JP4803269B2 - 脈動低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンク内の燃料を汲み上げる燃料ポンプと、前記汲み上げられた燃料が燃料通路を介して供給される所定の燃料供給対象とを有して構成される内燃機関の燃料供給装置に適用され、前記燃料ポンプの駆動に起因して前記燃料通路を伝播する燃料の圧力脈動を低減する脈動低減装置に関する。

ディーゼル機関の各気筒の燃料噴射弁に高圧の燃料を供給する共通の蓄圧容器（コモンレール）を備えるコモンレール式燃料噴射システムが周知である。上記燃料噴射システムでは、燃料タンク内の燃料を汲み上げる低圧ポンプと、同低圧ポンプにより汲み上げられる燃料をコモンレールに圧送供給する高圧ポンプとが設けられている。ここでは通常、燃料中の異物を除去すべく、燃料タンクと低圧ポンプとを接続する燃料通路上にフィルタが設けられている。

しかしながら、近年、燃料の質の悪化（燃料中の異物量の増加等）に起因してフィルタの目詰まりが生じることで、フィルタよりも下流側の燃料圧力が大きく低下（負圧が増大）する事態が生じている。負圧が増大する場合、燃料中に気泡（エア）が生じ、このエアが燃料とともに高圧ポンプによって加圧されると、燃料温度の上昇に起因して燃料が劣化する等の事態が生じるおそれがある。このような事態を回避すべく、フィルタの目詰まりが生じる場合にはフィルタを交換することが望まれるが、上記燃料の質の悪化に起因してフィルタの寿命が短くなり、交換頻度を増大させる問題を生じている。これに対し、フィルタの目詰まりを抑制すべく、フィルタの目の粗さを大きくすることも考えられるが、この場合には燃料中の異物の捕集率が低下する。

そこで、フィルタの長寿命化を図りつつも燃料中の異物の捕集率を向上させることを目的として、燃料タンクと低圧ポンプとを接続する燃料通路上に目の粗さを大きくしたフィルタ（プレフィルタ）が設けられるとともに、低圧ポンプの燃料吐出側と高圧ポンプの燃料吸入側とを接続する燃料通路上にプレフィルタよりも目の粗さを小さくした新たなフィルタ（メインフィルタ）が設けられるコモンレール式燃料噴射システムが開発され、一部実用化されている。詳しくは、プレフィルタにより異物が除去された燃料が低圧ポンプによりメインフィルタに供給され、メインフィルタによって更に異物が除去された燃料が高圧ポンプに供給される。

ところで、低圧ポンプの駆動に起因して燃料ポンプ内には燃料の圧力脈動が生じている。ここで、例えば建設機械（掘削機等）に備えられる燃料噴射システムにおいては、砂塵等の異物が多い状況下で燃料が補給され得るため、プレフィルタの目の粗さを大きくした上記燃料噴射システムであっても、プレフィルタの目詰まりが生じるおそれがある。そしてこの場合には、上述したようにプレフィルタよりも下流側の負圧が増大することで燃料中にエアが生じ、このエアが燃料とともに低圧ポンプにより汲み上げられるとともに同ポンプ内で圧縮されることに起因して上記圧力脈動が異常に大きくなるおそれがある。また、掘削機等が高地で使用される場合などには、気圧が低いことに起因して燃料中にエアが生じやすくなり、このエアの混入により上記圧力脈動が異常に大きくなるおそれもある。更には、低圧ポンプよりも上流側の燃料通路の気密が低下することで燃料中にエアが混入しやすくなる場合は、上記圧力脈動が異常に大きくなるのを助長するおそれがある。そして、上記圧力脈動が異常に大きくなる場合には、これがメインフィルタに伝播することで、メインフィルタが損傷するおそれがある。

そこで従来は、低圧ポンプとメインフィルタとを接続する燃料通路上にダンパを設けたり、同燃料通路をゴム配管化したりする対策が講じられていた。また、対策としては、下記特許文献１に記載の技術によるものもある。

特開平０６−１０１７９３号公報

しかしながら、ダンパを設けたりゴム配管化したりする対策では、異常に大きくなった燃料の圧力脈動の低減度合いが小さくなり、メインフィルタの信頼性が低下する等のおそれがあった。また、上記特許文献１に記載の技術による対策では、コストの増大が顕著となるおそれもあった。

このように、異常脈動を低減させることについては、未だ改善の余地を残すものとなっている。

なお、上記メインフィルタを備えるものに限らず、燃料タンク内の燃料を汲み上げる燃料ポンプと、同汲み上げられた燃料が燃料通路を介して供給される所定の燃料供給対象とを有して構成される内燃機関の燃料供給装置にあっては、燃料ポンプの駆動に起因して燃料通路を伝播する燃料の圧力脈動が異常に大きくなる状況下において、所定の燃料供給対象の機能が損なわれるおそれのあるこうした事情も概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料ポンプの駆動に起因して燃料通路を伝播する燃料の圧力脈動を好適に低減することができる脈動低減装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、燃料タンク内の燃料を汲み上げる燃料ポンプと、前記汲み上げられた燃料が燃料通路を介して供給される所定の燃料供給対象とを有して構成される内燃機関の燃料供給装置に適用され、前記燃料ポンプの駆動に起因して前記燃料通路を伝播する燃料の圧力脈動を低減する脈動低減装置において、前記燃料通路上に設けられて且つ同燃料通路の燃料の圧力が所定以上となることで前記燃料通路の流路面積を小さくする流路面積縮小手段を備えることを特徴とする。

燃料ポンプの駆動に起因して燃料通路を燃料の圧力脈動が伝播し得る。ここで、何らかの要因で燃料の圧力脈動が異常に大きくなり、異常に大きくなった圧力脈動（異常脈動）が燃料通路を介して所定の燃料供給対象に伝播する場合、所定の燃料供給対象の機能が損なわれるおそれがある。この点、上記発明では、燃料通路の燃料の圧力が所定以上となることで同燃料通路の流路面積を小さくする。これにより、所定の燃料供給対象へ伝播する異常脈動を好適に低減することができ、ひいては所定の燃料供給対象の機能が損なわれる事態を回避することができる。

加えて、請求項１記載の発明は、前記流路面積縮小手段により前記燃料通路の流路面積が小さくされた後、前記流路面積が小さくされた箇所よりも前記燃料ポンプ側の前記燃料の圧力脈動を低減させる脈動低減手段を更に備えることを特徴とする。

流路面積縮小手段により燃料通路の流路面積が小さくされると、燃料ポンプから燃料が供給されることに起因して流路面積縮小手段よりも燃料ポンプ側の燃料通路の燃料圧力が上昇する事態が生じ得る。この場合、燃料通路の流路面積が小さくされる状態が継続することに起因して、燃料圧力の上昇により燃料通路が損傷したり、所定の燃料供給対象への燃料供給量の低下が顕著となったりするおそれがある。この点、上記発明では、脈動低減手段を備えることで、異常脈動を低減し、流路面積が小さくされた箇所よりも燃料ポンプ側の燃料通路の燃料圧力を低下させる。このため、燃料通路の燃料圧力の上昇が継続するのを極力抑制し、燃料通路の流路面積を極力速やかに大きくすることができる。これにより、所定の燃料供給対象へ伝播する異常脈動を低減しつつも所定の燃料供給対象への燃料供給量の減少を極力抑制することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記燃料通路のうち前記流路面積縮小手段により流路面積が小さくされた位置よりも前記燃料ポンプ側において前記燃料通路に接続される接続通路を更に備え、前記脈動低減手段は、前記接続通路上に設けられるものであり、前記流路面積縮小手段により流路面積が小さくされることで前記燃料通路と前記接続通路とが連通されることを特徴とする。

上記発明では、流路面積縮小手段により燃料通路の流路面積が小さくされることで同燃料通路と接続通路とが連通され、異常脈動を接続通路に導入するとともに脈動低減手段により低減させる。このため、流路面積縮小手段よりも燃料ポンプ側の燃料通路の燃料圧力の上昇が継続するのを好適に抑制し、燃料通路の流路面積を速やかに大きくすることができる。このように、上記発明によれば、所定の燃料供給対象へ伝播する異常脈動を低減しつつも所定の燃料供給対象への燃料供給量の減少を好適に抑制することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記接続通路は、前記燃料通路と連通される箇所よりも前記燃料ポンプ側で前記燃料通路と更に接続されるものであり、前記燃料通路及び前記接続通路間の接続箇所のうち前記流路面積が小さくされる側から前記接続通路に流入した燃料を前記燃料ポンプ側へと流出可能とすることを特徴とする。

上記発明では、燃料通路の燃料を、同燃料通路及び接続通路間の接続箇所のうち流路面積縮小手段により流路面積が小さくされる側から接続通路に流入させ、燃料ポンプ側へと流出させる。これにより、流路面積縮小手段よりも燃料ポンプ側の燃料通路の燃料圧力の上昇が継続するのをより好適に抑制することができ、ひいては所定の燃料供給対象への燃料供給量の減少をより好適に抑制することができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記脈動低減手段は、前記接続通路上に摺動可能に配置される弁部材と、同弁部材を弾性変位させる弾性部材とを備えて構成されるものであることを特徴とする。

上記発明では、弾性部材の弾性力と異常脈動による力との合力に基づき弁部材が振動し、弁部材が周囲の燃料から受ける粘性力等によって上記振動が減衰振動となるため、異常脈動を低減させる効果（ダンパ効果）を奏する。これにより、異常脈動を好適に低減して且つ脈動低減手段を簡素な構成で実現することができる。

請求項５記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記接続通路は、前記燃料通路と連通される箇所よりも前記燃料ポンプ側で前記燃料通路と更に接続されるものであり、前記接続通路上の前記燃料ポンプ側に設けられて且つ前記燃料通路側から前記接続通路側へと燃料を流入させるべく所定の開弁圧で開弁する上流側弁部材を更に備え、前記脈動低減手段は、前記接続通路上の前記上流側弁部材よりも前記所定の燃料供給対象側に設けられるものであって且つ前記接続通路上に摺動可能に配置される弁部材と、同弁部材を弾性変位させる弾性部材とを備えて構成されるものであり、前記所定の開弁圧は、前記流路面積縮小手段により前記燃料通路が小さくされる燃料の圧力よりも高く設定されるものであることを特徴とする。

上記発明では、燃料ポンプ側から最初に伝播する異常脈動が、燃料通路及び接続通路間の接続箇所のうち流路面積縮小手段により流路面積が小さくされる側から同接続通路に導入される。ここで、上流側弁部材の開弁圧が、流路面積縮小手段により流路面積が小さくされる燃料の圧力よりも高く設定されているため、上流側弁部材を介して接続通路には上記異常脈動が導入されない。その後、導入された異常脈動による力と弾性部材の弾性力との合力に基づき弁部材が振動し、弁部材が周囲の燃料から受ける粘性力等によって上記振動が減衰振動となるため、異常脈動を低減させる効果（ダンパ効果）を奏する。この際、弁部材の変位によって同弁部材と上流側弁部材とにより区画形成される空間である圧力変化室の容積が小さくされることによって上昇した同圧力変化室の燃料圧力と、弾性部材に蓄積された弾性エネルギとによって、弁部材が圧力変化室の容積を大きくする方向に変位し、圧力変化室の燃料圧力を低下させる。圧力変化室の圧力が低下することで上流側弁部材が開弁し、燃料通路の燃料が同上流側弁部材を介して接続通路に吸入される（吸入効果）。これにより、その後に伝播する異常脈動をも積極的に低減させることができる。このように、上記発明では、燃料ポンプ側から最初に伝播する異常脈動を流路面積変更手段によって低減することに加えて、燃料ポンプ側からその後に伝播する異常脈動を吸入効果によって低減することで、流路面積縮小手段よりも燃料ポンプ側の燃料通路の燃料圧力の上昇が継続するのをより好適に抑制することができ、ひいては所定の燃料供給対象への燃料供給量の減少をより好適に抑制することができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記接続通路の燃料の圧力が所定以上となることで同接続通路と前記燃料通路との接続箇所のうち前記流路面積が小さくされた箇所側の流路面積を小さくする下流側弁部材を更に備えることを特徴とする。

上記発明では、接続通路に導入された異常脈動によって接続通路の脈動低減手段よりも所定の燃料供給対象側の燃料圧力が上昇することで、接続通路と燃料通路との接続箇所のうち流路面積縮小手段により燃料通路の流路面積が小さくされた箇所側の流路面積が下流側弁部材によって小さくされる。これにより、導入された異常脈動が接続通路側から燃料通路へと伝播する事態を好適に回避することができる。

請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記弁部材には、前記接続通路を連通する弁孔が形成されていることを特徴とする。

上記発明では、燃料が弁部材に形成された弁孔を通過する際の絞り効果によって異常脈動を好適に低減することができる。

また、上記発明が請求項３の発明特定事項を有する場合、接続通路の燃料の流れが妨げられるのを極力抑制することができる。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記所定の燃料供給対象は、前記燃料通路上に設けられる燃料濾過用のフィルタであり、前記燃料ポンプは、前記燃料タンク内の燃料を汲み上げる低圧ポンプと、前記燃料通路及び前記フィルタを介して供給される燃料を加圧して吐出する高圧ポンプとを有して構成されるものであることを特徴とする。

低圧ポンプから供給される燃料を濾過するフィルタを備える燃料供給装置にあっては、低圧ポンプの駆動に起因して生じる異常脈動がフィルタに伝播することで、同フィルタが損傷するおそれがある。この場合、フィルタの損傷に起因して高圧ポンプの機能が損なわれたりする等、燃料供給装置の機能の低下が顕著となるおそれがある。このため、このような燃料供給装置を対象とした上記発明は、流路面積縮小手段や脈動低減手段を備えるメリットが特に大きい。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記燃料ポンプは、前記低圧ポンプにより汲み上げられた燃料の圧力を所定以下に調節しつつ同燃料を前記燃料通路上の前記フィルタに供給する調圧弁を更に有して構成されることを特徴とする。

低圧ポンプの駆動に起因して生じる異常脈動が調圧弁に伝播する場合、燃料圧力の調節機能が低下し、異常脈動の発生を助長するおそれがある。このため、調圧弁を有して構成される燃料ポンプを備えるものを対象とした上記発明は、流路面積縮小手段や脈動低減手段を備えるメリットが特に大きい。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記燃料タンクから汲み上げられた燃料が吸入される前記燃料ポンプの吸入口と、前記燃料タンクとを接続する燃料通路上には、燃料を濾過するフィルタが備えられていることを特徴とする。

上記燃料ポンプの吸入口と燃料タンクとを接続する燃料通路上にフィルタを備えるものにあっては、同フィルタの目詰まりに起因して燃料の圧力損失が顕著となり、燃料中に気泡が生じやすいため、異常脈動の発生が顕著となるおそれがある。このため、このような燃料供給装置を対象とした上記発明は、流路面積縮小手段や脈動低減手段を備えるメリットが特に大きい。

請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記流路面積縮小手段により前記燃料通路の流路面積を小さくすることとは、前記流路面積縮小手段により前記燃料通路を遮断することであることを特徴とする。

上記発明では、燃料通路の燃料の圧力が所定以上となることで流路面積縮小手段により燃料通路を遮断するため、所定の燃料供給対象への異常脈動の伝播を好適に抑制することができる。

第１の実施形態にかかる燃料噴射システムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかる異常脈動を例示するタイムチャート。 同実施形態にかかる脈動低減装置の断面構成を示す断面図。 第２の実施形態にかかる脈動低減装置の断面構成を示す断面図。 第３の実施形態にかかる脈動低減装置の断面構成を示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる脈動低減装置を建設機械（掘削機）に備えられるディーゼル機関のコモンレール式燃料噴射システムに適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示されるシステムは、高圧燃料ポンプ１０により、燃料タンク１２から汲み上げられる燃料がコモンレール１４に加圧供給（圧送）されるものである。ここで、コモンレール１４は、高圧ポンプ１６から圧送された燃料を高圧状態で蓄え、これをディーゼル機関の各気筒の燃料噴射弁１８に供給するための蓄圧容器である。また、高圧燃料ポンプ１０は、ディーゼル機関のクランク軸２０の回転に伴って駆動される機関駆動式のポンプであり、フィードポンプ２２と、レギュレータバルブ２４と、吸入調量弁２６と、高圧ポンプ１６とを備えて構成される。

高圧燃料ポンプ１０では、まず、フィードポンプ２２によって燃料タンク１２内の燃料中の異物を除去するフィルタ（プレフィルタ２８）を介して燃料を汲み上げる。フィードポンプ２２は、駆動軸２９の回転により駆動されるトロコイドポンプであり、低圧ポンプとして機能する。なお、駆動軸２９は、ディーゼル機関の上記クランク軸２０の回転に伴い回転駆動される。ちなみに、プレフィルタ２８とフィードポンプ２２との間に、プレフィルタ２８に起因する燃料の圧力損失の増大を抑制すべく電動式のポンプが設けられていてもよい。

フィードポンプ２２の吐出口には、レギュレータバルブ２４が設けられている。レギュレータバルブ２４は、その内部に備えられるピストンとスプリングによる開度調節によってフィードポンプ２２の燃料吐出圧が所定圧以上となるときに上記燃料吐出圧を所定圧以下になるよう調節する弁体である。

フィードポンプ２２は、レギュレータバルブ２４を介して、高圧燃料ポンプ１０に対して外付けされた燃料通路３０に燃料を吐出する。燃料通路３０には、後に詳述する脈動低減装置３２、及び燃料濾過用のフィルタ（メインフィルタ３４）が設けられている。

ここで、メインフィルタ３４は、フィードポンプ２２から圧送される燃料中の異物を更に除去するものであり、プレフィルタ２８における燃料の圧力損失を極力抑制すべく設けられるものである。すなわち、砂塵等の異物が多い状況下で燃料が補給される場合、燃料タンク１２内に異物が混入する事態が生じやすくなる。ここで、プレフィルタ２８のみで異物の捕集率を向上させるべく同フィルタの目の粗さを小さくすると、プレフィルタ２８の目詰まり等が生じやすくなる。この場合、目詰まり等に起因して圧力損失が増大（負圧が増大）し、燃料中に気泡（エア）が生じやすくなるおそれがある。このため、燃料中の異物によりフィードポンプ２２の信頼性が低下しない程度にプレフィルタ２８により捕集可能な異物粒子径を設定（例えば１０μｍ）することで負圧が増大するのを極力回避しつつ、プレフィルタ２８よりも捕集可能な異物粒子径が小さい（例えば２μｍ）メインフィルタ３４を設けることで異物の捕集率を向上させている。これにより、プレフィルタ２８における圧力損失を極力抑制しつつ、燃料中の異物を好適に除去することができる。

メインフィルタ３４を通過した燃料は、燃料通路３０を介して高圧燃料ポンプ１０の吸入調量弁２６に供給される。吸入調量弁２６は、高圧ポンプ１６に吸入される燃料量を調量する電子制御式の弁体である。また、高圧ポンプ１６は、駆動軸２９の回転により駆動されるプランジャポンプであり、吸入調量弁２６によって調量された燃料を加圧して外部（コモンレール１４）へ吐出する。

なお、メインフィルタ３４には、その内部の燃料圧力が異常高圧になり同フィルタが損傷するのを回避すべく、燃料圧力が所定以上となる場合に燃料をメインフィルタ３４外へ放出するリリーフバルブ３６が設けられている。

リリーフバルブ３６により放出される燃料や、燃料噴射弁１８から流出するリーク燃料、高圧燃料ポンプ１０の余剰燃料は、燃料還流通路３８や燃料クーラ４０を介して燃料タンク１２に戻される。

ところで、高圧燃料ポンプ１０内においては、フィードポンプ２２の構造に起因して燃料の圧力脈動が生じる。詳しくは、フィードポンプ２２内のインナロータとアウタロータとによる燃料の吸入及び吐出動作が行われることで上記圧力脈動が生じる。この圧力脈動は、フィードポンプ２２によって汲み上げられる燃料にエアが混入する場合等において、異常に大きくなり、異常脈動となり得る。すなわち、エアが燃料とともにフィードポンプ２２によって汲み上げられることで、同ポンプに汲み上げられる燃料量が不均一になったり、同ポンプ内でエアが圧縮されたりすることに起因して異常脈動が生じる。図２に、燃料通路３０を介して伝播する燃料の圧力脈動の波形の一例を示す。図示されるように、異常脈動が生じた場合（異常脈動発生時）における燃料圧力の挙動は、異常脈動が生じていない場合（通常時）のものよりも顕著に大きくなっている。

上記エアの混入の要因としては、次の要因がある。先ず第1に、プレフィルタ２８の目詰まりがある。すなわち、プレフィルタ２８の目詰まりが生じると、同フィルタを燃料が通過する際の圧力損失が大きくなり、フィードポンプ２２に汲み上げられる燃料にエアが生じる。第２に、掘削機の使用環境がある。すなわち、掘削機が高地で使用される場合、気圧が低いことに起因して燃料中にエアが生じやすくなる。第３に、フィードポンプ２２よりも上流側の燃料通路の気密性がある。すなわち、上記上流側の燃料通路の気密が低下すると、燃料中にエアが混入しやすくなる。

なお、フィードポンプ２２の駆動に伴って生じる異常脈動がレギュレータバルブ２４に伝播する場合、同バルブ内のピストンの作動が不安定（ハンチング）になることで、異常脈動の発生を助長するおそれもある。

この異常脈動は、燃料の流通経路の上流から下流へと進行するため、メインフィルタ３４へと伝播し得る。そして、異常脈動の発生によってメインフィルタ３４に作用する燃料圧力が同フィルタの耐圧上限値（Ｐｌｉｍｉｔ）を超える場合、メインフィルタ３４が損傷（フィルタ濾紙の破れ、フィルタカートリッジはずれ等）し得る。ここで、メインフィルタ３４が損傷した場合、損傷したメインフィルタ３４が異物となり、これが燃料とともに高圧燃料ポンプ１０の吸入調量弁２６や高圧ポンプ１６に供給されることで、吸入調量弁２６や高圧ポンプ１６の異物噛み込みに起因する不具合が生じる等、燃料噴射システムの信頼性の低下が懸念される。

そこで本実施形態では、先の図１に示したように、燃料通路３０上のメインフィルタ３４上流側に上述した脈動低減装置３２を設けることで、メインフィルタ３４への異常脈動の伝播を抑制する。

図３に、本実施形態にかかる脈動低減装置３２の断面構成図を示す。詳しくは、図３（ａ）には、通常時における断面構成図を示し、図３（ｂ）には、異常脈動発生時における断面構成図を示す。

ここではまず、図３（ａ）を用いて脈動低減装置３２の構造について説明する。図示されるように、脈動低減装置３２には、上記フィードポンプ２２側に接続される上流側燃料通路４４と、上流側燃料通路４４に接続される弁室４６と、弁室４６に接続されて且つ上記メインフィルタ３４側に接続される下流側燃料通路４８とが設けられている。

上流側燃料通路４４と弁室４６とは、更にリターン通路５０を介して接続されている。リターン通路５０には、同通路上を摺動可能に配置される略円筒状の弁部材（スプール弁５２）と、スプール弁５２の摺動方向に弾性変位可能な弾性体（スプリング５４）とを備えて構成される脈動低減機構５５が設けられている。なお、スプリング５４の一端は、スプール弁５２に連結され、他端は、固定されている。ここで、スプール弁５２には、リターン通路５０を連通する弁孔（オリフィス５６）が形成されている。

弁室４６には、略円筒状の弁部材であって且つ同室内を摺動可能なピストン５８と、ピストン５８の摺動方向に弾性変位可能な弾性体（弁室内スプリング６０）とが収容されている。

ピストン５８には、弁室４６と下流側燃料通路４８とを連通又は遮断するための通路であるメイン通路６２と、リターン通路５０の弁室４６側と弁室４６とを連通又は遮断するための通路であるサブ通路６４とが形成されている。

次に、本実施形態にかかる脈動低減装置３２の動作について詳述する。

通常時においては、図３（ａ）に示すように、ピストン５８は、メイン通路６２を介して弁室４６と下流側燃料通路４８とを連通させる位置にある。これは、弁室４６側から流入する燃料の圧力による力に対抗する弁室内スプリング６０の弾性力により、ピストン５８が弁室４６と下流側燃料通路４８とが遮断される位置へと変位することを妨げるからである。これにより、上記フィードポンプ２２から圧送される燃料を、上流側燃料通路４４、メイン通路６２及び下流側燃料通路４８を介して上記メインフィルタ３４に供給することができる。

これに対し、異常脈動発生時においては、図３（ｂ）に示すように、ピストン５８は、サブ通路６４を介してリターン通路５０の弁室４６側と弁室４６とを連通させる位置へと変位する。これは、上流側燃料通路４４の燃料圧力の上昇によって、ピストン５８をリターン通路５０の弁室４６側と弁室４６とを連通させる方向へ変位させる力が弁室内スプリング６０の弾性力に打ち勝つためである。これにより、弁室４６と下流側燃料通路４８とは遮断される。このため、上記フィードポンプ２２側から上記メインフィルタ３４側へと異常脈動が伝播することを好適に抑制することができる。

一方、リターン通路５０とサブ通路６４とが連通されることで、異常脈動がサブ通路６４を介してリターン通路５０に導入される。導入された異常脈動は、スプール弁５２をスプリング５４の弾性力に抗して変位させる。これにより、スプール弁５２は、スプリング５４の弾性力と異常脈動による力との合力に基づき振動する。そして、この振動は、スプール弁５２が周囲の燃料から受ける粘性力やリターン通路５０から受ける摩擦力等によって減衰振動となるため、脈動低減機構５５は、異常脈動を低減させる効果（ダンパ効果）を有する。また、異常脈動は、スプール弁５２に形成されたオリフィス５６を通過することでも低減される（絞り効果）。オリフィス５６を通過した燃料は、リターン通路５０を介して上流側燃料通路４４に戻される。

こうした脈動低減機構５５による脈動低減効果や、リターン通路５０を介して燃料が戻されることにより、ピストン５８よりも上流側燃料通路４４側の燃料圧力を迅速に低下させることができ、ひいては図３（ａ）に示した状態へと速やかに復帰させることができる。

ちなみに、弁室４６と下流側燃料通路４８との接続部における下流側燃料通路４８の流路面積は、メイン通路６２の流路面積よりも大きく設定されることが望ましい。これは、通常時における燃料の圧力脈動によるピストン５８の微小変動に起因して、メイン通路６２の流路の一部が弁室４６の壁面によって塞がれることを回避するためのものである。

また、弁室内スプリング６０の特性（ピストン５８に加えられる弾性力、ばね定数等）は、異常脈動によって弁室４６と下流側燃料通路４８とを速やかに遮断できる特性に設定されることが望ましい。

更に、スプリング５４の特性（スプール弁５２に加えられる弾性力、ばね定数等）は、先の図２に示した燃料の圧力脈動の周期Ｔに基づき設定されるのが望ましい。具体的には、スプール弁５２が減衰振動する際の固有周期と上記周期Ｔとを一致させて且つ、異常脈動を低減するための適切な位相で振動するように設定されるのが望ましい。これにより、上記ダンパ効果を好適に奏することができる。ここで、燃料の圧力脈動の周期Ｔは、ディーゼル機関の機関回転速度によって変化する。このため、異常脈動が生じやすい機関回転速度、すなわちフィードポンプ２２の燃料吸入量が多くなることで負圧の増大が顕著となり、エアが生じやすくなる回転速度である高回転速度時の燃料の圧力脈動の周期に基づき、上記スプリング５４の特性が設定（適合）されるのが望ましい。

また、スプール弁５２に形成されるオリフィス５６は、リターン通路５０を流れる燃料の流れやすさや上記絞り効果のみならず、脈動低減機構５５が有する上記ダンパ効果にも影響し得る。このため、オリフィス５６の面積や個数は、異常脈動が生じやすい機関回転速度においてリターン通路５０を流れる燃料量と、上記ダンパ効果及び絞り効果による異常脈動の低減に対する要求とに基づき設定されるのが望ましい。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）異常脈動発生時において、上流側燃料通路４４の燃料圧力の上昇によってピストン５８が変位することで、弁室４６と下流側燃料通路４８とが遮断される構成とした。これにより、フィードポンプ２２側からメインフィルタ３４側へと燃料通路３０を伝播する異常脈動を好適に抑制することができ、ひいてはメインフィルタ３４が損傷したり、この損傷に起因して燃料噴射システムの信頼性が低下したりする事態を好適に回避することができる。

（２）弁室４６と下流側燃料通路４８とが遮断されることで、サブ通路６４を介してリターン通路５０の弁室４６側と弁室４６とを連通させ、異常脈動をリターン通路５０に導入させるとともに、この異常脈動を脈動低減機構５５のダンパ効果やオリフィス５６の絞り効果よって低減した。更に、オリフィス５６を通過した燃料をリターン通路５０を介して上流側燃料通路４４に戻した。これにより、ピストン５８よりも上流側燃料通路４４側の燃料圧力を迅速に低下させることができ、弁室４６と下流側燃料通路４８とが連通する位置にピストン５８を迅速に変位させることができる。このため、メインフィルタ３４への燃料供給量の減少を好適に抑制することができる。

（３）燃料タンク１２とフィードポンプ２２との間にプレフィルタ２８を備える構成とした。この場合、プレフィルタ２８の目詰まりに起因して燃料中にエアが生じやすく、異常脈動の発生が顕著となりやすいため、脈動低減装置３２の利用価値が特に大きい。

（４）高圧燃料ポンプ１０にレギュレータバルブ２４が備えられる構成とした。フィードポンプ２２の駆動に起因して生じる異常脈動がレギュレータバルブ２４に伝播すると、異常脈動の発生が助長されやすい。このため、レギュレータバルブ２４を備える本実施形態は、脈動低減装置３２の利用価値が特に大きい。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図４に、本実施形態にかかる脈動低減装置３２の断面構成図を示す。詳しくは、図４（ａ）には、通常時における断面構成図を示し、図４（ｂ）及び図４（ｃ）には、異常脈動発生時における断面構成図を示す。なお、図４において、先の図１に示した部材と対応する部材については、便宜上同一の符号を示している。

ここではまず、図４（ａ）を用いて脈動低減装置３２の構造について説明する。図示されるように、脈動低減装置３２には、上記フィードポンプ２２側と上記メインフィルタ３４側とを接続する通路（メイン燃料通路７０）が設けられている。

メイン燃料通路７０には、同通路から分岐する２つの分岐部が設けられている。詳しくは、メイン燃料通路７０には、上記メインフィルタ３４側に設けられる分岐部（下流側分岐部７２）と、下流側分岐部７２よりも上記フィードポンプ２２側に設けられる分岐部（上流側分岐部７４）とが設けられている。上流側分岐部７４と下流側分岐部７２とは、接続通路７６で接続されている。

メイン燃料通路７０上の下流側分岐部７２よりも上記メインフィルタ３４側には、バルブ（メインバルブ７８）が設けられている。メインバルブ７８は、同バルブよりも下流側分岐部７２側のメイン燃料通路７０の燃料圧力が所定圧以上となることで、メイン燃料通路７０の下流側分岐部７２と上記メインフィルタ３４との間を遮断する機能を有する。

接続通路７６上の上流側分岐部７４側には、逆止弁（上流側弁体８０）が設けられている。上流側弁体８０は、同上流側弁体８０の前後の差圧が所定圧（上流側弁体８０の開弁圧）以上となることで、メイン燃料通路７０の上流側分岐部７４から接続通路７６へと燃料を流入させる機能を有する。また、接続通路７６上の下流側分岐部７２側には、下流側弁体８２が設けられている。下流側弁体８２は、同下流側弁体８２の前後の差圧が所定圧（下流側弁体８２の開弁圧）以上となることで、メイン燃料通路７０下流側分岐部７２から接続通路７６へと燃料を流入させる機能を有する。

接続通路７６にも、先の図３に示したものと同様の脈動低減機構５５が設けられている。接続通路７６上には、スプール弁５２と上流側弁体８０とにより区画形成される空間である圧力変化室８４が形成されている。

次に、本実施形態にかかる脈動低減装置３２の動作について詳述する。

通常時においては、図４（ａ）に示すように、メインバルブ７８が開弁することで、上記フィードポンプ２２側と上記メインフィルタ３４側とが連通する。これは、上記フィードポンプ２２側と上記メインフィルタ３４側とがメインバルブ７８によって遮断される際の上記所定圧が、通常時において上記フィードポンプ２２側から流入する燃料の圧力よりも高く設定されているからである。この際、下流側弁体８２と上流側弁体８０とは開弁しない。これは、下流側弁体８２の開弁圧が上記メインバルブ７８によって遮断される際の所定圧以上に設定されるとともに、上流側弁体８０の開弁圧が下流側弁体８２の開弁圧よりも高く設定されているためである。これにより、上記フィードポンプ２２から圧送される燃料をメイン燃料通路７０を介して上記メインフィルタ３４に供給することができる。

これに対し、異常脈動発生時においては、図４（ｂ）に示すように、メインバルブ７８が閉弁することで上記フィードポンプ２２側と上記メインフィルタ３４とが遮断される。これにより、上記フィードポンプ２２側から上記メインフィルタ３４側へと異常脈動が伝播することを好適に抑制することができる。

一方、下流側弁体８２が開弁することで、接続通路７６とメイン燃料通路７０とが連通される。これにより、異常脈動が下流側弁体８２を介して接続通路７６に導入される。導入された異常脈動は、先の第１の実施形態で示したように、脈動低減機構５５によるダンパ効果及びオリフィス５６の絞り効果によって低減される。この際、異常脈動による力に基づきスプール弁５２が圧力変化室８４の容積を小さくする方向に変位することで、スプリング５４には弾性エネルギが蓄積される。なお、異常脈動が導入されると、メイン燃料通路７０の下流側弁体８２付近の燃料圧力が低下するため、下流側弁体８２が閉弁する。このため、異常脈動が再びメイン燃料通路７０へ伝播することを防止することができる。なお、この際、上流側弁体８０は開弁しない。これは、上述したように上流側弁体８０の開弁圧が下流側弁体８２の開弁圧よりも高く設定されていることによるものである。

その後、図４（ｃ）に示すように、スプール弁５２の変位に起因して上昇した圧力変化室８４の燃料圧力と、上記弾性エネルギとによって、スプール弁５２が圧力変化室８４の容積を大きくする方向に変位し、圧力変化室８４の燃料圧力が低下することに起因して上流側弁体８０が開弁する。このため、メイン燃料通路７０の燃料が上流側弁体８０を介して接続通路７６に吸入される（吸入効果）。なお、下流側弁体８２が閉弁しているため、燃料とともに接続通路７６に導入された異常脈動が再びメイン燃料通路７０へ伝播することを防止することができる。

こうした脈動低減機構５５による脈動低減効果や、オリフィス５６による絞り効果、更には上記吸入効果によって、その後に伝播してくる異常脈動をも積極的に低減させることでメインバルブ７８よりも上流側分岐部７４側の燃料圧力を迅速に低下させることができ、ひいては図４（ａ）に示した状態へと速やかに復帰させることができる。

ちなみに、メインバルブ７８の特性（上記フィードポンプ２２側と上記メインフィルタ３４側とを遮断する上記所定圧、ばね定数等）は、異常脈動によってメイン燃料通路７０を速やかに遮断できる特性に設定されることが望ましい。

また、スプリング５４の特性は、先の図２に示した燃料の圧力脈動の周期Ｔ基づき設定されるのが望ましい。具体的には、スプール弁５２が減衰振動する際の固有周期と上記周期Ｔとを一致させて且つ、メインバルブ７８閉弁後の異常脈動の伝播に起因してメイン燃料通路７０の上流側弁体８０付近の燃料圧力が上昇するタイミングで上記吸入効果を奏するための適切な位相で振動するように設定されるのが望ましい。これにより、上記吸入効果を好適に奏することができる。

更に、接続通路７６とメイン燃料通路７０とを常時連通させる微小な燃料通路（例えば、下流側弁体８２の気密を弱くする）が設けられていてもよい。これは、異常脈動を下流側弁体８２、上流側弁体８０を介して接続通路７６に導入することで、接続通路７６の燃料圧力が過度に上昇する事態を回避するためのものである。

このように、本実施形態では、異常脈動発生時において、メイン燃料通路７０の燃料圧力の上昇によってメインバルブ７８が閉弁することで、フィードポンプ２２側からメインフィルタ３４側へと燃料通路３０を伝播する異常脈動を好適に抑制することができる。更に、異常脈動が接続通路７６に導入された後に下流側弁体８２が閉弁するとともに、脈動低減機構５５のダンパ効果、オリフィス５６の絞り効果及び上記吸入効果によって、メインバルブ７８よりも上流側の燃料圧力を迅速に低下させることができ、メインバルブ７８を迅速に開弁させることができる。このため、メインフィルタ３４への燃料供給量の減少を好適に抑制することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に、本実施形態にかかる脈動低減装置３２の断面構成図を示す。なお、図５において、先の図１に示した部材と同一又は対応する部材については、便宜上同一の符号を示している。

図示されるように、本実施形態では、異常脈動発生時において上流側燃料通路４４と下流側燃料通路４８とを連通させる通路（微小通路８６）をピストン５８に形成することで、異常脈動発生時において上記フィードポンプ２２側から上記メインフィルタ３４側へと異常脈動が伝播するのを抑制しつつも、メインフィルタ３４への燃料供給量の減少をより好適に抑制する。

ここで、微小通路８６の流路面積は、メイン通路６２の流路面積よりも小さいことを条件としつつ、上記フィードポンプ２２側から上記メインフィルタ３４側へと伝播する異常脈動の低減に対する要求と、異常脈動発生時におけるメインフィルタ３４への燃料供給量に対する要求とに基づき設定すればよい。

このように、本実施形態では、フィードポンプ２２側からメインフィルタ３４側へと伝播する異常脈動を抑制しつつも、メインフィルタ３４への燃料供給量の減少をいっそう好適に抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・第１の実施形態では、リターン通路５０に導入された燃料をスプール弁５２に形成されたオリフィス５６を通過させることで、同燃料をリターン通路５０から上流側燃料通路４４に戻したがこれに限らない。例えばスプール弁５２にオリフィス５６を形成することなくスプール弁５２とリターン通路５０との間に隙間を形成し、この隙間を通過させることでリターン通路５０に導入された燃料を上流側燃料通路４４に戻してもよい。また例えば、スプール弁５２に形成されるオリフィスと上記隙間との双方を設けてもよい。

・第１の実施形態において、上流側燃料通路４４と弁室４６とを接続するリターン通路５０は１つに限らず、複数設けられてもよい。この場合、各リターン通路上に脈動低減機構５５を設ければよい。

・第１の実施形態では、リターン通路５０に脈動低減機構５５が１つ設けられるものとしたがこれに限らない。例えば上記脈動低減機構５５とともに、リターン通路５０上の上記脈動低減機構５５よりも上流側燃料通路４４側においてリターン通路５０上を摺動可能に配置される略円筒状の弁部材（スプール弁）と、同弁部材の摺動方向に弾性変位可能な弾性体（スプリング）とを備えて構成される新たな脈動低減機構（第２脈動低減機構）を設けてもよい。フィードポンプ２２側からメインフィルタ３４側へと燃料通路３０を伝播する異常脈動は、ピストン５８に形成されたサブ通路６４を介してリターン通路５０に導入されるのみならず、リターン通路５０の上流側燃料通路４４側から伝播することも考えられる。したがって、上流側燃料通路４４側からリターン通路５０に伝播する異常脈動を第２脈動低減機構によって低減することで、ピストン５８よりも上流側燃料通路４４側の燃料圧力をより迅速に低下させることができると考えられる。

・第１の実施形態では、接続通路（リターン通路５０）が上流側燃料通路４４と弁室４６とを接続する通路として設けられていたがこれに限らない。例えば、上記接続通路の上流側燃料通路４４側が上流側燃料通路４４と接続されずに閉塞されている構成であってもよい。この場合であっても、異常脈動発生時においてサブ通路６４を介して上記接続通路の弁室４６側と弁室４６とが連通されることで、接続通路上に設けられた脈動低減機構５５によるダンパ効果とオリフィス５６による絞り効果とによって異常脈動を低減させることはできる。

・第１の実施形態では、スプール弁５２とスプリング５４とを備えて構成される脈動低減機構５５の有するダンパ効果によって異常脈動を低減したがこれに限らない。例えば脈動低減機構５５としてオリフィスのみを備え、オリフィスによる絞り効果のみによって異常脈動を低減させてもよい。この場合であっても、異常脈動を低減することはできる。

・第２の実施形態では、接続通路７６上の下流側分岐部７２側に下流側弁体８２が設けられていたがこれに限らない。例えば、下流側弁体８２が設けられていなくてもよい。この場合であっても、異常脈動を低減することはできる。

・第３の実施形態では、異常脈動発生時において上流側燃料通路４４と下流側燃料通路４８とを連通させる通路（微小通路８６）をピストン５８に形成したがこれに限らない。例えばピストン５８と弁室４６との間に微小通路８６の機能を有する隙間を設けてもよい。

・上記各実施形態では、建設機械（掘削機）に備えられるディーゼル機関のコモンレール式燃料噴射システムを対象としたがこれに限らない。例えば自動車（乗用車等）に備えられるディーゼル機関の上記燃料噴射システムを対象としてもよい。

・脈動低減手段（脈動低減機構５５）を構成する弾性部材としてはスプリング５４に限らず、例えばベローズであってもよい。

・内燃機関としては、ディーゼル機関のような圧縮着火式内燃機関に限らない。例えば筒内噴射式ガソリン機関等の火花点火式内燃機関であってもよい。筒内噴射式ガソリン機関の燃料噴射システムにあっては、燃料タンク内の燃料が電動式の低圧ポンプによって汲み上げられ、同汲み上げられた燃料が燃料通路を介して機関駆動式の高圧ポンプに供給される。高圧ポンプにより高圧にされた燃料は、電子制御式の弁体によって所定圧に調節された後、燃料噴射弁に供給される。ここで、例えば、燃料タンク内の燃料量が過度に減少する状況下、低圧ポンプによって燃料とともにエアが汲み上げられ、同低圧ポンプの駆動に起因して生じる異常脈動が燃料通路を介して高圧ポンプへと伝播することで、燃料噴射弁へ供給する燃料の圧力の調節機能が低下する等のおそれがあるなら、本発明の適用が有効である。

１２…燃料タンク、１４…コモンレール、１６…高圧ポンプ、２２…フィードポンプ、２４…レギュレータバルブ、２８…プレフィルタ、３０…燃料通路、３４…メインフィルタ、５０…リターン通路、５２…スプール弁、５５…脈動低減機構（脈動低減手段の一実施形態）、５６…オリフィス、５８…ピストン（流路面積縮小手段の一実施形態）、７２…下流側分岐部、７４…上流側分岐部、７６…接続通路、８０…上流側弁体、８２…下流側弁体、８４…圧力変化室。

Claims (11)

1. 燃料タンク内の燃料を汲み上げる燃料ポンプと、前記汲み上げられた燃料が燃料通路を介して供給される所定の燃料供給対象とを有して構成される内燃機関の燃料供給装置に適用され、
   前記燃料ポンプの駆動に起因して前記燃料通路を伝播する燃料の圧力脈動を低減する脈動低減装置において、
   前記燃料通路上に設けられて且つ同燃料通路の燃料の圧力が所定以上となることで前記燃料通路の流路面積を小さくする流路面積縮小手段と、
   前記流路面積縮小手段により前記燃料通路の流路面積が小さくされた後、前記流路面積が小さくされた箇所よりも前記燃料ポンプ側の前記燃料の圧力脈動を低減させる脈動低減手段とを備えることを特徴とする脈動低減装置。
2. 前記燃料通路のうち前記流路面積縮小手段により流路面積が小さくされた位置よりも前記燃料ポンプ側において前記燃料通路に接続される接続通路を更に備え、
   前記脈動低減手段は、前記接続通路上に設けられるものであり、
   前記流路面積縮小手段により流路面積が小さくされることで前記燃料通路と前記接続通路とが連通されることを特徴とする請求項１記載の脈動低減装置。
3. 前記接続通路は、前記燃料通路と連通される箇所よりも前記燃料ポンプ側で前記燃料通路と更に接続されるものであり、
   前記燃料通路及び前記接続通路間の接続箇所のうち前記流路面積が小さくされる側から前記接続通路に流入した燃料を前記燃料ポンプ側へと流出可能とすることを特徴とする請求項２記載の脈動低減装置。
4. 前記脈動低減手段は、前記接続通路上に摺動可能に配置される弁部材と、同弁部材を弾性変位させる弾性部材とを備えて構成されるものであることを特徴とする請求項２又は３記載の脈動低減装置。
5. 前記接続通路は、前記燃料通路と連通される箇所よりも前記燃料ポンプ側で前記燃料通路と更に接続されるものであり、
   前記接続通路上の前記燃料ポンプ側に設けられて且つ前記燃料通路側から前記接続通路側へと燃料を流入させるべく所定の開弁圧で開弁する上流側弁部材を更に備え、
   前記脈動低減手段は、前記接続通路上の前記上流側弁部材よりも前記所定の燃料供給対象側に設けられるものであって且つ前記接続通路上に摺動可能に配置される弁部材と、同弁部材を弾性変位させる弾性部材とを備えて構成されるものであり、
   前記所定の開弁圧は、前記流路面積縮小手段により前記燃料通路が小さくされる燃料の圧力よりも高く設定されるものであることを特徴とする請求項２記載の脈動低減装置。
6. 前記接続通路の燃料の圧力が所定以上となることで同接続通路と前記燃料通路との接続箇所のうち前記流路面積が小さくされた箇所側の流路面積を小さくする下流側弁部材を更に備えることを特徴とする請求項５記載の脈動低減装置。
7. 前記弁部材には、前記接続通路を連通する弁孔が形成されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の脈動低減装置。
8. 前記所定の燃料供給対象は、前記燃料通路上に設けられる燃料濾過用のフィルタであり、
   前記燃料ポンプは、前記燃料タンク内の燃料を汲み上げる低圧ポンプと、前記燃料通路及び前記フィルタを介して供給される燃料を加圧して吐出する高圧ポンプとを有して構成されるものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の脈動低減装置。
9. 前記燃料ポンプは、前記低圧ポンプにより汲み上げられた燃料の圧力を所定以下に調節しつつ同燃料を前記燃料通路上の前記フィルタに供給する調圧弁を更に有して構成されることを特徴とする請求項８記載の脈動低減装置。
10. 前記燃料タンクから汲み上げられた燃料が吸入される前記燃料ポンプの吸入口と、前記燃料タンクとを接続する燃料通路上には、燃料を濾過するフィルタが備えられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の脈動低減装置。
11. 前記流路面積縮小手段により前記燃料通路の流路面積を小さくすることとは、前記流路面積縮小手段により前記燃料通路を遮断することであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の脈動低減装置。

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