JP2023111441A - 燃料システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料システムにおいて、燃料の外部漏洩を防止すると共に燃料噴射弁と燃料供給経路との接続部から燃料漏れが発生した気筒を適切に検知可能とする。【解決手段】燃料噴射弁と、燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給経路と、燃料噴射弁の余剰燃料を返送する燃料返送経路と、一端が燃料噴射弁と燃料供給経路との接続部に連結されて他端が燃料返送経路に連結される漏れ燃料返送経路と、漏れ燃料返送経路に設けられて栓部材により開閉可能な点検孔と、漏れ燃料返送経路に設けられて接続部側への燃料の流動を阻止する逆止弁と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関に適用される燃料システムに関するものである。

例えば、ディーゼルエンジンに適用されるコモンレール式の燃料噴射装置は、燃料ポンプと、コモンレールと、燃料噴射弁とを備える。燃料ポンプは、燃料タンクの燃料を吸入して加圧し、高圧燃料としてコモンレールに供給する。コモンレールは、燃料ポンプから供給された高圧燃料を所定の圧力に保持する。燃料噴射弁は、噴射弁を開閉することで、コモンレールの高圧燃料をディーゼルエンジンの燃焼室に噴射する。

燃料噴射弁は、コモンレールと燃料供給管を介して接続されることで燃料が供給され、燃焼室に高圧燃料を噴射可能となる。燃料噴射弁は、所定量の燃料を噴射した後、余剰燃料が発生する。燃料噴射弁は、燃料タンクと燃料返送管を介して接続されることで、余剰燃料が燃料タンクに返送可能となる。また、燃料供給管は、端部が燃料噴射弁の燃料供給口に押し付けられた状態（メタルタッチ）で接続される。そのため、燃料噴射弁と燃料供給管との接続部で燃料漏れが発生することがある。そのため、燃料噴射弁は、燃料供給管との接続部で漏れた燃料を燃料タンクに返送する漏れ燃料返送管が連結される。このような燃料システムとしては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

欧州特許第２０１１９９６号明細書 欧州特許第１６８０５９２号明細書

従来、燃料噴射弁と燃料供給管との接続部から漏れた燃料は、漏れ燃料返送管を通して燃料タンクに戻される。漏れ燃料返送管は、下流側端部が燃料返送管に連結され、漏れた燃料は、余剰燃料と共に燃料タンクに戻される。ディーゼルエンジンは、複数の燃料噴射弁が搭載される。そのため、従来の構成では、漏れ燃料が発生した燃料噴射弁を特定することが困難となる。そこで、漏れ燃料返送管に漏れ燃料を確認するための検知孔を設けることが考えられる。しかし、この場合、燃料漏れが発生すると、漏れ燃料が検知孔から外部に排出されてしまうという課題がある。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、燃料の外部漏洩を防止すると共に燃料噴射弁と燃料供給経路との接続部から燃料漏れが発生した気筒を適切に検知可能とする燃料システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本開示の燃料システムは、燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給経路と、前記燃料噴射弁の余剰燃料を返送する燃料返送経路と、前記燃料噴射弁と前記燃料供給経路との接続部から漏れた燃料を前記燃料返送経路に排出する漏れ燃料返送経路と、前記漏れ燃料返送経路に設けられて栓部材により開閉可能な点検孔と、前記漏れ燃料返送経路に設けられて前記接続部側への燃料の流動を阻止する逆止弁と、を備える。

本開示の燃料システムによれば、燃料の外部漏洩を防止することができると共に、燃料噴射弁と燃料供給経路との接続部から燃料漏れが発生した気筒を適切に検知することができる。

図１は、第１実施形態の燃料システムを表す概略図である。 図２は、燃料システムにおける燃料漏れ検知装置を表す概略図である。 図３は、第２実施形態の燃料システムにおける燃料漏れ検知装置を表す概略図である。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

［第１実施形態］
＜燃料システム＞
図１は、第１実施形態の燃料システムを表す概略図である。

図１に示すように、燃料システム１０は、ディーゼルエンジン（内燃機関）に搭載される。燃料システム１０は、燃料タンク１１と、燃料ポンプ１２と、コモンレール１３と、複数の燃料噴射弁１４と、制御装置１５とを備える。

燃料タンク１１は、所定量の燃料を貯留する。燃料タンク１１は、燃料吸入経路２１を介して燃料ポンプ１２に連結される。燃料ポンプ１２は、燃料タンク１１に貯留されている燃料を燃料吸入経路２１から吸入し、加圧して高圧燃料を生成する。燃料ポンプ１２は、燃料高圧経路２２を介してコモンレール１３に接続される。コモンレール１３は、燃料ポンプ１２から供給された高圧燃料を予め設定された所定の圧力に調整する。コモンレール１３は、複数（第１実施形態では、４個）の燃料供給経路２３を介して燃料噴射弁１４にそれぞれ接続される。燃料噴射弁１４は、所定のタイミングで噴射弁を開閉することで、コモンレール１３の高圧燃料をディーゼルエンジンの各シリンダ（燃焼室）に噴射する。

コモンレール１３は、燃料返送経路２４を介して燃料タンク１１に連結される。コモンレール１３は、貯留する高圧燃料を所定の圧力に調整することから、高圧燃料が所定の圧力を超えて上昇すると、余剰燃料が燃料返送経路２４により燃料タンク１１に戻される。各燃料噴射弁１４は、それぞれ燃料返送経路２５を介して燃料返送経路２４に連結される。燃料噴射弁１４は、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて所定量の燃料を噴射することから、余剰燃料が発生する。発生した余剰燃料は、燃料噴射弁１４から燃料返送経路２５により燃料返送経路２４を介して燃料タンク１１に戻される。

制御装置１５は、各燃料噴射弁１４を駆動制御可能である。制御装置１５は、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて燃料噴射弁１４を駆動制御し、所定のタイミングで所定量の燃料を所定期間にわたってシリンダに噴射する。コモンレール１３は、圧力センサ２６が設けられる。圧力センサ２６は、コモンレール１３に貯留されている高圧燃料の圧力を計測し、制御装置１５に出力する。制御装置１５は、圧力センサ２６の計測結果に基づいて、コモンレール１３の高圧燃料が所定の圧力を超えると、圧力リミッタ（図示略）を作動し、コモンレール１３の高圧燃料の一部を余剰燃料として燃料返送経路２４から燃料タンク１１に戻す。

＜燃料漏れ検知装置の構成＞
図２は、燃料システムにおける燃料漏れ検知装置を表す概略図である。

図２に示すように、燃料噴射弁１４は、ディーゼルエンジンのシリンダヘッド３１に装着され、シリンダに燃料を噴射可能である。コモンレール１３は、燃料供給経路２３を介して燃料噴射弁１４に接続される。燃料噴射弁１４は、燃料返送経路２５を介して燃料返送経路２４に連結され、燃料返送経路２４が燃料タンク１１に連結される。燃料返送経路２５は、第１配管２５ａと、第２配管２５ｂとを有する。第１配管２５ａは、シリンダヘッド３１の内部に配置され、第２配管２５ｂは、シリンダヘッド３１の外部に配置される。第１配管２５ａと第２配管２５ｂは、シリンダヘッド３１に固定されたコネクタ３２を介して連結される。

具体的に説明すると、燃料供給経路２３は、第１配管２３ａと、第２配管２３ｂとを有する。第１配管２３ａは、シリンダヘッド３１の外部に配置され、第２配管２３ｂは、シリンダヘッド３１の内部に配置される。第２配管２３ｂは、例えば、シリンダヘッド３１に形成された中空部（図示略）に収容される。第２配管２３ｂは、外周部に形成されたねじ部２３ｃが、シリンダヘッド３１に設けられたねじ部３１ａに螺合することで、シリンダヘッド３１に固定される。このとき、第２配管２３ｂは、下流側の端部が燃料噴射弁１４の側部に押し付けられた押圧状態で、シリンダヘッド３１に固定される。そのため、第２配管２３ｂは、下流側の端部開口が燃料噴射弁１４の側部に形成された燃料供給孔に連通する。そして、第１配管２３ａは、シリンダヘッド３１から外部に露出した第２配管２３ｂの端部に連結される。

燃料供給経路２３を構成する第２配管２３ｂは、端部が燃料噴射弁１４の側部に押し付けられた押圧状態で、シリンダヘッド３１に固定される。この場合、第２配管２３ｂと燃料噴射弁１４とはメタルタッチとなることから、燃料供給経路２３の第２配管２３ｂと燃料噴射弁１４との接続部Ｃから燃料が漏洩することがある。そのため、第１実施形態の燃料システム１０は、燃料漏れ検知装置４０を有する。

燃料漏れ検知装置４０は、漏れ燃料返送経路４１と、点検孔４２と、栓部材４３と、逆止弁４４とを有する。

漏れ燃料返送経路４１は、燃料噴射弁１４と燃料供給経路２３との接続部Ｃから漏れた燃料を燃料返送経路２４，２５に排出する。すなわち、漏れ燃料返送経路４１は、一端が燃料噴射弁１４と燃料供給経路２３との接続部Ｃの外側に連結され、他端が燃料返送経路２５に連結される。漏れ燃料返送経路４１は、第１配管４１ａと、第２配管４１ｂと、第３配管４１ｃとを有する。第１配管４１ａと第２配管４１ｂは、シリンダヘッド３１の内部に配置され、第３配管４１ｃは、シリンダヘッド３１の外部に配置される。

第１配管４１ａは、一端が燃料噴射弁１４と燃料供給経路２３との接続部Ｃに連結され、他端がシリンダヘッド３１の外面部に固定されたコネクタ５１に連結される。第２配管４１ｂは、一端部が第１配管４１ａに連結され、他端がシリンダヘッド３１の外面部に設けられた点検孔４２に連結される。点検孔４２は、漏れ燃料返送経路４１としての第１配管４１ａおよび第２配管４１ｂにおける鉛直方向の最下方位置に配置される。そのため、燃料供給経路２３と燃料噴射弁１４との接続部Ｃから燃料が漏洩したとき、漏洩した燃料は、第１配管４１ａおよび第２配管４１ｂを通って点検孔４２から排出可能となる。点検孔４２は、栓部材４３により開閉可能である。点検孔４２は、栓部材４３により閉止されているとき、漏洩燃料の排出が阻止される。

第３配管４１ｃは、一端部がコネクタ５１を介して第１配管４１ａに連結され、他端が燃料返送経路２５における第２配管２５ｂのコネクタ５２に連結される。逆止弁４４は、漏れ燃料返送経路４１における第３配管４１ｃに設けられる。つまり、逆止弁４４は、シリンダヘッド３１の外部に配置される。逆止弁４４は、漏れ燃料返送経路４１の第３配管４１ｃにおける燃料返送経路２５の第２配管２５ｂとの連結部、つまり、コネクタ５２の近傍に設けられることが好ましい。逆止弁４４は、接続部Ｃ、つまり、漏れ燃料返送経路４１から燃料返送経路２５の第２配管２５ｂへの燃料の流動を許容する。一方、逆止弁４４は、燃料返送経路２５の第２配管２５ｂから接続部Ｃ側、つまり、漏れ燃料返送経路４１における第３配管４１ｃへの燃料の流動を阻止する。

なお、燃料噴射弁１４は、シリンダヘッド３１に４個装着され、４個の燃料噴射弁１４に連結される各燃料返送経路２５は、燃料返送経路２４に連結され、各燃料噴射弁１４に連結されるそれぞれの漏れ燃料返送経路４１は、各燃料返送経路２５のいずれかに連結される。なお、シリンダヘッド３１が一体であれば、燃料噴射弁１４が４個装着されるが、シリンダごとにシリンダヘッド３１が独立している場合は、燃料噴射弁１４が１個ずつ装着される。

また、図１に示すように、燃料ポンプ１２は、燃料高圧経路２２を介してコモンレール１３に高圧燃料を供給する圧力（吐出圧）を計測する圧力センサ６１およびこの圧力を一定に保持するために吐出量を制御するアクチュエータ６２が設けられ、検出結果を制御装置１５に出力する。制御装置１５は、アラーム６３が接続される。アラーム６３は、例えば、スピーカ、パトランプ、ディスプレイなどである。制御装置１５は、燃料ポンプ１２のアクチュエータ作動量が予め設定された作動量より大きいと、アラーム６３を作動させる。なお、アクチュエータ６２の作動量に代えて流量センサを用いてもよい。

＜燃料漏れ検知装置の作用＞
図１および図２に示すように、燃料ポンプ１２が駆動すると、燃料ポンプ１２は、燃料タンク１１に貯留されている燃料を燃料吸入経路２１から吸入し、加圧して高圧燃料を生成する。燃料ポンプ１２は、高圧燃料を燃料高圧経路２２からコモンレール１３に供給すると、コモンレール１３は、燃料ポンプ１２から供給された高圧燃料を所定の圧力に調整する。このとき、各燃料噴射弁１４は、余剰燃料を燃料返送経路２５から燃料返送経路２４を介して燃料タンク１１に戻す。

このとき、燃料供給経路２３は、第２配管２３ｂの端部が燃料噴射弁１４に押し付けられた押圧状態であることから、燃料供給経路２３の第２配管２３ｂと燃料噴射弁１４との接続部Ｃから燃料が漏洩することがある。燃料漏れ検知装置４０は、接続部Ｃからの燃料の漏洩を検出する。燃料漏れ検知装置４０による接続部Ｃからの燃料の漏洩の検出は、ディーゼルエンジンの出荷前やディーゼルエンジンの定期検査時などに実施する。但し、それ以外の時期に実施してもよい。

燃料供給経路２３の第２配管２３ｂと燃料噴射弁１４との接続部Ｃから燃料が漏洩すると、漏洩燃料は、漏れ燃料返送経路４１における第１配管４１ａに流出すると共に、第２配管４１ｂに流出する。第１配管４１ａに流出した漏洩燃料は、コネクタ５１を介して第３配管４１ｃに流れ、さらに、逆止弁４４およびコネクタ５２を介して燃料返送経路２５に流入する。そのため、接続部Ｃから漏洩した漏洩燃料は、燃料返送経路２５を流れる余剰燃料と共に燃料返送経路２４を介して燃料タンク１１に戻され、外部に漏れることがない。

また、漏れ燃料返送経路４１は、第３配管４１ｃに逆止弁４４が設けられている。そのため、燃料返送経路２５を流れる余剰燃料や漏れ燃料返送経路４１から燃料返送経路２５に流れた漏洩燃料が漏れ燃料返送経路４１側に逆流することがない。

一方、第２配管４１ｂに流出した漏洩燃料は、点検孔４２に至る。ところが、点検孔４２は、栓部材４３が装着されて閉止されていることから、漏洩燃料が点検孔４２から外部に漏れることはない。燃料漏れ検知装置４０による接続部Ｃからの燃料漏洩検出時、作業者は、点検孔４２から栓部材４３を外す。このとき、接続部Ｃから燃料が漏洩していれば、漏洩燃料が点検孔４２から外部に排出される。一方、接続部Ｃから燃料が漏洩していなければ、漏洩燃料が点検孔４２から外部に排出されることはない。作業者は、点検孔４２からの燃料の排出の有無に応じて接続部Ｃからの燃料の漏洩を判定する。

また、ディーゼルエンジンの通常運転時、接続部Ｃから燃料が漏洩していると、コモンレール１３に貯留されている高圧燃料の消費量が多くなり、燃料ポンプ１２は、多量の燃料をコモンレール１３に供給する必要があり、燃料ポンプ１２の吐出量が増加する。そのため、制御装置１５は、燃料ポンプ１２のアクチュエータ６２の作動量が予め設定された作動量を超えるとアラーム６３を作動させる。作業者は、アラーム６３を作動したとき、燃料漏れ検知装置４０による接続部Ｃからの燃料漏洩検出作業を実施する。

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態の燃料システムにおける燃料漏れ検知装置を表す概略図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図３に示すように、燃料漏れ検知装置４０Ａは、漏れ燃料返送経路４１と、点検孔４２と、栓部材４３と、逆止弁４４とを有する。

漏れ燃料返送経路４１は、一端が燃料噴射弁１４と燃料供給経路２３との接続部Ｃに連結され、他端が燃料返送経路２５に連結される。逆止弁４４は、漏れ燃料返送経路４１における第１配管４１ａに設けられる。つまり、逆止弁４４は、シリンダヘッド３１の内部に配置される。逆止弁４４は、漏れ燃料返送経路４１の第１配管４１ａにおける第２配管４１ｂとの連結部、つまり、コネクタ５１の近傍に設けられることが好ましい。逆止弁４４は、接続部Ｃ、つまり、漏れ燃料返送経路４１の第１配管４１ａから第２配管４１ｂへの燃料の流動を許容する。一方、逆止弁４４は、漏れ燃料返送経路４１の第２配管４１ｂから接続部Ｃ側、つまり、第１配管４１ａへの燃料の流動を阻止する。

燃料漏れ検知装置４０Ａの作動は、第１実施形態の燃料漏れ検知装置４０と同様であり、説明は省略する。

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る燃料システムは、燃料噴射弁１４と、燃料噴射弁１４に燃料を供給する燃料供給経路２３と、燃料噴射弁１４の余剰燃料を返送する燃料返送経路２４，２５と、燃料噴射弁１４と燃料供給経路２３との接続部Ｃから漏れた燃料を燃料返送経路２４，２５に排出する漏れ燃料返送経路４１と、漏れ燃料返送経路４１に設けられて栓部材４３により開閉可能な点検孔４２と、漏れ燃料返送経路４１に設けられて接続部Ｃ側への燃料の流動を阻止する逆止弁４４とを備える。

第１の態様に係る燃料システムによれば、接続部Ｃから燃料が漏洩すると、漏洩燃料は、漏れ燃料返送経路４１から燃料返送経路２５に排出される。このとき、漏れ燃料返送経路４１に設けられた点検孔４２は、栓部材４３により閉止されていることから、点検孔４２からの燃料漏洩が防止される。また、漏れ燃料返送経路４１は、逆止弁４４が設けられていることから、燃料返送経路２５の燃料が漏れ燃料返送経路４１を介して接続部Ｃ側へ逆流することが阻止される。そして、作業者は、点検孔４２から栓部材４３を外したとき、点検孔４２からの燃料の排出の有無を確認することで、接続部Ｃからの燃料の漏洩を検出することができる。その結果、燃料の外部漏洩を防止することができると共に、燃料噴射弁１４と燃料供給経路２３との接続部Ｃから燃料漏れが発生した気筒を適切に検知することができる。

第２の態様に係る燃料システムは、逆止弁４４が漏れ燃料返送経路４１における燃料返送経路２５との連結部であるコネクタ５２の近傍に設けられる。これにより、燃料返送経路２５から漏れ燃料返送経路４１への燃料の逆流を防止することができ、接続部Ｃから漏洩した燃料を適切に排出することができる。

第３の態様に係る燃料システムは、点検孔４２が漏れ燃料返送経路４１における鉛直方向の最下方位置に配置される。これにより、接続部Ｃから漏洩した燃料を自重により点検孔４２に流すことができ、接続部Ｃから燃料漏れが発生した気筒を適切に検知することができる。

第４の態様に係る燃料システムは、逆止弁４４が燃料噴射弁１４を装着するシリンダヘッド３１の外部に配置される。これにより、逆止弁４４のメンテナンス性を向上することができる。

第５の態様に係る燃料システムは、逆止弁４４が燃料噴射弁１４を装着するシリンダヘッド３１の内部に配置される。これにより、組み付け性を向上することができる。

第６の態様に係る燃料システムは、燃料噴射弁１４が複数配置され、複数の燃料噴射弁１４に連結される複数の燃料返送経路２５が互いに連結され、複数の燃料噴射弁１４に連結される複数の漏れ燃料返送経路４１が各燃料返送経路２５のいずれかに連結される。これにより、各接続部Ｃから漏洩した燃料を漏れ燃料返送経路４１から燃料返送経路２５へ流し、外部に適切に排出することができる。

なお、上述した実施形態では、燃料システム１０として、燃料タンク１１、燃料ポンプ１２、コモンレール１３、燃料噴射弁１４、制御装置１５を設けたが、各構成部材の形態は、上述した実施形態に限定されるものではない。各構成部材の配置や接続は、適宜設定すればよいものである。

１０ 燃料システム
１１ 燃料タンク
１２ 燃料ポンプ
１３ コモンレール
１４ 燃料噴射弁
１５ 制御装置
２１ 燃料吸入経路
２２ 燃料高圧経路
２３ 燃料供給経路
２４，２５ 燃料返送経路
２６ 圧力センサ
３１ シリンダヘッド
３２ コネクタ
４０，４０Ａ 燃料漏れ検知装置
４１ 漏れ燃料返送経路
４２ 点検孔
４３ 栓部材
４４ 逆止弁
５１ コネクタ
５２ コネクタ（連結部）
６１ 圧力センサ
６２ アクチュエータ
６３ アラーム
Ｃ 接続部

Claims (6)

1. 燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給経路と、
   前記燃料噴射弁の余剰燃料を返送する燃料返送経路と、
   前記燃料噴射弁と前記燃料供給経路との接続部から漏れた燃料を前記燃料返送経路に排出する漏れ燃料返送経路と、
   前記漏れ燃料返送経路に設けられて栓部材により開閉可能な点検孔と、
   前記漏れ燃料返送経路に設けられて前記接続部側への燃料の流動を阻止する逆止弁と、
   を備える燃料システム。
2. 前記逆止弁は、前記漏れ燃料返送経路における前記燃料返送経路との連結部に設けられる、
   請求項１に記載の燃料システム。
3. 前記点検孔は、前記漏れ燃料返送経路における鉛直方向の最下方位置に配置される、
   請求項１または請求項２に記載の燃料システム。
4. 前記逆止弁は、前記燃料噴射弁が装着されるシリンダヘッドの外部に配置される、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料システム。
5. 前記逆止弁は、前記燃料噴射弁が装着されるシリンダヘッドの内部に配置される、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料システム。
6. 前記燃料噴射弁は、複数配置され、複数の前記燃料噴射弁に連結される複数の前記燃料返送経路は、互いに連結され、複数の前記燃料噴射弁に連結される複数の前記漏れ燃料返送経路は、複数の前記燃料返送経路のいずれかに連結される、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料システム。

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