JP2010180775A - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な機構を要することなく、燃料噴射に適した安定的な圧力を得ることのできる燃料供給装置を提供する。
【解決手段】フライホイール９が回転し、マグネット８が燃料ポンプ２０に近接・対向すると、マグネット８と燃料ポンプ２０内のマグネット３１との間に生じる磁気反発力により、プランジャ３０がスプリング２８の付勢力に抗してポンプ室２３の隔壁２３ａ側に移動し、マグネット８が燃料ポンプ２０から離間すると、スプリング２８の付勢力によってプランジャ３０が保護カバー２２側に移動・復帰する。その結果、フライホイール９の回転に伴い、燃料ポンプ２０内のプランジャ３０が往復動作し、ポンプ室２３の容積が拡大・縮小して燃料が吸入・吐出される。これにより、複雑な機構を要することなく、燃料噴射に適した安定的な圧力を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリからの駆動電源を要することなく、燃料タンクからの燃料を加圧して燃料噴射弁に供給するエンジンの燃料供給装置に関する。

一般に、発電機や作業機等に用いられる火花点火式の汎用エンジンでは、バッテリを搭載せずにリコイルスタータの手動牽引操作によって始動し、マグネトにより点火用電源を供給するものが多い。このような汎用エンジンに燃料噴射弁を配設し、この燃料噴射弁からの燃料噴射量をエンジンの運転状態に応じて電子制御しようとする場合、機器や装置の電源を如何に確保するかが問題となる。

その場合、燃料噴射弁や燃料噴射弁を制御する電子制御装置は、リコイル引き起動直後の電圧で駆動可能であるが、燃料調整の要となる燃料圧力を発生する燃料ポンプに関しては、十分な容量の電源を確保することが困難である。このため、燃料ポンプとしては、エンジンによって駆動される機械式の燃料ポンプを用いざるを得ない。

例えば、特許文献１（特開平５−１６４０１０号公報）には、バッテリレスの電子燃料噴射制御装置に関し、エンジンのクランク軸に連結されたフライホイールの回転と連動して駆動されるメカニカルポンプで燃料を加圧し、燃料噴射弁に供給する技術が開示されている。

また、特許文献２（実公平７−５２３７４号公報）には、クランクケースの内圧変動によって燃料を加圧給油する膜弁形パルスポンプと、クランク軸に取り付けられたカムによって駆動されるプランジャ形燃料ポンプとを用いる技術が開示されている。燃料タンク内の燃料は、膜弁形パルスポンプによってプランジャ形燃料ポンプに圧送され、プランジャ形燃料ポンプで更に加圧されて噴射弁に供給される。

特開平５−１６４０１０号公報 実公平７−５２３７４号公報

しかしながら、エンジンによって駆動される機械式の燃料ポンプは、燃料噴射に適した安定的な圧力を得るために機構が複雑化してしまい、コストアップの要因となるばかりでなく、故障の発生や熱による影響で性能が低下する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、複雑な機構を要することなく、燃料噴射に適した安定的な圧力を得ることの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している。

上記目的を達成するため、本発明によるエンジンの燃料供給装置は、バッテリからの駆動電源を要することなく、燃料タンクからの燃料を加圧して燃料噴射弁に供給するエンジンの燃料供給装置において、エンジンの回転軸に連結されるロータの外周部に固設される第１の磁性体と、上記ロータの外周部に対向して配設され、上記第１の磁性体と磁気的に作用可能な第２の磁性体を内蔵する燃料ポンプとを備え、上記第１の磁性体と上記第２の磁性体との少なくとも一方を永久磁石で構成し、上記燃料ポンプは、上記ロータの回転に伴って変化する上記第１の磁性体と上記第２の磁性体との間の磁力により上記第２の磁性体を往復動作させ、この往復動作により上記燃料タンクからの燃料を吸入して所定の圧力で吐出することを特徴とする。

本発明によれば、複雑な機構を要することなく燃料噴射に適した安定的な圧力を得ることができ、安価で信頼性の高い燃料供給装置を実現することができる。

エンジンの燃料供給系を示す構成図 燃料ポンプの構成例を示す拡大図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すエンジン１は火花点火式の汎用エンジンであり、例えば、発電機、作業機、スノーモビル等の原動機として使用される。図１においては、エンジン１はＶ型空冷エンジンを示し、クランクケース２に対して傾斜配置されたシリンダ３上部のシリンダヘッド３ａに、吸気ポート４と排気ポート５とが開口されている。吸気ポート４には図示しないエアクリーナが連通され、排気ポート５にはシリンダヘッド３ａの上部に配置されるマフラ６が連通されている。

エンジン１のクランクケース２からは、シリンダ３内で摺動自在に往復動するピストンにコネクティングロッドを介して連設され、クランクケース２で回動自在に軸支されるクランクシャフト１ａが突出されている。このクランクシャフト１ａの突出軸には、円周上に所定間隔で複数のフィン７ａを配した冷却ファン７が嵌合・軸支され、冷却ファン７の背面側に、点火用のマグネット（永久磁石）８を外周部に固設したフライホイール９（図２参照）が一体的に設けられている。

また、クランクケース２の冷却ファン７側方には、フライホイール９のマグネット８に所定ギャップで対向するように、コントロールユニット１０と燃料ポンプ２０とが配設されている。コントロールユニット１０には、フライホイール９のマグネット８に所定ギャップを介して対設されるマグネト用コイルや点火コイル、点火コイルの一側を断続するトランジスタ或いは機械式接点等からなる点火回路、マグネト電源を整流・平滑化して制御用電源を生成する電源回路、マイクロコンピュータを中心として構成されるエンジン制御用の電子制御回路等が内蔵されている。

コントロールユニット１０に内蔵される点火回路の出力側には、シリンダヘッド３ａに配設されて先端の放電電極を燃焼室内に露呈する点火プラグ１１が接続されている。また、コントロールユニット１０に内蔵される電子制御回路の出力側には、燃料ポンプ２０から圧送された燃料をエンジン１の吸気通路に噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）１２が接続されている。

尚、図１においては、燃料供給系の構成を分かりやすくするため、便宜上、エンジン１の吸気ポート４周辺に配設されるインジェクタ１２を、エンジン１とは別に図示している。

次に、燃料供給装置の主構成となる燃料ポンプ２０について説明する。燃料ポンプ２０は、燃料吸入口となる吸入側ジョイント部２１ａと、燃料吐出口となる吐出側ジョイント部２１ｂと、クランクケース２への取付け部となるフランジ部２１ｃとを備えている。吸入側ジョイント部２１ａは、管路１３を介して燃料タンク１４に接続され、吐出側ジョイント部２１ｂは、管路１５を介してインジェクタ１２に接続されている。

燃料タンク１４と燃料ポンプ２０とを接続する管路１３には、燃料フィルタ１６が介装され、燃料ポンプ２０とインジェクタ１２とを接続する管路１５には、燃料圧力脈動を減衰させるためのパルセーションダンパ１７が介装されている。尚、燃料タンク１４は、例えば、エンジン１の上部等に配設される。

以下に説明するように、燃料ポンプ２０は、エンジン１の回転軸としてのクランクシャフト１ａに連結されるロータの外周部に固設される第１の磁性体に対して、この第１の磁性体と磁気的に作用可能な第２の磁性体を内蔵している。第１の磁性体と第２の磁性体とは少なくとも一方が永久磁石で構成されており、燃料ポンプ２０は、永久磁石の磁力によって非接触で動作する往復動ポンプとして構成されている。

本実施の形態においては、図２に例示するように、クランクシャフト１ａに連結されるロータとしてのフライホイール９の外周部に固設された点火用の永久磁石からなるマグネット（永久磁石）８を第１の磁性体として、燃料ポンプ２０内部のプランジャ３０に、第２の磁性体としてのマグネット（永久磁石）３１を固設している。燃料ポンプ２０は、フライホイール９の回転によりプランジャ３０がマグネット８，３１の磁力で往復動作するプランジャ形ポンプである。

詳細には、燃料ポンプ２０は、吸入側ジョイント部２１ａ、吐出側ジョイント部２１ｂ、及び取付け用のフランジ部２１ｃを外部に形成して内部にプランジャ３０を進退自在に収納するポンプハウジング２１と、このポンプハウジング２１の吸入側ジョイント部２１ａ及び吐出側ジョイント部２１ｂと反対側に開口された開口部を覆う保護カバー２２とを有している。ポンプハウジング２１は、アルミニウム等の非磁性材で形成されており、保護カバー２２は、フライホイール９のマグネット８からの磁力を燃料ポンプ２０内部に作用させるため、透磁性を有する材料で形成されている。

ポンプハウジング２１には、プランジャ３０を収納するポンプ室２３と、吸入側ジョイント部２１ａからの燃料をポンプ室２３の方向にのみ通過させる逆止弁２４を収納する吸入バルブ室２５と、ポンプ室２３からの燃料を吐出側ジョイント部２１ｂの方向へのみ通過させる逆止弁２６を収納する吐出バルブ室２７とが設けられている。

プランジャ３０は、一端が閉塞された中空円筒状に形成されて閉塞端側にマグネット（永久磁石）３１が固設されており、このマグネット３１を保護カバー２２側に向けてポンプ室２３に進退自在に収納されている。プランジャ３０内部の閉塞端背面と、ポンプ室２３の各バルブ室２５，２７に対する隔壁２３ａとの間には、プランジャ３０を保護カバー２２の方向に付勢するスプリング２８が介装されている。また、ポンプ室２３の円筒内周面には、プランジャ３０の円筒外周面との間を油密に保つためのＯリングやオイルシール等のシール部材２９が介装されている。

尚、プランジャ３０に固設されたマグネット３１とフライホイール９の外周部に固設されたマグネット８とは、それぞれの磁極が同極で対向するように設定されている。

以上の構成による燃料ポンプ２０は、プランジャ３０の進退軸方向がフライホイール９の回転中心を指向し、且つフライホイール９のマグネット８との空隙が規定の距離となるよう配置され、フランジ部２１ｃを介してクランクケース２にボルトにより取り付け固定されている。次に、以上の燃料ポンプ２０からの燃料供給によるエンジン１の運転動作について説明する。

先ず、図示しないリコイルスタータの牽引操作によってフライホイール９が回転すると、このフライホイール９の外周部に固設されたマグネット８がコントロールユニット１０及び燃料ポンプ２０の直前を通過するように周回移動する。そして、フライホイール９の回転によって発生するマグネト電源から制御用電源が生成され、この制御用電源によってコントロールユニット１０の点火回路や電子制御回路が作動する。

このとき、フライホイール９のマグネット８が燃料ポンプ２０に近接・対向する位置では、フライホイール９のマグネット８と燃料ポンプ２０内のマグネット３１との間に生じる磁気反発力により、マグネット３１を固設したプランジャ３０がスプリング２８の付勢力に抗してポンプ室２３の隔壁２３ａ側に移動する。一方、フライホイール９のマグネット８が燃料ポンプ２０から離間すると、マグネット８，３１同士の反発力が減衰乃至消滅し、スプリング２８の付勢力によってプランジャ３０が保護カバー２２側に移動・復帰する。

その結果、フライホイール９の回転に伴い、燃料ポンプ２０内のプランジャ３０が隔壁２３ａ方向及び保護カバー２２方向に往復動作し、ポンプ室２３の容積が拡大・縮小して燃料が吸入・吐出される。すなわち、プランジャ３０の保護カバー２２方向への移動によるポンプ室２３の容積拡大により、ポンプ室２３の圧力が低下して吸入バルブ室２５の逆止弁２４が開弁し、燃料タンク１４からの燃料が吸入側ジョイント部２１ａからポンプ室２３内に吸入される。このポンプ室２３内の燃料は、プランジャ３０の隔壁２３ａ方向への移動により加圧され、所定の圧力で吐出バルブ室２７の逆止弁２６が開弁し、燃料が吐出側ジョイント部２１ｂから吐出されてインジェクタ１２に供給される。

そして、コントロールユニット１０の電子制御回路のＣＰＵで演算した開弁時間でインジェクタ１２が駆動されて燃料が噴射され、更に、点火回路からの信号によって点火プラグ１１がスパークし、インジェクタ１２からの噴射燃料と吸入空気との混合気が着火・燃焼してエンジンが運転される。

このように本実施の形態においては、マグネト点火方式のエンジンのフライホイール９外周部に固設されるマグネット８を活用してインジェクタ１２に燃料を供給する燃料供給装置を構成している。すなわち、フライホイール９の回転と共に、点火用のマグネット８の磁力で燃料ポンプ２０のプランジャ３０が往復動作する安価な燃料供給装置を実現することができる。

この燃料供給装置の燃料ポンプ２０は、エンジンの回転軸と機械的に連結してポンプ駆動力を得る必要がなく、エンジン側の回転部と非接触で安定的な駆動力を得ることができ、燃料噴射に適した安定的な圧力を得ることができる。しかも、エンジン側の回転部と非接触で駆動されるため、故障の発生や熱による性能低下を低減することができ、信頼性の高い安価な燃料供給装置を実現することができる。

尚、以上の実施の形態においては、燃料供給装置を構成する燃料ポンプ２０の一例を示し、他の種々の変形例が可能である。例えば、以下の（１）〜（３）に示すような構成の燃料供給装置としても良い。

（１）燃料ポンプ２０のプランジャ３０の先端に固設するマグネット３１と、フライホイール９の外周部に固設されたマグネット８とを、それぞれの磁極が異極で対向するように設定し、プランジャ３０を付勢するスプリング２８を引張りばねとする。

（２）燃料ポンプ２０のプランジャ３０の先端に固設するマグネット３１を廃止し、プランジャ３０の先端に鉄鋼材等の磁性部材を固設する、或いはプランジャ３０自体を磁性材で形成する。同時に、プランジャ３０を付勢するスプリング２８を引張りばねとする。

（３）燃料ポンプ２０を、プランジャ３０に代えてダイヤフラムを用いた往復動ポンプとする。

１ エンジン
８ マグネット
９ フライホイール
１２ 燃料噴射弁
１４ 燃料タンク
２０ 燃料ポンプ
３０ プランジャ
３１ マグネット

Claims (3)

1. バッテリからの駆動電源を要することなく、燃料タンクからの燃料を加圧して燃料噴射弁に供給するエンジンの燃料供給装置において、
   エンジンの回転軸に連結されるロータの外周部に固設される第１の磁性体と、上記ロータの外周部に対向して配設され、上記第１の磁性体と磁気的に作用可能な第２の磁性体を内蔵する燃料ポンプとを備え、
   上記第１の磁性体と上記第２の磁性体との少なくとも一方を永久磁石で構成し、
   上記燃料ポンプは、上記ロータの回転に伴って変化する上記第１の磁性体と上記第２の磁性体との間の磁力により上記第２の磁性体を往復動作させ、この往復動作により上記燃料タンクからの燃料を吸入して所定の圧力で吐出することを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
2. 上記第１の磁性体を、点火用電源を発生させるための永久磁石とすることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料供給装置。
3. 上記燃料ポンプを、上記第２の磁性体を有するプランジャが往復動作して燃料を吸入・吐出するプランジャ形ポンプで構成することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの燃料供給装置。

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