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JP2002221037A - 筒内噴射式ガス燃料内燃機関 - Google Patents

筒内噴射式ガス燃料内燃機関

Info

Publication number
JP2002221037A
JP2002221037A JP2001013717A JP2001013717A JP2002221037A JP 2002221037 A JP2002221037 A JP 2002221037A JP 2001013717 A JP2001013717 A JP 2001013717A JP 2001013717 A JP2001013717 A JP 2001013717A JP 2002221037 A JP2002221037 A JP 2002221037A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
internal combustion
gas fuel
combustion engine
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001013717A
Other languages
English (en)
Inventor
Akio Yasuda
彰男 安田
Mitsuyuki Honda
光之 本田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2001013717A priority Critical patent/JP2002221037A/ja
Publication of JP2002221037A publication Critical patent/JP2002221037A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 噴射圧が変化しても安定した燃焼状態を維持
することができる筒内噴射式ガス燃料内燃機関を提供す
る。 【解決手段】 ガス燃料を筒内に直接噴射する内燃機関
において、噴射されるガス燃料の圧力を検出する手段7
8と、検出される圧力に応じてスワールコントロールバ
ルブ38の開度を制御する手段とを設ける。また、検出
される圧力に応じてEGRバルブ68の開度を制御する
手段を設ける。さらに、検出される圧力に応じて点火時
期を制御する手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮天然ガス(C
NG)(Compressed Natural Gas)等のガス燃料を筒内に
直接噴射する内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車用内燃機関の燃料として圧
縮天然ガス(CNG)等のガス燃料を利用する動きがあ
る。かかるガス燃料機関では、航続距離の拡大が課題と
なるため、筒内に燃料噴射を行い成層燃焼を実現する技
術の開発が進められている。成層燃焼とは、燃焼室内に
濃混合気と希薄混合気とを層状に形成し、まず、濃混合
気の部分に着火し、その炎によって希薄混合気の部分も
燃焼させることにより、不完全燃焼及び失火を回避しつ
つ全体として希薄な混合気を燃焼させて燃料消費率の向
上を図るものである(例えば、特開平7−166873
号公報、特開平8−42381号公報等参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】かかる筒内噴射式ガス
燃料機関では、レギュレータを介して又は直接に、燃料
ボンベからインジェクタへと燃料が供給されるが、燃料
噴射圧が変化し、これに伴って燃焼状態が変化するとい
う問題がある。すなわち、レギュレータを持たずボンベ
圧(燃料残圧)によって燃料噴射を行うシステムでは、
燃料の消費に伴い燃料残圧すなわち燃料噴射圧が変化す
る。また、レギュレータで調圧するシステムでは、故
障、経時変化等によってレギュレータ特性が変化した場
合や、レギュレータ入口圧(燃料残圧)がレギュレータ
出口設定圧以下となった場合に、燃料噴射圧が変化す
る。
【0004】ガス燃料機関では、噴霧の速度が非常に大
きく、運動エネルギーが大きいため、筒内の流れや乱れ
の形成に与える噴霧の影響が大きい。従って、噴射圧が
変化して噴霧速度が変化すると、筒内流れ及び混合気形
成が変化することとなる。その結果、燃焼状態が変化
し、エミッション及び運転性が悪化する。
【0005】また、燃料噴射圧の変化に伴い最適点火時
期が変化するという問題もある。その第1の理由は、前
述したように噴霧速度の変化により筒内乱れが変化する
ことにある。また、その第2の理由は、噴射時には減圧
膨張によって噴霧温度が低下するが、噴射圧が変化する
ことによって温度低下割合が変化し、その結果、充填効
率及びノック余裕度が変化することにある。また、その
第3の理由は、圧縮行程(詳細には吸気バルブ閉後から
点火時期まで)での燃料噴射によって充填効率が吸気行
程噴射の場合よりも向上するが、噴射圧が低下すると、
燃料噴射時間が長くなり、圧縮行程だけでは足らず、吸
気行程にも噴射せざるを得なくなり、充填効率が低下す
ることにある。
【0006】本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、噴射圧が変化しても安定し
た燃焼状態を維持することができる筒内噴射式ガス燃料
内燃機関を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の態様によれば、ガス燃料を筒内に直
接噴射する内燃機関において、噴射されるガス燃料の圧
力を検出する手段と、検出される圧力に応じてスワール
コントロールバルブの開度を制御する手段と、を設けた
ことを特徴とするガス燃料内燃機関が提供される。
【0008】また、本発明の第2の態様によれば、ガス
燃料を筒内に直接噴射する内燃機関において、噴射され
るガス燃料の圧力を検出する手段と、検出される圧力に
応じてEGRバルブの開度を制御する手段と、を設けた
ことを特徴とするガス燃料内燃機関が提供される。
【0009】また、本発明の第3の態様によれば、ガス
燃料を筒内に直接噴射する内燃機関において、噴射され
るガス燃料の圧力を検出する手段と、検出される圧力に
応じて点火時期を制御する手段と、を設けたことを特徴
とするガス燃料内燃機関が提供される。
【0010】また、本発明によれば、好ましくは、噴射
されたガス燃料が点火プラグに衝突する際の流速を減じ
る手段が更に設けられる。
【0011】また、本発明によれば、好ましくは、吸気
バルブが閉じて以降にガス燃料噴射が開始されるように
噴射時期を制御する手段が更に設けられる。
【0012】また、本発明によれば、好ましくは、機関
始動時においてガス燃料が圧縮行程で噴射されるように
噴射時期を制御する手段が更に設けられる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。
【0014】図1は、本発明の一実施形態としての筒内
噴射式CNG機関の全体概要図である。このCNG機関
1は、シリンダブロック2及びシリンダヘッド3を備え
ている。シリンダブロック2には、上下方向へ延びる複
数個の気筒4が紙面の厚み方向へ並設され、各気筒4内
には、ピストン5が往復動可能に収容されている。各ピ
ストン5は、コネクティングロッド6を介し共通のクラ
ンクシャフト7に連結されている。各ピストン5の往復
運動は、コネクティングロッド6を介してクランクシャ
フト7の回転運動に変換される。
【0015】シリンダブロック2とシリンダヘッド3と
の間において、各ピストン5の上側は燃焼室8となって
いる。シリンダヘッド3には、その両外側面と各燃焼室
8とを連通させる吸気ポート9及び排気ポート10がそ
れぞれ設けられている。これらのポート9及び10を開
閉するために、シリンダヘッド3には吸気バルブ11及
び排気バルブ12がそれぞれ略上下方向への往復動可能
に支持されている。また、シリンダヘッド3において、
各バルブ11,12の上方には、吸気側カムシャフト1
3及び排気側カムシャフト14がそれぞれ回転可能に設
けられている。カムシャフト13及び14には、バルブ
11及び12を駆動するためのカム15及び16が取り
付けられている。カムシャフト13及び14の端部にそ
れぞれ設けられたタイミングプーリ17及び18は、ク
ランクシャフト7の端部に設けられたタイミングプーリ
19へタイミングベルト20により連結されている。
【0016】吸気ポート9には、エアクリーナ31、ス
ロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホル
ド34等を備えた吸気通路30が接続されている。機関
1外部の空気(外気)は、燃焼室8へ向けて吸気通路3
0の各部31,32,33及び34を順に通過する。な
お、本実施形態におけるスロットルバルブ32は、いわ
ゆる電子スロットルであり、運転席のアクセルペダルと
直接機械的に結合されておらず、スロットルモータ37
によって駆動せしめられる。
【0017】また、シリンダヘッド3には、各燃焼室8
へ向けて燃料を噴射するインジェクタ40が取り付けら
れている。燃料たる圧縮天然ガス(CNG)は、燃料ボ
ンベ41に貯蔵されており、レギュレータ44にて一定
圧力に調整された後、インジェクタ40に供給される。
インジェクタ40から噴射される燃料は、吸気通路3
0、吸気ポート9及び吸気バルブ11を介して燃焼室8
へ導入される空気と燃焼室8において合流して混合気と
なる。
【0018】この混合気に着火するために、シリンダヘ
ッド3には点火プラグ50が取り付けられている。各気
筒には、気筒毎に独立して点火プラグ50に結合するイ
グナイタ内蔵点火コイル52が設けられている。点火時
には、点火信号を受けた気筒毎のイグナイタ内蔵点火コ
イル52内でイグナイタが1次電流の通電及び遮断を制
御し、2次電流が点火プラグ50に供給される。
【0019】燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バ
ルブ12を介して排気ポート10に導かれる。排気ポー
ト10には、排気マニホルド61、触媒コンバータ62
等を備えた排気通路60が接続されている。触媒コンバ
ータ62には、不完全燃焼成分であるHC(炭化水素)
及びCO(一酸化炭素)の酸化と、空気中の窒素と燃え
残りの酸素とが反応して生成されるNOx(窒素酸化
物)の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されてい
る。あるいは、成層燃焼を考慮してリーンNOxが搭載
される。こうして触媒コンバータ62において浄化され
た排気ガスが大気中に排出される。
【0020】なお、本発明の第1の態様においては、吸
気バルブ11周辺の吸気ポート内に空気のスワール(渦
巻き)を発生させて燃焼室8内に送り込むためにスワー
ルコントロールバルブ(SCV)38が設けられている
ことを前提としている。スワールコントロールバルブ3
8は、スワールコントロールアクチュエータ39を介し
て制御される。
【0021】また、本発明の第2の態様においては、こ
の機関1が、NOxの低減を目的とするEGR(排気ガ
ス再循環)を行うものであることを前提にしている。す
なわち、排気通路60とスロットルバルブ32より下流
側の吸気通路30との間に、排気ガスを循環させるため
の通路64が設けられ、そのEGRガス流量は、その通
路64の途中に設けられたEGRバルブ68によって制
御される。
【0022】機関1には各種のセンサが取り付けられて
いる。シリンダブロック2には、機関1の冷却水の温度
を検出するための水温センサ74が取り付けられてい
る。吸気通路30において、スロットルバルブ32の近
傍には、その軸の回動角度を検出するスロットル開度セ
ンサ72とアクセル操作量(アクセル踏み込み量、アク
セル開度等とも呼ばれる)を検出するアクセル開度セン
サ77とが設けられている。サージタンク33には、そ
の内部の圧力(吸気管負圧)を検出するためのバキュー
ムセンサ71が取り付けられている。また、レギュレー
タ44とインジェクタ40とを結ぶ燃料配管には、燃料
噴射圧を検出するための噴射圧センサ78が設けられて
いる。
【0023】また、カムシャフト13には、クランク角
(CA)に換算して720°CAごとに基準位置検出用
パルスを発生させるクランク基準位置センサ80が設け
られている。また、クランクシャフト7には、30°C
Aごとに回転速度検出用パルスを発生させるクランク角
センサ81が設けられている。電子制御装置90におい
ては、クランク角センサ81のパルス信号が入力する毎
に、そのパルス間隔から機関回転速度が算出され、内部
のメモリに機関回転速度データNEとして格納される。
【0024】電子制御装置(ECU)90は、燃料噴射
制御、点火時期制御、スワールコントロールバルブ制
御、EGRバルブ制御等を実行するマイクロコンピュー
タシステムであり、メモリに格納されたプログラム及び
各種のマップに従って、各種センサからの信号を入力
し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演
算結果に基づき各種アクチュエータ用制御信号を出力す
る。
【0025】さて、前述のように、燃料噴射圧が変化す
ると燃焼状態が変化するという問題がある。そこで、本
発明の第1の態様では、燃料噴射圧の変化に応じてスワ
ールコントロールバルブ(SCV)38の開度を制御す
ることによって、最適な混合気形成及び筒内流れ形成に
必要な吸入空気流動を常に与えるようにしている。
【0026】スワールコントロールバルブ開度を算出す
るためのフローチャートが図2に示される。まず、ステ
ップ102では、機関回転速度NE及び機関負荷として
のアクセル開度ACPが検出される。次いで、ステップ
104では、図示しない所定のマップを参照することに
よりNE及びACPに応じたスワールコントロールバル
ブ開度SCVAが求められる。
【0027】そして、ステップ106では、噴射圧セン
サ78の出力に基づいて現在の燃料噴射圧Pが検出され
る。次いで、ステップ108では、検出された噴射圧P
と噴射圧基準値PREFとの偏差ΔPが算出される。次の
ステップ110では、算出された偏差の絶対値|ΔP|
が所定の閾値Pαを超えているか否かが判定され、超え
ていないときには補正の必要がないため処理は終了す
る。
【0028】一方、|ΔP|が閾値Pαを超えていると
きには、ステップ112において、図3に示される如き
マップを参照することにより、偏差ΔPに応じたスワー
ルコントロールバルブ開度補正量ΔSCVAが求められ
る。次いで、ステップ114では、先に求められている
スワールコントロールバルブ開度SCVAに補正量ΔS
CVAが加算されて、最終的なスワールコントロールバ
ルブ開度SCVAが決定される。
【0029】図3に示されるスワールコントロールバル
ブ開度補正量ΔSCVAによれば、噴射圧Pが小さくな
り燃料噴射による混合気の形成及び筒内乱れの形成が弱
まると、スワールコントロールバルブが閉じられる方向
となって大きなスワールが発生することとなり、噴射圧
の減少が補償されることとなる。噴射圧Pが大きくなっ
た場合には、その逆となる。
【0030】なお、レギュレータ44を備えていない構
成においても、前述した図2のスワールコントロールバ
ルブ制御が適用可能である。ただし、その場合には、図
3のマップによってカバーされる偏差ΔPの範囲が拡大
することとなる。
【0031】以上のように、本発明の第1の態様では、
燃料噴射圧の変化に応じてスワールコントロールバルブ
38の開度を制御したが、本発明の第2の態様では、E
GRバルブ68の開度を制御することによって、最適な
混合気形成に必要なEGR量を与えるようにしている。
EGRガスも筒内の混合気の形成及び燃焼速度に寄与す
るものだからである。
【0032】EGRバルブ開度を算出するためのフロー
チャートが図4に示される。まず、ステップ202で
は、機関回転速度NE及び機関負荷としてのアクセル開
度ACPが検出される。次いで、ステップ204では、
図示しない所定のマップを参照することによりNE及び
ACPに応じたEGRバルブ開度EGRVAが求められ
る。
【0033】そして、ステップ206では、噴射圧セン
サ78の出力に基づいて現在の燃料噴射圧Pが検出され
る。次いで、ステップ208では、検出された噴射圧P
と噴射圧基準値PREFとの偏差ΔPが算出される。次の
ステップ210では、算出された偏差の絶対値|ΔP|
が所定の閾値Pαを超えているか否かが判定され、超え
ていないときには補正の必要がないため処理は終了す
る。
【0034】一方、|ΔP|が閾値Pαを超えていると
きには、ステップ212において、図5に示される如き
マップを参照することにより、偏差ΔPに応じたEGR
バルブ開度補正量ΔEGRVAが求められる。次いで、
ステップ214では、先に求められているEGRバルブ
開度EGRVAに補正量ΔEGRVAが加算されて、最
終的なEGRバルブ開度EGRVAが決定される。
【0035】図5に示されるEGRバルブ開度補正量Δ
EGRVAによれば、噴射圧Pが小さくなり燃料噴射に
よる混合気の乱れが弱まると、EGRバルブが閉じられ
る方向となって燃焼を促進する方向となり、その結果、
噴射圧の減少が補償される。噴射圧Pが大きくなった場
合には、その逆となる。
【0036】なお、レギュレータ44を備えていない構
成においても、前述した図4のEGRバルブ制御が適用
可能である。ただし、その場合には、図5のマップによ
ってカバーされる偏差ΔPの範囲が拡大することとな
る。
【0037】さて、前述のように、このCNG機関1で
は、燃料噴射圧の変化に伴い最適点火時期が変化すると
いう問題も存在する。そこで、本発明の第3の態様で
は、燃料噴射圧に応じて点火時期を制御するようにして
いる。すなわち、燃料噴射圧から、混合気乱れ(噴霧運
動エネルギーに影響される)、充填効率(噴霧温度及び
噴射時間に影響される)及び混合気温度(噴霧温度に影
響される)の各変化を推測し、それらに基づいて最適な
点火時期を算出する。その結果、出力の向上が図られ
る。
【0038】具体的に点火時期(点火進角値)SAを算
出するためのフローチャートが図6に示される。まず、
ステップ302では、機関回転速度NE及び機関負荷と
してのアクセル開度ACPが検出される。次いで、ステ
ップ304では、図示しない所定のマップを参照するこ
とによりNE及びACPに応じた基本となる点火時期S
Aが求められる。
【0039】そして、ステップ306では、噴射圧セン
サ78の出力に基づいて現在の燃料噴射圧Pが検出され
る。次いで、ステップ308では、検出された噴射圧P
と噴射圧基準値PREFとの偏差ΔPが算出される。次の
ステップ310では、算出された偏差の絶対値|ΔP|
が所定の閾値Pαを超えているか否かが判定され、超え
ていないときには補正の必要がないため処理は終了す
る。
【0040】一方、|ΔP|が閾値Pαを超えていると
きには、まず、ステップ312において、図7に示され
る如きマップを参照することにより、偏差ΔPに基づい
て噴霧温度の基準値からの変化量ΔTが求められる。次
いで、ステップ314では、図示しないマップを参照す
ることにより、ΔTによる点火時期補正量ΔSATが算
出される。なお、ΔTとΔSATとの関係は、予め実験
的に求められる。
【0041】また、ステップ316では、図8に示され
る如きマップを参照することにより、偏差ΔPに基づい
て噴霧の運動エネルギーの変化量ΔEが求められる。次
いで、ステップ318では、図示しないマップを参照す
ることにより、ΔEによる点火時期補正量ΔSAEが算
出される。なお、ΔEとΔSAEとの関係は、予め実験
的に求められる。
【0042】さらに、ステップ320では、図示しない
マップを参照することにより、燃料噴射時間が変化する
ことによる充填効率の変化量ΔηVが偏差ΔPに基づい
て求められる。次いで、ステップ322では、図示しな
いマップを参照することにより、ΔηVによる点火時期
補正量ΔSAηVが算出される。なお、ΔηVとΔSA
ηVとの関係は、予め実験的に求められる。
【0043】次いで、ステップ324では、先に求めら
れている点火時期SAに補正量ΔSAT、ΔSAE及び
ΔSAηVが加算されて、最終的な点火時期SAが決定
される。
【0044】以上に説明した、燃料噴射圧の影響を考慮
したスワールコントロールバルブ開度の制御、EGRバ
ルブ開度の制御及び点火時期の制御に加え、更に以下の
ような構成を備えることが好ましい。
【0045】筒内噴射式ガス燃料機関では、燃料が気体
であり、液滴が存在しないため、筒内噴射式ガソリン機
関では困難な、燃料噴霧を直接に点火プラグに衝突させ
るスプレーガイド燃焼が実現される可能性がある。しか
し、直接に点火プラグに燃料を吹き付けると、燃焼が悪
化する。噴射された噴霧の速度が非常に大きく、混合気
の乱れが燃焼伝播限界を超えて、火炎の伝播ができなく
なるからである。そこで、噴射されたガス燃料が点火プ
ラグに衝突する際の流速を減じる手段を設けることが好
ましい。
【0046】そのため、例えば、図9に示される実施形
態では、点火プラグ50に向けて噴射された燃料は、点
火プラグ50に付設された妨害板(ジャマ板)54によ
ってその速度が減じられ、点火プラグ50近傍の混合気
流動が減じられる。
【0047】また、図10に示される実施形態では、噴
霧の方向と対向する方向に強い気流(逆タンブル流)を
生じさせることによって、噴霧の速度を相殺し、点火プ
ラグ50の近傍での混合気の流速を減少させることがで
きる。なお、この逆タンブル流は、吸気ポートの形状に
よって実現されるものである。
【0048】また、図11に示される実施形態では、イ
ンジェクタ40の先端部(シール部40aの後流)に、
噴孔(細孔)40cを有する減圧室40bが設けられ
る。シール部40aから噴射された燃料は、後流の減圧
室40bで減圧されて減速する。さらに、減圧室40b
に満たされた空気と混合されながら燃料噴射されるため
に、噴霧の運動エネルギーが空気に吸収され、噴孔(細
孔)40cから噴射される混合気の速度が減少する。
【0049】さて、CNG機関等のガス燃料機関では、
燃料が気体であるため、その充填効率が低く、ガソリン
機関と比較して10%低下する。したがって、その出力
は、ガソリン機関と比較して低い。そこで、燃料を圧縮
行程で噴射することが好ましく、そうすることで、常に
吸入空気でシリンダが満たされてから燃料噴射が行われ
ることとなり、あらゆる機関条件で高い充填効率が確保
される。特に、吸気バルブ11が可変バルブタイミング
(VVT)機構によって構成される場合は、バルブタイ
ミングの変化に応じて燃料噴射時期を制御し、吸気バル
ブが閉じて以降を噴射開始時期とする。
【0050】燃料噴射時期を算出するためのフローチャ
ートが図12に示される。まず、ステップ402では、
高負荷か否かが判定され、高負荷でないときには、ステ
ップ404に進み、機関運転状態に基づく通常の噴射開
始時期演算が行われる。一方、高負荷のときには、ま
ず、ステップ406において、現在の吸気バルブの閉時
期(閉角度)INVCが読み込まれる。次いで、ステッ
プ408では、機関回転速度NEに応じたマージンAα
が算出され、そのAαとINVCとから噴射開始時期A
INJが算出される。
【0051】ところで、CNG機関等のガス燃料機関で
は、前述のように充填効率が低く、したがって出力が低
い。そのため、低温始動時においては、フリクショント
ルクに打ち勝つことができず、図13に示されるよう
に、ガソリン機関と比較して、CNG機関では、回転速
度の上昇が遅い。そこで、機関始動時には、圧縮行程で
筒内燃料噴射を行うことが好ましく、そうすることで、
低温始動時においてもフリクショントルク以上のトルク
を出力することができるようになり、円滑な始動が確保
される。
【0052】機関始動時における燃料噴射時期を算出す
るためのフローチャートが図14に示される。まず、ス
テップ502では、図15に示されるマップを参照する
ことにより、現在の機関冷却水温THWに基づいて回転
速度基準値Nαが求められる。なお、このマップは、機
関回転速度NEに基づき始動時であるか否かを判定する
ための回転速度基準値Nαを冷却水温THWに応じて定
めたものである。
【0053】ついで、ステップ504では、NEがNα
より小さいか否かを判定し、NEがNα以上のとき、す
なわち始動時でないときには、ステップ506に進み、
機関運転状態に基づく通常の噴射時期演算が行われる。
一方、NEがNαより小さいとき、すなわち始動時であ
るときには、ステップ508に進み、始動時噴射時期A
INJとして圧縮行程中の所定の時期ASが採用され
る。なお、このASは、機関回転速度NE及び機関負荷
としてのアクセル開度ACPの関数となっており、予め
実験的に求められている。
【0054】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
く、様々な実施形態を採用することが可能である。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
筒内噴射式ガス燃料内燃機関において、噴射圧が変化し
ても安定した燃焼状態を維持することができ、出力の向
上、運転性の向上、エミッションの低減等が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としての筒内噴射式CNG
機関の全体概要図である。
【図2】スワールコントロールバルブ開度SCVAを算
出するためのフローチャートである。
【図3】燃料噴射圧偏差ΔPに応じてスワールコントロ
ールバルブ開度補正量ΔSCVAを定めたマップを示す
図である。
【図4】EGRバルブ開度EGRVAを算出するための
フローチャートである。
【図5】燃料噴射圧偏差ΔPに応じてEGRバルブ開度
補正量ΔEGRVAを定めたマップを示す図である。
【図6】点火時期SAを算出するためのフローチャート
である。
【図7】燃料噴射圧偏差ΔPと噴霧温度の基準値からの
変化量ΔTとの関係を示す特性図である。
【図8】燃料噴射圧偏差ΔPと噴霧の運動エネルギーの
基準値からの変化量ΔEとの関係を示す特性図である。
【図9】噴霧速度を減じる一手段を説明するための図で
ある。
【図10】噴霧速度を減じる他の手段を説明するための
図である。
【図11】噴霧速度を減じる更に他の手段を説明するた
めの図である。
【図12】燃料噴射時期を算出するためのフローチャー
トである。
【図13】始動時における機関回転速度の上昇の様子を
示す図である。
【図14】機関始動時における燃料噴射時期を算出する
ためのフローチャートである。
【図15】機関回転速度に基づき始動時であるか否かを
判定するための回転速度基準値を冷却水温に応じて定め
たマップを示す図である。
【符号の説明】
1…筒内噴射式CNG機関 2…シリンダブロック 3…シリンダヘッド 4…気筒 5…ピストン 6…コネクティングロッド 7…クランクシャフト 8…燃焼室 9…吸気ポート 10…排気ポート 11…吸気バルブ 12…排気バルブ 13…吸気側カムシャフト 14…排気側カムシャフト 15…吸気側カム 16…排気側カム 17,18,19…タイミングプーリ 20…タイミングベルト 30…吸気通路 31…エアクリーナ 32…スロットルバルブ 33…サージタンク 34…吸気マニホルド 37…スロットルモータ 38…スワールコントロールバルブ 39…スワールコントロールアクチュエータ 40…インジェクタ 41…燃料ボンベ 44…レギュレータ 50…点火プラグ 52…イグナイタ内蔵点火コイル 54…妨害板 60…排気通路 61…排気マニホルド 62…触媒コンバータ 64…排気ガス循環通路 68…EGRバルブ 71…バキュームセンサ 74…水温センサ 77…アクセル開度センサ 78…噴射圧センサ 80…クランク基準位置センサ 81…クランク角センサ 90…電子制御装置(ECU)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 41/02 301 F02D 41/02 301E 325 325K 41/06 335 41/06 335S 43/00 301 43/00 301B 301N 301U 301J F02M 21/02 F02M 21/02 L 25/07 550 25/07 550F 570 570A F02P 5/15 F02P 5/15 G Fターム(参考) 3G022 AA08 EA07 FA06 GA00 GA05 GA08 3G062 BA04 BA08 CA06 EA10 FA05 GA04 GA06 GA15 3G084 BA15 BA17 BA20 BA21 DA11 EB08 EB12 FA10 FA18 FA33 3G092 AA06 AA10 AA17 AB08 BA09 BB06 DC06 DC09 DE03S DG09 EC10 FA05 GA03 HB02X HB03Z HC09X HD07X HE01Z HF08Z 3G301 HA04 HA13 HA22 KA06 LA05 LB04 MA19 NC02 ND03 PB05A PB08Z PD15A PE01Z PE09A PF03Z

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス燃料を筒内に直接噴射する内燃機関
    において、 噴射されるガス燃料の圧力を検出する手段と、 検出される圧力に応じてスワールコントロールバルブの
    開度を制御する手段と、 を設けたことを特徴とするガス燃料内燃機関。
  2. 【請求項2】 ガス燃料を筒内に直接噴射する内燃機関
    において、 噴射されるガス燃料の圧力を検出する手段と、 検出される圧力に応じてEGRバルブの開度を制御する
    手段と、 を設けたことを特徴とするガス燃料内燃機関。
  3. 【請求項3】 ガス燃料を筒内に直接噴射する内燃機関
    において、 噴射されるガス燃料の圧力を検出する手段と、 検出される圧力に応じて点火時期を制御する手段と、 を設けたことを特徴とするガス燃料内燃機関。
  4. 【請求項4】 噴射されたガス燃料が点火プラグに衝突
    する際の流速を減じる手段を更に設けたことを特徴とす
    る、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の
    ガス燃料内燃機関。
  5. 【請求項5】 吸気バルブが閉じて以降にガス燃料噴射
    が開始されるように噴射時期を制御する手段を更に設け
    たことを特徴とする、請求項1から請求項3までのいず
    れか1項に記載のガス燃料内燃機関。
  6. 【請求項6】 機関始動時においてガス燃料が圧縮行程
    で噴射されるように噴射時期を制御する手段を更に設け
    たことを特徴とする、請求項1から請求項3までのいず
    れか1項に記載のガス燃料内燃機関。
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