JP4708276B2 - 蓄圧式燃料噴射装置を有する内燃機関における燃料冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄圧式燃料噴射装置を有するディーゼルエンジンなどの内燃機関における燃料冷却装置に関するものである。

近年、コモンレール式の燃料噴射装置（蓄圧式燃料噴射装置）を採用しているディーゼルエンジンなどの内燃機関においては、燃料の高圧化に伴う燃料温度の上昇が著しく、これによってインジェクタ内樹脂部品やサプライポンプ内摺動部品が熱的にもたないという問題が生じている。

このための対策として燃料クーラーを燃料配管系に設けて空冷による燃料温度の低下を図っていたが、そのためのコストがかかることや、必要な設置スペースの確保が次第に難しくなってきている。また、現状の冷却能力は、今の燃料温度上昇に対して限界にあり、今後さらに燃料圧を上昇させる傾向にあることから今のままの空冷方式では対応が困難になってきている。

そこで、そのための対策として、従来では、ヒートパイプを使って燃料から熱を奪い、この熱をエアコンエバポレーター付近の低温部へ伝えて放熱させる方式（例えば、特許文献１参照。）や、サプライポンプの吸入調量弁のソレノイドコイルからの発熱を低減する方法（例えば、特許文献２参照。）などが提案されていた。
実開昭５９−６２２６０号公報 特開２００３−２０６７９０号公報

しかしながら、上記従来において、前述した前者のヒートパイプを使って燃料から熱を奪い、エアコンエバポレーター付近の低温部で放熱させる方式のものでは、冷却のために要する構造が複雑になりコストの高騰を招くという問題があった。

また、後者のソレノイドコイルからの発熱を低減する方法では、ソレノイドコイルからの発熱は燃料温度を上昇させる多くの要因のうちの一つの要因だけでしかなく、これだけでは燃料温度の低下を図るための十分な効果を得ることができない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、エンジン内に存在する油や水の温度特性を有効に活用し、簡易な構造変更によって燃料温度を効果的に低減させることができる蓄圧式燃料噴射装置を有する内燃機関における燃料冷却装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の蓄圧式燃料噴射装置を有する内燃機関における燃料冷却装置は、インジェクタを備えた蓄圧式燃料噴射装置を有する内燃機関において、前記インジェクタの出口部に接続された配管には、カムシャフトから飛散する潤滑油を捕捉して当該配管に導き、この潤滑油で燃料を冷却する油冷手段が設けられたことを特徴としており、このように油冷手段によってカムシャフトから飛散する潤滑油を有効に活用して燃料を冷却することができる。

また、油冷手段には、潤滑油を貯留してこの潤滑油に前記配管を浸すようにした受け皿部材を設けるのが好ましい。

さらに、油冷手段と既存の空冷手段とを併設することで、さらに燃料の冷却効率を高めることができる。

本発明によれば、簡単な変更によって既存の潤滑油や水路を有効に活用して燃料を効率良く冷却することができる。また、インジェクタの出口部に接続した配管で熱交換を行うようにしていることで、燃料の冷却効率を最大限に高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明を説明する上で前提となる例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関に設けられる蓄圧式燃料噴射装置の概略構成を示している。

この蓄圧式燃料噴射装置は、例えば多気筒ディーゼルエンジンの各気筒に噴射供給する燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール１と、各気筒毎に搭載された複数個のインジェクタ２と、後述する燃料タンク５からの燃料を加圧してコモンレール２に圧送するサプライポンプ３とを備えている。

各インジェクタ２（図１では１つだけ図示している。）は、コモンレール１より分岐した複数の分岐管１ａの下流端に接続され、電磁弁の開閉に応じてコモンレール１に蓄圧された高圧燃料を各気筒に噴射供給するように構成されている。

なお、インジェクタ２からのリーク燃料はその出口部に接続されたリーク管４１から、またサプライポンプ３からのリーク燃料はリーク管４２から、リターン配管４を通じて燃料タンク５にリターンされる。また、リターン配管４には、燃料タンク５にリターンされる燃料を冷却するための従来周知の空冷式の燃料クーラー６が介装されている。さらに、燃料タンク５からサプライポンプ３に通じる配管にはフィルタ７が設けられている。

そして、上述したように構成された蓄圧式燃料噴射装置には本発明の主要部を構成する油冷手段８が設けられており、以下、この油冷手段８の具体的構成について図２及び図３を参照して説明する。

油冷手段８は、蓄圧式燃料噴射装置による燃料の高圧化に伴って高温となる当該燃料を冷却するためのもので、ガイド部材８１を備えている。

ガイド部材８１は、前記各インジェクタ２からリーク燃料をリターン配管４を通じて燃料タンク５に導入するリーク管４１の上方に設けられている。具体的には、ガイド部材８１は、断面形状が上記リーク管４１よりも径が十分に大きなアーチ状に形成された所定長さを有するものであって、このガイド部材８１が複数本の連結部材８２を介してリーク管４１に連結されている。

これによりカムシャフトＣｓから周囲に飛散している潤滑油を当該ガイド部材８１で捕捉してリーク管４１に導くことができる。つまり、ガイド部材８１の上面に落ちた潤滑油や、ガイド部材８１の下面に当たった潤滑油がこのガイド部材８１から連結部材８２を通じてリーク管４１の外周面に導かれ、この潤滑油とリーク管４１内の燃料との間で熱交換することによって当該燃料温度を低下させるようにしている。

このようにリーク管４１の上方にガイド部材８１を追加するだけの簡単な変更によって、従来ではカムシャフトＣｓから周囲に飛び散っていただけの潤滑油をガイド部材８１を通じてリーク管４１に導くことができ、これにより上記潤滑油の飛散を有効に活用して燃料を効率良く冷却することができる。しかも、インジェクタリリーフ直後の燃料温度が最も高くなっているリーク管４１で熱交換を行うようにしていることで、燃料の冷却効率を最大限に高めることができる。

そして、上述した油冷手段８を図１に示した燃料クーラー６による空冷手段と併設することにより、さらに燃料を効果的に冷却することができる。

図４は、油冷手段８と空冷手段とを併設した場合における図１に示す燃料供給経路での燃焼の移動に伴う各部位での当該燃料の温度変化（実線参照）について、空冷手段だけの同様な温度変化（破線参照）と比較した図である。この図４から見て油冷手段８を設けることによって当該油冷手段８を設けたインジェクタの出口部（ａ）において空冷だけのものに比べて温度が格段に低下していることが解る。

また、このように油冷手段８によって燃料との間で熱交換することで、図５に示すようにエンジンの始動時においては細線で示す空冷手段だけのものに比べて太線で示すように潤滑油の温度上昇が早くなり、この潤滑油の温度上昇によってエンジン内の各部位でのフリクションの軽減を図ることができ、これに伴って当該始動時における燃費の向上も図ることができる。

図６及び図７は、油冷手段の他の例を示している。

この油冷手段８は、前述したガイド部材８１とともに受け皿部材８３を設けたものである。

受け皿部材８３は、断面形状が湾曲状に形成された所定長さを有するものであって、リーク管４１を挟んでガイド部材８１と対象位置となる当該リーク管４１の下方にこのリーク管４１を包み込むような形で配置されている。この場合、受け皿部材８３が複数本の連結部材８４によってリーク管４１に接続されており、この受け皿部材８３に前記ガイド部材８１が連結部材８２によって連結されている。

このように受け皿部材８３を設けることによって、この受け皿部材８３でカムシャフトＣｓから飛散する潤滑油を直接受け入れるとともに、ガイド部材８１で捕捉した潤滑油もこの受け皿部材８３に導入され、これにより受け皿部材８３には潤滑油が貯留される。

この結果、リーク管４１を上述のようにして受け皿部材８３に溜まった潤滑油に浸すことによって、このリーク管４１が潤滑油に直接接する状態になり、この状態でリーク管４１内の燃料と潤滑油との間で熱交換を行うことになる。

このため、前述したガイド部材８１によって飛散した潤滑油がかかるだけの場合よりも格段に伝熱率が高くなり、これにより燃料の冷却効率をさらに高めることができる。

なお、受け皿部材８３は、長手方向に若干傾斜させた状態に配置してこの受け皿部材８３に溜まった潤滑油が順次流れ出るようになっており、これによって受け皿部材８３内での滞留による潤滑油の温度上昇を抑制するようにしている。

図８及び図９は、油冷手段を構成するガイド部材の変形例を示している。

このガイド部材は、リーク管４１の周囲に例えば円形状のフィン８５を所定の間隔隔てて複数枚配置したもので、これらフィン８５によって前述と同様にカムシャフトから飛散した潤滑油を捕捉してリーク管４１に導き、これによって燃料を前述と同様に冷却するようにしている。

このように複数枚のフィン８５でガイド部材を構成することによっても前述したガイド部材８１と同様な効果を得ることができる。また、フィン８５による場合はリーク管４１からの当該フィン８５による高い放熱効果も期待できる。

図１０及び図１１は、油冷手段を構成するガイド部材の他の変形例を示している。

このガイド部材は、リーク管４１の外周にメッシュ８６を円筒状に配置したもので、この場合にはメッシュ８６自体が持つ作用により潤滑油を捕捉してリーク管４１に導くことによって燃料を冷却することができる。

このようにメッシュ８６でガイド部材を構成することによっても前述したガイド部材８１と同様な効果を得ることができる。

図１２及び図１３は、前述した油冷手段に換えて水冷手段９をリーク管４１部分に配置したものを示している。

水冷手段９は、エンジンに組み込まれている水路を利用して燃料との間で熱交換を行って当該燃料を冷却させるようにしたものである。具体的には、例えばリーク管４１を複数本に分割した細管４１ａで構成し、これら細管４１ａを水路９１内に入れ込んだ構造にしている。

これによって複数本の細管４１ａで燃料の流量を十分に確保した上で、水路９１内の水と接する表面積を大きく確保することができるため、両者間での熱交換率を十分に高めることができる。

このようにエンジンに組み込まれている既存の水路を利用する簡単な変更によって燃料との間で熱交換を行うことで、当該燃料を効率良く冷却することができる。しかも、インジェクタリリーフ直後の燃料温度が最も高くなっているリーク管４１部分で熱交換を行うようにしていることで、燃料の冷却効率を最大限に高めることができる。

なお、水路９１としては例えばヒータ水路の入口側を利用してもよいし、また、ＡＴＦウオーマ水路の入口側などを利用するのが好ましい。また、図１４に示すようにエンジンのヘッドＥ１やシリンダブロックＥ２に組み込まれている水路９２、９３を利用してこの水路９２、９３内にリーク管４１を配置するようにしてもよい。なお、図１４における符号Ｅ３はヘッドカバー、Ｃｙはシリンダである。

そして、上述した水冷手段９を図１に示した燃料クーラー６による空冷手段と併設することにより、さらに燃料を効果的に冷却することができる。

図１５は、水冷手段９と空冷手段とを併設した場合における図１に示す燃料供給経路での燃焼の移動に伴う各部位での当該燃料の温度変化（実線参照）について、空冷手段だけの同様な温度変化（破線参照）と比較した図である。この図１５から見て、水冷手段９を設けることによって当該水冷手段９を設けたインジェクタの出口部（ａ）において空冷だけのものに比べて温度が格段に低下していることが解る。

また、このような水冷手段を例えばヒータ水路の入口側に設けて燃料との間で熱交換した場合、図１６に示すようにエンジンの始動時においては細線で示す空冷手段だけのものに比べて太線で示すようにヒータ水温の温度上昇が早くなり、この温度上昇によってヒータ性能の早期立上りに寄与することができる。

なお、リーク管４１をエンジン内の水路を通さずに図１４に示すヘッドＥ１やシリンダブロックＥ２内に配置しておくだけでも、エンジンに作用する本来の冷却作用によって燃料を冷却することもできる。

ディーゼルエンジンなどの内燃機関に設けられる蓄圧式燃料噴射装置の概略構成を示す図である。 油冷手段を示す斜視図である。 同じくこの油冷手段を示す縦断面図である。 油冷手段と空冷手段とを併設した場合における燃料供給経路の各部位での燃料の温度変化を示す図である。 エンジンの始動時における潤滑油の温度変化を示す図である。 油冷手段の他の例を示す斜視図である。 同じくこの油冷手段を示す縦断面図である。 油冷手段のさらに他の例を示す斜視図である。 同じくこの油冷手段を示す縦断面図である。 油冷手段のさらに他の例を示す斜視図である。 同じくこの油冷手段を示す縦断面図である。 水冷手段を示す斜視図である。 同じくこの水冷手段を示す縦断面図である。 水冷手段の他の例を示す概略断面図である。 水冷手段と空冷手段とを併設した場合における燃料供給経路の各部位での燃料の温度変化を示す図である。 エンジンの始動時におけるヒータ水温の温度変化を示す図である。

符号の説明

２ インジェクタ
４ リターン配管
４１ リーク管
８ 油冷手段
９ 空冷手段
Ｃｓ カムシャフト

Claims (3)

1. インジェクタを備えた蓄圧式燃料噴射装置を有する内燃機関において、
   前記インジェクタの出口部に接続された配管には、カムシャフトから飛散する潤滑油を捕捉して当該配管に導き、この潤滑油で燃料を冷却する油冷手段が設けられたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置を有する内燃機関における燃料冷却装置。
2. 前記油冷手段には、潤滑油を貯留してこの潤滑油に前記配管を浸すようにした受け皿部材が設けられたことを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置を有する内燃機関における燃料冷却装置。
3. 前記油冷手段と、既存の空冷手段とが併設されたことを特徴とする請求項１又は２記載の蓄圧式燃料噴射装置を有する内燃機関における燃料冷却装置。

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