(57)【要約】【課題】暖機完了後及びエンジン冷態時における始動直後においても燃料を加熱可能にして、燃料の霧化を促進しエンジン始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を低減する。【解決手段】排気通路１７から吸気通路１５に排ガスを還流可能に構成されたＥＧＲ通路２１ａと、燃料噴射ポンプ３３から圧縮供給される高圧燃料を蓄圧可能に構成されたコモンレール３２と、コモンレール３２に蓄圧された燃料を複数の気筒内に噴射する複数の  インジェクタ３１とを備える。ＥＧＲ通路２１ａを通って還流する排ガスの一部をコモンレール３２の周囲に流通させて高圧燃料を加熱可能に構成された加熱排ガス流路５１と、それに流通する排ガスの流量を調整可能に構成された流量調整弁５２と、コモンレール３２に蓄圧された高圧燃料の温度を検出する温度センサ５３と、温度センサ５３の検出出力に基づいて流量調整弁５２を制御可能に構成されたコントローラ２４とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン(12)の排気通路(17)に一端が接続され他端が前記ディーゼルエンジン(12)の吸気通路(15)に接続されて前記排気通路(17)から前記吸気通路(15)に排ガスを還流可能に構成されたＥＧＲ通路(21a)と、燃料噴射ポンプ(33)に接続され前記燃料噴射ポンプ(33)から圧縮供給される高圧燃料を蓄圧可能に構成されたコモンレール(32)と、前記ディーゼルエンジン(12)の複数の気筒にそれぞれ設けられ前記コモンレール(32)に蓄圧された燃料を前記複数の気筒内に噴射する複数のインジェクタ(31)とを備えたＥＧＲ通路付きディーゼルエンジンの燃料供給装置において、
前記ＥＧＲ通路(21a)を通って還流する排ガスの一部を前記コモンレール(32)の周囲に流通させて前記コモンレール(32)に蓄圧された高圧燃料を加熱可能に構成された加熱排ガス流路(51)と、
前記加熱排ガス流路(51)に流通する排ガスの流量を調整可能に構成された流量調整弁(52)と、
前記コモンレール(32)に蓄圧された高圧燃料の温度を検出する温度センサ(53)と、
前記温度センサ(53)の検出出力に基づいて前記流量調整弁(52)を制御可能に構成されたコントローラ(24)と
を備えたことを特徴とするＥＧＲ通路付きディーゼル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、ＥＧＲ通路付きディーゼルエンジンに設けられ、高圧燃料を蓄圧可能なコモンレールを用いた燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境汚染を防止するため、自動車用エンジンの排ガス規制は一段と厳しくなり、排ガス中のＮＯｘやパティキュレートの削減は急務となってきている。このため、エンジンにターボ過給機とともに排ガスの一部を吸気通路又はシリンダに還流させて再循環させる装置を備えることが行われている。従来、この種の排ガス再循環装置として、エンジンのシリンダにターボ過給機のコンプレッサを介してエアを供給する吸気管がエンジンの吸気ポートに接続され、シリンダ内の排ガスをターボ過給機のタービンを介して大気に排出する排気管がシリンダの排気ポートに接続され、排気マニホルドから分岐して吸気マニホルドに接続されたＥＧＲパイプにＥＧＲバルブが設けられ、更にエンジンの回転速度及び負荷に基づいてコントローラがＥＧＲバルブを制御するように構成されたものが知られている。このように構成された排ガス再循環装置では、エンジンの低負荷から中負荷運転時にコントローラがＥＧＲバルブを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させ、排ガス（不活性ガス）の持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ内での混合気の最高燃焼温度を低下させてＮＯｘを低減するとともに、エンジンの中負荷から高負荷運転時にはコントローラがＥＧＲバルブを絞って排ガスの再循環を減少させてシリンダ内の空気不足を解消することにより、エンジンからの黒煙の排出を減少させるようになっている。
【０００３】
また、ディーゼルエンジンでは燃料の噴射圧を高めて燃料をより微粒子化すると、パティキュレートが低減することが知られている。そこで、高圧の燃料を蓄圧するコモンレールを用い、エンジンの回転速度に拘らず常に高圧の燃料を噴射できる燃料供給装置も提案されている。この燃料供給装置におけるコモンレールには燃料噴射ポンプが第１燃料パイプを介して接続され、気筒毎にシリンダヘッドに挿入された複数のインジェクタのそれぞれに第２燃料パイプを介して接続される。コントローラにはアクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルセンサと、エンジンの回転数を検出する回転センサが接続され、アクセルセンサ及び回転センサの検出出力に基づいてインジェクタから噴射される燃料の目標噴射量が決められる。この目標噴射量に基づいてコントローラはインジェクタの開放時間を制御してコモンレールに蓄圧された高圧燃料をエンジンの気筒内に直接噴射することにより、燃料をより微粒子化してパティキュレートを低減することができるものとしている。
【０００４】
そして、近年では、このようなコモンレールを用いた燃料供給装置において、噴射燃料の微粒化を促進し燃焼性能を高めるとともにＨＣ（炭化水素）等の未燃排出物を低減するため、燃料をコモンレール等においてエンジン出口の高温冷却水によって加熱する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この燃料供給装置では、インジェクタに接続される第２燃料パイプやコモンレール等の周囲にエンジン出口の高温冷却水が導入される加熱冷却水室を設け、その加熱冷却水室内に流通する高温冷却水によって第２燃料パイプやコモンレール等の内部における高圧燃料を加熱することにより噴射燃料の微粒化を更に促進している。
【特許文献１】特開２０００−１４５５７１号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、噴射燃料の微粒化を促進するためにはコモンレール内部における高圧燃料の温度を１５０℃〜３００℃に加熱することが好ましいけれども、エンジン出口の高温冷却水の温度は９０℃〜１００℃であり、その冷却水を用いてコモンレール内部における高圧燃料の温度を加熱するには一定の限界があった。
また、ディーゼルエンジンにおいては、温められていない始動直後に多量のＨＣ（炭化水素）等の未燃排出物が発生することが知られている。そして、かかる始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を低減するには、その始動直後に燃料を可能な範囲で高い温度レベルに保持して燃料の霧化を促進するのが効果的である。にもかかわらず、エンジンの運転時においてコモンレール等の燃料供給配管の周囲に形成された加熱冷却水室にエンジン出口の高温冷却水を導いて燃料を加熱する従来の技術では、冷却水が高温状態になる暖機完了後のエンジン運転中は常時高温冷却水による燃料の加熱が可能であるが、エンジン冷態状態での始動直後のようにエンジンの暖機が完了していない状態では冷却水温度が低いため、該冷却水による燃料の加熱は殆どなされず燃料は低温状態のままであり、燃料を加熱できず、始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物の低減は困難となる不具合がある。
本発明の目的は、暖機完了後におけるエンジン運転中は勿論、エンジン冷態時における始動直後においても燃料を速やかに加熱して、燃料の霧化を促進しエンジン始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を低減し得るＥＧＲ通路付きディーゼルエンジンの燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１２の排気通路１７に一端が接続され他端がディーゼルエンジン１２の吸気通路１５に接続されて排気通路１７から吸気通路１５に排ガスを還流可能に構成されたＥＧＲ通路２１ａと、燃料噴射ポンプ３３に接続され燃料噴射ポンプ３３から圧縮供給される高圧燃料を蓄圧可能に構成されたコモンレール３２と、ディーゼルエンジン１２の複数の気筒にそれぞれ設けられコモンレール３２に蓄圧された燃料を複数の気筒内に噴射する複数のインジェクタ３１とを備えたＥＧＲ通路付きディーゼルエンジンの燃料供給装置の改良である。
その特徴ある構成は、ＥＧＲ通路２１ａを通って還流する排ガスの一部をコモンレール３２の周囲に流通させてコモンレール３２に蓄圧された高圧燃料を加熱可能に構成された加熱排ガス流路５１と、加熱排ガス流路５１に流通する排ガスの流量を調整可能に構成された流量調整弁５２と、コモンレール３２に蓄圧された高圧燃料の温度を検出する温度センサ５３と、温度センサ５３の検出出力に基づいて流量調整弁５２を制御可能に構成されたコントローラ２４とを備えたところにある。
【０００７】
この請求項１に記載されたＥＧＲ通路付きディーゼルエンジンの燃料供給装置では、コントローラ２４は温度センサ５３の検出出力に基づいて流量調整弁５２を開く。すると、ＥＧＲ通路２１ａを通って還流する排ガスの一部がコモンレール３２の周囲に流通してコモンレール３２に蓄圧された高圧燃料が加熱される。この結果、エンジン運転中の燃料の霧化は促進しエンジン１２から排出されるＨＣ等の未燃排出物を有効に低減することができる。特にエンジン１２の始動直後における排ガスの温度上昇は冷却水の温度上昇に比較して比較的早期に上昇するため、コモンレール３２における高圧燃料の温度も比較的早期に上昇させることができる。この結果、暖機完了後におけるエンジン運転中は勿論、エンジン冷態時における始動直後においても燃料を速やかに加熱して、燃料の霧化を促進しエンジン始動直後であってもＨＣ等の未燃排出物を低減することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のＥＧＲ通路付きディーゼルエンジンの燃料供給装置では、ＥＧＲ通路を通って還流する排ガスの一部をコモンレールの周囲に流通させてコモンレールに蓄圧された高圧燃料を加熱可能に構成された加熱排ガス流路と、加熱排ガス流路に流通する排ガスの流量を調整可能に構成された流量調整弁と、コモンレールに蓄圧された高圧燃料の温度を検出する温度センサと、温度センサの検出出力に基づいて流量調整弁を制御可能に構成されたコントローラとを備えたので、コントローラが温度センサの検出出力に基づいて流量調整弁を開くと、コモンレールの周囲に流通する排ガスによりコモンレールに蓄圧された高圧燃料を加熱することができる。この結果、エンジン運転中の燃料の霧化は促進しエンジンから排出されるＨＣ等の未燃排出物を有効に低減することができる。特にエンジンの始動直後における排ガスの温度上昇は冷却水の温度上昇に比較して比較的早期に上昇するため、コモンレールにおける高圧燃料の温度も比較的早期に上昇し、暖機完了後におけるエンジン運転中は勿論、エンジン冷態時における始動直後においても燃料の霧化は促進されてＨＣ等の未燃排出物を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、車両にはターボ過給機１１を有するディーゼルエンジン１２が搭載される。このエンジン１２のシリンダ１３の吸気ポート１４には吸気通路１５、即ち吸気マニホルド１５ａを介して吸気管１５ｂが接続され、シリンダ１３の排気ポート１６には排気通路１７、即ち排気マニホルド１７ａを介して排気管１７ｂが接続される。シリンダ１３内には図示しないピストンが上下動可能に設けられる。ターボ過給機１１は吸気管１５ａに設けられコンプレッサ羽根車（図示せず）を回転可能に収容するコンプレッサハウジング１１ａと、排気管１７ｂに設けられタービン羽根車（図示せず）を回転可能に収容するタービンハウジング１１ｂとを有する。タービンハウジング１１ｂ及びコンプレッサハウジング１１ａはシャフト（図示せず）の中央を回転可能に保持する接続部１１ｃにより接続され、このシャフトの両端に上記タービン羽根車及びコンプレッサ羽根車がそれぞれ嵌着される。図１の１９はコンプレッサハウジング１１ａ及び吸気マニホルド１５ａ間の吸気管１５ｂに設けられ吸気を冷却するインタクーラである。
【００１０】
またエンジン１２にはＥＧＲ装置２１が設けられる。このＥＧＲ装置２１は、一端が排気マニホルド１７ａに接続されエンジン１２をバイパスして他端が吸気マニホルド１５ａに接続されたＥＧＲパイプ２１ａと、ＥＧＲパイプ２１ａに設けられ排気マニホルド１７ａからＥＧＲパイプ２１ａを通って吸気マニホルド１５ａに還流される排ガスの流量を調整可能なＥＧＲバルブ２１ｂとを有する。ＥＧＲバルブ２１ｂは図示しないがモータにより弁体を駆動してバルブ本体の開度を調節する電動弁である。なおＥＧＲバルブとして電動弁ではなくエア駆動型弁等を用いてもよい。図１の符号２１ｃはＥＧＲパイプ２１ａに設けられ、吸気マニホルド１５ａに還流される排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラである。
【００１１】
またエンジン１２にはクランク軸の回転速度を検出する回転センサ２２と、アクセルペダルの踏込み量を検出する、即ちエンジン１２の負荷を検出する負荷センサ２３とが設けられる（図１）。回転センサ２２及び負荷センサ２３の各検出出力はコントローラ２４の制御入力に接続され、コントローラ２４の制御出力はＥＧＲバルブ２１ｂに接続される。そして、コントローラ２４は、エンジン１２の低負荷から中負荷運転時にＥＧＲバルブ２１ｂを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させ、排ガス（不活性ガス）の持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ内での混合気の最高燃焼温度を低下させてＮＯｘを低減するとともに、エンジン１２の中負荷から高負荷運転時にはコントローラ２４がＥＧＲバルブ２１ｂを閉じて排ガスの再循環を停止してシリンダ１３内の空気不足を解消することにより、エンジン１２から黒煙が排出されることを減少させるように構成される。
【００１２】
図２及び図３にこのディーゼルエンジン１２に設けられた燃料供給装置を示す。この燃料供給装置は、一端（下端）が気筒毎にシリンダヘッド１３ａに挿入された複数のインジェクタ３１と、図示しないクランクシャフトと平行になるようにシリンダヘッド１３ａ上面に取付けられた単一のコモンレール３２とを備える。シリンダヘッド１３ａの上面はシリンダヘッドカバー１３ｂにより覆われる（図２）。これによりシリンダヘッド１３ａの上面から突出する上記複数のインジェクタ３１の他端（上端）もシリンダヘッドカバー１３ｂにより覆われるとともに、コモンレール３２もシリンダヘッドカバー１３ｂ内に収容される。またコモンレール３２は燃料噴射ポンプ３３に単一の第１燃料パイプ３４を介して接続されるとともに、複数のインジェクタ３１に複数の第２燃料パイプ３６を介してそれぞれ接続され、コモンレール３２に蓄圧された燃料をインジェクタ３１は複数の気筒内に噴射するように構成される。更に燃料噴射ポンプ３３はエンジン１２の外部に設けられる。
【００１３】
図３に示すように、コモンレール３２には第１短管３７と第２短管３８とが突設される。第１短管３７の先端はシリンダヘッド１３ａの側壁に円形に形成された貫通孔３９に臨み、この第１短管３７の先端には第１燃料パイプ３４の端部がナット４１を介して接続される。第１短管３７の先端には雄ねじ（図示せず）が形成され、ナット４１にはこの雄ねじに螺合可能な雌ねじ（図示せず）が形成される。ナット４１は六角形部４１ａと貫通孔３９に遊挿される円筒部４１ｂとを有する。またナット４１は予め第１燃料パイプ３４の端部に回転可能に嵌入され、ナット４１の雌ねじは円筒部４１ｂを貫通孔３９に遊挿した状態で第１短管３７の雄ねじに螺合される。更に上記ナット４１の円筒部４１ｂと貫通孔３９との隙間は第１シール部材４２により塞がれる。なお、燃料噴射ポンプ３３から送出された燃料はシリンダヘッドカバー１３ｂに収容されたコモンレール３２に蓄圧保持された後に、各インジェクタ３１にそれぞれ供給されるように構成される（図２）。
【００１４】
一方、第２短管３８は、シリンダヘッド１３ａの側壁に略Ｕ字状に形成された切欠き４３を通ってシリンダヘッド１３ａの外側方に突出し、その先端にはコモンレール３２内の燃料圧力を検出する圧力センサ４４が取付けられる。この圧力センサ４４はコモンレール３２内の燃料圧力を検出し、コントローラ２４（図１）は上記圧力センサ４４の検出出力に基づいてコモンレール３２の燃料圧力が所定の値になるように燃料噴射ポンプ３３を制御する。また第２短管３８の外周面と切欠き４３の内周面との隙間は第２シール部材４６により塞がれる。この第２シール部材４６は、第２短管３８に嵌入可能な孔４６ａを有するラバー体であって、略Ｕ字状の切欠き４３に遊挿されてシリンダヘッド１３ａの側壁に当接するプレート４６ｂが形成される。そのプレート４６ｂはシリンダヘッド１３ａの側壁表面にボルト４７，４７により取付けられる。
【００１５】
本発明の特徴ある構成は、パイプからなるＥＧＲ通路２１ａを通って還流する排ガスの一部をコモンレール３２の周囲に流通させてそのコモンレール３２に蓄圧された高圧燃料を加熱可能に構成された加熱排ガス流路５１を設けたところにある。この実施の形態における加熱排ガス流路５１は、コモンレール３２の外表面から所定の隙間を開けて被覆するカバー体５１ａと、そのカバー体５１ａの後端とＥＧＲクーラ２１ｃより上流側のＥＧＲパイプ２１ａを接続しコモンレール３２の外表面とカバー体５１ａ内面の所定の隙間に排ガスを案内してコモンレール３２に蓄圧された高圧燃料を加熱させる第１配管５１ｂと、そのカバー体５１ａの前端とＥＧＲクーラ２１ｃより下流側のＥＧＲパイプ２１ａを接続しコモンレール３２の外表面とカバー体５１ａ内面の所定の隙間にあって高圧燃料を加熱した排ガスをＥＧＲ通路２１に戻す第２配管５１ｃとを備える。そして、コモンレール３２はカバー体５１ａにより被覆された状態でシリンダヘッドカバー１３ｂ内に収容され、第１配管５１ｂには加熱排ガス流路５１であるこの第１配管５１ｂに流通する排ガスの流量を調整可能に構成された流量調整弁５２が設けられる。
【００１６】
シリンダヘッド１３ａの外側方に突出して設けられた第２短管３８の先端には、コモンレール３２に蓄圧された高圧燃料の温度を検出する温度センサ５３が圧力センサ４４と並んで取付けられる。この温度センサ５３はコモンレール３２内の燃料温度を検出し、コントローラ２４（図１）はこの温度センサ５３の検出出力に基づいてコモンレール３２の燃料温度が所定の値になるように流量調整弁５２を制御可能に構成される。
【００１７】
このように構成されたＥＧＲ通路付きディーゼルエンジンの燃料供給装置では、エンジン１２の低負荷から中負荷運転時には、コントローラ４６は回転センサ４３及び負荷センサ４４の各検出出力を取込み、ＥＧＲバルブ２１ｂを所定の開度で開く。このため排気マニホルド１７ａ内の排ガスがＥＧＲパイプ２１ａ及び吸気マニホルド１５ａを通ってエンジン１２のシリンダ１３に流入する。この結果、排ガス（不活性ガス）の持つ熱容量により及び吸気中の酸素濃度の減少により、シリンダ１３内での混合気の最高燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの排出を低減することができる。
【００１８】
一方、コントローラ２４は温度センサ５３の検出出力に基づいてコモンレール３２の燃料温度が所定の値になるように流量調整弁５２を開く。すると、ＥＧＲクーラ２１ｃより上流側のＥＧＲパイプ２１ａから第１配管５１ｂを介してコモンレール３２の外表面とカバー体５１ａ内面の所定の隙間に排ガスが案内され、その排ガスによりコモンレール３２に蓄圧された高圧燃料は所定の温度まで加熱される。ここで、低負荷時の排ガス温度は２００℃程度であるが、比較的多くの排ガスをコモンレール３２の周囲に流通させることにより、コモンレール３２内部の燃料を早期に高温状態にしてその状態を維持することができる。特にエンジン１２の始動直後における排ガスの温度上昇は冷却水の温度上昇に比較して比較的早期に上昇するため、本発明ではコモンレール３２における高圧燃料の温度を比較的早期に上昇させることができる。この結果、エンジン１２の始動直後においても燃料は有効に加熱されて、その燃料の霧化を促進しエンジン始動直後におけるＨＣ等の未燃排出物を有効に低減することができる。なお、温度センサ５３の検出出力に基づいて燃料温度が所定の値になるとコントローラ２４は流量調整弁５２を絞ってそれ以上燃料の温度が上昇することを防止する。
【００１９】
またエンジン１２の中負荷から高負荷運転時には、コントローラ４６は回転センサ４３及び負荷センサ４４の各検出出力を取込み、ＥＧＲバルブ２１ａを絞る。この結果、シリンダ１３に流入する排ガス量の割合は減少し、吸気量が増加してシリンダ１３の空気不足が解消され、エンジン１２からの黒煙の排出を減少することができる。
一方、コントローラ２４は温度センサ５３の検出出力に基づいてコモンレール３２の燃料温度が所定の値になるように流量調整弁５２を開くけれども、エンジン１２の中負荷から高負荷運転時にはＥＧＲパイプ２１ａから第１配管５１ｂを介してコモンレール３２の外表面とカバー体５１ａ内面の所定の隙間に案内される排ガス量が減少する。しかし、高負荷時の排ガス温度は６００℃程度にまで上昇するため、コモンレール３２の周囲に流通する排ガスの量が減少しても、その排ガス温度が上昇することからコモンレール３２内部の燃料を高温状態に維持することができる。この結果、暖機完了後におけるエンジン運転中の燃料の霧化を促進しエンジン１２の暖機完了後におけるＨＣ等の未燃排出物を有効に低減することができる。なお、温度センサ５３の検出出力に基づいて燃料温度が所定の値になるとコントローラ２４は流量調整弁５２を絞ってそれ以上燃料の温度が上昇することを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明実施形態の燃料供給装置の構成を示す概念図である。
【図２】その燃料供給装置を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】その燃料供給装置のコモンレール周囲における加熱排ガス流路を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
【００２１】
１２  ディーゼルエンジン
１５  吸気通路
１７  排気通路
２１ａ  ＥＧＲ通路
２４  コントローラ
３１  インジェクタ
３２  コモンレール
３３  燃料噴射ポンプ
５１  加熱排ガス流路
５２  流量調整弁
５３  温度センサ
【図１】
2005325719.tif 000003
【図２】
2005325719.tif 000004
【図３】
2005325719.tif 000005