JP4488156B2 - 燃料導管の充てんを改善された内燃機関用の燃料供給システム - Google Patents
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- F02M37/025—Feeding by means of a liquid fuel-driven jet pump
Description
本発明は、内燃機関用の燃料供給システムであって、燃料タンクと、その中に配置されたサージタンクと、サージタンクを燃料タンクからの燃料で充てんする手段と、サージタンクを内燃機関と液力式に接続する燃料導管とを有しており、しかも、サージタンク(5)を充てんするための手段(11)が、少なくとも一時的に燃料を燃料導管(7)内に搬送するようになっており、前記のサージタンク(5)を充てんするための手段(11)と燃料導管(7)との間に配置された方向制御弁が設けられている形式のものから出発する。
【0002】
このような燃料供給システムは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第4426946号明細書に基づき公知である。サージタンクの課題は、燃料供給システム内に突入している燃料導管が可及的に長く燃料を吸い込み、空気は吸い込まないようにすることである。このことは、タンクがほとんど空になっているときに、かつ又は自動車が大きな横方向加速度にさらされていて、したがって燃料タンクの内容物が側方に押されるときに、特に重要である。この効果は、サージタンクが比較的に小さな底面及び燃料タンクの構造高さにほぼ相応する高さを有しており、したがってサージタンクを充てんするために比較的に小さな燃料体積しか必要でないことによって、達成される。この燃料体積は、燃料タンクの単数又は複数の深い点において吸い込む単数又は複数の燃料ポンプによって、サージタンク内に搬送される。費用を軽減するために、サージタンク内に電気的な燃料ポンプを設けて、この燃料ポンプが、燃料タンクの深い点に配置されている単数又は複数のジェットポンプを駆動するようにすることが普通であり、その際ジェットポンプは燃料をサージタンク内に搬送する。この配置によって、燃料タンクのそれぞれの深い点において電気的な燃料ポンプを設けなければならないという高価な故障しやすい手段が、回避される。
【0003】
多くの内燃機関においては、燃料供給は、燃料供給システム内で吸い込みを行う燃料導管を介して行われる。この場合、燃料搬送は、内燃機関と直接に連結されている燃料搬送ポンプによって行われる。このことは、内燃機関の回転数が低い場合に、燃料搬送ポンプの搬送仕事が極めてわずかであるに過ぎないということを、意味する。その結果、燃料搬送ポンプは燃料を燃料供給システムから吸い込まないか、あるいは単にわずかにしか吸い込まず、このことは内燃機関のスタート特性に不利に作用する。更に、スタータ及びスタータバッテリが著しく負荷される。特に問題となるのは、燃料タンクが空になっている状態でメーカーにおいて自動車に最初に燃料を充てんするとき、あるいは外気温度が低く、スタータバッテリの仕事能力が減少せしめられているときの、運転特性である。
前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第4426946号明細書に基づき公知の燃料供給システムでは3ポート2位置方向制御弁が設けられており、この3ポート2位置方向制御弁は、第1の切り替え位置において、サージタンクを充てんする手段と燃料導管との間を液力式に接続する。規定された搬送量を越えると、直ちに当該3ポート2位置方向制御弁は付加的に吸込みジェットポンプに対する接続を解放する。
【0004】
本発明の根底をなす課題は、内燃機関のスタート特性を極めて不利な状態においても改善し、これによりスタータバッテリ及びスタータの負荷軽減に寄与する、内燃機関用の燃料供給システムを準備することである。
【0005】
この課題は、内燃機関用の燃料供給システムであって、燃料タンクと、その中に配置されたサージタンクと、サージタンクを燃料タンクからの燃料で充てんする手段と、サージタンクを内燃機関と液力式に接続する燃料導管とを有しており、しかも、サージタンクを充てんするための手段が、少なくとも一時的に燃料を燃料導管内に搬送するようになっており、前記のサージタンクを充てんするための手段と燃料導管との間に配置された方向制御弁が設けられている形式のものにおいて、方向制御弁が3ポート3位置方向制御弁として形成されており、この3ポート3位置方向制御弁はその第1の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を燃料導管と接続し、3ポート3位置方向制御弁はその第2の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を燃料導管及び単数又は複数のジェットポンプと接続し、3ポート3位置方向制御弁はその第3の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を単数又は複数のジェットポンプと接続することによって解決される。
【0006】
発明の利点
この実施形では、燃料ポンプによっての、燃料導管の迅速な充てんが保証されており、他面において既に第2の切り替え位置の達成により燃料タンク内のジェットポンプも駆動され、したがって、サージタンク内の燃料レベルの沈下が阻止される。内燃機関自体が十分に燃料を吸い込んで、本発明による3ポート3位置方向制御弁が第3の切り替え位置にある場合に初めて、サージタンクを充てんする手段は専らジェットポンプに搬送するので、搬送量を最小限にすることができる。これにより、製作時のコストの利点及び第3の切り替え位置での運転に際するエネルギ需要の減少が得られる。
前記課題は本発明により、内燃機関用の燃料供給システムであって、燃料タンクと、その中に配置されたサージタンクと、サージタンクを燃料タンクからの燃料で充てんする手段と、サージタンクを内燃機関と液力式に接続する燃料導管とを有しており、しかも、サージタンクを充てんするための手段が、少なくとも一時的に燃料を燃料導管内に搬送するようになっており、前記のサージタンクを充てんするための手段と燃料導管との間に配置された3ポート2位置方向制御弁が設けられている形式のものにおいて、この3ポート2位置方向制御弁はその第1の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を燃料導管と接続し、3ポート2位置方向制御弁はその第2の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を専ら少なくとも1つのジェットポンプと接続することによっても解決される。
この手段により、内燃機関の始動段階の間に専ら燃料を燃料導管へ搬送するために、サージタンクを充てんする手段に全揚力及び全搬送量が供与されているということが達成される。内燃機関自体が十分に燃料を吸い込んで、本発明による3ポート2一方向制御弁が第2の切り替え位置にある場合に初めて、サージタンクを充てんする手段は専らジェットポンプへ搬送するので、搬送量を最小限にすることができる。これにより、製作時のコストの利点及び運転に際するエネルギ需要の減少が得られる。
燃料供給システムの、大体において既に存在している手段が使用されることによって、この手段のための費用は極めてわずかであり、このことは特に、大量生産自動車の場合に意味がある。
【0007】
本発明を補足して、サージタンクを充てんするための手段と燃料導管との間に接続導管が存在しているようにし、したがって、サージタンクを充てんするための手段により搬送される燃料量の燃料導管内への供給を場所に無関係に行うことができ、これにより、構造的な条件への適合が可能であるようにする。
【0009】
本発明を補足して、サージタンクを充てんするための手段と燃料導管との間に絞りが存在しているようにし、したがって燃料ポンプにより搬送される燃料流のジェットポンプ及び燃料導管への規定された分配が可能になるようにする。
【0010】
本発明の他の有利な構成では、サージタンクを充てんするための手段と燃料導管との間に絞り及び逆止め弁が存在しており、したがって、一面では、燃料ポンプにより搬送される燃料流の規定された分配が可能であり、かつ、内燃機関の停止中に燃料導管が空になることが阻止される。
【0011】
本発明の別の変化形では、サージタンクを充てんするための手段と燃料導管との間に3ポート2位置方向制御弁が存在しており、この3ポート2位置方向制御弁はその第1の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を燃料導管と接続し、3ポート2位置方向制御弁はその第2の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を単数又は複数のジェットポンプと接続し、したがって、必要な場合には、燃料ポンプの全体の搬送仕事が燃料導管を充てんするために役立てられ、このことは、内燃機関のスタート特性を更に改善する。他面において、燃料ポンプの全体の搬送仕事はサージタンクの充てんのためにも利用可能である。
【0012】
本発明を更に補足して、サージタンクを充てんするための手段と燃料導管との間に3ポート3位置方向制御弁が存在しており、この3ポート3位置方向制御弁はその第1の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を燃料導管と接続し、3ポート3位置方向制御弁はその第2の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を燃料導管及び単数又は複数のジェットポンプと接続し、3ポート3位置方向制御弁はその第3の切り替え位置において、サージタンクを充てんするための手段を単数又は複数のジェットポンプと接続する。この実施形では、燃料ポンプによっての、燃料導管の迅速な充てんが保証されており、他面において既に第2の切り替え位置の達成により燃料タンク内のジェットポンプも駆動され、したがって、サージタンク内の燃料レベルの沈下が阻止される。
【0013】
本発明を更に補足して、2ポート3位置方向制御弁あるいは3ポート3位置方向制御弁がばね負荷されてその第1の切り替え位置にもたらされ、2ポート3位置方向制御弁あるいは3ポート3位置方向制御弁がばね力に抗して、サージタンクを充てんするための手段からの燃料を使用して、第2の及び場合により第3の切り替え位置に動かされる。この配置によって、内燃機関ひいては燃料供給システム内の燃料ポンプが停止するごとに、2ポート3位置方向制御弁あるいは3ポート3位置方向制御弁がその第1の切り替え位置にもたらされ、したがって燃料ポンプの搬送開始とともに、直ちに燃料導管が充てんされることが保証される。燃料ポンプにより搬送される燃料が方向制御弁を操作することによって、方向制御弁は、燃料ポンプにより搬送される燃料の圧力レベル、ばね力及び場合により存在する絞りに関連して、特定に時間の後に第2の及び場合により第3の切り替え位置に達する。これにより、ジェットポンプが、燃料搬送の開始の後に短い時間駆動され、これによりサージタンクも充てんされることが保証される。
【0014】
本発明の別の構成では、サージタンクの充てんレベルが、サージタンクを充てんするための手段に無関係に、少なくとも燃料タンクの充てんレベルに保持され、したがって燃料導管及び燃料ポンプは空気を吸い込まず、かつ、他面において燃料ポンプの連続運転が回避可能である。これによって、燃料ポンプは耐用寿命を短く構成することができ、このことは、費用の節減及び燃料ポンプのための駆動エネルギの減少に寄与する。
【0015】
本発明の別の補足では、サージタンクを充てんするための手段が、電気的な燃料ポンプを含んでおり、したがってサージタンクを充てんするための手段は安価であり、簡単に制御可能である。
【0016】
本発明の別の補足では、燃料ポンプが、少なくとも1つの、燃料タンクの単数又は複数の深い点の近くにおいて、取り付け位置に配置されているジェットポンプを駆動し、かつ、単数又は複数のジェットポンプが燃料をサージタンク内に搬送し、したがって燃料タンク内にある全体の燃料は簡単な形式でサージタンク内に搬送される。
【0017】
本発明の別の構成では、燃料導管が逆止め弁を有しており、したがって内燃機関の停止中に燃料導管が空になることが回避される。
【0018】
本発明の別の利点及び有利な構成は、以下において図面、その説明及び請求の範囲から知ることができる。
【0019】
実施例の説明
図面において合致する構造部分には同じ符号が使用されており、図面によって説明したことは、別の図面においても当てはまる。
【0020】
図1は圧力保持弁を備えた本発明による燃料供給システムを概略的に示す。その上半部は図1において示されていない燃料タンク1は取り付け位置において2つの深い点3を有している。燃料タンク1内には、サージタンク5が配置されており、これは上方が開いている。
【0021】
図示していない内燃機関若しくはそれに所属する燃料搬送ポンプはサージポンプ5内に突入している燃料導管7によって燃料をサージタンク5から内燃機関に搬送する。燃料導管7が空になることを回避するために、燃料導管の端部に第1の逆止め弁9が設けられている。
【0022】
サージタンク5の課題は、燃料タンク1内の燃料レベルが低い場合でも、燃料導管7によって可及的に長く燃料が吸い込まれ、かつ、空気は吸い込まれないようにすることである。サージタンク5はタンク1の底面に対して極めて小さい底面を有しており、かつ、その囲壁は燃料タンク1の高さとほぼ同じである。これによって、わずかな燃料量でサージタンク5内に高い充てんレベルを達成し、これにより、燃料導管7が可及的に長く燃料を吸い込むことを保証することが、可能である。
【0023】
サージタンク5の充てんはサージタンクを充てんする手段により行われる。この手段は、大体において燃料ポンプ11と、燃料タンク1の各深い点3内におけるそれぞれ1つのジェットポンプ13とより成っている。ジェットポンプ13の1つは、サージタンク5の下方の範囲内で燃料をサージタンク内に供給し、かつ、第2の逆止め弁15を有しており、この第2の逆止め弁は、燃料がサージタンク5からタンク1内に流れ戻ることを阻止する。燃料ポンプ11が遮断されている場合、サージタンク5の充てんは逆止め弁15を介して行われ、これによってサージタンク5内の充てんレベルは少なくとも燃料タンク1内の充てんレベルに接近せしめれる。他のジェットポンプ13はサージタンク5の上縁を介してサージタンク内に搬送し、したがって逆止め弁は必要でない。
【0024】
燃料タンク1内には、燃料戻り路17が開口しており、この燃料戻り路は過剰の燃料を燃料タンク1内に排出する。燃料ポンプ11は前フィルタ19を介して燃料をサージタンク5から吸い込み、かつ、これを供給導管21を介してジェットポンプ13に、かつ、接続導管23を介して燃料導管7内に搬送する。ジェットポンプ13に必要な圧力を保証するために、接続導管23内にオーバーフロー弁25が設けられており、このオーバーフロー弁は、ジェットポンプ13の必要な作業圧力が達成されたときに、初めて開くように、設計されている。オーバーフロー弁25が開かれていると直ちに、燃料ポンプ11により搬送される燃料の一部分が接続導管23を介して燃料導管7内に搬送される。燃料導管7内の第1の逆止め弁9は、燃料が接続導管23から再びサージタンク5内に達することも、阻止する。この配置によって、短い時間内に燃料導管7が燃料を充てんされ、これにより内燃機関のスタートが可能になることが保証される。
【0025】
図7においては、この本発明による実施例の特性曲線がグラフで示されている。横座標27上には、圧力差がバールでプロットされており、これに対し縦座標29は時間当たりの流量をリットルで示す。第1の実施例の特性曲線はマーク31を備えている。これから明らかなように、0.3バールの圧力差に達すると初めて、オーバーフロー弁25が開き、流量がゼロから始まって、圧力差の増大につれて直線状に増大する。
【0026】
図2においては、本発明による燃料供給システムの第2実施例が示されており、これは圧力保持弁の代わりに絞り33を接続導管23内に有している。これにより、第1の実施例に対して変化せしめられた特性曲線が生じる。図7において、2つの異なった絞り横断面のために、特性曲線35及び37が示されている。これから明らかなように、極めてわずかな圧力差の場合でも、既に燃料の搬送が接続導管23内に行われ、したがって燃料導管7の充てんがより早く行われる。不利な状態の下では、燃料ポンプ11の圧力側に生じる圧力は過度にわずかであることがあり、これによりジェットポンプ13の機能が保証されない。
【0027】
このことを回避するために、図3に示した実施例では絞り33に第3の逆止め弁39が組み合わされている。図7においては、逆止め弁39の特性曲線41が示されている。この図示から分かるように、ある程度の圧力差、ここでは0.16バール、に達すると、第3の逆止め弁39が開いて、圧力差の増大につれて流量が極めて強く増大する。第3の逆止め弁39の特性曲線及び絞り33の特性曲線の組み合わせは図7において特性曲線43として示されている。この特性曲線から分かるように、この実施例では、燃料の搬送ポンプから燃料導管7内への搬送が行われる前に、最初ある程度の圧力差が構成される。このことは、ジェットポンプ13のための作業条件を改善し、かつ、更に第3の逆止め弁39によって、内燃機関の停止の際に燃料が燃料導管7から接続導管23を介してサージタンク5内に流れ戻ることがないことが、保証される。これにより、燃料導管7が内燃機関の停止の際に空になることはないことが保証される。このことも、内燃機関の改善されたスタート特性に寄与する。
【0028】
自明のように、図7の特性曲線31,35,37,41及び43は単に燃料ポンプ11、接続導管23、オーバーフロー弁25、絞り33及び又は逆止め弁39の具体的な組み合わせのための例であるに過ぎない。前述の構造部分の個々のあるいは複数のものの変化によって、前述の特性曲線の量的な経過を広範囲に変化させることができる。特性曲線の質的な経過はしかしながら維持される。
【0029】
図4,5及び6には本発明による第4実施例が種々の運転状態で示されている。燃料導管7は燃料フィルタ45及び燃料搬送ポンプ47を有している。燃料ポンプ11によりサージタンク5から搬送される燃料の制御は3ポート3位置方向制御弁49によって行われ、この3ポート3位置方向制御弁は第1の切り替え位置において示されている。3ポート3位置方向制御弁49は第1の接続部51を有し、これは燃料ポンプ11を3ポート3位置方向制御弁49と接続している。3ポート3位置方向制御弁49の第2の接続部は接続導管23と接続されているのに対し、第3の接続部は供給導管21と接続されている。
【0030】
3ポート3位置方向制御弁はピストン53を有している。このピストン53は絞り55を備えた接続孔を有しており、この接続孔は3ポート3位置方向制御弁49の第1の室57を第2の室59と接続している。第3の室61内にはばね63が配置されており、このばねは3ポート3位置方向制御弁を、燃料ポンプ11が運転されていない場合に、常に図4に示した第1の切り替え位置にもたらす。
【0031】
燃料ポンプ11が運転されると直ちに、燃料ポンプは3ポート3位置方向制御弁の第1の室57内に搬送する。接続導管23はこの切り替え位置において第1の室57に接続されているので、燃料ポンプ11は燃料導管7内に搬送する。燃料ポンプ11の搬送流の一部分はピストン53内の絞り55を備えた接続孔を通って、第2の室59内に達し、ピストン53をばね63の力に抗してばね63の方向に動かす。
【0032】
図5においては、第4実施例は第2の接続位置において示されている。ピストン53は、室57が接続導管23並びに供給導管21に液力式に接続されているように、位置せしめられている。この位置において、燃料導管7並びにジェットポンプ13は燃料ポンプ11により燃料を供給される。
【0033】
図6においては、3ポート3位置方向制御弁49の第3の切り替え位置が示されている。この切り替え位置においては、燃料ポンプ11は専ら供給導管21内に搬送し、接続導管23内には搬送しない。換言すれば、燃料ポンプ11の全体の搬送流はジェットポンプ13のためである。
【0034】
この第4実施例においては、燃料導管7は最大限可能に早く充てんされ、かつ、同時にジェットポンプ13は可及的に早く駆動される。その結果,図示していない内燃機関の極めて良好なスタート特性が生ぜしめられ、かつ、燃料ポンプ11を小さく設計することが可能である。それは、燃料ポンプは連続運転で専らジェットポンプ13に供給すればよいからである。選択的に接続導管23内に絞り65を設けておくことができ、この絞りは、接続導管23内の燃料流を減少させ、これにより燃料ポンプ11により搬送される燃料流の大部分が接続孔55を通って第2の室59内に流れる。これによってピストン53が第1の位置から第3の位置に動く速度が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 圧力保持弁を備えた、本発明による燃料供給システムの第1実施例を示す図である。
【図2】 絞りを備えた、本発明による燃料供給システムの第2実施例を示す図である。
【図3】 絞り及び逆止め弁を備えた、本発明による燃料供給システムの第3実施例を示す図である。
【図4】 第1の切り替え位置に3ポート3位置方向制御弁を備えた、本発明による燃料供給システムの第4実施例を示す図である。
【図5】 図4の実施例を、第2の切り替え位置において示した図である。
【図6】 図4の実施例を、第3の切り替え位置において示した図である。
【図7】 図1〜3の実施例の特性曲線を示したグラフである。
【符号の説明】
1 燃料タンク、3 深い点、5 サージタンク、7 燃料導管、9 第1の逆止め弁、11 燃料ポンプ、13 ジェットポンプ、15 第2の逆止め弁、17 燃料戻し路、19 前フィルタ、21 供給導管、23 接続導管、25 オーバーフロー弁、27 横座標、29 縦座標、31 マーク、33 絞り、35 特性曲線、37 特性曲線、39 第3の逆止め弁、41 特性曲線、43 特性曲線、45 燃料フィルタ、47 燃料搬送ポンプ、49 3ポート3位置方向制御弁、51 第1の接続部、53 ピストン、55 絞り、57 第1の室、59 第2の室、61 第3の室、63 ばね、65 絞り
Claims (9)
- 内燃機関用の燃料供給システムであって、燃料タンク(1)と、その中に配置されたサージタンク(5)と、サージタンク(5)を燃料タンク(1)からの燃料で充てんする手段(11)と、サージタンク(5)を内燃機関と液力式に接続する燃料導管(7)とを有しており、しかも、サージタンク(5)を充てんするための手段(11)が、少なくとも一時的に燃料を燃料導管(7)内に搬送するようになっており、前記のサージタンク(5)を充てんするための手段(11)と燃料導管(7)との間に配置された方向制御弁が設けられている形式のものにおいて、
方向制御弁が3ポート3位置方向制御弁(49)として形成されており、この3ポート3位置方向制御弁(49)はその第1の切り替え位置において、サージタンク(5)を充てんするための手段(11,13,21)を燃料導管(7)と接続し、3ポート3位置方向制御弁(49)はその第2の切り替え位置において、サージタンク(5)を充てんするための手段(11,13,21)を燃料導管(7)及び単数又は複数のジェットポンプ(13)と接続し、3ポート3位置方向制御弁(49)はその第3の切り替え位置において、サージタンク(5)を充てんするための手段(11,13,21)を単数又は複数のジェットポンプ(13)と接続することを特徴とする、内燃機関用の燃料供給システム。 - 内燃機関用の燃料供給システムであって、燃料タンク(1)と、その中に配置されたサージタンク(5)と、サージタンク(5)を燃料タンク(1)からの燃料で充てんする手段(11)と、サージタンク(5)を内燃機関と液力式に接続する燃料導管(7)とを有しており、しかも、サージタンク(5)を充てんするための手段(11)が、少なくとも一時的に燃料を燃料導管(7)内に搬送するようになっており、前記のサージタンク(5)を充てんするための手段(11)と燃料導管(7)との間に配置された3ポート2位置方向制御弁が設けられている形式のものにおいて、
この3ポート2位置方向制御弁はその第1の切り替え位置において、サージタンク(5)を充てんするための手段(11)を燃料導管(7)と接続し、3ポート2位置方向制御弁はその第2の切り替え位置において、サージタンク(5)を充てんするための手段(11)を専ら少なくとも1つのジェットポンプ(13)と接続することを特徴とする、内燃機関用の燃料供給システム。 - サージタンク(5)を充てんするための手段(11,13,21)と燃料導管(7)との間に接続導管(23)が存在していることを特徴とする、請求項1又は2記載の燃料供給システム。
- サージタンク(5)を充てんするための手段(11)と燃料導管(7)との間に絞り(65)が存在していることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の燃料供給システム。
- 2ポート3位置あるいは3ポート3位置弁(49)がばね負荷されてその第1の切り替え位置にもたらされ、2ポート3位置あるいは3ポート3位置弁(49)がばね力に抗して、サージタンク(5)を充てんするための手段(11)からの燃料を作業媒体として、第2の及び場合により第3の切り替え位置に動かされることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の燃料供給システム。
- サージタンク(5)の充てんレベルが、サージタンク(5)を充てんするための手段(11)に無関係に、少なくとも燃料タンク(1)の充てんレベルに保持されることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の燃料供給システム。
- サージタンク(5)を充てんするための手段(11)が、電気的な燃料ポンプ(11)を含んでいることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の燃料供給システム。
- 燃料ポンプ(11)が、燃料タンク(1)の単数又は複数の深い点(3)の近くの取り付け位置に配置された少なくとも1つのジェットポンプ(13)を駆動し、かつ、単数又は複数のジェットポンプ(13)が燃料をサージタンク(5)内に搬送することを特徴とする、請求項7記載の燃料供給システム。
- 燃料導管(7)が逆止め弁(9)を有していることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の燃料供給システム。
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