴＡＢＳが算出される。続くステップ４１では筒内圧センサ２８の出力信号に基づいて出力トルクＴＲＱが検出される。続くステップ４２では基準ガス組成出力トルクＴＲＱＳが算出される。基準ガス組成出力トルクＴＲＱＳは予め実験により求められており、図７に示すように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図７に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。続くステップ４３ではＴＲＱ／ＴＲＱＳと図５のマップを用いてガス組成補正係数ＴＫＡが算出される。続くステップ４４では基準ガス組成基本スロットル開度ＴＡＢＳとガス組成補正係数ＫＴＡの積としてスロットル開度ＴＡが算出される。続くステップ４５では実際のスロットル開度がＴＡとなるようにアクチュエータ１５ａが駆動せしめられる。
【００１９】
図８は燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチンを示している。このルーチンは例えば繰返し実行されるメインルーチン内で実行される。
図８を参照すると、まず初めにステップ５０では基準ガス組成基本燃料噴射時間ＴＢＳが図３のマップを用いて算出される。続くステップ５１では空燃比センサ２９の出力信号に基づいてフィードバック補正係数ＦＡＦが算出される。続くステップ５２では補正係数ＫＫが算出される。続くステップ５３では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
【００２０】
ＴＡＵ＝ＴＢＳ・ＦＡＦ・ＫＫ
燃料噴射弁１４からはＴＡＵだけＣＮＧが噴射される。
なお、ガス燃料には、ＣＮＧの他、例えば液化石油ガス（ＬＰＧ）などのように一次燃料である天然ガスおよび石油ガスや二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガスを用いることができる。また、液体燃料ではなるがその組成にバラツキがあり得るメタノールなどを燃料とする内燃機関にも本発明を適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
ガス燃料のガス組成に関わらず機関出力に過不足が生ずるのを阻止することができるので良好なドライバビリティを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】基準ガス組成基本スロットル開度を示す線図である。
【図３】基準ガス組成基本燃料噴射時間を示す線図である。
【図４】ＣＮＧの各成分の単位体積当たりの発熱量を示す線図である。
【図５】ガス組成補正係数を示す線図である。
【図６】スロットル開度を制御するためのフローチャートである。
【図７】基準ガス組成出力トルクを示す線図である。
【図８】燃料噴射時間を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
４…燃焼室
７…吸気ポート
１４…燃料噴射弁
１５…スロットル弁
１５ａ…アクチュエータ
２８…筒内圧センサ
３０…アクセルペダル
【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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