WO2011114754A1 - 遮断弁故障診断装置 - Google Patents

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WO2011114754A1
WO2011114754A1 PCT/JP2011/050037 JP2011050037W WO2011114754A1 WO 2011114754 A1 WO2011114754 A1 WO 2011114754A1 JP 2011050037 W JP2011050037 W JP 2011050037W WO 2011114754 A1 WO2011114754 A1 WO 2011114754A1
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芳夫 齋藤
智敬 古巣
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株式会社ケーヒン
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Definitions

  • the present invention relates to a shut-off valve failure diagnosis device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-062674 filed in Japan on March 18, 2010, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • bi-fuel engine system that selectively switches between liquid fuel such as gasoline and gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG) and supplies it to a single engine as a technology to improve vehicle fuel efficiency and environmental protection performance.
  • liquid fuel such as gasoline
  • gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG)
  • CNG compressed natural gas
  • An electromagnetic shut-off valve is inserted in the fuel supply path from the gas tank to the regulator, and it is possible to switch between the start and stop of the supply of gaseous fuel by controlling the open / close state of this shut-off valve by the control device. . Since the failure of the shut-off valve has a serious adverse effect on the entire system, various shut-off valve failure diagnosis techniques have been developed. For example, in Patent Document 1 below, the shut-off valve downstream pressure at the time when the shut-off valve is switched from the closed state to the open state and the shut-off valve downstream pressure after a lapse of a predetermined time from that time are measured. A technique for diagnosing a failure of the shut-off valve based on the obtained pressure increase rate is disclosed.
  • a kick pilot structure as shown in FIG. 7 As a structure of the shut-off valve, a kick pilot structure as shown in FIG. 7 is known.
  • the plunger 101 when not energized, the plunger 101 is pressed by the spring 102 and the pilot valve 103 provided integrally with the plunger 101 is connected to the pilot valve seat 105 provided on the main valve 104. It comes into contact. That is, at the time of de-energization, the pilot valve 103 and the main valve 104 are both closed, and the flow of gaseous fuel from the upstream (gas tank side) flow path 106 to the downstream (regulator side) flow path 107 is blocked (see FIG. 7 (a)).
  • the pilot valve 103 is separated from the pilot valve seat 105 (that is, opened) by the movement of the plunger 101 by this suction force.
  • the gaseous fuel starts to flow from the upstream channel 106 to the downstream channel 107 (see FIG. 7B).
  • the main valve 104 remains closed (the movement of the plunger 101 is also stopped).
  • the plunger 101 starts to move again when the suction force by energization exceeds.
  • the main valve 104 is opened by the movement of the plunger 101, and the gaseous fuel starts to flow from the upstream flow path 106 to the downstream flow path 107 at the maximum flow rate (see FIG. 7C). Further, when there is no differential pressure between the upstream flow path 106 and the downstream flow path 107 before the pilot valve 103 is opened, the main valve 104 is opened instantaneously and the gaseous fuel flows through the downstream flow path 107.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a shut-off valve failure diagnosis device that can appropriately perform a so-called kick pilot structure shut-off valve failure diagnosis.
  • the shut-off valve failure diagnosis device includes a first valve body that opens in advance when energized and a differential pressure drop between upstream and downstream after the opening of the first valve body.
  • a shutoff valve failure diagnosis device for performing a fault diagnosis of a shutoff valve having a second valve body to be opened, wherein the first and second valve bodies are opened and closed based on a time variation characteristic of the downstream pressure of the shutoff valve.
  • a diagnosis processing unit that performs failure diagnosis of the shut-off valve from the measured value of the downstream pressure based on the estimation result.
  • shut-off valve Depending on the open / closed state of the first valve body that opens in advance when energized and the second valve body that opens due to a differential pressure drop between upstream and downstream after the first valve body is opened, these valves
  • the time variation characteristic of the downstream pressure of the shutoff valve having the body tends to be different. That is, if the opening and closing states of the first and second valve bodies are estimated in advance from the time-varying characteristics of the downstream pressure of the shut-off valve, the shut-off valve (so-called kick pilot) is obtained from the measured value of the downstream pressure based on the estimation result. It is possible to appropriately perform failure diagnosis of the structure shut-off valve).
  • the diagnosis processing unit determines that the measured value of the downstream pressure is less than the threshold value when the measured value of the downstream pressure is equal to or less than the threshold value before the shutoff valve is energized (first case).
  • a failure diagnosis of the shutoff valve may be performed from the actual measurement value of the downstream pressure based on the estimation result that is different from that in the second case. Time variation of the downstream pressure of the shut-off valve in the first case (case where the differential pressure between the upstream and downstream of the shut-off valve is large) and the second case (case where the differential pressure between the upstream and downstream of the shut-off valve is small)
  • the correspondence relationship between the characteristics and the open / closed states of the first and second valve bodies is different. Therefore, by performing failure diagnosis of the shut-off valve based on estimation results different between the first case and the second case, it is possible to perform appropriate failure diagnosis according to the case.
  • the diagnosis processing unit may be configured such that when the measured value of the downstream pressure is equal to or less than a threshold value before the shutoff valve is energized (first case), after a predetermined time has elapsed from the start of energization of the shutoff valve. It may be determined whether the measured value of the downstream pressure has exceeded the threshold, and if not, it may be determined that the shut-off valve has failed.
  • first case when the measured value of the downstream pressure does not exceed the threshold value after a lapse of a predetermined time from the start of energization of the shutoff valve, both the first valve body and the second valve body are closed. It is estimated that That is, in this case, it can be determined that the shut-off valve is malfunctioning.
  • the diagnosis processing unit determines that the measured value of the downstream pressure exceeds the threshold value after a predetermined time has elapsed from the start of energization of the shut-off valve
  • the fuel injection installed downstream of the shut-off valve The valve may be activated, and it may be determined that the shut-off valve has failed when the measured value of the downstream pressure becomes equal to or less than the threshold value after activation of the fuel injection valve.
  • the measured value of the downstream pressure exceeds the threshold value after a predetermined time has elapsed from the start of energization of the shutoff valve, it is estimated that at least the first valve element has been normally opened. Therefore, the fuel downstream of the shutoff valve is consumed by starting the fuel injection valve.
  • the predetermined time may be set to a time from the start of energization of the shutoff valve to the time when the first valve body is opened and the downstream pressure becomes a value at which the engine can be operated. .
  • the diagnosis processing unit may be configured such that when the measured value of the downstream pressure exceeds the threshold value before the shutoff valve is energized (second case), the shutoff valve is energized after the shutoff valve is energized.
  • a fuel injection valve installed downstream of the fuel injection valve may be activated, and it may be determined that the shut-off valve has failed when the measured value of the downstream pressure becomes equal to or less than the threshold value after activation of the fuel injection valve.
  • the fuel downstream of the shut-off valve is consumed by starting the fuel injection valve after starting the energization of the shut-off valve.
  • the fuel supply from the upstream is not in time for the fuel consumption downstream of the shutoff valve, so at least the second valve body Is estimated to be closed. That is, in this case, it can be determined that the shut-off valve is malfunctioning.
  • shut-off valve failure diagnosis device that can appropriately perform a so-called kick pilot structure shut-off valve failure diagnosis.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a bi-fuel engine system in the present embodiment.
  • 2 is a block configuration diagram of a 1st-ECU 5 in the present embodiment.
  • FIG. FIG. 2 is a block configuration diagram of a 2nd-ECU 6 (shutoff valve failure diagnosis device) in the present embodiment.
  • the open / closed states of the pilot valve 103 and the main valve 104 are estimated from the time variation characteristics of the downstream pressure P of the shutoff valve 41 in the first case, and the relationship is shown.
  • the open / closed states of the pilot valve 103 and the main valve 104 are estimated from the time variation characteristics of the downstream pressure P of the shutoff valve 41 in the second case, and the relationship is shown.
  • It is a flowchart showing the shut-off valve fault diagnosis process which CPU66 performs in order to implement
  • shut-off valve malfunction device is used in a bi-fuel engine system that selectively switches between liquid fuel such as gasoline and gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG) and supplies it to a single engine.
  • An ECU Electronic Control Unit
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a bi-fuel engine system in the present embodiment.
  • the bi-fuel engine system in the present embodiment includes an engine 1, a liquid fuel supply unit 2, a gaseous fuel supply unit 3, a fuel changeover switch 4, a 1st-ECU 5, and a 2nd-ECU 6 (Shut-off valve failure diagnosis device).
  • the engine 1 is a four-cycle engine that can selectively use liquid fuel and gaseous fuel, and includes a cylinder 10, a piston 11, a connecting rod 12, a crankshaft 13, an intake valve 14, an exhaust valve 15, a spark plug 16, and an ignition coil. 17, intake pipe 18, exhaust pipe 19, air cleaner 20, throttle valve 21, liquid fuel injection valve 22, gaseous fuel injection valve 23, intake pressure sensor 24, intake air temperature sensor 25, throttle opening sensor 26, cooling water temperature sensor 27, A crank angle sensor 28 is provided.
  • the cylinder 10 is a hollow cylindrical member for reciprocating the piston 11 provided therein by repeating four strokes of intake, compression, combustion (expansion), and exhaust.
  • the cylinder 10 is an intake port 10a that is a flow path for supplying a mixture of air and fuel to the combustion chamber 10b.
  • the cylinder 10 retains the mixture and burns the mixture compressed in the compression stroke in the combustion stroke.
  • a combustion chamber 10b, which is a space, and an exhaust port 10c, which is a flow path for exhausting exhaust gas from the combustion chamber 10b to the outside during the exhaust stroke, are provided.
  • a cooling water passage 10 d for circulating cooling water is provided on the outer wall of the cylinder 10.
  • the crankshaft 13 for converting the reciprocating motion of the piston 11 into a rotational motion is connected to the piston 11 via a connecting rod 12.
  • the crankshaft 13 extends in a direction orthogonal to the reciprocating direction of the piston 11 and is connected to a flywheel, a transmission gear, etc. (not shown).
  • a rotor 13a used for detecting a crank angle is coaxially connected to the crankshaft 13.
  • a plurality of protrusions are provided on the outer periphery of the rotor 13a so that the rear ends of the protrusions are equiangularly spaced (for example, 20 ° apart) with respect to the rotation direction.
  • the intake valve 14 is a valve member for opening and closing an opening on the combustion chamber 10b side in the intake port 10a, and is connected to a camshaft (not shown) and is driven to open and close by the camshaft according to each stroke.
  • the exhaust valve 15 is a valve member for opening and closing the opening on the combustion chamber 10b side in the exhaust port 10c, and is connected to a camshaft (not shown), and is driven to open and close according to each stroke by the camshaft. .
  • the spark plug 16 is installed in the upper part of the combustion chamber 10b so that the electrode is exposed inside the combustion chamber 10b, and generates a spark between the electrodes by a high voltage signal supplied from the ignition coil 17.
  • the ignition coil 17 is a transformer composed of a primary winding and a secondary winding, and boosts an ignition voltage signal supplied from the 1st-ECU 5 to the primary winding and supplies the boosted voltage signal to the ignition plug 16 from the secondary winding. To do.
  • the intake pipe 18 is a pipe for supplying air, and is connected to the cylinder 10 so that the internal intake flow path 18a communicates with the intake port 10a.
  • the exhaust pipe 19 is a pipe for exhaust gas discharge, and is connected to the cylinder 10 so that the internal exhaust passage 19a communicates with the exhaust port 10c.
  • the air cleaner 20 is provided upstream of the intake pipe 18, cleans the air taken in from the outside, and sends it to the intake passage 18a.
  • the throttle valve 21 is provided inside the intake passage 18a, and rotates according to a throttle operation (or an accelerator operation). That is, as the throttle valve 21 rotates, the cross-sectional area of the intake passage 18a changes, and the intake air amount changes.
  • the liquid fuel injection valve 22 is an electromagnetic valve (for example, a solenoid valve) installed in the intake pipe 18 so that the injection port is exposed to the intake port 10a side.
  • the liquid fuel injection valve 22 injects the liquid fuel (gasoline etc.) supplied from the liquid fuel supply unit 2 from the injection port in response to the fuel injection valve drive signal supplied from the 1st-ECU 5.
  • the gaseous fuel injection valve 23 is an electromagnetic valve (for example, a solenoid valve) installed in the intake pipe 18 so that the injection port is exposed to the intake port 10a side.
  • the gaseous fuel injection valve 23 injects gaseous fuel (CNG or the like) supplied from the gaseous fuel supply unit 3 from the injection port in response to a fuel injection valve drive signal supplied from the 2nd-ECU 6.
  • the intake pressure sensor 24 is a semiconductor pressure sensor using, for example, a piezoresistance effect.
  • the intake pressure sensor 24 is installed in the intake pipe 18 so that the sensitivity surface is exposed to the intake passage 18a downstream of the throttle valve 21, and an intake pressure signal corresponding to the intake pressure in the intake pipe 18 is 1st-. It outputs to ECU5.
  • the intake air temperature sensor 25 is installed in the intake pipe 18 so that the sensitive portion is exposed on the intake flow path 18a side upstream of the throttle valve 21, and an intake air temperature signal corresponding to the intake air temperature in the intake pipe 18 is 1st ⁇ . It outputs to ECU5.
  • the throttle opening sensor 26 outputs a throttle opening signal corresponding to the opening of the throttle valve 21 to the 1st-ECU 5.
  • the coolant temperature sensor 27 is installed in the cylinder 10 so that the sensitive part is exposed to the coolant channel 10d side, and outputs a coolant temperature signal corresponding to the temperature of the coolant flowing through the coolant channel 10d to the 1st-ECU 5.
  • the crank angle sensor 28 is, for example, an electromagnetic pickup sensor.
  • the crank angle sensor 28 outputs a pair of pulse signals having different polarities to the 1st-ECU 5 each time each protrusion provided on the outer periphery of the rotor 13a passes in the vicinity of the sensor. More specifically, the crank angle sensor 28 outputs a pulse-shaped signal having a negative amplitude when the front end of each protrusion passes in the rotation direction, and the rear end of each protrusion in the rotation direction. When the signal passes, a pulse-like signal having a positive polarity is output.
  • the liquid fuel supply unit 2 includes a liquid fuel tank 30 and a fuel pump 31.
  • the liquid fuel tank 30 is a container that stores liquid fuel such as gasoline fuel or alcohol fuel.
  • the fuel pump 31 pumps out the liquid fuel in the liquid fuel tank 30 according to the pump drive signal supplied from the 1st-ECU 5 and pumps it to the fuel inlet of the liquid fuel injection valve 22.
  • the gaseous fuel supply unit 3 includes a gaseous fuel tank 40, a shutoff valve 41, a regulator 42, a filter 43, a fuel pressure sensor 44, and a relief valve 45.
  • the gaseous fuel tank 40 is a pressure vessel filled with high-pressure gaseous fuel such as CNG.
  • the shut-off valve 41 is a kick pilot structure shut-off valve inserted in a fuel supply path from the gaseous fuel tank 40 to the regulator 42.
  • the shutoff valve 41 switches between starting and stopping the supply of gaseous fuel from the gaseous fuel tank 40 by performing a valve opening operation and a valve closing operation in accordance with the shutoff valve drive signal supplied from the 2nd-ECU 6. As described with reference to FIG.
  • the shutoff valve 41 having such a kick pilot structure includes a pilot valve 103 (first valve body) that opens in advance when energized, and an upstream downstream after the valve is opened. And a main valve 104 (second valve body) that opens due to a decrease in pressure difference therebetween.
  • the regulator 42 is a pressure regulating valve disposed downstream of the cutoff valve 41.
  • the regulator 42 depressurizes the high-pressure gaseous fuel supplied from the gaseous fuel tank 40 to the desired pressure when the shut-off valve 41 is opened, and then sends it to the filter 43 installed downstream.
  • the filter 43 removes foreign matters (for example, foreign matters such as compressor oil in the gaseous fuel) contained in the gaseous fuel delivered from the regulator 42, and delivers the gaseous fuel after removing the foreign matters to the fuel inlet of the gaseous fuel injection valve 23. .
  • the fuel pressure sensor 44 is a pressure sensor installed in the filter 43.
  • the fuel pressure sensor 44 detects the pressure of the gaseous fuel sent to the gaseous fuel injection valve 23, and outputs a pressure detection signal representing the detection result to the 2nd-ECU 6.
  • the relief valve 45 is a safety valve inserted in a branch pipe communicating with a pipe connecting the regulator 42 and the filter 43. The relief valve 45 is opened when the fuel pressure downstream of the regulator 42 exceeds a set pressure and discharges (relieves) gaseous fuel to the outside.
  • the fuel changeover switch 4 is a switch that allows the fuel to be changed manually.
  • the fuel changeover switch 4 outputs to the 2nd-ECU 6 a fuel designation signal indicating the state of the switch, that is, whether liquid fuel is designated as fuel used in the engine 1 or gaseous fuel is designated.
  • the 1st-ECU 5 performs operation control of the engine 1 mainly using liquid fuel.
  • the 1st-ECU 5 includes a waveform shaping circuit 50, a rotation speed counter 51, an A / D converter 52, an ignition circuit 53, a fuel injection valve drive circuit 54, a pump drive circuit 55, a ROM (Read Only Memory ) 56, a RAM (Random Access Memory) 57, a communication circuit 58 and a CPU (Central Processing Unit) 59.
  • the waveform shaping circuit 50 converts the crank signal input from the crank angle sensor 28 into a square-wave pulse signal (for example, a negative crank signal is set to a high level and a positive polarity signal and a ground level crank signal are set to a low level).
  • the waveform is shaped and output to the rotation number counter 51 and the CPU 59. That is, this square-wave pulse signal is a signal whose period is the time required for the crankshaft 13 to rotate 20 °.
  • the square-wave pulse signal output from the waveform shaping circuit 50 is referred to as a crank pulse signal.
  • the rotation speed counter 51 calculates the engine rotation speed based on the crank pulse signal input from the waveform shaping circuit 50 and outputs the calculation result to the CPU 59.
  • the A / D converter 52 includes an intake pressure signal input from the intake pressure sensor 24, an intake air temperature signal input from the intake air temperature sensor 25, a throttle opening signal input from the throttle opening sensor 26, and a cooling water temperature sensor.
  • the cooling water temperature signal input from 27 is converted into a digital signal (intake pressure value, intake air temperature value, throttle opening value, cooling water temperature value) and output to the CPU 59.
  • the ignition circuit 53 includes a capacitor for accumulating a power supply voltage supplied from a battery (not shown). In response to a request from the CPU 59, the primary winding of the ignition coil 17 using the electric charge accumulated in the capacitor as an ignition voltage signal. To discharge.
  • the fuel injection valve drive circuit 54 generates a fuel injection valve drive signal in response to a request from the CPU 59 and outputs the fuel injection valve drive signal to the liquid fuel injection valve 22.
  • the pump drive circuit 55 generates a pump drive signal in response to a request from the CPU 59 and outputs the pump drive signal to the fuel pump 31.
  • the ROM 56 is a non-volatile memory that stores in advance an engine control program for realizing various functions of the CPU 59 and various setting data.
  • the RAM 57 is a volatile working memory used as a temporary data storage destination when the CPU 59 executes an engine control program and performs various operations.
  • the communication circuit 58 is a communication interface that realizes data communication between the 1st-ECU 5 and the 2nd-ECU 6 under the control of the CPU 59, and is connected to the 2nd-ECU 6 via a communication cable.
  • the CPU 59 receives the crank pulse signal input from the waveform shaping circuit 50, the engine speed obtained from the speed counter 51, and the intake pressure obtained from the A / D converter 52. Based on the value, the intake air temperature value, the throttle opening value, the cooling water temperature value, and various information obtained from the 2nd-ECU 6 via the communication circuit 58, the operation control of the engine 1 with the liquid fuel is performed.
  • the CPU 59 monitors the rotation state of the crankshaft 13 (in other words, the position of the piston 11 in the cylinder 10) based on the crank pulse signal input from the waveform shaping circuit 50, and the piston 11 is ignited. When the position corresponding to the timing is reached, an ignition control signal is output to the ignition circuit 53 to spark the spark plug 16.
  • the CPU 59 drives the fuel pump 31 by outputting a fuel supply control signal to the pump drive circuit 55, so that the liquid fuel injection valve The supply of liquid fuel to 22 is started. Further, the CPU 59 outputs the fuel injection control signal to the fuel injection valve drive circuit 54 when the piston 11 reaches the position corresponding to the fuel injection timing, thereby injecting the liquid fuel by the liquid fuel injection valve 22. To do.
  • the CPU 59 transmits the position of the piston 11 recognized by the CPU 59, the engine speed, the intake pressure value, the intake air temperature value, the throttle opening value, and the cooling water temperature value to the 2nd-ECU 6 via the communication circuit 58. It also has a function to do.
  • the 2nd-ECU 6 performs operation control of the engine 1 mainly using gaseous fuel.
  • the 2nd-ECU 6 includes a communication circuit 60, an A / D converter 61, a fuel injection valve drive circuit 62, a shutoff valve drive circuit 63, a ROM 64, a RAM 65, and a CPU 66.
  • the communication circuit 60 is a communication interface that realizes data communication between the 1st-ECU 5 and the 2nd-ECU 6 under the control of the CPU 66, and is connected to the 1st-ECU 5 (specifically, the communication circuit 58) via a communication cable. Yes.
  • the A / D converter 61 converts the pressure detection signal input from the fuel pressure sensor 44 into a digital signal and outputs it to the CPU 66.
  • this digital signal is a signal which shows the actual value of the downstream pressure of the shut-off valve 41, this digital signal will be called downstream pressure actual value below.
  • the fuel injection valve drive circuit 62 generates a fuel injection valve drive signal in response to a request from the CPU 66 and outputs the fuel injection valve drive signal to the gaseous fuel injection valve 23.
  • the cutoff valve drive circuit 63 generates a cutoff valve drive signal in response to a request from the CPU 66 and outputs the cutoff valve drive signal to the cutoff valve 41.
  • the ROM 64 is a non-volatile memory that stores in advance an engine control program for realizing various functions of the CPU 66 and various setting data.
  • the RAM 65 is a volatile working memory used as a temporary data storage destination when the CPU 66 executes an engine control program and performs various operations.
  • the CPU 66 (diagnostic processing unit) follows the engine control program stored in the ROM 64, the fuel designation signal input from the fuel changeover switch 4, the position of the piston 11 obtained from the 1st-ECU 5 via the communication circuit 60, the engine Based on the rotational speed, the intake pressure value, the intake air temperature value, the throttle opening value, the cooling water temperature value, and the downstream pressure actual measurement value obtained from the A / D converter 61, the operation control of the engine 1 with the gaseous fuel is performed.
  • the CPU 66 determines that the liquid fuel is designated as the fuel to be used in the engine 1 as a result of the analysis of the fuel designation signal input from the fuel changeover switch 4, the CPU 66 passes through the communication circuit 60. An operation instruction using the liquid fuel is transmitted to the 1st-ECU 5 (specifically, the communication circuit 58).
  • the CPU 66 determines that gaseous fuel is designated as the fuel to be used in the engine 1 as a result of analysis of the fuel designation signal input from the fuel selector switch 4, the CPU 66 shuts off the shut-off valve drive circuit 63. Requests the generation of a valve drive signal. As a result, a shut-off valve drive signal is supplied from the shut-off valve drive circuit 63 to the shut-off valve 41 (that is, energization of the shut-off valve 41 is started), the shut-off valve 41 is opened, and the gaseous fuel injection valve from the gaseous fuel tank 40 is opened. Gas fuel supply to 23 is started. Further, the CPU 66 requests the fuel injection valve drive circuit 62 to generate a fuel injection valve drive signal when the piston 11 reaches a position corresponding to the fuel injection timing. Inject gaseous fuel.
  • the CPU 66 estimates the open / closed states of the pilot valve 103 and the main valve 104 from the time variation characteristics of the downstream pressure of the shutoff valve 41, and based on the estimation results, A / It has a shut-off valve failure diagnosis function for making a fault diagnosis of the shut-off valve 41 from the downstream pressure actual measurement value obtained from the D converter 61.
  • the shutoff valve failure diagnosis function of the CPU 66 will be described in detail.
  • the failure diagnosis principle of the shut-off valve 41 in this embodiment is as follows. That is, according to the open / close state of the pilot valve 103 that opens in advance when the shut-off valve 41 is energized and the main valve 104 that opens due to the differential pressure drop between the upstream and downstream after the valve opening, these valves are provided. The time change characteristics of the downstream pressure of the shutoff valve 41 tend to be different. Therefore, if the opening / closing states of the pilot valve 103 and the main valve 104 are estimated in advance from the time variation characteristics of the downstream pressure of the shut-off valve 41, the shut-off valve 41 of the kick pilot structure is calculated from the measured downstream pressure based on the estimation result. It is possible to properly perform failure diagnosis.
  • the estimation result of the time variation characteristics of the downstream pressure of the shutoff valve 41 and the open / closed state of the pilot valve 103 and the main valve 104 is based on the case where the actual measured value of the downstream pressure is equal to or less than the threshold before the shutoff valve 41 is energized (first).
  • Case a case where the differential pressure between the upstream and downstream of the shutoff valve 41 is large) and a case where the measured downstream pressure exceeds a threshold value
  • second case a case where the differential pressure between the upstream and downstream of the shutoff valve 41 is small
  • the fuel pressure sensor 44 has individual differences due to manufacturing and deterioration with time, and an error occurs in the detected value with respect to an actual pressure change.
  • the threshold value Pt is set so that a correct determination can be made even if the maximum error of the detected pressure value is expected.
  • the threshold value Pt is desirably a value that causes insufficient supply when the gaseous fuel pressure is equal to or lower than the threshold value Pt. Therefore, by performing failure diagnosis of the shut-off valve 41 based on estimation results different between the first case and the second case, it is possible to perform appropriate failure diagnosis according to the case.
  • FIG. 4 shows the relationship between the opening and closing states of the pilot valve 103 and the main valve 104 estimated from the time variation characteristics of the downstream pressure P of the shutoff valve 41 in the first case.
  • 4A shows each tendency of the time variation characteristic of the downstream pressure P
  • FIG. 4B shows the open / closed state (valve state) of the pilot valve 103 and the main valve 104 corresponding to each tendency.
  • the valve open state indicates that the valve is normal
  • the valve closed state indicates that the valve is faulty.
  • FIG. 4A in the first case, when the downstream pressure P does not exceed the threshold value Pt after a predetermined time T has elapsed from the start of energization of the shut-off valve 41 (see the broken line portion), FIG. As shown in FIG. 4, both the pilot valve 103 and the main valve 104 are closed (see pattern d), or the pilot valve 103 is closed and the main valve 104 is opened (pattern). c). That is, in this case, it can be determined that the shut-off valve 41 is out of order.
  • the predetermined time T is set to a time from the start of energization of the shutoff valve 41 to the time when the pilot valve 103 opens and the downstream pressure P becomes a value at which the engine can be operated. Is desirable. By setting the predetermined time T in this way, it is possible to accurately detect a failure of the shutoff valve 41 caused by an open failure of the pilot valve 103.
  • FIG. 5 shows the relationship between the opening and closing states of the pilot valve 103 and the main valve 104 estimated from the time variation characteristics of the downstream pressure P of the shutoff valve 41 in the second case.
  • 5A shows each tendency of the time variation characteristic of the downstream pressure P
  • FIG. 5B shows the open / closed state (valve state) of the pilot valve 103 and the main valve 104 corresponding to each tendency.
  • the valve open state indicates that the valve is normal
  • the valve closed state indicates that the valve is faulty.
  • the fuel downstream of the shutoff valve 41 is consumed by starting the gaseous fuel injection valve 23 after the energization of the shutoff valve 41 is started.
  • the downstream pressure P becomes equal to or lower than the threshold value Pt (see the two-dot chain line portion)
  • Pt the threshold value
  • the main valve 104 is in a closed state as shown in FIG. 5B (see patterns f and h). That is, also in this case, it can be determined that the shutoff valve 41 is out of order.
  • shut-off valve fault diagnosis process executed by the CPU 66 for realizing the shut-off valve fault diagnosis function will be described below with reference to the flowchart of FIG. To do.
  • the CPU 66 first determines whether or not the downstream pressure actual measurement value P1 obtained from the A / D converter 61 before the shut-off valve 41 is energized is equal to or less than a threshold value Pt. Determine (step S1). In the case of “Yes” in this step S1, that is, in the first case shown in FIG. 4, the CPU 66 requests the cutoff valve drive circuit 63 to generate a cutoff valve drive signal, thereby energizing the cutoff valve 41. Is started (step S2).
  • the CPU 66 determines whether or not a predetermined time T has elapsed (step S3).
  • a predetermined time T it is determined whether or not the downstream pressure actual measurement value P1 obtained from the A / D converter 61 has exceeded the threshold value Pt after the predetermined time T has elapsed. (Step S4).
  • step S4 activates the gaseous fuel injection valve 23 by requesting the fuel injection valve drive circuit 62 to generate a fuel injection valve drive signal (step S5). And the downstream pressure actual measurement value P1 after starting of this gaseous fuel injection valve 23 is acquired from the A / D converter 61 (step S6).
  • the CPU 66 determines whether or not the acquired downstream pressure actual measurement value P1 is equal to or less than the threshold value Pt (step S7).
  • the process returns to step S6 and continues to acquire the downstream pressure actual measurement value P1, while in the case of “Yes”, that is, it is estimated that the main valve 104 is in a closed state.
  • the shut-off valve 41 is faulty, and the shut-off valve fault diagnosis process is terminated (step S8).
  • step S4 determines that the shut-off valve 41 is faulty, and finishes the shut-off valve fault diagnosis process. To do.
  • step S1 the CPU 66 requests the cutoff valve drive circuit 63 to generate a cutoff valve drive signal, thereby making the cutoff valve 41. Is started (step S9). Then, after starting the energization of the shutoff valve 41, the CPU 66 requests the fuel injection valve drive circuit 62 to generate a fuel injection valve drive signal, thereby starting the gaseous fuel injection valve 23 (step S10). And the downstream pressure actual measurement value P1 after starting of this gaseous fuel injection valve 23 is acquired from the A / D converter 61 (step S11).
  • the CPU 66 determines whether or not the acquired downstream pressure actual measurement value P1 is equal to or less than the threshold value Pt (step S12).
  • the process returns to step S11 and continues to acquire the downstream pressure actual measurement value P1, while in the case of “Yes”, that is, it is estimated that at least the main valve 104 is closed. If it is determined (in the case of patterns f and h in FIG. 5B), the process proceeds to step S8, where it is determined that the shut-off valve 41 is faulty, and the shut-off valve fault diagnosis process is terminated.
  • the present embodiment it is possible to appropriately perform failure diagnosis of the shutoff valve 41 having the kick pilot structure. Also, different processing procedures are used for the first case (case where the differential pressure between the upstream and downstream of the cutoff valve 41 is large) and the second case (case where the differential pressure between the upstream and downstream of the cutoff valve 41 is small). By performing failure diagnosis of the shut-off valve 41, it is possible to perform appropriate failure diagnosis according to the case.
  • the above embodiment exemplifies a bi-fuel engine system that is separately provided with a 1st-ECU 5 that performs operation control using liquid fuel and a 2nd-ECU 6 that performs operation control using gas fuel and failure diagnosis of the shutoff valve 41.
  • a configuration in which the functions of these two ECUs are integrated into one ECU may be adopted.
  • the bi-fuel engine system has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is applicable to a mono-fuel engine system that supplies only a gaseous fuel to a single engine. Can be applied.
  • the kick pilot structure of the shut-off valve 41 shown in FIG. 7 is merely an example, and the valve is opened by lowering the differential pressure between upstream and downstream after the first valve body that opens in advance when energized. If it is a shut-off valve having a second valve body, the present invention can be applied as a failure diagnosis technique.
  • the downstream pressure of the regulator 42 that is, the pressure in the fuel supply path from the regulator 42 to the gaseous fuel injection valve 23
  • the downstream pressure of 41 the pressure in the fuel supply path from the shutoff valve 41 to the regulator 42 may be measured.
  • the location where the downstream pressure of the shutoff valve 41 is measured is preferably closer to the gaseous fuel injection valve 23. This is because the accuracy of temperature measurement is improved.
  • shut-off valve failure diagnosis device of the present invention it is possible to appropriately perform fault diagnosis of the so-called kick pilot structure shut-off valve.

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Abstract

 本発明の遮断弁故障診断装置は、通電時に先行して開弁する第1の弁体と、その開弁後に上流下流間の差圧低下によって開弁する第2の弁体とを有する遮断弁の故障診断を行う遮断弁故障診断装置であって、前記遮断弁の下流圧力の時間変化特性から前記第1及び第2の弁体の開閉状態を推定して、その推定結果に基づいて前記下流圧力の実測値から前記遮断弁の故障診断を行う診断処理部を備える。

Description

遮断弁故障診断装置
 本発明は、遮断弁故障診断装置に関する。
 本願は、2010年3月18日に、日本に出願された特願2010-062674に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 近年では、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エンジンシステムの導入が進んでいる。このバイフューエルエンジンシステムでは、一般的に気体燃料を使用する場合、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、気体燃料専用の燃料噴射弁に供給する。
 ガスタンクからレギュレータに至る燃料供給経路には電磁式の遮断弁が介挿されており、この遮断弁の開閉状態を制御装置によって制御することで、気体燃料の供給開始と停止の切替えが可能である。この遮断弁の故障はシステム全体に深刻な悪影響を及ぼすため、従来から様々な遮断弁の故障診断技術が開発されている。例えば、下記特許文献1には、遮断弁を閉弁状態から開弁状態へ切替えた時点での遮断弁下流圧力と、その時点から所定時間経過後の遮断弁下流圧力とを計測し、両者から求めた圧力上昇率に基づいて遮断弁の故障を診断する技術が開示されている。
特開2000-282956号公報
 遮断弁の構造として、図7に示すようなキックパイロット構造が知られている。このキックパイロット構造の遮断弁では、非通電時において、プランジャ101がスプリング102によって押圧されて、プランジャ101に一体的に設けられたパイロットバルブ103が、メインバルブ104に設けられたパイロット弁座105と接触した状態となる。つまり、非通電時において、パイロットバルブ103及びメインバルブ104は共に閉弁状態となり、上流(ガスタンク側)流路106から下流(レギュレータ側)流路107への気体燃料の流通が遮断される(図7(a)参照)。
 一方、遮断弁の通電によって、スプリング102の反発力より強い吸引力がプランジャ101に作用すると、この吸引力によるプランジャ101の移動によってパイロットバルブ103がパイロット弁座105から離れ(つまり開弁し)、気体燃料が上流流路106から下流流路107へ流通し始める(図7(b)参照)。この時点では、未だ上流流路106と下流流路107との差圧が大きいため、メインバルブ104は閉弁状態のままである(プランジャ101の移動もストップする)。
 そして、パイロットバルブ103の開弁後、上流流路106と下流流路107との差圧が小さくなると、通電による吸引力が上回った時点でプランジャ101は再び移動を開始する。このプランジャ101の移動によってメインバルブ104が開弁し、最大流量で気体燃料が上流流路106から下流流路107へ流通し始める(図7(c)参照)。また、パイロットバルブ103の開弁前に上流流路106と下流流路107との差圧がない場合は、瞬時にメインバルブ104が開弁し、気体燃料が下流流路107に流通する。
 当然、このようなキックパイロット構造の遮断弁の故障診断も行う必要があるが、その故障診断に上記特許文献1の技術を適用することは困難である。なぜなら、上述したように、キックパイロット構造の遮断弁では、パイロットバルブ103が開弁してからメインバルブ104が開弁するまでの間に遮断弁下流圧力が上昇するため、上記特許文献1のように、圧力上昇率に基づいて遮断弁の故障を診断する技術ではパイロットバルブ103の故障しか診断できず、メインバルブ104を含めた故障診断ができないからである。
 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、いわゆるキックパイロット構造の遮断弁の故障診断を適切に行うことの可能な遮断弁故障診断装置を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明の遮断弁故障診断装置は、通電時に先行して開弁する第1の弁体と、第1の弁体の開弁後に上流下流間の差圧低下によって開弁する第2の弁体とを有する遮断弁の故障診断を行う遮断弁故障診断装置であって、前記遮断弁の下流圧力の時間変化特性から前記第1及び第2の弁体の開閉状態を推定し、その推定結果に基づいて、前記下流圧力の実測値から前記遮断弁の故障診断を行う診断処理部を備える。
 通電時に先行して開弁する第1の弁体と、第1の弁体の開弁後に上流下流間の差圧低下によって開弁する第2の弁体の開閉状態に応じて、それらの弁体を有する遮断弁の下流圧力の時間変化特性は異なる傾向となる。つまり、予め遮断弁の下流圧力の時間変化特性から第1及び第2の弁体の開閉状態を推定しておけば、その推定結果に基づいて、下流圧力の実測値から遮断弁(いわゆるキックパイロット構造の遮断弁)の故障診断を適切に行うことが可能となる。
 また、本発明では、前記診断処理部は、前記遮断弁の通電前に前記下流圧力の実測値が閾値以下であった場合(第1のケース)と、前記下流圧力の実測値が前記閾値を越えていた場合(第2のケース)とで異なる前記推定結果に基づいて、前記下流圧力の実測値から前記遮断弁の故障診断を行ってもよい。
 上記の第1のケース(遮断弁の上流下流間の差圧が大きいケース)と第2のケース(遮断弁の上流下流間の差圧が小さいケース)とでは、遮断弁の下流圧力の時間変化特性と第1及び第2の弁体の開閉状態との対応関係は異なるものとなる。従って、上記の第1のケースと第2のケースとで異なる推定結果に基づいて遮断弁の故障診断を行うことにより、ケースに応じた適切な故障診断が可能となる。
 また、本発明では、前記診断処理部は、前記遮断弁の通電前に前記下流圧力の実測値が閾値以下であった場合(第1のケース)、前記遮断弁の通電開始から所定時間経過後に前記下流圧力の実測値が前記閾値を越えたか否かを判定し、否の場合に前記遮断弁の故障と判断してもよい。
 上記の第1のケースにおいて、遮断弁の通電開始から所定時間経過後に下流圧力の実測値が閾値を越えなかった場合、第1の弁体及び第2の弁体の両方が閉弁状態になっていると推定される。つまり、この場合には遮断弁の故障と判断することができる。
 また、本発明では、前記診断処理部は、前記遮断弁の通電開始から所定時間経過後に前記下流圧力の実測値が前記閾値を越えたと判定した場合、前記遮断弁の下流に設置された燃料噴射弁を起動させ、前記燃料噴射弁の起動以降、前記下流圧力の実測値が前記閾値以下となった場合に前記遮断弁の故障と判断してもよい。
 上記の第1のケースにおいて、遮断弁の通電開始から所定時間経過後に下流圧力の実測値が閾値を越えた場合、少なくとも第1の弁体は正常に開弁したと推定される。そこで、燃料噴射弁を起動させることで遮断弁下流の燃料を消費させてみる。この燃料噴射弁の起動以降、下流圧力の実測値が閾値以下となった場合、遮断弁下流の燃料消費に対して上流からの燃料供給が間に合っていないと考えられるため、第2の弁体が閉弁状態になっていると推定される。つまり、この場合には遮断弁の故障と判断することができる。
 また、本発明では、前記所定時間は、前記遮断弁の通電開始から前記第1の弁体が開弁して前記下流圧力がエンジン運転可能な値となるまでの時間に設定されていてもよい。
 このように所定時間を設定することで、第1の弁体の開故障が原因となる遮断弁の故障を精度良く検出することが可能となる。
 また、本発明では、前記診断処理部は、前記遮断弁の通電前に前記下流圧力の実測値が前記閾値を越えていた場合(第2のケース)、前記遮断弁の通電開始後に前記遮断弁の下流に設置された燃料噴射弁を起動させ、前記燃料噴射弁の起動以降、前記下流圧力の実測値が前記閾値以下となった場合に前記遮断弁の故障と判断してもよい。
 上記の第2のケースでは、遮断弁の通電開始後に燃料噴射弁を起動させることで遮断弁下流の燃料を消費させてみる。この燃料噴射弁の起動以降、下流圧力の実測値が閾値以下となった場合、遮断弁下流の燃料消費に対して上流からの燃料供給が間に合っていないと考えられるため、少なくとも第2の弁体が閉弁状態になっていると推定される。
 つまり、この場合には遮断弁の故障と判断することができる。
 本発明によると、いわゆるキックパイロット構造の遮断弁の故障診断を適切に行うことの可能な遮断弁故障診断装置を提供することができる。
本実施形態におけるバイフューエルエンジンシステムの構成概略図である。 本実施形態における1st-ECU5のブロック構成図である。 本実施形態における2nd-ECU6(遮断弁故障診断装置)のブロック構成図である。 第1のケースにおける遮断弁41の下流圧力Pの時間変化特性からパイロットバルブ103及びメインバルブ104の開閉状態を推定しその関係を示したものである。 第2のケースにおける遮断弁41の下流圧力Pの時間変化特性からパイロットバルブ103及びメインバルブ104の開閉状態を推定しその関係を示したものである。 CPU66が遮断弁故障診断機能を実現するために実行する遮断弁故障診断処理を表すフローチャートである。 キックパイロット構造の遮断弁の内部構成例である。
 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。なお、以下では、本発明に係る遮断弁故障装置として、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エンジンシステムで使用されるECU(Electronic Control Unit)を例示して説明する。
 図1は、本実施形態におけるバイフューエルエンジンシステムの構成概略図である。この図1に示すように、本実施形態におけるバイフューエルエンジンシステムは、エンジン1と、液体燃料供給部2と、気体燃料供給部3と、燃料切替スイッチ4と、1st-ECU5と、2nd-ECU6(遮断弁故障診断装置)とから概略構成されている。
 エンジン1は、液体燃料と気体燃料とを選択的に使用可能な4サイクルエンジンであり、シリンダ10、ピストン11、コンロッド12、クランクシャフト13、吸気バルブ14、排気バルブ15、点火プラグ16、点火コイル17、吸気管18、排気管19、エアクリーナ20、スロットルバルブ21、液体燃料噴射弁22、気体燃料噴射弁23、吸気圧センサ24、吸気温センサ25、スロットル開度センサ26、冷却水温センサ27及びクランク角度センサ28を備えている。
 シリンダ10は、内部に設けられたピストン11を、吸気、圧縮、燃焼(膨張)、排気の4行程を繰り返すことによって往復運動させるための中空の円筒形状部材である。シリンダ10は、空気と燃料との混合気を燃焼室10bに供給するための流路である吸気ポート10a、上記混合気を留め、圧縮行程において圧縮された混合気を燃焼行程において燃焼させるための空間である燃焼室10b、排気行程において燃焼室10bから排気ガスを外部に排出するための流路である排気ポート10cが設けられている。このシリンダ10の外壁には、冷却水を循環させるための冷却水路10dが設けられている。
 ピストン11には、ピストン11の往復運動を回転運動に変換するためのクランクシャフト13がコンロッド12を介して連結されている。クランクシャフト13は、ピストン11の往復方向と直交する方向に延在しており、不図示のフライホイール、ミッションギア等と連結されている。このクランクシャフト13には、クランク角度を検出するために用いられるロータ13aが同軸接続されている。このロータ13aの外周には、複数の突起が回転方向に対して、各突起の後端が等角度間隔(例えば20°間隔)になるように設けられている。
 吸気バルブ14は、吸気ポート10aにおける燃焼室10b側の開口部を開閉するための弁部材であり、不図示のカムシャフトと連結されており、当該カムシャフトによって各行程に応じて開閉駆動される。
 排気バルブ15は、排気ポート10cにおける燃焼室10b側の開口部を開閉するための弁部材であり、不図示のカムシャフトと連結されており、当該カムシャフトによって各行程に応じて開閉駆動される。
 点火プラグ16は、燃焼室10bの内側に電極が露出するように燃焼室10bの上部に設置されており、点火コイル17から供給される高電圧信号によって電極間に火花を発生する。
 点火コイル17は、1次巻線と2次巻線からなるトランスであり、1st-ECU5から1次巻線に供給される点火用電圧信号を昇圧して2次巻線から点火プラグ16に供給する。
 吸気管18は、空気供給用の配管であり、内部の吸気流路18aが吸気ポート10aと連通するようにシリンダ10に連結されている。
 排気管19は、排気ガス排出用の配管であり、内部の排気流路19aが排気ポート10cと連通するようにシリンダ10に連結されている。
 エアクリーナ20は、吸気管18の上流に設けられており、外部から取り込まれる空気を清浄化して吸気流路18aに送り込む。
 スロットルバルブ21は、吸気流路18aの内部に設けられており、スロットル操作(もしくはアクセル操作)に応じて回動する。つまり、スロットルバルブ21の回動によって吸気流路18aの断面積が変化し、吸気量が変化する。
 液体燃料噴射弁22は、吸気ポート10a側に噴射口が露出するように吸気管18に設置された電磁弁(例えばソレノイドバルブ等)である。液体燃料噴射弁22は、1st-ECU5から供給される燃料噴射弁駆動信号に応じて、液体燃料供給部2から供給される液体燃料(ガソリン等)を噴射口から噴射する。
 気体燃料噴射弁23は、吸気ポート10a側に噴射口が露出するように吸気管18に設置された電磁弁(例えばソレノイドバルブ等)である。気体燃料噴射弁23は、2nd-ECU6から供給される燃料噴射弁駆動信号に応じて、気体燃料供給部3から供給される気体燃料(CNG等)を噴射口から噴射する。
 吸気圧センサ24は、例えばピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサである。吸気圧センサ24は、スロットルバルブ21の下流において吸気流路18a側に感度面が露出するように吸気管18に設置されており、吸気管18内の吸気圧に応じた吸気圧信号を1st-ECU5に出力する。
 吸気温センサ25は、スロットルバルブ21の上流において吸気流路18a側に感部が露出するように吸気管18に設置されており、吸気管18内の吸気温度に応じた吸気温信号を1st-ECU5に出力する。
 スロットル開度センサ26は、スロットルバルブ21の開度に応じたスロットル開度信号を1st-ECU5に出力する。
 冷却水温センサ27は、冷却水路10d側に感部が露出するようにシリンダ10に設置されており、冷却水路10dを流れる冷却水の温度に応じた冷却水温信号を1st-ECU5に出力する。
 クランク角度センサ28は、例えば電磁式ピックアップセンサである。クランク角度センサ28は、ロータ13aの外周に設けられた各突起がセンサ近傍を通過する毎に極性の異なる1対のパルス状の信号を1st-ECU5に出力する。より詳細には、このクランク角度センサ28は、回転方向に対して各突起の前端が通過した場合、負極性の振幅を有するパルス状の信号を出力し、回転方向に対して各突起の後端が通過した場合、正極性の振幅を有するパルス状の信号を出力する。
 液体燃料供給部2は、液体燃料タンク30及び燃料ポンプ31から構成されている。
 液体燃料タンク30は、例えばガソリン燃料、或いはアルコール燃料などの液体燃料を貯留する容器である。
 燃料ポンプ31は、1st―ECU5から供給されるポンプ駆動信号に応じて、液体燃料タンク30内の液体燃料を汲み出して液体燃料噴射弁22の燃料入口に圧送する。
 気体燃料供給部3は、気体燃料タンク40、遮断弁41、レギュレータ42、フィルタ43、燃圧センサ44及びリリーフバルブ45から構成されている。
 気体燃料タンク40は、例えばCNG等の高圧の気体燃料が充填された耐圧容器である。遮断弁41は、気体燃料タンク40からレギュレータ42に至る燃料供給経路に介挿されたキックパイロット構造の遮断弁である。遮断弁41は、2nd-ECU6から供給される遮断弁駆動信号に応じて開弁動作及び閉弁動作を行うことで、気体燃料タンク40からの気体燃料の供給開始と停止を切替える。なお、このようなキックパイロット構造の遮断弁41は、図7を用いて説明したように、通電時に先行して開弁するパイロットバルブ103(第1の弁体)と、その開弁後に上流下流間の差圧低下によって開弁するメインバルブ104(第2の弁体)とを有している。
 レギュレータ42は、遮断弁41の下流に配置された調圧弁である。レギュレータ42は、遮断弁41の開弁時に気体燃料タンク40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た後、下流に設置されたフィルタ43に送出する。
 フィルタ43は、レギュレータ42から送出される気体燃料に含まれる異物(例えば気体燃料中のコンプレッサーオイル等の異物)を除去し、異物除去後の気体燃料を気体燃料噴射弁23の燃料入口に送出する。
 燃圧センサ44は、フィルタ43に設置された圧力センサである。燃圧センサ44は、気体燃料噴射弁23へ送出される気体燃料の圧力を検出し、その検出結果を表す圧力検出信号を2nd-ECU6に出力する。
 リリーフバルブ45は、レギュレータ42とフィルタ43とを結ぶ配管に連通する分岐配管に介挿された安全弁である。リリーフバルブ45は、レギュレータ42の下流の燃圧が設定圧力を越えた場合に開弁して気体燃料を外部に排出する(リリーフする)役割を担う。
 燃料切替スイッチ4は、手動操作による燃料の切替えを可能とするスイッチである。燃料切替スイッチ4は、そのスイッチの状態、つまりエンジン1で使用する燃料として液体燃料が指定されているのか、気体燃料が指定されているのかを示す燃料指定信号を2nd-ECU6に出力する。
 1st-ECU5は、主に液体燃料によるエンジン1の運転制御を行う。図2に示すように、1st-ECU5は、波形整形回路50、回転数カウンタ51、A/D変換器52、点火回路53、燃料噴射弁駆動回路54、ポンプ駆動回路55、ROM(Read Only Memory)56、RAM(Random Access Memory)57、通信回路58及びCPU(Central Processing Unit)59を備えている。
 波形整形回路50は、クランク角度センサ28から入力されるクランク信号を、方形波のパルス信号(例えば負極性のクランク信号をハイレベルとし、正極性及びグランドレベルのクランク信号をローレベルとする)に波形整形し、回転数カウンタ51及びCPU59に出力する。つまり、この方形波のパルス信号は、クランクシャフト13が20°回転する際に要した時間を周期とする信号である。以下では、この波形整形回路50から出力される方形波のパルス信号をクランクパルス信号と称す。
 回転数カウンタ51は、上記波形整形回路50から入力されるクランクパルス信号に基づいてエンジン回転数を算出し、その算出結果をCPU59に出力する。
 A/D変換器52は、吸気圧センサ24から入力される吸気圧信号、吸気温センサ25から入力される吸気温信号、スロットル開度センサ26から入力されるスロットル開度信号、及び冷却水温センサ27から入力される冷却水温信号を、デジタル信号(吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値、冷却水温値)に変換してCPU59に出力する。
 点火回路53は、不図示のバッテリから供給される電源電圧を蓄積するコンデンサを備え、CPU59からの要求に応じて、コンデンサに蓄積された電荷を点火用電圧信号として点火コイル17の1次巻線に放電する。
 燃料噴射弁駆動回路54は、CPU59からの要求に応じて燃料噴射弁駆動信号を生成し、当該燃料噴射弁駆動信号を液体燃料噴射弁22に出力する。
 ポンプ駆動回路55は、CPU59からの要求に応じてポンプ駆動信号を生成し、当該ポンプ駆動信号を燃料ポンプ31に出力する。
 ROM56は、CPU59の各種機能を実現するためのエンジン制御プログラムや各種設定データを予め記憶している不揮発性メモリである。RAM57は、CPU59がエンジン制御プログラムを実行して各種動作を行う際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリである。通信回路58は、CPU59による制御の下、1st-ECU5と2nd-ECU6とのデータ通信を実現する通信インターフェイスであり、通信ケーブルを介して2nd-ECU6と接続されている。
 CPU59は、ROM56に記憶されているエンジン制御プログラムに従い、波形整形回路50から入力されるクランクパルス信号と、回転数カウンタ51から得られるエンジン回転数と、A/D変換器52から得られる吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値及び冷却水温値と、通信回路58を介して2nd-ECU6から得られる各種情報とに基づいて、液体燃料によるエンジン1の運転制御を行う。
 具体的には、CPU59は、波形整形回路50から入力されるクランクパルス信号に基づいてクランクシャフト13の回転状態(換言すれば、シリンダ10内におけるピストン11の位置)を監視し、ピストン11が点火時期に対応する位置に到達した時点で、点火制御信号を点火回路53に出力することにより、点火プラグ16をスパークさせる。
 このCPU59は、通信回路58を介して2nd-ECU6から液体燃料による運転指示を受信した場合、燃料供給制御信号をポンプ駆動回路55に出力することで燃料ポンプ31を駆動させて、液体燃料噴射弁22への液体燃料の供給を開始する。また、CPU59は、ピストン11が燃料噴射時期に対応する位置に到達した時点で、燃料噴射制御信号を燃料噴射弁駆動回路54に出力することにより、液体燃料噴射弁22による液体燃料の噴射を実施する。なお、このCPU59は、自身が認識しているピストン11の位置、エンジン回転数、吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値及び冷却水温値を、通信回路58を介して2nd-ECU6に送信する機能も有している。
 2nd-ECU6は、主に気体燃料によるエンジン1の運転制御を行う。図3に示すように、2nd-ECU6は、通信回路60、A/D変換器61、燃料噴射弁駆動回路62、遮断弁駆動回路63、ROM64、RAM65、及びCPU66を備えている。
 通信回路60は、CPU66による制御の下、1st-ECU5と2nd-ECU6とのデータ通信を実現する通信インターフェイスであり、通信ケーブルを介して1st-ECU5(詳細には通信回路58)と接続されている。A/D変換器61は、燃圧センサ44から入力される圧力検出信号を、デジタル信号に変換してCPU66に出力する。なお、このデジタル信号は遮断弁41の下流圧力の実測値を示す信号であるため、以下ではこのデジタル信号を下流圧力実測値と称す。
 燃料噴射弁駆動回路62は、CPU66からの要求に応じて燃料噴射弁駆動信号を生成し、当該燃料噴射弁駆動信号を気体燃料噴射弁23に出力する。遮断弁駆動回路63は、CPU66からの要求応じて遮断弁駆動信号を生成し、当該遮断弁駆動信号を遮断弁41に出力する。ROM64は、CPU66の各種機能を実現するためのエンジン制御プログラムや各種設定データを予め記憶している不揮発性メモリである。RAM65は、CPU66がエンジン制御プログラムを実行して各種動作を行う際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリである。
 CPU66(診断処理部)は、ROM64に記憶されているエンジン制御プログラムに従い、燃料切替スイッチ4から入力される燃料指定信号と、通信回路60を介して1st-ECU5から得られるピストン11の位置、エンジン回転数、吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値及び冷却水温値と、A/D変換器61から得られる下流圧力実測値とに基づいて、気体燃料によるエンジン1の運転制御を行う。
 具体的には、このCPU66は、燃料切替スイッチ4から入力される燃料指定信号の解析の結果、エンジン1で使用する燃料として液体燃料が指定されていると判断した場合、通信回路60を介して液体燃料による運転指示を1st-ECU5(詳細には通信回路58)に送信する。
 一方、このCPU66は、燃料切替スイッチ4から入力される燃料指定信号の解析の結果、エンジン1で使用する燃料として気体燃料が指定されていると判断した場合、遮断弁駆動回路63に対して遮断弁駆動信号の生成を要求する。これにより、遮断弁駆動回路63から遮断弁41へ遮断弁駆動信号が供給され(つまり遮断弁41の通電が開始され)、遮断弁41は開弁状態となり、気体燃料タンク40から気体燃料噴射弁23への気体燃料供給が開始される。また、このCPU66は、ピストン11が燃料噴射時期に対応する位置に到達した時点で、燃料噴射弁駆動回路62に対して燃料噴射弁駆動信号の生成を要求することにより、気体燃料噴射弁23による気体燃料の噴射を実施する。
 さらに、このCPU66は、本実施形態における特徴的な機能として、遮断弁41の下流圧力の時間変化特性からパイロットバルブ103及びメインバルブ104の開閉状態を推定し、その推定結果に基づいて、A/D変換器61から得られる下流圧力実測値から遮断弁41の故障診断を行う遮断弁故障診断機能を有している。以下では、このCPU66が有する遮断弁故障診断機能について詳細に説明する。
 まず、本実施形態における遮断弁41の故障診断原理は次の通りである。すなわち、遮断弁41の通電時に先行して開弁するパイロットバルブ103と、その開弁後に上流下流間の差圧低下によって開弁するメインバルブ104との開閉状態に応じて、それらのバルブを有する遮断弁41の下流圧力の時間変化特性は異なる傾向となる。従って、予め遮断弁41の下流圧力の時間変化特性からパイロットバルブ103及びメインバルブ104の開閉状態を推定しておけば、その推定結果に基づいて、下流圧力実測値からキックパイロット構造の遮断弁41の故障診断を適切に行うことが可能となる。
 また、遮断弁41の下流圧力の時間変化特性とパイロットバルブ103及びメインバルブ104の開閉状態との推定結果は、遮断弁41の通電前に下流圧力実測値が閾値以下であった場合(第1のケース:遮断弁41の上流下流間の差圧が大きいケース)と、下流圧力実測値が閾値を越えていた場合(第2のケース:遮断弁41の上流下流間の差圧が小さいケース)とで異なる。ここで、燃圧センサ44には製造による固体差や経時劣化があり、実際の圧力変化に対して検出値に誤差が生じる。そこで、第1のケース及び第2のケースのいずれにおいても、圧力の検出値の最大誤差を見込んでも正しい判定ができるように閾値Ptが設定されている。閾値Ptは気体燃料圧力が閾値Pt以下となると供給不足となる値が望ましい。従って、上記の第1のケースと第2のケースとで異なる推定結果に基づいて遮断弁41の故障診断を行うことにより、ケースに応じた適切な故障診断が可能となる。
 図4は、第1のケースにおける遮断弁41の下流圧力Pの時間変化特性からパイロットバルブ103及びメインバルブ104の開閉状態を推定し、その関係を示したものである。図4(a)は、下流圧力Pの時間変化特性の各傾向を示し、図4(b)は、各傾向に対応するパイロットバルブ103及びメインバルブ104の開閉状態(バルブ状態)を示している。また、図4(b)中において、開弁状態とはそのバルブが正常であることを指し、閉弁状態とはそのバルブが故障であることを指す。
 図4(a)に示すように、第1のケースにおいて、遮断弁41の通電開始から所定時間T経過後に下流圧力Pが閾値Ptを越えなかった場合(波線部分参照)、図4(b)に示すように、パイロットバルブ103及びメインバルブ104の両方が閉弁状態になっているか(パターンd参照)、或いはパイロットバルブ103が閉弁状態でメインバルブ104が開弁状態になっている(パターンc参照)と推定される。つまり、この場合には遮断弁41の故障と判断することができる。
 また、図4(a)に示すように、遮断弁41の通電開始から所定時間T経過後に下流圧力Pが閾値Ptを越えた場合、少なくともパイロットバルブ103は正常に開弁したと推定される。そこで、気体燃料噴射弁23を起動させることで遮断弁41下流の燃料を消費させてみる。この気体燃料噴射弁23の起動以降、図4(a)に示すように、下流圧力Pが閾値Pt以下となった場合(一点鎖線部分参照)、遮断弁41下流の燃料消費に対して上流からの燃料供給が間に合っていないと考えられるため、図4(b)に示すように、メインバルブ104が閉弁状態になっていると推定される(パターンb参照)。
 つまり、この場合にも遮断弁41の故障と判断することができる。
 さらに、図4(a)に示すように、気体燃料噴射弁23の起動以降、下流圧力Pが閾値Pt以下とならなかった場合(実線部分参照)、遮断弁41下流の燃料消費に対して上流からの燃料供給が間に合っていると考えられるため、図4(b)に示すように、メインバルブ104も開弁状態になっていると推定される(パターンa参照)。つまり、この場合には遮断弁41は正常であると判断することができる。
 なお、上述した第1のケースにおいて、所定時間Tは、遮断弁41の通電開始からパイロットバルブ103が開弁して下流圧力Pがエンジン運転可能な値となるまでの時間に設定されていることが望ましい。このように所定時間Tを設定することで、パイロットバルブ103の開故障が原因となる遮断弁41の故障を精度良く検出することが可能となる。
 図5は、第2のケースにおける遮断弁41の下流圧力Pの時間変化特性からパイロットバルブ103及びメインバルブ104の開閉状態を推定し、その関係を示したものである。図5(a)は、下流圧力Pの時間変化特性の各傾向を示し、図5(b)は、各傾向に対応するパイロットバルブ103及びメインバルブ104の開閉状態(バルブ状態)を示している。また、図5(b)中において、開弁状態とはそのバルブが正常であることを指し、閉弁状態とはそのバルブが故障であることを指す。
 図5(a)に示すように、第2のケースでは、遮断弁41の通電開始後に気体燃料噴射弁23を起動させることで遮断弁41下流の燃料を消費させてみる。この気体燃料噴射弁23の起動以降、図5(a)に示すように、下流圧力Pが閾値Pt以下となった場合(二点鎖線部分参照)、遮断弁41下流の燃料消費に対して上流からの燃料供給が間に合っていないと考えられるため、図5(b)に示すように、少なくともメインバルブ104が閉弁状態になっていると推定される(パターンf、h参照)。つまり、この場合にも遮断弁41の故障と判断することができる。
 また、図5(a)に示すように、この気体燃料噴射弁23の起動以降、下流圧力Pが閾値Pt以下とならなかった場合(実線部分参照)、遮断弁41下流の燃料消費に対して上流からの燃料供給が間に合っていると考えられるため、図5(b)に示すように、少なくともメインバルブ104が開弁状態になっていると推定される(パターンe、g参照)。つまり、この場合には遮断弁41は正常であると判断することができる。
 以上のような本実施形態における遮断弁41の故障診断原理に基づき、以下ではCPU66が遮断弁故障診断機能を実現するために実行する遮断弁故障診断処理について、図6のフローチャートを参照しながら説明する。
 図6に示すように、CPU66は、遮断弁故障診断処理の開始後、まず、遮断弁41の通電前にA/D変換器61から得た下流圧力実測値P1が閾値Pt以下か否かを判定する(ステップS1)。このステップS1において「Yes」の場合、つまり図4に示した第1のケースの場合、CPU66は、遮断弁駆動回路63に対して遮断弁駆動信号の生成を要求することで遮断弁41の通電を開始する(ステップS2)。
 そして、CPU66は、所定時間Tが経過したか否かを判定する(ステップS3)。ここで、「Yes」の場合、つまり所定時間Tが経過した場合には、所定時間T経過後にA/D変換器61から得た下流圧力実測値P1が閾値Ptを越えたか否かを判定する(ステップS4)。
 上記ステップS4において「Yes」の場合、つまり遮断弁41の通電開始から所定時間T経過後に下流圧力実測値P1が閾値Ptを越えて、少なくともパイロットバルブ103は正常に開弁したと推定される場合、CPU66は、燃料噴射弁駆動回路62に対して燃料噴射弁駆動信号の生成を要求することで気体燃料噴射弁23を起動させる(ステップS5)。そして、この気体燃料噴射弁23の起動後の下流圧力実測値P1をA/D変換器61から取得する(ステップS6)。
 そして、CPU66は、取得した下流圧力実測値P1が閾値Pt以下となったか否かを判定する(ステップS7)。ここで、「No」の場合には、ステップS6に戻って下流圧力実測値P1の取得を継続する一方、「Yes」の場合、つまりメインバルブ104が閉弁状態になっていると推定される場合(図4(b)のパターンbの場合)には、遮断弁41の故障と判断して遮断弁故障診断処理を終了する(ステップS8)。
 一方、上記ステップS4において「No」の場合、つまり遮断弁41の通電開始から所定時間T経過後に下流圧力実測値P1が閾値Ptを越えず、パイロットバルブ103及びメインバルブ104の両方が閉弁状態になっていると推定される場合(図4(b)のパターンc、dの場合)、CPU66は、上記ステップS8に移行し、遮断弁41の故障と判断して遮断弁故障診断処理を終了する。
 さらに、上記ステップS1において「No」の場合、つまり図5に示した第2のケースの場合、CPU66は、遮断弁駆動回路63に対して遮断弁駆動信号の生成を要求することで遮断弁41の通電を開始する(ステップS9)。そして、CPU66は、遮断弁41の通電開始後、燃料噴射弁駆動回路62に対して燃料噴射弁駆動信号の生成を要求することで気体燃料噴射弁23を起動させる(ステップS10)。そして、この気体燃料噴射弁23の起動後の下流圧力実測値P1をA/D変換器61から取得する(ステップS11)。
 そして、CPU66は、取得した下流圧力実測値P1が閾値Pt以下となったか否かを判定する(ステップS12)。ここで、「No」の場合には、ステップS11に戻って下流圧力実測値P1の取得を継続する一方、「Yes」の場合、つまり少なくともメインバルブ104が閉弁状態になっていると推定される場合(図5(b)のパターンf、hの場合)には、上記ステップS8に移行し、遮断弁41の故障と判断して遮断弁故障診断処理を終了する。
 以上説明したように、本実施形態によれば、キックパイロット構造の遮断弁41の故障診断を適切に行うことが可能となる。また、第1のケース(遮断弁41の上流下流間の差圧が大きいケース)と、第2のケース(遮断弁41の上流下流間の差圧が小さいケース)とで異なる処理手順を用いて遮断弁41の故障診断を行うことにより、ケースに応じた適切な故障診断が可能となる。
 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、液体燃料による運転制御を担う1st-ECU5と、気体燃料による運転制御及び遮断弁41の故障診断を担う2nd-ECU6とを別個に備えたバイフューエルエンジンシステムを例示したが、これら2つのECUの機能を1つのECUに統合するような構成を採用しても良い。
 (2)上記実施形態では、バイフューエルエンジンシステムを例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、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エンジンシステムであっても、本発明を適用することができる。
 (3)図7に示した遮断弁41のキックパイロット構造はあくまで一例であり、通電時に先行して開弁する第1の弁体と、その開弁後に上流下流間の差圧低下によって開弁する第2の弁体とを有する遮断弁であれば、その故障診断技術として本発明を適用することができる。
 (4)上記実施形態では、遮断弁41の下流圧力として、レギュレータ42の下流圧力(つまりレギュレータ42から気体燃料噴射弁23へ至る燃料供給経路の圧力)を測定する場合を例示したが、遮断弁41の下流圧力として、遮断弁41からレギュレータ42へ至る燃料供給経路の圧力を測定しても良い。なお、圧力センサと温度センサを兼ねる場合、遮断弁41の下流圧力を測定する箇所は気体燃料噴射弁23に近いほど好ましい。これは、温度測定の精度が向上するためである。
 本発明の遮断弁故障診断装置によれば、いわゆるキックパイロット構造の遮断弁の故障診断を適切に行うことができる。
 1…エンジン
 2…液体燃料供給部
 3…気体燃料供給部
 4…燃料切替スイッチ
 5…1st-ECU(Electronic Control Unit)
 6…2nd-ECU(遮断弁故障診断装置)
 23…気体燃料噴射弁
 41…遮断弁
 66…CPU(診断処理部)
 103…パイロットバルブ(第1の弁体)
 104…メインバルブ(第2の弁体)

Claims (6)

  1.  通電時に先行して開弁する第1の弁体と、その開弁後に上流下流間の差圧低下によって開弁する第2の弁体とを有する遮断弁の故障診断を行う遮断弁故障診断装置であって、
     前記遮断弁の下流圧力の時間変化特性から前記第1及び第2の弁体の開閉状態を推定して、その推定結果に基づいて前記下流圧力の実測値から前記遮断弁の故障診断を行う診断処理部を備える遮断弁故障診断装置。
  2.  前記診断処理部は、前記遮断弁の通電前に前記下流圧力の実測値が閾値以下であった場合と、前記下流圧力の実測値が前記閾値を越えていた場合とで異なる前記推定結果に基づいて、前記下流圧力の実測値から前記遮断弁の故障診断を行う請求項1に記載の遮断弁故障診断装置。
  3.  前記診断処理部は、前記遮断弁の通電前に前記下流圧力の実測値が閾値以下であった場合、前記遮断弁の通電開始から所定時間経過後に前記下流圧力の実測値が前記閾値を越えたか否かを判定し、否の場合に前記遮断弁の故障と判断する請求項2に記載の遮断弁故障診断装置。
  4.  前記診断処理部は、前記遮断弁の通電開始から所定時間経過後に前記下流圧力の実測値が前記閾値を越えたと判定した場合、前記遮断弁の下流に設置された燃料噴射弁を起動させ、前記燃料噴射弁の起動以降、前記下流圧力の実測値が前記閾値以下となった場合に前記遮断弁の故障と判断する請求項3に記載の遮断弁故障診断装置。
  5.  前記所定時間は、前記遮断弁の通電開始から前記第1の弁体が開弁して前記下流圧力がエンジン運転可能な値となるまでの時間に設定されている請求項3または4に記載の遮断弁故障診断装置。
  6.  前記診断処理部は、前記遮断弁の通電前に前記下流圧力の実測値が前記閾値を越えていた場合、前記遮断弁の通電開始後に前記遮断弁の下流に設置された燃料噴射弁を起動させ、前記燃料噴射弁の起動以降、前記下流圧力の実測値が前記閾値以下となった場合に前記遮断弁の故障と判断する請求項2に記載の遮断弁故障診断装置。
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