JP4401004B2 - エンジンの液化ガス燃料供給装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は液化ガス燃料タンクから取り出された燃料をエンジンに供給する装置に関し、詳しくは液化ガス燃料タンク内の液化ガスの温度及び圧力を制御するエンジンの液化ガス燃料供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液化ガス燃料タンクから取り出された燃料をエンジンへ供給する方法として、実開昭61−138860号公報に開示されているように、液化ガス燃料タンクから取り出された液相部分の燃料を、燃料ポンプで加圧して噴射弁よりエンジンの吸気管路に噴射し、吸入空気と混合してこの混合気をエンジンに供給すると共に、余剰燃料の一部を戻して配管を介して液化ガス燃料タンク内の気相側に戻すことにより、タンク内の液化ガスの温度上昇を抑えるものがある(以下これを従来技術1と呼ぶ)。
【0003】
一方、上記の燃料ポンプや戻し配管を除去したものとして、特開平11−257159号公報に開示されているように、液化ガス燃料タンク内の液相部分の燃料を取り出す通常の液相配管に加え、気相部分の燃料を取り出す気相配管を別に設け、エンジン冷却水の温度が設定温度よりも低い場合には気相部分の燃料を取り出し、逆に設定温度よりも高い場合には液相部分の燃料を取り出し、圧力レギュレータにより調圧してから、噴射弁よりエンジンの吸気管路に噴射して吸入空気と混合し、この混合気をエンジンに供給するものがある(以下これを従来技術2と呼ぶ)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
車両に搭載される液化ガス燃料タンクは、エンジンの放射熱や直射日光等により加熱されてタンク内の液化ガス温度が上昇し、それに伴ってタンク内の蒸気圧は急激に上昇するが、このような場合には、外部からタンク内に液化ガス燃料の補給が難しくなると共に、安全上からも好ましくないという問題がある。
【0005】
ここで、上記の従来技術1では、噴射される液化ガス燃料のうち、余剰燃料の一部を戻し管を介して液化ガス燃料タンク内の気相側に戻すことにより、タンク内の温度上昇を抑えるように構成されているが、上記の余剰燃料はエンジンからの熱を吸熱して昇温した状態で戻されてくるので、タンク内の気相部での気化が少なく、タンク内の液化ガスの温度上昇を抑える効果は小さい。
【0006】
一方、従来技術2の場合は、液化ガス燃料タンク内の気相部分の燃料を取り出してエンジン側に供給する気相配管が追加して設けられているが、タンク内の気相部分の燃料の取り出しは、エンジンの低温始動性向上のために、エンジン冷却水の温度が設定温度より低い場合に行われ、エンジン冷却水の温度が設定温度より高い場合には、タンク内の液相部分の燃料の取り出しが行われる構成となっているので、タンク内の液化ガスの温度上昇を抑える機能を有していない。
【0007】
本発明の目的は、液化ガス燃料タンク内の液化ガスの温度を所要範囲に制御して、タンク内の気相部の圧力を所要範囲に制御することにより、外部からタンク内に液化ガス燃料の補給を容易にすると共に、安全性の向上を図ったエンジンの液化ガス燃料供給装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1記載の発明は、液化ガス燃料タンクより取り出される燃料をエンジンの吸気管路に供給するエンジンの液化ガス燃料供給装置において、
前記液化ガス燃料タンク内の液相部温度を検出する温度センサを有し、
該温度センサの検出温度が設定温度以下では前記液化ガス燃料タンク内から液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給し、
該温度センサの検出温度が前記設定温度以上では前記液化ガス燃料タンク内から前記液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することに加えて、前記液化ガス燃料タンク内から気相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することを特徴とするものである。
【0009】
この発明によれば、液化ガス燃料タンク内の液相部温度が設定温度より低い場合は、タンク内より液相部分の燃料のみが取り出されてエンジン側へ供給されるので、タンク内の液化ガスの温度変化は本来は小さい。しかし、エンジン放射熱や直射日光或いは燃料ポンプ作動熱等により加熱され、タンク内の液相部温度が設定温度以上になった場合は、前記液相部分の燃料の取り出しに加え気相部分の燃料がタンク内より取り出されてエンジン側へ供給されるので、タンク内の液相部分の燃料が次々に気化していくが、液相部分の燃料の気化によって蒸発潜熱が奪われるので、タンク内の液化ガス温度は低下していく。
【0010】
液化ガス温度の低下により、タンク内の液相部温度が設定温度以下になった場合は、気相部分の燃料のタンク内よりの取り出しは停止するので、タンク内の液相部温度は設定温度以下で本来は落ち着くが、上記の諸原因により加熱されて設定温度以上になった場合は、再びタンク内の気相部分の燃料が取り出されて上記の経過を辿るので、タンク内の液化ガスの温度は所要の範囲に制御されると共に、液化ガスの過昇温に伴うタンク内の蒸気圧の異常上昇は抑えられる。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記設定温度は外気温度に連動していることを特徴とする。
【0012】
外気温の高低によりタンク内の温度も高低に変化する。そのため、この発明のように、制御の基準となる設定温度を外気温度と連動させることにより、タンク内への液化ガスの補給が外気温度の変動によって影響を受けなくなる。
【0013】
請求項3記載の発明は、液化ガス燃料タンクより取り出される燃料をエンジンの吸気管路に供給するエンジンの液化ガス燃料供給装置において、
前記液化ガス燃料タンク内の気相部圧力を検出する圧力センサを有し、
該圧力センサの検出圧力が設定圧力以下では前記液化ガス燃料タンク内から液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給し、
該圧力センサの検出圧力が前記設定圧力以上では前記液化ガス燃料タンク内から前記液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することに加えて、前記液化ガス燃料タンク内から気相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することを特徴とするものである。
【0014】
この発明は、前記請求項1記載の温度センサに代えてタンク内の気相部圧力を検出する圧力センサを用いたもので、設定圧力を前記請求項1記載の発明における設定温度に相当したタンク内の気相部圧力に設定することにより、前記請求項1と同様の作用、効果が得られる。
【0015】
請求項4記載の発明は、前記請求項3記載の発明において、前記設定圧力は外気温度に連動していることを特徴とする。
【0016】
外気温の高低によりタンク内の圧力も高低に変化する。そのため、制御の基準となる設定圧力を外気温と連動することにより、この発明においても前記請求項2の発明と同様に、タンク内への液化ガスの補給が外気温度の変動によって影響を受けなくなる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明を図1乃至図4に示す実施例に基づいて説明する。
【0018】
図1は燃料ポンプで液化ガス燃料を圧送供給する方式の第1実施例を示すもので、1は液化ガス燃料タンク(以下、単にタンクと略す)であり、該タンク1内の液相部Lの燃料を取り出す液相配管10が設けられている。この液相配管10には、タンク1内の液相部Lの燃料を液相配管10内へ圧送する燃料ポンプ12と、液相部Lの燃料の供給路を開閉する電磁式の液相開閉弁11と、エンジン30の吸気管31に設置されたサージタンク34の下流側に位置して燃料ポンプ12から圧送される液相部Lの燃料を噴射する液相燃料噴射弁13が、上流側から下流側へ順次配設されている。
【0019】
14は圧力レギュレータで、液相燃料噴射弁13部における燃料を一定の圧力に調圧するもので、この調圧により、液相配管10内の余剰燃料は戻し配管15を通り、逆流を防止する逆止弁16を経てタンク1内の液相部Lに戻される構成となっている。
一方、タンク1には、該タンク1の気相部Gに開口して気相部Gの燃料を取り出す気相配管20が設けられており、該気相配管20には、気相部Gの燃料の供給路を開閉制御する電磁式の気相開閉弁(制御手段)21と、吸気管31に設置されたサージタンク34の上流側に、気相燃料を供給する気相燃料噴射弁22が設けられた構成となっている。なお、32はエンジン30の排気管、33は吸気管31の吸入口に取り付けられるエアクリーナ、35はスロットルバルブである。
【0020】
ここで、本発明では、タンク1内に、その液相部Lの温度を検出する温度センサ(以下、液温センサと呼ぶ)2が取り付けられており、車両側には外気温度を検出する温度センサ(以下、外気温センサと呼ぶ)3が取り付けられていて、液温センサ2と外気温センサ3の各検出温度は制御手段であるコンピュータ5に入力される。
【0021】
なお、図示しないエンジン冷却水温度を検出する水温センサ、吸気管内圧力を検出する圧力センサ及び排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ等による各検出信号は、コンピュータ5に入力され、これ等の各検出信号に基づいて前記の液相燃料噴射弁13と前記の気相燃料噴射弁22の各噴射量がコンピュータ5により制御される。
【0022】
本発明では、後述の設定温度に対して液温センサ2の検出温度が低い場合には、気相開閉弁21は閉じて液相開閉弁11が開いており、液温センサ2の検出温度が高い場合には、液相開閉弁11と気相開閉弁21が共に開くようになっていて、液相開閉弁11はエンジン30の駆動が停止した場合に閉じるようになっている。
【0023】
図2は液化ガス燃料の供給を燃料ポンプを用いないで自力供給する方式の第2実施例を示すもので、前記の第1実施例に対して構成上の異なる点は、液相配管10には前記の燃料ポンプ12と液相燃料噴射弁13が無く、タンク1より供給される液相燃料は気化器17で気化され、吸気管31内に供給されるようになっている。また、戻し配管15が無いので、戻し配管15に設けられていた圧力レギュレータ14と逆止弁16も無く、更に吸気管31に設けられていたサージタンク34も無い。
【0024】
但し、本発明の特徴であるタンク1内の気相部Gの燃料を取り出し、吸気管31内に気相燃料噴射弁22より噴射する構成と、タンク1内の液相部Lの温度を検出する液温センサ2の検出温度を設定温度と比較し、コンピュータ5により気相開閉弁21の開閉を行う制御手段は、第1実施例の場合と同じである。
図3は燃料ポンプで液化ガス燃料を圧送供給する方式の第1実施例の構成において、タンク1内の液相部Lの温度を検出する液温センサ2に代えて、タンク1内の気相部Gの圧力を検出する圧力センサ4を設けたものであり、後述の設定圧力に対して圧力センサ4の検出圧力が低い場合には、気相開閉弁21は閉じて液相開閉弁11が開いており、圧力センサ4の検出圧力が高い場合には、液相開閉弁11と気相開閉弁21が共に開くようになっており、その他の構成は第1実施例の場合と同じである。
【0025】
上記の第3実施例におけるタンク1内の気相部Gの圧力を検出する圧力センサ4の検出圧力を設定圧力と比較し、気相開閉弁21の開閉を行う制御は、液化ガス燃料を自力供給する方式の前記の第2実施例に対しても適用することはできるが、内容の説明は省略する。
【0026】
次に、上記の各実施例について、本発明の特徴であるタンク内の気相部分の燃料取り出しの制御内容について説明する。
【0027】
液化ガス燃料の補給スタンドでタンク内に液化ガス燃料を補給する場合、補給時の外気温度に相当するタンク内の気相部の圧力(以下、タンク内圧力と呼ぶ)に対して、一般に0.4MPa高い圧力で補給される。この場合、補給スタンド側の補給圧力は、タンク内圧力に対して0.2MPa以上の差圧があれば、液化ガス燃料のタンク内への補給は支障なく行うことができるので、設定圧力は外気温度に相当するタンク内圧力よりも0.2MPa高い圧力に設定しておけばよい。
【0028】
図5は、石油系液化ガス燃料(LPG)で一般に用いられているプロパン30%・ブタン70%のもの(図5中のA)と、寒冷地に用いられるプロパン100%のもの(図5中のB)と、非石油系液化ガス燃料で実用化の検討されているジメチルエーテル(図5中のC)の3種を取り上げ、液化ガス温度とタンク内圧力の関係を示したグラフである。図5より上記の圧力0.2MPaに相当する液化ガス温度は約10℃であるので、設定温度は外気温度よりも10℃高い温度に設定しておけばよい。
【0029】
従って、図1に示す第1実施例においては、タンク1内の液相部Lの温度を検出してタンク1内の液化ガス温度を制御する場合、外気温センサ3の検出温度に10℃を加えた値を設定温度とするのが望ましい。
【0030】
この場合、液温センサ2の検出温度が上記の設定温度よりも低い場合には、コンピュータ5により気相開閉弁21は閉じているので、タンク1からは液相部Lの燃料のみが液相開閉弁11を介して矢印Aで示すように燃料ポンプ12により圧送され、液相配管10を通って液相燃料噴射弁13より吸気管31内に噴射され、矢印Dで示す吸入空気と混合してエンジン30側に送られる。
【0031】
一方、余剰燃料は戻し配管15を矢印Bで示す方向に流れ、逆止弁16を経てタンク1内の液相部Lに戻されるが、この余剰燃料はエンジン30からの熱を吸熱した状態で戻されることに加え、タンク1内の液化ガスは燃料ポンプ12の作動熱やエンジンの放射熱、直射日光等により昇温していく。
【0032】
それに伴い、液温センサ2の検出温度が上記の設定温度よりも高くなった場合は、コンピュータ5により気相開閉弁21が開くので、タンク1内の気相部Gの燃料が気相開閉弁21を介し、矢印Cで示すように気相配管20を通って気相燃料噴射弁22より吸気管31内に噴射され、矢印Dで示す吸入空気と混合してエンジン30側に送られる。なお、この場合も液相開閉弁11が開いているので、液相燃料噴射弁13より吸気管31内に液相燃料の噴射は並行して行われる。
【0033】
ここで、タンク1内の気相部Gの燃料の取り出しにより、タンク1内の液相部Lの燃料が次々に気化していくため、液相部Lの燃料の気化によって蒸発潜熱が奪われ、タンク1内の温度は低下していく。液温センサ2の検出温度が前記の設定温度よりも低くなった場合には、コンピュータ5により気相開閉弁21が閉じるので、タンク1内の気相部Gの燃料の取り出しが停止し、タンク1内からは液相部Lの燃料のみが取り出される状態になるが、タンク1内の温度は惰性により設定温度よりも若干下がってから、前記の諸原因により再び上昇に転じる。
【0034】
図4は、上記の制御によるタンク1内の温度の推移を模式的に示したものであり、諸原因によりタンク1内の液相部Lの温度が設定温度より上昇すると、気相回路のON(気相開閉弁21の開弁)によりタンク1内より気相部Gの燃料が取り出され、タンク1内の温度はTで示す一定の温度範囲に制御される。
【0035】
図2に示す第2実施例においては、上記の第1実施例の場合に比較して、燃料ポンプや余剰燃料の戻しが無いため、タンク1内の温度上昇の要因は少ないが、タンク1内の温度制御は第1実施例の場合と同じであるため、説明は省略する。
【0036】
次に、図3に示す第3実施例においては、タンク1内の気相部Gの圧力を検出してタンク1内の圧力を直接制御するものであるが、設定圧力は前述のように外気温度に相当したタンク1内の圧力に0.2MPaを加えた値とするのが望ましい。
【0037】
この場合、タンク1内の気相部Gの圧力を検出する圧力センサ4の検出圧力が、上記の設定圧力よりも低い場合は、コンピュータ5により気相開閉弁21は閉じているので、タンク1内からは液相部Lの燃料のみが上記の第1実施例の場合と同じ経路を辿ってエンジン30側に供給され、余剰燃料は上記の第1実施例の場合と同じ経路を辿ってタンク1内に戻されるが、諸原因によるタンク1内の温度上昇により、タンク1内の圧力は上昇していく。
【0038】
それに伴い、圧力センサ4の検出圧力が上記の設定圧力よりも高くなった場合は、コンピュータ5により気相開閉弁21が開くので、タンク1内から気相部Gの燃料が上記の第1実施例の場合と同じ経路を辿ってエンジン30側に供給されるが、タンク1内の気相部Gの取り出しによる前述の原理により、タンク1内の温度低下が生じ、タンク1内の圧力も低下していく。
【0039】
圧力センサ4の検出圧力が上記の設定圧力よりも低くなった場合は、コンピュータ5により気相開閉弁21が閉じるので、タンク1内から気相部Gの燃料の取り出しは停止し、液相部Lの燃料のみが取り出され、上記の第1実施例の場合と同じく、タンク1内の圧力は一定の圧力範囲に制御される。
【0040】
以上のように、車両に搭載される液化ガス燃料タンク内の温度が、エンジンの放射熱や直射日光或いは燃料ポンプの作動熱等によって上昇しても、タンク内の圧力は一定の圧力範囲に制御されるので、図示しない液面センサからの信号により液化ガス燃料の補給が必要になった場合、タンク内への液化ガス燃料の補給は円滑に行われる。また、タンク内の圧力の異常上昇は抑えられるので、タンク自体の安全性も向上する。
【0041】
なお、外気温度に例えば10℃を加えた温度を設定温度又はこの設定温度に相当した圧力を設定圧力とし、設定温度以下又は設定圧力以下では、タンク内の温度を低下させるタンク内からの気相燃料の取り出しを行わないようにしているので、外気温度に対してタンク表面の温度が大幅に低下することはなく、それによりタンク表面に有害な結露を生じることもない。
【0042】
【発明の効果】
本発明によるエンジンの液化ガス燃料供給装置は、
請求項1記載の発明によれば、液化ガス燃料タンク内の液化ガスの温度が一定の温度範囲に制御されるので、タンク内への液化ガス燃料の補給が円滑に行われると共に、タンク内圧力の異常上昇が抑えられるので、タンク自体の安全性が向上する。
【0043】
請求項3記載の発明によれば、液化ガス燃料タンクの圧力が一定の圧力範囲に制御されるので、請求項1記載の発明と同様な効果が得られる。
【0044】
請求項2及び4記載の発明によれば、タンク内への液化ガス燃料の補給が外気温度の変動によって影響されないので、液化ガス燃料の円滑な補給が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す配置図である。
【図2】本発明の第2実施例を示す配置図である。
【図3】本発明の第3実施例を示す配置図である。
【図4】タンク内の制御温度の推移を示す模式図である。
【図5】液化ガス燃料温度とタンク内圧力の関係図である。
【符号の説明】
1 液化ガス燃料タンク
2 温度センサ(液温センサ)
3 温度センサ(外気温センサ)
4 圧力センサ
5 コンピュータ(制御手段)
21 気相開閉弁(制御手段)
30 エンジン
31 吸気管
L 液相部
G 気相部
Claims (4)
- 液化ガス燃料タンクより取り出される燃料をエンジンの吸気管路に供給するエンジンの液化ガス燃料供給装置において、
前記液化ガス燃料タンク内の液相部温度を検出する温度センサを有し、
該温度センサの検出温度が設定温度以下では前記液化ガス燃料タンク内から液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給し、
該温度センサの検出温度が前記設定温度以上では前記液化ガス燃料タンク内から前記液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することに加えて、前記液化ガス燃料タンク内から気相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給する
ことを特徴とするエンジンの液化ガス燃料供給装置。 - 前記設定温度は外気温度に連動していることを特徴とする請求項1記載のエンジンの液化ガス燃料供給装置。
- 液化ガス燃料タンクより取り出される燃料をエンジンの吸気管路に供給するエンジンの液化ガス燃料供給装置において、
前記液化ガス燃料タンク内の気相部圧力を検出する圧力センサを有し、
該圧力センサの検出圧力が設定圧力以下では前記液化ガス燃料タンク内から液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給し、
該圧力センサの検出圧力が前記設定圧力以上では前記液化ガス燃料タンク内から前記液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することに加えて、前記液化ガス燃料タンク内から気相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することを特徴とするエンジンの液化ガス燃料供給装置。 - 前記設定圧力は外気温度に連動していることを特徴とする請求項3記載のエンジンの液化ガス燃料供給装置。
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