JP2003176766A - 内燃機関の燃料調温装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、燃料の温度を調整し、内燃
機関の各種性能を向上させることのできる内燃機関の燃
料調温装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の内燃機関の燃料調温装置は、シ
リンダ２内又はシリンダ２に連通する吸気通路上に燃料
を噴射する燃料噴射弁３と、燃料噴射弁３が接続された
デリバリパイプ４と、デリバリパイプ４と燃料タンク６
との間に配設された燃料配管５と、燃料配管５上に配置
され、デリバリパイプ４に供給する燃料を高圧化する高
圧ポンプ８と、デリバリパイプ４から燃料配管５の高圧
ポンプ８より上流側に燃料を戻すリターン配管１１と、
リターン配管１１上に配設され、燃料温度を所定の設定
温度範囲内に調節する温度調節手段１３とを備えている
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関において
燃焼前の燃料の温度を調節する燃料調温装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンやガソリン筒内噴射
エンジンなどでは、高圧下のシリンダ内に燃料を噴射す
る必要があるので燃料を高圧化させてから噴射する。こ
のため、インジェクタをデリバリパイプに接続し、この
デリバリパイプ内の燃料圧力をデリバリパイプの上流側
に配置した高圧ポンプで高圧化させている。なお、ディ
ーゼルエンジンにおいては、上述したデリバリパイプを
コモンレールと称するのが一般的である。デリバリパイ
プには、供給側の配管とは別に燃料通路の上流側に燃料
を還流させるリターン配管が接続されている。リターン
配管は、噴射されなかった余剰燃料が生じたときやデリ
バリパイプ内の燃圧が過上昇したとき等にデリバリパイ
プ内の燃料を燃料配管の上流側に還流させるものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、デリバリパイ
プ内の高圧燃料は高圧であるが故に温度が高く、それを
そのまま燃料配管の上流側（低燃圧側）に還流させる
と、温度上昇によって燃料配管中で気泡が発生（いわゆ
るベーパー現象）してしまうおそれがあった。また、上
述した問題とは全く異なる燃料温度に関する事項とし
て、冷間始動時には燃料温度を上昇させた方が排ガス浄
化性能・燃費性能などを改善し得ることも分かってい
る。電気ヒーターなどを用いて燃料を暖めることも検討
されているが、新たな電気エネルギー消費を伴うのでエ
ネルギー効率上は好ましくない。発明者らは、これらの
課題を改善すべく鋭意研究を行い、本発明を創出するに
至った。

【０００４】本発明の目的は、燃料の温度を調整し、内
燃機関の各種性能を向上させることのできる内燃機関の
燃料調温装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の内燃機
関の燃料調温装置は、シリンダ内又はシリンダに連通す
る吸気通路上に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射
弁が接続されたデリバリパイプと、デリバリパイプと燃
料タンクとの間に配設された燃料配管と、燃料配管上に
配置され、デリバリパイプに供給する燃料を高圧化する
高圧ポンプと、デリバリパイプから燃料配管の高圧ポン
プより上流側に燃料を戻すリターン配管と、リターン配
管上に配設され、燃料温度を所定の設定温度範囲内に調
節する温度調節手段とを備えていること特徴としてい
る。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の内燃機関の燃料調温装置において、燃料加熱手段が、
内燃機関の冷却水を用いた熱交換器であることを特徴と
している。

【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の内燃機関の燃料調温装置において、燃料配管の一部
が、触媒下流の排気通路内又は排気通路外壁に沿って配
置されていることを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の燃料調温装置の実施形態
について、以下に説明する。まず、第一実施形態の燃料
調温装置を有する内燃機関（エンジン）の構成を図１に
示す。

【０００９】このエンジンは、直列四気筒の筒内噴射型
エンジンである。シリンダヘッド１の内部には四つのシ
リンダ２が直列に並べられている。各シリンダ２には、
噴射口をシリンダ２内に望ませたインジェクタ３が取り
付けられている。各インジェクタ３は、一つのデリバリ
パイプ４に接続されている。デリバリパイプ４は、内部
に燃料を高圧に維持し得るものであり、一端に燃料配管
５が取り付けられている。燃料配管５は、燃料タンク６
に接続されている。

【００１０】燃料タンク６内には、燃料送出用のフィル
ター付低圧ポンプ７が配設されている。また、燃料配管
５上には、燃料を高圧化して送出する高圧ポンプ８が配
設されている。本実施形態では、高圧ポンプ８はエンジ
ンの出力によって駆動するカムシャフトの端部から回転
力を受けて駆動されている。デリバリパイプ４の他端に
は、デリバリパイプ４内の燃料圧力（燃圧）を検出する
燃圧センサ９と、デリバリパイプ４内の燃料温度を検出
する温度センサ１０が取り付けられている。

【００１１】さらに、デリバリパイプ４には、燃料供給
用の燃料配管５とは別に、燃料還流用のリターン配管１
１が接続されている。リターン配管１１は、デリバリパ
イプ４と、燃料配管５の高圧ポンプ８よりも上流側の低
燃圧部とを接続している。リターン配管１１のデリバリ
パイプ４との接続部には、リリーフバルブ１２が取り付
けられている。リリーフバルブ１２は、一定の圧力によ
って開弁する調圧弁で、デリバリパイプ４内の燃圧が所
定圧力以上となると開弁して燃料を還流させる。

【００１２】リターン配管１１上には、リターン配管１
１内の還流燃料の温度を調節する熱交換器１３が取り付
けられている。熱交換器１３の両端には、エンジンの冷
却水通路に連通する冷却水配管が結合されている。熱交
換器１３に冷却水を導入する配管上には、バルブ１４が
取り付けられている。バルブ１４は、熱交換器１３に導
入する冷却水の供給源をラジエター１５の上流側／下流
側とを切り替えている。また、バルブ１４は、熱交換器
１３への冷却水の供給を停止させることもできる。熱交
換器１３から冷却水を導出する配管は、ラジエター１５
の上流側に接続されている。なお、冷却水は、エンジン
のクランクシャフトの回転によって駆動されるウォータ
ーポンプ１６によって流路内を循環される。

【００１３】リターン配管１１上で熱交換器１３によっ
て温度調節された燃料は燃料タンク６からの燃料と合流
して再度デリバリパイプ４に供給される。このため、熱
交換器１３は、還流される燃料のみならず噴射される燃
料温度をも調節することができる。

【００１４】上述した各インジェクタ３、高圧ポンプ
８、燃圧センサ９、温度センサ１０及びバルブ１４はコ
ントロールユニット（エンジンＥＣＵ）１７に接続され
ている。このコントロールユニット１７によってインジ
ェクタ３の燃料噴射量や噴射時期が制御されている。ま
た、コントロールユニット１７によって、高圧ポンプ８
の下流側への燃料吐出量も制御されている。本実施形態
の高圧ポンプ８は、インジェクタ３によって噴射される
燃料に相当する量の燃料をその都度吐出している（いわ
ゆる調量吐出を行っている）。また、デリバリパイプ４
内の燃圧が低下したことが燃圧センサ９によって検出さ
れたような場合も、コントロールユニット１７によって
高圧ポンプ８が作動される

【００１５】なお、高圧ポンプ８の制御方法としては、
常に一定量を吐出させつつ燃料噴射量制御はインジェク
タ３の制御のみで行うことも可能である。この場合は、
噴射されなかった燃料はリターン配管１１を介して還流
される。何れの場合も、デリバリパイプ４内の燃圧は、
燃圧センサ９やリリーフバルブ１２によってほぼ一定の
燃圧に維持される。

【００１６】上述した図１に示される燃料調温装置によ
って燃料の温度を調節する方法を具体的に説明する。こ
こでは、(1)還流される燃料によって低燃圧部にベーパ
ー現象を生じさせないように還流燃料の温度（ひいては
デリバリパイプ４内の燃料温度）を低温化させる場合
と、(2)冷間始動時の始動性や運転安定性、燃費性能、
排ガス浄化性能の向上を目的に噴射されるデリバリパイ
プ４内の燃料温度を（還流燃料温度を高温化させること
によって）高温化する場合とについて説明する。

【００１７】まず、燃料温度の低温下について説明す
る。この場合は、バルブ１４を図１中点線の矢印Ｃで示
される方向に冷却水が流れるように切り替える。このよ
うにすると、リターン配管１１によって還流される燃料
は、ラジエター１５によって温度が低下した冷却水によ
って熱が奪われて温度が低くされてから燃料配管５上に
戻される。この結果、低燃圧部での燃料温度上昇を抑止
でき、燃料配管５中でのベーパー現象を防止することが
できる。

【００１８】次に、燃料温度の高温下について説明す
る。この場合は、バルブ１４を図１中実線の矢印Ｈで示
される方向に冷却水が流れるように切り替える。このよ
うにすると、リターン配管１１によって還流される燃料
は、エンジン各部を冷却してラジエター１５に戻される
前の温度の高い冷却水によって暖められてから燃料配管
５上に戻される。燃料配管５に戻された燃料は燃料タン
ク６からの燃料と合流してデリバリパイプ４に送出さ
れ、デリバリパイプ４内の噴射される燃料の温度が上昇
される。

【００１９】このような燃料の高温化を冷間始動時や冷
間始動直後に実施すると、噴射後の燃料の霧化が促進さ
れて良好な燃焼が確実に行われ、排気ガス中の浄化すべ
き成分を減少させ、かつ、燃費を向上させることができ
る。特に、上述した２つの事例（燃料の低温下及び高温
下）では、冷却水を用いる熱交換器１３によって電気ヒ
ータ等のエネルギーを新たに消費するユニットを用いる
ことなく燃料温度の調節を行えるので、エネルギー効率
上も好ましいものである。

【００２０】次に、本発明の第二実施形態について図２
を参照しつつ説明する。本実施形態は、上述した第一実
施形態に準じる構成を有している。このため、上述した
第一実施形態と同一又は同等の構成部分については同一
の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下には、
特に異なる部分についてのみ詳しく説明する。本実施形
態の調温装置においては、第一実施形態におけるバルブ
１４を有しておらず、図１における点線の矢印Ｃに相当
する配管のみが熱交換器１３に対してなされている。即
ち、熱交換器１３によっては、主として還流される燃料
（ひいてはデリバリパイプ４内の燃料）を低温下させる
ことができる。

【００２１】そして、本実施形態においては、燃料配管
５の高圧ポンプ８よりも下流側の高燃圧部が分岐されて
おり、一方はそのままデリバリパイプ４に接続され、他
方は排気管（排気通路）１８の内部を経由してからデリ
バリパイプ４に接続されている。燃料配管５は、排気管
１８上の触媒１９よりも下流側に配置されている。そし
て、この燃料配管５の分岐部にはバルブ２０が配設され
ており、高圧ポンプ８によって送出された高燃圧部の燃
料を何れの経路でデリバリパイプ４に供給するかを切り
替えている。バルブ２０は、上述した、コントロールユ
ニット１７によって制御されている。

【００２２】本実施形態においては、リターン配管１１
上に配設された熱交換器１３だけでは燃料温度を低くす
る調温のみを行う調温装置となる。そこで、燃料配管５
の一部を触媒１９より下流側の排気管１８内に配設させ
ることで、燃料温度を高くすることができるようにもし
ている。特に、触媒１９よりも下流の排気管１８内に燃
料配管５を配置させると、触媒１９において反応熱によ
ってより高温化された排気ガスによって燃料を効率よく
高温化させることができる。また、本実施形態において
は、高圧ポンプ８下流側の高燃圧部の燃料配管５を排気
管１８の内部に配置した。このようにすると、排気管１
８内部で燃料を高温させたときに、燃料配管５内部でベ
ーパー現象が生じにくくなるので好ましい。

【００２３】本発明の燃料調温装置は、上述した実施形
態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形
態においては特に説明しなかったが、熱交換器１３への
冷却水量を調節したり、熱交換器１３への冷却水を遮断
することによって、熱交換器１３での熱交換量を制御で
き、燃料温度をより詳細に制御することができる。ま
た、上述した第二実施形態においては、燃料配管を排気
通路内に配設したが、排気通路内の排気ガスの温度を利
用して燃料を暖められればよいので、燃料配管を排気通
路（排気管）の外壁に沿って配置させるのであっても良
い。

【００２４】

【発明の効果】本発明の燃料調温装置によれば、リター
ン配管上の温度調節手段によって燃料温度を調節し、各
種エンジン性能（例えば、燃料配管中のベーパー現象防
止による運転安定性や、冷間始動時の始動性・排気ガス
浄化性能・燃費性能など）を向上させることができる。
特に、温度調節手段を冷却水を用いた熱交換器とすれ
ば、燃料温度調節に新たなエネルギーを消費することが
ないのでエネルギー効率がよい。また、リターン配管上
の燃料調節手段に加えて、排気通路内（特に触媒下流）
の排気ガス温度を利用して燃料温度を高くすることを併
用すれば、燃料調温をより効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料調温装置の第一実施形態を有する
内燃機関の構成図である。

【図２】本発明の燃料調温装置の第二実施形態を有する
内燃機関の構成図である。

【符号の説明】

１…シリンダヘッド、２…シリンダ、３…インジェク
タ、４…デリバリパイプ、５…燃料配管、６…燃料タン
ク、８…高圧ポンプ、９…燃圧センサ、１０…温度セン
サ、１１…リターン配管、１２…リリーフバルブ、１３
…熱交換器（温度調節手段）、１８…排気管（排気通
路）、１９…触媒。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内又は前記シリンダに連通する
   吸気通路上に燃料を噴射する燃料噴射弁と、 前記燃料噴射弁が接続されたデリバリパイプと、 前記デリバリパイプと燃料タンクとの間に配設された燃
   料配管と、 前記燃料配管上に配置され、前記デリバリパイプに供給
   する燃料を高圧化する高圧ポンプと、 前記デリバリパイプから前記燃料配管の前記高圧ポンプ
   より上流側に燃料を戻すリターン配管と、 前記リターン配管上に配設され、燃料温度を所定の設定
   温度範囲内に調節する温度調節手段とを備えていること
   を特徴とする内燃機関の燃料調温装置。
2. 【請求項２】 前記燃料加熱手段が、内燃機関の冷却水
   を用いた熱交換器であることを特徴とする請求項１に記
   載の内燃機関の燃料調温装置。
3. 【請求項３】 前記燃料配管の一部が、触媒下流の排気
   通路内又は排気通路外壁に沿って配置されていることを
   特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料調温
   装置。