JP4862750B2

JP4862750B2 - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP4862750B2
Application number: JP2007148114A
Authority: JP
Inventors: 繁寿高瀬
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-06-04
Also published as: JP2008298042A

Description

本発明は、燃料タンクから内燃機関に液化燃料（ジメチルエーテル等）を供給し、内燃機関に供給された液化燃料のうち余剰の液化燃料を燃料タンクに戻す燃料供給装置に関する。

図３に、燃料に軽油を用いた車両の一般的な燃料供給装置１ｘを示す。図示するように、トラック等の軽油燃料の大型車においては、航続距離を稼ぐため、メインタンク７ａに加えてサブタンク８ａを備える場合が多い。メインタンク７ａ内の燃料は燃料供給通路４を介してディーゼルエンジン３のエンジンンサプライポンプ６に供給され、エンジン３側に供給された燃料のうち余剰の燃料が燃料戻し通路５を介してメインタンク７ａに戻されるようになっている。メインタンク７ａには、サブタンク８ａが液相同士で接続されており、両タンク７ａ、８ａの内圧は、共に大気圧相当で同等となっている。なお、図３ではメインタンク７ａの下方にサブタンク８ａが描かれているが、作図の便宜上そのように描いたに過ぎず、実際にはメインタンク７ａとサブタンク８ａとは同じ高さに配置されている。この構成によれば、メインタンク７ａの燃料がエンジン３側に流れ、メインタンク７ａの液面が下がると、メインタンク７ａに連通されたサブタンク８ａの液面も下がり、両液面は同等となる。よって、双方のタンク7ａ、８ａ内の燃料を略全て払い出すことができる。

図４に、図３の燃料供給装置１ｘを、ジメチルエーテル（以下ＤＭＥ）を燃料に用いた車両の燃料供給装置１ｙに流用したものを示す。ＤＭＥは、常温常圧で気体状態となるものを圧力を加えて液化した液化燃料であり、軽油よりも遙かに気化し易い。このため、ＤＭＥを燃料に用いた燃料供給装置１ｙにおいては、図４に示すように、メインタンク７ａからエンジン３側に供給されたＤＭＥが、エンジン３に付設されたエンジンサプライポンプ６においてエンジン３からの熱を受けた際に気化しないように、メインタンク７ａからフィードポンプ１０で加圧してエンジン３側に圧送している。かかる構成とすると、エンジン３側から燃料戻し通路５を通ってメインタンク７ａに戻される余剰ＤＭＥは、エンジンサプライポンプ６の近傍にてエンジン３の熱を受けるため、燃料供給通路４を通ってエンジン３側に向かうＤＭＥの温度よりも高温となってメインタンク７ａに戻ってくる。よって、メインタンク７ａ内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｍがサブタンク８ａ内の同蒸気圧Ｐｓよりも高くなり、メインタンク７ａ内の液面が下がってもサブタンク８ａ内のＤＭＥがメインタンク７ａに流出することはなく、逆にメインタンク７ａ内のＤＭＥがサブタンク８ａに流出してしまう。このように、２個のタンク７ａ、８ａを車両に搭載しても、サブタンク８ａ内に払い出し不能なＤＭＥが残ってしまうため、航続距離を延ばすことができない。

図５は、エンジン３側からの余剰のＤＭＥが流れる燃料戻し通路５に、二叉状のリターン通路５ａを接続してそのリターン通路５ａの各先端部を２つのタンク７ａ、８ａの気相部分に夫々接続し、各タンク７ａ、８ａの液相部分に取出通路４ａを夫々接続し、それら取出通路４ａの集合部を、エンジン３側にＤＭＥを供給する燃料供給通路４に接続した燃料供給装置１ｚである（特許文献１等参照）。各タンク７ａ、８ａの内部には、ＤＭＥが収容されていると共に、取出通路４ａに接続されたフィードポンプ１０（インタンクポンプ）が夫々収容されている。この構成では、各タンク７ａ、８ａは、並列であるので、メイン／サブという区別はない。各タンク７ａ、８ａには、ＬＰＧ用等の耐圧タンクが流用される。かかる燃料供給装置１ｚにおいては、タンク並列タイプであるので、図４を用いて述べたメイン／サブタンクタイプの燃料供給装置１ｙにおける問題は生じないものの、各タンク７ａ、８ａからエンジン３側へのＤＭＥの供給とエンジン３側から各タンク７ａ、８ａへのＤＭＥの戻りとが２系統となっているので、各系統における配管等の圧損の差、各タンク７ａ、８ａの周囲温度の差によって、両タンク７ａ、８ａ内のＤＭＥの蒸気圧が異なり得る。両タンク７ａ、８ａ内の蒸気圧が異なると、夫々のタンク７ａ、８ａに戻るＤＭＥ量が各タンク７ａ、８ａによって異なるため、両タンク７ａ、８ａ内の液面が同一にならない。このため、２個のタンク７ａ、８ａを車両に搭載しても、それらタンク７ａ、８ａ内のＤＭＥを完全に払い出すことが困難となり、２個のタンク７ａ、８ａのトータルの容量分の航続距離が確保できない。

各タンク７ａ、８ａ内のＤＭＥの液面を等しくしようとすると、各タンク７ａ、８ａ内のＤＭＥの液面をセンサで検出して各タンク７ａ、８ａのフィードポンプ１０の圧送量を夫々制御しなければならず、制御系が複雑化する。また、この場合、各タンク７ａ、８ａ毎に、フィードポンプ１０、センサ及びフィードポンプ制御系が必要となるため、コストアップが避けられない。

国際公開第２００４／０１６９３４号パンフレット特開２００４−１０８１７５号公報特開平３−１５３４１９号公報

ところで、ＤＭＥは軽油と比べて発熱量が小さいため、軽油と同等の航続距離を稼ぐためには、軽油の約２倍の容量のＤＭＥを車両に搭載する必要がある。例えば、軽油１００Ｌが搭載される車両においては、ＤＭＥでは約２００Ｌの搭載が必要となる。すなわち、ＤＭＥを燃料とする場合、軽油と比べて約２倍の容量の燃料タンクが必要となるが、このように容量の大きな燃料タンクを単独のタンクとして車両に搭載しようとしても、車両のホイールベースの制約や他の架装物の制約を受けるため困難であり、現実的には小容量の燃料タンク（ＤＭＥタンク）を、複数、車両に搭載することになる。

ここで、複数のＤＭＥタンクを車両に搭載する場合、図３に示す軽油タンクを２個備えた軽油燃料供給装置１ｘの技術に基づきこれを発展させることで、既述の図４、図５に示すＤＭＥタンクを２個備えたＤＭＥ燃料供給装置１ｙ、１ｚが考えられるが、それらの問題点については上述した通りである。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、燃料タンクから内燃機関に液化燃料を供給し、内燃機関に供給された液化燃料のうち余剰の液化燃料を燃料タンクに戻す燃料供給装置であって、複数のタンクを備えていても１個のフィードポンプで全タンク内の燃料を払い出すことができ、複雑な制御系が不要で簡単な構造の安価な燃料供給装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、液化燃料が収容された燃料タンクと、該燃料タンクから内燃機関に液化燃料を供給する燃料供給通路と、上記内燃機関に供給された液化燃料のうち余剰の液化燃料を上記燃料タンクに戻す燃料戻し通路とを備えた燃料供給装置であって、上記燃料タンクは、上記燃料戻し通路に接続され上記余剰の燃料が流入する燃料戻しタンクと、上記燃料供給通路に接続され上記内燃機関に供給する液化燃料が収容された燃料供給タンクとを有し、上記燃料戻しタンクと上記燃料供給タンクとの間に、燃料戻しタンク内の液化燃料の蒸気圧と燃料供給タンク内の液化燃料の蒸気圧との差によって、燃料戻しタンク内の液化燃料を燃料供給タンクに移送するタンク間通路を介設し、上記タンク間通路に、上記燃料戻しタンク内の液化燃料を上記燃料供給タンクに圧送する圧送ポンプを設け、上記燃料供給タンク内の液化燃料を加圧し、上記燃料供給通路を介して上記内燃機関に供給するフィードポンプを備えたものである。

上記タンク間通路が、上記燃料戻しタンクの液相部分と、上記燃料供給タンクの気相部分とを接続するものであってもよい。

上記液化燃料が、ジメチルエーテルであってもよい。

本発明によれば、燃料タンクから内燃機関に液化燃料を供給し、内燃機関に供給された液化燃料のうち余剰の液化燃料を燃料タンクに戻す燃料供給装置において、複数のタンクを備えていても１個のフィードポンプで全タンク内の燃料を払い出すことができ、複雑な制御系が不要で簡単な構造の安価な燃料供給装置を提供できる。

本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１は、液化燃料としてのＤＭＥが収容された燃料タンク２と、燃料タンク２から内燃機関３（ディーゼルエンジン、以下エンジンという）にＤＭＥを供給する燃料供給通路４と、エンジン３に供給されたＤＭＥのうち余剰のＤＭＥを燃料タンク２に戻す燃料戻し通路５とを備え、車両（トラック等）に搭載される。

エンジン３には、エンジンサプライポンプ６が備えられており、このエンジンサプライポンプ６に、燃料供給通路４及び燃料戻し通路５が接続されている。燃料供給通路４内のＤＭＥは、エンジンサプライポンプ６を介してエンジン３に供給され、供給されたＤＭＥのうち余剰のＤＭＥは、エンジンサプライポンプ６を通って燃料戻し通路５に戻される。

燃料タンク２は、燃料戻し通路５に接続され上述の余剰のＤＭＥが流入する燃料戻しタンク７（耐圧タンク）と、燃料供給通路４に接続されエンジン３に供給するＤＭＥが収容された燃料供給タンク８（耐圧タンク）とを有する。燃料戻し通路５は、燃料戻しタンク７の上部のＤＭＥ気相部分（以下気相部分）に接続され、燃料供給通路４は、燃料供給タンク８の下部のＤＭＥ液相部分（以下液相部分）に接続されている。

燃料戻しタンク７と燃料供給タンク８との間には、燃料戻しタンク７内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｒと燃料供給タンク８内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｉとの差によって、燃料戻しタンク７内のＤＭＥを燃料供給タンク８に移送するためのタンク間通路９が介設されている。タンク間通路９は、一端が燃料戻しタンク７の下部の液相部分に接続され、他端が燃料供給タンク８の上部の気相部分に接続されている。

燃料供給タンク８の内部には、燃料供給タンク８内のＤＭＥを加圧し、燃料供給通路４を介してエンジン３（エンジンサプライポンプ６）に供給するフィードポンプ１０（インタンクポンプ）が収容されている。インタンクポンプ１０は、燃料供給タンク８内のＤＭＥ（液体）に浸漬されており、そのＤＭＥを取り込み加圧して燃料供給通路４に排出する。

なお、図１中、１１は燃料戻し通路５を開閉し少なくともエンジン３の運転中は開かれるバルブ、１２は燃料戻し通路５のＤＭＥを燃料戻しタンク７内の気相部分に流出するため、上方に屈曲された排出管、１３は燃料戻しタンク７の内圧（気相部分）が所定圧以上になったときに開くリリーフ機構である。１４は燃料戻しタンク７にＤＭＥを補給するための補給口機構である。補給口機構１４は、逆止弁１５と開閉弁１６と補給管１７とを直列に繋げて構成され、補給管１７は、補給されるＤＭＥを燃料戻しタンク７内の気相部分に流出するため、上方に屈曲且つ延出されている。開閉弁１６は通常閉じられＤＭＥの補給時のみ開かれる。

また、１８はタンク間通路９の燃料戻しタンク７側を開閉するバルブ、１９はタンク間通路９の燃料供給タンク８側を開閉するバルブである。これらバルブ１８、１９は少なくともエンジン３の運転中は開かれる。２０はタンク間通路９のＤＭＥを燃料供給タンク８内の気相部分に流出するため、上方に屈曲された排出管、２１は燃料供給タンク８の内圧（気相部分）が所定圧以上になったときに開くリリーフ機構、２２は燃料供給タンク８にＤＭＥを補給するための補給口機構（補給口機構１４と同様の構成）である。２３は燃料供給通路４を開閉し少なくともエンジン３の運転中は開かれるバルブである。

本実施形態の作用を述べる。

図１に示す燃料供給タンク８内のＤＭＥ（液体）は、インタンクポンプ１０によって加圧（例えば３ＭＰａ程度）されて燃料供給通路４に排出され、燃料供給通路４を通ってエンジン３のエンジンサプライポンプ６に供給される。

ここで、ＤＭＥの蒸気圧は２０℃で約０．５ＭＰａであり、温度が高まるに連れて蒸気圧も上昇するところ、エンジン３側のエンジンサプライポンプ６では、ＤＭＥの温度がエンジン３（エンジンブロック等）の熱を受けて８０℃程度まで上昇する（蒸気圧２．２ＭＰａ）。このため、エンジンサプライポンプ６でのＤＭＥの圧力がそこでの蒸気圧である２．２ＭＰａ以上となるように、インタンクポンプ１０で燃料供給タンク８内のＤＭＥを３ＭＰａ程度まで加圧してエンジンサプライポンプ６に供給し、エンジンサプライポンプ６にてエンジン３からの熱を受けて暖められるＤＭＥの蒸発を防止しているのである。

このように蒸発が防止されて液体状態でエンジン３に供給されたＤＭＥのうち、余剰のＤＭＥは、エンジンサプライポンプ６から燃料戻し通路５を通って燃料戻しタンク７に戻される。ここで、エンジンサプライポンプ６から燃料戻しタンク７に戻されるＤＭＥは、エンジンサプライポンプ６の近傍にてエンジン３からの熱を受けて暖められるため、燃料供給通路４を通ってエンジン３に向かう前の燃料供給タンク８内のＤＭＥよりも高温となって、燃料戻しタンク７に戻ってくる。よって、燃料戻しタンク７内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｒが燃料供給タンク８内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｉよりも高くなる。

蒸気圧Ｐｒ＞蒸気圧Ｐｉとなると、燃料戻しタンク７内のＤＭＥが、蒸気圧Ｐｒ、Ｐｉの差によって、タンク間通路９を通って燃料供給タンク８に移送される。すなわち、燃料戻しタンク７と燃料供給タンク８との間に介設されたタンク間通路９は、燃料戻しタンク７内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｒと燃料供給タンク８内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｉとの差によって、燃料戻しタンク７内のＤＭＥを、ポンプ等の圧送手段を用いることなく、燃料供給タンク８に移送する。

こうして移送された燃料供給タンク８内のＤＭＥは、上述のようにインタンクポンプ１０によって加圧（３ＭＰａ程度）されて燃料供給通路４に排出され、燃料供給通路４を通ってエンジン３のエンジンサプライポンプ６に供給され、エンジン３で消費されきらなかった余剰のＤＭＥがエンジンサプライポンプ６から燃料戻しタンク７に戻され、再び循環する。

以上述べたように、本実施形態に係る燃料供給装置１によれば、エンジンサプライポンプ６から燃料戻し通路５を通して燃料戻しタンク７に戻されるＤＭＥは、エンジン３の運転中、エンジンサプライポンプ６の近傍にてエンジン３からの熱を受けて暖められた後に燃料戻しタンク７に戻されるため、燃料戻しタンク７内のＤＭＥは燃料供給タンク８内のＤＭＥよりも高温となり、燃料戻しタンク７内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｒが燃料供給タンク８内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｉより高い状態が維持され、これら蒸気圧Ｐｒ、Ｐｉの差によって、燃料戻しタンク７内のＤＭＥが全て燃料供給タンク８に払い出される。そして、燃料供給タンク８内のＤＭＥは、インタンクポンプ１０により全て払い出してエンジン３（エンジンサプライポンプ６）に供給することができるので、結果として、燃料戻しタンク７及び燃料供給タンク８内の全ＤＭＥ容量分の航続距離が確保できる。

また、燃料戻しタンク７から燃料供給タンク８へのＤＭＥの移送は、上述のようにエンジン３の運転熱によって生じる燃料戻しタンク７内の蒸気圧Ｐｒと燃料供給タンク８内の蒸気圧Ｐｉとの差を利用しているので、ＤＭＥを、燃料戻しタンク７及び燃料供給タンク８等から成る燃料タンク２側から、エンジン３側（エンジンサプライポンプ６）に供給するフィードポンプ１０としては、燃料供給タンク８内のインタンクポンプ１０のみで足りる。すなわち、１個のインタンクポンプ１０によって２個のタンク７、８内の全ＤＭＥを払い出してエンジン３側に供給できる。よって、本実施形態は、図５のタイプと比べると、フィードポンプ１０（インタンクポンプ）の数が２個から１個に減り、図５のタイプでは各タンク７ａ、８ａ内のＤＭＥを全て払い出すために必要であった各タンク７ａ、８ａの液面センサが不要となり、加えて、それら液面センサの出力を各タンク７ａ、８ａのインタンクポンプ１０と連動させて各タンク７ａ、８ａの液面を揃える制御系も不要となるので、構造が簡単となって大幅なコストダウンを推進できる。

ところで、寒冷地等におけるエンジン３の始動直後のエンジン３の暖機運転中では、エンジン３が未だ暖まっていないため、エンジンサプライポンプ６から燃料戻し通路５を通って燃料戻しタンク７に戻るＤＭＥは、エンジンサプライポンプ６の近傍にてエンジンン３の熱によって十分に暖められずに燃料戻しタンク７に戻ることになる。このため、燃料戻しタンク７内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｒが燃料供給タンク８内のＤＭＥの蒸気圧Ｐｉと比べて十分に高くならず、燃料戻しタンク７から燃料供給タンク８へのＤＭＥの圧送が期待できないケースが生じ得る。

そこで、図２に示すように、燃料戻しタンク７と燃料供給タンク８とを接続するタンク間通路９に、燃料戻しタンク７内のＤＭＥを燃料供給タンク８に圧送する圧送ポンプ２４を設けてもよい。図２の実施形態は、圧送ポンプ２４以外は図１の実施形態と同様の構成となっている。この圧送ポンプ２４は、燃料戻しタンク７内に収容されたインタクポンプからなり、燃料戻しタンク７内のＤＭＥを、タンク内圧が略等しい燃料供給タンク８に移送できる加圧能力（０．２ＭＰａ程度）で足り、燃料供給タンク８に設けられたフィードポンプ１０（インタンクポンプ：３ＭＰａ程度）より加圧性能が大幅に低い安価なものを用いることができる。

図２の実施形態に係る燃料供給装置１ａおいては、図１の実施形態に係る燃料供給装置１と比べると、圧送ポンプ２４を追加する必要があるものの、この圧送ポンプ２４は加圧能力が低い（０．２ＭＰａ程度）安価なもので足りるため、僅かなコストアップに止まり、上述した冷間始動時の問題を解消でき、図１の実施形態と同様の作用効果を奏する。また、図２の実施形態は、図５のタイプのように加圧能力が高い（３ＭＰａ程度）高価なフィードポンプ１０が２個必要なものと比べると、低コストとなる。

なお、図１、図２におけるフィードポンプ１０は、燃料供給タンク８内に収容されたインタンクポンプには限られず、燃料供給タンク８の外部あるいは燃料供給通路４に設けられたラインポンプでもよい。また、図２における圧送ポンプ２４も、燃料戻しタンク７内に収容されたインタンクポンプには限られず、燃料戻しタンク７の外部あるいはタンク間通路９に設けられたラインポンプでもよい。

本発明の一実施形態に係る燃料供給装置の概略が表された説明図である。本発明の変形実施形態に係る燃料供給装置の概略が表された説明図である。従来の軽油燃料の燃料供給装置の概略が表された説明図である。図３の燃料供給装置を、ＤＭＥを燃料に用いた車両の燃料供給装置に流用したものの説明図である。従来のＤＭＥを燃料に用いた車両の燃料供給装置の概略が表された説明図である。

符号の説明

１燃料供給装置
１ａ燃料供給装置
２燃料タンク
３ディーゼルエンジン（内燃機関）
４燃料供給通路
５燃料戻し通路
７燃料戻しタンク
８燃料供給タンク
９タンク間通路
１０フィードポンプ（インタンクポンプ）
２４圧送ポンプ
Ｐｒ燃料戻しタンク７内の液化燃料（ＤＭＥ）の蒸気圧
Ｐｉ燃料供給タンク８内の液化燃料（ＤＭＥ）の蒸気圧

Claims

液化燃料が収容された燃料タンクと、該燃料タンクから内燃機関に液化燃料を供給する燃料供給通路と、上記内燃機関に供給された液化燃料のうち余剰の液化燃料を上記燃料タンクに戻す燃料戻し通路とを備えた燃料供給装置であって、
上記燃料タンクは、上記燃料戻し通路に接続され上記余剰の燃料が流入する燃料戻しタンクと、上記燃料供給通路に接続され上記内燃機関に供給する液化燃料が収容された燃料供給タンクとを有し、
上記燃料戻しタンクと上記燃料供給タンクとの間に、燃料戻しタンク内の液化燃料の蒸気圧と燃料供給タンク内の液化燃料の蒸気圧との差によって、燃料戻しタンク内の液化燃料を燃料供給タンクに移送するタンク間通路を介設し、
上記タンク間通路に、上記燃料戻しタンク内の液化燃料を上記燃料供給タンクに圧送する圧送ポンプを設け、
上記燃料供給タンク内の液化燃料を加圧し、上記燃料供給通路を介して上記内燃機関に供給するフィードポンプを備えたことを特徴とする燃料供給装置。
上記タンク間通路が、上記燃料戻しタンクの液相部分と、上記燃料供給タンクの気相部分とを接続するものである請求項１に記載の燃料供給装置。
上記液化燃料が、ジメチルエーテルである請求項１又は２に記載の燃料供給装置。