專利名稱：二甲醚用柴油機的制作方法
技術領域：
本發明涉及二甲醚用柴油機。
背景技術：
近年來，在柴油機領域中，作為輕油的代替燃料，以二甲醚(以下稱
為DME)為燃料的柴油機的開發得到發展(例如參照專利文獻1)。 DME 由天然氣或生物氣體合成，由于不含成為由排氣導致的污染的原因的硫磺 或氮、芳香烴等物質，因此即使在發動機中燃燒，排氣也是清潔的。
然而，由于DME在常溫常壓下為氣體，因此當想要將其應用于柴油機 中時，必須對DME進行加壓，作為液體提供給發動機。這是因為如果不這 樣做，則會由于燃料的氣化而在燃料中混入氣泡，而在配管或高壓泵內產 生氣穴，從而發動機的旋轉變得不穩定。
另一方面，當對DME施加過度的高壓時，由于DME的粘性低，因此 在各滑動部會發生DME的泄漏，需要龐大的回收系統。并且，供給泵自身 的消耗馬力變大，導致耗油量的惡化。因此，優選適度地進行DME的加壓。
為了解決這種問題，對于在專利文獻1中所記載的發明，在以二甲醚 為燃料的柴油機中，所述柴油機具有供給泵，其將燃料箱的燃料提供給 發動機側的高壓泵；調節裝置，其對該供給泵的供給壓力進行調節；以及 供給壓力控制單元，其遵從預先根據二甲醚的蒸氣壓力線圖作成的圖對上 述調節裝置進行控制。在該情況下，上述圖對各燃料賦予比二甲醚的蒸氣 壓力高預定值的目標供給壓力。
專利文獻l:日本特開2001-115916號公報
但是，在上述柴油機中，由于上述目標供給壓力的幅度(也稱為容許 (margin)壓力幅度)是固定(恒定)的，因此在加速時等存在變成蒸氣 壓力以下的可能性，考慮此時在配管中途產生的蒸氣導致共軌(common rail)的壓力控制變得困難、甚至發動機停止的情況。并且，當為了防止這
3種情況而進一步增大容許壓力的幅度時，就失去了進行蒸氣壓力控制的意 義，特別是在怠速運轉時或輕負載時，從高壓泵返回燃料箱的返回燃料過 多，同時，供給泵的驅動損失也增大。并且，怠速運轉時或輕負載時的供 給泵驅動電動機的負載變大，耗電量也變得過大，存在在發電機的充電容 量少的低旋轉時無法充分地對電池充電的可能性，從而加快電池的更換壽 命(導致電池的耐久性的降低)。并且，導致供給泵驅動音(噪音)的增大， 使搭載有該發動機的車輛的商品性降低。
發明內容
本發明就是為了解決這種問題而完成的，其目的在于提供一種在怠速 運轉時或輕負載時能夠實現供給泵驅動電動機的耗電量和供給泵驅動音的 降低的二甲醚用柴油機。
在本發明中，對于第一方面涉及的發明，是以二甲醚作為燃料的柴油 機，其特征在于，所述二甲醚用柴油機具有供給泵，設置于燃料箱，經
由供給管將該燃料箱內的燃料供給至發動機一側的高壓泵；以及，控制裝
置，根據所述高壓泵內的燃料通路部的燃料溫度算出蒸氣壓力，并且根據 發動機運轉狀況設定相對于所述蒸氣壓力的容許壓力幅度，以使高壓泵內 的燃料通路部的燃料的壓力成為對所述蒸氣壓力附加所述容許壓力幅度后 的目標壓力的方式對所述供給泵進行控制。
對于第二方面涉及的發明，其特征在于，在所述高壓泵內的燃料通路 部中設有安全閥，當燃料壓力超過預定值時，所述安全閥使燃料從燃料通 路部經由返回管返回到所述燃料箱內，在所述返回管中設置有檢測返回燃 料箱的返回燃料的溫度的返回燃料溫度傳感器，所述控制裝置設定為，當 返回燃料的溫度超過預定值時，提高所述供給泵的旋轉以增大返回燃料的 返回量。
發明效果
根據本發明，在怠速運轉時或輕負載時能夠實現供給泵驅動電動機的 耗電量和供給泵驅動音的降低。
并且，根據本發明，能夠降低高壓泵內的燃料通路部的溫度和燃料箱 內的燃料溫度，不需要燃料冷卻器，在成本上具有優勢。
圖1是示意性地表示作為本發明的實施方式的二甲醚用柴油機的結構圖。
圖2是進行供給泵的控制的控制系統的框圖。
圖3是表示DME的蒸氣壓力線圖和容許壓力幅度的圖。
圖4是DME的蒸氣壓力線圖。
標記說明
1:柴油機；
4:高壓泵；
5:二甲醚；
6:燃料箱；
7:供給管；
8:供給泵；
13:高壓泵內的燃料通路部;
14:控制裝置；
30:返回管；
31-安全閥；
32:返回燃料溫度傳感器
具體實施例方式
下面根據附圖詳細說明用于實施本發明的最佳實施方式。圖1是示意
性地表示作為本發明的實施方式的二甲醚用柴油機的結構圖，圖2是進行 供給泵的控制的控制系統的框圖，圖3是表示DME的蒸氣壓力線圖和容許 壓力幅度的圖，圖4是DME的蒸氣壓力線圖。
在圖1中，1是以二甲醚(DME)作為燃料的柴油機(二甲醚用柴油 機，或者僅稱為發動機)，例如搭載在車輛上用于驅動車輛。構成該柴油機 1的發動機主體la形成為多氣缸例如四氣缸的共軌式，并將存儲在共軌2 中的DME供給至作為噴嘴的各噴油器3。在發動^1主體la中設有將燃料 加壓至預定壓力例如大約60MPa以進行加壓輸送到共軌2的高壓泵4。并且，所述柴油機1具有將作為燃料的DME5以液體狀態進行貯存的 燃料箱6，在該燃料箱6中設有用于經由供給管7將箱內的DME5供給至 發動機一側的所述高壓泵4的供給泵8。在供給泵8上連接有驅動該供給泵 8的電動機9。在圖l的實施方式中，供給泵8設置在燃料箱6內的底部。
所述供給管7的一端(入口側)氣密地貫通燃料箱6的底部并連接在 供給泵8上。在供給管7的一端側設有開閉閥10。并且，在燃料箱6中設 有填充DME的燃料填充部11、和在預定的壓力以上將氣化了的DME排出 至大氣的安全閥12。另外，燃料箱6內的壓力為與箱溫度對應的蒸氣壓力 (參照圖4)。
當將DME5供給至高壓泵4時，必須以液體狀態進行供給，如果高壓 泵4內的燃料通路(通道部)13的溫度為80'C，則當使DME的壓力為比 該溫度下的蒸氣壓力2.2MPa高的壓力時就能夠防止DME的氣化。如果高 壓泵4內的燃料通路13的溫度為IO(TC，則需要使其壓力為比該溫度的蒸 氣壓力大約3MPa高的壓力。但是，在高壓泵4中，由于在排出量控制時 產生吸入負壓，因此優選對所述蒸氣壓力設定考慮了吸入負壓的容許壓力 幅度。并且，如果該容許壓力幅度始終固定而與發動機1的運轉狀況無關， 則在怠速運轉時或輕負載時，供給泵8的驅動電動機9的負載變大，存在 導致耗電量增大和供給泵的驅動音增大的可能性。
因此，為了解決這些課題，在所述柴油機1中具有控制裝置(例如電 子控制單元，以下稱為ECU) 14,所述控制裝置14根據所述高壓泵4內的 燃料通路部13的燃料溫度算出蒸氣壓力，同時根據發動機運轉狀況設定相 對于所述蒸氣壓力的容許壓力幅度，以高壓泵4內的燃料通路部13的燃料 的壓力成為對所述蒸氣壓力加上所述容許壓力幅度后的目標壓力的方式對 所述供給泵8進行控制。此處，作為表示發動機運轉狀況的要素，有發動 機旋轉速度(轉速)、噴射量、油門開度、噴射器開關泄漏量(injector switching leak amount)等，在本實施例中，如圖2所示，根據發動機旋轉速度15和 目標噴射量16求出所述容許壓力幅度AP，該容許壓力幅度被制作成二維 圖的容許壓力幅度圖17。另外，所述目標噴射量16從發動機旋轉速度和油 門開度求出。
在ECU14中存儲有基于DME的蒸氣壓力線圖制作成的蒸氣壓力圖18、所述容許壓力幅度圖17、以及基于后述的箱返回燃料溫度(也稱為箱 返回燃溫)19制作成的返回量圖20。圖3—起示出DME的蒸氣壓力線圖 和容許壓力幅度圖。當將圖3作為DME的蒸氣壓力線圖進行觀察時，橫軸 是DME的溫度T CC)、縱軸是蒸氣壓力P (MPa)、蒸氣壓力的線圖為a。 另一方面，當將圖3作為圖進行觀察時，橫軸為燃料溫度Tf rc)、縱軸為 目標供給壓力Pt (MPa)、目標供給壓力的線圖為b。
對每個各燃料溫度Tf的目標供給壓力Pt賦予比相同DME溫度T的蒸 氣壓力P高預定值(容許壓力幅度)AP的目標供給壓力。容許壓力幅度 AP的值根據發動機運轉狀況被設定為不過大放大供給泵驅動電動機9的 負載的值。另外，圖3示出了容許壓力幅度AP被設定為恒定的情況，但 是在本實施方式中容許壓力幅度根據發動機運轉狀況而變化。
為了對所述高壓泵4內的燃料通路部(通道部)13的燃料溫度(也稱 為通道溫度)2I和燃料壓力(也稱為通道壓力)22進行檢測，在該燃料通 路部13中設有溫度傳感器(燃溫傳感器)23和壓力傳感器(燃壓傳感器) 24，這些傳感器的檢測值(檢測信號)輸入ECU14。并且，在發動機l中 設有用于檢測其旋轉速度的旋轉速度傳感器25，在油門踏板26中設有對該 油門開度(油門踏板踏入量)進行檢測的油門傳感器27，這些傳感器的檢 測值也被輸入ECU14。
在所述控制中，如圖2所示根據高壓泵通道溫度21從蒸氣壓力圖18 求出蒸氣壓力，在該蒸氣壓力上加上根據發動機旋轉速度15和目標噴射量 16從容許壓力幅度圖n求出的容許壓力幅度AP作為目標壓力，根據從該 目標壓力減去現在的高壓泵通道壓力22后的壓差、以及從所述發動機旋轉 速度15和目標噴射量16算出的發動機消耗量28算出泵控制量，根據該泵 控制量通過前饋PID控制29對供給泵8進行控制。另外，所述發動機消耗 量28是指由氣缸數的噴射器噴射量(包含加速補正)和開關泄漏量構成的 DME消耗量。
另一方面，在所述高壓泵4內的燃料通路部13中設有當燃料壓力超過 預定值時使燃料從燃料通路部13經由返回管30返回所述燃料箱6內的安 全閥31 ，在所述返回管30中設有對返回燃料箱6的返回燃料的溫度(也稱 為箱返回燃溫)進行檢測的返回燃料溫度傳感器32。進而，所述控制裝置
7(ECU) 14設定為為了使燃料箱6內的燃料溫度下降(抑制燃料溫度的 上升)，當返回燃料的溫度超過預定值(預定的設定值)時，提高所述供給 泵8的旋轉以增大返回燃料的返回量。在該情況下，如圖2所示，優選制 作求出與所述箱返回燃溫19對應的返回燃料的返回量的返回量圖20,根據 該返回量圖20對所述泵控制量附加返回量進行補正，從而得出用于控制供 給泵8的泵指令33。另外，對于所述泵指令33，在固定排出量型的泵中指 的是電動機轉速指令，在其他形式的泵、例如可變容量泵中指的是該可變 量指令。
在所述高壓泵4內的燃料通路13中，能夠從供給泵8控制DME的壓 力的部分是從燃料通路13的入口直到壓縮部34的區間(將該區間稱為入 口側通路13a)，從壓縮部34到包含電磁閥的高壓燃料出口的區間(將該區 間稱為出口側通路)為高壓。因此，溫度傳感器23和壓力傳感器24設置 在燃料通路13的入口側通路13a中。另外，在圖l的圖示例中，所述入口 側通路13a以水平地貫通高壓泵主體的方式配置，安全閥31設置在該入口 側通路13a的后端部(右端)。由此，能夠從所述入口側通路13a的后端帶 走通道部(燃料通路)13的熱，能夠使高壓泵4的通道部13的溫度下降。 另外，開閉閥35設在返回管30的下游(燃料箱側)。
接下來，對由以上的結構構成的發動機1中的將燃料從燃料箱6供給 至高壓泵4的供給泵8控制方法進行說明。ECU14利用溫度傳感器23檢測 高壓泵4的通道溫度21 ，同時，利用壓力傳感器24檢測高壓泵4的通道壓 力22，并根據蒸氣壓力圖18從所述通道溫度21算出與該通道溫度21對應 的DME的蒸氣壓力。另一方面，為了設定與發動機運轉狀況對應的容許壓 力幅度AP， ECU14利用旋轉速度傳感器25檢測發動機轉速，利用油門傳 感器27檢測油門開度，從這些檢測值算出目標噴射量，并根據容許壓力幅 度圖17從這些發動機旋轉速度15和目標噴射量16算出與發動機運轉狀態 對應的容許壓力幅度AP。
進而，對所述蒸氣壓力附加所述容許壓力幅度作為目標壓力，根據從 該目標壓力減去現在的高壓泵通道壓力22后的差壓、和從所述發動機旋轉 速度15和目標噴射量16算出的發動機消耗量28算出泵控制量，根據該泵 控制量利用前饋PID控制29控制供給泵8。
8因此，根據該控制方法，在發動機旋轉速度低的怠速運轉時或者輕負 載時，能夠使容許壓力幅度比固定(恒定)的情況小，能夠降低怠速運轉
時或者輕負載時的供給泵8的驅動電動機9的耗電量和供給泵8的驅動音， 能夠提高電池的耐久性和搭載有該發動機的車輛的商品性。
另一方面，在所述控制方法中，ECU14利用返回燃料溫度傳感器32 檢測從高壓泵4經由安全閥31和返回管30返回燃料箱6的返回燃料的溫 度，根據返回量圖20從該箱返回燃溫19算出與該箱返回燃溫19對應的返 回量(目標返回量)，對所述泵控制量附加目標返回量進行補正，并將該補 正后的泵控制量作為泵指令33來控制供給泵8。因此，從燃料箱6流過供 給管7、高壓泵4內的燃料通路部13、安全閥31、以及返回管30的燃料的 循環量增大，利用由例如來自供給管7和返回管30的放熱產生的熱交換促 進燃料溫度的降低，能夠使高壓泵4內的燃料通路部13的溫度和燃料箱6 內的燃料溫度降低。并且，由此，不需要燃料冷卻器，能夠實現成本的降 低。
以上，根據附圖對本發明的實施方式進行了詳細敘述，但是本發明并 不限于上述的實施方式，在不脫離本發明的主旨的范圍內能夠進行各種設 計變更。例如，控制裝置也可以設定為檢測箱返回燃溫，當返回燃料的 溫度超過預定值時提高供給泵的旋轉以增大燃料的供給量和返回量，當返 回燃料的溫度低于預定值時使供給泵的旋轉維持現狀而不使轉速升高。
權利要求
1、一種二甲醚用柴油機，是以二甲醚作為燃料的柴油機，其特征在于，所述二甲醚用柴油機具有供給泵，設置于燃料箱，經由供給管將該燃料箱內的燃料供給至發動機一側的高壓泵；以及，控制裝置，根據所述高壓泵內的燃料通路部的燃料溫度算出蒸氣壓力，并且根據發動機運轉狀況設定相對于所述蒸氣壓力的容許壓力幅度，以使高壓泵內的燃料通路部的燃料的壓力成為對所述蒸氣壓力附加所述容許壓力幅度后的目標壓力的方式對所述供給泵進行控制。
2、 如權利要求l所述的二甲醚用柴油機，其特征在于， 在所述高壓泵內的燃料通路部中設有安全閥，當燃料壓力超過預定值時，所述安全閥使燃料從燃料通路部經由返回管返回到所述燃料箱內，在 所述返回管中設置有檢測返回燃料箱的返回燃料的溫度的返回燃料溫度傳 感器，所述控制裝置設定為，當返回燃料的溫度超過預定值時，提高所述 供給泵的旋轉以增大返回燃料的返回量。
全文摘要
本發明提供一種二甲醚用柴油機，在怠速運轉時或輕負載時能夠實現供給泵驅動電動機的耗電量和供給泵驅動音的降低。在以二甲醚(5)作為燃料的柴油機(1)中，具有供給泵(8)，設置于燃料箱(6)，經由供給管(7)將該燃料箱(6)內的燃料供給至發動機一側的高壓泵(4)；以及，控制裝置(14)，根據所述高壓泵(4)內的燃料通路部(13)的燃料溫度算出蒸氣壓力，并且根據發動機運轉狀況設定與所述蒸氣壓力相對應的容許壓力幅度，以使高壓泵(4)內的燃料通路部(13)的燃料的壓力成為對所述蒸氣壓力附加所述容許壓力幅度后的目標壓力的方式對所述供給泵(8)進行控制。
文檔編號F02M37/08GK101479464SQ20078002418
公開日2009年7月8日 申請日期2007年4月10日 優先權日2006年6月27日
發明者高瀨繁壽 申請人:五十鈴自動車株式會社