JP3966734B2

JP3966734B2 - 液化ガス燃料供給システム

Info

Publication number: JP3966734B2
Application number: JP2002026361A
Authority: JP
Inventors: 恵司岩月; 秀幸稲垣
Original assignee: Central Motor Wheel Co Ltd
Current assignee: Central Motor Wheel Co Ltd
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-02-04
Also published as: JP2003227417A

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前記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バイパス経路と、
該パイパス経路に設けられ、該バイパス経路を開閉するバイパス経路開閉弁と、
前記バイパス経路に設けられ、前記隔離部分の残留燃料を捕集する多重巻き捕集管と、
該多重巻き捕集管の下流側に位置する前記バイパス経路に設けられ、前記多重巻き捕集管内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、該隔離部分の圧力を検出する第１の圧力センサと、前記多重巻き捕集管に設けられ、該多重巻き捕集管の圧力を検出する第２の圧力センサと、
エンジン運転時とエンジン停止時の作動区分及び前記第１と第２の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開閉弁の開閉と前記コンプレッサの作動を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記の発明によれば、前記高圧経路開閉弁とリターン経路開閉弁とにより区画される隔離部分は、前記燃料噴射器の噴孔に連通しており、この隔離部分に残留する高圧液状燃料を前記多重巻き捕集管に低圧ガス状燃料として捕集するため、多重巻き捕集管はそれに必要な容積に設定されている。そのため、多重巻き捕集管の容積が過大とならないように、隔離部分の容積は前記両弁によりできるだけ小さくなるように設定されている。
【００１１】
エンジン停止時には、後述のように、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開閉弁が制御され、隔離部分に残留する高圧液状燃料が減圧された多重巻き捕集管に捕集されるので、隔離部分の圧力は略大気圧まで低下し、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が無くなる。
【００１２】
ここで、前記多重巻き捕集管は、限定された車両の搭載スペースに対して適合した大きさに自由に形成することができるので、大型パージタンク（大型捕集容器）に比べて車両への搭載性が格段に向上する。
【００１３】
請求項２に記載の第２の発明は、前記第１の発明において、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開閉弁を開き、前記第１の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るように制御することを特徴とする。
【００１４】
上記の発明によれば、エンジン停止時には、前記高圧経路開閉弁とリターン経路開閉弁が閉じることにより、燃料噴射器の噴孔に通じる高圧液状燃料部が区画れて隔離部分が形成されると共にバイパス経路開閉弁が開くことにより、この隔離部分に残留する高圧液状燃料は、バイパス経路を介して前記多重巻き捕集管に捕集される。
【００１５】
ここで、多重巻き捕集管の容積は隔離部分の容積に比べて格段に大きく、且つ多重巻き捕集管は後述のように減圧されているので、多重巻き捕集管に捕集される隔離部分の高圧液状燃料は、急速に低圧ガス状燃料に変化していくが、第１の圧力センサにより検出される隔離部分の圧力が設定値以下（例えば略大気圧）になると、バイパス経路開閉弁が閉じて隔離部分に通じる燃料噴射器の噴孔も外部に燃料が漏れない略大気圧の状態に維持される。
【００１６】
請求項３に記載の第３の発明は、前記第１又は第２の発明において、前記コンプレッサはエンジン運転時に作動し、前記第２の圧力センサの検出値が設定値以下になると、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。
【００１７】
上記の発明によれば、エンジン運転時に前記コンプレッサが作動し、前記多重巻き捕集管に捕集された低圧ガス状燃料はコンプレッサにより吸引圧縮されて前記燃料タンクに戻されるので、多重巻き捕集管内は減圧されて行くが、第２の圧力センサにより検出される多重巻き捕集管の圧力が設定値以下（例えば大気圧以下）になるまでコンプレッサにより減圧される。
【００１８】
そのため、エンジン停止時に於いて、前記隔離部分に残留する高圧液状燃料は、減圧された多重巻き捕集管に急速に捕集されると共に、低圧ガス状燃料への移行が急速に行われる。
【００１９】
請求項４に記載の第４の発明は、前記第１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記多重巻き捕集管は、螺旋状又は折り返し湾曲状に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
上記の発明によれば、多重巻き捕集管は各種の形状に形成することは可能であるが、特に螺旋状に形成することが車両への搭載性と製作性の点から望ましい。また、大型パージタンクに比べて同じ容積でも表面積の大幅な増大により放熱性が格段に向上するので、大型パージタンクよりも低圧ガス燃料への移行が促進される。
【００２１】
【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６に基づいて説明する。
【００２２】
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ＤＭＥ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。
【００２３】
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２１が設けられており、更に、コモンレール４と圧力調整器７とを結ぶリターン経路部分には、該経路部分を開閉する電磁式の二方弁より成るリターン経路開閉弁２２が設けられている。なお、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。
【００２４】
ここで、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。
【００２５】
また、コモンレール４から分岐して燃料リターン経路Ｒに接続されるバイパス経路Ｐが設けられており、このバイパス経路Ｐには、該経路Ｐ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２３と、本発明に成る後述の多重巻き捕集管１０と、その下流側にはコンプレッサ１１及び逆止弁１２が順次配設されている。
【００２６】
コモンレール４と各インジェクタ５を含む高圧燃料経路部は、高圧経路開閉弁２１とリターン経路開閉弁２２との閉弁によって区画される隔離部分Ｋが形成され、この隔離部分Ｋと各インジェクタ５の噴孔（図示せず）は、電磁弁を介して連通している。
【００２７】
ここで、隔離部分Ｋの容積は、エンジン停止時に隔離部分Ｋに残留する高圧液状ＤＭＥを前記の多重巻き捕集管１０に低圧ガス状ＤＭＥとして捕集するため、多重巻き捕集管１０に比べて遙かに小さい容積となるように、前記の両弁２１と２２の締め切り位置が設定されている。逆に、多重巻き捕集管１０の容積を過大にしないためには、隔離部分Ｋの容積をできるだけ小さくなるように設定する必要がある。
【００２８】
ところで、本発明に成る多重巻き捕集管１０は、図４から図６に示すように、標準サイズの素管を用いて各種の形状に任意のサイズで形成することは可能であるが、車両への搭載性と製作性を考慮すると、図４に示すような螺旋状に形成することが望ましい。なお、図４は円形の螺旋状に形成したが、楕円形の螺旋状に形成しても良い。また、車両の搭載スペースの隙間が特に狭い場合には、図６に示すように、渦巻状に形成することが望ましい。なお、図４から図６の巻き形状のものを、車両の搭載スペースに応じて多段に形成することもできる。
【００２９】
ここで、図１に示すコンプレッサ１１は、多重巻き捕集管１０に捕集された低圧ガス状ＤＭＥを吸引圧縮して燃料タンク１に戻すことにより、多重巻き捕集管１０内を減圧するために用いられるものであり、逆止弁１２は、燃料リターン経路Ｒを流れる高圧液状ＤＭＥが多重巻き捕集管１０内に逆流するのを阻止するためのものである。
【００３０】
なお、コモンレール４には、コモンレール４内の圧力を検出する第１の圧力センサ３１が設けられており、多重巻き捕集管１０には、多重巻き捕集管１０内の圧力を検出する第２の圧力センサ３２が設けられている。
【００３１】
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１１、高圧経路開閉弁２１、リターン経路開閉弁２２、バイパス経路開閉弁２３、第１と第２の圧力センサ３１，３２等は、電子制御装置（以下、ＥＣＵと言う）４０に接続されており、エンジン運転時とエンジン停止時の作動区分及び第１と第２の圧力センサ３１，３２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１１の作動と、各インジェゥタ５の電磁弁、高圧経路開閉弁２１、リターン経路開閉弁２２、バイパス経路開閉弁２３の開閉等が、ＥＣＵ４０によって制御される。
【００３２】
次に、本実施例の作用について説明する。
【００３３】
エンジン運転時は、図１に於いて、ＥＣＵ４０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２１、リターン経路開閉弁２２が開き、かつバイパス経路開閉弁２３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の各シリンダ内に高圧噴射される。
【００３４】
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に戻るエンジン運転時の通常の燃料循環が行われる。
【００３５】
ここで、エンジン運転時にはコンプレッサ１１が作動し、多重巻き捕集管１０内はコンプレッサ１１により吸引されて減圧されるが、第２の圧力センサ３２により検出される多重巻き捕集管１０内の圧力が設定値以下（例えば圧力が大気圧以下）になるまで、コンプレッサ１１により減圧される。
【００３６】
次に、エンジン停止時について、図２の燃料流れ図と図３の制御フローチャートに基づいて説明する。
【００３７】
図３において、エンジンスイッチ（図示せず）をＯＦＦすると（ステップ１０１）、このＯＦＦ信号がＥＣＵ４０に入力され、それにより通常通りフィードポンプ２と高圧ポンプ３の作動が停止し（ステップ１０２）、且つインジェクタ５の電磁弁が閉じ（ステップ１０３）エンジンが停止するが、これに加えて本発明では、高圧経路開閉弁２１とリターン経路開閉弁２２が閉じ（ステップ１０４）、バイパス経路開閉弁２３が開く（ステップ１０５）。
【００３８】
この場合、図２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が前記両弁２１と２２の閉弁により区画形成されるが、この隔離部分Ｋに残留する高圧液状のＤＭＥは、バイパス経路開閉弁２３を通じ、バイパス経路Ｐを介して減圧された多重巻き捕集管１０内へ流入していく。
【００３９】
ここで、隔離部分Ｋの容積は、多重巻き捕集管１０の容積に比べて遙かに小さく、而も多重巻き捕集管１０はエンジン運転中にコンプレッサ１１により大気圧以下に減圧されているので、多重巻き捕集管１０内に流入する隔離部分Ｋの高圧液状ＤＭＥは低圧ガス状ＤＭＥに急速に変化し、一方、隔離部分Ｋ内は急速に減圧されていくが、図３に於いて、第１の圧力センサ３１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１０６）、バイパス経路開閉弁２３が閉じる（ステップ１０７）。なお、ステップ１０６で第１の圧力センサ３１の検出値が設定値以上の場合には、ステップ１０５に戻る。
【００４０】
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内の圧力は、大気圧近くになるので、各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。
【００４１】
次に、本発明実施例では、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。
【００４２】
なお、本実施例では、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。
【００４３】
更に、本実施例では、隔離部分からのバイパス経路の分岐と第１の圧力センサの配設をコモンレールから行ったが、コモンレール以外の部分、例えば隔離部分に含まれる燃料配管部から行ってもよい。
【００４４】
【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。
【００４５】
（１）エンジン停止時に於いて、燃料噴射器の各噴孔は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。
【００４６】
（２）大型パージタンク（大型捕集容器）に比べ、限定された車両の搭載スペースに対して、適合した大きさに自由に形成することの可能な多重巻き捕集管を用いているので、車両への搭載性が格段に向上する。
【００４７】
（３）また、大型パージタンクに比べて、多重巻き捕集管は標準サイズの素管を用いて簡単な曲げ加工で製作することができるので、装置コストも安くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すシステム構成図である。
【図２】エンジン停止時の燃料流れを示す図である。
【図３】エンジン停止時の制御フローチャートである。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は多重巻き捕集管の螺旋状巻きの各変形例である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は多重巻き捕集管の折り返し湾曲状巻きの各変形例である。
【図６】多重巻き捕集管の渦巻状巻きの１事例である。
【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多重巻き捕集管
１１コンプレッサ
１２逆止弁
２１高圧経路開閉弁
２２リターン経路開閉弁
２３バイパス経路開閉弁
３１第１の圧力センサ
３２第２の圧力センサ
４０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
Ｐバイパス経路

Claims

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前記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バイパス経路と、
該バイパス経路に設けられ、該バイパス経路を開閉するバイパス経路開閉弁と、
前記バイパス経路に設けられ、前記隔離部分の残留燃料を捕集する多重巻き捕集管と、
該多重巻き捕集管の下流側に位置する前記バイパス経路に設けられ、前記多重巻き捕集管内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、該隔離部分の圧力を検出する第１の圧力センサと、
前記多重巻き捕集管に設けられ、該多重巻き捕集管の圧力を検出する第２の圧力センサと、
エンジン運転時とエンジン停止時の作動区分及び前記第１と第２の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開閉弁の開閉と前記コンプレッサの作動を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする液化ガス燃料供給システム。
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開閉弁を開き、前記第１の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るように制御することを特徴とする請求項１に記載の液化ガス燃料供給システム。
前記コンプレッサはエンジン運転時に作動し、前記第２の圧力センサの検出値が設定値以下になると、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請求項１又は２に記載の液化ガス燃料供給システム。
前記多重巻き捕集管は、螺旋状又は折り返し湾曲状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液化ガス燃料供給システム。