JP2009138574A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】燃料と潤滑油を兼用するエンジンの各部の冷却効率を高めることを課題とする。
【解決手段】電動供給ポンプ６とオイルパン３との間にエンジン冷却部位１８が介在する。燃料供給経路４の一部は、エンジン冷却部位１８へ冷却用の燃料を供給するための冷却燃料経路を構成する。エンジン冷却部位１８には、シリンダブロック２２に形成されたボア間に位置するボア壁２２ｂ３が含まれる。また、シリンダヘッド２３の吸気バルブ２４と排気バルブ２５との間が含まれる。さらに、ピストン２６の背面側が含まれ、ピストンに対してはピストンジェット２７によって冷却用の燃料が供給される。エンジン冷却部位１８と電動供給ポンプ６との間には、三方弁１９が配置され、この三方弁１９を介して、燃料供給経路４はバイパス経路２０と分岐している。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽油等の燃料を潤滑油として兼用するエンジンに関するものである。

従来の一般的なエンジンにおける冷却構造では、シリンダブロックやシリンダヘッドに設けたウォータジャケットにおける冷却水の循環や、ピストンに対する潤滑油のジェット噴射等によって各部の冷却が行われている。また、例えば、特許文献１には、冷却水通路には冷却水を、冷却油通路には冷却油を循環してシリンダライナを分離冷却する構成が開示されている。

実開平６−６０７４５号公報

しかしながら、前記従来のエンジンの冷却構造では、暖機完了後のエンジン運転時に循環する冷却水や冷却油は、サーモスタット等により制御される温度以下となることはできない。昨今、エンジンの高出力化に伴って熱負荷も高まってきている状況下、サーモスタットの作動温度で温度が規制される冷却水や冷却油の循環だけではエンジンの冷却要求を満たすことができない事態が想定される。エンジンの冷却要求が満足されない場合、特にシリンダブロックのボア間や、シリンダヘッドに組み付けられる吸排気バルブ間等、温度差が大きくなる部位では、き裂の発生や、割れ、変形の発生が考えられる。ボアが変形すればオイル消費が増大する原因ともなる。

ところで、従来、燃料タンクとディーゼルエンジンとの間に気泡分離を行うリザーバを配設し、そのリザーバとエンジンとの間に潤滑系燃料循環回路と、燃焼系燃料循環回路とを構成した軽油潤滑式ディーゼルエンジンが開示されている。このような軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、燃料となる軽油がエンジン各部の潤滑剤としても用いられ、エンジン各部を循環する。このため、潤滑専用のオイルは不要であり、オイル交換の手間も省くことができる。ただし、このような軽油潤滑式ディーゼルにおいても、各部の冷却は重要な課題となる。

そこで、本発明は、特に、燃料と潤滑油を兼用するエンジンの各部の冷却効率を高めることを課題とする。

かかる課題を達成するための、本発明のエンジンは、燃料を潤滑油と兼用し、当該燃料をエンジン冷却部位へ供給する冷却燃料経路を備えたことを特徴とする（請求項１）。このようなエンジンでは前記冷却燃料経路には、燃料タンク内の燃料が供給さる構成とすることができる（請求項７）。燃料タンクは、エンジン本体とは別個に配置され、燃料タンク内の燃料は常温に近い温度に維持することが可能である。このように低温に維持される燃料を冷却油としてエンジン冷却部位へ供給することにより、当該部位における冷却効率を高めることができる。

このようなエンジンにおける前記冷却燃料経路は、シリンダブロック内を通過する構成とすることができる（請求項２）。シリンダブロックをエンジン冷却部位とする構成である。また、前記冷却燃料経路は、シリンダブロックのボア間に位置するボア壁を通過する構成とすることができる（請求項３）。シリンダブロックにおいても特に熱的条件が厳しくなるシリンダブロックのボア間をエンジン冷却部位とする構成である。

また、前記冷却燃料経路は、シリンダヘッド内を通過する構成とすることができる（請求項４）。シリンダヘッドをエンジン冷却部位とする構成である。また、前記冷却燃料経路は、シリンダヘッドに組み付けられる吸排気バルブ間を通過する構成とすることができる（請求項５）。シリンダヘッドにおいても特に熱的条件が厳しくなる吸排気バルブ間をエンジン冷却部位とする構成である。

さらに、前記冷却燃料経路は、ピストン背面に冷却燃料を噴射するジェット供給経路を含む構成とすることができる（請求項６）。このような構成とすることにより低温に維持された燃料を用いたピストンの冷却を行うことができる。

このようなエンジンでは、前記冷却燃料経路をバイパスするバイパス手段を備えた構成とすることができる。エンジンの暖機時等、冷却が不要であるときには冷却燃料経路をバイパスすることにより、不要な、また、過度の冷却を回避することができる。

本発明によれば、低温に維持され易い燃料をエンジン各部に供給するので、エンジン各部の効率のよい冷却を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、実施例のエンジン１の主として各所への燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。エンジン１は、軽油をエンジン稼動のための燃料とする４気筒ディーゼルエンジンであり、潤滑油としても軽油が用いられる。このため、軽油がエンジン潤滑系７へ供給されるようになっている。ここで、エンジン潤滑系７はエンジン１のシリンダヘッド周りやクランク軸周りなど、従来のエンジンにおいてエンジンオイルの供給を受ける箇所を指す。図２は、エンジン１のシリンダブロック２２を図中に現れない２番気筒のボアと３番気筒のボア２２ａ３との間のボア壁２２ｂ３で断面とした斜視説明図である。さらに、図３は、シリンダブロック２２にシリンダヘッド２３を組み付け、断面状態とした説明図である。シリンダヘッド２３には、吸気バルブ２４と、排気バルブ２５が装着されている。

エンジン１は、燃料タンク２、オイルパン３を備えている。燃料タンク２とオイルパン３とは燃料供給経路４によって連通している。この燃料供給経路４にはセジメンタ５、電動供給ポンプ６が配設されており、この電動供給ポンプ６により燃料タンク２からオイルパン３へ燃料が供給されるようになっている。ここで、オイルパン３は、シリンダブロック２２の下部に一体的に設けられたものを指すが、別置きのオイルタンクであってもよい。

電動供給ポンプ６とオイルパン３との間には、エンジン冷却部位１８が介在している。すなわち、燃料供給経路４の一部は、エンジン冷却部位１８へ冷却用の燃料を供給するための冷却燃料経路を構成している。エンジン冷却部位１８には、シリンダブロック２２に形成されたボア間に位置するボア壁２２ｂ３が含まれる。また、シリンダヘッド２３の吸気バルブ２４と排気バルブ２５との間が含まれる。さらに、図４に示すようにピストン２６の背面側が含まれ、ピストンに対してはピストンジェット２７によって冷却用の燃料が供給される。これらのエンジン冷却部位１８と電動供給ポンプ６との間には、三方弁１９が配置されている。この三方弁１９を介して、冷却燃料経路、すなわち燃料供給経路４はバイパス経路２０と分岐している。三方弁１９は、ＥＣＵ（Electronic control unit）２１と電気的に接続されており、三方弁１９は、ＥＣＵ２１によってその開閉状態が制御されている。このような三方弁１９、バイパス経路２０は、本発明におけるバイパス手段として機能する。

次に、冷却燃料経路を構成する燃料供給経路４について詳説する。燃料供給経路４は、シリンダブロック２２内を通過した後、シリンダヘッド２３内を通過し、オイルパン３へ接続されている。シリンダブロック２２内には、導入経路４ａと、ブロック経路４ｂが形成されている。ブロック経路４ｂは３条の経路を有しており、シリンダブロック２２の下方から上方へ向かって燃料を流通させる。一方、シリンダヘッド２３には、ヘッド経路４ｃが設けられている。このヘッド経路４ｃは、シリンダブロック２２に形成されたブロック経路４ｂと連通しており、ブロック経路４ｂを通過した燃料が供給される。ヘッド経路４ｃは、排出経路４ｄに連なっており、排出経路４ｄを通過した燃料はオイルパン３へ送られる。このようにシリンダブロック２２、シリンダヘッド２３内を燃料タンク２内の燃料が流通することにより、エンジン冷却部位１８であるボア壁２２ｂ３や吸気バルブ２４と排気バルブ２５との間を冷却することができる。

さらに、燃料供給経路４は、図３に示すように導入経路４ａの上流側でピストンジェット供給経路４ｅと分岐する。ジェット供給経路４ｅの先端にはピストンジェット２７が取り付けられており、供給される燃料の圧力が所定圧力を越えると開弁状態となり、ピストン２６の背面へ冷却用の燃料を噴射する。ピストン２６にはクーリングチャンネル２６ａが設けられており、噴射された燃料は供給口２６ｂからクーリングチャンネル２６ａへ導入され、ピストン２６を冷却する。クーリングチャンネル２６ａ内を循環した燃料は、そのままシリンダブロック２２の下部に装着されたオイルパン３内へ滴下する。

以上のように燃料タンク２内の燃料は、オイルパン３へ供給される際に、エンジン冷却部位１８の冷却を行う。なお、シリンダブロック２２、シリンダヘッド２３には、従来のエンジンと同様にウォータジャケット２８が形成されており、冷却水による冷却も併用されている。

オイルパン３へ供給された燃料は、潤滑剤としてエンジン潤滑系７へ供給されるとともに、エンジン稼動のための燃料として噴射系１２へ供給される。このため、エンジン１は、潤滑剤の供給を必要とするエンジン潤滑系７へ潤滑剤としての燃料を供給する潤滑系燃料供給経路８を有している。この潤滑系燃料供給経路８にはフィルタ９、５０〜４００ｋＰａ程度の圧力で燃料を圧送可能な潤滑ポンプ１０が配設されており、潤滑ポンプ１０を駆動することにより燃料をオイルパン３から吸い上げてエンジン潤滑系７へ供給している。

また、エンジン１は、潤滑系燃料供給経路８を通じてエンジン潤滑系７へ供給された燃料をオイルパン３へ戻す潤滑系燃料リターン経路１１を有している。

さらに、エンジン１は、筒内へ燃料を噴射する噴射系１２へ燃料を供給する噴射系燃料供給経路１３を有している。この噴射系燃料供給経路１３には、フィルタ１４、１０ＭＰａ以上の高圧で燃料を圧送可能な噴射ポンプ１５が配設されており、噴射ポンプ１５を駆動することにより燃料をオイルパン３から吸い上げて噴射系１２へ供給している。

また、エンジン１は噴射系燃料供給経路１３を通じて噴射系１２へ供給された後の噴射系リターン燃料を燃料タンク２へ戻す噴射系燃料リターン経路１６を有している。なお、噴射系リターン燃料とは、噴射ポンプ１５に一体的に設けられた供給ポンプ（低圧ポンプ）、コモンレールおよび燃料噴射弁（いずれも図示せず）の各々から戻されるリターン燃料を指す。

ここで、オイルパン３内に位置する噴射系燃料供給経路１３の吸込口１３ａの位置は、潤滑系燃料供給経路８の吸込口８ａの位置よりも高い位置に設定してある。また、オイルタンク３にはオイルレベルセンサ１７が装着されている。

また、電動供給ポンプ６にはＥＣＵ２１が電気的に接続されている。このＥＣＵ２１には、オイルレベルセンサ１７やエンジンの各所のセンサが接続されており、このＥＣＵ２１により処理されたエンジン１のエンジン運転条件に基づく指令に基づいて電動供給ポンプ６の吐出量の制御がされている。

さらに、ＥＣＵ２１は、三方弁１９の開閉制御を行う。三方弁１９の開閉制御の基本方針は、暖機完了以前には燃料タンク２内の燃料をエンジン冷却部位１８へ供給することなく、オイルパン３へ供給することである。すなわち、暖機完了以前にはエンジン冷却部位１８に燃料を供給することは却って暖機の妨げとなることから暖機完了以前はエンジン冷却部位１８をバイパスし、燃料をバイパス経路２０へバイパスさせる。これにより、エンジン１の早期暖機完了を図ることができる。一方、暖機完了後は、必要に応じて燃料をエンジン冷却部位１８へ供給し、適切な冷却を図る。燃料タンク２は車両に搭載される際、一般的にエンジン１の本体から離れた位置に配置され、また、その容量も大きいことから、燃料タンク２内の燃料は常温に近い温度に維持され易い。このように常温に近い温度の燃料をエンジン冷却部位１８へ供給することにより、ボア温度、熱変形に関し、エンジン冷却部位１８の周囲と平均化することができる。これにより、信頼性が向上し、き裂発生の防止、オイル消費の抑制、フリクションの低減を図ることができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、上記実施例では、冷却用の燃料は、シリンダブロック２２を通過した後にシリンダヘッド２３を通過するようにしているが、シリンダヘッド２３を通過した後にシリンダブロック２２を通過するようにしてもよい。また、シリンダブロック２２内の通路とシリンダヘッド２３内の通路とを別個に設け、それぞれの通路へ燃料を流通させて各部の冷却を図るようにしてもよい。さらに、エンジン１の配管は、上記実施例の形式以外も種々想定されるが、どのような配管の形式であっても燃料を冷却に用い、エンジン冷却部位に供給することは本発明の範囲である。また、エンジン冷却部位も、上記実施例の部位に限定されることなく、冷却が必要とされる部位を含むことができる。

実施例のエンジンの主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。 エンジンのシリンダブロックを２番気筒のボアと３番気筒のボアとの間のボア壁で断面とした斜視説明図である。 シリンダブロックにシリンダヘッドを組み付け、断面状態とした説明図である。 ジェット供給経路の先端には取り付けたピストンジェット２７により、ピストン背面へ冷却用の燃料を噴射する様子を示す説明図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃料タンク
３ オイルパン
４ 燃料供給経路
４ａ 導入経路
４ｂ ブロック経路
４ｃ ヘッド経路
４ｄ 排出経路
４ｅ ジェット供給経路
５ セジメンタ
６ 電動供給ポンプ
７ エンジン潤滑系
８ 潤滑系燃料供給経路
９、１４ フィルタ
１０ 潤滑ポンプ
１１ 潤滑系リターン経路
１２ 噴射系
１３ 噴射系燃料供給経路
１５ 噴射ポンプ
１６ 噴射系リターン燃料
１８ エンジン冷却部位
１９ 三方弁
２０ バイパス経路
２１ ＥＣＵ
２２ シリンダブロック
２３ シリンダヘッド
２４ 吸気バルブ
２５ 排気バルブ
２６ ピストン
２７ ピストンジェット

Claims (8)

1. 燃料を潤滑油と兼用し、
   当該燃料をエンジン冷却部位へ供給する冷却燃料経路を備えたことを特徴とするエンジン。
2. 請求項１記載のエンジンにおいて、
   前記冷却燃料経路は、シリンダブロック内を通過することを特徴としたエンジン。
3. 請求項１記載のエンジンにおいて、
   前記冷却燃料経路は、シリンダブロックのボア間に位置するボア壁を通過することを特徴とするエンジン。
4. 請求項１記載のエンジンにおいて、
   前記冷却燃料経路は、シリンダヘッド内を通過することを特徴とするエンジン。
5. 請求項１記載のエンジンにおいて、
   前記冷却燃料経路は、シリンダヘッドに組み付けられる吸排気バルブ間を通過することを特徴としたエンジン。
6. 請求項１記載のエンジンにおいて、
   前記冷却燃料経路は、ピストン背面に冷却燃料を噴射するジェット供給経路を含むことを特徴とするエンジン。
7. 請求項１記載のエンジンにおいて、
   前記冷却燃料経路には、燃料タンク内の燃料が供給されることを特徴とするエンジン。
8. 請求項１記載のエンジンにおいて、
   前記冷却燃料経路をバイパスするバイパス手段を備えたことを特徴とするエンジン。

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