JP2004239064A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃温センサ21と燃圧センサ22で燃料タンク11内のLPGの温度と圧力を検出し、その検出結果を、ECU20に記憶した組成の違う複数のLPGの蒸気圧曲線に照らして、対応する蒸気圧曲線を特定する。燃温センサ23と燃圧センサ24でデリバリパイプ8内の燃料の状態を検出し、その検出結果と、前記の特定した蒸気圧曲線とに基づいて、デリバリパイプ内の燃料が気化していないと判定されたら、ECU20が切換弁19を閉じて燃料の還流を止める。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
LPGのような液化ガスを内燃機関に供給する燃料供給装置において、ポンプにより燃料タンクから送出した燃料を再び燃料タンクに還流する還流通路が設けられるものが知られている(例えば特許文献1参照)。
【0003】
また、このような還流通路に遮断弁を設けたものが知られている(例えば特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特表平6−502473号公報(第3頁、第1図)
【特許文献2】
特公平7−65546号公報(第2頁、第1図、第2図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料通路は内燃機関からの受熱により高温となっているため、前記燃料通路を通過して還流される燃料も昇温された状態で燃料タンクに戻ってくることになり、燃料タンク内温度が上昇し、燃料タンク内に貯留される燃料が気化されることにより燃料タンク内圧が上昇する。このように燃料タンク内圧が上昇すると、燃料を充填する際に、充填性が悪化して充填時間が長くなるという問題点があった。
【0006】
そこで、本発明はこのような問題点を解消できる内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項1記載の第1の発明は、液化ガス燃料が貯留される燃料タンクと、該燃料タンクから送出された燃料を燃料噴射弁に導く燃料通路と、該燃料通路の途中から分岐して前記燃料タンクに燃料を還流する還流通路と、該還流通路の開閉を切り換える切換弁とを含む内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料通路内での燃料の存在状態を検出する燃料状態判定手段を備え、該燃料状態判定手段により燃料が気化していないと判定されたときは前記切換弁が閉状態とされることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置である。
【0008】
本発明では、燃料通路内で燃料が気化していないと判定されると切換弁が閉じて燃料は還流しない。そのため、燃料通路内で機関から受熱して高温となった燃料の還流量が低減されて、燃料タンク内の温度、圧力の上昇を抑制することができる。
【0009】
請求項2記載の第2の発明は、前記第1の発明の内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料状態判定手段は、前記燃料タンクの温度及び圧力を検出する第1の検出手段と、該第1の検出手段による検出結果に基づいて前記液化ガス燃料の蒸気圧曲線を特定する特定手段と、前記燃料通路の温度及び圧力の少なくとも一方を検出する第2の検出手段とを備え、前記特定手段による特定結果と前記第2の検出手段による検出結果に基づいて燃料の存在状態を判定することを特徴とするものである。
【0010】
この発明では、燃料の蒸気圧曲線を特定して燃料状態を判定するため、燃料状態を精度よく判定することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図に示す実施例に従って説明する。
【0012】
図1は本発明の装置を搭載した内燃機関の略平面図で、エアクリーナ1から吸入した空気は、スロットルボデー2、吸気管3におけるエンジンの各気筒に連通する吸気ダクト4,4,4,4を通じてエンジン5に供給され、エンジン5の排気は排気管6から排出される。
【0013】
各吸気ダクト4には、本発明の燃料噴射弁に相当する液噴インジェクタ7が備えられており、燃料デリバリパイプ(以下、単にデリバリという)8を通じて燃料を各液噴インジェクタ7から各吸気ダクト4内に噴射供給するようになっている。
【0014】
吸気管3に設けた吸入空気量センサ9は吸入空気量を検出して電気信号に変換し、後述するECU20に伝える。エンジン5に設けたNeセンサ10はエンジン回転数を検出して電気信号に変換し、後述するECU20に伝える。
【0015】
次に、前記図1に示す内燃機関への燃料供給装置(燃料供給系)について図2により説明する。
【0016】
本発明は、液化石油ガス(LPG)、ディメチルエーテル(DME)、LNG、水素ガス等を加圧変化した液化ガスを燃料とする内燃機関に適用するもので、この液化ガスが燃料タンク11内に液相と気相状態で貯留されるが、実施例では、燃料タンク内に液化石油ガス(LPG)を貯留している場合を例として説明する。
【0017】
燃料タンク11の底部と前記デリバリ(デリバリパイプ)8とは、燃料タンク11の液相部12の液相燃料を取り出して前記デリバリ8へ供給する液相燃料供給用の液相配管13で接続されている。該液相配管13には、燃料タンク11から燃料を加圧送出する燃料ポンプ14と、該燃料ポンプ14の下流側に配設した燃料フィルタ15が設けてある。
【0018】
液相配管13とデリバリ8は燃料を液噴インジェクタ(燃料噴射弁)7に導く燃料通路に相当する。
【0019】
還流通路16は前記燃料通路の途中から分岐して前記燃料タンク11に燃料を還流するように、その上流端はデリバリ8に連通し、下流端は燃料タンク11の上部気相部17に開口している。そして、還流通路16の下流端部には周知のプレッシャレギュレータ18が設けてある。また、還流通路16の途中には、該還流通路の開閉を切り換える切換弁19が設けてある。この切換弁19は後述するECU20で開閉制御される。
【0020】
電子制御装置(ECU)20は、前記吸入空気量センサ9からの吸入空気量信号、Neセンサ10からの回転数信号、図示されてない冷却水温センサからの冷却水温信号などを入力して、エンジンの要求燃料量を噴出するように液噴インジェクタ7,7,7,7を制御すると共に、前記燃料タンクの温度、圧力を検出する第1の検出手段に相当する燃温センサ21、燃圧センサ22による検出結果に基づいて後述するように液化ガス燃料の蒸気圧曲線を特定するように、燃温センサ21、燃圧センサ22からそれぞれ出力される電気信号を入力する。また、前記燃料通路の温度、圧力を検出する第2の検出手段に相当するように、デリバリ8に配設した燃温センサ23、燃圧センサ24からそれぞれ出力される電気信号も入力し、第2の検出手段に相当する燃温センサ23、燃圧センサ24の検出結果、即ち、その電気信号と、前記特定された蒸気圧曲線とに基づいて燃料の状態を判定し、燃料通路内の燃料が気化していないと判定されたときは切換弁19を閉状態に制御する。
【0021】
このように、液噴インジェクタ(燃料噴射弁)7を制御したり、蒸気圧曲線を特定したり、燃料の存在状態を判定する燃料状態判定手段として機能するために、ECU20は、中央処理装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及びバックアップRAM等を備えた周知の構成のものである。ROMは後述する各種制御に関する所定の制御プログラムも予め記憶している。CPUは、この制御プログラムに従って各種制御を実行する。
【0022】
ところで、LPGの主成分はプロパンとブタンで、プロパンの沸点よりもブタンの沸点の方が高い温度である。そして、自動車の内燃機関に使用されるLPGの成分はその99%はプロパンとブタンが占める。したがって、このLPGの蒸気圧曲線は、ほとんどプロパンとブタンの組成割合で決まる。図3に、このようなLPG燃料の蒸気圧曲線を示すが、曲線▲1▼をプロパン100%の蒸気圧曲線とすると、ブタン100%の蒸気圧曲線は、曲線▲9▼のように、曲線▲1▼よりも右下に離れて位置する。そして、プロパンとブタンの混合比率に応じて、曲線▲1▼から▲2▼▲3▼…▲7▼▲8▼▲9▼とそれぞれ異なる蒸気圧曲線になる。そして、曲線▲1▼〜▲9▼の数字の大きい程プロパンの成分が少なく、ブタンの成分が多い。
【0023】
また、LPGの主成分であるプロパンとブタンの比率、即ちLPGの組成は充填所(スタンド)によって違うばかりでなく、前記燃料タンク11内の燃料が消費されて次第に減少していく間に組成が変化していく。そして、図3のように、組成の違うLPGの蒸気圧曲線▲1▼〜▲9▼を複数用意して、ECU20のメモリ、例えばROMに予め記憶させておき、燃温センサ21で検出したタンク温度tと燃圧センサ22で検出したタンク圧PをECU20に入力し、ECU20のCPUにより、タンク温度tとタンク圧Pで決まる図3上の点S0を、前記メモリに記憶した複数の蒸気圧曲線▲1▼〜▲9▼(これを蒸気圧曲線群ということもできる)に照らし、点S0を通る曲線、例えば曲線▲7▼を、このときのLPG燃料の蒸気圧曲線として特定することができる。
【0024】
このようにして特定したLPG燃料の蒸気圧曲線、例えば曲線▲7▼を、図4で飽和蒸気圧線として1本の曲線で示す。
【0025】
次に、前述の蒸気圧曲線の特定も含めて、本発明の第1の実施例の動作を図4と、図5のフローチャートに従って詳しく説明する。なお、図4で、ΔP1は、図2のプレッシャレギュレータ18の設定調圧値である。また、ΔP2は燃料ポンプ14に設けてある周知のリリーフ弁のリリーフ圧、または燃料ポンプが回転数制御される場合の回転数制御による圧力値(吐出圧)である。
【0026】
先ずステップ101でタンク温、タンク圧を取り込み、このタンク温とタンク圧で決まるS0点を前述のように蒸気圧曲線群に照らし、対応する1つの飽和蒸気圧線を特定する(ステップ103)。次にステップ105で切換弁19が閉じているか判断し、閉じていれば(還流なし)ステップ107で燃温センサ23と燃圧センサ24によってデリバリ温とデリバリ圧をそれぞれ取り込む。こうして、取り込んだデリバリ温とデリバリ圧で図4のB点が決まる。次に図4上でB点から水平に右へ直線を引いたときの飽和蒸気圧線との交点であるS2点の温度を求め(ステップ109)、S2点の温度と前記B点を決めるデリバリ温との差が一定値(例えば5℃)より小さいか判断し(ステップ111)、この差が一定値(例えば5℃)より小さい時は次のステップ113で切換弁19を開く。こうすると、図4上で動作点がB点からC点へ移動する。ステップ111で、差が5℃より小さくないときは切換弁は閉じたままである。
【0027】
また、前記ステップ105で、切換弁19が閉じていないときは、切換弁19が開いていて還流がある。このときは、次のステップ115でデリバリ温を取り込む。このときのデリバリ温は図4上でC点の温度に対応する。次にステップ117で、C点のデリバリ温と前記S0点のタンク温の差を求め、この差が10℃より小さいか判断し、差が10℃より小さいときは、ステップ119で切換弁19を閉じて還流を止める。動作点はC点からA点へ移動し、更に内燃機関からの受熱によりB点へと移動する。A点、B点、更にC点への動作点の移動を示す矢印は、デリバリ内の燃料状態の挙動を示している。なお、ステップ117で温度の差が10℃より小さくないときは、切換弁19は開いたまま、ECU20は処理を一旦終了する。
【0028】
上述の第1実施例は、燃料通路、即ちデリバリ内の温度を検出する第2の検出手段に相当する燃温センサ23の検出結果であるデリバリ温と、特定された飽和蒸気圧線に基づいて燃料が気化していないと判定された時に、切換弁19を閉状態とするものであるが、燃温センサ23の代わりに、燃圧センサ24を第2の検出手段として用いることもできる。このような実施例を次の第2実施例で詳述する。
【0029】
図6と図7に従って第2実施例の動作を説明する。この第2実施例では、プレッシャレギュレータ(P/R)18の設定調圧値ΔP1は0.5MPaにした。
【0030】
ECU20は処理を開始すると、先ずステップ101〜103で、そのときのLPG燃料の蒸気圧曲線(飽和蒸気圧線)を特定する。この動作は前記第1実施例のステップ101〜103と同じである。次に第1実施例と同様にステップ105で切換弁が閉じているか判断し、閉じていれば同様にステップ107で、デリバリ温、デリバリ圧を取り込み、B点を決める。
【0031】
次にステップ121で、図6のS3点、即ちB点から下方に直線を引いたときの飽和蒸気圧線との交点S3点の圧力をCPUで演算して求める。こうして求めたS3点の圧力を用い、B点のデリバリ圧とS3点の圧力との差が一定値(例えば0.2MPa)より小さいかステップ123で判定し、小さければステップ125で切換弁を開く。こうすると動作点はB点からC点へ移動する。
【0032】
前記ステップ105で切換弁19が閉じていないときは、ステップ127に移ってC点のデリバリ圧を取り込み、ステップ129で、このC点のデリバリ圧と前記S0点の燃料タンクのタンク圧との差を求め、この差がプレッシャレギュレータの設定調圧値ΔP1(例えば0.5MPa)に近いか判断する。差が、ΔP1に近い時は次のステップ131で切換弁を閉じる。動作点はC点からA点へ移動し、更に内燃機関からの受熱によりB点へ移動する。ステップ129で、差がΔP1に近くないときは切換弁19を開いたまま一旦処理を終了する。
【0033】
図8(a)は、上記実施例1の燃料供給装置を備えた自動車をシャシダシナモメータ上でほぼ60分間運転した時の燃料タンクの温度上昇である。同図(b)は、そのときの図4の飽和蒸気圧線上のS2点の温度(これを飽和温度と呼ぶ)とデリバリ温度との差を示す。また、同図(c)は同図(b)の一部、特にC点とA点付近を拡大した図である。
【0034】
図8(a)と(b)で明らかなように、動作点がA点からB点の間は切換弁が閉じ、B点からC点の間は切換弁が開く。同図(a)に示すように、特許文献1(特表平6−502473)の従来技術では、60分間の運転で燃料タンクの温度が25℃から約9℃上昇したが、本発明の第1実施例では約3℃しか上昇しなかった。
【0035】
ところで、燃料タンクへの燃料の充填速度Vfは、充填スタンドボンベ圧をPb、スタンド充填ノズル差圧をPf、車両の燃料タンク圧をPtとすると、
Vf∝(Pb+Pf−Pt)1/2
の関係になる。
【0036】
前記特許文献1の従来技術で、スタンドの液化ガス燃料の組成がプロパン100%、スタンドボンベ温25℃、スタンドボンベ圧0.95MPa(a)、スタンド充填差圧0.4MPa、車両タンク内燃料がプロパン100%、車両タンク温が上昇前が25℃、上昇後が33.8℃となり、上昇後の車両タンク圧は1.17MPa(a)となった。
【0037】
ところが、本発明の第1実施例では、車両タンク温(上昇後)は28℃、車両タンク圧(上昇後)は1.02MPa(a)であり、その他の条件は上記特許文献1の従来技術と同じであるので、第1実施例の特許文献1の従来技術と比較した充填速度向上比は、
(0.95+0.4−1.02)1/2/(0.95+0.4−1.17)1/2
=(0.33/0.18)1/2=1.35
となり、本発明の第1実施例では燃料の充填速度が1.35倍に向上し改善された。
【0038】
【発明の効果】
充填スタンドの液化ガスの組成は、スタンドによって違うことがあり、しかも燃料タンク内の液化ガスの組成は、燃料の消費につれて変化する。従って、燃料タンク内の燃料の蒸気圧曲線は充填すると変るばかりでなく、消費するにつれて次第に変化する。ところが、本発明では上述のように構成されているので、燃料通路内で機関から受熱し高温となった燃料の還流量が低減されるため、燃料タンク内の温度、圧力の上昇を抑制することができ、燃料の充填性悪化を抑制することができる。
【0039】
また請求項2の発明では、そのときの燃料の蒸気圧曲線を特定して燃料状態を判定するため、精度よく燃料状態を判定することができ、その分燃料の還流量をよりきめ細かく制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置を搭載した内燃機関の略平面図。
【図2】本発明の燃料系統を示す図。
【図3】液化石油ガスの蒸気圧曲線を説明する図。
【図4】本発明の第1実施例の動作を説明する図。
【図5】本発明の第1実施例の動作を説明するフローチャート。
【図6】本発明の第2実施例の動作を説明する図。
【図7】本発明の第2施例の動作を説明するフローチャート。
【図8】本発明と従来技術の運転時の温度変化を示す図で、同図(a)は燃料タンクの温度上昇、同図(b)は飽和温度−デリバリ温度の時間的変化、同図(c)は同図(b)の一部を拡大した図である。
【符号の説明】
7 燃料噴射弁(液噴インジェクタ)
8 燃料デリバリパイプ(燃料通路)
11 燃料タンク
13 液相配管(燃料通路)
14 燃料ポンプ
20 ECU(特定手段)
21 燃温センサ(第1の検出手段)
22 燃圧センサ(第1の検出手段)
23 燃温センサ(第2の検出手段)
24 燃圧センサ(第2の検出手段)
Claims (2)
- 液化ガス燃料が貯留される燃料タンクと、該燃料タンクから送出された燃料を燃料噴射弁に導く燃料通路と、該燃料通路の途中から分岐して前記燃料タンクに燃料を還流する還流通路と、該還流通路の開閉を切り換える切換弁とを含む内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料通路内での燃料の存在状態を検出する燃料状態判定手段を備え、該燃料状態判定手段により燃料が気化していないと判定されたときは前記切換弁が閉状態とされることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。 - 前記燃料状態判定手段は、前記燃料タンクの温度及び圧力を検出する第1の検出手段と、該第1の検出手段による検出結果に基づいて前記液化ガス燃料の蒸気圧曲線を特定する特定手段と、前記燃料通路の温度及び圧力の少なくとも一方を検出する第2の検出手段とを備え、前記特定手段による特定結果と前記第2の検出手段による検出結果に基づいて燃料の存在状態を判定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料供給装置。
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