JP2006169969A - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンに液化ガス燃料を液体のまま供給する燃料供給装置について、アイドル運転時に燃料供給路内における燃料の気化を確実に回避しながら戻し燃料の量を最小限として、燃料タンク内温度の過剰な上昇を回避できるようにする。
【解決手段】 燃料供給管路４Ａの途中で分岐する第一の燃料戻し管路９ａと、インジェクタ８で噴射されなかった燃料を戻す第二の燃料戻し管路９ｂとがそれぞれ遮断弁１２，１３を有して燃料タンク２に接続され、電子制御ユニット５０が遮断弁１２，１３を開閉制御することで燃料供給方式をリターン式とリターンレス式との間で切換制御するものとしたエンジンの燃料供給装置において、エンジンのアイドル運転状態を検出するアイドル運転検出手段としてのスロットルポジションセンサ５３を設け、アイドル運転時にリターン式とし通常運転時にリターンレス式とする制御を行うものとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＰＧやＤＭＥのようにガソリンに比べて気化しやすい液体燃料を噴射弁より吸気管内に噴射してエンジンに供給する燃料供給装置に関し、殊に燃料供給路内のＬＰＧを気化させることなく安定した液体の状態のまま噴射するとともに、燃料タンク内の過剰な温度上昇を回避するエンジンの燃料供給装置に関するものである。

液体燃料を吸気管に配置した噴射弁で液体のまま計量噴射してエンジンに供給するシステムは周知であるが、ガソリンについては、図５に示すように燃料タンク２に貯留されている液体燃料をポンプ３で加圧して燃料供給管路４Ｂより燃料レール６に送ってエンジン２１の吸気管２２に配置した噴射弁８に分配し、噴射されなかった余剰燃料は圧力調整器１０を設置した燃料戻し管路９Ｂを経て燃料タンク２に戻すようにすることが普通である。一方、気化しやすい液体燃料であるＬＰＧについても、例えば実開昭６１−１３８８６０号公報、実開昭６２−８７１６２号公報、特開昭６３−１８１７２号公報に記載されているように、基本的に図５に示したものと同じシステムを使用している。

前記周知のリターン式燃料供給システムを、ＬＰＧのように気化しやすい液体燃料の噴射に適用することで、燃料レールやインジェクタ内の液体燃料がエンジンの熱による温度上昇で気泡を発生し燃料噴射量を不安定にしてしまう問題を回避することができる。しかし、長時間エンジンを運転した場合に、温度の高い余剰燃料が燃料タンクに多量に戻ることになり、燃料タンク内温度が上昇することに伴って燃料タンク内圧力も上昇してしまうことから、燃料タンク破損の危険性が生じたり燃料再充填が困難になったりする、という問題が生じる。

この問題に対し、本願出願人らは先に特開平１−１２７７００号公報において、燃料供給路の燃料タンク近傍に接続された圧力調整器を有する第一の戻し管路と燃料レール末端側に接続された圧力調整器を有する第二の戻し管路に、それぞれ開閉弁を設けてこれを開閉制御することにより、エンジン始動時はリターン式とし始動後所定時間経過後はリターンレス式に切換えることで、温度が上昇した戻し燃料が多量に戻ることでタンク内温度が上昇することを回避できる技術を提示した。

しかしながら、この技術においても実際の車両の使用状態を考慮した場合、殊にＬＰＧを燃料とするタクシー車両においては、渋滞や待機などのアイドル運転状態の割合が多く、走行によるエンジンルームへの冷却空気の流入が殆どないことも相俟って、燃料レールおよびインジェクタが高温に曝される機会（時間）が多くなりやすい。従って、このときにリターンレス式の燃料供給方式を採用すると、燃料消費量が少なく燃料流量が僅かであることから燃料レールおよびこれに近接した燃料供給路内の燃料温度が次第に上昇して気泡を生じエンジン運転が不調に陥ってしまう、という問題が生じやすい。

これに対し、特開平７−２７０３０公報にはエンジンの燃料系部品の温度状態を検出するようにして、高温状態を検知した場合に燃料ポンプの制御量を増量側に補正するとともに、増量側に補正したときのみリターン式に切換えるものとした技術が提示されている。このような制御とすることで充分な燃料流量を確保することができるため、エンジンに近接する燃料供給路内の燃料温度が過剰に上昇することを回避することができる。

しかしながら、この技術は単にエンジンの燃料系部品の温度に基いて燃料吐出量および燃料供給方式の切換を制御するのみであり、供給燃料の気化を回避しつつ燃料タンクへの戻し燃料を最小限に調整するものではないため、長時間に亘るエンジンからの受熱が想定されるタクシー車両等のアイドル運転時等においては長時間に亘って温度の高い戻し燃料がタンク内に蓄積することとなり、内部温度が過剰に上昇するとともに圧力も上昇してしまう問題が生じる。
実開昭６１−１３８８６０号公報 実開昭６２−８７１６２号公報 特開昭６３−１８１７２号公報 特開平１−１２７７００号公報 特開平７−２７０３０公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、リターン式とリンターンレス式との間で液化ガス燃料の供給方式を切換え可能としたエンジンの燃料供給装置について、アイドル運転時においても供給燃料の気化を確実に回避しながら戻し燃料を最小限に調整し、燃料タンク内温度の過剰な上昇を回避できるようにすることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、エンジン要求流量に対応して出力制御される燃料ポンプで燃料タンクの液化ガス燃料を加圧して燃料供給路でインジェクタに送る燃料供給装置であって、この燃料供給路途中で分岐する第一の燃料戻し管路とインジェクタで噴射されなかった燃料を戻す第二の燃料戻し管路とがそれぞれ遮断弁を有して燃料タンクに接続され、電子制御ユニットがこの二つの遮断弁を開閉制御することで燃料供給方式をリターン式とリターンレス式との間で切換制御するものとしたエンジンの燃料供給装置において、エンジンのアイドル運転状態を検出するアイドル運転検出手段を備えたものとして、電子制御ユニットがアイドル運転時にリターン式とし通常運転時にリターンレス式とする制御を実行するものとした。

このような構成とした場合、燃料の供給量が少ないアイドル運転時においては燃料供給方式をリターン式としても戻し燃料の量が過剰とならない反面、燃料流量が適度に確保されるため、斯かる状態が長時間持続しても燃料が気化するトラブルを回避しながら燃料タンク内温度の過剰な上昇を回避することが可能となる。

また、上述したエンジンの燃料供給装置において、燃料供給路のインジェクタ手前の末端部付近に燃料温度を検出する温度センサおよび燃料圧力を検出する圧力センサを配設し、電子制御ユニットが検知した燃料温度および燃料圧力を基に燃料が燃料供給路内で気化しない範囲の所定圧力に燃料ポンプの出力をフィードバック制御するものとする。これにより、燃料供給路の切換えのみでは対応できない燃料温度・圧力の変化に柔軟に対応することができるが、殊にリターン式への切換時に第二の燃料戻し管路の開放による燃料の急な圧力低下を防止して気化を防止することができるものである。加えて、斯かるフィードバック制御により燃料タンクへの戻し燃料の量を最小限に調整することも容易となる。

さらに、この電子制御ユニットによるフィードバック制御を、アイドル運転を検知した時点から燃料ポンプの出力レベルを徐々に低下させるものとし、この燃料ポンプ出力レベル低下の過程で燃料圧力の顕著な低下を検知したときに、そのときの出力レベルと圧力低下開始時点の出力レベルとの間の略中間レベルに燃料ポンプの出力レベルを一端上昇させてから、再度出力レベルの低下を開始させる動作を実行するものとして、これをアイドル運転中に繰り返すものとすれば、燃料供給路内の液体燃料が気化しない範囲で最小限の燃料吐出量に調整することができる。

さらにまた、上述したエンジンの燃料供給装置において、電子制御ユニットは使用する液化ガス燃料における気相と液相との境界値となる温度と圧力の関係を示す蒸気圧曲線データを記憶手段に記憶しており、検知した燃料温度がこの境界値に近づいて所定の警戒温度域に入った場合に、この警戒温度域外に戻るまで通常運転用の出力として燃料ポンプの制御を行うものとすれば、燃料供給路内における液体燃料の気化を一層確実に回避することができる。

加えて、上述したエンジンの燃料供給装置において、アイドル運転検出手段をスロットルポジションセンサとすれば、アイドル運転状態を時間差なく検出することができ、一方これと異なり、電子制御ユニットがアイドル検出手段をエンジン回転数および噴射弁駆動信号のパルス幅を逐次モニタし、この両データを用いて所定の計算方法でアイドル状態を検出するものとすれば、スロットルポジションセンサが不要としてコストを低廉に抑えることができる。

さらに加えて、電子制御ユニットによる燃料ポンプの出力制御を燃料ポンプへの供給電力を変化させることにより所定の出力とするものとすれば、燃料ポンプの出力制御が容易且つ確実なものとなる。

本発明によると、燃料供給方式をリターン式とリンターンレス式との間で切換えるものとした燃料供給装置について、アイドル運転時においても燃料供給路内での燃料の気化を確実に回避しながら戻し燃料の量を最小限に抑えることができ、燃料タンク内温度の過剰な上昇を有効に回避することができるものである。

本発明の実施の形態について、以下に図面を用いながら詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の燃料供給装置を配設したエンジンの燃料供給システムの配置図を示しており、燃料タンク２の出口側には燃料ポンプ３が配設されており、燃料供給管路４Ａが図示しないエンジンの吸気管２２においてスロットルバルブ７下流に設けられてインジェクタ８を複数配置した燃料レール６に接続されている。

また、燃料供給管路４Ａの燃料タンク２の近傍部分（例えば、車両後部トランク内等）には、ここで分岐して燃料タンク２に接続する第一の燃料戻し管路９ａが逆止弁１４および遮断弁１２を有して設けられている。さらに、燃料レール６末端側から延出され第一の燃料戻し管路９ａの遮断弁１２の下流側で合流する第二の燃料戻し管路９ｂが、逆止弁１５および遮断弁１３を有して設けられて、これらで燃料戻し管路９Ａを形成している。

そして、燃料供給管路４Ａのインジェクタ８近傍（燃料レール６入口付近）には燃料温度を検出する温度センサ５１および燃料圧力を検出する圧力センサ５２が配設されており、それぞれ電子制御ユニット５０にデータを出力するようになっている。電子制御ユニット５０は、エンジンの負荷状態に応じてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御などにより燃料ポンプ３の出力を変更して吐出量を調整する。

さらに、電子制御ユニット５０は、第一の燃料戻し管路９ａおよび第二の燃料戻し管路９ｂに配置した電磁式の遮断弁１２，１３を制御して、燃料供給方式をリターン式（クローズドループ）とリターンレス式（オープンループ）との間で切換え制御を行うようになっており、エンジン始動時はクローズドループ制御とし通常運転時はオープンループ制御とするものであり、斯かる機能は上述した周知の燃料供給装置と同様である。

そして、本発明の特徴は、上記構成に加えてアイドル検出手段を備えてアイドル運転時に対応した制御を実施できるようにした点である。即ち、本実施の形態では、吸気管２２のスロットルバルブ７部分に配置したスロットルポジションセンサ５３をアイドル運転状態を検出するアイドル・スイッチとして用い、電子制御ユニット５０がアイドル状態を時間差なく検知できるようにしたものである。

先ず、図１の燃料供給システムの配置図を用いて本実施の形態の基本的な作用について説明すると、燃料タンク２に貯留された液体燃料（たとえば液体ＬＰＧ）は、燃料ポンプ３により燃料タンク２から燃料供給管路４Ａに送出され、遮断弁１１を通過して燃料レール６に入り、エンジンの吸気管２２内に開口する噴射弁８から液体のまま噴射されるようになっている。

そして、通常運転におけるオープンループ制御時には、燃料戻し管路９ａに設置され圧力調整手段としても作用する逆止弁１４により噴射圧力は所定の一定圧力に調整されるようになっており、クローズドループ制御時には燃料レール６内の液体燃料のうちエンジンに供給されなかった余剰燃料が燃料戻し管路９ｂを経て燃料タンク２に戻されるようになっている。

次に、本実施の形態における特徴部分の作用について、各センサの出力信号、遮断弁１２，１３および燃料ポンプ３の駆動信号の波形図を示す図２を参照して説明する。本実施の形態においては、アイドル運転中は遮断弁１２を閉鎖するとともに遮断弁１３を開放して、燃料供給方式をリターン式とするクローズドループ制御とするものである。

通常運転からアイドル運転に移行した場合、スロットルポジションセンサ５３によるアイドル・スイッチがＯＮとなるが、その時点から所定の時間Ｔｔ間にスロットルバルブ７に外的な操作が加わらない場合、電子制御ユニット５０は「アイドル運転・操作無し状態」と判定し、遮断弁１２を閉、遮断弁１３を開として燃料供給方式をリターン式としてクローズドループ制御に移行する。

そして、この制御において電子制御ユニット５０は、「アイドル運転・操作無し状態」の判定したときの燃料ポンプ３の運転出力値Ｄ０を記憶するとともに燃料ポンプ駆動信号を変更することにより燃料ポンプ３の出力値を時間経過とともに徐々に絞って吐出流量を低下させる。

ところで、図３の燃料ポンプの圧力と燃料流量との関係を表す特性曲線に示すように、ある運転状態において圧力調整装置（プレッシャーレギュレータ）による設定圧力と交差するところで燃料流量が決まるが、徐々にポンプ出力を低下させることで流量も減少し、更に低下させるとついには設定圧力との交点がなくなり、プレッシャーレギュレータを通過する燃料流量は０になる。従って、その瞬間に燃料レールおよびインジェクタ内の燃料圧力が顕著に低下してしまうことになる。

そのため、燃料レール６近傍に配設した圧力センサ５２は、燃料ポンプ３の出力低下開始後、燃料圧力が顕著に低下する瞬間をセンシングし、電子制御ユニット５０はそのときの運転出力値Ｄ１と出力低下開始時の運転出力値Ｄ０との平均値Ｄ２までポンプ出力を上昇させる。そして、再度Ｄ２から徐々に出力を下げ、前述と同様に圧力が顕著に低下するところでその運転出力値Ｄ３とＤ２との平均値まで出力を上昇させ、この動作を繰り返す。

このような制御を実行することにより、アイドル運転状態において設定圧力値を維持しつつプレッシャーレギュレータを通過する燃料の量がゼロに近づくように調整できるものであり、燃料圧力が急に低下して燃料供給路に気泡を生じてしまうことを確実に回避しながら、燃料タンク２への戻し燃料の量を最小限とすることができるものである。

一方、図４には本実施の形態の燃料供給装置に用いるＬＰＧ燃料に関し、気相と液相との境界値となる圧力と温度との関係を表す蒸気圧線グラフを示しているが、電子制御ユニット５０は記憶手段にこのデータを予め記憶しており、図に示すようにクローズドループ制御時に燃料レール６近傍の燃料温度が上昇した場合において、この境界値に対応した警戒域（Ｔｍ）内の温度Ｔ１となったとき、クローズドループ制御を解除しオープンループ制御として通常運転の出力値Ｄ４まで上昇させる。

そして、温度が警戒域（Ｔｍ）外の温度Ｔ２に低下するまでこの出力値を維持し、温度Ｔ２に達した後、「アイドル運転・操作無し状態」か否かの判定を実行し、アイドル運転状態と判定した場合に再度クローズドループ制御へ移行する。このような制御とすることにより、アイドル運転を所定時間継続することで燃料噴射弁８およびその近傍の液体燃料が次第に温度上昇を来たした場合に、気相に変化する温度となる前に燃料吐出量を増量して、確実且つ速やかに燃料温度を下げることができる。

そして、グラフ上の図示は省略するが、アクセルペダルの操作など、アイドル運転終了となる操作をスロットルポジションセンサ５３で検知した場合には、遮断弁１２を開、遮断弁１３を閉としてオープンループ制御に切換えて、余剰燃料が燃料タンク２に戻らないリターンレス式として通常運転に対応するものである。
尚、エンジンの運転状態はエンジン回転数Ｎｅ、噴射弁駆動信号のパルス幅Ｔｐからおおよその予想がつくことから、アイドル検出手段にスロットルポジションセンサ５３を用いる代わりに、電子制御ユニット５０が逐次モニタしたＮｅ，Ｔｐを用いて所定の演算（ｆ（Ｎｅ，Ｔｐ））を実施してアイドル状態を検出する構成としてもよく、これによりスロットルポジションセンサ５３を用いなくてもアイドル運転状態を検出できるようになって、製造コストを低廉に抑えることができるものとなる。

本発明の実施の形態を示す配置図。 図１の燃料供給装置の動作を説明するための波形図。 図１の燃料ポンプの制御方法を説明するための、燃料ポンプの出力変動による燃料圧力の変動と燃料流量の変動との関係を示すグラフ。 図１の燃料供給装置に用いるＬＰＧにおいて、気相と液相との境界となる圧力と温度の関係を示す蒸気圧線のグラフ。 ガソリン噴射システムの配置図。

符号の説明

２ 燃料タンク、 ３ 燃料ポンプ、 ４Ａ 燃料供給管路、 ６ 燃料レール、 ７ スロットルバルブ、 ８ インジェクタ、 ９ 燃料戻し管路、 ９ａ 第一の燃料戻し管路、 ９ｂ 第二の燃料戻し管路、 １１，１２，１３ 遮断弁、 １４，１５ 逆止弁、 ２２ 吸気管、 ５０ 電子制御ユニット、 ５１ 温度センサ、 ５２ 圧力センサ、 ５３ スロットルポジションセンサ

Claims (7)

1. エンジン要求流量に対応して出力制御される燃料ポンプで燃料タンクの液化ガス燃料を加圧して燃料供給路でインジェクタに送る燃料供給装置であって、前記燃料供給路の途中で分岐する第一の燃料戻し管路と前記インジェクタで噴射されなかった燃料を戻す第二の燃料戻し管路とがそれぞれ遮断弁を有して前記燃料タンクに接続され、電子制御ユニットが前記二つの遮断弁を開閉制御することで燃料供給方式をリターン式とリターンレス式との間で切換制御するものとしたエンジンの燃料供給装置において、
   エンジンのアイドル運転状態を検出するアイドル運転検出手段が配設され、前記電子制御ユニットが燃料供給方式をアイドル運転時にリターン式とし通常運転時にリターンレス式とする制御を実行するものとされている、
   ことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
2. 請求項１に記載したエンジンの燃料供給装置において、前記燃料供給路は前記インジェクタ手前の末端部付近に燃料温度を検出する温度センサおよび燃料圧力を検出する圧力センサが配設されており、前記電子制御ユニットは検知した燃料温度および燃料圧力を基に燃料が前記燃料供給路内で気化しない範囲の所定圧力に前記燃料ポンプの出力をフィードバック制御するものとされている、ことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
3. 請求項２に記載したエンジンの燃料供給装置において、前記電子制御ユニットによるフィードバック制御は、アイドル運転を検知した時点から前記燃料ポンプの出力レベルを徐々に低下させるものであって、該燃料ポンプの出力レベル低下の過程で燃料圧力の顕著な低下を検知したときにそのときの前記出力レベルと前記出力レベル低下開始時点の出力レベルとの間の略中間レベルに前記燃料ポンプの出力レベルを一端上昇させてから再度前記出力レベルの低下を開始させる動作を行うものであり、該動作をアイドル運転中に繰り返すものとされている、ことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
4. 前記電子制御ユニットは、使用する液化ガス燃料における気相と液相との境界値となる温度と圧力の関係を示す蒸気圧曲線データを記憶手段に記憶しており、検知した燃料温度が前記境界値に近づいて所定の警戒温度域に入った場合に、該警戒温度域外に戻るまで通常運転用の出力として前記燃料ポンプの制御を行うものとされている、請求項１，２または３に記載したエンジンの燃料供給装置。
5. 前記アイドル運転検出手段はスロットルポジションセンサである、請求項１，２，３または４に記載したエンジンの燃料供給装置。
6. 前記アイドル運転検出手段は、前記電子制御ユニットがエンジン回転数および噴射弁駆動信号のパルス幅を逐次モニタし、該モニタ結果を用いて所定の計算方法でアイドル状態を検出するものとされている、請求項１，２，３または４に記載したエンジンの燃料供給装置。
7. 前記電子制御ユニットによる燃料ポンプの出力制御は、前記燃料ポンプへの供給電力を変化させることにより所定の出力とするものとされている、請求項１，２，３，４，５または６に記載したエンジンの燃料供給装置。