JP2007146807A - 液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置に係り、エンジンの始動性（再始動性）の改善を図るに当たり、従来に比し構造が簡単で、安全性に優れた圧縮着火式エンジンの燃料装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 液化ガス燃料を貯蔵する燃料タンクと、インジェクタを介してエンジンの燃焼室に液化ガス燃料を噴射させる高圧ポンプと、当該高圧ポンプと燃料タンクとの間に配管された燃料配管と、当該燃料配管に装着されたフィードポンプと、燃料配管内の液化ガス燃料をパージタンクを介して燃料タンクに回収するパージシステムとを備えた液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置に於て、上記パージタンクまたは燃料タンクとエンジンの吸気管との間に燃料配管を接続すると共に、当該燃料配管にその流路を開閉する制御バルブを装着し、エンジンの始動時に、前記フィードポンプを駆動制御するコントロールユニットで当該制御バルブを開弁操作することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液化ガス燃料をシリンダ内に噴射して燃焼させる圧縮着火式エンジンの燃料装置に係り、詳しくは斯かる圧縮着火式エンジンの始動性の改善を図った燃料装置に関する。

今日、ガソリンや軽油に代わるエンジンの代替燃料として、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）等の液化ガス燃料を用いた圧縮着火式エンジンが注目されている。
この圧縮着火式エンジンは、燃料タンクから導いた液化ガス燃料を高圧ポンプで昇圧して液化し、これをインジェクタからシリンダ内に噴射して圧縮着火させるもので、ジメチルエーテル等の液化ガス燃料は沸点が低く、通常の状態（常温常圧）では気化し易い性質を有しているため、液化ガス燃料は常温である外気温よりも低い温度で、且つ加圧された液体の状態で燃料タンク内に貯蔵されている。

そして、液化ガス燃料は軽油に比し粘性が低いため、エンジン停止後に高圧ポンプ等に液化ガス燃料が残留していると、インジェクタからシリンダ内に燃料が漏洩してしまう不具合があるため、この種の圧縮着火式エンジンでは、パージシステムを組合せて燃料配管（高圧ポンプ）内の燃料をパージタンクを介して燃料タンクに回収している。
このため、圧縮着火式エンジンの再始動時に、燃料噴射管内の燃料充填に要する時間がかかり、始動性が悪いという課題があった。

また、特許文献１には、アルコールエンジンの始動性の改善を図る技術として、シリンダへの吸気管に分岐部を形成し、当該分岐部に燃料霧化装置，点火装置及び消炎器を装着して、エンジン始動時に、当該燃料霧化装置にて霧化されたアルコール燃料に理論空燃比以下の空気を供給して、点火装置で点火し燃焼させることによりアルコール燃料から可燃性ガスを生成し、エンジン始動後はシリンダヘッドに配設した燃料噴射弁からアルコール燃料を供給するアルコールエンジンの始動性改善装置が開示されている。
特開平５−１２６０１９号公報

しかし、特許文献１の始動性改善装置は、エンジンの吸気系に点火装置や燃料霧化装置を装着する等構造が複雑で、また、燃料霧化装置で霧化させたアルコール燃料を点火装置で点火，燃焼させるため、危険性を伴う不具合が指摘されている。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、エンジンの始動性（再始動性）の改善を図るに当たり、従来に比し構造が簡単で、安全性に優れた液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、液化ガス燃料を貯蔵する燃料タンクと、インジェクタを介してエンジンの燃焼室に液化ガス燃料を噴射させる高圧ポンプと、当該高圧ポンプと燃料タンクとの間に配管された燃料配管と、当該燃料配管に装着されたフィードポンプと、燃料配管内の液化ガス燃料をパージタンクを介して燃料タンクに回収するパージシステムとを備えた液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置に於て、上記パージタンクまたは燃料タンクとエンジンの吸気管との間に燃料配管を接続すると共に、当該燃料配管にその流路を開閉する制御バルブを装着し、エンジンの始動時に、前記フィードポンプを駆動制御するコントロールユニットで当該制御バルブを開弁操作することを特徴とする。

そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置に於て、エンジンの始動時条件を検出する検出手段を備え、当該検出手段の検出値に基づき、制御バルブの開閉度を制御することを特徴とし、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置に於て、検出手段は、外気温度またはエンジンの冷却水温度を検出する温度センサであることを特徴とする。

各請求項に係る発明は、エンジンの始動時（再始動時）に、パージタンクまたは燃料タンク内の燃料をエンジンの吸気管内に供給するように構成したので、従来の燃料装置に比し、早期に初爆を得ることができ、この結果、エンジンの回転数が上昇し、併せて高圧ポンプの回転数が上昇するため、インジェクタからの通常燃料噴射開始時期が早まってエンジンの早期始動が可能となり、再始動性が向上することとなった。

而も、本発明は、パージタンクまたは燃料タンクとエンジンの吸気管との間に、制御バルブを具備した燃料配管を配管した簡単な構造であるため、低コストで所期の目的を達成することが可能であると共に、使用に当たり燃料発火等の危険を伴う虞もない。
そして、請求項２及び請求項３に係る発明によれば、過剰で不必要な吸気管内への燃料供給が防止でき、最適な再始動時の燃料条件を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は請求項１乃至請求項３の第一実施形態に係る圧縮着火式エンジンの燃料装置を示し、図に於て、１は液化ガス燃料（本実施形態はジメチルエーテル）を貯蔵する燃料タンク、３は図示しないインジェクタを介して圧縮着火式エンジン（以下、「エンジン」という）５の燃焼室に液化ガス燃料（以下、「燃料」という）を圧縮噴射させる高圧ポンプで、高圧ポンプ３の燃料ギャラリ７と各インジェクタとの間に燃料噴射管９が、夫々、配設されている。そして、燃料タンク１内の燃料は、常温である外気の温度よりも低い温度で、且つ加圧された液体の状態で貯蔵されている。

そして、燃料タンク１と高圧ポンプ３との間に燃料配管１１が配設されており、燃料配管１１は、燃料タンク１に貯蔵された燃料を汲み上げて高圧ポンプ３へ圧送するフィードポンプ１３を備えた燃料供給管１５と、高圧ポンプ３に圧送された燃料のうち、余剰の燃料を燃料タンク１に戻す燃料戻り管１７とで構成され、燃料戻り管１７には、燃料タンク１へ戻る燃料を冷却する燃料クーラー１９が装着されている。そして、フィードポンプ１３は、エンジン５に装着した図示しないエンジン回転数センサやアクセル開度センサ等の検出値に基づき、コントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２１で駆動制御されている。

また、図中、２３はパージシステムを示し、周知のようにこのパージシステム２３は、高圧ポンプ３（燃料ギャラリ７）と燃料タンク１との間に接続されたパージ管（掃気管除）２５と、高圧ポンプ３側から燃料タンク１側へ当該パージ管２５に順次配設されたパージバルブ２７，パージタンク２９，再液化ポンプ３１とで構成されており、パージバルブ２７は、パージ開始時にＥＣＵ２１の指令でパージ管２５の流路を開放するようになっている。また、ＥＣＵ２１は、パージバルブ２７を開弁させるに当たり、再液化ポンプ３１を駆動してパージタンク２９内を減圧させるようになっており、斯様にパージタンク２９内を減圧させた状態でパージバルブ２７を開弁させると、燃料供給管１１，燃料ギャラリ７，燃料噴射管９内で圧縮されて液化している燃料がパージタンク２９内へ吸引されるようになっている。

そして、パージタンク２９内に吸引された燃料は、パージ管２５から燃料タンク１内に戻されるが、本実施形態は、上述した構成に加え、以下の如き特徴を有する。
即ち、図中、３３はパージタンク２９とエンジン５の吸気管３５との間に接続した燃料配管で、燃料配管３３の吸気管３５側に、燃料配管３３の流路を開閉する制御バルブ３７が装着されている。そして、ＥＣＵ２１は、エンジン５の始動時（再始動時）に当該制御バルブ３７を開弁操作するようになっており、斯様に制御バルブ３７が開弁操作されると、パージタンク２９内に残留している燃料の一部が燃料配管３３から吸気管３５内に流入して、吸気管３５内で直ちに気化することとなる。

尚、ドライバーが再始動のためにキー操作をすると、エンジン５がクランキングを開始するが、キー操作の信号をＥＣＵ２１が検出することで、エンジン５の再始動が検出される。
そして、図示しないが本実施形態に係る燃料装置３９には、エンジンの始動時条件を検出する検出手段として、エンジン５の冷却水温度を検出する温度センサが装着されており、ＥＣＵ２１は、斯かる温度センサが検出した冷却水温度に応じて制御バルブ３７の開閉度を制御するようになっている。そして、エンジン５が始動すると、ＥＣＵ２１は制御バルブ３７を閉じて燃料配管３３の流路を閉鎖するように構成されている。

本実施形態に係る冷却装置３９はこのように構成されており、エンジン５が停止すると、ＥＣＵ２１は再液化ポンプ３１を駆動してパージタンク２９内を減圧し、次いで、パージバルブ２７を開弁させてパージ管２５の流路を開放する。
このため、燃料ライン（燃料供給管１１，燃料ギャラリ７，燃料噴射管９内）に残って液化している燃料がパージタンク２９内に吸引されて、パージ管２５から燃料タンク１へ戻ることとなる。

この後、ドライバーがキー操作をしてエンジン５を再始動すると、この信号を検出したＥＣＵ２１は、エンジン５の冷却水温度を検出する温度センサの検出値に基づき、制御バルブ３７を開度調整して燃料配管３３の流路を開放する。
このため、パージタンク２９内に残留していた燃料の一部が燃料配管３３から吸気管３５内に流入した燃料は直ちに気化し、シリンダ内に吸引されて圧縮着火され、これにより早期に初爆が得られることとなる。

このように本実施形態は、エンジン５の再始動時に、パージタンク２９内の燃料をエンジン５の吸気管３５内に供給するように構成したので、「クランキングの開始によりフィードポンプが作動して高圧ポンプ内に燃料が満たされ、これが圧縮されてインジェクタから燃料がシリンダ内に噴射される」従来構造に比し、早期に初爆を得ることができ、この結果、エンジン５の回転数が上昇し、併せて高圧ポンプ３の回転数が上昇するため、インジェクタからの通常燃料噴射開始時期が早まってエンジン５の早期始動が可能となり、再始動性が向上することとなった。

而も、本実施形態は、既存のパージタンク２９と吸気管３５との間に、制御バルブ３７を具備した燃料配管３３を配管した簡単な構造であるため、特許文献１の従来例に比し低コストで所期の目的を達成することが可能であり、また、使用に当たり、特許文献１の従来例と異なり燃料発火等の危険を伴う虞もない。
更にまた、本実施形態は、エンジン５の始動時条件を検出する検出手段として、エンジン５の冷却水温度を検出する温度センサを用い、斯かる温度センサが検出した冷却水温度に応じ、制御バルブ３７の開閉度を制御するように構成したので、過剰で不必要な吸気管３５内への燃料供給が防止でき、最適な再始動時の燃料条件を得ることが可能となる。

図２は請求項１乃至請求項３の第二実施形態に係る圧縮着火式エンジンの燃料装置を示し、本実施形態に係る燃料装置４１は、パージタンク２９と吸気管３５との間に配管した図１の燃料配管３３に代え、図２に示すように燃料タンク１と吸気管３５との間に、前記制御バルブ３７を備えた燃料配管４３を接続したもので、図１の実施形態と同様、エンジン５の再始動時に、ＥＣＵ２１の指令で制御バルブ３７は燃料配管４３の流路を開放し、エンジン始動後に燃料配管４３の流路を閉鎖するようになっている。

そして、その他の構成も図１の実施形態と同様で、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。
而して、本実施形態によっても、エンジン５の再始動時に、燃料タンク１内の燃料の一部が燃料配管４３を介してエンジン５の吸気管３５内に供給されるようにしたので、「クランキングの開始によりフィードポンプが作動して高圧ポンプ内に燃料が満たされ、これが圧縮されてインジェクタから燃料がシリンダ内に噴射される」従来構造に比し、早期に初爆を得ることができ、この結果、図１の実施形態と同様、エンジン５の再始動性が向上する利点を有する。

尚、上述した第一，第二実施形態では、エンジン５の始動時条件を検出する検出手段として、エンジン５の冷却水温度を検出する温度センサを用いたが、斯かる温度センサに代え、エンジン始動時の外気温度を検出する温度センサを用いて制御バルブ３７の開閉度制御をしてもよく、斯かる実施形態によっても所期の目的を達成することができ、最適な再始動時の燃料条件を得ることが可能である。

請求項１乃至請求項３の第一実施形態に係るエンジンの燃料装置の概略構成図である。 請求項１乃至請求項３の第二実施形態に係るエンジンの燃料装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 燃料タンク
３ 高圧ポンプ
５ エンジン
７ 燃料ギャラリ
９ 燃料噴射管
１１，３３，４３ 燃料配管
１３ フィードポンプ
１５ 燃料供給管
１７ 燃料戻り管
１９ 燃料クーラー
２１ ＥＣＵ
２３ パージシステム
２５ パージ管
２７ パージバルブ
２９ パージタンク
３１ 再液化ポンプ
３５ 吸気管
３７ 制御バルブ
３９，４１ 燃料装置

Claims (3)

1. 液化ガス燃料を貯蔵する燃料タンクと、
   インジェクタを介してエンジンの燃焼室に液化ガス燃料を噴射させる高圧ポンプと、
   当該高圧ポンプと燃料タンクとの間に配管された燃料配管と、
   当該燃料配管に装着されたフィードポンプと、
   燃料配管内の液化ガス燃料をパージタンクを介して燃料タンクに回収するパージシステムとを備えた液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置に於て、
   上記パージタンクまたは燃料タンクとエンジンの吸気管との間に燃料配管を接続すると共に、
   当該燃料配管にその流路を開閉する制御バルブを装着し、
   エンジンの始動時に、前記フィードポンプを駆動制御するコントロールユニットで当該制御バルブを開弁操作することを特徴とする液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置。
2. エンジンの始動時条件を検出する検出手段を備え、
   当該検出手段の検出値に基づき、制御バルブの開閉度を制御することを特徴とする請求項１に記載の液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置。
3. 検出手段は、外気温度またはエンジンの冷却水温度を検出する温度センサであることを特徴とする請求項２に記載の液化ガス燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料装置。
   

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