JPS60159345A - 改質ガスエンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は改質ガスエンジンの燃料噴射制御装置、詳しく
は液体燃料と、この液体燃料を改質して得られる改質ガ
スと併用し石使用する改質ガスエンジンの燃料噴射装置
に関する。

（従来技術） アルコール等の液体燃料は触媒を介して水素、−酸化炭
素を多量に含むガスに改質することができ、この改質ガ
スは燃焼性に優れ熱効率が高いため燃費特性が改善され
、しかも排気も清浄であることから、この改質ガスを燃
料とするエンジンが近年注目されている。ところが改質
ガスのみでは必ずしも充分な出力を得がたいので、改質
ガスの他に未改質の液体燃料を添加供給することが望ま
れる。このように、改質ガスと未改質の液体燃料とを併
用する場合は、エンジンの運転状態に応じて混合気の空
燃比および供給される改質ガスと液体燃料との重量流量
比を制御してエンジンの熱効率、排気特性、出力特性を
良好に保持させるとともに、特に改質ガスによる吸気側
への逆火に考慮する必要がある。

このような従来の改質ガスエンジンの燃料噴射制御装置
としては、例えば特開昭５５−１０４５４２号公報に記
載されたものがある。この装置を第１図に基づき説明す
ると、改質ガスはガス人口１より導入されてガス流量計
２を経てガスバルブ３で流量を制御された後にエンジン
４に供給される。空気は、エアクリーナ５より導入され
て並行する一次空気供給路６と二次空気供給路７とに流
入する。−火中気供給路６には、該供給路６を流れる一
次空気の流量を制御する一次空気バルブ８が設けられ、
二次空気供給路７には同様の作用をする二次空気バルブ
９が設けられて、これら両バルブ８．９で流量制御され
た一次空気と二次空気とが合流してエンジン４に供給さ
れる。なお、改質ガス人口１及びエアクリーナ５人口の
圧力は大気圧でありエンジン４の吸入負圧で改質ガス及
び空気がそれぞれの供給路を流れる。そして、未改質の
燃料は、液体燃料供給装置１０により流量を制御されて
エンジン４に供給される。

また、前記ガスバルブ３と一次空気バルブ８とは連動装
置１１を介して連動され、運転者によって操作される操
作手段としてのアクセルペダル（図示省略）でアクセル
ワイヤ１２を介して操作されるが、二次空気バルブ９は
ガス流量計２によって検出された改質ガスの流量に応じ
て制御される。なお、−火中気流量はアクセルペダル操
作量に対応しこの一次空気流量に比例して要求燃料流量
が設定される。そして、改質ガスの流量が充分である時
は、改質ガスで要求燃料流量の全量をまかなうと同時に
二次空気バルブ９を開いて混合気を稀薄化（空気過剰重
大）する。逆に、改質ガスの供給が不充分または制限さ
れる時は、要求燃料流量に対する改質ガスの不足分を液
体燃料の供給で補償すると共に、二次空気バルブ９を閉
じて空気流量を減少させる（空気過剰率小）。１３はエ
ンジン４の吸入空気流量と、改質ガス流量とから要求燃
料流量と改質ガス流量との差を演算して液体燃料供給量
を算出し、これらにもとづいて液体燃料供給装置１０を
制御する液体燃料供給量コントローラである。この液体
燃料供給量コントローラ１３は改質ガスの供給が不充分
または制限されるときに液体燃料供給装置１０を制御す
ることにより液体燃料を随時エンジン４に供給する。

しかしながら、このような従来の改質ガスエンジンの燃
料噴射制御装置にあっては、改質ガスのエンジンへの供
給時期がエンジンの吸入負圧のみによって決定されてい
たため、改質ガスと液体燃料の両方をエンジンに供給す
る運転条件、特に高負荷運転条件において、インテーク
マニホールド内に滞留した改質ガスが吸気弁の開弁時に
液体燃料よりも先にシリンダ内に吸入されることがある
。このような高負荷運転条件においては、空気過剰率が
小さく改質ガスの空気に対する割合が大きくなっている
。また、シリンダ内が低負荷条件に比して一層高温とな
っている。したがって、水素を主成分とする改質ガスが
先にシリンダ内に吸入されると、混合気がすべて吸入さ
れないうちに改質ガスが燃焼してしまう。そのとき、改
質ガスは燃焼速度が極めて大きいことから、逆火（バン
クファイヤ）が発生するという問題点があった。

（発明の目的） そこで、本発明は、吸気弁の開弁後、クランク角が所定
角度進んだときに、改質ガスを改質ガス噴射弁より吸気
通路に噴射することにより、改質ガスによる逆火の発生
を防止することを目的としている。

（発明の構成） 本発明の改質ガスエンジンの燃料噴射制御装置は、その
全体構成図を第２図に示すように、液体燃料を改質して
得られる改質ガスと未改質の液体燃料とをエンジンの運
転状態に応じて供給量割合を変えて、液体燃料噴射手段
と改質ガス噴射手段とから噴射し、この改質ガス噴射手
段からの改質ガスの噴射を、角度検出手段により検出し
たクランク角が吸気弁開弁後所定角度となったときに、
行うことにより、改質ガスによる逆火の発生を防止する
ものである。

（実施例） 以Ｆ本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３〜６図は本発明の一実施例を示す図であり、本実施
例は４気筒エンジンに適用したものである。

第３図において、２１はエンジンであり、吸入空気は図
中白い矢印で示すようにエアクリーナ２２よりニアフロ
メータ詔、エアバルブ２４が設けられた吸気通路δを経
てインテークマニホルド届の各ブランチよりエンジン２
１の各シリンダに供給される。エンジン２１に吸入され
る吸入空気流量Ｇａはニアフロメータ詔により検出され
、エアバルブツによって制御される。エアバルブ２４の
開度ばバルブ開度設定器２７により制御される。すなわ
ち、バルブ開度設定器２７はアクセルペダル（図示時）
に連動して（すなわち、アクセルペダルの操作量ＰＳに
対応して）、まずエアバルブＵの基本開度を設定し、つ
いでバルブ開度比アクチェエータ邪により改質ガス（後
述する）を含む混合気の空気過剰率が最適となるよう基
本開度を補正する。そして、バルブ開度設定器２７に対
するアクセルペダルの操作量ＰＳはアクセル操作量セン
サ四により検出される。

また、エンジン２１のクランク角（例えば１８０゜ある
いは１゛）および回転数Ｎはディストリビュータ園に設
けられたクランク角センサ３１により検出される。なお
、これらのアクセル操作量センサ２９、クランク角セン
サ３１およびニアフロメータ詔はエンジン２１の運転状
態を検出するエンジン状態検出手段を構成し、クランク
角センサ３１は角度検出手段を構成する。前記インテー
クマニホルド部内にインジェクタ（液体燃料噴射手段）
３２により液体燃料（例えばメタノール）が、またガス
バルブ（改質ガス噴射手段）３３により液体燃料を改質
して得られる改質ガスがそれぞれ所定の噴射タイミング
で噴射される。

ガスバルブ３３に供給される改質ガスは燃料タンク澗か
ら燃料流量制御弁３５を介装した液体燃料通路あを通し
て排気通路３７に設けられた改質器間に流入する液体燃
料が、この改質器間において高温の排気ガス（図中黒い
矢印で示すように流れる）を利用した改質触媒の作用に
よって改質されて作られ、改質されたガスはガス通路３
９に流出され冷却用のガスクーラ４０、ガス遮断弁４１
を経てガスバルブ３４に供給される。ここで、改質ガス
は、例えばメタノールを改質した場合水素（資）％、−
酸化炭素５％等の可燃成分を主成分としており、その燃
焼速度はメタノールの混合気に比して極めて大きい。改
質器間に流入する液体燃料流量は燃料流量制御弁３５に
より制御され、この燃料流量制御弁３５はパルス信号の
デユーティ比に応じて、例えば周波数２０　Ｈｚ一定で
デユーティ比が５〜１００％と変化した場合、燃料流量
を０．５〜１０ｋｇ／ｈの範囲で制御する。また、ガス
遮断弁４１は、例えばエンジン２１停止時等にガス通路
３９を遮断してガスバルブ３４への改質ガス供給を停止
する。改質ガスの圧力ＰＱはガス通路３９に設けられた
ガス圧力センサ４２により検出され、また改質ガスの温
度ｐ−ｒはガス温度センサ４３により検出される。さら
に、改質器羽内の触媒温度Ｔｃａｔ＆よ触媒温度センサ
Ｕにより検出される。排気通路３７には改質器間に排気
ガスを流通されることなくバイパスさせる排気バイパス
弁６と、これを駆動するアクチュエータ拐が設けられ、
改質器間の下流側には図示しないマフラが接続される。

アクチュエータ４６はアクチェエータ４６への吸入負圧
の大きさを制御するサーボバルブ４７により制御されて
駆動し、排気バイパス弁４５による排気ガスのバイパス
量を制御して、改質器３８内の触媒温度Ｔｃａｔを所定
温度（例えば４５０℃）以下に保持する。前記各センサ
詔、２９．３１，４２．４３．４４からの各信号はコン
トロールユニット４８に入力され、コントロールユニッ
ト４８はこれらの信号に基づいてバルブ開度比アクチェ
エータ関、燃料流量制御弁３５、ガス遮断弁４１、およ
びサーボバルブ４７をそれぞれ制御するとともに、互い
に異なる所定の噴射タイミングでインジェクタ３３に液
体噴射信ｑＳＬを、またガスバルブ３４にガス噴射信号
（駆動信号）Ｓｅをそれぞれ出力する。インジエフタ羽
は液体噴射信号ｓＬが入力され°Ｃいる時間だけ駆動さ
れ液体燃料を噴射し、一方ガスバルブ３４はガス噴射信
号Ｓ、命が入力されている時間だけ駆動され改質ガスを
噴射する。

コントロールユニット４８は、ｃＰＵ（中央処理装置）
、メモリおよびｌ１０（人出方進行処理装置）等より構
成されており、前記各センサ詔、２９．３１．４２．４
３．４４からの各信号がＩｌｏに入力されている。さら
に、Ｉｌｏには、上記以外にエンジン状態を検出するセ
ンサ、例えば、冷却水温センサ、車速センサ、イグニッ
ションスイッチ、アイドルスイッチ、ニュートラルスイ
ッチ等のセンサからの信号が入力されており、これら各
センサは前記エンジン状態検出手段の構成要素である。

メモリには、ＣＰＵを制御するプログラムやこのプログ
ラムに従ってＣＰＵの演算に必要なデータがあらかじめ
書き込まれているとともに、Ｉｌｏを介して入力される
外部データを一時記憶する。ＣＰＵはメモリに書き込ま
れているプログラムに従ってＩｌｏに入力される外部デ
ータに基づいて、前記バルブ開度比アクチュエータ詔、
燃料流量制御弁３５、ガス遮断弁４１およびサーボバル
ブ４７の各制御値を演算してＩｌｏを介して制御信号を
出力するとともに、液体燃料および改質ガスのそれぞれ
の噴射量や噴射タイミングを演算してＩｌｏを介して液
体信号ＳＬおよび噴射進行Ｓｃ＊をそれぞれ出力する。

なお、Ｉｌｏに入力される信号は必要に応じてセンサア
ンプで増幅され、また、ｌ’１０から出力される信号は
必要に応じてドライバで励振される。

したがって、コントロールユニット４８はガスバルブに
ガス噴射信号ＳＱを出力する噴射制御手段を構成してい
る。

次に作用を説明する。

コントロールユニット４８は、マス、エンジン２１の運
転状態や改質器３８の触媒温度Ｔｃａｔに基づいて、空
気過剰率λを演算し、この空気過剰率λとエンジン回転
数Ｎおよび吸入空気量Ｇａに基づいて基本噴射量ＴＰを
演算する。そして、空気過剰率λに最適なエアバルブ開
度ＡＹをあらかじめメモリに記憶されたデータテーブル
よりルックアップし、このエアバルブ開度ＡＶと実際の
エアバルブ開度Ａｐとを比較して、バルブ開度設定器２
７に対する制御量Ｃｖを演算する。コントロールユニッ
ト４８はこの制御量ＣＶに対応するバルブ開度設定信号
ＳｖをＩｌｏを介してエアバルブ開度比アクチュエータ
四に出力する。したがって、アクセルペダルに連動して
変化するエアバルブＵの開度が吸入混合気の空気過剰率
λを常に最適とするように補正され、エンジン２Ｉの燃
焼性能を良好に保うている。

また、前記基本噴射量ＴＰ、空気過剰率λおよびエンジ
ン２１の運転状態に基づいて、エンジン２１の運転状態
に最適な液体噴射量Ｔ、ｐｗとガス噴射量Ｔｐ、を演算
し、さらに、流体噴射量ＴｐＬに対応するインジェクタ
３２の開弁時間ＴｉＬとガス噴射量Ｔｐｅに対応するガ
スバルブ３３の開弁時間ＴｉＣｋを設定する。

次に、上記のように設定したガス噴射量Ｔｐｅおよび液
体噴射量ＴＩ）Ｌ−に対応する改質ガスおよび液体燃料
の噴射タイミングについて述べる。まず、液体燃料の噴
射時期をクランク角センサ３１からのクランク角θとエ
ンジン２１の運転状態に基づいてエンジン２１の運転状
態に最適な時期に設定し、この液体燃料の噴射時期は角
気筒毎に設定される。次いで、改質ガスの噴射時期の設
定を、第４図に示すフローチャートに従って説明する。

なお、第４図中にＰ、〜Ｐ１λはフローの各ステップを
示している。まず、ステップＰ、においてクランク角セ
ンサ３１より１８０゛信号が入力されたか否かを判別し
、１８０゜信号が入力されるまで繰り返し判別される。

１８０゛信号が入力されると、ステップＰ２においてク
ランク角の１°信号のカウントを開始し、ステップＰ、
において、クランク角が１４°になったか否かを判別す
る。クランク角が１４°になっていないときには、１４
゛になるまで繰り返し判別し、１４゛になると、ステッ
プｐ−４において前記１８０゛信号が第１シリンダの１
８０゛信号であるか否かを判別する。第１シリンダであ
るときには、ステップＰ、において、カウンタ（コント
ロールユニット４８内に内蔵されている。）をクリアし
て、カウント数ｎを零に設定し、ステップＰｇにおいて
第１シリンダの吸気通路部にクランク角１４°でガス噴
射を開始する。第１シリンダでないときには、ステップ
Ｐりにおいて　カウンタのカウント数ｎを１だけ加算し
、ステップＰ８においてカウンタのカウント数ｎが１で
あるか否かを判別する。カウント数ｎが１のときには、
ステップＰ９において、第２シリンダの吸気通路δにク
ランク角１４°でガス噴射を開始し、カウント数ｎが１
でないときには、ステップＰユにおいて、カウンタのカ
ウント数ｎがＺであるか否かを判別する。カウント数ｎ
が２のときには、ステップｐｕにおいて、第３シリンダ
の吸気通路部にクランク角１４°でガス噴射を開始し、
カウント数ｎが２でないときには、ステップＰＩｚにお
いζ、第４シリンダの吸気通路部にクランク角１４°で
ガス噴射を開始する。すなわち、ガスバルブ３３からの
改質ガスの噴射は、第５図に示すように、第１シリンダ
の１８０°信号が入力され、さらにクランク角で１４°
進角すると、第１シリンダのガスバルブ３３が駆動され
て第１シリンダの吸気通路５に改質ガスの噴射が開始さ
れる。そして、噴射期間は前記ガス噴射量に対応する開
弁時間Ｔｉｅで設定されるが、噴射開始が上死点より１
４°進角した時点から行われるため、全噴射期間中、第
１シリンダの吸気弁は開状態である。したがって、吸気
通路器内に噴射された改質ガスは全てシリンダ内に吸入
され、吸気通路部内に滞留することがない。その結果、
次の吸気弁の開く吸気行程時に、従来のように、吸気通
路器内に残留した改質ガスが高温のシリンダ内に混合気
より先に吸入されて燃焼し、逆火を発生させるという現
象を防止することができる。また、液体燃料および改質
ガスを各気筒毎に吸気行程時に噴射することができるの
で、第６図に連続噴射の場合（線Ａで表示）と比較して
線Ｂで示すように、空気過剰率λが１．７より小さい燃
焼条件においても、大きなトルクを得ることができる。

なお、改質器３８の制御は、以下のように行われる。す
なわち、まず、改質ガスの使用量（噴射量とガス圧力セ
ンサ４２により検出されるガス圧力Ｐｅとに基づいて燃
料流量制御語を制御して、改質器３８への液体燃料流入
量を適切に制　制御し、次いで、触媒温度センサ４４で
検出される触媒温度Ｔｃａｔとエンジン２１の運転状態
とに基づいてサーボバルブ４７を制御して、改質器３８
内の触媒が所定温度（液体燃料を効率よく改質ガスに改
質できる温度）になるように排気バイパス弁４５の閉じ
量を制御する。

（効果） 本発明によれば、改質ガスを、吸気弁開弁後、クランク
角が所定角度となったときにマニホールド内に噴射させ
ることができるので、マニホールド内に噴射された改質
ガスを全てシリンダ内に吸入させることができる。した
がって、次の吸気行程時、マニホールド内に改質ガスが
残留していないので、逆火の発生を防止することができ
る。

また、上記実施例においては、液体燃料と改質ガスを角
気筒毎に吸気行程時に噴射するようにしたので、空気過
剰率の小さい燃焼条件においても、大きなトルクを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の改質ガスエンジンの燃料噴射制御装置を
示す構成図、第２図は本発明の全体構成図、第３〜６図
は本発明の一実施例を示す図であり、第３図はその概略
構成図、第４図はその改質ガス噴射時期の制御プログラ
ムのフローチャート、第５図はその改質ガス、噴射時期
の制御の作用を説明するためのタイミングチャートを示
す図、第６図はその空気過剰率とトルクとの関係を連続
噴射との比較で示す図である。 ２１・−一一一一エンジン、 δ−・−・−吸気通路、 ３１−−−−−一角度検出手段、 ３３−・−・−改質ガス噴射手段、 ４８−−−−−一噴射制御手段。 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人弁理士　有我軍一部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体燃料を改質して得られる改質ガスと未改質の液体燃
   料とをエンジンの運転状態に応じて供給量割合を変えて
   使用する改質ガスエンジンノ燃料噴射制御装置において
   、エンジンのクランク角を検出する角度検出手段と、改
   質ガスをエンジンの吸気弁上流の吸気通路に噴射する改
   質ガス噴射手段と、クランク角が吸気弁開弁後所定角度
   となったときに改質ガス噴射手段に駆動信号を出力する
   噴射制御手段と、を備えたことを特徴とする改質ガスエ
   ンジンの燃料噴射制御装置。