JP2005042614A - 液化ガスエンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より燃費を向上することが可能で且つその燃焼性についても大幅な良化を図り得る液化ガスエンジンの燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料タンク１から導いた燃料を昇圧してコモンレール５に蓄圧させ、該コモンレール５から気筒頂部のインジェクタ７に燃料を導いて燃焼室８内に噴射させるようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置に関し、各気筒に吸気９を導く吸気通路１０の適宜位置にサブインジェクタ１３を設け、該サブインジェクタ１３に対し前記燃料タンク１内の液相部分から抜き出した燃料を気化器１４を介し気化させて導く予混合ライン１５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジメチルエーテル等の液化ガスを燃料として利用する液化ガスエンジンの燃料供給装置に関するものである。

近年、高セタン価（５５以上）で無煙燃焼するジメチルエーテル（以下ではＤＭＥと略称する）が石油や軽油の代替燃料として注目されており、特にＥＧＲ（排気ガス再循環）や触媒により低ＮＯxを実現し得て将来の厳しい排気規制を満足できるという観点から、ディーゼルエンジンの代替燃料として検討が進められている。

ただし、ＤＭＥは、その沸点が−２５℃と非常に低くて蒸発し易いという特性があるため、ＤＭＥを燃料として利用するＤＭＥエンジンの実用化にあたっては、このようなＤＭＥの特性を十分に考慮した燃料供給装置が必要になるものと考えられており、例えば、図４に示す如きＤＭＥエンジンの燃料供給装置が既に提案されている。

ここに図示している例では、燃料タンク１内に約０.４〜１ＭＰａの圧力で貯えられている燃料（ＤＭＥ）をフィードポンプ２によりフィードライン３に送り出し、該フィードライン３の途中に装備されている高圧ポンプ４により約１５〜５０ＭＰａに昇圧してコモンレール５に蓄圧させ、該コモンレール５から噴射ライン６を介し各気筒のインジェクタ７に燃料を導いて開弁制御により燃焼室８内に噴射させ、通常のディーゼルエンジンの場合と同様に圧縮着火により燃焼させるようにしてある。

また、高圧ポンプ４内の燃料ギャラリで圧力が所定値を超えた時に、余剰燃料がオーバーフローバルブを介しリターンライン３’へ解放されて燃料タンク１に戻されるようになっている。

尚、図４中における９は吸気、１０は吸気管から吸気マニホールドに到る吸気通路、１１は排気ガス、１２は排気マニホールドから排気管に到る排気通路を夫々示している。

この種の液化ガスエンジンの燃料供給装置に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による次のものがある。
特開２００３−５６３９３号公報 特開２００３−５６４０９号公報

しかしながら、前述した如き液化ガスエンジンの燃料供給装置においては、各気筒の燃焼室８内にインジェクタ７から液相の燃料を噴射する直噴形式を採っているため、高速高負荷の運転領域で必要な燃料分を噴射するための噴射時間が長くかかって燃料の燃焼時間が長くなる結果、出力に転換され難いタイミングで燃焼する燃料分が増え、これによりエンジンの熱効率が低下して燃費が悪くなるという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来より燃費を向上することが可能で且つその燃焼性についても大幅な良化を図り得る液化ガス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。

本発明は、燃料タンクから導いた燃料を昇圧してコモンレールに蓄圧させ、該コモンレールから気筒頂部のインジェクタに燃料を導いて燃焼室内に噴射させるようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置において、
各気筒に吸気を導く吸気通路の適宜位置にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに対し前記燃料タンク内の液相部分から抜き出した燃料を気化器を介し気化させて導く予混合ラインを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、燃料タンク内の液相部分から予混合ラインを通して抜き出した燃料を気化器で気化させ、その気化ガスをサブインジェクタから吸気通路内に先行投入することが可能となるので、燃焼室内に供給すべき燃料分の一部をサブインジェクタ側に振り分ければ、気筒頂部のインジェクタから噴射すべき燃料分を減らして噴射時間の短縮化を図ることが可能となり、これにより出力に転換され難いタイミングで燃焼する燃料分が大幅に減少し、エンジンの熱効率が高められて燃費の大幅な向上が図られる。

更に、気筒内において、サブインジェクタからの気化ガスの先行投入により燃料の予混合化が促進された状態の吸気（混合気）に対しインジェクタから燃料が噴射される結果、燃焼室の全域に燃料が拡散して行き亘った良好な分散混合状態が得られて気筒内での燃焼性が大幅に良化され、燃焼温度が比較的低く抑制されてＮＯxの発生が少なくなる。

また、本発明においては、サブインジェクタに対し燃料タンク内の液相部分から抜き出した燃料を気化器を介し気化させて導く予混合ラインを備えることに替えて、サブインジェクタに対し燃料タンク内の気相部分から抜き出した気化ガスを導く予混合ラインを備えるようにしても良い。

このようにすれば、前述した如き燃費及び燃焼性の向上を図ることが可能となる上に、燃料タンク内の液相部分の燃料を気化させる必要がなくなって気化器が不要となり、これにより構造の簡略化が図られてコストを大幅に削減することが可能となる。

しかも、燃料タンク内の気相部分から気化ガスを取り出すことで燃料タンク内の圧力上昇が抑制されると共に、液相の燃料の気化が促されてその潜熱分が奪われることにより燃料タンク内の温度上昇が抑制されることにもなる。

更に、本発明は、燃料タンクから導いた燃料を昇圧してコモンレールに蓄圧させ、該コモンレールからインジェクタに燃料を導いて燃焼室内に噴射させる一方、エンジン停止時には適宜に前記コモンレールからパージ制御弁を介し燃料を抜き出して前記燃料タンクに回収し、その回収の後半で低圧化したコモンレールからの気化ガスをパージタンクに切り替えて回収し、該パージタンクの気化ガスをコンプレッサにより再液化して前記燃料タンクに戻すようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置において、
各気筒に吸気を導く吸気通路の適宜位置にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに対し前記燃料タンク内の気相部分及びパージタンクの何れか一方から選択的に抜き出した気化ガスを導く予混合ラインを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、前述した如き燃費及び燃焼性の向上を図ることが可能となる上に、パージタンク内の気化ガスを優先的にサブインジェクタへと導いて直接消費することが可能となるので、パージタンク内の気化ガスを再液化して燃料タンクに戻すコンプレッサの仕事量が必要最小限に抑制されることになる。

尚、パージタンク内の気化ガスを優先的に消費することで該パージタンク内の圧力が徐々に低下して気化ガスを噴射し難くなってきた際には、燃料タンク側に切り替えて該燃料タンク内の気相部分から気化ガスを取り出すようにすれば良い。

上記した本発明の液化ガスエンジンの燃料供給装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１、２、３に記載の発明によれば、燃焼室内に供給すべき燃料分の一部をサブインジェクタ側に振り分けることができ、これによりインジェクタから噴射すべき燃料分を減らして噴射時間の短縮化を図ることができるので、高速高負荷の運転領域であっても、出力に転換され難いタイミングで燃焼する燃料分を大幅に減少せしめてエンジンの熱効率を極力高めることができ、燃費の大幅な向上を図ることができる。

（ＩＩ）本発明の請求項１、２、３に記載の発明によれば、サブインジェクタからの気化ガスの先行投入により燃料の予混合化が促進された状態の吸気（混合気）に対し気筒頂部のインジェクタから燃料を噴射させることで、燃焼室の全域に燃料が拡散して行き亘った良好な分散混合状態を作り出して気筒内での燃焼性を大幅に良化することができるので、燃焼温度を比較的低く抑制してＮＯxの発生を低減することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、燃料タンク内の気相部分から気化ガスを抜き出してそのままサブインジェクタに導くことができるので、燃料を気化させるための気化器を不要として構造の簡略化を図り且つコストの大幅な削減を図ることができる。

（ＩＶ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、燃料タンク内の気相部分から気化ガスを取り出すことで燃料タンク内の圧力上昇を抑制することができ、しかも、液相の燃料の気化を促して潜熱分を増やすことで燃料タンク内の温度上昇を抑制することができる。

（Ｖ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、パージタンク内の気化ガスを優先的にサブインジェクタへと導いて直接消費することができるので、パージタンク内の気化ガスを再液化して燃料タンクに戻すコンプレッサの仕事量を必要最小限に抑制することができ、これによって、気化ガスの再液化による電力消費量を極力抑えた効率の良い燃料供給システムを実現することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

前述した図４と略同様に構成したＤＭＥエンジンの燃料供給装置に関し、本形態例においては、図１に示す如く、各気筒に吸気９を導く吸気通路１０を成す吸気マニホールドにサブインジェクタ１３が新たに設けられており、このサブインジェクタ１３には、フィードライン３におけるフィードポンプ２と高圧ポンプ４との間から抜き出した燃料を気化器１４を介し気化させて導く予混合ライン１５が接続されている。

ここで、サブインジェクタ１３は、各気筒の吸気ポートの入側に位置するよう気筒別に配置してあるが、例えば、吸気マニホールドに接続される吸気管の終端部近辺にサブインジェクタ１３を設けることも可能であり、このようにした場合にはサブインジェクタ１３を単独配置としても良い。

また、予混合ライン１５の気化器１４には、例えば、エンジンを冷却して昇温したラジエータに戻される前の冷却水などを熱源として導いて燃料と熱交換させるようにすれば良い。

尚、ここに図示している例では、フィードライン３を途中で分岐して予混合ライン１５を構成しているが、フィードライン３から独立して燃料タンク１内の液相部分から燃料を抜き出すようにした予混合ライン１５としても良いことは勿論である。

而して、このように燃料供給装置を構成すれば、燃料タンク１内の液相部分からフィードライン３及び予混合ライン１５を通して抜き出した燃料を気化器１４で気化させ、その気化ガスをサブインジェクタ１３から吸気通路１０内に先行投入することが可能となるので、燃焼室８内に供給すべき燃料分の一部をサブインジェクタ１３側に振り分ければ、気筒頂部のインジェクタ７から噴射すべき燃料分を減らして噴射時間の短縮化を図ることが可能となる。

即ち、このように気筒頂部のインジェクタ７による燃料の噴射時間が短縮されれば、出力に転換され難いタイミングで燃焼する燃料分を大幅に減少させることが可能となり、これによって、エンジンの熱効率が高められて燃費の大幅な向上が図られることになる。

更に、気筒内において、サブインジェクタ１３からの気化ガスの先行投入により燃料の予混合化が促進された状態の吸気９（混合気）に対しインジェクタ７から燃料が噴射されると、燃焼室８の全域に燃料が拡散して行き亘った良好な分散混合状態が得られて気筒内での燃焼性が大幅に良化され、燃焼温度が比較的低く抑制されてＮＯxの発生が少なくなる。

尚、サブインジェクタ１３を開弁制御するにあたっては、その燃料の噴射タイミング及び噴射量（開弁時間）を運転状態に応じ適切に調整する必要があるが、この際には、例えば、燃料タンク１内の圧力を圧力センサなどで監視し、燃料タンク１内の圧力に応じた補正制御を行うことが好ましい。

図２は本発明の別の形態例を示すもので、前述した図１の形態例における予混合ライン１５に替えて、サブインジェクタ１３に対し燃料タンク１内の気相部分から気化ガス取出弁１６を介して抜き出した気化ガスを導く予混合ライン１７を備えたものであり、このようにすれば、前述した如き燃費及び燃焼性の向上を図ることが可能となる上に、燃料タンク１内の液相部分の燃料を気化させる必要がなくなって気化器１４が不要となり、これにより構造の簡略化が図られてコストを大幅に削減することが可能となる。

しかも、燃料タンク１内の気相部分から気化ガスを取り出すことで燃料タンク１内の圧力上昇が抑制されると共に、液相の燃料の気化が促されてその潜熱分が奪われることにより燃料タンク１内の温度上昇が抑制されることにもなる。

図３は本発明の更に別の形態例を示すもので、前述した図２の形態例に関し、コモンレール５からパージ制御弁１８により燃料を抜き出して逆止弁１９を介し燃料タンク１に戻すパージライン２０と、該パージライン２０のパージ制御弁１８と逆止弁１９との間から燃料（気化ガス）を分岐してパージ切換弁２１を介しパージタンク２２へ導く分岐ライン２３と、パージタンク２２内の気化ガスをコンプレッサ２４により再液化して前記燃料タンク１に戻す連絡ライン２５と、パージタンク２２から気化ガス取出弁２６を介して抜き出した気化ガスを予混合ライン１７の気化ガス取出弁１６より下流側に合流する予混合ライン１７’とを新たに備えたものとなっている。

即ち、ＤＭＥエンジンの燃料供給装置では、エンジン停止時に燃料の流れが止まってしまうと、エンジン側から熱が伝わってきて系内の燃料が温度上昇し、コモンレール５側にて燃料の昇温による膨張で圧力上昇が起こる一方、特に熱的な条件の厳しいインジェクタ７のノズルに残留している燃料が気化してしまうため、コモンレール５側からの圧力がかかり続けているインジェクタ７から燃料が燃焼室８内に漏出し（液密性があってもガスの漏出をシールすることは困難）、その漏出した気化ガスが燃焼室８に溜まることにより次にエンジンを始動した時に異常燃焼が惹起される虞れがあるので、このような異常燃焼を回避する目的でエンジン停止時に適宜にコモンレール５から燃料を抜き出し得るようにしてある。

尚、コモンレール５から燃料を抜き出して回収するにあたっては、コモンレール５側の圧力が高い回収前半にパージ制御弁１８を開け且つパージ切換弁２１を閉じて燃料タンク１へ燃料を回収するが、その回収の後半にコモンレール５側の圧力が低下して燃料タンク１側に燃料が流入し難くなってきた際には、前記パージ切換弁２１を開けて燃料タンク１側より低圧のパージタンク２２へ残りの燃料を回収し、パージタンク１２に抜き出されて０〜０.３ＭＰａに減圧された燃料（気化ガス）を連絡ライン２５を通しコンプレッサ２４により再液化して燃料タンク１に戻すようにしてある。

而して、このようにすれば、燃料タンク１内の気相部分及びパージタンク２２の何れか一方から選択的に抜き出した気化ガスをサブインジェクタ１３に導くことによって、前述した図１や図２の形態例の場合と同様に燃費及び燃焼性の向上を図ることが可能となり、しかも、気化ガス取出弁１６を閉じ且つ気化ガス取出弁２６を開けてパージタンク２２内の気化ガスを優先的にサブインジェクタ１３へと導き、パージタンク２２内の気化ガスを優先的に直接消費することが可能となるので、パージタンク２２内の気化ガスを再液化して燃料タンク１に戻すコンプレッサ２４の仕事量が必要最小限に抑制され、気化ガスの再液化による電力消費量を極力抑えた効率の良い燃料供給システムが実現されることになる。

また、パージタンク２２内の気化ガスを優先的に消費することで該パージタンク２２内の圧力が徐々に低下して気化ガスを噴射し難くなってきた際には、気化ガス取出弁２６を閉じ且つ気化ガス取出弁１６を開け、燃料タンク１側に切り替えて該燃料タンク１内の気相部分から気化ガスを取り出すようにすれば良く、この切り替えを行うに際しては、例えば、前記予混合ライン１７’の予混合ライン１７に対する合流位置より下流側に圧力センサ２７を備えて所定圧以下となった時に切り替えを行うようにすれば良い。

尚、本発明の液化ガスエンジンの燃料供給装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、燃料はジメチルエーテル以外の液化ガス燃料であっても良いこと、また、フィードライン及びリターンラインには適宜に燃料冷却用の熱交換器などを装備しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す系統図である。 本発明の別の形態例を示す系統図である。 本発明の更に別の形態例を示す系統図である。 従来例を示す系統図である。

符号の説明

１ 燃料タンク
５ コモンレール
７ インジェクタ
８ 燃焼室
９ 吸気
１０ 吸気通路
１３ サブインジェクタ
１４ 気化器
１５ 予混合ライン
１７ 予混合ライン
１７’ 予混合ライン
１８ パージ制御弁
２２ パージタンク
２４ コンプレッサ

Claims (3)

1. 燃料タンクから導いた燃料を昇圧してコモンレールに蓄圧させ、該コモンレールから気筒頂部のインジェクタに燃料を導いて燃焼室内に噴射させるようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置において、
   各気筒に吸気を導く吸気通路の適宜位置にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに対し前記燃料タンク内の液相部分から抜き出した燃料を気化器を介し気化させて導く予混合ラインを備えたことを特徴とする液化ガスエンジンの燃料供給装置。
2. 燃料タンクから導いた燃料を昇圧してコモンレールに蓄圧させ、該コモンレールから気筒頂部のインジェクタに燃料を導いて燃焼室内に噴射させるようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置において、
   各気筒に吸気を導く吸気通路の適宜位置にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに対し前記燃料タンク内の気相部分から抜き出した気化ガスを導く予混合ラインを備えたことを特徴とする液化ガスエンジンの燃料供給装置。
3. 燃料タンクから導いた燃料を昇圧してコモンレールに蓄圧させ、該コモンレールからインジェクタに燃料を導いて燃焼室内に噴射させる一方、エンジン停止時には適宜に前記コモンレールからパージ制御弁を介し燃料を抜き出して前記燃料タンクに回収し、その回収の後半で低圧化したコモンレールからの気化ガスをパージタンクに切り替えて回収し、該パージタンクの気化ガスをコンプレッサにより再液化して前記燃料タンクに戻すようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置において、
   各気筒に吸気を導く吸気通路の適宜位置にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに対し前記燃料タンク内の気相部分及びパージタンクの何れか一方から選択的に抜き出した気化ガスを導く予混合ラインを備えたことを特徴とする液化ガスエンジンの燃料供給装置。

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