JP2010065638A

JP2010065638A - 液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置及び液化ガス燃料用の高圧ポンプ

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Publication number: JP2010065638A
Application number: JP2008234357A
Authority: JP
Inventors: Masaya Nozaki; 真哉野崎
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置に用いられるプリストローク式の高圧ポンプに供給される低圧燃料のフィード圧を低減させることができる液化ガス燃料用蓄圧式燃料供給装置及び液化ガス燃料用の高圧ポンプを提供する。
【解決手段】高圧ポンプは、プランジャの下降行程でフィードポンプによって送られるギャラリ室内の液化ガス燃料が加圧室に充填され、プランジャの上昇行程で加圧室内の液化ガス燃料の一部が燃料制御用電磁弁を介して燃料タンク側に戻されるとともに燃料制御用電磁弁が閉じられた後には加圧室内の液化ガス燃料が加圧され、高圧化された液化ガス燃料が吐出弁を介してコモンレールに向けて圧送されるプリストローク式の液化ガス燃料用の高圧ポンプであり、プランジャの下降行程で加圧室に充填される液化ガス燃料の導入経路と、プランジャの上昇行程で燃料タンク側に戻される液化ガス燃料のリターン経路と、を別々に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）等の液化ガス燃料用の蓄圧式供給装置及び液化ガス燃料用の高圧ポンプに関する。特に、プリストローク式の高圧ポンプを備えた液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置及びプリストローク式の液化ガス燃料用の高圧ポンプに関する。

ディーゼルエンジンによる大気汚染対策として、軽油の代わりに排気がクリーンなＤＭＥ（ジメチルエーテル）を代替燃料として用いることが注目されている。このＤＭＥ燃料は、従来の燃料である軽油と異なり、液化ガス燃料である。すなわち、軽油と比較して沸点が低く、大気圧下で軽油が常温で液体であるのに対して、ＤＭＥは常温で気体となる性質を有している。

この液化ガス燃料用の燃料供給装置としては、基本的に従来の軽油用の蓄圧式燃料供給装置が使用されている。この蓄圧式燃料供給装置は、液化ガス燃料が貯蔵された燃料タンクと、燃料タンクの出口側に取付けられたフィードポンプと、燃料タンクに燃料供給配管を通じて接続された高圧ポンプと、高圧ポンプから吐出される高圧燃料を蓄積するコモンレールと、コモンレールに蓄積された高圧燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えている。

液化ガス燃料用蓄圧式燃料供給装置に用いられる高圧ポンプとして、加圧室内の燃料の加圧開始時期を電磁弁の閉弁時期によって制御し、高圧燃料の吐出量を調節する高圧ポンプ（以下、「プリストローク式の高圧ポンプ」と称する。）が用いられる場合がある。

図４は、プリストローク式の高圧ポンプ３０１の構成の一例を示している。この高圧ポンプ３０１は、ハウジング３０２の上部開口部にプランジャバレル（シリンダ）３０７が嵌め込まれ、このプランジャバレル３０７内にはプランジャ３０９が摺動自在に保持されている。このハウジング３０２とプランジャバレル３０７との間には、燃料通路３１３を介してフィードポンプ（図示せず。）により供給されるＤＭＥ燃料を充満させ、フィード回路を構成する環状のギャラリ室３１０が形成されている。ギャラリ室３１０には、ギャラリ室３１０内の最大圧力を規定するオーバーフローバルブ３１４が燃料通路３１６を介して取り付けられている。

また、プランジャ３０９の上端面に対向するプランジャバレル３０７の上部開口部には燃料制御用電磁弁３１７が取り付けられている。燃料制御用電磁弁３１７のバルブボディ３２０とプランジャバレル３０７との間には、環状の上部ギャラリ室３２１が形成されている。この燃料制御用電磁弁３１７のバルブボディ３２０とプランジャバレル３０７とプランジャ３０９とにより包囲される空間が加圧室３２２として形成される。
上部ギャラリ室３２１は、プランジャバレル３０７の側壁内に形成された導入通路３５３を介してギャラリ室３１０と連通している。上部ギャラリ室３２１内のＤＭＥ燃料は、バルブボディ３２０に形成された連通路３２３を介して加圧室３２２に供給される。

また、プランジャバレル３０７には吐出弁３２５が取り付けられている。吐出弁３２５は、燃料通路３２７を介して加圧室３２２と連通し、加圧室３２２から高圧のＤＭＥ燃料をコモンレール（図示せず。）に送り出すと、加圧室３２２の圧力の低下に伴い吐出弁３２５が閉じられ、コモンレール圧が所定圧に維持される。

このように構成されたプリストローク式の高圧ポンプ３０１において、内燃機関の運転に伴い、プランジャ３０９が下死点に位置するとき、燃料制御用電磁弁３１７は非通電状態にあり、燃料制御用電磁弁３１７の連通路３２３は上部ギャラリ室３２１と加圧室３２２とを連通する。この状態で、フィードポンプにより供給されたＤＭＥ燃料は、燃料通路３１３を介してギャラリ室３１０に充填されるとともに、プランジャバレル３０７の側壁内に形成された導入通路３５３を介して上部ギャラリ室３２１に充填され、さらに、連通路３２３を介して加圧室３２２に充填される。

また、カム３０４の回転移動に伴って、タペット３０５が押し上げられ、プランジャ３０９をプランジャスプリング３０８の付勢力に抗して上方変位させ、加圧室３２２の容積を縮小する方向に移動する。このため、加圧室３２２内のＤＭＥ燃料は、燃料制御用電磁弁３１７の連通路３２３を介して上部ギャラリ室３２１に排出される。

プランジャ３０９が上昇する過程で、内燃機関やフィードポンプの回転数及びアクセル開度などに応じて燃料制御用電磁弁３１７に通電されると、連通路３２３を介する上部ギャラリ室３２１と加圧室３２２との連通が遮断される。さらに、カム３０４の回転に伴ってプランジャ３０９が上昇すると、加圧室３２２の容積が一層縮小される。この過程で、加圧室３２２内の圧力が上昇し、コモンレール圧とバルブスプリング３２６の付勢力との和よりも大きくなると、吐出弁３２５がバルブスプリング３２６の付勢力に抗して開弁し、ＤＭＥ燃料がコモンレールに圧送される。燃料制御用電磁弁３１７への通電は、加圧室３２２内の燃料圧が上昇したときに停止されるが、加圧室３２２内の燃料圧が高いと、燃料制御用電磁弁３１７は閉弁状態で維持される。

プランジャ３０９が上死点に至ると、プランジャ３０９の加圧室３２２に対する加圧は停止され、燃料圧力は低下し始める。プランジャ３０９がさらにリフト量を減らして下降し始めると、加圧室３２２の圧力はさらに低下する。プランジャ３０９の下降移動に伴って加圧室３２２の圧力は低下し続け、燃料制御用電磁弁３１７が開弁し、上部ギャラリ室３２１からＤＭＥ燃料が再び加圧室３２２に充填される（例えば、特許文献１参照）。

ところで、液化ガス燃料用の燃料供給装置の高圧ポンプは、燃料を液化状態で加圧室内に充填するためには、燃料制御用電磁弁の開弁期間中、ギャラリ室内の圧力、すなわち、フィードポンプによる高圧ポンプへのフィード圧を加圧室内の燃料温度における飽和蒸気圧よりも高い圧力に維持しておく必要がある。これは、液化ガス燃料は、液化状態の体積と気化状態の体積との差が著しく大きいことに起因している。例えば、ＤＭＥ燃料を例に採ると、液化状態と気化状態とでは体積が４００倍にもなる。上述したプリストローク式の高圧ポンプを用いた場合、仮に加圧室内のＤＭＥ燃料の温度が１００℃になると、燃料を液化状態で加圧室内に充填するためには、フィード圧を約３ＭＰａ以上にする必要があることが知られている。この約３ＭＰａのフィード圧は、軽油を用いた場合のフィード圧の５〜６倍程度にもなる（例えば、特許文献２、３を参照）。

特開２００３−２０６８２５号公報（段落［００２２］〜［００４５］、図１、図２、図４）特開２００８−８１５２号公報（図３〜図４）特開２００１−１１５９１６号公報（図２）

ここで、図４に示すようなプリストローク式の高圧ポンプ３０１は、コモンレールへの高圧燃料の吐出量が燃料制御用電磁弁３１７を閉じる時期によって調節され、一旦高温の加圧室３２２に充填された燃料の一部が、再びギャラリ室３１０に戻されるように構成されている。そのため、ギャラリ室３１０内の燃料温度が上昇するとともに、当該ギャラリ室３１０内の燃料が再び加圧室３２２に充填されるため、加圧室３２２内の燃料温度の上昇が加速されやすい。

したがって、液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置としてプリストローク式の高圧ポンプを備えた軽油用の蓄圧式燃料供給装置が用いられる場合、燃料を液化状態で加圧室内に充填するためには、軽油を用いる場合と比較して、フィードポンプの大幅な能力アップや、配管等の低圧燃料系の耐圧向上等が必要となる。このような状況は、プリストローク式の高圧ポンプを用いた液化ガス燃料供給用の蓄圧式燃料供給装置の実施上の障害になるおそれがある。

特に、将来的な排気ガス規制に対応するためにコモンレール圧をさらに高く設定しようとすると、加圧室の燃料温度は従来よりも高くなるため、加圧室内での液化ガス燃料の気化を防ぐためには、フィードポンプによるフィード圧をさらに高くする必要がある。例えば、ＤＭＥ燃料の場合、燃料温度が１２０℃の場合には４．８ＭＰａ以上もの高圧のフィード圧が必要になる。また、燃料温度がＤＭＥ燃料の臨界温度である１２７℃を超えると、たとえフィード圧をさらに上げたとしても燃料の状態を安定して制御することができなくなる。したがって、構造的に加圧室内の燃料温度が上昇しやすい従来のプリストローク式の高圧ポンプでは、コモンレール圧のさらなる高圧化は極めて困難である。

そこで、本発明の発明者は鋭意検討した結果、プリストローク式の高圧ポンプを用いた液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置において、プランジャの下降行程で高圧ポンプの加圧室に充填される液化ガス燃料の導入経路と、プランジャの上昇行程で燃料タンク側に戻される液化ガス燃料のリターン経路と、を別々に設けることによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置に用いられるプリストローク式の高圧ポンプに供給される低圧燃料のフィード圧を低減させることができる液化ガス燃料用蓄圧式燃料供給装置及び液化ガス燃料用の高圧ポンプを提供することを目的とする。

本発明によれば、燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプに送り、高圧ポンプで液化ガス燃料を昇圧して複数の燃料噴射弁が接続されたコモンレールに圧送し、複数の燃料噴射弁から内燃機関の気筒内に液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置において、高圧ポンプは、プランジャの下降行程でフィードポンプによって送られるギャラリ室内の液化ガス燃料が加圧室に充填され、プランジャの上昇行程で加圧室内の液化ガス燃料の一部が燃料制御用電磁弁を介して燃料タンク側に戻されるとともに燃料制御用電磁弁が閉じられた後には加圧室内の液化ガス燃料が加圧され、高圧化された液化ガス燃料が吐出弁を介してコモンレールに向けて圧送されるプリストローク式の液化ガス燃料用の高圧ポンプであり、プランジャの下降行程で加圧室に充填される液化ガス燃料の導入経路と、プランジャの上昇行程で燃料タンク側に戻される液化ガス燃料のリターン経路と、を別々に設けたことを特徴とする液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置を構成するにあたり、導入経路に、加圧室側からギャラリ室側への液化ガス燃料の移動を防止する逆止弁を備えることが好ましい。

また、本発明の液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置を構成するにあたり、リターン経路に、燃料タンク側から加圧室側への液化ガス燃料の移動を防止する逆止弁を備えることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプに送り、高圧ポンプで液化ガス燃料を昇圧して複数の燃料噴射弁が接続されたコモンレールに圧送し、複数の燃料噴射弁から内燃機関の気筒内に液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置に用いられ、プランジャの下降行程でフィードポンプによって送られるギャラリ室内の液化ガス燃料が加圧室に充填され、プランジャの上昇行程で加圧室内の液化ガス燃料の一部が燃料制御用電磁弁を介して燃料タンク側に戻されるとともに燃料制御用電磁弁が閉じられた後には加圧室内の液化ガス燃料が加圧され、高圧化された液化ガス燃料が吐出弁を介してコモンレールに向けて圧送されるプリストローク式の液化ガス燃料用の高圧ポンプにおいて、プランジャの下降行程で加圧室に充填される液化ガス燃料の導入経路と、プランジャの上昇行程で燃料タンク側に戻される液化ガス燃料のリターン経路と、を別々に設けたことを特徴とする液化ガス燃料用の高圧ポンプである。

本発明の液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置及び液化ガス燃料用の高圧ポンプによれば、プリストローク式の高圧ポンプに設けられた燃料制御用電磁弁を介して一旦加圧室に充填された液化ガス燃料の一部が、プランジャの上昇時に加圧室から排出される際に、ギャラリ室に戻されないで、燃料タンク側に戻される。したがって、ギャラリ室と加圧室との間を燃料が行き来することがなく、ギャラリ室内の燃料温度の上昇が抑えられるとともに、ひいては加圧室内の燃料温度の上昇が抑えられる。その結果、加圧室内で液化ガス燃料が気化しないためのフィードポンプの必要フィード圧が低減され、従来の軽油用のフィードポンプや配管等の低圧燃料系が活用されやすくなるため、液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置のコストの低減が図られる。

また、本発明の液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置において、ギャラリ室から加圧室への液化ガス燃料の導入経路にギャラリ室側への液化ガス燃料の移動を防止する逆止弁が備えられることにより、加圧室からギャラリ室への燃料の排出が容易に防止される。

また、本発明の液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置において、加圧室から燃料タンク側への液化ガス燃料のリターン通路に加圧室側への液化ガス燃料の移動を防止する逆止弁が備えられることにより、加圧室への液化ガス燃料の充填時に、リターン通路側からの液化ガス燃料の流入が防止される。

以下、図面を参照して、本発明の液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置及び液化ガス燃料用の高圧ポンプに関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
１．液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置の全体構成
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる高圧ポンプ５を主として、液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置１００の概略構成を示している。
この図１に示す蓄圧式燃料供給装置１００は、燃料タンク１と、フィードポンプ２と、高圧ポンプ５と、コモンレール１０と、インジェクタ１３等を主要な構成要素として備えている。

燃料タンク１には、液化ガス燃料が収容されている。液化ガス燃料は、例えばＤＭＥ燃料であり、用いられる燃料タンク１は液化ガス燃料を貯蔵しておくことができるものであれば特に制限されるものではない。
また、燃料タンク１の出口部分にはフィードポンプ２が取付けられ、このフィードポンプ２は、燃料タンク１内の燃料を、燃料供給配管１８を介して高圧ポンプ５に対して供給する。フィードポンプ２は、例えば電動ポンプが用いられ、電流が供給されることにより所定の流量の液化ガス燃料が所定のフィード圧で圧送される。この燃料供給配管１８や高圧ポンプ５内の低圧部分が、低圧燃料系を構成する。

また、コモンレール１０は、高圧ポンプ５から圧送される高圧燃料を蓄積し、高圧燃料配管３９を介して複数のインジェクタ１３に対して均等な圧力で高圧燃料を供給する。コモンレール１０の圧力は、内燃機関の回転数や負荷状態、アクセル操作量等に基づいて制御される。コモンレール１０に接続されたインジェクタ１３は、通電制御によって噴射孔が開閉され、コモンレール１０から供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射する。インジェクタ１３の形態は特に制限されるものではないが、例えば、公知の電磁ソレノイドによって噴射孔を開閉するノズルニードルの背圧制御を行うインジェクタが用いられる。

２．高圧ポンプ
本実施形態の蓄圧式燃料供給装置１００に備えられた高圧ポンプ５は、ハウジング５１内の下方に設けられたカム室５１ａ内に回転可能に備えられ、内燃機関によって回転駆動されるカム５３を備えている。

また、ハウジング５１は、カム５３の上方に円筒空間部５１ｂを備え、当該円筒空間部５１ｂ内にはタペット５５が摺動自在に挿入されている。また、円筒空間部５１ｂの上部開口にはプランジャバレル５７が嵌め込まれている。ハウジング５１とプランジャバレル５７との間には、フィードポンプ２によって供給される液化ガス燃料が充填され、低圧燃料系を構成する環状のギャラリ室５９が形成されている。このギャラリ室５９には、ギャラリ室５９内の燃料の圧力を所定値に維持するオーバーフローバルブ６１が接続されており、オーバーフローバルブ６１によって、フィードポンプ２のフィード圧が規定されている。オーバーフローバルブ６１を介して放出される液化ガス燃料は、第１のリターン配管２８を介して燃料タンク１に戻される。

プランジャバレル５７内にはプランジャ摺動孔５７ａが設けられ、プランジャ摺動孔５７ａ内にはプランジャ６３が軸方向に摺動自在に配置されている。このプランジャ６３の下端はスプリングシート６５に係止されており、このスプリングシート６５はタペット５５に当接している。プランジャバレル５７の下面とタペット５５との間にはプランジャスプリング６７が挟持され、プランジャスプリング６７はスプリングシート６５を介してタペット５５を下方に付勢する。タペット５５にはローラ６９が摺動自在に設けられるとともにこのローラ６９はカム５３に当接しており、タペット５５が下方に付勢された状態でのカム５３の回転に伴い、ローラ６９はタペット５５を上下方向に移動させる。タペット５５の上下方向移動に伴い、プランジャ６３もプランジャ摺動孔５７ａ内を上下方向に移動する。

また、プランジャバレル５７の上方開口部には、燃料制御用電磁弁７１が取付けられている。燃料制御用電磁弁７１のバルブボディ７３とプランジャバレル５７との間には環状の上部ギャラリ室７５が形成されている。燃料制御用電磁弁７１は、連通路７２が設けられたバルブボディ７３と、バルブボディ７３の着座面に着座するバルブピストン７７と、このバルブピストン７７を離座させる方向に付勢するバルブスプリング７９と、バルブピストン７７を着座方向に移動させる電磁コイル８１等を備えている。この燃料制御用電磁弁７１は、非通電状態において開弁状態となる弁である。この燃料制御用電磁弁７１のバルブボディ７３とプランジャバレル５７とプランジャ６３によって包囲される空間が加圧室８３として形成されている。

また、プランジャバレル５７には、ギャラリ室５９と加圧室８３とを連通する導入通路８５が形成されている。導入通路８５の加圧室８３側の開口位置は、プランジャ６３の上死点よりも上であってもよいし、下であってもよい。導入通路８５の開口位置がプランジャ６３の上死点よりも下に設けられる場合には、その開口位置によって、加圧室８３へのＤＭＥ燃料の吸入タイミングを調節することができる。この導入通路８５には、加圧室８３側からギャラリ室５９側へのＤＭＥ燃料の移動を阻止する逆止弁８７が設けられている。この逆止弁８７は、ギャラリ室５９内の圧力が逆止弁８７のバルブスプリングの付勢力と加圧室８３内の圧力との和を越えたときに開弁する。そのため、ギャラリ室５９内の液化ガス燃料は、プランジャ６３の下降時に、導入通路８５を介して加圧室８３に充填される。
本実施形態の高圧ポンプ５では、導入通路８５が導入経路を構成する。

また、プランジャバレル５７には、上部ギャラリ室７５とプランジャバレル５７の外面のリターン配管接続部８９とを連通するリターン通路９１が形成されている。上部ギャラリ室７５側の端部とは反対側のリターン通路９１の端部の位置は、プランジャバレル５７の外面に直接連通していなくてもよい。このリターン通路９１には、リターン配管接続部８９側から上部ギャラリ室７５側へのＤＭＥ燃料の移動を阻止する逆止弁９３が設けられている。この逆止弁９３は、上部ギャラリ室７５内の圧力が逆止弁９３のバルブスプリングの付勢力とリターン配管接続部８９側の圧力との和を越えたときに開弁する。加圧室８３内のＤＭＥ燃料は、プランジャ６３の上昇に伴い燃料制御用電磁弁７１を介して上部ギャラリ室７５に排出され、さらに、リターン通路９１を介して燃料タンク１に戻される。
本実施形態の高圧ポンプ５では、バルブボディ７３の連通路７２、上部ギャラリ室７５及びリターン通路９１がリターン経路を構成する。

また、プランジャバレル５７には吐出弁９５が取り付けられており、この吐出弁９５は、燃料通路９７を介して加圧室８３と連通し、加圧室８３内の圧力が所定圧を越えたときに開弁し、加圧室８３からの高圧のＤＭＥ燃料をコモンレール１０に送り出す。また、加圧室８３の圧力の低下に伴い、吐出弁９５は閉じられてコモンレール圧が所定圧に維持される。

３．蓄圧式燃料供給装置の動作
このように構成されたプリストローク式の高圧ポンプ５において、内燃機関の運転に伴い、カム５３の回転によって駆動されるプランジャ６３がプランジャスプリング６７の付勢力によって下降するとき、燃料制御用電磁弁７１は非通電状態にされる。フィードポンプ２によって圧送されるＤＭＥ燃料は、燃料供給配管１８を介してギャラリ室５９に充填され、プランジャ６３の下降に伴い加圧室８３内の圧力が低下すると導入通路８５に設けられた逆止弁８７が開弁し、ギャラリ室５９内のＤＭＥ燃料が加圧室８３に充填される。

カム５３の回転によって今度はプランジャ６３が押し上げられ、プランジャスプリング６７の付勢力に抗してプランジャ６３が上昇するとき、加圧室８３の容積が縮小する。そのため、導入通路８５に設けられた逆止弁８７が閉じられるとともに、加圧室８３内のＤＭＥ燃料は、燃料制御用電磁弁７１のバルブボディ７３の連通路７２を介して上部ギャラリ室７５に排出される。上部ギャラリ室７５にＤＭＥ燃料が排出されると、上部ギャラリ室７５内の圧力が上昇してリターン通路９１に設けられた逆止弁９３が開弁し、上部ギャラリ室７５内のＤＭＥ燃料は第２のリターン配管３０を介して燃料タンク１に戻される。

プランジャ６３が上昇する過程で、内燃機関やフィードポンプ２の回転数及びアクセル操作量等に応じて燃料制御用電磁弁７１に通電されると、燃料制御用電磁弁７１が閉じられ、バルブボディ７３の連通路７２を介する加圧室８３と上部ギャラリ室７５との連通が遮断される。この段階で、上部ギャラリ室７５内の圧力は低下し始め、リターン通路９１に設けられた逆止弁９３は閉じられる。
さらに、カム５３の回転に伴ってプランジャ６３が上昇すると、加圧室８３の容積が一層縮小され、加圧室８３内の圧力が上昇する。この過程で、加圧室８３内の圧力が、コモンレール圧と吐出弁９５のバネ力との和よりも大きくなると、吐出弁９５が開弁し、ＤＭＥ燃料がコモンレール１０に圧送される。燃料制御用電磁弁７１への通電は、加圧室８３内の圧力が上昇したときに停止されるが、加圧室８３の圧力が高いと、燃料制御用電磁弁７１は閉弁状態で維持される。

その後、プランジャ６３が上死点に達すると、プランジャ６３による加圧室８３の加圧は停止し、加圧室８３内の圧力は低下し始める。プランジャ６３が下降し始めると、加圧室８３内の圧力はさらに低下する。その結果、コモンレール圧と吐出弁９５のバネ力によって吐出弁９５は閉じられ、コモンレール圧が所定圧に維持される。
プランジャ６３がさらに下降し、加圧室８３内の圧力が低下することによって逆止弁８７が開かれ、ギャラリ室５９から再び加圧室８３にＤＭＥ燃料が充填される。

このように、ギャラリ室５９内のＤＭＥ燃料は、導入通路８５を介して加圧室８３に充填される一方、加圧室８３内のＤＭＥ燃料は、燃料制御用電磁弁７１を介して上部ギャラリ室７５に排出されるとともに、リターン通路９１及び第２のリターン配管３０を介して燃料タンク１側に戻される。そのため、加圧室８３内の燃料温度の伝達を受けた加圧室８３内のＤＭＥ燃料がギャラリ室５９に排出されることがなく、ギャラリ室５９内の燃料温度の上昇が防止され、加圧室８３内の燃料温度の上昇の加速が低減される。その結果、加圧室８３内の飽和蒸気圧の上昇が抑えられ、ギャラリ室５９内の圧力であるフィード圧を大幅に高める必要がない。

したがって、フィードポンプ２の能力アップや、燃料供給配管１８等の低圧燃料系の耐圧向上を図る必要がなくなり、高圧ポンプ５の導入通路８５及びリターン通路９１の構成以外に特に大幅な変更を伴わずに、軽油用の蓄圧式燃料供給装置をベースとして液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置１００を構成することができる。

［第２の実施の形態］
図１に示す高圧ポンプ５の例では、導入通路８５がギャラリ室５９と加圧室８３との間に形成されているが、他の位置に形成することもできる。
図２は、本発明の第２の実施の形態にかかる高圧ポンプ５Ａを備えた液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置１００Ａを示している。本実施形態の高圧ポンプ５Ａは、ギャラリ室５９と上部ギャラリ室７５との間に導入通路８５Ａが形成されている。この導入通路８５Ａにも上部ギャラリ室７５側からギャラリ室５９側へのＤＭＥ燃料の移動を阻止する逆止弁８７が設けられている。
本実施形態の高圧ポンプ５Ａでは、導入通路８５Ａが導入経路を構成し、リターン通路９１がリターン経路を構成する。

この図２に示す構成のプリストローク式の高圧ポンプ５Ａにおいて、プランジャ６３が下降するとき、燃料制御用電磁弁７１は非通電状態にされる。フィードポンプ２によって圧送されるＤＭＥ燃料は、燃料供給配管１８を介してギャラリ室５９に充填され、プランジャ６３の下降に伴い加圧室８３内の圧力が低下すると上部ギャラリ室７５内の圧力も低下して導入通路８５Ａに設けられた逆止弁８７が開弁する。この状態で、ギャラリ室５９内のＤＭＥ燃料が上部ギャラリ室７５に流入するとともに、燃料制御用電磁弁７１を介して加圧室８３に充填される。本実施形態の高圧ポンプ５Ａでは、ギャラリ室５９のＤＭＥ燃料は燃料制御用電磁弁７１を介して加圧室８３に供給されることから、加圧室８３内への燃料の充填時における、加圧室８３内の圧力とギャラリ室５９内の圧力との差を大きくしたい場合には、燃料制御用電磁弁７１を開くタイミングを、プランジャ６３の下死点側にずらすとよい。

次いで、プランジャ６３が上昇するとき、加圧室８３の容積が縮小すると、加圧室８３内のＤＭＥ燃料は、燃料制御用電磁弁７１のバルブボディ７３の連通路７２を介して上部ギャラリ室７５に排出される。上部ギャラリ室７５にＤＭＥ燃料が排出されると、上部ギャラリ室７５内の圧力が上昇して、導入通路８５Ａに設けられた逆止弁８７が閉じられるとともに、リターン通路９１に設けられた逆止弁９３が開弁し、上部ギャラリ室７５内のＤＭＥ燃料は第２のリターン配管３０を介して燃料タンク１側に戻される。

その後、プランジャ６３が上死点に達すると、プランジャ６３による加圧室８３の加圧は停止し、加圧室８３内の圧力は低下し始める。プランジャ６３が下降し始めると、加圧室８３内の圧力はさらに低下する。その結果、コモンレール圧と吐出弁９５のバネ力によって吐出弁９５は閉じられ、コモンレール圧が所定圧に維持される。
プランジャ６３がさらに下降し、加圧室８３及び上部ギャラリ室７５内の圧力が低下することによって、ギャラリ室５９から上部ギャラリ室７５を介して再び加圧室８３にＤＭＥ燃料が充填される。

このように、図２に示すプリストローク式の高圧ポンプ５Ａであっても、ギャラリ室５９内のＤＭＥ燃料は、導入通路８５Ａを介して上部ギャラリ室７５に充填されるとともにさらに加圧室８３に充填される一方、加圧室８３内のＤＭＥ燃料は、燃料制御用電磁弁７１を介して上部ギャラリ室７５に排出されるとともにリターン通路９１及び第２のリターン配管３０を介して燃料タンク１側に戻される。そのため、加圧室８３内の燃料温度の伝達を受けた加圧室８３内のＤＭＥ燃料がギャラリ室５９に排出されることがなく、ギャラリ室５９内の燃料温度の上昇が防止され、加圧室８３内の燃料温度の上昇の加速が低減される。その結果、加圧室８３内の飽和蒸気圧の上昇が抑えられ、ギャラリ室５９内の圧力であるフィード圧を大幅に高める必要がない。

したがって、フィードポンプ２の能力アップや、燃料供給配管１８等の低圧燃料系の耐圧向上を図る必要がなくなり、高圧ポンプ５Ａの導入通路８５Ａ及びリターン通路９１の構成以外に特に大幅な変更を伴わずに、軽油用の蓄圧式燃料供給装置をベースとして液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置を構成することができる。

なお、本実施形態の高圧ポンプ５Ａの場合、ギャラリ室５９に接続されるオーバーフローバルブを設けないで、リターン通路９１に設けられる逆止弁９３に、フィードポンプ２のフィード圧を規定するオーバーフローバルブの機能を持たせるようにすることもできる。高圧ポンプ５Ａをこのように構成した場合、ギャラリ室５９に充填される燃料は、さらに導入通路８５Ａを介して上部ギャラリ室７５に充填される。燃料制御用電磁弁７１が閉じられている期間は、上部ギャラリ室７５に燃料が充填されると上部ギャラリ室７５内の圧力が上昇するため、リターン通路９１に設けられた逆止弁９３が開弁し、上部ギャラリ室７５内の燃料の一部が排出される。その結果、ギャラリ室５９及び上部ギャラリ室７５内の圧力が所定の値に維持される。

このように、リターン通路９１に設けられた逆止弁９３がオーバーフローバルブを兼ねることにより、従来ギャラリ室５９に接続されていたオーバーフローバルブ及びそのリターン配管が不要になるため、部品点数や生産コストの増加が抑えられる。また、燃料制御用電磁弁７１の開弁時だけでなく、閉弁時にも上部ギャラリ室７５内に絶えず燃料が流れることになるため、加圧室８３から排出された高温の燃料が上部ギャラリ室７５内に滞留する期間がなくなり、加圧室８３内の燃料温度の上昇がより抑えられやすくなる。

［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態にかかる高圧ポンプ５Ｂを備えた液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置１００Ｂを示している。
本実施形態の高圧ポンプ５Ｂは、燃料制御用電磁弁７１のバルブボディ７３とプランジャバレル５７との間に環状の上部ギャラリ室を有しない構成であり、ギャラリ室５９からバルブボディ７３の連通路７２ａに直接連通するように導入通路８５Ｂが形成されている。この導入通路８５Ｂにも加圧室８３側からギャラリ室５９側へのＤＭＥ燃料の移動を阻止する逆止弁８７が設けられている。導入通路８５Ｂは一つの連通路７２ａに連通させるだけでなく、複数の連通路７２ａに連通させることもできる。この場合、バルブボディ７３とプランジャバレル５７との間には、環状でなく部分的に上部ギャラリ室が設けられる。
本実施形態の高圧ポンプ５Ｂでは、導入通路８５Ｂ及びバルブボディ７３の連通路７２ａが導入経路を構成する。

また、高圧ポンプ５Ｂのリターン通路９１Ｂは、プランジャバレル５７の外面のリターン配管接続部８９からバルブボディ７３の連通路７２ｂに直接連通するように形成されている。このリターン通路９１Ｂにもリターン配管接続部８９側から加圧室８３側へのＤＭＥ燃料の移動を阻止する逆止弁９３が設けられている。リターン通路９１Ｂは一つの連通路７２ｂに連通させるだけでなく、複数の連通路７２ｂに連通させることもできる。この場合、バルブボディ７３とプランジャバレル５７との間には、環状でなく部分的に上部ギャラリ室が設けられる。
本実施形態の高圧ポンプ５Ｂでは、バルブボディ７３の連通路７２ｂ及びリターン通路９１Ｂがリターン経路を構成する。

この図３に示す構成のプリストローク式の高圧ポンプ５Ｂにおいて、プランジャ６３が下降するとき、燃料制御用電磁弁７１は非通電状態にされる。フィードポンプ２によって圧送されるＤＭＥ燃料は、燃料供給配管１８を介してギャラリ室５９に充填され、プランジャ６３の下降に伴い加圧室８３内の圧力が低下すると燃料制御用電磁弁７１のバルブボディ７３の連通路７２ａに設けられた逆止弁８７が開弁する。この状態で、ギャラリ室５９内のＤＭＥ燃料が、導入通路８５Ｂ及び連通路７２ａを介して加圧室８３に充填される。本実施形態の高圧ポンプ５Ｂにおいても、ギャラリ室５９のＤＭＥ燃料は燃料制御用電磁弁７１を介して加圧室８３に供給されることから、加圧室８３内への燃料の充填時における、加圧室８３内の圧力とギャラリ室５９内の圧力との差を大きくしたい場合には、燃料制御用電磁弁７１を開くタイミングを、プランジャ６３の下死点側にずらすとよい。

次いで、プランジャ６３が上昇するとき、加圧室８３の容積が縮小すると、加圧室８３内のＤＭＥ燃料は、燃料制御用電磁弁７１のバルブボディ７３の連通路７２ａ、７２ｂ側に排出される。連通路７２ａ、７２ｂ側にＤＭＥ燃料が排出されると、連通路７２ａに設けられた逆止弁８７が閉じられるとともに、連通路７２ｂに設けられた逆止弁９３が開弁する。そして、加圧室８３内のＤＭＥ燃料はリターン通路９１Ｂ及び第２のリターン配管３０を介して燃料タンク１側に戻される。

プランジャ６３が上昇する過程で、内燃機関やフィードポンプ２の回転数及びアクセル操作量等に応じて燃料制御用電磁弁７１に通電されると、燃料制御用電磁弁７１が閉じられ、バルブボディ７３の連通路７２ｂを介する加圧室８３とリターン通路９１Ｂとの連通が遮断される。この段階で、連通路７２ｂ内の圧力は低下し始め逆止弁９３は閉じられる。
さらに、カム５３の回転に伴ってプランジャ６３が上昇すると、加圧室８３の容積が一層縮小され、加圧室８３内の圧力が上昇する。この過程で、加圧室８３内の圧力が、コモンレール圧と吐出弁９５のバネ力との和よりも大きくなると、吐出弁９５が開弁し、ＤＭＥ燃料がコモンレール１０に圧送される。燃料制御用電磁弁７１への通電は、加圧室８３内の圧力が上昇したときに停止されるが、加圧室８３の圧力が高いと、燃料制御用電磁弁７１は閉弁状態で維持される。

その後、プランジャ６３が上死点に達すると、プランジャ６３による加圧室８３の加圧は停止し、加圧室８３内の圧力は低下し始める。プランジャ６３が下降し始めると、加圧室８３内の圧力はさらに低下する。その結果、コモンレール圧と吐出弁９５のバネ力によって吐出弁９５は閉じられ、コモンレール圧が所定圧に維持される。
プランジャ６３がさらに下降し、燃料制御用電磁弁７１が開弁すると、加圧室８３内の圧力が低下することによって連通路７２ａに設けられた逆止弁８７が開弁し、ギャラリ室５９から連通路７２ａを介して再び加圧室８３にＤＭＥ燃料が充填される。

このように、図３に示すプリストローク式の高圧ポンプ５Ｂであっても、ギャラリ室５９内のＤＭＥ燃料は、連通路７２ａを介して加圧室８３に充填される一方、加圧室８３内のＤＭＥ燃料は、連通路７２ｂ、リターン通路９１Ｂ及び第２のリターン配管３０を介して燃料タンク１側に戻される。そのため、加圧室８３内の燃料温度の伝達を受けた加圧室８３内のＤＭＥ燃料がギャラリ室５９に排出されることがなく、ギャラリ室５９内の燃料温度の上昇が防止され、加圧室８３内の燃料温度の上昇の加速が低減される。その結果、加圧室８３内の飽和蒸気圧の上昇が抑えられ、ギャラリ室５９内の圧力であるフィード圧を大幅に高める必要がない。

したがって、フィードポンプ２の能力アップや、燃料供給配管１８等の低圧燃料系の耐圧向上を図る必要がなくなり、高圧ポンプ５Ｂの導入通路８５Ｂ及びリターン通路９１Ｂの構成以外に特に大幅な変更を伴わずに、軽油用の蓄圧式燃料供給装置をベースとして液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置を構成することができる。

なお、本実施形態の高圧ポンプ５Ｂにおいても、ギャラリ室５９に接続されるオーバーフローバルブを設けないで、リターン通路９１Ｂに設けられる逆止弁９３に、フィードポンプ２のフィード圧を規定するオーバーフローバルブの機能を持たせるようにすることもできる。リターン通路９１Ｂに設けられた逆止弁９３がオーバーフローバルブを兼ねることにより、従来ギャラリ室５９に接続されていたオーバーフローバルブ及びそのリターン配管が不要になるため、部品点数や生産コストの増加が抑えられる。また、燃料制御用電磁弁７１の開弁時だけでなく、閉弁時にも燃料制御用電磁弁７１の周囲に絶えず燃料が流れることになるため、加圧室８３から排出された高温の燃料が燃料制御用電磁弁７１の周囲に滞留する期間がなくなり、加圧室８３内の燃料温度の上昇がより抑えられやすくなる。

これまで示した構成例以外にも、導入通路及びリターン通路の構成は種々変更が可能である。つまり、加圧室から排出されるＤＭＥ燃料がギャラリ室に排出されないように構成されていればよく、高圧ポンプがそのように構成される結果、加圧室内の燃料温度の上昇が防止され、フィード圧を大幅に高めることが不要になる。

本発明の第１の実施の形態にかかる液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置及び高圧ポンプの構成例を示す図である。本発明の第２の実施の形態にかかる液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置及び高圧ポンプの構成例を示す図である。本発明の第３の実施の形態にかかる液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置及び高圧ポンプの構成例を示す図である。従来の液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置に用いられるプリストローク式の高圧ポンプの構成を示す図である。

符号の説明

１：燃料タンク、２：フィードポンプ、５・５Ａ・５Ｂ：高圧ポンプ、１０：コモンレール、１３：インジェクタ、１４：オーバーフローバルブ、１８：燃料供給配管、２８：第１のリターン配管、３０：第２のリターン配管、３９：高圧燃料配管、５１：ハウジング、５１ａ：カム室、５１ｂ：円筒空間部、５３：カム、５５：タペット、５７：プランジャバレル、５７ａ：プランジャ摺動孔、５９：ギャラリ室、６１：オーバーフローバルブ、６３：プランジャ、６５：スプリングシート、６７：プランジャスプリング、６９：ローラ、７１：燃料制御用電磁弁、７３：バルブボディ、７５：上部ギャラリ室、７７：バルブピストン、７９：バルブスプリング、８１：電磁コイル、８３：加圧室、８５・８５Ａ・８５Ｂ：導入通路、８７：逆止弁、８９：リターン配管接続部、９１・９１Ｂ：リターン通路、９３：逆止弁、１００・１００Ａ・１００Ｂ：液化ガス燃料供給装置

Claims

燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプに送り、前記高圧ポンプで前記液化ガス燃料を昇圧して複数の燃料噴射弁が接続されたコモンレールに圧送し、前記複数の燃料噴射弁から内燃機関の気筒内に前記液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置において、
前記高圧ポンプは、プランジャの下降行程で前記フィードポンプによって送られるギャラリ室内の前記液化ガス燃料が加圧室に充填され、前記プランジャの上昇行程で前記加圧室内の前記液化ガス燃料の一部が燃料制御用電磁弁を介して前記燃料タンク側に戻されるとともに前記燃料制御用電磁弁が閉じられた後には前記加圧室内の前記液化ガス燃料が加圧され、高圧化された前記液化ガス燃料が吐出弁を介して前記コモンレールに向けて圧送されるプリストローク式の液化ガス燃料用の高圧ポンプであり、
前記プランジャの下降行程で前記加圧室に充填される前記液化ガス燃料の導入経路と、前記プランジャの上昇行程で前記燃料タンク側に戻される前記液化ガス燃料のリターン経路と、を別々に設けたことを特徴とする液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置。
前記導入経路に、前記加圧室側から前記ギャラリ室側への前記液化ガス燃料の移動を阻止する逆止弁を備えることを特徴とする請求項１に記載の液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置。
前記リターン経路に、前記燃料タンク側から前記加圧室側への前記液化ガス燃料の移動を阻止する逆止弁を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置。
燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプに送り、前記高圧ポンプで前記液化ガス燃料を昇圧して複数の燃料噴射弁が接続されたコモンレールに圧送し、前記複数の燃料噴射弁から内燃機関の気筒内に前記液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料用の蓄圧式燃料供給装置に用いられ、
プランジャの下降行程で前記フィードポンプによって送られるギャラリ室内の前記液化ガス燃料が加圧室に充填され、前記プランジャの上昇行程で前記加圧室内の前記液化ガス燃料の一部が燃料制御用電磁弁を介して前記燃料タンク側に戻されるとともに前記燃料制御用電磁弁が閉じられた後には前記加圧室内の前記液化ガス燃料が加圧され、高圧化された前記液化ガス燃料が吐出弁を介して前記コモンレールに向けて圧送されるプリストローク式の液化ガス燃料用の高圧ポンプにおいて、
前記プランジャの下降行程で前記加圧室に充填される前記液化ガス燃料の導入経路と、前記プランジャの上昇行程で前記燃料タンク側に戻される前記液化ガス燃料のリターン経路と、を別々に設けたことを特徴とする液化ガス燃料用の高圧ポンプ。