JP4168893B2 - Fuel supply device - Google Patents
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Description
本発明は、常温常圧下では気体となる燃料を液体としてエンジンに供給するための燃料供給装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel supply device for supplying a fuel that becomes a gas under normal temperature and normal pressure as a liquid to an engine.
近年、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)を燃料として用いるDMEエンジンが脚光を浴びつつある。DMEは融点−138.5℃、沸点−23.7℃(1気圧)で、軽油と同程度のセタン価を有し、空気より比重が大きく、一般に空気中で分解し易く無害といわれている。 In recent years, DME engines that use dimethyl ether (hereinafter referred to as DME) as a fuel instead of gasoline or light oil are attracting attention. DME has a melting point of 138.5 ° C., a boiling point of −23.7 ° C. (1 atm), a cetane number comparable to that of light oil, a specific gravity greater than that of air, and is generally said to be harmless easily in air. .
係るDMEは常温常圧下では気体となる。従って、DMEを燃料として用いる場合、燃料(DME)を加圧し液体としてエンジンに供給しなければならない。こうしないと、燃料の気化により燃料中に気泡が混入し、エンジンの回転が不安定となり、燃料通路や燃料供給ポンプ内でキャビテーションが生じたりするからである。 Such DME becomes a gas at normal temperature and pressure. Therefore, when DME is used as a fuel, the fuel (DME) must be pressurized and supplied to the engine as a liquid. If this is not done, bubbles are mixed into the fuel due to the vaporization of the fuel, the engine rotation becomes unstable, and cavitation occurs in the fuel passage and the fuel supply pump.
一方、DMEに過度の高圧を加えると、DMEの粘性が低いため、各摺動部でDMEの漏れが発生し、大掛かりな回収システムが必要となる。また、燃料供給ポンプ自体の消費馬力が大きくなり、燃費の悪化を招いてしまう。よって、DMEの加圧は適度に行うのが好ましい。 On the other hand, when an excessively high pressure is applied to the DME, the viscosity of the DME is low, so that the DME leaks at each sliding portion, and a large recovery system is required. In addition, the horsepower consumed by the fuel supply pump itself increases, resulting in a deterioration in fuel consumption. Therefore, it is preferable to pressurize DME appropriately.
そこで、燃料通路内のDME温度を検出し、検出されたDME温度とDMEの蒸気圧線図とに基づいて供給ポンプのフィード圧の目標値を決定し、その目標値に従って供給ポンプを制御する装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置によれば、DMEを適切に加圧してエンジンに供給することが可能となる。 Therefore, a device that detects the DME temperature in the fuel passage, determines a target value of the feed pressure of the supply pump based on the detected DME temperature and the vapor pressure diagram of the DME, and controls the supply pump according to the target value Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to this device, DME can be appropriately pressurized and supplied to the engine.
ところが、上述したようにDMEは常温常圧下では気体となるため、エンジンの始動時に、燃料通路内のDMEが気化している場合がある。この場合、DMEの正確な温度測定が困難となり、供給ポンプのフィード圧の目標値を適切に設定することができなくなる。その結果、エンジン始動の長期化、供給ポンプの駆動電力の増大、摺動不良による供給ポンプの破損などを引き起こすおそれがある。 However, as described above, since DME becomes a gas at normal temperature and normal pressure, DME in the fuel passage may be vaporized when the engine is started. In this case, accurate temperature measurement of DME becomes difficult, and the target value of the feed pressure of the supply pump cannot be set appropriately. As a result, there is a risk of causing prolonged engine start, an increase in drive power of the supply pump, damage to the supply pump due to poor sliding, and the like.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジンの始動を良好に行うことができる燃料供給装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel supply apparatus that can solve the above-described problems and can start the engine satisfactorily.
上記目的を達成するために本発明は、燃料タンク内に貯留され、常温常圧下では気体となる燃料を、1つ又は複数の供給ポンプにより液体として高圧ポンプへ供給し、エンジンのクランク軸の回転により駆動される上記高圧ポンプにより上記燃料をエンジンに供給するようにした燃料供給装置であって、
エンジンルームの温度を検出するエンジンルーム温度検出手段と、
上記高圧ポンプの入口側圧力を検出する圧力検出手段と、
上記供給ポンプ及びエンジンのスタータモータを制御する制御装置とを備え、
上記制御装置は、エンジンの始動に際して、上記エンジンルーム温度検出手段により検出されたエンジンルーム温度と燃料の蒸気圧線図とに基づいて、燃料の飽和蒸気圧以上である高圧ポンプ入口側目標圧力を決定し、上記圧力検出手段により検出された圧力が上記目標圧力未満である間は上記供給ポンプのみを駆動し、上記圧力検出手段により検出された圧力が上記目標圧力以上となったならば、上記供給ポンプ及び上記スタータモータを駆動することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention supplies fuel that is stored in a fuel tank and becomes a gas under normal temperature and normal pressure to a high-pressure pump as a liquid by one or a plurality of supply pumps , and rotates the crankshaft of the engine. A fuel supply device configured to supply the fuel to the engine by the high-pressure pump driven by
Engine room temperature detecting means for detecting the temperature of the engine room;
Pressure detecting means for detecting the inlet side pressure of the high-pressure pump;
A control device for controlling the supply pump and the starter motor of the engine ,
When the engine is started, the control device sets a target pressure on the inlet side of the high-pressure pump that is equal to or higher than the saturated vapor pressure of the fuel based on the engine room temperature detected by the engine room temperature detecting means and the vapor pressure diagram of the fuel. determined, while the detected pressure by the pressure detecting means is lower than the target pressure by driving only the feed pump, Do detected pressure by said pressure detecting means is equal to or higher than the target pressure mules, The supply pump and the starter motor are driven.
また、燃料通路内の燃料の温度を検出する燃料温度検出手段を更に備え、上記制御装置が、エンジンの運転時に、上記燃料温度検出手段により検出された燃料温度と燃料の蒸気圧線図とに基づいて、燃料の飽和蒸気圧以上である高圧ポンプ入口側目標圧力を決定し、上記圧力検出手段により検出される圧力が上記目標圧力となるように上記供給ポンプを制御するようにしても良い。 In addition, fuel temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel in the fuel passage is further provided, and the control device displays the fuel temperature detected by the fuel temperature detecting means and the fuel vapor pressure diagram during operation of the engine. Based on this, a target pressure on the inlet side of the high-pressure pump that is equal to or higher than the saturated vapor pressure of the fuel may be determined, and the supply pump may be controlled so that the pressure detected by the pressure detection means becomes the target pressure.
本発明によれば、エンジンの始動を良好に行うことができるという優れた効果を発揮するものである。 According to the present invention, an excellent effect that the engine can be started satisfactorily is exhibited.
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。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態は、ジメチルエーテル(以下DMEという)を燃料として用いるDMEエンジンの燃料供給装置に適用したものである。 The present embodiment is applied to a fuel supply device for a DME engine using dimethyl ether (hereinafter referred to as DME) as a fuel.
図1に示すように、本実施形態の燃料供給装置は、車両のシャシ(図示せず)側に取り付けられた二つの燃料タンク1a,1bを備える。燃料タンク1a,1b内には燃料であるDMEが液体の状態で貯留される。各燃料タンク1a,1b内にはDME圧送用の圧送ポンプ2a,2b(1次供給ポンプ)がそれぞれ設けられる。圧送ポンプ2a,2bは、そのフィード圧を調節する調圧装置(図示せず)を具備している。
As shown in FIG. 1, the fuel supply apparatus according to the present embodiment includes two
燃料タンク1a,1b内の燃料は圧送ポンプ2a,2bにより燃料パイプ3内に送られて2次供給ポンプ4で昇圧される。その後、燃料はエンジンE側に設けられエンジンのクランク軸の回転により駆動される高圧ポンプ5に供給される。高圧ポンプ5には燃料を蓄圧するためのコモンレール7が接続され、そのコモンレール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。高圧ポンプ5は、燃料を燃焼室内に噴射するのに適した圧力まで高めてコモンレール7に送る。
The fuel in the
2次供給ポンプ4及び高圧ポンプ5は圧力調整弁を具備しており、そのフィード圧を調整できるようになっている。これらポンプ4,5には、圧力調整弁から排出された余剰燃料を燃料タンク1a,1bに戻すための燃料回収パイプ8a,8bが接続される。燃料回収パイプ8bの途中には、コモンレール7から排出された余剰燃料を燃料タンク1a,1bに戻すための燃料回収パイプ8cが接続される。燃料回収パイプ8cには圧力調整弁(PCV)10が介設されており、この圧力調整弁10によりコモンレール7内の燃料が最適な圧力に調整される。圧力調整弁10としては、機械式、電気式、又は機械式と電気式の併用タイプなどが使用できる。
The
燃料回収パイプ8a,8bは、一本の主燃料戻しパイプ9に合流・接続される。2次供給ポンプ4、高圧ポンプ5及びコモンレール7からの余剰燃料は全てこの主燃料戻しパイプ9内に回収される。主燃料戻しパイプ9の下流端には、二つの副燃料戻しパイプ14a,14bが接続されており、それら副燃料戻しパイプ14a,14bはそれぞれ燃料タンク1a,1bへと接続される。主燃料戻しパイプ9内に回収された余剰燃料は、これら副燃料戻しパイプ14a,14bを通って各燃料タンク1a,1bに分配される。なお、図中、13は燃料クーラー、15は燃料遮断弁を示す。
The
燃料供給装置は複数の検出手段を備えており、それら検出手段の検出値は制御装置(ECU)12に送信される。検出手段としては、2次供給ポンプ4の入口側圧力を検出する2次供給ポンプ入口圧センサ20、高圧ポンプ5の入口側の燃料圧力(以下単に入口側圧力という)を検出する高圧ポンプ入口圧センサ19(圧力検出手段)、エンジンルームの温度を検出するエンジンルーム温度センサ16(エンジンルーム温度検出手段)、高圧ポンプ5の入口側の燃料通路内の燃料温度を検出する燃料温度センサ21(燃料温度検出手段)等がある。
The fuel supply apparatus includes a plurality of detection means, and the detection values of the detection means are transmitted to a control device (ECU) 12. As detection means, a secondary supply pump
ECU12は、各検出手段の検出値に応じて、圧送ポンプ2a,2b、2次供給ポンプ4及び高圧ポンプ5の駆動/非駆動の切換やフィード圧等を制御する。また、ECU12は、圧力調整弁10をも制御する。
The
また、エンジンEは、エンジン始動時にクランク軸を強制的に回転させるためのスタータモータ(図示せず)を備えており、ECU12はこのスタータモータも駆動制御する。 Further, the engine E includes a starter motor (not shown) for forcibly rotating the crankshaft when the engine is started, and the ECU 12 also drives and controls the starter motor.
さて、この燃料供給装置によるエンジン始動時及びエンジン運転時の燃料供給制御について説明する。 Now, fuel supply control at the time of engine start and engine operation by this fuel supply device will be described.
まず、エンジン始動時の制御について、図2のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートはECU12により実行されるものである。 First, the control at the time of engine start will be described using the flowchart of FIG. This flowchart is executed by the ECU 12.
最初に、ドライバーがイグニッションキーを回すなどして、エンジンの始動モードが開始すると、ステップS1に進み、ECU12は各燃料タンク1a,1b内の圧送ポンプ2a,2bを駆動する。これにより、燃料タンク1a,1b内の燃料が2次供給ポンプ4の入口側まで供給される。
First, when the engine start mode is started by, for example, the driver turning the ignition key, the
次に、ステップS2に進み、ECU12は2次供給ポンプ入口圧センサ20により検出される圧力が、予めECU12に入力された目標値M1以上であるか否かを判定する。この目標値M1は、燃料(DME)が確実に液体となり、かつ、過度に高圧でない適切な値に設定される。ステップS2の判定は、2次供給ポンプ入口圧センサ20により検出される、2次供給ポンプ4の入口側圧力が目標値M1に達するまで繰り返し行われる。その間、2次供給ポンプ4は駆動されず、圧送ポンプ2a,2bのみが駆動される。従って、2次供給ポンプ4の入口側圧力は上昇していく。
Next, in step S2, the
2次供給ポンプ4の入口側圧力が目標値M1以上となったならば、ステップS3に進み、ECU12は2次供給ポンプ4を駆動する。これにより、燃料が高圧ポンプ5の入口側まで供給される。このとき、2次供給ポンプ4に供給される燃料は上記目標値M1以上まで加圧されているため、供給される燃料中に気泡が混入することはない。
If the inlet side pressure of the
一方、ECU12はステップS4及びS5において、エンジンルーム温度センサ16により検出されたエンジンルーム温度に基づいて、高圧ポンプ5の入口側目標圧力M2を決定する。この目標圧力M2は、エンジンルーム温度に応じて変化する値であり、予めマップとしてECU12に入力される。
On the other hand, the
高圧ポンプ5の入口側目標圧力M2について図3を用いて説明する。
The inlet side target pressure M2 of the
図3は燃料(DME)の蒸気圧線図と、目標圧力M2のマップとを併せて示したものである。図中実線Aで示すラインがDMEの蒸気圧線図であり、点線Bで示すラインが高圧ポンプ5の入口側目標圧力M2である。即ち、図3を蒸気圧線図として見た場合、横軸は燃料温度T(℃)、縦軸は燃料圧力P(atm)となり、目標圧力M2のマップとして見た場合、横軸は燃料温度の代わりとしてのエンジンルーム温度Te(℃)、縦軸は目標圧力M2(atm)となる。
FIG. 3 shows a vapor pressure diagram of the fuel (DME) and a map of the target pressure M2. In the figure, a line indicated by a solid line A is a vapor pressure diagram of DME, and a line indicated by a dotted line B is an inlet-side target pressure M2 of the high-
図から明らかなように、高圧ポンプ5の入口側目標圧力M2は、DMEの飽和蒸気圧以上の値に設定される。つまり、DMEが液体となるような値に設定される。これは、供給される燃料中に気泡が混入することを防止するためである。従って、目標圧力M2は最低でもDMEの飽和蒸気圧に設定する必要がある。
As is apparent from the figure, the inlet-side target pressure M2 of the high-
本実施形態では、高圧ポンプ5の入口側目標圧力M2は、DMEの飽和蒸気圧よりもΔPだけ高い値に設定される。ΔPの値は、エンジンの各摺動部においてDME漏れを発生させず、かつ圧送ポンプ2a,2b及び2次供給ポンプ4の消費電力を過度に大きくしないように適切な値に設定される。なお、ΔPの値は、燃料温度(エンジンルーム温度)に関わらず一定としても良いし、異ならせても良い。このように、高圧ポンプ5の目標圧力M2は、燃料温度(エンジンルーム温度)毎に最適な値に設定される。
In the present embodiment, the inlet side target pressure M2 of the
図2に戻り、ECU12はステップS5において、エンジンルーム温度センサ16の検出値に基づいてマップから目標圧力M2を決定する。従って、目標圧力M2は、エンジンルーム温度とDMEの蒸気圧線図とに基づいて決定されるとも言える。
Returning to FIG. 2, in step S5, the
高圧ポンプ5の入口側目標圧力M2が決定されたならば、ステップS6に進み、高圧ポンプ入口圧センサ19により検出される、実際の高圧ポンプ5の入口側圧力が目標圧力M2以上であるか否かを判定する。この判定は、高圧ポンプ5の入口側圧力が目標圧力M2に達するまで繰り返し行われる。その間、高圧ポンプ5は駆動されず、圧送ポンプ2a,2bと2次供給ポンプ4のみが駆動される。従って、高圧ポンプ5の入口側圧力は上昇していく。
If the inlet-side target pressure M2 of the high-
高圧ポンプ5の入口側圧力が目標圧力M2に達したならば、ステップS7に進み、ECU12はエンジンのスタータモータを駆動する。これにより、エンジンのクランク軸が回転して高圧ポンプ5の駆動が開始され、各気筒の燃焼室内に燃料が噴射されてエンジンが始動する。このとき、高圧ポンプ5に供給される燃料は上記目標圧力M2以上まで加圧されているため、供給される燃料中に気泡が混入することはない。従って、高圧ポンプ5で摺動不良が発生したり、エンジンの回転が不安定となることはない。
When the inlet side pressure of the
このように、本実施形態の燃料供給装置は、エンジン始動に際して、エンジンルーム温度を検出し、そのエンジンルーム温度に基づいて、高圧ポンプ5の入口側目標圧力M2を決定するものである。つまり、エンジン始動時には燃料通路内の燃料が気化している可能性があるので、燃料温度の代わりとしてエンジンルーム温度を測定するようにしたのである。エンジンルーム温度は、燃料がエンジンE側(高圧ポンプ5の入口側)まで供給されたときの燃料温度とほぼ等しいと見なせるので、これにより、高圧ポンプ5の入口側目標圧力M2を適切に決定することが可能となる。従って、供給される燃料中に気泡が混入することはなく、2次供給ポンプ4、高圧ポンプ5が摺動不良により破損することはない。
As described above, the fuel supply device of the present embodiment detects the engine room temperature when starting the engine, and determines the inlet-side target pressure M2 of the high-
また、高圧ポンプ5の入口側圧力が目標圧力M2に達するまではスタータモータの駆動を行わないため、スタータモータの不必要(無意味)な駆動を防止でき、消費電力の低減を図ることができる。
Further, since the starter motor is not driven until the pressure on the inlet side of the high-
更に、高圧ポンプ5の入口側目標圧力M2をエンジンルーム温度(燃料温度)に応じて適切に設定しているため、燃料を必要以上に加圧することがない。従って、エンジンの各摺動部によるDME漏れを防止できる。また、圧送ポンプ2a,2b及び2次供給ポンプ4の消費電力の低減、およびエンジン始動期間の短期化を図ることができる。つまり、目標圧力M2を一定とした場合、目標圧力M2は高圧側に合わせて設定せざるを得ないため、エンジンルーム温度(燃料温度)が低いときには燃料を必要以上に加圧することになってしまう。その結果、圧送ポンプ2a,2b及び2次供給ポンプ4の消費電力の増加や、エンジン始動期間の長期化などの不具合が生じる。本実施形態の燃料供給装置では、そのような不具合が生じることはない。
Furthermore, since the inlet side target pressure M2 of the
次に、本実施形態の燃料供給装置によるエンジン運転時の制御について説明する。 Next, control during engine operation by the fuel supply device of this embodiment will be described.
エンジン運転時は、ECU12は燃料温度センサ21により検出された燃料温度に基づいて、図3に点線Bで示したマップと同様のマップから、高圧ポンプ5の入口側目標圧力を決定する。そして、高圧ポンプ入口圧センサ21により検出される圧力が目標圧力となるように圧送ポンプ2a,2b及び/又は2次供給ポンプ4を制御する。これにより、高圧ポンプ5の入口側圧力が常に適切な値に制御される。このように、エンジン運転時は、燃料の温度を直接検出し、その燃料温度に基づいて高圧ポンプ5の入口側目標圧力を決定する。これは、エンジン運転時であれば、燃料通路内の燃料は液体であるからである。
During engine operation, the
本発明は上述した実施形態に限定はされず、様々な変形例が考えられるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be considered.
例えば、2次供給ポンプ4の入口側圧力の目標値M1も、高圧ポンプ5と同様に、エンジンルーム温度又は燃料温度毎に最適な値を定めてマップとして入力しておき、エンジン始動時及び/又はエンジン運転時に、エンジンルーム温度又は燃料温度に基づいてマップから決定するようにしても良い。
For example, the target value M1 of the inlet side pressure of the
また、上記実施形態では、燃料タンク1a,1b内の燃料を高圧ポンプ5へと供給する供給ポンプとして、タンク内圧送ポンプ2a,2bと2次供給ポンプ4とを備えたものを説明したが、供給ポンプは1個だけでもよいし、3個以上備えても良い。
In the above embodiment, the supply pumps that supply the fuel in the
また、燃料タンクについても、1個だけでもよいし、3個以上備えても良い。 Also, only one fuel tank or three or more fuel tanks may be provided.
更に、本発明はDMEエンジンに限定されず、常温常圧下で気体となる他の燃料を用いたエンジンにも適用可能である。 Furthermore, the present invention is not limited to a DME engine, but can be applied to an engine using another fuel that becomes a gas at normal temperature and pressure.
1a,1b 燃料タンク
2a,2b 圧送ポンプ(供給ポンプ)
4 2次供給ポンプ
5 高圧ポンプ
12 ECU(制御装置)
16 エンジンルーム温度センサ(エンジンルーム温度検出手段)
19 高圧ポンプ入口側センサ(圧力検出手段)
21 燃料温度センサ(燃料温度検出手段)
1a,
4
16 Engine room temperature sensor (Engine room temperature detection means)
19 High pressure pump inlet side sensor (pressure detection means)
21 Fuel temperature sensor (fuel temperature detection means)
Claims (2)
エンジンルームの温度を検出するエンジンルーム温度検出手段と、
上記高圧ポンプの入口側圧力を検出する圧力検出手段と、
上記供給ポンプ及びエンジンのスタータモータを制御する制御装置とを備え、
上記制御装置は、エンジンの始動に際して、上記エンジンルーム温度検出手段により検出されたエンジンルーム温度と燃料の蒸気圧線図とに基づいて、燃料の飽和蒸気圧以上である高圧ポンプ入口側目標圧力を決定し、上記圧力検出手段により検出された圧力が上記目標圧力未満である間は上記供給ポンプのみを駆動し、上記圧力検出手段により検出された圧力が上記目標圧力以上となったならば、上記供給ポンプ及び上記スタータモータを駆動することを特徴とする燃料供給装置。 Fuel that is stored in a fuel tank and becomes a gas under normal temperature and normal pressure is supplied to a high-pressure pump as a liquid by one or more supply pumps, and the fuel is supplied by the high-pressure pump that is driven by the rotation of the crankshaft of the engine. A fuel supply device for supplying to an engine,
Engine room temperature detecting means for detecting the temperature of the engine room;
Pressure detecting means for detecting the inlet side pressure of the high-pressure pump;
A control device for controlling the supply pump and the starter motor of the engine ,
When the engine is started, the control device sets a target pressure on the inlet side of the high-pressure pump that is equal to or higher than the saturated vapor pressure of the fuel based on the engine room temperature detected by the engine room temperature detecting means and the vapor pressure diagram of the fuel. determined, while the detected pressure by the pressure detecting means is lower than the target pressure by driving only the feed pump, Do detected pressure by said pressure detecting means is equal to or higher than the target pressure mules, A fuel supply apparatus for driving the supply pump and the starter motor .
上記制御装置は、エンジンの運転時に、上記燃料温度検出手段により検出された燃料温度と燃料の蒸気圧線図とに基づいて、燃料の飽和蒸気圧以上である高圧ポンプ入口側目標圧力を決定し、上記圧力検出手段により検出される圧力が上記目標圧力となるように上記供給ポンプを制御する請求項1記載の燃料供給装置。 A fuel temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel in the fuel passage;
The control device determines a target pressure on the inlet side of the high-pressure pump that is equal to or higher than the saturated vapor pressure of the fuel based on the fuel temperature detected by the fuel temperature detecting means and the fuel vapor pressure diagram during engine operation. 2. The fuel supply apparatus according to claim 1, wherein the supply pump is controlled so that the pressure detected by the pressure detection means becomes the target pressure .
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