JPH11336634A - 内燃機関の燃料温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 機関の冷間始動時等燃料温度が低い時に速や
かに燃料温度を上昇させることができると共に燃料温度
の制御性を向上させる。 【解決手段】 燃料圧送ポンプ１からコモンレール２へ
の圧送される燃料の一部をコモンレールよりは体積の小
さい蓄圧室９に導入して速やかに昇圧、昇温させる。そ
の昇温された燃料を再び燃料圧送ポンプによってコモン
レールに圧送する。蓄圧室への燃料の流入と排出のコン
トロールは蓄圧室の上流、下流に設けられた電磁弁８，
１０をＥＣＵ１４で開閉制御することにより行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数のインジェクタ
が接続される燃料蓄圧室を備えた内燃機関の噴射燃料の
温度を制御する装置で、特に機関の始動時に速やかに燃
料温度を上昇させ燃焼を安定化させる燃料温度制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より複数のインジェクタを１つの燃
料蓄圧室に接続し、燃料蓄圧室に圧送ポンプからの燃料
を蓄圧しておき、そこから各インジェクタを通じて機関
の各シリンダ内へ燃料を噴射する、いわゆるコモンレー
ル式燃料噴射装置が知られている。燃料蓄圧室（以下コ
モンレールという）には燃料圧送ポンプから圧送された
燃料が高圧状態で蓄積されるため燃料温度は高い状態に
あり、その高温状態で燃料がそれぞれのインジェクタか
ら噴射されるようになっている。

【０００３】しかしながら、特に機関の始動時にはコモ
ンレール内の圧力は機関運転中のコモンレール内圧力に
比べて低いためコモンレール内の燃料温度はすぐには上
昇せず、したがって機関始動後しばらくはインジェクタ
へ供給される燃料は粘度が比較的高く、噴射の際の霧化
状態（微粒化状態）があまり良くなく、燃焼が悪化する
可能性がある。

【０００４】そこで従来、燃料の温度を上昇させて粘度
を低下させ、燃料噴射時の噴霧の微粒化を促進する技術
が提案されている。例えば、特開平４−１１６２６５号
公報にはコモンレール式の燃料噴射装置ではないが、イ
ンジェクタの前段に化学反応によって発熱する発熱装置
を設け、燃料配管を発熱装置内に導入してインジェクタ
に燃料が供給される前に燃料温度を上昇させるものが開
示されている。また、化学反応を利用した加熱装置の代
わりに、電気ヒータを設けて噴射前に燃料を加熱する装
置なども考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−１１６２６５号公報に記載されている燃料の加熱装
置では化学反応を利用して加熱するものであるから燃料
温度のコントロールが極めて難しい。この点、電気ヒー
タを用いた加熱装置では燃料温度のコントロール性は良
いが、電気ヒータの電力源はバッテリーであるから消費
電力が大きくなり今度は燃費が悪化するという恐れがあ
る。

【０００６】従って、本発明はコモンレール燃料噴射装
置を用いた内燃機関の特に機関始動時等に燃料温度を上
昇させて燃料の粘度を下げ、噴霧の微粒化を促進させる
燃料温度制御装置において、燃料温度の制御性を良くす
ると共に、しかもその燃料温度制御によって燃費を悪化
させないようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、燃料ポンプで圧送される燃料がコモンレ
ール内で高圧状態になれば自ら温度上昇する点に着目
し、まず請求項１に記載の発明では複数の燃料噴射装置
に共通の燃料蓄圧室を備えた内燃機関において、前記燃
料蓄圧室と燃料圧送ポンプとを燃料通路により接続し、
燃料圧送ポンプから圧送された燃料の一部を昇圧するこ
とで燃料の昇温を行う昇温手段を設け、昇温された燃料
の前記燃料蓄圧室への供給量を制御する燃料供給量制御
手段とを設けた。

【０００８】このようにすれば、燃料蓄圧室へ向けて圧
送された燃料の一部を取り出して、燃料蓄圧室での燃料
昇圧よりも速く昇圧することで速やかに昇温し、昇温し
た燃料の燃料蓄圧室へ供給量を制御することによって燃
料蓄圧室内の燃料温度、すなわちインジェクタへ供給さ
れる燃料温度を所望の温度にすることができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では請求項１
の燃料温度制御装置において、昇温手段は燃料圧送ポン
プから圧送された燃料の一部を蓄圧する前記燃料蓄圧室
よりは体積の小さい第２の蓄圧室によって構成される。

【００１０】請求項２に記載のものによれば、第２の蓄
圧室で速やかに燃料が昇圧されて昇温する。燃料の昇温
には化学反応や電気ヒータ等の別エネルギーを設けなく
ても行える。

【００１１】さらに請求項３に記載の発明では請求項２
の燃料温度制御装置において、第２の蓄圧室で昇温され
た燃料が前記燃料圧送ポンプに導入され得るようにし、
第２の蓄圧室への燃料の導入と第２の蓄圧室からの燃料
の排出のタイミングを制御する制御弁を備えた。

【００１２】請求項３の発明では、第２の蓄圧室で昇温
された燃料は燃料圧送ポンプに再び導入され、さらに第
２の蓄圧室へ導入される燃料の導入タイミングと第２の
蓄圧室からの燃料の排出タイミングを制御することで、
蓄圧室の燃料圧と温度状態をインジェクタによる噴射に
影響を与えないで所望状態に制御できる。

【００１３】

【発明の実施形態】次に本発明をより具体化した発明の
実施形態について説明する。図１は本発明に関するコモ
ンレール（燃料蓄圧室）を備える燃料噴射装置の概略図
である。図１において、１は燃料タンクの燃料をくみ上
げてコモンレール（以下ＣＲと記す）２に圧送するため
の燃料圧送ポンプ（以下単にポンプという）であり、Ｃ
Ｒ２とポンプは燃料配管３によって連結されている。Ｃ
Ｒ２には機関の各気筒毎に設けられるインジェクタ４が
それぞれ燃料配管によって接続されている。また、ＣＲ
２にはＣＲ２内の燃料圧と燃料温度をそれぞれ検出する
ためのＣＲ圧センサ５、燃料温度センサ６が設けられて
いる。

【００１４】ポンプ１とＣＲ２との間の燃料配管３は途
中で分岐しており、分岐した燃料配管７は電磁弁８を介
して蓄圧室９に接続されている。蓄圧室９は燃料を蓄圧
するために一定体積を有する。ただし、その体積はＣＲ
２に比べて小さく設定されている。また、蓄圧室９は電
磁弁１０を介して燃料配管１１によってポンプ１の入力
側に接続されている。蓄圧室９の体積はＣＲ２の体積と
ポンプ１の圧送能力によって適切な大きさに設定されて
いる。ポンプ１による圧送燃料がＣＲ２の他に蓄圧室９
にも分配されるため、蓄圧室９の体積を大きくしすぎる
とＣＲ２の圧力上昇に時間がかかり、噴射に影響を与え
ることになる。逆に小さくしすぎると昇温された燃料の
量が少なくなるのでポンプ１に戻されてＣＲ２の燃料の
昇温に時間がかかる。なお、図１中１２は蓄圧室７の圧
力を検出するための圧力センサであり、１３は燃料タン
クへの燃料のリターン通路である。

【００１５】図１中１４はＣＲ圧センサ５、ＣＲ温度セ
ンサ６、蓄圧室圧力センサ１２からの信号を入力し、ポ
ンプ１の燃料圧送量をコントロールするための信号や、
ポンプ１から圧送される燃料を蓄圧室９に蓄圧するため
に電磁弁８の駆動をコントロールするための信号、蓄圧
室９の昇温された燃料をポンプ１に導入するための電磁
弁１０の駆動をコントロールするための信号などを生成
するためのＥＣＵ（エレクトリックコントロールユニッ
ト）である。ＥＣＵ１４はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、各
種インターフェイス回路、ＢＵＳ、付属メモリー等を備
える周知のマイクロコンピュータシステムから構成さ
れ、ＣＲ２の燃料温度制御手段を構成する。このＥＣＵ
１４はＣＲ２の燃料温度制御用として独立に設けること
もできるし、他の制御手段、例えば燃料噴射制御用の制
御手段の一部に組込んだ形にすることもできる。本実施
形態に示すＥＣＵ１４は他の燃料噴射制御手段なども含
んだ総合制御型ＥＣＵの形態を取っている。従ってＥＣ
Ｕ１４には機関回転数ｅｎｅ、機関水温ｇｈｔｍ、アク
セル開度信号ａｃｃｌ、イグニッションオン信号ＩＧＯ
Ｎ、ＣＲ２圧力信号ｐｃｒ、蓄圧室圧力ｐ等が入力信号
として入力され、出力信号としてポンプ駆動信号、イン
ジェクタ駆動信号、電磁弁駆動信号などが出力される。
図1中破線の矢印は各信号の流れを示している。

【００１６】また、本実施形態では蓄圧室９の燃料がポ
ンプの入力側に導入されるようになっており、蓄圧室９
の燃料圧は燃料タンクの燃料圧よりも相当高い状態であ
るので、燃料タンクへ燃料が逆流しないように逆流防止
弁１５が設けられている。

【００１７】以上が本実施形態の装置構成の説明であ
る。なお、ここで請求項１に記載の構成要件との対応を
明記しておくと、ＣＲ２は請求項１の燃料蓄圧室に相当
し、蓄圧室９、は請求項１中の昇温手段に相当し、電磁
弁８、１０、およびＥＣＵ１４は請求項１中の燃料供給
量制御手段にそれぞれ相当する。

【００１８】なお、本実施形態では蓄圧室９で昇温され
た燃料を再びポンプ１に導入するようにしているが、ポ
ンプ１に戻さず直接ＣＲ２に導入するようにすることも
できる。

【００１９】次に、上記の装置構成を用いた燃料温度制
御方法について説明する。図２は本実施形態の燃料温度
制御のフローを示している。主に燃料の温度を上昇させ
る必要があるのは、機関の始動後かあるいはアイドリン
グ状態の時である。まずステップ２０１で機関の始動を
イグニッションオン（ＩＧ ＯＮ）で確認し、電磁弁
８、電磁弁１０の開閉状態を確認する。次にステップ２
０２で機関の回転数ｅｎｅ、機関の水温ｇｔｈｗ、ＣＲ
２内燃料温度ｇｔｈｆ、燃料噴射量ｑｆｉｎを読込む。
機関回転数ｅｎｅは機関のクランク軸に設けられた回転
数センサから、水温ｇｔｈｗは水温センサから、燃料温
度ｇｔｈｆは燃料温度センサから読込む。燃料噴射量ｑ
ｆｉｎは機関回転数ｅｎｅとアクセル開度ａｃｃｌによ
って決まるマップから読込まれる。ステップ２０３で目
標燃料温度ｔｆを機関の回転数ｅｎｅと燃料噴射量ｑｆ
ｉｎのマップから決定し、ステップ２０４で水温ｇｔｈ
ｗに応じて補正する。水温が低ければ、目標燃料温度ｔ
ｆを大きくし、水温が低ければ目標燃料温度ｔｆを小さ
くするのである。そしてステップ２０５で補正された目
標燃料温度ｔｆ＊に比べて実燃料温度ｇｔｈｆが小さい
か否かを判断し、実燃料温度ｇｔｈｆが目標温度ｔｆ＊
より大きければそのまま処理を終了し、逆に小さければ
ステップ２０６へ移行する。ステップ２０６ではｔｆ＊
と実燃料温度ｇｔｈｆの偏差に基づいて電磁弁８、１０
の開閉タイミングを決定する。つづいてステップ２０７
で機関が全負荷、すなわちポンプ１が全圧送であるの
か、部分圧送であるのかを判断する。ポンプ１が全圧送
の時はＣＲ２へ全て燃料を圧送するため電磁弁８を閉じ
て蓄圧室９に燃料が流れないようにする（ステップ２０
９）。機関全負荷の時はポンプ１の全圧送量に対して噴
射量の要求が大きくＣＲ２の圧力低下を速やかに補う必
要があるので、蓄圧室９への燃料流入を中止するのであ
る。一方、ポンプ１の圧送が部分圧送、すなわちポンプ
１の一回の圧送量の最大値以下での運転状態では、電磁
弁８を閉じて電磁弁１０を開き蓄圧室９に燃料を導入し
て燃料を昇温する（ステップ２０８）。そして、ステッ
プ２０６で決定された電磁弁８、１０の開閉タイミング
でポンプ１の吸入行程、排出行程のタイミングに応じて
それぞれの電磁弁８、１０を開閉し、蓄圧室９で昇温さ
れた燃料をポンプ１へ導入するようにする。そしてステ
ップ２１０ではＣＲ２圧ｐｃｒと指令ＣＲ２圧とに差が
あるかどうかを判断し、ステップ２１１でその偏差に応
じてポンプ１の圧送指令値を算出する。この時ポンプ１
の圧送量の指令値はＣＲ２に圧送するのに必要な圧送量
に蓄圧室に送られる燃料量分を加えた圧送量に補正され
た形で算出される。ステップ２１２でポンプは出力され
た圧送指令値に従って駆動される。なお、図２のフロー
チャートには入れていないが、蓄圧室９の燃料圧力ｐを
モニタしているので、燃料圧力が所定圧以上、すなわち
燃料温度が高くなりすぎたら電磁弁８を閉じて、電磁弁
１０を開いて蓄圧室９の燃料をポンプへ逃がすようにす
ることもできる。この場合は電磁弁１０の切換で燃料タ
ンクに燃料が戻る経路を設ける必要がある。

【００２０】以上説明したように、本実施の形態の燃料
温度制御装置によれば、機関の始動時等燃料の温度が目
標温度に比べて低い時はポンプ１から圧送された燃料の
一部を蓄圧室９に蓄圧して昇圧、昇温し、昇温された燃
料を再びポンプ１によってＣＲ２へ圧送するようにして
いるので、速やかにＣＲ２内の燃料温度が上昇して燃料
噴射の際の噴霧の微粒化が促進され燃焼が安定する。そ
の結果機関の冷間始動時の始動性が向上し、ＮＯｘや、
スモークの発生が抑制されるという効果を奏する。そし
て、ＣＲ２の温度を検知し、その温度が目標の温度にな
るように電磁弁８、１０の開閉タイミングをＥＣＵ１４
で制御しているので、ＣＲ２内の燃料温度の制御性も良
い。また、高圧状態で燃料の温度が上昇することを利用
して燃料を昇温し、電気ヒータなど車載のバッテリーの
エネルギーを用いることはないので燃費が悪化する心配
も少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施形態の燃料温度制御装置の概略シス
テムを示す図。

【図２】発明の実施形態の燃料温度制御方法を説明する
フローチャート。

【符号の説明】

１ ポンプ ２ コモンレール ３ 燃料配管 ４ インジェクタ ５ ＣＲ圧力センサ ６ ＣＲ温度センサ ８ 電磁弁 ９ 蓄圧室 １０ 電磁弁 １４ ＥＣＵ １５ 逆流防止弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の燃料噴射装置に共通の燃料蓄圧室
   を備えた内燃機関において、 前記燃料蓄圧室と燃料圧送ポンプとを燃料通路により接
   続し、 該燃料圧送ポンプから圧送された燃料の一部を昇圧する
   ことで燃料の昇温を行う昇温手段を設け、 昇温された燃料の前記燃料蓄圧室への供給量を制御する
   燃料供給量制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関
   の燃料温度制御装置。
2. 【請求項２】 前記昇温手段は燃料圧送ポンプから圧送
   された燃料の一部を蓄圧する前記燃料蓄圧室よりは体積
   の小さい第２の蓄圧室によって構成される請求項１に記
   載の内燃機関の燃料温度制御装置。
3. 【請求項３】 前記第２の蓄圧室で昇温された燃料が前
   記燃料圧送ポンプへ導入され得るようにし、 前記第２の蓄圧室への燃料の導入と該第２の蓄圧室から
   の燃料の排出のタイミングを制御する制御弁を備えた請
   求項２に記載の内燃機関の燃料温度制御装置。