JP4450211B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の蓄圧式燃料噴射システムに用いられる燃料供給装置に係わり、特に、フィードポンプが吸い上げた燃料を濾過する燃料フィルタの配置に関する。

従来、ディーゼル機関等の燃料噴射システムとして知られる蓄圧式燃料噴射システムがある。同システムは、図７に示す様に、高圧燃料を蓄えるコモンレール１００と、このコモンレール１００に燃料を圧送する燃料供給ポンプ１１０と、コモンレール１００より供給される高圧燃料をディーゼル機関の筒内に噴射するインジェクタ１２０等より構成される。
上記システムに用いられる燃料供給ポンプ１１０は、燃料タンク１３０より燃料を汲み上げるフィードポンプ１４０を備え、このフィードポンプ１４０の上流側に燃料フィルタ１５０を配置して、フィードポンプ１４０が吸引する燃料を燃料フィルタ１５０に通過させて濾過する方式が採用されている（特許文献１参照）。

しかし、フィードポンプ１４０の上流側、つまり吸い込み側に燃料フィルタ１５０を配置すると、燃料フィルタ１５０に作用する燃料圧力（通過圧力）が小さいため、例えば、低温時に燃料の粘性が高くなってワックス化すると、燃料フィルタ１５０が目詰まりして、直ぐに流量不足を生じる。その結果、燃料供給ポンプ１１０より吐出される燃料が不足して、エンスト等の不具合に繋がる恐れがあった。
これに対し、図８に示す様に、フィードポンプ１４０の下流側に燃料フィルタ１５０を配置した燃料噴射システムが提案されている。
特開２００４−３１６５１８公報

ところが、図８に示す燃料噴射システムは、フィードポンプ１４０の吸い上げた燃料が全て燃料フィルタ１５０を通過するため、必然的に燃料フィルタ１５０が大型化し、スペースに余裕のないディーゼル機関（例えば、排気量の小さいディーゼル機関）への適用が困難であった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、燃料フィルタをフィードポンプの下流側に配置すると共に、その燃料フィルタを小型化することにある。

（請求項１の発明）
請求項１記載の発明は、燃料を加圧してコモンレールへ圧送する高圧ポンプと、内燃機関により駆動され、燃料タンクより燃料を汲み上げて高圧ポンプへ供給するフィードポンプと、このフィードポンプより下流に設けられ、フィードポンプから高圧ポンプへ供給される燃料量を調整する吸入調量弁と、フィードポンプと吸入調量弁との間に配置され、フィードポンプより吐出された燃料を濾過する燃料フィルタと、吸入調量弁より上流に設けられ、燃料フィルタを通過する燃料流量を制限する流量制限手段とを備えていることを特徴とする。

上記の構成によれば、フィードポンプの下流側に燃料フィルタを配置しているので、燃料フィルタにフィードポンプの正圧が作用するため、フィードポンプの上流側に燃料フィルタを配置した場合と比較して、燃料フィルタの通過圧力が大きくなる。これにより、例えば、低温時等に燃料の粘性が高くなってワックス化した場合でも、燃料フィルタが容易に目詰まりすることはなく、流量不足を防ぐことができる。
また、吸入調量弁より上流に流量制限手段を設けているので、燃料フィルタを通過する燃料流量が制限される。その結果、燃料フィルタをフィードポンプの下流側に配置しても、燃料フィルタが大型化することはなく、燃料フィルタの設置スペースを小さくできる。

また、請求項１記載の発明では、流量制限手段は、燃料フィルタと吸入調量弁との間に設けられていることを特徴とする。
流量制限手段の配置は、吸入調量弁より上流であれば良いので、例えば、燃料フィルタと吸入調量弁との間に設けることで、フィードポンプの吐出量が制限され、それによって燃料フィルタを通過する燃料流量が制限される。

さらに、請求項１記載の発明では、フィードポンプと燃料フィルタとの間にリリーフ弁が設けられ、このリリーフ弁は、燃料フィルタに作用する燃料圧力が所定値を超えると開弁して、燃料フィルタに作用する燃料圧力を逃がすことを特徴とする。
この場合、リリーフ弁が開弁すると、燃料フィルタに作用する燃料圧力が開放されるため、燃料フィルタに過大な燃料圧力が作用することを防止できる。
さらに、請求項１記載の発明では、流量制限手段と吸入調量弁との間にフィードポンプの吐出圧を調整するレギュレートバルブが設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、レギュレートバルブによってフィードポンプの吐出圧を調整できるので、リリーフ弁にフィードポンプの吐出圧を調整する働きを持たせる必要がなく、リリーフ弁の構成を簡単にできる。

（請求項２の発明）
請求項２記載の発明では、リリーフ弁は、内燃機関のアイドリング時に発生するフィードポンプの吐出圧より低い開弁圧に設定されていることを特徴とする。
この場合、内燃機関のアイドリング回転数以上で常時リリーフ弁が開弁するので、このリリーフ弁を介して配管系のエアー抜きを行うことができる。

（請求項３の発明）
請求項３記載の発明では、リリーフ弁は、内燃機関のアイドリング回転数より高い回転領域で開弁することを特徴とする。
この場合、内燃機関のアイドリング回転域ではリリーフ弁が開弁することはなく、アイドリング回転数より高い回転領域でのみ開弁するので、例えば、ボール弁を用いた逆止弁等の様に、リリーフ弁の構成を簡単にできる。

（請求項４の発明）
請求項４記載の発明では、リリーフ弁は、燃料フィルタの天地方向の上部に設置されていることを特徴とする。
この場合、リリーフ弁の開弁時に燃料フィルタの上部に溜まったエアーを抜くことができるので、リリーフ弁の他にエアー抜き用の専用バルブを設ける必要がない。

（請求項５の発明）
請求項５記載の発明では、流量制限手段は、オリフィスであることを特徴とする。
この場合、燃料通路の通路径を絞るだけで良いので、簡単に且つ低コストに流量制限手段を設けることができる。

（請求項６の発明）
請求項６記載の発明では、オリフィスは、高圧ポンプの本体に取り外し可能な別体で製作されていることを特徴とする。
この場合、例えば、内燃機関の機種に応じて、オリフィス径を容易に変更できるので、燃料供給装置の本体を共通化できる。

（請求項７の発明）
請求項７記載の発明では、流量制限手段は、電磁弁であることを特徴とする。
この場合、燃料フィルタを通過する燃料流量を精度良く制御できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

（実施例１の構成）
図１は実施例１に係る蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である。
実施例１に係る蓄圧式燃料噴射システムは、例えば、４気筒のディーゼル機関（図示せず）に使用されるもので、図１に示す様に、高圧燃料を蓄えるコモンレール１と、このコモンレール１より供給される高圧燃料をディーゼル機関の筒内に噴射するインジェクタ２と、コモンレール１に高圧燃料を供給する燃料供給装置（後述する）等を備え、この燃料供給装置およびインジェクタ２の作動が図示しない電子制御装置（以下ＥＣＵと呼ぶ）により制御される。

コモンレール１は、燃料供給装置より供給された高圧燃料を貯留して目標レール圧まで蓄圧する。目標レール圧は、ディーゼル機関の運転状態（例えば、ディーゼル機関のアクセル開度と回転速度）を基に、ＥＣＵにより設定される。このコモンレール１には、蓄圧される燃料圧力が予め設定された上限値を超えた時に開弁して、コモンレール１の燃料圧力を逃がすためのプレッシャリミッタ３が取り付けられている。このプレッシャリミッタ３には、燃料タンク４に通じる燃料配管５が接続され、プレッシャリミッタ３が開弁した時に、コモンレール１に蓄えられた燃料が燃料配管５を通って燃料タンク４へ還流することができる。

インジェクタ２は、ディーゼル機関の各気筒にそれぞれ取り付けられ、高圧配管６を介してコモンレール１に接続されている。このインジェクタ２は、燃料の噴射時期および噴射量がＥＣＵによって電子制御される。インジェクタ２には、燃料タンク４に通じる燃料配管７が接続され、コモンレール１から供給された燃料のうち、噴射されない余剰燃料が燃料配管７を通って燃料タンク４へ戻される。
燃料供給装置には、燃料を加圧してコモンレール１へ圧送する高圧ポンプ８と、この高圧ポンプ８に燃料を供給するフィードポンプ９と、このフィードポンプ９から高圧ポンプ８へ供給される燃料量を調整する吸入調量弁１０と、フィードポンプ９の吐出圧を調整するレギュレートバルブ１１等が設けられている。

高圧ポンプ８は、ディーゼル機関に駆動されて回転するカム軸１２と、このカム軸１２に駆動されてシリンダの内部を往復動するプランジャ１３とを備え、このプランジャ１３の往復動に応じて燃料の吸入及び圧送を行う。なお、プランジャ１３は、カム軸１２の径方向に対向して２個設けられ、交互に燃料の吸入及び圧送を行うことができる。
カム軸１２には、カム軸１２の回転運動を直線運動に変換してプランジャ１３に伝達するカム手段（下述する）が設けられ、ポンプハウジング（図示せず）に形成されるカム室１４に配設されている。カム手段は、カム軸１２の回転軸芯に対して偏心回転するエキセンカム１５と、このエキセンカム１５の外周にメタルブッシュ（図示せず）を介して相対回転自在に嵌合するカムリング１６とで構成される。

プランジャ１３には、カム軸１２側の端部にタペット１７が一体に設けられ、このタペット１７がスプリング１８に付勢されてカムリング１６の外周平面に押圧されている。これにより、プランジャ１３は、カム軸１２が回転すると、エキセンカム１５の偏心回転がカムリング１６を介して直線運動に変換され、その直線運動がタペット１７に伝達されることで、シリンダの内部を往復動する。
シリンダの内部には、プランジャ１３の往復動に応じて容積変化する加圧室１９が形成され、この加圧室１９に吸入通路２０と吐出通路２１とが接続されている。

吸入通路２０には、加圧室１９に燃料が吸入される時に開弁する吸入弁２２が設けられ、吐出通路２１には、加圧室１９より燃料が吐出される時に開弁する吐出弁２３が設けられている。
この高圧ポンプ８は、プランジャ１３がシリンダの内部をカム軸１２側へ移動すると、加圧室１９の容積が拡大して加圧室１９の圧力が低下するため、フィードポンプ９より吸入通路２０を通って供給される燃料が吸入弁２２を押し開いて加圧室１９に吸入される。また、プランジャ１３がシリンダの内部を反カム軸側へ移動すると、加圧室１９の容積が縮小して、加圧室１９に吸入された燃料が加圧され、その燃料圧力が吐出弁２３の開弁圧を超えると、加圧室１９の燃料が吐出弁２３を押し開いて、吐出通路２１よりコモンレール１へ向けて吐出される。

フィードポンプ９は、例えば、周知のトロコイドポンプであり、前記カム軸１２によって駆動されることで、燃料タンク４より燃料配管２４を介して汲み上げた燃料を高圧ポンプ８に供給する。燃料配管２４には、燃料を濾過するプレフィルタ２５と、車両の組立時等に配管内のエアー抜きを行うプライミングポンプ２６が設けられている。また、燃料配管２４が接続されるフィードポンプ９の入口側には、プレフィルタ２５以降の配管内で燃料中に混入する異物を除去するためのゴーズフィルタ２７が設けられている。
さらに、プレフィルタ２５より下流側の燃料配管２４には、プライミングポンプ２６によって汲み上げられた燃料をフィードポンプ９の下流側へ送るためのバイパス通路２８が接続され、そのバイパス通路２８には、燃料の逆流を防止する逆止弁２９が設けられている。

一方、フィードポンプ９の出口側（吐出側）には、フィードポンプ９より吐出される燃料を濾過する本発明の燃料フィルタ３０と、この燃料フィルタ３０に作用する燃料圧力が所定値（燃料フィルタ３０の耐圧許容上限値）を超えると開弁するリリーフ弁３１とが設けられている。このリリーフ弁３１が開弁すると、フィードポンプ９より吐出された燃料の一部が、リリーフ弁３１に接続される燃料配管３２を通って燃料タンク４へ還流することで、燃料フィルタ３０に過大な燃料圧力が作用することを防止できる。なお、リリーフ弁３１は、ディーゼル機関のアイドリング時に発生するフィードポンプ９の吐出圧より低い開弁圧に設定される。あるいは、ディーゼル機関のアイドリング回転数より高い回転領域で開弁する様に、開弁圧を高く設定することもできる。

前記プレフィルタ２５とゴーズフィルタ２７は、例えば、金属メッシュ等で構成される比較的目の粗いフィルタであるのに対し、本発明の燃料フィルタ３０は、プレフィルタ２５やゴーズフィルタ２７より濾過性能に優れ、プレフィルタ２５やゴーズフィルタ２７で除去できない小さな異物や水分等を取り除くことができる。
吸入調量弁１０は、ディーゼル機関の運転状態を基に、ＥＣＵにより弁開度が制御される電磁弁であり、燃料フィルタ３０より下流に設けられている。なお、吸入調量弁１０の下流側には、吸入調量弁１０の閉弁時に洩れ出た燃料をフィードポンプ９の入口側（ゴーズフィルタ２７の上流側）に戻すための燃料通路３３が接続されている。

燃料フィルタ３０と吸入調量弁１０との間には、燃料フィルタ３０を通過する燃料流量（通過流量）を制限する流量制限手段が設けられている。この流量制限手段は、例えば、吸入通路２０の通路径を絞るオリフィス３４である。
レギュレートバルブ１１は、フィードポンプ９の入口側と出口側とを接続する燃料通路３５に設けられ、フィードポンプ９より吐出される燃料圧力に応じて可動するピストン（図示せず）を内蔵し、フィードポンプ９の吐出圧が所定圧を超えるとピストンが開弁することで、フィードポンプ９の吐出圧が所定圧を超えないように調整している。

このレギュレートバルブ１１が設けられる燃料通路３５の上流端は、オリフィス３４と吸入調量弁１０との間を繋ぐ吸入通路２０に接続され、燃料通路３５の下流端は、ゴーズフィルタ２７の下流側に接続されている。
また、燃料通路３５には、レギュレートバルブ１１の上流側から前記カム室１４に通じる燃料通路３６が接続され、フィードポンプ９より吐出された燃料の一部が、燃料通路３６を通って前記カム室１４に潤滑油として供給される。カム室１４からオーバフローした燃料は、燃料通路３７を通って燃料タンク４へ戻される。

（実施例１の作用および効果）
上記の蓄圧式燃料噴射システムでは、フィードポンプ９の下流側に燃料フィルタ３０を配置しているので、燃料フィルタ３０にフィードポンプ９の正圧が作用する。このため、フィードポンプ９の上流側に燃料フィルタ３０を配置した場合と比較して、燃料フィルタ３０の通過圧力が大きくなり、例えば、低温時等に燃料の粘性が高くなってワックス化した場合でも、燃料フィルタ３０が容易に目詰まりすることはなく、高圧ポンプ８に必要十分な燃料量を供給できるので、流量不足によるエンスト等の不具合を防止できる。

また、燃料フィルタ３０と吸入調量弁１０との間にオリフィス３４を設けているので、燃料フィルタ３０を通過する燃料流量が制限される。その結果、燃料フィルタ３０をフィードポンプ９の下流側に配置しても、燃料フィルタ３０が大型化することはなく、燃料フィルタ３０の設置スペースを小さくできる。
さらに、燃料フィルタ３０にフィードポンプ９の正圧が作用することで、燃料フィルタ３０が容易に目詰まりすることはなく、その分、濾過性能の高い燃料フィルタ３０を使用することが可能である。これにより、燃料フィルタ３０による異物の捕集率が向上するため、蓄圧式燃料噴射システムの信頼性が向上すると共に、同システムの寿命を長く延ばすことも可能となる。

（実施例２）
図２は実施例２に係る蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である。
この実施例２は、実施例１に記載した蓄圧式燃料噴射システムにおいて、リリーフ弁３１の他にエアー抜き用バルブ３８を追加した一例である。
リリーフ弁３１は、実施例１と同じく、燃料フィルタ３０に作用する燃料圧力が燃料フィルタ３０の耐圧許容上限値を超えると開弁する。
エアー抜き用バルブ３８は、例えば、燃料配管系のエアーが溜まり易い部分に接続されるエアー抜き用通路３９に設けられ、フィードポンプ９の吐出圧を受けて開弁する。エアー抜き用通路３９は、例えば、燃料配管３２を介して燃料タンク４に連通している。
この構成によれば、リリーフ弁３１の作動に係わらず、フィードポンプ９の作動と共にエアー抜きを行うことができる。

（参考例）
図３は参考例に係る蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である。
この参考例は、実施例１に記載した蓄圧式燃料噴射システムにおいて、流量制限手段であるオリフィス３４をフィードポンプ９の上流側（吸い込み側）に配置した一例である。オリフィス３４は、図３に示す様に、フィードポンプ９の上流側で、フィードポンプ９とゴーズフィルタ２７との間に配置されている。
この構成によれば、フィードポンプ９の吸入量がオリフィス３４によって制限されるため、リリーフ弁３１の作動回数が少なくなる。つまり、燃料フィルタ３０の耐圧許容上限値を超える様な燃料圧力が発生する状況が殆どなく、リリーフ弁３１が開弁する回数が少なくなるため、リリーフ弁３１の耐久性が向上する。

（実施例３）
図４は実施例３に係る蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である。
この実施例３は、実施例２に記載した蓄圧式燃料噴射システムにおいて、流量制限手段を電磁弁４０によって構成した一例である。
電磁弁４０は、例えば、ディーゼル機関の回転数と、インジェクタ２の噴射量と、コモンレール１の燃料圧力との情報を基に、ＥＣＵ４１によって電子制御される。この構成によれば、ディーゼル機関の運転状態に応じて、燃料フィルタ３０の通過流量を木目細かく制御できる。

（実施例４）
図５は燃料フィルタ３０の上部にリリーフ弁３１を配置した構成を示す断面図である。
この実施例４は、実施例１または参考例に記載した蓄圧式燃料噴射システム、つまり、実施例２または実施例３に記載したエアー抜き用バルブ３８を持たないシステムにおいて、燃料配管系のエアー抜きを行う機能をリリーフ弁３１に持たせた一例である。
燃料フィルタ３０には、図５に示す様に、フィルタケース３０ａの内部でエアーが溜まりやすい部分、例えば、フィルタケース３０ａに内蔵される濾過エレメント３０ｂの天地方向の上部にエアー溜まり室３０ｃが形成されている。

リリーフ弁３１は、エアー溜まり室３０ｃの上部に形成されるバルブ室３１ａと、このバルブ室３１ａに配設されて、バルブ室３１ａとエアー溜まり室３０ｃとを連通する連通孔３１ｂを開閉できるボール弁３１ｃと、このボール弁３１ｃを閉弁方向（連通孔３１ｂを閉じる方向）へ付勢するスプリング３１ｄ等によって構成される。
この構成によれば、燃料フィルタ３０に作用する燃料圧力、すなわちボール弁３１ｃに作用する燃料圧力がスプリング３１ｄの付勢力を上回ると、ボール弁３１ｃが連通孔３１ｂを開く（図示上方へ移動する）ことで、燃料フィルタ３０に作用する燃料圧力がリリーフ弁３１を介して開放されると同時に、エアー溜まり室３０ｃに溜まったエアーを抜くことができる。

（実施例５）
図６は流量制限手段の取付け例を示す断面図である。
この実施例５は、実施例１、２および参考例に記載した何れかの蓄圧式燃料噴射システムにおいて、流量制限手段であるオリフィス３４をポンプハウジング４２に対し取り外し可能な別体で製作した一例である。具体的には、図６に示す様に、燃料フィルタ３０（図１〜図３参照）の下流側に設けられる燃料配管４３の端部をホロースクリュウ４４によってポンプハウジング４２に着脱可能に取り付けることができる。

ホロースクリュウ４４には、内部に空洞４４ａが形成されると共に、ホロースクリュウ４４の側壁を貫通して空洞４４ａに通じるオリフィス３４が開設され、このオリフィス３４を通じて燃料配管４３とホロースクリュウ４４の空洞４４ａとが連通する。また、ホロースクリュウ４４の空洞４４ａは、オリフィス３４の下流側通路を形成し、ホロースクリュウ４４をポンプハウジング４２に取り付けた状態で、ポンプハウジング４２に形成される燃料通路（図示せず）に連通する。
上記の構成によれば、ホロースクリュウ４４を取り替えるだけで、オリフィス径を容易に変更できるので、燃料供給装置の本体を共通化できる。

実施例１に係る蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である。 実施例２に係る蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である。 参考例に係る蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である。 実施例３に係る蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である。 燃料フィルタの上部にリリーフ弁を配置した構成を示す断面図である（実施例４）。 流量制限手段（オリフィス）の取付け例を示す断面図である（実施例５）。 フィードポンプの上流側に燃料フィルタを配置した蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である（従来技術）。 フィードポンプの下流側に燃料フィルタを配置した蓄圧式燃料噴射システムの全体構成図である（従来技術）。

１ コモンレール
２ インジェクタ
４ 燃料タンク
８ 高圧ポンプ
９ フィードポンプ
１０ 吸入調量弁
１１ レギュレートバルブ
３０ 燃料フィルタ
３１ リリーフ弁
３４ オリフィス（流量制限手段）
４０ 電磁弁（流量制限手段）

Claims (7)

1. 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
   このコモンレールより供給される高圧燃料を内燃機関の筒内に噴射するインジェクタとを備える蓄圧式燃料噴射システムに用いられ、前記コモンレールに高圧燃料を供給する燃料供給装置において、
   燃料を加圧して前記コモンレールへ圧送する高圧ポンプと、
   前記内燃機関により駆動され、燃料タンクより燃料を汲み上げて前記高圧ポンプへ供給するフィードポンプと、
   このフィードポンプより下流に設けられ、前記フィードポンプから前記高圧ポンプへ供給される燃料量を調整する吸入調量弁と、
   前記フィードポンプと前記吸入調量弁との間に配置され、前記フィードポンプより吐出された燃料を濾過する燃料フィルタと、
   前記吸入調量弁より上流に設けられ、前記燃料フィルタを通過する燃料流量を制限する流量制限手段とを備え、
   この流量制限手段は、前記燃料フィルタと前記吸入調量弁との間に設けられ、
   前記フィードポンプと前記燃料フィルタとの間にリリーフ弁が設けられ、
   このリリーフ弁は、前記燃料フィルタに作用する燃料圧力が所定値を超えると開弁して、前記燃料フィルタに作用する燃料圧力を逃がし、
   前記流量制限手段と前記吸入調量弁との間には、前記フィードポンプの吐出圧を調整するレギュレートバルブが設けられていることを特徴とする燃料供給装置。
2. 請求項１に記載した燃料供給装置において、
   前記リリーフ弁は、前記内燃機関のアイドリング時に発生する前記フィードポンプの吐出圧より低い開弁圧に設定されていることを特徴とする燃料供給装置。
3. 請求項１に記載した燃料供給装置において、
   前記リリーフ弁は、前記内燃機関のアイドリング回転数より高い回転領域で開弁することを特徴とする燃料供給装置。
4. 請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載した燃料供給装置において、
   前記リリーフ弁は、前記燃料フィルタの天地方向の上部に設置されていることを特徴とする燃料供給装置。
5. 請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載した燃料供給装置において、
   前記流量制限手段は、オリフィスであることを特徴とする燃料供給装置。
6. 請求項５に記載した燃料供給装置において、
   前記オリフィスは、前記高圧ポンプの本体に取り外し可能な別体で製作されていることを特徴とする燃料供給装置。
7. 請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載した燃料供給装置において、
   前記流量制限手段は、電磁弁であることを特徴とする燃料供給装置。

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