JP6187526B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は自動車等に搭載される内燃機関の燃料供給装置に係る。

自動車用エンジン等（特にディーゼルエンジン）に使用される燃料は、低温環境下においてパラフィン系成分が結晶化し、これが成長してワックスが析出することがある。

自動車用エンジン等の燃料供給系としては、一般に、燃料ポンプへの異物混入を防止するために、この燃料ポンプの上流側に燃料フィルタが設けられている。そして、この燃料フィルタよりも上流側でワックスが析出した場合、このワックスは、燃料フィルタ内のフィルタエレメントに捕捉されることになる。このため、低温環境下におけるエンジンの始動初期時には、短時間のうちに前記ワックスによってフィルタエレメントが目詰まりしてしまう可能性がある。この場合、インジェクタに向けての燃料供給量が不足し、エンジン出力の低下を招いてしまう。

特許文献１には、析出したワックスによるフィルタエレメントの目詰まりを解消する構成が開示されている。具体的には、燃料ポンプの上流側に燃料フィルタが配設された燃料供給装置において、コモンレールからの余剰燃料や、インジェクタおよび燃料ポンプからのリーク燃料を、燃料タンクの燃料と混合して燃料フィルタを通過させる構成となっている。つまり、比較的高温となっている前記余剰燃料や前記リーク燃料によって燃料を加熱する。これによりワックスを融解してフィルタエレメントの目詰まりを解消するようにしている。

特開２０１４−２０２２１号公報

ところで、比較的多くの異物が混入している粗悪燃料が使用されることを想定して燃料ポンプの上流側に２つの燃料フィルタを備えさせることが考えられる。

この場合、燃料ポンプの吸入負圧によって、燃料が各燃料フィルタのフィルタエレメントを通過することになる。この燃料ポンプの吸入負圧を利用する場合、燃料がフィルタエレメントを通過するための圧力を十分に得ることが困難である（燃料ポンプの燃料吸い込みによって燃料を通過させることになるので、その通過させるための圧力を十分に得ることが困難である）。このため、フィルタエレメントの異物捕捉量が比較的少ない状況であっても、このフィルタエレメントを通過する燃料量の減少を招いてしまう可能性がある。従って、各燃料フィルタそれぞれのフィルタエレメントの異物捕捉量が比較的少ない状況であっても、これらフィルタエレメントそれぞれを交換する必要が生じる。つまり、燃料フィルタの数を増加させた分だけ交換部品が多くなってしまうことになる。

また、低温環境下で燃料中にワックスが析出する状況にあっては、各燃料フィルタのフィルタエレメントが共に目詰まりしてしまう可能性もある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の燃料フィルタを備えさせながらも交換部品の数を削減でき、しかも、ワックスの析出に起因するフィルタエレメントの目詰まりを抑制できる内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の解決手段は、燃料タンク内の燃料を、フィードポンプおよび高圧燃料ポンプによって順次昇圧してコモンレールを経て燃料噴射弁に供給する燃料供給経路を備えた内燃機関の燃料供給装置を前提とする。この内燃機関の燃料供給装置に対し、前記燃料供給経路に、前記フィードポンプの上流側に設けられ且つ第１のフィルタエレメントを有する第１の燃料フィルタ、および、前記フィードポンプと前記高圧燃料ポンプとの間の経路に設けられ且つフィルタケーシング内に第２のフィルタエレメントが収容されて成る第２の燃料フィルタを備えさせる。また、前記第２の燃料フィルタの前記フィルタケーシングの内部における前記第２のフィルタエレメントの上流側に、側方に開放された吸入口および吐出口を有するエア抜きバルブを設ける。また、前記フィードポンプから吐出されて前記第２の燃料フィルタ内に流入した燃料の一部を、該第２の燃料フィルタの前記フィルタケーシングの内部における前記第２のフィルタエレメントの上流側から前記第１の燃料フィルタ内における前記第１のフィルタエレメントの上流側へ還流する還流路を設ける。また、前記還流路を形成する還流配管を前記エア抜きバルブの前記吐出口に接続させる。また、前記還流路を、前記高圧燃料ポンプ、前記コモンレールおよび前記燃料噴射弁にも接続させ、前記高圧燃料ポンプからのリーク燃料、前記コモンレールからの余剰燃料および前記燃料噴射弁からのリーク燃料を、前記第２の燃料フィルタ内の前記エア抜きバルブの前記吐出口から流出された燃料と共に、前記第１のフィルタエレメントの上流側へ還流させるようにしている。

この特定事項により、第２の燃料フィルタの第２のフィルタエレメントを燃料が通過する際、この燃料はフィードポンプの吐出圧によって第２のフィルタエレメントを通過することになる。このフィードポンプの吐出圧を利用する場合、燃料がフィルタエレメント（第２のフィルタエレメント）を通過するための圧力を十分に高めることが可能である（フィードポンプからの燃料押し込みによって燃料を第２のフィルタエレメントに通過させるため、その通過させるための圧力を十分に高めることが可能である；フィードポンプの燃料吸い込みによって燃料を通過させる場合に比べて圧力を十分に高めることが可能である）。このため、この第２のフィルタエレメントの異物捕捉量が比較的多くなっても燃料を通過させることができる。従って、この第２のフィルタエレメントの交換は不要となる。その結果、複数の燃料フィルタを備えさせながらも交換部品の数を削減できる（全ての燃料フィルタのフィルタエレメントが交換部品となる場合に比べて交換部品の数を削減できる）。

また、第２の燃料フィルタに達した燃料は、フィードポンプによって加圧されて比較的高温となっている。そして、この燃料が、還流路によって第１の燃料フィルタ内における第１のフィルタエレメントの上流側へ還流される。このため、第１のフィルタエレメントの上流側の温度を上昇させることができ、仮に、第１のフィルタエレメントがワックスによって目詰まりしていても、このワックスを早期に融解し、目詰まりを解消することができる。また、第１のフィルタエレメントがワックスによって目詰まりしていない状況では、ワックスの析出を防止でき、ワックスによる第１のフィルタエレメントの目詰まりを防止することができる。

また、第２の燃料フィルタのフィルタケーシング内の燃料の一部を、エア抜きバルブから還流配管に排出させることができる。このため、第２の燃料フィルタから空気を排出するためのエア抜きバルブを、第１の燃料フィルタへ還流させるための燃料を取り出す取り出し口として利用することができる。つまり、第２の燃料フィルタに、第１の燃料フィルタへ燃料を還流させるための専用の燃料取り出し口を設ける必要がない。このため、第２の燃料フィルタの構成の簡素化を図ることができる。

また、前記第１の燃料フィルタに、前記燃料タンクから導入された燃料と、前記還流路を経て導入された燃料とを混合させて、第１のフィルタエレメントに向けて流す還流ヒータを設けると共に、前記還流路を経て導入された燃料の温度が所定温度以下である場合と、所定温度を超えている場合とで開閉状態が切り替わるサーモスタットバルブを設ける。また、このサーモスタットバルブに、前記還流ヒータに繋がる流路と、前記燃料タンクに繋がる流路とを接続する。そして、前記還流路を経て導入された燃料の温度が所定温度以下である場合には、前記還流路を経て導入された燃料が前記サーモスタットバルブから前記還流ヒータに向けて流れる一方、前記還流路を経て導入された燃料の温度が所定温度を超えている場合には、前記還流路を経て導入された燃料が前記サーモスタットバルブから前記還流ヒータをバイパスして前記燃料タンクに向けて流れる構成とすることが好ましい。

これによれば、還流路を経て第１の燃料フィルタに導入された燃料の温度が所定温度を超えている場合には、サーモスタットバルブの作動により、この燃料は還流ヒータをバイパスして燃料タンクに戻されることになる。つまり、還流路から導入された燃料は第１のフィルタエレメントを通過することなく燃料タンクに戻される。このため、第１のフィルタエレメントを通過する燃料の温度が過剰に高くなることがなくなる。その結果、第１のフィルタエレメントの劣化を防止でき、第１の燃料フィルタの性能が維持できる。

また、前記第２の燃料フィルタを、内燃機関本体に一体的に組み付けることが好ましい。

これによれば、内燃機関本体の熱（気筒内での燃焼行程により生じた熱）を第２の燃料フィルタに容易に伝達することができる。このため、還流路によって第１のフィルタエレメントの上流側へ還流される燃料の温度を内燃機関本体の熱によっても上昇させておくことができる。このため、第１のフィルタエレメントの目詰まり（ワックスによる目詰まり）の解消および防止を確実に行うことができる。

本発明では、フィードポンプの上流側および下流側それぞれに燃料フィルタを備えさせ、下流側の第２の燃料フィルタから上流側の第１の燃料フィルタ内における第１のフィルタエレメントの上流側へ燃料を還流させるようにしている。このため、第２の燃料フィルタの異物捕捉量が比較的多くなっていても燃料を通過させることができるので、この第２の燃料フィルタのフィルタエレメントの交換は不要となり、交換部品の数を削減できる。また、第１の燃料フィルタへ還流される燃料によって第１のフィルタエレメントの上流側の温度を上昇させることができ、ワックスによる第１のフィルタエレメントの目詰まりを、解消および防止できる。

実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料供給装置を示す概略構成図である。 第２の燃料フィルタの配設位置を説明するためのエンジン本体を仮想線で示す斜視図である。 第１の燃料フィルタに還流される燃料の温度が所定温度以下である場合の燃料の流れを説明するための図１相当図である。 第１の燃料フィルタに還流される燃料の温度が所定温度を超えている場合の燃料の流れを説明するための図１相当図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載された４気筒ディーゼルエンジンの燃料供給装置に本発明を適用した場合について説明する。

（燃料供給装置の全体構成）
図１は、本実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料供給装置１を示す概略構成図である。この図１に示すように、燃料供給装置１は、燃料タンク２、第１の燃料フィルタ３、フィードポンプ４、第２の燃料フィルタ５、高圧燃料ポンプ６、コモンレール７、インジェクタ（燃料噴射弁）８を備えている。

燃料タンク２と第１の燃料フィルタ３とは第１燃料配管１０１によって接続されている。第１燃料配管１０１の上流端にはストレーナ１０１ａが設けられている。第１の燃料フィルタ３とフィードポンプ４とは第２燃料配管１０２によって接続されている。フィードポンプ４と第２の燃料フィルタ５とは第３燃料配管１０３によって接続されている。第２の燃料フィルタ５と高圧燃料ポンプ６とは第４燃料配管１０４によって接続されている。高圧燃料ポンプ６とコモンレール７とは第５燃料配管１０５によって接続されている。コモンレール７と各気筒（４気筒）毎の各インジェクタ８とはそれぞれ第６燃料配管１０６によって接続されている。

これら第１〜第６の燃料配管１０１〜１０６によって各機器２〜８が接続されていることにより、燃料タンク２内の燃料をインジェクタ８に向けて供給する燃料供給経路１００が構成されている。

燃料タンク２には燃料（軽油）が貯留されている。

第１の燃料フィルタ３は、フィルタケーシング３１内にフィルタエレメント（第１のフィルタエレメント）３２が収容された構成となっている。この第１の燃料フィルタ３は、フィードポンプ４の作動によって燃料タンク２から汲み上げられた燃料中に含まれる異物をフィルタエレメント３２によって捕捉して燃料を浄化する。この第１の燃料フィルタ３の具体構成については後述する。

フィードポンプ４は、トロコイド式ポンプやベーン式ポンプ等によって構成されている。また、このフィードポンプ４は、エンジンのクランクシャフト（図示省略）の回転力がチェーン等を介して伝達されることで作動する。このフィードポンプ４の吐出圧としては例えば４００ｋＰａ程度となっている。この値はこれに限定されるものではない。

第２の燃料フィルタ５は、前記第１の燃料フィルタ３と同様に、フィルタケーシング５１内にフィルタエレメント（第２のフィルタエレメント）５２が収容された構成となっている。この第２の燃料フィルタ５は、フィードポンプ４から吐出された燃料中に含まれる異物をフィルタエレメント５２によって捕捉して燃料を浄化する。この第２の燃料フィルタ５の具体構成についても後述する。

高圧燃料ポンプ６は、シリンダ６１内でプランジャ６２が往復移動することで加圧室６３の容積を可変とし、これによって燃料を昇圧するプランジャポンプにより構成されている。つまり、エンジンのクランクシャフト（図示省略）の回転力がチェーン等を介して伝達されるカム軸６４が回転することによってシリンダ６１内でプランジャ６２が往復移動して燃料を昇圧する。そして、この燃料圧力が所定値を超えるとチェック弁６５が開放して第５燃料配管１０５に燃料を吐出する構成となっている。また、この燃料の吐出量は電磁スピル弁６６の開閉動作により調整可能となっている。この電磁スピル弁６６の開閉制御は周知であるため、ここでの説明は省略する。また、高圧燃料ポンプ６としてはプランジャポンプに限らず各種のポンプが適用可能である。

コモンレール７は、高圧燃料ポンプ６から供給された高圧燃料を蓄圧する。また、このコモンレール７にはリリーフバルブ７１が取り付けられている。このリリーフバルブ７１は、レール圧が所定圧以上に上昇した際に開弁することでレール圧を低下させる。

インジェクタ８は、エンジンの気筒毎に備えられ、図示しないエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の指令に基づいて作動し、気筒内に向けて燃料を噴射する。

前記高圧燃料ポンプ６、コモンレール７のリリーフバルブ７１、および、インジェクタ８には、それぞれリターン配管１０７が接続されている。このリターン配管１０７の一端は、前記第１の燃料フィルタ３に接続されている。また、リターン配管１０７の他端は、分岐され、前述した如く、高圧燃料ポンプ６、コモンレール７のリリーフバルブ７１、および、インジェクタ８にそれぞれ接続されている。これにより、高圧燃料ポンプ６のシリンダ６１とプランジャ６２との間隙から漏出した燃料、コモンレール７内の余剰燃料（リリーフバルブ７１の開弁によって排出された燃料）、インジェクタ８で生じたリーク燃料が、リターン配管１０７によって第１の燃料フィルタ３に戻される構成となっている。この第１の燃料フィルタ３に戻された燃料の流れについては後述する。

（第１の燃料フィルタ）
次に、第１の燃料フィルタ３について説明する。前述したように第１の燃料フィルタ３は、前記燃料供給経路１００におけるフィードポンプ４の上流側に設けられ、且つフィルタケーシング３１内にフィルタエレメント３２が収容された構成となっている。

フィルタケーシング３１は略直方体形状の容器で成る。このフィルタケーシング３１の一方の側面（図１における右側の側面）３１ａの上側部分に前記第１燃料配管１０１が接続されている。また、このフィルタケーシング３１の他の側面（図１における手前側の側面；図示省略）の上側部分に前記第２燃料配管１０２が接続されている。

フィルタケーシング３１内における前記第１燃料配管１０１および前記第２燃料配管１０２の接続位置よりも下側にはフィルタエレメント３２が収容されている。このフィルタエレメント３２は略円筒形状で成り、その中央部分に、鉛直方向に延びる燃料導入通路３２ａを有している。前記第１燃料配管１０１からフィルタケーシング３１内に流れ込んだ燃料は、この燃料導入通路３２ａを流下した後（より具体的には、後述する還流ヒータ３４を通過して燃料導入通路３２ａを流下した後）、フィルタエレメント３２を、その下部から上部に向けて通過する。この際、燃料中に含まれる異物がフィルタエレメント３２によって捕捉される。

フィルタエレメント３２の上部には燃料流入室３２ｂが形成されており、この燃料流入室３２ｂに第２燃料配管１０２が接続されている。このため、フィルタエレメント３２を通過した燃料は、燃料流入室３２ｂを経て第２燃料配管１０２からフィードポンプ４に向けて流れることになる。

また、第１の燃料フィルタ３のフィルタケーシング３１内における上部の空間（燃料流入室３２ｂよりも上側の空間）には、サーモスタットバルブ３３、および、還流ヒータ３４（図１において仮想線で示す）が設けられている。

サーモスタットバルブ３３には、フィルタケーシング３１の上面３１ｂを貫通してこのフィルタケーシング３１の内部に挿入された前記リターン配管１０７が接続されている。サーモスタットバルブ３３は、リターン配管１０７から流入する燃料の温度に応じて膨張、収縮するサーモワックスを駆動源として弁体（バルブ）が開閉作動するものである。このサーモスタットバルブ３３には、還流ヒータ３４に繋がる第１配管３３ａ、および、燃料タンク２に繋がる第２配管３３ｂがそれぞれ接続されている。この第２配管３３ｂは、上流端が第１の燃料フィルタ３のフィルタケーシング３１の側面（図１における左側の側面）３１ｃを貫通してサーモスタットバルブ３３に接続し、下流端が燃料タンク２の内部に位置する配管で構成されている。前記第１配管３３ａによって本発明でいう「サーモスタットバルブが還流ヒータに繋がる流路」が構成されている。また、前記第２配管３３ｂによって本発明でいう「サーモスタットバルブが燃料タンクに繋がる流路」が構成されている。

そして、リターン配管１０７から第１の燃料フィルタ３に流入する燃料（サーモスタットバルブ３３に流入する燃料）の温度が所定温度以下であり、サーモスタットバルブ３３のサーモワックスの収縮によって弁体がリターン配管１０７から第２配管３３ｂへの連通を遮断している状態では、サーモスタットバルブ３３は、リターン配管１０７と第１配管３３ａとを連通させる。つまり、リターン配管１０７から流入した燃料を還流ヒータ３４に流す。

一方、リターン配管１０７から第１の燃料フィルタ３に流入する燃料の温度が所定温度を超えており、サーモスタットバルブ３３のサーモワックスの膨張によって弁体がリターン配管１０７から第２配管３３ｂへの連通を開放している状態では、サーモスタットバルブ３３は、リターン配管１０７から第１配管３３ａへの連通を遮断し、リターン配管１０７と第２配管３３ｂとを連通させる。つまり、リターン配管１０７から流入した燃料を、還流ヒータ３４をバイパスして燃料タンク２に流す。

前記所定温度としては、フィルタエレメント３２に劣化を生じさせる温度（フィルタエレメント３２に劣化を生じさせる温度の下限値）よりも所定温度だけ低く設定されている。つまり、リターン配管１０７から第１の燃料フィルタ３に流入する燃料の温度が、フィルタエレメント３２に劣化を生じさせる温度に達する可能性がある場合には、サーモスタットバルブ３３の弁体がリターン配管１０７から第２配管３３ｂへの連通を開放し、一方で、リターン配管１０７から第１配管３３ａへの連通を遮断して、リターン配管１０７から流入した燃料を、還流ヒータ３４をバイパスして、フィルタエレメント３２に流すことなく燃料タンク２に流すようにしている。

還流ヒータ３４は、前記リターン配管１０７から第１の燃料フィルタ３に戻される燃料（サーモスタットバルブ３３を経て導入される燃料）と、前記第１燃料配管１０１から導入される燃料（燃料タンク２から第１燃料配管１０１を経て導入される燃料）とを混合させるものである。つまり、前記サーモスタットバルブ３３の弁体が閉鎖している状態（リターン配管１０７と第１配管３３ａとが連通している状態）において、燃料タンク２から第１燃料配管１０１を経て導入された比較的温度が低い燃料と、リターン配管１０７から戻される比較的温度が高い燃料とを混合させることで、フィルタエレメント３２に流れ込む燃料の温度を上昇させる（燃料タンク２内の燃料の温度よりも上昇させる）ようにしている。

また、この還流ヒータ３４の構成としては、前記リターン配管１０７から第１の燃料フィルタ３に導入される燃料と、第１燃料配管１０１から第１の燃料フィルタ３に導入される燃料とを混合させる容器として構成されていてもよいし、単に第１配管３３ａの開放端と第１燃料配管１０１の開放端とが臨む空間として構成されていてもよい。

（第２の燃料フィルタ）
次に、第２の燃料フィルタ５について説明する。前述したように第２の燃料フィルタ５は、フィードポンプ４の下流側に設けられ、且つフィルタケーシング５１内にフィルタエレメント５２が収容された構成となっている。

フィルタケーシング５１は略直方体形状の容器で成る。このフィルタケーシング５１の一方の側面（図１における左側の側面）５１ａに前記第３燃料配管１０３が接続されている。また、このフィルタケーシング５１の他方の側面（図１における右側の側面）５１ｂに前記第４燃料配管１０４が接続されている。これにより、第３燃料配管１０３からフィルタケーシング５１内部に流入した燃料がフィルタエレメント５２を通過する。この際、燃料中に含まれる異物がフィルタエレメント５２によって捕捉される。このフィルタエレメント５２を通過した燃料は、第４燃料配管１０４を経て高圧燃料ポンプ６に向けて流れることになる。

このように第２の燃料フィルタ５のフィルタエレメント５２を燃料が通過する際、この燃料はフィードポンプ４の吐出圧によってフィルタエレメント５２を通過することになる。このフィードポンプ４の吐出圧を利用する場合、燃料がフィルタエレメント５２を通過するための圧力を十分に高めることが可能である（フィードポンプ４からの燃料押し込みによって燃料をフィルタエレメント５２に通過させるため、その通過させるための圧力を十分に高めることが可能である；フィードポンプ４の燃料吸い込みによって燃料を通過させる場合に比べて圧力を十分に高めることが可能である）。このため、このフィルタエレメント５２の異物捕捉量が比較的多くなっても燃料を通過させることができる。従って、このフィルタエレメント５２の交換は不要となる。

また、第２の燃料フィルタ５のフィルタケーシング５１内にはエア抜きバルブ５３が設けられている。このエア抜きバルブ５３は、第２の燃料フィルタ５のフィルタケーシング５１内に存在する空気を排出するためのものである。このエア抜きバルブ５３は、フィルタケーシング５１の内部において、前記一方の側面（第３燃料配管１０３が接続されている側面）５１ａの近傍（フィルタエレメント５２よりも燃料流れ方向の上流側）に配置されている。

本実施形態の特徴の一つとして、エア抜きバルブ５３の吸入口５３ａはフィルタケーシング５１内の中央側に向けて開放され（図１に示すものでは、エア抜きバルブ５３はフィルタケーシング５１内の左寄りに配設されているため、吸入口５３ａは図中の右側方に向けて開放されている）、吐出口５３ｂはフィルタケーシング５１の側方（図中の左側方）に開放されている。このため、エア抜きバルブ５３の吸入口５３ａは、第２の燃料フィルタ５のフィルタケーシング５１内に大量の空気が存在していない限り、このフィルタケーシング５１内の燃料に臨むことになる。また、エア抜きバルブ５３の吐出口５３ｂにはフィルタ還流配管（本発明でいう還流路の一部を形成する還流配管）１０８が接続されている。このフィルタ還流配管１０８は、第２の燃料フィルタ５のフィルタケーシング５１の側面（図１における左側の側面）５１ａを貫通し、エア抜きバルブ５３の吐出口５３ｂに接続する配管で構成されている。このフィルタ還流配管１０８は前記リターン配管１０７に接続されている。つまり、このフィルタ還流配管１０８は、前記エア抜きバルブ５３の吐出口５３ｂと前記リターン配管１０７とを接続している。

エア抜きバルブ５３の内部には、フィルタケーシング５１内の圧力上昇に応じて開弁するチェック弁が収容されている。このため、フィルタケーシング５１内の圧力が所定圧力に達すると、このチェック弁が開弁し、このフィルタケーシング５１内に空気が存在する場合には、この空気をフィルタ還流配管１０８に排出するようになっている。前述したように、エア抜きバルブ５３の吸入口５３ａはフィルタケーシング５１内の中央側に向けて開放され、吐出口５３ｂはフィルタケーシング５１の側方に開放されているので、前記チェック弁が開弁した場合には、フィルタケーシング５１内の燃料の一部も、エア抜きバルブ５３からフィルタ還流配管１０８へ排出されることになる。前述したように、このフィルタ還流配管１０８はリターン配管１０７に接続されているので、エア抜きバルブ５３からフィルタ還流配管１０８へ排出された燃料は、リターン配管１０７を流れる燃料と合流して第１の燃料フィルタ３内（より具体的には、フィルタケーシング３１内に配設されたサーモスタットバルブ３３）に流入することになる。

このようにして、第２の燃料フィルタ５のフィルタケーシング５１内の燃料の一部が、第１の燃料フィルタ３のフィルタケーシング３１内に流入する構成となっているため、前記フィルタ還流配管１０８およびリターン配管１０７の一部（フィルタ還流配管１０８の接続位置から第１の燃料フィルタ３のフィルタケーシング３１に亘る部分）によって本発明でいう還流路（燃料ポンプから吐出された燃料を、第２の燃料フィルタから第１の燃料フィルタ内における第１のフィルタエレメントの上流側へ還流する還流路）が構成されている。

また、前記エア抜きバルブ５３のチェック弁が開弁する差圧（吸入口５３ａ側と吐出口５３ｂ側との差圧）は、前記フィードポンプ４が作動した場合に生じるフィルタケーシング５１内と第３燃料配管１０３内との差圧と同等、または、それよりも僅かに低く設定されている。このため、フィードポンプ４の作動に伴って、このフィードポンプ４から燃料が吐出される状態にあっては、前記チェック弁が常時開弁することになり、エア抜きバルブ５３からフィルタ還流配管１０８へ燃料が継続的に排出されることになる。つまり、第２の燃料フィルタ５からフィルタ還流配管１０８へ燃料が継続的に排出され、この燃料が、リターン配管１０７を流れる燃料（前記リーク燃料や余剰燃料）と合流して第１の燃料フィルタ３に流入するようになっている。なお、前記リーク燃料や余剰燃料が生じていない場合には、エア抜きバルブ５３から排出された燃料のみがフィルタ還流配管１０８およびリターン配管１０７を経て第１の燃料フィルタ３に流入することになる。本実施形態では、第２の燃料フィルタ５からフィルタ還流配管１０８へ排出される燃料の量としては、第３燃料配管１０３から第２の燃料フィルタ５に流入される燃料の量の５％程度となるように、エア抜きバルブ５３の配設位置や、吸入口５３ａ、吐出口５３ｂおよびフィルタ還流配管１０８の内径寸法等が実験などに基づいて設定されている。この値はこれに限定されるものではなく適宜設定される。

また、図２（第２の燃料フィルタ５の配設位置を説明するためのエンジン本体Ｅを仮想線で示す斜視図）に示すように、この第２の燃料フィルタ５は、エンジン本体Ｅに一体的に組み付けられている。具体的には、第２の燃料フィルタ５の側面（図２における奥側の面）がシリンダブロックＣＢの側面に当接するように、第２の燃料フィルタ５がシリンダブロックＣＢにボルト止めされている。これにより、エンジン本体Ｅの熱（気筒内での燃焼行程により生じた熱）を第２の燃料フィルタ５に容易に伝達できるようになっている。

（燃料供給動作）
次に、前述の如く構成された燃料供給装置１における燃料供給動作について説明する。ここでは、リターン配管１０７から第１の燃料フィルタ３に流入する燃料の温度が所定温度以下である場合と、所定温度を超えている場合とについてそれぞれ説明する。前記燃料の温度が所定温度以下である場合としてはエンジンの冷間始動初期時が挙げられる。また、前記燃料の温度が所定温度を超えている場合としてはエンジンの暖機運転が完了していることが挙げられる。

−燃料の温度が所定温度以下である場合−
図３は、第１の燃料フィルタ３に流入する燃料の温度が所定温度以下である場合の燃料の流れを説明するための図１相当図である。図中に実線で示す矢印は、インジェクタ８に向けて供給される燃料の流れを示している。また、図中に破線で示す矢印は、リターン配管１０７およびフィルタ還流配管１０８によって第１の燃料フィルタ３に流入する燃料の流れを示している。

リターン配管１０７から第１の燃料フィルタ３に流入する燃料の温度が所定温度以下である場合には、前記サーモスタットバルブ３３のサーモワックスの収縮によって弁体が閉鎖している。この状態では、サーモスタットバルブ３３は、リターン配管１０７と第１配管３３ａとを連通させる。つまり、リターン配管１０７から流入した燃料を還流ヒータ３４に流す。

リターン配管１０７には、高圧燃料ポンプ６のシリンダ６１とプランジャ６２との間隙から漏出した燃料（リーク燃料）、コモンレール７内の余剰燃料（リリーフバルブ７１の開弁によって排出された燃料）、および、インジェクタ８で生じたリーク燃料が流れている。そして、本実施形態では、第２の燃料フィルタ５のエア抜きバルブ５３から排出された燃料がフィルタ還流配管１０８を経て、リターン配管１０７に流れ込む。これにより、前記リーク燃料および余剰燃料と共に、エア抜きバルブ５３から排出された燃料がリターン配管１０７を経て第１の燃料フィルタ３に戻されることになる。このようにして、第１の燃料フィルタ３に戻される比較的高温の燃料の量が多く確保されている。

前述したようにサーモスタットバルブ３３では、リターン配管１０７と第１配管３３ａとが連通しているので、還流ヒータ３４では、前記リターン配管１０７から第１の燃料フィルタ３に戻される燃料と、前記第１燃料配管１０１から導入される燃料（燃料タンク２から第１燃料配管１０１を経て導入される燃料）とが混合される。このため、比較的温度が高い燃料がフィルタエレメント３２に流れ込むことになる。

低温環境下にあっては、燃料中のパラフィン系成分が結晶化し、これが成長してワックスが析出して、フィルタエレメント３２が目詰まりしてしまうことが懸念されるが、本実施形態にあっては、比較的高温の燃料が第１の燃料フィルタ３のフィルタエレメント３２上流側に流入され、且つ前記リターン配管１０７を経て第１の燃料フィルタ３に戻される燃料の量も比較的多くなっている。このため、フィルタエレメント３２の上流側の温度を上昇させることができ、仮に、フィルタエレメント３２がワックスによって目詰まりしていても、このワックスを早期に融解し、目詰まりを解消することができる。一例を挙げると、外気温度が−１５℃となっており燃料中にワックスが析出する状況において、フィードポンプ４から吐出される燃料の温度は１０℃（このため、フィルタ還流配管１０８を流れる燃料の温度も１０℃程度である）、高圧燃料ポンプ６からのリーク燃料等の温度は１５℃となっており、これら比較的高温度の燃料（ワックスが析出する温度（例えば−１０℃よりも高温度の燃料））によって、フィルタエレメント３２の上流側の温度を上昇させることになって、仮に、フィルタエレメント３２がワックスによって目詰まりしていても、このワックスを融解し、目詰まりを解消することができる。また、フィルタエレメント３２がワックスによって目詰まりしていない状況では、ワックスの析出を防止でき、ワックスによるフィルタエレメント３２の目詰まりを防止することができる。

−燃料の温度が所定温度を超えている場合−
図４は、第１の燃料フィルタ３に流入する燃料の温度が所定温度を超えている場合の燃料の流れを説明するための図１相当図である。図中に実線で示す矢印は、インジェクタ８に向けて供給される燃料の流れを示している。また、図中に破線で示す矢印は、リターン配管１０７およびフィルタ還流配管１０８によって第１の燃料フィルタ３に流入する燃料および燃料タンク２に戻される燃料の流れを示している。

リターン配管１０７から第１の燃料フィルタ３に流入する燃料の温度が所定温度を超えている場合には、前記サーモスタットバルブ３３のサーモワックスの膨張によって弁体が開放している。この状態では、サーモスタットバルブ３３は、リターン配管１０７と第２配管３３ｂとを連通させる。つまり、リターン配管１０７から流入した燃料を、還流ヒータ３４をバイパスして燃料タンク２に流す。

この場合、前述した燃料の温度が所定温度以下である場合と同様にリターン配管１０７およびフィルタ還流配管１０８によって第１の燃料フィルタ３に燃料が流入することになるが、サーモスタットバルブ３３では、リターン配管１０７と第２配管３３ｂとが連通し、リターン配管１０７と第１配管３３ａとの連通が遮断されているので、サーモスタットバルブ３３に流れ込んだ燃料の全量が第２配管３３ｂによって燃料タンク２に戻されることになる。

このため、第１の燃料フィルタ３のフィルタエレメント３２を通過する燃料は燃料タンク２から汲み上げられたもののみとなる。つまり、リターン配管１０７から戻された比較的高温の燃料が燃料タンク２を経ることなく直接的にフィルタエレメント３２を通過するといったことがない。このため、フィルタエレメント３２を通過する燃料の温度が過剰に高くなることがなくなる。その結果、フィルタエレメント３２の劣化を防止でき、第１の燃料フィルタ３の性能が維持できる。

以上説明したように、本実施形態では、第２の燃料フィルタ５のフィルタエレメント５２を燃料が通過する際、この燃料はフィードポンプ４の吐出圧によってフィルタエレメント５２を通過している。このフィードポンプ４の吐出圧を利用する場合、燃料がフィルタエレメント５２を通過するための圧力を十分に高めることが可能である（フィードポンプ４からの燃料押し込みによって燃料をフィルタエレメント５２に通過させるため、その通過させるための圧力を十分に高めることが可能である）。このため、このフィルタエレメント５２の異物捕捉量が比較的多くなっても燃料を通過させることができる。従って、このフィルタエレメント５２の交換は不要となる。その結果、２つの燃料フィルタ３，５を備えさせながらも交換部品の数を削減できる（全てのフィルタエレメントが交換部品となる場合に比べて交換部品の数を削減できる）。なお、第１の燃料フィルタ３のフィルタエレメント３２は交換部品となる。

また、本実施形態では、第２の燃料フィルタ５に達した燃料は、フィードポンプ４によって加圧されて比較的高温となっている。また、前述したように、第２の燃料フィルタ５はエンジン本体Ｅに一体的に組み付けられているので、エンジン本体Ｅの熱（気筒内での燃焼行程により生じた熱）が第２の燃料フィルタ５に伝達されている。これによっても、第２の燃料フィルタ５内の燃料は比較的高温となっている。そして、この燃料が、フィルタ還流配管１０８およびリターン配管１０７によって第１の燃料フィルタ３内におけるフィルタエレメント３２の上流側へ還流されている。このため、この還流されている燃料は、前記リーク燃料および余剰燃料と共に、このフィルタエレメント３２の上流側の温度を上昇させることになる。従って、仮に、フィルタエレメント３２がワックスによって目詰まりしていても、このワックスを早期に融解し、目詰まりを解消することができる。また、フィルタエレメント３２がワックスによって目詰まりしていない状況では、ワックスの析出を防止でき、ワックスによるフィルタエレメント３２の目詰まりを防止することができる。

また、本実施形態では、第２の燃料フィルタ５から空気を排出するためのエア抜きバルブ５３を、第１の燃料フィルタ３へ還流させるための燃料を取り出す取り出し口として利用している。このため、第２の燃料フィルタ５に、第１の燃料フィルタ３へ燃料を還流させるための専用の燃料取り出し口を設ける必要がない。その結果、第２の燃料フィルタ５の構成の簡素化を図ることができる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態では、燃料供給経路１００に第１および第２の２つの燃料フィルタ３，５のみを備えさせる構成としたが、これら以外に燃料フィルタを備えさせるようにしてもよい。この場合、フィードポンプ４の上流側に燃料フィルタを備えさせた場合にはその燃料フィルタのフィルタエレメントは交換部品となるが、フィードポンプ４の下流側に燃料フィルタを備えさせた場合には、前述したように、その燃料フィルタのフィルタエレメントは交換部品とはならない。

また、前記実施形態では、自動車に搭載された４気筒ディーゼルエンジンの燃料供給装置に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車以外のものに搭載されるディーゼルエンジンの燃料供給装置にも適用が可能である。また、３気筒以下のエンジンや５気筒以上のエンジンに対しても本発明は適用が可能である。

本発明は、自動車に搭載されたディーゼルエンジンの燃料供給装置に適用可能である。

１ 燃料供給装置
２ 燃料タンク
３ 第１の燃料フィルタ
３２ 第１のフィルタエレメント
３３ サーモスタットバルブ
３３ａ 第１配管
３３ｂ 第２配管
３４ 還流ヒータ
４ フィードポンプ（燃料ポンプ）
５ 第２の燃料フィルタ
５１ フィルタケーシング
５２ 第２のフィルタエレメント
５３ エア抜きバルブ
５３ａ 吸入口
５３ｂ 吐出口
８ インジェクタ（燃料噴射弁）
１００ 燃料供給経路
１０７ リターン配管（還流路）
１０８ フィルタ還流配管（還流路）
Ｅ エンジン本体（内燃機関本体）

Claims (3)

1. 燃料タンク内の燃料を、フィードポンプおよび高圧燃料ポンプによって順次昇圧してコモンレールを経て燃料噴射弁に供給する燃料供給経路を備えた内燃機関の燃料供給装置において、
   前記燃料供給経路には、前記フィードポンプの上流側に設けられ且つ第１のフィルタエレメントを有する第１の燃料フィルタ、および、前記フィードポンプと前記高圧燃料ポンプとの間の経路に設けられ且つフィルタケーシング内に第２のフィルタエレメントが収容されて成る第２の燃料フィルタが備えられており、
   前記第２の燃料フィルタの前記フィルタケーシングの内部における前記第２のフィルタエレメントの上流側には、側方に開放された吸入口および吐出口を有するエア抜きバルブが設けられており、
   前記フィードポンプから吐出されて前記第２の燃料フィルタ内に流入した燃料の一部を、該第２の燃料フィルタの前記フィルタケーシングの内部における前記第２のフィルタエレメントの上流側から前記第１の燃料フィルタ内における前記第１のフィルタエレメントの上流側へ還流する還流路が設けられており、
   前記還流路を形成する還流配管が前記エア抜きバルブの前記吐出口に接続されており、
   前記還流路は、前記高圧燃料ポンプ、前記コモンレールおよび前記燃料噴射弁にも接続されていて、前記高圧燃料ポンプからのリーク燃料、前記コモンレールからの余剰燃料および前記燃料噴射弁からのリーク燃料を、前記第２の燃料フィルタ内の前記エア抜きバルブの前記吐出口から流出された燃料と共に、前記第１のフィルタエレメントの上流側へ還流するようになっていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記第１の燃料フィルタには、
   前記燃料タンクから導入された燃料と、前記還流路を経て導入された燃料とを混合させて、前記第１のフィルタエレメントに向けて流す還流ヒータが設けられていると共に、
   前記還流路を経て導入された燃料の温度が所定温度以下である場合と、所定温度を超えている場合とで開閉状態が切り替わるサーモスタットバルブが設けられており、
   このサーモスタットバルブには、前記還流ヒータに繋がる流路と、前記燃料タンクに繋がる流路とが接続されており、
   前記還流路を経て導入された燃料の温度が所定温度以下である場合には、前記還流路を経て導入された燃料が前記サーモスタットバルブから前記還流ヒータに向けて流れる一方、前記還流路を経て導入された燃料の温度が所定温度を超えている場合には、前記還流路を経て導入された燃料が前記サーモスタットバルブから前記還流ヒータをバイパスして前記燃料タンクに向けて流れる構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
3. 請求項１または２記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記第２の燃料フィルタは、内燃機関本体に一体的に組み付けられていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。

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