JP5814776B2 - 気体燃料漏れ検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体燃料漏れ検出装置に関する。

従来から、車両の燃費性能及び環境保護性能を向上させる技術として、ガソリン等の液体燃料と圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料とを選択的に切替えて単一エンジンに供給するバイフューエルシステムが知られている。このバイフューエルシステムでは、気体燃料を使用する場合に、ガスタンクに充填された高圧の気体燃料をレギュレータによって所望の圧力まで減圧した後、気体燃料専用の気体燃料噴射弁に供給することが一般的である。

下記特許文献１には、ガスタンクからレギュレータに至る燃料供給経路からの気体燃料漏れを検出する技術として、車両の走行時に圧力センサの検出する気体燃料の単位時間当りの現在圧力変化量と予め設定した単位時間当りの基本圧力変化量との比が設定値以上である場合に気体燃料の漏れと判断する技術が開示されている。

特開平９−２４２６１４号公報

上記従来技術では、気体燃料漏れの判断に変化要因（例えば気体燃料噴射弁からの気体燃料噴射による圧力変化要因）を含めて単位時間当たりの漏れ判定の閾値を設定しているため、変化要因分を考慮した閾値設定ができず、漏れ検出精度が悪い。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、気体燃料の漏れ検出精度を向上可能な気体燃料漏れ検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、気体燃料漏れ検出装置に係る第１の解決手段として、気体燃料タンクから気体燃料噴射弁に至る気体燃料供給経路に介挿された減圧弁より高圧側の気体燃料漏れを検出する気体燃料漏れ検出装置であって、前記気体燃料噴射弁から噴射された気体燃料の積算量である燃料噴射積算量を算出する燃料噴射積算量算出手段と、前記燃料噴射積算量及び前記減圧弁より高圧側の気体燃料圧力に基づいて前記気体燃料漏れの有無を判定するための漏れ閾値を設定する漏れ閾値設定手段と、前記減圧弁より高圧側の気体燃料の圧力変化量を算出する圧力変化量算出手段と、前記圧力変化量が前記漏れ閾値より大きい場合に前記気体燃料漏れと判定する燃料漏れ判定手段とを備える、という手段を採用する。

また、本発明では、気体燃料漏れ検出装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記燃料噴射積算量算出手段は、前記気体燃料噴射弁による気体燃料噴射時間と、前記減圧弁より低圧側の気体燃料の圧力及び温度に基づいて前記燃料噴射積算量を算出する、という手段を採用する。

また、本発明では、気体燃料漏れ検出装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記漏れ閾値設定手段は、前記減圧弁より高圧側に介挿された遮断弁の開弁時には、前記燃料噴射積算量及び前記減圧弁より高圧側の気体燃料圧力に基づいて前記漏れ閾値を設定する一方、前記遮断弁の閉弁時には、予め定められた遮断弁閉弁時閾値を前記漏れ閾値として設定する、という手段を採用する。

本発明によれば、気体燃料噴射弁から噴射された気体燃料の積算量である燃料噴射積算量、つまり気体燃料噴射弁からの気体燃料噴射による圧力変化要因を考慮して気体燃料漏れの有無を判定するための漏れ閾値を設定するので、気体燃料の漏れ検出精度を向上させることが可能となる。

本実施形態に係る燃料噴射システムの概略構成図である。 ２ｎｄ−ＥＣＵ４がエンジン運転時に実施する気体燃料漏れ検出処理を表すフローチャートである。 高圧側燃圧と燃料噴射積算量に応じて設定される漏れ閾値を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料噴射システムＡの概略構成図である。この燃料噴射システムＡは、液体燃料（例えばガソリン）と気体燃料（例えば圧縮天然ガス）とを選択的に切替えて単一エンジン（図示省略）に供給するバイフューエルシステムであり、液体燃料供給系１と、気体燃料供給系２と、１ｓｔ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３と、２ｎｄ−ＥＣＵ４と、燃料切替スイッチ５とから構成されている。

液体燃料供給系１は、液体燃料タンク１１と、液体燃料供給パイプ１２と、液体燃料噴射弁１３とから構成されている。液体燃料タンク１１は、液体燃料として例えばガソリンを貯蔵する耐腐食性容器であり、液体燃料を吸い上げて液体燃料供給パイプ１２へ送出するポンプ及びレギュレータ（図示省略）などを内蔵している。

液体燃料供給パイプ１２は、液体燃料タンク１１から液体燃料噴射弁１３へ液体燃料を配送するための配管である。液体燃料噴射弁１３は、例えばエンジンの吸気ポートに向けて噴射口が露出するように吸気管に装着された電磁弁（例えばソレノイドバルブ等）であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力される液体燃料噴射弁駆動信号に応じて所定量の液体燃料を噴射する。

気体燃料供給系２は、気体燃料タンク２１と、高圧ガス供給パイプ２２と、第１遮断弁２３と、第２遮断弁２４と、レギュレータ２５と、低圧ガス供給パイプ２６と、気体燃料噴射弁２７と、高圧側燃圧センサ２８と、低圧側燃圧センサ２９と、低圧側燃温センサ３０とから構成されている。

気体燃料タンク２１は、気体燃料として例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が充填された高耐圧容器である。高圧ガス供給パイプ２２は、気体燃料タンク２１からレギュレータ２５へ高圧の気体燃料を配送するための高耐圧配管である。第１遮断弁２３は、高圧ガス供給パイプ２２の途中（気体燃料タンク２１に近い位置）に介挿された電磁弁であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力される第１遮断弁駆動信号に応じて開弁或いは閉弁する。

第２遮断弁２４は、高圧ガス供給パイプ２２の途中（レギュレータ２５に近い位置）に介挿された電磁弁であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力される第２遮断弁駆動信号に応じて開弁或いは閉弁する。なお、この第２遮断弁２４は、レギュレータ２５に対して一体的に組み込まれている場合もある。レギュレータ２５は、第２遮断弁２４の下流側に配置された減圧弁であり、第１遮断弁２３及び第２遮断弁２４の開弁時に気体燃料タンク２１から供給される高圧の気体燃料を所望の圧力まで減圧して低圧ガス供給パイプ２６へ送出する。

低圧ガス供給パイプ２６は、レギュレータ２５から気体燃料噴射弁２７へ低圧の気体燃料を配送するための低耐圧配管である。気体燃料噴射弁２７は、例えばエンジンの吸気ポートに向けて噴射口が露出するように吸気管に装着された電磁弁であり、２ｎｄ−ＥＣＵ４から入力される気体燃料噴射弁駆動信号に応じて所定量の気体燃料を噴射する。このように、高圧ガス供給パイプ２２及び低圧ガス供給パイプ２６は、気体燃料タンク２１から気体燃料噴射弁２７に至る気体燃料供給経路に相当する。

高圧側燃圧センサ２８は、レギュレータ２５より高圧側（上流側）、つまり高圧ガス供給パイプ２２の内部圧力（高圧側燃圧）を検出し、その検出結果を示す高圧側燃圧信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。低圧側燃圧センサ２９は、レギュレータ２５よる低圧側（下流側）、つまり低圧ガス供給パイプ２６の内部圧力（低圧側燃圧）を検出し、その検出結果を示す低圧側燃圧信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。低圧側燃温センサ３０は、低圧ガス供給パイプ２６の内部温度（低圧側燃温）を検出し、その検出結果を示す低圧側燃温信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。

１ｓｔ−ＥＣＵ３は、エンジン状態を検出する各種センサ（図示省略）から入力される各種センサ信号に基づいて液体燃料噴射量を算出し、その算出結果に応じたパルス幅を有するパルス信号（液体燃料噴射弁駆動信号）を、燃料噴射タイミングに合わせて２ｎｄ−ＥＣＵ４へ出力する。なお、１ｓｔ−ＥＣＵ３に入力される各種センサ信号には、少なくとも、クランク軸が一定角度回転する時間を１周期とするクランクパルス信号、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に到達する時間を１周期とするＴＤＣパルス信号、吸気温度を示す吸気温信号、吸気圧力を示す吸気圧信号、冷却水温を示す冷却水温信号などが含まれている。

１ｓｔ−ＥＣＵ３は、クランクパルス信号からエンジン回転数を算出し、エンジン回転数及び吸気温度（冷却水温でも良い）を基に液体燃料噴射量を算出し、さらに液体燃料噴射量から燃料噴射タイミング（液体燃料を噴射すべきクランク軸角度）を算出する。なお、これら液体燃料噴射量及び燃料噴射タイミングの算出手法は従来と同様であるので、詳細な説明は省略する。

２ｎｄ−ＥＣＵ４は、高圧側燃圧センサ２８から入力される高圧側燃圧信号と、低圧側燃圧センサ２９から入力される低圧側燃圧信号と、低圧側燃温センサ３０から入力される低圧側燃温信号と、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力される液体燃料噴射弁駆動信号と、燃料切替スイッチ５から入力される燃料切替信号とに基づいて、液体燃料噴射弁１３、気体燃料噴射弁２７、第１遮断弁２３及び第２遮断弁２４を制御する。

具体的には、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、燃料切替スイッチ５から入力される燃料切替信号を基にユーザによる液体燃料への切替操作を検知した場合、液体燃料噴射モードとなり、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力される液体燃料噴射弁駆動信号をそのまま液体燃料噴射弁１３へ出力する。

また、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、燃料切替スイッチ５から入力される燃料切替信号を基にユーザによる気体燃料への切替操作を検知した場合、気体燃料噴射モードとなり、第１遮断弁２３及び第２遮断弁２４を開弁させて気体燃料タンク２１から気体燃料噴射弁２７への気体燃料の供給を開始すると共に、１ｓｔ−ＥＣＵ３から入力される液体燃料噴射弁駆動信号のパルス幅を低圧側燃圧及び低圧側燃温に基づいて補正することにより、気体燃料に適したパルス幅を有するパルス信号（気体燃料噴射弁駆動信号）を生成して気体燃料噴射弁２７へ出力する。

さらに、この２ｎｄ−ＥＣＵ４は、レギュレータ２５より高圧側の気体燃料漏れを検出する気体燃料漏れ検出装置としての役割を担っている。具体的には、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、気体燃料漏れを検出するための機能として、燃料噴射積算量算出部４ａ（燃料噴射積算量算出手段）、漏れ閾値設定部４ｂ（漏れ閾値設定手段）、圧力変化量算出部４ｃ（圧力変化量算出手段）及び燃料漏れ判定部４ｄ（燃料漏れ判定手段）を備えている。

燃料噴射積算量算出部４ａは、気体燃料噴射弁２７から噴射された気体燃料の積算量である燃料噴射積算量を算出する。漏れ閾値設定部４ｂは、燃料噴射積算量及びレギュレータ２５より高圧側の気体燃料圧力（高圧側燃圧）に基づいて気体燃料漏れの有無を判定するための漏れ閾値を設定する。圧力変化量算出部４ｃは、レギュレータ２５より高圧側の気体燃料の圧力変化量を算出する。燃料漏れ判定部４ｄは、圧力変化量が漏れ閾値より大きい場合に気体燃料漏れと判定する。なお、これら気体燃料漏れを検出するための機能は、２ｎｄ−ＥＣＵ４に内蔵されたマイクロプロセッサが所定のプログラムを実行することで実現されるソフトウェア的な機能である。

燃料切替スイッチ５は、ユーザの手動操作によって燃料の切替えを可能とするスイッチであり、そのスイッチの状態、つまりユーザによってエンジンで使用する燃料が液体燃料に切替えられたのか、或いは気体燃料に切替えられたのかを示す燃料切替信号を２ｎｄ−ＥＣＵ４に出力する。

以下では、上記のように構成された燃料噴射システムＡの動作、特に本実施形態の特徴である２ｎｄ−ＥＣＵ４による気体燃料漏れ検出動作について詳細に説明する。
図２は、２ｎｄ−ＥＣＵ４がエンジン運転時に実施する気体燃料漏れ検出処理を表すフローチャートである。なお、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、エンジン運転中において図２に示す気体燃料漏れ検出処理を一定周期で繰り返し実施するものである。

この図２に示すように、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、気体燃料漏れ検出処理を開始すると、まず、現在の燃料噴射モードが気体燃料噴射モードか否かを判定し（ステップＳ１）、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ２の処理へ移行する一方、「Ｎｏ」の場合にはステップＳ４の処理に移行する。

上記ステップＳ１にて「Ｙｅｓ」の場合、つまり気体燃料噴射モードであって第１遮断弁２３及び第２遮断弁２４が開弁している場合、２ｎｄ−ＥＣＵ４（燃料噴射積算量算出部４ａ）は、気体燃料噴射弁２７から噴射された気体燃料の積算量である燃料噴射積算量を算出する（ステップＳ２）。具体的には、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、低圧側燃圧センサ２９から入力される低圧側燃圧信号と、低圧側燃温センサ３０から入力される低圧側燃温信号とを基に低圧側燃圧及び低圧側燃温の今回値（現在値）を把握し、これら低圧側燃圧及び低圧側燃温の今回値と、気体燃料噴射弁２７による気体燃料噴射時間に基づいて燃料噴射積算量を算出する。

続いて、２ｎｄ−ＥＣＵ４（漏れ閾値設定部４ｂ）は、高圧側燃圧センサ２８から入力される高圧側燃圧信号を基に高圧側燃圧の今回値を把握し、この高圧側燃圧の今回値と上記ステップＳ２にて算出した燃料噴射積算量に基づいて気体燃料漏れの有無を判定するための漏れ閾値を設定する（ステップＳ３）。具体的には、２ｎｄ−ＥＣＵ４には、予め実験等により求められた、高圧側燃圧と燃料噴射積算量と漏れ閾値との対応関係を示す３次元マップデータが設定されており、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、高圧側燃圧の今回値と今回算出した燃料噴射積算量に対応する漏れ閾値を上記の３次元マップデータから取得する。

図３は、高圧側燃圧と燃料噴射積算量に応じて設定される漏れ閾値を示す図である。図３に示すように、第１遮断弁２３及び第２遮断弁２４の開弁時（気体燃料噴射モード時）には、燃料噴射積算量が時間の経過に伴って増加するので、この燃料噴射積算量、つまり気体燃料噴射弁２７からの気体燃料噴射による圧力変化要因を考慮して気体燃料漏れの有無を判定するための漏れ閾値を設定することにより、気体燃料の漏れ検出精度を向上させることができる。なお、本実施形態により設定した漏れ閾値は、従来の漏れ閾値より燃料噴射積算量分だけ大きくなる。

一方、上記ステップＳ１にて「Ｎｏ」の場合、つまり液体燃料噴射モードであって第１遮断弁２３及び第２遮断弁２４が閉弁している場合、２ｎｄ−ＥＣＵ４（漏れ閾値設定部４ｂ）は、予め定められた遮断弁閉弁時閾値を漏れ閾値として設定する（ステップＳ４）。このように、第１遮断弁２３及び第２遮断弁２４の閉弁時（液体燃料噴射モード時）には、気体燃料噴射弁２７からの気体燃料噴射が実施されないので、気体燃料噴射による圧力変化要因を考慮して漏れ閾値を設定する必要はなく、漏れ閾値は燃料噴射積算量に拘らず固定値（遮断弁閉弁時閾値）で良い。

続いて、２ｎｄ−ＥＣＵ４（圧力変化量算出部４ｃ）は、上記ステップＳ３或いはステップＳ４の終了後、レギュレータ２５より高圧側の気体燃料の圧力変化量を算出する（ステップＳ５）。具体的には、２ｎｄ−ＥＣＵ４は、高圧側燃圧の今回値（今回の気体燃料漏れ検出処理の実行時に把握した高圧側燃圧）と前回値（前回の気体燃料漏れ検出処理の実行時に把握した高圧側燃圧）との差分を圧力変化量として算出する。

そして、２ｎｄ−ＥＣＵ４（燃料漏れ判定部４ｄ）は、上記ステップＳ５にて算出した圧力変化量が、上記ステップＳ３或いはＳ４にて設定した漏れ閾値より大きいか否かを判定し（ステップＳ６）、「Ｎｏ」の場合にはそのまま今回の気体燃料漏れ検出処理を終了する一方、「Ｙｅｓ」の場合にはレギュレータ２５より高圧側に気体燃料漏れが発生したと判定して今回の気体燃料漏れ検出処理を終了する（ステップＳ７）。

以上のように、本実施形態によれば、気体燃料噴射弁２７から噴射された気体燃料の積算量である燃料噴射積算量、つまり気体燃料噴射弁２７からの気体燃料噴射による圧力変化要因を考慮して気体燃料漏れの有無を判定するための漏れ閾値を設定するので、気体燃料の漏れ検出精度を向上させることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、高圧側燃圧と燃料噴射積算量と漏れ閾値との対応関係を示す３次元マップデータを用いて、第１遮断弁２３及び第２遮断弁２４の開弁時の漏れ閾値を設定する場合を例示したが、例えば高圧側燃圧と燃料噴射積算量を変数とする演算式を用いて漏れ閾値を算出するようにしても良い。

（２）上記実施形態では、燃料噴射システムＡとしてバイフューエルシステムを例示して説明したが、気体燃料のみを単一エンジンに供給するモノフューエルシステムにおける気体燃料漏れの検出にも本発明を適用することができる。

Ａ…燃料噴射システム、１…液体燃料供給系、２…気体燃料供給系、３…１ｓｔ−ＥＣＵ、４…２ｎｄ−ＥＣＵ（気体燃料漏れ検出装置）、５…燃料切替スイッチ、２１…気体燃料タンク、２３…第１遮断弁、２４…第２遮断弁、２５…レギュレータ（減圧弁）、２７…気体燃料噴射弁、４ａ…燃料噴射積算量算出部（燃料噴射積算量算出手段）、４ｂ…漏れ閾値設定部（漏れ閾値設定手段）、４ｃ…圧力変化量算出部（圧力変化量算出手段）、４ｄ…燃料漏れ判定部（燃料漏れ判定手段）

Claims (3)

1. 気体燃料タンクから気体燃料噴射弁に至る気体燃料供給経路に介挿された減圧弁より高圧側の気体燃料漏れを検出する気体燃料漏れ検出装置であって、
   前記気体燃料噴射弁から噴射された気体燃料の積算量である燃料噴射積算量を算出する燃料噴射積算量算出手段と、
   前記燃料噴射積算量及び前記減圧弁より高圧側の気体燃料圧力に基づいて前記気体燃料漏れの有無を判定するための漏れ閾値を設定する漏れ閾値設定手段と、
   前記減圧弁より高圧側の気体燃料の圧力変化量を算出する圧力変化量算出手段と、
   前記圧力変化量が前記漏れ閾値より大きい場合に前記気体燃料漏れと判定する燃料漏れ判定手段と、
   を備えることを特徴とする気体燃料漏れ検出装置。
2. 前記燃料噴射積算量算出手段は、前記気体燃料噴射弁による気体燃料噴射時間と、前記減圧弁より低圧側の気体燃料の圧力及び温度に基づいて前記燃料噴射積算量を算出することを特徴とする請求項１に記載の気体燃料漏れ検出装置。
3. 前記漏れ閾値設定手段は、前記減圧弁より高圧側に介挿された遮断弁の開弁時には、前記燃料噴射積算量及び前記減圧弁より高圧側の気体燃料圧力に基づいて前記漏れ閾値を設定する一方、前記遮断弁の閉弁時には、予め定められた遮断弁閉弁時閾値を前記漏れ閾値として設定することを特徴とする請求項１または２に記載の気体燃料漏れ検出装置。

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