JP2011058462A

JP2011058462A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2011058462A
Application number: JP2009210823A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ito; 泰志伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】エマルション燃料を利用するエンジンにおいて、燃料噴射弁内の金属の腐食を防止するとともに、エンジンの早期停止を図り、エミッション、燃費の改善効果を維持する。
【解決手段】燃料噴射装置１００は、軽油を蓄える第１タンク１と、水を蓄える第２タンク２と、第１タンク１の軽油と第２タンク２の水とを混合し、エマルション燃料を生成するミキサ３と、筒内へ噴射される燃料が供給される噴射燃料通路４７と、噴射動作に用いられる軽油が供給される作動流体通路４８とが形成された燃料噴射弁４と、噴射燃料通路４７へ供給する燃料を軽油またはエマルション燃料のいずれかに切り替える切替弁５と、を備え、切替弁５はエンジン２００が停止する場合、噴射燃料通路４７へ軽油のみを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エマルション燃料を利用するエンジンの燃料噴射装置に関する。

ディーゼルエンジンの燃料中に水やアルコールを含有させたエマルション燃料を用いることが知られている。エマルション燃料を用いた場合、水分の気化潜熱により燃焼温度が低下し、ＮＯ_Ｘの生成量が低下する。また、水分の爆発的な沸騰作用により燃料噴霧が微粒化され、スモークの発生が低減される。これにより、エミッションが低減し、さらに燃費が改善される。

ところが、エマルション燃料は水分を含むことから錆などの金属部の腐食の原因となりやすい。このため、エンジン停止後に機関内におけるエマルション燃料の残存を防止することが求められる。特許文献１のディーゼル機関では、乳化信号ＯＦＦ信号を受け取ると、エマルション燃料の生成を中止し無加水運転を行うとともに、燃料噴射弁の作動用燃料（リターン燃料）から水を分離することが行われている。

特開２００２−１３８８７０号公報

ところで、燃料噴射弁の噴射動作を司るアクチュエータ部は形状が複雑であるため特にエマルション燃料が残りやすい。また、アクチュエータ部は作動用燃料を蓄える部分の容積が大きいことからエマルション燃料を排出するのに時間を要する。したがって、エンジン停止前に無加水の燃料でアイドリングを行い、アクチュエータ部からエマルション燃料を除去する時間を確保する必要がある。このため、余分に運転時間を延長することとなり、利便性を損なうとともに、エミッション低減、燃費削減のメリットが低下してしまう。

そこで、本発明は、エマルション燃料を利用するエンジンにおいて、燃料噴射弁内の金属の腐食を防止するとともに、エンジンの早期停止を図り、エマルション燃料を利用することによるエミッション、燃費の改善効果を維持することを目的とする。

かかる課題を解決する本発明の燃料噴射装置は、主燃料を蓄える第１タンクと、水またはアルコールを蓄える第２タンクと、前記第１タンクの主燃料と前記第２タンクの水またはアルコールとを混合し、エマルション燃料を生成するミキサと、筒内へ噴射される燃料が供給される噴射燃料通路と噴射動作に用いられる前記主燃料が供給される作動流体通路とが形成された燃料噴射弁と、前記噴射燃料通路へ供給する燃料を前記主燃料または前記エマルション燃料のいずれかに切り替える切替手段と、を備え、前記切替手段はエンジンが停止する場合、前記噴射燃料通路へ主燃料のみを供給することを特徴とする。

このような構成とすることにより、燃料噴射弁の噴射動作を司るアクチュエータ部である作動流体通路内へ主燃料のみが供給され、作動流体通路内の金属の腐食を防止できる。さらに、上記構成では、エンジン停止時に噴射燃料通路のフラッシングをする際に、アクチュエータ部からエマルション燃料を抜き取る時間を必要としない。このため、エンジン停止までのアイドリング時間を減少し、早期にエンジンを停止できる。これにより、エマルション燃料を用いることによるエミッション、燃費の改善効果を維持できる。

上記燃料噴射装置において、前記燃料噴射弁は、前記噴射燃料通路と前記作動流体通路とを連通する連通路と、前記噴射燃料通路内から前記作動流体通路内へ向かう前記連通路内の燃料の流通を防止する逆流防止手段、を備えた構成とすることができる。このような構成とすることにより、エンジン停止時のフラッシング実行時に生じる作動流体通路内と噴射燃料通路内との圧力差により、噴射燃料通路内への主燃料の流通が促進される。これにより、噴射燃料通路内のフラッシングを早期に完了することができる。したがって、早期にエンジンを停止し、エマルション燃料を用いることによるエミッション、燃費の改善効果を維持できる。

本発明は、エマルション燃料を利用するエンジンにおいて、燃料噴射弁内の金属の腐食を防止できる。また、エンジンの早期停止を図り、エミッション、燃費の改善効果を維持することができる。

本実施例の燃料噴射装置を搭載したエンジンの概略構成を示した説明図である。燃料噴射弁の内部の概略構成を示した説明図である。他の実施形態の燃料噴射弁の内部の概略構成を示した説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の燃料噴射装置１００を搭載したエンジン２００の概略構成を示した説明図である。燃料噴射装置１００は、主燃料である軽油を蓄える第１タンク１と、水を蓄える第２タンク２と、第１タンク１内の軽油と第２タンク２内の水とを混合し、エマルション燃料を生成するミキサ３と、燃料噴射弁４と、切替弁５とを備えている。なお、第２タンク２内に蓄える液体は、水に替えてアルコール、あるいは水とアルコールの混合液でも良い。

燃料噴射弁４は、エンジン２００のシリンダヘッド１１０、シリンダブロック１２０、ピストン１３０とに囲まれて形成される燃焼室１４０内へ先端部を向けて配置されている。燃料噴射弁４は燃焼室１４０内へ噴射する燃料が供給される噴射燃料用供給口４１と、噴射動作に用いられる燃料が供給される作動流体用供給口４２とを備えている。

さらに燃料噴射装置１００は、第１燃料ライン６と機能流体ライン７とエマルション燃料ライン８と噴射燃料ライン９とを備えている。第１燃料ライン６は第１タンク内１と作動流体用供給口４２とを接続し、機能流体ライン７は第２タンク２内とミキサ３とを接続し、エマルション燃料ライン８はミキサ３と切替弁５とを接続している。そして、噴射燃料ライン９は切替弁５と噴射燃料用供給口４１とを接続している。

また、第１燃料ライン６には第１タンク１側から順に第２燃料ライン１０、第３燃料ライン１１が分岐している。第２燃料ライン１０は、第１燃料ライン６とミキサ３とを接続している。第３燃料ライン１１は第１燃料ライン６と切替弁５とを接続している。

第１燃料ライン６、第２燃料ライン１０、第３燃料ライン１１内は第１タンク１内に蓄えられた軽油が流通する。機能流体ライン７内は、第２タンク２内に蓄えられた水が流通する。エマルション燃料ライン８はミキサ３により軽油と水とが混合されたエマルション燃料が流通する。噴射燃料ライン９はエマルション燃料ライン８を通過したエマルション燃料が流通する場合と、第３燃料ライン１１を通過した軽油が流通する場合とがある。噴射燃料ライン９へ供給する燃料は、切替弁５によりエマルション燃料または軽油のいずれかに切り替えられる。

さらに燃料噴射装置１００は、第１ポンプ１２、作動流体用コモンレール１３、第２ポンプ１４、噴射燃料用コモンレール１５を備えている。第１ポンプ１２、作動流体用コモンレール１３は、第１燃料ライン６上に第３燃料ライン１１の分岐点側から第１ポンプ１２、作動流体用コモンレール１３の順に設けられている。第２ポンプ１４、噴射燃料用コモンレール１５は、噴射燃料ライン９上に切替弁５側から第２ポンプ１４、噴射燃料用コモンレール１５の順に設けられている。

第１ポンプ１２は、軽油を作動流体用コモンレール１３へ供給する。作動流体用コモンレール１３は、作動流体を高圧状態で維持するとともに、燃料噴射弁４の作動流体用供給口４２へ供給する。第２ポンプ１４は、切替弁５を通過したエマルション燃料、もしくは軽油を噴射燃料用コモンレール１５へ供給する。噴射燃料用コモンレール１５は、噴射燃料、すなわち、エマルション燃料、もしくは軽油を高圧状態で維持するとともに、燃料噴射弁４の噴射燃料用供給口４１へ供給する。

次に、燃料噴射弁４の概略構成を説明する。図２は燃料噴射弁４の概略構成の説明図である。燃料噴射弁４はノズルボディ４３を備えている。ノズルボディ４３の内部には、先端側から順に燃料溜り室４４、制御室４５、収納室４６が形成されている。このノズルボディ４３の基端側には、噴射燃料用供給口４１と作動流体用供給口４２とが形成されている。

燃料溜り室４４と噴射燃料用供給口４１とは、噴射燃料通路４７により連通されている。従って、燃料溜り室４４と噴射燃料通路４７とには、筒内（燃焼室１４０）へ噴射されるエマルション燃料または主燃料である軽油が供給される。一方、制御室４５と作動流体用供給口４２とは、作動流体通路４８により連通されている。また、収納室４６は制御室４５と連通している。従って、制御室４５、収納室４６、作動流体通路４８には、噴射動作に用いられる主燃料、すなわち軽油が供給される。

また、燃料溜り室４４の先端部には噴孔４９が設けられている。さらに、燃料溜り室４４にはニードル５１、制御室４５にはコマンドピストン５２、収納室４６には電磁弁５３及びコイル５４が、それぞれ収納されている。ニードル５１の基端側は大径になっており、この大径部５１ａにより燃料溜り室４４と制御室４５とを分断する。そして、大径部５１ａとノズルボディ４３の内壁４３ａとの間にシールリング５５を設け、燃料溜り室４４内の燃料と、制御室４５内の燃料とが混合されないようになっている。

燃料噴射弁４では、コイル５４への通電により電磁弁５３を動作して制御室４５内の圧力を低下することにより、ニードル５１を基端側へ移動させて噴孔４９から燃料を噴射させる構成である。

次に、本実施例の燃料噴射装置１００の動作と効果を説明する。切替弁５は例えば、ＥＣＵ（図示しない）等のコンピュータの制御に従って流路を切り替える。切替弁５はエンジン２００が通常運転される場合に、エマルション燃料ライン８から供給されるエマルション燃料が噴射燃料ライン９へと供給されるように通路を切り替える。一方、切替弁５は、エマルション燃料供給ＯＦＦの信号に伴い、第３燃料ライン１１から供給される軽油が噴射燃料ライン９へと供給されるように通路を切り替える。エマルション燃料供給ＯＦＦの信号は、例えば、エンジン２００の停止を指示する信号である。噴射燃料ライン９へ軽油を供給することにより、切替弁５よりも下流側の噴射燃料ライン９、第２ポンプ１４、噴射燃料用コモンレール１５等の内部のエマルション燃料を燃料噴射弁４へと送り出す。さらに、燃料噴射弁４内の噴射燃料通路４７、燃料溜り室４４、噴孔４９内のエマルション燃料は燃焼室１４０内へ噴出されて排出される（フラッシング）。このように、噴射系の通路内からエマルション燃料が排出されることにより、噴射系の金属部分の腐食を防止する。ここで、噴射系とは燃料噴射弁４内の噴射燃料通路４７内、燃料溜り室４４内、噴孔４９内、及び噴射燃料ライン９、第２ポンプ１４、噴射燃料用コモンレール１５等エマルション燃料が流通する部位を示す。

一方、ニードル５１の開閉を司るアクチュエータ部分である制御室４５、収納室４６、作動流体通路４８内へは、エマルション燃料が供給されていないため、エマルション燃料に含まれる水分による金属部分の腐食を考慮する必要がない。また、エマルション燃料の排出を行う必要がない。従って、噴射系の通路内のフラッシングが完了したら、エンジン２００を停止することができる。このため、無駄なエンジンの運転を減少させてエミッションを低減し、燃費を向上することができる。また、燃料噴射弁４は、シールリング５５のように、噴射燃料通路４７内から作動流体通路４８内へ燃料が流入することを抑制するシールを備えている。これにより、アクチュエータ部分へエマルション燃料が混入することが防止され、燃料噴射弁４のアクチュエータ部における金属部分の腐食が防止される。

次に、他の実施形態を説明する。以下説明する実施の形態は、燃料噴射弁の構造が上記実施例１の燃料噴射弁４の構造と相違する。図３は、他の実施形態の燃料噴射弁の内部の概略構成を示した説明図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ異なる構造を成している。

図３（ａ）の燃料噴射弁６０は、噴射燃料通路４７と作動流体通路４８とを連通する連通路６１と、固定絞り６２とを備えている点で燃料噴射弁４と相違する。

図３（ｂ）の燃料噴射弁７０は、噴射燃料通路４７と作動流体通路４８とを連通する連通路７１と、作動流体通路４８側から噴射燃料通路４７側への軽油の流通のみを許可する逆止弁７２を備えている点で燃料噴射弁４と相違する。

図３（ｃ）の燃料噴射弁８０は、噴射燃料通路４７と作動流体通路４８とを連通する連通路８１と、作動流体通路４８側から噴射燃料通路４７側への軽油の流通のみを許可する連通路電磁弁８２と、連通路電磁弁８２の動作を制御する連通路コイル８３を備えている点で燃料噴射弁４と相違する。なお、燃料噴射弁６０、燃料噴射弁７０、燃料噴射弁８０において、その他の構成は燃料噴射弁４のものと同一であるため、同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

燃料噴射弁６０、７０、８０を組み込んだ燃料噴射装置１００では、フラッシング時に作動流体通路４８内の圧力が噴射燃料通路４７内の圧力よりも高圧となることを利用して、作動流体通路４８側から噴射燃料通路４７側へ軽油を流入させる。これにより、噴射燃料通路４７等の噴射系のエマルション燃料の排出時間が短縮する。これにより、エンジン２００の停止までの時間が短縮するため、エミッションが低減し、燃費が向上する。

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、さら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。

１第１タンク
２第２タンク
３ミキサ
４燃料噴射弁
４７噴射燃料通路
４８作動流体通路
５切替弁
５５シールリング
６１、７１、８１連通路
６２固定絞り
７２逆止弁
８２連通路電磁弁
８３連通路コイル

Claims

主燃料を蓄える第１タンクと、
水またはアルコールを蓄える第２タンクと、
前記第１タンクの主燃料と前記第２タンクの水またはアルコールとを混合し、エマルション燃料を生成するミキサと、
筒内へ噴射される燃料が供給される噴射燃料通路と、噴射動作に用いられる前記主燃料が供給される作動流体通路とが形成された燃料噴射弁と、
前記噴射燃料通路へ供給する燃料を前記主燃料または前記エマルション燃料のいずれかに切り替える切替手段と、
を備え、前記切替手段はエンジンが停止する場合、前記噴射燃料通路へ主燃料のみを供給することを特徴とする燃料噴射装置。
前記燃料噴射弁は、前記噴射燃料通路と前記作動流体通路とを連通する連通路と、
前記噴射燃料通路内から前記作動流体通路内へ向かう前記連通路内の燃料の流通を防止する逆流防止手段と、
を備えた請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射装置。