JP4407367B2 - 燃料冷却構造 - Google Patents

Description

この発明は、燃料冷却構造に関し、特に車両に搭載される燃料冷却構造に関するものである。

従来、冷却構造は、たとえば特開２００４−２７９８８号公報（特許文献１）、実開昭６３−１５４９８４号公報（特許文献２）および実開昭６３−１８６９１４号公報（特許文献３）に開示されている。
特開２００４−２７９８８号公報 実開昭６３−１５４９８４号公報 実開昭６３−１８６９１４号公報

特許文献１では、燃料経路が埋込まれた冷却プレートとプレート片側または両面に冷却フィンを設けた燃料冷却装置が開示されている。特許文献２では、ラジエータタンク外周面にフィンとカバープレートをロウ付けした構造が開示されている。特許文献３では、エンジンオイル用のオイルパン底面にフィンとカバープレートをロウ付けした構造を開示している。

燃料冷却装置を開示する特許文献１では、燃料冷却装置への燃料経路または燃料冷却装置を保護するための保護部材を設けているが、保護部材が走行風の上流に位置する配置となった場合、冷却性能が低下するという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、冷却性能を十分維持でき、かつ燃料冷却装置を保護することが可能な燃料冷却構造を提供することを目的とする。

この発明に従った燃料冷却構造は、車両に設けられる燃料冷却構造であって、燃料を冷却する燃料冷却装置と、燃料冷却装置から外部へ突出するパイプ、または、パイプに接続される燃料通路部材の少なくとも一方を保護する保護部材とを備え、保護部材は、燃料冷却装置と同等以上の熱伝導率の材質により構成され、かつ、燃料冷却装置に接合される。

このように構成された燃料冷却構造では、保護部材により、燃料通路部材またはパイプを保護できるとともに、保護部材が燃料冷却装置と同等以上の熱伝導率を有するため、保護部材により燃料冷却装置が冷却できる。これにより、燃料冷却装置およびパイプを保護でき、かつ冷却性能が低下することはない。

好ましくは、保護部材と燃料冷却装置とはアルミニウム合金により構成され、保護部材はロウ付けにより燃料冷却装置に接合される。この場合、燃料冷却装置と保護部材とがアルミニウム合金で構成されるため熱伝導率が高くなり、放熱効果が向上する。かつ、接合部分をロウ付けとすることで接合部分の接触面積が大きくなり、保護部材への伝熱量が上昇する。

好ましくは、燃料冷却装置は車両底部に設けられる。この場合、車両底部であっても前方に燃料通路部材と保護部材、後方に燃料冷却装置を配置しても、走行風の当たる前方の保護部材により効率的に冷却することができる。

より好ましくは、燃料冷却装置は、地面に向かい合う底面を有し、底面と車両とを接続するブラケットをさらに備える。保護部材と燃料冷却装置とブラケットはアルミニウム合金により構成される。

この発明に従えば、燃料冷却装置を保護でき、かつ冷却効率の低下を防止することができる、燃料冷却構造を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

この発明に従った車両における燃料冷却経路を示すブロック図である。図１を参照して、まず、この発明に従った車両１の構造について説明する。

車両１の全体構造に関して、車両１は、燃料（軽油）を蓄えるための燃料タンク１０と、燃料タンク１０に接続され、燃料中の不純物を除去する燃料フィルタ２０と、燃料フィルタ２０から送られた燃料を加圧するサプライポンプ３０と、加圧された燃料を蓄積するコモンレール７０と、コモンレール７０に接続されて高圧燃料を噴射するインジェクタ６０と、インジェクタ６０およびサプライポンプ３０から送られた燃料を冷却する燃料クーラーとしての燃料冷却構造１００と、インジェクタ６０を駆動するＥＤＵ（エレクトリックドライバユニット）と、サプライポンプ３０、コモンレール７０およびＥＤＵ５０を制御するエンジンコントロールコンピュータ４０とを備える。

この発明に従った車両１は、コモンレール式の燃料噴射システムを採用している。噴射の概要について説明すると、燃料タンク１０内の燃料は矢印１１で示すように燃料フィルタ２０に送られた後矢印２１で示すようにサプライポンプ３０に送られ、ここで加圧され矢印３２で示すようにコモンレール７０に送られてコモンレール７０に蓄えられる。エンジンコントロールコンピュータ４０からＥＤＵ５０を介してインジェクタ６０の電磁弁に信号を送ることにより、燃料噴射時期および噴射量を精密に制御する。

サプライポンプ３０およびインジェクタ６０内の燃料は、矢印３１，６２で示すように燃料供給管８１へ送られて、その後、燃料冷却構造１００で冷却される。冷却された燃料は燃料排出管８２を経て再度燃料タンク１０へ送られる。燃料冷却構造１００を設けているのは、サプライポンプ３０で加圧された燃料は高温になっており、これを冷却するためである。

次に、車両１を構成する各要素（部材）について説明する。

燃料タンク１０は燃料である軽油を蓄えるための中空状の部材であり、車両のいずれかの部位に設置される。たとえば乗用車では、床下に設けられ、またトラックでは、フレーム横に設けられる。本発明では、燃料タンク１０は軽油を蓄えるためのタンクであるが、これに限られず、灯油または重油などを蓄えてもよい。さらに、コモンレールシステムを採用しない場合であれば、ガソリンを蓄えてもよい。すなわち、直噴ガソリンエンジンにおいて、加圧された燃料（ガソリン）を冷却する場合にこの発明を適用することも可能である。

燃料フィルタ２０は、燃料タンク１０内の軽油に含まれる不純物を除去する機構であり、たとえば不純物として、ゴミまたは水がある。

サプライポンプ３０は、たとえば電子制御式サプライポンプを採用することができる。サプライポンプ３０は適量の燃料を吸入し、コモンレール７０に高圧燃料を送り込む。燃料の供給の安定化を図るために、燃料の吸入および圧送を２系統に分配してもよい。具体的には、燃料を圧送する２つのプランジャを対向して配置することにより、２系統を実現し、かつサプライポンプ３０自体の小型化を図ってもよい。なお、サプライポンプ３０からは、矢印３２で示すようにコモンレール７０だけでなく、矢印３１で示すように、燃料冷却構造１００にも送られる。

コモンレール７０は、高圧燃料を蓄積するための部材であり、高圧に耐えるために、たとえばクロムモリブデン鋼のコモンレール７０を用いることができる。コモンレール７０は高圧燃料を蓄積するレール部を有し、レール部には、高圧燃料を蓄積することができる。これにより、インジェクタ６０を用いた電子制御噴射を可能とする。なお、コモンレール７０からインジェクタ６０への出口部分にオリフィスを設けることにより、燃料圧力の脈動の低減を図ることも可能である。コモンレール７０の圧力はコモンレール圧センサにより測定され、この圧力がエンジンコントロールコンピュータ４０に出力されることでコモンレール７０内の燃料圧力を調整し、最適な燃焼を確保するとともに、燃焼騒音の低減を図ることができる。

インジェクタ６０としては、特に構造は限定されないが、たとえば小型および省電力タイプの電磁弁制御式インジェクタを採用することができる。また、電磁弁制御式でなく、ピエゾ素子を用いたインジェクタ６０を採用することも可能である。インジェクタ６０の動作はＥＤＵ５０およびエンジンコントロールコンピュータ４０により制御され、燃料噴射時期および噴射量を制御するとともに、噴射を２段階に分割するパイロット噴射制御を採用することも可能である。それぞれのインジェクタ６０はリンケージパイプ６５で接続されている。インジェクタ６０は、コモンレール７０からの高圧燃料が供給され、この高圧燃料の一部が矢印６１で示すように燃焼室内に噴射される。また、噴射されない燃料の一部は矢印６２で示すようにインジェクタ６０から排出されて燃料供給管８１へ送られる。

エンジンコントロールコンピュータ４０は、エンジンのさまざまな状況からエンジンの動作を判断するための機構であり、燃焼温度、エンジン回転数、アクセル開度、吸気温度、水温、クランク角度、気筒判別センサなどにより、エンジンの各状態を検出し、検出結果に基づいてＥＤＵ５０に信号を送る。ＥＤＵ５０はインジェクタ６０に弁の開閉に関する信号を送り、インジェクタ６０の動作を制御する。

燃料冷却構造１００は、高圧の燃料を受入れて、この燃料を冷却する。高圧燃料は低圧燃料に比べて大きなエネルギ（エンタルピー）を有しており、この大きなエネルギを何らかの形で除去する必要がある。燃料冷却構造１００で燃料を冷却すれば、燃料の有する過大なエネルギを除去することができ、安全性が高まる。燃料冷却構造１００で冷却された燃料は燃料排出管８２を通って再度燃料タンク１０へ供給される。

なお、この発明では、コモンレール式燃料噴射システムを代表例として説明したが、これに限られるものではなく、コモンレールタイプでない、通常のディーゼルエンジンにおいても、本発明を提供することが可能である。すなわち、通常のディーゼルエンジンにおいて、サプライポンプ（燃料ポンプ）により加圧された燃料を、本発明に従った燃料冷却構造１００で冷却することが可能である。また、ディーゼルエンジンだけでなく、ガソリンエンジンにおいても、本発明を適用することが可能である。具体的には、ガソリン直噴エンジンにおいて、加圧されて高圧となったガソリンを、本発明に従った燃料冷却構造としての燃料冷却構造１００で冷却することも可能である。

図２は、この発明に従った燃料冷却構造の斜視図である。図２を参照して、燃料冷却構造１００は、燃料クーラーにより構成された燃料冷却装置１２０と、燃料冷却装置１２０に接合された保護部材としてのプロテクタ１５０とを有する。燃料冷却装置１２０は、冷却体となるクーラーコア１０１と、クーラーコア１０１の両端に取付けられたエンドプレート１０２とを有する。クーラーコア１０１は、直方体形状であり、燃料を流すための内部空間を有する。この内部空間は仕切りで仕切られており、内部空間内を点線１１０で示すように、燃料が流れる。点線１１０で示す経路内を燃料が流れる間に、燃料は、温度の低いクーラーコア１０１と接触し、これにより燃料が有する熱がクーラーコア１０１へ伝えられる。さらに、クーラーコア１０１の熱は外部に放出されるため、燃料の熱を奪い取ることができる。クーラーコア１０１の内部は、図２で示される長手方向の経路を有するものに限られず、長手方向と直交する方向に延びるように通路が設けられていてもよい。また、クーラーコア１０１の形状は、直方体形状に限られず、たとえば円板状とされてもよい。図２では、クーラーコア１０１の厚みはほぼ一定とされているが、クーラーコア１０１の厚みが段階的または連続的に変化してもよい。さらに、クーラーコア１０１の幅を変化させてもよい。

クーラーコア１０１の製法としてさまざまなものが考えられるが、たとえばアルミニウムのダイキャストによりクーラーコア１０１を製造してもよい。また、引抜加工または熱間押出によりクーラーコア１０１を形成してもよい。クーラーコア１０１の材質は特に限定されるものではないが、クーラーコア１０１は放熱部材であり、外部に熱を放散する必要があるため、熱伝導率は高い方が好ましい。その結果、熱伝導率が高い材質として、銀、銅、アルミニウムがある。車両に搭載する場合に、クーラーコア１０１の軽量化が求められる。その結果、クーラーコア１０１をアルミニウム合金で構成することが好ましい。

エンドプレート１０２はクーラーコア１０１の両端部に設けられ、クーラーコア１０１の通路を封止する働きがある。すなわち、たとえば引抜加工によりクーラーコア１０１を製造した場合には、クーラーコア１０１の内部通路はクーラーコア１０１の端面から露出する。この露出した端面を防ぐためにエンドプレート１０２が互いに距離を隔てて、クーラーコア１０１の端面に設けられる。エンドプレート１０２は、クーラーコア１０１に密着し、クーラーコア１０１から燃料が漏れることを防止する働きをする。図では示していないが、クーラーコア１０１とエンドプレート１０２との間には、燃料の漏れを防止するためのガスケットまたはシール材などを用いてもよい。エンドプレート１０２も燃料と接触し、かつ燃料を冷却する役割を果たすので、熱伝導率が大きい方が好ましい。さらに、軽量化も望まれるため、エンドプレート１０２がアルミニウム合金で構成されることが好ましい。

パイプ１０４，１０６がエンドプレート１０２を貫通している。パイプ１０６はエンドプレート１０２を貫通し、かつ燃料供給管８１に接続される。これにより、パイプ１０６は燃料供給管８１から送られた燃料をクーラーコア１０１内へ送る経路としての役割を果たす。パイプ１０４は燃料排出管８２と接続されており、クーラーコア１０１内を通過して冷却された燃料はパイプ１０４から燃料排出管８２へ取出される。パイプ１０４，１０６は、中空の円筒形状であるが、これに限られるものではなく、角筒形状としてもよい。さらに、パイプ１０４，１０６はエンドプレート１０２に接合されるものであるため、エンドプレート１０２と同一の材質（具体的にはアルミニウム合金）により構成されることが好ましい。

エンドプレート１０２に接触するようにブラケット１０５が設けられている。ブラケット１０５はエンドプレート１０２およびクーラーコア１０１に接触し、かつこれらにロウ付けされる。ブラケット１０５は燃料冷却装置１２０を車両本体へ取付ける保持具であり、エンドプレート１０２を抱き込むように配置される。また、ブラケット１０５から離れた位置に別のブラケット１０７が設けられる。

クーラーコア１０１は、車両に近い側の上面１１１、上面１１１とほぼ直交するように設けられる側面１１２，１１４および地面に向かい合う底面１１３を有する。

保護部材としてのプロテクタ１５０は、ロウ付けによりクーラーコア１０１に固着される。ブラケット１０５および１０７の材質としては、ロウ付けの容易性および軽量化ならびに熱伝導性の観点から、クーラーコア１０１と同一の材料、すなわち、アルミニウム合金で構成することが好ましい。

プロテクタ１５０は、燃料冷却装置１２０、燃料供給管８１および燃料排出管８２を保護する役割を有し、燃料冷却装置１２０の端部に取付けられる。プロテクタ１５０はクーラーコア１０１にロウ付けで固着される。なお、ロウ付けだけでなく、リベット留め、ボルト留め、さらには溶接などによりプロテクタ１５０をクーラーコア１０１に固定してもよい。プロテクタ１５０はある空間を取囲み、この空間内にパイプ１０４，１０６、ブラケット１０５、燃料供給管８１および燃料排出管８２が配置される。プロテクタ１５０は、燃料冷却装置１２０、燃料供給管８１および燃料排出管８２を保護するだけでなく、クーラーコア１０１を冷却するフィンとしての役割を果たす。その結果、プロテクタ１５０の熱伝導率が高いことが好ましい。具体的には、クーラーコア１０１と同一またはそれ以上の熱伝導率を有することが好ましい。プロテクタ１５０が大きな熱伝導率を有せば、クーラーコア１０１の熱はプロテクタ１５０側へ放散され、プロテクタ１５０から外気へ熱が伝達される。その結果、クーラーコア１０１に熱が溜まることを防止でき、クーラーコア１０１で積極的に燃料を冷却することが可能となる。

プロテクタ１５０には、開口１５１が設けられている。開口１５１は、プロテクタ１５０の一部分を切欠くことにより形成され、この開口１５１を経由して、燃料供給管８１および燃料排出管８２が、プロテクタ１５０で取囲まれる空間から外部空間へ取り回される。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３を参照して、クーラーコア１０１は内部空間を有し、この内部空間内を燃料１８０が流れる。燃料１８０はアルミニウム合金製の上面１１１、底面１１３およびエンドプレート１０２に接触する。接触部分において燃料１８０の熱が上面１１１、底面１１３およびエンドプレート１０２へ伝達され、さらに外部へ放出される。

ブラケット１０５は折れ曲がったクランク形状とされており、一方端が底面１１３に接触する。さらに、ブラケット１０５の別部分はエンドプレート１０２に向かい合い、かつエンドプレート１０２と接触する。ブラケット１０５の固定方法として、さまざまな方法が考えられるが、たとえばブラケット１０５を底面１１３およびエンドプレート１０２にロウ付けで固定してもよい。これにより、エンドプレート１０２および底面１１３の熱がブラケット１０５へ伝えられ、冷却性能を向上させることができる。

プロテクタ１５０もブラケット１０５に接触している。なお、プロテクタ１５０はブラケット１０５に当接していてもよく、さらにブラケット１０５に固着されていてもよい。固着する場合、たとえばロウ付けまたは溶接などによりブラケット１０５にプロテクタ１５０を接合することが可能である。なお、ブラケット１０５とプロテクタ１５０との間に所定の隙間が設けられていてもよい。

図４は、車両に搭載される燃料冷却構造の側面図である。図４を参照して、燃料冷却装置１２０は、たとえば車両１の底部２に設けられる。車両１は、前輪３０１および後輪３０２ならびにシャシ３０３を有し、地面３に前輪３０１および後輪３０２が接触している。床下のフロアホイール間である前輪３０１および後輪３０２の間に燃料冷却装置１２０とプロテクタ１５０とにより構成される燃料冷却構造１００を搭載する。具体的には、燃料排出管８２に対して、前輪３０１が撥ねた石が直撃することを防止するために、飛び石保護用のプロテクタ１５０を設ける。プロテクタ１５０は燃料冷却装置１２０を構成するアルミニウム材にロウ付けされる。また、プロテクタ１５０からの放熱を促進することにより、冷却性能を向上させる。図４では、車両前部にプロテクタ１５０を設け、車両後部に燃料冷却装置１２０を設けたが、これに限られるものではなく、燃料冷却装置１２０を車両前部に設け、プロテクタ１５０を車両後部に設けてもよい。さらに、搭載方法としては、燃料冷却装置１２０の長手方向を車両の前後方向に配置するだけでなく、燃料冷却装置１２０の長手方向を車両の左右方向に配置してもよい。

図５は、燃料冷却構造の斜視図である。図５を参照して、燃料冷却構造１００は燃料冷却装置１２０を有する。燃料冷却装置１２０を構成するクーラーコア１０１はアルミニウムにより構成され、全周にわたってプロテクタ１５０がロウ付けされている。クーラーコア１０１の表面から熱を放出するために、その表面がフィン形状とされていてもよい。また、表面積を増加させるために、凹凸加工が施されていてもよい。すなわち、底面１１３および側面１１２，１１４の面積を増加させ、これらの面から熱を積極的に放散することが可能である。

底面１１３には、ブラケット１０５が接合されている。ブラケット１０５も好ましくはロウ付けにより底面１１３に取付けられる。

プロテクタ１５０はクーラーコア１０１と一体となるようにクーラーコア１０１に強固に接合され、クーラーコア１０１だけでなく、燃料供給管８１および燃料排出管８２までも保護する。プロテクタ１５０の開口１５１から燃料供給管８１および燃料排出管８２が外部へ引伸ばされる。

このように構成された、この発明に従った燃料冷却構造１００は、車両１に設けられ、燃料を冷却する燃料冷却装置１２０と、燃料冷却装置１２０または燃料冷却装置１２０に接続される燃料通路部材としての燃料供給管８１および燃料排出管８２の少なくとも一方を保護する保護部材としてのプロテクタ１５０とを備える。プロテクタ１５０は、燃料冷却装置１２０と同等以上の熱伝導率の材質により構成され、かつ、燃料冷却装置１２０に接合される。プロテクタ１５０は、燃料冷却装置１２０と同一か、それ以上の熱伝導率の材質により構成される。

プロテクタ１５０と燃料冷却装置１２０とは、ともにアルミニウム合金により構成され、プロテクタ１５０はロウ付けにより燃料冷却装置１２０に接合される。

燃料冷却装置１２０は車両１の底部２に設けられる。燃料冷却装置１２０は、地面３に向かい合う底面１１３を有し、底面１１３と車両１とを接続するブラケット１０５をさらに備え、プロテクタ１５０と燃料冷却装置１２０とブラケット１０５はアルミニウム合金により構成される。

以上のように構成された、この発明に従った燃料冷却構造では、プロテクタ１５０により、燃料冷却装置供給経路としての燃料供給管８１および燃料排出管８２を保護できるとともに、プロテクタ１５０の放熱作用により、冷却効率を向上させることができる。

また、燃料冷却装置１２０とプロテクタ１５０を比較的法熱効果の高いアルミニウムで構成することで、放熱効果が高くなる。かつ、接合部分をロウ付けとすることで接合部分の接触面積が大きくなり、プロテクタ１５０への伝熱量が向上する。

さらに、車両の底部２にプロテクタ１５０および燃料冷却装置１２０を設けるため、走行風により燃料冷却装置１２０およびプロテクタ１５０を冷却することができる。また、ブラケット１０５を設けることで、燃料冷却装置１２０を確実に保護するとともに、アルミニウム合金製のブラケットにより熱を放散させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、車両に搭載される燃料冷却構造として利用することが可能である。

この発明に従った車両における燃料冷却経路を示すブロック図である。 この発明に従った燃料冷却構造の斜視図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 車両に搭載される燃料冷却構造の側面図である。 燃料冷却構造の斜視図である。

符号の説明

１ 車両、２ 車両底部、３ 地面、１０ 燃料タンク、２０ 燃料フィルタ、３０ サプライポンプ、７０ コモンレール、８１ 燃料供給管、８２ 燃料排出管、１００ 燃料冷却構造、１０１ クーラーコア、１０２ エンドプレート、１０４，１０６ パイプ、１０５ ブラケット、１１１ 上面、１１２，１１４ 側面、１１３ 底面、１２０ 燃料冷却装置、１５０ プロテクタ、３０１ 前輪、３０２ 後輪、３０３ シャシ。

Claims (4)

1. 車両に設けられる燃料冷却構造であって、
   燃料を冷却する燃料冷却装置と、
   前記燃料冷却装置から外部へ突出するパイプ、または、前記パイプに接続される燃料通路部材の少なくとも一方を保護する保護部材とを備え、
   前記保護部材は、前記燃料冷却装置と同等以上の熱伝導率の材質により構成され、かつ、前記燃料冷却装置に接合される、燃料冷却構造。
2. 前記保護部材と前記燃料冷却装置とはアルミニウム合金により構成され、前記保護部材はロウ付けにより前記燃料冷却装置に接合される、請求項１に記載の燃料冷却構造。
3. 前記燃料冷却装置は車両底部に設けられる、請求項１または２に記載の燃料冷却構造。
4. 前記燃料冷却装置は、地面に向かい合う底面を有し、前記底面と車両とを接続するブラケットをさらに備え、前記保護部材と前記燃料冷却装置と前記ブラケットはアルミニウム合金により構成される、請求項３に記載の燃料冷却構造。

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