(57)【要約】【課題】燃料温度に左右されない燃料圧力を表示できるようにする。【解決手段】公知の温度センサ及び圧力センサを用いて、燃料容器に貯蔵される気体燃料の温度Ｔ及び圧力Ｐを検出し（Ｓ１及びＳ２）、理想気体の状態方程式を利用して、圧力Ｐを所定の基準温度Ｔ0及び温度Ｔで補正することで、基準温度Ｔ0における燃料圧力Ｐ0を演算する（Ｓ３）。そして、演算された燃料圧力Ｐ0を圧力計に表示させる（Ｓ４）。このため、燃料温度に左右されず、燃料容器に貯蔵される気体燃料の圧力を安定して表示することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料容器に貯蔵される気体燃料の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料容器に貯蔵される気体燃料の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記温度検出手段及び圧力検出手段により夫々検出された気体燃料の温度及び圧力から、所定の基準温度における気体燃料の圧力を演算する圧力演算手段と、
前記圧力演算手段により演算された気体燃料の圧力を表示する圧力表示手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする燃料圧力表示装置。
【請求項２】
前記圧力演算手段は、前記圧力検出手段により検出された気体燃料の圧力を、前記基準温度及び前記温度検出手段により検出された気体燃料の温度で補正することで、該基準温度における気体燃料の圧力を演算することを特徴とする請求項１記載の燃料圧力表示装置。
【請求項３】
前記圧力演算手段は、前記温度検出手段及び圧力検出手段により夫々検出された気体燃料の温度及び圧力から第１の圧縮係数を演算する一方、気体燃料の圧力を徐々に変化させながら、前記基準温度及び圧力から第２の圧縮係数を演算すると共に、該圧力を第１の圧縮係数，第２の圧縮係数，基準温度及び前記温度検出手段により検出された気体燃料の温度で補正した補正圧力を演算し、前記圧力と補正圧力との差の絶対値が第１の所定値以下となったときに、該補正圧力を基準温度における気体燃料の圧力とみなすことを特徴とする請求項１記載の燃料圧力表示装置。
【請求項４】
前記圧力演算手段は、気体燃料の温度，圧力及び圧縮係数の相関関係が設定されたマップを参照して、前記第１の圧縮係数及び第２の圧縮係数を夫々演算することを特徴とする請求項３記載の燃料圧力表示装置。
【請求項５】
エンジン停止直後に前記圧力演算手段により演算された気体燃料の圧力と、エンジン始動直後に前記圧力演算手段により演算された気体燃料の圧力と、の差の絶対値が第２の所定値以上であるときに、警報を発する警報手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料圧力表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料容器に貯蔵された気体燃料の圧力を表示する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とする車両では、燃料補充時期などを知らしめるべく、燃料容器に貯蔵されるＣＮＧの圧力が燃料残量として表示されている。しかし、ＣＮＧは気体燃料であることから、温度に応じて圧力が変化する特性がある。このため、例えば、昼間などのような気温が高いときに燃料を補充すると、夜間に気温が低下したときに、燃料消費がないにもかかわらず、表示される燃料圧力が低下してしまうという現象が発生してしまう。そこで、特開平７−１８９７３１号公報（特許文献１）に記載されるように、燃料容器近傍の燃料温度及び燃料圧力から燃料重量を演算し、これを燃料残量として表示する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平７−１８９７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、保安基準上、燃料容器に貯蔵される燃料圧力を示す圧力計を設置する義務が課せられているため、従来提案技術では、重量及び圧力を夫々示す２つの計器が必要となってしまう。２つの計器を設置することは、コスト及び重量増加などを来たしてしまうため、現実的に採用し得るものではない。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、理想気体又は実在気体の状態方程式を利用し、燃料容器に貯蔵される燃料の温度及び圧力から基準温度における燃料圧力を演算し、これを燃料残量として表示することで、燃料温度に左右されない燃料圧力を表示可能とした燃料圧力表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため、請求項１記載の発明では、燃料容器に貯蔵される気体燃料の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料容器に貯蔵される気体燃料の圧力を検出する圧力検出手段と、前記温度検出手段及び圧力検出手段により夫々検出された気体燃料の温度及び圧力から、所定の基準温度における気体燃料の圧力を演算する圧力演算手段と、前記圧力演算手段により演算された気体燃料の圧力を表示する圧力表示手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の発明では、前記圧力演算手段は、前記圧力検出手段により検出された気体燃料の圧力を、前記基準温度及び前記温度検出手段により検出された気体燃料の温度で補正することで、該基準温度における気体燃料の圧力を演算することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記圧力演算手段は、前記温度検出手段及び圧力検出手段により夫々検出された気体燃料の温度及び圧力から第１の圧縮係数を演算する一方、気体燃料の圧力を徐々に変化させながら、前記基準温度及び圧力から第２の圧縮係数を演算すると共に、該圧力を第１の圧縮係数，第２の圧縮係数，基準温度及び前記温度検出手段により検出された気体燃料の温度で補正した補正圧力を演算し、前記圧力と補正圧力との差の絶対値が第１の所定値以下となったときに、該補正圧力を基準温度における気体燃料の圧力とみなすことを特徴とする。
【０００６】
請求項４記載の発明では、前記圧力演算手段は、気体燃料の温度，圧力及び圧縮係数の相関関係が設定されたマップを参照して、前記第１の圧縮係数及び第２の圧縮係数を夫々演算することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、エンジン停止直後に前記圧力演算手段により演算された気体燃料の圧力と、エンジン始動直後に前記圧力演算手段により演算された気体燃料の圧力と、の差の絶対値が第２の所定値以上であるときに、警報を発する警報手段を更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、燃料容器に貯蔵される気体燃料の温度及び圧力から、所定の基準温度における気体燃料の圧力が演算され、その圧力が表示される。このため、燃料温度に左右されず、燃料容器に貯蔵される気体燃料の圧力を安定して表示することが可能となり、例えば、燃料消費がないにもかかわらず、表示される燃料圧力が低下してしまうという現象発生を防止することができる。よって、燃料圧力表示の信頼性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、検出された気体燃料の圧力を基準温度及び検出された気体燃料の温度で補正することで、基準温度における気体燃料の圧力が演算される。このため、理想気体の状態方程式を利用し、基準温度における気体燃料の圧力を容易に演算することができる。
請求項３記載の発明によれば、検出された気体燃料の温度及び圧力から第１の圧縮係数が演算される。また、気体燃料の圧力を徐々に変化させながら、基準温度及び圧力から第２の圧縮係数が演算されると共に、その圧力を第１の圧縮係数，第２の圧縮係数，基準温度及び検出された気体燃料の温度で補正した補正圧力が演算され、圧力と補正圧力との差の絶対値が第１の所定値以下となったときに、補正圧力が基準温度における気体燃料の圧力とみなされる。このため、理想気体の状態方程式を利用した演算方法より多少負荷が高まるが、実在気体の状態方程式を利用し、基準温度における気体燃料の圧力を容易かつ高精度に演算することができる。
【０００９】
請求項４記載の発明によれば、気体燃料の温度，圧力及び圧縮係数の相関関係が設定されたマップを参照して、第１の圧縮係数及び第２の圧縮係数が夫々演算されるので、そのマップを適切に設定することで、演算精度を向上させつつ演算負荷の増加を抑制することができる。
請求項５記載の発明によれば、エンジン停止時の燃料圧力及びエンジン始動時の燃料圧力は、基準温度における燃料圧力に変換された状態で比較され、その差の絶対値が第２の所定値以上であれば警報が発せられる。このため、エンジン停止時及び始動時の燃料温度が異なっていても、エンジン停止中に燃料漏れが発生したか否かを高精度に判定することができる。そして、燃料漏れが発生したときには、例えば、車両を修理工場に持っていくなどの処置をとることで、可燃性を有する気体燃料が大気中に放出されることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係る燃料圧力表示装置を備えたＣＮＧ供給装置の基本構成を示す。
燃料容器１０に貯蔵されるＣＮＧは、常閉電磁式の主止弁１２が介装された高圧燃料配管１４を介して、レギュレータ１６に導かれる。レギュレータ１６に導かれたＣＮＧは、所定圧力に調圧され、燃料フィルタ１８及び常閉電磁式の低圧燃料遮断弁２０が介装された低圧燃料配管２２を介して、燃料噴射弁２４に導かれる。燃料噴射弁２４に導かれたＣＮＧは、エンジン運転状態に応じて、図示しない吸気通路又は燃焼室に噴射供給される。主止弁１２及び低圧燃料遮断弁２０は、ＣＮＧエンジンが停止したときに、夫々、高圧燃料配管１４及び低圧燃料配管２２を自動的に閉塞し、その下流側への燃料供給を遮断するように構成される。
【００１１】
主止弁１２の上流側に位置する高圧燃料配管１４には、消費されたＣＮＧを充填するために、逆止弁２６が介装された燃料充填配管２８が接続される。燃料充填配管２８の先端部には、燃料充填口３０が取り付けられる。
また、高圧燃料配管１４の所定部位、例えば、燃料充填配管２８の接続部位には、燃料容器１０に貯蔵されるＣＮＧの燃料温度Ｔ及び燃料圧力Ｐを検出すべく、温度検出手段としての温度センサ３２及び圧力検出手段としての圧力センサ３４が夫々配設される。温度センサ３２及び圧力センサ３４の各出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３６に入力される。そして、コントロールユニット３６は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、ＣＮＧの燃料圧力を表示する圧力計３８、及び、ＣＮＧが漏れていることを警告する警告灯４０を適宜電子制御する。なお、コントロールユニット３６は、制御プログラムを実行することで、圧力演算手段を具現化すると共に、圧力計３８及び警告灯４０と協働して圧力表示手段及び警報手段を夫々具現化する。
【００１２】
図２は、ＣＮＧエンジンが始動されたことを契機として、コントロールユニット３６において所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムの処理内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、温度センサ３２から燃料温度Ｔを読み込む。
ステップ２では、圧力センサ３４から燃料圧力Ｐを読み込む。
【００１３】
ステップ３では、次のように、理想気体の状態方程式を利用して、燃料温度Ｔ及び燃料圧力Ｐから基準温度Ｔ0（例えば0℃＝273.15Ｋ）における燃料圧力Ｐ0を演算する。理想気体の状態方程式は、燃料圧力をＰ，燃料容器１０の体積（容積）をＶ，モル数をｎ，ＣＮＧの気体定数をＲ及び燃料温度をＴとすると、ＰＶ＝ｎＲＴと表わすことができる。また、基準温度Ｔ0における理想気体の状態方程式は、前式と体積Ｖ，モル数ｎ及び気体定数Ｒが同一であるので、Ｐ0Ｖ＝ｎＲＴ0と表わすことができる。これらの２式を適宜変形すると、Ｐ0＝Ｔ0Ｐ／Ｔとなり、この式に燃料温度Ｔ及び燃料圧力Ｐを代入することで、基準温度Ｔ0における燃料圧力Ｐ0を求めることができる。
【００１４】
ステップ４では、圧力計３８に燃料圧力Ｐ0を表示させる。
かかる燃料圧力表示装置によれば、燃料容器１０に貯蔵されるＣＮＧの燃料圧力Ｐは、理想気体の状態方程式を利用して、所定の基準温度Ｔ0における燃料圧力Ｐ0に変換された後圧力計３８に表示される。このため、燃料温度に左右されず、燃料容器１０に貯蔵されるＣＮＧの燃料圧力を安定して表示することが可能となり、例えば、燃料消費がないにもかかわらず、表示される燃料圧力が低下してしまうという現象発生を防止できる。よって、燃料圧力表示の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、燃料温度に左右されず、燃料容器１０に貯蔵されるＣＮＧの燃料圧力を安定して表示することができる特性を利用して、次のような処理により、ＣＮＧエンジン停止中に燃料漏れが発生したか否かを高精度に判定することができる。
図３は、ＣＮＧエンジンが停止されたことを契機として、コントロールユニット３６において実行される制御プログラムの処理内容を示す。
【００１６】
ステップ１１では、温度センサ３２から燃料温度Ｔを読み込む。
ステップ１２では、圧力センサ３４から燃料圧力Ｐを読み込む。
ステップ１３では、理想気体の状態方程式を利用して、燃料温度Ｔ及び燃料圧力Ｐから基準温度Ｔ0における燃料圧力Ｐ0を演算する。
ステップ１４では、燃料圧力Ｐ0をＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの不揮発性メモリに書き込む。
【００１７】
図４は、ＣＮＧエンジンが始動されたことを契機として、コントロールユニット３６において実行される制御プログラムの処理内容を示す。
ステップ２１では、不揮発性メモリから燃料圧力Ｐ0を読み出し、これを燃料圧力Ｐ1とおく。
ステップ２２では、温度センサ３２から燃料温度Ｔを読み込む。
【００１８】
ステップ２３では、圧力センサ３４から燃料圧力Ｐを読み込む。
ステップ２４では、理想気体の状態方程式を利用して、燃料温度Ｔ及び燃料圧力Ｐから基準温度Ｔ0における燃料圧力Ｐ0を演算する。
ステップ２５では、燃料圧力Ｐ1と燃料圧力Ｐ0との差の絶対値が所定値（第２の所定値）以上であるか否かを判定する。ここで、所定値は、ＣＮＧエンジン停止中に燃料漏れが発生したか否かを判定するための閾値であって、例えば、燃料圧力Ｐ0の演算精度に多少のマージンを加味した値とすればよい。そして、燃料圧力Ｐ1と燃料圧力Ｐ0との差の絶対値が所定値以上であれば、燃料漏れが発生したと判断してステップ２６へと進み（Ｙｅｓ）、これを報知すべく警告灯４０を点灯させる。一方、燃料圧力Ｐ1と燃料圧力Ｐ0との差の絶対値が所定値未満であれば、燃料漏れが発生していないと判断して処理を終了する（Ｎｏ）。
【００１９】
かかる燃料漏れ判定処理によれば、ＣＮＧエンジン停止時の燃料圧力及びＣＮＧエンジン始動時の燃料圧力は、基準温度Ｔ0における燃料圧力に変換された状態で比較される。このため、エンジン停止時及び始動時の燃料温度が異なっていても、ＣＮＧエンジン停止中に燃料漏れが発生したか否かを高精度に判定することができる。そして、燃料漏れが発生したときには警告灯４０が点灯するので、例えば、車両を修理工場に持っていくなどの処置をとることで、可燃性を有するＣＮＧが大気中に放出されることを抑制することができる。
【００２０】
ところで、実在気体であるＣＮＧは、近似的に理想気体の状態方程式に従うが、高圧状態では密度が高くなって分子間力を無視することができなくなるため、理想気体の状態方程式に従わなくなってしまう特性がある。そこで、理想気体の状態方程式に代えて、圧縮係数Ｚを用いた実在気体の状態方程式を利用し、燃料容器１０に貯蔵される燃料温度Ｔ及び燃料圧力Ｐから、基準温度Ｔ0における燃料圧力Ｐ0を演算することが望ましい。
【００２１】
図５は、実在気体の状態方程式を利用して燃料圧力Ｐ0を演算する処理内容を示す。
ステップ３１では、温度センサ３２から燃料温度Ｔを読み込む。
ステップ３２では、圧力センサ３４から燃料圧力Ｐを読み込む。
ステップ３３では、図６に示すような、燃料温度，燃料圧力及び圧縮係数の相関関係が設定されたマップを参照し、燃料温度Ｔ及び燃料圧力Ｐに応じた圧縮係数Ｚを演算する。ここで、マップは、実験，シミュレーションなどを通して予め作成しておけばよい。
【００２２】
ステップ３４では、燃料圧力Ｐを燃料圧力Ｐxとおく。
ステップ３５では、図６に示すマップを再度参照し、基準温度Ｔ0及び燃料圧力Ｐxに応じた圧縮係数Ｚ0を演算する。
ステップ３６では、次のように、実在気体の状態方程式を利用して、圧縮係数Ｚ及びＺ0，燃料温度Ｔ，基準温度Ｔ0並びに燃料圧力Ｐxから、基準温度Ｔ0における燃料圧力Ｐyを演算する。実在気体の状態方程式は、燃料圧力をＰ，燃料容器１０の体積をＶ，モル数をｎ、ＣＮＧの気体定数をＲ，燃料温度Ｔ，燃料圧力Ｐ及び燃料温度Ｔに応じた圧縮係数をＺとすると、ＰＶ＝ＺｎＲＴと表わすことができる。また、基準温度Ｔ0における実在気体の状態方程式は、前式と体積Ｖ，モル数ｎ及び気体定数Ｒが同一であるので、燃料圧力Ｐ0及び基準温度Ｔ0に応じた圧縮係数をＺ0とすると、Ｐ0Ｖ＝Ｚ0ｎＲＴ0と表わすことができる。これらの２式を適宜変形すると、Ｐ0＝Ｚ0Ｔ0Ｐ／ＺＴとなり、この式に圧縮係数Ｚ及びＺ0，燃料温度Ｔ，基準温度Ｔ0並びに燃料圧力Ｐxを代入することで、基準温度Ｔ0における燃料圧力Ｐyを演算することができる。
【００２３】
ステップ３７では、燃料圧力Ｐyと燃料圧力Ｐxとの差の絶対値が収束判定値（第１の所定値）以下であるか否かを判定する。ここで、収束判定値は、再帰計算を利用して燃料圧力Ｐyが妥当であるか否かを判定するための閾値であって、例えば、要求される燃料圧力精度に応じて適宜設定すればよい。そして、燃料圧力Ｐyと燃料圧力Ｐxとの差の絶対値が収束判定値以下であればステップ３８へと進み（Ｙｅｓ）、燃料圧力Ｐ0として燃料圧力Ｐyを採用する。一方、燃料圧力Ｐyと燃料圧力Ｐxとの差の絶対値が収束判定値より大きければステップ３９へと進む（Ｎｏ）。
【００２４】
ステップ３９では、燃料圧力Ｐyが燃料圧力Ｐx未満であるか否かを判定する。そして、燃料圧力Ｐyが燃料圧力Ｐx未満であればステップ４０へと進み（Ｙｅｓ）、燃料圧力Ｐxを所定値ΔＰだけ減少させた後ステップ３５へと戻る。一方、燃料圧力Ｐyが燃料圧力Ｐx以上であればステップ４１へと進み（Ｎｏ）、燃料圧力Ｐxを所定値ΔＰだけ増加させた後ステップ３５へと戻る。ここで、所定値ΔＰとしては、要求される燃料圧力精度に応じて適宜設定すればよい。
【００２５】
かかる燃料圧力演算処理によれば、燃料容器１０に高圧状態（例えば２０ＭＰａ）で貯蔵されるＣＮＧであっても、圧縮係数Ｚ及びＺ0を考慮することで、標準温度Ｔ0における燃料圧力Ｐ0が高精度に演算される。このとき、Ｐ0＝Ｚ0Ｔ0Ｐ／ＺＴという１つの式において、燃料圧力Ｐ0及び圧縮係数Ｚ0が２つの変数となるため数学的に演算できないが、燃料圧力Ｐ0は、図６に示すマップを利用して再帰計算による収束で演算することができる。そして、燃料圧力Ｐ0の演算精度が向上することから、燃料容器１０に貯蔵されるＣＮＧの圧力表示精度を一層向上させることができる。また、この燃料圧力Ｐ0に基づいて燃料漏れ判定処理を行うようにすれば、その判定精度も一層向上させることができる。
【００２６】
なお、燃料容器１０に貯蔵されるＣＮＧの燃料温度Ｔ及び燃料圧力Ｐを検出する温度センサ３２及び圧力センサ３４は、燃料充填配管２８の接続部位だけではなく、例えば、図７に示すように、燃料容器１０に直接取り付けるようにしてもよい。
また、本発明は、ＣＮＧに限らず他の気体燃料であっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る燃料圧力表示装置を備えたＣＮＧ供給装置の基本構成図
【図２】エンジン始動中に実行される燃料圧力表示処理を示すフローチャート
【図３】エンジン停止時に実行される燃料漏れ判定処理を示すフローチャート
【図４】エンジン始動時に実行される燃料漏れ判定処理を示すフローチャート
【図５】圧縮係数を考慮して燃料圧力を演算する処理を示すフローチャート
【図６】燃料温度，燃料圧力及び圧縮係数の相関関係が設定されたマップの説明図
【図７】温度センサ及び圧力センサの取付位置を変更したＣＮＧ供給装置の基本構成図
【符号の説明】
【００２８】
１０  燃料容器
３２  温度センサ
３４  圧力センサ
３６  コントロールユニット
３８  圧力計
４０  警告灯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009103007.tif 000006
【図５】
2009103007.tif 000007
【図６】
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【図７】
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