JP5253335B2

JP5253335B2 - 燃料タンク

Info

Publication number: JP5253335B2
Application number: JP2009204911A
Authority: JP
Inventors: 豊一梅花; 恵司岩月; 昌宏長坂
Original assignee: Central Motor Wheel Co Ltd; Toyota Motor Corp; FTS Co Ltd
Current assignee: Central Motor Wheel Co Ltd; Toyota Motor Corp; FTS Co Ltd
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: JP2011052668A

Description

本発明は、内燃機関の燃料タンクに関する。

液化ガス燃料を主燃料とする内燃機関を搭載する車両においては、液化ガス燃料を加圧して液化し、タンクに貯蔵するが、寒冷地での起動時などの低温時には、液化ガス燃料の蒸気圧が低いため、気体として取り出すことができず、燃料タンクから内燃機関に液化ガス燃料を供給するためには、燃料ポンプを備えることが必要である。

また、液化ガス燃料には、気化するために非常に大きな熱量を必要とするものがあり、この場合には、液化した燃料を内燃機関に噴射しても、噴射によって気化することが期待できない。

そこで、液化ガス燃料を主燃料とする内燃機関を搭載する車両においては、液化した燃料を加熱する手段を備えることが必要となり、設備コストや設置スペースが増加するという問題が発生する。

液化ガス燃料を主燃料とする場合の対策として、寒冷地での起動時などの低温時にはガソリン等の液体燃料を使用し、液体燃料使用時に液化ガス燃料を加熱し、起動後、液化ガス燃料に切り替える方法が考えられる。この場合、２種類の燃料を備えるために、２つの燃料タンクを備えることが必要となり、設備コストや設置スペースが増加するという問題が発生する。

内燃機関の燃料として２種類の燃料を使用する技術は、例えば、特許文献１〜８に紹介されている。特許文献１〜２では、燃料タンクを二重構造として、設置スペース上の問題を解決している。特許文献３〜５では、２つの燃料タンクを個別に備え、車両への搭載位置を、それぞれ離れた場所に設けることによって、設置スペース上の問題を解決しているものと考えられる。特許文献６〜８は、２つの燃料タンクを個別に備えているが、設置スペース上の問題をどのように解決しているかについては、記載されていない。

また、特許文献１〜８のいずれにおいても、２種類の燃料の使い分けについて、副燃料による低温起動時に主燃料を加熱し、起動後、加熱された主燃料に切り替える技術については、記載されていない。

特開２００２−１３０５９５号公報特開２００８−３０６４２号公報特開２００８−５５９３３号公報特開２００８−５５９３４号公報特開２００８−６８７７９号公報特開平５−７１４３３号公報特開平５−１０６５２５号公報特開平５−３１２１１５号公報

本発明は、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、液化ガス燃料を加熱する特別な設備や燃料ポンプを必要とせず、加熱手段や燃料タンクの設置スペースを最小にする燃料タンクを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明によれば、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、液化ガス燃料のタンクを、液体燃料のタンクの内部に設け、液化ガス燃料のタンクを、耐圧容器として構成し、液体燃料のタンクには、内燃機関の燃料噴射経路からのリターン燃料を導き、リターン燃料の有する熱量により、液化ガス燃料のタンクを加熱することによって、液化ガス燃料のタンクの内部で、液化ガス燃料を気化し、液化ガス燃料のタンクから、気化した液化ガス燃料を送出する、内燃機関の燃料タンクが提供される。

すなわち、請求項１の発明では、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、液化された液化ガス燃料を貯蔵するタンクを、液体燃料のタンクの内部に設け、２つの燃料タンクを備えることによる設置スペースの増加を防止し、また、燃料タンクの二重構造を利用して、液化ガス燃料を加熱するための特別な加熱手段を追加せずに、内燃機関によって加熱されたリターン燃料の熱量により、液化ガス燃料を加熱し、気化する。気化した液化ガス燃料は、圧力が高いので、液化ガス燃料のタンクは、耐圧容器として構成する。また、タンク内の圧力が高いので、この圧力によって、気化した液化ガス燃料を、タンクから送り出すことができ、燃料ポンプを備える必要がない。

請求項２に記載の発明によれば、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、液化ガス燃料のタンクを、液体燃料のタンクの内部に設け、液化ガス燃料のタンクを、耐圧容器として構成し、液体燃料のタンクには、内燃機関を冷却して加熱された冷却水、又は、内燃機関の排気ガスを導き、冷却水又は排気ガスの熱量により、液化ガス燃料のタンクを加熱することによって、液化ガス燃料のタンクの内部で、液化ガス燃料を気化し、液化ガス燃料のタンクから、気化した液化ガス燃料を送出する、内燃機関の燃料タンクが提供される。

すなわち、請求項２の発明では、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、液化された液化ガス燃料を貯蔵するタンクを、液体燃料のタンクの内部に設け、２つの燃料タンクを備えることによる設置スペースの増加を防止し、また、燃料タンクの二重構造を利用して、液化ガス燃料を加熱するための特別な加熱手段を追加せずに、内燃機関を冷却して加熱された冷却水、又は、内燃機関の排気ガスの熱量により、液化ガス燃料を加熱し、気化する。気化した液化ガス燃料は、圧力が高いので、液化ガス燃料のタンクは、耐圧容器として構成する。また、タンク内の圧力が高いので、この圧力によって、気化した液化ガス燃料を、タンクから送り出すことができ、燃料ポンプを備える必要がない。

請求項３に記載の発明によれば、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、液化ガス燃料のタンクを、液体燃料のタンクの内部に設け、液化ガス燃料のタンクを、耐圧容器として構成し、液体燃料のタンクには、内燃機関の燃料噴射経路からのリターン燃料、内燃機関を冷却して加熱された冷却水、内燃機関の排気ガスのうち、２つ以上を導き、リターン燃料、冷却水、排気ガスの熱量のうち、２つ以上の組み合わせにより、液化ガス燃料のタンクを加熱することによって、液化ガス燃料のタンクの内部で、液化ガス燃料を気化し、液化ガス燃料のタンクから、気化した液化ガス燃料を送出する、内燃機関の燃料タンクが提供される。

すなわち、請求項３の発明では、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、液化された液化ガス燃料を貯蔵するタンクを、液体燃料のタンクの内部に設け、２つの燃料タンクを備えることによる設置スペースの増加を防止し、また、燃料タンクの二重構造を利用して、液化ガス燃料を加熱するための特別な加熱手段を追加せずに、内燃機関によって加熱されたリターン燃料、内燃機関を冷却して加熱された冷却水、又は、内燃機関の排気ガスの熱量のうち、２つ以上の組み合わせにより、液化ガス燃料を加熱し、気化する。気化した液化ガス燃料は、圧力が高いので、液化ガス燃料のタンクは、耐圧容器として構成する。また、タンク内の圧力が高いので、この圧力によって、気化した液化ガス燃料を、タンクから送り出すことができ、燃料ポンプを備える必要がない。

請求項４に記載の発明によれば、気化した液化ガス燃料の圧力を利用して、液化ガス燃料のタンクから、液体の液化ガス燃料を送出する、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料タンクが提供される。

すなわち、請求項４の発明では、タンク内の圧力が高いので、この圧力によって、車両システムの要求に応じて、液体の液化ガス燃料を、タンクから送り出すことができ、燃料ポンプを備える必要がない。

請求項５に記載の発明によれば、液化ガス燃料のタンク内の燃料の温度又は圧力を検出する、温度センサー又は圧力センサーを備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料タンクが提供される。

すなわち、請求項５の発明では、液化ガス燃料のタンク内の燃料の温度又は圧力を検出し、検出値に応じて、内燃機関に、液化ガス燃料を供給するか、又は液体燃料を供給するか、を判断する。

請求項６に記載の発明によれば、液化ガス燃料のタンク内の燃料の温度又は圧力が、所定値以下の場合には、液体燃料を内燃機関に供給する、請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料タンクが提供される。

すなわち、請求項６の発明では、液化ガス燃料のタンク内の燃料の温度又は圧力の検出値が、所定値以下の場合には、低温始動と判断し、低温始動時には、液体燃料を内燃機関に供給して、内燃機関を始動する。内燃機関が始動して、リターン燃料、冷却水、排気ガスの温度が上昇し、これらの熱量を利用して、液化ガス燃料のタンク内の燃料の温度及び圧力が上昇し、温度又は圧力の検出値が、所定値を超えた場合には、内燃機関に供給する燃料を、液化ガス燃料に切り替える。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料タンクを備える、車両が提供される。

すなわち、請求項７の発明では、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関を搭載する車両において、液化ガス燃料を加熱する特別な設備や燃料ポンプを必要とせず、加熱手段や燃料タンクの設置スペースを最小にする燃料タンクを備えた、車両が提供される。

各請求項に記載の発明によれば、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、液化ガス燃料を加熱する特別な設備や燃料ポンプを必要とせず、加熱手段や燃料タンクの設置スペースを最小にする燃料タンクを提供するという共通の効果を奏する。

本発明を燃料タンクに適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図であり、気体の液化ガス燃料を取り出す図である。本発明を燃料タンクに適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図であり、液体の液化ガス燃料を取り出す図である。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。

図１、図２は、本発明を燃料タンクに適用した場合の、実施形態の概略構成を示す。液化ガス燃料、例えばＬＰＧやアンモニア、と、ガソリン等の液体燃料と、を燃料とする内燃機関において、液化ガス燃料を貯蔵するタンク２０を、液体燃料のタンク１０の内部に設ける。液体燃料のタンク１０には、内燃機関の燃料噴射経路から、リターン燃料を、リターン燃料入口１４に導き、内燃機関で加熱されたリターン燃料の熱量により、液化ガス燃料のタンク２０を加熱する。従って、液化ガス燃料のタンク２０の内部では、液化ガス燃料が気化し、図１のように、気化した液化ガス燃料を、気化した液化ガス燃料の有する圧力を利用して、燃料出口２２から送出する。気化した液化ガス燃料は、高い圧力を有するため、液化ガス燃料のタンク２０は、耐圧容器として構成する。或いは、図２のように、気化した液化ガス燃料の有する圧力を利用して、液体の液化ガス燃料を、燃料出口２２から送出することもできる。

このように構成することにより、液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、液化ガス燃料を加熱する特別な設備や燃料ポンプを必要とせず、加熱手段や燃料タンクの設置スペースを最小にすることができる。

或いは、液化ガス燃料のタンク２０を加熱するために、リターン燃料を利用する代わりに、内燃機関を冷却して加熱された冷却水、又は、内燃機関の排気ガスを、液体燃料のタンク１０に導き、冷却水又は排気ガスの熱量により、液化ガス燃料のタンク２０を加熱することもできる。また、リターン燃料、冷却水、排気ガスのうち、２つ以上を液化ガス燃料のタンク２０に導き、２つ以上の組み合わせによって液化ガス燃料のタンク２０を加熱することもできる。これらいずれの手段によっても、液化ガス燃料を加熱する特別な設備や燃料ポンプを必要とせず、加熱手段や燃料タンクの設置スペースを最小にすることができるが、冷却水や排気ガスを利用する場合には、液体燃料タンク１０内に、冷却水や排気ガスが通過する配管を設ける必要があり、また、タンク外の配管設備も必要であるため、リターン燃料を単独で利用することが、より好ましい。

液化ガス燃料のタンクには、タンク内の燃料の温度を検出する温度センサー３０を備え、低温起動時等の、温度センサー３０の検出する温度が所定値以下の場合には、液体燃料タンク１０内のガソリンを内燃機関に供給し、温度センサー３０の検出する温度が所定値を超えた場合には、液化ガス燃料を、液化ガス燃料のタンク２０から、内燃機関に供給するように、切り替え制御する。この場合、気化した液化ガス燃料の温度と圧力との間には、対応関係が存在するので、温度センサーの代わりに、圧力センサーを備えることによっても、同様の制御をすることができる。

すなわち、低温時に起動する場合は、まず、液体燃料タンク１０内のガソリンを内燃機関に供給・噴射して、暖気運転を行う。噴射装置からのリターン燃料は、温度が上昇しており、液体燃料タンク１０に流入して、液体燃料タンク１０内のガソリンの温度を上昇させる。上昇したガソリンの温度は、液化ガス燃料のタンク２０に伝達し、タンク２０内の液化ガス燃料の温度を上昇させ、液化ガス燃料を気化させる。気化した液化ガス燃料の温度が設定値よりも高くなった場合、すなわち、気化した液化ガス燃料の圧力が圧送に十分な圧力で、内燃機関での噴射に十分な圧力であると判断される温度になった場合には、燃料供給を、ガソリンから、液化ガス燃料に切り替え、通常運転を行う。

以上において、上述の基本構成のほか、図１の実施形態では、液化ガス燃料タンク２０の安全対策として、液化ガス燃料タンク２０内の圧力が過剰になることを防止するために、圧力リリーフ弁２５を備えており、供給された液化ガス燃料が、例えば配管の破損等により過剰に流出することを防止するために、過流防止弁２９と、緊急遮断弁２８とを備えている。更に、液化ガス燃料タンク２０は、タンク内に液化ガス燃料が過剰に充填されることを防止するために、過充填防止弁２７を備えている。

１０液体燃料タンク
１１燃料注入口
１２燃料出口
１３燃料残量計
１４リターン燃料入口
１５燃料ポンプ
１６逆止弁
２０液化ガス燃料タンク
２１燃料注入口
２２燃料出口
２３燃料残量計
２５圧力リリーフ弁
２６逆止弁
２７過充填防止弁
２８緊急遮断弁
２９過流防止弁
３０温度センサー

Claims

液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、
前記液化ガス燃料のタンクを、前記液体燃料のタンクの内部に設け、
前記液化ガス燃料のタンクを、耐圧容器として構成し、
前記液体燃料のタンクには、前記内燃機関の燃料噴射経路からのリターン燃料を導き、
前記リターン燃料の有する熱量により、前記液化ガス燃料のタンクを加熱することによって、前記液化ガス燃料のタンクの内部で、前記液化ガス燃料を気化し、
前記液化ガス燃料のタンクから、気化した液化ガス燃料を送出する、
内燃機関の燃料タンク。
液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、
前記液化ガス燃料のタンクを、前記液体燃料のタンクの内部に設け、
前記液化ガス燃料のタンクを、耐圧容器として構成し、
前記液体燃料のタンクには、前記内燃機関を冷却して加熱された冷却水、又は、前記内燃機関の排気ガスを導き、
前記冷却水又は前記排気ガスの熱量により、前記液化ガス燃料のタンクを加熱することによって、前記液化ガス燃料のタンクの内部で、前記液化ガス燃料を気化し、
前記液化ガス燃料のタンクから、気化した液化ガス燃料を送出する、
内燃機関の燃料タンク。
液化ガス燃料と液体燃料とを燃料とする内燃機関において、
前記液化ガス燃料のタンクを、前記液体燃料のタンクの内部に設け、
前記液化ガス燃料のタンクを、耐圧容器として構成し、
前記液体燃料のタンクには、前記内燃機関の燃料噴射経路からのリターン燃料、前記内燃機関を冷却して加熱された冷却水、前記内燃機関の排気ガスのうち、２つ以上を導き、前記リターン燃料、前記冷却水、前記排気ガスの熱量のうち、２つ以上の組み合わせにより、前記液化ガス燃料のタンクを加熱することによって、前記液化ガス燃料のタンクの内部で、前記液化ガス燃料を気化し、
前記液化ガス燃料のタンクから、気化した液化ガス燃料を送出する、
内燃機関の燃料タンク。
前記気化した液化ガス燃料の圧力を利用して、前記液化ガス燃料のタンクから、液体の液化ガス燃料を送出する、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料タンク。
前記液化ガス燃料のタンク内の燃料の温度又は圧力を検出する、温度センサー又は圧力センサーを備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料タンク。
前記液化ガス燃料のタンク内の燃料の温度又は圧力が、所定値以下の場合には、前記液体燃料を前記内燃機関に供給する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料タンク。
請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料タンクを備える、車両。