JP2018200023A - 燃料系制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料フィルタの高い濾過効率を継続的に確保する燃料系制御装置の提供。
【解決手段】S101,S103,S108,S109では、燃料の動粘度KVl(KVj),KVpを複数温度TMl(TMj),TMpにおいて取得する。S104では、S101,S103,S108,S109により取得された複数温度TMl,TMpでの動粘度KVl,KVpに基づき、燃料を構成する成分に応じた動粘度の温度特性CKTを選択する。S105では、S104により選択された温度特性CKTに対応する判定閾値として、燃料の曇点での最小動粘度KVmを決定する。S110,S111では、S105により決定された最小動粘度KVm以上となる燃料の動粘度KVjにおいて、ヒータを制御することにより燃料フィルタを加熱する。
【選択図】図2

Description

本発明は、燃料系制御装置に関する。
従来、内燃機関の燃料系において燃焼室への燃料を濾過する燃料フィルタのヒータによる加熱を制御することで、高い濾過効率を継続的に確保可能にする燃料系制御装置は、広く知られている。
こうした燃料系制御装置の一種として特許文献1の開示装置では、燃料の動粘度に対する曇点の相関データに従って、燃料の動粘度及び温度に基づくことで、ヒータ制御による燃料フィルタの加熱が実行されている。
特開2014−51920号公報
しかし、本発明者らが鋭意研究を行った結果、ある単一温度において動粘度が同じ燃料でも、構成成分の違いに応じてワックス化による析出結晶の成長度にも違いが生じ、曇点は異なることが分かっている。そのために特許文献1の開示装置では、動粘度に対する曇点の相関データに基づいても、燃料の構成成分によっては現在温度が曇点以下となったにも拘わらず加熱が実行されずに、燃料フィルタ内の燃料がワックス化して最悪は目詰まりを招くという懸念があった。ここで燃料が一旦ワックス化すると、燃料フィルタに固着した析出結晶は加熱をしても溶融し難くなることから、高い濾過効率を継続的に確保する上での対策が必要であった。
本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料フィルタの高い濾過効率を継続的に確保する燃料系制御装置を提供することにある。
以下、課題を達成するための発明の技術的手段について、説明する。尚、発明の技術的手段を開示する特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、発明の技術的範囲を限定するものではない。
上述の課題を解決するために開示された第一発明は、
内燃機関(1)の燃料系(10)において燃焼室(1a)へ供給される燃料を濾過する燃料フィルタ(11)のヒータ(110)による加熱を制御する燃料系制御装置(50)であって、
燃料の動粘度(KVl,KVp,KVe,KVp1,KVp2)を複数温度(TMl,TMp,TMb,TMp1,TMp2)において取得する動粘度取得ブロック(S101,S103,S108,S109,S2102,S2103,S2104,S3103,S4101,S4103)と、
動粘度取得ブロックにより取得された複数温度での動粘度に基づき、燃料を構成する成分に応じた動粘度の温度特性(CKT)を選択する特性選択ブロック(S104,S3104,S4104)と、
特性選択ブロックにより選択された温度特性に対応する判定閾値として、燃料の曇点での最小動粘度(KVm)を決定する閾値決定ブロック(S105)と、
閾値決定ブロックにより決定された最小動粘度以上となる燃料の動粘度(KVj)において、ヒータを制御することにより燃料フィルタを加熱するヒータ制御ブロック(S110,S111)とを、備える。
このような第一発明によると、燃料の複数温度での動粘度に基づくことで、燃料構成成分に応じた動粘度の温度特性が選択される。これによれば、選択された温度特性に対応する判定閾値として、燃料構成成分に応じた曇点での最小動粘度を決定できる。故に燃料構成成分が異なっても、燃料動粘度が最小動粘度以上となる場合には、燃料フィルタをヒータの制御により加熱して、目詰まりに先立つワックス化から抑止し得るので、燃料フィルタの濾過効率を継続的に確保することが可能となる。
また、上述の課題を解決するために開示された第二発明は、
内燃機関(1)の燃料系(10)において燃焼室(1a)へ供給される燃料を濾過する燃料フィルタ(11)のヒータ(110)による加熱を制御する燃料系制御装置(50)であって、
燃料の動粘度(KVl,KVp,KVe,KVp1,KVp2)を複数温度(TMl,TMp,TMb,TMp1,TMp2)において取得する動粘度取得ブロック(S101,S103,S108,S109,S2102,S2103,S2104,S3103,S4101,S4103)と、
動粘度取得ブロックにより取得された複数温度での動粘度に基づき、燃料を構成する成分に応じた動粘度の温度特性(CKT)を選択する特性選択ブロック(S104,S3104,S4104)と、
特性選択ブロックにより選択された温度特性に対応する判定閾値として、燃料の最高曇点(TMm)を決定する閾値決定ブロック(S5105)と、
閾値決定ブロックにより決定された最高曇点以下となる燃料の温度(TMj)において、ヒータを制御することにより燃料フィルタを加熱するヒータ制御ブロック(S5110,S5111)とを、備える。
このような第二発明では、燃料の複数温度での動粘度に基づくことで、燃料構成成分に応じた動粘度の温度特性が選択される。これによれば、選択された温度特性に対応する判定閾値として、燃料構成成分に応じた最高曇点を決定できる。故に燃料構成成分が異なっても、燃料温度が最高曇点以下となる場合には、燃料フィルタをヒータ制御により加熱して、目詰まりに先立つワックス化から抑止し得るので、燃料フィルタの濾過効率を継続的に確保することが可能となる。
さらにまた、上述の課題を解決するために開示された第三発明は、
内燃機関(1)の燃料系(10)において燃焼室(1a)へ供給される燃料を濾過する燃料フィルタ(11)のヒータ(110)による加熱を制御する燃料系制御装置(50)であって、
燃料の動粘度(KVl,KVp,KVe,KVp1,KVp2)を複数温度(TMl,TMp,TMb,TMp1,TMp2)において取得する動粘度取得ブロック(S101,S103,S108,S109,S2102,S2103,S2104,S3103,S4101,S4103)と、
動粘度取得ブロックにより取得された複数温度での動粘度に基づき、燃料を構成する成分に応じた動粘度の温度特性(CKT)を選択する特性選択ブロック(S104,S3104,S4104)と、
特性選択ブロックにより選択された温度特性を満たすパラメータとして、燃料の基準温度(TMb)での基準動粘度(KVb)を抽出する基準抽出ブロック(S6105a)と、
基準抽出ブロックにより抽出された基準温度での動粘度に対応するパラメータとして、燃料の留出温度(TMd)を推定する留出推定ブロック(S6105b)と、
留出推定ブロックにより推定された留出温度に応じた判定閾値として、燃料の最高曇点(TMm)を決定する閾値決定ブロック(S6105c)と、
閾値決定ブロックにより決定された最高曇点以下となる燃料の温度(TMj)において、ヒータを制御することにより燃料フィルタを加熱するヒータ制御ブロック(S5110,S5111)とを、備える。
このような第三発明では、燃料の複数温度での動粘度に基づくことで、燃料構成成分に応じた動粘度の温度特性が選択される。これによれば、選択された温度特性を満たす燃料の基準動粘度に対応する留出温度に応じた判定閾値として、燃料構成成分に応じた最高曇点を決定できる。故に燃料構成成分が異なっても、燃料温度が最高曇点以下となる場合には、燃料フィルタをヒータ制御により加熱して、目詰まりに先立つワックス化から抑止し得るので、燃料フィルタの濾過効率を継続的に確保することが可能となる。
第一実施形態の適用される内燃機関の燃料系を示すブロック図である。 第一実施形態の加熱制御フローを示すフローチャートである。 第一実施形態の燃料構成成分に応じた動粘度の温度特性を示すグラフである。 第一実施形態の温度特性の選択について説明するためのグラフである。 第一実施形態の最小動粘度の決定について説明するためのグラフである。 第二実施形態の加熱制御フローを示すフローチャートである。 第三実施形態の加熱制御フローを示すフローチャートである。 第三実施形態のモデルデータ例を示すグラフである。 第四実施形態の適用される内燃機関の燃料系を示すブロック図である。 第四実施形態の加熱制御フローを示すフローチャートである。 第五実施形態の加熱制御フローを示すフローチャートである。 第五実施形態の最高曇点の決定について説明するためのグラフである。 第六実施形態の加熱制御フローを示すフローチャートである。 第六実施形態の基準動粘度の抽出について説明するためのグラフである。 第六実施形態の留出温度の推定について説明するためのグラフである。 第六実施形態の最高曇点の決定について説明するためのグラフである。 図11の変形例を示すフローチャートである。 図13の変形例を示すフローチャートである。 図11の変形例を示すフローチャートである。 図13の変形例を示すフローチャートである。 図11の変形例を示すフローチャートである。 図13の変形例を示すフローチャートである。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。
(第一実施形態)
図1に示すように本発明の第一実施形態による「燃料系制御装置」としてのECU(Electronic Control Unit)50は、車両に搭載される内燃機関1の燃料系10に適用される。ECU50は、内燃機関1の燃焼室1aへ供給される燃料を濾過する燃料フィルタ11のヒータ110による加熱を、制御する。
具体的に燃料系10は、燃料タンク12、燃料フィルタ11、高圧燃料ポンプ13、コモンレール14、温度センサ15及び動粘度センサ16等を、含んでいる。燃料タンク12は、燃焼室1aへ供給燃料を貯留する。
燃料フィルタ11は、例えば濾紙等のフィルタエレメント111を容器112に収容して、構成されている。フィルタエレメント111は、燃料タンク12から燃焼室1aへの供給燃料を、供給経路の中途部にて通過させる。このときフィルタエレメント111は、通過する燃料中の異物を捕集することで、当該通過燃料を濾過する。
燃料フィルタ11の容器112には、ヒータ110が設置されている。ヒータ110は、例えばPTC(Positive Temperature Coefficient)素子等の発熱素子を主体として、構成されている。ヒータ110は、ECU50からの通電調整により、フィルタエレメント111の加熱制御を受ける。これによりフィルタエレメント111では、燃料を構成する燃料構成成分に応じた曇点にて目詰まりに先立ち生じ始めるワックス化に対して、抑止作用の発揮が可能となっている。
高圧燃料ポンプ13は、燃料タンク12から燃料フィルタ11を介して吸入した燃料を、燃焼室1aへの供給燃料としてコモンレール14に圧送する。そこで高圧燃料ポンプ13では、ECU50からの通電調整により、コモンレール14への圧送燃料の圧力制御を受ける。このとき、コモンレール14への圧送燃料の圧力は、例えばアクセル開度及びエンジン回転数等といった内燃機関1の運転状態に基づくことで、ECU50により制御される。
コモンレール14は、内燃機関1において複数の燃焼室1a毎に燃料噴射弁1bから噴射させる供給燃料を、内部に一時的に蓄える。ここで、燃焼室1a毎の各燃料噴射弁1bの開閉弁時期は、ECU50により制御される。これにより各燃料噴射弁1bの開弁時には、対応する燃焼室1aへコモンレール14からの供給燃料が噴射されることで、当該対応燃焼室1aへ吸入された空気と混合される。その結果、燃料と空気との混合気が内燃機関1のピストンにより圧縮されることで、当該燃料が自着火して燃焼する。即ち、本実施形態の内燃機関1は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンであり、当該内燃機関1への供給燃料として、ディーゼル燃料(軽油)が使用されている。ここで、そうした燃料の構成成分は、世界の各地域(各国)毎に相異なっている。
コモンレール14には、内部燃料の圧力が耐圧値を超えるのを規制するために、減圧弁140が設置されている。減圧弁140の開弁時にコモンレール14から逃がされる燃料は、図1に示すように還流先として燃料タンク12及び燃料フィルタ11の一方が還流弁141により選択されるようになっていてもよいし、図示はしないが還流先が燃料タンク12に限定されていてもよい。尚、還流弁141による還流先の選択は、燃料温度に応じた感温素子の働きにより制御される。また。還流弁141による還流先を選択される燃料は、コモンレール14から逃がされる燃料だけでなく、図1に示すように、高圧燃料ポンプ13や各燃料噴射弁1bから逃がされる燃料等であってもよい。
各センサ15,16は、燃料系10のうち燃料タンク12から燃焼室1a毎の各燃料噴射弁1bに至る燃料経路において、それぞれ所定の一箇所(図1に明示はされていない箇所)に設置されている。温度センサ15は、例えばサーミスタ等のセンサ素子を主体として、構成されている。温度センサ15は、燃料タンク12から燃焼室1aへの供給燃料の温度を、設置箇所において検出する。動粘度センサ16は、例えば音叉式、超音波式若しくは細管式等の直接計測型、又は密度等からの間接推定型のセンサ素子を主体として、構成されている。動粘度センサ16は、燃料タンク12から燃焼室1aへの供給燃料の性状を表す性状パラメータとしての動粘度を、設置箇所において検出する。
ECU50は、プロセッサ50a及びメモリ50bを有するマイクロコンピュータを主体として、構成されている。ECU50は、ヒータ110、高圧燃料ポンプ13、各センサ15,16及び各弁1b,140の他、車両の各種センサに対し、直接的又は車内ネットワークを介して間接的に接続されている。ECU50は、各センサ15,16の検出情報と内燃機関1の運転状態とを含む車両情報に基づき、ヒータ110、高圧燃料ポンプ13及び各弁1b,140の作動を制御する。
ここで詳細にECU50は、メモリ50bに記憶された加熱制御プログラムをプロセッサ50aにより実行することで、図2に示す加熱制御フローの各ステップを機能的に実現する。尚、加熱制御フローは、車両において乗員からの内燃機関1の始動指令を与えるパワースイッチのオン操作に応じて開始される一方、乗員からの内燃機関1の停止指令を与える同スイッチのオフ操作に応じて終了する。また、加熱制御フロー中の「S」とは、各ステップを意味する。さらにまた、加熱制御プログラムを記憶するECU50のメモリ50bは、例えば半導体メモリ、磁気媒体若しくは光学媒体等といった記憶媒体を、一つ又は複数使用して構成される。
まずS101では、現在記憶されている前回温度TMl及び前回動粘度KVlを、メモリ50bから読み出す。このとき、読み出される前回温度TMl及び前回動粘度KVlは、内燃機関1が停止する前となる前回作動において、後述する直近のS107,S109によって更新されたメモリ50bの記憶値である。これにより前回温度TMl及び前回動粘度KVlは、前回作動において取得された直近タイミングの判定時温度TMj及び判定時動粘度KVjとなる。
次のS102では、燃料の性状パラメータである動粘度の検出箇所、即ち動粘度センサ16の設置箇所における燃料の現在温度TMpを、温度センサ15による検出情報に基づき取得する。このとき、動粘度センサ16の設置箇所又は近傍箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度が直接的に現在温度TMpとして取得される。一方、動粘度センサ16の設置箇所からの離間箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度から間接的且つ推定的に現在温度TMpが取得される。
続くS103では、S102により取得された現在温度TMpと実質同一温度下にて、動粘度センサ16の設置箇所における燃料の現在動粘度KVpを、動粘度センサ16の検出情報に基づき取得する。これにより現在温度TMp及び現在動粘度KVpは、今回作動において取得された最新値となる。
さらに続くS104では、複数温度TMl(即ちTMj),TMpでの動粘度KVl(即ちKvj),KVpに基づくことで、動粘度の温度特性CKTを選択する。本発明者の鋭意研究結果によれば、図3に示すように燃料の温度に対して燃料の動粘度は、各地域(各国)の燃料構成成分毎に相異なった相関を有することが判明している。さらに本発明者の鋭意研究結果によれば、図3の燃料構成成分毎の各相関は、次の式1により表されることが判明している。ここで、式1のκは次の式2により表され、当該式2のC,Dはそれぞれ次の式3,4により表される。また、式1,3,4のKVは動粘度[単位:mm/s]であり、式1のn,mは燃料構成成分毎に一義的に決まる定数であり、式1のTMは燃料の絶対温度[単位:K]である。
log(log(KV+κ))=n−m・logTM …(式1)
κ=0.6+C−D …(式2)
C=exp(−1.14883−2.65868・KV) …(式3)
D=exp(−0.0038138−12.5645・KV) …(式4)
こうしたことからS104では、S101により読み出された前回温度TMl及び前回動粘度KVlを、それぞれ式1のTM及び式1,3,4のKVに代入することで、次の式5を導出する。それと共にS104では、S102,S103により取得された現在温度TMp及び現在動粘度KVpを、式1のTM及び式1,3,4のKVに代入することで、次の式6を導出する。これらの後にS104では、導出した式5,6の連立方程式を解くことで、現在の燃料構成成分に対応するn,mを決定する。そこでさらにS104では、決定したm,nを導入の式1によって表される相関として、現在の燃料構成成分に応じた温度特性CKTを図3の各相関の中から、図4の如く選択する。以上により、複数温度TMl,TMpでの動粘度KVl,KVpが共に当てはまる温度特性CKTを、選択するのである。
log(log(KVl+κ))=n−m・logTMl …(式5)
log(log(KVp+κ))=n−m・logTMp …(式6)
図2に示すように続くS105では、温度特性CKTに対応する燃料の動粘度のうち、曇点での最小動粘度KVmを決定する。本発明者の鋭意研究結果によれば、燃料がワックス化する曇点に対して、図5に例示するように当該曇点での動粘度が分布する範囲は、燃料の構成成分毎に相異なることが判明している。ここで図5の分布は、例えば設計時の実験結果又はシミュレーション結果等に基づくことで、予め燃料構成成分毎に取得可能である。そこで第一実施形態では、取得された燃料構成成分毎の分布から、最小値(最悪値)になると予測又は見積りされる曇点での動粘度が、当該成分毎の最小動粘度KVmとして予め設定される。尚、図5の分布において複数のドットデータは、燃料のワックス化した曇点に対する動粘度の実験値を表している。
こうしたことから最小動粘度KVmと温度特性CKTとは、燃料構成成分に応じて一対一で対応付けられている。ここで対応付けについては、例えば温度特性CKTを表す式1のn,mに最小動粘度KVmが対応させられていてもよいし、当該式1を満たす特定の基準温度での動粘度に最小動粘度KVmが対応させられていてもよい。以上によりS105では、S104により選択された温度特性CKTに対応する、S110での判定閾値としての最小動粘度KVmを、決定するのである。
図2に示すように続くS106では、燃料フィルタ11のフィルタエレメント111を現在通過する燃料の温度として、判定時温度TMjを温度センサ15による検出情報に基づき取得する。このとき、フィルタエレメント111からの離間箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度から間接的且つ推定的に判定時温度TMjが取得される。一方、フィルタエレメント111の近傍箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度が直接的に判定時温度TMjとして取得される。尚、S105から直接移行する初回のS106では、S102での温度センサ15による検出情報に基づくことで、判定時温度TMjを取得してもよい。
また続くS107では、S106により取得された判定時温度TMjにより、メモリ50bに記憶の前回温度TMlを更新しておく。さらに続くS108では、燃料フィルタ11のフィルタエレメント111を現在通過する燃料の動粘度として、判定時動粘度KVjを動粘度センサ16による検出情報に基づき取得する。尚、S105から初回のS106,S107を介して移行する初回のS108では、S103での動粘度センサ16による検出情報に基づくことで、判定時動粘度KVjを取得してもよい。
またさらに続くS109では、S108により取得された判定時動粘度KVjにより、メモリ50bに記憶の前回動粘度KVlを更新しておく。以上の後にS110では、S108により取得された判定時動粘度KVjと、S105により決定された判定閾値である最小動粘度KVmとを比較することで、それら値KVj,KVmの大小関係を判定する。その結果、判定時動粘度KVjが最小動粘度KVm以上であると判定された場合には、S111へ移行する一方、判定時動粘度KVjが最小動粘度KVm未満であると判定された場合には、S112へ移行する。
S111では、通電量の調整によりヒータ110の発熱を制御することで、燃料フィルタ11のフィルタエレメント111を加熱する。このときには、フィルタエレメント111の加熱温度を、例えば予め決められた固定温度に制御してもよいが、最小動粘度KVmとそれ以上の判定時動粘度KVjとの差分値に応じた可変温度に、第一実施形態では制御する。これに対してS112では、通電量のカットによりヒータ110の発熱を停止させることで、燃料フィルタ11のフィルタエレメント111に対する加熱を停止状態とする。尚、これらS111,S112のいずれの場合にも、実行終了後にはS106へと戻ることになる。
ここまで説明したように第一実施形態では、ECU50のうちS101,S103,S108,S109を実行する機能部分が「動粘度取得ブロック」に相当し、ECU50のうちS104を実行する機能部分が「特性選択ブロック」に相当する。また第一実施形態では、ECU50のうちS105を実行する機能部分が「閾値決定ブロック」に相当し、ECU50のうちS110,S111を実行する機能部分が「ヒータ制御ブロック」に相当する。
(作用効果)
以上説明した第一実施形態の作用効果を、以下に説明する。
第一実施形態によると、燃料の複数温度TMl,TMpでの動粘度KVl,KVpに基づくことで、燃料構成成分に応じた動粘度の温度特性CKTが選択される。これによれば、選択された温度特性CKTに対応する判定閾値として、燃料構成成分に応じた曇点での最小動粘度KVmを決定できる。故に燃料構成成分が異なっても、燃料の判定時動粘度KVjが最小動粘度KVm以上となる場合には、燃料フィルタ11をヒータ110の制御により加熱して、目詰まりに先立つワックス化から抑止し得るので、燃料フィルタ11の濾過効率を継続的に確保することが可能となる。
また第一実施形態によると、燃料フィルタ11の加熱温度は、判定閾値とした最小動粘度KVmとそれ以上の判定時動粘度KVjとの差分値に応じて、可変温度に制御される。これによれば、ワックス化の抑止に必要十分な加熱を燃料フィルタ11に与え得るので、加熱による消費エネルギーを抑えつつも、高濾過効率の継続的確保の信頼性を高めることが可能となる。
さらに第一実施形態によると、前回作動における直近タイミングと、今回作動における開始タイミングとでは、燃料温度が変化し易くなる。故に複数温度TMl,TMpでの動粘度として、それら直近タイミング及び開始タイミングの動粘度KVl,KVpに基づくことによれば、燃料構成成分に応じた温度特性CKTを正しく選択し得るので、高濾過効率の継続的確保の信頼性を高めることが可能となる。
(第二実施形態)
本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。図6に示すように第二実施形態の加熱制御フローでは、S106,S107,S109を実行しないで、S101に先立つS2100〜S2104を順次実行する。
S2100では、燃料フィルタ11のフィルタエレメント111を現在通過する燃料の温度として、内燃機関1の始動前における始動前温度TMfを、温度センサ15による検出情報に基づき取得する。このとき、フィルタエレメント111の近傍箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度が直接的に始動前温度TMfとして取得される。一方、フィルタエレメント111からの離間箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度から間接的且つ推定的に始動前温度TMfが取得される。
S2101では、S2100により取得された始動前温度TMfにより、メモリ50bに記憶の前回温度TMlを更新しておく。S2102では、燃料フィルタ11のフィルタエレメント111を現在通過する燃料の動粘度として、内燃機関1の始動前における始動前動粘度KVfを、動粘度センサ16による検出情報に基づき取得する。S2103では、S2102により取得された始動前動粘度KVfにより、メモリ50bに記憶の前回動粘度KVlを更新しておく。
S2104では、クランキングにより内燃機関1が完爆して始動が完了した否かを、判定する。その結果、否定判定が下される間はS2104を繰り返して実行し、肯定判定が下されることでS101を実行する。故に、第一実施形態で説明の式5を導出のためにS101にて読み出されてS104により式1,3,4へと代入される前回温度TMl及び前回動粘度KVlは、内燃機関1の始動前に取得された始動前温度TMf及び始動前動粘度KVfとなる。また、第一実施形態で説明の式6を導出のためにS104により式1へと代入される現在温度TMp及び現在動粘度KVpは、内燃機関1の始動後に取得された温度及び動粘度となる。このような第二実施形態では、ECU50のうちS2102,S2103,S2104,S101,S103を実行する機能部分が「動粘度取得ブロック」に相当する。
以上説明した第二実施形態によると、内燃機関1の始動前と始動後とでは、燃料温度が変化し易くなる。故に複数温度TMl,TMpでの動粘度として、それら始動前後における動粘度KVl,KVpに基づくことによれば、燃料構成成分に応じた温度特性CKTを正しく選択し得るので、高濾過効率の継続的確保の信頼性を高めることが可能となる。
(第三実施形態)
本発明の第三実施形態は、第一実施形態の変形例である。図7に示すように第三実施形態の加熱制御フローでは、S101,S106,S107,S109を実行しないで、S103に続くS3103を実行してから、S104に代わるS3104を実行する。
S3103では、S103により取得された現在動粘度KVpを、S102により取得された現在温度TMpでの値から、基準温度TMbでの推定値である推定動粘度KVeへと変換する。本発明者の鋭意研究結果によれば、現在動粘度KVpに対して現在温度TMp及び基準温度TMb間での動粘度変化量ΔKVは、図8に例示するような相関を有することが判明している。
ここで、例えば設計時の実験結果又はシミュレーション結果等に基づくことで、現在動粘度KVpに対する動粘度変化量ΔKVの相関は、予め燃料温度毎に設定される。そこで第三実施形態では、現在動粘度KVpに対する動粘度変化量ΔKVの相関を燃料温度毎に表したモデルデータに、S3103の変換が従うこととなる。具体的にS3103では、現在動粘度KVpに対する動粘度変化量ΔKVの燃料温度毎のモデルデータのうち、S102により取得された現在温度TMpに対応するデータを、選択する。続いてS3103では、S102により取得された現在動粘度KVpを、選択したモデルデータに導入することで、現在温度TMp及び基準温度TMb間での動粘度変化量ΔKVを推定する。さらに続いてSS3103では、S102により取得された現在動粘度KVpに対して、推定した動粘度変化量ΔKVを加算することで、現在温度TMpでの現在動粘度KVpから変換された基準温度TMbでの推定動粘度KVeを取得する。
尚、基準温度TMbは、例えば内燃機関1の始動前後において通常想定される燃料温度とは離散した値等となるように、予め設定される。また、図8に例示の如きモデルデータにおいて複数のドットデータは、現在動粘度KVpに対する動粘度変化量ΔKVの燃料構成成分毎の実験値を、表している。さらにメモリ50bの記憶容量等の観点から、図8に例示の如きモデルデータに予め対応付けられる燃料温度として離散値が採用される場合に、そうした離散値間の現在温度TMpでは、補間演算によりモデルデータが補正される。またさらに動粘度変化量ΔKVは、基準温度TMbでの動粘度から現在温度TMpでの動粘度を差し引くことで、正負の符号を有する値として定義される。これにより、例えば基準温度TMbが現在温度TMpよりも高い場合に動粘度変化量ΔKVは、推定動粘度KVeを取得するための負の符号を図8の如く有する値として、現在動粘度KVpに加算されることとなる。
図7に示すようにS3104では、複数温度TMp,TMbでの動粘度KVp,KVeに基づくことで、動粘度の温度特性CKTを選択する。具体的にS3104では、S102,S103により取得された現在温度TMp及び現在動粘度KVpを、式1のTM及び式1,3,4のKVに代入することで、第一実施形態に説明の式6を導出する。それと共にS3104では、S3103により推定された推定動粘度KVe及び当該推定の基準とした基準温度TMbを、それぞれ第一実施形態に説明の式1,3,4のKV及び式1のTMに代入することで、次の式7を導出する。これらの後にS3104では、導出した式6,7の連立方程式を解くことで、現在の燃料構成成分に対応するn,mを決定する。そこでさらにS3104では、第一実施形態に説明のS104と同様にして、現在の燃料構成成分に応じた温度特性CKTを選択する。
log(log(KVe+κ))=n−m・logTMb …(式7)
このような第三実施形態では、ECU50のうち、第一実施形態にて説明の現在温度TMpを取得するS102を実行する機能部分が「温度取得ブロック」に相当し、ECU50のうちS103,S3103を実行する機能部分が「動粘度取得ブロック」に相当する。また第三実施形態では、ECU50のうちS3104を実行する機能部分が「特性選択ブロック」に相当する。
以上説明した第三実施形態によると、実際に取得された現在温度TMpでの現在動粘度KVpは、基準温度TMbでの推定動粘度KVeへと変換される。これによれば、燃料温度の時間変化を待たなくても、複数温度TMp,TMbでの動粘度KVp,KVeを取得できる。故に、燃料構成成分に応じた温度特性CKTを短時間で選択して、判定時動粘度KVjが最小動粘度KVm以上となったときから直ぐに燃料フィルタ11の加熱を開始し得るので、高濾過効率の継続的確保の信頼性を高めることが可能となる。
(第四実施形態)
本発明の第四実施形態は、第一実施形態の変形例である。図9に示すように第四実施形態では、燃料系10の燃料経路において動粘度センサ16とは異なる箇所(図9に明示はされていない箇所)に、動粘度センサ16と実質同種の動粘度センサ4016が別に設置されている。そこで以下では、動粘度センサ16を第一動粘度センサ16といい、動粘度センサ4016と第二動粘度センサ4016という。
こうした第二実施形態の加熱制御フローでは、図10に示すように、S106,S107,S109を実行しないで、S101〜S104に代わるS4100〜S4104を順次実行する。
S4100では、第一動粘度センサ16の設置箇所における燃料の第一現在温度TMp1を、温度センサ15による検出情報に基づき取得する。このとき、第一動粘度センサ16の設置箇所又は近傍箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度が直接的に第一現在温度TMp1として取得される。一方、第一動粘度センサ16の設置箇所からの離間箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度から間接的且つ推定的に第一現在温度TMp1が取得される。
S4101では、S4100により取得された第一現在温度TMp1と実質同一温度下にて、燃料の第一現在動粘度KVp1を、第一動粘度センサ16の検出情報に基づき取得する。S4102では、第二動粘度センサ4016の設置箇所における燃料の第二現在温度TMp2として、S4101により取得される第一現在温度TMp1とは異なる温度を、温度センサ15による検出情報に基づき取得する。このとき、第二動粘度センサ4016の設置箇所からの離間箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度から間接的且つ推定的に第二現在温度TMp2が取得される。一方、第二動粘度センサ4016の設置箇所又は近傍箇所にて燃料温度を検出する温度センサ15であれば、温度センサ15による検出温度が直接的に第二現在温度TMp2として取得される。
S4103では、S4102により取得された第二現在温度TMp2と実質同一温度下にて、燃料の第二現在動粘度KVp2を、第二動粘度センサ4016の検出情報に基づき取得する。S4104では、複数温度TMp1,TMp2での動粘度KVp1,KVp2に基づくことで、動粘度の温度特性CKTを選択する。具体的にS4104では、S4100,S4101により取得された第一現在温度TMp1及び第一現在動粘度KVp1を、式1のTM及び式1,3,4のKVに代入することで、次の式8を導出する。それと共にS4104では、S4102,S4103により取得された第二現在温度TMp2及び第二現在動粘度KVp2を、式1のTM及び式1,3,4のKVに代入することで、次の式9を導出する。これらの後にS4104では、導出した式8,9の連立方程式を解くことで、現在の燃料構成成分に対応するn,mを決定する。そこでさらにS4104では、第一実施形態に説明のS104と同様にして、現在の燃料構成成分に応じた温度特性CKTを選択する。
log(log(KVp1+κ))=n−m・logTMp1 …(式8)
log(log(KVp2+κ))=n−m・logTMp2 …(式9)
このような第四実施形態では、ECU50のうちS4101,S4103を実行する機能部分が「動粘度取得ブロック」に相当し、ECU50のうちS4104を実行する機能部分が「特性選択ブロック」に相当する。
以上説明した第四実施形態によると、燃料系10の複数箇所では、燃料温度が変化し易くなる。故に複数温度TMp1,TMp2での動粘度として、それら複数箇所での動粘度KVp1,KVp2に基づくことによれば、燃料構成成分に応じた温度特性CKTを正しく選択し得るので、高濾過効率の継続的確保の信頼性を高めることが可能となる。
(第五実施形態)
本発明の第五実施形態は、第一実施形態の変形例である。図11に示すように第五実施形態の加熱制御フローでは、S105に代わるS5105を実行し、またS110,S111に代わるS5110,S5111を順次実行する。
S5105では、温度特性CKTに対応する燃料の曇点のうち最高曇点TMmを、決定する。本発明者の鋭意研究結果によれば、図12に例示するように燃料がワックス化する曇点が当該曇点での動粘度に対して分布する範囲は、燃料の構成成分毎に相異なることが判明している。ここで図12の分布は、例えば設計時の実験結果又はシミュレーション結果等に基づくことで、予め燃料構成成分毎に取得可能である。そこで第五実施形態では、取得された燃料構成成分毎の分布から、最高値(最悪値)になると予測又は見積りされる曇点が、当該成分毎の最高曇点TMmとして予め設定される。尚、図12の分布において複数のドットデータは、燃料のワックス化した動粘度に対する曇点の実験値を表している。
こうしたことから最高曇点TMmと温度特性CKTとは、燃料構成成分に応じて一対一で対応付けられている。ここで対応付けについては、例えば温度特性CKTを表す式1のn,mに最高曇点TMmが対応させられていてもよいし、当該式1を満たす特定の基準温度での動粘度に最高曇点TMmが対応させられていてもよい。以上によりS5105では、第一実施形態に説明のS104により選択された温度特性CKTに対応する、S5110での判定閾値としての最高曇点TMmを、決定するのである。
図11に示すようにS5110では、S106により取得された判定時温度TMjと、S5105により決定された判定閾値である最高曇点TMmとを比較することで、それら値TMj,TMmの大小関係を判定する。その結果、判定時温度TMjが最高曇点TMm以下であると判定された場合には、S5111へ移行する一方、判定時温度TMjが最高曇点TMm超過であると判定された場合には、第一実施形態に説明のS112へ移行する。
ここでS5111では、燃料フィルタ11のフィルタエレメント111を加熱する際の加熱温度を、予め決められた固定温度に制御してもよいが、最高曇点TMmとそれ以下の判定時温度TMjとの差分値に応じた可変温度に、第五実施形態では制御する。
このような第五実施形態では、ECU50のうちS5105を実行する機能部分が「閾値決定ブロック」に相当し、ECU50のうちS5110,S5111を実行する機能部分が「ヒータ制御ブロック」に相当する。
以上説明した第五実施形態によると、第一実施形態と同様にして複数温度TMl,TMpでの動粘度KVl,KVpに基づくことで、燃料構成成分に応じた動粘度の温度特性CKTが選択される。これによれば、選択された温度特性CKTに対応する判定閾値として、燃料構成成分に応じた最高曇点TMmを決定できる。故に燃料構成成分が異なっても、燃料の判定時温度TMjが最高曇点TMm以下となる場合には、燃料フィルタ11をヒータ110の制御により加熱して、目詰まりに先立つワックス化から抑止し得るので、燃料フィルタ11の濾過効率を継続的に確保することが可能となる。
また第五実施形態によると、燃料フィルタ11の加熱温度は、判定閾値とした最高曇点TMmとそれ以下の判定時温度TMjとの差分値に応じて、可変温度に制御される。これによれば、ワックス化の抑止に必要十分な加熱を燃料フィルタ11に与え得るので、加熱による消費エネルギーを抑えつつも、高濾過効率の継続的確保の信頼性を高めることが可能となる。
(第六実施形態)
本発明の第六実施形態は、第五実施形態の変形例である。図13に示すように第六実施形態の加熱制御フローでは、S5105に代わるS6105a,S6105b,S6105cを順次実行する。
S6105aでは、温度特性CKTを満たすパラメータとして、図14に示すように、燃料の基準温度TMbでの基準動粘度KVbを抽出する。具体的にS6105aでは、S104での取得によりn,mの導入された温度特性CKTを表す式1のTMに、基準温度TMbを代入する。これによりS6105aでは、基準温度TMbを代入した式1をKVについて解くことで、その解を燃料構成成分に応じた基準動粘度KVbとして図14の如く抽出する。尚、基準温度TMbは、後に詳述する図15のモデルデータに対応付けられる燃料温度として、予め設定される。
図13に示すようにS6105bでは、基準温度TMbでの基準動粘度KVbに対応するパラメータとして、図15に示す燃料の留出温度TMdを推定する。本発明者の鋭意研究結果によれば、所定割合の燃料が蒸留により留出する留出温度TMdは、基準温度TMbでの基準動粘度KVbに対して、図15に例示するような相関を有することが判明している。さらに本発明者の鋭意研究結果によれば、所定割合として好ましくは50%以上の燃料、さらに好ましくは90%の燃料が蒸留により留出する留出温度TMdは、基準温度TMbでの基準動粘度KVbに対して相関を有することが判明している。尚、図15は、90%の燃料の場合を例示している。
ここで、例えば設計時の実験結果又はシミュレーション結果等に基づくことで、基準動粘度KVbに対する留出温度TMdの相関は、予め基準温度TMbに対応付けて設定される。そこで第六実施形態では、基準温度TMbでの基準動粘度KVbに対する留出温度TMdの相関を図15の如く表したモデルデータに、S6105bでの推定が従うこととなる。具体的にS6105bでは、S6105aにより抽出された基準動粘度KVbをモデルデータに導入することで、留出温度TMdを推定する。
図13に示すようにS6105cでは、第五実施形態に説明のS5110での判定閾値として、最高曇点TMmを決定する。本発明者の鋭意研究結果によれば、燃料の留出温度TMdに対して曇点は、図16に示すような相関を有することが判明している。
ここで、例えば設計時の実験結果又はシミュレーション結果等に基づくことで、留出温度TMdに対する曇点の相関は、予め設定される。そこで第六実施形態では、留出温度TMdに対する曇点の相関を図16の如く表したモデルデータに、S6015cでの決定が従うこととなる。具体的にS6105cでは、S6105bにより抽出された留出温度TMdをモデルデータに導入することで、当該留出温度TMdに対応した曇点の理想値として、理想曇点TMiを算出する。続いてS6105cでは、算出した理想曇点TMiを含むように、実際の曇点が変動すると予測又は見積りされる曇点変動範囲ΔTMを設定する。その結果としてS6105cでは、設定した曇点変動範囲ΔTMのうち最高値(最悪値)を、最高曇点TMmに決定する。以上により、温度特性CKTを満たす基準動粘度KVbに対応した留出温度TMdに応じて、S5110での判定閾値としての最高曇点TMmを決定するのである。
このような第六実施形態では、ECU50のうちS6105aを実行する機能部分が「基準抽出ブロック」に相当し、ECU50のうちS6105bを実行する機能部分が「留出推定ブロック」に相当する。また第六実施形態では、ECU50のうちS6105cを実行する機能部分が「閾値決定ブロック」に相当する。
以上説明した第六実施形態によると、第一実施形態と同様にして複数温度TMl,TMpでの動粘度KVl,KVpに基づくことで、燃料構成成分に応じた動粘度の温度特性CKTが選択される。これによれば、選択された温度特性CKTを満たす基準動粘度KVbに対応する留出温度TMdに応じた判定閾値として、燃料構成成分に応じた最高曇点TMmを決定できる。故に燃料構成成分が異なっても、燃料の判定時温度TMjが最高曇点TMm以下となる場合には、燃料フィルタ11をヒータ110の制御により加熱して、目詰まりに先立つワックス化から抑止し得るので、燃料フィルタ11の濾過効率を継続的に確保することが可能となる。
(他の実施形態)
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
具体的に、第一〜第六実施形態に関する変形例1では、内燃機関1の運転条件に基づく推定により、現在温度TMp,TMp1,TMp2、始動前温度TMf及び判定時温度TMjが取得されてもよい。この変形例1では、作用効果を発揮する上において、温度センサ15の検出情報又は同センサ15自体が不要となる。また変形例1では、現在温度TMp,TMp1,TMp2、始動前温度TMf及び判定時温度TMjの推定に利用される運転条件として、例えば内燃機関1の完全暖機後における燃料の低圧条件や中圧条件等といった使用頻度の大きい条件が、採用される。
第四実施形態に関する変形例2では、第一現在温度TMp1での第一現在動粘度KVp1と第二現在温度TMp2での第二現在動粘度KVp2とが相異なる限りにて、同一の動粘度センサ16による検出情報に基づき取得されてもよい。この変形例2では、動粘度センサ16の設置箇所における第二現在温度TMp2が、第一実施形態の現在温度TMpに準じて取得されることとなる。
第五及び第六実施形態に関する変形例3では、図17,18に示すようにS107〜S109を実行しないで、第二実施形態に準じてS101に先立つS2100〜S2104を順次実行してもよい。第五及び第六実施形態に関する変形例4では、図19,20に示すようにS101,S107〜S109を実行しないで、第三実施形態に準じてS103に続くS3103を実行してから、S104に代わるS3104を実行してもよい。第五及び第六実施形態に関する変形例5では、図21,22に示すようにS107〜S109を実行しないで、第四実施形態に準じてS101〜S104に代わるS4100〜S4104を順次実行してもよい。
第一〜第六実施形態に関する変形例6では、加熱制御フローの少なくとも一部のステップが、ECU50により機能的に実現される代わりに、一つ又は複数のIC等によりハードウェア的に実現されてもよい。
1 内燃機関、1a 燃焼室、10 燃料系、11 燃料フィルタ、15 温度センサ
16 動粘度センサ・第一動粘度センサ、50 ECU、50a プロセッサ、50b メモリ、110 ヒータ、111 フィルタエレメント、4016 第二動粘度センサ、CKT 温度特性、KVb 基準動粘度、KVe 推定動粘度、KVf 始動前動粘度、KVj 判定時動粘度、KVl 前回動粘度、KVm 最小動粘度、KVp 現在動粘度、KVp1 第一現在動粘度、KVp2 第二現在動粘度、TMb 基準温度、TMd 留出温度、TMf 始動前温度、TMi 理想曇点、TMj 判定時温度、TMl 前回温度、TMm 最高曇点、TMp 現在温度、TMp1 第一現在温度、TMp2 第二現在温度、ΔKV 動粘度変化量、ΔTM 曇点変動範囲

Claims (9)

  1. 内燃機関(1)の燃料系(10)において燃焼室(1a)へ供給される燃料を濾過する燃料フィルタ(11)のヒータ(110)による加熱を制御する燃料系制御装置(50)であって、
    前記燃料の動粘度(KVl,KVp,KVe,KVp1,KVp2)を複数温度(TMl,TMp,TMb,TMp1,TMp2)において取得する動粘度取得ブロック(S101,S103,S108,S109,S2102,S2103,S2104,S3103,S4101,S4103)と、
    前記動粘度取得ブロックにより取得された前記複数温度での動粘度に基づき、前記燃料を構成する成分に応じた動粘度の温度特性(CKT)を選択する特性選択ブロック(S104,S3104,S4104)と、
    前記特性選択ブロックにより選択された前記温度特性に対応する判定閾値として、前記燃料の曇点での最小動粘度(KVm)を決定する閾値決定ブロック(S105)と、
    前記閾値決定ブロックにより決定された前記最小動粘度以上となる前記燃料の動粘度(KVj)において、前記ヒータを制御することにより前記燃料フィルタを加熱するヒータ制御ブロック(S110,S111)とを、備える燃料系制御装置。
  2. 前記ヒータ制御ブロックは、前記閾値決定ブロックにより決定された前記最小動粘度と、当該最小動粘度以上の動粘度との差分値に応じた可変温度に、前記燃料フィルタの加熱温度を制御する請求項1に記載の燃料系制御装置。
  3. 内燃機関(1)の燃料系(10)において燃焼室(1a)へ供給される燃料を濾過する燃料フィルタ(11)のヒータ(110)による加熱を制御する燃料系制御装置(50)であって、
    前記燃料の動粘度(KVl,KVp,KVe,KVp1,KVp2)を複数温度(TMl,TMp,TMb,TMp1,TMp2)において取得する動粘度取得ブロック(S101,S103,S108,S109,S2102,S2103,S2104,S3103,S4101,S4103)と、
    前記動粘度取得ブロックにより取得された前記複数温度での動粘度に基づき、前記燃料を構成する成分に応じた動粘度の温度特性(CKT)を選択する特性選択ブロック(S104,S3104,S4104)と、
    前記特性選択ブロックにより選択された前記温度特性に対応する判定閾値として、前記燃料の最高曇点(TMm)を決定する閾値決定ブロック(S5105)と、
    前記閾値決定ブロックにより決定された前記最高曇点以下となる前記燃料の温度(TMj)において、前記ヒータを制御することにより前記燃料フィルタを加熱するヒータ制御ブロック(S5110,S5111)とを、備える燃料系制御装置。
  4. 内燃機関(1)の燃料系(10)において燃焼室(1a)へ供給される燃料を濾過する燃料フィルタ(11)のヒータ(110)による加熱を制御する燃料系制御装置(50)であって、
    前記燃料の動粘度(KVl,KVp,KVe,KVp1,KVp2)を複数温度(TMl,TMp,TMb,TMp1,TMp2)において取得する動粘度取得ブロック(S101,S103,S108,S109,S2102,S2103,S2104,S3103,S4101,S4103)と、
    前記動粘度取得ブロックにより取得された前記複数温度での動粘度に基づき、前記燃料を構成する成分に応じた動粘度の温度特性(CKT)を選択する特性選択ブロック(S104,S3104,S4104)と、
    前記特性選択ブロックにより選択された前記温度特性を満たすパラメータとして、前記燃料の基準温度(TMb)での基準動粘度(KVb)を抽出する基準抽出ブロック(S6105a)と、
    前記基準抽出ブロックにより抽出された前記基準動粘度に対応するパラメータとして、前記燃料の留出温度(TMd)を推定する留出推定ブロック(S6105b)と、
    前記留出推定ブロックにより推定された前記留出温度に応じた判定閾値として、前記燃料の最高曇点(TMm)を決定する閾値決定ブロック(S6105c)と、
    前記閾値決定ブロックにより決定された前記最高曇点以下となる前記燃料の温度(TMj)において、前記ヒータを制御することにより前記燃料フィルタを加熱するヒータ制御ブロック(S5110,S5111)とを、備える燃料系制御装置。
  5. 前記ヒータ制御ブロックは、前記閾値決定ブロックにより決定された前記最高曇点と、当該最高曇点以下の温度との差分値に応じた可変温度に、前記燃料フィルタの加熱温度を制御する請求項3又は4に記載の燃料系制御装置。
  6. 前記動粘度取得ブロック(S101,S103,S108,S109)は、前回作動における直近タイミングの動粘度(KVl)と、今回作動における開始タイミングの動粘度(KVp)とを、前記複数温度の動粘度として取得する請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料系制御装置。
  7. 前記動粘度取得ブロック(S101,S103,S2102,S2103,S2104)は、前記内燃機関の始動前における動粘度(KVl)と、当該始動後における動粘度(KVp)とを、前記複数温度での動粘度として取得する請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料系制御装置。
  8. 前記燃料の現在温度(TMp)を取得する温度取得ブロック(S102)を、さらに備え、
    前記動粘度取得ブロック(S103,S3103)は、前記温度取得ブロックにより取得された前記現在温度での現在動粘度(KVp)と、当該現在動粘度から基準温度(TMb)での推定値として変換される推定動粘度(KVe)とを、前記複数温度での動粘度として取得する請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料系制御装置。
  9. 前記動粘度取得ブロック(S4101,S4103)は、前記燃料系の複数箇所における動粘度(KVp1,KVp2)を、前記複数温度での動粘度として取得する請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料系制御装置。
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