JP2015105584A - 気体燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気体燃料の供給に伴う騒音の発生を抑えることのできる気体燃料供給装置を提供する。
【解決手段】この装置は、高圧のＣＮＧが貯留される燃料タンクと、燃料タンクに連通される気体燃料噴射弁３２と、気体燃料噴射弁３２の噴射口３２Ａと内燃機関の吸気通路とを連通する燃料ホース３７と備える。ＣＮＧが通過する経路内の、気体燃料噴射弁３２の噴射口３２Ａから燃料ホース３７における吸気通路との接続部分までの間に、ＣＮＧの流れを整流する整流部材４１が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関に気体燃料を供給する気体燃料供給装置に関するものである。

気体燃料供給装置は、高圧の気体燃料を貯留する燃料タンクや、同燃料タンクに連通される気体燃料噴射弁、気体燃料噴射弁と吸気通路とを連通する燃料ホースなどを備えている（例えば特許文献１参照）。

そして、内燃機関への燃料供給に際しては気体燃料噴射弁が開弁駆動される。これにより、燃料タンク内の気体燃料が気体燃料噴射弁および燃料ホースを通じて吸気通路の内部に供給される。

特開２０１２−２３３４１８号公報

ここで、内燃機関への燃料供給は間欠的に行われる。そのため、上記気体燃料供給装置では気体燃料噴射弁の開弁駆動が間欠的に実行されるようになる。したがって上記気体燃料供給装置では、内燃機関への燃料供給に際して燃料ホース内における気体燃料の流れに乱れ（乱流）が生じやすい。そして、こうした乱流の発生は騒音発生の原因になるために好ましくない。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を抑えることのできる気体燃料供給装置を提供することにある。

上記課題を達成するための気体燃料供給装置は、高圧の気体燃料が貯留される燃料タンクと、前記燃料タンクに連通される気体燃料噴射弁と、前記気体燃料噴射弁の噴射口と内燃機関の吸気通路とを連通する燃料ホースと、備えている。そして、気体燃料が通過する経路内の、前記気体燃料噴射弁の噴射口から前記燃料ホースにおける前記吸気通路との接続部分までの間に、気体燃料の流れを整流する整流部材が設けられている。

同装置によれば、気体燃料噴射弁からの燃料噴射が実行されるときに、同気体燃料噴射弁の噴射口と吸気通路（吸気マニホールドや吸気管、吸気ポートなど）とを連通する燃料ホース内を流れる気体燃料の流れを整流部材によって整流することができる。これにより、燃料ホース内における燃料流れの乱れを抑えることができるため、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を抑えることができる。

上記気体燃料供給装置において、前記整流部材を、気体燃料の流れ方向と交差する方向に延設された金網を有するものにすることが好ましい。
同装置によれば、気体燃料が通過する経路内に金網を設けるといった簡素な構造によって、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を抑えることができる。

上記気体燃料供給装置において、前記気体燃料噴射弁を接続部材を介して前記燃料ホースに接続し、前記整流部材を、前記接続部材の内部に設けることができる。
同装置によれば、燃料ホースや気体燃料噴射弁の構造を変更することなく、気体燃料が通過する経路内に整流部材を配設することができる。

上記気体燃料供給装置において、前記燃料ホースを、前記吸気通路における吸気マニホールドに接続し、同燃料ホースから前記吸気マニホールドの内部に流入する気体燃料の流入方向が前記内燃機関の吸気ポートの内部を指向する態様で延設することが好ましい。

燃料ホースから吸気マニホールド内に気体燃料が流入する構造である場合に、同気体燃料が吸気通路の内壁に吹き付けられる構造であると、その吹き付けが間欠的に起こるため、吸気マニホールドが振動して騒音を発生するおそれがある。

上記気体燃料供給装置によれば、燃料ホースから吸気マニホールド内に気体燃料が流入する構造であるとはいえ、同気体燃料が吸気ポート内に吹き付けられる構造になっている。吸気ポートは内燃機関の一部であるため剛性が高く、燃料ホース内から気体燃料が直接吹き付けられたとしても、これに起因して発生する振動の強度は小さく抑えられる。したがって上記装置によれば、燃料ホースが接続された吸気マニホールドの振動を抑えることができ、気体燃料の供給に伴う騒音の発生を好適に抑えることができる。

上記気体燃料供給装置は、吸気ポートに液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁が設けられた内燃機関に適用することができる。
例えば気体燃料および液体燃料のいずれかを選択的に用いるバイフューエル型の内燃機関など、気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁とは別に、液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁が吸気ポートに設けられた内燃機関がある。こうした内燃機関では、通常、燃料ホースが吸気マニホールドに接続される。そのため、気体燃料の吸気マニホールドの内壁への吹き付けに起因する騒音の発生を招くおそれがある。上記装置によれば、そうした内燃機関に適用される気体燃料供給装置において、気体燃料の供給に伴う吸気マニホールドの振動を抑えることができる。

一実施形態の気体燃料供給装置およびその周辺機器の概略構成を示す略図。 カバーの側面図。 カバーの図２の３−３線に沿った断面構造を気体燃料噴射弁とともに示す断面図。 整流部材の（ａ）側面図（ｂ）平面図。 燃料ホースと吸気マニホールドとの接続部分およびその周辺を拡大して示す断面図。 変形例の整流部材の（ａ）側面図（ｂ）平面図。 他の変形例の整流部材の（ａ）側面図（ｂ）平面図。

以下、気体燃料供給装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０のシリンダヘッド１１の内部には吸気ポート１２が形成されている。シリンダヘッド１１には、上記吸気ポート１２の内部に液体燃料（本実施形態では、ガソリン）を噴射する液体燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、内燃機関１０には吸気通路１３の一部をなす吸気マニホールド１４が設けられている。なお吸気マニホールド１４は合成樹脂により形成されている。吸気マニホールド１４には円筒形状の燃料噴射筒３１が設けられており、この燃料噴射筒３１には気体燃料（本実施形態では、圧縮天然ガス［ＣＮＧ］）を噴射する気体燃料噴射弁３２の噴射口が連通されている。内燃機関１０にＣＮＧを供給する際には、上記燃料噴射筒３１から吸気マニホールド１４内にＣＮＧが流入するようになっている。このように上記内燃機関１０は、ＣＮＧおよびガソリンを燃料として利用可能なバイフューエル型の内燃機関である。

そして、内燃機関１０の吸気通路１３の内部では、液体燃料噴射弁２１の開弁駆動、あるいは気体燃料噴射弁３２の開弁駆動によって供給された燃料と吸入空気とを含む混合気が生成される。そして、この混合気が内燃機関１０の燃焼室１５内に吸入されて燃焼されるとともに、その燃焼ガス（排気）は燃焼室１５から排気通路１６に排出される。

次に、内燃機関１０に燃料を供給する燃料供給装置について詳しく説明する。
燃料供給装置は、ガソリンタンク２２内に貯留されたガソリンを供給するためのガソリン供給系２０と、ＣＮＧタンク３３内に貯留された高圧のＣＮＧを供給するための気体燃料供給装置としてのＣＮＧ供給系３０とを備えている。

ガソリン供給系２０は、ガソリンタンク２２内からガソリンを吸引して圧送する燃料ポンプ２３と、同燃料ポンプ２３により圧送された燃料が流入するガソリン用デリバリパイプ２４とを備えている。ガソリン用デリバリパイプ２４には、前記液体燃料噴射弁２１が内燃機関１０の気筒数と同数（本実施形態では４つ）だけ接続されている。液体燃料噴射弁２１は、内燃機関１０の気筒毎、すなわち各気筒に対応する４つの吸気ポート１２にそれぞれ取り付けられている。そして、それら液体燃料噴射弁２１の開弁駆動を通じて、ガソリン用デリバリパイプ２４内のガソリンが内燃機関１０の各吸気ポート１２内に噴射される。

ＣＮＧ供給系３０は、ＣＮＧタンク３３に接続された高圧燃料配管３４と、同高圧燃料配管３４の燃料流れ方向下流側（図１における右側）の端部に接続されるＣＮＧ用デリバリパイプ３５とを備えている。ＣＮＧ用デリバリパイプ３５には、前記気体燃料噴射弁３２が接続されている。またＣＮＧ用デリバリパイプ３５には、同ＣＮＧ用デリバリパイプ３５と略平行に延びる接続部材としてのカバー３６がボルト締結によって固定されている。気体燃料噴射弁３２は、カバー３６とＣＮＧ用デリバリパイプ３５との間に挟み込まれた状態で、等間隔置きに配設されている。カバー３６には燃料ホース３７が接続されている。このＣＮＧ供給系３０では、気体燃料噴射弁３２の噴射口が上記カバー３６の内部に形成された貫通孔を介して燃料ホース３７に連通されている。燃料ホース３７の燃料流れ方向下流側の端部には、同燃料ホース３７の一部をなす前記燃料噴射筒３１が接続されている。こうしたＣＮＧ供給系３０では、上記気体燃料噴射弁３２が開弁駆動されると、ＣＮＧ用デリバリパイプ３５内のＣＮＧが、上記カバー３６の内部、燃料ホース３７、および燃料噴射筒３１を通過して、吸気マニホールド１４内に流入するようになる。

なおＣＮＧ供給系３０には、気体燃料噴射弁３２、カバー３６内部の貫通孔、燃料ホース３７、および燃料噴射筒３１からなるＣＮＧが通過する経路（ＣＮＧ経路）が、内燃機関１０の気筒数と同数（本実施形態では４本）だけ設けられている。それらＣＮＧ経路を通じて、内燃機関１０の各気筒に各別にＣＮＧを供給することが可能な構造になっている。

また、ＣＮＧ供給系３０には、上記ＣＮＧタンク３３と高圧燃料配管３４との間に、手動式の開閉弁である手動開閉弁３８が設けられている。また、高圧燃料配管３４における上記手動開閉弁３８よりも燃料流れ方向下流側の部分には、制御装置（図示略）による制御によって開閉動作される遮断弁３９が設けられている。そして、手動開閉弁３８及び遮断弁３９の双方が開弁している場合には、ＣＮＧタンク３３から高圧燃料配管３４内へのＣＮＧの流入が許可される。一方、手動開閉弁３８及び遮断弁３９の少なくとも一方の弁が閉弁している場合には、ＣＮＧタンク３３から高圧燃料配管３４内へのＣＮＧの流入が禁止される。

高圧燃料配管３４における上記遮断弁３９よりも燃料流れ方向下流側の部位には、ＣＮＧタンク３３から供給されるＣＮＧの圧力を減圧するレギュレータ４０が設けられている。このレギュレータ４０により、所定圧力まで減圧されたＣＮＧがＣＮＧ用デリバリパイプ３５内に供給されるようになっている。

ところで、内燃機関１０への燃料供給は間欠的に行われるため、気体燃料噴射弁３２の開弁駆動も間欠的に実行される。そのため、ＣＮＧ供給系３０では、内燃機関１０へのＣＮＧの供給に際して燃料ホース３７内における気体燃料の流れに乱れ（乱流）が生じやすく、そうした乱流の発生は騒音発生の原因になるために好ましくない。

そこで、本実施形態では、前記カバー３６の内部に、同カバー３６内を通過する気体燃料の流れを整流する整流部材４１が設けられている。
以下、この整流部材４１の構造について詳しく説明する。

図２または図３に示すように、カバー３６はカバー部４２と接続パイプ４３とを備えている。カバー部４２の内部には貫通孔４４が形成されており、この貫通孔４４の内部に上記整流部材４１が設けられている。なおカバー部４２には、前記ＣＮＧ経路の一部を構成する貫通孔４４、接続パイプ４３、および整流部材４１が、気体燃料噴射弁３２の配設数と同数（本実施形態では、４つずつ）だけ設けられている。それら貫通孔４４、接続パイプ４３、および整流部材４１の形状は同一であるため、以下では、複数の気体燃料噴射弁３２のうちの１つに対応する貫通孔４４、接続パイプ４３、および整流部材４１の構造についてのみ説明する。

カバー部４２内部の貫通孔４４は、断面円形状で延設されており、その一方の端部（図３における上端）から離間するほど内径が小さくなるように三段階に変化する段差形状に形成されている。カバー部４２には、貫通孔４４における最も内径が大きい部分（大径部４４Ａ）側の開口から気体燃料噴射弁３２の噴射口３２Ａ側の先端が挿入された状態で、同気体燃料噴射弁３２が取り付けられる。

気体燃料噴射弁３２の噴射口３２Ａは、貫通孔４４内部における上記大径部４４Ａの次に内径が大きい部分（中径部４４Ｂ）の内部において開口している。また、貫通孔４４内における大径部４４Ａの内周面と気体燃料噴射弁３２の外周面との間には、同気体燃料噴射弁３２の周囲全周に渡って延びるリング状のシール部材３２Ｂが取り付けられている。このシール部材３２Ｂにより、気体燃料噴射弁３２の外周面と貫通孔４４の大径部４４Ａの内周面との間隙を介したＣＮＧの漏れがシールされている。

接続パイプ４３は、一端が上記貫通孔４４内において最も内径の小さい部分（小径部４４Ｃ）内に挿入されるとともに、他端が貫通孔４４における小径部４４Ｃ側の開口から外方に向けて突出する態様でカバー部４２に固定されている。この接続パイプ４３には前記燃料ホース３７（図１参照）が接続される。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、整流部材４１は、円筒形状に形成された固定部４５と、ドーム状に形成された金網であって上記固定部４５の一方の開口を覆おうように同固定部４５に取り付けられたメッシュ部４６とにより構成されている。図３に示すように、この整流部材４１は、貫通孔４４の小径部４４Ｃの内部における上記中径部４４Ｂ側の端部に固定されている。整流部材４１は、そのメッシュ部４６の金網（詳しくは、その先端側［図３における下側］の部分）が貫通孔４４内におけるＣＮＧの流れ方向と交差する方向に延びている。上記メッシュ部４６の金網は、具体的には、貫通孔４４内における燃料流れ方向上流側と同下流側との間を仕切るように設けられている。

ここで、上記ＣＮＧ供給系３０は、燃料ホース３７（詳しくは、燃料噴射筒３１）から吸気マニホールド１４内にＣＮＧが流入する構造であるため、そのＣＮＧが吸気マニホールド１４の内壁に吹き付けられる構造であると、その吹き付けが間欠的に起こるため、吸気マニホールド１４が振動して騒音を発生するおそれがある。しかも、吸気マニホールド１４が金属材料と比較して軽量で剛性の低い合成樹脂によって形成されているため、そうしたＣＮＧの吹き付けによる振動が発生し易い。

また上記内燃機関１０は、バイフューエル型のものであり、ガソリンを噴射する液体燃料噴射弁２１が吸気ポート１２に設けられている。そのため、ＣＮＧを供給するための燃料ホース３７は、その接続のためのスペース確保の都合上、吸気ポート１２に接続することができず、吸気マニホールド１４に接続されている。したがって上記ＣＮＧ供給系３０は、ＣＮＧの吸気マニホールド１４の内壁への吹き付けに起因する騒音の発生を招くおそれがある。

そのため本実施形態では、図５に示すように、燃料ホース３７から吸気マニホールド１４の内部に流入するＣＮＧの流入方向（図５中に破線の矢印で示す方向）が内燃機関１０の吸気ポート１２の内部を指向する態様で、同燃料ホース３７が延設されている。具体的には、燃料ホース３７と吸気マニホールド１４との接続部分（すなわち燃料ホース３７の燃料流れ方向下流側の端部）に設けられた燃料噴射筒３１の中心線が内燃機関１０の吸気ポート１２内に指向している。

以下、本実施形態のＣＮＧ供給系３０による作用について説明する。
ＣＮＧ供給系３０では、カバー３６のカバー部４２の内部に整流部材４１が設けられている。そのため、気体燃料噴射弁３２からの燃料噴射が実行されるときに、気体燃料噴射弁３２の噴射口３２Ａから噴射されたＣＮＧが整流部材４１のメッシュ部４６（金網）を通過するようになり、カバー３６や燃料ホース３７（燃料噴射筒３１を含む）の内部を流れるＣＮＧの流れが整流されるようになる。

またＣＮＧ供給系３０では、燃料ホース３７から吸気マニホールド１４の内部に流入するＣＮＧの流入方向が内燃機関１０の吸気ポート１２の内部を指向する態様で、燃料噴射筒３１が延設されている。そのため、燃料噴射筒３１から吸気マニホールド１４内にＣＮＧが流入する構造であるとはいえ、そのＣＮＧが吸気ポート１２内に吹き付けられる構造になっている。吸気ポート１２は内燃機関１０のシリンダヘッド１１内に形成されるために剛性が高く、燃料ホース３７内からＣＮＧが直接吹き付けられたとしても、これに起因して発生する振動の強度は小さく抑えられる。したがって上記ＣＮＧ供給系３０では、燃料ホース３７が接続された吸気マニホールド１４の振動が抑えられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）カバー３６の内部に整流部材４１を設けるようにした。そのため、カバー３６、燃料ホース３７、および燃料噴射筒３１の内部を流れるＣＮＧの流れを整流部材４１によって整流することができる。これにより、カバー３６や燃料ホース３７内におけるＣＮＧ流れの乱れを抑えることができるため、ＣＮＧの供給に伴う騒音の発生を抑えることができる。

（２）整流部材４１はＣＮＧの流れ方向と交差する方向に延設された金網を有している。そのため、ＣＮＧが通過する経路内に金網を設けるといった簡素な構造によって、ＣＮＧの供給に伴う騒音の発生を抑えることができる。

（３）整流部材４１をカバー３６の内部に設けるようにしたため、燃料ホース３７や気体燃料噴射弁３２の構造を変更することなく、ＣＮＧが通過する経路内に整流部材４１を配設することができる。

（４）燃料ホース３７から吸気マニホールド１４の内部に流入するＣＮＧの流入方向が内燃機関１０の吸気ポート１２の内部を指向する態様で、燃料噴射筒３１を延設するようにした。そのため、燃料ホース３７が接続された吸気マニホールド１４の振動を抑えることができ、ＣＮＧの供給に伴う騒音の発生を好適に抑えることができる。

（５）ＣＮＧを噴射する気体燃料噴射弁３２とは別に、ガソリンを噴射する液体燃料噴射弁２１が吸気ポート１２に設けられた内燃機関１０に適用されるために、燃料ホース３７が吸気マニホールド１４に接続されてしまうＣＮＧ供給系３０において、ＣＮＧの供給に伴う吸気マニホールド１４の振動を抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・吸気マニホールド１４に対する燃料噴射筒３１の固定姿勢は、ＣＮＧの吹き付けによる吸気マニホールド１４の振動の強度が問題にならない程度に小さくなるのであれば、任意に変更することができる。

・整流部材４１を接続パイプ４３の内部に設けたり、燃料ホース３７の内部に設けたり、燃料噴射筒３１の内部に設けたりしてもよい。要は、ＣＮＧが通過する経路内の、気体燃料噴射弁３２の噴射口３２Ａから上記燃料ホース３７における吸気マニホールド１４との接続部分までの間の部位であれば、整流部材４１の配設位置は任意に変更することができる。

・ＣＮＧの流れを整流するものとして、金網を設けることに限らず、例えばパンチングメタルなど、多数の貫通孔が形成された板状の部材を設けてもよい。そうした構造を実現可能な整流部材の具体例を図６および図７に示す。図６（ａ）および図６（ｂ）に示す整流部材５１は、円筒形状の固定部５５と、断面四角形状の貫通孔５６を多数有する薄板形状に形成されて上記固定部５５の一方の開口を塞ぐように同固定部５５に固定された整流部５７とにより構成されている。図７（ａ）および図７（ｂ）に示す整流部材６１は、円筒形状の固定部６５と、平行に延びるスリット６６を多数有する薄板形状に形成されて上記固定部６５の一方の開口を塞ぐように同固定部６５に固定された整流部６７とにより構成されている。

・気体燃料としては、ＣＮＧ以外の他の気体燃料（水素ガスなど）を採用することができる。なお、気体燃料として水素ガスが採用される場合には、液体燃料としてガソリンを採用することができる。また、気体燃料としてジメチルエーテル（ＤＭＥ）が採用される場合には、液体燃料として軽油を採用することができる。

・上記実施形態の気体燃料供給装置は、気体燃料を用いた運転が可能な内燃機関であれば、バイフューエル型の内燃機関以外の内燃機関にも適用することができる。

１０…内燃機関、１１…シリンダヘッド、１２…吸気ポート、１３…吸気通路、１４…吸気マニホールド、１５…燃焼室、１６…排気通路、２０…ガソリン供給系、２１…液体燃料噴射弁、２２…ガソリンタンク、２３…燃料ポンプ、２４…ガソリン用デリバリパイプ、３０…ＣＮＧ供給系、３１…燃料噴射筒、３２…気体燃料噴射弁、３２Ａ…噴射口、３２Ｂ…シール部材、３３…ＣＮＧタンク、３４…高圧燃料配管、３５…ＣＮＧ用デリバリパイプ、３６…カバー、３７…燃料ホース、３８…手動開閉弁、３９…遮断弁、４０…レギュレータ、４１，５１，６１…整流部材、４２…カバー部、４３…接続パイプ、４４…貫通孔、４４Ａ…大径部、４４Ｂ…中径部、４４Ｃ…大径部、４５，５５，６５…固定部、４６…メッシュ部、５６，６６…貫通孔、５７，６７…整流部、６６…スリット。

Claims (5)

1. 高圧の気体燃料が貯留される燃料タンクと、前記燃料タンクに連通される気体燃料噴射弁と、前記気体燃料噴射弁の噴射口と内燃機関の吸気通路とを連通する燃料ホースと、を備えた気体燃料供給装置において、
   気体燃料が通過する経路内の、前記気体燃料噴射弁の噴射口から前記燃料ホースにおける前記吸気通路との接続部分までの間に、気体燃料の流れを整流する整流部材が設けられている
   ことを特徴とする気体燃料供給装置。
2. 請求項１に記載の気体燃料供給装置において、
   前記整流部材は、気体燃料の流れ方向と交差する方向に延設された金網を有する
   ことを特徴とする気体燃料供給装置。
3. 請求項１または２に記載の気体燃料供給装置において、
   前記気体燃料噴射弁は、接続部材を介して前記燃料ホースに接続されており、
   前記整流部材は、前記接続部材の内部に設けられている
   ことを特徴とする気体燃料供給装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の気体燃料供給装置において、
   前記燃料ホースは、前記吸気通路における吸気マニホールドに接続されて、同燃料ホースから前記吸気マニホールドの内部に流入する気体燃料の流入方向が前記内燃機関の吸気ポートの内部を指向する態様で延設されている
   ことを特徴とする気体燃料供給装置。
5. 請求項４に記載の気体燃料供給装置において、
   前記内燃機関は、その吸気ポートに液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁が設けられている
   ことを特徴とする気体燃料供給装置。