JP2013096323A - Fuel supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば内燃機関の燃料噴射装置に燃料を供給する、燃料供給装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel supply device that supplies fuel to a fuel injection device of an internal combustion engine, for example.
従来の燃料供給装置は、例えば、アキシャルピストン式の容積型ポンプであって、燃料タンクからの燃料を、配管を経て吸入加圧し燃料噴射弁へ供給するインライン式燃料ポンプであって、燃料タンクから燃料ポンプをつなぐ配管内の燃料は車両におけるレイアウトの影響を受けやすかった。そのため、燃料ポンプが吸入する燃料は、受熱により温度が上昇しやすく、場合によっては燃料気化によるベーパーが発生し、吸入燃料へのベーパー混入で、ポンプ吐出量低下、燃料噴射弁への燃料供給量低下、エンジン回転不調に至る場合があった(特許文献1)。 A conventional fuel supply apparatus is, for example, an axial piston type positive displacement pump that is an inline fuel pump that sucks and pressurizes fuel from a fuel tank through a pipe and supplies the fuel to a fuel injection valve. The fuel in the pipe connecting the fuel pump was susceptible to the layout of the vehicle. For this reason, the temperature of the fuel sucked by the fuel pump is likely to rise due to heat reception. In some cases, vapor is generated due to fuel vaporization, and due to the vapor mixture in the sucked fuel, the pump discharge rate decreases, and the fuel supply amount to the fuel injection valve In some cases, the engine speed decreased and the engine rotation failed (Patent Document 1).
また、別の従来の燃料供給装置は、タンク内に設置され、モータ駆動されるインペラの回転により燃料を昇圧する非容積型の燃料ポンプであって、モータステータ部に、燃料ポンプを燃料タンクへ固定するためのフランジ部を一体的にモールド成形で形成し、さらにフランジ部に調圧弁や逆止弁が構成される例が示されている。この構成において燃料ポンプをタンク下面に搭載した場合(文献中の図4)、ポンプの燃料吸入口が燃料タンク内においてタンク底面から比較的離れた高い位置に配置されることになり、吸込みフィルタをタンク底面付近に届くように構成する必要があるので、燃料ポンプの外形が大きくなり、燃料タンクへの装着作業性は低下していた。またフランジ部に調圧弁や逆止弁が構成されており、軸受部が燃料タンクに対してはタンク外部に配置されるので、タンクから飛び出す部分の体積が大きくなるので、車体へのタンクレイアウトのためのスペースも大きく確保する必要があった(特許文献2)。 Another conventional fuel supply device is a non-volumetric fuel pump that is installed in a tank and boosts fuel by rotation of an impeller driven by a motor. The fuel pump is connected to a motor stator and a fuel tank. An example is shown in which a flange portion for fixing is integrally formed by molding, and a pressure regulating valve and a check valve are formed in the flange portion. In this configuration, when the fuel pump is mounted on the lower surface of the tank (FIG. 4 in the literature), the fuel intake port of the pump is disposed at a high position relatively far from the tank bottom in the fuel tank, and the suction filter is Since it is necessary to configure the tank so as to reach the bottom of the tank, the outer shape of the fuel pump is increased, and the mounting workability to the fuel tank is reduced. In addition, a pressure regulating valve and a check valve are configured in the flange part, and the bearing part is arranged outside the tank with respect to the fuel tank, so the volume of the part that protrudes from the tank increases, so the tank layout to the vehicle body It was necessary to secure a large space for this purpose (Patent Document 2).
また、別の従来の燃料供給装置では、タンク底面から装着されるものが開示されている。この構成においては、ポンプへの燃料吸入口はタンク底面側とし吐出ポートはタンク内の上方に配置され、加圧後の燃料がタンク内で吐出管によってタンク外のユニオンまで導かれている。この場合、吐出管をタンク内で引き廻す必要があり、構成部品点数の増加を招く。また配管引き廻しのためのスペースも必要となり、結果としてポンプ取付けフランジが大径化するので、タンクのポンプ取付け面も大きく確保する必要がありタンクの大型化や形状レイアウトの自由度の低下を招くものであった(特許文献3)。 Further, another conventional fuel supply device is disclosed that is mounted from the bottom of the tank. In this configuration, the fuel intake port to the pump is on the bottom side of the tank, the discharge port is disposed above the tank, and the pressurized fuel is guided to the union outside the tank by the discharge pipe in the tank. In this case, it is necessary to route the discharge pipe in the tank, which increases the number of components. Also, a space for piping is required, and as a result, the diameter of the pump mounting flange increases, so it is necessary to secure a large pump mounting surface of the tank, which leads to an increase in the size of the tank and a decrease in the degree of freedom of the shape layout. (Patent Document 3).
従来の燃料供給装置は、燃料の受熱や、構成部品点数の増加による装置の大型化、それに伴う車両へのレイアウト自由度の低下などの問題があった。 Conventional fuel supply devices have problems such as receiving heat from the fuel, increasing the size of the device due to an increase in the number of components, and resulting reduction in the degree of freedom in layout of the vehicle.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、少ない部品点数で構成可能であり、装置自体の小型化を実現し、燃料噴射装置へ供給する燃料への受熱を防止でき、車両へのレイアウト自由度を高めることが可能な燃料供給装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be configured with a small number of parts, achieves downsizing of the device itself, and prevents heat received by the fuel supplied to the fuel injection device. An object of the present invention is to provide a fuel supply device that can increase the degree of freedom of layout on a vehicle.
この発明に係わる燃料供給装置は、燃料を貯蔵するタンク内の底部近傍に開口して燃料を吸入する燃料吸入口と、吸入した燃料を上記タンク外に吐出する燃料吐出口を有するハウジング、上記ハウジング内に収納され上記燃料を吸入、吐出するポンプ、上記ハウジング内に収納され、上記ポンプを駆動するモータを備えたものである。 A fuel supply device according to the present invention includes a fuel intake port that opens near the bottom of a tank that stores fuel and sucks fuel, a fuel discharge port that discharges the sucked fuel out of the tank, and the housing A pump that is housed in the pump and sucks and discharges the fuel, and a motor that is housed in the housing and drives the pump.
この発明の燃料供給装置は、タンク内の底部近傍に位置するハウジングを開口して燃料吸入口とするため、構成部品を少なくすることができるとともに燃料供給装置を小型化でき、ポンプにタンク内の燃料をハウジングに開口された燃料吸入口から直接取り込むことができ、燃料受熱を防止することができる。 In the fuel supply device of the present invention, the housing located near the bottom of the tank is opened to serve as a fuel inlet, so that the number of components can be reduced and the fuel supply device can be reduced in size. The fuel can be taken directly from the fuel intake port opened in the housing, and fuel heat reception can be prevented.
実施の形態1.
まず、燃料系システムについて概要を説明する。燃料系システムは、燃料タンク、燃料供給装置、圧力調整装置、燃料噴射装置、および制御ユニットから構成されている。この制御ユニットからの駆動信号により、燃料供給装置が駆動し、フィルタを介して燃料タンクから燃料を吸入し、吐出する。吐出された燃料は、圧力調整装置により、所定圧に調整され、高圧燃料配管を通り、燃料噴射装置に供給される。燃料噴射装置は、エンジンの回転速度や負荷などに基づいて制御ユニットからの駆動信号により、噴射タイミングおよび噴射量を制御され、吸気管へ燃料を噴射している。本発明は、この燃料系システムのうち、燃料供給装置に関するものである。
First, an outline of the fuel system will be described. The fuel system includes a fuel tank, a fuel supply device, a pressure adjustment device, a fuel injection device, and a control unit. The fuel supply device is driven by the drive signal from the control unit, and sucks and discharges fuel from the fuel tank via the filter. The discharged fuel is adjusted to a predetermined pressure by the pressure adjusting device, passes through the high-pressure fuel pipe, and is supplied to the fuel injection device. In the fuel injection device, the injection timing and the injection amount are controlled by the drive signal from the control unit based on the rotational speed and load of the engine, and the fuel is injected into the intake pipe. The present invention relates to a fuel supply device of the fuel system.
図1は、本発明の実施の形態1の燃料供給装置を示す側断面図であり、モータの軸方向に沿った断面図を示している。図1に示すように、例えば、燃料供給装置は、燃料を貯蔵するタンク20の底面部に穿たれたタンク穴部(穴部)20aに、タンクの外側から内部側に向かって嵌挿、固定され用いられる。タンク20の内部には燃料が溜められ、符号20bで示すタンク内壁面部は、燃料で満たされる側のタンク20内における底面部となる。
FIG. 1 is a side sectional view showing a fuel supply apparatus according to
ここで、本発明の燃料供給装置は、燃料を貯蔵するタンク20内の底部近傍に開口して燃料を吸入する燃料吸入口16と、吸入した燃料をタンク20外に吐出する燃料吐出口13を有するハウジング10、そのハウジング10内に収納され燃料を吸入、吐出するポンプ(後述するポンプ部Pの内部構成。)、ハウジング10内に収納され、ポンプを駆動するモータ(後述するモータ部Mの内部構成。)を備えた構成となっている。さらに、燃料吸入口16は、略筒状のハウジング10の側面部(略円筒形状の外周部)に設けられた開口部によって構成されている。
Here, the fuel supply device of the present invention has a
図1に示すように、ハウジング10は、例えば略円筒形状に形成され、円筒の一端側(図1中、上側。)がモータ部M、他端側がポンプ部P(図1中、下側。)となっている。また、ハウジング10は、モータ収納部10aとポンプ収納部10bが、両者の結合面部に形成されたフランジ10cによって結合された構成である。
ここで、モータ部Mは、主にステータ1およびロータ2がモータ収納部10aに収納された構成となっている。コイルが巻回されたステータ1は、軸受3とともにモールド成形によりモータ収納部10aに一体化され、またポンプ部Pとの結合のためのフランジ部分もモールド成形により形成される。
ロータ2は、シャフト4、マグネット5、プレート6から構成される。プレート6はシャフト4の先端に所定の角度だけ傾斜されて固定される。マグネット5は略リング状に形成され、その外周は複数の極が着磁されている。
ステータ1からは、図示しない制御ユニットからの制御信号により通電相が切り替えられて回転磁界が発生され、これに同期してロータ2が回転し、プレート6が搖動運動を行うことで、ポンプ部P側の往復運動を行う。
As shown in FIG. 1, the
Here, the motor part M has a configuration in which the
The
From the
また、ポンプ部Pは、ピストン7、シリンダ8、プレート9、吸入バルブ11a、吐出バルブ11b、スプリング12等がポンプ収納部10bに収納された構成となっている。ピストン7は、複数が等ピッチで配置されている。また、ポンプ収納部10bには、モータ部Mとの結合のためのフランジ部分も形成される。
燃料吸入口16からポンプ内へ流入した燃料は、シャフト4の回転に伴って回転されるプレート6によって、ピストン7が軸方向に往復動作することで、吸入バルブ11aを経てピストン7の下側に設けられた増圧室に送り込まれて加圧され、吐出バルブ11bを経てタンク20の外部に突き出た吐出ポート13aに圧送され、燃料吐出口13から外部へ吐出される。
また、ポンプ部Pには、吐出燃料の圧力を調整する圧力調整弁が内臓されており、圧力調整弁からの余剰燃料は、ポンプ内部からタンク20内へ排出され、戻される。
The pump part P has a configuration in which the
The fuel that has flowed into the pump through the
Further, the pump part P has a built-in pressure adjustment valve for adjusting the pressure of the discharged fuel, and surplus fuel from the pressure adjustment valve is discharged from the inside of the pump into the
図1の例に示すように、円筒状のハウジング10の一端側にはモータ部Mが、他端側にポンプ部Pが配置され、タンク20の底面部にハウジング10を軸方向に沿って嵌入させると、モータ部Mはタンク20の内部側に納められ、ポンプ部Pはタンク20の内部と外部とに跨るように配置される。そして、タンク20内のポンプ部Pを覆うハウジング(ポンプ収納部10b)に燃料吸入口16が設けられ、モータ部Mは、燃料吸入口16よりもタンク20の内部側に配置された状態となる。
As shown in the example of FIG. 1, a motor portion M is disposed on one end side of a
燃料吸入口16を、ハウジング10のタンク20底部近傍に設けた開口部で構成した場合、従来必要であった内部配管(タンク底部から燃料供給装置本体側までの配管。)が不要となり、燃料の受熱による気化に伴う燃料吐出不良などの不具合を防止でき、また構成部品を少なくすることができる。
When the
このように、燃料供給装置をタンク20に嵌挿させて固定する場合、タンク20とのシール部分をできるだけ小さくできるように、タンク20底面に設ける嵌入のためのタンク穴部20aを小径化することがレイアウト上好ましい。タンク穴部20aを可能な限り小さくするには、燃料供給装置の全体的な形状を細長い筒状とし、タンク穴部20aの開口部平面形状は円形とすることが有効である。
また、燃料供給装置のタンク20外にはみ出す部分を可能な限り小さくし、タンク20外でのレイアウトの自由度を確保するには、上記のように、ハウジング10を筒状とし、一端側となるモータ部Mを全てタンク20内に配置することが有効である。
Thus, when the fuel supply device is fitted and fixed to the
Further, in order to reduce the portion of the fuel supply device that protrudes outside the
また、タンク20内の底部には、燃料に混入した不純物が溜まることが想定される。そこで、燃料吸入口16は、タンク20の底面よりも少し上にあがった部分に、つまりタンク20底面よりもタンク20の内部側に位置するように、ハウジング10を開口して形成する。このような構成とすることによって、燃料内の不純物は、燃料吸入口16よりも下に溜まり、燃料吸入口16からポンプ内に取り込まれにくくなっている。
さらに、燃料吸入口16は、ポンプ収納部10bの側面部の複数個所に設けられる。車
両に搭載する燃料供給装置の場合、タンク20内の残燃料が少ない状態での登坂路走行などのようにタンク20が傾斜した場合にも、ポンプへの燃料流入を可能にするため、複数の燃料吸入口16のうち少なくとも一つは、車両走行方向に対して後ろ向きに配置されることが望ましい。
このような、複数の燃料吸入口16のうち、少なくとも一つを車両走行方向の後ろ向きに開口する構造によって、タンク20の傾きによる影響を排除して燃料を吸入しやすくできるとともに、ポンプの稼働に伴う燃料の循環の妨げを防止でき、燃料供給装置の安定した動作を確保することができる。
Further, it is assumed that impurities mixed in the fuel are accumulated at the bottom of the
Furthermore, the
With such a structure in which at least one of the plurality of
さらに、ポンプ側のハウジング10であるポンプ収納部10bには、燃料吸入口16と燃料吐出口13との間に、タンク20との固定のためのフランジ部(タンク固定用フランジ部)14が設けられる。ハウジング10が略円筒状である場合、フランジ部14は、ポンプ収納部10bの外周部から外側に広がるリング状の平板部(略平板部)として形成される。
ここで、フランジ部14は、タンク20との接合面部に、タンク穴部20aを囲む環状の溝部15を有しており、その溝部15にはゴム製の弾性部材17(Oリング等)が嵌挿される。この弾性部材17を介して、タンク20に開口されたハウジング嵌挿のためのタンク穴部20aのシールがなされる。この場合、弾性部材17を介した平面間でのシールとなるため、弾性部材17による面圧を周方向にわたって均一に発生させる必要があり、フランジ部14とタンク20との固定は、等ピッチに配置された例えば4本の固定ボルトの締結によってなされる。
Further, the
Here, the
図2は、図1に示した燃料供給装置の底面図であり、略円筒形のハウジング10の外周部から軸方向に垂直な方向に、所定の幅を持つように突出したリング状の略平板部がフランジ部14として設けられている。このフランジ部14のリング状平板部には、タンク20の底面部とのネジ固定のための締結用穴部(ネジ穴)14aが、例えば4カ所設けられている。
また、ハウジング10のポンプ収納部10bには、モータへの給電を行うためのターミナル19がインサート成形されるとともに、タンク20の外部へ延伸するコネクタ部18、フランジ部14、燃料吐出口13が、樹脂成形によって一体形成されている。
FIG. 2 is a bottom view of the fuel supply apparatus shown in FIG. 1, and is a ring-shaped substantially flat plate that protrudes from the outer peripheral portion of the substantially
In addition, a terminal 19 for supplying power to the motor is insert-molded in the
なお、上記の例では燃料供給装置をタンク20に嵌挿させる部位はタンク20の底面部であると説明したが、燃料吸入口16をタンク20内の底部近傍に設けることができればよく、タンク20の側面部(側壁面)に嵌入させて配置することも可能である。その場合は、ハウジングの挿入方向は、タンク側面の取り付け平面に対して垂直な方向となり、タンク20の外側から内側に向かってハウジングが嵌入される。
また、燃料供給装置の取り付けを行うタンク20の底面部または側面部は、鉛直方向に垂直な面部または鉛直方向に沿った面部に限らず、鉛直方向に対して斜めとなる平面部であっても良いことは言うまでもない。
In the above example, it has been described that the portion where the fuel supply device is inserted into the
Further, the bottom surface portion or the side surface portion of the
本構成の燃料供給装置によれば、燃料が貯蔵されるタンク20の外側に突出するのは、ハウジング10のうち、フランジ部14を境として燃料吐出口13側に位置するポンプ収納部10bの一端部のみであり、車両への搭載において必要なスペースを小さくすることができる。
According to the fuel supply device of this configuration, the one that protrudes outside the
また、本構成の燃料供給装置によれば、略筒状のハウジング10の側面部に、直に開口した開口部を燃料吸入口16としており、従来必要であったタンク内部での高圧配管の取り廻しが不要となるので、構成部品数の低減と燃料供給装置の小径化が実現できる。また、小径化に伴ってタンク20内に占める燃料供給装置の体積が低減されるので、タンク容積を燃料充填に有効に使用できる。
Further, according to the fuel supply apparatus of this configuration, the opening portion directly opened on the side surface portion of the substantially
さらに、本構成の燃料供給装置は、略円筒形状で小径化された外形であるため、ハウジング10嵌挿のためのタンク穴部20aを燃料供給装置の最外径程度まで小さくすることができ、燃料供給装置取り付けるためのタンク平面部を小さくすることができ、燃料供給装置の搭載レイアウトやタンク形状の自由度も増大させることができる。また、タンク20への燃料供給装置の挿入作業性も向上する。
Furthermore, since the fuel supply device of this configuration has a substantially cylindrical shape with a reduced diameter, the
また、従来のインライン配置された燃料供給装置においては、モータ部は外気への放熱となるのに対し、本構成の燃料供給装置は、モータ部Mをタンク20の内部側に配置することで、モータの発熱をタンク20に貯蔵された燃料に放熱させることができ、モータ部Mの温度上昇を抑えられ、吐出燃料へのモータからの受熱を抑えることが可能になるという効果も得られる。
Further, in the conventional fuel supply device arranged in-line, the motor unit radiates heat to the outside air, whereas in the fuel supply device of this configuration, the motor unit M is arranged on the inner side of the
実施の形態2.
上述の実施の形態1では、タンク20のシール部は、ハウジング10のフランジ部14の平面部としていたが、この実施の形態2では、円筒状のハウジング10の外周部とする場合について説明する。また、この実施の形態2では、図3に示すように燃料供給装置を、タンク20側面部に嵌入配置させる場合を例示して説明する。図3中、タンク20の右側となる符号20cで示すタンク内壁面部は、燃料で満たされる側のタンク20内における側面部となる。なお、実施の形態1の場合と同様に、燃料供給装置のタンク20への取り付け箇所は、タンク底面部であっても、タンク底面に近い側面部であっても、燃料吸入口16がタンク底部近傍に配置されていれば、どちらにも配置可能であることは言うまでもない。
In the first embodiment described above, the seal portion of the
図3の燃料供給装置の側断面図に示すように、ハウジング10のポンプ収納部10bには、燃料吸入口16と燃料吐出口13との間に、フランジ部30が設けられる。フランジ部30と燃料吸入口16との間に位置するハウジング10の外周部には、タンク20に開口されたハウジング10嵌挿のためのタンク穴部20aが当接する部分に、環状の溝部31が設けられ、その溝部31に嵌挿されるゴム製の弾性部材32(Oリング等)を介してタンク穴部20aのシールがなされる。
As shown in the side sectional view of the fuel supply device in FIG. 3, a
本構成の燃料供給装置によれば、ハウジング10挿入部となるタンク穴部20aのシールは、ハウジング10の円筒外周面における径方向シールで構成されるので、シール部におけるシールに必要な面圧は、タンク20とハウジング10とのインロー部の形状にて管理することができる。従って、燃料供給装置のタンク20への固定はフランジ部30において、対称配置した例えば2本(実施の形態1より少ない本数。)の固定ボルトで行うことが可能になる。図4は、この実施の形態2によるハウジング10の底面図を示しており、符号30aは、固定ボルトを挿入する締結用穴部を示している。
According to the fuel supply device of this configuration, the seal of the
上述の実施の形態1のハウジング10では、フランジ部14の平面部に、タンク20との締結用穴部14aと、弾性部材17嵌挿のための溝部15を設ける必要があった。これに対して、実施の形態2では、弾性部材32を嵌挿させるための溝部31をハウジング10の外周部に、軸方向に掘り下げるように形成しているため、フランジ部30に溝部の形成領域を確保する必要はなく、フランジ部30の平面部には、締結用穴部30aを設けるだけでよい。よって実施の形態1のものよりも、シールに必要となるフランジ部30の外径を小さく構成できる。よって、燃料供給装置の取り付けに必要な平面部を比較的確保しづらいタンク側面においても装着が可能となる。
In the
ここで、燃料供給装置をタンク20の側面部へ装着した場合、車両走行に伴う鉛直方向の振動やエンジン振動が伝播して、燃料供給装置には鉛直方向の振動による荷重が作用す
る。燃料供給装置は、フランジ部30に設けた固定ボルトなどの固定部材を支点として振られることにより、フランジ部30には撓みが発生する場合があるが、この実施の形態2で示したように、タンク20と燃料供給装置のハウジング10外周面とのインロー部における径方向のシール構成とすることで、上記のような振動に対してもシール部の信頼性を高めることができる。
Here, when the fuel supply device is mounted on the side surface portion of the
なお、上記の例では、燃料供給装置のハウジング10にフランジ部30を設け、この部分にて固定ボルトによってタンク20との締結固定をする構成であることについて述べたが、タンク穴部20aのシールを、ハウジング10の円筒外周面における径方向シールで構成する場合、固定ボルトを用いることなく、タンク穴部20aにハウジング10の外周部を圧入し、固定させることも可能である。この場合、ハウジング10とタンク20との嵌め合い部分の形状について、加工精度をより厳密に管理する必要があるが、フランジ部30に相当する部分を省略でき、固定ボルトも不要となる。
In the above example, it has been described that the
1 ステータ、
2 ロータ、
3 軸受、
4 シャフト、
5 マグネット、
6 プレート、
7 ピストン、
8 シリンダ、
9 プレート、
10 ハウジング、
10a モータ収納部、
10b ポンプ収納部、
10c フランジ、
11a 吸入バルブ、
11b 吐出バルブ、
12 スプリング、
13 燃料吐出口、
13a 吐出ポート、
14、30 フランジ部(タンク固定用フランジ部)、
14a、30a 締結用穴部、
15、31 溝部、
16 燃料吸入口、
17、32 弾性部材、
18 コネクタ部、
19 ターミナル、
20 タンク、
20a タンク穴部(穴部)、
20b、20c タンク内壁面部、
M モータ部、
P ポンプ部。
1 stator,
2 rotor,
3 bearings,
4 shaft,
5 Magnet,
6 plates,
7 piston,
8 cylinders,
9 plates,
10 housing,
10a motor housing,
10b Pump storage section,
10c flange,
11a Suction valve,
11b Discharge valve,
12 Spring,
13 Fuel outlet,
13a discharge port,
14, 30 Flange (tank fixing flange),
14a, 30a fastening holes,
15, 31 groove,
16 Fuel inlet,
17, 32 elastic member,
18 Connector part,
19 Terminal,
20 tanks,
20a Tank hole (hole),
20b, 20c tank inner wall surface,
M motor section,
P Pump part.
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