JP2014227917A - Vehicle including internal combustion engine for gas fuel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体燃料用内燃機関を備えた車両に係り、都市ガス配管等の低圧気体燃料源からの燃料補給が可能な車両に関する。 The present invention relates to a vehicle including an internal combustion engine for gaseous fuel, and more particularly to a vehicle capable of refueling from a low-pressure gaseous fuel source such as a city gas pipe.
天然ガス等の気体燃料を燃料とする内燃機関を備えた車両がある。このような車両では、気体燃料の積載量を多くするために、車両に搭載された気体燃料容器に気体燃料は圧縮された状態(例えば、20MPa)で充填される。気体燃料を気体燃料容器に補給する際には、気体燃料を高圧に圧縮する必要があるため、気体燃料を圧縮する圧縮機(コンプレッサ)を含む充填設備が設けられた補給所(ガスステーション)に車両を移動させる必要がある。このような補給所は比較的数が限られているため、利用が容易な都市ガス配管等の低圧気体燃料源から燃料補給ができることが望まれている。 There are vehicles equipped with an internal combustion engine that uses gaseous fuel such as natural gas as fuel. In such a vehicle, in order to increase the loading amount of the gaseous fuel, the gaseous fuel is loaded in a compressed state (for example, 20 MPa) in a gaseous fuel container mounted on the vehicle. When replenishing gaseous fuel into a gaseous fuel container, it is necessary to compress the gaseous fuel to a high pressure. Therefore, the refueling station (gas station) provided with a filling facility including a compressor (compressor) that compresses the gaseous fuel is used. It is necessary to move the vehicle. Since the number of such replenishment stations is relatively limited, it is desired that fuel can be replenished from a low-pressure gaseous fuel source such as a city gas pipe that is easy to use.
しかしながら、例えば都市ガス配管によって供給される天然ガスは低圧(1.0〜2.5kPa)であるため、そのまま気体燃料容器に充填することはできない。このような問題を解決するために、車両に気体燃料を圧縮する圧縮機を設け、圧縮機によって気体燃料を圧縮し、気体燃料容器に充填するようにした車両がある(例えば、特許文献1)。特許文献1に係る車両は、内燃機関の出力軸(クランクシャフト)にプーリ及びベルトからなる動力伝達装置を介して圧縮機を連結し、内燃機関の駆動力によって圧縮機を駆動している。
However, natural gas supplied by, for example, city gas pipes is low pressure (1.0 to 2.5 kPa), so that it cannot be filled into a gaseous fuel container as it is. In order to solve such a problem, there is a vehicle in which a compressor for compressing gaseous fuel is provided in the vehicle, the gaseous fuel is compressed by the compressor, and the gaseous fuel container is filled (for example, Patent Document 1). . In the vehicle according to
しかしながら、特許文献1に係る車両は、気体燃料を圧縮するための圧縮機を車両に付加的に設けているため、車両重量の増大、車両の大型化、及び製造コストの増大が生じる。また、圧縮機を駆動するために、必ず内燃機関を駆動させなければならないという問題がある。
However, since the vehicle according to
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであって、気体燃料用内燃機関を備えた車両において、簡素な構成で低圧気体燃料源からの補給を可能にすることを課題とする。 The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to enable replenishment from a low-pressure gaseous fuel source with a simple configuration in a vehicle including an internal combustion engine for gaseous fuel.
上記課題を解決するために、本発明は、気体燃料用内燃機関(2)を備えた車両(1)であって、気体燃料が充填される気体燃料容器(3)と、少なくとも電動モータ(46)によって駆動され、気体燃料を圧縮する圧縮機(4)と、気体燃料を噴射するインジェクタ(5)と、接続される通路の接続状態を切り換える切換装置(20)と、低圧気体燃料源(14)に接続可能な低圧燃料源接続口(11)と、前記低圧燃料源接続口と前記切換装置とを接続する低圧気体通路(35)と、前記気体燃料容器と前記切換装置とを接続する高圧気体通路(34)と、前記圧縮機の低圧側と前記切換装置とを接続する上流側通路(31)と、前記圧縮機の高圧側と前記切換装置とを接続する下流側通路(32)と、前記切換装置と前記インジェクタとを接続するインジェクタ通路(33)とを有し、前記切換装置は、前記低圧気体通路と前記上流側通路とを接続すると共に前記下流側通路と前記高圧気体通路とを接続する低圧充填モードと、前記高圧気体通路と前記上流側通路とを接続すると共に前記下流側通路と前記インジェクタ通路とを接続する燃料噴射モードとを選択可能であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a vehicle (1) including an internal combustion engine (2) for gaseous fuel, a gaseous fuel container (3) filled with gaseous fuel, and at least an electric motor (46). ), The compressor (4) for compressing the gaseous fuel, the injector (5) for injecting the gaseous fuel, the switching device (20) for switching the connection state of the connected passages, and the low-pressure gaseous fuel source (14) ) Connectable to the low pressure fuel source connection port (11), the low pressure gas source connection port (35) connecting the low pressure fuel source connection port and the switching device, and the high pressure connecting the gaseous fuel container and the switching device. A gas passage (34), an upstream passage (31) connecting the low pressure side of the compressor and the switching device, and a downstream passage (32) connecting the high pressure side of the compressor and the switching device. The switching device and the injector A low-pressure filling mode in which the switching device connects the low-pressure gas passage and the upstream-side passage and connects the downstream-side passage and the high-pressure gas passage; A fuel injection mode for connecting the high-pressure gas passage and the upstream passage and connecting the downstream passage and the injector passage can be selected.
この構成によれば、気体燃料容器にインジェクタに供給する気体燃料を昇圧する圧縮機(ポンプ)を利用して、低圧気体燃料源から供給される低圧の気体燃料を昇圧するため、車両に付加的な圧縮機を設ける必要がない。そのため、車両の重量増や大型化、製造コストの増大が抑制される。また、圧縮機は電動モータによって駆動することができるため、気体燃料用内燃機関の停止時にも低圧気体燃料源から供給される気体燃料を圧縮した状態で気体燃料容器に充填することができる。また、上流側通路、下流側通路、低圧気体通路、インジェクタ通路は、切換装置のモードが変更されても、内部を流れる気体燃料の向きは一定となる。そのため、各通路と切換装置との接続部分に加わるガス圧による荷重の向きが一定となり、接続部分のシール構造が損傷を受け難くなる。 According to this configuration, the pressure of the low-pressure gaseous fuel supplied from the low-pressure gaseous fuel source is boosted using the compressor (pump) that boosts the gaseous fuel supplied to the injector in the gaseous fuel container. There is no need to provide a simple compressor. Therefore, an increase in the weight and size of the vehicle and an increase in manufacturing cost are suppressed. Further, since the compressor can be driven by an electric motor, the gaseous fuel supplied from the low-pressure gaseous fuel source can be filled in the gaseous fuel container even when the internal combustion engine for gaseous fuel is stopped. Further, the direction of the gaseous fuel flowing in the upstream side passage, the downstream side passage, the low pressure gas passage, and the injector passage is constant even if the mode of the switching device is changed. Therefore, the direction of the load due to the gas pressure applied to the connection portion between each passage and the switching device is constant, and the seal structure of the connection portion is not easily damaged.
また、上記の発明において、車両は、高圧気体燃料源(16)に接続可能な高圧燃料源接続口(12)を更に有し、前記高圧気体通路は、前記気体燃料容器、前記切換装置及び前記高圧燃料源接続口を接続し、前記切換装置は、前記高圧気体通路と他の通路との接続を遮断する高圧充填モードと、前記低圧充填モードと、前記燃料噴射モードとを選択可能にするとよい。 In the above invention, the vehicle further includes a high-pressure fuel source connection port (12) connectable to the high-pressure gaseous fuel source (16), and the high-pressure gas passage includes the gaseous fuel container, the switching device, and the A high-pressure fuel source connection port is connected, and the switching device may be capable of selecting a high-pressure filling mode that cuts off the connection between the high-pressure gas passage and another passage, the low-pressure filling mode, and the fuel injection mode. .
この構成によれば、車両は高圧気体燃料源からも気体燃料の補給が可能になる。 According to this configuration, the vehicle can be replenished with gaseous fuel from a high-pressure gaseous fuel source.
また、上記の発明において、前記電動モータは、車載バッテリ(61)又は外部電源(64)から電力を受けて駆動する構成にするとよい。 In the above invention, the electric motor may be driven by receiving power from the on-vehicle battery (61) or the external power source (64).
この構成によれば、電動モータは、外部電源から電力を受けて駆動することができるため、車載バッテリの電圧が低い場合、すなわちバッテリの残量が少ない場合にも気体燃料用内燃機関を駆動することなく、低圧気体燃料源から供給される気体燃料を圧縮した状態で気体燃料容器に充填することができる。 According to this configuration, since the electric motor can be driven by receiving electric power from the external power source, the gas fuel internal combustion engine is driven even when the voltage of the on-vehicle battery is low, that is, when the remaining amount of the battery is low. The gaseous fuel container can be filled with the gaseous fuel supplied from the low-pressure gaseous fuel source in a compressed state.
また、上記の発明において、前記圧縮機は、第1クラッチ(45)を介して前記電動モータに連結されると共に、第2クラッチ(48)を介して前記気体燃料用内燃機関の出力軸(51)に連結され、前記燃料噴射モードでは、前記第1クラッチが切断されると共に前記第2クラッチが連結される構成にするとよい。 In the above invention, the compressor is connected to the electric motor via a first clutch (45) and is connected to the output shaft (51) of the gaseous fuel internal combustion engine via a second clutch (48). In the fuel injection mode, the first clutch is disconnected and the second clutch is connected.
この構成によれば、燃料噴射モードが選択され、気体燃料用内燃機関が駆動される場合には、第1クラックによって圧縮機と電動モータとの連結が切断されるため、電動モータが気体燃料用内燃機関の負荷になることが避けられる。 According to this configuration, when the fuel injection mode is selected and the internal combustion engine for gas fuel is driven, the connection between the compressor and the electric motor is disconnected by the first crack, so that the electric motor is used for the gas fuel. Avoiding the load on the internal combustion engine.
また、上記の発明において、前記低圧燃料源接続口と前記低圧気体燃料源との接続状態を検出する低圧側接続センサ(71)と、前記高圧燃料源接続口と前記高圧気体燃料源との接続状態を検出する高圧側接続センサ(72)とを更に有し、前記切換装置は、前記低圧側接続センサが接続状態を検出したときに前記低圧充填モードを選択し、前記高圧側接続センサが接続状態を検出したときに前記高圧充填モードを選択し、前記低圧側接続センサ及び前記高圧側接続センサがいずれも接続状態を検出しないときに前記燃料噴射モードを選択する構成にするとよい。 In the above invention, the low-pressure side connection sensor (71) for detecting a connection state between the low-pressure fuel source connection port and the low-pressure gaseous fuel source, and the connection between the high-pressure fuel source connection port and the high-pressure gaseous fuel source. A high-pressure side connection sensor (72) for detecting a state, and the switching device selects the low-pressure filling mode when the low-pressure side connection sensor detects a connection state, and the high-pressure side connection sensor is connected. The high pressure filling mode may be selected when a state is detected, and the fuel injection mode may be selected when neither the low pressure side connection sensor nor the high pressure side connection sensor detects a connection state.
この構成によれば、低圧燃料源接続口と低圧気体燃料源との接続状態、及び高圧燃料源接続口と高圧気体燃料源との接続状態に応じて切換装置のモードが選択されるため、乗員が切換装置を操作する手間が省かれる。また、乗員による切換装置の誤操作が防がれる。 According to this configuration, the mode of the switching device is selected according to the connection state between the low pressure fuel source connection port and the low pressure gas fuel source and the connection state between the high pressure fuel source connection port and the high pressure gas fuel source. This saves the trouble of operating the switching device. In addition, erroneous operation of the switching device by an occupant is prevented.
以上の構成によれば、気体燃料用内燃機関を備えた車両において、簡素な構成で低圧気体燃料源からの補給が可能になる。 According to the above configuration, in a vehicle equipped with an internal combustion engine for gaseous fuel, replenishment from a low-pressure gaseous fuel source is possible with a simple configuration.
以下、図面を参照して、本発明に係る気体燃料用内燃機関を備えた車両の実施形態について説明する。本実施形態では、気体燃料用内燃機関は、メタンを主成分とする可燃性ガス(いわゆる天然ガス)を気体燃料とする内燃機関である。 Hereinafter, an embodiment of a vehicle provided with an internal combustion engine for gaseous fuel according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the internal combustion engine for gaseous fuel is an internal combustion engine that uses flammable gas (so-called natural gas) mainly composed of methane as gaseous fuel.
図1は、実施形態に係る車両の構成図である。図1に示すように、車両1は、気体燃料を燃料とする内燃機関2と、内燃機関2に供給する気体燃料を貯蔵する気体燃料容器3とを有している。気体燃料容器3は、高圧に圧縮された気体が充填される高圧容器である。車両1は、内燃機関2と気体燃料容器3との間に、気体燃料容器3から供給される気体燃料を圧縮し、昇圧して内燃機関2に供給する燃料噴射ポンプ(圧縮機)4を有している。燃料噴射ポンプ4によって昇圧された気体燃料は、内燃機関2に設けられたインジェクタ5に供給される。インジェクタ5は、内燃機関2の燃焼室(不図示)、又は燃焼室に連通する吸気通路(不図示)に気体燃料を噴射する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a vehicle according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the
車両1は、気体燃料容器3に気体燃料を補給するための低圧燃料源接続口11と、高圧燃料源接続口12とを有している。低圧燃料源接続口11は低圧燃料供給ライン(低圧気体燃料源)14に設けられた低圧燃料供給口15に接続可能な形状を有し、高圧燃料源接続口12は高圧燃料供給ライン(高圧気体燃料源)16に設けられた高圧燃料供給口17に接続可能な形状を有する。低圧燃料供給ライン14は、例えば都市ガス13Aのパイプラインである。低圧燃料供給ライン14によって供給されるガスの圧力は例えば1.0〜2.5kPaである。高圧燃料供給ライン16は、例えばCNG(圧縮天然ガス)スタンドのディスペンサーユニットに設けられたラインである。高圧燃料供給ライン16から供給されるガスの圧力は例えば25MPa程度である。CNGスタンドは、例えば圧縮機を有し、都市ガス13Aのパイプラインから供給された天然ガスを圧縮機で圧縮して蓄ガスユニットに貯蔵し、蓄ガスユニットに貯蔵された圧縮天然ガスをディスペンサーに設けられた高圧燃料供給ライン16を介して供給する。
The
インジェクタ5、気体燃料容器3、燃料噴射ポンプ4、低圧燃料源接続口11、及び高圧燃料源接続口12は、切換弁20を備えたガスライン(ガス配管系)21を介して互いに接続されている。切換弁20は、ソレノイド23によって切り換えられる3ポジション5ポートの電磁弁である。詳細には、切換弁20は、ガスライン21が接続される第1〜第5ポート24〜28の5つのポートと、ソレノイド23によって駆動され、3つの位置の間で変位する弁体29とを有し、弁体29の位置に応じて第1〜第5ポート24〜28の接続状態を変更する。
The injector 5, the
ガスライン21は、それぞれ配管によって形成された上流側通路31、下流側通路32、インジェクタ通路33、高圧気体通路34、低圧気体通路35、及びバイパス通路36を有している。バイパス通路36は、高圧気体通路34に対して流路断面積が小さく設定されている。
The
上流側通路31は、燃料噴射ポンプ4の入口側(上流側)の端部と切換弁20の第2ポート25とを接続する。下流側通路32は、燃料噴射ポンプ4の出口側(下流側)の端部と、切換弁20の第1ポート24とを接続する。インジェクタ通路33は、インジェクタ5と切換弁20の第3ポート26とを接続する。高圧気体通路34は、主通路34Aと、主通路34Aの中間部から分岐した分岐通路34Bとを有する。主通路34Aは気体燃料容器3と切換弁20の第4ポート27とを接続し、分岐通路34Bは主通路34Aと高圧燃料源接続口12とを接続する。すなわち、高圧気体通路34は、気体燃料容器3、第4ポート27、及び高圧燃料源接続口12を互いに接続する。分岐通路34Bの経路上には、高圧燃料源接続口12に接続された端部側から主通路34Aに接続された端部側への流れを許容し、逆向きの流れを禁止する一方向弁38が設けられている。低圧気体通路35は、低圧燃料源接続口11と切換弁20の第5ポート28とを接続する。バイパス通路36は、高圧気体通路34の主通路34Aとインジェクタ通路33とを接続する。バイパス通路36の経路上には通路を開閉する電磁弁であるバイパス弁39が設けられている。バイパス弁39は、通常時において閉じられている。
The
図4は実施形態に係る車両の構成図(高圧充填モード)であり、図5は実施形態に係る車両の構成図(燃料噴射モード)である。図1に示すように、切換弁20は、弁体29が第1位置に位置するときに、第1ポート24と第4ポート27とを接続し、第2ポート25と第5ポート28とを接続し、第3ポート26を遮断する。図4に示すように、切換弁20は、弁体29が第2位置に位置するときに、第1〜第5ポート24〜28の全ての接続を遮断する。図5に示すように、切換弁20は、弁体29が第3位置に位置するときに、第1ポート24と第3ポート26とを接続し、第2ポート25と第4ポート27とを接続し、第5ポート28を遮断する。弁体29が第1位置にする状態を低圧充填モード、弁体29が第2位置にする状態を高圧充填モード、弁体29が第3位置にする状態を燃料噴射モードとする。切換弁20は、ソレノイド23を駆動し、弁体29を移動させることによって、低圧充填モード、高圧充填モード、燃料噴射モードのいずれかを選択可能になっている。
FIG. 4 is a configuration diagram of the vehicle according to the embodiment (high-pressure filling mode), and FIG. 5 is a configuration diagram of the vehicle according to the embodiment (fuel injection mode). As shown in FIG. 1, the switching
燃料噴射ポンプ4は、公知の圧縮機であり、例えば、遠心式圧縮機や軸流式圧縮機等のターボ圧縮機や、往復圧縮機やスクロール式圧縮機、ロータリーベーン式圧縮機等の容積圧縮機であってよい。本実施形態では、燃料噴射ポンプ4は、往復圧縮機であり、ハウジング41内に設けられたシリンダ(不図示)と、シリンダ内に進退可能に設けられたピストン(不図示)と、ハウジング41に回転可能に設けられた駆動軸42と、駆動軸42に設けられ、回転に応じてピストンを進退させるカム(不図示)とを有している。燃料噴射ポンプ4の上流側端部は入口通路(不図示)を介してシリンダに接続され、下流側端部は出口通路(不図示)を介してシリンダに接続されている。入口通路及び出口通路には、それぞれ上流側端部から下流側端部への流れを許容し、逆向きの流れを禁止する一方向弁(不図示)が設けられている。これにより、駆動軸42の回転に応じてピストンがシリンダに対して後退するときには上流側端部から入口通路を介して気体燃料がシリンダ内に吸入され、駆動軸42の回転に応じてピストンがシリンダに対して前進するときにはシリンダ内の気体燃料が圧縮され、出口通路を介して下流側端部に圧送される。
The fuel injection pump 4 is a known compressor, for example, a turbo compressor such as a centrifugal compressor or an axial flow compressor, a volumetric compression such as a reciprocating compressor, a scroll compressor, a rotary vane compressor, or the like. It may be a machine. In the present embodiment, the fuel injection pump 4 is a reciprocating compressor, and a cylinder (not shown) provided in the
燃料噴射ポンプ4の駆動軸42は、第1クラッチ45を介して電動モータ46の出力軸47に連結されている。また、燃料噴射ポンプ4の駆動軸42は、第2クラッチ48及び動力伝達機構49を介して内燃機関2のクランクシャフト(出力軸)51に連結されている。動力伝達機構49は、クランクシャフト51に取り付けられた第1プーリ53と、第2クラッチ48に取り付けられた第2プーリ54と、第1プーリ53及び第2プーリ54に巻き掛けられたベルト55とから構成されている。他の実施形態では、動力伝達機構49は、スプロケット及びチェーンから構成されてもよい。第1クラッチ45及び第2クラッチ48は公知のクラッチである。第1クラッチ45が連結されると燃料噴射ポンプ4の駆動軸42と電動モータ46の出力軸47とは一体に回転し、第1クラッチ45が切断されると燃料噴射ポンプ4の駆動軸42と電動モータ46の出力軸47とは独立して回転する。第2クラッチ48が連結されると燃料噴射ポンプ4の駆動軸42とクランクシャフト51とは同期して回転し、第2クラッチ48が切断されると燃料噴射ポンプ4の駆動軸42とクランクシャフト51とは独立して回転する。なお、他の実施形態では、燃料噴射ポンプ4の駆動軸42と電動モータ46の出力軸47との間、及び燃料噴射ポンプ4の駆動軸42とクランクシャフト51との間に減速機構を設け、電動モータ46の出力軸47及びクランクシャフト51の回転を減速して燃料噴射ポンプ4の駆動軸42に伝達してもよい。
The
車両1には、電動モータ46、切換弁20のソレノイド23、第1クラッチ45、第2クラッチ48、バイパス弁39を制御するECU60が設けられている。ECU60は、マイクロプロセッサや、ROM、RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。図2は、実施形態に係る車両のECUを示す構成図である。図1及び図2に示すように、ECU60には、車載バッテリ61が接続されている。車載バッテリ61は、鉛蓄電池やニッケル電池、リチウム電池等の公知のバッテリであってよい。車載バッテリ61は、内燃機関2のクランクシャフト51の回転に応じて駆動される発電機(不図示)によって充電される。また、ECU60は、車両1外の外部電源である商用電源(グリッド)64に接続するための接続プラグ65を備えた電源接続ケーブル66を有している。接続プラグ65が商用電源64のソケット68(コンセント)に接続されることによって、ECU60は商用電源64から電力を受けることができる。商用電源64の電圧は、各地域に応じた任意の電圧であってよい。例えば、日本では、商用電源64の電圧は100Vや200Vである。ECU60は、電源接続ケーブル66を介して供給される商用電源64からの交流電圧を、直流に変換し、所定の電圧に変圧する変圧部69を有している。
The
低圧燃料源接続口11には、低圧燃料源接続口11と低圧燃料供給口15との接続状態を検出する低圧側接続センサ71が設けられている。高圧燃料源接続口12には、高圧燃料源接続口12と高圧燃料供給口17との接続状態を検出する高圧側接続センサ72が設けられている。低圧側接続センサ71及び高圧燃料源接続口12は、低圧燃料供給口15及び高圧燃料供給口17の構造体の位置を接触又は非接触により検出するセンサや、低圧燃料源接続口11及び高圧燃料源接続口12内部のガス圧を検出することによって低圧燃料供給口15及び高圧燃料供給口17の接続を検出するセンサであってよい。低圧側接続センサ71は、低圧燃料源接続口11と低圧燃料供給口15との接続状態に応じた検出信号をECU60に出力する。同様に、高圧側接続センサ72は、高圧燃料源接続口12と高圧燃料供給口17との接続状態に応じた検出信号をECU60に出力する。
The low pressure fuel
高圧気体通路34と気体燃料容器3との接続部には、気体燃料容器3内のガス圧を検出するガス圧センサ73が設けられている。ガス圧センサ73は、気体燃料容器3内のガス圧に応じた検出信号をECU60に出力する。他の実施形態では、ガス圧センサ73は気体燃料容器3に直接設けられてもよい。
A
車両1には、シフトレバーのシフト位置を検出するシフト位置センサ75が設けられている。シフト位置センサ75は、シフト位置(パーキング(P)やドライブ(D)、バック(R)等)に応じた信号をECU60に出力する。内燃機関2には、クランクシャフト51の回転角を検出するクランク回転角センサ76が設けられている。クランク回転角センサ76は、クランクシャフト51の回転角に応じた検出信号をECU60に出力する。
The
ECU60は、車載バッテリ61の電圧を検出するバッテリ電圧検出部78と、電源接続ケーブル66と商用電源64との接続を検出する商用電源検出部79とを有している。ECU60は、低圧側接続センサ71、高圧側接続センサ72、シフト位置センサ75、クランク回転角センサ76、バッテリ電圧検出部78、及び商用電源検出部79からの信号に基づいて電動モータ46、切換弁20のソレノイド23、第1クラッチ45、第2クラッチ48、及びバイパス弁39を制御する。
The
図3は、実施形態に係る車両1のECU60が実行する制御フローを示す図である。ECU60は図3に示す制御フローに従って、気体燃料の気体燃料容器3への充填、及び内燃機関2の駆動を行う。最初に、ステップS1で、ECU60は車両1が停止状態であるか否かを判定する。判定は、シフト位置センサ75からの検出信号と、クランク回転角センサ76からの検出信号とに基づいて行われ、シフト位置がパーキング(P)であり、かつクランク回転角の時間当りの変化量であるクランク回転速度が0であるときに車両1が停車状態であると判定する。判定がNo、すなわち車両1が停車状態でない場合には、エンドに進み、制御を終了する。判定がYes、すなわち車両1が停車状態である場合には、ステップS2に進む。
FIG. 3 is a diagram illustrating a control flow executed by the
ステップS2では、ECU60は、高圧燃料源接続口12と高圧燃料供給口17とが接続されているか否かを判定する。ECU60は、高圧側接続センサ72からの検出信号に基づいて判定を行う。高圧燃料源接続口12と高圧燃料供給口17とが接続されている場合(Yes)には、ECU60はステップS3において切換弁20を高圧充填モードにする。
In step S2, the
高圧充填モードでは、図4に示すように、弁体29は第2位置に位置し、第1〜第5ポート24〜28の接続は全て遮断される。この状態では、高圧燃料供給口17と高圧燃料供給口17とが接続され、高圧気体通路34を介して高圧燃料供給ライン16と気体燃料容器3とが接続されるため、高圧燃料供給ライン16から気体燃料容器3に気体燃料が充填される。高圧気体通路34には一方向弁38が設けられているため、気体燃料容器3から高圧燃料供給ライン16に基体燃料が逆流することはない。高圧燃料供給ライン16は、ガス圧が十分に高いため(例えば、25MPa)、気体燃料は圧縮された状態(例えば20MPa)で気体燃料容器3に充填される。このとき、第1クラッチ45及び第2クラッチ48の連結・切断は任意の状態であってよい。ステップS3の処理を行った後は、エンドに進む。
In the high pressure filling mode, as shown in FIG. 4, the
ステップS2での判定がNoの場合、ECU60はステップS4において、低圧燃料源接続口11と低圧燃料供給口15とが接続されているか否かを判定する。ECU60は、低圧側接続センサ71からの検出信号に基づいて判定を行う。低圧燃料源接続口11と低圧燃料供給口15とが接続されていない場合(No)には、ステップS6に進み、ECU60は切換弁20を燃料噴射モードにする。
If the determination in step S2 is No, the
燃料噴射モードでは、図5に示すように、弁体29は第3位置に位置し、第1ポート24と第3ポート26とが接続され、第2ポート25と第4ポート27とが接続され、第5ポート28が遮断される。これにより、高圧気体通路34と上流側通路31とが連通し、下流側通路32とインジェクタ通路33とが連通する。すなわち、気体燃料容器3から、高圧気体通路34、切換弁20、上流側通路31、燃料噴射ポンプ4、下流側通路32、切換弁20、インジェクタ通路33を順に通過してインジェクタ5に至る気体燃料の流路が形成される。この状態では、気体燃料容器3内の気体燃料が、燃料噴射ポンプ4で昇圧された後にインジェクタ5に供給され、内燃機関2の駆動が可能になる。
In the fuel injection mode, as shown in FIG. 5, the
ECU60は、ステップS6に続くステップS16において、第2クラッチ48を連結し、かつ第1クラッチ45を切断する。すなわち、動力伝達機構49を介して燃料噴射ポンプ4の駆動軸42をクランクシャフト51に連結し、電動モータ46の出力軸47から切断する。これにより、燃料噴射ポンプ4は、内燃機関2の駆動に応じて駆動される。このとき、電動モータ46は燃料噴射ポンプ4から切断されるため、内燃機関2の負荷となることが防がれる。ステップS16の処理を行った後は、エンドに進む。
In step S16 subsequent to step S6, the
ステップS4での判定がYesの場合、すなわち低圧燃料源接続口11と低圧燃料供給口15とが接続されている場合には、ステップS5に進み、ECU60は切換弁20を低圧充填モードにする。低圧充填モードでは、図1に示すように、弁体29は第1位置に位置し、第1ポート24と第4ポート27とが接続され、第2ポート25と第5ポート28とが接続され、第3ポート26が遮断される。すなわち、低圧気体通路35と上流側通路31とが連通し、下流側通路32と高圧気体通路34とが連通する。これにより、低圧燃料供給ライン14から、低圧燃料供給口15、低圧燃料源接続口11、低圧気体通路35、切換弁20、上流側通路31、燃料噴射ポンプ4、下流側通路32、切換弁20、高圧気体通路34を順に通過して気体燃料容器3に至る気体燃料の流路が形成される。
When the determination in step S4 is Yes, that is, when the low pressure fuel
続いて、ECU60は、ステップS7において、電源接続ケーブル66の接続プラグ65が商用電源64のソケット68に接続され、商用電源64の電力が電源接続ケーブル66を介してECU60に供給されているかを判定する。判定は、商用電源検出部79の検出信号に基づいて行う。商用電源64の電力が供給されている場合(Yes)にはステップS9に進み、供給されていない場合(No)にはステップS8に進む。
Subsequently, in step S <b> 7, the
ECU60は、ステップS8において、車載バッテリ61の電圧が所定の閾値電圧Vs以上であるか否かを判定する。判定は、バッテリ電圧検出部78の信号に基づいて行う。閾値電圧Vsは、燃料噴射ポンプ4の駆動に必要な電圧値以上の値に設定される。ステップS8では、車載バッテリ61の電圧で燃料噴射ポンプ4の駆動が可能か否かを判定する。車載バッテリ61の電圧が、閾値電圧Vs以上である場合(Yes)にはステップS9に進み、閾値電圧Vs未満である場合(No)にはステップS11に進む。
In step S8, the
ステップS7又はステップS8の判定がYesの場合は、燃料噴射ポンプ4(電動モータ46)の駆動に必要な電力が商用電源64又は車載バッテリ61からECU60に供給されている状態を意味する。この状態において、ECU60はステップS9で第1クラッチ45を連結し、かつ第2クラッチ48を切断する。すなわち、燃料噴射ポンプ4の駆動軸42を電動モータ46の出力軸47に連結し、クランクシャフト51から切断する。続いて、ECU60は、ステップS10において、車載バッテリ61又は商用電源64から供給される電力を電動モータ46に供給し、電動モータ46を駆動する。これにより、燃料噴射ポンプ4が電動モータ46によって駆動される。
If the determination in step S7 or step S8 is Yes, it means that the electric power necessary for driving the fuel injection pump 4 (electric motor 46) is being supplied from the
電動モータ46が駆動されると、低圧燃料供給ライン14から供給される気体燃料は、低圧燃料供給口15、低圧燃料源接続口11、低圧気体通路35、切換弁20、上流側通路31を順に通過して燃料噴射ポンプ4に至り、燃料噴射ポンプ4において昇圧される。燃料噴射ポンプ4において昇圧された気体燃料は、下流側通路32、切換弁20、高圧気体通路34を順に通過して気体燃料容器3に圧縮された状態で充填される。このようにして、低圧燃料供給ライン14から気体燃料容器3に気体燃料を圧縮した状態で充填することが可能になる。ステップS10の処理を行った後は、エンドに進む。
When the
ステップS7及びステップS8の判定がいずれもNoの場合は、燃料噴射ポンプ4(電動モータ46)の駆動に必要な電力が、ECU60に供給されていない状態を意味する。この場合には、ECU60は、ステップS11において、気体燃料容器3内のガス圧が閾値圧力Ps以上であるか否かを判定する。判定は、ガス圧センサ73からの検出信号に基づいて行われる。閾値圧力Psは、内燃機関2の燃焼が可能な値に設定されている。すなわち、ガス圧が閾値圧力Ps以上の場合には、燃料噴射ポンプ4を介さずに気体燃料容器3からインジェクタ5に気体燃料を供給しても燃焼が可能となっている。
If the determinations in step S7 and step S8 are both No, it means that the electric power necessary for driving the fuel injection pump 4 (electric motor 46) is not supplied to the
ステップS11での判定がNoの場合は、ステップS15に進み、ECU60は低圧燃料供給ライン14から気体燃料容器3への気体燃料の充填が不可能であると判断し、エンドに進んで制御を終える。ステップS7、S8及びS11の判定がいずれもNoである場合は、電動モータ46及び内燃機関2のいずれも駆動させることができないため、燃料噴射ポンプ4を駆動させることができず、低圧燃料供給ライン14から供給される気体燃料を昇圧することができない。
If the determination in step S11 is No, the process proceeds to step S15, where the
ステップS12での判定がYesの場合は、ECU60はステップS12で第2クラッチ48を連結し、かつ第1クラッチ45を切断する。すなわち、動力伝達機構49を介して燃料噴射ポンプ4の駆動軸42をクランクシャフト51に連結し、電動モータ46の出力軸47から切断する。続いてステップS13において、ECU60はバイパス弁39を開き、高圧気体通路34とインジェクタ通路33とを連通する。これにより、高圧気体通路34、バイパス通路36及びインジェクタ通路33を介して気体燃料容器3からインジェクタ5への気体燃料の供給が可能になる。
If the determination in step S12 is Yes, the
続いて、ECU60はステップS14において内燃機関2を始動する。内燃機関2が駆動されると、動力伝達機構及び第2クラッチ48を介してクランクシャフト51に連結された燃料噴射ポンプ4の駆動軸42は回転され、燃料噴射ポンプ4による気体燃料の昇圧が可能になる。これにより、低圧燃料供給ライン14から供給される気体燃料は、低圧燃料供給口15、低圧燃料源接続口11、低圧気体通路35、切換弁20、上流側通路31を順に通過して燃料噴射ポンプ4に至り、燃料噴射ポンプ4において昇圧される。燃料噴射ポンプ4において昇圧された気体燃料は、下流側通路32、切換弁20、高圧気体通路34を順に通過して気体燃料容器3に圧縮された状態で充填される。このとき、バイパス弁39は開かれているが、バイパス通路36は高圧気体通路34に対して流路断面積が小さいため、燃料噴射ポンプ4において昇圧された気体燃料は、バイパス通路36側に流れるよりも気体燃料容器3側に主に流れる。このようにして、低圧燃料供給ライン14から気体燃料を圧縮した状態で気体燃料容器3に充填することが可能になる。ステップS14の処理を行った後は、エンドに進む。
Subsequently, the
以上の制御フローに基づいて、車両1は、低圧燃料供給ライン14及び高圧燃料供給ライン16のいずれからでも気体燃料容器3に気体燃料を圧縮した状態で充填することができる。
Based on the above control flow, the
以上の実施形態に係る車両1では、インジェクタ5に供給する気体燃料を昇圧する燃料噴射ポンプ4を利用して、低圧燃料供給ライン14から供給される低圧の気体燃料を昇圧するため、車両1に付加的な圧縮機を設ける必要がない。そのため、車両1の重量増や大型化、製造コストの増大が抑制される。
In the
また、燃料噴射ポンプ4は電動モータ46によって駆動されるため、内燃機関2を駆動しなくても低圧燃料供給ライン14からの補給が可能になる。特に、車両1は電源接続ケーブル66を有し、商用電源64を利用することができるため、車載バッテリ61の電圧が低い場合にも内燃機関2を駆動することなく、低圧燃料供給ライン14からの補給が可能になる。
Further, since the fuel injection pump 4 is driven by the
上流側通路31、下流側通路32、低圧気体通路35、インジェクタ通路33は、切換弁20のモードが変更されても、内部を流れる気体燃料の向きは一定である。そのため、各通路と切換弁20との接続部分に加わるガス圧による荷重の向きが一定となる。これにより、接続部分のシール構造が損傷を受け難くなる。
In the
燃料噴射モードが選択され、内燃機関2が駆動される場合には、第1クラッチによって燃料噴射ポンプ4と電動モータ46との連結が切断されるため、電動モータ46が内燃機関2の負荷になることが避けられる。また、低圧充填モードにおいて、電動モータ46によって燃料噴射ポンプ4を駆動する際には、第2クラッチを切断することによって、内燃機関2が負荷になることが避けられる。
When the fuel injection mode is selected and the
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、低圧気体燃料ラインからのみ補給を行うように車両1を構成する場合には、高圧気体通路34の分岐通路34B及び高圧燃料源接続口12を省略してもよい。この場合には、切換弁20の高圧充填モード(第2位置)を省略するとよい。
Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, when the
上記の実施形態では、低圧側接続センサ71及び高圧側接続センサ72の検出信号に基づいてECU60が切換弁20の各モードを変更するようにしたが、手動のモード選択スイッチを車両1に設け、乗員の操作入力に応じて切換弁20の各モードを変更するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
上流側通路31、下流側通路32、低圧気体通路35、インジェクタ通路33は、切換弁20のモードが変更されても、内部を流れる気体燃料の向きは常に一定であるため、各通路のいずれかに一方向弁を介装してもよい。
The
上記の実施形態において、制御フローのステップS11〜S14の処理は、省略することができる。この場合には、バイパス通路36及びバイパス弁39を省略することができる。
In said embodiment, the process of step S11-S14 of a control flow can be abbreviate | omitted. In this case, the
1…車両、2…内燃機関、3…気体燃料容器、4…燃料噴射ポンプ(圧縮機)、5…インジェクタ、11…低圧燃料源接続口、12…高圧燃料源接続口、14…低圧燃料供給ライン(低圧気体燃料源)、15…低圧燃料供給口、16…高圧燃料供給ライン(高圧気体燃料源)、17…高圧燃料供給口、20…切換弁(切換装置)、21…ガスライン、24…第1ポート、25…第2ポート、26…第3ポート、27…第4ポート、28…第5ポート、31…上流側通路、32…下流側通路、33…インジェクタ通路、34…高圧気体通路、34A…主通路、34B…分岐通路、35…低圧気体通路、36…バイパス通路、39…バイパス弁、42…駆動軸、45…第1クラッチ、46…電動モータ、47…出力軸、48…第2クラッチ、51…クランクシャフト、60…ECU、61…車載バッテリ、64…商用電源(外部電源)、66…電源接続ケーブル、69…変圧部、71…低圧側接続センサ、72…高圧側接続センサ、73…ガス圧センサ、75…シフト位置センサ、76…クランク回転角センサ、78…バッテリ電圧検出部、79…商用電源検出部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
気体燃料が充填される気体燃料容器と、
少なくとも電動モータによって駆動され、気体燃料を圧縮する圧縮機と、
気体燃料を噴射するインジェクタと、
接続される通路の接続状態を切り換える切換装置と、
低圧気体燃料源に接続可能な低圧燃料源接続口と、
前記低圧燃料源接続口と前記切換装置とを接続する低圧気体通路と、
前記気体燃料容器と前記切換装置とを接続する高圧気体通路と、
前記圧縮機の低圧側と前記切換装置とを接続する上流側通路と、
前記圧縮機の高圧側と前記切換装置とを接続する下流側通路と、
前記切換装置と前記インジェクタとを接続するインジェクタ通路とを有し、
前記切換装置は、前記低圧気体通路と前記上流側通路とを接続すると共に前記下流側通路と前記高圧気体通路とを接続する低圧充填モードと、前記高圧気体通路と前記上流側通路とを接続すると共に前記下流側通路と前記インジェクタ通路とを接続する燃料噴射モードとを選択可能であることを特徴とする車両。 A vehicle equipped with an internal combustion engine for gaseous fuel,
A gaseous fuel container filled with gaseous fuel;
A compressor driven by at least an electric motor to compress gaseous fuel;
An injector for injecting gaseous fuel;
A switching device for switching the connection state of the passage to be connected;
A low pressure fuel source connection port connectable to a low pressure gaseous fuel source;
A low-pressure gas passage connecting the low-pressure fuel source connection port and the switching device;
A high-pressure gas passage connecting the gaseous fuel container and the switching device;
An upstream passage connecting the low pressure side of the compressor and the switching device;
A downstream passage connecting the high pressure side of the compressor and the switching device;
An injector passage connecting the switching device and the injector;
The switching device connects the low-pressure gas passage and the upstream passage, and connects the low-pressure filling mode for connecting the downstream passage and the high-pressure gas passage, and connects the high-pressure gas passage and the upstream passage. A fuel injection mode for connecting the downstream passage and the injector passage can be selected.
前記高圧気体通路は、前記気体燃料容器、前記切換装置及び前記高圧燃料源接続口を接続し、
前記切換装置は、前記高圧気体通路と他の通路との接続を遮断する高圧充填モードと、前記低圧充填モードと、前記燃料噴射モードとを選択可能であることを特徴とする請求項1に記載の車両。 A high-pressure fuel source connection port that can be connected to a high-pressure gaseous fuel source;
The high-pressure gas passage connects the gaseous fuel container, the switching device and the high-pressure fuel source connection port,
2. The switch device according to claim 1, wherein the switching device is capable of selecting a high-pressure filling mode for cutting off a connection between the high-pressure gas passage and another passage, the low-pressure filling mode, and the fuel injection mode. Vehicle.
前記高圧燃料源接続口と前記高圧気体燃料源との接続状態を検出する高圧側接続センサとを更に有し、
前記切換装置は、前記低圧側接続センサが接続状態を検出したときに前記低圧充填モードを選択し、前記高圧側接続センサが接続状態を検出したときに前記高圧充填モードを選択し、前記低圧側接続センサ及び前記高圧側接続センサがいずれも接続状態を検出しないときに前記燃料噴射モードを選択することを特徴とする請求項2に記載の車両。 A low-pressure side connection sensor for detecting a connection state between the low-pressure fuel source connection port and the low-pressure gaseous fuel source;
A high-pressure side connection sensor for detecting a connection state between the high-pressure fuel source connection port and the high-pressure gaseous fuel source;
The switching device selects the low-pressure filling mode when the low-pressure side connection sensor detects a connection state, and selects the high-pressure filling mode when the high-pressure side connection sensor detects a connection state. The vehicle according to claim 2, wherein the fuel injection mode is selected when neither a connection sensor nor the high-pressure side connection sensor detects a connection state.
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- 2013-05-22 JP JP2013108403A patent/JP2014227917A/en not_active Ceased
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