专利名称：二甲醚用柴油机的制作方法
技术领域：
本发明涉及二甲醚用柴油机。
背景技术：
近年来，在柴油机领域中，作为轻油的代替燃料，以二甲醚(以下称
为DME)为燃料的柴油机的开发得到发展(例如参照专利文献1)。 DME 由天然气或生物气体合成，由于不含成为由排气导致的污染的原因的硫磺 或氮、芳香烃等物质，因此即使在发动机中燃烧，排气也是清洁的。
然而，由于DME在常温常压下为气体，因此当想要将其应用于柴油机 中时，必须对DME进行加压，作为液体提供给发动机。这是因为如果不这 样做，则会由于燃料的气化而在燃料中混入气泡，而在配管或高压泵内产 生气穴，从而发动机的旋转变得不稳定。
另一方面，当对DME施加过度的高压时，由于DME的粘性低，因此 在各滑动部会发生DME的泄漏，需要庞大的回收系统。并且，供给泵自身 的消耗马力变大，导致耗油量的恶化。因此，优选适度地进行DME的加压。
为了解决这种问题，对于在专利文献1中所记载的发明，在以二甲醚 为燃料的柴油机中，所述柴油机具有供给泵，其将燃料箱的燃料提供给 发动机侧的高压泵；调节装置，其对该供给泵的供给压力进行调节；以及 供给压力控制单元，其遵从预先根据二甲醚的蒸气压力线图作成的图对上 述调节装置进行控制。在该情况下，上述图对各燃料赋予比二甲醚的蒸气 压力高预定值的目标供给压力。
专利文献l:日本特开2001-115916号公报
但是，在上述柴油机中，由于上述目标供给压力的幅度(也称为容许 (margin)压力幅度)是固定(恒定)的，因此在加速时等存在变成蒸气 压力以下的可能性，考虑此时在配管中途产生的蒸气导致共轨(common rail)的压力控制变得困难、甚至发动机停止的情况。并且，当为了防止这
3种情况而进一步增大容许压力的幅度时，就失去了进行蒸气压力控制的意 义，特别是在怠速运转时或轻负载时，从高压泵返回燃料箱的返回燃料过 多，同时，供给泵的驱动损失也增大。并且，怠速运转时或轻负载时的供 给泵驱动电动机的负载变大，耗电量也变得过大，存在在发电机的充电容 量少的低旋转时无法充分地对电池充电的可能性，从而加快电池的更换寿 命(导致电池的耐久性的降低)。并且，导致供给泵驱动音(噪音)的增大， 使搭载有该发动机的车辆的商品性降低。
发明内容
本发明就是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供一种在怠速 运转时或轻负载时能够实现供给泵驱动电动机的耗电量和供给泵驱动音的 降低的二甲醚用柴油机。
在本发明中，对于第一方面涉及的发明，是以二甲醚作为燃料的柴油 机，其特征在于，所述二甲醚用柴油机具有供给泵，设置于燃料箱，经
由供给管将该燃料箱内的燃料供给至发动机一侧的高压泵；以及，控制装
置，根据所述高压泵内的燃料通路部的燃料温度算出蒸气压力，并且根据 发动机运转状况设定相对于所述蒸气压力的容许压力幅度，以使高压泵内 的燃料通路部的燃料的压力成为对所述蒸气压力附加所述容许压力幅度后 的目标压力的方式对所述供给泵进行控制。
对于第二方面涉及的发明，其特征在于，在所述高压泵内的燃料通路 部中设有安全阀，当燃料压力超过预定值时，所述安全阀使燃料从燃料通 路部经由返回管返回到所述燃料箱内，在所述返回管中设置有检测返回燃 料箱的返回燃料的温度的返回燃料温度传感器，所述控制装置设定为，当 返回燃料的温度超过预定值时，提高所述供给泵的旋转以增大返回燃料的 返回量。
发明效果
根据本发明，在怠速运转时或轻负载时能够实现供给泵驱动电动机的 耗电量和供给泵驱动音的降低。
并且，根据本发明，能够降低高压泵内的燃料通路部的温度和燃料箱 内的燃料温度，不需要燃料冷却器，在成本上具有优势。
图1是示意性地表示作为本发明的实施方式的二甲醚用柴油机的结构图。
图2是进行供给泵的控制的控制系统的框图。
图3是表示DME的蒸气压力线图和容许压力幅度的图。
图4是DME的蒸气压力线图。
标记说明
1:柴油机；
4:高压泵；
5:二甲醚；
6:燃料箱；
7:供给管；
8:供给泵；
13:高压泵内的燃料通路部;
14:控制装置；
30:返回管；
31-安全阀；
32:返回燃料温度传感器
具体实施例方式
下面根据附图详细说明用于实施本发明的最佳实施方式。图1是示意
性地表示作为本发明的实施方式的二甲醚用柴油机的结构图，图2是进行 供给泵的控制的控制系统的框图，图3是表示DME的蒸气压力线图和容许 压力幅度的图，图4是DME的蒸气压力线图。
在图1中，1是以二甲醚(DME)作为燃料的柴油机(二甲醚用柴油 机，或者仅称为发动机)，例如搭载在车辆上用于驱动车辆。构成该柴油机 1的发动机主体la形成为多气缸例如四气缸的共轨式，并将存储在共轨2 中的DME供给至作为喷嘴的各喷油器3。在发动^1主体la中设有将燃料 加压至预定压力例如大约60MPa以进行加压输送到共轨2的高压泵4。并且，所述柴油机1具有将作为燃料的DME5以液体状态进行贮存的 燃料箱6，在该燃料箱6中设有用于经由供给管7将箱内的DME5供给至 发动机一侧的所述高压泵4的供给泵8。在供给泵8上连接有驱动该供给泵 8的电动机9。在图l的实施方式中，供给泵8设置在燃料箱6内的底部。
所述供给管7的一端(入口侧)气密地贯通燃料箱6的底部并连接在 供给泵8上。在供给管7的一端侧设有开闭阀10。并且，在燃料箱6中设 有填充DME的燃料填充部11、和在预定的压力以上将气化了的DME排出 至大气的安全阀12。另外，燃料箱6内的压力为与箱温度对应的蒸气压力 (参照图4)。
当将DME5供给至高压泵4时，必须以液体状态进行供给，如果高压 泵4内的燃料通路(通道部)13的温度为80'C，则当使DME的压力为比 该温度下的蒸气压力2.2MPa高的压力时就能够防止DME的气化。如果高 压泵4内的燃料通路13的温度为IO(TC，则需要使其压力为比该温度的蒸 气压力大约3MPa高的压力。但是，在高压泵4中，由于在排出量控制时 产生吸入负压，因此优选对所述蒸气压力设定考虑了吸入负压的容许压力 幅度。并且，如果该容许压力幅度始终固定而与发动机1的运转状况无关， 则在怠速运转时或轻负载时，供给泵8的驱动电动机9的负载变大，存在 导致耗电量增大和供给泵的驱动音增大的可能性。
因此，为了解决这些课题，在所述柴油机1中具有控制装置(例如电 子控制单元，以下称为ECU) 14,所述控制装置14根据所述高压泵4内的 燃料通路部13的燃料温度算出蒸气压力，同时根据发动机运转状况设定相 对于所述蒸气压力的容许压力幅度，以高压泵4内的燃料通路部13的燃料 的压力成为对所述蒸气压力加上所述容许压力幅度后的目标压力的方式对 所述供给泵8进行控制。此处，作为表示发动机运转状况的要素，有发动 机旋转速度(转速)、喷射量、油门开度、喷射器开关泄漏量(injector switching leak amount)等，在本实施例中，如图2所示，根据发动机旋转速度15和 目标喷射量16求出所述容许压力幅度AP，该容许压力幅度被制作成二维 图的容许压力幅度图17。另外，所述目标喷射量16从发动机旋转速度和油 门开度求出。
在ECU14中存储有基于DME的蒸气压力线图制作成的蒸气压力图18、所述容许压力幅度图17、以及基于后述的箱返回燃料温度(也称为箱 返回燃温)19制作成的返回量图20。图3—起示出DME的蒸气压力线图 和容许压力幅度图。当将图3作为DME的蒸气压力线图进行观察时，横轴 是DME的温度T CC)、纵轴是蒸气压力P (MPa)、蒸气压力的线图为a。 另一方面，当将图3作为图进行观察时，横轴为燃料温度Tf rc)、纵轴为 目标供给压力Pt (MPa)、目标供给压力的线图为b。
对每个各燃料温度Tf的目标供给压力Pt赋予比相同DME温度T的蒸 气压力P高预定值(容许压力幅度)AP的目标供给压力。容许压力幅度 AP的值根据发动机运转状况被设定为不过大放大供给泵驱动电动机9的 负载的值。另外，图3示出了容许压力幅度AP被设定为恒定的情况，但 是在本实施方式中容许压力幅度根据发动机运转状况而变化。
为了对所述高压泵4内的燃料通路部(通道部)13的燃料温度(也称 为通道温度)2I和燃料压力(也称为通道压力)22进行检测，在该燃料通 路部13中设有温度传感器(燃温传感器)23和压力传感器(燃压传感器) 24，这些传感器的检测值(检测信号)输入ECU14。并且，在发动机l中 设有用于检测其旋转速度的旋转速度传感器25，在油门踏板26中设有对该 油门开度(油门踏板踏入量)进行检测的油门传感器27，这些传感器的检 测值也被输入ECU14。
在所述控制中，如图2所示根据高压泵通道温度21从蒸气压力图18 求出蒸气压力，在该蒸气压力上加上根据发动机旋转速度15和目标喷射量 16从容许压力幅度图n求出的容许压力幅度AP作为目标压力，根据从该 目标压力减去现在的高压泵通道压力22后的压差、以及从所述发动机旋转 速度15和目标喷射量16算出的发动机消耗量28算出泵控制量，根据该泵 控制量通过前馈PID控制29对供给泵8进行控制。另外，所述发动机消耗 量28是指由气缸数的喷射器喷射量(包含加速补正)和开关泄漏量构成的 DME消耗量。
另一方面，在所述高压泵4内的燃料通路部13中设有当燃料压力超过 预定值时使燃料从燃料通路部13经由返回管30返回所述燃料箱6内的安 全阀31 ，在所述返回管30中设有对返回燃料箱6的返回燃料的温度(也称 为箱返回燃温)进行检测的返回燃料温度传感器32。进而，所述控制装置
7(ECU) 14设定为为了使燃料箱6内的燃料温度下降(抑制燃料温度的 上升)，当返回燃料的温度超过预定值(预定的设定值)时，提高所述供给 泵8的旋转以增大返回燃料的返回量。在该情况下，如图2所示，优选制 作求出与所述箱返回燃温19对应的返回燃料的返回量的返回量图20,根据 该返回量图20对所述泵控制量附加返回量进行补正，从而得出用于控制供 给泵8的泵指令33。另外，对于所述泵指令33，在固定排出量型的泵中指 的是电动机转速指令，在其他形式的泵、例如可变容量泵中指的是该可变 量指令。
在所述高压泵4内的燃料通路13中，能够从供给泵8控制DME的压 力的部分是从燃料通路13的入口直到压縮部34的区间(将该区间称为入 口侧通路13a)，从压縮部34到包含电磁阀的高压燃料出口的区间(将该区 间称为出口侧通路)为高压。因此，温度传感器23和压力传感器24设置 在燃料通路13的入口侧通路13a中。另外，在图l的图示例中，所述入口 侧通路13a以水平地贯通高压泵主体的方式配置，安全阀31设置在该入口 侧通路13a的后端部(右端)。由此，能够从所述入口侧通路13a的后端带 走通道部(燃料通路)13的热，能够使高压泵4的通道部13的温度下降。 另外，开闭阀35设在返回管30的下游(燃料箱侧)。
接下来，对由以上的结构构成的发动机1中的将燃料从燃料箱6供给 至高压泵4的供给泵8控制方法进行说明。ECU14利用温度传感器23检测 高压泵4的通道温度21 ，同时，利用压力传感器24检测高压泵4的通道压 力22，并根据蒸气压力图18从所述通道温度21算出与该通道温度21对应 的DME的蒸气压力。另一方面，为了设定与发动机运转状况对应的容许压 力幅度AP， ECU14利用旋转速度传感器25检测发动机转速，利用油门传 感器27检测油门开度，从这些检测值算出目标喷射量，并根据容许压力幅 度图17从这些发动机旋转速度15和目标喷射量16算出与发动机运转状态 对应的容许压力幅度AP。
进而，对所述蒸气压力附加所述容许压力幅度作为目标压力，根据从 该目标压力减去现在的高压泵通道压力22后的差压、和从所述发动机旋转 速度15和目标喷射量16算出的发动机消耗量28算出泵控制量，根据该泵 控制量利用前馈PID控制29控制供给泵8。
8因此，根据该控制方法，在发动机旋转速度低的怠速运转时或者轻负 载时，能够使容许压力幅度比固定(恒定)的情况小，能够降低怠速运转
时或者轻负载时的供给泵8的驱动电动机9的耗电量和供给泵8的驱动音， 能够提高电池的耐久性和搭载有该发动机的车辆的商品性。
另一方面，在所述控制方法中，ECU14利用返回燃料温度传感器32 检测从高压泵4经由安全阀31和返回管30返回燃料箱6的返回燃料的温 度，根据返回量图20从该箱返回燃温19算出与该箱返回燃温19对应的返 回量(目标返回量)，对所述泵控制量附加目标返回量进行补正，并将该补 正后的泵控制量作为泵指令33来控制供给泵8。因此，从燃料箱6流过供 给管7、高压泵4内的燃料通路部13、安全阀31、以及返回管30的燃料的 循环量增大，利用由例如来自供给管7和返回管30的放热产生的热交换促 进燃料温度的降低，能够使高压泵4内的燃料通路部13的温度和燃料箱6 内的燃料温度降低。并且，由此，不需要燃料冷却器，能够实现成本的降 低。
以上，根据附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但是本发明并 不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种设 计变更。例如，控制装置也可以设定为检测箱返回燃温，当返回燃料的 温度超过预定值时提高供给泵的旋转以增大燃料的供给量和返回量，当返 回燃料的温度低于预定值时使供给泵的旋转维持现状而不使转速升高。
权利要求
1、一种二甲醚用柴油机，是以二甲醚作为燃料的柴油机，其特征在于，所述二甲醚用柴油机具有供给泵，设置于燃料箱，经由供给管将该燃料箱内的燃料供给至发动机一侧的高压泵；以及，控制装置，根据所述高压泵内的燃料通路部的燃料温度算出蒸气压力，并且根据发动机运转状况设定相对于所述蒸气压力的容许压力幅度，以使高压泵内的燃料通路部的燃料的压力成为对所述蒸气压力附加所述容许压力幅度后的目标压力的方式对所述供给泵进行控制。
2、 如权利要求l所述的二甲醚用柴油机，其特征在于， 在所述高压泵内的燃料通路部中设有安全阀，当燃料压力超过预定值时，所述安全阀使燃料从燃料通路部经由返回管返回到所述燃料箱内，在 所述返回管中设置有检测返回燃料箱的返回燃料的温度的返回燃料温度传 感器，所述控制装置设定为，当返回燃料的温度超过预定值时，提高所述 供给泵的旋转以增大返回燃料的返回量。
全文摘要
本发明提供一种二甲醚用柴油机，在怠速运转时或轻负载时能够实现供给泵驱动电动机的耗电量和供给泵驱动音的降低。在以二甲醚(5)作为燃料的柴油机(1)中，具有供给泵(8)，设置于燃料箱(6)，经由供给管(7)将该燃料箱(6)内的燃料供给至发动机一侧的高压泵(4)；以及，控制装置(14)，根据所述高压泵(4)内的燃料通路部(13)的燃料温度算出蒸气压力，并且根据发动机运转状况设定与所述蒸气压力相对应的容许压力幅度，以使高压泵(4)内的燃料通路部(13)的燃料的压力成为对所述蒸气压力附加所述容许压力幅度后的目标压力的方式对所述供给泵(8)进行控制。
文档编号F02M37/08GK101479464SQ20078002418
公开日2009年7月8日 申请日期2007年4月10日 优先权日2006年6月27日
发明者高濑繁寿 申请人:五十铃自动车株式会社