JP5485825B2

JP5485825B2 - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP5485825B2
Application number: JP2010162815A
Authority: JP
Inventors: 福郎北川; 隆修河野; 政雄加納
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: JP2012026284A

Description

本発明は、内燃機関に気化燃料を供給する燃料供給装置に関する。

従来、燃焼の開始を火花点火で制御する内燃機関では、一般に、インジェクタから燃焼室に噴射供給された液体燃料を気化させて火花点火する。しかし、特に冷間時の内燃機関始動時には、噴射された燃料が低温の気筒内壁面に付着しやすく、燃料の気化に遅れが生じる。その結果、未燃ＨＣ（炭化水素）が増大する傾向があり、また、内燃機関停止時に壁面に残るウェット成分が粒子状物質やデポジット（堆積物）を発生させる。そして、これらの未燃ＨＣや粒子状物質等がエミッション（排出物質）として排気ポートから大気中へ排出されるという問題を引き起こす。

これに対し、特許文献１に記載の燃料供給装置は、液体燃料をメインインジェクタから噴射供給する系統と別に、燃料タンク内で蒸発した気体燃料をサブインジェクタから噴射供給する系統を設けている。そして、内燃機関始動時に液体燃料と気体燃料とを共に噴射供給することで、気筒内のウェット成分の生成を抑制し、エミッションを低減している。

特開２００３−３４３３６５号公報

特許文献１に記載の従来技術は、燃料タンク内で蒸発した気体燃料の一部がサブインジェクタに到達するまでの配管途中で凝縮して液体燃料となった場合、この液体燃料を分離して排出する手段を備えていない。そのため、噴射供給される気体燃料に液体成分が混ざり、気化燃料の「気化精度」が低下する。
また、配管途中で凝縮した液体燃料を排出するための手段を設けた場合、気体燃料と液体燃料とを適切に分離することができなければ、液体燃料の排出時に気体燃料の一部が同時に排出される。すると、気体燃料の一部が有効に使用されずに消費されることとなる。

加えて、本出願人は、先に特願２０１０−０３０３２５を出願した。この出願に係る発明では、「第２の噴射弁（サブインジェクタ）」から噴射された液体燃料を気化させて貯留する「気化燃料室（気化チャンバ）」、及び、気化燃料室と吸気通路との連通および遮断を切り替える「パージバルブ」を設け、気化燃料室から燃焼室への気化燃料の供給をパージバルブの開閉によって制御している。
この出願に係る発明において気化燃料室で気化せずに残留した液体燃料については、上記の従来技術における問題と同様の問題が生じる。すなわち、液体燃料を気体燃料から適切に分離して排出することができなければ、吸気通路に供給される気化燃料の気化精度が低下するという問題が生じる。また、気化燃料室から液体燃料を排出する時に気化燃料の一部が同時に排出されると、生成した気体燃料の一部が有効に使用されずに消費されることとなる。この場合、気化燃料を生成するために、例えば燃料ポンプが液体燃料を汲み上げてサブインジェクタに供給するという仕事がなされている。この燃料ポンプ等の仕事によって生成された気化燃料の全体量に対する「燃焼室に供給されて有効に使用される気化燃料の量」の割合を「仕事効率」という。気化燃料の一部が有効に使用されずに消費されると、仕事効率が低下する。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、気化チャンバ内に残留した液体燃料を気化燃料から適切に分離して排出することにより、気化チャンバから吸気通路に供給される気化燃料の気化精度を向上するとともに、気化燃料を生成するための仕事効率を向上する燃料供給装置を提供することにある。

請求項１に記載の燃料供給装置は、内燃機関の吸気通路へ気化燃料を供給する燃料供給装置であって、気化燃料タンク、気化チャンバ噴射弁、燃料ポンプ、リターン通路部材、液面検出手段および液体排出弁を備える。
気化燃料タンクは、液体燃料を気化させるための気化チャンバを内部に形成する。
気化チャンバ噴射弁は、気化チャンバに液体燃料を噴射する。
燃料ポンプは、気化燃料タンクの重力方向下側に設けられる燃料タンク内の燃料タンク室から液体燃料を汲み上げ、気化チャンバ噴射弁に供給する。
リターン通路部材は、気化チャンバ内に残留した液体燃料を重力で燃料タンク室に戻すためのリターン通路を形成する。
液面検出手段は、リターン通路内の液面高さが所定範囲内にあるか否かを検出する。
液体排出弁は、液面検出手段による液面高さの情報に基づいて開閉し、リターン通路を連通または遮断する。

具体的には、燃料供給装置は、液体排出弁を開弁することで、気化チャンバ内に残留した液体燃料を気化燃料から適切に分離して燃料タンクに排出することができる。したがって、気化チャンバ内の気化燃料中に含まれる液体成分を低減することができ、気化チャンバから吸気通路に供給される気化燃料の気化精度を向上することがきる。

さらに具体的には、燃料供給装置は、液体排出弁を開弁して気化チャンバから液体燃料を排出した後、液体燃料の排出が完了したら直ちに液体排出弁を閉弁することで、気化燃料の排出を最小限に抑える。これにより、気化燃料の浪費を抑制するので、気化燃料を生成するための燃料ポンプ等の仕事効率を向上することができる。

液面検出手段は、液面に浮かべられ液面高さに応じて上昇または下降する浮きを有する。また、液体排出弁は、浮きの上昇または下降と連動し、燃料が排出される排出口を開閉する。
これにより、簡易で、故障の可能性の少ない燃料供給装置の構成が実現される。

浮きは、排出口を内側に含む弁座に着座することで液体排出弁の弁体を兼ねる。
この構成によれば、独立した液体排出弁が不要であり、燃料供給装置の部品点数および製造コストを削減することができる。

燃料供給装置は、さらに、弁座に着座した浮きを弁座から離座させるための離脱手段を備える。
浮きは、例えば、リターン通路の途中に設けられ気化チャンバ内に残留した液体燃料を溜めるフロート室に収容される。ここで、フロート室の流入側は気化チャンバに連通し、フロート室の排出側は燃料タンク室に連通して、フロート室が「閉じられた空間」であるとする。フロート室の流入側の内圧は気化チャンバ内圧に等しく、フロート室の排出側の内圧は燃料タンク室内圧に等しい。そして、気化チャンバ内圧は燃料タンク室内圧より大きい。よって、「気化チャンバ内圧と燃料タンク室内圧との差圧に排出口の面積を掛けた力」が浮きに対して「吸着力」として下向きに作用し、浮きは弁座に吸着される。

この場合、浮きが吸着力に逆らって液面に浮くためには、浮きの体積を大きくし、大きな浮力が得られるようにしなければならない。しかし、フロート室のスペースの制約上、現実には浮きの体積を大きくすることが難しい。そこで、弁座に着座した浮きを弁座から強制的に離座させるための離脱手段を備えることで、浮きの体積を大きくすることなく、液体排出弁を開閉することができる。

請求項２に記載の発明によると、離脱手段は、油圧または燃料圧により駆動される。
例えば、油圧シリンダなどで離脱手段を駆動することで、強力で正確な駆動ができる。
特に、請求項３に記載の発明によると、離脱手段は、気化チャンバ噴射弁の燃料噴射圧により駆動される。
フロート室の液面高さは、気化チャンバ噴射弁が気化チャンバに液体燃料を噴射するときに上昇する。したがって、気化チャンバ噴射弁の燃料噴射圧を利用して離脱手段を駆動することで、液体排出弁を開弁するタイミングを気化チャンバ噴射弁の燃料噴射のタイミングに同期させ、液体燃料を効率的に排出することができる。また、別の駆動手段を設ける必要がなくなる。

請求項４に記載の発明によると、離脱手段は、電磁駆動力により駆動される。
例えば、ソレノイドなどで離脱手段を駆動することで、ＥＣＵ（電子制御装置）による制御が容易となる。

請求項５に記載の発明によると、気化燃料タンクは、気化燃料タンク加熱手段によって加熱される。これにより、気化チャンバでの気化燃料の生成を促進することができる。
請求項６に記載の発明によると、気化チャンバ噴射弁に供給される燃料は、燃料加熱手段によって加熱される。これにより、噴射される液体燃料の温度を上昇させ、気化チャンバでの気化燃料の生成を促進することができる。

本発明の第１実施形態による燃料供給装置の概略構成図である。（ｂ）は図１の要部拡大図であり、（ａ）は（ｂ）のａ−ａ断面図である。本発明の第２〜第５実施形態による燃料供給装置の概略構成図である。本発明の第２実施形態による燃料供給装置の要部拡大図である。本発明の第３実施形態による燃料供給装置の要部拡大図である。本発明の第４実施形態による燃料供給装置の要部拡大図である。本発明の第５実施形態による燃料供給装置の要部拡大図である。本発明の第６実施形態による燃料供給装置の概略構成図である。本発明の第６実施形態による燃料供給装置の気化チャンバ内圧変化を示す模式図である。本発明の第７実施形態による燃料供給装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態による燃料供給装置を図面に基づいて説明する。以下の実施形態の説明において、実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
なお、第２〜第７実施形態は、参考形態に相当する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料供給装置が適用される内燃機関システム９９を図１に示す。内燃機関システム９９は、４気筒の内燃機関１０にガソリン等の燃料および空気を供給するシステムである。図１は、４気筒のうちの１つの気筒の断面を示している。

内燃機関１０は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２、ピストン１３、点火プラグ１４等を備えている。シリンダブロック１１は、筒状に形成された気筒１８を有し、気筒１８の内部にて往復移動可能にピストン１３を収容する。ピストン１３は、コンロッド１６を介してクランクシャフト１７と連結されている。
点火プラグ１４は、ＥＣＵ（電子制御装置）１００からの指令により火花放電用の高電圧が印加されることにより、燃焼室１９内に導入された燃料混合気に火花着火する。
シリンダブロック１１の外側には、熱交換室５１を有する熱交換部材５０が設けられている。熱交換室５１には熱交換液Ｈｗが循環し、シリンダブロック１１の高熱と熱交換液Ｈｗの低熱とが熱交換される。熱交換液Ｈｗは、例えばエンジン冷却水である。

シリンダヘッド１２には、吸気ポート２２と燃焼室１９との間を開閉する吸気弁２１、及び、排気ポート２７と燃焼室１９との間を開閉する排気弁２６が配設されている。燃焼室１９は、気筒１８の内壁面、シリンダヘッド１２、吸気弁２１、排気弁２６およびピストン１３の頂面によって囲まれる空間である。燃焼室１９は、吸気弁２１が開弁することにより吸気ポート２２と連通し、排気弁２６が開弁することにより排気ポート２７と連通する。吸気ポート２２は吸気通路２９と連通し、排気ポート２７は図示しない排気通路と連通する。

吸気通路２９は、吸気管２８によって形成される。吸気管２８には、エアクリーナ２３およびスロットル弁２４が配設されている。エアクリーナ２３は、吸気通路２９に吸入される空気の異物を除去する。スロットル弁２４は、吸入される空気量を調整する。

燃料タンク３０は、シリンダブロック１１の重力方向下側に設けられる。燃料タンク３０内部の燃料タンク室３１には、ガソリン等の液体燃料が貯留される。
燃料ポンプ３３は、燃料タンク室３１の液体燃料を、燃料通路部材３２０によって形成される燃料通路３２を経由して汲み上げる。燃料ポンプ３３の吐出側では、燃料通路は、燃料通路部材３４０によって形成される燃料通路３４と、分岐通路部材３５０によって形成される分岐通路３５とに分岐する。

燃料通路３４は、高圧燃料ポンプ３６の吸入側に連通する。高圧燃料ポンプ３６は、燃料ポンプ３３から供給された液体燃料を加圧してメインインジェクタ３７に供給する。メインインジェクタ３７は、高圧燃料を燃焼室１９へ噴射供給する。
分岐通路３５は、燃料供給装置１を構成するサブインジェクタ３８に連通する。

次に、燃料供給装置１について説明する。燃料供給装置１は、気化チャンバ４１内で生成した気化燃料を、気化燃料通路９３およびパージバルブ９５を経由して吸気通路２９に供給するとともに、気化チャンバ４１内で気化せずに残留した液体燃料を、リターン通路６２、６４を経由して燃料タンク室３１に排出する。
燃料供給装置１は、気化チャンバ４１を形成する気化燃料タンク４０、「気化チャンバ噴射弁」としてのサブインジェクタ３８、燃料ポンプ３３、リターン通路部材６１、６３、「液面検出手段」および「液体排出弁」としてのフロート弁装置７０等を備えている。

気化燃料タンク４０は、内部に気化チャンバ４１を形成する耐圧容器である。気化燃料タンク４０は、一方の側壁である接触壁４３がシリンダブロック１１の外側の熱交換部材５０に接触して設けられる。気化燃料タンク４０は、燃焼室１９における燃料の燃焼によりシリンダブロック１１を介して暖められた熱交換部材５０によって加熱される。熱交換部材５０は、特許請求の範囲に記載の「気化燃料タンク加熱手段」に相当する。
気化燃料タンク４０に隣接する熱交換室５１の内壁５２には、温度センサ５３が設けられる。温度センサ５３が検出した温度検出値は、ＥＣＵ１００に出力される。

気化燃料タンク４０の接触壁４３と対向する側壁４４にはサブインジェクタ３８が設けられる。サブインジェクタ３８は、燃料ポンプ３３から分岐通路３５を経由して供給された液体燃料を接触壁４３に向かって噴射する。サブインジェクタ３８から噴射された液体燃料は、熱交換部材５０の熱により暖められた気化チャンバ４１内にて気化する。

また、分岐通路部材３５０の径方向外側に加熱室５７が形成される。加熱室５７は、加熱通路部材５５によって形成される加熱通路５６を経由して熱交換室５１と連通する。シリンダブロック１１にて暖められた熱交換室５１の熱交換液Ｈｗが加熱通路５６を経由して加熱室５７に流入することで、分岐通路３５を通ってサブインジェクタ３８に供給される液体燃料が加熱される。熱交換液Ｈｗは、特許請求の範囲に記載の「燃料加熱手段」に相当する。
また、加熱室５７より燃料ポンプ３３側の分岐通路３５には逆止弁３９が設けられている。逆止弁３９は、加熱された液体燃料が燃料ポンプ３３側に逆流することを防止する。

気化チャンバ４１で気化した燃料は、気化チャンバ４１の上部に設けられる気化燃料通路側連通部４６から気化燃料通路９３に導入される。気化燃料通路９３は、気化燃料通路部材９３０によって形成され、気化チャンバ４１と吸気通路２９とを連通する。気化燃料通路９３に設けられるパージバルブ９５は、気化チャンバ４１と吸気通路２９との連通および遮断を切り替える。パージバルブ９５が開弁すると、気化燃料は、吸気通路２９および吸気ポート２２を経由して吸気と共に燃焼室１９に供給される。

パージバルブ９５は、例えば、所定の燃焼回数に対応する期間が経過した後、ＥＣＵ１００からの指令により閉弁する。すなわち、所定回数の燃焼が終了した後は、メインインジェクタ３７からの噴射により燃焼室１９への燃料供給が行われる。なお、パージバルブ９５の閉弁までの燃焼回数は、気化燃料タンク４０の容量に基づいて決定される。
ここで、ＥＣＵ１００は、アクセル開度やエンジン回転数等の入力情報に基づいて、メインインジェクタ３７およびサブインジェクタ３８の燃料噴射やパージバルブ９５の開閉等を制御する。なお、図１においてＥＣＵ１００に入出力される制御線は、煩雑になることを避けるため一部を省略した。

気化燃料通路側連通部４６の近傍には、サブインジェクタ３８から噴射された液体燃料が気化燃料通路９３に直接流入するのを防ぐ保護壁４８が設けられている。保護壁４８は、サブインジェクタ３８からの噴射形状に概ね沿うように、接触壁４３の上部からサブインジェクタ３８の噴孔方向に傾斜して設けられている。気化燃料は、側壁４４と保護壁４８との間に形成される隙間４９を経由して気化燃料通路側連通部４６側へ流入する。

気化燃料タンク４１の下部には、上部リターン通路６２に連通するリターン通路側連通部４７が設けられる。気化チャンバ４１で気化せずに残留した液体燃料は、重力で気化チャンバ４１下部に溜まり、リターン通路側連通部４７から上部リターン通路６２を経由してフロート弁装置７０へ排出される。フロート弁装置７０は、下部リターン通路６４を経由して燃料タンク３０内の燃料タンク室３１に連通する。上部リターン通路６２は、上部リターン通路部材６１によって形成され、下部リターン通路６４は、下部リターン通路部材６３によって形成される。

次に、フロート弁装置７０について、図２を参照して詳しく説明する。フロート弁装置７０は、ハウジング７１、浮き７２、燃料圧シリンダ７３等から構成される。フロート弁装置７０は、特許請求の範囲に記載の「液面検出手段」および「液体排出弁」に相当する。

ハウジング７１は、内部にフロート室７１ａを形成する。フロート室７１ａの上部には、上部リターン通路６２と連通する流入口７１ｂが設けられる。フロート室７１ａの下部には、底部７１ｅから突起する排出口７１ｃが設けられる。フロート室７１ａは、排出口７１ｃを経由して下部リターン通路６４と連通する。排出口７１ｃの上端面は、中空球状の浮き７２が着座可能な環状の弁座７１ｄを形成する。

気化チャンバ４１からフロート室７１ａに流入した液体燃料Ｌｑはフロート室７１ａの底部７１ｅに溜まる。ここで、流入口７１ｂが大気開放され、排出口７１ｃが閉塞されている場合、液面高さが所定の高さより低ければ、浮き７２は浮力が得られず浮くことができない。一方、液面高さが所定の高さより高くなると、浮き７２は浮力Ｆｕを得て浮く。このときの所定の液面高さを「切替高さＬ０」とすると、浮き７２の挙動によって、液面高さが切替高さＬ０より低いか高いかを検出することができる。すなわち、浮き７２を備えるフロート弁装置７０は、「液面検出手段」として機能する。

また、浮き７２は、原則として、液面高さが切替高さＬ０より低いとき弁座７１ｄに着座して排出口７１ｃを閉塞し、液体燃料Ｌｑの排出を遮断する。また、液面高さが切替高さＬ０より高いとき浮力Ｆｕにより弁座７１ｄから離座して排出口７１ｃを開放し、液体燃料Ｌｑを排出可能とする。すなわち、フロート弁装置７０は、浮き７２を「弁体」とする「液体排出弁」として機能する。

ところが、流入口７１ｂが気化チャンバ７１ｂに連通し、排出口７１ｃが燃料タンク７１ｃに連通して、フロート室７１ａが「閉じられた空間」になると、浮き７２の上下には差圧による吸着力Ｆｄが発生し、浮き７２は弁座７１ｄに吸着される。
すなわち、上部リターン通路６２、及び、浮き７２上側の空間の内圧は気化チャンバ内圧Ｐｃｈに等しく、浮き７２下側の下部リターン通路６４の内圧は燃料タンク室内圧Ｐｔａに等しい。そして、気化チャンバ内圧Ｐｃｈは、燃料タンク室内圧Ｐｔａより大きい。そこで、下部リターン通路６４の内径をＤとすれば、浮き７２の上下には、式（１）で計算される吸着力Ｆｄが下向きに作用する。
Ｆｄ＝πＤ²／４×（Ｐｃｈ−Ｐｔａ）・・・式（１）

この場合、浮き７２が吸着力Ｆｄに逆らって浮くためには、浮き７２の体積を大きくし、大きな浮力Ｆｕが得られるようにしなければならない。しかし、フロート室７１ａのスペースの制約上、現実には浮き７２の体積を大きくすることが難しい。
そのため、フロート弁装置７０は、「離脱手段」としてのエッジ７４を備えている。エッジ７４は、燃料圧シリンダ７３に一体に形成され、燃料圧シリンダ７３の往復移動に伴って浮き７２と弁座７１ｄとの間にくさび状に進入する。

燃料圧シリンダ７３は、ハウジング７１に略水平方向に設けられたシリンダ室７１ｆに往復移動可能に収容されている。シリンダ室７１ｆの一方の端部には、サブインジェクタ３８の燃料噴射圧を導入する燃料圧導入孔７１ｇが形成されている。燃料圧シリンダ７３は、燃料噴射圧により進み側へ駆動される。また、シリンダ室７１ｆの他方の端部には、燃料圧シリンダ７３の移動によって生ずる圧力を抜くための圧力抜き孔７１ｈが形成されるとともに、燃料圧シリンダ７３を戻り側に付勢するためのスプリング７５が設けられている。燃料圧導入孔７１ｇに燃料噴射圧が導入されないとき、燃料圧シリンダ７３は戻り側に移動する。

（作用）
次に、第１実施形態の燃料供給装置１の作用について説明する。
内燃機関システム９９において、燃焼室１９への燃料供給は２つの系統で行なわれる。一方の系統では、燃料ポンプ３３により燃料タンク室３１から汲み上げられ高圧燃料ポンプ３６により加圧された高圧燃料をメインインジェクタ３７から燃焼室１９へ噴射する。他方の系統では、燃料供給装置１で生成された気化燃料を、気化燃料通路９３を経由して吸気通路２９に導入し、吸気と共に燃焼室１９へ供給する。燃料供給装置１は、燃料ポンプ３３により燃料タンク室３１から汲み上げられた液体燃料をサブインジェクタ３８から気化チャンバ４１へ噴射し、気化チャンバ内４１で燃料を気化させて貯留する。

内燃機関システム９９は、内燃機関始動時等に気化燃料通路９３のパージバルブ９５を開弁し、気化燃料を燃焼室１９に供給する。これにより、気筒１８内のウェット成分を抑制し、エミッションを低減する。また、気化チャンバ４１の内圧は、気化燃料の蒸気圧によって大気圧より高圧であるため、吸気中の酸素が気化燃料に混入することを防止する。そのため、気化燃料中のＨＣの酸化によるデポジットの発生が抑制される。

また、サブインジェクタ３８から噴射された液体燃料のうち気化チャンバ４１内で気化せずに残留した液体燃料は、上部リターン通路６２を経由してフロート弁装置７０のフロート室７１ａに流入する。サブインジェクタ３８が燃料噴射しない時、フロート室７１ａに収容される浮き７２は、気化チャンバ内圧Ｐｃｈと燃料タンク室内圧Ｐｔａとの差圧によって生じる吸着力Ｆｄにより弁座７１ｄに着座している。

サブインジェクタ３８の燃料噴射が開始されると、燃料噴射圧が燃料圧導入孔７１ｇからシリンダ室７１ｆに導入され、燃料圧シリンダ７３が進み側に移動する。それに伴い、燃料圧シリンダ７３に一体に形成されたエッジ７４が浮き７２と弁座７１ｄとの間にくさび状に進入する。これにより、エッジ７４は、浮き７２を弁座７１ｄから離座させるとともに、排出口７１ｃを閉塞する。そのため、吸着力Ｆｄが浮き７２に作用しなくなる。また、気化チャンバ４１から流入した液体燃料により、フロート室７１ａの液面高さが切替高さＬ０よりも上昇し、浮き７２は浮力Ｆｕを得て浮く。

サブインジェクタ３８の燃料噴射が終了すると、スプリング７５の付勢力によって燃料圧シリンダ７３が戻り側に移動し、それに伴い、エッジ７４は排出口７１ｃを開放する。すると、フロート室７１ａの液体燃料が排出口７１ｃから下部リターン通路６４を経由して燃料タンク室３１に排出され、フロート室７１ａの液面高さが切替高さＬ０よりも下降する。また、浮き７２に吸着力Ｆｄが作用するため、浮き７２は弁座７１ｄに着座する。したがって、気化チャンバ４１内の気化燃料が液体燃料と同時に排出されることはない。

（効果）
上記の構成により、第１実施形態の燃料供給装置１は、以下の効果を奏する。
（１）液面検出手段および液体排出弁としてのフロート弁装置７０において、弁体としての浮き７２は、気化チャンバ４１から流入する液体燃料によりフロート室７１ａの液面高さが切替高さＬ０より高くなると開弁する。これにより、気化チャンバ４１内に残留した液体燃料を適切に分離して、フロート弁装置７０の排出口７１ｃから下部リターン通路６４を経由して燃料タンク室３１に排出することができる。したがって、気化チャンバ４１内の気化燃料中に含まれる液体成分を低減することができ、気化チャンバから吸気通路２９に供給される気化燃料の気化精度を向上することがきる。

（２）浮き７２は、気化チャンバ４１からの液体燃料が排出口７１ｃから排出され、フロート室７１ａの液面高さが切替高さＬ０より低くなると直ちに閉弁することで、気化燃料の排出を最小限に抑える。これにより、気化燃料の浪費を抑制するので、気化燃料を生成するための仕事効率を向上することができる。ここで、気化燃料を生成するための仕事としては、燃料ポンプ３３の仕事の他、気化チャンバ加熱手段としての熱交換部材５０および燃料加熱手段としての熱交換液Ｈｗの仕事が含まれる。

（３）液面検出手段として浮き７２が用いられることで、簡易で、故障の可能性が少ない燃料供給装置１の構成が実現される。また、浮き７２が液体排出弁の弁体を兼ねることで、独立した液体排出弁が不要となり、燃料供給装置１の部品点数および製造コストを削減することができる。

（４）フロート弁装置７０は、吸着力Ｆｄの作用を受けて弁座７１ｄに着座している浮き７２を弁座７１ｄから強制的に離座させるための離脱手段としてエッジ７４を備える。これにより、浮き７２の体積を大きくすることなく、フロート弁装置７０を開閉することができる。

（５）離脱手段としてのエッジ７４を備えた燃料圧シリンダ７３は、サブインジェクタ３８の燃料噴射圧により駆動される。フロート室７１ａの液面高さは、サブインジェクタ３８が気化チャンバ４１に液体燃料を噴射するときに上昇するため、サブインジェクタ３８の燃料噴射圧を利用してエッジ７４を駆動することで、浮き７２を離座させるタイミングをサブインジェクタ３８の燃料噴射のタイミングに同期させ、液体燃料を効率的に排出することができる。また、別の駆動手段を設ける必要がなくなる。

（６）気化燃料タンク４０が熱交換部材５０に接触して設けられることにより、気化チャンバ４１は熱交換室５１の熱によって加熱されるため、気化チャンバ４１における気化燃料の生成を促進することができる。また、サブインジェクタ３８は、接触壁４３と対向する側壁４４に設けられ加熱されている接触壁４３に向かって液体燃料を噴射する。よって、サブインジェクタ３８から噴射された液体燃料を効率よく気化させることができる。

（７）シリンダブロック１１の熱により暖められた熱交換液Ｈｗが分岐通路部材３５０の径方向外側に形成される加熱室５７に流れることで、分岐通路３５を通ってサブインジェクタ３８に供給される液体燃料が加熱される。これにより、噴射される液体燃料の温度を上昇させ、気化チャンバ４１での気化燃料の生成を促進することができる。

（第２〜第５実施形態）
続いて、本発明の第２〜第５実施形態を図３〜図７に基づいて説明する。
図３に示すように、第２〜第５実施形態の燃料供給装置２〜５は、第１実施形態の燃料供給装置１におけるフロート弁装置７０に代えて独立した液面検出手段８０、及び、リリーフ弁６９を備えており、さらに、ＥＣＵ１００を備えている。

液面検出手段８０は、リターン通路６６の内部に設けられるか、または、リターン通路６６の内部と外部とに跨って設けられる。液面検出手段８０は、所定の第一高さＬ１、及び、第一高さＬ１よりも低位置側の第二高さＬ２においてリターン通路６６内の流体が気体であるか液体であるかの気液状態を判定する。これにより、液面検出手段８０は、液面の高さが所定範囲内にあるか否かを検出する。
第２〜第５実施形態は、それぞれ液面検出手段８０の形態が異なる。

リリーフ弁６９は、リターン通路６６の途中に設けられ、ＥＣＵ１００の指令に従ってリターン通路６６を連通または遮断する。リリーフ弁６９が開弁することにより、気化チャンバ４１内の燃料は、リターン通路６６を経由して重力で燃料タンク室３１に排出される。また、リリーフ弁６９が閉弁することにより、燃料の排出が中止される。

（第２実施形態）
図４に示すように、第２実施形態の液面検出手段８０２は、同一仕様の２組のヒータ７７１、７７２、熱電対７８１、７８２および熱起電力計７９１、７９２から構成される。
熱電対７８１、７８２は、例えばＫ熱電対である。第１熱電対７８１の測温接点の高さは第一高さＬ１に設定され、第２熱電対７８２の測温接点の高さは第一高さＬ１より低位置の第二高さＬ２に設定される。ヒータ７７１、７７２は、例えば棒状カートリッジヒータまたはシースヒータである。第１ヒータ７７１は、第１熱電対７８１の測温接点の近くに設けられ、第２ヒータ７７２は、第２熱電対７８２の測温接点の近くに設けられる。第１ヒータ７７１と第１熱電対７８１の測温接点との距離は、第２ヒータ７７２と第２熱電対７８２の測温接点との距離とほぼ等しい。第１熱起電力計７９１および第２熱起電力計７９２は、それぞれ、第１熱電対７８１および第２熱電対７８２の熱起電力から測温接点の温度を検出する。

第１ヒータ７７１および第２ヒータ７７２は、同等の電力が供給されて発熱する。ここで、液体の熱伝導率は気体の熱伝導率より１０倍程度大きい。そのため、熱電対７８１、７８２の測温接点が液体Ｌｑ中にあるときはヒータの発熱に伴って伝導する熱量Ｑが大きく、熱電対の検出温度が急速に上昇する。一方、熱電対７８１、７８２の測温接点が気体Ｖｐ中にあるときはヒータの発熱に伴って伝導する熱量Ｑが小さく、熱電対の検出温度の上昇が遅い。よって、熱起電力計７９１、７９２の検出値に基づいて、第一高さＬ１および第二高さＬ２の気液状態を判定することができる。

ＥＣＵ１００は、液面検出手段８０２が第一高さＬ１において液体Ｌｑを検出したときリリーフ弁６９を開弁する。すると液体燃料が排出され、液面Ｌｆが下降する。また、ＥＣＵ１００は、液面検出手段８０２が第二高さＬ２において気体Ｖｐを検出したときリリーフ弁６９を閉弁する。すると液体燃料の排出が中止される。その後、気化チャンバ４１の液体燃料がリターン通路６６に流入し、液面Ｌｆが徐々に上昇する。そして、液面Ｌｆが再び第一高さＬ１に達するとＥＣＵ１００はリリーフ弁６９を開弁する。このようにして、液面Ｌｆが第一高さＬ１および第二高さＬ２の間に維持されるように制御される。

（第３実施形態）
図５に示すように、第３実施形態の液面検出手段８０３は、同一仕様の２組の光源８１１、８１２および光量センサ８２１、８２２から構成される。また、リターン通路部材６７は、光透過部材で形成される。
光源８１１、８１２は、例えばＬＥＤである。第１光源８１１と第１光量センサ８２１とは、リターン通路６６を挟んで互いに反対側であって、第一高さＬ１に設けられる。第２光源８１２および第２光量センサ８２２は、リターン通路６６を挟んで互いに反対側であって、第一高さＬ１よりも低位置の第二高さＬ２に設けられる。
第１光源８１１および第２光源８１２が発射した光は、リターン通路６６の軸線に垂直に入射し、光の一部が反対側へ透過する。第１光量センサ８２１および第２光量センサ８２２は、透過光の光量を検出する。

第１光源８１１および第２光源８１２は、同等の光量を発射する。ここで、液体の光の透過率は気体の光の透過率より小さい。そのため、光が液体Ｌｑを透過するときは光量センサ８２１、８２２が検出する光量が少なく、光が気体Ｖｐを透過するときは光量センサ８２１、８２２が検出する光量が多い。よって、光量センサ８２１、８２２の検出値から、第一高さＬ１および第二高さＬ２の気液状態を判定することができる。

ＥＣＵ１００は、第２実施形態と同様、液面Ｌｆの高さによってリリーフ弁６９を開閉する。これにより、液面Ｌｆが第一高さＬ１および第二高さＬ２の間に維持されるように制御される。

（第４実施形態）
図６に示すように、第４実施形態の液面検出手段８０４は、同一仕様の２組の光源８１１、８１２、光量センサ８２１、８２２、反射鏡８３１、８３２および光ファイバ８４１、８４２から構成される。
光ファイバ８４１、８４２は、燃料タンク室３１側からリターン通路６６に挿入される。第１光ファイバ８４１の先端部は、第一高さＬ１に設定され、第２光ファイバ８４２の先端部は、第一高さＬ１よりも低位置の第二高さＬ２に設定される。
第１光源８１１および第２光源８１２が発射した光は、反射鏡８３１、８３２で反射され、第１光ファイバ８４１および第２光ファイバ８４２の芯部（コア）を伝搬する。

第１光源８１１および第２光源８１２は、同等の光量を発射する。ここで、液体中での光の屈折率は気体中での光の屈折率より大きい。また、固体である光ファイバ８４１、８４２における光の屈折率は液体中での光の屈折率に近い。そのため、光ファイバ８４１、８５１の先端部８５１、８５２が液体Ｌｑ中にあるときは光を透過し、先端部８５１、８５２が気体Ｖｐ中にあるときは光を反射する。光量センサ８２１、８２２は、反射光の光量を検出する。よって、光量センサ８２１、８２２の検出値から、第一高さＬ１および第二高さＬ２の気液状態を判定することができる。

（第５実施形態）
図７に示すように、第５実施形態の液面検出手段８０５は、２つの電極８６１、８６２、交流電圧源８７、抵抗値がＲである抵抗８８、及び、３つの電圧計８９１、８９２、８９３から構成される。
電極８６１、８６２は、例えば銅板である。電極８６１、８６２は、リターン通路６６中で一定の距離を隔てて略平行に設置されている。交流電圧源８７は、電極８６１、８６２間に交流電圧を印加する。

電圧計８９１、８９２、８９３は、それぞれ電源電圧Ｖｏ、抵抗８８の両端電圧Ｖｒ、電極８６１、８６２間の容量両端電圧Ｖｃを測定する。ＥＣＵ１００は、これらの測定値より、下式（２）、（３）を用いて電極８６１、８６２間の静電容量Ｃｐを計算する（インピーダンス測定法）。なお、式（２）中のｆは交流周波数である。
Ｃｐ＝Ｖｖ／（４πｆ・Ｒ・Ｖｃ²）・・・式（２）
Ｖｖ＝｛（−Ｖｏ＋Ｖｃ＋Ｖｒ）（Ｖｏ−Ｖｃ＋Ｖｒ）（Ｖｏ＋Ｖｃ−Ｖｒ）
（Ｖｏ＋Ｖｃ＋Ｖｒ）｝^1/2・・・式（３）

ここで、液体の誘電率は気体の光の誘電率より大きいため、液体Ｌｑが電極８６１、８６２と接触する高さ、すなわち液面Ｌｆが高いほど静電容量Ｃｐが大きくなり、液面Ｌｆが低いほど静電容量Ｃｐが小さくなる。よって、電圧計８９１〜８９３の検出値に基づき、第一高さＬ１から第二高さＬ２までの範囲で液面Ｌｆの高さを算出することができる。

（第２〜第５実施形態の効果）
以上の第２〜第５実施形態では、液体と気体の物性差を利用した様々な液面検出手段による検出情報に基づいて、気化チャンバ４１内に残留した液体燃料を効率的に排出することができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を図８、図９に基づいて説明する。
第６実施形態の燃料供給装置６は、第２〜５実施形態の燃料供給装置２〜５の液面検出手段８０２〜８０５に代えて圧力センサ９０を備えている。圧力センサ９０は、気化燃料タンク４０に設けられ、気化チャンバ４１の内圧を検出して、ＥＣＵ１００に出力する。また、第６実施形態の燃料供給装置６は、第２〜第５実施形態の燃料供給装置２〜５と同様、リターン通路６６にリリーフ弁６９が設けられる。

サブインジェクタ３８が気体チャンバ４１に燃料噴射すると、気化チャンバ内圧Ｐｃｈが上昇し、時刻ｔ０で上限閾値Ｐｖｏを超える。すると、圧力センサ９０からの検出信号に基づいて、ＥＣＵ１００はリリーフ弁６９を開弁する。そのため、重質の液体ＨＣを含む液体燃料がリターン通路６６に排出され始める。
このとき、液体の管路粘性抵抗により、液体燃料の排出開始から排出完了までにいくらかの時間を要する。液体燃料の排出中、気化チャンバ４１内に液体燃料が残留する間は、液体燃料の蒸気圧によって、気化チャンバ内圧Ｐｃｈはほぼ一定値に保持される。

時刻ｔ１で液体燃料の排出が完了すると気化チャンバ４１から気体が排出され始める。ここで、気体の管路粘性抵抗は小さいので、気化チャンバ内圧Ｐｃｈは急激に減少する。
時刻ｔ２で気化チャンバ内圧Ｐｃｈが下限閾値Ｐｖｃ未満となると、圧力センサ９０からの検出信号に基づき、ＥＣＵ１００は、液体の排出が完了したとみなしてリリーフ弁６９を閉弁する。

これにより、内圧検出手段としての圧力センサ９０の検出情報に基づいて、気化チャンバ４１内に残留した液体燃料を効率的に排出することができる。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態を図１０に基づいて説明する。
図１０に示すように、第７実施形態の燃料供給装置７は、圧力センサを備えていない点以外は第６実施形態と同様である。ＥＣＵ１００は、サブインジェクタ３８の燃料噴射が終了すると同時にリリーフ弁６９を開弁し、液体燃料がリターン通路６６に排出される。ここで、燃料噴射が終了してから液体燃料排出完了までの時間を多数回測定し、データ分布から、液体排出が高い確率で完了する有効排出時間を求める。例えば排出時間の平均値に標準偏差の３倍を加えた値を有効排出時間とすれば、有効排出時間内に９９．７％の確率で液体排出が完了することとなる。そこで、燃料噴射終了から有効排出時間後にリリーフ弁６９を閉弁することで、気化チャンバ４１内に残留する液体燃料をほぼ確実に排出することができる。

これにより、液面検出手段、内圧検出手段のいずれも設けることなく、気化チャンバ４１内に残留した液体燃料を簡易的に排出することができる。

（その他の実施形態）
（ア）第１実施形態では、燃料圧シリンダ７３は、サブインジェクタ３８の燃料噴射圧によって駆動される。しかし、燃料噴射圧以外の燃料圧、または作動油等の油圧によってシリンダを駆動し、離脱手段としてのエッジを作動させてもよい。あるいは、ソレノイド等の電磁駆動力による駆動手段を用いてもよい。この場合、ＥＣＵによる制御が容易となる。

（イ）第２〜第５実施形態では、液面検出手段８０２〜８０５は、いずれもリターン通路６６内の第一高さＬ１および第二高さＬ２の二箇所で気液状態を判定する。しかし、液面検出手段は、三箇所以上の高さでの気液状態を判定してもよい。
例えば、第二高さよりも少し高位置の第三高さにおける気液状態を判定し、第三高さにおいて流体が気体であると判定したとき液体排出弁の弁開度を絞り、排出速度を遅くするという制御をしてもよい。これにより、第一高さから第三高さまでは排出速度を速くして液体燃料を効率的に排出することができる。また、第三高さから第二高さまでは排出速度を遅くすることで、閉弁タイミングの遅れによる気体燃料の排出を防止することができ、液体燃料と気体燃料との分離精度をより高めることができる。

（ウ）上記実施形態では、気化燃料タンク４０は、シリンダブロック１１に隣接する熱交換部材５０によって加熱され、分岐通路３５を流れる燃料は、加熱室５７の熱交換液Ｈｗによって加熱される。しかし、気化燃料タンクおよび燃料は、その他の熱源を利用して加熱されてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１、２、３、４、５、６、７・・・燃料供給装置、
１０・・・内燃機関、
１１・・・シリンダブロック、
２９・・・吸気通路、
３０・・・燃料タンク、
３１・・・燃料タンク室、
３２、３４・・・燃料通路、
３３・・・燃料ポンプ、
３５・・・分岐通路、
３６・・・高圧燃料ポンプ、
３７・・・メインインジェクタ、
３８・・・サブインジェクタ（気化チャンバ噴射弁）、
４０・・・気化燃料タンク、
４１・・・気化チャンバ、
５０・・・熱交換部材（気化燃料タンク加熱手段）、
６１・・・上部リターン通路部材、
６２・・・上部リターン通路、リターン通路、
６３・・・下部リターン通路部材、
６４・・・下部リターン通路、リターン通路、
６５、６７・・・リターン通路部材、
６６・・・リターン通路、
６９・・・リリーフ弁（液体排出弁）、
７０・・・フロート弁装置（液面検出手段、液体排出弁）、
７１ｃ・・・排出口、
７１ｄ・・・弁座、
７２・・・浮き（弁体）、
７３・・・燃料圧シリンダ、
７４・・・エッジ（離脱手段）、
８０、８０２、８０３、８０４、８０５・・・液面検出手段、
９０・・・圧力センサ（内圧検出手段）、
９３・・・気化燃料通路、
９９・・・内燃機関システム、
１００・・・ＥＣＵ（弁開閉制御手段）、
Ｈｗ・・・熱交換液（燃料加熱手段）、
Ｌ１・・・第一高さ、
Ｌ２・・・第二高さ、
Ｌｑ・・・液体、液体燃料、
Ｖｐ・・・気体、気化燃料、
Ｐｃｈ・・・気化チャンバ内圧、
Ｐｔａ・・・燃料タンク室内圧、
Ｐｖｏ・・・上限閾値、
Ｐｖｃ・・・下限閾値。

Claims

内燃機関の吸気通路へ気化燃料を供給する燃料供給装置であって、
液体燃料を気化させるための気化チャンバを内部に形成する気化燃料タンクと、
前記気化チャンバに液体燃料を噴射する気化チャンバ噴射弁と、
前記気化燃料タンクの重力方向下側に設けられる燃料タンク内の燃料タンク室から液体燃料を汲み上げ、前記気化チャンバ噴射弁に供給する燃料ポンプと、
前記気化チャンバ内に残留した液体燃料を重力で前記燃料タンク室に戻すためのリターン通路を形成するリターン通路部材と、
前記リターン通路内の液面高さが所定範囲内にあるか否かを検出する液面検出手段と、
前記液面検出手段による液面高さの検出情報に基づいて開閉し、前記リターン通路を連通または遮断する液体排出弁と、
を備え、
前記液面検出手段は、液面に浮かべられ液面の高さに応じて上昇または下降する浮きを有し、
前記液体排出弁は、前記浮きの上昇または下降と連動し、燃料が排出される排出口を開閉し、
前記浮きは、前記排出口を内側に含む弁座に着座することで前記液体排出弁の弁体を兼ねており、
前記弁座に着座した浮きを前記弁座から離座させるための離脱手段を備えることを特徴とする燃料供給装置。
前記離脱手段は、油圧または燃料圧により駆動されることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
前記離脱手段は、前記気化チャンバ噴射弁の燃料噴射圧により駆動されることを特徴とする請求項２に記載の燃料供給装置。
前記離脱手段は、電磁駆動力により駆動されることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
前記気化燃料タンクは、気化燃料タンク加熱手段によって加熱されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
前記気化チャンバ噴射弁に供給される燃料は、燃料加熱手段によって加熱されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料供給装置。