JP7362347B2 - 内燃機関用燃料ポンプ - Google Patents

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Description

関連出願に関する相互参照
本特許出願は、2018年8月20日に出願された伊国特許出願第102018000008132号からの優先権を主張し、その開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、内燃機関(エンジン)用の燃料ポンプに関する。
本発明は、ガソリンにより動力供給される小型内燃機関用の高圧燃料ポンプに有利な用途を見出しており(例えば、芝刈り機又は小型除雪機を駆動することを目的とする)、高圧燃料ポンプに対して、以下の説明は、それにより一般性を失うことなく明確に言及する。
小型のガソリン動力式内燃機関用の最新の燃料供給システムは、主燃料タンクから低圧燃料ポンプ(一般的に、ピストンの往復運動によるエンジンブロック内の圧力変動を利用するパルス式燃料ポンプ)が吸引する、主燃料タンクを具備する。低圧燃料ポンプは、主タンクから、噴射器に(又は多気筒内燃機関の場合における噴射器に)加圧燃料を供給する、高圧燃料ポンプに連結された小型補助タンクに燃料を供給する。一般的に、燃料噴射は、PFI(「ポート(吸気管内)燃料噴射」)式であるので、従って燃料は、吸入弁に近い吸入ダクト(導管)内(従って、吸入弁の上流)に噴射される。
高圧燃料ポンプに連結された補助タンクは、補助タンクの天井において開始していて(即ち、補助タンクの上部壁を介して)且つ内燃機関の吸入ダクトにおいて終わる、脱気ダクトを具備する。使用中において、吸入ダクトに形成された圧力低下は、燃料蒸気を脱気ダクトを介して補助タンク内に吸引するので、従って、補助タンク内における燃料蒸気の過剰な蓄積を回避し、更にその結果、高圧燃料ポンプの(多かれ少なかれ一時的な)詰まりを引き起こし得る、所謂、蒸気ロックの発生を回避する。脱気ダクトの入口において、車両が転倒した場合に脱気ダクトを密封する、ロールオーバー閉止弁が設けられる。これにより、車両が転倒した場合における脱気ダクトを介する任意の燃料漏れが回避され、結果として任意の火災リスクが軽減される。
高圧燃料ポンプに連結された補助タンクは、一旦所定の最大レベルが到達されると、補助タンクへの燃料入口を閉じる、オーバーフロー(氾濫)弁(一般的に、フロート(浮子)により制御されるニードル弁)を具備する。これは、オーバーフロー弁が補助タンクへの燃料入口を閉じて、補助タンクの任意の過剰充填を防止することを意味する。実際には、もし補助タンクが過剰充填された場合には、過剰な燃料は、吸入ダクト内に直接到達する脱気ダクトに沿って吸入可能であろう。
特許文献1(国際公開第96/05423号)、特許文献2(米国特許出願公開第2006/042604号明細書)及び特許文献3(独国特許出願公開第102011011167号明細書)は、内燃機関用の高圧燃料ポンプの幾つかの例を開示する。
国際公開第96/05423号 米国特許出願公開第2006/042604号明細書 独国特許出願公開第102011011167号明細書
本発明の目的は、製造するのに容易であって且つ安価である、内燃機関用の燃料ポンプを提供することである。
従って、本発明は、添付の特許請求の範囲により請求されるような内燃機関用の燃料ポンプを提供する。
特許請求の範囲は、本開示の不可欠な部分を形成する、本発明の好適な実施の形態を説明する。
ここで、本発明は、非限定的な実施の形態を示す、添付図面を参照して説明される。
図1は、小型内燃機関の燃料供給システムの概略図である。 図2は、図1の燃料供給システムの高圧燃料ポンプの斜視図である。 図3は、明確にするために部品を取り外した状態の、図2の高圧燃料ポンプの部分分解斜視図である。 図4は、明確にするために部品を取り外した状態の、図2の高圧燃料ポンプの斜視図である。 図5は、図2の高圧燃料ポンプの詳細の概略図である。 図6は、図2の高圧燃料ポンプの変形例の斜視図である。 図7は、明確にするために部品を取り外した状態の、図6の高圧燃料ポンプの2つの異なる斜視図の内の一方である。 図8は、明確にするために部品を取り外した状態の、図6の高圧燃料ポンプの2つの異なる斜視図の内の他方である。 図9は、図6の高圧燃料ポンプの構成要素の平面図である。 図10は、図9の構成要素の線X-Xに沿った断面図である。 図11は、図6の高圧燃料ポンプの一方向弁の斜視図である。
図1において、参照番号1は、小型の内燃機関(エンジン)2用の燃料供給システムを、全体として示す。
燃料供給システム1は、内燃機関2の燃料を含んでいて且つ少なくとも数リットルの容量を有する、主タンク3を具備する。燃料供給システム1は、主タンク3から燃料を吸引していて且つ供給ダクト6により高圧燃料ポンプ5に燃料を供給する、低圧燃料ポンプ4を更に具備する。例えば、低圧燃料ポンプ4は、パルスにおいて動作し、そしてピストン(又は複数のピストン)の往復運動による内燃機関2のエンジンブロック内の圧力変動を使用する。高圧燃料ポンプ5は、(少なくとも)内燃機関の燃料噴射器7に燃料を供給する(明らかに、高圧燃料ポンプ5から燃料を受け取る複数の燃料噴射器7を有する多気筒内燃機関の場合において)。一般的に、燃料噴射は、PFI(「ポート燃料噴射」)型であるので、従って燃料は、吸入弁に近い吸入ダクト内(その場合、吸入弁の上流)に噴射される。
高圧燃料ポンプ5は、例えば、主タンク3の少なくとも数リットルの燃料の容量に対する1デシリットル未満の燃料の容量を有する、小型の補助燃料タンク8を具備する。供給ダクト6は、補助タンク8において終端し、従って低圧燃料ポンプ4は、補助タンク8内に燃料を直接供給する。高圧燃料ポンプ5は、電気的に駆動されることが好ましくて(即ち、専用の電気モータにより回転される)且つ吸入ダクト10を介して補助タンク8から燃料を吸引していて且つ供給ダクト11を介して燃料噴射器7に加圧燃料を供給する、ポンプ(圧送)装置9を更に具備する。
吸入ダクト10に沿って(補助タンク8からポンプ装置9まで伸張する)、ベンチュリチョーク(絞り)12(図5に、より良好に示される)、即ち、吸入ダクト10の流動部分の漸進的且つ局所的な縮小部、が提供される。高圧燃料ポンプ5は、補助タンク8の天井において(即ち、補助タンク8の上部壁を介して)開始していて且つベンチュリチョーク12において終わる(図5に、より良好に示されるように)、脱気ダクト13を具備する。添付図面に示される好適な実施の形態によれば、脱気ダクト13は、ベンチュリチョーク12が補助タンク8よりも低くなるように、垂直な最終部分を有する。
図2は、補助タンク8を画定していて且つポンプ装置9と吸入ダクト10(ベンチュリチョーク12を備える)と脱気ダクト13とを収容する、容器14の斜視図を示す。容器14は、ポンプ装置9を収容する、垂直本体15により形成される、逆L字形状を有する。垂直本体15は、内部に補助タンク8が画定される、側部隆起16を備える。容器14は、頂部において補助タンク8の境界を定める、ねじ込み蓋17を備える。蓋17を通り設けられたパイプ(管)18は、低圧燃料ポンプ4から来る供給ダクト6に接続しており、そして蓋17を通り設けられた別のパイプ19は、燃料噴射器7に向けられた供給ダクト11に接続する。蓋17を介して、ポンプ装置9を作動させる電動機に電気を供給する、電気コンセント20が更に設けられる。
図5に最も良好に示されるように、ベンチュリチョーク12は、流動部分がベンチュリチョーク12の中央において最小値に達するまで、流動部分が漸進的に減少する、収束円錐台形構成部分21を具備する。更に、ベンチュリチョーク12は、流動部分がベンチュリチョーク12の上流(及び下流)に存在する値まで最小値から次第に増加する、発散円錐台形構成部分22を具備する。脱気ダクト13は、ベンチュリチョーク12の中央に又は収束構成部分21と発散構成部分22との間において繋がる。図5に示される実施の形態において、収束構成部分21と発散構成部分22との間において、ベンチュリチョーク12は、脱気ダクト13が繋がる一定の断面を有する、中間構成部分23を更に具備する。図示されない別の実施の形態によれば、中間構成部分23は存在せず、収束構成部分21は、発散部分22に直接接続する。
以下において、高圧燃料ポンプ5の動作について説明する。
低圧燃料ポンプ4は、燃料を主タンク3から補助タンク8に周期的に送るので、従って補助タンク8をほぼ常時満杯に保つ。低圧燃料ポンプ4は、内燃機関2の最大可能燃料消費量に少なくとも等しい燃料流量を提供するように寸法決めされており、従って、補助タンク8は、実質的に常に満杯である(補助タンク8が満杯である時に、低圧燃料ポンプ4は、任意の追加的な燃料を補助タンク8に供給できず、その後停止する)。
ポンプ装置9が作動している時に、ポンプ装置9は、燃料を補助タンク8から吸入ダクト10を介して吸引し、燃料を加圧し、圧力下で供給ダクト11を介して燃料噴射器7に燃料を送る。ポンプ装置9の作用により、吸入ダクト10を介して流れる燃料は、ベンチュリチョーク12の中央において、既知のベンチュリ効果(又は流体力学的パラドックス(逆説))による圧力低下を引き起こし、それにより、その流速が低下すると、流体流の圧力が上昇する。実質的に、ベンチュリチョーク12において、燃料の流速は、必然的に上昇しなければならないので、従ってベンチュリチョーク12において、燃料圧力は必然的に減少しなければならず、従って、圧力低下の発生が決定される。ベンチュリチョーク12の中央において形成された、圧力低下は、補助タンク8の上部分に存在する燃料蒸気を脱気ダクト13(それは、補助タンク8の天井において開始し、そしてベンチュリチョーク12の中央内に正確に導入される)を介して吸引する。言い換えると、ベンチュリチョーク12の中央に形成された圧力低下は、補助タンク8の上部分に存在する燃料蒸気を、吸入ダクト10内に及び脱気ダクト13を介して、回収(吸引、吸入)するように使用される。
補助タンク8内に形成されていて且つ補助タンク8の上部分に明らかに存在する、燃料蒸気は、底部において、吸入ダクト10(ポンプ装置9の直ぐ上流の)に沿って配置されたベンチュリチョーク12に接続する、脱気ダクト13により「吸入」される。吸入ダクト10に沿う、即ちベンチュリチョーク12に沿う、燃料速度を利用して、脱気ダクト13の出口に形成された圧力低下は、補助タンク8の上部分に存在する燃料蒸気を回収する。脱気ダクト13を介してこの様に吸入された燃料蒸気は、液相燃料と共にポンプ装置9内に導入され、その後、ポンプ装置9において発生する圧力により溶液になる。
脱気ダクト13とベンチュリチョーク12との組み合わされた作用により、補助タンク内の燃料蒸気の過剰な蓄積と同様に、高圧燃料ポンプ5の(多かれ少なかれ一時的な)詰まりを引き起こし得る、所謂、「蒸気ロック」現象の発生が、回避される。
図6~11は、高圧燃料ポンプ5の異なる実施の形態を示しており、異なる実施の形態は、とりわけ、幾つかの要素の異なる形状により、図2~4に示される高圧燃料ポンプ5とは異なる。特に、図6~11に示される高圧燃料ポンプ5は、主に(しかしそれだけではない)容器14及び蓋17の異なる形状に関して、図2~4に示される高圧燃料ポンプ5とは異なる。
図6~11に示される高圧燃料ポンプ5は、燃料中に存在する任意の不純物を保持する機能を有する、フィルタ24(図7及び8に示される)の補助タンク8内における存在により、図2~4に示される高圧燃料ポンプ5とは異なる。フィルタ24は、供給ダクト6を介して低圧燃料ポンプ4から来る燃料を受け取る、パイプ18に直接接続する。その結果、フィルタ24は、内側から外側へそのろ過作用を発揮する、即ち、パイプ18から来る燃料は、フィルタ24に入り、そしてその後、フィルタ24の穿孔された壁を通りフィルタ24から出る。言い換えれば、フィルタ24は、補助タンク8の内側に配置されていて且つ穿孔された壁により境界が定められていて且つその中にパイプ18が導入される、バッグを具備する。フィルタ24の機能は、上流に(一般的に、主タンク3内の燃料入口において)配置された燃料フィルタが経験の浅く且つ軽率な使用者により取り除かれた場合に、異物の入口に対して追加の障壁を提供することである。これに関して、内燃機関2は小さく、通常は園芸工具等の実現を目的としており、そしてこの使用範囲において、経験の浅く且つ軽率な使用者が、主タンク3の燃料フィルタを多かれ少なかれ意識的に除去することが生じてもよいことに留意することが重要である。
図6~11に示される高圧燃料ポンプ5は、フィルタ24の直ぐ上流(例えば、パイプ18の内側又はパイプ18の直ぐ下流)に配置されていて且つ燃料がタンク8に向かってのみ流れることを可能にする、一方向弁25(図11に示される)の存在によっても、図2~4に示される高圧燃料ポンプ5とは異なる。好適な実施の形態によれば、弁25はゴム製であり、そして燃料出口裂け目を有する噴出口により終わる。一方向弁25の機能は、高圧燃料ポンプ5から低圧燃料ポンプ4への燃料の任意の可能性のある逆流が、低圧燃料ポンプ4を損傷することを防止することである。
図6~11に示される高圧燃料ポンプ5は、ベンチュリチョーク12を収容する、環状本体26(図7~10に示される)の存在によっても、図2~4に示される高圧燃料ポンプ5とは異なる。
本明細書に記載の実施の形態は、本発明の保護範囲から逸脱することなくお互いに組み合わせることができる。
上述の高圧燃料ポンプ5は、多くの利点を有する。
特に、上述の高圧燃料ポンプ5は、製造が特に簡単で且つ安価である。この結果は、吸入ダクト10に沿って配置されたベンチュリチョーク12と、ベンチュリチョーク12の中央に繋がる脱気ダクト13と、の存在により達成される。この様に、車両が転倒した場合に脱気ダクト13を密閉するためのロールオーバー閉止弁は不要であり、更に、一旦所定の最大レベルに達した場合に、補助タンク8への燃料入口を閉じるためのオーバーフロー弁は不要であるので、従って製造コストの明確且つ実質的な節減を実現することを可能にする。実際には、例えもし燃料が脱気ダクト13を介して吸入されたとしても、脱気ダクト13を介して吸入されたこの燃料が、補助タンク8から直接来る別の燃料と共に吸入ダクト10に単純に入り、その後、ポンプ装置9により圧送されるので、問題は無いであろう。
また、本開示は以下の発明を含む。
第1の態様は、
内燃機関(2)用の燃料ポンプ(5)であって、この燃料ポンプ(5)は、
低圧燃料ポンプ(4)からの燃料の流れを受け取るように設計された補助タンク(8)と、
前記補助タンク(8)から吸入ダクト(10)を介して燃料を吸引する、ポンプアセンブリ(9)と、
前記補助タンク(8)の天井において開始する脱気ダクト(13)と、を具備する前記燃料ポンプ(5)において、
前記吸入ダクト(10)に沿って配置された、少なくとも1つのベンチュリチョーク(12)が設けられており、
前記脱気ダクト(13)は、前記ベンチュリチョーク(12)の中央に繋がる、ことを特徴とする燃料ポンプ(5)である。
第2の態様は、
前記ベンチュリチョーク(12)は、前記吸入ダクト(10)の流動部分の漸進的且つ局所的な縮小部を具備する、ことを特徴とする第1の態様における燃料ポンプ(5)である。
第3の態様は、
前記ベンチュリチョークは、
円錐台形状を有する収束構成部分(21)であって、前記流動部分が、前記流動部分が前記ベンチュリチョーク(12)の中央において最小値に達するまで徐々に減少する、収束構成部分(21)と、
円錐台形状を有する発散構成部分(22)であって、前記流動部分が前記最小値から前記ベンチュリチョーク(12)の上流及び下流に存在する値まで徐々に増加する、発散構成部分(22)と、を具備することを特徴とする第1の態様又は第2の態様における燃料ポンプ(5)である。
第4の態様は、
前記ベンチュリチョークは(12)、一定の断面を有する中間構成部分を具備しており、前記中間構成部分には、前記脱気ダクト(13)が繋がり、更に前記中間構成部分は、前記収束構成部分(21)と前記発散構成部分(22)との間に配置される、ことを特徴とする第3の態様における燃料ポンプ(5)である。
第5の態様は、
前記脱気ダクト(13)は、前記ベンチュリチョーク(12)が前記補助タンク(8)よりも低くなるように、垂直端部構成部分を有する、ことを特徴とする第1の態様~第4の態様のいずれか1つにおける燃料ポンプ(5)である。
第6の態様は、
前記燃料ポンプ(5)は、前記補助タンク(8)を画定していて且つ前記ポンプ装置(9)を収容する、容器(14)を具備しており、前記吸入ダクト(10)は、前記ベンチュリチョーク(12)と前記脱気ダクト(13)とを備える、ことを特徴とする第1の態様~第5の態様のいずれか1つにおける燃料ポンプ(5)である。
第7の態様は、
前記容器は、前記ポンプ装置を収容する、垂直本体(15)により形成された逆L字形状を有しており、更に内部に前記補助タンク(8)が画定される、側部隆起を備える、ことを特徴とする第6の態様における燃料ポンプ(5)である。
第8の態様は、
前記容器(14)は、頂部において前記補助タンク(8)の境界を定める、ねじ込み蓋(17)を備える、ことを特徴とする第7の態様における燃料ポンプ(5)である。
第9の態様は、
前記低圧燃料ポンプ(4)から来る第1の供給ダクト(6)に接続するように設計された、第1のパイプ(18)と、燃料噴射器(7)に向けられた第2の供給ダクト(11)に接続するように設計された、第2のパイプ(19)とは、前記蓋(17)を通るように配置される、ことを特徴とする第8の態様における燃料ポンプ(5)である。
第10の態様は、
前記ポンプ装置(9)を動作させる電気モータに電力を供給する、電気コンセント(20)は、前記蓋(17)を通るように配置される、ことを特徴とする第8の態様又は第9の態様における燃料ポンプ(5)である。
第11の態様は、
前記低圧燃料ポンプ(4)から来る第1の供給ダクト(6)が接続するように設計されていて且つ前記補助タンク(8)において終わる、第1のパイプ(18)と、
前記第1のパイプ(18)の出口に接続するフィルタ(24)と、を具備することを特徴とする第1の態様~第10の態様のいずれか1つにおける燃料ポンプ(5)である。
第12の態様は、
前記フィルタは、前記補助タンクの内部に配置されていて且つ穿孔された壁により境界が定められていて且つ前記第1のパイプが導入される、バッグを具備する、ことを特徴とする第11の態様における燃料ポンプ(5)である。
第13の態様は、
前記低圧燃料ポンプ(4)から来る第1の供給ダクト(6)が接続するように設計されていて且つ前記補助タンク(8)において終わる、第1のパイプ(18)と、
前記第1のパイプ(18)に沿って配置されていて且つ前記補助タンク(8)に向かってのみ燃料が流れることを可能にする、一方向弁(25)と、を具備することを特徴とする第1の態様~第12の態様のいずれか1つにおける燃料ポンプ(5)である。
第14の態様は、
前記一方向弁(25)は、ゴム製であり、そして燃料出口裂け目を有する噴出口により終わる、ことを特徴とする第13の態様における燃料ポンプ(5)である。
1 供給システム
2 内燃機関
3 主タンク
4 低圧燃料ポンプ
5 高圧燃料ポンプ
6 供給ダクト
7 燃料噴射器
8 補助タンク
9 ポンプ装置
10 吸入ダクト
11 供給ダクト
12 ベンチュリチョーク
13 脱気ダクト
14 容器
15 垂直本体
16 側部隆起
17 蓋
18 パイプ
19 パイプ
20 コンセント
21 収束構成部分
22 発散構成部分
23 中間構成部分
24 フィルタ
25 一方向弁
26 環状本体

Claims (13)

  1. 内燃機関(2)用の燃料ポンプ(5)であって、この燃料ポンプ(5)は、
    低圧燃料ポンプ(4)からの燃料の流れを受け取るように設計された補助タンク(8)と、
    前記補助タンク(8)から吸入ダクト(10)を介して燃料を吸引する、ポンプアセンブリ(9)と、
    前記補助タンク(8)の天井において開始する脱気ダクト(13)と、を具備する前記燃料ポンプ(5)において、
    前記吸入ダクト(10)に沿って配置された、少なくとも1つのベンチュリチョーク(12)が設けられており、
    前記脱気ダクト(13)は、前記ベンチュリチョーク(12)の中央に繋が前記脱気ダクト(13)は、前記ベンチュリチョーク(12)が前記補助タンク(8)よりも低くなるように、垂直端部構成部分を有する、ことを特徴とする燃料ポンプ(5)。
  2. 前記ベンチュリチョーク(12)は、前記吸入ダクト(10)の流動部分の漸進的且つ局所的な縮小部を具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料ポンプ(5)。
  3. 前記ベンチュリチョークは、
    円錐台形状を有する収束構成部分(21)であって、前記流動部分が前記ベンチュリチョーク(12)の中央において最小値に達するまで前記流動部分が徐々に減少する、収束構成部分(21)と、
    円錐台形状を有する発散構成部分(22)であって、前記流動部分が前記最小値から前記ベンチュリチョーク(12)の上流及び下流に存在する値まで徐々に増加する、発散構成部分(22)と、を具備することを特徴とする請求項に記載の燃料ポンプ(5)。
  4. 前記ベンチュリチョークは、一定の断面を有する中間構成部分を具備しており、前記中間構成部分には、前記脱気ダクト(13)が繋がり、更に前記中間構成部分は、前記収束構成部分(21)と前記発散構成部分(22)との間に配置される、ことを特徴とする請求項3に記載の燃料ポンプ(5)。
  5. 前記燃料ポンプ(5)は、前記補助タンク(8)を画定していて且つポンプ装置(9)を収容する、容器(14)を具備しており、前記吸入ダクト(10)は、前記ベンチュリチョーク(12)と前記脱気ダクト(13)とを備える、ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の燃料ポンプ(5)。
  6. 前記容器は、前記ポンプ装置を収容する、垂直本体(15)により形成された逆L字形状を有しており、更に内部に前記補助タンク(8)が画定される、側部隆起を備える、ことを特徴とする請求項に記載の燃料ポンプ(5)。
  7. 前記容器(14)は、頂部において前記補助タンク(8)の境界を定める、ねじ込み蓋(17)を備える、ことを特徴とする請求項に記載の燃料ポンプ(5)。
  8. 前記低圧燃料ポンプ(4)から来る第1の供給ダクト(6)に接続するように設計された、第1のパイプ(18)と、燃料噴射器(7)に向けられた第2の供給ダクト(11)に接続するように設計された、第2のパイプ(19)とは、前記蓋(17)を通るように配置される、ことを特徴とする請求項に記載の燃料ポンプ(5)。
  9. 前記ポンプ装置(9)を動作させる電気モータに電力を供給する、電気コンセント(20)は、前記蓋(17)を通るように配置される、ことを特徴とする請求項又はに記載の燃料ポンプ(5)。
  10. 前記低圧燃料ポンプ(4)から来る第1の供給ダクト(6)が接続するように設計されていて且つ前記補助タンク(8)において終わる、第1のパイプ(18)と、
    前記第1のパイプ(18)の出口に接続するフィルタ(24)と、を具備することを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の燃料ポンプ(5)。
  11. 前記フィルタは、前記補助タンクの内部に配置されていて且つ穿孔された壁により境界が定められていて且つ前記第1のパイプが導入される、バッグを具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料ポンプ(5)。
  12. 前記低圧燃料ポンプ(4)から来る第1の供給ダクト(6)が接続するように設計されていて且つ前記補助タンク(8)において終わる、第1のパイプ(18)と、
    前記第1のパイプ(18)に沿って配置されていて且つ前記補助タンク(8)に向かってのみ燃料が流れることを可能にする、一方向弁(25)と、を具備することを特徴とする請求項1~1のいずれか一項に記載の燃料ポンプ(5)。
  13. 前記一方向弁(25)は、ゴム製であり、そして燃料出口裂け目を有する噴出口により終わる、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料ポンプ(5)。
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