JP3998744B2 - 圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置及び点火時期制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮天然ガスの気化ガス組成を検出し、この気化ガス組成に応じた燃料噴射量或いは点火時期を設定するエンジンの燃料噴射制御装置及び点火時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、天然ガスは水素、炭素比が大きく、熱効率が高いため二酸化炭素（ＣＯ2）、及び硫黄酸化物（ＳＯx）の排出が少なく、又、天然ガスの主成分であるメタンは炭化水素中もっとも安定した物質であり、オクタン価が高く希薄燃焼が可能で低燃費、高出力を得ることができ、低公害燃料として或いは石油代替燃料として注目されている。
【０００３】
上述のように天然ガスの主成分はメタン（ＣＨ4）であるが、それ以外に、エタン（Ｃ2Ｈ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）等が含まれている。これらの成分の気化圧力はそれぞれ相違しているため、現在開発が進められている圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とするエンジンでは、該ＣＮＧを貯留する高圧燃料タンク内の圧力変化によりエンジンに供給される気化ガス中のメタンの割合が相対的に変化する。尚、図６に、15.6℃におけるＣＮＧの代表成分の気化圧力（絶対圧）を示す。
【０００４】
高圧燃料タンクにＣＮＧを満杯に充填したときの内圧Ｐが210Kgf/cm2とすれば、気化圧力が210Kgf/cm2以下のエタン等の成分は液体の状態にあり、このときインジェクタへ燃料として供給する気化ガスの成分は、メタン（ＣＨ4）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）となる。
【０００５】
一方、高圧燃料タンク内のＣＮＧの残量が次第に減少すると内圧Ｐが低下するため、その過程において、図１７に示すように、先ず、内圧Ｐが４５．５Kgf/cm2 以下になるとエタンが気化しメタンとの混合された気化ガスとしてインジェクタに供給され、次いで、内圧Ｐが７．５Kgf/cm2 以下になるとプロパンが気化し、又、２．３Kgf/cm2 以下ではブタンが気化する。その結果、インジェクタへ供給される気化ガスの組成は内圧Ｐが変化する毎に相違する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、インジェクタへ供給されるＣＮＧの気化ガス組成は内圧Ｐによって変化し、従って、燃料切れ寸前まで補給しないユーザと、早めに補給するユーザとでは高圧燃料タンク内のＣＮＧの組成比率が異なってくる。すなわち、燃料切れ寸前まで補給しないユーザの車は高圧燃料タンクの内圧Ｐが高圧状態から低圧状態へ大きく変化するため気化圧力の低い成分も気化してインジェクタへ燃料として供給されるが、早期に補給するユーザの車では気化圧力の低いエタン、プロパン、ブタン等の成分は気化されず高圧燃料タンクに蓄積される。その結果、ＣＮＧの主燃料がメタンであれば、早期に補給するユーザの高圧燃料タンクの容量は補給を重ねる毎に実質的に減少してしまうことになり、空燃比或いは点火時期が気化ガスの主成分であるメタンに対応して設定されている場合、早期に補給するユーザの車は燃料切れ寸前まで補給しないユーザの車に比べ、メタンの混合割合が少なくなるため空燃比が実質的にリーンとなり、エンジン出力及び走行性能の低下を招く。
【０００７】
この対策として、例えば特開昭６１−２１０２６１号公報に開示されているような、ガソリンを燃料とするエンジンの排気系に介装したＯ2センサからの出力値に基づき排気ガス中の酸素濃度を検出し、これをフィードバックさせて、実際の空燃比を理論空燃比に収束させる技術をＣＮＧを燃料とするエンジンに用いることで、高圧燃料タンクの内圧が変化することによって生じる気化ガスの組成比率の変化に対応して空燃比をフィードバック制御することも考えられるが、高圧燃料タンクの内圧は走行中において時事刻々と変化し、ＣＮＧの気化ガス組成の変化に従い要求空燃比が変化するため、要求空燃比に対する追従性（収束性）が悪く適正な空燃比制御性能を得ることができない。
【０００８】
又、特開平４−２８４１７１号公報には、液化石油ガス（ＬＰＧ）を貯留する燃料タンクに圧力センサと温度センサとを配設し、この各センサの出力値に基づき燃料タンク内の飽和蒸気圧と飽和蒸気温度とを検出し、この飽和蒸気圧と飽和蒸気温度とに基づきＬＰＧの組成比率を算出し、該組成比率とエンジン回転数とに基づき点火時期を設定する技術が開示されており、一方、特開昭６１−２７５５５５号公報には、ＬＰＧを貯留する燃料タンクに温度センサと圧力センサとを配設し、この各センサにて検出した液化ガス温度と飽和蒸気圧力とに基づき液化ガスの組成を算出し、この液化ガスの組成に基づき、該液化ガス組成を完全燃焼させるに必要な空気量を算出して空燃比を決定し、この空燃比に基づきベーパライザのガス圧を調圧する技術が開示されている。
【０００９】
しかし、前者においては液化ガス組成の検出には気化ガスの沸点を支配する液体の温度が重要であり、飽和蒸気温度を検出しても液化ガス組成を推定することはできない。この点、後者においては液体の温度を検出しているため気化ガスの沸点を検出することはできるが、ＣＮＧは液化石油ガス（ＬＰＧ）の組成に比べて要求空燃比、沸点の大きく異なる多成分で構成されており、仮に気化ガスの沸点を正確に求めることができたとしても、高圧燃料タンクの内圧によって大きく変化するＣＮＧの気化ガス組成を正確に検出することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、圧縮天然ガスの気化ガス組成がユーザの補給条件或いは走行条件などによって大きく変化した場合でも、燃料噴射量或いは点火時期を適正に設定することのできる圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置及び点火時期制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、上記組成値に基づき該組成値に対応する要求空燃比を設定し、少なくともエンジン運転状態及び上記要求空燃比に基づき上記インジェクタに対する燃料噴射量を設定することを特徴とする。
【００１５】
本発明による第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、上記組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるに必要な空気量との体積比である着火限界を設定し、少なくとも上記着火限界に基づき始動時の燃料噴射量を設定することを特徴とする。
【００１６】
本発明による第３の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置、或いは上記第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置において、前記高圧燃料タンクに該高圧燃料タンク内の液化ガスを検出する残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定することを特徴とする。
【００１９】
本発明による第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置は、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、上記組成値に基づき該気化ガスのオクタン価を設定し、該オクタン価に基づき点火時期補正値を設定し、少なくともエンジン運転状態及び上記点火時期補正値に基づき最終的な点火時期を設定することを特徴とする。
【００２０】
本発明による第２の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置は、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置において、前記高圧燃料タンクに該高圧燃料タンク内の液化ガスを検出する残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定することを特徴とする。
【００２４】
第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置では、高圧燃料タンクの内圧を内圧検出手段で検出し、この内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、この組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるための要求空燃比を設定する。そして、少なくともエンジン運転状態と上記要求空燃比とに基づき上記インジェクタから噴射する実際の燃料噴射量を設定する。
【００２５】
第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置では、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンク内で発生した気化ガスをインジェクタへ燃料として供給する際の該気化ガスの組成値を上記高圧燃料タンクに設けた内圧検出手段で検出した内圧に基づき設定し、この組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるに必要な空気量との体積比である着火限界を設定し、少なくとも該着火限界に基づき始動時の燃料噴射量を設定する。
【００２６】
第３の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置では、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置、或いは上記第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置において、前記高圧燃料タンクに配設した残留液化ガス検出手段で該高圧燃料タンク内の液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは、該高圧燃料タンク内が単一成分の気化ガスで充満されていると推定する。
【００２９】
第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置では、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧検出手段で検出し、該内圧に基づき上記高圧燃料タンク内で気化しインジェクタへ燃料として供給する気化ガスの組成値を設定し、この組成値に基づき該気化ガスのオクタン価を設定する。そして、少なくともエンジン運転状態と上記点火時期補正値とに基づき最終的な点火時期を設定する。
【００３０】
第２の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置では、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置において、前記高圧燃料タンクに配設した残留液化ガス検出手段で該高圧燃料タンク内の液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは、該高圧燃料タンク内が単一成分の気化ガスで充満されていると推定する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１〜図１０に本発明の第１実施の形態を示す。先ず、図９に基づき圧縮天然ガスエンジンの全体概略構成について説明する。同図の符号１はエンジン本体で、本実施の形態では水平対向型多気筒エンジンを示す。このエンジン本体１のシリンダヘッド２に形成された各吸気ポート２ａに吸気マニホルド３が連通され、この吸気マニホルド３の上流集合部がエアチャンバ４を介してスロットルチャンバ５、吸気管６に連通され、この吸気管６の吸入空気取り入れ口側にエアクリーナ７が取り付けられている。
【００３２】
又、上記吸気管６のエアクリーナ７の直下流に、例えばホットワイヤ式等の吸入空気量センサ８が介装され、更に、上記スロットルチャンバ５に設けられたスロットル弁５ａに、スロットル開度に応じた電圧値を出力するスロットル開度センサ９ａとスロットル弁全閉でＯＮするアイドル接点を有するアイドルスイッチ９ｂとが組み込まれたスロットルセンサ９が連設されている。
【００３３】
又、上記スロットル弁５ａの上流側と下流側とを連通するバイパス通路１０に、主にアイドル時の吸入空気流量を制御するアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）弁１１が介装されている。更に、上記吸気マニホルド３の各気筒の各吸気ポート２ａ直上流側にインジェクタ１２が臨まされ、上記シリンダヘッド２には、先端を燃焼室に露呈する点火プラグ１３が各気筒毎に取り付けられている。各点火プラグ１３には点火コイル１４がそれぞれ連設され、点火コイル１４にイグナイタ１５が接続されている。
【００３４】
又、エンジン本体１のシリンダブロック１ａにノックセンサ２１が取り付けられると共に、シリンダブロック１ａの左右バンクを連通する冷却水通路２２に冷却水温センサ２３が臨まされている。
【００３５】
一方、エンジン本体１の排気ポート２ｂに連通する排気マニホルド２４の集合部が排気通路２５に連通され、この排気通路２５にマフラ２６が連通されている。更に、この排気通路２５の上記排気マニホルド２４の集合部下流に触媒２７が介装されていると共に、上記排気マニホルド２４の集合部にＯ2センサ２８が配設されている。
【００３６】
上記インジェクタ１２は、燃料ライン１６を介して高圧燃料タンク１７に連通され、更に、この燃料ライン１６にプレッシャレギュレータ１８が介装されており、この燃料ライン１６の上記プレッシャレギュレータ１８の上流に気化ガス組成検出手段の一例である炭化水素（ＨＣ）組成検出センサ１９が配設されている。この高圧燃料タンク１７には圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が貯留されており、この高圧燃料タンク１７内の気化ガスが上記燃料ライン１６を介し、上記プレッシャレギュレータ１８により吸気マニホルド３内圧との相対圧が一定になるように調圧された状態で上記インジェクタ１２に供給される。又、上記ＨＣ組成検出センサ１９の検出面は、例えば、三酸化アルミ（Ａｌ2Ｏ3），二酸化チタン（ＴｉＯ2），二酸化スズ（ＳｎＯ2）等を素材とする多孔質セラミックで構成されており、この検出面の微粒子状結晶表面に被検査雰囲気中のＨＣ組成に応じた分子が物理的に吸着し、１部分離した陽子（Ｈ+）の移動による多孔質セラミックセンサのバルク方向の電気抵抗の変化を検出することでＨＣ組成を検出する。
【００３７】
又、上記シリンダブロック１ａに支承されたクランクシャフト１ｂに、クランクロータ２９が軸着され、このクランクロータ２９の外周に、所定のクランク角に対応する突起を検出する電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ３０が対設され、更に、上記クランクシャフト１ｂに対して１／２回転するカムシャフト１ｃに連設されたカムロータ３１に、電磁ピックアップ等からなる気筒判別用のカム角センサ３２が対設されている。上記クランクロータ２９には、その外周に突起が所定クランク角に対応して形成されており、後述する電子制御装置４０は、クランク角センサ３０で検出した突起すなわちクランク角信号の入力間隔時間からエンジン回転数ＮEを算出し、また、カム角センサ３２によってカムロータ３１の外周に形成された気筒判別用の突起を検出したときの割り込み信号から気筒判別を行う。
【００３８】
上記インジェクタ１２、点火プラグ１３、ＩＳＣ弁１１等の各アクチュエータに対する制御量の演算、制御信号の出力、すなわち燃料噴射制御、点火時期制御などは、図１０に示す電子制御装置４０にて実行される。この電子制御装置４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、バックアップＲＡＭ４４、及びＩ／Ｏインターフェイス４５がバスライン４６を介して互いに接続されたマイクロコンピュータを中心として構成され、その他、安定化電圧を各部に供給する定電圧回路４７、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の出力ポートからの信号によりアクチュエータ類を駆動する駆動回路４８、及びセンサ類からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４９等の周辺回路が内蔵されている。
【００３９】
上記定電圧回路４７は、電源リレー５０のリレー接点を介してバッテリ５１に接続され、このバッテリ５１に、上記電源リレー５０のリレーコイルがイグニッションスイッチ５２を介して接続されており、上記イグニッションスイッチ５２がＯＮされ、上記電源リレー５０の接点が閉となったとき、上記バッテリ５１の電圧を安定化して電子制御装置４０の各部に供給する。更に、上記バックアップＲＡＭ４４には、バッテリ５１が上記定電圧回路４７を介して直接接続されており、上記イグニッションスイッチ５２のＯＮ，ＯＦＦに拘らず常時バックアップ用電源が供給される。
【００４０】
又、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の入力ポートには、スタータスイッチ３３、アイドルスイッチ９ｂ、ノックセンサ２１、クランク角センサ３０、カム角センサ３２が接続されると共に、ＨＣ組成検出センサ１９、吸入空気量センサ８、スロットル開度センサ９ａ、冷却水温センサ２３、及びＯ2センサ２８等が上記Ａ／Ｄ変換器４９を介して接続され、更に、このＡ／Ｄ変換器４９に上記バッテリ５１の端子電圧ＶB が入力されてモニタされる。
【００４１】
一方、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の出力ポートには、イグナイタ１５が接続されると共に、上記駆動回路４８を介してＩＳＣ弁１１及び各気筒毎に備えたインジェクタ１２が接続されている。
【００４２】
上記ＲＯＭ４２には、エンジン制御プログラムや各種マップ或いはテーブル等の固定データが記憶されており、又、上記ＲＡＭ４３には、上記各センサ類、スイッチ類の出力信号を処理した後のデータ、及び上記ＣＰＵ４１で演算処理したデータが格納される。又、上記バックアップＲＡＭ４４には制御用データ等がストアされ、上記イグニッションスイッチ５２がＯＦＦのときにもデータが保持される。
【００４３】
上記ＣＰＵ４１では上記ＲＯＭ４２に記憶されている制御プログラムに従い燃料噴射制御、点火時期制御等のエンジン制御を所定周期毎に実行する。
【００４４】
このようなエンジン制御系において、イグニッションスイッチ５２がＯＮされると、電源リレー５０がＯＮし、上記電子制御装置４０では、定電圧回路４７を介して各部に定電圧が供給されて各種制御を実行する。すなわち、ＣＰＵ４１が、ＲＯＭ４２に記憶されている制御プログラムに従い、Ｉ／Ｏインターフェイス４５を介して入力されるセンサ・スイッチ類からの各種検出信号、及びバッテリ電圧ＶB等を処理し、ＲＡＭ４３及びバックアップＲＡＭ４４に格納されている各種データ、ＲＯＭ４２に記憶されている固定データ等に基づき各種制御量を演算する。そして、演算した燃料噴射量に相応する駆動パルス信号を所定のタイミングで該当気筒のインジェクタ１２に出力して燃料噴射制御を行い、又、演算した点火時期に対応するタイミングでイグナイタ１５に点火信号を出力して点火時期制御を実行し、更には演算したデューティ比に対応してＩＳＣ弁１１に制御デューティ信号を出力してアイドル回転数制御等を実行する。
【００４５】
この中で燃料噴射制御は、図１〜図３に示すフローチャートに従って実行され、点火時期制御は、図４、図５に示すフローチャートに従って実行される。
【００４６】
先ず、燃料噴射制御について説明する。図１に示すフローチャートは燃料噴射量設定ルーチンで、ステップＳ１でエンジン始動中か否かを、例えばスタータスイッチ３３がオンかオフかで判定する。そして、スタータスイッチ３３がオンの始動中のときはステップＳ２へ進み、又、スタータスイッチ３３がＯＦＦの始動後はステップＳ５へ進む。
【００４７】
始動中と判定されてステップＳ２へ進むと、インジェクタ１２へ供給される気化ガスの着火限界ＬＭＴが設定される。
【００４８】
この着火限界は、図２に示す気化ガスの着火限界設定ルーチンにて設定され、先ず、ステップＳ１６で、燃料ライン１６に配設したＨＣ組成検出センサ１９の出力値に基づきインジェクタ１２へ供給する気化ガス組成を物理量で表した気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出する。そして、ステップＳ１７で、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき気化ガスの着火限界ＬＭＴ（％）をテーブル参照などにより設定してルーチンを抜ける。上記着火限界ＬＭＴは気化ガスを完全燃焼させるに要する体積当たりの理論燃空比(m3/m3)であり、図６に示すように、気化ガスの成分毎に予め設定されている。
【００４９】
次いで、上記燃料噴射量設定ルーチンのステップＳ３へ戻り、上記着火限界ＬＭＴに基づき着火限界係数ＫCLを、図７に示すテーブルを補間計算付きで参照して設定する。
【００５０】
その後、ステップＳ４で、冷却水温度Ｔｗなどに基づき設定する始動時燃料噴射パルス幅ＴSTを上記着火限界係数ＫCLで補正して始動時における燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定する。そして、ステップＳ１１へ進み、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉを噴射対象気筒の噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００５１】
その結果、所定タイミングで上記噴射タイマがスタートされ、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号が噴射対象気筒のインジェクタ１２へ出力され、該インジェクタ１２から所定に計量された燃料が噴射され、エンジンを駆動させる。
【００５２】
一方、スタータスイッチ３３がオフの始動後のときは、ステップＳ１からステップＳ５へ進み、クランク角センサ３０の出力信号に基づいて算出したエンジン回転数ＮEと、吸入空気量センサ８の出力信号に基づいて算出した吸入空気量Ｑとから基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。
Ｔｐ←α・Ｑ／ＮE
ここで、αは通常のガソリン使用時の理論空燃比におけるインジェクタ特性補正定数である。
【００５３】
そして、ステップＳ６で、Ｏ2センサ２８の出力電圧に基づき、ＲＡＭ４３の所定アドレスに格納した空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡを読込み、ステップＳ７で、冷却水温センサ２３による冷却水温Ｔｗ、スロットル開度センサ９ａによるスロットル開度、スロットル全閉時にＯＮ動作するアイドルスイッチ９ｂからのアイドル出力等に基づいて、冷却水温補正、加減速補正、全開増量補正、アイドル後増量補正等に係わる各種増量分補正係数ＣＯＥＦを設定し、ステップＳ８で、後述する空燃比補正係数設定ルーチン（図３参照）で設定した空燃比補正係数ＫA/Fを読込む。
【００５４】
次いで、ステップＳ９でバッテリ５１の端子電圧ＶBに基づき、インジェクタ１２の無効噴射時間を補間する電圧補正係数Ｔｓを設定する。
【００５５】
その後、ステップＳ１０で、上記基本燃料噴射量Ｔｐを、上記空燃比補正係数ＫA/F、各種増量分補正係数ＣＯＥＦ、及び上記空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡにより空燃比補正すると共に、上記電圧補正係数Ｔｓにより電圧補正して最終的な燃料噴射量を定める燃料噴射パルス幅Ｔｉを、
Ｔｉ←Ｔｐ・ＫA/F・ＣＯＥＦ・ＬＡＭＢＤＡ＋Ｔｓ
により算出する。
【００５６】
そして、ステップＳ１１で、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉを燃料噴射対象気筒の噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００５７】
その結果、所定タイミングで上記噴射タイマがスタートされ、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号が噴射対象気筒のインジェクタ１２へ出力され、該インジェクタ１２から所定に計量された燃料が噴射される。
【００５８】
上記ステップＳ８で読込まれる空燃比補正係数ＫA/Fは、図３に示す空燃比補正係数設定ルーチンで設定される。
【００５９】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ２１でＨＣ組成検出センサ１９の出力値に基づきインジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出する。次いで、ステップＳ２２で、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき現在の気化ガスを完全燃焼させるに要する空燃比（要求空燃比）Ａ／ＦDEを設定する。図６に示すように、ＣＮＧの気化ガスを完全燃焼させるための空燃比（Ａ／Ｆ）は、気化ガス組成毎に相違しており、ステップＳ２２ではステップＳ２１で検出した気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき、メタンの単一成分、或いはメタンと他の気化ガスとの混合成分に対応した要求空燃比Ａ／ＦDEを設定する。
【００６０】
そして、ステップＳ２３で、上記要求空燃比Ａ／ＦDEに基づきテーブルを補間計算付きで参照して基本空燃比をフィードフォワード補正する空燃比補正係数ＫA/Fを設定してルーチンを抜ける。図８に示すように、上記テーブルには要求空燃比Ａ／ＦDEが１５（通常のガソリン使用時の理論空燃比）のときの空燃比補正係数ＫA/Fを１．０（基準値）とし、上記要求空燃比Ａ／ＦDEの増減にほぼ比例する空燃比補正係数ＫA/Fが予め実験などから求めて格納されている。従って、上記基本燃料噴射量Ｔｐが空燃比補正係数ＫA/Fで空燃比補正されることにより、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉは上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに対応した値に設定される。
【００６１】
次に、点火時期制御について、図４、図５に示すフローチャートに従って説明する。図４に示す点火時期設定ルーチンでは、先ず、ステップＳ３１でエンジン回転数ＮEと基本燃料噴射量Ｔｐに基づきマップを補間計算付きで参照して基本点火時期ＩＧREGを設定する。尚、上記マッブの各運転領域に格納されている基本点火時期ＩＧREGは、例えばオクタン価ＯＮが９０（レギュラーガソリンのオクタン価に相当）のときの最適点火時期である。
【００６２】
次いで、ステップＳ３２で、後述する点火時期補正値設定ルーチンで設定する点火時期補正値としての点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを読込み、ステップＳ３３でノック補正係数ＡＤＶNを設定する。このノック補正係数ＡＤＶNはノックセンサ２１からの信号に基づき判別したノッキング発生の有無に応じて設定される。
【００６３】
そして、ステップＳ３４で次式に基づき上記基本点火時期ＩＧREGを補正して点火時期進角量ＡＤＶを算出する。
ＡＤＶ←ＩＧREG＋ＡＤＶN＋（ＴＣＭＰ・ＩＧMBT）＋ＡＤＶCNG
ここで、ＩＧMBTは、エンジン運転状態に基づいて設定される点火進角補正値である。
【００６４】
そして、ステップＳ３５で上記点火進角量ＡＤＶに対応する点火タイミングを点火対象気筒の点火タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００６５】
その結果、予め設定されているクランク角を基準として上記点火タイマがスタートし、点火タイミングに達したとき点火対象気筒の点火プラグ１３がスパークする。
【００６６】
上記ステップＳ３２で読込まれる点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正係数ＡＤＶCNGは、図５に示す点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンで設定される。このルーチンでは、先ず、ステップＳ４１で燃料ライン１６に配設したＨＣ組成検出センサ１９の出力値に基づきインジェクタ１２へ供給する気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出する。
【００６７】
次いで、ステップＳ４２で上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき、該気化ガス組成値ＣＮＧCOMのオクタン価ＯＮを設定する。図６に示すように、オクタン価ＯＮは気化ガス組成毎に相違しており、上記ステップＳ４２ではステップＳ４１で検出した気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき、メタンの単一成分、或いはメタンと他の気化ガスとの混合成分に対応したオクタン価ＯＮを設定する。
【００６８】
そして、ステップＳ４３で上記オクタン価ＯＮに基づきテーブルを補間計算付きで参照し、或いは演算によりて点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを設定し、ルーチンを抜ける。
【００６９】
上記ステップＳ４３では、オクタン価ＯＮが高くなるに従いノック限界クランク角が進角方向へ移行するため、オクタン価ＯＮが高いときには大きい値の点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGが設定され、逆にオクタン価ＯＮが低いときは小さい値の点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGが設定される。
【００７０】
このように、本実施の形態によれば、燃料噴射制御ではインジェクタ１２へ供給される気化ガスの組成をＨＣ組成検出センサ１９にて逐次検出しているので、ＣＮＧの気化ガス組成値ＣＮＧCOMが走行中に急激に変化した場合であっても、常に要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定することができ、従って、例えばＣＮＧを早期に補給することで気化ガスの主成分であるメタンの混合割合が低下した場合、或いは走行中に気化ガス組成値ＣＮＧCOMが大きく変化した場合でも、当該気化ガス組成値ＣＮＧCOMに応じた要求空燃比Ａ／ＦDEが設定されるため、空燃比がリーン化することなく安定した燃焼が得られ、排気エミッションの低減、及び良好な始動性能を図ることができる。
【００７１】
又、点火時期制御では、インジェクタ１２へ供給するＣＮＧの気化ガス組成値ＣＮＧCOMに対応するオクタン価ＯＮを設定し、該オクタン価ＯＮに応じた点火時期補正係数ＴＣＭＰ、気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGで基本点火時期ＩＧREGを補正するようにしたので、インジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMが、ユーザの補給タイミング等の使用条件或いは走行条件などにより変化した場合であっても、常に最適な点火時期が設定され、良好な運転性能が得られるばかりでなく排気エミッションの低減を図ることができる。
【００７２】
尚、上記ＨＣ組成検出センサ１９を燃料ライン１６の上記プレッシャレギュレータ１８とインジェクタ１２との間に配設すれば、気化ガス組成が急変した場合であっても燃焼に供する気化ガスの組成に対応する要求空燃比Ａ／ＦDEを瞬時に設定することができる。
【００７３】
又、図１１〜図１６に本発明の第２実施の形態を示す。本実施の形態では、図１５、図１６に示すように、前記第１実施の形態で採用したＨＣ組成検出センサ１９に代えて、高圧燃料タンク１７の上部に内圧検出手段の一例である内圧センサ３４を配設し、更に、高圧燃料タンク１７の底部に残留液化ガス検出手段の一例である液面センサ３５を配設し、上記内圧センサ３４で検出する気化ガス雰囲気内の圧力Ｐに基づきインジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定し、又上記液面センサ３５で高圧燃料タンク１７に貯留されている液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したときは上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMが単一成分であると推定する。
【００７４】
以下、本実施の形態で実行する燃料噴射制御、及び点火時期制御について、図１１〜図１４に示すフローチャートに従って説明する。
【００７５】
図１１に示すフローチャートは燃料噴射量設定ルーチンで、このルーチンでは、先ず、ステップＳ５１でエンジン始動中か否かを、例えばスタータスイッチ３３がオンかオフかで判別する。そして、スタータスイッチ３３がＯＮの始動中のときはステップＳ５２へ進み、又ＯＦＦのときはステップＳ５５へ進む。
【００７６】
ステップＳ５２へ進むと、図１２に示す着火限界設定ルーチンが実行され、インジェクタ１２へ供給する気化ガスの着火限界ＬＭＴが設定される。この着火限界設定ルーチンでは、先ず、ステップＳ６１で内圧センサ３４の出力値に基づいて検出した内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定する。すなわち、高圧燃料タンク１７にＣＮＧが満杯のときの内圧Ｐを、例えば210Kgf/cm2とした場合、メタンは気化ガスの状態で存在するが、その他の成分は、図６、図１７に示すように、気化圧力が210Kgf/cm2以下であるため液化ガスの状態にあり、その後、内圧Ｐが低下して45.5Kgf/cm2以下になると、エタンが気化し、気化ガスはメタンとエタンとの混合ガスになる。又、内圧Ｐが7.5Kgf/cm2以下ではプロパンが気化するため、気化ガスはメタンとエタンとプロパンとの混合ガスになる。そして、内圧Ｐが2.3Kgf/cm2以下ではブタンが気化し、気化ガスはメタンとエタンとプロパンとブタンとの混合ガスになる。従って、上記高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを検出することで、インジェクタ１２へ供給する気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定することができる。
【００７７】
次いで、ステップＳ６２へ進むと、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき着火限界ＬＭＴ（％）をテーブル参照などにより設定してルーチンを抜ける。この着火限界ＬＭＴは気化ガスを完全燃焼させるに要する体積当たりの理論燃空比(m3/m3)であり、第１実施の形態と同様、図６に示すように、気化ガスの成分毎に予め設定されている。
【００７８】
そして、上記燃料噴射量設定ルーチンのステップＳ５３へ戻ると、上記着火限界ＬＭＴに基づき着火限界係数ＫCLを設定し、ステップＳ５４で冷却水温度Ｔｗなどに基づき設定する始動時燃料噴射パルス幅ＴSTを上記着火限界係数ＫCLで補正して始動時における燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定する。そして、ステップＳ１１へ進み、始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを噴射対象気筒の噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００７９】
その結果、所定タイミングで上記噴射タイマがスタートされ、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号が噴射対象気筒のインジェクタ１２へ出力され、該インジェクタ１２から所定に計量された燃料が噴射され、エンジンを駆動させる。
【００８０】
一方、スタータスイッチ３３がオンの始動後のときはステップＳ５１からステップＳ５５へ進み、後述する空燃比補正係数設定ルーチンで設定する空燃比補正係数ＫA/Fを読込み、ステップＳ５６で基本燃料噴射量Ｔｐを、
Ｔｐ←（ＫA/F・α）・Ｑ／Ｎ
に基づき算出する。すなわち、通常のガソリン使用時の理論空燃比におけるインジェクタ特性補正定数αを空燃比補正係数ＫA/Fで補正し、要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する基本燃料噴射量Ｔｐを求める。
【００８１】
次いで、ステップＳ６〜Ｓ１０を経て、前述した第１実施の形態と同様、始動後の燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出し、ステップＳ１１で燃料噴射対象気筒の燃料噴射タイマに上記燃料噴射パルス幅Ｔｉをセットしてルーチンを抜ける。
【００８２】
上記ステップＳ５５で読込まれる始動後の空燃比補正係数ＫA/Fは、図１３に示す空燃比補正係数設定ルーチンで設定される。
【００８３】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ７１で高圧燃料タンク１７に設けた液面センサ３５の出力電圧を読込み、ステップＳ７２で、上記液面センサ３５の出力電圧と基準電圧とを比較して、上記高圧燃料タンク１７に液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したか否かを判別する。そして、上記出力値が基準電圧以上の液化ガスが未だ十分に残留しているときは、ステップＳ７３へ進み、上記高圧燃料タンク１７に設けた内圧センサ３４の出力値に基づいて検出した高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを読込み、ステップＳ７４で上記内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを、上記図１２に示す着火限界設定ルーチンのステップＳ６１と同様に設定する。
【００８４】
次いで、ステップＳ７５へ進み、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき要求空燃比Ａ／ＦDEを演算、或いはテーブル参照により設定し、ステップＳ７７へ進む。図６に示すように、ＣＮＧ組成中の各成分を完全燃焼させるための空燃比、及び各成分の気化圧力は予め知られており、従って、上記高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを検出することで上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに対応する要求空燃比Ａ／ＦDEを簡単に求めることができる。
【００８５】
一方、上記ステップＳ７２で、上記液面センサ３５の出力電圧が基準電圧未満、すなわち高圧燃料タンク１７内に残留する液化ガスの液面が僅少或いはゼロを示すまでに低下したときは、ステップＳ７６へ分岐し、メタン対応の要求空燃比Ａ／ＦDEを設定してステップＳ７７へ進む。すなわち、高圧燃料タンク１７内に液化ガスが存在していれば、内圧Ｐが低下するに従い残留液化ガスが気化し、インジェクタ１２へ混合ガスとして供給されるが、残留液化ガスが存在しない或いは僅少な場合は、その後内圧Ｐが変化しても高圧燃料タンク１７内の気化ガス成分のみがインジェクタ１２に供給されることになる。このときの気化ガスの混合成分はメタンが大部分を支配していると考えられる。
【００８６】
そして、上記ステップＳ７５或いはステップＳ７６からステップＳ７７へ進むと、上記要求空燃比Ａ／ＦDEに基づきテーブル（図８参照）を補間計算付きで参照して空燃比補正係数ＫA/Fを設定し、ルーチンを抜ける。
【００８７】
このように、本実施の形態における燃料噴射制御では、内圧センサ３４を高圧燃料タンク１７に配設し、この高圧燃料タンク１７の内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出するようにしたので、燃料ライン１６に配設したＨＣ組成検出センサ１９により燃料ライン１６を通過する気化ガスから組成値ＣＮＧCOMを検出する第１実施の形態に比し、気化ガス組成値ＣＮＧCOMを瞬時に検出することができ、インジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMに応じた要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定することができる。又、同時に高圧燃料タンク１７に液面センサ３５を配設し、この液面センサ３５の出力値に基づき高圧燃料タンク１７に貯留する液化ガスの液面が僅少或いはゼロを示すまでに低下したときは、インジェクタ１２へ供給する気化ガスがメタンの単一成分であると推定し、このメタンを完全燃焼させる要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉが設定されるので演算、及び制御を簡略化することかできる。
【００８８】
又、本実施の形態で実行する点火時期制御は、第１実施の形態の図４に示す点火時期設定ルーチンと同等のルーチンを経て設定され、当該ルーチンのステップＳ２２で読み込まれる点火時補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGは、図１４に示す点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンに従って実行される。
【００８９】
先ず、ステップＳ８１で高圧燃料タンク１７に設けた液面センサ３５の出力電圧を読込み、ステップＳ８２で、上記液面センサ３５の出力電圧と基準電圧とを比較して、上記高圧燃料タンク１７に残留する液化ガスが僅少或いはゼロを示す程度まで低下したか否かを判別する。そして、出力電圧が基準電圧以上の液化ガスが十分に残留しているときはステップＳ８３へ進み、上記高圧燃料タンク１７に設けた内圧センサ３４の出力値に基づいて検出した高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを読込み、ステップＳ８４で上記内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定する。そして、ステップＳ８５で、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づきオクタン価ＯＮ（図６参照）を設定し、ステップＳ８７へ進む。
【００９０】
一方、上記液面センサ３５の出力電圧が基準電圧未満の液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したときは、ステップＳ８２からステップＳ８６へ分岐し、メタンの単一成分に対応するオクタン価ＯＮを算出してステップＳ８７へ進む。
【００９１】
そして、ステップＳ８５或いはステップＳ８６からステップＳ８７へ進むと、上記オクタン価ＯＮに基づきテーブルを補間計算付きで参照し、或いは演算によりて点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを設定し、ルーチンを抜ける。
【００９２】
このように、本実施の形態における点火時期制御では、高圧燃料タンク１７の内圧Ｐに基づいてインジェクタ１２へ供給する気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定し、この気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づきオクタン価ＯＮを算出するので、燃料ライン１６を通過する気化ガス組成値ＣＮＧCOMからオクタン価ＯＮを検出する第１実施の形態に比し、オクタン価ＯＮに応じた点火時期を早期に設定することができる。又、同時に高圧燃料タンク１７に液面センサ３５を配設し、この液面センサ３５の出力値に基づき液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したときは、インジェクタ１２から噴射する気化ガスがメタンの単一成分であると推定し、このメタンのオクタン価ＯＮに基づき点火時期補正係数ＴＣＭＰ、気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを設定するので、演算が簡略化される。
【００９３】
更に、上述した各実施の形態では高圧燃料タンク内の液化ガス温度を検出する必要がないので、高圧燃料タンクに温度センサを配設する必要がなく、その分部品点数を削減することができる。
【００９４】
尚、上述した各実施の形態では始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを、始動時燃料噴射パルス幅ＴSTを着火限界係数ＫCLで補正して設定しているが、本発明はこれに限らず、始動時燃料パルス幅ＴSTを設定する際の補正項を着火限界ＬＭＴの関数で補正することで始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定したり、或いは該補正項中に着火限界ＬＭＴの関数を補正係数として取り込むことで、始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定するようにしても良い。
【００９５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば以下に列記する効果が奏される。
【００９９】
請求項１記載の発明によれば、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧センサで検出し、この内圧に基づいてインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定することで、気化圧力の異なる複数の成分からなる圧縮天然ガスの気化ガス組成を圧力の変化のみから簡単に検出することができ、気化ガス組成の変化に対応した迅速な空燃比制御性を得ることができる。
【０１００】
請求項２記載の発明によれば、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧センサで検出し、この内圧に基づいてインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、この気化ガス組成値に基づき上記気化ガスの着火限界を設定し、少なくとも該着火限界に基づいて始動時の燃料噴射量を設定するようにしたので、気化ガス組成に応じて始動時の燃料噴射量を適正に設定することができ良好な始動性を得ることができる。
【０１０１】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１或いは２記載の発明において、前記高圧燃料タンクに残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定し、単一の気化ガス成分に基づいて要求空燃比を設定し、或いは着火限界を設定することで燃料噴射制御を簡略化することができる。
【０１０４】
請求項４記載の発明によれば、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧センサで検出し、この内圧に基づいて気化ガス組成を設定し、この気化ガス組成値に基づき当該気化ガスのオクタン価を設定し、該オクタン価に基づいて点火時期を補正するようにしたので、燃焼に供する気化ガス組成に対応した適正な点火時期を設定することができる。
【０１０５】
請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明において、前記高圧燃料タンクに残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定し、単一の気化ガス成分に基づいて点火時期を設定することで点火時期制御を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による燃料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート
【図２】同、気化ガスの着火限界設定ルーチンを示すフローチャート
【図３】同、空燃比補正係数設定ルーチンを示すフローチャート
【図４】同、点火時期設定ルーチンを示すフローチャート
【図５】同、点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンを示すフローチャート
【図６】同、圧縮天然ガス成分の性状を示す図表
【図７】同、着火限界係数を格納するテーブルの概念図
【図８】同、空燃比補正係数を格納するテーブルの概念図
【図９】同、エンジンの全体概略構成図
【図１０】同、電子制御装置の回路図
【図１１】本発明の第２の実施の形態による燃料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート
【図１２】同、気化ガスの着火限界設定ルーチンを示すフローチャート
【図１３】同、空燃比補正係数設定ルーチンを示すフローチャート
【図１４】同、点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンを示すフローチャート
【図１５】同、エンジンの全体概略構成図
【図１６】同、電子制御装置の回路図
【図１７】圧縮天然ガスの気化ガス組成を圧力毎に示す図表
【符号の説明】
１…エンジン本体
１２…インジェクタ
１６…燃料ライン
１７…高圧燃料タンク
１９…気化ガス組成検出手段（炭化水素組成検出センサ）
３４…内圧検出手段（内圧センサ）
３５…残留液化ガス検出手段（液面センサ）
ＡＤＶ…点火時期
Ａ／ＦDE…要求空燃比
ＣＮＧCOM…気化ガス組成値
ＩＧREG…基本点火時期
ＫA/F…空燃比補正係数
ＬＭＴ…着火限界
ＯＮ…オクタン価
Ｐ…内圧
ＴＣＭＰ，ＡＤＶCNG…点火時期補正値
Ｔｉ…燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮天然ガスの気化ガス組成を検出し、この気化ガス組成に応じた燃料噴射量或いは点火時期を設定するエンジンの燃料噴射制御装置及び点火時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、天然ガスは水素、炭素比が大きく、熱効率が高いため二酸化炭素（ＣＯ2）、及び硫黄酸化物（ＳＯx）の排出が少なく、又、天然ガスの主成分であるメタンは炭化水素中もっとも安定した物質であり、オクタン価が高く希薄燃焼が可能で低燃費、高出力を得ることができ、低公害燃料として或いは石油代替燃料として注目されている。
【０００３】
上述のように天然ガスの主成分はメタン（ＣＨ4）であるが、それ以外に、エタン（Ｃ2Ｈ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）等が含まれている。これらの成分の気化圧力はそれぞれ相違しているため、現在開発が進められている圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とするエンジンでは、該ＣＮＧを貯留する高圧燃料タンク内の圧力変化によりエンジンに供給される気化ガス中のメタンの割合が相対的に変化する。尚、図６に、15.6℃におけるＣＮＧの代表成分の気化圧力（絶対圧）を示す。
【０００４】
高圧燃料タンクにＣＮＧを満杯に充填したときの内圧Ｐが210Kgf/cm2とすれば、気化圧力が210Kgf/cm2以下のエタン等の成分は液体の状態にあり、このときインジェクタへ燃料として供給する気化ガスの成分は、メタン（ＣＨ4）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）となる。
【０００５】
一方、高圧燃料タンク内のＣＮＧの残量が次第に減少すると内圧Ｐが低下するため、その過程において、図１７に示すように、先ず、内圧Ｐが４５．５Kgf/cm2 以下になるとエタンが気化しメタンとの混合された気化ガスとしてインジェクタに供給され、次いで、内圧Ｐが７．５Kgf/cm2 以下になるとプロパンが気化し、又、２．３Kgf/cm2 以下ではブタンが気化する。その結果、インジェクタへ供給される気化ガスの組成は内圧Ｐが変化する毎に相違する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、インジェクタへ供給されるＣＮＧの気化ガス組成は内圧Ｐによって変化し、従って、燃料切れ寸前まで補給しないユーザと、早めに補給するユーザとでは高圧燃料タンク内のＣＮＧの組成比率が異なってくる。すなわち、燃料切れ寸前まで補給しないユーザの車は高圧燃料タンクの内圧Ｐが高圧状態から低圧状態へ大きく変化するため気化圧力の低い成分も気化してインジェクタへ燃料として供給されるが、早期に補給するユーザの車では気化圧力の低いエタン、プロパン、ブタン等の成分は気化されず高圧燃料タンクに蓄積される。その結果、ＣＮＧの主燃料がメタンであれば、早期に補給するユーザの高圧燃料タンクの容量は補給を重ねる毎に実質的に減少してしまうことになり、空燃比或いは点火時期が気化ガスの主成分であるメタンに対応して設定されている場合、早期に補給するユーザの車は燃料切れ寸前まで補給しないユーザの車に比べ、メタンの混合割合が少なくなるため空燃比が実質的にリーンとなり、エンジン出力及び走行性能の低下を招く。
【０００７】
この対策として、例えば特開昭６１−２１０２６１号公報に開示されているような、ガソリンを燃料とするエンジンの排気系に介装したＯ2センサからの出力値に基づき排気ガス中の酸素濃度を検出し、これをフィードバックさせて、実際の空燃比を理論空燃比に収束させる技術をＣＮＧを燃料とするエンジンに用いることで、高圧燃料タンクの内圧が変化することによって生じる気化ガスの組成比率の変化に対応して空燃比をフィードバック制御することも考えられるが、高圧燃料タンクの内圧は走行中において時事刻々と変化し、ＣＮＧの気化ガス組成の変化に従い要求空燃比が変化するため、要求空燃比に対する追従性（収束性）が悪く適正な空燃比制御性能を得ることができない。
【０００８】
又、特開平４−２８４１７１号公報には、液化石油ガス（ＬＰＧ）を貯留する燃料タンクに圧力センサと温度センサとを配設し、この各センサの出力値に基づき燃料タンク内の飽和蒸気圧と飽和蒸気温度とを検出し、この飽和蒸気圧と飽和蒸気温度とに基づきＬＰＧの組成比率を算出し、該組成比率とエンジン回転数とに基づき点火時期を設定する技術が開示されており、一方、特開昭６１−２７５５５５号公報には、ＬＰＧを貯留する燃料タンクに温度センサと圧力センサとを配設し、この各センサにて検出した液化ガス温度と飽和蒸気圧力とに基づき液化ガスの組成を算出し、この液化ガスの組成に基づき、該液化ガス組成を完全燃焼させるに必要な空気量を算出して空燃比を決定し、この空燃比に基づきベーパライザのガス圧を調圧する技術が開示されている。
【０００９】
しかし、前者においては液化ガス組成の検出には気化ガスの沸点を支配する液体の温度が重要であり、飽和蒸気温度を検出しても液化ガス組成を推定することはできない。この点、後者においては液体の温度を検出しているため気化ガスの沸点を検出することはできるが、ＣＮＧは液化石油ガス（ＬＰＧ）の組成に比べて要求空燃比、沸点の大きく異なる多成分で構成されており、仮に気化ガスの沸点を正確に求めることができたとしても、高圧燃料タンクの内圧によって大きく変化するＣＮＧの気化ガス組成を正確に検出することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、圧縮天然ガスの気化ガス組成がユーザの補給条件或いは走行条件などによって大きく変化した場合でも、燃料噴射量或いは点火時期を適正に設定することのできる圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置及び点火時期制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、上記組成値に基づき該組成値に対応する要求空燃比を設定し、少なくともエンジン運転状態及び上記要求空燃比に基づき上記インジェクタに対する燃料噴射量を設定することを特徴とする。
【００１５】
本発明による第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、上記組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるに必要な空気量との体積比である着火限界を設定し、少なくとも上記着火限界に基づき始動時の燃料噴射量を設定することを特徴とする。
【００１６】
本発明による第３の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置、或いは上記第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置において、前記高圧燃料タンクに該高圧燃料タンク内の液化ガスを検出する残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定することを特徴とする。
【００１９】
本発明による第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置は、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、上記組成値に基づき該気化ガスのオクタン価を設定し、該オクタン価に基づき点火時期補正値を設定し、少なくともエンジン運転状態及び上記点火時期補正値に基づき最終的な点火時期を設定することを特徴とする。
【００２０】
本発明による第２の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置は、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置において、前記高圧燃料タンクに該高圧燃料タンク内の液化ガスを検出する残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定することを特徴とする。
【００２４】
第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置では、高圧燃料タンクの内圧を内圧検出手段で検出し、この内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、この組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるための要求空燃比を設定する。そして、少なくともエンジン運転状態と上記要求空燃比とに基づき上記インジェクタから噴射する実際の燃料噴射量を設定する。
【００２５】
第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置では、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンク内で発生した気化ガスをインジェクタへ燃料として供給する際の該気化ガスの組成値を上記高圧燃料タンクに設けた内圧検出手段で検出した内圧に基づき設定し、この組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるに必要な空気量との体積比である着火限界を設定し、少なくとも該着火限界に基づき始動時の燃料噴射量を設定する。
【００２６】
第３の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置では、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置、或いは上記第２の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置において、前記高圧燃料タンクに配設した残留液化ガス検出手段で該高圧燃料タンク内の液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは、該高圧燃料タンク内が単一成分の気化ガスで充満されていると推定する。
【００２９】
第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置では、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧検出手段で検出し、該内圧に基づき上記高圧燃料タンク内で気化しインジェクタへ燃料として供給する気化ガスの組成値を設定し、この組成値に基づき該気化ガスのオクタン価を設定する。そして、少なくともエンジン運転状態と上記点火時期補正値とに基づき最終的な点火時期を設定する。
【００３０】
第２の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置では、上記第１の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置において、前記高圧燃料タンクに配設した残留液化ガス検出手段で該高圧燃料タンク内の液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは、該高圧燃料タンク内が単一成分の気化ガスで充満されていると推定する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１〜図１０に本発明の第１実施の形態を示す。先ず、図９に基づき圧縮天然ガスエンジンの全体概略構成について説明する。同図の符号１はエンジン本体で、本実施の形態では水平対向型多気筒エンジンを示す。このエンジン本体１のシリンダヘッド２に形成された各吸気ポート２ａに吸気マニホルド３が連通され、この吸気マニホルド３の上流集合部がエアチャンバ４を介してスロットルチャンバ５、吸気管６に連通され、この吸気管６の吸入空気取り入れ口側にエアクリーナ７が取り付けられている。
【００３２】
又、上記吸気管６のエアクリーナ７の直下流に、例えばホットワイヤ式等の吸入空気量センサ８が介装され、更に、上記スロットルチャンバ５に設けられたスロットル弁５ａに、スロットル開度に応じた電圧値を出力するスロットル開度センサ９ａとスロットル弁全閉でＯＮするアイドル接点を有するアイドルスイッチ９ｂとが組み込まれたスロットルセンサ９が連設されている。
【００３３】
又、上記スロットル弁５ａの上流側と下流側とを連通するバイパス通路１０に、主にアイドル時の吸入空気流量を制御するアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）弁１１が介装されている。更に、上記吸気マニホルド３の各気筒の各吸気ポート２ａ直上流側にインジェクタ１２が臨まされ、上記シリンダヘッド２には、先端を燃焼室に露呈する点火プラグ１３が各気筒毎に取り付けられている。各点火プラグ１３には点火コイル１４がそれぞれ連設され、点火コイル１４にイグナイタ１５が接続されている。
【００３４】
又、エンジン本体１のシリンダブロック１ａにノックセンサ２１が取り付けられると共に、シリンダブロック１ａの左右バンクを連通する冷却水通路２２に冷却水温センサ２３が臨まされている。
【００３５】
一方、エンジン本体１の排気ポート２ｂに連通する排気マニホルド２４の集合部が排気通路２５に連通され、この排気通路２５にマフラ２６が連通されている。更に、この排気通路２５の上記排気マニホルド２４の集合部下流に触媒２７が介装されていると共に、上記排気マニホルド２４の集合部にＯ2センサ２８が配設されている。
【００３６】
上記インジェクタ１２は、燃料ライン１６を介して高圧燃料タンク１７に連通され、更に、この燃料ライン１６にプレッシャレギュレータ１８が介装されており、この燃料ライン１６の上記プレッシャレギュレータ１８の上流に気化ガス組成検出手段の一例である炭化水素（ＨＣ）組成検出センサ１９が配設されている。この高圧燃料タンク１７には圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が貯留されており、この高圧燃料タンク１７内の気化ガスが上記燃料ライン１６を介し、上記プレッシャレギュレータ１８により吸気マニホルド３内圧との相対圧が一定になるように調圧された状態で上記インジェクタ１２に供給される。又、上記ＨＣ組成検出センサ１９の検出面は、例えば、三酸化アルミ（Ａｌ2Ｏ3），二酸化チタン（ＴｉＯ2），二酸化スズ（ＳｎＯ2）等を素材とする多孔質セラミックで構成されており、この検出面の微粒子状結晶表面に被検査雰囲気中のＨＣ組成に応じた分子が物理的に吸着し、１部分離した陽子（Ｈ+）の移動による多孔質セラミックセンサのバルク方向の電気抵抗の変化を検出することでＨＣ組成を検出する。
【００３７】
又、上記シリンダブロック１ａに支承されたクランクシャフト１ｂに、クランクロータ２９が軸着され、このクランクロータ２９の外周に、所定のクランク角に対応する突起を検出する電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ３０が対設され、更に、上記クランクシャフト１ｂに対して１／２回転するカムシャフト１ｃに連設されたカムロータ３１に、電磁ピックアップ等からなる気筒判別用のカム角センサ３２が対設されている。上記クランクロータ２９には、その外周に突起が所定クランク角に対応して形成されており、後述する電子制御装置４０は、クランク角センサ３０で検出した突起すなわちクランク角信号の入力間隔時間からエンジン回転数ＮEを算出し、また、カム角センサ３２によってカムロータ３１の外周に形成された気筒判別用の突起を検出したときの割り込み信号から気筒判別を行う。
【００３８】
上記インジェクタ１２、点火プラグ１３、ＩＳＣ弁１１等の各アクチュエータに対する制御量の演算、制御信号の出力、すなわち燃料噴射制御、点火時期制御などは、図１０に示す電子制御装置４０にて実行される。この電子制御装置４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、バックアップＲＡＭ４４、及びＩ／Ｏインターフェイス４５がバスライン４６を介して互いに接続されたマイクロコンピュータを中心として構成され、その他、安定化電圧を各部に供給する定電圧回路４７、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の出力ポートからの信号によりアクチュエータ類を駆動する駆動回路４８、及びセンサ類からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４９等の周辺回路が内蔵されている。
【００３９】
上記定電圧回路４７は、電源リレー５０のリレー接点を介してバッテリ５１に接続され、このバッテリ５１に、上記電源リレー５０のリレーコイルがイグニッションスイッチ５２を介して接続されており、上記イグニッションスイッチ５２がＯＮされ、上記電源リレー５０の接点が閉となったとき、上記バッテリ５１の電圧を安定化して電子制御装置４０の各部に供給する。更に、上記バックアップＲＡＭ４４には、バッテリ５１が上記定電圧回路４７を介して直接接続されており、上記イグニッションスイッチ５２のＯＮ，ＯＦＦに拘らず常時バックアップ用電源が供給される。
【００４０】
又、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の入力ポートには、スタータスイッチ３３、アイドルスイッチ９ｂ、ノックセンサ２１、クランク角センサ３０、カム角センサ３２が接続されると共に、ＨＣ組成検出センサ１９、吸入空気量センサ８、スロットル開度センサ９ａ、冷却水温センサ２３、及びＯ2センサ２８等が上記Ａ／Ｄ変換器４９を介して接続され、更に、このＡ／Ｄ変換器４９に上記バッテリ５１の端子電圧ＶB が入力されてモニタされる。
【００４１】
一方、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の出力ポートには、イグナイタ１５が接続されると共に、上記駆動回路４８を介してＩＳＣ弁１１及び各気筒毎に備えたインジェクタ１２が接続されている。
【００４２】
上記ＲＯＭ４２には、エンジン制御プログラムや各種マップ或いはテーブル等の固定データが記憶されており、又、上記ＲＡＭ４３には、上記各センサ類、スイッチ類の出力信号を処理した後のデータ、及び上記ＣＰＵ４１で演算処理したデータが格納される。又、上記バックアップＲＡＭ４４には制御用データ等がストアされ、上記イグニッションスイッチ５２がＯＦＦのときにもデータが保持される。
【００４３】
上記ＣＰＵ４１では上記ＲＯＭ４２に記憶されている制御プログラムに従い燃料噴射制御、点火時期制御等のエンジン制御を所定周期毎に実行する。
【００４４】
このようなエンジン制御系において、イグニッションスイッチ５２がＯＮされると、電源リレー５０がＯＮし、上記電子制御装置４０では、定電圧回路４７を介して各部に定電圧が供給されて各種制御を実行する。すなわち、ＣＰＵ４１が、ＲＯＭ４２に記憶されている制御プログラムに従い、Ｉ／Ｏインターフェイス４５を介して入力されるセンサ・スイッチ類からの各種検出信号、及びバッテリ電圧ＶB等を処理し、ＲＡＭ４３及びバックアップＲＡＭ４４に格納されている各種データ、ＲＯＭ４２に記憶されている固定データ等に基づき各種制御量を演算する。そして、演算した燃料噴射量に相応する駆動パルス信号を所定のタイミングで該当気筒のインジェクタ１２に出力して燃料噴射制御を行い、又、演算した点火時期に対応するタイミングでイグナイタ１５に点火信号を出力して点火時期制御を実行し、更には演算したデューティ比に対応してＩＳＣ弁１１に制御デューティ信号を出力してアイドル回転数制御等を実行する。
【００４５】
この中で燃料噴射制御は、図１〜図３に示すフローチャートに従って実行され、点火時期制御は、図４、図５に示すフローチャートに従って実行される。
【００４６】
先ず、燃料噴射制御について説明する。図１に示すフローチャートは燃料噴射量設定ルーチンで、ステップＳ１でエンジン始動中か否かを、例えばスタータスイッチ３３がオンかオフかで判定する。そして、スタータスイッチ３３がオンの始動中のときはステップＳ２へ進み、又、スタータスイッチ３３がＯＦＦの始動後はステップＳ５へ進む。
【００４７】
始動中と判定されてステップＳ２へ進むと、インジェクタ１２へ供給される気化ガスの着火限界ＬＭＴが設定される。
【００４８】
この着火限界は、図２に示す気化ガスの着火限界設定ルーチンにて設定され、先ず、ステップＳ１６で、燃料ライン１６に配設したＨＣ組成検出センサ１９の出力値に基づきインジェクタ１２へ供給する気化ガス組成を物理量で表した気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出する。そして、ステップＳ１７で、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき気化ガスの着火限界ＬＭＴ（％）をテーブル参照などにより設定してルーチンを抜ける。上記着火限界ＬＭＴは気化ガスを完全燃焼させるに要する体積当たりの理論燃空比(m3/m3)であり、図６に示すように、気化ガスの成分毎に予め設定されている。
【００４９】
次いで、上記燃料噴射量設定ルーチンのステップＳ３へ戻り、上記着火限界ＬＭＴに基づき着火限界係数ＫCLを、図７に示すテーブルを補間計算付きで参照して設定する。
【００５０】
その後、ステップＳ４で、冷却水温度Ｔｗなどに基づき設定する始動時燃料噴射パルス幅ＴSTを上記着火限界係数ＫCLで補正して始動時における燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定する。そして、ステップＳ１１へ進み、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉを噴射対象気筒の噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００５１】
その結果、所定タイミングで上記噴射タイマがスタートされ、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号が噴射対象気筒のインジェクタ１２へ出力され、該インジェクタ１２から所定に計量された燃料が噴射され、エンジンを駆動させる。
【００５２】
一方、スタータスイッチ３３がオフの始動後のときは、ステップＳ１からステップＳ５へ進み、クランク角センサ３０の出力信号に基づいて算出したエンジン回転数ＮEと、吸入空気量センサ８の出力信号に基づいて算出した吸入空気量Ｑとから基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。
Ｔｐ←α・Ｑ／ＮE
ここで、αは通常のガソリン使用時の理論空燃比におけるインジェクタ特性補正定数である。
【００５３】
そして、ステップＳ６で、Ｏ2センサ２８の出力電圧に基づき、ＲＡＭ４３の所定アドレスに格納した空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡを読込み、ステップＳ７で、冷却水温センサ２３による冷却水温Ｔｗ、スロットル開度センサ９ａによるスロットル開度、スロットル全閉時にＯＮ動作するアイドルスイッチ９ｂからのアイドル出力等に基づいて、冷却水温補正、加減速補正、全開増量補正、アイドル後増量補正等に係わる各種増量分補正係数ＣＯＥＦを設定し、ステップＳ８で、後述する空燃比補正係数設定ルーチン（図３参照）で設定した空燃比補正係数ＫA/Fを読込む。
【００５４】
次いで、ステップＳ９でバッテリ５１の端子電圧ＶBに基づき、インジェクタ１２の無効噴射時間を補間する電圧補正係数Ｔｓを設定する。
【００５５】
その後、ステップＳ１０で、上記基本燃料噴射量Ｔｐを、上記空燃比補正係数ＫA/F、各種増量分補正係数ＣＯＥＦ、及び上記空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡにより空燃比補正すると共に、上記電圧補正係数Ｔｓにより電圧補正して最終的な燃料噴射量を定める燃料噴射パルス幅Ｔｉを、
Ｔｉ←Ｔｐ・ＫA/F・ＣＯＥＦ・ＬＡＭＢＤＡ＋Ｔｓ
により算出する。
【００５６】
そして、ステップＳ１１で、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉを燃料噴射対象気筒の噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００５７】
その結果、所定タイミングで上記噴射タイマがスタートされ、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号が噴射対象気筒のインジェクタ１２へ出力され、該インジェクタ１２から所定に計量された燃料が噴射される。
【００５８】
上記ステップＳ８で読込まれる空燃比補正係数ＫA/Fは、図３に示す空燃比補正係数設定ルーチンで設定される。
【００５９】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ２１でＨＣ組成検出センサ１９の出力値に基づきインジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出する。次いで、ステップＳ２２で、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき現在の気化ガスを完全燃焼させるに要する空燃比（要求空燃比）Ａ／ＦDEを設定する。図６に示すように、ＣＮＧの気化ガスを完全燃焼させるための空燃比（Ａ／Ｆ）は、気化ガス組成毎に相違しており、ステップＳ２２ではステップＳ２１で検出した気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき、メタンの単一成分、或いはメタンと他の気化ガスとの混合成分に対応した要求空燃比Ａ／ＦDEを設定する。
【００６０】
そして、ステップＳ２３で、上記要求空燃比Ａ／ＦDEに基づきテーブルを補間計算付きで参照して基本空燃比をフィードフォワード補正する空燃比補正係数ＫA/Fを設定してルーチンを抜ける。図８に示すように、上記テーブルには要求空燃比Ａ／ＦDEが１５（通常のガソリン使用時の理論空燃比）のときの空燃比補正係数ＫA/Fを１．０（基準値）とし、上記要求空燃比Ａ／ＦDEの増減にほぼ比例する空燃比補正係数ＫA/Fが予め実験などから求めて格納されている。従って、上記基本燃料噴射量Ｔｐが空燃比補正係数ＫA/Fで空燃比補正されることにより、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉは上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに対応した値に設定される。
【００６１】
次に、点火時期制御について、図４、図５に示すフローチャートに従って説明する。図４に示す点火時期設定ルーチンでは、先ず、ステップＳ３１でエンジン回転数ＮEと基本燃料噴射量Ｔｐに基づきマップを補間計算付きで参照して基本点火時期ＩＧREGを設定する。尚、上記マッブの各運転領域に格納されている基本点火時期ＩＧREGは、例えばオクタン価ＯＮが９０（レギュラーガソリンのオクタン価に相当）のときの最適点火時期である。
【００６２】
次いで、ステップＳ３２で、後述する点火時期補正値設定ルーチンで設定する点火時期補正値としての点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを読込み、ステップＳ３３でノック補正係数ＡＤＶNを設定する。このノック補正係数ＡＤＶNはノックセンサ２１からの信号に基づき判別したノッキング発生の有無に応じて設定される。
【００６３】
そして、ステップＳ３４で次式に基づき上記基本点火時期ＩＧREGを補正して点火時期進角量ＡＤＶを算出する。
ＡＤＶ←ＩＧREG＋ＡＤＶN＋（ＴＣＭＰ・ＩＧMBT）＋ＡＤＶCNG
ここで、ＩＧMBTは、エンジン運転状態に基づいて設定される点火進角補正値である。
【００６４】
そして、ステップＳ３５で上記点火進角量ＡＤＶに対応する点火タイミングを点火対象気筒の点火タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００６５】
その結果、予め設定されているクランク角を基準として上記点火タイマがスタートし、点火タイミングに達したとき点火対象気筒の点火プラグ１３がスパークする。
【００６６】
上記ステップＳ３２で読込まれる点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正係数ＡＤＶCNGは、図５に示す点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンで設定される。このルーチンでは、先ず、ステップＳ４１で燃料ライン１６に配設したＨＣ組成検出センサ１９の出力値に基づきインジェクタ１２へ供給する気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出する。
【００６７】
次いで、ステップＳ４２で上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき、該気化ガス組成値ＣＮＧCOMのオクタン価ＯＮを設定する。図６に示すように、オクタン価ＯＮは気化ガス組成毎に相違しており、上記ステップＳ４２ではステップＳ４１で検出した気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき、メタンの単一成分、或いはメタンと他の気化ガスとの混合成分に対応したオクタン価ＯＮを設定する。
【００６８】
そして、ステップＳ４３で上記オクタン価ＯＮに基づきテーブルを補間計算付きで参照し、或いは演算によりて点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを設定し、ルーチンを抜ける。
【００６９】
上記ステップＳ４３では、オクタン価ＯＮが高くなるに従いノック限界クランク角が進角方向へ移行するため、オクタン価ＯＮが高いときには大きい値の点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGが設定され、逆にオクタン価ＯＮが低いときは小さい値の点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGが設定される。
【００７０】
このように、本実施の形態によれば、燃料噴射制御ではインジェクタ１２へ供給される気化ガスの組成をＨＣ組成検出センサ１９にて逐次検出しているので、ＣＮＧの気化ガス組成値ＣＮＧCOMが走行中に急激に変化した場合であっても、常に要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定することができ、従って、例えばＣＮＧを早期に補給することで気化ガスの主成分であるメタンの混合割合が低下した場合、或いは走行中に気化ガス組成値ＣＮＧCOMが大きく変化した場合でも、当該気化ガス組成値ＣＮＧCOMに応じた要求空燃比Ａ／ＦDEが設定されるため、空燃比がリーン化することなく安定した燃焼が得られ、排気エミッションの低減、及び良好な始動性能を図ることができる。
【００７１】
又、点火時期制御では、インジェクタ１２へ供給するＣＮＧの気化ガス組成値ＣＮＧCOMに対応するオクタン価ＯＮを設定し、該オクタン価ＯＮに応じた点火時期補正係数ＴＣＭＰ、気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGで基本点火時期ＩＧREGを補正するようにしたので、インジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMが、ユーザの補給タイミング等の使用条件或いは走行条件などにより変化した場合であっても、常に最適な点火時期が設定され、良好な運転性能が得られるばかりでなく排気エミッションの低減を図ることができる。
【００７２】
尚、上記ＨＣ組成検出センサ１９を燃料ライン１６の上記プレッシャレギュレータ１８とインジェクタ１２との間に配設すれば、気化ガス組成が急変した場合であっても燃焼に供する気化ガスの組成に対応する要求空燃比Ａ／ＦDEを瞬時に設定することができる。
【００７３】
又、図１１〜図１６に本発明の第２実施の形態を示す。本実施の形態では、図１５、図１６に示すように、前記第１実施の形態で採用したＨＣ組成検出センサ１９に代えて、高圧燃料タンク１７の上部に内圧検出手段の一例である内圧センサ３４を配設し、更に、高圧燃料タンク１７の底部に残留液化ガス検出手段の一例である液面センサ３５を配設し、上記内圧センサ３４で検出する気化ガス雰囲気内の圧力Ｐに基づきインジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定し、又上記液面センサ３５で高圧燃料タンク１７に貯留されている液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したときは上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMが単一成分であると推定する。
【００７４】
以下、本実施の形態で実行する燃料噴射制御、及び点火時期制御について、図１１〜図１４に示すフローチャートに従って説明する。
【００７５】
図１１に示すフローチャートは燃料噴射量設定ルーチンで、このルーチンでは、先ず、ステップＳ５１でエンジン始動中か否かを、例えばスタータスイッチ３３がオンかオフかで判別する。そして、スタータスイッチ３３がＯＮの始動中のときはステップＳ５２へ進み、又ＯＦＦのときはステップＳ５５へ進む。
【００７６】
ステップＳ５２へ進むと、図１２に示す着火限界設定ルーチンが実行され、インジェクタ１２へ供給する気化ガスの着火限界ＬＭＴが設定される。この着火限界設定ルーチンでは、先ず、ステップＳ６１で内圧センサ３４の出力値に基づいて検出した内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定する。すなわち、高圧燃料タンク１７にＣＮＧが満杯のときの内圧Ｐを、例えば210Kgf/cm2とした場合、メタンは気化ガスの状態で存在するが、その他の成分は、図６、図１７に示すように、気化圧力が210Kgf/cm2以下であるため液化ガスの状態にあり、その後、内圧Ｐが低下して45.5Kgf/cm2以下になると、エタンが気化し、気化ガスはメタンとエタンとの混合ガスになる。又、内圧Ｐが7.5Kgf/cm2以下ではプロパンが気化するため、気化ガスはメタンとエタンとプロパンとの混合ガスになる。そして、内圧Ｐが2.3Kgf/cm2以下ではブタンが気化し、気化ガスはメタンとエタンとプロパンとブタンとの混合ガスになる。従って、上記高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを検出することで、インジェクタ１２へ供給する気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定することができる。
【００７７】
次いで、ステップＳ６２へ進むと、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき着火限界ＬＭＴ（％）をテーブル参照などにより設定してルーチンを抜ける。この着火限界ＬＭＴは気化ガスを完全燃焼させるに要する体積当たりの理論燃空比(m3/m3)であり、第１実施の形態と同様、図６に示すように、気化ガスの成分毎に予め設定されている。
【００７８】
そして、上記燃料噴射量設定ルーチンのステップＳ５３へ戻ると、上記着火限界ＬＭＴに基づき着火限界係数ＫCLを設定し、ステップＳ５４で冷却水温度Ｔｗなどに基づき設定する始動時燃料噴射パルス幅ＴSTを上記着火限界係数ＫCLで補正して始動時における燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定する。そして、ステップＳ１１へ進み、始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを噴射対象気筒の噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。
【００７９】
その結果、所定タイミングで上記噴射タイマがスタートされ、上記燃料噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号が噴射対象気筒のインジェクタ１２へ出力され、該インジェクタ１２から所定に計量された燃料が噴射され、エンジンを駆動させる。
【００８０】
一方、スタータスイッチ３３がオンの始動後のときはステップＳ５１からステップＳ５５へ進み、後述する空燃比補正係数設定ルーチンで設定する空燃比補正係数ＫA/Fを読込み、ステップＳ５６で基本燃料噴射量Ｔｐを、
Ｔｐ←（ＫA/F・α）・Ｑ／Ｎ
に基づき算出する。すなわち、通常のガソリン使用時の理論空燃比におけるインジェクタ特性補正定数αを空燃比補正係数ＫA/Fで補正し、要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する基本燃料噴射量Ｔｐを求める。
【００８１】
次いで、ステップＳ６〜Ｓ１０を経て、前述した第１実施の形態と同様、始動後の燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出し、ステップＳ１１で燃料噴射対象気筒の燃料噴射タイマに上記燃料噴射パルス幅Ｔｉをセットしてルーチンを抜ける。
【００８２】
上記ステップＳ５５で読込まれる始動後の空燃比補正係数ＫA/Fは、図１３に示す空燃比補正係数設定ルーチンで設定される。
【００８３】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ７１で高圧燃料タンク１７に設けた液面センサ３５の出力電圧を読込み、ステップＳ７２で、上記液面センサ３５の出力電圧と基準電圧とを比較して、上記高圧燃料タンク１７に液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したか否かを判別する。そして、上記出力値が基準電圧以上の液化ガスが未だ十分に残留しているときは、ステップＳ７３へ進み、上記高圧燃料タンク１７に設けた内圧センサ３４の出力値に基づいて検出した高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを読込み、ステップＳ７４で上記内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを、上記図１２に示す着火限界設定ルーチンのステップＳ６１と同様に設定する。
【００８４】
次いで、ステップＳ７５へ進み、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づき要求空燃比Ａ／ＦDEを演算、或いはテーブル参照により設定し、ステップＳ７７へ進む。図６に示すように、ＣＮＧ組成中の各成分を完全燃焼させるための空燃比、及び各成分の気化圧力は予め知られており、従って、上記高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを検出することで上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに対応する要求空燃比Ａ／ＦDEを簡単に求めることができる。
【００８５】
一方、上記ステップＳ７２で、上記液面センサ３５の出力電圧が基準電圧未満、すなわち高圧燃料タンク１７内に残留する液化ガスの液面が僅少或いはゼロを示すまでに低下したときは、ステップＳ７６へ分岐し、メタン対応の要求空燃比Ａ／ＦDEを設定してステップＳ７７へ進む。すなわち、高圧燃料タンク１７内に液化ガスが存在していれば、内圧Ｐが低下するに従い残留液化ガスが気化し、インジェクタ１２へ混合ガスとして供給されるが、残留液化ガスが存在しない或いは僅少な場合は、その後内圧Ｐが変化しても高圧燃料タンク１７内の気化ガス成分のみがインジェクタ１２に供給されることになる。このときの気化ガスの混合成分はメタンが大部分を支配していると考えられる。
【００８６】
そして、上記ステップＳ７５或いはステップＳ７６からステップＳ７７へ進むと、上記要求空燃比Ａ／ＦDEに基づきテーブル（図８参照）を補間計算付きで参照して空燃比補正係数ＫA/Fを設定し、ルーチンを抜ける。
【００８７】
このように、本実施の形態における燃料噴射制御では、内圧センサ３４を高圧燃料タンク１７に配設し、この高圧燃料タンク１７の内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを検出するようにしたので、燃料ライン１６に配設したＨＣ組成検出センサ１９により燃料ライン１６を通過する気化ガスから組成値ＣＮＧCOMを検出する第１実施の形態に比し、気化ガス組成値ＣＮＧCOMを瞬時に検出することができ、インジェクタ１２へ供給される気化ガス組成値ＣＮＧCOMに応じた要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定することができる。又、同時に高圧燃料タンク１７に液面センサ３５を配設し、この液面センサ３５の出力値に基づき高圧燃料タンク１７に貯留する液化ガスの液面が僅少或いはゼロを示すまでに低下したときは、インジェクタ１２へ供給する気化ガスがメタンの単一成分であると推定し、このメタンを完全燃焼させる要求空燃比Ａ／ＦDEに対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉが設定されるので演算、及び制御を簡略化することかできる。
【００８８】
又、本実施の形態で実行する点火時期制御は、第１実施の形態の図４に示す点火時期設定ルーチンと同等のルーチンを経て設定され、当該ルーチンのステップＳ２２で読み込まれる点火時補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGは、図１４に示す点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンに従って実行される。
【００８９】
先ず、ステップＳ８１で高圧燃料タンク１７に設けた液面センサ３５の出力電圧を読込み、ステップＳ８２で、上記液面センサ３５の出力電圧と基準電圧とを比較して、上記高圧燃料タンク１７に残留する液化ガスが僅少或いはゼロを示す程度まで低下したか否かを判別する。そして、出力電圧が基準電圧以上の液化ガスが十分に残留しているときはステップＳ８３へ進み、上記高圧燃料タンク１７に設けた内圧センサ３４の出力値に基づいて検出した高圧燃料タンク１７の内圧Ｐを読込み、ステップＳ８４で上記内圧Ｐに基づき気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定する。そして、ステップＳ８５で、上記気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づきオクタン価ＯＮ（図６参照）を設定し、ステップＳ８７へ進む。
【００９０】
一方、上記液面センサ３５の出力電圧が基準電圧未満の液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したときは、ステップＳ８２からステップＳ８６へ分岐し、メタンの単一成分に対応するオクタン価ＯＮを算出してステップＳ８７へ進む。
【００９１】
そして、ステップＳ８５或いはステップＳ８６からステップＳ８７へ進むと、上記オクタン価ＯＮに基づきテーブルを補間計算付きで参照し、或いは演算によりて点火時期補正係数ＴＣＭＰ、及び気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを設定し、ルーチンを抜ける。
【００９２】
このように、本実施の形態における点火時期制御では、高圧燃料タンク１７の内圧Ｐに基づいてインジェクタ１２へ供給する気化ガス組成値ＣＮＧCOMを設定し、この気化ガス組成値ＣＮＧCOMに基づきオクタン価ＯＮを算出するので、燃料ライン１６を通過する気化ガス組成値ＣＮＧCOMからオクタン価ＯＮを検出する第１実施の形態に比し、オクタン価ＯＮに応じた点火時期を早期に設定することができる。又、同時に高圧燃料タンク１７に液面センサ３５を配設し、この液面センサ３５の出力値に基づき液化ガスの油面が僅少或いはゼロを示す程度まで低下したときは、インジェクタ１２から噴射する気化ガスがメタンの単一成分であると推定し、このメタンのオクタン価ＯＮに基づき点火時期補正係数ＴＣＭＰ、気化ガス組成補正値ＡＤＶCNGを設定するので、演算が簡略化される。
【００９３】
更に、上述した各実施の形態では高圧燃料タンク内の液化ガス温度を検出する必要がないので、高圧燃料タンクに温度センサを配設する必要がなく、その分部品点数を削減することができる。
【００９４】
尚、上述した各実施の形態では始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを、始動時燃料噴射パルス幅ＴSTを着火限界係数ＫCLで補正して設定しているが、本発明はこれに限らず、始動時燃料パルス幅ＴSTを設定する際の補正項を着火限界ＬＭＴの関数で補正することで始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定したり、或いは該補正項中に着火限界ＬＭＴの関数を補正係数として取り込むことで、始動時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定するようにしても良い。
【００９５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば以下に列記する効果が奏される。
【００９９】
請求項１記載の発明によれば、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧センサで検出し、この内圧に基づいてインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定することで、気化圧力の異なる複数の成分からなる圧縮天然ガスの気化ガス組成を圧力の変化のみから簡単に検出することができ、気化ガス組成の変化に対応した迅速な空燃比制御性を得ることができる。
【０１００】
請求項２記載の発明によれば、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧センサで検出し、この内圧に基づいてインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、この気化ガス組成値に基づき上記気化ガスの着火限界を設定し、少なくとも該着火限界に基づいて始動時の燃料噴射量を設定するようにしたので、気化ガス組成に応じて始動時の燃料噴射量を適正に設定することができ良好な始動性を得ることができる。
【０１０１】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１或いは２記載の発明において、前記高圧燃料タンクに残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定し、単一の気化ガス成分に基づいて要求空燃比を設定し、或いは着火限界を設定することで燃料噴射制御を簡略化することができる。
【０１０４】
請求項４記載の発明によれば、圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクの内圧を内圧センサで検出し、この内圧に基づいて気化ガス組成を設定し、この気化ガス組成値に基づき当該気化ガスのオクタン価を設定し、該オクタン価に基づいて点火時期を補正するようにしたので、燃焼に供する気化ガス組成に対応した適正な点火時期を設定することができる。
【０１０５】
請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明において、前記高圧燃料タンクに残留液化ガス検出手段を配設し、上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定し、単一の気化ガス成分に基づいて点火時期を設定することで点火時期制御を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による燃料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート
【図２】同、気化ガスの着火限界設定ルーチンを示すフローチャート
【図３】同、空燃比補正係数設定ルーチンを示すフローチャート
【図４】同、点火時期設定ルーチンを示すフローチャート
【図５】同、点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンを示すフローチャート
【図６】同、圧縮天然ガス成分の性状を示す図表
【図７】同、着火限界係数を格納するテーブルの概念図
【図８】同、空燃比補正係数を格納するテーブルの概念図
【図９】同、エンジンの全体概略構成図
【図１０】同、電子制御装置の回路図
【図１１】本発明の第２の実施の形態による燃料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート
【図１２】同、気化ガスの着火限界設定ルーチンを示すフローチャート
【図１３】同、空燃比補正係数設定ルーチンを示すフローチャート
【図１４】同、点火時期補正係数及び気化ガス組成補正値設定ルーチンを示すフローチャート
【図１５】同、エンジンの全体概略構成図
【図１６】同、電子制御装置の回路図
【図１７】圧縮天然ガスの気化ガス組成を圧力毎に示す図表
【符号の説明】
１…エンジン本体
１２…インジェクタ
１６…燃料ライン
１７…高圧燃料タンク
１９…気化ガス組成検出手段（炭化水素組成検出センサ）
３４…内圧検出手段（内圧センサ）
３５…残留液化ガス検出手段（液面センサ）
ＡＤＶ…点火時期
Ａ／ＦDE…要求空燃比
ＣＮＧCOM…気化ガス組成値
ＩＧREG…基本点火時期
ＫA/F…空燃比補正係数
ＬＭＴ…着火限界
ＯＮ…オクタン価
Ｐ…内圧
ＴＣＭＰ，ＡＤＶCNG…点火時期補正値
Ｔｉ…燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）
Claims (5)
- 圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、
上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、
上記組成値に基づき該組成値に対応する要求空燃比を設定し、
少なくともエンジン運転状態及び上記要求空燃比に基づき上記インジェクタに対する燃料噴射量を設定することを特徴とする圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置。 - 圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、
上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、
上記組成値に基づき該気化ガスを完全燃焼させるに必要な空気量との体積比である着火限界を設定し、
少なくとも上記着火限界に基づき始動時の燃料噴射量を設定することを特徴とする圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置。 - 前記高圧燃料タンクに該高圧燃料タンク内の液化ガスを検出する残留液化ガス検出手段を配設し、
上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定することを特徴とする請求項１或いは２記載の圧縮天然ガスエンジンの燃料噴射制御装置。 - 圧縮天然ガスを貯留する高圧燃料タンクに内圧検出手段を配設し、
上記内圧検出手段で検出した内圧に基づき上記高圧燃料タンクからインジェクタへ供給する気化ガスの組成値を設定し、
上記組成値に基づき該気化ガスのオクタン価を設定し、
該オクタン価に基づき点火時期補正値を設定し、
少なくともエンジン運転状態及び上記点火時期補正値に基づき最終的な点火時期を設定することを特徴とする圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置。 - 前記高圧燃料タンクに該高圧燃料タンク内の液化ガスを検出する残留液化ガス検出手段を配設し、
上記残留液化ガス検出手段で高圧燃料タンクの液化ガスの残留量が僅少或いはゼロと検出されたときは前記気化ガスが単一成分であると推定することを特徴とする請求項４記載の圧縮天然ガスエンジンの点火時期制御装置。
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