JP2013224591A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液化燃料用の圧縮着火式エンジン始動性の改善において、構造が簡単かつ安全性にすぐれ、安価に供給することができる燃料供給装置を提供すること。
【解決手段】液化燃料用の圧縮着火式エンジンに燃料を供給する装置において、燃料をタンクから排出するポンプと、前記ポンプにより排出された燃料を、エンジンに取付けられたインジェクタへ加圧供給するための高圧ポンプと、前記ポンプ、前記高圧ポンプ及び前記インジェクタの燃料通路とを備える燃料供給装置であって、前記高圧ポンプと前記インジェクタを接続する燃料通路に燃料を送るためのバイパス燃料通路を少なくとも１系統以上備える燃料供給装置により、エンジン及び燃料通路内の温度が冷却により、その内部に空隙が発生した場合においても前記バイパス燃料通路を経由しての燃料供給を可能とし、高圧ポンプ一機のみによる燃料供給に比して飛躍的に燃料供給量の増加と燃料充填時間を短縮した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジメチルエーテル（以下、ＤＭＥという。）または、液化ガス燃料（以下、ＬＰＧという。）等の液化燃料を使用した内燃機関の始動性を向上させるための燃料供給システムに関する。

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、ＤＭＥやＬＰＧ等の液化燃料を用いた圧縮着火式ガスエンジンが注目されている。
このようなエンジンにおいては、燃料タンクから供給された液化燃料を、液相状態で高温となるエンジンに確実に供給するために、液化燃料が気化しないよう、ポンプなどで飽和蒸気圧線以上に加圧し供給する必要がある。

この圧力を効率的に実現させるために、一般的に燃料ポンプには、高揚程低流量のポンプが用いられる（図１）。

前記エンジンは、運転が終了した場合、走行風などの冷却作用が働かなくなることにより、前記エンジンの有している余熱により、エンジンおよび燃料通路内の温度が更に上昇することになる（図３）。

この場合でも、エンジンの再始動に備え、リリーフバルブの設定圧は、配管内の燃料が蒸発（気化）しないように、最高温度で飽和蒸気圧線以下にならないような圧力に設定されている（図４）。

このエンジン停止後のエンジンおよび燃料通路内の圧力上昇により、配管内の燃料は、エンジンの熱で膨張することになる。そして、この膨張した分の液化燃料は、その分だけリリーフ弁から排出される。

しかしながら、運転停止後の余熱により、エンジンおよび燃料通路内の温度が最高点に達した後、更に時間が経過すると、エンジンおよび燃料通路内の温度は、一転して冷却されていくことになる。

エンジンおよび燃料通路内の温度が下がり始めると、膨張した燃料は、容積が縮小し始め、前記エンジンおよび燃料通路内の圧力は徐々に下がり、燃料通路内に気相なる空隙が生じる（図４）。

この結果、次に始動を試みる場合には、ポンプの動作によって、配管内の空隙を埋めるステップと、次に噴射が可能な圧力状態にするステップが必要であった。

このため、従来は、燃料通路内の空隙を埋めるためのステップにおいて、前記燃料通路において使用できる燃料ポンプは、高揚程低流量式の高圧ポンプであることから、吐出流量が少なく、配管内の液相燃料充填に、より一層の時間を要し、エンジンの始動性（再始動性）にも大きな影響を与えていた。

また、特許文献１には、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る、エンジンの始動性の改善を図る方法として、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排出ポン
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いて、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、前記排出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燃料供給装置が開示されている。

しかし、特許文献１の燃料供給装置は、エンジンの吸気管に分岐部を形成していることからエンジンの吸気管へ燃料タンクまたは、パージタンクからの配管加工を行う必要があり煩雑であること、また、制御面においても、新たなバルブコントロールが必要となるため制御システム全体が複雑になると考えられる。

特開２００７−１４６８０７号公報

そこで本発明は、上記の事情に鑑み発明されたもので、エンジンの始動性（再始動性）の改善を図るにあたり、特許文献１に記載されているような従来の方法と比較して、より構造が簡単であり、安全性にすぐれ、安価に供給することができる液化燃料を用いる圧縮着火式エンジンの燃料供給装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、ＬＰＧやＤＭＥなどの燃料を液体の状態でエンジンに燃料を供給、噴射する装置において、燃料を燃料タンクから排出する排出ポンプと、前記排出ポンプにより排出された燃料を、エンジンに取付けられたインジェクタへ加圧供給するための高圧ポンプと、前記排出ポンプ、前記高圧ポンプ及び前記インジェクタの燃料通路とを備える燃料供給装置であって、前記高圧ポンプと前記インジェクタを接続する燃料通路に燃料を送るためのバイパス燃料通路を少なくとも１系統以上備える燃料供給装置を用いることにより、エンジン及び燃料通路内の温度が冷却により、その内部に空隙が発生している場合においても、前記バイパス燃料通路を経由しての燃料供給を可能としたことにより、高圧ポンプ一機のみによる燃料供給に比して飛躍的に燃料供給量の増加と燃料充填時間を短縮したことを特徴としている。

また、バイパス燃料通路が、前記排出ポンプと前記高圧ポンプを接続する燃料通路から分岐するように接続されることで、燃料タンクより前記排出ポンプの作用を利用して送られた燃料を用いて前記高圧ポンプと前記インジェクタを接続する燃料通路に生じた空隙を満たすことが可能となる。

さらに、前記バイパス燃料通路の一部に、逆止弁を設けることにより、前記バイパス燃料通路の燃料の流れを一方向に制御することにより、燃料タンクから排出ポンプにより排出された燃料を前記バイパスを経由して送液した場合に、排出ポンプ方向への燃料の逆流を防ぎ、効率的な燃料充填を可能とすることを特徴としている。

ここで、本発明に用いられる前記排出ポンプは、図５に示すように、低揚程高流量の低圧ポンプであり、また、同様に前記高圧ポンプは、高揚程低流量のポンプにより構成され
る。

燃料タンクから燃料を排出する排出ポンプとエンジンへ燃料を送液する高圧ポンプとの間に構成された燃料通路の一部と、前記高圧ポンプと前記インジェクタの間の燃料通路の一部を接続するバイパス燃料通路を配置することにより、前記排出ポンプから排出され、前記高圧ポンプの手前で余剰燃料として、燃料タンクへ戻され、活用されていなかった燃料を、エンジン始動時（再始動時）の充填用燃料として、前記高圧ポンプと前記インジェクタを接続する燃料通路側へ送液し、前記燃料配管内の空隙を満たすことで、エンジンの始動性を向上するに至った。

また、本発明のようなバイパス燃料通路を付加する方法は、エンジン本体に加工を必要とするものではなく、燃料通路の一部に分岐を設ける簡単な構造であるため、低コストで本発明の課題であるエンジンの始動性の問題を解消することが可能である。

以下、本発明の実施の形態の燃料供給装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示す実施の形態の燃料供給装置の配置図においては、ＤＭＥやＬＰＧを主な燃料とする液化燃料の燃料供給装置の全体の配置図である。

この燃料供給装置においては、燃料タンク２と、インジェクタ４２と、燃料通路と、燃料戻し通路、燃料供給タンク２とインジェクタまでの燃料通路において、弁３１、排出ポンプ３２、高圧ポンプ３４を備え、燃料戻り通路に通じる通路の途中には、リリーフバルブ３３及び３７が配置されている。

図１の図中に示した矢印は、燃料の流れる方向を示している。

つまり、第一の燃料通路として、燃料タンク２から弁３１が開き、排出ポンプ３２により送り出された燃料は、高圧ポンプを通過し、エンジンルーム４１に取り付けられているインジェクタ４２に送られ、ここで、エンジン４３内へ燃料が噴射される。

高揚程低流量の高圧ポンプの手前で、絞られた燃料の一部はリリーフバルブ３３を通過して、燃料タンク２へ戻される。また、高圧ポンプを通過後の燃料の一部も、エンジンルーム内の温度変化等による圧力の変動によって、一部リリーフバルブ３７より排出される。

段落〔００２３〕から〔００２６〕に示したような、燃料通路を備えた燃料供給装置は、図２に示すように従来から存在している。

しかし、従来のような燃料通路の配置のみでは、エンジン停止後の始動時において、高圧ポンプ３４とインジェクタ４２の間の燃料通路内に空隙が発生している場合、高圧ポンプ３４は、高揚程低流量であることから空隙を充填するための燃料の供給には一定の時間を必要とする結果、そのエンジンの始動性が課題となる。

そこで、本発明に係る燃料供給装置においては、上記構成に加えて、排出ポンプ３２と高圧ポンプ３４を接続する燃料通路の一部から、高圧ポンプ３４とインジェクタ４２を接続する燃料通路に接続するバイパス燃料通路３６を設け、前記バイパス燃料通路３６に逆止弁３５を備えることにより、燃料を排出ポンプ３２からインジェクタ４２の方向へ高圧
ポンプ３４を経由せずに一定方向に燃料を送液することを可能としている。

そして、本発明に用いられるポンプとしては、燃料を効率よく排出する排出ポンプ３２は、図５に示すように、低揚程高流量の低圧ポンプであることが好ましく、また、液化燃料を液相状態で高温となるエンジンに確実に供給するための、燃料が気化しないように、飽和蒸気圧線以上の加圧を可能とするため前記高圧ポンプとしては、高揚程低流量の高圧ポンプ３４により構成されることが好ましい。

そして、図１のような燃料通路配置を備えた燃料供給装置を有するエンジンの運転が終了した場合、走行風等の影響が無くなることにより、エンジンへの冷却作用が低下し、エンジンルーム内の温度は一時的に上昇し、その後徐々に低下していく（図３）。

この過程において、燃料通路内の燃料は、エンジンの熱で膨張し、その分がリリーフバルブ３７より排出されて、燃料タンク２へ戻される。

しかしながら、エンジン４３および燃料通路内の温度が低下し始めると、膨張していた燃料の容積が縮小することにより、圧力は徐々に低下していき、燃料通路内に気相なる空隙が生じることとなる。

この状態の場合にエンジン４３の始動（再始動）をすると、排出ポンプ３２から送られた燃料は、高圧ポンプ３４を通過してインジェクタ４２側の燃料通路へ送られる燃料と、第２の経路として、バイパス燃料通路３６を通ってインジェクタ４２側の燃料通路へ送られる経路の２つの燃料経路が形成される。

ここで、バイパス燃料通路３６は、時間経過とともに、インジェクタ４２側の燃料通路の空隙が圧縮され、所定の圧力以上に達すると、逆止弁３５の作用により、バイパス燃料通路３６は閉じられ、燃料経路は高圧ポンプからの１系統になる。

このような、バイパス燃料通路３６を設けることにより、図２のような従来の形態では、活用されていなかった排出ポンプ３２から送られた余剰燃料を、インジェクタ４２と高圧ポンプ３４の間の燃料通路の空隙を満たすための燃料として活用することを可能とし、エンジンの始動（ポンプ動作）直後の燃料通路内の圧力がエンジン運転時に比較して低い場合の、インジェクタ４２側の燃料通路への燃料流量の飛躍的な増加により、前記燃料通路内の燃料充填時間が大幅に短縮され、エンジンの始動性の向上をするに至った。

本発明の実施の形態を示す配置図。 従来例を示す配置図。 エンジン停止後の燃料通路温度の変化。 エンジン付近の燃料通路の圧力変化。 各ポンプの特性図。

１ 燃料供給装置、２ 燃料タンク、２１ 液化燃料、３１ 弁、３２ 排出ポンプ、３３ リリーフバルブ（低圧）、３４ 高圧ポンプ、３５ 逆止弁、３６ バイパス燃料通路、３７ リリーフバルブ（高圧）、４１ エンジンルーム、４２ インジェクタ、４３ エンジン

Claims (2)

1. ＬＰＧやＤＭＥなどの液化燃料を貯留する燃料タンクとエンジンに取付けられたインジェクタとが燃料通路により連結されているとともに前記燃料通路に前記液化燃料を液化燃料タンクから排出させる排出ポンプと排出された液化燃料をインジェクタへ加圧供給するための高圧ポンプを備え、前記液化燃料を液体の状態でエンジンに供給する燃料供給装置において、
   前記高圧ポンプと前記排出ポンプを接続する燃料通路と前記高圧ポンプと前記インジェクタを接続する燃料通路とを接続するバイパス燃料通路を少なくとも一系統以上備えている燃料供給装置。
2. バイパス燃料通路の一部に、逆止弁を設けることにより、前記バイパス燃料通路に流れる燃料を一方向に制御する請求項１に記載の燃料供給装置。