JP4512152B2 - 燃料供給装置 - Google Patents
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Description
図14は従来の燃料供給装置の断面図、図15は図14のB部拡大図、図16は図15のXVI−XVI矢視正面図である。
ハウジング11は、穴部13を有する第1ボディ部12と、高圧燃料通路21、及び穴部13に嵌入された突部23を有する第2ボディ部20と、を備えている。
また、スプリング49が、ピストン47を斜板32に向けて付勢するように、ピストン47とシリンダブロック40との間に配設されている。そして、ピストン47は、モータ33の駆動により回転する斜板32の回転に連動して、シリンダ41内を往復移動するようになっている。
吸入弁板90は、吸入孔42と相対する位置に構成された吸入弁体(吸入用バルブ)91、及びシリンダ41と吐出孔87とを連通するように穿設されたシリンダ接続孔92を有している。
なお、図16には、吸入孔42をその孔方向から吸入溝89の底に投影したときの配置位置が一点鎖線で追加されている。
吸入溝89の深さ方向は、プレート86の厚み方向に一致している。このとき、吸入溝89は、延在方向の全域で一定の深さに、かつほぼ一定の幅に形成されている。
そして、吐出溝27が保持弁配設孔26のバルブASSY85側の開口から吐出弁体99と相対する突部23の部位に形成されている。
つまり、モータ33が駆動してピストン47が一往復する間に、燃料溜め室15から吸入孔42を介して増圧室95内へ燃料を吸入する吸入工程と、増圧室95から吐出溝27及び保持弁配設孔26を介して高圧燃料通路21に燃料を吐出する吐出工程が行われている。
吸入弁体91の背面を通過する燃料は、吸入弁体91の背面側から吸入弁体91を押圧するので、吸入孔42の塞口を解除する方向への吸入弁体91の変位を妨げる。これにより、吸入弁体91の開度が小さくなり吸入孔42からシリンダ41に向かう燃料の流れが阻害される。
吸入溝89内で一旦シリンダ41と反対側の方向に向かった燃料が、Uターンしてシリンダ41側に向かうので、渦が吸入溝89の燃料の流れに発生しやすくなる。つまり、吸入孔42からシリンダ41に向かう燃料の流れが、発生した渦によっても阻害される。
図17中、横軸は燃料圧力をゲージ圧力[MPaG]で表し、縦軸は温度を表している。
図17より、増圧室95内の燃料の圧力が小さいほど、また、増圧室95内の温度が高いほどベーパーが発生しやすくなることがわかる。
一般的な小型二輪車の使用環境化であれば、吸入工程において、増圧室95内の燃料は、おおよそ図17のハッチング領域内の条件におかれる。
吐出工程において、増圧室95内の容積が減少すると、発生したベーパーは昇圧されて増圧室95の外部に吐出される。このとき、ベーパーを所定値だけ昇圧するには、液体の燃料を所定値だけ昇圧するより、増圧室95内の容積の減少量を極端に大きくする必要がある。これにより、ベーパーが増圧室95内に発生した場合、ベーパーが増圧室95内にない場合に比べて、以下の(1)式で表わされる燃料供給装置80の容積効率が著しく低下する。
ピストン47の理論押しのけ容積は、下死点に位置するピストン47の移動により減少した増圧室95内の容積に相当する。また、実吐出量は、増圧室95内の容積が減少したときに実際に吐出孔87から吐出された燃料の容積に相当する。
そして、ベーパーが増圧室95内に発生した場合、容積効率が低下するが、燃料ポンプ84からの燃料の吐出量不足を避けるためには、ピストン47の移動量を大きくしたり、ピストン47の径を大きくしたりする必要がある。つまり、従来の燃料供給装置80は、大型の燃料ポンプ84を用いる必要があり、装置を小型化することができなかった。
つまり、吸入孔から増圧室に流入した燃料がスムーズにシリンダ側に流れるので、増圧室内のベーパーの発生が極力抑制される。即ち、燃料供給装置の容積効率が下がることが未然に防止されるので、燃料供給装置を小型化することができる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る燃料供給装置を有する燃料供給システムの構成図、図2はこの発明の実施の形態1に係る燃料供給装置の断面図、図3この発明の実施の形態1に係る燃料供給装置のシリンダブロック及びバルブASSYの主要部の分解斜視図、図4はこの発明の実施の形態1に係る燃料供給装置のバルブASSYの要部拡大断面図であり、弁部が吸入孔の塞口を解除し、吐出弁体が吐出孔を塞口している状態を示しており、図2のA部拡大図に相当している。図5はこの発明の実施の形態1に係る燃料供給装置のバルブASSYの要部拡大断面図であり、弁部が吸入孔を塞口し、吐出弁体が吐出孔の塞口を解除している状態を示している。図6は図4のVI−VI矢視正面図である。図7は図6のVII−VII矢視断面におけるプレートを示したものである。図8は図6のVIII−VIII矢視断面におけるプレートを示したものである。図9はこの発明の実施の形態1に係る燃料供給装置のピストンが下死点に位置した状態を示す要部断面図、図10はこの発明の実施の形態1に係る燃料供給装置のピストンが上死点に位置した状態を示す要部断面図である。図11はこの発明の実施の形態1に係る燃料供給装置のポンプ回転速度と燃料供給装置の容積効率との関係をプレートの溝断面積比をパラメータとして示す図である。
なお、従来の燃料供給装置と同一部分には同一符号を付して説明する。
図1において、燃料供給システム1は、燃料タンク2、燃料タンク2の外部で低圧配管3を介して燃料タンク2に接続された燃料供給装置10、高圧配管4を介して燃料供給装置10に接続され、燃料供給装置10から供給された燃料を噴射する燃料噴射装置6、高圧配管4と燃料タンク2を接続する連絡配管8のラインに配設された燃料圧力調整装置9、及び燃料供給装置10から燃料噴射装置6への燃料供給と燃料噴射装置6からの燃料の噴射タイミングを制御する駆動制御部7を有している。
図2において、ハウジング11が第1ボディ部12、及び第2ボディ部20により構成されている。
そして、第1ボディ部12は、一面に開口して所定の深さを有する穴部13、燃料タンク2(図1参照)の燃料を穴部13の底側に形成された燃料溜め室15に吸入する筒状の吸入ポート14を有している。なお、穴部13の穴形は円である。そして、吸入ポート14は、第1ボディ部12の穴部13の底近くの外周面に突設され、図示しないが、低圧配管3を介して燃料タンク2に接続されている。このとき、吸入ポート14の孔が、穴部13に嵌入された後述のブッシュ70の連通孔70aを介して穴部13と接続されている。また、吸入ポート14内には、異物流入防止フィルタ16が配設されている。
さらに、軸孔37が、穴部13の底に開口するように穴部13に同軸に形成されている。
図2〜図6において、燃料ポンプ30は、燃料溜め室15内に一端が挿入され、第1ボディ部12の軸孔37に軸受38を介して軸まわりに回転自在に支持されたシャフト31、穴部13内でシャフト31の一端に固定され、シャフト31の回転に連動して回転する斜板32、シャフト31を軸周りに回転させるモータ33を備えている。
そして、吸入弁板55は、吸入孔42の軸線上に弁部58の中心が位置し、シリンダ41の軸線上にシリンダ接続孔61の中心が位置するように配置されている。
そして、溝通路部53bの底面は、溝深さを一様とする平面により構成されている。
また、溝浅部53aの底面が、溝通路部53bの底面に対してステップ状に変化する溝通路部53bの底面と平行な平坦面により構成されている。
そして、吐出弁体67は、増圧室48と吐出溝27との間の圧力差に応じてプレート51の吐出孔52側の端面に接離して、吐出孔52を開閉するようになっている。
について説明する。
初期状態として燃料溜め室15に燃料が充満されているものとする。
モータ33によりシャフト31が回転されるのに連動して斜板32が回転すると、ピストン47は斜板32の回転角度に応じて、上死点と下死点の間を往復移動する。
このとき、増圧室48内の圧力が、ピストン47の往復移動により、燃料溜め室15内の圧力より大きくなったり、小さくなったりする。
しかし、弁部支持部59の背面側が溝浅部53aで構成されているので、吸入弁体57の背面からシリンダ41側に向かう燃料の量が少ない。つまり、吸入弁体57の背面側から吸入弁体57を押圧する燃料が少ない。
図6に示されるように、弁部58と衝突する燃料は、弁部58と衝突して弁部58の径方向に広がる。このとき、溝浅部53aの容積が小さいので、切り欠き60を介して弁部支持部59の背面に位置する溝浅部53aに回り込む燃料の量が制限される。
増圧室48内が燃料で充満されている場合、増圧室48内の圧力の状態式は、以下の(2)式で表わされる。
P=K・ΔV/V ・・・・・・・・・(2)
P :燃料圧力
K :燃料の体積弾性係数(ガソリンの場合、1GPa)
ΔV :増圧室48の容積変化量
V :ピストン47が下死点にあるときの容積
p・vk=p‘・(v−Δv)k ・・・(3)
p :容積変化前の増圧室48内の圧力
v :容積変化前の増圧室48の容積
p‘ :容積変化後の増圧室48内の圧力
v−Δv :容積変化後の増圧室48の容積
Δv :増圧室48の容積変化量
k :ガス定数(空気の場合、1.402)
なお、容積変化率は、所定圧に燃料を昇圧させるのに必要な増圧室48内の容積減少分を、押しのけ容積に対する比率で表すものである。
このように、増圧室48内の圧力を所定圧に増大させるための容積変化率は、増圧室48内が燃料で満たされている場合に比べて、ベーパーが増圧室48内に発生している場合は、急激に増加する。
ここで、上述の断面積S1と断面積S2の比S1/S2を溝断面積比γとする。
なお、ピストン47の一往復がポンプの1回転に相当する。
このとき、同じポンプ回転速度において、溝断面積比γが小さいほど容積効率が改善されることが確認された。また、溝断面積比γが1/4以下では、溝断面積比γの減少に対する容積効率の改善の度合いが飽和することが確認された。
溝断面積比γが小さい程、弁部58の面積に対する弁部支持部59の面積の比率が減少する。従って、溝断面積比γが小さいほど、吸入孔42側から弁部58を吸入溝53側に変位させようとする燃料の流れに対し、弁部支持部59を背面側から押圧する燃料の流れの影響が小さくなる。これにより、ピストン47が下死点に移動する際、弁部58が増圧室48内の減圧に対してスムーズに吸入孔42の塞口を解除するように変位するとともに、弁部58の開度が確保される。
図12はこの発明の実施の形態2に係る燃料供給装置において、ポンプ回転速度と容積効率との関係を、溝通路部の吸入孔とシリンダの間の部位における溝幅と溝深さの比をパラメータとして示す図である。
以下、溝通路部53bの吸入孔42とシリンダ41の間の部位における吸入溝53の延在方向に垂直な断面を溝通路部53bの断面として説明する。
溝通路部53bの断面積が同じであれば、溝通路部53bの断面における溝幅Lと深さHの差が小さいほど、言い換えれば、L/Hの比が1に近づくほど溝通路部53bを通過する燃料の圧力損失が低下することが知られている。
幅深さ比L/Hが20,10,5である吸入溝53を有するプレート51のそれぞれが組み込まれた燃料供給装置10のそれぞれを用意し、燃料供給装置10のそれぞれに対して、ポンプ回転速度を変動させつつ容積効率の変化を測定した結果を図12に示す。なお、各プレート51における吸入溝53の溝断面積比γは、1/4に統一されている。
そして、同じポンプ回転速度であれば、幅深さ比L/Hが1に近くなるほど容積効率が改善することが確認された。幅深さ比L/Hが10のものと幅深さ比L/H5のものとを比較したときの容積効率の改善の度合いはわずかであり、幅深さ比L/Hが10以下の範囲では、幅深さ比L/Hの減少に対する容積効率の改善の度合いが飽和することが確認された。
上述したように、幅深さ比L/Hが1に近くなるほど、溝通路部53bを通過する燃料の圧力損失が減少するので、増圧室48内でのベーパーの発生が抑制されて容積効率が改善するが、幅深さ比が1/10以上10以下では、容積効率に影響を及ぼす要素のうち、溝通路を通過する燃料圧力損失の変動以外の要素が、容積効率を決定するのに支配的となる。よって、幅深さ比L/Hを10以下の値からさらに1に近づけても、または、幅深さ比1/10以上の値からさらに1に近づけても、幅深さ比L/Hの変動に対する容積効率の改善の度合いが小さくなるものと判断される。
溝通路部53bの断面積が大きくなると増圧室48の容積が拡大することになり、ベーパーが発生した場合、増圧室48からベーパーを排出するためには、ピストン47の最大の移動量(リフト量)を大きくしなければならない。つまり、溝通路部53bの断面積は極力小さい方が好ましい。
図13はこの発明の実施の形態3に係る燃料供給装置において、増圧室の容積に対して増圧室内のベーパーの容積が70%であるときの増圧室容積比と増圧室内のベーパーの到達圧との関係を示す図である。
なお、この実施の形態2に係る燃料供給装置の構成は、上記実施の形態1と同様である。
ここで、燃料供給装置10は、燃料タンク2より下方で、燃料タンク2と燃料噴射装置6との間にインラインで配置され、大気圧環境下の燃料が吸入ポート14から燃料溜め室15内に吸入されるようになっている。そして、燃料ポンプ30が停止している場合、一旦、増圧室48内に流入した燃料は、自重により増圧室48内の最下面に落下していくことから、増圧室48が完全にベーパーで満たされることはない。
そして、このように燃料供給装置10をインラインで配置した場合、ピストン47が下死点にあるときの増圧室48の容積に対して、ベーパーの占める容積は最大でも70%程度となることが知られている。
そして、ピストン47が下死点にあるときに、下死点容積Vに対するベーパーの容積の割合が70%であるときの増圧室容積比と、増圧室容積比のそれぞれに対して測定した増圧室48内のベーパーがとる圧力(到達圧)との関係を図13に示す。なお、到達圧はゲージ圧で表わされている。
なお、増圧室48内のベーパーを所定だけ昇圧するのに必要な増圧室48の容積変化率は、液体の燃料を所定だけ昇圧するのに必要な増圧室48の容積変化率に比べて極端に大きいので、ベーパーの到達圧に与える増圧室48内の燃料の影響は無視できる。
図13より、ベーパーの到達圧が300(kPaG)となるときの増圧室容積比は、1.8となっている。
増圧室容積比が2.4以上に設定された燃料供給装置10では、確実に増圧室48内のベーパーを燃料噴射装置6側に排出することができる。
また、同じくピストン47の直径が6mm、ピストン47のリフト量が3mmの場合、下死点容積を145mm3以下とすれば、増圧室容積比を2.4以上とすることができる。
ピストン47が下死点から上死点に移動したときの増圧室48内のベーパーの到達圧が燃料圧力調整装置9の調整圧(所定の圧力)以上となるように、増圧室容積比が設定することにより、確実に増圧室48内のベーパーを燃料噴射装置6側に排出することができる。
つまり、一旦、燃料タンク2内の燃料が無くなって、増圧室48内のベーパー量が増大した場合でも、燃料が燃料タンク2内に再度供給されたときに、ベーパーがスムーズに増圧室48内から排出される。即ち、ベーパーロックが回避されるので、燃料供給装置10は燃料噴射装置6への燃料の供給を再開できる。
Claims (4)
- 一面に開口する穴部、及び該穴部の底側に形成された燃料溜め室に燃料を吸入する吸入ポートを有する第1ボディ部と、
上記燃料溜め室内に一端が挿入され、上記第1ボディ部に軸まわりに回転自在に支持されたシャフトと、
上記シャフトの一端に固定され、該シャフトの回転に連動して回転する斜板と、
上記斜板と相対するように上記穴部に配設されて、上記第1ボディ部と協働して上記燃料溜め室を構成し、シリンダ、及び吸入孔が孔方向を上記シャフトの軸方向に一致させて形成されたシリンダブロックと、
付勢手段の付勢力により上記斜板に支持されて上記シリンダ内に配設され、上記斜板の回転に連動して該シリンダ内を摺動移動するピストンと、
上記シリンダブロックの上記穴部の開口側に配設され、上記シリンダブロックに相対する面に上記シリンダと上記吸入孔とを連通するように凹設された吸入溝、及び上記シリンダと相対する上記吸入溝内の部位に穿設された吐出孔を有するプレートと、
上記シリンダブロックと上記プレートとの間に挟持、保持され、上記シリンダと上記吸入溝とを連通するシリンダ接続孔、及び上記シリンダブロックに接離して上記吸入孔を開閉する吸入弁体を有する吸入弁板と、
高圧燃料通路、該高圧燃料通路から燃料を吐出する吐出ポート、上記プレートの上記穴部の開口側に嵌入され、上記プレートに相対する面に上記吐出孔と相対する部位を含んで凹設された吐出溝、及び上記高圧燃料通路と上記吐出溝とを連通するように形成された保持弁配設孔を有する突部、及び上記保持弁配設孔に配設されて上記吐出溝と上記高圧燃料通路との間の燃料の流通を開閉する燃圧保持弁を備えた第2ボディ部と、
上記プレートと上記第2ボディ部との間に挟持、保持され、上記プレートに接離して上記吐出孔を開閉する吐出弁体を有する吐出弁板と、を備え、
上記吸入弁体は上記吸入孔を開閉する弁部、及び該弁部の外縁の一部から上記シリンダ接続孔と反対側に延在する弁部支持部を有し、
上記吸入溝が、上記弁部と相対する部位から上記シリンダ接続孔と相対する部位に至る溝通路部、及び上記弁部支持部と相対し、溝深さが上記溝通路部より浅い溝浅部により構成されていることを特徴とする燃料供給装置。 - 上記溝浅部と上記溝通路部との境界は、上記吸入孔の上記シリンダ接続孔と反対側の部位と相対する位置に配置され、
上記溝通路部の底面は、溝深さを一様とする平面により構成され、
上記溝浅部の溝幅は端部側で漸次狭くなるように構成され、かつ該溝浅部の底面は、上記溝通路部に対してステップ状に変化する上記溝通路部の底面と平行な平坦面、または上記溝浅部と上記溝通路部との境界から該溝浅部の端部に向かって漸次溝深さが浅くなる傾斜面で構成され、
上記弁部支持部及び上記吸入溝を該吸入溝の深さ方向から見たときの該弁部支持部の幅方向の両側の縁部と溝浅部との交点を含み、上記吸入溝の延在方向に垂直な断面における溝浅部の断面積S1と、上記シリンダ接続孔の中心を含み、上記吸入溝の延在方向に垂直な断面における上記溝通路部の断面積S2とが、S1/S2≦1/4を満足することを特徴とする請求項1記載の燃料供給装置。 - 上記溝通路部の上記吸入孔と上記シリンダの間の部位の幅をLとし、深さをHとしたとき、上記溝通路部は1/10≦L/H≦10を満足するように形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の燃料供給装置。
- 大気圧環境下の燃料が上記吸入ポートから上記燃料溜め室内に吸入され、上記吐出ポートから吐出した燃料が所定の圧力に調整される条件下に配設された請求項1乃至請求項3記載のいずれか1項に記載の燃料供給装置であって、
増圧室が、上記ピストンと上記シリンダとで画成される空間、上記シリンダ接続孔、上記吐出孔、及び上記吸入溝で構成され、
上記ピストンが下死点にある場合の上記増圧室の容積を下死点容積Vとし、上記ピストンが上死点にある場合の該下死点容積Vに対する上記増圧室の容積変化量をΔVとして、増圧室容積比がV/(V−ΔV)で定義され、
ベーパーが増圧室内に可能な最大容積で占有している条件下、上記ピストンが上記下死点から上記上死点に移動したときの上記増圧室内のベーパーの到達圧が上記所定の圧力以上となるように、上記増圧室容積比が設定されていることを特徴とする燃料供給装置。
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