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  • 特開-内燃機関の燃料噴射装置 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023046758
(43)【公開日】2023-04-05
(54)【発明の名称】内燃機関の燃料噴射装置
(51)【国際特許分類】
   F02D 19/06 20060101AFI20230329BHJP
   F02D 41/12 20060101ALI20230329BHJP
【FI】
F02D19/06 B
F02D41/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021155535
(22)【出願日】2021-09-24
(71)【出願人】
【識別番号】000002082
【氏名又は名称】スズキ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090273
【弁理士】
【氏名又は名称】國分 孝悦
(72)【発明者】
【氏名】長嶋 成哉
【テーマコード(参考)】
3G092
3G301
【Fターム(参考)】
3G092AA01
3G092AB02
3G092AB08
3G092BB01
3G092CB05
3G092EA11
3G092FA36
3G301HA24
3G301JA15
3G301KA16
3G301KA26
3G301LB01
(57)【要約】
【課題】インジェクタの詰まりを防止することを目的とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、アクセル操作検出部15によりアクセルオフが検出された場合に、気体燃料インジェクタ31a~31dおよび液体燃料インジェクタ32a~32dのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、一方のインジェクタによる燃料の噴射が停止した後に、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである他方のインジェクタから微量な燃料を噴射するように制御する制御部16を有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
気体燃料および液体燃料の2種類の燃料を使用可能な内燃機関の燃料噴射装置であって、
前記気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタと、
前記液体燃料を噴射する液体燃料インジェクタと、
運転者によるアクセル操作を検出するアクセル操作検出部と、
前記アクセル操作検出部によりアクセルオフが検出された場合に、前記気体燃料インジェクタおよび前記液体燃料インジェクタのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、
前記一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止した後に、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである他方のインジェクタから微量な燃料を噴射するように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項2】
前記制御部は、
前記微量な燃料として、トルクが発生しないような単位時間当たりの噴射量で燃料を噴射し、噴射量の積算値が閾値を超えるまで噴射を継続するように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項3】
前記内燃機関からの排気を浄化する触媒を備え、
前記制御部は、
前記アクセル操作検出部によりアクセルオフが検出された場合に、前記気体燃料インジェクタと前記液体燃料インジェクタのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである前記一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、
前記一方のインジェクタによる燃料の噴射が停止した後に、理論空燃比よりもリーンな状態で、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである前記他方のインジェクタから微量な燃料を噴射して、前記触媒に供給するように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気体燃料および液体燃料の2種類の燃料を使用可能な内燃機関の燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、気体燃料および液体燃料の2種類の燃料を使用可能なバイフューエル車両が知られている。特許文献1には、内燃機関に供給される燃料の種類を切換えるための燃料切換スイッチを備えたバイフューエル車両が開示されている。このようなバイフューエル車両では、運転者が燃料切換スイッチを介して選択した燃料が内燃機関に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2016-98720号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方、運転者が選択していない燃料は内燃機関に供給されないために使用される機会がない。例えば、運転者が使用する燃料として気体燃料を選択した場合、通常走行時において使用される燃料は気体燃料であり、液体燃料が使用される機会がない。逆に、運転者が使用する燃料として液体燃料を選択した場合、通常走行時において使用される燃料は液体燃料であり、気体燃料が使用される機会がない。
【0005】
また、運転者が使用する燃料を選択しない場合であっても、燃費を向上させるために気体燃料が主に使用されることがあり、この場合には、液体燃料が使用される頻度が少なくなってしまう。したがって、使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタでは、内部に未使用の燃料が残ってしまい、詰まりが発生してしまうことがある。
【0006】
本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、インジェクタの詰まりを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、気体燃料および液体燃料の2種類の燃料を使用可能な内燃機関の燃料噴射装置であって、前記気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタと、前記液体燃料を噴射する液体燃料インジェクタと、運転者によるアクセル操作を検出するアクセル操作検出部と、前記アクセル操作検出部によりアクセルオフが検出された場合に、前記気体燃料インジェクタおよび前記液体燃料インジェクタのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、前記一方のインジェクタによる燃料の噴射が停止した後に、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである他方のインジェクタから微量な燃料を噴射するように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、インジェクタの詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1図1は、バイフューエル車両の構成の一例を示す図である。
図2図2は、本実施例のECUによる処理の一例を示すフローチャートである。
図3図3は、変形例の処理に基づいたタイムチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明に係る実施形態では、気体燃料および液体燃料の2種類の燃料を使用可能なエンジン11の燃料噴射装置であって、気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタ31a~31dと、液体燃料を噴射する液体燃料インジェクタ32a~32dと、運転者によるアクセル操作を検出するアクセル操作検出部15と、アクセル操作検出部15によりアクセルオフが検出された場合に、気体燃料インジェクタ31a~31dおよび液体燃料インジェクタ32a~32dのうち、これまで燃料を噴射していたインジェクタである一方のインジェクタによる燃料の噴射を停止し、一方のインジェクタによる燃料の噴射が停止した後に、これまで燃料を噴射していなかったインジェクタである他方のインジェクタから微量な燃料を噴射するように制御する制御部16と、を有する。本実施形態によれば、使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタの詰まりを防止することができる。また、アクセルオフが検出された場合に、使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタから微量な燃料を噴射することで、車両の走行に影響を与えることなく、インジェクタの詰まりを防止することができる。
【実施例0011】
以下、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置の実施例について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置を備えたバイフューエル車両10の構成の一例を示す図である。なお、図1は、説明の便宜上、本開示の技術を説明するために簡略化したものであり、車両が通常備える構成については図示されていなくても備えているものとする。
【0012】
本実施例のバイフューエル車両10は、内燃機関としてのエンジン11と、エンジン11および関連機器を制御するECU(Electrical Control Unit)12とを備えている。エンジン11は、気体燃料および液体燃料の2種類の燃料が切換えて供給されることで駆動する。気体燃料としては例えば圧縮天然ガス(CNG)燃料を使用することができ、液体燃料としては例えばガソリン燃料を使用することができる。液体燃料は気体燃料に比べてエンジン始動性が高い。一方、気体燃料は液体燃料に比べて燃費性能に優れている。なお、本実施例のエンジン11は4気筒である場合について説明するが、単気筒エンジンであってもよく、4気筒以外の多気筒エンジンであってもよい。
【0013】
バイフューエル車両10は、吸気系として、エアクリーナ21と、吸気管22と、電子制御スロットルバルブ23と、インテークマニホールド24とを備えている。吸気管22には、吸気流量を検出するMAFセンサ25と、吸気圧力を検出するMAPセンサ26とが配設されている。エアクリーナ21で浄化された吸気は、吸気管22を通してインテークマニホールド24に流れ、インテークマニホールド24から分岐してエンジン11の各気筒に流入する。ECU12は、MAFセンサ25およびMAPセンサ26により検出される情報に基づいて、電子制御スロットルバルブ23を制御することにより、バイフューエル車両10の運転状態等に応じて適切な吸気量がエンジン11の各気筒に流入するように調整する。
【0014】
バイフューエル車両10は、燃料供給系として、気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタ31a~31dと、液体燃料を噴射する液体燃料インジェクタ32a~32dとを備えている。気体燃料インジェクタ31aと液体燃料インジェクタ32aとが第1気筒のシリンダに向かって燃料を噴射し、気体燃料インジェクタ31bと液体燃料インジェクタ32bとが第2気筒のシリンダに向かって燃料を噴射し、気体燃料インジェクタ31cと液体燃料インジェクタ32cとが第3気筒のシリンダに向かって燃料を噴射し、気体燃料インジェクタ31dと液体燃料インジェクタ32dとが第4気筒のシリンダに向かって燃料を噴射する。
【0015】
気体燃料インジェクタ31a~31dから噴射された気体燃料は、吸気系から取り込まれた吸気と混合して混合気が生成され、生成された混合気がエンジン11の各気筒のシリンダに流入する。同様に、液体燃料インジェクタ32a~32dから噴射された液体燃料は、吸気系から取り込まれた吸気と混合して混合気が生成され、生成された混合気がエンジン11の各気筒のシリンダに流入する。
【0016】
また、エンジン11は、各気筒に対応するイグニッションコイル33a~33dを備えている。イグニッションコイル33a~33dは、各気筒のシリンダに連通する燃焼室内に設けられた点火プラグに高電圧を付加する。点火プラグが点火することによって燃焼室内の混合気が着火して燃焼する。ECU12は、イグニッションコイル33a~33dが点火プラグに高電圧を付加するタイミングを制御することにより、点火プラグの点火時期を制御する。燃焼室内の混合気が燃焼することにより、エンジン11の各気筒のシリンダ内でピストンが往復運動し、ピストンの往復運動がクランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の回転は変速機を介してドライブシャフトに伝達され、ドライブシャフトに接続する駆動輪が回転してバイフューエル車両10が走行する。また、エンジン11は、クランク軸の回転数を検出するクランク角センサ34を備えている。ECU12は、クランク角センサ34により検出された情報に基づいてエンジン回転数を算出する。
【0017】
バイフューエル車両10は、排気系として、排気マニホールド41と、触媒を含む触媒コンバータ42と、マフラー43とを備えている。排気マニホールド41と触媒コンバータ42との間には排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出するAFセンサ44が配設され、触媒コンバータ42とマフラー43との間には排気ガス中に酸素が含まれるか否かを検出するO2センサ45が配設される。各気筒の燃焼室で混合気が燃焼されることで生じた排気は、排気マニホールド41に流れ、触媒コンバータ42で浄化される。触媒コンバータ42で浄化された排気は、マフラー43で消音された後に排出される。ECU12は、AFセンサ44およびO2センサ45により検出される情報に基づいて混合気が理論空燃比になるように電子制御スロットルバルブ23を制御する。
【0018】
また、バイフューエル車両10は、運転者が操作するアクセルペダル13と、燃料切換スイッチ14とを備えている。運転者がアクセルペダル13を操作したときのアクセル操作の情報は、ECU12に送信される。燃料切換スイッチ14は、運転者が気体燃料と液体燃料の何れかをエンジン11に供給するかを選択するためのスイッチである。運転者により選択されている燃料切換スイッチ14の情報は、ECU12に送信される。
【0019】
また、ECU12は、アクセル操作検出部15と、制御部16とを有する。アクセル操作検出部15と、制御部16と、気体燃料インジェクタ31a~31dと、液体燃料インジェクタ32a~32dとにより内燃機関の燃料噴射装置を構成する。
アクセル操作検出部15は、運転者がアクセルペダル13を操作したときのアクセル操作を検出する。アクセル操作検出部15は、運転者がアクセルペダル13を操作したか否かを検出してもよく、運転者がアクセルペダル13を操作したときの操作量(ストローク量)をリニアに検出してもよい。
【0020】
制御部16は、運転者により選択されている燃料切換スイッチ14の情報に基づいて、エンジン11に供給する燃料を気体燃料および液体燃料の何れかに切換える。具体的には、燃料切換スイッチ14において気体燃料が選択されている場合には、制御部16は気体燃料インジェクタ31a~31dから噴射させる気体燃料の噴射時期と噴射量とを制御する。一方、燃料切換スイッチ14において液体燃料が選択されている場合には、制御部16は液体燃料インジェクタ32a~32dから噴射させる液体燃料の噴射時期と噴射量とを制御する。ただし、燃料切換スイッチ14によらず、制御部16は自らエンジン11に供給する燃料を自動で選択することができる。例えば、制御部16は、始動時には液体燃料によりエンジン11を始動して、エンジン回転数が安定した後に、液体燃料から気体燃料に切換えるような制御をしてもよい。
【0021】
上述したように構成されるバイフューエル車両10では、気体燃料および液体燃料のうち使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタに詰まりが発生してしまう場合がある。本実施例に係るバイフューエル車両10のECU12は、車両の走行に影響を与えることなく、インジェクタの詰まりを防止するように制御する。
【0022】
以下、本実施例に係るECU12の処理の一例について図2のフローチャートを参照して説明する。図2のフローチャートは、エンジン11が始動してから、ECU12に含まれるCPUがメモリに格納されたプログラムを定期的に実行することにより実現される。なお、図2では、燃料切換スイッチ14に気体燃料が選択されているものとして説明する。
【0023】
S10では、ECU12は、通常のエンジン制御処理を行う。ここで、通常のエンジン制御処理とは、ECU12が各種センサにより検出された情報に基づいて、電子制御スロットルバルブ23を制御して吸気量を調整したり、イグニッションコイル33a~33dが点火プラグに高電圧を付加するタイミングを制御したり、ECU12の制御部16が気体燃料の噴射時期と噴射量とを制御したりすることで、エンジン11のクランク軸をアクセル操作検出部15により検出されたアクセル操作に応じた回転数でエンジン11を駆動させる処理をいう。
【0024】
S11では、ECU12のアクセル操作検出部15は、運転者がアクセルペダル13を操作している状態からアクセルペダル13を操作しないアクセルオフを検出したか否かを判定する。アクセルオフを検出した場合にはS12に進み、アクセルオフを検出しない場合にはS10に戻って通常のエンジン制御処理を行う。
【0025】
S12では、ECU12の制御部16は、これまで燃料を噴射していた気体燃料インジェクタ31a~31dからの気体燃料の噴射を停止する。また、ECU12は、各気筒の点火プラグを点火させないように、イグニッションコイル33a~33dを制御する。
【0026】
S13では、ECU12の制御部16は、気体燃料インジェクタ31a~31dからの気体燃料の噴射を停止した後に、これまで燃料を噴射していなかった液体燃料インジェクタ32a~32dから微量な液体燃料を噴射する。ここで、微量とは、エンジン11にトルクが発生しないような単位時間当たりの噴射量をいう。具体的に、微量とは、エンジン11がアイドリング状態において液体燃料を噴射するときの単位時間当たりの噴射量以下であることが好ましい。このように、これまで燃料を噴射していなかった液体燃料インジェクタ32a~32dから微量な液体燃料を噴射することで、液体燃料インジェクタ32a~32dの詰まりを防止することができる。なお、液体燃料インジェクタ32a~32dから微量な液体燃料を噴射するのは、気体燃料インジェクタ31a~31dからの気体燃料の噴射を停止した直後(1秒以内、好ましくは0.1秒以内)であることが好ましいが、後述する変形例のように液体燃料が噴射されるまでの時間を長くしてもよい。
【0027】
液体燃料インジェクタ32a~32dから噴射された微量な液体燃料は、各気筒のシリンダ内に付着したり、各気筒の吸気ポートに付着したりする。このように付着した液体燃料は、次に点火プラグが点火したとき(後述するS16における通常のエンジン制御処理)に燃焼される。
【0028】
S14では、ECU12の制御部16は、S13において液体燃料を噴射してから、噴射量の積算値が閾値を超えたか否かを判定する。噴射量の積算値が閾値を超えた場合にはS15に進む。一方、噴射量の積算値が閾値を超えない場合にはS13に戻り、ECU12の制御部16は噴射量の積算値が閾値を超えるまで噴射を継続する。ここで、閾値を超えるまで液体燃料を噴射するのは、微量な液体燃料を噴射しただけでは液体燃料インジェクタ32a~32dの詰まりを完全に解消できない場合があるためである。閾値は、予め実証試験により液体燃料インジェクタ32a~32dと同タイプであって、詰まりが生じている液体燃料インジェクタから微量な液体燃料を噴射させて、詰まりが解消されたときの積算値に誤差を考慮した値を加算した値とすることができる。この閾値は、ECU12のメモリに予め記憶されている。
【0029】
S15では、ECU12の制御部16は、液体燃料インジェクタ32a~32dからの液体燃料の噴射を停止する。このように閾値を超えた場合に液体燃料インジェクタ32a~32dからの液体燃料の噴射を停止することで、液体燃料が不用に噴射されることを抑制することができる。
【0030】
S16では、ECU12は、通常のエンジン制御処理を行う。この処理は、S10と同様の処理である。
なお、液体燃料を噴射してから、噴射量の積算値が閾値を超えるまでの間に、ECU12のアクセル操作検出部15がアクセルオンを検出した場合には、液体燃料インジェクタ32a~32dからの液体燃料の噴射を直ちに停止してS10に戻り、気体燃料インジェクタ31a~31dから気体燃料を噴射時期と噴射量とを制御しながら噴射させる。
【0031】
このように本実施例では、アクセルオフが検出された場合に、これまで燃料を噴射していた気体燃料インジェクタ31a~31dによる気体燃料の噴射を停止し、気体燃料インジェクタ31a~31dによる気体燃料の噴射を停止した後に、これまで燃料を噴射していなかった液体燃料インジェクタ32a~32dから微量な液体燃料を噴射する。したがって、使用される頻度が少ない燃料、あるいは使用される機会がない燃料を噴射するインジェクタの詰まりを防止することができる。また、本実施例のように、アクセルオフのような運転者がトルクを要求しないタイミングで、液体燃料インジェクタ32a~32dから微量な液体燃料を噴射することで、バイフューエル車両10の走行に影響を与えることなく、インジェクタの詰まりを防止することができる。
【0032】
また、本実施例では、微量な液体燃料として、トルクが発生しないような単位時間当たりの噴射量で液体燃料を噴射し、噴射量の積算値が閾値を超えるまで噴射を継続するように制御する。したがって、エンジン11がトルクを確実に発生しないようにすることができる。また、積載値が閾値を超えるまで燃料の噴射を継続させることで、インジェクタの詰まりを確実に防止することができる。
【0033】
(変形例)
上述した実施例では、液体燃料インジェクタ32a~32dから噴射された液体燃料が各気筒のシリンダ内等に付着する場合について説明したが、この場合に限られない。ECU12の制御部16は、気体燃料の噴射が停止した後に、理論空燃比よりもリーンな状態で、液体燃料インジェクタ32a~32dから微量な液体燃料を噴射して、触媒コンバータ42の触媒に供給してもよい。リーンな状態の液体燃料を触媒コンバータ42の触媒に供給するために、バイフューエル車両10は、吸気バルブまたは排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミングシステム(VVT)と、排気ガス還流装置(EGR)とを備える。
【0034】
具体的には、上述した図2のフローチャートのS13において、ECU12の制御部16が液体燃料インジェクタ32a~32dから微量な液体燃料を噴射しているときに、ECU12は電子制御スロットルバルブ23を開いたり、排気ガス還流装置を駆動させたりして、吸気を取り込むことで液体燃料を理論空燃比よりもリーンな状態にする。更に、ECU12は可変バルブタイミングシステム(VVT)を駆動させることで、液体燃料をシリンダ内等に付着させることなく、各気筒から排気マニホールド41を通じて触媒コンバータ42の触媒に供給する。このように、リーンな状態の液体燃料を触媒コンバータ42の触媒に供給することで、液体燃料が触媒で燃焼する。
したがって、気体燃料の噴射が停止した後に液体燃料が噴射されるまでの時間を長くして、気体燃料および液体燃料の何れも噴射されない燃料カット状態が継続した場合であっても、触媒の温度低下を抑制することができる。
【0035】
図3は、変形例の処理に基づいたタイムチャートを示す図である。図3(a)はアクセル操作のオンオフを示し、図3(b)は燃料カット状態を示し、図3(c)は気体燃料の噴射量を示し、図3(d)は液体燃料の噴射量を示し、図3(e)は液体燃料の積算値を示し、図3(f)は空燃比を示している。
図3(a)に示すように通常のエンジン制御処理からアクセル操作がオフになることで、図3(c)に示すように気体燃料の噴射量が0となる。その後、図3(b)に示すように気体燃料と液体燃料とを何れも噴射されない燃料カット状態が継続する。所定時間の経過後に、図3(d)および図3(e)に示すように積算値が閾値を超えるまで微量な噴射量で液体燃料が噴射される。このとき、図3(f)に示すように理論空燃比よりもリーンな状態にして液体燃料を触媒コンバータ42の触媒に供給する。その後、図3(d)および図3(e)に示すように積算値が閾値を超えることで液体燃料の噴射量が0となる。図3(a)に示すように、アクセル操作がオンになることで、図3(c)に示すように気体燃料が噴射されて、通常のエンジン制御処理に戻る。
このように変形例によれば、燃料をリーンな状態で噴射して、触媒に供給することにより燃料がカットされたときの触媒の温度低下を抑制することができる。
【0036】
以上、本発明に係る実施例について説明したが、本発明は上述した実施例および変形例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上述した実施例および変形例では、アクセルオフが検出された場合に、気体燃料インジェクタ31a~31dによる気体燃料の噴射を停止し、液体燃料インジェクタ32a~32dから微量な液体燃料を噴射する場合について説明したが、この場合に限られず、気体燃料インジェクタ31a~31dから気体燃料を噴射する場合と、液体燃料インジェクタ32a~32dから液体燃料を噴射する場合とが逆であってもよい。すなわち、制御部16は、アクセルオフが検出された場合に、液体燃料インジェクタ32a~32dによる液体燃料の噴射を停止し、液体燃料インジェクタ32a~32dによる液体燃料の噴射を停止した後に、気体燃料インジェクタ31a~31dから微量な気体燃料を噴射するように制御してもよい。この場合には、気体燃料インジェクタ31a~31dの詰まりを防止することができる。
【0037】
上述した実施例および変形例では、液体燃料として石油系燃料であるガソリンについて説明したが、この場合に限られず、重油、軽油、灯油等の石油系燃料であってもよく、アルコール類であってもよく、油脂類であってもよい。上述した実施例および変形例では、気体燃料としてCNGについて説明したが、この場合に限られず、LPG等であってもよい。
【符号の説明】
【0038】
10:バイフューエル車両 11:エンジン(内燃機関) 12:ECU 15:アクセル操作検出部 16:制御部 31a~31d:気体燃料インジェクタ 32a~32d:液体燃料インジェクタ 42:触媒コンバータ
図1
図2
図3