JP2006226198A

JP2006226198A - ディーゼルエンジン用の燃料供給システム

Info

Publication number: JP2006226198A
Application number: JP2005041386A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tsuzuki; 達哉都築
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP4432795B2

Abstract

【課題】コモンレール式ディーゼルエンジンに用いる燃料供給システムにおいて、インジェクタ７から燃料タンク１へのリターン燃料を効率よく冷却する。
【解決手段】複数のインジェクタ７・・・からエンジンの燃焼室２へ噴射されずに余った燃料を燃料タンク１へ戻す燃料リターン通路１０を有するコモンレール式ディーゼルエンジンに用いる燃料供給システムであって、各インジェクタ７は、余剰燃料の排出部１１・・・が個別に設けられており、各排出部１１・・・のうちの隣り合う排出部１１・・・が各連通部１２・・・により互いに連通されており、端に位置するいずれか一つのインジェクタ７の排出部１１に燃料リターン通路１０Ｃが接続されており、連通部１２・・・の内部を流れるリターン燃料の温度を低下させるよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コモンレール式のディーゼルエンジンに用いる燃料供給システムに関する。

一般的に、コモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システムは、サプライポンプにより燃料タンクから燃料を取り出して高圧にしてコモンレール内に蓄積させておき、このコモンレール内の高圧燃料を各インジェクタを介してエンジンの燃焼室内に噴射するように構成している。

なお、インジェクタに圧送されながら燃焼室へ噴射されずに余った燃料は、燃料リターン通路から燃料タンクへ戻されるようになっている。

このインジェクタからのリターン燃料は、例えば百数十℃もの高温になっている関係より、この高温のリターン燃料がそのまま燃料タンク内に戻されると、燃料タンク内の燃料の温度上昇をもたらし、燃料の気化を誘発しかねない。

仮に、燃料タンク内で燃料が気化した場合には、その気化成分が燃料タンク外に放出されて、大気汚染や、車室内に燃料臭を発する原因になるおそれがあるとともに、インジェクタへの燃料供給路内を通る燃料中に気泡（ベーパ）が発生してインジェクタによる噴射時間当りの燃料の噴射量が減少する等して所定の出力が得られなくなるおそれがある。

また、燃料リターン通路を耐熱性に優れた材料で構成する必要があって、コスト増を余儀なくされる。

このような不具合に対し、リターン燃料を冷却することが考えられている（特許文献１，２参照。）。例えば、インジェクタから燃料タンクに至る燃料リターン通路においてエンジンの外側で燃料タンク近傍の領域に冷却手段を設置し、この冷却手段でリターン燃料を冷却するようにしている。
特開２００４−１９５１６号公報特開平１０−２７４１０９号公報

上記従来例のように、冷却手段を燃料リターン通路の下流側（燃料タンク側）に設けている構造では、高温のリターン燃料の冷却効率が悪いと言え、改良の余地がある。このようにリターン燃料の冷却が不十分であると、燃料リターン通路を耐熱性に優れた材料で構成しなければならないという不具合は依然として残る。

本発明は、コモンレール式ディーゼルエンジンに用いる燃料供給システムにおいて、インジェクタから燃料タンクへのリターン燃料を効率よく冷却することを目的としている。

本発明に係るコモンレール式ディーゼルエンジン用の燃料供給システムは、エンジンの燃焼室の数と同数設けられかつエンジンの各燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃料タンクから各インジェクタへ燃料を供給する燃料供給路と、各インジェクタからエンジンへ噴射されずに余った燃料を燃料タンクへ戻す燃料リターン通路とを有するものであって、前記各インジェクタは、余剰燃料の排出部が個別に設けられており、各排出部のうち
の隣り合う排出部が各連通部により互いに連通されており、端に位置するいずれか一つのインジェクタの排出部に前記燃料リターン通路が接続されており、前記連通部の内部を流れるリターン燃料の温度を低下させるよう構成されていることを特徴としている。

この構成では、インジェクタ内の余剰燃料を排出した直後に冷却することが可能であるから、リターン燃料を燃料リターン通路の上流側で効率よく冷却することが可能となる。これにより、燃料タンクに低温のリターン燃料を戻すことが可能になるので、燃料タンク内での燃料の気化を抑制または防止できるようになる。

また、燃料リターン通路の上流でリターン燃料を冷却させるから、燃料リターン通路についてはそれ程耐熱性に優れた材料で形成する必要がなくなり、燃料リターン通路の設備コストを低減するうえで有利となる。

上記燃料供給システムにおいて、前記連通部は、エンジン外部に露呈されたものとすることができる。

この構成では、リターン燃料が外気で自然放熱されることになり、特に、車両の走行時には走行速度に見合った流速の空気流によって燃料リターン通路の連通部が強制冷却されるようになる。

しかも、エンジン内部に連通部を隠蔽配置する場合のようにエンジンから発する熱でリターン燃料が保温されることがないので、より効率よく冷却できるようになる。

上記燃料供給システムにおいて、前記連通部は、エンジン内部に隠蔽配置されたものとすることができる。

この構成では、連通部が外部に露呈していないので、エンジンそのものの設計変更が不要であるとともに、この連通部に外部の異物（飛石、泥水等）が干渉することがなく、耐久性向上が可能となる。この場合、連通部を冷却する冷却手段を備えることが望ましい。

上記燃料供給システムにおいて、前記連通部には、その内部を流れるリターン燃料の温度を低下させるための冷却手段が設けられたものとすることができる。

この構成では、冷却手段を用いるので、リターン燃料を強制的に冷却できるようになり、効率よく冷却できる。なお、この構成において連通部をエンジン外部に露呈している場合、冷却手段そのものの自然放熱性が向上するから、冷却手段の冷却能力が長期にわたって維持される。

上記燃料供給システムにおいて、前記冷却手段は、前記連通部の外周を囲むように設けられかつ内部に冷媒が流通される熱交換器で構成することができる。

この構成では、リターン燃料を冷媒によって強制的に冷却できるようになり、効率よく冷却できる。

上記燃料供給システムにおいて、前記熱交換器の冷媒は、エンジンに付設されるラジエータの冷却水とすることができる。また、前記熱交換器の冷媒は、エンジンに付設される空調装置の冷媒とすることができる。さらに、前記熱交換器の冷媒は、エンジンオイルとすることができる。

これらの構成では、リターン燃料の冷却専用の冷媒が不要となるから、設備コストを低
減するうえで有利となる。

上記燃料供給システムにおいて、前記連通部は、蛇行状に屈曲された蛇行チューブで構成することができる。

この構成では、燃料リターン通路の連通部を可及的に長くすることが可能となり、熱交換性能の向上に貢献できる。

上記燃料供給システムにおいて、前記連通部は、エンジン内部に組み込まれるカムシャフト冷却用のオイル噴射配管を利用してなる冷却手段で冷却されるよう構成されており、前記冷却手段が、その一部を前記連通部それぞれに近づくよう屈曲形成され、かつ前記屈曲部に前記連通部の外面にエンジンオイルを噴射させる噴射口が設けられた構成とすることができる。

この構成では、エンジンに装備される既存のオイル噴射配管を冷却手段として利用しているから、専用の冷媒や、それを保有または噴射する機器を別途確保することが不要となり、設備コストを低減するうえで有利となる。

本発明に係るディーゼルエンジンの燃料供給システムは、エンジンの燃焼室の数と同数設けられかつエンジンの各燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃料タンクから各インジェクタへ燃料を供給する燃料供給路と、各インジェクタからエンジンへ噴射されずに余った燃料を燃料タンクへ戻す燃料リターン通路とを有するコモンレール式ディーゼルエンジンに用いるものであって、前記燃料リターン通路は、各インジェクタに個別に設けられる余剰燃料の排出部に個別に接続されており、これら各燃料リターン通路に冷却手段が個別に設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、コモンレール式ディーゼルエンジンに用いる燃料供給システムにおいて、特にインジェクタから燃料タンクへのリターン燃料を効率よく冷却できるようになる。

以下、本発明の一実施形態を図面に示して説明する。図１には、コモンレール式ディーゼルエンジンの燃料供給システムを示している。この図において、燃料タンク１からエンジンの燃焼室２までの燃料供給路３には、フィルタ４、サプライポンプ５、コモンレール６、インジェクタ７が設けられている。

なお、インジェクタ７の数は、燃焼室２の数と同数設けられる。図１では４気筒エンジンを例に挙げているので四個のインジェクタ７を備えているが、例えば６気筒エンジンの場合には六個となる。

この燃料供給システムは、サプライポンプ５により燃料タンク１から燃料を取り出して高圧にしてコモンレール６内に蓄積させておき、このコモンレール６内の高圧燃料を各インジェクタ７を介してエンジンの燃焼室２内に噴射するように構成している。

なお、サプライポンプ５に送られながらコモンレール６に圧送されなかった燃料は、燃料リターン通路１０Ａを介して、また、コモンレール６に送られながらインジェクタ７へ圧送されなかった燃料は、燃料リターン通路１０Ｂを介して、さらに、インジェクタ７に圧送されながら燃焼室２へ噴射されずに余った燃料は、燃料リターン通路１０Ｃを介して、それぞれ燃料タンク１へ戻されるようになっている。

なお、サプライポンプ５からの燃料リターン通路１０Ａに対し、コモンレール６からの燃料リターン通路１０Ｂおよびインジェクタ７からの燃料リターン通路１０Ｃが合流するように接続されている。

これらのリターン燃料のうち、特にインジェクタ７からのリターン燃料は、例えば百数十℃もの高温になっている関係より、この高温のリターン燃料がそのまま燃料タンク１内に戻されると、燃料タンク１内の燃料の温度上昇をもたらすので、好ましくない。

そこで、この実施形態では、インジェクタ７から燃料タンク１への燃料リターン通路１０Ｃの上流側に、その内部を流れる燃料を冷却するための冷却手段２０を設けているので、以下で詳細に説明する。

具体的に、各インジェクタ７・・・は、余剰燃料の排出部１１・・・が個別に設けられており、各排出部１１・・・のうちの隣り合う排出部１１・・・が各連通部１２・・・により互いに連通されている。そして、端に位置するいずれか一つのインジェクタ７の排出部１１には、燃料リターン通路１０Ｃが接続されている。

そして、各連通部１２・・・は、例えば図２に示すように、二点鎖線で示すエンジン内部に隠蔽配置されており、蛇行状に屈曲された蛇行チューブで構成されている。このように各連通部１２・・・を蛇行チューブとした場合には、連通部１２・・・を可及的に長くすることが可能となり、放熱面積を可及的に増大できるから、熱交換性能の向上に貢献できるが、直線形状のチューブとしてもよい。なお、図２において、８はカムシャフト、９はオイル噴射配管である。

この連通部１２・・・に、それぞれ冷却手段２０・・・が付設されている。なお、この実施形態では、還流部１３の上流にも冷却手段２０を付設している。

冷却手段２０は、連通部１２の外周を囲むように設けられるとともに、その内部に冷媒が流通される構成の熱交換器とされている。

冷却手段２０としての熱交換器内部に通す冷媒については、図示していないが、例えばラジエータの冷却水、空調装置（エアーコンディショナ）の冷媒、あるいはエンジンオイル等とすることができる。これに伴い、図示していないが、冷却手段２０としての熱交換器内部の両端に、ラジエータの冷却水配管、あるいは空調装置の冷媒配管、あるいはエンジンのオイルパンに連通連結するオイル配管が接続される。

以上説明した燃料供給システムによれば、インジェクタ７内の余剰燃料を排出した直後に冷却することが可能である。そのため、リターン燃料を燃料リターン通路１０Ｃの上流側で効率よく冷却することが可能となる。これにより、燃料タンク１に低温のリターン燃料を戻すことが可能になるので、燃料タンク１内での燃料の気化を抑制または防止できるようになる。

また、燃料リターン通路１０Ｃの上流でリターン燃料を冷却させるから、燃料リターン通路１０Ｃについてはそれ程耐熱性に優れた材料で形成する必要がなくなり、燃料リターン通路１０Ｃの設備コストを低減するうえで有利となる。

上記実施形態では、リターン燃料を強制的に冷却する冷却手段２０を用いるので、効率よく冷却できる。しかも、冷却手段２０の冷媒については循環させるようにしているので、熱交換効率が良好となっている。

また、上記実施形態では、冷却手段２０の冷媒をエンジンに装備する既存のものを利用しているので、専用の冷媒を別途確保することが不要となり、設備コストを低減することが可能になる。

しかも、上記実施形態では、連通部を外部に露呈させていないので、この連通部に外部の異物（飛石、泥水等）が干渉することがなく、耐久性向上が可能となる。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）図３に、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、冷却手段としての熱交換器２０を螺旋形状とし、それを連通部１２の外周に巻き付けた構成にしている。この熱交換器２０内を通す冷媒としては、上記実施形態と同様に例えばラジエータの冷却水、空調装置の冷媒あるいはエンジンオイル等とすることができる。

（２）図４に、本発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、エンジン内部に組み込まれるカムシャフト８の冷却用のオイル噴射配管９を、冷却手段として利用している。

このオイル噴射配管９は、エンジンオイルをカムシャフト８の各カム部にエンジンオイルを噴射するための噴射口９ａが設けられており、このオイル噴射配管９が各連通部１２・・・それぞれに近づくように屈曲されているとともに、この各屈曲部９ｂ・・・に各連通部１２・・・の外面にエンジンオイルを噴射させる噴射口９ｃ・・・が設けられた構成になっている。

この構成では、エンジンに装備される既存のオイル噴射配管９を冷却手段として利用しているから、専用の冷媒や、それを保有または噴射する機器を別途確保することが不要となり、設備コストを低減するうえで有利となる。

（３）図５に、本発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、三つの連通部１２・・・をエンジン外部に露呈させている。なお、図５では、図２から図４に示したカムシャフト８およびオイル噴射配管９の図示を省略している。

この構成では、連通部１２・・・をエンジン内部に隠蔽配置する場合に比べてエンジンの動作に伴い発する熱によりリターン燃料が保温されることを回避できて、リターン燃料を外部で自然放熱させることができるとともに、車両走行時には走行速度に見合った流速の空気流によって連通部１２・・・において外部に露呈する領域１２ａを強制的に空冷することが可能になる。

なお、図示していないが、連通部１２において外部に露呈する領域１２ａの外周に、放熱用のフィンを設けてもよい。この場合、連通部１２の放熱面積を可及的に増大できるから、空冷による熱交換性能の向上に貢献できる。

（４）図６に、本発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、上記（４）で説明した三つの連通部１２・・・において外部に露呈した領域１２ａ・・・に、冷却手段２０を付設している。なお、図６では、図２から図４に示したカムシャフト８およびオイル噴射配管９の図示を省略している。

ここでは、冷却手段２０は、図６の一点鎖線で示すように、三つの連通部１２・・・において外部に露呈した領域１２ａ・・・の全ての外周を一括して囲むように設けられかつ
内部に冷媒が流通される熱交換器で構成されている。

この冷却手段２０としての熱交換器内部に通す冷媒については、上記実施形態と同様、例えばラジエータの冷却水、空調装置（エアーコンディショナ）の冷媒、あるいはエンジンオイル等とすることができる。また、冷却手段２０は、上記実施形態と同様、各連通部１２・・・個々に独立して付設することができる。

この構成では、各インジェクタ７から各連通部１２・・・に排出されるリターン燃料を、排出直後に冷却手段２０で強制冷却することができる。また、冷却手段２０についてもエンジン外部で自然放熱されるから、冷却手段２０の冷却能力が長期にわたって維持される。

（５）図７に、本発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、各インジェクタ７に個別に設けられる各排出部１１・・・に、燃料リターン通路１０Ｃ・・・が個別に接続されているとともに、各燃料リターン通路１０Ｃ・・・が一つに合流されてから燃料タンク１に導かれた構成になっている。

このような図示の構成例では、各燃料リターン通路１０Ｃ・・・の合流部がエンジン内部に配置されている。そして、各燃料リターン通路１０Ｃ・・・において合流部より上流側（インジェクタ７側）に、個別に冷却手段２０・・・を設けている。

この冷却手段２０は、図２に示したものを流用しているが、上記（１）、（２）で説明したものを流用することができる。

なお、燃料リターン通路１０Ｃ・・・の合流部をエンジン外部に配置してもよい。この場合、冷却手段２０は、各燃料リターン通路１０Ｃ・・・において前述したようにエンジン内側に隠蔽される部分に設けてもよいし、あるいは各燃料リターン通路１０Ｃ・・・においてエンジン外部に露呈する部分で合流部より上流側に設けることができる。但し、各燃料リターン通路１０Ｃ・・・においてエンジン外部に露呈する部分で合流部より上流側に冷却手段２０を設ける場合には、上記（３）に示したものを流用することができる。

本発明に係る燃料供給システムの一実施形態を示す概略構成図である。図１の燃料供給システムを用いたエンジン内部を上方から模式的に示す平面図である。本発明に係る燃料供給システムの他の実施形態で、図２に対応する平面図である。本発明に係る燃料供給システムの他の実施形態で、図２に対応する平面図である。本発明に係る燃料供給システムのさらに他の実施形態で、カムシャフト８およびオイル噴射配管９の図示を省略した図２に対応する平面図である。本発明に係る燃料供給システムの他の実施形態で、図５に対応する平面図である。本発明に係る燃料供給システムの他の実施形態で、図１に対応する構成図である。

符号の説明

１燃料タンク
２エンジンの燃焼室
３燃料供給路
５サプライポンプ
６コモンレール
７インジェクタ
１０Ｃインジェクタからの燃料リターン通路
１１排出部
１２連通部

Claims

エンジンの燃焼室の数と同数設けられかつエンジンの各燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃料タンクから各インジェクタへ燃料を供給する燃料供給路と、各インジェクタからエンジンへ噴射されずに余った燃料を燃料タンクへ戻す燃料リターン通路とを有するコモンレール式ディーゼルエンジンに用いる燃料供給システムであって、
前記各インジェクタは、余剰燃料の排出部が個別に設けられており、各排出部のうちの隣り合う排出部が各連通部により互いに連通されており、端に位置するいずれか一つのインジェクタの排出部に前記燃料リターン通路が接続されており、
前記連通部の内部を流れるリターン燃料の温度を低下させるよう構成されていることを特徴とするディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
前記連通部は、エンジン外部に露呈されていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
前記連通部は、エンジン内部に隠蔽配置されていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
前記連通部には、その内部を流れるリターン燃料の温度を低下させるための冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
前記冷却手段は、前記連通部の外周を囲むように設けられかつ内部に冷媒が流通される熱交換器で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
前記熱交換器の冷媒は、エンジンに付設されるラジエータの冷却水とされていることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
前記熱交換器の冷媒は、エンジンに付設される空調装置の冷媒とされていることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
前記熱交換器の冷媒は、エンジンオイルとされていることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
前記連通部は、蛇行状に屈曲された蛇行チューブで構成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
前記連通部は、エンジン内部に組み込まれるカムシャフト冷却用のオイル噴射配管を利用してなる冷却手段で冷却されるよう構成されており、前記冷却手段が、その一部を前記連通部それぞれに近づくよう屈曲形成され、かつ前記屈曲部に前記連通部の外面にエンジンオイルを噴射させる噴射口が設けられた構成とされていることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジン用の燃料供給システム。
エンジンの燃焼室の数と同数設けられかつエンジンの各燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃料タンクから各インジェクタへ燃料を供給する燃料供給路と、各インジェクタからエンジンへ噴射されずに余った燃料を燃料タンクへ戻す燃料リターン通路とを有するコモンレール式ディーゼルエンジンに用いる燃料供給システムであって、
前記燃料リターン通路は、各インジェクタに個別に設けられる余剰燃料の排出部に個別に接続されており、これら各燃料リターン通路に冷却手段が個別に設けられていることを
特徴とするディーゼルエンジン用の燃料供給システム。