JP2005133597A - 液化ガスエンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の条件下でも燃料を液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射し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から導いた燃料を高圧ポンプ４により昇圧してコモンレール５に蓄圧させ、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おいて、燃料タンク１から高圧ポンプ４までのライン１３に、燃料の一部を気化して蒸発潜熱により燃料を冷却する中間タンク１９を備える。これにより、エンジンに向かう燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができる。
【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２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２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を、夏場など外気温度の高い条件下や、エンジンルームの温度が高い条件下で使用する際には、燃料を十分に冷却することができず、温度上昇により気化するため、燃料をエンジンの気筒内に液体状態で安定して噴射することができない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、種々の条件下でも燃料を液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射し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。

本発明の請求項１は、燃料タンクから導いた燃料を高圧ポンプにより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、前記燃料タンクから高圧ポンプまでのラインに、燃料の一部を気化して蒸発潜熱により燃料を冷却する中間タンク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、に係るものである。

本発明の請求項２は、気筒に吸気を導く吸気通路にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに、中間タンクの気相部分から抜き出した燃料を導くよう構成した請求項１記載の液化ガスエンジンの燃料供給装置、に係るものである。

本発明の請求項３は、中間タンクを小型にした請求項１又は２記載の液化ガスエンジンの燃料供給装置、に係るものである。

本発明の請求項４は、燃料タンクと中間タンクに接続されるラインを、大口径の連通パイプにした請求項１〜３のいずれかに記載の液化ガスエンジンの燃料供給装置、に係るものである。

このように、本発明によれば、中間タンクで燃料の一部を気化して蒸発潜熱により燃料を冷却するので、夏場など外気温度が高い条件下や、エンジンルームの温度が高い条件下で使用する場合であっても、エンジンに向かう燃料を十分に冷却して燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができる。

気筒に吸気を導く吸気通路にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに、中間タンクの気相部分から抜き出した燃料を導くよう構成すると、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ので、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り、結果的に、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、エンジンの熱効率を高めて燃費を大幅に向上することができる。

中間タンクを小型にすると、中間タンク内の燃料容量が少なく且つ熱容量が小さくなるので、効率的な燃料の温度低下を図ると共に、運転状況に応じて燃料の冷却を迅速に行うことができる。

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、中間タンクで燃料の一部を気化して蒸発潜熱により燃料を冷却するので、エンジンに向かう燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができるという優れた効果を奏し得る。

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例を示すもので、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

本形態例の液化ガスエンジンの燃料供給装置において、燃料タンク１と高圧ポンプ４の間には、燃料タンク１から高圧ポンプ４へ燃料（ＤＭＥ）を送り出すフィードライン１３と、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を燃料タンク１に戻すリターンライン１４とを構成しており、フィードライン１３には、高圧ポンプ４側から順に温度センサ１５及びフィードポンプ１６を備えると共に、リターンライン１４には、高圧ポンプ４側から順に逆止弁１７及び燃料クーラ１８を備えている。

又、燃料タンク１からフィードポンプ１６までのフィードライン１３には、燃料タンク１から液体状態の燃料を流入させると共にフィードポンプ１６へ液体状態の燃料を供給するよう、外装が断熱材で被覆され且つ燃料タンク１よりも小さな燃料容量の小型の中間タンク１９が設けられている。又、燃料タンク１から中間タンク１９までのフィードライン１３ａは、通常のフィードライン１３ｂよりも大口径の連通パイプで構成されている。

一方、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は、サブインジェクタ２０が新たに設けられている。ここで、サブインジェクタ２０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２０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２０を単独配置としても良い。

中間タンク１９とサブインジェクタ２０の間には、小型の中間タンク１９内で気相部分の燃料を、中間タンク１９の上部からサブインジェクタ２０に導くよう、予混合ライン２１を接続している。又、中間タンク１９とリターンライン１４の間には、小型の中間タンク１９内で気相部分の余剰燃料を、中間タンク１９の上部からリターンライン１４の燃料クーラ１８の手前に戻すよう、再液化ポンプ２２を備えた再液化ライン２３を接続している。

以下、本発明を実施する形態例の作用を説明する。

本形態例の液化ガスエンジンの燃料供給装置を駆動する際には、燃料タンク１から小型の中間タンク１９に燃料を流入させ、中間タンク１９からフィードライン１３ｂを介して液体状態の燃料を高圧ポンプ４へ供給すると共に中間タンク１９から予混合ライン２１を介して気体状態の燃料をサブインジェクタ２０へ供給し、気筒への液体燃料噴射と、吸気マニホールドへの気体燃料噴射の予混合とを併用する。

この時、中間タンク１９では、気化しやすい燃料自身の特性を利用することにより、燃料の一部を気化して蒸発潜熱により中間タンク１９内の燃料を冷却しており、夏場など外気温度が高い条件下や、エンジンルームの温度が高い条件下の場合には、燃料の温度を積極的に冷却している。ここで、中間タンク１９内で気化した燃料が多い場合には、再液化ライン２３に送給して再液化ポンプ２２で液化した後、リターンライン１４を介して燃料タンク１に戻している。一方、冬場など外気温度が低い条件下や、エンジンルームの温度が低い条件下の場合には、燃料を気化する量を減らし、再液化ライン２３の再液化ポンプ２２の駆動を抑えた制御を行う。

ここで、燃料（ＤＭＥ）が気化した際の温度低下を示すよう、燃料（ＤＭＥ）と軽油の基礎データ(［表１］)と合わせて示すと、
［表１］
ＤＭＥ 軽油
蒸発潜熱 ｋＪ／ｋｇ ４６７．１３ ３００
沸点（＠１ａｔ） ℃ −２５ １８０〜３６０
比熱Ｃｐ ｋＪ／ｋｇ・Ｋ ２．９９ １．７
液密度 ｇ／ｃｃ ０．６７ ０．８３
になり、１ｋｇのＤＭＥを気化させた場合には、蒸発潜熱／比熱＝４６７．１３／２．９９≒１５６から１ｋｇのＤＭＥは約１５６℃の温度低下の熱量になり、熱量が全て燃料の温度変化に使用されるとして、全体の２０％を気化させた際には、液体燃料８０％を約４０℃低下させる。

このように、本形態例の液化ガスエンジンの燃料供給装置によれば、中間タンク１９で燃料の一部を気化して蒸発潜熱により燃料を冷却するので、夏場など外気温度が高い条件下や、エンジンルームの温度が高い条件下で使用する場合であっても、エンジンに向かう燃料を十分に冷却して燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができる。

気筒に吸気を導く吸気通路にサブインジェクタ２０を設け、該サブインジェクタ２０に、中間タンク１９の気相部分から抜き出した燃料を導くよう構成すると、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２０側に振り分けるので、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り、結果的に、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、エンジンの熱効率を高めて燃費を大幅に向上することができる。又、気筒内において、サブインジェクタ２０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、更に促進状態の吸気（混合気）に対してインジェクタ７から燃料が噴射されるので、燃焼室８の全域に燃料が拡散して行き亘り、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し、結果的に、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。

中間タンク１９を小型にすると、中間タンク１９内の燃料容量が少なく且つ熱容量が小さくなるので、効率的な燃料の温度低下を図ると共に、運転状況に応じて燃料の冷却を迅速に行うことができる。又、燃料タンク１から中間タンク１９までのフィードライン１３ａは、通常のフィードライン１３ｂよりも大口径の連通パイプで構成されると、フィードポンプ１６駆動時でも液面レベルを燃料タンク１の液面レベルに略一致させるので、中間タンク１９の燃料を所定量以上で維持することができる。

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、中間タンクの燃料容量は燃料タンクより小さければ特に限定されるものではないこと、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
４ 高圧ポンプ
５ コモンレール
６ 噴射ライン
７ インジェクタ
８ 燃焼室
９ 吸気
１０ 吸気通路
１３ フィードライン（ライン）
１３ａフィードライン
１９ 中間タンク
２０ サブインジェクタ

Claims (4)

1. 燃料タンクから導いた燃料を高圧ポンプにより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、前記燃料タンクから高圧ポンプまでのラインに、燃料の一部を気化して蒸発潜熱により燃料を冷却する中間タンク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. 気筒に吸気を導く吸気通路にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに、中間タンクの気相部分から抜き出した燃料を導くよう構成した請求項１記載の液化ガスエンジンの燃料供給装置。
3. 中間タンクを小型にした請求項１又は２記載の液化ガスエンジンの燃料供給装置。
4. 燃料タンクと中間タンクに接続されるラインを、大口径の連通パイプにした請求項１〜３のいずれかに記載の液化ガスエンジンの燃料供給装置。

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