JP4722874B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンクに取り付けられて、燃料タンク内の燃料を内燃機関等へ供給する燃料供給装置に関するものである。

従来、燃料供給装置としては、たとえば、燃料タンク内にサブタンクを設け、このサブタンク内に、内燃機関へ燃料を供給するための供給管の先端、および供給管の先端に装着された燃料フィルタを配置するとともに、内燃機関に供給された燃料のうち余剰燃料、いわゆるリターン燃料を燃料タンクに戻すリターン管の先端をサブタンク内に配置したものがある（特許文献１参照）。

サブタンク内の液面レベルは、サブタンク外の液面レベルと等しいが、燃料タンク傾斜時等におけるサブタンク内の液面の上下方向変動量は、サブタンク外における液面の上下方向変動量よりも小さい。これにより、燃料タンク傾斜時においても供給管先端を燃料内に維持して確実に燃料を供給できることを狙っている。また、リターン管の先端をサブタンク内に配置して内燃機関からのリターン燃料をサブタンク内に戻すことにより、サブタンク内の燃料量を多く維持して確実に燃料を供給できることを狙っている。
特開平５−９９０９０号公報

内燃機関に供給された燃料は高圧ポンプで加圧されて燃料噴射弁に送られる。燃料噴射弁に送られた高圧燃料のうち所定量の燃料が燃料噴射弁から燃焼室内に噴射され、余剰となった燃料はリターン管を経て燃料燃料タンクに戻される。燃料は、高圧化・膨脹の過程を経ることで温度が上昇する。さらに、内燃機関内の燃料通路は温度が高いため、そこから熱を受けることによっても温度が上昇する。したがって、リターン燃料は高温になっている。また、主に膨脹過程で気泡が発生するため、リターン燃料は気泡を含んでいる。サブタンクに流入した上述の高温且つ気泡を含んだリターン燃料が再び内燃機関へ供給されると、内燃機関の作動が不安定となる可能性がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、サブタンク内に戻されたリターン燃料の温度を低下させ且つ気泡を除去してから供給す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。

本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。

本発明の請求項１に記載の燃料供給装置は、燃料タンクに設置されて燃料タンク内の燃料をエンジンへ供給する燃料供給装置であって、一端が燃料タンク内の底部近傍にあり他端が燃料タンク外側にあるように配置された供給管と、供給管の先端に接続された燃料フィルタと、供給管および燃料フィルタが収納された有底状のサブタンクと、一端が燃料タンク内にあり他端が燃料タンク外側にあるように配置されエンジンから流出する余剰燃料を燃料タンクへ燃料を戻すリターン管と、サブタンクに設けられサブタンクの内側空間を複数の空間に隔離する略板状の仕切り部材と、サブタンクの内側にあり且つ仕切り部材を挟んで対向する２つの空間を連通する連通手段と、サブタンク外の燃料をサブタンク内に供給するためのジェットポンプとを備え、燃料フィルタおよび供給管の先端は仕切り部材により隔離された複数の空間の一方の空間に配置され、リターン管はサブタンク外で複数の枝管に分岐され、リターン管の一方の枝管の出口、および、ジェットポンプの吐出口は仕切り部材により隔離された複数の空間のうち他方の空間に配置され、且つ他方の枝管の出口がサブタンク外に配置されることを特徴としている。

リターン管により燃料タンクへ戻されたリターン燃料は、燃料タンク内において供給管に吸入されて再びエンジンへ供給される。上述のように構成された本発明の請求項１に記載の燃料供給装置の燃料タンク内における燃料の流れについて説明する。リターン燃料は、先ず、サブタンク内における仕切り部材により隔離された複数の空間のうちの他方の空間に流入する。そこで、既に貯留されている燃料と混合された後、連通手段を介して仕切り部材により隔離された複数の空間のうちの一方の空間に流入する。そして、この一方の空間内に配置されている燃料フィルタを通過して供給管により吸入されエンジンへ供給される。このとき、リターン燃料は、他方の空間内へ流入してから連通手段に至るまでの期間、他方の空間に滞留する。リターン燃料が他方の空間に滞留している期間中に、リターン燃料に含まれる気泡は燃料液面へ浮上移動して消滅する。また、燃料タンク内燃料の温度はリターン燃料の温度よりも低い。したがって、リターン燃料は他方の空間に流入して他方の空間内の燃料と混合することにより温度が低下する。言い換えると冷却される。このように、本発明の請求項１に記載の燃料供給装置において、サブタンクの他方の空間は、サブタンクに戻されたリターン燃料の温度を低下させるとともに、リターン燃料に含まれていた気泡を分離する場所として機能している。

以上から、他方の空間内の燃料を、連通手段を介して一方の空間に流入させる構成とすることにより、気泡を含まず、且つ燃料タンク流入直後のリターン燃料温度よりも低い温度の燃料を、燃料フィルタ、供給管を介してエンジンへ供給することができる。これにより、サブタンク内に戻されたリターン燃料の温度を低下させ且つ気泡を除去してから供給することが可能な燃料供給装置を提供することができる。加えて、上述の構成においては、リターン燃料の全量をサブタンク内に戻すのではなく、一部を戻している。すなわち、サブタンク内に戻されるリターン燃料を或る程度調整することができる。たとえば、サブタンク内に戻されるリターン燃料量を、サブタンク内の液面位置を高位に維持可能な必要最小限度に調整すれば、サブタンク内燃料温度上昇を抑制することができ、同時にサブタンク内に流入する気泡量も抑制できる。さらに、サブタンク外の燃料をジェットポンプの作動によりサブタンク内に供給する場合について説明する。燃料タンク形状が複雑化し、たとえば馬の鞍状に形成された場合を考える。燃料タンクとしては一体に形成されているが、燃料貯蔵部は上方において連通した２つの部分に分かれており、燃料供給装置はどちらか一方の燃料貯蔵部内にのみ設置されている。燃料タンク内の燃料液面が上述した連通部よりも下になると、燃料供給装置は、燃料供給装置が設置されていない側の燃料貯蔵部内の燃料を吸出せなくなる。そこで、ジェットポンプを用いて、燃料供給装置が設置されていない側の燃料貯蔵部内の燃料を、燃料供給装置が設置された側の燃料貯蔵部内、詳しくはサブタンク内に移送している。これにより、たとえば鞍型のような複数の燃料貯蔵部を具える燃料タンクであっても、そこに貯蔵される燃料を有効に利用することができる。しかし、上述したように使用されるジェットポンプにおいて、その吐出口から吐出される燃料中には気泡が含まれることがある。特に、ジェットポンプの吸い込み口が設置されている部分の燃料液面が低下し、燃料液面がジェットポンプの吸い込み口に近づくと、液面の揺動等によりジェットポンプの吸い込み口から空気が吸い込まれることがある。このような事態になると、燃料供給装置からの供給管から吸入されるまえに気泡を除去する必要がある。そこで、この発明のようにジェットポンプの吐出口をサブタンクの他方の空間に開口させれば、ジェットポンプから吐出される燃料中の気泡を他方の空間内で消滅させて、気泡が除去された燃料を一方の空間に設置された供給管に吸入させることができる。したがって、気泡が燃料とともに供給管を経て送出されて不具合を生じることが防止される。

本発明の請求項２に記載の燃料供給装置は、仕切り部材は鉛直方向に延出され且つ仕切り部材の一部はサブタンクの底部に接続されることを特徴としている。

このような構成とすることにより、仕切り部材により、サブタンク内を複数の空間に確実に隔離することができる。

本発明の請求項３に記載の燃料供給装置は、連通手段は仕切り部材に形成された貫通孔であることを特徴としている。これにより、連通手段を容易に形成することができる。

本発明の請求項４に記載の燃料供給装置は、ジェットポンプを駆動するための燃料ポンプが燃料タンク内に配置されることを特徴としている。

このような構成とすれば、燃料ポンプの吸入口までの燃料配管を省略することができる。また、燃料ポンプからジェットポンプまでの燃料配管が燃料タンク内に配置されるため、この燃料配管が外的異物等により損傷を受けることを防止できる。

以下に、本発明を具体的に適用した実施形態について説明する。この実施形態は、本発明による燃料供給装置を、自動車用ディーゼルエンジンに適用したものである。すなわち、燃料タンク内の燃料をディーゼルエンジンへ供給するための燃料供給装置に適用している。

先ず、本発明の一実施形態による燃料供給装置が適用された燃料タンク１、および燃料タンク１から燃料が供給されて運転されるディーゼルエンジン１００に係る燃料系統構成について、図１に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態による燃料供給装置が適用された燃料タンク１０の断面図である。図１において、燃料タンク１０はその上方を、図１の上方として表されている。また、図１には、燃料タンク１０から燃料が供給されるディーゼルエンジン１００、および両者を接続する燃料配管類を、合わせて模式的に表している。

燃料タンク１０は、図１に示すように、２つの燃料貯蔵部を上部において連通させて結合したような形状、いわゆる馬の鞍形に形成されている。すなわち、燃料タンク１０は、第１タンク部１１、第２タンク部１２および両タンク部１１、１２を連通させ結合している連結部１３から構成されている。第１タンク部１１内には、サブタンク２０が設けられている。サブタンク２０内には、供給管３０、燃料フィルタ４０、ジェットポンプ５０が配置されている。ジェットポンプ５０の吸入ポート５１には、図１に示すように吸入管６０が接続されている。吸入管６０の先端、つまり吸入口６１は、図１に示すように、燃料タンク１０の連結部１３を経て第２タンク部１２の底部まで延出されている。ジェットポンプ５０が作動すると、第２タンク部１２内の燃料が第１タンク部１１内へ、詳しくはサブタンク２０内へ移送される。これにより、鞍形に形成された燃料タンク１０において、燃料タンク１０に貯蔵される燃料の全量をディーゼルエンジン１００へ供給することができる。第１タンク１１内には、ジェットポンプ５０を作動させるためのトランスファーポンプ７０が配置されている。ジェットポンプ５０は、トランスファーポンプ７０から吐出される高圧燃料を受けて作動する。第１タンク部１１には、ディーゼルエンジン１００から流出する余剰燃料を燃料タンク１０へ戻すためのリターン管８０が設置されている。リターン管８０は、図１に示すように、燃料タンク１０内で２つの枝管、すなわち第１リターン管８１および第２リターン管８２に分岐されている。第１リターン管８１の先端は、図１に示すように、サブタンク２０内に配置され、第２リターン管８２の先端は、図１に示すように、サブタンク２０外に配置されている。供給管３０の燃料タンク１０外側端部は、燃料管２０１を介してディーゼルエンジン１００に燃料を供給可能に接続されている。一方、リターン管８０の燃料タンク１０外側端部は、燃料管２０２を介してディーゼルエンジン１００に接続されている。

ディーゼルエンジン１００は、図1に示すように、燃料を必要な圧力まで加圧する高圧ポンプ１０１、高圧ポンプ１０１から高圧燃料を供給されて所望量の燃料をディーゼルエンジン１００の燃焼室に噴射する燃料噴射弁１０２を備えている。高圧ポンプ１０１からの余剰燃料および燃料噴射弁１０２からの余剰燃料が集められて、燃料管２０２へ流出し、燃料タンク１０のリターン管８０に至る。高圧ポンプ１０１は低圧ポンプ、いわゆるフィードポンプ１０３を備え、このフィードポンプ１０３に燃料管２０１が接続されている。したがって、燃料タンク１０内の燃料は、フィードポンプ１０３により吸い上げられ、高圧ポンプ１０１へ供給される。なお、燃料管２０１の途中には、燃料フィルタ１０４、燃料中の水分を捕集するセジメンタ１０５が必要に応じて設置されている。

次に、本発明の一実施形態による燃料供給装置の特徴である、サブタンク２０の構成について、図１に基づいて説明する。

サブタンク２０は、たとえば樹脂材料により有底筒状に形成されている。サブタンク２０は、サブタンク２０の内側の空間を複数の空間に隔離する仕切り部材としてのセパレータ２１を備えている。このセパレータは、たとえば樹脂材料により板状に形成され、サブタンク２０内に、図１に示すように、ほぼ鉛直方向に配置され固定されている。セパレータ２１の一部、すなわち鉛直方向における下端は、図１に示すように、サブタンク２０の底部２０ａに接続している。本発明の一実施形態による燃料供給装置のサブタンク２０の場合、セパレータ２１により、サブタンク２０の内側空間は、２つの空間、すなわち、図２に示すように、第１空間Ａおよび第２空間Ｂに隔離されている。セパレータ２１には、セパレータ２１を挟んで対向する２つの空間、本実施形態においては第１空間Ａと第空間Ｂとを連通する連通手段である貫通孔２１ａが形成されている。貫通孔２１ａは、図３に示すように、セパレータ２１におけるサブタンク２０の底部２０ａ近傍に形成されている。

サブタンク２０の一方の空間としての第１空間Ａ内には、図１に示すように、供給管３０の先端、および供給管の先端である吸入口３１に装着された燃料フィルタ４０が配置されている。これにより、燃料タンク１０内の燃料は、サブタンク２０の第１空間Ａ内から燃料フィルタ４０を介して供給管３０から吸い上げられる。

サブタンク２０の他方の空間としての第２空間Ｂ内には、図１に示すように、リターン管８０が分岐してなる２つの枝管の一方である第１リターン管８１が、リターン燃料が第２空間Ｂ内に流入可能に配置されている。もう一つの枝管である第２リターン管８２は、図１に示すように、サブタンク２０の外側にリターン燃料を排出するように配置されている。また、第２空間Ｂ内には、図１に示すように、ジェットポンプ５０が配置されている。ジェットポンプ５０の供給ポート５２は、燃料管９０を介してトランスファーポンプ７０の吐出口７１に接続されている。ジェットポンプ５０の吸入ポート５１には吸入管６０が接続されている。吸入管６０は、図１に示すように、燃料タンク１０の連結部１３を経て第２タンク部１２の底部まで延出され、吸入管６０の先端である吸入口６１は、第２タンク部１２の底部に設置されている。ジェットポンプ５０の吐出ポート５３は、図１に示すように、第２空間Ｂに開口しており、吐出ポート５３から吐出された燃料は、第２空間Ｂに流入する。ジェットポンプ５０の供給ポート５２へ高圧燃料を供給する燃料ポンプとしてのトランスファーポンプ７０は、サブタンク２０の外側且つ第１タンク部１１内に配置されている。

次に、以上説明したように構成された、本発明の一実施形態による燃料供給装置におけるサブタンク２０の作用について説明する。

先ず、ディーゼルエンジン１００と燃料タンク１０間の燃料の流れについて簡単に説明する。ディーゼルエンジン１００の運転中において、燃料タンク１０内の燃料、詳しくは、サブタンク２０内の第１空間Ａ内の燃料が、燃料フィルタ４０、供給管３０を介して吸い上げられて高圧ポンプ１０１へ供給される。一方、ディーゼルエンジン１００における余剰燃料、すなわち、高圧ポンプ１０１へ供給された燃料から燃料噴射弁１０２で噴射された燃料を減じた燃料は、リターン管８０を介して燃料タンク１０へ戻される。したがって、ディーゼルエンジン１００の運転中において、燃料は、燃料タンク１０およびディーゼルエンジン１００間を循環している。同時に、第２タンク部１２内の燃料が、ジェットポンプ５０により吸入されて第１タンク部１１内のサブタンク２０へ移送されている。

次に、サブタンク２０における燃料の流れについて説明する。

サブタンク２０の第２空間Ｂ内には、ディーゼルエンジン１００からのリターン燃料の一部およびジェットポンプ５０により移送された燃料が流入し、これらの燃料により第２空間Ｂは常に満たされている。リターン燃料は高温且つ気泡を含んでいる。またジェットポンプ５０から吐出される燃料中にも気泡が含まれる場合がある。これらの燃料は、サブタンク２０の第２空間Ｂ内に暫くの時間滞留してから、セパレータ２１に設けられた連通手段である連通孔２１ａを介して、第１空間Ａ内へ流入する。リターン燃料の一部およびジェットポンプ５０により移送された燃料がサブタンク２０の空間Ｂ内に滞留中において、燃料中に含まれる気泡は、浮力の作用により液面へ浮上移動して消滅する。また、高温のリターン燃料は、それより温度の低いジェットポンプ５０から吐出される燃料および第２空間Ｂの燃料と混合される冷却される。すなわち、第２空間Ｂ内の燃料温度は最終的にリターン燃料の温度よりも低下する。また、サブタンクの第２空間Ｂ内における燃料の温度分布は、燃料温度とその比重量との関係にしたがって、鉛直方向において上から下へ向かうほど低くなっている。第２空間Ｂ内の燃料がセパレータ２１の貫通孔２１ａへ向かう燃料流れは、第２空間Ｂ内を鉛直方向において上から下へ向かう方向となる。この流れ方向は、気泡が液面へ向かって移動する方向と反対方向であるので、第２空間Ｂから第１空間Ａへ向かって流れる燃料中に気泡が含まれることを確実に阻止できる。さらに、第２空間Ｂ内の燃料がセパレータ２１の貫通孔２１ａへ向かう燃料流れ方向は、第２空間Ｂ内の燃料温度分布における低温側へ向かう方向と一致している。したがって、第２空間Ｂ内で最も温度の低い燃料が第１空間Ａへ流入することになる。

以上により、サブタンク２０の第２空間Ｂは、燃料中に含まれる気泡を消滅させるとともに、リターン燃料を冷却する機能を果たしている。このようにして、気泡を消滅させ冷却された燃料を再び燃料フィルタ４０、供給管３０を介してディーゼルエンジン１００へ供給することができるので、リターン燃料の温度を低下させ且つ気泡が除去してから供給することが可能な燃料供給装置を実現することができる。

また、以上説明した本発明の実施形態においては、リターン管８０を経て燃料タンク１０内に戻されるリターン燃料の全量ではなく一部を第１リターン管８１によりサブタンク２０に戻している。第１リターン管８１を介してサブタンク２０に流入するリターン燃料量は、サブタンク２０を常時燃料で満たすことができる必要最小限度に設定されている。これにより、高温のリターン燃料が流入することによるサブタンク２０内の燃料温度上昇を抑制することができる。

なお、サブタンク２０の第１空間Ａおよび第２空間Ｂを連通するようにセパレータ２１に形成された貫通孔２１ａの大きさおよび個数は、ディーゼルエンジン１００のフィードポンプ１０３の吸い上げ能力に相当する燃料量を第１空間Ａに供給可能なように設定される。

なお、以上説明した本発明の実施形態においては、サブタンク２０に設けたセパレータ２１の個数を１個としているが、複数個を適当な間隔を維持して平行に配置してもよい。この場合、セパレータ２１により隔離された複数の空間が平行に並ぶことになるが、その両端に位置する空間の一方を第１空間Ａとして、ここに燃料フィルタ４０および供給管３０の吸入口３１が設置されることになる。また、両端に位置する空間の他方を第２空間Ｂとして、ここにリターン燃料が流入するとともにジェットポンプ５０の吐出ポート５３が開口することになる。

また、以上説明した本発明の実施形態においては、自動車用ディーゼルエンジンの燃料供給装置に本発明を適用したが、ディーゼルエンジンに替えてガソリンエンジンの燃料供給装置に適用してもよい。また、各エンジンの用途も、自動車等車両用に限定する必要はなく、他の種類の移動体に用いられる原動機であってもよい。あるいは、定置式発電機等の設備の原動機でもよい。

また、以上説明した本発明の実施形態においては、燃料タンク１０内の燃料を外部へ供給するための供給ポンプを、燃料タンク１０外に配置されたフィードポンプ１０３としているが、供給ポンプを燃料タンク１０内に配置する構成としてもよい。

本発明を具体的に適用した実施形態における燃料タンク１０の断面図である。 図１中のＩＩ矢視図である。 図１中のＩＩＩ矢視図である。

符号の説明

１０ 燃料タンク
１１ 第１タンク部
１２ 第２タンク部
１３ 連結部
２０ サブタンク
２０ａ 底部
２１ セパレータ（仕切り部材）
２１ａ 連通孔（連通手段）
３０ 供給管
３１ 吸入口
４０ 燃料フィルタ
５０ ジェットポンプ
５１ 吸入ポート
５２ 供給ポート
５３ 吐出ポート（吐出口）
６０ 吸入管
６１ 吸入口
７０ トランスファーポンプ
８０ リターン管
８１ 第１リターン管
８２ 第２リターン管
９０ 燃料管
１００ ディーゼルエンジン
１０１ 高圧ポンプ
１０２ 燃料噴射弁
１０３ フィードポンプ
１０４ 燃料フィルタ
１０５ セジメンタ
２０１ 燃料管
２０２ 燃料管
Ａ 第１空間（一方の空間）
Ｂ 第２空間（他方の空間）

Claims (4)

1. 燃料タンクに設置されて前記燃料タンク内の燃料をエンジンへ供給する燃料供給装置であって、
   一端が前記燃料タンク内の底部近傍にあり他端が前記燃料タンク外側にあるように配置された供給管と、
   前記供給管の先端に接続された燃料フィルタと、
   前記供給管および前記燃料フィルタが収納された有底状のサブタンクと、
   一端が前記燃料タンク内にあり他端が前記燃料タンク外側にあるように配置され前記エンジンから流出する余剰燃料を前記燃料タンクへ燃料を戻すリターン管と、
   前記サブタンクに設けられ前記サブタンクの内側空間を複数の空間に隔離する略板状の仕切り部材と、
   前記サブタンクの内側にあり且つ前記仕切り部材を挟んで対向する２つの空間を連通する連通手段と、
   前記サブタンク外の燃料を前記サブタンク内に供給するためのジェットポンプとを備え、
   前記燃料フィルタおよび前記供給管の先端は前記仕切り部材により隔離された複数の空間の一方の空間に配置され、
   前記リターン管は前記サブタンク外で複数の枝管に分岐され、
   前記リターン管の一方の枝管の出口、および、前記ジェットポンプの吐出口は前記仕切り部材により隔離された複数の空間のうち他方の空間に配置され、
   且つ前記他方の枝管の出口が前記サブタンク外に配置されることを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記仕切り部材は鉛直方向に延出され且つ前記仕切り部材の一部は前記サブタンクの底部に接続されることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記連通手段は前記仕切り部材に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１または請求項２のどちらか一つに記載の燃料供給装置。
4. 前記ジェットポンプを駆動するための燃料ポンプが前記燃料タンク内に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の燃料供給装置。

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