JP5560131B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料供給装置に関する。

液体の燃料を燃焼室で燃焼させる装置には、液体の燃料を燃焼室に供給する装置や液体の燃料を予め気化して気体の燃料を燃焼室に供給する装置が知られている。内燃機関の燃焼室に燃料を供給する装置としては、液体の燃料を機関吸気通路や燃焼室に噴射する装置、または液体の燃料を蒸発器で気化した後に機関吸気通路や燃焼室に噴射する装置が知られている。液体の燃料を蒸発器で気化させて燃焼室に供給する装置としては、たとえば、液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied petroleum gas）等のガス燃料を用いる装置が知られている。

特開平９−４５２８号公報おいては、暖機運転において液体の燃料を蒸発させて気化した後に、気化した燃料を機関吸気通路に供給する内燃機関が開示されている。この公報においては、内燃機関の始動後の暖機運転において、燃料の蒸発を比較的低い温度で実施することが開示されている。暖機運転において燃料蒸発器にて生成された燃料蒸気は、揮発性の高い燃料成分しか含んでおらず、排気ガスに含まれる炭化水素放出量を著しく低減させることが開示されている。

この公報には、燃料蒸発器への燃料供給は、燃料調量装置によって暖機運転時の機関運転に合わせて制御されることが開示されている。また、燃料蒸発器の加熱出力は燃料供給量に関連して、有利には燃料供給量に対して比例的に制御されることが開示されている。また、暖機運転の完了後には、燃焼室への燃料の供給は、液体の燃料が燃料噴射弁から吸気管の内部に噴射されることが開示されている。

特開平９−４５２８号公報

液体の燃料を気化して燃焼室に供給する場合に、蒸発器には、液体の燃料を加熱する加熱部が配置される。加熱部は、液体の燃料に対して熱を伝達しており、この場合に、効率よく液体の燃料に熱を伝達できることが好ましい。

上記の特開平９−４５２８号公報には、内燃機関の蒸発器は、燃料供給量に対して比例的に加熱出力が制御されることが開示されているが、蒸発器において液体の燃料に熱を伝達する効率までは考慮されていない。このために、場合によっては低い効率で燃料を加熱している虞がある。また、要求される気体の燃料の量に対して、実際に供給される燃料の量の応答性が悪い場合がある。または、加熱器が過度の熱量を発生している場合があり、液体の燃料を加熱するための電力消費量や燃料消費量が多くなっている場合がある。

本発明は、液体の燃料を効率よく気化できる蒸発器を備える燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料供給装置は、液体の燃料を蒸発させて気体の燃料を供給する燃料供給装置であって、液体の燃料を加熱して気化させる加熱器を含む蒸発器と、蒸発器に液体の燃料を供給する液体燃料供給手段と、加熱器の温度を調整する温度調整手段とを備える。加熱器は、液体の燃料に熱を供給する伝熱面を有する。加熱器の伝熱面は、燃料が核沸騰状態から遷移沸騰状態に移行するときの熱流束が極大になる温度を有する。加熱器の伝熱面の温度を検出し、加熱器の伝熱面の温度と蒸発器における燃料の沸点との差に基づいて温度調整手段が加熱器の温度を変化させ、伝熱面における熱流束を調整し、温度調整手段は、伝熱面の温度が上記極大になる温度に近づくように、加熱器の温度を調整する。

上記発明においては、加熱器の伝熱面の温度と燃料の沸点との差の目標範囲が予め定められており、温度調整手段は、伝熱面の温度と燃料の沸点との差が予め定められた目標範囲内になるように、加熱器の温度を調整することが好ましい。

上記発明においては、液体燃料供給手段は、液体の燃料を貯留する燃料タンクを備え、燃料タンクの気体の圧力および燃料の温度を検出し、燃料タンクの気体の圧力および燃料の温度に基づいて、燃料の組成を推定することが好ましい。

上記発明においては、蒸発器における気体の圧力を検出し、検出した気体の圧力に基づいて、蒸発器における燃料の沸点を推定することが好ましい。

本発明によれば、液体の燃料を効率よく気化できる蒸発器を備える燃料供給装置を提供することができる。

実施の形態における燃料供給装置の概略図である。 液体を加熱したときの過熱度と熱流束との関係を説明するグラフである。 実施の形態における第１の制御のフローチャートである。 燃料の温度と飽和蒸気圧との関係を説明する蒸気圧曲線のグラフである。 実施の形態における加熱器の伝熱面における過熱度と熱流束との関係を説明するグラフである。 加熱器において極大熱流束点の温度で加熱したときに要求される伝熱面積と、比較例の温度で加熱したときに要求される伝熱面積とのグラフである。 実施の形態における第２の制御のフローチャートである。 プロパンおよびブタンを含む燃料の温度と飽和蒸気圧との関係を説明するグラフである。 燃料タンクの温度と燃料タンクの圧力とを関数にする燃料に含まれるプロパンの濃度のマップである。 燃料タンクの温度と燃料タンクの圧力とを関数にする燃料に含まれるブタンの濃度のマップである。

図１から図１０を参照して、実施の形態における燃料供給装置について説明する。本実施の形態においては、内燃機関に取り付けられている燃料供給装置を例に取り上げて説明する。

図１に、本実施の形態における燃料供給装置の概略図を示す。本実施の形態における燃料供給装置は、液体の燃料を蒸発させて気体の燃料を生成する。本実施の形態においては、燃料として液化石油ガスを用いている。

本実施の形態における燃料供給装置は、液体の燃料を加熱して蒸発させる蒸発器１を備える。蒸発器１は、容器１０を含む。蒸発器１は、液体の燃料を加熱する加熱器２を含む。加熱器２は、容器１０の内部に配置されている。加熱器２は、液体の燃料に接触し、液体の燃料に熱を伝達する伝熱面２ａを有する。加熱器２は、任意の形状のものを採用することができる。例えば、加熱器２の伝熱面２ａが、複数のフィンから構成されていても構わない。

本実施の形態における蒸発器１は、電気ヒータ３を含む。電気ヒータ３に通電することにより加熱器２に熱を供給する。電気ヒータ３は、電源４に接続されている。本実施の形態における燃料供給装置は、加熱器２の温度を調整する温度調整手段を含む。本実施の形態における温度調整手段は、電気ヒータ３および電源４を含む。電気ヒータ３の通電量を調整することにより、加熱器２の温度を調整することができる。たとえば、液体の燃料に供給する熱量が一定であれば、電気ヒータ３に供給する電力を増加することにより、加熱器２の温度を上昇させることができる。温度調整手段としては、この形態に限られず、加熱器の温度を調整可能に形成されていれば構わない。

本実施の形態における蒸発器１は、加熱器２の伝熱面２ａの温度を検出する温度検出器としての温度センサ１８を含む。本実施の形態における温度センサ１８は、伝熱面２ａの表面に配置されている。伝熱面２ａの温度を検出する温度検出器としては、この形態に限られず、直接的にまたは間接的に伝熱面２ａの温度を検出可能に形成されていれば構わない。

本実施の形態における燃料供給装置は、蒸発器１に液体の燃料を供給する液体燃料供給手段を備える。本実施の形態における液体燃料供給手段は、燃料タンク６および燃料ポンプ７を含む。燃料タンク６は、内部に液体の燃料を貯留できるように形成されている。本実施の形態においては、燃料タンク６の内部が加圧されている。燃料タンク６の内部には、液化した液化石油ガスが貯留されている。

本実施の形態における燃料ポンプ７は、燃料タンク６の内部に配置されている。燃料ポンプ７は、液体燃料供給管３１に接続されている。液体燃料供給管３１は、蒸発器１の内部に、液体の燃料を供給する液体燃料供給弁５に接続されている。液体燃料供給管３１の途中には、流量調整弁１１が配置されている。流量調整弁１１の開度を調整することにより、液体の燃料の供給量が調整される。

本実施の形態における液体燃料供給弁５は、容器１０の内部に液体の燃料を噴射するように形成されている。また、液体燃料供給弁５は、加熱器２の伝熱面２ａに向けて液体の燃料を噴射するように形成されている。液体燃料供給手段としては、上記の形態に限られず、蒸発器に液体の燃料を供給する任意の形態を採用することができる。

蒸発器１の容器１０には、戻り管３３が接続されている。戻り管３３は、燃料タンク６に接続されている。戻り管３３の途中には、リリーフ弁１２および凝縮器１３が配置されている。リリーフ弁１２は、逆止弁を含み、所定の圧力で開くように形成されている。リリーフ弁１２は、開いたときに、蒸発器１から燃料タンク６に向かって気体が流れるように形成されている。凝縮器１３は、戻り管３３を流れる気体を冷却するように形成されている。

本実施の形態における燃料供給装置は、内燃機関の吸気管９の内部に、気体の燃料を噴射する。蒸発器１は、気体燃料供給管３２を介して気体燃料噴射弁８に接続されている。気体燃料噴射弁８は、内燃機関の吸気管９の内部に、気化された燃料を噴射するように形成されている。

燃料タンク６には、燃料タンク６の内部の燃料の温度を検出する温度検出器として温度センサ１５が配置されている。本実施の形態においては、燃料の温度として燃料の蒸気の温度を検出しているが、この形態に限られず、燃料の温度として液体の燃料の温度を検出しても構わない。また、燃料タンク６には、燃料タンク６の内部の気体の圧力を検出する圧力検出器としての圧力センサ１４が配置されている。圧力センサ１４は、燃料の蒸気の圧力を検出する。

気体燃料供給管３２には、気体燃料噴射弁８に供給する気体の燃料の温度を検出する温度検出器としての温度センサ１７が取り付けられている。また、気体燃料供給管３２には、気体燃料噴射弁８に供給する気体の燃料の圧力を検出する圧力検出器としての圧力センサ１６が取り付けられている。気体燃料供給管３２は蒸発器１と連通している。このために、圧力センサ１６および温度センサ１７は、蒸発器１の内部の気体の圧力を検出する圧力検出器および蒸発器１の内部の気体の温度を検出する温度検出器として機能する。

本実施の形態における燃料供給装置は、制御装置としての電子制御ユニット２１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット２１は、デジタルコンピューターを含む。電子制御ユニット２１は、例えば、読込みが可能な記憶装置としてのＲＯＭ（リードオンリメモリ）、読み書きが可能な記憶装置としてのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、およびＣＰＵ（マイクロプロセッサ）を含む。制御に含まれる演算や判定等は、ＣＰＵで行われる。制御を行うときの判定値等の予め定められた情報は、ＲＯＭに記憶させることができる。また、演算結果等の一時的な情報は、ＲＡＭに記憶させることができる。

電子制御ユニット２１は、それぞれの検出器の信号を受信する。圧力センサ１４，１６の出力信号や、温度センサ１５，１７，１８の出力信号は、電子制御ユニット２１に入力される。また、燃料供給装置に含まれる機器は、電子制御ユニット２１に制御されている。電子制御ユニット２１は、液体燃料供給弁５、気体燃料噴射弁８、燃料ポンプ７、および電源４等に接続され、これらの機器を制御する。

本実施の形態における燃料供給装置を始動した場合には、電源４により電気ヒータ３に通電される。電気ヒータ３の温度が上昇することにより、加熱器２の温度が上昇する。特に、加熱器２の伝熱面２ａの温度が上昇する。一方で、燃料ポンプ７を駆動することにより、矢印１０１に示すように、液体の燃料が液体燃料供給弁５に供給される。流量調整弁１１の開度を調整することにより、液体燃料供給弁５への供給量が調整される。

液体燃料供給弁５は、蒸発器１の容器１０の内部に燃料を供給する。本実施の形態における液体燃料供給弁５は、液体の燃料を加熱器２に向かって噴射する。加熱器２の伝熱面２ａにおいて、液体の燃料が気化される。気体になった燃料は、気体燃料供給管３２を通って、矢印１０２に示すように、気体燃料噴射弁８に供給される。気体燃料噴射弁８が燃料を噴射することにより、吸気管９の内部に気体の燃料を供給することができる。吸気管９の内部に供給された燃料は、矢印１０３に示すように、内燃機関の燃焼室に導かれる。

気体燃料噴射弁８の開閉の制御は、要求される燃料の量に応じて行なうことができる。例えば、内燃機関においては、機関回転数および負荷などにより、要求される燃料の量が算出される。温度センサ１７および圧力センサ１６により、気体燃料供給管３２における燃料の温度および燃料の圧力を検出する。検出した燃料の温度および燃料の圧力に基づいて、気体燃料噴射弁８の噴射時間を選定する。選定した噴射時間に基づいて、気体燃料噴射弁８から燃料を噴射することができる。

液体燃料供給弁５の開閉の制御は、要求される燃料の量に応じて行なうことができる。たとえば、液体燃料供給弁５から噴射する液体の燃料の量は、気体燃料噴射弁８から噴射される燃料の量と等しくなるように制御することができる。流量調整弁１１の開度や液体燃料供給弁５の噴射時間等を調整することにより、液体燃料供給弁５から供給する液体の燃料の量を調整することができる。

または、内燃機関の機関回転数や負荷が急激に上昇した場合等においては、気体燃料噴射弁８から多量の燃料が噴射されて、気体の燃料が不足する場合がある。液体燃料供給弁５の制御においては、たとえば、気体燃料供給管３２に取り付けられている圧力センサ１６により、気体燃料噴射弁８に供給する気体の燃料の圧力を検出する。気体の燃料の圧力が、予め定められた所定の判定値未満になった場合には、液体燃料供給弁５から供給する液体の燃料の量を増加させる制御を行うことができる。

ところで、制御の遅れ等により、液体の燃料が蒸発器１の内部に過剰に供給される場合がある。蒸発器１における気化量が過剰になった場合には、容器１０の内部の圧力が過剰に上昇する。本実施の形態においては、容器１０の内部の圧力が予め定められた許容値を超えた場合には、リリーフ弁１２が開いて圧力を逃すことができる。リリーフ弁１２が開くことにより、矢印１０４に示すように、蒸発器１の内部の燃料を燃料タンク６に戻すことができる。このときに、燃料は、戻り管３３の途中に配置されている凝縮器１３によって凝縮されることにより、液体の状態で燃料タンク６に戻される。

図２に、加熱器の伝熱面の温度を変化させたときの熱流束を説明するグラフを示す。図２は、液体の沸騰現象を過熱度および熱流束で表している沸騰曲線である。横軸が過熱度ΔＴの対数の値であり、縦軸が熱流束ｑの対数の値である。ここで、過熱度ΔＴは、加熱器の伝熱面の温度Ｔｈｅｘと液体の飽和温度Ｔｓａｔとの差である。過熱度ΔＴは、以下の式で表すことができる。
ΔＴ＝Ｔｈｅｘ−Ｔｓａｔ …（１）

横軸の過熱度の対数の値が大きくなるほど、伝熱面の温度が高くなっている。グラフにおいて、点Ａでは自然対流により熱伝達している。点Ｂは、液体が飽和温度に到達して沸騰が開始する飽和開始点である。点Ｃは、核沸騰限界点であり、点Ｂから点Ｃまでの領域では、過熱度が大きくなると共に急激に熱流束が上昇する。さらに、過熱度が大きくなると、熱流束が極大になる点Ｄが発現する。点Ｄは、極大熱流束点である。点Ｂから点Ｄまでは、核沸騰が生じている状態であり、伝熱面上では蒸気泡が生じている。

点Ｄよりも過熱度を大きくすると、過熱度が大きくなると共に熱流束が小さくなる。熱流束が極小となる点Ｅが発現する。点Ｅは、極小熱流束点である。点Ｅよりも過熱度を大きくすると、過熱度の上昇と共に熱流束が大きくなる。点Ｅよりも過熱度が大きな領域では、膜沸騰が生じる。例えば、点Ｆでは膜沸騰が生じている。膜沸騰では、伝熱面の全体に蒸気の膜が形成されている。点Ｄから点Ｅまでの領域は、遷移沸騰の状態である。遷移沸騰の領域は、核沸騰から膜沸騰に移行する領域であり、伝熱面上に部分的に蒸気の膜が形成されている。

このように、伝熱面の温度に依存して熱流束が変化する。本実施の形態における燃料供給装置は、予め定められた過熱度に近づくように、加熱器の温度の制御を行う。たとえば、燃料の種類および蒸発器の内部の圧力が決まると、蒸発器の内部の飽和温度Ｔｓａｔが定まる。加熱器の伝熱面の温度Ｔｈｅｘを検出することにより、過熱度ΔＴを算出することができる。過熱度を算出することにより、伝熱面における熱流束を推定することができる。または、過熱度を算出することにより、図２に示す沸騰曲線上の位置を推定することができる。従って、熱流束が大きくなるように、加熱器の温度を制御することができる。

図３に、本実施の形態における第１の制御のフローチャートを示す。第１の制御においては、熱流束が大きくなる過熱度の目標値の予め定めておいて、過熱度の目標値に近づくように加熱器の温度を制御する。また、第１の制御においては、液体の燃料の種類や組成は予め定められている。図３に示す制御は、たとえば、予め定められた時間間隔ごとに繰り返し行なうことができる。

ステップ２０１においては、蒸発器の内部の気体の圧力を検出する。図１を参照して、蒸発器１の気体の圧力は、例えば、気体燃料供給管３２に配置されている圧力センサ１６により検出することができる。

次に、ステップ２０２において、検出した蒸発器１の気体の圧力に対応する燃料の沸点Ｔｂを推定する。すなわち、蒸発器１の現在の状態における燃料の沸点を推定する。

図４に、本実施の形態の第１の制御における燃料の蒸気圧曲線を示す。横軸が温度であり、縦軸が飽和蒸気圧である。蒸発器１の内部は飽和状態である。従って、蒸気圧曲線の関係に基づいて、蒸発器１の内部の気体の圧力に対応する沸点を推定することができる。例えば、飽和蒸気圧（蒸発器の内部の圧力）ＰＸに対応する沸点は、温度ＴＸである。燃料供給装置においては、図４に示す温度と飽和蒸気圧との関係を、予め電子制御ユニット２１に記憶させることができる。検出した蒸発器１の内部の気体の圧力に基づいて、蒸発器１における燃料の沸点を推定することができる。

次に、ステップ２０３において、加熱器２の伝熱面２ａの温度Ｔｈｅｘを検出する。伝熱面２ａの温度は、例えば温度センサ１８により検出することができる。次に、ステップ２０４においては、検出した伝熱面２ａの温度Ｔｈｅｘと、推定した燃料の沸点Ｔｂから過熱度ΔＴを算出する。

次に、ステップ２０５において、算出した過熱度ΔＴが、目標値と等しいか否かを判別する。

図５に、本実施の形態における燃料の沸騰曲線を示す。横軸は、過熱度ΔＴを示し、縦軸は、熱流束を示している。図５には、沸騰曲線のうち、核沸騰が生じる領域と沸騰遷移の領域とを示している。本実施の形態の第１の制御における過熱度の目標値は、核沸騰状態から膜沸騰状態に移行するときの熱流束が極大になる点を採用している。すなわち、点Ｄの極大熱流束点の過熱度を目標値ΔＴｔａｒとして採用している。

ステップ２０５において、過熱度が目標値と等しい場合には、ステップ２０６に移行する。ステップ２０６においては、加熱器２の伝熱面２ａが現在の温度を維持するように、電気ヒータ３が制御される。たとえば、電気ヒータ３の発熱量が現在の発熱量を維持するように制御される。ステップ２０５において、過熱度が目標値と異なる場合には、ステップ２０７に移行する。

ステップ２０７においては、過熱度ΔＴが目標値よりも大きいか否かが判別される。過熱度ΔＴが目標値よりも大きい場合には、ステップ２０８に移行する。ステップ２０８においては、加熱器２の伝熱面２ａの温度を低下させる制御を行う。例えば、電気ヒータ３に供給する電力を小さくする制御を行う。この制御により、過熱度を目標値に近づけることができる。ステップ２０８における加熱器２の温度の低下量は、予め定められた低下量を採用することができる。または、検出した過熱度と目標値との差が大きいほど、温度の低下量を大きくする制御を行なっても構わない。

ステップ２０７において、過熱度ΔＴが目標値よりも大きくない場合には、ステップ２０９に移行する。この場合には、過熱度ΔＴが、目標値未満である。ステップ２０９においては、加熱器２の伝熱面２ａの温度を上昇させる制御を行う。伝熱面２ａの温度を上昇させる制御においては、例えば、電気ヒータ３に供給する電力を増加させる制御を行うことができる。ステップ２０９における加熱器２の温度の上昇量は、予め定められた上昇量を採用することができる。または、過熱度と目標値との差が大きいほど、温度の上昇量を大きくする制御を行なっても構わない。

本実施の形態においては、加熱器の伝熱面の温度を検出し、加熱器の伝熱面の温度と蒸発器における燃料の沸点との差に基づいて、加熱器の温度を変化させている。この制御を行うことにより、加熱器の伝熱面における熱流束を制御することができて、液体の燃料を加熱する効率を向上させることができる。

さらに、本実施の形態においては、加熱器の伝熱面は、核沸騰状態から遷移沸騰状態に移行するときに熱流束が極大になる温度を有し、加熱器の伝熱面が極大になる温度に近づくように加熱器の温度を調整している。この制御を行うことにより、加熱器の伝熱面において熱流束が大きくなる状態に近づけることができる。液体の燃料を加熱する効率を向上させることができる。この結果、加熱器に供給する熱量を減少させることができる。たとえば、加熱器の電気ヒータに供給する電力量を少なくすることができる。

過熱度の目標値としては、上記の形態に限られずに、任意の位置に定めることができる。たとえば、極大熱流束点の近傍に目標値を設定しても構わない。または、図５に示すように、過熱度の目標範囲を予め定めても構わない。目標範囲を定める場合には、極大熱流束点の点Ｄの近傍において設定することができる。または、目標範囲の内部に極大熱流束点が含まれていても構わない。

過熱度の目標範囲を定める場合には、加熱器の温度の制御において、過熱度ΔＴが目標範囲内になるように制御を行なうことができる。たとえば、図３の制御においては、ステップ２０５において、算出した過熱度ΔＴが、目標範囲内であるか否かについて判定することができる。また、ステップ２０７において、算出した過熱度ΔＴが、目標範囲よりも大きいか否かを判別することができる。過熱度の目標範囲を定める制御においても、過熱度の目標値を定めた制御と同様の効果を得ることができる。

図６に、本実施の形態の燃料供給装置において、過熱度を変化させたときの加熱器に要求される伝熱面積のグラフを示す。縦軸は、加熱器に要求される伝熱面の面積を示す。図６には、ケース１とケース２とのグラフが示されている。図５を参照して、ケース１は、過熱度を極大熱流束点に対応する目標値ΔＴｔａｒに制御した場合であり、ケース２は、過熱度を比較例ΔＴｅｘに制御した場合である。比較例ΔＴｅｘは、極大熱流束点から高温側に離れており、本実施の形態における目標値ΔＴｔａｒに比べて、熱流束が小さくなることが分かる。

図６を参照して、ケース１の場合に要求される加熱器の伝熱面積は、ケース２の場合に要求される加熱器の伝熱面積よりも小さいことが分かる。本実施の形態のように、過熱度を目標値ΔＴｔａｒに近づける制御を行なうことにより、加熱器の伝熱面積を小さくできることが分かる。すなわち、加熱器における熱伝達の効率を向上させることができる。または、加熱器を小型にすることができる。

本実施の形態においては、蒸発器における気体の圧力を検出し、検出した気体の圧力に基づいて、蒸発器における燃料の沸点を推定している。この構成により、運転状態に応じて変化する燃料の沸点を推定することができる。また、過熱度をより正確に推定することができる。制御に使用する燃料の沸点は、この形態に限られず、予め定められた値を用いても構わない。

次に、本実施の形態における燃料供給装置の第２の制御について説明する。液体の燃料には複数の物質が含まれる場合がある。補給する燃料には、これらの複数の物質の割合が異なる場合がある。たとえは、液化石油ガスにおいては、寒い地方で提供される燃料と暑い地方で提供される燃料との成分割合が互いに異なる場合がある。寒い地方においては軽質の成分が多くなり、暑い地方になれば重質の成分が多くなる。第２の制御においては、燃料タンクに貯留されている燃料の組成を検出し、検出した組成に基づいて制御を行う。

図７に、本実施の形態における第２の制御のフローチャートを示す。第２の制御においては、燃料としての液化石油ガスが、プロパンおよびブタンから構成されている例を説明する。始めに、燃料タンクに貯留されている燃料の組成を推定する。

ステップ２１１においては、燃料タンク内の燃料の温度および気体の圧力を検出する。図１を参照して、燃料タンク６の燃料の温度は、温度センサ１５により検出することができる。また、気体の圧力は、圧力センサ１４により検出することができる。燃料タンクの燃料の温度としては、液体の燃料の温度を検出しても構わない。

次に、ステップ２１２において、燃料タンク６に貯留されている燃料の組成を推定する。すなわち、燃料に含まれる物質の割合を推定する。

図８は、液化石油ガスの温度と飽和蒸気圧との関係を示すグラフである。図８には、プロパンとブタンとの割合を変化させたときの複数の蒸気圧曲線が示されている。たとえば、８０％Ｐ−２０％Ｂのグラフは、モル比で８０％がプロパンであり２０％がブタンであることを示している。図８のグラフより、プロパンの割合が多くなると飽和蒸気圧が高くなることが分かる。

燃料タンク６の内部には、燃料の蒸気が充満している。燃料タンク６の内部は、飽和状態である。本実施の形態においては、燃料タンクの燃料の温度と気体の圧力とを検出することにより、燃料に含まれているプロパンおよびブタンの割合を推定することができる。たとえば、検出した燃料タンクの気体の圧力が飽和蒸気圧ＰＹに相当する。飽和蒸気圧ＰＹと、検出した温度ＴＹとを用いることにより、燃料の組成を推定することができる。

図９に、燃料タンクの燃料の温度と気体の圧力とを関数にする燃料に含まれるプロパンの割合のマップを示す。図１０に、燃料タンクの燃料の温度と気体の圧力とを関数にする燃料に含まれるブタンの割合のマップを示す。本実施の形態の燃料供給装置においては、図９および図１０に示すマップを電子制御ユニット２１に記憶させている。燃料タンクの燃料の温度Ｔｔａｎｋおよび燃料タンクの気体の圧力Ｐｔａｎｋを検出することにより、燃料に含まれているプロパン濃度ＣＰおよびブタン濃度ＣＢを推定することができる。このように、燃料に含まれている物質の割合を推定することができる。

図７を参照して、ステップ２０１以降は、本実施の形態における第１の制御と同様である。ステップ２０２において、蒸発器における燃料の沸点を推定する場合には、検出した燃料の組成に基づいて、蒸発器における沸点を推定することができる。図８を参照して、検出したプロパン濃度およびブタン濃度の蒸気圧曲線に基づいて、蒸発器における燃料の沸点を推定することができる。

本実施の形態の第２の制御においては、燃料タンクの気体の圧力および燃料の温度に基づいて、燃料タンクに貯留されている燃料の組成を推定することができる。このために、補給する燃料に含まれる物質の割合が変化する場合でも、精度よく過熱度を推定することができる。また、正確な制御を行なうことができる。

前述の第１の制御および第２の制御においては、必要に応じて適宜、ステップの順序を変更することができる。たとえば、図３を参照して、ステップ２０３における伝熱面の温度の検出をステップ２０１の前に行なっても構わない。

本実施の形態における加熱器は電気ヒータを含むが、この形態に限られず、加熱器は、液体の燃料を加熱できるように形成されていれば構わない。加熱器は熱交換器を含んでいても構わない。

たとえば、燃料供給装置を内燃機関に配置し、加熱器が熱交換器を含む場合には、機関本体を冷却する機関冷却水を高温側の流体として熱交換器に供給することができる。この場合の温度調整手段は、たとえば、熱交換器に流入する機関冷却水の流量を調整する流量調整器を含む。熱交換器に流入する機関冷却水の流量を調整することにより、熱交換器の伝熱面の温度を調整することができる。例えば、熱交換器に流入する機関冷却水の流量を増加させることにより、伝熱面の温度を上昇させることができる。

機関冷却水を熱源にした熱交換器を配置する場合には、前述の制御を行うことにより、内燃機関の始動時における暖機性の低下を抑制することができる。また、内燃機関を車両に配置し、機関冷却水の熱を暖房に用いる場合には、暖房性能の低下を抑制することができる。

上記の実施の形態においては、液体の燃料としてプロパンおよびブタンを含む液化石油ガスを例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、液化石油ガスは、プロピレンやブチレン等の他の物質を含んでいても構わない。更に、液体の燃料として、蒸発器に供給する時に液体である燃料を採用することができる。たとえば、常温において加圧することにより液体になる燃料、または常温および常圧で液体である燃料を採用することができる。

本実施の形態においては、内燃機関に取り付けられている燃料供給装置を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、液体の燃料を気化して任意の装置に供給する燃料供給装置に、本発明を適用することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。

１ 蒸発器
２ 加熱器
２ａ 伝熱面
３ 電気ヒータ
４ 電源
５ 液体燃料供給弁
６ 燃料タンク
７ 燃料ポンプ
８ 気体燃料噴射弁
９ 吸気管
１４ 圧力センサ
１５ 温度センサ
１６ 圧力センサ
１７ 温度センサ
１８ 温度センサ
２１ 電子制御ユニット
３１ 液体燃料供給管
３２ 気体燃料供給管

Claims (4)

1. 液体の燃料を蒸発させて気体の燃料を供給する燃料供給装置であって、
   液体の燃料を加熱して気化させる加熱器を含む蒸発器と、
   蒸発器に液体の燃料を供給する液体燃料供給手段と、
   加熱器の温度を調整する温度調整手段とを備え、
   加熱器は、液体の燃料に熱を供給する伝熱面を有し、
   加熱器の伝熱面は、燃料が核沸騰状態から遷移沸騰状態に移行するときの熱流束が極大になる温度を有し、
   加熱器の伝熱面の温度を検出し、加熱器の伝熱面の温度と蒸発器における燃料の沸点との差に基づいて温度調整手段が加熱器の温度を変化させ、伝熱面における熱流束を調整し、温度調整手段は、伝熱面の温度が前記極大になる温度に近づくように、加熱器の温度を調整することを特徴とする、燃料供給装置。
2. 加熱器の伝熱面の温度と燃料の沸点との差の目標範囲が予め定められており、
   温度調整手段は、伝熱面の温度と燃料の沸点との差が予め定められた目標範囲内になるように、加熱器の温度を調整することを特徴とする、請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 液体燃料供給手段は、液体の燃料を貯留する燃料タンクを備え、
   燃料タンクの気体の圧力および燃料の温度を検出し、
   燃料タンクの気体の圧力および燃料の温度に基づいて、燃料の組成を推定することを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料供給装置。
4. 蒸発器における気体の圧力を検出し、検出した気体の圧力に基づいて、蒸発器における燃料の沸点を推定することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料供給装置。

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