JPWO2008146420A1

JPWO2008146420A1 - 内燃機関の液化ガス燃料供給装置及び液化ガス燃料の回収方法並びに内燃機関の強制停止方法

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Publication number: JPWO2008146420A1
Application number: JP2009516150A
Authority: JP
Inventors: 野崎　真哉; 真哉野崎
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Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2010-08-19
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Abstract

パージタンクにかかる負担を小さくし、小型のパージタンクを利用できるともにパージに要する時間を短くできる内燃機関の液化ガス燃料供給装置を提供する。フィードポンプと高圧ポンプとは燃料供給通路で接続されるとともに、燃料供給通路には第１の開閉手段が備えられ、燃料タンクの気相部分とコモンレールとは気相導入通路で接続されるとともに、気相導入通路には第２の開閉手段が備えられ、第１の開閉手段よりも高圧ポンプ側の燃料供給通路とコモンレールとはパージ用通路で接続されるとともに、パージ用通路には第３の開閉手段が備えられ、かつ、気相導入通路から液化ガス燃料の気体成分を導入させながら液化ガス燃料を燃料タンク内に回収するための液パージ手段と、液パージ手段の動作後に、残留する液化ガス燃料を気化させて回収するための気化パージ手段とを備える。

Description

本発明は、内燃機関の液化ガス燃料供給装置及び内燃機関の液化ガス燃料の回収方法並びに内燃機関の強制停止方法に関し、特に、コモンレールシステムを採用した内燃機関の液化ガス燃料供給装置、及びそのような液化ガス燃料供給装置からの液化ガス燃料の回収方法、並びに内燃機関の強制停止方法に関する。

近年、ディーゼルエンジンによる大気汚染対策として、軽油の代わりに排気がクリーンなＤＭＥ（ジメチルエーテル）を代替燃料として用いることが注目されている。このＤＭＥ燃料は、従来の燃料である軽油と異なり、液化ガス燃料である。すなわち、軽油と比較して沸点が低く、大気圧下で軽油が常温で液体であるのに対して、ＤＭＥは常温で気体となる性質を有している。

そのため、ＤＭＥ燃料を用いたディーゼルエンジンでは、エンジン停止後に噴射系内にＤＭＥ燃料が残留していると、ＤＭＥ燃料がインジェクタの噴孔からエンジンのシリンダ内に漏れて気化し、シリンダ内に充満することによって、次にエンジンを始動する際にノッキング等の異常燃焼が生じてエンジンの始動が正常に行えず大きな振動や騒音が発生するおそれがある。そこで、ＤＭＥ燃料を用いたディーゼルエンジンでは、エンジン停止後に噴射系内に残留しているＤＭＥ燃料を抜き去るためのパージ処理が行われている。

ここで、エンジンが停止する度にコモンレール内の燃料を全てパージタンクへ回収するようになっている場合には、パージタンクによって圧力を低下させて気化した燃料を再液化するコンプレッサの仕事量が増えるために、システム全体のエネルギーロスが増大するおそれがある。

そこで、パージタンクに回収した燃料を再液化するコンプレッサの仕事量を必要最小限に抑制してシステム全体のエネルギーロスの大幅な低減化を図り得るようにしたＤＭＥエンジンの燃料供給装置が提案されている。より具体的には図９に示すように、燃料タンク２０１から導いた燃料を高圧ポンプ２０４により昇圧して、コモンレール２０５に蓄圧させるフィードライン２０３と、コモンレール２０５からインジェクタ２０７に燃料を導いて燃焼室２０８内に噴射させる噴射ライン２０６と、コモンレール２０５からパージ制御弁２０９を介してパージタンク２１０に燃料を抜き出すパージライン２１１と、パージタンク２１０の燃料をコンプレッサ２１２により再液化して燃料タンク２０１に戻す連絡ライン２１３とを備えたＤＭＥエンジンの燃料供給装置において、パージライン２１１のパージ制御弁２０９より下流側から燃料を抜き出して燃料タンク２０１へ直接導くバイパスライン２１４と、該バイパスライン２１４の途中に装備されて燃料タンク２０１側からパージライン２１１側へ遡る燃料の流れを阻止する逆止弁２１５と、パージライン２１１におけるバイパスライン２１４の接続箇所より下流側に装備されてパージタンク２１０へ向けた燃料の流れを適宜に遮断する常時閉の開閉弁２１６と、エンジン停止時にパージ制御弁２０９に向けて開弁指令を出力し且つパージライン２１１及び燃料タンク２０１の相互が略均圧化した時に開閉弁２１６に向け開弁指令を出力する制御装置２１７とを備えたことを特徴とするＤＭＥエンジンの燃料供給装置が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００３−５６４０９号公報（特許請求の範囲、図１）

しかしながら、特許文献１に記載されたＤＭＥエンジンの燃料供給装置では、コモンレール内のＤＭＥ燃料が高圧の状態であれば逆止弁が開かれ、ＤＭＥ燃料を燃料タンクに回収することはできるものの、コモンレール内のＤＭＥ燃料が回収されコモンレール内の圧力が低下した場合には逆止弁が閉じられてしまう。この状態においてはコモンレール内の圧力は少なくとも蒸気圧以下となっており、コモンレール内に未だ比較的多くのＤＭＥ燃料が残留する場合がある。残留したＤＭＥ燃料はパージタンクへ回収されることになるため、パージタンクには比較的大きな容量が求められるとともに、気化パージに要する時間が長くなるおそれがある。

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、燃料タンクの気相部分から通じる気相導入通路をコモンレールに接続するとともに、コモンレールと高圧ポンプとの間をパージ用通路で接続することによって、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内の液化ガス燃料の大部分を回収した後、気化パージを行えるようにして、パージタンクにかかる負担を小さくし、小型のパージタンクを利用できるとともに液化ガス燃料の回収に要する時間を短くできる内燃機関の液化ガス燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプへ送り、当該高圧ポンプで液化ガス燃料を高圧化して内燃機関の燃料噴射部が接続されたコモンレールに圧送し、燃料噴射部から内燃機関に液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料供給装置であって、フィードポンプと高圧ポンプとは燃料供給通路で接続されるとともに、燃料供給通路には第１の開閉手段が備えられ、燃料タンクの気相部分とコモンレールとは気相導入通路で接続されるとともに、気相導入通路には第２の開閉手段が備えられ、第１の開閉手段よりも高圧ポンプ側の燃料供給通路とコモンレールとはパージ用通路で接続されるとともに、パージ用通路には第３の開閉手段が備えられ、かつ、気相導入通路から液化ガス燃料の気体成分を導入させながら、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内の液化ガス燃料を燃料タンク内に回収するための液パージ手段と、液パージ手段の動作後に、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内に残留する液化ガス燃料を気化させて回収するための気化パージ手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の液化ガス燃料供給装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の内燃機関の液化ガス燃料供給装置を構成するにあたり、液パージ手段は、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内の液化ガス燃料を吸引するための吸引手段を含み、吸引手段によって液化ガス燃料を吸引するとともに、気相導入通路から導入される気体成分と置換させながら、液化ガス燃料が燃料タンク内に回収されるように構成されることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の液化ガス燃料供給装置を構成するにあたり、燃料供給通路の途中から分岐して燃料タンクに接続された燃料循環通路を備えるとともに、燃料循環通路には吸引手段としてのアスピレータが配設され、高圧ポンプとアスピレータとは液パージ用通路で接続されており、フィードポンプによって送られた液化ガス燃料を、アスピレータを介してそのまま燃料タンクへ環流させることにより、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内の液化ガス燃料が吸引されて燃料タンクに回収されるように構成されることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の液化ガス燃料供給装置を構成するにあたり、気化パージ手段は低圧タンクを含み、液パージ手段の動作後に、高圧ポンプと低圧タンクとを気化パージ用通路を介して連通させることによって、残留する液化ガス燃料が回収されるように構成されることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の液化ガス燃料供給装置を構成するにあたり、第３の開閉手段は、液パージ手段及び気化パージ手段を動作させる際に開かれるとともに、内燃機関の始動前の液化ガス燃料充填時にも開かれることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の液化ガス燃料供給装置を構成するにあたり、第２の開閉手段は、液パージ手段を動作させる際には開かれる一方、気化パージ手段を動作させる際には閉じられることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の液化ガス燃料供給装置を構成するにあたり、気相導入通路の第２の開閉手段とコモンレールとの間に、第２の開閉手段側への液化ガス燃料の流れを止める逆止弁を備えることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプへ送り、当該高圧ポンプで液化ガス燃料を高圧化して内燃機関の燃料噴射部が接続されたコモンレールに圧送し、燃料噴射部から内燃機関に液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料供給装置におけるエンジン停止時の液化ガス燃料の回収方法であって、フィードポンプと高圧ポンプとは燃料供給通路で接続されるとともに、燃料供給通路には第１の開閉手段が備えられ、燃料タンクの気相部分とコモンレールとは気相導入通路で接続されるとともに、気相導入通路には第２の開閉手段が備えられ、第１の開閉手段よりも高圧ポンプ側の燃料供給通路とコモンレールとはパージ用通路で接続されるとともに、パージ用通路には第３の開閉手段が備えられ、第１の開閉手段を閉じる一方、第２の開閉手段及び第３の開閉手段を開き、気相導入通路から液化ガス燃料の気体成分を導入させながら、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内の液化ガス燃料を燃料タンク内に回収する液パージを行った後、第２の開閉手段をさらに閉じ、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内に残留する液化ガス燃料を気化させて回収する気化パージを行うことを特徴とする液化ガス燃料の回収方法である。

また、本発明のさらに別の態様は、燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプへ送り、当該高圧ポンプで液化ガス燃料を高圧化して内燃機関の燃料噴射部が接続されたコモンレールに圧送し、燃料噴射部から内燃機関に液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料供給装置を備えた内燃機関の強制停止方法であって、フィードポンプと高圧ポンプとは燃料供給通路で接続されるとともに、燃料供給通路には第１の開閉手段が備えられ、燃料タンクの気相部分とコモンレールとは気相導入通路で接続されるとともに、気相導入通路には第２の開閉手段が備えられ、第１の開閉手段よりも高圧ポンプ側の燃料供給通路とコモンレールとはパージ用通路で接続されるとともに、パージ用通路には第３の開閉手段が備えられており、内燃機関の異常時に、内燃機関のイグニッションスイッチ操作によっても内燃機関が停止されない場合に、第１の開閉手段及び第２の開閉手段を閉じる一方、第３の開閉手段を開き、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内に残留する液化ガス燃料を気化させて回収する気化パージを行うことを特徴とする内燃機関の強制停止方法である。

本発明の内燃機関の液化ガス燃料供給装置及び液化ガスの回収方法によれば、燃料タンクと高圧ポンプとを接続する燃料供給通路に第１の開閉手段を備え、第１の開閉手段よりも高圧ポンプ側の燃料供給通路とコモンレールとをパージ用通路で接続し、さらに、燃料タンクの気相部分とコモンレールとを気相導入通路で接続することにより、液パージ時に、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内の大部分の液化ガス燃料を燃料タンク内に戻すことができる。したがって、高圧ポンプ、コモンレール及び燃料噴射部内に残留する液化ガス燃料が極力減らされた状態で気化パージが行われるため、気化された燃料を回収するパージタンク（低圧タンク）の負担を抑えることができる。その結果、パージタンクの容量を小さくすることができるとともに、気化パージに要する時間を短縮させることができ、内燃機関の運転終了後の液化ガス燃料の回収が速やかに行われるようになる。

また、第１の開閉手段よりも高圧ポンプ側の燃料供給通路とコモンレールとの間に配設されたパージ用通路は、エンジン始動時にはコモンレールへ液化ガス燃料を充填する燃料供給通路として用いることができる。したがって、高圧ポンプと同時にコモンレール内へ液化ガス燃料を充填することができるため、速やかにエンジンを始動させることができる。

また、本発明の内燃機関の強制停止方法によれば、内燃機関の異常時に、イグニッションスイッチ操作によっても内燃機関を停止させられない場合には、気化パージを行ってコモンレールや高圧ポンプ内の液化ガス燃料を回収することにより、内燃機関への液化ガス燃料の供給を停止させ、内燃機関を強制的に停止させることができる。したがって、内燃機関を強制停止させるための特殊な手段を備えることなく、燃料噴射系システムに異常が発生した場合など、内燃機関を停止させられないような場合において、内燃機関を強制的に停止させることができる。

第１の実施の形態にかかるディーゼルエンジンの液化ガス燃料供給装置の構成例を示す図である。高圧ポンプの構成の一例を説明するための図である。エンジン停止時における液化ガス燃料供給装置の状態を示す図である。燃料充填時における液化ガス燃料供給装置の状態を示す図である。エンジン運転時における液化ガス燃料供給装置の状態を示す図である。液パージ時における液化ガス燃料供給装置の状態を示す図である。気化パージ時における液化ガス燃料供給装置の状態を示す図である。第２の実施の形態にかかる内燃機関の強制停止方法を示すフローである。従来の液化ガス燃料供給装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の内燃機関の液化ガス燃料供給装置及び液化ガス燃料の回収方法、並びに内燃機関の強制停止方法に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
本発明にかかる第１の実施の形態は、内燃機関の液化ガス燃料供給装置及びそれを用いた液化ガス燃料の回収方法である。
液化ガス燃料は、代表的なものとしてはジメチルエーテル（ＤＭＥ）が挙げられるが、これ以外にも、内燃機関の燃料として用いることができる液化ガス燃料であれば、本発明を適用することは可能である。

１．液化ガス燃料供給装置
（１）全体構成
図１は、本実施形態のディーゼルエンジンの液化ガス燃料供給装置の概略構成を示している。
この図１に示すディーゼルエンジンの液化ガス燃料供給装置１００は、燃料タンク１と、インタンクフィードポンプ２と、高圧ポンプ５と、コモンレール１０と、インジェクタ１３と、パージタンク９等を主要な構成要素として備えている。それぞれの構成要素は、燃料通路やパージ用通路で接続されている。

燃料タンク１には、液化ガス燃料が貯蔵されている。液化ガス燃料は、例えばＤＭＥ燃料であり、燃料タンク１は液化ガス燃料を貯蔵しておくことができるものであれば特に制限されるものではない。
また、燃料タンク１内にはインタンクフィードポンプ２が配設され、このインタンクフィードポンプ２は、燃料供給通路１８を介して燃料タンク１内の燃料を高圧ポンプ５に対して供給するようになっている。インタンクフィードポンプ２は、例えば電動ポンプが用いられ、パルス電圧を供給することにより所定の流量の液化ガス燃料が圧送されるようになっている。また、インタンクフィードポンプ２の燃料吸い込み口にはプレフィルタ３を介在させてあり、燃料タンク１内の液化ガス燃料に異物が混入している場合に、それらの異物が吸い込まれないように捕集されるようになっている。

また、燃料タンク１と高圧ポンプ５とを接続する燃料供給通路１８には、フィルタ４と第１の開閉手段１９とが備えられている。燃料供給通路１８に備えられたフィルタ４によって液化ガス燃料中の浮遊物が捕集され、高圧ポンプ５に流入しないようになっている。また、第１の開閉手段１９は例えば電磁制御されるＯＮ−ＯＦＦ弁であり、燃料供給通路１８の開放、遮断が行われるようになっている。

また、高圧ポンプ５には流量制御弁８が備えられ、燃料供給通路１８を介して供給されてくる燃料の流量を、要求されるコモンレール圧に応じて制御して、燃料加圧室に送るようになっている。この流量制御弁８は、例えば電磁比例式の流量制御弁を用いることができる。また、流量制御弁８よりも上流側には燃料タンク１に通じる燃料戻し通路３０ａ、３０ｂが接続されている。この燃料戻し通路３０ｂには、流量制御弁８と並列的に配置されたオーバーフローバルブ１４が備えられており、流量制御弁８に送られる燃料流量が過大なときに開弁され、余剰の燃料が燃料タンク１に戻されるようになっている。

また、燃料戻し通路３０ａの途中には流量センサ１５及び燃料クーラー１６が備えられている。このうち、燃料クーラー１６は、燃料タンク１内に戻される液化ガス燃料を冷却し、液化ガス燃料の温度が所定温度以下に維持されるようになっており、燃料タンク１内の圧力を常に一定の蒸気圧以下の圧力値に維持することによって、液化状態で保持できるようになっている。また、流量センサ１５は、燃料戻し通路３０ａ内を通過する液化ガス燃料の流量を検出し、エンジンの始動タイミングを計るために用いられる。

また、高圧ポンプ５は、燃料加圧室に導入された液化ガス燃料をプランジャ（図示せず）によって加圧し、燃料吐出弁（図示せず）及び高圧燃料通路３７ａ、３７ｂを介してコモンレール１０に圧送するようになっている。この高圧ポンプ５における、プランジャを往復動させるためのカムが収容されたカム室（図示せず）は、ディーゼルエンジンの潤滑系と分離された専用潤滑系となっている。

図２は、高圧ポンプ５の構成の一例を示している。この高圧ポンプ５は、ポンプハウジング１１１と、ポンプハウジング１１１の円柱空間１１１ｂ内に装着されたプランジャバレル１１２と、プランジャバレル１１２の内部空間１１２ａに摺動保持されたプランジャ１１３と、両端をプランジャバレル１１２及びスプリングシート１１９に係止され、プランジャ１１３を下方側に付勢するためのスプリング１１５と、プランジャ１１３及びカム１２１の間に介在し、カム１２１の回転に伴いプランジャ１１３を芯出ししつつ押し上げるためのタペット構造体１１８とを備えている。また、プランジャバレル１１２の内部空間１１２ａの上方開口部にはＩＯバルブ１２０が配置されている。

かかる高圧ポンプ５において、プランジャバレル１１２の内部空間１１２ａの一部は、プランジャバレル１１２の内周面とプランジャ１１３とＩＯバルブ１２０とによって閉塞され、燃料加圧室１１４として構成されている。そして、インレットバルブ１２０ａを介して燃料加圧室１１４に流入した液化ガス燃料は、当該燃料加圧室１１４内で、カム１２１の回転運動に伴って押し上げられるプランジャ１１３によって加圧され、アウトレットバルブ１２０ｂが押し開かれることにより、高圧化された液化ガス燃料が下流側のコモンレール（図示せず）に圧送されるようになっている。

この高圧ポンプ５では、プランジャ１１３の往復動による焼付きを防止するために、プランジャバレル１１２の内部空間１１２ａの内周面と、プランジャ１１３の外周面との間には、燃料加圧室１１４に流入した液化ガス燃料の一部がリークし、潤滑油として機能するようになっている。ここまでの高圧ポンプ５の基本的な構成は、従来の軽油を燃料とするディーゼルエンジンの燃料供給装置に用いられる高圧ポンプと基本的には同様の構成となっている。

一方、本実施形態で用いられる高圧ポンプ５では、ポンプハウジング１１１の円柱空間１１１ｂに面するプランジャバレル１１２の外周面に二つのＯリング溝１４１ａ、１４１ｂが設けられ、それぞれＯリング１４３ａ、１４３ｂが配置されている。また、当該二つのＯリング溝１４３ａ、１４３ｂの間にはリーク回収室１４５が設けられている。したがって、リーク回収室１４５は、上方のインレットバルブ１２０ａを介して燃料加圧室１１４に流入する液化ガス燃料の通路１４７及び下方のスプリング室１６１と隔離されるようになっている。
また、プランジャバレル１１２には、リーク回収室１４５とプランジャ１１３の外周面に面する内周面との間を連通するようにリーク回収通路１４９が設けられている。このリーク回収通路１４９の内周面側の一端はプランジャ１１３の下死点よりも下方側の位置に臨むようになっている。

また、高圧ポンプ５にはリーク回収室１４５内の圧力を調整する圧力調整手段１５１が備えられており、リーク回収室１４５内の圧力はカム室１１１ａ内の圧力よりも僅かに低くなるように設定されている。圧力調整手段１５１は例えばリリーフ弁を用いることができ、カム室１１１ａ内の圧力は、通常、大気圧と同等であるため、リリーフ弁の開弁圧が大気圧より僅かに低くなるように設定される。
したがって、スプリング室１６１を介してカム室１１１ａ内の潤滑油が吸い上げられることがない一方、プランジャ１１３の外周面にリークした液化ガス燃料がカム室１１１ａ内にリークすることなく、リーク回収通路１４９を介してリーク回収室１４５内に回収されるようになっている。そのため、液化ガス燃料が軽油と比較して相対的に粘度が低いものであるにもかかわらず、カム室１１１ａ側にリークすることがなく、カム室１１１ａ内の潤滑オイルに混合されることがないようにされている。

このリーク回収室１４５内に回収された液化ガス燃料は、再液化コンプレッサ６によって減圧気化された上で、圧縮、再液化されて燃料タンク（図示せず）に回収されることになる。リーク回収室１４５内の液化ガス燃料を気化させて回収することにより、カム室１１１ａ内の潤滑油が誤って混じっている場合であっても、潤滑オイルが燃料タンク内に戻されるおそれがなく、液化ガス燃料に潤滑油が混合されて内燃機関に供給されることがないようにされている。なお、この再液化コンプレッサ６は、高圧ポンプ５を駆動させるカムを利用して駆動されるようになっている。

また、図１に示すコモンレール１０は、高圧ポンプ５から圧送されてくる高圧燃料を蓄積し、高圧燃料通路３９を介して複数のインジェクタ１３に対して均等な圧力で供給するようになっている。このコモンレール１０にはレール圧センサ１１及び圧力制御弁１２が取り付けられている。圧力制御弁１２は、例えば電磁比例制御弁であり、レール圧センサ１１で検出される値が制御手段（ＥＣＵ）（図示せず）に送られ、この値をもとに圧力調整弁（図示せず）の開度が制御される。そして、高圧ポンプ５から圧送されてきた燃料の一部が燃料戻し通路３０ｃに排出されることにより、コモンレール１０内の圧力が所望の値に調節されるようになっている。

また、コモンレール１０に接続された燃料噴射部としてのインジェクタ１３では、コモンレール１０から供給される高圧燃料の噴射制御が行われ、内燃機関の気筒内に燃料が供給されるようになっている。インジェクタ１３の形態は特に制限されるものでは無いが、例えば、公知の電磁制御式の燃料噴射弁を用いることができる。このインジェクタ１３の背圧制御に用いられ、排出された燃料は、逆止弁３１を介して燃料戻し通路３０ｅに流され、燃料タンク１に戻されるようになっている。

（２）液パージ手段
また、本実施形態のディーゼルエンジンの液化ガス燃料供給装置には、液パージ手段が備えられている。この液パージ手段は、気相導入通路２０と、第１のパージ用通路２４と、燃料戻し通路３０ｂから分岐した第２のパージ用通路（液パージ用通路）２２と、燃料循環通路２８と、アスピレータ１７とを備えている。
このうち、気相導入通路２０は燃料タンク１の気相部分とコモンレール１０との間に配設され、途中に第２の開閉手段２１が配置されている。また、この気相導入通路２０におけるコモンレール１０と第２の開閉手段２１との間には逆止弁４１が配置され、コモンレール１０内に高圧燃料が蓄圧された場合等においても、第２の開閉手段２１側への液化ガス燃料の流れが止められるようになっている。そのため、第２の開閉手段２１を小型、かつ、低耐圧型のものとすることができる。

また、第１のパージ用通路２４は第１の開閉手段１９よりも高圧ポンプ５側の燃料供給通路１８とコモンレール１０との間に配設され、途中に第３の開閉手段２５が配置されている。また、燃料循環通路２８は燃料供給通路１８から分岐し再び燃料タンク１に戻される循環通路として構成され、途中に第５の開閉手段２９とアスピレータ１７とが配置されている。さらに、第２のパージ用通路２２は高圧ポンプ５とアスピレータ１７との間に配設されるように構成され、途中に第４の開閉手段２３が配置されている。

アスピレータ１７は、コモンレール１０やインジェクタ１３、高圧ポンプ５の内部の液化ガス燃料を燃料タンク１に回収するための吸引手段として用いられるものである。このアスピレータ１７は、図１に示すように、入口７ａと出口７ｂと吸入口７ｃとを有しており、入口７ａと出口７ｂは真っ直ぐに連通しており、吸入口７ｃは、入口７ａと出口７ｂとの間の連通路から略垂直方向に分岐し、第２のパージ用通路２２が接続されている。
また、それぞれの通路に配置された開閉手段は、例えば電磁制御式のＯＮ−ＯＦＦ弁を用いることができる。

この例に示される液パージ手段では、気相導入通路２０に配置された第２の開閉手段２１、第１のパージ用通路２４に配置された第３の開閉手段２５、及び第２のパージ用通路２２に配置された第４の開閉手段２３がそれぞれ開かれた状態では、インジェクタ１３、コモンレール１０、及び高圧ポンプ５が第２のパージ用通路２２に連通するようになっている。また、燃料供給通路１８に配置された第１の開閉手段１９を閉じる一方、第５の開閉手段２９を開いた状態でインタンクフィードポンプ２を駆動させると、圧送される燃料は燃料循環通路２８側を流れてアスピレータ１７を通過した後、燃料タンク１に戻される状態となる。このとき、アスピレータ１７内を燃料が通過する際に発生する吸入差圧によって、第２のパージ用通路２２内の液化ガス燃料が吸引されるようになっている。そうすると、インジェクタ１３、コモンレール１０、及び高圧ポンプ５の内部の液化ガス燃料が、気相導入通路２０を介してコモンレール１０側から導入される気相部分で置換されながら、燃料タンク１に回収されるようになる。

なお、本実施形態の例では、液化ガス燃料を吸引する手段としてアスピレータ１７を用いているが、その他の吸引手段を用いて構成することもできる。アスピレータ以外の吸引手段を用いる場合には、例えば燃料循環通路が省略される場合もある。

（３）気化パージ手段
また、本実施形態のディーゼルエンジンの液化ガス燃料供給装置には、気化パージ手段が備えられている。この気化パージ手段は、上述の第１のパージ用通路２４と、第２のパージ用通路２２から分岐した第３のパージ用通路（気化パージ用通路）２６と、パージタンク（低圧タンク）９とを備えている。
第３のパージ用通路２６は高圧ポンプ５とパージタンク９との間に配設されるように構成され、途中に第６の開閉手段２７が備えられている。この第６の開閉手段２７についても、例えば電磁制御式のＯＮ−ＯＦＦ弁を用いることができる。

また、パージタンク９は、第３のパージ用通路２６に連通するコモンレール１０及び高圧ポンプ５、インジェクタ１３内に残留する液化ガス燃料を気化させて回収するようになっている。このパージタンク９は公知のものを使用することができるが、本発明の液化ガス燃料供給装置では、大部分の燃料が液パージ手段によって回収された後に気化パージが行われるため、比較的容量の小さいパージタンクであっても利用することができるようになっている。

この例に示される気化パージ手段では、燃料供給通路１８に配置された第１の開閉手段１９、気相導入通路２０に配置された第２の開閉手段２１、及び第２のパージ用通路２２に配置された第４の開閉手段２３を閉じる一方、第１のパージ用通路２４に配置された第３の開閉手段２５及び第３のパージ用通路２６に配置された第６の開閉手段２７が開かれた状態では、インジェクタ１３、コモンレール１０、及び高圧ポンプ５が第３のパージ用通路２６に連通するようになる。その結果、減圧されたパージタンク９と連通する状態と成り、インジェクタ１３、コモンレール１０、及び高圧ポンプ５内に残留する液化ガス燃料が気化されて、パージタンク９に回収されるようになっている。
気化パージによって回収された燃料は、次回のエンジンの運転状態において、逆止弁３３を介して再液化コンプレッサ６に送られ、再液化された後、燃料タンク１に戻される。

２．液化ガス燃料供給装置の動作
次に、これまで説明した本実施形態のディーゼルエンジンの液化ガス燃料供給装置１００の動作について、図３〜図７を参照して説明する。

まず、エンジン停止時の状態を図３に示す。エンジン停止時には、第１〜第６の開閉手段１９、２１、２３、２５、２７、２９すべてが閉じられた状態となっている。この状態では、基本的にインジェクタ１３、コモンレール１０、及び高圧ポンプ５内には液化ガス燃料が存在しないようになっている。

次に、エンジン始動前の燃料充填時の状態を図４に示す。燃料充填時には、燃料タンク１とコモンレール１０との間に配設された気相導入通路２０に備えられた第２の開閉手段２１と、高圧ポンプ５とアスピレータ１７との間に配設された第２のパージ用通路２２に備えられた第４の開閉手段２３と、第２のパージ用通路２２から分岐する第３のパージ用通路２６に備えられた第６の開閉手段２７と、燃料循環通路２８に備えられた第５の開閉手段２９は閉じられている。一方、燃料タンク１と高圧ポンプ５との間に配設された燃料供給通路１８に備えられた第１の開閉手段１９と、第１の開閉手段１９よりも高圧ポンプ５側の燃料供給通路１８とコモンレール１０との間に配設された第１のパージ用通路２４に備えられた第３の開閉手段２５とが開かれている。

この状態で、インタンクフィードポンプ２を駆動させると、燃料タンク１内の液化ガス燃料がプレフィルタ３及びフィルタ４を介して、高圧ポンプ５側に送られる。燃料供給通路１８は途中で分岐しており、液化ガス燃料は高圧ポンプ５側に流入するとともに、第１のパージ用通路２４を介してコモンレール１０側にも流入する。コモンレール１０側に流入する液化ガス燃料は、さらに高圧燃料通路３９を介してコモンレール１０に接続されたインジェクタ１３にも流入するようになっている。そして、インジェクタ１３、コモンレール１０、及び高圧ポンプ５内のすべてに液化ガス燃料が満たされると、内部の圧力が次第に上昇し、所定の圧力値を超えたときにオーバーフローバルブ１４が開かれ、逆止弁３５を介して燃料戻し通路３０ａに送られ、燃料タンク１に戻されるようになる。

その後、燃料戻し通路３０ａに備えられた流量センサ１５の検出値が所定のしきい値を超えたときには、インジェクタ１３、コモンレール１０、及び高圧ポンプ５内に確実に液化ガス燃料が充填されたと判断され、エンジンが始動される。

次に、エンジン運転時の状態を図５に示す。エンジンの運転時には、第１の開閉手段１９が引き続き開かれ、第２の開閉手段２１、及び第４〜第６の開閉手段２３、２７、２９が引き続き閉じられている。一方、燃料充填時には開かれていた第３の開閉手段２５が閉じられる。また、インタンクフィードポンプ２も引き続き駆動されている。

この状態で、燃料タンク１内の液化ガス燃料は、流量制御弁８によって流量を制御された上で高圧ポンプ５の燃料加圧室に流入し、プランジャによって加圧されて、燃料吐出弁及び高圧燃料通路３７ａ、３７ｂを介してコモンレール１０に圧送される。コモンレール１０に圧送される燃料は、コモンレール１０に接続された複数のインジェクタ１３に対して高圧燃料通路３９を介して均一な圧力で供給され、インジェクタ１３の噴射制御によって、エンジンのシリンダ内に供給される。このとき、コモンレール１０と第２の開閉手段２１との間には逆止弁４１が備えられているため、高圧燃料が気相導入通路２０の第２の開閉手段２１側へ流れることがないようになっている。
また、高圧ポンプ５からオーバーフローする燃料や、コモンレール１０の圧力制御弁１２から排出される燃料、インジェクタ１３の背圧制御に用いられ、逆止弁３１を介して排出される燃料については、燃料戻し通路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｅを介して燃料タンクに戻される。

また、エンジンが始動され、ポンプの駆動が開始されると、再液化コンプレッサ６も作動するため、パージタンク９内に回収されていた気化された燃料ガスは逆止弁３３を介して再液化コンプレッサ６に送られ、再液化されて燃料タンク１に戻される。

次に、エンジンが停止され、液パージが行われる状態を図６に示す。液パージ時には、エンジン運転時に閉じられていた第６の開閉手段２７は引き続き閉じられている。一方、エンジン運転時に開かれていた第１の開閉手段１９が閉じられ、エンジン運転時に閉じられていた第２〜第５の開閉手段２１、２３、２５、２９が開かれる。また、インタンクフィードポンプ２については、引き続き駆動されている。

この状態でインタンクフィードポンプ２によって液化ガス燃料が圧送されると、液化ガス燃料は燃料循環通路２８を流れ、アスピレータ１７に流入する。アスピレータ１７内を液化ガス燃料が通過すると、発生する吸入差圧によって第２のパージ用通路２２内の液化ガス燃料が吸引される。第２のパージ用通路２２は、高圧ポンプ５、コモンレール１０、及びインジェクタ１３に連通しているとともに、コモンレール１０に接続された気相導入通路２０に配置された第２の開閉手段２１が開かれているため、高圧ポンプ５、コモンレール１０、及びインジェクタ１３内の液化ガス燃料が気相によって置換されながら、燃料タンク１内に回収される。
この液パージの終了時には、高圧ポンプ５、コモンレール１０、及びインジェクタ１３内の大部分の液化ガス燃料が回収された状態となっている。

次に、気化パージが行われる状態を図７に示す。気化パージ時には、液パージ時に閉じられていた第１の開閉手段１９は引き続き閉じられ、液パージ時に開かれていた第３の開閉手段２５は引き続き開かれている。一方、液パージ時に開かれていた第２の開閉手段２１、及び第４、第５の開閉手段２３、２９が閉じられ、液パージ時に閉じられていた第６の開閉手段２７が開かれる。また、インタンクフィードポンプ２の駆動は停止される。

この状態では、高圧ポンプ５、コモンレール１０、及びインジェクタ１３は減圧されたパージタンク９と連通した状態となるため、内部に残留していた微量の液化ガス燃料が気化されて、第３のパージ用通路２６を介して、パージタンク９内に回収される。
本実施形態の例では、上述の液パージ時において大部分の液化ガス燃料が回収されているために、気化パージ時にパージタンク９にかかる負担が最小限に抑えられるようになっている。したがって、小型のパージタンク９を用いた場合であっても、気化パージに要する時間が短縮されるようになる。

気化パージの終了時には、高圧ポンプ５、コモンレール１０、及びインジェクタ１３の内部からほぼすべての液化ガス燃料がパージされた状態となっている。したがって、次回のエンジン始動時までに、燃料タンク１やパージタンク９以外のシステム内に残留していた液化ガス燃料が漏出することが防止され、次回のエンジン始動時の異常燃焼や燃料の利用効率の低下が防止される。

［第２の実施の形態］
本発明にかかる第２の実施の形態は、第１の実施の形態で説明した内燃機関の液化ガス燃料供給装置を用いて行われる内燃機関の強制停止方法である。
高速道路等、複数の車両が高速で走行しているような状態でエンジンの異常が発生した場合、即エンジンを停止すると追突等の大事故につながるおそれがあるため、通常、運転者はブレーキングで制動しながら車両を安全な場所に移動し、エンジンを停止させる動作を行う。このとき、エンジンあるいはその制御系の異常でエンジンを停止させられない場合に、何らかの強制停止手段が必要となる場合がある。本実施形態は、そのような場合に行われる内燃機関の強制停止方法である。

図８は、本実施形態の内燃機関の強制停止方法のフローを示している。
まず、ステップＳ１で、運転者によってエンジンの異常が検知される。このステップＳ１では、運転者自身がエンジンの異常を感じた場合だけでなく、車両に備えられたエンジンの異常を示す警告灯や警告音によって知らされる場合もある。エンジンの異常を感知するとステップＳ２において運転者はブレーキングにより制動しながら車両を安全な場所に退避させる。

次いで、ステップＳ３でイグニッションスイッチをオフにし、ステップＳ４でエンジンが停止したか否かの判別を行う。エンジンが停止した場合には停止動作を終了させる一方、エンジンが停止しなかった場合にはステップＳ５に進み、エンジンの強制終了動作を実行する。具体的には、第１の実施の形態の図５で示す通常の運転状態から、図７で示すように、燃料タンク２から高圧ポンプ５に通じる燃料供給通路１８に備えられた第１の開閉手段１９及び燃料タンク２の気相部分とコモンレール１０との間に接続された気相導入通路２０に備えられた第２の開閉手段２１を閉じる一方、第１の開閉手段１９よりも高圧ポンプ５側の燃料供給通路１８とコモンレール１０との間に接続された第２のパージ用通路２２に備えられた第３の開閉手段２５及び第３のパージ用通路２６に備えられた第６の開閉手段２７を開き、気化パージを行う。
その結果、しばらくすると、高圧ポンプ５及びコモンレール１０、燃料噴射部１３内から液化ガス燃料が回収されるために、内燃機関に液化ガス燃料が供給されなくなり、内燃機関が強制的に停止させられ（ステップＳ６）、エンジンの強制停止動作が終了する。

ステップＳ５において気化パージを行うタイミングは、運転者の状況判断に拠るところが大きく、手動でのスイッチ制御とすることが好ましいが、強制停止を行う時期をあらかじめ定義し、そのような条件を満たすときに自動で行われるようにするように構成してもよい。

Claims

燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプへ送り、当該高圧ポンプで前記液化ガス燃料を高圧化して内燃機関の燃料噴射部が接続されたコモンレールに圧送し、前記燃料噴射部から前記内燃機関に前記液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料供給装置において、
前記フィードポンプと前記高圧ポンプとは燃料供給通路で接続されるとともに、前記燃料供給通路には第１の開閉手段が備えられ、
前記燃料タンクの気相部分と前記コモンレールとは気相導入通路で接続されるとともに、前記気相導入通路には第２の開閉手段が備えられ、
前記第１の開閉手段よりも前記高圧ポンプ側の燃料供給通路と前記コモンレールとはパージ用通路で接続されるとともに、前記パージ用通路には第３の開閉手段が備えられ、かつ、
前記気相導入通路から前記液化ガス燃料の気体成分を導入させながら、前記高圧ポンプ、前記コモンレール及び前記燃料噴射部内の前記液化ガス燃料を前記燃料タンク内に回収するための液パージ手段と、
前記液パージ手段の動作後に、前記高圧ポンプ、前記コモンレール及び前記燃料噴射部内に残留する液化ガス燃料を気化させて回収するための気化パージ手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の液化ガス燃料供給装置。
前記液パージ手段は、前記高圧ポンプ、前記コモンレール及び前記燃料噴射部内の液化ガス燃料を吸引するための吸引手段を含み、前記吸引手段によって前記液化ガス燃料を吸引するとともに、前記気相導入通路から導入される気体成分と置換させながら、前記液化ガス燃料が前記燃料タンク内に回収されるように構成されることを特徴とする請求の範囲の第１項に記載の内燃機関の液化ガス燃料供給装置。
前記燃料供給通路の途中から分岐して前記燃料タンクに接続された燃料循環通路を備えるとともに、前記燃料循環通路には前記吸引手段としてのアスピレータが配設され、
前記高圧ポンプと前記アスピレータとは液パージ用通路で接続されており、
前記フィードポンプによって送られた前記液化ガス燃料を、前記アスピレータを介してそのまま前記燃料タンクへ環流させることにより、前記高圧ポンプ、前記コモンレール及び前記燃料噴射部内の前記液化ガス燃料が吸引されて前記燃料タンクに回収されるように構成されることを特徴とする請求の範囲の第２項に記載の内燃機関の液化ガス燃料供給装置。
前記気化パージ手段は低圧タンクを含み、前記液パージ手段の動作後に、前記高圧ポンプと前記低圧タンクとを気化パージ用通路を介して連通させることによって、前記残留する液化ガス燃料が回収されるように構成されることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第３項のいずれか一項に記載の内燃機関の液化ガス燃料供給装置。
前記第３の開閉手段は、前記液パージ手段及び前記気化パージ手段を動作させる際に開かれるとともに、前記内燃機関の始動前の前記液化ガス燃料充填時にも開かれることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第４項のいずれか一項に記載の内燃機関の液化ガス燃料供給装置。
前記第２の開閉手段は、前記液パージ手段を動作させる際には開かれる一方、前記気化パージ手段を動作させる際には閉じられることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第６項のいずれか一項に記載の内燃機関の液化ガス燃料供給装置。
前記気相導入通路の前記第２の開閉手段と前記コモンレールとの間に、前記第２の開閉手段側への前記液化ガス燃料の流れを止める逆止弁を備えることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第６項のいずれか一項に記載の内燃機関の液化ガス燃料供給装置。
燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプへ送り、当該高圧ポンプで前記液化ガス燃料を高圧化して内燃機関の燃料噴射部が接続されたコモンレールに圧送し、前記燃料噴射部から前記内燃機関に前記液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料供給装置におけるエンジン停止時の液化ガス燃料の回収方法において、
前記フィードポンプと前記高圧ポンプとは燃料供給通路で接続されるとともに、前記燃料供給通路には第１の開閉手段が備えられ、
前記燃料タンクの気相部分と前記コモンレールとは気相導入通路で接続されるとともに、前記気相導入通路には第２の開閉手段が備えられ、
前記第１の開閉手段よりも前記高圧ポンプ側の燃料供給通路と前記コモンレールとはパージ用通路で接続されるとともに、前記パージ用通路には第３の開閉手段が備えられ、
前記第１の開閉手段を閉じる一方、前記第２の開閉手段及び前記第３の開閉手段を開き、前記気相導入通路から前記液化ガス燃料の気体成分を導入させながら、前記高圧ポンプ、前記コモンレール及び前記燃料噴射部内の前記液化ガス燃料を前記燃料タンク内に回収する液パージを行った後、
前記第２の開閉手段をさらに閉じ、前記高圧ポンプ、前記コモンレール及び前記燃料噴射部内に残留する液化ガス燃料を気化させて回収する気化パージを行うことを特徴とする液化ガス燃料の回収方法。
燃料タンク内の液化ガス燃料をフィードポンプによって高圧ポンプへ送り、当該高圧ポンプで前記液化ガス燃料を高圧化して内燃機関の燃料噴射部が接続されたコモンレールに圧送し、前記燃料噴射部から前記内燃機関に前記液化ガス燃料を供給する液化ガス燃料供給装置を備えた内燃機関の強制停止方法において、
前記フィードポンプと前記高圧ポンプとは燃料供給通路で接続されるとともに、前記燃料供給通路には第１の開閉手段が備えられ、
前記燃料タンクの気相部分と前記コモンレールとは気相導入通路で接続されるとともに、前記気相導入通路には第２の開閉手段が備えられ、
前記第１の開閉手段よりも前記高圧ポンプ側の燃料供給通路と前記コモンレールとはパージ用通路で接続されるとともに、前記パージ用通路には第３の開閉手段が備えられており、
前記内燃機関の異常時に、前記内燃機関のイグニッションスイッチ操作によっても前記内燃機関が停止されない場合に、前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段を閉じる一方、前記第３の開閉手段を開き、前記高圧ポンプ、前記コモンレール及び前記燃料噴射部内に残留する液化ガス燃料を気化させて回収する気化パージを行うことを特徴とする内燃機関の強制停止方法。