WO2015060303A1

WO2015060303A1 - 燃料供給装置

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Publication number: WO2015060303A1
Application number: PCT/JP2014/077953
Authority: WO
Inventors: 賢輔廣井; 啓視小田; 広藤木; 水田　為俊
Original assignee: 愛三工業株式会社; トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2015-04-30
Also published as: JP6031728B2; CN105658948A; JP2015108292A

Abstract

燃料供給装置は、燃料タンクから供給された燃料を複数の燃料噴射弁に対して分配するデリバリパイプと、デリバリパイプに接続され内部が同デリバリパイプ内と連通するとともに自由端を有する接続配管とを備える。同接続配管の自由端が閉塞されている。

Description

燃料供給装置

　本発明は、燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給装置に関する。

　この種の燃料供給装置は、複数の燃料噴射弁に対して燃料を分配するデリバリパイプを備えている。そして、機関運転時にあっては、燃料噴射弁の開弁動作と閉弁動作が繰り返される。こうした燃料噴射弁の動作に起因し、デリバリパイプ内では燃料圧力が脈動することとなる。このようにデリバリパイプ内の燃料圧力が大きく脈動する状態で燃料噴射弁から燃料を噴射させる場合、一回の燃料噴射量がばらつきやすくなる。

　特許文献１には、こうしたデリバリパイプ内の燃料圧力の脈動を抑制する方法が記載されている。すなわち、同文献１に記載の燃料供給装置は、デリバリパイプに接続されるダンパ装置を備えている。このダンパ装置は伸縮自在なベローズを有し、このベローズ内には気体が封入されている。なお、デリバリパイプ内の容積と、ダンパ装置内において燃料を蓄積することのできる容積との総和を、「総容積」ともいう。

　そして、燃料噴射弁の開弁によって燃料が噴射されるときには、ベローズが伸長することにより、上記の総容積が狭くなり、デリバリパイプ内の燃料圧力の低下が抑制される。これに対して、燃料噴射弁が閉弁されるときには、ベローズが収縮し、上記の総容積が広くなり、デリバリパイプ内の燃料圧力の過度な上昇が抑制されるようになる。したがって、こうしたベローズの伸縮動作によって、デリバリパイプ内の燃料圧力の脈動が低減される。これにより、燃料噴射弁からの燃料噴射量のばらつきを抑えることが可能となる。

特開平９－３１０６６１号公報

　ところで、デリバリパイプに接続されるダンパ装置の構成は複雑である。そのため、特許文献１に記載の燃料供給装置では、デリバリパイプ内の燃料圧力の脈動を低減させることはできるものの、製造コストの増大を招くおそれがある。

　本発明の目的は、簡単な構成で、燃料噴射弁の動作に起因するデリバリパイプ内の燃料圧力の脈動を低減させることができる燃料供給装置を提供することにある。

　上記目的を達成するための一態様は、燃料タンクから供給された燃料を複数の燃料噴射弁に対して分配するデリバリパイプと、前記デリバリパイプに接続され、内部が同デリバリパイプ内と連通するとともに自由端を有する接続配管とを備え、同接続配管の自由端が閉塞されている、燃料供給装置を提供する。

　上記目的を達成するための別の態様は、燃料タンクから供給された燃料を複数の燃料噴射弁に対して分配するデリバリパイプと、前記デリバリパイプに接続され、内部が同デリバリパイプ内と連通するとともに固定端及び自由端を有する接続配管と、前記接続配管の前記固定端と前記自由端との間の部位である中途部位を支持する支持部とを備え、前記接続配管の前記自由端が閉塞されている、燃料供給装置を提供する。

第１の実施形態の燃料供給装置と内燃機関とを示す概略図。第１の燃料供給装置において、デリバリパイプと接続配管との接続部位を模式的に示す断面図。（ａ）は比較例の燃料供給装置の一部の概略を示す模式図、（ｂ）は第１の実施形態の燃料供給装置の一部の概略に示す模式図、（ｃ）は脈動の一次成分の発生態様を示す図であり、（ｄ）は脈動の二次成分の発生態様を示す図。第２の実施形態の燃料供給装置において、デリバリパイプ及び接続配管とその周辺に配置される部材とを示す斜視図。第２の実施形態の燃料供給装置において、デリバリパイプと接続配管との接続部位を模式的に示す断面図。第２の実施形態の燃料供給装置において、第１の支持部を示す側面図。第２の実施形態の燃料供給装置において、第１の支持部を示す平面図。第２の実施形態の燃料供給装置において、支持部材を示す底面図。

　（第１の実施形態）
　以下、燃料供給装置を具体化した第１の実施形態を図１～図３（ｄ）に従って説明する。

　図１は、気体燃料の一例である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を内燃機関１１に供給する燃料供給装置２０と、ＣＮＧの供給によって運転される内燃機関１１とを示している。図１に示すように、内燃機関１１の吸気通路１２には、運転者によるアクセル操作態様に応じて開度が調整されるスロットルバルブ１３と、燃料供給装置２０から供給されたＣＮＧを噴射する燃料噴射弁１４とが設けられている。そして、スロットルバルブ１３を通過した吸気と燃料噴射弁１４から噴射されたＣＮＧとからなる混合気が気筒１５内の燃焼室１６で燃焼することにより、ピストン１７が往復動し、内燃機関１１の出力軸であるクランク軸が所定の回転方向に回転する。

　燃料供給装置２０には、ＣＮＧを貯留する燃料タンクの一例であるＣＮＧタンク２１に接続される高圧燃料配管２２が設けられている。この高圧燃料配管２２内を流動するＣＮＧは、調整機構の一例である圧力調整器２３によって規定の燃料圧力に減圧され、減圧後のＣＮＧがデリバリパイプ２４に供給される。なお、圧力調整器２３は、車体に支持されている。

　デリバリパイプ２４には、複数の燃料噴射弁１４が接続されている。そして、これら燃料噴射弁１４は、デリバリパイプ２４から分配されたＣＮＧを吸気通路１２内に噴射するように構成されている。

　こうしたデリバリパイプ２４の一端（図中右端）には、圧力調整器２３から延びる供給管２５が接続されており、デリバリパイプ２４の他端（図中左端）には、接続配管２６が接続されている。この接続配管２６の太さは、デリバリパイプ２４よりも細い。接続配管２６の一端（固定端）がデリバリパイプ２４に固定され、接続配管２６の他端（自由端）が閉塞されている。すなわち、接続配管２６は、デリバリパイプ２４に片持ち支持されている。

　こうした接続配管２６内は、デリバリパイプ２４内と連通している。そのため、接続配管２６内とデリバリパイプ２４内とでＣＮＧの流通が可能となっている。
　また、図２に示すように、接続配管２６とデリバリパイプ２４との接続部位には、絞り２７が設けられている。この絞り２７の開口は、接続配管２６の開口よりも小さい。

　ところで、デリバリパイプ２４内の燃料圧力は、燃料噴射弁１４が開弁されると低下され、燃料噴射弁１４が閉弁されると上昇される。そのため、デリバリパイプ２４を備える燃料供給装置２０内では、燃料噴射弁１４の開弁と閉弁とが繰り返されることによって燃料圧力の脈動が発生することとなる。

　こうした燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動は、様々な周波数の定常波を含んでいる。ここで、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の周波数成分のうち、最も低周波の定常波を「脈動の一次成分」といい、二番目に低周波の定常波を「脈動の二次成分」というものとする。また、デリバリパイプ２４に接続配管２６が接続されている本実施形態の燃料供給装置２０に対し、デリバリパイプ２４に接続配管が接続されていない燃料供給装置のことを「比較例の燃料供給装置」というものとする。

　次に、図３（ａ）～図３（ｄ）を参照して、燃料供給装置内における燃料圧力の脈動の一次成分と二次成分との発生態様について説明する。なお、図３（ａ）は比較例の燃料供給装置１００の一部の概略を示す模式図であり、図３（ｂ）は本実施形態の燃料供給装置２０の一部の概略を示す模式図である。また、図３（ｃ）は燃料供給装置内における燃料圧力の脈動の一次成分の発生態様を示す図であり、図３（ｄ）は燃料供給装置内における燃料圧力の脈動の二次成分の発生態様を示す図である。

　図３（ａ）～図３（ｄ）に示すように、本実施形態の燃料供給装置２０及び比較例の燃料供給装置１００では、圧力調整器２３は車体に固定されている。そのため、いずれの燃料供給装置２０，１００であっても、圧力調整器２３は燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の一次成分及び二次成分の節となる。

　また、比較例の燃料供給装置１００では、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の一次成分の腹Ｍがデリバリパイプ２４の先端（図中右端）に設定される。これに対し、本実施形態の燃料供給装置２０では、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の一次成分の腹Ｍが接続配管２６の先端（図中右端）に設定される。すなわち、本実施形態の燃料供給装置２０にあっては、比較例の燃料供給装置１００と比較して、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の一次成分の腹Ｍが、デリバリパイプ２４に接続されている燃料噴射弁１４から離れている。そのため、本実施形態の燃料供給装置２０のデリバリパイプ２４内では、比較例の燃料供給装置１００と比較し、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の一次成分に起因する燃料圧力の変動幅が狭くなる。

　また、本実施形態の燃料供給装置２０では、接続配管２６の太さ、長さ、又はその両方を調整することにより、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の二次成分の節Ｂを、デリバリパイプ２４に設定することができる。節Ｂをデリバリパイプ２４に設定するとは、節Ｂをデリバリパイプ２４の長さの範囲内の任意の位置に位置させることを意味する。この場合、デリバリパイプ２４内では、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の二次成分に起因する燃料圧力の変動がほとんど生じない。これに対して、比較例の燃料供給装置１００では、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の二次成分の節Ｂをデリバリパイプ２４内に設定することは困難である。すなわち、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の二次成分の節Ｂが、デリバリパイプ２４に接続されている燃料噴射弁１４から離れた位置に設定される。そのため、デリバリパイプ２４内では、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の二次成分に起因して燃料圧力が大きく変動することとなる。

　本実施形態の燃料供給装置２０のデリバリパイプ２４内では、比較例の燃料供給装置１００と比較して、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の一次成分及び二次成分に基づく燃料圧力の変動幅が狭くなる。そのため、燃料噴射弁１４からＣＮＧを噴射させるに際し、デリバリパイプ２４内の燃料圧力の変動に起因する噴射量のばらつきが抑制される。また、デリバリパイプ２４内の燃料圧力の脈動が低減されることにより、デリバリパイプ２４自身の振動が低減される。その結果、同デリバリパイプ２４の振動に起因する異音の発生もまた抑制される。

　以上、上記構成及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
　（１）燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の一次成分の腹Ｍが接続配管２６の先端（自由端）に位置するようになり、脈動の一次成分の腹Ｍを、デリバリパイプ２４に接続されている燃料噴射弁１４から離すことができる。また、接続配管の太さ、長さ、又はその両方を調整することにより、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の二次成分の節Ｂを、デリバリパイプ２４に接続されている燃料噴射弁１４に近づけることができる。その結果、比較例の燃料供給装置１００と比較して、デリバリパイプ２４内での燃料圧力の変動幅を狭くすることができる。しかも、こうした接続配管は、ダンパ装置と比較して構成が簡単で、同ダンパ装置よりも容易にデリバリパイプ２４に組み付けることができる。したがって、簡単な構成で、デリバリパイプ２４内の燃料圧力の脈動を低減させることができる。

　そして、このようにデリバリパイプ２４内の燃料圧力の脈動を低減させることにより、燃料噴射弁１４からの燃料噴射量のばらつきを抑えることができる。また、デリバリパイプ２４自身の振動が低減されるため、デリバリパイプ２４の振動に起因する異音の発生もまた抑制することができる。

　（２）また、デリバリパイプ２４と接続配管２６との接続部位に絞り２７を設けたことにより、デリバリパイプ２４内の燃料圧力の変動幅を狭くすることができる。
　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について図４～図８に従って説明する。第２の実施形態は、接続配管２６を支持する構成を有する点などが第１の実施形態と異なっている。したがって、以下の説明においては、第１の実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第１の実施形態と同一部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

　図４に示すように、本実施形態の燃料供給装置２０Ａにおいて、複数の燃料噴射弁１４はカバー３１を通じてデリバリパイプ２４に支持されている。そして、このカバー３１は、複数本の締結用ボルト３２を用いてデリバリパイプ２４に接続されている。

　カバー３１内には、燃料噴射弁１４と同数の貫通孔が形成されており、燃料噴射弁１４においてＣＮＧを噴射する噴射部である先端部が、個別対応する貫通孔内に配置されている。また、各貫通孔内には、接続パイプ３１１の長手方向における一端が圧入されている。これら接続パイプ３１１には、図示しない燃料ホースが接続されている。こうした燃料ホースは、吸気通路１２に接続されている。すなわち、燃料噴射弁１４の噴射部から噴射されたＣＮＧは、カバー３１内の貫通孔、燃料ホース内及び吸気通路１２を通じて燃焼室１６内に供給されるようになっている。

　また、本実施形態において、接続配管２６の基端（固定端）はフランジ３５と一体となっており、接続配管２６はフランジ３５を通じてデリバリパイプ２４に接続されている。なお、フランジ３５は、板材によって構成されており、固定用ボルト３６を用いてデリバリパイプ２４に固定されている。

　そして、図５に示すように、フランジ３５には、デリバリパイプ２４内と接続配管２６内とを連通させる連通孔３５ａが設けられている。そのため、フランジ３５を通じて接続配管２６をデリバリパイプ２４に接続する構成であっても、接続配管２６内は、デリバリパイプ２４内と連通している。

　ちなみに、図４に示すように、接続配管２６はその途中で湾曲されており、接続配管２６の先端（自由端）は、デリバリパイプ２４に支持されているカバー３１の近くに位置している。なお、接続配管２６において湾曲されている部位を、「湾曲部位２６１」というものとする。

　図６及び図７に示すように、フランジ３５は、接続配管２６を支持する第１の支持部３５１を有している。この第１の支持部３５１の先端は、接続配管２６における湾曲部位２６１よりも先端に近づいた位置にある部位（中途部位の一例）に固着されている。すなわち、第１の支持部３５１は、接続配管２６の基端と先端との間の部位を支持している。

　また、図４及び図８に示すように、デリバリパイプ２４に支持されているカバー３１には、接続配管２６を支持する第２の支持部の一例である支持部材４０が接続されている。この支持部材４０は、略矩形状の板材で構成されている。そして、支持部材４０の一端がボルト４１によってカバー３１に固定されており、支持部材４０の他端が、接続配管２６において第１の支持部３５１によって支持されている部位よりも先端に近づいた位置に位置する部位に固着されている。すなわち、支持部材４０は、接続配管２６において第１の支持部３５１によって支持される中途部位と接続配管２６の自由端との間に位置する部位を支持している。

　以上、上記構成によれば、上記第１の実施形態における効果（１）に加え、以下に示す効果をさらに得ることができる。
　（３）接続配管２６の中途部位が第１の支持部３５１によって支持されている。そのため、接続配管２６が片持ち支持でデリバリパイプ２４に接続されている場合と比較して、接続配管２６が振動しにくくなり、接続配管２６の基端に加わる応力が低減される。したがって、接続配管２６の基端に作用する負荷を低減させることができる。

　（４）なお、こうした第１の支持部３５１は、フランジ３５と一体となっている。そのため、第１の支持部３５１がフランジ３５とは別体である場合と比較して、部品点数の増大を抑制することができる。

　（５）また、本実施形態では、接続配管２６において第１の支持部３５１によって支持される部位とは異なる部位が支持部材４０によって支持されている。このように接続配管２６を複数の位置で支持することにより、接続配管２６の基端に加わる応力の低減効果を増大させることができる。そのため、接続配管２６の基端に作用する負荷の更なる低減を図ることができる。

　なお、上記各実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
　・上記第２の実施形態において、第１の支持部３５１を備えているのであれば、支持部材４０を設けなくてもよい。この場合であっても、上記（３）と同等の効果を得ることができる。

　・上記第２の実施形態において、支持部材４０は、接続配管２６の先端を支持するようにしてもよい。
　・上記第２の実施形態において、支持部材４０は、カバー３１ではなく、デリバリパイプ２４に直接接続される構成であってもよい。また、支持部材４０は、車体に取り付けられており、燃料供給装置２０Ａの近くに配置されている部品であれば、燃料供給装置２０Ａ以外の他の任意の部品に接続される構成であってもよい。

　・上記第２の実施形態において、第１の支持部３５１は、フランジ３５とは別体であってもよい。例えば、第１の支持部３５１は、デリバリパイプ２４に直接接続される構成であってもよい。また、第１の支持部３５１は、車体に取り付けられており、燃料供給装置２０Ａの近くに配置されている部品であれば、燃料供給装置２０Ａ以外の他の任意の部品に接続される構成であってもよい。

　・上記第２の実施形態において、第１の支持部３５１は、接続配管２６の基端と先端との間の部位であれば、任意の部位を支持する構成であってもよい。例えば、第１の支持部３５１は、接続配管２６の湾曲部位２６１を支持する構成であってもよい。

　・上記第２の実施形態において、接続配管２６を、３箇所以上の箇所で支持するようにしてもよい。
　・上記第１の実施形態において、絞り２７を、接続配管２６の自由端と固定端との間であれば、任意の位置に設けてもよい。例えば、接続配管２６の中間位置に絞り２７を設けてもよい。このように構成しても、上記（２）と同様の効果を得ることができる。

　・上記第１の実施形態において、デリバリパイプ２４と接続配管２６との接続部位や接続配管２６内に絞り２７を設けなくてもよい。
　・上記第２の実施形態において、デリバリパイプ２４と接続配管２６との接続部位であるフランジ３５内、又は接続配管２６の自由端と固定端との間となる位置に、絞り２７を設けてもよい。これにより、上記（２）と同等の効果を得ることができる。

　・上記各実施形態において、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動は、三番目に低周波の定常波を含んでいることがある。この三番目に低周波の定常波を「脈動の三次成分」という。そこで、この場合、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の二次成分の節Ｂをデリバリパイプ２４の長さの範囲内に位置するように設定することができるのであれば、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の三次成分の節をデリバリパイプ２４の長さの範囲内に位置するように設定することができるように、接続配管２６の太さ、長さ、又はその両方を調整してもよい。この場合、デリバリパイプ２４内の燃料圧力の脈動をさらに低減させることができる。

　・上記各実施形態では、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の二次成分の節Ｂがデリバリパイプ２４の長さの範囲内に位置するように設定されるように接続配管２６の太さ、長さ、又はその両方が決定されているが、デリバリパイプ２４に接続配管２６が接続される構成であれば、燃料供給装置２０内における脈動の二次成分の節Ｂが必ずしもデリバリパイプ２４の長さの範囲内に位置するように設定されていなくてもよい。すなわち、接続配管２６を設けることにより、比較例の燃料供給装置１００よりも、燃料供給装置２０内における燃料圧力の脈動の二次成分の節Ｂを、デリバリパイプ２４に接続されている燃料噴射弁１４に近づけることができる。その結果、デリバリパイプ２４内の燃料圧力の脈動を低減させることができる。

　・上記第１の実施形態では、接続配管２６に曲げ加工を施しているが、デリバリパイプ２４に接続される接続配管２６は直線状をなすものであってもよい。
　・上記各実施形態において、デリバリパイプ２４は、その一端ではなく中間位置に圧力調整器２３から延びる供給管２５が接続されるものであってもよい。

　・燃料供給装置を、ＣＮＧ以外の他の気体燃料を内燃機関に供給する装置に具体化してもよいし、ガソリンなどの液体燃料を内燃機関に供給する装置に具体化してもよい。

Claims

　燃料タンクから供給された燃料を複数の燃料噴射弁に対して分配するデリバリパイプと、
　前記デリバリパイプに接続され、内部が同デリバリパイプ内と連通するとともに自由端を有する接続配管とを備え、
　同接続配管の自由端が閉塞されている、燃料供給装置。
　前記燃料供給装置内にいて燃料圧力は脈動し、該燃料圧力の脈動は節を有する二次成分を含み、
　前記接続配管は、前記燃料供給装置内における燃料圧力の脈動の二次成分の節が前記デリバリパイプに位置するように構成されている、請求項１に記載の燃料供給装置。
　前記デリバリパイプと前記接続配管との接続部位に設けられた絞りを更に備える、請求項１又は請求項２に記載の燃料供給装置。
　記接続配管は前記デリバリパイプに接続された固定端を有し、
　前記燃料供給装置は、前記接続配管内における前記固定端と前記自由端との間に設けられた絞りを更に備える請求項１又は請求項２に記載の燃料供給装置。
　燃料タンクから供給された燃料を複数の燃料噴射弁に対して分配するデリバリパイプと、
　前記デリバリパイプに接続され、内部が同デリバリパイプ内と連通するとともに固定端及び自由端を有する接続配管と、
　前記接続配管の前記固定端と前記自由端との間の部位である中途部位を支持する支持部と、を備え、
　前記接続配管の前記自由端が閉塞されている、燃料供給装置。
　前記接続配管の前記固定端に設けられ、同接続配管と前記デリバリパイプとを接続するフランジを更に備え、
　前記支持部は、前記フランジと一体となっている、請求項５に記載の燃料供給装置。
　前記支持部を第１の支持部としたとき、
　前記接続配管において前記第１の支持部によって支持される前記中途部位と前記自由端との間に位置する部位を支持する第２の支持部をさらに備える請求項５又は請求項６に記載の燃料供給装置。
　前記燃料タンクから供給された燃料を調圧する調圧機構を更に備え、同調圧機構によって調圧された燃料を前記デリバリパイプ内に供給する請求項１～７の何れか一項に記載の燃料供給装置。