JP2015206352A

JP2015206352A - 気体燃料不足判定装置及び燃料供給制御装置

Info

Publication number: JP2015206352A
Application number: JP2014089231A
Authority: JP
Inventors: 将一松田; Shoichi Matsuda; 喬士日平; Takashi Hitaira; 宣明住舎; Nobuaki Sumiya
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-04-23
Also published as: JP6326675B2; DE102015106113B4; DE102015106113A1

Abstract

【課題】圧力の判定閾値がヒステリシスを有する場合にも、適切に気体燃料の燃料不足の判定を行う。
【解決手段】圧力計測部は、気体燃料の圧力を計測する。燃料不足判定部は、圧力計測部が計測した圧力がロー側の基準値より高い値からロー側の基準値より低い値に変化した場合に気体燃料が不足していると判定する。また燃料不足判定部は、圧力計測部が計測した圧力がハイ側の基準値より低い値からハイ側の基準値より高い値に変化した場合に気体燃料が不足していないと判定する。また、燃料不足判定部は、圧力計測部が圧力の計測を開始した後に圧力計測部が計測した圧力が初めてロー側の基準値より低い値からロー側の基準値より高い値になったときに、気体燃料が不足していないと判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、気体燃料不足判定装置及び燃料供給制御装置に関する。

車両の燃費性能及び環境保護性能を向上させる技術として、ガソリン等の液体燃料と圧縮天然ガス（ＣＮＧ：ＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ）等の気体燃料とを選択的に切替えて単一エンジンに供給するバイフューエルシステムが知られている。このバイフューエルシステムでは、気体燃料が不足しない間は、気体燃料をエンジンに供給し、気体燃料が不足したときに、液体燃料をエンジンに供給することが一般的である。

気体燃料の燃料不足の判定方法には、気体燃料の圧力が所定の基準値を下回るか否かによって判定する方法がある。特許文献１には、気体燃料の圧力の判定の基準値にヒステリシスを設けて燃料不足を判定する技術が開示されている。

特開２００３−２６９２５８号公報

気体燃料の圧力を測定する圧力センサには、測定した圧力を電気信号に変換するものがある。この場合、圧力センサが圧力の計測を開始すると、電気信号の物理量は基底値（例えば、電圧０Ｖ）から増加して、気体燃料の圧力に相当する値に変化する。このような圧力センサを用いて、特許文献１に記載の技術に従って燃料不足の判定を行うと、実際には燃料不足になっていないにも関わらず燃料不足であると判定される可能性がある。

具体的には、圧力センサが出力する電気信号の物理量がヒステリシスの上限値と下限値の間にある場合、特許文献１に記載の判定方法を適用すると、電気信号の物理量がヒステリシスの上限値を超えないために、使用可能な量の気体燃料があるにも関わらず燃料不足であると判定されることとなる。このような判定方法をバイフューエルシステムに適用すると、気体燃料が残っているにも関わらず液体燃料がエンジンに供給され、車両の燃費性能及び環境保護性能の向上が十分に図れなくなる可能性がある。
本発明の目的は、上述した課題を解決する気体燃料不足判定装置及び燃料供給制御装置を提供することにある。

第１の態様は、気体燃料の燃料不足を判定する気体燃料不足判定装置であって、前記気体燃料の圧力を計測する圧力計測部と、前記圧力計測部が計測した圧力が第１の閾値より高い値から第１の閾値より低い値に変化した場合に前記気体燃料が不足していると判定し、前記圧力計測部が計測した圧力が前記第１の閾値より高い第２の閾値より低い値から当該第２の閾値より高い値に変化した場合に前記気体燃料が不足していないと判定する燃料不足判定部とを備え、前記燃料不足判定部は、前記圧力計測部が圧力の計測を開始した後に前記圧力計測部が計測した圧力が初めて前記第１の閾値より低い値から前記第１の閾値より高い値になったときに、前記気体燃料が不足していないと判定する気体燃料不足判定装置である。

また、第２の態様は、第１の態様において、前記第２の閾値は、前記気体燃料を噴射しているときに前記圧力計測部が計測する圧力と、前記気体燃料を噴射していないときに前記圧力計測部が計測する圧力との圧力差の最大値を、前記第１の閾値に加算した値より高い値である気体燃料不足判定装置である。

また、第３の態様は、第２の態様において、前記第２の閾値は、気体燃料として用いることができる最低限の濃度の燃料成分を有する気体燃料を噴射しているときに前記圧力計測部が計測する圧力と、当該気体燃料を噴射していないときに前記圧力計測部が計測する圧力との圧力差の最大値を、前記第１の閾値に加算した値より高い値である気体燃料不足判定装置である。

また、第４の態様は、第１から第３の何れかの態様において、前記第１の閾値は、前記気体燃料の圧力を減圧させる減圧弁の動作圧力範囲の最小値である気体燃料不足判定装置である。

また、第５の態様は、少なくとも気体燃料を含む複数種類の燃料の中からエンジンに供給する燃料を決定する燃料供給制御装置であって、前記気体燃料の圧力を計測する圧力計測部と、前記圧力計測部が計測した圧力が第１の閾値より高い値から第１の閾値より低い値に変化した場合に前記気体燃料が不足していると判定し、前記圧力計測部が計測した圧力が前記第１の閾値より高い第２の閾値より低い値から当該第２の閾値より高い値に変化した場合に前記気体燃料が不足していないと判定する燃料不足判定部と、前記燃料不足判定部が前記気体燃料が不足していないと判定した場合に前記気体燃料を供給することを決定し、前記燃料不足判定部が前記気体燃料が不足していると判定した場合に他の燃料を供給することを決定する燃料供給制御部とを備え、前記燃料不足判定部は、前記圧力計測部が圧力の計測を開始した後に前記圧力計測部が計測した圧力が初めて前記第１の閾値より低い値から前記第１の閾値より高い値になったときに、前記気体燃料が不足していないと判定する燃料供給制御装置である。

上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、気体燃料不足判定装置は、圧力計測部が計測する圧力が、計測の開始後初めて第１の閾値（ヒステリシスの下限値）より高い値になったときに、気体燃料が不足していないと判定する。これにより、気体燃料不足判定装置は、圧力の判定閾値がヒステリシスを有する場合にも、適切に気体燃料の燃料不足の判定を行うことができる。

一実施形態によるバイフューエルシステムの構成を示す概略ブロック図である。ＥＣＵのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。一実施形態に係るＥＣＵの動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、一実施形態によるバイフューエルシステム１の構成を示す概略ブロック図である。
バイフューエルシステム１は、液体燃料（例えばガソリン）と気体燃料（例えば圧縮天然ガス）とを選択的に切り替えてエンジンに供給するシステムである。本実施形態に係るバイフューエルシステム１は、気体燃料タンク１１、圧力センサ１２、遮断弁１３、気体燃料レギュレータ１４、気体燃料インジェクタ１５、液体燃料タンク１６、液体燃料インジェクタ１７、及びＥＣＵ１８（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を備える。なお、本実施形態に係るバイフューエルシステム１は、気体燃料不足判定装置及び燃料供給制御装置の一例である。

気体燃料タンク１１は、気体燃料が充填された高耐圧容器である。圧力センサ１２は、気体燃料タンク１１の圧力を電気信号に変換し、当該電気信号を制御装置に出力する。本実施形態では、圧力センサ１２が出力する電気信号の電圧が高いほど気体燃料タンク１１の圧力が高いことを示す。圧力センサ１２は、圧力計測部の一例である。なお、圧力センサ１２は、電力の供給を受けて圧力の計測を開始すると、出力する電気信号の電圧を０ボルトから気体燃料タンク１１の圧力を示す値まで上昇させる。遮断弁１３は、気体燃料タンク１１から気体燃料レギュレータ１４に至る気体燃料配管に介挿される。遮断弁１３は、制御装置から入力される信号に応じて開弁動作及び閉弁動作を行う。これにより遮断弁１３は、気体燃料タンク１１からの気体燃料の供給開始と停止とを切り替える。遮断弁１３としては、例えばキックパイロット型のものが用いられる。気体燃料レギュレータ１４は、遮断弁１３の下流側に配置された減圧弁である。気体燃料レギュレータ１４は、遮断弁１３の開弁時に、気体燃料タンク１１から供給される高圧の気体燃料を所望の圧力まで減圧する。気体燃料インジェクタ１５は、気体燃料レギュレータ１４が減圧した気体燃料がエンジンの吸気ポートに向けて噴射されるように、吸気管に装着された電磁弁である。気体燃料インジェクタ１５は、制御装置から入力される信号に応じて所定量の気体燃料を噴射する。

液体燃料タンク１６は、液体燃料を貯蔵する耐腐食性容器であり、液体燃料を吸い上げるポンプ及び液体燃料レギュレータ（図示省略）を内蔵している。液体燃料インジェクタ１７は、液体燃料タンク１６のポンプが吸い上げた液体燃料がエンジンの吸気ポートに向けて噴射されるように、吸気管に装着された電磁弁である。液体燃料インジェクタ１７は、ＥＣＵ１８から入力される信号に応じて所定量の液体燃料を噴射する。

ＥＣＵ１８は、圧力センサ１２から入力される圧力信号に基づいて、液体燃料インジェクタ１７、気体燃料インジェクタ１５及び遮断弁１３の通電制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１８は、気体燃料タンク１１に充填された気体燃料が不足しているか否かを判定し、判定結果に基づいて、エンジンに液体燃料を供給するか気体燃料を供給するかを選択的に切り替える。

図２は、ＥＣＵ１８のソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。
ＥＣＵ１８は、圧力特定部２１、燃料不足判定部２２及び燃料供給制御部２３を備える。
圧力特定部２１は、圧力センサ１２から入力される電気信号に基づいて、気体燃料タンク１１の圧力を特定する。

燃料不足判定部２２は、圧力特定部２１が特定した圧力に基づいて、気体燃料が不足しているか否かを判定する。具体的には、燃料不足判定部２２は、圧力特定部２１が特定した圧力とヒステリシスを有する所定の基準値との比較結果に基づいて燃料不足を判定する。つまり、燃料不足判定部２２は、圧力がロー側の基準値（第１の閾値）を下回った場合に気体燃料が不足していると判定し、圧力がハイ側の基準値（第２の閾値）を上回った場合に気体燃料が不足していないと判定する。これは、気体燃料タンク１１から気体燃料が流出する際に圧力損失が発生することにより、気体燃料を供給しているときに圧力センサ１２が検出する圧力が、気体燃料を供給していないときに圧力センサ１２が検出する圧力より低くなることによる。つまり基準値のヒステリシスは、気体燃料の供給中か否かによる検出圧力の変動の影響を排除して適切に燃料の有無を判定するために設けられている。

燃料供給制御部２３は、燃料不足判定部２２が気体燃料が不足していないと判定した場合、遮断弁１３を開弁し、気体燃料インジェクタ１５に気体燃料を噴射させる。他方、燃料供給制御部２３は、燃料不足判定部２２が気体燃料が不足していると判定した場合、遮断弁１３を閉弁し、液体燃料インジェクタ１７に液体燃料を噴射させる。

図３は、一実施形態に係るＥＣＵ１８の動作を示すフローチャートである。
圧力センサ１２及びＥＣＵ１８に電力が供給されると、ＥＣＵ１８は、圧力センサ１２から気体燃料タンク１１の圧力を示す電気信号の入力の受け付けを開始する（ステップＳ１）。これにより、以降、圧力特定部２１は、気体燃料タンク１１の圧力を逐次特定する。

次に、燃料不足判定部２２は、圧力特定部２１が特定する圧力が、ロー側の基準値より低い値からロー側の基準値より高い値になったか否かを判定する（ステップＳ２）。燃料不足判定部２２は、圧力が、ロー側の基準値より低い値からロー側の基準値より高い値になったと判定した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、気体燃料が不足していないと判定する（ステップＳ３）。そして、燃料供給制御部２３は、遮断弁１３に対し開弁を指示する信号を出力し、また気体燃料インジェクタ１５に所定量の気体燃料を噴射する指示を示す信号を出力する（ステップＳ４）。

他方、燃料不足判定部２２は、圧力が、ロー側の基準値より低い値からロー側の基準値より高い値になっていないと判定した場合（ステップＳ２：ＮＯ）、気体燃料が不足していると判定する（ステップＳ５）。そして、燃料供給制御部２３は、遮断弁１３に対し閉弁を指示する信号を出力し、また液体燃料インジェクタ１７に所定量の液体燃料を噴射する指示を示す信号を出力する（ステップＳ６）。

燃料不足判定部２２は、ステップＳ３で燃料不足でないと判定すると、次に圧力特定部２１が特定する圧力が、ロー側の基準値より高い値からロー側の基準値より低い値になったか否かを判定する（ステップＳ７）。燃料不足判定部２２は、圧力が、ロー側の基準値より高い値からロー側の基準値より低い値になったと判定した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、気体燃料が不足していると判定する（ステップＳ５）。他方、燃料不足判定部２２は、圧力が、ロー側の基準値より高い値からロー側の基準値より低い値になっていないと判定した場合（ステップＳ７：ＮＯ）、前回の判定結果（燃料不足でない）を保持したまま、再度圧力とヒステリシス下限値との比較を行う（ステップＳ７）。

他方、燃料不足判定部２２は、ステップＳ５で燃料不足していると判定すると、次に圧力特定部２１が特定する圧力が、ハイ側の基準値より低い値からハイ側の基準値より高い値になったか否かを判定する（ステップＳ８）。燃料不足判定部２２は、圧力が、ハイ側の基準値より低い値からハイ側の基準値より高い値になったと判定した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、気体燃料が不足していないと判定する（ステップＳ３）。他方、燃料不足判定部２２は、圧力が、ハイ側の基準値より低い値からハイ側の基準値より高い値になっていないと判定した場合（ステップＳ８：ＮＯ）、前回の判定結果（燃料不足である）を保持したまま、再度圧力とヒステリシス上限値との比較を行う（ステップＳ８）。

このように本実施形態に係る燃料不足判定部２２は、圧力センサ１２が圧力の計測を開始した後に圧力センサ１２が計測した圧力が初めて基準値のヒステリシスの下限値より低い値から基準値のヒステリシスの下限値より高い値になったときに、気体燃料が不足していないと判定する。以下に、その理由について説明する。

本実施形態では、ロー側の基準値として、気体燃料レギュレータ１４の動作圧力範囲の最小値が設定される。例えば、気体燃料レギュレータ１４が１５００キロパスカルから１５メガパスカルまでの範囲で動作する場合、ロー側の基準値は１５００キロパスカルに設定される。これにより、ＥＣＵ１８は、気体燃料タンク１１に充填された気体燃料を、気体燃料レギュレータ１４が動作可能な限り、エンジンに供給させることができる。

また本実施形態では、気体燃料を噴射しているときに圧力センサ１２が計測する圧力と、気体燃料を噴射していないときに圧力センサ１２が計測する圧力との圧力差の最大値をロー側の基準値に加算した値以上の値が、ハイ側の基準値として設定される。例えば、気体燃料の供給停止に伴う復圧が１２００キロパスカルである場合、ハイ側の基準値は、ロー側の基準値１５００キロパスカルに１２００キロパスカルを加算し、さらに余裕値１００キロパスカルを加算した、２８００キロパスカルに設定される。これにより、ＥＣＵ１８は、気体燃料の供給停止に伴う復圧による誤判定を防ぐことができる。また、ハイ側の基準値は、気体燃料として用いることができる最低限の濃度の燃料成分を有する気体燃料を想定して設定される。気体燃料は、燃料成分が少ないほど気体燃料の供給停止時の復圧が大きいため、想定される最大の復圧に基づいてハイ側の基準値を設定しておくことで、気体燃料の組成の違いによる誤判定を防ぐことができる。

他方、圧力センサ１２に電力が供給されると、圧力センサ１２は気体燃料タンク１１の圧力を示す電気信号の出力を開始する。圧力センサ１２は、電力の供給が無いときに電気信号の出力を行わないため、出力する電気信号の電圧は、０ボルトから上昇して気体燃料タンク１１の圧力を示す電圧になる。ここで、気体燃料の圧力が、ハイ側の閾値とロー側の閾値との間の値である場合、圧力センサ１２が出力する電気信号の電圧は、０ボルトから上昇してハイ側の閾値とロー側の閾値との間の値を示す電圧になる。この場合、通常のヒステリシスに基づく制御を行うと、圧力特定部２１が特定する圧力がハイ側の閾値より高い値にならないために、燃料不足判定部２２は、気体燃料が不足していると判定することとなる。しかしながら、気体燃料の圧力が、ハイ側の閾値とロー側の閾値との間の値であったとしても、必ずしも燃料不足であるとは限らない。つまり、この時点で気体燃料の供給を開始しても、気体燃料タンク１１の圧力がロー側の閾値を下回らない可能性がある。これは、気体燃料インジェクタ１５から噴射される気体燃料の量が少なければ、気体燃料の圧損による減圧が小さくなるためである。

そこで、本実施形態に係るＥＣＵ１８は、圧力センサ１２が圧力の計測を開始した後に、圧力センサ１２が計測した圧力が初めて基準値のヒステリシスの下限値を上回ったときに、気体燃料が不足していないと判定する。これにより、ＥＣＵ１８は、起動時に気体燃料の燃料切れを誤判定することを防ぐことができる。なお、基準値のヒステリシス幅を短くすることで、起動時の燃料切れの誤判定を防ぐ方法も考えられるが、この場合、上述した復圧や燃料組成に基づく燃料切れの誤判定を防ぐことができない。なお、燃料切れの誤判定が生じると、ハンチングにより気体燃料と液体燃料の供給の切り替わりが頻発する可能性がある。

以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態は、気体燃料不足判定装置及び燃料供給制御装置をバイフューエルシステム１に適用する場合について説明したが、これに限られない。例えば、気体燃料不足判定装置及び燃料供給制御装置は、少なくとも気体燃料を含む複数種類の燃料を選択的に切り替えてエンジンに供給するマルチフューエルシステムに適用されても良い。また、気体燃料不足判定装置が適用されるシステムは、液体燃料の供給を行わないものであっても良い。

１…バイフューエルシステム１１…気体燃料タンク１２…圧力センサ１３…遮断弁１４…気体燃料レギュレータ１５…気体燃料インジェクタ１６…液体燃料タンク１７…液体燃料インジェクタ１８…ＥＣＵ２１…圧力特定部２２…燃料不足判定部２３…燃料供給制御部

Claims

気体燃料の燃料不足を判定する気体燃料不足判定装置であって、
前記気体燃料の圧力を計測する圧力計測部と、
前記圧力計測部が計測した圧力が第１の閾値より高い値から第１の閾値より低い値に変化した場合に前記気体燃料が不足していると判定し、前記圧力計測部が計測した圧力が前記第１の閾値より高い第２の閾値より低い値から当該第２の閾値より高い値に変化した場合に前記気体燃料が不足していないと判定する燃料不足判定部と
を備え、
前記燃料不足判定部は、前記圧力計測部が圧力の計測を開始した後に前記圧力計測部が計測した圧力が初めて前記第１の閾値より低い値から前記第１の閾値より高い値になったときに、前記気体燃料が不足していないと判定する
気体燃料不足判定装置。
前記第２の閾値は、前記気体燃料を噴射しているときに前記圧力計測部が計測する圧力と、前記気体燃料を噴射していないときに前記圧力計測部が計測する圧力との圧力差の最大値を、前記第１の閾値に加算した値以上の値である
請求項１に記載の気体燃料不足判定装置。
前記第２の閾値は、気体燃料として用いることができる最低限の濃度の燃料成分を有する気体燃料を噴射しているときに前記圧力計測部が計測する圧力と、当該気体燃料を噴射していないときに前記圧力計測部が計測する圧力との圧力差の最大値を、前記第１の閾値に加算した値以上の値である
請求項２に記載の気体燃料不足判定装置。
前記第１の閾値は、前記気体燃料の圧力を減圧させる減圧弁の動作圧力範囲の最小値である
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の気体燃料不足判定装置。
少なくとも気体燃料を含む複数種類の燃料の中からエンジンに供給する燃料を決定する燃料供給制御装置であって、
前記気体燃料の圧力を計測する圧力計測部と、
前記圧力計測部が計測した圧力が第１の閾値より高い値から第１の閾値より低い値に変化した場合に前記気体燃料が不足していると判定し、前記圧力計測部が計測した圧力が前記第１の閾値より高い第２の閾値より低い値から当該第２の閾値より高い値に変化した場合に前記気体燃料が不足していないと判定する燃料不足判定部と、
前記燃料不足判定部が前記気体燃料が不足していないと判定した場合に前記気体燃料を供給することを決定し、前記燃料不足判定部が前記気体燃料が不足していると判定した場合に他の燃料を供給することを決定する燃料供給制御部と
を備え、
前記燃料不足判定部は、前記圧力計測部が圧力の計測を開始した後に前記圧力計測部が計測した圧力が初めて前記第１の閾値より低い値から前記第１の閾値より高い値になったときに、前記気体燃料が不足していないと判定する
燃料供給制御装置。