JP4220352B2 - 液化ガスエンジンの燃料供給装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ジメチルエーテル等の液化ガスを燃料として利用する液化ガスエンジンの燃料供給装置に関するものである。
近年、高セタン価（５５以上）で無煙燃焼するジメチルエーテル（以下ではＤＭＥと略称する）が石油や軽油の代替燃料として注目されており、特にＥＧＲ（排気ガス再循環）や触媒により低ＮＯxを実現し得て将来の厳しい排気規制を満足できるという観点から、ディーゼルエンジンの代替燃料として検討が進められている。
ただし、ＤＭＥは、その沸点が−２５℃と非常に低くて蒸発し易いという特性があるため、ＤＭＥを燃料として利用するＤＭＥエンジンの実用化にあたっては、このようなＤＭＥの特性を十分に考慮した燃料供給装置が必要になるものと考えられており、例えば、図２に示す如きＤＭＥエンジンの燃料供給装置が既に提案されている。
ここに図示している例では、燃料タンク１内に約０.４〜１ＭＰａの圧力で貯えられている燃料（ＤＭＥ）をフィードポンプ２によりフィードライン３に送り出し、該フィードライン３の途中に装備されている高圧ポンプ４により約１５〜５０ＭＰａに昇圧してコモンレール５に蓄圧させ、該コモンレール５から噴射ライン６を介し各気筒のインジェクタ７に燃料を導いて開弁制御により燃焼室８内に噴射させ、通常のディーゼルエンジンの場合と同様に圧縮着火により燃焼させるようにしてある。
尚、高圧ポンプ４内の燃料ギャラリで圧力が所定値を超えた時に、余剰燃料がオーバーフローバルブを介しリターンライン３’へ解放されて燃料タンク１に戻されるようになっている。
そして、斯かる燃料供給装置においては、エンジン停止時に燃料の流れが止まってしまうと、エンジン側から熱が伝わってきて系内の燃料が温度上昇し、コモンレール５側にて燃料の昇温による膨張で圧力上昇が起こる一方、特に熱的な条件の厳しいインジェクタ７のノズルに残留している燃料が気化してしまうため、コモンレール５側からの圧力がかかり続けているインジェクタ７から燃料が燃焼室８内に漏出し（液密性があってもガスの漏出をシールすることは困難）、その漏出した気化ガスが燃焼室８に溜まることにより次にエンジンを始動した時に異常燃焼が惹起される虞れがある。
そこで、このような異常燃焼を回避するために、エンジン停止時にコモンレール５からパージ制御弁９により燃料を抜き出して逆止弁１０を介し燃料タンク１に戻すパージライン１１が備えられており、しかも、ここに図示している例では、パージライン１１のパージ制御弁９より下流側から燃料を抜き出してパージタンク１２へ導く分岐ライン１３も備えられている。
即ち、コモンレール５内の燃料が燃料タンク１に回収されるにつれてコモンレール５側の圧力が徐々に低下して燃料タンク１側に燃料が流入し難くなってきた際に、前記分岐ライン１３の開閉弁１４を開けて燃料タンク１側より低圧のパージタンク１２へ残りの燃料を回収し、パージタンク１２に抜き出されて０〜０.３ＭＰａに減圧された燃料を連絡ライン１５を通しコンプレッサ１６により再液化して燃料タンク１に戻すようにしてある。
尚、この種の液化ガスエンジンの燃料供給装置に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による次のものがある。
特開２００３−５６３９３号公報
特開２００３−５６４０９号公報
しかしながら、前述した如き液化ガスエンジンの燃料供給装置を、夏場など外気温度の高い条件下や、エンジンルームの温度が高い条件下等の、雰囲気温度が高いエンジン運転条件下で使用する際には、燃料を十分に冷却することができず、温度上昇により気化するため、燃料をエンジンの気筒内に液体状態で安定して噴射することができないという問題があった。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、高温の条件下でも燃料を液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射し得る液化ガスエンジンの燃料供給装置を提供することを目的としている。
本発明の請求項１は、燃料タンクから導いた燃料を高圧ポンプにより昇圧してコモンレールに蓄圧させ、該コモンレールから気筒頂部のインジェクタに燃料を導いて燃焼室内に噴射させるようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置において、
前記燃料タンクから前記高圧ポンプまでのラインに熱交換可能なパージタンクを備え、
前記高圧ポンプからの高温の燃料を前記パージタンクに戻すよう前記パージタンクに接続される第一のパージラインを備えると共に、前記コモンレールからの高温の燃料を前記パージタンクに戻すよう前記コモンレールから延在して前記パージタンクに接続される第二のパージラインを備え、
前記パージタンクでは、高温の燃料を気化させることにより高温の燃料の蒸発潜熱によって前記高圧ポンプへの燃料を冷却するよう構成したことを特徴とする液化ガスエンジンの燃料供給装置、に係るものである。
前記燃料タンクから前記高圧ポンプまでのラインに熱交換可能なパージタンクを備え、
前記高圧ポンプからの高温の燃料を前記パージタンクに戻すよう前記パージタンクに接続される第一のパージラインを備えると共に、前記コモンレールからの高温の燃料を前記パージタンクに戻すよう前記コモンレールから延在して前記パージタンクに接続される第二のパージラインを備え、
前記パージタンクでは、高温の燃料を気化させることにより高温の燃料の蒸発潜熱によって前記高圧ポンプへの燃料を冷却するよう構成したことを特徴とする液化ガスエンジンの燃料供給装置、に係るものである。
本発明の請求項２は、気筒に吸気を導く吸気通路にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに、パージタンクから抜き出した燃料を導くよう構成した請求項１に記載の液化ガスエンジンの燃料供給装置、に係るものである。
このように、本発明によれば、パージタンクに高温の燃料を戻して気化させることにより、高温の燃料の蒸発潜熱によって高圧ポンプへの燃料を冷却するので、雰囲気温度が高いエンジン運転条件下で使用する場合であっても、エンジンに向かう燃料を十分に冷却して燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができる。
高温の燃料を高圧ポンプからパージタンクに戻すよう構成すると、雰囲気温度が高いエンジン運転条件下で使用する場合であっても、高圧ポンプから高温の燃料を戻すと共に、パージタンクで十分に冷却した燃料を高圧ポンプへ送るので、高圧ポンプでの燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができる。
高温の燃料をコモンレールからパージタンクに戻すよう構成すると、雰囲気温度が高いエンジン運転条件下で使用する場合であっても、コモンレールから高温の燃料を戻すと共に、パージタンクで十分に冷却した燃料をコモンレールへ送るので、コモンレールでの燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができる。
気筒に吸気を導く吸気通路にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに、パージタンクから抜き出した燃料を導くよう構成すると、燃焼室内に供給すべき燃料分の一部をサブインジェクタ側に振り分けるので、気筒頂部のインジェクタから噴射すべき燃料分を減らして噴射時間の短縮化を図り、結果的に、出力に転換され難いタイミングで燃焼する燃料分が大幅に減少し、エンジンの熱効率を高めて燃費を大幅に向上することができる。
上記した本発明の液化ガスエンジンの燃料供給装置によれば、パージタンクで燃料の一部を気化して蒸発潜熱により燃料を冷却するので、エンジンに向かう燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができるという優れた効果を奏し得る。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明を実施する形態例を示すもので、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
本形態例の液化ガスエンジンの燃料供給装置において、燃料タンク１と高圧ポンプ４の間には、燃料タンク１から高圧ポンプ４へ燃料（ＤＭＥ）を送り出すフィードライン１７と、高圧ポンプ４内の燃料ギャラリで圧力が所定値を超えた時に余剰燃料を燃料タンク１に戻すリターンライン１８とを構成しており、フィードライン１７には、燃料タンク１側から順に、燃料タンク１内のフィードポンプ１９、第一の燃料クーラ２０、パージタンク２１、燃料圧力センサ２２、第一の燃料温度センサ２３を備えると共に、リターンライン１８には、高圧ポンプ４側から順に逆止弁２４、第二の燃料クーラ２５、第二の燃料温度センサ２６を備えている。
ここでフィードライン１７のパージタンク２１内に位置する部分には、パージタンク２１内の燃料とフィードライン１７の燃料とで熱交換し得るよう、フィードライン１７の配管２７をループ状等に湾曲したり、フィードライン１７の配管２７にフィン等を備えたりして熱交換可能な構造になっている。
又、リターンライン１８における第二の燃料温度センサ２６と燃料タンク１の間には、パージタンク２１に接続される第一のパージライン２８を備えており、第一のパージライン２８には、中途位置に流量調整弁２９を備えると共に、パージタンク２１の導入口からパージタンク２１の内部へ向かう噴射ノズル３０を備えている。
更に、コモンレール５には、パージタンク２１に接続される第二のパージライン３１を備えており、第二のパージライン３１には、中途位置にパージ弁３２を備えている。
一方、各気筒に吸気３３を導く吸気通路３４を成す吸気マニホールドには、サブインジェクタ３５が新たに設けられている。ここで、サブインジェクタ３５は、各気筒の吸気ポートの入側に位置するよう気筒別に配置してあるが、例えば、吸気マニホールドに接続される吸気管の終端部近辺にサブインジェクタ３５を設けることも可能であり、このようにした場合にはサブインジェクタ３５を単独配置としても良い。
パージタンク２１には、内部の温度を測定する第三の燃料温度センサ３６を配置し、且つサブインジェクタ３５に接続される予混合ライン３７を備えると共に、燃料タンク１に接続される再液化ライン３８を備えており、再液化ライン３８には、パージタンク２１側から順に、再液化ポンプ３９、第三の燃料クーラ４０を配置している。
以下、本発明を実施する形態例の作用を説明する。
本形態例の液化ガスエンジンの燃料供給装置を駆動する際には、フィードポンプ１９により燃料タンク１からフィードライン１７、パージタンク２１等を介して液体状態の燃料を高圧ポンプ４へ供給し、コモンレール５、インジェクタ７に導いており、高圧ポンプ４内の燃料ギャラリで圧力が所定値を超えた際には、第一のパージライン２８の流量調整弁２９を閉じることにより、余剰燃料を、リターンライン１８を介して燃料タンク１に戻す。
一方、夏場など外気温度が高い条件下や、エンジンルームの温度が高い条件下で、雰囲気温度が高いエンジン運転条件下で使用する場合には、高圧ポンプ４内の燃料が高温になるため、第一のパージライン２８の流量調整弁２９を開放し、高温の燃料を、高圧ポンプ４からリターンライン１８及び第一のパージライン２８を介してパージタンク２１へ送給し、第二の燃料クーラ２５で冷却すると共に、噴射ノズル３０によりパージタンク２１内に噴射する。又、雰囲気温度が高いエンジン運転条件下では、コモンレール５内の燃料も高温になるため、第二のパージライン３１のパージ弁３２を開放し、高温の燃料を、コモンレール５から第二のパージライン３１を介してパージタンク２１へ送給し、パージタンク２１内に供給する。
高温の燃料は、パージタンク２１に導入されると、気化しやすい燃料自身の特性で気化して蒸発潜熱によりパージタンク２１内を冷却し、同時に、再液化ポンプ３９の減圧によって再液化ライン３８を介しパージタンク２１内を冷却することにより、パージタンク２１に導入された気体状態の燃料と、フィードライン１７内の液体状態の燃料とで熱交換し、フィードライン１７内の液体状態の燃料を積極的に冷却する。ここで、熱交換で冷却されたフィードライン１７内の液体状態の燃料は高圧ポンプ４へ供給されて、コモンレール５、インジェクタ７に導かれる。
一方、パージタンク２１内の気体状態の燃料は、予混合ライン３７を介してサブインジェクタ３５へ適宜供給されており、サブインジェクタ３５へ供給された燃料は、吸気マニホールドへの予混合に用られて気筒への液体燃料噴射と併用で燃焼される。又、パージタンク２１内で気化した燃料が多い場合には、再液化ライン３８に送給して再液化ポンプ３９で液化し、燃料タンク１に戻す。更に、冬場など外気温度が低い条件下や、エンジンルームの温度が低い条件下の場合には、第一のパージライン２８の流量調整弁２９及びパージ弁３２を調整することにより、パージタンク２１内に導入する燃料を減らしている。
ここで、燃料（ＤＭＥ）が気化した際の温度低下を示すよう、燃料（ＤＭＥ）と軽油の基礎データ［表１］と合わせて示すと、
［表１］
ＤＭＥ 軽油
蒸発潜熱 ｋＪ／ｋｇ ４６７．１３ ３００
沸点（＠１ａｔ） ℃ −２５ １８０〜３６０
比熱Ｃｐ ｋＪ／ｋｇ・Ｋ ２．９９ １．７
液密度 ｇ／ｃｃ ０．６７ ０．８３
になり、１ｋｇのＤＭＥを気化させた場合には、蒸発潜熱／比熱＝４６７．１３／２．９９＝１５６から１ｋｇのＤＭＥは約１５６℃の温度低下の熱量になり、熱量が全て燃料の温度変化に使用されるとして、全体の２０％を気化させた際には、液体燃料８０％を約４０℃低下させる。
［表１］
ＤＭＥ 軽油
蒸発潜熱 ｋＪ／ｋｇ ４６７．１３ ３００
沸点（＠１ａｔ） ℃ −２５ １８０〜３６０
比熱Ｃｐ ｋＪ／ｋｇ・Ｋ ２．９９ １．７
液密度 ｇ／ｃｃ ０．６７ ０．８３
になり、１ｋｇのＤＭＥを気化させた場合には、蒸発潜熱／比熱＝４６７．１３／２．９９＝１５６から１ｋｇのＤＭＥは約１５６℃の温度低下の熱量になり、熱量が全て燃料の温度変化に使用されるとして、全体の２０％を気化させた際には、液体燃料８０％を約４０℃低下させる。
このように、本形態例の液化ガスエンジンの燃料供給装置によれば、パージタンク２１に高温の燃料を戻して気化させることにより、高温の燃料の蒸発潜熱によって熱交換可能なフィードライン１７の配管２７を介し高圧ポンプ４への燃料を冷却するので、夏場など外気温度が高い条件下や、エンジンルームの温度が高い条件下等の、雰囲気温度が高いエンジン運転条件下で使用する場合であっても、エンジンに向かう燃料を十分に冷却して燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができる。又、再液化ライン３８の再液化ポンプ３９による減圧でパージタンク２１内を冷却するので、高圧ポンプ４への燃料を一層冷却することができる。更に、パージタンク２１内で気化もしくは液化した燃料が多い場合には、再液化ライン３８に送給して燃料タンク１に戻すので、パージタンクへの過度の負担を抑制することができる。更に又、冬場など外気温度が低い条件下等の場合には、流量調整弁２９及びパージ弁３２を調整してパージタンク２１内に導入する燃料を減らすので、再液化ライン３８及び再液化ポンプ３９を介する再液化処理を低減し、エネルギーロスを低減することができる。
高温の燃料を高圧ポンプ４からパージタンク２１に戻すよう構成すると、雰囲気温度が高いエンジン運転条件下で使用する場合であっても、高圧ポンプ４から高温の燃料を戻すと共に、パージタンク２１で十分に冷却した燃料を高圧ポンプ４へ送るので、高圧ポンプ４での燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができる。
高温の燃料をコモンレール５からパージタンク２１に戻すよう構成すると、雰囲気温度が高いエンジン運転条件下で使用する場合であっても、コモンレール５から高温の燃料を戻すと共に、パージタンク２１で十分に冷却した燃料をコモンレール５へ送るので、コモンレール５での燃料の気化を防止し、液体状態でエンジンの気筒内に安定して噴射することができる
気筒に吸気３３を導く吸気通路３４にサブインジェクタ３５を設け、該サブインジェクタ３５に、パージタンク２１から燃料を導くよう構成すると、燃焼室８内に供給すべき燃料分の一部をサブインジェクタ３５側に振り分けるので、気筒頂部のインジェクタ７から噴射すべき燃料分を減らして噴射時間の短縮化を図り、結果的に、出力に転換され難いタイミングで燃焼する燃料分が大幅に減少し、エンジンの熱効率を高めて燃費を大幅に向上することができる。又、気筒内において、サブインジェクタ３５からの気化ガスの先行投入により燃料の予混合化が促進され、更に促進状態の吸気３３（混合気）に対してインジェクタ７から燃料が噴射されるので、燃焼室８の全域に燃料が拡散して行き亘り、良好な分散混合状態が得られて気筒内での燃焼性が大幅に良化し、結果的に、燃焼温度を比較的低く抑制してＮＯxの発生を低減することができる。
尚、本発明の液化ガスエンジンの燃料供給装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、燃料はジメチルエーテル以外の液化ガス燃料であっても良いこと、燃料温度センサの温度に伴ってパージタンクへの燃料の導入を制御するよう夫々の燃料温度センサ及び流量調整弁並びにパージ弁等を制御手段に接続してもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 燃料タンク
２ フィードポンプ
３ フィードライン
４ 高圧ポンプ
５ コモンレール
７ インジェクタ
８ 燃焼室
１７ フィードライン（ライン）
２１ パージタンク
２８ 第一のパージライン
３１ 第二のパージライン
３４ 吸気通路
３５ サブインジェクタ
２ フィードポンプ
３ フィードライン
４ 高圧ポンプ
５ コモンレール
７ インジェクタ
８ 燃焼室
１７ フィードライン（ライン）
２１ パージタンク
２８ 第一のパージライン
３１ 第二のパージライン
３４ 吸気通路
３５ サブインジェクタ
Claims (2)
- 燃料タンクから導いた燃料を高圧ポンプにより昇圧してコモンレールに蓄圧させ、該コモンレールから気筒頂部のインジェクタに燃料を導いて燃焼室内に噴射させるようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置において、
前記燃料タンクから前記高圧ポンプまでのラインに熱交換可能なパージタンクを備え、
前記高圧ポンプからの高温の燃料を前記パージタンクに戻すよう前記パージタンクに接続される第一のパージラインを備えると共に、前記コモンレールからの高温の燃料を前記パージタンクに戻すよう前記コモンレールから延在して前記パージタンクに接続される第二のパージラインを備え、
前記パージタンクでは、高温の燃料を気化させることにより高温の燃料の蒸発潜熱によって前記高圧ポンプへの燃料を冷却するよう構成したことを特徴とする液化ガスエンジンの燃料供給装置。 - 気筒に吸気を導く吸気通路にサブインジェクタを設け、該サブインジェクタに、パージタンクから抜き出した燃料を導くよう構成した請求項１に記載の液化ガスエンジンの燃料供給装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003374163A JP4220352B2 (ja) | 2003-11-04 | 2003-11-04 | 液化ガスエンジンの燃料供給装置 |
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