(57)【要約】【課題】燃料ポンプの作動に伴う燃料圧力の脈動を抑えることのできる内燃機関の燃料供給装置を提供する。【解決手段】この装置は、燃料配管１３内の燃料を圧送する往復式の高圧ポンプ２０と、同高圧ポンプ２０により圧送された高圧の燃料を蓄える蓄圧配管１５と、同蓄圧配管１５に接続された燃料噴射弁とを備える。高圧ポンプ２０の鉛直方向上方に、その加圧室２３の内部と燃料配管１３の内部とを連通するダンパ室３０が区画形成されている。ダンパ室３０は、その鉛直方向下方側の部分である気液分離部３１と鉛直方向上方側の部分である空気溜まり部３２とからなる。気液分離部３１は、断面円形状で鉛直方向に延び、且つ同円形状の接線方向に延びる延設態様の燃料配管１３が接続されている。空気溜まり部３２の内部には、空気が溜まっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料配管内の燃料を圧送する往復式の燃料ポンプと、同燃料ポンプにより圧送された高圧の燃料を蓄える蓄圧配管と、同蓄圧配管に接続された燃料噴射弁とを備える内燃機関の燃料供給装置において、
当該装置は、前記燃料ポンプの鉛直方向上方に、前記燃料配管の内部と前記燃料ポンプの内部とを連通するダンパ室が区画形成されており、
前記ダンパ室は、その鉛直方向下方側の部分であり、且つ断面円形状で鉛直方向に延び、且つ同円形状の接線方向に延びる延設態様の前記燃料配管が接続された気液分離部と、前記ダンパ室の鉛直方向上方側の部分であり、且つ内部に空気が溜まる空気溜まり部と、からなる
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機関駆動式の燃料ポンプを備えた内燃機関の燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気筒内に燃料を直接噴射するタイプの内燃機関の燃料供給装置は、燃料配管内の燃料を圧送する燃料ポンプと、同燃料ポンプにより圧送された高圧の燃料を蓄える蓄圧配管と、同蓄圧配管に接続された燃料噴射弁とを備えており、その燃料噴射弁の開弁駆動を通じて燃料を噴射供給する（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置には、内燃機関のカムシャフトによって駆動されるタイプの燃料ポンプが設けられている。そうした燃料ポンプとしては、カムシャフトに設けられた駆動カムによって駆動される往復式のポンプを採用することが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９１６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記往復式の燃料ポンプでは、機関運転時における駆動カムの回転に伴って、燃料配管内の燃料が蓄圧配管に向けて間欠的に圧送される。このとき燃料ポンプへの燃料配管からの燃料吸入も間欠的に行われるため、これに起因して燃料配管内部の燃料圧力に不要な脈動が生じてしまう。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ポンプの作動に伴う燃料圧力の脈動を抑えることのできる内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するための内燃機関の燃料供給装置は、燃料配管内の燃料を圧送する往復式の燃料ポンプと、同燃料ポンプにより圧送された高圧の燃料を蓄える蓄圧配管と、同蓄圧配管に接続された燃料噴射弁とを備えている。当該装置は、前記燃料ポンプの鉛直方向上方に、前記燃料配管の内部と前記燃料ポンプの内部とを連通するダンパ室が区画形成されている。そして前記ダンパ室が、その鉛直方向下方側の部分であり、且つ断面円形状で鉛直方向に延び、且つ同円形状の接線方向に延びる延設態様の前記燃料配管が接続された気液分離部と、前記ダンパ室の鉛直方向上方側の部分であり、且つ内部に空気が溜まる空気溜まり部とからなっている。
【０００７】
上記装置によれば、断面円形状で延びる気液分離部に接続された燃料配管が、同気液分離部の円形断面の接線方向に延びている。そのため、燃料配管から気液分離部に流入した燃料が同気液分離部の内部において旋回する流れ（旋回流）を形成するようになり、同気液分離部内部の空気を含む燃料に遠心力が作用するようになる。この遠心力によって気液分離部内部の中央（円形断面の中心付近）に燃料中の空気が集まるようになる。そして、気液分離部の中央に集まった空気の一部が気泡になり、その気泡になった空気は同気液分離部内部を上昇して空気溜まり部の内部に溜まるようになる。このように上記装置によれば、空気溜まり部の内部に空気を自動的に供給して溜めることができる。そして上記装置では、気液分離部と空気溜まり部とからなるダンパ室が燃料圧力の脈動を減衰する空気ダンパとして作用するようになるため、往復式の燃料ポンプが設けられているとはいえ、その作動に伴う燃料配管内における燃料圧力の脈動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】内燃機関の燃料供給装置の一実施形態の概略構成を示す略図。
【図２】同燃料供給装置のダンパ室およびその周辺の断面構造を示す断面図。
【図３】ダンパ室の図２における３−３線に沿った断面構造を示す断面図。
【図４】燃料が通過する経路の斜視構造を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、内燃機関の燃料供給装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、車両１０には、駆動源としての内燃機関１１が搭載されている。また車両１０には、燃料を貯留する燃料タンク１２や、同燃料タンク１２内の燃料を燃料配管１３に圧送する低圧ポンプ１４、燃料配管１３内の燃料を圧送する高圧ポンプ２０、高圧ポンプ２０により圧送された高圧の燃料を蓄える蓄圧配管１５が設けられている。蓄圧配管１５には燃料噴射弁１６が接続されており、この燃料噴射弁１６の開弁駆動を通じて内燃機関１１の気筒内に燃料が噴射供給される。
【００１０】
上記高圧ポンプ２０としては、内燃機関１１のカムシャフト１７に一体に設けられた駆動カム２１によって駆動される往復式の燃料ポンプが採用されている。高圧ポンプ２０は、上記駆動カム２１によって往復駆動されるプランジャー２２と、プランジャー２２の移動に伴い容積が変化する加圧室２３とを備えている。また高圧ポンプ２０には、加圧室２３と燃料配管１３とが連通される状態と同連通が遮断される状態とを切り替える電磁スピル弁２４や、加圧室２３内から蓄圧配管１５内への燃料の流入を許容するとともに蓄圧配管１５内から加圧室２３内への燃料の流入を禁止するチェック弁２５が設けられている。
【００１１】
内燃機関１１が運転されてカムシャフト１７および駆動カム２１が回転すると、同駆動カム２１によるプランジャー２２の往復駆動に合わせて、電磁スピル弁２４が開閉駆動される。これにより、燃料配管１３内の燃料が蓄圧配管１５に向けて間欠的に圧送される。このとき燃料配管１３内から加圧室２３内への燃料吸入や、加圧室２３内から燃料配管１３内への余剰燃料の排出も間欠的に行われるため、これに起因して燃料配管１３内部の燃料圧力に不要な脈動が生じるおそれがある。
【００１２】
本実施形態の燃料供給装置では、高圧ポンプ２０の鉛直方向上方側に、上記燃料配管１３内部と同高圧ポンプ２０内部とを連通するダンパ室３０が区画形成されている。以下、このダンパ室３０について詳細に説明する。
【００１３】
図２または図３に示すように、ダンパ室３０の鉛直方向下方側の部分（気液分離部３１）は、断面円形状で鉛直方向（図２の上下方向）に延びている。燃料配管１３の高圧ポンプ２０側の部分は、上記気液分離部３１の円形断面の接線方向に延びる態様で設けられている。そして、この燃料配管１３の端部が上記気液分離部３１に接続されている。また気液分離部３１の円形断面の縁部であって、且つ同円形断面の周方向における上記燃料配管１３の接続部分に隣接する位置であり、且つ燃料配管１３から気液分離部３１に流入した直後の燃料が直接流入することのない位置に、高圧ポンプ２０の吸入通路２６が連通されている。
【００１４】
ダンパ室３０の鉛直方向上方側の部分（空気溜まり部３２）も、断面円形状で鉛直方向（図２の上下方向）に延びている。空気溜まり部３２には上記気液分離部３１の円形断面の中心およびその周辺が連通している。空気溜まり部３２と上記気液分離部３１との連通部分は、その断面積が小さく絞られた形状になっている。空気溜まり部３２の容積は、低圧ポンプ１４が作動してダンパ室３０内の燃料圧力が高くなったときの同空気溜まり部３２内の空気の量が、一回のプランジャー２２の往復によって高圧ポンプ２０から蓄圧配管１５に圧送される燃料量の最大値（例えば、０．４立方センチメートル）以上になるように設定されている。
【００１５】
本実施形態では、上記ダンパ室３０が高圧ポンプ２０に一体に形成されている。詳しくは、ダンパ室３０は、高圧ポンプ２０（駆動カム２１、プランジャー２２、加圧室２３、電磁スピル弁２４およびチェック弁２５）よりも鉛直方向上方の位置に区画形成されている。また、ダンパ室３０に接続される燃料配管１３は、前記燃料タンク１２からダンパ室３０に向かうに連れて鉛直方向上方側の位置になるように傾斜した形状で延設されている。
【００１６】
以下、ダンパ室３０を設けることによる作用について、図３および図４を参照しつつ説明する。なお図４は、燃料が通過する経路（詳しくは、燃料配管１３、ダンパ室３０、および吸入通路２６）の形状を示している。
【００１７】
図３または図４に示すように、本実施形態では、断面円形状の気液分離部３１に接続される燃料配管１３が、気液分離部３１の円形断面の接線方向に延びている。そのため、図中に白抜きの矢印で示すように、燃料配管１３から気液分離部３１に流入した燃料が同気液分離部３１の内部において旋回する流れ（旋回流）を形成するようになり、同気液分離部３１内部の燃料に遠心力が作用するようになる。この遠心力によって気液分離部３１内部の中央（円形断面の中心付近）に燃料中の空気が集まるようになる。そして、気液分離部３１の中央に集まった空気の一部が気泡になり、その気泡になった空気は、図４中に黒塗りの矢印で示すように、気液分離部３１内部を上昇して空気溜まり部３２の内部に溜まるようになる。
【００１８】
このように本実施形態によれば、ダンパ室３０の空気溜まり部３２の内部に空気を自動的に供給して溜めることができる。そして、気液分離部３１と空気溜まり部３２とからなるダンパ室３０は燃料圧力の脈動を減衰する空気ダンパとして作用するようになる。そのため、往復式の高圧ポンプ２０が設けられているとはいえ、その作動に伴う燃料配管１３内における燃料圧力の脈動を上記ダンパ室３０のダンパ機能によって抑えることができる。
【００１９】
なお、内部に空気が充填されたダンパ室３０を燃料配管１３に設けたとしても、ダンパ室３０に空気が補充されなければ、ダンパ室３０内部の空気が燃料に溶解して失われてしまうために、同ダンパ室３０を長期にわたって空気ダンパとして機能させることはできない。この点、本実施形態によれば、ダンパ室３０の空気溜まり部３２内に自動的に空気を補充することができるため、同ダンパ室３０の空気ダンパの機能を長期にわたって維持することができる。
【００２０】
また、燃料配管１３にパルセーションダンパを設けて同燃料配管１３内の燃料圧力の脈動を抑えることも考えられるが、パルセーションダンパは高価であるため、好ましくない。この点、本実施形態によれば、燃料が通過する経路の一部を拡大するといった安価に実現可能な構造によって、燃料配管１３内の燃料圧力の脈動を抑えることができる。
【００２１】
本実施形態では、燃料圧力脈動の起振力を発生する高圧ポンプ２０と一体にダンパ室３０が設けられている。そのため、上記起振力の発生部位に近い位置、すなわち燃料圧力の脈動を減衰させる効果が高くなる位置にダンパ室３０を設けることができる。
【００２２】
また気液分離部３１の円形断面の中心およびその周辺が空気溜まり部３２に接続されているため、気液分離部３１内部における旋回流の中心付近において発生した気泡が空気溜まり部３２まで円滑に移動するようになる。
【００２３】
さらに気液分離部３１の円形断面の縁部に高圧ポンプ２０の吸入通路２６が連通されている。そのため、気液分離部３１内部の中でも燃料に含まれる空気の量が少なくなっている部位から高圧ポンプ２０の加圧室２３に燃料を供給することができ、同気液分離部３１内部における燃料からの空気の分離を好適に行うことができる。
【００２４】
しかも、高圧ポンプ２０の吸入通路２６が、上記気液分離部３１の円形断面の周方向における上記燃料配管１３の合流部分に隣接する位置であり、且つ燃料配管１３から気液分離部３１に流入した直後の燃料が直接流入することのない位置に連通されている。これにより、燃料配管１３から気液分離部３１内に流入した燃料が同気液分離部３１の内部を旋回した後に同燃料配管１３の接続部分に戻る直前の位置において、高圧ポンプ２０の吸入通路２６が開口する構造になっている。そのため、気液分離部３１の内部において燃料が旋回する期間、すなわち遠心力の作用によって燃料から空気を分離させることの可能な期間を長くすることができ、燃料中の空気を好適に分離させることができる。
【００２５】
本実施形態では、高圧ポンプ２０の鉛直方向における上方側の位置、すなわち燃料が通過する経路において上記高圧ポンプ２０より燃料流れ方向上流側の部分（燃料配管１３、ダンパ室３０、および吸入通路２６）における最も鉛直方向上方側の位置に、ダンパ室３０が区画形成されている。これにより、燃料供給装置を、燃料が通過する経路内の空気がダンパ室３０の空気溜まり部３２に溜まり易い構造であって、同空気溜まり部３２内の空気が抜け難い構造にすることができる。
【００２６】
上記車両１０では、その加減速などによって燃料タンク１２内の燃料が揺動することにより、同燃料に空気が混入するようになる。そして、そうした空気を含む燃料が低圧ポンプ１４によって燃料配管１３内に圧送される。内燃機関１１の運転中おいては、燃料配管１３内の燃料が加圧されるため、燃料に含まれる空気は収縮した状態になっている。これに対して内燃機関１１の運転が停止されて低圧ポンプ１４の作動が停止すると、燃料配管１３内の燃料圧力が低くなるため、燃料に含まれる空気が膨張して気泡になる。
【００２７】
本実施形態では、燃料配管１３が、燃料タンク１２から高圧ポンプ２０に向かうに連れて鉛直方向上方側の位置になるように傾斜した形状で延設されている。そのため、機関運転の停止時に燃料配管１３内において発生した気泡を、同燃料配管１３内を浮上させることによってダンパ室３０内部まで導いて同ダンパ室３０に供給することができる。
【００２８】
また本実施形態では、ダンパ室３０の気液分離部３１と空気溜まり部３２との連通部分が絞られている。これにより、気液分離部３１内の燃料の流速が高くなって同燃料の圧力が低くなった場合であっても、同圧力が空気溜まり部３２に伝播し難くなるため、同圧力によって空気溜まり部３２内の空気が気液分離部３１内に吸入されてしまうといった現象を招き難くなる。したがって、空気溜まり部３２内の空気の不要な減少を抑えることができる。
【００２９】
本実施形態では、低圧ポンプ１４が作動してダンパ室３０内の燃料圧力が高くなったときの同空気溜まり部３２内の空気の体積が一回のプランジャー２２の往復によって高圧ポンプ２０から蓄圧配管１５に圧送される燃料の量以上になるように、ダンパ室３０の容積が設定されている。これにより、ダンパ室３０の空気溜まり部３２内に溜まっている空気の量を、高圧ポンプ２０の燃料圧送に起因する燃料配管１３内の燃料圧力の脈動を抑えるうえで十分な量にすることができるため、同燃料圧力の脈動を適正に抑えることができる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）ダンパ室３０の空気溜まり部３２の内部に空気を自動的に供給して溜めることができる。そして、高圧ポンプ２０の作動に伴う燃料配管１３内における燃料圧力の脈動をダンパ室３０のダンパ機能によって抑えることができる。
【００３１】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・気液分離部３１と空気溜まり部３２との接続部分を、その断面積が小さく絞られた形状に形成しなくてもよい。ダンパ室３０は、その鉛直方向下方側の部分（気液分離部）が断面円形状で鉛直方向に延びる形状であれば、略円柱形状に形成したり略樽形状に形成したりするなど、任意の形状に形成することができる。
【００３２】
・内部にダンパ室３０が区画形成された部材を高圧ポンプ２０が形成された部材の鉛直方向の上方側に取り付けるなど、ダンパ室３０と高圧ポンプ２０とを別体に形成してもよい。
【００３３】
・気液分離部３１と空気溜まり部３２とを接続する部位は、同気液分離部３１の円形断面の中心およびその周辺に限らず、気液分離部３１内において発生した気泡が上昇して空気溜まり部３２内に移動するようになる部位であれば、任意に変更することができる。
【００３４】
・気液分離部３１において前記吸入通路２６が接続される部位は任意に変更することができる。気液分離部３１において吸入通路２６を接続する部位は、燃料に含まれる空気が吸入通路２６に吸い込まれ難くなる部位を採用することが望ましい。
【００３５】
・燃料配管１３の延設形状は、例えば燃料タンク１２と高圧ポンプ２０との間において一旦鉛直方向下方に向けて湾曲した後に鉛直方向上方に向けて湾曲する形状など、任意の形状に変更することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０…車両、１１…内燃機関、１２…燃料タンク、１３…燃料配管、１４…低圧ポンプ、１５…蓄圧配管、１６…燃料噴射弁、１７…カムシャフト、２０…高圧ポンプ、２１…駆動カム、２２…プランジャー、２３…加圧室、２４…電磁スピル弁、２５…チェック弁、２６…吸入通路、３０…ダンパ室、３１…気液分離部、３２…空気溜まり部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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