JP2016138471A - 気体燃料の供給通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】気体燃料の供給に伴う騒音の発生を簡易な構成によって抑制することができる。【解決手段】気体燃料の供給通路構造は、高圧の気体燃料を供給する供給通路５０と、供給通路５０に設けられて気体燃料を噴射する第２噴射弁３２と、を備える。カバー４０の貫通孔４４は供給通路５０の一部を構成する。貫通孔４４における第２噴射弁３２の噴射口３２Ａの下流側には、板ばねにより形成されるとともに、貫通孔４４の内周側に向けて圧縮された状態で組み付けられて気体燃料の圧力脈動を減衰させる減衰部材４１が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、高圧の気体燃料を供給する供給通路と、供給通路に設けられて気体燃料の供給態様を変更する弁と、を備える気体燃料の供給通路構造に関する。

特許文献１には、液体燃料と気体燃料とを切り換えて使用することが可能な内燃機関が開示されている。こうした内燃機関においては、一般に、気体燃料を供給する供給通路の上流側の端に、高圧の気体燃料を貯留する燃料タンクが接続されている。また、供給通路には、気体燃料を噴射する噴射弁、噴射弁の噴射口に接続される接続部材、及び接続部材と吸気マニホールドとを連通する燃料ホースが設けられている。

そして、内燃機関への気体燃料の供給に際しては、噴射弁が開弁されることにより、燃料タンク内の気体燃料が、噴射弁、接続部材、及び燃料ホースを通じて、吸気マニホールドの内部に供給される。

特開２０１２−２３３４１８号公報

ところで、噴射弁が開閉されると、噴射弁の下流側に位置する接続部材においては、高圧の気体燃料が流入することによって圧力が急激に上昇する。そのため、噴射弁が間欠的に開閉されると、これに伴って気体燃料の圧力脈動が生じることとなる。その結果、燃料ホースが連通される吸気マニホールドなどが振動して騒音が発生するといった問題が生じる。

なお、こうした問題は、内燃機関に対して気体燃料を供給する供給通路に限られるものではなく、例えば、燃料電池に対して水素などの気体燃料を供給する供給通路においても同様にして生じる。

本発明の目的は、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を簡易な構成によって抑制することができる気体燃料の供給通路構造を提供することにある。

上記目的を達成するための気体燃料の供給通路構造は、高圧の気体燃料を供給する供給通路と、前記供給通路に設けられて気体燃料の供給態様を変更する弁と、を備える。前記供給通路における前記弁の下流側には、板ばねにより形成されるとともに、同供給通路の内周側に向けて圧縮された状態で組み付けられて気体燃料の圧力脈動を減衰させる減衰部材が設けられている。

同構成によれば、気体燃料が減衰部材を通過する際に気体燃料の圧力脈動が減衰されるため、供給通路を構成する配管や同配管に接続される他の配管などが上記圧力脈動によって振動することを抑制することができる。したがって、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を抑制することができる。

また、上記構成においては、板ばねの弾性反発力によって減衰部材が供給通路の内周面に保持される。このため、減衰部材の構成が簡易なものとなる。
よって、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を簡易な構成によって抑制することができる。

この場合、前記減衰部材は、前記板ばねを渦巻き状に成形することにより構成されるとともに、渦巻きの中心軸線が前記供給通路の延びる方向に沿うように配置されていることが好ましい。

同構成によれば、減衰部材を構成する板ばねの板厚と長さを調整することにより、供給通路の通路断面において同減衰部材により塞がれる面積を調整することができる。このため、気体燃料が減衰部材を通過する際の圧力損失の大きさを的確且つ容易に設定することができる。

また、前記供給通路の内周面には、その延びる方向における前記減衰部材の変位を規制する段差部が形成されていることが好ましい。
同構成によれば、供給通路内に減衰部材を挿入して組み付ける際に、段差部によって減衰部材の変位が規制されることとなり、供給通路の延びる方向における減衰部材の位置決めを容易に行なうことができる。

また、前記弁は気体燃料を噴射する噴射弁であることが好ましい。
気体燃料を噴射する噴射弁を備える気体燃料の供給通路構造においては、噴射弁の開閉に伴って気体燃料の圧力脈動が生じやすく、該圧力脈動に起因して騒音が発生しやすい。こうした気体燃料の供給通路構造に対して、上記構成を適用すれば、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を簡易な構成によって抑制することができる。

この場合、前記供給通路は、前記噴射弁の噴射口に接続される接続部材と、同接続部材と内燃機関の吸気マニホールドとを連通する燃料ホースとを含み、前記減衰部材は、前記接続部材の内部に設けられていることが好ましい。

同構成によれば、供給通路における噴射弁の下流側において、噴射弁の噴射口により近い位置に減衰部材を設けることができる。このため、噴射弁の開閉に伴って生じた気体燃料の圧力脈動をより上流側において減衰させることができる。したがって、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を効果的に抑制することができる。

気体燃料の供給通路構造における一実施形態について、液体燃料供給系及び気体燃料供給系を中心に示す内燃機関の概略図。 上記実施形態におけるカバーの正面図。 図２の３−３線に沿った断面構造を第２噴射弁と共に示す断面図。 図３における減衰部材を中心に拡大して示す拡大断面図。 上記実施形態における減衰部材の斜視図。 図４の６−６線に沿った断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、上記実施形態における減衰部材の組み付け工程を順に示す断面図。

以下、図１〜図７を参照して、気体燃料の供給通路構造における一実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０のシリンダヘッド１１の内部には、吸気ポート１２が形成されている。シリンダヘッド１１には、上記吸気ポート１２の内部に例えばガソリンなどの液体燃料を噴射する第１噴射弁２１が取り付けられている。また、内燃機関１０には、吸気通路１３の一部をなす吸気マニホールド１４が設けられている。吸気マニホールド１４には、円筒形状の燃料噴射筒３１が設けられており、この燃料噴射筒３１には、気体燃料を噴射する第２噴射弁３２の噴射口３２Ａ（図３参照）が連通されている。本実施形態では、気体燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が用いられている。また、液体燃料としてガソリンが用いられている。内燃機関１０の燃焼室１５内に気体燃料を供給する際には、上記燃料噴射筒３１から吸気マニホールド１４内に気体燃料が流入するようになっている。このように上記内燃機関１０は、気体燃料及び液体燃料を燃料として利用可能なバイフューエル型のものである。

そして、内燃機関１０の吸気通路１３の内部では、第１噴射弁２１或いは第２噴射弁３２を通じて供給された燃料と吸入空気とを含む混合気が生成される。そして、この混合気が内燃機関１０の燃焼室１５内に吸入されて燃焼されるとともに、その燃焼ガス（排気）は燃焼室１５から排気通路１６に排出される。

次に、内燃機関１０の吸気通路１３に対して燃料を供給する燃料供給装置について詳しく説明する。
燃料供給装置は、液体燃料タンク２２内に貯留された液体燃料を供給するための液体燃料供給系２０と、気体燃料タンク３３内に貯留された高圧の気体燃料を供給するための気体燃料供給系３０とを備えている。

液体燃料供給系２０は、液体燃料タンク２２内から液体燃料を吸引して圧送する燃料ポンプ２３と、同燃料ポンプ２３により圧送された燃料が流入する第１デリバリパイプ２４とを備えている。第１デリバリパイプ２４には、内燃機関１０の気筒数と同数（本実施形態では４つ）の前記第１噴射弁２１が接続されている。第１噴射弁２１は、内燃機関１０の各気筒に対応する４つの吸気ポート１２にそれぞれ取り付けられている。そして、それら第１噴射弁２１の開弁駆動を通じて、第１デリバリパイプ２４内の液体燃料が内燃機関１０の各吸気ポート１２内に噴射される。

気体燃料供給系３０は、気体燃料タンク３３に接続された高圧燃料配管３４と、同高圧燃料配管３４の下流側（図１における右側）の端部に接続される第２デリバリパイプ３５とを備えている。第２デリバリパイプ３５には、前記第２噴射弁３２が接続されている。また、第２デリバリパイプ３５には、内燃機関１０の気筒数と同数（本実施形態では４つ）の前記第２噴射弁３２が接続されている。各第２噴射弁３２の噴射口３２Ａ（図３参照）には、接続部材としてのカバー４０を介して、燃料ホース３６が接続されている。

図２に示すように、カバー４０は、カバー本体４２と、第２噴射弁３２と同数の接続パイプ４３とを備えている。
図２及び図３に示すように、カバー本体４２の内部には、第２噴射弁３２と同数の貫通孔４４が形成されている。各貫通孔４４及び各接続パイプ４３は供給通路５０の一部を構成している。なお、各貫通孔４４及び各接続パイプ４３の形状は同一であるため、以降においては、４つの第２噴射弁３２のうちの１つに対応する貫通孔４４及び接続パイプ４３の構造について説明する。

図３に示すように、貫通孔４４は、断面円形状を有しており、燃料流れ方向の上流側から順に直径が小さくされた大径部４４Ａ、第１小径部４４Ｂ、第２小径部４４Ｃ、及び第３小径部４４Ｄを有している。カバー本体４２には、貫通孔４４の大径部４４Ａの上部開口を通じて第２噴射弁３２の噴射口３２Ａの先端が挿入されている。第２噴射弁３２の噴射口３２Ａは、貫通孔４４の第１小径部４４Ｂの内部に位置している。上記大径部４４Ａの内周面と第２噴射弁３２の外周面との間には、環状のシール部材３２Ｂが設けられている。

貫通孔４４の第３小径部４４Ｄの下部開口には、前記接続パイプ４３の基端が内挿されている。この接続パイプ４３の先端部に、前記燃料ホース３６（図１参照）が接続される。

図３及び図４に示すように、カバー４０の内部、すなわち貫通孔４４の第２小径部４４Ｃの内部には、同第２小径部４４Ｃを通過する気体燃料の圧力脈動を減衰させる減衰部材４１が設けられている。

図５及び図６に示すように、減衰部材４１は、帯状の板ばねを渦巻き状に成形することにより構成されている。そして、図６に示すように、減衰部材４１は、貫通孔４４の第２小径部４４Ｃの内周側、すなわち断面中心に向けて圧縮された状態で組み付けられている。図４及び図６に示すように、減衰部材４１は、その渦巻きの中心軸線Ｃ１が貫通孔４４の延びる方向に沿うように配置されている。また、減衰部材４１の下端は、貫通孔４４の内周面において第２小径部４４Ｃと第３小径部４４Ｄとによって形成された段差部４５に接している。

図１に示すように、各燃料ホース３６における燃料流れ方向の下流側の端部には、前記燃料噴射筒３１が接続されている。そして、各第２噴射弁３２が開弁されることにより、第２デリバリパイプ３５内の気体燃料が、上記カバー４０、燃料ホース３６、及び燃料噴射筒３１を通じて、吸気マニホールド１４内に流入する。なお、本実施形態においては、高圧燃料配管３４、第２デリバリパイプ３５、第２噴射弁３２、カバー４０、及び燃料ホース３６、及び燃料噴射筒３１が供給通路５０を構成している。

また、気体燃料供給系３０には、上記気体燃料タンク３３と高圧燃料配管３４との間に、手動式の開閉弁である手動開閉弁３７が設けられている。また、高圧燃料配管３４における上記手動開閉弁３７よりも下流側には、制御装置（図示略）による制御によって開閉動作される遮断弁３８が設けられている。そして、手動開閉弁３７及び遮断弁３８の双方が開弁している場合には、気体燃料タンク３３から高圧燃料配管３４内への気体燃料の流入が許可される。一方、手動開閉弁３７及び遮断弁３８の少なくとも一方の弁が閉弁している場合には、気体燃料タンク３３から高圧燃料配管３４内への気体燃料の流入が禁止される。

高圧燃料配管３４における上記遮断弁３８よりも下流側には、気体燃料タンク３３から供給される気体燃料の圧力を減圧するレギュレータ３９が設けられている。このレギュレータ３９により、所定圧力まで減圧された気体燃料が第２デリバリパイプ３５内に供給されるようになっている。

次に、カバー４０への減衰部材４１の組み付け手順の一例について説明する。
図７（ａ）に示すように、カバー４０への減衰部材４１の組み付けに際しては、まず、減衰部材４１をその中心軸線Ｃ１に向けて圧縮するとともに、同減衰部材４１を円筒状の挿入治具６１の一端開口（同図の下端開口）に内挿する。なお、この挿入治具６１の外径は、貫通孔４４の第２小径部４４Ｃの直径よりも小さく、挿入治具６１の内径は、貫通孔４４の第３小径部４４Ｄの直径よりも大きい。

続いて、図７（ｂ）に示すように、上記挿入治具６１の一端（同図の下端）を、貫通孔４４の大径部４４Ａ（図示略）の開口を通じて挿入して第２小径部４４Ｃと第３小径部４４Ｄとによって形成される段差部４５に接触させる。

続いて、挿入治具６１の他端開口を通じて押付治具６２を内挿するとともに、同押付治具６２によって減衰部材４１を上記段差部４５に向けて押し付ける。このとき、段差部４５によって、貫通孔４４の延びる方向における減衰部材４１の変位が規制される。

最後に、図７（ｃ）に示すように、上記押付治具６２により減衰部材４１を上記段差部４５に押し付けたままで上記挿入治具６１を引き抜く。このことにより、減衰部材４１が周方向に膨らんで第２小径部４４Ｃに組み付けられる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
気体燃料が減衰部材４１を通過する際に気体燃料の圧力脈動が減衰されるため、燃料ホース３６や、燃料ホース３６に接続される吸気マニホールド１４などが上記圧力脈動によって振動することを抑制することができる。したがって、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を抑制することができる。

また、板ばねの弾性反発力によって減衰部材４１が貫通孔４４の内周面に保持される。このため、減衰部材４１の構成が簡易なものとなる。
以上説明した本実施形態に係る気体燃料の供給通路構造によれば、以下に示す効果が得られる。

（１）カバー４０の貫通孔４４における第２噴射弁３２の噴射口３２Ａの下流側には、板ばねにより形成されるとともに、貫通孔４４の内周側に向けて圧縮された状態で組み付けられて気体燃料の圧力脈動を減衰させる減衰部材４１が設けられている。

こうした構成によれば、気体燃料が減衰部材４１を通過する際に気体燃料の圧力脈動が減衰されるため、燃料ホース３６や、燃料ホース３６に接続される吸気マニホールド１４などが上記圧力脈動によって振動することを抑制することができる。したがって、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を抑制することができる。

また、板ばねの弾性反発力によって減衰部材４１が貫通孔４４の内周面に保持される。このため、減衰部材４１の構成が簡易なものとなる。
よって、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を簡易な構成によって抑制することができる。

（２）減衰部材４１は、帯状の板ばねを渦巻き状に成形することにより構成されるとともに、渦巻きの中心軸線Ｃ１が供給通路５０の延びる方向に沿うように配置されている。
こうした構成によれば、減衰部材４１を構成する板ばねの板厚と長さを調整することにより、供給通路５０の通路断面において同減衰部材４１により塞がれる面積を調整することができる。このため、気体燃料が減衰部材４１を通過する際の圧力損失の大きさを的確且つ容易に設定することができる。

また、減衰部材４１が渦巻き状であるため、気体燃料が減衰部材４１を通過する際に通路断面における位置によって圧力損失にばらつきが生じることを抑制することができる。
（３）貫通孔４４の内周面には、その延びる方向における減衰部材４１の変位を規制する段差部４５が形成されている。

こうした構成によれば、貫通孔４４内に減衰部材４１を挿入して組み付ける際に、段差部４５によって減衰部材４１の変位が規制されることから、貫通孔４４の延びる方向における減衰部材４１の位置決めを容易に行なうことができる。

（４）減衰部材４１は、接続部材としてのカバー４０の内部に設けられている。
こうした構成によれば、供給通路５０における第２噴射弁３２の下流側において、第２噴射弁３２の噴射口３２Ａにより近い位置に減衰部材４１を設けることができる。このため、第２噴射弁３２の開閉に伴って生じた気体燃料の圧力脈動を、より上流側において減衰させることができる。したがって、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を効果的に抑制することができる。

（５）減衰部材４１が１つの板ばねによって形成されているため、減衰部材４１を形成するために要する材料を最小化することができる。このため、減衰部材４１を低コストにて形成することができる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・減衰部材４１の位置決めのための段差部４５を省略することもできる。

・燃料ホース３６の内部に減衰部材４１を設けることもできる。
・減衰部材４１は完全な渦巻き状に限られるものではなく、例えば図５及び図６において例示した減衰部材４１の内周部の断面形状を屈曲させるなどして適宜変更することもできる。

・燃料電池に対して水素などの気体燃料を供給する供給通路に対して減衰部材４１を採用することもできる。この場合においても、気体燃料を噴射する噴射弁の下流側に減衰部材４１を設ければよい。

・供給通路５０に設けられる弁は、上記実施形態において例示した噴射弁に限定されない。要するに、供給通路に設けられて高圧の気体燃料の供給態様を変更するものであればよい。

１０…内燃機関、１１…シリンダヘッド、１２…吸気ポート、１３…吸気通路、１４…吸気マニホールド、１５…燃焼室、１６…排気通路、２０…液体燃料供給系、２１…第１噴射弁、２２…ガソリンタンク、２３…燃料ポンプ、２４…第１デリバリパイプ、３０…気体燃料供給系、３１…燃料噴射筒、３２…第２噴射弁、３２Ａ…噴射口、３２Ｂ…シール部材、３３…気体燃料タンク、３４…高圧燃料配管、３５…第２デリバリパイプ、３６…燃料ホース、３７…手動開閉弁、３８…遮断弁、３９…レギュレータ、４０…カバー、４１…減衰部材、４２…カバー本体、４３…接続パイプ、４４…貫通孔、４４Ａ…大径部、４４Ｂ…第１小径部、４４Ｃ…第２小径部、４４Ｄ…第３小径部、４５…段差部、５０…供給通路、６１…挿入治具、６２…押付治具。

Claims (5)

1. 高圧の気体燃料を供給する供給通路と、前記供給通路に設けられて気体燃料の供給態様を変更する弁と、を備える気体燃料の供給通路構造であって、
   前記供給通路における前記弁の下流側には、板ばねにより形成されるとともに、同供給通路の内周側に向けて圧縮された状態で組み付けられて気体燃料の圧力脈動を減衰させる減衰部材が設けられている、
   気体燃料の供給通路構造。
2. 前記減衰部材は、前記板ばねを渦巻き状に成形することにより構成されるとともに、渦巻きの中心軸線が前記供給通路の延びる方向に沿うように配置されている、
   請求項１に記載の気体燃料の供給通路構造。
3. 前記供給通路の内周面には、その延びる方向における前記減衰部材の変位を規制する段差部が形成されている、
   請求項１または請求項２に記載の気体燃料の供給通路構造。
4. 前記弁は気体燃料を噴射する噴射弁である、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の気体燃料の供給通路構造。
5. 前記供給通路は、前記噴射弁の噴射口に接続される接続部材と、同接続部材と内燃機関の吸気マニホールドとを連通する燃料ホースとを含み、
   前記減衰部材は、前記接続部材の内部に設けられている、
   請求項４に記載の気体燃料の供給通路構造。