JP5680485B2 - 燃料圧力調整装置 - Google Patents

Description

本願は、燃料供給源（例えば、燃料ポンプ等）から燃料使用装置（例えば、エンジンに燃料を噴射するインジェクタ等）に供給される燃料の圧力を調整する燃料圧力調整装置に関する。

燃料ポンプ等からインジェクタ等に供給される燃料の圧力を調整する燃料圧力調整装置が知られている。燃料圧力調整装置は、通常、燃料ポンプ等から吐出される燃料が流入する弁室と、弁室内の燃料を排出するための開口を開閉する弁体を備えている。弁室内の燃料圧力が所定の圧力以下のときは、弁体は弁室の開口を閉じている。このため、燃料ポンプ等から吐出される燃料は、そのままインジェクタ等に供給される。一方、弁室内の燃料圧力が所定の圧力を超えると、弁体は弁室の開口を開き、弁室内から外部に燃料を排出する。これによって、燃料ポンプ等からインジェクタ等に供給される燃料の圧力が制限され、高圧な燃料がインジェクタ等に供給されることが防止される。特許文献１〜４は、従来の燃料圧力調整装置を開示している。

特表２００８−５３４５８２号公報 実開平２−２４１７０号公報 特開２００７−２５５３７８号公報 特開平５−２４８５５１号公報

この種の燃料圧力調整装置では、燃料ポンプ等から吐出される燃料の圧力が脈動することによって、弁体に自励振動が生じることがある。弁体に自励振動が生じると、異音等の原因となる。従来の技術では、弁体の上流側の燃料流路に絞り等を形成することで、弁体に作用する圧力の低減が図られている。しかしながら、弁体の上流側の燃料流路に絞り等を形成するだけでは、弁体の振動特性を考慮しているわけではないため、弁体の自励振動を防止することはできない。本明細書は、弁体の自励振動を防止することができる燃料圧力調整装置を提供することを目的とする。

本明細書に開示する燃料圧力調整装置は、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給する燃料供給システムに装備される。この燃料圧力調整装置は、一端に燃料ポンプからの燃料が流入する第１燃料流路と、第１燃料流路の他端が接続されており、第１燃料流路から燃料が流入すると共にその流入した燃料が流出する第１流出口及び第２流出口を有している圧力室と、圧力室の第１流出口に一端が接続されている第２燃料流路と、圧力室の第２流出口に一端が接続されている第３燃料流路と、第２燃料流路の他端に接続されており、第２燃料流路からの燃料が流入する弁室と、弁室内の燃料圧力が所定の圧力を超えるときは開口を開いて弁室内から燃料を外部に排出する一方で、弁室内の燃料圧力が所定の圧力以下のときは開口を閉じて弁室内の燃料を排出不能とする弁体と、を有している。そして、第１燃料流路の共鳴周波数をｆ_１とし、第２燃料流路の共鳴周波数をｆ_２としたときに、０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係が成立する。

この燃料圧力調整装置では、第１燃料流路の一端に燃料供給源が接続され、第３燃料流路の他端に燃料使用装置が接続される。燃料供給源からの燃料は、第１燃料流路から圧力室に流入し、圧力室から第３燃料流路を通って燃料使用装置に供給される。燃料供給源からの燃料の圧力が高すぎる場合は、弁室内の燃料の圧力が所定の圧力を超え、弁体が弁室の開口を開く。このため、圧力室の燃料の一部が、第２燃料流路を通って弁室に流れ、弁室の開口より外部に排出される。これによって、燃料使用装置に供給される燃料の圧力が高くなり過ぎることが防止される。

ここで、この燃料圧力調整装置では、弁室の上流に圧力室が設けられ、弁室と圧力室とが第２燃料流路で接続される。燃料供給源と弁室とが直接的に接続されていないため、燃料供給源からの燃料の脈動が直接弁体に作用しない。また、圧力室の上流側の第１燃料流路の共鳴周波数ｆ_１と、圧力室と弁室とを接続する第２燃料流路の共鳴周波数ｆ_２とが０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係が成立するように調整されている。後述するように、本発明者らの実験によると、０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係が成立すると、弁体の自励振動が抑制できることが判明している。したがって、この燃料圧力調整装置では、弁体に自励振動が発生することを抑制することができる。

上記の燃料圧力調整装置では、第２燃料流路は、軸に垂直な断面が円形の流路としてもよい。この場合、音速をａとし、圧力室の体積をＶ_ｆｆとし、弁室の体積をＶ_ｐｒとし、第２燃料流路の長さをＬ_ｄｐｒとし、第２燃料流路の径をＤ_ｄｐｒとしたときに、下記の式が成立することが好ましい。かかる式を満足することで、０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係が成立し、弁体に自励振動が発生することを抑制することができる。

上記の燃料圧力調整装置では、第２燃料流路と弁室とが１つのハウジングに設けられており、そのハウジングに弁体が収容されることで圧力調整弁が構成されていてもよい。このような構成によると、圧力室に圧力調整弁を接続するだけでよいため、燃料圧力調整装置の製造を容易化することができ、また、燃料圧力調整装置を小型化することができる。

本実施例に係る燃料圧力調整装置を備えた燃料供給システムの概略構成を示す図。 本実施例に係る燃料供給装置の管路系モデル図。 第２燃料流路の共鳴周波数ｆ_２及び管路長さＬ_ｄｐｒと、自励振動が生じるか否かとの関係を確認した実験の結果を示す図。 第２燃料流路の管路長さＬ_ｄｐｒ及び管路内径Ｄｄｐｒと、自励振動が生じるか否かの関係を示す図。 変形例に係る燃料圧力調整装置の構成を示す図。 他の変形例に係る燃料圧力調整装置の構成を示す図。

本実施例に係る燃料圧力調整装置について説明する。まず、本実施例に係る燃料圧力調整装置を装備した燃料供給システムについて簡単に説明する。本実施例に係る燃料供給システムは、自動二輪車に搭載され、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給するために用いられる。図１に示すように、燃料供給システム１０は、燃料ポンプ１２と、燃料ポンプ１２に接続された燃料圧力調整装置４０と、燃料圧力調整装置４０に接続されたインジェクタ２２を備えている。

燃料ポンプ１２は、図示しない燃料タンク内に設置されている。燃料ポンプ１２は、燃料タンク内の燃料を吸引して昇圧し、昇圧した燃料を吐出口１２ａより吐出する。燃料ポンプ１２には、従来公知の種々の燃料ポンプを用いることができる。燃料圧力調整装置４０は、燃料ポンプ１２から吐出される燃料の圧力を調整し、圧力を調整した燃料をインジェクタ２２に供給する。燃料圧力調整装置４０の詳細な構成については後で詳述する。インジェクタ２２は、エンジンに取付けられている。インジェクタ２２は、燃料圧力調整装置４０から供給される燃料をエンジンの燃焼室内等に噴射する。

次に、燃料圧力調整装置４０について説明する。燃料圧力調整装置４０は、第１燃料流路１４と、圧力室１６と、圧力調整弁２４と、第３燃料流路２０を備えている。第１燃料流路１４の一端は燃料ポンプ１２の吐出口１２ａに接続されている。第１燃料流路１４の他端は、圧力室１６の流入口１８ａに接続されている。第１燃料流路１４は、燃料ポンプ１２から吐出される燃料を圧力室１６まで導く。第１燃料流路１４は、軸に垂直な断面が円形の流路とすることができる。

圧力室１６は、第１燃料流路１４から流入する燃料を一時的に貯留する。圧力室１６は、圧力室１６内の燃料が流出する第１流出口１８ｃ及び第２流出口１８ｂを有している。第１流出口１８ｃには、圧力調整弁２４が接続されている。第２流出口１８ｂには、第３燃料流路２０の一端が接続されている。第３燃料流路２０の他端には、インジェクタ２２が接続されている。したがって、圧力室１６内の燃料は、第３燃料流路２０を通ってインジェクタ２２に供給される。

圧力調整弁２４は、ハウジング２５と、ハウジング２５内に収容されたボール３０（請求項でいう弁体に相当）と、ボール３０を付勢するスプリング３６を有している。ハウジング２５は、圧力室１６に取付けられている。ハウジング２５には、第２燃料流路２６と弁室２８と弁体収容部２５ａが形成されている。第２燃料流路２６は、その一端が圧力室１６の第１流出口１８ｃに接続され、その他端が弁室２８に接続されている。第２燃料流路２６は、軸に垂直な断面が円形の流路とされている。弁室２８は、その一端（図の左側の端部）が第２燃料流路２６に接続され、その他端（図の右側の端部）に開口３２が形成されている。弁室２８の流路軸に垂直な断面の面積は、第２燃料流路２６の流路軸に垂直な断面の面積よりも大きくされている。弁体収容部２５ａは、その一端が弁室２８の開口３２に接続され、その他端２５ｂが外部に開放されている。このため、弁室２８は、開口３２及び弁体収容部２５ａを介して外部に連通している。弁体収容部２５ａ内には、ボール３０とスプリング３６が収容されている。

ボール３０は、弁室２８の開口３２を開閉する。ボール３０には押え板３４が当接し、その押え板３４をスプリング３６が付勢している。すなわち、ボール３０は、スプリング３６によって、開口３２を閉じる方向（図の左側）に付勢されている。したがって、ボール３０は、弁室２８内の燃料圧力が所定の圧力以下のときは開口３２を閉じ、弁室２８内の燃料圧力が所定の圧力を超えると開口３２を開く。ボール３０が開口３２を開くと、弁室２８内の燃料が弁体収容部２５ａを通って外部に排出される。外部に排出された燃料は、図示しない燃料タンクに戻される。

上述した燃料圧力調整装置４０では、燃料ポンプ１２からの燃料は第１燃料流路１４を通って圧力室１６に流入し、圧力室１６から第３燃料流路２０を通ってインジェクタ２２に供給される。燃料ポンプ１２からの燃料の圧力が高いと、弁室２８内の燃料の圧力が所定の圧力を超え、ボール３０が弁室２８の開口３２を開く。このため、圧力室１６内の燃料の一部が、第２燃料流路２６を通って弁室２８に流れ、弁室２８の開口３２より燃料タンクに戻される。これによって、インジェクタ２２に供給される燃料の圧力を所望の値に制御することができる。

本実施例では、第１燃料流路１４の共鳴周波数をｆ_１とし、第２燃料流路２６の共鳴周波数をｆ_２としたときに、０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係が成立するように、第１燃料流路１４及び第２燃料流路２６の流路断面積及び流路長さがそれぞれ設定されている。０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係が成立すると、ボール３０（弁体）の自励振動を防止できることが実験的に確認されている。

すなわち、本発明者らが、第２燃料流路２６の管路径Ｄ_ｄｐｒ（すなわち、流路断面積）と、管路長さＬ_ｄｐｒ（すなわち、流路長さ）を種々に変更してボール３０に自励振動が生じたか否かを実験した結果、図３に示すように、ｆ_２≦５．６×ｆ_１の範囲では、ボール３０に自励振動が発生しないことが確認された。また、共鳴周波数ｆ_２が負となることはなく、０より大きい。したがって、０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係が成立すると、ボール３０に自励振動が生じることを防止することができることとなる。なお、図３に示す実験結果例及び図４に示す計算結果例は、第１燃料流路１４の流路断面積Ｓ_ｄｆｆを１１ｍｍ^２とし、管路長さＬ_ｄｆｆを３ｍｍとし、圧力室１６の体積Ｖ_ｆｆを３０００ｍｍ^３とし、弁室２８の体積Ｖ_ｐｒを１７ｍｍ^３として求めている。また、図３に示す実験データは、第２燃料流路２６の管路径Ｄ_ｄｐｒをφ＝１．６ｍｍ，１．８ｍｍ，２．０ｍｍ，２．１ｍｍとした場合のデータである。

なお、上記のｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係を、共鳴周波数ｆ_１と圧力室２６の体積Ｖ_ｆｆと弁室２８の体積Ｖ_ｐｒと第２燃料流路２６の管路径Ｄ_ｄｐｒ及び管路長さＬ_ｄｐｒを用いて表すと、既に説明した数１の式になる。

図４は、第２燃料流路２６の管路径Ｄ_ｄｐｒ及び管路長さＬ_ｄｐｒと、ボール３０に自励振動が生じるか否かの関係を示した計算例である。図４中、斜線で示した領域が自励振動が発生しない領域となる。したがって、斜線で示した範囲となるように、第２燃料流路２６の管路径Ｄ_ｄｐｒと管路長さＬ_ｄｐｒを設定すればよい。

なお、第１燃料流路１４の共鳴周波数ｆ_１と第２燃料流路２６の共鳴周波数をｆ_２は、従来公知の技術によって求めることができる。例えば、図２の管路系モデルに基づいて算出することができる。すなわち、第１燃料流路１４の音響質量ｍ_ｆｆは、第１燃料流路１４の流路断面積Ｓ_ｄｆｆと管路長さＬ_ｄｆｆと燃料の密度ρによって算出することができる。同様に、第２燃料流路２６の音響質量ｍ_ｐｒは、第２燃料流路１４の流路断面積Ｓ_ｄｐｒと管路長さＬ_ｄｐｒと燃料の密度ρによって算出することができる。また、第１燃料流路１４の音響ばねは、圧力室１６に対する音響ばねを考慮すればよく、燃料の密度ρと音速ａと第１燃料流路１４の流路断面積Ｓ_ｄｆｆと圧力室１６の体積Ｖ_ｆｆによって算出することができる。一方、第２燃料流路２６の音響ばねは、圧力室１６に対する音響ばねと、弁室２８に対する音響ばねを考慮する。圧力室１６に対する第２燃料流路２６の音響ばねは、燃料の密度ρと音速ａと第２燃料流路１４の流路断面積Ｓ_ｄｐｒと圧力室１６の体積Ｖ_ｆｆによって算出することができ、弁室２８に対する第２燃料流路２６の音響ばねは、燃料の密度ρと音速ａと第２燃料流路１４の流路断面積Ｓ_ｄｐｒと弁室２８の体積Ｖ_ｐｒによって算出することができる。第１燃料流路１４の音響質量ｍ_ｆｆと音響ばねが算出されると、これらから第１燃料流路１４の共鳴周波数ｆ_１を算出することができる。また、第２燃料流路２６の音響質量ｍ_ｐｒと音響ばねが算出されると、これらから第２燃料流路２６の共鳴周波数ｆ_２を算出することができる。

上述したことから明らかなように、本実施例の燃料圧力調整装置４０は、弁室２８の上流に圧力室１６が設けられ、圧力室１６の上流側の第１燃料流路１４の共鳴周波数ｆ_１と、圧力室１６と弁室２８とを接続する第２燃料流路２６の共鳴周波数ｆ_２との間に、０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係が成立するように調整されている。このため、燃料圧力調整装置４０では、ボール３０に自励振動が発生することを抑制することができる。

また、圧力室１６と弁室２８とを接続する第２燃料流路２６が圧力調整弁２４のハウジング２５内に形成されているため、燃料圧力調整装置４０の部品点数を削減することができ、組付け性を向上することができる。

なお、上述した実施例では、ボール３０とスプリング３６によって構成される圧力調整弁２４を用いたが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、図５に示すように、ダイヤフラム式の圧力調整弁を用いてもよい。

また、上述した実施例では、圧力調整弁２４と燃料ポンプ１２の間に１つの圧力室１６を設けた例であったが、圧力調整弁２４と燃料ポンプ１２の間には複数の圧力室（燃料貯留部）を設けてもよい。例えば、図６に示す例では、圧力調整弁２４と燃料ポンプ１２の間に第１圧力室６４と第２圧力室１６が設けられている。この場合は、圧力調整弁２４に最も近い第２圧力室１６に直接接続される燃料流路１４の共鳴周波数ｆ_１とし、第２圧力室１６と弁室２８を接続する燃料流路２６の共鳴周波数ｆ_２としたときに、０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係を成立させればよい。

以上、本発明のいくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：燃料供給システム
１２：燃料ポンプ
１４：第１燃料流路
１６：圧力室
２０：第３燃料流路
２２：インジェクタ
２４：圧力調整弁
２６：第２燃料流路
２８：弁室
３０：ボール

Claims (3)

1. 燃料タンク内の燃料をエンジンに供給する燃料供給システムに装備される燃料圧力調整装置であり、
   一端に燃料ポンプからの燃料が流入する第１燃料流路と、
   第１燃料流路の他端が接続されており、第１燃料流路から燃料が流入すると共にその流入した燃料が流出する第１流出口及び第２流出口を有している圧力室と、
   圧力室の第１流出口に一端が接続されている第２燃料流路と、
   圧力室の第２流出口に一端が接続されている第３燃料流路と、
   第２燃料流路の他端に接続されており、第２燃料流路からの燃料が流入する弁室と、
   弁室内の燃料圧力が所定の圧力を超えるときは開口を開いて弁室内から燃料を外部に排出する一方で、弁室内の燃料圧力が所定の圧力以下のときは開口を閉じて弁室内の燃料を排出不能とする弁体と、を有しており、
   第１燃料流路の共鳴周波数をｆ_１とし、第２燃料流路の共鳴周波数をｆ_２としたときに、０＜ｆ_２≦５．６×ｆ_１の関係が成立する、燃料圧力調整装置。
2. 第２燃料流路は、軸に垂直な断面が円形の流路であり、
   音速をａとし、
   圧力室の体積をＶ_ｆｆとし、
   弁室の体積をＶ_ｐｒとし、
   第２燃料流路の長さをＬ_ｄｐｒとし、
   第２燃料流路の径をＤ_ｄｐｒとしたときに、
   Ｌ_ｄｐｒ≧［（１／Ｖ_ｆｆ＋１／Ｖ_ｐｒ）／（５．６×２π×ｆ_１／ａ）^２］×Ｄ_ｄｐｒ ^２
   の関係が成立する、請求項１に記載の燃料圧力調整装置。
3. 第２燃料流路と弁室とが１つのハウジングに設けられており、そのハウジングに弁体が収容されることで圧力調整弁が構成されている、請求項１又は２に記載の燃料圧力調整装置。

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