JP2009215993A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射弁に多量の気泡を含む燃料が供給されてしまうことを防止する。
【解決手段】 燃料タンク１２から高圧ポンプ１６に至る燃料経路Ｌ１に、液体と気体との密度差を利用して燃料タンク１２から輸送されてきた燃料を気液分離するためのサブタンク５０を設ける。これにより、サブタンク５０により気液分離された液体燃料を高圧ポンプ１６側に流出させることが可能となるので、燃料噴射弁３０に多量の気泡を含む燃料が供給されてしまうことを防止することができ、精度よく燃料噴射量を制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用の燃料噴射装置に関するもので、特に、コモンレール式（蓄圧式）のディーゼルエンジン用燃料噴射装置に適用して有効である。

例えば、コモンレール式のディーゼルエンジン用燃料噴射装置では、コモンレール内に高圧燃料を畜圧して、複数個の燃料噴射弁に高圧燃料を分配供給しているので、燃料経路に空気等の気体が混入して気泡が多量を存在すると、精度よく燃料噴射量を制御することができず、燃焼状態の悪化等を招いてしまう。

そこで、例えば特許文献１に記載の発明では、内燃機関の始動時又は始動直後のアイドリング運転時に、燃料ポンプの加圧室からコモンレールを経て燃料噴射弁に至る高圧燃料経路内に貯留されている燃料を燃料タンクに戻すことより、高圧燃料経路内に存在する気泡を除去している。
特開２００３−２３９８２３号公報

しかし、特許文献１に記載の発明では、内燃機関の始動時又は始動直後のアイドリング運転時に、高圧燃料経路内に存在する気泡を除去することはできるものの、その後、発生した気泡を除去することは難しい。

すなわち、燃料タンク内においては、空気等の気体と液体である燃料とは、常に混在しているので、例えば、車両の急旋回や急加速によって燃料タンク内の燃料が揺れると、燃料が泡立ってしまい、気泡が発生してしまう。そして、この気泡が発生した燃料がそのまま燃料噴射弁に供給されてしまうと、精度よく燃料噴射量を制御することができず、燃焼状態の悪化等を招いてしまう。

本発明は、上記点に鑑み、燃料噴射弁に多量の気泡を含む燃料が供給されてしまうことを防止することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、内燃機関用の燃料噴射装置であって、内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁（３０）と、燃料を燃料噴射弁（３０）側に供給する燃料ポンプ（１６）と、燃料を蓄える燃料タンク（１２）と、燃料タンク（１２）から燃料ポンプ（１６）に至る燃料経路（Ｌ１）に設けられ、液体と気体との密度差を利用して燃料タンク（１２）から輸送されてきた燃料を気液分離して液体燃料を燃料ポンプ（１６）側に流出させるための気液分離手段（５０）とを備えることを特徴とする。

これにより、請求項１に記載の発明では、気液分離手段（５０）により燃料を気液分離して液体燃料を燃料ポンプ（１６）側に流出させるので、燃料噴射弁（３０）に多量の気泡を含む燃料が供給されてしまうことを防止することができ、精度よく燃料噴射量を制御することができる。

また、請求項２に記載の発明では、気液分離手段（５０）は、燃料が流入する流入口（５１）及び燃料ポンプ（１６）側に連通する流出口（５２）が設けられたタンク部（５３）を有しており、さらに、流入口（５１）は、流出口（５２）より上方側に設けられていることを特徴とする。

これにより、請求項２に記載の発明では、密度の大きい液体燃料が優先的に下方側に設けられた流出口（５２）から燃料ポンプ（１６）側に流出するので、燃料噴射弁（３０）に多量の気泡を含む燃料が供給されてしまうことを防止することができる。

また、請求項３に記載の発明では、タンク部（５３）のうち、流出口（５２）より上方側には、気液分離された気体をタンク部（５３）外に放出するための放出口（５４）が設けられていることを特徴とする。

これにより、請求項３に記載の発明では、気液分離された気体がタンク部（５３）に充満してしまうことが防止されるので、タンク部（５３）内の気体が増大して気液分離された気体が流出口（５２）から燃料ポンプ（１６）側に流出してしまうことを未然に防止できる。

なお、請求項４に記載の発明では、放出口（５４）は、燃料タンク（１２）に連通していることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明では、燃料経路（Ｌ１）のうち気液分離手段（５０）より下流側には、燃料経路（Ｌ１）を流れる気泡を分割するようにして気泡を細分化する気泡フィルタ（１８）が設けられていることを特徴とする。

これにより、請求項５に記載の発明では、大きな気泡が燃料噴射弁（３０）に供給されてしまうことを防止できるので、実際に噴射供給される燃料の量が制御目標値と大きくずれてしまうことを防止でき、精度よく燃料噴射量を制御することができる。

また、請求項６に記載の発明では、燃料経路（Ｌ１）のうち気液分離手段（５０）より上流側には、燃料経路（Ｌ１）を流れる気泡を分割するようにして気泡を細分化する気泡フィルタ（１８）が設けられていることを特徴とする。

これにより、請求項６に記載の発明も、請求項５に記載の発明と同様に、実際に噴射供給される燃料の量が制御目標値と大きくずれてしまうことを防止できるので、精度よく燃料噴射量を制御することができる。

また、請求項７に記載の発明では、燃料ポンプ（１６）の吐出側に設けられ、燃料ポンプ（１６）から吐出された高圧燃料を蓄圧するとともに、複数個の燃料噴射弁（３０）に高圧燃料を分配供給するコモンレール（２０）と、燃料タンク（１２）内の燃料を吸引して燃料ポンプ（１６）に燃料を輸送するフィードポンプ（１４）とを備え、燃料ポンプ（１６）とフィードポンプ（１４）とが一体化されていることを特徴とする。

これにより、請求項７に記載の発明では、燃料噴射装置の小型化を図ることができるので、燃料噴射装置の設置自由度を高めることができる。
因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段に限定されるものではない。

本実施形態は、本発明に係る燃料噴射装置を、車両用ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に適用したものであり、以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（第１実施形態）
１．図面の説明
図１は本実施形態に係る燃料噴射装置１０の概要を示す模式図であり、図２は高圧ポンプ（サプライポンプ）１６の概略を示す説明図であり、図３は本実施形態に係る燃料噴射装置１の特徴を説明するための図である。

２．燃料噴射装置の構成
本実施形態に係る燃料噴射装置１０は、いわゆる蓄圧式（コモンレール式）の燃料噴射装置である。具体的には、この燃料噴射装置１０は、図１に示すように、フィードポンプ１４、高圧ポンプ（サプライポンプ）１６、燃料フィルタ１８、コモンレール２０、圧力センサ２２、減圧弁２４、燃料噴射弁３０、電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す。）４０、及び電子駆動装置（以下、ＥＤＵと記す。）４２等から構成されており、図示しないディーゼルエンジン（以下、エンジンと略す。）の各気筒に燃料を噴射する。

フィードポンプ１４は、燃料タンク１２から燃料を吸引して高圧ポンプ１６側に供給するものであり、高圧ポンプ１６は、フィードポンプ１４から供給された燃料を、所定圧力まで加圧してコモンレール２０に供給する燃料ポンプである。

また、高圧ポンプ１６は、図２に示すように、エンジンから駆動力を得て回転するカムシャフト１６Ａ、及びカムシャフト１６Ａのカム１６Ｂの回転に伴って往復移動するプランジャ１６Ｃ等からなる公知のポンプであり、プランジャ１６Ｃが往復移動することにより加圧室１６Ｄに流入した燃料を加圧する。そして、加圧室１６Ｄから吐出された燃料は、第１逆止弁１６Ｆ及び第２逆止弁１６Ｇにより燃料タンク１２側に逆流することなく、コモンレール２０側に供給される。

なお、プランジャ１６Ｃは、カム１６Ｂにより押圧されて加圧室１６Ｄに流入した燃料を加圧吐出させ、リターンスプリング１６Ｅによりカム１６Ｂに接触しているのみであるので、本実施形態に係る高圧ポンプ１６は、燃料タンク１２に貯留されている燃料を吸引する能力（フィード機能）を有していない。

また、高圧ポンプ１６の吸入部（入口）側には流量調整弁１９が設けられており、この流量調整弁１９によって高圧ポンプ１６から吐出される燃料の量を調整することにより、コモンレール２０内の圧力が所定圧力となるように制御する。

すなわち、流量調整弁１９の開度は、コモンレール２０内の圧力（圧力センサ２２の検出圧力）が低下すると大きくなり、コモンレール２０内の圧力が上昇すると小さくなるように、ＥＣＵ４０によりデューティ制御されている。因みに、本実施形態では、高圧ポンプ１６と流量調整弁１９とは一体化されている。

なお、本実施形態では、フィードポンプ１４は、その吐出量が流量調整弁１９と連動して制御されておらず、一定電圧が印加された状態で稼働しているので、流量調整弁１９の開度が小さくなり、フィードポンプ１４の吐出圧が大きくなると、レギュレートバルブ１６Ｈが開き、フィードポンプ１４から吐出された燃料の一部は燃料タンク１２に戻される。

また、コモンレール２０は、図１に示すように、高圧ポンプ１６から圧送されてきた燃料を蓄圧するとともに、エンジン運転状態に応じた所定の高圧に燃料圧力を保持する畜圧容器であり、圧力センサ２２は、コモンレール２０の入口側にてコモンレール２０内の圧力を検出する圧力検出手段である。

減圧弁２４は、開弁することによりコモンレール２０の内部の燃料を低圧側のリターン通路１００に排出することにより、コモンレール２０内の燃料圧力を低下させる減圧手段であり、この減圧弁２４は、例えば、スプリングの荷重を閉弁方向に弁部材に加え、コイル等の電磁駆動部に通電されることによりスプリングの荷重に抗して弁部材がリフトして開弁する公知の電磁弁である。

複数本の燃料噴射弁３０は、互いにコモンレール２０に並列的に接続され、コモンレール２０に蓄圧されている燃料を各気筒内に噴射する噴射弁であり、この燃料噴射弁３０は、ノズルニードルに閉弁方向に燃料圧力を加える制御室の圧力を制御することにより燃料噴射量を制御する公知の電磁駆動式の弁である。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の書換可能な不揮発性メモリ等からなる周知のマイクロコンピュータにて構成された制御手段であり、流量調整弁１９、減圧弁２４及び燃料噴射弁３０はＥＣＵ４０により制御されている。

なお、減圧弁２４及び燃料噴射弁３０は、ＥＣＵ４０により直接的に制御されておらず、減圧弁２４及び燃料噴射弁３０を駆動するＥＤＵ４２を介して間接的にＥＣＵ４０により制御されている。

また、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数を検出する回転数センサ（図示せず。）、アクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサ（図示せず。）、クランク角度を検出するクランク角度センサ（図示せず。）、燃料の温度を検出する温度センサ（図示せず。）、高圧ポンプ１６の回転数を検出する回転数センサ（図示せず。）、及び圧力センサ２２等の各種センサの検出信号からエンジン及び燃料噴射装置１０の運転状態を取得する。

そして、ＥＣＵ４０は、エンジンを最適な運転状態に制御するために、取得したエンジン運転状態に基づいて、予めＲＯＭ又はフラッシュメモリに記憶されているプログラムに従って流量調整弁１９、減圧弁２４及び燃料噴射弁３０等への通電（通電デューティ）を制御する。

また、燃料タンク１２から高圧ポンプ１６に至る燃料経路Ｌ１には、サブタンク５０が設けられており、このサブタンク５０は、液体と気体との密度差を利用して燃料タンク１２から輸送されてきた燃料を気液分離して液体燃料を高圧ポンプ１６側に流出させるための気液分離手段をなすものである。

そして、サブタンク５０は、燃料が流入する流入口５１及び高圧ポンプ１６側に連通する流出口５２が設けられたタンク部５３を有しており、流入口５１は、流出口５２より上方側に設けられ、流出口５２は、サブタンク５０内の液面高さより低くなるように設定されている。

また、タンク部５３のうち、流出口５２より上方側には、気液分離された気体をタンク部５３外に放出するための放出口５４が設けられており、この放出口５４は、燃料タンク１２に連通している。

なお、フィードポンプ１４から輸送されてきた燃料は、サブタンク５０で貯留されて密度差を利用して気液分離されるので、サブタンク５０から高圧ポンプ１６に燃料を輸送するための圧力は、サブタンク５０内の液面と流出口５２との高低差のみである。

したがって、サブタンク５０内の液面と流出口５２との高低差は、流出口５２から高圧ポンプ１６に至る燃料経路で発生する圧力損失より大きな圧力が発生し、かつ、レギュレートバルブ１６Ｈが開く圧力（レギュレート圧）より小さな圧力が発生する程度とすることが望ましい。

また、燃料経路Ｌ１のうちサブタンク５０より上流側には、燃料タンク１２から輸送されてきた燃料中に含まれる塵埃を除去するとともに、燃料経路Ｌ１を流れる気泡を分割するようにして気泡を細分化する燃料フィルタ１８が設けられている。因みに、本実施形態に係る燃料フィルタ１８は、濾紙等の微細な孔が形成された薄膜にて構成されている。

３．本実施形態に係る燃料噴射装置の特徴
本実施形態では、燃料タンク１２から高圧ポンプ１６に至る燃料経路Ｌ１に、液体と気体との密度差を利用して燃料タンク１２から輸送されてきた燃料を気液分離するためのサブタンク５０が設けられているので、空気等の気体より密度の大きい液体燃料が重力によりタンク部５３の下方側に集合し、空気等の気体が上方側に集合する。

したがって、本実施形態では、サブタンク５０により気液分離された液体燃料を高圧ポンプ１６側に流出させることが可能となるので、燃料噴射弁３０に多量の気泡を含む燃料が供給されてしまうことを防止することができ、精度よく燃料噴射量を制御することができる。

また、本実施形態では、サブタンク５０の流入口５１が流出口５２より上方側に設けられているので、密度の大きい液体燃料が優先的に下方側に設けられた流出口５２から高圧ポンプ１６側に流出する。このため、燃料噴射弁３０に多量の気泡を含む燃料が供給されてしまうことを防止することができる。

また、本実施形態では、タンク部５３のうち流出口５２より上方側に放出口５４が設けられているので、気液分離された気体がタンク部５３に充満してしまうことを防止できる。

したがって、タンク部５３内の気体が増大してタンク部５３内の圧力が過度に上昇してしまうことを未然に防止できるので、気液分離された気体が流出口５２から高圧ポンプ１６側に流出してしまうことを未然に防止できる。

また、本実施形態では、燃料経路Ｌ１のうちサブタンク５０より上流側には、燃料フィルタ１８が設けられているので、燃料フィルタ１８が燃料経路Ｌ１を流れる気泡を分割して気泡を細分化する気泡フィルタとして機能する。

このため、大きな気泡が燃料噴射弁３０に供給されてしまうことを防止できるので、実際に噴射供給される燃料の量が制御目標値と大きくずれてしまうことを防止でき、精度よく燃料噴射量を制御することができる。

因みに、仮に、燃料フィルタ１８が気泡フィルタ機能を有していない場合には、図３に示すように、小さな気泡が集合して大きな気泡が形成され、この大きな気泡が燃料噴射弁３０に供給されてしまうおそれが非常に高くなる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、燃料フィルタ１８をサブタンク５０の上流側に設けたが、本実施形態は、図４に示すように、燃料フィルタ１８をサブタンク５０の下流側に設けたものである。

そして、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、大きな気泡が燃料噴射弁３０に供給されてしまうことを防止できるので、実際に噴射供給される燃料の量が制御目標値と大きくずれてしまうことを防止でき、精度よく燃料噴射量を制御することができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、放出口５４から燃料タンク１２に至る燃料経路Ｌ２に、サブタンク５０の内圧が所定圧力以上となったときに燃料経路Ｌ２を連通させ、内圧が所定圧力未満となったときには燃料経路Ｌ２を閉塞するリリーフバルブ５５を設けたものである。

これにより、本実施形態では、サブタンク５０内の圧力が過度に低下することを防止できるので、サブタンク５０内の液面と流出口５２との高低差が小さくなっても、サブタンク５０内の燃料を確実に高圧ポンプ１６に供給することができる。

なお、リリーフバルブ５５は、サブタンク５０から燃料タンク１２への流れのみ許容し、逆向きの流れは許容しないので、燃料タンク１２内の圧力が上昇しても、燃料経路Ｌ１を経由することなく、燃料がサブタンク５０に流入することはない。

（第４実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、高圧ポンプ１６とフィードポンプ１４とを一体化したものである。

これにより、燃料噴射装置１０の小型化を図ることができるので、燃料噴射装置の設置自由度を高めることができる。
（第５実施形態）
本実施形態は、図７及び図８に示すように、燃料経路Ｌ１を構成する配管Ｐ、それ自体をタンク部５３と機能させたものである。

なお、図７はタンク部５３を構成する配管Ｐの長手方向を鉛直方向に一致させた例であり、図８はタンク部５３を構成する配管Ｐの長手方向を水平方向に一致させた例である。
（第６実施形態）
本実施形態は、図９に示すように、流入口５１から液面下方側まで延びるパイプ５１Ａを設けたものである。

これにより、流入口５１から流入した燃料がサブタンク５０内に貯留されている燃料の液面に衝突して、サブタンク５０内に貯留されている燃料が泡立ってしまうことを抑制できるので、気泡が流出口５２から高圧ポンプ１６に供給されてしまうことを抑制できる。

（第７実施形態）
本実施形態は、図１０〜図１２に示すように、流入口５１から流出口５２に至る実質的な経路長さが長くなるように、流入口５１から流出口５２に至る経路を迷路構造としたものである。

すなわち、タンク部５３内に仕切り板５６を設け、流入口５１から流出口５２に至る実質的な経路を蛇行させるようにして経路長さを長くしたものである。
なお、図１０に示す例は、パイプ５１Ａの出口側を仕切り板５６で囲むようにしてパイプ５１Ａから流出した燃料が直線的に流出口５２に向かって流れることを防止したものであり、図１１及び図１２に示す例は、流出口５２の上流側に仕切り板５６を配置して燃料が直線的に流出口５２に向かって流れることを防止したものである。

これにより、本実施形態では、流入口５１からサブタンク５０に流入した燃料が流出口５２から流出するまでに要する時間を長くすることができるので、燃料タンク１２から輸送されてきた燃料を気液分離するに必要な時間を確保することができ、燃料を確実に気液分離することができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、コモンレール式のディーゼルエンジン用燃料噴射装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、ガソリンエンジン又はその他形式のディーゼルエンジンにも適用できる。

また、上述の実施形態では、サブタンク５０と燃料フィルタ１８とが別々に設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、燃料フィルタ１８にサブタンク５０を内蔵する等して、燃料フィルタ１８（気泡フィルタ）とサブタンク５０（気液分離手段）とを一体化してもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置１の概要を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る高圧ポンプ（サプライポンプ）１６の概略を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る燃料噴射装置１０の特徴を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置１０の概要を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料噴射装置１０の概要を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る燃料噴射装置１の概要を示す模式図である。 本発明の第５実施形態に係るサブタンク５０の模式図である。 本発明の第５実施形態に係るサブタンク５０の模式図である。 本発明の第６実施形態に係るサブタンク５０の模式図である。 本発明の第７実施形態に係るサブタンク５０の模式図である。 本発明の第７実施形態に係るサブタンク５０の模式図である。 本発明の第７実施形態に係るサブタンク５０の模式図である。

符号の説明

１０…燃料噴射装置、１２…燃料タンク、１４…フィードポンプ、
１６…高圧ポンプ、１６Ａ…カムシャフト、１６Ｂ…カム、１６Ｃ…プランジャ、
１６Ｄ…加圧室、１６Ｅ…リターンスプリング、１６Ｆ…第１逆止弁１６Ｆ、
１６Ｇ…第２逆止弁、１６Ｈ…レギュレートバルブ、１８…燃料フィルタ、
１９…流量調整弁、２０…コモンレール、２２…圧力センサ、２４…減圧弁、
２６…温度センサ、２８…回転数センサ、３０…燃料噴射弁、５０…サブタンク、
５１…流入口、５１Ａ…パイプ、５２…流出口、５３…タンク部、５４…放出口、
５５…リリーフバルブ、５６…仕切り板、１００…リターン通路。

Claims (7)

1. 内燃機関用の燃料噴射装置であって、
   前記内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、
   燃料を前記燃料噴射弁側に供給する燃料ポンプと、
   燃料を蓄える燃料タンクと、
   前記燃料タンクから前記燃料ポンプに至る燃料経路に設けられ、液体と気体との密度差を利用して前記燃料タンクから輸送されてきた燃料を気液分離して液体燃料を前記燃料ポンプ側に流出させるための気液分離手段と
   を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記気液分離手段は、燃料が流入する流入口及び前記燃料ポンプ側に連通する流出口が設けられたタンク部を有しており、
   さらに、前記流入口は、前記流出口より上方側に設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
3. 前記タンク部のうち、前記流出口より上方側には、気液分離された気体を前記タンク部外に放出するための放出口が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記放出口は、前記燃料タンクに連通していることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記燃料経路のうち前記気液分離手段より下流側には、前記燃料経路を流れる気泡を分割するようにして気泡を細分化する気泡フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。
6. 前記燃料経路のうち前記気液分離手段より上流側には、前記燃料経路を流れる気泡を分割するようにして気泡を細分化する気泡フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。
7. 前記燃料ポンプの吐出側に設けられ、前記燃料ポンプから吐出された高圧燃料を蓄圧するとともに、複数個の前記燃料噴射弁に高圧燃料を分配供給するコモンレールと、
   前記燃料タンク内の燃料を吸引して前記燃料ポンプに燃料を輸送するフィードポンプとを備え、
   前記燃料ポンプと前記フィードポンプとが一体化されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。