(57)【要約】【課題】内燃機関の燃料冷却装置において、燃料配管内のベーパの発生を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】燃料を冷却する手段４を備えた内燃機関１の燃料冷却装置において、燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段７と、燃料の温度を検出する燃料温度検出手段８と、燃料圧力検出手段７により検出される燃料の圧力から、ベーパが発生するおそれのある燃料温度を推定するベーパ発生温度推定手段１６と、を備え、内燃機関１が停止されている場合であって、ベーパ発生温度推定手段１６により推定される燃料温度よりも、燃料温度検出手段８により検出される温度が高い場合に、燃料を冷却する。【選択図】図１
2006233814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を冷却する手段を備えた内燃機関の燃料冷却装置において、
燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
燃料の温度を検出する燃料温度検出手段と、
前記燃料圧力検出手段により検出される燃料の圧力から、ベーパが発生するおそれのある燃料温度を推定するベーパ発生温度推定手段と、
を備え、
内燃機関が停止されている場合であって、ベーパ発生温度推定手段により推定される燃料温度よりも、前記燃料温度検出手段により検出される温度が高い場合に、燃料を冷却することを特徴とする内燃機関の燃料冷却装置。
【請求項２】
燃料性状により燃料の冷却条件を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直噴型ガソリン機関において、機関始動時に燃料圧力を急速に上昇させ、各気筒の圧縮行程で高圧の燃料を噴射することにより燃料を微粒化させ、要求噴射量を少なくし、機関始動時のＨＣ排出量を低減させる技術（始動時昇圧制御）が知られている。
【０００３】
しかし、燃料圧力が上昇するまでは、燃料噴射を行うことができず、始動完了までに要する時間が長くなるおそれがある。特に、機関停止時に燃料配管内にベーパが発生すると、始動時にベーパを消滅させたり、圧縮したりするのに時間がかかり、その結果始動完了までの時間がより長くなるおそれがある。そして、ベーパの発生量は、燃料性状、機関停止から始動までの燃料温度、燃料圧力等により変わる。
【０００４】
さらに、インジェクタ付近の燃料配管内の圧力は、チェックバルブ等により機関停止時であっても高圧に保持されている。しかし、チェックバルブ等の経年変化等により該チェックバルブ等から燃料が漏出することがある。この場合、機関停止直後では、インジェクタ付近の燃料配管内の燃料は高温で且つ低圧の状態となり、ベーパの発生量が増加し、次回機関始動時において始動完了までの時間がさらに長くなる。
【０００５】
これに対し、ベーパが発生していると判定されたときに、ラジエータファンを作動させて燃料温度を低下させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８−２１８８７２号公報
【特許文献２】特開平９−２５６９２６号公報
【特許文献３】特開平６−２８０７０９号公報
【特許文献４】特許２７９５０２０号公報
【特許文献５】実公平７−５４５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ベーパが発生した後に燃料温度を低下させても、暖機完了後に機関が停止され、その後直ぐに再始動されるときには、ベーパが消滅される前に再始動の要求があることもあり、その場合、始動完了までの時間が長くなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃料冷却装置において、燃料配管内のベーパの発生を抑制することができる技術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】
【０００８】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の燃料冷却装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
燃料を冷却する手段を備えた内燃機関の燃料冷却装置において、
燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
燃料の温度を検出する燃料温度検出手段と、
前記燃料圧力検出手段により検出される燃料の圧力から、ベーパが発生するおそれのある燃料温度を推定するベーパ発生温度推定手段と、
を備え、
内燃機関が停止されている場合であって、ベーパ発生温度推定手段により推定される燃料温度よりも、前記燃料温度検出手段により検出される温度が高い場合に、燃料を冷却することを特徴とする。
【０００９】
燃料が高温となる例えば暖機完了後に内燃機関が停止されると、燃料温度が高く且つ燃料圧力が高い状態となっている。燃料圧力が高圧に保たれていれば、燃料温度が高くてもベーパは発生し難いが、チェックバルブ等から燃料が流出すると、燃料圧力低下して燃料温度だけが高温の状態となる。そうすると、燃料が蒸発して気泡となったり、燃料中に溶け込んでいた空気が気泡となったりする。これら気泡をベーパと称している。このように、燃料の温度が高いほど、また燃料の圧力が低いほどベーパが発生しやすい。そして、ベーパが発生する燃料温度と燃料圧力との関係は、燃料性状毎に求めることができる。これらに基づいて、ベーパ発生温度推定手段は、ベーパが発生するおそれのある燃料温度を推定する。
【００１０】
すなわち、燃料圧力検出手段により、燃料圧力を検出すれば、その圧力のときにベーパが発生するおそれのある燃料温度が分かる。そして、このベーパが発生するおそれのある燃料温度よりも低い温度に燃料温度を保つように、燃料の冷却を行えば、ベーパの発生を抑えることができる。
【００１１】
本発明においては、燃料性状により燃料の冷却条件を決定することができる。
【００１２】
すなわち、燃料性状の違いによりベーパの発生する温度と圧力との関係が変わるので、この燃料性状の違いによりベーパ発生温度推定手段はベーパが発生するおそれのある温度の推定値を変える。これにより、燃料が変わってもベーパの発生を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る内燃機関の燃料冷却装置では、内燃機関の燃料冷却装置において、燃料配管内のベーパの発生を抑制することができ、内燃機関の始動完了までの時間を短縮することができる。また、燃料の冷却が必要な場合にのみ燃料の冷却を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る内燃機関の燃料冷却装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本実施例に係る内燃機関の燃料冷却装置の概略構成を示す図である。
【００１６】
内燃機関１は４つの気筒２を備えている。各気筒２には、該気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁３がそれぞれ取り付けられている。各燃料噴射弁３はデリバリパイプ４に接続されている。このデリバリパイプ４には、燃料タンクからの燃料が流入する流入配管５および燃料タンクへ燃料を戻す流出配管６が接続されている。
【００１７】
デリバリパイプ４には、該デリバリパイプ４内の燃料圧力に応じた信号を出力する燃料圧力センサ７およびデリバリパイプ４内の燃料温度に応じた信号を出力する燃料温度センサ８が取り付けられている。
【００１８】
流入配管５は、燃料タンク２０に接続されている。燃料タンク２０内には、低圧で燃料を吐出するフィードポンプ２１が備えられ、該フィードポンプ２１は流入配管５と接続されている。また、流入配管５の途中には、高圧で燃料を吐出する高圧ポンプ２２が取り付
けられている。高圧ポンプ２２とデリバリパイプ４の間には、燃料の逆流を防止するチェックバルブ９が備えられている。
【００１９】
燃料タンク２０内の燃料はフィードポンプ２１により低圧で吐出され高圧ポンプ２２まで流れる。そして、高圧ポンプ２２で燃料圧力が高められた後、デリバリパイプ４にこの高圧の燃料が供給される。
【００２０】
また、デリバリパイプ４と流出配管６との接続部には、デリバリパイプ４内の燃料圧力が所定の圧力以上となったときに開弁するレギュレータ１０が取り付けられている。流出配管６は燃料タンク２０と接続され、デリバリパイプ４から流出した燃料が燃料タンク２０へ戻される。
【００２１】
デリバリパイプ４は、燃料冷却装置１１の内部に格納されている。この燃料冷却装置１１は、ラジエータ１２と冷却水通路１３を介して接続されている。冷却水通路１３の途中には、冷却水を循環させるための電動ウォータポンプ１４が備えられている。なお、ラジエータ１２および冷却水通路１３は、燃料冷却装置１１以外のシリンダブロック等にも接続されているが、その通路の記載は省略している。
【００２２】
ラジエータ１２には、該ラジエータ１２へ送風するラジエータファン１５が取り付けられている。
【００２３】
なお、燃料冷却装置１１は、単にデリバリパイプ４周辺のシリンダヘッドへ冷却水を流ための冷却水通路であっても良い。
【００２４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１６が併設されている。このＥＣＵ１６は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２５】
ＥＣＵ１６には、燃料圧力センサ７および燃料温度センサ８が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１６に入力される。
【００２６】
ＥＣＵ１６には、電動ウォータポンプ１４およびラジエータファン１５が電気配線を介して接続され、これらはＥＣＵ８により制御される。
【００２７】
ここで、内燃機関１の暖機が完了した後に、該内燃機関１が停止されると、内燃機関１の冷却水が停止されるため、内燃機関１の温度が一時的に上昇する。これにより、デリバリパイプ４の温度が上昇し、該デリバリパイプ４内の燃料温度も上昇する。この際、燃料の体積が膨張するのでデリバリパイプ４内の燃料圧力が上昇するが、チェックバルブ９若しくはレギュレータ１０から燃料が漏出した場合、デリバリパイプ４内の燃料圧力はあまり上昇せず燃料温度のみが上昇する。そして、そのときの燃料温度と燃料圧力との関係によっては、デリバリパイプ４内でベーパが発生するおそれがある。
【００２８】
これに対し、本実施例においては、そのときの燃料圧力に応じて、ベーパが発生しないように燃料の冷却を行う。
【００２９】
図２は、燃料温度とデリバリパイプ内の総蒸気圧との関係を示した図である。総蒸気圧とは、燃料内に溶存していたガスの分圧と燃料蒸気の分圧とを加えたものであり、燃料圧力としてもよい。
【００３０】
一点鎖線Ａは、蒸気圧曲線を示し、該一点鎖線Ａ上でベーパが発生し始める。この一点
鎖線Ａよりも総蒸気圧が低くなった場合若しくは燃料温度が高くなった場合にはベーパが発生している。すなわち、一点鎖線Ａよりも下側の領域でベーパが発生している。
【００３１】
一点鎖線Ｂは、ベーパ発生のおそれがある状態を示し、本実施例では、この一点鎖線Ｂよりも総蒸気圧が低くなった場合若しくは燃料温度が高くなった場合には、ベーパが発生しているとみなしている。すなわち、一点鎖線Ｂよりも下側の領域でベーパが発生しているとみなす。一点鎖線Ｂは、例えば一点鎖線Ａよりも所定値βの分だけ総蒸気圧を大きくした値としてもよい。
【００３２】
一点鎖線Ｃは、燃料の冷却が必要な状態を示し、本実施例では、燃料圧力がこの一点鎖線Ｃよりも低い場合若しくは燃料温度が一点鎖線Ｃよりも高い場に、電動ウォータポンプ１４を作動させて燃料温度を低下させる。すなわち、一点鎖線Ｃよりも下側の領域で燃料の冷却を行う。一点鎖線Ｃは、例えば一点鎖線Ａよりも所定値αの分だけ総蒸気圧を大きくした値としてもよい。
【００３３】
実線Ｘは、燃料の冷却を実施せず、且つチェックバルブ９若しくはレギュレータ１０から漏出する燃料が多い場合、すなわち、燃料圧力の低下が大きい場合の燃料圧力および総蒸気圧の推移を示している。内燃機関１が停止されてから、矢印の方向に向かって燃料の状態が変化する。この場合、燃料の漏出により燃料温度が高いまま総蒸気圧が早く低下し、途中で一点鎖線Ｃ、一点鎖線Ｂ、一点鎖線Ａを順に横切る。そして、一点鎖線Ａよりも下側の領域に達するためベーパが発生している。
【００３４】
実線Ｙは、燃料の冷却は実施しないが、チェックバルブ９若しくはレギュレータ１０から漏出する燃料が少ない場合、すなわち、燃料圧力の低下が小さい場合の燃料圧力および総蒸気圧の推移を示している。この場合、実線Ｘの場合と比較して、総蒸気圧の低下が緩慢となる。そのため、ベーパが発生しにくくなる。しかしながら、燃料温度の低下と共に総蒸気圧も低下し、途中で一点鎖線Ｃ、一点鎖線Ｂ、一点鎖線Ａを順に横切る。そのため、一点鎖線Ａよりも下側の領域でベーパが発生している。
【００３５】
実線Ｚは、本実施例による燃料の冷却を実施した場合の燃料圧力および総蒸気圧の推移を示している。燃料を冷却することにより、総蒸気圧が低く且つ燃料温度が高い状態となるのを抑制している。これにより、燃料の状態が一点鎖線Ａよりも下側の領域になることを抑制し、ベーパの発生を抑制している。
【００３６】
次に、本実施例によるベーパ発生抑制のためのフローを説明する。
【００３７】
図３は、燃料の冷却を実行するか否か判定するためのフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００３８】
ステップＳ１０１では、内燃機関１が停止中で且つ燃料圧力ＰＲが所定値ａ以上であるか否か判定される。
【００３９】
内燃機関１が運転中であれば、本実施例による燃料の冷却は行われない。また、燃料圧力ＰＲが始動時に必要となる燃料圧力（例えば、４ＭＰａ）よりも小さい場合にも燃料の冷却は行われない。本ステップでは、不必要な燃料の冷却が行われることを抑制している。
【００４０】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００４１】
ステップＳ１０２では、燃料圧力ＰＲの単位時間あたりの変化量ｄＰＲおよび燃料温度ＴＰの単位時間あたりの変化量ｄＴＰを算出する。
【００４２】
燃料圧力センサ７より得られる燃料圧力ＰＲおよび燃料温度センサ８より得られる燃料温度ＴＰを所定時間毎に記憶しておき、前回記憶値から今回検出値を減じた値を前記所定時間で除した値として求めることができる。
【００４３】
ステップＳ１０３では、燃料圧力の変化量ｄＰＲが所定値Ｃｐよりも大きく、且つ燃料温度の変化量ｄＴＰが所定値Ｃｔよりも大きいか否か判定される。
【００４４】
ここでは、燃料の冷却によりベーパの発生を抑制することができるか否か判定される。すなわち、燃料圧力の変化量ｄＰＲ若しくは燃料温度の変化量ｄＴＰが大きすぎると、電動ウォータポンプ１４を作動させて燃料の温度が低下するまでの間に、ベーパが発生するおそれがある。その場合には、燃料の冷却は行わず、機関始動前の昇圧時間（プレフィード実行時間）を最大限大きくする。
【００４５】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。
【００４６】
ステップＳ１０４では、冷却実行フラグＸＣをＯＮとする。この冷却実行フラグＸＣとは、燃料の冷却を行うことによりベーパの発生を抑制することが可能なときにＯＮとされるフラグである。
【００４７】
ステップＳ１０５では、冷却実行フラグＸＣをＯＦＦとし、且つプレフィード実行時間ＰＦを最大値ｂに設定する。この場合、ベーパが発生している可能性が高いので、プレフィード実行時間を可及的に長くしてベーパの消滅を図る。
【００４８】
次に、燃料冷却制御のフローについて説明する。例えば最大値ｂは、５００ｍｓから７００ｍｓの間とされる。
【００４９】
図４は、燃料冷却制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００５０】
ステップＳ２０１では、冷却実行フラグＸＣがＯＮであるか否か判定される。すなわち、燃料の冷却によりベーパの発生を抑制可能か否か判定される。
【００５１】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００５２】
ステップＳ２０２では、燃料温度に基づいてベーパが発生する蒸気圧ｙを算出する。すなわち、図２の一点鎖線Ａに燃料温度センサ８から得られる燃料温度を代入して蒸気圧ｙを得る。例えば、一点鎖線Ａの近似式を予め求めておき、この近似式に燃料温度を代入して、蒸気圧ｙを得るようにしてもよい。
【００５３】
ステップＳ２０３では、燃料圧力センサ７より得られる燃料圧力ＰＲが冷却必要燃料圧力よりも小さいか否か判定される。冷却必要燃料圧力とは、図２における一点鎖線Ｃにより示される蒸気圧であり、ベーパが発生する蒸気圧ｙに所定値αを加えた蒸気圧である。
【００５４】
ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００５５】
ステップＳ２０４では、ラジエータファン１５をＯＮとし、電動ウォータポンプ１４をＯＮとする。すなわち、これらを作動させる。これにより、燃料温度が低下してベーパの発生が抑制される。
【００５６】
ステップＳ２０５では、燃料圧力センサ７より得られる燃料圧力ＰＲがベーパ発生蒸気圧よりも小さいか否か判定される。ベーパ発生蒸気圧とは、図２における一点鎖線Ｂにより示される蒸気圧であり、ベーパが発生する蒸気圧ｙに所定値βを加えた蒸気圧である。すなわち、本ステップでは、ベーパが発生したとみなすことができるか否か判定される。
【００５７】
ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００５８】
ステップＳ２０６では、ベーパ発生量ＢＰが算出される。このベーパ発生量ＢＰは、前回算出されたベーパ発生量ＢＰに前回から今回までの間に発生したベーパを加えて求められ、次式により算出される。
【００５９】
ＢＰ＝ＢＰ+（ｙ−ＰＲ）×γ
【００６０】
ここで、γは、ベーパが発生する蒸気圧ｙと燃料圧力センサ７より得られる燃料圧力ＰＲとの差をベーパ発生量に換算するための係数であり、予め実験等により求め、設定される。
【００６１】
次に、内燃機関１の始動時に行われるプレフィード制御のフローについて説明する。
【００６２】
図５は、内燃機関１の始動時に行われるプレフィード制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。また、プレフィード制御は、高圧ポンプ２２による始動時昇圧制御に先立って、フィードポンプ２１を作動させることにより行われる。すなわち、始動時昇圧制御の前に、フィードポンプ２１により、ある程度燃料圧力を上昇させておく。
【００６３】
ステップＳ３０１では、ベーパ発生量ＢＰが０よりも大きいか、すなわちベーパが発生しているか否か判定される。ベーパが発生していない場合には、通常のプレフィード制御が行われる。
【００６４】
ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００６５】
ステップＳ３０２では、プレフィード実行時間が０よりも大きな値となっているか、すなわちプレフィード実行時間が既に設定済みであるか否か判定される。例えば、前記ステップＳ１０５でプレフィード実行時間が最大値ｂに設定されている場合には、肯定判定がなされる。
【００６６】
ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進む。
【００６７】
ステップＳ３０３では、ベーパ発生量ＢＰに基づいて、必要とされるプレフィード実行時間ＰＦが算出される。このときに算出されるプレフィード実行時間ＰＦは、発生したベーパを消滅させるために必要となる時間である。このときに消滅させるベーパは主に燃料蒸気である。そして、プレフィード実行時間ＰＦとベーパ発生量ＢＰとの関係は、予め実
験等により求めマップ化しておく。
【００６８】
ステップＳ３０４では、内燃機関１が始動されるか否か判定する。例えば、イグニッションスイッチがＯＮとされたときに内燃機関１が始動されると判定される。
【００６９】
ステップＳ３０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００７０】
ステップＳ３０５では、プレフィード実行時間ＰＦだけプレフィードが実行される。
【００７１】
そして、プレフィード制御終了後に始動時昇圧制御が実行される。
【００７２】
なお、ベーパが発生するときの蒸気圧は、燃料性状により異なる。この燃料性状は、例えば燃料の圧力を上昇させるときに燃料ポンプから燃料が１回圧送されるときの燃料圧力の上昇値から判断することができる。このようにして燃料性状を把握し、前記マップや係数を切り替えることにより、燃料性状に応じたベーパの抑制が可能となる。
【００７３】
以上説明したように、本実施例によれば、内燃機関１の停止時にベーパが発生するおそれがあっても、燃料を冷却することにより、ベーパの発生を抑制することができる。また、ベーパが発生したとしても、プレフィード実行時間を長くすることによりベーパを消滅させるので、始動時昇圧制御時の燃料昇圧時間を短縮することができる。このようにして、内燃機関１の始動完了までに要する時間を短縮することができ、また、内燃機関１の始動時に排出されるＨＣ量を低減することができる。
【００７４】
また、ベーパが発生するおそれのあるときだけ電動ウォータポンプ１４およびラジエータファン１５を作動させるので、消費電力の低減および作動音の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】実施例に係る内燃機関の燃料冷却装置の概略構成を示す図である。
【図２】燃料温度とデリバリパイプ内の総蒸気圧との関係を示した図である。
【図３】燃料の冷却を実行するか否か判定するためのフローチャートである。
【図４】燃料冷却制御のフローを示したフローチャートである。
【図５】内燃機関の始動時に行われるプレフィード制御のフローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１     内燃機関
２     気筒
３     燃料噴射弁
４     デリバリパイプ
５     流入配管
６     流出配管
７     燃料圧力センサ
８     燃料温度センサ
９     チェックバルブ
１０   レギュレータ
１１   燃料冷却装置
１２   ラジエータ
１３   冷却水通路
１４   電動ウォータポンプ
１５   ラジエータファン
１６   ＥＣＵ
２０   燃料タンク
２１   フィードポンプ
２２   高圧ポンプ
【図１】
2006233814.tif 000003
【図２】
2006233814.tif 000004
【図３】
2006233814.tif 000005
【図４】
2006233814.tif 000006
【図５】
2006233814.tif 000007