JP2008045463A - Fuel injection device for supercritical fuel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、常温常圧で液化しない超臨界燃料(低臨界燃料)を用いた車両用の燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device for a vehicle using a supercritical fuel (low critical fuel) that does not liquefy at normal temperature and pressure.
(従来技術1)
超臨界燃料の一例としてDME(ジメチルエーテル)を用いた車両用の燃料噴射装置が知られている(例えば、特許文献1)。
DMEを用いた燃料噴射装置の一例を、図9を参照して説明する。
天然ガス、石炭、バイオマス等を原料としてDMEが精製される。このDMEは、蒸気圧が比較的に低い。このため、10気圧前後に加圧されて液化された状態で燃料タンクJ1に蓄えられる。
(Prior art 1)
As an example of supercritical fuel, a vehicle fuel injection device using DME (dimethyl ether) is known (for example, Patent Document 1).
An example of a fuel injection device using DME will be described with reference to FIG.
DME is refined using natural gas, coal, biomass and the like as raw materials. This DME has a relatively low vapor pressure. For this reason, it is stored in the fuel tank J1 in a state of being pressurized and liquefied around 10 atm.
燃料タンクJ1内に蓄えられたDMEは、高圧フィードポンプJ2→高圧ポンプJ3→コモンレールJ4を介してインジェクタJ5に高圧供給され、インジェクタJ5からエンジンの気筒内に噴射される。インジェクタJ5の要求噴射圧は高圧であり、インジェクタJ5から戻り配管J6に導かれるリーク燃料は高温度となる。このため、戻り配管J6に導かれたリーク燃料は戻り配管J6内で容易に気化する。
この気化したリーク燃料を液化させて燃料タンクJ1内に戻すために、従来では専用のコンプレッサJ7を搭載していた。
しかし、リーク燃料を液化させて燃料タンクJ1内に戻すためだけに高価なコンプレッサJ7を搭載することで、DMEを用いた燃料噴射装置のコストが高いものになっていた。
The DME stored in the fuel tank J1 is supplied to the injector J5 at a high pressure via the high pressure feed pump J2, the high pressure pump J3, and the common rail J4, and is injected from the injector J5 into the engine cylinder. The required injection pressure of the injector J5 is high, and the leaked fuel led from the injector J5 to the return pipe J6 has a high temperature. For this reason, the leak fuel led to the return pipe J6 is easily vaporized in the return pipe J6.
In order to liquefy the vaporized leaked fuel and return it to the fuel tank J1, a dedicated compressor J7 has been conventionally mounted.
However, by installing an expensive compressor J7 only for liquefying leaked fuel and returning it to the fuel tank J1, the cost of the fuel injection device using DME has been increased.
(従来技術2)
DMEを用いた他の燃料噴射装置として、窒素ガスを燃料タンクに供給して、燃料タンク内を飽和蒸気圧を超える圧力にすることで、DMEを液化する方法が提案されている(図示しない:例えば、特許文献2)。
この窒素ガスを燃料タンクに供給して昇圧する燃料噴射装置は、置型であれば問題も少ない。
しかし、この技術を車両に適用しようとすると、窒素ボンベを車両に搭載する必要が生じるため、高価で且つ車両重量が重くなってしまう。また、DMEとは別に、窒素ガスの補充も行う必要が新たに生じるため、車両への適用は困難である。
As another fuel injection device using DME, a method of liquefying DME by supplying nitrogen gas to the fuel tank and setting the pressure inside the fuel tank to exceed the saturated vapor pressure has been proposed (not shown: For example, Patent Document 2).
The fuel injection device that boosts the pressure by supplying nitrogen gas to the fuel tank is less problematic as long as it is stationary.
However, if this technology is applied to a vehicle, it is necessary to mount a nitrogen cylinder on the vehicle, which is expensive and heavy. In addition to DME, it is necessary to replenish nitrogen gas, so that it is difficult to apply to a vehicle.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストを抑えて燃料タンク内の超臨界燃料を液状に維持することができる車両用の燃料噴射装置の提供にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel injection device for a vehicle that can maintain supercritical fuel in a fuel tank in a liquid state at a reduced cost.
[請求項1の手段]
請求項1の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置は、加熱手段によって燃料タンク内の超臨界燃料を加熱することで燃料タンクの内圧を昇圧させる。これにより、燃料タンク内を飽和蒸気圧を超える圧力にすることができ、燃料タンク内の超臨界燃料を液化することができる。即ち、従来技術で用いられていた高価なコンプレッサや、窒素ボンベに代えて、加熱手段によって燃料タンク内を昇圧して超臨界燃料を液化できる。
加熱手段として、安価で軽量コンパクトな電気ヒータや、車両排熱(エンジン排熱、冷却水熱、インタークーラー排熱等)を利用できるため、従来技術で用いられていたコンプレッサや窒素ボンベを用いる場合に比較して、超臨界燃料用燃料噴射装置のコストを下げることができる。
[Means of claim 1]
The fuel injection device for a supercritical fuel employing the means of claim 1 raises the internal pressure of the fuel tank by heating the supercritical fuel in the fuel tank by the heating means. Thereby, the pressure in the fuel tank can be made to exceed the saturated vapor pressure, and the supercritical fuel in the fuel tank can be liquefied. That is, the supercritical fuel can be liquefied by increasing the pressure in the fuel tank by a heating means instead of the expensive compressor or nitrogen cylinder used in the prior art.
When using compressors and nitrogen cylinders that have been used in the prior art, you can use inexpensive, lightweight and compact electric heaters and vehicle exhaust heat (engine exhaust heat, cooling water heat, intercooler exhaust heat, etc.) as heating means. In comparison, the cost of the fuel injection device for supercritical fuel can be reduced.
[請求項2の手段]
請求項2の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置の燃料タンクは、メインタンクとサブタンクとからなり、加熱手段をサブタンク内に設けたものである。これにより、加熱手段によって容易に超臨界燃料の温度を上げることができ、燃料タンク内の昇圧を容易に行うことができる。
また、メインタンクとサブタンクは、上部において通路抵抗の小さい気体連通部を介して連通するとともに、下部において通路抵抗の大きい液体連通部を介して連通する。これにより、サブタンク内で発生した高圧は、通路抵抗の小さい気体連通部を介してメインタンク内に加えられる。一方、サブタンク内で加熱された高温の液体燃料と、メインタンク内の液体燃料とは、通路抵抗の大きい液体連通部を介して連通するため、メインタンク内の液体燃料の温度上昇が抑えられるとともに、サブタンク内における液体燃料の熱が外部に漏れるのを抑えることができる。
[Means of claim 2]
The fuel tank of the fuel injection apparatus for supercritical fuel adopting the means of claim 2 is composed of a main tank and a sub tank, and heating means is provided in the sub tank. Thereby, the temperature of the supercritical fuel can be easily raised by the heating means, and the pressure in the fuel tank can be easily increased.
The main tank and the sub tank communicate with each other through a gas communication portion having a small passage resistance in the upper portion and communicate with each other through a liquid communication portion having a large passage resistance in the lower portion. Thereby, the high pressure generated in the sub tank is applied to the main tank through the gas communication portion having a small passage resistance. On the other hand, since the high-temperature liquid fuel heated in the sub-tank and the liquid fuel in the main tank communicate with each other via a liquid communication portion having a large passage resistance, an increase in the temperature of the liquid fuel in the main tank can be suppressed. The heat of the liquid fuel in the sub tank can be prevented from leaking outside.
[請求項3の手段]
請求項3の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置のサブタンクは、メインタンクの外部に設けられる。
このように、サブタンクがメインタンクより分離することによって、加熱手段等の搭載性や断熱構造の採用が容易になる。
[Means of claim 3]
The sub-tank of the fuel injection device for supercritical fuel adopting the means of
Thus, by separating the sub tank from the main tank, it becomes easy to mount a heating means or the like and adopt a heat insulating structure.
[請求項4の手段]
請求項4の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置のサブタンクは、メインタンクの内部に設けられる。
これにより、燃料タンクの搭載スペースを小さくできる。
[Means of claim 4]
The sub tank of the fuel injection device for supercritical fuel adopting the means of claim 4 is provided inside the main tank.
Thereby, the mounting space of the fuel tank can be reduced.
[請求項5の手段]
請求項5の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置は、燃料タンク内の燃料を冷却する冷却手段を備える。
これにより、加熱手段の作動により燃料タンク内の温度(請求項2〜4ではサブタンク内の温度)が異常高温になるのを防止したり、燃料タンク内が異常高圧になるのを回避できる。
[Means of claim 5]
A fuel injection device for a supercritical fuel employing the means of
Thereby, it is possible to prevent the temperature in the fuel tank (the temperature in the sub-tank in claims 2 to 4) from becoming abnormally high due to the operation of the heating means, or to prevent the fuel tank from becoming abnormally high in pressure.
[請求項6の手段]
請求項6の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置は、送気手段によって燃料タンク内に加圧空気を供給して、燃料タンクの内圧を昇圧させる。これにより、燃料タンク内を飽和蒸気圧を超える圧力にすることができ、燃料タンク内の超臨界燃料を液化することができる。即ち、従来技術で用いられていた高価なコンプレッサや、窒素ボンベに代えて、送気手段によって燃料タンク内を昇圧して超臨界燃料を液化できる。
送気手段として、汎用性の大きい安価なエアコンプレッサや、車両に搭載される既存のエアポンプ(エアブレーキ用ポンプ等)を利用できるため、従来技術で用いられていたコンプレッサや窒素ボンベを用いる場合に比較して、超臨界燃料用燃料噴射装置のコストを下げることができる。
[Means of claim 6]
In the fuel injection device for supercritical fuel adopting the means of
As an air supply means, a versatile and inexpensive air compressor or an existing air pump (air brake pump, etc.) mounted on a vehicle can be used. Therefore, when using a compressor or nitrogen cylinder used in the prior art In comparison, the cost of the fuel injection device for supercritical fuel can be reduced.
[請求項7の手段]
請求項7の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置は、燃料タンク内の圧力、あるいは燃料を高圧に圧縮して吐出する高圧ポンプの燃料吸引側の燃料圧力が、飽和蒸気圧以上となるように加熱手段または送気手段を制御する制御装置を備える。
このように制御装置が加熱手段または送気手段を制御することにより、燃料タンク内の超臨界燃料を液化状態に維持できる、あるいは燃料タンク内の燃料を液化状態にするのに加えて高圧ポンプの燃料吸引側の燃料を液化状態に維持できる。
[Means of Claim 7]
In the fuel injection device for supercritical fuel employing the means of
In this way, the control device controls the heating means or the air supply means, so that the supercritical fuel in the fuel tank can be maintained in a liquefied state, or the fuel in the fuel tank can be liquefied and the high pressure pump can be maintained. The fuel on the fuel suction side can be maintained in a liquefied state.
最良の形態1の超臨界燃料用燃料噴射装置は、超臨界燃料を蓄える燃料タンク内の燃料を加熱して、燃料タンクの内圧を昇圧させる加熱手段(例えば、電気ヒータ、エンジン排熱、冷却水熱、インタークーラー排熱等)を備える。加熱手段が燃料タンク内の超臨界燃料を加熱して燃料タンクの内圧を昇圧させることで、燃料タンク内の超臨界燃料を液化できる。 The fuel injection device for supercritical fuel according to the best mode 1 is a heating means (for example, an electric heater, engine exhaust heat, cooling water) that heats fuel in a fuel tank that stores supercritical fuel to increase the internal pressure of the fuel tank. Heat, intercooler exhaust heat, etc.). The heating means heats the supercritical fuel in the fuel tank to increase the internal pressure of the fuel tank, whereby the supercritical fuel in the fuel tank can be liquefied.
最良の形態2の超臨界燃料用燃料噴射装置は、超臨界燃料を蓄える燃料タンク内に加圧空気を供給して、燃料タンクの内圧を昇圧させる送気手段(例えば、エアブレーキ用ポンプ等)を備える。 The fuel injection device for supercritical fuel according to the best mode 2 is an air supply means (for example, an air brake pump) that supplies pressurized air into a fuel tank that stores supercritical fuel to increase the internal pressure of the fuel tank. Is provided.
超臨界燃料の一例としてDMEを用いた燃料噴射装置を、図1〜図3を参照して説明する。
燃料噴射装置は、エンジン(図示しない)の各気筒に燃料噴射を行うシステムであり、図1に示すように、サプライポンプ1、コモンレール2、インジェクタ3、および制御装置4等によって構成される。
なお、制御装置4は、ECU(エンジン制御ユニット)4aとEDU(駆動ユニット)4bで構成されるものであり、ECU4aとEDU4bは別体に設けられるものであっても良いし、1つのケース内に内蔵されるものであっても良い。
A fuel injection device using DME as an example of supercritical fuel will be described with reference to FIGS.
The fuel injection device is a system that injects fuel into each cylinder of an engine (not shown), and includes a supply pump 1, a common rail 2, an
The control device 4 is composed of an ECU (engine control unit) 4a and an EDU (drive unit) 4b. The
(サプライポンプ1の説明)
サプライポンプ1は、フィードポンプ5と高圧ポンプ6を共通のカムシャフト(エンジンによって回転駆動される駆動軸)によって駆動する一体型の燃料ポンプである。このサプライポンプ1は、一般に使用されているコモンレール式燃料噴射装置(ディーゼルエンジン用の燃料噴射装置)に搭載されるタイプに、DME用の改良を加えたものである。
(Description of supply pump 1)
The supply pump 1 is an integrated fuel pump that drives the
フィードポンプ5は、燃料タンク7と燃料配管8を介して接続され、この燃料配管8の途中に設けられた遮断弁9および燃料フィルタ10を介して燃料タンク7内(具体的には後述するメインタンク21内)の燃料を吸引して高圧ポンプ6に送る燃料吸引ポンプである。
遮断弁9は、例えば常閉電磁弁であり、エンジン運転中(イグニッションスイッチのON時)にECU4aより通電を受けて燃料配管8を開き、エンジン停止中(イグニッションスイッチのOFF時)に通電停止されて燃料配管8を閉じるものである。
燃料フィルタ10は、燃料を濾過する本来の役割に加え、その内容積と、燃料配管8の接続通路断面積とにより、燃料配管8に生じる脈動(フィードポンプ5や高圧ポンプ6の作動に起因する脈動等)を吸収する役割を果たすものである。
なお、遮断弁9および燃料フィルタ10は、高フィード圧に対応できる構造になっていることはいうまでもない。
The
The shut-off
The
Needless to say, the
サプライポンプ1には、高圧ポンプ6の燃料吸引側のギャラリー圧を、所定のフィードギャラリー圧に調整する調圧弁11が搭載されている。
この調圧弁11の背後には、燃料タンク7内の燃料蒸気圧が付加されており、燃料蒸気圧すなわち燃料温度に応じて開弁圧が自動調整され、高圧ポンプ6の燃料吸引側のギャラリー内においてDMEが気化しないように設けられている。調圧弁11を通過したDMEは戻り配管12へ導かれ、逆止弁13を介して燃料タンク7(具体的には、後述するメインタンク21)に戻される。
The supply pump 1 is equipped with a
The fuel vapor pressure in the
高圧ポンプ6は、調圧弁11で調圧された燃料を高圧に圧縮し、吐出弁(逆止弁)14を介してコモンレール2へ圧送する燃料圧縮ポンプである。
フィードポンプ5から高圧ポンプ6(具体的には高圧ポンプ6における燃料加圧室)に燃料を送る燃料流路には、その燃料流路の開度度合を調整するためのSCV(吸入調量弁)15が搭載されている。このSCV15は、制御装置4からのポンプ駆動信号によって制御されることで高圧ポンプ6に吸入される燃料の吸入量を調整し、コモンレール2へ圧送する燃料の吐出量を変更する調量バルブであり、コモンレール2へ圧送する燃料の吐出量を調整することにより、コモンレール圧を調整するものである。即ち、制御装置4はSCV15を制御することで、コモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力に制御する。
The
An SCV (suction metering valve) for adjusting the degree of opening of the fuel flow path is provided in a fuel flow path for sending fuel from the
(コモンレール2の説明)
コモンレール2は、インジェクタ3に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように高圧ポンプ配管16を介して高圧ポンプ6の吐出弁14と接続されるとともに、各インジェクタ3へ高圧燃料を供給する複数のインジェクタ配管17が接続されている。
(Description of common rail 2)
The common rail 2 is a pressure accumulating container for accumulating high-pressure fuel supplied to the
コモンレール2の一端には、プレッシャリミッタを兼ねた減圧弁18が取り付けられている。この減圧弁18は、制御装置4から与えられる開弁指示信号によって開弁して戻り配管12を介してコモンレール圧を急速に減圧するものである。このように、コモンレール2に減圧弁18を搭載することによって、制御装置4はコモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力へ素早く低減制御できる。
A
(インジェクタ3の説明)
インジェクタ3は、エンジンの各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール2より分岐する複数のインジェクタ配管17の下流端に接続されている。
インジェクタ3は、ソレノイド、ピエゾアクチュエータ等の電動アクチュエータを搭載している。電動アクチュエータは、制御装置4からの噴射信号によって制御されることにより、コモンレール2に蓄圧された高圧燃料を先端のノズル3aから噴射させるものである。
(Description of injector 3)
The
The
インジェクタ3からリークされる低圧のリーク燃料は、戻り配管12に導かれ、逆止弁13を介して燃料タンク7に戻される。
ここで、逆止弁13より上流側の戻り配管12には、燃料切替弁19が設けられている。この燃料切替弁19は、例えば電磁三方弁であり、通常時にはリーク燃料を燃料タンク7に戻し、制御装置4からパージ信号(例えば、エンジン停止に伴う通電停止)が与えられると戻り配管12をパージ通路に接続するものである。なお、パージ通路は、エンジンの吸気管、あるいはパージタンク等へ接続されている。
Low-pressure leaked fuel leaking from the
Here, a
(燃料タンク7の説明)
燃料タンク7は、外部から10気圧程に加圧されて液化されたDMEが補充可能な安全性の考慮された耐圧性、耐腐食性、耐可燃性等に優れた容器であり、容積の大きいメインタンク21と、容積の小さいサブタンク22とからなる。
この実施例のサブタンク22は、メインタンク21とは独立して設けられ、メインタンク21と略同じ高さ位置で車両に搭載される。
メインタンク21とサブタンク22は、上部において通路抵抗の小さい気体連通部23を介して連通するとともに、下部において通路抵抗の大きい液体連通部24を介して連通する。
(Description of fuel tank 7)
The
The
The
具体的に、メインタンク21とサブタンク22の上部は、流路断面の大きい上部配管(気体連通部23の一例)で接続されており、サブタンク22内で発生した圧力(後述する電気ヒータ26の作動により発生するサブタンク22内の上昇圧力)が容易にメインタンク21に加わる構成になっている。
また、メインタンク21とサブタンク22の下部は、流路断面の小さい下部配管(液体連通部24の一例)で接続されており、サブタンク22内で温度上昇した液体燃料(後述する電気ヒータ26の作動により加熱されたサブタンク22内の燃料)がメインタンク21に容易に流れない構成になっている。
Specifically, the upper part of the
The lower part of the
サブタンク22は、断熱構造あるいは簡易断熱構造に設けられており、後述する電気ヒータ26の作動により加熱されたサブタンク22内の燃料温度が容易に冷えない構造になっている。
また、メインタンク21あるいはサブタンク22の一方の上部には、燃料タンク7の内圧が所定の上限圧力に達すると開弁して、燃料タンク7内の圧力を外部に放出する安全弁25が設けられている。
The
In addition, a
サブタンク22の内部には、サブタンク22内のDMEを加熱して、サブタンク22の内圧を昇圧させる加熱手段が設けられている。この実施例の加熱手段は、例えばサブタンク22内の下部などに設置され、通電により発熱してサブタンク22内の液体燃料を加熱する電気ヒータ26である。
この電気ヒータ26は、制御装置4によって通電状態が制御されることで、サブタンク22内の液体燃料の温度を調整し、メインタンク21内およびサブタンク22内の圧力をコントロールする。なお、電気ヒータ26の通電制御については後述する。
Inside the
The
また、サブタンク22の内部には、サブタンク22内のDMEを冷却する燃料クーラ27(冷却手段)が設けられている。この燃料クーラ27は、エンジンの低温側の冷却水、冷房用の冷温冷媒、車両走行風などの冷却流体が導かれてサブタンク22のDMEを冷却する手段であり、この燃料クーラ27に導かれる冷却流体の供給および停止(燃料クーラ27に冷却流体を導く配管に設けられたバルブの開閉)は、制御装置4によって制御される。なお、燃料クーラ27の制御については後述する。
A fuel cooler 27 (cooling means) that cools the DME in the
(制御装置4の説明)
制御装置4は、上述した各電気機能部品を通電制御するものであり、ECU4aとEDU4bにより構成される。
ECU4aは、制御処理、演算処理を行うCPU、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置(ROM、RAM、SRAM、EEPROM等のメモリ)、入力回路、出力回路、電源回路を含んで構成される周知構造のコンピュータよりなる。
ECU4aは、読み込まれたセンサ類の信号(エンジンパラメータ:乗員の運転状態、エンジンの運転状態に応じた信号)に基づいて各種の演算処理を行う。
(Description of the control device 4)
The control device 4 controls energization of each electrical functional component described above, and is configured by an
The
The
なお、ECU4aには、エンジンパラメータを検出するセンサ類として、アクセル開度を検出するアクセルセンサ、エンジン回転数やクランク角を検出する回転数センサ、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ、コモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ31など、通常のディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射装置のセンサ類に加え、コモンレール2に蓄圧された燃料温度を検出するコモンレール温度センサ32、高圧ポンプ6の燃料吸引側の燃料温度を検出するギャラリー温度センサ33、サブタンク22内の燃料温度を検出するサブタンク温度センサ34、メインタンク21内の圧力を検出するメインタンク圧力センサ35が接続されている。
The
(圧力制御機能の説明)
制御装置4には、車両の運転状態に応じてインジェクタ3やSCV15の制御を行う通常の噴射制御機能に加え、高圧ポンプ6の燃料吸引側の燃料圧力(フィードギャラリー圧)がDMEの飽和蒸気圧以上となるように、即ち高圧ポンプ6の燃料吸引側のDMEが液体状態となるように、電気ヒータ26の通電状態を制御する圧力制御機能が搭載されている。
この圧力制御機能は、ECU4aのメモリに記憶され、ECU4aによって実行される制御プログラムであり、圧力制御機能による電気ヒータ26の通電制御の具体的な一例を図2のフローチャート、および図3の飽和蒸気圧曲線を参照して説明する。
(Explanation of pressure control function)
In addition to the normal injection control function for controlling the
This pressure control function is a control program stored in the memory of the
ECU4aは、圧力制御機能の制御ルーチンに侵入すると(スタート)、下記の制御を実行する。
ステップS1:ギャラリー温度センサ33によって検出した高圧ポンプ6の燃料吸引側の燃料温度(ギャラリー温度Tgr)を読み込む。
ステップS2:ステップS1で読み込んだギャラリー温度Tgrから、タンク内目標圧力Ptt(=ギャラリー目標圧Pft)を算出する。
When entering the control routine for the pressure control function (start), the
Step S1: The fuel temperature (gallery temperature Tgr) on the fuel suction side of the high-
Step S2: The tank target pressure Ptt (= gallery target pressure Pft) is calculated from the gallery temperature Tgr read in step S1.
このステップS2の具体例を説明する。ECU4aは、図3に示す飽和蒸気圧曲線のマップを記憶している。そして、読み込んだギャラリー温度Tgrの飽和圧力から、フィードギャラリー圧がDMEの飽和蒸気圧以上となるタンク内目標圧力Ptt(=ギャラリー目標圧Pft)を算出する。
さらに、タンク内目標圧力Ptt(=ギャラリー目標圧Pft)の算出の流れを具体例に基づいて説明する。
A specific example of step S2 will be described. The
Furthermore, the calculation flow of the tank target pressure Ptt (= gallery target pressure Pft) will be described based on a specific example.
先ず、読み込んだギャラリー温度Tgrが図3中(1)の場合、そのギャラリー温度Tgrに対応した基礎ギャラリー圧Pgは図3中(2)となる。
フィードポンプ5には、図3中(3)で示すDMEの加圧力Pfpがあるため、燃料タンク7内の圧力は(2)−(3)で良い。しかし、実際には高圧ポンプ6において燃料吸入の圧力低下がある。そこで、フィードギャラリー圧をDMEの飽和蒸気圧以上の余裕圧力として、図3中(4)で示す余裕制御幅Pgmを持たせる。
このように、高圧ポンプ6の燃料吸引側のDMEを液体状態とするタンク内目標圧力Pttは、(5)=(2)−(3)+(4)で算出される。
即ち、Ptt=Pg−Pfp+Pgmで算出される。
First, when the read gallery temperature Tgr is (1) in FIG. 3, the basic gallery pressure Pg corresponding to the gallery temperature Tgr is (2) in FIG.
Since the
In this way, the tank target pressure Ptt for bringing the DME on the fuel suction side of the high-
That is, it is calculated by Ptt = Pg−Pfp + Pgm.
ステップS3:サブタンク温度センサ34によって検出したサブタンク22内の燃料温度(タンク内温度Ttr)を読み込む。
ステップS4:ステップS2で算出したタンク内目標圧力Ptt(=ギャラリー目標圧Pft)に基づいて、サブタンク22内の目標温度Tttを算出する。具体的には、図3に示す飽和蒸気圧曲線のマップに基づき、タンク内目標圧力Ptt(=ギャラリー目標圧Pft)から、タンク内目標温度Tttを算出する。即ち、タンク内目標圧力Ptt(=ギャラリー目標圧Pft)が図3中(5)であれば、その(5)に対応したタンク内目標温度Tttとして図3中(6)を求める。
Step S3: The fuel temperature (tank temperature Ttr) in the
Step S4: Based on the tank target pressure Ptt (= gallery target pressure Pft) calculated in Step S2, the target temperature Ttt in the
ステップS5:ステップS4で求めたタンク内目標温度Tttとなるように、電気ヒータ26または燃料クーラ27を制御する。
具体的には、ステップS3で読み込んだタンク内温度TtrからステップS4で求めたタンク内目標温度Tttを差し引き(Ttr−Ttt)、Ttr<Tttの場合は、電気ヒータ26を通電してタンク内温度Ttrをタンク内目標温度Tttに昇温させ、逆にTtr>Tttの場合は、燃料クーラ27を作動させてタンク内温度Ttrをタンク内目標温度Tttに降温させる。
Step S5: The
Specifically, the tank internal temperature Ttt obtained in step S4 is subtracted from the tank internal temperature Ttr read in step S3 (Ttr−Ttt). If Ttr <Ttt, the
ステップS6:メインタンク圧力センサ35で検出されたメインタンク21内の圧力(タンク内圧力Ptr)を読み込む。
ステップS7:ステップS5においてタンク内温度Ttrとタンク内目標温度Tttが略等しい場合(Ttr≒Ttt)に、タンク内圧力Ptrとタンク内目標圧力Pttとが異なる場合(Ptr≠Ptt)は、タンク内圧力Ptrとタンク内目標圧力Pttの差(Ptr−Ptt)に基づいて補正制御を行う。
補正制御は、補正値を求めて、その補正値に基づいてタンク内圧力Ptrとタンク内目標圧力Pttとを一致させるものであり、演算による補正制御を行っても良いし、電気ヒータ26または燃料クーラ27の作動出力を補正制御するものであっても良い。
Step S6: The pressure in the main tank 21 (tank pressure Ptr) detected by the main
Step S7: When the tank internal temperature Ttr and the tank internal target temperature Ttt are substantially equal (Ttr≈Ttt) and the tank internal pressure Ptr and the tank internal target pressure Ptt are different (Ptr ≠ Ptt) in step S5 Correction control is performed based on a difference (Ptr−Ptt) between the pressure Ptr and the tank target pressure Ptt.
In the correction control, a correction value is obtained and the tank internal pressure Ptr and the tank target pressure Ptt are made to coincide with each other based on the correction value. The operation output of the cooler 27 may be corrected and controlled.
(制御の変形例)
この実施例では、上記ステップS5においてTtr>Tttの場合に燃料クーラ27を作動させてタンク内温度Ttrをタンク内目標温度Tttに降温させる例を示したが、タンク内温度Ttrが予め設定した上限温度に達しないように燃料クーラ27を作動させたり、タンク内圧力Ptrが予め設定した上限圧力に達しないように燃料クーラ27を作動させるようにしても良い。
また、上記ステップS6、S7の補正制御を廃止して、誤差分を加味してタンク内目標圧力Pttあるいはタンク内目標温度Tttを算出するようにしても良い。
(Modification of control)
In this embodiment, in the case where Ttr> Ttt in step S5, the
Further, the correction control in steps S6 and S7 may be abolished, and the tank target pressure Ptt or the tank target temperature Ttt may be calculated in consideration of the error.
(実施例1の作動)
制御装置4の作動により電気ヒータ26が通電されてサブタンク22内が加熱されると、サブタンク22内の液体燃料の一部が気化して内圧が上昇する。サブタンク22内で上昇した圧力は、流路断面の大きい上部配管を介してメインタンク21内に導かれ、メインタンク21内の圧力を上昇させる。メインタンク21内の圧力は、上述した圧力制御機能により、タンク内目標圧力Pttに制御される。即ち、高圧ポンプ6の燃料吸引側の燃料が液体状態となるように、メインタンク21内の圧力が制御される。
(Operation of Example 1)
When the
(実施例1の効果)
実施例1の燃料噴射装置は、上述したように、電気ヒータ26によって燃料タンク7内のDMEを加熱することで燃料タンク7の内圧を昇圧させる。これにより、燃料タンク7内を飽和蒸気圧を超える圧力にすることができ、燃料タンク7内のDMEを液化することができる。即ち、従来技術で用いられていた高価なコンプレッサや、窒素ボンベに代えて、軽量で安価な電気ヒータ26によって燃料タンク7内を昇圧して燃料タンク7内のDMEを液化できる。
これにより、従来技術(コンプレッサや窒素ボンベを用いる場合)に比較して、DMEを用いた燃料噴射装置のコストを下げることができる。具体的には、図9に示す従来技術(特許文献1)から、高圧フィードポンプJ2、コンプレッサJ7、パージタンクJ8等を廃止することができる。
(Effect of Example 1)
As described above, the fuel injection device according to the first embodiment increases the internal pressure of the
Thereby, the cost of the fuel injection device using DME can be reduced as compared with the conventional technique (when a compressor or a nitrogen cylinder is used). Specifically, the high pressure feed pump J2, the compressor J7, the purge tank J8, etc. can be eliminated from the prior art (Patent Document 1) shown in FIG.
実施例1の燃料噴射装置は、高圧ポンプ6の燃料吸引側の燃料が液体状態となるように、メインタンク21内の圧力を制御する。このため、燃料タンク7からフィードポンプ5に導かれるDMEを冷却する燃料供給クーラ51(符号、実施例6の図8参照)を廃止でき、DMEを用いた燃料噴射装置のコストを下げることができる。
The fuel injection device according to the first embodiment controls the pressure in the
実施例1の燃料噴射装置は、燃料タンク7をメインタンク21とサブタンク22とに分け、電気ヒータ26を容積の小さいサブタンク22内に搭載した。これにより、電気ヒータ26によって容易に燃料温度が上昇するため、電気ヒータ26の容量を小さくできるとともに、電気ヒータ26の消費電力を抑えることができる。
また、メインタンク21とサブタンク22の上部を通路抵抗の小さい気体連通部23で連通し、メインタンク21とサブタンク22の下部を通路抵抗の大きい液体連通部24で連通した。これにより、サブタンク22内で発生した高圧は、通路抵抗の小さい気体連通部23を介してメインタンク21内に加えられるが、サブタンク22内で加熱された高温の液体燃料が通路抵抗の大きい液体連通部24によってメインタンク21にはほとんど流れないため、メインタンク21内の燃料の温度上昇が抑えられるとともに、サブタンク22内の燃料の熱が外部に漏れるのを抑えることができる。
さらに、この実施例では、サブタンク22をメインタンク21の外部に設けた。これにより、電気ヒータ26や燃料クーラ27の搭載性を向上できるとともに、サブタンク22の断熱構造を容易に採用できる。
In the fuel injection device of Example 1, the
Further, the upper part of the
Further, in this embodiment, the
さらに、実施例1の燃料噴射装置には、サブタンク22内にDMEを冷却する燃料クーラ27が設けられている。これにより、電気ヒータ26の作動によってサブタンク22内の燃料温度が異常高温になるのを防止できるとともに、燃料タンク7内が異常高圧になるのを回避できる。
Further, the fuel injection device of the first embodiment is provided with a
実施例2を図4を参照して説明する。なお、以下の実施例において、実施例1と同一符号は、同一機能物を示すものである。
この実施例2は、上記実施例1で示した電気ヒータ26(符号、図1参照)に代えて、車両における排熱(エンジン排熱、冷却水熱、インタークーラー排熱等)を利用してサブタンク22内のDMEの加熱を行うものである。
A second embodiment will be described with reference to FIG. In the following examples, the same reference numerals as those in Example 1 denote the same functional objects.
In this second embodiment, in place of the electric heater 26 (reference numeral, see FIG. 1) shown in the first embodiment, exhaust heat (engine exhaust heat, cooling water heat, intercooler exhaust heat, etc.) in the vehicle is used. The DME in the 22 is heated.
具体的にこの実施例では、加熱手段として、排熱による高温流体が導入される熱交換器41をサブタンク22内に設けたものである。この熱交換器41は、内部を流れる高温流体と、サブタンク22内のDMEとを熱交換して、サブタンク22内のDMEを加熱することで、燃料タンク7の内圧を上昇させ、DMEの液化を図るものである。
熱交換器41に導かれる高温流体の一例として、エンジンの高温側の冷却水、過給機によって加圧された過給気、排気管から吸気管へ戻されるEGRガス等がある。即ち、冷却水が熱交換器41に導かれることにより熱交換器41がラジエータの一部の役割を果たし、過給気が熱交換器41に導かれることにより熱交換器41がインタークーラの役割を果たし、EGRガスが熱交換器41に導かれることにより熱交換器41がEGRクーラの役割を果たすものである。
Specifically, in this embodiment, a
As an example of the high-temperature fluid led to the
熱交換器41に導かれた高温流体がサブタンク22内の液体燃料を加熱すると、その熱を受けてサブタンク22内のDMEが気化する。このDMEが気化する際、その気化熱が熱交換器41内を流れる高温流体を効率良く冷却する。言い換えると、サブタンク22内に搭載される熱交換器41が小型でも、サブタンク22内の燃料を効率良く加熱できる。また、高温流体であるエンジン冷却水、過給機、EGRガスが効率良く冷却されるため、エンジン出力の向上や、排気ガスの低減を図ることができる。
When the high-temperature fluid guided to the
なお、上記の実施例1では、サブタンク22内の燃料の加熱量を制御する手段として、電気ヒータ26の通電を制御したが、この実施例では、熱交換器41に高温流体を導く配管42に設けた調量バルブ43の開度を制御装置4により制御することで、サブタンク22内の燃料の加熱量を制御するものである。
In the first embodiment, energization of the
また、この実施例2では、実施例1で示した燃料切替弁19(符号、図1参照)を廃止し、戻り配管12の内圧を、逆止弁13と安全弁25の開弁圧で調圧している。即ち、戻り配管12の内圧は、逆止弁13の設定圧力と、燃料タンク7内の圧力により決定される。このため、安全弁25が最終の圧力設定手段となる。そして、燃料タンク7内の圧力が安全弁25の開弁圧まで上昇した場合や、戻り配管12の内圧が上昇して逆止弁13が開弁して燃料タンク7内の圧力が安全弁25の開弁圧まで上昇した場合に、安全弁25が開弁して異常高圧を防止する。
Further, in the second embodiment, the fuel switching valve 19 (symbol, see FIG. 1) shown in the first embodiment is abolished, and the internal pressure of the
実施例3を図5を参照して説明する。
上記実施例1では、サブタンク22をメインタンク21と別体に設ける例を示した。
これに対し、この実施例3では、サブタンク22をメインタンク21の内部に設けたものである。具体的には、メインタンク21の内部に、メインタンク21の内部を区画する隔壁44を設けて、メインタンク21の内部に小容積のサブタンク22を設けたものである。
A third embodiment will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, an example in which the
On the other hand, in the third embodiment, the
隔壁44は、断熱構造であり、サブタンク22内の燃料の熱がメインタンク21内の燃料に伝わるのを抑えるように設けられている。
隔壁44は、上部において大きく開口してメインタンク21内とサブタンク22内とを連通するものであり、隔壁44の上部の開口が気体連通部23に相当する。また、隔壁44は、下部において小さな貫通孔が設けられており、この貫通孔が液体連通部24に相当する。
この実施例3に示すように、メインタンク21の内部に隔壁44を設けてサブタンク22を構成しているため、燃料タンク7をコンパクトにでき、車両への搭載性を向上することができる。なお、燃料切替弁19(符号、図1参照)を廃止しているのは、実施例2と同じである。
The
The
As shown in the third embodiment, since the
実施例4を図6を参照して説明する。
上記実施例1では、フィードポンプ5と高圧ポンプ6とを一体化したサプライポンプ1を用いる例を示した。
これに対し、この実施例4は、フィードポンプ5を廃止し、代わりに燃料タンク7内に電動燃料ポンプ45を搭載したものである。
A fourth embodiment will be described with reference to FIG.
In the said Example 1, the example using the supply pump 1 which integrated the
On the other hand, in the fourth embodiment, the
電動燃料ポンプ45は、ガソリンエンジンに使用している小型ポンプを用いることができるとともに、燃料タンク7内において燃料蒸気の圧力で加圧され液化したDMEを、さらに300kPaほどに加圧して高圧ポンプ6に送るため、燃料配管8内の燃料圧力を常に燃料タンク7内の圧力より高くできる。
この電動燃料ポンプ45の採用により、燃料配管8内の燃料圧力を常に燃料タンク7内の圧力より高くできることで、高圧ポンプ6の燃料吸込側の燃料を液化状態に保つことができる。
The
By adopting this
上記実施例1では、高圧ポンプ6の燃料吸込側の燃料を液化状態に保つために、高圧ポンプ6の燃料吸込側の圧力を、DMEの飽和蒸気圧以上に保つ必要があった。しかし、この実施例では、燃料タンク7内を飽和蒸気圧以上に保つだけで、高圧ポンプ6の燃料吸込側の燃料を液化状態に保つことができるため、燃料タンク7内の圧力を下げることができ、電気ヒータ26の消費電力を抑えることができる。
また、電動燃料ポンプ45を用いることで、エンジンの負荷状態に合わせてDMEを高圧ポンプ6に送ることができ、燃費の改善効果が期待できる。
In the first embodiment, in order to keep the fuel on the fuel suction side of the high-
Further, by using the
実施例5を図7を参照して説明する。
上記実施例1〜4では、燃料タンク7内のDMEを加熱して、燃料タンク7内の圧力を上げる例を示した。
これに対し、この実施例5は、加熱手段を廃止して、代わりに送気手段を用い、その送気手段によってDMEを蓄える燃料タンク7内に加圧空気を供給して、燃料タンク7の内圧を昇圧させるものである。
具体的に、この実施例では、送気手段の一例としてエアブレーキ用のエアポンプ46を利用したものである。
A fifth embodiment will be described with reference to FIG.
In the first to fourth embodiments, the DME in the
On the other hand, in the fifth embodiment, the heating means is abolished, air supply means is used instead, and pressurized air is supplied into the
Specifically, in this embodiment, an
また、実施例1〜4では燃料タンク7内(具体的にはサブタンク22内)のDMEの加熱量を制御して燃料タンク7内の圧力を制御したが、この実施例ではエアポンプ46(具体的にはエアタンク内)から燃料タンク7内に高圧エアを導く配管47に設けたエア調圧バルブ48の開度を制御装置4により制御することで、燃料タンク7内の圧力を制御するものである。なお、配管47の燃料タンク7側に設けられた逆止弁49は、燃料タンク7内の圧力が配管47を介して外部に漏れるのを防ぐものである。
なお、この実施例では、戻り配管12の燃料タンク7側に燃料戻りクーラ50を設け、燃料タンク7内に戻される燃料温度を下げるように設けられている。この燃料戻りクーラ50は、上述した燃料クーラ27と同様、エンジンの低温側の冷却水、冷房用の冷温冷媒、車両走行風などの冷却流体が導かれてDMEを冷却する手段である。
In the first to fourth embodiments, the heating amount of the DME in the fuel tank 7 (specifically, the sub tank 22) is controlled to control the pressure in the
In this embodiment, the fuel return cooler 50 is provided on the
この実施例5を採用することにより、実施例1〜4で開示したサブタンク22が不要になるため、コストを抑えることが可能になる。
また、エアポンプ46より与えられる高圧により、燃料タンク7内の圧力を実施例1〜4より高めることが可能となり、燃料タンク7内に与えられた高圧によって燃料タンク7内の燃料を高圧ポンプ6に供給できる。これにより、実施例1〜4で開示したフィードポンプ5あるいは電動燃料ポンプ45を廃止でき、これによってもコストを抑えることができる。
さらに、エアタンクに蓄圧された高圧エアにより、始動時にDMEを高圧ポンプ6に送ることができるため、始動性を向上させることができる。
By adopting the fifth embodiment, the sub-tank 22 disclosed in the first to fourth embodiments is not necessary, and the cost can be suppressed.
Further, the high pressure given from the
Furthermore, since DME can be sent to the
実施例6を図8を参照して説明する。
上記実施例1〜5では、高圧ポンプ6の燃料吸引側の燃料が液体状態となるように、燃料タンク7内の圧力を制御する例を示した。
これに対し、この実施例6は、燃料タンク7内のDMEが液体状態となるように、燃料タンク7内の圧力をDMEの飽和蒸気圧以上に制御するものである。具体的にこの実施例6は、上記実施例1において、燃料タンク7内のDMEが液体状態となるように、燃料タンク7内の圧力をDMEの飽和蒸気圧以上に制御するものである。もちろん、他の実施例と組み合わせても良い。
A sixth embodiment will be described with reference to FIG.
In the first to fifth embodiments, the example in which the pressure in the
On the other hand, in the sixth embodiment, the pressure in the
このような制御を実施すると、燃料タンク7から高圧ポンプ6にDMEを送る燃料配管8においてDMEが周囲から受熱して気化する不具合が発生する。そこで、この実施例では、燃料配管8に気化防止用の燃料供給クーラ51を設け、燃料配管8内でDMEが気化する不具合を回避している。
なお、燃料供給クーラ51は、上述した燃料クーラ27と同様、エンジンの低温側の冷却水、冷房用の冷温冷媒、車両走行風などの冷却流体が導かれてDMEを冷却する手段である。
この実施例6では、燃料タンク7内を飽和蒸気圧以上に保つだけで済むため、燃料タンク7内の圧力を下げることができ、電気ヒータ26の消費電力を抑えることができる。
When such control is performed, there is a problem that the DME receives heat from the surroundings and vaporizes in the
The
In the sixth embodiment, since it is only necessary to keep the
[変形例]
上記の実施例では、超臨界燃料の一例としてDMEを例に示したが、低温で容易に気化して高圧蒸気圧を持つ他のDME、例えばプロパン、ブタンなどを用いた燃料噴射装置に本発明を適用しても良い。
[Modification]
In the above embodiment, DME is shown as an example of a supercritical fuel. However, the present invention is applied to a fuel injection device using other DME, such as propane and butane, which is easily vaporized at a low temperature and has a high pressure vapor pressure. May be applied.
4 制御装置
6 高圧ポンプ
7 燃料タンク
21 メインタンク
22 サブタンク
23 気体連通部
24 液体連通部
26 電気ヒータ(加熱手段)
27 燃料クーラ(冷却手段)
41 熱交換器(加熱手段)
46 エアポンプ(送気手段)
4
27 Fuel cooler (cooling means)
41 Heat exchanger (heating means)
46 Air pump (air supply means)
Claims (7)
この燃料噴射装置は、超臨界燃料を蓄える燃料タンク内の燃料を加熱して、前記燃料タンクの内圧を昇圧させる加熱手段を備えることを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。 A fuel injection device for vehicles using supercritical fuel,
The fuel injection device includes a heating unit that heats fuel in a fuel tank that stores supercritical fuel to increase the internal pressure of the fuel tank.
前記燃料タンクは、メインタンクとサブタンクとからなり、
前記メインタンクと前記サブタンクは、上部において通路抵抗の小さい気体連通部を介して連通するとともに、下部において通路抵抗の大きい液体連通部を介して連通するものであり、
前記加熱手段は、前記サブタンク内において液体燃料を加熱することを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。 The fuel injection device for a supercritical fuel according to claim 1,
The fuel tank comprises a main tank and a sub tank,
The main tank and the sub tank communicate with each other through a gas communication portion having a small passage resistance in the upper portion and communicate with each other through a liquid communication portion having a large passage resistance in the lower portion,
The fuel injection device for supercritical fuel, wherein the heating means heats the liquid fuel in the sub tank.
前記サブタンクは、前記メインタンクの外部に設けられたことを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。 The fuel injection device for a supercritical fuel according to claim 2,
The fuel injection device for a supercritical fuel, wherein the sub tank is provided outside the main tank.
前記サブタンクは、前記メインタンクの内部に設けられたことを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。 The fuel injection device for a supercritical fuel according to claim 2,
The fuel injection device for a supercritical fuel, wherein the sub tank is provided in the main tank.
この超臨界燃料用燃料噴射装置は、前記燃料タンク内の燃料を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。 The fuel injection device for a supercritical fuel according to any one of claims 1 to 4,
The fuel injection device for a supercritical fuel is provided with a cooling means for cooling the fuel in the fuel tank.
この燃料噴射装置は、超臨界燃料を蓄える燃料タンク内に加圧空気を供給して、前記燃料タンクの内圧を昇圧させる送気手段を備えることを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。 A fuel injection device for vehicles using supercritical fuel,
The fuel injection device comprises a fuel supply device for supercritical fuel, comprising air supply means for supplying pressurized air into a fuel tank for storing supercritical fuel to increase the internal pressure of the fuel tank.
この超臨界燃料用燃料噴射装置は、前記燃料タンク内の圧力、あるいは燃料を高圧に圧縮して吐出する高圧ポンプの燃料吸引側の燃料圧力が、飽和蒸気圧以上となるように前記加熱手段または前記送気手段を制御する制御装置を備えることを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。
The fuel injection device for a supercritical fuel according to any one of claims 1 to 6,
The fuel injection device for supercritical fuel is configured so that the pressure in the fuel tank or the fuel pressure on the fuel suction side of the high-pressure pump that compresses and discharges the fuel to a high pressure is equal to or higher than the saturated vapor pressure. A fuel injection device for a supercritical fuel, comprising a control device for controlling the air supply means.
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