JPH02227551A - 加熱した液体燃料を燃料噴射ポンプによつて供給するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加熱した液体燃料を燃料噴射ポンプによって
供給するための方法であって、高圧下の燃料を燃料噴射
弁に供給し、この場合、燃料を燃料噴射弁から流出させ
るまでは液体状態に保持し、燃料噴射弁から流出させた
後では潜熱によって蒸気状態へ移行させることを保証す
るような、最適な圧力レベル及び最適な温度レベルにお
いて、燃料噴射ポンプの後方で熱供給を行う形式のもの
及びこの方法を実施するための装置に関する。

【従来の技術１ 燃焼可能な混合気を発生させるために、液体燃料はでき
るだけ小さな粒子に分解されることによって調整される
が、この場合、燃料が気体状態で−あることが理想的状
態である。そのためには、気体熱が液体燃料に供給され
ねばならない。通常の内燃機関における気化熱の供給は
、液体燃料が多かれ少なかれ微細に、燃焼ガス内に分散
されている場合に行われる。この場合、燃料は低温状態
で気化され、しかも適当に長い開気化され統ける。それ
によって、高速回転時には不完全燃焼が発生し、その結
果燃費が大きくなり、排ガスエミッションが悪化する。

燃焼ガス内へ流入する前の燃料に気化熱を供給するため
の方法及び装置が公知である。公知方法及び装置におい
て燃料は、噴射されるとすぐに潜熱によって気化される
ようになるまで、燃料噴射弁から流出する前に加熱され
ている。

この場合、燃料の気化は迅速かつ完全に行われており、
高速回転時においても排ガス値及び燃費は有利な値とな
っている。

燃料が蒸気の気泡を形成することなく加熱されるには、
燃料の温度が、燃料圧に依存した所定温度を超過しない
ようにしなければならないこのような形式の公知方法及
び装置では、燃料を案内する部分に取付けられた電気的
な加熱巻線によって、燃料が加熱される。電気的な加熱
によって所期の温度が比較的容易に一定に保持される。

しかし、この場合に必要とされる電力は極めて大量であ
る。即ち、約２０ｋＷのエンジン出力のためには約１ｋ
Ｗの電力が必要とされる。自動車においては行われねば
ならないように、内燃機関がこのような電力を自己発生
させようとするならば、内燃機関の重量は大きくなり、
費用も多くかかつてしまう。

燃料を加熱するための別の構成が、ＤＨ−Ｏ８第３２　
４３　８０９号明細書から公知であるこの構成では、排
気ガスからの熱が燃料に供給される。この場合、周期的
に作動する燃料噴射ポンプが、常に高圧下に保持された
蓄圧器へ向かって燃料を吐出する。燃料は、この蓄圧器
から排ガス熱交換器を介して燃料噴射弁へ到達する。

このよう、な構成によって、蒸気の気泡を発生させずに
燃料を加熱することだけは可能であるというのは、燃料
が極めて高い圧力下で加熱されるからである。熱交換器
内の燃料側の温度が極めて高く（例えば４００°Ｃ）な
っていてもよいので、燃料は例えばｌ　２０　ｂａｒの
高圧にまでもたらされ、それによって加熱時には液体状
態のまま維持される。例えば燃料噴射ポンプ及び燃料噴
射弁などの上記構成部材は高い圧力の作用を受けるので
、これらの製作には多くの費用がかかる。さらに、ポン
プ駆動効率が特に大きくなければならない。そのため、
排ガス熱の利用による効率改警は、機械的損失のために
ほとんど行われない。熱供給が比較的低い一定温、度状
態で行われるならば、燃料が加熱時に潜熱によって気化
されるといった目的は、比較的低い圧力、例えば上記構
成で使用される燃料圧の１／４よりも低い圧力状態にお
いて達せられるであろう。

【発明が解決しようとする課題１ 本発明の課題は、はじめに述べた形式の燃料供給系を改
善し、制御されない高温の熱源から燃料へ、比較的低い
圧力を作用させながら比較的低い一定温度状態で熱を供
給することにある［課題を解決するための手段１ 上記課題は、本発明によればはじめに述べた形式の方法
において、補助媒体の蒸気を凝縮したさいに放出された
、補助媒体の潜熱によって燃料を加熱し、補助媒体の凝
縮温度によって燃料の温度レベルを制御することによっ
て解決されている。

さらに上記課題は、本発明によればはじめに述べた形式
の方法を実施するｔ；めの装置において、熱管が導管を
介して、液体状態の補助媒体を、・完全に又は部分的に
貯蔵する容器と接続されており、容器の容量が、ピスト
ン又はベローズの配置によって変化させられることによ
って解決されている。

【作用及び効果Ｊ 補助媒体のための介在部が設けられているので、燃料へ
の熱伝導時に熱源と燃料上の間には大きな温度差があっ
てもよい。燃料を加熱するために補助媒体の潜熱を使用
することによって、燃料の温度レベルは狭い範囲内に保
持される。従って、圧力レベルも有利に選択される。

請求項２〜１６には、本発明の別の有利な構成が記載さ
れている。

補助媒体の状態変化は、公知の熱管の原理に基づいて実
現され得る。公知熱管では、燃料の熱需要に必要な程度
だけ、蒸気が凝縮される。

凝縮温度の安定は、熱管に接続された、容量の変化可能
な容器による蒸気圧力の安定によって行われる。上記熱
管によれば、熱源の不安定なエネルギー供給は、補助媒
体が部分的に除去されることによって解決されている。

従って、エンジン排ガス熱の温度が高く、排ガス熱には
大きな温度変動が生じるにもかかわらず、この工ンジン
排ガス熱によって燃料を加熱することができる。補助媒
体の介在部による、排ガス熱を利用した燃料の加熱は、
熱管の原理に基づけば、効率改善の多くの点に関してポ
ジティブに行われる。

【実施例１ 次に図示の実施例につき本発明を説明する。

第１図によれば、排ガス熱を取出すための熱交換器２が
内燃機関ｌに設けられている。熱交換器２は排気通路３
と接続されており、かつ熱管４を支持している。熱管４
の、熱交換器２とは反対側の端部には中間部材５が固定
されており、中間部材５は加熱区間６を取囲んでいる。

加熱区間６の燃料流出側には燃料噴射弁８が設けられて
いる。断熱体２５が熱管４及び加熱区間６を取囲んでい
る。ピストンＩＯ及び駆動装置１１を有する燃料噴射ポ
ンプ９が、加熱区間６の燃料供給側の開口部と接続され
ている。燃料噴射ポンプ９の押しのけ室１２への流入部
に一方向弁１３が設けられており、押しのけ室１２から
の流出部に一方向弁１４が設けられている。燃料流入側
の一方向弁１３には前ポンプ１５が結合されている。

補助媒体の圧力及び活性量の補助媒体を制御するために
、熱管４が導管１６を介してカプセル１９と結合されて
いる。カプセル１９の容量はベローズ１８によって変化
させられる。図示の実施例では、ベローズ１８とカプセ
ル１９との間に圧力室２０が形成されるように、ベロー
ズ１８がカプセル１９によって取囲まれている。カプセ
ル１９は完全に密閉されており、導管１６内には主に補
助媒体の凝縮物２１が充填されており、熱管４内には主
に蒸気２２が充填されている。

第１図による燃料供給装置の作用形式を以下に説明する
： 燃料はまず、前ポンプ１５によって一定圧力にもたらさ
れ、一方向弁Ｉ３を通過した後に、燃料噴射ポンプ９の
押しのけ室１２内へ流入する。ピストンｌＯが駆動部材
１１によって駆動されると、所定燃料量が一方向弁１４
を介して燃料噴射ポンプ９から流出し、ついには高圧下
で加熱区間６内へ流入する。加熱区間６は燃料噴射弁８
まで延びており、かつ熱供給されることにより燃料通路
に沿ってほぼ同じ温度に保持されている。それによって
、燃料は燃料噴射弁８に到達するまでほぼ同じ温度を受
容する。燃料に作用している高圧によって燃料噴射弁８
が開放され、燃料が燃焼室７内へ流入する。燃焼室７内
に作用している比較的低い圧力によって、加熱された燃
料がすぐに蒸気の状態へ移行する。ポンプ行程が終了す
ると加熱区間６内の圧力は所定の値にまで低下し、燃料
噴射弁８が再び閉鎖される。

熱交換器２が、熱管４内の補助媒体の沸騰温度にまで気
化区域２３を加熱すると、熱伝導が開始される。この場
合気化区域２３内に遊離された蒸気２２が、圧力の作用
を受けることによって熱管４内で拡散され、それによっ
て凝縮区域２４へ到達する。凝縮区域２４の温度が気化
区域２３の温度よりも低いので、蒸気２２はこの凝縮区
域２４内で凝縮される。この場合蒸気２２は熱を排出し
、この熱が凝縮区域２４の管壁から中間部材５を介して
加熱区間６へ伝導される。加熱区間６は温度差が小さく
なるまで補助媒体の沸騰温度を受容する。この加熱区間
６と同様に、低温のまま加熱区間６内へ流入した燃料も
燃料噴射弁８へ到達するまでに、温度、差がさらに小さ
くなるまで補助媒体の沸騰温度を受容する。凝縮区域２
４内で液体状態へ移２行した補助媒体は、重力の作用を
受けて気化区域２３へ逆流し、それによって熱伝導が再
び開始される。

燃料貫流量がわずかであると、加熱区間６は燃料によっ
てほとんど冷却されない。それによって、沸騰温度に対
する温度差が減少され、蒸気の凝縮量もわずかとなる。

燃料噴射過程が完全に停止すると、蒸気の凝縮は熱損失
を補償するのに必要な程度にまで減少される。逆に、燃
料噴射量が多いために加熱区間６が多くの熱を奪われる
と、多くの蒸気が凝縮されるようになる。

燃料内に蒸気の気泡が形成されるのを避けるためには、
補助媒体の沸騰温度及び圧力を一定に保つことが重要で
あるので、カプセル１９内に制御系が組込まれている。

蒸気圧力が上昇するにつれてカプセル１９の容量も拡大
され、それによって所定圧力が再び調節される。カプセ
ル１９へ向かう導管１６が、気化区域２３の最も深い箇
所に取付けられている。カプセル１９内に完全に充填さ
れた凝縮物は、気化される前に上記箇所に集結されてい
る。上述した様に蒸気圧力が上昇すると、カプセルＩ９
の容量が拡大されることによってより多くの凝縮物２１
がカプセル１９内に受容されるようになる。その結果、
沸騰される凝縮物の量がわずかとなり、蒸気圧力が再び
下げられる。このような制御過程は可逆的であり、かつ
連続して行われるので、圧力は一時的に変動した後でも
、すぐに再びバランスのとれた状態にもたらされる。さ
らに、加熱区間６及び中間部材５が蓄熱性材料から製作
されているので、補助媒体の圧力及び沸騰温度の変動に
よって燃料温度が影響を及ぼされることはほとんどない
。

熱管４内の初期の内圧はガスパッドによって調節される
。このガスパッドは、カプセル１９内で外側からベロー
ズ１８に作用している。

熱が熱交換器２のみによって制御されて加熱区間６へ伝
導されるように、これらの部材の中間室には断熱体２５
が完全に充填されている。

気化区域２３の過熱を回避するために、熱交換器２又は
その一部を、温度の上昇につれて熱伝導率が大きく減少
する材料から製作することができる。例えば、セミスチ
ールの熱伝導率は２００〜５００℃である。また、固体
から液体への移行時に熱伝導率の大きく変化する材料が
、熱管４の気化区域２３と熱交換器２との間に充填され
てもよい。

第２図に示されたように、カプセル１９は補助媒体の圧
力制御を行うために、導管１６を介して熱管４の気化区
域２３の最も低い箇所と接続されている。

比較的多くの熱量が内燃機関１から加熱区間６へ不意に
伝導された場合には、燃料内に蒸気の気泡が形成される
危険性が考慮されねばならない。第３図では、気化区域
２６によって中間部材５に固定された別の熱管２７が示
されており、熱管２７の凝縮区域２８は冷却リブ２９を
支持している。加熱区間６の温度が急上昇したことによ
って気化区域２６の温度が沸騰温度にまで上昇すると、
加熱区間６から冷却リブ２９へ向かって熱搬送が開始さ
れる。それによって、温度が上昇しすぎることが自己制
御的に阻止される。

第４図に示されたように、容器１７はピストン３４によ
って閉鎖されている。ピストン３４はばね３５によって
負荷されており、かつばね力によって補助媒体の圧力を
調節している。

第５図によれば、付加的な加熱を行うための加熱コイル
３６が加熱区間６のまわりに取付けられている。エンジ
ンの始動時にすぐに燃料を加熱しなければならない場合
には、上記加熱コイル３６が必要となる。排気通路３内
の熱交換器２が駆動温度に達すると、上記のように電気
的で付加的な加熱は不要となる。

本発明は上述した実施例に制限されるものではなく、他
の多くの実施例が考えられ得る。さらに本発明による装
置は、上述した２サイクル式エンジンの他に４サイクル
式エンジンにおいても使用することができる。また、燃
料はエンジンの吸入管内へ供給されてもよく、比較的多
くの熱管がそれぞれの加熱区間と協働していてもよく、
上述した、重力による作用を受ける熱管の代わりに、毛
細管を有する熱管が使用されてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明による装置の複数の実施例を示すもので
、 第１図は本発明による装置の縦断面図、第２図は熱管を
有する排ガス熱交換器の縦断面図、第３図は別の実施例
を示す加熱区間の縦断面図、第４図は別の実施例を示す
容器の縦断面図、第５図はさらに別の実施例を示す加熱
区間の縦断面図である。 ｌ・・・内燃機関、２・・・熱交換器、３・・・排気通
路４・・・熱管、５・・・中間部材、６・・・加熱区間
、７・・・燃焼室、８・・・燃料噴射弁、９・・・燃料
噴射ポンプ、ｌＯ・・・ピストン、１１・・・駆動装置
、１２・・・押しのけ室、１３．１４・・・一方向弁、
１５・・・前ポンプ、１６・・・導管、１７・・・容器
、１８・・・ベローズ、１９・・・カプセル、２０・・
・圧力室、２１・・・凝縮物、２２・・・蒸気、２３・
・・気化区域、２４・・・凝縮区域、２５・・・断熱体
、２６・・・気化区域、２７・・・熱管、２８・・・凝
縮区域、２９・・・冷却リプ、３４・・・ピストン、３
５・・・ばね、３６・・・加熱コイル 手続補正書（自発）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加熱した液体燃料を燃料噴射ポンプによって供給す
   るための方法であって、高圧下の燃料を燃料噴射弁に供
   給し、この場合、燃料を燃料噴射弁から流出させるまで
   は液体状態に保持し、燃料噴射弁から流出させた後では
   潜熱によって蒸気状態へ移行させることを保証するよう
   な、最適な圧力レベル及び最適な温度レベルにおいて、
   燃料噴射ポンプの後方で熱供給を行う形式のものにおい
   て、補助媒体の蒸気を凝縮したさいに放出された、補助
   媒体の潜熱によって燃料を加熱し、補助媒体の凝縮温度
   によって燃料の温度レベルを制御することを特徴とする
   、加熱した液体燃料を燃料噴射ポンプによって供給する
   ための方法。 ２、熱管（４）の原理に基づいて、気化区域（２３）と
   凝縮区域（２４）との間で補助媒体を循環させる、請求
   項１記載の方法。 ３、補助媒体の凝縮温度を制御するために補助媒体の圧
   力を制御する、請求項１又は２記載の方法。 ４、熱伝導効率を制御するために、循環する補助媒体の
   量を変化させる、請求項１又は２記載の方法。 ５、補助媒体を気化するための熱を排ガス熱から取出す
   、請求項１又は２記載の方法。 ６、補助媒体を気化するための熱を電気的な加熱装置に
   よって得る、請求項１から５までのいずれか１項記載の
   方法。 ７、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法を実
   施するための装置において、熱管（４）が導管（１６）
   を介して、液体状態の補助媒体を完全に又は部分的に貯
   蔵する容器（１９）と接続されており、容器（１９）の
   容量が、ピストン（３４）又はベローズ（１８）の配置
   によって変化させられることを特徴とする、加熱した液
   体燃料を燃料噴射ポンプによって供給するための装置。 ８、容器（１９）と熱管（４）とが熱管（４）の気化区
   域（２３）によって接続されている、請求項７記載の装
   置。 ９、ばね（３５）又は取囲まれたガスパッド（２０）に
   よって生ぜしめられる調節力が、ピストン（３４）又は
   ベローズ（１８）に作用している、請求項７記載の装置
   。 １０、凝縮区域（２４）が、気化区域（２３）の鉛直方
   向上方に設けられている、請求項１又は２記載の装置。 １１、燃料に熱を供給する部材（５、６）がその材料及
   び構成によって、凝縮区域（２４）から燃料噴射弁（８
   ）までにわたって大きな熱伝導率を備えており、かつ補
   助媒体の凝縮温度に対してそれぞれわずかな温度差しか
   有していない、請求項１から１０までのいずれか１項記
   載の装置。 １２、燃料に熱を供給する部材（５、６）が凝縮区域（
   ２４）から燃料噴射弁（８）までにわたって、良好に蓄
   熱作用を行う材料から製作されており、燃料貫流により
   生じる温度変動が補助媒体の制御系によって制御される
   までは上記部材（５、６）の温度変動がわずかである、
   請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。 １３、加熱された燃料を案内する部材（６）が、冷却に
   役立つ熱管（２７）の気化区域（２６）と結合されてお
   り、熱管（２７）の凝縮区域（２８）が冷却媒体と結合
   されており、補助媒体の沸騰温度が最適な燃料温度より
   もわずかしか高くないように、熱管（２７）内の補助媒
   体の圧力が調節されており、上記部材（６）が不意なエ
   ンジン廃熱によって加熱されすぎた場合に常に、上記熱
   管（２７）が機能するようになっている、請求項１から
   ３までのいずれか１項記載の装置。 １４、直接的な熱伝導を阻止する断熱体（２５）が、熱
   源（３）と部材（６）との間に設けられている、請求項
   １から３までのいずれか１項記載の装置。 １５、熱源（３）と熱管（４）との間の構成部材が、温
   度の上昇につれて大きくなる、可変の熱抵抗値を有する
   材料を含んでいるか、又はこのような材料から製作され
   ているか、請求項５記載の装置。