JP2015190335A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の気筒に燃料を供給するための燃料供給装置において、インジェクタに燃料のベーパが入り込んで燃料噴射量が乱される不具合を好適に解消する。
【解決手段】燃料タンク１から燃料供給管２を介してインジェクタＥ１に燃料を供給する燃料供給装置に、燃料供給管又はインジェクタを燃料タンクに接続するリターン通路４と、このリターン通路上に設けられ、燃料供給管内又はインジェクタ内の燃料の温度を示唆するパラメータが所定以上に高いことを条件として開弁する開閉弁５とを備えさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の気筒に燃料を供給するための燃料供給装置に関する。

内燃機関の運転を停止した直後、冷却水の循環や吸気の流通等が停止することにより、内燃機関の特定の部位の温度が上昇するデッドソーク期間が生じる。このとき、インジェクタに燃料を供給する燃料供給管内で燃料が加熱されて気化し、ベーパが発生することがある。

その後、内燃機関が十分冷却される前に内燃機関の再始動が行われると、燃料供給管からインジェクタにベーパが入り込む。すると、実質的な燃料の噴射量が減少することにより空燃比がリーンとなり、再始動の遅れやアイドル回転の不調を招き、場合によってはエンジンストールに陥る可能性を否定できない。

このような不具合を防ぐ手段として、インジェクタと燃料タンクとをリターン通路で接続するとともに、このリターン通路上に圧力レギュレータを設け、内燃機関の再始動時におけるスタータの起動に先立って、燃料ポンプを所定時間駆動し、燃料の圧力により圧力レギュレータを押し開いてリターン通路経由で燃料を燃料タンクに還流させる動作を実行することが考えられている（例えば、特許文献１を参照）。さすれば、燃料供給管内のベーパを含む燃料を、より低温でベーパを含まないタンク内の燃料と置換することになり、燃料供給管内からベーパを排除して、内燃機関の再始動を安定して行うことができる。

ところが、上記特許文献１記載の構成を採用した場合には、クランキングの開始前に燃料ポンプを所定時間駆動することで電力が消費される上、再始動を遅延させることにもなる。また、燃料圧力により圧力レギュレータを押し開く必要があることもあって、必ずしも燃料がリターン通路を介して燃料タンクに還流されない可能性がある。

特開平７−１１９５７４号公報

本発明は、インジェクタに燃料のベーパが入り込んで燃料噴射量が乱される不具合を好適に解消することを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る燃料供給装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る燃料供給装置は、燃料タンクから燃料供給管を介してインジェクタに燃料を供給する燃料供給装置であって、燃料供給管又はインジェクタを燃料タンクに接続するリターン通路と、このリターン通路上に設けられ、燃料供給管内又はインジェクタ内の燃料の温度を示唆するパラメータが所定以上に高いことを条件として開弁する開閉弁とを備えている。

このようなものであれば、燃料供給管内又はインジェクタ内の燃料の温度が上昇しベーパが発生する際にリターン通路上の開閉弁を開弁することにより、ベーパを含む燃料をリターン通路を介して燃料タンクに還流させ、ベーパが混入していない燃料をインジェクタに供給することができる。

前記開閉弁は、例えば、リターン通路における燃料供給管又はインジェクタ近傍の部位に設けられ、当該部位における燃料の温度が所定温度以上である場合に開弁するサーモスタットである。

なお、本発明において、「サーモスタット」とは、燃料の温度を検出する感温部（に配置されたワックス等）が加熱された際の熱膨張を利用して開弁し、前記感温部が冷却された際の収縮を利用して閉弁する狭義のサーモスタットのみならず、燃料の温度が所定温度以上である場合に開弁する開閉弁全般を含む。一例として、燃料の温度を検知するセンサと、前記センサから出力される信号が示す燃料の温度が所定温度を上回る場合に開弁信号を出力する制御装置と、前記制御装置からの信号を受けて開閉する電磁弁とを組み合わせて形成したものが挙げられる。

本発明によれば、インジェクタに燃料のベーパが入り込んで燃料噴射量が乱される不具合を好適に解消することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料供給装置を示す概略図。 同実施形態に係る燃料供給装置の作用説明図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における燃料供給装置の概要を示す。

この燃料供給装置は、内燃機関ＥのインジェクタＥ１を介して気筒内に燃料を供給するためのもので、内部に燃料を蓄積しておく燃料タンク１と、燃料タンク１から内燃機関ＥのインジェクタＥ１に燃料を供給するための燃料供給管２と、燃料タンク１から燃料供給管２を経てインジェクタＥ１に燃料を汲み上げるための燃料ポンプ３と、インジェクタＥ１を燃料タンク１に接続する前記燃料供給管２とは別体のリターン通路４と、リターン通路４上に設けられる開閉弁であるサーモスタット５とを備えている。

燃料タンク１及び燃料ポンプ３は、内燃機関に燃料を供給するための燃料供給装置に広く用いられているものとして周知のものと同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。

燃料供給管２は、内燃機関Ｅのシリンダヘッド近傍に配され各気筒のインジェクタＥ１にそれぞれ接続された分岐部を有するデリバリパイプ２ａと、燃料タンク１内と前記デリバリパイプ２ａの上流側端縁とを接続する管路２ｂとを備えている。

リターン通路４は、前記燃料供給管２及び前記インジェクタＥ１内の燃料を燃料タンク１に還流させるためのものである。具体的には、リターン通路４は、前記燃料供給管２のデリバリパイプ２ａ及び管路２ｂのいずれよりも径（流路断面積）が小さな管であり、一端を前記デリバリパイプ２ａの下流側端部に、他端を前記燃料タンク１内にそれぞれ接続している。

サーモスタット５は、リターン通路４における燃料供給管２との接続部位近傍に配され、燃料中にベーパが発生することによる問題が生じる状況下で開弁し、燃料中にベーパが発生する状況でない、あるいは燃料中にベーパが発生することによる問題が生じる状況下でないときに閉弁する開閉弁である。具体的には、リターン通路４内を流通する燃料の温度が所定温度Ｔ₀以上である場合に開弁し、そうでない場合に閉弁する。さらに詳述すると、図示は省略するが、燃料の温度を検出すべくリターン通路４に臨み、高温時に熱膨張し、低温時に収縮するワックス等の熱膨張体が内部に収められた感温部を備え、感温部に収められたワックス等の熱膨張及び収縮に連動して、弁体が弁座に着座する閉弁位置と弁座から離間する開弁位置との間で移動する構成のものである。燃料の温度が所定温度Ｔ₀を上回ると、ワックス等の熱膨張に連動して弁体が開弁位置に移動し、弁体が弁座から離間する。一方、燃料の温度が所定温度Ｔ₀を下回ると、ワックス等の収縮に連動して弁体が閉弁位置に移動し、弁体が弁座に着座する。前記所定温度Ｔ₀は、内燃機関Ｅが運転しているときの燃料温度よりも高い温度に設定している。つまり、サーモスタット５は、内燃機関Ｅの運転を停止した直後のデッドソーク期間に開弁し、内燃機関Ｅの運転を停止した後内燃機関Ｅ及び燃料が冷却された際、又は内燃機関Ｅの再始動に伴い燃料タンク１からの低温の燃料が燃料供給管２を経て感温部に達した際に閉弁する。

本実施形態の燃料供給装置の各部の作用について図２を参照しつつ以下に述べる。

内燃機関Ｅの運転中は、冷却水により内燃機関Ｅが冷却されているとともに、燃料タンク１からインジェクタＥ１に向けて燃料供給管２内を燃料が流通しており、吸気通路内を吸気が流通しているので、燃料の温度は所定温度Ｔ₀を下回る状態に保たれる。

一方、アイドルストップ条件が成立する等により内燃機関Ｅの運転が停止すると（時刻ｔ₁）、冷却水の循環や吸気の流通等が停止するので、内燃機関Ｅの温度が運転中と比較して上昇し、つれて燃料供給管２のインジェクタＥ１近傍の部位の温度も上昇する。このとき、燃料供給管２内（特にデリバリパイプ２ａ内）の燃料の温度も上昇し、所定温度
Ｔ₀を上回るので、サーモスタット５が開弁状態となる（時刻ｔ₂）。すると、燃料供給管２内及びインジェクタＥ１内の燃料は、リターン通路４内を流通して燃料タンク１に還流する。

その後、内燃機関Ｅ及び燃料供給管２の温度が外気により冷却されて低下しサーモスタット５が閉弁する以前に、アイドルストップ解除条件が成立する等により内燃機関Ｅが再始動されると（時刻ｔ₃）、燃料ポンプ３が駆動を開始する一方、サーモスタット５は開弁状態のままである。このような状態で燃料タンク１からの燃料がインジェクタＥ１近傍まで達すると、デリバリパイプ２ａ内及びインジェクタＥ１内に残留している燃料がリターン通路４を経て燃料タンク１に還流する。さらに新たな燃料が燃料供給管２内を流通すると、燃料供給管２のインジェクタＥ１近傍の部位及びインジェクタＥ１内部は新たな燃料により冷却され、リターン通路４内を流通する燃料の温度が前記所定温度Ｔ₀を下回る。これを受けて、サーモスタット５が閉弁状態となり、燃料は燃料タンク１から燃料供給管２及びインジェクタＥ１を経て気筒内に噴射される（時刻ｔ₄）。

すなわち本実施形態によれば、内燃機関Ｅの運転停止直後のデッドソーク期間に燃料供給管２内の燃料の温度が上昇しベーパが発生することによる問題が生じ得るときにリターン通路４上のサーモスタット５が開弁することで、内燃機関Ｅの再始動の前にベーパを含む燃料をリターン通路４を介して燃料タンク１に還流させることができる。このことは、燃料のベーパの発生を予防することにもつながる。これにより、内燃機関Ｅの再始動時にベーパを含まない燃料がインジェクタＥ１に供給されるので、空燃比がリーンになることを防止又は抑制することができ、さらに内燃機関Ｅの始動性を向上させることができる。

また、前記特許文献１記載の構成では、前述したように、内燃機関の再始動時におけるスタータの起動に先立って、燃料ポンプを所定時間駆動し、燃料の圧力により圧力レギュレータを押し開いてリターン通路経由で燃料を燃料タンクに還流させる動作を行うことから、圧力レギュレータを押し開くために必要な圧力を得るべく燃料ポンプを駆動させることによる電力の消費や、圧力レギュレータを押し開いた後はじめてスタータを起動させることによる再始動の遅延といった問題が存在するが、本実施形態によればこれらの問題を解消することもできる。

具体的には、本実施形態では、燃料中にベーパが発生する状況でない、あるいは燃料中にベーパが発生することによる問題が生じる状況下でないとき、つまりサーモスタット５を開弁する必要がない状況下ときにはサーモスタット５を閉弁するようにしているので、燃料ポンプ３の仕事量を少なくすることができる。

それとともに、上述したようにデッドソーク期間にサーモスタット５を開弁することにより、ベーパを含む燃料をデッドソーク期間中に燃料供給管２内及びインジェクタＥ１内から排除することができるので、再始動時のクランキングに先立ち燃料ポンプを駆動させて燃料の圧力を上昇させ、圧力レギュレータを押し開く一連の動作が必要ない。従って、再始動時のクランキングに先立ち前記動作を行うことによる再始動の遅延が存在しない。

その上、サーモスタット５は、感温部が燃料から直接熱伝達を受けることによる熱膨張又は収縮により開閉弁するので、燃料供給管２内の燃料温度上昇によるベーパの発生に伴う問題が生じる状況でサーモスタット５を開弁し、ベーパを含む燃料を確実に燃料タンク１に還流させることができる。

加えて、リターン通路４の径を、前記燃料供給管２のデリバリパイプ２ａ及び管路２ｂのいずれよりも小さくしているので、内燃機関Ｅの再始動時に燃料タンク１から燃料供給管２を経てリターン通路４に導かれる低温の燃料がリターン通路４上のサーモスタット５近傍の部位に長く留まり、サーモスタット５を速やかに閉弁させることができる。

さらに、感温部に収められたワックス等の熱膨張体の膨張及び収縮に連動して弁座に着座する閉弁位置と弁座から離間する開弁位置との間で弁体が移動する構成のサーモスタット５を採用しているので、再始動時に燃料タンク１から温度が低い燃料を供給されたときに速やかにサーモスタット５が閉弁し、燃料供給管２内の燃料の温度を検知する温度センサ、温度センサから出力される温度に基づき信号を出力する制御装置、及び制御装置からの信号を受けて開閉弁する電磁弁を利用する態様と比較して、より低コストで上述した効果を実現することができる。

そして、前記温度センサ、制御装置及び電磁弁を利用する態様では、内燃機関の運転を停止した後は内燃機関の再始動までの間電磁弁を開弁することが不可能であるので、以下に述べるような不具合の懸念がある。すなわち、デッドソーク期間中に燃料供給管内の燃料が加熱されてベーパが発生すると、電磁弁は閉弁したままであるので内燃機関の再始動までの間ベーパを含む燃料が燃料供給管内に留まり、内燃機関の再始動に伴い電磁弁を開弁するとベーパを含む燃料が燃料タンクに還流し、ベーパを含む燃料が燃料ポンプにより吸い上げられて燃料供給管に供給される可能性がある。これに対して、本実施形態では、上述したようなサーモスタット５を採用しており、デッドソーク期間にサーモスタット５が開弁するので、燃料供給管２内の燃料が加熱されてベーパが発生する前に燃料を燃料タンク３に還流させることができる。従って、ベーパを含む燃料が燃料タンクに還流し、ベーパを含む燃料が燃料ポンプにより吸い上げられて燃料供給管に供給される不具合の発生も防ぐことができる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、上述した実施形態では、リターン通路上に設けられる開閉弁として、感温部に収められたワックス等の熱膨張体の膨張及び収縮に連動して弁座に着座する閉弁位置と弁座から離間する開弁位置との間で弁体が移動する構成のサーモスタットを採用しているが、燃料の温度を検知するセンサと、内燃機関の運転停止直後及び始動時において前記センサから出力される信号が示す燃料の温度が所定温度を上回る場合に開弁信号を出力する制御装置と、前記制御装置からの信号を受けて開閉する電磁弁とを組み合わせて形成したサーモスタットを採用してもよい。

開閉弁（又はサーモスタット）は、内燃機関のデッドソーク期間や始動時に限らず、始動完了後の運転中に内燃機関の温度が顕著に上昇した際にも開弁することがあり得る。これにより、運転中のベーパの発生による不具合を抑制することが可能になる。

特に、前記センサ、制御装置及び電磁弁を組み合わせて形成したサーモスタットを用いる場合には、開弁信号を出力するための燃料温度の閾値である前記所定温度を、内燃機関の運転停止直後及び始動時では第一の所定温度、内燃機関の始動完了後の運転中には第一の所定温度よりも高い第二の所定温度に設定するとよい。第二の所定温度を第一の所定温度よりも高温側に設定するのは、電磁弁を開弁した際に燃料タンクから燃料供給管に供給される燃料の一部がリターン流路から燃料タンクに還流され、内燃機関の運転中に気筒内に噴射される燃料の圧力が低下する不具合の発生を抑制するためである。

また、上述した実施形態では、燃料供給管内又はインジェクタ内の燃料の温度を示唆するパラメータとして、リターン通路における燃料供給管又はインジェクタ近傍の部位の燃料の温度を採用しており、開閉弁として燃料の温度が所定以上である場合に開弁するサーモスタットを用いているが、開閉弁を開閉させるためのパラメータとして、燃料の温度以外に、内燃機関の冷却水温や潤滑油温等を用いるようにしてもよく、複数のパラメータを組み合わせてもかまわない。

さらに、上述した実施形態では、リターン通路の一端を燃料供給管に接続しているが、これをインジェクタに直接接続してもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

１…燃料タンク
２…燃料供給管
４…リターン通路
５…開閉弁（サーモスタット）
Ｅ１…インジェクタ

Claims (2)

1. 燃料タンクから燃料供給管を介してインジェクタに燃料を供給する燃料供給装置であって、
   燃料供給管又はインジェクタを燃料タンクに接続するリターン通路と、
   このリターン通路上に設けられ、燃料供給管内又はインジェクタ内の燃料の温度を示唆するパラメータが所定以上に高いことを条件として開弁する開閉弁と
   を備えている燃料供給装置。
2. 前記開閉弁が、リターン通路における燃料供給管又はインジェクタ近傍の部位に設けられ、当該部位における燃料の温度が所定温度以上である場合に開弁するサーモスタットである請求項１記載の燃料供給装置。

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