(57)【要約】【課題】  エンジンに供給する燃料に酸素を含む気泡を混入させる場合に、気泡中の酸素によって燃料酸化物が生成されることを抑制可能なエンジンの燃料供給装置を提供する。【解決手段】  エンジンの燃料供給装置７０は、エンジン５０に供給する燃料に気泡を混入させるミキサ７７と、気泡が混入された燃料を加圧する第１および第２の燃料ポンプ７４、７５とを備える。気泡のもととなるガスには酸素を多く含む空気が適用されており、第１および第２の燃料ポンプ７４、７５それぞれは気泡が混入された燃料を断熱圧縮する。第１および第２の燃料ポンプ７４、７５は気泡が混入された燃料を加圧するにあたって、燃料を段階的に加圧する。エンジンの燃料供給装置７０では、第１および第２の燃料ポンプ７４、７５で多段加圧手段が実現されている。【選択図】  図３
2010112270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに供給する燃料に酸素を含む気泡を混入させる気泡混入手段と、
前記気泡が混入された燃料を加圧する加圧手段を複数有するとともに、前記気泡が混入された燃料を所望の圧力に加圧するにあたり、複数の前記加圧手段それぞれで段階的に加圧する多段加圧手段とを備えることを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの燃料供給装置であって、
前記気泡が混入された燃料を一度の断熱圧縮で加圧した場合に燃料中に燃料酸化物が生成される圧力が、前記所望の圧力に含まれることを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のエンジンの燃料供給装置であって、
複数の前記加圧手段それぞれが、前記気泡が混入された燃料を断熱圧縮で加圧することを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの燃料供給装置に関し、特にエンジンに供給する燃料に気泡を混入させるエンジンの燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンに供給する燃料に気泡を混入させる技術が知られている。気泡を混入させた燃料を噴射すると、噴射の際に生じる圧力低下で混入した気泡が急激に成長し、燃料の液膜を破壊する。このため燃料に気泡を混入させた場合、例えばこれによって噴射した燃料噴霧の微粒化を促進することができる。この点、エンジンに供給する燃料に気泡を混入させる技術として、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１から３までで提案されている。このほかエンジンに燃料を供給するにあたって、燃料を加圧する手段を複数備えている点と、燃料に含まれる気泡を対象としてなされている点で本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献４または５で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−４５４５６号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６２２７号公報
【特許文献３】特開２００７−１７０２９５号公報
【特許文献４】特開平９−２０９８６４号公報
【特許文献５】特表２００４−５１８０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、気泡を混入させた燃料を噴射するにあたっては、燃料を高圧にする必要がある。ところが、気泡が酸素を含む場合、気泡を混入させた燃料が高圧になると、燃料中に燃料酸化物（例えばカーボンブラック）が生成されることがある。燃料酸化物は、具体的には例えば気泡を混入させた燃料を高圧ポンプで高圧にする際の断熱圧縮で、気泡中の酸素が燃料を酸化することによって生成される。この点、燃料中に燃料酸化物が生成されると、生成された燃料酸化物によって燃料噴射弁に詰まりや摺動不良が発生する虞がある点で問題があった。
【０００５】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、エンジンに供給する燃料に酸素を含む気泡を混入させる場合に、気泡中の酸素によって燃料酸化物が生成されることを抑制可能なエンジンの燃料供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明のエンジンの燃料供給装置は、エンジンに供給する燃料に酸素を含む気泡を混入させる気泡混入手段と、前記気泡が混入された燃料を加圧する加圧手段を複数有するとともに、前記気泡が混入された燃料を所望の圧力に加圧するにあたり、複数の前記加圧手段それぞれで段階的に加圧する多段加圧手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は前記気泡が混入された燃料を一度の断熱圧縮で加圧した場合に燃料中に燃料酸化物が生成される圧力が、前記所望の圧力に含まれる構成であってもよい。
【０００８】
また本発明は複数の前記加圧手段それぞれが、前記気泡が混入された燃料を断熱圧縮で加圧する構成であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エンジンに供給する燃料に酸素を含む気泡を混入させる場合に、気泡中の酸素によって燃料酸化物が生成されることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、本実施例にかかるエンジンの燃料供給装置（以下、単に燃料供給装置と称す）７０をエンジン５０など関連する他の構成とともに模式的に示す図である。吸気系１０は、エアフロメータ１１と、インタークーラ１２と、ディーゼルスロットル１３と、インテークマニホールド１４とを有して構成されている。エアフロメータ１１はエアフロセンサと大気温センサとを有して構成されており、吸入空気量を計測するとともに計測した吸入空気量に応じた信号を出力する。インタークーラ１２は過給機３０によって圧縮された吸気を冷却する。ディーゼルスロットル１３はＥＣＵ１の制御のもと、図示しないアクチュエータによって開閉駆動し、吸入空気量を調節する。インテークマニホールド１４はエンジン５０の各気筒に吸気を分配する。
【００１２】
排気系２０はエキゾーストマニホールド２１と触媒２２とを有して構成されている。エキゾーストマニホールド２１は、各気筒からの排気を下流側で一つの排気通路に合流させる。触媒２２はＮＯｘ吸蔵還元型触媒であり、触媒２２ではＰＭを捕捉可能なフィルタにＮＯｘを吸蔵可能な触媒が担持されている。触媒２２は、流入する排気の酸素濃度が高いとき、すなわち排気の空燃比が高いときには排気中のＮＯｘを吸蔵する。一方、触媒２２は、流入する排気の酸素濃度が低下し、且つ還元剤が存在するときには吸蔵していたＮＯｘを放出しつつ、Ｎ２に還元する。
【００１３】
過給機３０は可変容量型ターボチャージャであり、コンプレッサ部３１とタービン部３２とを有して構成されている。過給機３０は、図示しないコンプレッサホイールを収納するコンプレッサ部３１が吸気系１０に、図示しないタービンホイール３２を収納するタービン部３２が排気系２０に、夫々介在するようにして配設されている。コンプレッサホイールとタービンホイールとは回転軸で連結されており、タービンホイールが排気によって駆動されると、回転軸を介してコンプレッサホイールが駆動し吸気を圧縮する。
【００１４】
エンジン５０はディーゼルエンジンであり、エンジン５０にはクランク角センサや水温センサなどの各種のセンサ（図示省略）が配設されている。
エンジン５０は各気筒５１に直接燃料を噴射する燃料噴射弁７１を備えている。各燃料噴射弁７１は燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）７２と接続されている。コモンレール７２は燃料供給管７３を介して第１の燃料ポンプ７４に連通している。また、第１の燃料ポンプ７４は燃料供給管７３を介して第２の燃料ポンプ７５に、第２の燃料ポンプ７５は燃料供給配管７３を介して燃料タンク７６にそれぞれ連通している。第１および第２の燃料ポンプ７４、７５はともに燃料を断熱圧縮で加圧し、これにより燃料が高圧になる。
【００１５】
なお、断熱圧縮とは厳密な断熱を要求するものではなく、圧縮動作が素早く、このときの受熱、放熱が小さいがために近似的に断熱圧縮とみなせるものを含むものである。この点、一度のかかる断熱圧縮で酸素を含む気泡が混入された燃料を加圧して高圧にした場合には、圧力上昇率の高い急速な圧縮で燃料が高温化し、この結果、燃料酸化物が生成されることになる。
【００１６】
エンジン５０に供給する燃料は燃料タンク７６に貯留されている。燃料タンク７６に貯留された燃料は、第１および第２の燃料ポンプ７４、７５によって加圧された上で吐出される。第１および第２の燃料ポンプ７４、７５から吐出された燃料はコモンレール７２へと供給され、コモンレール７２で所定圧まで蓄圧された上で各燃料噴射弁７１へ分配される。そして、燃料噴射弁７１に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁７１が開弁し、これにより燃料噴射弁７１から気筒５１内へ燃料が噴射される。
【００１７】
ミキサ（気泡混入手段に相当）７７は、燃料に気泡を混入させるための構成であり、本実施例では具体的には第２の燃料ポンプ７５および燃料タンク７６間の燃料供給管７３に介在させるようにして設けられている。本実施例では、ミキサ７７によって気泡が混入された燃料を加圧する第１および第２の燃料ポンプ７４、７５それぞれが加圧手段に相当する構成となっており、第１および第２の燃料ポンプ７４、７５で多段加圧手段が実現されている。なお、ミキサ７７は多段加圧手段よりも上流側（本実施例では具体的には第２の燃料ポンプ７５よりも上流側）に設けられていればよく、例えば燃料タンク７６に設けられていてもよい。
【００１８】
図２はミキサ７７の構成を模式的に示す図である。ミキサ７７は本体部７７ａと、導出口７７ｂと、燃料供給路７７ｃと、ガス供給路７７ｄとを有して構成されている。本体部７７ａが形成する内部空間７７ｅは円錐状の空間として形成されており、燃料供給路７７ｃは内部空間７７ｅの円錐を形成する円の接線方向に開口している。ガス供給路７７ｄは円錐状の内部空間７７ｅの底面側中央に開口しており、内部空間７７ｅの頂部側中央には導出口７７ｂが開口している。ガス供給路７７ｄにはガス供給管７８に接続され、ガスが供給される。燃料に混入させる気泡のもととなるこのガスとして、本実施例では具体的には空気が適用されている。
【００１９】
燃料供給路７７ｃから燃料を供給すると、内部空間７７ｅで旋回流が発生する。これにより内部空間７７ｅの底部近傍に負圧が発生し、ガス供給路７７ｄからガスが流入する。流入してきたガスは内部空間７７ｅを燃料とともに旋回しながら頂部方向に進み、燃料に混入される。この際、流入してきたガスは頂部方向に進むにつれて縮径且つ伸長され、この結果、マイクロバブルまたはナノバブルといった微小気泡に形成される。微小気泡となったガスは燃料に混入された状態で導出口７７ｂから燃料供給管７３へと流出する。
ガス供給管７８はその一端が前述の通りミキサ７７のガス供給路７７ｄに接続されている。ガス供給管７８には流量調整弁７９が設けられており、ミキサ７７に供給するガスの量は流量調整弁７９によって調整される。
【００２０】
ＥＣＵ１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主にエンジン５０を制御するように構成されており、本実施例では具体的には燃料噴射弁７１や、第１および第２の燃料ポンプ７５、７６のほか、ディーゼルスロットル１３や、流量調整弁７９などを制御するように構成されている。これら制御対象はＥＣＵ１に電気的に接続されている。またＥＣＵ１にはエアフロメータ１１や、クランク角センサや、水温センサなどの各種のセンサが電気的に接続されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。
【００２１】
この点、本実施例では特に以下に示す流量制御手段と圧力制御手段とがＥＣＵ１で機能的に実現される。流量制御手段は、エンジン５０の運転状態に応じて、ガスをミキサ７７（燃料）に供給するように流量調整弁７９を制御する。この点、流量制御手段は具体的にはエンジン５０の運転状態がガスの供給が必要な運転状態であるか否かを判定するとともに、ガスの供給が必要な運転状態である場合に、ガスを燃料に供給するように流量調整弁７９を制御する。またガスを燃料に供給するにあたり、流量制御手段はエンジン５０の運転状態に応じて、燃料に混入させるのに必要なガスの量を算出するとともに、必要なガスの量に応じた開度になるように流量調整弁７９を制御する。
圧力制御手段は気泡が混入された燃料を加圧するにあたり、エンジン５０の運転状態に応じて、燃料を所望の圧力に加圧するように第１および第２の燃料ポンプ７４、７５それぞれを制御する。また所望の圧力に加圧するにあたり、圧力制御手段は第１および第２の燃料ポンプ７４、７５それぞれで段階的に加圧するように、これら第１及び第２の燃料ポンプ７４、７５それぞれを制御する。
【００２２】
本実施例では、燃料噴射弁７１と、コモンレール７２と、燃料供給配管７３と、第１の燃料ポンプ７４と、第２の燃料ポンプ７５と、燃料タンク７６と、ミキサ７７と、ガス供給管７８と、流量調整弁７９とを有して燃料供給装置７０が実現されている。また本実施例ではＥＣＵ１で燃料供給装置の制御装置が、燃料供給装置７０とＥＣＵ１とでエンジンの燃料供給システム１００が実現されている。
【００２３】
次にＥＣＵ１の動作を図３に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１では、図３のフローチャートに示す処理がごく短い時間間隔で繰り返し実行される。エンジン５０の運転状態が、ガスの供給が必要な運転状態であるか否か（ガス供給必要であるか否か）を判定する（ステップＳ１１）。ガスの供給状態が必要な運転状態は、例えばエンジン５０の運転状態（例えば回転数ＮＥおよび負荷）に応じてマップデータで予め設定することができる。そしてエンジン５０の運転状態に基づき、ＲＯＭに予め格納したこのマップデータを参照することで、ガスの供給が必要な運転状態であるか否かを判定することができる。ステップＳ１１で否定判定であれば、ＥＣＵ１は必要なガスの量に応じた開度になるように流量調整弁７９を制御する（ステップＳ１３）。この点、ステップＳ１１で否定判定された場合には、ステップＳ１３で流量調整弁７９は閉弁されることになる。
【００２４】
一方、ステップＳ１１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１はエンジン５０の運転状態に応じて、燃料に混入させるのに必要なガスの量の算出（混入ガス量の算出）をする（ステップＳ１２）。燃料に混入させるのに必要なガスの量は、例えばエンジン５０の運転状態（例えば回転数ＮＥおよび負荷）に応じてマップデータで予め設定することができる。そしてエンジン５０の運転状態に基づき、ＲＯＭに予め格納したこのマップデータを参照することで、必要なガスの量を算出できる。
必要なガスの量は、例えば燃料噴霧の微粒化効果の観点から、燃料に混入させることが可能な最大の量とすることができる。また必要なガスの量はこのほか、例えば所望の燃料噴霧の微粒化効果を得ることが可能な量とすることもできる。そして必要なガスの量はエンジン５０の運転状態に応じて例えばこのような異なる観点で異なる量に設定することもできる。
【００２５】
ステップＳ１２に続いて、ＥＣＵ１は必要なガスの量に応じた開度になるように流量調整弁７８を制御する（ステップＳ１３）。必要なガスの量に応じた開度は、例えば必要なガスの量に対応させて予めマップデータで設定することができる。そして算出した必要なガスの量に基づき、予めＲＯＭに格納したこのマップデータを参照することで、必要なガスの量に応じた開度になるように流量調整弁７８を制御することができる。
【００２６】
また、ＥＣＵ１は燃料を所望の圧力に加圧するように第１および第２の燃料ポンプ７４、７５を制御する（ステップＳ１４）。所望の圧力は、例えばエンジン５０の運転状態（例えば回転数ＮＥおよび負荷）に応じてマップデータで予め設定することができる。そしてエンジン５０の運転状態に基づき、ＲＯＭに予め格納したこのマップデータを参照することで、所望の圧力を把握することができる。本実施例ではマップデータに予め設定された所望の圧力は、基本的に気泡が混入された燃料を一度の断熱圧縮で加圧した場合に燃料中に燃料酸化物が生成される圧力となっている。
【００２７】
ステップＳ１４で、ＥＣＵ１はさらに燃料を段階的に加圧するように第１および第２の燃料ポンプ７４、７５を制御する。第１の燃料ポンプ７４と第２の燃料ポンプ７５とで段階的に加圧するにあたっては、具体的には例えば互いに等しい圧力上昇率で加圧するようにすることができる。これにより、仮に一つの燃料ポンプで（一度の断熱圧縮で）燃料を所望の圧力に加圧する場合と比較して、第１および第２の燃料ポンプ７４、７５それぞれにおいて、圧力上昇率を低減することができる。このため、第１および第２の燃料ポンプ７４、７５それぞれで、断熱圧縮による燃料の高温化を抑制することができ、この結果、燃料中に燃料酸化物が生成されることを抑制することができる。
このように燃料供給装置７０は、エンジン５０に供給する燃料に酸素を含む気泡を混入させる場合に、気泡中の酸素によって燃料酸化物が生成されることを抑制することができる。
【００２８】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では、第１および第２の燃料ポンプ７４、７５の２つの加圧手段で多段加圧手段を実現した場合の例を示したが、多段加圧手段はこれに限られず、３つ以上の加圧手段で実現されてもよい。また、多段加圧手段は複数の加圧手段を一体的に構成したものであってもよい。
また、本発明は燃料に混入させる気泡のもととなるガスが酸素を多く含む気体である場合に効果的であることから、上述した実施例では、燃料に混入させる気泡のもととなるガスに空気を適用した場合の例を示したが、燃料に混入させる気泡のもととなるガスには、酸素を含む適宜の気体が適用されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＥＣＵ１を関連する他の構成とともに模式的に示す図である。
【図２】ミキサ７７の構成を模式的に示す図である。
【図３】ＥＣＵ１の動作をフローチャートで示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      ＥＣＵ
５０    エンジン
７０    燃料供給装置
７１    燃料噴射弁
７２    コモンレール
７３    燃料供給管
７４    第１の燃料ポンプ
７５    第２の燃料ポンプ
７６    燃料タンク
７７    ミキサ
７８    ガス供給管
７９    流量調整弁
１００  エンジンの燃料供給システム
【図１】
2010112270.tif 000003
【図２】
2010112270.tif 000004
【図３】
2010112270.tif 000005