JP5699699B2 - 燃料ノズル及びリーク検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液化ガス燃料のリークが検出できる燃料ノズル及びリーク検出装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンという）に用いる軽油の代替燃料としてジメチルエーテル（以下、ＤＭＥという）等の液化ガス燃料が注目されている。液化ガス燃料は、天然ガスや石炭から製造されたガスを圧縮して液化したものである。一般に液化ガス燃料の沸点は常温より低く、例えば、ＤＭＥの沸点は−２４℃である。

エンジンへの液化ガス燃料供給は、軽油の場合と同様に、コモンレールに蓄圧貯蔵された燃料が燃料ノズルにより気筒内に噴射されることで行われる。液化ガス燃料の噴射には軽油の噴射に用いられるのと同じ燃料ノズルが用いられる。

図５に示されるように、燃料ノズル５１は、蓄圧された燃料が充填されるノズル室２と、ノズル室２内に往復運動自在に収容されたニードル弁３と、ニードル弁３によって開閉される排出口４を有するシート部５と、排出口４の外側を覆い複数の噴孔６を有するサック室７とを備える。ニードル弁３を駆動する機構やコモンレールからノズル室２へ燃料を導入する機構については、よく知られており、ここでは説明を省略する。

ニードル弁３は、運動方向に向いている一端が円錐状に尖っている。一方、シート部５は、ニードル弁３が円滑に着床できるよう、ニードル弁３の円錐状部分に対向してすり鉢状に窪んでおり、シート部５の中央にニードル弁３の先端によって開閉される排出口４が形成されている。

ニードル弁３がシート部５に着床していると、ニードル弁３の円錐状部分と排出口４の隙間がなくなって排出口４が閉じられた状態となり、燃料は噴射されない。ニードル弁３がシート部５から離脱すると、排出口４が開かれた状態となり、ノズル室２からサック室７へ燃料が排出される。サック室７において燃料が複数の噴孔６に分散され、各噴孔６から燃料がエンジンの燃焼室に噴射される。

特開２００９−２５７３０９号公報

液化ガス燃料は、軽油よりも低粘度である。液化ガス燃料が使用されると、燃料ノズル５１には、燃料が軽油のときには起こらなかった問題が起きる。

液化ガス燃料が軽油よりも低粘度であるため、燃料ノズル５１内での液化ガス燃料による潤滑・緩衝作用が軽油の場合に比べて不足し、ニードル弁３やシート部５が摩耗・損傷しやすい。ニードル弁３やシート部５が摩耗・損傷した状況では、排出口４が閉じられた状態であるのにノズル室２からサック室７へ燃料が漏れてしまう。すなわち、リークが生じる。

また、液化ガス燃料が軽油よりも低粘度であるため、ニードル弁３がシート部５に正常に着床していても、ノズル室２からサック室７へ液化ガス燃料がリークすることがある。前述した摩耗・損傷がある状況においてはなおさらリークが生じやすい。

コモンレールではエンジンの停止中でもエンジン運転中に蓄圧されたままの高圧が維持されている。したがってエンジンの停止中に液化ガス燃料のリークが生じ得る。ノズル室２からサック室７へリークした液化ガス燃料は、揮発して燃焼室に残ることになる。このようにエンジンの停止中に液化ガス燃料のリークが起きていると、エンジンが始動されたときには、始動制御により規定された燃料噴射量よりも余分に多い液化ガス燃料が燃焼室にあることになり、初爆で異常燃焼が発生し、エンジンが故障するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、液化ガス燃料のリークが検出できる燃料ノズル及びリーク検出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の燃料ノズルは、蓄圧された液化ガス燃料が充填されるノズル室と、前記ノズル室内に往復運動自在に収容されたニードル弁と、前記ニードル弁によって開閉される排出口を有するシート部と、前記排出口の外側を覆い複数の噴孔を有するサック室とを備えた燃料ノズルにおいて、前記サック室内の温度を検出するサック室温度センサと、前記ノズル室内の温度を検出するノズル室温度センサとを備え、前記サック室温度センサと前記ノズル室温度センサは、前記排出口を挟んで近接した位置に設置される燃料ノズルである。

本発明のリーク検出装置は、請求項１記載の燃料ノズルが搭載されたエンジンの停止中に、前記ノズル室温度センサが検出するノズル室内温度と前記サック室温度センサが検出するサック室内温度との温度差を検出する温度差検出部と、前記温度差検出部が検出した温度差が閾値以上のとき、前記ノズル室から前記サック室への液化ガス燃料のリークがあると判定するリーク判定部とを備えたリーク検出装置である。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）燃料のリークが検出できる。

本発明の一実施形態を示す燃料ノズルの要部拡大図である。 本発明の一実施形態を示すリーク検出装置のブロック構成図である。 液化ガス燃料のリークによる温度変化の特性図である。 本発明が適用された車両における制御と作業の流れを示すフローチャートである。 従来の燃料ノズルの要部拡大図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る燃料ノズル１は、蓄圧された液化ガス燃料が充填されるノズル室２と、ノズル室２内に往復運動自在に収容されたニードル弁３と、ニードル弁３によって開閉される排出口４を有するシート部５と、排出口４の外側を覆い複数の噴孔６を有するサック室７とを備える。ここまでは従来の燃料ノズルと同じ構成である。

燃料ノズル１は、サック室７内の温度を検出するサック室温度センサ８と、ノズル室２内の温度を検出するノズル室温度センサ９とを備えることを特徴とする。

サック室温度センサ８とノズル室温度センサ９は、例えば、熱電対温度センサである。サック室温度センサ８の熱電対は、本実施形態では排出口４の近傍に設置されるが、これに限らず、サック室７内の温度が検出できればよいので、サック室７内のどこに設置されてもよい。ノズル室温度センサ９の熱電対は、本実施形態ではシート部５に近いノズル室壁に設置されるが、これに限らず、ノズル室２内の温度が検出できればよいので、ニードル弁３と干渉しない条件でノズル室２内のどこに設置されてもよい。各温度センサ８，９の信号線は、燃料ノズル１の外殻表面に沿わせて配線され、燃料ノズル１の外殻を貫通させて形成された配線孔に通されて熱電対に繋がっている。

図２に示されるように、本発明に係るリーク検出装置２１は、図１で説明した燃料ノズル１が搭載されたエンジン２２の停止中に、ノズル室温度センサ９が検出するノズル室２内温度とサック室温度センサ８が検出するサック室７内温度との温度差を検出する温度差検出部２３と、温度差検出部２３が検出した温度差が閾値以上のとき、ノズル室２からサック室７への液化ガス燃料のリークがあると判定するリーク判定部２４とを備える。

温度差検出部２３とリーク判定部２４は、電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）にソフトウェアとして搭載されるのが好ましい。温度差検出部２３とリーク判定部２４は、エンジン２２の停止中に動作するものであり、キーオフ（車両の主電源オフ）中にも待機電力にて動作することが望ましい。

次に、本発明の原理を説明する。

ノズル室２からサック室７へ液化ガス燃料がリークすると、リークした液化ガス燃料はサック室７内で気化する。液化ガス燃料が気化するとき雰囲気から潜熱が奪われてサック室７内温度が低下する。液化ガス燃料がリークしなければ、サック室７内温度が変化しないのは言うまでもない。一方、ノズル室２内では液化ガス燃料は気化しないので、リークの有無にかかわらずノズル室２内温度は変化しない。ノズル室２内温度とサック室７内温度との温度差をΔＴとしたとき、液化ガス燃料がリークしていなければ温度差ΔＴはゼロか小さいが、液化ガス燃料がリークしていると温度差ΔＴはリークがないときより大きい。よって、温度差ΔＴに適宜な閾値を決めておけば、リークの有無が判定できる。

液化ガス燃料のリークによる温度の時間的変化をさらに詳しく検討する。

エンジン停止中に、リークが発生したとする。リークは微量ずつ継続して起きるものとする。

図３に示されるように、リークが発生し始めると、破線で示すサック室内温度ＴＡは徐々に低下するが、実線で示すノズル室内温度ＴＢはすぐには変化しない。その後、リークした液化ガス燃料による潜熱吸収と燃料ノズル１の外部（エンジンのシリンダ全体）からの入熱が平衡してサック室内温度ＴＡは当初より低い温度で安定する。その後、燃料ノズル１の外殻を伝わる熱伝導によりノズル室２の熱がサック室７に奪われ、ノズル室内温度ＴＢが徐々に低下し、サック室内温度ＴＡに近づく。

この特性を利用してリークを検出するには、エンジンオフ後に、ノズル室内温度ＴＢとサック室内温度ＴＡとを継続して適宜時間間隔おきに検出して温度差ΔＴを検出し、温度差ΔＴが閾値以上になるかどうか監視すればよいことが分かる。

図４により、エンジンオフからエンジンオンまでの制御と作業の流れを説明する。

ステップＳ１にて、運転者がエンジンをオフした後、ステップＳ２にて、リーク検出装置２１の温度差検出部２３は、ノズル室温度センサ９が検出するノズル室２内温度とサック室温度センサ８が検出するサック室７内温度との温度差を検出する。続いて、リーク判定部２４は、温度差検出部２３が検出した温度差が閾値以上のとき、ノズル室２からサック室７への液化ガス燃料のリークがあると判定する。温度検出とリーク判定は、エンジン停止中、繰り返し実行される。判定結果がリーク有りのときは、ステップＳ３に進む。判定結果がリーク無しのときは、ステップＳ６に進む。

ステップＳ３にて、リーク検出装置２１は表示灯、案内音声等の警告手段により、運転者に対してリークを警告する。この警告を受けた運転者は、ステップＳ４にてエンジン保守マニュアルに従いリークのチェックを行う。チェックの結果、リークが確認された場合、ステップＳ５に進む。リークがなければ、ステップＳ６に進む。

ステップＳ５にて、運転者は、エンジン保守マニュアルに従いエンジンを脱気し、再度、ステップＳ４にてリークのチェックを行う。このようにして、リークした液化ガス燃料が完全になくなってから、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６にて、運転者はエンジンをオンにする。

なお、エンジンオフ後にキーオフとなった場合も、温度検出とリーク判定は待機電力により継続される。表示灯による警告は、キーオフ中に始めてもよい。案内音声による警告はキーオンとなったときに始めてもよい。

以上説明したように、本発明の燃料ノズル１は、サック室７内の温度を検出するサック室温度センサ８と、ノズル室２内の温度を検出するノズル室温度センサ９とを備えたので、ノズル室２とサック室７の温度差ΔＴに基づくリーク検出が可能となる。

本発明のリーク検出装置２１は、燃料ノズル１が搭載されたエンジン２２の停止中に、ノズル室温度センサ９が検出するノズル室２内温度とサック室温度センサ８が検出するサック室７内温度との温度差を検出する温度差検出部２３と、温度差検出部２３が検出した温度差が閾値以上のとき、ノズル室２からサック室７への液化ガス燃料のリークがあると判定するリーク判定部２４とを備えたので、エンジン停止中のリークが検出でき、エンジン始動時の異常燃焼が未然に防止される。

１ 燃料ノズル
２ ノズル室
３ ニードル弁
４ 排出口
５ シート部
６ 噴孔
７ サック室
８ サック室温度センサ
９ ノズル室温度センサ
２１ リーク検出装置
２２ エンジン
２３ 温度差検出部
２４ リーク判定部

Claims (1)

1. 蓄圧された液化ガス燃料が充填されるノズル室と、
   前記ノズル室内に往復運動自在に収容されたニードル弁と、
   前記ニードル弁によって開閉される排出口を有するシート部と、
   前記排出口の外側を覆い複数の噴孔を有するサック室とを備えた燃料ノズルにおいて、
   前記サック室内の温度を検出するサック室温度センサと、
   前記ノズル室内の温度を検出するノズル室温度センサと、
   前記燃料ノズルが搭載されたエンジンの停止中に、前記ノズル室温度センサが検出するノズル室内温度と前記サック室温度センサが検出するサック室内温度との温度差を検出する温度差検出部と、
   前記温度差検出部が検出した温度差が閾値以上のとき、前記ノズル室から前記サック室への液化ガス燃料のリークがあると判定するリーク判定部とを備え、
   前記サック室温度センサと前記ノズル室温度センサは、前記排出口を挟んで近接した位置に設置される
   ことを特徴とする燃料ノズル。