(57)【要約】【課題】簡単な構成によって、常に燃料の粘度を適正範囲に管理することができるようにする。【解決手段】上流側配管６ａと下流側配管６ｂとの間に設けたバイパス管路１０に、燃料クーラ３の圧力損失の度合いに基づいて開閉する流路選択弁９が設けられており、下流側の圧力が上流側の圧力に対して下限値より高い場合には、流路選択弁９が開いてバイパス管路１０を介して、上流側配管６ａと下流側配管６ｂとが直接連通し、燃料クーラ３を介さずにエンジン１に燃料が供給され、上流側と下流側との差圧がばね９ａにより設定される下限値より低くなると、流路選択弁９が閉じて、燃料は燃料クーラ３により冷却した上で、エンジン１に供給される。【選択図】　　　図１
2004036537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクと、この燃料タンクとエンジンの燃料噴射装置とを結ぶ燃料供給配管と、前記燃料噴射装置からの余剰燃料を前記燃料タンクに戻す戻り配管と、前記燃料供給配管または戻り配管の途中に燃料クーラが設けられた燃料供給回路において、
前記燃料クーラの上流側の管路と下流側の管路との間にバイパス管路を設け、このバイパス管路には前記燃料クーラを通る流路と、この燃料クーラをバイパスさせる流路とを選択する流路選択手段を設け、
前記流路選択手段は、少なくとも前記燃料クーラの圧力損失が下限値では前記燃料クーラを通る流路を選択し、少なくとも前記燃料クーラの圧力損失が上限値では前記燃料クーラをバイパスさせる流路を選択する
ことを特徴とする燃料供給回路。
【請求項２】
前記燃料クーラは前記燃料供給管路または戻り管路に設けられ、また前記流路選択手段は、前記バイパス管路に設けられ、前記燃料クーラの上流側と下流側との差圧が下限値になると、このバイパス管路を閉じて、前記燃料クーラを通る流路を選択する流路選択弁であることを特徴とする請求項１記載の燃料供給回路。
【請求項３】
前記燃料クーラは前記戻り管路に設けられ、また前記流路選択手段は、前記バイパス管路に設けられ、前記戻り管路の前記燃料クーラより上流側の圧力が上限値になると、このバイパス管路を開いて、前記燃料クーラをバイパスさせるリリーフ弁で構成したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば油圧ショベルやクレーン等の建設機械に備えられたエンジンの燃料供給回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械においては、一般的に動力源としてディーゼルエンジンを採用している場合が多い。この種建設機械においては、年々厳しくなるディーゼルエンジンの排気ガス排出規制に対応するため、エンジンの燃焼室の改良、吸気の高過給化やインタークーラによる冷却、ＥＧＲ（排気ガス還元装置）化や燃料噴射ポンプの高圧化、燃料噴射時期や量の最適化等が行われている。
【０００３】
その結果として、燃料の高温化が進み、燃料の動粘度が低下しエンジン稼動時に必要な燃料の動粘度を得ることができなくなり、噴射ポンプのプランジャーや噴射ノズルのニードル弁等摺動部位の磨耗や漏れを起こしやすくなるという別の問題が生じてくる。
【０００４】
詳述すると、エンジンの燃料は、建設機械に搭載された燃料タンクからエンジンの燃料噴射装置に燃料供給配管を介して供給されるが、必要な分だけ燃焼室内に噴射される一方、余剰となった燃料は戻り配管を介して再び燃料タンクに戻される。そのため、エンジンの熱等により加熱されて高温になった余剰燃料が燃料タンクに戻る結果、燃料タンク内の燃料を暖める。そして、燃料タンク内の温度が上昇して、エンジン稼動時における燃料の適正な動粘度を得ることができなくなる。勿論、燃料タンクからの放熱作用があるものの、特に外気温が高い場合には、燃料の高温化及びそれに基づく粘性の低下がより著しくなる。
【０００５】
これを防ぐために燃料タンクからエンジンの燃料噴射装置へ燃料を供給する燃料供給配管側、あるいはエンジンの燃料噴射装置から燃料タンクへと余剰になった燃料を戻す戻り配管側に、燃料の温度を適正に保つために燃料クーラを取り付けている建設機械がある。その一例を図５に基づいて説明する。図５は従来の建設機械に備えられたエンジンの燃料供給回路の例を示すブロック図である。
【０００６】
図において、１はエンジン、１ａは燃料噴射装置であり、燃料を供給し燃焼室に噴射しまた余剰となった燃料が排出されるという、機械式ガバナ，電気式ガバナ，コモンレール式等を含む周知の燃料噴射装置である。２は燃料タンク、３は燃料クーラ、４及び５は燃料フィルタであって、燃料フィルタは燃料供給回路中に１個乃至複数個が適宜設けられている。６は燃料タンク２から燃料噴射装置までの燃料供給配管で、燃料クーラ３の上流側配管６ａと燃料クーラ３の下流側の配管６ｂからなる。７は燃料噴射装置１ａから余剰となった燃料を燃料タンク２に戻すための戻り配管である。
【０００７】
８は燃料クーラ３の中を流れる燃料を冷却するために燃料クーラ３に冷却風を流通させるためのファンであって、エンジンの冷却水を冷却するためのファンと兼用してもよいし、別置きのファンで構成することもできる。
【０００８】
このような構成において、燃料は不図示の燃料ポンプ（通常燃料噴射装置１ａに含まれる）により燃料タンク２から燃料供給配管６ａを通って燃料クーラ３に入り冷却され燃料供給配管６ｂを通り、エンジン１の燃料噴射装置１ａに供給され燃焼する。そして、余剰となった燃料は戻り配管７を介して燃料タンク２に戻る。
【０００９】
上述の燃料クーラ３は、排気ガスの排出規制に対応するためにエンジンに改良を加えた結果として、余剰燃料が高温化することに対して、通常の稼動地において燃料の温度を適正範囲に保つために設けられたものである。
【００１０】
ところが、この種建設機械は、寒冷地あるいは極寒地で稼動される場合がある。そのような外気温の低い環境の中では、逆に燃料の粘度が高くなる。それにも拘らず、燃料クーラにより燃料が冷却されると、燃料の流動性が悪化し、エンジン始動及び稼動時に燃料供給回路における燃料の流動性が損なわれることになり、燃料フィルタが目詰まりする等もあることから、エンジンへの燃料供給量が不足したりする等、エンジンの正常稼動に支障をきたすという不具合が生じる。
このような不具合を解決するための技術が、例えば特開平９−２４２６２４号公報に開示されている。この従来技術では、燃料クーラを冷却するために、ラジエータ等の熱交換器用として設けられるエンジン冷却ファンとは別のファンを設けるとともに、燃料の温度を検出するために燃料タンクに温度検出器を設け、燃料の温度によって燃料クーラを冷却するためのファン回転数を制御するようになっている。具体的には、冷却ファンを油圧モータで駆動するようになし、このファン駆動用の油圧モータの制御を温度検出器からの信号に基づいて作動する電磁弁で行うようにしている。したがって、燃料の温度が所定温度以下の場合にはファンの回転を遅く、あるいは停止し、所定の温度より高くなった場合にはファン回転数を所定の回転数とすることにより、燃料の温度を制御し、結果として燃料の動粘度を所定の範囲とすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、燃料クーラを冷却するために、燃料クーラ専用の冷却ファンが必要となるだけでなく、燃料温度を検出する温度検出器と、この温度検出器による検出温度に基づいてファンを回転駆動する電磁弁等の機器が必要となり、全体として回路構成が複雑となり、設置スペース上の問題や組立性、コストアップ等別の問題が生じる。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料クーラを冷却するための特別な装置を用いることなく、エンジン稼動時に燃料の動粘度を適性範囲に保つことができる燃料供給回路を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、燃料タンクと、この燃料タンクとエンジンの燃料噴射装置とを結ぶ燃料供給配管と、前記燃料噴射装置からの余剰燃料を前記燃料タンクに戻す戻り配管と、前記燃料供給配管または戻り配管の途中に燃料クーラが設けられたエンジンの燃料供給回路において、前記燃料クーラの上流側の管路と下流側の管路との間にバイパス管路を設け、このバイパス管路には前記燃料クーラを通る流路と、この燃料クーラをバイパスさせる流路とを選択する流路選択手段を設け、前記流路選択手段は、少なくとも前記燃料クーラの圧力損失が下限値では前記燃料クーラを通る流路を選択し、少なくとも前記燃料クーラの圧力損失が上限値では前記燃料クーラをバイパスさせる流路を選択するものであることを特徴とするものである。
【００１３】
要するに、燃料クーラ内に燃料を通したときに、この燃料クーラによる圧力損失を基準として燃料の粘度を検出して、燃料を常に適正な範囲に保つようにしている。燃料はエンジンを通る間に加熱されるからその粘度は低下する。また、燃料クーラが設けられているので、この燃料クーラを通せば、燃料温度を低下させて、その粘度を高めることができ、もって燃料供給回路を流れる燃料の粘度を適性に保つことができる。したがって、燃料の粘度が下限値になるまでは、燃料クーラをバイパスさせて燃料を流し、燃料温度が上限値となったときに、燃料クーラを介して流すようにすることができる。また、燃料の粘度が上限値となるまでは、燃料クーラを介して燃料を流し、燃料温度が下限値となったときに、燃料クーラをバイパスさせて燃料を流すこともできる。
【００１４】
換言すると、燃料の粘度が上限値と下限値との間、つまり適正粘度範囲内であれば、燃料クーラを通すか、または燃料クーラをバイパスさせるかのいずれであっても良いが、少なくとも下限値の粘度状態では必ず燃料クーラを通し、少なくとも上限値の粘度状態では必ず燃料クーラをバイパスさせるように設定されている。
【００１５】
燃料クーラの圧力損失は、燃料クーラの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧により検出することができる。すなわち、燃料クーラを通過する際に発生する上流側の圧力と下流側の圧力との差圧の程度により燃料クーラの圧力損失を実質的に検出できる。そして、燃料クーラによる圧力損失の下限値は、燃料クーラを介して燃料を流したときに、エンジン稼動時における燃料の適正な動粘度を基準として設定される。一方、圧力損失の上限値は、燃料クーラを通過することにより、より厳密にいえば、燃料クーラのみならず、燃料フィルタ等を含めた燃料供給回路を流通する燃料の粘度が高くなって、燃料噴射装置に必要な燃料供給量が得られなくなるときを基準として設定される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明における第１の実施の形態について図１及び図２に基づき説明する。本実施の形態を示す図において、図５と同じまたは同等のものには同じ符号を付しその説明は省略する。
【００１７】
この図１において、エンジンの燃料冷却装置は従来の技術で説明した図５のものと基本となる部分は実質的に同じであるが、図中の符号９は、燃料クーラ３の燃料供給配管６において、その上流側配管６ａと下流側配管６ｂとの差圧を検出する流路選択手段としての流路選択弁であって、この流路選択弁９は、これら上流側，下流側配管６ａ，６ｂにおいて、燃料クーラ３と燃料フィルタ４，５との間の位置に接続したバイパス管路１０に設けられている。
【００１８】
流路選択弁９は、上流側配管６ａと下流側配管６ｂとの差圧により開閉するものである。上流側の圧力が下流側の圧力に対して、ばね９ａにより設定される下限値より高い場合には、流路選択弁９が開いて、流路選択弁９が設けられているバイパス管路１０を介して、上流側配管６ａと下流側配管６ｂとが直接連通し、つまり燃料クーラ３を介さずにエンジン１に燃料を供給する。また、上流側と下流側との差圧がばね９ａにより設定される下限値より低くなると、流路選択弁９が閉じて、燃料は燃料クーラ３により冷却した上で、エンジン１に供給される。
【００１９】
ここで、流路選択弁９におけるばね９ａにより与えられる下限値は、燃料クーラ３の上流側と下流側との差圧、つまり燃料クーラ３を介して燃料を流通させたときに、この燃料クーラ３内で生じる圧力損失の下限値である。この下限値は、燃料クーラ３を介して燃料を流したときに、エンジン稼動時における燃料の適正な動粘度を基準として設定されるものであり、燃料を回路内で循環させたときに、噴射ポンプのプランジャーや噴射ノズルのニードル弁等摺動部位の磨耗や漏れを起こす可能性がある粘度状態より多少高い粘度状態を基準として設定される。
【００２０】
燃料の粘度は温度に依存する。即ち、燃料温度が低いときには、粘度が高くなり、燃料温度の上昇に応じて粘度が低下する。このため、燃料の粘度が下限値になると、つまり燃料の温度が高くなると、燃料クーラ３により燃料を冷却することにより燃料温度を低下させて、適正な動粘度を保持させるようにする。一方、下限値を上回っていれば、流路選択弁９が開き、燃料はバイパス管路１０を介して、つまり燃料クーラ３を通さずにエンジン１に供給される。
【００２１】
ここで、一般に、建設機械においては、エンジン１は、最低回転数、つまりローアイドル回転数と、最高回転数、つまりハイアイドル回転数とが設定されている。当然、ローアイドル回転数時と、ハイアイドル回転数時とでは、エンジン１への燃料供給量が異なってくる。図２に燃料温度と燃料クーラ３における圧力損失との関係を示す。図中において、縦軸は燃料クーラ３を通過する燃料の圧力損失（Ｐ）、横軸は燃料の温度（℃）である。線分Ａはエンジン１がローアイドル回転時の、またＢはエンジン１がハイアイドル回転時のそれぞれにおける、燃料クーラ３内をエンジンに必要な燃料が流れるときの圧力損失と燃料温度との関係を示したものである。そして、図中において、燃料温度ＴｍｉｎからＴｍａｘまでの温度範囲が燃料の適正粘度範囲となっている。
【００２２】
燃料の温度が上昇して、その粘度が低下すると、燃料クーラ３を通過する際の圧力損失が低下する。そこで、この圧力損失を検出することによって、燃料の粘度を測定できる。エンジン１の回転数がローアイドル回転時とハイアイドル回転時とでは、燃料供給回路を流れる燃料の流量が変化するために、その圧力損失に差が生じる。圧力損失は大流量が必要なハイアイドル回転時の方がより大きくなる。そこで、燃料における粘度の下限値を設定するに当っては、ハイアイドル回転時（Ｂ）を基準として、温度Ｔｍａｘよりある程度低い燃料温度Ｔ１を適正粘度の下限値（ＬＬｉｍ）として設定する。エンジン１がハイアイドル回転時に燃料温度がＴ１となるのは、流路選択弁９の両端の差圧がＰ２となったときである。そこで、この差圧がＰ２となると、燃料が燃料クーラ３を通る流路となるように、流路選択弁９のばね９ａのばね力を設定する。
【００２３】
このため、エンジン１がハイアイドル回転時には、燃料温度が流路選択弁９により設定されたＴ１になると、流路選択弁９が閉じて、燃料タンク２から供給される燃料が燃料クーラ３を通るようになり、燃料が冷却されるので、適正粘度以下となることはない。また、差圧がＰ２よりも高い場合、すなわち燃料の温度がＴ１よりも低い場合には、流路選択弁９が開いて、エンジン１に供給される燃料が燃料クーラ３を通らないようになる。したがって、燃料が過冷却されて、燃料供給回路を流れる際における抵抗が増大して、供給不足が発生することはない。
【００２４】
また、エンジン１が例えばローアイドル回転状態となっている場合には、燃料の温度がより低いＴ２の状態で、流路選択弁９が閉じて、燃料クーラ３を通る流路が選択される。しかし、この燃料温度Ｔ２は燃料の適正粘度の上限となる燃料温度Ｔｍｉｎ以上であり、燃料温度Ｔ２の状態で燃料クーラ３を通したとしても、何等問題とはならない。
以上のように、本実施の形態によれば、燃料クーラを冷却するために特に専用の装置を用いずに、また燃料温度を温度検出器で直接測定しないにも拘らず、エンジン稼動時の燃料の動粘度を常に適性に保つことができる。したがって、燃料供給回路がシンプルな構成となり、燃料を冷却するための装置として大きなスペースも不要となり、組立も容易となる。また、コスト的にもそれほど大幅にアップすることもない。
【００２５】
次に、本発明における第２の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３は図１同様にエンジンの燃料供給回路のブロック図である。この実施の形態では、戻り配管７に燃料クーラ３を設けたものである。そして、燃料噴射装置１ａからの戻り配管７における上流側配管７ａと下流側配管７ｂとの間にバイパス管路１０を接続して設け、このバイパス管路１０には、上流側配管７ａ内の燃料圧力が設定圧に達したとき余剰燃料が燃料クーラ３を通さずその下流側配管７ｂに導くリリーフ弁１９が設けられている。
【００２６】
ここで、下流側配管７ｂ内の圧力は常に燃料タンク２の圧力とほぼ同じであり、燃料クーラ３による圧力損失は、上流側配管７ａに生じる圧力と実質的に同じになる。そこで、バイパス管路１０に設けたリリーフ弁１９は上流側配管７ａ内の圧力を検出して、ばね１９ａにより設定された設定圧に基づいて、燃料噴射装置１ａから流出する余剰燃料を、燃料クーラ３を介して燃料タンク２に戻すか、あるいは、バイパス管路１０を通って、燃料クーラ３を通さずに燃料タンク２に戻すようになっている。
【００２７】
この第２の実施の形態では、リリーフ弁１９の設定圧として、粘度の上限値が設定される。即ち、図２において、上流側配管７ａ内の圧力に置き換えられる燃料クーラ３の圧力損失の上限値Ｐ１は、ローアイドル回転時（Ａ）を基準として設定され、適正粘度の上限値（ＨＬｉｍ）となるように、温度Ｔｍｉｎよりある程度高い燃料温度Ｔ３となったときに燃料クーラ３を介さずに燃料タンク２に戻すようにリリーフ弁１９におけるばね１９ａのばね力が調整される。
【００２８】
また、エンジン１がハイアイドル回転状態で作動している際には、前述した燃料温度Ｔ３より高い燃料温度Ｔ４でバイパス管路１０を選択するようにリリーフ弁１９が作動するが、この燃料温度Ｔ４は適正粘度範囲の温度である燃料温度範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘ内であるので、リリーフ圧をこの範囲内に設定したとしても全く問題とはならない。したがって、この第２の実施の形態によっても上述した第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００２９】
次に、本発明における第３の実施の形態を図４に基づいて説明する。この第３の実施の形態では、燃料供給配管６上にタンク２から燃料を吸い込み、エンジン１へと燃料を供給するために、エンジン１の作動に連動して作動する燃料供給ポンプ２０を設けている。また、バイパス管路１０上には、上流側配管６ａ内の圧力に応じて管路を連通、遮断する流路選択手段としてのリリーフ弁２９が設けられている。このリリーフ弁２９のばね２９ａによる設定圧は、エンジンがハイアイドル回転時の動粘度の許容下限値となる燃料温度Ｔ１における燃料供給ポンプ２０からの吐出圧Ｐ０にしている。その他の構成については、上述した第１の実施の形態と同様になっている。
以上のように構成した第３の実施の形態では、燃料の温度がＴ１よりも高温の状態では動粘度の低下により燃料供給回路全体の負荷が小さくなるため、エンジン回転数に関わらず燃料供給ポンプ２０の吐出圧がリリーフ弁２９の設定圧Ｐ０よりも低くなる。したがって、燃料温度が動粘度の許容下限値となるＴ１以上のときには、リリーフ弁２９が遮断状態となり燃料が燃料クーラ３側を経由してエンジン１に供給される。
一方、燃料温度が動粘度の許容上限値であるＴ３において、エンジン１がローアイドル回転時には、図２に示すように温度Ｔ１のハイアイドル時よりも圧力損失が大きくなっている。すなわち、ハイアイドル回転からローアイドル回転となり燃料流量が減少し、これによる燃料供給ポンプ２０の吐出圧の低下分よりも、温度低下に起因する動粘度の低下による吐出圧の増加分の方が大きくなる。したがって、少なくとも燃料の温度が動粘度の許容下限値であるＴ３より低いときには、燃料供給ポンプ２０の吐出圧がリリーフ弁２９の設定圧より高くなり、バイパス通路１０が連通状態となり、燃料が燃料クーラ３をバイパスしてエンジン１へ供給される。この第３の実施形態によっても、上記した第１及び第２の実施形態同様の効果を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明は、燃料クーラを備えたエンジンの燃料供給回路において、燃料クーラによる圧力損失に基づいて、燃料を燃料クーラを介して流すか、燃料クーラをバイパスさせて流すかの選択を行うようにしているので、燃料クーラを冷却するための専用の装置を設けることなく簡単な構成によって、常に燃料の粘度を適正範囲に管理することができる。これにより、燃料を冷却するための装置設置スペースをそれほど大きくする必要がなく、容易に組立てることができる。またコスト的にもメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施の形態を示すエンジンの燃料供給回路のブロック図である。
【図２】エンジンのローアイドル回転時とハイアイドル回転時とにおける燃料温度と燃料タンクにおける圧力損失との関係を示す線図である。
【図３】本発明における第２の実施の形態を示すエンジンの燃料供給回路のブロック図である。
【図４】本発明における第３の実施の形態を示すエンジンの燃料供給回路のブロック図である。
【図５】従来のエンジンの燃料供給回路のブロック図である。
【符号の説明】
１　エンジン
１ａ　燃料噴射装置
２　燃料タンク
３　燃料クーラ
４，５　燃料フィルタ
６（６ａ，６ｂ）　燃料供給配管
７（７ａ，７ｂ）　戻り配管
９　流路選択弁
１０　バイパス管路
１９　リリーフ弁
２９　リリーフ弁
【図１】
2004036537.tif 000003
【図２】
2004036537.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004036537.tif 000006
【図５】
2004036537.tif 000007