JP2009068420A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料フィルタの流体抵抗による吐出圧力の低下を抑制する。
【解決手段】燃料タンク２０内の燃料を外部装置に供給する燃料供給装置１０であって、第１貯留槽５２と、燃料タンク２０内の燃料を第１貯留槽５２に送るサブポンプ５０と、第１貯留槽５２に接続されているとともに第１貯留槽５２に貯留された燃料が流入する第２貯留槽５４と、第１貯留槽５２と第２貯留槽５４の間に設置されている燃料フィルタ４２と、第２貯留槽５４内の燃料を吸入して吐出する燃料ポンプ４４を有する燃料供給装置１０。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料タンク内の燃料を、内燃機関等の外部装置に供給する燃料供給装置に関する。

特許文献１には、燃料タンク内の燃料を、内燃機関等の外部装置に供給する燃料供給装置が開示されている。この燃料供給装置は、燃料タンク内に設置されて使用される。この燃料供給装置は、燃料を貯留するリザーバカップ（サブタンク）と、リザーバカップ内の燃料を吸入して吐出する燃料ポンプと、燃料ポンプの吸入口に介装されている燃料フィルタを有している。この燃料供給装置では、燃料ポンプが作動すると、リザーバカップ内の燃料が燃料フィルタを通して燃料ポンプに吸入される。燃料が燃料フィルタを通過するときには、燃料中に存在する微小な異物が除去される。燃料ポンプは、吸入した燃料を外部装置に供給する。

特開２００２−０２８４１８号公報

特許文献１の燃料供給装置では、燃料ポンプの吸入口に燃料フィルタが介装されている。この構造によると、燃料ポンプは、燃料フィルタを介して燃料を吸引しながら、外部装置に燃料を供給することになる。燃料フィルタは微小な異物を除去するものであるので、燃料が燃料フィルタを通過するときの流体抵抗は大きく、燃料ポンプに大きな負荷がかかることになる。特に、燃料ポンプが外部装置へ多量の燃料を供給する場合は、燃料フィルタにおける流体抵抗も同時に増大してしまい、燃料ポンプの吐出圧力が低下してしまうこともある。燃料フィルタを大型化し、燃料フィルタの燃料流路面積を大きくすることによって、燃料フィルタの流体抵抗を小さくすることも考えられる。しかしながら、燃料フィルタを大型化すると、燃料供給装置自体が大型化してしまう。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、燃料フィルタの流体抵抗による吐出圧力の低下を抑制する。

本発明の発明者は、外部装置（内燃機関等）が高出力で作動するのは、通常、短時間であることに着目した。すなわち、燃料供給装置に高い燃料供給能力が要求されるのは、比較的に短時間であることに着目した。したがって、本発明の燃料供給装置は、以下の構成を備える。
すなわち、本発明の燃料供給装置は、第１貯留槽と、サブポンプと、第２貯留層と、燃料フィルタと、燃料ポンプを有している。サブポンプは、燃料タンク内の燃料を第１貯留槽に送る。第２貯留槽は、第１貯留槽に接続されており、第１貯留槽に貯留された燃料が流入するようになっている。燃料フィルタは、第１貯留槽と第２貯留槽の間に設置されている。燃料ポンプは、第２貯留槽内の燃料を吸入して吐出する。
この燃料供給装置では、サブポンプによって、燃料タンク内の燃料が第１貯留槽に送られる。それにより、第１貯留槽に燃料が貯留される。第１貯留槽には、燃料フィルタを介して第２貯留槽が接続されている。第１貯留槽に貯留された燃料は、燃料フィルタを通過して第２貯留槽へと流入する。その結果、第２貯留槽には、燃料フィルタを通過した濾過後の燃料が貯留される。燃料ポンプは、第２貯留層に貯留された濾過済みの燃料を吸引する。従って、燃料フィルタによる流体抵抗の影響を受けることがない。外部装置に多量の燃料を供給する場合でも、燃料ポンプの吐出圧力が低下することがない。
サブポンプは、燃料供給装置が外部装置へ供給する燃料の大小にかかわらず、例えば一定の能力で動作し続けることができる。第２貯留槽に貯留された燃料は、サブポンプのポンプ能力や第２貯留槽の容量にもよるが、燃料ポンプが多量の燃料を外部装置に供給している間は減少し、燃料ポンプが少量の燃料を外部装置に供給している間は増加する。燃料ポンプが多量の燃料を外部装置に供給する期間は比較的に短いので、サブポンプの能力や第２貯留槽の容量を適宜設定することで、第２貯留槽に所定量以上の燃料を常に確保することが可能となる。サブポンプに大きなポンプ能力は要求されない。
この燃料供給装置によると、外部装置に多量の燃料を供給する場合でも、燃料フィルタの流体抵抗によって吐出圧力が低下することがない。

上述した燃料供給装置は、内部が前記燃料フィルタにより仕切られているリザーバカップをさらに有することが好ましい。この場合、リザーバカップ内の燃料フィルタにより仕切られた一方の空間が第１貯留槽となっており、他方の空間が第２貯留槽となっていることが好ましい。
このような構成によれば、１つのリザーバカップ内に第１貯留槽と第２貯留槽を形成することができるので、燃料供給装置をより小型化することができる。

燃料供給装置がリザーバカップを有する場合、燃料ポンプをリザーバカップ内に設置し、燃料フィルタで燃料ポンプの周囲を囲んでもよい。燃料ポンプをリザーバカップ内に設置することで、燃料供給装置をより小型化することができる。
上記の構成を採用する場合、燃料フィルタの内側の空間を第１貯留槽とし、燃料フィルタの外側の空間を第２貯留層とすることができる。このような構成によれば、第２貯留槽に貯留される燃料（すなわち、燃料フィルタで濾過後の燃料）の貯留量を多くすることができる。これによって、より長時間に亘って、燃料ポンプは多量の燃料を外部装置に供給し続けることが可能となる。
あるいは、燃料フィルタの内側の空間を第２貯留槽とし、燃料フィルタの外側の空間を第１貯留槽としてもよい。この場合、第１貯留槽が外側にあるので、燃料フィルタの第１貯留槽側の表面積が大きくなる。燃料フィルタで捉えられる異物は、第１貯留槽側ほど多く、第１貯留槽側ほど燃料フィルタの目詰まりが起こりやすい。そのことから、燃料フィルタの第１貯留槽側の表面積を大きくすると、より分散して異物が捉えられる（捉えられた異物の密度が低下する）ので、燃料フィルタの目詰まりが起こり難くなる。

本発明によれば、燃料供給装置を大型化することなく、フィルタの流体抵抗による吐出圧力の低下を防止することができる。

下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（形態１）貯留槽は、燃料を貯留する容器であって、燃料水位が低下したときに、燃料の水面上方の空間への気体の流入が起こる容器である。貯留槽は、例えばカップ形状の容器とすることができる。あるいは、通気孔等が形成されたタンク状の容器であって、燃料水位が低下するときに容器内へ気体が流入するものであってもよい。
（形態２）第１貯留槽、第２貯留槽、サブポンプは、燃料タンク内に配置されている。
（形態３）第１貯留槽は、上部で第１貯留槽の外部と連通している。
（形態４）第２貯留槽は、上部で第２貯留層の外部と連通している。
（形態５）第２貯留槽は、上部で第２貯留槽の外部と燃料フィルタを介して連通している。

（第１実施例）
本発明の第１実施例に係る燃料供給装置について図面を参照しながら説明する。図１は、燃料供給装置１０の概略構成を示している。図示するように、燃料供給装置１０は、自動車の燃料タンク２０に取り付けられて使用される。燃料供給装置１０は、燃料タンク２０内の燃料を吸入し、吸入した燃料をエンジンへ供給する。

燃料タンク２０の上部には、開口２１が形成されている。開口２１は、蓋２２によって塞がれている。蓋２２には、蓋２２から下方に向かって伸びるガイド２４、２６が形成されている。燃料供給装置１０は、ガイド２４、２６と係合されており、ガイド２４、２６に沿ってスライド移動可能とされている。ガイド２４の基端と燃料供給装置１０の間には、スプリング２４ａが介装されている。ガイド２６の基端と燃料供給装置１０の間には、スプリング２６ａが介装されている。燃料供給装置１０は、スプリング２４ａ、２６ａによって燃料タンク２０の底面に付勢されている。これによって、燃料供給装置１０は、燃料タンク２０の底面に接触した状態で固定されている。
蓋２２の上部には、コントローラ２８が設置されている。コントローラ２８は、燃料供給装置１０を制御する。
蓋２２には、燃料吐出ポート２３が形成されている。燃料吐出ポート２３の下端部は、燃料供給装置１０に接続されている。図示していないが、燃料吐出ポート２３の上端部は、エンジンに燃料を供給する燃料供給管が接続されている。燃料供給装置１０が吐出する燃料は、燃料吐出ポート２３を通ってエンジンに供給される。

図２は、燃料供給装置１０の概略断面図を示している。なお、図２では、ガイド２４、２６の図示を省略している。図２に示すように、燃料供給装置１０は、リザーバカップ３２と、燃料フィルタ４２と、燃料ポンプ４４と、プレッシャーレギュレータ４６と、ジェットポンプ５０を有している。

リザーバカップ３２は、その底面３２ａが燃料タンク２０の底面に接触した状態で固定されている。したがって、リザーバカップ３２は、燃料タンク２０内の燃料に浸漬されている。
リザーバカップ３２内には、ステージ３４が形成されている。ステージ３４は、リザーバカップ３２の底面３２ａから離れた位置で支持されている。ステージ３４には、その上下面を連通する連通孔３４ａが形成されている。リザーバカップ３２の底面３２ａとステージ３４の間の空間は、燃料流路３４ｂとなっている。

燃料ポンプ４４は、燃料料を吸入する吸入口４４ａと、燃料を吐出する吐出口４４ｂを備えている。図示していないが、燃料ポンプ４４は、コントローラ２８と電気的に接続されている。燃料ポンプ４４は、コントローラ２８から電力の供給を受けることにより作動する。燃料ポンプ４４は、モータとインペラを内蔵している。燃料ポンプ４４は、モータによりインペラを回転させることによって、吸入口４４ａから燃料を吸入し、吐出口４４ｂから吸入した燃料を吐出する。燃料ポンプ４４は、吸入口４４ａがステージ３４の連通孔３４ａと係合するように、ステージ３４上に固定されている。これによって、燃料ポンプ４４は、リザーバカップ３２の略中央に位置している。吸入口４４ａの外周面と連通孔３４ａの内壁は密着しており、その間に燃料が浸入しないようになっている。

燃料ポンプ４４の上部には、支持部材３６が固定されている。支持部材３６には、燃料流路３６ａが形成されている。支持部材３６は、燃料流路３６ａの一端が燃料ポンプ４４の吐出口４４ｂと係合するように固定されている。吐出口４４ｂの外周面と燃料流路３６ａの内壁は密着しており、その間に燃料が浸入しないようになっている。燃料流路３６ａの他端は、燃料供給管５６によって、蓋２２の燃料吐出ポート２３に接続されている。支持部材３６の燃料流路３６ａには、プレッシャーレギュレータ４６が設置されている。

プレッシャーレギュレータ４６は、燃料流路３６ａ内を流れる燃料の圧力が所定の圧力となるように、燃料流路３６ａ内の燃料の一部を排出する。プレッシャーレギュレータ４６から排出された燃料は、配管５８を通ってジェットポンプ５０に供給される。

ステージ３４上には、円筒形状の燃料フィルタ４２が固定されている。燃料フィルタ４２は、不織布により形成されている。燃料フィルタ４２は、燃料ポンプ４４の周囲を囲んでいる。すなわち、燃料フィルタ４２によって、リザーバカップ３２の内部が仕切られている。以下では、リザーバカップ３２内の燃料フィルタ４２の内側の空間（すなわち、燃料フィルタ４２と燃料ポンプ４４との間の空間）を第１貯留槽５２という。また、リザーバカップ３２内の燃料フィルタ４２の外側の空間（すなわち、燃料フィルタ４２とリザーバカップ３２の側壁３２ｂとの間の空間）を第２貯留槽５４という。
図示するように、リザーバカップ３２の上端には、ドーナツ状の支持部材４０が固定されている。支持部材４０は、第２貯留槽５４の上部を塞いでいる。また、支持部材４０と支持部材３６の間には、隙間３８が形成されている。したがって、第１貯留槽５２は、外部の空間（すなわち、燃料タンク２０内の空間）に開放（連通）されている。

第１貯留槽５２の最下部には、パイプ部材６０が設置されている。パイプ部材６０は、燃料フィルタ４２とリザーバカップ３２の側壁３２ｂを貫通している。すなわち、パイプ部材６０は、第１貯留槽５２とリザーバカップ３２外（すなわち、燃料タンク２０）とを連通している。パイプ部材６０と側壁３２ｂとの接触部、及び、パイプ部材６０と燃料フィルタ４２との接触部は、燃料が浸入しないように接続されている。パイプ部材６０によって、燃料タンク２０から第１貯留槽５２に通じる燃料流路が形成されている。パイプ部材６０の第１貯留槽５２側の端部には、逆止弁６２が取り付けられている。
パイプ部材６０内には、ジェットポンプ５０が設置されている。ジェットポンプ５０は、配管５８から供給される燃料（すなわち、プレッシャーレギュレータ４６から供給される燃料）を、第１貯留槽５２へ向けて高い流速で噴射する。このとき、ジェットポンプ５０が噴射する燃料の流れに引きずられて、燃料タンク２０内の燃料も第１貯留槽５２へ流れる。これによって、逆止弁６２が開き、第１貯留槽５２に燃料が送られる。すなわち、ジェットポンプ５０が作動することによって、燃料タンク２０から第１貯留槽５２へ燃料が送られる。

次に、燃料供給装置１０が作動した際の、燃料の流れについて説明する。最初に、燃料供給装置１０の停止中の状態について説明する。図２に示すように、燃料タンク２０内の燃料水位がリザーバカップ３２の高さよりも低い場合には、リザーバカップ３２内の燃料水位は燃料タンク２０内の燃料水位よりも高くなっている。これは、燃料供給装置１０が作動しているときに、ジェットポンプ５０によって燃料タンク２０内の燃料が第１貯留槽５２に送られるためである。燃料供給装置１０の停止中には、逆止弁６２によって、第１貯留槽５２から燃料タンク２０へ燃料が逆流することが防止されている。また、第２貯留槽５４内の燃料水位は、第１貯留槽５２内の燃料水位と等しくなっている。

コントローラ２８から燃料ポンプ４４に電力が供給されることで、燃料供給装置１０は作動する。燃料ポンプ４４は、電力の供給を受けると、吸入口４４ａから燃料を吸入し、吐出口４４ｂから燃料を吐出する。

まず、燃料ポンプ４４から吐出される燃料の動きについて説明する。燃料ポンプ４４の吐出口４４ｂから吐出された燃料の大部分は、燃料流路３６ａ、燃料供給管５６及び燃料吐出ポート２３を通って、エンジンに送られる。また、燃料ポンプ４４から吐出された燃料の一部は、プレッシャーレギュレータ４６によって排出される。これによって、燃料流路３６ａ内の燃料が適切な圧力に調整される。すなわち、エンジンに供給される燃料の圧力が調整される。一方、プレッシャーレギュレータ４６によって排出された燃料は、配管５８を通ってジェットポンプ５０に供給される。ジェットポンプ５０は、供給された燃料を、第１貯留槽５２に向けて噴射する。これによって、燃料タンク２０内の燃料が第１貯留槽５２に送られる。したがって、第１貯留槽５２内の燃料水位は、燃料タンク２０内の燃料水位より高い水位に維持される。

次に、燃料ポンプ４４が吸入する燃料の動きについて説明する。燃料ポンプ４４が作動すると、第２貯留槽５４内の燃料が、燃料流路３４ｂを流れて吸入口４４ａから燃料ポンプ４４内に吸入される。

燃料ポンプ４４の吸入量が少ない場合（すなわち、燃料ポンプ４４が少量の燃料を吐出する場合）には、燃料ポンプ４４が吸入する燃料量よりも、ジェットポンプ５０が第１貯留槽５２に送り込む燃料の量の方が多くなる。この場合、第１貯留槽５２と第２貯留槽５４の燃料水位は上昇していき、第２貯留槽５４に貯留される濾過済みの燃料が増加していく。

燃料ポンプ４４の吸入量が多い場合（すなわち、燃料ポンプ４４が多量の燃料を吐出する場合）には、図３に示すように、第２貯留槽５４の燃料水位が低下していく。すなわち、燃料ポンプ４４が吸入する燃料（図３の矢印１００）が、第１貯留槽５２から第２貯留槽５４に流入する燃料（図３の矢印１０２）より多くなる。この場合、図３の矢印１０４に示すように、燃料フィルタ４２の上部を通って空気（正確には、空気と気化した燃料の混合気体）が第２貯留槽５４に流込する。燃料フィルタ４２を空気が通過するときの流体抵抗は、燃料が燃料フィルタ４２を通過するときの流体抵抗に比べて遥かに小さい（ほぼ無視できる）。すなわち、燃料ポンプ４４は、吸入する燃料（図３の矢印１００）より少量である矢印１０２に示す燃料分の流体抵抗の影響しか受けない。したがって、燃料ポンプ４４は、高い吐出力で燃料を吐出することができる。

高い吐出力で燃料ポンプ４４を作動させ続けると、第２貯留槽５４の燃料水位が低下していく。第２貯留槽５４の燃料水位が低下すると、第１貯留槽５２と第２貯留槽５４の燃料水位の差が大きくなる。その結果、第１貯留槽５２から第２貯留槽５４への燃料の流入量が増加し、第２貯留槽５４に濾過済みの燃料が確保される。

以上に説明したように、第１実施例の燃料供給装置１０は、濾過後の燃料を貯留する第２貯留槽５４を備えている。そして、燃料ポンプ４４は、第２貯留槽５４から燃料を吸引するようになっている。したがって、燃料フィルタ４２による流体抵抗を受けることなく、燃料ポンプ４４は燃料を吐出することができる。限られた時間であれば、多量の燃料を供給する場合でも、その吐出圧力が低下することはない。また、濾過前の燃料を貯留する第１貯留槽５２を備えているので、第２貯留槽５４の燃料水位が低下したときには、第１貯留槽５２内の燃料が燃料フィルタ４２を通過して第２貯留槽５４に流入する。これによって、第２貯留槽５４に濾過済みの燃料が確保される。

また、この燃料供給装置１０では、ジェットポンプ５０から送られる燃料が、第１貯留槽５２で貯留され、その後、燃料フィルタ４２で濾過される。したがって、噴射力の低いジェットポンプ５０を用いることが可能となる。また、燃料フィルタにおけるエネルギー損失が低減される。さらに、燃料フィルタ４２の破損も防止される。
すなわち、例えば、ジェットポンプから送られる燃料を直接濾過する場合、高い噴射力を有するジェットポンプを用いなければ、燃料フィルタに燃料を通過させることができない。また、燃料が高速で燃料フィルタを通過するので、燃料フィルタの流体抵抗によるエネルギー損失が大きくなる（通過する燃料の流速が速いほど、燃料フィルタでのエネルギー損失は大きくなる）。さらに、燃料が高速で燃料フィルタを通過するので、燃料フィルタの破損も生じやすくなる。より頑丈な燃料フィルタを用いる必要が生じる。ジェットポンプ５０から送られる燃料を、第１貯留槽５２で貯留すれば、上記の問題が解決される。

また、この燃料供給装置１０では、燃料フィルタ４２の外側（外周側）の空間が第２貯留槽５４となっている。したがって、第２貯留槽５４の容積が大きくなっている。したがって、燃料供給装置１０を、より長時間、高い吐出力で作動させることができる。

（第２実施例）
次に、第２実施例の燃料供給装置について説明する。図４は、第２実施例の燃料供給装置１１０を示している。第２実施例の燃料供給装置１１０は、第１実施例の燃料供給装置１０の第１貯留槽５２と第２貯留槽５４の位置を入れ替えた構成を備えている。すなわち、第２実施例の燃料供給装置１１０では、燃料フィルタ４２の内側の空間（すなわち、燃料フィルタ４２と燃料ポンプ４４の間の空間）が第２貯留槽５４となっており、燃料フィルタ４２の外側の空間（すなわち、燃料フィルタ４２のリザーバカップ３２の側壁３２ｂの間の空間）が第１貯留槽５２となっている。第２実施例の燃料供給装置１１０のその他の構成は、第１実施例の燃料供給装置１０と略同じである。

第２実施例の燃料供給装置１１０は、第１実施例の燃料供給装置１０と略同様に作動する。したがって、高い吐出力で燃料を供給することができる。
第２実施例の燃料供給装置１１０では、燃料フィルタ４２の外側が第１貯留槽５２となっている。したがって、燃料フィルタ４２の第１貯留槽５２側の表面積が大きくなっている。燃料フィルタ４２で捉えられる異物は、第１貯留槽５２側ほど多くなる。したがって、第１貯留槽５２側ほど燃料フィルタ４２の目詰まりが起こりやすい。燃料フィルタ４２の第１貯留槽５２側の表面積を大きくすると、より分散して異物が捉えられる（すなわち、捉えられた異物の密度が低下する）。したがって、燃料フィルタ４２の目詰まりが起こり難くなる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

燃料供給装置１０の側面図。 燃料供給装置１０の内部構造を示す概略断面図。 多量の燃料を吐出する場合における燃料供給装置１０の概略断面図。 第２実施例の燃料供給装置１１０の内部構造を示す概略断面図。

符号の説明

１０：燃料供給装置
２０：燃料タンク
２２：蓋
２３：燃料吐出ポート
２８：コントローラ
３２：リザーバカップ
４２：燃料フィルタ
４４：燃料ポンプ
４６：プレッシャーレギュレータ
５０：ジェットポンプ
５２：第１貯留槽
５４：第２貯留槽

Claims (4)

1. 燃料タンク内の燃料を外部装置に供給する燃料供給装置であって、
   第１貯留槽と、
   燃料タンク内の燃料を第１貯留槽に送るサブポンプと、
   第１貯留槽に接続されているとともに第１貯留槽に貯留された燃料が流入する第２貯留槽と、
   第１貯留槽と第２貯留槽の間に設置されている燃料フィルタと、
   第２貯留槽内の燃料を吸入して吐出する燃料ポンプと、
   を有する燃料供給装置。
2. 内部が前記燃料フィルタにより仕切られているリザーバカップをさらに有し、
   リザーバカップ内の燃料フィルタにより仕切られた一方の空間が第１貯留槽となっており、他方の空間が第２貯留槽となっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 燃料ポンプがリザーバカップ内に設置されており、
   燃料フィルタが燃料ポンプの周囲を囲んでおり、
   燃料フィルタの内側の空間が第１貯留槽となっており、燃料フィルタの外側の空間が第２貯留層となっていることを特徴とする請求項２に記載の燃料供給装置。
4. 燃料ポンプがリザーバカップ内に設置されており、
   燃料フィルタが燃料ポンプの周囲を囲んでおり、
   燃料フィルタの内側の空間が第２貯留槽となっており、燃料フィルタの外側の空間が第１貯留層となっていることを特徴とする請求項２に記載の燃料供給装置。

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