JP2005024162A - 内燃機関用液体燃料冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性にすぐれより高い熱交換性能が得られる、よりコンパクトでかつコスト安価な空冷型の内燃機関用液体燃料冷却器の提供。
【解決手段】内燃機関の燃料の温度上昇に起因する燃料沸騰気泡の発生等を防止するための液体燃料冷却器であって、液体燃料用配管が相互に隣接した状態で一平面に沿って渦巻き状に形成され、該平面状渦巻き管体の少なくとも片側外表面に、多数のフィン群を有する空冷式の冷却板を備えた構成となしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は夏場、あるいは気候の暑い国などに顕著な高温高熱時や極熱時におけるガソリンエンジンやディーゼルエンジンの燃料沸騰による気泡の発生等の諸問題を解決するための内燃機関用液体燃料の冷却器に係り、特にディーゼルエンジン自動車の車両のアンダーフロアに設置する空冷型の燃料冷却器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関におけるエンジンの燃料噴射装置への燃料供給は、より確実に燃料を供給するため燃料ポンプが使用され、機関の高出力化や燃料噴射装置の発展に伴い、種々のポンプ方式が採用されているが、特に夏場、あるいは気候の暑い国などに顕著な高温高熱時や極熱時には、燃料タンクから燃料噴射装置へ送給される過程で機関や排気系部品からの伝熱などにより液体燃料が高温となり、燃料温度が沸点を超えると燃料液中に気泡（ベーパ）が発生し始めることとなる。燃料液中に気泡が発生すると、燃料噴射装置によりシリンダー内に噴射される燃料液中にこの気泡が混入してベーパーロックを生じ噴射時間当りの燃料の噴射量が減少し、所定の出力が得られないという問題があった。また、エンジンで燃焼されなかった余剰燃料は、リターン配管を経由してタンクへ戻されるが、いったん高圧とされてエンジンの高温部付近を通過するため加温されて高温の戻り燃料となり、やがてタンク内すべての燃料の温度を上昇（ガソリン車で約６０℃）させ、タンクからベーパとなって放出され、大気汚染や、キャビンの燃料臭となって問題を起こす可能性もあった。また、ディーゼルエンジン、特にコモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システムにおいては、圧力が極めて高圧であるため戻り燃料の高温化（タンク内温度は１２０〜１７０℃まで昇温する）が特に問題となる。
【０００３】
ガソリンエンジンにおける対策として、従来は燃料タンクと燃料噴射装置間の燃料供給配管を自動車の空調装置（エアコン）の配管で冷却して燃料温度を沸点未満に下げる方法がとられている。また、コモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システム採用のディーゼルエンジンの場合にあっては、燃料は全く冷却されていないのが現状であった。
しかしながら、エアコンを利用して燃料温度を下げる方法は、エアコンのコンプレッサーやコンデンサーの大型化や燃費の悪化を招き、かつ燃料温度を下げることができるのはエアコンが駆動されている時に限られ、エアコンが停止している時には燃料温度を下げることができないという不都合があった。また、ディーゼルエンジンの場合は、コモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システムの配管にあっては、燃料は全く冷却されないためベーパーロックによる噴射の不安定化をはじめ、樹脂製のタンク部品（ホース等）、樹脂製タンクの熱劣化も余儀なくされるという問題もある。
【０００４】
かかる対策として、従来、例えば燃料配管の途中に燃料温度を沸騰気泡発生温度以下まで下げる熱交換器を配設する方法（特許文献１、２参照）、液体燃料の出入口を有する燃料冷却器本体の内外にそれぞれ液体燃料を冷却する内部熱交換器と外部熱交換器を備え、燃料冷却器本体内の高温の燃料の熱エネルギーによって内部熱交換器内の熱媒体流体を温め、蒸発させ、その蒸発流を外部熱交換器で凝縮して元の熱媒体流体に戻し、再び内部熱交換器へ通流させる仕組みとなした燃料冷却器（特許文献３参照）、燃料用配管に接続される管状の熱交換器内に、蓄熱材を内蔵したカプセルを収容して冷却する方式の燃料冷却装置（特許文献４参照）、ディーゼルエンジンのリターン燃料配管の途中に配設し、蛇行状に折曲げた蛇行チューブで構成され、蛇行チューブ内にリターン燃料を通流させて空冷する方式となしたディーゼルエンジン用リターン燃料冷却器（特許文献５参照）等が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２００７６５号
【特許文献２】特開２００３−３５２１９号
【特許文献３】特開２００３−３５２２０号
【特許文献４】特開２００３−９７３６６号
【特許文献５】特願２００２−１７４２０７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の特許文献１〜４に記載されている内燃機関用液体燃料の冷却手段は、エアコンや熱交換器の駆動、非駆動に関係なく、走行時であれば燃費を悪化させることなく必要に応じて燃料温度を沸点未満に下げることができ、またコモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システムにおいても、比較的簡易な手段で効率よく冷却できるが、専用の熱交換器や熱媒体流体、あるいは蓄熱材等を必要とすることから比較的コストが高くつくという問題があり、また、特許文献５に記載されている冷却器の場合は、冷却器本体を蛇行チューブで構成したことにより、チューブ長さを長くすることができることおよび、蛇行チューブを連続して多段に重ねることにより容易にさらなるチューブ延長が可能となり、熱交換性能を高めることができるとともに、冷却器自体を小型・コンパクト化できることにより省スペース化も可能となるが、冷却器本体がチューブのみで構成されているため所望の熱交換性能を得るためにはチューブをより長くして放熱性を高める必要があり、チューブコストが高くつく上、冷却器自体の重量が増すことにより車両の重量増大を余儀なくされるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、放熱性にすぐれより高い熱交換性能が得られる、よりコンパクトでかつコスト安価な空冷型の内燃機関用液体燃料冷却器を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関用液体燃料冷却器は、主としてディーゼルエンジン自動車の車両のアンダーフロアに設置する空冷型の燃料冷却器であって、パイプで構成された冷却器本体と、該本体と一体的に設けたフィン付き冷却板とから構成されたもので、その要旨は、液体燃料用配管が相互に隣接した状態で一平面に沿って渦巻き状に形成され、該平面状渦巻き管体の少なくとも片側外表面に、多数のフィン群を有する空冷式の冷却板を備えた構成となしたものである。
また、この内燃機関用液体燃料冷却器における前記平面状渦巻き管体と冷却板の接合手段としては、ボルト締結方式、かしめ方式、溶接またはろう付け方式を用いることを特徴とし、さらに、前記フィン群は、前記平面状渦巻き管体の表面に対し直角方向に突出する板状フィン、波形板状フィン、凹凸付き板状フィン、貫孔付き板状フィン、ルーバー付き板状フィン、スリット付き板状フィン、ピンフィンのうち、少なくとも一つで構成されているものを用いることができる。さらにまた、前記液体燃料用配管としては、断面形状が真円の管体に限らず、楕円管（長円管）、矩形管、かまぼこ形管等の管体を用いることができる。また、真円の管体を含むこれらの管体には外周面にスパラル状の溝を設けてもよい。
【０００９】
すなわち、本発明の内燃機関用液体燃料冷却器は、車両の走行により発生する空気流を効果的に利用して、平面状渦巻き管体内を通流する液体燃料を冷却する方式であるから、放熱性にすぐれより高い熱交換性能が得られ、蛇行チューブを使用した冷却器のチューブコストの問題および車両の重量増大の問題を解決することができる。
また、本発明において、冷却器本体を平面状渦巻き管体で構成し、かつ該冷却器本体にフィン付き冷却板を一体的に設けたのは、放熱性能をより高めることによりパイプ長さを長くすることなく熱交換性能を高めることができ、冷却器自体のより小型・コンパクト化と軽量化、省スペース化を可能とするためである。
なお、液体燃料冷却器の配設位置としては、特に限定するものではないが、走行中における前輪によるチッピング（飛石）やスプラッシュ（泥水）の影響を受けないようにするため車両のアンダーフロア下の後輪手前位置が好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る内燃機関用液体燃料冷却器の一実施例を示す正面図、図２は同上液体燃料冷却器の背面図、図３は同上液体燃料冷却器の冷却器本体を示す正面図、図４は同上冷却器のフィン付き冷却板を一部省略して示す斜視図、図５は同上液体燃料冷却器の冷却器本体の他の実施例を示す概略図、図６は同上液体燃料冷却器の冷却器本体とフィン付き冷却板の接合手段の他の例を示す概略図、図７〜図１４は同上液体燃料冷却器のフィン付き冷却板のフィンの各種形状を示す説明図、図１５は同上液体燃料冷却器の冷却器本体を構成する管体の各種断面形状を示す断面図、図１６は外周面にスパイラル状の溝を有する管体の一例を示す斜視図である。
【００１１】
すなわち、本発明に係る内燃機関用液体燃料冷却器は、１本のパイプを曲げ加工装置により例えば中央部を一平面に沿ってＳ字状に曲げて順次渦巻き状（とぐろ巻）に相互に密着させて、あるいは間隔を保持させて曲げ加工して形成した円形（または楕円状）の平面状渦巻き管体で冷却器本体１を構成する。Ｐ１は燃料入口、Ｐ２は燃料出口である。この冷却器本体１を構成するパイプの材質としては、特に限定するものではないが、鉄、ステンレス鋼、アルミ、銅等が一般的である。
【００１２】
この冷却器本体１と一体的に設けるフィン付き冷却板２は、ほぼ円形に形成した一枚の板材の全体にわたって所望の間隔に入れたスリットに沿って当該板材を垂直に起こして形成した矩形のフィン２−１で構成したもので、冷却器本体１に取付ける場合には、フィン２−１を外側に向けて平坦面側を冷却器本体１の表面に当接させる。
【００１３】
前記冷却器本体１とフィン付き冷却板２を接合する場合は、例えば冷却器本体１の表面に前記したようにフィン付き冷却板２をフィン２−１を外側に向けてそのフラットな背面を当接させ、冷却器本体１の背面側に当てた例えばＨ形の背面板３とボルト・ナット４により締結する方式を用いることができる。なお、ここでは、冷却器本体１をフィン付き冷却板２とＨ形の背面板３とで挟んでボルト・ナット４により締結する方式を示したが、Ｈ形の背面板３に替えてフィン付き冷却板２を用い、冷却器本体１の表裏面に同じフィン付き冷却板２を用いて構成してもよいことはいうまでもない。
【００１４】
上記構成の液体燃料冷却器において、エンジン（図面省略）で燃焼されなかった高温の余剰燃料すなわちリターン燃料は、当該燃料入口Ｐ１より、平面状渦巻き管体で構成された冷却器本体１に供給される。冷却器本体１に供給された燃料は、該冷却器本体１の平面状渦巻き管体内を通流する間に当該車両の走行により発生する空気流により自然冷却されて燃料出口Ｐ２より燃料タンク（図面省略）へ戻されるが、この冷却器本体１の平面状渦巻き管体内を通流する時に、該冷却器本体１の片面に配設したフィン付き冷却板２の作用により車両の走行により発生する空気流が乱流化されることにより冷却器本体１内の高温の余剰燃料は、より効果的に冷却される。
【００１５】
本発明の液体燃料冷却器における冷却器本体１の平面状渦巻き管体の形状としては、前記図１〜図３に示す形状の外に、例えば図５（ａ）に示すように円形または楕円状の平面状渦巻き管体の燃料入口Ｐ１と燃料出口Ｐ２を外側と中心側に分けた形状、あるいは図５（ｂ）に示すように矩形（正方形、長方形等）に形成してもよい。
【００１６】
また、前記図１〜図４に示す液体燃料冷却器では、冷却器本体１とフィン付き冷却板２の接合手段にボルト・ナット方式を用いた例を示したが、冷却器本体１とフィン付き冷却板２の接合手段としては、ボルト・ナット方式以外に、例えば図６（ａ）に示すように、冷却器本体１とフィン付き冷却板２および／または背面板３を溶接またはろう付けにより接合する方法、あるいは図６（ｂ）に示すように、フィン付き冷却板２と背面板３をかしめ方式により接合する方法等を用いることができる。
【００１７】
一方、フィン付き冷却板２としては、前記矩形のフィン２−１に替えて、例えば図７に示すスリット付き板状フィン２−２、図８に示す凹凸付き板状フィン２−３、図９示す波状湾曲面を有する波形板状フィン２−４、図１０に示す貫孔２−５´付き板状フィン２−５、図１１〜図１３に示すルーバー付き板状フィン２−６〜２−８、図１４に示すピンフィン２−９等を用いることができる。
【００１８】
さらに、本発明の液体燃料冷却器の冷却器本体を構成する管体としては、断面形状が真円の管体に限らず、図１５に示す楕円管（長円管）（ａ）、矩形管（ｂ）、かまぼこ形管（ｃ）等の管体を用いることができることはいうまでもない。さらにまた、図１６にその一例を示すように外周面にスパイラル状の溝１−２を有する管体１−１も使用できることはいうまでもない。
【００１９】
なお、本発明の液体燃料冷却器においては耐食性を確保するため、冷却器本体を構成する管体および冷却板にＺｎ、Ｚｎ／Ｎｉ、Ｚｎ／Ａｌ等のメッキや塗装を単独あるいは複合させて設けてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明によれば、車両の走行により発生する空気流をより効果的に利用して、平面状渦巻き管体内を通流する液体燃料を冷却する方式であるから、放熱性にすぐれより高い熱交換性能が得られ、蛇行チューブを使用した冷却器のチューブコストの問題および車両の重量増大の問題を解決することができ、また、冷却器本体を平面状渦巻き管体で構成し、かつ該冷却器本体にフィン付き冷却板を一体的に設けたことにより、パイプ長さを長くすることなく熱交換性能を高めることができ、冷却器自体のより小型・コンパクト化と軽量化、省スペース化がはかられる等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関用液体燃料冷却器の一実施例を示す正面図である。
【図２】同上液体燃料冷却器の背面図である。
【図３】同上液体燃料冷却器の冷却器本体を示す正面図である。
【図４】同上冷却器のフィン付き冷却板を一部省略して示す斜視図である。
【図５】同上液体燃料冷却器の冷却器本体の他の実施例を示す概略図で、（ａ）は円形（または楕円形）の冷却器本体を、（ｂ）は矩形（正方形、長方形）をそれぞれ示す。
【図６】同上液体燃料冷却器の冷却器本体とフィン付き冷却板の接合手段の他の例を示す概略図で、（ａ）は溶接またはろう付けによる接合例、（ｂ）はかしめ方式による接合例をそれぞれ示す。
【図７】同上液体燃料冷却器におけるスリット付き板状フィン一例を示す斜視図である。
【図８】同上液体燃料冷却器における凹凸付き板状フィンの一例を示す断面図である。
【図９】同上液体燃料冷却器における波形板状フィンの一例を示す平面図である。
【図１０】同上液体燃料冷却器における貫孔付き板状フィンの一例を示す斜視図である。
【図１１】同上液体燃料冷却器におけるルーバー付き板状フィンの一例を示す断面図である。
【図１２】同上液体燃料冷却器におけるルーバー付き板状フィンの他の例を示す断面図である。
【図１３】同上液体燃料冷却器におけるルーバー付き板状フィンの別の例を示す斜視図である。
【図１４】同上液体燃料冷却器におけるピンフィンの一例を示す斜視図である。
【図１５】同上液体燃料冷却器の冷却器本体を構成する管体の各種断面形状を示す断面図で、（ａ）は楕円管、（ｂ）は矩形管、（ｃ）はかまぼこ形管をそれぞれ示す。
【図１６】同上液体燃料冷却器における外周面にスパイラル状の溝を有する管体の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 冷却器本体
１−１ 管体１−１
１−２ スパイラル状の溝
２ フィン付き冷却板
２−１ 矩形のフィン
２−２ スリット付き板状フィン
２−３ 凹凸付き板状フィン
２−４ 波形板状フィン
２−５ 貫孔付き板状フィン
２−６〜２−８ ルーバー付き板状フィン
２−９ ピンフィン
３ 背面板
４ ボルト・ナット
Ｐ１ 燃料入口
Ｐ２ 燃料出口

Claims (5)

1. 内燃機関の燃料の温度上昇を抑制するための液体燃料冷却器であって、液体燃料用配管が相互に隣接した状態で一平面に沿って渦巻き状に形成され、該平面状渦巻き管体の少なくとも片側外表面に、多数のフィン群を有する空冷式の冷却板を備えた構成となしたことを特徴とする内燃機関用液体燃料冷却器。
2. 前記平面状渦巻き管体と冷却板の接合手段には、ボルト締結方式、かしめ方式、溶接またはろう付け方式を用いることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用液体燃料冷却器。
3. 前記フィン群は、前記平面状渦巻き管体の表面に対し直角方向に突出する板状フィン、波形板状フィン、凹凸付き板状フィン、貫孔付き板状フィン、ルーバー付き板状フィン、スリット付き板状フィン、ピンフィンのうち、少なくとも一つで構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関用液体燃料冷却器。
4. 前記液体燃料用配管は、真円管、楕円管、矩形管、かまぼこ形管のうちいずれか１つの管体を用いることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の内燃機関用液体燃料冷却器。
5. 前記液体燃料用配管は、外周面にスパイラル状の溝を有することを特徴とする請求項４記載の内燃機関用液体燃料冷却器。

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