JP2009144663A - 圧力調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ポンプへ供給される燃料の圧力を適正に保ちつつ、燃料中に含まれる気泡を除去することができる圧力調整弁を提供する。
【解決手段】圧力調整弁６は、フィードポンプ４と噴射ポンプ７との間の燃料供給配管８に設けられ、燃料圧力を調整し噴射ポンプ７に供給する。圧力調整弁６は、燃料タンク２と連通するポート部材２３２が設けられる。その入口ポート２３３は弁部材２４によって開閉される。圧力調整弁６のハウジング１０内の圧力が所定圧力を超えるとポート部材２３２の入口ポート２３３が開放され、余剰圧力燃料が燃料タンク２に排出される。圧力調整弁６の流出燃料配管２２の入口ポート２２１には、燃料中の気泡を捕捉するフィルタ部材２８が設けられている。ハウジング１０内には気泡が溜められる。気泡は、ハウジング１０内が所定圧力を超えて入口ポート２３３が開放されるときに余剰圧力燃料とともに燃料タンク２に排出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料ポンプへ供給する燃料の圧力を調整する圧力調整弁に関する。

燃料残量が少ない状態で悪路走行などすると、燃料の液面が激しく揺れるため、燃料中に気泡が混ざる。気泡が混合された燃料が、内燃機関へ燃料を供給する燃料ポンプへ送られると、燃料ポンプの吐出量が安定せず、ひいては内燃機関への燃料噴射が不安定となる。

この問題に対して、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この特許文献１では、燃料タンクの燃料を汲み上げるフィードポンプとフィードポンプが汲み上げた燃料を加圧する燃料噴射ポンプとを接続する通路に燃料噴射ポンプの低圧側と連通するホロスクリューを備え、フィードポンプから送られる燃料をこのホロスクリューに衝突させ、燃料と気泡とを分離する。

そして、分離した気泡は、通路から分岐するエア溜まり室に溜められる。エア溜まり室は、噴射ポンプからの余剰燃料を燃料タンクに戻すオーバーフロー通路と絞り部を介して接続されている。このため、エア溜まり室に溜められた気泡は、絞り部を通じて燃料タンクに排出される。
特開平９−１７７６３１号公報

特許文献１では、絞り部の通路径は、粘性の低い空気は比較的容易に通し、粘性の高い燃料は抵抗となりオーバーフロー通路に排出されないように調整されている。

しかしながら、燃料が絞り部を介して燃料タンクに排出されるのを極力防止しようと、絞り部の通路径を小さくすると、空気の通過流量が少なくなるので気泡の排出性能が低下する。反対に、空気の通過流量を向上させるべく、絞り部の通路径を大きくすると、燃料噴射ポンプに供給されるべき燃料が絞り部から排出されてしまい、燃料噴射ポンプへの供給圧力が低下してしまうという問題が発生する。

本発明の目的は、燃料ポンプへ供給される燃料の圧力を適正に保ちつつ、燃料中に含まれる気泡を除去することができる圧力調整弁を提供することにある。

請求項１に記載された発明は、燃料タンクの燃料を吸引して圧送する燃料ポンプの上流側に設けられ、燃料ポンプへ供給される燃料の圧力を調整する圧力調整弁において、
ハウジングと、ハウジング内に燃料を流入する流入通路と、ハウジング内の燃料を燃料ポンプへ流出する流出通路と、余剰圧力燃料を燃料タンクへ戻す戻り通路と、戻り通路の入口ポートを開閉する弁体であって、ハウジング内が所定圧力以上となった場合に入口ポートを開放する弁体と、を備える圧力調整弁であって、
流出通路の入口ポートには、燃料中に含まれる気泡をハウジング側に捕捉する気液分離手段が設けられ、戻り通路の入口ポートは、気液分離手段よりも上方に配置されていることを特徴としている。

この構成によれば、ハウジング内に設けられる流出通路の入口ポートには、燃料中に含まれる気泡をハウジング側に捕捉する気液分離手段が設けられている。これにより、気液分離手段にて捕捉された気泡は、比重が燃料よりも非常に小さいため、ハウジングの上方に溜まる。また、弁体にて開閉される入口ポートを有する戻り通路は、気液分離手段よりも上方に配置されている。

このように構成されている圧力調整弁は、ハウジング内が所定圧力以上となり弁体が入口ポートを開放したときに余剰圧力燃料とともにハウジングの上方に溜まった気泡を戻り通路を通じて燃料タンクに排出する。つまり、ハウジング内に溜まった気泡は、戻り通路が開放されたときのみ排出されることとなる。また、戻り通路は、ハウジング内が所定圧力以上となったときのみ開放される構造となっているため、燃料ポンプへ供給される燃料の圧力を適正に保つことができる。戻り通路には、従来技術のように絞り部を設ける必要がなくなるため、気泡の排出性能が低下することがなく、素早く気泡を燃料タンクに排出することができる。

請求項２に記載された発明は、気液分離手段は、微細孔を有するシート状に形成されたフィルタ部材であることを特徴としている。この構成によれば、簡単な構造にて気液分離手段を形成することができる。

請求項３に記載された発明は、フィルタ部材の上流側には、燃料中に含まれる異物を捕捉する燃料フィルタが設けられ、フィルタ部材の孔径は、燃料フィルタの孔径よりも小さいことを特徴としている。

この構成によれば、燃料フィルタにて捕らえられなかった気泡をフィルタ部材にて捕捉することができる。また、燃料フィルタがフィルタ部材の上流側に設けられているので、フィルタ部材の目詰まりを抑制することができる。

請求項４に記載された発明は、フィルタ部材は、コーン状に形成さていることを特徴としている。この構成によれば、平板状のものに比べ、燃料との接触面積を大きくすることができるので、より多くの気泡を捕捉することができる。

請求項５に記載された発明は、フィルタ部材は、下流に向かうに従い、先端が細くなるように形成されていることを特徴としている。この構成によれば、燃料の流れによってフィルタ部材が流出通路の通路壁に向かって撓むので、流出通路の流通抵抗が増加するのを抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
本発明の一実施形態による圧力調整弁を用いた燃料供給システムを図１に示す。図２は、本発明の一実施形態による圧力調整弁の断面図である。

燃料供給システム１は、燃料タンク２内の燃料を内燃機関３（例えば、ディーゼルエンジン）に供給するシステムである。燃料供給システム１は、フィードポンプ４、燃料フィルタ５、圧力調整弁６および噴射ポンプ７等によって構成されている。

フィードポンプ４は、燃料タンク２内に収容されるインタンク式のポンプである。フィードポンプ４は、電動式のポンプであって、燃料タンク２内の燃料を汲み上げ、燃料供給配管８を通じて燃料タンク２の外部に圧送する。

燃料フィルタ５は、燃料供給配管８の途中に設けられ、フィードポンプ４が汲み上げた燃料中に含まれる比較的大きな異物を捕捉するフィルタである。燃料フィルタ５は、例えば、ろ紙や不織布等から構成されている。

圧力調整弁６は、燃料供給配管８の途中に、かつ燃料フィルタ５よりも下流側に設けられる。圧力調整弁６は、噴射ポンプ７へ供給される燃料の圧力を調整する調整弁である。圧力調整弁６には、燃料圧力を調整する際に発生する余剰圧力燃料を燃料タンク２に排出するための戻り配管９が接続されている。圧力調整弁６についての詳細な説明は後ほどする。

噴射ポンプ７には、燃料供給配管８の端部が接続されている。噴射ポンプ７は、圧力調整弁６にて圧力が調整された燃料をさらに加圧し、内燃機関３に供給する。ここで、内燃機関３には、図示しない噴射ポンプ７にて加圧した燃料を蓄圧するコモンレールや、気筒毎に設けられ、コモンレールに蓄圧された燃料を気筒毎に噴射する複数のインジェクタ等が設けられている。それぞれのインジェクタは、図示しない制御装置にて制御されており、所定のタイミングで所定の燃料量を各気筒に噴射する。

噴射ポンプ７は、内燃機関３のクランクシャフトまたはカムシャフトの回転力を動力源とするポンプである。噴射ポンプ７は、図示しないシリンダと、図示しないカム機構によりシリンダ内を往復移動するプランジャと、シリンダとプランジャとにより形成される加圧室と、を備える。

圧力調整弁６にて圧力が調整された燃料は、加圧室に供給される。加圧室に供給された燃料は、プランジャの往復移動により圧縮され加圧される。その後、加圧された燃料は、内燃機関３に設けられるコモンレールに供給される。

次に、圧力調整弁６の構造を図２に基づいて説明する。

圧力調整弁６は、ハウジング１０、流入燃料配管２１、流出燃料配管２２、戻り燃料配管２３および弁部材２４等から構成されている。

ハウジング１０は、金属より略円筒状に形成されている。ハウジング１０の側壁１１には、流入燃料配管２１がハウジング１０内に開口するように設けられている。そして、流入燃料配管２１が設けられている側とは反対側の側壁１１には、流出燃料配管２２がハウジング１０内に開口するように設けられている。また、底部１２には、戻り燃料配管２３がハウジング１０内に開口するように設けられている。流入燃料配管２１および流出燃料配管２２は、図１に図示する燃料供給配管にそれぞれ接続されている。また、戻り燃料配管２３は、図１に図示する戻り配管９に接続されている。なお、上述の流入燃料配管２１は請求項に記載の流入通路に相当し、流出燃料配管２２は請求項に記載の流出通路に相当する。

戻り燃料配管２３の一端部は、ハウジング１０内に突き出ており、その突き出た部分に円筒部材２３１が挿入されている。そして、円筒部材２３１の上方には、円筒部材２３１の内壁にて支持されるポート部材２３２が挿入されている。ポート部材２３２の上側の端部は、入口ポート２３３となっており、弁部材２４が離着座可能となっている。なお、入口ポート２３３は、少なくとも流出燃料配管２２の入口ポート２２１よりも高い位置に設けられている。

弁部材２４が入口ポート２３３から離座すると、ハウジング１０内の燃料はポート部材２３２、円筒部材２３１、戻り燃料配管２３を通じて燃料タンク２に排出される。弁部材２４が入口ポート２３３に着座している状態では、ハウジング１０内の燃料は燃料タンク２には排出されない。

なお、上述の戻り燃料配管２３、円筒部材２３１、ポート部材２３２は、請求項に記載の戻り通路に相当し、ポート部材２３２の入口ポート２３３は、請求項に記載の戻り通路の入口ポートに相当する。

ハウジング１０の上端部１３には、弁部材２４を支持するダイヤフラム２５が設けられる。ダイヤフラム２５はゴムや金属から形成される板状の部材であって、中央部に弁部材２４の一部を挿入する孔部２５１が形成されている。弁部材２４は、弁部材２４の段差部２４１とスプリング座２６との間にダイヤフラム２５の孔部２５１の周縁部を挟み込むことによりダイヤフラム２５に固定される。

ダイヤフラム２５の外周縁部２５２は、ハウジング１０の上端部１３の周縁部を図２に示すように折り曲げることにより形成される折り曲げ部１４に挟み込まれて支持されている。これにより、ダイヤフラム２５によってハウジング１０の上端部１３が閉塞される。

スプリング座２６の上方には、弁部材２４を閉弁方向に付勢するスプリング２７が設けられる。スプリング２７の一方の端部は、スプリング座２６に支持され、他方の端部は、ハウジング１０の上方に設けられるカバー２９によって支持される。カバー２９は、下方にフランジ部２９１を有している。フランジ部２９１は、前述した折り曲げ部１４にダイヤフラム２５と共に挟み込まれている。カバー２９の上方には開口部２９２が設けられておりスプリング２７が収容されている空間は大気開放されている。

ハウジング１０内の燃料圧力が所定の圧力に至るまでは、弁部材２４はスプリング２７の付勢力により入口ポート２３３に着座し、入口ポート２３３を閉塞する。このため、ハウジング１０内の燃料は、流出燃料配管２２より流出される。

ハウジング１０内の燃料圧力が所定の圧力を超えると、弁部材２４およびダイヤフラム２５は燃料圧力を受け、弁部材２４はスプリング２７の付勢力に抗して入口ポート２３３から離座し、入口ポート２３３を開放する。これにより、ハウジング１０内の燃料の一部がポート部材２３２、円筒部材２３１、戻り燃料配管２３を介して燃料タンク２に排出される。これにより、ハウジング１０内の燃料圧力が所定の圧力に保たれる。

流出燃料配管２２の入口ポート２２１には、請求項に記載の気液分離手段としてのフィルタ部材２８が設けられている。フィルタ部材２８は、フィルタエレメント２８１と、枠部材２８２とから構成されている。

フィルタエレメント２８１は、シート状のろ紙や不織布や金属メッシュ等から構成されている。フィルタエレメント２８１には、微細な孔が形成されている。この微細な孔の径はハウジング１０内に流入する燃料中に含まれる気泡よりも小さい。このため、フィルタエレメント２８１は、燃料中に含まれる気泡を捕捉することができる。フィルタエレメント２８１よりも下流側には気泡が除去された燃料が流出する。なお、フィルタエレメント２８１の孔径は、圧力調整弁６の上流側に設けられる燃料フィルタ５内のフィルタエレメントの孔径よりも小さい。これにより、燃料フィルタ５を通過してきた気泡をこのフィルタエレメント２８１にて捕捉することができる。

枠部材２８２は、フィルタエレメント２８１を支える部材であって、樹脂または金属により、コーン状に形成されている。コーン状に形成された枠部材２８２には、開口部が設けられており、フィルタエレメント２８１はその開口部を内周側から覆うようにして枠部材２８２に設けられる。

フィルタ部材２８は、コーンの先端側を燃料の流れの下流側に向けて流出燃料配管２２の入口ポート２２１に設けられる。これにより、フィルタエレメント２８１が燃料の流れによって撓んだとしても、フィルタエレメント２８１は、流出燃料配管２２の内壁に向かって撓むので、流出燃料配管２２の流通抵抗が増加するのを抑制することができる。

フィルタ部材２８にて、気泡を捕捉すると、気泡はハウジング１０側に溜められる。気泡は燃料よりも比重が小さいのでハウジング１０の上方、つまりポート部材２３２の入口ポート２３３付近に溜まる。

次に、圧力調整弁６の作動について説明する。

ハウジング１０には、流入燃料配管２１を介してフィードポンプ４にて汲み上げた燃料が流入する。ハウジング１０内の燃料圧力が所定の圧力に至るまでは、弁部材２４は入口ポート２３３を開放していないので、ハウジング１０内の燃料は、流出燃料配管２２より流出される。

フィードポンプ４からの燃料圧力が所定の圧力を超えると、弁部材２４はその圧力を受け、入口ポート２３３から離座する。これにより、入口ポート２３３は開放され、ハウジング１０内の燃料の一部（余剰圧力燃料）がポート部材２３２、円筒部材２３１、戻り燃料配管２３を介して燃料タンク２に排出される。このとき、ハウジング１０の上方に溜められた気泡は、排出される余剰圧力燃料とともに燃料タンク２へ排出される。

この実施形態では、一旦圧力調整弁６のハウジング１０に溜めた気泡を圧力調整弁６が余剰圧力燃料を排出するタイミングにて燃料タンク２に排出するようにしている。言い換えると、気泡は入口ポート２３３が開放されたときのみ排出される。

この実施形態によれば、気泡の排出する通路が常に燃料タンクに通じる通路と接続されている従来技術のものとは異なり、ハウジング１０内の圧力が所定の圧力を超えるまでは、気泡も燃料も排出されずにハウジング１０内にとどめることができる。このため、フィードポンプ４から噴射ポンプ７へ供給する燃料の圧力を適正に保つことができる。

また、この実施形態によれば、従来技術のような絞り部を設ける必要がなくなるため、気泡を燃料タンク２に排出させる際、大量の気泡を一度に排出することができるため、気泡の排出性能を抑制することができる。

本実施形態では、燃料が供給される内燃機関３はディーゼルエンジンであるとして説明したが、内燃機関３は直噴式のガソリンエンジンであっても良い。

本発明の一実施形態による圧力調整弁を用いた燃料供給システムの模式図である。 本発明の一実施形態による圧力調整弁の断面図である。

符号の説明

１ 燃料供給システム、２ 燃料タンク、３ 内燃機関、４ フィードポンプ、５ 燃料フィルタ、６ 圧力調整弁、７ 噴射ポンプ（燃料ポンプ）、８ 燃料供給配管、９ 戻り配管、１０ ハウジング、２１ 流入燃料配管（流入通路）、２２ 流出燃料配管（流出通路）、２２１ 入口ポート（流出通路の入口ポート）、２３ 戻り燃料配管（戻り通路）、２３１ 円筒部材（戻り通路）、２３２ ポート部材（戻り通路）、２３３ 入口ポート（戻り通路の入口ポート）、２４ 弁部材（弁体）、２５ ダイヤフラム、２７ スプリング、２８ フィルタ部材（気液分離手段）、２８１ フィルタエレメント、２８２ 枠部材、２９ カバー

Claims (5)

1. 燃料タンクの燃料を吸引して圧送する燃料ポンプの上流側に設けられ、前記燃料ポンプへ供給される燃料の圧力を調整する圧力調整弁において、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に燃料を流入する流入通路と、
   前記ハウジング内の燃料を前記燃料ポンプへ流出する流出通路と、
   余剰圧力燃料を前記燃料タンクへ戻す戻り通路と、
   前記戻り通路の入口ポートを開閉する弁体であって、前記ハウジング内が所定圧力以上となった場合に前記入口ポートを開放する弁体と、を備える圧力調整弁であって、
   前記流出通路の入口ポートには、燃料中に含まれる気泡を前記ハウジング側に捕捉する気液分離手段が設けられ、前記戻り通路の前記入口ポートは、前記気液分離手段よりも上方に配置されていることを特徴とする圧力調整弁。
2. 前記気液分離手段は、微細孔を有するシート状に形成されたフィルタ部材であることを特徴とする請求項１に記載の圧力調整弁。
3. 前記フィルタ部材の上流側には、燃料中に含まれる異物を捕捉する燃料フィルタが設けられ、
   前記フィルタ部材の孔径は、前記燃料フィルタの孔径よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
4. 前記フィルタ部材は、コーン状に形成さていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力調整弁。
5. 前記フィルタ部材は、下流に向かうに従い、先端が細くなるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧力調整弁。

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