JP2005220819A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料の温度上昇を抑制する新規な手段であって、構造が単純で設置スペースの確保も容易なものを提供する。
【解決手段】 燃料供給管２４における熱交換部２７を、走行風方向Ａに関してインタークーラ１２の後方側に沿って配置する。設置スペースの確保が容易であり、また走行中にはインタークーラ１２と同様の条件で通風を得ることができる。熱交換部２７をインタークーラ１２に対し所定距離Ｂだけ間隔を隔てて配置したので、インタークーラ１２からの熱による燃料温度の上昇はわずかである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関用の燃料供給装置に関し、特に燃料経路における熱交換が考慮されたものに関する。

燃料噴射式のエンジンでは、加圧に伴って温度の上昇した燃料の一部が、調圧弁およびリターン配管を介して燃料タンクに戻されるため、燃料タンク内の燃料温度が上昇する場合がある。燃料温度の上昇は、燃料粘度の変化、ベーパによる噴射量制御性の悪化、および燃料によって潤滑されるサプライポンプや燃料噴射弁の潤滑性低下による耐久性低下など、さまざまな問題をひき起こす原因となる。燃料温度の上昇は、とくにディーゼルエンジンにおいて顕著である。

燃料の温度上昇を抑制するための技術として、特許文献１は、吸気マニホルドとインタークーラとによって囲まれた空間を遮蔽壁で覆い、この遮蔽壁で密閉された空間内に、燃料噴射弁に至る燃料供給管を配置した構成を開示している。

また特許文献２では、インタークーラと燃料クーラとを上下ないし左右平行位置に配置することで、インタークーラと同様の良好な通風条件で燃料を冷却可能とすると共に、燃料クーラをバイパスするバイパス管を更に設け、燃料温度が高い場合にのみ燃料クーラを使用する構成を開示している。

特開平６−１５９０８８号公報 特開２００３−５６３４４号公報

しかし、特許文献１は構造が複雑である。また特許文献２は、インタークーラと燃料クーラとを上下ないし左右平行位置に配置するために、限られたエンジン室内においては設置スペースの確保が困難である上、燃料クーラを使用するか否かの決定基準に燃料温度を用いているので、高速走行後に停車するなどの場合に、燃料クーラからバイパス管への切替えが迅速に行われないという欠点もある。

そこで本発明の目的は、燃料の温度上昇を抑制する新規な手段であって、構造が単純で設置スペースの確保も容易なものを提供することにある。

第１の本発明は、過給器からの吸気経路中に設けられたインタークーラを有する内燃機関における燃料供給装置であって、燃料噴射弁に至る燃料供給管の中途に設けられた熱交換部を、走行風方向に関して前記インタークーラの後方側に沿って、且つ前記インタークーラに対し間隔を隔てて配置したことを特徴とする燃料供給装置である。

第１の本発明では、熱交換部を、走行風方向に関してインタークーラの後方側に沿って配置したので、通常インタークーラの後方側には通風性への考慮から広いスペースが確保されていることと相まって設置スペースの確保が比較的容易であり、また走行中には熱交換部についてインタークーラと同様の条件で通風を得ることができる。また、熱交換部をインタークーラに対し間隔を隔てて配置したので、インタークーラからの熱による燃料温度の上昇はわずかである。

第２の本発明は、請求項１に記載の燃料供給装置であって、前記熱交換部は、前記燃料供給管の一部を蛇行状に屈曲させてなることを特徴とする燃料供給装置である。

第２の本発明では、燃料供給管の一部を蛇行状に屈曲させて熱交換部を構成したので、放熱フィンを利用した従来の燃料クーラを用いる場合に比して製造コストを減少させることができる。

第３の本発明は、請求項１または２に記載の燃料供給装置であって、前記燃料供給管は、前記熱交換部をバイパスするバイパス管と、当該バイパス管に燃料を選択的に流通させる流路制御弁と、を更に備えたことを特徴とする燃料供給装置である。

第３の本発明では、熱交換部をバイパスするバイパス管と、当該バイパス管に燃料を選択的に流通させる流路制御弁と、を更に備えたので、停車中や低速走行中のように走行風による燃料冷却効果が低くなる場合にはバイパス管に燃料を流通させ、熱交換部の使用を抑制することによって、インタークーラからの熱による燃料温度の上昇を抑制できる。

第４の本発明は、請求項３に記載の燃料供給装置であって、前記流路制御弁を車速に基づいて制御する制御手段を更に備えたことを特徴とする燃料供給装置である。

第４の本発明では、熱交換部を使用するか否かの決定基準に車速を用いているので、高速走行後に停車するなどの場合に、熱交換部からバイパス管への切替えを迅速に行うことが可能となり、これによってインタークーラからの熱による燃料温度の上昇を効果的に抑制できる。

第５の本発明は、請求項１に記載の燃料供給装置であって、前記燃料供給管から流路制御弁を介して分岐して設けられた第２熱交換部を、前記走行風方向に関して前記インタークーラの前方側に沿って、且つ前記インタークーラと密接して配置したことを特徴とする燃料供給装置である。

第５の本発明では、冷間始動時など燃料温度が低い場合に、インタークーラと密接している第２熱交換部を選択することによって、インタークーラからの伝導熱で燃料温度を上昇させることができる。

本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図１において、第１実施形態に係るエンジン１はディーゼルエンジンであって、シリンダブロック２の内部にシリンダ３が形成され、その中にピストン４が摺動可能に挿入されている。

シリンダ３には燃料噴射弁５が設けられている。不図示の吸気ポートを経由してシリンダ３に連通する吸気マニホルド６は、吸気管７に接続されている。また不図示の排気ポートを経由してシリンダ３に連通する排気マニホルド８は、排気管９に接続されている。排気管９の中途には過給器１０および浄化触媒１１が設置され、過給器１０は、その内部の排気タービンにより排気エネルギを利用して吸入空気を圧縮しながらシリンダ３に供給する。吸気管７の中途には、過給器１０からの圧縮された吸入空気を冷却するためのインタークーラ１２が設置されている。インタークーラ１２はエンジン室内において走行風を得やすい場所、例えば車体に形成された空気採入口の近傍に設けられる。

排気マニホルド８と吸気マニホルド６とは、ＥＧＲ（排気ガス再循環）のためのＥＧＲ管１３によって接続されており、ＥＧＲ管１３の中途には、排気ガス冷却のためのＥＧＲクーラ１４、および再循環される排ガス量を制御するＥＧＲ制御弁１５が設けられている。

燃料噴射弁５は、燃料を高圧下で溜めておくためのコモンレール２１に分岐して接続されている。コモンレール２１には、燃料の昇圧および供給のためのサプライポンプ２２が接続されている。燃料タンク２３とサプライポンプ２２とは、銅管などからなる燃料供給管２４によって接続されている。

サプライポンプ２２および燃料噴射弁５には、それぞれ不図示の調圧弁が設けられており、この調圧弁の排出側にはリターン管２５，２６が接続されている。これらリターン管２５，２６は下流側で合流し、燃料タンク２３に接続されている。

燃料供給管２４の中途には、熱交換部２７が設けられている。この熱交換部２７は、図２に示すとおり、燃料供給管２４の一部を蛇行状に屈曲させてなるものである。熱交換部２７は、インタークーラ１２に対して車両の後ろ側、すなわち走行風方向Ａに関してインタークーラ１２の後方側に沿って、且つインタークーラ１２に対し所定距離Ｂの間隔を隔てて配置されている。インタークーラ１２は多数の冷却フィンを備えた空気透過型の熱交換器であり、走行中にはその前面に供給された走行風すなわち外気が冷却フィンの間を通過し、熱交換部２７を冷却することになる。

熱交換部の蛇行により形成される平面は、インタークーラ１２の後端のなす平面とほぼ平行にされている。本実施形態ではインタークーラ１２および熱交換部２７は、両者のなす平面が車両の進行方向前方を向くように直立して設置されるが、両者は、これらが設置される車両内の位置や車体の空気採入口との位置関係に応じて、それらのなす平面が走行風方向（走行の際に導入される外気の移動方向）に関して風上側を向くように、任意の姿勢とすることができる。

なお、インタークーラ１２と熱交換部２７との間の間隔である所定距離Ｂは、走行時にインタークーラ１２の熱による燃料の昇温が所定値以下となるような距離に設定するのが好適であり、実験によって容易に決定することができる。

再び図１において、燃料供給管２４における熱交換部２７に対する上流側には、ソレノイドを備えた三方弁である流路制御弁２８が設けられており、この流路制御弁２８の一方の出口側は、バイパス管２９を介して、燃料供給管２４における熱交換部２７に対する下流側に接続されている。したがって、燃料は流路制御弁２８の選択に従って、熱交換部２７およびバイパス管２９のいずれかに供給されることになる。

電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）３０は、その詳細は図示しないが、各種演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムや各制御変数の初期値などを格納したＲＯＭ、制御プログラムやデータを一時的に保持するＲＡＭ、入出力ポート、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換器ならびに記憶装置等を含んで構成されている。

ＥＣＵ３０には、サプライポンプ２２に設けられた燃料温度センサ３１、コモンレール２１に設けられた燃料圧力センサ３２、および駆動輪の近傍に設けられた車速センサ３３からの各出力信号が入力される。またＥＣＵ３０からの制御信号によって、燃料噴射弁５や流路制御弁２８等が制御されるようになっている。

以上のとおり構成された第１実施形態では、燃料タンク２３からの燃料は、燃料供給管２４を経由してサプライポンプ２２に供給され、ここで加圧される。加圧された燃料は、コモンレール２１を経由して、燃料噴射弁５からシリンダ３内に供給される。またサプライポンプ２２および燃料噴射弁５の調圧弁からは、高温のリターン燃料が排出され、リターン管２５，２６を経由して燃料タンク２３に戻される。

他方、過給器１０からの圧縮された吸入空気は、インタークーラ１２に供給され、ここで走行風により冷却される。また、燃料供給管２４からの燃料は、熱交換部２７で走行風により冷却される。

ここでＥＣＵ３０では、熱交換部２７の使用状態を車両の走行状態に応じて切替える制御が行われる。具体的には、図３に示すように、まず車速センサ３３からの車速信号がＥＣＵ３０に入力されると（Ｓ１０）、ＥＣＵ３０では、まず車速信号に基づく現在の車速が算出されると共に、算出された車速が所定の基準値（例えば０ｋｍ／ｈ）と比較される（Ｓ２０）。

そして、車速が０ｋｍ／ｈを上回っている場合、つまり通常の前進走行時には、ＥＣＵ３０の制御出力に従って流路制御弁２８が駆動され、熱交換部２７が燃料の流路として選択される（Ｓ３０）。したがって、熱交換部２７を通って流れる燃料は、インタークーラ１２の冷却フィン間を通り抜けた走行風によって良く冷却される。

また、車速が０ｋｍ／ｈ以下である場合、つまり停車中および後退中には、ＥＣＵ３０の制御出力に従って流路制御弁２８が駆動され、バイパス管２９が燃料の流路として選択される（Ｓ４０）。したがって、この場合には燃料が熱交換部２７および高温のインタークーラ１２から隔離されることになる。

以上のとおり、本実施形態では、燃料供給管２４における熱交換部２７を、走行風方向Ａに関してインタークーラ１２の後方側に沿って配置したので、通常インタークーラの後方側には通風性への考慮から広いスペースが確保されていることと相まって設置スペースの確保が比較的容易であり、また走行中には熱交換部２７についてインタークーラ１２とほぼ同様の条件で通風を得ることができる。また、熱交換部２７をインタークーラ１２に対し所定距離Ｂだけ間隔を隔てて配置したので、インタークーラ１２からの熱による燃料温度の上昇はわずかである。

また本実施形態では、燃料供給管２４の一部を蛇行状に屈曲させて熱交換部２７を構成したので、冷却フィンを利用した従来の燃料クーラを用いる場合に比して製造コストを減少させることができる。

さらに本実施形態では、熱交換部２７をバイパスするバイパス管２９と、当該バイパス管２９に燃料を選択的に流通させる流路制御弁２８と、を更に備えたので、停車中（Ｓ２０）のように走行風による燃料冷却効果が低くなる場合にバイパス管２９を流通させ（Ｓ４０）、熱交換部２７の使用を抑制することによって、インタークーラ１２からの熱による燃料温度の上昇を抑制できる。なお、ステップＳ２０における基準値に例えば１０ｋｍ／ｈ等の低速前進相当値を用いることで、停車中・後退中に加えて低速走行中にもバイパス管２９を選択することとしてもよい。

また本実施形態では、熱交換部２７を使用するか否かの決定基準として車速を用いているので、高速走行後に停車する場合などのようにインタークーラ１２からの熱による熱交換部２７の温度上昇が生じうる場合に、熱交換部２７からバイパス管２９への切替えを迅速に行うことができ、インタークーラ１２からの熱による燃料温度の上昇を抑制することができる。

なお、第１実施形態では、停車中であることを条件にバイパス管２９を利用することで、高速走行後の停車などの場合におけるインタークーラ１２からの熱による燃料温度の上昇を抑制する構成としたが、第１実施形態の機械的構成は、他の目的にも利用することができる。例えば、冷間始動時における燃料温度が低すぎると、良好な燃焼が行われずエミッションが悪化することが知られているが、ここで昇温が比較的迅速に行われるインタークーラ１２の熱を利用して、燃料温度を上昇させる目的に、第１実施形態の機械的構成を利用することができる。すなわち、冷間始動時であることを示す所定の条件が成立している場合、すなわち例えば不図示のイグニッションスイッチがオンされてから所定時間内および／または燃料温度が所定の基準温度を下回っている間は、ＥＣＵ３０の制御出力により流路制御弁２８で熱交換部２７を選択することで、インタークーラ１２の熱によって燃料温度を迅速に上昇させることができる。なお、この変形例の場合には、インタークーラ１２と熱交換部２７との間の間隔である所定距離Ｂ（図２参照）を、走行時にはインタークーラ１２の熱による燃料の昇温が所定値以下であると共に、停車中ないし低速走行時にはインタークーラ１２と熱交換部２７との間の熱交換（すなわち、インタークーラ１２の熱による熱交換部２７内の燃料の昇温）が可能な距離に設定するのが好適である。

次に、第２実施形態について説明する。図４に示される第２実施形態のエンジン５１は、上記第１実施形態における熱交換部２７と同様の第１熱交換部５７を備え、さらに流路制御弁５２、昇温用分岐管５３および第２熱交換部５４を設けたものである。流路制御弁５２はソレノイドを備えた三方弁であり、燃料は流路制御弁５２によって、第１熱交換部５７側または第２熱交換部５４側に選択的に供給されることになる。第２熱交換部５４は、銅管などからなる昇温用分岐管５３の一部を、上記第１実施形態における熱交換部２７と同様に蛇行状に屈曲させてなるものである。第２熱交換部５４は、インタークーラ１２に対して車両の前側、すなわち走行風方向Ａに関してインタークーラ１２の前方側に、且つインタークーラ１２に密接して配置されている。流路制御弁５２はＥＣＵ１３０の出力側に接続されている。第２実施形態においては、第１熱交換部５７および第２熱交換部５４の含まれる燃料供給管２４の部分を、主燃料経路６０という。なお、第２実施形態における残余の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、同一符号を付してその説明は省略する。

以上のとおり構成された第２実施形態における処理について説明する。図５に示すように、まず燃料温度センサ３１および車速センサ３３からの信号がＥＣＵ１３０に読み込まれ（Ｓ１１０）、次に、燃料温度が所定の基準温度未満かが判断される（Ｓ１２０）。基準温度未満の場合には、ＥＣＵ１３０の制御出力により流路制御弁２８によって主燃料経路６０が選択され（Ｓ１３０）、かつ流路制御弁５２によって、第２熱交換部５４が選択される（Ｓ１４０）。

また、燃料温度が基準温度以上である場合には、車速が所定の基準値（例えば０ｋｍ／ｈ）と比較され（Ｓ１５０）、車速が０ｋｍ／ｈを上回っている場合、つまり通常の前進走行時には、ＥＣＵ１３０の制御出力に従って流路制御弁２８が駆動され、主燃料経路６０が選択されると共に（Ｓ１６０）、流路制御弁５２が駆動され、第１熱交換部５７が燃料の流路として選択される（Ｓ１７０）。したがって、第１熱交換部５７を通って流れる燃料は、インタークーラ１２の冷却フィン間を通り抜けた走行風によって良く冷却される。

また、車速が０ｋｍ／ｈ以下である場合、つまり停車中および後退中には、ＥＣＵ１３０の制御出力に従って流路制御弁２８が駆動され、バイパス管２９が燃料の流路として選択される（Ｓ１８０）。したがって、この場合には燃料が熱交換部２７および高温のインタークーラ１２から隔離されることになる。

このように、第２実施形態によれば、冷間始動時であることを示す所定の条件が成立している場合、具体的には燃料温度が所定の基準温度に達するまでの間は、インタークーラ１２と密接している第２熱交換部５４が選択されるので、インタークーラ１２の熱伝導によって燃料温度を迅速に上昇させることができる。

なお、第２実施形態では冷間始動時であることを示す所定の条件を燃料温度に基づいて判断することとしたが、この条件としては他のもの、例えばイグニッションスイッチがオンされてからの経過時間などを用いてもよい。

また、上記各実施形態では熱交換部を燃料供給管２４の一部を蛇行状に屈曲させることで形成することとしたが、本発明における熱交換部としては、多数の冷却フィンを備えたアセンブリ形の周知の燃料クーラないし熱交換器を用いてもよい。

また、上記各実施形態ではエンジン１，５１をディーゼルエンジンとしたが、本発明は筒内直噴式のガソリンエンジンなどの他の形式のエンジンについて適用することも可能であり、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。

本発明の第１実施形態に係るエンジンを概略的に示すブロック図である。 第１実施形態におけるインタークーラおよび熱交換部を示す斜視図である。 第１実施形態における処理の一例を示すフロー図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンを概略的に示すブロック図である。 第２実施形態における処理の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１，５１ エンジン
５ 燃料噴射弁
７ 吸気管
１０ 過給器
１２ インタークーラ
２４ 燃料供給管
２６ リターン管
２７ 熱交換部
３０，１３０ ＥＣＵ
３３ 車速センサ
５４ 第２熱交換部
５７ 第１熱交換部

Claims (5)

1. 過給器からの吸気経路中に設けられたインタークーラを有する内燃機関における燃料供給装置であって、
   燃料噴射弁に至る燃料供給管の中途に設けられた熱交換部を、走行風方向に関して前記インタークーラの後方側に沿って、且つ前記インタークーラに対し間隔を隔てて配置したことを特徴とする燃料供給装置。
2. 請求項１に記載の燃料供給装置であって、
   前記熱交換部は、前記燃料供給管の一部を蛇行状に屈曲させてなることを特徴とする燃料供給装置。
3. 請求項１または２に記載の燃料供給装置であって、
   前記燃料供給管は、前記熱交換部をバイパスするバイパス管と、当該バイパス管に燃料を選択的に流通させる流路制御弁と、を更に備えたことを特徴とする燃料供給装置。
4. 請求項３に記載の燃料供給装置であって、
   前記流路制御弁を車速に基づいて制御する制御手段を更に備えたことを特徴とする燃料供給装置。
5. 請求項１に記載の燃料供給装置であって、
   前記燃料供給管から流路制御弁を介して分岐して設けられた第２熱交換部を、前記走行風方向に関して前記インタークーラの前方側に沿って、且つ前記インタークーラと密接して配置したことを特徴とする燃料供給装置。

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