JP6094732B2 - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）に燃料タンクの燃料を供給する燃料供給装置に関する。

従来、例えば、ディーゼルエンジン等の燃料供給装置として、燃料タンクから供給パイプを介して燃料噴射装置に燃料を供給すると共に、余剰燃料（リターン燃料）を、リターンパイプを介して燃料タンクに戻すように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このような構成の燃料供給装置においては、リターン燃料の温度が比較的高いと、出力の低下や、部品が消耗しやすくなるといった問題が生じる虞がある。このため、リターンパイプにクーラー等の冷却手段を設け、リターン燃料を冷却後に燃料タンクに戻すようにしたものもある。一方、リターン燃料の温度が低すぎると、リターン燃料（軽油）のワックス成分が析出（凍結）してしまい、エンジンに所望量の燃料を供給できなくなるという問題が生じる虞がある。このため、例えば、供給パイプに設けられる燃料フィルターにヒーター等の加熱手段を設けるようにしたものもある。

上述のようにクーラーやヒーターを設けることで、例えば、出力低下やエンストといった作動不良等の発生を抑制することはできる。しかしながら、装置が大型化すると共にコストが高くなってしまうという問題がある。

また特許文献１に記載の装置では、リターン燃料が設定温度以下の場合に燃料インレットパイプ（供給管）の近傍に燃料を戻し、設定温度以上の場合には燃料インレットパイプから離間した位置に燃料を戻すようにすることで、燃料インレットパイプの燃料凍結を防止している。

実開平５−２７２６６号公報

特許文献１に記載の装置では、比較的簡単な構成で、燃料タンク内の燃料の温度が極端に低下或いは上昇することを抑制することができる。したがって、コストの上昇を抑制しつつ、例えば、出力低下やエンストといった作動不良等の発生を抑制することはできるかもしれない。

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、燃料タンク外にサーモバルブを設けることで、上記構成を実現している。このため、特許文献１に記載の構成によっても、装置は比較的大型化してしまう。またサーモバルブが燃料タンク外に配置されているため、車両の衝突時等の破損対策を講じる必要性も生じ、コストが増加することも考えられる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コストの削減を図りつつ小型化を図ることができ、且つエンジンの作動不良等を抑制することができるエンジンの燃料供給装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、燃料タンクからエンジンの燃料噴射装置に燃料を供給する供給管路と、前記燃料噴射装置における余剰燃料を前記燃料タンクへ戻すリターン管路と、前記リターン管路に繋がる第１の分岐流路及び第２の分岐流路を有すると共に前記余剰燃料の温度に応じて前記リターン管路と前記第１の分岐流路及び前記第２の分岐流路との接続を切り替える流路切替部材と、を具備し、前記流路切替部材は前記燃料タンク内部に設けられて、前記第１の分岐流路にサーモバルブを有すると共に、前記リターン管路が当該第１の分岐流路に向かって開口して設けられて、前記流路切替部材は、周壁部と、該周壁部が立設される底部と、前記底部から立設され前記周壁部と結合されて前記第１の分岐流路と前記第２の分岐流路とを分離する隔壁と、を有し、前記第１の分岐流路の前記底部に前記サーモバルブが配置されていることを特徴とするエンジンの燃料供給装置にある。

かかる第１の態様では、流路切替部材の構造を簡略化して小型化を図ることができる。これにより燃料タンクを大型化することなく流路切替部材を燃料タンク内に配置することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンの燃料供給装置において、前記燃料タン
クは、前記供給管路の一端側が配置されるリザーバカップを備え、前記第１の分岐流路が
前記余剰燃料を前記リザーバカップの内側に戻す流路であると共に、前記第２の分岐流路
が前記余剰燃料を前記リザーバカップの外側に戻す流路であり、且つ前記サーモバルブが
、前記余剰燃料が設定温度以下である場合に開弁するものであることを特徴とするエンジンの燃料供給装置にある。

かかる第２の態様では、余剰燃料が設定温度以下の場合には、サーモバルブが開弁してリザーバカップの内側に戻される。一方、余剰燃料が設定温度よりも高い場合には、サーモバルブが閉弁しリザーバカップの外側に戻される。

また、第１の分岐流路に向かって余剰燃料が供給されると、余剰燃料が、周壁部及び隔壁と、底部とで画成される窪み部に一時的に貯留される。これにより、第１の分岐流路の詰まりを抑制することができる。例えば、燃料の凍結により第１の分岐流路が詰まった場合でも、エンジンで暖められた燃料が窪み部に貯留されることで、燃料の凍結が早急に解消される。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンの燃料供給装置において、前記隔壁の高さは、前記周壁部の高さより低く当該周壁部の高さの１／２よりも高いことを特徴とするエンジンの燃料供給装置にある。

かかる第３の態様では、第１の分岐流路に向かって過剰に供給された燃料が、隔壁を超えて第２の分岐流路に流れ込み易くなる。

本発明の第４の態様は、第１から３の何れか一つの態様のエンジンの燃料供給装置において、前記隔壁は前記サーモバルブの開口に沿って立設され、前記第１の分岐流路側の前記底部は前記サーモバルブによって構成されることを特徴とするエンジンの燃料供給装置にある。

かかる第４の態様では、窪み部の容積が小さくなることで、比較的少量の余剰燃料が供給された場合でも、余剰燃料が窪み部に所定の深さで貯留される。したがって、上述した燃料の凍結等に起因する第１の分岐流路の詰まりを、より効果的に抑制することができる。

かかる本発明では、流路切替部材を燃料タンク内に配置することで、衝突時の安全性を向上することができる。また部品点数を減らしてコストの削減を図ることもできる。さらに、流路切替部材の構造が簡略化されることで、故障の発生を抑制でき、仮に故障が起こった場合でも対応が容易となる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの燃料供給装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る配管モジュールと流路切替部材との接続部分を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る流路切替部材の概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る流路切替部材の要部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る流路切替部材の変形例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る流路切替部材の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように本実施形態に係るエンジンの燃料供給装置１は、例えば、自動車等の車両に搭載されるエンジン１０に燃料タンク２０の燃料を供給するためのものである。なお本実施形態に係るエンジン１０は、ディーゼルエンジンであり、燃料供給装置１は、燃料としての軽油をエンジン１０に供給する。

燃料供給装置１は、エンジン１０と燃料タンク２０とを繋ぐ供給管（供給管路）３０と、リターン管（リターン管路）４０とを備える。供給管３０は、エンジン１０が備える燃料噴射装置１１に燃料タンク２０から燃料を供給するためのものである。この供給管３０は、後述する配管モジュール５０を介して燃料タンク２０内に配置された燃料ポンプ２１に接続されている。燃料ポンプ２１は、例えば、電動式のポンプであり、エンジン１０の始動と共に駆動されて、所定量の燃料を一定速度でエンジン１０に供給可能に構成されている。また供給管３０の途中には、燃料フィルター３１が介装されている。燃料フィルター３１は、燃料タンク２０から供給された燃料を濾過するためのものであり、本実施形態では、燃料タンク２０の外側で供給管３０に介装されている。

リターン管４０は、燃料噴射装置１１から燃料を噴射した後の余剰燃料（リターン燃料）を燃料タンク２０に戻すためのものである。リターン管４０は、供給管３０と同様に配管モジュール５０に接続され、リターン燃料はこの配管モジュール５０を介して燃料タンク２０内に戻される。またリターン管４０には、燃料クーラー４１が介装されており、リターン燃料は、この燃料クーラー４１で冷却された後に燃料タンク２０に戻される。

燃料タンク２０には、燃料タンク２０の容量に対して小容量のリザーバカップ２２が設けられている。燃料ポンプ２１は、このリザーバカップ２２内に設けられている。またリザーバカップ２２には、燃料の流入のみを許容する逆止弁２３が設けられている。これによりリザーバカップ２２内の燃料は、リザーバカップ２２の外側の燃料の高さと同一又はそれよりも高くなるようになっている。リザーバカップ２２は、車両の傾斜時等であってもエンジン１０に供給するための燃料を確保するために設けられている。すなわちリザーバカップ２２を設けることで、車両の姿勢によって燃料ポンプ２１が燃料の液面上に露出されてしまうのを抑制している。

また燃料タンク２０の上部には配管モジュール５０が、リザーバカップ２２に対向する位置に取り付けられている。配管モジュール５０には、供給管３０が接続される第１の連結流路５１と、リターン管４０が接続される第２の連結流路５２とが設けられている。第１の連結流路５１は、燃料タンク２０内で燃料ポンプ２１に接続されている。つまりリザーバカップ２２内で燃料ポンプ２１によって汲み上げられた燃料は、第１の連結流路５１及び供給管３０を介してエンジン１０に供給される。

一方、第２の連結流路５２は、後述する流路切替部材６０を介して燃料タンク２０のリザーバカップ２２の内側又は外側にそれぞれ繋がっている。すなわちリターン燃料は、リターン管４０から配管モジュール５０の第２の連結流路５２及び流路切替部材６０を介してリザーバカップ２２の内側又は外側に戻されるようになっている。

以下、流路切替部材６０の構成について説明する。
図２に示すように、流路切替部材６０は、配管モジュール５０に固定され、配管モジュール５０の第２の連結流路５２を介してリターン管４０に繋がる第１の分岐流路６１及び第２の分岐流路６２を有する。流路切替部材６０は、燃料タンク２０の内側から配管モジュール５０に設けられた凹部５３に装着されている。詳しくは後述するが、流路切替部材６０は、その先端面が配管モジュール５０に当接した状態で凹部５３内に固定されている。配管モジュール５０の第２の連結流路５２は、この凹部５３内に開口しており、凹部５３に装着された流路切替部材６０の第１及び第２の分岐流路６１，６２に繋がっている。

第１の分岐流路６１は、本実施形態では、略鉛直方向に、燃料タンク２０の底部に設けられたリザーバカップ２２に向かって延設されている。すなわち第１の分岐流路６１は、第１の分岐流路６１の先端部から流出するリターン燃料がリザーバカップ２２の内側に導入されるように設けられている。

第２の分岐流路６２は、本実施形態では、略鉛直方向に延設される鉛直部６２ａと略水平方向に延設される水平部６２ｂとを備え、水平部６２ｂがリザーバカップ２２の外側まで延設されている。すなわち第２の分岐流路６２は、第２の分岐流路６２の先端部から流出するリターン燃料がリザーバカップ２２の外側に導入されるように設けられている。

また第１の分岐流路６１内には、リターン燃料が設定温度以下である場合に開弁するサーモバルブ６３が設けられている。なおサーモバルブ６３の構成は特に限定されず、既存のものを採用すればよいため、ここでの説明は省略する。そして配管モジュール５０の第２の連結流路５２は、サーモバルブ６３が設けられた第１の分岐流路６１に向かって開口している。

このような構成の流路切替部材６０は、リターン燃料の温度に応じてリターン管４０と第１の分岐流路６１又は第２の分岐流路６２との接続を切り替える。例えば、リターン燃料の温度が設定温度よりも高い場合にはサーモバルブ６３が閉弁されるため、第２の連結流路５２は第２の分岐流路６２に接続された状態となる。これにより、リターン燃料は、リザーバカップ２２の外側のみに戻される。

一方、リターン燃料の温度が設定温度以下である場合には、サーモバルブ６３が開弁されてリターン管４０に繋がる第２の連結流路５２と第１の分岐流路６１とが接続される。これにより、リターン燃料は、主にリザーバカップ２２の内側に戻される。リターン燃料の量が多い場合には、リターン燃料の一部が第２の分岐流路６２に流れ込むこともあるが、リターン燃料は、主にリザーバカップ２２の内側に戻される。特に、本発明では、配管モジュール５０の第２の連結流路５２が、第１の分岐流路６１に向かって開口しているため、リターン燃料はより確実にリザーバカップ２２の内側に戻される。

このようにリターン燃料の温度に応じてリターン燃料の戻し先を変更することで、燃料タンク２０内の燃料の温度を適切な温度範囲に維持することができる。したがって、燃料の温度上昇に伴う出力の低下や、部品が消耗しやすくなるといった問題の発生を抑制することができる。また燃料の温度低下に伴う燃料の供給不良等の発生を抑制することができる。さらに、上記構成の流路切替部材６０を採用することで、コストの削減を図りつつ燃料供給装置の小型化を図ることができる。

従来は、例えば、三方型のサーモバルブを用いてリターン燃料の流路を分岐するようにしていた。このような従来のサーモバルブは比較的大型であるため燃料タンクの外側に設けられていた。これに対し、上述した流路切替部材６０は構造が比較的簡単であり小型化されているため、燃料タンク２０の内部に設けることができる。したがって、この流路切替部材６０を従来のサーモバルブに代わって採用することで、コストの削減を図りつつ、燃料供給装置の小型化を図ることもできる。

また本実施形態では、上述のようにリターン燃料の温度が設定温度以上である場合に、リザーバカップ２２の外側にリターン燃料を戻すようにしている。このため、リザーバカップ２２に比較的近い位置にリターン燃料を戻しても、リザーバカップ２２内の燃料の温度上昇を抑制することができる。すなわち、高温となったリターン燃料を燃料ポンプ２１の比較的近い位置に戻しても、燃料ポンプ２１の周囲の燃料の温度上昇を抑制することができる。これにより第２の分岐流路６２の長さを比較的短くできる。したがって、コストの削減を図ることができると共に、燃料供給装置の小型化を図ることができる。

また流路切替部材６０を燃料タンク２０内に配置でき、流路切替部材６０を燃料タンク２０の外部に露出させる必要がなくなるため、衝突安全性を向上することができ、エンジンの作動不良等の発生も抑制することもできる。

ところで、図２及び図３に示すように、流路切替部材６０の配管モジュール５０側の端部は、周壁部６４と、周壁部６４が立設される底部６５と、周壁部６４と共に底部６５に立設され周壁部６４と結合されて第１の分岐流路６１と第２の分岐流路６２とを分離する隔壁６６と、で構成されている。底部６５には、第１の分岐流路６１に対応する部分にサーモバルブ６３が配置されている。本実施形態では、隔壁６６が、サーモバルブ６３の開口に沿って略円形に立設されており、底部６５の第１の分岐流路６１に対応する部分は、このサーモバルブ６３によって構成されている。その結果、第１の分岐流路６１の第２の連結流路５２側（リターン管４０側）の端部には、周壁部６４と、隔壁６６と、サーモバルブ６３（底部６５）と、によって窪み部６７が画成されている。隔壁６６は、周壁部６４よりも低い高さで形成されており、窪み部６７に所定量のリターン燃料が溜まると、リターン燃料がこの隔壁６６を超えて第２の分岐流路６２に流れ込むことになる。

例えば、サーモバルブ６３の開弁時には、リターン燃料は主として第１の分岐流路６１を介してリザーバカップ２２に流れ込む。その際、リターン燃料が第１の分岐流路６１に向かって過剰に供給された場合でも、リターン燃料が窪み部６７に一時的に貯留されるため、リターン燃料の第２の分岐流路６２への流れ込みを抑制することができる。すなわち、第１の分岐流路６１が隔壁６６によって第２の分岐流路６２と区画されていることで、例えば、坂道やカーブ等で車両が傾斜した場合や、走行中に比較的大きな振動が生じた場合でも、サーモバルブ６３の開弁時には、リターン燃料がこの隔壁６６を超えて第２の分岐流路６２に流れ込むのを抑制することができる。

また隔壁６６の高さは、周壁部６４の高さよりも低ければ、特に限定されないが、例えば、図４に示すように、隔壁６６の高さｈ１は、周壁部６４の高さｈ２よりも低く且つ周壁部６４の高さｈ２の１／２よりも高いことが好ましい。これにより、例えば、坂道やカーブ等で車両が傾斜した場合や、走行中に比較的大きな振動が生じた場合でも、リターン燃料が隔壁６６を超えて第２の分岐流路６２に流れ込むのを抑制でき、且つリターン燃料が第１の分岐流路６１に過剰に供給された場合には、リターン燃料を第２の分岐流路６２に適切に流入させることができる。

またサーモバルブ６３が実質的に閉弁状態であっても所定量のリターン燃料が窪み部６７に貯留されることになる。例えば、燃料の凍結（ワックス成分の析出）により第１の分岐流路６１が詰まった場合でも、エンジン１０で暖められたリターン燃料（軽油）が窪み部６７に貯留される。これにより、燃料の凍結を早期に解消することができる。したがって、エンストの発生や、走行開始時のもたつき感等を抑制することができる。

特に、本実施形態では、隔壁６６が、上述のようにサーモバルブ６３の開口に沿って立設されており、窪み部６７の容積が比較的小さくなっている。これにより、リターン燃料が比較的少量であっても、リターン燃料が窪み部６７に確実に溜まるため、燃料の凍結等の問題をより確実に解消することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態では、隔壁６６が、サーモバルブ６３の開口に沿って略円形に立設された構成を例示したが、隔壁６６は、第１の分岐流路６１と第２の分岐流路６２とを分離するように設けられていればよい。例えば、図５に示すように、隔壁６６は、第１の分岐流路６１と第２の分岐流路６２との間に直線的に設けられて周壁部６４に連結されていてもよい。この場合でも、隔壁６６は、周壁部６４の高さよりも低く且つ周壁部６４の高さの１／２よりも高くなっていることが好ましい。このような構成としても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

また上述の実施形態では、流路切替部材６０は、周壁部６４の先端面が配管モジュール５０に当接した状態で凹部５３内に固定されているため、隔壁６６の高さが周壁部６４よりも低くなっているが、流路切替部材６０の構成はこれに限定されるものではない。例えば、流路切替部材６０は、周壁部６４の先端面と配管モジュール５０との間に所定の間隔を保持した状態で、配管モジュール５０に固定されていてもよい。この場合には、隔壁６６の高さは、周壁部６４の高さと同一であってもよい。

また上述の実施形態では、流路切替部材６０が、第１の分岐流路６１と第２の分岐流路６２とを分離する１枚の隔壁６６を備えた構成を例示したが、流路切替部材６０は、複数枚の隔壁を備える構成としてもよい。例えば、図６に示すように、流路切替部材６０が、第１の分岐流路６１の開口に沿って略円形に立設される隔壁６６Ａと、第２の分岐流路６２の開口に沿って略円形に立設される隔壁６６Ｂと、を備えるようにしてもよい。つまり２枚の隔壁６６Ａ，６６Ｂによって、第１の分岐流路６１と第２の分岐流路６２とを分離するようにしてもよい。なお隔壁６６Ａ，６６Ｂの形状は、特に限定されず、例えば、第１の分岐流路６１と第２の分岐流路６２との間にそれぞれ直線的に設けられていてもよい（図５参照）。

このように複数枚の隔壁６６（６６Ａ，６６Ｂ）によって第１の分岐流路６１と第２の分岐流路６２とを分離することで、第２の分岐流路６２へのリターン燃料の不要な流れ込みをより確実に抑制することができる。例えば、図６の構成では、第１の分岐流路６１と第２の分岐流路６２との間に、２枚の隔壁６６Ａ，６６Ｂと周壁部６４とで溝部６８が画成されている。このため、サーモバルブ６３の開弁時に車両が傾斜してリターン燃料が隔壁６６Ａを超えた場合でも、リターン燃料はこの溝部６８に一旦流れ込むため、第２の分岐流路６２への流れ込みは抑えられる。

また上述の実施形態では、リターン燃料の温度が設定温度以下の場合に開弁するサーモバルブを設けた第１の分岐流路がリザーバカップの内側に繋がり、第２の分岐流路がリザーバカップの外側に繋がる構成を例示した。しかしながら、例えば、リターン燃料の温度が設定温度よりも高い場合に開弁するサーモバルブを設けた第１の分岐流路がリザーバカップの外側に繋がり、第２の分岐流路がリザーバカップの内側に繋がる構成としてもよい。このような構成としても、上述のように燃料供給装置の小型化を図ることができる。

また上述の実施形態では、リザーバカップを備えた燃料タンクを例示したが、燃料タンクの構成は特に限定されるものではなく、また流路切替部材の第１の分岐流路と第２の分岐流路との行き先も、特に限定されるものではない。

また上述の実施形態では、リターン管に燃料クーラーを設けているが、燃料クーラーは必ずしも設けなくてもよい。

１ 燃料供給装置
１０ エンジン
１１ 燃料噴射装置
２０ 燃料タンク
２１ 燃料ポンプ
２２ リザーバカップ
２３ 逆止弁
３０ 供給管
３１ 燃料フィルター
４０ リターン管
４１ 燃料クーラー
５０ 配管モジュール
５１ 第１の連結流路
５２ 第２の連結流路
５３ 凹部
６０ 流路切替部材
６１ 第１の分岐流路
６２ 第２の分岐流路
６２ａ 鉛直部
６２ｂ 水平部
６３ サーモバルブ
６４ 周壁部
６５ 底部
６６ 隔壁
６７ 窪み部
６８ 溝部

Claims (4)

1. 燃料タンクからエンジンの燃料噴射装置に燃料を供給する供給管路と、
   前記燃料噴射装置における余剰燃料を前記燃料タンクへ戻すリターン管路と、
   前記リターン管路に繋がる第１の分岐流路及び第２の分岐流路を有すると共に前記余剰燃料の温度に応じて前記リターン管路と前記第１の分岐流路及び前記第２の分岐流路との接続を切り替える流路切替部材と、
   を具備し、
   前記流路切替部材は前記燃料タンク内部に設けられて、前記第１の分岐流路にサーモバルブを有すると共に、前記リターン管路が当該第１の分岐流路に向かって開口して設けられて、
   前記流路切替部材は、周壁部と、該周壁部が立設される底部と、前記底部から立設され前記周壁部と結合されて前記第１の分岐流路と前記第２の分岐流路とを分離する隔壁と、を有し、
   前記第１の分岐流路の前記底部に前記サーモバルブが配置されていることを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの燃料供給装置において、
   前記燃料タンクは、前記供給管路の一端側が配置されるリザーバカップを備え、
   前記第１の分岐流路が前記余剰燃料を前記リザーバカップの内側に戻す流路であると共に、前記第２の分岐流路が前記余剰燃料を前記リザーバカップの外側に戻す流路であり、
   且つ前記サーモバルブが、前記余剰燃料が設定温度以下である場合に開弁するものであることを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの燃料供給装置において、
   前記隔壁の高さは、前記周壁部の高さより低く当該周壁部の高さの１／２よりも高いことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のエンジンの燃料供給装置において、
   前記隔壁は前記サーモバルブの開口に沿って立設され、
   前記第１の分岐流路側の前記底部は前記サーモバルブによって構成されることを特徴とするエンジンの燃料供給装置。

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