JP3627568B2 - 燃料遮断弁制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体燃料によって運転される内燃機関における燃料遮断弁を制御する燃料遮断弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）などの気体燃料を燃料とする気体燃料車が実用化されている。このような気体燃料車においては、気体燃料を貯蔵するタンクから内燃機関の間に燃料配管が配設され、燃料配管上には燃料の供給を遮断する遮断弁が配設され、電子制御ユニット（ＥＣＵ）などの弁制御手段によって上述した遮断弁を制御している。このような気体燃料車としては、特開平８−２１０１９２号公報に記載のものなどが知られている。
【０００３】
特開平８−２１０１９２号公報に記載の気体燃料車においては、図４に示されるように、上述した弁制御手段によって、遮断弁の開弁動作時には遮断弁に対して開弁電流を所定時間Ｔ秒だけ流す開弁制御を行い、その後の開弁状態を保持する開弁保持時には遮断弁に対して開弁電流よりも小さい保持電流を流す保持制御を行っている。上述した遮断弁は、非制御時にはバネなどの力で閉状態とされており、燃料を供給する際に開状態にされる。遮断弁を閉状態から開状態にするためには、開状態を維持するよりも多くの電流が必要となるため、図４に示されるように、開弁制御時には開弁させるために必要な開弁電流を流し、一旦開弁された後は、開状態を維持するのに必要な保持電流（＜開弁電流）にまで電流を下げて電力消費を抑制している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、遮断弁を一度開弁させた後に保持制御を継続している間に、電流の瞬断や瞬間的な電流値の降下などが生じる場合がある。この場合は、図５に示されるように、電流の瞬断や瞬間的な電流値の降下が発生したときに遮断弁の開弁状態を維持することができなくなり、遮断弁が閉じられてしまう。そして、電流の瞬断や瞬間的な電流値の降下が終わって電流値が復帰しても、その電流値は保持制御中であるので保持電流にまでしか復帰しない。このため、遮断弁は閉じられたままとなってしまい、内燃機関に気体燃料が供給されなくなって内燃機関が停止してしまう。
【０００５】
従って、本発明の目的は、何らかの理由により遮断弁が閉じられてしまった場合であっても、直ちに遮断弁を開弁状態に復帰させて確実に燃料を供給することのできる燃料遮断弁制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料遮断弁制御装置は、気体燃料を貯蔵するタンクと、気体燃料によって駆動する内燃機関と、タンクから内燃機関の間に配設された燃料配管と、燃料配管上に配設され、タンクから内燃機関への燃料の供給を遮断する遮断弁と、遮断弁の開弁動作時には遮断弁に対して所定時間開弁電流を流す開弁制御を行い、遮断弁の開弁状態を保持する開弁保持時には遮断弁に対して開弁電流よりも小さい保持電流を流す保持制御を行う弁制御手段と、燃料配管上の遮断弁下流の気体燃料圧力を検出する圧力検出手段とを備えており、弁制御手段が、開弁保持時に圧力検出手段によって検出した気体燃料圧力が所定圧力以下となった場合には、開弁制御を行った後に保持制御に移行するように構成されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明の燃料遮断弁制御装置によれば、圧力検出手段により気体燃料の圧力を検出することによって、燃料が正常に供給されているか否かを検出する。気体燃料の圧力が低下している場合は、遮断弁が閉じられていると判断できるので、気体燃料の圧力が所定圧力以下となったときには直ちに開弁制御を行う。これにより、遮断弁が一旦開弁されて保持制御されているときに何らかの理由で遮断弁が遮断されてしまったときでも、直ちに遮断弁を開弁状態に復帰させることができ、確実に燃料を供給することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料遮断弁制御装置の一実施形態について説明する。本実施形態における内燃機関及び燃料遮断弁制御装置の構成を図１に示す。
【０００９】
本実施形態の燃料遮断弁制御装置は、気体燃料車であるＣＮＧ車に搭載されている。本実施形態の内燃機関であるエンジン１は、基本的には通常のガソリンエンジンと同様の構成を有しているが、その燃料系のみが気体燃料であるＣＮＧを供給するために異なっている。ＣＮＧは、車輌に搭載されたタンク２内に充填されており、タンク２からエンジン１にかけて配設された燃料配管３を介してエンジン１に供給される。また、タンク２には充填口４も接続されており、タンク２へのＣＮＧの充填は充填口４から行われる。タンク２の燃料配管３との接続部分には、タンク遮断弁５が内蔵されている。タンク遮断弁５は、燃料配管３の破損時などにタンク２からＣＮＧが放出されるのを防止する。
【００１０】
タンク２とエンジン１との間の燃料配管３上には、タンク２側からガスフィルタ６、第一圧力センサ７、プレッシャーレギュレータ８及び第二圧力センサ９が配設されている。ガスフィルタ６は、ＣＮＧ内の水やオイルなどを除去する。第一圧力センサ７及び第二圧力センサ９は、燃料配管３上の各位置におけるＣＮＧの圧力を検出する圧力検出手段として機能する。プレッシャーレギュレータ８は、タンク２内に高圧下で貯蔵されているＣＮＧの圧力を減圧してエンジン１側に供給する。ＣＮＧは、貯蔵容積効率を高めるために高圧下（フル充填時で２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）に圧縮された状態でタンク２内に貯蔵されるが、実際にエンジン１に対して供給する際には、制御のし易さなどから数ｋｇｆ／ｃｍ^２にまで減圧される。プレッシャーレギュレータ８は、この減圧を行う。
【００１１】
なお、本実施形態のプレッシャーレギュレータ８は、内部に遮断弁としての機能も兼ねており（この部分を特にＰ／Ｒ遮断弁８ａと言うこととする）、エンジン１の停止時などにはエンジン１へのＣＮＧの供給を遮断する役目も負っている。また、プレッシャーレギュレータ８は、気体燃料中に含まれるオイル成分を除去するオイルトラッパとしての役目も負っている。ガスステーションなどでＣＮＧを圧縮してタンク２内に充填する行程で不可避的に混入するオイルが、ＣＮＧが減圧されることによってＣＮＧ中にミスト状に現れるので、プレッシャーレギュレータ８はこのオイルを捕集する。
【００１２】
燃料配管３の最もエンジン１側は、エンジン１の各シリンダ１０毎に取り付けられたインジェクタ１１にＣＮＧを配分するデリバリ１２に接続されている。デリバリ１２と燃料配管３との接続部分には、デリバリ遮断弁１３が配設されている。また、デリバリ１２には、ＣＮＧの圧力を検出する第三圧力センサ１４が取り付けられている。第三圧力センサ１４は、デリバリ１２におけるＣＮＧの圧力を検出する圧力検出手段として機能する。
【００１３】
即ち、タンク２とプレッシャーレギュレータ８との間のＣＮＧの圧力（以下、１次ガス圧という）は第一圧力センサ７によって検出され、プレッシャーレギュレータ８とデリバリ１２の入り口との間のＣＮＧの圧力（以下、２次ガス圧という）は第二圧力センサ９によって検出され、デリバリ１２の入り口以降のＣＮＧの圧力（以下、３次ガス圧という）は第三圧力センサ１４によって検出される。
【００１４】
インジェクタ１１から吸気管１５（吸気ポート）内に供給されたＣＮＧは、空気と混合されて混合気を生成し、エンジン１のシリンダ１０内で点火プラグ１６によって点火されて燃焼する。混合気の燃焼によってエンジン１は駆動力を発生する。混合気が燃焼された後の排気ガスは、排気管１７に排出され、排気浄化触媒１８によって浄化された後に大気に放出される。排気浄化触媒１８の上流側には、空燃比センサであるＯ_２センサ１９が取り付けられている。Ｏ_２センサ１９は、排ガス中の酸素濃度から混合気の空燃比を検出する。
【００１５】
上述した、タンク遮断弁５、P/R遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３、並びに、第一圧力センサ７、第二圧力センサ９及び第三圧力センサ１４は、エンジン１の運転を総合的に制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０に接続されている。タンク遮断弁５、P/R遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３の開閉は、ＥＣＵ２０によって制御される。即ち、ＥＣＵ２０は、 P/R遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３を制御する弁制御手段として機能する。また、第一圧力センサ７、第二圧力センサ９及び第三圧力センサ１４の検出結果は、ＥＣＵ２０に送出されている。また、ＥＣＵ２０には、エンジン１に関する各種情報量を検出する各種センサも接続されているが、ここではこれらのついての説明は省略する。
【００１６】
次に、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３の弁制御について説明する。
【００１７】
上述したように、これらの遮断弁（Ｐ／Ｒ遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３）を閉状態から開状態にするためには、開状態を維持するよりも多くの電流が必要となる。このため、これらの遮断弁（Ｐ／Ｒ遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３）を開弁させる開弁制御時には、開弁させるために必要な開弁電流を所定時間（Ｐ／Ｒ遮断弁８ａについては所定時間Ｔａ、デリバリ遮断弁１３については所定時間Ｔｂ）流し、一旦開弁された後は、開状態を維持するのに必要な保持電流（＜開弁電流）にまで電流値を下げて電力消費を抑制している。
【００１８】
遮断弁（Ｐ／Ｒ遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３）に流す電流値の制御はＤｕｔｙ制御によって行われている。遮断弁への電流の供給をオン−オフし、このオン−オフのＤｕｔｙ比を変えることによって電流値を可変制御している。また、各遮断弁に供給されている電流値は、バッテリ２１などの電源電圧値と各遮断弁内に内蔵された電流値モニター用の抵抗の抵抗値とから算出される。電流値の制御や電流値の検出は、上述したＥＣＵ２０によって行われる。
【００１９】
また、開弁制御後に保持制御を行っている間に、電流の瞬断や瞬間的な電流値の降下などの様々な原因によって遮断弁が遮断されてしまう場合がある。本実施形態の遮断弁制御装置は、このようにエンジン１の運転中に何らかの理由によって遮断弁が閉じられてしまった場合でも、遮断弁を確実に開弁状態に復帰させ、燃料をエンジン１に対して確実に供給することができる。具体的には、２次ガス圧及び３次ガス圧を第二圧力センサ９及び第三圧力センサ１４によって監視し、保持制御中に遮断弁（Ｐ／Ｒ遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３）が遮断されてしまってＣＮＧの圧力が低下した場合には、開弁制御を行って遮断弁を開弁させてから保持制御に移行する。このようにすれば遮断弁を確実に開弁状態に復帰させることができる。
【００２０】
上述した弁制御をフローチャートに基づいて説明する。フローチャートを図２に示す。図２のフローチャートに示される制御は、ＥＣＵ２０内のＲＯＭにプログラムとして格納されており、一旦終了した後も一定時間をおいて再度実行されるようにされており、繰り返し実行される。
【００２１】
まず、運転者の操作によってイグニッションスイッチ２２がオンにされてからＴａ秒が経過しているか否かを判定する（ステップ１００）。イグニッションスイッチ２２がオンにされてからＴａ秒が経過していない場合は、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａに対して開弁電流を供給してＰ／Ｒ遮断弁８ａの開弁制御を行い（ステップ１１０）、イグニッションスイッチ２２がオンにされてからＴａ秒が経過している場合は、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａに対して保持電流を供給してＰ／Ｒ遮断弁８ａの保持制御を行う（ステップ１２０）。上述したように、図２のフローチャートに示される制御は繰り返し行われるため、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａに関しては、イグニッションスイッチ２２がオンにされてから所定時間Ｔａ秒が経過するまでは開弁制御が行われ、Ｔａ秒経過後は保持制御が行われることとなる。
【００２２】
ステップ１１０又はステップ１２０の後、スターターがオンとされたか否かを判定する（ステップ１３０）。シリンダ１０へのＣＮＧの供給は、エンジン１が始動される状態となってから、即ち、スターターが始動されてから行いたいので、ステップ１３０でこれを判定する。ステップ１３０において、スターターがまだ始動されていないと判定された場合は、図２に示される制御を一旦抜ける。
【００２３】
一方、ステップ１３０において、スターターが既にオンとなっていると判定された場合は、スターターがオンにされてからＴｂ秒が経過しているか否かを判定する（ステップ１４０）。スターターがオンにされてからＴｂ秒が経過していない場合は、デリバリ遮断弁１３に対して開弁電流を供給してデリバリ遮断弁１３の開弁制御を行い（ステップ１５０）、スターターがオンにされてからＴｂ秒が経過している場合は、デリバリ遮断弁１３に対して保持電流を供給してデリバリ遮断弁１３の保持制御を行う（ステップ１６０）。上述したように、図２のフローチャートに示される制御は繰り返し行われるため、デリバリ遮断弁１３に関しては、スターターがオンにされてから所定時間Ｔｂ秒が経過するまでは開弁制御が行われ、Ｔｂ秒経過後は保持制御が行われることとなる。
【００２４】
ステップ１５０又はステップ１６０の後、エンジン１がストールしているか否かを判定する（ステップ１７０）。スターターが始動されても、エンジン１が実際に始動しておらずにストールしている場合は、エンジン１へのＣＮＧの供給を停止したいので、このような判定を行う。ステップ１７０において、エンジン１がストールしていると判定される場合は、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａを遮断（ステップ１８０）し、さらに、デリバリ遮断弁１３を遮断（ステップ１９０）した後に、図２に示される制御を一旦抜ける。図２に示される制御は繰り返し実行されるので、エンジン１のストールの後にエンジン１の始動が再び試みられた場合は、ステップ１００からのステップによって、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３の開弁が再度行われる。
【００２５】
ステップ１７０において、エンジン１がストールせずに正常に運転されている場合は、上述した１次〜３次ガス圧が各規定圧力以上に一度はなったか否かを判定する（ステップ２００）。エンジン１の状態（寒冷地での冷間始動など）にもよるが、P/R遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３が開弁された後に２次〜３次ガス圧が直ぐには各規定圧力に達しない場合も考えられる。ここでは、１次〜３次ガス圧の何れか少なくとも一つがまだ各規定圧力に達していない場合、即ち、ステップ２００が否定された場合は、１次〜３次ガス圧の全てが各規定圧力に達するのを待機すべく、図２に示される制御を一旦抜ける。
【００２６】
１次〜３次ガス圧の全てが各規定圧力に達した場合、即ち、ステップ２００が肯定された場合は、ステップ２１０に進む。なお、エンジン１の運転が一旦開始されると、CNGはインジェクタ１１に対して常に供給されている状態となる。即ち、エンジン１の運転が一旦開始された後は、エンジン１が停止されるまで異常がない限り、P/R遮断弁８ａ及びデリバリ遮断弁１３は常に開かれているはずである。エンジン１の運転状態によってはフューエルカットによってシリンダ１０に対してCNGを供給されない場合もあるが、フューエルカット時はインジェクタ１１による制御によってCNG のシリンダ１０への供給が停止される。
【００２７】
まず、ステップ２００が肯定された後のステップ２１０において、第一圧力センサ７によって検出される１次ガス圧が規定圧力以上であるか否かを判定する（ステップ２１０）。一次ガス圧が規定圧力以上でない場合は、図２に示される制御を一旦抜ける。一次ガス圧が規定圧力以上でない場合は、タンク遮断弁５などの不具合が考えられるので、別のルーチンなどによって適当な対処をする。また、２次及び３次ガス圧が各規定圧力に一度達した後に２次及び３次ガス圧の何れかが規定圧力を満たしていない場合は、 P/R 遮断弁８ａやデリバリ遮断弁１３などが遮断されてしまったなどの何らかの異常があると考えられる。
【００２８】
そこで、一次ガス圧が規定圧力以上である場合は、次に、第二圧力センサ９によって検出される２次ガス圧が規定圧力Ｐａ以上であるか否かを判定する（ステップ２２０）〔図３(a)参照〕。ここで、２次ガス圧が規定圧力Ｐａ以上でない場合、即ち、ステップ２２０が否定される場合は、P/R遮断弁８ａが何らかの理由によって遮断状態となっていると考えられる。図３(b)には、P/R遮断弁８ａに供給される電流値が瞬間的に降下した場合を示してある。
【００２９】
この場合は、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａに対して開弁電流を再度供給して開弁制御を行い（ステップ２３０）、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａを開弁させる。この開弁制御は、上述した所定時間Ｔａ秒継続される（ステップ２４０）。そして、開弁制御が所定時間Ｔａ秒継続された後は、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａに対して保持電流を供給する保持制御に移行する（ステップ２５０）。
【００３０】
一方、ステップ２２０において、２次ガス圧が規定圧力Ｐａ以上であると判定された場合は、２次ガス圧力よりもエンジン１に近い３次ガス圧が規定圧力Ｐｂ以上であるか否かを判定する（ステップ２６０）〔図３（ａ）参照〕。３次ガス圧は、第三圧力センサ１４によって検出される。ここで、３次ガス圧が規定圧力Ｐｂ以上でない場合、即ち、ステップ２６０が否定される場合は、２次ガス圧力が正常であるのであるから、デリバリ遮断弁１３が何らかの理由によって遮断状態となっていると考えられる。図３（ｂ）には、デリバリ遮断弁１３に供給される電流値が瞬間的に降下した場合を示してある。
【００３１】
この場合は、デリバリ遮断弁１３に対して開弁電流を再度供給して開弁制御を行い（ステップ２７０）、デリバリ遮断弁１３を開弁させる。この開弁制御は、上述した所定時間Ｔｂ秒継続される（ステップ２８０）。そして、開弁制御が所定時間Ｔｂ秒継続された後は、デリバリ遮断弁１３に対して保持電流を供給する保持制御に移行する（ステップ２９０）。
【００３２】
このようにすれば、電流の瞬断や瞬間的な電流値の降下などの様々な原因によってＰ／Ｒ遮断弁８ａ又はデリバリ遮断弁１３が遮断されてしまっても、その遮断状態を気体燃料であるＣＮＧの圧力によって検出することができる。そして、Ｐ／Ｒ遮断弁８ａ又はデリバリ遮断弁１３の遮断が検出された場合は、遮断されてしまったＰ／Ｒ遮断弁８ａ又はデリバリ遮断弁１３を確実に開弁状態に直ちに復帰させることができる。また、このとき消費される電力を必要最小限とすることができる。
【００３３】
なお、本発明の燃料遮断弁制御装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、ＣＮＧ車における燃料遮断弁制御装置を例に説明したが、本発明の燃料遮断弁制御装置は、ＣＮＧ車以外の気体燃料車に用いられてもよい。また、上述した実施形態においては、吸気管１５（吸気ポート）に対して燃料を供給するエンジン１を例に説明したが、本発明の燃料遮断弁制御装置は、シリンダ１０内に直接燃料を供給する筒内噴射型のエンジンに適用されてもよい。さらに、図３（ａ）においては、２次ガス圧の規定圧力Ｐａと３次ガス圧の規定圧力Ｐｂとは同じであるように記載されているが、異なる場合もあり得る。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の燃料遮断弁制御装置は、気体燃料を貯蔵するタンクから内燃機関の間に配設された燃料配管上に配設された遮断弁と、これを制御する弁制御手段と、気体燃料の圧力を検出する圧力検出手段とを備えており、弁制御手段が、開弁保持時に圧力検出手段によって検出した気体燃料の圧力が所定圧力以下となった場合には、開弁制御を行った後に保持制御に移行するように構成されているので、何らかの理由により遮断弁が閉じられてしまった場合であっても、直ちに遮断弁を開弁状態に復帰させて確実に燃料を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料遮断弁制御装置の一実施形態の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の燃料遮断弁制御装置による遮断弁制御のフローチャートである。
【図３】（ａ）は本発明の燃料遮断弁制御装置による遮断弁制御時の気体燃料圧力と時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は遮断弁制御時の遮断弁への電流値と時間との関係を示すグラフである。
【図４】従来の燃料遮断弁制御装置による遮断弁制御時の遮断弁への電流値と時間との関係を示すグラフ（正常時）である。
【図５】従来の燃料遮断弁制御装置による遮断弁制御時の遮断弁への電流値と時間との関係を示すグラフ（異常時）である。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、２…タンク、３…燃料配管、８ａ…Ｐ／Ｒ遮断弁、９…第二圧力センサ（圧力検出手段）、１３…デリバリ遮断弁、１４…第二圧力センサ（圧力検出手段）、２０…ＥＣＵ（弁制御手段）。

Claims (1)

1. 気体燃料を貯蔵するタンクと、
   気体燃料によって駆動する内燃機関と、
   前記タンクから前記内燃機関の間に配設された燃料配管と、
   前記燃料配管上に配設され、前記タンクから前記内燃機関への燃料の供給を遮断する遮断弁と、
   前記遮断弁の開弁動作時には前記遮断弁に対して所定時間開弁電流を流す開弁制御を行い、前記遮断弁の開弁状態を保持する開弁保持時には前記遮断弁に対して前記開弁電流よりも小さい保持電流を流す保持制御を行う弁制御手段と、
   前記燃料配管上の前記遮断弁下流の気体燃料圧力を検出する圧力検出手段とを備えた燃料遮断弁制御装置において、
   前記弁制御手段が、開弁保持時に前記圧力検出手段によって検出した気体燃料圧力が所定圧力以下となった場合には、前記開弁制御を行った後に前記保持制御に移行するように構成されていることを特徴とする燃料遮断弁制御装置。

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