JP5316720B2 - プレッシャレギュレータ - Google Patents
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Description
本発明は、プレッシャレギュレータに関する。
自動車等に搭載される内燃機関の燃料供給装置には、燃料タンク内の燃料を汲み上げた後に燃料配管を介して燃料噴射弁に供給するポンプ、及び、同ポンプの駆動を通じて調整される燃料配管内の燃料圧力(燃圧)の過上昇を抑制するプレッシャレギュレータが設けられている。こうしたプレッシャレギュレータとしては、例えば特許文献1に示すものが知られている。
上記プレッシャレギュレータには、燃料配管内の燃料を燃料タンクに戻すための燃料流路が形成されている。また、プレッシャレギュレータは、燃料配管内の燃圧に基づく力によって変位する可動部を備えており、その可動部の位置に応じて上記燃料配管から燃料流路を介して燃料タンクに燃料を戻す際の同燃料の流量を可変とする。詳しくは、燃料配管内の燃圧の増大に基づく可動部の変位により、その燃料配管から燃料流路を介して燃料タンクに流れる燃料の量が多くされる。
上述したプレッシャレギュレータを燃料供給装置に設けることで、ポンプの駆動を通じて調整される燃料配管内の燃圧が過度に上昇する際、その燃圧の増大に基づく可動部の変位により燃料配管から燃料流路を介して燃料タンクに流れる燃料の流量が多くされ、それによって燃料配管内の燃圧の過上昇が抑制される。
ところで、燃料の良好な燃焼を得るべく燃料噴射弁から噴射される燃料の霧化を促進したり、機関出力を高めるべく燃料噴射弁の燃料噴射量を多くしたりしようとする場合、燃料配管内の燃圧を高くすることが好ましい。しかし、燃料配管内の燃圧を高くする意図のもと、ポンプの駆動率を高めて同ポンプにおける燃料の吐出流量を多くしようとしても、それに合わせて効率よく燃料配管内の燃圧を上昇させることはできない。
これは、燃料配管内の燃圧が高くなるほど、ポンプから同配管への燃料供給が行われにくくなるとともに、燃料配管内の燃料がプレッシャレギュレータの燃料流路から燃料タンクに流れやすくなることが関係している。ちなみに、図7において、実線はポンプの駆動率一定の条件下における燃料配管内の燃圧とポンプから燃料配管に供給される燃料の流量との関係を示しており、破線はポンプの駆動率一定の条件下における燃料配管内の燃圧と燃料配管からプレッシャレギュレータの燃料流路を介して燃料タンクに戻る燃料の流量との関係を示している。
図7から分かるように、ポンプの駆動率一定の条件のもとでは、燃料配管内の燃圧が高くなるほど、ポンプから燃料配管に供給される燃料の流量(実線)が少なくなるとともに、燃料配管からプレッシャレギュレータの燃料流路を介して燃料タンクに戻る燃料の流量(破線)が多くなる。言い換えれば、上述したように燃料配管内の燃圧が高くなるほど、燃料配管への燃料供給が行われにくくなるとともに、燃料配管内の燃料がプレッシャレギュレータの燃料流路から燃料タンクに流れやすくなる。従って、燃料配管内の燃圧が高くなっているときには、同燃圧を高めるべくポンプの駆動率を高めても、それが燃料配管内の燃圧の上昇に寄与しにくいことから、燃料配管内の燃圧を効率よく上昇させることはできない。
なお、こうした状況のもとで燃料配管内の燃圧を高めようとすると、ポンプの駆動率を更に高めた状態で駆動しなければならず、そのためのエネルギ消費が大きなものとなることは避けられない。また、上記ポンプにおける燃料の吐出流量を多くすべく、同ポンプを大型化することが必要になる可能性もある。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料配管内の燃料圧力が高い状況のもと、ポンプの駆動率を高めて同ポンプにおける燃料の吐出流量を多くしようとしたとき、それに合わせて効率よく燃料配管内の燃圧を上昇させることが可能になるプレッシャレギュレータを提供することにある。
本発明の一態様では、ポンプの駆動を通じて調整される燃料配管内の燃料圧力に基づく力がプレシャレギュレータの可動部に作用する。そして、プレッシャレギュレータの可動部が上記燃料圧力に基づく力によって変位すると、そのときの可動部の位置に応じて燃料配管内の燃料を燃料流路を介して逃がす際の燃料の流量が可変とされる。ここで、上記プレッシャレギュレータは、燃料配管内の燃料圧力の増大に基づき上記可動部が変位する際、その可動部と当接することが可能なストッパを備える。このストッパは、燃料配管内の燃料圧力の増大に基づく可動部の変位により、上記燃料流路の燃料流通面積を縮小させるものとなる。従って、燃料配管内の燃料圧力が高いとき、上記燃料流路の燃料流通面積が上述したように縮小されることで、燃料配管内の燃料が燃料流路を介して逃がされる際の同燃料の流量を少なくすることができる。言い換えれば、燃料配管内の燃料が燃料流路を介して逃がされにくくなる。このように燃料配管内の燃料が燃料流路を介して逃がされにくくなるため、燃料配管内の燃料圧力が高い状況下でポンプの駆動率を高めて同ポンプにおける燃料の吐出流量を多くしようとしたとき、それに合わせて効率よく燃料配管内の燃圧を上昇させることができる。
なお、上記プレッシャレギュレータにおいては、可動部の内部に上記燃料流路の一部となる通路を形成するとともに、その通路の下流にストッパを設けることが考えられる。この場合のストッパは、燃料配管内の燃料圧力の増大に基づく可動部の変位時に上記燃料流路における上記通路の下流部分の燃料流通面積を縮小させるものとなる。また、可動部の上記通路は、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞りを備えたものとすることが好ましい。このように可動部の上記通路に絞りを形成することで、燃料配管内の燃料が燃料流路を介して流れる際の燃料の流量が少なくなるため、ポンプの駆動率を高めたときに燃料配管内の燃料圧力が応答性よく上昇するようになる。
また、上記ストッパは、可動部の通路の下流に設けられて同通路の下流側の開口と向かい合う対向面を備えたものとすることが考えられる。この場合のストッパは、燃料配管内の燃料圧力の増大に基づいて可動部が変位する際、上記通路の下流側の開口と上記対向面との距離が短くなることで、燃料流路における上記通路の下流部分の燃料流通面積を縮小させるものとなる。これにより、可動部の上記変位時、燃料流路における上記通路の下流部分の燃料流通面積の縮小が的確に行われる。
以下、本発明を自動車用エンジンの燃料供給装置に設けられるプレッシャレギュレータに具体化した一実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。
図1に示されるエンジン1においては、吸気通路2を流れる空気とインジェクタ(燃料噴射弁)6から噴射される燃料との混合気が燃焼室3に充填され、この混合気の燃焼によりピストン13が往復移動してクランクシャフト14が回転する。一方、燃焼後の混合気は排気として排気通路15に送り出される。また、エンジン1は、上記インジェクタ6に対し燃料を供給する燃料供給装置7を備えている。この燃料供給装置7には、燃料タンク8内に蓄えられた燃料を汲み上げるフィードポンプ9と、そのフィードポンプ9によって汲み上げられた燃料をインジェクタ6に送るための燃料配管31と、その燃料配管31内の燃料圧力(燃圧)の過上昇を抑制するプレッシャレギュレータ32とが設けられている。
上記燃料供給装置7においては、燃料配管31内の燃圧が電子制御装置16によるフィードポンプ9の駆動制御を通じて調整される。この電子制御装置16には燃料配管31内の燃圧を検出する圧力センサ23が接続されている。そして、電子制御装置16は、圧力センサ23によって検出される燃圧がエンジン運転状態等によって設定される目標値となるようフィードポンプ9を駆動制御する。このフィードポンプ9の駆動制御として、具体的には、フィードポンプ9の駆動率の変更を通じて同ポンプ9における燃料の吐出流量を制御することが行われる。
次に、燃料供給装置7におけるプレッシャレギュレータ32の詳細な構造、及び、同プレッシャレギュレータ32の動作について、図2〜図4を参照して説明する。
図2に示すように、プレッシャレギュレータ32は、ケース33の内部を高圧室34と低圧室35とに区画するダイヤフラム36を備えている。ダイヤフラム36の中央には、そのダイヤフラム36の弾性変形を通じて変位可能な可動部としての弁体37が固定されている。弁体37には高圧室34と低圧室35とを連通するための通路37aが形成されている。
ケース33における高圧室34側の部分であって上記弁体37と対向する部分には、円筒体38がその外周面をケース33に圧入することで同ケース33に固定されている。円筒体38におけるケース33の外側に位置する端部は、燃料配管31と連通する導入口38aとなっている。上記円筒体38におけるケース33の内側に位置する部分には、円筒体38の径方向に延びる孔38bが形成されている。この孔38bにより円筒体38の内側と高圧室34とが連通している。このため、燃料配管31内の燃料の一部は、円筒体38の導入口38a及び孔38bを介して高圧室34に導入される。
円筒体38におけるケース33の内側に位置する端部は、弁体37と当接する弁座39により閉塞された状態となっている。上記弁体37は、低圧室35内に設けられたコイルスプリング40の付勢力及び上記ダイヤフラム36の弾性力により、弁座39に押し付けられている。弁体37が弁座39に当接した状態では、高圧室34内の燃料が弁体37の通路37aに流れ込むことは禁止される。この弁体37には高圧室34内の燃圧(燃料配管31内の燃圧)に基づく力が作用する。弁体37に作用する上記燃圧に基づく力がコイルスプリング40の付勢力とダイヤフラム36の弾性力との合計値よりも大きくなると、例えば図3に示すように弁体37が上記燃圧に基づく力により低圧室35側に変位して弁座39から離間する。このときには高圧室34内の燃料が弁体37の通路37aに流れ込むことが許容される。その結果、高圧室34内の燃料が上記通路37aを通じて低圧室35に流れ込むようになる。なお、弁体37の通路37aには、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞り30が形成されている。
ケース33における低圧室35側の部分であって上記弁体37と対向する部分には、円筒状のストッパ41がその外周面をケース33に圧入することで同ケース33に固定されている。ストッパ41におけるケース33の外側に位置する端部は、燃料タンク8(図1)と連通する導出口41aとなっている。上記ストッパ41におけるケース33の内側に位置する部分には、ストッパ41の径方向に延びる孔41bが形成されている。この孔41bによりストッパ41の内側と低圧室35とが連通している。このため、低圧室35内の燃料は、ストッパ41の孔41b及び導出口41aを介して燃料タンク8に戻される。円筒体38におけるケース33の内側に位置する端部は閉塞された状態となっている。この端部には弁体37における通路37aの下流側の開口と向かい合う対向面42が形成されている。弁体37が高圧室34内の燃圧に基づく力によって例えば図3に示すように変位すると、そのときの弁体37と対向面42との間の距離が変化する。
そして、高圧室34内の燃圧に基づく力により、弁体37が円筒体38の弁座39から離れる方向に変位してゆき、弁体37とストッパ41の対向面42との間の距離が「0」になると、その弁体37が図4に示すように対向面42に当接する。このように弁体37が対向面42に当接した状態にあっては、弁体37の通路37aから低圧室35への燃料の流通が禁止される。また、高圧室34内の燃圧の増大に基づき弁体37が弁座39から離れて対向面42に当接するまでの過程(図3)では、燃料配管31内の燃料の一部が、円筒体38の導入口38a及び孔38b、高圧室34、弁体37の通路37a、低圧室35、並びに、ストッパ41の孔41b及び導出口41aを通じて、燃料タンク8に戻される。従って、プレッシャレギュレータ32における導入口38a、孔38b、高圧室34、通路37a、低圧室35、孔41b、及び導出口41a等々は、燃料配管31内の燃料を燃料タンク8に戻す(逃がす)ための燃料流路として機能する。
次に、プレッシャレギュレータ32における上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻される燃料の流量について説明する。
プレッシャレギュレータ32の弁体37が図2に示す位置にあるとき、燃料配管31内の燃圧、すなわち高圧室34内の燃圧が上昇してゆくと、同燃圧に基づく力によって弁体37が図3、図4に示す位置へと順に変位してゆく。そして、このように変位する弁体37の位置に応じて、燃料配管31内の燃料をプレッシャレギュレータ32の上記燃料流路を介して逃がす際の燃料の流量、言い換えれば燃料配管31から上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量が可変とされる。
図5は、燃料配管31内の燃圧と上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量との関係を示している。同図に示されるように、燃料配管31内の燃圧が値P1以上になると、上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量が徐々に増加してゆく。そして、燃料配管31内の燃圧が値P1よりも高い値P2まで上昇すると、上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量が最大値となる。その後、燃料配管31内の燃圧が値P2以上になると、上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量が徐々に低下してゆく。そして、燃料配管31内の燃圧が値P2よりも高い値P3以上になると、上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量が「0」とされるようになる。
燃料配管31内の燃圧が値P1から値P2に至る過程では、プレッシャレギュレータ32の弁体37が弁座39に当接する位置(図2)から同弁座39とストッパ41(対向面42)との中間位置(図3)に変位する。この場合、弁体37の上記変位によりプレッシャレギュレータ32の上記燃料流路における通路37aの上流部分の燃料流通面積が徐々に増加してゆき、それによって上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量が徐々に増加してゆく。また、燃料配管31内の燃圧が値P2から値P3に至る過程では、プレッシャレギュレータ32の弁体37が弁座39とストッパ41(対向面42)の中間位置(図3)から対向面42に当接する位置(図4)に変位する。この場合、弁体37の上記変位によりプレッシャレギュレータ32の上記燃料流路における通路37aの下流部分の燃料流通面積が徐々に縮小してゆき、それによって上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量が「0」に至るまで徐々に減少してゆく。
従って、燃料配管31内の燃圧が高いとき、詳しくは同燃圧が図5の値P2以上のとき、上述したようにプレッシャレギュレータ32における上記燃料流路の燃料流通面積が縮小されることで、燃料配管31から上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻される燃料の流量を少なくすることができる。言い換えれば、燃料配管31内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされる際の同燃料の流量を少なくすることができるようになる。その結果、燃料配管31内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされにくくなる。このように燃料配管31内の燃料がプレッシャレギュレータ32の上記燃料流路を介して逃がされにくくなるため、燃料配管31内の燃圧が高い状況下でフィードポンプ9の駆動率を高めて同ポンプ9における燃料の吐出流量を多くしようとしたとき、それに合わせて効率よく燃料配管31内の燃圧を上昇させることができる。
また、プレッシャレギュレータ32における弁体37の上記通路37aには、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞り30が形成されている。仮に、弁体37の通路37aに上記絞り30を形成しないとすると、フィードポンプ9の駆動率を高めていったとき、燃料配管31からプレッシャレギュレータ32の上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量と燃料配管31内の燃圧との関係が図6に破線で示す状態になる。この場合、燃料配管31内の燃料がプレッシャレギュレータ32の上記燃料流路を介して流れる際の燃料の流量が多くなるため、フィードポンプ9の駆動率を高めても燃料配管31内の燃圧が応答性よく上昇しない。これに対し、弁体37の通路37aに上記絞り30を形成すると、フィードポンプ9の駆動率を高めていったとき、燃料配管31からプレッシャレギュレータ32の上記燃料流路を介して燃料タンク8に戻る燃料の流量と燃料配管31内の燃圧との関係が図6に実線で示す状態になる。この場合、燃料配管31内の燃料がプレッシャレギュレータ32の上記燃料流路を介して流れる際の燃料の流量が少なくなるため、フィードポンプ9の駆動率を高めたときに燃料配管31内の燃圧が応答性よく上昇するようになる。
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)プレッシャレギュレータ32には、燃料配管31内の燃圧の増大に基づき弁体37が変位する際、その弁体37と当接することが可能なストッパ41が設けられている。このストッパ41は、燃料配管31内の燃圧の増大に基づく弁体37の変位により、プレッシャレギュレータ32における上記燃料流路の燃料流通面積を縮小させるものとされる。従って、燃料配管31内の燃圧が高いとき、上記燃料流路の燃料流通面積が上述したように縮小されることで、燃料配管31内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされる際の燃料の流量を少なくすることができる。言い換えれば、燃料配管31内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされにくくなる。このように燃料配管31内の燃料が上記燃料流路を介して逃がされにくくなるため、燃料配管31内の燃圧が高い状況下でフィードポンプ9の駆動率を高めて同ポンプ9における燃料の吐出流量を多くしようとしたとき、それに合わせて効率よく燃料配管31内の燃圧を上昇させることができる。従って、燃料配管31内の燃圧が高い状況下でフィードポンプ9の駆動により同燃圧を上昇させようとする際、同ポンプ9でのエネルギ消費が大きくなることを抑制することができる。また、燃料配管31内の燃圧が高い状況下で同燃圧を上昇させることを目的に、フィードポンプ9の吐出流量を多くすべく同ポンプ9を大型化する必要もなくなる。
(2)プレッシャレギュレータ32の弁体37の内部には上記燃料流路の一部となる通路37aが形成されており、その通路37aの下流に上記ストッパ41が設けられている。そして、弁体37の上記通路37aには、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞り30が形成されている。このように弁体37の上記通路37aに絞り30を形成することで、燃料配管31内の燃料が上記燃料流路を介して流れる際の同燃料の流量が少なくなるため、フィードポンプ9の駆動率を高めたときに燃料配管31内の燃圧が応答性よく上昇するようになる。
(3)ストッパ41は、弁体37の通路37aの下流に設けられて同通路37aの下流側の開口と向かい合う対向面42を備えたものとされる。このストッパ41は、燃料配管31内の燃圧の増大に基づいて弁体37が変位する際、上記通路37aの下流側の開口と上記対向面42との距離が短くなることで、プレッシャレギュレータ32の上記燃料流路における上記通路37aの下流部分の燃料流通面積を縮小させるものとなる。これにより、弁体37の上記変位時、上記燃料流路における上記通路37aの下流部分の燃料流通面積の縮小が的確に行われる。
(4)プレッシャレギュレータ32の円筒体38及びストッパ41は、ケース33に対し圧入することで固定されている。このため、円筒体38やストッパ41のケース33に対する圧入量(圧入位置)を調節することで、弁体37の変位方向についての円筒体38の弁座39の位置やストッパ41の対向面42の位置を調節することができる。そして、上記弁座39の位置調節を通じて、弁体37が弁座39から離れるときの燃料配管31内の燃圧の値P1(図5)を定めることができる。また、上記対向面42の位置調節を通じて、弁体37が対向面42に当接するときの燃料配管31内の燃圧の値P3(図5)を定めることができる。
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・弁体37の通路37aに必ずしも絞り30を形成する必要はない。
・自動車用エンジン1以外の燃料供給装置に設けられるプレッシャレギュレータに本発明を適用してもよい。
1…エンジン、2…吸気通路、3…燃焼室、6…インジェクタ、7…燃料供給装置、8…燃料タンク、9…フィードポンプ、13…ピストン、14…クランクシャフト、15…排気通路、16…電子制御装置、23…圧力センサ、30…絞り、31…燃料配管、32…プレッシャレギュレータ、33…ケース、34…高圧室、35…低圧室、36…ダイヤフラム、37…弁体、37a…通路、38…円筒体、38a…導入口、38b…孔、39…弁座、40…コイルスプリング、41…ストッパ、41a…導出口、41b…孔、42…対向面。
Claims (3)
- ポンプの駆動を通じて調整される燃料配管内の燃料圧力に基づく力によって変位する可動部を備え、その可動部の位置に応じて前記燃料配管内の燃料を燃料流路を介して逃がす際の燃料の流量を可変とするプレッシャレギュレータにおいて、
前記燃料圧力の増大に基づき前記可動部が変位する際に同可動部と当接することが可能なストッパを備え、
前記ストッパは、前記燃料圧力の増大に基づく前記可動部の変位により、前記燃料流路の燃料流通面積を縮小させる
ことを特徴とするプレッシャレギュレータ。 - 前記可動部の内部には、前記燃料流路の一部となる通路が形成されており、
前記ストッパは、前記通路の下流に設けられており、前記燃料圧力の増大に基づく前記可動部の変位時に前記燃料流路における前記通路の下流部分の燃料流通面積を縮小させるものであり、
前記可動部の前記通路は、そこを通過する燃料の流通面積を縮小するための絞りを備えている
請求項1記載のプレッシャレギュレータ。 - 前記可動部の内部には、前記燃料流路の一部となる通路が形成されており、
前記ストッパは、前記通路の下流に設けられて前記通路の下流側の開口と向かい合う対向面を備えており、前記燃料圧力の増大に基づいて前記可動部が変位する際、前記通路の下流側の開口と前記対向面との距離が短くなることで、前記燃料流路における前記通路の下流部分の燃料流通面積を縮小させる
請求項1記載のプレッシャレギュレータ。
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