JP2017150437A - 内燃機関、車両、及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液化ガス燃料を燃料とする内燃機関で、吸気通路に備えたガス検出装置のゼロ点のシフトを考慮して、内燃機関の始動可否を適切に設定して始動時の異常燃焼を防止できる内燃機関、車両、及び内燃機関の制御方法を提供する。【解決手段】エンジン１の停止直前までにガス検出センサ３０でＤＭＥ燃料Ｆの濃度を検出して、この検出値を補正濃度Ｄｃとして記憶するとともに、エンジン１の停止後、次のキーオン時に、キーオンの信号を受けて、ガス検出センサ３０でＤＭＥ燃料Ｆの濃度を検出して、この検出値を第１濃度Ｄ１として記憶した後、この第１濃度Ｄ１より補正濃度Ｄｃを減算して、この減算して算出される値を第２濃度Ｄ２として記憶し、第１濃度Ｄ１と第２濃度Ｄ２に基づいて、エンジン１の始動可否を設定する制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、液化ガス燃料を燃料とする内燃機関、車両、及び内燃機関の制御方法に関する。

近年、ディーゼルエンジン等の内燃機関において、ＤＭＥ燃料（ジメチルエーテル）等の液化ガス燃料を燃料とする内燃機関が研究開発されている。

例えば、エンジンのスターター始動後に、正規の排気タイミングとは無関係に排気ポートを開閉することができる始動制御弁の下流側に備えたジメチルエーテル濃度の検出用のセンサの検出値が所定値以下になるまで、始動制御弁を開弁状態で維持しつつ、燃料噴射装置を無噴射状態に制御して、燃焼室内のジメチルエーテルをパージするジメチルエーテル用ディーゼルエンジンの始動制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この液化ガス燃料を燃料とする内燃機関において、液化ガス燃料の濃度検出用のガス検出装置を備える場合がある。

特開２００１−１１５８６６号公報

本発明の目的は、液化ガス燃料を燃料とする内燃機関で、吸気通路に備えたガス検出装置のゼロ点のシフトを考慮して、内燃機関の始動可否を適切に設定して始動時の異常燃焼を防止できる内燃機関、車両、及び内燃機関の制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、液化ガス燃料を燃料とする内燃機関において、該内燃機関の吸気通路に液化ガス燃料の濃度を検出するガス検出装置を備えて、前記内燃機関を制御する制御装置が、前記内燃機関の停止直前までに前記ガス検出装置で液化ガス燃料の濃度を検出して、この検出値を補正濃度として記憶するとともに、前記内燃機関の停止後、次のキーオン時に、キーオンの信号を受けて、前記ガス検出装置で液化ガス燃料の濃度を検出して、この検出値を第１濃度として記憶した後、該第１濃度より前記補正濃度を減算して、この減算して算出される値を第２濃度として記憶し、前記第１濃度と前記第２濃度に基づいて、前記内燃機関の始動可否を設定する制御を行うように構成される。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、液化ガス燃料を燃料とする内燃機関で、該内燃機関の吸気通路に備えたガス検出装置の検出値である液化ガス燃料の濃度に基づいて、内燃機関の始動可否を設定する内燃機関の制御方法において、前記内燃機関の停止直前までに前記ガス検出装置で液化ガス燃料の濃度を検出して、この検出値を補正濃度として記憶するとともに、前記内燃機関の停止後、次のキーオン時に、キーオンの信号を受けて、前記ガス検出装置で液化ガス燃料の濃度を検出して、この検出値を第１濃度として記憶した後、該第１濃度より前記補正濃度を減算して、この減算して算出される値を第２濃度として記憶し、前記第１濃度と前記第２濃度に基づいて、前記エンジンの始動可否を設定することを特徴とする方法である。

本発明の内燃機関、車両、及び内燃機関の制御方法によれば、吸気通路に備えたガス検出装置のゼロ点のシフトを考慮して、内燃機関の始動可否を適切に設定して始動時の異常燃焼を防止できる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御方法の制御フローを示す図である。 第１濃度及び第２濃度と設定閾値の関係を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関、車両、及び内燃機関の制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の車両は、本発明に係る実施の形態の内燃機関を備えて構成され、後述する内燃機関が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、エンジン本体１０と吸気通路１２と排気通路１３を備えており、さらに、ターボ式過給システムのターボチャージャ（ターボ式過給器）１５と、排気通路１３を通過する排気ガスＧの一部をＥＧＲガスＧｅとして、高圧ＥＧＲ通路１４を経由して吸気通路１２に還流させる高圧ＥＧＲシステムを備えている。

吸気通路１２は、吸気マニホールド１１ａに接続し、上流側より順に、空気流量（ＭＡＦ）センサ（図示しない）、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ｂ、インタークーラー１６が備えられている。そして、高圧ＥＧＲ通路１４は、タービン１５ａの上流側の排気通路１３とインタークーラー１６の下流側の吸気通路１２とを接続して備えられ、上流側より順に、ＥＧＲクーラー１７、ＥＧＲバルブ１８が備えられている。

大気から導入される新気Ａが、必要に応じて、高圧ＥＧＲ通路１４から吸気通路１２に流入するＥＧＲガスＧｅを伴って、吸気マニホールド１１ａに送られて、気筒（シリンダ）内の燃焼室に燃料噴射装置（図示しない）より噴射されたＤＭＥ燃料（液化ガス燃料）Ｆと混合圧縮されて、ＤＭＥ燃料Ｆが燃焼することで、エンジン１に動力を発生させる。そして、エンジン１での燃焼により発生した排気ガスＧが、排気通路１３に流出し、その一部は高圧ＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−Ｇｅ）は、タービン１５ａを経由して、排気ガス浄化処理装置（図示しない）により浄化処理された後、マフラー（図示しない）を経由して大気へ放出される。

また、エンジン本体１０のクランク室１０ａ内のブローバイガスＧｂを吸気通路１２に還流するブローバイ還流路２０が備えられている。

また、本発明の内燃機関を制御する制御装置４０が備えられる。この制御装置４０は、アクセル開度センサ（図示しない）やエンジン回転数検出センサ（図示しない）等の各種センサより送信された信号に基づいて、エンジン１の運転状態を制御する装置である。

本発明に係る実施の形態のエンジン１は、ＤＭＥ燃料（液化ガス燃料）を燃料Ｆとし、吸気通路１２にＤＭＥ燃料（液化ガス燃料）Ｆの濃度（単位：ｐｐｍ等）を検出するガス検出センサ（ガス検出装置）３０を備えたエンジン１である。

このガス検出センサ３０には、炭化水素用の接触燃焼式のセンサを用いることができ、ブローバイ還流路２０の接続部より下流側の吸気通路１２または吸気マニホールド１１ａであればどの位置に備えてもよいが、吸気マニホールド１１ａに備えると、気筒内への吸気に含まれるＤＭＥ燃料Ｆを確実に検出することができるのでより好ましい。なお、本実施形態では、液化ガス燃料としてＤＭＥ燃料Ｆを用いているが、燃料として採用する液化ガス燃料の性状（比重等）に応じて、空気より軽い場合は吸気通路１２または吸気マニホールド１１ａを構成する配管内の上側に、重い場合は下側にガス検出センサ３０を備える。

本発明では、制御装置４０が、エンジン１の停止直前にガス検出センサ３０でＤＭＥ燃料Ｆの濃度を検出して、この検出値を補正濃度（ゼロ点補正濃度）Ｄｃとして記憶する。そして、エンジン１の停止後、次のキーオン時に、キーオンの信号を受けて、ガス検出センサ３０でＤＭＥ燃料Ｆの濃度を検出して、この検出値を第１濃度Ｄ１として記憶した後、この第１濃度Ｄ１より補正濃度Ｄｃを減算して、この減算して算出される値を第２濃度Ｄ２（＝Ｄ１−Ｄｃ）として記憶する。この第１濃度Ｄ１と第２濃度Ｄ２に基づいて、エンジン１の始動可否を設定する制御を行う。

補正濃度Ｄｃは、ＤＭＥ燃料Ｆの濃度がゼロに近い値になって、ガス検出センサ３０のゼロ点のシフト量が反映される値である。

また、第１濃度Ｄ１は、エンジン１の始動前にガス検出センサ３０により検出される濃度であるので、ガス検出センサ３０を配置した吸気マニホールド１１ａ等に滞留し、エンジン１を始動した際に気筒内に吸引される吸気における液化ガス燃料Ｆの濃度となる。

また、第２濃度Ｄ２は、第１濃度Ｄ１より補正濃度Ｄｃを減算して算出される値であるので、ガス検出センサ３０のゼロ点のシフト量を考慮して算出されるエンジン１の始動前の吸気における液化ガス燃料Ｆの濃度となる。

次に、制御装置４０が行う、第１濃度Ｄ１と第２濃度Ｄ２に基づくエンジン１の始動可否の設定制御について説明する。第１濃度Ｄ１及び第２濃度Ｄ２がともに実験等により予め設定した設定閾値Ｄｔ以上である場合（図３のケース１）には、ガス検出センサ３０のゼロ点のシフトは不明であるが、吸気通路１２へのＤＭＥ燃料Ｆの漏出が発生していると判定して、エンジン１の始動（スターターモーター（図示しない）によりエンジン１を回転させて燃料噴射すること）を中止する。このとき、この燃料漏出を警告する警報（第１の警報）を発生させて、燃料漏出の情報を運転者に知らせることで、運転者が修理業者への修理手配等の対応を即時に行うことができるので好ましい。警報（第１の警報）の発生手段としては、例えば、車両の運転席に燃料漏出用の警報ランプを備えて、この警報ランプを点灯または点滅させる等がある。なお、図３では、ガス検出センサ３０のゼロ点時の濃度をＤ０として示している。

第１濃度Ｄ１が設定閾値Ｄｔ以上で、かつ、第２濃度Ｄ２が設定閾値Ｄｔ未満である場合（図３のケース２）には、ガス検出センサ３０のゼロ点のシフトを考慮して算出された第２濃度Ｄ２が基準を満たしており、吸気通路１２へのＤＭＥ燃料Ｆの漏出の虞は極めて低いが、第１濃度Ｄ１が基準を満たしておらず、ガス検出センサ３０のゼロ点のシフトが発生していると判定する。この判定時には、エンジン１の始動を許可する一方で、ガス検出センサ３０のゼロ点のシフトを警告する警報（第２の警報）を発生させて、ガス検出センサ３０のゼロ点の調整が必要であることを運転者に知らせる。このように運転者に知らせることで、運転者はガス検出センサ３０のゼロ点の調整のための対応を即時に行うことができる。警報（第２の警報）の発生手段としては、例えば、車両の運転席にガス検出センサ３０のゼロ点の調整用の警報ランプを備えて、この警報ランプを点灯または点滅させる等がある。

第１濃度Ｄ１が設定閾値Ｄｔ未満で、かつ、第２濃度Ｄ２が設定閾値Ｄｔ以上である場合（図３のケース３）には、第１濃度Ｄ１が基準を満たしており、ガス検出センサ３０のゼロ点のシフトが発生している虞は低いが、第１濃度Ｄ１が基準を満たしているにもかかわらず第２濃度Ｄ２が基準を満たしていないため、ガス検出センサ３０が故障していると判定する。この判定時には、エンジン１の始動を中止する一方で、ガス検出センサ３０の異常を警告する警報（第３の警報）を発生させて、ガス検出センサ３０の修理または交換が必要であることを運転者に知らせる。このように運転者に知らせることで、運転者はガス検出センサ３０の修理または交換の対応を即時に行うことができる。警報（第３の警報）の発生手段としては、例えば、車両の運転席にガス検出センサ３０の故障（異常）用のランプを備えて、この警報ランプを点灯または点滅させる等がある。

なお、この場合は、第２濃度Ｄ２が基準を満たしていないことから、吸気通路１２へのＤＭＥ燃料Ｆの漏出の虞もあるので、上記の燃料漏出を警告する警報（第１の警報）も同時に発生させておくことが好ましい。

第１濃度Ｄ１及び第２濃度Ｄ２がともに設定閾値Ｄｔ未満である場合（図３のケース４）には、第１濃度Ｄ１が基準を満たしており、ガス検出センサ３０のゼロ点のシフトが発生している虞はなく、かつ、第２濃度Ｄ２が基準を満たしており、ガス検出センサ３０の故障や吸気通路１２へのＤＭＥ燃料Ｆの漏出の虞もないと判定する。この判定時には、エンジン１の始動を許可する。

なお、上記の設定閾値Ｄｔは、可燃ガスの爆発下限界を考慮して設定されるのが好ましく、例えば、可燃ガスの爆発下限界を０．２５倍した値に設定する。

上記のように、第１濃度Ｄ１及び第２濃度Ｄ２に基づいてエンジン１の始動可否の設定を行うことで、吸気通路１２に備えたガス検出センサ３０のゼロ点のシフトを考慮して、エンジン１の始動可否をより適切かつ確実に設定することができる。また、ガス検出センサ３０のゼロ点の調整や修理対応等を即時に運転者に促すことができる。

次に、上記の内燃機関の構成を基にした、本発明の内燃機関の制御方法について、図２の制御フローを参照しながら説明する。図２の制御フローは、エンジン１の燃料噴射の停止時で、かつ、エンジン１の回転数Ｎｅが予め設定されている測定回転数Ｎｅｍ以下の場合に、上級の制御フローから呼ばれる制御フローとして示している。

図２の制御フローについて説明する。図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、ガス検出センサ３０で、エンジン１の停止直前におけるＤＭＥ燃料Ｆの濃度を検出して、この検出した値を補正濃度Ｄｃとして制御装置４０に記憶する。ステップＳ１０の制御を実施後、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０にて、車両の運転席に備えたイグニッションキー（図示しない）がオン（キーオン）になるまで待機する。イグニッションキーがオン（キーオン）のときに、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０にて、ガス検出センサ３０で液化ガス燃料Ｆの濃度を検出して、この検出値を第１濃度Ｄ１として制御装置４０に記憶するとともに、制御装置４０が、この第１濃度Ｄ１よりステップＳ１０で制御装置４０に記憶した補正濃度Ｄｃを減算して、この減算して算出される値を第２濃度Ｄ２として記憶する。ステップＳ３０の制御を実施後、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０にて、ステップＳ３０で制御装置４０に記憶した第１濃度Ｄ１が実験等により予め設定される設定閾値Ｄｔ以上であるか否かを判定する。第１濃度Ｄ１が設定閾値Ｄｔ以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ５０に進む。第１濃度Ｄ１が設定閾値Ｄｔ未満である場合（ＮＯ）には、ステップＳ８０に進む。

ステップＳ４０からステップＳ５０に進んだ場合、ステップＳ５０にて、第２濃度Ｄ２が設定閾値Ｄｔ以上であるか否かを判定する。第２濃度Ｄ２が設定閾値Ｄｔ以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６０に進む。第２濃度Ｄ２が設定閾値Ｄｔ未満である場合（ＮＯ）には、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ５０からステップＳ６０に進んだ場合、ステップＳ６０にて、エンジン１の始動を中止するとともに、吸気通路１２への燃料漏出を警告する第１の警報を発生させる（図３のケース１）。ステップＳ６０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

ステップＳ５０からステップＳ７０に進んだ場合、ステップＳ７０にて、エンジン１の始動を許可するとともに、ガス検出センサ３０のゼロ点のシフトを警告する第２の警報を発生させる（図３のケース２）。ステップＳ７０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

一方、ステップＳ４０からステップＳ８０に進んだ場合、ステップＳ８０にて、第２濃度Ｄ２が設定閾値Ｄｔ以上であるか否かを判定する。第２濃度Ｄ２が設定閾値Ｄｔ以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９０に進む。第２濃度Ｄ２が設定閾値Ｄｔ未満である場合（ＮＯ）には、ステップＳ１００に進む。

ステップＳ８０からステップＳ９０に進んだ場合、ステップＳ９０にて、エンジン１の始動を中止するとともに、ガス検出センサ３０の異常を警告する第３の警報を発生させる（図３のケース３）。ステップＳ９０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

ステップＳ８０からステップＳ１００に進んだ場合、ステップＳ１００にて、エンジン１の始動を許可する（図３のケース４）。ステップＳ１００の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

以上より、本発明の実施の形態の内燃機関の制御方法は、液化ガス燃料を燃料Ｆとする内燃機関１で、この内燃機関１の吸気通路１２に備えたガス検出装置３０の検出値である液化ガス燃料の濃度に基づいて、内燃機関１の始動可否を設定する内燃機関の制御方法において、内燃機関１の停止直前にガス検出装置３０で液化ガス燃料Ｆの濃度を検出して、この検出値を補正濃度Ｄｃとして記憶するとともに、内燃機関１の停止後、次のキーオン時に、キーオンの信号を受けて、ガス検出装置３０で液化ガス燃料Ｆの濃度を検出して、この検出値を第１濃度Ｄ１として記憶した後、この第１濃度Ｄ１より補正濃度Ｄｃを減算して、この減算して算出される値を第２濃度Ｄ２（＝Ｄ１−Ｄｃ）として記憶し、第１濃度Ｄ１と第２濃度Ｄ２に基づいて、エンジン１の始動可否を設定することを特徴とする方法となる。

上記の構成のエンジン（内燃機関）１、車両、及び内燃機関の制御方法によれば、吸気通路１２に備えたガス検出センサ３０のゼロ点のシフトを考慮して、エンジン１の始動可否を適切に設定して始動時の異常燃焼を防止できる。

１ エンジン（内燃機関）
１０ エンジン本体
１１ａ 吸気マニホールド
１２ 吸気通路
２０ ブローバイ還流路
３０ ガス検出センサ（ガス検出装置）
Ａ 新気
Ａ＋Ｇｅ＋Ｇｂ 吸気ガス
Ｇｂ ブローバイガス
Ｆ ＤＭＥ燃料（液化ガス燃料）
Ｎｅ 内燃機関の回転数
Ｎｅｍ 測定回転数
Ｄ１ 第１濃度
Ｄ２ 第２濃度
Ｄｃ 補正濃度
Ｄｔ 設定閾値

Claims (5)

1. 液化ガス燃料を燃料とする内燃機関において、
   該内燃機関の吸気通路に液化ガス燃料の濃度を検出するガス検出装置を備えて、
   前記内燃機関を制御する制御装置が、
   前記内燃機関の停止直前までに前記ガス検出装置で液化ガス燃料の濃度を検出して、この検出値を補正濃度として記憶するとともに、
   前記内燃機関の停止後、次のキーオン時に、キーオンの信号を受けて、前記ガス検出装置で液化ガス燃料の濃度を検出して、この検出値を第１濃度として記憶した後、該第１濃度より前記補正濃度を減算して、この減算して算出される値を第２濃度として記憶し、
   前記第１濃度と前記第２濃度に基づいて、前記内燃機関の始動可否を設定する制御を行うように構成される内燃機関。
2. 前記制御装置が、
   前記第１濃度及び前記第２濃度がともに予め設定した設定閾値以上である場合に、前記内燃機関の始動を中止し、
   前記第１濃度が前記設定閾値以上で、かつ、前記第２濃度が前記設定閾値未満である場合に、前記内燃機関の始動を許可し、
   前記第１濃度が前記設定閾値未満で、かつ、前記第２濃度が前記設定閾値以上である場合に、前記内燃機関の始動を中止し、
   前記第１濃度及び前記第２濃度がともに前記設定閾値未満である場合に、前記内燃機関の始動を許可する制御を行うように構成される請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御装置が、
   前記第１濃度及び前記第２濃度がともに前記設定閾値以上である場合に、前記吸気通路への燃料漏出を警告する第１の警報を発生させ、
   前記第１濃度が前記設定閾値以上で、かつ、前記第２濃度が前記設定閾値未満である場合に、前記ガス検出装置のゼロ点のシフトを警告する第２の警報を発生させ、
   前記第１濃度が前記設定閾値未満で、かつ、前記第２濃度が前記設定閾値以上である場合に、前記ガス検出装置の異常を警告する第３の警報を発生させる制御を行うように構成される請求項２に記載の内燃機関。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関を備えた車両。
5. 液化ガス燃料を燃料とする内燃機関で、該内燃機関の吸気通路に備えたガス検出装置の検出値である液化ガス燃料の濃度に基づいて、内燃機関の始動可否を設定する内燃機関の制御方法において、
   前記内燃機関の停止直前までに前記ガス検出装置で液化ガス燃料の濃度を検出して、この検出値を補正濃度として記憶するとともに、
   前記内燃機関の停止後、次のキーオン時に、キーオンの信号を受けて、前記ガス検出装置で液化ガス燃料の濃度を検出して、この検出値を第１濃度として記憶した後、該第１濃度より前記補正濃度を減算して、この減算して算出される値を第２濃度として記憶し、
   前記第１濃度と前記第２濃度に基づいて、前記エンジンの始動可否を設定することを特徴とする内燃機関の制御方法。

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