JP3876795B2 - 内燃機関の燃料制御装置 - Google Patents
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Description
【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
12 ECU(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 (6)
- 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。
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