JP2011122497A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンレール内のエマルジョン燃料を短時間で主燃料に置換することを課題とする。
【解決手段】燃料供給装置１００は、燃料としてエマルジョン燃料及び主燃料を用いるエンジン１に用いられる。燃料供給装置１００は、燃料噴射ノズル４に供給する燃料を貯留するコモンレール２と、このコモンレール２内の燃料を流出させるリリーフバルブ５と、コモンレール２に導入される燃料を主燃料である軽油に切り替える切替バルブ２３と、イグニション２４のオフ状態を確認後、コモンレール２の目標レール圧を維持しつつ、コモンレール２に軽油が流入するように切替バルブ２３を切り替えると共に、リリーフバルブ５を開閉させてコモンレール２内のエマルジョン燃料を軽油に置換する燃料置換制御を行う燃料置換制御部２６を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。

従来、エマルジョン燃料を使用することができる内燃機関が知られている。エマルジョン燃料は、軽油や重油といった主燃料中に、一定割合で水やアルコールを混入させ、撹拌することによって水等を微粒化させたものである。このようなエマルジョン燃料を使用する内燃機関では、内燃機関停止時にエマルジョン燃料が、燃料噴射ノズル（インジェクタ）や、この燃料噴射ノズルに燃料を供給する燃料配管内に残留することが懸念される。例えば、主燃料に水を混入させた場合、燃料噴射ノズルや燃料配管中にエマルジョン燃料が残留すると内燃機関の停止中にエマルジョン燃料が水と燃料油とに分離する。その結果、分離した水によって燃料配管内に錆が生じる。さらに、内燃機関を再始動しようとしたときに、燃料噴射ノズルから水が噴射されると、ピストンリングや燃料噴射ノズルの破損を招き、内燃機関の再始動自体が円滑に行えないという問題がある。

このような問題を解決すべく、特許文献１に以下のようなディーゼルエンジン（内燃機関）の運転方法が提案されている。この提案では、ディーゼルエンジンの停止直前に燃料切替弁によってディーゼルエンジンに燃料油を供給する。そして、燃料配管におけるエマルジョン燃料を燃料油（たとえば軽油）に置換後にディーゼルエンジンを停止させる。これにより、ディーゼルエンジンの停止中における水の分離により配管（管路）における錆の発生が抑制される。また、ディーゼルエンジンを円滑に再始動させることができる。

なお、昨今の車両用内燃機関にはコモンレールを備えたものがあるが、このような内燃機関にエマルジョン燃料を使用することもある。このような内燃機関の停止時にコモンレール内のエマルジョン燃料を主燃料に置換しておけば、コモンレール内における錆の発生が抑制され、内燃機関の再始動も円滑に行われる。

特開平２−３３４５８号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されたディーゼルエンジンの運転方法を、コモンレールを備えた内燃機関に適用した場合、以下のような不都合が生じることが考えられる。
すなわち、コモンレール内のエマルジョン燃料のほぼ全量を軽油に置換するためにアイドリング状態を長時間継続しなければならなかった。長時間のアイドリング継続は燃費の悪化を招く。

そこで、本明細書開示の発明は、コモンレール内のエマルジョン燃料を短時間で主燃料に置換することを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書開示の内燃機関の燃料供給装置は、燃料としてエマルジョン燃料及び主燃料を用いる内燃機関の燃料供給装置であって、燃料噴射ノズルに供給する燃料を貯留するコモンレールと、当該コモンレール内のエマルジョン燃料を流出させるリリーフバルブと、前記コモンレールに導入される燃料を主燃料に切り替える切替バルブと、イグニションのオフ状態を確認後、前記コモンレールの目標レール圧を維持しつつ、前記コモンレールに主燃料が流入するように前記切替バルブを切り替えると共に、前記リリーフバルブを開閉させて前記コモンレール内の燃料を主燃料に置換する燃料置換制御を行う燃料置換制御部と、を、備えている。

内燃機関を停止するためにイグニションがオフ状態とされたときに、リリーフバルブを開閉させることにより、コモンレール内のエマルジョン燃料を迅速かつ効率的に順次導入される主燃料に置換（フラッシング）することができる。

このような燃料供給装置における前記目標レール圧は、前記内燃機関のアイドリング状態における目標レール圧とすることができる。アイドリング状態における目標レール圧を維持しつつ燃料置換制御を行えば、エンジンを停止する前にエマルジョン燃料と主燃料との置換を行うことができる。そして、コモンレール内が主燃料で満たされた状態でエンジンを停止することができる。

このような燃料供給装置は、前記コモンレール内のエマルジョン燃料の主燃料への燃料置換完了を判定するための情報を取得する情報取得手段を備え、前記燃料置換制御部は、前記情報取得手段により取得された情報に基づいて燃料置換完了が判定されるまで前記燃料置換制御を継続する構成とすることができる。燃料の置換完了を判定するための情報取得手段を備えることにより、コモンレール内のエマルジョン燃料と主燃料との置換の確実性を高めることができる。

また、このような燃料供給装置における前記コモンレールは、一端部に前記リリーフバルブを備え、他端部に内部に燃料を導入するインレットパイプを備えることが望ましい。コモンレールの一端部からその内部のエマルジョン燃料を排出し、他端部から主燃料を導入することにより、コモンレールの全域に亘って迅速にエマルジョン燃料と主燃料との置換を行うことができる。

本明細書開示の内燃機関の燃料供給装置によれば、コモンレール内のエマルジョン燃料を短時間で主燃料に置換することができる。

図１は、実施例の燃料供給装置を組み込んだエンジンの構成図である。 図２は、比較例のサプライポンプ及びリリーフバルブ周辺を示す説明図である。 図３は、実施例の燃料供給装置の制御の一例を示すフロー図である。

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。

図１は、実施例の内燃機関の燃料供給装置１００が組み込まれたディーゼルエンジンエンジン（以下、単に「エンジン」という）１の概略を示す構成図である。エンジン１は、車両に搭載される内燃機関の一例であり、燃料として主燃料とエマルジョン燃料を使用することができる。内燃機関の燃料としての主燃料は、軽油や重油を用いることができるが、本実施例のエンジン１は、主燃料として軽油を用いる。また、内燃機関の燃料としてのエマルジョン燃料は、軽油や重油に水やアルコールを混入して生成することができるが、本実施例のエンジン１は、エマルジョン燃料として軽油に水を混入して生成されたものを用いる。

燃料供給装置１は、コモンレール２を備えている。コモンレール２は、エンジン１の気筒毎に装着された燃料噴射ノズル４とデリバリパイプ３で接続されている。そして、燃料噴射ノズル４に供給する燃料を貯留する。コモンレール２は、軽油又はエマルジョン燃料を貯留する。

コモンレール２は、その一端部にリリーフバルブ５を備え、他端部にコモンレール２の内部に燃料を導入するインレットパイプ６を備えている。インレットパイプ６の他端は、燃料のサプライポンプ７に接続されている。サプライポンプ７は、コモンレール２に対し、リリーフバルブ５が設けられた一端部よりもインレットパイプ６が設けられた他端部に近い位置に配置されている。リリーフバルブ５は、開閉することによってコモンレール２内の燃料を流出させる。リリーフバルブ５は、車両の走行時において、要求される燃圧に応じてコモンレール２内の燃料を流出させる機能も有している。

燃料供給装置１００は、軽油タンク８と、水タンク９を備えている。さらに、エマルジョン生成部１０、フラッシングタンク１１を備えている。フラッシングタンク１１は、コモンレール２やサプライポンプ７からリターンされた燃料を貯留する。フラッシングタンク１１の下端部にはフラッシングタンク１１内の燃料の流出を調整する出口バルブ１２が装着されている。

軽油タンク８とエマルジョン生成部１０とは第１配管１３で接続されている。また、水タンク９とエマルジョン生成部１０とは第２配管１４で接続されている。エマルジョン生成部１０は、軽油タンク８から導入された軽油と、水タンク９から導入された水とを所定の割合で混合し、撹拌することによってエマルジョン燃料を生成する。また、エマルジョン生成部１０は、第３配管１５を介して出口バルブ１２と接続されている。

エマルジョン生成部１０は、第４配管１６を介してサプライポンプ７と接続されている。これにより、エマルジョン生成部１０で生成されたエマルジョン燃料がサプライポンプ７を通じてコモンレール２に導入される。

サプライポンプ７は、第５配管１７を介してフラッシングタンク１１と接続されている。第５配管１７は、サプライポンプ７からのリターン燃料をフラッシングタンク１１へ送る。第５配管１７には、燃料クーラー１８が配置されている。また、第５配管１７には、合流点２０に第６配管１９が接続されている。この第６配管１９の他端はリリーフバルブ５に接続されている。これによりリリーフバルブ５を通じてコモンレール２から流出したリターン燃料も第５配管１７を通じてフラッシングタンク１１に送られる。第５配管１７内を流通するリターン燃料は、燃料クーラー１８により冷却される。

第６配管には、燃料性状センサ２１が装備されている。この燃料性状センサ２１は、情報取得手段の一例であり、リリーフバルブ５を通じて流出した燃料中の含水率を測定する。含水率は、燃料置換完了を判定するための情報に相当し、この含水率により、コモンレール２内のエマルジョン燃料の軽油への燃料置換完了を判定することができる。

燃料供給装置１００は、エマルジョン生成部１０をバイパスして第１配管１３と第４配管１６とを接続するバイパス管２２を備えている。第４配管１６とバイパス管２２との接続部には、切替バルブ２３が設けられている。切替バルブ２３は、三方弁であり、サプライポンプ７を通じてコモンレール２へ導入される燃料の種別を切り替える。すなわち、エマルジョン生成部１０から供給されるエマルジョン燃料と、軽油タンク８から直接供給される軽油とを選択する。

燃料供給装置１００は、ＥＣＵ（Electronic control unit）２５と、燃料置換制御部２６、パルス電流発生部２７を備えている。ＥＣＵ２５は、エンジン１の主要な制御を行うもので、イグニション（ＩＧ）２４と電気的に接続されており、イグニション２４のオンオフ情報を取得する。燃料置換制御部２６は、ＥＣＵ２５、パルス電流発生部２７と電気的に接続されている。パルス電流発生部２７は、リリーフバルブ５と電気的に接続されおり、リリーフバルブ５にその開閉動作をさせるためのパルス電流を供給する。燃料置換制御部２６は、さらに、出口バルブ１２、燃料性状センサ２１、切替バルブ２３と電気的に接続されている。燃料置換制御部２６は、イグニション２５のオフ状態を確認後、コモンレール２の目標レール圧を維持しつつ、コモンレール２に軽油が流入するように切替バルブ２３を切り替える。また、リリーフバルブ５を開閉させてコモンレール内のエマルジョン燃料を軽油に置換する。

燃料置換制御部２６は、このような動作を行うためのプログラムを保持している。このプログラムは、エンジン１のアイドリング状態における目標レール圧を考慮し、この目標レール圧を下回らないパルス電流の周波数、デューティ比でリリーフバルブ５の開閉を行う。すなわち、燃料置換制御部２６から指令を受けるパルス電流発生部２７は、プログラムに基づいて動作し、リリーフバルブ５を強制的に開閉させる。

燃料置換制御部２６は、燃料性状センサ２１により取得された含水率により、コモンレール２内のエマルジョン燃料の軽油への燃料置換完了が判定されるまで燃料置換制御を継続する。

燃料置換制御が行われると、リリーフバルブ５を通じてコモンレール２内のエマルジョン燃料が流出し、コモンレール２には、サプライポンプ７から軽油が導入される。これにより、コモンレール２内のエマルジョン燃料が軽油に置換される。このとき、リリーフバルブ５はコモンレール２の一端部に備えられ、インレットパイプ６はコモンレール２の他端部に接続されているので、図１中、矢示２８のように燃料が流れ、コモンレール２の全域に亘って、効率よく燃料置換を行うことができる。例えば、図２に示す比較例のエンジン５０のように、コモンレール５２の同一側の端部にインレットパイプ５５とリリーフバルブ５７を備えていると、コモンレール５２内の燃料の置換には時間がかかる。このようなインレットパイプ５５とリリーフバルブ５７の配置は、配管をできるだけ短くするとの要請に応えるものである。しかしながら、Ａ部を拡大して示すように、サプライポンプ７からインレットパイプ６を通じてコモンレール５２内に導入された燃料の多くが、矢示６０で示すようにリリーフバルブ５７からリターンパイプ５９へ流出する。このため、コモンレール５２の全域に亘って燃料の置換が行われるには時間がかかる。

このような比較例に対し、本実施例におけるリリーフバルブ５とインレットパイプ６の配置は、コモンレール２内の迅速な燃料置換に効果的である。

以上のような燃料供給装置１００の制御及び動作につき、図３に示すフロー図を参照しつつ説明する。

まず、エンジン１の稼動中において、切替バルブ２３はエマルジョン生成部１０側からエマルジョン燃料が供給されるように設定されていることとする。このため、コモンレール２内はエマルジョン燃料が充填された状態となっている。

ＥＣＵ２５は、ステップＳ１においてイグニション２４がオン状態からオフ状態にされたか否かを監視している。従って、ＥＣＵ２５は、稼動状態にあるエンジン１のイグニション２４のオフ状態が確認されるまでＮＯ判定を繰り返し、オフ状態が確認されると、ＹＥＳ判定を行って、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、燃料置換制御を開始する。具体的には、燃料置換制御部２６から切替バルブ２３へ指令が出され、切替バルブ２３は、軽油タンク８から直接サプライポンプ７へ軽油が送られる状態とされる。また、ＥＣＵ２５によってパルス発生フラグがオンとされる。そして、燃料置換制御部２６からパルス電流発生部２７へ指令が出される。指令を受けたパルス電流発生部２７は、予め定められ、プログラムされた周波数及びデューティ比のパルス電流をリリーフバルブ５に供給する。これにより、リリーフバルブ５は開閉動作を繰り返す。この結果、コモンレール２内のエマルジョン燃料が徐々にコモンレール２内から流出する。

このとき、サプライポンプ７の駆動は継続されており、コモンレール２には、インレットパイプ６を通じて継続して軽油が供給されている。このため、リリーフバルブ５からエマルジョン燃料が流出しているにもかかわらずコモンレール２の目標レール圧は維持され、アイドリング状態は継続されている。

このとき、燃料置換制御部２６は、出口バルブ１２に指令を発し、出口バルブ１２を閉状態とする。これにより、フラッシングタンク１１は、燃料を貯留可能な状態となる。リリーフバルブ５から流出したエマルジョン燃料は、第６配管１９、第５配管１７を通じてフラッシングタンク１１に送られる。このとき、燃料性状センサ２１を通過したエマルジョン燃料の性状に関する情報が燃料置換制御部２６に送られる。

ステップＳ２において燃料置換制御を開始した後は、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、燃料置換制御部２６は、燃料置換が完了したか否かの判定を行う。具体的には、燃料性状センサ２１から送られた燃料中の含水率が所定値以下となっている場合にＹＥＳと判定し、ステップＳ４へ進む。一方、含水率が所定値よりも高い場合は、未だエマルジョン燃料がコモンレール２内に残留していると判断できるため、燃料置換制御を継続すべくＮＯ判定とする。

ステップＳ３で燃料置換が完了したと判定した後は、ステップＳ４において、燃料置換制御終了措置を採る。具体的には、ＥＣＵ２５によってパルス発生フラグがオフとされる。これによりリリーフバルブ５の制御が通常制御に復帰する。ここで、リリーフバルブ５の通常制御とは、エンジン１の稼動時に、その稼動状態によって変化する目標レール圧を達成するための開閉制御である。燃料置換制御終了措置では、アイドリングを終了し、エンジン１を停止させる。

以上が燃料供給装置１００の制御及び動作である。燃料供給装置１００は、コモンレール２に軽油を供給しつつ、コモンレール２内エマルジョン燃料を流出させるので、短時間でエマルジョン燃料と軽油との燃料置換を完了することができる。また、このとき、リリーフバルブ５を開閉動作させて、アイドリング状態における目標レール圧が維持されるので、アイドリング状態が継続される。アイドリング状態が継続されることにより、サプライポンプ７の動作も保障される。このように本実施例の燃料供給装置１００によれば短時間で燃料置換を行うことができるので、燃料の消費も抑制することができる。

燃料置換制御により、エンジン停止時にコモンレール２内及びコモンレール２の下流側の燃料供給経路、具体的にはデリバリパイプ３及び燃料噴射ノズル４に軽油を充填しておくことができる。軽油はエマルジョン燃料と比較して始動性が良好であるため、次回エンジン始動を円滑に行うことができる。また、コモンレール２やその下流の燃料経路においてエマルジョン燃料から分離した水に起因する錆の発生を抑制することができる。

なお、フラッシングタンク１１内に貯留されたエマルジョン燃料は、エンジン１の稼動時に出口バルブ１２を開放してエマルジョン生成部１０へ送り、消費することができる。
また、燃料置換制御において軽油側に切り替えられた切替バルブ２３は、エンジン１の再始動後、その稼動状態に応じて再びエマルジョン燃料を供給する側に切り替えられる。

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、情報取得手段として燃料性状センサ２１に代えてタイマとしてもよい。すなわち、予め燃料置換が完了する時間を把握しておき、この時間の経過をタイマによって検知することによって燃料置換が完了したと判定するようにしてもよい。

また、上記実施例では、水と主燃料とが混合されたエマルジョン燃料の使用を想定しているが、アルコールと主燃料とを混合したエマルジョン燃料を使用するエンジンに対しても上記と同様の燃料供給装置を適用することができる。アルコールを用いる場合であっても、停止時にコモンレール内を主燃料に置換しておくことにより、迅速な再始動が望めるからである。この場合は、燃料性状センサとして、アルコールの含有率を測定するものを使用することができる。

１…ディーゼルエンジン
２…コモンレール
３…デリバリパイプ
４…燃料噴射ノズル
５…リリーフバルブ
６…インレットパイプ
７…サプライポンプ
８…軽油タンク
９…水タンク
１０…エマルジョン生成部
１１…フラッシングタンク
１２…出口バルブ
１３…第１配管
１４…第２配管
１５…第３配管
１６…第４配管
１７…第５配管
１８…燃料クーラー
１９…第６配管
２０…合流点
２１…燃料性状センサ
２２…バイパス管
２３…切替バルブ
２４…イグニション（ＩＧ）
２５…ＥＣＵ
２６…燃料置換（フラッシング）制御部
２７…パルス電流発生部

Claims (4)

1. 燃料としてエマルジョン燃料及び主燃料を用いる内燃機関の燃料供給装置であって、
   燃料噴射ノズルに供給する燃料を貯留するコモンレールと、
   当該コモンレール内の燃料を流出させるリリーフバルブと、
   前記コモンレールに導入される燃料を主燃料に切り替える切替バルブと、
   イグニションのオフ状態を確認後、前記コモンレールの目標レール圧を維持しつつ、前記コモンレールに主燃料が流入するように前記切替バルブを切り替えると共に、前記リリーフバルブを開閉させて前記コモンレール内のエマルジョン燃料を主燃料に置換する燃料置換制御を行う燃料置換制御部と、
   を、備えることを特徴とした内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記目標レール圧は、前記内燃機関のアイドリング状態における目標レール圧としたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記コモンレール内のエマルジョン燃料の主燃料への燃料置換完了を判定するための情報を取得する情報取得手段を備え、
   前記燃料置換制御部は、前記情報取得手段により取得された情報に基づいて燃料置換完了が判定されるまで前記燃料置換制御を継続することを特徴とした請求項１又は２記載の内燃機関の燃料供給装置。
4. 前記コモンレールは、一端部に前記リリーフバルブを備え、他端部に内部に燃料を導入するインレットパイプを備えたことを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項記載の内燃機関の燃料供給装置。

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