特許 7271633 エンジンの制御装置及び車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-28

(45)【発行日】2023-05-11

(54)【発明の名称】エンジンの制御装置及び車両

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20230501BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20230501BHJP

   F02D 19/06 20060101ALI20230501BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20230501BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 368A

F02D19/02 A

F02D19/06 B

F02D45/00 369

F02M21/02 L

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021170414

(22)【出願日】2021-10-18

(65)【公開番号】P2023060688

(43)【公開日】2023-04-28

【審査請求日】2022-02-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000153122

【氏名又は名称】株式会社ニッキ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金子 真一郎

(72)【発明者】

【氏名】田中 操

(72)【発明者】

【氏名】後藤 康二

(72)【発明者】

【氏名】瀧川 武相

(72)【発明者】

【氏名】足立 良太

【審査官】池田 匡利

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０８２７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０１２５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１６２６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４８１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０９２２０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｄ １９／０２

Ｆ０２Ｍ ２１／０２

Ｆ０２Ｄ １９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料としての液化天然ガスと圧縮天然ガスとを切り替えて使用することが可能なエンジンの制御装置において、
前記エンジンのノッキングを回避するための点火リタード制御量を示す進角値を取得する取得部と、
取得された前記進角値を示す指標値に基づいて、前記液化天然ガスのメタン価を推定する推定部と、
前記進角値が０よりも低い場合、推定された前記メタン価に基づいて、前記燃料を前記液化天然ガスから前記圧縮天然ガスに切り替える制御を実行する制御部と、
を備える、
エンジンの制御装置。

【請求項2】

前記取得部は、前記エンジンが有する複数の気筒のそれぞれにおける前記進角値を取得し、
取得された前記複数の気筒のそれぞれにおける前記進角値の中の他の気筒よりも低い二以上の気筒のそれぞれにおける前記進角値の平均値を、前記指標値として算出する指標値算出部をさらに備える、
請求項１に記載のエンジンの制御装置。

【請求項3】

前記指標値をエンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて補正する指標値補正部をさらに備え、
前記推定部は、前記指標値補正部により補正された前記指標値に基づいて、前記液化天然ガスのメタン価を推定する、
請求項１または２に記載のエンジンの制御装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置を備える、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、エンジンの制御装置及び車両に関する。

【背景技術】

【0002】

液化天然ガス（Liquefied Natural Gas:ＬＮＧ）を燃料として使用するエンジンが搭載された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、エンジンに供給され、エンジンで燃焼されて消費される（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０８－１５８９５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。各成分の沸点は、相互に異なる。タンク内のメタンがボイルオフし、燃料性状が変化（重質化）した燃料は、メタンが抜けたメタン価の低下した燃料であるため、オットーサイクルの燃料として使用する場合、燃料燃焼時にノッキングが発生し易くなる。その結果、燃費の悪化や、エンジンの故障などが発生する場合がある。

【0005】

ノッキングが発生する時にノックセンサからの信号を演算し、気筒別の点火リタード制御を行いノッキングの発生を回避する。

【0006】

ＬＮＧ燃料に含まれる成分および成分の割合である性状の変化によってメタン価が低下するとき、ノッキングの発生を起点に点火リタード制御を行うため、大きなメタン価の変化が起こった場合、過大なノッキングが発生し、エンジンの不調が発生するおそれがある。そのため、メタン価を推定する必要がある。

【0007】

本開示の目的は、ＬＮＧ燃料のメタン価を推定す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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、
燃料としての液化天然ガスと圧縮天然ガスとを切り替えて使用することが可能なエンジンの制御装置において、
前記エンジンのノッキングを回避するための点火リタード制御量を取得する取得部と、
取得された前記点火リタード制御量を示す指標値に基づいて、前記液化天然ガスのメタン価を推定する推定部と、
前記進角値が０よりも低い場合、推定された前記メタン価に基づいて、前記燃料を前記液化天然ガスから前記圧縮天然ガスに切り替える制御を実行する制御部と、
を備える。

【0009】

本開示における車両は、上記のエンジンの制御装置を備える。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、ＬＮＧ燃料のメタン価を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本開示の実施の形態におけるエンジンの制御装置の構成の一例を概略的に示す図である。

【図2】図２は、指標値補正部の構成の一例を示す図である。

【図3】気筒における点火リタード制御量を示す指標値および修正指標値のそれぞれの一例を示す図である。

【図4】エンジンの制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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エンジンの制御装置１０の構成の一例を概略的に示す図である。

【0013】

車両には、例えば、ＬＮＧ燃料をエンジン１に供給するＬＮＧ燃料供給系統（不図示）が搭載されている。ＬＮＧ燃料供給系統は、例えば、ＬＮＧ燃料を貯留するＬＮＧタンク（不図示）と、ＬＮＧ燃料供給路（不図示）と、ＬＮＧ燃料を気化させる気化器（不図示）と、ＬＮＧ燃料供給路を開閉する遮断弁（不図示）と、気化器で気化されたＬＮＧ燃料（ガス）を減圧するＬＮＧ用レギュレータ（不図示）とを有する。ＬＮＧ燃料供給路は、遮断弁を介してＬＮＧタンクとＬＮＧ用レギュレータとを接続するとともに、ＬＮＧ用レギュレータとエンジン１とを接続する。エンジン１は、気化されたＬＮＧ燃料（ガス）を点火により燃焼させる火花点火式内燃エンジンである。エンジン１は、複数の気筒（不図示）を有している。

【0014】

なお、さらに、車両には、圧縮天然ガス（Compressed Natural Gas：ＣＮＧ）をエンジン１に供給するＣＮＧ燃料供給系統（不図示）が搭載されてもよい。ＣＮＧ燃料供給系統は、例えば、ＣＮＧ燃料を貯留するＣＮＧタンク（不図示）と、ＣＮＧ燃料供給路（不図示）と、ＣＮＧ燃料供給路を開閉する遮断弁（不図示）と、ＣＮＧ燃料を減圧するＣＮＧ用レギュレータ（不図示）とを有する。ＣＮＧ燃料供給路は、ＣＮＧタンクを遮断弁およびＣＮＧ用レギュレータを介してエンジン１に接続する。車両にＬＮＧ燃料供給系統とＣＮＧ燃料供給系統とが搭載される場合、例えば、ＬＮＧ燃料のメタン価が低下し、かつ、エンジン１が高負荷状態であるとき、ＬＮＧ燃料からＣＮＧ燃料に切り替えて使用することが可能となる。

【0015】

ノックセンサ２は、エンジン１のノッキングを検出する。ノックセンサ２は、例えば、エンジンブロック（不図示）の振動を検出する圧電素子を有している。なお、ノックセンサ２の検出結果が制御装置１０に入力される。

【0016】

クランクアングルセンサ３は、エンジン回転数を検出する。なお、クランクアングルセンサ３の検出結果が制御装置１０に入力される。

【0017】

トルクセンサ４は、例えば、クランク軸の回転変動の度合いに基づいてエンジン負荷を検出する。なお、エンジン負荷は、アクセルペダル開度やスロットル開度に基づいて検出されてもよい。また、トルクセンサ４の検出結果が制御装置１０に入力される。

【0018】

制御装置１０は、点火プラグ（不図示）の点火時期補正等の各種制御を行うもので、例えば電子制御ユニット１００（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）により構成される。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して、後述する各機能を実行する。制御装置１０は、取得部１１、指標値算出部１２、指標値補正部１３、推定部１４、及び制御部１５としての各機能を有する。また、補正用マップ２０は、ＥＣＵ１００の記憶部（例えば、ＲＯＭ）に格納されている。

【0019】

取得部１１は、ノックセンサ２から検出結果を取得する。また、取得部１１は、クランクアングルセンサ３からエンジン回転数を取得する。また、取得部１１は、トルクセンサ４からエンジン負荷を取得する。また、取得部１１は、後述する進角値（点火リタード制御量）を取得する。

【0020】

制御部１５は、ノックセンサ２の検出結果に基づいて、複数の気筒のそれぞれにおける点火リタード制御量を算出する。ここで、点火リタード制御量とは、点火時期に対する進角値Δθ（°）をいう。制御部１５は、進角値（点火リタード制御量）に基づいて点火プラグの点火時期を気筒別に補正する。

【0021】

制御部１５は、進角値Δθが０である場合、点火時期を補正しない。これに対して、制御部１５は、進角値Δθが－Δθ_１である場合、所定の点火時期（補正が行われない点火時期）よりもΔθ_１だけ遅くするように点火時期を補正する（Δθ_１遅角する）。また、制御部１５は、進角値Δθが－Δθ_２である場合、所定の点火時期よりもΔθ_２だけ遅くするように点火時期を補正する（Δθ_２遅角する）。ここで、進角値Δθのそれぞれの大きさが０＞－Δθ_１＞－Δθ_２である場合、進角値（点火リタード制御量）－Δθ_１は、進角値０よりも低いという。また、進角値－Δθ_２は、進角値－Δθ_１よりも低いという。

【0022】

指標値算出部１２は、取得された複数の気筒のそれぞれにおける点火リタード制御量の中の他の気筒よりも低い二以上の気筒のそれぞれにおける点火リタード制御量の平均値を算出する。

【0023】

例えば、複数の気筒のそれぞれの進角値（点火リタード制御量）が０，－Δθ_１，…，－Δθ_ｎ－ｋ，－Δθ_{ｎ－（ｋ－１）}，…，－Δθ_ｎ－１，－Δθ_ｎであって、進角値のそれぞれの大きさが０＞－Δθ_１＞，…，－Δθ_－ｋ＞－Δθ_{ｎ－（ｋ－１）}，…，＞－Δ_ｎ-１＞－Δθ_ｎである場合（ｎ，ｋは自然数）、指標値算出部１２は、他の気筒よりも低いｋ個の気筒のそれぞれにおける進角値（－Δθ_{ｎ－（ｋ－１）}，…，－Δθ_ｎ－１，－Δθ_ｎ）の和をｋで除算した平均値を算出する。以下の説明で、ｋ個の気筒のそれぞれにおける進角値の平均値を「指標値」という。

【0024】

図２は、指標値補正部１３の構成の一例を示す図である。
指標値補正部１３は、運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷）に基づいて補正用マップ２０を参照して指標値（平均値）の補正項を算出する。補正用マップ２０は、エンジン回転数およびエンジン負荷と補正量との関係を示すマップであって、実験やシミュレーションにより求めることが可能である。補正項は、運転状態（エンジン回転数、エンジン負荷）取得時の指標値（平均値）を基準となる運転状態（エンジン回転数：１０００ｒｐｍ、エンジン負荷：１００Ｎｍ）の指標値に修正するためのパラメータである。

【0025】

図３は、気筒における点火リタード制御量を示す指標値（平均値）および修正指標値のそれぞれの一例を示す図である。
指標値補正部１３は、指標値（平均値）に補正項を積算することによって修正指標値を算出する。

【0026】

推定部１４は、算出された修正指標値に基づいて、予め定められた変換テーブルを参照してＬＮＧ燃料のメタン価を推定する。ここで、変換テーブルは、修正指標値とメタン価との関係を示すテーブルをいう。

【0027】

制御部１５は、推定されたメタン価が閾値以下に低下し、かつ、エンジン１が高負荷状態である場合、ＬＮＧ燃料供給路を閉じ、かつ、ＣＮＧ燃料供給路を開くように、ＬＮＧ燃料供給系統およびＣＮＧ燃料供給系統のそれぞれの遮断弁を制御する。これにより、ＬＮＧ燃料からＣＮＧ燃料への切り替えが行われるため、過大なノッキングの発生や、エンジンの不調の発生を抑えることが可能となる。また、制御部１５は、ＬＮＧ燃料のメタン価が閾値以下に低下した旨が表示されるように表示部（不図示）を制御する。その結果、ユーザーにより、新たなＬＮＧ燃料がＬＮＧタンクに充填される。

【0028】

次に、エンジンの制御装置１０の動作の一例について図４を参照して説明する。図４は、エンジンの制御装置１０の動作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１の始動後に開始され、エンジン１の運転中に所定時間毎に実行される。なお、以下の説明では、制御装置１０の各機構をＥＣＵ１００が行うものとして説明する。

【0029】

先ず、ステップＳ１００において、ＥＣＵ１００は、進角値（点火リタード制御量）を取得する。

【0030】

次に、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１００は、クランクアングルセンサ３からエンジン回転数を取得する。

【0031】

次に、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１００は、トルクセンサ４からエンジン負荷を取得する。

【0032】

次に、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ１００は、取得された複数の気筒のそれぞれにおける進角値（点火リタード制御量）の中の他の気筒よりも低い二以上の気筒のそれぞれにおける進角値の平均値を算出する（指標値を算出）。

【0033】

次に、ステップＳ１４０において、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて補正用マップを参照して指標値の補正項を算出し、算出した補正項を指標値に積算することによって修正指標値を算出する。

【0034】

次に、ステップＳ１５０において、ＥＣＵ１００は、算出された修正指標値に基づいて、予め定められた変換テーブルを参照してＬＮＧ燃料のメタン価を推定する。その後、図４に示すフローは終了する。

【0035】

本開示の実施の形態に係るエンジンの制御装置１０は、燃料としてのＬＮＧ燃料を使用することが可能なエンジンの制御装置１０において、エンジン１のノッキングを回避するための点火リタード制御量を取得する取得部１１と、取得された点火リタード制御量を示す指標値に基づいて、液化天然ガスのメタン価を推定する推定部１４とを備える。

【0036】

上記構成により、推定されたメタン価により適切な点火進角を設定することができるため、過大なノッキングの発生や、エンジンの不調の発生を抑えることが可能となる。さらに、エンジン１のパフォーマンスを適切な状態に維持することが可能となる。

【0037】

また、本開示の実施の形態に係るエンジンの制御装置１０では、取得部１１は、複数の気筒のそれぞれにおける進角値（点火リタード制御量）を取得し、取得された複数の気筒のそれぞれにおける進角値の中の他の気筒よりも低い二以上の気筒のそれぞれにおける進角値の平均値を、指標値として算出する指標値算出部１２をさらに備える。これにより、ＬＮＧ燃料の性状の変化を確実に検出することができるため、メタン価の低下を検出する確実性を向上させることが可能となる。

【0038】

また、本開示の実施の形態に係るエンジンの制御装置１０では、指標値をエンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて補正する指標値補正部１３をさらに備え、制御部１５は、指標値補正部１３により補正された修正指標値に基づいて、ＬＮＧ燃料のメタン価を推定する。これにより、指標値が標準化されるため、メタン価の推定精度を向上させることが可能となる。

【0039】

なお、上記開示の実施の形態では、ＥＣＵ１００がトルクセンサ４からエンジン負荷を取得したが、本開示はこれに限らない。例えば、ＥＣＵ１００がインテークマニホールド圧力よりエンジン負荷を推定してもよい。この場合、インテークマニホールド圧力は、圧力センサにより検出される。

【0040】

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施を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。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本開示は、ＬＮＧ燃料のメタン価を推定することが要求される制御装置を備えた車両に好適に利用される。

【符号の説明】

【0042】

１ エンジン
２ ノックセンサ
３ クランクアングルセンサ
４ トルクセンサ
１０ 制御装置
１１ 取得部
１２ 指標値算出部
１３ 指標値補正部
１４ 推定部
１５ 制御部
２０ 補正用マップ
１００ ＥＣＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】