JP4452302B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、往復動内燃機関の燃料噴射装置に関し、特に液状の石油代替燃料等の低粘度の燃料を用いる燃料噴射装置に関する。

石油資源は将来枯渇すると考えられ、これに対処するため、バイオ燃料やＤＭＥ（ジメチルエーテル）燃料等の天然ガス改質燃料を用いる往復動内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１（特開２００２−３０９９７９号公報）に開示されている技術は、バイオガスを軽油とともに使用するもので、バイオガスは吸気管に導入される。また、特許文献２（特開２０００−１２０４９３号公報）に開示されている技術は、液状のジメチルエーテルを燃料噴射装置で高圧にして燃焼室に噴射するものである。

特開２００２−３０９９７９号公報 特開２０００−１２０４９３号公報

バイオ燃料は、通常燃料に比べて粘度が高いものも低いものもあるが、ＤＭＥ，ＧＴＬなどの石油代替燃料は、液体の場合、一般に粘度が低くて潤滑性に劣るので、燃料噴射装置で高圧にして往復動内燃機関の燃焼室に噴射する際には燃料噴射装置における潤滑不良発生の問題が生じる。
特許文献２の技術は列型燃料噴射装置を用いる場合で、該燃料噴射装置のタペットの潤滑不良を解消することができる構成が提案されているが、これは燃料噴射圧力はそれほど高くない場合であり、高圧の燃料噴射装置のプランジャ摺動部の潤滑については特に考慮されていない。

前記のような石油代替燃料を使用するエンジンの場合においても、エンジン性能向上のためにさらに高圧噴射をする場合には、該石油代替燃料は一般に粘度が低く潤滑性能が低いため、燃料噴射装置のプランジャ摺動部の潤滑性を良好に保持して該プランジャ摺動部の潤滑不良に伴うプランジャの磨耗や焼付きの発生を防止することが必須となる。

また、前記石油代替燃料のＤＭＥ（ジメチルエーテル）燃料は、常温で６ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力で気化するので、プランジャ摺動部における該ＤＭＥ燃料の気化による潤滑性の低下を回避する必要があるが、前記特許文献１、２を含む従来技術ではかかる問題点に対処する手段は提供されていない。

従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＤＭＥ燃料のような気化し易い燃料の使用時にはプランジャ摺動部の圧力を高圧に制御することにより、該ＤＭＥ燃料が気化して燃料噴射装置外に漏洩するのを防止して潤滑性の低下を回避し得る内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、燃料供給ポンプにより供給された燃料をプランジャにより加圧して燃料噴射弁に圧送する燃料噴射装置を備えた内燃機関（エンジン）において、
前記燃料噴射装置のプランジャ室からプランジャ摺動部を通って漏出した燃料を低圧燃料通路に戻すリーク通路の入口よりプランジャ摺動方向の大気側に位置した前記プランジャ摺動部に常時加圧気体を供給する加圧気体供給手段と、前記加圧気体供給手段からプランジャ摺動部への前記加圧気体の供給圧力を該プランジャ摺動部における燃料が気化して燃料噴射装置外に漏洩しないように前記燃料の液化圧力以上の圧力に保持するコントローラとを備え、
さらに、前記燃料噴射装置に供給される燃料の温度を検出する温度センサを備え、前記コントローラは、前記温度センサからの燃料温度の検出値に基づき前記燃料の液化圧力を算出し、前記加圧気体供給手段を構成する加圧気体供給ポンプの吐出圧力を前記液化圧力算出値以上に制御してプランジャ摺動部における燃料の気化を抑制するように構成したことを特徴とする。

かかる発明によれば、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）燃料のように、低粘度でかつ気化し易い（前記のように、常温で６ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力で気化する）燃料を用いる場合においては、加圧気体供給手段により燃料噴射装置のプランジャ摺動部に加圧気体を供給するとともに、前記加圧気体の供給圧力を前記低粘度燃料の液化圧力以上の圧力に保持するように制御することにより、前記低粘度燃料が気化して燃料噴射装置外に漏洩するのを回避できる。

また、かかる発明によれば、前記燃料噴射装置に供給される燃料の温度（燃料温度）を検出する温度センサを備え、前記コントローラは、前記温度センサからの燃料温度の検出値に基づき該燃料の液化圧力を算出し、前記加圧気体供給手段を構成する加圧気体供給ポンプの吐出圧力を前記液化圧力算出値以上に制御するように構成されてなる。
このように構成すれば、加圧気体供給ポンプの吐出圧力を、燃料温度の検出値に基づく液化圧力の算出値よりも常時高い圧力に制御できるので、前記低粘度燃料の気化による漏洩を完全に阻止できる。

またかかる発明は、燃料噴射装置が、電磁弁の開閉時期によって燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御する電磁制御ユニットインジェクタからなる燃料噴射装置、及び、ガバナーによって制御される燃料調整ラックの移動量により燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御する機械式燃料噴射装置の双方に適用できる。

本発明によれば、低粘度でかつ気化し易い燃料を用いる場合において、加圧気体供給手段により燃料噴射装置のプランジャ摺動部に加圧気体を供給するとともに、前記加圧気体の供給圧力を低粘度燃料の液化圧力以上の圧力に保持するように制御することにより、前記低粘度燃料が気化して燃料噴射装置外に漏洩するのを防止でき、潤滑性の低下を回避することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の第１実施例に係るディーゼル機関の燃料噴射装置の全体構成を示す一部断面を含む構成図である。図２は第２実施例を示す図１対応図である。図３は本発明の作用説明用の線図である。

第１実施例を示す図１において、１は燃料噴射装置で、この実施例では電磁式ユニットインジェクタを用いている。このようなユニットインジェクタ１はよく知られているものであり、簡単に説明すると、該ユニットインジェクタ１は、ポンプケース２、噴射ノズル３、プランジャ４、タペット５、プランジャバネ６を有し、さらに燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御する電磁弁装置１１及び開閉弁装置１２を有している。
前記プランジャ４は、燃料カム８、カムフォロワ１０、プッシュロッド９、ロッカーアーム７、前記プランジャバネ６及びタペット５等からなる機構を介して上下に往復動される。１３は高圧燃料通路でプランジャ室４ａに通じ、１４は燃料入口通路で後述する燃料供給経路３７に通じる。１５はプランジャ摺動部の間隙から漏出した燃料が前記低圧燃料通路１４側に戻されるリーク通路である。

また、図１に示される第１実施例においては、前記燃料噴射装置１のプランジャ４摺動部に加圧空気（加圧気体であればよい）を供給する加圧気体供給手段を設け、コントローラ４０により前記加圧気体供給手段からの加圧空気の供給圧力を燃料の液化圧力以上の圧力に保持するように圧力制御を行うように構成されている。

即ち、図１において、６１は前記燃料噴射装置１のプランジャ４摺動部に開口する空気供給孔である。６２は該空気供給孔６１に接続される空気通路で、該空気通路６２には、前記空気（大気）を清浄化するエアクリーナ６４、該空気を加圧する空気ポンプ６３、圧力調整弁６５、該空気ポンプ６３側から燃料噴射装置１側へ向かう流れのみを許容する逆止弁６６が配設されている。６７は該空気通路６２内に空気を蓄圧するアキュムレータである。これらにより加圧気体供給手段を構成している。

また、２１はジメチルエーテルのような常温で気化し易い低粘度燃料が収容されている低粘度燃料タンク、２２は低粘度燃料供給ポンプ、２３はフィルタ、３７は前記燃料噴射装置１の低圧燃料通路１４接続される燃料通路である。
尚、前記低粘度燃料タンク２１内では、ジメチルエーテルのような常温で気化し易い燃料は圧力（ジメチルエーテルの場合は、概ね６ｋｇ／ｃｍ^２以上）を掛けて液体状態に保持されている。
４０は後述する演算、制御を行うコントローラ、４１は燃料入口経路３７に設置されて前記燃料噴射装置１に供給される低粘度燃料の温度（燃料温度）を検出する温度センサで、該温度センサ４１からの燃料温度の検出値は前記コントローラ４０に入力されている。

かかる第１実施例において、前記空気圧縮機６３で所要圧力に加圧された加圧空気は空気通路６２及び空気供給孔６１を通って前記燃料噴射装置１のプランジャ４摺動部に常時供給されている。
前記コントローラ４０においては、前記温度センサ４１からの燃料温度の検出値に基づき該燃料の液化圧力を算出して、前記加圧気体供給手段を構成する空気ポンプ６３の吐出圧力を前記液化圧力算出値以上に制御する。即ち、前記コントローラ４０においては、図３に示されるように、ジメチルエーテルのような常温で気化し易い燃料においては、空気圧力を該燃料の気化温度の上昇に応じて高くなるように制御することにより、前記燃料の気化を阻止している。
また、前記コントローラ４０においては、エンジン負荷あるいはエンジン回転数に応じて前記低粘度燃料供給ポンプ２２の流量を制御している。

かかる第１実施例によれば、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）燃料のように、低粘度でかつ気化し易い（前記のように、常温で６ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力で気化する）低粘度燃料を用いる場合においては、加圧気体供給手段の空気ポンプ６３により燃料噴射装置１のプランジャ４摺動部に加圧気体を供給するとともに、前記空気ポンプ６３の空気吐出圧力を前記低粘度燃料の液化圧力以上の圧力に保持するように制御することにより、前記低粘度燃料が気化して燃料噴射装置１外に漏洩するのを回避できる。

図２に示す本発明の第２実施例においては、前記第１実施例の構成を公知のジャーク式燃料噴射装置２００に適用したもので、第１実施例における電磁式ユニットインジェクタからなる燃料噴射装置１をジャーク式燃料噴射装置２００に置き換えたものである。
即ち図２のジャーク式燃料噴射装置２００において、２０１はポンプケース、２０２はプランジャバレル、２０３は該プランジャバレル２０２内に往復摺動自在に嵌合されたプランジャ、２０４は給油室、２０５は燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整ラック、２０６はタペット、２１０は該タペット２０６用のバネ、２０７は燃料カム、であり、２０８は燃料の吐出口、２０９は吐出弁である。
かかるジャーク式燃料噴射装置２００においては、エンジンのクランク軸の回転に連動される燃料カム２０７の回転によってタペット２０６がバネ２１０の弾力に抗して往復動し、これによりプランジャ４が給油室２０４に連通されるプランジャバレル２０２の給排油孔を閉じてプランジャ室２１１内の燃料を加圧し、この高圧燃料を吐出弁２０９及び吐出口２０８を通して図示しない燃料噴射弁に圧送するようになっている。

この実施例においては、前記第１実施例と同様に、空気ポンプ６３で所要圧力に加圧された加圧空気を、フィルタ２３、逆止弁２３ｂ，空気通路６２及び空気供給孔６１を通って前記ジャーク式燃料噴射装置２００のプランジャ４摺動部に常時供給するようになっている。

本発明によれば、ＤＭＥ燃料のような気化し易い燃料の使用時にはプランジャ摺動部の圧力を高圧に制御することにより、該ＤＭＥ燃料が気化して燃料噴射装置外に漏洩して潤滑性を低下することを回避できる内燃機関の燃料噴射装置が得られる。

本発明の第１実施例に係るディーゼル機関の燃料噴射装置の全体構成を示す一部断面を含む構成図である。 本発明の第２実施例を示す図１対応図である。 本発明の作用説明用の線図である。

１ 燃料噴射装置（電磁式ユニットインジェクタ）
２ ポンプケース
３ 噴射ノズル
４ プランジャ
１１ 電磁弁装置
１２ 開閉弁装置
１４ 燃料入口通路
２１ 低粘度燃料タンク
２２ 低粘度燃料供給ポンプ
２３ フィルタ
３７ 燃料入口経路
４０ コントローラ
４１ 温度センサ
６１ 空気供給孔
６２ 空気通路
６３ 空気ポンプ
２００ ジャーク式燃料噴射装置

Claims (3)

1. 燃料供給ポンプにより供給された燃料をプランジャにより加圧して燃料噴射弁に圧送する燃料噴射装置を備えた内燃機関（エンジン）において、
   前記燃料噴射装置のプランジャ室からプランジャ摺動部を通って漏出した燃料を低圧燃料通路に戻すリーク通路の入口よりプランジャ摺動方向の大気側に位置した前記プランジャ摺動部に常時加圧気体を供給する加圧気体供給手段と、前記加圧気体供給手段からプランジャ摺動部への前記加圧気体の供給圧力を該プランジャ摺動部における燃料が気化して燃料噴射装置外に漏洩しないように前記燃料の液化圧力以上の圧力に保持するコントローラとを備え、
   さらに、前記燃料噴射装置に供給される燃料の温度を検出する温度センサを備え、前記コントローラは、前記温度センサからの燃料温度の検出値に基づき前記燃料の液化圧力を算出し、前記加圧気体供給手段を構成する加圧気体供給ポンプの吐出圧力を前記液化圧力算出値以上に制御してプランジャ摺動部における燃料の気化を抑制するように構成したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記燃料噴射装置が、電磁弁の開閉時期によって燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御する電磁制御ユニットインジェクタからなることを特徴とする請求項１項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記燃料噴射装置が、ガバナーによって制御される燃料調整ラックの移動量により燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御する機械式燃料噴射装置からなることを特徴とする請求項１項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

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