JP3878600B2

JP3878600B2 - Ｌｐｉ車両用リターンレス燃料システム

Info

Publication number: JP3878600B2
Application number: JP2003403810A
Authority: JP
Inventors: 徳烈金
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: KR100579968B1; CN1576081A; CN100348435C; KR20050012335A; JP2005042700A

Description

本発明は、ＬＰＩ（ＬｉｑｕｉｄＰｒｏｐａｎｅＩｎｊｅｃｔｉｏｎ）車両用リターンレス燃料システムに係り、より詳しくは、噴射されなかった燃料が圧力調節器を通じて燃料タンクにリターンされる既存ＬＰＩ車両用燃料システムの問題点を解決するために、燃料リターンのための構成要素を削除する代わりに、始動後燃料ラインの脈動減殺のためのダンパーと始動オフ後温度上昇による燃料圧上昇を防止するリザーバタンク及びソレノイドを設置したＬＰＩ車両用リターンレス燃料システムに関する。

最近、ＬＰＧ（液化石油ガス）を燃料として使用するタクシーやレジャー車両が大いに増えている趨勢である。

このようなＬＰＧ車両では、ＬＰＧを高圧に圧縮して燃料タンクに貯蔵し、燃焼時には液相のＬＰＧを再びミクサーとベポライザー（ｖａｐｏｒｉｚｅｒ）などで気化させて燃料として使用している。
特開２０００−３２０４０５号公報特開平１０−９０６０号公報

既存のミクサータイプＬＰＧ燃料システムは、空燃比の精密な制御が不可能であるため、排気ガス規制に効果的に対応できず、最近このような問題を解決するための方案として、ＬＰＧを液相のままインジェクターに供給、噴射させるＬＰＩ燃料システムが開発されて使用されており、多様な提案がされてきた。

例えば、自動車技術（ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ；Ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．５，２００１）によると、ＬＰＧ燃料エンジンシステムの研究開発動向（ＴｒｅｎｄｏｆＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＦｕｅｌＥｎｇｉｎｅＳｙｓｔｅｍ）というタイトルで、第５世代の電子制御液相噴射方式の研究及び開発の結果として、Ｖｉａｌｌｅ社の‘ＬＰＩシステム’により生産・販売する燃料供給システムが紹介されている。

このＬＰＩ燃料システムは、気相のＬＰＧを加圧すると液化されるという原理を用いて、燃料タンク内にポンプを設置して液相のＬＰＧを高圧液相に保持し、この高圧液相のＬＰＧをインジェクターに供給して、電子制御ユニット（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）の制御下でインジェクターが液相ＬＰＧを各気筒別に噴射するようにした方式である。

このようなＬＰＩ燃料システムでは、高精度の空燃比制御が可能であって排気ガス規制に対応できるという長所があり、また既存ミクサータイプのＬＰＧ燃料システムに比べ、エンジン性能及び低温始動性などが優秀であるという長所がある。このような長所を有するＬＰＩ燃料システムを、図３を参照して説明すると次のようである。

図３は、従来のＬＰＩ車両用燃料システムのシステム概略図である。燃料タンク１０内に燃料をポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）する燃料ポンプ２０が設置されており、始動後ＥＣＵ５０の制御下で燃料供給ライン３０の遮断バルブ３２ａ、３２ｂが開放されて燃料ポンプ２０が駆動されつつ、液相のＬＰＧが燃料供給ライン３０を通じてインジェクター３８の設置された燃料レール（ｆｕｅｌｒａｉｌ）３６に供給される。

この燃料レール３６に供給された燃料は、ＥＣＵ５０の噴射制御により各噴射時期に合わせてインジェクター３８を通じ各気筒のシリンダに噴射される。インジェクター３８を通じて噴射されず残っている燃料は、圧力調節器（ｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｇｕｌａｔｏｒ）４２を通じて燃料リターンライン４０に沿って燃料タンク１０にリターン（ｒｅｔｕｒｎ）される。
図３の符号３４と４４は、ＥＣＵ５０の燃料噴射制御のために使用される温度センサと圧力センサである。

しかし、前記の既存ＬＰＩ燃料システムでは、次のような問題点がある。
（１）インジェクターを通じて噴射されず残っている燃料が、燃料タンクにリターンされるため、燃料タンク内にはある程度温度の上昇された燃料が流入されるにつれて燃料タンク内の圧力が上昇する。これによりエンジンルームの燃料ラインの圧力も上昇する。エンジンルームの燃料ライン圧力は、圧力調節器により、燃料タンク内の圧力と圧力調節器の圧力に従って変化するため、燃料タンクの圧力上昇が燃料システムの絶対圧力の上昇を招来する。
（２）燃料システムの絶対圧力が上昇すると、燃料ラインの漏洩可能性が高まると共に燃料噴射制御が難しくなり、また排気ガスにも大きな影響を及ぼす。
（３）燃料システムの圧力上昇により、燃料システム内の部品に耐久性が必要となり、リターン燃料ラインのレイアウトを難くし、部品数も増えて費用が上昇する。
（４）温度の上昇された燃料が燃料タンクにリターンされるとノイズが発生し、燃料タンク内に気相燃料が増加する。

従って、前記のような問題点を解決するため、本発明の目的は、燃料リターンのための構成要素がなく、始動後の燃料ラインの脈動が減殺できて、始動オフ後の温度上昇による燃料圧上昇を防止できる、ＬＰＩ車両用リターンレス燃料システムを提供することにある。

本発明によるＬＰＩ車両用リターンレス燃料システムは、燃料タンク（１１０）と、該燃料タンク（１１０）内部に設置された燃料ポンプ（１２０）と、該燃料ポンプ（１２０）から連結される燃料供給ライン（１３０）と、該燃料供給ライン（１３０）に連結されて各気筒のインジェクター（１３８）が設置された燃料レール（１３６）とを含むＬＰＩ車両用燃料システムにおいて、
前記燃料レール（１３６）の終端部には燃料圧脈動を減殺させるダンパー（１５０）が設置され、前記燃料レール（１３６）の他側には前記燃料レール（１３６）に送られた燃料の一部が収容できるリザーバタンク（１６０）が連結設置され、該リザーバタンク（１６０）の燃料流入口部にはＥＣＵ（１４０）の制御により始動オフ時開放されるソレノイドバルブ（１６２）が設置され、前記リザーバタンク（１６０）が前記燃料レール（１３６）の上側に位置するように設置されることを特徴とする。

特に、前記ダンパー（１５０）の内部には、スプリング（１５３）により弾力支持されるダイヤフラム（１５４）を有し、前記燃料レール（１３６）から流入される燃料圧により、前記ダイヤフラム（１５４）が、弾力的に動作し燃料圧脈動を減殺するようになっているダイヤフラム作動方式であることが好ましい。

以上のように、本発明によるＬＰＩ車両用リターンレス燃料システムでは、燃料リターンのための構成要素を削除する代わりに、始動後の燃料ラインの脈動を減殺するダンパーと、始動オフ後の温度上昇による燃料圧上昇を防止するリザーバタンク及びソレノイドを設置する構成としたことで、次の効果が得られる。
（１）エンジンルーム側の燃料が、燃料タンクにリターンされないため、燃料タンク内の温度及び圧力の上昇を防止することができると共に、エンジンルーム側の燃料ラインでの圧力上昇を防止することができる。
（２）燃料ラインの漏洩を減らすことができる。また、燃料噴射制御が容易になり、排気ガスを減らすことができる。
（３）燃料システムの圧力上昇が防止できる。そのため、燃料システム内の部品に関して耐久性の問題がなく、リターン燃料ラインのレイアウトの難しさ及び部品の増加、費用の上昇と言った問題が解消される。
（４）燃料が燃料タンクにリターンされないため、燃料タンク内のノイズがない。従って、燃料タンク内の燃料を安定にできる。

以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明によるＬＰＩ車両用リターンレス燃料システムの構成図である。図１においては、ＥＣＵ１４０の燃料噴射制御のために使用される温度センサ１３４ａと圧力センサ１３４ｂがある。
本発明は、ＬＰＩ車両用リターンレス（ｒｅｔｕｒｎｌｅｓｓ）燃料システムに係る。より詳しくは、噴射されなかった燃料が圧力調節器を通じて燃料タンクにリターンされる既存ＬＰＩ車両用燃料システムの問題点を解決するために、燃料リターンのための構成要素を削除し、その代わり、始動後の燃料ラインの脈動を減殺するためのダンパーと、始動オフ後の温度上昇による燃料圧上昇を防止するリザーバタンク及びソレノイドを設置したＬＰＩ車両用リターンレス燃料システムに関する。
そのため、まず、図１に示すように、本発明による燃料システムは、燃料リターンライン及び圧力調節器を削除して、燃料レール１３６の燃料が燃料タンク１１０内にリターンされないように構成している。

このようなリターンレス燃料システムでは、始動オン状態で燃料レール１３６の燃料が燃料タンク１１０にリターンされないので、燃料ポンプ１２０によって燃料タンク１１０から引き続き供給される燃料が、燃料レール１３６の終端に到達して燃料圧の脈動（ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）を発生させるようになる。

すなわち、始動オンの状態で燃料タンク１１０内の燃料ポンプが、引き続き駆動されると、燃料タンク１１０から液相のＬＰＧが燃料供給ライン１３０に沿ってインジェクター１３８の設けられた燃料レール１３６に供給されて、該燃料レール１３６に供給された液相のＬＰＧは、ＥＣＵ１４０により噴射時期が制御される各インジェクター１３８を通じて各気筒のシリンダに供給されるが、この際各インジェクター１３８が開閉されるにつれて、燃料レール１３６内には燃料圧の脈動が発生するのである。

そこで、本発明のリターンレス燃料システムでは、前記燃料圧の脈動を防止するため、燃料ラインの終端部、すなわち燃料レール１３６の終端部に、脈動減殺のためのダンパー（ｄａｍｐｅｒ）１５０を設置している。

図２は、リターンレス燃料システムにおいて採用可能なダンパーの断面図である。次に、その構成を説明する。
ダンパー１５０は、ハウジング１５１と、該ハウジング１５１の内部でスプリング１５３により弾力支持されるダイヤフラム１５４と、燃料レール１３６の終端部と締結される部分であって、ハウジング１５１と一体に結合構成されて、燃料レール１３６内の燃料圧がダイヤフラム１５４に作用できるよう内部に燃料流入通路１５２ａを有する本体１５２とを含んで構成されている。

ハウジング１５１は、スプリング１５３及びダイヤフラム１５４の組立て便宜のために上部ハウジング１５１ａと下部ハウジング１５１ｂに区分され構成されている。ハウジング１５１の内部は、ダイヤフラム１５４により密閉されたスプリング室１５５ａと本体１５２の燃料流入通路１５２ａに連結された燃料室１５５ｂに区画される。

図２において、ダンパー１５０は、各々スプリングシート１５６とリテーナ１５７、ワッシャー１５８とパッキング部材１５９を有する。つまり、燃料レール１３６からダンパー本体１５２の燃料流入通路１５２ａを通じてダイヤフラム１５４に作用する燃料圧の脈動は、ダイヤフラム１５４が弾力的に動作することにより減殺される。

一方、始動オフ後に燃料供給ライン１３０の遮断バルブ１３２ａと遮断バルブ１３２ｂが遮断された状態では、燃料供給ライン１３０及び燃料レール１３６の燃料空間が廃空間になる。この時、エンジンルームの熱い温度により、始動オフ後の燃料温度はさらに上昇するようになって、燃料圧も共に増加するが、これは燃料系統の燃料漏洩の可能性を高めて、再始動時の排気ガスを増加させる原因となる。

そこで、始動オフ後燃料供給ライン１３０及び燃料レール１３６などの燃料ライン内で燃料温度上昇により燃料圧が上昇することを防止するために、実施例１のリターンレス燃料システムでは、始動オフ後燃料ラインの燃料の一部を収容するリザーバタンク１６０と、該リザーバタンク１６０の燃料流入口部を選択的に開閉するソレノイドバルブ１６２を設けている。

ソレノイドバルブ１６２は、ＥＣＵ１４０から出力されるバルブ駆動信号により開閉制御されるものであって、電源の印加されていない状態で常に開いているノーマルオープンタイプ（ＮｏｒｍａｌＯｐｅｎＴｙｐｅ）が使用される。
すなわち、始動オン状態で、ＥＣＵ１４０から電源が印加されると、ソレノイドバルブ１６２は閉状態になり、燃料ライン内の燃料がリザーバタンク１６０に流入できないようになっており、始動オフと同時にＥＣＵ１４０から電源が遮断されると、開放され燃料ライン内の燃料がリザーバタンク１６０に流入できるようになっている。

始動オフと共にソレノイドバルブ１６２が開放された状態では、既存燃料ライン（遮断バルブと燃料レールまでの燃料ライン及び燃料レールとリザーバタンク間の燃料ライン）の内部空間の容積にリザーバタンク１６０の内部空間の容積が加えられるため、燃料ラインの総容積が増加する効果があって、これにより始動オフ後の燃料温度上昇による燃料圧上昇を防止することができる。

一方、始動オフ後ある程度の時間が過ぎ燃料温度が下がるようになると、燃料圧の下降によりリザーバタンク１６０の内部に収容されていた燃料が、再び燃料レール１３６に抜け出るようにするため、リザーバタンク１６０は燃料レール１３６より上側に位置しなければならない。

このようにするのは、リザーバタンク１６０に燃料が引き続き存在すると、以後の始動オフ時に、ソレノイドバルブ１６２が開放されても燃料空間の容積増加の効果が少なくなり、結局温度上昇による燃料圧上昇を防止する効果が劣るからである。要するに、運転者が始動をオフすると、ＥＣＵ１４０が燃料供給ライン１３０の遮断バルブ１３２ａ、１３２ｂを閉じると同時に、ソレノイドバルブ１６２を開放して、これにより燃料空間は、既存燃料ラインに加えリザーバタンク１６０の容積だけ容積が増加するから、結局、始動オフ後に燃料温度が上昇するとしても、燃料圧の上昇を最大限抑制できるのである。
以後、パーキングして燃料温度がある程度下がれば、燃料圧も下降し、リザーバタンク１６０内の燃料は再び燃料レール１３６に抜け出る。

本発明は、ＬＰＩ車両の燃料システムに適用することができる。

本発明によるＬＰＩ車両用リターンレス燃料システムの構成図である。（実施例１）本発明によるリターンレス燃料システムにおいて採用可能なダンパーの断面図である。（実施例１）従来のＬＰＩ車両用燃料システムを示したシステム概略図である。

符号の説明

１１０燃料タンク
１２０燃料ポンプ
１３０燃料供給ライン
１３６燃料レール
１３８インジェクター
１４０ＥＣＵ
１５０ダンパー
１６０リザーバタンク
１６２ソレノイドバルブ

Claims

燃料タンク（１１０）と、該燃料タンク（１１０）内部に設置された燃料ポンプ（１２０）と、該燃料ポンプ（１２０）から連結される燃料供給ライン（１３０）と、該燃料供給ライン（１３０）に連結されて各気筒のインジェクター（１３８）が設置された燃料レール（１３６）とを含むＬＰＩ車両用燃料システムにおいて、
前記燃料レール（１３６）の終端部には燃料圧脈動を減殺させるダンパー（１５０）が設置され、前記燃料レール（１３６）の他側には前記燃料レール（１３６）に送られた燃料の一部が収容できるリザーバタンク（１６０）が連結設置され、該リザーバタンク（１６０）の燃料流入口部にはＥＣＵ（１４０）の制御により始動オフ時開放されるソレノイドバルブ（１６２）が設置され、前記リザーバタンク（１６０）が前記燃料レール（１３６）の上側に位置するように設置されることを特徴とする、ＬＰＩ車両用リターンレス燃料システム。
前記ダンパー（１５０）の内部にスプリング（１５３）により弾力支持されるダイヤフラム（１５４）を有するものであって、前記燃料レール（１３６）から流入される燃料圧により前記ダイヤフラム（１５４）が弾力的に動作し、燃料圧脈動を減殺するようになっているダイヤフラム作動方式であることを特徴とする、請求項１に記載のＬＰＩ車両用リターンレス燃料システム。