JP2009002294A - 燃料供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】昇圧時の燃料の流量損失を抑制し、ポンプ効率を向上することのできる燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料を貯蔵する燃料タンク12と、燃料タンク12内の燃料を燃料タンク12外へ供給する燃料ポンプ14と、ダイヤフラム35により画成されかつ燃料ポンプ14から吐出された燃料の一部がそれぞれ導入される燃料調圧室44及び制御圧室45を有し、燃料調圧室44内の燃圧を制御圧室45内の圧力に応じて調整しかつ余剰となった燃料を燃料タンク12内に戻す圧力レギュレータ16と、ECU50により圧力レギュレータ16の制御圧室45内への燃料の導入と大気の導入とを選択的に切替えることにより、燃料タンク12外に供給される燃圧を可変する弁装置18とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、主に車両用エンジンに用いられる燃料供給装置に関する。
従来例の燃料供給装置としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。なお、図6は従来例(特許文献1)にかかる燃料供給装置を示す構成図である。
図6に示すように、特許文献1に記載された燃料供給装置200において、燃料タンク201内の燃料は、燃料ポンプ202によって吸入されて昇圧(加圧)された後、燃料フィルタ204、供給配管203を通って、各噴射弁205から内燃機関(エンジン)の燃焼室に向けて噴射される。また、燃圧調整装置207は、コントロールユニット229からの制御信号で、還流制御弁224を開閉することにより、各噴射弁205に供給される燃料圧力(「燃圧」という。)を高圧、低圧との二段階で切替える。
すなわち、燃圧調整装置207は、エンジンの始動時等に還流制御弁224を開放することで、圧力レギュレータ208の制御圧室208B内に燃料を導入し、制御圧室208B内の圧力を上昇させる。これにともない、圧力レギュレータ208の燃料調圧室208A内の燃圧が上昇され、燃料調圧室208Aと連通する供給配管203内の燃圧が上昇される。これにより、各噴射弁205に供給される燃圧が高燃圧になることで、噴射燃料の微粒化が促進されてエンジンの始動性が向上される。このとき、燃料調圧室208A内の燃料は、導出管路223を介して燃料タンク201内へ還流される。また、エンジン始動後に還流制御弁224を閉鎖することで、圧力レギュレータ208の制御圧室208B内の圧力を低下させる。これにともない、燃料調圧室208A内の燃圧が低下され、供給配管203内の燃圧が低下される。これにより、各噴射弁205に供給される燃圧が低燃圧になることで、燃料ポンプ202等にかかる負荷が低減される。
特開2001−90624号公報
前記従来例の燃料供給装置(図6参照。)においては、昇圧時において、圧力レギュレータ208の燃料調圧室208A内に導入された燃料が、導出管路223を介して燃料タンク201内へ流出されている。このため、昇圧時の燃料の流量損失が大きく、ポンプ効率が低下するという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、昇圧時の燃料の流量損失を抑制し、ポンプ効率を向上することのできる燃料供給装置を提供することにある。
前記した課題は、特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とする燃料供給装置により解決することができる。
すなわち、特許請求の範囲の請求項1にかかる燃料供給装置によると、燃料タンク内の燃料は、燃料ポンプによって吸入されて昇圧(「加圧」ともいう。)された後、圧力レギュレータにより所定の燃圧に調整された後、燃料タンク外へ供給される。また、制御装置の制御により弁装置が制御され、圧力レギュレータの制御圧室内への燃料の導入と大気の導入とが選択的に切替えられる。すなわち、弁装置は、圧力レギュレータの制御圧室へ大気を導入するときは燃料の導入を遮断し、また、圧力レギュレータの制御圧室へ燃料を導入するときは大気の導入を遮断する。したがって、圧力レギュレータの燃料調圧室内の燃圧すなわち燃料タンク外に供給される燃圧を可変することができる。ところで、圧力レギュレータの制御圧室へ燃料を導入するときは、弁装置により該制御圧室内への大気の導入が遮断される。したがって、圧力レギュレータの制御圧室への燃料の導入により制御圧室内の可動隔壁に対する圧力が昇圧される際には、該制御圧室内の燃料の大気側への流出が制限される。このため、昇圧時における圧力レギュレータの制御圧室内の燃料の流量損失を抑制し、ポンプ効率を向上することができる。
また、特許請求の範囲の請求項2にかかる燃料供給装置によると、圧力レギュレータの制御圧室内に、燃料ポンプの昇圧途中の昇圧過程圧から昇圧後の吐出圧までの間の昇圧された昇圧燃料を導入することができる。
また、特許請求の範囲の請求項3にかかる燃料供給装置によると、圧力レギュレータの制御圧室内の燃圧を、圧力リリーフ弁によって設定圧以下に制御することができる。
また、特許請求の範囲の請求項4にかかる燃料供給装置によると、弁装置が三方切替弁であるので、1つの弁装置で、圧力レギュレータの制御圧室内への燃料の導入と大気の導入とを選択的に切替えることができる。したがって、複数の弁装置を使用する場合と比べて、装置構成を簡素化することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態について実施例を参照して説明する。
[実施例1]
本発明の実施例1を説明する。本実施例では、車両用エンジンに用いられる燃料供給装置について例示する。なお、図1は燃料供給装置を示す構成図である。
図1に示すように、燃料供給装置10は、図示しない車両に搭載されておりかつ燃料を貯蔵する燃料タンク12と、その燃料タンク12内に配置された燃料ポンプ14、圧力レギュレータ16、弁装置18等を備えている。
前記燃料ポンプ14は、前記燃料タンク12内に図示しない支持部材を介して支持されており、該燃料タンク12内の燃料を燃料タンク12外へ供給するものである。なお、図2は燃料ポンプを示す断面図である。
図2に示すように、燃料ポンプ14は、電動式のモータ部20と、モータ部20の下端部に設けられたインペラ式のポンプ部21とを備えるモータ一体型のものである。ポンプ部21は、モータ部20の駆動によりインペラ22が回転されることにより、前記燃料タンク12内の燃料を吸入しかつ昇圧してモータ部20内に吐出する。また、燃料ポンプ14の下面側には、燃料を吸入する燃料吸入口23が設けられている。燃料吸入口23には、燃料タンク12内から燃料ポンプ14内に吸入される燃料を濾過する吸入フィルタ24が管接続されている。また、燃料ポンプ14の上面側には、モータ部20内を流通した燃料を吐出する燃料吐出口25が設けられている。また、燃料ポンプ14の下面側には、ポンプ部21で昇圧途中の燃料に含まれるベーパ(燃料が気化することにより生じる気泡)をポンプ通路から排出すなわち吐出するためのベーパジェット26が設けられている。なお、ベーパジェット26は、本明細書でいう「ベーパ燃料排出口」に相当する。
図1に示すように、前記燃料ポンプ14(詳しくは、燃料吐出口25(図2参照))には、タンク内燃料供給通路28の一端部が管接続されている。タンク内燃料供給通路28の他端部には、燃料タンク12外に設けられたタンク外燃料供給通路29が管接続されている。また、タンク外燃料供給通路29の下流側端部すなわちエンジン側端部は、図示しないデリバリパイプに管接続されている。なお、デリバリパイプは、エンジンの各燃焼室(図示しない。)に対応する燃料噴射弁いわゆるインジェクタを備えている。したがって、燃料ポンプ14により昇圧された燃料は、タンク内燃料供給通路28へ吐出された後、タンク外燃料供給通路29へ供給される。タンク外燃料供給通路29に供給された燃料は、デリバリパイプを通じて各インジェクタよりエンジンの各燃焼室内に噴射される。
前記タンク内燃料供給通路28からは第1の連通路31及び第2の連通路32が分岐されている。なお、第1の連通路31の下流側端部は圧力レギュレータ16の燃料調圧室44(後述する。)に連通され、また、第2の連通路32の下流側端部は弁装置18の第1の接続口51(後述する。)に連通されている。
前記圧力レギュレータ16は、前記燃料タンク12内に図示しない支持部材を介して支持されており、タンク外燃料供給通路29に供給される燃料の圧力いわゆる燃圧を調整するものである。なお、図3は圧力レギュレータを示す断面図である。
図3に示すように、圧力レギュレータ16は、ケーシング34、ダイヤフラム35、弁体36等によって構成されている。ケーシング34は、圧力レギュレータ16の外殻をなすもので、上面開口状をなす燃料調圧室側のケース37と下面開口状をなす制御圧室側のケース38とを接合してなる。燃料調圧室側のケース37の側壁部には、燃料導入管40が設けられている。また、前記燃料調圧室側のケース37の底壁部には、燃料排出管41が設けられている。また、前記制御圧室側のケース38の上壁部には連通口42が設けられている。
前記ダイヤフラム35は、前記燃料調圧室側のケース37と前記制御圧室側のケース38との間に挟持されており、前記ケーシング34内を燃料調圧室44と制御圧室45とに区画している。ダイヤフラム35は、ゴム状弾性材により形成されており、可撓性を有している。また、前記弁体36は、ダイヤフラム35の中央部に設けられており、前記燃料排出管41の上端面に対向している。弁体36は、ダイヤフラム35の撓み変形により燃料排出管41の上端面を弁座として開閉することにより、燃料調圧室44内を燃料排出管41内に対して連通又は遮断する。なお、ダイヤフラム35は、本明細書でいう「可動隔壁」に相当する。
前記制御圧室45内において、前記制御圧室45側のケース38の上壁部と前記ダイヤフラム35の弁体36との間には、コイルスプリングからなるバルブスプリング47が介装されている。バルブスプリング47は、常に弁体36を前記燃料排出管41の弁座に着座する方向いわゆる閉弁方向に付勢している。しかして、制御圧室45内においてダイヤフラム35を押圧する力すなわちバルブスプリング47の弾性力に比べて、燃料調圧室44内においてダイヤフラム35を押圧する燃圧が低いときは、バルブスプリング47の弾性力により弁体36が燃料排出管41に着座されることにより、燃料排出管41が閉じられる。また、燃料調圧室44内の燃圧すなわちダイヤフラム35を押圧する燃圧がバルブスプリング47の弾性力よりも高くなるときは、ダイヤフラム35の撓み変形により弁体36が燃料排出管41から離れることにより、燃料排出管41が開かれる。これにより、燃料調圧室44内の燃料が燃料排出管41を通じて排出されるため、燃料調圧室44内の燃圧が設定値になるまで低下される。燃料調圧室44内の燃圧が設定値になると、弁体36はバルブスプリング47の弾性により閉じられる。
図1に示すように、前記弁装置18は、前記燃料タンク12内に図示しない支持部材を介して支持されており、電磁切替式の三方切替弁からなる。弁装置18は、第1〜第3の計3つの接続口51,52,53を備えており、電子制御装置(「ECU」という。)50から出力される制御信号に基づいてオン(ON)、オフ(OFF)される。
前記ECU50は、マイクロコンピュータ等によって構成されたコントロールユニットで、その入力側には、例えばエンジンのイグニッションスイッチ又はスタートスイッチ等の始動スイッチ等の検出装置が接続されており、その出力側にはインジェクタ等が接続されている。さらに、ECU50は、エンジンの運転状態に応じて、前記弁装置18のオン・オフ制御を行なうように設定されている。例えば、ECU50は、エンジンの始動開始(イグニッションスイッチ又はスタートスイッチ等の始動スイッチのON(オン))から始動完了後の所定時間経過後までは弁装置18をオン(ON)し、その所定時間経過後以降はその弁装置18をオフ(OFF)するように設定されている。また、弁装置18がオンされたときには、該弁装置18の第1の接続口51と第2の接続口52が連通されかつ第3の接続口53が遮断されるものとする。また、弁装置18がオフされたときは、該弁装置18の第1の接続口51が遮断されかつ第2の接続口52と第3の接続口53が連通されるものとする。なお、ECU50は、本明細書でいう「制御装置」に相当する。
図1に示すように、前記第1の連通路31は、前記圧力レギュレータ16の燃料導入管40(図3参照)に管接続されており、該圧力レギュレータ16の燃料調圧室44と連通されている。なお、第1の連通路31は、本明細書でいう「燃料調圧室側連通路」に相当する。
また、図1に示すように、前記弁装置18の第1の接続口51と圧力レギュレータ16の連通口42(図3参照)とは、中継管路55を介して連通されている。
また、前記第2の連通路32は、前記弁装置18の第2の接続口52に管接続されており、中継管路55を介して圧力レギュレータ16の制御圧室45と連通されている。なお、第2の連通路32は、本明細書でいう「制御圧室側連通路」に相当する。
また、弁装置18の第3の接続口53には、燃料流出管57が接続されている。なお、燃料流出管57、及び、圧力レギュレータ16の燃料排出管41は、前記燃料タンク12内に開放されている。
次に、前記燃料供給装置10の作動について説明する。エンジンが始動を開始すると、ECU50から出力される制御信号により弁装置18がオンされる。すると、弁装置18の第1の接続口51と第2の接続口52が連通されかつ第3の接続口53が遮断される。この状態では、タンク内燃料供給通路28を流れる燃料の一部が、第2の連通路32及び中継管路55を通じて、圧力レギュレータ16の制御圧室45内へ流入する。このとき、第3の接続口53の遮断によって、制御圧室45内の燃料が燃料流出管57を通じて燃料タンク12内へ流出することが制限される。
そして、タンク内燃料供給通路28を流れる燃料の一部が圧力レギュレータ16の制御圧室45内へ流入すると、該制御圧室45内の燃圧が上昇される。これにより、圧力レギュレータ16(図3参照)のダイヤフラム35が燃料調圧室44側へ撓み変形し、弁体36が燃料排出管41の弁座に着座する。これにともない、燃料調圧室44内の燃料が燃料排出管41を通じて燃料タンク12内へ流出することが制限される。このため、燃料調圧室44内の燃圧が一層上昇する。そして、圧力レギュレータ16の燃料調圧室44内の燃圧が、制御圧室45の燃圧よりも大きくなると、ダイヤフラム35が制御圧室45側へ撓み変形し、弁体36が燃料排出管41の弁座から離れることにより、燃料調圧室44内の燃料が燃料排出管41を通じて燃料タンク12内へ排出される。そして、燃料調圧室44内の燃圧が再び低下すると、ダイヤフラム35が燃料調圧室44側へ撓み変形し、弁体36が燃料排出管41の弁座に着座する。このようにして、燃料調圧室44内の燃圧すなわち燃料タンク12外(エンジン)へ供給される燃料の圧力が、定常圧値よりも高い高圧、例えば約600kPa程度に調整される。
上記したように、燃料タンク12外(エンジン)へ供給される燃圧が圧力レギュレータ16によって高燃圧に調整されることにより、インジェクタの噴射燃料の微粒化を促進し、エンジンの始動性を向上することができる。なお、弁装置18のオン状態は、エンジンの始動開始(イグニッションスイッチ又はスタートスイッチ等の始動スイッチのON(オン))から始動完了後の所定時間経過後までのエンジン始動時の間において継続される。
また、エンジンの始動完了後の所定時間経過後においては、ECU50から出力される制御信号により弁装置18がオフされる。すると、弁装置18の第1の接続口51が遮断されかつ第2の接続口52と第3の接続口53が連通される。この状態では、これにより、タンク内燃料供給通路28を流れる燃料の一部が、第2の連通路32から中継管路55へ流通することができず、圧力レギュレータ16の制御圧室45内へ流入することが制限される。このため、圧力レギュレータ16(図3参照)の制御圧室45内でダイヤフラム35に作用する圧力は、バルブスプリング47の弾性力のみとなる。したがって、圧力レギュレータ16の燃料調圧室44内の燃圧すなわち燃料タンク12外(エンジン)へ供給される燃料の圧力が定常圧、例えば約400kPa程度に調整される。
上記したように、燃料タンク12外(エンジン)へ供給される燃圧が圧力レギュレータ16によって定常圧に調整されることにより、燃料ポンプ14等にかかる負荷を低減することができる。なお、弁装置18のオン状態は本明細書でいう「高圧状態」に相当し、また、弁装置18のオフ状態は本明細書でいう「定常圧状態」に相当する。
前記した燃料供給装置10(図1参照)によると、ECU50の制御により弁装置18が制御され、圧力レギュレータ16の制御圧室45内への燃料の導入と大気の導入とが選択的に切替えられる。すなわち、弁装置18は、圧力レギュレータ16の制御圧室45へ大気を導入するとき(前記定常圧状態を参照)は燃料の導入を遮断し、また、圧力レギュレータ16の制御圧室45へ燃料を導入するとき(高圧状態を参照)は大気の導入を遮断する。したがって、圧力レギュレータ16の燃料調圧室44内の燃圧すなわち燃料タンク12外に供給される燃圧を可変することができる。
ところで、圧力レギュレータ16の制御圧室45へ燃料を導入するとき(前記定常圧状態)は、弁装置18により該制御圧室45内への大気の導入が遮断される。したがって、圧力レギュレータ16の制御圧室45への燃料の導入により制御圧室45内のダイヤフラム35(図3参照)に対する圧力が昇圧される際には、該制御圧室45内の燃料の大気側への流出が制限される。このため、昇圧時における圧力レギュレータ16の制御圧室45内の燃料の流量損失を抑制し、ポンプ効率を向上することができる。
また、圧力レギュレータ16の制御圧室45内に、燃料ポンプ14の燃料吐出口25(図2参照)から吐出された燃料(すなわち、燃料ポンプ14による昇圧後の吐出圧の昇圧燃料)を導入することができる。なお、圧力レギュレータ16の制御圧室45内には、燃料ポンプ14の燃料吐出口25とは別に設けられた第2の燃料吐出口から吐出された燃料(吐出圧の昇圧燃料)を導入することもできる。
また、弁装置18が三方切替弁であるので、1つの弁装置18で、圧力レギュレータ16の制御圧室45内への燃料の導入と大気の導入とを選択的に切替えることができる。したがって、複数の弁装置を使用する場合と比べて、装置構成を簡素化することができる。
なお、複数の弁装置を使用する場合とは、例えば、前記実施例における弁装置18及び中継管路55を省略し、第2の連通路32及び燃料流出管57を圧力レギュレータ16の制御圧室45に個別に連通するとともに、第2の連通路32及び燃料流出管57に電磁式の開閉弁等からなる弁装置をそれぞれ設け、それらの弁装置をECU50により開閉制御することによって、圧力レギュレータ16の制御圧室45内への燃料の導入と大気の導入とを選択的に切替えることである。このように、圧力レギュレータ16の制御圧室45内への燃料の導入と大気の導入とを複数の弁装置で選択的に切替えることも、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
[実施例2]
本発明の実施例2を説明する。本実施例は、前記実施例1の一部を変更したものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。なお、図4は燃料供給装置を示す構成図である。
図4に示すように、本実施例は、前記実施例1(図1参照)の燃料供給装置10における前記タンク内燃料供給通路28から分岐した第2の連通路32を、前記タンク内燃料供給通路28に代えて、前記燃料ポンプ14のベーパジェット26(図2参照。)に連通し、燃料ポンプ14のベーパジェット26から吐出された燃料を第2の連通路32に導入する構成としたものである。したがって、弁装置18がECU50によりオンされたときには、燃料ポンプ14のベーパジェット26から吐出された燃料が、第2の連通路32及び中継管路55を通じて、圧力レギュレータ16の制御圧室45内へ流入する構成としている。
本実施例によっても、前記実施例1と同様の作用・効果を得ることができる。
また、圧力レギュレータ16の制御圧室45に、燃料ポンプ14のベーパジェット26(図2参照)から吐出された燃料(すなわち、燃料ポンプ14の昇圧途中の昇圧過程圧の昇圧燃料)を導入することができる。なお、圧力レギュレータ16の制御圧室45内には、燃料ポンプ14のベーパジェット26とは別に設けられた第2のベーパジェットから吐出された燃料(昇圧過程圧の昇圧燃料)を導入することもできる。このようにして、導入する燃料により圧力レギュレータ16の制御圧室45内を任意の圧力に設定可能になる。
[実施例3]
本発明の実施例3を説明する。本実施例は、前記実施例2の一部を変更したものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。なお、図5は燃料供給装置を示す構成図である。
図5に示すように、本実施例は、前記実施例2(図4参照)における燃料供給装置10における第2の連通路32の途上に、圧力リリーフ弁(「圧力逃がし弁」とも呼ばれる。)60を設けたものである。圧力リリーフ弁60は、前記燃料タンク12内に図示しない支持部材を介して支持されており、前記圧力レギュレータ16の制御圧室45に導入する燃圧を設定圧以下に制御するものである。
圧力リリーフ弁60は、ケース61と、そのケース61内外を貫通しかつ第2の連通路32の途上に連通するリリーフ通路62と、そのリリーフ通路62を開閉可能な弁部材63と、弁部材63を閉方向に弾性的に押圧するスプリング64とを備えている。圧力リリーフ弁60は、第2の連通路32内の燃圧がスプリング64の弾性力よりも高くなると、弁部材63がスプリング64の弾性を利用して開かれ、第2の連通路32内の燃料がリリーフ通路62を通じて逃がされることにより、第2の連通路32内の燃圧が設定値になるまで低下される。制御圧室45内の燃圧が設定値になると、弁部材63はスプリング64の弾性により閉じられる。
本実施例によっても、前記実施例1と同様の作用・効果を得ることができる。
また、第2の連通路32内の燃圧すなわち圧力レギュレータ16の制御圧室45内の燃圧を、圧力リリーフ弁60によって設定圧以下に制御することができる。なお、圧力リリーフ弁60のリリーフ通路62は、圧力レギュレータ16の制御圧室45内の燃圧と同一燃圧をなす燃料通路(第2の連通路32)に代えて、該制御圧室45内に連通することもできる。
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。
本発明の実施例1にかかる燃料供給装置を示す構成図である。 燃料ポンプを示す断面図である。 圧力レギュレータを示す断面図である。 本発明の実施例2にかかる燃料供給装置を示す構成図である。 本発明の実施例3にかかる燃料供給装置を示す構成図である。 従来例にかかる燃料供給装置を示す構成図である。
符号の説明
10 燃料供給装置
12 燃料タンク
14 燃料ポンプ
16 圧力レギュレータ
18 弁装置(三方切替弁)
35 ダイヤフラム(可動隔壁)
44 燃料調圧室
45 制御圧室
50 ECU(制御装置)
60 圧力リリーフ弁

Claims (4)

  1. 燃料を貯蔵する燃料タンクと、
    前記燃料タンク内の燃料を燃料タンク外へ供給する燃料ポンプと、
    可動隔壁により画成されかつ前記燃料ポンプから吐出された燃料の一部がそれぞれ導入される燃料調圧室及び制御圧室を有し、前記燃料調圧室内の燃圧を前記制御圧室内の圧力に応じて調整しかつ余剰となった燃料を前記燃料タンク内に戻す圧力レギュレータと、
    制御装置により制御され、前記圧力レギュレータの制御圧室内への燃料の導入と大気の導入とを選択的に切替えることにより、前記燃料タンク外に供給される燃圧を可変する弁装置と
    を備えたことを特徴とする燃料供給装置。
  2. 請求項1に記載の燃料供給装置であって、
    前記圧力レギュレータの制御圧室内に導入する燃料が、前記燃料ポンプの昇圧途中の昇圧過程圧から昇圧後の吐出圧までの間の昇圧された昇圧燃料であることを特徴とする燃料供給装置。
  3. 請求項1又は2に記載の燃料供給装置であって、
    前記圧力レギュレータの制御圧室内の燃圧を設定圧以下に制御する圧力リリーフ弁を備えたことを特徴とする燃料供給装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1つに記載の燃料供給装置であって、
    前記弁装置が三方切替弁であることを特徴とする燃料供給装置。
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