JP5071364B2 - 燃料供給装置 - Google Patents
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Description
従来より、自動車等の車両に設置された燃料タンクから汲み上げた燃料を燃料ポンプで加圧して燃料噴射ノズルから、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関(エンジン)の各気筒毎の燃焼室に噴射供給する内燃機関の燃料供給装置として、燃料ポンプから吐出された燃料を蓄圧するコモンレールを備え、このコモンレール内に蓄圧された燃料を、エンジンの気筒毎に搭載された燃料噴射弁(インジェクタ)に分配供給し、各インジェクタの軸線方向の先端側に形成された噴射孔からエンジンの各気筒毎の燃焼室に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置が知られている。
また、インジェクタからエンジンに噴射供給される燃料は、世界各地域において性状の異なる燃料が使用されて、燃料の多様化が進んでいる。また、元々燃料中には、不純物として多様な金属成分(例えば極微量のNa、K等の金属イオン)が含まれる一方、潤滑剤としてオレイン酸等の脂肪酸が添加されている。このため、燃料中で、金属成分と燃料中成分との予期せぬ反応物が生成される可能性がある。例えば金属イオンと脂肪酸との間に塩反応が起こり、脂肪酸金属塩が生成される可能性がある。
そこで、燃料タンクからインジェクタまでの燃料供給経路、特に燃料タンクと燃料フィルタとを接続する燃料供給配管中に設置されて、燃料中に含まれる金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段を有する燃料供給装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この金属イオン除去手段は、燃料タンクと燃料フィルタとを接続する燃料供給配管の途中に一体的に形成されたハウジング、およびこのハウジングの充填室内に充填された複数のイオン交換樹脂粒子等によって構成されている。
ところが、特許文献1に記載の燃料供給装置においては、複数のイオン交換樹脂粒子よりなる金属イオン除去手段を、燃料供給配管中にどのように設置するのか、具体的な実施方法が示されていない。
また、特許文献1に記載の燃料供給装置においては、燃料タンクからインジェクタまでの燃料供給経路、特に燃料タンクと燃料フィルタとを接続する燃料供給配管中に、複数のイオン交換樹脂粒子よりなる金属イオン除去手段を設置する構成が開示されている。この場合には、燃料タンクからエンジンに向かう燃料流に対する圧力損失が大きく、燃料ポンプのポンプ効率に対するエネルギー損失が多いという問題がある。
また、特許文献1に記載の燃料供給装置においては、燃料タンクからインジェクタまで延びる燃料供給配管の配管レイアウトを、既存の配管レイアウト(従来より実施されていた配管レイアウト)に対して大きく変更しなければならず、コストアップとなるという問題がある。
以下、具体的な実施の形態を、4つの実施例について図を参照しながら説明する。ただし、実施例1、3、4は、本発明が適用されていない例を示す参考例であり、実施例2は、本発明が適用された例を示す。
図1ないし図3は本発明の実施例1を示したもので、図1は内燃機関の燃料供給装置を示した図である。
燃料タンクは、内部に燃料貯留室が形成されたタンク本体1を有している。燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室の内部には、ディーゼル燃料(軽油)が貯留されている。なお、燃料タンクのタンク本体1内にサブタンク2が設置されていても良い(図5ないし図7参照)。
イオン交換フィルタは、燃料戻し配管の一部を構成するハウジング3、およびこのハウジング3の樹脂充填室内に充填されるイオン交換樹脂粒子4等により構成されている。
ここで、コモンレール式燃料噴射システムは、コモンレール13の内部に蓄圧された高圧燃料を各インジェクタ15を介してエンジンの各気筒毎の燃焼室内に噴射供給するように構成されている。
なお、燃料供給配管の供給配管21の燃料タンク側の先端部は、燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室内に貯留される燃料中に浸漬されている。つまり燃料供給配管の供給配管21は、供給配管21の燃料吸い込み口が、燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室内に貯留される燃料の液面レベルよりも車両上下方向の下方側に位置するように燃料タンクに取り付けられている。
また、プランジャは、シリンダヘッドの摺動孔に摺動自在に支持されている。
そして、サプライポンプ12は、各燃料加圧室よりも燃料流方向の上流に、逆止弁構造の吸入弁が設置されている。また、サプライポンプ12は、各燃料加圧室よりも燃料流方向の下流に、逆止弁構造の吐出弁が設置されている。この吐出弁が開弁すると、サプライポンプ12の吐出口からコモンレール13に向けて高圧燃料が吐出される。
ここで、サプライポンプ12の内部に形成される、フィードポンプから1個または2個(または3個以上)の燃料加圧室まで延びる燃料吸入流路の途中には、各吸入弁を介して各燃料加圧室内に吸入される吸入燃料量を調量する電磁弁が取り付けられている。この電磁弁は、エンジン制御ユニット(ECU)から印加されるポンプ駆動電流によって電子制御されるように構成されている。これにより、サプライポンプ12の吐出口より吐出される燃料吐出量が制御される。
ここで、コモンレール13のリークポートと燃料戻し配管との間には、プレッシャリミッタ14が液密的に取り付けられている。このプレッシャリミッタ14は、コモンレール13の内部圧力(所謂コモンレール圧力)が設定値(限界設定圧力)を超えた際に開弁してコモンレール13の内部圧力を限界設定圧力以下に抑えるための圧力安全弁である。
ここで、本実施例のインジェクタ15は、燃料噴射ノズルのハウジングであるロアボディ34と電磁弁のハウジングであるバルブボディ35との間にオリフィスプレート36を挟み込んだ状態で、ロアボディ34の軸線方向の後端部の外周にリテーニングナット37を締め付け固定(締結固定)することにより、燃料噴射ノズルと電磁弁とが一体的に結合されている。
電磁アクチュエータは、ロアボディ34との間にオリフィスプレート36を挟み込む円筒状のバルブボディ35、このバルブボディ35の摺動孔内に摺動自在に支持されるアーマチャ43、およびこのアーマチャ43を引き寄せる電磁力を発生する円筒状の電磁石を有している。
アーマチャ43は、内部にバルブ39およびアーマチャ43を閉弁方向に付勢するコイルスプリング47を収容する円筒状のストッパ48によりフルリフト位置が規制されている。
なお、アーマチャ43のステータ側に対して逆側には、バルブボディ35の軸線方向に延びる摺動孔内に摺動自在に支持されるシャフト49が一体的に形成されている。
そして、ノズルボディ33およびロアボディ34の内部には、コモンレール13に接続される配管継ぎ手のインレットポート54から、燃料中に混入した異物を捕捉するバーフィルタ55を経て、高圧燃料が導入される燃料供給通路56〜59が形成されている。この燃料供給通路56〜59は、燃料溜まり室61および圧力制御室62に高圧燃料を供給するための高圧燃料通路である。
また、ロアボディ34の内部には、コイルスプリング53を収容するスプリング収容室64から余剰燃料が流れ込む燃料回収通路65が形成されている。
燃料回収通路65内に流入した余剰燃料は、電磁弁側の燃料排出通路66、67、リークポート68、アウトレットパイプ69、燃料戻し配管を経て燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室に戻される。なお、電磁弁側の燃料排出通路66、67は、燃料排出通路63、出口側オリフィス42を介して圧力制御室62に連通している。
リターン配管71の内部には、サプライポンプ12のリークポートからの余剰燃料が流通する第1燃料戻し流路が形成されている。また、リターン配管72の内部には、コモンレール13のリークポート(プレッシャリミッタ14)からの余剰燃料が流通する第2燃料戻し流路が形成されている。また、リターン配管73の内部には、複数個のインジェクタ15の各リークポート68からの余剰燃料が流通する第3燃料戻し流路が形成されている。
なお、燃料戻し配管のリターン配管74の燃料タンク側の先端部は、燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室内に貯留される燃料中に浸漬されている。つまり燃料戻し配管のリターン配管74は、その吐き出し口が、燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室内に貯留される燃料の液面レベルよりも車両上下方向の下方側に位置するように燃料タンクに取り付けられている。
ハウジング3の樹脂充填室は、車両上下方向に沿う高さ方向のサイズが車両幅方向または車両前後方向に沿う横方向のサイズよりも大きく、しかもハウジング3よりも燃料流方向の上流側および下流側に形成されるリターン配管74の燃料戻し流路の流路断面積よりも大きい空間である。このハウジング3の燃料流方向の上流側には、樹脂充填室内に燃料を導入する燃料入口が形成されている。また、ハウジング3の燃料流方向の下流側には、樹脂充填室内から燃料を導出する燃料出口が形成されている。
イオン交換樹脂粒子4は、燃料戻し配管内の燃料中に溶出している金属イオンを交換吸着等により捕捉する。つまり、イオン交換樹脂粒子4は、燃料中に含まれる金属成分(金属イオン)を燃料から分離除去することが可能な物質(球面体状の粒子)である。
次に、本実施例の内燃機関の燃料供給装置(コモンレール式燃料噴射システム)の作用を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。
そして、フィルタケースのインレットから内部空間内に流入した低圧燃料は、内部空間に設置されたフィルタエレメントを通過する際に、燃料中に含まれた不純物が分離除去される。そして、フィルタエレメントで濾過されて清浄化された低圧燃料は、フィルタケースのアウトレットから流出する。
燃料フィルタ11から流出した低圧燃料は、供給配管22を経て、フィードポンプの内部に吸引される。そして、フィードポンプは、燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室から吸入した低圧燃料を加圧して電磁弁側に吐出する。
このようにサプライポンプ12は、フィードポンプで汲み上げた低圧燃料を燃料加圧室内で加圧して高圧化し、この高圧燃料を吐出口から吐出して、高圧燃料をコモンレール13に供給する。
サプライポンプ12の吐出口より吐出された高圧燃料は、供給配管23を経て、燃料入口からコモンレール13の内部(蓄圧室)に流入し、この蓄圧室内で一時的に蓄圧される。
このため、バルブ39よりも燃料流方向の上流側の方が、バルブ39よりも燃料流方向の下流側よりも燃料圧力が高いので、アーマチャ43の軸線方向の上方側への移動(リフト)に伴って、バルブ39がオリフィスプレート36の弁座から離脱して、オリフィスプレート36の出口側オリフィス42が開放される。したがって、圧力制御室62の内部に充満していた燃料は、圧力制御室62から出口側オリフィス42→燃料排出通路63→燃料排出通路66、67→リークポート68→アウトレットパイプ69を経て燃料タンクに戻される。
これにより、ノズルニードル31がノズルボディ33の弁座(シート面)より離脱するため、複数の噴射孔を開弁する。すなわち、エンジンの第1気筒に搭載されたインジェクタ15が開弁すると、コモンレール13の内部(蓄圧室)に蓄圧されていた高圧燃料が、分岐配管24を介して、インジェクタ15の内部(燃料供給通路56〜59、燃料溜まり室61、圧力制御室62等)に流れ込み、燃料溜まり室61を経て複数の噴射孔からエンジンの第1気筒の燃焼室内に噴射供給される。よって、エンジンの第1気筒の燃焼室内への燃料噴射が開始される。
これにより、出口側オリフィス42が閉塞されるため、コモンレール13から燃料供給通路56、57、入口側オリフィス41を経由して圧力制御室62内に供給される高圧燃料が圧力制御室62内に充満する。これに伴って、圧力制御室62内の燃料圧力が上昇する。そして、圧力制御室62内の燃料圧力にコイルスプリング53の付勢力を加えた合力が燃料溜まり室61内の燃料圧力よりも大きくなると、ノズルニードル31がノズルボディ33の弁座(シート面)に着座するため、複数個の噴射孔が閉弁する。すなわち、エンジンの第1気筒に搭載されたインジェクタ15が閉弁すると、エンジンの第1気筒の燃焼室内への燃料噴射が終了する。
また、エンジンの第1気筒を除く他の気筒(第2〜第4気筒)に搭載されたインジェクタ15の内部(燃料供給通路56〜59、燃料溜まり室61、圧力制御室62等)に高圧燃料が分配供給され、エンジンの第2〜第4気筒の燃焼室内に順次噴射供給される。これにより、エンジンが運転される。
そして、サプライポンプ12、コモンレール13、複数個のインジェクタ15のうちのいずれか2つ以上の燃料供給機器のリークポート(またはプレッシャリミッタ14)からの余剰燃料は、リターン配管74を経て、イオン交換フィルタの内部に流入する。
イオン交換フィルタから流出した余剰燃料は、リターン配管74を経て、燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室に戻される。
以上のように、本実施例の内燃機関の燃料供給装置(コモンレール式燃料噴射システム)においては、サプライポンプ12、コモンレール13、複数個のインジェクタ15のうちのいずれか2つ以上の燃料供給機器のリークポート(またはプレッシャリミッタ14)からの余剰燃料を合流させた後に燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室に戻すための燃料戻し流路を形成する燃料戻し配管中にイオン交換フィルタを配置している。具体的には、燃料戻し配管のリターン配管74の途中にイオン交換フィルタのハウジング3を設置し、そのハウジング3の樹脂充填室内に、燃料中に溶出した金属イオンの除去能力に優れる多数のイオン交換樹脂粒子4を充填している。
また、サプライポンプ12、コモンレール13、複数個のインジェクタ15のうちのいずれか2つ以上の燃料供給機器のリークポート(またはプレッシャリミッタ14)から溢流または排出される余剰燃料を合流させた後に燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室に戻す燃料戻し流路を形成するリターン配管71〜74の配管レイアウトを、既存の配管レイアウトに対して最小限の変更で対応可能(燃料戻し配管中にイオン交換フィルタを設置することが可能)となるので、コストダウンを図ることができる。
また、リターン配管74の途中に設置されるハウジング3の樹脂充填室内へのイオン交換樹脂粒子4の配置が可能であるので、燃料供給配管の燃料供給流路内を流通する燃料流の圧力損失および流路抵抗の増加への影響は非常に少ない。これにより、イオン交換樹脂粒子4と燃料との接触回数を増加させるという目的で、燃料戻し配管のリターン配管74中に、より多くのイオン交換樹脂粒子4を配置することが可能となるので、イオン交換樹脂粒子4の搭載量を十分に確保することができる。したがって、金属成分(金属イオン)の除去効果(能力)の更なる向上を図ることができる。
燃料戻し配管は、サプライポンプ12、コモンレール13、複数個のインジェクタ15のうちのいずれか2つ以上の燃料供給機器のリークポート(またはプレッシャリミッタ14)から溢流または排出される余剰燃料を燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室に戻すリターン配管71〜74、および燃料調圧弁6から流出した燃料を燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室に戻すリターン配管75を有している。なお、リターン配管75は、燃料調圧弁6を介して、燃料供給配管の供給配管21の途中から分岐する分岐管26の燃料流方向の下流端に接続されている。
なお、フィードポンプ5は、燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室内に貯留される燃料中に浸漬されている。つまりフィードポンプ5は、燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室内に貯留される燃料の液面レベルよりも車両上下方向の下方側に位置するように燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室内に設置されている。
イオン交換フィルタは、燃料戻し配管のリターン配管75の途中に設置される筒状のハウジング3、およびこのハウジング3の樹脂充填室内に充填されるイオン交換樹脂粒子4等によって構成されている。
燃料供給配管は、サブタンク2の燃料貯留室16から複数個のインジェクタ15に燃料を供給する供給配管21〜23および分岐配管24を有している。なお、燃料供給配管の供給配管21の燃料タンク側の先端部は、サブタンク2の燃料貯留室16内に貯留される燃料中に浸漬されている。つまり燃料供給配管の供給配管21は、その燃料吸い込み口が、サブタンク2の燃料貯留室16内に貯留される燃料の液面レベル(サブタンク2内に貯留される燃料の液面レベル)よりも車両上下方向の下方側に位置するようにサブタンク2に取り付けられている。
燃料供給配管は、フィードポンプ5の吐出口から複数個のインジェクタ15に燃料を供給する供給配管21〜23および分岐配管24を有している。
燃料戻し配管は、サプライポンプ12、コモンレール13、複数個のインジェクタ15のうちのいずれか2つ以上の燃料供給機器のリークポート(またはプレッシャリミッタ14)から溢流または排出される余剰燃料をサブタンク2の燃料戻り室17に戻すリターン配管(第1リターン配管)71〜74、および燃料調圧弁6から流出した燃料をサブタンク2の燃料戻り室17に戻すリターン配管(第2リターン配管)75を有している。
また、イオン交換樹脂粒子4は、燃料タンクのタンク本体1の燃料貯留室内の燃料残量が多い場合、サブタンク2内に貯留される燃料中に浸漬されるように構成されていても良い。この場合、サブタンク2の上方開口部は、タンク本体1の燃料貯留室内に貯留される燃料の液面レベルよりも車両上下方向の下方側に位置する。
なお、フィードポンプ5は、サブタンク2の燃料貯留室16内に貯留される燃料中に浸漬されている。つまりフィードポンプ5は、サブタンク2の燃料貯留室16内に貯留される燃料の液面レベルよりも車両上下方向の下方側に位置するようにサブタンク2の燃料貯留室16内に設置されている。
フランジ18は、車両上下方向に延びる複数の支柱80を介してサブタンク2に結合している。このフランジ18には、燃料供給パイプ81の配管継ぎ手82に燃料供給ホース83を介して接続する配管継ぎ手84、および燃料供給パイプ85の配管継ぎ手86が設けられている。燃料供給パイプ85は、フランジ18よりもタンク本体1の内部側(車両上下方向の下方側)に配管継ぎ手84を有し、フランジ18よりもタンク本体1の外部側(車両上下方向の上方側)に配管継ぎ手86を有している。この配管継ぎ手86には、燃料フィルタ11のインレット(入口ポート)に接続する燃料供給ホース87が接続されている。
また、フランジ18は、燃料戻し配管のリターン配管74を構成する燃料戻しパイプ91が接続する配管継ぎ手92を有する燃料戻しパイプ93、およびこの燃料戻しパイプ93からサブタンク2の燃料戻り室17に向かう燃料の流れを所定の分流比率で、しかも2つ以上の燃料の流れに分流する燃料分流プレート(第1燃料分流手段)94を有している。この燃料分流プレート94は、円環状のベースプレート、およびこのベースプレートの外周部を図示上方に折り曲げるように屈曲した円筒状の外壁部95を有している。外壁部95には、サブタンク2の燃料戻り室17に燃料を滴下させる複数の燃料出口96が形成されている。
また、フランジ19には、燃料戻し配管のリターン配管75を構成するバルブケースの燃料出口75aからサブタンク2の燃料戻り室17に向かう燃料の流れを所定の分流比率で、しかも2つ以上の燃料の流れに分流する燃料分流プレート(第2燃料分流手段)97を有している。この燃料分流プレート97は、燃料調圧弁6のバルブケースに一体的に形成された円環状のベースプレート、およびこのベースプレートの外周部を図示上方に折り曲げるように屈曲した円筒状の外壁部98を有している。外壁部98には、サブタンク2の燃料戻り室17に燃料を滴下させる複数の燃料出口99が形成されている。
また、ハウジング3の図示下端には、樹脂充填室の燃料出口104が形成されている。
具体的には、燃料戻し配管のリターン配管75を構成するバルブケースの燃料出口75aから燃料が戻される燃料分流プレート97の燃料出口99よりも車両上下方向の下方側に配置されるサブタンク2の燃料戻り室17内に、燃料中に溶出した金属イオンの除去能力に優れる多数のイオン交換樹脂粒子4を充填することにより、実施例1と同様な効果を達成することができる。
また、本実施例の燃料タンク、特にサブタンク2内に設置されるフィードポンプ5の吐出部20に結合されるフランジ19には、燃料戻し配管のリターン配管75を構成するバルブケースから、サブタンク2の燃料戻り室17に向かう燃料の流れを所定の分流比率で、しかも2つ以上の燃料の流れに分流する燃料分流プレート97が設けられている。これにより、リターン配管75を構成するバルブケースからサブタンク2の燃料戻り室17に向かう燃料と、サブタンク2の燃料戻り室17内に充填されるイオン交換樹脂粒子4との接触回数が増えるので、イオン交換樹脂粒子4の性能、つまり金属イオンの除去効果の向上を図ることができる。
なお、本実施例では、燃料タンクに2つの燃料分流プレート94、97を設置しているが、燃料タンクに2つの燃料分流プレート94、97のうちのいずれか一方のみを設置するようにしても良い。
本実施例では、イオン交換樹脂を、粒子状のイオン交換樹脂によって構成しているが、イオン交換樹脂を、粉体状のイオン交換樹脂によって構成しても良い。また、イオン交換樹脂粒子4の代わりにキレート樹脂または活性炭等の活性粒子を用いても良い。また、イオン交換樹脂粒子4の形状が、粒子状の他に、粉体状または繊維状または膜状のいずれかの形状であっても良い。
本実施例では、燃料供給機器としてコモンレール13を設置しているが、コモンレール13を設けなくても良い。また、プレッシャリミッタ14の代わりに減圧弁をコモンレール13等に設置しても良い。また、インジェクタ15の代わりに燃料噴射ノズルを用いても良い。また、サプライポンプ12の代わりに列型燃料噴射ポンプや分配型燃料噴射ポンプを用いても良い。
2 燃料タンク(ポンプモジュール)のサブタンク
3 イオン交換フィルタ(金属イオン除去手段)のハウジング(フィルタケース)
4 イオン交換フィルタ(金属イオン除去手段)のイオン交換樹脂粒子
5 電動式のフィードポンプ(低圧燃料ポンプ、燃料供給機器)
6 燃料調圧弁(燃料供給機器)
11 燃料フィルタ(燃料供給機器)
12 サプライポンプ(高圧燃料ポンプ、燃料供給機器)
13 コモンレール(燃料供給機器)
14 プレッシャリミッタ(燃料供給機器)
15 インジェクタ(燃料噴射弁、燃料供給機器)
16 サブタンクの燃料貯留室
17 サブタンクの燃料戻り室
21 供給配管(燃料供給配管)
22 供給配管(燃料供給配管)
23 供給配管(燃料供給配管)
24 分岐配管(燃料供給配管)
26 分岐管(燃料供給配管)
71 リターン配管(燃料戻し配管)
72 リターン配管(燃料戻し配管)
73 リターン配管(燃料戻し配管)
74 リターン配管(燃料戻し配管、第1リターン配管)
75 リターン配管(燃料戻し配管、第2リターン配管)
94 燃料分流プレート(第1燃料分流手段)
97 燃料分流プレート(第2燃料分流手段)
Claims (1)
- 燃料タンクに貯留された燃料を内燃機関に供給する燃料供給装置において、
(a)前記燃料タンクから前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給機器と、
(b)この燃料供給機器から前記燃料タンクに燃料を戻す燃料戻し配管と、
(c)燃料中の金属成分を除去する金属イオン除去手段と
を備え、
前記燃料供給機器は、前記燃料タンクから燃料を汲み上げる低圧燃料ポンプ、この低圧燃料ポンプから供給された燃料を加圧する高圧燃料ポンプ、前記低圧燃料ポンプから吐出された燃料の圧力を調圧する燃料調圧弁、および前記高圧燃料ポンプから供給された燃料を前記内燃機関に噴射する燃料噴射弁を有し、
前記燃料戻し配管は、前記燃料調圧弁から流出した燃料を前記燃料タンクに戻すリターン配管を有し、
前記金属イオン除去手段は、前記燃料戻し配管中に配置され、前記リターン配管内に充填されるイオン交換樹脂を有していることを特徴とする燃料供給装置。
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