JP2001193525A

JP2001193525A - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP2001193525A
Application number: JP2000002341A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Sakakida; 明宏榊田; Masaaki Kubo; 賢明久保; Yorito Nakao; 頼人中尾; Yasuyuki Ito; 泰之伊藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】１種類の燃料を使用し、低負荷時から高負荷
時まで安定した燃焼を確保する。【解決手段】燃料供給装置は、分留室３で燃料を軽質
分と重質分とに加熱分留する。そして、分留された軽質
分をエンジン４に供給した後、所定の間隔をおいて重質
分をエンジン４に供給する。これにより、燃焼室内にお
ける混合気の形成を早めることができ、シリンダ壁面へ
付着する燃料を減らすことができるので、ＨＣの排出
量、スモークの発生を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの燃料供給装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平9-69061号には、セタン価の異な
る２種類の燃料の混合してエンジンに供給し、その混合
比を運転状態に応じて変化させることでディーゼル車の
スモーク、ノッキングの発生を抑える燃料供給装置が開
示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
上記２種類の燃料を混合する方法では、スモーク等の発
生を抑えることができるものの、２種類の燃料を別々に
貯留するために燃料タンクを２つ設ける必要があり、コ
ストが増大する。

【０００４】また、混合比を可変としているため、どち
らか一方の燃料が不足する場合があり、一方の燃料が不
足した場合、他方の燃料がまだ残っていても給油する必
要が生じ、給油頻度が増大して煩わしいという問題もあ
った。

【０００５】本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされ
たもので、エンジンの燃料供給装置において、１種類の
燃料を使用し、低負荷時から高負荷時まで安定した燃焼
を確保し、排気の浄化及びノッキングの防止を図ること
を目的とする。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】第１の発明は、エンジ
ンの燃料供給装置において、燃料を軽質分と重質分とに
加熱分留する分留手段と、分留された軽質分を供給し、
その後重質分を供給することで一回の燃料噴射行程で必
要な量の燃料をエンジンに供給する燃料供給手段とを備
えたことを特徴とするものである。

【０００７】第２の発明は、第１の発明において、燃料
供給手段が、軽質分と重質分の成分比を一定に保つよう
に燃料を供給することを特徴とするものである。

【０００８】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、燃料供給手段が、高エンジン負荷では、軽質分が
噴射されてから重質分が噴射されるまでの間隔を長く設
定することを特徴とするものである。

【０００９】第４の発明は、第１から第３の発明におい
て、燃料供給手段が、高エンジン冷却水温では、軽質分
が噴射されてから重質分が噴射されるまでの間隔を長く
設定することを特徴とするものである。

【００１０】第５の発明は、第１から第４の発明におい
て、分留手段が、分留室内に貯留された燃料を加熱分留
し、軽質分を気体、重質分を液体として取り出すことを
特徴とするものである。

【００１１】第６の発明は、第５の発明において、分留
室内の圧力を一定に制御する圧力制御手段を備えたこと
を特徴とするものである。

【００１２】第７の発明は、第１から第６の発明におい
て、分留手段がヒータ、エンジン排気熱、エンジン冷却
水のうち少なくとも一つを用いて燃料を加熱することを
特徴とするものである。

【００１３】第８の発明は、第１から第７の発明におい
て、キャニスター内の軽質分を用いてエンジンを始動す
るように構成したことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用及び効果】したがって、第１、第５の発明による
と、燃料が軽質分（低沸点成分）と重質分（高沸点成
分）とに分留され、一燃料噴射行程おいては、先ず気体
状態の軽質分が供給され、その後、加熱された液体状態
の重質分が供給される。これにより、燃焼室内における
混合気の形成が早められ、シリンダ壁面へ付着する燃料
が減少するので、ＨＣの排出量、スモークの発生を抑え
ることができる。

【００１５】また、第２の発明によると、軽質分と重質
分は成分比を一定に保つように供給されるので、燃料性
状を一定に保つことができる。

【００１６】また、第３、第４の発明によると、エンジ
ンが高負荷あるいはエンジン冷却水温が高くなると、軽
質分と重質分の噴射時期の間隔が長く設定されるので、
着火温度の高い軽質分を広く拡散させた後に着火温度の
低い重質分を拡散させないよう濃い混合気濃度で分布さ
せることができる。これにより、着火温度の高い軽質分
を、着火温度の低い重質分を着火源として成層燃焼させ
ることができ、急激な燃焼を防止してノッキング限界を
広げることができる。

【００１７】また、第６の発明によると、分留室内の圧
力を一定に保つことができ、軽質分の蒸発割合、すなわ
ち、エンジンに供給される軽質分と重質分の割合を一定
に保つことが可能となる。

【００１８】また、第７の発明によると、簡便な構成で
かつ低コストで燃料を分留加熱、あるいは分留された燃
料を加熱することができる。

【００１９】また、始動時は、分留室内にエンジン始動
可能なほどの軽質分が存在しないが、第８の発明による
と、キャニスター内の軽質分を用いてエンジンを始動す
ることができる。さらに、軽質分は気化しやすく、シリ
ンダ壁面に付着しにくいので、始動時に排出されるＨＣ
の排出量を低減することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態について説明する。

【００２１】図１は本発明に係る燃料供給装置の概略構
成を示す。この燃料供給装置では、燃料タンク１内に貯
留された燃料（ガソリンあるいは軽油）は、低圧ポンプ
２により貯留室３に一旦送られ、そこで軽質分（低沸点
成分）と重質分（高沸点成分）に加熱分留された後、エ
ンジン４に供給される。

【００２２】燃料タンク１から分留室３への燃料供給
は、図２に示すフロート制御弁５を介して行われる。こ
のフロート制御弁５は、分留室３内の燃料液面をほぼ一
定に保つ働きをし、例えば、燃料噴射が行われて分留室
３内の燃料液面が下降すると、フロート６が下がってフ
ロート制御弁５が開き、所定の燃料液面になるまで燃料
タンク１から燃料が供給される。

【００２３】また、分留室３内には、図１に示すよう
に、軽質分噴射用のインジェクタ７に接続される軽質分
供給管８と、重質分噴射用のインジェクタ９に接続され
る重質分供給管１０が開口している。ここで軽質分供給
管８の先端は分留室３内の燃料液面よりも上方に開口
し、軽質分供給管８からは分留された気体状の軽質分が
エンジン４に供給されるようになっている。一方、重質
分供給管１０の先端は燃料液面よりも下方に開口し、重
質分供給路１０からは分留された液体状の重質分がエン
ジン４に供給されるようになっている。なお、図中１
１、１２は燃料をエンジン４に圧送するためのポンプで
ある。

【００２４】また、分留室３内には電気ヒータ１５が設
けられており、貯留された燃料を加熱することができる
ようになっている。図中１４はエンジンコントローラ４
０からの指令を受けてヒータ１５を駆動するヒータコン
トローラである。

【００２５】さらに、この燃料供給装置では、燃料の加
熱効果を高めるべく、分留室３の内部をエンジン４の排
気管１６が貫通し、貯留燃料と排気管１６とが接触する
ようになっている。なお、ここでは燃料をヒータ１５に
よる熱と排気熱とで加熱しているが、他の加熱方法を採
用しても良い。例えば、図３に示すようにエンジン４の
冷却水通路１７を供給管８、１０の周囲（あるいは分留
室３内）に導き、エンジン冷却水の熱を利用して燃料を
加熱する構成であってもよい。

【００２６】したがって、この燃料供給装置では、燃料
タンク１から分留室３に供給された燃料は、まず、エン
ジン４の排気熱等を利用して加熱され、気体状の軽質分
と液体状の重質分とに分留される。そして、分留された
軽質分は軽質分供給管８を介して軽質分噴射用インジェ
クタ７に送られ、重質分は重質分供給管１０を介して重
質分噴射用インジェクタ９に送られる。

【００２７】ここで軽質分は着火温度が高いのに対し、
重質分は着火温度が低いという特性を有する。そのた
め、ここでは重質分を着火源として軽質分を燃焼させる
ことによりエンジン４を自己着火運転させる。

【００２８】具体的には、まず、インジェクタ７から軽
質分が燃焼室内に噴射され、それから所定時間経過した
後にインジェクタ９から重質分が噴射される。図４はそ
の時の燃焼室内の様子を示し、軽質分と重質分の噴射時
期をずらすこととにより、先に噴射された軽質分を燃焼
室内に広く拡散させ、後に噴射された重質分を濃い混合
気濃度で分布させることができる。なお、軽質分が噴射
されてから重質分が噴射されるまでの間隔は運転状態に
応じて設定されるが、これについては後述する。

【００２９】さらに、分留室３には、図１に示すよう
に、分留室３とスロットルバルブ２０下流の吸気管２１
とを連通し、分留室３内の燃料液面より上方に開口する
連通路２２が接続されている。

【００３０】この連通路２２には圧力制御弁２３が設け
られており、圧力制御弁２３の開度を制御することによ
り、分留室３に吸気管２１内の負圧が導入され、分留室
３内の圧力を制御することができる。

【００３１】この他、分留室３には、分留室３内の燃料
温度Ｔｆを検出する燃料温度センサ３１、分留室３内の
圧力Ｐを検出する分留室圧力センサ３２が設けられてお
り、これらの検出信号はエンジン冷却水温センサ３３で
検出された冷却水温Ｔｗ、スロットル開度センサ３４で
検出されたスロットル開度ＴＶＯ、図示しないクランク
角センサで検出されたエンジン回転速度Ｎｅ等と共にエ
ンジンコントローラ４０に入力され、後述する燃料供給
制御で利用される。

【００３２】また、燃料供給装置は、燃料タンク１内の
蒸発燃料（軽質分）を蓄えるキャニスター３５と、キャ
ニスター３５と吸気管２３とを連通する連通路３６とを
備えており、連通路３６にはキャニスター３５から吸気
系へ導入される蒸発燃料量を制御するパージ制御弁３７
が設けられている。

【００３３】次に、この燃料供給装置の作用を図５に示
すフローチャートを参照しながら説明する。図５はエン
ジンコントローラ４０が行う燃料供給制御の内容を示し
たものである。

【００３４】まず、イグニッションキーがＯＮにされる
と、燃料温度Ｔｆ、分留室圧力Ｐ、エンジン冷却水温Ｔ
ｗ、スロットル開度ＴＶＯ、エンジン回転速度Ｎｅのモ
ニターが開始され（ステップＳ１）、ヒータ１５による
分留室３内の燃料の加熱が開始される（ステップＳ
２）。

【００３５】次に、パージ制御弁３７が開かれ、キャニ
スター３５内の蒸発燃料（軽質分）が連通管３６を介し
て吸気管２１内に始動用燃料として供給される（ステッ
プＳ３）。そして、エンジン４のクランキングが開始さ
れ（ステップＳ４）、エンジン４の完爆がステップＳ５
で判定されたらステップＳ６に進む。ステップＳ６では
燃料温度Ｔｆに応じた燃料噴射時期、軽質分及び重質分
の噴射量及び後述する圧力制御弁２３の開度が設定さ
れ、ステップＳ７でパージ制御弁３７が閉じられる。

【００３６】次に、燃料温度Ｔｆが所定温度Ｔｎに達す
るまで、ステップＳ８からステップＳ１４が繰り返し実
行される。

【００３７】そのステップＳ８ではエンジン負荷Ｌが所
定の高負荷Ｌ１よりも高いかが判定され、ステップＳ９
ではエンジン冷却水温Ｔｗが所定の高水温Ｔｗ１よりも
高いかが判定される。エンジン負荷Ｌは、例えばスロッ
トル開度ＴＶＯに基づき演算される。

【００３８】その結果、エンジン負荷Ｌが所定の高負荷
Ｌ１よりも高く、かつ冷却水温Ｔｗが所定の高水温Ｔｗ
１よりも高い場合はステップＳ１０に進んで軽質分と重
質分の噴射時間の間隔が長く設定される。これに対し、
エンジン負荷Ｌが所定の高負荷Ｌ１よりも低い、あるい
は冷却水温Ｔｗが所定の高水温Ｔｗ１よりも低い場合は
ステップＳ１１に進んで軽質分と重質分の噴射時間の間
隔が短く設定される。図６に低負荷時（図６（ａ））と
高負荷時（図６（ｂ））の燃料噴射の様子の一例を示
す。

【００３９】そして、ステップＳ１２では、燃料温度Ｔ
ｆに応じた燃料噴射時期及び軽質分と重質分の噴射量が
設定され、ステップＳ１３では分留室圧力Ｐに応じた圧
力制御弁２３の開度制御が行われる。

【００４０】図７はステップＳ１３における処理内容を
示したものである。

【００４１】これによると、ステップＳ３１で分留室圧
力Ｐが燃料温度Ｔｆに応じて決まる所定圧力Ｐｓよりも
高いか否かが判断される。その結果、所定圧力Ｐｓより
も高いときはステップＳ３２に進んで圧力制御弁２３の
開度が大きく設定され、逆に低いときはステップＳ３３
に進んで圧力制御弁２３の開度が小さく設定される。

【００４２】分留室３内での軽質分の蒸発割合は、図８
に示すように分留室３内の圧力Ｐに影響され、同一温度
のもとでは分留室圧力Ｐが高くなるほど蒸発割合が小さ
くなるのであるが、このように圧力制御弁２３の開度を
制御することによって分留室３内の圧力を所定圧力Ｐｓ
に制御することにより、軽質分の蒸発割合をほぼ一定に
保つことができる。

【００４３】なお、燃料温度Ｔｆが高いほど軽質分の蒸
発割合が高くなるので、蒸発割合を一定に保つため上記
所定圧力Ｐｓは燃料温度Ｔｆが高いほど高く設定され
る。

【００４４】図５に戻り、ステップＳ１４では燃料温度
Ｔｆが所定温度Ｔｎに達したか否かが判断される。その
結果、燃料温度Ｔｆが所定温度Ｔｎ以上と判断された場
合はステップＳ１５に進み、そうでない場合はステップ
Ｓ８に戻る。

【００４５】ステップＳ１５では、燃料温度Ｔｆを所定
温度Ｔｎに維持する制御が開始される。具体的には、燃
料温度センサ３１で検出された燃料温度Ｔｆが所定温度
Ｔｎよりも高い場合はヒータ１５への通電が停止され、
逆に所定温度Ｔｎよりも低い場合はヒータ１５への通電
が再開される。

【００４６】分留室３内の軽質分の蒸発割合は図８に示
すように燃料温度Ｔｆに影響されるが、上述したよう
に、ヒータ１５への通電を制御することにより燃料温度
Ｔｆが一定に保たれているので軽質分の蒸発割合はほぼ
一定に保たれる。

【００４７】ステップＳ１６では、スロットル開度ＴＶ
Ｏに基づきエンジン負荷Ｌが所定の高負荷Ｌｎよりも高
いかが判定され、ステップＳ１７ではエンジン４の冷却
水温Ｔｗが所定の高水温Ｔｗｎよりも高いかが判定され
る。その結果、エンジン負荷Lが所定の高負荷Ｌｎより
も高く、かつ冷却水温Ｔｗが所定の高水温Ｔｗｎよりも
高い場合はステップＳ１８に進んで軽質分と重質分の噴
射時間の間隔が長く設定され、それ以外の場合はステッ
プＳ１９に進んで軽質分と重質分の間隔が短く設定され
る。

【００４８】そして、ステップＳ２０では燃料温度Ｔｆ
に応じた燃料噴射時期及び軽質分と重質分の噴射量が設
定され、ステップＳ２１では図７に示したフローに従
い、分留室圧力Ｐが燃料温度Ｔｆ（＝Ｔｎ）に応じて決
まる所定圧力Ｐｓとなるように制御弁２３の開度が制御
される。

【００４９】以後、イグニッションキーがＯＦＦにされ
るまでステップＳ１５からステップＳ２１が繰り返さ
れ、燃料温度Ｔｆが所定温度Ｔｎに、分留室圧力ＰがＰ
ｓに維持されるとともに、エンジン負荷Ｌ及び冷却水温
Ｔｗに応じて軽質分と重質分の噴射時間の間隔が切り換
えられる。

【００５０】したがって、この燃料供給装置では、燃料
中の軽質分と重質分を分留し、軽質成は気体状態、重質
分は加熱された液体状態で供給されるが、これによって
燃焼室内における混合気の形成を早めることができ、シ
リンダ壁面へ付着する燃料を減らすことができる。この
結果、ＨＣの排出量、スモークの発生を効果的に抑える
ことができる。

【００５１】さらに、自己着火運転を高負荷域まで広げ
ようとすると軽質分と重質分の燃焼が同時期に開始され
て急激な熱発生を示し、ノッキングの発生が問題となる
が、本発明によると燃焼が同時期に開始せずノッキング
の発生も抑えられる。つまり、本発明によると、エンジ
ン４が高負荷かつ高水温の状態にあると、軽質分と重質
分の噴射時期の間隔が長く設定され、軽質分を広く拡散
させた後に重質分を拡散させないよう濃い混合気濃度で
分布させることができるので、重質分を着火源として成
層燃焼させることができ、急激な燃焼を防止してノッキ
ング限界を広げることができる。

【００５２】また、分留室３内に貯留された燃料のレベ
ルはフロート制御弁５によりほぼ一定に保たれ、分留室
３内の圧力Ｐ及び燃料温度Ｔｆは軽質分の蒸発割合が一
定になるように制御されるので、エンジン４に供給され
る軽質分と重質分の割合は一定に保たれ、燃料性状を一
定に保つことができる。

【００５３】さらに、始動時は、まだ分留室３内にエン
ジン始動可能なほど軽質分が存在しないが、この燃料供
給装置によると、キャニスター３５からの軽質分を用い
てエンジン４を始動することができる。軽質分は気化し
やすくシリンダ壁面に付着しにくいので、始動時に排出
されるＨＣの量を低減することができる。

【００５４】なお、上記実施形態では、高負荷及び高水
温になると軽質分と重質分の噴射時期間隔をステップ状
に切り換えているが、高負荷、高水温になるに従い、噴
射時期間隔を長く設定するようにしても良い。また、高
負荷、高水温の判定に用いるしきい値（Ｐ１、Ｌ１）を
燃料温度Ｔｆに応じて設定するようにしても良い。さら
に、エンジン４は自己着火運転をするとしたが、点火プ
ラグを設けて火花点火運転を行うようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料供給装置の概略構成図であ
る。

【図２】分留室に設けられたフロート制御弁の概略構成
図である。

【図３】エンジン冷却水を利用して燃料を加熱する構成
の一例を示した図である。

【図４】燃焼室内に噴射された軽質分と重質分の分布の
様子を示した図である。

【図５】本発明に係る燃料供給制御の内容を示したフロ
ーチャートである。

【図６】低負荷時と高負荷時の燃料噴射の様子を示した
図である。

【図７】圧力制御弁の開度制御の内容を示したフローチ
ャートである。

【図８】燃料温度及び分留室圧力と軽質分の蒸発割合の
関係を示した図である。

【符号の説明】

１燃料タンク３分留室４エンジン５フロート制御弁７、９インジェクタ８、１０燃料供給管１５ヒータ１６排気管１７冷却水通路２０スロットル弁２１吸気管２３圧力制御弁３１燃料温度センサ３２分留室圧力センサ３３冷却水温センサ３４スロットル開度センサ３５キャニスター３７パージ制御弁４０エンジンコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 31/16 Ｆ０２Ｍ 37/00 Ｐ 37/00 Ｇ 43/00 43/00 63/02 Ａ 63/02 31/12 ３２１Ａ (72)発明者中尾頼人神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者伊藤泰之神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AB02 AB06 BA24 BA26 CD02 CD03 CD22 3G301 HA01 HA14 KA01 LA01 LB04 MA11 MA18 MA19 MA26 ND03 PA11Z PB01Z PE01Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を軽質分と重質分とに加熱分留する分
留手段と、分留された軽質分を供給し、その後重質分を供給するこ
とで一回の燃料噴射行程で必要な量の燃料をエンジンに
供給する燃料供給手段と、を備えたことを特徴とするエ
ンジンの燃料供給装置。
【請求項２】前記燃料供給手段は、軽質分と重質分の成
分比を一定に保つように燃料を供給することを特徴とす
る請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】前記燃料供給手段は、高エンジン負荷で
は、軽質分が噴射されてから重質分が噴射されるまでの
間隔を長く設定することを特徴とする請求項１または２
に記載の燃料供給装置。
【請求項４】前記燃料供給手段は、高エンジン冷却水温
では、軽質分が噴射されてから重質分が噴射されるまで
の間隔を長く設定することを特徴とする請求項１から３
のいずれか一つに記載の燃料供給装置。
【請求項５】前記分留手段は、分留室内に貯留された燃
料を加熱分留し、軽質分を気体、重質分を液体として取
り出すことを特徴とする請求項１から４に記載の燃料供
給装置。
【請求項６】前記分留室内の圧力を一定に制御する圧力
制御手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の燃
料供給装置。
【請求項７】前記分留手段はヒータ、エンジン排気熱、
エンジン冷却水のうち少なくとも一つを用いて燃料を加
熱することを特徴とする請求項１から６のいずれかにひ
とつに記載の燃料供給装置。
【請求項８】キャニスター内の軽質分を用いてエンジン
を始動するように構成したことを特徴とする請求項１か
ら７のいずれかひとつに記載の燃料供給装置。