JP5359472B2

JP5359472B2 - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP5359472B2
Application number: JP2009089963A
Authority: JP
Inventors: 武志徳丸; 繁寿高瀬
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-04-02
Also published as: JP2010242546A

Description

本発明は、ジメチルエーテル等の液化燃料をエンジンに供給するための燃料供給装置に関する。

図４に、ジメチルエーテル（以下ＤＭＥ燃料という）を燃料に用いたエンジンの燃料供給装置を示す。

図４に示すように、燃料供給装置４０は、車両のシャシ（図示せず）側に設けられた燃料タンク４１を備えている。図示するように、車両の航続距離を伸ばす目的、或いは、車両レイアウトの関係から、燃料タンク４１を複数設置する場合がある。

各燃料タンク４１には、エンジン側に設けられた燃料噴射ポンプ４２にＤＭＥ燃料を供給するための燃料供給配管（燃料供給パイプ）４３が接続されている。燃料噴射ポンプ４２には、エンジンの燃焼室内にＤＭＥ燃料を噴射するための燃料噴射装置（インジェクター）４４が複数接続されたコモンレール４５が接続されている。また、燃料噴射ポンプ４２には、余剰のＤＭＥ燃料を燃料噴射ポンプ４２から各燃料タンク４１に戻す主燃料戻り配管（主燃料戻りパイプ）４６が接続されている。この主燃料戻り配管４６の途中には、余剰のＤＭＥ燃料をコモンレール４５から各燃料タンク４１に戻す副燃料戻り配管（副燃料戻りパイプ）４７が接続されている。

各燃料タンク４１内には、ＤＭＥ燃料を液体の状態に保ったまま燃料噴射ポンプ４２（エンジン側）に供給するため、ＤＭＥ燃料の燃料圧力を飽和蒸気圧力以上に高めて燃料噴射ポンプ４２に供給するための圧送ポンプ４８が設けられている。また、図４中、４９は燃料クーラー、５０は遮断弁を示す。

燃料供給装置４０は、圧送ポンプ４８を制御する制御手段（ＥＣＵ）５１を備えている。ＥＣＵ５１は、燃料供給配管４３の途中或いは燃料噴射ポンプ４２の近傍に設けられた燃料温度センサー及び燃料圧力センサー等（図示せず）により得られた情報より、最適なＤＭＥ燃料の燃料圧力を計算し、計算して得られたＤＭＥ燃料の燃料圧力に基づいて圧送ポンプ４８を制御することにより、燃料噴射ポンプ４２（エンジン側）に供給するＤＭＥ燃料の燃料圧力を調整している（特許文献１等参照）。

特開２００７−１２０４２３号公報

ところで、燃料タンク４１を複数設置している場合、使用環境や走行条件等により、各燃料タンク４１内の温度或いは圧力が略一定にならないことがある。そのため、エンジン、二次ポンプ（燃料噴射ポンプ４２等）から戻されるＤＭＥ燃料が各燃料タンク４１に均等に戻らないことがある。そうなると、燃料タンク４１毎の液面が不均等になり、各燃料タンク４１内のＤＭＥ燃料が均等に減らない現象が起こることがある。

そこで、図４に示すように、手動切替弁５２を燃料タンク４１出口側（図示例では燃料供給配管４３の分岐部）と燃料戻り側（図示例では主燃料戻り配管４６の分岐部）にそれぞれ設けて燃料タンク４１を一個ずつ使用できるようにし、使用中の燃料タンク４１内のＤＭＥ燃料が残り少なくなったら、手動切替弁５２を操作し、使用する燃料タンク４１を切り替える方法がある。

この方法は非常に構造が簡単であり使用例もあるが、燃料供給装置４０を車両用エンジンに用いた場合、手動切替弁５２の切り替えは停車時に行わなければならず、使い勝手が良いとはいえない。また、例えば高速道路走行中等は車両を一時停車する場所が無く、車両を停車して手動切替弁５２の切り替えが行えない場合がある。

そこで、本発明の目的は、継続的に燃料供給が可能な燃料供給装置を比較的安価に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メイン燃料タンクと、該メイン燃料タンクとエンジンとの間に介設された燃料供給通路と、該燃料供給通路を介して上記メイン燃料タンク内の液化燃料を上記エンジンに供給するメイン圧送ポンプと、上記エンジンと上記メイン燃料タンクとの間に介設された燃料戻り通路と、液化燃料が収容された少なくとも一つのサブ燃料タンクと、該サブ燃料タンクと上記メイン燃料タンクとの間に介設されたタンク間通路と、該タンク間通路を介して上記サブ燃料タンク内の液化燃料を上記メイン燃料タンクに供給するサブ圧送ポンプと、上記メイン燃料タンクの気相側と上記サブ燃料タンクの気相側とを接続する気相接続通路と、上記メイン圧送ポンプ及び上記サブ圧送ポンプを制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記メイン圧送ポンプによって上記メイン燃料タンク内の液化燃料を上記エンジンに供給すると共に、上記メイン燃料タンク内の液化燃料が所定量減ったときに上記サブ圧送ポンプを駆動して、そのサブ圧送ポンプによって上記サブ燃料タンク内の液化燃料を上記メイン燃料タンクに供給するものである。

ここで、上記メイン燃料タンクに設けられ、上記メイン燃料タンク内の液面レベルを検出するメイン側液面レベルセンサーと、上記サブ燃料タンクに設けられ、上記サブ燃料タンク内の液面レベルを検出するサブ側液面レベルセンサーとを更に備え、上記制御手段は、上記サブ圧送ポンプの停止時に、上記メイン側液面レベルセンサーで検出した上記メイン燃料タンク内の液面レベルと上記サブ側液面レベルセンサーで検出した上記サブ燃料タンク内の液面レベルとの差を求め、該差が所定値以上となったとき、上記サブ圧送ポンプを始動して上記サブ燃料タンクから上記メイン燃料タンクへの液化燃料の供給を開始し、上記サブ圧送ポンプの運転時に、上記メイン側液面レベルセンサーで検出した上記メイン燃料タンク内の液面レベルと上記サブ側液面レベルセンサーで検出した上記サブ燃料タンク内の液面レベルとの差を求め、該差が上記所定値より小さくなったとき、上記サブ圧送ポンプを停止して上記サブ燃料タンクから上記メイン燃料タンクへの液化燃料の供給を終了するものであっても良い。

本発明によれば、継続的に燃料供給が可能な燃料供給装置を比較的安価に提供することができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料供給装置の概略図である。図２は、メイン圧送ポンプの制御フローを示す図である。図３は、サブ圧送ポンプの制御フローを示す図である。図４は、従来の燃料供給装置の概略図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示すように、本実施形態の燃料供給装置１は、液化燃料としてのＤＭＥ燃料が収容されたメイン燃料タンク２と、メイン燃料タンク２とエンジン３（例えばディーゼルエンジン）との間に介設され、メイン燃料タンク２内のＤＭＥ燃料をメイン燃料タンク２からエンジン３に供給する燃料供給通路（燃料供給配管）４と、エンジン３とメイン燃料タンク２との間に介設され、エンジン３に供給されたＤＭＥ燃料の内余剰のＤＭＥ燃料をエンジン３からメイン燃料タンク２に戻す燃料戻り通路（燃料戻り配管）５と、液化燃料としてのＤＭＥ燃料が収容されたサブ燃料タンク６と、サブ燃料タンク６とメイン燃料タンク２との間に介設され、サブ燃料タンク６内のＤＭＥ燃料をサブ燃料タンク６からメイン燃料タンク２に供給するタンク間通路（タンク間配管）７とを備える。本実施形態の燃料供給装置１は、車両（トラック等）に搭載される。また、本実施形態では、メイン燃料タンク２とサブ燃料タンク６とは略同形状に形成されており、メイン燃料タンク２の容量とサブ燃料タンク６の容量とが略同一であるとする。なお、図示例ではタンク間配管７にサブ燃料タンク６を一個装着しているが、タンク間配管７にサブ燃料タンク６を複数並列に装着しても良い。

メイン燃料タンク２内には、メイン燃料タンク２内のＤＭＥ燃料を加圧し、加圧したＤＭＥ燃料を燃料供給配管４を介してエンジン３（燃料噴射ポンプ８）に供給するメイン圧送ポンプ９が収容されている。メイン圧送ポンプ９は、メイン燃料タンク２内のＤＭＥ燃料に浸漬されており、ＤＭＥ燃料を取り込み加圧して燃料供給配管４内に導入する。

燃料供給配管４は、一端がメイン燃料タンク２の取出口に接続され、他端がエンジン３の燃料噴射ポンプ８に接続されており、メイン燃料タンク２内のメイン圧送ポンプ９により圧送されたＤＭＥ燃料がエンジン３の燃料噴射ポンプ８に流れるようになっている。燃料供給配管４には、上流側（メイン燃料タンク２側）から順に、手動遮断弁１０と、遮断弁（電磁弁）１１と、燃料フィルター１２とが配設される。遮断弁１１は、後述するＥＣＵ１３によって制御される。また、遮断弁１１は、エンジン３の停止中は閉じられ、エンジン３の運転中は開かれる。

燃料戻り配管５は、一端がエンジン３の燃料噴射ポンプ８に接続され、他端がメイン燃料タンク２に接続されており、エンジン３及び燃料噴射ポンプ８に供給されたＤＭＥ燃料の内余剰のＤＭＥ燃料がメイン燃料タンク２に戻るようになっている。燃料戻り配管５には、上流側（エンジン３側）から順に、遮断弁（電磁弁）１４と、手動遮断弁１５とが配設される。遮断弁１４は、ＥＣＵ１３によって制御される。また、遮断弁１４は、エンジン３の停止中は閉じられ、エンジン３の運転中は開かれる。

サブ燃料タンク６内には、サブ燃料タンク６内のＤＭＥ燃料を加圧し、加圧したＤＭＥ燃料をタンク間配管７を介してメイン燃料タンク２に供給するサブ圧送ポンプ１６が収容されている。サブ圧送ポンプ１６は、サブ燃料タンク６内のＤＭＥ燃料に浸漬されており、ＤＭＥ燃料を取り込み加圧してタンク間配管７内に導入する。

タンク間配管７は、一端がサブ燃料タンク６に設けられた取出口に接続され、他端がメイン燃料タンク２の下部に設けられた充填口に接続されており、サブ燃料タンク６内のサブ圧送ポンプ１６により圧送されたＤＭＥ燃料がメイン燃料タンク２に流れるようになっている。タンク間配管７には、上流側（サブ燃料タンク６側）から順に、手動遮断弁１７と、逆止弁１８と、開閉弁１９とが配設される。

本実施形態の燃料供給装置１は、メイン燃料タンク２及びサブ燃料タンク６にＤＭＥ燃料を補給するための補給機構２０を備えている。補給機構２０は、補給口２１と、補給口２１からＤＭＥ燃料が導入される補給通路（補給配管）２２と、一端が補給配管２２に接続され、他端がタンク間配管７に接続されたメイン側補給通路（メイン側補給配管）２３と、一端が補給配管２２に接続され、他端がサブ燃料タンク６に設けられた充填口に接続されたサブ側補給通路（サブ側補給配管）２４とを備えている。メイン側補給配管２３には、逆止弁２５が配設される。サブ側補給配管２４には、上流側（補給口２１側）から順に、逆止弁２６と、開閉弁２７とが配設される。

また、メイン燃料タンク２の充填口からメイン燃料タンク２内にＤＭＥ燃料が充填される充填管２８には、過充填防止弁２９が設けられている。充填管２８は、充填されるＤＭＥ燃料をメイン燃料タンク２内の気相側に流出させるため、上方に屈曲且つ延出されている。充填管２８に過充填防止弁２９が設けられているため、ＤＭＥ燃料をサブ燃料タンク６からメイン燃料タンク２に供給する際或いはＤＭＥ燃料を充填機構２０の充填口２１からメイン燃料タンク２に充填する際、メイン燃料タンク２内の燃料量（燃料レベル）が最大規定量（最大規定レベル）以上になることを防止できる。

また、サブ燃料タンク６の充填口からサブ燃料タンク６内にＤＭＥ燃料が充填される充填管３０には、過充填防止弁３１が設けられている。充填管３０は、充填されるＤＭＥ燃料をサブ燃料タンク６内の気相側に流出させるため、上方に屈曲且つ延出されている。充填管３０に過充填防止弁３１が設けられているため、ＤＭＥ燃料を充填機構２０の充填口２１からサブ燃料タンク６に充填する際、サブ燃料タンク６内の燃料量（燃料レベル）が最大規定量（最大規定レベル）以上になることを防止できる。

本実施形態では、メイン燃料タンク２の充填口及びサブ燃料タンク６の充填口をタンク間配管７、メイン側補給配管２３、サブ側補給配管２４でつなぐことで、メイン燃料タンク２へのＤＭＥ燃料の補給とサブ燃料タンク６へのＤＭＥ燃料の補給とを同時に行うことが可能となり、補給時の作業性の改善、補給時間の短縮が可能となる。

さらに、メイン燃料タンク２には、メイン燃料タンク２内の液面レベルを検出するメイン側液面レベルセンサー３２が設けられており、サブ燃料タンク６には、サブ燃料タンク６内の液面レベルを検出するサブ側液面レベルセンサー３３が設けられている。メイン側液面レベルセンサー３２及びサブ側液面レベルセンサー３３としては、例えば、フロート式液面ゲージを使用することが可能である。また、燃料供給配管４の途中には、燃料供給配管４内の燃料温度を検出する燃料温度センサー３４と、燃料供給配管４内の燃料圧力を検出する燃料圧力センサー３５とが設けられている。上記のセンサー（メイン側液面レベルセンサー３２、サブ側液面レベルセンサー３３、燃料温度センサー３４、燃料圧力センサー３５）の出力は制御手段（ＥＣＵ）１３に入力され、このＥＣＵ１３によってメイン圧送ポンプ９及びサブ圧送ポンプ１６が適宜制御される。

ところで、サブ燃料タンク６の取出口とメイン燃料タンク２の充填口とをタンク間配管７にて接続し、サブ燃料タンク６内のサブ圧送ポンプ１６によってＤＭＥ燃料をメイン燃料タンク２に供給すると、メイン燃料タンク２内の圧力がサブ燃料タンク６内の圧力より高くなり、メイン燃料タンク２内へのＤＭＥ燃料の供給が困難になる場合がある。そこで、メイン燃料タンク２の上部の気相側とサブ燃料タンク６の上部の気相側とを気相接続通路（気相接続配管）３６により接続する。この気相接続配管３６には、メイン燃料タンク２側及びサブ燃料タンク６側にそれぞれ開閉弁３７、３８が設けられる。開閉弁３７、３８は、ＥＣＵ１３によって制御される。このようにメイン燃料タンク２の気相側とサブ燃料タンク６の気相側とを気相接続配管３６により接続することで、メイン燃料タンク２内の圧力とサブ燃料タンク６内の圧力とが均等になり、メイン燃料タンク２内の圧力がサブ燃料タンク６内の圧力より高くなる事態を回避でき、メイン燃料タンク２内へのＤＭＥ燃料の供給（圧送）が容易になる。

本実施形態の作用を説明する。

まず、ＥＣＵ１３は、エンジンキーがＯＮされると、燃料供給配管４に設けられた遮断弁１１及び燃料戻り配管５に設けられた遮断弁１４を開とし、同時に、燃料供給配管４の途中に設けられた燃料温度センサー３４及び燃料圧力センサー３５の検出値を取り込んで、その時の燃料温度及び燃料圧力を測定し（図２のＳ１）、燃料温度センサー３４で測定した燃料温度からＤＭＥ燃料を液体の状態に保つのに必要な燃料圧力（必要圧力）を計算する。次いで、ＥＣＵ１３は、メイン燃料タンク２内のメイン圧送ポンプ９を始動し（図２のＳ２）、燃料供給配管４内の燃料圧力が計算された燃料圧力（必要圧力）になるようにメイン圧送ポンプ９を制御する（図２のＳ３）。このときの燃料圧力は、燃料温度センサー３４で測定した燃料温度とＤＭＥ燃料の飽和蒸気圧線図とに基づいて決定され、ＤＭＥ燃料を液体の状態に保つことができる圧力（概ね１〜３ＭＰａ）とする。

ＥＣＵ１３は、エンジン３の始動に必要な条件が満たされたとき、スターターによってエンジン３を始動する。ＥＣＵ１３は、エンジン３の始動後も、燃料供給配管４の途中に設けられた燃料温度センサー３４及び燃料圧力センサー３５の検出値を取り込んで、その時の燃料温度及び燃料圧力を測定し、燃料温度センサー３４で測定した燃料温度、エンジンの運転条件（エンジン回転、負荷）等から燃料圧力（目標供給圧力）を計算し、燃料供給配管４内の燃料圧力が計算された燃料圧力（目標供給圧力）になるようにメイン圧送ポンプ９を制御する（図２のＳ３、Ｓ４、Ｓ５）。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１３は、メイン燃料タンク２に設けられたメイン側液面レベルセンサー３２及びサブ燃料タンク６に設けられたサブ側液面レベルセンサー３３の検出値を取り込んで、その時のメイン燃料タンク２内の液面レベル及びサブ燃料タンク６内の液面レベルを測定し（図３のＳ６、Ｓ９）、メイン燃料タンク２内の液面レベルとサブ燃料タンク６内の液面レベルとの差（液面差）が略一定になるようにサブ燃料タンク６内のサブ圧送ポンプ１６を制御する。つまり、ＥＣＵ１３は、メイン燃料タンク２内のＤＭＥ燃料が所定量減ったときに、メイン燃料タンク２で消費された分のＤＭＥ燃料をサブ燃料タンク６より補給する。

本実施形態では、ＥＣＵ１３は、サブ圧送ポンプ１６の停止時に、メイン側液面レベルセンサー３２で検出したメイン燃料タンク２内の液面レベルとサブ側液面レベルセンサー３３によって検出したサブ燃料タンク６内の液面レベルとの差を求め、その差が所定値以上となったとき（図３のＳ７；ＹＥＳ）、サブ圧送ポンプ１６を始動して（図３のＳ８）、サブ圧送ポンプ１６によるサブ燃料タンク６からメイン燃料タンク２へのＤＭＥ燃料の供給を開始する。

また、ＥＣＵ１３は、サブ圧送ポンプ１６の運転時に、メイン側液面レベルセンサー３２で検出したメイン燃料タンク２内の液面レベルとサブ側液面レベルセンサー３３で検出したサブ燃料タンク６内の液面レベルとの差を求め、その差が上記所定値より小さくなったとき（図３のＳ９；ＹＥＳ）、サブ圧送ポンプ１６を停止して（図３のＳ１０）、サブ圧送ポンプ１６によるサブ燃料タンク６からメイン燃料タンク２へのＤＭＥ燃料の供給を終了する。

本実施形態によれば、ＥＣＵ１３は、メイン圧送ポンプ９によってメイン燃料タンク２内のＤＭＥ燃料をエンジン３に供給すると共に、メイン燃料タンク２内のＤＭＥ燃料が所定量減ったときにサブ圧送ポンプ１６を駆動して、サブ圧送ポンプ１６によってサブ燃料タンク６内のＤＭＥ燃料をメイン燃料タンク２に供給するので、運転者等の作業無しで、継続的に燃料供給が可能となり、燃料供給装置１を車両用エンジンに用いた場合長距離走行が可能となる。

また、本実施形態では、サブ燃料タンク６内に設置するサブ圧送ポンプ１６はサブ燃料タンク６内のＤＭＥ燃料をメイン燃料タンク２へ移動させるためだけに使用するため、サブ圧送ポンプ１６は、ＤＭＥ燃料をエンジン３（燃料噴射ポンプ８）へ供給するポンプ（メイン圧送ポンプ９）のように燃料圧力を比較的高圧にする必要が無い。そのため、安価な低圧のポンプをサブ圧送ポンプ１６として使用できるため、エンジン３に接続される複数の燃料タンクを備えてエンジン３にＤＭＥ燃料を供給する燃料タンクを切り替えて使用する場合と比較して、安価に燃料供給装置１を構成することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、サブ圧送ポンプ１６の制御を簡略化するために、メイン燃料タンク２内の液面レベルが所定値以下になったとき（メイン燃料タンク２内のＤＭＥ燃料が残り少なくなったとき）にサブ圧送ポンプ１６を始動して、サブ圧送ポンプ１６によるサブ燃料タンク６からメイン燃料タンク２へのＤＭＥ燃料の供給を開始し、その後、サブ燃料タンク６内の液面レベルが所定値以下になったとき（サブ燃料タンク６内のＤＭＥ燃料が残り少なくなったとき）にサブ圧送ポンプ１６を停止して、サブ圧送ポンプ１６によるサブ燃料タンク６からメイン燃料タンク２へのＤＭＥ燃料の供給を終了するようにしても良い。

また、メイン燃料タンク２内の液面レベル及びサブ燃料タンク６内の液面レベル（ＤＭＥ燃料の残量）の確認が容易になるよう、メイン側液面レベルセンサー３２で検出したメイン燃料タンク２内の液面レベル（燃料量）とサブ側液面レベルセンサー３３で検出したサブ燃料タンク６内の液面レベル（燃料量）とを合算し、合算した合計燃料量を運転席等の燃料計に表示するようにしても良い。合算した合計燃料量の表示により、運転者等が一目でメイン燃料タンク２とサブ燃料タンク６とを合わせたトータルのＤＭＥ燃料の残量を確認することができる。

１燃料供給装置
２メイン燃料タンク
３エンジン
４燃料供給通路（燃料供給配管）
６サブ燃料タンク
７タンク間通路（タンク間配管）
９メイン圧送ポンプ
１３制御手段（ＥＣＵ）
１６サブ圧送ポンプ
３２メイン側液面レベルセンサー
３３サブ側液面レベルセンサー

Claims

液化燃料が収容されたメイン燃料タンクと、該メイン燃料タンクとエンジンとの間に介設された燃料供給通路と、該燃料供給通路を介して上記メイン燃料タンク内の液化燃料を上記エンジンに供給するメイン圧送ポンプと、上記エンジンと上記メイン燃料タンクとの間に介設された燃料戻り通路と、液化燃料が収容された少なくとも一つのサブ燃料タンクと、該サブ燃料タンクと上記メイン燃料タンクとの間に介設されたタンク間通路と、該タンク間通路を介して上記サブ燃料タンク内の液化燃料を上記メイン燃料タンクに供給するサブ圧送ポンプと、上記メイン燃料タンクの気相側と上記サブ燃料タンクの気相側とを接続する気相接続通路と、上記メイン圧送ポンプ及び上記サブ圧送ポンプを制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記メイン圧送ポンプによって上記メイン燃料タンク内の液化燃料を上記エンジンに供給すると共に、上記メイン燃料タンク内の液化燃料が所定量減ったときに上記サブ圧送ポンプを駆動して、そのサブ圧送ポンプによって上記サブ燃料タンク内の液化燃料を上記メイン燃料タンクに供給することを特徴とする燃料供給装置。
上記メイン燃料タンクに設けられ、上記メイン燃料タンク内の液面レベルを検出するメイン側液面レベルセンサーと、上記サブ燃料タンクに設けられ、上記サブ燃料タンク内の液面レベルを検出するサブ側液面レベルセンサーとを更に備え、
上記制御手段は、
上記サブ圧送ポンプの停止時に、上記メイン側液面レベルセンサーで検出した上記メイン燃料タンク内の液面レベルと上記サブ側液面レベルセンサーで検出した上記サブ燃料タンク内の液面レベルとの差を求め、該差が所定値以上となったとき、上記サブ圧送ポンプを始動して上記サブ燃料タンクから上記メイン燃料タンクへの液化燃料の供給を開始し、上記サブ圧送ポンプの運転時に、上記メイン側液面レベルセンサーで検出した上記メイン燃料タンク内の液面レベルと上記サブ側液面レベルセンサーで検出した上記サブ燃料タンク内の液面レベルとの差を求め、該差が上記所定値より小さくなったとき、上記サブ圧送ポンプを停止して上記サブ燃料タンクから上記メイン燃料タンクへの液化燃料の供給を終了する
請求項１に記載の燃料供給装置。