JP2016053362A - 燃料の揮発度を決定するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の欠点を少なくとも部分的に解消すること。【解決手段】燃料貯蔵システム内の燃料の揮発度を決定するための方法であって、−燃料補給事象が生じたこと（２１０）と、続いて燃料貯蔵システムが密閉されたこと（２２０）と、を決定するステップと、−決定するステップよりも後の第１時点で、燃料貯蔵システム内で第１圧力測定を行うステップ（２３０）と、−第１時点よりも後に生じる第２時点で、燃料貯蔵システム内で第２圧力測定を行うステップ（２４０）と、−第１時点での第１圧力測定及び第２時点での第２圧力測定から圧力展開速度を決定するステップ（２５０）と、−圧力展開速度から燃料の揮発度の推定を導くステップ（２６０）と、を備えることを特徴とする方法が提案される。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用液体貯蔵システム、特に、燃料タンクシステムの分野に関する。

燃料の揮発度（例えばリード蒸気圧（ＲＶＰ））は、内燃機関の適切な機能のために必須のパラメータである。さらに、正確な漏れ検出を行うためにこのパラメータの値を知ることが重要である。

本出願人の名義での“燃料の揮発度のオンボード測定方法”と題された特許文献１は、燃料タンク内に貯蔵された燃料の揮発度を車両内で決定するための方法を開示し、燃料タンクは、燃料システム制御ユニット（ＦＳＣＵ）によって制御され且つ圧力、温度及び燃料レベルセンサを備えた燃料システムの一部であり、ＦＳＣＵは、これらのセンサにより、理想気体の法則と、センサによって行われた測定と、を使用し、燃料の蒸留曲線及び／又は操縦性指数（ＤＩ）を推定する。方法は、自動車の内燃機関の混合チャンバ内に噴射される燃料の量を調節するために使用される。

特許文献２に開示される別の公知な装置は、リード蒸気圧（ＲＶＰ）の推定値を作り出すために圧力変動及び温度変動の組み合わせに頼っている。

公知の方法及び装置は、理想気体の法則から燃料の揮発度を計算することを可能にするために、温度及び圧力に関してシステムの十分に異なる熱力学的状態を必要とする点で不利である。システムの温度がゆっくりと展開するので、これは、燃料の揮発度の決定が完了する前に比較的長い時間が経過することを意味する。

国際公開第２００７０７１６５９号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０３３２１０８号明細書

本発明の実施形態の目的は、従来技術の欠点を少なくとも部分的に解消することである。

本発明の一側面によれば、燃料貯蔵システム内の燃料の揮発度を決定するための方法であって、燃料補給事象が生じたことと、続いて燃料貯蔵システムが密閉されたことと、を決定するステップと、決定するステップよりも後の第１時点で、燃料貯蔵システム内で第１圧力測定を行うステップと、第１時点よりも後に生じる第２時点で、燃料貯蔵システム内で第２圧力測定を行うステップと、第１時点での第１圧力測定及び第２時点での第２圧力測定から圧力展開速度を決定するステップと、圧力展開速度から燃料の揮発度の推定値を導くステップと、を備えることを特徴とする方法が提供される。

燃料貯蔵システムは、好ましくは、車両用燃料システム、例えば、フィラーパイプ及び１つ以上のバルブ（例えばパージバルブ及びシャットオフバルブ）を備えた燃料タンクを備える内燃機関を有する車又はトラックの燃料システムである。

燃料の揮発度を決定することが、温度展開ではなく分圧平衡に戻る（燃料補給事象に起因する前記平衡の摂動の後に）ことをモニターすることによって達成されることが本発明の利点である。分圧平衡に戻ることは、比較的短いタイムスケールで生じ、このため、本発明による方法は、従来技術の方法よりも極めて早い結果を生み出す。

燃料の揮発度を決定することが、揮発度の最も顕著な不連続点が予期される複数の時点である燃料補給事象に関連していることが、本発明のさらなる利点である。これは、異なる供給者からの燃料が異なる組成、従って異なる物理化学特性を有するという事実に起因している。燃料補給事象の間で、燃料システム内に貯蔵された燃料の特性は、主に最も揮発しやすい構成要素の経年劣化及び蒸発に起因して、極めてゆっくりのみ展開する。

本発明は、特に、密閉されたタンク内の分圧比の安定が、タンク内の圧力の観測可能な展開につながるという、発明者の洞察に基づいている。この圧力展開は、短い介入時間間隔で起きる少なくとも２つの圧力測定を得ることによって測定され、且つ燃料の揮発度を示す。

本発明による方法の一実施形態では、第１時点は、決定するステップから１分未満であり、好ましくは決定するステップから１５秒未満である。

揮発度の推定が、揮発度の変化が最も起こりやすく且つシステムの平衡の摂動が生じる燃料補給の時期に密接に関連していることが、この実施形態の利点である。この実施形態は、システムがその新たな平衡に極めて近くまで近づいたときに圧力展開速度を検出することができないので、燃料補給後に非常に長く揮発度の推定を行うことが有利ではないという、発明者の洞察に基づいている。

本発明による方法の一実施形態では、導くステップが、気温、燃料温度、蒸気ドーム温度、燃料レベル、燃料補給速度、キャニスタ荷重、環境圧力、燃料システム構成パラメータ及び燃料貯蔵システムの高さの１つ以上をさらに考慮する。

揮発度のより正確な推定が、導くステップにさらなるパラメータを含むことによって得られることが、この実施形態の利点である。この実施形態は、挙げられたパラメータのそれぞれが、システム内の圧力が展開する速度に物理的に影響を与えることと、揮発度の寄与が、１つ以上の他の関連するパラメータの寄与からなることによってより正確に推定されることと、という、発明者の洞察に基づいている。

本発明による方法の一実施形態では、第１圧力測定及び第２圧力測定が燃料タンクの内部の蒸気ドームで実行される。

この実施形態は、燃料タンク内に圧力センサをすでに備えている既存の燃料貯蔵システムで特に有利である。

本発明による方法の一実施形態では、第１圧力測定及び第２圧力測定が、燃料タンクの内部の蒸気ドームと流体連通しているキャビティ内において、燃料タンクの外部で実行される。圧力測定は、相対圧測定又は絶対圧測定のいずれかであってもよい。

方法が、燃料タンクの内部に配置された付器の組み立ての再設計を必要とすることなく、燃料貯蔵システム内の任意の適切な場所に位置決めされた圧力センサとともに利用できることが、この実施形態の利点である。

本発明の一側面によれば、燃料タンクと、燃料タンクの燃料補給事象を検出するための手段と、前記燃料貯蔵システムの密閉を検出するための手段と、圧力センサと、前記燃料補給事象を検出するための手段、前記燃料貯蔵システムの密閉を検出するための手段及び前記圧力センサと動作可能に接続された制御装置と、を備える、燃料貯蔵システムであって、前記制御装置が、上述された方法を実行するように構成されている、システムが提供される。

本発明による燃料貯蔵システムの一実施形態では、圧力センサは、燃料タンクの内部の蒸気ドーム内に配置されている。

本発明による燃料貯蔵システムの一実施形態では、圧力センサは、燃料タンクの内部の蒸気ドームと流体連通しているキャビティ内に配置されている。

本発明の一側面によれば、上述された燃料貯蔵システムを備える自動車が提供される。

本発明によるコンピュータプログラム製品、燃料貯蔵システム及び自動車の技術的効果及び利点は、変更すべきところは変更して、本発明による方法の対応する実施形態のものと対応する。

本発明の実施形態のこれら及び他の技術的側面及び利点は、添付の図面を参照してより詳細に説明されるであろう。

本発明を使用することができる車両用液体貯蔵システムの概略図を表す。 本発明による方法の一実施形態のフローチャートを提供する。 燃料補給作業を表す例示的な圧力／時間ダイアグラムである。

この説明の全体にわたって、用語“シャットオフバルブ”は、タンク内で達成することができる最大充填レベルを制御するために開閉することができるバルブを示すために使用される。シャットオフバルブは、開くように付勢され且つ液体が所定のレベルに達したときに機械的に閉じる種類（例えばフロートバルブ）からなるか、又はシャットオフバルブは、燃料補給作業を可能にするか又は停止するために、場合によっては電子信号によって開閉される電気的に制御されるバルブであってもよい。一般性を失うことなく、本説明は、シャットオフバルブが電子バルブである発明の一実施形態を説明する。

液相及び気相で閉鎖システム内に存在する任意の物質が双方の段階の間で分子の一定の転移を受けることが熱力学から周知である。最終的に、分子が気相から液相に凝縮する速度は、分子が液相から気相に蒸発する速度と同じであり、このため、平衡が確立される。この平衡は、液体の蒸気圧として公知の、気相の蒸気の所定の分圧で生じ、蒸気圧の値は、システムの温度のみに依存する液体の特性値である。従って、液体の蒸気圧は、その揮発度の基準である。

本発明は、特に、燃料貯蔵システムが燃料補給作業を開始するために開かれ、すなわち、キャップがフィラーネックから取り除かれてシャットオフバルブが開かれるときに、蒸発する燃料がタンクから退出して蒸発−凝縮平衡の確立に寄与できないので、燃料タンク内の気相の全圧力が大気圧に向かって減少し、特に、燃料蒸気の分圧が所定の温度に対する蒸気圧以下まで減少するという、発明者の洞察に基づいている。

本発明は、燃料補給中に、それ自体が特徴的な揮発性を有する新たな量の液体燃料が、圧力平衡の成立を防止する状態（液体燃料の付加に起因する液体の撹拌、キャップ及びシャットオフバルブを開くことを通じての蒸発）で燃料システム内に加えられるという、発明者の洞察にさらに基づいている。燃料貯蔵システムが再び密閉される場合にのみ、システムは、液体−気体平衡を再確立することができる。新たな平衡に向かうシステムの展開は、圧力の段階的な変化として観測することができる。

本発明は、システム圧力がサブ平衡値からその平衡に向かって増大する速度が燃料の揮発度の特性値であるという、発明者の洞察にさらに基づいている。従って、驚くべきことに、液体の揮発度の推定値を得るために平衡蒸気圧に達するまで待つ必要がない。絶対蒸気圧ではなく圧力展開速度を使用することによって、揮発度の推定値を極めて短時間で得ることができる。

リード蒸気圧（ＲＶＰ）は、ガソリンの揮発度の一般的な基準である。リード蒸気圧は、標準化された試験方法（ＡＳＴＭ−Ｄ−３２３）によって規定される、３７．８℃での液体によって与えられる絶対蒸気圧として規定される。この利用の全体にわたって、決定される燃料の揮発度は、そのＲＶＰ、任意の他の蒸気圧特性又は燃料の揮発度の任意の他の適切な測定値であってもよい。

本発明の車両用液体貯蔵システムは、好ましくは、内燃機関を有する車両のための液体燃料貯蔵システムである（液体燃料タイプは、エタノール、ガソリン、液化石油ガス、ディーゼルオイルなどを含む）。しかしながら、本発明は、揮発度を決定するため、例えば正確な漏れ検出を可能にするために有益である他の車両用液体とともに使用されてもよい。

図１は、本発明を使用することができる車両用液体貯蔵システムの概略図を表している。システムは、タンク１００を備え、レベルゲージ１２０がタンク１００内に配置されている。一般性を失うことなく、極めてシンプルな幾何学的形状のタンク１００が示され、実際には、タンクは、いわゆる“サドルタンク”の場合のような多数の区画を備えている。このケースでは、いくつかのレベルゲージがそれぞれの区画に対して存在し、本発明による方法は、変更すべきところは変更して、最高充填レベルとともに区画からのレベル測定値に基づいて利用される。

充填作業中に（すなわち、液体がフィラーパイプ１１０を介してタンクに加えられるときに）、液体レベルが所定のレベルＬ_ｍａｘに達すると、レベルゲージ１２０からのレベル信号を受信する制御装置１４０が、シャットオフバルブ１３０を閉じさせ、このことは、充填作業を停止させる（バルブ１３０は、大抵、通気ラインを介して、選択的に蒸気吸着キャニスタ（図示せず）を介して大気と流体連通している）。

充填作業は、通常、シャットオフバルブ１３０を開いて行われ、この状況では、液体の流入が、蒸気−空気混合体のための利用可能な体積を減少させ、蒸気−空気混合体は、バルブ１３０を通じて強制的に外に出される。

シャットオフバルブ１３０が開かれて開かれたままとされると、所定高さの液柱がフィラーパイプ内にいまだに存在するときに、蒸気−空気混合体のいくらかが、蒸気ドーム内の圧力が大気圧に減少するまで、大気に向かってバルブ１３０を通って（選択的にキャニスタを介して）退出する。システムが密閉された場合にのみ、すなわち、シャットオフバルブ１３０が閉じられ且つキャップがフィラーパイプ１１０を閉じるために配置される場合にのみ、気相の燃料蒸気の分圧が所定の温度に対して蒸気圧まで上昇するように、新たな圧力平衡が形成される。

制御装置１４０に接続された圧力センサ１２５が、タンク１００内の圧力を測定するために配置されている。説明される実施例では、圧力センサ１２５は、タンクの内部の蒸気ドーム内に直接配置されている。他の実施形態では、圧力センサは、蒸気ドームと連通する燃料貯蔵システムの任意の他の都合のよい部分に配置されてもよい。

説明されるシステムは、貯蔵された液体の蒸気圧を決定するために使用される。すべての内燃機関では、燃料噴射量、噴射タイミング、点火タイミング及び他のものを制御するために燃料蒸気圧力を測定する必要がある。また、正確な漏れ検出を行うために燃料の揮発度を知ることが有利である。

図２は、燃料貯蔵システム内で燃料の揮発度を決定するための、本発明の一実施形態による方法のフローチャートを提供する。

第１ステップでは、方法は、燃料補給事象が生じたこと（ステップ２１０）と、続いて燃料貯蔵システムが密閉されたこと（ステップ２２０）と、を決定することを備える。

密閉の検出は、シャットオフバルブの状態の確認と、任意の他のバルブの作動（必要であれば）及び確認と、を含んでもよい（図示せず）。検出確認がない場合には、タイマーが次のステップに進むために起動されることができる。

また、密閉の検出は、例えば組み込み式キャップ又は従来の螺合もしくはクリップキャップであるフィラーパイプのキャップを閉じることの検出を含む。この検出は、光学式又は電気機械式手段を含む任意の方法で起こる。特に有利な一実施形態では、キャップの閉鎖の検出は、燃料タンクの内部の圧力をモニターすることによって行われる。開いているフィラーパイプが蒸発する燃料のための退出経路を提供するので、密閉されていないシステムの圧力は、大気圧に向かって展開する傾向がある。キャップが閉じられると、タンク内の圧力は、安定し、且つ上述したように平衡に向かって最終的に上昇する。この効果は、図３の圧力／時間ダイアグラムで説明され、図３のダイアグラムでは、キャップは７５秒で閉じられ、燃料補給作業の終わりに開始した圧力低下を停止させる。圧力のこの安定がおよそ１０秒（例示的な値）検出されると、キャップを閉じたとして解釈される。キャップの存在を検出するためのモニタリングは、ステップ２３０−２５０とともに説明されるものと類似する方式で生じる。

次のステップでは、第１圧力測定が、システムが密閉されたことを決定した後の第１時点で行われる（ステップ２３０）。この第１時点は、この決定をしてから、好ましくは１分未満、より好ましくは１５秒未満である。この方式では、揮発度の推定は、車が燃料補給ステーションから移動させられる前に、最も近い燃料補給作業に時間的に密接に関連したままである。車の移動によってタンクの内部で燃料の移動が発生されると、圧力測定のノイズが増大し、蒸気蒸発の速度が、気体界面に対する液体の表面積の増大に起因して変わる可能性がある。

システムの密閉の決定（ステップ２２０）と第１圧力測定（ステップ２３０）との間の時間に、さらなる圧力解放が選択的に行われ、これにより、圧力を高めることが、一定の内部タンク圧力限界内から開始することを保証してもよい。この選択的な圧力解放は、およそ８５秒での、図３の圧力／時間ダイアグラムで説明される。システムが平衡に向かって展開するような圧力の高まりは、８５秒から１２０秒の間の範囲で、図３の圧力／時間ダイアグラムで説明される。

第２圧力測定が、第１時点よりも後の第２時点で行われる（ステップ２４０）。第１時点と第２時点との間の間隔は、圧力の顕著な上昇を見るのに十分長く選択されるべきである。間隔の例示的な値は、５秒、１０秒、２０秒及び３０秒である。当業者は、慣例的な実験により他の適切な間隔を決定することができる。

圧力測定（ステップ２３０，２４０）は、燃料タンクの内部の蒸気ドームで、又は蒸気ドームと流体連通する任意のキャビティ内で実行されてもよい。

圧力展開速度が、第１時点での第１圧力測定及び第２時点での第２圧力測定から決定される（ステップ２５０）。この決定は、単に、２つの測定点を接続する圧力（時間）線の勾配Δｐ／Δｔを計算することからなり、ここで、Δｐは、２つの測定点の間の圧力差であり、Δｔは、２つの測定点の間の時間間隔である。測定手順が２つの個別の測定からなると説明されたが、当業者は、圧力展開速度のより正確な測定を得るために、さらなる測定又は連続的な圧力モニタリングを行うことも可能であることを理解するであろう。

最後に、燃料の揮発度の推定値が圧力展開速度から導かれる（ステップ２６０）。推定は、以下の形態の式を使用することによって実行される：
ＲＶＰ＝ａ×Δｐ／Δｔ＋ｂ×Ｔ＋ｃ×Δｐ／Δｔ×Ｔ
ここで、ＲＶＰは、そのリード蒸気圧に関する燃料の揮発度を表し、Ｔは、システムの温度を表し、ａ、ｂ及びｃは、校正によって得られる係数である。

燃料の揮発度を導くことは、気温、燃料温度、燃料レベル、燃料補給速度、キャニスタ荷重、環境圧力、燃料貯蔵システムの高さの１つ以上をさらに考慮してもよい。校正時間を減少させるために、式は、燃料システム構成パラメータを含み、このため、式が異なる燃料システムのために包括的であり、校正時間及び関連するコストを大幅に減少させてもよい。

本発明は、上述した方法を実行するように構成された制御装置１４０を備える車両用液体貯蔵システム（図１も参照）にも関する。制御装置１４０は、専用のハードウエア（例えばＡＳＩＣ）、設定可能なハードウエア（例えばＦＰＧＡ）、プログラム可能な構成要素（例えばＤＳＰ又は適切なソフトウエアを有する汎用プロセッサ）又はそれらの任意の組み合わせで実施されてもよい。同じ構成要素が他の機能を含んでもよい。

本発明が特別な実施形態を参照して上述されたが、これは、本発明を明確にするためになされたもので、本発明を限定するためになされたものではない。当業者は、開示された特徴のさまざまな修正及び異なる組み合わせが本発明の範囲から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。

１００ 燃料タンク、１２５ 圧力センサ、１４０ 制御装置

Claims (9)

1. 燃料貯蔵システム内の燃料の揮発度を決定するための方法であって、
   − 燃料補給事象が生じたこと（２１０）と、続いて前記燃料貯蔵システムが密閉されたこと（２２０）と、を決定するステップと、
   − 前記決定するステップよりも後の第１時点で、前記燃料貯蔵システム内で第１圧力測定を行うステップ（２３０）と、
   − 前記第１時点よりも後に生じる第２時点で、前記燃料貯蔵システム内で第２圧力測定を行うステップ（２４０）と、
   − 前記第１時点での前記第１圧力測定及び前記第２時点での前記第２圧力測定から圧力展開速度を決定するステップ（２５０）と、
   − 前記圧力展開速度から燃料の揮発度の推定を導くステップ（２６０）と、
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記第１時点が、前記決定するステップから１分未満であり、好ましくは、前記決定するステップから１５秒未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記導くステップが、気温、燃料温度、蒸気ドーム温度、燃料レベル、燃料補給速度、キャニスタ荷重、燃料システム構成パラメータ、環境圧力及び燃料貯蔵システムの高さの１つ以上をさらに考慮することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１圧力測定及び前記第２圧力測定が、前記燃料タンクの内部の蒸気ドームで実行されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１圧力測定及び前記第２圧力測定が、前記燃料タンクの内部の蒸気ドームと流体連通するキャビティにおいて、前記燃料タンクの外部で実行されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
6. − 燃料タンクと、
   − 前記燃料タンクの燃料補給事象を検出するための手段と、
   − 前記燃料貯蔵システムの密閉を検出するための手段と、
   − 圧力センサと、
   − 前記燃料補給事象を検出するための手段、前記燃料貯蔵システムの密閉を検出するための手段及び前記圧力センサと動作可能に接続された制御装置と、
   を備える、燃料貯蔵システムであって、
   前記制御装置が、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されていることを特徴とする燃料貯蔵システム。
7. 前記圧力センサが、前記燃料タンクの内部の蒸気ドーム内に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料貯蔵システム。
8. 前記圧力センサが、前記燃料タンクの内部の蒸気ドームと流体連通しているキャビティ内に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料貯蔵システム。
9. 請求項６から８のいずれか一項に記載の燃料貯蔵システムを備える自動車。