JP7107109B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧燃料ポンプを備える燃料供給装置に関する。

特許文献１には、高圧燃料ポンプから燃料が吐出されることによる圧力脈動が燃料噴射弁側に伝播することによって、燃料噴射弁の噴射量のばらつきが発生すると記載されている。特許文献１には、燃料噴射弁に伝播する圧力脈動を低減するために燃料配管の長さと内径とを設定した燃料供給装置が開示されている。

特開平７‐１０３１０３号公報

高圧燃料ポンプでは、燃料を加圧して高圧デリバリパイプが備える燃料噴射弁側に吐出しないときには、高圧燃料ポンプに燃料を供給するフィードポンプ側に燃料が吐き戻される。また、フィードポンプから燃料が供給される低圧デリバリパイプ側にも、高圧燃料ポンプから燃料が吐き戻されることがある。すなわち、高圧燃料ポンプからの燃料の吐出による圧力脈動は、フィードポンプ側及び低圧デリバリパイプ側にも伝播する。特許文献１に開示されている燃料供給装置では、高圧燃料ポンプからフィードポンプ側及び低圧デリバリパイプ側に伝播する圧力脈動について考慮されていない。

上記課題を解決するための燃料供給装置は、燃料タンクから燃料を汲み上げるフィードポンプと、前記フィードポンプから吐出された燃料が流通する燃料配管と、前記燃料配管を介して前記フィードポンプから燃料が供給される低圧デリバリパイプと、前記燃料配管を介して前記フィードポンプから供給される燃料をさらに加圧して高圧デリバリパイプに吐出する高圧燃料ポンプと、を備える燃料供給装置であって、前記燃料配管では、前記フィードポンプから吐出された燃料が分岐部において分岐されて前記低圧デリバリパイプ及び前記高圧燃料ポンプに供給されるものであり、前記燃料配管において、前記分岐部よりも前記高圧燃料ポンプ側を第１配管として、前記分岐部よりも前記低圧デリバリパイプ側を第２配管として、前記分岐部よりも前記フィードポンプ側を第３配管としたとき、前記燃料配管では、前記第１配管の長さＬ１と前記第１配管の体積弾性率Ｇ１とに基づいて算出される「Ｌ１／√Ｇ１」と、前記第２配管の長さＬ２と前記第２配管の体積弾性率Ｇ２とに基づいて算出される「Ｌ２／√Ｇ２」と、前記第３配管の長さＬ３と前記第３配管の体積弾性率Ｇ３とに基づいて算出される「Ｌ３／√Ｇ３」と、が異なる値を示すことをその要旨とする。

高圧燃料ポンプから伝播する圧力脈動について、高圧燃料ポンプから発生した圧力波が燃料配管を伝播することを考える。燃料配管の一端から他端まで圧力波が伝播するまでの時間を到達時間Ｔｉとすると、到達時間Ｔｉは、以下に示す関係式（式１）を用いて算出することができる。関係式（式１）における「Ｌ」は、燃料配管の一端から他端までの長さである。関係式（式１）における「Ｇ」は、燃料配管の体積弾性率である。関係式（式１）における「ρ」は、燃料の密度である。

燃料配管を流れる燃料が燃料タンクから供給されたものであるため、第１～第３配管を流れる燃料の密度は等しい。すなわち、「Ｌ１／√Ｇ１」と「Ｌ２／√Ｇ２」と「Ｌ３／√Ｇ３」との関係は、第１、第２、第３配管に流れる圧力波についての到達時間Ｔｉ１、Ｔｉ２、Ｔｉ３の相対的な長さを示している。

ここで、高圧燃料ポンプから低圧デリバリパイプに向かう入射波と、当該入射波が反射して低圧デリバリパイプから高圧燃料ポンプに向かう反射波と、の合成波について検討する。仮に、到達時間Ｔｉ１と到達時間Ｔｉ２とが等しい値となるように燃料配管が構成されているとする。すなわち、高圧燃料ポンプから分岐部までに圧力波が到達する時間と、分岐部から低圧デリバリパイプまでに圧力波が到達する時間とが等しいとする。このとき、第３配管が接続されている分岐部の位置は、合成波の節が表れることとなる配管部分に相当する。合成波の節が表れることとなる配管部分に第３配管が接続されていることによって分岐部と第３配管との圧力差が小さいため、高圧燃料ポンプと低圧デリバリパイプとの間の燃料が第３配管に流れ込みにくい。これに対して、合成波の腹が表れることとなる配管部分に第３配管が接続されている場合には、分岐部と第３配管との圧力差によって、高圧燃料ポンプと低圧デリバリパイプとの間の燃料が第３配管に流れ込みやすい。すなわち、到達時間Ｔｉ１と到達時間Ｔｉ２とが異なる値を示す燃料配管では、高圧燃料ポンプと低圧デリバリパイプとの間の圧力脈動を第３配管に分散させることができる。同様に、到達時間Ｔｉ１と到達時間Ｔｉ３とが異なる値を示す燃料配管では、高圧燃料ポンプとフィードポンプとの間の圧力脈動を第２配管に分散させることができる。

上記構成では、「Ｌ１／√Ｇ１」と「Ｌ２／√Ｇ２」と「Ｌ３／√Ｇ３」とがそれぞれ異なるように第１、第２、第３配管を構成している。これによって、高圧燃料ポンプから発生してフィードポンプ側又は低圧デリバリパイプ側に伝播する圧力脈動を分散させることができる。圧力脈動を分散させることによって、圧力脈動に起因して発生する燃料配管の振動や騒音を低減することができる。

燃料供給装置の一実施形態を示す模式図。 同実施形態にかかる燃料供給装置の燃料配管を示す図。 燃料配管を流れる圧力波の波形を示す図。

以下、燃料供給装置の一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
図１には、内燃機関に適用される燃料供給装置１０を示している。燃料供給装置１０は、燃料が貯留されている燃料タンク１１を備えている。燃料供給装置１０は、燃料タンク１１に貯留されている燃料を汲み上げて吐出するフィードポンプ１２を備えている。燃料供給装置１０は、フィードポンプ１２から吐出された燃料が流通する燃料配管２０を備えている。

燃料供給装置１０は、低圧デリバリパイプ１３を備えている。低圧デリバリパイプ１３には、燃料配管２０を介してフィードポンプ１２から吐出された燃料が供給される。低圧デリバリパイプ１３には、複数の低圧インジェクタ１４が接続されている。低圧インジェクタ１４は、燃料を噴射して内燃機関の燃焼室に燃料を供給する。

燃料供給装置１０は、高圧燃料ポンプ１５を備えている。高圧燃料ポンプ１５は、フィードポンプ１２から燃料配管２０に吐出された燃料を吸引して、吸引した燃料をさらに加圧して吐出する。高圧燃料ポンプ１５は、シリンダと、シリンダに収容されているプランジャと、シリンダとプランジャとによって区画されている加圧室とを備えている。高圧燃料ポンプ１５は、例えば内燃機関のカムシャフトの回転力によって駆動される。カムからの力がプランジャに伝達されてプランジャがシリンダ内を変位することによって、加圧室の容積が縮小と拡大とを繰り返す。高圧燃料ポンプ１５では、加圧室が閉塞された状態で加圧室の容積が縮小することによって、燃料配管２０から加圧室に吸引された燃料が加圧される。そして、加圧室内の圧力が規定圧以上になると、吐出弁が開弁して燃料が吐出される。高圧燃料ポンプ１５では、加圧室が解放された状態で加圧室の容積が拡大することによって、燃料配管２０から加圧室に燃料が吸引される。また、高圧燃料ポンプ１５では、加圧室が解放された状態で加圧室の容積が縮小することによって、加圧室の燃料が燃料配管２０に吐き戻される。

燃料供給装置１０は、高圧燃料ポンプ１５から吐出された燃料が供給される高圧デリバリパイプ１６を備えている。高圧デリバリパイプ１６には、複数の高圧インジェクタ１７が接続されている。高圧インジェクタ１７は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する。

燃料配管２０は、フィードポンプ１２から低圧デリバリパイプ１３までの流路を形成する配管と、当該配管から分岐して高圧燃料ポンプ１５までの流路を形成する第１配管２１と、を有している。燃料配管２０において、第１配管２１が分岐する箇所を分岐部２４とする。すなわち、分岐部２４よりも高圧燃料ポンプ１５側が第１配管２１である。また、分岐部２４よりも低圧デリバリパイプ１３側を第２配管２２として、分岐部２４よりもフィードポンプ１２側を第３配管２３とする。燃料配管２０を構成する第１配管２１、第２配管２２及び第３配管２３は、同一の金属材料によって形成されている。本実施形態では、当該金属材料として配管の体積弾性率が「Ｇ＊」となる材料を採用している。すなわち、燃料配管２０では、第１配管２１の体積弾性率Ｇ１と、第２配管２２の体積弾性率Ｇ２と、第３配管２３の体積弾性率Ｇ３とが、それぞれ等しい。なお、模式図として示している図１では、燃料配管２０の各配管の長さについて実際の寸法関係を示すものではない。

図２には、第１配管２１の長さＬ１と、第２配管２２の長さＬ２と、第３配管２３の長さＬ３とを表示している。燃料配管２０では、第１配管２１の長さＬ１が第２配管２２の長さＬ２よりも短い。さらに、燃料配管２０では、第２配管２２の長さＬ２が第３配管２３の長さＬ３よりも短い。なお、燃料配管２０では、第１配管２１の内径と、第２配管２２の内径と、第３配管２３の内径は、それぞれ等しい。

次に、高圧燃料ポンプ１５から燃料配管２０に燃料が吐き戻され、高圧燃料ポンプ１５からフィードポンプ１２側及び低圧デリバリパイプ１３側に伝播する圧力脈動について説明する。高圧燃料ポンプ１５から発生した圧力波が燃料配管２０を伝播することを考える。燃料配管を伝播する圧力波については、燃料配管の一端から他端まで圧力波が伝播するまでの時間を到達時間Ｔｉとすると、以下に示す関係式（式１）を用いて到達時間Ｔｉを算出することができる。

関係式（式１）における「Ｌ」は、燃料配管の一端から他端までの長さである。関係式（式１）における「Ｇ」は、燃料配管の体積弾性率である。関係式（式１）における「ρ」は、燃料の密度である。

ここで、燃料配管２０は、第１配管２１の体積弾性率Ｇ１と、第２配管２２の体積弾性率Ｇ２と、第３配管２３の体積弾性率Ｇ３とが、それぞれ等しい。また、第１配管２１の長さＬ１と、第２配管２２の長さＬ２と、第３配管２３の長さＬ３とがそれぞれ異なっている。すなわち、燃料配管２０について「Ｌ１／√Ｇ１」と「Ｌ２／√Ｇ２」と「Ｌ３／√Ｇ３」とを算出した場合、それぞれが異なる値を示すように、第１配管２１及び第２配管２２及び第３配管２３が構成されている。そして、燃料配管２０を流れる燃料が燃料タンク１１から供給されたものであるため、第１配管２１及び第２配管２２及び第３配管２３を流れる燃料の密度は等しい。このため、上記関係式（式１）に基づけば、「Ｌ１／√Ｇ１」と「Ｌ２／√Ｇ２」と「Ｌ３／√Ｇ３」との関係は、第１、第２、第３配管２１，２２，２３に流れる圧力波が各配管の一端から他端に到るまでの到達時間Ｔｉ１、Ｔｉ２、Ｔｉ３について相対的な長さを示している。すなわち、燃料供給装置１０では、到達時間Ｔｉ１、Ｔｉ２、Ｔｉ３がそれぞれ異なる値を示すように燃料配管２０を構成している。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
図３には、高圧燃料ポンプ１５から低圧デリバリパイプ１３に向かう入射波と、当該入射波が反射して低圧デリバリパイプ１３から高圧燃料ポンプ１５に向かう反射波と、の合成波について、入射波の周期をＴとしたとき１／４Ｔ毎の波形を例示している。高圧燃料ポンプ１５から低圧デリバリパイプ１３までの流路は、第１配管２１と第２配管２２とによって形成されている。本実施形態のように、第１配管２１の体積弾性率Ｇ１と第２配管２２の体積弾性率Ｇ２とが等しい場合には、図３に示すように高圧燃料ポンプ１５及び低圧デリバリパイプ１３のそれぞれから等距離の部分が、合成波の節が表れることとなる配管部分に相当する。燃料供給装置１０では、図２に示したように第１配管２１の長さＬ１が第２配管２２の長さＬ２よりも短いため、第３配管２３は、合成波の節が表れることとなる配管部分よりも高圧燃料ポンプ１５側に接続されている。すなわち第３配管２３は、合成波の腹が表れることとなる配管部分に接続されていることになる。

仮に、合成波の節が表れることとなる配管部分に第３配管２３が接続されている場合、すなわち、第１配管２１の体積弾性率Ｇ１と第２配管２２の体積弾性率Ｇ２とが等しい燃料配管２０において第１配管２１の長さＬ１と第２配管２２の長さＬ２とが等しい場合、分岐部２４と第３配管２３との圧力差は小さい。このため、高圧燃料ポンプ１５と低圧デリバリパイプ１３との間の燃料は、第３配管２３に流れ込みにくい。

これに対して、燃料供給装置１０では、合成波の腹が表れることとなる配管部分に第３配管２３が接続されている。この場合、分岐部２４と第３配管２３との圧力差が生じることによって、高圧燃料ポンプ１５と低圧デリバリパイプ１３との間の燃料が第３配管２３に流れ込みやすい。すなわち、到達時間Ｔｉ１と到達時間Ｔｉ２とが異なる値を示す燃料配管２０では、高圧燃料ポンプ１５と低圧デリバリパイプ１３との間の圧力脈動を第３配管２３に分散させることができる。同様に、高圧燃料ポンプ１５からフィードポンプ１２に向かう入射波と、当該入射波が反射してフィードポンプ１２から高圧燃料ポンプ１５に向かう反射波と、の合成波について考えた場合には、合成波の腹が表れることとなる配管部分に第２配管２２が接続されていることになる。これによって、分岐部２４と第２配管２２との圧力差が生じるため、高圧燃料ポンプ１５とフィードポンプ１２との間の燃料が第２配管２２に流れ込みやすい。すなわち、到達時間Ｔｉ１と到達時間Ｔｉ３とが異なる値を示す燃料配管２０では、高圧燃料ポンプ１５とフィードポンプ１２との間の圧力脈動を第２配管２２に分散させることができる。

以上のように、「Ｌ１／√Ｇ１」と「Ｌ２／√Ｇ２」と「Ｌ３／√Ｇ３」とがそれぞれ異なる値を示すように第１、第２、第３配管２１，２２，２３を構成している燃料供給装置１０によれば、高圧燃料ポンプ１５から発生してフィードポンプ１２側又は低圧デリバリパイプ１３側に伝播する圧力脈動を分散させることができる。圧力脈動を分散させることによって、圧力脈動に起因して発生する燃料配管２０の振動や騒音を低減することができる。

さらに、燃料供給装置１０では、到達時間Ｔｉ１、Ｔｉ２、Ｔｉ３がそれぞれ異なる値を示すように燃料配管２０が構成されている。このため、高圧燃料ポンプ１５から発生した圧力波がフィードポンプ１２に到達するまでの時間と、高圧燃料ポンプ１５から発生した圧力波が低圧デリバリパイプ１３に到達するまでの時間と、が異なっている。これによって、高圧燃料ポンプ１５から燃料が吐き戻されることによって発生する圧力脈動に関して、高圧燃料ポンプ１５とフィードポンプ１２との間で反射する圧力脈動と、高圧燃料ポンプ１５と低圧デリバリパイプ１３との間で反射する圧力脈動と、の共鳴を抑制することができる。すなわち、燃料配管２０の共振を抑制することができ、圧力脈動に起因して発生する燃料配管２０の振動や騒音の増大を抑制することができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において示した第１、第２、第３配管２１，２２，２３のそれぞれの長さは一例である。「Ｌ１／√Ｇ１」と「Ｌ２／√Ｇ２」と「Ｌ３／√Ｇ３」とがそれぞれ異なる値を示すのであれば、各配管の長さを適宜変更することができる。なお、「Ｌ１／√Ｇ１」と「Ｌ２／√Ｇ２」の差と、「Ｌ２／√Ｇ２」と「Ｌ３／√Ｇ３」の差と、「Ｌ１／√Ｇ１」と「Ｌ３／√Ｇ３」の差は、それぞれの差が大きいほど圧力脈動が分散されやすい。すなわち、到達時間Ｔｉ１と到達時間Ｔｉ２と到達時間Ｔｉ３のそれぞれの差が大きいほど圧力脈動が分散されやすい。

・上記実施形態では、燃料配管２０を同一の金属材料によって形成した。燃料配管２０の材料は変更することができる。例えば、第１配管２１の材料として金属材料を採用し、第２配管２２及び第３配管２３の材料として樹脂材料を採用してもよい。材料の変更によって各配管の体積弾性率を異ならせることができる。各配管の体積弾性率の差異に基づいて「Ｌ１／√Ｇ１」と「Ｌ２／√Ｇ２」と「Ｌ３／√Ｇ３」とをそれぞれ異ならせることによっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、第１配管２１の体積弾性率Ｇ１と第２配管２２の体積弾性率Ｇ２と第３配管２３の体積弾性率Ｇ３とがそれぞれ異なるのであれば、第１配管２１の長さＬ１と第２配管２２の長さＬ２と第３配管２３の長さＬ３とが等しくなるように燃料配管２０を構成してもよい。

１０…燃料供給装置、１１…燃料タンク、１２…フィードポンプ、１３…低圧デリバリパイプ、１４…低圧インジェクタ、１５…高圧燃料ポンプ、１６…高圧デリバリパイプ、１７…高圧インジェクタ、２０…燃料配管、２１…第１配管、２２…第２配管、２３…第３配管、２４…分岐部。

Claims (1)

1. 燃料タンクから燃料を汲み上げるフィードポンプと、前記フィードポンプから吐出された燃料が流通する燃料配管と、前記燃料配管を介して前記フィードポンプから燃料が供給される低圧デリバリパイプと、前記燃料配管を介して前記フィードポンプから供給される燃料をさらに加圧して高圧デリバリパイプに吐出する高圧燃料ポンプと、を備える燃料供給装置であって、
   前記燃料配管では、前記フィードポンプから吐出された燃料が分岐部において分岐されて前記低圧デリバリパイプ及び前記高圧燃料ポンプに供給されるものであり、
   前記燃料配管において、前記分岐部よりも前記高圧燃料ポンプ側を第１配管として、前記分岐部よりも前記低圧デリバリパイプ側を第２配管として、前記分岐部よりも前記フィードポンプ側を第３配管としたとき、
   前記燃料配管では、前記第１配管の長さＬ１と前記第１配管の体積弾性率Ｇ１とに基づいて算出される「Ｌ１／√Ｇ１」と、前記第２配管の長さＬ２と前記第２配管の体積弾性率Ｇ２とに基づいて算出される「Ｌ２／√Ｇ２」と、前記第３配管の長さＬ３と前記第３配管の体積弾性率Ｇ３とに基づいて算出される「Ｌ３／√Ｇ３」と、が異なる値を示す
   燃料供給装置。

Images