JP2007177697A - 液化ガスエンジンの燃料装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は液化ガスエンジンの燃料装置に係り、簡単な構造で、夏季の外気温度上昇時にも効率よく液化ガス燃料を冷却することができる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シリンダ内に液化ガス燃料を噴射する高圧ポンプと、当該高圧ポンプと燃料タンクとの間に配管され、燃料タンク内の液化ガス燃料を汲み上げるフィードポンプが装着された燃料供給管と、高圧ポンプと燃料タンクとの間に接続された燃料戻り管とを備えた液化ガス燃料エンジンの燃料装置に於て、上記燃料供給管及び燃料戻り管に、車両用冷房装置の冷媒が流下する燃料クーラを装着したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ジメチルエーテルや液化石油ガス等の液化ガスを燃料とする液化ガスエンジンの燃料装置に関する。

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）等の液化ガス燃料が注目されている。
この液化ガス燃料を用いる液化ガスエンジンは、燃料タンクと高圧ポンプとの間の燃料供給管に装着したフィードポンプによって燃料タンクから高圧ポンプに導いた液化ガス燃料を、高圧ポンプで昇圧してインジェクタでエンジンのシリンダ内に直接噴射させるもので、液化ガス燃料は沸点が低く常温常圧で蒸発し易いため、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。

また、高圧ポンプと燃料タンクとの間には燃料戻り管が接続されており、高圧ポンプに圧送された燃料のうち、余剰の燃料がこの燃料戻り管を介して燃料タンクに戻されるようになっている。
しかし、高圧ポンプから燃料タンクへ戻される燃料はエンジンからの受熱で昇温しているため、燃料タンク内の温度が次第に上昇してくる傾向があり、燃料タンク内が高温になってしまうと、圧力で抑え込んでいる液化ガス燃料の気化抑制が難しくなってインジェクタでの噴射調量が困難となり、燃焼が不安定となる虞があった。

このため、特許文献１には、燃料タンクから高圧ポンプに燃料を送り出す燃料供給管に空冷式の燃料クーラを装着すると共に、当該燃料クーラと車室内の空調ダクトとの間を連絡ダクトで接続し、当該連絡ダクトからの冷気と外気とを適宜切り替えて燃料クーラに導入させるようにした燃料供給装置が開示されている。
特開２００５−３０３３７号公報

しかし乍ら、斯様に空調用の冷気を用いても、冷気が連絡ダクトを流下する間に温度が上昇してしまうため冷却効率が悪く、特に夏季の如く外気温度の高い条件下等では、十分に液化ガス燃料を冷却することができない虞がある。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、簡単な構造で、夏季の外気温度上昇時にも効率よく液化ガス燃料を冷却することができる液化ガス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シリンダ内に液化ガス燃料を噴射する高圧ポンプと、当該高圧ポンプと燃料タンクとの間に配管され、燃料タンク内の液化ガス燃料を汲み上げるフィードポンプが装着された燃料供給管と、高圧ポンプと燃料タンクとの間に接続された燃料戻り管とを備えた液化ガス燃料エンジンの燃料装置に於て、上記燃料供給管及び燃料戻り管に、車両用冷房装置の冷媒が流下する燃料クーラを装着したことを特徴とする。

そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の液化ガスエンジンの燃料装置に於て、車両用冷房装置のリキッドタンクの下流側と燃料クーラとの間に、当該燃料クーラへの冷媒導入管を接続し、車両用冷房装置のコンプレッサの上流側と燃料クーラとの間に、当該燃料クーラからの冷媒還流管を接続し、冷媒導入管及び車両用冷房装置のエバポレータと当該冷媒導入管の分岐部との間に、冷媒流路を開閉する電磁弁を装着すると共に、燃料クーラの上流側の燃料供給管と燃料戻り管に液化ガス燃料の温度を計測する燃料温度センサを装着し、車両の車室内温度を計測する車室内温度センサを所定箇所に装着して、当該各温度センサの計測値を基に、フィードポンプを駆動制御するコントロールユニットが上記電磁弁を開閉制御することを特徴とする。

更に、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の液化ガスエンジンの燃料装置に於て、燃料クーラの上流側の燃料供給管と燃料戻り管に液化ガス燃料の圧力を計測する圧力センサを装着し、コントロールユニットは、当該圧力センサで検出した圧力と、予め記憶手段に設定，記憶した飽和蒸気圧とから必要冷却温度を算出し、温度センサの計測値が当該必要冷却温度に低下したとき、冷媒導入管に装着した電磁弁を閉駆動することを特徴とし、請求項４に係る発明は、請求項２または請求項３に記載の液化ガスエンジンの燃料装置に於て、コントロールユニットは、車室内温度センサで検出した温度が車両用冷房装置の設定温度まで低下したとき、エバポレータと冷媒導入管の分岐部との間に装着した電磁弁を閉駆動することを特徴とする。

各請求項１に係る発明によれば、車両用冷房装置の冷媒が流下する燃料クーラを燃料供給管と燃料戻り管に装着して液化ガス燃料の冷却を図ったので、空調用の冷気を用いる従来例に比し、夏季の外気温度上昇時にも十分な冷却能力を発揮することができ、低，高負荷時の燃焼を安定させることが可能となる。
而も、本実施形態によれば、既存の車両用冷房装置を用いたことでコストがかからず、また、請求項２乃至請求項４に係る発明によれば、電磁弁の開閉制御による簡単な構造で、車両用冷房装置による車室内冷房と液化ガス燃料の冷却を併せて制御することができる利点を有する。

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４の一実施形態に係る液化ガスエンジンの燃料装置を示し、図中、１，３は液化ガス燃料（ジメチルエーテル）Ｆを貯蔵する第１，第２の燃料タンク、５は複数のインジェクタ７を介してエンジン（図示せず）のシリンダ内に液化ガス燃料（以下、「燃料」という）Ｆを噴射する高圧ポンプで、高圧ポンプ５の燃料ギャラリ９と各インジェクタ７との間に燃料噴射管１１が配設されている。

而して、燃料タンク１，３は、トラックのフレームの左右のサイドメンバに１つ宛固定されており、燃料タンク１，３内の燃料Ｆ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５との間に燃料供給管１３が接続されると共に、当該燃料供給管１３に、燃料タンク３からの燃料供給管１５が合流部１７で接続されている。

また、燃料供給管１３，１５には、夫々、燃料タンク１，３に貯蔵された燃料Ｆを汲み上げるフィードポンプ１９，２１が装着されており、フィードポンプ１９，２１は、エンジン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を基に、コントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２３によって駆動制御されている。そして、フィードポンプ１９，２１で汲み上げられた燃料Ｆが、燃料供給管１３，１５を介して高圧ポンプ５へ圧送されるようになっている。

更に、高圧ポンプ５と燃料タンク１との間に、高圧ポンプ５に圧送された燃料Ｆのうち、余剰の燃料Ｆを燃料タンク１へ戻す燃料戻り管２５が接続されると共に、当該燃料戻り管２５の燃料タンク３側の分岐部２７で、燃料タンク３への燃料戻り管２９が分岐されている。更にまた、燃料戻り管２５には、各インジェクタ７からの燃料戻り管３１が接続されており、高圧ポンプ５やインジェクタ７に圧送された燃料Ｆの余剰の燃料Ｆが、燃料戻り管３１，２５，２９を介して燃料タンク１，３に戻されるようになっている。

そして、本実施形態に係る燃料装置３３は、上述の如き従来と同様の構成に加え、以下の如き特徴を有する。
図１に於て、３５はトラックの冷房装置（以下、「カークーラ」という）を示し、従来周知のようにカークーラ３５は、冷媒Ｒをエンジン駆動のコンプレッサ３７で圧縮し、高温高圧となった冷媒Ｒをコンデンサ３９に送って外気で冷却し液化する。そして、冷媒Ｒを図示しないエクステンションバルブに送って一部を気化し、低温低圧の液体とする。

この後、冷媒Ｒはエバポレータ４１に送られ、周囲の空気から熱を奪い乍ら完全に気化し、低圧ガスとなってコンプレッサ３７に再び吸入される。
カークーラ３５は、この冷媒Ｒの一連の冷凍サイクルを繰り返すことで車室内の空気から熱を奪い、温度と湿度を下げるようになっている。
尚、図中、４３はコンデンサ３９とエバポレータ４１の間に装着された周知のリキッドタンク、４５はクーリングユニット４７に装着した冷却ファンである。

そこで、本実施形態は、夏季の外気温度上昇時にも効率よく燃料Ｆを冷却するため、既述した燃料供給管１３と燃料戻り管２５に、カークーラ３５の冷媒Ｒが流下する一体型の燃料クーラ４９を装着したものである。
燃料クーラ４９は、エバポレータ１と同一構造からなり、リキッドタンク４３，エバポレータ４１間の冷媒配管５１と燃料クーラ４９との間（リキッドタンク４３の下流側と燃料クーラ４９との間）に、燃料クーラ４９への冷媒導入管５３が分岐，接続され、また、コンプレッサ３７，エバポレータ４１間の冷媒配管５５と燃料クーラ４９との間（コンプレッサ３７の上流側と燃料クーラ４９との間）に、燃料クーラ４９からの冷媒還流管５７が接続されている。そして、燃料クーラ４９内に導入された冷媒Ｒがこの燃料クーラ４９内で気化する際の気化熱によって、燃料供給管１３と燃料戻り管２５内を流下する燃料Ｆが冷却されるようになっている。

そして、冷媒導入管５３と、当該冷媒導入管５３との分岐部５９よりも下流側（エバポレータ４１側）の冷媒配管５１とに、冷媒流路を開閉する電磁弁６１，６３が夫々装着されている。
更に、燃料クーラ４９の上流側の燃料供給管１３と燃料戻り管２５に、燃料Ｆの温度Ｔ１，Ｔ２を計測する燃料温度センサ６５，６７と、燃料Ｆの圧力Ｐ１，Ｐ２を計測する圧力センサ６９，７１が装着されており、これらの計測値はＥＣＵ２３に入力されている。

更にまた、クーリングユニット４７には、トラックの車室内温度Ｔ３を計測する車室内温度センサ７３が装着されており、この計測値もＥＣＵ２３に入力されている。
そして、エンジンが始動すると、既述したようにフィードポンプ１９，２１が駆動し、燃料タンク１，３内の燃料Ｆが燃料供給管１３，１５から高圧ポンプ５へ圧送されて、各インジェクタ７からエンジンのシリンダ内に噴射される。そして、高圧ポンプ５とインジェクタ７に圧送された燃料Ｆのうち、余剰の燃料Ｆが燃料戻り管２５，３１，２９を経て各燃料タンク１，３に戻されるが、エンジンの始動と同時にコンプレッサ３７が駆動する。

このようにエンジンが始動して燃料Ｆが燃料供給管１３，燃料戻り管２５内を流下すると、燃料温度センサ６５，６７と圧力センサ６９，７１は、燃料供給管１３と燃料戻り管２５を流下する燃料Ｆの温度Ｔ１，Ｔ２と圧力Ｐ１，Ｐ２を計測して、これらの計測値をＥＣＵ２３へ出力する。
而して、ＥＣＵ２３は、先ず、読み込んだ圧力センサ６９，７１の計測値（圧力Ｐ１，Ｐ２）と、予め記憶手段に設定，記憶した図３の燃料Ｆの飽和蒸気圧Ｐｏのマップとから、計測値（圧力Ｐ１，Ｐ２）に応じた必要冷却温度Ｔｓを算出するようになっている。

次いで、ＥＣＵ２３は、読み込んだ燃料温度センサ６５，６７の計測値（温度Ｔ１，Ｔ２）が算出した必要冷却温度Ｔｓよりも高い場合、前記電磁弁６１を開制御し、燃料クーラ４９にカークーラ３５の冷媒Ｒを導入して燃料Ｆを冷却するようになっている。そして、燃料温度センサ６５，６７の計測値（温度Ｔ１，Ｔ２）が必要冷却温度Ｔｓまで低下すると、電磁弁６１を閉制御して燃料クーラ４９による燃料Ｆの冷却を停止させるようになっている。

一方、ＥＣＵ２３は、図示しないエアコンスイッチがドライバーによってＯＮ操作されると、車室内温度センサ７３の計測値（Ｔ３）を読み込み、ドライバーが設定した設定温度（例えば、２０℃）に低下するまで電磁弁６３を開制御して車室内を冷房し、車室内温度Ｔ３が設定温度まで低下すると、電磁弁６３を閉制御するようになっている。
尚、既述したようにエンジンの始動と同時にコンプレッサ３７が駆動するが、ＥＣＵ２３は、両電磁弁６１，６３を同時に閉制御する場合、コンプレッサ３７を停止させるようになっている。そして、燃料温度センサ６５，６７と車室内温度センサ７３及び圧力センサ６９，７１の計測値から燃料Ｆの冷却や車室内の冷房が必要になったと判定すると、直ちにコンプレッサ３７を駆動させるようになっている。

本実施形態に係る燃料装置３３はこのように構成されており、次に図２のフローチャートと図３のマップを用いてその動作を説明する。
ドライバーがエンジンを始動させると、コンプレッサ３７が駆動する（ステップＳ１，２）。
そして、斯様にエンジンが始動すると、燃料装置３３の機能が開始して（ステップＳ３）、フィードポンプ１９，２１で汲み上げられた燃料タンク１，３内の燃料Ｆが燃料供給管１３，１５から高圧ポンプ５へ圧送され、各インジェクタ７によりエンジンのシリンダ内に噴射される。そして、高圧ポンプ５及びインジェクタ７に圧送された燃料Ｆのうち、余剰の燃料Ｆが燃料戻り管２５，３１，２９を経て各燃料タンク１，３に戻されるが、斯様にエンジンが始動して燃料Ｆが燃料供給管１３，燃料戻り管２５内を流下すると、燃料温度センサ６５，６７と圧力センサ６９，７１は、燃料供給管１３と燃料戻り管２５内を流下する燃料Ｆの温度Ｔ１，Ｔ２と圧力Ｐ１，Ｐ２を計測して、これらの計測値をＥＣＵ２３へ出力する。

そして、ステップＳ４に於て、ＥＣＵ２３は先ず、圧力センサ６９，７１の計測値（圧力Ｐ１，Ｐ２）を読み込み、次いでステップＳ５に於て、予め記憶手段に設定，記憶した図３の燃料Ｆの飽和蒸気圧Ｐｏのマップと圧力センサ６９，７１の計測値（圧力Ｐ１，Ｐ２）から、圧力Ｐ１，Ｐ２に応じた必要冷却温度Ｔｓを算出，決定する。
次いで、ＥＣＵ２３は、ステップＳ６に移行して燃料温度センサ６５，６７の計測値（温度Ｔ１，Ｔ２）を読み込み、ステップＳ７に於て、必要冷却温度Ｔｓと燃料温度センサ６５，６７の計測値（温度Ｔ１，Ｔ２）を比較する。

そして、ステップＳ７で燃料温度センサ６５，６７の計測値（温度Ｔ１，Ｔ２）が必要冷却温度Ｔｓよりも高いと判定すると、ＥＣＵ２３は前記電磁弁６１を開制御し、燃料温度センサ６５，６７の計測値（温度Ｔ１，Ｔ２）が必要冷却温度Ｔｓまで低下する間、燃料クーラ４９にカークーラ３５の冷媒Ｒを導入して燃料Ｆを冷却する（ステップＳ８）。そして、燃料温度センサ６５，６７の計測値（温度Ｔ１，Ｔ２）が必要冷却温度Ｔｓまで低下すると、ＥＣＵ２３は電磁弁６１を閉制御して、燃料クーラ４９による燃料Ｆの冷却を停止させる（ステップＳ９）。

一方、エンジン始動後、エアコンスイッチがＯＮ操作されると（ステップＳ１０）、カークーラ３５が機能して車室内が冷房されるが（ステップＳ１１）、ＥＣＵ２３は、車室内温度センサ７３の計測値（Ｔ３）を読み込み（ステップＳ１２）、ドライバーが設定した設定温度（例えば、２０℃）に低下するまで電磁弁６３を開制御して車室内を冷房する（ステップＳ１３，１４）。そして、車室内温度Ｔ３が設定温度まで低下すると、電磁弁６３を閉制御して車室内の冷房を停止する（ステップＳ１５）。

また、図示しないが両電磁弁６１，６３を同時に閉制御する場合、ＥＣＵ２３はコンプレッサ３７を直ちに停止させることとなる。
このように、本実施形態は、カークーラ３５の冷媒Ｒが流下する燃料クーラ４９を燃料供給管１３と燃料戻り管２５に装着して燃料Ｆの冷却を図ったので、空調用の冷気を用いる特許文献１の従来例に比し、夏季の外気温度上昇時にも十分な冷却能力を発揮することができ、低，高負荷時の燃焼を安定させることが可能となる。

而も、本実施形態によれば、既存のカークーラ５５を用いたことでコストがかからず、電磁弁６１，６３の開閉制御による簡単な構造で、カークーラ３５による車室内冷房と燃料Ｆの冷却を併せて制御することができる利点を有する。
尚、上記実施形態は、ジメチルエーテルを燃料Ｆに用いた燃料装置について説明したが、本発明を液化石油ガス（ＬＰＧ）を用いた燃料装置に適用できることは勿論、コモンレールを備えた液化ガスエンジンにも適用可能である。

請求項１乃至請求項４の一実施形態に係る液化ガスエンジンの燃料装置の概略構成図である。 図１に示す燃料装置の動作を説明するフローチャートである。 記憶手段に設定，記憶された燃料の飽和蒸気圧のマップである。

符号の説明

１，３ 燃料タンク
５ 高圧ポンプ
７ インジェクタ
１３，１５ 燃料供給管
１９，２１ フィードポンプ
２３ ＥＣＵ
２５，２９，３１ 燃料戻り管
３３ 燃料装置
３５ カークーラ
３７ コンプレッサ
３９ コンデンサ
４１ エバポレータ
４３ リキッドタンク
４９ 燃料クーラ
５１，５５ 冷媒配管
５３ 冷媒導入管
５７ 冷媒還流管
６１，６３ 電磁弁
６５，６７ 燃料温度センサ
６９，７１ 圧力センサ
７３ 車室内温度センサ
Ｆ 燃料
Ｒ 冷媒

Claims (4)

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シリンダ内に液化ガス燃料を噴射する高圧ポンプと、 当該高圧ポンプと燃料タンクとの間に配管され、燃料タンク内の液化ガス燃料を汲み上げるフィードポンプが装着された燃料供給管と、
   高圧ポンプと燃料タンクとの間に接続された燃料戻り管と、
   を備えた液化ガス燃料エンジンの燃料装置に於て、
   上記燃料供給管及び燃料戻り管に、車両用冷房装置の冷媒が流下する燃料クーラを装着したことを特徴とする液化ガスエンジンの燃料装置。
2. 車両用冷房装置のリキッドタンクの下流側と燃料クーラとの間に、当該燃料クーラへの冷媒導入管を接続し、
   車両用冷房装置のコンプレッサの上流側と燃料クーラとの間に、当該燃料クーラからの冷媒還流管を接続し、
   冷媒導入管及び車両用冷房装置のエバポレータと当該冷媒導入管の分岐部との間に、冷媒流路を開閉する電磁弁を装着すると共に、
   燃料クーラの上流側の燃料供給管と燃料戻り管に液化ガス燃料の温度を計測する燃料温度センサを装着し、
   車両の車室内温度を計測する車室内温度センサを所定箇所に装着して、
   当該各温度センサの計測値を基に、フィードポンプを駆動制御するコントロールユニットが上記電磁弁を開閉制御することを特徴とする請求項１に記載の液化ガスエンジンの燃料装置。
3. 燃料クーラの上流側の燃料供給管と燃料戻り管に液化ガス燃料の圧力を計測する圧力センサを装着し、
   コントロールユニットは、当該圧力センサで検出した圧力と、予め記憶手段に設定，記憶した飽和蒸気圧とから必要冷却温度を算出し、温度センサの計測値が当該必要冷却温度に低下したとき、冷媒導入管に装着した電磁弁を閉駆動することを特徴とする請求項２に記載の液化ガスエンジンの燃料装置。
4. コントロールユニットは、車室内温度センサで検出した温度が車両用冷房装置の設定温度まで低下したとき、エバポレータと冷媒導入管の分岐部との間に装着した電磁弁を閉駆動することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液化ガスエンジンの燃料装置。
   

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