JP6115523B2 - 燃料供給装置 - Google Patents
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Description
燃料ギャラリ内で圧力脈動が生じると、低圧側では吸入不良が生じ、十分な燃料の圧送が行えなくなる虞がある。また、高圧側では高圧ポンプや低圧系の流路(フィード流路、リターン流路)での油密保持が困難になる虞がある。
しかしながら、ブラダ型アキュムレータではゴム袋内の気体を定期的に補充しなければならずメンテナンスに手間がかかる。
また、ジメチルエーテル(DME)を主成分とする燃料を用いる場合、特殊なゴム材料を使用する必要があり、高周波数の脈動吸収に対応しにくい場合がある。
燃料タンクは、燃料として液化ガス燃料を貯留する。
フィードポンプは、燃料タンクから燃料を送出する。
圧力室は、燃料ギャラリと連通するとともにフィードポンプからの燃料もしくは燃料ギャラリからの戻り燃料が供給される空間であって、所定の熱源からの吸熱によって空間内の燃料が気相もしくは気液2相状態とされる。
フィード流路は、フィードポンプから燃料ギャラリに燃料を導入するものであり、リターン流路は、燃料ギャラリからの戻り燃料を燃料タンクに戻すものであり、バイパス流路は、フィード流路とリターン流路とを燃料ギャラリをバイパスして接続するものである。そして、圧力室はバイパス流路の途中に形成されている。
これによれば、ブラダ型アキュムレータやパルセーションダンパ等の脈動吸収のための機械要素を用いることなく、燃料ギャラリでの液相状態の燃料の体積変化を、圧力室での気相もしくは気液2相状態の燃料の体積変化で補うことにより、圧力脈動を吸収することができる。
実施例1の燃料供給装置1を、図1〜5を用いて説明する。
燃料供給装置1は、ディーゼルエンジン(以下、エンジンEと呼ぶ)の燃焼室Eaに燃料を供給するために用いられるものである。本実施例では、燃料としてDME燃料を用いている。
フィードポンプ3には、燃料供給圧(フィード圧)を調節するフィード圧調節装置が搭載されている。
高圧ポンプ4は、燃料ギャラリ11、ポンプ室12、及びプランジャ14等を有している(図2参照)。
ポンプ室12は燃料ギャラリ11からの燃料の供給を受ける空間である。
そして、プランジャ14の往復移動によって、燃料ギャラリ11からの燃料の吸入、および、ポンプ室12から高圧流路16を介してコモンレール7に燃料の加圧吐出を行う。
リターン流路6は、高圧ポンプ4の下流に接続されて、燃料ギャラリ11からの戻り燃料を燃料タンク2に戻すための低圧系の流路である。
また、コモンレール7は高圧流路19を介してインジェクタ8に接続され、燃料をインジェクタ8に供給する。すなわち、コモンレール7は、高圧の燃料を蓄圧する蓄圧容器として機能するとともに、高圧の燃料をインジェクタ8に分配する分配容器として機能する。
また、インジェクタ8は、エンジンEのシリンダヘッド26に形成された挿入孔26aに挿入配置されている(図3参照)。
なお、インジェクタ8は、気筒数と同数だけ備えられている。
燃料供給装置1は、燃料ギャラリ11と連通するとともにフィードポンプ3からの燃料もしくは燃料ギャラリ11からの戻り燃料が供給される空間であって、所定の熱源(本実施例では主にエンジン)からの吸熱によって空間内の燃料が気相もしくは気液2相状態とされる圧力室30を備える。
本実施例では、燃料供給装置1は、フィード流路5とリターン流路6とを燃料ギャラリ11をバイパスして接続するバイパス流路31を備え、圧力室30はバイパス流路31の途中に形成されている。
そしてバイパス流路31の途中には、インジェクタ8からの戻り燃料が合流している。
なお、リターン流路6にはOFV18より下流でコモンレール7からの戻り燃料が合流している。
圧力室30内の燃料を気相もしくは気液2相状態にするには、圧力室30内の燃料温度Taを、圧力室30内の燃料圧Paが飽和蒸気圧となる温度(飽和温度)以上にすればよい。
また、燃料ギャラリ11は逆にエンジンEの伝熱を極力受けにくい位置に配置する等して、外部から加熱されないようにしている。
これによれば、圧力室30内及び燃料ギャラリ11内は常に3MPa以下、90℃以下に維持できる。
本実施例の燃料供給装置1は、燃料ギャラリ11と連通するとともにフィードポンプ3からの燃料もしくは燃料ギャラリ11からの戻り燃料が供給される空間であって、所定の熱源からの吸熱によって空間内の燃料が気相もしくは気液2相状態とされる圧力室30を備える。圧力室30は、フィード流路5とリターン流路6とを燃料ギャラリ11をバイパスして接続するバイパス流路31の途中に形成されている。
これによれば、圧力室30がエンジンEからの熱を受けやすく、エンジンを熱源とする圧力室30内の燃料の加熱をしやすくなる。すなわち、圧力室30内の燃料温度が上がりやすく圧力室30内の燃料を気相もしくは気液2相状態に維持しやすくなる。
なお、実施例では、シリンダヘッド26内に圧力室30を設けたが、エンジンEのハウジングをなす部材に設ければよく、例えば、シリンダブロックに設けてもよい。
燃料ギャラリ11に連通する低圧系の燃料流路に圧力室30を設けているため、圧力室30内の気相状態の燃料が燃料ギャラリ11に侵入する虞がある。燃料ギャラリ11への気相燃料が侵入すると、燃料ギャラリ11からポンプ室12への燃料供給での不具合を生じる場合もある。本実施例では圧力室30を燃料ギャラリ11に対して重力方向上に位置させて燃料ギャラリ11への気相燃料の侵入を阻止しているため、燃料ギャラリ11に連通する低圧系の燃料流路に圧力室30を設けても、燃料ギャラリ11からポンプ室12への燃料供給を行う上での不具合を生じない。
実施例2を、実施例1とは異なる点を中心に、図6を用いて説明する。
なお、実施例1と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
これにより、バイパス流路31内の燃料は加熱されて気相もしくは気液2相状態となる。すなわち、バイパス流路31の内、飽和温度以上の加熱を受けている部分が圧力室30として機能する。
実施例3を、実施例1とは異なる点を中心に、図7を用いて説明する。
なお、実施例1と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
すなわち、本実施例では、バイパス流路31の途中に、エンジンEのハウジングの外に設けられるとともに、各気筒のインジェクタ8からの戻り燃料が合流する空間45を有している。
この空間45はエンジンEのハウジング(シリンダヘッド26)に近接して配されている。そして、空間45内の燃料は、エンジンEからの伝熱やインジェクタ8からの戻り燃料の合流によって加熱されて、気相もしくは気液2相状態となる。
すなわち、この空間45が圧力室30をなす。
実施例4を、実施例1とは異なる点を中心に、図8を用いて説明する。
なお、実施例1と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、バイパス流路31は存在しない。そして、圧力室30はリターン流路6の途中に形成されている。
これにより、リターン流路6内の燃料は加熱されて気相もしくは気液2相状態となる。すなわち、リターン流路6の内、飽和温度以上の加熱を受けている部分が圧力室30として機能する。
実施例5を、実施例1とは異なる点を中心に、図9、10を用いて説明する。
なお、実施例1と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
なお、本実施例では、燃料ギャラリ11内の燃料圧Pgはフィード圧Pfと等しいとみなせるため、フィード圧センサ55がPgセンサを兼ねている。
すなわち、燃料圧Pg(Pf)の目標値及び燃料温度Tgの目標値に応じて、OFV18及び背圧弁35の開閉指令信号、フィードポンプ3の指令フィード圧Pfaを出力する。
また、燃料温度Tgを下げたい場合には、OFV18の開弁指令を出力して、燃料ギャラリ11内の燃料を入れ替えればよい。すなわち、高温の燃料を排出して燃料タンク2からの低温の燃料が導入されるようにすればよい。
なお、本実施例では、圧力室30内の燃料圧Paはフィード圧Pfと等しいとみなせるため、フィード圧センサ55がPaセンサを兼ねている。
すなわち、燃料圧Pa(Pf)の目標値及び燃料温度Taの目標値に応じて、OFV18及び背圧弁35の開閉指令信号、フィードポンプ3の指令フィード圧Pfaを出力する。
図10に示すフローは、燃料ギャラリ11内の燃料を液相に、圧力室30内の燃料を気液2相に維持するための制御フローの一例である。
そして、S200では、Ttセンサ61、Tgセンサ53、Taセンサ57からの出力を読み込む。
従って、このS300の判定結果がNOの場合には、リンプホーム制御指令を出力する。
なお、S300では、燃料タンク2の限界圧力と燃料タンク2内の燃料圧との比較を行うものであってもよい。
そして、S300での判定結果がYESの場合には、S400へ進む。
この判定結果がNOの場合には、燃料ギャラリ11内の燃料温度Tgが飽和温度Tvf以上である、つまり、燃料ギャラリ11内の燃料が液相ではないことになるため、液相に維持するためのフロー(S410以降)に入る。
この判定結果がYESであれば、燃料タンク2の燃料を燃料ギャラリ11へ供給することで燃料ギャラリ11内の燃料温度Tgを下げることができる。そこで、S420へ進み、OFV18を開弁させ、燃料ギャラリ11内の燃料を入れ替える。すなわち、高温の燃料を排出して燃料タンク2からの低温の燃料が導入されるようにする。そして、再びS200へ戻って、燃料温度Tgを読み込む。
そこで、この場合には、OFV18を閉じたままの状態にして(S430)、フィード圧を昇圧する。すなわち、指令フィード圧Pfaを燃料ギャラリ11内の燃料温度Tgで液相を維持できる圧力(燃料温度Tg相当の蒸気圧より大きい圧力)となるように更新する。
なお、指令フィード圧Pfaを燃料タンク内の燃料温度Tt相当の蒸気圧となるように更新してもよい。
この判定結果がNOである場合には、フィード圧すなわち燃料ギャラリ11内の燃料圧力Pgが燃料ギャラリ11のギャラリ耐圧を超えることになるため、リンプホーム制御指令を出力する(S460)。
そして、S450の判定結果がYESの場合には、S100に戻る。
この判定結果がNOの場合には、圧力室30内の燃料温度Taが飽和温度Tvfよりも小さく、燃料が液相であるということになる。
これにより、圧力室30内の燃料は気液2相状態となる。
この判定結果がNOの場合は、圧力室30内の燃料温度Taが飽和温度Tvfよりも大きいことになり、圧力室30内の燃料が気相状態であるということになる。
そこで、この場合は、S710に進み、指令フィード圧Pfaを上げる。すなわち、指令フィード圧Pfaを燃料温度Taで気液2相を維持できる圧力(燃料温度Ta相当の蒸気圧)となるように更新する。
これにより、圧力室30内の燃料は気液2相状態となる。
実施例1では、圧力室30を燃料ギャラリ11に対して重力方向上に位置させることにより、圧力室30内の気相もしくは気液2相状態の燃料の燃料ギャラリ11への移動を阻止していた。しかし、図11に示すように、圧力室30と燃料ギャラリ11とをサイホン管64で接続し、サイホンの原理により圧力室30内の気相もしくは気液2相状態の燃料の燃料ギャラリ11への移動を阻止してもよい。
すなわち、圧力室30が燃料ギャラリ11に対して重力方向下に位置している場合でも、サイホン管64が圧力室30よりも重力方向下を経由していれば、圧力室30内の気相もしくは気液2相状態の燃料が燃料ギャラリ11へ移動することはない。
すなわち、フィード流路5とリークギャラリ33とを接続する流路、リークギャラリ33、及びインジェクタリーク流路34によってバイパス流路31を形成し、バイパス流路31の途中であるリークギャラリ33を圧力室30とする態様であってもよい。
2 燃料タンク
3 フィードポンプ
4 高圧ポンプ
11 燃料ギャラリ
12 ポンプ室
14 プランジャ
30 圧力室
Claims (6)
- 燃料として液化ガス燃料を貯留する燃料タンク(2)と、
前記燃料タンク(2)から燃料を送出するフィードポンプ(3)と、
前記フィードポンプ(3)からの燃料が導入されるとともに燃料を液相状態として保持する燃料ギャラリ(11)、前記燃料ギャラリ(11)から燃料の供給を受けるポンプ室(12)、および往復移動により前記ポンプ室内の燃料を加圧するプランジャ(14)を有する高圧ポンプ(4)と、
前記燃料ギャラリ(11)と連通するとともに前記フィードポンプ(3)からの燃料もしくは前記燃料ギャラリ(11)からの戻り燃料が供給される空間であって、エンジン(E)からの吸熱によって空間内の燃料が気相もしくは気液2相状態とされる圧力室(30)と、
前記フィードポンプ(3)から前記燃料ギャラリ(11)に燃料を導入するためのフィード流路(5)と、
前記燃料ギャラリ(11)からの戻り燃料を前記燃料タンク(2)に戻すためのリターン流路(6)と、
前記フィード流路(5)と前記リターン流路(6)とを前記燃料ギャラリ(11)をバイパスして接続するバイパス流路(31)とを備え、
前記圧力室(30)は前記バイパス流路(31)の途中に形成されていることを特徴とする燃料供給装置。 - 燃料として液化ガス燃料を貯留する燃料タンク(2)と、
前記燃料タンク(2)から燃料を送出するフィードポンプ(3)と、
前記フィードポンプ(3)からの燃料が導入されるとともに燃料を液相状態として保持する燃料ギャラリ(11)、前記燃料ギャラリ(11)から燃料の供給を受けるポンプ室(12)、および往復移動により前記ポンプ室内の燃料を加圧するプランジャ(14)を有する高圧ポンプ(4)と、
前記燃料ギャラリ(11)と連通するとともに前記フィードポンプ(3)からの燃料もしくは前記燃料ギャラリ(11)からの戻り燃料が供給される空間であって、エンジン(E)からの吸熱によって空間内の燃料が気相もしくは気液2相状態とされる圧力室(30)と、
前記燃料ギャラリ(11)からの戻り燃料を前記燃料タンク(2)に戻すためのリターン流路(6)とを備え、
前記圧力室(30)は前記リターン流路(6)の途中に形成されていることを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料供給装置において、
前記ポンプ室(12)で加圧された燃料を前記エンジン(E)の燃料室へ噴射するインジェクタ(8)を備え、
前記圧力室(30)には前記インジェクタ(8)からの戻り燃料が合流していることを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項1ないし請求項3の内のいずれか1つに記載の燃料供給装置において、
前記圧力室(30)は前記エンジン(E)のハウジング(26)内に形成されていることを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項1ないし請求項4の内のいずれか1つに記載の燃料供給装置において、
前記圧力室(30)を前記燃料ギャラリ(11)に対して重力方向上に位置させる、もしくはサイホンの原理を利用することにより、前記圧力室(30)内の気相もしくは気液2相状態の燃料の前記燃料ギャラリ(11)への移動を阻止することを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項1ないし請求項5の内のいずれか1つに記載の燃料供給装置において、
前記燃料ギャラリ(11)内の燃料を液相状態に維持するように前記燃料ギャラリ(11)内の燃料の温度または圧力の少なくともいずれか一方を制御する第1相状態制御手段(51)と、
前記圧力室(30)内の燃料を気相もしくは気液2相状態に維持するように前記圧力室(30)内の燃料の温度または圧力の少なくともいずれか一方を制御する第2相状態制御手段(52)とを備えることを特徴とする燃料供給装置。
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