JP4479618B2 - 燃料残量検出装置及び燃料残量検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、軽油等の燃料を潤滑剤として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの燃料残量検出装置に関するものである。

従来、燃料タンクとディーゼルエンジンとの間に気泡分離を行うリザーバを配設し、そのリザーバとエンジンとの間に潤滑系燃料循環回路と、燃焼系燃料循環回路とを構成した軽油潤滑式ディーゼルエンジンが開示されている（特許文献１）。このような軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、燃料となる軽油がエンジン各部の潤滑剤としても用いられ、エンジン各部を循環する。このため、潤滑専用のオイルは不要であり、オイル交換の手間も省くことができる。

図４は、特許文献１に記載された燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００の主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、燃料タンク１０１、リザーバタンク１０２、オイルパン（オイルタンク）１０３を備えている。燃料タンク１０１とリザーバタンク１０２とは、セジメンタ（油水分離器）１０４、供給ポンプ（送油ポンプ）１０５を備えた油路１０６により連通している。

燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、潤滑剤の供給を必要とするエンジン各部１０７へ潤滑剤としての燃料を供給する潤滑系燃料循環回路１０８を有している。この潤滑系燃料供循環回路１０８には、冷却器１１２、フィルタ１０９、潤滑ポンプ１１０が配設されており、潤滑ポンプ１１０を駆動することにより燃料をリザーバタンク１０２から吸い上げてエンジン各部１０７へ供給している。エンジン各部１０７へ供給された後の燃料は、オイルパン１０３内へ流下し、スカベンジポンプ１１１により吸い上げられて再びリザーバタンク１０２へ戻されるようになっている。

また、燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、筒内へ燃料を噴射する噴射系１１４へ燃料を供給する燃焼系燃料循環回路１１３を有している。この燃焼系燃料循環回路１１３には、前記潤滑系燃料循環回路１０８と共通の冷却器１１２、フィルタ１１５、噴射ポンプ１１６が配設されており、噴射ポンプ１１６を駆動することにより燃料をリザーバタンク１０２から吸い上げて噴射系１１４へ供給している。噴射系１１４に供給された燃料のうち、燃焼に供されなかった燃料は再びリザーバタンク１０２へ戻される。

このように特許文献１に記載された燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、潤滑系燃料循環回路１０８と燃焼系燃料循環回路１１３の二系統の燃料循環回路を有している。
実開昭６０−１９４１１２号公報

しかしながら、前記のような軽油潤滑式ディーゼルエンジン１００では、噴射系１１４で実際に噴射することのできる燃料残量がどの程度であるのかが把握しにくい。すなわち、従来のエンジンオイルと燃料とが異なるエンジンであれば、燃料タンク内の燃料量を測定すれば、燃料残量を把握することができる。このデータは、例えば、ＦＵＥＬメータに反映させて運転者に知らせたり、算出される走行可能距離の精度を向上させたりすることに利用できる。ところが、前記のような軽油潤滑式ディーゼルエンジン１００では、燃料タンクへ供給される燃料とエンジン各部１０７へ供給される燃料とは共通しており、実際に噴射系１１４へ供給することのできる燃料残量を正確に把握することは困難である。前記特許文献１では、このような課題については何ら触れられていない。

そこで、本発明は、軽油等の燃料を潤滑剤として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの噴射系で利用することのできる燃料残量を正確に測定することのできる燃料残量検出装置を提供することを課題とする。

かかる課題を達成するための、本発明の燃料残量検出装置は、軽油等の燃料を潤滑剤として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの燃料残量検出装置であって、燃料流通システム内の燃料総量Ｑａを算出する燃料総量算出手段と、エンジン潤滑系で必要となる潤滑燃料量Ｃを算出する必要潤滑燃料量算出手段と、前記燃料総量算出手段により算出した燃料総量Ｑａから前記必要潤滑燃料量算出手段により算出した潤滑燃料量Ｃを差し引いて噴射系に供給可能な燃料残量Ｑを算出する演算部と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。ここで、前記燃料流通システムは、燃料タンクやオイルタンク、これらのタンクを接続する配管等、燃料が流通することのある経路全体を指す。このような燃料流通システム内の燃料総量Ｑａの一部はエンジン潤滑系で用いられ、一部が噴射系で噴射されて燃焼、消費される。このため、燃料流通システム内の燃料総量すべてが噴射系で消費できるのではない。そこで、燃料流通システム内の燃料総量Ｑａと、エンジン潤滑系で必要となる潤滑燃料量Ｃを算出して燃料残量Ｑを算出するようにした。潤滑燃料量Ｃはエンジンの運転状態等に応じた変数であるが、例えば、エンジン回転数に応じた数値を提供するマップから取得するようにできる。

このような燃料残量検出装置では、前記燃料総量算出手段は、燃料タンク内の燃料量Ｑｆを測定する燃料タンクレベルセンサと、供給ポンプが配置された燃料供給経路により前記燃料タンクと接続されるオイルタンク内の燃料量Ｑｏを測定するオイルタンクレベルセンサと、前記オイルタンクからエンジン潤滑系へ燃料を供給する潤滑系燃料供給経路に配置された潤滑ポンプの吐出量Ｑｐ１を算出する潤滑ポンプ吐出量算出手段と、前記オイルタンクから噴射系へ燃料を供給する噴射系燃料供給経路に配置した噴射ポンプの圧送量Ｑｐ２を算出する噴射ポンプ圧送量算出手段と、を含んでいる構成とすることができる（請求項２）。このような構成として、これらの燃料量を合算すれば、前記燃料流通システム内の燃料総量Ｑａを算出することができる。

ここで、前記燃料総量算出手段は、エンジンの運転状態に応じた前記供給ポンプの燃料供給量の補正値である供給補正量Ｑｋを算出する供給補正量算出手段をさらに含んでいる構成とすることができる（請求項３）。前記燃料総量Ｑａは燃料ポンプの圧送量Ｑｐに燃料タンク内の燃料量Ｑｆとオイルタンク内の燃料量Ｑｏとを加えた値として算出できるが、このとき、供給ポンプの圧送量を補正する供給補正量Ｑｋを加味すれば、より精度高く燃料総量Ｑａを算出することができる。この結果、より精度高く燃料残量Ｑを算出することができる。

また、このような燃料検出装置では、前記燃料総量算出手段は、前記潤滑系燃料供給経路に供給された後、潤滑系燃料リターン経路を通じてオイルパンへ戻される潤滑系リターン燃料量Ｑｒ１を算出する潤滑系リターン燃料量算出手段をさらに含んでいる構成とすることができる（請求項４）。軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンでは、エンジン潤滑系に供給した燃料を再びオイルパンへ戻す構成とすることができる。また、燃料総量Ｑａは前記のように供給ポンプの圧送量Ｑｐに燃料タンク内の燃料量Ｑｆとオイルタンク内の燃料量Ｑｏとを加えた値として算出できる。このとき、供給ポンプの圧送量Ｑｐは、オイルタンク内の燃料量を所定値に保つべく、オイルタンク内から持ち出される燃料量（Ｑｐ１＋Ｑｐ２）と、潤滑系リターン燃料量Ｑｒ１を加味した制御がされることがある。すなわち、供給ポンプの圧送量Ｑｐは、
Ｑｐ＝Ｑｐ１＋Ｑｐ２−Ｑｒ１＋Ｑｋ
として、算出することができる。従って、燃料総量Ｑａは、
Ｑａ＝Ｑｐ＋Ｑｆ＋Ｑｏ
燃料残量Ｑは、
Ｑ＝Ｑａ−Ｃ
＝Ｑｐ＋Ｑｆ＋Ｑｏ−Ｃ
＝Ｑｐ１＋Ｑｐ２−Ｑｒ１＋Ｑｋ＋Ｑｆ＋Ｑｏ−Ｃ
として算出することができる。

本発明によれば、燃料流通システム内の燃料総量Ｑａと、潤滑燃料量Ｃとから噴射系に供給可能な燃料残量Ｑを算出するようにしたので精度良く燃料残量Ｑを算出し、把握することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明の燃料残量検出装置を組み込んだ軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）１の概略構成を示した説明図である。エンジン１は、燃料タンク２、オイルパン３を備えている。燃料タンク２とオイルパン３とは燃料供給経路４によって連通している。この燃料供給経路４にはセジメンタ５、本発明における供給ポンプに相当する電動供給ポンプ６が配設されており、この電動供給ポンプ６により燃料タンク２からオイルパン３へ燃料が供給されるようになっている。ここで、オイルパン３は、本発明におけるオイルタンクに相当するものであり、シリンダブロックの下部に一体的に設けられたものを指すが、別置きのオイルタンクであってもよい。

エンジン１は、潤滑剤の供給を必要とするエンジン潤滑系７へ潤滑剤としての燃料を供給する潤滑系燃料供給経路８を有している。この潤滑系燃料供給経路８にはフィルタ９、５０ｋＰａ程度の圧力で燃料を圧送可能な潤滑ポンプ１０が配設されており、潤滑ポンプ１０を駆動することにより燃料をオイルパン３から吸い上げてエンジン潤滑系７へ供給している。また、エンジン１は、潤滑系燃料供給経路８を通じてエンジン潤滑系７へ供給された燃料をオイルパン３へ戻す潤滑系燃料リターン経路１１を有している。

さらに、エンジン１は、筒内へ燃料を噴射する噴射系１２へ燃料を供給する噴射系燃料供給経路１３を有している。この噴射系燃料供給経路１３には、フィルタ１４、低圧ポンプと高圧ポンプとを組み合わせ１０ＭＰａ以上の高圧で燃料を圧送可能な噴射ポンプ１５が配設されており、噴射ポンプ１５を駆動することにより燃料をオイルパン３から吸い上げて噴射系１２へ供給している。

また、エンジン１は噴射系燃料供給経路１３を通じて噴射系１２へ供給された後の噴射系リターン燃料を燃料タンク２へ戻す噴射系燃料リターン経路１６を有している。なお、噴射系リターン燃料とは、噴射ポンプ１５に一体的に設けられた供給ポンプ（低圧ポンプ）、コモンレールおよび燃料噴射弁（いずれも図示せず）の各々から戻されるリターン燃料を指す。

さらに、エンジン１は、燃料タンク２に燃料タンク２内の燃料量を判定するための燃料タンクレベルセンサ１７が装着されている。また、オイルパン３にオイルパン３内の燃料量を判定するためのオイルパンレベルセンサ１８が装着されている。さらに、エンジン１はエンジン本体の各所に設置したセンサ群１９を備えており、ここで、センサ群１９は、エンジンの運転状態を検出するために必要となるデータを得ることができるもので、回転数センサ、水温センサ、燃温センサ、アクセル開度センサが含まれる。これらの燃料タンクレベルセンサ１７、オイルパンレベルセンサ１８、センサ群１９は本発明における演算部に相当するＥＣＵ２０に接続されている。

以上、説明した構成要素のうち、燃料タンクレベルセンサ１７、オイルパンレベルセンサ１８、ＥＣＵ２０が本発明の燃料残量検出装置の主要な構成をなしている。また、燃料タンク２、オイルパン３、燃料供給経路４、潤滑系燃料供給経路８、潤滑系燃料リターン経路１１、噴射系燃料供給経路１３、噴射系燃料リターン経路１６等が本発明における「燃料流通システム」を構成している。

以上のように構成されるエンジン１は、電動供給ポンプ６により燃料タンク２からオイルパン３内に供給された燃料が、潤滑ポンプ１０によりエンジン潤滑系７に供給され、噴射ポンプ１５により噴射系１２に供給される。すなわち、エンジン潤滑系７、噴射系１２にはオイルタンク３内の燃料が供給される。

このような構成のエンジン１における燃料残量Ｑの検出について図２に示したフロー図に基づいて説明する。燃料残量Ｑは、
Ｑ＝Ｑａ−Ｃ
＝Ｑｐ＋Ｑｆ＋Ｑｏ−Ｃ
＝Ｑｐ１＋Ｑｐ２−Ｑｒ１＋Ｑｋ＋Ｑｆ＋Ｑｏ−Ｃ
Ｑ ：燃料残量
Ｑａ ：燃料総量
Ｑｐ ：供給ポンプの圧送量
Ｑｆ ：燃料タンク内燃料量
Ｑｏ ：オイルパン内燃料量
Ｑｐ１ ：潤滑ポンプ吐出量
Ｑｐ２ ：噴射ポンプ圧送量
Ｑｒ１ ：潤滑系リターン燃料量
Ｑｋ ：供給補正量
Ｃ ：潤滑燃料量
として算出する。従って、図２に示したフロー図は、ＥＣＵ２０が必要なデータを取得し、そのデータを用いた演算を行って燃料残量Ｑを算出する過程を示している。

まず、ステップＳ１０１で、ＥＣＵ２０は、燃料タンクレベルセンサ１７が検出した燃料タンク２内の燃料量Ｑｆと、オイルパンレベルセンサ１８が検出したオイルパン３内の燃料量Ｑｏとを取得する。次いで、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２で現在のエンジン１の運転状態、すなわち、回転数、水温、燃温、噴射量に関するデータをセンサ群１９から取得し、検出する。ＥＣＵ２０は、これらの運転状態に基づいて、現在の電動供給ポンプ６の吐出量Ｑｐを算出する（ステップＳ１０３）。電動供給ポンプ６の吐出量Ｑｐは、具体的には、以下のように算出する。

ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２で取得した回転数等のデータに基づいて潤滑ポンプ１０の吐出量Ｑｐ１及び噴射ポンプ１５の圧送量Ｑｐ２をそれぞれ算出し、これらを合算して、オイルタンク３からの燃料持ち出し量Ｑｐ１＋Ｑｐ２を算出する。次いで、算出した潤滑ポンプ１０の吐出量Ｑｐ１とセンサ群１９から取得したデータ（燃温、水温）とに基づいてオイルパン３への戻り量、すなわち潤滑系リターン燃料量Ｑｒ１を予測する。また、センサ群１９から取得したデータから電動供給ポンプ６によりオイルパン３に供給される供給補正量Ｑｋを算出する。
これらの数値が算出されたら、これらの数値に基づいて以下の数式により吐出量Ｑｐを算出する（ステップＳ１０３）。
Ｑｐ＝Ｑｐ１＋Ｑｐ２−Ｑｒ１＋Ｑｋ

また、ＥＣＵ２０は、このような吐出量Ｑｐの算出に次いで、潤滑燃料量Ｃを算出する（ステップＳ１０４）。潤滑燃料量Ｃはエンジン潤滑系７で必要となる潤滑材としての燃料量であるが、この潤滑燃料量Ｃはエンジンの運転状態等に応じた変数である。図３は、エンジン回転数と潤滑ポンプ吐出量Ｑｐ１及び潤滑燃料量Ｃとの関係を表したグラフである。図３に示すように潤滑ポンプ吐出量Ｑｐ１はエンジン回転数の上昇と共に増加している。このように潤滑ポンプ吐出量Ｑｐ１が増加しているということは、エンジン潤滑系７に多量の燃料が供給されている状態である。従って、エンジン回転数が高いほど潤滑剤としての燃料が既にエンジン潤滑系７に供給されているということであるから、燃料タンク２内の燃料量Ｑｆ、オイルタンク３内の燃料量Ｑｏ、電動供給ポンプ６の吐出量Ｑｐを合算して得られた燃料総量Ｑａは、そのまま用いることのできる値に近い値と判断することができる。すなわち、エンジン回転が高いほど、潤滑燃料量Ｃを加味した補正の必要がないこととなる。このため、潤滑燃料量Ｃは図３に示したようにエンジン回転数の上昇と共に減少し、高回転時に最小値（≒０）をとり、エンジン停止時に最大値をとる。ＥＣＵ２０はこのような傾向のマップをもっており、エンジン回転数に応じて潤滑燃料量Ｃを算出する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４で潤滑燃料量Ｃを算出したＥＣＵ２０は、ステップＳ１０５へ進み、燃料残量Ｑを算出する。なお、ステップＳ１０１で行った燃料量Ｑf、Ｑｏの検出、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３で行った電動供給ポンプ１０の吐出量Ｑｐの算出、ステップＳ１０４で行った潤滑燃料量Ｃの算出は、ステップＳ１０５の以前に完了していればよく、処理の順序が入れ替わったり、平行して行ったりしてもよい。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２０は、燃料残量Ｑを算出する。すなわち、
Ｑ＝Ｑｐ１＋Ｑｐ２−Ｑｒ１＋Ｑｋ＋Ｑｆ＋Ｑｏ−Ｃ
の演算を行う。
以上のステップを経ることにより、エンジン１の噴射系１２で利用することのできる燃料残量Ｑを算出することができる。このようにして算出した燃料残量Ｑは、ＦＵＥＬメータに反映させたり、走行可能距離の算出に利用されたりする。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
例えば、本発明の燃料残量検出装置を装着するエンジンの燃料経路野バリエーションは種々考えられるが、燃料残量検出装置の構成を適宜変更して燃料残量を算出することができる。要は、燃料流通システム内の燃料総量を算出し、潤滑に必要となる分の燃料を差し引いた量を燃料残量として算出する構成となっていればよい。

以上のような制御を行うことにより、オイルパン３内のオイルレベルを適正な位置に保つことができる。

実施例の燃料残量検出装置を組み込んだ軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの概略構成を示した説明図である。 実施例における燃料残量算出のフロー図である。 エンジン回転数と潤滑ポンプ吐出量Ｑｐ１及び潤滑燃料量Ｃとの関係を表したグラフである。 従来の燃料潤滑式ディーゼルエンジンの主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃料タンク
３ オイルパン
４ 燃料供給経路
５ セジメンタ
６ 電動供給ポンプ
７ エンジン潤滑系
８ 潤滑系燃料供給経路
９、１４ フィルタ
１０ 潤滑ポンプ
１１ 潤滑系燃料リターン経路
１２ 噴射系
１３ 噴射系燃料供給経路
１５ 噴射ポンプ
１６ 噴射系燃料リターン経路
１７ 燃料タンクレベルセンサ
１８ オイルパンレベルセンサ
１９ センサ群
２０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 軽油等の燃料を潤滑剤として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの燃料残量検出装置であって、
   燃料流通システム内の燃料総量Ｑａを算出する燃料総量算出手段と、
   エンジン潤滑系で必要となる潤滑燃料量Ｃを算出する必要潤滑燃料量算出手段と、
   前記燃料総量算出手段により算出した燃料総量Ｑａから前記必要潤滑燃料量算出手段により算出した潤滑燃料量Ｃを差し引いて噴射系に供給可能な燃料残量Ｑを算出する演算部と、
   を備えたことを特徴とする燃料残量検出装置。
2. 請求項１記載の燃料残量検出装置において、
   前記燃料総量算出手段は、
   燃料タンク内の燃料量Ｑｆを測定する燃料タンクレベルセンサと、
   供給ポンプが配置された燃料供給経路により前記燃料タンクと接続されるオイルタンク内の燃料量Ｑｏを測定するオイルタンクレベルセンサと、
   前記オイルタンクからエンジン潤滑系へ燃料を供給する潤滑系燃料供給経路に配置された潤滑ポンプの吐出量Ｑｐ１を算出する潤滑ポンプ吐出量算出手段と、
   前記オイルタンクから噴射系へ燃料を供給する噴射系燃料供給経路に配置した噴射ポンプの圧送量Ｑｐ２を算出する噴射ポンプ圧送量算出手段と、
   を含んでいることを特徴とする燃料残量検出装置。
3. 請求項２記載の燃料残量検出装置において、
   前記燃料総量算出手段は、
   エンジンの運転状態に応じた前記供給ポンプの燃料供給量の補正値である供給補正量Ｑｋを算出する供給補正量算出手段をさらに含んでいることを特徴とする燃料残量検出装置。
4. 請求項２又は３記載の燃料残量検出装置において、
   前記燃料総量算出手段は、
   前記潤滑系燃料供給経路に供給された後、潤滑系燃料リターン経路を通じてオイルパンへ戻される潤滑系リターン燃料量Ｑｒ１を算出する潤滑系リターン燃料量算出手段をさらに含んでいることを特徴とする燃料残量検出装置。
5. 軽油等の燃料を潤滑剤として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの燃料残量検出方法であって、
   燃料流通システム内の燃料総量Ｑａとエンジン潤滑系で必要となる潤滑燃料量Ｃとを算出し、前記燃料総量Ｑａから前記潤滑燃料量Ｃを差し引いて噴射系に供給可能な燃料残量Ｑを算出することを特徴とした燃料残量検出方法。
   

Images