JP4446905B2 - 軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン - Google Patents

Description

本発明は、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンに関するものである。

従来、燃料タンクとディーゼルエンジンとの間に気泡分離を行うリザーバを配設し、そのリザーバとエンジンとの間に潤滑系燃料循環回路と、燃焼系燃料循環回路とを構成した軽油潤滑式ディーゼルエンジンが開示されている（特許文献１）。このような軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、燃料となる軽油がエンジン各部の潤滑剤としても用いられ、エンジン各部を循環する。このため、潤滑専用のオイルは不要であり、オイル交換の手間も省くことができる。

図５は、特許文献１に記載された燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００の主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、燃料タンク１０１、リザーバタンク１０２、オイルパン１０３を備えている。燃料タンク１０１とリザーバタンク１０２とは、セジメンタ（油水分離器）１０４、供給ポンプ（送油ポンプ）１０５を備えた油路１０６により連通している。

燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、潤滑剤の供給を必要とするエンジン各部１０７へ潤滑剤としての燃料を供給する潤滑系燃料循環回路１０８を有している。この潤滑系燃料供循環回路１０８には、冷却器１１２、フィルタ１０９、潤滑ポンプ１１０が配設されており、潤滑ポンプ１１０を駆動することにより燃料をリザーバタンク１０２から吸い上げてエンジン各部１０７へ供給している。エンジン各部１０７へ供給された後の燃料は、オイルパン１０３内へ流下し、スカベンジポンプ１１１により吸い上げられて再びリザーバタンク１０２へ戻されるようになっている。

また、燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、筒内へ燃料を噴射する噴射系１１４へ燃料を供給する燃焼系燃料循環回路１１３を有している。この燃焼系燃料循環回路１１３には、前記潤滑系燃料循環回路１０８と共通の冷却器１１２、フィルタ１１５、噴射ポンプ１１６が配設されており、噴射ポンプ１１６を駆動することにより燃料をリザーバタンク１０２から吸い上げて噴射系１１４へ供給している。噴射系１１４に供給された燃料のうち、燃焼に供されなかった燃料は再びリザーバタンク１０２へ戻される。

このように特許文献１に記載された燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、潤滑系燃料循環回路１０８と燃焼系燃料循環回路１１３の二系統の燃料循環回路を有している。
実開昭６０−１９４１１２号公報

しかしながら、前記のような軽油潤滑式ディーゼルエンジン１００では、燃料タンク１０１、リザーバタンク１０２、オイルパン１０３というように３つのタンクを具備している。さらに、供給ポンプ１０５、潤滑ポンプ１１０、噴射ポンプ１１６、スカベンジポンプ１１１というように４つのポンプを具備している。このため、軽油潤滑式ディーゼルエンジン１００の構造は複雑なものとなっていた。

また、前記の軽油潤滑式ディーゼルエンジン１００では、前記のように、リザーバタンク１０２から吸い上げられた燃料は一旦共通の冷却器１１２に供給され、その後、潤滑ポンプ１１０側、噴射ポンプ１１６側へ分岐している。ところが、潤滑ポンプ１１０と、噴射ポンプ１１６とでは吐出容量及び吐出圧力が大きく異なり、共通の供給口から燃料を供給しようとすると、噴射性能や潤滑性能に相互に悪影響を及ぼすことが懸念される。

また、昨今では噴射系１１４にコモンレールが装着される等、高圧噴射化が進み、これに伴って噴射系リターン燃料の温度が上昇し、ひいては噴射系、潤滑系部品の信頼性へ影響を及ぼすことも考えられる。

そこで、本発明は、部品点数が削減され、潤滑ポンプと噴射ポンプとが相互に影響し合うことがなく、さらに、噴射系の高圧噴射化に伴う、噴射系リターン燃料の高温化に対処することのできる軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンを提供することを課題とする。

かかる課題を達成するための、本発明の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンは、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンであって、潤滑ポンプによりオイルパンからエンジン潤滑系へ燃料を供給する潤滑系燃料供給経路と、噴射ポンプによりオイルパンから噴射系へ燃料を供給する噴射系燃料供給経路と、当該噴射系燃料供給経路に供給した後の噴射系リターン燃料をオイルパンへ戻す噴射系燃料リターン経路と、当該噴射系燃料リターン経路に配設した熱交換器と、を備えたことを特徴とする。このように高圧噴射により高温となった噴射系リターン燃料を冷却すれば、以後、再び噴射系リターン燃料が噴射系、クランク回りやヘッド回りといったエンジン潤滑系に供給される際の各部の部品に対する信頼性を向上させることができる。このような熱交換器としては、例えば、インタークーラのように外気を冷却媒体とするものや、その他、従来ある形式の熱交換器を採用することができる。

このような軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンでは、前記熱交換器の下流に三方弁を配設し、当該三方弁に流入した前記噴射系リターン燃料を前記オイルパン及び／又は前記噴射ポンプの上流へ戻す構成とすることもできる。このような構成とすれば、エンジンの運転条件、噴射系リターン燃料の温度を加味して三方弁を切り替えることができる。例えば、暖機完了前等で、走行条件が過酷なものでなく、噴射系リターン燃料の温度もそれ程上昇していないときには熱交換器を通過した噴射系リターン燃料を再び噴射系燃料供給経路へ供給する。一方、エンジンの暖機が完了した後等は三方弁を切り替え、高温となる噴射系リターン燃料を一旦オイルパンへ戻し、熱交換器の作用と相俟って噴射系リターン燃料を冷却する。これによりエンジン潤滑系の摩擦低減を図ることができる。特に、車両の加減速時や、連続高負荷運転時など噴射系リターン燃料がさらに高温となり、噴射系の信頼性に影響を及ぼすおそれがあるときには、噴射系リターン燃料を一旦オイルパンへ戻してその温度を低下させることが有効である。このような三方弁は、開閉状態を調節して、オイルパンへ戻す噴射系リターン燃料の量と、噴射系燃料供給経路へ戻す噴射系リターン燃料の量の割合を調節できるものが好ましい。

このように噴射系リターン燃料をオイルパンに戻すことなく直接噴射ポンプへ流入させることのある軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンでは、前記三方弁と前記噴射ポンプとの間に消泡器を配設した構成とすることが望ましい。噴射系から戻された噴射系リターン燃料にはエアが混入しているおそれがある。このようにエアが混入した状態の燃料がそのまま噴射系に供給されるとエンジン燃焼制御にも影響を及ぼしかねない。そこで、噴射系リターン燃料をオイルパンに戻すことなく直接噴射ポンプへ流入させる経路に消泡器を配設すれば燃料のエアレーションの問題を解消することができる。このような消泡器としては、例えば、一旦容器に貯留して消泡するものや、回転体を用いて遠心力を利用して消泡する装置が考えられる。

さらに、このような軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンでは、前記噴射ポンプと前記消泡器との間にフィルタを配設した構成とすることが望ましい。このような構成とすれば、オイルパンから吸い上げられた燃料に混入していたゴミ等だけでなく、噴射系リターン燃料に含まれていたゴミ等も取り去ることができる。

本発明によれば、潤滑ポンプによりオイルパンからエンジン潤滑系へ燃料を供給する潤滑系燃料供給経路と、噴射ポンプによりオイルパンから噴射系へ燃料を供給する噴射系燃料供給経路とを別個に設けたので、潤滑ポンプによる燃料の吸い上げと、噴射ポンプによる燃料の吸い上げとが互いに干渉することがなく、潤滑性能、噴射性能が低下するおそれがない。また、噴射系燃料供給経路に供給した後の噴射系リターン燃料をオイルパンへ戻す噴射系燃料リターン経路に熱交換器を配設したので高温となる噴射系リターン燃料を即座に冷却し、再び噴射系等に供給する際の各部品の損傷を低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、実施例１の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）１の主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン１は、燃料タンク２、オイルパン３を備えている。燃料タンク２とオイルパン３とは燃料供給経路４によって連通している。この燃料供給経路４にはセジメンタ５、電動供給ポンプ６が配設されており、この電動供給ポンプ６により燃料タンク２からオイルパン３へ燃料が供給されるようになっている。ここで、オイルパン３は、シリンダブロックの下部に一体的に設けられたものを指すが、別置きのオイルタンクであってもよい。

エンジン１は、潤滑剤の供給を必要とするエンジン潤滑系７へ潤滑剤としての燃料を供給する潤滑系燃料供給経路８を有している。この潤滑系燃料供給経路８にはフィルタ９、５０〜４００ｋＰａ程度の圧力で燃料を圧送可能な潤滑ポンプ１０が配設されており、潤滑ポンプ１０を駆動することにより燃料をオイルパン３から吸い上げてエンジン各部７へ供給している。ここで、エンジン潤滑系７はエンジン１のシリンダヘッド周りやクランク軸周りなど、従来のエンジンにおいてエンジンオイルの供給を受ける箇所を指す。

また、エンジン１は、潤滑系燃料供給経路８を通じてエンジン潤滑系７へ供給された燃料をオイルパン３へ戻す潤滑系燃料リターン経路１１を有している。

さらに、エンジン１は、筒内へ燃料を噴射する噴射系１２へオイルパン３内の燃料を供給する噴射系燃料供給経路１３を有している。この噴射系燃料供給経路１３には、フィルタ１４、１０ＭＰａ以上の高圧で燃料を圧送可能な噴射ポンプ１５が配設されており、噴射ポンプ１５を駆動することにより燃料をオイルパン３から吸い上げて噴射系１２へ供給している。この噴射系１２には図示しないコモンレールが組み込まれており、この噴射系１２に高圧で供給される燃料は高温となる。

また、エンジン１は噴射系燃料供給経路１３を通じて噴射系１２へ供給された後の噴射系リターン燃料をオイルパン３へ戻す噴射系燃料リターン経路１６を有している。ここで、噴射系リターン燃料とは、噴射ポンプ１５に一体的に設けられた供給ポンプ（低圧ポンプ）、コモンレールおよび燃料噴射弁（いずれも図示せず）の各々から戻されるリターン燃料を指す。噴射系燃料リターン経路１６には、熱交換器１８が配設されている。この熱交換器１８は、インタークーラのように外気を冷却媒体とする燃料クーラである。さらに、噴射系燃料リターン経路１６には、この熱交換器１８の下流に三方弁１９が配設されている。この三方弁１９の第一取付口１９ａは熱交換器１８からの配管が接続されており、第二取付口１９ｂは噴射系リターン燃料を矢示ａで示すようにオイルパン３へ戻す配管と接続され、第三取付口１９ｃは噴射系リターン燃料を矢示ｂで示すように噴射系燃料供給経路１３に配設したフィルタ１４の上流、すなわち噴射ポンプ１５の上流に戻す配管が接続されている。

なお、オイルパン３内に位置する噴射系燃料供給経路１３の吸込口１３ａの位置は、潤滑系燃料供給経路８の吸込口８ａの位置よりも高い位置に設定してある。また、オイルタンク３にはオイルレベルセンサ１７が装着されている。

また、電動供給ポンプ６は図示しないＥＣＵが接続されている。このＥＣＵには、オイルレベルセンサ１７やエンジンの各所のセンサが接続されており、このＥＣＵにより処理されたエンジン１のエンジン運転条件に基づく指令に基づいて電動供給ポンプ６の吐出量の制御がされている。

以上のように構成されるエンジン１は、潤滑系燃料供給経路８と噴射燃料供給経路１３を、互いに独立した二系統としたので、吐出容量や吐出圧力が大きく異なる潤滑ポンプ１０と噴射ポンプ１５とが相互に影響を及ぼすことがなく、エンジン運転条件に応じた所望の潤滑性能、噴射性能を得ることができる。すなわち、潤滑ポンプ１０は、５０〜４００ｋＰａの圧力で連続的に圧送するのに対し、噴射ポンプ６は、１０ＭＰａ以上の圧力で圧送するものであり、両者の性質は異なっている。そこで、本発明のエンジン１のように潤滑系燃料供給経路８と噴射燃料供給経路１３とを互いに独立した二系統とすれば、エンジン運転条件に応じた所望の潤滑性能、噴射性能を得ることができる。

また、熱交換器１８を配設したことにより、高圧で噴射系１２へ供給され、高温となった燃料（噴射系リターン燃料）を効率よく冷却することができる。また、三方弁１９を配設したことにより、熱交換器１８により冷却された燃料を選択的にオイルパン３側、又は、噴射ポンプ１５の上流へ戻すことができる。ここで、三方弁１９の開度を調節すれば、オイルパン３側、噴射ポンプ１５の上流側に戻す燃料の割合を適宜変更することができる。

なお、本実施例のエンジン１では、オイルタンク３内の燃料は、噴射系１２で噴射され、また、エンジン各部に供給された燃料もブローバイガスによるオイルの持ち去りや、オイル上がり、オイル下がりに相当する現象によって消費される。そこで、オイルレベルセンサ１７や他のセンサ検出値に基づき判定するエンジン運転条件に応じて電動供給ポンプ６を駆動し、燃料ポンプ２からオイルパン３へ燃料を供給することにより、オイルパン３内には常に適正量の燃料を貯留しておくことができる。

しかし、燃料タンク２内の燃料がエンプティ状態となると、これに伴ってオイルパン３もエンプティ状態となる。そこで、本実施例のエンジン１では、オイルパン３内に位置する噴射系燃料供給経路１３の吸込口１３ａを、潤滑系燃料供給経路８の吸込口８ａの位置よりも高い位置に設定しておくことにより、噴射燃料供給経路１３への燃料の供給が、潤滑系燃料供給経路８への燃料供給よりも早期に停止させることができる。すなわち、エンジン１が停止した後も潤滑系燃料供給経路８には燃料が吸い上げられエンジン各部７には燃料が供給されるのでエンジン１の焼き付きを防止することができる。

次に、本発明の実施例２について図２を参照しつつ説明する。実施例２のエンジン２０が、実施例１のエンジン１と異なる点は、実施例１における噴射系燃料リターン経路１６に配設した三方弁１９と噴射ポンプ１５との間に消泡器２１を追加、配設した点である。

このような構成とすることにより、エアを除去した噴射系リターン燃料を再び噴射ポンプ１５により噴射系１２に供給することができる。これにより、噴射系リターン燃料を再び噴射系１２へ供給する際のエアレーションの問題を回避し、エンジン燃焼制御への影響を緩和することができる。

ここで、本実施例では、消泡器２１は図３に拡大して示すようなタンク２１ａとした。オイルパン３から吸い上げられた燃料、及び、三方弁１９を経由した噴射系リターン燃料は、入口２１ｂからタンク２１ａ内に流入し、このタンク２１ａ内に一旦貯留される。気泡（エア）を含んだ燃料は、タンク２１ａ内に貯留されている間にエアが分離される。エアが分離された後の燃料は出口２１ｃから矢示２２で示すように噴射ポンプ１５側へ流出する。なお、分離されたエアは上方の排出口２１ｄから排出され、オイルパン３又は燃料タンク２へ送られる。

消泡器２１は、図３に示した形式のものに代えて図４に拡大して示した形式の消泡器２３を用いることもできる。図４に示した消泡器２３は、ケース２３ａ内に分離羽根２３ｂを備えており、入口２３ｃから流入したエアを含んだ燃料は、分離羽根２３ｂが回転する際の遠心力等の作用によりエアが分離される。エアが分離された後の燃料は出口２３ｄから噴射ポンプ１５側へ流出する。なお、分離されたエアは上方の排出口２３ｅから排出され、オイルパン３又は燃料タンク２へ送られる。

なお、消泡器２１はさらに他の形式のものを採用することができる。例えば、円錐状の容器の内部へ外周壁に沿ってエアを含む燃料を吹き込んで旋回させ、遠心力を利用して分離する形式のものを採用することもできる。

なお、他の構成については実施例１のエンジン１と同様であるので、共通する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。

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。

実施例１の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。 実施例２の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。 図２に示した軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンに配設した消泡器の構造を示す説明図である。 消泡器のその他の例を示した説明図である。 従来の燃料潤滑式ディーゼルエンジンの主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。

符号の説明

１、２０ エンジン
２ 燃料タンク
３ オイルパン
４ 燃料供給経路
５ セジメンタ
６ 電動供給ポンプ
７ エンジン潤滑系
８ 潤滑系燃料供給経路
９、１４ フィルタ
１０ 潤滑ポンプ
１１ 潤滑系燃料リターン経路
１２ 噴射系
１３ 噴射系燃料供給経路
１５ 噴射ポンプ
１６ 噴射系燃料リターン経路
１７ オイルレベルセンサ
１８ 熱交換器
１９ 三方弁
２１、２３ 消泡器

Claims (4)

1. 軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンであって、
   潤滑ポンプによりオイルパンからエンジン潤滑系へ燃料を供給する潤滑系燃料供給経路と、
   噴射ポンプによりオイルパンから噴射系へ燃料を供給する噴射系燃料供給経路と、
   当該噴射系燃料供給経路に供給した後の噴射系リターン燃料をオイルパンへ戻す噴射系燃料リターン経路と、
   当該噴射系燃料リターン経路に配設した熱交換器と、
   を備え、
   前記熱交換器の下流に三方弁を配設し、当該三方弁に流入した前記噴射系リターン燃料を前記オイルパン及び／又は前記噴射系燃料供給経路における前記噴射ポンプの上流へ戻すことを特徴とした軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン。
2. 請求項１記載の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンにおいて、
   エンジンの運転条件及び／又は噴射系リターン燃料の温度に基づいて前記三方弁が切り替えられることを特徴とした軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン。
3. 請求項１又は２記載の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンにおいて、
   前記三方弁と前記噴射ポンプとの間に消泡器を配設したことを特徴とする軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン。
4. 請求項３記載の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンにおいて、
   前記噴射ポンプと前記消泡器との間にフィルタを配設したことを特徴とした軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン。

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