JPS6350660A - 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量。

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け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っては、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５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、燃料の飽和蒸気
圧力線以上で液体状態にある燃料を、その時の燃料８度
のまま燃料の過熱曲線以下に急減圧した場合に、液体燃
料の過熱状態により気泡の急成長が生じて、瞬時的に燃
料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、例えば燃料噴出弁
の前後で燃料が、飽和蒸気圧力線以上の状態から過熱的
５１Ｉ！下の状態に移行するようにすれば、燃Ｆｌ噴射
弁から噴出された燃料はその直後に気化する。

そこで、上記公報に開示されている燃料制御装置では、
燃料を加圧する加圧手段と、この加圧手段による燃料の
加圧状態では燃料噴射弁の燃料通路内では沸騰せず、且
つ燃料噴射時には急減圧に伴い上記１ｍが生じるような
温度にまで加熱する加熱手段とを備え、燃料供給通路内
では液体状態を保持し、燃料噴射時には減圧沸騰により
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、この装置にはエンジンの運転状態を考慮す
ると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） すなわち、上記構成の燃料制御装置では、エンジンの運
転状態（回転、負荷）に応じて飽和蒸気圧力線よりもや
や高い温度に燃ｒ４温度を制御し、また、その温度条件
に、ｊ′３いてＶ！料供給通路内で燃料が１ｍしないよ
うに同様に運転状態に応じて燃料圧力を制御する。

しかし、エンジンの加・減速時には、燃料の要求団が急
激に変化し、燃料噴射弁への燃料供給伍は短時間に大き
く増減することになるが、加熱手段はこの変化に迅速に
応答することが難しい。

従って、加速時に燃料流Ｂが急激に増加すると、燃料の
加熱が間に合わず、その結果、−時的に燃料温度が低下
する。

一方、加速時には吸気管内圧が高くなるので、燃料噴射
弁の前後での圧力差が小さくなり、上記燃料温度の低下
と併せると、加速初期には燃料噴射が液体と気体とが混
在する不安定な領域で行なわれ、十分な微粒化が得られ
なかった。

また、減速時には、燃料流量が急激に減少するので、燃
料温度は上昇傾向にあって、燃ｒ４通路内で沸騰が生ず
る慣れがあった。

さらに、上記のものにおいては全運転領域で、噴射され
る燃料が気体に近い状態まで微粒化されているため、出
力の要求される全負荷域ではこれにより空気の充ｌＸｆ
ｆ１が減少して、出力が上昇しない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なされたも
のであって、その目的とするところは、エンジンの運転
状態が変化しても減圧沸騰を確実に行える燃料噴射式エ
ンジンの燃料制御装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、燃料噴射弁に
供給する燃料を加圧する加圧手段と、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
手段とを備えた燃料噴射式エンジンにおいて、前記エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運
転状態検出手段で検出したエンジンの運転状態に応じて
前記加圧手段による燃料の加圧圧力を変更する加圧圧力
変更手段とを設けた。

（作　用） 上記構成の燃料制御装置によれば、燃料の加圧圧力は、
運転状態検出手段で検知した運転状態に対応して加圧圧
力変更手段で、加・減速時にはいずれも高く、また、全
負荷時には燃料温度とともに低く変更される。

従って、加速時に一時的に燃料温度が低下し、また吸気
管圧力が上昇したとしても、燃料圧力が高くなっている
ので、燃料噴射時の圧力差が大きくなり、これにより十
分な微粒化が確保できる。

また、減速時に燃料温度が上昇しても、その時の燃料圧
力が高くなっているので、燃料通路内で燃料を液体領域
に留めることができ、そのベーパ化が防止される。

さらに、全負荷時には燃料温度と燃料圧力とがともに低
くなるように変更されるので、噴射燃料は気体と液体と
が混在した状態となり、必要な空気の充填聞が確保され
て、エンジンの出力低下を防止する。

（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４図は、この発明に係る燃料噴射式エンジ
ンの燃料制御装置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
摺動自在に嵌挿したピストン４により容積可変に形成さ
れた燃焼室、５は一端がエアクリーナ６を介して大気に
連通し、他端が上記燃焼室２に開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
に開口し、他端が大気に開放された排気を排出するため
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ｉ、１１ｆｉｌするスロットル弁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、仕
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
５ａ；Ｂよび小通路面積のｉｖＪ吸気通路５ｂとが形成
されていて、主吸気通路５ａの上流端には低負荷時に閉
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量を計１
１１１１するエアフローセンサ１２が説けられ、その出
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、スロワ］・ル弁８に連動した開度センサ１４およ
びエンジン１の冷却水温を計工１１する水温センサ１５
の出力信号とともに電子コントロールユニット１６に入
力されている。

一方、上記燃料噴射弁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
より容量が大きい燃料ポンプ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３．５ｋ（１／ａｍ’程度に調
圧す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２２、加
圧された燃料の圧力値を検知する燃圧センサ２３、加熱
された燃料の温度を検知する燃温センサ２４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す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側に向けて、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の設定圧力よりも高い時に、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の負担を軽減するとともに、レギュレータ２
１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に戻す燃圧リミッタ２７の順
に設けられている。

ざらに、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が設け
である。

上記燃料レギュレータ２１の詳細を第２図に示している
。

同図に示す燃料レギュレータ２１は、燃料フィルタ２０
側と接続される入口部２１ａと、リターン通路２５側に
接続されるリターン口部２１ｂと、熱交換器２８側に接
続される図外の出口部と、吸気通路５側に接続される負
圧導入口部２１ｅとが設けられたケーシング２１ｄ１お
よび、ケーシング２１ｄ内に内蔵されリターン口部２１
ｂからの流出燃料を調部するバルブ２１ｅ、バルブ２１
ｅを保持したダイヤフラム２１ｆ、ダイヤフラム２１ｆ
を付勢するバネ２１ｇ、バネ２１９の弾発力を調整する
プレート２１ｈとを備え、ケーシング２１ｄに内蔵され
たステッパモータ２１１を電子コントロールユニット１
６で駆動すると、上下動することにより、そのステッパ
モータ２１１により図示しないロンド部材がバネ２１ｇ
の軸方向にプレート２１ｈが回転してバネ２１（＋のダ
イヤフラム２１「に対する付勢力が変化し、ケーシング
２１ｄの出口部から熱交換器２８側に供給される燃料圧
力が変更される。

上記燃圧レギュレータ２１の設定圧力、加熱器２２によ
る加熱温度は、燃圧センサ２３．燃温センサ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ユニット
１６で行なわれる。

なお、電子コントロールユニット１６の入力信号は、上
記した各センサからのもの以外に排気通路７に設けられ
たＡ／Ｆセンサ２９．エンジン１の回転数センサ３０が
ある。

＠３図は、電子コントロールユニット１６による加・減
速時の燃料噴射制御のうち、燃料圧力を設定するサブル
ーチンの一例を示している。

制御フローがスタートすると、まず、ステップＳ１で回
転数センサ３０からのエンジン１の回転数Ｎ信号と、開
度センサ１４からのスロットル弁開度信号Ｔｈおよび負
荷信号Ｔρと、燃温センサ２４からの燃料温度ＴＲおよ
び燃圧センサ２３からの燃料圧力ＰＲの各信号を各々入
力する。

ステップＳ２ではスロットル開度信号Ｔｈの経時変化量
△Ｔｌｌから、加速中か否かが判別され、加速状態であ
ればステップＳ３で、第３図（ｂ　）に示すように、△
Ｔｈの大きざにほぼ比例して大きくなる燃料圧力の加速
補正値ｐｃを求める。

ステップＳ２で加速していないと判断されると、ステッ
プＳ４でスロットル開度信号Ｔｈの変化坦△Ｔｈから、
減速中か否かが判断され、減速状態であればステップＳ
５で、第３図（Ｃ）に示すように、△Ｔｈの絶対値に対
応して大きくなる燃料圧力の減速補正値Ｐ′ｃが求めら
れる。

ステップＳ４で減速していないと判断されると、ステッ
プＳ６で一定時間経過後にＰｃないしはＰＣを０１つま
り加・減速補正をＯにしてステップＳ７が実行される。

ステップＳ７では、第３図（ｄ　）に示すように、負荷
Ｔｐと回転数Ｎとの関係で予め設定されたマツプから燃
料圧力のベース目標１ｉｔ！ＰＢが設定される。

ステップＳ７に続くステップＳ８では、第３図（ｅ　）
に示すように、各運転条件で定められた燃料温度と現在
の燃料温度Ｔとのズレから、燃料温度に対する燃料圧力
の補正値（燃温補正値）ＰＴが求められる。

そして、ステップＳ９では、ステップＳ３ないしはステ
ップＳ５とステップＳ８とでそれぞれ求めた補正値Ｐｃ
　　（Ｐ−ｃ　）、ＰＴに基づいて、ステップＳ７で設
定されたベース目標値Ｐｂの補正が行なわれ、最終目標
燃圧ＰＤが算出される。

ステップＳ９で最終目標燃圧ＰＢが求められると、ステ
ップＳ１０で第３図（［）に示すように、現在の燃料圧
力ｐｒとの差の絶対値により、燃圧レギュレータ２１の
ステッパモータ２１ｉに出力するパルス数が決定された
後、ステップ３１１でＰＲとＰＤとの差がＯよりも大き
いか否かが判断され、これがＯよりも大きければステッ
プ３１２でモータ２１１を逆転させ、また、○よりも小
さければモータ２１１を正転させて、プログラムを終了
する。

以上の如きサブルーチンによりエンジン１の加・減速時
の制御を行なえば、加速時には要求されている加速の程
度に対応して、燃圧レギュレータ２１によって加熱器２
２に供給される燃料圧力が高くなるように補正されるの
で、加速による燃料流量が急激に増加し、−時的に燃料
温度が低下し、且つ主吸気通路５ａの内圧が上昇したと
しても、燃料噴射弁１１の前後での圧力差は十分に大き
くなり、燃料の噴射流速が大きくなってその微粒化が十
分に行なわれる。

また、減速時にも要求されている減速の程度に応じて、
加速時と同様に燃料圧力が高くなるように補正されるの
で、燃料流速の激減によって燃料温度が上昇したとして
も、燃料は飽和蒸気圧力線の上方に留まり、燃料供給通
路１８やリターン通路２５内での沸騰が阻止される。

第４図は電子コントロールユニット１６によるエンジン
１の全負荷時の燃料温度と燃料圧力とを設定するサブル
ーチンを示している。

同図では制御フローがスタートすると、まず、ステップ
Ｓ２０でエンジン回転数Ｎ、スロツ１へル開度信号Ｔｈ
などからエンジン１の運転状態が全負荷か否かが判別さ
れ、全負荷でないと判断されると、ステップＳ２１で常
用運転時の燃料温度ｔｘと燃料圧力Ｐ×とがそれぞれＴ
、Ｐとして設定される一方、全負荷時であると判断され
るとｔｘ、　ＰＸよりもいずれも低い値ｔ　＝ｘ　、　
Ｐ−ｘがステップＳ２２でそれぞれＰ、Ｔとして設定さ
れる。

次いで、ステップ８２３で現在の燃料圧力ＰＲとステッ
プ３２１ないしはステップ８２２で設定されたＰとの演
算が行なわれ、これが一致していなければステップ８２
４を経てステップＳ２３に戻り、ＰＲをＰに一致させる
制御が行なわれた後、ステップＳ２５とステップ３２６
ではステップ８２３．　Ｓ２４と同様に、現在の燃料温
度ＴＲを設定温度Ｔに一致させる制御を行なってプログ
ラムを終了する。

上記制御の状態を第５図の状態図で説明すると、常用運
転時の燃料温度ｔｘ、燃料圧力Ｐ×は、飽和蒸気圧力線
の上方の同図のＡ点、例えば燃料温度１２０℃、燃料圧
力３．５ｋ（１／ｃｎに設定されていて、この運転状態
で燃料噴射を行なうと、気体の領域にある同図の０点に
燃料が噴射され安定した減圧沸騰が得られる。

しかし、全負荷時にもこの状態を維持すると、前述した
ように空気の充１ａｆｆｉが不足する。

そこで、この実施例では全負荷時には、燃料温度ＴＲと
燃料圧力ＰＲとを、これらがｔＸ’、ｐＸよりも低くな
る第５図に示すＢ点（燃料温度ｔｘ−。

燃料圧力Ｐ×′）までシフトさせ、その状態で燃料を噴
射させる。

このように燃料温度と圧力とを変更すれば、燃料は液体
と気体とが混在する領域の点で供給されるので、空気の
充填缶を確保して出力の低下を来たさない。

（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、エンジン
の運転状態に応じて燃料の加圧圧力を変更するので、運
転状態の変化に伴う燃料流量の０激な増減により燃料温
度が減圧沸＠要求温度からズしても、燃料の十分な微粒
化が確保されるとともに、供給路内での沸騰が防止され
、運転状態の変化にもかかわらず安定した減圧沸騰が実
現できる。

【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図は燃圧レギュ
レータの一部破断斜視図、第３図および第４図はコント
ローラの作動を示すフローチャート図、第５図は燃料の
状態特性図である。 １・・・・・・・・・エンジン　　　１１・・・・・・
燃料噴射弁１７・・・・・・燃料タンク　　１９・・・
・・・燃料ポンプ２１・・・・・・燃圧レギュレータ 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２図 （ａ） 第３図 第５図 保展乙ゑｆＪ）＝Ｊろグイ５′君グ４人愁ｑ刀燃”　ぞ
斤遥展　　（’Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料噴射弁に供給する燃料を加圧する加圧手段と、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を備えた燃料噴射式エンジンにおい
   て、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手
   段と、この運転状態検出手段で検出したエンジンの運転
   状態に応じて前記加圧手段による燃料の加圧圧力を変更
   する加圧圧力変更手段と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。