JP5316720B2 - プレッシャレギュレータ - Google Patents

Description

本発明は、プレッシャレギュレータに関する。

自動車等に搭載される内燃機関の燃料供給装置には、燃料タンク内の燃料を汲み上げた後に燃料配管を介して燃料噴射弁に供給するポンプ、及び、同ポンプの駆動を通じて調整される燃料配管内の燃料圧力（燃圧）の過上昇を抑制するプレッシャレギュレータが設けられている。こうしたプレッシャレギュレータとしては、例えば特許文献１に示すものが知られている。

上記プレッシャレギュレータには、燃料配管内の燃料を燃料タンクに戻すための燃料流路が形成されている。また、プレッシャレギュレータは、燃料配管内の燃圧に基づく力によって変位する可動部を備えており、その可動部の位置に応じて上記燃料配管から燃料流路を介して燃料タンクに燃料を戻す際の同燃料の流量を可変とする。詳しくは、燃料配管内の燃圧の増大に基づく可動部の変位により、その燃料配管から燃料流路を介して燃料タンクに流れる燃料の量が多くされる。

上述したプレッシャレギュレータを燃料供給装置に設けることで、ポンプの駆動を通じて調整される燃料配管内の燃圧が過度に上昇する際、その燃圧の増大に基づく可動部の変位により燃料配管から燃料流路を介して燃料タンクに流れる燃料の流量が多くされ、それによって燃料配管内の燃圧の過上昇が抑制される。

特開２００１−９９０２７公報（段落［００２７］、図２）

ところで、燃料の良好な燃焼を得るべく燃料噴射弁から噴射される燃料の霧化を促進したり、機関出力を高めるべく燃料噴射弁の燃料噴射量を多くしたりしようとする場合、燃料配管内の燃圧を高くすることが好ましい。しかし、燃料配管内の燃圧を高くする意図のもと、ポンプの駆動率を高めて同ポンプにおける燃料の吐出流量を多くしようとしても、それに合わせて効率よく燃料配管内の燃圧を上昇させることはできない。

これは、燃料配管内の燃圧が高くなるほど、ポンプから同配管への燃料供給が行われにくくなるとともに、燃料配管内の燃料がプレッシャレギュレータの燃料流路から燃料タンクに流れやすくなることが関係している。ちなみに、図７において、実線はポンプの駆動率一定の条件下における燃料配管内の燃圧とポンプから燃料配管に供給される燃料の流量との関係を示しており、破線はポンプの駆動率一定の条件下における燃料配管内の燃圧と燃料配管からプレッシャレギュレータの燃料流路を介して燃料タンクに戻る燃料の流量との関係を示している。

図７から分かるように、ポンプの駆動率一定の条件のもとでは、燃料配管内の燃圧が高くなるほど、ポンプから燃料配管に供給される燃料の流量（実線）が少なくなるとともに、燃料配管からプレッシャレギュレータの燃料流路を介して燃料タンクに戻る燃料の流量（破線）が多くなる。言い換えれば、上述したように燃料配管内の燃圧が高くなるほど、燃料配管への燃料供給が行われにくくなるとともに、燃料配管内の燃料がプレッシャレギュレータの燃料流路から燃料タンクに流れやすくなる。従って、燃料配管内の燃圧が高くなっているときには、同燃圧を高めるべくポンプの駆動率を高めても、それが燃料配管内の燃圧の上昇に寄与しにくいことから、燃料配管内の燃圧を効率よく上昇させることはできない。

なお、こうした状況のもとで燃料配管内の燃圧を高めようとすると、ポンプの駆動率を更に高めた状態で駆動しなければならず、そのためのエネルギ消費が大きなものとなることは避けられない。また、上記ポンプにおける燃料の吐出流量を多くすべく、同ポンプを大型化することが必要になる可能性もある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料配管内の燃料圧力が高い状況のもと、ポンプの駆動率を高めて同ポンプにおける燃料の吐出流量を多くしようとしたとき、それに合わせて効率よく燃料配管内の燃圧を上昇させることが可能になるプレッシャレギュレータを提供することにある。

本発明の一態様では、ポンプの駆動を通じて調整される燃料配管内の燃料圧力に基づく力がプレシャレギュレータの可動部に作用する。そして、プレッシャレギュレータの可動部が上記燃料圧力に基づく力によって変位すると、そのときの可動部の位置に応じて燃料配管内の燃料を燃料流路を介して逃がす際の燃料の流量が可変とされる。ここで、上記プレッシャレギュレータは、燃料配管内の燃料圧力の増大に基づき上記可動部が変位する際、その可動部と当接することが可能なストッパを備える。このストッパは、燃料配管内の燃料圧力の増大に基づく可動部の変位により、上記燃料流路の燃料流通面積を縮小させるものとなる。従って、燃料配管内の燃料圧力が高いとき、上記燃料流路の燃料流通面積が上述したように縮小されることで、燃料配管内の燃料が燃料流路を介して逃がされる際の同燃料の流量を少なくすることができる。言い換えれば、燃料配管内の燃料が燃料流路を介して逃がされにくくなる。このように燃料配管内の燃料が燃料流路を介して逃がされにくくなるため、燃料配管内の燃料圧力が高い状況下でポンプの駆動率を高めて同ポンプにおける燃料の吐出流量を多くしようとしたとき、それに合わせて効率よく燃料配管内の燃圧を上昇させることができる。

なお、上記プレッシャレギュレータにおいては、可動部の内部に上記燃料流路の一部となる通路を形成するとともに、その通路の下流にストッパを設けることが考えられる。この場合のストッパは、燃料配管内の燃料圧力の増大に基づく可動部の変位時に上記燃料流路における上記通路の下流部分の燃料流通面積を縮小させるものとなる。また、可動部の上記通路は、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞りを備えたものとすることが好ましい。このように可動部の上記通路に絞りを形成することで、燃料配管内の燃料が燃料流路を介して流れる際の燃料の流量が少なくなるため、ポンプの駆動率を高めたときに燃料配管内の燃料圧力が応答性よく上昇するようになる。

また、上記ストッパは、可動部の通路の下流に設けられて同通路の下流側の開口と向かい合う対向面を備えたものとすることが考えられる。この場合のストッパは、燃料配管内の燃料圧力の増大に基づいて可動部が変位する際、上記通路の下流側の開口と上記対向面との距離が短くなることで、燃料流路における上記通路の下流部分の燃料流通面積を縮小させるものとなる。これにより、可動部の上記変位時、燃料流路における上記通路の下流部分の燃料流通面積の縮小が的確に行われる。

本実施形態のプレッシャレギュレータが設けられる燃料供給装置、及び、その燃料供給装置が設けられるエンジンを示す略図。 同プレッシャレギュレータの構造を示す略図。 同プレッシャレギュレータにおける弁体の変位態様を示す略図。 同プレッシャレギュレータにおける弁体の変位態様を示す略図。 燃料配管内の燃圧とプレッシャレギュレータの燃料流路を介して燃料タンクに戻る燃料の流量との関係を示すグラフ。 燃料配管からプレッシャレギュレータの燃料流路を介して燃料タンクに戻る燃料の流量と燃料配管内の燃圧との関係における絞りの有無による違いを示すグラフ。 燃料配管内の燃圧とポンプから燃料配管に供給される燃料の流量との関係、及び、燃料配管内の燃圧と燃料配管からプレッシャレギュレータの燃料流路を介して燃料タンクに戻る燃料の流量との関係を示すグラフ。

以下、本発明を自動車用エンジンの燃料供給装置に設けられるプレッシャレギュレータに具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

図１に示されるエンジン１においては、吸気通路２を流れる空気とインジェクタ（燃料噴射弁）６から噴射される燃料との混合気が燃焼室３に充填され、この混合気の燃焼によりピストン１３が往復移動してクランクシャフト１４が回転する。一方、燃焼後の混合気は排気として排気通路１５に送り出される。また、エンジン１は、上記インジェクタ６に対し燃料を供給する燃料供給装置７を備えている。この燃料供給装置７には、燃料タンク８内に蓄えられた燃料を汲み上げるフィードポンプ９と、そのフィードポンプ９によって汲み上げられた燃料をインジェクタ６に送るための燃料配管３１と、その燃料配管３１内の燃料圧力（燃圧）の過上昇を抑制するプレッシャレギュレータ３２とが設けられている。

上記燃料供給装置７においては、燃料配管３１内の燃圧が電子制御装置１６によるフィードポンプ９の駆動制御を通じて調整される。この電子制御装置１６には燃料配管３１内の燃圧を検出する圧力センサ２３が接続されている。そして、電子制御装置１６は、圧力センサ２３によって検出される燃圧がエンジン運転状態等によって設定される目標値となるようフィードポンプ９を駆動制御する。このフィードポンプ９の駆動制御として、具体的には、フィードポンプ９の駆動率の変更を通じて同ポンプ９における燃料の吐出流量を制御することが行われる。

次に、燃料供給装置７におけるプレッシャレギュレータ３２の詳細な構造、及び、同プレッシャレギュレータ３２の動作について、図２〜図４を参照して説明する。

図２に示すように、プレッシャレギュレータ３２は、ケース３３の内部を高圧室３４と低圧室３５とに区画するダイヤフラム３６を備えている。ダイヤフラム３６の中央には、そのダイヤフラム３６の弾性変形を通じて変位可能な可動部としての弁体３７が固定されている。弁体３７には高圧室３４と低圧室３５とを連通するための通路３７ａが形成されている。

ケース３３における高圧室３４側の部分であって上記弁体３７と対向する部分には、円筒体３８がその外周面をケース３３に圧入することで同ケース３３に固定されている。円筒体３８におけるケース３３の外側に位置する端部は、燃料配管３１と連通する導入口３８ａとなっている。上記円筒体３８におけるケース３３の内側に位置する部分には、円筒体３８の径方向に延びる孔３８ｂが形成されている。この孔３８ｂにより円筒体３８の内側と高圧室３４とが連通している。このため、燃料配管３１内の燃料の一部は、円筒体３８の導入口３８ａ及び孔３８ｂを介して高圧室３４に導入される。

円筒体３８におけるケース３３の内側に位置する端部は、弁体３７と当接する弁座３９により閉塞された状態となっている。上記弁体３７は、低圧室３５内に設けられたコイルスプリング４０の付勢力及び上記ダイヤフラム３６の弾性力により、弁座３９に押し付けられている。弁体３７が弁座３９に当接した状態では、高圧室３４内の燃料が弁体３７の通路３７ａに流れ込むことは禁止される。この弁体３７には高圧室３４内の燃圧（燃料配管３１内の燃圧）に基づく力が作用する。弁体３７に作用する上記燃圧に基づく力がコイルスプリング４０の付勢力とダイヤフラム３６の弾性力との合計値よりも大きくなると、例えば図３に示すように弁体３７が上記燃圧に基づく力により低圧室３５側に変位して弁座３９から離間する。このときには高圧室３４内の燃料が弁体３７の通路３７ａに流れ込むことが許容される。その結果、高圧室３４内の燃料が上記通路３７ａを通じて低圧室３５に流れ込むようになる。なお、弁体３７の通路３７ａには、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞り３０が形成されている。

ケース３３における低圧室３５側の部分であって上記弁体３７と対向する部分には、円筒状のストッパ４１がその外周面をケース３３に圧入することで同ケース３３に固定されている。ストッパ４１におけるケース３３の外側に位置する端部は、燃料タンク８（図１）と連通する導出口４１ａとなっている。上記ストッパ４１におけるケース３３の内側に位置する部分には、ストッパ４１の径方向に延びる孔４１ｂが形成されている。この孔４１ｂによりストッパ４１の内側と低圧室３５とが連通している。このため、低圧室３５内の燃料は、ストッパ４１の孔４１ｂ及び導出口４１ａを介して燃料タンク８に戻される。円筒体３８におけるケース３３の内側に位置する端部は閉塞された状態となっている。この端部には弁体３７における通路３７ａの下流側の開口と向かい合う対向面４２が形成されている。弁体３７が高圧室３４内の燃圧に基づく力によって例えば図３に示すように変位すると、そのときの弁体３７と対向面４２との間の距離が変化する。

そして、高圧室３４内の燃圧に基づく力により、弁体３７が円筒体３８の弁座３９から離れる方向に変位してゆき、弁体３７とストッパ４１の対向面４２との間の距離が「０」になると、その弁体３７が図４に示すように対向面４２に当接する。このように弁体３７が対向面４２に当接した状態にあっては、弁体３７の通路３７ａから低圧室３５への燃料の流通が禁止される。また、高圧室３４内の燃圧の増大に基づき弁体３７が弁座３９から離れて対向面４２に当接するまでの過程（図３）では、燃料配管３１内の燃料の一部が、円筒体３８の導入口３８ａ及び孔３８ｂ、高圧室３４、弁体３７の通路３７ａ、低圧室３５、並びに、ストッパ４１の孔４１ｂ及び導出口４１ａを通じて、燃料タンク８に戻される。従って、プレッシャレギュレータ３２における導入口３８ａ、孔３８ｂ、高圧室３４、通路３７ａ、低圧室３５、孔４１ｂ、及び導出口４１ａ等々は、燃料配管３１内の燃料を燃料タンク８に戻す（逃がす）ための燃料流路として機能する。

次に、プレッシャレギュレータ３２における上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻される燃料の流量について説明する。

プレッシャレギュレータ３２の弁体３７が図２に示す位置にあるとき、燃料配管３１内の燃圧、すなわち高圧室３４内の燃圧が上昇してゆくと、同燃圧に基づく力によって弁体３７が図３、図４に示す位置へと順に変位してゆく。そして、このように変位する弁体３７の位置に応じて、燃料配管３１内の燃料をプレッシャレギュレータ３２の上記燃料流路を介して逃がす際の燃料の流量、言い換えれば燃料配管３１から上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量が可変とされる。

図５は、燃料配管３１内の燃圧と上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量との関係を示している。同図に示されるように、燃料配管３１内の燃圧が値Ｐ１以上になると、上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量が徐々に増加してゆく。そして、燃料配管３１内の燃圧が値Ｐ１よりも高い値Ｐ２まで上昇すると、上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量が最大値となる。その後、燃料配管３１内の燃圧が値Ｐ２以上になると、上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量が徐々に低下してゆく。そして、燃料配管３１内の燃圧が値Ｐ２よりも高い値Ｐ３以上になると、上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量が「０」とされるようになる。

燃料配管３１内の燃圧が値Ｐ１から値Ｐ２に至る過程では、プレッシャレギュレータ３２の弁体３７が弁座３９に当接する位置（図２）から同弁座３９とストッパ４１（対向面４２）との中間位置（図３）に変位する。この場合、弁体３７の上記変位によりプレッシャレギュレータ３２の上記燃料流路における通路３７ａの上流部分の燃料流通面積が徐々に増加してゆき、それによって上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量が徐々に増加してゆく。また、燃料配管３１内の燃圧が値Ｐ２から値Ｐ３に至る過程では、プレッシャレギュレータ３２の弁体３７が弁座３９とストッパ４１（対向面４２）の中間位置（図３）から対向面４２に当接する位置（図４）に変位する。この場合、弁体３７の上記変位によりプレッシャレギュレータ３２の上記燃料流路における通路３７ａの下流部分の燃料流通面積が徐々に縮小してゆき、それによって上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量が「０」に至るまで徐々に減少してゆく。

従って、燃料配管３１内の燃圧が高いとき、詳しくは同燃圧が図５の値Ｐ２以上のとき、上述したようにプレッシャレギュレータ３２における上記燃料流路の燃料流通面積が縮小されることで、燃料配管３１から上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻される燃料の流量を少なくすることができる。言い換えれば、燃料配管３１内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされる際の同燃料の流量を少なくすることができるようになる。その結果、燃料配管３１内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされにくくなる。このように燃料配管３１内の燃料がプレッシャレギュレータ３２の上記燃料流路を介して逃がされにくくなるため、燃料配管３１内の燃圧が高い状況下でフィードポンプ９の駆動率を高めて同ポンプ９における燃料の吐出流量を多くしようとしたとき、それに合わせて効率よく燃料配管３１内の燃圧を上昇させることができる。

また、プレッシャレギュレータ３２における弁体３７の上記通路３７ａには、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞り３０が形成されている。仮に、弁体３７の通路３７ａに上記絞り３０を形成しないとすると、フィードポンプ９の駆動率を高めていったとき、燃料配管３１からプレッシャレギュレータ３２の上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量と燃料配管３１内の燃圧との関係が図６に破線で示す状態になる。この場合、燃料配管３１内の燃料がプレッシャレギュレータ３２の上記燃料流路を介して流れる際の燃料の流量が多くなるため、フィードポンプ９の駆動率を高めても燃料配管３１内の燃圧が応答性よく上昇しない。これに対し、弁体３７の通路３７ａに上記絞り３０を形成すると、フィードポンプ９の駆動率を高めていったとき、燃料配管３１からプレッシャレギュレータ３２の上記燃料流路を介して燃料タンク８に戻る燃料の流量と燃料配管３１内の燃圧との関係が図６に実線で示す状態になる。この場合、燃料配管３１内の燃料がプレッシャレギュレータ３２の上記燃料流路を介して流れる際の燃料の流量が少なくなるため、フィードポンプ９の駆動率を高めたときに燃料配管３１内の燃圧が応答性よく上昇するようになる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。

（１）プレッシャレギュレータ３２には、燃料配管３１内の燃圧の増大に基づき弁体３７が変位する際、その弁体３７と当接することが可能なストッパ４１が設けられている。このストッパ４１は、燃料配管３１内の燃圧の増大に基づく弁体３７の変位により、プレッシャレギュレータ３２における上記燃料流路の燃料流通面積を縮小させるものとされる。従って、燃料配管３１内の燃圧が高いとき、上記燃料流路の燃料流通面積が上述したように縮小されることで、燃料配管３１内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされる際の燃料の流量を少なくすることができる。言い換えれば、燃料配管３１内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされにくくなる。このように燃料配管３１内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされにくくなるため、燃料配管３１内の燃圧が高い状況下でフィードポンプ９の駆動率を高めて同ポンプ９における燃料の吐出流量を多くしようとしたとき、それに合わせて効率よく燃料配管３１内の燃圧を上昇させることができる。従って、燃料配管３１内の燃圧が高い状況下でフィードポンプ９の駆動により同燃圧を上昇させようとする際、同ポンプ９でのエネルギ消費が大きくなることを抑制することができる。また、燃料配管３１内の燃圧が高い状況下で同燃圧を上昇させることを目的に、フィードポンプ９の吐出流量を多くすべく同ポンプ９を大型化する必要もなくなる。

（２）プレッシャレギュレータ３２の弁体３７の内部には上記燃料流路の一部となる通路３７ａが形成されており、その通路３７ａの下流に上記ストッパ４１が設けられている。そして、弁体３７の上記通路３７ａには、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞り３０が形成されている。このように弁体３７の上記通路３７ａに絞り３０を形成することで、燃料配管３１内の燃料が上記燃料流路を介して流れる際の同燃料の流量が少なくなるため、フィードポンプ９の駆動率を高めたときに燃料配管３１内の燃圧が応答性よく上昇するようになる。

（３）ストッパ４１は、弁体３７の通路３７ａの下流に設けられて同通路３７ａの下流側の開口と向かい合う対向面４２を備えたものとされる。このストッパ４１は、燃料配管３１内の燃圧の増大に基づいて弁体３７が変位する際、上記通路３７ａの下流側の開口と上記対向面４２との距離が短くなることで、プレッシャレギュレータ３２の上記燃料流路における上記通路３７ａの下流部分の燃料流通面積を縮小させるものとなる。これにより、弁体３７の上記変位時、上記燃料流路における上記通路３７ａの下流部分の燃料流通面積の縮小が的確に行われる。

（４）プレッシャレギュレータ３２の円筒体３８及びストッパ４１は、ケース３３に対し圧入することで固定されている。このため、円筒体３８やストッパ４１のケース３３に対する圧入量（圧入位置）を調節することで、弁体３７の変位方向についての円筒体３８の弁座３９の位置やストッパ４１の対向面４２の位置を調節することができる。そして、上記弁座３９の位置調節を通じて、弁体３７が弁座３９から離れるときの燃料配管３１内の燃圧の値Ｐ１（図５）を定めることができる。また、上記対向面４２の位置調節を通じて、弁体３７が対向面４２に当接するときの燃料配管３１内の燃圧の値Ｐ３（図５）を定めることができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。

・弁体３７の通路３７ａに必ずしも絞り３０を形成する必要はない。

・自動車用エンジン１以外の燃料供給装置に設けられるプレッシャレギュレータに本発明を適用してもよい。

１…エンジン、２…吸気通路、３…燃焼室、６…インジェクタ、７…燃料供給装置、８…燃料タンク、９…フィードポンプ、１３…ピストン、１４…クランクシャフト、１５…排気通路、１６…電子制御装置、２３…圧力センサ、３０…絞り、３１…燃料配管、３２…プレッシャレギュレータ、３３…ケース、３４…高圧室、３５…低圧室、３６…ダイヤフラム、３７…弁体、３７ａ…通路、３８…円筒体、３８ａ…導入口、３８ｂ…孔、３９…弁座、４０…コイルスプリング、４１…ストッパ、４１ａ…導出口、４１ｂ…孔、４２…対向面。

Claims (3)

1. ポンプの駆動を通じて調整される燃料配管内の燃料圧力に基づく力によって変位する可動部を備え、その可動部の位置に応じて前記燃料配管内の燃料を燃料流路を介して逃がす際の燃料の流量を可変とするプレッシャレギュレータにおいて、
   前記燃料圧力の増大に基づき前記可動部が変位する際に同可動部と当接することが可能なストッパを備え、
   前記ストッパは、前記燃料圧力の増大に基づく前記可動部の変位により、前記燃料流路の燃料流通面積を縮小させる
   ことを特徴とするプレッシャレギュレータ。
2. 前記可動部の内部には、前記燃料流路の一部となる通路が形成されており、
   前記ストッパは、前記通路の下流に設けられており、前記燃料圧力の増大に基づく前記可動部の変位時に前記燃料流路における前記通路の下流部分の燃料流通面積を縮小させるものであり、
   前記可動部の前記通路は、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞りを備えている
   請求項１記載のプレッシャレギュレータ。
3. 前記可動部の内部には、前記燃料流路の一部となる通路が形成されており、
   前記ストッパは、前記通路の下流に設けられて前記通路の下流側の開口と向かい合う対向面を備えており、前記燃料圧力の増大に基づいて前記可動部が変位する際、前記通路の下流側の開口と前記対向面との距離が短くなることで、前記燃料流路における前記通路の下流部分の燃料流通面積を縮小させる
   請求項１記載のプレッシャレギュレータ。

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