JP7211471B1 - エンジンの制御装置及び車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料供給システムの故障診断を正常に作動させることが可能なエンジンの制御装置および車両を提供する。【解決手段】エンジンの制御装置は、燃料として液化天然ガスをエンジンに供給可能な燃料供給システムを備えるエンジンの制御装置において、実際の燃料供給量と目標燃料供給量との偏差に基づいてフィードバック補正値を算出し、算出したフィードバック補正値に基づいて燃料供給システムをフィードバック制御する制御部と、液化天然ガスのメタン価を取得する取得部と、取得されたメタン価に基づいてフィードバック補正値を修正する修正部と、修正されたフィードバック補正値に基づいて、燃料供給システムの故障診断を行う故障診断部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、エンジンの制御装置及び車両に関する。
従来、液化天然ガス（Liquefied natural Gas：ＬＮＧ）を燃料として使用するＬＮＧ車が知られている。ＬＮＧ車には、ＬＮＧを貯留するためのタンクが搭載されている。タンクに貯留されたＬＮＧは、燃料供給システムによってエンジンに供給され、エンジンで燃焼されて消費される。
特許文献１には、目標燃料供給量と実際の燃料供給量との偏差に基づいて、フィ－ドバック補正値を算出し、算出したフィ－ドバック補正値に基づいて燃料供給システムをフィ－ドバック制御する制御部を備えたエンジンが開示されている。
特開平１０－０６８３６０号公報
ところで、ＬＮＧ燃料（以下、燃料）は、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の成分を有している。車載されたＬＮＧタンク内の燃料が低温で維持されない場合、燃料の各成分の沸点が互いに異なるため、沸点の低いメタンから気化し大気に放出される。これにより、エンジンに供給される燃料が重質化する。
特許文献１に記載のエンジンにおいて、フィードバック補正値と基準値との差分に基づいて燃料供給システムの故障診断が行われる場合、燃料の重質化によって実際の燃料供給量が変動し、これにより、フィードバック補正値と基準値との差分が変動するため、燃料供給システムの故障診断を正常に作動させることができないおそれがあるという問題がある。
本開示の目的は、燃料供給システムの故障診断を正常に作動させることが可能なエンジンの制御装置および車両を提供することである。
上記の目的を達成するため、本開示におけるエンジンの制御装置は、
燃料として液化天然ガスをエンジンに供給可能な燃料供給システムを備えるエンジンの制御装置において、
実際の燃料供給量と目標燃料供給量との偏差に基づいてフィードバック補正値を算出し、算出したフィードバック補正値に基づいて前記燃料供給システムをフィードバック制御する制御部と、
前記液化天然ガスのメタン価を取得する取得部と、
取得された前記メタン価に基づいて前記フィードバック補正値を修正する修正部と、
修正された前記フィードバック補正値に基づいて、前記燃料供給システムの故障診断を行う故障診断部と、
を備える。
本開示における車両は、上記エンジンの制御装置を備える。
本開示によれば、燃料供給システムの故障診断を正常に作動させることができる。
本開示の実施の形態における内燃機関システムの構成を概略的に示すブロック図である。 エンジンの制御装置の構成を示すブロック図である。 制御マップの一例を示す図である。 エンジンの制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の実施の形態における内燃機関システム１００の構成を概略的に示すブロック図である。
図１に示すように、内燃機関システム１００は、ＬＮＧエンジン１０（以下、エンジン）を備える。エンジン１０のシリンダブロック１１には、気筒１１ｃ毎にピストン１２が設けられている。ピストン１２は、クランク軸１３にコンロッド１４を介して連結される。ピストン１２は、クランク軸１３の回転に応じて上下動する。シリンダブロック１１上のシリンダヘッド１５には、気筒１１ｃ毎に点火プラグ１６が設けられている。
また、内燃機関システム１００は、吸気を過給するターボチャージャ６０（過給器）と、排気側から排ガスの一部を取り出し、吸気側へ戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）と呼ばれる排気再循環装置７０とを備える。なお、吸気側へ戻される排ガスを、ＥＧＲガスという。
ターボチャージャ６０は、排気で駆動されるタービン６１と、タービン６１の駆動力で駆動され吸気を圧縮するコンプレッサ６２とを備える。コンプレッサ６２とインテークマニホールド２５との間の吸気管２３には、吸気を冷却するインタークーラ６３が設けられる。バイパス通路２３ａには、バイパス通路２３ａの吸気量を調整する吸気調整スロットルバルブ２３ｂが設けられている。
排気再循環装置７０は、エンジン１０の排気側と吸気側とを接続する排気再循環通路７１と、排気再循環通路７１に設けられ、ＥＧＲガスを冷却する排気再循環クーラ７２と、排気再循環通路７１に設けられ、排気再循環量を調整するための排気再循環バルブ７３とを備える。
エンジン１０への吸気は、エアクリーナ２２から吸気管２３又はバイパス通路２３ａを通過する。吸気管２３を通過した吸気は、コンプレッサ６２で圧縮され、インタークーラ６３で冷却される。吸気管２３又はバイパス通路２３ａを通過した吸気は、排気再循環通路７１からのＥＧＲガスと共に、インテークマニホールド２５に流入し、気筒１１ｃ毎に設けられたフューエルインジェクタ３６からの液化天然ガス（ＬＮＧ）をＬＮＧ気化器３３で気化した燃料と混合されて気筒１１ｃ内に導入され、点火プラグ１６により発火燃焼される。
エンジン１０の吸気側には、吸気スロットルバルブ２４の開度を検出するスロットル開度センサ４１と、吸気の圧力を検出する吸気圧力センサ４２、４３と、吸気の温度を検出する吸気温度センサ４４，４５とが設けられている。これらセンサ４１、４２、４３、４４、４５の検出値は、制御装置５０（エンジンコントロールユニット）に入力される。また、エアクリーナ２２から吸入される吸入空気量を検出するエアフローセンサ４７が設けられている。エアフローセンサ４７の検出値は、制御装置５０に入力される。
気筒１１ｃからの排気は、排気弁１８を介してエキゾーストマニホールド２７に排気された後、一部が排気再循環通路７１に流入し、残りの一部がタービン６１を介して、排気管２８に供給される。排気は、排気管２８から三元触媒２９に供給され、三元触媒２９で、ＣＯ、非メタン炭化水素（non-methane hydrocarbon：ＮＭＨＣ）、ＮＯｘが除去され、消音器２９ａを通して大気に排気される。
排気管２８には、エキゾーストマニホールド２７から排気された排ガスの酸素濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサ４６（ランダムセンサ）が配置される。空燃比センサ４６の検出値が制御装置５０に入力される。
ＬＮＧは、燃料供給システム２０によってエンジン１０に供給され、エンジン１０の燃料として用いられる。燃料供給システム２０は、ＬＮＧタンク３１、ＬＮＧ圧力調整器３２、ＬＮＧ気化器３３、ＬＮＧレギュレータ３４、ＬＮＧ供給経路３５、及びフューエルインジェクタ３６等を有する。
ＬＮＧタンク３１は、車両に搭載され、ＬＮＧを液体状態に維持するように低温下で貯蔵する。ＬＮＧ供給経路３５には、ＬＮＧ圧力調整器３２、ＬＮＧ気化器３３、及びＬＮＧレギュレータ３４が配置されている。ＬＮＧタンク３１から導かれたＬＮＧとＬＮＧ圧力調整器３２で調圧された気体状態の燃料を混合し、ＬＮＧ気化器３３で気化される。気化された燃料は、ＬＮＧレギュレータ３４にて一定の圧力に減圧され、フューエルインジェクタ３６にてエンジン１０のインテークマニホールド２５に供給される。供給された燃料は、インテークマニホールド２５に流入した吸気と混合されて各気筒１１ｃ内に導入され、点火プラグ１６により発火燃焼される。以下の説明において、「燃料」という場合は、気化された後のＬＮＧを言い、気化される前のＬＮＧを言わない。
ＬＮＧ供給経路３５には、ＬＮＧタンク３１から気筒１１ｃへと供給される燃料のメタン価を検出するメタン価センサ４８が配置されている。メタン価センサ４８の検出値は、制御装置５０に入力される。
制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備えている。制御装置５０のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムをＲＡＭに展開して、各種機能を実行する。
図２は、エンジン１０の制御装置５０の構成を示す構成ブロック図である。制御装置５０は、各種機能として取得部５１、修正部５２、制御部５３、及び故障診断部５４を有する。
取得部５１は、空燃比センサ４６の検出値を取得する。また、取得部５１は、エアフローセンサ４７の検出値（吸入空気量）を取得する。また、取得部５１は、メタン価センサ４８から燃料のメタン価を取得する。
制御部５３は、空燃比センサ４６の検出値、及びエアフローセンサ４７の検出値（吸入空気量）に基づいて、フューエルインジェクタ３６から噴射された実際の燃料噴射量を算出する。制御部５３は、実際の燃料噴射量と目標燃料噴射量との偏差に基づいてフィードバック補正値をブロック毎に算出する。なお、ブロックの詳細については後述する。「燃料噴射量」に１ストローク当たりの燃料噴射時間（ｍｓ）が用いられる。１ストローク当たりの燃料噴射時間は、エンジン１０の吸気量とインジェクター係数から計算された燃料量に基づいて求められる。エンジン１０の吸気量は、例えば、吸気圧力センサ４３により検出される吸気圧力、吸気温度センサ４５により検出される吸気温度、大気圧センサー（図示せず）により検出される気圧、および、クランクアングルセンサー（図示せず）から検出されるエンジン回転数に基づいて求められる。
図３は、制御マップ５５の一例を示す図である。図３に示す制御マップ５５は、制御装置５０のＥＥＰＲＯＭに記憶され、エンジン回転数およびエンジン負荷により区分けされた複数のブロックのそれぞれにフィードバック補正値が対応付けられたマップである。制御マップ５５はエンジン回転数によりｍ個のブロックに区分けされ、かつ、エンジン負荷によりｎ個のブロックに区分けされる。つまり、制御マップ５５は、エンジン回転数およびエンジン負荷により（ｍ×ｎ）個のブロックに区分けされる。なお、ｍ、ｎのそれぞれは２以上の整数であって、互いに同じでもよく、異なっていてもよい。エンジン負荷は、インテークマニホールド圧力に基づいて求められる。インテークマニホールド圧力は、吸気圧力センサ４２、４３により検出される。なお、エンジン負荷はこれに限らず、例えば、クランク軸の回転変動の度合いを検出するトルクセンサの検出値に基づいて求められてもよい。
制御部５３は、フィードバック補正値に基づいて燃料供給システム２０を制御する。具体的には、制御部５３は、フューエルインジェクタ３６を制御する。
ところで、燃料の重質化による実際の燃料供給量の変動分とフィードバック補正値とが相関関係にあるため、燃料の重質化によって実際の燃料供給量が変動し、これにより、フィードバック補正値が変動する。また、実際の燃料供給量の変動分と燃料のメタン価とが相関関係にあるため、燃料のメタン価とフィードバック補正値との関係を表す関係式を求めることが可能となる。また、燃料のメタン価とフィードバック補正値との関係を、実験やシミュレーションにより求めることが可能となり、実験等により求められた関係をテーブルとして制御装置５０のＥＥＰＲＯＭに記憶しておくことが可能となる。
修正部５２は、関係式またはテーブルを参照して、燃料のメタン価に基づいてフィードバック補正値をブロック毎に修正する。これにより、フィードバック補正値が燃料の重質化の影響を受けない数値となる。なお、燃料のメタン価は、前述するようにメタン価センサ４８により検出される。
故障診断部５４は、修正部５２により修正されたフィードバック補正値と基準値との差分をブロック毎に算出する。なお、基準値は、実験やシミュレーションの結果に基づいてある程度の許容幅を見込んで設定される。故障診断部５４は、差分が閾値を超えるブロック数が所定数以上である場合、燃料供給システム２０の故障であると診断する。ここで、燃料供給システム２０の故障とは、燃料供給システム２０を構成する部品（例えば、ＬＮＧタンク３１、ＬＮＧ圧力調整器３２、ＬＮＧ気化器３３、ＬＮＧレギュレータ３４、ＬＮＧ供給経路３５、及びフューエルインジェクタ３６等）、燃料供給システム２０を制御する制御装置５０、制御装置５０に検出値を出力するセンサの中のいずれか一つ以上の故障を言う。
次に、本開示の実施の形態におけるエンジン１０の制御装置５０の処理の一例について図４を参照して説明する。図４は、エンジン１０の制御装置５０の処理の一例を示すフローチャートである。本フローは、エンジン１０の始動操作に応じて開始され、開始後において所定時間毎に繰り返される。なお、以下の説明では、制御装置５０の各種機能をＣＰＵが実行するものとして説明する。また、フィードバック補正値の算出及び修正のそれぞれは、ブロック毎に行われるが、ここではその説明を省略する。
図４に示すように、ステップＳ１００において、ＣＰＵは、実際の燃料噴射量を取得する。
次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵは、実際の燃料噴射量と目標燃料噴射量との偏差に基づいてフィードバック補正値を算出する。
次に、ステップＳ１２０において、ＣＰＵは、メタン価センサ４８からメタン価を取得する。
次に、ステップＳ１３０において、ＣＰＵは、メタン価でフィードバック補正値を修正する。
次に、ステップＳ１４０において、ＣＰＵは、修正されたフィードバック補正値と基準値との差分を算出する。
次に、ステップＳ１５０において、ＣＰＵは、差分が閾値を超えているか否かについて判定する。差分が閾値を超える場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１６０に遷移する。差分が閾値以下である場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）、図４に示すフローは終了する。
ステップＳ１６０において、ＣＰＵは、燃料供給システム２０の故障通知の制御を実行する。
上記実施の形態におけるエンジン１０の制御装置５０では、燃料として液化天然ガスをエンジン１０に供給可能な燃料供給システム２０を備えるエンジン１０の制御装置５０において、実際の燃料供給量と目標燃料供給量との偏差に基づいてフィードバック補正値を算出し、算出したフィードバック補正値に基づいて燃料供給システム２０をフィードバック制御する制御部５３と、液化天然ガスのメタン価を取得する取得部５１と、取得されたメタン価に基づいてフィードバック補正値を修正する修正部５２と、修正されたフィードバック補正値と基準値との差分を算出し、算出した差分が閾値を超える場合、燃料供給システム２０の故障であると診断する故障診断部５４と、を備える。
上記構成によれば、メタン価でフィードバック補正値を修正することで、燃料の重質化によってフィードバック補正値と基準値との差分が変動しないため、差分に基づいて行われる燃料供給システム２０の故障診断を正常に作動させることが可能となる。
上記実施の形態におけるエンジン１０の制御装置５０は、エンジン回転数およびエンジン負荷により区分された複数のブロックのそれぞれにフィードバック補正値が対応付けられた制御マップ５５をさらに備え、故障診断部５４は、修正されたフィードバック補正値と基準値との差分をブロック毎に算出し、差分が閾値を超えるブロック数が所定数以上である場合、燃料供給システム２０の故障であると診断する。これにより、ブロック毎にフィードバック補正値が算出され、また、修正されため、故障診断の精度を上げることが可能となる。
なお、上記実施の形態における制御部５３は、実際の燃料供給量と目標燃料供給量との偏差に基づいてフィードバック補正値を算出し、算出したフィードバック補正値に基づいて燃料供給システム２０をフィードバック制御したが、本開示はこれに限らない。例えば、制御部５３は、実際の空燃比と目標空燃比との偏差に基づいてフィードバック補正値を算出し、算出したフィードバック補正値に基づいて燃料供給システム２０をフィードバック制御してもよい。
また、上記実施の形態においては、ＣＰＵは、修正されたフィードバック補正値と基準値との差分が閾値を超える場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、燃料供給システム２０の故障通知の制御を実行する。例えば、ＣＰＵは、差分が閾値を超える場合、差分が閾値を超えた旨の故障情報を車載の表示装置に表示する制御を実行する。また、ＣＰＵは、故障情報を車載の情報通信端末からインターネット経由で管理端末に通信する制御を実行してもよい。これにより、故障情報を管理端末からドライバーのパーソナルコンピュータや携帯端末に通知することが可能となる。
また、上記実施の形態においては、内燃機関システム１００の構成を、燃料を吸入空気と共に気筒１１ｃに供給し、点火プラグ１６により点火燃焼させるエンジン１０に適用したが、燃料を気筒１１ｃ内に直接噴射する直噴エンジンに適用してもよい。
また、上記実施の形態におけるエンジン１０の制御装置５０を、液化天然ガス（ＬＮＧ）と圧縮天然ガス（Compressed Natural Gas：ＣＮＧ）との双方を切り替えて燃料として使用可能なデュアルフューエルエンジンに適用してもよい。
その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本開示は、燃料供給システムの故障診断を正常に作動させることが要求されるエンジンの制御装置を搭載した車両に好適に利用される。
１０ エンジン
２０ 燃料供給システム
３１ ＬＮＧタンク
３２ ＬＮＧ圧力調整器
３３ ＬＮＧ気化器
３４ ＬＮＧレギュレータ
３５ ＬＮＧ供給経路
３６ フューエルインジェクタ
４０ 温度圧力センサ
４１ スロットル開度センサ
４２、４３ 吸気圧力センサ
４４、４５ 吸気温度センサ
４６ 空燃比センサ
４７ エアフローセンサ
４８ メタン価センサ
５０ 制御装置（エンジンコントロールユニット）
５１ 取得部
５２ 修正部
５３ 制御部
５４ 故障診断部
５５ 制御マップ
１００ 内燃機関システム

Claims (3)

  1. 燃料として液化天然ガスをエンジンに供給可能な燃料供給システムを備えるエンジンの制御装置において、
    実際の燃料供給量と目標燃料供給量との偏差に基づいてフィードバック補正値を算出し、算出したフィードバック補正値に基づいて前記燃料供給システムをフィードバック制御する制御部と、
    前記液化天然ガスのメタン価を取得する取得部と、
    取得された前記メタン価に基づいて前記フィードバック補正値を修正する修正部と、
    修正された前記フィードバック補正値に基づいて、前記燃料供給システムの故障診断を行う故障診断部と、
    を備える、エンジンの制御装置。
  2. エンジン回転数およびエンジン負荷により区分された複数のブロックのそれぞれに前記フィードバック補正値が対応付けられた制御マップをさらに備え、
    前記故障診断部は、前記修正されたフィードバック補正値と基準値との差分を前記ブロック毎に算出し、前記差分が閾値を超えるブロック数が所定数以上である場合、前記燃料供給システムの故障であると診断する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
  3. 請求項１または２に記載のエンジンの制御装置を備えた車両。
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