(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃料噴射装置に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置を備えた燃料供給装置において、
エンジンから流出される冷却水を導入して、該冷却水を保温しながら蓄積可能な蓄熱装置と、
該蓄熱装置と前記燃料加熱装置とを接続する冷却水供給路を通して前記蓄熱装置内の冷却水を前記燃料加熱装置へ供給可能な冷却水供給手段と、を備え、
前記冷却水供給手段が、前記蓄熱装置内における冷却水の温度を検出する蓄熱器温度検出手段と、エンジン出口の冷却水の温度を検出するエンジン水温センサとを備え、前記エンジン水温センサの検出温度が基準設定温度以下であって前記蓄熱器温度検出手段の検出温度が基準設定温度以上のときに前記蓄熱装置内の冷却水を前記燃料加熱装置へ供給し、エンジンの始動後一定時間経過したときに供給を停止することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記冷却水供給手段が、
エンジンの始動前状態を検出する始動前状態検出手段を備え、
該始動前状態検出手段により前記エンジンの始動前であることが検出されると、前記蓄熱装置内の冷却水を前記冷却水供給路を介して前記燃料加熱装置へ供給することを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記冷却水供給手段が、
前記蓄熱装置から前記冷却水供給路への冷却水の供給を許可又は禁止すべく切り換え作動される切換弁と、
前記蓄熱装置内の冷却水を前記冷却水供給路を介して前記燃料加熱装置へ送給する電動ポンプと、
前記切換弁と前記電動ポンプとの作動を制御する制御手段とを備えて構成されることを特徴とする請求項１ないし２記載の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用内燃機関等に適用され、エンジン出口の冷却水を導入し該冷却水を保温した状態で蓄積可能な蓄熱装置からの冷却水により、エンジンの燃料噴射装置に供給される燃料を加熱するように構成された燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射式の内燃機関において、噴射燃料の気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供されている。
かかる手段の１つに、特開２０００−１４５５７１号の発明がある。
【０００３】
かかる発明においては、インジェクタにより気筒内に燃料を直接噴射するようにした内燃機関において、前記インジェクタに接続される燃料供給配管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、該加熱冷却水室内の高温冷却水によって燃料供給配管内の燃料を加熱することによりベーパを生じることなく噴射燃料の気化を促進している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開２０００−１４５５７１号の発明には次のような問題点がある。
即ち、内燃機関においてはエンジンが温められていない始動直後に多量のＨＣ（炭化水素）等の未燃排出物の発生をみる。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、前記発明にも示されているように、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。
【０００５】
然るにかかる発明においては、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ので、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。
【０００６】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、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し得る内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、エンジンの燃料噴射装置に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置を備えた燃料供給装置において、エンジンから流出される冷却水を導入して、該冷却水を保温しながら蓄積可能な蓄熱装置と、該蓄熱装置と前記燃料加熱装置とを接続する冷却水供給路を通して前記蓄熱装置内の冷却水を前記燃料加熱装置へ供給可能な冷却水供給手段と、を備え、前記冷却水供給手段が、前記蓄熱装置内における冷却水の温度を検出する蓄熱器温度検出手段と、エンジン出口の冷却水の温度を検出するエンジン水温センサとを備え、前記エンジン水温センサの検出温度が基準設定温度以下であって前記蓄熱器温度検出手段の検出温度が基準設定温度以上のときに前記蓄熱装置内の冷却水を前記燃料加熱装置へ供給し、エンジンの始動後一定時間経過したときに供給を停止することを特徴とする燃料供給装置を提案する。
【０００８】
請求項２の発明は請求項１において、前記冷却水供給手段が、エンジンの始動前状態を検出する始動前状態検出手段を備え、該始動前状態検出手段により前記エンジンの始動前であることが検出されると、前記蓄熱装置内の冷却水を前記冷却水供給路を介して前記燃料加熱装置へ供給することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は請求項１ないし２において、前記冷却水供給手段が、前記蓄熱装置から前記冷却水供給路への冷却水の供給を許可又は禁止すべく切り換え作動される切換弁と、
前記蓄熱装置内の冷却水を前記冷却水供給路を介して前記燃料加熱装置へ送給する電動ポンプと、前記切換弁と前記電動ポンプとの作動を制御する制御手段とを備えて構成されることを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
かかる発明によれば、エンジンから流出される冷却水が蓄熱装置によって保温しながら蓄積されるとともに、この蓄熱装置内に蓄積されている高温冷却水が冷却水供給手段によって冷却水供給路を通して燃料加熱装置に供給される。
そして、燃料加熱装置は、前記蓄熱装置内における冷却水の温度を検出する蓄熱器温度検出手段と、エンジン出口の冷却水の温度を検出するエンジン水温センサとを備え、前記エンジン水温センサの検出温度が基準設定温度以下であって前記蓄熱器温度手段の検出温度が基準設定温度以上のときに前記蓄熱装置内の冷却水を前記燃料加熱装置へ供給し、エンジンの始動後一定時間経過後に供給が停止され、供給された高温冷却水によって燃料を加熱し、この加熱された燃料が燃料噴射装置に供給されることとなり、燃料の霧化（気化）が促進されてＨＣ等の未燃排出物の発生を大幅に低減でき燃焼性能を向上することができる。
【００１２】
また、エンジンの始動前状態が検出されると、蓄熱装置内の冷却水を燃料加熱装置へ供給することにより、エンジン始動時には加熱されて昇温された燃料が燃料噴射装置に供給されるので、ＨＣ等の未燃排出物の発生が最も多いエンジン始動直後における該未燃排出物の発生を大幅に低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１４】
図１は本発明の実施例に係る車両用内燃機関の燃料加熱システムを備えた冷却装置の構成図、図２は該実施例における制御ブロック図、図３は制御フローチャートである。
【００１５】
図１において、１００はエンジン、２は該エンジン１００のシリンダブロック、１は該シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッドである。１７はシリンダブロック２内に形成されたシリンダブロック冷却水路、１６はシリンダヘッド１内に形成されたシリンダヘッド冷却水路である。０９はシリンダヘッド冷却水路１６とシリンダブロック冷却水路１７とを接続する連絡通路で、各シリンダ毎に設けられている。
【００１６】
４はウォータポンプで、該ウォータポンプ４の冷却水出口はシリンダブロック冷却水路１７に接続されている。３はサーモスタット、６はヒータ、５はオイルクーラで、シリンダヘッド冷却水路１６出口は該サーモスタット３と冷却水管１３とに接続されている。２１は該サーモスタット３出口とウォータポンプ４の吸入口とを接続する冷却水管である。また１４は後述する切換弁１１からヒータ６及びオイルクーラ５を経てウォータポンプ４の吸入口に接続される冷却水管２１に合流する冷却水管である。
【００１７】
以上の構成により、エンジン１００の冷却系路における冷却水は、ウォータポンプ４から吐出されるとシリンダブロック冷却水路１７、連絡通路９及びシリンダヘッド冷却水路１６を通ってエンジン１００外部へ流出される。このエンジン１００の外部へ流出される冷却水の内、一部は直接サーモスタット３へ供給され、残部は冷却水管１３へ供給されることとなり、さらに、この冷却水管１３に供給された冷却水の一部は、冷却水管１３の途中から分岐して図示しないラジエータに接続される分岐路を介してラジエー夕に供給される。
【００１８】
分岐路を介してラジエータに供給された冷却水は、ラジエータの熱交換作用によって降温されてサーモスタット３に戻る構成となっているが、サーモスタット３は、シリンダヘッド冷却水路１６から抽出される冷却水が所定温度以下の状態ではラジエータから冷却水管２１への冷却水の流通を遮断して、シリンダヘッド冷却水路１６から流出される冷却水を冷却水管２１に直接流出する構成となっているため、冷却水が所定温度以下の状態では、分岐路内において冷却水の流動は発生せずに、シリンダヘッド冷却水路１６から冷却水管１３に流出された冷却水は略全て切換弁１１に供給されることとなる。
【００１９】
なお、冷却水が所定温度よりも高い状態では、サーモスタット３は、シリンダヘッド冷却水路１６と冷却水管２１との直接的な接続を遮断して、ラジエータと冷却水管２１とを接続するので、シリンダヘッド冷却水路１６から流出された冷却水は、冷却水管１３を介して切換弁１１に供給されるとともに、冷却水管１３から分岐路を介してラジエータへ供給された後にサーモスタット３を介して冷却水管２１に流出される。
【００２０】
７は燃料噴射装置で、燃料タンク内の燃料が燃料供給ポンプ８によって燃料油管１２を介して供給されるとともに、この供給された燃料を高圧に加圧してエンジン１００のシリンダ内に噴射せしめるもので、その構成自体は公知であるので、詳細な構造説明は省略する。
以上の基本構成は従来のものと同様である。
【００２１】
１０は断熱構造に構成された蓄熱装置で、前記エンジン１００の冷却水出口つまり前記シリンダヘッド冷却水路１６の出口に接続される冷却水管１３を介してエンジン出口の冷却水を導入し、該冷却水を保温しながら蓄積するものである。該蓄熱装置１０その構造自体は公知である。
３５は燃料加熱装置で、内部に燃料噴射装置７へ供給される燃料が通流する燃料油管１２が挿通されている。
【００２２】
１５ａ、１５ｂは冷却水供給管、１１は切換弁、３０は冷却水供給管１５ａの管路に設けられた電動ポンプで、該冷却水供給管１５ａは該切換弁１１の出口から前記燃料加熱装置３５に接続されている。また前記冷却水供給管１５ｂは、燃料加熱装置３５と冷却水管２１とを接続している。
また切換弁１１は四方弁にて構成され（必ずしも四方弁でなくてもよい）ており、４つの出入口が、エンジン冷却水出口側の冷却水管１３及び蓄熱装置１０及び冷却水供給管１５及びヒータ６等を経る戻り側の冷却水管１４に夫々接続され、後述するコントローラ３１（図２参照）からの制御信号によりこれら４つの出入口の接続を切り換えるものである。
【００２３】
図２において、３１はコントローラ、３３はエンジン１００出口の冷却水温度を検出して前記コントローラ３１に入力するエンジン水温センサ、３２は蓄熱装置１０内に蓄積されている冷却水の温度を検出してコントローラ３１に入力する蓄熱器温度センサ、３４はエンジン１００の始動状態を検知し該エンジン始動信号を前記コントローラ３１に入力する始動前状態検知手段である。
該始動前状態検知手段３４は、始動前状態信号として車室ドアの開き、キーレスエントリーの作動、リモコンスタータのオン信号等の、エンジン１００が始動操作される前の状態であることを検出する。
【００２４】
かかる構成からなる燃料加熱システムを備えた燃料供給装置において、エンジン水温センサ３３により検出されるエンジン１００出口の冷却水温度が所定温度よりも高い状態にある通常運転時にはコントローラ３１が切換弁１１をエンジンの冷却水出口に接続される冷却水管１３と蓄熱装置１０とを接続するとともに蓄熱装置１０と冷却水管１４とを接続するように切り換える。これにより、エンジン１００出口の高温冷却水が該冷却水管１３及び切換弁１１を通って断熱構造の該蓄熱装置１０に供給されて蓄積されるとともに、これまで蓄熱装置１０内に蓄積されていた冷却水が冷却水管１４へ流出してエンジン１００へ戻される。
【００２５】
次にエンジンの始動操作前後における動作を図２及び図３のフローチャートに基づき説明する。
先ず始動前状態検知手段３４により、車室ドアの開き、キーレスエントリーの作動、リモコンスタータのオン信号等の信号にてエンジン１００が始動操作される前の状態に入ったか否かを検出する（ステップ（１））。
ステップ（１）において、始動前状態である、即ちすぐに運転者により始動操作が行われる状態であることが検出されると、次にエンジン水温センサ３３からの検出信号によりエンジン１００出口の冷却水温度Ｔｅが基準設定温度Ｔｅ０よりも低いか否かを判定する（ステップ（２））。
冷却水温度Ｔｅが基準設定温度Ｔｅ０以上の場合には、燃料を加熱する必要がないと判断してリターンするが、基準設定温度Ｔｅ０よりも低い場合にはステップ（３）に進む。
ステップ（３）では前記蓄熱器温度センサ３２からの蓄熱装置内冷却水温度の検出値Ｔｃが予め設定された基準温度Ｔｃ０即ち燃料加熱装置３５において燃料を加熱することが可能な温度以上にあるか否か検出され、蓄熱装置１０内の冷却水温度Ｔｃが基準温度Ｔｃ０以上である場合には、前記コントローラ３１はタイマー値をリセット（ｔ＝０）した後、切換弁１１を冷却水管１３と蓄熱装置１０とを接続するとともに、蓄熱装置１０と冷却水供給管１５とが接続するように切り換える（ステップ（４））とともに、電動ポンプ３０を運転する（ステップ（５））。
【００２６】
かかる操作により、蓄熱装置１０内に蓄積されている高温冷却水が電動ポンプ３０によって冷却水供給管１５ａを通って燃料加熱装置３５に供給される。燃料加熱装置３５に供給された蓄熱装置１０からの高温冷却水は、燃料加熱装置３５内に形成された燃料加熱室３５ａ内を流動した後に冷却水供給管１５ｂに流出される。
そして、燃料加熱装置３５においては、燃料加熱室３５ａ内を燃料油管１２が挿通しているため、燃料加熱室３５ａを流動する高温冷却水によって燃料油管１２内の燃料が加熱されて昇温される。
そして、運転者の始動操作によってスタータが回転されると共に燃料供給ポンプ８が作動されてエンジン１００が始動する。このエンジン１００の始動操作直後には、燃料加熱装置３５によって加熱された燃料油管１２内の燃料が燃料噴射装置７に供給されて、この加熱された燃料がエンジン１００の各シリンダに噴射されることとなる。
【００２７】
エンジン１００の始動後、一定時間を経過したことを検出すると（ステップ（６））、前記コントローラ３１が切換弁１１を蓄熱装置１０と冷却水供給管１５との接続を遮断するように切り換えるとともに電動ポンプ３０を停止し（ステップ（７））、蓄熱装置１０から冷却水供給管１５を経て燃料加熱装置３５への高温冷却水の供給を遮断する。
【００２８】
尚、蓄熱装置１０内における冷却水の温度が燃料を加熱可能な温度（基準値）Ｔｃ０に達していない場合には、前記コントローラ３１は蓄熱器温度センサ３２からの蓄熱装置内冷却水温度の検出値Ｔｃを受けて、切換弁１１を蓄熱装置１０と冷却水供給管１５との接続が遮断されるように切り換えるとともに前記電動ポンプ３０を停止し、これにより蓄熱装置１０内における冷却水温度が低温のときには蓄熱装置１０から燃料加熱装置３５への冷却水の供給が遮断される。
【００２９】
従って、かかる実施例によれば、蓄熱装置１０内に蓄積されている高温冷却水を燃料加熱装置３５に供給して燃料を加熱し、この昇温された燃料が燃料噴射装置７に供給されるので、燃料の霧化（気化）が促進されてＨＣ等の未燃排出物の発生を大幅に低減できるとともに燃焼性能を向上できる。
【００３０】
また、始動前状態検知手段３４によりエンジン１００が始動前の状態にある、即ちエンジン１００の始動操作前であることが検知されると、燃料加熱装置３５に蓄熱装置１０から高温の冷却水が供給される構成となっており、エンジン１００の始動操作直後にはこの高温冷却水によって加熱された燃料が燃料噴射装置７によって各シリンダに噴射されるので、エンジン始動直後に最も発生し易いＨＣ等の未燃排出物の発生をより低減できる。
【００３１】
さらに、燃料加熱装置３５を、冷却水によって燃料を加熱する構成としたとともに、この燃料加熱装置３５へ供給される冷却水が蓄熱装置によって高温状態で保温されたまま蓄積される構成としたので、高温の冷却水をより迅速に燃料加熱装置３５へ供給することができ、始動時においてもＨＣ等の未燃排出物の発生をさらに低減できる。
なお、上述した実施形態では、燃料噴射装置７へ燃料を供給する燃料油管１２内の燃料を加熱する構成としたが、この構成に限定されることなく、燃料噴射装置７内（例えば、燃料噴射弁）における燃料を加熱するようにしても良い。
【００３２】
また、上述した実施形態においては、エンジン冷却水温度Ｔｅ又は蓄熱装置内の冷却水温度Ｔｃに応じて蓄熱装置内の冷却水を燃料加熱装置３５に供給する構成としていたが、外気温度、冷却水温度又はエンジン油温などから極寒冷地等のエンジン暖機に時間を要すると判断した場合には、蓄熱装置内の冷却水の燃料加熱装置３５への供給が終了した後に、切換弁１１を冷却水管１３と冷却水供給管１５ａとを連通させるように切り換え制御し、電動ポンプ３０を作動させることにより、エンジン１００から流出された冷却水を燃料加熱装置３５に供給して、このエンジン１００からの冷却水により燃料を加熱するように構成しても良い。なお、エンジン暖機が終了した後の通常運転状態においても、同様にエンジン１００からの冷却水により燃料を加熱することもできる。
【００３３】
さらに、上述した実施形態では、燃料加熱装置３５で燃料を加熱した冷却水は、冷却水供給管１５ｂを通って冷却水管２１に流出する構成となっているが、図１に２点鎖線で示すように、冷却水供給管１５ｂが燃料加熱装置３５と冷却水管１３とを連通し、燃料加熱装置３５で燃料を加熱した冷却水が冷却水供給管１５ｂを通って冷却水管１３へ流出するように構成しても良い。この場合には、冷却水を燃料加熱装置３５へ供給する電動ポンプ３０にかかる負荷が小さくなり、電動ポンプ３０を小型化できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、エンジン出口の冷却水の温度が基準設定温度以下であって蓄熱装置内における冷却水の温度が基準設定温度以上のときに、冷却水を前記燃料加熱装置へエンジンの始動後一定時間経過するまで供給されて、燃料を加熱しており、エンジン運転時には昇温された燃料が燃料噴射装置に供給されるので、燃料の霧化が促進されてＨＣ等の未燃排出物の発生を大幅に低減でき、燃焼性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係る車両用内燃機関の燃料加熱システムを備えた冷却装置の構成図である。
【図２】  前記実施例における制御ブロック図である。
【図３】  前記実施例における制御フローチャートである。
【符号の説明】
１    シリンダヘッド
２    シリンダブロック
３    サーモスタット
４    ウォータポンプ
７    燃料噴射装置
０９    連絡通路
１０    蓄熱装置
１１    切換弁
１４    冷却水管
１５ａ、１５ｂ    冷却水供給管
１６    シリンダヘッド冷却水路
１７    シリンダブロック冷却水路
２１    冷却水管
３０    電動ポンプ
３１    コントローラ
３２    蓄熱器温度センサ
３３    エンジン水温センサ
３４    始動態勢検知手段
３５    燃料加熱装置
１００    エンジン
【図１】
0003767803.tif 000002
【図２】
0003767803.tif 000003
【図３】
0003767803.tif 000004