JP5584313B2 - タンクから内燃機関へと燃料を供給するシステム - Google Patents

Description

本発明は、タンクから内燃機関へと燃料を供給するシステムに関する。

具体的に言えば、本発明は、タンクからディーゼル燃焼機関に燃料を供給するシステムに関し、以下の記載が言及する適用は単に例示的なものであり、これにより一般性は失われない。

公知のように、ディーゼル燃料をディーゼル燃焼機関に供給するシステムは通常、
低圧ポンプ又はプレフィードポンプと、
高圧ピストンポンプと、
燃料タンクをプレフィードポンプへと接続するよう構成された第１の支管と、プレフィードポンプを高圧ピストンポンプへと接続するよう構成された第２の支管と、高圧ピストンポンプを内燃機関へと接続するよう構成された第３の支管と、を備える油圧巡回路と、
を備える。

具体的に言えば、ディーゼル内燃機関の場合、油圧巡回路の第３の支管は、一般に「コモンレール」（“ｃｏｍｍｏｎ ｒａｉｌ”）として知られる燃料分配マニホルドに、高圧ピストンポンプの吐出し側（ｄｅｌｉｖｅｒｙ）を接続することが可能であり、燃料分配マニホルドは、命令に応じて内燃機関の様々な燃焼室内にディーゼル燃料を噴霧状にして散布するよう構成された噴射装置に枝分かれする。

プレフィードポンプは、定量型の電気ポンプ（ｃｏｎｓｔａｎｔ−ｆｌｏｗ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｕｍｐ）であるため、燃料供給システムは、油圧巡回路の第２の支管に沿って並行に配置された、電気的に作動されるシャッタ弁と機械的な過圧弁をさらに備える。

具体的に言えば、油圧巡回路の支管のうちの第２の支管は、プレフィードポンプの吐出し側の下流で、高圧ピストンポンプに互いに別々に到達する２つの異なる流路に分岐する。電気的に作動されるシャッタ弁は、高圧ピストンポンプの吸引口と直接連絡する流路沿いに配置され、一方、過圧弁は、ピストン運動機構を収容する高圧ピストンポンプの室部と連絡する流路沿いに接続される。

シャッタ弁は、高圧ピストンポンプの吸引スロート部へと時間を追って流れるディーゼル燃料の流量を連続的に調整することが可能であり、かつ、内燃機関の瞬間要求量に略等しいディーゼル燃料量が、刻一刻と、高圧ピストンポンプの吸入口へと流されるように電子制御ユニットにより制御され（ｐｉｌｏｔ）、一方、過圧弁は、ピストン運動機構を収容する高圧ピストンポンプの室部へと余分なディーゼル燃料を自動的に迂回させながら、シャッタ弁の上流のディーゼル燃料の圧力を安定させ、従って、ディーゼル燃料は、内部に収容された機械部材を潤滑し冷やすことが出来る。

近年では、車両のエンジン室に収容されるよう定められた燃料供給システムの構成要素を、より軽量かつコンパクトに製造するという必要性によって、この種の燃料システムの主要な製造業者は、シャッタ弁及び過圧弁を収容する座部と共に、高圧ピストンポンプのケーシング内部に直接的に、油圧巡回路の第２の支管の２つの流路を構成するに至った。

残念なことに、この必要性により、高圧ピストンポンプの組立が遥かに複雑になり、結果的に、容積がより大きいディーゼル燃料供給システムに関する製造コストが増大した。

本発明の目的は、現行システムよりコンパクトで軽量であり製造がより安価な、タンクからディーゼル燃焼機関へとディーゼル燃料を供給するシステムを実現することである。

この目的に従って、本発明によれば、タンクから内燃機関へと燃料を供給するシステムであって、上記システムは、
−電気的に作動されるプレフィード・変流量ポンプと、
−ポンプケーシング、及び、ポンプケーシング内に収容されたピストン運動機構を有する高圧ピストンポンプと、
−タンクをプレフィードポンプに接続するための第１の支管と、プレフィードポンプを高圧ピストンポンプへと接続するための第２の支管と、高圧ピストンポンプを内燃機関へと接続するための第３の支管と、を備える油圧巡回路であって、油圧巡回路の第２の支管はプレフィードポンプの下流で、燃料の一部を高圧ピストンポンプの吸引口へと搬送しプレフィードポンプを直接的に高圧ピストンポンプの吸引口へと接続するよう構成された第１の流路と、少なくとも１つの調整孔を通じて燃料流量を流れさせながら、燃料の一部をケーシング内に搬送しプレフィードポンプをケーシングへと接続するよう構成された第２の流路と、に分岐するよう構成される、油圧巡回路と、
を備える、タンクから内燃機関へと燃料を供給するシステムが提供される。このようにして、燃料供給システムは、油圧巡回路の第２の支管上にもはや、電気的に制御されるシャッタ弁と、機械的な過圧弁と、を必要とせず、結果的に、システムの容積及び製造コストが大幅に縮小される。高圧ピストンポンプの内部に調整孔を作成することは、実際には、ポンプケーシングに機械的な過圧弁又は潤滑弁を挿入するよりも遥かに容易である。

本発明の更なる特徴及び効果は、非限定的な実施形態を示す添付の図面を参照する以下の記載から明らかとなろう。
本発明の原則に従って具現されたタンクから内燃機関へと燃料を供給するシステムの概略図であり、一部が分かり易さのために削除されている。 図１に示されたシステムの詳細の側面図であり、一部が断面図で示され一部が分かり易さのために削除されている。 図１に示されたシステムの２つの実施形態のうちの１つの側面図であり、一部が断面図で示され一部が分かり易さのために削除されている。 図１に示されたシステムの２つの実施形態のうちの他の１つの側面図であり、一部が断面図で示され一部が分かり易さのために削除されている。

図１に関して、参照番号１は全て、タンク２から公知の種類の内燃機関３へと燃料、この場合はディーゼル燃料を供給するシステムを示している。

具体的に言えば、内燃機関３は、一般には「コモンレール」として知られる燃料分配マニホルド４であって、好適に１８００バールよりも大きい（しかし必ずしもそうとは限らない）圧力で燃焼を保つよう構成された上記燃料分配マニホルド４と、電気的に作動される複数の噴射装置５であって、マニホルド４に直接接続され、かつ、命令に応じて、内燃機関の様々な燃焼室（図示せず）内に燃料を噴霧化して散布することが可能な上記噴射装置５と、を備えたディーゼル内燃機関である。

図１に関して、燃料供給システム１は基本的に、燃料ポンプアセンブリ６と、燃料ポンプアセンブリ６をタンク２と内燃機関３との双方に接続することが可能な油圧巡回路７と、制御ユニット８、即ち、刻一刻と内燃機関３の燃料必要量を決定し、かつ、燃料分配マニホルド４に内燃機関３の瞬間必要量に略等しい燃料量が供給されるように、燃料供給システム１の一定の構成要素を制御するよう構成された電子制御ユニットと、を備える。

具体的に言えば、燃料ポンプアセンブリ６は、油圧巡回路７沿いに直列に配置された低圧又はプレフィードポンプ９及び高圧ピストンポンプ１０を備え、一方、油圧巡回路７は、タンク２をプレフィードポンプ９に接続することが可能な第１の支管１１と、プレフィードポンプ９を高圧ピストンポンプ１０に接続することが可能な第２の支管１２と、高圧ピストンポンプ１０を内燃機関３の燃料分配マニホルド４に接続することが可能な第３の支管１３と、を備える。

好適に、油圧巡回路７は、プレフィードポンプ９の上流の（又は、図示されない実施形態では、プレフィードポンプ９の下流の）接続支管１１上に配置された少なくとも１つの燃料フィルタ１４も具備するが、必ずしもそうとは限らない。

図１に関して、特に、プレフィードポンプ９は変流量型の電気ポンプであり、刻一刻と内燃機関３の瞬間燃料必要量に余剰分を含めた（ｂｙ ｅｘｃｅｓｓ）近似する燃料量を、タンク２から吸引し高圧ピストンポンプ１０に搬送するよう、燃料供給システムの電子制御ユニット８により直接的に制御されることに適しており、一方、高圧ピストンポンプ１０は、ピストン運動機構１７を収容するよう定められた閉じられた室部１６を画定する外部ケーシング又はポンプケーシング１５を具備する。代替的に、プレフィードポンプ９は、電気的に制御可能な羽根ポンプ、又は、例えば電気的に予備制御される（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｒｅｃｏｎｔｒｏｌ）内接若しくは外接歯車ポンプであってもよい。

具体的に言えば、図１に関して、高圧ピストンポンプ１０は、複数の（示される例では３つの）ピストン１８が備えられ、複数のピストン１８は、室部１６の周辺に角度的に分散して配置され、それぞれが、室部１６内部の終端となる各円筒形状の空洞１８ａ内に、軸方向に摺動自在で液体密封された（ｆｌｕｉｄ−ｔｉｇｈｔ）形で挿入されている。

ピストン運動機構１７は、代わりに、内燃機関３のエンジン駆動軸（図示せず）により回転駆動されることに適した回転軸１９を備え、かつ、ポンプケーシング１５の室部１６内を動ける偏心部１９ａと、多角形リング２０であって、軸１９の偏心部１９ａ上に回転自在な形でフィット（ｆｉｔ）されているため、軸１９が縦軸Ｌの周りを回転する場合にポンプケーシング１５の室部１６内で軌道を描いて回ることが可能な上記多角形リング２０と、を具備する。代替的に、本発明は、多角形リングが駆動する代わりにローラが駆動する高圧ピストンポンプのために適用される。

各ピストン１８について、高圧ピストンポンプ１０はさらに、各リターン・コイルばね（ｒｅｔｕｒｎ ｃｏｉｌ ｓｐｒｉｎｇ）（図示せず）であって、ポンプケーシング１５の室部１６内での多角形リング２０の回転・並進（ｒｏｔａｒｙ−ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ）運動の間中ずっと、円筒形状の空洞１８ａ内を往復する直線運動（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｉｏｎ）によりピストン１８が動かされるように、多角形リング２０の外面に常に接触するピストン１８の下部を保持するよう設計された上記リターン・コイルばねも備える。

最後に、図１に関して、各円筒形状の空洞１８ａについて、高圧ピストンポンプ１０は、少なくとも１つの供給弁２１と、少なくとも１つの吐出し弁２２と、を備え、選択的に、円筒形状の空洞１８ａを、油圧巡回路１７の支管１２と支管１３とにそれぞれ連絡させて配置することが可能である。具体的に言えば、供給弁２１は、油圧巡回路７の支管１２から高圧ピストンポンプ１０の円筒形状の空洞１８ａへの燃料の通過を調整するように構成された逆止め弁であり、一方、吐出し弁２２は、高圧ピストンポンプ１０の円筒形状の空洞１８ａから油圧巡回路７の支管１３への燃料の通過を調整するよう構成された逆止め弁である。

示される例では、供給弁２１及び吐出し弁２２は、ポンプケーシング１５に組み込まれており、その分野では広く知られているため以下では更に述べない。

図１及び図２に関して、高圧ピストンポンプ１０の軸１９は、代わりに、ピストン運動機構１７を収容する室部１６を通って延び、かつ、ポンプケーシング１５の内部を軸方向に回転するように取り付けられ、室部１６の反対側に位置する側方の特別な支持軸受２３、この場合ブッシュ２３が間に配置されている。さらに、軸１９の２つの末端のうちの一方が、ポンプケーシング１５の外側へと突出しており、従って、内燃機関３のエンジン駆動軸（図示せず）に接続されうる。

図２に関して、ポンプケーシング１５の外へ燃料が漏れることを防止するために、好適に、高圧ピストンポンプ１０は、軸１９の突出部分、即ち、ポンプケーシング１５の外に突出した軸の部分を画定し支持するブッシュ２３の直ぐ下流に、回転軸１９上にフィットされた環状密封ガスケット２４を備えるが、必ずしもそうとは限らない。

換言すれば、環状密封ガスケット２４は、ポンプケーシング１５の内部の、ピストン運動機構１７の残りの部分を収容する室部１６の反対側の、軸１９の突出部分を支持するブッシュ２３の隣に位置する。

具体的に言えば、示される例では、ポンプケーシング１５は、フランジ付き支持ハブ１５ａを備え、このフランジ付き支持ハブ１５ａは、ポンプケーシング１５の室部１６を確定して密封するように、かつ、軸１９の突出部分及び場合によっては環状密封ガスケット２４を直接支持するブッシュ２３をその内部に収容するように構成される。

図１及び図２に関して、油圧巡回路７の支管１２は、プレフィードポンプ９の下流で、互いに別々に高圧ピストンポンプ１０に通じる２つの流路１２ａと１２ｂとに分かれるように構成される。流路１２ａは、プレフィードポンプ９の吐出し側から到着した燃料の一部を、高圧ピストンポンプ１０の吸引口へと搬送することが可能であり、一方、流路１２ｂは、ピストン運動機構１７を潤滑し冷却するために、燃料の一部を室部１６へ搬送する。

油圧巡回路７はさらに、室部１６をタンク２へと接続しピストン運動機構１７を潤滑及び／又は冷却するために利用された燃料をタンク２に戻すよう排出するための、第４の接続支管２５も備える。

任意に、油圧巡回路７は、支管２５沿いに配置された調整孔２６又は逆戻り弁を具備しうる。

しかしながら、現在公知の燃料供給システムとは異なり、支管１２の流路１２ａは、プレフィードポンプ９の吐出し側を、高圧ピストンポンプ１０の吸引口に直接的に（即ち、流量制御弁を途中に配置することなく）接続するように構成され、一方、支管１２の流路１２ｂは、圧力を下げポンプケーシング１５の室部１６への最大燃料流量を制限する機能を有する少なくとも１つの調整孔２７を通じて燃料を流れさせながら、プレフィードポンプ９の吐出し側を、ピストン運動機構１７を収容する室部１６に接続するように構成される。

換言すれば、プレフィードポンプ９の吐出し側は、圧力を下げポンプケーシング１５の室部１６への最大燃料流量を制限する機能を有する１つ以上の（示される例では１つの）の調整孔２７によって、ピストン運動機構１７を収容する室部１６から分離される。

具体的に言えば、図２に関して、示される例では、室部１６の近傍のフランジ付きハブ１５ａの外表面上に直接的に得られた外環状流路２８を用いて、高圧ピストンポンプ１０の（複数の）供給弁２１は一緒に繋がって油圧巡回路７の支管１２に接続される。環状流路２８は、好適に、軸１９及びハブ１５ａの縦軸Ｌと同軸であり、ハブ１５ａの中心に軸１９の縦軸Ｌと同軸に配置されたブッシュ２３の周りを周回するが、必ずしもそうとは限らない。

フランジ付きハブ１５ａはさらに、１つ以上の縦方向貫通流路２９も具備し、この１つ以上の縦方向貫通流路２９は、環状密封ガスケット２４を収容する座部３０がピストン運動機構１７を収容するポンプケーシング１５の室部１６と直接的に連絡し、双方の側でブッシュ２３を潤滑及び／又は冷却するように、ハブ胴体内の外環状流路２８と下層のブッシュ２３との間に、軸１９及びハブ１５ａの縦軸Ｌと並行に延びている。流路１２ｂは、環状流路２８の底部から縦方向貫通流路２９へと半径方向にフランジ付きハブ１５ａの胴体内を延びる好適に様々な直径の（しかし必ずしもそうとは限らない）直線的（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ）貫通孔により定義される（ｄｅｆｉｎｅ）。

このようにして、環状流路２８を満たす燃料は、直線的貫通孔１２ｂを通って、縦方向貫通流路２９に達するまで流れ出ることが可能であり、この縦方向貫通流路２９から、ピストン運動機構１７を収容する室部１６、及び／又は、環状密封ガスケット２４を収容する座部３０に続いている。

最小直径を有する直線的貫通孔の区間は、圧力を下げポンプケーシング１５の室部１６への最大燃料流量を制限する機能を有する調整孔２７を定義する。

図３に関して、直線的貫通孔１２ｂと直接連絡する縦方向貫通流路２９の２つの末端の一方に対応して、フランジ付きハブ１５ａは、上記貫通孔と直接接続された縦方向貫通流路２９の２つの末端の一方に、流密シール（ｆｌｕｉｄ−ｔｉｇｈｔ ｓｅａｌ）を形成するプラグ胴体３１を備えることが可能である。このようにして、直線的貫通孔を通って排出する燃料は全て強制的に、縦方向貫通流路２９の一方の末端のみから流れ出るようにされる。

ポンプケーシング１５の室部１６上に与えられた縦方向貫通流路２９の末端にプラグ胴体３１を配置することによって（図３参照）、ブッシュ２３及び環状密封ガスケット２４の潤滑及び／又は冷却を支援することが可能である。代替的に、環状密封ガスケット２４を収容する座部３０上に与えられた縦方向貫通流路２９の末端にプラグ胴体３１を配置することによって、ポンプケーシング１５の室部１６内に収容されたピストン運動機構１７の潤滑及び／又は冷却を支援することが可能である。

燃料供給システム１の駆動は、先の記載から容易に推測されるため、更なる説明は必要ではない。但し、内燃機関３の瞬間燃料必要量に基づきポンプの流量が調整されるように、電子制御ユニット８が、内燃機関３の駆動に関連する或る物理量を測定する一連のセンサから到着する信号に基づいて、変流量型プレフィードポンプ９を制御するように構成されることが明らかにされる。

具体的に言えば、内燃機関３の瞬間燃料必要量を満たすために、及び、ピストン運動機構１７を潤滑及び／又は冷却するために必要とされる燃料量が常に高圧ピストンポンプ１０に送られるように、電子制御ユニット８は、刻一刻と、プレフィードポンプ９の流量を調整するよう構成される。

燃料供給システム１の構造から得られる効果は多い。

まず、シャッタ弁及び過圧弁及び／又は潤滑弁が、油圧巡回路７の支管１２から無くなることにより、システムの製造コストの大幅な削減が可能となる。調整孔２７は、実際には、高圧ピストンポンプ１０のポンプケーシング１５の内部に非常に容易に製造される。

更に、フランジ付きハブ１５ａの外表面上に存在する環状流路２８の底部に直接的に接して流路１２ｂ及び調整孔２７を作成することにより、フランジつきハブ１５ａの重量及び容積の著しい削減が可能となり、また、高圧ピストンポンプ１０の製造プロセスの大幅な簡素化と共に、これに掛かる製造コストの削減が可能となる。

最後に、燃料供給システム１の変更及び変形が本発明の範囲を逸脱することなく行われることが明らかである。

例えば、図４に関して、フランジ付きハブ１５ａ内に縦方向貫通流路２９が存在するか否かに関わらず、流路１２ｂは、環状流路２８の底部からピストン運動機構１７を収容する室部１６へと延びる、斜めに横断する（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ）直線的貫通孔１２ｂで構成されうる。この場合には、最小直径を有する直線的貫通孔１２ｂの部分が、調整孔２７を形成する。

更に、上記の全ての実施形態において、調整孔２７はブッシュ内に作られてもよく、又は、直線的貫通孔の一区間に沿って配置されてネジで挿入されてもよい。

Claims (6)

1. タンク（２）から内燃機関（３）へと燃料を供給するシステム（１）であって、
   前記システムは、
   −電気的に作動されるプレフィードポンプ（９）と、
   −ポンプケーシング（１５）、及び、前記ポンプケーシング（１５）内に収容されたピストン運動機構（１７）を有する高圧ピストンポンプ（１０）と、
   −前記タンク（２）を前記プレフィードポンプ（９）に接続するための第１の支管（１１）と、前記プレフィードポンプ（９）を前記高圧ピストンポンプ（１０）へと接続するための第２の支管（１２）と、前記高圧ピストンポンプ（１０）を前記内燃機関（３）へと接続するための第３の支管（１３）と、を備える油圧巡回路（７）であって、前記油圧巡回路（７）の前記第２の支管は前記プレフィードポンプ（９）の下流で、前記燃料の一部を高圧ピストンポンプ（１０）の吸引口へと搬送し前記プレフィードポンプ（９）を前記高圧ピストンポンプ（１０）の吸引口へと直接接続するよう構成された第１の流路（１２ａ）と、少なくとも１つの調整孔（２７）を通じて前記燃料の一部を流れさせながら、前記燃料の一部を前記ケーシング（１５）内に搬送し前記プレフィードポンプ（９）を前記ケーシング（１５）へと接続するよう構成された第２の流路（１２ｂ）と、に分岐するよう構成される、前記油圧巡回路（７）と、
   前記プレフィードポンプ（９）を制御し、前記プレフィードポンプ（９）の流量を、前記内燃機関（３）の瞬間燃料必要量に応じて調整するよう構成された制御ユニット（８）と、
   を備え、
   前記ピストン運動機構（１７）は、前記ケーシング（１５）の室部（１６）内で軸中心に回転するように取り付けられた前記ケーシング（１５）を貫く回転軸（１９）を備え、前記ケーシング（１５）は、前記ケーシング（１５）の前記室部（１６）を画定し密封するよう構成された支持ハブ（１５ａ）であって、高圧ピストンポンプ（１０）の供給弁（２１）を互いに連絡し及び前記油圧巡回路（７）の前記第２の支管（１２）と連絡して配置するのに適した外環状流路（２８）を具備する上記支持ハブ（１５ａ）を含み、前記油圧巡回路（７）の前記第２の支管（１２）の第２の流路（１２ｂ）は、前記支持ハブ（１５ａ）の胴体内の、前記外環状流路（２８）と前記室部（１６）との間に延びる貫通孔により定義され、前記貫通孔の一区間は、前記少なくとも１つの調整孔（２７）を形成する、タンク（２）から内燃機関（３）へと燃料を供給するシステム（１）。
2. 前記支持ハブ（１５ａ）は、支持軸受（２３）の横側に、環状密封ガスケット（２４）を収容する座部（３０）を具備し、かつ、前記環状密封ガスケット（２４）を収容する前記座部（３０）が前記室部（１６）と直接連絡されるように、前記支持ハブ（１５ａ）の胴体内の前記外環状流路（２８）と下層の前記支持軸受（２３）との間に延びる１つ以上の接続貫通流路（２９）を具備し、前記第２の支管（１２）の前記第２の流路（１２ｂ）は、前記外環状流路（２８）内から前記接続貫通流路（２９）へと延びる、請求項１に記載の燃料供給システム。
3. 前記支持ハブ（１５ａ）は、前記接続貫通流路（２９）の２つの末端のうちの一方に、流密シールを形成するプラグ胴体（３１）を備える、請求項２に記載の燃料供給システム。
4. 前記第２の支管（１２）の前記第２の流路（１２ｂ）を形成する前記貫通孔は直線的である、請求項１、２、又は３に記載の燃料供給システム。
5. 前記油圧巡回路（７）は、前記ケーシング（１５）を前記タンク（２）へと接続する第４の支管（２５）を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料供給システム。
6. 前記油圧巡回路（７）は、前記油圧巡回路（７）の前記第４の支管（２５）沿いにチョーク手段（２６）を備える、請求項５に記載の燃料供給システム。

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