JP5388295B2 - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、コモンレール式ディーゼルエンジン等のように、燃料タンクに還流されるリターン燃料が比較的高温になりやすいエンジンに好適な燃料供給装置に関する。

例えば、コモンレール式ディーゼルエンジンの燃料供給装置では、フィードポンプによって加圧した高圧燃料をコモンレール内に蓄積し、当該コモンレールに接続するインジェクタを介して各気筒の燃焼室内に噴射する構成が採用されている。この種の燃料供給装置では、フィードポンプによって燃料が高圧に加圧されるため、燃料温度が上昇し易い傾向にある。特に、近年では、ディーゼルエンジンの高性能化や排気エミッションの改善等を目的として燃料噴射圧力が高く設定される傾向にあり、これに伴ってコモンレール内の燃料圧力を高く制御する必要があるため、燃料温度も高温化の傾向にある。

その一方で、コモンレール内における燃料温度の高温化が進むと、エンジン側から燃料タンクにリターン燃料として還流される余剰燃料の温度が上昇し、燃料タンクが熱害を受ける虞がある。特に、近年の車両では、軽量化等を目的として燃料タンクの樹脂化等が進められており、エンジンからのリターン通路等を燃料タンクに接続するコネクタ等についても樹脂化される傾向にある。このような場合、コネクタ等に用いられる樹脂の耐熱温度は１００℃程度であることが一般的であるため、リターン燃料の温度によっては、コネクタが熱変形される等して気密性の確保等が困難となる虞がある。

ここで、燃料タンクに還流されるリターン燃料の温度を降下させるための技術として、例えば、特許文献１には、リターン燃料を流通させる燃料リターンライン（リターン通路）を車体の底部に複数回往復させた状態で配置する技術が開示されている。

特開２００８−１４２７２号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術のように、リターン通路を車体の底部に複数回往復させる構成は、管路長を長大化させ、構造の複雑化等を招く虞がある。

また、上述のように長大化されたリターン通路は、車体底部におけるレイアウト上の制約を受けやすく、配管位置等によっては、走行時の空気流による好適な冷却性能を発揮させることが困難となる場合がある。

さらに、例えば、登坂時やトーイング時等には、燃料温度が高温となるにも拘わらず車両が低速走行するため、リターン通路を十分な空気流に曝すことが困難となる等、リターン通路を用いたリターン燃料の冷却には限界がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で燃料タンクに流入する際のリターン燃料の温度を的確に降下させ、燃料タンクを熱害から効果的に保護することができるエンジンの燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料タンクからデリバリ通路を介してインジェクタに供給される燃料を加圧するフィードポンプと、前記フィードポンプで加圧された余剰燃料をリターン燃料として前記燃料タンクに還流するリターン通路と、前記燃料タンクの外部で前記リターン通路の中途に接続するバイパス通路と、前記燃料タンク内の燃料を前記バイパス通路を介して前記リターン通路に圧送する燃料ポンプとを備えたことを特徴とする。

本発明のエンジンの燃料供給装置によれば、簡単な構成で燃料タンクに流入する際のリターン燃料の温度を的確に降下させ、燃料タンクを熱害から効果的に保護することができる。

本発明の第１の実施形態に係わり、エンジンの燃料供給装置の概略構成図 同上、燃料ポンプ駆動制御ルーチンのフローチャート 本発明の第２の実施形態に係わり、エンジンの燃料供給装置の概略構成図 同上、燃料ポンプ駆動制御ルーチンのフローチャート 同上、燃料移送の開始が判定されるときの燃料タンク内の状況について例示する説明図 同上、燃料ポンプ駆動制御ルーチンの変形例を示すフローチャート 同上、燃料移送の開始が判定されるときの燃料タンク内の状況について例示する説明図

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図１，２は本発明の第１の実施形態に係わり、図１はエンジンの燃料供給装置の概略構成図、図２は燃料ポンプ駆動制御ルーチンのフローチャートである。

図１に示す燃料供給装置１は、例えば、コモンレール式ディーゼルエンジン用の燃料供給装置であり、この燃料供給装置１は、燃料タンク１０内の燃料をエンジン５のコモンレール６に供給するデリバリ通路１１と、エンジン５側で余剰となった燃料をリターン燃料として燃料タンク１０に還流するリターン通路１２とを備えて構成されている。

本実施形態において、燃料タンク１０は樹脂成型品によって構成され、この燃料タンク１０の上部にはコネクタ１５が固設されている。このコネクタ１５にはデリバリ通路１１の上流側が貫通され、これにより、デリバリ通路１１は、上流端が燃料タンク１０内の底部に臨まされた状態で保持されている。また、コネクタ１５にはリターン通路１２の下流側が貫通され、これにより、リターン通路１２は、下流端が燃料タンク１０内に臨まされた状態で保持されている。なお、本実施形態において、コネクタ１５は、耐熱性樹脂で構成され、例えば、１００℃以下の温度状態にあるとき、デリバリ通路１１及びリターン通路１２の貫通部分等の気密性を確保することが可能となっている。

デリバリ通路１１の下流端は、フィードポンプ７を介してコモンレール６に接続されている。さらに、デリバリ通路１１には、燃料タンク１０からフィードポンプ７までの間に、フィルタ２０及び温度センサ２１が設けられている。

本実施形態において、フィードポンプ７は、例えば、エンジン駆動式の高圧ポンプで構成され、フィルタ２０により浄化された後の燃料を加圧してコモンレール６に供給する。これにより、コモンレール６内には高圧燃料が蓄積され、このコモンレール６内の高圧燃料が各インジェクタ９を介して各気筒の燃焼室内に噴射される。ここで、コモンレール６には減圧弁６ａが設けられており、この減圧弁６ａを介して、コモンレール６は、リターン通路１２の上流端に接続されている。これにより、コモンレール６内の燃料圧力の過大上昇されたとき、減圧弁６ａが開弁され、コモンレール６内の余剰燃料がリターン通路１２に放出される。また、フィードポンプ７には、コモンレール６を迂回するポンプ燃料リターン配管８が接続されており、フィードポンプ７に供給されたもののコモンレール６に圧送されなかった余剰燃料が、ポンプ燃料リターン配管８を介して、リターン通路１２に放出される。そして、これらコモンレール６及びポンプ燃料リターン配管８から放出された余剰燃料は、リターン燃料としてリターン通路１２内を流通し、燃料タンク１０内に還流される。この場合、燃料タンク１０内に流入する際のリターン燃料の温度Ｔは、例えば、最大で１１０℃程度まで上昇し得る。

また、燃料タンク１０には、当該燃料タンク１０の内外を連通するバイパス通路２５が設けられている。このバイパス通路２５の下流端は、燃料タンク１０の外部に位置され、コネクタ１５よりも上流側であって且つポンプ燃料リターン配管８の合流部よりも下流側で、リターン通路１２の中途に接続されている。一方、バイパス通路２５の上流端は、燃料タンク１０の内部に位置され、当該燃料タンク１０内に配置された燃料ポンプ２６に接続されている。

燃料ポンプ２６は、例えば、エンジン５の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって駆動制御される電動式のポンプで構成されている。具体的には、燃料ポンプ２６は、リターン通路１２内を流通するリターン燃料の温度Ｔに基づいてＥＣＵ３０で駆動制御され、駆動時に、燃料タンク１０内の燃料をバイパス通路２５を介してリターン通路１２に圧送する。ここで、リターン燃料温度Ｔは、リターン通路１２上に温度センサ等を設けることによって直接的に計測することも可能であるが、本実施形態においては、構造を簡素化するため、例えば、温度センサ２１で検出されるデリバリ通路１１側の燃料温度やエンジン５の運転状態等に基づいてＥＣＵ３０で推定される。このように、本実施形態において、ＥＣＵ３０は、ポンプ制御手段としての機能を有する。

次に、ＥＣＵ３０で実行される燃料ポンプの駆動制御について、図２に示す燃料ポンプ駆動制御ルーチンのフローチャートに従って説明する。このルーチンは、設定時間毎に繰り返し実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ３０は、先ず、ステップＳ１０１においてリターン燃料の温度Ｔが予め設定された温度Ｔ０（例えば、Ｔ０＝９０℃）よりも高いか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０１において、リターン燃料温度Ｔが設定温度Ｔ０以下であると判定した場合、ＥＣＵ３０は、そのままルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０１において、リターン燃料温度Ｔが設定温度Ｔ０よりも高いと判定した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０２に進み、燃料ポンプ２６を駆動した後、ルーチンを抜ける。

このような実施形態によれば、エンジン５側からの余剰燃料をリターン燃料として燃料タンク１０に還流するリターン通路１２の中途に燃料タンク１０の外部（すなわち、コネクタ１５よりも上流側）で下流側が接続するバイパス通路２５を設けるとともに、このバイパス通路２５の上流端を燃料タンク１０内に配設した燃料ポンプ２６に接続し、燃料タンク１０内に貯留された燃料をリターン通路１２に供給することにより、簡単な構成で燃料タンク１０に流入する際のリターン燃料の温度を的確に降下させることができ、燃料タンク１０を熱害から効果的に保護することができる。すなわち、リターン通路１２内を流通する高温なリターン燃料がコネクタ１５を通過する前に、当該リターン燃料を燃料タンク１０内の燃料によって希釈して降温させることにより、リターン通路１２の管路長を過剰に長大化等させることなく、幅広い運転条件下でリターン燃料の温度降下を的確に実現することができ、特に、熱害を受けやすい燃料タンク１０のコネクタ１５を効果的に保護することができる。

その際、リターン燃料の温度Ｔに基づいて燃料ポンプ２６の駆動制御を行うことにより、不要な電力消費等を防止して、効率よく燃料タンク１０の保護を実現することができる。

次に、図３乃至図７は本発明の第２の実施形態に係わり、図３はエンジンの燃料供給装置の概略構成図、図４は燃料ポンプ駆動制御ルーチンのフローチャート、図５は燃料移送の開始が判定されるときの燃料タンク内の状況について例示する説明図、図６は燃料ポンプ駆動制御ルーチンの変形例を示すフローチャート、図７は燃料移送の開始が判定されるときの燃料タンク内の状況について例示する説明図である。なお、本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態の燃料タンク１０は、例えば、プロペラシャフトや排気系等との干渉を回避するため、タンク内の所定の高さまで鞍状に隆起した隆起部１０ａを底部に有し、この隆起部１０ａによって、タンク内下部がメインタンク部５０とサブタンク部５１とに区画されている。そして、このように鞍型に形成された燃料タンク１０のメインタンク部５０には、デリバリ通路１１の上流端及びリターン通路１２の下流端が臨まされ、さらに、燃料ポンプ２６が配設されている。

また、燃料タンク１０内において、メインタンク部５０とサブタンク部５１との間には、サブタンク部５１内の燃料をメインタンク部５０内に移送するための移送管５２が配設されている。この移送管５２の上流端は、サブタンク部５１内において、燃料タンク１０の底部に臨まされている。一方、移送管５２の下流端は、メインタンク部５０内に臨まされ、当該メインタンク部５０内に配設されたジェットポンプ５５に連結されている。

本実施形態において、ジェットポンプ５５は、燃料ポンプ２６から圧送される燃料の一部を用いて燃料移送用の負圧を発生するよう構成されている。このため、バイパス通路２５には、リターン通路１２側に圧送される燃料を一部制限するためのオリフィス５６が設けられ、さらに、このオリフィス５６よりも上流側をジェットポンプ５５に接続する燃料供給配管５７が設けられている。

また、メインタンク部５０内に貯留された燃料の液面レベルＬｍａｉｎ及びサブタンク部５１内に貯留された燃料の液面レベルＬｓｕｂを検出するため、各タンク部５０，５１にはフロート式の液面レベルセンサ５８，５９がそれぞれ設けられている。

そして、本実施形態において、ＥＣＵ３０は、リターン燃料の温度Ｔに加え、メインタンク部５０及びサブタンク部５１内の燃料の貯留状態に基づいて、燃料ポンプ２６の駆動制御を行う。

次に、ＥＣＵ３０で実行される燃料ポンプ２６の駆動制御について、図４に示す燃料ポンプ駆動制御ルーチンのフローチャートに従って説明する。このルーチンは、設定時間毎に繰り返し実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ３０は、先ず、ステップＳ２０１において、各液面レベルセンサ５８，５９で検出された液面レベルＬｍａｉｎ，Ｌｓｕｂを読み込み、これらに基づいて、現在メインタンク部５０内及びサブタンク部５１内に貯留されている各燃料量Ｑｍａｉｎ，Ｑｓｕｂを演算する。

続くステップＳ２０２において、ＥＣＵ３０は、各タンク部５０，５１内の燃料総量Ｑａｌｌ（＝Ｑｍａｉｎ＋Ｑｓｕｂ）が予め設定された閾値Ｑｔｈ以下であるか否かを調べる。ここで、本実施形態において、閾値Ｑｔｈには、デリバリ通路１１が吸上げ可能なメインタンク部５０内での下限燃料量Ｑｍｍｉｎと、サブタンク部５１内に貯留可能な燃料容量Ｑｓｍａｘとの和が設定されている（図５参照）。これにより、燃料総量Ｑａｌｌが閾値Ｑｔｈ以下である場合には、サブタンク部５１側からメインタンク部５０内に燃料を移送する必要があることを容易に判断できる。

そして、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０２において、燃料総量Ｑａｌｌが閾値Ｑｔｈ以下であると判定した場合にはステップＳ２０３に進み、燃料総量Ｑａｌｌが閾値Ｑｔｈよりも小さい大きいと判定した場合にはステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０２からステップＳ２０３に進むと、ＥＣＵ３０は、サブタンク部５１内の燃料量Ｑｓｕｂがサブタンク部５１内での下限燃料量Ｑｓｍｉｎよりも小さいか否か、すなわち、メインタンク部５０に移送可能な燃料がサブタンク部５１内に残留しているか否かを調べる。

そして、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０３において、サブタンク部５１内の燃料量Ｑｓｕｂが下限燃料量Ｑｓｍｉｎよりも大きいと判定した場合にはステップＳ２０５に進み、燃料量Ｑｓｕｂが下限値にあると判定した場合にはステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０２或いはステップＳ２０３からステップＳ２０４に進むと、ＥＣＵ３０は、リターン燃料温度Ｔが予め設定された温度Ｔ０よりも高いか否かを調べる。

そして、ステップＳ２０４において、リターン燃料温度Ｔが設定温度Ｔ０以下であると判定した場合、ＥＣＵ３０は、そのままルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ２０４において、リターン燃料温度Ｔが設定温度Ｔ０よりも高いと判定した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０５に進む。

そして、ステップＳ２０３或いはステップＳ２０４からステップＳ２０５に進むと、ＥＣＵ３０は、燃料ポンプ２６を駆動した後、ルーチンを抜ける。

このような実施形態によれば、リターン燃料の温度Ｔを降下させるため冷却用燃料の供給源である燃料ポンプ２６に、ジェットポンプ５５に対する負圧発生用燃料の供給源としての機能を兼用させることができる。

なお、本実施形態においては、リターン燃料温度Ｔが設定温度Ｔ０以下である場合にも、燃料移送を行うべく燃料ポンプ２６は駆動され得るが、このような駆動は、リターン燃料による熱害を抑制する側への制御であるため、特に問題となるものではない。

ここで、上述の実施形態において、例えば、図６に示すように、ステップＳ２０３における判定を、サブタンク部５１の液面レベルＬｓｕｂがメインタンク部５０の液面レベルＬｍａｉｍ以上であるか否かの判定に変更することにより（図７参照）、メインタンク部５０に対する必要最低限の燃料移送の機会を確保しつつ、燃料ポンプ２６の駆動頻度を抑制することも可能である。

なお、図示しないが、上述の各実施形態において、例えば、燃料ポンプ２６の接続をバイパス通路２５側とデリバリ通路１１側とで選択的に切り換える三方弁等を設け、エンジン５の始動時には、燃料ポンプ２６をデリバリ通路１１側に接続することにより、燃料タンク１０内の燃料をフィードポンプ７まで導くことも可能である。

１ … 燃料供給装置
５ … エンジン
６ … コモンレール
６ａ … 減圧弁
７ … フィードポンプ
８ … ポンプ燃料リターン配管
９ … インジェクタ
１０ … 燃料タンク
１０ａ … 隆起部
１１ … デリバリ通路
１２ … リターン通路
１５ … コネクタ
２０ … フィルタ
２１ … 温度センサ
２５ … バイパス通路
２６ … 燃料ポンプ
３０ … 電子制御ユニット（ポンプ制御手段）
５０ … メインタンク部
５１ … サブタンク部
５２ … 移送管
５５ … ジェットポンプ
５６ … オリフィス
５７ … 燃料供給配管
５８，５９ … 液面レベルセンサ

Claims (4)

1. 燃料タンクからデリバリ通路を介してインジェクタに供給される燃料を加圧するフィードポンプと、
   前記フィードポンプで加圧された余剰燃料をリターン燃料として前記燃料タンクに還流するリターン通路と、
   前記燃料タンクの外部で前記リターン通路の中途に接続するバイパス通路と、
   前記燃料タンク内の燃料を前記バイパス通路を介して前記リターン通路に圧送する燃料ポンプとを備えたことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
2. 前記燃料ポンプを駆動制御するポンプ制御手段を有し、
   前記ポンプ制御手段は、前記リターン燃料の温度が予め設定された温度よりも高いとき、前記燃料ポンプを駆動することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料供給装置。
3. 前記燃料タンクは、鞍状に隆起する底部によってタンク内下部がメインタンク部とサブタンク部とに区画された鞍型の燃料タンクであって、
   前記サブタンク部から前記メインタンク部へと燃料を移送するジェットポンプを有し、
   前記ジェットポンプは、前記燃料ポンプから圧送される燃料の一部を用いて燃料移送用の負圧を発生させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料供給装置。
4. 前記燃料ポンプを駆動制御するポンプ制御手段を有し、
   前記ポンプ制御手段は、前記リターン燃料の温度が予め設定された温度よりも高いとき、及び、前記メインタンク部内及び前記サブタンク部内の燃料の貯留状態が予め設定された条件を満たしたとき、前記燃料ポンプを駆動することを特徴とする請求項３記載のエンジンの燃料供給装置。

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