JP2002339833A - 液化ガス燃料用の燃料噴射装置 - Google Patents
液化ガス燃料用の燃料噴射装置Info
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Abstract
の燃料噴射装置を提供すること。 【解決手段】液化ガス燃料を蓄える燃料タンク1には燃
料供給配管3を通じて高圧ポンプ4が接続されており、
エンジンの運転に同期して高圧ポンプ4から高圧燃料が
吐出される。そして、その高圧燃料がコモンレール6に
蓄圧された後、インジェクタ7より噴射される。また特
に、インジェクタ7として、コモンレール6より供給さ
れる高圧燃料の低圧側への漏れ(リーク)を無くしたリ
ークレス構造のものを用いている。この場合、圧力制御
室内の高圧燃料を噴射毎に低圧側にリークさせていた従
来のインジェクタとは異なり、リーク燃料を回収するた
めの処理装置が不要となる。また、高圧燃料のリークを
無くした分、高圧ポンプの余分な負荷が軽減され、同ポ
ンプの大型化が抑制される。
Description
するエンジンに適用される液化ガス燃料用の燃料噴射装
置に関するものである。
して軽油が使われているが、燃料の気化性や発火燃焼
性、エミッション等を考慮して、DME(ジメチルエー
テル)やセタン価向上のための添加剤を加えたLPG
(液化石油ガス)といった液化ガス燃料を使用すること
が提案されてきている。なお以下の記載において、LP
Gと称するものは、特に指示しない限りセタン価向上剤
を加えたものを指すこととする。
概ねディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射装
置が適用できる。すなわち、液化ガス燃料を蓄える燃料
タンクには燃料供給配管を通じて高圧ポンプが接続され
ており、高圧ポンプの駆動に伴い高圧ポンプからコモン
レールに高圧燃料が吐出される。そして、その高圧燃料
がコモンレールにて所定の噴射圧相当の圧力で蓄圧され
た後、インジェクタより噴射される。
サーボ機構を利用したインジェクタが用いられ、このイ
ンジェクタの場合、油圧制御のために燃料をリークする
必要がある。なお、油圧サーボ機構を利用したインジェ
クタとは、二方弁或いは三方弁を用いたインジェクタと
して周知であり、弁体の背面に設けた圧力制御室に高圧
燃料を導入し、この圧力制御室内の高圧燃料(油圧)を
噴射毎に低圧側にリークさせることで弁体の開弁動作を
実現させている。この場合、DMEやLPG等の液化ガ
ス燃料は常温・常圧下で気体であり、インジェクタより
リークされた燃料は気化するため、回収し液化するため
の処理装置が必要となる。それ故に、燃料噴射装置の構
成が複雑になるという問題があった。例えば特開平11
−22590号公報の装置では、リーク燃料を回収する
ための装置としてパージタンク(圧抜き貯蔵タンク)や
燃料低圧ポンプを設けている。
量は軽油より小さく、軽油を燃料とするエンジンと同等
の出力を得るには、2倍の体積の燃料を噴射する必要が
ある。また、LPGの場合には、単位体積当たりの発熱
量が軽油よりも大きい反面密度が小さいことから、同等
の出力を得るには1.5倍程度の噴射量が必要となる。
そのため、軽油用燃料噴射装置のインジェクタと高圧ポ
ンプとを液化ガス燃料用の燃料噴射装置に流用する上で
は、高圧ポンプの吐出量を増大させなくてはならず、高
圧ポンプの大型化を招く。それ故に、高圧ポンプの大型
化を抑制するための改良技術が望まれている。
着目してなされたものであって、その目的とするところ
は、簡素な構成で且つ信頼性の高い液化ガス燃料用の燃
料噴射装置を提供することである。
射装置では、燃料タンクに液化ガス燃料が蓄えられ、そ
の液化ガス燃料が高圧ポンプにて高圧化される。そし
て、高圧ポンプより吐出される高圧燃料がコモンレール
にて所定の噴射圧相当の圧力で蓄圧された後、インジェ
クタより噴射される。また特に、インジェクタとして、
コモンレールより供給される高圧燃料の低圧側への漏れ
(リーク)を無くしたリークレス構造のものを用いてい
る。この場合、圧力制御室内の高圧燃料を噴射毎に低圧
側にリークさせていた従来のインジェクタとは異なり、
リーク燃料を回収するための処理装置が不要となる。ま
た、高圧燃料のリークを無くした分、高圧ポンプの余分
な負荷が軽減され、同ポンプの大型化が抑制できる。そ
の他に、大気への燃料リークといった不都合を生じるこ
ともない。その結果、本発明によれば、簡素な構成で且
つ信頼性の高い液化ガス燃料用の燃料噴射装置が提供で
きる。
のように構成すると良い。すなわち、請求項2に記載の
発明では、インジェクタは、弁体がアクチュエータにて
直接駆動され、且つ弁体の摺動部を挟む部位が何れも高
圧下となるよう構成されている。この場合、弁体の摺動
部において、高圧部位から低圧部位へ燃料が漏れるとい
った燃料リークがなくなる。
レールから燃料タンクへと通じる燃料排出通路の途中に
第1の開閉弁が設けられている。そして、エンジン運転
中には第1の開閉弁が閉鎖され、エンジン停止時には第
1の開閉弁が開放される。この場合、エンジンの停止時
に第1の開閉弁が開放されることにより、燃料排出通路
を介してコモンレール内の高圧燃料が燃料タンクに排出
される。これにより、エンジン停止時において、コモン
レール内の高圧燃料が燃料タンクに回収できる。またこ
の場合、インジェクタ内の残留燃料もコモンレール及び
燃料排出通路を通じて燃料タンクに回収される。それ故
に、液体の状態のまま密閉されることがなくなり、エン
ジン停止後に温度が上昇しても破損等の不都合が回避で
きる。
したように、燃料排出通路と高圧ポンプとを燃料通路に
て接続し、エンジンの停止時には前記第1の開閉弁の開
放に伴い高圧ポンプと燃料タンクとを連通させると良
い。これにより、エンジン停止時において、高圧ポンプ
内の高圧燃料が燃料タンクに回収できる。
ンプがエンジンの運転に同期して駆動されるのに対し、
フィードポンプが電動モータ等により駆動される。ま
た、高圧ポンプを迂回するようにしてフィードポンプと
コモンレールとの間にバイパス通路が設けられると共
に、そのバイパス通路の途中に第2の開閉弁が設けられ
ている。そして、エンジンの始動時において始動開始か
ら所定期間だけは第2の開閉弁が開放される(始動時制
御手段)。このとき、第2の開閉弁の開放によりフィー
ドポンプがバイパス通路を介してコモンレールに連通さ
れ、フィードポンプによるフィード圧(例えば2.5〜
3MPa程度)の加圧燃料がコモンレールに供給され
る。エンジン始動当初には、コモンレール内に燃料はな
くその内部は液体状態の燃料と気体状態の燃料とが混在
しているが、フィードポンプによりコモンレールに燃料
が供給され、その燃料がインジェクタよりエンジンに噴
射供給される。なおこの場合、フィードポンプは電動式
であるため、エンジンの運転に関係なく始動当初から所
定のフィード圧による燃料の供給が可能となる。
燃料供給通路や高圧ポンプにも同様に、フィードポンプ
により燃料が供給されており、始動開始から所定期間後
に第2の開閉弁が閉鎖される時には、高圧ポンプによる
燃料加圧が適正に実施できるようになる。それ以降、高
圧ポンプから吐出される高圧燃料がコモンレールに蓄圧
され、通常の噴射圧にてインジェクタの噴射が行われ
る。上記の如くエンジンの始動直後にフィードポンプか
らコモンレールへの燃料供給を行わせることにより、エ
ンジンの始動性を向上させることができるようになる。
に、エンジン停止時においてコモンレール内や高圧ポン
プ内の燃料が燃料タンクに回収される場合には、これら
コモンレール内や高圧ポンプ内が液体状態と気体状態と
が混ざった状態となるが、この場合にも良好なるエンジ
ン始動が実現できる。
したように、エンジン回転数が所定値に達するまでのエ
ンジン始動当初において前記第2の開閉弁を開放させる
と良い。
通路においてフィードポンプの直後に第3の開閉弁が設
けられている。そして、エンジン運転中には第3の開閉
弁が開放され、エンジン停止時には第3の開閉弁が閉鎖
される。この場合、エンジン運転状態に応じて燃料タン
クからの燃料供給が適正に実施できるようになる。
ポンプは、エンジンの通常運転状態における温度での液
化ガス燃料の飽和蒸気圧よりも高い圧力で燃料を加圧す
る。この場合、フィードポンプよりも下流側の燃料供給
通路や高圧ポンプにおいて、液化ガス燃料の気化が防止
され、気泡の発生による不具合が防止できる。
施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、
DMEやLPG等の液化ガスを燃料とする車両用ディー
ゼルエンジンにおいて、当該エンジンへの燃料噴射を行
わせるための燃料噴射装置に本発明を具体化する。
置を示す概略構成図である。図1において、燃料タンク
1には、飽和蒸気圧で液化ガス燃料(DME、或いはL
PG)が貯蔵され、燃料タンク1の出口にはフィードポ
ンプ2が取り付けられている。フィードポンプ2は、モ
ータ等により駆動される電動式のものであり、このフィ
ードポンプ2により所定のフィード圧(2.5〜3MP
a程度)の燃料が吐出される。但し、フィードポンプ2
の取り付け位置は燃料タンク1内であっても良い。
燃料供給配管3の途中には、電磁駆動式の燃料供給弁5
が設けられており、燃料供給弁5が開放されるとフィー
ドポンプ2から高圧ポンプ4への燃料供給が許容され、
燃料供給弁5が閉鎖されるとフィードポンプ2から高圧
ポンプ4への燃料供給が遮断される。また、高圧ポンプ
4の下流側にはコモンレール6が接続され、コモンレー
ル6にはエンジンの気筒数分だけインジェクタ7が接続
されている。なお、高圧ポンプ4は、エンジンの出力軸
に対してベルト、チェーン又はギアで駆動連結され、エ
ンジンの回転に同期して駆動されるようになっている。
燃料タンク1内の燃料は、フィードポンプ2で2.5〜
3MPaに加圧された後、高圧ポンプ4に供給され、こ
の高圧ポンプ4にて噴射圧相当の高圧状態(最大50M
Pa程度)に加圧される。そして、この高圧燃料がコモ
ンレール6に圧送されて一旦蓄圧された後、インジェク
タ7からエンジンの各気筒に噴射供給される。
ン配管8により接続されており、このリターン配管8の
途中には電磁駆動式の減圧弁9が設けられている。この
場合、減圧弁9が開放されるとコモンレール6内の燃料
がリターン配管8を介して燃料タンク1に戻され、コモ
ンレール圧力が減圧されるようになっている。
は、燃料供給弁5の下流側(高圧ポンプ側)と減圧弁9
の上流側(コモンレール側)との間で分岐配管10によ
り連通されており、この分岐配管10の途中には電磁駆
動式のバイパス弁11が設けられている。
「燃料供給通路」に、リターン配管8が「燃料排出通
路」に、燃料供給弁5の下流側からコモンレール6まで
の分岐配管10とリターン配管8とが「バイパス通路」
に、それぞれ相当する。また、燃料供給弁5が「第3の
開閉弁」に、減圧弁9が「第1の開閉弁」に、バイパス
弁11が「第2の開閉弁」に、それぞれ相当する。
を主体に構成され、図示しない各種センサよりアクセル
開度、エンジン回転数等の検出信号を入力する他、コモ
ンレール6に設けられた圧力センサ12よりコモンレー
ル圧(噴射圧)を入力する。そして、ECU20は、各
種入力情報に基づいてコモンレール圧(噴射圧)が最適
値になるよう高圧ポンプ4の燃料吐出量を制御する。ま
たECU20は、各種入力情報に基づいて燃料噴射量及
び燃料噴射時期を算出し、それに応じてインジェクタ7
の駆動を制御する。更にECU20は、前述した燃料供
給弁5、減圧弁9及びバイパス弁11の開閉動作を制御
する。なお本実施の形態では、ECU20により「始動
時制御手段」が構成される。
G)は飽和蒸気圧が高く、また粘性が低いことから、例
えば軽油を燃料とした燃料噴射装置とは異なり、高圧ポ
ンプ4やインジェクタ7の摺動部で燃料リークが発生し
やすい。また、燃料のリーク量が増えると、その分高圧
ポンプ4の大型化も強いられることとなる。それ故に、
燃料リークの対策を講じなければならない。
てシリンダ内にピストンが収容され、そのピストンの往
復動により燃料が加圧される。この場合、ピストンの摺
動部より燃料が漏れ出ることが考えられる。そのため、
例えば高圧ポンプ4と燃料タンク1とを連通する連通路
(図示略)を設け、その連通路を介して、ピストン摺動
部より漏れ出た燃料(DME)を燃料タンク1に戻すよ
う構成するのが望ましい。因みに、高圧ポンプ4として
ダイアフラム駆動式ポンプを用いることも可能であり、
ダイアフラム駆動式ポンプを用いる場合には、燃料リー
クの問題は生じない。
ル式燃料噴射装置では、一般にインジェクタとして二方
電磁弁(或いは三方電磁弁)が使用される。この場合に
は、弁体の背面に設けた圧力制御室に高圧燃料を導入
し、この圧力制御室内の高圧燃料(油圧)を噴射毎に低
圧側にリークさせることで弁体の開弁動作を実現させて
いる。そのため、噴射毎に高圧燃料のリークが発生す
る。また、弁体摺動部おいてもやはり高圧燃料のリーク
が発生する。そこで本実施の形態では、インジェクタ7
として、電磁ソレノイド(アクチュエータ)により弁体
を直接動かす、いわゆる直動方式のインジェクタを採用
し、燃料のリークレスを図ることとする。その構成を図
2に示す。
ボディ32は同軸に設けられ、リテーニングナット33
の締め付けにより一体化されている。ケーシング31及
びバルブボディ32には貫通孔31a,32aが設けら
れ、その貫通孔31a,32aには、弁体としてのニー
ドル34が収容されている。ニードル34は、図の上下
2箇所に摺動部34a,34bを有する。バルブボディ
32の先端部には複数の噴射孔32bが設けられてお
り、ニードル34の先端がバルブボディ32に当接する
ことで噴射孔32bが閉じ、ニードル34の先端がバル
ブボディ32から離間することで噴射孔32bが開く。
また、ケーシング31には吸入ポート35が組み付けら
れている。
ドル34の図の上端にはアーマチャ36が固着され、そ
のアーマチャ36に対向してステータ37が設けられて
いる。ニードル34はスプリング38により閉弁側(図
の下側)に付勢されている。更に、ステータ37の外周
にはコイル39が配設されている。コイル39が通電さ
れると、アーマチャ36がステータ37に吸引され、ス
プリング38の付勢力に抗してニードル34が開弁側
(図の上側)に移動する。これにより、噴射孔32bが
開放され、燃料噴射が行われる。つまり、インジェクタ
7は、高圧燃料のリークを伴うことなく、ニードル34
の開弁動作を実現する。
される貫通孔31aは、連通路41を介してアーマチャ
室42に連通されている。従って、ニードル34には何
れの部位でも高圧燃料が作用し、摺動部34a,34b
において、高圧部位から低圧部位へ燃料が漏れるといっ
た燃料リークがなくなる。
通り高圧ポンプ4及びインジェクタ7において、リーク
燃料を外部に漏らさない、或いはリーク燃料自体を減ら
すための対策が講じられている。なお、燃料リーク量を
減らすことで、燃料タンク1に対して高温の燃料が戻る
量も減り、燃料タンク1の温度上昇が抑制されるように
なる。
の作動を説明する。図3は、エンジンの始動時から停止
時までの各電磁弁の動作と、噴射圧力及びエンジン回転
数の推移とを示すタイムチャートである。
れるt1のタイミングでは、ECU20は、燃料供給弁
5をそれまでの閉鎖状態から開放すると共に、減圧弁9
をそれまでの開放状態から閉鎖する。但し、バイパス弁
11は、それまでの開放状態まま維持される。またこの
とき、エンジン始動に伴いフィードポンプ2に電源が供
給され、その駆動が開始される。
がフィードポンプ2により所定のフィード圧(2.5〜
3MPa程度)で下流側に吐出される。この場合、フィ
ードポンプ2の吐出燃料は、燃料供給配管3により高圧
ポンプ4に給送されると共に、バイパス弁11が開放さ
れていることから分岐配管10及びリターン配管8を経
由してコモンレール6に給送される。エンジンの始動当
初は、燃料供給配管3、高圧ポンプ4、コモンレール6
等には燃料はなく、その内部は空間のままである。それ
故、始動直後は、高圧ポンプ4が燃料の圧送を正常に行
うことができず、コモンレール6には、フィードポンプ
2からの燃料供給により同ポンプ2の吐出圧(2.5〜
3MPa程度)相当の燃料が蓄えられるようになる。な
おこの場合、フィードポンプ2は電動式であるため、エ
ンジンの運転に関係なく始動当初から所定のフィード圧
による燃料の供給が可能となっている。
3MPa程度の噴射圧でインジェクタ7による燃料噴射
が行われる。この場合、噴射圧は低いが、エンジン始動
直後は低回転のため噴射期間が長く、エンジンの運転に
支障はない。実際には、スタータによるクランキング期
間において2.5〜3MPa程度の噴射圧で燃料噴射が
行われる。
所定の回転数(例えば、300rpm程度)まで上昇
し、ECU20はバイパス弁11を閉鎖する。これによ
り、分岐配管10を通じてのフィードポンプ2からコモ
ンレール6への連通が遮断される。このとき、フィード
ポンプ2からの燃料供給により、燃料供給配管3や高圧
ポンプ4は液化した燃料で満たされており、高圧ポンプ
4による燃料の加圧が正常に行われ、その加圧燃料がコ
モンレール6に対して圧送される。つまり、t2以降、
通常の噴射圧(例えば50MPa)でインジェクタ7に
よる燃料噴射が行われる。
ポンプ2で2.5〜3MPa程度に加圧したため、燃料
供給配管3や高圧ポンプ4に供給される燃料は、通常運
転状態での燃料の飽和蒸気圧よりも高い圧力で保持され
る。例えば、通常運転状態での燃料温度を80℃とすれ
ば、燃料(DME)の飽和蒸気圧は2.2MPa程度で
ある。そのため、燃料供給配管3や高圧ポンプ4におい
て液化ガス燃料の気化が防止され、気泡の発生による不
具合が防止できる。
タイミングでは、ECU20は、燃料供給弁5を閉鎖す
ると共に、減圧弁9及びバイパス弁11を何れも開放す
る。これにより、コモンレール6内の燃料がリターン配
管8を介して燃料タンク1に回収されると共に、高圧ポ
ンプ4内の燃料が分岐配管10及びリターン配管8を介
して燃料タンク1に回収される。その結果、コモンレー
ル6内の圧力は、燃料タンク1内の圧力と等しくなる。
に示す効果が得られる。インジェクタ7として、コモン
レール6より供給される高圧燃料の低圧側への漏れ(リ
ーク)を無くしたリークレス構造のものを採用した。従
って、リーク燃料を回収するための処理装置が不要とな
る。また、高圧燃料のリークを無くした分、高圧ポンプ
4の余分な負荷が軽減され、同ポンプ4の大型化が抑制
できる。その他に、大気への燃料リークといった不都合
を生じることもない。その結果、本実施の形態によれ
ば、簡素な構成で且つ信頼性の高い液化ガス燃料用の燃
料噴射装置が提供できる。
びバイパス弁11が共に開放されるので、リターン配管
8及び分岐配管10を通じての高圧燃料(コモンレール
6及び高圧ポンプ4内の高圧燃料)の回収が可能とな
る。
式のフィードポンプ2によりコモンレール6への燃料供
給を行わせたので、エンジン始動時の燃料噴射を確実に
行わせ、エンジンの始動性を向上させることができるよ
うになる。特に、エンジン停止時においてコモンレール
6内や高圧ポンプ4内の燃料が燃料タンク1に回収され
る場合には、これらコモンレール6内や高圧ポンプ4内
は液体状態の燃料と気体状態の燃料とが混ざった状態と
なるが、この場合にも良好なるエンジン始動が実現でき
る。
体化できる。上記実施の形態では、エンジンの始動後、
エンジン回転数が所定値に達するまでの所定期間でバイ
パス弁11を開放したが、これに代えて、エンジンの始
動後、一定時間が経過するまではバイパス弁11を開放
する構成としても良い。
トに示した通り、エンジン停止時に減圧弁9を開放し、
次のエンジン始動時まで開放のままとしたが、エンジン
停止後、所定時間が経過した時に減圧弁9を閉鎖し、エ
ンジン停止中は燃料タンク1内を密閉するようにしても
良い。
て、図2のソレノイドコイル駆動式の構造を用いたが、
これに代えて、ピエゾ駆動式など他の構造を用いても良
い。何れにしても、アクチュエータによる直動式の構造
であれば良い。
を示す構成図。
ャート。
管、4…高圧ポンプ、5…燃料供給弁(第3の開閉
弁)、6…コモンレール、7…インジェクタ、8…リタ
ーン配管、9…減圧弁(第1の開閉弁)、10…分岐配
管、11…バイパス弁(第2の開閉弁)、20…EC
U、34…ニードル。
Claims (8)
- 【請求項1】液化ガス燃料を蓄える燃料タンクには燃料
供給通路を通じて高圧ポンプが接続されており、高圧ポ
ンプより吐出される高圧燃料がコモンレールにて所定の
噴射圧相当の圧力で蓄圧された後、インジェクタより噴
射される液化ガス燃料用の燃料噴射装置において、 前記インジェクタとして、コモンレールより供給される
高圧燃料の低圧側への漏れを無くしたリークレス構造の
ものを用いることを特徴とする液化ガス燃料用の燃料噴
射装置。 - 【請求項2】前記インジェクタは、弁体がアクチュエー
タにて直接駆動され、且つ弁体の摺動部を挟む部位が何
れも高圧下となるよう構成されている請求項1に記載の
液化ガス燃料用の燃料噴射装置。 - 【請求項3】コモンレールから燃料タンクへと通じる燃
料排出通路と、その燃料排出通路の途中に設けられる第
1の開閉弁とを備え、エンジン運転中には前記第1の開
閉弁を閉鎖し、エンジン停止時には前記第1の開閉弁を
開放する請求項1又は2に記載の液化ガス燃料用の燃料
噴射装置。 - 【請求項4】請求項3に記載の液化ガス燃料用の燃料噴
射装置において、前記燃料排出通路と高圧ポンプとを燃
料通路にて接続し、エンジンの停止時には前記第1の開
閉弁の開放に伴い高圧ポンプと燃料タンクとを連通させ
る液化ガス燃料用の燃料噴射装置。 - 【請求項5】前記高圧ポンプがエンジンの運転に同期し
て駆動される燃料噴射装置であって、 高圧ポンプよりも燃料タンク側に配設され、所定のフィ
ード圧の燃料を吐出する電動式のフィードポンプと、 高圧ポンプを迂回するようにしてフィードポンプとコモ
ンレールとの間に設けられるバイパス通路と、 バイパス通路の途中に設けられ、当該バイパス通路を開
閉するための第2の開閉弁と、 エンジンの始動時に始動開始から所定期間だけ前記第2
の開閉弁を開放する始動時制御手段と、を備えた請求項
1〜4の何れかに記載の液化ガス燃料用の燃料噴射装
置。 - 【請求項6】請求項5に記載の液化ガス燃料用の燃料噴
射装置において、前記始動時制御手段は、エンジン回転
数が所定値に達するまでのエンジン始動当初において前
記第2の開閉弁を開放させる液化ガス燃料用の燃料噴射
装置。 - 【請求項7】前記燃料供給通路においてフィードポンプ
の直後に第3の開閉弁を設け、エンジン運転中には前記
第3の開閉弁を開放し、エンジン停止時には前記第3の
開閉弁を閉鎖する請求項1〜6の何れかに記載の液化ガ
ス燃料用の燃料噴射装置。 - 【請求項8】前記フィードポンプは、エンジンの通常運
転状態における温度での液化ガス燃料の飽和蒸気圧より
も高い圧力で燃料を加圧する請求項1〜7の何れかに記
載の液化ガス燃料用の燃料噴射装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001144252A JP4302908B2 (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 液化ガス燃料用の燃料噴射装置 |
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