JP2009127469A - 燃料供給システム及び三方弁 - Google Patents

Abstract

【課題】システム稼動中に燃料圧力の切り替えを可能とする燃料供給システムにおいて、燃料圧力の調圧精度が高く、且つシンプルな構成の燃料供給システムを提供する。
【解決手段】燃料タンク４０と燃料噴射弁４４と燃料ポンプ４１と、第１開口部２１と第２開口部２２と第３開口部２３とを有するとともに第１、第２、第３開口部とを連通させた状態と、第２開口部を閉鎖して第１、第３開口部とを連通させた状態に切り替え可能な三方弁１とを備える。第１開口部と燃料ポンプとが第１外部燃料通路にて接続され、第２開口部と燃料タンクとが第２外部燃料通路にて接続されて経路中には第１設定圧力の第１リリーフ弁４２が設けられている。また、第３開口部と燃料タンクとが第３外部燃料通路にて接続されて経路中には第１設定圧力よりも高い第２設定圧力の第２リリーフ弁４３が設けられており、第３開口部から第２リリーフ弁の間の経路に燃料噴射弁が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液相燃料を燃料噴射弁から噴射する燃料供給システムにおいて、燃料噴射弁に供給する液相燃料の圧力（燃圧）を切り替え可能な燃料供給システム、及び当該燃料供給システムにて用いる三方弁に関する。

従来より、例えば、液相燃料を噴射してエンジン等の内燃機関に供給する燃料供給システムを備えた車両では、高速走行の後等、エンジンが高温状態の場合にパーキング等にてエンジンを停止し、しばらくした後にエンジンを始動した場合、高温且つ燃料圧力が低い状態にて燃料配管中に発生した気泡により、エンジンに供給される燃料が不足し、始動性が悪化することがあった。そこで、始動時には燃料圧力を通常よりも高く設定し、燃料配管中に発生した気泡を圧縮してつぶし、燃料の供給不足を解消している。
また、特許文献１に記載された従来技術では、燃料タンク内の液相燃料を燃料噴射弁に供給する並列または直列（低圧且つ大流量、または高圧且つ小流量）に切り替え可能な２個の燃料ポンプと、高圧または低圧に切り替え可能なリリーフ弁を備えた配管にて燃料噴射弁からの余剰燃料を燃料タンクに戻す構成を備えた燃料供給装置が開示されている。この構成にて、エンジン始動時には、まず２個の燃料ポンプを並列運転させてリリーフ弁を低圧側に設定し、高温となっている配管中の燃料を短時間で低温の燃料と入れ替え、燃料の入れ替え後は、燃料ポンプを直列運転に切り替え、更にリリーフ弁を高圧側に切り替えて、始動性を向上させている。
特開２００２−３３９８２３号公報

特許文献１に記載された従来技術では、２個の燃料ポンプを備えるとともに、当該２個の燃料ポンプを並列運転または直列運転に切り替え可能とするように配管及び開閉弁が必要であり、部品点数が増加し、システムが複雑であるとともに搭載スペースも必要である。また、高圧と低圧に切り替え可能なリリーフ弁は構造が複雑であり、システム稼動中にリリーフ圧力を切り替えることは困難である場合が多く、燃料圧力の調圧精度が低くなり易い。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、システム稼動中に燃料圧力の切り替えを可能とする燃料供給システムにおいて、燃料圧力の調圧精度が高く、且つシンプルな構成の燃料供給システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの燃料供給システムである。
請求項１に記載の燃料供給システムは、液相燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記燃料タンクから供給される液相燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料タンク内の液相燃料を昇圧して前記燃料噴射弁に送り出す燃料ポンプと、第１開口部と第２開口部と第３開口部とを有するとともに、前記第１開口部と前記第２開口部と前記第３開口部とを連通させた状態と、前記第２開口部を閉鎖して前記第１開口部と前記第３開口部とを連通させた状態に切り替え可能な三方弁と、を備えている。
そして、前記第１開口部と前記燃料ポンプとが第１外部燃料通路にて接続されており、前記第２開口部と前記燃料タンクとが第２外部燃料通路にて接続されているとともに、前記第２外部燃料通路の経路中には前記第２開口部から流出される液相燃料が第１設定圧力となるように設定された第１リリーフ弁が設けられており、前記第３開口部と前記燃料タンクとが第３外部燃料通路にて接続されているとともに、前記第３外部燃料通路の経路中には前記第３開口部から流出される液相燃料が前記第１設定圧力よりも高い第２設定圧力となるように設定された第２リリーフ弁が設けられており、前記第３外部燃料通路における前記第３開口部から前記第２リリーフ弁の間の経路に前記燃料噴射弁が設けられており、前記三方弁の連通状態を切り替えることで、前記燃料噴射弁に供給する液相燃料の圧力を前記第１設定圧力と前記第２設定圧力に切り替え可能である。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの燃料供給システムである。
請求項２に記載の燃料供給システムは、請求項１に記載の燃料供給システムであって、前記三方弁において、前記第２開口部を連通状態または閉鎖状態とする弁体部及び弁座部から前記第２開口部の先端までの第１内部燃料通路は略直線状に形成されている。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの燃料供給システムである。
請求項３に記載の燃料供給システムは、請求項１または２に記載の燃料供給システムであって、前記三方弁はコイルを備えた電磁弁であり、前記コイルの近傍に設けられた弁体部周囲には流体溜まり空間が形成されており、前記第３開口部は前記第１開口部よりも前記コイルに近い側に設けられている。
そして、前記第１開口部から流入した液相燃料が前記流体溜まり空間及び前記第３開口部に向かう第２内部燃料通路は、前記コイルに向かう方向となる弁軸方向に形成されており、前記第２内部燃料通路を通った液相燃料が、前記コイルの周囲の部材における少なくとも一部に衝突して方向を変えて前記第３開口部または前記流体溜まり空間へと向かうように、前記第１開口部と前記第３開口部と前記流体溜まり空間と前記第２内部燃料通路とが配置されている。

また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの三方弁である。
請求項４に記載の三方弁は、コイルと、前記コイルにて駆動する弁体部と、第１開口部と第２開口部と第３開口部とを有するとともに、前記第１開口部と前記第２開口部と前記第３開口部とを連通させた状態と、前記第２開口部を閉鎖して前記第１開口部と前記第３開口部とを連通させた状態に切り替え可能な三方弁であって、前記第１開口部からは流体を流入させ、流入させた流体を前記第２開口部及び前記第３開口部から流出させ、あるいは流入させた流体を前記第２開口部から流出させることなく前記第３開口部から流出させ、前記弁体部周囲には流体溜まり空間が形成されており、前記第３開口部は前記第１開口部よりも前記コイルに近い側に設けられており、前記第１開口部から流入した流体が前記流体溜まり空間及び前記第３開口部に向かう第２内部燃料通路は、前記コイルに向かう方向となる弁軸方向に形成されており、前記第２内部燃料通路を通った流体が、前記コイルを覆う部材に衝突して方向を変えて前記第３開口部または前記流体溜まり空間へと向かうように、前記第１開口部と前記第３開口部と前記流体溜まり空間と前記第２内部燃料通路とが配置されている。

請求項１に記載の燃料供給システムを用いれば、高圧と低圧を切り替え可能な１個のリリーフ弁を用いるのでなく、低圧用に設定した第１リリーフ弁と、高圧用に設定した第２リリーフ弁とを用い、それぞれの要求精度で調圧された別々のリリーフ弁を備えることで、調圧精度を向上させることが容易である。
また、燃料ポンプも２個必要とせず、三方弁を用いて燃料流路を切り替えることで、システム稼動中において燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧と高圧に切り替え可能であり、非常にシンプルな燃料供給システムを実現することができる（図２参照）。

また、請求項２に記載の燃料供給システムによれば、低圧用に設定した第１リリーフ弁への燃料をストレート形状の第１内部燃料通路から（第２外部燃料通路を介して）供給することで、燃料圧力の圧損を低減することができるので、低圧側の燃料圧力の調圧精度をより向上させることができる。

また、請求項３に記載の燃料供給システムによれば、三方弁の内部にて、燃料タンク内の比較的低温の液相燃料をコイル（発熱体）周囲の部材に衝突する方向に送り出すことで、コイルの冷却を促進し、コイルの温度上昇によるインピーダンスの上昇を抑制することで駆動電流の低下を抑制し、より低い作動電圧を確保することができる。

また、請求項４に記載の三方弁を用いれば、燃料圧力の調圧精度が高く、且つシンプルな構成である、上記の請求項１〜３のいずれかに記載した燃料供給システムを容易に実現することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の三方弁１の弁軸ＢＺに沿った断面図、及び当該断面図において弁体部２４周囲の拡大図の例を示しており、図２は当該三方弁１を用いた燃料供給システムＳの例を示している。以下、図２及び図１を用いて、本発明の燃料供給システムＳの全体構成と、当該燃料供給システムＳにて用いる三方弁１の構造について説明する。

●［燃料供給システムＳの構成（図２）］
まず、燃料供給システムＳの全体構成について説明する。
図２の例に示すように、本発明の燃料供給システムＳは、液相燃料を貯蔵する燃料タンク４０と、燃料タンク４０内の液相燃料を昇圧して燃料噴射弁４４に送り出す燃料ポンプ４１と、燃料ポンプ４１から供給された液相燃料を（エンジン等の内燃機関に）噴射する燃料噴射弁４４と、３つの開口部を有する三方弁１と、第１リリーフ弁４２と、第２リリーフ弁４３と、を備えている。
そして図１及び図２に示すように、三方弁１の第１開口部２１は、第１外部燃料通路４１Ａにて燃料ポンプ４１に接続されている。また、三方弁１の第２開口部２２は、第２外部燃料通路４２Ａにて第１リリーフ弁４２に接続され、第１リリーフ弁４１を経由して燃料タンク４０に接続されている。また、三方弁１の第３開口部２３は、配管４３Ａとデリバリ４４Ａとリターン配管４５にて構成された第３外部燃料通路にて燃料噴射弁４４と第２リリーフ弁４３を経由して燃料タンク４０に接続されている。

第１リリーフ弁４２は第１設定圧力に高精度に調圧（例えば２８４［Ｋｐａ］に、高精度に調圧）された低圧用のリリーフ弁であり、第２開口部２２が開口状態の場合、三方弁１の第２開口部２２から第２外部燃料通路４２Ａを介して供給される液相燃料の圧力が第１設定圧力以上となる場合に燃料タンク４０に液相燃料を戻し、燃料ポンプ４１にて昇圧された液相燃料の圧力を第１設定圧力となるように保持する。
第２リリーフ弁４３は第１設定圧力よりも高い第２設定圧力に高精度に調圧（例えば４００［Ｋｐａ］に、高精度に調圧）された高圧用のリリーフ弁であり、第２開口部２２が閉鎖されている場合に、三方弁１の第３開口部２３から配管４３Ａ及びデリバリ４４を介して供給される液相燃料の圧力が第２設定圧力以上となる場合にリターン配管４５を介して燃料タンク４０に液相燃料を戻す。この場合、燃料ポンプ４１にて昇圧された液相燃料の圧力を第２設定圧力となるように保持する。

三方弁１は、第１開口部２１と第２開口部２２と第３開口部２３とを連通させた状態（以下、低圧状態と記載する）と、第２開口部２２を閉鎖して第１開口部２１と第３開口部２３とを連通させた状態（以下、高圧状態と記載する）と、に制御手段（図示省略）から切り替え可能である。
三方弁１を低圧状態（第１開口部２１と第２開口部２２と第３開口部２３とを連通）にすると、低圧側に設定された第１リリーフ弁４２が有効となり、燃料噴射弁４４に供給される液相燃料の圧力は、第１リリーフ弁４２に設定された第１設定圧力となる。また、三方弁１を高圧状態（第２開口部２２を閉鎖、第１開口部２１と第３開口部２３とを連通）にすると、高圧側に設定された第２リリーフ弁４３が有効となり、燃料噴射弁４４に供給される液相燃料の圧力は、第２リリーフ弁４３に設定された第２設定圧力となる。
この構成にて、燃料噴射弁４４に供給される液相燃料圧力をシステム稼動中であっても、容易に切り替え可能である。
また、高精度に調圧された各々の圧力のリリーフ弁を使用することで、調圧圧力を切り替え可能に構成した従来のリリーフ弁（複雑な構造で調整精度が低い）を用いたシステムと比較して、それぞれの圧力に高精度に調圧することができる。

●［三方弁１の構造（図１）］
次に、三方弁１の構造について説明する。
三方弁１は、図１に示すように、磁気回路部１０と燃料通路部２０にて構成されている。磁気回路部１０は、電源を接続するためのコネクタ１２と、通電されることで弁体部２４を弁軸ＢＺの方向に駆動するコイル１１とを含んでいる。
燃料通路部２０には、第１開口部２１、第２開口部２２、第３開口部２３が設けられている。そして、第１開口部２１と第２開口部２２とは、第２内部燃料通路２８と、弁体部２４及び弁座部２５の周囲に形成された流体溜り空間２７と、第１内部燃料通路２６とで連通されている。また、第１開口部２１と第３開口部２３とは、第２内部燃料通路２８にて連通されている。
この構造を有することで、コイル１１に通電すると弁体部２４が弁座部２５に押圧されて第２開口部２２は閉鎖状態となり、第１開口部２１と第３開口部２３とが連通した状態となる。また、コイル１１への通電を停止すると弁体部２４が弁座部２５から離間して第２開口部２２は連通状態となり、第１開口部２１と第２開口部２２と第３開口部２３とが連通した状態となる。

また図１に示すように、第２開口部２２を連通状態または閉鎖状態に制御する弁体部２４及び弁座部２５から第２開口部２２の先端までの第１内部燃料通路２６は、略直線状のストレート形状に形成されており、圧損の発生を抑制している。この第１内部燃料通路２６の形状を図３（Ｂ）のように屈折させた形状にすると、屈折部分で圧損が発生し、第１リリーフ弁４２にて調圧した第１設定圧力に圧損分が重畳されて燃料噴射弁４４に供給する液相燃料の圧力の誤差が大きくなるので好ましくない。
なお、図２において、第２開口部１２２から第１リリーフ弁４２までの第２外部燃料通路４２Ａは、圧損を低減するために、大きな曲率で湾曲させる。

また、一般的に、コイル１１は通電されると発熱し、発熱により内部抵抗が上昇する。定電圧源から電源供給している場合、内部抵抗が上昇すると、電流値が低下し、弁体部２４の駆動力が低下する。どこまで低い電圧で弁体部２４を駆動できるか、という最低作動電圧をより低くするには、コイル１１の発熱を抑制することが効果的である。
そこで、本実施の形態における三方弁１では、液相燃料を積極的に利用してコイル１１の冷却を促進している。以下、液相燃料をコイル１１の冷却に積極的に利用する構造について説明する。
第３開口部２３は、第１開口部２１よりもコイル１１に近い側に設けられている。
また、第１開口部２１から流入した液相燃料が流体溜り空間２７及び第３開口部２３に向かって流れる第２内部燃料通路２８は、円筒状に形成されており（図１（Ａ）の断面ＡＡを参照）、コイル１１に向かう方向となる弁軸ＢＺの方向に形成されている。

そして、第２内部燃料通路２８を通った液相燃料は、コイル１１の周囲の部材の少なくとも一部（この場合、磁気回路部１０の蓋に相当するプレート１３）に衝突して方向を変えて第３開口部２３または流体溜り空間２７へと向かうように（図３（Ａ）を参照）、第１開口部２１と第３開口部２３と流体溜り空間２７と第２内部燃料通路２８とが配置されている。液相燃料を発熱部（発熱部の近傍）に衝突させるように流すことで、流体の淀みが抑制され、効果的に冷却することができる。
なお、プレート１３の材質を熱伝導率の高い材質で形成し、更に、液相燃料が衝突する面の表面積を増やすとともに乱流を発生しにくい程度の凹凸を形成してもよい。また、燃料通路部２０の材質を熱伝導率の高い材質で形成し、第２内部燃料通路２８に液相燃料が流れる方向に沿ってフィン状の凹凸を設けてもよい。

なお、図４は従来の三方弁１００の断面図（弁軸に沿った断面図）の例を示している。
従来の三方弁１００は磁気回路部１１０と燃料通路部１２０を有しており、燃料通路部１２０には第１開口部１２１と第２開口部１２２と第３開口部１２３とを備えている。
図４に示す従来の三方弁１００は、弁体部１２４に対して第２開口部１２２を閉鎖状態とする弁座部１２５Ａと、第３開口部１２３を閉鎖状態とする弁座部１２５Ｂとを備え、第３開口部１２３を閉鎖して第１開口部１２１と第２開口部１２２とを連通する状態と、第２開口部１２２を閉鎖して第１開口部１２１と第３開口部１２３とを連通する状態に切り替え可能である。
この従来の三方弁１００の弁座部１２５Ａを削除して第１開口部１２１と第３開口部１２３とが常時連通状態となるように構成して、本実施の形態にて説明した三方弁１の代わりに用いた場合、弁座部１２５Ａから流入して第２開口部１２２に向かう液相燃料の方向が曲げられることで液相燃料の圧損が比較的大きくなり、好ましくない。また、第１開口部１２１から流入した液相燃料がプレート１３に到達するまでの経路がやや複雑に曲げられており、液相燃料をプレート１３に接触的に衝突させる構造でないため、コイル１１の放熱性も、本実施の形態にて説明した三方弁１のほうが優位である。

本発明の燃料供給システムＳ及び三方弁１は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない

本発明の三方弁１の一実施の形態を説明する断面図である。 本発明の燃料供給システムＳの例を説明する図である。 三方弁１のコイル１１の冷却を説明する図、及び第１内部燃料通路２６の形状を、直線状でなく曲げた場合の例を説明する図である。 従来の三方弁１００の例を説明する断面図である。

符号の説明

１ 三方弁
１０ 磁気回路部
１１ コイル
１２ コネクタ
１３ プレート
２０ 燃料通路部
２１ 第１開口部
２２ 第２開口部
２３ 第３開口部
２４ 弁体部
２５ 弁座部
２６ 第１内部燃料通路
２７ 流体溜り空間
２８ 第２内部燃料通路
４０ 燃料タンク
４１ 燃料ポンプ
４２ 第１リリーフ弁
４３ 第２リリーフ弁
４４ 燃料噴射弁
４１Ａ 第１外部燃料通路
４２Ａ 第２外部燃料通路
４３Ａ 配管
４４Ａ デリバリ
４５ リターン配管
ＢＺ 弁軸
Ｓ 燃料供給システム

Claims (4)

1. 液相燃料を貯蔵する燃料タンクと、
   前記燃料タンクから供給される液相燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料タンク内の液相燃料を昇圧して前記燃料噴射弁に送り出す燃料ポンプと、
   第１開口部と第２開口部と第３開口部とを有するとともに、前記第１開口部と前記第２開口部と前記第３開口部とを連通させた状態と、前記第２開口部を閉鎖して前記第１開口部と前記第３開口部とを連通させた状態に切り替え可能な三方弁と、を備え、
   前記第１開口部と前記燃料ポンプとが第１外部燃料通路にて接続されており、
   前記第２開口部と前記燃料タンクとが第２外部燃料通路にて接続されているとともに、前記第２外部燃料通路の経路中には前記第２開口部から流出される液相燃料が第１設定圧力となるように設定された第１リリーフ弁が設けられており、
   前記第３開口部と前記燃料タンクとが第３外部燃料通路にて接続されているとともに、前記第３外部燃料通路の経路中には前記第３開口部から流出される液相燃料が前記第１設定圧力よりも高い第２設定圧力となるように設定された第２リリーフ弁が設けられており、
   前記第３外部燃料通路における前記第３開口部から前記第２リリーフ弁の間の経路に前記燃料噴射弁が設けられており、
   前記三方弁の連通状態を切り替えることで、前記燃料噴射弁に供給する液相燃料の圧力を前記第１設定圧力と前記第２設定圧力に切り替え可能である、
   燃料供給システム。
2. 請求項１に記載の燃料供給システムであって、
   前記三方弁において、前記第２開口部を連通状態または閉鎖状態とする弁体部及び弁座部から前記第２開口部の先端までの第１内部燃料通路は略直線状に形成されている、
   燃料供給システム。
3. 請求項１または２に記載の燃料供給システムであって、
   前記三方弁はコイルを備えた電磁弁であり、前記コイルの近傍に設けられた弁体部周囲には流体溜まり空間が形成されており、
   前記第３開口部は前記第１開口部よりも前記コイルに近い側に設けられており、
   前記第１開口部から流入した液相燃料が前記流体溜まり空間及び前記第３開口部に向かう第２内部燃料通路は、前記コイルに向かう方向となる弁軸方向に形成されており、
   前記第２内部燃料通路を通った液相燃料が、前記コイルの周囲の部材における少なくとも一部に衝突して方向を変えて前記第３開口部または前記流体溜まり空間へと向かうように、前記第１開口部と前記第３開口部と前記流体溜まり空間と前記第２内部燃料通路とが配置されている、
   燃料供給システム。
4. コイルと、
   前記コイルにて駆動する弁体部と、
   第１開口部と第２開口部と第３開口部とを有するとともに、前記第１開口部と前記第２開口部と前記第３開口部とを連通させた状態と、前記第２開口部を閉鎖して前記第１開口部と前記第３開口部とを連通させた状態に切り替え可能な三方弁であって、
   前記第１開口部からは流体を流入させ、流入させた流体を前記第２開口部及び前記第３開口部から流出させ、あるいは流入させた流体を前記第２開口部から流出させることなく前記第３開口部から流出させ、
   前記弁体部周囲には流体溜まり空間が形成されており、
   前記第３開口部は前記第１開口部よりも前記コイルに近い側に設けられており、
   前記第１開口部から流入した流体が前記流体溜まり空間及び前記第３開口部に向かう第２内部燃料通路は、前記コイルに向かう方向となる弁軸方向に形成されており、
   前記第２内部燃料通路を通った流体が、前記コイルを覆う部材に衝突して方向を変えて前記第３開口部または前記流体溜まり空間へと向かうように、前記第１開口部と前記第３開口部と前記流体溜まり空間と前記第２内部燃料通路とが配置されている、
   三方弁。
   
   

Images