内燃機関
【課題】内燃機関停止の状態で、燃料噴射弁や燃料ポンプを含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料の主燃料への置換を効率よく行うことを課題とする。
【解決手段】エンジン１００は、切替弁８によってエマルジョン燃料と主燃料とを切り替える。エンジン１００は、切替弁８の下流側に配設された燃料ポンプ９、燃料ポンプ９内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁９ａ、９ｂ、燃料ポンプ９の下流側に配設された燃料噴射弁１１、燃料噴射弁１１のリターン燃料が流通するリターン経路１３を通じて主燃料を燃料噴射弁１１側に圧送する燃料置換ポンプ４、エンジン１００の停止状態において燃料ポンプ９を駆動するアクチュエータ２２、燃料回収経路２０を通じて燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部１７、燃料回収経路２０内の燃料の流通を遮断する三方弁２１を備える。
【解決手段】エンジン１００は、切替弁８によってエマルジョン燃料と主燃料とを切り替える。エンジン１００は、切替弁８の下流側に配設された燃料ポンプ９、燃料ポンプ９内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁９ａ、９ｂ、燃料ポンプ９の下流側に配設された燃料噴射弁１１、燃料噴射弁１１のリターン燃料が流通するリターン経路１３を通じて主燃料を燃料噴射弁１１側に圧送する燃料置換ポンプ４、エンジン１００の停止状態において燃料ポンプ９を駆動するアクチュエータ２２、燃料回収経路２０を通じて燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部１７、燃料回収経路２０内の燃料の流通を遮断する三方弁２１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特にエマルジョン燃料を用いる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エマルジョン燃料を使用することができる内燃機関が知られている。エマルジョン燃料は、軽油や重油といった主燃料油中に、一定割合で水やアルコールを混入させ、撹拌することによって水等を微粒化させたものである。このようなエマルジョン燃料を使用する内燃機関では、内燃機関停止時に燃料噴射弁（インジェクタ）や、この燃料噴射弁に燃料を供給する燃料配管、燃料ポンプ、コモンレール内にエマルジョン燃料が残留することが懸念される。例えば、主燃料に水を混入させた場合、燃料噴射弁等にエマルジョン燃料が残留すると内燃機関の停止中にエマルジョン燃料が水と主燃料とに分離する。その結果、分離した水によって燃料経路内に錆が生じる。さらに、内燃機関を再始動しようとしたときに、燃料噴射ノズルから水が噴射されると、ピストンリングや燃料噴射ノズルの破損を招き、内燃機関の再始動自体が円滑に行えないという問題がある。このような問題を解決すべく、特許文献１にディーゼルエンジン・システムが提案されている。このディーゼルエンジン・システムでは、エンジン始動時やエンジン停止時に水の供給を停止し、水が混入していない主燃料を燃料噴射系に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３８８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に開示されたディーゼルエンジン・システムは、水が混入されていない主燃料の噴射を所定時間実施し、燃料噴射弁や、噴射ポンプ（燃料ポンプ）内のエマルジョン燃料の入れ替えを行っている。このため、エンジン停止前にアイドリング状態を維持することになり、燃費が悪化する。特に、燃料噴射弁のニードルを駆動するアクチュエータ部分や噴射ポンプ内に貯留したエマルジョン燃料は排出され難く、これらを十分に排出しようとするとアイドリング継続時間が長くなる。
【０００５】
そこで、本明細書開示の内燃機関は、内燃機関停止の状態で、燃料噴射弁や燃料ポンプを含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料の主燃料への置換を効率よく行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本明細書開示の内燃機関は、切替弁によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる内燃機関であって、前記切替弁の下流側に配設された燃料ポンプと、前記燃料ポンプ内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁と、前記燃料ポンプの下流側に配設された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁のリターン燃料が流通するリターン経路を通じて、主燃料を前記燃料噴射弁側に圧送する燃料置換ポンプと、内燃機関の停止状態において前記燃料ポンプを駆動するアクチュエータと、内燃機関の停止状態時に、燃料回収経路を通じて前記燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部と、前記燃料回収経路内の燃料の流通を遮断する開閉弁と、前記内燃機関の停止状態時に、前記吸入調量弁を開きつつ前記アクチュエータによって前記燃料ポンプを駆動するとともに、前記燃料置換ポンプを駆動させ、前記開閉弁を開弁状態とする燃料置換制御を行う制御部と、を備えている。
【０００７】
前記燃料置換ポンプを電動とすることによって、内燃機関のアイドリングを停止しても燃料置換を行うことができる。また、燃料噴射弁内を主燃料が逆流するので、燃料噴射弁内のエマルジョン燃料を効率よく主燃料に置換することができる。ここで、逆流とは、燃料ポンプと燃料噴射弁が接続される燃料経路にあっては、燃料噴射弁によって燃料噴射が行われるときの燃料の流れ方向とは逆向きに流れることを意味する。また、燃料噴射弁のリターン経路にあっては、燃料噴射弁からのリターン燃料が流れる方向とは逆向きに流れることを意味する。
【０００８】
さらに、吸入調量弁を開きつつ燃料ポンプを駆動することによって、燃料噴射弁側から流入した主燃料と燃料ポンプ内のエマルジョン燃料とを効率よく置換することができる。ここで、燃料ポンプを駆動するアクチュエータは、専用品を準備してもよいが、スタータモータを利用することができる。また、内燃機関がハイブリッド車に搭載されるときは、ハイブリッド車の駆動用のモータを利用することもできる。その他、車両に装備されるモータ等のアクチュエータと兼用することができる。
【０００９】
このような内燃機関における前記燃料回収経路は、前記燃料ポンプの上流側の燃料流路に接続され、前記開閉弁は、前記燃料回収経路と前記燃料流路との接続部に配設された三方弁とすることができる。開閉弁を三方弁とした場合、三方弁の開弁状態は、エマルジョン燃料貯留部側と燃料ポンプ側を接続した状態をいう。三方弁をこのような開弁状態とすることにより、燃料噴射弁、燃料ポンプを逆流したエマルジョン燃料をエマルジョン燃料貯留部に回収することができる。
【００１０】
また、内燃機関は、前記燃料置換ポンプの下流で分岐し、前記燃料ポンプの上流側に接続された分岐流路を備え、前記燃料回収経路は、前記燃料ポンプと前記燃料噴射弁との間の燃料流路に接続された構成とすることができる。分岐経路を備えることにより、燃料置換ポンプにより圧送された主燃料を燃料ポンプと燃料噴射弁の２方向から導入することができる。燃料ポンプから排出されたエマルジョン燃料、燃料噴射弁から排出されたエマルジョン燃料は、ともに燃料回収経路を通じてエマルジョン燃料貯留部に回収される。
【００１１】
本明細書開示の他の内燃機関は、切替弁によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる内燃機関であって、前記切替弁の下流側に配設された燃料ポンプと、前記燃料ポンプ内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁と、前記燃料ポンプの下流側に配設された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁のリターン燃料が流通するリターン経路を通じて、主燃料を前記燃料噴射弁側に圧送する燃料置換ポンプと、内燃機関の停止状態時に、前記燃料ポンプと前記噴射弁との間の燃料流路に接続された燃料回収経路を通じて前記燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部と、前記燃料回収経路内の燃料の流通を遮断する開閉弁と、前記燃料置換ポンプの下流で分岐し、前記燃料ポンプの上流側に接続された分岐流路と、前記内燃機関の停止状態時に、前記吸入調量弁を開きつつ、前記燃料置換ポンプを駆動させ、前記開閉弁を開弁状態とする燃料置換制御を行う制御部と、を備えている。
【００１２】
分岐経路を備えることにより、燃料置換ポンプにより圧送された主燃料を燃料ポンプと燃料噴射弁の２方向から導入することができる。アクチュエータによる燃料ポンプの駆動を伴わずにエマルジョン燃料と主燃料との置換を行う形態である。
【００１３】
これらの内燃機関における前記制御部は、内燃機関内を流通する冷却水温度及び／又は外気温が低温であるほど前記燃料置換制御による置換燃料量を増量する制御を行うことが望ましい。次回の内燃機関始動に備える措置である。内燃機関始動時は、燃焼の安定性を保つ上で、エマルジョン燃料を用いるよりも主燃料を用いた方が有利である。外気温や、冷却水温が低ければ低いほど内燃機関始動時に消費される燃料の量は多くなるため、これに対処すべく、低温であるほど置換燃料量を増量する。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書開示の内燃機関によれば、内燃機関停止の状態で、燃料噴射弁や燃料ポンプを含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料の主燃料への置換を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施例１の内燃機関の概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の内燃機関が備える高圧ポンプの概略構成図である。
【図３】図３は、実施例１の内燃機関の制御の一例を示すフロー図である。
【図４】図４は、実施例２の内燃機関の概略構成図である。
【図５】図５は、実施例２の内燃機関が備える高圧ポンプの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、内燃機関の一例であるディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）１００の概略構成図である。エンジン１００は、切替弁８によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる。エンジン１００は、主燃料タンク１と水タンク２を備える。主燃料は軽油である。エマルジョン燃料は主燃料である軽油と水とを混合することによって生成される。
【００１８】
主燃料タンク１には、第１流路３が接続されている。第１流路３上には、燃料置換ポンプ４が配設されている。燃料置換ポンプ４は、電動ポンプである。燃料置換ポンプ４の吐出圧は、後述する燃料ポンプ９の吐出圧と比較して低くてよい。燃料置換ポンプ４は、後述する燃料噴射弁１１のリターン燃料が流通する第４流路１３（リターン経路）を通じて、主燃料を燃料噴射弁１１側に圧送する。
【００１９】
水タンク２には、第２流路５を介してエマルジョン燃料を生成するミキサ６が接続されている。ミキサ６には第３流路７が接続されている。第３流路７上には、切替弁８が配設されている。切替弁８は、図１に示すように配置された三つの口部８ａ〜８ｃを備えている。切替弁８の下流側には、燃料ポンプ９とコモンレール（ＣＬ）１０が配設されている。切替弁８は、燃料ポンプ９側へ送られる燃料を主燃料とエマルジョン燃料との間で切り替える。燃料ポンプ９は、高圧で燃料をコモンレール１０に圧送する。
【００２０】
燃料ポンプ９は、エンジン本体１２が備えるカムシャフトの回転力を駆動源としている。燃料ポンプ９は、図２に示すように、シャフト９１によって駆動されるカム９２と、このカム９２によってシリンダ９４内で往復動を行うプランジャ９３を備えている。また、燃料ポンプ９は、上流側（切替弁８側）に第１吸入調量弁９ａを備え、下流側（コモンレール１０側）に第２吸入調量弁９ｂを備えている。第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂは、燃料ポンプ９内への燃料の吸入量を調整する。プランジャ９３が燃料吸入状態となるとき、第１吸入調量弁９ａは開弁状態となり、一方、第２吸入調量弁９ｂは閉弁状態となる。プランジャ９３が燃料吐出状態となるとき、第１吸入調量弁９ａは閉弁状態となり、第２吸入調量弁９ｂは開弁状態となる。このように、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂの開閉状態により燃料の流通方向が決まる。
【００２１】
燃料ポンプ９、コモンレール１０の下流側には燃料噴射弁１１が配設されている。燃料噴射弁１１は、エンジン本体１２に組み付けられている。燃料噴射弁１１は、燃料供給口１１ａとリターン燃料出口１１ｂを備えている。燃料供給口１１ａには、第３流路７が接続されている。リターン燃料出口１１ｂには、第４流路１３が接続されている。第４流路１３は燃料噴射弁１１からのリターン経路に相当する。第４流路１３は、リターン燃料切替部１４に接続されている。
【００２２】
エンジン１００は、主燃料タンク１に接続され、主燃料を燃料ポンプ９側へ供給する第５流路１５を備えている。第５流路１５は、切替弁８に接続されている。第５流路１５は、途中で第６流路１６に分岐している。第６流路１６は、ミキサ６に接続されている。
【００２３】
エンジン１００は、エマルジョン燃料貯留部１７を備えている。エマルジョン燃料貯留部１７は、第７流路１８を介してリターン燃料切替部１４と接続されている。第７流路１８は、燃料噴射弁１１によって噴射される燃料がエマルジョン燃料であるときに燃料噴射弁１１からのリターン燃料が流通する。なお、リターン燃料切替部１４は、主燃料タンク１と第８流路１９を介して接続されている。第８流路１９は、燃料噴射弁１１によって噴射される燃料が主燃料であるときに燃料噴射弁１１からのリターン燃料が流通する。
【００２４】
エマルジョン燃料貯留部１７は、第９流路２０を介して第３流路７に接続されている。第９流路２０は、ミキサ６と切替弁８との間に接続されている。第９流路２０は、燃料回収経路に相当する。エマルジョン燃料貯留部１７は、エンジンの停止状態時に、第９流路２０（燃料回収経路）を通じて燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１から流出した燃料を回収し貯留する。第９流路２０は、エマルジョン燃料貯留部１７内のエマルジョン燃料が燃料噴射弁１１からの噴射に用いられる際の供給経路ともなる。第９流路２０と第３流路７との接続部には、第９流路２０内の燃料の流通を遮断する開閉弁としての三方弁２１が配設されている。三方弁２１は、図１に示すように配置された三つの口部２１ａ〜２１ｃを備えている。なお、第９流路２０と第３流路７との接続位置を切替弁８と燃料ポンプ９との間として、この接続部に三方弁２１を配置するようにしてもよい。
【００２５】
エンジン１００は、エンジン１００の停止状態において燃料ポンプ９を駆動するアクチュエータ２２を備えている。アクチュエータ２２は、エンジン始動用のスタータモータである。このアクチュエータ２２は、エンジン本体が停止した状態であっても燃料ポンプ９を駆動することができる。
【００２６】
エンジン１００は、制御部に相当するＥＣＵ２３を備える。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａ、第２吸入調量弁９ｂと電気的に接続されている。ＥＣＵ２３は、燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２と電気的に接続されている。ＥＣＵ２３は、切替弁８、三方弁２１、リターン燃料切替部１４と電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２３は、エンジン１００の停止状態時に、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを開きつつアクチュエータ２２によって燃料ポンプ９を駆動する。さらに、燃料置換ポンプ４を駆動させ、三方弁２１（開閉弁）を開弁状態とする燃料置換制御を行う。ＥＣＵ２３には、冷却水温センサ２４、外気温センサ２５が接続されている。これらのセンサにより取得された情報は、燃料置換制御に利用される。
【００２７】
つぎに、以上のようなエンジン１００における燃料の流通について説明する。
【００２８】
＜主燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料として主燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、主燃料が主燃料タンク１から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ｂと口部８ｃとが連通した状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料を主燃料タンク１に戻すように第４流路１３と第８流路１９とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。なお、このとき、三方弁２１の連通状態はどのような状態であっても構わない。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。
【００２９】
＜ミキサからのエマルジョン燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料としてミキサ６から供給されるエマルジョン燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、エマルジョン燃料がミキサ６から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ａと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、三方弁２１を口部２１ａと口部２１ｂとが連通した状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に戻すように第４流路１３と第７流路１８とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。
＜エマルジョン燃料貯留部からのエマルジョン燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料としてエマルジョン燃料貯留部１７から供給されるエマルジョン燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、エマルジョン燃料がエマルジョン燃料貯留部１７から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ａと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、三方弁２１を口部２１ｃと口部２１ｂとが連通した状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に戻すように第４流路１３と第７流路１８とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。
【００３０】
＜燃料置換制御時＞
エンジン１００が停止し、各流路内に残留したエマルジョン燃料を主燃料と置換する場合について説明する。ＥＣＵ２３は、燃料置換ポンプ４とアクチュエータ２２を駆動する。また、ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを共に開弁状態とする。ＥＣＵ２３は、主燃料タンク１内の主燃料が燃料噴射弁１１へ流入するように第１流路３と第４流路１３とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。ＥＣＵ２３は、燃料噴射弁１１、コモンレール１０、燃料ポンプ９の順に通過した主燃料がエマルジョン燃料貯留部１７側へ流れるように切替弁８を口部８ａと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、三方弁２１を口部２１ｂと口部２１ｃとが連通した状態とする。これにより、燃料ポンプ９から燃料噴射弁１１を含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に回収し、主燃料への置換を効率よく行うことができる。すなわち、燃料噴射弁１１について、リターン燃料出口１１ｂから主燃料を導入することで、燃料噴射弁１１内のアクチュエータ部等の燃料の置換も効率よく行われる。また、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを開弁状態とすることで燃料ポンプ９内へ主燃料を導入することができる。燃料置換制御時において、アクチュエータ２２による駆動を停止してもよいが、アクチュエータ２２を駆動し、燃料ポンプ９を動作させることにより効率よく燃料ポンプ９内の燃料の置換を行うことができる。特に、シリンダ９４とプランジャ９３との間に入り込んだ燃料の置換がされやすくなる。
【００３１】
つぎに、エンジン１００の制御の一例について、図３に示すフロー図を参照しつつ説明する。ＥＣＵ２３は、ステップＳ１において、エンジン１００が停止したか否かを確認する。ステップＳ１において、エンジン１００の停止が確認されたら、ステップＳ２へ進む。一方、エンジン１００の停止が確認されない場合は、ステップＳ１の処理を繰り返す。ステップＳ２では、冷却水温センサ２４から冷却水温値を取得する。また、外気温センサ２５から外気温値を取得する。その後、ステップＳ３へ進む。
【００３２】
ステップＳ３では、冷却水温値に基づく置換燃料量の増量分を決定する。置換燃料量は、エンジン１００が停止した時点で第３流路７内に残留する燃料に置換される主燃料の量である。この置換燃料量の増量分は、冷却水温値が低いほど多い。エンジン１００の再始動時は、燃料噴射弁１１から主燃料を噴射することが都合がよい。ここで、冷却水温値が低いときは、エンジン再始動時に消費される燃料量が多くなる。そこで、燃料ポンプ９により順次圧送される燃料が貯留される流路内により多くの主燃料を残留させる。
【００３３】
ステップＳ３に引き続き行われるステップＳ４では、外気温値に基づいて補正量分を決定する。外気温が低い場合は、エンジン再始動時に消費される燃料量がさらに多くなる傾向がある。そこで、外気温が低い場合は、さらに置換燃料量を増量する。
【００３４】
ステップＳ４に引き続き行われるステップ５では、ステップＳ３で決定した増量分にステップＳ４で決定した補正分を考慮した増量分に対応する燃料置換制御継続時間を決定する。そして、その時間だけ燃料置換制御を継続する。
【００３５】
これにより、エンジン停止の状態で、燃料噴射弁１１や燃料ポンプ９を含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料の主燃料への置換を効率よく行うことができる。エンジン１００は、停止しているので、燃費への影響を抑制することができる。
【実施例２】
【００３６】
つぎに、実施例２のエンジン２００について、図４を参照しつつ説明する。実施例１のエンジン１００と異なる点は、まず、燃料置換ポンプ４の下流で第１流路３から分岐し、燃料ポンプ９の上流側で第３流路７に接続された第１０流路２７を備えた点である。この第１０流路２６は、分岐流路に相当する。また、燃料回収経路に相当する第１１流路２７を備えた点である。第１１流路２７は、エマルジョン燃料貯留部１７と、燃料ポンプ９と燃料噴射弁１１との間の第３流路７とを接続する。より具体的には、第１１流路２７は、エマルジョン燃料貯留部１７と、燃料ポンプ９とコモンレール１０との間に接続されている。そして、第１１流路２７には、開閉弁２１が設けられている。開閉弁２１は、実施例１のエンジン１００における三方弁２１に代えて設けられるものである。なお、エンジン２００は、エンジン１００と同様に第９流路２０を備えている。ただし、エンジン２００における第９流路２０は、燃料回収経路としての機能は有しておらず、エマルジョン燃料貯留部１７から燃料ポンプ９への燃料の供給を行う。その他の構成は、実施例１のエンジン１００と同一であるので、共通する構成要素には図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
このようなエンジン２００における燃料の流通について説明する。
【００３８】
＜主燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料として主燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、主燃料が主燃料タンク１から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ｂと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、開閉弁２８閉弁状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料を主燃料タンク１に戻すように第４流路１３と第８流路１９とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。
【００３９】
＜ミキサ／エマルジョン燃料貯留部からのエマルジョン燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料としてミキサ６及びエマルジョン燃料貯留部１７から供給されるエマルジョン燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、エマルジョン燃料がミキサ６から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ａと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、開閉弁２８閉弁状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に戻すように第４流路１３と第７流路１８とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。なお、エマルジョン燃料の供給元をミキサ６とエマルジョン燃料貯留部１７との間で選択したい場合は、実施例１における三方弁２１に相当する手段を用いればよい。
【００４０】
＜燃料置換制御時＞
エンジン１００が停止し、各流路内に残留したエマルジョン燃料を主燃料と置換する場合について説明する。ＥＣＵ２３は、燃料置換ポンプ４とアクチュエータ２２を駆動する。ミキサ６、エマルジョン燃料貯留部１７からエマルジョン燃料が流入しないように切替弁８を口部８ｂと口部８ｃとが連通史多情体とする。また、ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを共に開弁状態とする。ＥＣＵ２３は、主燃料タンク１内の主燃料が燃料噴射弁１１へ流入するように第１流路３と第４流路１３とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。ＥＣＵ２３は、開閉弁２８を開弁状態とする。これにより、燃料噴射弁１１、コモンレール１０の順に通過した主燃料がエマルジョン燃料貯留部１７側へ流れる。また、第１０流路２６、燃料ポンプ９を通過した主燃料がエマルジョン燃料貯留部１７側へ流れる。このように２方向から主燃料が導入される。これにより、燃料ポンプ９から燃料噴射弁１１を含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に回収し、主燃料への置換を効率よく行うことができる。すなわち、燃料噴射弁１１について、リターン燃料出口１１ｂから主燃料を導入することで、燃料噴射弁１１内のアクチュエータ部等の燃料の置換も効率よく行われる。また、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを開弁状態とすることで燃料ポンプ９内へ主燃料を導入することができる。燃料置換制御時において、アクチュエータ２２による駆動を停止してもよいが、アクチュエータ２２を駆動し、燃料ポンプ９を動作させることにより効率よく燃料ポンプ９内の燃料の置換を行うことができる。特に、シリンダ９４とプランジャ９３との間に入り込んだ燃料の置換がされやすくなる。
【００４１】
以上のようなエンジン２００において、ＥＣＵ２３は、実施例１の場合と同様に燃料置換制御を行うことができる。
【００４２】
なお、第１１流路２７と第３流路７と接続部は、燃料ポンプ９と燃料噴射弁１１との間であればよい。例えば、コモンレール１０が備える調圧弁に第１１流路２７を接続し、調圧弁を介してエマルジョン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に回収するようにしてもよい。
【００４３】
また、燃料ポンプ９に代えて、逆止弁９１を備えた図５に示すような燃料ポンプ９０を採用することができる。この場合、吸入調量弁９２は一つあればよい。実施例２のエンジン２００は、燃料置換制御時であっても、燃料ポンプにおける燃料の流通方向は、エンジン稼動時の燃料流通方向と同一であるので、逆止弁９１を備えた形式であってもよい。
【００４４】
また、アクチュエータ２２によって燃料ポンプ９を駆動することによって、燃料ポンプ９側から主燃料を導入することができるときは、第１０流路２６を廃止してもよい。このような構成としても、２方向から主燃料を導入してエマルジョン燃料との置換を行うことができる。
【実施例３】
【００４５】
つぎに、実施例３について説明する。実施例３のハード構成は、図４に示した実施例２のエンジン２００と同一である。実施例３が実施例２と異なる点は、燃料置換制御時に、アクチュエータ２２の駆動を行わない点である。燃料置換制御時において、燃料ポンプ９内には、燃料置換ポンプ４から主燃料が圧送される。また、燃料噴射弁１１側からも燃料置換ポンプ４から主燃料が圧送される。このように２方向からの主燃料の導入により燃料の置換が行われる場合は、アクチュエータ２２の駆動をやめ、燃料ポンプ９の動作を停止してもよい。アクチュエータ２２の駆動をやめることにより、エネルギ消費を抑制することができる。
【００４６】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００４７】
１…主燃料タンク
２…水タンク
３…第１流路
４…燃料置換ポンプ
５…第２流路
６…ミキサ
７…第３流路
８…切替弁
９…燃料ポンプ
９ａ…第１吸入調量弁
９ｂ…第２吸入調量弁
１０…コモンレール
１１…燃料噴射弁
１１ａ…燃料供給口
１１ｂ…リターン燃料出口
１２…エンジン本体
１３…第４流路
１４…リターン燃料切替部
１５…第５流路
１６…第６流路
１７…エマルジョン燃料貯留部
１８…第７流路
１９…第８流路
２０…第９流路
２１…三方弁（開閉弁）
２１…第９流路
２２…アクチュエータ
２３…ＥＣＵ（制御部）
２４…冷却水温センサ
２５…外気温センサ
２６…第１０流路
２７…第１１流路
２８…開閉弁
１００，２００…エンジン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特にエマルジョン燃料を用いる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エマルジョン燃料を使用することができる内燃機関が知られている。エマルジョン燃料は、軽油や重油といった主燃料油中に、一定割合で水やアルコールを混入させ、撹拌することによって水等を微粒化させたものである。このようなエマルジョン燃料を使用する内燃機関では、内燃機関停止時に燃料噴射弁（インジェクタ）や、この燃料噴射弁に燃料を供給する燃料配管、燃料ポンプ、コモンレール内にエマルジョン燃料が残留することが懸念される。例えば、主燃料に水を混入させた場合、燃料噴射弁等にエマルジョン燃料が残留すると内燃機関の停止中にエマルジョン燃料が水と主燃料とに分離する。その結果、分離した水によって燃料経路内に錆が生じる。さらに、内燃機関を再始動しようとしたときに、燃料噴射ノズルから水が噴射されると、ピストンリングや燃料噴射ノズルの破損を招き、内燃機関の再始動自体が円滑に行えないという問題がある。このような問題を解決すべく、特許文献１にディーゼルエンジン・システムが提案されている。このディーゼルエンジン・システムでは、エンジン始動時やエンジン停止時に水の供給を停止し、水が混入していない主燃料を燃料噴射系に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３８８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に開示されたディーゼルエンジン・システムは、水が混入されていない主燃料の噴射を所定時間実施し、燃料噴射弁や、噴射ポンプ（燃料ポンプ）内のエマルジョン燃料の入れ替えを行っている。このため、エンジン停止前にアイドリング状態を維持することになり、燃費が悪化する。特に、燃料噴射弁のニードルを駆動するアクチュエータ部分や噴射ポンプ内に貯留したエマルジョン燃料は排出され難く、これらを十分に排出しようとするとアイドリング継続時間が長くなる。
【０００５】
そこで、本明細書開示の内燃機関は、内燃機関停止の状態で、燃料噴射弁や燃料ポンプを含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料の主燃料への置換を効率よく行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本明細書開示の内燃機関は、切替弁によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる内燃機関であって、前記切替弁の下流側に配設された燃料ポンプと、前記燃料ポンプ内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁と、前記燃料ポンプの下流側に配設された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁のリターン燃料が流通するリターン経路を通じて、主燃料を前記燃料噴射弁側に圧送する燃料置換ポンプと、内燃機関の停止状態において前記燃料ポンプを駆動するアクチュエータと、内燃機関の停止状態時に、燃料回収経路を通じて前記燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部と、前記燃料回収経路内の燃料の流通を遮断する開閉弁と、前記内燃機関の停止状態時に、前記吸入調量弁を開きつつ前記アクチュエータによって前記燃料ポンプを駆動するとともに、前記燃料置換ポンプを駆動させ、前記開閉弁を開弁状態とする燃料置換制御を行う制御部と、を備えている。
【０００７】
前記燃料置換ポンプを電動とすることによって、内燃機関のアイドリングを停止しても燃料置換を行うことができる。また、燃料噴射弁内を主燃料が逆流するので、燃料噴射弁内のエマルジョン燃料を効率よく主燃料に置換することができる。ここで、逆流とは、燃料ポンプと燃料噴射弁が接続される燃料経路にあっては、燃料噴射弁によって燃料噴射が行われるときの燃料の流れ方向とは逆向きに流れることを意味する。また、燃料噴射弁のリターン経路にあっては、燃料噴射弁からのリターン燃料が流れる方向とは逆向きに流れることを意味する。
【０００８】
さらに、吸入調量弁を開きつつ燃料ポンプを駆動することによって、燃料噴射弁側から流入した主燃料と燃料ポンプ内のエマルジョン燃料とを効率よく置換することができる。ここで、燃料ポンプを駆動するアクチュエータは、専用品を準備してもよいが、スタータモータを利用することができる。また、内燃機関がハイブリッド車に搭載されるときは、ハイブリッド車の駆動用のモータを利用することもできる。その他、車両に装備されるモータ等のアクチュエータと兼用することができる。
【０００９】
このような内燃機関における前記燃料回収経路は、前記燃料ポンプの上流側の燃料流路に接続され、前記開閉弁は、前記燃料回収経路と前記燃料流路との接続部に配設された三方弁とすることができる。開閉弁を三方弁とした場合、三方弁の開弁状態は、エマルジョン燃料貯留部側と燃料ポンプ側を接続した状態をいう。三方弁をこのような開弁状態とすることにより、燃料噴射弁、燃料ポンプを逆流したエマルジョン燃料をエマルジョン燃料貯留部に回収することができる。
【００１０】
また、内燃機関は、前記燃料置換ポンプの下流で分岐し、前記燃料ポンプの上流側に接続された分岐流路を備え、前記燃料回収経路は、前記燃料ポンプと前記燃料噴射弁との間の燃料流路に接続された構成とすることができる。分岐経路を備えることにより、燃料置換ポンプにより圧送された主燃料を燃料ポンプと燃料噴射弁の２方向から導入することができる。燃料ポンプから排出されたエマルジョン燃料、燃料噴射弁から排出されたエマルジョン燃料は、ともに燃料回収経路を通じてエマルジョン燃料貯留部に回収される。
【００１１】
本明細書開示の他の内燃機関は、切替弁によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる内燃機関であって、前記切替弁の下流側に配設された燃料ポンプと、前記燃料ポンプ内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁と、前記燃料ポンプの下流側に配設された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁のリターン燃料が流通するリターン経路を通じて、主燃料を前記燃料噴射弁側に圧送する燃料置換ポンプと、内燃機関の停止状態時に、前記燃料ポンプと前記噴射弁との間の燃料流路に接続された燃料回収経路を通じて前記燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部と、前記燃料回収経路内の燃料の流通を遮断する開閉弁と、前記燃料置換ポンプの下流で分岐し、前記燃料ポンプの上流側に接続された分岐流路と、前記内燃機関の停止状態時に、前記吸入調量弁を開きつつ、前記燃料置換ポンプを駆動させ、前記開閉弁を開弁状態とする燃料置換制御を行う制御部と、を備えている。
【００１２】
分岐経路を備えることにより、燃料置換ポンプにより圧送された主燃料を燃料ポンプと燃料噴射弁の２方向から導入することができる。アクチュエータによる燃料ポンプの駆動を伴わずにエマルジョン燃料と主燃料との置換を行う形態である。
【００１３】
これらの内燃機関における前記制御部は、内燃機関内を流通する冷却水温度及び／又は外気温が低温であるほど前記燃料置換制御による置換燃料量を増量する制御を行うことが望ましい。次回の内燃機関始動に備える措置である。内燃機関始動時は、燃焼の安定性を保つ上で、エマルジョン燃料を用いるよりも主燃料を用いた方が有利である。外気温や、冷却水温が低ければ低いほど内燃機関始動時に消費される燃料の量は多くなるため、これに対処すべく、低温であるほど置換燃料量を増量する。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書開示の内燃機関によれば、内燃機関停止の状態で、燃料噴射弁や燃料ポンプを含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料の主燃料への置換を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施例１の内燃機関の概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の内燃機関が備える高圧ポンプの概略構成図である。
【図３】図３は、実施例１の内燃機関の制御の一例を示すフロー図である。
【図４】図４は、実施例２の内燃機関の概略構成図である。
【図５】図５は、実施例２の内燃機関が備える高圧ポンプの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、内燃機関の一例であるディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）１００の概略構成図である。エンジン１００は、切替弁８によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる。エンジン１００は、主燃料タンク１と水タンク２を備える。主燃料は軽油である。エマルジョン燃料は主燃料である軽油と水とを混合することによって生成される。
【００１８】
主燃料タンク１には、第１流路３が接続されている。第１流路３上には、燃料置換ポンプ４が配設されている。燃料置換ポンプ４は、電動ポンプである。燃料置換ポンプ４の吐出圧は、後述する燃料ポンプ９の吐出圧と比較して低くてよい。燃料置換ポンプ４は、後述する燃料噴射弁１１のリターン燃料が流通する第４流路１３（リターン経路）を通じて、主燃料を燃料噴射弁１１側に圧送する。
【００１９】
水タンク２には、第２流路５を介してエマルジョン燃料を生成するミキサ６が接続されている。ミキサ６には第３流路７が接続されている。第３流路７上には、切替弁８が配設されている。切替弁８は、図１に示すように配置された三つの口部８ａ〜８ｃを備えている。切替弁８の下流側には、燃料ポンプ９とコモンレール（ＣＬ）１０が配設されている。切替弁８は、燃料ポンプ９側へ送られる燃料を主燃料とエマルジョン燃料との間で切り替える。燃料ポンプ９は、高圧で燃料をコモンレール１０に圧送する。
【００２０】
燃料ポンプ９は、エンジン本体１２が備えるカムシャフトの回転力を駆動源としている。燃料ポンプ９は、図２に示すように、シャフト９１によって駆動されるカム９２と、このカム９２によってシリンダ９４内で往復動を行うプランジャ９３を備えている。また、燃料ポンプ９は、上流側（切替弁８側）に第１吸入調量弁９ａを備え、下流側（コモンレール１０側）に第２吸入調量弁９ｂを備えている。第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂは、燃料ポンプ９内への燃料の吸入量を調整する。プランジャ９３が燃料吸入状態となるとき、第１吸入調量弁９ａは開弁状態となり、一方、第２吸入調量弁９ｂは閉弁状態となる。プランジャ９３が燃料吐出状態となるとき、第１吸入調量弁９ａは閉弁状態となり、第２吸入調量弁９ｂは開弁状態となる。このように、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂの開閉状態により燃料の流通方向が決まる。
【００２１】
燃料ポンプ９、コモンレール１０の下流側には燃料噴射弁１１が配設されている。燃料噴射弁１１は、エンジン本体１２に組み付けられている。燃料噴射弁１１は、燃料供給口１１ａとリターン燃料出口１１ｂを備えている。燃料供給口１１ａには、第３流路７が接続されている。リターン燃料出口１１ｂには、第４流路１３が接続されている。第４流路１３は燃料噴射弁１１からのリターン経路に相当する。第４流路１３は、リターン燃料切替部１４に接続されている。
【００２２】
エンジン１００は、主燃料タンク１に接続され、主燃料を燃料ポンプ９側へ供給する第５流路１５を備えている。第５流路１５は、切替弁８に接続されている。第５流路１５は、途中で第６流路１６に分岐している。第６流路１６は、ミキサ６に接続されている。
【００２３】
エンジン１００は、エマルジョン燃料貯留部１７を備えている。エマルジョン燃料貯留部１７は、第７流路１８を介してリターン燃料切替部１４と接続されている。第７流路１８は、燃料噴射弁１１によって噴射される燃料がエマルジョン燃料であるときに燃料噴射弁１１からのリターン燃料が流通する。なお、リターン燃料切替部１４は、主燃料タンク１と第８流路１９を介して接続されている。第８流路１９は、燃料噴射弁１１によって噴射される燃料が主燃料であるときに燃料噴射弁１１からのリターン燃料が流通する。
【００２４】
エマルジョン燃料貯留部１７は、第９流路２０を介して第３流路７に接続されている。第９流路２０は、ミキサ６と切替弁８との間に接続されている。第９流路２０は、燃料回収経路に相当する。エマルジョン燃料貯留部１７は、エンジンの停止状態時に、第９流路２０（燃料回収経路）を通じて燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１から流出した燃料を回収し貯留する。第９流路２０は、エマルジョン燃料貯留部１７内のエマルジョン燃料が燃料噴射弁１１からの噴射に用いられる際の供給経路ともなる。第９流路２０と第３流路７との接続部には、第９流路２０内の燃料の流通を遮断する開閉弁としての三方弁２１が配設されている。三方弁２１は、図１に示すように配置された三つの口部２１ａ〜２１ｃを備えている。なお、第９流路２０と第３流路７との接続位置を切替弁８と燃料ポンプ９との間として、この接続部に三方弁２１を配置するようにしてもよい。
【００２５】
エンジン１００は、エンジン１００の停止状態において燃料ポンプ９を駆動するアクチュエータ２２を備えている。アクチュエータ２２は、エンジン始動用のスタータモータである。このアクチュエータ２２は、エンジン本体が停止した状態であっても燃料ポンプ９を駆動することができる。
【００２６】
エンジン１００は、制御部に相当するＥＣＵ２３を備える。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａ、第２吸入調量弁９ｂと電気的に接続されている。ＥＣＵ２３は、燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２と電気的に接続されている。ＥＣＵ２３は、切替弁８、三方弁２１、リターン燃料切替部１４と電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２３は、エンジン１００の停止状態時に、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを開きつつアクチュエータ２２によって燃料ポンプ９を駆動する。さらに、燃料置換ポンプ４を駆動させ、三方弁２１（開閉弁）を開弁状態とする燃料置換制御を行う。ＥＣＵ２３には、冷却水温センサ２４、外気温センサ２５が接続されている。これらのセンサにより取得された情報は、燃料置換制御に利用される。
【００２７】
つぎに、以上のようなエンジン１００における燃料の流通について説明する。
【００２８】
＜主燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料として主燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、主燃料が主燃料タンク１から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ｂと口部８ｃとが連通した状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料を主燃料タンク１に戻すように第４流路１３と第８流路１９とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。なお、このとき、三方弁２１の連通状態はどのような状態であっても構わない。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。
【００２９】
＜ミキサからのエマルジョン燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料としてミキサ６から供給されるエマルジョン燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、エマルジョン燃料がミキサ６から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ａと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、三方弁２１を口部２１ａと口部２１ｂとが連通した状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に戻すように第４流路１３と第７流路１８とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。
＜エマルジョン燃料貯留部からのエマルジョン燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料としてエマルジョン燃料貯留部１７から供給されるエマルジョン燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、エマルジョン燃料がエマルジョン燃料貯留部１７から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ａと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、三方弁２１を口部２１ｃと口部２１ｂとが連通した状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に戻すように第４流路１３と第７流路１８とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。
【００３０】
＜燃料置換制御時＞
エンジン１００が停止し、各流路内に残留したエマルジョン燃料を主燃料と置換する場合について説明する。ＥＣＵ２３は、燃料置換ポンプ４とアクチュエータ２２を駆動する。また、ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを共に開弁状態とする。ＥＣＵ２３は、主燃料タンク１内の主燃料が燃料噴射弁１１へ流入するように第１流路３と第４流路１３とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。ＥＣＵ２３は、燃料噴射弁１１、コモンレール１０、燃料ポンプ９の順に通過した主燃料がエマルジョン燃料貯留部１７側へ流れるように切替弁８を口部８ａと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、三方弁２１を口部２１ｂと口部２１ｃとが連通した状態とする。これにより、燃料ポンプ９から燃料噴射弁１１を含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に回収し、主燃料への置換を効率よく行うことができる。すなわち、燃料噴射弁１１について、リターン燃料出口１１ｂから主燃料を導入することで、燃料噴射弁１１内のアクチュエータ部等の燃料の置換も効率よく行われる。また、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを開弁状態とすることで燃料ポンプ９内へ主燃料を導入することができる。燃料置換制御時において、アクチュエータ２２による駆動を停止してもよいが、アクチュエータ２２を駆動し、燃料ポンプ９を動作させることにより効率よく燃料ポンプ９内の燃料の置換を行うことができる。特に、シリンダ９４とプランジャ９３との間に入り込んだ燃料の置換がされやすくなる。
【００３１】
つぎに、エンジン１００の制御の一例について、図３に示すフロー図を参照しつつ説明する。ＥＣＵ２３は、ステップＳ１において、エンジン１００が停止したか否かを確認する。ステップＳ１において、エンジン１００の停止が確認されたら、ステップＳ２へ進む。一方、エンジン１００の停止が確認されない場合は、ステップＳ１の処理を繰り返す。ステップＳ２では、冷却水温センサ２４から冷却水温値を取得する。また、外気温センサ２５から外気温値を取得する。その後、ステップＳ３へ進む。
【００３２】
ステップＳ３では、冷却水温値に基づく置換燃料量の増量分を決定する。置換燃料量は、エンジン１００が停止した時点で第３流路７内に残留する燃料に置換される主燃料の量である。この置換燃料量の増量分は、冷却水温値が低いほど多い。エンジン１００の再始動時は、燃料噴射弁１１から主燃料を噴射することが都合がよい。ここで、冷却水温値が低いときは、エンジン再始動時に消費される燃料量が多くなる。そこで、燃料ポンプ９により順次圧送される燃料が貯留される流路内により多くの主燃料を残留させる。
【００３３】
ステップＳ３に引き続き行われるステップＳ４では、外気温値に基づいて補正量分を決定する。外気温が低い場合は、エンジン再始動時に消費される燃料量がさらに多くなる傾向がある。そこで、外気温が低い場合は、さらに置換燃料量を増量する。
【００３４】
ステップＳ４に引き続き行われるステップ５では、ステップＳ３で決定した増量分にステップＳ４で決定した補正分を考慮した増量分に対応する燃料置換制御継続時間を決定する。そして、その時間だけ燃料置換制御を継続する。
【００３５】
これにより、エンジン停止の状態で、燃料噴射弁１１や燃料ポンプ９を含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料の主燃料への置換を効率よく行うことができる。エンジン１００は、停止しているので、燃費への影響を抑制することができる。
【実施例２】
【００３６】
つぎに、実施例２のエンジン２００について、図４を参照しつつ説明する。実施例１のエンジン１００と異なる点は、まず、燃料置換ポンプ４の下流で第１流路３から分岐し、燃料ポンプ９の上流側で第３流路７に接続された第１０流路２７を備えた点である。この第１０流路２６は、分岐流路に相当する。また、燃料回収経路に相当する第１１流路２７を備えた点である。第１１流路２７は、エマルジョン燃料貯留部１７と、燃料ポンプ９と燃料噴射弁１１との間の第３流路７とを接続する。より具体的には、第１１流路２７は、エマルジョン燃料貯留部１７と、燃料ポンプ９とコモンレール１０との間に接続されている。そして、第１１流路２７には、開閉弁２１が設けられている。開閉弁２１は、実施例１のエンジン１００における三方弁２１に代えて設けられるものである。なお、エンジン２００は、エンジン１００と同様に第９流路２０を備えている。ただし、エンジン２００における第９流路２０は、燃料回収経路としての機能は有しておらず、エマルジョン燃料貯留部１７から燃料ポンプ９への燃料の供給を行う。その他の構成は、実施例１のエンジン１００と同一であるので、共通する構成要素には図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
このようなエンジン２００における燃料の流通について説明する。
【００３８】
＜主燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料として主燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、主燃料が主燃料タンク１から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ｂと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、開閉弁２８閉弁状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料を主燃料タンク１に戻すように第４流路１３と第８流路１９とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。
【００３９】
＜ミキサ／エマルジョン燃料貯留部からのエマルジョン燃料使用時＞
燃料噴射弁１１から噴射される燃料としてミキサ６及びエマルジョン燃料貯留部１７から供給されるエマルジョン燃料が選択される場合について説明する。ＥＣＵ２３は、エマルジョン燃料がミキサ６から燃料ポンプ９側に流れるように切替弁８を口部８ａと口部８ｃとが連通した状態とする。また、ＥＣＵ２３は、開閉弁２８閉弁状態とする。ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａと第２吸入調量弁９ｂとをプランジャ９３の動きに同期させて交互に開閉する。ＥＣＵ２３は、リターン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に戻すように第４流路１３と第７流路１８とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。燃料置換ポンプ４、アクチュエータ２２は停止している。なお、エマルジョン燃料の供給元をミキサ６とエマルジョン燃料貯留部１７との間で選択したい場合は、実施例１における三方弁２１に相当する手段を用いればよい。
【００４０】
＜燃料置換制御時＞
エンジン１００が停止し、各流路内に残留したエマルジョン燃料を主燃料と置換する場合について説明する。ＥＣＵ２３は、燃料置換ポンプ４とアクチュエータ２２を駆動する。ミキサ６、エマルジョン燃料貯留部１７からエマルジョン燃料が流入しないように切替弁８を口部８ｂと口部８ｃとが連通史多情体とする。また、ＥＣＵ２３は、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを共に開弁状態とする。ＥＣＵ２３は、主燃料タンク１内の主燃料が燃料噴射弁１１へ流入するように第１流路３と第４流路１３とが接続されるようにリターン燃料切替部１４を制御する。ＥＣＵ２３は、開閉弁２８を開弁状態とする。これにより、燃料噴射弁１１、コモンレール１０の順に通過した主燃料がエマルジョン燃料貯留部１７側へ流れる。また、第１０流路２６、燃料ポンプ９を通過した主燃料がエマルジョン燃料貯留部１７側へ流れる。このように２方向から主燃料が導入される。これにより、燃料ポンプ９から燃料噴射弁１１を含む燃料噴射経路におけるエマルジョン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に回収し、主燃料への置換を効率よく行うことができる。すなわち、燃料噴射弁１１について、リターン燃料出口１１ｂから主燃料を導入することで、燃料噴射弁１１内のアクチュエータ部等の燃料の置換も効率よく行われる。また、第１吸入調量弁９ａ及び第２吸入調量弁９ｂを開弁状態とすることで燃料ポンプ９内へ主燃料を導入することができる。燃料置換制御時において、アクチュエータ２２による駆動を停止してもよいが、アクチュエータ２２を駆動し、燃料ポンプ９を動作させることにより効率よく燃料ポンプ９内の燃料の置換を行うことができる。特に、シリンダ９４とプランジャ９３との間に入り込んだ燃料の置換がされやすくなる。
【００４１】
以上のようなエンジン２００において、ＥＣＵ２３は、実施例１の場合と同様に燃料置換制御を行うことができる。
【００４２】
なお、第１１流路２７と第３流路７と接続部は、燃料ポンプ９と燃料噴射弁１１との間であればよい。例えば、コモンレール１０が備える調圧弁に第１１流路２７を接続し、調圧弁を介してエマルジョン燃料をエマルジョン燃料貯留部１７に回収するようにしてもよい。
【００４３】
また、燃料ポンプ９に代えて、逆止弁９１を備えた図５に示すような燃料ポンプ９０を採用することができる。この場合、吸入調量弁９２は一つあればよい。実施例２のエンジン２００は、燃料置換制御時であっても、燃料ポンプにおける燃料の流通方向は、エンジン稼動時の燃料流通方向と同一であるので、逆止弁９１を備えた形式であってもよい。
【００４４】
また、アクチュエータ２２によって燃料ポンプ９を駆動することによって、燃料ポンプ９側から主燃料を導入することができるときは、第１０流路２６を廃止してもよい。このような構成としても、２方向から主燃料を導入してエマルジョン燃料との置換を行うことができる。
【実施例３】
【００４５】
つぎに、実施例３について説明する。実施例３のハード構成は、図４に示した実施例２のエンジン２００と同一である。実施例３が実施例２と異なる点は、燃料置換制御時に、アクチュエータ２２の駆動を行わない点である。燃料置換制御時において、燃料ポンプ９内には、燃料置換ポンプ４から主燃料が圧送される。また、燃料噴射弁１１側からも燃料置換ポンプ４から主燃料が圧送される。このように２方向からの主燃料の導入により燃料の置換が行われる場合は、アクチュエータ２２の駆動をやめ、燃料ポンプ９の動作を停止してもよい。アクチュエータ２２の駆動をやめることにより、エネルギ消費を抑制することができる。
【００４６】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００４７】
１…主燃料タンク
２…水タンク
３…第１流路
４…燃料置換ポンプ
５…第２流路
６…ミキサ
７…第３流路
８…切替弁
９…燃料ポンプ
９ａ…第１吸入調量弁
９ｂ…第２吸入調量弁
１０…コモンレール
１１…燃料噴射弁
１１ａ…燃料供給口
１１ｂ…リターン燃料出口
１２…エンジン本体
１３…第４流路
１４…リターン燃料切替部
１５…第５流路
１６…第６流路
１７…エマルジョン燃料貯留部
１８…第７流路
１９…第８流路
２０…第９流路
２１…三方弁（開閉弁）
２１…第９流路
２２…アクチュエータ
２３…ＥＣＵ（制御部）
２４…冷却水温センサ
２５…外気温センサ
２６…第１０流路
２７…第１１流路
２８…開閉弁
１００，２００…エンジン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切替弁によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる内燃機関であって、
前記切替弁の下流側に配設された燃料ポンプと、
前記燃料ポンプ内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁と、
前記燃料ポンプの下流側に配設された燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁のリターン燃料が流通するリターン経路を通じて、主燃料を前記燃料噴射弁側に圧送する燃料置換ポンプと、
内燃機関の停止状態において前記燃料ポンプを駆動するアクチュエータと、
内燃機関の停止状態時に、燃料回収経路を通じて前記燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部と、
前記燃料回収経路内の燃料の流通を遮断する開閉弁と、
前記内燃機関の停止状態時に、前記吸入調量弁を開きつつ前記アクチュエータによって前記燃料ポンプを駆動するとともに、前記燃料置換ポンプを駆動させ、前記開閉弁を開弁状態とする燃料置換制御を行う制御部と、
を、備えたことを特徴とした内燃機関。
【請求項２】
前記燃料置換ポンプの下流で分岐し、前記燃料ポンプの上流側に接続された分岐流路を備え、
前記燃料回収経路は、前記燃料ポンプと前記燃料噴射弁との間の燃料流路に接続されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
切替弁によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる内燃機関であって、
前記切替弁の下流側に配設された燃料ポンプと、
前記燃料ポンプ内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁と、
前記燃料ポンプの下流側に配設された燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁のリターン燃料が流通するリターン経路を通じて、主燃料を前記燃料噴射弁側に圧送する燃料置換ポンプと、
内燃機関の停止状態時に、前記燃料ポンプと前記噴射弁との間の燃料流路に接続された燃料回収経路を通じて前記燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部と、
前記燃料回収経路内の燃料の流通を遮断する開閉弁と、
前記燃料置換ポンプの下流で分岐し、前記燃料ポンプの上流側に接続された分岐流路と、
前記内燃機関の停止状態時に、前記吸入調量弁を開きつつ、前記燃料置換ポンプを駆動させ、前記開閉弁を開弁状態とする燃料置換制御を行う制御部と、
を、備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記制御部は、内燃機関内を流通する冷却水温度及び／又は外気温が低温であるほど前記燃料置換制御による置換燃料量を増量することを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項記載の内燃機関。
【請求項１】
切替弁によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる内燃機関であって、
前記切替弁の下流側に配設された燃料ポンプと、
前記燃料ポンプ内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁と、
前記燃料ポンプの下流側に配設された燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁のリターン燃料が流通するリターン経路を通じて、主燃料を前記燃料噴射弁側に圧送する燃料置換ポンプと、
内燃機関の停止状態において前記燃料ポンプを駆動するアクチュエータと、
内燃機関の停止状態時に、燃料回収経路を通じて前記燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部と、
前記燃料回収経路内の燃料の流通を遮断する開閉弁と、
前記内燃機関の停止状態時に、前記吸入調量弁を開きつつ前記アクチュエータによって前記燃料ポンプを駆動するとともに、前記燃料置換ポンプを駆動させ、前記開閉弁を開弁状態とする燃料置換制御を行う制御部と、
を、備えたことを特徴とした内燃機関。
【請求項２】
前記燃料置換ポンプの下流で分岐し、前記燃料ポンプの上流側に接続された分岐流路を備え、
前記燃料回収経路は、前記燃料ポンプと前記燃料噴射弁との間の燃料流路に接続されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
切替弁によってエマルジョン燃料と主燃料との切り替えが行われる内燃機関であって、
前記切替弁の下流側に配設された燃料ポンプと、
前記燃料ポンプ内への燃料の吸入量を調整する吸入調量弁と、
前記燃料ポンプの下流側に配設された燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁のリターン燃料が流通するリターン経路を通じて、主燃料を前記燃料噴射弁側に圧送する燃料置換ポンプと、
内燃機関の停止状態時に、前記燃料ポンプと前記噴射弁との間の燃料流路に接続された燃料回収経路を通じて前記燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁から流出した燃料を回収し貯留するエマルジョン燃料貯留部と、
前記燃料回収経路内の燃料の流通を遮断する開閉弁と、
前記燃料置換ポンプの下流で分岐し、前記燃料ポンプの上流側に接続された分岐流路と、
前記内燃機関の停止状態時に、前記吸入調量弁を開きつつ、前記燃料置換ポンプを駆動させ、前記開閉弁を開弁状態とする燃料置換制御を行う制御部と、
を、備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記制御部は、内燃機関内を流通する冷却水温度及び／又は外気温が低温であるほど前記燃料置換制御による置換燃料量を増量することを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項記載の内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１３２９１１（Ｐ２０１１−１３２９１１Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９４４７２（Ｐ２００９−２９４４７２）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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