JP3762280B2 - 液化ガス燃料用の燃料供給システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガス燃料用の燃料供給システムに関するものであり、同システムは燃料噴射装置と空調装置とを備える。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンでは一般的に燃料として軽油が使われているが、燃料の気化性や発火燃焼性、エミッション等を考慮して、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）やセタン価向上のための添加剤を加えたＬＰＧ（液化石油ガス）といった液化ガス燃料を使用することが検討されている（なお以下の記載において、ＬＰＧと称するものは、特に指示しない限りセタン価向上剤を加えたものを指す）。液化ガス燃料用の燃料噴射装置としては、概ねディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射装置が適用できる。すなわち、液化ガス燃料を蓄える燃料タンクには燃料供給配管を通じて高圧ポンプが接続されており、高圧ポンプの駆動に伴い高圧ポンプからコモンレールに高圧燃料が吐出される。そして、その高圧燃料がコモンレールにて所定の噴射圧相当の圧力で蓄圧された後、燃料噴射弁より噴射される。
【０００３】
また、燃料噴射弁として油圧サーボ機構を利用したものが用いられ、この燃料噴射弁の場合、油圧制御のために燃料をリークする必要がある。油圧サーボ機構を利用した燃料噴射弁とは、二方弁或いは三方弁を用いた燃料噴射弁として周知であり、弁体の背面に設けた圧力制御室に高圧燃料を導入し、この圧力制御室内の高圧燃料（油圧）を噴射毎に低圧側にリークさせることで弁体の開弁動作を実現させている。この場合、ＤＭＥやＬＰＧ等の液化ガス燃料は常温・常圧下で気体であり、燃料噴射弁よりリークされた燃料は気化するため、回収し液化するための処理装置が必要となる。
【０００４】
リーク燃料の回収装置は、例えば特開平１１−２２５９０号公報に開示されており、その概要を図２を用いて説明する。図２において、燃料タンク５０内の燃料は低圧ポンプ５１より吐出され、高圧ポンプ５２にて高圧に圧縮された後、コモンレール５３に給送される。コモンレール５３にはエンジン気筒数分の燃料噴射弁５４が接続されている。また、高圧ポンプ５２や燃料噴射弁５４等よりリークした燃料は燃料回収タンク（パージタンク）５５に一旦回収され、その後、燃料圧縮コンプレッサ５６にて液化されて燃料タンク５０に戻される。
【０００５】
上記図２の構成では、リーク燃料回収のための燃料回収タンク５５や燃料圧縮コンプレッサ５６等の回収装置が必要となり、構成が複雑化する、コストが高くなるといった問題を招く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、液化ガス燃料を用いた燃料供給システムとして構成の簡素化、並びにコスト低減を図ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の液化ガス燃料用の燃料供給システムでは、燃料タンク内の液化ガス燃料が燃料配管を通じて燃料噴射装置に供給される。また、本システムでは、少なくとも膨張弁、蒸発器及び凝縮器を備える空調装置が設けられ、燃料タンク内の液化ガス燃料が冷媒として空調装置に供給される。更に、燃料噴射装置よりリークした液化ガス燃料が空調装置内に導入される。空調装置内に導入された液化ガス燃料は、冷媒として空調装置内を循環する液化ガス燃料に混入されて下流側に流れる。
【０００８】
上記構成によれば、燃料噴射装置を構成する高圧ポンプや燃料噴射弁等よりリークした液化ガス燃料は空調装置（凝縮器）で液化処理され、この空調装置を通じて燃料タンクに戻される。そのため、燃料回収装置として付加的な構成を要することはない。更に言い足せば、空調装置の凝縮器は、冷媒（液化ガス燃料）の液化という本来の役割に加えてリーク燃料回収の役割を担い、凝縮器の共用化が実現できる。その結果、燃料供給システムとして構成の簡素化、並びにコスト低減を図ることができる。
【０００９】
上記請求項１の発明では請求項２に記載したように、前記燃料噴射装置よりリークした液化ガス燃料を前記空調装置の蒸発器と凝縮器との間に放出するよう構成すると良い。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明では、前記空調装置の蒸発器と凝縮器との間に、前記燃料噴射装置よりリークした液化ガス燃料を回収するための燃料回収タンクを設置した。この場合、燃料噴射装置からのリーク燃料は燃料回収タンクに一旦回収された後、空調装置にて液化処理されるようになる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明では、燃料タンク内には液体状態で液化ガス燃料を貯蔵しておき、その液体状態の液化ガス燃料を前記空調装置の膨張弁に給送し、その後、蒸発器及び凝縮器を経由して燃料タンクに戻すよう構成した。この場合、エンジンの始動直後から液体状態の液化ガス燃料を膨張弁に供給することができ、空調装置による冷房効果等がいち早く得られるようになる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、燃料タンク内の液化ガス燃料を前記膨張弁に給送するための燃料通路には、空調装置の作動／非作動に応じて開閉するエアコン制御弁を設置した。エアコン制御弁を開放又は閉鎖することにより、空調装置の作動／非作動が望み通りに調整できる。なお、エアコン制御弁を閉鎖して空調装置を非作動（エアコンＯＦＦ）とする場合にも、これとは別に前記リーク燃料を凝縮器により液化処理させることは可能である。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、凝縮器通過後の液化ガス燃料を燃料タンクへ戻すための燃料通路には、凝縮器側から燃料タンクへの液化ガス燃料の流れのみを許容する逆止弁を設置した。この場合、燃料タンクから凝縮器側への液化ガス燃料の逆流が防止できる。
【００１４】
請求項７に記載の発明では、燃料タンク内の圧力を液化ガス燃料の飽和蒸気圧とほぼ等しくし、その燃料タンク内に低圧ポンプを配置した。つまり、燃料タンク内の圧力が液化ガス燃料の飽和蒸気圧とほぼ等しい場合、燃料タンク内において局所的に液化ガス燃料の温度が僅かに上昇或いは圧力が僅かに低下するだけで気泡（ベーパ）が発生する。かかる場合、燃料タンクに低圧ポンプを内蔵することで、燃料タンクから低圧ポンプに至る経路内での圧力低下による気泡の発生、並びにそれによる低圧ポンプの吸入不良が防止される。また同時に、燃料タンクと低圧ポンプとの温度差が少なくなり、温度差による気泡の発生、並びにそれによる低圧ポンプの吸入不良が防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、ＤＭＥやＬＰＧ等の液化ガス燃料をディーゼルエンジンに噴射供給する燃料噴射装置を備えた燃料供給システムにおいて、同液化ガス燃料を空調装置の冷媒として使用することを特徴としており、燃料噴射装置としてコモンレール式燃料噴射装置を採用する。図１は、コモンレール式燃料噴射装置とそれに付随して設けられる空調装置とを示す構成図である。
【００１６】
図１において、燃料タンク１０には、ＤＭＥ或いはＬＰＧ等の液化ガス燃料が液体状態で貯蔵されている。燃料タンク１０内の圧力は液化ガス燃料の飽和蒸気圧と等しくなっており、液化ガス燃料としてＤＭＥを用いた場合、ＤＭＥの飽和蒸気圧は常温（２５℃）で約０．６ＭＰａである。燃料タンク１０内には低圧ポンプ１１が配設されており、この低圧ポンプ１１により所定のフィード圧（３ＭＰａ程度）に加圧された液化ガス燃料が配管１２を介して高圧ポンプ１３に送出される。
【００１７】
ここで、燃料タンク１０内の圧力は液化ガス燃料の飽和蒸気圧と等しく、燃料タンク１０内において局所的に液化ガス燃料の温度が僅かに上昇或いは圧力が僅かに低下するだけで気泡（ベーパ）が発生する。かかる場合、燃料タンク１０に低圧ポンプ１１を内蔵することで、燃料タンク１０から低圧ポンプ１１に至る経路内での圧力低下による気泡の発生、並びにそれによる低圧ポンプ１１の吸入不良が防止される。また同時に、燃料タンク１０と低圧ポンプ１１との温度差が少なくなり、温度差による気泡の発生、並びにそれによる低圧ポンプ１１の吸入不良が防止される。
【００１８】
高圧ポンプ１３は液化ガス燃料を噴射圧相当の高圧（約３５ＭＰａ程度）に圧縮し、その高圧燃料を配管１４を介してコモンレール１５に圧送する。高圧ポンプ１３の摺動部やシール部からリークした液化ガス燃料は配管１６を通って燃料回収タンク１７に回収される。また、コモンレール１５と燃料回収タンク１７とは配管１８にて接続され、その配管１８の途中には圧力制限弁１９が設けられている。この場合、コモンレール１５内の燃料圧力が所定圧力（約３５ＭＰａ）以上にならないよう余剰燃料が圧力制限弁１９を介して燃料回収タンク１７に回収される。
【００１９】
コモンレール１５にはエンジン気筒数分の燃料噴射弁２０が接続されており、コモンレール１５内に蓄えられた高圧燃料は燃料噴射弁２０の駆動に伴いディーゼルエンジンに噴射供給される。燃料噴射弁２０は、コモンレール１５からの高圧燃料の供給を断続する電磁制御弁２０ａと、電磁制御弁２０ａの駆動に伴い弁体を移動させノズル先端部より燃料を噴射する噴射ノズル２０ｂとにより構成されている。なお、燃料噴射弁２０の駆動は、図示しないマイクロコンピュータにより制御される。燃料噴射弁２０の弁体摺動部等からリークした液化ガス燃料は配管２１を通って燃料回収タンク１７に回収される。
【００２０】
次に、空調装置について説明する。低圧ポンプ１１により約３ＭＰａに加圧され、液化状態となった燃料は、配管３１を通って膨張弁（エキスパンションバルブ）３２に送出される。配管３１の途中にはエアコン制御弁３３が設置されており、このエアコン制御弁３３により空調装置が作動又は非作動の状態に制御される。例えば、車両搭乗者によりエアコンスイッチ（図示略）がＯＮされると、エアコン制御弁３３が開放され、燃料タンク１０から膨張弁３２に向かう液化ガス燃料の通過が許容される。また、エアコンスイッチがＯＦＦされると、エアコン制御弁３３が閉鎖され、燃料タンク１０から膨張弁３２に向かう液化ガス燃料の通過が阻止される。
【００２１】
膨張弁３２では、液化状態の液化ガス燃料が急激に膨張させられ低温・低圧の霧状となり、その霧状の燃料が配管３４を通ってエバポレータ（蒸発器）３５へ流れる。エバポレータ３５では、エバポレータフィンを通じて周囲の空気から蒸発に必要な潜熱が奪われ、周囲空気が冷却される。このとき、ブロワモータ３６が駆動されて車室内空気が冷却される。エバポレータ３５で気化した液化ガス燃料は配管３７を通って燃料回収タンク１７に送出される。
【００２２】
配管３７には感熱筒３８が設置されており、感熱筒３８にて感知した燃料温度に応じて膨張弁３２の開度が調節される。すなわち、燃料温度が高い時は、膨張弁３２の開度が大きくなり、燃料温度が低くなると膨張弁３２の開度が小さくなるようになっている。
【００２３】
燃料回収タンク１７内に気体状態で回収された液化ガス燃料は、配管３９を通ってコンプレッサ４０に流れ込み、コンプレッサ４０で吸入・圧縮される。コンプレッサ４０にて高温・高圧化された液化ガス燃料は、配管４１を通ってコンデンサ（凝縮器）４２に流れ込む。そして、コンデンサ４２では、エンジンクーリングファン４３等により液化ガス燃料が冷却され、凝縮の潜熱が奪われて液化される。液化された液化ガス燃料はレシーバタンク４４に流れ込み、ここで気体と液体とに分離されて液体のみが配管４５を通って燃料タンク１０に送出される。
【００２４】
配管４５の途中には逆止弁４６が設けられており、この逆止弁４６によれば、レシーバタンク４４（コンデンサ４２側）から燃料タンク１０への燃料の流れのみが許容される。そのため、エンジン停止時などにおいて燃料タンク１０内の液化ガス燃料がレシーバタンク４４に逆流するのが防止される。
【００２５】
上記図１の構成では、コモンレール式燃料噴射装置において高圧ポンプ１３、コモンレール１５、燃料噴射弁２０等よりリークした液化ガス燃料は、燃料回収タンク１７に一旦回収された後、コンプレッサ４０やコンデンサ４２で液化処理される。そしてその後、燃料タンク１０に戻される。この場合、コンプレッサ４０及びコンデンサ４２は、冷媒（液化ガス燃料）の液化という本来の役割に加えてリーク燃料回収の役割を担い、コンプレッサ４０及びコンデンサ４２の共用化が実現できる。
【００２６】
本実施の形態では、燃料噴射装置と空調装置とでコンプレッサ４０を共用する都合上、エンジン運転中はコンプレッサ４０の作動を常時ＯＮとするが、エアコン制御弁３３により空調装置の作動が任意にＯＮ／ＯＦＦされる。このとき、エアコン制御弁３３を閉鎖して空調装置を非作動（エアコンＯＦＦ）とする場合にも、これとは別に前記リーク燃料がコンプレッサ４０及びコンデンサ４２により液化処理されることとなる。
【００２７】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
コモンレール式燃料噴射装置と空調装置とでコンプレッサ４０及びコンデンサ４２が共用されるため、従来技術とは異なり、燃料回収専用の燃料圧縮コンプレッサ等を要することはない。その結果、燃料供給システムとして構成の簡素化、並びにコスト低減を図ることができる。勿論、本システムを搭載する車両も同様にコスト低減が実現できる。
【００２８】
燃料タンク１０内には液体状態で液化ガス燃料を貯蔵し、その液体状態の液化ガス燃料を空調装置の膨張弁３２に給送する構成としたので、エンジンの始動直後から液体状態の液化ガス燃料を膨張弁３２に供給することができる。すなわち、通常エンジン停止時には冷媒（液化ガス燃料）は気化するが、エンジン始動直後に冷媒の液化を待たなくても良くなる。それにより、車室内の冷房効果がいち早く得られるようになる。
【００２９】
また、燃料タンク１０に低圧ポンプ１１を内蔵したので、燃料タンク１０から低圧ポンプ１１に至る経路内での圧力低下や燃料タンク１０と低圧ポンプ１１との温度差による気泡の発生、並びにそれによる低圧ポンプ１１の吸入不良が防止できる。
【００３０】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
燃料噴射装置からのリーク燃料を空調装置側に放出する位置は、エバポレータ（蒸発器）３５とコンプレッサ４０との間に限定されない。要は、リーク燃料の液化処理が可能であれば良く、コンデンサ（凝縮器）４２の上流側にリーク燃料が放出される構成であれば任意に変更できる。
【００３１】
上記実施の形態では、空調装置として、コンプレッサ４０を構成要件としたが、このコンプレッサ４０を使わずに空調装置を実現することも可能である。特に液化ガス燃料（ＤＭＥ、ＬＰＧ等）を冷媒とする場合、コンデンサ４２での冷却・凝縮だけで液化ガス燃料（冷媒）の液化が可能となり、空調装置として成立する。
【００３２】
又は、燃料回収タンク１７を使わずに本システムを具体化することも可能である。この場合、燃料噴射装置からのリーク燃料を空調装置内の配管（例えば図１の配管３９）に直接放出すれば良い。
【００３３】
上記実施の形態では、燃料噴射装置としてコモンレール式燃料噴射装置を用いたが、他の方式の燃料噴射装置を用いても良い。例えば、コモンレールを使わず、分配型燃料噴射ポンプを用いて液化ガス燃料を高圧化し燃料噴射弁に供給する構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】コモンレール式燃料噴射装置とそれに付随して設けられる空調装置とを示す構成図。
【図２】従来技術における燃料回収装置を示す構成図。
【符号の説明】
１０…燃料タンク、１１…低圧ポンプ、１２…配管、１７…燃料回収タンク、３１…配管、３２…膨張弁、３３…エアコン制御弁、３５…エバポレータ（蒸発器）、４０…コンプレッサ、４２…コンデンサ（凝縮器）、４５…配管、４６…逆止弁。

Claims (7)

1. エンジンに燃料を噴射するための燃料噴射装置に対し、燃料タンク内の液化ガス燃料を燃料配管を通じて供給する燃料供給システムにおいて、
   液状冷媒を霧状化する膨張弁と、膨張弁で霧状化した冷媒を気化させる蒸発器と、気化した冷媒を凝縮し液化する凝縮器とを少なくとも備える空調装置を有し、前記燃料タンク内の液化ガス燃料を冷媒として空調装置に供給すると共に、燃料噴射装置よりリークした液化ガス燃料を前記空調装置内に導入するよう構成したことを特徴とする液化ガス燃料用の燃料供給システム。
2. 前記燃料噴射装置よりリークした液化ガス燃料を前記空調装置の蒸発器と凝縮器との間に放出するよう構成した請求項１記載の液化ガス燃料用の燃料供給システム。
3. 前記空調装置の蒸発器と凝縮器との間に、前記燃料噴射装置よりリークした液化ガス燃料を回収するための燃料回収タンクを設置した請求項２記載の液化ガス燃料用の燃料供給システム。
4. 燃料タンク内には液体状態で液化ガス燃料を貯蔵しておき、その液体状態の液化ガス燃料を前記空調装置の膨張弁に給送し、その後、蒸発器及び凝縮器を経由して燃料タンクに戻すよう構成した請求項１乃至３の何れかに記載の液化ガス燃料用の燃料供給システム。
5. 燃料タンク内の液化ガス燃料を前記膨張弁に給送するための燃料通路には、空調装置の作動／非作動に応じて開閉するエアコン制御弁を設置した請求項１乃至４の何れかに記載の液化ガス燃料用の燃料供給システム。
6. 凝縮器通過後の液化ガス燃料を燃料タンクへ戻すための燃料通路には、凝縮器側から燃料タンクへの液化ガス燃料の流れのみを許容する逆止弁を設置した請求項１乃至５の何れかに記載の液化ガス燃料用の燃料供給システム。
7. 燃料タンク内の圧力を液化ガス燃料の飽和蒸気圧とほぼ等しくし、その燃料タンク内に低圧ポンプを配置した請求項１乃至６の何れかに記載の液化ガス燃料用の燃料供給システム。

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