JP5303417B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の燃料噴射弁と複数のヒータを有するケースとを備え、ヒータで加熱した燃料を燃料噴射弁で噴射して内燃機関に供給する燃料供給装置に係る。

燃料噴射弁を用いて燃料を噴射する内燃機関では、低温時にも円滑な始動を可能とするために、燃料噴射弁に供給される燃料を暖める必要がある。そこで、燃料供給管内にヒータを設け、ヒータで加熱した燃料を燃料噴射弁に供給するようにした燃料加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、多気筒エンジンでは、気筒ごとに複数の燃料噴射弁が設けられ、燃料供給管の先端に設けられた燃料分配部を介して各燃料噴射弁に燃料が供給される。燃料分配部は一般的に水平に配置され、通常時にはその内部が燃料で満たされるが、燃料が高温になってベーパが発生すると、液面がベーパによって押し下げられ、その内部に液体燃料とベーパとが混在した状態となる。この状態で自動車が急旋回或いは急加減速したり、カント路或いは坂道を走行したりして分配部に対して液面が傾斜すると、一部の燃料噴射弁に燃料が供給されなくなる。そこで、このような問題を解決するために、燃料分配部における燃料噴射弁との接続部のみを下方に突出させ、液面が傾斜しても燃料噴射弁との接続部に燃料が溜まるようにした技術が提案されている（特許文献２参照）。

特開平５−２６１３０号公報 実開平１−７４３６１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の構成によると、特許文献１に記載されたような燃料噴射弁の上流側に燃料加熱装置が設けられた燃料供給装置の場合、ヒータで暖められた燃料は上昇し、燃料分配部の下側の突出部には冷たい燃料が貯まるため、この冷たい燃料が燃料噴射弁に供給され、暖かい燃料を燃料噴射弁に供給することができないという問題があった。また、このような燃料供給装置の場合、水平配置された燃料分配部が急旋回等の影響で傾斜すると、暖かい燃料は、燃料分配部内で上側へ移動し、上側に位置する燃料噴射弁に供給されるようになり、下側の燃料噴射弁と上側の燃料噴射弁とで供給される燃料の温度に差が生じ、内燃機関の駆動が不安定になる虞があった。

本発明は、このような従来技術に課せられた問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、複数の燃料噴射弁に供給される燃料温度を均等にするとともに、ヒータによって暖められた燃料を順次燃料噴射弁に供給することでヒータの加熱効率を高めることのできる燃料供給装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明は、燃料供給管から供給された燃料を貯める燃料ケース（４）と、前記燃料ケースと一体に設けられ、前記燃料ケースから流出した燃料を加熱するためのヒータ（６）をそれぞれ有するとともに、加熱室をそれぞれ画定する複数のヒータケース（５）と、前記複数のヒータケースに対してそれぞれ設けられ、該ヒータケース（５）から流出する燃料を噴射する複数の燃料噴射弁（９）とを備えた燃料供給装置（１）において、燃料ケース（４）は、略水平に延在するとともに、上方へ突出する複数の凸部（４ａ）を燃料噴射弁（９）に対応する位置に有し、複数の凸部（４ａ）のそれぞれにヒータケース（５）へ燃料を流通させる流通口（３ｐ）が形成されたことを特徴とする。

この発明によれば、ヒータの熱が燃料あるいはヒータケースおよび燃料ケースを伝達することにより、燃料ケース内でも燃料が暖められ、暖められた燃料は、燃料ケース内で上昇して複数の凸部に集まり、凸部に設けられた流通口を流通してヒータケースに流入し、各燃料噴射弁に供給される。したがって、暖かい燃料が順次燃料供給弁に供給されるようになり、放熱による熱損失を少なくしてヒータの加熱効率、即ちヒータの出力に対する供給燃料の温度上昇率を高めることができる。また、水平配置された燃料ケースが複数の凸部を有することにより、急旋回等の影響でケースが傾斜しても、暖かい燃料が凸部に留まり、下側になった燃料噴射弁にも暖かい燃料が供給されるため、内燃機関の駆動が不安定になることを防止できる。

また、本発明は、上記燃料供給装置（１）において、燃料ケース（４）には燃料を流入させる流入口（３ｉ）が形成され、流入口（３ｉ）が流通口（３ｐ）よりも低い位置に配置されたことを特徴とする。

この発明によれば、流入口が流通口よりも低い位置に配置されているため、冷たい燃料が流入口から燃料ケースに流入しても、暖かい燃料は上に押し上げられて順次流通口から燃料噴射弁に供給される。したがって、ヒータの加熱効率の低下を防止することができる。

また、第３の発明は、上記燃料供給装置（１）において、流入口（３ｉ）が燃料ケース（４）の下端部近傍に配置されたことを特徴とする。

この発明によれば、流入口が燃料ケースの下端部近傍に配置されたことで、燃料ケースの下部にある燃料が、燃料ケース内に流入する燃料によって上方に押し上げられて流通口に導かれるので、燃料ケース内に燃料が滞留することを防止できる。

このように、本発明によれば、ヒータによって暖められた燃料を順次燃料噴射弁に供給してヒータの加熱効率を高めるとともに、複数の燃料噴射弁に供給される燃料温度を均等にすることができる。

実施形態に係る燃料供給装置の斜視図である。 実施形態に係る燃料供給装置の正面図である。 図２中のIII−III断面図である。 実施形態に係る燃料供給装による作用効果の説明図である。 実施形態に係る燃料供給装による作用効果の説明図である。

以下、添付の図面に示された一実施形態を参照して本発明に係る燃料供給装置１について詳細に説明する。なお、各部材や各部位について方向を示す場合、水平な平坦路に停止した自動車のエンジンに燃料供給装置１が設置された状態において、鉛直方向を基準に上下を定め、水平方向を基準に前後およびこれに直交する左右を定めるものとする。

図１、図２に示すように、エタノールを主燃料とする直列４気筒の自動車用アルコールエンジン（以下、エンジンと略称する。図示省略）に対して設けられた本実施形態の燃料供給装置１は、燃料供給管２と、燃料供給管２によって供給された燃料を貯める管状の燃料ケース４と、燃料ケース４から流出する燃料を加熱するためのヒータ部材７をそれぞれ有するとともに、各気筒に対して１つの加熱室８をそれぞれ画定する４つのヒータケース５と、４つのヒータケース５に対してそれぞれ設けられ、ヒータケース５から流出する燃料を噴射する４つの燃料噴射弁９とを備えている。そして、燃料ケース４およびヒータケース５がケース３を構成している。なお、燃料ケース４およびヒータケース５は、本実施形態では別部材として形成したものを互いに接合させているが、一体の部材として形成してもよい。

燃料供給管２は、その上流端が燃料供給手段としての燃料ポンプ（図示省略）に接続されており、イグニッションスイッチがＡＣＣポジションからＩＧポジションに切り換えられると、燃料ポンプが駆動され、所定の圧力をもった燃料を送給する。燃料供給管２は、その上流側に位置して１本の燃料供給ラインを形成するサプライ配管２ａと、その下流側に位置して分岐コネクタ２ｂを介してサプライ配管２ａの下流端に接続された２本の分配管２ｃとを有する。両分配管２ｃはそれぞれその下流端に接続された接続コネクタ２ｄを介して燃料ケース４に接続されている。つまり、燃料供給管２は、燃料が流れる方向の下流側に向かって２股に分岐し、２本の分配管２ｃがそれぞれ燃料を分配しつつ燃料を燃料ケース４に供給する。

両分配管２ｃは、ともに円形断面を有する直管であり、同一断面形状および同一長さを有している。また、サプライ配管２ａも、両分配管２ｃと同一断面形状を有している。両分配管２ｃは、分岐コネクタ２ｂによって直線状に連結されており、サプライ配管２ａは、燃料が流れる方向の下流側に向かって一方の分配管２ｃと平行に延在した後、屈曲して９０度方向転換し、その軸線が両分配管２ｃに共通の軸線に直交する向きで分岐コネクタ２ｂに接続している。つまり、サプライ配管２ａは、直線状の分配管２ｃに対して９０度の角度をもって連結している。一方、両分配管２ｃの下流端に接続された接続コネクタ２ｄは、ともに燃料ケース４の前壁４ｆに接合されており、両分配管２ｃは、ともに燃料が流れる方向の下流側に向かって燃料ケース４の前壁４ｆに沿って延在した後、接続コネクタ２ｄによって燃料ケース４の前壁４ｆに対して９０度の角度をもって連結している。

このように構成された燃料供給管２では、同一形状を呈する２本の分配管２ｃが、サプライ配管２ａに対して同一位置で同一角度をもって接続され、更に同一流路形状および同一流路長をもって燃料ケース４に接続されるため、サプライ配管２ａによって送給された燃料が、分岐コネクタ２ｂによって同一量および同一圧力で２本の分配管２ｃに分配され、接続コネクタ２ｄによって同一条件（量、圧力、角度）をもって燃料ケース４の２箇所に供給される。

燃料ケース４は、互いに平行且つ略鉛直に延在する平板状の前壁４ｆおよび後壁４ｇを有し、内部に１つの空間を形成する扁平形状の管状部材であり、燃料供給管２によって供給された燃料をこの内部空間に貯め、均等な圧力で燃料を各ヒータケース５に分配する機能を果たす。燃料ケース４は、略水平に延在しており、上方へ突出する４つの凸部４ａを備えている。これら凸部４ａは、図示しないエンジンの気筒と同一ピッチ（同一中心間距離）で設けられたヒータケース５と整合する位置に設けられている。より詳しく説明すれば、図２の正面視によく示されるように、４つのヒータケース５は、互いに平行なその軸線５Ｘが略同一間隔となるように一列に配置されているが、４つの凸部４ａは、左右方向（燃料ケース４の延在方向）の両端側に位置するそのうちの２つにおいては、その中心線４ａＸがヒータケース５の軸線５Ｘよりも中央寄りとなるように、左右方向の中央側に位置するそのうちの２つにおいては、その中心線４ａＸがヒータケース５の軸線５Ｘよりも端部寄りとなるように配置されている。そのため、中央寄り２つの凸部４ａの中心間距離ｌ１は、端部寄り２つの凸部４ａの中心間距離ｌ２よりも長くなっている。

図２に示すように、燃料ケース４は、これら４つの凸部４ａの間に、隣接する凸部４ａを連通させる３つの管状部４ｂ，４ｃを有している。これら管状部４ｂ，４ｃは、凸部４ａに比べてそれぞれ上下寸法が小さく形成され、中央に配置された管状部４ｃは、両端側に配置された同一の上下寸法を有する２つの管状部４ｂよりも更にその上下寸法が小さく形成されている。換言すれば、両端側に配置された管状部４ｂの中空部の断面積（以下、単に断面積と記す）は、中央に配置された管状部４ｃの断面積よりも大きく設定されている。また、上記したように凸部４ａの中心線４ａＸがヒータケース５の軸線５Ｘに対して左右方向にオフセットしているため、両端側に配置された管状部４ｂの長さが、中央に配置された管状部４ｃの長さよりも長くなっている。

燃料供給管２の分岐コネクタ２ｂは、燃料ケース４の長手方向における略中央、即ち中央に配置された２つの凸部４ａ間に配置され、中央の管状部４ｃにおいて燃料ケース４の前壁４ｆに接合されている。一方、両接続コネクタ２ｄは、長手方向の両端に配置された凸部４ａと、これら凸部４ａと隣接する凸部４ａとの間、より詳しくは両凸部４ａの中心線４ａＸの中間位置にそれぞれ配置され、両端側の管状部４ｂにおいて燃料ケース４の前壁４ｆに接合されている。そして、図３を併せて参照しながら説明すると、ケース３には、具体的には、燃料ケース４の前壁４ｆにおける両接続コネクタ２ｄが接合された位置には、２つの流入口３ｉが形成されている。両流入口３ｉは、前壁４ｆの下端、より詳しくは、燃料ケース４の下端部近傍において同一高さ位置に配置されており、分配管２ｃによって供給される燃料をそれぞれケース３内に流入させる。

図３に示すように、ケース３内部で隔壁を構成する燃料ケース４の後壁４ｇにおける４つの凸部４ａには、燃料ケース４側からヒータケース５側へケース３内で燃料を流通させる流通口３ｐがそれぞれ形成されている。これら４つの流通口３ｐは、凸部４ａの上側部位、より詳しくは、燃料ケース４の上端部近傍の同一高さ位置、且つ対応するヒータケース５の軸線５Ｘに整合する左右方向位置に配置されている。そして、これら流通口３ｐは、燃料ケース４内に貯まった燃料をそれぞれ対応する燃料噴射弁９へ向けて流通させる。

このように形成された燃料ケース４では、４つの流通口３ｐに対して流入口３ｉが２つだけ形成されているため、流入口３ｉを設けるための加工工数が削減されている。また、燃料ケース４では、左側の流入口３ｉから左側２つの流通口３ｐまでの各距離、および右側の流入口３ｉから右側２つの流通口３ｐまでの各距離がすべて等しくなっているため、２つの流入口３ｉから均等に流入した燃料が４つの流通口３ｐに均等に流れる。更に、左側の流入口３ｉから左側２つの流通口３ｐまでの各流路、および右側の流入口３ｉから右側２つの流通口３ｐまでの各流路が、その形状および各断面における断面積においてすべて等しくなっていることによっても、４つの流通口３ｐに燃料が均等に流れることが担保されている。

そして、燃料ケース４が略水平に延在するとともに、流入口３ｉが形成された両端側の管状部４ｂの断面積が、流入口３ｉが形成されない中央の管状部４ｃの断面積よりも大きく設定されたことにより、各流入口３ｉから流入した燃料が近接する流通口３ｐ以外へ流れ難くされている。また、中央の管状部４ｃの長さが両端側の管状部４ｂの長さよりも長くなっていることによっても、流入口３ｉから流入した燃料がその近接する流通口３ｐ以外へ流れ難くなっている。したがって、１つの流入口３ｉから流入した燃料は、その殆どが近接配置された２つの流通口３ｐに流れることとなり、流入口３ｉから各流通口３ｐに流れる燃料の均等性が保持される。つまり、１つの流入口３ｉを挟むように近接配置された２つの流通口３ｐが、この流入口３ｉに対し、各燃料噴射弁９が均等量の燃料を噴射する通常駆動時にその略全量の燃料を供給される対応する関係を有することになる。

ヒータケース５は、燃料ケース４における凸部４ａが形成された部位の後壁４ｇにそれぞれ設けられている。各ヒータケース５は、その軸線５Ｘが略鉛直方向に延在する略円筒状、且つ、軸方向長さが直径よりも長い長筒状を呈しており、その内部に加熱室８を画定している。そして、ヒータケース５には、燃料ケース４の後壁４ｇに形成されたものと同一の流通口３ｐと、燃料噴射弁９に向けて燃料を流出される流出口３ｏとが形成されるとともに、その上側の軸端部には、ヒータ６を装着するための開口５ａが形成されている。

ヒータ６は、その先端に棒状のヒータ部材７を有しており、ヒータ部材７を下にして開口５ａに挿入する態様でヒータケース５に取り付けられる。そして、ヒータ部材７は、下側になるその先端７ａがヒータケース５の底壁５ｂから所定の間隙を形成するようにヒータケース５の軸線５Ｘと同軸に配置され、ヒータケース５に収容される。ヒータ部材７は、電熱線を内蔵する発熱部７ｈを有する発熱部材であり、電熱線の熱を伝達することで比較的大きな熱量を保持した発熱状態となり、周囲の燃料を加熱する。なお、発熱部７ｈは、本実施形態ではヒータ部材７の先端側の７割〜８割程度に設定されている。そして、ヒータ６は、バッテリから電熱線への通電がエンジン冷却水の温度等に応じてＥＣＵによってデューティー制御されることにより、燃料ケース４から流出した加熱室８内の燃料を適宜に加熱する。

燃料噴射弁９は、軸状を呈し、ヒータ６に対して燃料の流れ方向における下流側、且つエンジンの吸気通路に望んで設けられている。なお、図１，図３に示すように、ヒータケース５と燃料噴射弁９とは、燃料供給装置１として各部材を一体化するためのベース板１０を介して接続されており、全てのヒータケース５および燃料噴射弁９が１枚のベース板１０に取り付けられることにより、エンジンへの組み付けが容易にされるとともに、エンジンに対する燃料噴射弁９の組み付け精度が高められている。ベース板１０には、ヒータケース５の流出口３ｏに整合する位置に貫通孔１０ａが形成されている。燃料噴射弁９は、その基端側の軸端部に流入口９ｉを有しており、この流入口９ｉが貫通孔１０ａを介して加熱室８と連通するようにベース板１０に取り付けられる。そして、燃料噴射弁９は、ＥＣＵにより駆動制御される電磁弁を内蔵し、ヒータケース５から流出する燃料を、電磁弁の開閉時間に応じた所定量だけ所定時期に噴射してエンジンの燃焼室に供給する。

図３に戻り、ヒータケース５の流通口３ｐは、加熱室８の側部を画定する円筒状の側壁５ｓの上端近傍に配置され、ヒータケース５の流出口３ｏは、側壁５ｓの下端近傍に配置されている。そして、燃料噴射弁９がその軸線９Ｘを水平にして、即ちヒータケース５の軸線５Ｘに直交するように設置される。したがって、流通口３ｐと流出口３ｏとは、発熱部７ｈを挟んで相反する側に配置され、流通口３ｐにおける流路の軸線が、流出口３ｏにおける流路の軸線よりも上側にオフセットした配置となる。

このように形成されたヒータケース５によれば、発熱部７ｈが発熱すると、発熱部７ｈ周辺の燃料が加熱され、暖められた燃料は加熱室８内で上方へ移動する。そして、流通口３ｐから加熱室８に流入した冷たい燃料は、加熱室８内を水平に移動した後、下方へ移動するため、加熱室８内には還流する対流が発生する。そして、発熱部７ｈによって燃料が過熱状態になると、発熱部７ｈ周辺の燃料が気化して気泡となり、気泡は対流によって流通口３ｐ側に集まるように上昇する。そして、流通口３ｐ側に集まった気泡は、流通口３ｐから流入する冷たい燃料によって冷却され、再び液化する。仮に、液化せずに流通口３ｐを通り過ぎて上昇したとしても、気泡は加熱室８の上部に溜まる。そして、ヒータ部材７の上部には発熱部７ｈが設定されていないため、加熱室８の上部に溜まった気泡は、流通口３ｐから流入する冷たい燃料によって冷却されて再び液化する。そのため、ヒータ６による燃料の空焚きが防止される。また、ヒータケース５には、気泡が集まる流通口３ｐと反対側の下部近傍に流出口３ｏが配置されているため、気泡が流出口３ｏから燃料噴射弁９へ向けて流出し難くなり、エンジンを安定的に駆動することができる。

このように、ヒータケース５内の燃料はヒータ部材７によって加熱されるが、この熱が燃料或いはケース３を伝達することにより、燃料ケース４内の燃料はヒータケース５に接続する流通口３ｐ側ほど暖かくなり、暖かくなった燃料は上昇して燃料ケース４内の上部に貯まる。そして、各流入口３ｉが各流通口３ｐよりも低い位置に配置されたことで、図４に示すように、分配管２ｃによって供給された燃料が燃料ケース４内の燃料を上方に押し上げ、暖かい燃料が破線で示すように流通口３ｐ側に導かれる。そのため、流入口３ｉから燃料ケース４に流入する燃料が冷たくても、燃料ケース４内の燃料は暖かいものから順に流通口３ｐから流出して燃料噴射弁９に供給される。したがって、燃料ケース４からの放熱による熱損失が少なくなり、ヒータ６の加熱効率、即ちヒータ６の出力に対する供給燃料の温度上昇率の低下を防止して、供給される燃料温度を全ての燃料噴射弁６について目標温度以上に加熱することができる。

また、燃料ケース４では、各流入口３ｉが燃料ケース４の下端部近傍に配置されたことで、燃料ケース４の下部にある燃料が、流入口３ｉから燃料ケース４内に流入する燃料によって上方に押し上げられて流通口３ｐに導かれるので、燃料ケース４内に燃料が滞留することが防止される。

一方、上記したように、水平に配置された燃料ケース４がヒータ６に対応して４つの凸部４ａを有することにより、図５に示すように、自動車が急旋回したこと等の影響で燃料ケース４が傾斜しても、暖かい燃料は破線で示すように凸部４ａに留まり、下側になった燃料噴射弁９にも暖かい燃料が供給されるため、供給される燃料温度を全ての燃料噴射弁６について同等に保つことができ、エンジンの駆動が不安定になることが防止される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、本発明に係る燃料供給装置１を、エタノールを主燃料とするアルコールエンジンに適用したが、軽油やガソリン等、他の成分を燃料とするエンジンにも適用可能であり、直列４気筒以外のエンジンにも当然に適用可能である。また、上記実施形態では、各燃料噴射弁９に対してヒータケース５およびヒータ６が設けられ、燃料ケース４とヒータケース５との隔壁部に流通口としての流通口３ｐが形成されているが、複数の燃料噴射弁９に対して１つのヒータが設けられ、ケース３は、燃料ケース４とヒータケース５とが一体となったような、即ち、内部に隔壁がなく、流通口を流通した燃料が直接燃料噴射弁９に供給されるような形態であってもよい。これら変更の他、流入口や流出口の数や配置など、各部材の具体的構成は本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

１ 燃料供給装置
２ 燃料供給管
３ ケース
３ｉ 流入口
３ｐ 流通口
３ｏ 流出口
４ 燃料ケース
４ａ 凸部
５ ヒータケース
６ ヒータ
８ 加熱室
９ 燃料噴射弁

Claims (3)

1. 燃料供給管から供給された燃料を貯める燃料ケースと、
   前記燃料ケースと一体に設けられ、前記燃料ケースから流出した燃料を加熱するためのヒータをそれぞれ有するとともに、加熱室をそれぞれ画定する複数のヒータケースと、
   前記複数のヒータケースに対してそれぞれ設けられ、該ヒータケースから流出する燃料を噴射する複数の燃料噴射弁とを備え、
   前記燃料ケースは、略水平に延在するとともに、上方へ突出する複数の凸部を前記燃料噴射弁に対応する位置に有し、当該複数の凸部のそれぞれに前記ヒータケースへ燃料を流通させる流通口が形成されたことを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記燃料ケースには燃料を流入させる流入口が設けられ、該流入口が前記流通口よりも低い位置に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記流入口が前記燃料ケースの下端部近傍に配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の燃料供給装置。

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