JP2005273577A

JP2005273577A - 液化ガス燃料供給装置

Info

Publication number: JP2005273577A
Application number: JP2004089879A
Authority: JP
Inventors: Kenji Toda; 憲二戸田
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】燃料供給効率を向上させる。
【解決手段】筒内直噴式エンジン１６に液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料供給装置を、燃料容器１０に液体状態で貯蔵される液化ガス燃料を加圧して圧送するフィードポンプ１２と、フィードポンプ１２から圧送された液化ガス燃料をさらに加圧する高圧ポンプ１８と、フィードポンプ１２と高圧ポンプ１８とを連通接続する配管１４内の燃料温度Ｔ及び燃料圧力ｐを夫々検出する燃料温度センサ２４及び燃料圧力センサ２６と、燃料温度Ｔ及び燃料圧力ｐに基づいて、配管１４内の液化ガス燃料が燃料温度Ｔに対応した飽和蒸気圧ｐ₀以上となるように、フィードポンプ１２の吐出圧力を制御するコントロールユニット２８と、含んで構成する。このようにすれば、低圧ポンプの負荷が軽減されることから、燃料供給効率を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒内直噴式エンジンなどに液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料供給装置において、燃料供給効率を向上させる技術に関する。

従来から、圧縮すると容易に液化するＤＭＥ（ジメチルエーテル）やＬＰＧ（液化石油ガス）などの液化ガス燃料を、燃料噴射装置により筒内に直接噴射する筒内直噴式エンジンが知られている。筒内直噴式エンジンでは、燃料容器に液体状態で貯蔵される液化ガス燃料を低圧ポンプで高圧ポンプに圧送する一方、高圧ポンプで液化ガス燃料を噴射圧力まで昇圧させる構成が採用される。このとき、低圧ポンプと高圧ポンプとを連通接続する配管内で液化ガス燃料が液体から気体へと相変化し気液混合状態となると、燃料噴射量の制御が困難となるため、配管内の燃料圧力を飽和蒸気圧以上に保つ必要がある。このため、特開２００３−１１３７４１号公報（特許文献１）に記載されるように、余剰の液化ガス燃料を燃料容器に戻す配管に、飽和蒸気圧より高い所定圧力で開弁する定圧弁を配設し、配管内の燃料圧力を飽和蒸気圧以上に保つ技術が提案されている。
特開２００３−１１３７４１号公報

しかしながら、飽和蒸気圧は、液化ガス燃料の種類に対応した略一定圧力とはならず、燃料温度に応じて変化する特性がある。このため、提案技術では、燃料温度にかかわらず、配管内の液化ガス燃料が液体状態を保持するように、定圧弁の開弁圧力を必要以上に高く設定する必要があり、低圧ポンプの負荷が増大することから、燃料供給効率が良好でなかった。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、燃料温度に対応した飽和蒸気圧に応じて低圧ポンプを制御し、効率良く低圧ポンプと高圧ポンプとを連通接続する配管内の液化ガス燃料を液体状態に保持することで、低圧ポンプの負荷を軽減し、燃料供給効率を向上させた液化ガス燃料供給装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、燃料容器に液体状態で貯蔵される液化ガス燃料を加圧して圧送する低圧ポンプと、該低圧ポンプから圧送された液化ガス燃料をさらに加圧する高圧ポンプと、前記低圧ポンプと高圧ポンプとを連通接続する配管内の燃料温度及び燃料圧力を夫々検出する燃料状態検出手段と、該燃料状態検出手段により検出された燃料温度及び燃料圧力に基づいて、前記配管内の液化ガス燃料が燃料温度に対応した飽和蒸気圧以上となるように、前記低圧ポンプの吐出圧力を制御する圧力制御手段と、を含んで液化ガス燃料供給装置を構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記圧力制御手段は、液化ガス燃料の燃料温度に対応した飽和蒸気圧が設定されたマップを参照して、前記燃料状態検出手段により検出された燃料温度に対応した飽和蒸気圧を演算することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記圧力制御手段は、前記配管内の液化ガス燃料が燃料温度に対応した飽和蒸気圧よりも所定値だけ高い所定圧力となるように、前記低圧ポンプの吐出圧力を制御することを特徴とする。

請求項４記載の発明では、前記高圧ポンプにおける余剰の液化ガス燃料を燃料容器に戻す配管に、液化ガス燃料を冷却する燃料冷却装置が配設されたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、低圧ポンプと高圧ポンプとを連通接続する配管内の燃料温度及び燃料圧力に基づいて、配管内の液化ガス燃料が燃料温度に対応した飽和蒸気圧以上となるように、低圧ポンプの吐出圧力が制御される。このため、配管内の液化ガス燃料が効率良く液体状態に保持され、低圧ポンプの負荷が軽減されることから、燃料供給効率を向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、燃料温度に対応した飽和蒸気圧はマップを参照して演算されるため、演算負荷の増加を抑制することができる。
請求項３記載の発明によれば、配管内の液化ガス燃料は、燃料温度に対応した飽和蒸気圧よりも所定値だけ高い所定圧力に維持されるため、低圧ポンプにおける吐出圧力制御にアンダーシュートがあったとしても、液化ガス燃料が液体から気体へと相変化して気液混合状態となることを防止できる。

請求項４記載の発明によれば、高圧ポンプにおける余剰の液化ガス燃料を燃料容器に戻す配管に燃料冷却装置が配設されているため、高圧ポンプによる断熱圧縮により高温となった液化ガス燃料がそのまま燃料容器へと戻されることがなく、そこに貯蔵される液化ガス燃料の燃料温度の上昇が抑制される。このため、燃料温度の低下に伴って飽和蒸気圧が低下し、燃料容器内の液化ガス燃料が液体から気体へと相変化して気液混合状態となることを防止できる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係る液化ガス燃料供給装置を備えた筒内直噴式エンジンの全体構成を示す。
燃料容器１０に液体状態で貯蔵される液化ガス燃料は、低圧ポンプとしてのフィードポンプ１２により加圧され、配管１４を通って、筒内直噴式エンジン１６の近傍に配設された高圧ポンプ１８へと圧送される。高圧ポンプ１８は、エンジン出力を駆動源として作動し、フィードポンプ１２から圧送された液化ガス燃料をさらに加圧して噴射圧力まで昇圧させる。また、高圧ポンプ１８において、燃料噴射に寄与しなかった余剰の液化ガス燃料は、燃料戻し配管２０を通って、燃料容器１０へと戻される。ここで、燃料戻し配管２０には、高圧ポンプ１８により断熱圧縮されて高温となった液化ガス燃料を冷却する燃料冷却装置２２が配設される。

液化ガス燃料供給装置の制御系としては、フィードポンプ１２と高圧ポンプ１８とを連通接続する配管１４における燃料温度Ｔ及び燃料圧力ｐを検出すべく、高圧ポンプ１８の内部に形成された燃料通路１８Ａを臨む位置に、燃料温度センサ２４及び燃料圧力センサ２６が夫々配設される。なお、燃料温度センサ２４及び燃料圧力センサ２６は、配管１４に配設するようにしてもよい。そして、燃料温度センサ２４及び燃料圧力センサ２６からの検出信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット２８に入力され、そのＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムにより、フィードポンプ１２の吐出圧力が制御される。ここで、燃料温度センサ２４及び燃料圧力センサ２６により燃料状態検出手段が構成される一方、コントロールユニット２８に記憶された制御プログラムにより圧力制御手段が実現される。

図２は、コントロールユニット２８において、エンジン始動後所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムによるフィードポンプ１２の制御内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、燃料温度センサ２４から燃料温度Ｔを読み込む。
ステップ２では、燃料温度Ｔに対応した液化ガス燃料の飽和蒸気圧ｐ₀、即ち、液化ガス燃料が液体と気体との間で相変化する境界圧力を演算する。即ち、図３に示すような液化ガス燃料の種類に応じた飽和蒸気圧曲線を参考として作成した、燃料温度に対応した飽和蒸気圧ｐ₀が設定されたマップを参照し、燃料温度センサ２４により検出された燃料温度Ｔに対応した飽和蒸気圧ｐ₀を演算する。例えば、燃料温度がＴ₁であるときには、図中縦軸方向に延びる温度Ｔ₁を示す直線と飽和蒸気圧を示す曲線との交点Ｐに対応した圧力ｐを飽和蒸気圧ｐ₀とすればよい。

ステップ３では、燃料圧力センサ２６から燃料圧力ｐを読み込む。
ステップ４では、燃料圧力ｐが、飽和蒸気圧ｐ₀よりも所定値αだけ高い所定圧力（ｐ₀＋α）以下であるか否かを判定する。ここで、所定値αは、フィードポンプ１２の吐出圧力制御にはオーバシュート及びアンダーシュートが伴うことを考慮し、特に、アンダーシュートにより燃料圧力ｐが飽和蒸気圧ｐ₀以下になることを未然に防止する余裕代を確保するものである。そして、燃料圧力ｐが所定圧力（ｐ₀＋α）以下であればステップ５へと進み（Ｙｅｓ）、フィードポンプ１２を制御してその吐出圧力を所定値だけ増加させる。一方、燃料圧力ｐが所定圧力（ｐ₀＋α）より高ければステップ６へと進み（Ｎｏ）、フィードポンプ１２を制御してその吐出圧力を所定値だけ低下させる。

このような制御プログラムによれば、フィードポンプ１２と高圧ポンプ１８とを連通接続する配管１４における燃料温度Ｔに対応した飽和蒸気圧ｐ₀を用いて、図３に示すように、配管１４内の燃料圧力ｐが、飽和蒸気圧ｐ₀よりも所定値αだけ高い所定圧力（ｐ₀＋α）に維持されるように、フィードポンプ１２の吐出圧力が制御される。従って、配管１４内の液化ガス燃料が効率良く液体状態に保持され、フィードポンプ１２の負荷が軽減されることから、燃料供給効率を向上させることができる。

このとき、配管１４内の液化ガス燃料は、飽和蒸気圧ｐ₀よりも高い所定圧力（ｐ₀＋α）に維持されるため、フィードポンプ１２における吐出圧力制御にアンダーシュートがあったとしても、液化ガス燃料が液体から気体へと相変化することがなく、その液体状態を確実に維持することができる。このため、高圧ポンプ１８に気液混合状態の液化ガス燃料が供給されることがなく、燃料噴射制御における制御精度の低下を防止しつつ、筒内直噴式エンジン１６の性能を安定化させることができる。

また、燃料温度Ｔに対応した飽和蒸気圧ｐ₀は、マップを参照して演算されるため、コントロールユニット２８における演算負荷の増加を抑制することができる。さらに、燃料戻し配管２０に燃料冷却装置２２が配設されているため、高圧ポンプ１８による断熱圧縮により高温となった液化ガス燃料がそのまま燃料容器１０へと戻されることがなく、そこに貯蔵される液化ガス燃料の燃料温度の上昇が抑制される。このため、図３から明らかなように、燃料温度Ｔの低下に伴って飽和蒸気圧ｐ₀が低下し、燃料容器１０内の液化ガス燃料が液体から気体へと相変化して気液混合状態となることを防止できる。

本発明に係る液化ガス燃料供給装置を備えた筒内直噴式エンジンの全体構成図制御プログラムによる低圧ポンプの制御内容を示すフローチャート液化ガス燃料の飽和蒸気圧曲線の説明図

符号の説明

１０燃料容器
１２フィードポンプ
１４配管
１８高圧ポンプ
２０燃料戻し配管
２２燃料冷却装置
２４燃料温度センサ
２６燃料圧力センサ
２８コントロールユニット

Claims

燃料容器に液体状態で貯蔵される液化ガス燃料を加圧して圧送する低圧ポンプと、
該低圧ポンプから圧送された液化ガス燃料をさらに加圧する高圧ポンプと、
前記低圧ポンプと高圧ポンプとを連通接続する配管内の燃料温度及び燃料圧力を夫々検出する燃料状態検出手段と、
該燃料状態検出手段により検出された燃料温度及び燃料圧力に基づいて、前記配管内の液化ガス燃料が燃料温度に対応した飽和蒸気圧以上となるように、前記低圧ポンプの吐出圧力を制御する圧力制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする液化ガス燃料供給装置。
前記圧力制御手段は、液化ガス燃料の燃料温度に対応した飽和蒸気圧が設定されたマップを参照して、前記燃料状態検出手段により検出された燃料温度に対応した飽和蒸気圧を演算することを特徴とする請求項１記載の液化ガス燃料供給装置。
前記圧力制御手段は、前記配管内の液化ガス燃料が燃料温度に対応した飽和蒸気圧よりも所定値だけ高い所定圧力となるように、前記低圧ポンプの吐出圧力を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液化ガス燃料供給装置。
前記高圧ポンプにおける余剰の液化ガス燃料を燃料容器に戻す配管に、液化ガス燃料を冷却する燃料冷却装置が配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の液化ガス燃料供給装置。