JP2005036799A - 船外機の燃料供給装置およびベーパセパレータ - Google Patents

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Abstract

【課題】 高温時におけるベーパの発生を低減して、空燃比(A/F)を安定化させ、高温時のエンジン性能を確保することができる船外機の燃料供給装置およびベーパセパレータを提供すること。
【解決手段】 低圧ポンプ11により、エア排出ポート76と燃料の液面上昇によってエア排出ポート76を閉塞するボール弁73とを備えるベーパセパレータ14に燃料を供給する。そして、ベーパセパレータ14内全域に燃料を充填して、ボール弁73によりベーパセパレータ14を密閉状態にし、ベーパセパレータ14内の燃料を加圧する。
【選択図】 図6

Description

本発明は、燃料噴射システム付きの船外機の燃料供給装置およびベーパセパレータに関する。さらに詳細には、高温時に発生する気化燃料(ベーパ)を低減することができる船外機の燃料供給装置およびベーパセパレータに関するものである。
従来より、燃料噴射システム付きのエンジンでは、吸気通路に配設されたインジェクタと電気的に制御される燃料ポンプとにより、所定量の燃料が供給されると共に、スロットルバルブで制御されたエアが所定量供給されるようになっている。そして、燃料タンクを船体側に配置する船外機の燃料供給装置では、エンジンまでの燃料供給用配管が長くなるため、エンジン近傍にサブタンクとしてのベーパセパレータを備えている。
このような船外機の燃料供給装置として、例えば、特開2001−140720号公報に開示されたものがある。ここに開示されている燃料供給装置は、燃料を、燃料タンクと、ベーパセパレータと、燃料をエンジン吸気系の噴射ノズル(インジェクタ)に供給するための高圧燃料ポンプと、前記噴射ノズルからの燃料噴射を制御するECMを備え、スロットルボディを介して供給される吸気と共に、燃料を燃焼部(エンジンの燃焼室)に供給する燃料供給装置において、前記ベーパセパレータの蒸発燃料の貯留部と連通する第1の蒸発燃料ホースと、前記スロットルボディ上流側の吸気通路と連通する第2の蒸発燃料ホースと、前記第1の蒸発燃料ホースおよび前記第2の蒸発燃料ホースと連通すると共に、蒸発燃料の流通を緩衝させる緩衝部を備えるものである。
ここで、ベーパセパレータ内には、通常、図19に示すように、フロート101が設けられている。そして、このフロート101により、ベーパセパレータ100内の燃料量が一定となるように、燃料ポンプ102からの燃料供給量が調整されている。このため、ベーパセパレータ100内には、空気層と燃料層とが形成されている。そして、空気層側には、ベーパセパレータ100内の圧力を大気圧相当とするために、ベントポート103と呼ばれるパイプがベーパセパレータ100内に貫通して設けられている。このベントポート103の他端は、吸気通路に配管されている。なぜなら、ベーパセパレータ内に発生したベーパは、可燃性であり、大気放出すると火災に至るおそれがあること、および大気汚染の原因にもなることから、ベーパセパレータ内に発生したベーパを吸気通路に戻すためである。
特開2001−140720号公報(第2〜3頁、第1図)
しかしながら、特開2001−140720号公報に開示されているものを含め、船外機の燃料供給装置におけるベーパセパレータにおいては、高温時に、熱、振動、供給燃料およびリターン燃料による攪拌、リターン燃料の減圧沸騰などにより、大量のベーパが発生して空気層に混入するという問題があった。そして、発生したベーパは、上記したように吸気通路に戻す処置が採られているため、吸気通路に戻されたベーパによって、空燃比(A/F)が変化してしまい、高温時におけるエンジン性能を低下させる要因となっていた。
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、高温時におけるベーパの発生を低減して、空燃比(A/F)を安定化させ、高温時のエンジン性能を確保することができる船外機の燃料供給装置およびベーパセパレータを提供することを課題とする。
上記課題を解決するためになされた本発明に係る船外機の燃料供給装置は、燃料タンクから燃料噴射システムを備えた船外機のインジェクタへ燃料を供給するための船外機の燃料供給装置であって、前記燃料タンク内の燃料を吸い出す低圧ポンプと、前記低圧ポンプにより前記燃料タンクから吸い出された燃料を一時的に保留するベーパセパレータと、前記ベーパセパレータ内に保留された燃料を船外機のインジェクタに加圧して供給する燃料ポンプとを有し、前記低圧ポンプは、燃料を前記ベーパセパレータの内部全域に充填するとともに、前記ベーパセパレータ内に充填された燃料を加圧して所定圧力値以上にすることを特徴とするものである。
この船外機の燃料供給装置では、低圧ポンプにより、燃料タンク内から燃料が送り出され、ベーパセパレータに一時的に保留される。その後、燃料ポンプにより、ベーパセパレータ内に保留された燃料が船外機のインジェクタに供給される。ここで、低圧ポンプは、燃料をベーパセパレータの内部全域に充填するとともに、ベーパセパレータ内に充填された燃料を加圧して所定圧力値以上にする。これにより、ペーパセパレータ内の燃料には所定値以上の圧力がかかるので、ベーパセパレータ内におけるベーパの発生を抑制することができる。したがって、高温時におけるベーパの発生が低減されるので、空燃比(A/F)が安定化する。これにより、高温時のエンジン性能を確保することができる。
そして、本発明に係る船外機の燃料供給装置においては、前記所定圧力値は、30kPaであることが望ましい。すなわち、低圧ポンプにより、ベーパセパレータ内の圧力を30kPa以上にするのがよい。なぜなら、RVP65kPaのガソリン(国内レギュラー相当)を使用し、燃料温度が60℃程度(高温時の燃料温度)と仮定すれば、蒸気圧特性図(図7参)より30kPa以上に加圧すれば燃料が気化しないからである。つまり、ベーパセパレータ内の圧力を30kPa以上にすることにより、ベーパの発生を確実に防止することができるのである。
また、本発明に係る船外機の燃料供給装置においては、前記低圧ポンプの吐出圧力(締め切り時)は、70kPa以上に設定されていることが望ましい。このような設定にすることにより、ベーパセパレータ内の圧力を30kPa以上にすることができるからである。
また、本発明に係る船外機の燃料供給装置においては、前記ベーパセパレータの上部には、前記ベーパセパレータ内へ燃料が送り込まれた際にエアを外部に排出するためのエア抜き孔と、燃料の液面の上昇により前記エア抜き孔を閉塞する閉塞機構とが設けられていることが望ましい。
このように、ベーパセパレータの上部にエア抜き孔を設けることにより、ベーパセパレータ内へ燃料が送り込まれた際にエアが外部に排出されるので、ベーパセパレータ内全域に燃料を充填することができる。そして、燃料の液面の上昇によりエア抜き孔を閉塞する閉塞機構を設けることによって、ベーパセパレータ内全域に燃料を充填することにより、ベーパセパレータを密閉することができるので、ベーパセパレータ内の燃料を加圧することができる。
前記閉塞機構としては、前記ベーパセパレータ内を密閉する弁構造を備えていればよい。つまり、気体(液体)を密閉できるような弁構造を備えていればよい。具体的には、中空構造にするなどして燃料中での浮力を確保してベーパセパレータ内を密閉することができる弁として、例えば、ボール弁や針弁などを使用することができる。このように非常に簡単な機構により、ベーパセパレータ内全域に燃料を充填するとともに、ベーパセパレータ内の燃料を加圧することができるからである。
上記課題を解決するためになされた本発明に係るベーパセパレータは、燃料タンクから低圧ポンプにより吸い出されて送り込まれた燃料を一時的に保留するベーパセパレータであって、前記ベーパセパレータの内部全域に燃料を充填するとともに、前記ベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力を高めるための加圧手段を備えることを特徴とするものである。
このベーパセパレータでは、低圧ポンプにより、内部全域に燃料を充填される。そして、加圧手段により、ベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力が高められる。これにより、ペーパセパレータ内の燃料には所定値以上の圧力がかかるので、ベーパセパレータ内におけるベーパの発生を抑制することができる。したがって、高温時におけるベーパの発生が低減されるため、空燃比(A/F)が安定化するので、高温時のエンジン性能を確保することができる。
上記課題を解決するためになされた本発明に係る別のベーパセパレータは、燃料タンクから低圧ポンプにより吸い出され送り込まれた燃料を一時的に保留するベーパセパレータであって、前記ベーパセパレータの内部に燃料を充填するとともに、前記ベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力を高めるための加圧手段と、前記加圧手段により圧力が高められた燃料をさらに加圧して船外機のインジェクタに供給する燃料ポンプと、前記燃料ポンプからのリターン燃料を前記低圧ポンプの上流側に戻すリターン配管と、を備えることを特徴とするものである。
このベーパセパレータでも、低圧ポンプにより、内部全域に燃料を充填される。そして、加圧手段により、ベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力が高められる。これにより、ペーパセパレータ内の燃料には所定値以上の圧力がかかるので、ベーパセパレータ内におけるベーパの発生を抑制することができる。
また、このベーパセパレータは、燃料ポンプからのリターン燃料を低圧ポンプの上流側に戻すリターン配管を有している。このため、低圧側(低圧ポンプとベーパセパレータとの間)の燃料圧力が、高圧側(ベーパセパレータとインジェクタとの間)の燃料圧力に影響を及ぼさなくなる。したがって、空燃比(A/F)をより安定化させることができるので、高温時のエンジン性能を確保することができる。
上記課題を解決するためになされた本発明に係るベーパセパレータは、 燃料タンクから低圧ポンプにより吸い出され送り込まれた燃料を一時的に保留するベーパセパレータであって、前記ベーパセパレータの内部全域に燃料を充填するとともに、前記ベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力を高めるための加圧手段と、前記加圧手段により圧力が高められた燃料をさらに加圧して船外機のインジェクタに供給する燃料ポンプと、前記燃料ポンプから吐出される燃料の圧力を検知する燃圧センサと、前記燃圧センサで検知された燃圧に基づいて、前記燃料ポンプから吐出される燃料の圧力が目標燃圧になるように前記燃料ポンプを制御するポンプ制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
このベーパセパレータでも、低圧ポンプにより、内部全域に燃料を充填される。そして、加圧手段により、ベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力が高められる。これにより、ペーパセパレータ内の燃料には所定値以上の圧力がかかるので、ベーパセパレータ内におけるベーパの発生を抑制することができる。
そして、このベーパセパレータでは、燃料ポンプから吐出される燃料(高圧側燃料)の圧力が目標燃圧となるように、燃圧センサで検知された燃圧に基づきポンプ制御手段により燃料ポンプが制御される。これにより、これにより、低圧側の燃料圧力に関係なく、高圧側の燃料圧力を常に一定にすることができる。したがって、空燃比(A/F)をより安定させることができる。
また、ポンプ制御手段によって燃料ポンプは必要量のみ駆動される。このため、燃料ポンプの発熱を低減することができ、ベーパセパレータ内の燃料の温度上昇を抑制することができる。これにより、ベーパセパレータ内でのベーパの発生を抑制することができる。さらに、ポンプ制御手段によって燃料ポンプは必要量のみ駆動されるので、燃料ポンプの消費電力も低減することができる。
本発明に係るベーパセパレータにおいては、前記加圧手段は、前記ベーパセパレータ内に充填された燃料の圧力を30kPa以上にすることが望ましい。ベーパセパレータ内の燃料を30kPa以上に加圧すれば気化しないからである。つまり、ベーパセパレータ内の圧力を30kPa以上にすることにより、ベーパの発生を確実に防止することができるのである。
また、本発明に係るベーパセパレータにおいては、前記加圧手段は、前記燃料タンクから燃料を吸い出す低圧ポンプであることが望ましい。こうすることにより、新たに加圧手段を設けることなく、ベーパセパレータ内の燃料を加圧することができるからである。
また、本発明に係るベーパセパレータにおいては、前記ベーパセパレータの上部に燃料が送り込まれた際にエアを外部に排出するためのエア抜き孔と、燃料の液面の上昇により前記エア抜き孔を閉塞する閉塞機構とが設けられていることが望ましい。
このように、ベーパセパレータの上部にエア抜き孔を設けることにより、ベーパセパレータ内へ燃料が送り込まれた際にエアが外部に排出されるので、ベーパセパレータ内全域に燃料を充填することができる。そして、燃料の液面の上昇によりエア抜き孔に閉塞する閉塞機構を設けることにによって、ベーパセパレータ内全域に燃料を充填することにより、ベーパセパレータを密閉することができるので、ベーパセパレータ内の燃料を加圧することができる。
前記閉塞機構としては、前記ベーパセパレータ内を密閉する弁構造を備えていればよい。つまり、気体(液体)を密閉できるような弁構造を備えていればよい。具体的には、中空構造にするなどして燃料中での浮力を確保してベーパセパレータ内を密閉することができる弁として、例えば、ボール弁や針弁などを使用することができる。このように非常に簡単な機構により、ベーパセパレータ内全域に燃料を充填するとともに、ベーパセパレータ内の燃料を加圧することができるからである。
また、前記閉塞機構は、燃料量により上下動するフロート弁と、前記フロート弁が傾くことなく上下動するようにガイドするフロート弁ガイドと、を備えることが望ましい。
これにより、フロート弁の姿勢を安定させることができるため、エア抜き孔がしっかりと閉塞されてベーパセパレータ内が確実に密閉されるからである。
また、本発明に係るベーパセパレータにおいては、前記ベーパセパレータの容器内上部にエア層が形成されるように、前記エア抜き孔の閉塞位置を前記容器内最上部よりも低い位置に配置することが望ましい。
これにより、ベーパセパレータ内の容器内上部に形成されたエア層により、ベーパセパレータ内の燃料が熱膨張した際における圧力上昇を緩和することができ、安全性が向上する〜である。
また、本発明に係るベーパセパレータにおいては、前記ベーパセパレータの容器内に前記低圧ポンプから供給される燃料を導入する燃料管における前記容器内開口部を、前記エア抜き孔の閉塞位置よりも低い位置に配置することが望ましい。
こうすることにより、低圧ポンプから供給される燃料がベーパセパレータに貯留された燃料内に供給される。したがって、ベーパ泡の発生を最小にでき、ベーパ泡、気泡によるフロート弁の浮力の低下を回避することができ、ひいては、燃料漏れを回避することができる。その結果、ベーパの発生も低減することができる。
上記のポンプ制御手段を有するベーパセパレータにおいては、前記燃料ポンプから吐出される燃料の圧力が所定値以上になったときに開弁するリリーフ弁をさらに備えるが望ましい。
これにより、高圧側の燃料圧力が異常上昇した際には、リリーフ弁54が開いて高圧側の燃料圧力を低下させることができる。したがって、高圧側の燃料配管が外れることを確実に防止することができる。なお、リリーフ弁が開く所定値としては、配管の耐圧を考慮して、例えば 400〜500kPa程度に設定すればよい。
また、上記のポンプ制御手段を有するベーパセパレータにおいては、前記低圧ポンプから供給される燃料を冷却する燃料クーラをさらに備えることが望ましい。
また、アイドル運転時は燃料流量が少ないため、低圧ポンプから供給される燃料による冷却効果だけでは、高温時におけるベーパセパレータ内でのベーパが発生するおそれや燃料ポンプのベーパロックが発生するおそれがある。
これにより、燃料クーラによって冷却された燃料がベーパセパレータに供給される。したがって、アイドル運転時のように燃料流量が少ない場合でも、ベーパセパレータ内の燃料を確実に冷却することができる。したがって、ベーパセパレータ内でのベーパの発生や燃料ポンプのベーパロックの発生を確実に防止することができる。
また、上記のポンプ制御手段を有するベーパセパレータにおいては、一端が高圧側燃料配管に接続され、他端が前記ベーパセパレータに接続された分岐管を備え、前記分岐管は、この分岐管の断面積を減少させる絞りと、この分岐管を通過する燃料を冷却する燃料クーラと、を有することが望ましい。
これにより、燃料ポンプから吐出された燃料の一部がリターン燃料としてベーパセパレータに戻される。そして、分岐管を流れるリターン燃料は、燃料クーラによって冷却されてベーパセパレータに戻される。したがって、ベーパセパレータ内の燃料を冷却することができるため、ベーパセパレータ内でのベーパの発生や燃料ポンプのベーパロックの発生をより確実に防止することができる。
また、本発明に係るベーパセパレータにおいては、低圧側の燃料の圧力が所定値以上になったときに開弁するリリーフ弁をさらに備えることが望ましい。
これにより、低圧側の燃料の圧力が非常に高くなった場合には、リリーフ弁が開くため低圧側の燃料の圧力がリリーフ弁の開弁圧以上にならない。したがって、高温時に燃料が体積膨張して低圧側の燃料の圧力が非常に高くなっても、低圧側の燃料配管が外れてしまうことを確実に防止することができる。
本発明に係る船外機の燃料供給装置およびベーパセパレータによれば、低圧ポンプによりベーパセパレータ内部に燃料を充填して、加圧手段によりベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力を高める。これにより、ペーパセパレータ内の燃料には所定値以上の圧力がかかるので、高温時におけるベーパの発生を低減することができる。その結果、空燃比(A/F)を安定化させ、高温時のエンジン性能を確保することができる。
以下、本発明の船外機の燃料供給装置およびベーパセパレータを使用した船外機のエンジンシステムを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図1に、本実施の形態に係る船外機のエンジンシステムの概略構成を示す。船外機のエンジンシステムは燃料を貯留する燃料タンク10を備えている。また、燃料タンク10に貯留された燃料を吐出するための低圧ポンプ11を備えている。燃料タンク10と低圧ポンプ11との間には、プライミングポンプ12と燃料フィルタ13とが設けられている。さらに、低圧ポンプ11から送り出された燃料を一時的に保留するためのベーパセパレータ14を備えている。
内燃機関であるレシプロタイプのエンジン20には、燃料噴射弁(インジェクタ)21が設けられており、ベーパセパレータ14からインジェクタ21に燃料が供給されるようになっている。そして、供給された燃料は、インジェクタ21が作動することにより、吸気通路30へ噴射されるようになっている。
吸気通路30には、サイレンサ31を通じて外部から空気が取り込まれるようになっている。また、吸気通路30には、所定のアクセル装置(図示せず)により操作されるスロットルバルブ32が設けられている。スロットルバルブ32が開閉されることにより、吸気通路30から燃焼室40に吸入される空気量(吸気量)が調節される。さらに、吸気通路30には、アイドル・スピード・コントロール・バルブ(ISCバルブ)33、および吸気圧センサ34が設けられている。ISCバルブ33は、アイドル運転時、即ち、スロットルバルブの全閉時に、エンジン20のアイドル回転速度を調節するために作動させるものである。
そして、エンジン20には各種センサ34,35,36が設けられている。これらのセンサ34〜36は、エンジン20の運転状態に関する各種運転パラメータを検出するためのものであり、それぞれECU50に接続されている。具体的には、吸気通路30に設けられた吸気圧センサ34は、スロットルバルブ32より下流側の吸気通路30における吸気圧pmを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン20に設けられた水温センサ35は、エンジン20の内部を流れる冷却水の温度(冷却水温)THWを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン20に設けられた回転速度センサ36は、クランクシャフト44の回転速度(エンジン回転速度)NEを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力するとともに、TDC信号を検出する。
また、エンジン20には、エンジン20の各種制御を司るECU50が設けられている。このECU50には、船体用電源としてのバッテリから電力が供給されるのが一般的だが、エンジンに取り付けられた発電機から直接に供給される場合もある。ECU50には、前述した各種センサ34〜36から出力される各種信号を入力され、ECU50は、これらの入力信号に基づき、吸気圧検出制御、燃料噴射制御及び点火時期制御等を実行するために、インジェクタ21、ISCバルブ33、イグニションコイル42、および後述する高圧燃料ポンプ71等をそれぞれ制御する。
周知のように、ECU50は、中央処理装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、バックアップRAM、外部入力回路及び外部出力回路等を備えている。ECU50は、CPU、ROM、RAM及びバックアップRAMと、外部入力回路及び外部出力回路等とをバスにより接続してなる論理演算回路を構成している。ROMは、エンジン20の各種制御に関する所定の制御プログラムを予め記憶したものである。RAMは、CPUの演算結果を一時記憶するものである。バックアップRAMは、予め記憶したデータを保存するものである。CPUは、入力回路を介して入力される各種センサ34〜36の検出信号に基づき、所定の制御プログラムに従って前述した各種制御等を実行するものである。
続いて、上記したエンジンシステムにおける燃料供給系について詳細に説明する。燃料供給系は、燃料タンク10からインジェクタ21へ燃料を供給するためのものであり、燃料タンク10、低圧ポンプ11、およびベーパセパレータ14を有している。まず、低圧ポンプ11について図2〜図4を参照しつつ説明する。図2は、低圧ポンプ11の平面図である。図3は低圧ポンプ11の正面図である。図4は、低圧ポンプ11の断面図である。
低圧ポンプ11は、図2および図3に示すように、ポンプベース61と、ポンプボディ62と、ポンプカバー63とを備え、ポンプボディ62に燃料の出入り口である吸入ポート59と吐出ポート58とが設けられ、ベーパセパレータ14へ燃料を供給するものである。そして、図4に示すように、ポンプベース61の中心に貫通孔が形成されており、ここにスプリング64を介してプランジャ65が配設されている。このスプリング64は、プランジャ65を図4中下向きに付勢している。なお、ポンプベース61と、ポンプボディ62と、ポンプカバー63との接続面にはシールパッキンが備えられており、燃料が漏れ出ないようにされている。
プランジャ65の上端には、ダイアフラム66の中央部分を狭持するための上下2枚組のプレート67が取り付けられている。このプレート67とポンプベース61との間には、スプリング68が設けられている。なお、このスプリング68のバネ力は、スプリング64のバネ力よりも小さい。
そして、ダイアフラム66の周縁部分は、ポンプベース61とポンプボディ62とにより狭持されて固定されている。このダイアフラム66の上方にはチェックバルブ69が設けられている。
このような構成を有する低圧ポンプ11は、エンジンバルブを駆動するためのカムシャフトに設けられた専用カムによってプランジャ65が上下動する。このプランジャ65の動きに連動して、ダイアフラム66の中央部が上下に動く。そして、このダイヤフラム66の上下動にしたがってチェックバルブ69が開閉することにより、低圧ポンプ11内への燃料の吸入、および低圧ポンプ11外への燃料の吐出が行われる。これにより、燃料タンク10に貯留されている燃料がベーパセパレータ14に供給される。
ここで、低圧ポンプ11のポンプ特性を図5に示す。図5は、横軸に燃料圧力をとり、縦軸に燃料流量をとって、各回転数ごとに特性を示したものである。なお、低圧ポンプ11の吐出圧力は70kPa(締め切り時)に設定されている。図5に示した特性を有する低圧ポンプ11は、20L/h以下の流量のとき、吐出圧力として30kPa以上を確保することができるので、一般に1000cc以下の船外機に適用することができるようになる。
次に、ベーパセパレータ14について図6を参照しつつ説明する。ベーパセパレータ14は、低圧ポンプ11により燃料タンク10から送り出された燃料を一時的に貯留し、最終的にはインジェクタ21に燃料を供給するためのものである。このベーパセパレータ14は、図6に示すように、中空の容器70内に高圧燃料ポンプ71と、燃料フィルタ72と、ボール弁73とが備わっている。
容器70には、低圧燃料の入口である入口ポート74と、高圧燃料の出口である出口ポート75と、容器70内のエアを外部に排出するためのエア排出ポート76と、リターン燃料を戻すためのリターンポート78とが設けられている。入口ポート74は、低圧ポンプ11の吐出ポート59と燃料配管を介して接続されている。また、出口ポート75は、燃料配管を介してインジェクタ21に接続されている。そして、高圧燃料の出口(出口ポート65の上流側)には、プレッシャレギュレータ77が取り付けられている。リターンポート78は、プレッシャレギュレータ77のリターン燃料出口と燃料ホースを介して接続されている。なお、従来のベーパセパレータに設けられていたフロートは存在しない。
そして上記したように、低圧ポンプ11の吐出圧力は、常に30kPa以上が確保されている。ここで、日本のガソリンに相当するRVP65kPaのガソリンを使用するとして、燃料温度が60℃程度(通常の燃料は40℃程度であり、高温時で60℃程度まで上昇する)と仮定すると、図7に示す蒸気圧特性図からわかるように、燃料の圧力が30kPa以上であれば気化しない。つまり、ベーパが発生しない。
次に、上記した構成を有するエンジンシステムの動作について説明する。まず、エンジン始動前にプライミングポンプ12の手動操作により、燃料タンク10内の燃料を燃料フィルタ13を通過させて低圧ポンプ11に供給する。そして、エンジン20を始動させると、低圧ポンプ11を駆動するための専用カムが回転するので低圧ポンプ11が作動する。これにより、燃料タンク10内の燃料は、低圧ポンプ11によってベーパセパレータ14に供給される。このため、ベーパセパレータ14内は燃料で満たされ、ボール弁73が作動してエア排出ポート76が閉塞する。その結果、ベーパセパレータ14内における燃料の圧力が上昇していき、低圧ポンプ11の吐出圧力となる。ベーパセパレータ14内における燃料の圧力は、上記したように常に30kPa以上となる。このため、高温時においてもベーパセパレータ14内にベーパが発生しない。
その後、ベーパセパレータ14内に一時的に貯留された燃料は、燃料フィルタ72を通過して高圧燃料ポンプ71により、インジェクタ21に供給される。インジェクタ21に供給された燃料は、インジェクタ21が作動することにより、吸気通路30へ噴射される。このとき、吸気通路30に取り込まれた空気とインジェクタ21から噴射された燃料は可燃混合気を形成して燃焼室40に吸入される。ここで、上記したように、高温時においても、ベーパセパレータ14内にベーパが発生しないため、可燃混合気の空燃比を常に適正な値に制御することができる。
そして、燃焼室40に設けられた点火プラグ41は、イグニッションコイル42から出力される点火信号を受けてスパーク動作する。燃焼室40に吸入された可燃混合気は、点火プラグ41のスパーク動作により爆発・燃焼する。燃焼後の排気ガスは、燃焼室40から排気通路39を通じて外部へ排出される。燃焼室40における可燃混合気の燃焼に伴い、ピストン43が運動してクランクシャフト44が回転することにより駆動力がエンジン20で得られる。そして、本実施の形態に係るエンジンシステムでは、高温時においても、可燃混合気の空燃比を常に適正な値に制御することができるので、エンジン性能が低下することがない。
ここで、インジェクタ21における燃料圧力は、プレッシャレギュレータ77が低圧ポンプ11から吐出される燃料の圧力(低圧ポンプ吐出燃圧)を基準に動作するので、プレッシャレギュレータの設定圧から低圧ポンプ吐出燃圧を加えた値となる。そして、低圧ポンプ吐出燃圧は、低圧ポンプ締め切り時にはほぼ一定となるが、それ以外ではエンジン回転数と吐出流量により変動する。すなわち、エンジン回転数(ne)とインジェクタ通電時間(tau)により、インジェクタ21の燃料圧力が変動することになる。したがって、燃料圧力値を補正しないと適切な空燃比(A/F)に制御することができなくなる。
そこで、本実施の形態では、燃料圧力の補正制御を行っている。この補正制御の内容を示したフローチャートを図8に示す。まず、エンジン回転数neと吸気圧pmが読み取られる(S10)。そして、読み取ったエンジン回転数neと吸気圧pmとから、予め作成されたマップに基づき、基本噴射時間(tau0)が決定される(S11)。また、読み取ったエンジン回転数neと吸気圧pmとから、予め作成された別のマップに基づき、燃料圧力補正値(kpf)が決定される(S12)。そして、基本噴射時間(tau0)に燃料圧力補正値(kpf)が乗算されて、インジェクタ通電時間(tau)が算出される(S13)。その後、暖機や加速等の補正ロジックが実行され(S14)、インジェクタ21が駆動される(S15)。これにより、本実施の形態に係るエンジンシステムでは、常に適切な空燃比(A/F)に制御することができる。
なお、S11とS12に示すように、基本噴射時間(tau0)を決定するためのパラメータと、燃料圧力補正値(kpf)を決定するためのパラメータとは同じであるから、基本噴射時間マップに補正値を一体に織り込むこともできる。
続いて、船外機のエンジンシステムの変形例について説明する。このエンジンシステムは、図9に示すように、基本的な構成を上記実施の形態とほぼ同じくするものであるが、ベーパセパレータ14aからのリターン燃料を冷却するための燃料クーラ51が設けられている点が異なる。このため、ベーパセパレータ14aの容器70aには、図10に示すように、リターンポートが形成されていない。つまり、プレッシャレギュレータ77と燃料クーラ51とがリターン燃料配管80を介して接続されているのである。そして、リンターン燃料配管80の一端が低圧ポンプ11とベーパセパレータ14との間の燃料配管にに接続されている。
そして、燃料クーラ51には冷却水が循環しており、リターン燃料が燃料クーラ51内を通過することによりリターン燃料が冷却される。冷却されたリターン燃料は、低圧ポンプ11とベーパセパレータ14との間の燃料配管に戻される。すなわち、リターン燃料は、燃料クーラ51によって冷却された後にベーパセパレータ14に戻される。なお、燃料クーラ51の冷却水は、海水を利用すればよい。
また、図11に示すように、リターン燃料配管80aの一端をプライミングポンプ12と低圧ポンプ11との間の燃料配管に接続してもよい。つまり、燃料クーラ51によって冷却されたリターン燃料をプライミングポンプ12と低圧ポンプ11との間の燃料配管に戻すようにしてもよい。これにより、ベーパセパレータ14aにおいて、低圧側(低圧ポンプ11とベーパセパレータ14aとの間)の燃料圧力が、高圧側(ベーパセパレータ14aとインジェクタ21との間)の燃料圧力に影響を及ぼさなくなる。したがって、空燃比(A/F)をより安定させることができる。
ここで、空燃比(A/F)をより安定させるためには、高圧側の燃料圧力を一定に制御することが重要である。そこで、図12に示すように、図1のエンジンシステムにおいて、EFPコントローラ52と、燃圧センサ53とがさらに備わったものである。燃圧センサ53は、ベーパセパレータ14の高圧側の燃料圧力を計測するものであり、ベーパセパレータ14とインジェクタ21との間に設けられている。また、ベーパセパレータ14bは、プレッシャレギュレータ77およびリターンポート78が備わっていない点を除けば、その他の構造はベーパセパレータ14と同様である。
このエンジンシステムでは、高圧燃料ポンプ71から吐出される燃料の圧力が燃圧センサ53により測定されている。燃圧センサ53により測定された高圧側の燃料圧力に関する信号がEFPコントローラ52に入力される。そして、EFPコントローラ52は、燃圧センサ53からの信号に基づいて、高圧側の燃料圧力が目標燃圧(本実施の形態では、300kPa程度)になるように高圧燃料ポンプ71の動作を制御する。具体的には、燃圧センサ53によって測定される燃料圧力が目標燃圧よりも大きい場合には、EFPコントローラ52は、高圧燃料ポンプ71の駆動電圧を下げる。一方、燃圧センサ53によって測定される燃料圧力が目標燃圧よりも小さい場合には、EFPコントローラ52は、高圧燃料ポンプ71の駆動電圧を上げる。
これにより、低圧側の燃料圧力に関係なく、高圧側の燃料圧力を常に一定にすることができる。したがって、空燃比(A/F)をより安定させることができる。また、EFPコントローラ52によって高圧燃料ポンプ71は必要量のみ駆動される。このため、高圧燃料ポンプ71の発熱を低減することができ、ベーパセパレータ14b内の燃料の温度上昇を抑制することができる。これにより、ベーパセパレータ14b内でのベーパの発生を抑制することができる。さらに、EFPコントローラ52によって高圧燃料ポンプ71は必要量のみ駆動されるので、高圧燃料ポンプ71の消費電力も低減することができる。なお、ECU50とEFP52は、一体に構成してもよい。
このようなEFPコントローラ52を備えるエンジンシステムでは、減速時の燃料消費量急減、あるいは停止中の燃料温度上昇などによって高圧側の燃料圧力が異常に上昇したり、高圧燃料ポンプ71やその制御系の故障時などに高圧側の燃料圧力が異常に上昇するおそれがある。そして、高圧側の燃料圧力が異常上昇すると燃料配管が外れるおそれがあるため、このような事態の発生を未然に防止しておくことが必要がある。
そこで、図13に示すように、高圧側の燃料配管と低圧側の燃料配管との間にリリーフ弁54を設けることが好ましい。このリリーフ弁54は、高圧側の燃料圧力が所定値(例えば、400〜500kPa程度)に達すると開弁するようになっている。これにより、高圧側の燃料圧力が異常上昇した際には、リリーフ弁54が開いて高圧側の燃料圧力を低下させる。したがって、高圧側の燃料配管が外れることを確実に防止することができる。
また、アイドル運転時は燃料流量が少ないため、低圧ポンプ11から供給される燃料による冷却効果だけでは、高温時におけるベーパセパレータ14内でのベーパが発生するおそれや高圧燃料ポンプ71のベーパロックが発生するおそれがある。
そこで、図14に示すように、低圧ポンプ11とベーパセパレータ14bとの間に燃料クーラ55を設けることが好ましい。この燃料クーラ55には冷却水が循環しており、燃料クーラ55内を通過する燃料が冷却される。そして、燃料クーラ55によって冷却された燃料は、ベーパセパレータ14に供給される。これにより、ベーパセパレータ14b内の燃料が冷却されるので、ベーパセパレータ14b内でのベーパの発生や高圧燃料ポンプ71のベーパロックの発生を確実に防止することができる。なお、燃料クーラ55の冷却水は、海水を利用すればよい。
さらに、図15に示すように、高圧燃料ポンプ71と燃圧センサ53との間の燃料配管に分岐配管81を設けてベーパセパレータ14bに接続するとともに、分岐配管81に絞り56と燃料クーラ57とを配置することも好ましい。絞り56は、分岐配管81の断面積を減少させるものである。これにより、高圧燃料ポンプ71から吐出された燃料の一部がリターン燃料としてベーパセパレータ14bに戻される。そして、燃料クーラ57には冷却水が循環しており、燃料クーラ57内を通過するリターン燃料が冷却される。
このため、分岐配管81を流れるリターン燃料は、燃料クーラ57によって冷却されてベーパセパレータ14bに戻される。これにより、燃料クーラ55を設ける場合よりもベーパセパレータ14b内の燃料を冷却することができるため、ベーパセパレータ14内でのベーパの発生や高圧燃料ポンプ71のベーパロックの発生をより確実に防止することができる。なお、燃料クーラ57の冷却水は、海水を利用すればよい。
ここで、エンジン20を停止すると、燃料供給系が密閉される。そして、高温時には燃料の体積膨張により、低圧側の燃料の圧力が非常に高くなってしまう(300kPa程度)。こうなると、低圧側の燃料配管が外れてしまうおそれがある。
そこで、図16に示すように、低圧ポンプ11をバイパスするようにリリーフ配管82を設けて、リリーフ配管82にリリーフ弁83を配置することが好ましい。リリーフ弁83は、リリーフ配管82内の燃料の圧力が所定値(例えば、100kPa程度)以上になると開弁するようになっている。これにより、低圧側の燃料の圧力が非常に高くなった場合には、リリーフ弁83が開くため低圧側の燃料の圧力がリリーフ弁83の開弁圧以上になることはない。したがって、低圧側の燃料配管が外れることを確実に防止することができる。
続いて、ベーパセパレータの変形例について図17を参照しながら説明する。図17は、ベーパセパレータの概略構成を示す断面図である。このベーパセパレータ14cは、基本的な構成をベーパセパレータ14と同じくするものであるが、閉塞機構の構造が異なる。そこで、以下の説明では、相違点を中心に説明し、同じ構成のものについては同符号を付して適宜説明を省略する。
ベーパセパレータ14cは、図17に示すように、中空の容器70c内に高圧燃料ポンプ71と、燃料フィルタ72と、フロート弁93とが備わっている。容器70には、低圧燃料の入口であり入口ポート74と、高圧燃料の出口である出口ポート75と、容器70内のエアを外部に排出するためのエア排出ポート76とが設けられている。入口ポート74は、低圧ポンプ11の吐出ポート59と燃料配管を介して接続されている。また、出口ポート75は、燃料配管を介してインジェクタ21に接続されている。そして、高圧燃料の出口(出口ポート65の上流側)には、プレッシャレギュレータ77が取り付けられている。
フロート弁93は、弁体93aと円筒形状のフロート93bとを備えている。フロート弁93は、燃欠時に開弁させるために必要な自重を有し、かつ、自重を上回る浮力を発生することが要求される。このため、フロート93bが大きくなってしまう。しかしながら、フロート93bが大きくなると、フロート93bの姿勢が不安定(フロート93bが傾く)となり、フロート弁93がエア排出ポート76を密閉することができなくなるおそれがある。
そこで、フロート93bの姿勢を安定(フロート93bが傾かないように)させるガイド94を設けている。このガイド94は、有底円筒状をなすものであり、上部および底面に、エアあるいは燃料を流通させるための通路96が形成されている。そして、ガイド94の内径が、フロート93bの外径よりも若干大きくなっている。これにより、ガイド94内をフロート93bが傾くことなくスムーズに上下動する。
また、ベーパセパレータ内全域に燃料を充填した状態で、燃料の温度が上昇すると熱膨張によりベーパセパレータ内の圧力が上がってしまい(300kPa以上)、燃料配管が外れてしまうおそれがある。そこで、ベーパセパレータ14cでは、フロート弁93を、その締め切り位置95が容器70cの最上部よりも少し低いところに位置するように設けている。これにより、ベーパセパレータ14c内の液面97が容器70cの最上部より下がり、容器70c上部にエア層98が形成される。そして、このエア層98により、ベーパセパレータ14c内の燃料が熱膨張した際のベーパセパレータ14c内の圧力上昇を緩和することができ安全性が向上する。なお、100cc程度のエア層98を形成すると、ベーパセパレータ14c内の圧力が140kPa程度まで低下した。
また、ベーパセパレータ14cでは、入口ポート74の内部開口端74aを、フロート弁93の締め切り位置95よりも低いところに配置している。これにより、低圧ポンプ11から供給される燃料がベーパセパレータ14c内の燃料内に供給される。したがって、ベーパ泡の発生を最小にでき、ベーパ泡、気泡によるフロート弁93の浮力の低下を回避することができる。ひいては、燃料漏れを回避することができる。その結果、ベーパの発生も低減することができる。
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るエンジンシステムでは、低圧ポンプ11により、エア排出ポート76と燃料の液面上昇によってエア排出ポート76を閉塞するボール弁73とを備えるベーパセパレータ14に燃料を供給する。このため、ベーパセパレータ14内全域に燃料を充填することができるとともに、燃料が充填されるとボール弁によりベーパセパレータ14が密閉状態にされるのでベーパセパレータ14内の燃料を加圧することができる。そして、低圧ポンプ11の吐出圧力(締め切り時)を70kPaに設定しているので、常に吐出圧力を30kPa以上確保できるため、ベーパセパレータ14内の燃料の圧力を常に30kPa以上に加圧しておくことができる。したがって、高温時においてもベーパセパレータ14内におけるベーパの発生を確実に防止することができるので、空燃比(A/F)が安定して高温時のエンジン性能を確保することができる。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、図18に示すように、上記した実施の形態あるいは変形例で例示したベーパセパレータ14,14aの幅寸法を小さくしたベーパセパレータ14bを使用することもできる。このベーパセパレータ14bでは、高圧燃料ポンプ71と同等の幅寸法になっているので、ベーパセパレータの小型化が図られている。
一実施の形態に係り、エンジンシステムを示す概略構成図である。 低圧ポンプを示す平面図ある。 低圧ポンプを示す正面図である。 低圧ポンプの内部構成を示す断面図である。 低圧ポンプの性能を示すポンプ特性図である。 ベーパセパレータの構成を示す断面図である。 ガソリンの蒸気圧特性図である。 燃料圧力の補正制御のプログラムを示すフローチャートである。 図1のエンジンシステムの変形例を示す概略構成図である。 図9におけるベーパセパレータの構成を示す断面図である。 図9のエンジンシステムの変形例を示す概略構成図である。 ポンプコントローラを使用するエンジンシステムの概略構成図である。 図12のエンジンシステムの変形例を示す概略構成図である。 図12のエンジンシステムの別の変形例を示す概略構成図である。 図12のエンジンシステムの別の変形例を示す概略構成図である。 図1のエンジンシステムの別の変形例を示す概略構成図である。 ベーパセパレータの変形例を示す断面図である。 ベーパセパレータの別の変形例を示す断面図である。 従来のベーパセパレータの構成を示す断面図である。
符号の説明
10 燃料タンク
11 低圧ポンプ
14 ベーパセパレータ
20 エンジン
21 インジェクタ
50 ECU
71 高圧燃料ポンプ
73 ボール弁
76 エア排出ポート

Claims (19)

  1. 燃料タンクから燃料噴射システムを備えた船外機のインジェクタへ燃料を供給するための船外機の燃料供給装置であって、
    前記燃料タンク内の燃料を吸い出す低圧ポンプと、
    前記低圧ポンプにより前記燃料タンクから吸い出された燃料を一時的に保留するベーパセパレータと、
    前記ベーパセパレータ内に保留された燃料を船外機のインジェクタに加圧して供給する燃料ポンプとを有し、
    前記低圧ポンプは、燃料を前記ベーパセパレータの内部全域に充填するとともに、前記ベーパセパレータ内に充填された燃料を加圧して所定圧力値以上にすることを特徴とする船外機の燃料供給装置。
  2. 請求項1に記載する船外機の燃料供給装置において、
    前記所定圧力値は、30kPaであることを特徴とする船外機の燃料供給装置。
  3. 請求項1に記載する船外機の燃料供給装置において、
    前記低圧ポンプの吐出圧力(締め切り時)は、70kPa以上に設定されていることを特徴とする船外機の燃料供給装置。
  4. 請求項1または請求項2に記載する船外機の燃料供給装置において、
    前記ベーパセパレータの上部には、前記ベーパセパレータ内へ燃料が送り込まれた際にエアを外部に排出するためのエア抜き孔と、
    燃料の液面の上昇により前記エア抜き孔を閉塞する閉塞機構とが設けられていることを特徴とする船外機の燃料供給装置。
  5. 請求項4に記載する船外機の燃料供給装置において、
    前記閉塞機構は、前記ベーパセパレータ内を密閉する弁構造を備えることを特徴とする船外機の燃料供給装置。
  6. 燃料タンクから低圧ポンプにより吸い出され送り込まれた燃料を一時的に保留するベーパセパレータであって、
    前記ベーパセパレータの内部全域に燃料を充填するとともに、前記ベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力を高めるための加圧手段を備えることを特徴とするベーパセパレータ。
  7. 燃料タンクから低圧ポンプにより吸い出され送り込まれた燃料を一時的に保留するベーパセパレータであって、
    前記ベーパセパレータの内部に燃料を充填するとともに、前記ベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力を高めるための加圧手段と、
    前記加圧手段により圧力が高められた燃料をさらに加圧して船外機のインジェクタに供給する燃料ポンプと、
    前記燃料ポンプからのリターン燃料を前記低圧ポンプの上流側に戻すリターン配管と、
    を備えることを特徴とするベーパセパレータ。
  8. 燃料タンクから低圧ポンプにより吸い出され送り込まれた燃料を一時的に保留するベーパセパレータであって、
    前記ベーパセパレータの内部全域に燃料を充填するとともに、前記ベーパセパレータの内に充填された燃料の圧力を高めるための加圧手段と、
    前記加圧手段により圧力が高められた燃料をさらに加圧して船外機のインジェクタに供給する燃料ポンプと、
    前記燃料ポンプから吐出される燃料の圧力を検知する燃圧センサと、
    前記燃圧センサで検知された燃圧に基づいて、前記燃料ポンプから吐出される燃料の圧力が目標燃圧になるように前記燃料ポンプを制御するポンプ制御手段と、
    を備えることを特徴とするベーパセパレータ。
  9. 請求項6から請求項8に記載するいずれか1つのベーパセパレータにおいて、
    前記加圧手段は、前記ベーパセパレータ内に充填された燃料の圧力を30kPa以上にすることを特徴とするベーパセパレータ。
  10. 請求項6から請求項9に記載するいずれか1つのベーパセパレータにおいて、
    前記加圧手段は、前記燃料タンクから燃料を吸い出す低圧ポンプであることを特徴とするベーパセパレータ。
  11. 請求項6から請求項10に記載するいずれか1つのベーパセパレータにおいて、
    前記ベーパセパレータの上部に燃料が送り込まれた際にエアを外部に排出するためのエア抜き孔と、
    燃料の液面の上昇により前記エア抜き孔を閉塞する閉塞機構とが設けられていることを特徴とするベーパセパレータ。
  12. 請求項11に記載するベーパセパレータにおいて、
    前記閉塞機構は、前記ベーパセパレータ内を密閉する弁構造を備えることを特徴とするベーパセパレータ。
  13. 請求項11に記載するベーパセパレータにおいて、
    前記閉塞機構は、
    燃料量により上下動するフロート弁と、
    前記フロート弁が傾くことなく上下動するようにガイドするフロート弁ガイドと、
    を備えることを特徴とするベーパセパレータ。
  14. 請求項11に記載するベーパセパレータにおいて、
    前記ベーパセパレータの容器内上部にエア層が形成されるように、前記エア抜き孔の閉塞位置を前記容器内最上部よりも低い位置に配置したことを特徴とするベーパセパレータ。
  15. 請求項11に記載するベーパセパレータにおいて、
    前記ベーパセパレータの容器内に前記低圧ポンプから供給される燃料を導入する燃料管における前記容器内開口部を、前記エア抜き孔の閉塞位置よりも低い位置に配置したことを特徴とするベーパセパレータ。
  16. 請求項8に記載するベーパセパレータにおいて、
    前記燃料ポンプから吐出される燃料の圧力が所定値以上になったときに開弁するリリーフ弁をさらに備えることを特徴とするベーパセパレータ。
  17. 請求項8に記載するベーパセパレータにおいて、
    前記低圧ポンプから供給される燃料を冷却する燃料クーラをさらに備えることを特徴とするベーパセパレータ。
  18. 請求項8に記載するベーパセパレータにおいて、
    一端が高圧側燃料配管に接続され、他端が前記ベーパセパレータに接続された分岐管を備え、
    前記分岐管は、
    この分岐管の断面積を減少させる絞りと、
    この分岐管を通過する燃料を冷却する燃料クーラと、
    を有することを特徴とするベーパセパレータ。
  19. 請求項6から請求項8に記載するいずれか1つのベーパセパレータにおいて、
    低圧側の燃料の圧力が所定値以上になったときに開弁するリリーフ弁をさらに備えることを特徴とするベーパセパレータ。

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