JP2010528205A - 高圧液体ｌｐｇ燃料供給装置の製造及び設置方法と二重又は混合燃料供給システム - Google Patents

Abstract

高蒸気圧液体燃料（例ＬＰＧ）噴射システムは、少なくとも２．５ＭＰａの圧力が供給可能な高圧ポンプを使用して、全予想作動温度で燃料を液体状に保つ。燃料は軸方向又は底部供給型噴射器を介してエンジンのシリンダ、又は吸気マニホールドへ直接噴射することができ、同様に噴射される低蒸気圧燃料（例ジーゼル）と混合することもできる。燃料は、混合又は非混合で高圧下で蓄圧器に貯蔵することができ、燃料切り替え中又はエンジンの再スタートにおけるようなある時間後の噴射中、エンジン回転を保持するのに役立つ。この噴射器を使用して如何なる燃料又はそれらの混合物も噴射することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＬＰＧなどの高蒸気圧燃料用の噴射システム又は混合燃料噴射及び一つの燃料から別の燃料への切り替えに関する。

本発明は、前記エンジンにその有効臨界出力レベルでの回転を維持させるため、液体状に保持され、火花点火内燃エンジンの吸気マニホールド又はシリンダへ、又は直接ジーゼルエンジン又は圧縮エンジンのシリンダへ噴射する軸方向供給型又は底部供給型液体燃料噴射器へ供給される、ＬＰＧ単独で、又はガソリンやジーゼルのような低蒸気圧燃料との混合燃料で、高圧ポンプと畜圧器を利用して一定かつ十分な高圧燃料供給を保証する方法を提供する。火花点火燃焼エンジンで、本発明は例えばＬＰＧからガソリンへのような高蒸気圧燃料から別の低蒸気圧燃料への途切れのない切り替えを可能にする。構成されるシステムは電子的手段により制御される。

もし液体石油ガス（ＬＰＧ）を液体状でエンジンに供給することができ、体積効果即ち、液体から気体への相変化により提供される、よりよい燃焼の利点が得られるならば、それは最も有利である。従来技術（オーストラリア特許Ｎｏ６４７，５６１、６４７，８５７）は、液体ＬＰＧを火花点火（ＳＩ）エンジンの吸気マニホールドへ供給する高エネルギ効率低圧法を開示している。有利な代案は、ＬＰＧの高蒸気圧を克服し、それによりＬＰＧの吸気マニホールドへの供給、又は非常に望ましい液体状態で直接シリンダへのＬＰＧ供給を可能にすることである。そうする手段を図１に示す。

オーストラリア特許第６４７ ５６１号 オーストラリア特許第６４７ ８５７号 英国特許４族 第０３ ７９２ ４９５．８号 国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００３／００３６４３号明細書

燃料のタンクへの戻りを省略することにより装置を簡略化することができると非常に有利である。付加的な利点としてはＬＰＧのタンク温度を上昇させないことである。

この記述は燃料としてのＬＰＧの使用に集中しているが、高圧ポンプ入口前のミキサを利用してＬＰＧが一つの成分である混合燃料を使用することが可能である。又、ポンプと燃料測定装置は、図２に示すように畜圧器の前段か又はこれと一体化されたミキサとの一体型でもよい。

内燃エンジン用の高圧液体ＬＰＧ燃料供給システムを製造し、設置するための経済的方法を記述する。ＬＰＧはＬＰＧタンクから蒸気圧供給か、又はタンク内の低圧水中ポンプを利用して供給され、水中ポンプから最大２５０ｋＰａ高いタンク蒸気圧で少なくとも２．５ＭＰａの圧力を供給することができる高圧ポンプへのＬＰＧ供給が提供される。低圧ポンプ使用の背後にある目標は、高圧ポンプの入口側でのキャビテーションを回避することである。引用された従来技術のオーストラリア特許Ｎｏ６４７，５６１と６４７，８５７で開示されるように、タンクから高圧ポンプの入口側への液体状のＬＰＧのポンプ供給は、ＬＰＧタンクへの戻りラインと一方向弁の形の圧力調節装置とを含み、この種の弁はあるクラッキング圧力の固定バネを有し、タンクへの戻り口に設置される。ジーゼル用戻りラインの類似のシステムを利用することができる。

高圧を供給するポンプを示す。 圧力センサの代わりに圧力スイッチにより直接制御される電気式圧力ポンプを示す。 マスタ／スレーブ固定測定ポンプを示す。

好適実施例における高圧ポンプは、圧力２．５ＭＰａで燃料ラインと、最高回転で１分間対象エンジンへ燃料を供給することができると想定される容量を有する蓄圧器へ液体ＬＰＧを供給する。

一分間の時間は一つのタイプの燃料から別のタイプの燃料への切り替えを達成するのに十分な時間である。エンジン管理システムは、第一燃料を燃料ラインと蓄圧器から殆ど排出するのに必要な時間を計算し、液体燃料を供給する同じ噴射器を通して噴射される燃料に最適の圧力で別の燃料へ切り替える前に、ラインの圧力と温度を測定する。

高圧ポンプと蓄圧器は、ＬＰＧがエンジンへの直接噴射、又はエンジン吸気マニホールドへの噴射のために液体状に留まることを保証する如何なる圧力にも設定することができる。

要求に応じて、液体ＬＰＧは、分配マニホールド及び柔軟性のある高圧燃料ラインを介して、エンジン上の軸方向供給型噴射器及び底部供給型噴射器へ供給され、ＬＰＧを各噴射器へ提供する。代案としては、シリンダへの直接燃料噴射に適した方法である最近のジーゼルエンジンに見られる共通レールシステムを利用することである。

蓄圧器内の圧力に応じて作動する圧力スイッチは、設定圧力（ここでは２．５ＭＰａ）に達すると、直接又はエンジン管理システム（ＥＭＳ）を介して高圧ポンプをオフにする。蓄圧器内の圧力が１００ｋＰａ、又は他の好ましい圧力差だけ降下すると、スイッチは設定圧力を回復するため、高圧ポンプをオンにする。

又、高圧ポンプの速度は、供給速度をエンジン要件に一致させ、これにより一定圧力を維持するため、ＥＭＳにより調節することができる。

蓄圧器を使用して、全ての作動時間において噴射器へ液体状のＬＰＧの一定供給を保証し、エンジンの停止期間後のエンジンの始動を支援し、又は好んで蓄圧器を省略することにより一つの燃料から別の燃料へ切り替える場合、蓄圧器内の古い燃料を排出するのに必要な時間を削減し、高圧ポンプに依存して、エンジンの円滑作動を保証するため全作動時において十分な高圧燃料を提供する。蓄圧器の省略は液体ＬＰＧをポンプから噴射器へ導くために利用される配管の弾力性により助けられる。ホットスタートは、エンジンが停止中、燃料ライン中のＬＰＧ気化のため瞬間的ではない。この発明で、高圧畜圧器を使用して、エンジンの瞬時スタート又は再スタートに備えてＬＰＧを液体状に保つ。

噴射器は、２０ＭＰａ迄及びそれ以上の圧力でＬＰＧを供給し、好ましくは２．５ＭＰａ前後の圧力で作動し、システムの駆動に必要なエネルギを制限するが、尚シリンダへの直接噴射又はエンジンマニホールドへの噴射を可能にするように設計される。噴射圧力は、エンジンの吸気マニホールドへの噴射、又はエンジンシリンダへの直接噴射のため、噴射器先端で液体燃料を維持するような値である。システムは部品の熱遮断及び車両又は他の手段のエアコンシステムによる高蒸気圧燃料の冷却により支援される。

従来技術での経験は、エンジンの噴射器と燃料ラインを通る燃料の連続循環により、ＬＰＧの加熱に遭遇している。

その熱が蒸気圧を上昇させ、ＬＰＧタンクを満杯にするために必要な時間に影響し、更に費用の追加と戻り配管の複雑さを引き起こす、タンク内のＬＰＧ温度上昇を回避するように、ＬＰＧタンクへの戻りラインなしに、高圧ポンプからエンジンへＬＰＧを供給可能にすることが望ましい。

高蒸気圧燃料システムの一例として、液化石油ガス燃料車両の作動に関して本発明を概論するが、本発明はこの燃料に限定されない。この発明はこの種のエンジンが一般に使用するガソリン噴射器に等しいか、又はこれより小さい寸法の高圧底部供給型又は軸方向供給型噴射器の利点を備える設備を提供する。この発明により論じられる底部供給型噴射器は筐体や容器に設置される必要なく、噴射器の外殻がこの機能を果たす。これらは燃料レールを構成する一連の容器に設置せず、好適実施例ではポンプ又は蓄圧器から噴射器への柔軟性のある高圧燃料ラインにより接続される。一般的なレールシステム又はプラスチック被覆のスチール製燃料ラインを使用して噴射器へ供給する。

液体ＬＰＧを噴射器の噴射口へ供給するため、作動する全正常条件でＬＰＧを液体状に保持するために十分な圧力が高圧ポンプにより与えられ、望ましい圧力は２．５ＭＰａであることは役立つことであり、この発明において希望のオプションとして特定される。普通の実施例では、軸方向供給型噴射器を利用し、噴射器上部を経由して燃料を供給する。底部供給型噴射器では、噴射器底部へ燃料が供給され、もし剛性があり使用される柔軟性のある配管が接続されるか、又は共通レールが使用されるアームを経由することが要求されるならば、そこから除去される。噴射器のノズルは直径が８又は９ｍｍで比較的細く、噴射器がエンジンメーカにより吸気マニホールドに備えられる孔にぴったり合うことを保証するカラーを取り付けることができる。これは組み立ての迅速化と経済性に役立つ。

ＬＰＧの温度と圧力は、ＥＭＳを介して一覧表からＬＰＧの成分を決定するため、近い位置で採取される。オーストラリア特許Ｎｏ６４７，８５７に開示されるように、次にこの知識を利用して燃料成分固有の基本噴射パルス幅及び点火時期を設定し、次にその読み取り値は、エンジンの効果的作動に通常ＥＭＳにより要求される酸素センサ及び他の入力値により修正される。

（二重燃料システム）
オーストラリア特許Ｎｏ６４７，５６１“燃料噴射方法”及びＮｏ６４７，８５７“二重燃料噴射システム”にあるように、底部供給型噴射器を介して、液体状の燃料を噴射する二重燃料システムで、必要とする噴射器、高圧ＬＰＧ用の比較的低流量噴射器及び低圧ガソリン噴射用の比較的高流量の噴射器の寸法を決める問題が存在する。

一つの高圧ポンプと一組の高圧噴射器の使用は、ガソリン又は他の低蒸気圧燃料のみで作動する場合、もう一組の低圧噴射器の必要性を排除する。

この問題は、２．５ＭＰａの比較的高圧で両燃料を噴射することにより、この発明で克服される。一つの燃料を代替のタンクへ流さないことを保証するため、注意して使用される燃料を燃料ライン上のロックオフソレノイドを使用して選択することができる。

燃料を設定比率で混合することができるミキサを使用して、異なる燃料の混合供給を使用することができ、この比率は変更することができる。図２で示される好適実施例で、燃料の加圧を燃料の相対容量の積分測定で示す。共通軸上に取り付けられた２台のポンプを使用して積分測定を行うシステムを図３に示す。燃料の十分な混合は、蓄圧器前段の、又は一体化部分であるミキサでも達成することができる。

もしＬＰＧタンク内のポンプが省略できれば、経済的に役立ち、これは高圧ポンプ入口のキャビテーションを回避する性能に依存し、従って遭遇する作動条件に依存する。

この発明に先立ち、高蒸気圧燃料から低蒸気圧燃料への切り替えの一般的方法は、燃料レール内の圧力がオーストラリアや欧州では主としてＬＰＧで米国ではプロパンである、高蒸気圧燃料を切り替え後、低下することを許容することである。燃料レールの圧力が２５０ｋＰａより低いレベル迄、又は燃料ポンプが通常送出するレベル迄低下することに対して、ガソリンのような低蒸気圧燃料はその間エンジンが効果的に作動しない２分の時間を必要とする。エンジンが自動車の中にあれば、燃料切り替え中、自動車は通常動かず、これが焦燥、不便、更に危険の源となり得る。全燃料が類似圧力で噴射され、圧力調節に時間を必要としないので、この問題は回避される。

進歩性は、両燃料又は他の適切な代替燃料の混合噴射のため、又は単一燃料としてガソリン又はＬＰＧを選択された燃料のソレノイド制御で、一組の噴射器を介した噴射のため、高圧ポンプを使用することにある。この種のシステムで、出力変化は燃料切り替え時に最小になり、両燃料を高圧で成功裡に噴射することができる。ＬＰＧ又はガソリン、又はガソリンとＬＰＧの混合に対しては、エンジンは火花点火エンジンであり、ジーゼルまたはジーゼルとＬＰＧの混合に対して、エンジンは圧縮点火エンジンであるが、英国特許４族、ＥＰＡＮｏ０３，7９２，４９５．８、ＰＣＴＮＯＰＣＴ／ＧＢ２００３／００３，６４３で開示されるような、花火点火を備えた可変圧縮エンジンは上記燃料の全てを使用することができる。

燃料の温度と圧力が供給されるエンジン管理システムの計算設備を使用して、噴射器に対する適切なパルス幅を計算することができる。エンジンにより使用される燃料混合の検証は、エンジン管理システムへも読み戻され燃料測定誤差を補正する排出センサから導かれ、従って、この発明は高圧単一燃料噴射、又は一つの燃料から他の燃料へ切り替えることができる、又はエンジンの効果的機能が中断されることなく混合燃料で作動することができる高蒸気圧燃料及び低蒸気圧燃料を利用する二重燃料システムを目指す。

混合燃料は一般にＬＰＧとガソリン又はエタノールであるが、エンジンが圧縮点火エンジンであり、その場合最大効率のための燃料混合噴射が直接シリンダへ行われるバイオジーゼルを含む、ＬＰＧとジーゼルの混合物を使用することができる。

本発明の様々な形体を記述してきたが、本発明はそれに限定されず、本発明の精神と範囲内にある変更や修正を含むことができることに注意すべきである。

（最良の方法）
最良の方法は結合システムとして見ると、図２と３に示すものである。

（発明の方法）
その方法は、放射を抑制し、使用できる燃料を最大限活用し、ユーザに、より大きな経済性と満足を与えるように自動車工業向けの機械方式である。

最高の用途は輸送、主として個人輸送及びトラックであるが、重要な用途はフォークリフト、清掃車、研磨車及び発電設備のような分野に存在する。

Claims (23)

1. 少なくとも圧力２．５ＭＰａで送出が可能な高圧ポンプを使用して、予想される全作動温度でＬＰＧなどの高蒸気圧燃料を液体状に保つ、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
2. エンジンの円滑な作動または容易な始動のための連続測定のため、畜圧器を利用して、概略圧力を前記２．５ＭＰａに前記燃料を維持する、請求項１に記載の高蒸気圧液体燃料噴射システム。
3. 前記タンクへの戻りラインを備え、前記高圧ポンプへ液体燃料を循環させるように、前記燃料タンク出口ラインの下に前記ポンプを設置し、又は前記タンク内にポンプを有することにより、前記高圧ポンプのキャビテーションを回避させるように、前記高圧ポンプへ前記高蒸気圧液体燃料を供給する、請求項１に記載の高蒸気圧液体燃料噴射システム。
4. 前記ポンプは前記高圧器内に記録される前記圧力に応じて間欠的に作動することができ、前記エンジンの１分間作動により前記畜圧器内に常に十分な燃料を残す、請求項１に記載の高蒸気圧液体燃料噴射システム。
5. 前記システムは、前記噴射器において比較的一定燃料圧力を保持するため、畜圧器なしに作動することができ、前記燃料ラインの弾性により支援されることが可能な、請求項１に記載の高蒸気圧液体燃料噴射システム。
6. 前記高蒸気圧燃料は、共通レールから軸方向又は底部供給型噴射器により供給されることが可能な、請求項１に記載の高蒸気圧液体燃料噴射システム。
7. 前記高蒸気圧燃料は、プラスチックまたはプラスチック被覆スチール構造から軸方向又は底部供給型噴射器により供給されることが可能な、請求項１に記載の高蒸気圧液体燃料噴射システム。
8. 電気式又は機械式圧力ポンプは、検出され、かつ前記ポンプの作動を制御する前記エンジン管理システムへ伝達される前記畜圧器内の圧力に応じて間欠的に作動することができる、請求項１に記載の高蒸気圧液体燃料噴射システム。
9. 変更できるが、２．５ＭＰａを上回ることを予想できない作動圧力でＬＰＧを液体状に保持することができ、かつ高圧ポンプで作動するミキサを介してジーゼルなどの別の低蒸気圧燃料をＬＰＧまたは別の高蒸気圧燃料と混合することができる、高圧液体燃料噴射システム。
10. 互いに隣接して、又は一ブロック内の設定口径とストローク寸法により作り出される異なる容量を利用することにより、及び単一軸により作動することができ、同一出力軸により作動される少なくとも二つのギヤーポンプ又は類似の容積式ポンプを有する高圧ポンプシステムを利用する、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
11. 前記容積式ポンプが、互いに設定容量を有し、それらの相対比率で前記燃料を混合することができる、高圧ポンプシステムを利用する、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
12. 前記好適実施例で、前記ポンプと前記畜圧器の間で前記ポンプより先に作動するミキサ手段を利用して、前記燃料が前記ポンプサイズにより設定される比率で混合される、高圧液体燃料噴射システム。
13. 前記燃料が、混合手段を利用して前記ポンプ寸法により設定される比率で混合され、加圧ガス、バネ入り隔膜または他の手段により圧力を変化させることができる畜圧器を満たすようにされる、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
14. 前記混合燃料が、前記畜圧器内に加圧下で貯蔵される燃料で設定期間中、作動するように前記エンジンに供給されるのに十分な容量の畜圧器に貯蔵される、高圧液体燃料噴射システム。
15. 前記予め混合された燃料が、前記エンジン管理システムへ接続される圧力センサを有する畜圧器内に加圧下で貯蔵され、前記高圧ポンプが前記畜圧器内で所要圧力を維持するように選択的に作動するようにする、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
16. 前記燃料混合物が、前記エンジンが作動していない期間後、加熱条件下またはそうでない条件下で、前記エンジンの容易な始動を可能にする圧力で前記畜圧器内に貯蔵される、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
17. 前記燃料は、前記タンクを選択するため、ソレノイド式ロックオフ弁を利用するだけで、一つのタンクから導入され、非混合単一燃料として前記畜圧器へ加圧下で供給される、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
18. 前記燃料は、前記タンクを選択するため、ソレノイド式ロックオフ弁を利用するだけで選択したタンクから導入され、前記代替え燃料の導入の前に前記噴射器を介して一つの燃料を排出する指示を含み、前記エンジン管理システムからの指示に応じて、燃料を切り替える能力を提供する非混合単一燃料として、選択された圧力で前記畜圧器へ供給され、及びその新しく導入される燃料の最適な使用を提供するため、前記エンジンへの作動指示が変更される、高圧液体燃料噴射システム。
19. 前記燃料の混合物は、底部供給型又は軸方向供給型噴射器を利用して、前記畜圧器から共通レールシリンダ内噴射システムへ供給され、前記噴射時期と容量は前記エンジンの状況を記録するセンサからの情報に応じて前記エンジン管理システムの電子信号により制御され、前記エンジンは燃料切換え中、最適出力レベルで作動する、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
20. 前記燃料混合物が、前記畜圧器を前記噴射器と接続する硬いスチールまたは柔軟なプラスチックの配管を介して前記畜圧器から軸方向又は底部供給型噴射器へ供給される、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
21. 前記燃料混合物が、高熱効率プラスチック被覆剛性金属配管または強化プラスチック配管を介して、前記畜圧器から軸方向又は底部供給型噴射器へ供給される、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
22. 前記燃料混合物が、前記混合手段により混合された後、前記畜圧器からまたは直接前記ポンプから前記噴射器へ供給され、ソレノイド式絶縁弁を介して前記エンジン管理システムにより制御される、高蒸気圧液体燃料噴射システム。
23. 前記燃料混合物が、前記エンジン管理システムにより選択され、前記加圧弁又は他の手段を介して変化する圧力で前記畜圧器から一組の噴射器に供給され、前記噴射時期とパルス幅は、燃料タイプの切換え中に、又は前記エンジンの一定動作中に最大効率を得るように、前記燃料の圧力と温度及び前記エンジン排気管内の酸素センサからの読み取り値を参照することにより、噴射パラメータを変更することができる前記エンジン管理システムにより制御される、高蒸気圧液体燃料噴射システム。