JP5811888B2

JP5811888B2 - 燃料供給装置

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Publication number: JP5811888B2
Application number: JP2012035909A
Authority: JP
Inventors: 柳　光則; 光則柳
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: JP2013170532A

Description

本発明は、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給する燃料供給装置に関する。

従来より、燃料供給装置において、燃料温度の低下により析出するワックスがフィルタの目詰まりを引き起こすのを防止するための技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、燃料供給ポンプ、コモンレール、インジェクタ等から戻される低圧のリターン燃料を燃料供給路のフィルタ上流側に導入する還流路を設けて、ワックスを融解させる技術（リターン燃料還流式）が開示されている。

特開２００７−１６６５８号公報

特許文献１では、還流路を開閉するバルブとして、燃料タンク内の燃料温度に応じて開閉するタンク燃温反応型バルブを用いている。すなわち、タンク燃料の温度がワックス融解可能な温度になるまで開弁するバルブ構造となっている。
このため、リターン燃料が還流することによってフィルタ入口に導入される燃料の温度が上昇してワックスが融解しても、タンク燃料の温度がワックス融解可能な温度になるまで開弁し続けるため、フィルタ入口に導入される燃料の温度が上昇しすぎる虞がある。
フィルタを経て燃料供給ポンプに供給される燃料の温度が上昇しすぎると、噴射量や噴射タイミングを所望の条件に制御しにくくなる虞がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料供給ポンプに供給される燃料の過昇温を防止することにある。

本発明の燃料供給装置は、燃料タンクからエンジンへ燃料を供給する燃料供給路と、燃料供給路中に設けられ、燃料を加圧して吐出する燃料供給ポンプと、燃料供給ポンプから吐出された燃料をエンジンに噴射供給するインジェクタと、燃料供給路中において燃料供給ポンプの上流側に設けられて、燃料中の異物を除去するフィルタと、燃料供給ポンプからエンジンまでの高圧燃料系からのリターン燃料をフィルタの上流の燃料供給路へ導入する還流路と、還流路の開閉を行う還流バルブとを備える。

そして、還流バルブは、還流路が接続する位置よりも上流側の燃料供給路内の燃料温度に応じて、還流路を開閉する第１バルブと、フィルタの目詰まりに関係する燃料圧力の変化に応じて、第１バルブよりも上流側で還流路を開閉する第２バルブとを有し、第２バルブは、還流路を開閉する弁体と、弁体を閉方向に付勢するとともに、フィルタ内の濾材の下流の燃料圧力に応じて変位する付勢部材とを備える機械弁であることを特徴とする。

これによれば、第２バルブを設けることで、フィルタの目詰まりを検知し、目詰まりが解消されたとみなされる場合に、還流路が閉鎖される構造となる。このため、フィルタの目詰まりが解消しているにもかかわらずタンク燃料の温度がワックス融解可能な温度になるまで開弁し続ける従来の構造の場合とは異なり、フィルタ入口に導入される燃料の温度が上昇しすぎることはない。
したがって、フィルタを経て燃料供給ポンプに供給される燃料の温度の過昇温を防止することができる。

燃料供給装置の概略図である（実施例１）。還流バルブの構成を説明する説明図である（実施例１）。還流バルブの構成を説明する説明図である（実施例２）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
ただし、実施例１は、本発明が適用されている例であるのに対し、実施例２およびその他の実施例は、本発明が適用されていない参考例である。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
本実施例の燃料供給装置１の構成を、図１および図２を用いて説明する。
燃料供給装置１は、例えば、ディーゼルエンジン（図示せず：以下、エンジンと呼ぶ）に燃料を噴射供給するものである。

燃料供給装置１は、燃料タンク２からエンジンへ燃料を供給する燃料供給路３に設けられた燃料供給ポンプ４、この燃料供給ポンプ４から吐出された燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール５、このコモンレール５に蓄圧された燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタ６、燃料供給ポンプ４の上流側に配されて、燃料中の異物を除去するフィルタ７とを備える。

燃料供給ポンプ４は、燃料タンク２からエンジンへ燃料を供給する燃料供給路３中に設けられて、コモンレール５の燃料がエンジンの状態に応じた目標圧力（目標レール圧）で蓄圧されるように、燃料タンク２の燃料を吸入して加圧し吐出するものである。

コモンレール５は、燃料供給路３中において燃料供給ポンプ４の下流側に配され、加圧された燃料の供給を受けて燃料を高圧状態で蓄圧するとともに、実レール圧の燃料をインジェクタ６に供給する。すなわち、コモンレール５は、高圧の燃料を蓄圧する蓄圧容器として機能するとともに、高圧の燃料をインジェクタ６に分配する分配容器として機能する。

インジェクタ６は、燃料供給路３中においてコモンレール５の下流側に配され、気筒内に燃料を噴射する噴射ノズル、この噴射ノズルを作動させる電磁弁等により構成されている。なお、インジェクタ６は、気筒数と同数だけ備えている（図１には１つだけ示す）。

フィルタ７は、燃料タンク２と燃料供給ポンプ４の吸入口との間の燃料供給路３中に配設されて、燃料に含まれるダスト等の固形物や水分を除去するものであって、周知の構造を有する。
すなわち、フィルタ７は、フィルタケース７ａ内に、例えばろ紙で形成された濾材７ｂを有しており、この濾材７ｂによって、燃料中のダストなどを捕らえる。
なお、燃料が低温時に、燃料が固形化したワックスが濾材７ｂに付着することがある。

また、燃料供給装置１は、燃料供給ポンプ４からエンジンまでの高圧燃料系からのリターン燃料をフィルタ７の上流の燃料供給路３へ導入する還流路９と、この還流路９の開閉を行う還流バルブ１０とを備える。

還流路９は、燃料供給ポンプ４、コモンレール５、インジェクタ６等からのリターン燃料を燃料タンク２へ戻すタンクリターン流路１１の途中に設けられており、タンクリターン流路１１から分岐して燃料供給路３へ接続している。

〔本実施例の特徴〕
本実施例の還流バルブ１０は、還流路９が接続する位置よりも上流側の燃料供給路３内の燃料温度に応じて、還流路９を開閉する第１バルブ１５と、フィルタ７の目詰まりに関係する燃料圧力の変化に応じて、第１バルブ１５よりも上流側で還流路９を開閉する第２バルブ１６とを有する。

第１バルブ１５は、ハウジング１８と、このハウジング１８に収容される弁体１９と、この弁体１９を駆動するバイメタル２０とを備える。
ハウジング１８には、燃料供給路３の一部（以下、第１流路３ａと呼ぶ）と、燃料供給路３と接続する還流路９の一部（以下、第２流路９ａと呼ぶ）とが形成されている。そして、第２流路９ａの下流端は第１流路３ａの下流端部に接続している。

また、第２流路９ａの途中には、弁孔２１を介して還流路９と連通する弁室２２が形成されており、弁室２２に収容される弁体１９が弁孔２１を開閉することで還流路９（第２流路９ａ）が開閉される。

弁孔２１は、弁体１９が図示上下方向に駆動することによって開閉されるように開口している。すなわち、図２に示すように、弁孔２１は弁室２２の上部に開口し、この弁孔２１によって還流路９と弁室２２とが連通し、弁孔２１の開閉によって、還流路９が開閉される。なお、図示下方が開方向、上方が閉方向となっている。なお、図２では、第１バルブ１５の右半分に開状態、左半分に閉状態を示している。

弁体１９は、上下方向に延びる弁軸１９ａと、この弁軸１９ａの下方に設けられて弁軸１９ａよりも径大な頭部１９ｂとを有している。
そして、弁軸１９ａは、ハウジング１８に上下方向に形成された摺動孔１８ａ内に、上下方向に摺動可能に収容されている。摺動孔１８ａは下方で第１流路３ａと連通しており、摺動孔１８ａから突出する頭部１９ｂが第１流路３ａ内に収容される。

第１流路３ａ内には、温度に応じて変形するバイメタル２０が設けられており、バイメタル２０の変位する部分に頭部１９ｂが当接して、バイメタル２０の変位に応じて弁体１９が駆動されるようになっている。
バイメタル２０は、第１流路３ａ内の燃料の温度に応じて変位し、第１流路３ａ内の燃料の温度が所定温度（ワックス融解可能温度）よりも低くなると弁体１９が弁孔２１を開き、第１流路３ａ内の燃料の温度が所定温度以上になると弁体１９が弁孔２１を閉じる。弁体１９が弁孔２１を開いている間は、還流路９が燃料供給路３に連通した状態となる。
なお、第１流路３ａ内に供給される燃料の温度はタンク燃料温度（燃料タンク２の燃料温度）とほぼ同じであり、第１バルブ１５はタンク燃温反応型のバルブである。

第２バルブ１６は、第１バルブ１５の上流側の還流路９に設けられており、還流路９を開閉する弁体２５と、この弁体２５を閉方向に付勢するとともに、フィルタ７内の濾材７ｂの下流の燃料圧力に応じて変位するスプリング２６とを備える機械弁である。すなわち、フィルタ７内の濾材７ｂの下流側の圧力（以下、フィルタ下流圧と呼ぶ）に反応するようにスプリング２６を配置している。

燃料供給ポンプ４によって燃料が吸引されているため、フィルタ下流圧は負圧となるが、濾材７ｂに目詰まりが生じると、この負圧が大きくなる。
スプリング２６は、還流路９を閉鎖する方向に弁体２５を付勢しているが、負圧が所定圧以上に大きくなると、スプリング２６が変位して弁体２５が変位し、還流路９を開放する。
すなわち、第２バルブ１６は、燃料圧力状態によってフィルタ７の目詰まりを検知して、目詰まりが生じている可能性のある圧力状態の場合に還流路９を開放する圧力反応型のバルブである。

〔実施例１の作用効果〕
本実施例の燃料供給装置１によれば、還流バルブ１０は、タンク燃料温度に反応する第１バルブ１５と、フィルタ７の目詰まりに関係した燃料圧力変化に反応する第２バルブ１６とからなっており、還流路９において第１バルブ１５の上流に第２バルブ１６が配されている。
以下、還流バルブ１０の動作について説明する。

（１）タンク燃料温度が所定温度以上で、フィルタ下流圧の負圧が所定圧以上である場合
この場合、第２バルブ１６が還流路９を開放するが、第１バルブ１５は還流路９を閉鎖しているため、フィルタ７へは燃料タンク２からの燃料のみが燃料供給路３から供給される。
このとき、タンク燃料温度が所定温度以上であるため、リターン燃料の還流がなくても、フィルタ７の固形化したワックスを溶かすことができる。
なお、ワックスではなく異物によりフィルタ７が目詰まりしている場合にも、第２バルブ１６が反応して還流路９を開放するが、タンク燃料温度が所定温度以上の場合には、第１バルブ１５が還流路９を閉鎖しているため、不必要にリターン燃料が還流されることはない。

（２）タンク燃料温度が所定温度より低く、フィルタ下流圧の負圧が所定圧以上である場合
この場合、第１バルブ１５及び第２バルブ１６がともに還流路９を開放するため、還流路９のリターン燃料が燃料供給路３へ合流する。すなわち、燃料供給路３を流れるタンク燃料温度の燃料に温まったリターン燃料が混合されて、タンク燃料温度よりも温度の高い燃料がフィルタ７へ導入されることになる。このため、フィルタ７内の固形化したワックスを溶かすことができる。
そして、ワックス融解によって、フィルタ下流圧の負圧が所定圧より低くなると、第２バルブ１６が第１バルブ１５の上流で還流路９を閉鎖する。このため、第１バルブ１５が開いていても、リターン燃料は燃料供給路３へ流れない。

本実施例によれば、第２バルブ１６を設けることで、フィルタ７の目詰まりが解消されると、還流路９が閉鎖される構造となっている。このため、フィルタ７の目詰まりが解消しているにもかかわらずタンク燃料温度がワックス融解可能な温度になるまで開弁し続ける従来の構造の場合とは異なり、フィルタ７の入口に導入される燃料の温度が上昇しすぎることはない。
このため、フィルタ７を経て燃料供給ポンプ４に供給される燃料の温度の過昇温を防止することができる。

〔実施例２〕
実施例２の燃料供給装置１を実施例１とは異なる点を中心に図３を用いて説明する。なお、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例によれば、第２バルブ１６は、フィルタ７の目詰まりを燃料圧力により検知して電気信号を出力する圧力検出手段を有し、圧力検出手段からの電気信号に応じて還流路９を開閉する電磁弁である。

すなわち、図３に示すように、第２バルブ１６は、圧力検出手段からの電気信号を受けて、ＥＣＵ２７によって制御される電磁弁である。
なお、ＥＣＵ２７は、制御処理および演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、入力回路、出力回路等により構成される周知構造のコンピュータとして構成されている。
そして、ＥＣＵ２７は、各種センサからの検出値の入力を受け、この検出値に基づいて演算処理をし、各種アクチュエータ（インジェクタ６の電磁アクチュエータ等）に指令値を出力するものである。

本実施例では、圧力検出手段は、フィルタ下流圧を検知する圧力スイッチ２８である。
圧力スイッチ２８は、フィルタ下流圧の負圧が所定圧以上になるとＯＮとなり、ＥＣＵ２７に電気信号が出力される。そして、この電気信号に応じて、第２バルブ１６は還流路９を開放する動作をする。また、フィルタ下流圧の負圧が所定圧より低くなるとＯＦＦとなり、ＥＣＵ２７に電気信号が出力される。そして、この電気信号に応じて、第２バルブ１６は還流路９を閉鎖する動作をする。
これにより、実施例１と同様の効果を奏する。

〔その他の実施例〕
実施例１、２の燃料供給装置１では、フィルタ７の目詰まりに関係する燃料圧力の変化を、フィルタ下流圧の変化としていたが、フィルタ７の上流の圧力変化等、フィルタ７の目詰まりによって生じるフィルタ７の周辺の圧力変化であってもよい。例えば、フィルタ下流圧と、フィルタ７内の濾材７ｂの上流側の圧力との差によりフィルタ７の目詰まりを検知してもよい。

そして、実施例１、２では、フィルタ下流圧の変化をフィルタ７内の濾材７ｂの下流側の圧力のみの検知によって把握していたが、フィルタ下流圧とタンクリターン流路１１内の圧力との差により検知してもよい。

また、本実施例の燃料供給装置１は、ディーゼルエンジンに燃料を噴射供給するものであったが、ガソリンエンジンに燃料を噴射供給する装置にも適用することができる。

１燃料供給装置
２燃料タンク
３燃料供給路
４燃料供給ポンプ
６インジェクタ
７フィルタ
９還流路
１０還流バルブ
１５第１バルブ
１６第２バルブ

Claims

燃料タンク（２）からエンジンへ燃料を供給する燃料供給路（３）と、
前記燃料供給路（３）中に設けられ、燃料を加圧して吐出する燃料供給ポンプ（４）と、
前記燃料供給ポンプ（４）から吐出された燃料を前記エンジンに噴射供給するインジェクタ（６）と、
前記燃料供給路（３）中において前記燃料供給ポンプ（４）の上流側に設けられて、燃料中の異物を除去するフィルタ（７）と、
前記燃料供給ポンプ（４）から前記エンジンまでの高圧燃料系からのリターン燃料を前記フィルタ（７）の上流の前記燃料供給路（３）へ導入する還流路（９）と、
前記還流路（９）の開閉を行う還流バルブ（１０）とを備える燃料供給装置であって、
前記還流バルブ（１０）は、
前記還流路（９）が接続する位置よりも上流側の前記燃料供給路（３）内の燃料温度に応じて、前記還流路（９）を開閉する第１バルブ（１５）と、
前記フィルタ（７）の目詰まりに関係する燃料圧力の変化に応じて、前記第１バルブ（１５）よりも上流側で前記還流路（９）を開閉する第２バルブ（１６）とを有し、
前記第２バルブ（１６）は、前記還流路（９）を開閉する弁体（２５）と、前記弁体（２５）を閉方向に付勢するとともに、前記フィルタ（７）内の濾材（７ｂ）の下流の燃料圧力に応じて変位する付勢部材（２６）とを備える機械弁であることを特徴とする燃料供給装置。