JP3966733B2 - Liquefied gas fuel supply system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガスを燃料とする液化ガス燃料供給システムに関するもので、詳しくはエンジン停止中に於けるエンジンシリンダ内への液化ガス燃料の漏れを防止するシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
液化ガス燃料をエンジンシリンダ内に噴射して燃焼させる場合、液化ガスを加圧して液体の状態で噴射系に供給する必要があるが、特にディーゼルエンジンのような高圧縮エンジンに用いる場合には、液化ガスを極めて高い圧力で加圧して燃料噴射系に供給する必要がある。
【0003】
各種の液化ガスのうち、軽油に代わるディーゼル燃料として、セタン価が高く且つPMとNOxの発生が少なく、とりわけススの発生の極めて少ないジメチルエーテル(以下、DMEと言う)が低公害燃料として検討されているが、軽油に比べて粘性が大幅に低いため、エンジン停止中に於いて燃料配管内の高い燃料残圧により、メタルシールの電磁弁を有するインジェクタにあっても、インジェクタの噴孔からエンジンシリンダ内へDMEが徐々に漏れて滞留し、エンジンの始動時に異常燃焼を生じるという問題がある。
【0004】
この問題を解決するため、従来より各種の提案がされているが、代表的なものとしてドイツ特許第19611434号A1公報が挙げられる。
【0005】
前記公報は、エンジン停止中にインジェクタへ高圧燃料を供給するコモンレールを含む高圧燃料供給系及びインジェクタへの余剰燃料を燃料タンクに戻す燃料リターン系の配管内に残留する高圧液状のDMEを、複数の弁装置を開閉制御して低圧の捕集容器(パージタンクとも言う)に回収することにより、インジェクタの噴孔を大気圧に維持して、噴孔からのDMEの漏れを防止するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に開示されているパージタンクは、高圧液状の残留DMEを低圧のガス状態で回収し貯留するために必然的に大容量となり、例えば、180リットルもある大型タンクとなるため、車両への搭載性に特に難点があることに加え装置コストも高くなるので、実用化に当たっては問題があった。
【0007】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたもので、エンジン停止中に於いて燃料噴射器の噴孔からエンジンシリンダ内へDMEのような粘性の低い液化ガス燃料が漏れないようにすると共に、車両への搭載性に問題が無く且つ装置コストの安い液化ガス燃料供給システムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の問題を解決するため、次の技術的手段を用いるものである。
【0009】
請求項1に記載の第1の発明は、液化ガスを貯留する燃料タンクから高圧ポンプを介してエンジンへの燃料噴射器に燃料を供給し、所定の燃料噴射圧力に調圧する圧力調整器を介して前記燃料タンクに燃料を戻す液化ガス燃料供給システムに於いて、
前記高圧ポンプから前記燃料噴射器に接続される高圧燃料供給経路に設けられ、該高圧燃料供給経路を開閉する高圧経路開閉弁と、
前記圧力調整器を介して燃料タンクに燃料を戻す燃料リターン経路に設けられ、該燃料リターン経路を開閉すると共に前記圧力調整器をバイパスして前記燃料リターン経路に接続される第1のバイパス経路へ切り替えるリターン経路切替弁と、
前記高圧経路開閉弁と前記リターン経路切替弁とにより区画される隔離部分から分岐し、前記燃料リターン経路に接続される第2のバイパス経路と、
該第2のバイパス経路に設けられ、該第2のバイパス経路を開閉するバイパス経路開閉弁と、
前記第2のバイパス経路に設けられ、前記隔離部分のガスを吸引圧縮して前記燃料タンクに戻すコンプレッサと、
前記隔離部分に設けられ、該隔離部分のガス比率を検出する気液センサと、
前記隔離部分に設けられ、該隔離部分の圧力を検出する圧力センサと、
エンジン停止時は、前記気液センサと圧力センサの検出値に基づいて前記高圧経路開閉弁、リターン経路切替弁及びバイパス経路開閉弁の開閉切り替えを行うと共に、前記コンプレッサを作動させて前記隔離部分に残留する燃料を前記燃料タンクに回収する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0010】
上記の発明によれば、前記の高圧経路開閉弁とリターン経路切替弁とにより区画される隔離部分は、燃料噴射器の噴孔に連通しており、且つ前記の両弁により前記の燃料タンクに比べて大幅に小さい容積に区画設定されている。
【0011】
ここで、エンジン停止時には、前記の隔離部分のガス比率と圧力が検出され、この両検出値に基づいて前記の高圧経路開閉弁、リターン経路切替弁、バイパス経路開閉弁及びコンプレッサが制御されるため、後述のように、隔離部分に残留する高圧液状燃料は直接に燃料タンクに回収され、隔離部分の残留燃料がガス状となってから、隔離部分の圧力が略大気圧に低下するまでコンプレッサにより吸引されて減圧されるので、エンジン停止時に於いて、隔離部分に連通している燃料噴射器の噴孔からエンジンシリンダ内への燃料漏れは無くなる。
【0012】
請求項2に記載の第2の発明は、前記請求項1に記載の第1の発明に於いて、エンジン停止時は、前記高圧経路開閉弁とバイパス経路開閉弁を閉じると共に前記リターン経路切替弁を前記第1のバイパス経路に切り替え、前記気液センサの検出値が設定値以上になると、前記リターン経路切替弁を閉じて前記バイパス経路開閉弁を開くと共に前記コンプレッサを作動させ、前記圧力センサの検出値が設定値以下になると、前記バイパス経路開閉弁を閉じて前記コンプレッサの作動を停止するように制御することを特徴とする。
【0013】
上記の発明によれば、エンジン停止時には、前記の高圧経路開閉弁とバイパス経路開閉弁が閉じ、リターン経路切替弁が前記の第1のバイパス経路に切り替えられるので、燃料噴射器の噴孔に通じる高圧液状燃料部が区画されて隔離部分が形成されると共に、隔離部分に残留する高圧液状燃料は第1のバイパス経路を介して直接燃料タンクに戻される。
【0014】
ここで、隔離部分に残留する高圧液状燃料は、隔離部分の容積は小さいので、急速に比較的低圧のガス状燃料に変化し、隔離部分の温度によって決まる蒸気圧でバランスするが、前記の気液センサにより検出される隔離部分のガス比率が設定値以上になると、リターン経路切替弁が閉じバイパス経路開閉弁が開くと共にコンプレッサが作動するので、隔離部分の低圧ガス状燃料はコンプレッサにより吸引圧縮され、前記の第2のバイパス経路を介して燃料タンクに戻る所謂ガス抜きが行われ、容積の小さい隔離部分は急速に減圧されて行く。
【0015】
前記の圧力センサによって検出される隔離部分の圧力が設定値(例えば、大気圧)になると、バイパス経路開閉弁が閉じると共にコンプレッサの作動が停止するので、隔離部分に連通する燃料噴射器の噴孔も燃料が漏れない大気圧の状態になる。
【0016】
請求項3に記載の第3の発明は、液化ガスを貯留する燃料タンクから高圧ポンプを介してエンジンへの燃料噴射器に燃料を供給し、所定の燃料噴射圧力に調圧する圧力調整器を介して前記燃料タンクに燃料を戻す液化ガス燃料供給システムに於いて、
前記高圧ポンプから前記燃料噴射器に接続される高圧燃料供給経路に設けられ、該高圧燃料供給経路を開閉する高圧経路開閉弁と、
前記圧力調整器を介して燃料タンクに燃料を戻す燃料リターン経路に設けられ、該燃料リターン経路を開閉するリターン経路開閉弁と、
前記高圧経路開閉弁と前記リターン経路開閉弁とにより区画される隔離部分から分岐し、前記燃料リターン経路に接続される第2のバイパス経路と、
該第2のバイパス経路に設けられ、該第2のバイパス経路を開閉するとともに前記圧力調整器をバイパスして前記燃料リターン経路に接続される第3のバイパス経路へ切り替えるバイパス経路切替弁と、
前記第2のバイパス経路に設けられ、前記隔離部分のガスを吸引圧縮して前記燃料タンクに戻すコンプレッサと、
前記隔離部分に設けられ、該隔離部分のガス比率を検出する気液センサと、
前記隔離部分に設けられ、該隔離部分の圧力を検出する圧力センサと、
エンジン停止時は、前記気液センサと圧力センサの検出値に基づいて前記高圧経路開閉弁、リターン経路開閉弁及びバイパス経路切替弁の開閉切り替えを行うと共に、前記コンプレッサを作動させて前記隔離部分に残留する燃料を前記燃料タンクに回収する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0017】
上記の発明によれば、請求項1に記載の発明に対して異なる点は、請求項1に記載のリターン経路切替弁に代えてリターン経路開閉弁を用いた点と、バイパス経路開閉弁に代えてバイパス経路切替弁を用いた点であり、それに伴い前記の隔離部分を区画する弁と、前記の第1のバイパス経路に相当する第3のバイパス経路に切り替える弁とが違っているだけであるので、前述の請求項1に記載の発明に於いて述べた作用効果が得られる。
【0018】
請求項4記載の第4の発明は、前記請求項3に記載の第3の発明に於いて、エンジン停止時は、前記高圧経路開閉弁とリターン経路開閉弁を閉じると共に前記バイパス経路切替弁を前記第3のバイパス経路に切り替え、前記気液センサの検出値が設定値以上になると、前記バイパス経路切替弁を前記第2のバイパス経路に切り替えると共に前記コンプレッサを作動させ、前記圧力センサの検出値が設定値以下になると、前記バイパス経路切替弁を閉じて前記コンプレッサの作動を停止するように制御することを特徴とする。
【0019】
上記の発明によれば、請求項2に記載の発明に対して制御する開閉弁と切替弁は異なるが、エンジン停止時に於いて、前記の隔離部分に残留する高圧液状燃料を第3のバイパス経路を介して直接に燃料タンクに戻すことにより、隔離部分を低圧ガス状燃料とし、次いで隔離部分のガス状燃料を第2のバイパス経路を介してコンプレッサにより吸引して燃料タンクに戻しながら隔離部分を大気圧まで減圧する作用については、前述の請求項2に記載の発明と同じである。
【0020】
請求項5に記載の第5の発明は、前記第1乃至4のいずれかに記載の発明に於いて、前記気液センサに代えて温度センサを用い、該温度センサと前記圧力センサの各検出値に基づいて前記隔離部分のガス比率を算出し、前記気液センサの機能を代行することを特徴とする。
【0021】
上記の発明によれば、気液センサに代えて温度センサを用いることにより、隔離部分の温度と前記の圧力センサで検出される隔離部分の圧力とにより、DMEの蒸気圧線図(図9参照)から隔離部分のガス比率が求められるので、気液センサの機能が代行される。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図1乃至図8に基づいて説明する。
【0023】
図1は本発明の第1実施例を示すシステム構成図で、図中、1は液化ガスを貯留する燃料タンクであり、例えば20℃で約0.5MPaの蒸気圧を有するDMEが貯留されている。この燃料タンク1内には、DMEを所定圧(例えば約3MPa)に昇圧して圧送するフィードポンプ2が配設されており、フィードポンプ2から圧送されたDEMを更に所定圧(例えば25MPa〜35MPa)の高圧に昇圧する高圧ポンプ3が配設されていて、この高圧ポンプ3から圧送される高圧のDMEを蓄圧するコモンレール4を通じ、エンジン6の各シリンダ(図示せず)に高圧のDMEを噴射する電磁弁(図示せず)を内蔵したインジェクタ5が設けられている。
【0024】
高圧ポンプ3とコモンレール4を結ぶ高圧燃料供給経路Sには、該経路Sを開閉する電磁式の二方弁より成る高圧経路開閉弁11が設けられている。また、コモンレール4からは、圧力調整器7を介して前記燃料タンク1へ連通する燃料リターン経路Rが設けられており、コモンレール4から高圧の余剰DMEが圧力調整器7で所定の燃料噴射圧力(例えば25MPa〜35MPa)に調圧されてから、燃料リターン経路Rを介して、例えば熱交換器より成る冷却器8と逆止弁9を通じて燃料タンク1に戻されるようになっている。
【0025】
なお、冷却器8は燃料タンク1にリターンして来るDMEを出来るだけ冷却して燃料タンク1に戻すために用いられるものであり、逆止弁9は燃料タンク1内の圧力が過大となった場合、燃料リターン経路RにDMEが逆流するのを阻止するためのものである。
【0026】
ここで、コモンレール4と圧力調整器7とを結ぶ燃料リターン経路部分には、該燃料リターン経路部分を開閉すると共に、圧力調整器7をバイパスして燃料リターン経路Rに接続される第1のバイパス経路R1に切り替えることができる電磁式の三方弁より成るリターン経路切替弁12が設けられている。更に、コモンレール4から分岐され、前記圧力調整器7をバイパスして燃料リターン経路Rに接続される第2のバイパス経路R2が設けられていて、この第2のバイパス経路R2には、該経路R2を開閉する電磁式の二方弁より成るバイパス経路開閉弁13とコンプレッサ10が設けられている。
【0027】
コモンレール4とインジェクタ5を含む高圧燃料経路部分には、高圧経路開閉弁11とリターン経路切替弁12との閉弁によって区画される隔離部分Kが形成され、隔離部分Kと前記の各インジェクタ5の噴孔(図示せず)は連通している。この隔離部分Kの容積は、エンジン停止時に残留DMEを迅速に燃料タンク1に回収するため、燃料タンク1に比べて遙かに小さい容積となるように前記の両弁11と12の配設位置が設定されている。
【0028】
また、コモンレール4内には、例えば電極間のインピーダンスによりガス比率を検出する気液センサ21と圧力を検出する圧力センサ22が設けられている。
【0029】
前記のフィードポンプ2、高圧ポンプ3、各インジェクタ5の電磁弁、コンプレッサ10と、高圧経路開閉弁11、リターン経路切替弁12、バイパス経路開閉弁13と、気液センサ21、圧力センサ22等は、電子制御装置(以下、ECUと言う)30に接続されており、エンジンの始動運転と停止の作動区分及び気液センサ21と圧力センサ22の検出値に基づいて、フィードポンプ2、高圧ポンプ3、コンプレッサ10の作動と、各インジェクタ5の電磁弁、高圧経路開閉弁11、リターン経路切替弁12、バイパス経路開閉弁13の開閉切り替えが、ECU30によって制御される。
【0030】
次に、図2は本発明の第2実施例を示すシステム構成図で、図1の第1実施例と同じ符号を付したものは、同一又は同等の部分を示す。
【0031】
前述の第1実施例に比べて構成上から異なる点は、図2に示すように、前記のリターン経路切替弁12に代えて、電磁式の二方弁より成るリターン経路開閉弁14を用いた点と、前記のバイパス経路開閉弁13に代えて、電磁式の三方弁より成るバイパス経路切替弁15を用いた点である。
【0032】
それに伴い、前記の隔離部分Kが前記のリターン経路切替弁12に代わって、リターン経路開閉弁14によって区画され、且つ前記第1のバイパス経路R1に代わってバイパス経路切替弁15と燃料リターン経路Rを連通する第3のバイパス経路R3を設け、調圧弁7をバイパスする切り替えが前記のリターン経路切替弁12と第1のバイパス通路R1に代わって、バイパス経路切替弁15と第3のバイパス経路R3によって切り替えられる点が違っており、その他の点については図1の第1実施例と同じである。
【0033】
次に、本実施の形態にうち、第1実施例の作用について説明する。
【0034】
先ず、エンジン始動及び運転時は、図1に於いて、ECU30によりフィードポンプ2と高圧ポンプ3が作動すると共に、各インジェクタ5の電磁弁、高圧経路開閉弁11、リターン経路切替弁12が開き、且つバイパス経路開閉弁13が閉じる。そのため、燃料タンク1内のDMEは、高圧燃料供給経路Sを通じてコモンレール4に流入して蓄圧され、各インジェクタ5の噴孔からエンジン6の各シリンダ(図示せず)内に高圧噴射されてエンジン6が始動する。各シリンダ内に噴射されたDMEの余剰燃料は、圧力調整器7で調圧されてから燃料リターン経路Rを介して冷却器8と逆止弁9を通り、燃料タンク1に戻るエンジン始動及び運転時の周知の燃料循環が行われる。
【0035】
ここで、エンジン停止時については、図3と図4の燃料流れ経路図及び図7の制御フローチャートに基づいて説明する。
【0036】
先ず、エンジン停止時には、図7に示すように、エンジンスイッチ(図示せず)がOFFされ(ステップ101)、このOFF信号がECU30に入力される。それにより、周知の如くフィードポンプ2と高圧ポンプ3の作動が停止し、且つ各インジェクタ5の電磁弁が閉じるが、これに加えて本発明では、高圧経路開閉弁11が閉じバイパス経路開閉弁13が継続して閉じ(ステップ102)、リターン経路切替弁12が第1のバイパス経路R1側に切り替わる(ステップ103)。
【0037】
この場合、図3の矢印で示すように、コモンレール4と各インジェクタ5を含む隔離部分Kに残留する高圧液状のDMEは、リターン経路切替弁12通じ、第1のバイパス経路R1を介して冷却器8と逆止弁9を通り、燃料タンク1内へ直接に戻る流れとなる。
【0038】
ここで、隔離部分Kは容積が小さいので、高圧液状のDMEは急速に比較的低圧のガス状DMEに変化し、隔離部分Kの温度によって決まる蒸気圧でバランスするが、図7に於いて、気液センサ21により直接に検出される隔離部分Kのガス比率が設定値以上(例えばガス比率90%以上)になると(ステップ104)、リターン経路切替弁12が閉じて(ステップ105)、バイパス経路開閉弁13が開き(ステップ106)、コンプレッサ10が作動する(ステップ107)。なお、ステップ104で気液センサ21の検出値が設定値以下の場合は、ステップ102に戻り前記のフローを繰り返す。
【0039】
コンプレッサ10の作動により、隔離部分Kに残留するガス状のDME(例えば図9に示すように、DMEは80℃で約2.2MPaの蒸気圧を有している。)は、図4の矢印で示すように、隔離部分Kから第2のバイパス経路R2を介してコンプレッサ10により吸引され、冷却器8と逆止弁9を通り、燃料タンク1に戻る流れとなる。
【0040】
ここで、コンプレッサ10の作動により、隔離部分K内は急速に減圧されていくが、図7に示すように、圧力センサ22により検出される隔離部分K内の圧力が設定値以下(例えば圧力0.12MPa以下)になると(ステップ108)、バイパス経路開閉弁13が閉じ(ステップ109)、コンプレッサ10の作動が停止する(ステップ110)。なお、ステップ108で圧力センサ22の検出値が設定値以上の場合は、ステップ105に戻り前記のフローを繰り返す。これにより、各インジェクタ5の噴孔に通じる隔離部分Kの圧力は大気圧近くになるので、噴孔からエンジンシリンダ内にDMEが漏れることは無くなる。
【0041】
次に、本実施の形態のうち、第2実施例の作用について説明する。
【0042】
先ず、エンジン始動及び運転時は、第1実施例の場合と同じ燃料循環であるので、説明は省略する。
【0043】
エンジン停止時については、図5と図6の燃料流れ経路図及び図8の制御フローチャートに基づいて、第1実施例の場合と同じ部分は省略しながら説明する。
【0044】
初めに、エンジン6が停止すると、図8に示すように、エンジンスイッチのOFF(ステップ201)により、高圧経路開閉弁11とリターン経路開閉弁14が閉じ(ステップ202)、バイパス経路切替弁15が第3のバイパス経路R3側に切り替わる(ステップ203)。
【0045】
この場合、図5の矢印で示すように、隔離部分Kに残留する高圧液状のDMEは、バイパス経路切替弁15を通じ、第3のバイパス経路R3を介して冷却器8と逆止弁9を通り、燃料タンク1内へ直接に戻る流れとなる。
【0046】
次いで、図8に示すように、気液センサ21により検出される隔離部分Kのガス比率が設定値以上(例えばガス比率90%以上)になると(ステップ204)、バイパス経路切替弁15が第2のバイパス経路R2側に切り替わり(ステップ205)、コンプレッサ10が作動する(ステップ206)。
【0047】
この場合、隔離部分Kに残留するガス状のDMEは、図6の矢印で示すように、第2のバイパス経路R2を介してコンプレッサ10に吸引され、冷却器8と逆止弁9を通り、燃料タンク1内へ戻る流れとなる。そして、図8に示すように、圧力センサ22により検出される隔離部分Kの圧力が設定値以下(例えば圧力0.12MPa以下)になると(ステップ207)、バイパス経路切替弁15が閉じ(ステップ208)、コンプレッサ10の作動が停止するので(ステップ209)、第1実施例の場合と同じく、各インジェクタ5の噴孔からエンジンの各シリンダ内にDMEが漏れることは無くなる。
【0048】
次に、本実施例では、隔離部分Kのガス比率を気液センサ21で直接に検出する方法を用いたが、気液センサ21に代えて温度センサを用いることにより、温度センサで検出される隔離部分Kの温度と、前記の圧力センサ22で検出される隔離部分Kの圧力とにより、図9に示すDMEの蒸気圧線図から隔離部分Kのガス比率を間接的に求めることが可能である。
【0049】
更に、第1のバイパス経路R1又はR3側への切り替えから第2のバイパス経路R2側への切り替えに要する時間を予め実験で求めておけば、この時間をタイマで制御することにより、隔離部分Kのガス比率を間接的に検出して制御するのと同じになるので、気液センサ21は廃止される。
【0050】
次に、本実施例では、コモンレール式の燃料噴射装置に適用した場合について述べたが、従来からあるジャーク式の燃料噴射装置にも適用することができる。
【0051】
なお、液化ガス燃料としてDMEを取り上げたが、DMEのように粘性の低い液化ガスならば、本実施例と同様の効果が得られる。また、燃料リターン経路やバイパス経路の切替弁として電磁式の三方弁を用いたが、通常の電磁式の二方弁をそれぞれ2個用いることにより、同様の機能を得ることができる。
【0052】
【発明の効果】
本発明は以上述べたように構成されているので、次の効果を奏する。
【0053】
(1)隔離部分に連通している各燃料噴射器の各噴孔は、エンジン停止時に於いて、略大気圧に維持されるので、各噴孔からエンジンの各シリンダ内への燃料の漏れが無くなり、それによってエンジン始動時の異常燃焼の発生が防止される。
【0054】
(2)高圧液状の燃料を捕集するための大型パージタンクを必要としないので、車両への搭載性も問題が無く、且つシステムが比較的簡単な構成と簡単な制御で成り立つので、システムの装置コストが安くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すシステム構成図である。
【図2】本発明の第2実施例を示すシステム構成図である。
【図3】第1実施例のエンジン停止当初の燃料流れを示す経路図である。
【図4】第1実施例のエンジン停止途中からの燃料流れを示す経路図である。
【図5】第2実施例のエンジン停止当初の燃料流れを示す経路図である。
【図6】第2実施例のエンジン停止途中からの燃料流れを示す経路図である。
【図7】第1実施例のエンジン停止時の制御フローチャートである。
【図8】第2実施例のエンジン停止時の制御フローチャートである。
【図9】DME(ジメチルエーテル)の蒸気圧線図である。
【符号の説明】
1 燃料タンク
2 フィードポンプ
3 高圧ポンプ
4 コモンレール
5 燃料噴射器(インジェクタ)
6 エンジン
7 圧力調整器
8 冷却器
9 逆止弁
10 コンプレッサ
11 高圧経路開閉弁
12 リターン経路切替弁
13 バイパス経路開閉弁
14 リターン経路開閉弁
15 バイパス経路切替弁
21 気液センサ
22 圧力センサ
30 電子制御装置(ECU)
S 高圧燃料供給経路
R 燃料リターン経路
R1 第1のバイパス経路
R2 第2のバイパス経路
R3 第3のバイパス経路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquefied gas fuel supply system using liquefied gas as a fuel, and more particularly to a system for preventing leakage of liquefied gas fuel into an engine cylinder when the engine is stopped.
[0002]
[Prior art]
When liquefied gas fuel is injected into an engine cylinder and burned, it is necessary to pressurize the liquefied gas and supply it to the injection system in a liquid state, but particularly when used for a high compression engine such as a diesel engine, It is necessary to pressurize the liquefied gas at a very high pressure and supply it to the fuel injection system.
[0003]
Among various liquefied gases, dimethyl ether (hereinafter referred to as “DME”), which has a high cetane number and generates little PM and NOx, and extremely little soot, has been studied as a low-pollution fuel as a diesel fuel to replace light oil. However, since the viscosity is significantly lower than that of light oil, even if the injector has a metal-sealed solenoid valve due to the high fuel residual pressure in the fuel pipe when the engine is stopped, There is a problem that DME gradually leaks and stays therein, and abnormal combustion occurs when the engine is started.
[0004]
Various proposals have heretofore been made to solve this problem, and a typical example is German Patent No. 1961434 A1.
[0005]
The publication discloses a plurality of high-pressure liquid DMEs remaining in piping of a high-pressure fuel supply system including a common rail that supplies high-pressure fuel to an injector while the engine is stopped and a fuel return system that returns surplus fuel to the injector to a fuel tank. By opening and closing the valve device and collecting it in a low-pressure collection container (also called a purge tank), the injection hole of the injector is maintained at atmospheric pressure, and leakage of DME from the injection hole is prevented.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the purge tank disclosed in the above publication inevitably has a large capacity in order to recover and store the high-pressure liquid residual DME in a low-pressure gas state, for example, a large tank having 180 liters. In addition to the particular difficulty in mounting, the cost of the equipment also increases, and there has been a problem in practical use.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and prevents the low-viscosity liquefied gas fuel such as DME from leaking from the nozzle of the fuel injector into the engine cylinder while the engine is stopped. It is an object of the present invention to provide a liquefied gas fuel supply system that has no problem in mountability on a vehicle and has a low apparatus cost.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses the following technical means in order to solve the aforementioned problems.
[0009]
According to a first aspect of the present invention, fuel is supplied from a fuel tank that stores liquefied gas to a fuel injector to an engine via a high-pressure pump, and a pressure regulator that regulates the fuel injection pressure is used. In the liquefied gas fuel supply system for returning the fuel to the fuel tank,
A high-pressure path opening / closing valve that is provided in a high-pressure fuel supply path connected to the fuel injector from the high-pressure pump and opens and closes the high-pressure fuel supply path;
A fuel return path that returns fuel to the fuel tank via the pressure regulator, opens and closes the fuel return path, and bypasses the pressure regulator to a first bypass path that is connected to the fuel return path. A return path switching valve for switching,
A second bypass path that branches off from an isolation portion defined by the high-pressure path opening / closing valve and the return path switching valve and is connected to the fuel return path;
A bypass path opening / closing valve provided in the second bypass path for opening and closing the second bypass path;
A compressor provided in the second bypass path, which sucks and compresses the gas in the isolated portion and returns the gas to the fuel tank;
A gas-liquid sensor provided in the isolation portion and detecting a gas ratio of the isolation portion;
A pressure sensor provided in the isolation part and detecting the pressure of the isolation part;
When the engine is stopped, the high pressure path opening / closing valve, the return path switching valve, and the bypass path switching valve are opened / closed based on the detection values of the gas / liquid sensor and the pressure sensor, and the compressor is operated to enter the isolation portion. Control means for recovering remaining fuel in the fuel tank;
It is provided with.
[0010]
According to the above invention, the isolation portion defined by the high-pressure path opening / closing valve and the return path switching valve communicates with the injection hole of the fuel injector, and is connected to the fuel tank by the both valves. Compartment is set to a significantly smaller volume than that.
[0011]
Here, when the engine is stopped, the gas ratio and pressure of the isolated portion are detected, and the high pressure path on / off valve, return path switching valve, bypass path on / off valve and compressor are controlled based on both detected values. As will be described later, the high-pressure liquid fuel remaining in the isolation part is directly collected in the fuel tank, and after the residual fuel in the isolation part becomes gaseous, the pressure is reduced by the compressor until the pressure in the isolation part decreases to approximately atmospheric pressure. Since the suction is performed and the pressure is reduced, there is no fuel leakage from the injection hole of the fuel injector communicating with the isolated portion into the engine cylinder when the engine is stopped.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the first aspect, when the engine is stopped, the high-pressure path opening / closing valve and the bypass path opening / closing valve are closed and the return path switching valve is closed. When the detected value of the gas-liquid sensor becomes equal to or greater than a set value, the return path switching valve is closed and the bypass path on / off valve is opened, and the compressor is operated, and the pressure sensor When the detected value is equal to or lower than a set value, the control is performed such that the operation of the compressor is stopped by closing the bypass path on-off valve.
[0013]
According to the above invention, when the engine is stopped, the high-pressure path on-off valve and the bypass path on-off valve are closed and the return path switching valve is switched to the first bypass path, leading to the injection hole of the fuel injector. The high pressure liquid fuel portion is partitioned to form an isolated portion, and the high pressure liquid fuel remaining in the isolated portion is returned directly to the fuel tank via the first bypass path.
[0014]
Here, the high-pressure liquid fuel remaining in the isolated part rapidly changes to a relatively low pressure gaseous fuel because the volume of the isolated part is small, and balances with the vapor pressure determined by the temperature of the isolated part. When the gas ratio of the isolated part detected by the liquid sensor exceeds the set value, the return path switching valve is closed and the bypass path on-off valve is opened and the compressor is operated, so the low pressure gaseous fuel in the isolated part is sucked and compressed by the compressor. So-called degassing is performed to return to the fuel tank via the second bypass path, and the isolated portion having a small volume is rapidly decompressed.
[0015]
When the pressure of the isolated portion detected by the pressure sensor reaches a set value (for example, atmospheric pressure), the bypass path on-off valve is closed and the compressor operation is stopped. Therefore, the injection hole of the fuel injector that communicates with the isolated portion However, it will be in an atmospheric pressure state where no fuel leaks.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, the fuel is supplied from the fuel tank storing the liquefied gas to the fuel injector to the engine via the high pressure pump, and the pressure is adjusted to a predetermined fuel injection pressure. In the liquefied gas fuel supply system for returning the fuel to the fuel tank,
A high-pressure path opening / closing valve that is provided in a high-pressure fuel supply path connected to the fuel injector from the high-pressure pump and opens and closes the high-pressure fuel supply path;
A return path opening / closing valve provided in a fuel return path for returning the fuel to the fuel tank via the pressure regulator, and opening and closing the fuel return path;
A second bypass path that branches off from an isolation portion defined by the high-pressure path on-off valve and the return path on-off valve and is connected to the fuel return path;
A bypass path switching valve provided in the second bypass path, which opens and closes the second bypass path and bypasses the pressure regulator and switches to a third bypass path connected to the fuel return path;
A compressor provided in the second bypass path, which sucks and compresses the gas in the isolated portion and returns the gas to the fuel tank;
A gas-liquid sensor provided in the isolation portion and detecting a gas ratio of the isolation portion;
A pressure sensor provided in the isolation part and detecting the pressure of the isolation part;
When the engine is stopped, the high pressure path on / off valve, the return path on / off valve and the bypass path switching valve are opened / closed based on the detection values of the gas / liquid sensor and the pressure sensor, and the compressor is operated to enter the isolation portion. Control means for recovering remaining fuel in the fuel tank;
It is provided with.
[0017]
According to the above invention, the difference from the invention according to claim 1 is that a return path switching valve is used instead of the return path switching valve according to claim 1, and a bypass path switching valve is used. Therefore, the valve for partitioning the isolation portion is different from the valve for switching to the third bypass path corresponding to the first bypass path. Therefore, the function and effect described in the first aspect of the invention can be obtained.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, when the engine is stopped, the high pressure path on / off valve and the return path on / off valve are closed and the bypass path switching valve is turned off. When switching to the third bypass path and the detected value of the gas-liquid sensor becomes equal to or greater than a set value, the bypass path switching valve is switched to the second bypass path and the compressor is operated, and the detected value of the pressure sensor Is controlled to close the bypass path switching valve and stop the operation of the compressor.
[0019]
According to the above invention, although the on-off valve and the switching valve to be controlled are different from those of the invention according to
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, a temperature sensor is used instead of the gas-liquid sensor, and each detection of the temperature sensor and the pressure sensor is performed. The gas ratio of the isolation part is calculated based on the value, and the function of the gas-liquid sensor is substituted.
[0021]
According to the above invention, by using a temperature sensor instead of the gas-liquid sensor, the vapor pressure diagram of DME (see FIG. 9) depends on the temperature of the isolated portion and the pressure of the isolated portion detected by the pressure sensor. ), The gas ratio of the isolated portion is obtained, so that the function of the gas-liquid sensor is substituted.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to FIGS.
[0023]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel tank for storing liquefied gas. For example, DME having a vapor pressure of about 0.5 MPa at 20 ° C. is stored. Yes. A
[0024]
The high-pressure fuel supply path S connecting the high-
[0025]
The
[0026]
Here, the fuel return path portion connecting the
[0027]
In the high-pressure fuel path portion including the
[0028]
Further, in the
[0029]
The
[0030]
Next, FIG. 2 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those in the first embodiment of FIG. 1 denote the same or equivalent parts.
[0031]
The difference from the first embodiment in terms of configuration is that, as shown in FIG. 2, instead of the return
[0032]
Accordingly, the isolation portion K is partitioned by a return
[0033]
Next, the operation of the first example of the present embodiment will be described.
[0034]
First, at the time of engine start and operation, in FIG. 1, the
[0035]
Here, when the engine is stopped will be described based on the fuel flow path diagrams of FIGS. 3 and 4 and the control flowchart of FIG.
[0036]
First, when the engine is stopped, as shown in FIG. 7, an engine switch (not shown) is turned off (step 101), and this OFF signal is input to the
[0037]
In this case, as shown by the arrows in FIG. 3, the high-pressure liquid DME remaining in the isolation portion K including the
[0038]
Here, since the isolated portion K has a small volume, the high-pressure liquid DME rapidly changes to a relatively low-pressure gaseous DME and balances with the vapor pressure determined by the temperature of the isolated portion K. In FIG. When the gas ratio of the isolated portion K detected directly by the gas-
[0039]
Due to the operation of the
[0040]
Here, by the operation of the
[0041]
Next, the operation of the second example of the present embodiment will be described.
[0042]
First, at the time of engine start and operation, the fuel circulation is the same as that in the case of the first embodiment, so that the description thereof is omitted.
[0043]
The engine stop will be described based on the fuel flow path diagrams of FIGS. 5 and 6 and the control flowchart of FIG. 8 while omitting the same parts as in the first embodiment.
[0044]
First, when the
[0045]
In this case, as indicated by an arrow in FIG. 5, the high-pressure liquid DME remaining in the isolation portion K passes through the bypass
[0046]
Next, as shown in FIG. 8, when the gas ratio of the isolated portion K detected by the gas-
[0047]
In this case, the gaseous DME remaining in the isolation portion K is sucked into the
[0048]
Next, in the present embodiment, a method of directly detecting the gas ratio of the isolated portion K with the gas-
[0049]
Furthermore, if the time required for switching from the first bypass path R1 or R3 side to the second bypass path R2 side is obtained in advance by experiment, this time is controlled by a timer so that the isolated portion K Therefore, the gas-
[0050]
Next, in this embodiment, the case where the present invention is applied to a common rail type fuel injection apparatus has been described, but the present invention can also be applied to a conventional jerk type fuel injection apparatus.
[0051]
In addition, although DME was taken up as liquefied gas fuel, the effect similar to a present Example will be acquired if it is liquefied gas with low viscosity like DME. Further, although the electromagnetic three-way valve is used as the switching valve for the fuel return path and the bypass path, the same function can be obtained by using two normal electromagnetic two-way valves.
[0052]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0053]
(1) Since each nozzle hole of each fuel injector communicating with the isolated portion is maintained at substantially atmospheric pressure when the engine is stopped, fuel leaks from each nozzle hole into each cylinder of the engine. This eliminates the occurrence of abnormal combustion when the engine is started.
[0054]
(2) Since there is no need for a large purge tank for collecting high-pressure liquid fuel, there is no problem in mounting on a vehicle, and the system is configured with a relatively simple configuration and simple control. Equipment cost is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a path diagram showing a fuel flow at the beginning of engine stop according to the first embodiment.
FIG. 4 is a route diagram showing a fuel flow from the middle of engine stop according to the first embodiment.
FIG. 5 is a path diagram showing a fuel flow at the beginning of engine stop according to a second embodiment.
FIG. 6 is a route diagram showing a fuel flow from the middle of engine stop according to a second embodiment.
FIG. 7 is a control flowchart when the engine is stopped according to the first embodiment;
FIG. 8 is a control flowchart when the engine is stopped according to the second embodiment.
FIG. 9 is a vapor pressure diagram of DME (dimethyl ether).
[Explanation of symbols]
1
6
S High-pressure fuel supply route R Fuel return route R1 First bypass route R2 Second bypass route R3 Third bypass route
Claims (5)
前記高圧ポンプから前記燃料噴射器に接続される高圧燃料供給経路に設けられ、該高圧燃料供給経路を開閉する高圧経路開閉弁と、
前記圧力調整器を介して燃料タンクに燃料を戻す燃料リターン経路に設けられ、該燃料リターン経路を開閉すると共に前記圧力調整器をバイパスして前記燃料リターン経路に接続される第1のバイパス経路へ切り替えるリターン経路切替弁と、
前記高圧経路開閉弁と前記リターン経路切替弁とにより区画される隔離部分から分岐し、前記燃料リターン経路に接続される第2のバイパス経路と、
該第2のバイパス経路に設けられ、該第2のバイパス経路を開閉するバイパス経路開閉弁と、
前記第2のバイパス経路に設けられ、前記隔離部分のガスを吸引圧縮して前記燃料タンクに戻すコンプレッサと、
前記隔離部分に設けられ、該隔離部分のガス比率を検出する気液センサと、
前記隔離部分に設けられ、該隔離部分の圧力を検出する圧力センサと、
エンジン停止時は、前記気液センサと圧力センサの検出値に基づいて前記高圧経路開閉弁、リターン経路切替弁及びバイパス経路開閉弁の開閉切り替えを行うと共に、前記コンプレッサを作動させて前記隔離部分に残留する燃料を前記燃料タンクに回収する制御手段と、
を備えたことを特徴とする液化ガス燃料供給システム。A liquefied gas fuel supply that supplies fuel to a fuel injector to an engine via a high-pressure pump from a fuel tank that stores liquefied gas and returns the fuel to the fuel tank via a pressure regulator that adjusts the fuel injection pressure to a predetermined level In the system,
A high-pressure path opening / closing valve that is provided in a high-pressure fuel supply path connected to the fuel injector from the high-pressure pump and opens and closes the high-pressure fuel supply path;
A fuel return path that returns fuel to the fuel tank via the pressure regulator, opens and closes the fuel return path, and bypasses the pressure regulator to a first bypass path that is connected to the fuel return path. A return path switching valve for switching,
A second bypass path that branches off from an isolation portion defined by the high-pressure path opening / closing valve and the return path switching valve and is connected to the fuel return path;
A bypass path opening / closing valve provided in the second bypass path for opening and closing the second bypass path;
A compressor provided in the second bypass path, which sucks and compresses the gas in the isolated portion and returns the gas to the fuel tank;
A gas-liquid sensor provided in the isolation portion and detecting a gas ratio of the isolation portion;
A pressure sensor provided in the isolation part and detecting the pressure of the isolation part;
When the engine is stopped, the high pressure path opening / closing valve, the return path switching valve, and the bypass path switching valve are opened / closed based on the detection values of the gas / liquid sensor and the pressure sensor, and the compressor is operated to enter the isolation portion. Control means for recovering remaining fuel in the fuel tank;
A liquefied gas fuel supply system comprising:
前記高圧ポンプから前記燃料噴射器に接続される高圧燃料供給経路に設けられ、該高圧燃料供給経路を開閉する高圧経路開閉弁と、
前記圧力調整器を介して燃料タンクに燃料を戻す燃料リターン経路に設けられ、該燃料リターン経路を開閉するリターン経路開閉弁と、
前記高圧経路開閉弁と前記リターン経路開閉弁とにより区画される隔離部分から分岐し、前記燃料リターン経路に接続される第2のバイパス経路と、
該第2のバイパス経路に設けられ、該第2のバイパス経路を開閉するとともに前記圧力調整器をバイパスして前記燃料リターン経路に接続される第3のバイパス経路へ切り替えるバイパス経路切替弁と、
前記第2のバイパス経路に設けられ、前記隔離部分のガスを吸引圧縮して前記燃料タンクに戻すコンプレッサと、
前記隔離部分に設けられ、該隔離部分のガス比率を検出する気液センサと、
前記隔離部分に設けられ、該隔離部分の圧力を検出する圧力センサと、
エンジン停止時は、前記気液センサと圧力センサの検出値に基づいて前記高圧経路開閉弁、リターン経路開閉弁及びバイパス経路切替弁の開閉切り替えを行うと共に、前記コンプレッサを作動させて前記隔離部分に残留する燃料を前記燃料タンクに回収する制御手段と、
を備えたことを特徴とする液化ガス燃料供給システム。A liquefied gas fuel supply that supplies fuel to a fuel injector to an engine via a high-pressure pump from a fuel tank that stores liquefied gas and returns the fuel to the fuel tank via a pressure regulator that adjusts the fuel injection pressure to a predetermined level In the system,
A high-pressure path opening / closing valve that is provided in a high-pressure fuel supply path connected to the fuel injector from the high-pressure pump and opens and closes the high-pressure fuel supply path;
A return path opening / closing valve provided in a fuel return path for returning the fuel to the fuel tank via the pressure regulator, and opening and closing the fuel return path;
A second bypass path that branches off from an isolation portion defined by the high-pressure path on-off valve and the return path on-off valve and is connected to the fuel return path;
A bypass path switching valve provided in the second bypass path, which opens and closes the second bypass path and bypasses the pressure regulator and switches to a third bypass path connected to the fuel return path;
A compressor provided in the second bypass path, which sucks and compresses the gas in the isolated portion and returns the gas to the fuel tank;
A gas-liquid sensor provided in the isolation portion and detecting a gas ratio of the isolation portion;
A pressure sensor provided in the isolation part and detecting the pressure of the isolation part;
When the engine is stopped, the high pressure path on / off valve, the return path on / off valve and the bypass path switching valve are opened / closed based on the detection values of the gas / liquid sensor and the pressure sensor, and the compressor is operated to enter the isolation portion. Control means for recovering remaining fuel in the fuel tank;
A liquefied gas fuel supply system comprising:
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