JPWO2012073356A1 - バイフィーエルエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

ＣＮＧ ＥＣＵ（２０）は、通常は、低圧側圧力センサー（１０）の検出する低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が閾値ＰＨよりも高い状態が規定時間以上継続することをもって異常有りと判定して、低圧ラインの高圧異常の診断を行う。ただし、ＣＮＧへの切り換え直後に燃料カットが実施されたときには、上記ＣＮＧ圧力Ｐ１が上記閾値ＰＨよりも高い状態が規定時間以上継続しても、異常有りとの判定は行わないことで、燃料カットに伴う低圧ラインの高圧状態の継続が異常と誤判定されないようにした。

Description

本発明は、気体燃料と液体燃料との２つの燃料を使用可能なバイフィーエルエンジンに適用され、気体燃料を減圧するレギュレーターの下流の低圧ラインの高圧異常の診断を行うバイフィーエルエンジンの制御装置に関するものである。

車載用等のエンジンとして、液体燃料であるガソリンと、気体燃料であるＣＮＧ（Compressed Natural Gas）との２つの燃料を切り換えて使用可能なバイフィーエルエンジンが実用されている。

図４に示すように、こうしたバイフィーエルエンジンの気体燃料系には、高圧のＣＮＧが貯留されるＣＮＧタンク５０が設けられている。ＣＮＧタンク５０は、バルブ５１を介して高圧ライン５２に接続される。ここでバルブ５１は、その開閉に応じてＣＮＧタンク５０と高圧ライン５２との連通と遮断とを選択的に切り換える。

高圧ライン５２はその下流端において、バルブ５３を介してレギュレーター５４に接続される。バルブ５３は、上述のバルブ５１と連動して動作し、その開閉に応じて高圧ライン５２とレギュレーター５４との連通と遮断とを選択的に切り換える。また高圧ライン５２には、その内部のＣＮＧ圧力を検出する高圧側圧力センサー５５が配設されている。

レギュレーター５４は、その下流側において、フィルター機能を兼ねたオイルセパレーター５６を介してデリバリーパイプ５７に接続されている。そしてデリバリーパイプ５７には、複数のインジェクター５８が接続されている。またデリバリーパイプ５７には、その内部のＣＮＧ圧力を検出する低圧側圧力センサー５９が配設されている。なお、以下では、こうした気体燃料系のレギュレーター５４の下流側の部分を低圧ラインと記載する。

こうした気体燃料系では、バルブ５１及びバルブ５３が開かれると、ＣＮＧタンク５０内の高圧のＣＮＧが、高圧ライン５２に供給される。高圧ライン５２を通ってレギュレーター５４に流入したＣＮＧは、そのレギュレーター５４において適正圧まで減圧された上で低圧ラインに送られる。そして低圧ラインに送られたＣＮＧは、デリバリーパイプ５７に接続されたインジェクター５８を通じて、バイフィーエルエンジンの各気筒に噴射供給される。

そして従来、こうした気体燃料系を備えるバイフィーエルエンジンの制御装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献１に記載の制御装置では、低圧側圧力センサー５９により検出される低圧ラインのＣＮＧ圧力が規定の高圧判定値を超えたときに異常有りと判定して、低圧ラインの高圧異常の診断を行うようにしている。

特開２００１−１９３５７１号公報

ところで、ガソリンからＣＮＧへの使用燃料の切り換えに際しては、バルブ５１及びバルブ５３が開かれて、ＣＮＧタンク５０内の高圧燃料が高圧ライン５２を通ってレギュレーター５４に一気に流れ込む。そのため、このときのレギュレーター５４には、通常以上の高圧がかかるようになり、一時的に低圧ラインの圧力が高圧となる。その場合にも、通常は、低圧ラインの圧力は、インジェクター５８からのＣＮＧ噴射により、直ぐに正常圧に低下する。

ところが、このときに減速などに伴う燃料カットが実施されると、低圧ラインのＣＮＧは逃げ場を失しなうこととなり、低圧ラインが高圧の状態が暫く継続することになる。そのため、上記従来の制御装置では、こうした場合の燃料カットに伴う擬似的な高圧異常状態を、異常有りと誤判定してしまうことがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、バイフィーエルエンジンの気体燃料系の低圧ラインの高圧異常をより正確に診断することのできるバイフィーエルエンジンの制御装置を提供することにある。

本発明は、気体燃料と液体燃料との２つの燃料を使用可能なバイフィーエルエンジンに適用され、気体燃料を減圧するレギュレーターの下流の低圧ラインの高圧異常を診断する制御装置であって、前記低圧ラインの圧力を検出する圧力センサーを備えるとともに、その圧力センサーの検出する圧力Ｐ１が閾値ＰＨよりも高い状態が規定時間以上継続することをもって異常有りと判定する制御装置をその前提としている。そして上記課題を解決するため、本発明のバイフィーエルエンジンの制御装置では、液体燃料から気体燃料への使用燃料の切り換え直後に燃料カットが実施されたときには、圧力Ｐ１が閾値ＰＨよりも高い状態が規定時間以上継続しても、異常有りとの判定は行わないようにしている。

こうした本発明のバイフィーエルエンジンの制御装置では、液体燃料から気体燃料への使用燃料の切り換え直後に燃料カットが実施されることで、低圧ラインが高圧の状態が継続されたとしても、そのことをもって異常有りとの判定はなされない。そのため、本発明によれば、誤判定を防止することが可能であり、バイフィーエルエンジンの気体燃料系の低圧ラインの高圧異常をより正確に診断することができる。

なお、液体燃料から気体燃料への使用燃料の切り換え直後に燃料カットが実施されたときには、正常であっても、低圧ラインのＣＮＧ圧力が高い状態が継続することがあるが、低圧ラインの高圧異常が実際に発生している可能性も否めない。その点、そうした場合には、気体燃料の噴射を実施し、その実施にも拘わらず上記圧力Ｐ１が上記閾値ＰＨ以下に低下しなかったのであれば異常有りとの判定を行うようにすれば、そうした場合の高圧異常の検出が可能となる。

ちなみに、低圧ラインの高圧異常が確認されたときに、低圧ラインへの気体燃料の供給を停止した上で、上記圧力Ｐ１が既定値Ｐｓ以下に低下するまで、気体燃料の噴射を継続すれば、高圧状態の低圧ラインを速やかに減圧することが可能となる。

本発明の一実施の形態の適用されるバイフィーエルエンジンの気体燃料系及びその制御系の構成を模式的に示す略図。 同実施の形態に適用される高圧異常診断ルーチンのフローチャート。 同実施の形態に適用される減圧制御ルーチンのフローチャート。 バイフィーエルエンジンの気体燃料系の構成を模式的に示す略図。

以下、本発明のバイフィーエルエンジンの制御装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の制御装置は、液体燃料であるガソリンと、気体燃料であるＣＮＧとの２つの燃料を切り換えて使用可能なバイフィーエルエンジンに適用されている。

図１に示すように、本実施の形態の適用されるバイフィーエルエンジンの気体燃料系には、高圧のＣＮＧが貯留されるＣＮＧタンク１が設けられている。ＣＮＧタンク１は、バルブ２を介して高圧ライン３に接続される。ここでバルブ２は、その開閉に応じて、ＣＮＧタンク１と高圧ライン３との連通と遮断とを選択的に切り換える。

高圧ライン３はその下流端において、バルブ４を介してレギュレーター５に接続される。バルブ４は、上述のバルブ２と連動して動作し、その開閉に応じて、高圧ライン３とレギュレーター５との連通と遮断とを選択的に切り換える。また高圧ライン３には、その内部のＣＮＧの圧力を検出する高圧側圧力センサー６が配設されている。

レギュレーター５は、その下流側において、フィルター機能を兼ねたオイルセパレーター７を介してデリバリーパイプ８に接続されている。そしてデリバリーパイプ８には、複数のインジェクター９が接続されている。またデリバリーパイプ８には、その内部のＣＮＧの圧力を検出する低圧側圧力センサー１０が配設されている。なお、以下では、こうした気体燃料系のレギュレーター５の下流側の部分を低圧ラインと記載する。すなわち、低圧ラインは、オイルセパレーター７やデリバリーパイプ８、インジェクター９等により構成されている。

次に、以上のように構成された気体燃料系の作用について説明する。こうした気体燃料系では、バルブ２及びバルブ４が開かれると、ＣＮＧタンク１内の高圧のＣＮＧが、高圧ライン３に流入する。高圧ライン３を通ってレギュレーター５に流入したＣＮＧは、そのレギュレーター５において適正圧まで減圧された上で低圧ラインに送られる。そして低圧ラインに送られたＣＮＧは、デリバリーパイプ８に接続されたインジェクター９を通じて、バイフィーエルエンジンの各気筒に噴射供給される。

次に、こうした気体燃料系の制御系の構成を説明する。このバイフィーエルエンジンには、気体燃料系の制御を行うＣＮＧ ＥＣＵ（Electric Control Unit ）２０と、液体燃料系の制御を行うガソリンＥＣＵ２１との２つのＥＣＵが設けられている。ＣＮＧ ＥＣＵ２０には、上記高圧側圧力センサー６及び低圧側圧力センサー１０に加え、使用燃料の切換操作を行うための切換スイッチ２２やＣＮＧタンク１のＣＮＧ残量を検出する残量計２３が接続されている。またＣＮＧ ＥＣＵ２０には、バイフィーエルエンジンの吸気通路２４に設置されたスロットルバルブ２５の開度を検出するスロットル開度センサー２６やバイフィーエルエンジンのクランク角を検出するＮＥセンサー２７なども接続されている。そしてＣＮＧ ＥＣＵ２０は、これらセンサー類の信号に基づいて、バルブ２、バルブ４、インジェクター９を駆動して、ＣＮＧの噴射制御を行っている。

さて、以上のように構成された本実施の形態では、ＣＮＧ ＥＣＵ２０は、気体燃料系の低圧ラインの高圧異常の診断を行っている。この異常診断は、基本的には、低圧側圧力センサー１０の検出する低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が閾値ＰＨを超える状態が規定時間ＴＨ以上継続したことをもって異常有りと判定することで行われる。

ところが、上述したように、ガソリンからＣＮＧへの使用燃料の切り換え直後に燃料カットが実施されると、低圧ラインが高圧の状態が暫く続くことがあり、この場合には、上記判定態様では、異常有りと誤判定する虞がある。そこで本実施の形態では、ＣＮＧへの切り換え直後に燃料カットが実施されたときには、低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が閾値ＰＨよりも高い状態が規定時間以上継続しても、異常有りとの判定は行わないようにしている。

なお、ガソリンからＣＮＧへの使用燃料の切り換え直後に燃料カットが実施されたときには、正常であっても、低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が高い状態が継続することがあるが、このときに低圧ラインの高圧異常が実際に発生している可能性も否めない。そこで本実施の形態では、そうした場合には、ＣＮＧの噴射を実施することで低圧ラインの減圧を試み、その実施にも拘わらず低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が閾値ＰＨ以下に低下しなかったのであれば、異常有りとの判定を行うようにしている。

また本実施の形態では、低圧ラインの高圧異常が確認されたときには、ＣＮＧ ＥＣＵ２０は、次のフェールセーフ制御を実施する。すなわち、このときのＣＮＧ ＥＣＵ２０は、バルブ２及びバルブ４を閉じて低圧ラインへのＣＮＧの供給を停止した上で、上記切換スイッチ２２の点灯色や点滅を変更して、警告音とともに、燃料切換操作を禁止した旨、運転者に通知する。

また、本実施の形態では、ＣＮＧ ＥＣＵ２０は、低圧ラインの高圧異常が確認されたときには、バルブ２及びバルブ４を閉じて低圧ラインへのＣＮＧの供給を停止した上で、低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が既定値Ｐｓ以下に低下するまで、インジェクター９からのＣＮＧの噴射を継続することで、低圧ラインの減圧を図るようにしている。そしてＣＮＧ ＥＣＵ２０は、低圧ラインの減圧が十分になされると、使用燃料をガソリンに切り換える。なお、燃料カット中に低圧ラインの高圧異常が確認されたときには、ＣＮＧ ＥＣＵ２０は、バルブ２、４の遮断及び警告を行った上で、噴射量を最小固定量としてＣＮＧ噴射を再開し、低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が既定値Ｐｓ以下に低下するまで継続する。

なお、フェールセーフ制御が実施されると、異常情報がＣＮＧ ＥＣＵ２０内に記憶される。そしてこの記憶がディーラー等でリセットされない限りは、ＣＮＧ運転が禁止されるようになる。ちなみに、異常情報の記憶中は、運転者が切換スイッチ２２を操作すると、警告音が発せられ、ＣＮＧ運転ができないことが通知されるようになっている。

図２は、こうした本実施の形態に適用される高圧異常診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンの処理は、制御部としてのＣＮＧ ＥＣＵ２０により、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が、高圧異常状態であることを示す閾値ＰＨを超えているか否かが判定される。ここでＣＮＧ圧力Ｐ１が閾値ＰＨ以下であれば（Ｓ１００：ＮＯ）、ステップＳ１０１において、高圧状態の継続時間を計測するためのカウンターＴ、及び減圧制御の継続時間を計測するためのカウンターＴＧＦのクリアがなされた上で、今回の本ルーチンの処理が終了される。

一方、ＣＮＧ圧力Ｐ１が閾値ＰＨを超えていれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２において、燃料カットの実施中であるか否かが判定される。本実施の形態では、ストットル開度が既定値ＴＡＬ以下であることをもって、燃料カットの実施中であると判定するようにしている。もっとも、この判定は、エンジンがトルクを要求しない状態であることが確認できるのであれば、任意のパラメーターを用いて行うことが可能である。

ここで、燃料カットの実施中でなければ（Ｓ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０３において、上記カウンターＴＧＦのクリアがなされた上で、ステップＳ１０４において、高圧状態の継続時間を計測するための上記カウンターＴの値がインクリメントされる。そして続くステップＳ１０５において、カウンターＴの値が既定値ＴＨを超えているか否かが判定される。ここでカウンターＴが既定値ＴＨ以下であれば（Ｓ１０５：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。

一方、カウンターＴの値が既定値ＴＨを超え、高圧状態が一時的なものではないことが確認されたのであれば（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６に処理が移行され、そのステップＳ１０６において異常有りとの判定が行われる。そしてステップＳ１０７において、バルブ２及びバルブ４が閉じられるとともに、ステップＳ１０８において、後述する減圧制御ルーチンの処理が実施される。

また上記ステップＳ１０２において燃料カットの実施中であると判定されたときには（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０９において、ＣＮＧ切換後の経過時間が規定時間Ｔ２未満であるか否かが判定される。ここでＣＮＧ切換後の経過時間が規定時間Ｔ２以上であれば（Ｓ１０９：ＮＯ）、処理が上記ステップＳ１０３に移行され、上述したような通常の態様での異常診断が行われる。

一方、ＣＮＧ切換後の経過時間が規定時間Ｔ２未満であれば（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に処理が移行され、そのステップＳ１１０において、後述の減圧制御ルーチンの処理が実施される。そして続くステップＳ１１１において、減圧制御の継続時間を計測するための上記カウンターＴＧＦの値がインクリメントされる。また続くステップＳ１１２においては、そのカウンターＴＧＦの値が既定値ＴＨ２を超え、正常な状態であれば、低圧ラインを十分に減圧できるだけの時間、減圧制御が継続されたか否かが判定される。

ここでカウンターＴＧＦの値が既定値ＴＨ２以下であれば（Ｓ１１２：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、カウンターＴＧＦの値が既定値ＴＨ２を超えていれば（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、実際に異常が有るとして、処理が上記ステップＳ１０６に移行される。

図３は、本実施の形態に適用される減圧制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、上記高圧異常診断ルーチンのステップＳ１０８、ステップＳ１１０に処理が移行したときにＣＮＧ ＥＣＵ２０により実施される。

さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ２００において、ガソリン噴射の要求があるか否かが判定される。ここで、ガソリン噴射の要求がなければ（Ｓ２００：ＮＯ）、ステップＳ２０１において、噴射量を固定値とした上でＣＮＧ噴射が実施される。一方、ガソリン噴射の要求があれば（Ｓ２００：ＹＥＳ）、ステップＳ２０２において、要求されたガソリンの噴射量を同等のＣＮＧ噴射量に換算して、ＣＮＧ噴射が実施される。

そしてＣＮＧ噴射が実施されると、続くステップＳ２０３において、低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１がその正常値である既定値ＰＳ未満に低下したか否かが判定され、既定値ＰＳ未満に低下するまで（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、以上のステップＳ２００〜Ｓ２０３の処理が繰り返される。そして、低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が既定値ＰＳ未満に低下すれば（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、本ルーチンの処理が終了されて、減圧制御ルーチンの処理への復帰がなされるようになる。

以上説明した本実施の形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、ガソリンからＣＮＧへの使用燃料の切り換え直後に燃料カットが実施されたときには、低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が閾値ＰＨよりも高い状態が規定時間以上継続しても、異常有りとの判定は行わないようにしている。そのため、誤判定を防止することが可能であり、バイフィーエルエンジンの気体燃料系の低圧ラインの高圧異常をより正確に診断することができる。

（２）本実施の形態では、ＣＮＧへの切り換え直後に燃料カットが実施されたときに低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が閾値ＰＨを超えていれば、ＣＮＧの噴射を実施し、その実施にも拘わらず上記ＣＮＧ圧力Ｐ１が上記閾値ＰＨ以下に低下しなかったのであれば異常有りとの判定を行うようにしている。そのため、すれば、そうした場合の高圧異常の検出が可能となる。ＣＮＧへの切り換え直後に燃料カットが実施されたときに、実際に異常が発生していれば、これを的確に検知することができる。

（３）本実施の形態では、低圧ラインの高圧異常が確認されたときに、低圧ラインへの気体燃料の供給を停止した上で、上記ＣＮＧ圧力Ｐ１が既定値Ｐｓ以下に低下するまで、気体燃料の噴射を継続するようにしている。そのため、高圧状態の低圧ラインを速やかに減圧することが可能となる。

こうした上記実施の形態は、次のように変更して実施することが可能である。
・低圧ラインの高圧異常が確認されたときのフェールセーフ制御の内容は、上記実施の形態で例示したものに限らず、適宜に変更しても良い。

・上記実施の形態では、高圧異常時には、ＣＮＧ噴射を行うことで、低圧ラインの減圧を行うようにしていたが、別の減圧手段があれば、それを用いて低圧ラインの減圧を行うようにすることも可能である。

・上記実施の形態では、ＣＮＧ運転への切り換え直後に燃料カットが実施されたときに低圧ラインのＣＮＧ圧力Ｐ１が閾値ＰＨを超えている場合には、ＣＮＧの噴射を実施するようにしていた。そして、それにより、ＣＮＧ圧力Ｐ１が低下するか否かで、実際に高圧異常が発生しているか、燃料カットの実施により、高圧異常に類似した状態となっているかを早期に識別するようにしていた。もっとも、異常の有無の識別を燃料カット復帰後まで遅延することが可能であれば、こうした識別処理は、割愛しても良い。

・上記実施の形態では、ガソリン運転とＣＮＧ運転とを切り換え可能なバイフィーエルエンジンに本発明を適用した場合を説明した。もっとも、本発明は、ディーゼル燃料等のガソリン以外の液体燃料を使用するバイフィーエルエンジンや、ＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas ）等のＣＮＧ以外の気体燃料を使用するバイフィーエルエンジンにも同様に適用することが可能である。

１…ＣＮＧタンク、２…バルブ、３…高圧ライン、４…バルブ、５…レギュレーター、６…高圧側圧力センサー、７…オイルセパレーター、８…デリバリーパイプ、９…インジェクター、１０…低圧側圧力センサー、２０…ＣＮＧ ＥＣＵ、２１…ガソリンＥＣＵ、２２…切換スイッチ、２３…残量計、２４…吸気通路、２５…スロットルバルブ、２６…スロットル開度センサー、２７…ＮＥセンサー、５０…ＣＮＧタンク、５１…バルブ、５２…高圧ライン、５３…バルブ、５４…レギュレーター、５５…高圧側圧力センサー、５６…オイルセパレーター、５７…デリバリーパイプ、５８…インジェクター、５９…低圧側圧力センサー。

Claims (3)

1. 気体燃料と液体燃料との２つの燃料を使用可能なバイフィーエルエンジンに適用され、前記気体燃料を減圧するレギュレーターの下流の低圧ラインの高圧異常の診断を行う制御装置であって、前記低圧ラインの圧力を検出する圧力センサーを備えるとともに、その圧力センサーの検出する圧力Ｐ１が閾値ＰＨよりも高い状態が規定時間以上継続することをもって異常有りと判定する制御装置において、
   前記液体燃料から前記気体燃料への使用燃料の切り換え直後に燃料カットが実施されたときには、前記圧力Ｐ１が前記閾値ＰＨよりも高い状態が規定時間以上継続しても、異常有りとの判定は行わない
   ことを特徴とするバイフィーエルエンジンの制御装置。
2. 前記液体燃料から前記気体燃料への使用燃料の切り換え直後に燃料カットが実施されたときに前記圧力Ｐ１が前記閾値ＰＨを超えたのであれば、前記気体燃料の噴射を実施し、その実施にも拘わらず前記圧力Ｐ１が前記閾値ＰＨ以下に低下しなかったのであれば、異常有りとの判定を行う
   請求項１に記載のバイフィーエルエンジンの制御装置。
3. 異常有りとの判定時には、前記低圧ラインへの前記気体燃料の供給を停止した上で、前記圧力Ｐ１が既定値Ｐｓ以下に低下するまで、前記気体燃料の噴射を継続する
   請求項１又は２に記載のバイフィーエルエンジンの制御装置。

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