JP2016056699A - 内燃機関の燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料配管の圧力異常が生じた際に、ガス燃料の大気放散を抑えつつ、燃料配管の圧力異常を解消する。
【解決手段】内燃機関の燃料噴射システムは、ガス燃料を所定圧力範囲で噴射する第１噴射弁２１、第１噴射弁２１の燃料噴射を制御する制御部８０、第１噴射弁２１のガス燃料の圧力を所定圧力範囲内の第１圧力に減圧する圧力調整弁６０、圧力調整後のガス燃料圧を検出するガス圧センサ４８、圧力調整弁６０による圧力調整後のガス燃料圧が所定圧力の範囲内で且つ第１圧力よりも大きい第２圧力となる際に開弁し、燃料通路４１のガス燃料を外部に放出するリリーフ弁６９を備える。制御部８０は、第１圧力よりも大きく且つ第２圧力よりも小さい第３圧力を異常判定基準値とし、検出ガス圧が異常判定基準値を超える際に、ガス燃料の圧力が異常であると判定し、第１噴射弁２１の燃料噴射による減圧を実施する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射システムに関し、詳しくはガス燃料を使用する車載内燃機関の燃料噴射システムに適用される燃料噴射システムに関する。

従来から、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等のガス燃料を燃焼させるようにした内燃機関が実用化されており、内燃機関には、ガス燃料を燃料噴射弁に対して供給する燃料供給装置が設けられている。

例えば、特許文献１には、ガス燃料が充填された燃料タンクからのガス燃料を１次減圧室内にて第１の所定圧力に減圧する１次レギュレータと、１次レギュレータで減圧されたガス燃料を２次減圧室内にて更に第２の所定圧力に減圧する２次レギュレータと、１次レギュレータよりも上流側（すなわちガスタンク側）に設けられ、各レギュレータに対するガス燃料の流通を遮断する遮断弁と、１次減圧室の出口側圧力が第１の所定圧力よりも高くなる異常状態の際に、燃料配管の圧力異常を検出するとともに、その圧力異常を回避する安全装置と、を備える燃料供給装置が提案されている。

特許文献１の燃料供給装置において、安全装置は、１次レギュレータと２次レギュレータとの間のガス通路に設けられた安全弁と、第１の圧力検出手段によって、１次減圧室の出口側圧力が所定の圧力を越えたことが検出された際に、燃料供給装置に異常があると判定する異常判定手段と、を備えている。

特開平８−９３５６９号公報

特許文献１の安全装置においては、圧力検出手段によって圧力の異常が検出された際に、安全弁を開き、ガス燃料を大気に放散させることによって、燃料配管の圧力を低下させる。しかし、ガス燃料を大気に放散させることは、燃費低下や異臭の発生等の不都合の発生につながる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、燃料配管の圧力異常が生じた際に、ガス燃料の大気放散を抑えつつ、燃料配管の圧力異常を解消することができる内燃機関の燃料噴射システムを提供することを主たる目的とするものである。

本発明は、ガス燃料を高圧状態で貯蔵するガスタンク（４２）から燃料通路（４１）を通じて供給されるガス燃料を所定圧力の範囲で噴射可能とする第１噴射手段（２１）と、前記第１噴射手段による前記ガス燃料の噴射を制御する噴射制御手段（８０）と、前記燃料通路に設けられ、前記第１噴射手段に供給されるガス燃料の圧力を前記所定圧力の範囲内の第１圧力に減圧調整する圧力調整手段（６０）と、前記圧力調整手段による圧力調整後のガス燃料の圧力を検出する圧力検出手段（４８）と、前記燃料通路において前記第１噴射手段と前記圧力調整手段との間に設けられ、前記圧力調整手段による圧力調整後のガス燃料の圧力が前記所定の圧力の範囲内であって且つ前記第１圧力よりも大きい第２圧力となる際に開弁して、前記燃料通路のガス燃料を外部に放出するリリーフ弁（６９）と、前記第１圧力よりも大きく且つ前記第２圧力よりも小さい第３圧力を異常判定基準値として、前記圧力検出手段による検出ガス圧が前記異常判定基準値を超える際に、前記ガス燃料の圧力が異常であると判定する異常判定手段（８０）と、前記異常判定手段により異常があると判定された際、前記第１噴射手段の燃料噴射による減圧を実施する減圧手段（８０）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、検出ガス圧が異常判定基準値を超える高圧の状態において、ガス燃料の圧力が第２圧力（リリーフ圧）に至る前に異常判定を実施できる。また、その高圧異常時に、第１噴射手段によるガス燃料の噴射を実施することで、ガス燃料の圧力を低下させることができる。その為、ガス燃料の大気放散を抑制しつつ、ガス燃料の圧力を抑えることができ、燃料配管を破裂などから保護できる。

エンジンの燃料噴射システムの概略を示す構成図。 第１噴射弁の概略構成を示す図。 レギュレータの概略構成を示す図。 エンジン燃料噴射システムの電力供給系の構成図。 ガス圧の設定例の説明図。 異常診断処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ガス燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と液体燃料であるガソリンとを燃焼用の燃料として使用する、いわゆるバイフューエルタイプの車載多気筒エンジン（多気筒内燃機関）に適用される燃料噴射システムとして具体化するものとしている。本システムの全体概略図を図１に示す。

図１に示すエンジン１０は直列３気筒の火花点火式エンジンよりなり、その吸気ポート及び排気ポートには吸気系統１１、排気系統１２がそれぞれ接続されている。吸気系統１１は、吸気マニホールド１３と吸気管１４とを有している。吸気マニホールド１３は、エンジン１０の吸気ポートに接続される複数（エンジン１０の気筒数分）の分岐管部１３ａと、その上流側であって吸気管１４に接続される集合部１３ｂとを有している。吸気管１４には空気量調整手段としてのスロットル弁１５が設けられている。スロットル弁１５は、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５ａにより開度調節される電子制御式のスロットル弁として構成され、スロットル弁１５の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５ａに内蔵されたスロットル開度センサ１５ｂにより検出されるようになっている。

また、排気系統１２は、排気マニホールド１６と排気管１７とを有している。排気マニホールド１６は、エンジン１０の排気ポートに接続される複数（エンジン１０の気筒数分）の分岐管部１６ａと、その下流側であって排気管１７に接続される集合部１６ｂとを有している。排気管１７には、排気の成分を検出する排気センサ１８と、排気を浄化する触媒１９とが設けられている。排気センサ１８として具体的には、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサが設けられている。

エンジン１０の各気筒には点火プラグ２０が設けられている。点火プラグ２０には、点火コイル等よりなる点火装置２０ａを通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２０の対向電極間に火花放電が発生し、気筒内（燃焼室内）に導入した燃料が着火され燃焼に供される。

また、本システムは、エンジン１０に対して燃料を噴射供給する燃料噴射手段として、ガス燃料（ＣＮＧ燃料）を噴射する第１噴射弁２１と、液体燃料（ガソリン）を噴射する第２噴射弁２２とを有している。これら各噴射弁２１，２２は、吸気系統１１において吸気マニホールド１３の分岐管部１３ａにそれぞれ燃料を噴射するものであり、第１噴射弁２１の噴射によりガス燃料が各気筒の吸気ポートに供給され、第２噴射弁２２の噴射により液体燃料が各気筒の吸気ポートに供給される。

各噴射弁２１，２２は、電磁駆動部が電気的に駆動されることで弁体が閉位置から開位置にリフトされる開閉タイプの制御弁であり、制御部８０から入力されるオン／オフ式の開弁駆動信号によりそれぞれ開弁駆動される。これら各噴射弁２１，２２は、通電により開弁し、通電遮断により閉弁する。そして、通電時間に応じた量の燃料（ガス燃料、液体燃料）が各噴射弁２１，２２から噴射される。なお、本実施形態では、第１噴射弁２１の先端部に噴射管２３が接続されており、第１噴射弁２１から噴出されたガス燃料は噴射管２３を介して吸気マニホールド１３の分岐管部１３ａに噴射されるようになっている。なお、燃料噴射弁の駆動方式としては、開弁当初に開弁応答性を高めるための大電流（昇圧電流）を短時間流し、その後、開弁状態を維持する開弁維持電流を断続的に流す構成が知られているが、本実施形態では、構成の簡素化を図るべく、通電期間内で一定の電流を流すことで第１噴射弁２１を開弁させる構成としている。

ここで、ガス噴射用の第１噴射弁２１の構成を図２を参照して説明する。図２において（ａ）は非噴射状態を示し、（ｂ）は噴射状態を示している。第１噴射弁２１は、自身に供給されるガス燃料の圧力により閉鎖シール性が高められる、いわゆるセルフシール（自密閉）構造を有している。

筒状のボディ３１には弁体３２が摺動可能に収容されており、そのボディ３１内において弁体３２がばね３３により閉弁方向に付勢されている。図２（ａ）では、弁体３２の先端部によって、噴射弁先端に設けられた噴孔部３４が閉鎖されている。また、ボディ３１内には、弁体３２の後端側（上流側）に第１燃料室３５が設けられるとともに、弁体３２の先端側（下流側）に第２燃料室３６が設けられている。弁体３２には、摺動部分よりも先端側に小径部３２ａが設けられており、その小径部３２ａの周りに第２燃料室３６が設けられている。第１燃料室３５と第２燃料室３６とは、弁体３２に設けられた燃料通路３７を介して連通されており、燃料通路３７の入口側は第１燃料室３５に通じ、出口側は第２燃料室３６に通じている。弁体３２は、ソレノイド等からなる電磁駆動部３８への通電に応じて開弁位置に変位する。

上記構成の第１噴射弁２１では、第１燃料室３５に対して後述のレギュレータ４３からガス燃料が供給され、そのガス燃料が燃料通路３７を介して第２燃料室３６にも導入される。そして、図２（ｂ）に示すように、電磁駆動部３８への通電に伴いばね３３の付勢力に抗して弁体３２が開弁位置に変位すると、噴孔部３４が開放され、ガス燃料が噴射される。

第１噴射弁２１において、弁体３２にはその先端側に小径部３２ａが設けられていることから、閉弁状態での第１燃料室３５側の受圧面積と第２燃料室３６側の受圧面積とは、「第１燃料室３５側の受圧面積＞第２燃料室３６側の受圧面積」となっている（図２（ａ）参照）。そのため、図２（ａ）に示す閉弁状態では、レギュレータ４３側から供給されるガス燃料の圧力（噴射圧に相当）が、弁体３２を閉弁する方向（閉弁方向）に対してはより大きく作用するようになっている。なお、図２（ｂ）に示す開弁状態では、小径部３２ａの端面（図の下端面）にも噴射圧が作用するため、弁体３２に作用する閉弁方向の燃料圧力と開弁方向の燃料圧力とは略同じになっている。

次に、図１の説明に戻り、第１噴射弁２１に対してガス燃料を供給するガス燃料供給部４０の構成と、第２噴射弁２２に対して液体燃料を供給する液体燃料供給部７０の構成とを説明する。

ガス燃料供給部４０において、第１噴射弁２１にはガス配管４１を介してガスタンク４２が接続されており、そのガス配管４１の途中には、第１噴射弁２１に供給されるガス燃料の圧力を減圧調整する圧力調整機能を有するレギュレータ４３が設けられている。なお、以下の説明において、ガス配管４１のレギュレータ４３よりも上流側が高圧側通路を形成する高圧配管部４１ａ、下流側が低圧側通路を形成する低圧配管部４１ｂと称する。

レギュレータ４３（より詳しくは後述する圧力調整弁６０）は、ガスタンク４２内に貯蔵された高圧状態（例えば最大２０ＭＰａ）のガス燃料を、所定の圧力に減圧調整するものであり、減圧調整後のガス燃料がガス配管４１を通って第１噴射弁２１に供給されるようになっている。

なお、レギュレータ４３による圧力の調整範囲は、第１噴射弁２１が作動可能な圧力範囲の一部に設定されている。例えば、第１噴射弁２１が作動可能な圧力範囲を１．０ＭＰａ以下とした場合、レギュレータ４３は、所定の圧力範囲（例えば、０．２〜０．３５ＭＰａ）となるようにガス燃料の圧力を減圧調整する。

また、ガス配管４１等により形成されるガス燃料通路には、ガスタンク４２の燃料出口の付近に配置されたタンク主止弁４４（タンク出口弁）と、そのタンク主止弁４４よりも下流側であってレギュレータ４３の燃料入口の付近に配置された遮断弁４５とが設けられている。これら各弁４４，４５によって、ガス配管４１におけるガス燃料の流通が許容及び遮断される。タンク主止弁４４及び遮断弁４５はいずれも電磁式の開閉弁であり、非通電時にガス燃料の流通を遮断し、通電時にガス燃料の流通を許容する常閉式となっている。

ガス配管４１において、高圧配管部４１ａには燃料圧力を検出するガス圧センサ４６と、燃料温度を検出する温度センサ４７とが設けられている。低圧配管部４１ｂにはガス燃料の圧力を検出するガス圧センサ４８と、ガス燃料の温度を検出する温度センサ４９とが設けられている。

ここで、レギュレータ４３の構成を図３を用いて説明する。レギュレータ４３は、機械的に定められた設定圧に対して低圧配管部４１ｂ内の燃料圧力を調整する機械式の圧力調整装置を構成するものである。

図３において、レギュレータ４３は、高圧配管部４１ａ（すなわちガスタンク４２側）に接続される高圧通路５１と、低圧配管部４１ｂ（すなわち第１噴射弁２１側）に接続される低圧通路５２とを有しており、高圧通路５１には遮断弁４５とガス圧センサ４６とが設けられている。ガス圧センサ４６は、遮断弁４５よりも上流側でガス燃料の圧力を検出する。符号５３は、異物除去用のフィルタである。

遮断弁４５の構成は第１噴射弁２１の構成と概ね同じであり、セルフシール（自密閉）構造を有している。その構成を簡単に説明すると、遮断弁４５は、ばね５４により閉弁方向に付勢された弁体５５を有しており、電磁駆動部５６が通電されることによりばね５４の付勢力に抗して弁体５５が閉弁位置から開弁位置に変位するようになっている。弁体５５の後端側（上流側）には第１燃料室５７が設けられるとともに、弁体５５の先端側（小径部が設けられた下流側）には第２燃料室５８が設けられている。これら両燃料室５７，５８は、弁体５５に設けられた燃料通路５９を介して連通されている。この場合、両燃料室５７，５８にはガスタンク４２から高圧のガス燃料が供給され、遮断弁４５の閉鎖状態下ではガスタンク４２側の燃料圧力により弁体５５に閉鎖方向の力が付与されている。そして、電磁駆動部５６への通電に伴いばね５４の付勢力に抗して弁体５５が開弁位置に変位すると（図示の状態）、高圧のガス燃料が下流側に流通する。

レギュレータ４３において、遮断弁４５の下流側には圧力調整弁６０が設けられている。圧力調整弁６０の構成として、高圧通路５１には弁体室６１が設けられており、その弁体室６１には弁体６２が収容されている。弁体６２は低圧通路５２の入口部分である弁座部６３を開閉する開閉部材であり、弁体６２が開位置にあれば、弁座部６３が開かれて高圧通路５１と低圧通路５２とが連通される。また、弁体６２が閉位置にあれば、弁座部６３が閉じられて高圧通路５１と低圧通路５２との連通が遮断される。

弁体６２は、低圧通路５２内の燃料圧力（噴射圧に相当）と、弁体作動部６５により生じる開弁方向の力とに応じて開閉される。弁体作動部６５は、大気に開放された空間であってその内部に調整ばね６６が設けられた大気開放部６７を有するとともに、大気開放部６７と低圧通路５２とを仕切る仕切部材としてのダイアフラム６８を有している。ダイアフラム６８は弁体６２に一体に設けられている。ダイアフラム６８には、閉弁方向の力として低圧通路５２内の燃料圧力が作用し、開弁方向の力として調整ばね６６の付勢力と大気圧とが作用する。

かかる構成において、「閉弁方向の力＞開弁方向の力」になっていれば、弁体６２が閉弁位置で保持される。一方、第１噴射弁２１の燃料噴射等により低圧通路５２内の燃料圧力が低下し、「閉弁方向の力＜開弁方向の力」になると、ダイアフラム６８の変位に伴い弁体６２が開弁される。このとき、閉弁方向の力と開弁方向の力との差に応じて弁体６２の開位置（弁体リフト量）が決まり、その開位置に応じて弁座部６３における開口面積が変更され、ひいては高圧通路５１から低圧通路５２に流入する燃料量が調整される。

低圧通路５２から分岐した分岐部５２ａには、低圧通路５２内の燃料圧力が異常高圧になった場合にガス抜きをするリリーフ弁６９が設けられている。

本実施形態では、レギュレータ４３において、弁体６２や弁体作動部６５といった構成部品からなる圧力調整弁６０により圧力調整手段が構成されている。なお、図３の構成では、レギュレータ４３において遮断弁４５とガス圧センサ４６と圧力調整弁６０とを一体に設けたが、これを変更してもよく、例えば遮断弁４５とガス圧センサ４６とをレギュレータ４３とは別体として高圧配管部４１ａに設けることも可能である。

図１の説明に戻り、液体燃料供給部７０において、第２噴射弁２２には、燃料配管７１を介して燃料タンク７２が接続されている。また、燃料配管７１には、燃料タンク７２内の液体燃料を第２噴射弁２２に給送する燃料ポンプ７３が設けられている。

制御部８０は、ＣＰＵ８１と、ＲＯＭ８２と、ＲＡＭ８３と、バックアップＲＡＭ８４と、インターフェース８５と、双方向バス８６とを備えている。ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、バックアップＲＡＭ８４、及びインターフェース８５は、双方向バス８６によって互いに接続されている。

ＣＰＵ８１は、本システムにおける各部の動作を制御するためのルーチン（プログラム）を実行する。ＲＯＭ８２には、ＣＰＵ８１が実行するルーチン、及びこのルーチン実行の際に参照されるマップ類（マップの他、テーブルや関係式等を含む）、パラメータ、等の各種データが予め格納されている。ＲＡＭ８３は、ＣＰＵ８１がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納する。バックアップＲＡＭ８４は、電源が投入された状態でＣＰＵ８１の制御下でデータを適宜格納するとともに、この格納されたデータを電源遮断後も保持する。

インターフェース８５は、上述したスロットル開度センサ１５ｂ、排気センサ１８、ガス圧センサ４６，４８、温度センサ４７，４９を含む、本システムに設けられたセンサ類（クランク角センサ、エアフロメータ、冷却水温センサ、車速センサ等）と電気的に接続されており、これらのセンサからの出力（検出信号）をＣＰＵ８１に伝達する。

また、インターフェース８５は、スロットルアクチュエータ１５ａ、点火装置２０ａ、各噴射弁２１，２２、タンク主止弁４４、遮断弁４５等の駆動部と電気的に接続されていて、これらの駆動部を駆動させるためにＣＰＵ８１から送出された駆動信号を当該駆動部に向けて出力する。すなわち、制御部８０は、上述のセンサ類の出力信号等に基づいてエンジン１０の運転状態を取得し、この運転状態に基づいて上述の駆動部の制御を実施する。

上述した第１噴射弁２１、第２噴射弁２２、タンク主止弁４４や遮断弁４５など、各種の電気負荷は車載バッテリからの電力供給を受けて作動する構成となっている。図４に電力供給系の構成を示す。図４では、電気負荷としての点火装置２０ａや各噴射弁２１，２２、タンク主止弁４４、遮断弁４５、スタータ９１が電力供給線９２を介して電源部としてのバッテリ９３に接続されており、これら各電気負荷はバッテリ９３からの電力供給により駆動される。スタータ９１は、エンジン１０の始動時において初期回転を付与するための始動装置である。また図４において、オルタネータ９５が電力供給線９２を介してバッテリ９３に接続されている。本実施形態のオルタネータ９５は、エンジン１０の運転状態の検出結果に基づいて発電量が調節される機能を有するものであるとする。なお、本実施形態においては、構成の簡略化のために、バッテリ９３の電圧を昇圧させる昇圧回路等は設けられていないとする。

点火装置２０ａやタンク主止弁４４、遮断弁４５には、制御部８０から制御信号が入力されるようになっており、点火装置２０ａは、制御部８０からの制御信号に応じて高電圧を出力し点火プラグに点火火花を生じさせる。また、タンク主止弁４４及び遮断弁４５は、制御部８０からの制御信号に応じて閉弁状態から開弁状態に切り替えられる。また、制御部８０には、スタータ９１の駆動によるエンジン始動時において、スタータ駆動（クランキング）が実施されていることを示す情報や、スタータ９１の駆動開始（クランキング開始）からの経過時間を示す情報、エンジン１０の始動完了を示す情報が始動情報として入力されるようになっている。

また、制御部８０は、ガス圧センサ４８による圧力の検出値（以下、検出ガス圧と記す）が所定の異常判定の基準値以上となった際に、ガス燃料が高圧異常であると判定する。

ガス燃料の圧力が、ガス配管４１における低圧配管部４１ｂの耐圧を超えて高圧となると、ガス配管４１の低圧配管部４１ｂに破損や変形などが生じうる。そのため、ガス燃料の圧力は低圧配管部４１ｂの耐圧を超えて高圧とならないように、低圧配管部４１ｂの耐圧よりも低い所定の圧力であるリリーフ圧となった際に、リリーフ弁６９が開くようにしている。リリーフ弁６９が開くと、ガス燃料が大気に放散され、これにより、低圧配管部４１ｂにおけるガス燃料の圧力上昇を抑えることができる。

低圧配管部４１ｂを保護する観点では、リリーフ圧はガス配管４１の耐圧よりもできるだけ低いことが好ましいが、リリーフ圧が低いと大気放散されるガス燃料量が増えるため、エミッション低減や異臭による課題が大きくなる懸念がある。

また、リリーフ圧が低い場合、レギュレータ４３による減圧調整後の圧力と、リリーフ圧との差が小さくなる。この場合、ガス燃料の異常が検出される前にリリーフ弁６９が開くことで、異常判定が正しく実施できなくなるおそれがある。

なお、低圧配管部４１ｂの耐圧を上昇させることによって、レギュレータ４３による減圧調整後の圧力とリリーフ圧との差を拡大させることも想定されるが、この場合には、燃料噴射システムの製造コストが増加する。

そこで本実施形態では、燃料システムにおける製造コストの増加を抑えつつ、ガス配管４１の破損を抑えるとともに、ガス燃料の圧力が上昇した場合には、ガス燃料の大気放散を抑えつつ、ガス燃料の圧力の異常判定を適切に実施できるようにする。

すなわち図５の例に示すように、本実施形態では、リリーフ圧、レギュレータ４３による減圧調整後のガス燃料の圧力、ガス燃料の圧力の異常判定基準値の各々を第１噴射弁２１が作動可能な圧力範囲内となるようにする。

例えば、第１噴射弁２１の作動可能な圧力範囲Ｄ１とした場合、レギュレータ４３による減圧調整後のガス燃料の圧力Ｄ２が、圧力範囲Ｄ１内の低圧側となるようにする。リリーフ圧Ｄ３は、圧力範囲Ｄ１内の高圧側となるようにする。そして、減圧調整後の圧力Ｄ２とリリーフ圧Ｄ３との間に、異常判定基準値Ｄ４を設ける。例えば、第１噴射弁２１の圧力範囲Ｄ１を０〜１．０ＭＰａとした場合、減圧調整後の圧力Ｄ２を０．３〜０．４ＭＰａの範囲の値、リリーフ圧Ｄ３を０．６〜０．８ＭＰａの範囲の値、異常判定基準値Ｄ４を０．４〜０．６ＭＰａの範囲の値とする。

この際、リリーフ圧Ｄ３は、レギュレータ４３による減圧調整後の圧力Ｄ２よりも所定以上に高く、例えば圧力Ｄ２の２倍以下とすることが好ましい。この場合、リリーフ圧Ｄ３と異常判定基準値Ｄ４との間に所定の圧力差が設けられるとともに、レギュレータ４３による減圧調整後の圧力Ｄ２と異常判定基準値Ｄ４との間にも所定の圧力差が設けられる。これにより、第１噴射弁２１が作動可能な状態を確保しつつ、且つリリーフ弁６９が開弁する前に異常判定を実施できる。

なお、検出ガス圧が異常判定基準値Ｄ４以上となる原因として、レギュレータ４３の調圧異常と、ガス圧センサ４８の異常とが想定される。レギュレータ４３の調圧異常は、圧力調整弁６０に異物が挟まれる閉故障等が原因で発生する。レギュレータ４３に調圧異常が生じた場合、レギュレータ４３によるガス圧の調整が実施できなくなる。また、レギュレータ４３の調圧異常によって、低圧配管部４１ｂと高圧配管部４１ａとが連通状態となると、ガス圧が急上昇するため、遮断弁４５を遮断したとしても、検出ガス圧が一時的にリリーフ圧Ｄ３を超える可能性がある。

そこで、レギュレータ４３の調圧異常が生じた場合、制御部８０は、第１噴射弁２１による燃料噴射を実施することでガス圧を減圧する。この場合、ガス圧がリリーフ圧Ｄ３に達する前に、第１噴射弁２１による燃料噴射を実施できるため、ガス燃料の大気放散を抑えつつ、低圧配管部４１ｂのガス圧を低下させることができる。

なお制御部８０は、検出ガス圧がリリーフ圧Ｄ３を超える場合又は超えるおそれのある場合には、気体燃料の噴射停止中や、第２噴射弁２２による液体燃料の噴射中に関わらず、第１噴射弁２１による燃料噴射を強制的に実施してガス圧を減圧する。これにより、エンジン１０の運転状態にかかわらず、ガス燃料が高圧となる場合には、ガス燃料の大気放散を抑えつつ、ガス燃料の圧力を下げることができる。

また、調圧異常に起因してガス燃料が高圧となる際、第１噴射弁２１を用いたガス燃料の放出を実施しても、ガス圧の上昇が継続されることも想定される。この場合には、ガス圧がリリーフ圧Ｄ３に達した際にリリーフ弁６９が開弁されることとなる。すなわち本実施形態の場合、第１噴射弁２１による減圧処理を実施してもガス圧の上昇が抑えられない場合にのみ、リリーフ弁６９が開弁されるため、従来技術と比べて、ガス燃料の大気放散を減らすことができる。

また、本実施形態ではリリーフ圧Ｄ３が第１噴射弁２１の圧力範囲Ｄ１内に設定されている。そのため、ガス圧がリリーフ圧Ｄ３に達してからも、第１噴射弁２１による減圧を継続することができる。この場合、ガス圧がリリーフ圧Ｄ３を超える程度に高圧である状態を早期に解消することができ、リリーフ弁６９が開弁状態となる期間を短くすることができ、ひいてはガス燃料の大気放散を減らすことができる。

一方、ガス圧センサ４８の異常に起因して、ガス燃料が高圧となる場合には、レギュレータ４３を用いてガス圧の調整が可能である。そこでこの場合には、制御部８０は、ガス圧センサ４８によるガス圧の検出値を無効とするとともに、予め定めた所定値を現在のガス圧であるとみなして、レギュレータ４３による調圧を継続することで、ガス圧を減圧する。

次に本実施形態にかかる内燃機関の燃料噴射システムの処理を図６のフローチャートを用いて説明する。

図６において、ガス圧センサ４８によって検出されるガス燃料の圧力が異常判定基準値Ｄ４よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１１）。

ガス燃料の圧力が異常判定基準値Ｄ４よりも大きい場合には、ガス圧センサ４８の異常であるか否かを判定する（Ｓ１２）。本処理は、第１噴射手段から噴射された燃料量（エンジンの運転条件から定まる要求噴射量）と検出ガス圧の減圧側の変化幅とに所定の相関が無い場合、すなわち、フィードバック制御におけるフィードバック制御量が収束しない場合に、ガス圧センサ４８の異常が原因であると判定する。

ガス圧センサ４８がガス燃料の圧力を正しく検出できない場合、誤検出されたガス圧に基づき算出されたフィードバック制御量を用いたフィードバック制御が実施されることになる。この場合、ガス圧の検出値のずれをフィードバック制御で吸収できないため、フィードバック制御量が収束しないことが生じる。一方、ガス圧センサ４８がガス圧を正しく検出した場合には、ガス圧の検出結果に応じて、ガス圧の変化がフィードバック制御で吸収されるため、フィードバック制御量は収束するこれを利用して、ガス圧センサ４８の異常判定を行う。

Ｓ１２でガス圧センサ４８の異常であると判定した場合には、ガス圧センサ４８の異常判定フラグをオンにする（Ｓ１３）。そしてガス圧の検出値として所定値を出力する（Ｓ１４）。例えば、車両の設定ガス圧に基づき決定された値を出力する。

Ｓ１２でガス圧センサ４８が正常であると判定した場合には、レギュレータ４３による調圧異常であるとして調圧異常フラグをオンにする（Ｓ１５）。この場合、バッテリ９３を充電するためにオルタネータ９５に発電を指示する（Ｓ１６）。これにより、ガス圧が高い状況下においても、十分なバッテリ電圧を確保することができ、第１噴射弁２１を開弁作動しやすくできる。

次に、検出ガス圧がリリーフ圧Ｄ３以上であるか否かを判定する（Ｓ１７）。検出ガス圧がリリーフ圧Ｄ３以上であると判定した場合には、遮断弁４５を閉弁させるための指示信号を出力し、ガスタンク４２からのガス燃料の供給が遮断されるようにする（Ｓ１８）。そして、第１噴射弁２１を開弁して、レギュレータ４３の低圧通路５２のガス圧を減圧する（Ｓ１９）。

Ｓ１７で検出ガス圧がリリーフ圧Ｄ３より低圧であると判定した場合には、検出ガスが異常判定基準値Ｄ４を超えた状態が所定時間以上継続しているか否かを判定する（Ｓ２０）。

Ｓ２０で肯定判定した場合には、遮断弁４５を閉弁させるための指示信号を出力する（Ｓ２１）。そして第１噴射弁２１を開弁して、レギュレータ４３の低圧通路５２のガス圧を減圧する（Ｓ２２）。

Ｓ２０で否定判定した場合には、検出ガス圧が上昇する速度が所定以上に早いいことによって、検出ガス圧がリリーフ圧Ｄ３を超えるおそれがあるか否かを判定する（Ｓ２３）。肯定判定した場合には、Ｓ２１に進み、ガスタンク４２からのガス燃料の供給を遮断する（Ｓ２１）。そして、第１噴射弁２１を開弁して、低圧通路５２のガス圧を減圧する（Ｓ２２）。

Ｓ２３で否定判定した場合、すなわち検出ガス圧がリリーフ圧Ｄ３未満であり且つ検出ガス圧がリリーフ圧Ｄ３を超えるおそれが無い場合には、異常状態ではないとして処理を終了する。また、Ｓ１１で検出ガス圧が異常判定基準値Ｄ４よりも小さいと判定した場合、各種フラグがオンの場合には、それらのフラグをオフにして（Ｓ２４）、遮断弁４５を開弁させる指示信号を出力する（Ｓ２５）。

上記によれば以下の優れた効果を奏する。

・レギュレータ４３による減圧調整後のガス燃料の圧力を、第１噴射弁２１による燃料噴射が可能な所定圧力の範囲内にするとともに、リリーフ弁６９が開弁される圧力である第２圧力を、同じく所定圧力の範囲内であり、且つ第１圧力よりも大きい値にした。更には、第１圧力よりも大きく且つ第２圧力よりも小さい第３圧力を、ガス圧センサ４６による異常判定基準値とした。そして、圧力の検出結果（検出ガス圧）が判定基準値を超えた際に、第１噴射弁２１の燃料噴射による減圧が実施されるようにした。この場合、検出ガス圧が異常判定基準値を超える高圧の状態において、ガス燃料の圧力が第２圧力（リリーフ圧）に至る前に異常判定を実施できる。また、その高圧異常時に、第１噴射弁２１によるガス燃料の噴射を実施することで、ガス燃料の圧力を低下させることができる。その為、ガス燃料の大気放散を抑制しつつ、ガス燃料の圧力を抑えることができ、ガス配管４１を破裂などから保護できる。

・例えば、レギュレータ４３の調圧機能に不具合が生じた場合、ガス圧が急上昇することで、検出ガス圧が第２圧力を超える又は第２圧力を超えるおそれが生じる。そこで、検出ガス圧が第２圧力を超える場合又は超えるおそれのある場合には、ガス燃料の噴射による減圧が実施されるようにする。これにより、ガス燃料の外部放出を抑えつつ、第１噴射手段の圧力を下げることができる。

・検出ガス圧が異常判定基準値を超える際に、エンジン１０の運転条件から定まる要求噴射量と検出ガス圧の減圧側の変化幅とに所定の相関がある場合には、レギュレータ４３による調圧異常であると判定するようにした。この場合、燃料圧力が異常判定基準値を超えて高くなることの原因を特定できる。また、レギュレータ４３による調圧異常によって検出ガス圧が異常判定基準値を超える場合、ガス燃料の噴射による減圧を実施することで、レギュレータ４３に異常がある場合におけるガス燃料の外部放出を抑えることができる。

・検出ガス圧が異常判定基準値を超える際に、エンジン１０の運転条件から定まる要求噴射量と検出ガス圧の減圧側の変化幅とに所定の相関がない場合には、ガス圧センサ４６の異常であると判定することができる。なおガス圧センサ４６の異常に起因して、燃料検出圧が異常判定基準値を超えた場合、レギュレータ４３による調圧機能を用いてガス燃料の圧力を下げることができるため、第１噴射弁２１の燃料噴射による減圧を実施しないようにした。この場合には、第１噴射弁２１の燃料噴射による減圧を実施せずに、検出ガス圧を抑えることができる。

・レギュレータ４３の調圧異常であると判定された際、レギュレータ４３に電力を供給するオルタネータ９５の発電を指示する発電指示信号を出力するようにした。これにより、ガス圧が高い状況下においても、第１噴射弁２１を開弁するための電源電圧を確保することができる。

・リリーフ弁６９の開放状態で、第１噴射弁２１の燃料噴射による減圧を実施できるようにしたことで、リリーフ弁６９が開放状態とされる期間を短くすることができ、ひいては、ガス燃料の大気放出を減らすことができる。

・ガス燃料と液体燃料を用いるバイフューエルタイプの内燃機関において、液体燃料による燃料供給を行っている際に、検出ガス圧が異常判定基準値を超える場合には、第１噴射弁２１によるガス燃料の噴射による減圧を実施するようにした。気体燃料噴射の停止状態（液体燃料の供給中）で、第１噴射弁２１による燃料噴射を用いてガス圧を減圧できるようにしたことで、液体燃料の供給状態における未燃ガスの大気放出を抑えつつ、ガス燃料の燃料圧力の上昇を抑えることができる。

・第１噴射弁２１は、通電期間内で一定の電流が印加されることで開弁する構成であり、構成の簡素化を図ることができるものの、開弁当初に大電流が印加される構成に比べて、燃料圧が高圧である状況下での開弁動作の点で不利であると言える。ただし、燃料圧が高圧である状況下ではオルタネータ９５の発電により第１噴射弁２１への印加電圧を高める構成にしたため、燃料噴射弁として簡易な構成を用いつつも、燃料高圧状態での燃料噴射を好適に実施できるものとなっている。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。なお以下の説明において、上記構成と同様の構成には同じ図番号を付し詳述は省略する。

・低圧配管部４１ｂの圧力を下げるために、第１噴射弁２１による燃料噴射を強制的に実施した場合には、次の第１噴射弁２１による燃料噴射時期におけるガス燃料の噴射量が減補正されるようにしてもよい。この場合、燃費を低下させることなく、ガス燃料の圧力上昇を抑えられる。

・低圧配管部４１ｂの圧力を下げるために、第１噴射弁２１による燃料噴射を強制的に実施した場合には、次の第１噴射弁２１による燃料噴射時期において、通常の燃料噴射を実施してもよい。ガス燃料の場合には、エンジン１０にガス燃料が過剰に供給されることによる影響は小さいため、このような処理を実施してもよい。

・上記において、Ｓ１９，Ｓ２２で実施する減圧処理は、多気筒エンジンにおける全気筒に対して実施する他、複数気筒のうちの一部の気筒に対して実施されてもよい。また減圧処理を実施する気筒を選択可能な場合、検出ガス圧に応じて減圧処理を実施する気筒数等が選択されるようにしてもよい。例えば、検出ガス圧がリリーフ圧Ｄ３以上となる場合には、全気筒に対する減圧処理を実施する。一方、検出ガス圧が異常判定基準値Ｄ４以上リリーフ圧Ｄ３未満の場合には、一部の気筒に対して減圧処理を実施する。この際、検出ガス圧の大きさに応じて減圧処理を実施する気筒数が調整されてもよい。すなわち検出ガス圧が高いほど、減圧処理が実施される気筒数が増加されるようにしてもよい。

・上記では、Ｓ１９，Ｓ２２で同じ減圧処理を実施しているが、Ｓ１９，Ｓ２２の各減圧処理は異なるものであってもよい。例えば、Ｓ１９の場合には、ガス圧センサ４８の出力がリリーフ圧Ｄ３以上に高い状態であるため、Ｓ２２の処理と比べて、第１噴射弁２１によるガス燃料の噴射量を増加させる。又は、Ｓ１９では減圧処理を全気筒に対して実施するのに対して、Ｓ２２では減圧処理を一部の気筒に対して実施してもよい。

２１…第１噴射弁、４１…ガス配管、４２…ガスタンク、４８…ガス圧センサ、６０…圧力調整弁、６９…リリーフ弁、８０…制御部。

Claims (8)

1. ガス燃料を高圧状態で貯蔵するガスタンク（４２）から燃料通路（４１）を通じて供給されるガス燃料を所定圧力の範囲で噴射可能とする第１噴射手段（２１）と、
   前記第１噴射手段による前記ガス燃料の噴射を制御する噴射制御手段（８０）と、
   前記燃料通路に設けられ、前記第１噴射手段に供給されるガス燃料の圧力を前記所定圧力の範囲内の第１圧力に減圧調整する圧力調整手段（６０）と、
   前記圧力調整手段による圧力調整後のガス燃料の圧力を検出する圧力検出手段（４８）と、
   前記燃料通路において前記第１噴射手段と前記圧力調整手段との間に設けられ、前記圧力調整手段による圧力調整後のガス燃料の圧力が前記所定の圧力の範囲内であって且つ前記第１圧力よりも大きい第２圧力となる際に開弁して、前記燃料通路のガス燃料を外部に放出するリリーフ弁（６９）と、
   前記第１圧力よりも大きく且つ前記第２圧力よりも小さい第３圧力を異常判定基準値として、前記圧力検出手段による検出ガス圧が前記異常判定基準値を超える際に、前記ガス燃料の圧力が異常であると判定する異常判定手段（８０）と、
   前記異常判定手段により異常があると判定された際、前記第１噴射手段の燃料噴射による減圧を実施する減圧手段（８０）と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
2. 前記減圧手段は、前記検出ガス圧が前記第２圧力を超える場合又は前記第２圧力を超えるおそれがあると判定された場合に、前記第１噴射手段の燃料噴射による減圧を実施する請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
3. 前記異常判定手段は、前記検出ガス圧が前記異常判定基準値を超える際、前記第１噴射手段から噴射された燃料量と前記検出ガス圧の減圧側の変化幅とに所定の相関がある場合に、前記圧力調整手段による調圧異常であると判定し、
   前記減圧手段は、前記検出ガス圧が前記圧力調整手段の調圧異常によって前記異常判定基準値を超える場合に、前記燃料噴射による減圧を実施する請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
4. 前記異常判定手段は、前記検出ガス圧が前記異常判定基準値を超える際、前記第１噴射手段から噴射された燃料量と前記検出ガス圧の減圧側の変化幅とに所定の相関がない場合には、前記圧力検出手段の異常であると判定し、
   前記減圧手段は、前記検出ガス圧が前記異常判定基準値を超える際、前記異常判定手段によって圧力検出手段の異常が判定されている場合には、前記第１噴射手段の燃料噴射による減圧を実施しない請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
5. 前記内燃機関の運転状態に基づいて発電量が調整され、前記圧力調整手段に電力を供給する電力供給手段（９５）と、
   前記異常判定手段により異常があると判定された際に、前記電力供給手段に対して発電を指示する発電指示信号を出力する手段と、を備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
6. 前記減圧手段は、前記リリーフ弁の開放状態で、前記第１噴射手段の燃料噴射による減圧を実施する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
7. 前記第２圧力は前記第１圧力よりも大きく、且つ前記第１圧力の２倍よりも低圧である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
8. 前記第１噴射手段以外に、液体燃料を噴射する第２噴射手段（２２）を備える燃料噴射システムに適用され、前記第１噴射手段によるガス燃料の噴射と前記第２噴射手段による液体燃料の噴射とを切り替えて実施する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記減圧手段は、前記第２噴射手段による前記液体燃料の噴射が行われている際に、前記検出ガス圧が前記異常判定基準値を超える場合には、前記ガス燃料の噴射による減圧を実施する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。

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