JP2012077735A

JP2012077735A - Ｄｍｅ燃料系統

Info

Publication number: JP2012077735A
Application number: JP2010226751A
Authority: JP
Inventors: Shigehisa Takase; 繁寿高瀬
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: JP5768351B2

Abstract

【課題】燃料タンク温度の上昇を抑制でき、安定して噴射できるＤＭＥ燃料系統を提供する。
【解決手段】燃料タンク２内のＤＭＥ燃料を供給ライン３を介してサプライポンプ４に供給し、そのサプライポンプ４からコモンレール５を介してインジェクタ６にＤＭＥ燃料を供給すると共にインジェクタ６からの余剰のＤＭＥ燃料を供給側に戻すためのＤＭＥ燃料系統１であって、インジェクタ６の戻りポート２６を、循環ライン３０を介して供給ライン３に接続したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＭＥエンジンにＤＭＥ燃料を供給するＤＭＥ燃料系統に関するものである。

図４に示すように、ＤＭＥ燃料噴射装置４０は、従来の軽油用コモンレール噴射系を流用したものが用いられている。

サプライポンプ４は、燃料ギャラリーからリリーフ弁あるいは逆止弁４１によってギャラリー圧力が上がり過ぎないようにリリーフする。インジェクタ６の作動原理は、圧力バランスにより圧力室を制御することにより噴射する構造であり、燃料噴射時に燃料の一部をリークさせるようになっている。

このように、ＤＭＥエンジン４２の燃料配管４３は、供給側と戻り側の２系統存在し、互いに燃料タンク２と接続される。

特開２００７−２３９６５１号公報

ところで、ＤＭＥエンジン４２からの戻り燃料は、ＤＭＥエンジン４２から授熱し、供給側より高温となる。ＤＭＥ燃料は液化ガスであり、温度により蒸気圧がかかることになる。

ＤＭＥエンジン４２からのリターン配管４４は燃料タンク２の気相部に接続されるため、エンジン戻り側のインジェクタ６出口部分等では気液混合状態となる可能性がある。気液混合状態では、インジェクタ６内の電磁弁等の動作が不安定あるいは流体抗力の影響がある場合と無くなる場合が生じて噴射が不安定になり、噴射量などへ影響を与えることとなる。

また、インジェクタリターン圧力が上昇することにより噴射量に影響し、エンジン振動、排出ガスに影響する。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、燃料タンク温度の上昇を抑制でき、安定して噴射できるＤＭＥ燃料系統を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、燃料タンク内のＤＭＥ燃料を供給ラインを介してサプライポンプに供給し、そのサプライポンプからコモンレールを介してインジェクタにＤＭＥ燃料を供給すると共にインジェクタからの余剰のＤＭＥ燃料を供給側に戻すためのＤＭＥ燃料系統であって、前記インジェクタの戻りポートを、循環ラインを介して前記供給ラインに接続したものである。

前記燃料タンクには、供給ラインに供給するＤＭＥ燃料の供給圧力と流量を制御するフィードポンプが設けられ、該フィードポンプがＥＣＵによって前記循環ラインから前記サプライポンプの吸込み側に戻る戻りＤＭＥ燃料圧力が過剰の圧力を超えないように供給圧力と流量を制御されるとよい。

前記インジェクタは、インジェクタボディ内に、ＤＭＥ燃料を噴射するためのニードル弁を備え、前記インジェクタボディには、前記ニードル弁の上方にＤＭＥ燃料供給圧力でニードル弁を閉弁する圧力室が形成されると共に、その圧力室にオリフィスを介して接続されるアーマチュア室が形成され、そのアーマチュア室内に、アクチュエータにより前記オリフィスを閉じるアーマチュアが設けられ、前記アクチュエータの作動でアーマチュアを駆動してオリフィスを開いて圧力室内のＤＭＥ燃料をアーマチュア室に導入することでニードル弁を開弁し、その開弁中、アーマチュア室内に導入されたＤＭＥ燃料を循環ラインを介して供給ラインに循環するようにするとよい。

前記サプライポンプの吸込み側のＤＭＥ燃料圧力を検出し、その圧力を基に前記アーマチュア室内の圧力に応じたニードル弁の開弁動作遅れに基づくインジェクタ最終噴射量を制御すべくニードル弁の開弁期間を補正するようにするとよい。

前記ＥＣＵは、前記アーマチュア室内の圧力によるニードル弁の開弁遅れに基づくリーク圧力補正項のマップを備え、インジェクタ目標噴射量に応じて前記インジェクタの開弁期間を制御すると共に検出された供給圧力を基に、前記マップからインジェクタの噴射量の補正値を求め、その補正値を基に、インジェクタの開弁期間を補正してインジェクタ最終噴射量を制御するようにするとよい。

本発明によれば、燃料タンク温度の上昇を抑制でき、安定して噴射できる。

図１はＤＭＥ自動車の燃料系統を示す説明図である。図２（ａ）は閉弁時のインジェクタの断面説明図であり、図２（ｂ）は開弁時のインジェクタの断面説明図である。図３はインジェクタ噴射量の制御を示すブロック線図である。図４は従来のＤＭＥ自動車の燃料系統を示す説明図である。

図１に示すように、ＤＭＥ燃料系統１は、燃料タンク２内のＤＭＥ燃料を供給ライン３を介してサプライポンプ４に供給し、そのサプライポンプ４からコモンレール５を介してインジェクタ６にＤＭＥ燃料を供給すると共にインジェクタ６からの余剰のＤＭＥ燃料を供給側に戻すようになっている。燃料タンク２は、供給ライン３を介してサプライポンプ４に接続されており、ＤＭＥ燃料を収容するようになっている。燃料タンク２には、ＤＭＥ燃料を外部から充填するための充填バルブ７と、燃料タンク２内の圧力が所定圧を超えたとき燃料タンク２内のガスを外部に逃がす安全弁８と、過充填防止装置９と、供給ライン３に供給するＤＭＥ燃料の供給圧力と流量を制御するフィードポンプ１０とが設けられている。供給ライン３には、フィードポンプ１０からのＤＭＥ燃料を取り出すための取り出しバルブ１１と、電磁弁１２と、逆止弁１３とが設けられている。

サプライポンプ４は、吸込み側にギャラリー（図示せず）を有し、ギャラリーには、ギャラリー内のＤＭＥ燃料の圧力を検出するギャラリー圧力センサ１４と、ギャラリー内のＤＭＥ燃料の温度を検出するギャラリー温度センサ１５とが設けられている。ギャラリー圧力センサ１４とギャラリー温度センサ１５は制御装置たるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１６に接続されており、ＥＣＵ１６にはこれらセンサ１４、１５の検出値が入力されるようになっている。

インジェクタ６は、ＤＭＥエンジン１７に設けられその燃焼室（図示せず）内にＤＭＥ燃料を噴射するものである。インジェクタ６は、コモンレール５を介してサプライポンプ４の吐出側に接続されている。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、インジェクタ６は、圧力バランスタイプであり、上下に延びて形成され下部に燃料噴射用のノズル１８を有するインジェクタボディ１９と、インジェクタボディ１９内に上下に移動可能に設けられノズル１８を開閉してＤＭＥ燃料を噴射するためのニードル弁２０と、ニードル弁２０の上方のインジェクタボディ１９に形成されＤＭＥ燃料供給圧力でニードル弁２０を閉弁すべくＤＭＥ燃料を収容する圧力室２１と、圧力室２１の上方のインジェクタボディ１９に形成されオリフィス２２を介して圧力室２１に接続されるアーマチュア室２３と、アーマチュア室２３内に上下に移動可能に設けられ下方位置にてオリフィス２２を閉じるアーマチュア２４と、アーマチュア室２３の上方のインジェクタボディ１９に設けられアーマチュア２４を駆動するアクチュエータ２５と、インジェクタボディ１９に形成されアーマチュア室２３に接続される戻りポート２６とを備える。

インジェクタボディ１９には、ニードル弁２０に開弁方向の力を付勢するニードルスプリング２７が設けられると共に、コモンレール５からのＤＭＥ燃料をノズル１８に供給するための燃料供給路２８が形成されている。ニードル弁２０は、上下に延びて形成されると共に圧力室２１内に上端を挿入されており、上端面で閉弁方向の圧力を受けるようになっている。アーマチュア２４は、アクチュエータ２５の力とアーマチュア室２３内の圧力とを受けてオリフィス２２を閉じるようになっている。アクチュエータ２５は、ＥＣＵ１６に接続されアーマチュア２４を上昇させてオリフィス２２から離間させるためのソレノイド２９と、アーマチュア２４を常時下方に付勢するためのアーマチュアスプリング（図示せず）とからなる。

図１及び図２（ｂ）に示すように、戻りポート２６は、循環ライン３０を介して供給ライン３に接続されており、アーマチュア室２３内に導入されたＤＭＥ燃料は、循環ライン３０を介して供給ライン３に循環し、エンジン１７側にて循環するようになっている。これによりインジェクタ６は、燃料噴射時にアクチュエータ２５の作動でアーマチュア２４を駆動してオリフィス２２を開いて圧力室２１内のＤＭＥ燃料をアーマチュア室２３に導入することでニードル弁２０を開弁し、その開弁中、アーマチュア室２３内にＤＭＥ燃料を導入するようになっている。

コモンレール５には、コモンレール５内のＤＭＥ燃料の圧力を検出するコモンレール圧力センサ３１と、コモンレール５内からＤＭＥ燃料を排出してコモンレール５内を減圧するための減圧弁３２と、コモンレール５内の最大圧力を規制するためのプレッシャリミッタ３３とが設けられている。コモンレール圧力センサ３１と減圧弁３２はＥＣＵ１６に接続されている。

ＥＣＵ１６は、コモンレール圧力センサ３１で検出される圧力が所定の圧力となるように減圧弁３２を制御する。減圧弁３２は循環ライン３０に接続されており、減圧弁３２から排出されたＤＭＥ燃料が供給ライン３に戻るようになっている。

また、ＤＭＥエンジン１７の運転状況によって供給ライン３及び循環ライン３０が過剰の圧力にならないよう、ＥＣＵ１６はフィードポンプ１０により供給圧力・流量を制御するようになっている。具体的には、ＥＣＵ１６は、ギャラリー圧力センサ１４で検出される圧力、すなわち、循環ライン３０からサプライポンプ４の吸込み側に戻る戻りＤＭＥ燃料圧力（供給圧力）が所定の過剰の圧力を超えないようにフィードポンプ１０の供給圧力と流量を制御するようになっている。これによりＤＭＥエンジン１７からのリターン配管がなく、リターンレス供給系統が実現可能となる。

またさらに、コモンレール５の減圧弁３２の作動、プレッシャリミッタ３３の作動等によるギャラリー圧力の変動に伴い、インジェクタ６の圧力室２１からの排出による噴射量の影響が想定される。具体的には、図４に示す従来のＤＭＥ燃料系統においては、コモンレール５の減圧弁３２、プレッシャリミッタ３３及びインジェクタ６の戻りポート２６は、リターン配管４４を介して燃料タンク２の気相部に接続されるため、インジェクタ６のアーマチュア室２３内の圧力は燃料タンク２内の圧力と同じになり、常にほぼ一定になっていたが、本実施の形態に係るＤＭＥ燃料系統１では、コモンレール５の減圧弁３２、プレッシャリミッタ３３及びインジェクタ６の戻りポート２６が燃料タンク２よりも容積が小さく圧力の高い供給ライン３に接続される。このため、アーマチュア２４が受ける圧力（アーマチュア室２３内の圧力）は従来のものより大きくなると共に、アーマチュア室２３内の圧力が変動し易くなることが想定される。この場合、アーマチュア２４の開弁動作に一定でない応答遅れが発生して噴射量が不安定に減少するという影響が発生する。このため、ＥＣＵ１６は、噴射量供給圧力（供給ライン３の供給圧力）によりインジェクタ６の噴射量補正を行う。図１及び図３に示すように、具体的にはＥＣＵ１６は、アーマチュア室２３内の圧力によるニードル弁２０の開弁遅れに基づくリーク圧力補正項のマップ３４を備え、インジェクタ目標噴射量３５に応じてインジェクタ６の開弁期間を制御すると共に、ギャラリー圧力センサ１４で検出された供給圧力３６を基に、マップ３４からインジェクタ６の噴射量の補正値を求め、その補正値を基に、インジェクタ６の開弁期間を補正してインジェクタ最終噴射量３７を制御するようになっている。マップ３４は、インジェクタ目標噴射量３５と、供給圧力３６と、噴射補正量との関係を予めＥＣＵ１６の記憶媒体（図示せず）に記録したものである。開弁期間は、前記記録媒体に予め記憶されたインジェクタ噴射量との関係式を用いて算出される。

次に本実施の形態の作用を述べる。

ＤＭＥエンジン１７が起動されると、図１に示すように、ＥＣＵ１６はフィードポンプ１０、サプライポンプ４及びインジェクタ６を駆動する。また、ＥＣＵ１６は、コモンレール圧力センサ３１で検出される圧力値が予め設定された所定値となるように減圧弁３２を制御する。これにより、コモンレール圧は常に一定となる。コモンレール５内のＤＭＥ燃料は、インジェクタ６の圧力室２１と燃料供給路２８に供給される。図２（ａ）に示すニードル弁２０は、圧力室２１内のＤＭＥ燃料の圧力を受けて下方に押され、ノズル１８を塞いで閉じる。ＥＣＵ１６はＤＭＥエンジン１７が吸気行程となる直前のタイミングでインジェクタ最終噴射量３７を決定し、このインジェクタ最終噴射量３７に対応する開弁期間だけの開弁命令をインジェクタ６のアクチュエータ２５に出力する。このとき、図１及び図３に示すように、インジェクタ最終噴射量３７は、ＥＣＵ１６の別プロセスにて算出されたインジェクタ目標噴射量３５と、ギャラリー圧力センサ１４で検出された供給圧力３６とに基づいてマップ３４から求める。図１及び図２（ａ）に示すように、減圧弁３２等からのＤＭＥ燃料で供給圧力３６が高くなっている場合、供給ライン３に循環ライン３０及び戻りポート２６を介して接続されているアーマチュア室２３内のＤＭＥ燃料も供給圧力３６と同じ圧力となり、この圧力を利用してオリフィス２２を閉じるアーマチュア２４はオリフィス２２を開く方向（上方）への移動が緩慢となって応答遅れが発生するが、これにより不足する燃料噴射量を補正するようにアーマチュア２４の開弁期間を延長するため、インジェクタ目標噴射量３５のＤＭＥ燃料を安定して噴射することができる。

また、燃料噴射中、圧力室２１からオリフィス２２を通ってアーマチュア室２３内に流れたＤＭＥ燃料は、戻りポート２６、循環ライン３０を経て供給ライン３に戻る。

このように、インジェクタ６の戻りポート２６を、循環ライン３０を介して供給ライン３に接続したため、燃料タンク温度の上昇を抑制でき、安定してインジェクタ６から燃料噴射でき、燃料タンク２用の安全弁８の作動も抑制できる。そして、燃料タンク２へのリターン配管がないことによりＤＭＥ燃料系統１を簡素にできると共に、コスト低減ができる。また、ＤＭＥ燃料系統１の簡素化により点検などのメンテナンスコストも低減可能となる。またさらに、継手部位も削減でき、漏洩の可能性のある箇所も低減でき、安全性を高めることもできる。

また、燃料タンク２には、供給ライン３に供給するＤＭＥ燃料の供給圧力と流量を制御するフィードポンプ１０が設けられ、フィードポンプ１０がＥＣＵ１６によって循環ライン３０からサプライポンプ４の吸込み側に戻る戻りＤＭＥ燃料圧力が過剰の圧力を超えないように供給圧力３６と流量を制御されるものとしたため、供給ライン３に過剰の圧力が作用するのを防ぐことができる。

またさらに、インジェクタ６は、インジェクタボディ１９内に、ＤＭＥ燃料を噴射するためのニードル弁２０を備え、インジェクタボディ１９には、ニードル弁２０の上方にＤＭＥ燃料供給圧力でニードル弁２０を閉弁する圧力室２１が形成されると共に、その圧力室２１にオリフィス２２を介して接続されるアーマチュア室２３が形成され、そのアーマチュア室２３内に、アクチュエータ２５によりオリフィス２２を閉じるアーマチュア２４が設けられ、アクチュエータ２５の作動でアーマチュア２４を駆動してオリフィス２２を開いて圧力室２１内のＤＭＥ燃料をアーマチュア室２３に導入することでニードル弁２０を開弁し、その開弁中、アーマチュア室２３内に導入されたＤＭＥ燃料を循環ライン３０を介して供給ライン３に循環するものとしたため、コモンレール圧力が高くても使用できると共に小型化できる圧力バランスタイプのインジェクタ６を備えるＤＭＥエンジン１７に確実に適用できる。

また、サプライポンプ４の吸込み側のＤＭＥ燃料圧力（供給圧力３６）を検出し、そのＤＭＥ燃料圧力を基にアーマチュア室２３内の圧力に応じたニードル弁２０の開弁動作遅れに基づくインジェクタ最終噴射量３７を制御すべくニードル弁２０の開弁期間を補正するようにしたため、供給圧力３６が変動しても安定してインジェクタ目標噴射量３５のＤＭＥ燃料を噴射できる。

ＥＣＵ１６は、アーマチュア室２３内の圧力によるニードル弁２０の開弁遅れに基づくリーク圧力補正項のマップ３４を備え、インジェクタ目標噴射量３５に応じてインジェクタ６の開弁期間を制御すると共に検出された供給圧力３６を基に、マップ３４からインジェクタ６の噴射量の補正値を求め、その補正値を基に、インジェクタ６の開弁期間を補正してインジェクタ最終噴射量３７を制御するようにしたため、ニードル弁２０の開弁期間を確実に補正できる。

１ＤＭＥ燃料系統
２燃料タンク
３供給ライン
４サプライポンプ
５コモンレール
６インジェクタ
１０フィードポンプ
１６ＥＣＵ
１９インジェクタボディ
２０ニードル弁
２１圧力室
２２オリフィス
２３アーマチュア室
２４アーマチュア
２５アクチュエータ
２６戻りポート
３０循環ライン
３４マップ
３５目標噴射量
３６供給圧力
３７最終噴射量

Claims

燃料タンク内のＤＭＥ燃料を供給ラインを介してサプライポンプに供給し、そのサプライポンプからコモンレールを介してインジェクタにＤＭＥ燃料を供給すると共にインジェクタからの余剰のＤＭＥ燃料を供給側に戻すためのＤＭＥ燃料系統であって、前記インジェクタの戻りポートを、循環ラインを介して前記供給ラインに接続したことを特徴とするＤＭＥ燃料系統。
前記燃料タンクには、供給ラインに供給するＤＭＥ燃料の供給圧力と流量を制御するフィードポンプが設けられ、該フィードポンプがＥＣＵによって前記循環ラインから前記サプライポンプの吸込み側に戻る戻りＤＭＥ燃料圧力が過剰の圧力を超えないように供給圧力と流量を制御される請求項１記載のＤＭＥ燃料系統。
前記インジェクタは、インジェクタボディ内に、ＤＭＥ燃料を噴射するためのニードル弁を備え、前記インジェクタボディには、前記ニードル弁の上方にＤＭＥ燃料供給圧力でニードル弁を閉弁する圧力室が形成されると共に、その圧力室にオリフィスを介して接続されるアーマチュア室が形成され、そのアーマチュア室内に、アクチュエータにより前記オリフィスを閉じるアーマチュアが設けられ、前記アクチュエータの作動でアーマチュアを駆動してオリフィスを開いて圧力室内のＤＭＥ燃料をアーマチュア室に導入することでニードル弁を開弁し、その開弁中、アーマチュア室内に導入されたＤＭＥ燃料を循環ラインを介して供給ラインに循環する請求項１又は２記載のＤＭＥ燃料系統。
前記サプライポンプの吸込み側のＤＭＥ燃料圧力を検出し、その圧力を基に前記アーマチュア室内の圧力に応じたニードル弁の開弁動作遅れに基づくインジェクタ最終噴射量を制御すべくニードル弁の開弁期間を補正するようにした請求項３記載のＤＭＥ燃料系統。
前記ＥＣＵは、前記アーマチュア室内の圧力によるニードル弁の開弁遅れに基づくリーク圧力補正項のマップを備え、インジェクタ目標噴射量に応じて前記インジェクタの開弁期間を制御すると共に検出された供給圧力を基に、前記マップからインジェクタの噴射量の補正値を求め、その補正値を基に、インジェクタの開弁期間を補正してインジェクタ最終噴射量を制御するようにした請求項４記載のＤＭＥ燃料系統。