JP2010138708A - ガス状態推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス通流路を通流するガスを可変容量ポンプで供給する装置において、可変容量ポンプ効率を考慮することによりガス流量推定精度を向上させる。
【解決手段】ガスが通流するガス通流路とガス通流路に配置しガスを吐出する可変容量ポンプと可変容量ポンプの回転数検出手段とガス通流路のガス流量推定手段とを有するガス状態推定装置において、可変容量ポンプの回転数を可変容量ポンプ効率のばらつきが少なくなる回転数のときにガス流量を推定する、ガス状態推定装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、ガス供給装置のガス状態推定装置に関する。

燃料電池は電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟んだ構造をしており、燃料極に水素含有ガス(燃料ガス)を供給し、酸化剤極に空気(酸化剤ガス)を供給することによって発電している。この場合、時間経過と共に酸化剤極側からの窒素ガスや生成した水分が電解質膜を通して燃料極側へ透過するため、燃料極から排気される排気ガスの窒素ガスや水分の濃度が上がることで相対的に水素濃度が低下する。

またこの燃料電池において、燃料極から排出された未反応水素ガスと水分とを含む排気ガスを再度燃料極へ供給する排気ガス循環路を設け、燃料電池の発電効率を向上させる手法が一般的にとられる。

ここで、排気ガスの水素濃度は燃料電池の発電により時間とともに低下することになる。したがって、排気ガス循環路内にパージ弁を設けて水素濃度が低下したことを検出したときに排気ガスを外部に排出し、相対的に燃料極に供給されるガスの水素濃度を向上させることが一般的である。

水素濃度が低下したことを検出するために水素濃度センサを用いることを考えるが、この水素濃度センサは白金など高価な材料を用いるためコストがかかる。また、この水素濃度センサはある程度の大きさを有するため設置場所に制約がある。したがって、水素ガス濃度を検出するために水素濃度センサを用いることはあまり好ましくない。

ところで、水素濃度はこの水素を含むガスの密度との相関が高いことが知られている。そこで排気ガスの密度を推定してパージ弁の開閉を制御することで水素ガス濃度を調整する手法が提案されている（特許文献１）。

この従来技術は、排気ガス循環路に配置されて排気ガスを供給するポンプとポンプの入出力間の圧力差検出手段とポンプ回転数検出手段を有する燃料電池装置の排気ガス状態推定方法に関するものである。排気ガス循環路におけるガス密度毎のガス流量と圧力差との関係を示した既知の排気ガス循環路圧力損失特性と、ポンプにおけるガス密度毎のガス流量と圧力差との関係を示したポンプ吐出圧特性より、ガス流量を推定している。
特開２００６−３１００４６号公報

ポンプ効率は、ポンプ回転数により異なるばらつきの幅を有する。そのため、このポンプ効率の影響を織り込んだ推定をしないとガス流量の推定精度が悪くなる。しかしながら従来のガス流量推定は、ポンプ効率の影響を織り込んだ推定方法になっていないため、ガス流量の推定精度が悪くなる。

上記の目的を達成するための本発明はガス状態推定装置であって、ガスが通流するガス通流路と、このガス通流路にガスを吐出する可変容量ポンプと、この可変容量ポンプの回転数を検知するポンプ回転数検出手段およびガス通流路中のガス流量を推定するガス流量推定手段とを有する。

上記ガス状態推定装置において、可変容量ポンプの効率のばらつきが小さくなる可変容量ポンプの回転数のときに、可変容量ポンプ効率を織り込んだガス流量推定手段によりガス流量を推定することを特徴とする。

上記構成により、可変容量ポンプの効率のばらつきが小さい回転数のときに、ガス流量を推定することとした。そのため、ガス流量の推定精度を向上させることができ、さらにこの推定したガス流量を用いて推定するガス密度の推定精度向上を図ることができる。

以下に本ガス状態推定装置の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明は原則として繰り返さない。

−第１の実施形態−
図１は第１の実施形態における燃料電池装置を示す図である。燃料電池１は、アノードに水素ガスが、カソードに空気が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。
アノード（水素極）：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （１）
カソード（酸素極）：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋(1/2)Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ （２）

アノードへの水素供給は水素タンク２から水素タンク元弁３、減圧弁４、水素供給弁５を通じてなされる。水素タンク元弁３を開くことで水素タンク２から系内へ水素が供給される。水素タンク２から供給される水素は、減圧弁４で機械的に所定の圧力まで減圧され、水素供給弁５で燃料電池１での水素の圧力が所望の圧力に制御される。

可変容量ポンプとしてのポンプ７は、アノードで消費されなかった水素を再循環させるガス通流路としての排気ガス循環路２３に設置して、アノードからの排気ガスを再度アノード上流に供給する。また、ポンプ７の圧力差を算出するために、吸入ポート圧力センサ２０および吐出ポート圧力センサ２１を設ける。また、ポンプ７の回転数を検出するために、ポンプ回転数検出手段としてのポンプ回転センサ２２を設ける。また、ポンプ７の出力トルクを検出するために、ポンプトルクセンサ２４を設ける。

アノードの水素圧は後述するコントローラ３０が圧力センサ６ａで検出した水素圧力をフィードバックして水素供給弁５を駆動することによって制御される。水素圧を所望の目標圧力に制御することによって、燃料電池１が消費した分だけの水素が自動的に補われる。

パージ弁８は、排気ガス循環路２３を通流する排気ガスの水素濃度が低下したときに弁を開き、この排気ガスを排出する。

排水素処理装置９は、パージ弁８から排出される水素を可燃濃度未満の水素濃度になるように空気で希釈して車外へ排出することで排出水素濃度を下げる。

尚、排水素処理装置９での排出水素濃度を下げる方法として、水素と空気を反応させて燃焼させることとしてもかまわない。

カソードへの空気はコンプレッサ１０により供給される。加湿器１１は、供給する空気を加湿する。カソードの空気流量は、後述するコントローラ３０が、エアフロメータ１９によって検出した空気流量をフィードバックしてコンプレッサ１０を駆動することによって制御される。カソードの空気圧力は、後述するコントローラ３０が圧力センサ６ｂで検出した圧力をフィードバックして空気調圧弁１２を駆動することによって制御される。

冷却水流路の冷却水は冷却水ポンプ１３により供給される。三方弁１６は、冷却水の流路をラジエタ１７方向とラジエタバイパス３１方向に切り替えたり、分流したりする。

ラジエタファン１８は、ラジエタ１７へ風を通過させて冷却水を冷やす。冷却水入口の温度を１４によって、また燃料電池温度を１５によって検出し、これらに基づいて後述するコントローラ３０が三方弁１６とラジエタファン１８を駆動することによって調整する。

また燃料電池１からは出力が取り出され、車両を駆動するモータ等の負荷装置へ電力を供給する。

コントローラ３０は、各種センサ値を読み込み、内蔵されたソフトウェアによって、燃料電池装置の発電制御を行なう。

ここで、燃料電池１の電圧値は電圧センサ２５により検出され、後述するコントローラ３０へフィードバックされる。

本ガス状態推定方法について詳しく説明する。図２において、ある所定のポンプ回転数Ｒｘのときのポンプ吐出圧特性として、排気ガス循環路２３の循環流量とポンプ７の圧力差との関係をガス密度毎に示したマップ（１）を実験的にあるいは理論式等により明確にする。

一方で、ガス通流路圧力損失特性である排気ガス循環路圧力損失特性として、排気ガス循環路２３の循環流量と排気ガス循環路２３の圧力損失との関係をガス密度毎に示したマップ（２）を実験的にあるいは理論式等により明確にする。

ここで、本実施形態では排気ガス循環路圧力損失はポンプ７の圧力差に相当する。したがって、マップ（１）とマップ（２）とを重ね合わせて記載し、このときの同じガス密度における交点を結んで得られる（３）の関係は、ポンプ回転数Ｒｘのときの排気ガス循環路２３の循環流量、ポンプ７の圧力差およびガス密度との関係を示している。

さらに、ポンプ回転数Ｒｙのときのポンプ吐出圧特性（１）'を実験的にあるいは理論式等により明確にしておくことで、ポンプ回転数Ｒｙにおけるポンプ圧力差と排気ガス循環路循環流量およびガス密度との関係（３）'を関連付けることができる。したがって、ポンプ吐出圧特性を実験的にあるいは理論式等により明確にしておくことで、排気ガス循環路循環流量およびガス密度を予測することができる。

ところが、排気ガス循環路圧力損失特性はポンプ効率のばらつきによるばらつきが生じ、このばらつきの幅はポンプ回転数により異なってくる。具体的には、図３に示すようにポンプ効率のばらつきによる排気ガス循環路圧力損失のばらつきが生じると、従来方式によってでは排気ガス循環路循環流量と排気ガス循環路圧力損失との関係を精度良く関連付けることができなくなるため、ガス流量の推定精度が落ちてしまう。

したがって本実施形態では、ポンプ効率のばらつき幅が小さい回転数にてポンプ効率のばらつきを織り込んだガス流量推定を行うことを考える。以下、具体的に本実施形態におけるガス流量推定について説明していく。

本実施形態におけるガス流量推定を具体的に図４を用いて説明する。尚、本ガス流量推定の処理は、コントローラ３０にて実行される。ポンプ７圧力差検出手段４０１はポンプ７の吸入ポート圧力と吐出ポート圧力からポンプ７圧力差ΔＰを算出する。効率演算手段４０２はポンプ７回転数でのポンプ効率ηを演算する。排気ガス循環路２３ガス流量推定手段４０３はポンプ７回転数とポンプ７トルクと効率演算手段４０２とポンプ７の吸入ポート圧力と吐出ポート圧力とにより排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖを推定する。ポンプ７吐出圧特性４０４は回転センサ２２で検出されたポンプ７の回転数におけるポンプ７吐出圧特性を演算する。排気ガス循環路２３ガス密度推定手段４０５は排気ガス循環路２３ガス流量推定手段４０３とポンプ７吐出圧特性４０４とポンプ７圧力差検出手段４０１とからガス密度を推定する。

次に本実施形態におけるガス状態推定手段について、図５のフローチャートを用いて説明する。このガス状態推定手段は、通常運転中に１０ms毎にコントローラ３０にて実行される。ステップ５０１（以下、Ｓ５０１と表示）では、ポンプ７の吸入ポート圧力の値をガス流量変動検出手段である吸入ポート圧力センサ２０により検出し、吸入ポート圧力の値の変動が小さいか否かを判断する。値の変動が大きいときにはフローチャートを終了し、値の変動が小さいときにはＳ５０２に液水が溜まっているか否かを判断し、必要な場合にはＳ５０３で液水を飛ばすように水飛ばし運転を実施しＳ５０４の密度推定演算部へと移行する。Ｓ５０２で水飛ばしが必要ない場合には、Ｓ５０４の密度推定演算部に移行する。

尚、Ｓ５０２では、電圧センサ２５により燃料電池の電圧が低下したことを検知した場合に液水が溜まっているものと判断する。

尚、Ｓ５０１ではガス流量変動検出手段としてポンプ７の吸入ポートの圧力変動を検出するものとしているが、ポンプ７の電流やポンプ７に流れる流量，排気ガス循環路２３内のガス密度，ポンプ７の吸入ポート圧力，ポンプ７の吐出ポート圧力やポンプ７の圧力差といったいずれかあるいはいずれか複数の変数の変動を見ることによりガス流量の変動の大小を判定しても良い。

また、Ｓ５０２ではアノード系内の液水が溜まっていることを検出して判断するものとしているが、燃料電池の発電電流やパージ流量，排気ガス循環路２３内の圧力，排気ガス循環路２３内のガスの温度状態，ポンプ７の温度といったいずれかあるいはいずれか複数の変数によりアノード系内の液水が溜まっていることを間接的に判定しても良い。

図６は図５のＳ５０４の処理をフローチャートで示したものである。まず、Ｓ６０１からＳ６０３について説明する。

Ｓ６０１ではポンプ回転センサ２２で検出したポンプ７の回転数を読み込む。

Ｓ６０２では、Ｓ６０１で検出したポンプ７の回転数に基づいて、ガス密度ρを推定するか判定する。可変容量ポンプ７がその効率のばらつきが小さい回転数ではないとして否定判定したときは、何も処理を実行せず終了する。可変容量ポンプ７がその効率のばらつきが小さい回転数となったと肯定判定したときは、Ｓ６０３に進む。

Ｓ６０３ではＳ６０１で検出したポンプ７の回転数により求まるポンプ効率ηを読み込む。このポンプ効率ηは、コントローラ３０内部に保持されるポンプ７の回転数とポンプ効率ηとの関係より規定される。

Ｓ６０３までのフローについて詳細に説明する。

図７に示したポンプ効率特性より、Ｓ６０１からＳ６０３で実行している本実施形態を実行するポンプ回転数の規定方法を明記する。図７には、ポンプ回転数違いのポンプ効率ηを実線と破線で示す。図７にある回転数がＲ１における密度違いの効率の取り得る範囲で効率が一番大きい値のときをη_{Ｒ１ＭＡＸ}として小さいときをη_{Ｒ１ＭＩＮ}とし、効率の大きい値から小さい値での平均値をη_{Ｒ１ＡＶＥ}で示し、η_{Ｒ１ＭＡＸ}とη_{Ｒ１ＭＩＮ}との関係は、以下とする。
η_{Ｒ１ＡＶＥ}=(η_{Ｒ１ＭＡＸ}-η_{Ｒ１ＭＩＮ})/２

同様に、回転数がＲ２における効率の範囲をη_{Ｒ２ＭＡＸ}とη_{Ｒ２ＭＩＮ}とし、効率の大きい値から小さい値での平均値をη_{Ｒ２ＡＶＥ}で示し、η_{Ｒ２ＭＡＸ}とη_{Ｒ２ＭＩＮ}との関係は、以下とする。
η_{Ｒ２ＡＶＥ}=(η_{Ｒ２ＭＡＸ}-η_{Ｒ２ＭＩＮ})/２

そこで、回転数Ｒ１における効率のバラつきの中央値に対する比率を、
比率＝（η_{Ｒ１ＭＡＸ}-η_{Ｒ１ＭＩＮ}）/η_{Ｒ１ＡＶＥ}
と定義する。

この回転数毎の比率を演算したときの値が一番小さい回転数を選択する。たとえば、図７で、
（η_{Ｒ１ＭＡＸ}-η_{Ｒ１ＭＩＮ}）/η_{Ｒ１ＡＶＥ}＜（η_{Ｒ２ＭＡＸ}-η_{Ｒ２ＭＩＮ}）/η_{Ｒ２ＡＶＥ}
となったときには、比率の小さい（η_{Ｒ１ＭＡＸ}-η_{Ｒ１ＭＩＮ}）/η_{Ｒ１ＡＶＥ}の回転数Ｒ１を選択する。

この回転数Ｒ１のときのポンプ効率の平均値η_{Ｒ１ＡＶＥ}を効率ηと規定し、ポンプ７が所定回転数Ｒ１で運転しているときの流量排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖをＳ６０４以降のステップで推定し、この推定したＱ_ｖと検出したポンプ７の圧力差とによりガス密度ρを推定する。

次に、図６のＳ６０４およびＳ６０５のステップについて説明する。

Ｓ６０４ではトルクセンサ２４で検出したポンプ７のトルクと、吸入ポート圧力センサ２０で検出したポンプ７の吸入ポート圧力と、吐出ポート圧力センサ２１で検出した吐出ポート圧力とを検出する。

Ｓ６０５では理論式を利用して、比熱比κとＳ６０４で検出したポンプ７のトルクとポンプ７の吸入ポート圧力と吐出ポート圧力およびＳ６０３で読み込んだポンプ効率ηおよびＳ６０１で検出したポンプ７の回転数より排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖを推定する。

Ｓ６０５での排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖの推定に用いる理論式について説明する。
ポンプ７の内臓モータ軸仕事率：Ｗ_ｉ [Ｗ]
Ｗ_ｉ=２πＲＴ/６０ …（１）
（ Ｒ:ポンプ７回転数[rpm],Ｔ:ポンプ７トルク）
断熱圧縮動力：Ｗ_ii[Ｗ]
Ｗ_ii=κＰ_１(Ｑ_ｖ/１０００/６０)（（Ｐ_２/Ｐ_１）^{（κ-１/κ）}−１）/(κ−１)…（２）
（κ:比熱比,Ｐ_１:ポンプ７吸入ポート圧力[Pa] ,Ｐ_２:ポンプ７吐出ポート圧力[Pa],Ｑ_ｖ: 排気ガス循環流路２３循環流量[L/min]）
Ｗ_iとＷ_iiとの関係：
Ｗ_iη=Ｗ_ii…（３）
（η:ポンプ効率）

（１）から（３）式より、下記（４）式が導出される。
（２πＲＴ/６０）η=κＰ_１(Ｑ_ｖ/１０００/６０)（（Ｐ_２/Ｐ_１）^{（κ-１/κ）}−1）/(κ−１) …（４）
（４）式を変形して、下記（５）式が導出される。
Ｑ_ｖ=（（２πＲＴ/６０）η）/（κＰ_１/１０００/６０（（Ｐ_２/Ｐ_１）^{（κ-１/κ）}−1）/(κ−１)）…（５）
（５）式より排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖ［L/min］が推定される。

最後に、図６のＳ６０６のステップについて説明する。

Ｓ６０６ではＳ６０５で推定した排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖとポンプ７の一定回転数でのポンプ吐出圧特性よりガス密度ρを推定する。

Ｓ６０６について、図８を用いて説明する。図８の（１）は、コントローラ３０にて保持されるポンプ吐出圧特性のガス密度毎のポンプ回転数Ｒａにおける特性である。この特性は実験的にあるいは理論式等により前もって取得した特性をコントローラ３０に保持しておく。

この前もって取得したポンプ吐出圧特性とガス流量推定手段により推定した排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖおよびポンプ圧力差ΔＰの検出値より、図８に示すようにガス密度を推定することができる。

尚、Ｓ６０５でのポンプ７のトルク値の代わりに電流値を検出しトルク換算する手法としてもかまわない。

尚、ここではポンプ吐出圧特性はマップを使用しているが、マップではなく近似式などで求める事も可能である。

以上、本実施形態により、ポンプ７の効率のばらつきが少ない回転数でのポンプ７の効率を考慮し、さらにこの回転数にてガス流量を推定するものとして、ガス流量を推定するときのポンプ７の効率のばらつきの影響を低減した。そのため、ガス流量の推定精度が向上する。

また、本実施形態では、ガス流量を推定するのと同時に取得した可変容量ポンプの圧力差と、前述のポンプ効率を考慮したガス流量を用いてガス密度を推定している。したがってガス流量とポンプ吐出圧特性との関係から予測するガス密度の推定手段の推定精度が向上する。

また、本実施形態では、ポンプ７の吸入ポート圧力の変動の大小により、ガス通流路を通流するガス流量が安定した状態を検出してガス流量推定の実行可否を判定している。そのため、ガス圧力変動によるガス流量推定精度へ与える外乱を排除することで、ガス流量を用いてガス密度を推定するガス状態推定精度が向上する。

−第２の実施形態−
次に第２の実施形態におけるガス状態推定手段について説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる部分は、第１の実施形態で説明した排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖを推定することにより排気ガス循環路２３固有のガス通流路圧力損失特性を推定するようにしたことである。

この圧力損失特性の推定は、図７で示したポンプ７回転数でガス密度ρと排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖを求め、その求められた値から実行される（Ｑ_ｖの推定方法は第１の実施形態と同じ）。推定された排気ガス循環路２３固有の圧力損失特性とポンプ吐出圧特性より、回転数を一定としないときにおいても密度が推定可能となる。

第２の実施形態を図９を用いて具体的に説明する。図９の（１）は、コントローラ３０にて保持されるポンプ圧力差特性のガス密度毎の、ポンプ効率のばらつき幅が小さいポンプ回転数Ｒ３における特性である。この特性は実験的にあるいは理論式等により取得する。

一方、ガス通流路圧力損失特性としての排気ガス循環路圧力損失特性の理論式は下記のようになる。
ΔＰ=０．５＊（ρ＋α）Ｑ_ｖ＊Ｑ_ｖ
（ΔＰ：圧力差 ρ：ガス密度 α：ばらつきパラメータ Ｑ_ｖ：排気ガス循環流路２３循環流量）
このとき、実測したΔＰ、推定したρおよびＱ_ｖより、ガス通流路固有のばらつきパラメータであるαの値を逆算して求める。

図９の（２）は、具体化されたαを代入した排気ガス循環路圧力損失特性を示すグラフである。同一ガス密度における（１）および（２）の交点を結ぶことでポンプ回転数Ｒ３においては（３）の関係が規定できる。したがって圧力差を算出することで、ポンプ回転数Ｒ３におけるガス密度を推定することができる。

また図９に、コントローラ３０にて保持されるポンプ吐出圧特性のガス密度毎のポンプ回転数Ｒ４における特性を（１）‘として記載する。すると同様にポンプ回転数Ｒ４における（３）’の関係が規定できるため、ポンプ回転数Ｒ４におけるガス密度を推定することができる。

つまり、ばらつきパラメータαを具体化後においては、ポンプ吐出圧特性をポンプ回転数毎に実験的あるいは理論式等により明確にしておくことでガス状態推定時にポンプ７の回転数を一定とする必要がなくなることが分かる。

次に本実施形態におけるガス状態推定装置のガス状態推定は、図５のフローに基づき実行される。

次に、図５のＳ５０４の処理内容を具体的に図１０を用いて説明する。図中の１００１，１００２，１００３，１００４は、図４の４０１，４０２，４０３，４０４と同じ構成である。ガス通流路圧力損失特性推定手段としての排気ガス循環路２３圧力損失推定手段１００５は１００３で推定された排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖとポンプ吐出圧特性１００４とポンプ７圧力差検出手段１００１より、排気ガス循環路２３の圧力損失特性を推定する。ガス流量学習推定手段１００６は排気ガス循環路２３圧力損失特性１００５とポンプ７吐出圧特性１００４より流量の推定演算を行い、排気ガス循環路２３ガス密度推定手段１００７ではガス密度を推定する。

まず図１０の処理について図１１のフローチャートを用いて説明する。

Ｓ１１０１では、燃料循環路内圧力損失特性が推定されているか否かを判断する。この燃料循環路内圧力損失特性は、後述するＳ１１０２〜Ｓ１１０９により推定される。この燃料循環路内圧力損失特性が推定されていないとして否定判定されたときはＳ１１０２に進む。一方、排気ガス循環路圧力損失特性が推定されていると肯定判定されるときにはＳ１１１１に進む。

図１１のＳ１１０２〜Ｓ１１０７は、第１の実施形態で説明した図６のＳ６０１〜Ｓ６０６と同様である。

Ｓ１１０８ではＳ１１０７で推定した排気ガス循環流路２３循環流量Ｑ_ｖとガス密度ρとＳ１１０５で検出したポンプ７の圧力差ΔＰを前述の理論式
ΔＰ=０．５＊（ρ＋α）Ｑ_ｖ＊Ｑ_ｖ
に代入することにより値αを求める。

Ｓ１１０９ではＳ１１０８で求めた値αから図９の（２）で示す排気ガス循環路圧力損失特性を推定する。

Ｓ１１１０ではＳ１１０９で排気ガス循環路圧力損失特性の推定が終了したときに燃料循環路内圧力損失特性が推定されている旨のフラグをＯＮにする。

Ｓ１００１で肯定判定されたとき、Ｓ１１１１ではポンプ回転センサ２２で検出したポンプ回転数を読み込む。

Ｓ１１１２ではポンプ７の圧力差ΔＰを算出する。ΔＰは、吸入ポート圧力センサ２０の検出値Ｐ_２０および吐出ポート圧力センサ２１の検出値Ｐ_２１とに基づき、以下の式により算出される。
ΔＰ＝Ｐ_２１-Ｐ_２０

Ｓ１１１３では図９で示す関係を用いて、推定した排気ガス循環路圧力損失特性とＳ１１１１で読み込んだポンプ回転数のときのポンプ吐出圧特性とＳ１１１２で算出したポンプ７の圧力差ΔＰとによりガス密度ρの推定を行う。

本実施形態では、ポンプ効率のばらつき幅が小さいポンプ回転数のときのガス状態の実測結果から、排気ガス循環路２３に固有の排気ガス循環路圧力損失特性ばらつきパラメータαを推定した。そしてこの推定したばらつきパラメータαを織り込んだ排気ガス循環路圧力損失特性を用いてガス密度を推定した。そのため、排気ガス循環路圧力損失特性のポンプ効率のばらつきによる推定精度のばらつきを低減して排気ガス循環路２３固有の排気ガス循環路圧力損失特性を推定できるため、ガス密度推定精度の向上を実現できる。

ところで、上記に記載した第１の実施形態および第２の実施形態では燃料電池装置に適用するガス通流路を例にとって説明したが、燃料電池装置に限定しない通常のガス通流路にあっても本ガス状態推定装置は実施可能である。

燃料電池装置全体のハードウェア構成図 ガス状態推定手段の課題説明図１ ガス状態推定手段の課題説明図２ 第１の実施形態における密度推定演算部のブロック図 第１の実施形態および第２の実施形態のフローチャート（共通部分） 第１の実施形態における密度推定演算部のフローチャート ポンプ効率の説明図 第１の実施形態の説明図 第２の実施形態の説明図 第２の実施形態における密度推定演算部のブロック図 第２の実施形態における密度推定演算部のフローチャート

符号の説明

７…ポンプ(可変容量ポンプ)
２０…吸入ポート圧力センサ（ガス流量変動検出手段）
２２…ポンプ回転センサ（ポンプ回転数検出手段）
２３…排気ガス循環路（ガス通流路）
４０１,１００１…圧力差検出手段
４０３,１００３…ガス流量推定手段
４０５,１００７…ガス密度推定手段
１００５…排気ガス循環路圧力損失特性推定手段（ガス通流路圧力損失特性推定手段）

Claims (4)

1. ガスが通流するガス通流路と、
   当該ガス通流路にガスを吐出する可変容量ポンプと、
   当該可変容量ポンプの回転数を検出するポンプ回転数検出手段と、
   前記ポンプ回転数検出手段により検出したポンプ回転数を用いて前記ガス通流路中のガス流量を推定するガス流量推定手段と、
   を備える、ガス状態推定装置において、
   前記ガス流量推定手段は、
   前記可変容量ポンプの効率のばらつきが小さくなる回転数のときにガス流量を推定する、
   ガス状態推定装置。
2. 請求項１に記載のガス状態推定装置において、
   前記可変容量ポンプの吸入ポートと吐出ポートとの圧力差を検出する圧力差検出手段と、
   前記ガス流量推定手段により推定したガス流量と前記圧力差検出手段により検出する圧力差とに基づいて前記ガス通流路中のガスの密度を推定するガス密度推定手段と、
   を有する、
   ガス状態推定装置。
3. 請求項２に記載のガス状態推定装置において、
   前記圧力差検出手段により検出した圧力差と、前記ガス流量推定手段により推定したガス流量と、前記ガス密度推定手段により推定したガス密度とを用いて前記ガス通流路に固有の圧力損失特性を推定するガス通流路圧力損失特性推定手段を有する、
   ガス状態推定装置。
4. 請求項１あるいは請求項２に記載のガス状態推定装置において、
   前記ガス流量の変動を検出するガス流量変動検出手段を有し、
   当該ガス流量の変動を検出する手段によりガス流量の変動が小さいことを検出時に前記ガス流量推定手段によるガス流量の推定を実行する、
   ガス状態推定装置。