JP4304887B2

JP4304887B2 - 代替燃料用の燃料供給システム

Info

Publication number: JP4304887B2
Application number: JP2001185673A
Authority: JP
Inventors: 正明加藤; 覚佐々木; 久晴竹内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2021-06-19
Also published as: US20020189589A1; FR2826064B1; US6805105B2; FR2826064A1; JP2003003925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置において、ジメチルエーテルといったように低粘度で気化し易い燃料を使用する代替燃料用の燃料供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽油などのディーゼル燃料に替わる代替燃料は、その物性値が低粘度、高蒸気圧になる傾向に向かいつつある。この代替燃料の代表としてのジメチルエーテルは、軽油と略同一のセタン価を持ち、燃焼後の排気ガス中に含まれるＮＯｘやＨＣの濃度が低い。このため、ジメチルエーテルをディーゼル機関に適用した場合、ジメチルエーテルが全出力範囲で黒煙が少ないクリーンな代替燃料となることが期待されている。
【０００３】
ディーゼル機関でジメチルエーテルを主燃料として用いる燃料噴射ポンプには、特開平１０−２８１０２９号公報や特開平１０−２８１０３０号公報に記載されたものがある。これら両公報のいずれでも、プランジャとプランジャバレルとの隙間（３μｍ未満）を狭く設定して燃料漏れを低減させている。また、プランジャとプランジャバレルとの隙間から漏れた燃料をリークガス導入管を介して機関の吸気管に戻し、燃料として再使用している。
また、ＩＭｅｃｈＥ（Ｃ５１７／０２２／９６）の技術論文には、超低エミッション車両の実現のため、ジメチルエーテル燃料を高圧燃料供給ポンプから蓄圧用コモンレールを介してインジェクタに供給する燃料噴射システムが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−２８１０２９号公報および特開平１０−２８１０３０号公報では、プランジャとプランジャバレル（シリンダ）との隙間が３μｍの近傍になると、公知のポンプでは一般的な値となり、特に狭い設定仕様ではなくなる。さらに、高圧下の燃料を単一経路で回収していることから、プランジャとプランジャバレルとの隙間からの燃料漏れは多量となり易い。
とりわけ、高温度下では、燃料の粘度が低下して燃料の漏れ量は急増する。このため、吸気管に導入された漏洩燃料と噴射ノズルからの燃料との合計噴射量は適正値を越えて過剰となり、ディーゼル機関の制御が困難となる虞れがある。
【０００５】
また、コモンレールを用いたＩＭｅｃｈＥ（Ｃ５１７／０２２／９６）の技術論文では、燃料の気化を防ぐために、噴射圧とフィード圧との中間圧を発生させて漏れ燃料を中間圧の燃料通路に回収する。インジェクタには電磁弁が組み込まれ、噴射圧と中間圧との差圧によりインジェクタを開弁させて噴射を行う。
これにより、インジェクタからの低圧への燃料漏れを皆無にすることはできるが、高圧から中間圧への燃料漏れはかなり多くなる。
また、インジェクタに組み込まれた電磁弁は、油圧サーボ式であるため、構造が複雑で大型化するとともに、素早い応答性を得ることが難しい。
【０００６】
また、高圧ポンプからの燃料漏れについての記載はないが、中間圧を生成するために多数の制御弁、中間タンクが必要となり、内燃機関に搭載できる実現性が乏しい。
また、中間圧の生成のため、高圧燃料を常に漏れさせているために、燃料の効率が低下する。
さらに、内燃機関の停止時には、フィード圧タンク、中間タンク、コモンレール内の燃料を電磁弁によりパージタンクに解放するようにしている。このため、再充填時には、多量の燃料の圧送が必要となり、内燃機関の再始動に長い時間がかかり実用に供し難い。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされ、その目的は中間圧を設けることなく簡素な構造でコスト的に有利に、高圧ポンプから漏れる燃料の低減および回収を図り、燃料の適正な圧送量を維持して内燃機関の燃費に対する出力を向上させて、良好な始動性および運転性に繋がる代替燃料用の燃料供給システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（請求項１について）
気化し易い燃料の蒸気圧以上に高圧な燃料を貯留する燃料タンクからフィードポンプ、燃料クーラおよび燃料フィルタを介して高圧ポンプが連結されている。
高圧ポンプからの高圧の燃料を蓄えてインジェクタに圧送するコモンレールおよびコモンレール内の最大圧を設定するプレッシャリミッタを備える。
このプレッシャリミッタから解放された燃料、高圧ポンプからの漏れ燃料および冷却燃料を燃料タンクに回収する戻り燃料回路が設けられている。
この戻り燃料回路に燃料切替え弁、パージタンク、コンプレッサおよび燃料クーラとが設けられている。
【００１１】
これにより、インジェクタへの噴射制御時に、中間圧を設けることなく、高圧のフィード圧と噴射圧とは閉回路により気密状態が保持される。高圧ポンプからの低圧の漏れ燃料は、パージタンクあるいは内燃機関の吸気管に導入することにより、簡素な構造でコスト的に有利に燃料の漏れを低減させ、内燃機関の良好な燃料効率、始動性および運転性が得られる。
【００１２】
また、請求項１の代替燃料用の燃料供給システムでは、高圧ポンプにおいて、フィードポンプからの燃料がフィード圧により燃料ギャラリーを介してポンプ室に送られる。
プランジャの往復移動によりポンプ室内の燃料を押圧し、吐出弁およびインジェクタを介して内燃機関に噴射する。
この場合、プランジャがシリンダ内を往復することに伴い、ポンプ室からの燃料がシリンダとプランジャとの隙間を介して漏れ出す。
このように漏れ出した燃料は、高圧リーク回収通路と低圧リーク回収通路との２系統の通路を介して回収される。
【００１３】
漏れ燃料を回収する際、漏れ燃料の回収通路が高低圧リーク回収通路の２系統に分かれ、高圧リーク回収通路を介する漏れ燃料は大部分が液化状態で回収される。
このため、高圧下で漏れ燃料を単一系統の通路により回収する従来に比較して燃料の漏れ量を低減させることができる。この漏れ量の低減により、燃料の適正な圧送量を維持し、高圧ポンプを高効率なものとし、内燃機関の燃費に対する出力を向上させることができる。すなわち、内燃機関の運転状態に応じて気化し易い燃料の物性変化を補正し、噴射時に適正な物性値の燃料を内燃機関に必要量供給することができる。
そして、燃料ギャラリーには、スプリングにより閉鎖方向に付勢された調圧弁が設けられている。スプリングに抗して調圧弁を開弁して燃料を解放する際、温度上昇に伴って燃料から発生した蒸気圧が背圧として調圧弁を閉弁する方向に付加される。
このため、調圧弁にスプリングの付勢力と蒸気圧との総和としての負荷が加わる。これにより、調圧弁の閉弁力が追加されて燃料ギャラリー内の燃料が気化することを抑制することができる。
【００１４】
（請求項２について）
燃料切替え弁は、高圧ポンプおよびプレッシャリミッタから戻る燃料が気体の時は、パージタンクに送り、その燃料が液体の時は燃料タンクに戻す三方向弁を構成する。
この三方向弁により、燃料は気液状態によってパージタンクと燃料タンクとに選択的に送られ、気化状態の燃料が燃料タンクに戻る不都合を回避することができる。
（請求項３について）
コンプレッサは、パージタンクに蓄えられた気化状態の燃料を加圧し、この燃料を燃料クーラを介して液化して燃料タンクに戻す。
このため、気化状態の燃料は液化して燃料タンクに戻すことができ、燃料の回収効率が向上する。
（請求項５について）
燃料切替え弁は、高圧ポンプおよびプレッシャリミッタから戻る燃料が気体の時は、パージタンクに送り、その燃料が液体の時は燃料タンクに戻す三方向弁を構成する。
また、コンプレッサは、パージタンクに蓄えられた気化状態の燃料を加圧し、この燃料を燃料クーラを介して液化して燃料タンクに戻す。
（請求項４、６について）
高圧ポンプの吐出弁は、フィードポンプのフィード圧と燃料タンク内の蒸気圧を加えた圧力以下で開弁する。内燃機関の始動時に、気化燃料が吐出弁からコモンレール、プレッシャリミッタ、燃料切替え弁およびパージタンクを介して液化されて燃料タンクに掃気される。
このパージ動作により、燃料の蒸気成分は吐出弁からコモンレール、プレッシャリミッタ、燃料切替え弁およびパージタンクを介して燃料タンクに排出される。この結果、内燃機関の始動時に、蒸気混じりの燃料がコモンレールを介してインジェクタから噴出する不都合をなくすことができる。
（請求項７について）
高圧ポンプにおいて、フィードポンプからの燃料がフィード圧により燃料ギャラリーを介してポンプ室に送られる。プランジャの往復移動によりポンプ室内の燃料を押圧し、吐出弁およびインジェクタを介して内燃機関に噴射する。この場合、プランジャがシリンダ内を往復することに伴い、ポンプ室からの燃料がシリンダとプランジャとの隙間を介して漏れ出す。このように漏れ出した燃料は、高圧リーク回収通路と低圧リーク回収通路との２系統の通路を介して回収される。
漏れ燃料を回収する際、漏れ燃料の回収通路が高低圧リーク回収通路の２系統に分かれ、高圧リーク回収通路を介する漏れ燃料は大部分が液化状態で回収される。このため、高圧下で漏れ燃料を単一系統の通路により回収する従来に比較して燃料の漏れ量を低減させることができる。この漏れ量の低減により、燃料の適正な圧送量を維持し、高圧ポンプを高効率なものとし、内燃機関の燃費に対する出力を向上させることができる。すなわち、内燃機関の運転状態に応じて気化し易い燃料の物性変化を補正し、噴射時に適正な物性値の燃料を内燃機関に必要量供給することができる。
（請求項８について）
燃料ギャラリーには、スプリングにより閉鎖方向に付勢された調圧弁が設けられている。スプリングに抗して調圧弁を開弁して燃料を解放する際、温度上昇に伴って燃料から発生した蒸気圧が背圧として調圧弁を閉弁する方向に付加される。
このため、調圧弁にスプリングの付勢力と蒸気圧との総和としての負荷が加わる。これにより、調圧弁の閉弁力が追加されて燃料ギャラリー内の燃料が気化することを抑制することができる。
（請求項９について）
高圧リーク回収通路は、燃料ギャラリーに連通するフィード回路を介するため高圧に保たれる。また、低圧リーク回収通路は、プランジャの下方に設けられたシール室を臨むため低圧となる。このようにして、漏れ燃料の回収通路が高低圧リーク回収通路の２系統に分かれる。
【００１５】
（請求項１０について）
低圧リーク回収通路を流れる燃料は、回収手段を介してパージタンクなどに回収され、燃料として再使用される。
【００１６】
（請求項１１について）
回収手段は、リーク通路としてシリンダの側壁内に形成されているため、別部材を個別に設ける必要がなくコスト的に有利で簡素な構成で済む。
【００１７】
（請求項１２について）
シリンダの上端部には、制御用電磁弁の弁ボデーが液密に取り付けられている。また、ポンプ室と燃料ギャラリーとの間に設けられた開閉用の弁部を備え、この弁部の開閉により吐出弁からの燃料の吐出量を調節する。
この場合、制御用電磁弁の内部には、非磁性材を挟んで略同心的に配置された複数のコアが溶接により液密に剛性接続されている。
溶接によるコアの剛性接続のため、制御用電磁弁の構成電気部品、ポンプ室および燃料ギャラリーが高圧燃料のフィード圧に耐えることができる。
また、溶接によるコアの液密構造のため、燃料のコア内への通過が遮断され、燃料が制御用電磁弁の構成電気部品に侵入することがない。
【００１８】
（請求項１３について）
吐出弁は、燃料のフィード圧よりも低い圧力で開弁するように設定されているため、ポンプ室から容易にコモンレールに燃料を送出でき、かつ燃料がコモンレールからポンプ室に逆流することを効果的に抑止することができる。
【００２０】
（請求項１４について）
プレッシャリミッタは、コモンレールの最大圧を設定し、かつ電磁弁の弁開閉により液密状態で制御される。
このため、油圧サーボ式の大がかりな弁構造が不必要となり簡素でコンパクトな構造で済む。
【００２１】
（請求項１５について）
フィードポンプは、燃料の蒸気圧に維持された前記燃料タンク内に設けられ、フィードポンプのフィード圧には、燃料の蒸気圧が加わる。
このため、燃料の蒸気圧により気化を防ぎ、燃料を液化状態に保つことができる。
【００２５】
（請求項１６について）
体積弾性係数および密度が圧力および温度により変化する燃料に対する圧力センサおよび温度センサを有する。
高圧ポンプからの燃料の吐出量に温度および圧力による補正を加え、コモンレールに蓄える燃料の圧力を所定値に制御する。
併せて、インジェクタからの燃料噴射量を内燃機関の運転条件に応じて所定値に制御する。
これにより、高圧ポンプからインジェクタへの燃料噴射量を良好に制御でき、燃料の適正な圧送量を維持して内燃機関の燃費に対する出力を向上させて、良好な始動性および運転性を確保し静粛運転に繋がる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明を内燃機関としてのディーゼル機関に適用した一実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、ディーゼル機関の燃料供給システムを示す概略的な構成図である。このディーゼル機関においては、主成分としてジメチルエーテル（ＤＭＥ）を含む高圧燃料を代替燃料として用いる。この代替燃料は、純粋あるいは種々の純度に調整されたジメチルエーテル成分のみであってもよく、ジメチルエーテルを主成分とし他のディーゼル燃料を含んでいてもよく、低粘度で気化し易い燃料成分であるものとする。
なお、ジメチルエーテルといった代替燃料は、気化し易く粘度が低いため、本発明で用いる「液密」あるいは「油密」の文言には「気密」の意味が含まれるものとする。
【００２８】
高圧燃料を噴射するインジェクタ１は、ディーゼル機関のエンジンヘッドに取り付けられ、シリンダ内を往復摺動するピストンの先端面に形成された燃焼室（いずれも図示せず）に向けて代替燃料（以後「ＤＭＥ燃料」と称す）を噴射するようになっている。
【００２９】
ディーゼル機関の回転数、負荷や燃料、ならにび吸入空気、冷却水の温度および入力に基づいてコントロールユニットＥＣＵ２からの駆動信号が出力される。この駆動信号により、インジェクタドライブユニットＥＤＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＤｒｉｖｉｎｇＵｎｉｔ）３から出力される駆動電流によりインジェクタ１が駆動される。
【００３０】
インジェクタ１は、比較的径の大きいノズル６を有し、コントロールユニットＥＣＵ２により所定の圧力を生じる高圧ポンプ４からの高圧燃料を蓄圧するコモンレール５および高圧配管２３を介して供給される。
高圧の燃料タンク７には、後述するように、蒸気圧の高いＤＭＥ燃料を液化状態に保つように蒸気圧に応じた圧力で加圧されている。この燃料タンク７内には、高圧フィードポンプ（フィードポンプ）８が組み込まれ、ＤＭＥ燃料の蒸気圧に加えてフィード圧を高圧ポンプ４に供給する。
【００３１】
高圧フィードポンプ８には、高圧ポンプ４に繋がる燃料配管１０に調圧弁９が接続されている。この調圧弁９により、高圧フィードポンプ８のフィード圧が高圧ポンプ４の後述する燃料ギャラリーの耐圧以下となるように調整されている。燃料タンク７は、燃料タンク７の耐圧を越える圧力を逃がし、燃料タンク７を保護する安全弁１１を備えている。
【００３２】
燃料配管１０は、燃料タンク７から高圧ポンプ４までの間に、高いフィード圧に耐えられる燃料クーラ１２および燃料フィルタ１３を連結している。燃料フィルタ１３は、ＤＭＥ燃料を濾過する本来の機能に加えて、その内容積と燃料配管１０との燃料通路断面積により高圧ポンプ４および高圧フィードポンプ８の吐出脈動および吸入脈動を吸収する機能を有する。
【００３３】
高圧ポンプ４は、後述するように吸入したＤＭＥ燃料を加圧して吐出弁１４を押し上げ状態に開き、高圧配管１５を介してコモンレール５に圧送される。高圧ポンプ４内の燃料ギャラリーの圧力は、調整弁１６により所定圧に保たれる。
燃料タンク７内の調圧弁９と高圧ポンプ４に設けられた調整弁１６の設定圧は略同一で、いずれかが異常になっても最大圧は確保されるようになっている。
【００３４】
調整弁１６の背後には、ＤＭＥ燃料の蒸気圧が加わり、ＤＭＥ燃料の温度により変化する蒸気圧により調整弁１６の開弁圧が自動的に調整される。これにより、高圧ポンプ４の燃料ギャラリー内を加圧し、燃料ギャラリー内のＤＭＥ燃料が気化することを抑制している。
調整弁１６を通過したＤＭＥ燃料は、戻り配管１７（戻り燃料回路）を介して三方向弁をなす燃料切替え弁１８に送られる。高圧ポンプ４から漏れ出るＤＭＥ燃料は、後述するように回収されて三方向弁をなすもう一つの燃料切替え弁１９に送られる。この燃料切替え弁１９は、ディーゼル機関の運転状態に応じてＤＭＥ燃料をパージタンク２０あるいはディーゼル機関の吸気管５９のいずれかに送るように切り替わる。
【００３５】
コモンレール５に送られたＤＭＥ燃料は、圧力センサ２１および温度センサ２２によって気液状態が検知される。圧力センサ２１は、一般にコモンレール５に設けられるが、温度センサ２２は高圧ポンプ４あるいは高圧配管１５に設けてもよい。
コモンレール５は、ディーゼル機関の気筒数に応じた数の高圧配管２３を連結し、ＤＭＥ燃料をインジェクタ１に送ってノズル６から噴射する。
【００３６】
また、コモンレール５は、プレッシャリミッタ２４を取付け、コモンレール５内の最大圧を規定している。このプレッシャリミッタ２４の開閉制御は、ディーゼル機関の始動および停止時に、コモンレール５内のＤＭＥ燃料の温度および圧力により行われる。
プレッシャリミッタ２４により、コモンレール５から解放されたＤＭＥ燃料は、戻り配管（戻り燃料回路）２５を介して調整弁１６の戻り配管１７と合流して最終戻り配管（戻り燃料回路）２６に結集し、燃料切替え弁１８に送られる。
【００３７】
この燃料切替え弁１８の開閉制御は、ディーゼル機関の運転条件およびＤＭＥ燃料の温度などを判断するコントロールユニットＥＣＵ２の指示に基づいて行われ、ＤＭＥ燃料を直接燃料タンク７へ戻すか、パージタンク２０に送るかが判別される。
一方、パージタンク２０に蓄められたＤＭＥ燃料は、コンプレッサ２７（加圧手段）により加圧され、逆止弁２８を押し開け、燃料クーラ２９により液化するように冷却されて燃料タンク７へ戻る。
【００３８】
図２は、ＥＤＵ３により高圧のＤＭＥ燃料を噴射するインジェクタ１の詳細な縦断面図である。
インジェクタ１は、軸孔１ａ内のニードル３０のリフトを調節する第１コイルスプリング３１および第２コイルスプリング３２およびソレノイド部３３から構成されている。ノズル６は、インジェクタボデー３４にリテーニングナット３５により締結された構造となっている。
ノズル６のノズルボデー３６には、ニードル３０のガイド部３７が内径部３８に上下方向に摺動自在に嵌合されている。ニードル３０は、第１コイルスプリング３１によってロッド３９を介してノズルボデー３６のシート面４０に弾接している。この第１コイルスプリング３１は、初期設定荷重Ｆｓ１およびばね定数ｋ１を有し、ソレノイド部３３のコア４１の内径部４１ａに嵌挿されている。
【００３９】
第２コイルスプリング３２は、初期設定荷重Ｆｓ２およびばね定数ｋ２を有し、インジェクタボデー３４の内径部４２に嵌挿され、ばね座４３をノズルボデー３６の先端部に弾接している。ばね座４３がノズルボデー３６の内径部４２で着座している時、ばね座４３の下端面は、ニードル３０の肩部４４との間の隙間を第１リフトｈ１として形成する。
【００４０】
また、ロッド３９のガイド部４５は、インジェクタボデー３４の内径部４６に嵌挿されている。ニードル３０の閉弁時には、ガイド部４５の上端面４７はプレート４８と（ｈ１＋ｈ２）の距離を有するように設定されている。
プレート４８とインジェクタボデー３４との間には、距離（ｈ１＋ｈ２）を大小調整できるように、厚みの異なる種々のシム５０が交換可能に挿入されている。
【００４１】
プレート４８は、厚みの異なる種々のものと交換可能に設けられ、アーマチャー４９とコア４１との隙間を調整できるようになっている。ニードル３０の最大リフトは、（ｈ１＋ｈ２）の距離となり、第１リフトｈ１はニードル３０の肩部４４の位置で調節できるようになっている。
【００４２】
また、インジェクタボデー３４には、ソレノイド部３３がナット５１により取り付けられている。このソレノイド部３３は、通電時にコイル５３、アーマチャー４９、コア４１およびアーマチャー４９の周りに設けられたリング５２により磁気回路を形成する。このアーマチャー４９には、ロッド３９の上端部が圧入あるいは溶接などにより連結されている。ロッド３９は、第１コイルスプリング３１によりアーマチャー４９とともに下方に付勢されている。このため、ニードル３０のシート部３０ａが、ノズルボデー３６のシート面４０に弾接して噴孔５４を閉鎖している。
【００４３】
ソレノイド部３３のコイル５３に通電されると、アーマチャー４９が第１コイルスプリング３１に抗してコア４１に吸引される。このため、ロッド３９がニードル３０とともに上方に移動し、シート面４０から離れて噴孔５４を開く（第１リフトｈ１）。この際、ニードル３０の肩部４４がばね座４３に当接するため、第１リフトｈ１を越す移動が規制される。
【００４４】
さらに、高い電流をソレノイド部３３のコイル５３に供給すると、強い電磁吸引力が発生する。この電磁吸引力により、ロッド３９が第１コイルスプリング３１および第２コイルスプリング３２の各付勢力に抗してニードル３０とともに上方にさらに移動する。この際、ニードル３０が距離（ｈ１＋ｈ２）だけ上方移動すると、ロッド３９におけるガイド部４５の上端面４７が、プレート４８の下端面４８ａに当接するため、距離（ｈ１＋ｈ２）を越す移動が規制される。これにより、距離（ｈ１＋ｈ２）が最大リフトとなる。
なお、インジェクタボデー３４は、軸孔１ａに連通する連結管５５を有し、高圧配管２３からのＤＭＥ燃料をバーフィルタ５６を介して軸孔１ａに導く。
このバーフィルタ５６は、表面に複数の長溝５７を有し、内孔５８に圧入された通常のものである。
【００４５】
図３は、燃料供給システムにおける高圧ポンプ４の詳細な縦断面図である。
高圧ポンプ４は、ディーゼル機関により駆動され、ＤＭＥ燃料を高圧配管１５、コモンレール５および連結管５５を介して図２のインジェクタ１に送る。この際のＤＭＥ燃料圧は、ディーゼル機関の回転数、負荷や燃料、吸入空気、冷却水の温度および入力圧に基づいて制御される。
【００４６】
高圧ポンプ４は、ハウジング６２内の下部に回転可能に取り付けられ、ディーゼル機関により回転駆動されるカム軸６３を備える。このカム軸６３は、例えば径方向に対向するカム部６４ａおよび６４ｂを形成したカム６４を有している。
【００４７】
このカム６４は、タペット６５に滑動可能に設けられたローラ６６に当接し、カム軸６３の回転に伴ってローラ６６を介してタペット６５を上下方向に移動させる。
ハウジング６２の上端開口部には、シリンダ６７がタペット６５と所定のストローク間隔を保ちながら嵌め込まれ、ねじ（図示せず）により液密に固定されている。タペット６５は、圧縮コイルスプリング６８により上方に付勢されたプランジャ６９をシリンダ６７の内壁６７ａに沿って上下に往復摺動させるようになっている。
【００４８】
ハウジング６２とシリンダ６７との間には、高圧フィードポンプ８により供給されるＤＭＥ燃料を充満させ、フィード回路をなす環状の燃料ギャラリー７０が形成されている。ハウジング６２には、ＤＭＥ燃料を導入する入口用中空スクリュー７１および出口用中空スクリュー７２がそれぞれ液密に取り付けられている。入口用中空スクリュー７１は、燃料通路７３を介して燃料ギャラリー７０に連通している。
【００４９】
出口用中空スクリュー７２は、燃料通路７６を介して燃料ギャラリー７０に連通し、この燃料ギャラリー７０内の最大圧力を規定する調圧弁７４（図１の調整弁１６と同一）と調圧弁７４の開弁圧を設定するコイルスプリング７５を組み込んでいる。この出口用中空スクリュー７２は、開弁時に調圧作用により放出されるＤＭＥ燃料を燃料切替え弁１８を介して燃料タンク７に戻すように配管で連結されている。
【００５０】
調圧弁７４の開弁に伴い、ＤＭＥ燃料は燃料通路７６を溢出するように通過する。この際、ＤＭＥ燃料の温度上昇によりＤＭＥ燃料の一部が気化する。ＤＭＥ燃料の気化により発生する蒸気成分圧が負荷として調圧弁７４を閉弁する方向に加わる。このため、ＤＭＥ燃料の温度変化に伴い、コイルスプリング７５により設定された調圧弁７４の開弁圧がＤＭＥ燃料の気化量に応じて大小変化する。
すなわち、ＤＭＥ燃料の温度上昇に伴って調圧弁７４の開弁圧が自動的に高くなり、燃料ギャラリー７０の内圧を高めて燃料ギャラリー７０内のＤＭＥ燃料が気化するのを抑制している。
【００５１】
シリンダ６７の上端開口部には、ソレノイドとしての制御用電磁弁７７のハウジング７８が雄ねじと雌ねじとの締結構造７９により液密にねじ込まれている。そして、制御用電磁弁７７の弁ボデー８０とシリンダ６７との間に環状の上部燃料ギャラリー８１を形成している。また、制御用電磁弁７７の弁ボデー８０とシリンダ６７とプランジャ６９により包囲される空間をポンプ室８２としている。
【００５２】
燃料ギャラリー７０からのＤＭＥ燃料は、シリンダ６７の側壁内に形成された導入通路１１３を介して上部燃料ギャラリー８１に充填される。上部燃料ギャラリー８１内のＤＭＥ燃料は、弁ボデー８０に形成された連通路８３を介して後述するようにポンプ室８２に充満する。
【００５３】
さらに、シリンダ６７は、中空の吐出弁ホルダ８４を取り付けている。この吐出弁ホルダ８４は、内部に吐出弁８５（図１の吐出弁１４と同一）と吐出弁８５の開弁圧を設定する圧縮コイルスプリング８６を組み込んでいる。吐出弁８５は、燃料通路８７を介してポンプ室８２と連通し、ポンプ室８２から高圧のＤＭＥ燃料をコモンレール５に送り出す。そして、吐出弁８５は、ポンプ室８２の圧力の低下に伴って液密（油密）に閉弁し、コモンレール圧を所定に維持する。
【００５４】
プランジャ６９の摺動面であるシリンダ６７の内壁６７ａには、高圧リーク回収通路をなす環状の回収溝８８が周方向に形成されている。この回収溝８８は、シリンダ６７の側壁に形成した回収路８９と連通しており、ポンプ室８２からシリンダ６７とプランジャ６９との間に沿って漏れ出る高圧のＤＭＥ燃料を回収路８９を介して回収する。
【００５５】
また、シリンダ６７には、パージ用中空スクリュー９０が取り付けられているとともに、低圧リーク回収通路をなす細長なリーク通路９３が略上下方向に形成されている。このパージ用中空スクリュー９０は、後述するようにシリンダ６７の下端部に液密に嵌め込まれたカップ状のオイルシール９１内のシール室９２（低圧リーク回収通路）にリーク通路９３を介して連通している。
【００５６】
このため、回収溝８８からシリンダ６７とプランジャ６９との間に沿って漏れる低圧のＤＭＥ燃料はシール室９２に至る。シール室９２内のＤＭＥ燃料は、リーク通路９３、パージ用中空スクリュー９０内の案内路９４および燃料切替え弁１９を順に介してパージタンク２０に回収される配管に連結されている。
【００５７】
図４はオイルシール９１を詳細に示す拡大縦断面図である。このオイルシール９１は、シリンダ６７の下端外周部に圧入された筒状の金属部９１ａを有す。
この金属部９１ａの下端内周縁部は、プランジャ６９を受容する挿通孔９１ｃを形成したゴム底部９１ｂが焼付け成型されている。この挿通孔９１ｃの内周縁部には、燃料シール用の上リップ部９５および潤滑油シール用の下リップ部９６とがプランジャ６９の外周面にそれぞれ弾接するように形成されている。
【００５８】
プランジャ６９の上下移動に伴いプランジャ６９に付着するＤＭＥ燃料や潤滑油は、それぞれ上リップ部９５および下リップ部９６により大部分が排除され、プランジャ６９は、残りのＤＭＥ燃料および潤滑油を付着したまま上リップ部９５および下リップ部９６を上下に往復摺動する。
【００５９】
上リップ部９５により排除されたＤＭＥ燃料は、シール室９２内に収容され、リーク通路９３およびパージ用中空スクリュー９０内の案内路９４を順に介してパージタンク２０に回収される。また、同様に下リップ部９６に排除された潤滑油は、タペット６５とハウジング６２の内壁との間に沿ってハウジング６２内のカム室６２ａに戻される。
【００６０】
このオイルシ−ル９１には、第１変形例として図６に示すように、金属部９１ａに抜止め構造を付加してもよい。
【００６１】
すなわち、シリンダ６７の下端部の外周面に環状の凹条部１１４を形成し、金属部９１ａの内周面に環状の突条部１１５を形成している。金属部９１ａをシリンダ６７の下端部に嵌め込む際に、突条部１１５を凹条部１１４に係合させて金属部９１ａの不用意な脱落を防止する。
【００６２】
この場合、シリンダ６７と金属部９１ａとの間には、Ｏ−リング１１６を設けて、金属部９１ａとシール室９２とを液密に封止している。
この構成によれば、金属部９１ａの圧入によるプランジャ６９の微変形を防止でき、プランジャ６９とシリンダ６７との隙間に寸法変動が生じなくなり、信頼性が向上する。
【００６３】
図７は第２変形例を示す。この第２変形例では回収溝８８の下方に第２の回収溝１１７を設けるとともに、オイルシール９１の上リップ部９５を省略したことである。
すなわち、シリンダ６７の内壁６７ａには、第２の回収溝１１７を回収溝８８の下方に位置するように形成している。この第２の回収溝１１７をリーク通路９３に連通させている。オイルシール９１では、ゴム底部９１ｂの上リップ部９５を省き、下リップ部９６のみを残している。
【００６４】
この構成によれば、低圧のＤＭＥ燃料を第２の回収溝１１７から回収するため、上リップ部９５が不要になる。上リップ部９５を省いたことにより、プランジャ６９に対する摺動は下リップ部９６のみとなり、プランジャ６９に対する摺動長さの短縮化を図ることができる。
【００６５】
図５は制御用電磁弁７７を詳細に示す拡大縦断面図である。
この制御用電磁弁７７は、主にソレノイド部９７と弁部９８とからなる。ソレノイド部９７は、互いに略同心的に配置されたコイル１０４およびコア９９、１０１を有し、コア９９とコア１０１との間に非磁性材１０２を挟持している。コア９９、１０１は、非磁性材であるソレノイドケース１００内に装着されている。これらコア９９、１０１は、非磁性材１０２に溶接により液密に溶着され、環状のビードからなる溶接部１０３（１０３ｂ、１０３ｃ）を形成している。
また、コア１０１は、ソレノイドケース１００に溶接されて溶接部１０３ａを形成している。これら溶接部１０３、１０３ａにより、制御用電磁弁７７に高剛性で耐圧性の密閉構造を実現し、コア９９とコア１０１との間に存するコイル１０４に高圧のＤＭＥ燃料が侵入することを防止している。
【００６６】
弁部９８は、ハウジング７８の下端内周部に液密に嵌合された弁ボデー１０５と弁ボデー１０５に形成された縦形の軸孔１０６内を上下移動可能に挿通されたニードル１０７を備えている。このニードル１０７の上端部は、アーマチャー１０８を嵌着し、下端部は径小部１０９を介してニードル弁１１０を形成している。
【００６７】
なお、弁ボデー１０５には、燃料ギャラリー８１とアーマチャー室１０５ａとを連通する圧抜き孔Ｈが形成されている。弁ボデー１０５の下端面には、ＤＭＥ燃料の通過を許容しながらニードル弁１１０の下限位置を規制するために、流出入孔を有する止め板Ｋが取り付けられている。
【００６８】
制御用電磁弁７７の通電時には、アーマチャー１０８とソレノイド部９７が磁気回路を形成して吸引力を生じる。この吸引力により、ニードル１０７が圧縮コイルスプリング１１１の付勢力に抗して開弁位置から上方に吸引移動する。このため、ニードル弁１１０がシート部１１２に密着して閉弁し、連通路８３を介する上部燃料ギャラリー８１とポンプ室８２との連通が遮断される。
【００６９】
なお、ＤＭＥ燃料の噴射にあたっては、圧力センサ２１および温度センサ２２により検知されたＤＭＥ燃料の物理的特性値、体積弾性率、密度などをマップを用いて検索する。そして、ディーゼル機関の要求する発熱量に応じたＤＭＥ燃料体積を算出し、噴射量、噴射時期ならびに高圧ポンプ４からの吐出量を決める圧送時期を設定し、コントロールユニットＥＣＵ２によりインジェクタ１および高圧ポンプ４に指令を発する。
【００７０】
つぎに、インジェクタ１の作動について説明する。
先ず高圧ポンプ４から生成された所定の噴射圧力がコモンレール５および高圧配管２３を介してインジェクタ１に供給される。コントロールユニットＥＣＵ２により、ディーゼル機関の運転状態に応じた駆動パルスをソレノイド部３３に供給してコイル５３に通電する。
コイル５３への通電により、励磁引力が生じてアーマチャー４９を第１コイルスプリング３１の付勢力に抗して上方に移動する。この時、コイル５３への通電保持電流（ＩＨ１）が小さく、Ｔｆ＜Ｅｆ＜Ｒｆの大小関係が成立すると、ニードル３０は第１リフトｈ１の位置で停止する。
【００７１】
但し、Ｅｆはコイル５３の励磁吸引力、
Ｔｆは第１コイルスプリング３１の初期設定荷重Ｆｓ１とニードル３０のシート部３０ａに作用する燃料圧の合計値、
Ｒｆは第１コイルスプリング３１の初期設定荷重Ｆｓ１と第１リフト×ばね定数ｋ１により発生する力と第２コイルスプリング３２の初期設定荷重Ｆｓ２との合力である。
【００７２】
第１リフトｈ１に伴い、ニードル３０のシート部３０ａがシート面４０を離れ噴孔５４を開いてＤＭＥ燃料を噴射する。この時、シート部３０ａとシート面４０との隙間面積は、噴孔５４の開口面積よりも小さいので、噴孔５４からの噴射率は低くなる。第１リフトｈ１を越えようとすると、ニードル３０に第２コイルスプリング３２の初期設定荷重Ｆｓ２が負荷されるため、ニードル３０は第１リフトｈ１に位置保持される。
【００７３】
さらに高い電流がコイル５３に供給されると、励磁吸引力が増してニードル３０は、第１リフトｈ１から上方移動を開始して最大リフト（ｈ１＋ｈ２）に達する。最大リフト（ｈ１＋ｈ２）に達したニードル３０は、プレート４８の下端面４８ａに当接して停止する。
この時、ニードル３０のシート部３０ａとノズルボデー３６のシート面４０との隙間は、十分広く拡開する。このため、噴孔５４の全開口面積からＤＭＥ燃料を噴射でき、高い噴射率の大量噴射が実現する。
【００７４】
所定時間が過ぎると、駆動パルスが止みコイル５３への通電が断たれる。このため、ニードル３０が下方移動してリフトｈ２だけ下降すると、ニードル３０には第２コイルスプリング３２による荷重が加わらなくなり、第１コイルスプリング３１の付勢力だけが及ぶ。このため、下降過程でニードル３０に加わる閉弁力は二段階的に減少し、シート部３０ａはシート面４０に減速しながら着座し、衝撃力および騒音が低減する。
【００７５】
なお、ニードル３０の開弁時には、その移動を第１リフトｈ１だけ、あるいは最大リフト（ｈ１＋ｈ２）までに設定したり、さらには第１リフトｈ１での時期を長くし、リフトｈ２に繋ぐといった段階的なリフト特性にすることも可能である。
また、ニードル３０の閉弁時には、第１リフトｈ１の期間を短縮するか省略してもよい。
これにより、燃焼初期のＤＭＥ燃料の噴射量を減少させて窒素酸化物および燃焼騒音を低下させ、終了段階での噴射が短時間で済み、黒煙の発生を抑えることができる。
【００７６】
また、ニードル３０の移動が第１リフトｈ１の時は、シート部３０ａとノズルボデー３６のシート面４０との間に狭い隙間を形成するため、低い噴射率で噴射が行なわれる。この低い噴射率により、ディーゼル機関の低中負荷領域運転で予混合燃焼が低減し、窒素酸化物および燃焼騒音を低下させることができる。
【００７７】
また、ニードル３０の移動が最大リフト（ｈ１＋ｈ２）の時は、高噴射率のＤＭＥ燃料噴霧が実現する。この高噴射率噴霧は、ディーゼル機関の高負荷高速領域運転で行われ、拡散燃焼が促されるため噴射期間の短縮化により、出力の向上が実現できる。
燃料の微粒化と短噴射期間の実現のために、噴孔の小径化と噴射圧の高圧化を必要とした従来と異なり、噴射率の制御が可能となり、噴射圧を抑えて噴射圧発生用の駆動トルクを低減させ、燃費の向上に寄与する。
【００７８】
つぎに、高圧ポンプの作用について図３ないし図５を参照しながら説明する。
図３において、カム軸６３のカム６４により駆動されるローラ６６がカム６４の基礎円（ベースサークル）上に存する場合は、プランジャ６９は下死点に位置し、制御用電磁弁７７は非通電状態にある。このため、ニードル１０７は、圧縮コイルスプリング１１１の付勢力により開弁位置に変位し、ニードル弁１１０がシート部１１２から離れた開弁状態にある。これにより、連通路８３を介して上部燃料ギャラリー８１とポンプ室８２とが連通される。
【００７９】
この状態では、フィードポンプにより加圧されたＤＭＥ燃料は、入口用中空スクリュー７１および燃料通路７３を介して燃料ギャラリー７０に充填されるとともに、シリンダ６７の側壁内に形成された導入通路１１３を介して上部燃料ギャラリー８１に充填される。上部燃料ギャラリー８１内のＤＭＥ燃料は、連通路８３、軸孔１０６内の径小部１０９、シート部１１２および止め板Ｋを順に介してポンプ室８２に充填される。
【００８０】
この時、コモンレール圧がＤＭＥ燃料のフィード圧よりも低いと（例えばディーゼル機関の始動時）、フィード圧が吐出弁８５の圧縮コイルスプリング８６の設定荷重とコモンレール圧の総和量に打ち勝つ。このフィード圧により、圧縮コイルスプリング８６の付勢力に抗して吐出弁８５を開弁し、ポンプ室８２内のＤＭＥ燃料を燃料通路８７を介してコモンレール５に充填する。
【００８１】
一方、ポンプ室８２内に充填されたＤＭＥ燃料は、カム軸６３の回転駆動に伴ってカム部６４ａがローラ６６を介してタペット６５を押し上げ、プランジャ６９を圧縮コイルスプリング６８の付勢力に抗して上方変位させ、ポンプ室８２の容積を縮小する方向に駆動する。
【００８２】
このため、ポンプ室８２内のＤＭＥ燃料は、制御用電磁弁７７におけるニードル１０７のシート部１１２、径小部１０９および連通路８３を介して上部燃料ギャラリー８１に排出される。
【００８３】
カム６４のリフト過程において、ディーゼル機関やフィードポンプの回転数およびアクセル開度などに応じて制御用電磁弁７７に通電されると、ソレノイド部９７とアーマチャー１０８とで形成される磁気回路に磁束が発生する。このため、ニードル１０７が圧縮コイルスプリング１１１の付勢力に抗して開弁位置から上方に吸引移動し、ニードル弁１１０がシート部１１２に密着して閉弁する。これにより、連通路８３を介する上部燃料ギャラリー８１とポンプ室８２との連通が遮断される。
【００８４】
さらに、カム軸６３の回転に伴ってカム部６４ａがリフトすると、プランジャ６９の上昇によりポンプ室８２の容積を一層縮小させる。
そして、ポンプ室８２の縮小容積とＤＭＥ燃料の体積弾性係数に基づいてポンプ室８２内の圧力が上昇する。
この過程で、ポンプ室８２内の圧力が、コモンレール圧と圧縮コイルスプリング８６の付勢力である設定開弁圧との総和を越すと、吐出弁８５が圧縮コイルスプリング８６に抗して開弁し、ＤＭＥ燃料をコモンレール５に圧送する。
【００８５】
シート部１１２がニードル弁１１０により閉じられてポンプ室８２の圧力が所定値以上に上昇した時に、制御用電磁弁７７のコイル１０４に対する通電が断たれる。
この際、ポンプ室８２内の燃料圧力は、圧縮コイルスプリング１１１によるニードル弁１１０の開弁力よりも優るため、ニードル弁１１０を押し上げて閉弁状態に保つ。
【００８６】
カム部６４ａが上死点に至ると、プランジャ６９のポンプ室８２に対する加圧は停止し、燃料圧力は低下し始める。カム部６４ａがリフト量を減らして下降し始めると、さらにポンプ室８２の圧力は低下する。
そして、コモンレール圧と圧縮コイルスプリング８６の付勢力により吐出弁８５は閉弁し、コモンレール５は密閉されてコモンレール圧は所定に維持される。
【００８７】
カム部６４ａの下降移動に伴ってポンプ室８２の圧力は低下し続ける。ポンプ室８２の圧力が、制御用電磁弁７７における圧縮コイルスプリング１１１の付勢力よりも低下すると、ニードル弁１１０が圧縮コイルスプリング１１１の付勢力により下降変位し、シート部１１２から離れて開弁する。
これにより、上部燃料ギャラリー８１からのＤＭＥ燃料が連通路８３、径小部１０９の軸孔１０６およびシート部１１２を順に介してポンプ室８２に再び充填される。カム軸６３の回転に伴ってカム部６４ａが下降して下死点に至ると、プランジャ６９の上下往復移動が完了して１サイクルが終了する。
【００８８】
一方、カム６４によりプランジャ６９が上下方向に駆動されるに伴い、オイルシール９１は、プランジャ６９の外表面に付着したＤＭＥ燃料および潤滑油を所定量以上は下方に通過させないように機能する。
【００８９】
すなわち、プランジャ６９が上昇して挿通孔９１ｃを通過する時は、下リップ部９６が所定厚みの潤滑油をプランジャ６９の外表面に残す。このため、プランジャ６９に付着する所定厚み以上の潤滑油は、下リップ部９６に掬い上げられてハウジング６２内のカム室６２ａに戻される。
【００９０】
また、プランジャ６９が下降して挿通孔６３ｃを通過する時は、上リップ部９５が所定厚みのＤＭＥ燃料をプランジャ６９の外表面に残す。このため、プランジャ６９に付着する所定厚み以上のＤＭＥ燃料は、上リップ部９５に掬い上げられてシール室９２に収容される。
【００９１】
プランジャ６９の外表面に残る所定厚みの潤滑油およびＤＭＥ燃料は、プランジャ６９と上下のリップ部９５、９６との潤滑に必要な量のみである。潤滑油およびＤＭＥ燃料の殆どが上下のリップ部９５、９６を通過しないように、上下のリップ部９５、９６は所定圧でプランジャ６９に弾接している。
シール室９２内に溜まったＤＭＥ燃料は、リーク通路９３、パージ用中空スクリュー９０の案内路９４を介してパージタンク２０に回収される。
【００９２】
このように、ポンプ室８２内の高圧のＤＭＥ燃料は、シール室９２内に直接漏れるのではなく、回収溝８８に一旦回収され、燃料ギャラリー７０に連通する回収路８９によりフィード圧に低下する。そして、回収溝８８内のＤＭＥ燃料は、プランジャ６９とシリンダ６７との間を伝わって流下してシール室９２に漏れるといったように、高圧から低圧へと二段階的に減圧して回収される。
【００９３】
このため、段階的な減圧過程でＤＭＥ燃料の気化量を減少させることができ、ＤＭＥ燃料の漏れ量が低減する。この漏れ量の低減により、ＤＭＥ燃料の適正な圧送量を維持して高圧ポンプを高効率なものとし、ディーゼル機関の燃費に対する出力を向上させることができる。
また、溶接部１０３により制御用電磁弁７７を高剛性で密閉化を図る構造にした。このため、高いフィード圧に耐えられる高圧ポンプ４の実現に繋がり、代燃料の物性値が低粘度、高蒸気圧化になり、高圧ポンプ４に高耐圧化を求める要望に対応することができる。
【００９４】
つぎに、代替燃料用の燃料供給システムの噴射系について説明する。
図８に示す噴射系制御用のメインルーチンにおいて、ステップＳ１でディーゼル機関の運転状態を各センサ（図示せず）の出力信号から読み取り、ステップＳ２で必要とされる噴射量ｑを求め、ステップＳ３で噴射時期Ｔ１を算出し、ステップＳ４でＤＭＥ燃料圧力を演算する。これにより、インジェクタ１および高圧ポンプ４などに制御信号およびエネルギーを出力する。
【００９５】
図９に示すインジェクタ１の制御用のルーチンにおいて、ステップＳ５でディーゼル機関の運転状態を各センサの信号から読み取り、ステップＳ６でディーゼル機関の回転数Ｎｅと負荷との二次元マップから基本噴射量ｑｂａｓｅおよび基本噴射時期Ｔｂａｓｅを読み取る。ステップＳ７で圧力センサ２１からのコモンレール５の圧力Ｐ、温度センサ２２からコモンレール５の温度Ｔをそれぞれ読み取る。
【００９６】
圧力と温度からＤＭＥ燃料の密度ρを求めるための二次元マップ（図１０）に基づき、ステップＳ８で基本噴射量ｑｂａｓｅに対して圧力Ｐおよび温度Ｔに応じた密度ρｉを読み取る。基本条件での密度ρｂａｓｅに読み取った密度ρｉによる燃料噴射量補正を行い、ステップＳ９でｑｉ＝ρｂａｓｅ※ｑｂａｓｅ／ρｉの関係式により必要な噴射量ｑｉを求める。
【００９７】
ステップＳ１０では、温度Ｔと圧力Ｐによる噴射時期補正量ΔＴｉを図１１の補正マップから読み取り、ステップＳ１１で噴射時期ＴｉをＴｉ＝Ｔｂａｓｅ＋ΔＴｉの関係式から算出する。
インジェクタ１から噴射が行われる際、コントロールユニットＥＣＵ２の指令に基づいて駆動パルスをＥＤＵ３から出力する。このため、ステップＳ１２では、ＥＤＵ３から出力に基づいて必要な時期Ｔｉに所要の噴射量ｑｉで噴射を行うように、インジェクタ１を制御してルーチンを終了する。
【００９８】
高圧ポンプ４に係る制御用のルーチンを示す図１２および図１３において、ステップＳ１３でディーゼル機関の運転状態を各センサの信号から読み取り、ステップＳ１４でインジェクタ１の基本噴射量ｑｂａｓｅを読み取り、ステップＳ１５で基本圧力Ｐｂａｓｅをディーゼル機関の回転数Ｎｅと基本噴射量ｑｂａｓｅとの二次元マップから読み取る。
【００９９】
ステップＳ１６で基本吐出量Ｑｂａｓｅを基本圧力Ｐｂａｓｅと体積弾性係数Ｅｂａｓｅとの二次元マップから読み取る。ステップＳ１７では、図１４の基本圧力Ｐｂａｓｅと温度との二次元マップからＤＭＥ燃料の体積弾性係数Ｅｉを読み取り、ステップＳ１８で吐出量ＱｉをＱｉ＝Ｑｂａｓｅ※Ｅｂａｓｅ／Ｅｉの関係式により算出する。但し、Ｅｂａｓｅは、ＤＭＥ燃料が基本状態での体積弾性係数を示す。
【０１００】
ステップＳ１９で高圧ポンプ４の制御用電磁弁７７に通電するための基本時期Ｔｆｂａｓｅを算出する。ステップＳ２０では、圧力センサ２１からの実圧力Ｐ１とステップＳ１５で読み取った基本圧力Ｐｂａｓｅとを比較し、実圧力Ｐ１が基本圧力Ｐｂａｓｅよりも大きいか同等であれば、ステップＳ２１に移行して駆動信号を出力することなくルーチンを終了する。
【０１０１】
また、実圧力Ｐ１が基本圧力Ｐｂａｓｅよりも小さければ、ステップＳ２２に移行し、これらの間の差（Ｐｂａｓｅ−Ｐ）に所定の係数Ｃｐｆを乗じて得られた補正時間ＴｆｂをＴｆｂ＝Ｃｐｆ（Ｐｂａｓｅ−Ｐ）の関係式から演算する。この補正時間ＴｆｂをステップＳ２３で基本時期Ｔｆｂａｓｅに加え、制御用電磁弁７７への最終通電時期ＴｂをＴｂ＝Ｔｆｂａｓｅ＋Ｔｆｂの関係式により算出し、ステップＳ２４で制御出力を高圧ポンプ４に供給してルーチンを終了する。
【０１０２】
ディーゼル機関の始動時、ＤＭＥ燃料の圧力制御を行うルーチンを示す図１５ないし図１７において、ステップＳ２５でディーゼル機関の運転状態を各センサの信号から読み取り、始動状態にあることを判別し、ステップＳ２６でＤＭＥ燃料圧力Ｐおよび温度Ｔｃを読み取る。ステップＳ２７でＤＭＥ燃料の蒸気圧Ｐｖを温度Ｔｃと蒸気圧Ｐｖとの二次元マップから読み取る。図１６のステップＳ２８では、ＤＭＥ燃料圧力Ｐと蒸気圧Ｐｖとを比較し、Ｐ≦Ｐｖの関係が成立しないときは、ステップＳ２９に移行し、高圧フィードポンプ８に通電し、フィード圧によりＤＭＥ燃料を高圧ポンプ４に送る。
【０１０３】
図１７のステップＳ３０では、ＰＣＶと付記した制御用電磁弁７７をデューティ制御により通断電し、高圧ポンプ４の最大圧送量を制御する。ステップＳ３１でディーゼル機関の回転数Ｎｅが始動時限界回転数Ｎｅｓｔａｒｔより高いかを判定し、高い時は、ステップＳ３２で気筒判別信号Ｇを読み取り、回転角度信号Ｎｐを計数する。ついで、ステップＳ３３で制御用電磁弁７７の通常制御を図１２のフローチャートに示すように行う。
【０１０４】
また、ステップＳ３１でディーゼル機関の回転数Ｎｅが始動時限界回転数Ｎｅｓｔａｒｔ以下と判定された時は、Ｓ３４に移行してＤＭＥ燃料圧力Ｐが始動時設定圧力Ｐｃｓｔａｒｔ以上か（Ｐ≧Ｐｃｓｔａｒｔ）を判定する。Ｐ＜Ｐｃｓｔａｒｔの不等式が成立する時は、ステップＳ３０に戻ってデューティ制御を継続する。Ｐ≧Ｐｃｓｔａｒｔの不等式が成り立つ場合は、ステップＳ３２に移行してステップＳ３３で通常制御を行う。
【０１０５】
ステップＳ２８でＤＭＥ燃料圧力Ｐが蒸気圧Ｐｖ以下（Ｐ≦Ｐｖ）と判定された場合は、ステップＳ３５に移行してパージ制御を行い、ステップＳ３６でプレッシャリミッタ２４を開弁してコモンレール５内の残留気体を解放するとともに、ステップＳ３７で燃料切替え弁１８が切替わり最終戻り配管２６と燃料タンク７とが連通した通常の状態にする。
【０１０６】
ステップＳ３８では、高圧フィードポンプ８を駆動してＤＭＥ燃料を高圧ポンプ４に送るとともに、高圧フィードポンプ８の駆動時間ｔｆの計時を開始する。
この時、制御用電磁弁７７はニードル弁１１０を開弁状態にしており、ＤＭＥ燃料がフィード圧により高圧ポンプ４のポンプ室８２から燃料通路８７を介して吐出弁８５に至る。
ここで、ＤＭＥ燃料が吐出弁８５を圧縮コイルスプリング８６に抗して押し開け、コモンレール５を充填しながら冷却し、プレッシャリミッタ２４から流出して戻り配管２５の経路で燃料タンク７に戻る。
【０１０７】
ステップＳ３９では、コモンレール５内のＤＭＥ燃料の温度Ｔｃを計測し、ステップＳ４０でＤＭＥ燃料の蒸気圧Ｐｖを再び読み取る。フィード圧Ｐｆと蒸気圧Ｐｖとの大小関係をステップＳ４１で判別する。
フィード圧Ｐｆが蒸気圧Ｐｖ以上であれば、ステップＳ４２に移行し、プレッシャリミッタ２４への通電を断って閉弁する。プレッシャリミッタ２４の閉弁後は、ステップＳ３０に移行して制御用電磁弁７７のデューティ制御を行う。
【０１０８】
ステップＳ４１でフィード圧Ｐｆが蒸気圧Ｐｖより低いと判別された場合は、ステップＳ４３に移行し、高圧フィードポンプ８の駆動時間ｔｆが所定時間ｔｆｌｉｍｉｔより長いかを判別する。駆動時間ｔｆが所定時間ｔｆｌｉｍｉｔより長い場合は、ステップＳ４２に移行してプレッシャリミッタ２４を閉弁する。
また、駆動時間ｔｆが所定時間ｔｆｌｉｍｉｔ以下の場合は、ステップＳ３５に戻ってパージ制御を続行する。
【０１０９】
ＤＭＥ燃料の停止制御のルーチンを示す図１８において、ステップＳ４４でディーゼル機関の運転状態を各センサの出力信号から取り込み、ステップＳ４５でコモンレール圧Ｐｃと温度Ｔｃとを読み取り、ステップＳ４６で温度Ｔｃがコモンレール限界温度Ｔｃｌｉｍｉｔより高い場合は、ステップＳ４７でプレッシャリミッタ２４を開弁する。ステップＳ４８で燃料切替え弁１８を作動させ、最終戻り通路２６がパージタンク２０と連通するように切り換える。
【０１１０】
ステップＳ４９でパージタンク２０内の圧力Ｐｐｔを読み取り、ステップＳ５０で蒸気圧Ｐｖとの大小関係を判別する。圧力Ｐｐｔが蒸気圧Ｐｖ以上であれば、ステップＳ５１に移行してコンプレッサ２７を駆動し、パージタンク２０内のＤＭＥ燃料を燃料タンク７に圧送する。そして、ステップＳ４９に移行してパージタンク２０内の圧力Ｐｐｔを再び読み取る。ステップＳ５０で圧力Ｐｐｔが蒸気圧Ｐｖよりも低ければ、ステップＳ５２に移行してコンプレッサ２７の運転を停止するとともに、プレッシャリミッタ２４を閉弁する。
【０１１１】
そして、ステップＳ５３に移行し、燃料切替え弁１８を作動させて最終戻り配管２６が燃料タンク７に連通するように切り替える。
一方、ステップＳ４６でコモンレール温度Ｔｃがコモンレール限界温度Ｔｃｌｉｍｉｔ以下の場合は、ステップＳ５４に移行し、コモンレール圧Ｐｃと所定の限界圧Ｐｃｌｉｍｉｔとを比較し、その大小関係を判別する。コモンレール圧Ｐｃが限界圧Ｐｃｌｉｍｉｔよりも高ければ、ステップＳ４７に移行してプレッシャリミッタ２４を開弁する。また、コモンレール圧Ｐｃが限界圧Ｐｃｌｉｍｉｔ以下であれば、ステップＳ５３に移行し、燃料切替え弁１８を燃料タンク７に切り替えてルーチンを終了する。
【０１１２】
つぎに、燃料切替え弁１８の制御ルーチン（ディーゼル機関の停止状態を除く）を示す図１９において、ステップＳ５５でディーゼル機関の運転状態を各センサの出力信号から取り込む。ステップＳ５６でプレッシャリミッタ２４の開閉状態を読み取り、ステップＳ５７でプレッシャリミッタ２４の開閉状態を判別する。
プレッシャリミッタ２４が開弁状態であれば、ステップＳ５８に移行して燃料切替え弁１８を作動させ、最終戻り配管２６がパージタンク２０に連通するように切り替え、ステップＳ５９でコンプレッサ２７を駆動する。
【０１１３】
ステップＳ５７でプレッシャリミッタ２４が閉弁状態と判別された場合は、ステップＳ６０に移行し、パージタンク２０内の圧力Ｐｐｔと蒸気圧Ｐｖとの大小関係を判別する。パージタンク２０の圧力Ｐｐｔが蒸気圧Ｐｖよりも高ければ、ステップＳ５９に移行してコンプレッサ２７の運転を続行する。
また、パージタンク２０の圧力Ｐｐｔが蒸気圧Ｐｖ以下であれば、ステップＳ６１に移行してコンプレッサ２７の運転を停止する。ついで、ステップＳ６２に移行し、燃料切替え弁１８を燃料タンク７側に切り替えて制御ルーチンを終了する。
【０１１４】
つぎに、燃料切替え弁１９の制御ルーチンを示す図２０において、ステップＳ６３でディーゼル機関の運転状態を各センサの出力信号から取り込む。ステップＳ６４でパージタンク２０内の圧力Ｐｐｔを読み取り、ステップＳ６５でディーゼル機関がアイドル状態かを判別する。アイドル状態の時は、ステップＳ６６に移行して燃料切替え弁１９をパージタンク２０へと切り替え、ステップＳ６７でパージタンク２０内の圧力Ｐｐｔと蒸気圧Ｐｖとの大小関係を判別する。
【０１１５】
パージタンク２０内の圧力Ｐｐｔが蒸気圧Ｐｖよりも高ければ、ステップＳ６８に移行してコンプレッサ２７を運転し、ステップＳ６４に戻って圧力Ｐｐｔを再び読み取る。ステップＳ６７でパージタンク２０内の圧力Ｐｐｔが蒸気圧Ｐｖ以下と判別された時は、ステップＳ７１に移行してコンプレッサ２７の運転を停止する。
【０１１６】
また、ステップＳ６５でディーゼル機関がアイドル状態でないと判別された時は、ステップＳ６９に移行してディーゼル機関が停止しているかを判定する。ディーゼル機関が停止と判定された場合は、ステップＳ６６に移行して燃料切替え弁１９をパージタンク２０へと切り替える。ディーゼル機関が停止していないと判定された場合は、ステップＳ７０に移行して燃料切替え弁１９をディーゼル機関の吸気管５９に解放し、ステップＳ７１でコンプレッサ２７の停止を確認して制御ルーチンを終了する。
【０１１７】
ステップＳ７０での燃料切替え弁１９によりディーゼル機関の吸気管５９に解放するため、高圧ポンプ４から漏れ出したＤＭＥ燃料吸気管は吸気管に供給される。この時、ディーゼル機関の排気側に設けた空気濃度センサ（図示せず）が作動する。このため、空気濃度センサからの出力信号がコントロールユニットＥＣＵ２に送られ、インジェクタ１の噴射量が運転状態に応じた適正な所要値となるように制御される。
【０１１８】
なお、上記の構成でパージタンク２０およびコンプレッサ２７を省略することも可能である。この場合は、燃料切替え弁１８が不要になって、もう一つの燃料切替え弁１９により燃料タンク７と吸気管５９へとの連通を切り替える。
【０１１９】
このように本発明では、ジメチルエーテルといった気化し易い高蒸気圧で、温度および圧力により物性値が大きく変化するＤＭＥ燃料をディーゼル機関の運転状態に応じて適正な噴射性能を呈するように制御することができる。
ディーゼル機関の始動時および停止時に問題となる気化状態のＤＭＥ燃料の漏れ処理を液化状態で回収することにより、ディーゼル機関の実現と安全な運転を保つことができる。
【０１２０】
また、気化性の高いＤＭＥ燃料を適正に制御して噴射することにより、ＤＭＥ燃料の実用化を図ることができる。このため、ディーゼル機関の排気ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＨおよび黒煙の大幅な低減化が可能になるとともに、発生する騒音を抑制できる。
また、主噴射を早期噴射に分割することにより、主噴射燃焼からＮＯｘの発生が多い濃度となる混合気の噴射を避けることができる。
さらには、早期噴射燃焼で未消費の燃焼室内空気を主噴射燃焼で利用するため、ディーゼル機関の燃費に対する出力が一層向上する。
【０１２１】
（変形例）
なお、上記実施例では、回収溝８８および第２の回収溝１１７は環状に形成したが、これらの回収溝は数条の螺旋形に形成してもよい。
また、第２変形例におけるリーク通路９３の下端部を二分岐させて、この一方を第２の回収溝１１７に連結し、他方をシール室９２に臨ませるようにしてもよい。
その他、具体的な実施にあたっては、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る代替燃料用の燃料供給システムの概略図である。
【図２】インジェクタの拡大縦断面図である。
【図３】高圧ポンプの拡大縦断面図である。
【図４】オイルシールを詳細に示す拡大縦断面図である。
【図５】制御用電磁弁の拡大縦断面図である。
【図６】オイルシールの第１変形例を示す拡大縦断面図である。
【図７】オイルシールの第２変形例を示す拡大縦断面図である。
【図８】燃料供給システム制御用メインルーチン図である。
【図９】インジェクタ制御用のルーチン図である。
【図１０】ＤＭＥ燃料の圧力と温度から密度を求めるための二次元マップである。
【図１１】ＤＭＥ燃料の圧力と温度から噴射時期補正量を求めるための二次元マップである。
【図１２】高圧ポンプ制御用のルーチン図である。
【図１３】図１２に続く高圧ポンプ制御用のルーチン図である。
【図１４】ＤＭＥ燃料の圧力と温度から体積弾性係数を求めるための二次元マップである。
【図１５】ディーゼル機関の始動時にＤＭＥ燃料の圧力制御を行うルーチン図である。
【図１６】ディーゼル機関の始動時にＤＭＥ燃料の圧力制御を行うルーチン図で、図１５からの続きである。
【図１７】ディーゼル機関の始動時にＤＭＥ燃料の圧力制御を行うルーチン図で、図１６からの続きである。
【図１８】ディーゼル機関の停止時にＤＭＥ燃料の圧力制御を行うルーチン図である。
【図１９】燃料切替え弁制御用のルーチン図である。
【図２０】他の燃料切替え弁制御用のルーチン図である。
【符号の説明】
１インジェクタ
４高圧ポンプ
５コモンレール
７燃料タンク
８高圧フィードポンプ（フィードポンプ）
９調圧弁
１６調整弁
１０燃料配管
１１安全弁
１２、２９燃料クーラ
１３燃料フィルタ
１４吐出弁
１７、２５戻り配管（戻り燃料回路）
１８、１９燃料切替え弁
２０パージタンク
２１圧力センサ
２２温度センサ
２３高圧配管
２４プレッシャリミッタ
２６最終戻り配管（戻り燃料回路）
２７コンプレッサ（加圧手段）
３０ニードル
５９吸気管
６７シリンダ
６７ａ内壁
６８圧縮コイルスプリング
６９プランジャ
７０燃料ギャラリー（フィード回路）
７１入口用中空スクリュー
７２出口用中空スクリュー
７３、８７燃料通路
７４調圧弁
７５コイルスプリング
７７制御用電磁弁
７８ハウジング
８１上部燃料ギャラリー
８２ポンプ室
８５吐出弁
８８回収溝（高圧リーク回収通路）
８９回収路
９１オイルシール
９２シール室
９３リーク通路（回収手段）
９５上リップ部
９６下リップ部
９７ソレノイド部
９８弁部
９９〜１１１コア
１０２非磁性材
１０３溶接部
１０５弁ボデー
１１０ニードル弁（弁部）
１１１圧縮コイルスプリング（スプリング）
１１３導入通路
１１７第２の回収溝（高圧リーク回収通路）

Claims

気化し易い燃料の蒸気圧以上に高圧な燃料を貯留する燃料タンクからフィードポンプ、燃料クーラおよび燃料フィルタを介して連結された高圧ポンプと、
この高圧ポンプからの高圧の燃料を蓄えてインジェクタに圧送するコモンレールと、
前記コモンレールに取り付けられ、該コモンレール内の最大圧を設定するプレッシャリミッタと、
このプレッシャリミッタから解放された燃料、前記高圧ポンプからの漏れ燃料および冷却燃料を前記燃料タンクに回収する戻り燃料回路と、
この戻り燃料回路に順に設けられた燃料切替え弁、パージタンク、コンプレッサおよび前記燃料クーラとを備える代替燃料用の燃料供給システムであって、
前記高圧ポンプは、
前記フィードポンプからの燃料をフィード圧により燃料ギャラリーを介して受けるポンプ室と、
シリンダ内を往復することにより前記ポンプ室内の燃料を押圧し、吐出弁および前記インジェクタを介して内燃機関に噴射するプランジャと、
前記プランジャの往復移動に伴い、前記ポンプ室から前記シリンダと前記プランジャとの隙間を介して漏れる燃料を回収するために設けた高圧リーク回収通路および低圧リーク回収通路とを備え、
前記燃料ギャラリーには、スプリングにより閉鎖方向に付勢された調圧弁が設けられ、前記スプリングに抗して前記調圧弁を開弁して燃料を解放する際、燃料の蒸気圧による背圧が前記調圧弁に閉弁方向に付加されるようになっていることを特徴とする代替燃料用の燃料供給システム。
気化し易い燃料の蒸気圧以上に高圧な燃料を貯留する燃料タンクからフィードポンプ、燃料クーラおよび燃料フィルタを介して連結された高圧ポンプと、
この高圧ポンプからの高圧の燃料を蓄えてインジェクタに圧送するコモンレールと、
前記コモンレールに取り付けられ、該コモンレール内の最大圧を設定するプレッシャリミッタと、
このプレッシャリミッタから解放された燃料、前記高圧ポンプからの漏れ燃料および冷却燃料を前記燃料タンクに回収する戻り燃料回路と、
この戻り燃料回路に順に設けられた燃料切替え弁、パージタンク、コンプレッサおよび前記燃料クーラとを備える代替燃料用の燃料供給システムであって、
前記燃料切替え弁は、前記高圧ポンプおよび前記プレッシャリミッタから戻る燃料が気体の時は、前記パージタンクに送り、その燃料が液体の時は前記燃料タンクに戻す三方向弁を構成することを特徴とする代替燃料用の燃料供給システム。
気化し易い燃料の蒸気圧以上に高圧な燃料を貯留する燃料タンクからフィードポンプ、燃料クーラおよび燃料フィルタを介して連結された高圧ポンプと、
この高圧ポンプからの高圧の燃料を蓄えてインジェクタに圧送するコモンレールと、
前記コモンレールに取り付けられ、該コモンレール内の最大圧を設定するプレッシャリミッタと、
このプレッシャリミッタから解放された燃料、前記高圧ポンプからの漏れ燃料および冷却燃料を前記燃料タンクに回収する戻り燃料回路と、
この戻り燃料回路に順に設けられた燃料切替え弁、パージタンク、コンプレッサおよび前記燃料クーラとを備える代替燃料用の燃料供給システムであって、
前記コンプレッサは、前記パージタンクに蓄えられた気化状態の燃料を加圧し、この燃料を前記燃料クーラを介して液化して前記燃料タンクに戻すことを特徴とする代替燃料用の燃料供給システム。
気化し易い燃料の蒸気圧以上に高圧な燃料を貯留する燃料タンクからフィードポンプ、燃料クーラおよび燃料フィルタを介して連結された高圧ポンプと、
この高圧ポンプからの高圧の燃料を蓄えてインジェクタに圧送するコモンレールと、
前記コモンレールに取り付けられ、該コモンレール内の最大圧を設定するプレッシャリミッタと、
このプレッシャリミッタから解放された燃料、前記高圧ポンプからの漏れ燃料および冷却燃料を前記燃料タンクに回収する戻り燃料回路と、
この戻り燃料回路に順に設けられた燃料切替え弁、パージタンク、コンプレッサおよび前記燃料クーラとを備える代替燃料用の燃料供給システムであって、
前記高圧ポンプは、前記フィードポンプのフィード圧と前記燃料タンク内の蒸気圧を加えた圧力以下で開弁する吐出弁を有し、内燃機関の始動時に、気化燃料が前記吐出弁から前記コモンレール、前記プレッシャリミッタ、前記燃料切替え弁および前記パージタンクを介して液化されて前記燃料タンクに掃気されることを特徴とする代替燃料用の燃料供給システム。
前記コンプレッサは、前記パージタンクに蓄えられた気化状態の燃料を加圧し、この燃料を前記燃料クーラを介して液化して前記燃料タンクに戻すことを特徴とする請求項２に記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記高圧ポンプは、前記フィードポンプのフィード圧と前記燃料タンク内の蒸気圧を加えた圧力以下で開弁する吐出弁を有し、内燃機関の始動時に、気化燃料が前記吐出弁から前記コモンレール、前記プレッシャリミッタ、前記燃料切替え弁および前記パージタンクを介して液化されて前記燃料タンクに掃気されることを特徴とする請求項２または請求項３または請求項５に記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記高圧ポンプは、前記フィードポンプからの燃料をフィード圧により燃料ギャラリーを介して受けるポンプ室と、シリンダ内を往復することにより前記ポンプ室内の燃料を押圧し、吐出弁および前記インジェクタを介して内燃機関に噴射するプランジャと、前記プランジャの往復移動に伴い、前記ポンプ室から前記シリンダと前記プランジャとの隙間を介して漏れる燃料を回収するために設けた高圧リーク回収通路および低圧リーク回収通路とを備えたことを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記燃料ギャラリーには、スプリングにより閉鎖方向に付勢された調圧弁が設けられ、前記スプリングに抗して前記調圧弁を開弁して燃料を解放する際、燃料の蒸気圧による背圧が前記調圧弁に閉弁方向に付加されるようになっていることを特徴とする請求項７に記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記高圧リーク回収通路は前記燃料ギャラリーに連通するフィード回路を介し、前記低圧リーク回収通路は前記プランジャの下方に設けられたシール室を臨んでいることを特徴とする請求項１または請求項７または請求項８に記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記低圧リーク回収通路を流れる燃料は、前記シリンダに沿う回収手段を介して回収されるようになっていることを特徴とする請求項１または請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記回収手段は、前記シリンダの側壁内に形成したリーク通路であることを特徴とする請求項１０に記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記シリンダの上端部には、前記ポンプ室に連通し、このポンプ室と前記燃料ギャラリーとの間に設けられた開閉用の弁部を備え、
この弁部の開閉により前記吐出弁からの燃料の吐出量を調節するように液密に取り付けられた制御用電磁弁の弁ボデーが設けられ、
この制御用電磁弁の内部に非磁性材を挟んで略同心的に配置された複数のコアが溶接により液密に剛性接続されていることを特徴とする請求項１または請求項７ないし１１のいずれかに記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記吐出弁は、前記フィード圧よりも低い圧力で開弁するように設定されていることを特徴とする請求項１または請求項７ないし請求項１２のいずれかに記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記プレッシャリミッタは、前記コモンレールの最大圧を設定し、かつ電磁弁の弁開閉により液密状態で制御されることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の代替燃料用の燃料供給システム。
前記フィードポンプは、燃料の蒸気圧に維持された前記燃料タンク内に設けられ、該フィードポンプのフィード圧には、燃料の蒸気圧が加わることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の代替燃料用の燃料供給システム。
体積弾性係数および密度が圧力および温度により変化する燃料に対する圧力センサおよび温度センサを有し、前記高圧ポンプからの燃料の吐出量に温度および圧力による補正を加え、前記コモンレールに蓄える燃料の圧力を所定値に制御するとともに、前記インジェクタからの燃料噴射量を内燃機関の運転条件に応じて所定値に制御することを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の代替燃料用の燃料供給システム。