JPS6341666A - 燃料噴射式エンジンの燃料制御装置 - 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） この発明は燃料噴射式エンジンの燃料制御装置に関し、
特に、燃料噴射弁に供給する燃料を加圧・加熱して、燃
料を気化状態で噴射させる燃料制御装置の改良に関する
。

（従来の技術） 燃料噴射式エンジンは、エンジンの吸入空気ｈｌ。

吸気管圧力、エンジン回転数などに応じて燃料噴射量を
決定し、エンジンの吸気通路に設りられた燃料噴射弁を
これに対応させて間欠的に開弁することによって、エン
ジンの空燃比を制御するものであって、排気ガスの浄化
対策上有効なことが知られている。

この種の燃料噴射式エンジンにあつＣは、気化器式のエ
ンジンに比べて、燃料の霧化ないしは微粒化が劣ると′
いう欠点があって、従来から各種の微粒化促進対策が提
案されており、その１つとしていわゆる減圧沸騰現象を
利用することが、例えば実開昭６０−８２５７５号公報
に提案されている。

減圧沸騰は、第７図に示すように、燃料の温度と圧力と
の関係で表わされる状態特性において、燃ｒ１の飽和蒸
気圧力線以上で液体状態にある燃料を、イの時の燃料温
１良のまま燃料の過熱曲線以下に急減圧した場合に、液
体燃わ１の過熱状態により気泡の忽成長が生じて、瞬時
的に燃￥１が分裂沸騰して気化する現象である。

この現象をエンジンに適用するには、例えば燃料ａ７４
出弁の前後で燃料が、飽和蒸気圧力線以上の状態１）＋
　＋ろ過熱曲線以下の状態に移行するようにずれば、燃
オ′）１噴ｍ弁から噴出された燃料はその直後に気化り
る。

そこＣ１−ｈ　ＭＬ公報に開示されている燃料制御装置
では、燃料を加圧する加丹下段と、この加圧手段に」、
る燃Ｆ１の加圧状態では燃料ｎ、１１１ＪＩ弁の燃料通
路内−（・（ま沸ｌｌ企けず、１１つ燃お１噴口４１）
には急減圧に伴い一１記ｒＪＩ　ＩＩをか生じるＪ、う
な湿度にまで加熱覆る加熱手段ど、燃料ｎ（ｊ用弁に供
給された燃料の過剰分を燃１′：１タンクに戻りリター
ン通路と、リターン燃料を冷７Ｊ］するための燃料冷７
．ｆｌ装間とを備え、燃料通路内では液体状態を保持し
、燃料噴射時には減圧沸騰にＪ−り瞬間的に気化させて
、燃料の微粒化を促進させるようにしているが、この装
置には次のような問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 寸なわら、上記構成の燃料制御装置では、減圧沸騰させ
るために一旦加熱した燃料の過剰分を冷却装置によって
冷やして燃料タンクに戻しているので、リターン燃料の
加熱に用いられたエネルギーが無駄に消費されていた。

また、余分なリターン燃料も加熱しな【プればならない
ので、加熱手段の容量がその分だけ大きく必要となり、
加熱手段が大型化Ｊるという問題もあった。　さらに、
加熱されたリターン燃料が燃料制御装置に至るまでのリ
ターン油路内Ｃ゛ペーパー化するという問題があった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてイ丁され
たもので゛あって、その目的とするところは、加熱され
たリターン燃料の熱エネルギーを有効に活用することで
、加熱手段の小型化と、リターン通路内でのペーパー化
の防止が達成Ｃきる燃料噴射式エンジンの燃料制御装置
を提供することにある。

（問題点を解決１゛るための手段） 、Ｊ−開目的をｊ構成するために、この発明は、燃料タ
ンクから燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給通路と、
前記燃料を加圧覆る加圧手段と、前記燃料供給通路に設
け、られ前記加圧手段による加圧状態では沸騰せず、前
記燃料噴射弁から＠射した時に減圧沸ＩＩヲが発生ずる
温度に前記燃料を加熱づ−る加熱手段と、前記燃料噴射
弁に供給された過剰煉石を前記燃料タンク側に戻すリタ
ーン通路とを備えた燃料噴射式丁ンジンにおいて、前記
加熱手段の上流側に熱交換器を設けた。

この熱交換器は、上記燃料供給通路と上記リターン通路
との間に介装され、上記燃料噴射弁に送り込まれる供給
燃料と上記燃料タンク側に戻されるリターン燃料との間
で熱交換を行なわせる。

（作　用） 十記構成の燃料制御装置においＣは、加熱手段−５〜 で加熱されｌｊリターン燃わ１と、加熱手段で加熱され
る前の供給燃料とが、燃料供給通路とリターン通路との
間に設けられた熱交換器を介して熱の授受を行ない、リ
ターン燃料の熱量は供給燃わ１に奪われてこれを予備加
熱するとともに、リターン燃料はこれにより温度が低下
する。

従って、供給燃料は予備加熱されて加熱手段に流入づる
ので、加熱手段の熱容岱は小さくてすむとともに、リタ
ーン燃料は温度が低下するので、リターン通路内でのペ
ーパー化が阻止される。

（実施例） 以下、この発明の好適な実施例について添附図面を参照
にして詳細に説明する。

第１図から第３図は、この弁明に係る燃Ｙ′８ｉ哨用式
エンジンの燃料制御ｇｉ＠の一実施例を示している。

第１図は燃料噴射式エンジンの燃料制御装置の全体構成
を示し、１はエンジン、２はエンジン１のシリンダ３に
摺動自在に１■挿したピストン４により容積可変ｔこ形
成された燃焼室、５は一端が工アクリ−プロを介して人
気に連通し、他端が上記燃焼室２に間口して吸気をエン
ジン１に供給するための吸気通路、７は一端が上記燃焼
室２に間口し、他端が大気に開放され！、−排気を排出
するだめの排気通路であって、上記吸気通路５の途中に
は、吸入空気量を制御覆るスロットル弁８が配設されて
いるとともに、吸気通路５の燃焼室２の近傍には、付切
壁９により上下に区画された大通路面積の主吸気通路５
ａおＪ：び小通路面積の副吸気通路５ｂとが形成されて
いて、主吸気通路５ａの上流端には低角荷時に閉じ、中
、高負荷時に開くシャツタ弁１０と、該主吸気通路５ａ
のシャツタ弁１０の下流側に燃料を噴射供給する燃料噴
射弁１１とが各々配設されている。

また、上記エアクリーナ６の下流には吸気空気ｆｉ−）
を計測するエアフローセンサ１２が設（プられ、ぞの出
力信号はエアクリーナ６内に設置された吸気温センサ１
３と、ス［］ットル弁８に連動した開度センサ１４およ
びエンジン１の冷却水温を計測Ｊる水温センサ１５の出
力信号とともに電子コントロールコニット１６に入力さ
れている。

一方、上記燃料噴０’ｌ弁１１への燃料の供給系は以下
のように構成されている。

燃料噴射弁１１と燃料タンク１７との間は、燃料供給通
路１８で接続され、燃料供給通路１８には燃料タンク１
７から下流に向けて、燃料を加圧するために通常のもの
より容■が大ぎい燃料ポンプ１９、燃料フィルタ２０、
燃料噴射弁１１から燃料が噴射された時に減圧沸騰が発
生する設定圧力、例えば３　、５　ｋｇ／　ｃｎ？程度
に調圧り゛るための燃圧レギュレータ２１、燃料を設定
温度、例えば１２０℃程度まで加熱するための加熱器２
２、力旧］−された燃料の圧力値を検知づる燃圧センサ
−２３、加熱された燃料の温度を検知する燃温センサ２
７′ｌの順に設置されている。

また、燃料噴射弁１１と燃料タンク１７との間には、過
剰に供給された燃料を戻まためのリターン通路２５が接
続され、リターン通路２５には燃料タンク１７から燃料
噴射弁１１側に向（プて、リターン燃料を断熱膨張させ
て減圧する膨張器と、この膨張器を冷却し燃料温度を低
下させる減圧・冷却装置２６、リターン燃料の圧力が燃
圧レギュレータ２１の設定圧力にりも高い時に、これを
レギュレータ２１の下流に戻し、加熱器２２ないしは燃
料ポンプ１９の０担を軽減するとともに、レギュレータ
２１の設定圧力よりも低い時および異常高温時に、リタ
ーン燃料をリターン通路２５に戻Ｊ燃圧リミッタ２７の
順に設（プられている。

さらに、上記加熱器２２の上流側の燃料供給通路１８と
、燃料リミッタ２７の上流側のリターン通路２５との間
には、加熱器２２で加熱される前の燃料とリターン燃料
との間で熱交換を行なわせるための熱交換器２８が設り
である。

上記燃圧レギュレータ２１の設定圧力、加熱器２２にに
る加熱温度および燃料ポンプ１９の制御は、燃１■セン
勺２３．燃渇ｔ＝ンザ２４の出力信号などを入力値とし
て上記電子コントロールコニット１６（・行なわれる。

なお、電子コントロールユニット１６の入力信号は、上
記した各レン１）からのもの以外に１１気通路７に設【
ノられたＡ／Ｆセンセン９．エンジン１の回転数センサ
３０がある。

第２図、第３図は電子コント１」−ルユニット１６によ
る燃料噴射制御の一例を示している。

制御フローがスターと１−ると、まず、ステップＳ１で
システムを初期化したのち、ステップＳ２で回転数セン
サ３０からのエンジン１の回転数Ｎ信号と、エア７０−
センザ１２からの吸入空気ｈｊＱ信号と、開度センサ１
４からのスロットル弁開度信号と、吸気温センサ１３か
らの吸気温度ど、燃温センサ２４からの燃料温度および
水温センサ１５からのエンジン温度の各信号を各々入力
して、ステップＳ３で燃料噴射弁１１からの７ｉ１本哨
用ｉｉ１τａを上記エンジン回転数Ｎおよび吸入空気量
Ｑに応じて下記式、 τａ　＝　（Ｑ／Ｎ）ＸＫ Ｋ：噴射イ換算係数 に基づいて算出する。

しかる後、ステップＳ４およびステップＳ５で燃料噴射
弁１１への燃料を加熱すべく加熱器２２を作動制御する
。寸なわら、ステップＳ４で上記スロワ１開度弁聞度と
エンジン回転数Ｎとから把捉されるエンジン１の負荷状
態に応じて燃料の加熱目標温度を、第４図の負荷−目標
温度特性から読出した後、この目標温度と実際の燃１’
＋１温度どの偏差に応じて、第５図に基づき加熱器２２
への供給電流値を読出し、その後、スーテップＳ５でこ
の電流値をハ１１熱器２２に供給するように制御する。

ここに、上記第４図の負荷−目標温度特性において、目
標温度Ｔは、第７図の燃料の状態特性において、燃オ′
≧１の加圧状態下では燃料圧力が飽和蒸気圧力線を越え
て液体状態にあり（つまり沸騰せず）、月つ、燃１＋１
噴Ｑｊ１弁１１からの噴射時には、燃料圧力が過熱曲線
以下になって減圧沸騰が発生しで、燃わ１が急速に気化
覆る温度である。

そして、この目標温度Ｔは、エンジン負荷状態に応じＣ
上がし、所定の高負荷値Ｌ　Ｉ−１以後は、燃料のパー
コレイション防止おＪ：び燃料の気化の促進に伴う吸気
充填品の低下防止−１−１目標記疫を下げる特性になっ
ている。

だの後、ステップＳ６以降で、エンジン負荷の増大に伴
う吸気０圧の低下（圧カ上臂）に起因して、燃料の気化
効率が低下するのを補ｆｔｔ　＝ｊべく、燃料噴射弁１
１への燃料の圧力飴を上界制御η−る。

寸なわら、エンジン負荷の増大に伴い燃料噴ｑ１弁１１
の先端部の雰囲気圧ツノが上昇すると、燃料圧力の低下
幅が小ざくなるため、これを所期値に保持Ｊべく燃料Ｊ
−を力をエンジン負荷の増大に応じて上昇制御すること
とし、ステップＳ６で現在のエンジン負荷状態に応じた
燃圧レギュレータ２１の設定値を、第６図の特性図に基
づいて算出して、ステップＳ７でこの設定値でもって燃
圧レギュレータ２１を制御する。

そして、ステップｓ７で燃料噴射弁１１へ出力する伝号
のパルス幅τを下記式、 τ＝　ｒ　ａ　Ｘ　Ｃｔａｘ　Ｃｆｐｘ　ＣＣｆａ　：
燃料密痘の補正係数 Ｃｆｐ：燃料圧力の補Ｉ［係数 Ｃ：その他の補正係数 に基づいて算出しｌｃ後、ステップｓ９で燃料噴射−１
１＝ ｎ、’を明か否かを判別し、燃料噴用時期になるのを待
って、ステップＳ１０で上記燃料噴射パルス幅τに応じ
た燃わ１を燃料噴射弁１１から噴射供給づる。

ここで、燃料供給通路１８を介して燃料噴射弁１１に供
給された燃料の一部は、リターン通路２５を介して減圧
・冷却装置２６側に戻るが、その途中で熱浸換器２８に
よ−）て加熱器２２に流入する前の加丹された燃料と間
で熱の授受が行なわれる。

これにより、加熱器２２に流入する燃料は、加熱されて
いるリターン燃料から熱を受けである程ｍの温度まで予
備加熱された状態どなり、加熱器２２による加熱（まそ
の分だけ少なくなる。

一方、熱を奪われたリターン燃わ１は、渇曵が低下づ′
るので、リターン通路２５内でのペーパー化が回避され
るとともに、減圧・冷却装＠２６による冷却も予め温度
が低下しているので、筒中にできる。

以−１のようにして、燃料噴射弁１１から加熱・加圧さ
れた燃料の噴射が行なわれると、第３図に示づ制御フロ
ーが実行される。

同図に示１制御フローは、燃料ポンプ１９の駆動・停止
をコントロールするものであって、ステップ８１１〜Ｓ
１３までで現在の燃料温度（ＴＦ＞が燃温センサ２４か
ら、また、同燃料圧力（ＰＦ）が燃圧センサ２３から、
さらに同エンジン１の回転数（Ｎｅ　）が回転数センサ
３０からそれぞれ読み込まれる。

ステップＳ１４では、ステップＳ１１で読み込んだ燃料
温度ＴＦが燃料温度の限界値ｔｍａｘを越えているか否
かを判断し、これがｔｍａｘ以下であれば引ぎ続いてス
テップ８１５で、ステップ８１２で読み込／υだ燃料圧
力ＰＦが燃料圧力の限界値Ｊ〕ｍａ×を越えているか否
かを判断し、Ｐ「がｐＨｌａＸ以下であればステップＳ
１６で加熱器２２の駆動を継続して、次のステップを実
施する。

一方、ステップ８１４と同８１５との何れかで、ＴＦな
いしはＰＦがそれぞれの限界値ｔｍａＸ、　ｐＨｌａ×
を越えていると判断された場合には、ステップＳ１７で
加熱器２２を停止し、燃料温匪ないしはｈカの異常時に
備えている。

イして、燃料温度「［と燃料１［力１〕「とが限界値１
’、ＩＩＩａＸ、　ｐ　ｍａＸ　’ＪＸ内であれば、ス
テップＳ１８以降が実行される。

ステップ３１８〜３２０では、ステップ８１１〜Ｓ１３
で読み込まれたＴＦ、ＰＦ、Ｎｅの値が、設定値（ｔ、
ｐ、ｎ）Ｊ、りも大きいか否かが順次判断され、ＴＦ、
ＰＦ、Ｎｅのうちいずれか１つが設定値（ｔ　、　Ｉｌ
ｌ　、　ｅ　）よりも大ぎい場合は、ステップＳ２１で
燃料ポンプ１９の駆動を継続してスタートに戻る。

つまり、ステップ８１８〜Ｓ２０では、燃温ＴＦが設定
温度［よりも高いか、燃圧ＰＦが設定値［）よりも高【
ノれば、エンジン１が停止していても、燃料温度ＴＦど
燃料圧力ＰＦとがともに設定値ｔ。

ｐ以下に２７６まで（Ｊ燃料ポンプ１９を駆動さゼてＪ
５　＜。

そし−（、燃わ１温庭Ｔ［、燃料１ｆ力ＰＦ、回転数Ｎ
Ｏがともに設定値ｔ　、　ｐ　、　ｎ以下の場合には、
ステップ５２２（イグニッションキーが’　ＯＮ　”か
”　Ｏｒ　ｌ：”かを判断し、これが“’ＯＦＦ”であ
ればステップＳ２３で燃料ポンプ１９を停止し、制御〕
１］−を終了するが、イグニツシ）ンキーがＯＮ　”で
あれば、ステップ８２１で燃料ポンプ１９を駆動して待
機する。

（発明の効果） 以上、実施例で詳細に説明したように、この発明に係る
燃料噴射式エンジンの燃料制御装置によれば、従来の燃
料制御装置に熱交換器を（＝Ｉ加覆るという比較的簡単
な構成にもかかわらず、リターン燃料で供給燃料を加熱
することかできるので加熱手段の小型化が図れるととも
に、リターン燃料は冷却されるのでリターン通路でのペ
ーパー化が抑制される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の全体構成図、第２図および第３図
はコントローラの作動を示す）［コープヤード図、第４
図はエンジン負荷に対する燃料の目標湿度特性を示す図
、第５図および第６図は加熱器および燃圧レギコレータ
のイれぞれの制御特性図、第７図は燃料の状態特性図で
ある。 １・・・・・・・・・エンジン　　　１１・・・用燃料
噴射弁１７・・・・・・燃料タンク　　１９・・・・・
・燃料ポンプ２１・・・・・・燃圧レギコレータ ２２・・・・・・加熱器　　　　２３・・・・・・燃圧
センサ２４・・・・・・燃温センサ　　２５・・・・・
・リターン通路２８・・・・・・熱交換器 特許出願人　　　　　　　　　マツダ　株式会社代　理
　人　　　　　　　　　弁理士　−色健輔同　　　　　
　　　　　　弁理士　松本雅利第３図 Ａ ｋ４雇　　　　Ｓｌｌ ＴＦ ガ ／７’１／７７、Ｐ、−８１２ ンンンｌ友　　　　　　５１３ ブ′１ルク゛　Ｎｅ ＴＦ　〉ｔｍａｘ　　ＹｅＳ ｌ５ｅ８ ｓｔｅ　　　　　　　　　　ｓｔｙ 〜１１、各左動　　　　蓄８．ｌ尋↓ Ｎ０ＴＦ＞ｔ？Ｓ１８ Ｉ９ ”　　Ｐｒ＞Ｐｒ Ｓ ２Ｏ Ｎｅくｎ？　　　” ”　！；２２ Ｏ 第４図　　　　第５図 第６図 エンジン九可

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料タンクから燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給通
   路と、前記燃料を加圧する加圧手段と、前記燃料供給通
   路に設けられ前記加圧手段による加圧状態では沸騰せず
   、前記燃料噴射弁から噴射した時に減圧沸騰が発生する
   温度に前記燃料を加熱する加熱手段と、前記燃料噴射弁
   に供給された過剰燃料を前記燃料タンク側に戻すリター
   ン通路とを備えた燃料噴射式エンジンにおいて、前記加
   熱手段の上流側にあって、前記燃料供給通路を介して前
   記燃料噴射弁に送り込まれる供給燃料と前記リターン通
   路を介して前記燃料タンク側に戻されるリターン燃料と
   の間で熱交換が行なわれるように前記燃料供給通路と前
   記リターン通路との間に熱交換器を設けたことを特徴と
   する燃料噴射式エンジンの燃料制御装置。