JP4840431B2 - 燃料供給システム - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に燃料を供給するための燃焼供給システムに関する。
従来より、内燃機関（エンジン）にディーゼル燃料等の燃料を供給するためのシステムとして、例えば燃料タンクと、該燃料タンクから送られる燃料を内燃機関に噴射供給するインジェクタ等とからなる燃料供給システムが利用されている。
内燃機関に供給される燃料としては、資源の有効利用等のため、近年、使用済みの食用油等を回収して再加工により脂肪酸メチルエステルを生成させ、これをディーゼル燃料（バイオディーゼル燃料、ＢＤＦ）として用いようとする試みがなされている。
また、環境負荷物質である硫黄酸化物ＳＯxの排出量を低減するために、硫黄濃度が低い低サルファ軽油が開発されている。燃料中の硫黄濃度は、各国の法律によっても規制されており、低サルファ軽油に対応できる燃料供給システムの開発が望まれている。
また、環境負荷物質である硫黄酸化物ＳＯxの排出量を低減するために、硫黄濃度が低い低サルファ軽油が開発されている。燃料中の硫黄濃度は、各国の法律によっても規制されており、低サルファ軽油に対応できる燃料供給システムの開発が望まれている。
また、特にディーゼル機関（ディーゼルエンジン）等の内燃機関に燃料を供給する場合には、インジェクタに送られる燃料を高圧状態で一旦コモンレール（蓄圧室）に蓄えてからインジェクタに導入することが行われている。コモンレールに蓄えられた燃料は、コンピュータ制御等により燃焼効率が高まるタイミングで上記インジェクタに供給される。そのため、燃料の燃焼効率低下による窒素酸化物（ＮＯx）や粒子状物質（ＰＭ）の排出を抑制することができる。
一般に、インジェクタは、燃料が噴射される噴射孔を有するノズルボデーと、ノズルボデー内を上下移動することにより噴射孔を開閉するニードル等とからなる（特許文献１参照）。この種のインジェクタにおいては、ニードルは、ノズルボデー内を摺動自在な円柱状の摺動部と、該摺動部よりも外径の小さい円柱状の挿通部と、該挿通部と摺動部とを連結する受圧部とを有し、ノズルボデーは、摺動部を摺動自在に保持するガイド部と、該ガイド部の噴射孔側に設けられ、挿通部が挿通する油溜まり室とを有する。油溜まり室には、噴射孔から噴射するための高圧燃料が供給されており、摺動部とガイド部との間の微小隙間部からは、この燃料がリークする。
このようなインジェクタに、塵、錆、鉄分等の異物等を含んだ燃料が供給されると、摺動部の摺動が阻害されるおそれがあった。また、インジェクタに燃料を供給する弁や、コモンレールに燃料を供給する弁が異物により詰まってしまうおそれがあった。その結果、内燃機関に燃料を充分に供給できなくなるという問題があった。
そこで、燃料中に含まれる異物を除去するため、フューエルフィルタ等の除去装置が開発されている（特許文献１及び特許文献２参照）。このような除去装置は、燃料中の異物を、その大きさや形状によって捕捉除去することができるため、内燃機関にスムーズに燃料を供給することができる。
しかしながら、従来の除去装置を用いた場合であっても、インジェクタ内に異物が生じ、内燃機関に燃料をスムーズに供給することができないことがあった。
即ち、燃料が燃料タンクからインジェクタ内に供給されるまでに、燃料が接触する金属製のタンクや送油管等から燃料中に亜鉛や鉛等の金属や金属イオンが溶出する。この燃料中に溶出した金属や金属イオンがインジェクタ内に送られて、インジェクタ内における例えば上記摺動部とガイド部との間の微小隙間部等で析出・堆積することにより、インジェクタの駆動を妨げるおそれがあった。
即ち、燃料が燃料タンクからインジェクタ内に供給されるまでに、燃料が接触する金属製のタンクや送油管等から燃料中に亜鉛や鉛等の金属や金属イオンが溶出する。この燃料中に溶出した金属や金属イオンがインジェクタ内に送られて、インジェクタ内における例えば上記摺動部とガイド部との間の微小隙間部等で析出・堆積することにより、インジェクタの駆動を妨げるおそれがあった。
特に、ＢＤＦと低サルファ軽油との混合燃料を用いた場合には、金属の析出や堆積が起こり易い。また、上記コモンレールを用いてインジェクタに高圧燃料を供給する場合には、インジェクタ内の温度が上昇し易くなり、その結果金属の析出・堆積が促進されるという問題があった。
したがって、燃料としてＢＤＦや低サルファ軽油を用いた場合や、コモンレールを用いてインジェクタ内に燃料を供給する場合には、特に金属の析出や堆積という問題が起こり易く、その結果内燃機関に円滑に燃料を供給することが困難になるという問題があった。
したがって、燃料としてＢＤＦや低サルファ軽油を用いた場合や、コモンレールを用いてインジェクタ内に燃料を供給する場合には、特に金属の析出や堆積という問題が起こり易く、その結果内燃機関に円滑に燃料を供給することが困難になるという問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、内燃機関に燃料を円滑に供給することができる燃料供給システムを提供しようとするものである。
本発明は、燃料タンクから内燃機関に燃料を供給する燃料供給システムであって、
該燃料供給システムは、燃料を貯蔵する上記燃料タンクと、上記内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタと，該インジェクタに供給する燃料を高圧状態で貯蔵すると共に上記インジェクタに燃料を供給するコモンレールと，該コモンレールに燃料を送る燃料ポンプとを有し，
上記燃料が上記燃料タンクから上記内燃機関に供給されるまでの経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間には、上記燃料中に含まれる金属又は／及び金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段が設けられており、
上記金属イオン除去手段は、該金属イオン除去手段の外部から上記燃料が流入する外側ケースと、該外側ケースの内側に収容され、上記外側ケース内の上記燃料が流入する内側ケースと、該内側ケース内に配置された金属イオン吸着材とを有し、
上記外側ケースの上部には燃料供給口が形成され、上記内側ケースの下部には燃料入口が形成され、上記内側ケースの上部には燃料出口が形成されており、上記外側ケースの上記燃料供給口から供給された燃料は、上記燃料入口より上記内側ケース内に流入し、該内側ケース内において上記金属イオン吸着材を介して上記燃料出口から外部に送り出されることを特徴とする燃料供給システムにある（請求項１）。
該燃料供給システムは、燃料を貯蔵する上記燃料タンクと、上記内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタと，該インジェクタに供給する燃料を高圧状態で貯蔵すると共に上記インジェクタに燃料を供給するコモンレールと，該コモンレールに燃料を送る燃料ポンプとを有し，
上記燃料が上記燃料タンクから上記内燃機関に供給されるまでの経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間には、上記燃料中に含まれる金属又は／及び金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段が設けられており、
上記金属イオン除去手段は、該金属イオン除去手段の外部から上記燃料が流入する外側ケースと、該外側ケースの内側に収容され、上記外側ケース内の上記燃料が流入する内側ケースと、該内側ケース内に配置された金属イオン吸着材とを有し、
上記外側ケースの上部には燃料供給口が形成され、上記内側ケースの下部には燃料入口が形成され、上記内側ケースの上部には燃料出口が形成されており、上記外側ケースの上記燃料供給口から供給された燃料は、上記燃料入口より上記内側ケース内に流入し、該内側ケース内において上記金属イオン吸着材を介して上記燃料出口から外部に送り出されることを特徴とする燃料供給システムにある（請求項１）。
本発明の燃料供給システムにおいて最も注目すべき点は、燃料が上記燃料タンクから上記内燃機関に供給されるまでの経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間に、燃料中に含まれる金属又は／及び金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段を有することにある。
そのため、上記燃料供給システムにおいては、上記金属イオン除去手段が燃料中の金属又は／及び金属イオンを分離除去することができ、燃料中に含まれる金属イオンや金属の量を低減することができる。それ故、上記インジェクタ内に、金属イオンや金属をほとんど含まない燃料を供給することができる。その結果、上記インジェクタ内での金属の析出・堆積を防止し、上記インジェクタを長期間安定に駆動させることができる。したがって、上記内燃機関に燃料を円滑に供給することができる。
そのため、上記燃料供給システムにおいては、上記金属イオン除去手段が燃料中の金属又は／及び金属イオンを分離除去することができ、燃料中に含まれる金属イオンや金属の量を低減することができる。それ故、上記インジェクタ内に、金属イオンや金属をほとんど含まない燃料を供給することができる。その結果、上記インジェクタ内での金属の析出・堆積を防止し、上記インジェクタを長期間安定に駆動させることができる。したがって、上記内燃機関に燃料を円滑に供給することができる。
また、上記燃料供給システムは、上記コモンレールを有している。そのため、上記インジェクタには上記コモンレールからの高圧燃料が供給され、上記インジェクタ内の温度が上昇し易い。それ故、上記インジェクタ内に供給される燃料に金属イオンや金属が含まれていると、上記インジェクタ内で金属の析出・堆積が起こり易くなる。
本発明においては、上記のごとく、上記金属イオン除去手段により燃料中の金属イオンや金属の量を低減することができるため、上記コモンレールから供給される高圧燃料により上記インジェクタ内の温度が上昇しても、該インジェクタ内に金属の析出・堆積が起こり難い。
本発明においては、上記のごとく、上記金属イオン除去手段により燃料中の金属イオンや金属の量を低減することができるため、上記コモンレールから供給される高圧燃料により上記インジェクタ内の温度が上昇しても、該インジェクタ内に金属の析出・堆積が起こり難い。
さらに、上記燃料供給システムにおいては、燃料としてバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）や低サルファ軽油等を好適に用いることができる。従来においては、上述のごとくＢＤＦや低サルファ軽油を用いると、インジェクタ内に金属が析出及び堆積し易くなるという問題があったが、本発明においては、上記金属イオン除去手段を有しているため、このような問題を回避することができる。即ち、上記燃料供給システムにおいては、ＢＤＦや低サルファ軽油等を燃料として用いても、内燃機関に燃料をスムーズに供給することができる。
このように本発明によれば、内燃機関に円滑に燃料を供給することができる燃料供給システムを提供することができる。
本発明の実施の形態について説明する。
上記燃料供給システムは、上記燃料タンクと、上記インジェクタと、上記コモンレールと、上記燃料ポンプとを有する。
上記燃料タンクに貯蔵される燃料は、上記燃料ポンプにより、上記コモンレールに送られ、上記コモンレールにおいて高圧状態で蓄えられる。一般に、コモンレールにおいては、１６０ＭＰａ以上という高圧状態で燃料が蓄えられる。上記コモンレールに蓄えられた高圧状態の燃料は、上記インジェクタに供給される。このとき、上記コモンレールは、コンピュータ制御等により燃焼効率が高まるタイミングで燃料を上記インジェクタに供給することができる。上記インジェクタに供給された燃料は、該インジェクタにより上記内燃機関に噴射供給される。
上記燃料供給システムは、上記燃料タンクと、上記インジェクタと、上記コモンレールと、上記燃料ポンプとを有する。
上記燃料タンクに貯蔵される燃料は、上記燃料ポンプにより、上記コモンレールに送られ、上記コモンレールにおいて高圧状態で蓄えられる。一般に、コモンレールにおいては、１６０ＭＰａ以上という高圧状態で燃料が蓄えられる。上記コモンレールに蓄えられた高圧状態の燃料は、上記インジェクタに供給される。このとき、上記コモンレールは、コンピュータ制御等により燃焼効率が高まるタイミングで燃料を上記インジェクタに供給することができる。上記インジェクタに供給された燃料は、該インジェクタにより上記内燃機関に噴射供給される。
また、上記燃料供給システムにおいては、上記燃料が上記燃料タンクから上記内燃機関に供給されるまでの経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間に、上記燃料中に含まれる金属又は金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段を有する。
上記金属イオン除去手段は、燃料供給経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間であれば、例えば上記燃料タンクと上記コモンレールと間や、後述の燃料フィルタを設けた場合には、燃料燃料タンクとフィルタとの間、燃料フィルタと上記コモンレールとの間等に設けることができる。
上記金属イオン除去手段は、燃料供給経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間であれば、例えば上記燃料タンクと上記コモンレールと間や、後述の燃料フィルタを設けた場合には、燃料燃料タンクとフィルタとの間、燃料フィルタと上記コモンレールとの間等に設けることができる。
次に、上記金属イオン除去手段は、該金属イオン除去手段内における燃料経路に、金属イオン又は／及び金属を吸着する金属イオン吸着材を有していることが好ましい。
この場合には、上記金属イオン除去手段は、上記金属イオン吸着材が燃料中の金属や金属イオンを吸着することにより、金属や金属イオンを燃料中から容易に除去することができる。
上記金属イオン吸着材としては、例えばキレート樹脂や活性炭等がある。キレート樹脂としては、キレート結合により特定のイオンを選択的に結合できる特性を有するイオン交換樹脂等を用いることができる。
この場合には、上記金属イオン除去手段は、上記金属イオン吸着材が燃料中の金属や金属イオンを吸着することにより、金属や金属イオンを燃料中から容易に除去することができる。
上記金属イオン吸着材としては、例えばキレート樹脂や活性炭等がある。キレート樹脂としては、キレート結合により特定のイオンを選択的に結合できる特性を有するイオン交換樹脂等を用いることができる。
また、上記金属イオン除去手段は、該金属イオン除去手段内における燃料経路に、電位の異なる一対の電極が上記燃料経路を挟むように形成されていることが好ましい。
この場合には、上記金属イオン除去手段は、電位の異なる一対の電極間の電位差によって、燃料中に含まれる金属や金属イオンを燃料中から分離させて電極に結合させることにより、金属イオンや金属を燃料中から容易に除去することができる。
上記電極としては、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ等からなる金属電極等を用いることができる。
この場合には、上記金属イオン除去手段は、電位の異なる一対の電極間の電位差によって、燃料中に含まれる金属や金属イオンを燃料中から分離させて電極に結合させることにより、金属イオンや金属を燃料中から容易に除去することができる。
上記電極としては、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ等からなる金属電極等を用いることができる。
また、上記金属イオン除去手段は、上記燃料経路に、燃料中の異物を除去するためのフィルタを有していることが好ましい。
この場合には、上記金属イオン除去手段は、上記のごとく燃料中の金属イオンや金属を分離除去することができると共に、上記フィルタにより燃料中に含まれる塵、錆等の異物をその大きさにより除去することができる。
上記フィルターとしては、例えばろ紙等を用いることができる。ろ紙は単独又は複数積層して用いることができる。
この場合には、上記金属イオン除去手段は、上記のごとく燃料中の金属イオンや金属を分離除去することができると共に、上記フィルタにより燃料中に含まれる塵、錆等の異物をその大きさにより除去することができる。
上記フィルターとしては、例えばろ紙等を用いることができる。ろ紙は単独又は複数積層して用いることができる。
また、上記金属イオン吸着材を用いて上記金属イオン除去手段を構成する場合には、例えばろ紙からなる上記フィルタに金属イオン吸着材を分散させたものを用いることができる。また、金属イオン吸着材と上記フィルタとを積層するように配置して構成することもできる（図４及び図５参照）。
また、上記のごとく電位の異なる一対の電極を用いて上記金属イオン除去手段を構成する場合には、例えば一対の電極と上記フィルタとを組み合わせて構成することができる（図６参照）。
また、上記のごとく電位の異なる一対の電極を用いて上記金属イオン除去手段を構成する場合には、例えば一対の電極と上記フィルタとを組み合わせて構成することができる（図６参照）。
上記燃料は、上記燃料は、硫黄濃度が１５ｐｐｍ未満の低サルファ軽油と、植物油脂をエステル化して得られるメチルエステルからなるバイオディーゼル燃料とを含有することが好ましい。
この場合には、排ガス中の硫黄酸化物ＳＯx濃度を低減することができると共に、資源の有効利用を図ることができる。
また、この場合には、内燃機関に円滑に燃料を供給することができるという上記作用効果をより効果的に発揮することができる。即ち、上記燃料供給システムの燃料として、低サルファ軽油とバイオディーゼル燃料とを用いると、上記インジェクタ中で燃料中に含まれる金属が析出及び堆積し易くなり、上記インジェクタの駆動が阻害され、内燃機関に燃料を円滑に供給することができなくなるおそれがある。しかし、上記燃料供給システムにおいては、燃料として上記定サルファ軽油と上記バイオディーゼルとを用いても、上記金属イオン除去手段により燃料中の金属や金属イオンを除去することができるため、内燃機関への円滑な燃料供給が可能になる。
この場合には、排ガス中の硫黄酸化物ＳＯx濃度を低減することができると共に、資源の有効利用を図ることができる。
また、この場合には、内燃機関に円滑に燃料を供給することができるという上記作用効果をより効果的に発揮することができる。即ち、上記燃料供給システムの燃料として、低サルファ軽油とバイオディーゼル燃料とを用いると、上記インジェクタ中で燃料中に含まれる金属が析出及び堆積し易くなり、上記インジェクタの駆動が阻害され、内燃機関に燃料を円滑に供給することができなくなるおそれがある。しかし、上記燃料供給システムにおいては、燃料として上記定サルファ軽油と上記バイオディーゼルとを用いても、上記金属イオン除去手段により燃料中の金属や金属イオンを除去することができるため、内燃機関への円滑な燃料供給が可能になる。
上記低サルファ軽油中の硫黄含有量１５ｐｐｍを超える場合には、排ガス中の硫黄酸化物ＳＯx濃度が高くなるおそれがある。
また、上記バイオディーゼル燃料は、植物油脂をエステル化してなるメチルエステルからなる。
植物油脂としては、例えば菜種油、大豆油、コーン油、パーム油等がある。上記バイオディーゼル燃料は、例えば植物油脂とメタノール等とをアルカリ触媒存在下で加熱することにより得ることができる。
また、上記バイオディーゼル燃料は、植物油脂をエステル化してなるメチルエステルからなる。
植物油脂としては、例えば菜種油、大豆油、コーン油、パーム油等がある。上記バイオディーゼル燃料は、例えば植物油脂とメタノール等とをアルカリ触媒存在下で加熱することにより得ることができる。
（参考例１）
次に、本発明の燃料供給システムの参考例につき、図１〜図４を用いて説明する。
図１は、本例の燃料供給システムの全体構成を示す構成図である。図２は、図１におけるインジェクタの構成を示す断面図である。図３は、図２中のノズルニードルとノズルボデーとを示す断面図である。図４は、図１中における金属イオン除去手段の構成を示す説明図である。
図１に示すごとく、本例の燃料供給システム１は、燃料を貯蔵する燃料タンク２と、内燃機関７に燃料を噴射供給するインジェクタ５と，このインジェクタ５に供給する燃料を
高圧状態で貯蔵すると共にインジェクタ５に燃料を供給するコモンレール４と，このコモンレール４に燃料を送る燃料ポンプ３とを有する。燃料供給システム１は、燃料が燃料タンク２から内燃機関７に供給されるまでの経路における燃料タンク２とインジェクタ５との間に、燃料中に含まれる金属又は金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段１５を有する。
次に、本発明の燃料供給システムの参考例につき、図１〜図４を用いて説明する。
図１は、本例の燃料供給システムの全体構成を示す構成図である。図２は、図１におけるインジェクタの構成を示す断面図である。図３は、図２中のノズルニードルとノズルボデーとを示す断面図である。図４は、図１中における金属イオン除去手段の構成を示す説明図である。
図１に示すごとく、本例の燃料供給システム１は、燃料を貯蔵する燃料タンク２と、内燃機関７に燃料を噴射供給するインジェクタ５と，このインジェクタ５に供給する燃料を
高圧状態で貯蔵すると共にインジェクタ５に燃料を供給するコモンレール４と，このコモンレール４に燃料を送る燃料ポンプ３とを有する。燃料供給システム１は、燃料が燃料タンク２から内燃機関７に供給されるまでの経路における燃料タンク２とインジェクタ５との間に、燃料中に含まれる金属又は金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段１５を有する。
本例の燃料供給システム１においては、例えば自動車等の車両に搭載された多気筒（例えば４気筒）のディーゼルエンジン（内燃機関７）の運転状態、運転条件、車両の走行状態、及び運転者の操作量等を各種センサにより検出し、各種センサからのセンサ信号に基づいてエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００が最適な目標噴射量、目標噴射時期、目標噴射期間、及び目標噴射圧力を演算し、それぞれ制御する複数個（本例においては４個；図示略）のインジェクタ５及び燃料ポンプ３等に指令するように構成されている。
本例における内燃機関７は、圧縮着火内燃機関である。内燃機関７は、シリンダ、シリンダヘッド、及びオイルパン等から構成された４サイクル４気筒エンジンである（図示略）。内燃機関７の各気筒の吸入ポートは、吸気弁（インテークバルブ）により開閉され、排気ポートは排気弁（エキゾーストバルブ）により開閉される（図示略）。また、各気筒内には、連接棒を介してクランク軸に連結されたピストンが摺動自在に配設されている（図示略）。
インジェクタ５は、内燃機関７のシリンダヘッドに、各気筒に対応して取り付けられている。これらのインジェクタ５は、噴射孔５１１を形成したノズルボデー５１内に、噴射孔５１１を開閉するノズルニードル５９を摺動自在に収容した燃料噴射ノズル（ノズル部）５０、ノズルニードル５９を駆動するコマンドピストン５２、コマンドピストン５２におけるノズルニードル５９とは反対側の端部に形成される制御室（圧力制御室）５３、及び電磁弁５４等により構成されている。これらのインジェクタ５から内燃機関７への燃料噴射は、コマンドピストン５２の圧力制御室５３内の燃料圧力を制御する電磁弁５４への通電及び通電停止（ＯＮ／ＯＦＦ）により電子制御される。なお、インジェクタ５において、後述の内部リーク燃料又は圧力制御室５３からの排出燃料（インジェクタ５を開閉するために用いた燃料）は、リターン配管８５１を経て燃料タンク２（２ａ、２ｂ）に還流するように構成されている。なお、図１においては、燃料タンク２ａ及び燃料タンク２ｂは、別々に配置されているが、両者を一つの燃料タンク２にて構成することもできる。
以下、本例におけるインジェクタの構成を図２及び図３を用いて説明する。
図２に示すごとく、インジェクタ５は、ノズルニードル５９、ノズルボデー５１、ノズルホルダ５５、コマンドピストン５２、圧力制御室５３、及び電磁弁５４等により構成されている。ノズルニードル５９とノズルボデー５１は、ノズル部５０を構成している。ノズルニードル５９は、図２及び図３に示すごとく、ノズルボデー５１の内部に軸方向に往復摺動可能に組み付けられている。
図２に示すごとく、インジェクタ５は、ノズルニードル５９、ノズルボデー５１、ノズルホルダ５５、コマンドピストン５２、圧力制御室５３、及び電磁弁５４等により構成されている。ノズルニードル５９とノズルボデー５１は、ノズル部５０を構成している。ノズルニードル５９は、図２及び図３に示すごとく、ノズルボデー５１の内部に軸方向に往復摺動可能に組み付けられている。
図３に示すごとく、ノズルボデー５１は、有底の略中空円筒状体であって、内部に案内孔５１２、弁座５１３、噴射孔５１１、およびサック部５１４が形成されている。案内孔５１２は、ノズルボデー５１の内部に軸方向に延びており、一方の端部がノズルボデー５１の開口端（図３における上端）に接続し、他方の端部側が弁座５１３に接続している。案内孔５１２の内壁は、ノズルボデー５１の開口端から有底側の弁座５１３の近傍まで略同一内径に形成されている。弁座５１３は、図３に示すように、円錐台面を有しており、大径側の一端が案内孔５１２に連続し、小径側の他端側がサック部５１４に接続している。この弁座５１３にノズルニードル５９の当接部５１６が当接および離間可能に配置されている。当接部５１６は略円形状である。サック部５１４は、ノズルボデー５１の先端側に袋状に小空間の容積をもって形成されるサックホールである。サックホールの開口側は弁座５１３の小径側に連続する。なお、ここで、サック部５１４は、袋状の所定の空間容積を有するサック室を構成する。噴射孔５１１は、図３に示すように、ノズルボデー５１のサック部５１４にノズルボデー５１の内外を連通する通路として形成される。油溜り室（燃料溜り室）５１７は、図３に示すように、ノズルボデー５１の案内孔５１２を形成する内壁中途部で、環状の凹部に形成されている。この燃料溜り室５１７には、燃料が供給される燃料供給孔５１８が接続されている。なお、燃料溜り室５１７は、案内孔５１２を案内孔上部５１２ａと案内孔下部５１２ｂとに分割している。
ノズルニードル５９は、基本形が中実円柱状形状で、図３に示すように、大径円柱部５９１、小径円柱部５９２、円錐台部５９３および円錐部５９４を含んで構成されている。大径円柱部５９１は、外形が略同一径で形成され、所定の隙間を介して案内孔５１２（案内孔上部５１２ａ）に遊嵌している。そのため、大径円柱部５９１は、軸方向に往復移動することが可能である。小径円柱部５９２は、燃料溜り室５１７の近傍から弁座５１３の近傍まで軸方向に延びている。小径円柱部５９２の外径は、大径円柱部５９１より小さく形成されている。小径円柱部５９２と案内孔５１２の内壁との隙間が燃料通路になる。円錐台部５９３は、一方の端部が小径円柱部５９４に連続しており、他方の端部が円状の当接部分５１６を介して円錐部５９４に連続する。円錐台部５９３と円錐部５９４との接続部分は略円形状であり、この略円形状の部分が弁閉時の接触部となる。円錐部５９４は、弁座５１３の傾斜角よりも大きな傾斜角となっている。これは弁閉時の当接部５１６と弁座５１３との接触を可能にし油密を確保するためである。円錐部５９３の先端は、弁閉時、サック部５１４に対面する位置となる。
大径円柱部５９１は、ノズルボデー５１内を摺動自在な摺動部を構成する。小径円柱部５９２、円錐台部５９３および円錐部５９４は、摺動部より小径の挿通部を構成する。大径円柱部５９１と小径円柱部５９２が連結する略円錐台部は、受圧部を構成する。受圧部は、燃料溜り室５１７に導かれた高圧燃料によって、当接部５１６が弁座５１３から離座する方向、つまりノズルニードル５９を開弁させる方向に押圧される。挿通部５９２、５９３、５９４は、燃料溜り室５１７を挿通する。
案内孔上部５１２ａ（詳しくは、案内孔上部５１２ａおよびこの案内孔上部５１２ａを形成する壁部）は、摺動部５９１を摺動自在に保持するガイド部を構成する。摺動部５９１を有するノズルニードル５９と、ガイド部５１２ａを有するノズルボデー５１は高圧燃料内摺動部を構成している。
本例では、摺動部５９１とガイド部５１２ａとの間には、微小隙間部（クリアランス部）５５が形成されている。このクリアランス部５１５は、所定の隙間εｈ、εｌに設定されている。なお、所定の隙間εｈ、εｌは、燃料溜り室５１７側に向かうほど小さくなっていることが好ましい。本例においては、ガイド部つまり案内孔上部５１２ａが燃料溜り室５１７に向かって縮径している。ノズルボデー５１とノズルニードル５９の組付状態（図３参照）において、所定の隙間εｈ、εｌのうち、燃料溜り室５１７側の隙間εｈと、燃料溜り室５１７側の隙間εｈとは反対端の隙間（以下、反対端隙間と呼ぶ）εｌとの関係は、εｈ＜εｌとなるように形成されている。なお、インジェクタ５が使用する高圧燃料の圧力範囲において、所定の圧力範囲にあるとき、εｈ≒εｌなるように設定されていてもよい。これにより、高圧燃料が燃料溜り室５１７に導かれると、クリアランス部５１５、燃料溜り室５１７側の隙間εｈから反対端隙間εｌへ向かって燃料がリークする。案内孔上部５１２ａの燃料溜り室５１７側の内周は、燃料溜り室５１７に蓄えられた高圧燃料の圧力が直接作用するため、その圧力により変形し、隙間εｈが増大する。リークした燃料が外部へ流出する反対端隙間εｌではその圧力が減衰されて変形が僅かとなり、隙間εｌの増加が僅かとなる。その結果、所定の圧力範囲で、燃料溜り室５１７側の隙間εｈと反対端隙間εｌがほぼ等しくすることが可能であるので、クリアランス部５１５の隙間がほぼ一定となり、大径円柱部５９１と案内孔上部５１２ａは広い面積で接触するため、接触面圧を小さくして、磨耗しにくくできる。
図２に示すように、ノズル部５０は、リテーニングナット５０１によりノズルホルダ５５の下部に結合されている。ノズルホルダ５５には、コマンドピストン５２を挿入するシリンダ５２５、コモンレールから供給された高圧燃料をノズル側へ導く燃料通路６１とオリフィスプレート５３５側へ導く燃料通路６２、及び高圧燃料を低圧側へ排出する排出通路６３等が形成されている。
コマンドピストン５２は、ノズルホルダ５５のシリンダ５２５に摺動自在に挿入され、同じくシリンダ５２５に挿入されたプレッシャピン（図示略）を介してノズルニードル５９に連接されている。プレッシャピンは、コマンドピストン５２とノズルニードル５９との間に介在され、プレッシャピンの周囲に配されるスプリング５６に付勢されてノズルニードル５９を閉弁方向（図２の下方）へ押圧している。
オリフィスプレート５３５は、シリンダ５２５の上端が開口するノズルホルダ５５の端面上に配置され、シリンダ５２５と連通する圧力制御室５３が形成されている。このオリフィスプレート５３５には、圧力制御室５３の上流側と下流側とにそれぞれオリフィス（入口側オリフィス（図示略）と出口側オリフィス５３６）が設けられ、出口側オリフィス５３６の方が入口側オリフィスより流路径（内径）が大きく設定されている。入口側オリフィスは、オリフィスプレート５３５に形成され、圧力制御室５３と燃料通路６２の間に設けられており、オリフィス出口が圧力制御室５３の側面（テーパ面）に開口している。出口側オリフィス５３６は、圧力制御室５３の上方に形成され、電磁弁５４を介して排出通路６３と連通可能に設けられている。
電磁弁５４は、出口側オリフィス５３６と排出通路６３との間を断続するアーマチャ５４１、このアーマチャ５４１を閉弁方向（図２の下方）へ付勢するスプリング５４２、及びアーマチャ５４１を開弁方向へ駆動するソレノイド５４３等を内蔵し、ノズルホルダ５５の上部にオリフィスプレート５３５を介して組付けられ、リテーニングナット５４４により結合されている。アーマチャ５４１は、ソレノイド５４３が通電されると、スプリング５４２の付勢力に抗して図示上方へ吸引されて出口側オリフィス５３６を開き、ソレノイド５４３への通電が停止すると、スプリング５４２の付勢力により押し戻されて出口側オリフィス５３６を閉じる。
なお、ここで、コマンドピストン５２は、第２のガイド部としてのシリンダ５２５内を摺動自在な第２の摺動部５２１と、第２の摺動部５２１より小径の第２の挿通部５２２とを含んで構成されている。また、ノズルホルダ５５は、シリンダ５２５と、コマンドピストン５２のノズルニードル５９の反対側端部に設けられる圧力制御室５３とを備えている。第２の摺動部５２１と第２のガイド部５２５との間には、第２のクリアランス部５２３が形成されている。第２の摺動部５２１を有するコマンドピストン５２と、シリンダ５２５を有するノズルホルダ５５は第２の高圧燃料内摺動部を構成している。シリンダ５２５と第２の挿通部５２２との空間は、排出通路６３に連通する排出通路６４に連通するとともに、ノズルニードル５９の背圧空間を形成しており、リターン燃料、即ち図１に示すごとく燃料タンク２側の燃料に接続している。
シリンダ５２５と第２の摺動部５２１との間に形成される第２のクリアランス部５２３は、圧力制御室５３に向かうほど小さいことが好ましい。本例においては、シリンダ５２５の内周が圧力制御室５３に向かって縮径している。ノズルホルダ５５とコマンドピストン５２の組付状態（図２参照）において、第２のクリアランス部５２３のうち、第２の摺動部５２１の圧力制御室５３側の隙間εｈは、第２の摺動部５２１の圧力制御室５３とは反対側の隙間εｌより小さく形成されている（εｈ＜εｌ）。なお、インジェクタ５が使用するコモンレールから供給される高圧燃料の圧力範囲において、所定の圧力範囲にあるとき、εｈ≒εｌになるように設定されていてもよい。
燃料通路６１、燃料供給孔５１８、および燃料通路６２は、燃料溜まり室５１７に高圧燃料を供給する高圧燃料経路を構成する。なお、図１に示すごとく、高圧配管３２、３３も高圧燃料経路を構成している。
図２に示すごとく、燃料溜り室５１７および圧力制御室５３は、それぞれ燃料溜め室を形成しており、燃料溜め室には高圧燃料が流通する。シリンダ５２５と第２の挿通部５２２の空間、排出通路６３、６４は、高圧燃料が各燃料溜め室５１７、５３の少なくともいずれか一方に供給されたときクリアランス部５１５もしくは第２のクリアランス部５２３内を通過し、内部リークした燃料が流れるリーク燃料経路を構成している。また、圧力制御室５３の燃料圧力は、電磁弁５４の開閉により調整しており、電磁弁５４の開時に圧力制御室５３から排出通路６３へ排出燃料が流れる通路も、リーク燃料経路を構成している。
図２に示すごとく、燃料溜り室５１７および圧力制御室５３は、それぞれ燃料溜め室を形成しており、燃料溜め室には高圧燃料が流通する。シリンダ５２５と第２の挿通部５２２の空間、排出通路６３、６４は、高圧燃料が各燃料溜め室５１７、５３の少なくともいずれか一方に供給されたときクリアランス部５１５もしくは第２のクリアランス部５２３内を通過し、内部リークした燃料が流れるリーク燃料経路を構成している。また、圧力制御室５３の燃料圧力は、電磁弁５４の開閉により調整しており、電磁弁５４の開時に圧力制御室５３から排出通路６３へ排出燃料が流れる通路も、リーク燃料経路を構成している。
図１に示すごとく、燃料ポンプ３は、燃料配管３４５を介して吸入した燃料を加圧して吐出口から供給配管３２を介してコモンレール４へ高圧燃料を圧送する高圧供給ポンプであり、燃料タンク２から燃料を汲み上げる低圧供給ポンプ（フィードポンプ）３４を備えている。フィードポンプ３４から燃料ポンプ３の加圧室３６への燃料経路３４５には、その燃料経路３４５の開口度合（弁開度または開口面積）を調整することで、燃料ポンプ３からコモンレール４への燃料吐出量（ポンプ吐出量、あるいはポンプ圧送量とも呼ぶ）を変更する電磁アクチュエータを備える吸入調量弁３８が取付けられている。吸入調量弁３８は、ポンプ駆動回路（図示略）を介してＥＣＵ１００からのポンプ駆動信号によって電子制御されることにより、フィードポンプ３４から燃料ポンプ３の加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整する吸入量調整用電磁弁であり、各インジェクタ５から内燃機関７の各気筒内へ噴射供給する燃料噴射圧力（コモンレール圧）を変更する。そして、燃料ポンプ３は、燃料タンク２から燃料を吸入して加圧し、ＥＣＵ１００より指令された燃料吐出量をコモンレール４に圧送する。このコモンレール４内のコモンレール圧は、燃料圧力検出手段としての燃料圧力センサ４１によって測定され、ポンプ駆動指令値（ポンプ駆動電流値）と噴射量指令値（パルス状のインジェクタ駆動電流、インジェクタ噴射指令パルス）とがＥＣＵ１００で算出される。
コモンレール４は、所定の燃料空間と、この燃料空間内の燃料圧力を検出する燃料圧力センサ４１を備えており、連続的に燃料噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧する蓄圧装置を装置である。コモンレール４に蓄圧される高圧燃料は、供給配管（高圧配管）３２を介して燃料ポンプ３から供給される。コモンレール４内で蓄圧された高圧燃料は、高圧配管３３を介してインジェクタ５へ供給される。
燃料タンク２、燃料ポンプ３、コモンレール４、及びインジェクタ５は、内燃機関７へ燃料を供給する燃料供給システム１を構成する。燃料ポンプ３は、燃料タンク２からコモンレール４を介してインジェクタ５に燃料を加圧して圧送する。
また、図１に示すごとく、本例の燃料供給システム１においては、燃料が燃料タンク２から内燃機関７に供給されるまでの経路における燃料タンク２とインジェクタ５との間に、燃料中に含まれる金属又は金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段１５が設けられている。より具体的には、金属イオン除去手段１５は、燃料ポンプ３と燃料タンク２との間に設けられている。
図４に示すごとく、本例において金属イオン除去手段１５は、金属イオン吸着材１５５を有している。具体的には、金属イオン除去手段１５は、金属イオン吸着材１５５と、これを収容するケース１５１とを有している。金属イオン吸着材１５５は、キレート樹脂（三菱化学株式会社製のＣＲ２０）の粒子からなり、ケース１５１内に充填されている。ケース１５１には、燃料タンク２からの燃料が供給される燃料入口１５２と、金属イオン除去手段１５から燃料を送り出すための燃料出口１５３が設けられている。また、ケース１５内には、金属イオン吸着材１５５を挟むように、ろ紙（東洋濾紙株式会社製のＦＧ−１）からなるフィルタ１５７，１５８が、燃料入口側と燃料出口側にそれぞれ配置されている。なお、本例においては、金属イオン吸着材１５５として、キレート樹脂を用いているが、キレート樹脂の代わりに活性炭等を用いることもできる。また、キレート樹脂と活性炭とを併用することもできる。
図４に示すごとく、本例において金属イオン除去手段１５は、金属イオン吸着材１５５を有している。具体的には、金属イオン除去手段１５は、金属イオン吸着材１５５と、これを収容するケース１５１とを有している。金属イオン吸着材１５５は、キレート樹脂（三菱化学株式会社製のＣＲ２０）の粒子からなり、ケース１５１内に充填されている。ケース１５１には、燃料タンク２からの燃料が供給される燃料入口１５２と、金属イオン除去手段１５から燃料を送り出すための燃料出口１５３が設けられている。また、ケース１５内には、金属イオン吸着材１５５を挟むように、ろ紙（東洋濾紙株式会社製のＦＧ−１）からなるフィルタ１５７，１５８が、燃料入口側と燃料出口側にそれぞれ配置されている。なお、本例においては、金属イオン吸着材１５５として、キレート樹脂を用いているが、キレート樹脂の代わりに活性炭等を用いることもできる。また、キレート樹脂と活性炭とを併用することもできる。
また、本例の燃料システム１においては、図１に示すごとく、燃料が燃料タンク２から内燃機関７に供給されるまでの経路における金属イオン除去手段１５と燃料ポンプ３との間に、燃料フィルタ１６が配置されている。燃料フィルタ１６は、ろ紙からなり、燃料ポンプ３によって燃料タンク２から吸い上げられる燃料中に含まれる塵、錆、鉄分等の異物を除去することができる。なお、本例においては、燃料フィルタ１６を、金属イオン除去手段１５と燃料ポンプ３との間に配置してあるが、燃料フィルタ１６の位置は、燃料タンク２からインジェクタ５に供給されるまでの間であれば、適宜変更することができる。例えば燃料タンク２と金属イオン除去手段１５との間や、燃料ポンプ３とコモンレール４との間等に配置することができる。また燃料フィルタ１６は一つ又は複数配置することができる。
また、ＥＣＵ１００には、制御処理、演算処理を行なうＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路、およびポンプ駆動回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。そして、燃料圧力センサ４１から出力される検出信号（電圧信号）や燃料温度センサ１０１から出力される検出信号、その他の各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ１００に内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。また、ＥＣＵ１００は、エンジンキーをＩＧ位置にして、イグニッションスイッチ（図示略）がオン（ＯＮ）すると、メモリ内に格納された制御プログラムに基いて、例えばインジェクタ５の電磁弁５４、燃料ポンプ３の吸入調量弁３８、スロットルバルブ（図示略）を駆動するアクチュエータ１０２、および排気ガス還流量（ＥＧＲ量）を調節するＥＧＲバルブ（図示略）等の各制御部品のアクチュエータ１０３等を電子制御するように構成されている。
そして、ＥＣＵ１００は、クランク軸に取付けられたクランク角度センサ１０４、およびカム軸に取付けられたカム角度センサ１０５とからのクランク軸回転パルスおよびカム軸回転パルスの信号を基準にして、各気筒のインジェクタ５の噴射時期および燃料ポンプ３の圧送期間を決めることで、コモンレール４内の実燃料圧力（実コモンレール圧）を指令噴射圧力に保持する。クランク角度センサ１０４は、内燃機関７のクランク軸に固定された磁性体製のタイミングロータ（シグナルロータ）７１、このタイミングロータ７１の周面に対向するように配置された電磁ピックアップコイル（図示略）、及び磁束を発生させる永久磁石（マグネット）（図示略）等で構成された電磁式回転センサであり、クランク軸の回転角度を検出する。ＥＣＵ１００は、クランク角度信号（ＮＥパルス信号）の間隔時間を計測することによって、エンジン回転速度（ＮＥ）を検出する。タイミングロータ７１には、所定角度（例えば１０°）毎に凸状歯が複数個形成されている。タイミングロータ７１が回転すると、凸状歯が電磁ピックアップコイルに対して近接離反するため、電磁誘導によって電磁ピックアップコイルからクランク角度信号（ＮＥパルス信号）が出力される。そして、カム角度センサ１０５は、内燃機関７のカム軸に固定された磁性体製のタイミングロータ（シグナルロータ）７２、このタイミングロータ７２の周面に対向するように配置された電磁ピックアップコイル（図示略）、及び磁束を発生させる永久磁石（マグネット）（図示略）等で構成された電磁式回転センサであり、カム軸の回転角度を検出する。タイミングロータ７２には、所定角度毎に凸状歯が複数個配置されている。
また、ＥＣＵ１００は、アクセルペダルの踏込み量（アクセル操作量、アクセル開度）を測定するアクセル開度センサ１０６、及び燃料温度センサ１０１等からセンサ信号を入力するように構成されている。そして、ＥＣＵ１００は、内燃機関７の運転条件に応じた最適な指令噴射圧力（＝目標燃料圧力：ＰＦＩＮ）を演算し、ポンプ駆動回路を介して燃料ポンプ３の吸入調量弁３８を駆動する吐出量制御手段を有している。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度（ＮＥ）と指令噴射量（ＱＦＩＮ）とに応じて目標燃料圧力（ＰＦＩＮ）を算出し、この目標燃料圧力（ＰＦＩＮ）を達成するために、燃料ポンプ３の吸入調量弁３８へのポンプ駆動信号（ポンプ駆動電流値）を調整して、燃料ポンプ３より吐出される燃料の圧送量（ポンプ吐出量）を制御するように構成さている。
また、ＥＣＵ１００は、各気筒のインジェクタ５から噴射される燃料噴射量を個別に制御する機能を有する。具体的には、ＥＣＵ１００は、基本噴射量決定手段と、指令噴射量決定手段と、噴射時期決定手段と、噴射期間決定手段と、インジェクタ駆動手段とから構成されている。基本噴射量決定手段は、エンジン回転速度（ＮＥ）とアクセル開度（ＡＣＣＰ）と予め実験等により測定して作成した特性マップとによって最適な基本噴射量（Ｑ）を算出する機能を有する。指令噴射量決定手段は、基本噴射量（Ｑ）に、燃料温度センサ１０１によって検出された燃料リーク温度（燃料温度：ＴＨＦ）等を考慮した噴射量補正量を加味して指令噴射量（ＱＦＩＮ）を算出する機能を有する。噴射時期決定手段は、指令噴射量（ＱＦＩＮ）とエンジン回転速度（ＮＥ）と予め実験等により測定して作成した特性マップから指令噴射時期（ＴＦＩＮ）を算出する機能を有する。噴射期間決定手段は、コモンレール圧（ＮＰＣ）と指令噴射量（ＱＦＩＮ）と予め実験等により測定して作成した特性マップからインジェクタ５への通電パルス時間（噴射指令パルス時間：ＴＱ）を算出する機能を
有する。インジェクタ駆動手段は、各気筒のインジェクタ５の電磁弁５４に、指令噴射時期（ＴＦＩＮ）から噴射指令パルス時間（ＴＱ）が経過するまでの間、パルス状のインジェクタ駆動電流（インジェクタ噴射指令パルス）を印加する機能を有する。
有する。インジェクタ駆動手段は、各気筒のインジェクタ５の電磁弁５４に、指令噴射時期（ＴＦＩＮ）から噴射指令パルス時間（ＴＱ）が経過するまでの間、パルス状のインジェクタ駆動電流（インジェクタ噴射指令パルス）を印加する機能を有する。
次に、上記構成を有する燃料供給システムの作動及び作用効果について説明する。
図１に示すごとく、燃料ポンプ３が、燃料タンク２内の燃料を吸上げ、これを加圧して、コモンレール４へ高圧燃料を圧送する。このとき、吸上げられた燃料は、金属イオン除去手段１５及び燃料フィルタ１６を介してコモンレール４に圧送される。
図４に示すごとく、金属イオン除去手段１５においては、燃料入口１５２から導入された燃料は、フィルタ１５７、金属イオン吸着材１５５、フィルタ１５８を順に通って、燃料出口１５３から金属イオン除去手段１５の外部に送られる。フィルタ１５７においては、燃料中に含まれる塵や錆等の異物がその形状及び大きさにより分離除去される。金属イオン吸着材１５５において、燃料中に含まれる亜鉛や鉛等の金属や金属イオンが金属イオン吸着材１５５に吸着され燃料中から分離除去される。そして、フィルタ１５８においては、燃料中に含まれる塵、錆等の異物を再度分離除去することができる。また、金属イオン吸着材１５５を通過した燃料中には、微量の金属イオン吸着材が異物として含まれるおそれがあるが、この金属イオン吸着材もフィルタ１５８において分離除去することができる。
金属イオン除去手段１５の燃料出口１５３から送り出された燃料は、燃料フィルタ１６により、さらに燃料中の異物が除去されてコモンレール４に圧送される。
図１に示すごとく、燃料ポンプ３が、燃料タンク２内の燃料を吸上げ、これを加圧して、コモンレール４へ高圧燃料を圧送する。このとき、吸上げられた燃料は、金属イオン除去手段１５及び燃料フィルタ１６を介してコモンレール４に圧送される。
図４に示すごとく、金属イオン除去手段１５においては、燃料入口１５２から導入された燃料は、フィルタ１５７、金属イオン吸着材１５５、フィルタ１５８を順に通って、燃料出口１５３から金属イオン除去手段１５の外部に送られる。フィルタ１５７においては、燃料中に含まれる塵や錆等の異物がその形状及び大きさにより分離除去される。金属イオン吸着材１５５において、燃料中に含まれる亜鉛や鉛等の金属や金属イオンが金属イオン吸着材１５５に吸着され燃料中から分離除去される。そして、フィルタ１５８においては、燃料中に含まれる塵、錆等の異物を再度分離除去することができる。また、金属イオン吸着材１５５を通過した燃料中には、微量の金属イオン吸着材が異物として含まれるおそれがあるが、この金属イオン吸着材もフィルタ１５８において分離除去することができる。
金属イオン除去手段１５の燃料出口１５３から送り出された燃料は、燃料フィルタ１６により、さらに燃料中の異物が除去されてコモンレール４に圧送される。
コモンレール４では高圧燃料を蓄圧する。コモンレール４は、蓄圧した高圧燃料を高圧配管３３を介してインジェクタ５へ供給する。インジェクタ５に供給される高圧燃料は、図１及び図２に示すごとく、燃料通路６１を介してノズル部の燃料供給孔５１８側に導く高圧燃料経路と、燃料通路６２を介して圧力制御室５３に導く高圧燃料経路とに導入される。このとき、電磁弁５４が閉弁状態（アーマチャ５４１が出口側オリフィス５３６を閉じている状態；図２参照）であると、圧力制御室５３に導入された高圧燃料の圧力がコマンドピストン５２及びプレッシャピンを介してノズルニードル５９に作用し、スプリング５６と共にノズルニードル５９を閉弁方向へ付勢している。一方、ノズル部の燃料供給孔５１８に導入された高圧燃料は、燃料溜り室５１７に導入され、ノズルニードル５９の受圧面に作用してノズルニードル５９を開弁方向へ付勢している。なお、電磁弁５４が閉弁状態では、ノズルニードル５９を閉弁方向に付勢する力が開弁方向に付勢する力を上回っているため、ノズルニードル５９がリフトすることはなく、噴射孔５１１を閉じているので、燃料は噴射されない。
電磁弁５４のソレノイド５４３が通電されて開弁する（アーマチャ５４１が出口側オリフィス５３６を開く）と、出口側オリフィス５３６がノズルホルダ５５に設けられた排出通路６３と連通するため、圧力制御室５３の燃料が出口側オリフィス５３６を通って排出通路６３より排出される。なお、電磁弁５４が開弁しても、高圧燃料は引き続き入口側オリフィスを通って圧力制御室５３に補給され続けるが、入口側オリフィスより出口側オリフィス５３６の方が流路径が大きいので、コマンドピストン５２に作用する圧力制御室５３の燃料圧力は低下する。その結果、圧力制御室５３の燃料圧力と、ノズルニードル５９を開弁方向へ押し上げる力と、ノズルニードル５９を閉弁方向に押し下げるスプリング力とのバランスが崩れ、ノズルニードル５９を開弁方向に付勢する力が閉弁方向に付勢する力を上回った時点でノズルニードル５９がリフトして噴射孔５１１を開くことにより燃料が噴射される。
その後、ソレノイド５４３への通電停止によりアーマチャ５４１が出口側オリフィス５３６を閉じると、再び圧力制御室５３の燃料圧力が上昇し、ノズルニードル５９を閉弁方向に付勢する力が開弁方向に付勢する力を上回った時点で、ノズルニードル５９が押し下げられて噴射孔５１１を閉じることにより、噴射が終了する。
図２及び図３に示すごとく、ノズル部の燃料溜り室５１７に高圧燃料が導かれていると、ノズルニードル５９の摺動部５９１とノズルボデー５１のガイド部５１２ａの間に形成されるクリアランス部５１５内を高圧燃料がリークする。このリーク燃料はクリアランス部５１５内を高速に流動し、クリアランス部５１５を形成する摺動部５９１およびガイド部５１２ａの内壁との間で摩擦を生じる。この摩擦によってリーク燃料の温度が上昇する。
また、圧力制御室５３には、電磁弁５４の閉時に、高圧燃料が導かれている。このとき、コマンドピストン５２の第２の摺動部５２１とノズルホルダ５５の第２のガイド部５２５の間に形成される第２のクリアランス部５２３内を高圧燃料がリークする。第２のクリアランス部５２３を形成する摺動部５２１およびガイド部５２５の内壁との摩擦によってリーク燃料の温度が上昇する。これらリーク燃料は、リーク燃料経路を通してインジェクタ５外へ排出される。
また、圧力制御室５３には、電磁弁５４の閉時に、高圧燃料が導かれている。このとき、コマンドピストン５２の第２の摺動部５２１とノズルホルダ５５の第２のガイド部５２５の間に形成される第２のクリアランス部５２３内を高圧燃料がリークする。第２のクリアランス部５２３を形成する摺動部５２１およびガイド部５２５の内壁との摩擦によってリーク燃料の温度が上昇する。これらリーク燃料は、リーク燃料経路を通してインジェクタ５外へ排出される。
一般に、燃料が主として脂肪酸メチルエーテルからなるいわゆるバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）を含む場合、具体的にはＢＤＦと低サルファ軽油との混合燃料を用いた場合等においては、上記のごとくリーク燃料の温度上昇が起こると、燃料が酸化されて変質し、ヒドロペルオキシドが生成されると考えられる。この燃料の変質により、燃料タンクや金属製のホース（燃料通路）から亜鉛や鉛等の金属成分が燃料中に溶出し、（Ｒ−ＣＯＯ）2Ｚｎや（Ｒ−ＣＯＯ）2Ｐｂ等のカルボン酸エステルが生成され易くなる。その結果、インジェクタ５内におけるクリアランス部５１５や第２のクリアランス部５２３等で金属が堆積し、ノズルニードルの作動が妨げられる場合があった。
本例の燃料供給システムにおいては、図１及び図４に示すごとく、燃料タンク２と燃料ポンプ３との間に、金属イオン除去手段１５を有しており、燃料ポンプ３により燃料タンク２から吸い上げられた燃料は、金属イオン除去手段１５を通ってインジェクタ５に送られる。金属イオン除去手段１５は燃料中の金属又は／及び金属イオンを分離除去することができるため、燃料中に含まれる金属イオンや金属の量を低減することができる。それ故、インジェクタ５内に、金属イオンや金属をほとんど含まない燃料を供給することができる。その結果、インジェクタ５内での金属の析出・堆積を防止し、インジェクタ５を長期間安定に駆動させることができる。したがって、内燃機関７に燃料を円滑に供給することができる。
このように本例の燃料供給システムによれば、内燃機関７に円滑に燃料を供給することができる。
（実験例）
本例は、金属イオン除去手段の金属イオン除去性能を検討した例である。
まず、金属イオン除去手段のモデルとして、金属イオン吸着材を挟んだろ紙を準備した。金属イオン吸着材としては、参考例１と同様に、キレート樹脂（三菱化学株式会社製のＣＲ２０）を用い、ろ紙としては、フューエルフィルタ用濾紙（東洋濾紙株式会社製のＦＧ−１）を用いた。このフューエルフィルタ用濾紙は、厚み０．３ｍｍ、透気度２．５ｓｅｃ／３００ｍｌ、単位面積あたりの質量６７ｇ／m2のものである。本例の金属イオン除去手段のモデルは、２枚のろ紙の間にキレート樹脂を挟むことにより構成したものである。これを試料Ｅとする。
本例は、金属イオン除去手段の金属イオン除去性能を検討した例である。
まず、金属イオン除去手段のモデルとして、金属イオン吸着材を挟んだろ紙を準備した。金属イオン吸着材としては、参考例１と同様に、キレート樹脂（三菱化学株式会社製のＣＲ２０）を用い、ろ紙としては、フューエルフィルタ用濾紙（東洋濾紙株式会社製のＦＧ−１）を用いた。このフューエルフィルタ用濾紙は、厚み０．３ｍｍ、透気度２．５ｓｅｃ／３００ｍｌ、単位面積あたりの質量６７ｇ／m2のものである。本例の金属イオン除去手段のモデルは、２枚のろ紙の間にキレート樹脂を挟むことにより構成したものである。これを試料Ｅとする。
次に、試料Ｅをガラス製のろうと内に配置し濾過器を構成し、この濾過器を三角フラスコの上部に設置した。
また、以下のようにして、燃料サンプルを準備した。
即ち、まず、ＢＤＦとして、ＲＭＥ（Rapeseed
Methyl Ｅster；菜種油）を準備し、防爆装置内で、１ＬのＲＭＥを容器に入れ、温度１２０℃で１時間加熱した。加熱後のＲＭＥ中に１．５ｇのＺｎ（片状）を混入させ、さらに温度８０℃で２４時間加熱し、燃料サンプルを作製した。
次いで、燃料サンプルを三角フラスコ上に配置した濾過器に注いで濾過を行い、三角フラスコ中に溜まった燃料サンプルを回収した。これを測定試料Ｅαとする。
また、以下のようにして、燃料サンプルを準備した。
即ち、まず、ＢＤＦとして、ＲＭＥ（Rapeseed
Methyl Ｅster；菜種油）を準備し、防爆装置内で、１ＬのＲＭＥを容器に入れ、温度１２０℃で１時間加熱した。加熱後のＲＭＥ中に１．５ｇのＺｎ（片状）を混入させ、さらに温度８０℃で２４時間加熱し、燃料サンプルを作製した。
次いで、燃料サンプルを三角フラスコ上に配置した濾過器に注いで濾過を行い、三角フラスコ中に溜まった燃料サンプルを回収した。これを測定試料Ｅαとする。
また、本例おいては、試料Ｅの比較用として、フューエルフィルタ用濾紙（東洋濾紙株式会社製のＦＧ−１）を２枚積層したフィルタを準備した。これを試料Ｃとする。試料Ｃは、キレート樹脂を含んでいない。
試料Ｃについても、上記試料Ｅと同様にして、ガラス製のろうと内に配置し濾過器を構成した後、該濾過器を用いて燃料サンプルの濾過を行ってろ液（燃料サンプル）を回収した。これを測定試料Ｃαとする。
試料Ｃについても、上記試料Ｅと同様にして、ガラス製のろうと内に配置し濾過器を構成した後、該濾過器を用いて燃料サンプルの濾過を行ってろ液（燃料サンプル）を回収した。これを測定試料Ｃαとする。
次に、測定試料Ｅα及びＣα中の亜鉛（Ｚｎ）濃度を誘導結合高周波プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ発光分析装置、株式会社島津製作所製のＩＣＰＳ８０００）を用いて測定した。
その結果、試料Ｃαにおいては、濃度０．７ｐｐｍのＺｎイオンが検出された。これに対し、試料Ｅαにおいては、Ｚｎイオン濃度は０．４ｐｐｍであった。
したがって、試料Ｅのように、キレート樹脂（金属イオン吸着材）を挟んだろ紙に金属イオンを含んだ燃料を通すことにより、燃料中の金属イオン濃度を低減できることがわかる。
したがって、試料Ｅのように、キレート樹脂（金属イオン吸着材）を挟んだろ紙に金属イオンを含んだ燃料を通すことにより、燃料中の金属イオン濃度を低減できることがわかる。
（実施例１）
本例は、燃料入口と燃料出口とをケースの上部に設けた金属イオン除去手段を有する燃料供給システムの例である。
図５に示すごとく、本例の金属イオン除去手段８においては、参考例１と同様に、濾紙（東洋濾紙株式会社製のＦＧ−１）からなるフィルタ８７，８８と、キレート樹脂（三菱化学株式会社製のＣＲ２０）の粒子からなる金属イオン吸着材８５とを有している。
これらのフィルタ８７，８８及び金属イオン吸着材８５は、ケース（内側ケース）８１に収納されている。
内側ケース８１においては、該ケース８１の下部に燃料の入口となる燃料入口８４と、この燃料入口８４と反対側の上部に燃料を排出する燃料出口８９とが形成されている。燃料出口８９は、排出通路８９１，８９２、８９３に連結されており、排出通路８９１，８９２は、排出通路８９３から分岐することにより形成されている。
また、内側ケース８１において、フィルタ８７，８８は、金属イオン吸着材８５を挟むように積層されている。本例においては、内側ケース８１の燃料入口８４側に配置されたフィルタ８７、及び燃料出口８９側に配置されたフィルタ８８は、いずれもろ紙（１枚）からなる。
本例は、燃料入口と燃料出口とをケースの上部に設けた金属イオン除去手段を有する燃料供給システムの例である。
図５に示すごとく、本例の金属イオン除去手段８においては、参考例１と同様に、濾紙（東洋濾紙株式会社製のＦＧ−１）からなるフィルタ８７，８８と、キレート樹脂（三菱化学株式会社製のＣＲ２０）の粒子からなる金属イオン吸着材８５とを有している。
これらのフィルタ８７，８８及び金属イオン吸着材８５は、ケース（内側ケース）８１に収納されている。
内側ケース８１においては、該ケース８１の下部に燃料の入口となる燃料入口８４と、この燃料入口８４と反対側の上部に燃料を排出する燃料出口８９とが形成されている。燃料出口８９は、排出通路８９１，８９２、８９３に連結されており、排出通路８９１，８９２は、排出通路８９３から分岐することにより形成されている。
また、内側ケース８１において、フィルタ８７，８８は、金属イオン吸着材８５を挟むように積層されている。本例においては、内側ケース８１の燃料入口８４側に配置されたフィルタ８７、及び燃料出口８９側に配置されたフィルタ８８は、いずれもろ紙（１枚）からなる。
また、本例の金属イオン除去手段８においては、内側ケース８１はさらに外側ケース８２に収納されている。内側ケース８１の排出通路８９３は、外側ケース８２の外部まで延設されている。また、外側ケース８２においては、内側ケース８１の燃料出口８９と同じ側、即ち外側ケース８２の上部に、燃料タンクからの燃料が供給される燃料供給口８３が２カ所形成されている。内側ケース８１と外側ケース８２との間には、空間８２５が設けられており、燃料供給口８３から供給された燃料の送通経路（燃料経路）を形成している。その他の構成は、参考例１と同様である。
本例の金属イオン除去手段８においては、外側ケース８２の上部に形成された燃料供給口８３から燃料が供給されると、供給された燃料は、内側ケース８１と外側ケース８２との間の空間８２５に充填される。空間８２５に充填された燃料は、内側ケース８１の燃料入口８４から内側ケース８１内に送られ、内側ケース８１内に配置されたフィルタ８７、金属イオン吸着材８５、及びフィルタ８８を通る。その後、燃料は、排出通路８９１，８９２を通って排出通路８９３に集められ、燃料出口８９から金属イオン除去手段８の外部に送られる。なお、図５中には示していないが、金属イオン除去手段の外部に送られた燃料は、参考例１と同様に、コモンレールを介してインジェクタに送らて、インジェクタから内燃機関に噴射される。
本例の金属イオン除去手段８においては、上記のごとく、外側ケース８２の上部（燃料供給口８３）から供給された燃料は、内側ケース８１の下部（燃料入口８４）からフィルター８７，８８や金属イオン吸着材８５に導入されるまでに外側ケース８２と内側ケース８１との間の空間８２５に充填される。そのため、燃料中に含まれる、油分よりも密度の大きな金属や水分等の不純物を自重により外側ケース８２の底に沈降させて燃料中から分離することができる。即ち、フィルター８７，８８や金属イオン吸着材８５に導入する前の段階において、燃料中の異物や不純物を除去することができる。その後、内側ケース８１の燃料入口８４から導入された燃料は、参考例１と同様にフィルター８７にて、塵や錆等の異物がその形状及び大きさにより分離除去される。また、金属イオン吸着材８５において、燃料中に含まれる亜鉛や鉛等の金属や金属イオンが金属イオン吸着材８５に吸着され燃料中から分離除去される。そして、フィルタ１５８においては、燃料中に含まれる塵、錆、金属イオン吸着材等の異物が分離除去される。
その後、参考例１と同様に、金属イオン除去手段８の燃料出口８９から送り出された燃料は、コモンレールに圧送される。
その後、参考例１と同様に、金属イオン除去手段８の燃料出口８９から送り出された燃料は、コモンレールに圧送される。
本例においても、金属イオン除去手段８により、燃料中の金属や金属イオン等の異物を除去することができるため、インジェクタにこれらの異物をほとんど含まない燃料を供給することができる。そのため、インジェクタ内における金属の析出・堆積を防止し、インジェクタを長期間安定に駆動させ、内燃機関に燃料を円滑に供給することができる。
（実施例２）
本例は、電位の異なる一対の電極を有する金属イオン除去手段を有する燃料供給システムの例である。
図６に示すごとく、本例の金属イオン除去手段９は、該金属イオン除去手段９内における燃料経路に、電位の異なる一対の電極９３，９４が燃料経路を挟むように形成されている。電極９３，９４は、外側ケース９１内に収納されている。
また、外側ケース９１内には、ろ紙（東洋濾紙株式会社製のＦＧ−１）からなるフィルター９２５を収納した内側ケース９２が配置されている。
内側ケース９２には、その下部に燃料の入口となる燃料入口９５と、この燃料入口９５と反対側の上部に燃料を排出する燃料出口９６とが形成されている。燃料出口９６は、排出通路９６１，９６２、９６３に連結されており、排出通路９６１，９６２は、排出通路９６３から分岐することにより形成されている。内側ケース９２の排出通路９６３は、外側ケース９１の外部まで延設されている。
本例は、電位の異なる一対の電極を有する金属イオン除去手段を有する燃料供給システムの例である。
図６に示すごとく、本例の金属イオン除去手段９は、該金属イオン除去手段９内における燃料経路に、電位の異なる一対の電極９３，９４が燃料経路を挟むように形成されている。電極９３，９４は、外側ケース９１内に収納されている。
また、外側ケース９１内には、ろ紙（東洋濾紙株式会社製のＦＧ−１）からなるフィルター９２５を収納した内側ケース９２が配置されている。
内側ケース９２には、その下部に燃料の入口となる燃料入口９５と、この燃料入口９５と反対側の上部に燃料を排出する燃料出口９６とが形成されている。燃料出口９６は、排出通路９６１，９６２、９６３に連結されており、排出通路９６１，９６２は、排出通路９６３から分岐することにより形成されている。内側ケース９２の排出通路９６３は、外側ケース９１の外部まで延設されている。
本例において、一対の電極９３，９４の内、一方の電極９３は、内側ケース９２の燃料入口９５側に配置されている。もう一方の電極９４は、電極９３と対向するように外側ケース９１内に配置されている。本例においては、電極９３は、０Ｖ（アース）とし、電極９４を高電位（数ｋＶ）に設定することにより、電極９３，９４間に電位差を生じさせている。
外側ケース９１においては、内側ケース９２の燃料出口９６と同じ側、即ち外側ケース９１の上部に、燃料タンクからの燃料が供給される燃料供給口９７が２カ所形成されている。外側ケース９１と内側ケース９２との間には、空間９１５が設けられており、燃料供給口９７から供給された燃料の送通経路（燃料経路）を形成している。その他の構成は、参考例１と同様である。
本例の金属イオン除去手段９においては、実施例１と同様に、燃料供給口９７から供給された燃料は、内側ケース９２と外側ケース９１との間の空間９１５に充填される。空間９１５に充填された燃料は、内側ケース９２の燃料入口９５から内側ケース９２内に送られ、内側ケース９２内に配置されたフィルタ９２５を通る。その後、燃料は、排出通路９６１，９６２を通って排出通路９６３に集められ、燃料出口９６から金属イオン除去手段９の外部に送られる。なお、図６中には示していないが、金属イオン除去手段の外部に送られた燃料は、参考例１と同様に、コモンレールを介してインジェクタに送らて、インジェクタから内燃機関に噴射される。
本例の燃料供給システムにおいては、燃料供給口９７から供給された燃料は、外側ケース９１と内側ケース９２との間の空間９１５に充填される。このときケース内の燃料経路に配置してある一対の電極間９３，９４には電位差があるため、燃料中に含まれる金属イオンや金属が、燃料中から分離されて電極に付着する。それ故、燃料中から金属イオンや金属を分離除去することができる。
金属イオンや金属が分離除去された燃料は、燃料入口９５から内側ケース９２内に導入され、フィルター９２５にて、燃料中に含まれる塵や錆等の異物がその形状及び大きさにより分離除去される。
その後、参考例１と同様に、金属イオン除去手段９の燃料出口９６から送り出された燃料は、コモンレールに圧送される。
金属イオンや金属が分離除去された燃料は、燃料入口９５から内側ケース９２内に導入され、フィルター９２５にて、燃料中に含まれる塵や錆等の異物がその形状及び大きさにより分離除去される。
その後、参考例１と同様に、金属イオン除去手段９の燃料出口９６から送り出された燃料は、コモンレールに圧送される。
このように、本例においても、金属イオン除去手段９により、燃料中の金属や金属イオン等の異物を除去することができるため、インジェクタにこれらの異物をほとんど含まない燃料を供給することができる。そのため、インジェクタ内における金属の析出・堆積を防止し、インジェクタを長期間安定に駆動させ、内燃機関に燃料を円滑に供給することができる。
１ 燃料供給システム
１５ 金属イオン除去手段
２ 燃料タンク
３ 燃料ポンプ
４ コモンレール
５ インジェクタ
５１ ノズルボデー
５１７ 燃料溜まり室
５２ コマンドピストン
５３ 圧力制御室
５５ ノズルホルダ
５９ ノズルニードル
５４ 電磁弁
７ 内燃機関
１５ 金属イオン除去手段
２ 燃料タンク
３ 燃料ポンプ
４ コモンレール
５ インジェクタ
５１ ノズルボデー
５１７ 燃料溜まり室
５２ コマンドピストン
５３ 圧力制御室
５５ ノズルホルダ
５９ ノズルニードル
５４ 電磁弁
７ 内燃機関
Claims (1)
- 燃料タンクから内燃機関に燃料を供給する燃料供給システムであって、
該燃料供給システムは、燃料を貯蔵する上記燃料タンクと、上記内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタと，該インジェクタに供給する燃料を高圧状態で貯蔵すると共に上記インジェクタに燃料を供給するコモンレールと，該コモンレールに燃料を送る燃料ポンプとを有し，
上記燃料が上記燃料タンクから上記内燃機関に供給されるまでの経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間には、上記燃料中に含まれる金属又は／及び金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段が設けられており、
上記金属イオン除去手段は、該金属イオン除去手段の外部から上記燃料が流入する外側ケースと、該外側ケースの内側に収容され、上記外側ケース内の上記燃料が流入する内側ケースと、該内側ケース内に配置された金属イオン吸着材とを有し、
上記外側ケースの上部には燃料供給口が形成され、上記内側ケースの下部には燃料入口が形成され、上記内側ケースの上部には燃料出口が形成されており、上記外側ケースの上記燃料供給口から供給された燃料は、上記燃料入口より上記内側ケース内に流入し、該内側ケース内において上記金属イオン吸着材を介して上記燃料出口から外部に送り出されることを特徴とする燃料供給システム。
Priority Applications (1)
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| JP2008257216A JP4840431B2 (ja) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | 燃料供給システム |
Applications Claiming Priority (1)
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-
2008
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