JP2020029863A - 内燃機関用燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、製造するのに容易であって且つ安価である、内燃機関用の燃料ポンプを提供することである。【解決手段】内燃機関（２）用の燃料ポンプ（５）であって、燃料ポンプ（５）は、低圧燃料ポンプ（４）からの燃料流を受け取るように設計された補助タンク（８）と、補助タンク（８）から吸入ダクト（１０）を介して燃料を吸引するポンプ装置（９）と、吸入ダクト（１０）に沿って配置されたベンチュリチョーク（１２）と、補助タンク（８）の天井において開始していて且つベンチュリチョーク（１２）の中央に繋がる脱気ダクト（１３）と、を有する。【選択図】図１

Description

関連出願に関する相互参照
本特許出願は、２０１８年８月２０日に出願された伊国特許出願第１０２０１８０００００８１３２号からの優先権を主張し、その開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、内燃機関（エンジン）用の燃料ポンプに関する。

本発明は、ガソリンにより動力供給される小型内燃機関用の高圧燃料ポンプに有利な用途を見出しており（例えば、芝刈り機又は小型除雪機を駆動することを目的とする）、高圧燃料ポンプに対して、以下の説明は、それにより一般性を失うことなく明確に言及する。

小型のガソリン動力式内燃機関用の最新の燃料供給システムは、主燃料タンクから低圧燃料ポンプ（一般的に、ピストンの往復運動によるエンジンブロック内の圧力変動を利用するパルス式燃料ポンプ）が吸引する、主燃料タンクを具備する。低圧燃料ポンプは、主タンクから、噴射器に（又は多気筒内燃機関の場合における噴射器に）加圧燃料を供給する、高圧燃料ポンプに連結された小型補助タンクに燃料を供給する。一般的に、燃料噴射は、ＰＦＩ（「ポート（吸気管内）燃料噴射」）式であるので、従って燃料は、吸入弁に近い吸入ダクト（導管）内（従って、吸入弁の上流）に噴射される。

高圧燃料ポンプに連結された補助タンクは、補助タンクの天井において開始していて（即ち、補助タンクの上部壁を介して）且つ内燃機関の吸入ダクトにおいて終わる、脱気ダクトを具備する。使用中において、吸入ダクトに形成された圧力低下は、燃料蒸気を脱気ダクトを介して補助タンク内に吸引するので、従って、補助タンク内における燃料蒸気の過剰な蓄積を回避し、更にその結果、高圧燃料ポンプの（多かれ少なかれ一時的な）詰まりを引き起こし得る、所謂、蒸気ロックの発生を回避する。脱気ダクトの入口において、車両が転倒した場合に脱気ダクトを密封する、ロールオーバー閉止弁が設けられる。これにより、車両が転倒した場合における脱気ダクトを介する任意の燃料漏れが回避され、結果として任意の火災リスクが軽減される。

高圧燃料ポンプに連結された補助タンクは、一旦所定の最大レベルが到達されると、補助タンクへの燃料入口を閉じる、オーバーフロー（氾濫）弁（一般的に、フロート（浮子）により制御されるニードル弁）を具備する。これは、オーバーフロー弁が補助タンクへの燃料入口を閉じて、補助タンクの任意の過剰充填を防止することを意味する。実際には、もし補助タンクが過剰充填された場合には、過剰な燃料は、吸入ダクト内に直接到達する脱気ダクトに沿って吸入可能であろう。

特許文献１（国際公開第９６／０５４２３号）、特許文献２（米国特許出願公開第２００６／０４２６０４号明細書）及び特許文献３（独国特許出願公開第１０２０１１０１１１６７号明細書）は、内燃機関用の高圧燃料ポンプの幾つかの例を開示する。

国際公開第９６／０５４２３号 米国特許出願公開第２００６／０４２６０４号明細書 独国特許出願公開第１０２０１１０１１１６７号明細書

本発明の目的は、製造するのに容易であって且つ安価である、内燃機関用の燃料ポンプを提供することである。

従って、本発明は、添付の特許請求の範囲により請求されるような内燃機関用の燃料ポンプを提供する。

特許請求の範囲は、本開示の不可欠な部分を形成する、本発明の好適な実施の形態を説明する。

ここで、本発明は、非限定的な実施の形態を示す、添付図面を参照して説明される。

図１は、小型内燃機関の燃料供給システムの概略図である。 図２は、図１の燃料供給システムの高圧燃料ポンプの斜視図である。 図３は、明確にするために部品を取り外した状態の、図２の高圧燃料ポンプの部分分解斜視図である。 図４は、明確にするために部品を取り外した状態の、図２の高圧燃料ポンプの斜視図である。 図５は、図２の高圧燃料ポンプの詳細の概略図である。 図６は、図２の高圧燃料ポンプの変形例の斜視図である。 図７は、明確にするために部品を取り外した状態の、図６の高圧燃料ポンプの２つの異なる斜視図の内の一方である。 図８は、明確にするために部品を取り外した状態の、図６の高圧燃料ポンプの２つの異なる斜視図の内の他方である。 図９は、図６の高圧燃料ポンプの構成要素の平面図である。 図１０は、図９の構成要素の線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。 図１１は、図６の高圧燃料ポンプの一方向弁の斜視図である。

図１において、参照番号１は、小型の内燃機関（エンジン）２用の燃料供給システムを、全体として示す。

燃料供給システム１は、内燃機関２の燃料を含んでいて且つ少なくとも数リットルの容量を有する、主タンク３を具備する。燃料供給システム１は、主タンク３から燃料を吸引していて且つ供給ダクト６により高圧燃料ポンプ５に燃料を供給する、低圧燃料ポンプ４を更に具備する。例えば、低圧燃料ポンプ４は、パルスにおいて動作し、そしてピストン（又は複数のピストン）の往復運動による内燃機関２のエンジンブロック内の圧力変動を使用する。高圧燃料ポンプ５は、（少なくとも）内燃機関の燃料噴射器７に燃料を供給する（明らかに、高圧燃料ポンプ５から燃料を受け取る複数の燃料噴射器７を有する多気筒内燃機関の場合において）。一般的に、燃料噴射は、ＰＦＩ（「ポート燃料噴射」）型であるので、従って燃料は、吸入弁に近い吸入ダクト内（その場合、吸入弁の上流）に噴射される。

高圧燃料ポンプ５は、例えば、主タンク３の少なくとも数リットルの燃料の容量に対する１デシリットル未満の燃料の容量を有する、小型の補助燃料タンク８を具備する。供給ダクト６は、補助タンク８において終端し、従って低圧燃料ポンプ４は、補助タンク８内に燃料を直接供給する。高圧燃料ポンプ５は、電気的に駆動されることが好ましくて（即ち、専用の電気モータにより回転される）且つ吸入ダクト１０を介して補助タンク８から燃料を吸引していて且つ供給ダクト１１を介して燃料噴射器７に加圧燃料を供給する、ポンプ（圧送）装置９を更に具備する。

吸入ダクト１０に沿って（補助タンク８からポンプ装置９まで伸張する）、ベンチュリチョーク（絞り）１２（図５に、より良好に示される）、即ち、吸入ダクト１０の流動部分の漸進的且つ局所的な縮小部、が提供される。高圧燃料ポンプ５は、補助タンク８の天井において（即ち、補助タンク８の上部壁を介して）開始していて且つベンチュリチョーク１２において終わる（図５に、より良好に示されるように）、脱気ダクト１３を具備する。添付図面に示される好適な実施の形態によれば、脱気ダクト１３は、ベンチュリチョーク１２が補助タンク８よりも低くなるように、垂直な最終部分を有する。

図２は、補助タンク８を画定していて且つポンプ装置９と吸入ダクト１０（ベンチュリチョーク１２を備える）と脱気ダクト１３とを収容する、容器１４の斜視図を示す。容器１４は、ポンプ装置９を収容する、垂直本体１５により形成される、逆Ｌ字形状を有する。垂直本体１５は、内部に補助タンク８が画定される、側部隆起１６を備える。容器１４は、頂部において補助タンク８の境界を定める、ねじ込み蓋１７を備える。蓋１７を通り設けられたパイプ（管）１８は、低圧燃料ポンプ４から来る供給ダクト６に接続しており、そして蓋１７を通り設けられた別のパイプ１９は、燃料噴射器７に向けられた供給ダクト１１に接続する。蓋１７を介して、ポンプ装置９を作動させる電動機に電気を供給する、電気コンセント２０が更に設けられる。

図５に最も良好に示されるように、ベンチュリチョーク１２は、流動部分がベンチュリチョーク１２の中央において最小値に達するまで、流動部分が漸進的に減少する、収束円錐台形構成部分２１を具備する。更に、ベンチュリチョーク１２は、流動部分がベンチュリチョーク１２の上流（及び下流）に存在する値まで最小値から次第に増加する、発散円錐台形構成部分２２を具備する。脱気ダクト１３は、ベンチュリチョーク１２の中央に又は収束構成部分２１と発散構成部分２２との間において繋がる。図５に示される実施の形態において、収束構成部分２１と発散構成部分２２との間において、ベンチュリチョーク１２は、脱気ダクト１３が繋がる一定の断面を有する、中間構成部分２３を更に具備する。図示されない別の実施の形態によれば、中間構成部分２３は存在せず、収束構成部分２１は、発散部分２２に直接接続する。

以下において、高圧燃料ポンプ５の動作について説明する。

低圧燃料ポンプ４は、燃料を主タンク３から補助タンク８に周期的に送るので、従って補助タンク８をほぼ常時満杯に保つ。低圧燃料ポンプ４は、内燃機関２の最大可能燃料消費量に少なくとも等しい燃料流量を提供するように寸法決めされており、従って、補助タンク８は、実質的に常に満杯である（補助タンク８が満杯である時に、低圧燃料ポンプ４は、任意の追加的な燃料を補助タンク８に供給できず、その後停止する）。

ポンプ装置９が作動している時に、ポンプ装置９は、燃料を補助タンク８から吸入ダクト１０を介して吸引し、燃料を加圧し、圧力下で供給ダクト１１を介して燃料噴射器７に燃料を送る。ポンプ装置９の作用により、吸入ダクト１０を介して流れる燃料は、ベンチュリチョーク１２の中央において、既知のベンチュリ効果（又は流体力学的パラドックス（逆説））による圧力低下を引き起こし、それにより、その流速が低下すると、流体流の圧力が上昇する。実質的に、ベンチュリチョーク１２において、燃料の流速は、必然的に上昇しなければならないので、従ってベンチュリチョーク１２において、燃料圧力は必然的に減少しなければならず、従って、圧力低下の発生が決定される。ベンチュリチョーク１２の中央において形成された、圧力低下は、補助タンク８の上部分に存在する燃料蒸気を脱気ダクト１３（それは、補助タンク８の天井において開始し、そしてベンチュリチョーク１２の中央内に正確に導入される）を介して吸引する。言い換えると、ベンチュリチョーク１２の中央に形成された圧力低下は、補助タンク８の上部分に存在する燃料蒸気を、吸入ダクト１０内に及び脱気ダクト１３を介して、回収（吸引、吸入）するように使用される。

補助タンク８内に形成されていて且つ補助タンク８の上部分に明らかに存在する、燃料蒸気は、底部において、吸入ダクト１０（ポンプ装置９の直ぐ上流の）に沿って配置されたベンチュリチョーク１２に接続する、脱気ダクト１３により「吸入」される。吸入ダクト１０に沿う、即ちベンチュリチョーク１２に沿う、燃料速度を利用して、脱気ダクト１３の出口に形成された圧力低下は、補助タンク８の上部分に存在する燃料蒸気を回収する。脱気ダクト１３を介してこの様に吸入された燃料蒸気は、液相燃料と共にポンプ装置９内に導入され、その後、ポンプ装置９において発生する圧力により溶液になる。

脱気ダクト１３とベンチュリチョーク１２との組み合わされた作用により、補助タンク内の燃料蒸気の過剰な蓄積と同様に、高圧燃料ポンプ５の（多かれ少なかれ一時的な）詰まりを引き起こし得る、所謂、「蒸気ロック」現象の発生が、回避される。

図６〜１１は、高圧燃料ポンプ５の異なる実施の形態を示しており、異なる実施の形態は、とりわけ、幾つかの要素の異なる形状により、図２〜４に示される高圧燃料ポンプ５とは異なる。特に、図６〜１１に示される高圧燃料ポンプ５は、主に（しかしそれだけではない）容器１４及び蓋１７の異なる形状に関して、図２〜４に示される高圧燃料ポンプ５とは異なる。

図６〜１１に示される高圧燃料ポンプ５は、燃料中に存在する任意の不純物を保持する機能を有する、フィルタ２４（図７及び８に示される）の補助タンク８内における存在により、図２〜４に示される高圧燃料ポンプ５とは異なる。フィルタ２４は、供給ダクト６を介して低圧燃料ポンプ４から来る燃料を受け取る、パイプ１８に直接接続する。その結果、フィルタ２４は、内側から外側へそのろ過作用を発揮する、即ち、パイプ１８から来る燃料は、フィルタ２４に入り、そしてその後、フィルタ２４の穿孔された壁を通りフィルタ２４から出る。言い換えれば、フィルタ２４は、補助タンク８の内側に配置されていて且つ穿孔された壁により境界が定められていて且つその中にパイプ１８が導入される、バッグを具備する。フィルタ２４の機能は、上流に（一般的に、主タンク３内の燃料入口において）配置された燃料フィルタが経験の浅く且つ軽率な使用者により取り除かれた場合に、異物の入口に対して追加の障壁を提供することである。これに関して、内燃機関２は小さく、通常は園芸工具等の実現を目的としており、そしてこの使用範囲において、経験の浅く且つ軽率な使用者が、主タンク３の燃料フィルタを多かれ少なかれ意識的に除去することが生じてもよいことに留意することが重要である。

図６〜１１に示される高圧燃料ポンプ５は、フィルタ２４の直ぐ上流（例えば、パイプ１８の内側又はパイプ１８の直ぐ下流）に配置されていて且つ燃料がタンク８に向かってのみ流れることを可能にする、一方向弁２５（図１１に示される）の存在によっても、図２〜４に示される高圧燃料ポンプ５とは異なる。好適な実施の形態によれば、弁２５はゴム製であり、そして燃料出口裂け目を有する噴出口により終わる。一方向弁２５の機能は、高圧燃料ポンプ５から低圧燃料ポンプ４への燃料の任意の可能性のある逆流が、低圧燃料ポンプ４を損傷することを防止することである。

図６〜１１に示される高圧燃料ポンプ５は、ベンチュリチョーク１２を収容する、環状本体２６（図７〜１０に示される）の存在によっても、図２〜４に示される高圧燃料ポンプ５とは異なる。

本明細書に記載の実施の形態は、本発明の保護範囲から逸脱することなくお互いに組み合わせることができる。

上述の高圧燃料ポンプ５は、多くの利点を有する。

特に、上述の高圧燃料ポンプ５は、製造が特に簡単で且つ安価である。この結果は、吸入ダクト１０に沿って配置されたベンチュリチョーク１２と、ベンチュリチョーク１２の中央に繋がる脱気ダクト１３と、の存在により達成される。この様に、車両が転倒した場合に脱気ダクト１３を密閉するためのロールオーバー閉止弁は不要であり、更に、一旦所定の最大レベルに達した場合に、補助タンク８への燃料入口を閉じるためのオーバーフロー弁は不要であるので、従って製造コストの明確且つ実質的な節減を実現することを可能にする。実際には、例えもし燃料が脱気ダクト１３を介して吸入されたとしても、脱気ダクト１３を介して吸入されたこの燃料が、補助タンク８から直接来る別の燃料と共に吸入ダクト１０に単純に入り、その後、ポンプ装置９により圧送されるので、問題は無いであろう。

１ 供給システム
２ 内燃機関
３ 主タンク
４ 低圧燃料ポンプ
５ 高圧燃料ポンプ
６ 供給ダクト
７ 燃料噴射器
８ 補助タンク
９ ポンプ装置
１０ 吸入ダクト
１１ 供給ダクト
１２ ベンチュリチョーク
１３ 脱気ダクト
１４ 容器
１５ 垂直本体
１６ 側部隆起
１７ 蓋
１８ パイプ
１９ パイプ
２０ コンセント
２１ 収束構成部分
２２ 発散構成部分
２３ 中間構成部分
２４ フィルタ
２５ 一方向弁
２６ 環状本体

Claims (14)

1. 内燃機関（２）用の燃料ポンプ（５）であって、この燃料ポンプ（５）は、
   低圧燃料ポンプ（４）からの燃料の流れを受け取るように設計された補助タンク（８）と、
   前記補助タンク（８）から吸入ダクト（１０）を介して燃料を吸引する、ポンプアセンブリ（９）と、
   前記補助タンク（８）の天井において開始する脱気ダクト（１３）と、を具備する前記燃料ポンプ（５）において、
   前記吸入ダクト（１０）に沿って配置された、少なくとも１つのベンチュリチョーク（１２）が設けられており、
   前記脱気ダクト（１３）は、前記ベンチュリチョーク（１２）の中央に繋がる、ことを特徴とする燃料ポンプ（５）。
2. 前記ベンチュリチョーク（１２）は、前記吸入ダクト（１０）の流動部分の漸進的且つ局所的な縮小部を具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ（５）。
3. 前記ベンチュリチョークは、
   円錐台形状を有する収束構成部分（２１）であって、前記流動部分が、前記流動部分が前記ベンチュリチョーク（１２）の中央において最小値に達するまで徐々に減少する、収束構成部分（２１）と、
   円錐台形状を有する発散構成部分（２２）であって、前記流動部分が前記最小値から前記ベンチュリチョーク（１２）の上流及び下流に存在する値まで徐々に増加する、発散構成部分（２２）と、を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料ポンプ（５）。
4. 前記ベンチュリチョークは、一定の断面を有する中間構成部分を具備しており、前記中間構成部分には、前記脱気ダクト（１３）が繋がり、更に前記中間構成部分は、前記収束構成部分（２１）と前記発散構成部分（２２）との間に配置される、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料ポンプ（５）。
5. 前記脱気ダクトは、前記ベンチュリチョークが前記補助タンクよりも低くなるように、垂直端部構成部分を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料ポンプ（５）。
6. 前記燃料ポンプ（５）は、前記補助タンク（８）を画定していて且つ前記ポンプ装置（９）を収容する、容器（１４）を具備しており、前記吸入ダクト（１０）は、前記ベンチュリチョーク（１２）と前記脱気ダクト（１３）とを備える、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料ポンプ（５）。
7. 前記容器は、前記ポンプ装置を収容する、垂直本体（１５）により形成された逆Ｌ字形状を有しており、更に内部に前記補助タンク（８）が画定される、側部隆起を備える、ことを特徴とする請求項６に記載の燃料ポンプ（５）。
8. 前記容器（１４）は、頂部において前記補助タンク（８）の境界を定める、ねじ込み蓋（１７）を備える、ことを特徴とする請求項７に記載の燃料ポンプ（５）。
9. 前記低圧燃料ポンプ（４）から来る第１の供給ダクト（６）に接続するように設計された、第１のパイプ（１８）と、燃料噴射器（７）に向けられた第２の供給ダクト（１１）に接続するように設計された、第２のパイプ（１９）とは、前記蓋（１７）を通るように配置される、ことを特徴とする請求項８に記載の燃料ポンプ（５）。
10. 前記ポンプ装置（９）を動作させる電気モータに電力を供給する、電気コンセント（２０）は、前記蓋（１７）を通るように配置される、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の燃料ポンプ（５）。
11. 前記低圧燃料ポンプ（４）から来る第１の供給ダクト（６）が接続するように設計されていて且つ前記補助タンク（８）において終わる、第１のパイプ（１８）と、
    前記第１のパイプ（１８）の出口に接続するフィルタ（２４）と、を具備することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料ポンプ（５）。
12. 前記フィルタは、前記補助タンクの内部に配置されていて且つ穿孔された壁により境界が定められていて且つ前記第１のパイプが導入される、バッグを具備する、ことを特徴とする請求項１１に記載の燃料ポンプ（５）。
13. 前記低圧燃料ポンプ（４）から来る第１の供給ダクト（６）が接続するように設計されていて且つ前記補助タンク（８）において終わる、第１のパイプ（１８）と、
    前記第１のパイプ（１８）に沿って配置されていて且つ前記補助タンク（８）に向かってのみ燃料が流れることを可能にする、一方向弁（２５）と、を具備することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料ポンプ（５）。
14. 前記一方向弁（２５）は、ゴム製であり、そして燃料出口裂け目を有する噴出口により終わる、ことを特徴とする請求項１３に記載の燃料ポンプ（５）。