JP6010380B2 - 燃費算定システム - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジンにより発電機を駆動し、電力を賄う方式のディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定する燃費算定システムに関する。
列型噴射ポンプによって燃料を気筒に噴射するディーゼルエンジンにおいて、エンジンの燃費(燃料消費量)を算定する場合には、コントロールラックの位置検出を通じて、燃料消費量を算定することが可能である。
上記のようなディーゼルエンジンの燃費算定システムとしては、例えば、特許文献1(特開2001−164981号公報)には、コントロールラックの位置検出から燃料消費
量を算定して表示する燃料消費量表示装置が開示されている。
特開2001−164981号公報
従来、燃料の噴射量を大きく左右する噴射ポンプ中の燃料圧力は、エンジン回転数が高回転域とならないと、高圧が得られないため、低回転域ではコントロールラックの位置から、燃料の噴射量を算定しようとすると、誤差が非常に大きくなってしまい、結局、正確に燃費を算定することができない、という問題があった。
なお、燃費を算出するために、燃料配管に燃料流量計を取り付けて実際の燃料の流量を測定して燃料の消費量を求める方法もあるが、このような方法によれば、燃料流量計を取り付けるスペースが必要となり、エンジンが大型化したり、燃料流量計分がコスト高の要因となったり、燃料配管からの燃料漏れのリスクが増大したり、するといった問題がある。
上記問題を解決するために、請求項1に係る発明は、発電機を駆動するために利用され、直接的に車両の走行のための駆動源とならない、1回転当りS気筒噴射するコモンレール式ディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンにより駆動される発電機と、前記ディーゼルエンジンの気筒に燃料を噴射するインジェクタと、前記ディーゼルエンジンの回転数を検出する回転センサと、前記インジェクタから噴射する燃料の噴射量と噴射タイミングを制御することで、前記ディーゼルエンジンを、前記ディーゼルエンジンの回転数と軸出力の特性曲線における、離散的で限定された特定の動作ポイントで利用するエンジン制御部と、を含むディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定する燃費算定システムであって、前記エンジン制御部からデータを取得するデータ取得部と、前記ディーゼルエンジンを利用する動作ポイントに対応する燃費補正係数(fk)を記憶するテーブルと、時間を計測する計時部と、前記データ取得部で取得されたデータと、前記計時部で計測される時間と、前記テーブルに記憶される係数と、に基づいて演算を行うことで、ディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定する演算部と、前記演算部における算定結果を出力する出力部と、を有し、実際の噴射量と、制御に基づく噴射量との間の補正を行うために、動作ポイントに対応する燃費補正係数(fk)は、実車両に一時的に設置した流量計による燃料消費量と、燃料の噴射量と回転数から求めた燃料消費量との差異から実測することで算出したことを特徴とする。
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の燃費算定システムにおいて、前記データ取得部から前記インジェクタから噴射した噴射量に係る噴射量データ(Qfe)と、前記回転センサで検出される前記ディーゼルエンジンの回転数に係る回転数データ(Ne)を取得し、前記演算部で、瞬時燃費QLhをQLh=(S×Qfe)×(Ne×60)×10―6(ただし、Sは1回転当り、噴射する気筒数)により演算し、さらに、前記テーブ
ルを参照し、動作ポイントに対応する燃費補正係数(fk)を取得し、これに基づいて補
正瞬時燃費QLh’をQLh’=QLh×fkにより演算し、さらに、1秒間当たりの燃料
消費量QLnをQLn=QLh’÷3600により演算し、前記計時部を参照し累積燃費を
、1秒間当りのQLnをtn秒分加算していく事でQL=QL1+QL2+QL3+QL4
・・・・・により演算し、ディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定することを特徴とする。
本発明に係る燃費算定システムは、燃料の圧力を所定値以上に保持するコモンレール式のディーゼルエンジンで燃費の算定を行うこと、及び、ディーゼルエンジンは、ディーゼルエンジンの回転数と軸出力の特性曲線における特定の動作ポイントで利用すること、及び、ディーゼルエンジンを利用する動作ポイントに対応する燃費補正係数に基づいて燃費を算定することにより、高い精度でディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定することが可能となると共に、燃料流量計を用いないことにより、エンジンが大型化したり、燃料流量計分がコスト高の要因となったり、燃料配管からの燃料漏れのリスクが増大したり、するといった問題が解消する。
本発明の実施形態に係る燃費算定システム270が搭載されるディーゼルハイブリッド車両のブロック図である。 本発明の実施形態に係るディーゼルエンジン200周辺の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係るディーゼルエンジン200の回転数と軸出力の特性曲線とディーゼルエンジン200の動作ポイントを示す図である。 本発明の実施形態に係る燃費算定システム270が参照するデータテーブルのデータ構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る燃費算定システム270に基づく燃費算定処理のフローチャートの一例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係る燃費算定システムが搭載されるディーゼルハイブリッド車両のブロック図である。図1は、ディーゼルハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。
ディーゼルハイブリッド車両システムは、鉄道車両用のディーゼルハイブリッドシステムであり、ディーゼルエンジン200と、ディーゼルエンジン200と、ディーゼルエンジン200により駆動される発電機300と、直流電力を充放電する蓄電池(電力貯蔵装置)700と、発電機300が発電した交流電力を直流電力に変換し、蓄電池700が放電した直流電力を交流電力に変換するコンバータ400と、コンバータ400または蓄電池700から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ600に供給するインバータ500と、インバータ500を制御するインバータ制御装置550と、コンバータ400を制御するコンバータ制御装置450と、ディーゼルエンジン200を制御するエンジン制御装置250と、運転台からの指令により、インバータ制御装置550、コンバータ制御装置450、エンジン制御装置250に対して各種指令を出力するシステム制御装置100と、を備えている。
本実施形態に係る燃費算定システム270は、エンジン制御装置250から取得されるディーゼルエンジン200の制御情報や、ディーゼルエンジン200に設けられているセンサからのエンジンの状態情報を取得することで、ディーゼルエンジン200の燃料消費量(燃費)を算定する。燃費算定システム270で算定されたエンジンの燃費に係るデータは、例えば運転台などに設けられている表示部280に転送され、表示されることで、
運転士などにこれを報知することができるようになっている。
つぎに、ディーゼルハイブリッド車両の基本的な動作例について説明する。
システム制御装置100は、運転台から力行指令が入力されると、インバータ制御装置550にモータ駆動指令を出力する。インバータ制御装置550は、インバータ500を動作させ、モータ600に供給される交流電力の電圧振幅および周波数を制御する。インバータ500は、蓄電池700から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ600に供給する。モータ600が駆動されることにより、車両が起動して力行を開始する。なお、この起動時には、ディーゼルエンジン200の出力は停止している。
車両の速度が一定速度(たとえば、時速20km)に達すると、システム制御装置100は、コンバータ制御装置450に発電機駆動指令を出力し、エンジン制御装置250にエンジン始動指令を出力する。コンバータ制御装置450は、コンバータ400をインバータとして動作させ、発電機300に供給する交流電力の電圧振幅および周波数を制御する。コンバータ400がインバータとして動作し、蓄電池700から供給される直流電力を交流電力に変換して発電機300に供給することにより、発電機300は、モータとして動作し、エンジン制御装置250は、ディーゼルエンジン200を始動させる。
ディーゼルエンジン200が始動すると、発電機300は、本来の発電機としての動作に切り替わる。ディーゼルエンジン200が始動し、発電機300が発電した交流電力は車両が力行するのに必要な出力となると、コンバータ400にて直流電力に変換され、インバータ500に供給される。このとき、蓄電池700から放電されていた直流電力は減少して行き、蓄電池電流は流れなくなる。
車両の速度が所定の速度に到達すると、運転台からシステム制御装置100に出力していた力行指令がOFFされる。システム制御装置100は、インバータ制御装置550に力行停止の指令を出力し、インバータ制御装置550は、インバータ500を停止させる。このとき、車両は惰行状態となる。
惰行時には、車両の空調装置や照明等で消費する電力は、補助電源装置(図示せず)から供給される。なお、補助電源装置には、発電機300が発電した交流電力がコンバータ400により直流電力に変換されて供給される。このため、蓄電池700からの直流電力の供給は行われず、蓄電池電流は流れない。
その後、運転台からシステム制御装置100にブレーキ指令が入力されると、システム制御装置100は、エンジン制御装置250、コンバータ制御装置450に停止指令を出力すると共に、インバータ制御装置550に回生指令を出力する。エンジン制御装置250は、ディーゼルエンジン200を停止させ、コンバータ制御装置450は、コンバータ400を停止させる。インバータ制御装置550がインバータをコンバータとして動作させることにより、モータ600は、発電機として動作し、インバータ500は、モータ600から回生された交流電力を直流電力に変換するコンバータとして動作し、蓄電池700を充電する。すなわち、蓄電池700には充電電流(負の蓄電池電流)が流れる。
概略、以上のように動作するディーゼルハイブリッド車両システムにおけるディーゼルエンジン200の燃費に関連する技術の概要について、図2を参照して説明する。図2は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジン200周辺の構成を模式的に示す図である。図2においては、気筒数が6であるディーゼルエンジン200の例に基づいて説明するが、一般化を行う場合では、1回転当りS気筒噴射するディーゼルエンジンで説明を行う。すなわち、図2ではS=3である場合を例示している。
ディーゼルエンジン200には、フューエルサプライポンプ210で高圧化され、コモンレール220に一旦蓄圧された燃料が、インジェクタ230から所定のタイミングで各気筒に直接噴射される。ディーゼルエンジン200は、インジェクタ230から噴射された燃料を圧縮着火させて車両の動力を発生させる。
コモンレール220内部の燃料の圧力は圧力センサ225によって検出され、圧力検出信号としてエンジン制御装置250に入力されるようになっている。また、エンジン制御装置250は、入力された圧力検出信号に基づいてフューエルサプライポンプ210に対して、燃料噴射圧制御信号を送信することで、コモンレール220内の燃料の圧力を所定値以上に保持する。
上記のようにコモンレール220を用いたディーゼルエンジン200においては、インジェクタ230から噴射される燃料の圧力は、エンジンの回転数に依存する事がないので、燃料の噴射量の算定を精度高く行うことができる。
各インジェクタ230に対しては、エンジン制御装置250から燃料噴射量(Qfe)制御信号が入力され、当該信号に基づいて、電磁弁(不図示)によってノズルニードルバルブ(不図示)の開閉を制御することで、各気筒に燃料が噴射される。
燃料噴射量(記号Qfe 単位mm3/st)は、ディーゼルエンジン1気筒が、燃料サイクル1回当たりに、インジェクタ230が燃料を噴射する量であり、単位は1ストローク当たりの容積として、表現される。
このように、燃料の圧力を所定値以上に保持するコモンレール式のディーゼルエンジン200で燃費の算定を行うことも1つの要因となり、本発明の燃費算定システム270は
高い精度でディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定することが可能となる。
ディーゼルエンジン200には、回転センサ240が設けられており、この回転センサ240によってエンジンの回転数が検出されるようになっている。回転センサ240で検出されるエンジン回転数(Ne)はエンジン制御装置250に入力されるようになっている。
ところで、本実施形態に係るディーゼルエンジン200においては、エンジン制御装置250は、ディーゼルエンジン200の回転数と軸出力の特性曲線における特定の動作ポイントでしかディーゼルエンジン200を利用しないように構成されている。
これまで説明したように、本実施形態に係るディーゼルエンジン200は、ディーゼルハイブリッド車両に搭載されるものであり、発電機300を駆動する目的で利用され、直接的に車両の走行のための駆動源となるわけではないので、ディーゼルエンジン200を利用する動作ポイントとしては、離散的で限定されたものとなる。
図3は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジン200の回転数と軸出力の特性曲線とディーゼルエンジン200の動作ポイントを示す図である。図4に示すように、ディーゼルエンジン200の動作ポイントとしては、本実施形態では、エンジンの停止状態も含めて以下の7つある。
(1)エンジン回転数(Ne)が0rpmであり軸出力が0kWである、負荷が無いときの動作ポイント。
(2)エンジン回転数(Ne)が650rpmであり、負荷が無いときの動作ポイント(ローアイドル時)。
(3)エンジン回転数(Ne)が650rpmであり軸出力が10kWである動作ポイント(ローアイドル発電時)。
(4)エンジン回転数(Ne)が800rpmであり軸出力が55kWである動作ポイント(アイドルアップ発電時)。
(5)エンジン回転数(Ne)が1460rpmであり軸出力が180kWである動作ポイント(1N(ノッチ)発電時)。
(6)エンジン回転数(Ne)が1625rpmであり軸出力が260kWである動作ポイント(2N(ノッチ)発電時)。
(7)エンジン回転数(Ne)が1670rpmであり軸出力が300kWである動作ポイント(3N(ノッチ)発電時)。
上記のように、本発明に係る燃費算定システム270は、ディーゼルエンジン200は、ディーゼルエンジン200の回転数と軸出力の特性曲線における特定の動作ポイントで利用されるものであることも1つの要因となり、本発明の燃費算定システム270は高い
精度でディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定することが可能となる。
燃費算定システム270のデータ取得部271は、エンジン制御装置250から、インジェクタ230による燃料の噴射量に係るデータ(Qfe)、ディーゼルエンジン200の回転数に係るデータ(Ne)を取得するようになっている。
燃費算定システム270の演算部272は、マイクロコンピュータなどの情報処理部である。また、記憶部273は、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、読み書き可能な不揮発性メモリなどであり、演算部272は、記憶部273に記憶されている、燃費算定に係るプログラムやデータテーブルを参照して、情報処理を実行する。
計時部274は、クロックなどの時刻を計測する回路部であり、この計時部274で計時された時刻や時間は演算部272に入力される。また、演算部272で、算定されたディーゼルエンジン200の燃費は、出力部275から表示部280に送信されるようになっている。
表示部280では、出力部275から入力されたディーゼルエンジン200の燃費を表示し、運転士などにこれを報知するようになっている。
以上のように構成される燃費算定システム270において、特に、記憶部273には、燃費算定システム270が参照する、燃費補正係数fkが記憶されているデータテーブルが保持されている。
図4は本発明の実施形態に係る燃費算定システム270が参照するデータテーブルのデータ構成例を示す図である。
本発明の実施形態に係る燃費算定システム270では、燃料の圧力を所定値以上に保持するコモンレール220を用いたディーゼルエンジン200の燃費を算定するものであり、インジェクタ230に対する燃料噴射量(Qfe)制御信号に基づいて、各気筒に噴射される燃料を積算することで、ある程度は正確な燃費を算定することが可能ではある。しかしながら、特にエンジンの回転数が低いときには、制御信号に基づく噴射量と、実際の噴射量との間でかなりの誤差が発生してしまう。
そこで、本発明の実施形態に係る燃費算定システム270では、エンジンの回転数(Ne)の帯域に応じて、すなわち、ディーゼルエンジン200の動作ポイントに応じて、制御信号に基づく噴射量と、実際の噴射量との間の補正を行うために用いる、燃費補正係数
(fk)を予めデータテーブルに記憶し、燃費算定の際に参照する。
図4は、ディーゼルエンジン200を利用する動作ポイントに対応する燃費補正係数(fk)を記憶するデータテーブルのデータ構成例を示す図である。本実施形態に係る燃費算定システム270においては、ディーゼルエンジン200の動作ポイント(2)、(3)ではfk=(a)であり、動作ポイント(4)ではfk=(b)であり、動作ポイント(5)ではfk=(c)であり、動作ポイント(6)、(7)ではfk=(d)である。
上記のように、ディーゼルエンジン200を利用する動作ポイントに対応する燃費補正係数(fk)に基づいて燃費を算定することも1つの要因となり、本発明の燃費算定シス
テム270は高い精度でディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定することが可能となる。
動作ポイントに対応する燃費補正係数(fk)は実車両に一時的に設置した流量計の燃料消費量と、前記の燃料噴射量(Qfe)とエンジン回転数(Ne)から求めた燃料消費量の差異から実測し算出した。
以上のように構成される燃費算定システム270における燃費算定処理を説明する。図5は本発明の実施形態に係る燃費算定システム270に基づく燃費算定処理のフローチャートの一例を示す図である。このようなフローチャートは演算部272において実行されるものである。
図5において、ステップS100で処理が開始されると、続いてステップS101に進み、エンジン制御装置250から、噴射量データ(Qfe)、回転数データ(Ne)を取得する。
ステップS102では、エンジン制御装置250から取得された回転数データ(Ne)と、記憶部273に記憶されているデータテーブルに基づいて、動作ポイントに対応した燃費補正係数fkを取得する。
続く、ステップS103では、計時部274で計時(計測)を開始する。
ステップS104においては、瞬時燃費QLhを下式(1)によって演算する。
QLh=(S×Qfe)×(Ne×60)×10―6 (1)
ここで、瞬時燃費:(記号QLh 単位L/h)は、瞬時の状態が1時間連続したとし
て計算される燃料消費量である。Sは1回転当り、噴射する気筒数である。
なお、6気筒のディーゼルエンジンの場合、不図示のクランク軸1回転あたり3気筒に噴射するので、瞬時燃費は下式(2)によって演算することができる。
QLh=(3×Qfe)×(Ne×60)×10―6=1.8×10―4×Qfe×Ne
(2)
ステップS105では、補正瞬時燃費QLh’を下式(3)によって演算する。
QLh’=QLh×fk (3)
式(3)においては、エンジン回転数に応じた燃費補正係数(fk)を、予め記憶したデータテーブルの燃費補正係数(fk)より代入して演算する。
続く、ステップS106では補正瞬時燃費QLh’の1秒間当たりの燃料消費量を下式(4)によって算出する。
QLn=QLh×fk÷3600 (4)
ステップS108では、下式(5)によって、計時部274で計時した時間tn秒分の累積燃費を、1秒間当たりの燃料消費量QLnをtn秒分加算していく事で演算する。
QL=QL1+QL2+QL3+QL4・・・・・・ (5)
ステップS107では、出力部275から累積燃費QLに係るデータを出力し、表示部280に表示させる。
ステップS109で、燃費計測中にエンジン運転終了したとしても、ステップS110のリセット信号がこない限り、累積燃費QLデータは保持しエンジン稼動後、累積燃費は再度加算していく。ステップS110で、リセット信号を感知した際には、ステップS111で累積燃費QLをゼロリセットし、再度演算を開始する。
以上のような本発明に係る燃費算定システム270は、燃料の圧力を所定値以上に保持するコモンレール式のディーゼルエンジン200で燃費の算定を行うこと、及び、ディーゼルエンジン200は、ディーゼルエンジン200の回転数と軸出力の特性曲線における特定の動作ポイントで利用すること、及び、ディーゼルエンジン200を利用する動作ポイントに対応する燃費補正係数に基づいて燃費を算定することにより、高い精度でディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定することが可能となると共に、燃料流量計を用いないことにより、エンジンが大型化したり、燃料流量計分がコスト高の要因となったり、燃料配管からの燃料漏れのリスクが増大したり、するといった問題が解消する。
100・・・システム制御装置
200・・・ディーゼルエンジン
210・・・フューエルサプライポンプ
220・・・コモンレール
225・・・圧力センサ
230・・・インジェクタ
240・・・回転センサ
250・・・エンジン制御装置
270・・・燃費算定システム
271・・・データ取得部
272・・・演算部
273・・・記憶部(データテーブル)
274・・・計時部
275・・・出力部
280・・・表示部
300・・・発電機
400・・・コンバータ
450・・・コンバータ制御装置
500・・・インバータ
550・・・インバータ制御装置
600・・・モータ
700・・・蓄電池

Claims (2)

  1. 発電機を駆動するために利用され、直接的に車両の走行のための駆動源とならない、1回転当りS気筒噴射するコモンレール式ディーゼルエンジンと、
    前記ディーゼルエンジンにより駆動される発電機と、
    前記ディーゼルエンジンの気筒に燃料を噴射するインジェクタと、
    前記ディーゼルエンジンの回転数を検出する回転センサと、
    前記インジェクタから噴射する燃料の噴射量と噴射タイミングを制御することで、
    前記ディーゼルエンジンを、前記ディーゼルエンジンの回転数と軸出力の特性曲線における、離散的で限定された特定の動作ポイントで利用するエンジン制御部と、を含むディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定する燃費算定システムであって、
    前記エンジン制御部からデータを取得するデータ取得部と、
    前記ディーゼルエンジンを利用する動作ポイントに対応する燃費補正係数(fk)を記憶するテーブルと、
    時間を計測する計時部と、
    前記データ取得部で取得されたデータと、前記計時部で計測される時間と、前記テーブルに記憶される係数と、に基づいて演算を行うことで、ディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定する演算部と、
    前記演算部における算定結果を出力する出力部と、を有し、
    実際の噴射量と、制御に基づく噴射量との間の補正を行うために、動作ポイントに対応する燃費補正係数(fk)は、実車両に一時的に設置した流量計による燃料消費量と、燃料の噴射量と回転数から求めた燃料消費量との差異から実測することで算出したことを特徴とする燃費算定システム。
  2. 前記データ取得部から
    前記インジェクタから噴射した噴射量に係る噴射量データ(Qfe)と、
    前記回転センサで検出される前記ディーゼルエンジンの回転数に係る回転数データ(Ne)を取得し、
    前記演算部で、瞬時燃費QLhを
    QLh=(S×Qfe)×(Ne×60)×10―6
    (ただし、Sは1回転当り、噴射する気筒数)
    により演算し、
    さらに、前記テーブルを参照し、動作ポイントに対応する燃費補正係数(fk)を取得し、これに基づいて補正瞬時燃費QLh’を
    QLh’=QLh×fk
    により演算し、
    さらに、1秒間当たりの燃料消費量QLnを
    QLn=QLh’÷3600
    により演算し、
    前記計時部を参照し累積燃費を、1秒間当りのQLnをtn秒分加算していく事で
    QL=QL1+QL2+QL3+QL4・・・・・・
    により演算し、ディーゼルハイブリッド車両の燃費を算定することを特徴とする請求項1に記載の燃費算定システム。
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