JP5951217B2 - 車両用ｌｐｉシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両用ＬＰＩシステムに係り、より詳しくは、車両用ＬＰＩシステムにおいて、従来の燃料遮断バルブと燃料分配管および燃料ポンプの構造を改善して発熱を抑制し、燃料をより効率的に供給できるように発明された車両用ＬＰＩシステムに関する。

ＬＰＧは液化石油ガス（ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｇａｓ）の略字であって、液体状で保管される。ＬＰＧは石油化学用エチレン工程で共に生産され、相対的に安いため、家庭用、工業用燃料は勿論、車両用燃料としても使われている。
ＬＰＧを燃料として使う車両はＬＰＧを保管するためにガスボンベを備える。

従来のＬＰＧ車両はガソリン車両のエンジンと構造が類似するが、ガソリン車両のエンジンと最も異なる特徴は燃料噴射装置が削除された構造である。ＬＰＧは常温においても容易に気化するため、外気と燃料を混合して気化させる燃料噴射装置が不要である。

しかし、最近のＬＰＧ車両は、安定した燃料を供給し、燃焼効率を増加させ、冬季の始動不良を防止し、出力を向上し、燃費を高めるために、燃料噴射装置を備えて市場に出している。（特許文献１）
本出願人は、このようにエンジンシリンダーにＬＰＧ燃料を直接噴射する方式で駆動するＬＰＩ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）システムを開発し市場に出したことがある。

一方、エンジンにＬＰＧを直接噴射するためには、高圧を維持した状態でＬＰＧをエンジンに移送しなければならなかった。初期のＬＰＩシステムは、ガスボンベの内部に燃料ポンプが内蔵される構造であった。しかし、ガスボンベの内部に燃料ポンプが内蔵されることにより、修理のためには、ガスボンベ内に残ったＬＰＧを先に回収しなければならなかったため、修理のための時間および費用が多く要する問題点があった。また、振動および騒音を誘発する燃料ポンプを内蔵したため、これを減衰させるための減衰装置の設置がさらに求められた。さらに、ガスボンベは金属材容器を溶接して製作しており、溶接作業時に発生する異質物は燃料ポンプ故障の原因となった。したがって、このような問題点を解消するための最近のＬＰＩシステムにおいては、燃料ポンプがガスボンベの外部に別途に設置される。

図１はガスボンベの外部に燃料ポンプが設けられた構造を示すものである。図面を参照すれば、ガスボンベの下部にはマルチバルブ組立体が取り付けられる。前記マルチバルブ組立体は、始動信号により、燃料（液体状のＬＰＧ）を開閉する燃料遮断バルブ、配管破損時にガスボンベ内の燃料が急激に放出されることを防止する過流防止バルブ、長期間の停車時に手動で燃料吐出を抑制する手動送出バルブなどがモジュール化されて取り付けられる。

従来の燃料遮断バルブはソレノイドバルブであり、図２に示すようにガスボンベに取り付けられ、燃料が流動する流路を遮蔽するように構成される。すなわち、流路が形成された所定の位置には液室が形成され、前記液室の一側と他側に流入口と流出口が各々形成されており、スプリングの弾性力によってプランジャーが流出口を遮蔽するように取り付けられる。また、コイルに電気を印加することによって発生する起電力により、プランジャーが上昇して流出口を開放するように構成される。

さらに、ＬＰＩシステムの燃料ポンプは、エンジンの各シリンダーに燃料を供給するように気筒数（エンジンシリンダー個数）に合わせた燃料室が形成される。前記燃料室はリング形状であり、各燃料室に結合されるように複数のニップルが突出され、吸い込み管と連結される燃料分配管が燃料ポンプの下部に結合され、燃料の供給を受ける構造である。また、ニップルを介して燃料室に流入される燃料は、図３に示すように、ポンププランジャーの往復運動に応じた容積変化によって燃料供給ラインを通してエンジンに送出される。前記ポンププランジャーはダイヤフラムによって支持され、モータの回転軸に取り付けられ、一側の直径が他側の直径より大きく形成された偏心カムの回転によって往復運動するように構成される。したがって、ポンププランジャーの往復と共にダイヤフラムも振動し、これにより、燃料室側の容積は膨張および縮小が繰り返される。このような容積変化によって内部圧力は繰り返し変化し、燃料は燃料ポンプの外部（燃料供給ライン側）に吐出される。一方、前記燃料ポンプには、モータの円滑な回転のために潤滑油が封入された潤滑油封入部が形成される。前記潤滑油は揮発性成分であるため、モータハウジングには通気孔が形成され、モータハウジングの外部に取り付けられるハウジングは通気孔を通して吐出された潤滑油のガスが外部に排出されるように内部を密閉しないように取り付けられる。

さらに、燃料ポンプから吐出される燃料は燃料供給ラインに供給され、メインフィルタおよびレギュレータを経てエンジンのインジェクターに供給され、エンジンで消耗されない余剰燃料はリターンラインを通してガスボンベに復帰する。

しかし、上記のように構成された従来のＬＰＩシステムは、ＦＴＰモード（排気試験時に用いられるモード）走行およびＷＯＴ（ＷＩＤＥ ＯＰＥＮ ＴＨＲＯＴＴＬＥ）走行時のように各構成部品に大きい負荷が加わる場合、燃料の流速が低下し、燃料遮断バルブの通過時に発熱が生じたり、燃料吐出性能に問題が発生したりする場合があった。また、前記のような発熱はＬＰＧの気化を招き、バルブの耐久性能を低下させ、燃料吐出性能の低下は車両の出力を低下させる問題があった。
また、車両に外部衝突が発生してダイヤフラムが破損すれば、燃料が通気孔を通して大気に排出し、火災を誘発する問題点があった。

特表２００９−５３９０２２号公報

本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、燃料遮断バルブの発熱を抑制し、燃料を円滑に移送し、ダイヤフラムの破損時にも燃料漏れを防止できる車両用ＬＰＩシステムを提供することにある。

このような目的を達成するための本発明の車両用ＬＰＩシステムは、燃料を貯蔵するガスボンベ、吸い込み管を通し、前記ガスボンベから流入した燃料をエンジンに送出する燃料ポンプ、および前記ガスボンベに取り付けられ、吸い込み管の開閉を制御する燃料遮断バルブを含む車両用ＬＰＩシステムであって、前記ガスボンベには燃料が流動する流路が形成され、前記流路には燃料が流入する流入口と燃料が流出する流出口が形成された液室が一定の大きさで形成され、前記燃料遮断バルブは、電気が印加されるコイル、前記コイルの電気印加によって長さ方向に上昇下降する第１プランジャー、およびパイプ形状で液室に挿入され、第１プランジャーの末端に配置されており、一側は直径が相対的に縮小した小径部と、他側は直径が相対的に拡張した大径部とからなる第２プランジャー、を含んで構成され、前記第１プランジャーが第２プランジャーを加圧して流出口を遮蔽し、小径部の末端が第１プランジャーの末端に対向するように配置され、大径部の末端が流出口に対向するように配置されることを特徴とする。

また、前記コイルは相対的に高い電圧で第１プランジャーを上昇させ、相対的に低い電圧で第１プランジャーの上昇を維持するように電気が印加される。すなわち、前記コイルに印加される電気は、第１プランジャーを上昇させる初期電圧より前記第１プランジャーの上昇を維持する維持電圧がより低く形成されることを特徴とする。

前記第２プランジャーは小径部の末端に直径が拡大したフランジが形成され、前記第１プランジャーは前記フランジと接する弾性部材が末端に取り付けられることを特徴とする。

さらに、前記燃料ポンプはエンジンの気筒別に燃料を分配するように複数の燃料室が円形で配置されるように内部に備えられ、吸い込み管に連結され、各燃料室に燃料を分配する燃料分配装置は、内側の底面に円形溝が形成され、前記円形溝の一側は吸い込み管に連結する下部コップ、および前記下部コップの底面から円形溝の上側に結合され、それぞれの燃料室に開通するように流路溝が形成された分配板、を含んで構成されることを特徴とする。

また、前記燃料ポンプはダイヤフラムの振動に応じた容積変化によって燃料を送出し、前記ダイヤフラムは回転軸に偏心カムが形成されたモータの作動によって振動し、内部を遮蔽するように前記モータの外部と結合したハウジングには、内部圧力が予め定められた圧力に達すれば閉鎖されるチェックバルブが取り付けられることを特徴とする。

前記チェックバルブは、ハウジングに形成された排出孔の入口側に取り付けられるスプリング、および前記スプリングの末端に結合される遮断部材、を含んで構成され、前記ハウジングの内部圧力が予め定められた圧力に達すれば、遮断部材がスプリングの弾性に勝って排出孔の入口側を遮蔽することを特徴とする。

前記のような構成を有する本発明は、燃料の送出効率を向上させることができる。つまり、前記第１プランジャーに初期電圧が印加された後、第２プランジャーの大径部と小径部の間の表面積の差による浮力の助けで第１プランジャーは上昇するため、電気消耗量が低減し、これによって燃料遮断バルブの発熱が抑制される。

また、流入口の初期オープン時には相対的に大きい起電力を必要とするが、相対的により小さい起電力でオープン状態の維持が可能なソレノイドバルブの電気的特性を利用して、電気印加を調節することにより、コイルから発生する発熱をより低減する効果がある。

さらに、複雑な形状のために生産費が増加する燃料分配管に代って、本発明による燃料分配装置は、構造が単純であり、原価低減を図ることができる。また、本発明の燃料ポンプは、ハウジングが内部を密閉するように取り付けられ、チェックバルブが設けられており、ダイヤフラムの破損時にも燃料の外部漏れを防止できる効果がある。

燃料ポンプが外部に配置される車両用ＬＰＩシステムの構成図である。 従来の燃料遮断バルブを示す断面図である。 従来の燃料ポンプおよび前記燃料ポンプの下部に取り付けられる燃料分配管の様子を示す図である。 本発明の好ましい実施形態による燃料遮断バルブの断面図である。 本発明の好ましい実施形態による燃料遮断バルブが流出口を開放する時に動作する様子を示す断面図である。 本発明の好ましい実施形態による燃料分配装置である。 本発明の好ましい実施形態により、チェックバルブが取り付けられた燃料ポンプの断面図である。

本発明に係る車両用ＬＰＩシステムは、燃料が貯蔵されるガスボンベ、前記ガスボンベと分離され、吸い込み管を通し、前記ガスボンベから流出された燃料をエンジンに送出する燃料ポンプ、および前記ガスボンベに取り付けられ、吸い込み管の開閉を制御する燃料遮断バルブを含んで構成されており、以下、図面を参照し、本発明の好ましい実施形態による車両用ＬＰＩシステムをより詳細に説明する。

図４を参照すれば、燃料が流動する流路を所定の大きさで形成された液室には、燃料が流入する流入口（図面上で第１プランジャーの後方に位置しているので図示せず）と、吸い込み管と開通して燃料ポンプに燃料を流出する流出口とが各々設置される。

また、前記燃料遮断バルブは、液室の外部には、電気が印加されれば起電力を発生するコイル２３、スプリング２２によって下降するように配置され、コイル２３から発生した起電力によってスプリング２２の弾性力を克服し上昇する第１プランジャー２０、およびパイプ形状で液室に挿入され、第１プランジャー２０の末端に配置されており、一側は直径が相対的に縮小した小径部１０ｂと、他側は直径が相対的に拡張した大径部１０ｃとからなる第２プランジャー１０、を含んで構成される。
前記第２プランジャー１０は、スプリング２２によって下降した第１プランジャー２０によって加圧され、流出口を遮蔽するように取り付けられる。また、第２プランジャー１０の小径部１０ｂは末端が第１プランジャー２０の末端に対向するように配置され、大径部１０ｃの末端は流出口に対向するように配置される。

前記第１プランジャー２０の末端にはゴム材からなる弾性部材２１が取り付けられ、前記第２プランジャー１０の小径部１０ｂの末端には直径が拡大したフランジ１０ａが形成される（図面上には示されていないが、前記第２プランジャーは離脱せず、第１プランジャーの上昇下降によって長さ方向に移動できるようにブラケットなどによってガイドされる。）。

上記のように構成された燃料遮断バルブは、流出口の開放時、図５のように動作する。
図５に示す通り、車両の始動前までは、燃料の排出を遮断するように第１プランジャー２０が第２プランジャー１０を加圧し、吸い込み管に連結する流出口を閉鎖する。この時、フランジ１０ａと弾性部材２１は接している状態であり、液室には（ガスボンベから流入口を通して流入した）燃料が満たされた状態である。
（車両の始動により）コイル２３に電気が印加されれば、起電力によって第１プランジャー２０は上側に上昇する。
第２プランジャー１０の浮力による上昇速度又は上昇加速度は、燃料の種類や粘性抵抗及び第２プランジャーの形状や重量などによって変化し、第１プランジャー２０の起電力による上昇速度又は上昇加速度は、電磁気力の大きさ、コイルとの距離及び第１プランジャーの重量などによって変化するため、これらの値を選定すれば、第１プランジャー２０と第２プランジャー１０の間隙は変更可能である。
上記理由により、フランジ１０ａと弾性部材２１の間が分離されると、第２プランジャー１０が第１プランジャー２０に密着する前に、第１プランジャー２０と第２プランジャー１０の間には、小さな間隙が形成され、このような間隙を介して第２プランジャー１０の内部へ燃料が流入する。

また、コイル２３の電気印加が中断されれば、スプリング２２の弾性力によって第１プランジャー２０は下降し、第２プランジャー１０を加圧し、前記第２プランジャー１０は流出口を閉鎖する。この時、前記第２プランジャー１０の内部に満たされた燃料は流出口に排出される。

一方、本発明に係るＬＰＩシステムにおいて、前記コイル２３に印加される電気は、第１プランジャー２０を上昇させる初期電圧（１３〜１４Ｖ）よりも前記第１プランジャー２０の上昇を維持させる維持電圧（４〜６Ｖ）が低く提供される。すなわち、コイル２３から発生する発熱を最大限抑制するように、初期に第１プランジャー２０を上昇させる時にだけ車両の電圧が直接供給され、一定時間が経過した後に安定化すれば、第１プランジャー２０に供給する電圧を低下して印加するように構成される。

このような構成の本発明は、温度上昇による気泡発生を抑制し（管路抵抗が縮小し）、より直径が拡張した流路の開閉も可能であるため、流路を従来より大きく構成できる効果がある。

さらに、本発明は、（図３に示された）従来の燃料分配管に代って、図６に示すように、下部コップ３０と分配板３２とから構成された燃料分配装置を提供する。前述したように、ＬＰＩシステムの燃料ポンプは、それぞれのエンジンシリンダーに燃料を供給できるようにエンジンの気筒数別に燃料室が備えられ、前記燃料室は円形をなすように配置される。したがって、前記燃料分配装置は、同図に示すように、コップ（ｃｕｐ）形状であり、内側の底面に円形溝３１が形成され、前記円形溝３１の一側は吸い込み管に連結する下部コップ３０、および前記下部コップ３０の内側の底面から円形溝３１の上側に結合され、それぞれの燃料室に開通するように流路溝３３が形成された分配板３２からなる。参考に、図６下に下部コップ３０の内部形状をより詳細に示すように切断した状態を示す。このような構造の燃料分配装置は、（従来のニップルが削除され）流路長さが最小化し、円形溝３１に沿って燃料が循環する構造であるために気泡発生を抑制し、（従来の燃料分配管より）形状が単純化するので原価節減を達成できる。

また、本発明に係る車両用ＬＰＩシステムは、ダイヤフラムの破損時にも燃料漏れを防止することができるように燃料ポンプのハウジングにチェックバルブが形成される。

すなわち、従来の構造のように、揮発性成分である潤滑油の気体成分が外部に排出されるようにモータハウジングには通気孔が形成され、図７に示すようにハウジングの一側には排出孔４２が形成され、チェックバルブが取り付けられる。すなわち、前記モータの外部に結合したハウジングは内部を密閉するように取り付けられ、一側には排出孔４２が形成され、内部圧力が予め定められた圧力に達すれば、前記チェックバルブは排出孔を閉鎖してハウジングの内部を密閉させる。前記チェックバルブは、ハウジングに形成された排出孔４２の入口側に取り付けられるスプリング４１および前記スプリング４１の末端に結合する遮断部材４０で構成される。

したがって、前記遮断部材４０はスプリングの弾性力によって排出孔４２を開放させた状態で待機し、ダイヤフラムの破損によって内部に燃料が流入し、ハウジング内部の圧力が上昇すれば、遮断部材４０がスプリング４１の弾性に勝って排出孔４２の入口側を遮蔽する。

本明細書と図面に開示した以上のような実施形態は、本発明の理解を助けるために特定例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、ここに開示された実施形態の以外にも本発明の技術的思想に基づいた他の変形例が実施可能であるということは明白である。

本発明は、従来の燃料遮断バルブと燃料分配管および燃料ポンプの構造を改善して発熱を抑制し、燃料をより効率的に供給できるようにする車両用ＬＰＩシステムの分野に適用できる。

１０ ・・・第２プランジャー
２０ ・・・第１プランジャー
３０ ・・・下部コップ
４０ ・・・遮断部材

Claims (6)

1. 燃料を貯蔵するガスボンベ、吸い込み管を通し、前記ガスボンベから流入した燃料をエンジンに送出する燃料ポンプ、および前記ガスボンベに取り付けられ、吸い込み管の開閉を制御する燃料遮断バルブを含む車両用ＬＰＩシステムであって、
   前記ガスボンベには燃料が流動する流路が形成され、前記流路には燃料が流入する流入口と燃料が流出する流出口が形成された液室が一定の大きさで形成され、
   前記燃料遮断バルブは、電気が印加されるコイル、前記コイルの電気印加によって長さ方向に上昇下降する第１プランジャー、およびパイプ形状で液室に挿入され、第１プランジャーの末端に配置されており、一側は直径が相対的に縮小した小径部と、他側は直径が相対的に拡張した大径部とからなる第２プランジャー、を含んで構成され、
   前記第１プランジャーが第２プランジャーを加圧して流出口を遮蔽し、小径部の末端が第１プランジャーの末端に対向するように配置され、大径部の末端が流出口に対向するように配置されることを特徴とする車両用ＬＰＩシステム。
2. 前記コイルに印加される電気は、第１プランジャーを上昇させる初期電圧より前記第１プランジャーの上昇を維持する維持電圧がより低く提供されることを特徴とする請求項１に記載の車両用ＬＰＩシステム。
3. 前記第２プランジャーは小径部の末端に直径が拡大したフランジが形成され、前記第１プランジャーは前記フランジと接する弾性部材が末端に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用ＬＰＩシステム。
4. 前記燃料ポンプはエンジンの気筒別に燃料を分配するように複数の燃料室が円形で配置されるように内部に備えられ、
   吸い込み管に連結され、各燃料室に燃料を分配する燃料分配装置は、内側の底面に円形溝が形成され、前記円形溝の一側は吸い込み管に連結する下部コップ、および前記下部コップの底面から円形溝の上側に結合され、それぞれの燃料室に開通するように流路溝が形成された分配板、を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の車両用ＬＰＩシステム。
5. 前記燃料ポンプはダイヤフラムの振動に応じた容積変化によって燃料を送出し、前記ダイヤフラムは回転軸に偏心カムが形成されたモータの作動によって振動し、
   前記モータの外部と結合したハウジングには排出孔が形成され、内部圧力が予め定められた圧力に達すれば、前記排出孔を閉鎖してハウジングの内部を密閉させるチェックバルブが取り付けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車両用ＬＰＩシステム。
6. 前記チェックバルブは、ハウジングに形成された排出孔の入口側に取り付けられるスプリング、および前記スプリングの末端に結合される遮断部材、を含んで構成され、
   前記ハウジングの内部圧力が予め定められた圧力に達すれば、遮断部材がスプリングの弾性に勝って排出孔の入口側を遮蔽することを特徴とする請求項５に記載の車両用ＬＰＩシステム。

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