JP2010024937A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温時においても、所望の燃料圧力で供給できる内燃機関の燃料供給装置を提供する。
【解決手段】タンク１１ａ、１１ｂからエンジンへ、供給配管１４ａ、１４ｂを介して、燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置において、タンク１１ａ、１１ｂ中の燃料を、供給配管１４ａ、１４ｂに圧送する燃料ポンプ２４と、供給配管１４ａ、１４ｂに設けられ、圧送される燃料の濾過を行うフィルタ１５と、燃料ポンプ２４とフィルタ１５との間の供給配管１４ａに設けられ、圧送される燃料の圧力を調整するＰ／Ｒ２５と、Ｐ／Ｒ２５の圧力調整部分に設けられ、当該圧力調整部分から燃料の一部を漏洩するリーク口と、当該リーク口に設けられ、低温になるに伴い、リーク口を漸次閉塞するフィルタ２８とを有し、フィルタ２８によるリーク口の閉塞により、供給配管１４ａの燃料の圧力を上昇させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料容器から内燃機関へ燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置に関する。

車両等の内燃機関へは、燃料ポンプを有する燃料供給装置を用いて、燃料容器中の燃料を供給している。例えば、ディーゼルエンジンでは、エンジン近傍に設けた高圧ポンプを用いて、ディーゼル燃料を高圧にし、コモンレールへ畜圧しているが、燃料容器から高圧ポンプへの燃料の供給圧力は通常低圧であるため、燃料供給装置の燃料ポンプからの吐出圧をある程度抑える必要がある。そのため、燃料ポンプからの吐出圧を調整するプレッシャレギュレータを設けると共に、その一部にリーク口を設けることで、高圧ポンプへの供給圧力を低圧に調整している。

特開２００３−１７６７６１号公報

高圧ポンプへの供給圧力を低圧に調整している場合、流路の圧力損失が増加する事態が発生すると、規定の供給圧力でエンジン側へ供給できなくなる。具体的には、燃料は、低温時のその粘度が高くなり、流路に対する抵抗が増加する。通常、流路には、濾過のための燃料フィルタが設けられているので、低温時には、この燃料フィルタで大きく圧力を損失してしまい、規定の供給圧力でエンジン側へ供給できなくなってしまう。特に、ディーゼル燃料の場合には、低温になると粘度が高くなり、更に低温になるとワックス成分（例えば、パラフィン系成分）が析出するので、燃料フィルタにワックス成分が目詰まりしてしまい、圧力損失が更に増大し、その結果、ディーゼル燃料を規定の供給圧力範囲でエンジン側へ供給できなくなってしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、低温時においても、所望の燃料圧力で供給できる内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、
燃料容器から内燃機関へ、供給配管を介して、燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料容器中の燃料を、前記供給配管に圧送する圧送手段と、
前記供給配管に設けられ、圧送される燃料の濾過を行う濾過手段と、
前記圧送手段と前記濾過手段との間の前記供給配管に設けられ、圧送される燃料の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記圧力調整手段の圧力調整部分に設けられ、前記圧力調整部分から燃料の一部を漏洩するリーク口と、
前記リーク口に設けられ、低温時に前記リーク口を閉塞する閉塞手段とを有し、
前記閉塞手段による前記リーク口の閉塞により、低温時に前記供給配管の燃料の圧力を上昇させるよう構成されていることを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、
上記第１の発明に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記閉塞手段は、低温になるに伴い、前記リーク口を漸次閉塞する漸次閉塞手段であることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、
上記第２の発明に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記漸次閉塞手段を、他の濾過手段とすることを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、
上記第２の発明に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記漸次閉塞手段を、ワックスサーモエレメントとすることを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、
上記第１乃至第４のいずれかの発明に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記低温は、燃料の粘度が所定値より高くなる温度、又は、燃料から析出物が発生する温度とすることを特徴とする。

本発明によれば、低温時に圧力調整手段のリーク口を閉塞する閉塞手段を設けたので、圧力調整手段から漏洩する燃料の量を絞って、圧力調整手段で調整する燃料圧力を上昇させることができる。その結果、低温に伴う濾過手段における圧力損失分を補償することができ、規定の燃料圧力の範囲で内燃機関側へ供給することができる。又、本発明は、電子制御装置等の制御を必要とすることもなく、簡易な構成、且つ、低いコストで実現可能である。

以下、図１〜３を用いて、本発明に係る内燃機関の燃料供給装置の実施形態のいくつかを詳細に説明する。

図１は、燃料容器から内燃機関への燃料供給系の概略を説明する概略構成図であり、図２は、本発明に係る内燃機関の燃料供給装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。なお、ここでは、一例として、ディーゼルエンジンを例示して説明を行うが、他の内燃機関、例えば、ガソリンエンジン等へも適用可能である。

図１に示すように、ディーゼルエンジン（内燃機関；以降、エンジンと呼ぶ。）１０への燃料タンク（燃料容器）１１からのディーゼル燃料（以降、燃料と呼ぶ。）１２の供給は、本発明に係る燃料供給装置１３を用いて行われる。詳細は後述するが、燃料タンク１１に貯留された燃料１２は、燃料供給装置１３により、供給配管１４ａ、１４ｂを用いて、エンジン１０へ圧送される。供給配管１４ａと供給配管１４ｂの間には、小さい異物を除去して、燃料１２を濾過する、目の小さい燃料フィルタ（濾過手段）１５が設けられており、燃料フィルタ１５を通過した燃料１２が、エンジン１０の近傍に設けた高圧ポンプ１６で高圧にされて、コモンレルール（図示省略）に畜圧される。そして、各気筒のインジェクタ（図示省略）からコモンレールに畜圧された燃料１２が噴射されて、エンジン１０が作動することになる。なお、フィルタ１５は、その濾過材料が濾紙からなる目の細かいものであり、濾過面積（濾紙を１枚に広げた時の面積に相当するもの）を大きくとったものである。

コモンレール内の燃料１２は、高圧ポンプ１６等により一定の高圧（例えば、１５０ＭＰａ程度）に維持されるが、維持に不要な燃料１２は、戻り配管１７を通って、燃料タンク１１側（詳細には、後述のリザーバカップ２２）へ戻される。インジェクタにおいて使用されなかった燃料１２も、戻り配管１７を通って、燃料タンク１１側（リザーバカップ２２）へ戻される。

ここで、図２を参照して、本発明に係る燃料供給装置１３の構成を詳細に説明する。

燃料タンク１１は、車両でよく使用される鞍型タンクであり、互いに分離されたタンク１１ａとタンク１１ｂに各々燃料１２を貯留している。この鞍型タンクの凹部分には、車両のドライブシャフトやマフラー等が配置される。なお、本発明では、一例として、鞍型タンクを図示しているが、本発明は、必ずしも、鞍型タンクに限定されるものではない。

タンク１１ａ内の燃料１２は、大きな異物を除く、目の粗いサクションフィルタ２１、吸入配管３１を介し、後述のジェットポンプ２７を用いて吸い上げられて、燃料供給装置１３のリザーバカップ２２内に送られる。同様に、タンク１１ｂ内の燃料１２は、吸入配管３２を介し、後述のジェットポンプ２６を用いて吸い上げられて、燃料供給装置１３のリザーバカップ２２内に送られる。

リザーバカップ２２に送られた燃料１２が燃料供給装置１３からエンジン１０側（高圧ポンプ１６）へ圧送されることになる。具体的には、リザーバカップ２２内の燃料１２は、大きな異物を除く、目の粗いサクションフィルタ２３を介し、燃料ポンプ２４（圧送手段）により吸い上げられ、供給配管１４ａ、１４ｂを用いて、エンジン１０側（高圧ポンプ１６）へ圧送される。この燃料ポンプ２４は、本実施例においては、その吐出圧（又は吐出量）が可変である必要はなく、規定範囲内の吐出圧（又は吐出量）を維持できればよく、安価な燃料ポンプが使用可能であり、低コスト化に寄与可能である。なお、フィルタ２３は、その濾過材料がナイロンや不織布からなる目の粗いものであり、その濾過面積はフィルタ１５に比べかなり小さいものである。

燃料ポンプ２４と燃料フィルタ１５との間の供給配管１４ａには、プレッシャレギュレータ（圧力調整手段；以降、Ｐ／Ｒと略す。）２５を接続しており、これにより、供給配管１４ａを流れる燃料１２の供給圧力を一定の低圧に調整している。燃料ポンプ２４自体は、規定の供給圧力より高い圧力で燃料１２を吐出するように設定されており、その高い圧力をＰ／Ｒ２５により規定の供給圧力まで低下させて、供給圧力を一定の低圧に維持している。そして、圧力維持に不要となった燃料１２は、Ｐ／Ｒ２５内部の圧力調整部分であるリリーフ弁２５ｂ（例えば、ダイヤフラム弁）を通り、Ｐ／Ｒ２５のリーク口に接続されたリーク配管３５、３８を介して、リザーバカップ２２へ戻される。

なお、Ｐ／Ｒ２５では、圧力調整室２５ａに設けた開口部の開口量をリリーフ弁２５ｂにより調整しており、この開口量は、圧力調整室２５ａ内の燃料１２の圧力とスプリング２５ｃによる付勢力との差により調整される。従って、圧力調整室２５ａ内の燃料１２の圧力が予め設定した圧力になるまで、リリーフ弁２５ｂは開かないが、圧力調整室２５ａ内の燃料１２の圧力が設定した圧力を越えると、リリーフ弁２５ｂが開くことになり、圧力維持に不要となった燃料１２がリリーフ弁２５ｂを経由し、リーク配管３５、３８から排出されることになる。その結果、圧力調整室２５ａ内の燃料圧力、即ち、供給配管１４ａの燃料圧力が一定の低圧に維持されて、エンジン１０側（高圧ポンプ１６）へ圧送されることになる。

ここで、ジェットポンプ２６、２７について説明する。ジェットポンプ２６、２７は、リーク配管３５を介して、リザーバカップ２２へ戻す燃料１２を用いて作動される。ジェットポンプ２６、２７は、具体的には、リーク配管３５を分岐した分岐配管３６、３７の先端を開口径の小さいオリフィスに形成して、その周囲を囲うと共に、オリフィスの近傍に前述の吸入配管３１、３２の開口端を配置した構成である。これは、ベルヌーイの定理を利用したものであり、リザーバカップ２２に戻す燃料１２を用いて、オリフィスの周囲に差圧を生じさせており、その差圧を利用して、タンク１１ａ、１１ｂ内の燃料１２を吸入配管３１、３２で吸入して、リザーバカップ２２へ導くようにしている。

上述した構成により、燃料供給装置１３は、燃料１２の供給圧力を一定の低圧に維持して、供給配管１４ａ、１４ｂを介して、エンジン１０側（高圧ポンプ１６）へ圧送している。このように、燃料供給装置１３は、燃料１２の供給圧力を一定の低圧に維持するものであるが、温度変化に対する調整機能は備えていない。具体的には、低温時には、燃料１２は、その粘度が高くなり、燃料フィルタ１５における流路抵抗が増加し、大きく圧力を損失してしまい、規定の供給圧力でエンジン１０側（高圧ポンプ１６）へ供給できなくなってしまう。特に、ディーゼル燃料の場合には、低温になると粘度が高くなるだけでなく、ワックス成分が析出するため、この圧力損失の問題がより顕著となってしまう。

そこで、本発明においては、Ｐ／Ｒ２５に設けてあるリーク配管３８にフィルタ２８（閉塞手段、漸次閉塞手段、他の濾過手段）を設けるようにしている。このフィルタ２８は、低温時に、燃料１２の粘度が高くなったり、ワックス成分が析出してきたりした場合、燃料フィルタ１５と同じように、流路抵抗が増加する。すると、低温になればなるほど、フィルタ２８を燃料１２が通りにくくなり、リーク配管３８からリザーバカップ２２へ戻る燃料１２の流量を制限して、圧力調整室２５ａ内の燃料圧力、即ち、供給配管１４ａにおける燃料圧力を上昇させることができる。つまり、フィルタ２８は、低温になるに伴い、リーク配管３８を漸次閉塞することになり、低温時には、温度に逆比例して、供給配管１４ａにおける燃料圧力を線形的に上昇させることになる。このフィルタ２８としては、フィルタ１５と同等の目の細かいものでもよいし、フィルタ２３と同等の目の粗いものでもよいし、あるいはこれらの中間程度の目のものであってもよい。

低温状態から常温状態に戻ったときには、当然ながら、燃料１２の粘度も元に戻るので、Ｐ／Ｒ２５においては、フィルタ２８が大きな流路抵抗となることはなく、燃料１２の供給圧力を所望の低圧の圧力範囲で調整可能である。

なお、リーク配管３８を閉塞する際の低温の温度としては、燃料１２の粘度が所定値より高くなる温度、又は、燃料１２から析出物が発生する温度とすればよい。

このように、本実施例では、燃料供給装置１３の一部を変更することにより、簡単な構成かつ低コストで、Ｐ／Ｒ２５における調整圧力を上昇させて、低温時における燃料フィルタ１５の圧力損失分を補償することができる。

上記実施例１においては、リーク配管３８にフィルタ２８を設けることにより、温度に逆比例して、リーク配管３８を閉塞するようにしているが、このようなものに代えて、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ワックスサーモエレメント４１（閉塞手段、漸次閉塞手段）を用いてもよい。

なお、本実施例は、実施例１のリーク配管３８、フィルタ２８に代えて、リーク配管３８が接続されるＰ／Ｒ２５のリーク口にワックスサーモエレメント４１を取り付けたものであり、他の部分の構成は、実施例１で説明した内燃機関の燃料供給装置と同等のものでよいので、ここでは、重複する説明は省略する。

本実施例では、図３（ａ）に示すように、ワックスサーモエレメント４１の温感部（ワックスケース４１ａ、ワックス４２）をＰ／Ｒ２５のリーク口からＰ／Ｒ２５の内側に挿入し、排出口４１ｅが設けられた本体部をＰ／Ｒ２５の外側に配置することで、ワックスサーモエレメント４１をＰ／Ｒ２５に取り付けた構成としている。

このワックスサーモエレメント４１は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、温度により体積が変化するワックス４２をワックスケース４１ａ内に有しており、ワックス４２の体積変化（つまり、周囲の温度変化）に応じて、ワックスケース４１ａの隔壁（例えば、ダイヤフラム等）に接続されたピストン４１ｂを移動させる構成である。そして、ピストン４１ｂの他端には弁４１ｃが設けられ、更に、この弁４１ｃには、スプリング４１ｄにより付勢力が付与されている。従って、燃料１２の常温時（低温時以外）には、図３（ｂ）に示すように、ワックス４２の膨張により、スプリング４１ｄの付勢力に抗して、弁４１ｃを開口する方向に、ピストン４１ｂが移動され、その結果、排出口４１ｅから燃料１２を排出するようにしている。その結果、圧力調整室２５ａ内の燃料圧力、即ち、供給配管１４ａの燃料圧力が一定の低圧に維持されて、エンジン１０側（高圧ポンプ１６）へ圧送されることになる。

一方、燃料１２の低温時には、ワックスサーモエレメント４１では、低温になるに従って、膨張していたワックス４２が収縮していき、それに伴い、スプリング４１ｄの付勢力により、ピストン４１ｂが移動されて、弁４１ｃが漸次閉塞されることになる。その結果、低温になればなるほど、排出口４１ｅからリザーバカップ２２へ戻るディーゼル燃料１２の流量を制限して、圧力調整室２５ａ内の燃料圧力、即ち、供給配管１４ａの燃料圧力を上昇させることができる。つまり、ワックスサーモエレメント４１は、低温になるに伴い、弁４１ｃを漸次閉塞することになり、低温時には、温度に逆比例して、供給配管１４ａにおける燃料圧力を線形的に上昇させることになる。

このように、本実施例でも、燃料供給装置１３の一部を変更することにより、簡単な構成かつ低コストで、Ｐ／Ｒ２５における調整圧力を上昇させて、低温時における燃料フィルタ１５の圧力損失分を補償することができる。

本発明は、低温時に粘度が高くなるガソリンやディーゼル等の燃料を内燃機関へ供給する燃料供給装置であり、特に、ディーゼルやバイオディーゼル等の低温時に析出物が発生する燃料に対して好適なものである。

燃料容器から内燃機関への燃料供給系の概略を説明する概略構成図である。 本発明に係る内燃機関の燃料供給装置の実施形態の一例を説明する概略構成図である。 本発明に係る内燃機関の燃料供給装置の実施形態の他の一例（実施例２）を説明する概略構成図である。

符号の説明

１０ ディーゼルエンジン
１１、１１ａ、１１ｂ 燃料タンク
１２ ディーゼル燃料
１３ 燃料供給装置
１４ａ、１４ｂ 供給配管
１５ 燃料フィルタ
２２ リザーバカップ
２４ 燃料ポンプ
２５ プレッシャレギュレータ（Ｐ／Ｒ）
２８ フィルタ
３５ リーク配管
３８ リーク配管
４１ ワックスサーモエレメント

Claims (5)

1. 燃料容器から内燃機関へ、供給配管を介して、燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置において、
   前記燃料容器中の燃料を、前記供給配管に圧送する圧送手段と、
   前記供給配管に設けられ、圧送される燃料の濾過を行う濾過手段と、
   前記圧送手段と前記濾過手段との間の前記供給配管に設けられ、圧送される燃料の圧力を調整する圧力調整手段と、
   前記圧力調整手段の圧力調整部分に設けられ、前記圧力調整部分から燃料の一部を漏洩するリーク口と、
   前記リーク口に設けられ、低温時に前記リーク口を閉塞する閉塞手段とを有し、
   前記閉塞手段による前記リーク口の閉塞により、低温時に前記供給配管の燃料の圧力を上昇させるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記閉塞手段は、低温になるに伴い、前記リーク口を漸次閉塞する漸次閉塞手段であることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記漸次閉塞手段を、他の濾過手段とすることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
4. 請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記漸次閉塞手段を、ワックスサーモエレメントとすることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記低温は、燃料の粘度が所定値より高くなる温度、又は、燃料から析出物が発生する温度とすることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。

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