JP6171405B2 - 内燃機関とその燃料供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、ジメチルエーテル（以下、ＤＭＥという）などの液化ガス燃料を燃料とする内燃機関と、その内燃機関に液化ガス燃料を供給する燃料供給方法に関する。

現在、ディーゼルエンジン（内燃機関）に使用される軽油の代替燃料として、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）などの液化ガス燃料を用いることが注目されている。そのＤＭＥをエンジンに用いる場合には、ＤＭＥをインジェクタ（燃料噴射弁）まで液体のまま供給する必要がある。

そこで、従来のエンジンでは、ＤＭＥを蒸気圧以上の圧力となるようにポンプで加圧して供給していた。ここで、その従来のエンジンについて、図９を参照しながら説明する。従来のエンジン１Ｘは、エンジン本体２のシリンダ（気筒）３にＤＭＥを噴射するインジェクタ４と、そのインジェクタ４に高圧のＤＭＥを供給するコモンレール５と、そのコモンレール５に燃料タンク６に充填されたＤＭＥを供給する高圧ポンプ７と、を備える。また、燃料タンク６から高圧ポンプ７にＤＭＥを供給する燃料供給システム８を備える。この燃料供給システム８は、燃料供給バルブ９と供給用流路１０を備え、フィードポンプ（加圧用ポンプ）ＦＰによりＤＭＥを加圧して、液体のまま高圧ポンプ７に供給するように構成される。

この構成によれば、フィードポンプＦＰでＤＭＥを加圧して高圧ポンプ７に供給することができるので、ＤＭＥを液体のままインジェクタ４に供給することを可能にする。

しかし、ＤＭＥを加圧するためのフィードポンプＦＰを備えると、フィードポンプＦＰの駆動に動力が必要となり、燃費が悪化するという問題がある。また、フィードポンプＦＰを経由させる際に、ＤＭＥの液面位置とフィードポンプＦＰの入口の位置関係がエンジン１Ｘを搭載した車両の加速時やコーナリング時にずれてしまい、フィードポンプＦＰにＤＭＥが導入されずに、エンジン本体２までＤＭＥが供給され難くなるという問題もある。

そこで、エンジンの動力によって回転して圧縮空気を吐出するエアコンプレッサを用いて、フィードポンプ等の外部動力を必要としないシンプルな構成で、燃料タンクに貯留された液化ガス燃料を送出する装置（例えば、特許文献１参照）や、エンジンから排出される排気の一部を燃料タンクに導き、ＤＭＥを加圧する装置（例えば、特許文献２参照）がある。

これらの装置は、フィードポンプの代わりに、エアコンプレッサで発生させた圧縮空気や、エンジンから排出される排気をコンプレッサで圧縮させた圧縮排気によって、燃料タンク内のＤＭＥを加圧することで、燃費の悪化を抑制している。

しかし、特許文献１に記載の装置は、圧縮空気を発生させるためのエアコンプレッサを、特許文献２に記載の装置は、燃料タンクに導く排気を圧縮するためのコンプレッサをそれぞれ備えており、それらを駆動するための動力が必要となり、その分だけ燃費が悪化する。

特開２０１０−１４４６２９号公報 特開２００１−１１５８９９号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動力を必要とするフィードポンプやコンプレッサなどを用いずに、燃料タンクから高圧ポンプに加圧された状態の液化ガス燃料を供給することができる内燃機関とその燃料供給方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、内燃機関の気筒内に液化ガス燃料を噴射する燃焼用噴射弁と、該燃焼用噴射弁に直接的又は間接的に燃料タンクに貯蔵された液化ガス燃料を高圧にして供給する高圧ポンプと、を備える内燃機関において、前記燃料タンクに前記高圧ポンプを通過した後の高圧の液化ガス燃料の一部を噴射して環流する環流用噴射弁と、該環流用噴射弁に前記高圧ポンプを通過した後の高圧の液化ガス燃料の一部を導く環流用流路とで構成される燃料環流システムを備えると共に、環流した液化ガス燃料で加圧された液化ガス燃料を前記燃料タンクから前記高圧ポンプに供給する燃料供給システムを備えることを特徴とする。

この構成によれば、高圧ポンプを通過した後の高圧の液化ガス燃料を燃料タンクに噴射することができるので、その高圧の液化ガス燃料により、燃料タンク内を加圧することができる。よって、駆動力を必要とするフィードポンプやコンプレッサなどを用いずに、燃料タンクから高圧ポンプに加圧された状態の液化ガス燃料を供給することができる。これにより、液化ガス燃料を燃料とする内燃機関において、燃費を向上することができる。

また、フィードポンプを経由させる際に発生する液面位置とフィードポンプの入口の位置関係に基づく燃料が供給され難くなるという問題も解決することができる。加えて、環流用噴射弁を用いて燃料タンクに液化ガス燃料を噴射するので、この環流用噴射弁により液化ガス燃料の環流する流量を容易に調整することができる。

なお、ここでいう燃焼用噴射弁及び環流用噴射弁は、従来の内燃機関で用いられる燃料噴射のための噴射弁などで構成できる。また、燃料供給装置は、燃料タンクから高圧ポンプに液化ガス燃料を供給する供給用流路に設けられる燃料供給弁や、高圧ポンプ自体に設けられ流量を調節する弁装置などである。

加えて、燃料環流システムは、高圧ポンプの出口から燃料タンクに設けた環流用噴射弁に分岐される流路を備えるシステムや、コモンレールから燃料タンクに設けた環流用噴射弁に接続される流路を備えるシステムで構成できる。また、この燃料環流システムは、従来の燃焼用噴射弁で噴射されなかった燃料の余剰分を燃料タンクに戻すシステムとは別のシステムであり、本発明は上記の構成に燃焼用噴射弁やコモンレールなどで余剰となる分を戻すシステムなどが別途追加されてもよい。

また、上記の内燃機関において、前記高圧ポンプに供給される液化ガス燃料の総流量を、前記燃焼用噴射弁から噴射される液化ガス燃料の燃焼用流量に前記環流用噴射弁から噴射される液化ガス燃料の環流用流量を追加した流量にして、前記総流量が、前記高圧ポンプ内の液化ガス燃料の温度の上昇を抑制する昇温抑制流量になるように、前記燃料供給システムを制御する制御装置を備えると、燃焼用噴射弁から噴射される量よりも多い量の昇温抑制流量の液化ガス燃料を高圧ポンプに送ることで、内燃機関の温度の上昇に伴って高圧ポンプの温度が上昇しても、高圧ポンプ内の液化ガス燃料の温度の上昇を抑制すること
ができる。これにより、高圧ポンプ内で液化ガス燃料が気化する前に、液化ガス燃料が気化することを確実に防止することができる。

特に、燃焼用噴射弁から噴射される燃焼用流量が少ない場合は、液化ガス燃料の受熱期間が長く、且つ熱容量が低いことから、液化ガス燃料の温度が高圧ポンプからの受熱で容易に上昇してしまうが、本発明では、燃焼用流量が少ない場合でも、燃料タンクに環流する環流用流量分、高圧ポンプに流れる液化ガス燃料の流量が多くなるので、高圧ポンプ内での液化ガス燃料の温度の上昇を抑制することができる。

加えて、上記の内燃機関において、前記高圧ポンプで加圧され、前記コモンレールに蓄圧された液化ガス燃料を前記環流用噴射弁に供給するように、前記環流用流路に前記コモンレールを介在させて構成すると、コモンレールに一旦、環流用噴射弁から噴射される環流用流量の液化ガス燃料を貯めることができるので、コモンレールを介さない場合と比較して、燃料タンク内の加圧制御の調節を容易に行うことができる。

なお、この環流用流路にコモンレールを介在させる構成にする場合は、コモンレール内の圧力が低くなり過ぎないように、コモンレール内の圧力に基づいて燃料タンクに液化ガス燃料を環流することで、気筒内への液化ガス燃料の噴射に影響を及ぼすことを防止することができる。

さらに、上記の内燃機関において、前記燃料タンクを主タンクと副タンクで構成し、前記主タンクから前記副タンクを経由して前記高圧ポンプに液化ガス燃料を供給可能に構成すると共に、前記副タンクに、前記環流用噴射弁を設けると、副タンクに環流用噴射弁から高圧の液化ガス燃料を噴射することができる。

これにより、液化ガス燃料を供給する際に、主タンクから副タンクに液化ガス燃料を供給し、その副タンク内を環流した液化ガス燃料で加圧することにより、駆動力を必要とするフィードポンプやコンプレッサを必要としないで加圧された液化ガス燃料を高圧ポンプに供給できると共に、充填スタンドなどから液化ガス燃料を充填される主タンクに燃料噴射弁を接続する場合と比べて、安全性が向上する。

また、上記の問題を解決するための内燃機関の燃料供給方法は、内燃機関の気筒内に液化ガス燃料を噴射する燃焼用噴射弁と、該燃焼用噴射弁に直接的又は間接的に燃料タンクに貯蔵された液化ガス燃料を高圧にして供給する高圧ポンプと、を備える内燃機関の燃料供給方法において、前記高圧ポンプを通過した後の高圧の液化ガス燃料の一部を前記燃料タンクに設けた環流用噴射弁から前記燃料タンク内に噴射して環流して、前記燃料タンク内を加圧し、環流した液化ガス燃料で加圧された液化ガス燃料を前記高圧ポンプに供給することを特徴とする方法である。

上記の方法によれば、駆動力を必要とするフィードポンプやコンプレッサを用いないため、燃費を悪化させずに、加圧された液化ガス燃料を高圧ポンプに供給することができる。

その上、上記の内燃機関の燃料供給方法において、前記燃焼用噴射弁から噴射される液化ガス燃料の燃焼用流量に、前記環流用噴射弁から噴射される液化ガス燃料の環流用流量を追加して、前記高圧ポンプ内の液化ガス燃料の温度の上昇を抑制する昇温抑制流量になるように、前記高圧ポンプに供給される液化ガス燃料の総流量を調節して供給すると、内燃機関の温度の上昇に伴って高圧ポンプの温度が上昇しても、高圧ポンプ内の液化ガス燃料の温度の上昇を抑制し、高圧ポンプ内での液化ガス燃料が気化することを防止することができる。

本発明によれば、高圧ポンプを通過した後の高圧の液化ガス燃料を燃料タンクに噴射して、この高圧の液化ガス燃料により燃料タンク内を加圧することができるので、駆動力を必要とするフィードポンプやコンプレッサなどを用いずに、燃料タンクから高圧ポンプに加圧された状態の液化ガス燃料を供給することができる。これにより、液化ガス燃料を燃料としても、燃費を向上することができる。

また、高圧ポンプに供給される液化ガス燃料の総流量を、高圧ポンプ内の液化ガス燃料の温度の上昇を抑制する昇温抑制流量になるように調節するので、内燃機関の温度の上昇に伴って高圧ポンプの温度が上昇しても、高圧ポンプ内の液化ガス燃料の温度の上昇を抑制し、高圧ポンプ内での液化ガス燃料が気化することを防止することができる。

本発明に係る第一の実施の形態の内燃機関を示す概略図である。 本発明に係る第一の実施の形態の内燃機関の燃料供給方法で用いる目標環流用流量と目標昇温抑制流量を算出する方法を示したブロック図である。 図２に示すマップであり、内燃機関のエンジン回転数と燃焼用流量に基づく目標環流用流量を示したマップである。 本発明に係る第一の実施の形態の内燃機関の燃料供給方法の一部を示すフローチャートである。 本発明に係る第二の実施の形態の内燃機関を示す概略図である。 本発明に係る第二の実施の形態の内燃機関の燃料供給方法で用いる環流用流量と昇温抑制流量を算出する方法を示したブロック図である。 図６に示すマップであり、内燃機関のエンジン回転数と燃焼用流量に基づく環流用流量を示したマップである。 本発明に係る第二の実施の形態の内燃機関の燃料供給方法の一部を示すフローチャートである。 従来の内燃機関を示す概略図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関とその燃料供給方法について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では、液化ガス燃料として、ジメチルエーテル（以下、ＤＭＥとする）を用いた車両について説明するが、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化ブタンガス（ＬＢＧ）、及び液化水素燃料などを用いた車両にも適用することができる。

また、以下の実施の形態では、直列四気筒のディーゼルエンジンを例に説明するが、本発明はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンにも適用することができ、その気筒数や、気筒の配列は限定されない。加えて、ＤＭＥを貯蔵する燃料タンクを一本搭載した車両について説明するが、本発明は二本以上の燃料タンクを搭載したものにも適用することができる。

まず、本発明に係る第一の実施の形態の内燃機関について、図１を参照しながら説明する。このエンジン（内燃機関）１は、図９に示す従来のエンジン１Ｘの構成からフィードポンプＦＰを除いた構成、つまり、シリンダ（気筒）３内にＤＭＥを噴射する燃焼用インジェクタ（燃焼用噴射弁）４と、燃焼用インジェクタ４に高圧のＤＭＥを供給するコモンレール５と、コモンレール５に燃料タンク６に貯蔵されたＤＭＥを供給する高圧ポンプ７と、を備える構成に、フィードポンプやコンプレッサを経由させないで高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの流量を調節して供給する燃料供給システム８と、高圧ポンプ７を通過し
た後の高圧のＤＭＥの一部を燃料タンク６に環流する燃料環流システム１１と、を備えて構成される。

また、高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの総流量Ｑｆが、高圧ポンプ７内のＤＭＥの温度Ｔｄの上昇を抑制する昇温抑制流量Ｑｆ’になるように、エンジン１の運転状態に基づいて、燃料環流システム１１が燃料タンク６に環流させるＤＭＥの環流用流量Ｑｔの目標値となる目標環流用流量Ｑｔ’を算出する目標環流用流量算出手段Ｍ１と、環流用流量Ｑｔが目標環流用流量Ｑｔ’になるように燃料環流システム１１を制御する流量調節手段Ｍ２と、を有するＥＣＵ（制御装置）１４を備えて構成される。

燃料環流システム１１は、燃料タンク６に高圧ポンプ７を通過した後の高圧のＤＭＥを噴射して環流する環流用インジェクタ（環流用噴射弁）１２と、環流用インジェクタ１２に高圧ポンプ７を通過した後の高圧のＤＭＥを導く環流用流路１３と、を備える。

環流用インジェクタ１２は、燃焼用インジェクタ４と同様に、液体のＤＭＥを霧状に噴射する装置であり、周知の技術のインジェクタを用いることができる。この環流用インジェクタ１２には、噴射量を細かに制御できることからＥＣＵ１４により細かに噴射量を制御可能にするために電子式のインジェクタを用いるとよい。この環流用インジェクタ１２により、燃料タンク６にＤＭＥを環流させることで、ＤＭＥの環流用流量を細かに制御することが可能となる。

環流用流路１３は、高圧ポンプ７を通過した後の、高圧ポンプ７で加圧されて高圧となったＤＭＥを環流用インジェクタ１２に供給する流路である。この環流用流路１３は、この実施の形態のように、コモンレール５を介在させることで、高圧ポンプ７で加圧され、コモンレール５に蓄圧されたＤＭＥを環流用インジェクタ１２に供給することができ、コモンレール５に一旦、高圧のＤＭＥを貯めることができるので、燃料タンク６内の加圧制御の調節を容易に行うことができる。

上記の構成によれば、高圧ポンプ７を通過した後の高圧のＤＭＥを燃料タンク６に噴射することができるので、その高圧のＤＭＥにより、燃料タンク６内を加圧することができる。よって、駆動力を必要とするフィードポンプやコンプレッサなどを用いずに、燃料タンク６から高圧ポンプ７に加圧された状態のＤＭＥを供給することができる。これにより、ＤＭＥを燃料とするエンジン１において、燃費を向上することができる。

例えば、コモンレール５に蓄圧されたＤＭＥの圧力は、１５ＭＰａ以上になるため、その高圧のＤＭＥを燃料タンク６に噴射して、環流すれば、常温での蒸気圧が０．５ＭＰａ程度のＤＭＥを容易に加圧し、液化させることができる。

また、フィードポンプを経由させる際に発生する液面位置とフィードポンプの入口の位置関係に基づくＤＭＥが供給され難くなるという問題も解決することができる。加えて、環流用インジェクタ１２を用いて燃料タンク６にＤＭＥを噴射するので、ＤＭＥの環流する流量を容易に調整することができる。

なお、この本発明は、上記の構成に限定せずに、例えば、コモンレールを介さずに高圧ポンプ７から環流用インジェクタ１２に直接ＤＭＥを供給するシステムや、環流用インジェクタ１２を用いずに燃料タンク６にＤＭＥを環流するシステムを用いてもよい。また、高圧ポンプ７をコモンレール５にＤＭＥを吐出する出口と環流用流路１３にＤＭＥを吐出する出口の二つの出口を有するポンプで構成してもよい。

ＥＣＵ１４は、エンジンコントロールユニットと呼ばれる制御装置であり、電気回路に
よってエンジン１の制御を担当しているマイクロコントローラである。このＥＣＵ１４は、燃焼用インジェクタ４、燃料供給バルブ９、及び環流用インジェクタ１２を制御すると共に、エンジン本体２と、コモンレール５内の圧力を検知する圧力センサ１５と接続され、エンジン本体２からエンジン１の運転状態の一つであるエンジン１のエンジン回転数Ｎｅと、コモンレール５内の圧力Ｐｃを取得するように構成される。

目標環流用流量算出手段Ｍ１は、図２のブロック図に示すように、高圧ポンプ７内のＤＭＥの温度Ｔｄの上昇を抑制する昇温抑制流量Ｑｆ’になるように、燃料タンク６に環流させるＤＭＥの環流用流量Ｑｔの目標値となる目標環流用流量Ｑｔ’を算出する手段である。詳しくは、この目標環流用流量算出手段Ｍ１は、図３に示す、エンジン回転数Ｎｅと燃焼用流量Ｑｅに基づいた目標環流用流量Ｑｔ’を記憶した目標環流用流量マップＭ３を用いて、エンジン本体２から取得したエンジン回転数Ｎｅと、ＥＣＵ１４が制御している燃焼用インジェクタ４から噴射されるＤＭＥの燃焼用流量Ｑｅとから目標環流用流量Ｑｔ’を算出する手段である。また、この目標環流用流量算出手段Ｍ１は、燃焼用流量Ｑｅに算出された目標環流用流量Ｑｔ’を加えて昇温抑制流量Ｑｆ’を算出する手段でもある。

この目標環流用流量算出手段Ｍ１で算出される目標環流用流量Ｑｔ’とその目標環流用流量Ｑｔ’から算出される昇温抑制流量Ｑｆ’は、高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの総流量Ｑｆが、高圧ポンプ７内でＤＭＥの温度の上昇を抑制することができ、且つ高圧ポンプ７の駆動損失を最小にする値となるように設定される。

なお、図３に示す目標環流用流量マップＭ３は、予め実験などにより目標環流用流量Ｑｔ’とその目標環流用流量Ｑｔ’から算出される昇温抑制流量Ｑｆ’が、高圧ポンプ７内でＤＭＥの温度の上昇を抑制することができ、且つ高圧ポンプ７の駆動損失を最小にする値となるように作成され、ＥＣＵ１４に記憶されたマップである。

また、この実施の形態で用いた図３に示す目標環流用流量マップＭ３は、一例であり、本発明の目標環流用流量マップＭ３はこれに限定せずに、所定の数値を記憶した多様なマップを用いることができる。例えば、燃焼用流量Ｑｅのみで、十分にＤＭＥの気化を防止することができる場合は、目標環流用流量マップＭ３から算出される目標環流用流量Ｑｔ’の最小値をゼロに設定すると、高圧ポンプの駆動損失を最小限にすることができる。

流量調節手段Ｍ２は、環流用流量Ｑｔが目標環流用流量算出手段Ｍ１で算出された目標環流用流量Ｑｔ’になるように、燃料環流システム１１を制御して、高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの総流量Ｑｆを、高圧ポンプ７内のＤＭＥの温度Ｔｄの上昇を抑制する昇温抑制流量Ｑｆ’となるように調節する手段である。

また、この流量調節手段Ｍ２は、環流用流量Ｑｔを目標環流用流量Ｑｔ’になるように燃料環流システム１１を制御するために、高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの総流量Ｑｆを調節する燃料供給システム８を制御する手段も備える。

ＥＣＵ１４が、上記の目標環流用流量算出手段Ｍ１と流量調節手段Ｍ２とを備えることにより、燃料タンク６に環流する環流用流量Ｑｔが、高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの総流量Ｑｆが昇温抑制流量Ｑｆ’となるように調節されるので、エンジン１の温度Ｔｅの上昇に伴って高圧ポンプ７の温度Ｔｐが上昇しても、高圧ポンプ７内のＤＭＥの温度Ｔｄの上昇を抑制することができる。これにより、高圧ポンプ７内でのＤＭＥが気化することを防止することができる。

特に、燃焼用インジェクタ４からシリンダ３内に噴射される量が少ない場合は、ＤＭＥの受熱期間が長く、且つ熱容量が低いことから、ＤＭＥの温度Ｔｄが高圧ポンプ７からの
受熱で容易に上昇してしまうが、本発明では、高圧ポンプ７内の温度Ｔｐに対して、燃焼用インジェクタ４から噴射される量が少ない場合でも、燃料タンク６に環流する環流用流量Ｑｔ分、高圧ポンプ７に流れるＤＭＥの総流量Ｑｆが多くなるので、高圧ポンプ７内でのＤＭＥの温度の上昇を抑制することができる。

また、本発明では、目標環流用流量算出手段Ｍ１により、エンジン回転数Ｎｅと燃焼用流量ＱｅからＤＭＥの気化を防止し、且つ高圧ポンプ７の駆動損失を最小に抑えることが可能な目標環流用流量Ｑｔ’を算出する。そして、流量調節手段Ｍ２が、高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの総流量Ｑｆが昇温抑制流量Ｑｆ’となるように、環流用流量Ｑｔを目標環流用流量Ｑｔ’に調節することにより、高圧ポンプ７内でＤＭＥが気化しない総流量Ｑｆで、且つ高圧ポンプ７の駆動損失を最小限に抑えることができる最適な総流量Ｑｆを高圧ポンプ７に供給することができる。

例えば、高圧ポンプ７内の温度Ｔｐに対して、燃焼用インジェクタ４から噴射される量が多い場合は、高圧ポンプ７に流れるＤＭＥの総流量Ｑｆが燃焼用流量Ｑｅ分になるので、高圧ポンプ７の駆動損失を抑えることができる。

なお、この実施の形態では、エンジン回転数Ｎｅと燃焼用流量Ｑｅから目標環流用流量Ｑｔ’を算出して、その目標環流用流量Ｑｔ’に基づいて燃料供給システム８と燃料環流システム１１を制御することで、単位時間当たりの平均的な昇温抑制流量Ｑｆ’で総流量Ｑｆを制御することができるので、高圧ポンプ７内でＤＭＥが確実に気化しない総流量Ｑｆを流すことができる。

次に、本発明に係る第一の実施の形態のエンジン１の燃料供給方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。この方法は、エンジン１の運転状態が変化した際に、つまり、この実施の形態ではエンジン回転数Ｎｅと燃焼用流量Ｑｅが変化した際に行われる方法であり、エンジン１の運転状態に応じて、燃料タンク６に環流する環流用流量Ｑｔと高圧ポンプ７に供給される総流量Ｑｆを調節する。

まず、エンジン１が始動すると、ＥＣＵ１４の目標環流用流量算出手段Ｍ１が、エンジン１の運転状態を示すエンジン回転数Ｎｅと燃焼用流量Ｑｅを取得するステップＳ１０を行う。次に、目標環流用流量算出手段Ｍ１が、取得したエンジン回転数Ｎｅと燃焼用流量Ｑｅを用いて、図２に示すように、図３の目標環流用流量マップＭ３から目標環流用流量Ｑｔ’を算出するステップＳ２０を行う。次に、目標環流用流量算出手段Ｍ１が、燃焼用流量Ｑｅに目標環流用流量Ｑｔ’を加えた昇温抑制流量Ｑｆ’を算出するステップＳ３０を行う。

次に、流量調節手段Ｍ２が、燃料供給システム８を制御して、総流量Ｑｆを昇温抑制流量Ｑｆ’に調節するステップＳ４０を行う。次に、流量調節手段Ｍ２が、燃料環流システム１１を制御して、環流用流量Ｑｔを目標環流用流量Ｑｔ’に調節するステップＳ５０を行なって、この燃料供給方法は完了する。

ステップＳ５０で、燃料タンク６に環流用インジェクタ１２からＤＭＥを噴射する場合は、コモンレール５内の圧力Ｐｃが蓄圧判定値Ａ以下になっていないか否かを判断するステップを行うと、燃焼用インジェクタ４からのＤＭＥの噴射に影響がないように燃料タンク６にＤＭＥを環流することができるので、好ましい。なお、ここでいう蓄圧判定値Ａとは、予め定めた所定の圧力値であり、コモンレール５に蓄えたＤＭＥを、各燃焼用インジェクタ４へ均一に供給し、シリンダ３内へ噴射することが可能な最小の圧力値のことをいう。

また、その際に燃料タンク６にＤＭＥを噴射するタイミングについては、予め設定することができる。この燃料タンク６にＤＭＥを噴射するタイミングもコモンレール５の圧力Ｐｃに基づいて行うとよく、例えば、燃焼用インジェクタ４と環流用インジェクタ１２を同時に使用すると、一気にコモンレール５内の圧力Ｐｃが下がってしまうことを防ぐことができる。

上記の方法によれば、高圧ポンプ７を通過した後の高圧のＤＭＥを燃料タンク６に噴射することができるので、その高圧のＤＭＥにより、燃料タンク６内を加圧することができる。よって、駆動力を必要とするフィードポンプやコンプレッサなどを用いずに、燃料タンク６から高圧ポンプ７に加圧された状態のＤＭＥを供給することができる。これにより、ＤＭＥを燃料とするエンジン１において、燃費を向上することができる。

また、エンジン１の温度Ｔｅの上昇に伴って高圧ポンプ７の温度Ｔｐが上昇しても、高圧ポンプ７内のＤＭＥの温度Ｔｄの上昇を抑制し、高圧ポンプ７内でのＤＭＥが気化することを防止すると共に、ＤＭＥの気化を防止するために増加する高圧ポンプ７の駆動損失を最小限に抑えることができる。

加えて、高圧ポンプ７の温度Ｔｐに関係なく、ＤＭＥが確実に気化しない総流量Ｑｆを供給することができ、単位時間あたりの平均的な昇温抑制流量Ｑｆ’となるように制御することで高圧ポンプ７のポンプ損失の増加を抑制することができる。

次に、本発明に係る第二の実施の形態のエンジン２０について、図５を参照しながら説明する。このエンジン２０は、第一の実施の形態のエンジン１の構成の燃料タンク６に代えて、燃料タンク２１を備え、その燃料タンク２１を主タンク２２と副タンク２３で構成し、副タンク２３を、主タンク２２から副タンク２３を経由して高圧ポンプ７にＤＭＥを供給可能に配置すると共に、副タンク２３に、環流用インジェクタ１２を設けて構成される。この主タンク２２と副タンク２３との間には、移充填流路２４と移充填バルブ２５とを設け、副タンク２３内のＤＭＥが少なくなったら主タンク２２から移充填を行うよう構成される。

また、燃焼用インジェクタ４、燃料供給バルブ９、環流用インジェクタ１２、及び移充填バルブ２５を制御するＥＣＵ２６は、高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの総流量Ｑｆの目標値となる昇温抑制流量Ｑｆ’を算出し、算出された昇温抑制流量Ｑｆ’と燃焼用インジェクタ４から噴射される燃焼用流量Ｑｅに基づいて、目標環流用流量Ｑｔ’を算出する目標環流用流量算出手段Ｍ４と、環流用流量Ｑｔが目標環流用流量Ｑｔ’になるように燃料環流システム１１を制御して、且つ総流量Ｑｆが高圧ポンプ７内のＤＭＥの温度Ｔｄの上昇を抑制する昇温抑制流量Ｑｆ’になるように燃料供給システム８を制御する流量調節手段Ｍ２と、を備えて構成される。

加えて、このエンジン２０は、高圧ポンプ７内の温度Ｔｐ（以下、ギャラリー温度Ｔｐという）を取得する温度取得手段として、高圧ポンプ７に温度センサ２７を備えて、目標環流用流量算出手段Ｍ４が、温度センサ２７より取得したギャラリー温度Ｔｐとエンジン回転数Ｎｅに基づいて、昇温抑制流量Ｑｆ’を算出する手段として構成される。

このエンジン２０は、ＤＭＥを供給する際に、主タンク２２から副タンク２３にＤＭＥを移充填し、その副タンク２３内を高圧ポンプ７を通過した後のＤＭＥを環流させて加圧することにより、駆動力を必要とするフィードポンプやコンプレッサを必要としないで加圧されたＤＭＥを高圧ポンプ７に供給できると共に、充填スタンドなどからＤＭＥを充填される主タンク２２に環流用インジェクタ１２を設ける場合と比べて、副タンク２３に環流用インジェクタ１２を設けることで、安全性が向上する。

また、燃料タンク２１が主タンク２２と副タンク２３に分かれることで、レイアウトに幅を持たせることが可能となり、配置の自由度を向上することができる。

目標環流用流量算出手段Ｍ４は、図６のブロック図に示すように、高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの総流量Ｑｆの目標値である昇温抑制流量Ｑｆ’を算出し、その昇温抑制流量Ｑｆ’と燃焼用流量Ｑｅを用いて、燃料タンク６に環流させるＤＭＥの環流用流量Ｑｔの目標値となる目標環流用流量Ｑｔ’を算出する手段である。

この目標環流用流量算出手段Ｍ４は、図７に示す、エンジン回転数Ｎｅと高圧ポンプ７内の温度Ｔｐ（以下、ギャラリー温度Ｔｐという）に基づいた昇温抑制流量Ｑｆ’を記憶した昇温抑制流量マップＭ５を用いて、エンジン本体２から取得したエンジン回転数Ｎｅと、温度センサ２７より取得したギャラリー温度Ｔｐとから昇温抑制流量Ｑｆ’を算出し、その昇温抑制流量Ｑｆ’から燃焼用流量Ｑｅ分を差し引いて目標環流用流量Ｑｔ’を算出する手段である。

なお、図７に示す昇温抑制流量マップＭ５は、予め実験などにより昇温抑制流量Ｑｆ’とその昇温抑制流量Ｑｆ’から算出される目標環流用流量Ｑｔ’が、高圧ポンプ７内でＤＭＥの温度の上昇を抑制することができ、且つ高圧ポンプ７の駆動損失を最小にする値となるように作成され、ＥＣＵ２６に記憶されたマップである。

また、この実施の形態で用いた昇温抑制流量マップＭ５は、一例であり、本発明の昇温抑制流量マップＭ５はこれに限定せずに、所定の数値を記憶した多様なマップを用いることができる。例えば、昇温抑制流量マップＭ５から算出される昇温抑制流量Ｑｆ’を、目標環流用流量Ｑｔ’の最小値がゼロにするような値に設定すると、高圧ポンプの駆動損失を最小限にすることができる。

次に、本発明に係る第二の実施の形態のエンジン２０の燃料供給方法について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この方法も、エンジン２０の運転状態が変化した際に、つまり、この実施の形態ではエンジン回転数Ｎｅとギャラリー温度Ｔｐが変化した際に行われる方法である。

まず、エンジン２０が始動すると、ＥＣＵ２６の目標環流用流量算出手段Ｍ４が、エンジン２０の運転状態を示すエンジン回転数Ｎｅとギャラリー温度Ｔｐを取得するステップＳ６０を行う。ギャラリー温度Ｔｐは、エンジン本体２の状態に応じて上昇する温度であるため、エンジン２０の運転状態を示すパラメータの一つである。

次に、目標環流用流量算出手段Ｍ４が、取得したエンジン回転数Ｎｅとギャラリー温度Ｔｐを用いて、図６に示すように、図７の昇温抑制流量マップＭ５から昇温抑制流量Ｑｆ’を算出するステップＳ７０を行う。次に、目標環流用流量算出手段Ｍ４が、算出された昇温抑制流量Ｑｆ’から燃焼用流量Ｑｅを差し引いて、目標環流用流量Ｑｔ’を算出するステップＳ８０を行う。

次に、流量調節手段Ｍ２が、燃料供給システム８を制御して、総流量Ｑｆを昇温抑制流量Ｑｆ’に調節するステップＳ４０を行う。次に、流量調節手段Ｍ２が、燃料環流システム１１を制御して、環流用流量Ｑｔを目標環流用流量Ｑｔ’に調節するステップＳ５０を行なって、この燃料供給方法は完了する。

この方法によれば、第一の実施の形態と同様に、駆動力を必要とするフィードポンプやコンプレッサなどを用いずに、燃料タンク２１の副タンク２３から高圧ポンプ７に加圧さ
れた状態のＤＭＥを供給することができる。これにより、ＤＭＥを燃料としても、燃費を向上することができる。

また、エンジン２０の温度Ｔｅの上昇に伴ってギャラリー温度Ｔｐが上昇しても、高圧ポンプ７内のＤＭＥの温度Ｔｄの上昇を抑制し、高圧ポンプ７内でのＤＭＥが気化することを防止すると共に、ＤＭＥの気化を防止するために増加する高圧ポンプ７の駆動損失を最小限に抑えることができる。

加えて、ギャラリー温度Ｔｐに基づいて高圧ポンプ７に供給されるＤＭＥの総流量Ｑｆを、最小限に制御して、高圧ポンプ７の駆動損失を最小限に抑えることができる。

なお、第一の実施の形態の構成に、高圧ポンプ７内の温度Ｔｐを取得する手段を設けて、目標環流用流量算出手段Ｍ１の代わりに目標環流用流量算出手段Ｍ４を備えてもよく、第二の実施の形態の構成の目標環流用流量算出手段Ｍ４の代わりに、目標環流用流量算出手段Ｍ１を備えてもよい。

また、燃料タンク６又は副タンク２３内の圧力が規定以上になったときに圧力を開放するブローバルブを設けると、燃料タンク６又は副タンク２３内の圧力が規定値以上に上昇した場合に発生する、燃料タンク６又は副タンク２３の破裂や破損などを防止することができる。また、ブローバルブの代わりに、上記の燃料供給方法に、燃料タンク６又は副タンク２３内の圧力が規定以上の場合は、高圧なＤＭＥを環流しない工程を追加してもよい。

加えて、目標環流用流量マップＭ３から算出される目標環流用流量Ｑｔ’、又は昇温抑制流量マップＭ５を用いて算出される目標環流用流量Ｑｔ’については、燃焼用流量Ｑｅが十分に高圧ポンプ７内のＤＭＥの温度Ｔｄの上昇を抑制する流量であれば、その値をゼロとすると、高圧ポンプ７のポンプ損失を最小限にすることができる。一方、常に、目標環流用流量Ｑｔ’の値をゼロより大きくする、つまり昇温抑制流量Ｑｆ’を常に燃焼用流量Ｑｅよりも多くすることで、確実にＤＭＥの温度Ｔｄの上昇を抑制し、ＤＭＥの気化を防止することができる。

本発明の内燃機関は、高圧ポンプを通過した後の高圧の液化ガス燃料を燃料タンクに噴射して、この高圧の液化ガス燃料により燃料タンク内を加圧することができるので、駆動力を必要とするフィードポンプやエアコンプレッサなどを用いずに、燃料タンクから高圧ポンプに加圧された状態の液化ガス燃料を供給し、燃費を向上することができるので、ＤＭＥなどの液化ガス燃料を用いるエンジンを搭載したトラックなどの車両に利用することができる。

１、２０、１Ｘ エンジン
２ エンジン本体
３ シリンダ（気筒）
４ 燃焼用インジェクタ（燃焼用噴射弁）
５ コモンレール
６、２１ 燃料タンク
７ 高圧ポンプ
８ 燃料供給システム
９ 燃料供給バルブ（燃料供給弁）
１０ 供給用流路
１１ 燃料環流システム
１２ 環流用インジェクタ（環流用噴射弁）
１３ 環流用流量
１４、２６ ＥＣＵ（制御装置）
１５ 圧力センサ
２２ 主タンク
２３ 副タンク
２４ 移充填流路
２５ 移充填バルブ
２７ 温度センサ（温度取得手段）
Ｓ１、Ｓ３ 目標環流用流量算出手段
Ｓ２ 流量調節手段
Ｎｅ エンジン回転数（内燃機関の回転数）
Ｑｅ 燃焼用流量
Ｔｐ ギャラリー温度（高圧ポンプ内の温度）
Ｑｔ 環流用流量
Ｑｆ 総流量
Ｑｔ’ 目標環流用流量
Ｑｆ’ 昇温抑制流量

Claims (4)

1. 内燃機関の気筒内に液化ガス燃料を噴射する燃焼用噴射弁と、該燃焼用噴射弁に直接的又は間接的に燃料タンクに貯蔵された液化ガス燃料を高圧にして供給する高圧ポンプと、を備える内燃機関において、
   前記燃料タンクに前記高圧ポンプを通過した後の高圧の液化ガス燃料の一部を噴射して環流する環流用噴射弁と、該環流用噴射弁に前記高圧ポンプを通過した後の高圧の液化ガス燃料の一部を導く環流用流路とで構成される燃料環流システムを備えると共に、
   環流した液化ガス燃料で加圧された液化ガス燃料を前記燃料タンクから前記高圧ポンプに供給する燃料供給システムを備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記高圧ポンプ及び前記燃焼用噴射弁の間にその燃焼用噴射弁に高圧の液化ガス燃料を供給するコモンレールを備え、
   前記高圧ポンプで加圧され、前記コモンレールに蓄圧された液化ガス燃料を前記環流用噴射弁に供給するように、前記環流用流路に前記コモンレールを介在させて構成することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記燃料タンクを主タンクと副タンクで構成し、
   前記主タンクから前記副タンクを経由して前記高圧ポンプに液化ガス燃料を供給可能に構成すると共に、
   前記副タンクに、前記環流用噴射弁を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 内燃機関の気筒内に液化ガス燃料を噴射する燃焼用噴射弁と、該燃焼用噴射弁に直接的又は間接的に燃料タンクに貯蔵された液化ガス燃料を高圧にして供給する高圧ポンプと、を備える内燃機関の燃料供給方法において、
   前記高圧ポンプを通過した後の高圧の液化ガス燃料の一部を前記燃料タンクに設けた環流用噴射弁から前記燃料タンク内に噴射して環流して、前記燃料タンク内を加圧し、
   環流した液化ガス燃料で加圧された液化ガス燃料を前記高圧ポンプに供給することを特徴とする内燃機関の燃料供給方法。