JP5945824B2 - Fuel supply device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、液化燃料を気化させて内燃機関へ供給するための内燃機関の燃料供給装置に関する。 The present invention relates to a fuel supply device for an internal combustion engine for vaporizing liquefied fuel and supplying it to an internal combustion engine.
内燃機関の燃料として、LPGのような常温常圧では気体の燃料を使用することが公知である。このような気体燃料は、冷却により液化されて燃料タンク内に貯蔵される。燃料タンク内の液化燃料は、一般的には、気化させて内燃機関の気筒内へ供給されることとなる。 As a fuel for an internal combustion engine, it is known to use a gaseous fuel at room temperature and normal pressure such as LPG. Such gaseous fuel is liquefied by cooling and stored in the fuel tank. The liquefied fuel in the fuel tank is generally vaporized and supplied into the cylinder of the internal combustion engine.
液化燃料を液体のまま燃料噴射弁から噴射する内燃機関の燃料供給装置が提案されている(特許文献1参照)。この燃料供給装置においては、機関停止中に燃料噴射弁と燃料タンクとを連通する燃料配管内の液体燃料が気化して燃料配管内が高圧となることを抑制するために、機関停止時には気化した燃料を低圧で貯蔵するための気化燃料貯蔵タンクを燃料配管と連通させている。 A fuel supply device for an internal combustion engine that injects liquefied fuel from a fuel injection valve in a liquid state has been proposed (see Patent Document 1). In this fuel supply apparatus, when the engine is stopped, the liquid fuel in the fuel pipe communicating with the fuel injection valve and the fuel tank is vaporized when the engine is stopped in order to prevent the liquid fuel in the fuel pipe from being vaporized and the pressure inside the fuel pipe from becoming high. A vaporized fuel storage tank for storing fuel at a low pressure is communicated with the fuel pipe.
しかしながら、このような気化燃料貯蔵タンクによって燃料配管内が高圧となることを十分に抑制するには、気化燃料貯蔵タンクの容積として、燃料配管の容積の約1000倍の容積が必要であると記載されており、その車両搭載は容易ではない。 However, it is described that the volume of the vaporized fuel storage tank needs to be approximately 1000 times the volume of the fuel pipe in order to sufficiently suppress the high pressure in the fuel pipe by such a vaporized fuel storage tank. It is not easy to mount on the vehicle.
従って、本発明の目的は、液化燃料を気化させて気筒内へ供給するために液化燃料を気化させる気化器と、気化させた燃料を噴射するための気化燃料噴射弁と、気化器と気化燃料噴射弁との間の気化燃料配管とを有する気化燃料供給系を備える内燃機関の燃料供給装置において、気化燃料貯蔵タンクを設けることなく機関停止中に気化燃料供給系内の液体燃料が気化して気化燃料供給系内が設定圧力を超えないようにするために気化燃料供給系内の液体燃料量を推定することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a vaporizer that vaporizes liquefied fuel to vaporize the liquefied fuel and supply it to the cylinder, a vaporized fuel injection valve for injecting the vaporized fuel, a vaporizer, and a vaporized fuel. In a fuel supply device for an internal combustion engine having a vaporized fuel supply system having a vaporized fuel pipe between an injection valve and a vaporized fuel supply system, the liquid fuel in the vaporized fuel supply system is vaporized while the engine is stopped without providing a vaporized fuel storage tank. In order to prevent the inside of the vaporized fuel supply system from exceeding the set pressure, the amount of liquid fuel in the vaporized fuel supply system is estimated.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の燃料供給装置は、液化燃料を気化させて気筒内へ供給するために液化燃料を気化させる気化器と、気化させた燃料を噴射するための気化燃料噴射弁と、前記気化器と前記気化燃料噴射弁との間の気化燃料配管とを有する気化燃料供給系を備える内燃機関の燃料供給装置において、今回の機関始動から今回の機関停止までに前記気化燃料供給系に供給された液化燃料重量から、今回の機関始動から今回の機関停止までに前記気化燃料噴射弁から噴射された気化燃料重量と、今回の機関停止のときに前記気化燃料供給系内に残留する気化燃料重量とを減算することにより、今回の機関停止のときの前記気化燃料供給系内の液体燃料重量を推定することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel supply device for an internal combustion engine, comprising: a vaporizer for vaporizing the liquefied fuel to vaporize the liquefied fuel and supplying the vaporized fuel; and a vaporized fuel for injecting the vaporized fuel In a fuel supply device for an internal combustion engine comprising an injection valve and a vaporized fuel supply system having a vaporized fuel pipe between the vaporizer and the vaporized fuel injection valve, the vaporization from the current engine start to the current engine stop From the liquefied fuel weight supplied to the fuel supply system, the vaporized fuel weight injected from the vaporized fuel injection valve from the current engine start to the current engine stop, and the vaporized fuel supply system at the time of the current engine stop. The weight of the liquid fuel in the vaporized fuel supply system when the engine is stopped this time is estimated by subtracting the vaporized fuel weight remaining in the engine.
本発明による請求項2に記載の内燃機関の燃料供給装置は、請求項1に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記気化器は、内管と外管とを有する二重管構造を有し、前記内管内を通過する液化燃料が前記内管と前記外管との間を通過する熱媒体から受熱することにより気化するものであり、前記内管と前記外管との間の熱媒体通路は、前記内管の下側を通過した熱媒体が、その後に、前記内管の上側を通過すると共に、前記内管の上側を通過した熱媒体が、その後に、前記内管の下側を通過するような螺旋通路部分を有していることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the fuel supply apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the carburetor has a double pipe structure having an inner pipe and an outer pipe. The liquefied fuel passing through the inner pipe is vaporized by receiving heat from a heat medium passing between the inner pipe and the outer pipe, and the heat medium between the inner pipe and the outer pipe. The passage is such that the heat medium that has passed through the lower side of the inner pipe passes through the upper side of the inner pipe, and the heat medium that has passed through the upper side of the inner pipe then passes through the lower side of the inner pipe. It has the spiral channel | path part which passes through, It is characterized by the above-mentioned.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の燃料供給装置によれば、液化燃料を気化させて気筒内へ供給するために液化燃料を気化させる気化器と、気化させた燃料を噴射するための気化燃料噴射弁と、気化器と気化燃料噴射弁との間の気化燃料配管とを有する気化燃料供給系を備える内燃機関の燃料供給装置において、今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料供給系に供給された既知の液化燃料重量から、気化燃料噴射弁の開弁時間と気化燃料供給系内の気化燃料の圧力及び温度とに基づき既知の今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料噴射弁から噴射された気化燃料重量と、気化燃料供給系の容積と気化燃料供給系内の気化燃料の圧力及び温度とに基づき既知の今回の機関停止のときに気化燃料供給系内に残留する気化燃料重量とを減算することにより、今回の機関停止のときの気化燃料供給系内の液体燃料重量を推定するようになっている、こうして推定された液体燃料重量によっては、機関停止中に気化した場合に気化燃料供給系内が設定圧力を超えることもあるために、これを防止する対策を実施することができる。 According to the fuel supply device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention, a vaporizer for vaporizing the liquefied fuel to vaporize the liquefied fuel and supplying it to the cylinder, and for injecting the vaporized fuel In a fuel supply device for an internal combustion engine comprising a vaporized fuel injection valve and a vaporized fuel supply system having a vaporized fuel pipe between the vaporizer and the vaporized fuel injection valve, the vaporized fuel from the current engine start to the current engine stop From the known liquefied fuel weight supplied to the supply system, from the known current engine start to the current engine stop based on the valve opening time of the vaporized fuel injection valve and the vaporized fuel pressure and temperature in the vaporized fuel supply system Based on the weight of the vaporized fuel injected from the vaporized fuel injection valve, the volume of the vaporized fuel supply system, and the pressure and temperature of the vaporized fuel in the vaporized fuel supply system, the vaporized fuel supply system is Remaining mind By subtracting the fuel weight, the liquid fuel weight in the vaporized fuel supply system at the time of the engine stop this time is estimated. Depending on the liquid fuel weight thus estimated, it was vaporized while the engine was stopped. In some cases, the inside of the vaporized fuel supply system may exceed the set pressure, and therefore measures can be taken to prevent this.
本発明による請求項2に記載の内燃機関の燃料供給装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の燃料供給装置において、気化器は、内管と外管とを有する二重管構造を有し、内管内を通過する液化燃料が内管と外管との間を通過する熱媒体から受熱することにより気化するものであり、内管と外管との間の熱媒体通路は、内管の下側を通過した熱媒体が、その後に、内管の上側を通過すると共に、内管の上側を通過した熱媒体が、その後に、内管の下側を通過するような螺旋通路部分を有しているために、熱媒体は、内管の主に下側に沿って通過する液化燃料を効率的に気化させることができる。
According to the fuel supply device for an internal combustion engine according to
図1は本発明による燃料供給装置が取り付けられた内燃機関を示す概略図である。以下に説明する内燃機関の各部材の制御は電子制御装置(図示せず)により実施される。同図において、10は機関本体であり、20は機関吸気系であり、30は機関排気系である。機関吸気系20において、21は各気筒共通のサージタンクであり、22はサージタンク21の下流側に位置して各気筒の吸気ポート11へ接続される吸気枝管である。各吸気枝管22には、液化燃料を気化させた気化燃料を気筒内へ調量して供給するための気化燃料噴射弁26が配置されている。23はサージタンク21の上流側に位置する吸気通路であり、上流端にはエアクリーナ24が配置されている。吸気通路23内のサージタンク21の直上流側にはスロットル弁25が配置されている。
FIG. 1 is a schematic view showing an internal combustion engine equipped with a fuel supply apparatus according to the present invention. Control of each member of the internal combustion engine described below is performed by an electronic control device (not shown). In the figure, 10 is an engine body, 20 is an engine intake system, and 30 is an engine exhaust system. In the
機関排気系30は各気筒の排気ポート12に接続されている。31は機関排気系30の各気筒の排気合流部より下流側に位置する触媒装置(例えば、三元触媒装置)である。機関本体10において、13は吸気弁であり、14は排気弁であり、15は点火栓、好ましくは、プラズマジェット式の点火栓であり、圧縮行程末期の点火時期においてプラズマジェットを噴射して気筒内の混合気を着火燃焼させる。16はピストンである。
The
40は液化燃料タンクであり、プロパン(沸点−42.09°C)及びブタン(沸点−0.5°C)を主成分とする所定圧力及び所定温度のLPGを貯蔵している。もちろん、本発明による燃料供給装置が対象とする液化燃料は、LPGに限定されることなく、常温常圧では気体の任意の可燃性物質とすることができる。例えば、プロパンと同程度の沸点を有する可燃性物質、ブタンと同程度の沸点を有する可燃性物質、プロパンの沸点とブタンの沸点との間の沸点を有する可燃性物質とすることができる。
60は加熱装置61を備えて液化燃料を気化させるための気化器であり、62は液化燃料を調量して気化器60内へ噴射する液化燃料噴射弁である。加熱装置61は、電気ヒータでも、排気ガス熱又はラジエタにより冷却される前の冷却水熱等を利用するものでも良い。
A
41は液化燃料タンク40内に配置された燃料ポンプであり、液化燃料配管42を介して液化燃料噴射弁62へ液化燃料を圧送する。液化燃料配管42には、常時開の閉鎖弁43が配置されている。気化器60内において液化燃料から気化した気化燃料は、気化燃料配管63を通過して気化燃料噴射弁26へ供給される。
A
気化器60には、気化器60内で気化させた気化燃料の圧力を検出する圧力センサ64及び気化燃料の温度を検出する温度センサ65が配置されており、気化器60内の気化燃料が設定圧力及び設定温度に維持されるように、燃料ポンプ41により圧送される液化燃料が液化燃料噴射弁62から調量されて気化器60内へ供給される。機関運転状態(機関負荷及び機関回転数)毎に、気筒内へ供給される気化器60内の気化燃料の必要量(重量)が定められており、気化器60内の気化燃料の現在の圧力及び温度を考慮して気化燃料噴射弁26の開弁時間を制御して供給される。
The
このように、気化器60と、気化燃料噴射弁26と、気化器60と気化燃料噴射弁26との間の気化燃料配管63とを有する気化燃料供給系を備える燃料供給装置において、機関停止中に、気化燃料供給系内の液体燃料が気化して気化燃料供給系内が設定圧力(例えば0.5MPa)を超えると、気化燃料供給系の破損の可能性があるために、気化燃料供給系(例えば気化器60)には、設定圧力で開弁する安全弁(図示せず)が設けられており、気化燃料供給系内が設定圧力を超えるときには、安全弁を介して気化燃料供給系の気化燃料を大気中へ放出し、気化燃料供給系の破損を防止するようになっている。
Thus, in the fuel supply device including the vaporized fuel supply system having the
しかしながら、このように、気化燃料を大気中へ放出することは好ましくないために、機関停止中に気化燃料供給系内の液体燃料が気化しても気化燃料供給系内が設定圧力を超えないようにすることが好ましい。 However, since it is not preferable to release the vaporized fuel to the atmosphere in this way, even if the liquid fuel in the vaporized fuel supply system vaporizes while the engine is stopped, the vaporized fuel supply system does not exceed the set pressure. It is preferable to make it.
66は、気化器60の底面と液化燃料タンク40とを連通する戻し配管であり、気液分離装置67と、気液分離装置67により分離された液体燃料だけを液化燃料タンク40へ戻すための液体燃料ポンプ68とが配置されている。
機関停止するときにおいて、常に、液体燃料ポンプ68を作動して、気化器60内の液体燃料を液化燃料タンク40へ戻すようにすれば良いが、これでは、液体燃料ポンプ68を不必要に作動させることがある。
When the engine is stopped, the
本実施例の燃料供給装置では、電子制御装置において、先ずは、今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料供給系に供給された液化燃料重量M1、具体的には、今回の機関始動から今回の機関停止までに液化燃料噴射弁62から気化器60内へ供給された液化燃料の重量M1を、液化燃料噴射弁62から噴射される液化燃料の圧力及び温度と(変動する場合)、液化燃料噴射弁62の開弁時間(噴射液体体積)とに基づき算出する。
In the fuel supply apparatus of this embodiment, in the electronic control unit, first, the liquefied fuel weight M1 supplied to the vaporized fuel supply system from the current engine start to the current engine stop, specifically, the current engine start. The weight M1 of the liquefied fuel supplied from the liquefied
次いで、今回の機関始動から今回の機関停止までに全気筒の気化燃料噴射弁26から噴射された気化燃料重量M2を、各気化燃料噴射弁26の開弁時間(噴射気体体積)と、各気化燃料噴射弁26の開弁中の気化器60内の気化燃料の圧力及び温度とに基づき算出する(ボイルシャルルの法則)。気化燃料の圧力及び温度は、圧力センサ64及び温度センサ65により検出可能である。
Next, the vaporized fuel weight M2 injected from the vaporized
次いで、今回の機関停止のときに、気化燃料供給系内に残留する気化燃料重量M3を、気化器60及び気化燃料配管63の合計容積と、気化器60内の気化燃料の圧力及び温度とに基づき算出する(ボイルシャルルの法則)。気化燃料の圧力及び温度は、圧力センサ64及び温度センサ65により検出可能である。
Next, when the engine is stopped this time, the vaporized fuel weight M3 remaining in the vaporized fuel supply system is changed to the total volume of the
こうして、今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料供給系へ供給された液化燃料重量M1と、今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料供給系から消費された気化燃料重量M2と、今回の機関停止のときに気化燃料供給系に残留する気化燃料重量M3とがそれぞれ算出されれば、液化燃料重量M1から気化燃料重量M2及びM3を減算することにより、今回の機関停止のときに気化燃料供給系に残留する液体燃料重量M(=M1−M2−M3)を推定することができる。 Thus, the liquefied fuel weight M1 supplied to the vaporized fuel supply system from the current engine start to the current engine stop, and the vaporized fuel weight M2 consumed from the vaporized fuel supply system from the current engine start to the current engine stop. And the vaporized fuel weight M3 remaining in the vaporized fuel supply system at the time of the current engine stop, respectively, the vaporized fuel weights M2 and M3 are subtracted from the liquefied fuel weight M1, thereby Sometimes the liquid fuel weight M (= M1-M2-M3) remaining in the vaporized fuel supply system can be estimated.
こうして、今回の機関停止のときに気化燃料供給系に残留する液体燃料重量Mが推定されれば、今回の機関停止のときの気化燃料供給系内の気化燃料の圧力及び温度に基づき、機関停止中に外気温により液体燃料重量Mが全て気化したときの気化燃料供給系内が設定圧力を超えるか否かを容易に判断することができ、気化燃料供給系内が設定圧力を超えると判断されたときには、液体燃料ポンプ68を作動して気化器60内の液体燃料を液化燃料タンク40へ戻すようにすれば良い。こうして、機関停止中に気化燃料供給系内の液体燃料は全て気化するが、気化燃料供給系内が設定圧力を超えないようにしている。
Thus, if the liquid fuel weight M remaining in the vaporized fuel supply system at the time of the current engine stop is estimated, the engine stop is performed based on the pressure and temperature of the vaporized fuel in the vaporized fuel supply system at the time of the current engine stop. It can be easily determined whether or not the inside of the vaporized fuel supply system exceeds the set pressure when the liquid fuel weight M is completely vaporized due to the outside air temperature, and the inside of the vaporized fuel supply system is judged to exceed the set pressure. In this case, the
液体燃料重量Mが全て気化したときに気化燃料供給系内が設定圧力を超え難くするために、気化燃料配管63の途中に容積部を設けて、気化燃料配管63の容積を増大するようにしても良い。
In order to make it difficult for the inside of the vaporized fuel supply system to exceed the set pressure when the liquid fuel weight M is completely vaporized, a volume portion is provided in the middle of the vaporized
また、戻し配管66が設けられていない場合には、運転者のイグニッションオフの信号が発せられたときに、気化燃料供給系に残留する液体燃料重量Mを推定し、機関停止中に外気温により液体燃料重量Mが全て気化したときの気化燃料供給系内が設定圧力を超えると判断されたときには、機関停止せずにアイドル運転を継続して、気化燃料供給系から気化燃料を消費して、機関停止中に外気温により液体燃料重量Mが全て気化したときの気化燃料供給系内が設定圧力を超えないと判断されるまで、気化燃料供給系内の気化燃料の圧力を低下させ、また、液体燃料重量Mを減少させるように液体燃料の一部(又は全部)を気化させるようにしても良い。こうして、機関停止中に気化燃料供給系内の液体燃料は全て気化するが、気化燃料供給系内が設定圧力を超えないようにしている。
If the
このようなアイドル運転は、アイドル回転数を高めたり、点火時期を遅角したりするなどして、燃料消費を増加させることが好ましい。 In such idle operation, it is preferable to increase fuel consumption by increasing the idle speed or retarding the ignition timing.
図2は、気化器の別の実施例としての二重管式気化器を示す軸線に垂直な縦断面図である。二重管式気化器70は、液化燃料が供給される内管71と外管72とを有し、熱媒体として、例えば、ラジエタにより冷却される前の機関冷却水が外管72と内管71との間を通過するようになっている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view perpendicular to an axis showing a double tube type vaporizer as another embodiment of the vaporizer. The double-
図2に示すように、内管71内において、液化燃料は、気化する前の液体燃料LIが下側に位置し、気化燃料GAが上側に位置する。一方、熱媒体TMは、内管71と外管72との間を満たして通過する。
As shown in FIG. 2, in the
それにより、外管72内において内管71の下側を通過する熱媒体は、液体燃料LIへ熱を奪われて大きく温度低下し、一方、外管72内において内管71の上側を通過する熱媒体は、気化燃料GAへそれほど熱を奪われないために、それほど温度低下しない。こうして、一般的な二重管式気化器では、熱媒体全体によって効率的に液化燃料を気化させることができない。
As a result, the heat medium passing through the lower side of the
本実施例の二重管式気化器70は、図2のX−X断面である図3、図3のB−B及びF−F断面である図4、図3のC−C断面である図5、図3のD−D断面である図6、及び、図3のE−E断面である図7に示すように、外管72が部分的に内管71に接する楕円形又は長円形の断面を有している。図2は、図3のA−A及びG−G断面に相当している。
The double
こうして、図3のA−A断面及びB−B断面において外管72内における内管71の下側を通過した熱媒体は、C−C断面では外管72内における内管71の斜め下側を通過し、D−D断面では外管72内における内管71の横側を通過し、E−E断面では外管72内における内管71の斜め上側を通過し、F−F断面及びG−G断面において外管72内における内管71の上側を通過する。
Thus, the heat medium that has passed through the lower side of the
一方、図3のA−A断面及びB−B断面において外管72内における内管71の上側を通過した熱媒体は、C−C断面では外管72内における内管71の斜め上側を通過し、D−D断面では外管72内における内管71の横側を通過し、E−E断面では外管72内における内管71の斜め下側を通過し、F−F断面及びG−G断面において外管72内における内管71の下側を通過する。
On the other hand, the heat medium that has passed through the upper side of the
こうして、内管71と外管72との間の熱媒体通路は、内管71の下側を通過して温度低下した熱媒体が、その後に、内管71の上側を通過すると共に、内管71の上側を通過してそれほど温度低下していない熱媒体が、その後に、内管71の下側を通過するような螺旋通路部分を有しているために、熱媒体は、内管71の主に下側に沿って通過する液化燃料LIを効率的に気化させることができる。
In this way, the heat medium passage between the
10 機関本体
20 機関吸気系
26 気化燃料噴射弁
40 液化燃料タンク
60 気化器
63 液化燃料配管
66 戻し通路
70 気化器
71 内管
72 外管
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