JP2006083747A - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一定量の燃料を保持する燃料保持容器２を燃料タンク１内に設置した燃料供給装置において、燃料タンク１内の燃料を燃料保持容器２に送り込むジェットポンプを確実に作動させ、燃料保持容器２内の燃料量を常時確保する。
【解決手段】燃料保持容器２の中に燃料給送ポンプ２０を設置し、その吐出側に分岐管２１を設ける。燃料保持容器２には、その底面に開口する入口管１３が立設されており、分岐管２１により導かれた燃料を先端部の小孔１２から入口管１３に噴出し、ジェットポンプ作用で燃料保持容器２内に燃料を送り込む。燃料給送ポンプ２０は、エンジンの運転状態に関係なく一定量の燃料を圧送するので、燃料保持容器２内に常時燃料を確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料タンク内に燃料保持容器を設置し、ここに一定量の燃料を貯蔵するようにしたエンジン燃料供給装置、殊に、エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するディーゼルエンジン等の燃料供給装置に関するものである。

ディーゼルエンジンにおいては、噴射ポンプ等の高圧ポンプによってエンジンのシリンダに取付けた噴射ノズルからシリンダ内に燃料を噴射し、燃料をシリンダ内で燃焼させて動力を発生させる。燃料を噴射する高圧ポンプには、燃料タンクからフィルタ等を介して燃料が供給される。車両用のエンジンでは、燃料タンクは、通常、エンジンからは離れた車体部分に取付けられており、エンジンに装着される高圧ポンプ等のエンジン燃料系装置には、燃料タンクから配管が導かれている。

燃料タンクからエンジン燃料系装置に燃料を給送するため、燃料給送ポンプを配備する場合がある。また、エンジン燃料系装置には、シリンダ内に噴射され燃焼する燃料量以上の燃料が供給されるが、その余剰燃料は燃料戻り管により燃料タンクに戻される。このような燃料供給装置は、一例として特開２００２−９８０１９号公報に示されている。

燃料タンク内の燃料は、エンジンの作動時間が経過するにつれて液面が低下し、また、車両の傾きや走行時の加速、減速によって液面が変動する。このため、高圧ポンプあるいは燃料給送ポンプ等における燃料の吸込口は燃料タンクの低部に設置されているが、それでも燃料量が少なくなると吸込口が燃料中に浸漬せず、ポンプにエアー（燃料蒸気又は空気等の気体）を吸込む事態が生じることがある。これを防ぐため、燃料タンク内の一部に燃料保持容器を設けて燃料を常時確保し、ここに吸込口を設置することが従来から行われている。このような燃料保持容器は、バスタブとも呼ばれている。

燃料保持容器内には、燃料タンクの他の部分から燃料を送り込む必要があるため、高圧ポンプ等のエンジン燃料系装置からの戻り燃料を利用して、ジェットポンプによって燃料保持容器内に燃料を送り込む装置が知られている。例えば、特開２００２−８９４９８号公報には、燃料保持容器に相当するメインタンクに、ジェットポンプを用いてサブタンクから燃料を移送する装置が開示されている。このように、燃料保持容器及びジェットポンプを有する燃料供給装置について、図３、図４により説明する。

図３は、いわゆるコモンレール式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンの燃料供給装置を概略的に示すものである。近年、ディーゼルエンジンの燃料供給装置としては、エンジンの燃焼状態を改善して粒子状物質（ＰＭ）等の排気有害成分を削減するため、シリンダ内へ噴射する燃料の高圧化及び噴射量等の精密な制御が容易なコモンレール式燃料噴射装置が多く採用される傾向にある。

燃料タンク１には燃料保持容器２が設置されており、燃料タンク1の液面が低下しても、ここには一定量の燃料が保持されている。燃料噴射のための高圧ポンプ３は、燃料保持容器２の底部に開口する吸込口４から燃料を吸入し、噴射圧まで高圧化してコモンレール５に送り込む。コモンレール５に貯留された燃料は、電子制御装置により噴射量や噴射時期が制御されながら、エンジンの各シリンダに取付けた燃料噴射弁６からシリンダ内に噴射される。高圧ポンプ３と吸込口４との間にはフィルタ７が設置され、燃料中のごみ、固形物等を取除く。また、水分を取除くセジメンタをフィルタ７と一体に取付ける場合もある。

ところで、高圧ポンプ３からはシリンダ内に噴射される燃料よりも多量の燃料がコモンレール５に送り出される。これは燃料噴射弁６の制御あるいは冷却に燃料を使用するためであるが、この余剰燃料は、管路８を経て排出される。また、コモンレール５内の燃料圧を制御する制御弁９からは、逃し燃料が排出されることがあり、高圧ポンプ３からも吐出圧制御等に伴い燃料が排出される。これらの排出された余剰燃料は合流した後、戻し配管１０から戻り燃料として燃料タンク１に戻される。

燃料タンク１に戻された戻り燃料は、戻り燃料管１１により燃料タンク１の底部にまで導かれる。この部分を拡大して示す図４から明らかなように、戻り燃料管１１には、その先端に燃料タンク１の底壁に添って直角に曲がる曲げ管が取付けてあり、その先端には上向きの小孔１２が形成されている。この個所では、燃料保持容器２の底面が燃料タンク１の底壁から上方に離れて両者の間に隙間が設けられ、その隙間に燃料戻り管１１の先端の曲げ管が入り込んでいる。また、燃料保持容器２の底面には、ジェットポンプの混合管となる入口管１３が立設され、その開口に小孔１２が位置している。

戻り燃料管１１に送り込まれた戻り燃料は、小孔１２からジェット流として入口管１３に噴射され、小孔１２の近傍に発生する低圧部等の吸引効果によって、燃料タンク１の底部の燃料を入口管１３内に送り込む。入口管１３は先端部の流路面積が徐々に拡大するディフューザ形状をなしており、送り込まれた燃料は、ジェット流と混合し静圧を上昇させながら、入口管１３の上端から燃料保持容器２に吐出される。こうして、燃料保持容器２には一定量の燃料が確保される。
特開２００２−９８０１９号公報 特開２００２−８９４９８号公報

エンジン燃料系装置からの戻り燃料を利用してジェットポンプを作動させ、燃料保持容器内に燃料を送り込む燃料供給装置では、ジェットポンプを作動させるため十分な戻り燃料が必要である。しかし、エンジンからの戻り燃料の量はエンジンの運転状態に応じて変動する。殊に、ディーゼルエンジンの燃料を噴射する高圧ポンプは、エンジンによって直接駆動されるから、始動時などのエンジンの回転数が低いときには、ポンプの吐出量自体が少なく戻り燃料も減少する。

また、上述のコモンレール式燃料噴射装置の高圧ポンプでは余剰燃料を戻すことによる噴射燃料量の制御が行われないから、例えば分配型燃料噴射ポンプを用いた燃料噴射装置に比べて戻り燃料の量がもともと少ない。さらに、最近では、高圧ポンプによる余剰燃料の加圧に伴う動力損失を減少させてエンジンの燃料消費率を向上させる設計が行われるようなり、戻り燃料の量は一層減少している。コモンレール式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンに限らず、例えばガソリンを吸気管に噴射するエンジンであっても、運転状態によっては戻り燃料が少なくなる場合がある。本発明は、戻り燃料の不足等に起因するジェットポンプの作動不良を防止し、燃料保持容器内への燃料量を常時確保することを課題とする。

上記の課題に鑑み、本発明は、燃料タンク内の燃料を燃料保持容器に送り込むジェットポンプを確実に作動させることを目的とし、燃料保持容器内に燃料給送ポンプを設け、その吐出燃料の一部を分岐させてジェットポンプのジェット流とするものである。すなわち、本発明は、
「エンジンへ供給される燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記燃料タンク内に設置された燃料保持容器と、前記燃料保持容器内に設けられた燃料給送ポンプとを有するエンジンの燃料供給装置において、
前記燃料保持容器には、その底面に開口し所定の長さを有する入口管を立設し、かつ、前記燃料給送ポンプの吐出側の配管に分岐管を設け、前記分岐管を前記入口管の開口部近傍に導くとともに、前記分岐管に前記燃料給送ポンプから吐出された燃料を前記入口管に向け噴出する小孔を形成した」
ことを特徴とするエンジンの燃料供給装置となっている。

請求項２記載のように、本発明は、燃料噴射のための高圧ポンプを備え、前記燃料給送ポンプから吐出された燃料が前記高圧ポンプの吸入口に供給されるエンジンに適用することができる。このようなエンジンとしては、ディーゼルエンジン以外にも、ガソリンをシリンダ内に噴射し火花点火により燃焼させる、いわゆるガソリン直接噴射式エンジンも存在する。こうしたエンジンに適用する場合においては、請求項３に記載のように、前記エンジンは余剰燃料を前記燃料タンクに戻す戻し配管を備えており、かつ、前記燃料給送ポンプと前記高圧ポンプとの間の燃料配管が逆止弁を介して前記戻し配管と接続されているよう構成することが好ましい。

そして、本発明は、請求項４に記載のように、前記高圧ポンプにより加圧された燃料を貯留し、前記エンジンのシリンダに取付けた燃料噴射弁に分配するコモンレールを備えているディーゼルエンジンに好適なものである。

また、本発明の燃料供給装置においては、請求項５に記載のように、前記燃料給送ポンプの吐出側の、前記エンジンへ燃料を供給する管路には、前記分岐管の下流側にオリフィスを設置することが好ましい。このようなオリフィスを設置する場合は、請求項６に記載のように、前記分岐管が分岐する部位に、前記エンジンへ燃料を供給する配管、前記燃料給送ポンプの吐出管及び前記分岐管が接続される３方コネクタが設け、前記オリフィスを前記３方コネクタの端部に形成することができる。

燃料タンク内に燃料保持容器を設け、エンジン燃料系装置からの戻り燃料を利用したジェットポンプにより燃料保持容器内に燃料を送り込む従来の燃料供給装置では、エンジンの運転状態によっては、戻り燃料の不足に起因して燃料保持容器内に燃料が確保されないことがある。これに対し、本発明の燃料供給装置においては、燃料保持容器内に設置した燃料給送ポンプは、エンジンの作動中は常時略一定量の燃料を給送しているので、始動時等においてもジェットポンプのジェット流を十分に作用させることができる。したがって、燃料保持容器内に所定量の燃料が確保され、ポンプがエアーを吸込む等の不都合が防止され、エンジン燃料系装置への円滑な燃料供給が行われる。

本発明の燃料供給装置の戻り配管では、従来の燃料供給装置と異なり、戻り燃料をジェット流とすることに伴う抵抗が存在しないため、戻り燃料に作用する背圧は殆どなくスムースに燃料タンクに戻される。このため、エンジン燃料系装置の負荷が軽減され、エンジンの耐久性を向上させることができる。

また、燃料給送ポンプを用いる従来の燃料供給装置では、燃料給送ポンプの吐出側に置かれた燃料フィルタの目詰まり等によって、燃料給送ポンプに高圧が作用し故障が生じることがある。これを防止するため、通常、ポンプの吸入側と吐出側を連結するバイパス管を配置し、ここに高圧時に開弁する保圧弁を設けている（例えば、特許文献１の符号７の「逃し弁」参照）。これに対し、本発明の燃料供給装置では、燃料給送ポンプの吐出側にはジェットポンプ用の小孔に通じる分岐管が存在し、高圧時にはこの分岐管から燃料が逃げることができるから、吐出側に異常な高圧が発生しない。そのため、バイパス管及び保圧弁を省略することが可能である。

請求項２のように、燃料噴射のための高圧ポンプを備えたエンジンに本発明を適用したときは、燃料給送ポンプにより一定圧力の燃料を確実に高圧ポンプに供給することができるから、従来例のように高圧ポンプで直接燃料を吸引するときに起こり易い燃料吸込み時の負圧による気泡の発生を防止できる。さらに、請求項３のように、燃料給送ポンプと前記高圧ポンプとの間の燃料配管を、逆止弁を介して戻し配管と接続したときは、フィルタの交換時等にエアーが混入したとしても、接続した管を経て戻し配管に排出されるため、高圧ポンプがエアー等を吸込むことはない。

コモンレール式燃料噴射装置を備えたエンジンでは、上述したとおり、エンジン燃料系からの戻り燃料が少ないので、請求項４のように、燃料給送ポンプからの燃料を分岐してジェットポンプを作動させる本発明は、このようなエンジンに適用することにより、大きな効果を発揮する。

本発明のジェットポンプを作動させるには、所定量の燃料を常に燃料給送ポンプから分岐する必要がある。請求項５のように、エンジンへ燃料を供給する管路において、分岐管の下流側にオリフィスを設置したときは、その絞り抵抗によって燃料給送ポンプの吐出側の圧力が上昇するので、エンジン燃料系へ到る管路の抵抗が小さい場合であっても、ジェットポンプに通じる分岐管に確実に燃料を分配することが可能となる。また、請求項６のように、分岐管が分岐する部位に３方コネクタを設け、オリフィスをこの３方コネクタの端部に形成するようにすると、簡易な構成でコストを高めることなく、オリフィスを設置することができる。

以下、図面に基づいて本発明の燃料供給装置について説明する。図１は、本発明の燃料供給装置の概略図であり、従来例の装置の概略図（図３）に対応する。図２は、図１のＡ部に置かれる３方コネクタを拡大して示す図である。これらの図において、従来例の部品、装置に対応するものには、同一の番号が付してある。

図１において、エンジン燃料系には、エンジンにより直接駆動される高圧ポンプ３、コモンレール５及び燃料噴射弁６等が装備されている。これらのエンジン燃料系装置からの余剰燃料は戻り管路１０によって燃料タンク１に循環される。エンジン燃料系の機器の構成及び作用は従来例のものと基本的には変わらないので、詳しい説明は省略する。燃料タンク１には、従来例と同様に、上方が燃料タンク内に開放された燃料保持容器２が設置され、常時一定量の燃料を保持するよう燃料タンク１の内部を区画している。また、燃料保持容器２には、所定の長さを有する入口管１３が立設され、その下端は燃料保持容器２の底面に開口している。

本発明においては、燃料保持容器２の中に燃料給送ポンプ２０を設置する。燃料給送ポンプ２０としては、この実施例では、タービン型ポンプが使用されるが、他の形式のポンプを採用してもよい。燃料給送ポンプ２０は、燃料保持容器２の燃料中に浸漬されており、下方の吸込口から吸入した燃料を高圧ポンプ３へ圧送する。

燃料給送ポンプ２０の吐出側には、図１のＡ部において、圧送される燃料を分岐する分岐管２１が接続される。分岐管２１は、燃料保持容器２の底面と燃料タンクの底壁との間の隙間へ導かれ、その先端部には、入口管１３の開口に臨む位置に上向きの小孔１２が形成されている。ジェットポンプを構成する入口管１３及び小孔１２の付近の詳細な構造は、図４の従来例のものと実質上同じであって、本発明では、戻り燃料の代わりに燃料給送ポンプ２０の吐出側の燃料が小孔１２に供給される。この燃料は小孔１２からジェット流として入口管１３に噴出され、吸引作用によって燃料タンク１内の燃料を燃料保持容器２に送り込む。戻り配管１０からの戻り燃料は、ジェットポンプ用の燃料として利用されないので、管路１４を経てそのまま燃料保持容器２に戻される。

本発明では、燃料保持容器２内に燃料給送ポンプ２０を設置し、その吐出燃料を利用して、ジェットポンプを作動させている。燃料給送ポンプ２０は、エンジンの運転状態にかかわらずほぼ一定量の燃料を吐出する。したがって、エンジン燃料系装置からの戻り燃料の量に影響されることなく、燃料保持容器２内に燃料を送り込むことが可能であって、燃料保持容器２内には確実に燃料が保持されることとなる。なお、燃料保持容器２の底面に立設される入口管１３は、所定の長さを有している。これにより、燃料タンク１の傾き等に起因して小孔１２の近傍に燃料がなくなり、ジェットポンプによる燃料の送り込みが停止する事態が生じたとしても、燃料保持容器２の液面の高さが入口管１３の長さに相当する位置となったときは、入口管１３の開口から燃料が燃料タンク１に流出することが防止され、燃料保持容器２に燃料を確保することができる。

燃料給送ポンプ２０の吐出側の配管には、分岐管２１の分岐部の下流にオリフィス２２が設けてある。このオリフィス２２により、エンジン燃料系に通じる配管には管路抵抗が付加され、燃料給送ポンプ２０の吐出圧が高まるため、分岐管２１には適正量の燃料が分配され、ジェットポンプを作動させる噴出燃料が不足することはない。オリフィス２２としては、例えば、ジェット流を噴出する小孔１２と略同じ径を持つものが用いられる。ただし、エンジン燃料系に至る管路の抵抗がもともと大きいような燃料供給装置にあっては、このオリフィスを省くことができる。

オリフィス２２を設けるためには、分岐管２１が分岐する部位（Ａ部）に、図２に示す３方コネクタ２５を取付けるのが好ましい。３方コネクタ２５の上方の端部は、オリフィス２２が形成された端板となっており、この部分にエンジン燃料系の配管に接続される耐油性のフレキシブルチューブがはめ込まれている。３方コネクタ２５の下方部分及び横方向部分にもフレキシブルチューブがはめ込まれ、それぞれ、燃料給送ポンプ２０の吐出口及びジェットポンプに至る分岐管２１に接続される。

燃料給送ポンプ２０からエンジン燃料系に圧送される燃料は、フィルタ７を経て高圧ポンプ３に供給されるが、フィルタ７と高圧ポンプ３との間の管路は、逆止弁２３を有するバイパス管２４によって戻り配管１０と連結されている。そのため、燃料供給ポンプ２０から過剰な燃料が圧送されたときには、バイパス管路２４を介し燃料を戻して、燃料給送ポンプ２０の吐出圧の過度の上昇を抑制することができる。さらに、フィルタ７の交換等何らかの原因で燃料中に混入したエアーは、バイパス管２４を通過して戻り配管１０から燃料保持容器２に排出され、高圧ポンプ３等のエンジン燃料系装置への流れ込みが阻止される。バイパス管２４には逆止弁２３が配置してあるので、戻り配管１０の高温の戻り燃料が高圧ポンプ３に吸入されることはない。

以上詳述したとおり、本発明は、一定量の燃料を保持する燃料保持容器を燃料タンク内に設置した燃料供給装置において、燃料タンク内の燃料を燃料保持容器に送り込むジェットポンプを確実に作動させることを目的とし、燃料保持容器内に燃料給送ポンプを設け、その吐出燃料の一部を分岐させてジェットポンプのジェット流とするものである。したがって、本発明は、燃料噴射のための高圧ポンプを備えたエンジンに限らず、例えば、燃料給送ポンプによってガソリンをエンジンの吸気管に噴射するガソリンエンジンにも適用できることは明らかである。

本発明に基づく燃料供給装置の概略図である。 本発明に用いられる３方コネクタを示す図である。 従来の燃料供給装置の概略図である。 ジェットポンプの構成を示す図である。

符号の説明

１ 燃料タンク
２ 燃料保持容器
３ 高圧ポンプ
５ コモンレール
６ 燃料噴射弁
１０ 戻し配管
１２ 小孔
１３ 入口管
２０ 燃料給送ポンプ
２１ 分岐管
２２ オリフィス
２５ ３方コネクタ

Claims (6)

1. エンジンへ供給される燃料を貯蔵する燃料タンク（１）と、前記燃料タンク内に設置された燃料保持容器（２）と、前記燃料保持容器（２）内に設けられた燃料給送ポンプ（２０）とを有するエンジンの燃料供給装置において、
   前記燃料保持容器（２）には、その底面に開口し所定の長さを有する入口管（１３）を立設し、かつ、前記燃料給送ポンプ（２０）の吐出側の配管に分岐管（２１）を設け、前記分岐管（２１）を前記入口管（１３）の開口部近傍に導くとともに、前記分岐管（２１）に前記燃料給送ポンプ（２０）から吐出された燃料を前記入口管（１３）に向け噴出する小孔（１２）を形成したことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
2. 
   前記エンジンは、燃料噴射のための高圧ポンプ（３）を備え、前記燃料給送ポンプ（２０）から吐出された燃料は前記高圧ポンプ（３）の吸入口に供給される請求項１に記載のエンジンの燃料供給装置。
3. 前記エンジンは、余剰燃料を前記燃料タンクに戻す戻し配管（１０）を備えており、かつ、前記燃料給送ポンプ（２０）と前記高圧ポンプ（３）との間の燃料配管が逆止弁（２３）を介して前記戻し配管（１０）と接続されている請求項２に記載のエンジンの燃料供給装置。
4. 
   前記エンジンはディーゼルエンジンであり、前記高圧ポンプ（３）により加圧された燃料を貯留し、前記エンジンのシリンダに取付けた燃料噴射弁（６）に分配するコモンレール（５）を備えている請求項２又は請求項３に記載のエンジンの燃料供給装置。
5. 前記燃料給送ポンプ（２０）の吐出側の、前記エンジンへ燃料を供給する管路には、前記分岐管（２１）の下流側にオリフィス（２２）が設置されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のエンジンの燃料供給装置。
6. 
   前記燃料給送ポンプ（２０）の吐出側の、前記分岐管が分岐する部位には、前記エンジンへ燃料を供給する配管、前記燃料給送ポンプの吐出口及び前記分岐管（２１）が接続される３方コネクタ（２５）が設けられ、前記オリフィス（２２）は前記３方コネクタ（２５）の端部に形成されている請求項５に記載のエンジンの燃料供給装置。

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