JPH06507692A - 燃料噴射内燃エンジン用燃料装置の改良 - 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】 燃料噴射内燃エンジン用燃料装置の改良本発明は内燃エンジンへの燃料を計量し て供給する燃料装置に係り、特に、直接噴射形エンジンの燃焼室またはエンジン の空気吸入装置のいずれかに燃料を分配する燃料噴射器と組み合わせて用いるの に好適な燃料装置に関する。

燃料噴射装置においてはエンジンへの燃料を計量するプロセスに適切な圧力が保 たれるように、決められた圧力のもとて燃料供給を行う燃料圧力調節器を備える のが通例である。この燃料圧力調節器を使用する系統にはその圧力調節器から燃 料リザーバにかけての燃料戻り系統が必要であり、燃料リザーバと高圧で燃料を 送る燃料噴射ＶＣ置との間で燃料系統が重複する。この燃料系統の伸長はそこに 使用される材料および組み立てのための費用がかさむ原因となり、また高圧に保 たれる燃料で燃料系統にリークを生しる危険性がそれだけ大きくなる。系統の安 全を損なわす、また経済性を維持することを考慮するならば、燃料リザーバとエ ンジンとの間の燃料系統は長さを短くするのか望ましい。これは、特にリークし た燃料が密閉された空間に集まり、火災を起こし易い舶用エンジンの機関室にお いてめられる。

燃料をエンジン供給条件よりも過大な圧力に昇圧するとき、ポンプ駆動エネルギ は無駄に消費される。近年、燃料噴射装置で用いられる燃料ポンプは、一般に、 電気エネルギを用いており、運転中は連続して駆動されるので、不必要な燃料ま で循環させると、電気エネルギを無駄に浪費してしまう。このエネルギの無駄は エンジンの低負荷から中負荷まで、または速度上昇時に著しく、燃料ポンプを駆 動するエネルギはエンジンから直接ないし間接的に与えられるので、過大な圧力 を保っために浪費されるエネルギが燃料消費量のうちの大きな部分を占めること になる。

米国特許第３９６７５９８号および第４５６５１７３号明細書に示されるように 、提案された燃料噴射装置は、噴射器への燃料供給圧力をほぼ一定に保つように 燃料ポンプを運転するもので、また燃料ポンプがら燃料タンクまたはリザーバま での燃料戻り系統は用いられない。

通常、燃料噴射数はエンジン速度と比例しており、燃料ポンプはこの燃料噴射数 に従う正確なサイクルを保って運転する必要がある。この高速噴射に応じた正確 なサイクルで運転されるポンプは、ポンプ効率が低く、結果的にエネルギ消費率 も低くなる。

さらに、高速噴射サイクルモードで燃料ポンプを運転する場合、ポンプの寿命は 短くなる。

米国特許第３９６７５９８号明細書に提案された燃料システムは燃料ポンプの下 流側にアキュームレータを備えているものであるか、燃料ポンプは燃料噴射数に 合わせて周期的に運転することをめられる。

ここで用いられるアキュームレータは噴射器への燃料供給圧力を設計値通りにす ること、さらに噴射サイクルとポンプサイクルとの間で同期を取るのを妨げる機 械・油圧系の時間遅れをなくすことだけを意図したものである。

本発明の目的はエンジンの燃料要求に合わせて燃料を正確に計量でき、しかも、 燃料リザーバに結ばれる燃料戻り系統を高い燃料圧力のもとにおく必要がなく、 かつポンプ効率を改善することができるようにした燃料供給方法およびその装置 を提供するものである。

上記目的を達成するために本発明に従う燃料装置の運転方法が提供される。

周期的に運転可能な燃料ポンプ、この燃料ポンプによって供給される燃料を受け 入れる燃料計量手段、エンジンへの燃料を計量して分配するために前記燃料計量 手段を制御する演算装置を備え、エンジン運転中、前記演算装置に運転条件を示 す信号が入力され、前記演算装置がそれに応じて必要燃料量を決めるようにした 内燃エンジンの燃料を計量して供給する燃料装置の運転方法であって、制限値内 のある圧力を保って前記燃料計量手段への燃料供給を行うように前記演算装置の 制御のもとて前記燃料ポンプを間欠的に運転し、そのとき制限値は前記燃料ポン プが前記計量手段で送給可能な最大量よりも多い燃料を送るように選択され、さ らに前記燃料計量手段へ送られる燃料の供給圧力を検出し、この検出された燃料 圧力信号を前記演算装置に入力する手順を含み、前記燃料計量手段の制御中、前 記演算装置が前記必要燃料量を決めるために前記燃料圧力信号を用いるようにし たものである。

ここで、燃料は燃料ポンプによって、好ましくは密閉された容器に供給され、さ らに容器から燃料計量手段に直接供給される。この容器はアキュームレータの役 割を果たし、アキュームレータから燃料計量手段へ流れる燃料圧力を示す演算装 置への入力としての信号を検出する検出器を備えている。演算装置はアキューム レータ内の燃料圧力が選択された最大値と最小値の間に保たれるようにこの圧力 入力信号に従って燃料ポンプの運転を制御する。これと別の制御方法は容器内の 燃料レベルを検出して演算装置に入力信号として与えるか、あるいは燃料レベル 検出器の出力で直接燃料ポンプの運転を制御するやり方が可能である。

燃料計量手段に供給される燃料の圧力はたとえばオリフィスを通す場合の流量の ように燃料計量手段の方式によって分配量に影響が生じる。そこで、演算装置は エンジンへの燃料の制御中、燃料供給圧力を考慮しなければならない。

通常、燃料計量手段は燃料を送り出すボートないしノズルを備えており、分配量 を調節するためにはそのボートないしノズルの開放時間を変化させる必要がある 。このため、ボートないしノズルが開かれるとき、圧力降下が生し、この変動に よって流量に変化が生じる。演算装置は、このとき、適正な量の燃料を分配でき るように、他のエンジン運転条件と共にボートないしノズルへ供給される燃料圧 力の変動に応じてその開放時間を制御する。

燃料圧力検出器は計量中に燃料が送られるガスと燃料供給圧力との圧力差を検出 するように構成してもよい。

上記の燃料装置の利点は燃料ポンプの吐出側に加圧される燃料戻り系統が不必要 になることである。しかも、燃料ポンプはエンジン燃料要求に合うだけの燃料を 送り出すように運転すればよい。したがって、リザーバから抽出されてその後リ ザーバに戻される燃料を昇圧するために消費されたエネルギを節約することがで きる。

さらに、演算装置は燃料計量手段への実際の燃料供給圧力を示す信号を入力する ので、燃料供給圧力を一定に保つ必要かない。したがって、燃料ポンプは連続運 転の合間に多くの停止時間を伴いつつ、間隔を不規則に間欠的に運転させること になる。このため、燃料ポンプは設計された速度で、高い効率を保って運転する ことができる。また、エネルギ消費を少なく、かつ機械的な磨耗を減少させるこ とができる。

さらに、本発明は燃料計量手段への実際の燃料供給圧力を示す信号を出力する検 出器を用いるようにしたので、燃料圧力の調節は不必要であり、演算装置はすべ て燃料供給圧力で燃料要求に合うように適正な量の燃料を分配することにだけ、 かかりきりで燃料計量手段を制御すればよく、正確な制御を行うことができる。

近年、ガス（一般に、空気）中に計量した燃料を乗せてエンジンに分配する燃料 噴射装置を使用する場合がある。この燃料噴射装置においてはガス中に燃料が分 配されるので、燃料の計量を行うことが普通であり、ガス圧力は燃料計量プロセ スに関係してくる。したがって、燃料ポンプが間欠的に運転される間も、燃料計 量手段に供給する燃料供給圧力を制御できるように予め演算装置は燃料が送られ るガス圧力の変動に応じて燃料供給圧力を変えるようになっていなければならな い。すなわち、ここでは燃料とガスとの圧力差が制御されており、したがって、 燃料とガスとの圧力差は常に一定である。これに代える方法は燃料とガスとの圧 力差を検出し、はぼ一定した圧力差になるように制御する方法が可能である。

また、エンジン運転条件によっては燃料噴射圧力あるいは燃料・ガス混合気噴射 圧力を変えることが望ましい。

これは燃料計量プロセスに対して逆効果を与えることなく、燃料供給圧力を変え ることのできる本提案の燃料装置を用いることで可能になる。

また、本発明に従う内燃エンジン用燃料装置が提供される。

燃料リザーバから燃料計量装置へ燃料を送るための燃料ポンプを備えた内燃エン ジン用燃料装置であって、前記燃料ポンプの下流側に設けられた中間リザーバを 備え、前記中間リザーバ内の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、前記燃料ポン プの駆動電源を接続、遮断して前記中間リザーバ内の燃料圧力を決められた制限 値内に保つように前記燃料圧力信号を受け、かつ処理する演算装置とを設けたも のである。

好ましくは、演算装置は燃料要求に合うように燃料を分配するための燃料計量手 段を制御中、中間リザーバ内の燃料供給圧力の変化に応じるように構成し、これ により燃料計量は燃料ポンプの運転サイクル側からの逆効果に影響されずに正確 な計量を行うことができる。

本発明は添付図面に示された燃料装置への実際の適用例の説明からより容易に理 解することができる。

図１は舶用エンジンへ適用される燃料装置を示す系統図である。

図１を参照すると、複数の燃料計量および噴射装置１０はそれぞれのシリンダあ るいは多シリンダエンジンのシリンダ入口ボートへの燃料を送るように並設され ている。これらの燃料計量および噴射装置は燃料装置の特性に従い装置の変更が 可能で、さらに多シリンダエンジン用として単一の装置としても構成することが できる。

各燃料計量および噴射装置１０はそれぞれ燃料リザーバ１２からの燃料を溜めて おく共通の燃料レール１１がら供給される燃料を受け入れるように構成されてい る。

図に示される装備は舶用への用途であり、燃料リザーバ１２は順番に燃料タンク １３から昇圧ポンプ１４を介して燃料を受け取る。燃料リザーバ１２にリザーバ １２内の燃料レベルが決められたレベルに達したとき、昇圧ポンプ１４を停止し 、燃料の供給を止めるためのフロート弁９を取付けている。これらの燃料リザー バ１２、昇圧ポンプ１４およびフロート弁９の要項は舶用エンジンについて規定 する米国規則に従うものである。これらの規則は、自動車ないし他の自動式車輌 のような舶用以外の装備には、上記の燃料リザーバ１２が車両では燃料タンクを 用いるなど装備が異なるので、適用できない。

高圧形燃料ポンプ１５は燃料リザーバ１２から燃料を抽出し、これを燃料フィル タ１７を通してアキュームレータ１６に送る。アキュームレータ１６はスプリン グ２０ないしこれに類似する弾性部材で付勢された少なくとも１つのたわみない し可動隔壁１９を有する密閉された容器として構成されている。可動隔壁１９は 燃料がアキュームレータ１６に流れて圧力が作用したとき、図１の上方に変位す るか、あるいはたわみ、また一方、燃料がアキュームレータ］６を去ったとき、 付勢されたスプリング２０で下方に変位する。このため、アキュームレータ１６ 内の燃料圧力はそこから燃料レール１１へ、そして燃料計量および噴射装置１０ へ燃料が供給される間、予め設定した制限値内に保たれる。アキュームレータ１ ６は上記した方法に代えて供給燃料圧力を一定に保つように燃料レベルの動きを 上限から下限まで検出可能な位置センサを用いてレベル信号を出力させるように してもよい。

圧力センサ１８の受ける圧力はアキュームレータ１６内、あるいはそれの上流側 ならびに計量および噴射装置１０下流側のいずれかの燃料圧力とし、そこで検出 された信号はＥＣＵ　（電子制御装置）２２へ入力される。

ＥＣＵ２２はアキュームレータ１６内の燃料圧力を最大と最小値との間に保つよ うに燃料ポンプ１５の駆動電源を接続あるいは遮断するようにプログラムされて いる。

したがって、燃料消費率が少ないとき、最大から最小値へ圧力降下が可能なアキ ニウムレータ１６内の燃料が消費されるまで、長時間にわたって燃料ポンプ１５ の駆動電源は切られたままになる。燃料消費率が最大になるときでも、アキュー ムレータ１６の容量が燃料噴射装置の１サイクルあたりの最大消費率のある倍数 となるように決められるので、燃料ポンプ１５はアキュームレータ１６に燃料を 循環させることができる。

燃料を循環させる燃料ポンプ１５の運転はアキュームレータ１６内に設ける燃料 レベル信号を出力する位置センサからの信号を受けるＥＣＵ２２で構成してもよ い。

アキュームレータ１６における容量および許容される燃料圧力ないし燃料レベル の変更は燃料消費率が最大のときも、噴射器で５０ないしそれ以上の燃料分配量 が送られる間隔で燃料ポンプ１５の駆動電源を接続、遮断できるように選択する 。

燃料ポンプ１５の接続、遮断操作は燃料装置によるエネルギ消費の減少をもたら す。特に、エンジンで駆動される交流発電機による電気出力の消費を減らすこと ができる。特に、エンジンが低負荷から中負荷に至るまでの間および低速から中 通になるまでの間は大きな節減効果を得ることができる。

圧力センサ１８によるＥＣＵ２２への圧力信号は燃料供給時にそれぞれの必要燃 料を決めるために燃料計量および噴射装置１０の燃料計量装置２３に対する制御 信号を出力するために用いられる。この計算は燃料供給時点の実際の燃料圧力を 取り込むものとなる。この計算結果を用いて燃料計量装置２３を開け、エンジン の燃料要求量に見合う量の燃料を分配するための正確な時間を計算することが可 能になる。

また、ＥＣＵ２２はエンジン速度、エンジン負荷およびエンジン温度のような、 エンジン燃料要求量を決めるのに必要な入力を受け取っている。

燃料ポンプ１５は決められた圧力ないしレベル制限値の範囲内で燃料を供給する 必要のあるときだけ運転されるので、燃料レール１１から燃料リザーバ１２にか けての燃料戻り系統は不必要である。

しかしながら、たとえば燃料レール１１内で燃料か気化してそこに滞留してしま うのに備えるなどの別の理由から、燃料レール１１が設けられる周囲の温度によ っては燃料レール１１から燃料リザーバ１２にかけて燃料の一部を逃がすように 装備中に抽出系統を加えるのが望ましい。

これはオリイス２４を組込んだ燃料戻り系統２１を結ぶようにする。このオリフ ィス２４の口径は燃料レール１１内に気化した燃料が溜まるのを防ぐために充分 な量を燃料リザーバ１２まで戻せるように決定する。オリフィス１４に代えて電 磁弁を燃料戻り系統２１に設け、ＥＣＵ２２からの信号でこれを開動作させるよ うにしてもよい。この制御信号は決められたサイクルで与えるか、またはエンジ ン温度、始動条件ないし燃料温度のような運転条件に応じて与えるようにする。

上記した燃料をエンジンに供給するための方法および装置は燃料単独あるいは燃 料と空気のようなガスをエンジンに送る燃料噴射装置で、燃料噴射器が計量燃料 を噴射前か、あるいは噴射中の空気に送り込むことができるものに適用すること ができる。本発明の組み合わせが可能な燃料計量および噴射装置の代表的例は米 国特許第４９３４３２９号明細書に開示されている。

エンジンへ送られる空気量に合わせて燃料が計量される燃料噴射装置においては 燃料の計量制御中に使用される空気の圧力を示す信号をＥＣＵ２２に入力するこ とができる。

また、そのときの圧力が大気圧よりも低い値になるとき、空気の圧力をスプリン グ２０の補助荷重としてアキュームレータ１６の可動隔壁１９に作用させること ができる。この配置においてはアキュームレータ１６内の燃料圧力が予め設定し た方法で加えられた空気圧力に比例することになる。これは燃料と空気との圧力 差をほぼ一定にすることかでき、計量精度を上げるうえで好ましい。

また、エンジンの高負荷運転ではガス圧力を高く保って運転することが望ましい 。低負荷から中間負荷条件時の空気圧力に比例させるか、あるいはエンジンの速 度に単独に比例させるか、エンジン負荷と速度とを組み合わせてそれに比例させ るかのいずれかの方法でガス圧力を高くする。

このガス給気圧力をエンジン負荷および／または速度を示す入力信号に従い変え るとき、あるいは予め決められたレベルよりも大きい燃料要求に応じて変えると きは演算装置をそれを実行可能なように手順を決めることになる。

握部は Ｔ　Ｔ　Ａ ＥＰ　５５４１７　ＪＰ５７＋０８４２７　ＵＳ　４５６５１７３ＡＵ　８９４ ３９０５　Ｄε　３９３７３６２　ＵＳ　４９５１８３８

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．周期的に運転可能な燃料ポンプ、この燃料ポンプによって供給される燃料を 受け入れる燃料計量手段、エンジンヘの燃料を計量して分配するために前記燃料 計量手段を制御する演算装置を備え、エンジン運転中、前記演算装置に運転条件 を示す信号が入力され、前記演算装置がそれに応じて必要燃料量を決めるように した内燃エンジンの燃料を計量して供給する燃料装置の運転方法であって、制限 値内のある圧力を保って前記燃料計量手段への燃料供給を行うように前記演算装 置の制御のもとで前記燃料ポンプを間欠的に運転し、そのとき制限値は前記燃料 ポンプが前記計量手段で送給可能な最大量よりも多い燃料を送るように選択され 、さらに前記燃料計量手段へ送られる燃料の供給圧力を検出し、この検出された 燃料圧力信号を前記演算装置に入力する手順を含み、前記燃料計量手段の制御中 、前記演算装置が前記必要燃料量を決めるために前記燃料圧力信号を用いるよう にした燃料装置の運転方法。
2. ２．前記燃料ポンプの間欠運転制御中、制御値内に燃料圧力を保つように前記演 算装置が前記燃料圧力信号を用いるようにした請求の範囲第１項記載の燃料装置 の運転方法。
3. ３．前記燃料ポンプがアキュームレータに燃料を送るようにした請求の範囲第２ 項記載の燃料装置の運転方法。
4. ４．前記燃料ポンプがアキュームレータに燃料を送ると共に、予め決められた前 記アキュームレータ内の燃料レベルの変動に応じて前記燃料ポンプの間欠運転を 制御するようにした請求の範囲第１項記載の燃料装置の運転方法。
5. ５．前記アキュームレータ内の燃料レベルを検出し、この検出された燃料レベル 信号を前記演算装置に入力し、前記燃料ポンプの間欠運転制御中、前記演算装置 が前記燃料レベル信号を用いるようにした請求の範囲第４項記載の燃料装置の運 転方法。
6. ６．前記計量手段が燃料を計量してガス給気中に分配し、その燃料と前記ガス給 気との圧力差を基準に決められた燃料圧力を検出するようにした請求の範囲第１ 項ないし第４項のいずれか１項に記載の燃料装置の運転方法。
7. ７．予め決められたエンジン負荷または速度の変動に応じて前記ガス給気圧力を 変えるように前記演算装置によってガス給気圧力を制御するようにした請求の範 囲第６項記載の燃料装置の運転方法。
8. ８．燃料要求条件が予め決められたレベルよりも大きいとき、前記演算装置が前 記給気圧力を増加するようにした請求の範囲第７項記載の燃料装置の運転方法。
9. ９．燃料リザーバから燃料計量装置へ燃料を送るための燃料ポンプを備えた内燃 エンジン用燃料装置であって、前記燃料ポンプの下流側に設けられた中間リザー バを備え、前記中間リザーバ内の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、前記燃料 ポンプの駆動電源を接続、遮断して前記中間リザーバ内の燃料圧力を決められた 制限値内に保つように前記燃料圧力信号を受け、かつ処理する演算装置とを設け てなる燃料装置。
10. １０．燃料要求に合うように燃料を分配するため前記計量手段を制御中、前記演 算装置が前記中間リザーバ内の燃料圧力を示す前記燃料圧力信号を処理するよう に手順を決めてなる請求の範囲第９項記載の燃料装置。