JPS594544B2 - 内燃機関における過剰供給燃料戻しタンク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関、例えば自動車のエンジンにおいて燃
料ポンプから該エンジンにて消費される量以上に供給さ
れる過剰供給燃料を受入れ、再び燃料ポンプに反還する
過剰供給燃料戻しタンクに関する。

自動車のエンジンには、消費燃料を測定するための燃料
計を備えたものがある。

元来内燃機関の燃料ポンプは、通常の運転条件ではエン
ジンが消費する量よりも多い量の燃料をエンジンに送り
、時には超過量が９０％に達することもある。この超過
量は燃料ポンプの吸込側に戻り流れの形式で返却する必
要がある。上記燃料計が備えられている場合、その燃料
計は通常自動車の燃料タンクと燃料ポンプとの間に連結
されており、従つて戻り流れがエンジンから燃料タンク
へ戻されるときは、消費燃料の計量は不正確となる。従
つて上記過剰の燃料はタンクに送り込まれ、該タンクを
燃料計の後の燃料ポンプ吸込側に連結して該タンクに送
り込まれた燃料を再び燃料ポンプに送り込み、これによ
つて戻り流れは燃料計の計量に影響を及ぼさないように
なされている。燃料を計量する際、瞬間的な燃料消費を
計量し、その量をもとにして一時間当りのリツトル数又
は一マイル当りのリツトル数を示すことが望まれること
が多い。

これによつて最適の運転経済性が得られるように自動車
の速度を調節することができる。このことを可能にする
ためには、過剰供給燃料戻しタンクは次の条件を満す必
要がある。（１）該戻しタンクは常時一定量の燃料を保
有していなければならない。（２）該戻しタンクはその
中に含まれる量に変化を起すことなく、最小最大の間で
すべての戻り流れを受入れることができなければならな
い。

（３）該戻しタンクはその中に含まれる量に変化を起す
ことなく、最小最大の間で変化する流れを送り出すこと
ができなければならない。（４）該戻しタンクは燃料を
燃料ポンプに戻すに先立ち、燃料からガスと気泡を分離
することができなければならない。

さらに、該戻しタンクは簡単なデザインで操作に信頼性
があり、しかも嵩が小さくて自動車に容易に収容できる
ことが望ましい。

以上からして、戻り流れの全量が上記タンクの出口側に
設けたバルブを通過するので該タンクに設けられるバル
ブは大きな流れの変化に対しても操作できるものでなけ
ればならない。

バルブは絞ることなく最大の流れを通過させ、戻り流れ
のない時には完全に閉じなければならない。これら二つ
の極端な場合の間でバルブは継続的にコントロールを行
う必要がある。

このコントロールの手段として、タンクには戻り燃料の
量に応じて該バルブを操作するように例えばフロートが
設けられる。このフロートはバルブを全開したり完全に
閉じたりするようにコントロールすることができなけれ
ばならない。併し、これは達成することは一般に困難で
ある。

何故ならば強制吸込ポンプにおいてバルブの上邦と下部
での圧力の差が大きいことがあるからである。大量の戻
り流れがバルブを通過することから考えて、バルブの面
積は比較的大きくなけ減ばならない（例えば５０ｍｄ）
。これに対し十分な引上げ力を生じさせるため大きなフ
ロート、例えばマグニチユード１リツトルの体積を持つ
フロートが必要である。従来の装置ではこの問題は比較
的小さなフロートとレバーを使用することにより解決さ
れているが、この場合比較的大きな上方、下方へのフロ
ートの動きが伴い、さらにフロートとレバーのスペース
の必要条件からして大きな液面が得られた。このことは
結果として全開のバルブと全閉のバルブとの間に極めて
大きな体積の差を生じさせた。従てこれら既知の機構は
上記（１）項乃至（３）項に述べられた条件を十分に満
すものではなかつた。併し、（４）項の条件は容易に満
された。

何故ならばあふれ戻しタンクは多量の燃料を含んでいて
気泡が表面に浮かび上つて出るまでの十分な時間があつ
たからである。本発明の主な目的は前述の条件を十分に
満し、且つデザインが簡単で信頼性があり、嵩が小さい
過剰供給燃料戻しタンクを提供するのにある。

本発明の過剰供給燃料戻しタンクは特許請求の範囲に記
載された特徴を持つているので前記目的を達成するもの
である。バルブは柔軟で弾力性のあるダイヤフラムを持
ち、それはフロートに結合されてフロートが持ち上ると
同時に上方にたわんで出口を次第に露出させるので、比
較的小さな力でバルブを開くことができる。

この力はレバー装置なしに小さなフロートによつて生じ
させることができる。従て液面は小さく保たれ、必然的
に全開のバルブと全閉のバルブとの間の体積の変化は少
ない。従て、特にフロート壁と容器の内壁との間の中間
スペースが最小限度のサイズの場合、前記（１）項乃至
（３）項の条件は十分に満される。前記（４）項は入つ
てくる流れが容器の部材に沿つて下方に導かれ、それに
よりガス又は気泡があつた場合それらを取り除くように
した適当な部材を容器の入口に設けることにより満され
る。本発明による過剰供給燃料戻しタンクの一実施例を
添付図面に就て以下に詳説する。

第１図に示す燃料供給システムは燃料タンク１０、燃料
計１１、燃料ポンプ１２、過剰供給燃料戻しタンク１３
（以下単に戻しタンクという）とから成る。

燃料計１１は燃料タンク１０と燃料ポンプ１２の間でパ
イプ１４に連結し、戻しタンク１３は燃料ポンプ１２か
らの戻しライン１５に連結する。該戻しタンクは抽気ラ
イン１６を経て燃料タンクの上部にも連結する。また、
戻しタンク１３内には、該戻しタンク１３から燃料計１
１と燃料ポンプ１２との間のパイプ１４への出口１９に
あるバルブ１８をコントロールするフロート１７が設け
られている。

戻しタンク１３と燃料ポンプ１２との間にあるパイプ１
４の部分は数字１４ａで示される。戻しタンク１３は、
燃料ポンプから戻しライン１５を通過する戻し流れを受
入れ、それを流れ方向から見て燃料計１１のうしろにあ
るパイプ１４に戻す。

それ故に燃料計量は戻し流れにより影響を受けない。抽
気ライン１６は燃料タンク１０の中に開口する。これに
より後述する如く、戻し流れに含まれるガスは戻しタン
ク１３内において分離され燃料タンク１０に送り込まれ
、戻しタンク１３は該ガスにより収納燃料の量に影響を
受けることはない。次の方定式が燃料ポンプに当てはま
る。

次の方定式が戻しタンク１３に当てはまるべきである。

方定式（１）及び（２）においてＦｌ４ａを消去すれば
、次式が得られる。

従て、燃料計は消費の流れを計量する。

これは戻しタンク１３内の燃料の量がコンスタントであ
る時に適用する。そうでない場合、計量は時には間違い
がある。戻しタンク内の燃料液面がコンスタントでなく
液面が上ることが許される場合、液面が上る間にエンジ
ンが消費するよりも多い量の燃料が燃料タンク１０から
取られる。この間に特定の燃料消費（１時間当り又は１
マイル当りのリツトル数）が計量されるが、その量は実
際の量よりも多い。戻しタンク内の燃料液面が再び下る
際は、極く少量の燃料が燃料タンク１０から取られる。
消費の流れは戻しタンク１３内の超過分から取られる。
この間特定の燃料消費が計量されるが、その量は実際の
量より低い。第２図はフロートを持つ戻しタンク１３の
断面である。

戻しタンクは容器２０より成り、それは下方部２１と上
方部２２を持つ円筒状のパイプで組み立てられる。上方
部２２は第１図のライン１５に連結した戻し流れ用の入
口２３と第１図の抽気ライン１６に連結した抽気孔２４
を包含する。前記の出口１９は穴あき板２６でカバーさ
れた出口孔であり、該穴あき板２６は中間密閉リング２
７と共に下方部に取付けられる。穴あき板？６は小さな
中央穴２８を持ちそのまわりに複数個のや＼大きい穴が
ある。外方の穴は中央穴のまわりに同一円周上に対称的
に配置されている。それらの穴は戻しタンクが受入れら
れる最大の戻り流れがそこを流れ抜けられるような寸法
になつている。容器２０内には中空のフロート３０が置
かれる。このフロート３０の外径は、容器２０の内径に
できるだけ近似せしめ、その間の間隙を可及的に小さく
する。該フロートは下方に突出した案内ピン３１と上方
に突出した案内ピン３２を持つている。これらの案内ピ
ンはフロートの縦軸に沿つて置かれ、フロートが容器２
０内を上下に動く際その案内をする。下方の案内ピン３
１は穴あき板２６の中央穴２８を通るが、該穴の直径は
案内ピンの直径より僅かに大きい。上方の案内ピン３３
はフロートの上方に挿入されたカバー３４の中の対応す
る穴３３に案内されるが、フロートが戻しタンクからの
戻り流れの送りをコントロールするため縦方向に十分動
くことができる程に該カバー３４は下方部２１から離れ
た距離に置かれる。該カバーにはまた複数個の大きい穴
３５があつてそこを戻り流れが通過する。フロート３０
が最小、最大の範囲内で戻り流れの通過をコントロール
できるように、フロートはその下方部にバルブ装置を持
つ。

該バルブ装置はゴム又はそれに類似の材質の柔軟で弾力
性のあるダイヤフラム３６と、案内ピン３１に置かれた
円錐形状のバルブ本体３１ａとから成る。ダイヤフラム
３６はほぼ楕円形にたわめられてバルブ本体を取りかこ
むようにしてフロートの下面に取り付けられる。ダイヤ
フラム３６は中央部を持ち、該中央部はフロートがその
縦中心軸で旋回する時でも穴あき板の流れ穴をカバーす
ることができる。ダイヤフラムは第３図に示されるよう
な形状の板片から成る。この板片は三つの部分３７，３
８，３９から成り、そのうちの外側の部分３７，３９は
薄いウエブ４０で中央の部分３８に連結している。ウエ
ブ４０は板片を曲げやすくするためのもので、従て板片
が曲げられて取り付けられても中央の部分ははぼ平面な
形を取ることになる。三つの部分には夫々案内ピン用の
穴４１，４２，４３があり、従てダイヤフラム板片は第
２図に示されるように案内ピンに取り付けることができ
る。少く共中央の部分３８の穴４２は案内ピンの直径よ
り僅かに大きい直径を持つており、従てダイヤフラム板
片の中央の部分は案内ピンに対し自由に動き、又それに
沿つて変位することができる。容器２０内にはきめの細
かい織物又はきめの細かい網細工のパイプ４４を具備せ
しめる。このパイプは下部で円筒壁に接し、上部では上
方に向つて先細になつている。但し図はパイプ４４の下
部と円筒壁との間に隙間を示したが、これは該パイプ４
４の取付要領を示すものであり、この間隙は可及的に小
さくすることが好ましい。即ち、パイプは戻り流れ用の
入口の内部で戻しタンクの土部に配置される。

従て、戻り流れは入口から自由に流れ込むとすぐにパイ
プ４４に接触し以後はこのパイプ４４に沿つてタンク内
の液面まで流れ落ちることになり、戻り流れそパイプの
外方面に沿つて薄いフイルム状になつて流れる。この流
れ落ちの際燃料中にガスや気泡が生じてもパイプはガス
や気泡のフイルタ一の役目をする。戻しタンクの機能を
第２図．第４図．第５図及び第６図に就て以下に詳説す
るが、これ等の図はフロートにコントロールされるバル
ブ装置を示す。フロート３０が第２図に示される位置に
ある時、バルブダイヤフラム３６はフロートの重量で穴
あき板に押しつけられ該板の穴を閉じているのでバルブ
は完全に閉じられている。穴あき板を通つた案内ピン用
の穴４２とダイヤフラムの中央の部分３８は案内ピン上
の円錐形バルブ本体３１ａにより閉じられ、戻しタンク
内の液面は最低の位置にあつて、戻り流れはタンクに入
らない。戻り流れがタンク内に入り始めると、前述した
ようにそれが・ぐイプ４４に沿つて流れる間に気泡から
開放され、それからタンク内の液面を持ち上げる。これ
によつてフロートは上方に向つて持ち上げられる。フロ
ートの外径は戻しタンク内の内径（またはパイプ４４の
内径）とほぼ等しいサイズであることのために、フロー
トとタンクの内壁との間の隙間は極めて小さく、従てフ
ロートを持ち上げはじめるのには催かな流れを追加する
だけで十分である。この最初のフロートの持ち上りの際
、先ず最初に案内ピンの所の穴が開かれる。何故なれば
円錐形バルブ本体は案内ピンにしつかり吉結合していて
フロートの持ち上りの際案内ピンも共に持ち上るからで
ある。このためダイヤフラム上の圧力差は僅かに減少す
るが、それでも尚ダイヤフラムが穴あき板にしつかりと
吸付けられている程圧力差は大きい。フロートが上昇し
続けると、ダイヤフラムは次第に穴あき板から持ち上げ
られ、それによつて第５図に示される如く穴は穴あき板
の外縁から中央に向つて次第に露出される。フロートが
さらに持ち上げられると、穴あき板の穴は益々開かれ、
遂には穴は完全に露出され、第６図に示す如くバルブダ
イヤフラムは最早穴あき板とは接触していない。それが
たわめられることにより生じたダイヤフラムのテンシヨ
ンによつて、ダイヤフラムが最早穴あき板に接触してい
ない程にフロートが持ち土げられた時でもダイヤフラム
ははぼ楕円形状をしている。長い方の軸は案内ピンに対
して直角であり、短い方の軸は案内ピンの軸に一致する
。短い方の軸は楕円形のバルブストツプの高さより大き
いので、ダイヤフラムの中央の部分はバルブの円錐体の
先端より少し離れた位置にある。バルブダイヤフラムは
柔軟で弾力性があるのでフロートの持ち上る間たわめら
れ、且つバルブ本体はダイヤフラムが穴あき板２６から
持ち上げられることなく案内ピンの所の小さな中央穴を
先づ最初に露出するので、フロートを持ち上げる極く僅
かな力だけで足りるものである。従て、フロートは小さ
い寸法と小さな容積、例えば０，２リツトルのマグニチ
ユードで差支えない。フロートの持ち上りによつて穴あ
き板の穴が全部或るいは部分的に露出されると燃料はあ
ふれ戻しタンク１３から吸引される。戻り流れが減少す
ると、フロートは下げられて再びその最低位置にまで戻
り、それによつてあふれ戻しタンクの出口は再び閉じら
れる。

以上は一実施例に就て詳説したが、本発明の概念の範囲
内で多くの変様が考えられる。

例えば、バルブダイヤフラムはそれが十分に柔軟で弾力
性があつてダイヤフラムをたわめることによつて穴あき
板の穴が次第に開くようにすれば、バルブダイヤフラム
はボール状の部材でも差支えない。

板片をダイヤフラムとして使用する場合、板片は一定の
幅としてもよく、又は第３図による実施例で示されるも
のと異つた形状のウエブを設けても差支えない。本発明
によるダイヤフラムの柔軟性の故に持ち上げる力は少な
くてすむので、ダイヤフラムの持ち上りが始まる前に小
さな穴を開かせるべく特別のバルブ本体を設けることは
絶対に必要ではない。

併し、そのようなバルブ本体は多くの場合有利である。
ガス、気泡を流入してくる戻り流れから分離するための
部材も多くの異つた方法でデザインできる。例えば、大
きな表面を持つプレートとか容器の側壁とかが考えられ
る。戻しタンクも燃料計を持つ自動車の内燃機関からの
戻り流れの収集以外の目的に使用することができる。実
施例においてダイヤフラム３６はフルオロシリコンゴム
としたがダイヤフラムは勿論他の材料、例えば本発明の
概念の範囲内での柔軟性に就てダイヤフラムの操作の必
要条件を満すばね鋼の板でも差支えない。

本発明の概念によれば、円筒状パイプ２０に流入する戻
り燃料を冷却する冷却フランジを備えることもできる。
本発明における実施態様は次の通りである。

（１）フロートはその下方に設けられてフロートの縦方
向に突出る案内ピン３１を備え、該案内ピン３１は楕円
形のダイヤフラムストリツプ３６を通り抜けて孔４２に
突出し、該孔の直径は該案内ピンの直径より僅かに大き
く、下方に向う先端を持つ円錐形のバルブ本体３１ａは
案内ピン３１がダイヤフラムにより形成されるループを
通り抜けるところに設けられ、該円錐形のバルブ本体３
１ａの高さはダイヤフラムストリツプ３６が自由な位置
にある時楕円形ダイヤフラムのループの短い方の軸より
小さいことを特徴とする戻しタンク。（２）容器の上方
に流れ方向づけ部材４４が置かれ、容器の入口は該部材
の方に向けられて流入する流れが該部材に沿つて流れ落
ちそれによりガス気泡から解放されることを特徴とする
戻しタンク。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車用の燃料計を持つ燃料供給システムに連
結された戻しタンクの概略図、第２図はフロートを持つ
過剰供給燃料戻しタンクの拡大横断面図、第３図は据え
つけられていない状態でのバルブに使用されるダイヤフ
ラムの正面図、第４図乃至第６図は夫々異つたフロート
の位置におけるバルブの機能を示し、第４図はフロート
が完全に下がつた状態の要部断面図、第５図はフロート
が少し浮いた状態の要部断面図、第６図はフロートが浮
いた状態の要部断面図である。 １０・・・・・・燃料タンク、１１・・・・・・燃料計
、１２・・・・・・燃料ポンプ、１３・・・・・・過剰
供給燃料戻しタンク、１４・・・・・・パイプ、１５・
・・・・・戻しライン、１６・・・・・・抽気ライン、
１７・・・・・・フロート、１８・・・・・・バルブ、
１９・・・・・・出口、２０・・・・・・容器、２１・
・・・・・下方部、２２・・・・・・上方部、２３・・
・・・・入口、２４・・・・・・抽気孔、２５・・・・
・・出口、２６・・・・・・穴あき板、２７・・・・・
・封じリング、２８・・・・・・中央孔、２９・・・・
・・孔、３０・・・・・・中空体（フロート）、３１・
・・・・・案内ピン、３１ａ・・・・・・バルブ本体、
３２・・・・・・案内ピン、３３・・・・・・孔、３４
・・・・・・カバー、３５・・・・・・孔、３６・・・
・・・ダイヤフラム、３７・・・・・・ストリツプの部
分、３８・・・・・・ストリツプの部分、３９・・・・
・・ストリツプの部分、４０・・・・・・ウエブ（トン
グ）、４１・・・・・・孔、４２・・・・・・孔、４３
・・・・・・孔、４４・・・・・・パイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料ポンプ出口側に接続され過剰供給燃料を受入れ
   る入口並びに抽気口を上方に、また下方には上記燃料ポ
   ンプ入口に接続される出口を持つ容器と、該出口に置か
   れたバルブ並びに該バルブをコントロールするための容
   器内に収納されるフロートとを備え、上記バルブは柔軟
   な弾力性のダイヤフラムを持ち、該ダイヤフラムはフロ
   ートに連結されて該フロートの上昇に伴ない出口を次第
   に露出せしめると共に、容器内には上記入口から供給さ
   れる燃料を下方に導びくパイプを具備せしめたことを特
   徴とする内燃機関における過剰供給燃料戻しタンク。 ２ ダイヤフラムは出口をカバーする中央部分と、円弧
   状に曲げられた二つの部分とからなり、該二つの部分は
   それぞれ中央部分の両側に接続されて楕円形に形成され
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機
   関における過剰供給燃料戻しタンク。 ３ ダイヤフラムは柔軟な弾性板からなり、両端が折り
   曲げられて楕円形とし、かつ楕円形上面においてフロー
   トに取付けられたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の内燃機関における過剰供給燃料戻しタンク。 ４ ダイヤフラムは柔軟な弾性板からなり、かつ三つの
   続いて配置された部分３７、３８、３９からなり、それ
   らは幅の狭いトング４０によつて相互に連結されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
   における過剰供給燃料尻上タンク。 ５ ダイヤフラムは柔軟な弾性板からなり、かつ楕円形
   状に屈曲され、その長い方の軸はフロートの運動方向に
   垂直であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の内燃機関における過剰供給燃料戻しタンク。 ６ 出口は平面な盤よりなり、該盤には燃料の流れに対
   して少く共一つの通し孔を持ち、フロートが最低位置に
   ある時、該盤に平面状態のダイヤフラムが接し上記通し
   孔を閉塞することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の内燃機関における過剰供給燃料戻しタンク。 ７ フロートはその運動方向に垂直な横断面積を持ち、
   容器の内壁とフロートとの間の隙間は極めて小さいこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の過剰供給燃料
   戻しタンク。 ８ 燃料を下方に導びくパイプは容器内に垂直に設けら
   れ、上方部で先細となり、かつ該パイプの上部は燃料受
   入用入口の内側に位置することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の内燃機関における過剰供給燃料戻しタ
   ンク。 ９ 燃料を下方に導びくパイプは、きめ細かな網細工で
   構成され、該パイプの下部は容器の内壁に連結され、上
   方部は先細となり燃料入口の内側に置かれていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関におけ
   る過剰供給燃料戻しタンク。