JP2018115640A

JP2018115640A - 燃料噴射システム

Info

Publication number: JP2018115640A
Application number: JP2017008615A
Authority: JP
Inventors: 知明柿原; Tomoaki Kakihara; 英樹長田; Hideki Osada
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-26

Abstract

【課題】バイオディーゼル燃料の酸化劣化を効果的に抑制する。【解決手段】バイオディーゼル燃料を貯留する燃料タンク１１と、高圧ポンプ１４と、コモンレール１６と、インジェクタ１７と、燃料リターン配管１９と、冷却水循環回路３０と、冷却水循環回路３０から分岐する冷却水導入配管６１と、燃料リターン配管１９の少なくとも上流側の外周面を覆うと共に、その内周面と燃料リターン配管１９の外周面との間に冷却水導入配管６１から導入される冷却水を燃料リターン配管１９の上流側から下流側に向けて流通させ、燃料リターン配管１９内を流れるバイオディーゼル燃料を冷却水との熱交換により冷却する熱交換配管６２と、熱交換配管６２内を流れた冷却水を冷却水循環回路３０に戻す冷却水リターン配管６３とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射システムに関し、特に、燃料にバイオディーゼル燃料を用いるエンジンの燃料噴射システムに関する。

一般的に、エンジンの燃料には、主としてガソリンや軽油等の化石燃料が広く使用されている。しかしながら、これら化石燃料には、燃焼により発生するＣＯ２が地球温暖化等に影響を与える課題がある。近年、このような化石燃料の課題に鑑み、燃焼により発生したＣＯ２排出量をカウントしない所謂バイオディーゼル燃料が用いられるようになっている。バイオディーセル燃料としては、例えば、植物を原料とするエタノールやメタノール、脂肪酸メチルエステル等が広く実用化されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１０−１５６２７５号公報特開２００６−１４４７３６号公報

ところで、バイオディーゼル燃料は、酸化安定性が低く、燃料温度が高温になると、酸化劣化により燃料中にスラッジや酸が生成され、燃料噴射系の破損や腐食、燃焼不良等を引き起こす課題がある。

本開示の技術は、バイオディーゼル燃料の酸化劣化を効果的に抑制することを目的とする。

本開示の技術は、バイオディーゼル燃料を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンクから汲み上げられるバイオディーゼル燃料を加圧する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプから供給されるバイオディーゼル燃料を蓄圧するコモンレールと、前記コモンレールに蓄圧されたバイオディーゼル燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタと、前記コモンレール及び前記インジェクタの余剰燃料を前記燃料タンクに戻す燃料リターン配管と、前記エンジンの冷却水を循環させる冷却水循環回路と、前記冷却水循環回路から分岐する冷却水導入配管と、前記燃料リターン配管の少なくとも上流側の外周面を覆うと共に、その内周面と前記燃料リターン配管の外周面との間に前記冷却水導入配管から導入される冷却水を前記燃料リターン配管の上流側から下流側に向けて流通させ、前記燃料リターン配管内を流れるバイオディーゼル燃料を冷却水との熱交換により冷却する熱交換配管と、前記熱交換配管内を流れた冷却水を前記冷却水循環回路に戻す冷却水リターン配管と、を備えることを特徴とする。

また、前記冷却水循環回路が、少なくとも、冷却水を外気との熱交換により冷却するラジエータと、該ラジエータの出口部と前記エンジンのウォータジャケットとを接続する冷却水上流配管とを含み、前記冷却水導入配管が前記冷却水上流配管から分岐してもよい。

また、前記冷却水循環回路が、前記冷却水上流配管に設けられて冷却水を圧送する冷却水ポンプを含み、前記冷却水導入配管が前記冷却水ポンプよりも下流側の前記冷却水上流配管から分岐してもよい。

また、前記熱交換配管が円筒状に形成されると共に、前記冷却水導入配管及び前記冷却水リターン配管が前記熱交換配管に接線方向から接続されてもよい。

本開示の技術によれば、バイオディーゼル燃料の酸化劣化を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射システムを示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係る熱交換部を示す模式的な軸方向断面図である。他の実施形態に係る熱交換部を示す模式的な径方向断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る燃料噴射システムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本実施形態に係る燃料噴射システム１を示す模式的な全体構成図である。本実施形態の燃料噴射システム１は、エンジンＥの燃料としてバイオディーゼル燃料を用いるもので、燃料噴射装置１０と、冷却水循環回路３０と、熱交換部６０とを備えている。

燃料噴射装置１０は、燃料タンク１１と、フィードポンプ２０と、燃料吸入配管１２と、燃料フィルタ１３と、高圧ポンプ１４と、燃料供給配管１５と、コモンレール１６と、エンジンＥの各気筒内に燃料を噴射する複数のインジェクタ１７と、圧力制御弁１８と、余剰燃料を燃料タンク１１に戻す燃料リターン配管１９とを備えている。

燃料タンク１１は、バイオディーゼル燃料を貯留する。フィードポンプ２０は、燃料タンク１１内のバイオディーゼル燃料に浸漬されている。フィードポンプ２０は、例えば、図示しないモータ等の動力により駆動される。

燃料吸入配管１２は、一端側をフィードポンプ２０の吐出口に接続されると共に、他端側を高圧ポンプ１４の吸入口に接続されている。燃料フィルタ１３は、燃料吸入配管１２に介装されており、フィードポンプ２０によって汲み上げられたバイオディーゼル燃料に含まれる異物を除去する。

高圧ポンプ１４は、エンジンＥの動力で駆動する。高圧ポンプ１４は、何れも図示しないシャフトの回転によって往復駆動するプランジャを備えており、プランジャの往復運動によってバイオディーゼル燃料を加圧して吐出する。高圧ポンプ１４で加圧された高圧燃料は、燃料供給配管１５を介してコモンレール１６に供給される。

コモンレール１６は、高圧ポンプ１４から供給される高圧燃料を蓄圧して各インジェクタ１７に分配する。また、コモンレール１６には、圧力制御弁１８が設けられており、コモンレール１６内の圧力が所定値に達すると、高圧燃料が燃料リターン配管１９を介して燃料タンク１１に戻されるようになっている。なお、圧力制御弁１８は高圧ポンプ１４とコモンレール１４の間の位置に設置されていてもよい。

冷却水循環回路３０は、シリンダブロックＣＢに形成されて各気筒を冷却するウォータジャケット３１と、冷却水を外気との熱交換により冷却するラジエータ３２と、ラジエータ３２出口部とウォータジャケット３１入口部とを接続する冷却水上流配管３３と、ウォータジャケット３１出口部とラジエータ３２入口部とを接続する冷却水下流配管３４と、冷却水下流配管３４と冷却水上流配管３３とを接続する冷却水バイパス配管３５と、冷却水上流配管３３の冷却水バイパス配管３５との合流部よりも下流側に介装された冷却水ポンプ３６と、サーモススタット３７とを備えている。

冷却水循環回路３０は、冷却水温が所定の暖気温度に達するまではサーモスタット３７が閉弁することで、冷却水をラジエータ３２から迂回させて冷却水バイパス配管３５に流通させるようになっている。

本実施形態において、冷却水循環回路３０には、冷却水上流配管３３から分岐して、燃料リターン配管１９を流れるバイオディーゼル燃料を冷却水との熱交換により冷却する熱交換部６０が設けられている。熱交換部６０は、冷却水上流配管３３（好ましくは、冷却水ポンプ３６よりも下流側）から分岐する冷却水導入配管６１と、燃料リターン配管１９内のバイオディーゼル燃料を冷却水と熱交換させる熱交換配管６２と、冷却水リターン配管６３とを備えている。
以下、図２に基づいて、熱交換部６０の詳細構成について説明する。

熱交換配管６２は、その管内径を燃料リターン配管１９の管外径よりも大径に形成された中空円筒状を呈している。また、熱交換配管６２の内部には、燃料リターン配管１９が円筒軸方向に貫通挿入されており、熱交換配管６２の内筒面と燃料リターン配管１９の外周面との間には、全周に亘って所定の間隔が確保されている。すなわち、熱交換配管６２によって覆われた燃料リターン配管１９の外周面全体に冷却水が均一に流されるようになっている。

本実施形態において、冷却水導入配管６１は、燃料リターン配管１９の上流側を覆う熱交換配管６２の一端部６２Ａに接続され、冷却水リターン配管６３は、燃料リターン配管１９の下流側を覆う熱交換配管６２の他端部６２Ｂに接続されている。すなわち、ラジエータ３２及び、冷却水上流配管３３（何れも図１参照）から冷却水導入配管６１を介して熱交換配管６２内に導入される低温冷却水が、最も高温になり易い燃料リターン配管１９の上流側外周面に直接的に当てられるようになっている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、燃料リターン配管１９の外周面を覆う熱交換配管６２に冷却水循環回路３０から導入した冷却水を流通させることで、燃料リターン配管１９内を流れるリターン燃料が冷却水との熱交換により冷却されるようになっている。このように、高温になり易いリターン燃料をエンジンＥの冷却水によって冷却することで、バイオディーゼル燃料の酸化劣化を効果的に抑制することができる。

また、冷却水導入配管６１を燃料リターン配管１９の上流端側を覆う熱交換配管６２の一端部６２Ａに接続することで、ラジエータ３２で冷却された低温冷却水が最も高温になり易い燃料リターン配管１９の上流側外周面に直接的に当てられるようになっている。このように、低温冷却水を最も温度の高い上流側のリターン燃料と熱交換させることで、バイオディーゼル燃料の冷却効率を確実に向上することができる。

また、熱交換配管６２の内筒面と燃料リターン配管１９の外周面との間に全周に亘って所定の間隔を確保することで、低温冷却水が燃料リターン配管１９の外周面全体に均一に流されるようになっている。このように、燃料リターン配管１９の外周面全体に低温冷却水を均一に流すことで、低温冷却水とリターン燃料との熱交換面積を効果的に確保することができる。

また、エンジンＥの暖機運転時は、ラジエータ３２を迂回しながら循環する冷却水が熱交換配管６２にてリターン燃料との熱交換により昇温されることで、エンジンＥの暖機運転時間を効果的に短縮することもできる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図３に示すように、冷却水導入配管６１及び冷却水リターン配管６３を熱交換配管６２に接線方向から接続して構成してもよい。このように、冷却水導入配管６１及び冷却水リターン配管６３を接線方向から接続することで、冷却水が燃料リターン配管１９の外周面に沿って螺旋状に流れるようになり、冷却水とリターン燃料との熱交換率をさらに向上させることができる。

また、熱交換配管６２の形状は、円筒状に限定されず、燃料リターン配管１９の外周に巻かれる螺旋状に形成されてもよい。

また、エンジンＥは複数気筒エンジンに限定されず、単気筒エンジンであってもよい。

Ｅエンジン
１燃料噴射システム
１０燃料噴射装置
１１燃料タンク
１２燃料吸入配管
１３燃料フィルタ
１４高圧ポンプ
１５燃料供給配管
１６コモンレール
１７インジェクタ
１８圧力制御弁
１９燃料リターン配管
２０フィードポンプ
３０冷却水循環回路
３１ウォータジャケット
３２ラジエータ
３３冷却水上流配管
３４冷却水下流配管
３５冷却水バイパス配管
３６冷却水ポンプ
３７サーモススタット
６０熱交換部
６１冷却水導入配管
６２熱交換配管
６３冷却水リターン配管

Claims

バイオディーゼル燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃料タンクから汲み上げられるバイオディーゼル燃料を加圧する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプから供給されるバイオディーゼル燃料を蓄圧するコモンレールと、
前記コモンレールに蓄圧されたバイオディーゼル燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタと、
前記コモンレール及び前記インジェクタの余剰燃料を前記燃料タンクに戻す燃料リターン配管と、
前記エンジンの冷却水を循環させる冷却水循環回路と、
前記冷却水循環回路から分岐する冷却水導入配管と、
前記燃料リターン配管の少なくとも上流側の外周面を覆うと共に、その内周面と前記燃料リターン配管の外周面との間に前記冷却水導入配管から導入される冷却水を前記燃料リターン配管の上流側から下流側に向けて流通させ、前記燃料リターン配管内を流れるバイオディーゼル燃料を冷却水との熱交換により冷却する熱交換配管と、
前記熱交換配管内を流れた冷却水を前記冷却水循環回路に戻す冷却水リターン配管と、を備える
ことを特徴とする燃料噴射システム。
前記冷却水循環回路が、少なくとも、冷却水を外気との熱交換により冷却するラジエータと、該ラジエータの出口部と前記エンジンのウォータジャケットとを接続する冷却水上流配管とを含み、前記冷却水導入配管が前記冷却水上流配管から分岐する
請求項１に記載の燃料噴射システム。
前記冷却水循環回路が、前記冷却水上流配管に設けられて冷却水を圧送する冷却水ポンプを含み、前記冷却水導入配管が前記冷却水ポンプよりも下流側の前記冷却水上流配管から分岐する
請求項２に記載の燃料噴射システム。
前記熱交換配管が円筒状に形成されると共に、前記冷却水導入配管及び前記冷却水リターン配管が前記熱交換配管に接線方向から接続された
請求項１から３の何れか一項に記載の燃料噴射システム。