(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料タンクの蒸散ガス測定試験に用いられるものであって、
前記燃料タンクを加熱するヒータと、
前記燃料タンク内の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサが測定したタンク内温度が、予め定められた目標温度となるように前記ヒータをフィードバック制御するフィードバック制御部と、
前記ヒータに所定の操作量を与えたときのタンク内温度の変化から、前記フィードバック制御部によるフィードバック制御係数を定めるオートチューニング部とを備え、
前記オートチューニング部は、前記ヒータに所定の操作量を与えたときのタンク内温度の上昇率又は下降率が所定の閾値に満たない場合に、前記操作量を変更するものであることを特徴とする燃料タンク温調装置。
【請求項２】
前記ヒータとして、燃料タンク内に貯留された液状燃料を加熱する第１ヒータと、燃料タンク内の余剰空間に充満するガスを加熱する第２ヒータとが用いられており、
前記温度センサとして、前記液状燃料の温度を測定する第１温度センサと、前記ガスの温度を測定する第２温度センサとが用いられており、
前記フィードバック制御部は、前記第１温度センサの測定した測定温度が、前記液状燃料について予め定められた目標温度となるように前記第１ヒータをフィードバック制御する一方で、前記第２温度センサの測定した測定温度が、前記ガスについて予め定められた目標温度となるように前記第２ヒータをフィードバック制御するものであり、
前記オートチューニング部は、前記第１ヒータに所定の操作量を与え、その際の液状燃料の温度の変化から前記フィードバック制御部による液状燃料に対してのフィードバック制御係数を求める一方、前記第２ヒータに所定の操作量を与え、その際のガスの温度の変化から前記フィードバック制御部によるガスに対してのフィードバック制御係数を求めるものであり、かつ、
前記第１ヒータに所定の操作量を与えたときの液状燃料の温度変化が所定の閾値に満たないか又はこれを超えた場合に該操作量を変更する一方、前記第２ヒータに所定の操作量を与えたときのガスの温度変化が所定の閾値に満たないか又はこれを超えた場合に該操作量を変更するものである請求項１記載の燃料タンク温調装置。
【請求項３】
前記オートチューニング部が、前記第１ヒータに所定の操作量を与えて液状燃料に対するフィードバック制御係数を求める動作と、前記第２ヒータに所定の操作量を与えてガスに対するフィードバック制御係数を求める動作とを並行して行うものである請求項２記載の燃料タンク温調装置。
【請求項４】
前記フィードバック制御部の使用するフィードバック制御係数が温度帯によって異ならせてあり、前記オートチューニング部は、前記各温度帯毎に用いられるフィードバック制御係数をそれぞれ求めるものである請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料タンク温調装置。
【請求項５】
内燃機関の燃料タンクを加熱するヒータと、前記燃料タンク内の温度を測定する温度センサと、前記温度センサが測定したタンク内温度が、予め定められた目標温度となるように前記ヒータをフィードバック制御するフィードバック制御部とを具備した、蒸散ガス測定試験に用いられる燃料タンク温調装置に搭載されるものであって、
前記ヒータに所定の操作量を与えたときのタンク内温度の変化から、前記フィードバック制御部によるフィードバック制御係数を定めるとともに、前記ヒータに所定の操作量を与えたときのタンク内温度の上昇率又は下降率が所定の閾値に満たない場合に、前記操作量を変更するオートチューニング部としての機能を該燃料タンク温調装置に発揮させることを特徴とするプログラム。
【請求項６】
密閉されて気密に保たれたハウジングと、
該ハウジング内に収容された、内燃機関の燃料タンクから出る蒸散ガスを測定する蒸散ガス測定装置と、
前記燃料タンクを加熱するヒータと、
前記燃料タンク内の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサが測定したタンク内温度が、予め定められた目標温度となるように前記ヒータをフィードバック制御するフィードバック制御部と、
前記ヒータに所定の操作量を与えたときのタンク内温度の変化から、前記フィードバック制御部によるフィードバック制御係数を定めるオートチューニング部とを備え、
前記オートチューニング部は、前記ヒータに所定の操作量を与えたときのタンク内温度の上昇率又は下降率が所定の閾値に満たない場合に、前記操作量を変更するものであることを特徴とする蒸散ガス測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の燃料タンクから出る蒸散ガスを測定試験するための蒸散ガス測定システム及び蒸散ガス測定試験にあたって燃料タンクの温度を調整するための燃料タンク温調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すように、車両の燃料タンクからでる蒸散ガス測定試験は、法規によって予め定められた条件で行う必要がある。
【０００３】
例えば自動二輪車に用いられる暴露型の燃料タンクでは、初期状態として、タンク内を、液相（液状燃料）が１５．５℃、気相（タンク内の余剰空間に充満しているガス、例えば燃料蒸発ガス）が２１℃となるように設定した後、燃料タンクをヒータで加熱して、６０分±２分の間に各相の温度を２０±０．５℃だけ上昇させなければならない。
【０００４】
このとき、最終温度に達するまでは、温度を１分あたり０．３３３３℃ずつ、線形に上昇させることが必要であり、この間、実際の温度と目標温度との間で許される誤差は±１．７℃である。
【０００５】
そのために、この種の蒸散ガス測定試験では、２５℃程度の室温下、燃料タンク内の気相及び液相の温度が前記目標温度となるように、ヒータをフィードバック制御してタンクを加熱する。
【０００６】
しかしながら、従来のこの種の蒸散ガス測定試験においては、試験対象となる燃料タンクの容量や形状が様々であるうえ、液相と気相のそれぞれにヒータが設けてあり、これらが並行にかつ別々に制御されるため、適切なフィードバック係数（例えばＰＩＤ係数）を定めることが難しい。現実的には、オペレータが自身の経験や過去例に従って都度これを定めており、その際、試行錯誤を繰り返すなどして、その設定にかなりの時間や手間を費やしているのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２３０８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、蒸散ガス測定試験において、燃料タンク内温度のフィードバック制御に用いられるフィードバック制御係数を適切かつ簡単に設定できるようにすることを主たる所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明に係る燃料タンク温調装置は、内燃機関の燃料タンクの蒸散ガス測定試験に用いられるものであって、前記燃料タンクを加熱するヒータと、前記燃料タンク内の温度を測定する温度センサと、前記温度センサが測定したタンク内温度が、予め定められた目標温度となるように前記ヒータをフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記ヒータに所定の操作量を与えたときのタンク内温度の変化から、前記フィードバック制御部によるフィードバック制御係数を定めるオートチューニング部とを備え、前記オートチューニング部は、前記ヒータに所定の操作量を与えたときのタンク内温度の変化が所定の閾値に満たないか又はこれを超えた場合に、前記操作量を変更するものであることを特徴とする。
【００１０】
より好ましくは、前記ヒータとして、燃料タンク内に貯留された液状燃料を加熱する第１ヒータと、燃料タンク内の余剰空間に充満するガスを加熱する第２ヒートとが用いられており、前記温度センサとして、前記液状燃料の温度を測定する第１温度センサと、前記ガスの温度を測定する第２温度センサとが用いられており、前記フィードバック制御部は、前記第１温度センサの測定した測定温度が、前記液状燃料について予め定められた目標温度となるように前記第１ヒータをフィードバック制御する一方で、前記第２温度センサの測定した測定温度が、前記ガスについて予め定められた目標温度となるように前記第２ヒータをフィードバック制御するものであり、前記オートチューニング部は、前記第１ヒータに所定の操作量を与え、その際の液状燃料の温度の変化から前記フィードバック制御部による液状燃料に対してのフィードバック制御係数を求める一方、前記第２ヒータに所定の操作量を与え、その際のガスの温度の変化から前記フィードバック制御部によるガスに対してのフィードバック制御係数を求めるものであり、かつ、前記第１ヒータに所定の操作量を与えたときの液状燃料の温度変化が所定の閾値に満たないか又はこれを超えた場合に該操作量を変更する一方、前記第２ヒータに所定の操作量を与えたときのガスの温度変化が所定の閾値に満たないか又はこれを超えた場合に該操作量を変更するものを挙げることができる。
【００１１】
このような構成であれば、燃料タンク内の液状燃料とガスとのオートチューニングを双方行うことができる。さらに、オートチューニングにおける操作量が自動で調整されるので、求められる制御係数が適切な値になるだけでなく、燃料タンクの容量や形状の違いを考慮しなくてもよくなり、オペレータにとって取り扱いが極めて簡単になって、蒸散ガス測定試験に対する負担を軽減することができるようになる。
【００１２】
ところで、液状燃料とガスとは接しており、それら温度は互いに影響し合うため、液状燃料及びガスに対して、どのようなタイミングでそれぞれにオートチューニングを施し、各制御係数を求めるのかは悩ましいところである。
【００１３】
これに対しては、前記オートチューニング部に、前記第１ヒータに所定の操作量を与えて液状燃料に対するフィードバック制御係数を求める動作と、前記第２ヒータに所定の操作量を与えてガスに対するフィードバック制御係数を求める動作とを並行して行わせればよい。
【００１４】
蒸散ガス測定試験では、フィードバック制御部によって、液状燃料とガスとが加熱されながら並行して温度制御されるところ、上述した構成によれば、オートチューニングを、フィードバック制御同様、液状燃料とガスとを並行して加熱しながら行っているので、これを別々のタイミングで行った場合と比べると、このオートチューニングによって求められた制御係数が、実際のフィードバック制御によりマッチした適切なものとなるからである。
また、燃料タンク内の液状燃料とガスとのオートチューニングを並行して行うので、オートチューニングに要する時間を短縮できるという効果も得られる。
【００１５】
なお、ここでいう「並行して行う」とは、オートチューニング部の動作のうち、少なくとも各ヒータに所定の操作量を与える時期の一部又は全部が重なり合うことであり、フィードバック制御係数を求める演算動作までもが同時期に行われることを要求するものではない。
【００１６】
温度制御精度を向上させるためには、前記フィードバック制御部の使用するフィードバック制御係数が温度帯によって異らせてあり、前記オートチューニング部が、前記各温度帯毎に用いられるフィードバック制御係数をそれぞれ求める用ようにしておくことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
このようなものであれば、内燃機関の燃料タンクから出る蒸散ガスの測定試験において、燃料タンク内温度のフィードバック制御に用いられるフィードバック制御係数を適切かつ簡単に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における燃料タンク温調装置を示す模式図。
【図２】同実施形態におけるフィードバック制御部の目標温度を示すグラフ。
【図３】同実施形態におけるオートチューニング部の動作の一部を示すフローチャート。
【図４】同実施形態におけるオートチューニング部による第１ヒータの駆動態様と測定温度及び設定温度との関係を示すとともに、フィードバック制御係数を定めるためのパラメータを示すグラフ。
【図５】同実施形態におけるオートチューニング部による第１ヒータの駆動態様と測定温度及び設定温度との関係を示すグラフ。
【図６】本発明の他の実施形態におけるオートチューニング部の動作の一部を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態に係る燃料タンク温調装置１００（以下、単に装置１００ともいう。）は、図１に示すように、内燃機関の燃料タンクＴＫから蒸散するガスＧ（ＨＣやメタノール等）を測定する蒸散ガス測定システムＸの一構成要素であり、燃料タンクＴＫ内の温度を該測定試験において予め定められた温度条件となるように制御するものである。
【００２１】
まず、この蒸散ガス測定システムＸについて説明する。
この蒸散ガス測定システムＸは、前記燃料タンク温調装置１００に加え、図１に示すように、密閉されて気密に保たれたＳＨＥＤと呼ばれるハウジング５、このハウジング５内の室温を調整する室温コントローラ（図示しない）、ハウジング５内に収容された前記燃料タンクＴＫからの蒸散ガスの濃度あるいは量を測定する蒸散ガス測定装置６、ハウジング５内の圧力を調整する圧力調整バッグ（図示しない）等を有するものである。
【００２２】
しかして、前記燃料タンク温調装置１００は、具体的には、図１に示すように、前記燃料タンクＴＫを加熱する２つのヒータ１１、１２と、該燃料タンクＴＫ内の温度を測定する２つの温度センサ２１、２２と、前記各ヒータ１１、１２を制御する情報処理装置３とを具備したものである。
【００２３】
燃料タンクＴＫは、この実施形態では、例えば、自動二輪車に用いられるいわゆる暴露型のものであるが、このタイプに限られるものではない。この燃料タンクＴＫ内には、液状燃料Ｌが、タンク容量の所定割合（例えば４０％〜５０％）だけ貯留されている。そして、その余剰空間には、前記燃料が気化したガスＧ又はこれに空気が混ざったガスＧが充満している。
【００２４】
前記各ヒータ１１、１２は、例えばパッド状をなすものであり、ここでは燃料タンクＴＫの外表面に貼り付けられている。そのうちの第１ヒータ１１は、液状燃料Ｌの液面よりも下方に設けられて、該液状燃料Ｌを加熱するためのものである。第２ヒータ１２は、液状燃料Ｌの液面よりも上方に設けられて、前記ガスＧを加熱するためのものである。
【００２５】
前記各温度センサ２１、２２のうち、第１温度センサ２１は、液状燃料Ｌ内に浸漬されてその温度を測定するものであり、第２温度センサ２２は、前記余剰空間に挿入されてガスＧの温度を測定するものである。
【００２６】
前記情報処理装置３は、図示しないＣＰＵ、メモリ、通信ポート、入出力ポート、ＡＤコンバータ、ＤＡコンバータなどを具備したいわゆるコンピュータである。この情報処理装置３は、前記メモリに格納された所定のプログラムにしたがってＣＰＵ及びその周辺機器が協働することによって、フィードバック制御部３１及びオートチューニング部３２としての機能を発揮する。
【００２７】
前記フィードバック制御部３１は、この蒸散ガス測定試験において、前記各温度センサ２１、２２によって測定された液状燃料Ｌ及びガスＧの温度が、それぞれ予め定められた目標温度となるように、対応する各ヒータ１１、１２をそれぞれ独立に、かつ並行してフィードバック制御するものである。なお、この実施形態では、フィードバック制御としてＰＩＤ制御を採用しているが、Ｐ制御やＰＩ制御、Ｈ∞制御など、その他の制御方式を用いて構わない。
【００２８】
前記目標温度は、液状燃料ＬとガスＧとでそれぞれ異なる。図２に示すように、液状燃料Ｌの目標温度は、初期温度が１５．５℃であり、そこからスタートして、１分あたり０．３３３３℃ずつ線形に上昇し、６０分以降は３５．５℃という一定温度に維持するというものである。ガスＧの目標温度は、初期温度が２１℃であり、そこから線形に上昇して、６０分以降は４１℃という一定温度に維持するというものである。
【００２９】
オートチューニング部３２は、前記各ヒータ１１、１２に所定の操作量をそれぞれ与えたときの液状燃料Ｌ及びガスＧの各温度変化から、前記フィードバック制御部３１による液状燃料Ｌ及びガスＧそれぞれに対してのフィードバック制御係数、すなわちＰＩＤの各係数（以下、ＰＩＤ係数ともいう。）を定めるものであり、該フィードバック制御部３１の動作に先立って、例えばオペレータからの所定入力操作で動作を開始する。
【００３０】
この実施形態では、前述したように、フィードバック制御部３１がタンク内の液相及び気相それぞれの温度を互いに独立して制御するため、オートチューニング部３２も、液相及び気相それぞれについてのフィードバック係数を算出する。
【００３１】
また、この実施形態では、フィードバック制御部３１の使用するＰＩＤ係数を温度帯によって異らせて制御精度を高めているため、オートチューニング部３２が、前記各温度帯の代表温度(例えば各温度帯の上限温度や中間温度など)をそれぞれ設定温度として、各設定温度毎にオートチューニングを行なってＰＩＤ係数をそれぞれ定めるようにしている。なお、ここでは設定温度の低い方から順にＰＩＤ係数を定めている。
【００３２】
オートチューニングの方式としては、ここではリミットサイクル法を採用している。具体的には、液相及び気相についての測定温度が、前記設定温度を跨いで上下に変化するように、ヒータ１１、１２に上限操作量と下限操作量とを与え、その際の測定温度の変化からＰＩＤの各係数を定めるようにしている。なお、この他に、ステップ応答法、限界法など、他の種々のオートチューニング手法を採用可能である。
【００３３】
次に、該オートチューニング部３２の動作の具体例を、図３に示すフローチャートにしたがって説明する。このフローチャートは、例えば液状燃料Ｌに対する温度制御のフィードバック係数を定めるためのものである。
【００３４】
ステップＳ１:前記設定温度を定める。ここでは設定温度が３つあるので、Ｎ＝３とする。
ステップＳ２：上限操作量及び下限操作量を予め定めた初期値に設定する。ここでの上限操作量の初期値は、例えば、第１ヒータ１１のフル出力に対する４０％であり、下限操作量は０％、すなわちヒータ１１をオフすることである。
ステップＳ３：設定温度を最も低い温度帯（ｎ＝１）の上限温度（ここでは６０℃）に設定する。
ステップＳ４：前記上限操作量で第１ヒータ１１を駆動する。
ステップＳ５：第１温度センサ２１から液相の測定温度を取得し、その測定温度の上昇率（予め定めた一定時間での上昇温度）が所定の閾値を超えているかどうかを判断し、超えていれば、ステップＳ７に進み、そうでなければ、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６：上限操作量を所定量（ここでは１０％）アップし、ステップＳ５に戻る。
【００３５】
ステップＳ７：測定温度と設定温度とを比較し、該測定温度が設定温度を超えたかどうかを判断する。超えていなければ、このステップＳ７を繰り返し、引き続き測定温度と設定温度とを比較する。そうでなければステップＳ８に進む。
ステップＳ８：下限操作量で第１ヒータ１１を駆動する。上述したように、第１ヒータ１１をオフすることである。
【００３６】
ステップＳ９：前のステップＳ８による第１ヒータ１１のオフ後、しばらく経つと温度上昇が止まって温度が下がりはじめる。このステップＳ９では、このときの測定温度のピーク値をサンプルホールドして、該ピーク値と設定温度との偏差ｅ１（図４に示す）を算出し、メモリの所定領域に記憶する。
ステップＳ１０：測定温度が設定温度を超えた時点からピーク値となった時点までの時間ｔ１（図４に示す）を算出し、メモリの所定領域に記憶する。
【００３７】
ステップＳ１１：測定温度と設定温度とを比較し、該測定温度が設定温度を下回ったかどうかを判断する。下回っていなければ、このステップＳ１１を繰り返し、引き続き測定温度と設定温度とを比較する。そうでなければステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２：オフ状態であった第１ヒータ１１をオンして、上限操作量で駆動する。
【００３８】
ステップＳ１３：前のステップＳ１２による第１ヒータ１１のオン後、しばらく経つと温度下降が止まって温度が上がりはじめる。このステップＳ１３では、このときの測定温度のボトム値をサンプルホールドして、該ボトム値と設定温度との偏差ｅ２（図４に示す）を算出し、メモリの所定領域に記憶する。
ステップＳ１４：測定温度が設定温度を下回った時点から前記ボトム値となった時点までの時間ｔ２（図４に示す）を算出し、メモリの所定領域に記憶する。
【００３９】
ステップＳ１５：ｔ１、ｔ２、ｅ１及びｅ２に基づいて、当該設定温度に対応する温度帯でのフィードバック制御部３１が用いるＰＩＤ係数を算出する。その算出式は、リミットサイクル法において既知のものである。
ステップＳ１６、Ｓ１７：次の設定温度でのＰＩＤ係数算出が必要であれば、ステップＳ３に進む。そうでなければ終了する。
【００４０】
なお、図５は、上述したオートチューニングを行ったときの液相の温度変化と操作量の変化とを示したグラフである。１回目のオートチューニング終了後、２回目のオートチューニングに至る間と、２回目のオートチューニング終了後、３回目のオートチューニングに至る間との２期間において、操作量が不足と判断されてその値が自動的に上げられているのがわかる。
【００４１】
この実施形態でのオートチューニング部３２は、ガスに対しても、設定温度が液相温度とは異なる点（具体的には、フィードバック制御での目標温度の違い分だけ、ガスの設定温度を高くしている。）、第２温度センサ２２から温度を取得する点、及び第２ヒータ１２を用いる点において異なるだけで、液状燃料に対する動作（ステップＳ１〜Ｓ１７）と同様の動作を行う。
その動作開始タイミングは、液状燃料に対する動作開始タイミングと同時期であり、液状燃料及びガスに対するオートチューニングは並行して進められる。
このような構成であれば、液状燃料ＬとガスＧとのオートチューニングを並行して行うので、オートチューニングに要する時間を短縮できる。
【００４２】
また、実際の蒸散ガス測定試験でのフィードバック制御部３１による制御の場合、液状燃料ＬとガスＧとを並行して加熱しながら温度制御されるところ、この実施形態では、オートチューニングを、フィードバック制御同様、液状燃料とガスとを並行して加熱しながら行っているので、これを別々のタイミングで行った場合と比べると、このオートチューニングによって求められた制御係数が、実際のフィードバック制御によりマッチした適切なものとなる。
【００４３】
さらに、操作量が自動で調整されるので、求められる制御係数が適切となるだけでなく、燃料タンクＴＫの容量や形状の違いを考慮しなくてもよくなり、オペレータにとって、極めて取り扱いが簡単になって、測定試験に対する負担を軽減することができるようになる。
【００４４】
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではない。
オートチューニングの設定温度は、３つに限られず、制御精度を高めるのであれば、４つ以上でもよいし、不必要であれば、１つでも２つでもよい。
【００４５】
前記実施形態では、オートチューニングを短時間でかつ精度よく終わらせるために温度上昇が所定の速度よりも遅い場合に限って上限操作量だけを増加させていたが、下限操作量をも変えるようにしてもよい。例えば、初期下限操作量として０を超えた値を設定しておき、図６のステップＳ８１、Ｓ８２に示すように、温度下降が所定の速度よりも遅い場合には、下限操作量を減少させるようにしてもよい。
設定温度は、前記実施形態では液相及び気相のそれぞれで同数であったが、異なっていても構わない。
【００４６】
前記実施形態では、液状燃料Ｌ及びガスＧに対して互いに独立にオートチューニングを施していたが、各設定温度で、オートチューニングが先に終了した方が他方の終了を待って、次の設定温度でのオートチューニングを始めるようにし、各設定温度において、液状燃料Ｌ及びガスＧに対するオートチューニングが同時期にスタートするようにしてもよい。
フィードバック制御部は必ずしも必要ない。つまり、本装置は、オートチューニング機能だけに特化したものでも構わない。
その他、本発明は、その趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００４７】
Ｘ・・・蒸散ガス測定システム
１００・・・燃料タンク温調装置
ＴＫ・・・燃料タンク
１１・・・第１ヒータ
１２・・・第２ヒータ
２１・・・第１温度センサ
２２・・・第２温度センサ
３１・・・フィードバック制御部
３２・・・オートチューニング部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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