JP3876795B2

JP3876795B2 - 内燃機関の燃料制御装置

Info

Publication number: JP3876795B2
Application number: JP2002241444A
Authority: JP
Inventors: 武志徳丸
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP2004076698A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジメチルエーテルなどの低沸点燃料を用いるコモンレール式内燃機関の燃料制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、ガソリンや軽油の代わりにジメチルエーテル（以下ＤＭＥという）などの低沸点燃料を代替燃料として用いる内燃機関が知られている。低沸点燃料を用いる内燃機関では、安定した燃料噴射圧が得られるという理由からコモンレール式燃料噴射装置を用いることが一般的である。
【０００３】
図５を用いて、低沸点燃料内燃機関の一例として、ＤＭＥ内燃機関（以下単にエンジンという）の燃料制御装置について説明する。
【０００４】
この装置は、車両のシャシ（図示せず）側に、燃料（ＤＭＥ）が充填された燃料タンク３１が設けられる。燃料タンク３１内にはＤＭＥ圧送用の圧送ポンプ３２が設けられる。燃料タンク３１内の燃料は圧送ポンプ３２によって燃料パイプ３３からエンジンＥ側に設けられたサプライポンプ３５に供給される。サプライポンプ３５は、供給通路４５を介してコモンレール３７に接続される。サプライポンプ３５は吐出圧力を調整可能な調圧ポンプである。サプライポンプ３５には圧力調整のために排出された燃料を燃料タンク３１に戻すための燃料回収パイプ３８が接続される。
【０００５】
コモンレール３７には、エンジンＥの各気筒の燃焼室内に燃料を噴射するための燃料噴射弁（インジェクタ）３６が複数接続される。また、コモンレール３７には、コモンレール３７内の燃料圧力を調整するためにコモンレール３７から燃料を排出する排出通路３９が接続される。排出通路３９には、圧力調整弁（ＰＣＶ）４０が設けられる。圧力調整弁４０によってコモンレール３７内の燃料圧力が噴射に最適な圧力に調整される。排出通路３９は燃料回収パイプ３８に合流・接続される。
【０００６】
エンジンＥの燃料噴射弁３６は電子制御ユニット（ＥＣＵ）４２に接続されており、ＥＣＵ４２から出力される駆動信号によって制御（駆動）される。ＥＣＵ４２には、エンジンＥを運転と停止との間で切り換えるためのイグニッションスイッチ（エンジンキースイッチ）４８が接続されており、ＥＣＵ４２はイグニッションスイッチ４８からの信号に応じて燃料噴射弁３６の作動状態を制御する。
【０００７】
即ち、イグニッションスイッチ４８が運転側（ＯＮ）に切り換えられていれば、各気筒の燃料噴射弁３６にそれぞれ最適のタイミングで駆動信号を出力し、停止側（ＯＦＦ）に切り換えられれば、燃料噴射弁３６への駆動信号の出力を停止する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の燃料制御装置では、エンジンＥを停止したときに、コモンレール３７から燃料噴射弁３６までの経路内（コモンレール３７内及び燃料噴射弁３６内を含む）に燃料（圧力）が残留する場合がある。その結果、残留燃料がエンジンＥの余熱によって加熱されて気化する、あるいは圧力が上昇して燃料噴射弁３６のノズルシート部から各気筒の燃焼室内にリークする可能性がある。特に、ＤＭＥは軽油などと比較して粘性が低いためリークしやすい。
【０００９】
残留燃料が燃焼室内にリークすると、エンジンＥの再始動時に異常燃焼や燃焼騒音を引き起こし、最悪の場合では、エンジンＥが破損することも考えられる。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低沸点燃料を用いたコモンレール式内燃機関において、内燃機関の運転停止後に燃料が燃焼室内にリークすることを防止できる燃料制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、低沸点燃料を用いるコモンレール式内燃機関の燃料制御装置であって、上記コモンレールに燃料を供給する供給通路と、上記供給通路に設けられた入口側遮断弁と、上記コモンレールに接続され、上記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記内燃機関の吸気通路を開閉するインテークシャッタと、上記入口側遮断弁、上記燃料噴射弁及び上記インテークシャッタを制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記内燃機関を停止させる時に、まず上記入口側遮断弁を閉弁し、その後、上記インテークシャッタを次第に閉じていき、上記入口側遮断弁の閉弁時から所定の遅延期間を経過した時に上記燃料噴射弁の制御を停止するものである。
【００１１】
更に本発明は、低沸点燃料を用いるコモンレール式内燃機関の燃料制御装置であって、上記コモンレールに燃料を供給する供給通路と、上記供給通路に設けられた入口側遮断弁と、上記コモンレールに接続され、上記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記内燃機関の吸気通路を開閉するインテークシャッタと、上記入口側遮断弁、上記燃料噴射弁及び上記インテークシャッタを制御する制御手段と、上記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、上記制御手段は、上記内燃機関を停止させる時に、まず上記入口側遮断弁を閉弁し、その後、上記インテークシャッタを次第に閉じていき、上記回転速度検出手段の検出値が所定値以下になったときに上記燃料噴射弁の制御を停止するるものである。
【００１２】
ここで、上記制御手段は、上記入口側遮断弁を閉弁した直後は上記インテークシャッタを比較的高い開度変化率で閉じ、その後上記インテークシャッタを比較的低い開度変化率で閉じていくようにしても良い。
【００１３】
また、上記制御手段は、上記入口側遮断弁を閉じた後の上記コモンレールから上記燃料噴射弁までの経路内に残留する燃料の量に応じた上記インテークシャッタの開度を予め定めたマップを備え、そのマップに従って上記インテークシャッタを閉じていくようにしても良い。
【００１４】
また、上記コモンレール内の燃料圧力を調整するためにコモンレールから燃料の一部を回収する排出通路と、その排出通路に設けられ、上記制御手段により制御される出口側遮断弁とを更に備え、上記制御手段は、上記内燃機関を停止させる時に上記入口側遮断弁と同時に上記出口側遮断弁を閉弁するようにしても良い。
【００１５】
また、上記低沸点燃料はジメチルエーテルであっても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
本実施形態は、低沸点燃料としてジメチルエーテル（以下ＤＭＥという）を用いる内燃機関（以下単にエンジンという）に対して適用したものであり、まず、図１を用いてＤＭＥエンジンの燃料制御装置の概略を説明する。ＤＭＥは常温・大気圧下では気体となるが、この装置内では常に飽和蒸気圧以上に加圧されて液体状態で使用される。
【００１８】
本実施形態の燃料制御装置は、車両のシャシ（図示せず）側に、燃料（ＤＭＥ）が充填された燃料タンク１が設けられる。燃料タンク１内にはＤＭＥ圧送用の圧送ポンプ２が設けられる。燃料タンク１内の燃料は圧送ポンプ２によって飽和蒸気圧以上に加圧されて燃料パイプ３内に送られ、エンジンＥ側に設けられたサプライポンプ５に供給される。サプライポンプ５は供給通路２５を介して、噴射すべき燃料を蓄圧するためのコモンレール７に接続される。サプライポンプ５は吐出圧力を調整可能な調圧ポンプである。サプライポンプ５には圧力調整のために排出された燃料を燃料タンク１に戻すための燃料回収パイプ８が接続される。
【００１９】
コモンレール７には、エンジンＥの各気筒の燃焼室内に燃料を噴射するための燃料噴射弁（インジェクタ）６が複数接続される。また、コモンレール７には、コモンレール７内の燃料圧力を調整するためにコモンレール７から燃料を排出する排出通路９が接続される。排出通路９には、電気式あるいは機械式の圧力調整弁（ＰＣＶ）１０が設けられる。
【００２０】
コモンレール７には圧力センサー１１が設けられており、コモンレール７内の燃料圧力が圧力センサー１１により検出される。圧力センサー１１の検出値は電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１２に送信される。また、上記サプライポンプ５及び圧力調整弁１０（電気式の場合）はＥＣＵ１２からの信号により制御される。なお、図中、１３は燃料クーラーを示す。
【００２１】
エンジンＥの燃料噴射弁６はＥＣＵ１２に接続されており、ＥＣＵ１２から出力される駆動信号によって制御（駆動）される。ＥＣＵ１２には、エンジンＥの回転速度を検出するエンジン回転センサー（回転速度検出手段）１６、アクセル開度を検出するアクセル開度センサー１７等の検出手段が接続されており、各検出手段１６，１７の検出値がＥＣＵ１２に送信される。ＥＣＵ１２は、エンジン回転センサー１６により検出された実際のエンジン回転速度と、アクセル開度センサー１７により検出された実際のアクセル開度とに基づいて、予め入力されたマップに従って目標燃料噴射量を決定し、この目標燃料噴射量に従って各燃料噴射弁６に駆動信号を出力する。
【００２２】
また、ＥＣＵ１２にはエンジンＥを運転と停止との間で切り換えるためのイグニッションスイッチ（エンジンキースイッチ）１８が接続されており、ＥＣＵ１２はイグニッションスイッチ１８からの信号に応じて燃料噴射弁６の作動状態を制御する。即ち、イグニッションスイッチ１８が運転側（ＯＮ）に切り換えられていれば、各気筒の燃料噴射弁６にそれぞれ最適のタイミングで駆動信号を出力し、停止側（ＯＦＦ）に切り換えられれば、燃料噴射弁６への駆動信号の出力を停止する。
【００２３】
さて、「発明が解決しようとする課題」の欄でも説明したように、エンジンＥを停止した後にコモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内（コモンレール７内及び燃料噴射弁６内を含む）に燃料が残留していると、その残留燃料が各気筒の燃焼室内にリークし、エンジン再始動時の異常燃焼などの原因となる。
【００２４】
そこで、本実施形態の燃料制御装置は、エンジンＥの停止後に、コモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内に燃料が残留しないように改良が加えられている。
【００２５】
即ち、図１に示すように、サプライポンプ５とコモンレール７とを接続する供給通路２５に、供給通路２５内を開閉する入口側遮断弁２０が設けられ、コモンレール７から燃料を排出する排出通路９に、排出通路９内を開閉する出口側遮断弁２１が設けられる。出口側遮断弁２１は圧力調整弁１０よりも上流側、即ち、コモンレール７側に設けられる。本実施形態では、入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１は電磁弁からなり、ＥＣＵ１２からの信号によって開閉制御される。
【００２６】
また、ＥＣＵ１２には時間計測手段としてのタイマーが内蔵されている。
【００２７】
本実施形態の燃料制御装置による、エンジン停止時の制御方法について図２のフロー図を用いて説明する。このフローはＥＣＵ１２により実行される。
【００２８】
まず、ステップＳ１にてイグニッションスイッチ１８が停止側（ＯＦＦ）に切り換えられているか否かを判定する。イグニッションスイッチ１８が運転側（ＯＮ）であれば終了する。
【００２９】
イグニッションスイッチ１８がＯＦＦであると判定された場合、ステップＳ２に進み、入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１を同時に閉弁（全閉）する。これによって、コモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内（より詳しくは、入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１から燃料噴射弁６までの経路内）の燃料は燃料タンク１側から完全に遮断・隔離される。このとき、ＥＣＵ１２による燃料噴射弁６の駆動制御は引き続き実行される。即ち、上記経路内に残留している燃料は各気筒内に噴射されて燃焼する。従って、経路内の燃料残量は時間の経過と共に減少していく。
【００３０】
次いで、ステップＳ３に進み、タイマーによる時間計測を開始する。そして、ステップＳ４に進み、タイマーの計測値Ｔが予め設定した所定の遅延期間Ｔｏ以上であるか否かを判定する。遅延期間Ｔｏは、コモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内の残留燃料がほぼ全て燃焼室内に噴射されたとみなせる値に設定される。
【００３１】
ステップＳ４でタイマーの計測値Ｔが遅延期間Ｔｏよりも小さいと判定された場合は、引き続き時間計測を続行する。
【００３２】
ステップＳ４でタイマーの計測値Ｔが遅延期間Ｔｏ以上であると判定された場合、ステップＳ５に進み燃料噴射弁６への駆動信号の出力を停止する。これによって、エンジンＥが惰行運転後停止する。次いで、ステップＳ６へと進みＥＣＵ１２の電源をＯＦＦして終了する。
【００３３】
このように、本実施形態の燃料制御装置では、イグニッションスイッチ１８がＯＦＦされたとき（エンジン停止時）に、まず入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１を閉弁し、その後、所定の遅延期間を経てから燃料噴射を停止する。従って、エンジンＥが実際に停止したときには、コモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内に燃料はほとんど存在しない。また、コモンレール７内の圧力も十分低下する。従って、エンジンＥの運転停止後に燃料が燃焼室内にリークすることはなく、再始動時の異常燃焼、燃焼騒音の発生及びエンジンＥの破損などを防止できる。
【００３４】
次に、本発明の他の実施形態について、図３のフロー図を用いて説明する。
【００３５】
この制御フローは図２に示したフロー図とステップＳ１０３のみが異なるものであり、他のステップについては簡略的に説明する。
【００３６】
まず、ステップＳ１０１においてイグニッションスイッチ１８がＯＦＦであるかを判定する。イグニッションスイッチ１８がＯＦＦであると判定された場合、ステップＳ１０２に進み入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１を閉弁する。このとき、ＥＣＵ１２による燃料噴射弁６の駆動制御は引き続き実行される。
【００３７】
次に、ステップＳ１０３に進み、エンジン回転センサー１６により検出されるエンジン回転速度が予め設定した所定値Ｎ以下であるか否かを判定する。所定値ＮとはエンジンＥが停止寸前であるとみなせるような極低い値に設定される。即ち、エンジン回転速度が所定値Ｎ以下であるということは、コモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内の燃料がほとんどなくなったことを意味している。
【００３８】
そこで、ステップＳ１０３において、エンジン回転速度が所定値Ｎ以下であると判定された場合、ステップＳ１０４に進み、燃料噴射弁６への駆動信号の出力を停止する。従ってエンジンＥは惰行運転後停止する。次いで、ステップＳ１０５でＥＣＵ１２の電源をＯＦＦして終了する。
【００３９】
この形態でも上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
さて、以上説明した二つの実施形態において、入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１を閉弁した後、燃料噴射弁６による燃料噴射を実行すると、当然、コモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内の燃料残量（圧力）は徐々に減少していく。従って、エンジンＥの吸気通路２３（図１参照）から導入される空気量を常に一定にすると、空燃比が徐々にリーンになっていく。しかし、空燃比があまりにリーンになりすぎると不完全燃焼を引き起こすおそれがあるので、燃料残量の減少に応じて吸入空気量を減少させていくことが好ましい。
【００４１】
例えば、吸気通路２３に、吸気通路２３内を開閉すると共に、ＥＣＵ１２によって制御可能なインテークシャッタ２４を設ける。そして、少なくとも入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１を閉弁した後から、燃料噴射弁６への駆動信号の出力を停止するまでの間、インテークシャッタ２４を徐々に閉じていくことが考えられる。これによって、常に良好な空燃比で燃焼が行われることになり、不完全燃焼を防止できる。
【００４２】
ここで、コモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内の燃料残量に対するインテークシャッタ２４の最適な開度を予め実験などにより求めておき、ＥＣＵ１２にマップとして入力しておくことが好ましい。ＥＣＵ１２は、入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１を閉弁した後、そのマップに従ってインテークシャッタ２４を制御する。
【００４３】
入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１を遮断した後の、コモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内の燃料残量の変化と、その燃料残量に対するインテークシャッタ２４の最適な開度の一例を図４に示す。
【００４４】
図４（ａ）は、燃料残量の変化の一例を示している。入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１を閉弁した後のエンジン回転速度を一定にするように設定した場合、即ち、燃料噴射弁６の通電時間を一定とした場合、燃料残量は図に示すように比例的に減少していく。勿論、燃料残量の減少速度、即ち、図の直線の傾きはエンジン回転速度の設定値により変わる。エンジン回転速度の設定は、例えばアイドル回転速度に設定しても良い。なお、コモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内の燃料残量（圧力）が設定されたエンジン回転速度に必要な値よりも低下すれば、実際のエンジン回転速度は設定値よりも低くなる。
【００４５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のように変化する燃料残量に対するインテークシャッタ２４の最適な開度の一例を示している。図示するように、入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１を閉弁した直後は比較的高い開度変化率で３０％程度の開度まで閉じる。その後は比較的低い開度変化率で閉じていき、燃料残量がある程度まで低下したら、ほぼ全閉状態（開度５％程度）で維持する。
【００４６】
なお、インテークシャッタ２４の閉制御はマップに従って行うものに限定はされない。例えば、コモンレール７に設けられた圧力センサー１１の検出値に応じてインテークシャッタ２４を閉じるようにしても良い。あるいは、エンジンＥの排気通路（図示せず）にＯ₂ センサー等の空燃比センサーを設け、その空燃比センサーからの検出結果に応じてインテークシャッタ２４を閉じるようにしても良い。
【００４７】
なお、本発明において出口側遮断弁２１は必ずしも設ける必要はなく、入口側遮断弁２０のみを設けるようにしても良い。しかしながら、入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１の双方を設けて、イグニッションスイッチ１８のＯＦＦ時にコモンレール７から燃料噴射弁６までの経路内の燃料を燃料タンク１側から完全に隔離するようにすれば、残留燃料の燃焼による除去を比較的短期間で行うことができる。残留燃料を短期間で燃焼させる観点からみれば、入口側遮断弁２０及び出口側遮断弁２１はできるだけコモンレール７に近接して配置することが好ましい。
【００４８】
以上説明してきた実施形態によれば、従来の燃料制御装置に電磁弁２０，２１を設けただけであるので、比較的安価に燃料リーク対策を行うことができる。
【００４９】
また、本発明はＤＭＥエンジンに対して特に有効なものであるが、他の低沸点燃料を用いる内燃機関にも適用可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、内燃機関の運転停止後に燃料が燃焼室内にリークすることを防止できると共に、入口側遮断弁を閉弁した後の燃料噴射による不完全燃焼を防止することができるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料制御装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料制御装置のエンジン停止時の制御方法を示すフロー図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る燃料制御装置のエンジン停止時の制御方法を示すフロー図である。
【図４】（ａ）はエンジン停止後の燃料残量の変化の一例を示すグラフである。
（ｂ）は図４（ａ）のように変化する燃料残量に対するインテークシャッタの最適な開度の一例を示すグラフである。
【図５】従来の燃料制御装置を示す図である。
【符号の説明】
６燃料噴射弁
７コモンレール
９排出通路
１２ＥＣＵ（制御手段）
１６エンジン回転センサー（回転速度検出手段）
１８イグニッションスイッチ
２０入口側遮断弁
２１出口側遮断弁
２３吸気通路
２４インテークシャッタ
２５供給通路
Ｅ内燃機関

Claims

低沸点燃料を用いるコモンレール式内燃機関の燃料制御装置であって、
上記コモンレールに燃料を供給する供給通路と、上記供給通路に設けられた入口側遮断弁と、上記コモンレールに接続され、上記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記内燃機関の吸気通路を開閉するインテークシャッタと、上記入口側遮断弁、上記燃料噴射弁及び上記インテークシャッタを制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記内燃機関を停止させる時に、まず上記入口側遮断弁を閉弁し、その後、上記インテークシャッタを次第に閉じていき、上記入口側遮断弁の閉弁時から所定の遅延期間を経過した時に上記燃料噴射弁の制御を停止することを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。
低沸点燃料を用いるコモンレール式内燃機関の燃料制御装置であって、
上記コモンレールに燃料を供給する供給通路と、上記供給通路に設けられた入口側遮断弁と、上記コモンレールに接続され、上記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記内燃機関の吸気通路を開閉するインテークシャッタと、上記入口側遮断弁、上記燃料噴射弁及び上記インテークシャッタを制御する制御手段と、上記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、
上記制御手段は、上記内燃機関を停止させる時に、まず上記入口側遮断弁を閉弁し、その後、上記インテークシャッタを次第に閉じていき、上記回転速度検出手段の検出値が所定値以下になったときに上記燃料噴射弁の制御を停止することを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。
上記制御手段は、上記入口側遮断弁を閉弁した直後は上記インテークシャッタを比較的高い開度変化率で閉じ、その後上記インテークシャッタを比較的低い開度変化率で閉じていく請求項１又は２記載の内燃機関の燃料制御装置。
上記制御手段は、上記入口側遮断弁を閉じた後の上記コモンレールから上記燃料噴射弁までの経路内に残留する燃料の量に応じた上記インテークシャッタの開度を予め定めたマップを備え、そのマップに従って上記インテークシャッタを閉じていく請求項１〜３いずれかに記載の内燃機関の燃料制御装置。
上記コモンレール内の燃料圧力を調整するためにコモンレールから燃料を排出する排出通路と、その排出通路に設けられ、上記制御手段により制御される出口側遮断弁とを更に備え、
上記制御手段は、上記内燃機関を停止させる時に上記入口側遮断弁と同時に上記出口側遮断弁を閉弁する請求項１〜４いずれかに記載の内燃機関の燃料制御装置。
上記低沸点燃料がジメチルエーテルである請求項１〜５いずれかに記載の内燃機関の燃料制御装置。