JP2010521625A - 遮断弁の診断方法 - Google Patents

Abstract

遮断弁が燃料ラインの中の少なくとも一つのタンクと少なくとも一つの噴射弁（７０）との間に配置されており、その際診断のために遮断弁が閉じられ、かつ、噴射弁を通じて内燃機関の運転のために噴射弁を通じて送り込まれる燃料が測定される、燃料ライン（５０）の中の遮断弁（４００、５００、５１０）の診断のための方法。燃料ラインの中の圧力が予測されている様に低下しないと、遮断弁の遮断効果が不十分であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ラインの中の遮断弁の診断方法に関する。

圧縮ガスを用いるシステム、いわゆるＣＮＧ（圧縮天然ガス）システムは、一般にタンク遮断弁、圧力調節器遮断弁、圧力調節モジュール、及び低圧システムの中の超過圧力弁の直列回路を含んでいる。多くの場合、圧力調節モジュール自身もまた、圧力が高過ぎることにより噴射弁またはインジェクション弁を信頼性をもって開くことができなくなってしまうことを避けるために、圧力が高過ぎる場合には、低圧領域を高圧領域から遮断する弁機能を持っている。

法的規制によりとりわけタンク遮断弁が指定されている。しながら遮断機能の故障、また該故障による内部漏れは、通常の自動車の運転に対して何の影響も与えない。万一遮断装置が故障時に十分に閉じないと、タンクの中身全部が環境中へ漏れてしまうという危険がある。それ故遮断装置あるいは遮断弁の遮断効果を前もって、好ましくは日常的に、チェックし、かつ、遮断効果に問題がある場合には警告あるいはエラー反応を出させることに、特に関心が持たれている。

未公開ドイツ国出願１０ ２００５ ０４８ ４５６号から、遮断弁の下流側でわずかな燃料圧力が調節され、その際遮断弁と噴射弁を閉じた状態で、遮断弁の下流側の燃料圧力が上昇するか否かをチェックする方法が知られている。燃料圧力が上昇した場合には遮断弁の遮断効果が不十分であることが判定される。

米国特許６，４２７，６７０号から例えばＣＮＧシステムが知られているが、そのシステムでは燃料は加圧されてタンク内に蓄えられ、燃料ラインを通じて噴射弁へ送られる。内燃機関の停止とタンク弁の遮断の後燃料ライン内の燃料圧力をチェックし、燃料圧力が予測よりも速く低下すると外部漏れ、つまり、燃料システムの外部環境に対する非密閉性、が検知される。

それに対して、方法の独立請求項を含む本発明に基づく方法は、燃料ラインの中の少なくとも一つのタンクと少なくとも一つ噴射弁との間に配置された遮断弁を、少ないステップ数で、一般的すなわち存在しているセンサや測定手段を用いて、その遮断効果、それに起因する内部漏れ、についてチェックすることができるという利点を有する。そのために、遮断弁は閉じられ、閉じられた噴射弁の下流側の燃料圧力が監視されるが、その際に更に燃料が噴射弁を通じて内燃機関の運転のために燃焼室内へ送り込まれる。送り込まれた燃料質量に基づいて遮断弁の下流側で予測される燃料圧力が求められ、遮断弁の下流側の燃料圧力が予測された燃料圧力と異なるか、あるいは、予測どおりに低下しない時には、弁の遮断効果が不十分であると判定する。

また、装置の独立請求項を含む燃料供給システムも同様な利点を有する。このシステムでは制御装置が操作手段と監視手段とを備えており、この制御装置と装置手段は本発明に基づく方法の実施のために整えられている。

従属請求項に述べられている特徴によって、独立請求項に記載されている方法を、有利に拡張及び改良することが可能である。

遮断効果はさらに、遮断弁の下流側の燃料圧力が予測された燃料圧力を超える場合、および、燃料圧力が予測される圧力の変化と異なる変化を示す場合、のうち少なくとも一方の条件を満たす場合には、不十分であると判定される。

別の有利な実施態様では、遮断弁の診断が内燃機関の停止の際に行われるが、その際には内燃機関が診断の終了まで運転される。

さらに、燃料ラインの中の圧力の測定の際に、燃料の温度を示すパラメータを考慮することが好適である。

そうすると有利なやり方で、圧力と温度からシステム内の燃料質量を求めることができ、又遮断弁の下流側での燃料ライン内の燃料質量が予測された燃料質量を割り込んだ時には、弁の遮断効果が十分ではないと判定される。

発明の燃料供給システムの例

図１は、液化ガスまたは圧縮ガス、例えば水素あるいは天然ガス、を用いる、内燃機関の運転のための燃料供給システムを略示している。燃料は第一のタンク１００と第二のタンク１１０に加圧されて蓄えられている。第一のと第二のタンク１００、１１０の中の燃料の圧力、すなわち間接的には燃料の充填レベルは、それぞれ第一と第二のタンク圧力センサ２００、２１０を通じて監視される。二つのタンク１００、１１０は、燃料を圧力調節弁３００へ、そして圧力調節弁３００の下流側で四つの噴射弁７００に対して送るために、共通の燃料ライン５０に接続されている。共通の燃料ライン５０とタンク１００、１１０との間にはそれぞれタンク遮断弁５００、５１０が配置されている。圧力調節器３００の上流側には遮断弁４００が備えられており、また圧力調節器３００と遮断弁４００との間には第三の圧力センサ２２０が、さらに圧力調節器３００と噴射弁７００との間には第四の圧力センサ２３０が備えられている。燃料システムの充填のために共通の燃料ライン５０の短部には充填ノズル６００が配置されている。

燃料供給システムの通常作動の際には、例えば水素が二つのタンク１００、１１０の中に３００バールまでの圧力を加えられて蓄えられる。タンク遮断弁５００、５１０と燃料ライン５０の中の遮断弁４００は開かれている。それ故圧力調節器までの共通の燃料ライン５０の中では、例えば３００バールより小さなタンク圧力が掛かっており、第三の圧力センサ２２０を通じて測定される。圧力調節器３００が、印加されている圧力を引き下げるので、圧力調節器３００の下流側の燃料ラインの中では、例えば２から６バールまでの圧力が加えられている。この低圧によって燃料は噴射弁７００を通じて図中には示されていない内燃機関の燃焼室内へ噴射される。

故障あるいは特別な運転条件の下では、遮断弁５００、５１０、４００を閉じることが想定されている。例えば噴射弁７００または燃料ラインに漏れがある場合でも、それによって環境中への燃料の漏洩が回避される。遮断弁は安全性に関して高い重要性を持っているので、遮断弁の遮断効果は日常的に（ルーチン的に）チェックしておくことが望ましい。

本発明では、遮断弁の遮断効果或いは密閉性のチェックのために、遮断弁４００を閉じてこの遮断弁４００の下流側の燃料圧力を監視し、かかる診断が終了するまで噴射弁７００が内燃機関の運転のために作動し続けることが考えられる。

燃料ラインの中の圧力と、場合によっては温度並びに噴射弁７００の噴射時間長さなどの既知の運転条件とに基づいて、燃焼室内へ流入する燃料質量が求められる。噴射された燃料質量は燃料ライン内の燃料質量を減少させ、遮断弁４００が閉じられておりかつ密に閉じられる場合には、燃料ライン内の圧力低下をもたらす。圧力低下が予測どうりに起こらない場合には、燃料が遮断弁を通して燃料ライン内へ流れていることが推定される。

各々の噴射動作毎に、閉じられた遮断弁の下流側の燃料ライン内の予測される燃料圧力も低下される。かくして噴射動作の数が増えて行くとともに遮断弁の上流側と下流側との間の圧力差が大きくなる。

従って本発明によれば、噴射弁を挟んだ圧力の差を監視することもできる。

さらに、遮断弁４００の遮断効果がなお十分であるとして許容される、予測される燃料圧力の上方の閾値を定めることもできる。この閾値は噴射弁を通じて流出する燃料質量に応じて後追い調整されるべきである。

遮断効果のチェックの精度をさらに改善するために、圧力調節器の下流側で第四の圧力センサ２３０を用いて圧力をチェックすることができる。このために、チェックすべき閉じられた遮断弁４００の下流側の圧力が、噴射弁７００を通じて燃料を吹き出すことによって圧力調節閾値の下側の圧力まで引き下げられる。圧力調節器３００の圧力調節閾値が、例えば６バールであれば、圧力は６バール以下、例えば２バールへ調節される。この条件の下で圧力調節器３００が完全に開かれ、直接遮断弁４００の下流側での圧力を圧力センサ２３０で測定する。このやり方は、ひとつには遮断弁４００の上の圧力差が可能な限り大きくなり、またもうひとつには低圧領域内にある第四の圧力センサ２３０が、高圧領域内にある第三の圧力センサ２２０よりも測定領域が小さいことによって、より敏感に反応するという利点を持っている。それによって測定の精度と信頼性も向上する。精度を改善するために追加の温度測定によって、観察されている容積内での質量増加の正確な計算を行うことができる。この温度測定は観察されている容積に接して設けられる温度センサあるいはタンク温度センサを用いて行うことができる。

本発明に基づく燃料供給システムの別の実施例も考えることができる。そこで例えば第一と第二の圧力センサ２００、２１０を省いて、別のやり方であるいは例えば第三の圧力センサ２２０を通じて燃料圧力を求めることができる。

唯一つの燃料タンクあるいは三つ以上の燃料タンクを使うことも考えられる。

本発明に基づく方法は、さらに遮断弁４００の診断のためだけに限定されるものではない。とりわけ二つのタンク弁５００、５１０に関してそれらの遮断効果を調べることもできる。

診断が例えば高い負荷の下で実行される場合には、燃料圧力が大きな勾配で閉じられた遮断弁の下流側で限界圧力を割り込み、内燃機関の運転がもはや不可能となってしまう危険がある。これを避けるために、有意義なやり方で、それを割り込むと診断が実行されないという圧力閾値あるいはそれを超えると診断が実行されないと云う負荷閾値が用意されている。

負荷を小さくすることが必要である場合には、燃料圧力が遮断弁の下流側ではっきりと低下するまで、遮断弁が閉じられる。これによって内燃機関の更なる運転、または、診断の実行が可能となる。遮断弁が閉じられている間噴射された燃料質量が累積され、この遮断弁のために定められた、圧力低下の判定が可能となる最大値と比較される。

累積された噴射燃料質量の定められた許容最大値は、例えば前段階で求めておき、場合によっては特性マップの中に格納して呼び出すことができる。格納された許容最大値を超えると、遮断弁は故障であると判定される。

代替の方法として、遮断弁の適当な最大許容開弁時間を定めることもできる。さらに、第二の圧力閾値を用意し、それを越えると遮断弁が再び閉じられるようにすることも可能である。また遮断弁を定期的に作動させることも考えられる。

さらに遮断弁の十分ではないと判定された遮断効果を、エラーメモリの中に格納することも考えられる。

さらに、診断を定められたインターバルであるいは定められた時間の経過後に行うことが考えられる。これによって、例えば複数の診断で確認された時にのみ、遮断効果が不十分であると判定されるようにすることができる。

これに加えて、漏れ診断の間に別の診断、とりわけ遮断弁の電気的診断、例えば供給電圧の遮断あるいは短絡についての診断など、を行うことも考えられる。そのようなやり方によって最終段とコンポーネント（弁）との間のエラー識別が簡単なやり方で可能となる。

５０ 共通の燃料ライン
１００ 第一のタンク
１１０ 第二のタンク
２００ 第一のタンクの圧力センサ
２１０ 第二のタンクの圧力センサ
２２０ 第三の圧力センサ
２３０ 第四の圧力センサ
３００ 圧力調節器
４００ 遮断弁
５００、５１０ タンク遮断弁
６００ 充填ノズル
７００ 噴射弁

Claims (6)

1. 遮断弁（４００、５００、５１０）が燃料ライン（５０）の中の少なくとも一つのタンク（１００、１１０）と少なくとも一つの噴射弁（７００）との間に配置され、
   前記遮断弁（４００、５００、５１０）の下流側で燃料圧力を測定し、
   前記噴射弁を通じて燃料を燃焼室内に送り込み、
   診断のために前記遮断弁（４００、５００、５１０）を閉じる、
   燃料ライン（５０）の中の遮断弁（４００、５００、５１０）の診断方法において、
   前記噴射弁を通じて送り込まれた燃料質量を測定するステップと、
   送り込まれた燃料質量から下流側で予測される燃料圧力を求めるステップと、
   前記遮断弁（４００、５００、５１０）の下流側の燃料圧力が、予測される燃料圧力と異なる場合には、前記遮断弁（４００、５００、５１０）の遮断効果が不十分であると判定するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記遮断弁（４００、５００、５１０）の下流側の燃料圧力が、予測される燃料圧力を超える場合、および、予測される圧力の変化と異なる場合、のうち少なくとも一方の条件を満たす場合には、前記遮断弁（４００、５００、５１０）の遮断効果が不十分であると判定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 内燃機関の停止の際に、前記遮断弁（４００、５００、５１０）が閉じられ、かつ、診断が終了するまで、前記内燃機関が作動されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 燃料ライン（５０）の中の圧力の測定の際に、燃料の温度を示すパラメータを考慮することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 圧力と温度とから燃料ライン（５０）の中の燃料質量を求めるステップと、
   燃料ライン（５０）の中の前記燃料質量が、送り込まれた燃料質量に応じて減少しない場合には、前記遮断弁（４００、５００、５１０）の遮断効果が不十分であると判定するステップと、
   を含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 少なくとも一つのタンク（１００、１１０）と、噴射弁（７００）と、遮断弁（４００、５００、５１０）と、制御装置と、を備えた燃料供給システムにおいて、
   前記制御装置が前記遮断弁（４００、５００、５１０）の診断のために操作手段と監視手段とを備え、
   前記操作手段が、前記遮断弁（４００、５００、５１０）の診断のために、前記遮断弁（４００、５００、５１０）を閉じるように構成されており、かつ、
   前記監視手段が、
   前記遮断弁（４００、５００、５１０）の下流側の燃料圧力を監視し、
   前記噴射弁を通じて燃焼室内へ送り込まれる燃料質量に応じて、予測される燃料圧力を求め、かつ、
   前記遮断弁（４００、５００、５１０）の下流側の燃料圧力が前記予測される燃料圧力を超える場合には、前記遮断弁（４００、５００、５１０）の不十分な遮断効果を検知する、
   ように構成されている、
   ことを特徴とする燃料供給システム。

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