JPH0476262A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関し、特に、アル
コール混合燃料を使用する内燃機関の低温始動性向上の
ための燃料供給技術に関する。

〈従来の技術〉 従来のアルコール混合燃料を使用する内燃機関の燃料供
給装置とじて、機関の吸気通路に各気筒毎に設けられる
燃料噴射弁とは別に、上流側の集合部にコールドスター
トパルプ（Ｃ３Ｖ）と呼ばれる単一の補助燃料噴射弁を
設け、また、この補助燃料噴射弁から噴射された燃料を
加熱すべく、正特性サーミスタからなるヒータ（以下Ｐ
ＴＣヒータという）を設けたものがある。

このものにおいては、キースイッチＯＮ又はキースイッ
チ挿入検知により、水温センサからの信号により水温を
読込み、水温か所定値より低いときに、ＰＴＣヒータに
通電して加熱を開始し、所定の加熱時間経過後、スター
タスイッチＯＮによリフランキングと同時に補助燃料噴
射弁を作動させ、補助燃料噴射弁から噴射した燃料を予
め加熱したＰＴＣヒータで気化又は霧化して、低温時の
始動性を向上させている。

ところで、アルコール混合燃料、例えばアルコールとガ
ソリンの混合燃料を使用する場合は、アルコールの気化
潜熱かガソリンに比べて大きいため、アルコール濃度が
高くなると、ＰＴＣヒータの発熱量が不足して燃料の気
化又は霧化が不充分になる虞れがある。

そこで、従来では、特開昭５７−５２６６５号公報等に
示されるように、燃料中のアルコール濃度を検出し、ア
ルコール濃度か所定値以上のときには、通電量を増大さ
せてＰＴＣヒータの発熱量を増大させるようにしたもの
かある。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、アルコール濃度の増大により単に発熱量
を増大させる従来のものでは、以下に述へるように問題
かある。

ある同一の組成の燃料をヒータにより気化させることを
考えた場合、燃料気化量はヒータ表面と燃料との間の熱
伝達に支配される。即ち、ヒータ表面温度Ｔ□と燃料温
度ＴＦとの間の温度差による熱伝達に支配される。

ここで、単位面積を単位時間に通過する熱量（熱流束）
をｑ（Ｗ／ポ）とすると、 ｑ＝−λ・八Ｔ／△Ｘ（１） λ：熱伝導率（物質に固有） ΔＴ：Ｔ、−Ｔ。

ΔＸ：燃料の液膜厚さ てあり、 ヒータから燃料へ伝達される熱量Ｑは、Ｑ　＝　ｑ−Ａ
　　　　　　　（２） 八：ヒータの伝熱面積 となる。

気化は、液体から気体への相変化であるから、沸騰熱伝
達を考え、縦軸に熱流束ｑ（Ｗ／ｒｒ？）、横軸に加熱
面温度ｔｗと飽和温度ｔ８．．との差Δｔ５．１をとる
と第８図のようになる。

即ち、ヒータ表面温度ＴＨ（加熱面温度１．）を、図中
のΔｔ１に相当する温度（Ｔ、−Δｔ１十１．．．）よ
り上げても、図中のΔｔ２に相当する温度（Ｔ、＝Δ１
２＋１．．．）までは、熱流束ｑか低下し、（２）式か
ら同一の伝熱面積の場合にはヒータから燃料に伝達する
熱量Ｑか逆に少なくなり、気化効率が低下する。

つまり、アルコール濃度に応じて単にヒータの発熱量を
増大させる従来装置では、ヒータ表面温度が第８図のＤ
点とＦ点との間で気化効率か低下すると言う問題がある
。

尚、液滴の蒸発寿命と加熱面温度とは、第９図のような
関係にあり、図中のａ点に加熱面温度を管理するのが効
果的である。

また、従来では、クランキングが開始されてもクランキ
ング前の状態でヒータ通電を継続しているので、アルコ
ール濃度が高くヒータの負荷か高い状態では、スタータ
、ヒータ共に電流消費か大きく、スタータ出力か低下し
、クランキング回転数か低下して始動性の悪化を招いた
り、バッテリ電力消費を促進し、バッテリの劣化を早め
、更にはバッテリ上がりを誘発するといった問題を生ず
る。更には、バッテリ劣化時には、過負荷により充分な
りランキング回転数を確保できず、始動不能となったり
、バッテリ上がりを起こすという問題がある。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、燃料を効率
良く気化又は霧化でき、バッテリの無駄な消耗を避けて
充分なスタータ出力を確保できるようにした内燃機関の
燃料供給装置を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は、第１図に示すように、低温始動用補
助燃料噴射弁と、該補助燃料噴射弁から噴射されたアル
コール混合燃料を加熱するヒータとを備えてなる内燃機
関の燃料供給装置において、前記ヒータを複数設けると
共に、機関の冷却水温を検出する水温検出手段と、燃料
中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段
と、機関始動前の予熱期間のヒータ作動数を検出された
水温とアルコール濃度に応じて可変設定してヒータ発熱
面積を可変とするヒータ制御手段とを設けて構成した。

また、予熱期間終了後のスタータスイッチのオン操作に
伴ってヒータ作動数を減少させるヒータ減少手段を備え
るようにした。

ここで、前記ヒータ減少手段は、予熱期間中にバッテリ
電圧を検出するバッテリ電圧検出手段からの検出値に基
づいてヒータの減少数を設定するようにした。

〈作用〉 上記の構成において、始動前の予熱期間において、水温
とアルコール濃度を読込み、複数個設けたヒータの中か
らこれら値に基づいて作動させるヒータの数を設定し、
設定された数のヒータにより予熱を行う。そして、クラ
ンキングの開始と同時に補助燃料噴射弁から燃料を噴射
し、予め加熱されたヒータにより噴射燃料を気化又は霧
化させる。即ち、予熱期間におけるヒータ作動数を可変
設定することにより、ヒータ表面温度は第９図に示すａ
点近傍に管理して変更せず、ヒータの発熱面積をアルコ
ール濃度及び水温に応じて変更して、効率良く燃料の気
化又は霧化を実現するようにした。

また、スタータスイッチのＯＮ操作に伴ってヒータ作動
数を減少させて、ヒータの負荷を下げてスタータ出力を
確保するようにしている。

更に、ヒータ作動数を減少させる場合に、予熱期間中に
バッテリ状態を検出しその検出状態に応じて、減少数を
適切に設定するようにした。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基ついて説明する。

本実施例のシステム構成を示す第２図において、機関１
の吸気通路には各気筒毎に燃料噴射弁２か設けられてい
る他、上流側の集合部に低温始動用の単一の補助燃料噴
射弁３が設けられている。

また、この補助燃料噴射弁３から噴射された燃料を加熱
すへく、ハニカム構造体のＰＴＣヒータ４か設けられて
いる。ここて、ＰＴＣヒータ４は複数のＰＴＣ素子４ａ
、　　４ｂ、　　４ｃ、　　−・・からなり、通電する
個数を変化させることにより発熱面積を可変できる。

これら燃料噴射弁２．補助燃料噴射弁３及びＰＴＣヒー
タ４はコントロールユニット５により制御され、コント
ロールユニット５には、スタータスイッチ６、水温検出
手段としての水温センサ７゜アルコール濃度検出手段と
しての電極又は静電容量式等のアルコールセンサ８．キ
ースイッチ９及びバッテリ電圧検出手段としてのバッテ
リ電圧検出装置１０からの信号が入力されている。また
、コントロールユニット５は、ＰＴＣヒータ４の予熱か
開始されると、グローランプ１１を点灯させて予熱期間
（グロー期間）中であることをドライバに知らせ、予熱
期間か終了するとグローランプ１１を消灯させて予熱期
間が終了したことをドライバに知らせる。

コントロールユニット５においては、第３図のフローチ
ャートに示す制御ルーチンに基ついて燃料噴射弁２．補
助燃料噴射弁３及びＰＴＣヒータ４の作動を制御する。

ここで、本実施例では、ヒータ制御手段及びヒータ減少
手段に相当する機能は、コントロールユニット５におい
て第３図のフローチャートに示すようにソフトウェア的
に備えられている。

第３図の制御ルーチンについて説明する。

本制御ルーチンは、キースイッチ９からのＯＮ信号又は
キースイッチ挿入検知信号により電源投入か検知されて
開始される。

まず、ステップ１（図中８１と記し、以下同様とする）
では、例えば図示しないクランク角センサからの信号に
基づいて機関回転速度Ｎが所定値Ｎ、以上か否かの判定
に基づいて機関の回転検出を行う。ここで、機関が停止
していると判定されたときはステップ２に進む。

ステップ２では、初期設定でＯに設定されるフラグＡが
１か否かを判定し、Ａ＝Ｏのときはステップ３に進む。

ステップ３ては、アルコールセンサ８からの信号により
アルコール濃度を読み込む。

ステップ４ては、ステップ３て得られたアルコール濃度
に応じて補助燃料噴射弁３とＰＴＣヒータ４の作動開始
水温Ｔ　ｗｏを設定する。このＴ　ｗｏはアルコール濃
度が高い程高く設定される。

ステップ５では、水温センサ７からの信号により現在の
機関冷却水温Ｔ□を読み込む。

ステップ６では、ステップ５て読み込んだ水温ＴＷかス
テップ４て設定された作動開始水温Ｔ　ｗ。

以下か否かの判定を行い、以下の場合にはステップ７に
進む。

ステップ７では、ステップ３，５て読み込んだアルコー
ル濃度及び水温に基づいてＰＴＣヒータ４の作動数とグ
ロー時間を設定する。ここで、ＰＴＣヒータ作動数は、
第４図に示すようにアルコール濃度か高い程、水温が低
い程多く、即ちＰＴＣヒータ４の発熱面積か大きくなる
ように設定される。また、グロー時間は、第５図に示す
ようにアルコール濃度が高い程、水温か低い程長くとる
ように設定される。

ステップ８では、フラグＡをＡ＝１に設定する。

ステップ９では、ステップ７て設定された所定数のＰＴ
Ｃヒータ４を作動させて予熱を開始すると共に、グロー
ランプ１１を点灯させてドライバに予熱中であることを
知らせる。また、グロー時間カウント用のカウンタの作
動を開始する。

次に、ステップ１０では、バッテリ電圧検出装置１０か
らの信号によりバッテリ電圧を読み込む。

ステップ１１では、ステップ１０て読み込んだバッテリ
電圧ＶＢに基づいてスタータスイッチＯＮ後のＰＴＣヒ
ータ４の作動数及びアフタグロー時間の設定を行う。即
ち、第６図に示すようにスタータスイッチＯＮ後には、
ＰＴＣヒータ作動数を減少させると共に、第７図に示す
ようにバッテリの充電状況に応じ、バッテリ電圧ＶＢが
低いときにはバッテリ電圧Ｖａか高いときに比べてより
一層ＰＴＣヒータ作動数を減らし、アフタグロー時間を
延ばすように設定する。これにより、クランキング時の
ＰＴＣヒータ４て消耗されるバッテリ電力を抑制する。

ステップ１２ては、ステップ９で作動開始したグロー時
間カウント用のカウンタの値からグローか完了したか否
かを判定する。そして、グロー時間か完了するとステッ
プ１３に進み、グローランプ１１を消灯させる。

ドライバがグローランプ１１の消灯を確認してスタータ
スイッチ６をＯＮ操作して、ステップ１４の判定がＹＥ
Ｓとなると、ステップ１５に進む。

ステップ１５では、フラグＢか１か否かを判定する。フ
ラグＢはステップ１６でグロー期間中はＢ＝０に設定さ
れるので、スタータスイッチ６のＯＮ操作か１回目の時
は、かかる判定かＢ＝Ｏとなりステップ１７に進む。

ステップ１７ては、補助燃料噴射弁３の作動、ステップ
１１で設定されたＰＴＣヒータ作動数及びアフタグロー
時間に基づいてＰＴＣヒータ作動数の減少変更及びアフ
タグロー時間カウント用のカンウタの作動を実行する。

これにより、加熱されたＰＴＣヒータ面に燃料か当たり
気化して機関１の燃焼室に送られ、低温時でも速やかに
始動する。

ステップ１８では、フラグＡ＝０、フラグＢ＝１にセッ
トする。

ステップ１９では、アフタグローか完了したか否かを判
定し、完了したらステップ２０に進み、ＰＴＣヒータ４
及び補助燃料噴射弁３の作動を停止する。

かかる構成によれば、ヒータ発熱面積一定とし発熱温度
を変化させる従来装置か、第８図のＤ点からＦ点の領域
において熱流束ｑの低下によりヒータから燃料に伝達さ
れる熱量Ｑが前述の（２）式から明らかなように逆に低
下して燃料の気化効率が低下するのに対し、ＰＴＣヒー
タ４の発熱温度を適切に設定して一定としアルコール濃
度と水温に応じて加熱面積を変化させるようにした本実
施例装置では、（２）式から前記熱量Ｑを増大させるこ
とができ燃料の気化を効率良く行える。そして、バッテ
リの消費電力を低減でき、バッテリ劣化及びバッテリ上
がりを防止できる。また、バッテリの寿命を延ばせると
共に、システムに使用するバッテリ容量を小さくてきコ
ストを低減できる。

また、予熱完了後スタータスイッチ６をＯＮｔ。

てクランキングを開始するときに、ＰＴＣヒータ４の作
動数を減少させてクランキング時にＰＴＣヒータ４で消
費される電力を抑制したので、スタータに要するエネル
ギを高めることかでき、クランキング回転を充分確保で
き、始動不能を防止できる。従って、始動性を向上でき
ると共に、バッテリの寿命を延ばすことができる。

更に、バッテリ充電状態に応じてスタータスイッチＯＮ
後のＰＴＣヒータ４の作動数を減少設定するので、バッ
テリが劣化し、バッテリ起電力か低下した場合には、Ｐ
ＴＣヒータ４の消費電力を抑制すると共にスタータへの
供給電力を確保し、始動に必要な最低のクランキング回
転以上に保持してバッテリ劣化時にも始動を可能にして
いる。

尚、バッテリ電圧が低く、ＰＴＣヒータ作動数か減り、
アフタグロー時間か延びたときには、機関始動時に設定
される燃料噴射弁２の始動増量値を設定変更し、始動増
量値を小さくすることにより、クランキング時間か延び
た際に燃焼室内に溜まる未燃燃料量を減らし、溜まった
未燃燃料によるつオータハンマーを防止し、ウォータハ
ンマーに起因する始動不能及び再始動不能を防止してい
る。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれは、アルコール濃度と
水温に応じてＰＴＣヒータの作動数を可変として発熱面
積を可変とする構成としたので、単にヒータへの通電量
を変える従来のものに比へてバッテリのエネルギを効率
良く使用して効果的に燃料の気化を行うことかでき、良
好な始動性能を得られると共に、バッテリの消費電力を
必要最低限に抑えることによりバッテリ劣化の防止、バ
ッテリ上がりの防止、また、バッテリの長寿命化を実現
できる。そして、システムに供するバッテリ容量を小さ
くてきコストの低減を図ることかできる。

また、クランキング時にＰＴＣヒータ作動数を減少する
ことにより、クランキング回転を更に高回転化できバッ
テリの電力消耗を低減できる。また、バッテリ充電状態
に応じてクランキング後のＰＴＣヒータ作動数を減少設
定すれば、バッテリ劣化時等にクランキングによるバッ
テリ上がりを防止できると共に、電力不足によるクラン
キング回転数の低下を防止てき、バッテリ劣化時でも始
動不能になるのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すシステム構成図、第３図は同上
実施例の制御フローチャート、第４図はアルコール濃度
及び水温とＰＴＣヒータ作動数との関係図、第５図はア
ルコール濃度及び水温とグロー時間との関係図、第６図
はスタータスイッチＯＮ前後のＰＴＣヒータ作動数と作
動時間と関係図、第７図はバッテリ充電状態とスタータ
スイッチＯＮ後のＰＴＣヒータ作動数との関係図、第８
図は沸騰熱伝達における熱流束と加熱面温度との関係図
、第９図は液滴寿命と加熱面温度との関係図を示す。 Ｉ・・・機関 噴射弁　　４ ルユニット 温センサ スイッチ ２・・−燃料噴射弁　　３・・・補助燃料・・・ＰＴＣ
Ｉ：：−１５・・・コン）・ロー６・・・スタータスイ
ッチ　　７・・・水８・・・アルコールセンサ　　９・
・・キー１０・・・バッテリ電圧検出装置 特許出願人　日産自動車株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）低温始動用補助燃料噴射弁と、該補助燃料噴射弁
   から噴射されたアルコール混合燃料を加熱するヒータと
   を備えてなる内燃機関の燃料供給装置において、前記ヒ
   ータを複数設けると共に、機関の冷却水温を検出する水
   温検出手段と、燃料中のアルコール濃度を検出するアル
   コール濃度検出手段と、機関始動前の予熱期間のヒータ
   作動数を検出された水温とアルコール濃度に応じて可変
   設定してヒータ発熱面積を可変とするヒータ制御手段と
   を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. （２）予熱期間終了後のスタータスイッチのオン操作に
   伴ってヒータ作動数を減少させるヒータ減少手段を備え
   たことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料供給
   装置。
3. （３）前記ヒータ減少手段は、予熱期間中にバッテリ電
   圧を検出するバッテリ電圧検出手段からの検出値に基づ
   いてヒータの減少数を設定することを特徴とする請求項
   ２記載の内燃機関の燃料供給装置。