JP4300511B2 - バイフューエルエンジン搭載車両 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はバイフューエルエンジン搭載車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等においては、大気汚染抑制および省資源の観点からガソリンや軽油等の液体燃料に替えて圧縮天然ガス(CNG:Compressed Natural Gas)等の気体燃料が注目されている。しかし、CNGの場合は、ガソリン等に比べてそのエネルギー密度が小さい(ガソリンの20〜30%程度)ので、CNGを使用するエンジンを搭載した車両は、ガソリンを使用するエンジンを搭載した車両に比べて航続距離が短い。また、インフラ整備の遅れから、その充填ステーションの数も十分ではなく、長距離の移動に不安が残っている。そこで、かかる気体燃料と液体燃料との少なくとも一方をエンジンに供給可能な二元燃料、すなわち、バイフューエルエンジンが提案されている。
【0003】
ところで、かかるバイフューエルエンジンを搭載した車両では、その長所を生かすために、一般的に気体燃料が主燃料として用いられる。この結果、上述の環境下においては、CNGエンジン搭載車両と同様に燃料補給の確実性が保証されることが必要である。
【0004】
このような燃料補給の確実性を保証する考えとしては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。この特許文献1に記載のものは、水素を燃料とする自動車の水素燃料補給のタイミングを警告するシステムであり、警告時にはカーナビゲーション装置を用いて最寄の補給所まで案内するようにしている。
【0005】
また、特許文献2には、電気自動車において、バッテリ残存容量が一定レベル以下になったとき、カーナビゲーションシステムにより、到達可能な電気エネルギー供給スタンドまでの経路情報を表示するシステムが記載されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−292195号公報
【特許文献2】
特開平9−210702号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる特許文献1または2に記載の従来の考えを、そのままバイフューエルエンジン搭載車両に適用しても然程有効ではない。というのも、バイフューエルエンジン搭載車両のメリットは、喩え、気体燃料がなくなっても液体燃料での走行が可能で航続距離を長くできるということであり、モノフューエルエンジン搭載車両と比較して、その気体燃料残量をユーザが気にすることも少なく、単に、警告するのみでは無視される可能性が高いからである。この結果、気体燃料のいわゆるガス欠(所定の残圧がなく十分な燃料供給が行われない状態を含む)が生じてから液体燃料に切替えられることが予想される。このような低残圧状態で走行すると、オーバーリーン燃焼が生じたり、最悪の場合のミスファイヤ(失火)の発生によりエンジンや排気ガス処理用の触媒等の耐久性に悪影響を与えることになる。
【0008】
そこで、本発明の課題は、かかる従来の問題を解消し、モノフューエルエンジン搭載車両との違和感がなく、エンジンや排気ガス処理用の触媒等の耐久性に悪影響を与えないバイフューエルエンジン搭載車両を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の一形態に係るバイフューエルエンジン搭載車両は、気体燃料と液体燃料とを切替えて使用可能なバイフューエルエンジンの搭載車両であって、前記気体燃料と液体燃料とを手動で切替える手動燃料切替手段と、前記気体燃料と液体燃料とを自動で切替える自動燃料切替手段と、前記気体燃料の残量を検出する燃料残量検出手段と、前記気体燃料による平均燃費を算出する平均燃費算出手段と、前記燃料残量検出手段により得られた残量と前記平均燃費算出手段により得られた平均燃費に基き、車両の現在地からの走行可能距離を算出する走行可能距離算出手段と、カーナビゲーションシステムを利用して、現在地から最短の気体燃料補給所までの距離である最短距離を求める最短距離獲得手段と、前記走行可能距離と最短距離とを比較して、前記最短の気体燃料補給所まで到達可能か否かを判断する判断手段と、前記判断手段が到達不可能と判断したとき、前記気体燃料から前記液体燃料への燃料切替を運転者に警告すると共に、その後、前記手動燃料切替手段による切替がなされないとき、所定時間経過後に前記自動燃料切替手段を動作させて前記気体燃料から前記液体燃料への燃料切替を行わせる手段と、を備えることを特徴とする。
【0010】
この構成によれば、補給所の少ない燃料による走行可能距離が最短補給所に到達可能な距離に満たず、燃料切替の警告がなされたにもかかわらず、所定時間内に手動による燃料切替がなされないときは、自動的に燃料切替が行われるので、モノフューエルエンジン搭載車両との違和感がなく、エンジンや排気ガス処理用の触媒等の耐久性に悪影響を与えることがない。
【0011】
ここで、前記平均燃費算出手段が、前記気体燃料の少なくとも補給毎に前記気体燃料による区間平均燃費を算出する区間平均燃費算出手段と、前記区間平均燃費に基き総平均燃費を算出する総平均燃費算出手段とを含み、前記走行可能距離算出手段が、前記燃料残量検出手段により得られた残量と前記総平均燃費算出手段により得られた総平均燃費に基き、車両の現在地からの走行可能距離を算出するものであり、さらに、前記バイフューエルエンジン搭載車両が、少なくとも前記補給の回数、区間平均燃費、総平均燃費および総走行距離を不揮発性のメモリーに記憶する記憶手段と、少なくとも前記走行可能距離と総平均燃費とを表示する表示手段と、を備えるのが好ましい。
【0012】
この構成によると、実際の市場でのユーザーの実際の使用態様下での総平均燃費に基くものであり、使い方に即したより精度の高い走行可能距離の算出が可能となる。
【0013】
ここで、前記燃料残量検出手段は、前記気体燃料の圧力と温度とを検出し、標準状態における体積に換算して求めるものであることが好ましい。また、前記所定時間は、前記警告時から、前記気体燃料による走行が所定距離可能である気体燃料残量となるまでの時間であることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【0015】
まず、図1を参照して、本発明が適用されるバイフューエルエンジン100を搭載した車両の概要を説明する。101はエンジン本体、102はシリンダブロック、103はシリンダヘッド、104はピストン、105は燃焼室、106は吸気ポート、107は排気ポート、108Iは吸気弁、108Eは排気弁、109は燃焼室105内の頂部に配置された点火栓をそれぞれ示している。吸気ポート106は吸気マニフォルド110を介してサージタンク111に接続され、サージタンク111は吸気ダクト112を介してエアクリーナ113に接続されている。吸気ダクト112内にはステップモータ114により駆動されるスロットル弁115が配置されている。一方、排気ポート107は排気マニフォルド116および排気管117を介してNOx吸蔵触媒コンバータ118に接続されている。
【0016】
図1のエンジン100は気体燃料供給系と液体燃料供給系とを具備しており、気体燃料としてCNGを用い、液体燃料としてガソリンを用いている。気体燃料供給系は吸気マニフォルド110内の吸気通路または気筒内に噴射可能に配置されたCNG噴射弁120を具備し、このCNG噴射弁120はCNG供給管122を介し車載された気体燃料容器としてのCNGボンベ124に接続されている。なお、CNG供給管122内には図示しない燃料遮断弁およびレギュレータ126が配置されている。CNGボンベ124内に充填圧力(例えば、20MPa)で充填されているCNGは、レギュレータ126により一定の設定圧PR(例えば、5MPa)まで減圧され、通常のエンジン制御状態では、この設定圧PRでもってCNG噴射弁120から吸気マニフォルド110内の吸気通路または気筒内に噴射され燃焼室105に供給される。
【0017】
同様に、液体燃料供給系は吸気マニフォルド110内の吸気通路または気筒内に噴射可能に配置されたガソリン噴射弁130を具備し、このガソリン噴射弁130はガソリン供給管132を介し車載された液体燃料容器としてのガソリンタンク134に接続されている。なお、ガソリン供給管132内には図示しない燃料ポンプが配置されている。これらのCNG噴射弁120およびガソリン噴射弁130は、それぞれ電子制御ユニット300からの出力信号に基づいて制御される。
【0018】
電子制御ユニット300はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス310を介して相互に接続されたROM(リードオンリメモリ)320、RAM(ランダムアクセスメモリ)330、CPU(マイクロプロセッサ)340、常時電源に接続され、書換え以外は記憶データが消失しない不揮発性メモリーとしてのB−RAM(バックアップRAM)350、入力ポート360、および出力ポート370を具備している。
【0019】
サージタンク111にはサージタンク111内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ140が取り付けられている。CNGボンベ124の出口のCNG供給管122内にはCNGボンベ124内の残存CNG量、すなわち残圧に比例した出力電圧を発生するCNG残圧センサ141が配置されている。また、CNGボンベ124の所定箇所にはCNG温度センサ142が設けられている。一方、ガソリンタンク134にはガソリンタンク134内の残存ガソリン量に比例した出力電圧を発生するガソリン残量センサ143が配置されている。これらセンサ140、141、142および143の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器380を介して入力ポート360に入力される。また、入力ポート360にはエンジン回転数Nを表す出力パルスを発生する回転数センサ144および車両(不図示)の速度を検出する車速センサ145が接続されている。さらに、入力ポート360には、手動燃料切替手段としての運転モード切替スイッチ150およびカーナビゲーションシステム400が接続されている。
【0020】
一方、出力ポート370はそれぞれ対応する駆動回路390を介して点火栓109、ステップモータ114、CNG噴射弁120、ガソリン噴射弁130および後述する車室内のディスプレイ500等に接続されている。
【0021】
上記構成になる本発明の実施形態では、例えば、図2に示す制御ルーチンに従って、制御が行われる。この制御ルーチンは補給所の少ない燃料である気体燃料(CNG)を使用する気体燃料運転モードにおいて、予め定められた設定クランク角毎の割込みによって実行される。すなわち、制御がスタートすると、まず、ステップS21において、カーナビゲーションシステム400からの情報に基き車両の現在地から最短の気体燃料補給所ないしは充填所までの最短距離L1が算出される。そして、ステップS22に進み、後で詳述するが、気体燃料残量と総平均燃費とに基き車両の走行可能距離L2が算出される。さらに、ステップS23に進み、これらの最短距離L1および走行可能距離L2の情報がディスプレイ500に表示される。
【0022】
次に、ステップS24において、この最短距離L1と走行可能距離L2とが比較され、目標とする最短の気体燃料補給所まで車両が到達可能か否かが判断される。この判断の結果、走行可能距離L2の方が大きく到達可能である限りにおいて、ステップS21に戻り、上述のステップS21ないしS24が繰返される。この結果、ディスプレイ500の表示は車両の走行に伴って更新される。なお、このステップS24における比較・判断において、本実施の形態では、走行可能距離L2の値はステップS22において求められた値をそのまま用いるのではなく、所定の係数(例えば、約0.9)を乗じて余裕を持たせてある。これは、必須ではないが、走行可能距離は実際の走行距離とはその走行条件(登坂路走行、急加速走行等)の違いに起因して誤差が生じるので、このように余裕代を採ることが好ましい。
【0023】
ステップS24における判断で、最短の気体燃料補給所まで車両が到達するのが不可能(これは、本明細書における説明では、完全に不可能であることのみならず、不可能に近い状態も含む意味で用いる)の場合には、ステップS25に進み、運転者へ燃料の切替が勧告ないしは警告される。これは、上述のディスプレイ500への表示により行われてもよく、あるいは、他の警報音、音声等によるものや、それらの組合せでもよい。そして、ステップS26に進み、運転者により燃料の切替が行われたか否かが判断される。この判断は、運転モード切替スイッチ150が運転者により手動で操作されたか否かにより行われる。
【0024】
このステップS26における判断の結果、運転モードが切替えられたときには、ステップS27に進み、CNGによる気体燃料運転モードからガソリンによる液体燃料運転モードに切替えられる。一方、ステップS26における判断の結果、運転モードが切替えられないときには、ステップS28に進み、所定時間CNG運転モードでの走行を継続する。換言すると、ステップS22において走行可能距離を求めるのに用いたCNG残量に対し、余裕分を含めて残り約10〜20kmはCNGでの走行が可能である燃料量を意味するCNG走行可能最小目安まで走行を継続する。その後は、ステップS29に進み、自動燃料切替手段が動作されてCNGからガソリンへの燃料切替が行なわれる。すなわち、CNG噴射弁120による噴射に替えて、ガソリン噴射弁130からガソリンが噴射されるガソリン燃料運転モードに切替られる。
【0025】
ところで、上記CNGおよびガソリン燃料の噴射時期および噴射時間に関するデータは、それぞれ、エンジン100の運転状態、例えば、エンジン負荷を表すサージタンク111内の絶対圧PMとエンジン回転数Nとの関数として、マップの形で予めROM320内に記憶されている。このCNGの噴射時間は、レギュレータ126で減圧設定される設定圧PRの下で、要求量だけCNGを吸入通路に噴射させるのに必要な時間である。また、ガソリンの噴射時間は、燃料ポンプで昇圧された一定圧の下で、要求量だけガソリンを吸入通路に噴射させるのに必要な時間である。
【0026】
ここで、図2の制御ルーチンに戻り、ステップS27およびステップS29において、ガソリン運転モードに切替られた後は、それぞれ、ステップS30に進む。そして、運転者にこの切替の情報を提供するために、そのことがディスプレイ500に表示され、同時に、上述のようにマップの形で予めROM320内に記憶されているデータに基いてガソリン運転モードの制御が行われることになる。
【0027】
次に、前述した走行可能距離L2を算出するロジックの一例を図3ないし図5のフローチャートを参照しつつ説明する。該ロジックは車両の工場出荷時における検査完了時点において、所定の操作によりスタートする。この時点では、車両の総走行距離DTとして工場出荷時の平均値(例えば、3km)、総平均燃費FCTおよび区間平均燃費FCBとしてはカタログ燃費がデフォルト値として、さらに、補給回数を表すNが1として入力され、それぞれECU300内の不揮発性のメモリー(例えば、B−RAM350)に記憶されている。
【0028】
そこで、ステップS31においてイグニッション(以下、IGと称す)のONが検出されると、ステップS32に進み走行可能距離L2が算出されると共に、これを含んで総平均燃費FCTおよび区間平均燃費FCBがディスプレイ500に表示される。このステップS32における走行可能距離算出ルーチンは、図4に示すフローチャートによる割り込みルーチンとして実行される。
【0029】
すなわち、図4のフローチャートのステップS321において、CNGボンベ124の圧力PSおよび温度TSがそれぞれCNG残圧センサ141およびCNG温度センサ142からの出力に基き読み込まれ且つ記憶される。そして、ステップS322において、この圧力PSおよび温度TSに基き、ガスの状態方程式により標準状態(0°C、1気圧(1×105Pa)に換算された体積のCNG残量VSが算出され且つ記憶される。なお、このCNG残量VSは、算出によらずに、圧力PSおよび温度TSに対応させて実験的に求めたマップ値をテーブルルックアップすることにより求めることもできる。
【0030】
さらに、ステップS323において、後述する他のステップにおいて求められ記憶されている総平均燃費FCTと上述のCNG残量VSとにより、走行可能距離L2が算出される。例えば、燃費が単位体積当りの走行距離で表される場合には、総平均燃費FCTとCNG残量VSとを乗ずればよい。そして、ステップS324において、この算出された走行可能距離L2と共に、後述する区間平均燃費FCBおよび総平均燃費FCTがディスプレイ500に表示される。
【0031】
再度、図3に戻って説明するに、ステップS33においては、上述のステップS32の走行可能距離算出ルーチンと同様のルーチンが所定のサンプリング周期毎に実行される。このサンプリング周期は任意に定めることができるが、例えば、10秒程度でよい。ここでは、各サンプリング毎に総走行距離DTと標準状態に換算された体積の新たなCNG残量VSが算出され、この新たなCNG残量VSに基き新たな走行可能距離L2が求められ、その都度、走行可能距離L2が更新されてディスプレイ500に表示される。そして、総走行距離DTと更新されたCNG残量VSは不揮発性のメモリーに記憶される。
【0032】
次に、ステップS34ではCNG燃料が補給されたか否かが判断される。燃料の補給がない場合には、ステップS33に戻り、上述の所定のサンプリング周期毎の更新が継続して実行されることになる。そして、燃料の補給があった場合には、ステップS35に進み、後述する区間平均燃費FCBおよび総平均燃費FCTの更新が実行される。
【0033】
ここで、ステップS34におけるCNG燃料補給の有無の判断は、図5に示すフローチャートによる割り込みルーチンとして実行される。すなわち、ステップS341においてIGがOFFされたか否かが判断され、NOの場合には、運転が継続しているとして上述のステップS33に戻り、所定のサンプリング周期毎の更新が継続して実行される。
【0034】
一方、ステップS341における判断でYESの場合には、ステップS342に進み、IGがONとなるまで待機する。そこで、ONになるとステップS343に進み、最新の総走行距離DTSが読み込まれると共に、CNGボンベ124の圧力PSおよび温度TSが読み込まれ、標準状態に換算された体積の最新のCNG残量VSSが求められる。そして、ステップS344に進み、IGのOFF時に記憶されていた総走行距離DTおよびCNG残量VSが、上述の最新の総走行距離DTSおよび最新のCNG残量VSSと比較される。比較の結果、OFF時に記憶されていた総走行距離DTが最新の総走行距離DTSとほぼ同じ(すなわち、DTS≒DT)であり、且つ最新のCNG残量VSSがOFF時に記憶されていたCNG残量VSよりも大きい(すなわち、VSS>VS)の場合には、停車中に補給があったと判断され上述の図3におけるステップS35に進む。逆に、この条件を満たさない場合には補給は行われなかったと判断され、ステップS345に進み、最新の総走行距離DTS、圧力PS、温度TSおよび最新のCNG残量VSSのデータをクリアした後、上述の図3におけるステップS33に戻る。
【0035】
そこで、図3におけるステップS35では、区間平均燃費FCBおよび総平均燃費FCTの更新が実行される。すなわち、区間平均燃費FCBとは、前回の補給から今回の補給までの走行区間における平均燃費であり、その区間における走行距離DB(すなわち、最新の総走行距離−前回補給時の総走行距離)を燃料消費量VB(すなわち、最新のCNG残量VSS−今回補給前のCNG残量VS=CNG補給量)で除すことにより求められる。また、総平均燃費FCTとは、車両の完成以降の総走行距離DTにわたる平均燃費FCであり、区間平均燃費FCBの合計を補給回数Nに対応する区間数で除すことにより求められる。従って、ステップS35においては、今回の補給に際しての区間平均燃費FCBと、これに基く総平均燃費FCTとが、上述の関係により求められて更新される。
【0036】
さらに、ステップS36において、補給回数Nとこの更新された区間平均燃費FCBおよび総平均燃費FCTと総走行距離DTとが不揮発性のメモリーに記憶される。なお、この区間平均燃費FCBの記憶は、その補給が行われた区間に対応させる、例えば、N回目の補給区間における区間平均燃費FCBとして記憶させるのが好ましい。このように、不揮発性のメモリーに記憶させるようにすると、この不揮発性のメモリーを回収することにより、実際の市場でのユーザーの使用態様に対応した実燃費、実走行距離等の把握が容易となり、さらなる開発に役立てることができる。
【0037】
また、ステップS37において、最新のCNG残量VSSと総平均燃費FCTとに基き新たな走行可能距離L2が算出され、この新たな走行可能距離L2と共に、今回の補給に係る区間平均燃費FCBおよび総平均燃費FCTのディスプレイ500への表示が更新される。そして、ステップS38に進み、補給回数Nに1を加える処置を行い前述のステップS31に戻る。
【0038】
そして、ステップS31において、IGがONである限りはステップS32に進み、前述の走行可能距離算出ルーチンが実行される。かかるルーチンによれば、一旦IGがONされてからOFFされるまでの走行時には、サンプリング周期毎にCNG残量VSが求められ、走行可能距離L2が算出される。この走行可能距離L2のデータは前述の図2のフローチャートに示す制御ルーチンのステップS22において取込まれる。
【0039】
なお、これまで述べてきた実施態様では、補給所の少ない気体燃料としてCNGを用い、液体燃料としてガソリンを用いた例につき説明した。しかしながら、気体燃料として、例えば、一次燃料である水素、天然ガスおよび石油ガス、或いは二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガスを用いることができる。また、液体燃料としてイソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素、或いはメタノールを用いることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるバイフューエルエンジンの概要とその実施形態を示す全体線図である。
【図2】本発明の実施形態における制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図3】本発明の実施形態における平均燃費算出ロジックの一例を示すフローチャートである。
【図4】本発明の実施形態における走行可能距離算出ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図5】本発明の実施形態における燃料補給判断ロジックの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
100 バイフューエルエンジン
120 CNG噴射弁
124 CNGボンベ
130 ガソリン噴射弁
134 ガソリンタンク
141 CNG残圧センサ
142 CNG温度センサ
150 運転モード切替スイッチ
300 電子制御ユニット
400 カーナビゲーションシステム
500 ディスプレイ
Claims (4)
- 気体燃料と液体燃料とを切替えて使用可能なバイフューエルエンジンの搭載車両であって、
前記気体燃料と液体燃料とを手動で切替える手動燃料切替手段と、
前記気体燃料と液体燃料とを自動で切替える自動燃料切替手段と、
前記気体燃料の残量を検出する燃料残量検出手段と、
前記気体燃料による平均燃費を算出する平均燃費算出手段と、
前記燃料残量検出手段により得られた残量と前記平均燃費算出手段により得られた平均燃費に基き、車両の現在地からの走行可能距離を算出する走行可能距離算出手段と、
カーナビゲーションシステムを利用して、現在地から最短の気体燃料補給所までの距離である最短距離を求める最短距離獲得手段と、
前記走行可能距離と最短距離とを比較して、前記最短の気体燃料補給所まで到達可能か否かを判断する判断手段と、
前記判断手段が到達不可能と判断したとき、前記気体燃料から前記液体燃料への燃料切替を運転者に警告すると共に、その後、前記手動燃料切替手段による切替がなされないとき、所定時間経過後に前記自動燃料切替手段を動作させて前記気体燃料から前記液体燃料への燃料切替を行わせる手段と、
を備えることを特徴とするバイフューエルエンジン搭載車両。 - 前記平均燃費算出手段が、前記気体燃料の少なくとも補給毎に前記気体燃料による区間平均燃費を算出する区間平均燃費算出手段と、前記区間平均燃費に基き総平均燃費を算出する総平均燃費算出手段とを含み、前記走行可能距離算出手段が、前記燃料残量検出手段により得られた残量と前記総平均燃費算出手段により得られた総平均燃費に基き、車両の現在地からの走行可能距離を算出するものであり、さらに、
少なくとも前記補給の回数、区間平均燃費、総平均燃費および総走行距離を不揮発性のメモリーに記憶する記憶手段と、
少なくとも前記走行可能距離と総平均燃費とを表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする請求項1記載のバイフューエルエンジン搭載車両。 - 前記燃料残量検出手段は、前記気体燃料の圧力と温度とを検出し、標準状態における体積に換算して求めるものであることを特徴とする請求項2に記載のバイフューエルエンジン搭載車両。
- 前記所定時間は、前記警告時から、前記気体燃料による走行が所定距離可能である気体燃料残量となるまでの時間であることを特徴とする請求項1乃至3に記載のバイフューエルエンジン搭載車両。
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