JP2005325730A - ディーゼルエンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖機完了後及びエンジン冷態時における始動直後においても燃料を加熱可能にして、燃料の霧化を促進しエンジン始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を低減する。
【解決手段】ディーゼルエンジンの燃料供給装置は、一端が気筒毎にシリンダヘッド４に挿入されかつ他端がシリンダヘッドカバー５により覆われた複数のインジェクションノズル６と、燃料噴射ポンプ２に第１燃料パイプ７を介して接続され燃料噴射ポンプ２から圧縮供給される高圧燃料を貯留可能に構成されかつ複数のインジェクションノズル６のそれぞれに第２燃料パイプ８を介して接続されたコモンレール３とを備える。高圧燃料の圧縮により上昇した熱を外部放散することを防止する断熱材２１によりコモンレール３が被覆される。コモンレール３がシリンダヘッドカバー５内に収容され、断熱材２１が、ガラスウール、セラミックウール又はカーボンナノチューブからなる不織布のいずれかである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高圧燃料を蓄圧可能なコモンレールを用い、ディーゼルエンジンに設けられる燃料供給装置に関するものである。

近年、環境汚染を防止するため、自動車用エンジンの排ガス規制は一段と厳しくなり、排ガス中のＮＯｘやパティキュレートの削減は急務となってきている。ここで、ディーゼルエンジンでは燃料の噴射圧を高めて燃料をより微粒化すると、パティキュレートが低減することが知られている。そこで、高圧の燃料を蓄圧するコモンレールを用い、エンジンの回転速度に拘らず常に高圧の燃料を噴射できる燃料供給装置が提案されている。この燃料供給装置におけるコモンレールには燃料噴射ポンプが第１燃料パイプを介して接続され、気筒毎にシリンダヘッドに挿入された複数のインジェクションノズルのそれぞれに第２燃料パイプを介して接続される。一方、この燃料供給装置にはコントローラが設けられ、このコントローラにはアクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルセンサと、エンジンの回転数を検出する回転センサが接続され、アクセルセンサ及び回転センサの検出出力に基づいてインジェクションノズルから噴射される燃料の目標噴射量が決められる。この目標噴射量に基づいてコントローラはインジェクションノズルの開放時間を制御してコモンレールに蓄圧された高圧燃料をエンジンの気筒内に直接噴射することにより、燃料の噴射圧が高められ燃料をより微粒化してパティキュレートを低減することができるものとしている。

そして、近年では、このようなコモンレールを用いた燃料供給装置において、噴射燃料の気化を促進し燃焼性能を高めるとともにＨＣ（炭化水素）等の未燃排出物を低減するため、燃料をコモンレール等においてエンジン出口の高温冷却水によって加熱する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この燃料供給装置では、インジェクションノズルに接続される第２燃料パイプやコモンレール等の周囲にエンジン出口の高温冷却水が導入される加熱冷却水室を設け、その加熱冷却水室内に流通する高温冷却水によって第２燃料パイプやコモンレール等の内部における高圧燃料を加熱することにより噴射燃料の気化を更に促進している。
特開２０００−１４５５７１号公報（特許請求の範囲、図１）

しかし、ディーゼルエンジンにおいては、温められていない始動直後に多量のＨＣ（炭化水素）等の未燃排出物が発生することが知られている。そして、かかる始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を低減するには、その始動直後に燃料を可能な範囲で高い温度レベルに保持して燃料の霧化を促進するのが効果的である。にもかかわらず、エンジンの運転時においてコモンレール等の燃料供給配管の周囲に形成された加熱冷却水室にエンジン出口の高温冷却水を導いて燃料を加熱する従来の技術では、冷却水が高温状態になる暖機完了後のエンジン運転中は常時高温冷却水による燃料の加熱が可能であるが、エンジン冷態状態での始動直後のようにエンジンの暖機が完了していない状態では冷却水温度が低いため、該冷却水による燃料の加熱は殆どなされず燃料は低温状態のままであり、燃料を加熱できず、始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物の低減は困難となる不具合がある。
また、近年では、エンジン周囲の設備が充実し、コモンレール等を加熱するための加熱冷却水の流路をエンジン周囲に新たに形成することはエンジン周囲の構造を複雑化させる問題点もある。
本発明の目的は、暖機完了後におけるエンジン運転中は勿論、エンジン冷態時における始動直後においても燃料を加熱可能にして、燃料の霧化を促進しエンジン始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を低減し得るディーゼルエンジンの燃料供給装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、一端が気筒毎にシリンダヘッド４に挿入されかつ他端がシリンダヘッドカバー５により覆われた複数のインジェクションノズル６と、燃料噴射ポンプ２に第１燃料パイプ７を介して接続され燃料噴射ポンプ２から圧縮供給される高圧燃料を貯留可能に構成されかつ複数のインジェクションノズル６のそれぞれに第２燃料パイプ８を介して接続されたコモンレール３とを備えたディーゼルエンジンの燃料供給装置の改良である。
その特徴ある構成は、高圧燃料の圧縮により上昇した熱を外部放散することを防止する断熱材２１によりコモンレール３が被覆されたところにある。
この請求項１に記載されたディーゼルエンジンの燃料供給装置では、断熱材２１が高圧燃料の圧縮により上昇した熱を外部放散することを防止するので、エンジン１の始動直後のコモンレール３における高圧燃料の温度は上昇し、そして比較的早い時期に高温状態となってその高温状態が維持される。この結果暖機時及び、暖機完了後におけるエンジン運転中の燃料の霧化を促進し、エンジンから排出されるＨＣ等の未燃排出物を低減することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、コモンレール３がシリンダヘッドカバー５内に収容されたことを特徴とする。
この請求項２に記載されたディーゼルエンジンの燃料供給装置では、コモンレール３を断熱材２１で被覆された状態でシリンダヘッドカバー５内に収容するので、燃料が加圧されることにより上昇した熱が断熱材２１とともにそのシリンダヘッドカバー５を越えて外部に放散されることを有効に防止する。このため、コモンレール３における高圧燃料の温度を高温状態に維持し、暖機完了後におけるエンジン運転中は勿論、エンジン１の始動直後においても燃料は有効に加熱されて、その燃料の霧化を促進しエンジン始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を有効に低減することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、断熱材２１が、ガラスウール、セラミックウール又はカーボンナノチューブからなる不織布のいずれかであることを特徴とする
この請求項３に記載されたディーゼルエンジンの燃料供給装置では、高圧燃料の圧縮により上昇した熱が外部放散されることを有効に防止することができる。

本発明のディーゼルエンジンの燃料供給装置では、高圧燃料の圧縮により上昇した熱を外部放散することを防止する断熱材によりコモンレールを被覆したので、断熱材が高圧燃料の圧縮により上昇した熱を外部放散することを防止する。このため、エンジンの始動直後のコモンレールにおける高圧燃料の温度は上昇し、そして比較的早い時期に高温状態となってその高温状態が維持される。この結果、暖機時及び暖機完了後におけるエンジン運転中の燃料の霧化が促進され、エンジンから排出されるＨＣ等の未燃排出物を低減することができる。この場合、コモンレールをシリンダヘッドカバー内に収容すれば、燃料の熱がシリンダヘッドカバーを越える外部に放散することを有効に防止でき、コモンレールにおける高圧燃料の温度を高温状態に維持し、暖機完了後におけるエンジン運転中は勿論、エンジンの始動直後においても燃料は有効に加熱されて、その燃料の霧化を促進しエンジン始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を有効に低減することができる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、ディーゼルエンジン１の燃料供給装置は、一端（下端）が気筒毎にシリンダヘッド４に挿入された複数のインジェクションノズル６と、図示しないクランクシャフトと平行になるようにシリンダヘッド４上面に取付けられた単一のコモンレール３とを備える。シリンダヘッド４の上面はシリンダヘッドカバー５により覆われる（図１）。これによりシリンダヘッド４の上面から突出する上記複数のインジェクションノズル６の他端（上端）もシリンダヘッドカバー５により覆われるとともに、コモンレール３もシリンダヘッドカバー５内に収容される。またコモンレール３は燃料噴射ポンプ２に単一の第１燃料パイプ７を介して接続されるとともに、複数のインジェクションノズル６に複数の第２燃料パイプ８を介してそれぞれ接続される。更に燃料噴射ポンプ２はエンジン１の外部に設けられる。

図２に示すように、コモンレール３には第１短管１０と第２短管１３とが突設される。第１短管１０の先端はシリンダヘッド４の側壁４ａに円形に形成された貫通孔１１に臨み、この第１短管１０の先端には第１燃料パイプ７の端部がナット７ａを介して接続される。第１短管１０の先端には雄ねじ（図示せず）が形成され、ナット７ａにはこの雄ねじに螺合可能な雌ねじ（図示せず）が形成される。ナット７ａは六角形部７ｂと貫通孔１１に遊挿される円筒部７ｃとを有する。またナット７ａは予め第１燃料パイプ７の端部に回転可能に嵌入され、ナット７ａの雌ねじは円筒部７ｃを貫通孔１１に遊挿した状態で第１短管１０の雄ねじに螺合される。更に上記ナット７ａの円筒部７ｃと貫通孔１１との隙間は第１シール部材１２により塞がれる。なお、燃料噴射ポンプ２から送出された燃料はシリンダヘッドカバー５に収容されたコモンレール３に蓄圧保持された後に、各インジェクションノズル６にそれぞれ供給されるように構成される（図１）。

一方、第２短管１３は、シリンダヘッド４の側壁４ａに略Ｕ字状に形成された切欠き１４を通ってシリンダヘッド４の外側方に突出し、その先端にはコモンレール３内の燃料圧力を検出する圧力センサ１５が取付けられる。この圧力センサ１５はコモンレール３内の燃料圧力を検出し、コントロールユニット（図示せず）は上記圧力センサ１５の検出出力に基づいてコモンレール３の燃料圧力を最適に制御するように構成される。また第２短管１３の外周面と切欠き１４の内周面との隙間は第２シール部材１８により塞がれる。この第２シール部材１８は、第２短管１３に嵌入可能な孔１８ａを有するラバー体であって、略Ｕ字状の切欠き１４に遊挿されてシリンダヘッド４の側壁４ａに当接するプレート１８ｂが形成される。そのプレート１８ｂはシリンダヘッド４の側壁４ａ表面にボルト１９，１９により取付けられる。

本発明の特徴ある構成は、高圧燃料の圧縮により上昇した熱を外部放散することを防止する断熱材２１によりコモンレール３が被覆されたところにある。断熱材２１としては、ガラスウール、セラミックウール又はカーボンナノチューブからなる不織布等が挙げられる。コモンレール３を被覆した断熱材２１は更に金属からなる断熱材カバー２２により被覆され、断熱材カバー２２は不織布等からなる断熱材２１が飛散することを防止するように構成される。そして、コモンレール３は断熱材２１により被覆された状態でシリンダヘッドカバー５内に収容される。

このように構成されたディーゼルエンジンの燃料供給装置では、断熱材２１が高圧燃料の圧縮により上昇した熱を外部放散することを防止するので、コモンレール３内部の燃料の高温状態を維持することができる。ここで、燃料噴射ポンプ７により一般的なコモンレール３では大気圧の燃料を１８０ＭＰａ〜２５０ＭＰａにまで加圧するので、その加圧により燃料の温度は１００℃〜３００℃上昇する。本発明の燃料供給装置では、加圧により上昇した熱の外部放散を防止して、コモンレール３における高圧燃料の温度を上昇させ、エンジン１の始動直後の比較的早い時期に燃料を高温状態にし、始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を低減するものである。

特にこの実施の形態では、コモンレール３を断熱材２１で被覆された状態でシリンダヘッドカバー５内に収容しているので、燃料が加圧されることにより上昇した熱が断熱材２１とともにそのシリンダヘッドカバー５を越えて外部に放散されることが有効に防止される。このため、コモンレール３における高圧燃料の温度を高温状態に維持し、暖機完了後におけるエンジン運転中は勿論、エンジン１の始動直後においても燃料は有効に加熱されて、その燃料の霧化を促進しエンジン始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を有効に低減することができる。
また、本発明の燃料供給装置は断熱材２１によりコモンレール３を被覆するだけの比較的単純なものである。このため、エンジン１の周囲に加熱媒体を流通させるような流通経路を形成する必要はなく、エンジン周囲の構造が複雑化するような事態を回避することができる。

本発明実施形態のディーゼルエンジンの燃料供給装置を示す図２のＡ−Ａ線断面図である。 その燃料供給装置のコモンレールが断熱材により被覆されている状態を示す要部斜視図である。

符号の説明

２ 燃料噴射ポンプ
３ コモンレール
４ シリンダヘッド
５ シリンダヘッドカバー
６ インジェクションノズル
７ 第１燃料パイプ
８ 第２燃料パイプ
２１ 断熱材

Claims (3)

1. 一端が気筒毎にシリンダヘッド(4)に挿入されかつ他端がシリンダヘッドカバー(5)により覆われた複数のインジェクションノズル(6)と、燃料噴射ポンプ(2)に第１燃料パイプ(7)を介して接続され前記燃料噴射ポンプ(2)から圧縮供給される高圧燃料を貯留可能に構成されかつ前記複数のインジェクションノズル(6)のそれぞれに第２燃料パイプ(8)を介して接続されたコモンレール(3)とを備えたディーゼルエンジンの燃料供給装置において、
   前記高圧燃料の圧縮により上昇した熱を外部放散することを防止する断熱材(21)により前記コモンレール(3)が被覆されたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料供給装置。
2. 前記コモンレール(3)が前記シリンダヘッドカバー(5)内に収容された請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料供給装置。
3. 断熱材(21)が、ガラスウール、セラミックウール又はカーボンナノチューブからなる不織布のいずれかである請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの燃料供給装置。
   

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