(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスからなる燃料を貯蔵する燃料タンクと、
前記燃料タンク内の燃料を加圧し、加圧した燃料を内燃機関に向けて圧送するポンプ手段と、
前記ポンプ手段からの圧送燃料の一部を前記内燃機関に噴射する燃料噴射弁であって、前記圧送燃料の残部である余剰燃料を排出する排出部を有する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁に接続されるリターン流路形成部材であって、前記排出部から排出された前記余剰燃料を前記燃料タンクに戻すリターン流路を形成するリターン流路形成部材と、
前記リターン流路内の燃料圧力をリターン圧力として検出するリターン圧力検出手段と、
前記リターン流路内の燃料温度をリターン温度として検出するリターン温度検出手段と、
前記リターン温度検出手段により検出された前記リターン温度に基づいて前記リターン流路内の燃料蒸気圧をリターン蒸気圧として算出するリターン蒸気圧算出手段と、
前記リターン流路内への前記ポンプ手段からの燃料供給、および前記リターン流路内からの燃料排出を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記燃料噴射弁内および前記リターン流路内の許容圧力未満において、前記リターン流路内燃料を液体状態にする温度範囲を、前記リターン圧力、前記リターン温度および前記リターン蒸気圧に基づき設定し、その温度範囲を保つように、前記燃料供給および前記燃料排出を制御することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記リターン圧力検出手段により検出された前記リターン圧力が前記許容圧力以上であり、かつリターン蒸気圧以上となっている場合、前記制御手段は、前記ポンプ手段からの燃料の前記リターン流路内への供給を停止するとともに、前記リターン流路内から燃料を強制的に排出することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記リターン温度検出手段により検出された前記リターン温度が所定温度範囲の上限温度以上となっており、かつ前記リターン圧力検出手段により検出された前記リターン圧力が前記リターン蒸気圧を下回っている場合、前記制御手段は、前記ポンプ手段からの燃料を前記リターン流路内に供給するとともに、前記リターン流路内から燃料を強制的に排出することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給装置。
【請求項４】
前記ポンプ手段は、前記燃料タンク内の燃料を前記燃料タンク外に送出するフィードポンプ、および前記フィードポンプからの燃料の一部を加圧して、前記内燃機関に向けて圧送するとともに、前記フィードポンプからの燃料の残部を調圧燃料として排出する高圧ポンプを備えており、
前記ポンプ手段から前記リターン流路へ供給される燃料は、前記高圧ポンプから排出される前記調圧燃料であり、
前記制御手段は、前記高圧ポンプから排出される前記調圧燃料を前記リターン流路内へ供給する際、前記フィードポンプの送出量を最大とすることを特徴とする請求項３に記載の燃料供給装置。
【請求項５】
前記リターン温度検出手段により検出された前記リターン温度が前記所定温度範囲の上限温度を下回っており、かつ前記リターン圧力検出手段により検出された前記リターン圧力が前記リターン蒸気圧以下となっている場合、前記制御手段は、前記ポンプ手段からの燃料を前記リターン流路内に供給するとともに、前記リターン流路内からの燃料の強制的な排出を停止することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
【請求項６】
前記ポンプ手段は、前記燃料タンク内の燃料を前記燃料タンク外に送出するフィードポンプ、および前記フィードポンプからの燃料の一部を加圧して、前記内燃機関に向けて圧送するとともに、前記フィードポンプからの燃料の残部を調圧燃料として排出する高圧ポンプを備えており、
前記ポンプ手段から前記リターン流路へ供給される燃料は、前記高圧ポンプから排出される前記調圧燃料であり、
前記高圧ポンプから排出される前記調圧燃料を前記リターン流路内へ供給する際、前記フィードポンプの送出量を最大とすることを特徴とする請求項５に記載の燃料供給装置。
【請求項７】
前記リターン圧力検出手段により検出された前記リターン圧力が前記リターン蒸気圧を上回るとともに前記許容圧力を下回っており、かつ前記リターン温度検出手段により検出された前記リターン温度が前記所定温度範囲の下限温度以下となっている場合、前記制御手段は、前記ポンプ手段からの燃料の前記リターン流路内への供給を停止するとともに、前記リターン流路内からの燃料の強制的な排出を停止することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
【請求項８】
前記ポンプ手段に吸引される燃料、または前記リターン流路を経由して前記燃料タンクに戻る燃料を、冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
【請求項９】
前記ポンプ手段内の燃料の圧力をポンプ圧力として検出するポンプ圧力検出手段と、
前記ポンプ手段内の燃料の温度をポンプ温度として検出するポンプ温度検出手段と、
前記ポンプ温度検出手段により検出された前記ポンプ温度に基づいて前記ポンプ手段内の燃料蒸気圧としてのポンプ蒸気圧を算出するポンプ蒸気圧算出手段と、
前記ポンプ圧力検出手段により検出された前記ポンプ圧力と、前記ポンプ蒸気圧算出手段により算出された前記ポンプ蒸気圧とを比較することにより、前記ポンプ手段内の燃料に気化した燃料が混入されているか否かを判定するポンプ燃料状態判定手段と、
前記ポンプ手段から圧送される燃料を前記燃料噴射弁に供給する供給流路を形成する供給流路形成部材と、を備え、
前記内燃機関の始動中に前記ポンプ燃料状態判定手段が前記ポンプ手段内の燃料に気化した燃料が混入されていると判定した場合、前記制御手段は、前記ポンプ手段からの燃料を前記リターン流路に供給するとともに、前記供給流路内から燃料を強制的に排出することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
【請求項１０】
前記ポンプ手段から圧送される燃料を前記燃料噴射弁に供給する供給流路を形成する供給流路形成部材と、
前記供給流路内の燃料の圧力を供給圧力として検出する供給圧力検出手段と、
前記供給流路内の燃料の温度を供給温度として検出する供給温度検出手段と、
前記供給温度検出手段により検出された前記供給温度に基づいて前記供給流路内の燃料蒸気圧としての供給蒸気圧を算出する供給蒸気圧算出手段と、
前記供給圧力検出手段により検出された前記供給圧力と、前記供給蒸気圧算出手段により算出された前記供給蒸気圧とを比較することにより、前記供給流路内の燃料に気化した燃料が混入されているか否かを判定する供給燃料状態判定手段と、を備え、
前記内燃機関の始動中に前記供給燃料状態判定手段が前記供給流路内の燃料に気化した燃料が混入されていると判定した場合、前記制御手段は、前記ポンプ手段からの燃料を前記リターン流路内に供給するとともに、前記供給流路内から燃料を強制的に排出することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に液化ガスからなる燃料を供給する燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽油等のディーゼル燃料に代えてジメチルエーテル（以下、ＤＭＥと記す）等の液化ガスからなる燃料を内燃機関に供給する燃料供給装置が知られている。例えば、特許文献１および２は、内燃機関始動時に高圧ポンプの入口の燃料圧を蒸気圧線図に基づき求められたＤＭＥが気化しない程度の圧力となるようにフィードポンプを制御する燃料供給装置を開示している。
【０００３】
特許文献１の燃料供給装置では、高圧ポンプの入口の燃料圧力がＤＭＥが気化しない程度の圧力となったら、高圧ポンプへ燃料を供給する供給管に設けられる既に開弁している電磁弁とともに、高圧ポンプなどから排出される燃料を燃料タンクに戻す流路に設けられる電磁弁を開弁して、スタータを起動する。
【０００４】
また、特許文献２の燃料供給装置では、特許文献１の電磁弁に加えて、高圧ポンプの出口側から排出される燃料を燃料タンクに戻す流路に電磁弁を設け、この電磁弁を開閉することにより、高圧ポンプ内の気体状態の燃料を高圧ポンプ外に押し出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９６４７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０３２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１、２の燃料供給装置は、高圧ポンプの入口側に設けられたセンサによって検出される圧力が、ＤＭＥが気化しない程度の圧力となるようにフィードポンプを制御するものである。
【０００７】
ここで、内燃機関に噴射されることなく燃料噴射弁から排出される燃料を燃料タンクに戻すリターン流路を有する燃料供給装置が知られている。
【０００８】
上記リターン流路を特許文献１、２の燃料供給装置に適用した場合、高圧ポンプの入口側の燃料は液体状態の燃料（以下、適宜液化燃料という）となるが、内燃機関に噴射されることなく燃料噴射弁の排出部から排出される燃料を燃料タンクに戻すリターン流路内の燃料の状態は液体状態とは限らない。このリターン流路は特に内燃機関の付近に設置されることが多く、高圧ポンプの入口側の配管よりも内燃機関からの熱を多く受ける可能性が高いからである。このようにリターン流路内の燃料温度が高いと、たとえ高圧ポンプの入口側の燃料圧力をＤＭＥが気化しない程度の圧力に制御したとしても、リターン流路内の燃料圧力が燃料蒸気圧を下回ってしまい、リターン流路内の燃料に気体状態の燃料（以下、気化燃料という）が混入するおそれがある。
【０００９】
このようにリターン流路内の燃料圧力が燃料蒸気圧を下回り当該流路内燃料に気体状態の燃料が混入されていると、その気体状態の燃料が燃料噴射弁に流入し、燃料噴射弁を開弁したときの燃料噴射弁の動作が安定せず、噴射量が開弁時間に応じたものとならなくなるおそれがある。
【００１０】
こうした問題に対し、リターン流路内の燃料を液体状態にするには、当該燃料の温度を低下させ、燃料蒸気圧を下げればよい。燃料蒸気圧を下げることにより、リターン流路内の燃料を液体状態にすることができる。しかし、燃料を液体状態にすべく過度に低下させると、その燃料によってリターン流路を形成する部材および燃料噴射弁が冷却されることとなる。また、リターン流路を形成する部材および燃料噴射弁は冷却されると、その体積が変化する。したがって、リターン流路内の燃料を液体状態にすべく、当該燃料温度を低下させると、リターン流路を形成する部材リターン流路および燃料噴射弁の排出部との接続部分に隙間が形成されやすくなり、その形成された隙間から燃料が漏洩するおそれがある。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、液化ガス燃料を使用する内燃機関に搭載される燃料噴射弁の動作を安定させ、噴射量を開弁時間に応じたものとするとともに、燃料噴射弁およびリターン流路からの燃料の耐漏洩機能を高める燃料供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、液化ガスからなる燃料を貯蔵する燃料タンクと、燃料タンク内の燃料を加圧し、加圧した燃料を内燃機関に向けて圧送するポンプ手段と、ポンプ手段からの圧送燃料の一部を内燃機関に噴射する燃料噴射弁であって、圧送燃料の残部である余剰燃料を排出する排出部を有する燃料噴射弁と、燃料噴射弁に接続されるリターン流路形成部材であって、排出部から排出された余剰燃料を燃料タンクに戻すリターン流路を形成するリターン流路形成部材と、リターン流路内の燃料圧力をリターン圧力として検出するリターン圧力検出手段と、リターン流路内の燃料温度をリターン温度として検出するリターン温度検出手段と、リターン温度検出手段により検出されたリターン温度に基づいてリターン流路内の燃料蒸気圧をリターン蒸気圧として算出するリターン蒸気圧算出手段と、リターン流路内へのポンプ手段からの燃料供給、およびリターン流路内からの燃料排出を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、燃料噴射弁内およびリターン流路内の許容圧力未満において、リターン流路内燃料を液体状態にする温度範囲を、リターン圧力、リターン温度およびリターン蒸気圧に基づき設定し、その温度範囲を保つように、燃料供給および燃料排出を制御することを特徴としている。
【００１３】
この発明では、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁には、ポンプ手段によって加圧された燃料が圧送される。これによれば、燃料噴射弁の内部を液化燃料で満たして、開弁時間に応じた液化燃料を燃料噴射弁から内燃機関に噴射可能となる。
【００１４】
ここで、リターン流路において、燃料噴射弁に近い部分は、内燃機関からの熱を多く受けることとなるから、リターン流路内の燃料温度は上昇することとなる。その上、燃料噴射弁の排出部から排出される余剰燃料は、リターン流路を通って燃料タンクに戻るようになっているから、リターン流路内の燃料圧力は、ポンプ手段によって加圧される燃料圧力よりも低くなる。このように、リターン流路内の燃料圧力が低い状態で燃料温度が上昇すると、リターン流路内の燃料の一部が気化する。その結果、リターン流路内の燃料に気化燃料が混入することになると、その気化燃料は排出部を通じて燃料噴射弁内部に流入することがある。燃料噴射弁内部に気化燃料が流入すると、燃料噴射弁が液化燃料で満たされた場合に比べ、燃料噴射弁の動作が不安定となり、噴射量が安定しなくなるおそれがある。
【００１５】
こうした問題に対し、リターン流路内の燃料を液体状態に保つには、当該燃料の温度を低下させ、燃料蒸気圧を下げればよい。燃料蒸気圧を下げることにより、リターン流路内の燃料を液体状態にすることができる。しかし、燃料を液体状態にすべく過度に低下させると、その燃料によってリターン流路形成部材および燃料噴射弁が冷却されることとなる。このように、リターン流路形成部材および燃料噴射弁が冷却されると、リターン流路形成部材および燃料噴射弁の体積が変化する。そうすると、リターン流路形成部材および燃料噴射弁との接続部分に隙間が形成されやすくなり、その形成された隙間から燃料が漏洩するおそれがある。
【００１６】
そこで、この発明は、リターン流路内へのポンプ手段からの燃料供給、およびリターン流路内からの燃料排出を制御手段により制御するから、それら燃料供給および燃料排出を適宜行って、リターン流路内のリターン圧力およびリターン温度を制御可能となる。ここで特に、制御手段は、燃料噴射弁内およびリターン流路内の許容圧力未満において、リターン流路内燃料を液体状態にする温度範囲をリターン圧力、リターン温度、およびリターン蒸気圧に基づき設定し、その温度範囲を保つように、リターン流路内への燃料供給およびリターン流路内からの燃料排出を制御する。このような制御手段による制御により、リターン流路内燃料は、液体状態となるので、燃料噴射弁の動作が不安定になるという問題を回避することが可能となる。また、制御手段による制御により、リターン流路内燃料圧力は、燃料噴射弁内およびリターン流路内の許容圧力未満となるから、許容圧力を超えることによる燃料噴射弁およびリターン流路からの燃料漏洩を抑制可能となる。加えて、制御手段による制御により、リターン流路内燃料温度は、特定の温度範囲内に保たれるから、リターン流路形成部材および燃料噴射弁の過度の温度低下を抑制でき、過度の温度低下によるリターン流路形成部材および燃料噴射弁の接続部分からの燃料漏洩を抑制可能となる。
【００１７】
以上により、請求項１の発明では、液化ガス燃料を使用する燃料噴射弁の動作を安定させ、噴射量を開弁時間に応じたものとするとともに、燃料噴射弁およびリターン流路からの燃料の耐漏洩機能を高めることができるのである。
【００１８】
請求項２の発明は、リターン圧力検出手段により検出されたリターン圧力が許容圧力以上であり、かつリターン蒸気圧以上となっている場合、制御手段は、ポンプ手段からの燃料のリターン流路内への供給を停止するとともに、リターン流路内から燃料を強制的に排出することを特徴としている。
【００１９】
リターン圧力が許容圧力以上であり、かつリターン蒸気圧以上となっている場合、燃料噴射弁およびリターン流路からの燃料漏洩が懸念される。そこで、この発明では、リターン圧力が許容圧力以上となることによる燃料漏洩が懸念される状況に対応するために、制御手段は、ポンプ手段からの燃料のリターン流路内への供給を停止するとともに、リターン流路内から燃料を強制的に排出する。このことによれば、リターン流路内へのポンプ手段からの燃料の流入が阻止されるとともに、リターン流路内から許容圧力以上となった燃料が強制的に排出されるから、リターン流路内のリターン圧力を、許容圧力を下回る値にまで素早く低下させることが可能となる。
【００２０】
請求項３の発明は、リターン温度検出手段により検出されたリターン温度が所定温度範囲の上限温度以上となっており、かつリターン圧力検出手段により検出されたリターン圧力がリターン蒸気圧を下回っている場合、制御手段は、ポンプ手段からの燃料をリターン流路内に供給するとともに、リターン流路内から燃料を強制的に排出することを特徴としている。
【００２１】
リターン温度が所定温度範囲の上限温度以上となっており、かつリターン圧力がリターン蒸気圧を下回っている場合、リターン流路内の燃料は、比較的高温でありながら気化燃料を混入したものとなる。この場合、リターン圧力を、リターン蒸気圧を超える値とすれば気化燃料を液体状態にすることができる。しかし、リターン温度が上限温度以上となっている場合では、リターン蒸気圧は許容圧力以上となっていることがあるため、たとえ燃料を液体状態にすることができたとしても、リターン圧力は許容圧力以上となるおそれがある。これでは、燃料噴射弁内およびリターン流路内からの燃料漏洩の問題を解消することができない。
【００２２】
そこで、この発明では、リターン流路内燃料の圧力を高めて、当該燃料を液体状態としても、なお燃料漏洩の問題を解消できない状況に対応するために、制御手段は、ポンプ手段からの燃料をリターン流路内に供給するとともに、リターン流路内から燃料を強制的に排出する。このことによれば、リターン流路内へポンプ手段から新たな燃料が供給されるとともに、上限温度以上となった燃料がリターン流路内から強制的に排出されるから、リターン温度を、上限温度を下回る値にまで低下させることが可能となる。このようにリターン温度を、上限温度を下回る値にまで素早く低下させることができれば、気化燃料を液体状態にすべくリターン圧力を高めたときに、リターン圧力が許容圧力以上となることを抑制することが可能となる。
【００２３】
請求項４の発明は、ポンプ手段は、燃料タンク内の燃料を燃料タンク外に送出するフィードポンプ、およびフィードポンプからの燃料の一部を加圧して、内燃機関に向けて圧送するとともに、フィードポンプからの燃料の残部を調圧燃料として排出する高圧ポンプを備えており、ポンプ手段からリターン流路へ供給される燃料は、高圧ポンプから排出される調圧燃料であり、制御手段は、高圧ポンプから排出される調圧燃料をリターン流路内へ供給する際、フィードポンプの送出量を最大とすることを特徴としている。
【００２４】
この発明のポンプ手段において、高圧ポンプは、フィードポンプからの燃料の一部を加圧して、内燃機関に向けて圧送するとともに、フィードポンプからの燃料の残部を調圧燃料として排出するする。そして、この高圧ポンプからの調圧燃料は、リターン流路内へ供給される燃料として利用される。したがって、リターン流路内へ供給される燃料の量は、高圧ポンプへのフィードポンプの送出量に依存することとなる。
【００２５】
ここで、特に制御手段は、フィードポンプの送出量を最大にして、リターン流路内へ調圧燃料を供給する。これにより、大量の調圧燃料がリターン流路へ供給されることとなるから、リターン温度を素早く低下させることが可能となる。
【００２６】
請求項５の発明は、リターン温度検出手段により検出されたリターン温度が所定温度範囲の上限温度を下回っており、かつリターン圧力検出手段により検出されたリターン圧力がリターン蒸気圧以下となっている場合、制御手段は、ポンプ手段からの燃料をリターン流路内に供給するとともに、リターン流路内からの燃料の強制的な排出を停止することを特徴としている。
【００２７】
リターン温度が上限温度を下回っており、かつリターン圧力がリターン蒸気圧以下となっている場合、リターン流路内の燃料は気化燃料が混入した状態となり、噴射量が安定しなくなることが懸念される。そこで、この発明では、リターン流路内燃料に気化燃料が混入する状況に対応するために、制御手段は、ポンプ手段からの燃料をリターン流路内に供給し、リターン流路内から燃料の強制的な排出を停止する。このことによれば、ポンプ手段からリターン流路内に燃料が供給されるにもかかわらず、リターン流路内からの燃料の強制的な排出が停止するから、リターン圧力をリターン流路内へ供給される燃料量分だけ上昇させることができ、リターン蒸気圧を上回る値にまで素早く上昇させることが可能となる。
【００２８】
請求項６の発明は、ポンプ手段は、燃料タンク内の燃料を燃料タンク外に送出するフィードポンプ、およびフィードポンプからの燃料の一部を加圧して、内燃機関に向けて圧送するとともに、フィードポンプからの燃料の残部を調圧燃料として排出する高圧ポンプを備えており、ポンプ手段からリターン流路へ供給される燃料は、高圧ポンプから排出される調圧燃料であり、高圧ポンプから排出される調圧燃料をリターン流路内へ供給する際、フィードポンプの送出量を最大とすることを特徴としている。
【００２９】
この発明のポンプ手段において、高圧ポンプは、フィードポンプからの燃料の一部を加圧して、内燃機関に向けて圧送するとともに、フィードポンプからの燃料の残部を調圧燃料として排出する。そして、この高圧ポンプからの調圧燃料は、リターン流路内へ供給される燃料として利用される。したがって、リターン流路内へ供給される燃料の量は、高圧ポンプへのフィードポンプの送出量に依存することとなる。
【００３０】
ここで、特に制御手段は、フィードポンプの送出量を最大にして、リターン流路内へ調圧燃料を供給する。これにより、大量の調圧燃料がリターン流路へ供給されることとなるから、リターン圧力を、素早く上昇させることが可能となる。
【００３１】
請求項７の発明は、リターン圧力検出手段により検出されたリターン圧力がリターン蒸気圧を上回るとともに許容圧力を下回っており、かつリターン温度検出手段により検出されたリターン温度が所定温度範囲の下限温度以下となっている場合、制御手段は、ポンプ手段からの燃料のリターン流路内への供給を停止するとともに、リターン流路内からの燃料の強制的な排出を停止することを特徴としている。
【００３２】
リターン圧力がリターン蒸気圧を上回るとともに許容圧力を下回っており、かつリターン温度が所定温度範囲の下限温度以下となっている場合、リターン流路内燃料によりリターン流路形成部材および燃料噴射弁が冷却されることにより、リターン流路形成部材および燃料噴射弁の接続部分に形成される隙間から燃料が漏洩することが懸念される。そこで、この発明では、リターン流路形成部材および燃料噴射弁との接続部分からの燃料漏洩が懸念される状況に対応するために、制御手段は、ポンプ手段からの燃料のリターン流路内への供給を停止するとともに、リターン流路内からの燃料の強制的な排出を停止する。これによれば、リターン流路への燃料の供給、およびリターン流路燃料排出手段による強制的な燃料の排出が行われないから、リターン流路内での燃料の移動が極力抑えられることとなり、リターン温度は、内燃機関からの熱を受けて上昇し易くなる。
【００３３】
請求項８の発明は、ポンプ手段に吸引される燃料、またはリターン流路を経由して燃料タンクに戻る燃料を、冷却する冷却手段を備えていることを特徴としている。
【００３４】
請求項８の発明によれば、リターン流路を経由して燃料タンクに戻る燃料が比較的高温であっても、冷却手段によって確実に燃料を冷却することができるから、燃料タンク内の燃料、又は燃料タンクからポンプ手段に送出される燃料の温度を下げることが可能となる。よって、ポンプ手段からリターン流路内へ供給される燃料の温度を下げることができ、リターン温度の低下を素早くすることができる。
【００３５】
請求項９の発明は、ポンプ手段内の燃料の圧力をポンプ圧力として検出するポンプ圧力検出手段と、ポンプ手段内の燃料の温度をポンプ温度として検出するポンプ温度検出手段と、ポンプ温度検出手段により検出されたポンプ温度に基づいてポンプ手段内の燃料蒸気圧としてのポンプ蒸気圧を算出するポンプ蒸気圧算出手段と、ポンプ圧力検出手段により検出されたポンプ圧力と、ポンプ蒸気圧算出手段により算出されたポンプ蒸気圧とを比較することにより、ポンプ手段内の燃料に気化した燃料が混入されているか否かを判定するポンプ燃料状態判定手段と、ポンプ手段から圧送される燃料を燃料噴射弁に供給する供給流路を形成する供給流路形成部材と、を備え、内燃機関が始動する際にポンプ燃料状態判定手段がポンプ手段内の燃料に気化した燃料が混入されていると判定した場合、制御手段は、ポンプ手段からの燃料をリターン流路に供給するとともに、供給流路内から燃料を強制的に排出することを特徴としている。
【００３６】
また、請求項１０の発明は、ポンプ手段から圧送される燃料を燃料噴射弁に供給する供給流路を形成する供給流路形成部材と、供給流路内の燃料の圧力を供給圧力として検出する供給圧力検出手段と、供給流路内の燃料の温度を供給温度として検出する供給温度検出手段と、供給温度検出手段により検出された供給温度に基づいて供給流路内の燃料蒸気圧としての供給蒸気圧を算出する供給蒸気圧算出手段と、供給圧力検出手段により検出された供給圧力と、供給蒸気圧算出手段により算出された供給蒸気圧とを比較することにより、供給流路内の燃料に気化した燃料が混入されているか否かを判定する供給燃料状態判定手段と、を備え、内燃機関が始動する際に供給燃料状態判定手段が供給流路内の燃料に気化した燃料が混入されていると判定した場合、制御手段は、ポンプ手段からの燃料をリターン流路内に供給するとともに、供給流路内から燃料を強制的に排出することを特徴としている。
【００３７】
内燃機関の運転を停止すると、燃料供給装置の動作も停止する。燃料供給装置の動作が停止すると、燃料供給装置の内部を流通する燃料の流れも停止することとなる。内燃機関は停止後も熱を帯びているため、その熱によって燃料供給装置内の燃料の温度が上昇する。このため、燃料供給装置の至る所の燃料、例えばポンプ手段内、供給流路内、およびリターン流路内の燃料の温度が上昇し、気化することがある。その後、燃料が気化した状態で内燃機関を始動すると、ポンプ手段は燃料を十分に加圧しないまま、気化燃料を供給流路に圧送してしまう。そして、供給流路に圧送された気化燃料は、燃料噴射弁に供給されることとなる。また、リターン流路内燃料に気化燃料が混入されている場合では、リターン流路内の気化燃料も、燃料噴射弁の排出部を介して燃料噴射弁内に流入することとなる。このように、ポンプ手段、供給流路、およびリターン流路から気化燃料が燃料噴射弁に流入すると、燃料噴射弁は適切な燃料噴射が行えず、内燃機関の始動までの時間が長くなるおそれがある。
【００３８】
そこで、請求項９および請求項１０の発明では、内燃機関が始動する際に、ポンプ手段内の燃料、または供給流路内の燃料に気化燃料が混入されているか否かをポンプ燃料状態判定手段、または供給燃料状態判定手段によって判定している。そして、これらの発明では、ポンプ手段内の燃料、または供給流路内の燃料に気化燃料が混入されていると判定された場合、制御手段は、ポンプ手段が駆動した状態で、供給流路内から燃料を強制的に排出する。この制御によれば、供給流路内にある気化燃料は強制的に排出されるとともに、ポンプ手段からの気化燃料は供給流路から強制的に排出される。ポンプ手段内、および供給流路内の燃料の気化燃料は、燃料噴射弁に供給されることなく排出される。また、このときポンプ手段は駆動しているため、燃料タンクからの冷えた燃料がポンプ手段および供給流路に供給されることとなる。このことによれば、ポンプ手段内の燃料、および供給流路内の燃料は冷却され、ポンプ手段内の燃料、および供給流路内の気化燃料を液化燃料に変化させることが可能となる。
【００３９】
そして、これらの発明では、供給流路からの燃料の強制排出制御に加え、制御手段は、リターン流路内にポンプ手段からの燃料を供給する。このことによれば、リターン流路内に、ポンプ手段を介して燃料タンクから冷えた燃料が供給されることとなるため、リターン流路内の燃料は冷却され、リターン流路内の燃料を液化燃料に変化させることが可能となる。
【００４０】
これら請求項９および請求項１０の発明では、ポンプ手段内の燃料、供給流路内の燃料、およびリターン流路内の燃料を液化燃料で満たすことが可能となるため、内燃機関始動時の燃料噴射を安定させることができ、内燃機関が始動するまでの時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００４１】
なお、これら請求項９および請求項１０において「内燃機関の始動中に」とは、内燃機関を始動させるためのスイッチが投入されてから、内燃機関が完爆するまでの間を意味している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態における燃料供給装置の概略を示す全体構成図である。
【図２】図１の燃料噴射弁の断面図である。
【図３】燃料供給装置の制御を説明するフローチャートである。
【図４】燃料供給装置で使用する燃料の状態変化を示す蒸気圧線図である。
【図５】図３のステップＳ４０の制御を説明するフローチャートである。
【図６】図３のステップＳ４０の制御を説明するフローチャートである。
【図７】図３のステップＳ４０の制御を説明するフローチャートである。
【図８】図３のステップＳ４０の制御を説明するフローチャートである。
【図９】第２実施形態における燃料供給装置の概略を示す全体構成図である。
【図１０】内燃機関始動時の燃料供給装置の制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付与することにより、重複する説明を省略する。
【００４４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図８を用いて説明する。図１は、第１実施形態における燃料供給装置の概略を示す全体構成図である。
【００４５】
本実施形態の燃料供給装置２０は、液化ガスの一種であるＤＭＥ（ジメチルエーテル）を燃料とした内燃機関１０の燃料供給装置である。図１に示すように、燃料供給装置２０は、燃料タンク２１、フィードポンプ２５、高圧ポンプ２９、コモンレール３６、燃料噴射弁４４、燃料クーラー４２、４３などを主な構成要素として備えている。なお、これらの構成要素は、燃料配管８０〜８５で互いに接続されている。
【００４６】
燃料タンク２１は、液化ガスからなる燃料としてのＤＭＥ（以下、単に燃料と記す）を貯蔵するものである。燃料タンク２１内の燃料は、燃料蒸気圧に応じた圧力で加圧されている。これにより、燃料タンク２１内の燃料は液体状態となる。燃料タンク２１は、燃料タンク２１を保護するために、燃料タンク２１の許容圧力を超える圧力を逃がす安全弁２２を有している。
【００４７】
なお、本実施形態の安全弁２２の開弁圧力Ｐｓｖは、２ＭＰａとなっている。タンク圧力Ｐｔａｎｋが２ＭＰａを超えると、安全弁２２が開弁し、燃料蒸気が燃料タンク２１外に排出される。これにより、タンク圧力Ｐｔａｎｋを２ＭＰａ以下に保つことが可能となる。
【００４８】
また、燃料タンク２１は、圧力センサ２３および温度センサ２４を有している。圧力センサ２３は、制御装置９０と電気的に接続されており、燃料タンク２１内の燃料圧力を検出し、検出した燃料圧力をタンク圧力Ｐｔａｎｋとして制御装置９０に出力する。温度センサ２４は、燃料タンク２１内の燃料温度を検出し、検出した燃料温度をタンク温度Ｔｔａｎｋとして制御装置９０に出力する。また、燃料タンク２１内には、フィードポンプ２５が配置されている。
【００４９】
フィードポンプ２５は、燃料タンク２１内の燃料を高圧ポンプ２９に供給する。フィードポンプ２５は、電動ポンプであり、制御装置９０と電気的に接続されている。フィードポンプ２５は、制御装置９０からの指令信号に基づいて駆動することにより、燃料タンク２１内の燃料のタンク圧力Ｐｔａｎｋにフィード圧力Ｐｆを加えて、高圧ポンプ２９に向けて燃料を送出する。フィードポンプ２５と高圧ポンプ２９とを接続する燃料配管８０には、調圧弁２６が接続されている。調圧弁２６は、フィード圧力Ｐｆが所定圧力以下となるように調整するものである。また、フィード圧力Ｐｆは、制御装置９０からの指令信号により変化する。本実施形態においてフィードポンプ２５の最大吐出圧力は、フィード圧力Ｐｆ＝３ＭＰａとなっている。
【００５０】
また、燃料配管８０には、調圧弁２６の下流側に遮断弁２７が設けられている。遮断弁２７は、制御装置９０と電気的に接続されており、制御装置９０からの指令信号に基づいて燃料配管８０を開閉する。また、燃料配管８０には、遮断弁２７のさらに下流側に燃料クーラー４２が設けられている。燃料クーラー４２は、高圧ポンプ２９へ供給される燃料を冷却するものであり、燃料と送風空気とを熱交換させて燃料を冷却する熱交換器と、制御装置９０と電気的に接続され、制御装置９０からの指令信号により駆動する冷却ファンとを有している。さらに、燃料配管８０には、燃料クーラー４２の下流側に、高圧ポンプ２９に送られる燃料を濾過する燃料フィルタ２８が設けられている。
【００５１】
高圧ポンプ２９は、フィードポンプ２５からの燃料を加圧して、その加圧した燃料をコモンレール３６に供給するものである。本実施形態の高圧ポンプ２９は、内燃機関１０の駆動力によって駆動される。なお、高圧ポンプ２９の駆動源は、電動モータの駆動力であってもよい。
【００５２】
高圧ポンプ２９は、フィードポンプ２５からの燃料を一時的に蓄積するポンプギャラリー３０、ポンプギャラリー３０内の燃料を加圧する加圧部３１などを備えている。加圧部３１によって加圧された燃料は、吐出弁３２の弁体を押し上げて、コモンレール３６に接続される燃料配管８１に吐出される。高圧ポンプ２９は、ポンプギャラリー３０内の燃料圧力が所定圧力以上となった場合に、燃料を高圧ポンプ２９外に排出する調圧弁３３を有している。調圧弁３３から排出された燃料は、燃料配管８２を経由して燃料タンク２１に戻る。
【００５３】
また、高圧ポンプ２９は、圧力センサ３４および温度センサ３５を有している。圧力センサ３４は、制御装置９０と電気的に接続されており、ポンプギャラリー３０内の燃料圧力を検出し、検出した燃料圧力をポンプ圧力Ｐｐｇとして制御装置９０に出力する。温度センサ３５は、制御装置９０と電気的に接続されており、ポンプギャラリー３０内の燃料温度を検出し、検出した燃料温度をポンプ温度Ｔｐｇとして制御装置９０に出力する。
【００５４】
コモンレール３６は、高圧ポンプ２９で加圧された燃料を高圧に維持したまま蓄積するものであり、燃料配管８３を介して燃料噴射弁４４と接続されている。コモンレール３６は、圧力センサ３７および温度センサ３８を有している。圧力センサ３７は、制御装置９０と電気的に接続されており、コモンレール３６内の燃料圧力を検出し、検出した燃料圧力をレール圧力Ｐｃとして制御装置９０に出力する。温度センサ３８は、制御装置９０と電気的に接続されており、コモンレール３６内の燃料温度を検出し、検出した燃料温度をレール温度Ｔｃとして制御装置９０に出力する。
【００５５】
コモンレール３６に設けられているプレッシャリミッタ３９は、コモンレール３６の燃料圧力をその許容圧力以下に維持する。プレッシャリミッタ３９は、許容圧力以下に設定された開弁圧力Ｐｐｒｖを超えると開弁し、コモンレール３６内の燃料を外部に排出する。排出された燃料は、燃料配管８４を経由して燃料タンク２１に戻る。燃料配管８４において燃料タンク２１側の端部は、燃料配管８２に接続されている。また、プレッシャリミッタ３９は、コモンレール３６内の燃料圧力によって開閉するだけでなく、制御装置９０からの指令信号によって開閉するように構成されてもいる。これによれば、コモンレール３６内の燃料を強制的に排出させることが可能となる。
【００５６】
燃料噴射弁４４は、高圧ポンプ２９からコモンレール３６を介して圧送された燃料の一部を内燃機関１０の各気筒内に供給するものである。燃料噴射弁４４は、制御装置９０と電気的に接続されており、制御装置９０からの駆動信号により、所定時期に所定期間開弁するように構成されている。燃料噴射弁４４は、シリンダヘッド１１に形成されている貫通孔１１ａに挿入されることにより、シリンダヘッド１１に固定される。貫通孔１１ａは、各気筒に通じており、燃料噴射弁４４を先端側から挿入することにより、噴孔５５が各気筒の燃焼室に配置される。
【００５７】
また、燃料噴射弁４４は、高圧ポンプ２９からの圧送燃料の残部を余剰燃料として燃料噴射弁４４の外部に排出するアウトレット４７を有している。ここで、上記圧送燃料の残部（余剰燃料）とは、高圧ポンプ２９からコモンレール３６を介して燃料噴射弁４４に圧送されたが噴孔５５から噴射されなかった燃料のことを意味する。このアウトレット４７は、複数の貫通孔１１ａ同士を接続するようにシリンダヘッド１１に形成されたヘッドギャラリー１１ｂに連通している。これにより、各燃料噴射弁４４のアウトレット４７から排出された燃料は、一旦ヘッドギャラリー１１ｂに収容されることとなる。また、燃料噴射弁４４とヘッドギャラリー１１ｂとの接続部分、つまり燃料噴射弁４４と貫通孔１１ａとの接続部分には、図１に示すように、ゴム製のＯリング１２が配置されている。このＯリング１２の配置により、ヘッドギャラリー１１ｂ内に収容された燃料が貫通孔１１ａを通じて外部に漏洩しないようにすることができる。
【００５８】
また、シリンダヘッド１１は、圧力センサ１３および温度センサ１４を有している。圧力センサ１３は、制御装置９０と電気的に接続されており、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料圧力を検出し、検出した燃料圧力をギャラリー圧力Ｐｈｇとして制御装置９０に出力する。温度センサ１４は、制御装置９０と電気的に接続されており、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料温度を検出し、検出した燃料温度をギャラリー温度Ｔｈｇとして制御装置９０に出力する。
【００５９】
また、ヘッドギャラリー１１ｂには、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料圧力が所定圧力以上となった場合に、燃料をヘッドギャラリー１１ｂ外に排出するギャラリー背圧弁１５が接続されている。ギャラリー背圧弁１５を介して排出される燃料は、燃料配管８４を経由して燃料タンク２１に戻る。また、ヘッドギャラリー１１ｂとギャラリー背圧弁１５との間には、背圧切替弁１６が設けられている。背圧切替弁１６は、二つの流路を切替える三方向弁からなっている。背圧切替弁１６は、制御装置９０と電気的に接続されており、制御装置９０からの指令信号により、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料を燃料配管８４においてギャラリー背圧弁１５よりも下流側に位置する部位に排出する第一流路と、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料をギャラリー背圧弁１５に排出する第二流路とを切替える。流路が第一流路に切替えられると、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、ギャラリー背圧弁１５を経由せずに、燃料配管８４においてギャラリー背圧弁１５よりも下流側に排出される。このことによれば、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、強制的に燃料タンク２１に向けて排出されることとなる。流路が第二流路に切替えられると、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、ギャラリー背圧弁１５に向かって排出される。このことによれば、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料圧力は、設定されるギャラリー背圧弁１５の開弁圧力Ｐｇｂｖに維持されることとなる。
【００６０】
燃料配管８２には、燃料配管８４との接続部位よりも下流側に燃料タンク２１からの逆流を防ぐための逆止弁４１が設けられている。逆止弁４１の開弁圧力Ｐｃｖは、ギャラリー背圧弁１５の開弁圧力Ｐｇｂｖよりも小さい値に設定されている。また、燃料配管８２において逆止弁４１の下流側には、燃料クーラー４３が設けられている。燃料クーラー４３は、燃料配管８２、燃料配管８４を経由して燃料タンク２１に向かう燃料を冷却するものであり、燃料と送風空気とを熱交換させて燃料を冷却する熱交換器と、制御装置９０と電気的に接続され、制御装置９０からの指令信号により駆動する冷却ファンとを有している。
【００６１】
燃料配管８２において燃料配管８４との接続部位と、高圧ポンプ２９の調圧弁３３との間に、フィード切替弁４０が設けられている。フィード切替弁４０は、二つの流路を切替える三方向弁からなっている。フィード切替弁４０は、制御装置９０と電気的に接続されており、制御装置９０からの指令信号により、調圧弁３３から排出された燃料を燃料配管８５を介してヘッドギャラリー１１ｂに供給する第一流路と、調圧弁３３から排出された燃料を燃料配管８２を経由して燃料タンク２１に戻す第二流路とを切替える。流路が第一流路に切替えられると、調圧弁３３から排出された燃料はヘッドギャラリー１１ｂに供給されることとなる。また、流路が第二流路に切替えられると、調圧弁３３から排出された燃料は燃料タンク２１に戻ることとなる。
【００６２】
制御装置９０は、電子制御ユニット９１、および駆動回路９２から構成されている。電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどを中心とするマイクロコンピュータにて構成されている。ＥＣＵ９１は、圧力センサ１３、２３、３４、３７、温度センサ１４、２４、３５、３８と電気的に接続されており、圧力センサ１３、２３、３４、３７のそれぞれから燃料圧力に関する検出信号を受信するとともに、温度センサ１４、２４、３５、３８のそれぞれから燃料温度に関する検出信号を受信する。また、ＥＣＵ９１は内燃機関１０を運転するのに必要な各種センサからの検出信号も受信する。そして、ＥＣＵ９１は、これら検出信号に基づき、ＲＯＭまたはフラッシュメモリに記憶されている制御プログラムにより、各種構成要素（フィードポンプ２５、遮断弁２７、燃料クーラー４２、４３、高圧ポンプ２９、プレッシャリミッタ３９、燃料噴射弁４４、背圧切替弁１６）への指令信号を生成し、各構成要素に当該指令信号を出力する。駆動回路（ＥＤＵ：Electric Drive Unit）９２は、燃料噴射弁４４と電気的に接続され、ＥＣＵ９１から送信される指令信号に基づき、燃料噴射弁４４内の電磁弁を駆動するための駆動信号を生成し、出力するものである。
【００６３】
次に、燃料噴射弁４４の詳細を図２に基づいて説明する。図２は、燃料噴射弁４４の断面図である。燃料噴射弁４４は、ハウジング４５、弁ボディ５４、ハウジング４５と弁ボディ５４との間に介在するチップパッキン６２、およびこれら部材を外側から締結するリテーニングナット６５を備えている。
【００６４】
ハウジング４５には、インレット４６およびアウトレット４７が形成されている。インレット４６は燃料配管８３と接続され、アウトレット４７はヘッドギャラリー１１ｂ内に配置される。インレット４６から供給される燃料は、通路４８を経由し、その後、分岐する。一方は、通路４９を経由して弁ボディ５４側へ導かれ、主として噴射に利用される。他方は、通路５０を経由して後述する油圧制御に利用される。
【００６５】
弁ボディ５４の先端には、燃料を噴射する噴孔５５が形成されている。この弁ボディ５４の内部には通路５６が形成されており、チップパッキン６２の内部には通路６３が形成されている。これら通路４８、４９、５６、６３は、インレット４６側から通路４８、通路４９、通路６３、通路５６という順序で接続され、これにより、燃料が噴孔５５へ導かれる。以下、適宜、燃料噴射弁４４の噴孔５５側を燃料噴射弁４４の「先端側」と記す。
【００６６】
また、燃料噴射弁４４は、その長手方向に亘り内部に収容される弁部材５９を備えている。弁部材５９は、先端側からニードル６０およびコマンドピストン６１によって構成されている。
【００６７】
ニードル６０は、弁ボディ５４の孔５７とチップパッキン６２の孔６４に収容され、孔５７、６４の軸に沿って往復動することにより、噴孔５５を開閉する。孔５７は通路５６と接続されている。ニードル６０の先端側とは反対側（以下、適宜、「基端側」と記す）に配置されるスプリング５２は、コマンドピストン６１を介して付勢力をニードル６０に付与する。また、弁ボディ５４の孔５７とニードル６０との間には燃料溜まり室５８が形成されている。これにより、燃料溜まり室５８には通路５６を通じて孔５７に流入する燃料が蓄積されることとなる。そして、孔５７とニードル６０との間には、燃料溜まり室５８の他にも隙間が形成されており、その隙間は、ニードル６０の先端部にまで達している。当該隙間は燃料溜まり室５８と連通している。よって、この隙間にも燃料溜まり室５８と同様に燃料が蓄積されることとなる。ニードル６０の段差部に燃料溜まり室５８内の燃料圧力を作用させるとともに、ニードル６０の先端部に隙間の燃料圧力を作用させることにより、ニードル６０に基端側への推力が発生する。
【００６８】
ニードル６０の先端側の端部が、孔５７内の先端側の内壁に当接することにより、噴孔５５からの燃料噴射が停止する。ニードル６０が孔５７内を基端側にリフトすることにより、孔５７内に供給される燃料が噴孔５５から噴射される。
【００６９】
コマンドピストン６１は、ハウジング４５の孔５３とチップパッキン６２の孔６４に収容されている。弁ボディ５４の孔５７、チップパッキン６２の孔６４およびハウジング４５の孔５３は、同軸上に配置されている。
【００７０】
ハウジング４５の孔５３の基端側には、オリフィスプレート６６が設けられている。孔５３においてコマンドピストン６１の基端側の端部と、オリフィスプレート６６との間には背圧室６７が形成される。オリフィスプレート６６には、インオリフィス６８およびアウトオリフィス６９が形成されている。インオリフィス６８は、通路５０と接続されており、通路４８から燃料噴射弁４４に供給される燃料を常に背圧室６７に供給するように構成されている。アウトオリフィス６９は、背圧室６７内の燃料を外部に排出するように構成されている。ハウジング４５には、アウトレット４７に連通する通路５１が形成されている。この通路５１はアウトオリフィス６９とも接続されている。アウトオリフィス６９から排出された燃料は通路５１を介してアウトレット４７から排出され、燃料噴射弁４４の外部に排出される。インオリフィス６８およびアウトオリフィス６９は、アウトオリフィス６９を介して背圧室６７から排出される燃料の排出量よりも、インオリフィス６８を介して背圧室６７に供給される燃料の供給量が少なくなるようにそれぞれの内径および長さが設定されている。
【００７１】
コマンドピストン６１の基端側の端部は背圧室６７内の燃料圧力が作用するようになっている。また、ハウジング４５の孔５３には、コマンドピストン６１を先端側に向かって付勢するスプリング５２が配置されている。このように孔５３および孔６４に収容されたコマンドピストン６１に、背圧室６７の燃料圧力とスプリング５２の付勢力とを足し合わせた先端側への推力が発生することとなる。
【００７２】
オリフィスプレート６６の基端側には、電磁弁部７０が設けられている。電磁弁部７０は、ハウジング４５に対し、ナット７８で締結されている。電磁弁部７０は、端子７１、コイル７２、アーマチャ７３、ストッパ７４、スプリング７５、ボディ７６、断面視Ｔ字状の制御弁７７などで構成されている。
【００７３】
端子７１は、コイル７２へ通電するための端子である。ＥＤＵ９２（図１を参照）により、内燃機関１０の運転条件に応じた駆動信号が端子７１を介してコイル７２に供給される。この駆動信号の供給により、コイル７２に磁気吸引力が発生することになる。
【００７４】
アーマチャ７３は、その中心部に円筒状のコップ型ストッパ７４を有している。そのストッパ７４は、先端側へ開口する形状であり、その内部には、スプリング７５が配置されている。スプリング７５によって付勢されるのが、ボディ７６に支持された制御弁７７である。制御弁７７は、駆動信号の供給によりコイル７２に磁気吸引力が発生すると、スプリング７５の付勢力に抗して基端側へ移動する。
【００７５】
ＥＤＵ９２により、駆動信号がコイル７２に供給されておらず、コイル７２に磁気吸引力が発生していないとき、スプリング７５の付勢力によって、制御弁７７は、オリフィスプレート６６に当接する。制御弁７７がオリフィスプレート６６に当接することにより、アウトオリフィス６９が閉塞される。したがって、背圧室６７内の燃料は、背圧室６７に留まることとなる。よって、背圧室６７の燃料圧力は、通路５０、インオリフィス６８を介して供給されるコモンレール３６のレール圧力Ｐｃとなる。このとき、コマンドピストン６１に発生する先端側への推力は、ニードル６０の基端側への推力よりも大きいため、ニードル６０の先端は孔５７の内壁に当接し、噴孔５５が閉弁される。したがって、噴孔５５から燃料は噴射されない。
【００７６】
ＥＤＵ９２により、駆動信号がコイル７２に供給され、コイル７２に磁気吸引力が発生し、制御弁７７がスプリング７５の付勢力に抗して基端側に移動すると、アウトオリフィス６９が開放され、背圧室６７の燃料はアウトオリフィス６９から排出される。アウトオリフィス６９から排出された燃料は、通路５１を介してアウトレット４７から排出される。これにより、背圧室６７の燃料圧力は、アウトオリフィス６９が閉塞している場合に比べ低下することとなる。背圧室６７の燃料圧力の低下により、コマンドピストン６１の先端側への推力がニードル６０の基端側への推力よりも低下すると、ニードル６０はコマンドピストン６１の推力に抗してリフトする。これにより、ニードル６０の先端が孔５７の内壁から離間し、噴孔５５が開弁し、噴孔５５から燃料が噴射される。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態の燃料噴射弁４４では、比較的高圧状態となっている背圧室６７内の燃料を外部に排出して、背圧室６７内の燃料圧力を低下させることにより、ニードル６０のリフトを制御している。この燃料噴射弁４４では、背圧室６７内の燃料排出を背圧室６７内の燃料圧力を利用して行っている。このため、アウトオリフィス６９よりも下流側、即ち通路５１、アウトレット４７、ヘッドギャラリー１１ｂ、燃料配管８４の燃料圧力は背圧室６７内の燃料圧力よりも低くなっている。
【００７８】
ここで、アウトレット４７と接続されるヘッドギャラリー１１ｂはシリンダヘッド１１に形成されているため、ヘッドギャラリー１１ｂに排出された燃料は内燃機関１０からの熱により加熱される。特に、内燃機関１０の燃料としてＤＭＥを使用する場合では、比較的低圧状態となっている燃料が加熱されることにより、燃料の一部が気化し、その気化燃料が燃料噴射弁４４の内部に流入するおそれがある。気化燃料が燃料噴射弁４４のアウトオリフィス６９とアウトレット４７との間に流入すると、アウトオリフィス６９を開弁したときの背圧室６７の圧力変化が液化燃料で満たされている場合に比べ変化し、ニードル６０の開閉動作も変化することとなる。これは、同じ燃料であっても、液化燃料と気化燃料では粘性が異なるからである。これでは、液化燃料で満たされている場合と同じようにＥＤＵ９２による駆動信号の供給をコイル７２に行うと、燃料噴射量が変化するおそれがある。なお、背圧室６７内の燃料圧力は高圧ポンプ２９によって加圧された燃料が流入するため、比較的燃料圧力が高く、内燃機関１０の熱により加熱されても気化することはほとんどない。
【００７９】
このように燃料噴射量が変化してしまうと、内燃機関１０を適切に運転させることができなくなる場合がある。このことから、燃料噴射を安定させるためには、燃料噴射弁４４からの排出燃料を燃料タンク２１に戻す流路（特に、ヘッドギャラリー１１ｂ）での燃料を液体状態に維持することが必要であることが分かる。
【００８０】
次に、燃料供給装置２０においてヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料について、所定温度範囲で、所定圧力未満での液体状態を保つための制御について、図３〜図８を用いて説明する。図３は、燃料供給装置２０の制御用のフローチャートである。図４は、燃料供給装置２０で使用する燃料の状態変化を示す蒸気圧線図である。図５〜図８は、図３におけるステップＳ４０での制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【００８１】
図３に示すように、ステップＳ１０では、図示しない各種センサの出力信号から内燃機関１０の運転目標を読み取る。そして、ステップＳ２０では、図示しない各種センサの出力信号から内燃機関１０の運転状態を読み取る。続いて、ステップＳ３０では、ステップＳ１０およびステップＳ２０読み取った運転目標および運転状態に基づき、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料のギャラリー圧力Ｐｈｇおよびギャラリー温度Ｔｈｇの制御目標値を算出する。制御目標値とは、これらギャラリー圧力Ｐｈｇおよびギャラリー温度Ｔｈｇを図４に示す破線で囲った部分を規定するものである。そして、ステップＳ４０では、算出された制御目標値を実現すべく、各構成要素（フィードポンプ２５、遮断弁２７、フィード切替弁４０、背圧切替弁１６、プレッシャリミッタ３９など）を制御する。
【００８２】
次に、図３に示すＳ４０について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。図５に示すように、まず、ステップＳ１１０では、圧力センサ１３、および温度センサ１４からのギャラリー圧力Ｐｈｇ、およびギャラリー温度Ｔｈｇを読み込む。そして、ステップＳ１２０では、圧力センサ２３、および温度センサ２４からのタンク圧力Ｐｔａｎｋ、およびタンク温度Ｔｔａｎｋを読み込む。ステップＳ１３０では、ステップＳ１１０で読み込んだギャラリー温度Ｔｈｇでのヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料の蒸気圧Ｐｖを算出する。蒸気圧Ｐｖは、予めＥＣＵ９１のＲＯＭなどの記憶媒体に記憶された、図４に示すような蒸気圧線図を用いて算出することができる。また、蒸気圧Ｐｖは、実験等で求めた計算式を用いて算出することもできる。
【００８３】
続いて、ステップＳ１４０では、ステップＳ１１０で読み込んだギャラリー圧力Ｐｈｇが、Ｐｖ＜Ｐｈｇ＜Ｐｍａｘを満たしているか否かを判定する。Ｐｍａｘは、燃料噴射弁４４やヘッドギャラリー１１ｂを含むリターン側の最大許容圧力を意味している。燃料噴射弁４４やヘッドギャラリー１１ｂを含むリターン側の燃料圧力がこの最大許容圧力Ｐｍａｘを上回ると、例えば、燃料噴射弁４４内のシール部分、または燃料噴射弁４４とシリンダヘッド１１の貫通孔１１ａとの間に配置されるＯリング１２などから燃料が漏れることが懸念される。なお、本実施形態では、最大許容圧力Ｐｍａｘは３ＭＰａに設定されている。
【００８４】
ステップＳ１４０において、ギャラリー圧力Ｐｈｇが、上記条件を満たしていると判定されると、処理はステップＳ１５０に進む。ステップＳ１４０において、ギャラリー圧力Ｐｈｇが、上記条件を満たしていないと判定されると、処理は後述するステップＳ２１０に進む（図６を参照）。
【００８５】
ステップＳ１５０では、ステップＳ１１０で読み込んだギャラリー温度Ｔｈｇが、Ｔｍｉｎ＜Ｔｈｇ＜Ｔｍａｘを満たしているか否かを判定する。ここで、温度Ｔｍｉｎは、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料の下限温度である。また、ギャラリー温度Ｔｈｇが比較的低い温度となると、低温となった燃料により燃料噴射弁４４、シリンダヘッド１１、およびＯリング１２は冷却される。これらの要素４４、１１、１２は過度に冷却されると収縮する。また、特にゴム製のＯリング１２は冷却されることにより、収縮するとともに硬化し、シール性能が低下する。ゆえに、これらの要素４４、１１、１２間に隙間が発生し、その隙間より燃料が漏れるおそれがある。本実施形態では、このような燃料漏洩するような隙間が形成されることのない温度のうち、最も低い温度を下限温度Ｔｍｉｎとしている。
【００８６】
また、本実施形態のようにシリンダヘッド１１にヘッドギャラリー１１ｂが形成されている例では、ギャラリー温度Ｔｈｇが比較的低い温度となると、ヘッドギャラリー１１が過冷却され、内燃機関１０の熱損失が増大するおそれがある。下限温度Ｔｍｉｎはこの点も考慮して決定することも可能である。なお、本実施形態では、シール性能の確保、および内燃機関１０の熱損失の増大を抑制できるような温度に下限温度Ｔｍｉｎを設定している。具体的には、下限温度Ｔｍｉｎは１２℃に設定されている。
【００８７】
また、温度Ｔｍａｘは、最大許容圧力Ｐｍａｘ以下でヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料を液体状態とすることが可能な上限温度である。この上限温度Ｔｍａｘは、図４に示すように、上述した最大許容圧力Ｐｍａｘと蒸気圧Ｐｖとが交差するときの温度となっている。図４から分かるように、ギャラリー温度Ｔｈｇが、この上限温度Ｔｍａｘを上回ると、ギャラリー圧力Ｐｈｇを、最大許容圧力Ｐｍａｘ以上にしなければ、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料を液体状態に保つことが困難となる。なお、本実施形態では、上限温度Ｔｍａｘは約９０℃に設定されている。なお、この上限温度Ｔｍａｘは、使用する燃料によって変化する。使用する燃料によって蒸気圧曲線が変化するからである。
【００８８】
ステップＳ１５０において、ギャラリー温度Ｔｈｇが、上記条件を満たしていると判定されると、処理はステップＳ１６０に進む。ステップＳ１５０において、ギャラリー温度Ｔｈｇが、上記条件を満たしていないと判定されると、処理は後述するステップＳ３１０に進む（図７を参照）。
【００８９】
ステップＳ１６０では、フィード切替弁４０の流路を第二流路に切替えるようフィード切替弁４０を制御するとともに、背圧切替弁１６の流路を第二流路に切替えるよう背圧切替弁１６を制御する。このことにより、フィード切替弁４０の流路が第二流路に切替えられると、調圧弁３３から排出された燃料は、燃料配管８２を通り、逆止弁４１を通過して燃料タンク２１に戻る。背圧切替弁１６の流路が第二流路に切替えられると、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、ギャラリー背圧弁１５に供給される。
【００９０】
ステップＳ１５０、およびステップＳ１６０がともに肯定判定される場合では、ギャラリー圧力Ｐｈｇ、およびギャラリー温度Ｔｈｇは、図４に示す破線の範囲内となっており、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は液体状態となっている。また、この状態では、ギャラリー圧力Ｐｈｇは、最大許容圧力Ｐｍａｘよりも下回っているため、燃料噴射弁４４、ヘッドギャラリー１１ｂ、および燃料噴射弁４４とシリンダヘッド１１の貫通孔１１ａとの接続部分に配置されるＯリング１２から燃料が漏れることもない。また、ギャラリー温度Ｔｈｇは、下限温度Ｔｍｉｎよりも上回っているため、Ｏリング１２のシール性能が低下することを抑制できる。したがって、シール性能低下によるＯリング１２からの燃料漏れの発生を抑制できる。また、ギャラリー温度Ｔｈｇは、下限温度Ｔｍｉｎよりも上回っているため、内燃機関１０の過冷却による熱損失の増大を抑制することができる。
【００９１】
なお、本実施形態では、逆止弁４１の開弁圧力Ｐｃｖ、調圧弁３３の開弁圧力Ｐｏｆｖおよびギャラリー背圧弁１５の開弁圧力Ｐｇｂｖは、（１）０≦Ｐｃｖ＜Ｐｏｆｖ（２）０≦Ｐｃｖ＜Ｐｇｂｖ（３）０＜Ｐｔａｎｋ＋Ｐｃｖ＋Ｐｏｆｖ≦３ＭＰａ（４）０＜Ｐｔａｎｋ＋Ｐｃｖ＋Ｐｇｂｖ≦３ＭＰａの四つの関係を全て満たすように設定されている。本実施形態では、例えば、タンク圧力Ｐｔａｎｋを安全弁２２の開弁圧力Ｐｓｖである２ＭＰａとし、逆止弁４１の開弁圧力ＰｃｖをＰｃｖ＝０とした場合、開弁圧力Ｐｏｆｖおよび開弁圧力Ｐｇｂｖはそれぞれ、０＜Ｐｏｆｖ≦１ＭＰａ、０＜Ｐｇｂｖ≦１ＭＰａを満たすように設定されることとなる。これによれば、ギャラリー圧力Ｐｈｇは最大許容圧力Ｐｍａｘである３ＭＰａを超えることがなくなる。
【００９２】
このように逆止弁４１、調圧弁３３、およびギャラリー背圧弁１５の各開弁圧力Ｐｃｖ、Ｐｏｆｖ、Ｐｇｂｖが設定されているので、ステップＳ１６０が実行されている場合、ギャラリー圧力Ｐｈｇはほぼ開弁圧力Ｐｇｂｖとなる。続く、ステップＳ１７０では、Ｐｖ＜Ｐｔａｎｋ＋Ｐｆ≦Ｐｍａｘという条件を満たした上で、内燃機関１０の回転数および負荷に応じてフィード圧力Ｐｆが決定され、その決定されたフィード圧力Ｐｆに基づいてフィードポンプ２５を制御する。最大許容圧力Ｐｍａｘを３ＭＰａとする本実施形態の場合では、０≦Ｐｆ≦３ＭＰａを満たすようにフィードポンプ２５は制御される。
【００９３】
そして、続くステップＳ１８０では、タンク温度Ｔｔａｎｋおよびフィードポンプ２５から送出される燃料の温度が、１０℃以上、４０℃以下となるように、燃料クーラー４２、４３を制御して、制御フローを終了する。この燃料クーラー４２、４３の冷却動作により、高圧ポンプ２９内のポンプギャラリー３０内の燃料温度、および燃料タンク２１内の燃料温度が１０℃以上、４０℃以下となる。
【００９４】
以上、ギャラリー圧力Ｐｈｇおよびギャラリー温度Ｔｈｇがともに制御目標値の範囲内に制御されている場合について説明した。以下、ギャラリー圧力Ｐｈｇまたはギャラリー温度Ｔｈｇが図４に破線で囲んだ制御目標値の範囲から逸脱した場合について説明する。本実施形態では、上記制御目標値の範囲の外側の領域を四つの領域に分け、それぞれの領域ごとにフィード切替弁４０、背圧切替弁１６、フィードポンプ２５、燃料クーラー４２、４３などを適切に制御している。
【００９５】
（ギャラリー圧力Ｐｈｇおよびギャラリー温度Ｔｈｇが第一領域にある場合）
続いて、ステップＳ１４０において否定判定がなされた場合について、図６を用いて説明する。ステップＳ１４０において否定判定がなされたときに進むステップＳ２１０では、ギャラリー圧力Ｐｈｇが、Ｐｍａｘ≦Ｐｈｇ、かつＰｖ≦Ｐｈｇを満たしているか否かを判定する。ステップＳ２１０において、上記二つの条件を満たしていると判定されると、処理はステップＳ２２０に進む。ステップＳ２１０において、上記二つの条件を満たしていないと判定されると、処理は後述するステップＳ３１０に進む。
【００９６】
このステップＳ２１０における判定によれば、ギャラリー圧力Ｐｈｇ、およびギャラリー温度Ｔｈｇが図４に示す第一領域に存在しているか否かを判定することができる。即ち、このステップＳ２１０における判定によれば、燃料噴射弁４４内のシール部分、または燃料噴射弁４４とシリンダヘッド１１の貫通孔１１ａとの間に配置されるＯリング１２から燃料が漏れるおそれがあることを判定することができる。ギャラリー圧力Ｐｈｇが第一領域に存在している場合では、燃料噴射弁４４内のシール部分、または燃料噴射弁４４とシリンダヘッド１１の貫通孔１１ａとの間に配置されるＯリング１２から燃料が漏れるおそれがあるので、速やかにギャラリー圧力Ｐｈｇを下げなければならない。
【００９７】
ステップＳ２２０では、フィード切替弁４０の流路を第二流路に切替えるようフィード切替弁４０を制御するとともに、背圧切替弁１６の流路を第一流路に切替えるよう背圧切替弁１６を制御する。フィード切替弁４０の流路が第二流路に切替えられると、調圧弁３３から排出された燃料は、燃料配管８２を通り、逆止弁４１を通過して燃料タンク２１に戻る。背圧切替弁１６の流路が第一流路に切替えられると、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、ギャラリー背圧弁１５には供給されずに、強制的に燃料タンク２１に排出される。このような各切替弁４０、１６の動作によると、ヘッドギャラリー１１ｂへの高圧ポンプ２９からの燃料の供給がなく、比較的高圧の燃料がヘッドギャラリー１１ｂから強制的に排出されることとなるため、ギャラリー圧力Ｐｈｇが速やかに低下することとなる。これにより、燃料噴射弁４４内のシール部分、または燃料噴射弁４４とシリンダヘッド１１の貫通孔１１ａとの間に配置されるＯリング１２からの燃料の漏れを抑制することができる。
【００９８】
続く、ステップＳ２３０では、Ｐｖ＜Ｐｔａｎｋ＋Ｐｆ≦Ｐｍａｘという条件を満たした上で、内燃機関１０の回転数および負荷に応じてフィード圧力Ｐｆが決定され、その決定されたフィード圧力Ｐｆに基づいてフィードポンプ２５を制御する。最大許容圧力Ｐｍａｘを３ＭＰａとする本実施形態の場合では、０≦Ｐｆ≦３ＭＰａを満たすようにフィードポンプ２５は制御される。
【００９９】
そして、続くステップＳ２４０では、タンク温度Ｔｔａｎｋおよびフィードポンプ２５から送出される燃料の温度が、１０℃以上、４０℃以下となるように、燃料クーラー４２、４３を制御して、制御フローを終了する。この燃料クーラー４２、４３の冷却動作により、高圧ポンプ２９内のポンプギャラリー３０内の燃料温度、および燃料タンク２１内の燃料温度が１０℃以上、４０℃以下となる。
【０１００】
（ギャラリー圧力Ｐｈｇおよびギャラリー温度Ｔｈｇが第四領域にある場合）
続いて、ステップＳ２１０において否定判定がなされた場合について、図７を用いて説明する。ステップＳ２１０において否定判定がなされたときに進むステップＳ３１０では、ギャラリー温度Ｔｈｇが、Ｔｈｇ≦Ｔｍｉｎを満たしているか否かを判定する。ステップＳ３１０において、上記条件を満たしていると判定されると、処理はステップＳ３２０に進む。ステップＳ３１０において、上記条件を満たしていないと判定されると、処理は後述するステップＳ４１０に進む。
【０１０１】
このステップＳ３１０における判定によれば、ギャラリー圧力Ｐｈｇ、およびギャラリー温度Ｔｈｇが図４に示す第四領域に存在しているか否かを判定することができる。即ち、このステップＳ３１０における判定によれば、Ｏリング１２のシール性能の低下、または内燃機関１０の熱損失の増大のおそれがあることを判定することができる。ギャラリー温度Ｔｈｇが第四領域に存在している場合では、Ｏリング１２のシール性能の低下、または内燃機関１０の熱損失の増大のおそれがあるので、燃料を液体状態に保ちながら燃料温度を上昇させなければならない。
【０１０２】
ステップＳ３２０では、フィード切替弁４０の流路を第二流路に切替えるようフィード切替弁４０を制御するとともに、背圧切替弁１６の流路を第二流路に切替えるよう背圧切替弁１６を制御する。フィード切替弁４０の流路が第二流路に切替えられると、調圧弁３３から排出された燃料は、燃料配管８２を通り、逆止弁４１を通過して燃料タンク２１に戻る。背圧切替弁１６の流路が第二流路に切替えられると、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、ギャラリー背圧弁１５に供給される。このような各切替弁４０、１６の動作によると、ヘッドギャラリー１１ｂへの高圧ポンプ２９からの燃料の供給がなく、ヘッドギャラリー１１ｂからの強制的な燃料の排出がなくなるため、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料の移動が極力抑えられることとなる。これにより、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、内燃機関１０から熱を受けて上昇し易くなり、ギャラリー温度Ｔｈｇが上昇することとなる。
【０１０３】
続く、ステップＳ３３０では、Ｐｖ＜Ｐｔａｎｋ＋Ｐｆ≦Ｐｍａｘという条件を満たした上で、内燃機関１０の回転数および負荷に応じてフィード圧力Ｐｆが決定され、その決定されたフィード圧力Ｐｆに基づいてフィードポンプ２５を制御する。最大許容圧力Ｐｍａｘを３ＭＰａとする本実施形態の場合では、０≦Ｐｆ≦３ＭＰａを満たすようにフィードポンプ２５は制御される。
【０１０４】
そして、続くステップＳ３４０では、タンク温度Ｔｔａｎｋおよびフィードポンプ２５から送出される燃料の温度が、１０℃以上、４０℃以下となるように、燃料クーラー４２、４３を制御して、制御フローを終了する。この燃料クーラー４２、４３の冷却動作により、高圧ポンプ２９内のポンプギャラリー３０内の燃料温度、および燃料タンク２１内の燃料温度が１０℃以上、４０℃以下となる。
【０１０５】
（ギャラリー圧力Ｐｈｇおよびギャラリー温度Ｔｈｇが第二領域にある場合）
続いて、ステップＳ２１０またはステップＳ３１０において否定判定がなされた場合について、図８を用いて説明する。ステップＳ２１０またはステップＳ３１０において否定判定がなされたときに進むステップＳ４１０では、ギャラリー温度Ｔｈｇが、Ｔｍａｘ≦Ｔｈｇを満たしているか否かを判定する。ステップＳ４１０において、上記条件を満たしていると判定されると、処理はステップＳ４２０に進む。ステップＳ４１０において、上記条件を満たしていないと判定されると、処理は後述するステップＳ４５０に進む。
【０１０６】
このステップＳ４１０における判定よれば、ギャラリー圧力Ｐｈｇ、およびギャラリー温度Ｔｈｇが図４に示す第二領域に存在しているか否かを判定することができる。第二領域では、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料の蒸気圧Ｐｖは最大許容圧力Ｐｍａｘを超えることになるため、燃料を液体状態とするためにギャラリー圧力Ｐｈｇを蒸気圧Ｐｖ以上とする制御を行っても、最大許容圧力Ｐｍａｘを超える状態は解消されず、燃料噴射弁４４やヘッドギャラリー１１ｂからの燃料漏れを抑制することができないおそれがある。このステップＳ４１０における判定によれば、こういった懸念事項を判定することができる。したがって、ギャラリー温度Ｔｈｇが第二領域に存在している場合では、上述した懸念事項を解消するために、まずは、ギャラリー温度Ｔｈｇを下げなければならない。
【０１０７】
ステップＳ４２０では、フィード切替弁４０の流路を第一流路に切替えるようフィード切替弁４０を制御するとともに、背圧切替弁１６の流路を第一流路に切替えるよう背圧切替弁１６を制御する。フィード切替弁４０の流路が第一流路に切替えられると、調圧弁３３から排出された燃料は、燃料配管８５を通じてヘッドギャラリー１１ｂ内に流入する。背圧切替弁１６の流路が第一流路に切替えられると、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、ギャラリー背圧弁１５には供給されずに、強制的に燃料タンク２１に排出される。このような各切替弁４０、１６の動作によると、ヘッドギャラリー１１ｂには、調圧弁３３からの比較的温度の低い燃料が流入するとともに、比較的高温となった燃料がヘッドギャラリー１１ｂから強制的に排出されることとなり、ギャラリー温度Ｔｈｇが素早く低下することとなる。
【０１０８】
続く、ステップＳ４３０では、内燃機関１０の運転状態に関係なく、フィードポンプ２５を最大吐出圧力（Ｐｆ＝３ＭＰａ）で運転させる。これにより、大量の比較的低温状態にある燃料を高圧ポンプ２９に供給することができる。その結果、高圧ポンプ２９から調圧弁３３を介してヘッドギャラリー１１ｂに比較的低温状態にある燃料が大量に供給されることとなる。このことによれば、より早くギャラリー温度Ｔｈｇを低下させることができる。
【０１０９】
続く、ステップＳ４４０では、タンク温度Ｔｔａｎｋおよびフィードポンプ２５から送出される燃料の温度が、１０℃以上、４０℃以下となるように、燃料クーラー４２、４３を制御して、制御フローを終了する。この燃料クーラー４２、４３の冷却動作により、高圧ポンプ２９内のポンプギャラリー３０内の燃料温度、および燃料タンク２１内の燃料温度が１０℃以上、４０℃以下となる。
【０１１０】
（ギャラリー圧力Ｐｈｇおよびギャラリー温度Ｔｈｇが第三領域にある場合）
続いて、ステップＳ４１０において否定判定がなされた場合について、図８を用いて説明する。ステップＳ４１０において否定判定がなされる場合では、ギャラリー圧力Ｐｈｇ、およびギャラリー温度Ｔｈｇが図４に示す第三領域に存在していることとなる。この場合では、ギャラリー圧力Ｐｈｇが蒸気圧Ｐｖを下回った状態となっており、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料の一部が気体状態となっているおそれがある。これでは、燃料噴射弁４４の噴射量が不安定となるため、ギャラリー圧力Ｐｈｇを上昇させて、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料を液体状態とする必要がある。
【０１１１】
ステップＳ４５０では、フィード切替弁４０の流路を第一流路に切替えるようフィード切替弁４０を制御するとともに、背圧切替弁１６の流路を第二流路に切替えるよう背圧切替弁１６を制御する。フィード切替弁４０の流路が第一流路に切替えられると、調圧弁３３から排出された燃料は、燃料配管８５を通じてヘッドギャラリー１１ｂ内に流入する。背圧切替弁１６の流路が第二流路に切替えられると、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、ギャラリー背圧弁１５に供給される。このような各切替弁４０、１６の動作によると、ヘッドギャラリー１１ｂ内には調圧弁３３からの燃料が供給される一方、ヘッドギャラリー１１ｂからの強制的な燃料排出が行われなくなるため、ギャラリー圧力Ｐｈｇを速やかに上昇させることができる。
【０１１２】
続く、ステップＳ４６０では、内燃機関１０の運転状態に関係なく、フィードポンプ２５を最大吐出圧力（Ｐｆ＝３ＭＰａ）で運転させる。これにより、比較的高圧状態にある燃料を高圧ポンプ２９に供給することができる。その結果、高圧ポンプ２９から調圧弁３３を介してヘッドギャラリー１１ｂに比較的高圧状態にある燃料が供給されることとなる。このことによれば、より早くギャラリー圧力Ｐｈｇを上昇させることができる。
【０１１３】
続く、ステップＳ４７０では、タンク温度Ｔｔａｎｋおよびフィードポンプ２５から送出される燃料の温度が、１０℃以上、４０℃以下となるように、燃料クーラー４２、４３を制御して、制御フローを終了する。この燃料クーラー４２、４３の冷却動作により、高圧ポンプ２９内のポンプギャラリー３０内の燃料温度、および燃料タンク２１内の燃料温度が１０℃以上、４０℃以下となる。
【０１１４】
以上述べたように、本実施形態の制御フローを実行することにより、燃料噴射弁４４内およびヘッドギャラリー１１ｂ内の最大許容圧力Ｐｍａｘ未満において、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料を液体状態にする温度範囲（下限温度Ｔｍｉｎ＜ギャラリー温度Ｔｈｇ＜上限温度Ｔｍａｘ）を、ギャラリー圧力Ｔｈｇ、ギャラリー温度Ｔｈｇ、およびギャラリー蒸気圧Ｐｖに基づき設定し、その温度範囲を保つように、ヘッドギャラリー１１ｂへの燃料供給およびヘッドギャラリー１１ｂからの燃料排出を制御する。このような制御により、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、液体状態となるので、液化ガス燃料を使用する燃料噴射弁の動作を安定させ、噴射量を開弁時間に応じたものとすることができ、燃料噴射弁４４の動作が不安定となるという問題を回避することが可能となる。
【０１１５】
また、本実施形態の制御フローによる制御により、ヘッドギャラリー１１ｂ内のギャラリー圧力Ｐｈｇは、燃料噴射弁４４内およびヘッドギャラリー１１ｂ内の最大許容圧力Ｐｍａｘ未満となるから、最大許容圧力Ｐｍａｘを超えることによる燃料噴射弁４４およびヘッドギャラリー１１ｂからの燃料漏洩を抑制可能となる。加えて、本実施形態の制御フローによる制御により、ヘッドギャラリー１１ｂ内のギャラリー温度Ｔｈｇは、下限温度Ｔｍｉｎを上回り、かつ上限温度Ｔｍａｘを下回る範囲内に保たれるから、燃料噴射弁４４とシリンダヘッド１１との接続部分からの燃料漏洩を抑制可能となる。
【０１１６】
以上により、液化ガス燃料を使用する燃料噴噴射弁４４の動作を安定させ、噴射量を開弁時間に応じたものとするとともに、燃料噴射弁４４およびヘッドギャラリー１１ｂからの燃料の耐漏洩機能を高めることができるのである。
【０１１７】
なお、以上において、フィードポンプ２５および高圧ポンプ２９が特許請求の範囲に記載の「ポンプ手段」に相当し、シリンダヘッド１１が特許請求の範囲に記載の「リターン流路形成部材」に相当し、ヘッドギャラリー１１ｂが特許請求の範囲に記載の「リターン流路」に相当する。そして、燃料噴射弁４４のアウトレット４７が特許請求の範囲に記載の「排出部」に相当する。また、圧力センサ１３が特許請求の範囲に記載の「リターン圧力検出手段」に相当し、温度センサ１４が特許請求の範囲に記載の「リターン温度検出手段」に相当する。さらに、ステップＳ１３０を実行する制御装置９０が特許請求の範囲に記載の「リターン蒸気圧算出手段」に相当し、ステップＳ１４０〜４７０を実行する制御装置９０が特許請求の範囲に記載の「制御手段」に相当する。
【０１１８】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。第２実施形態による燃料供給装置２０の制御は、第１実施形態による燃料供給装置２０における制御の変形例である。
【０１１９】
第１実施形態による制御では、ギャラリー圧力Ｐｈｇ、およびギャラリー温度Ｔｈｇの制御範囲について、燃料圧力を蒸気圧Ｐｖを超え、かつ最大許容圧力Ｐｍａｘを下回る範囲とし、燃料温度を下限温度Ｔｍｉｎを超え、かつ上限温度Ｔｍａｘを下回る範囲としていた。このような範囲でギャラリー圧力Ｐｈｇ、およびギャラリー温度Ｔｈｇを制御すると、安定してヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料の状態を液体状態とすることができないおそれがある。これに対し、この変形例では、制御変動を見越して、Ｐｖ＋ΔＰｖｔ＜Ｐｈｇ＜Ｐｍａｘ−ΔＰｍｔを満たすようにギャラリー圧力Ｐｈｇを制御し、Ｔｍｉｎ＜Ｔｈｇ＜Ｔｍａｘ−ΔＴｍｔを満たすようにギャラリー温度Ｔｈｇを制御とした（図４の一点鎖線の範囲内）。このように制御目標値を定めることによれば、安定してヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料の状態を液体状態に保つことができる。
【０１２０】
このように制御目標値を定める場合、図５〜図８における判定ステップを下記のようにする必要がある。図５のフローチャートでは、ステップＳ１４０を、Ｐｖ＋ΔＰｖｔ＜Ｐｈｇ＜Ｐｍａｘ−ΔＰｍｔとする。ここで、ΔＰｖｔは、最低圧制御公差であり、本実施形態では０．３ＭＰａに設定されている。また、ΔＰｍｔは最高圧制御公差であり、本実施形態では０．２ＭＰａに設定されている。さらに、ステップＳ１５０を、Ｔｍｉｎ＜Ｔｈｇ＜Ｔｍａｘ−ΔＴｍｔとする。ここで、ΔＴｍｔは、最高温度公差であり、本実施形態では１０℃に設定されている。また、図６のフローチャートでは、ステップＳ２１０を、Ｐｍａｘ−ΔＰｍｔ≦ＰｈｇかつＰｖ−ΔＰｖｔ≦Ｐｈｇとする。そして、図８のフローチャートでは、ステップＳ４１０を、Ｔｍａｘ−ΔＴｍｔ≦Ｔｈｇとする。
【０１２１】
さらに、この実施形態では、各判定ステップを上記のようにした場合、ステップＳ１７０、Ｓ２３０、Ｓ３３０のフィードポンプ２５の制御を下記のようにする。具体的には、各ステップＳ１７０、Ｓ２３０、Ｓ３３０では、Ｐｖ＋ΔＰｖｔ＜Ｐｔａｎｋ＋Ｐｆ≦Ｐｍａｘ−ΔＰｍｔという条件を満たした上で、内燃機関１０の回転数および負荷に応じてフィード圧力Ｐｆが決定され、その決定されたフィード圧力Ｐｆに基づいてフィードポンプ２５を制御する。最大許容圧力Ｐｍａｘを３ＭＰａとし、ΔＰｍｔを０．２ＭＰａとする本実施形態の場合では、０≦Ｐｆ≦３ＭＰａ−０．２ＭＰａを満たすようにフィードポンプ２５は制御される。
【０１２２】
なお、この実施形態では、Ｐｖ＋ΔＰｖｔが特許請求項の範囲に記載の「リターン蒸気圧」に相当し、Ｐｍａｘ−ΔＰｍｔが特許請求の範囲に記載の「許容圧力」に相当する。また、Ｔｍａｘ−ΔＴｍｔが特許請求の範囲に記載の「上限温度」に相当する。
【０１２３】
（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。図９に示す第３実施形態による燃料供給装置１２０は、燃料噴射弁４４からの排出燃料をヘッドギャラリー１１ｂにではなく、フィード切替弁４０から背圧弁１１５まで延長した燃料配管８５に燃料噴射弁４４からの排出燃料を排出させる点で、第一実施形態による燃料供給装置２０と異なっている。この場合、燃料配管８５は、内燃機関１０に接近して設けられることとなるため、内燃機関１０からの熱を受け易くなり、燃料配管８５内の燃料に気化燃料が混入する可能性がある。なお、この実施形態では、燃料配管８５内の燃料の状態を検出する圧力センサ１３、および温度センサ１４が燃料配管８５に設けられることとなる。
【０１２４】
また、本実施形態では、背圧切替弁１６に代えて背圧切替弁１１６を使用している。背圧切替弁１１６は、二方向弁であり、制御装置９０によって制御される。背圧切替弁１１６は、燃料配管８５から分岐し、燃料配管８４において背圧弁１１５の下流側に接続される配管途中に設けられている。背圧切替弁１１６が開弁することにより、燃料配管８５の燃料が燃料配管８４において背圧弁１１５の下流側に排出される。背圧切替弁１１６が閉弁することにより、燃料配管８５の燃料は、背圧弁１１５に供給される。背圧切替弁１１６の開弁状態が、第１実施形態の背圧切替弁１６の流路が第一流路に切替えられた状態に相当し、背圧切替弁１１６の閉弁状態が、当該背圧切替弁１６の流路が第二流路に切替えられた状態に相当する。
【０１２５】
このような燃料供給装置１２０であっても、図５〜図８に示すフローチャートを実行することによれば、第１実施形態と同様に、燃料配管８５内の燃料の圧力および温度を図４に示す破線の範囲内に制御することができる。また、この燃料供給装置１２０においても、第２実施形態と同様の制御を行うこともできる。また、第１実施形態の背圧切替弁１６に代えて、本実施形態の背圧切替弁１１６を採用しても良い。
【０１２６】
（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態で使用する燃料供給装置は、第１実施形態の燃料供給装置２０とする。この実施形態は、内燃機関１０の始動時における燃料供給装置２０の制御に関する実施形態である。
【０１２７】
内燃機関１０の運転を停止すると、燃料供給装置２０の動作も停止する。燃料供給装置２０の動作が停止すると、燃料供給装置２０の内部を流通する燃料の流れも停止することとなる。内燃機関１０は停止後も熱を帯びているため、その熱によって燃料供給装置２０内の燃料の温度が上昇する。このため、燃料供給装置２０の至る所の燃料、例えば、高圧ポンプ２９のポンプギャラリー３０内、コモンレール３６内、およびヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料温度が上昇し、気化することがある。
【０１２８】
これらポンプギャラリー３０内、コモンレール３６内、およびヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料が気化燃料となった状態で、内燃機関１０を始動すると、高圧ポンプ２９は燃料を十分に加圧しないまま、気化燃料をコモンレール３６に圧送してしまう。そして、コモンレール３６に圧送された気化燃料は、燃料配管８３を通じて燃料噴射弁４４に供給されることとなる。また、ヘッドギャラリー１１ｂ内の気化燃料も、燃料噴射弁４４のアウトレット４７を介して燃料噴射弁４４内に流入することとなる。このように、ポンプギャラリー３０、コモンレール３６、およびヘッドギャラリー１１ｂから気化燃料が燃料噴射弁４４に流入すると、燃料噴射弁４４は適切な燃料噴射が行えず、内燃機関１０の始動までの時間が長くなるおそれがある。
【０１２９】
以下、内燃機関１０の始動時における燃料供給装置２０の制御を図１０に示すフローチャートを用いて説明する。この制御フローは、内燃機関１０を始動させるためのエンジンスイッチが運転者によりオンされると開始される。まず、ステップＳ５１０では、圧力センサ３４、および温度センサ３５かのポンプ圧力Ｐｐｇ、およびポンプ温度Ｔｐｇを読み込む。続く、ステップＳ５２０では、ステップＳ５１０で読み込んだポンプ温度Ｔｐｇでのポンプギャラリー３０内の燃料の蒸気圧Ｐｖｐｇを算出する。蒸気圧Ｐｖｐｇの算出は、第１実施形態の蒸気圧Ｐｖの算出と同じである。
【０１３０】
その後、ステップＳ５３０では、圧力センサ３７、および温度センサ３８からのレール圧力Ｐｃ、およびレール温度Ｔｃを読み込む。続く、ステップＳ５４０では、ステップＳ５３０で読み込んだレール温度Ｔｃでのコモンレール３６内の燃料の蒸気圧Ｐｖｃを算出する。蒸気圧Ｐｖｃの算出は、第１実施形態の蒸気圧Ｐｖの算出と同じである。
【０１３１】
ステップＳ５５０では、ステップＳ５１０で読み込んだポンプ圧力ＰｐｇがステップＳ５２０で算出した蒸気圧Ｐｖｐｇを上回っているか否かを判定する。ポンプ圧力Ｐｐｇが蒸気圧Ｐｖｐｇを上回っていれば、ポンプギャラリー３０内の燃料は液体状態であるとみなすことができるので、処理をステップＳ５６０に進める。ポンプ圧力Ｐｐｇが蒸気圧Ｐｖｐｇ以下であれば、ポンプギャラリー３０内の燃料に気化燃料が混入されているとみなすことができるので、処理を後述するステップＳ６００に進める。
【０１３２】
ステップＳ５６０では、ステップＳ５３０で読み込んだレール圧力ＰｃがステップＳ５４０で算出した蒸気圧Ｐｖｃを上回っているか否かを判定する。レール圧力Ｐｃが蒸気圧Ｐｖｃを上回っていれば、コモンレール３６内の燃料は液体状態であるとみなすことができるので、処理をステップＳ５７０に進める。レール圧力Ｐｃが蒸気圧Ｐｖｃ以下であれば、コモンレール３６内の燃料に気化燃料が混入されているとみなすことができるので、処理を後述するステップＳ６００に進める。
【０１３３】
続く、ステップＳ５７０では、フィード切替弁４０の流路を第二流路に切替えるようフィード切替弁４０を制御するとともに、背圧切替弁１６の流路を第二流路に切替えるよう背圧切替弁１６を制御する。このように各切替弁４０、１６を制御するのは、ポンプギャラリー３０やコモンレール３６内の燃料が液体状態となっていれば、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料も液体状態となっているとみなすことができるからである。ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料が液体状態であれば、ヘッドギャラリー１１ｂに高圧ポンプ２９から比較的低温の燃料を供給したり、ヘッドギャラリー１１ｂから燃料を強制的に排出したりする必要が無いからである。
【０１３４】
そして、ステップＳ５８０では、Ｐｖ＜Ｐｔａｎｋ＋Ｐｆ≦Ｐｍａｘという条件を満たした上で、内燃機関１０の回転数および負荷に応じてフィード圧力Ｐｆが決定され、その決定されたフィード圧力Ｐｆに基づいてフィードポンプ２５を制御する。さらに、プレッシャリミッタ３９の弁を強制的に開弁せずに、設定された開弁圧力Ｐｐｒｖに応じた開閉動作となるようにプレッシャリミッタ３９を制御する。
【０１３５】
そして、ステップＳ５９０において、スタータ（図示しない）を起動させる制御を行って、この始動時に行われる制御フローは終了する。スタータが起動することにより、内燃機関１０がクランキングされる。その後、図５〜図８に示す制御フローに移行する。なお、この実施形態では、ポンプギャラリー３０内、およびコモンレール３６内に気化燃料が混入されていないことをステップＳ５５０、ステップＳ５６０によって判定した後にスタータを起動させるようにしているが、スタータの起動タイミングは、フィードポンプ２５の駆動と同時としても良いし、フィードポンプ２５を駆動させた後でも良い。スタータの起動をフィードポンプ２５の駆動と同時とすることによれば、より早く内燃機関１０を始動させることができる。
【０１３６】
次に、ステップＳ５５０、またはステップＳ５６０において否定判定がなされ、ステップＳ６００を実行する場合について説明する。このステップＳ６００の処理が実行される場合とは、ポンプギャラリー３０内の燃料、またはコモンレール３６内の燃料に気化燃料が混入されている場合である。ステップＳ６００では、フィード切替弁４０の流路を第一流路に切替えるようフィード切替弁４０を制御するとともに、背圧切替弁１６の流路を第二流路に切替えるよう背圧切替弁１６を制御する。
【０１３７】
そして、ステップＳ６１０では、プレッシャリミッタ３９を強制的に開放するように制御する。さらに、ステップＳ６２０では、内燃機関１０の運転状態に関係なく、フィードポンプ２５を最大吐出圧力（Ｐｆ＝３ＭＰａ）で運転させる。
【０１３８】
これら、ステップＳ６００〜ステップＳ６２０の処理が実行されることによれば、フィードポンプ２５から比較的低温で高圧（３ＭＰａ）の燃料がポンプギャラリー３０に流入する。これにより、ポンプギャラリー３０内の燃料は冷却されることとなる。また、ポンプギャラリー３０内に気化燃料が混入されている場合では、その気化燃料が加圧部３１および吐出弁３２を通過して、コモンレール３６に至るので、高圧ポンプ２９から気化燃料が強制的に排出されることとなる。これらのことにより、ポンプギャラリー３０内の燃料は液体状態に変化し易くなる。
【０１３９】
このとき、プレッシャリミッタ３９は強制的に開放されているため、ポンプギャラリー３０からの気化燃料は、プレッシャリミッタ３９から強制的に排出される。また、コモンレール３６内の燃料に気化燃料が混入されている場合でも、プレッシャリミッタ３９から強制的に排出されることとなる。また、それと同時に、フィードポンプ２５からの比較的低温な燃料がコモンレール３６に流入することとなるため、コモンレール３６内の燃料が冷却されることとなる。これらのことにより、コモンレール３６内の燃料は液体状態に変化し易くなる。
【０１４０】
また、フィード切替弁４０の流路が第一流路に切り替わっているため、調圧弁３３からの比較的低温の燃料がヘッドギャラリー１１ｂに流入する。これにより、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は冷却される。これにより、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は液体状態に変化し易くなる。
【０１４１】
ステップＳ６２０の処理が実行された後、処理は再びステップＳ５１０に戻る。そして、ステップＳ５２０が再び実行されることとなる。ステップＳ６００〜ステップＳ６２０の処理は、ステップＳ５５０およびステップＳ５６０において肯定判定がなされるまで続けられる。
【０１４２】
以上、ステップＳ６００〜ステップＳ６２０の処理が実行されることによれば、ポンプギャラリー３０、コモンレール３６、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料を液体状態とすることが可能となるため、燃料噴射弁４４の燃料噴射が安定し、内燃機関１０の始動を確実なものとするとともに、始動までの時間を短縮することができる。
【０１４３】
（その他の実施形態）
以下、その他の実施形態を説明する。このその他の実施形態では、第１実施形態における燃料供給装置２０に設けられた各種弁の制御について説明する。ここでは、特に内燃機関１０の停止時における制御について説明する。
【０１４４】
内燃機関１０を停止するときは、フィードポンプ２５の駆動を停止するとともに、遮断弁２７を閉弁する。これにより、燃料タンク２１から高圧ポンプ２９への燃料供給が停止することとなる。また、このとき、フィード切替弁４０の流路を第二流路に切替えるとともに、背圧切替弁１６の流路を第一流路に切替える。これにより、ヘッドギャラリー１１ｂを含む燃料配管８２、８４、８５内の比較的高圧の燃料が燃料タンク２１に排出されることとなる。また、プレッシャリミッタ３９を一旦開弁し、約３０秒後に閉弁する。これにより、コモンレール３６内の比較的高圧の燃料は排出される。
【０１４５】
また、アイドルストップなど内燃機関１０の停止時間が比較的短い場合では、フィードポンプ２５の駆動を停止するとともに、フィード切替弁４０の流路を第一流路または第二流路に切替え、さらに背圧切替弁１６の流路を第二流路に切替える。これにより、高圧ポンプ２９のポンプギャラリー３０およびヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料圧力は、ギャラリー背圧弁１５の開弁圧力Ｐｇｂｖ程度に維持されることとなる。また、このとき、上の例とは異なり、プレッシャリミッタ３９は強制的に開弁させないようにする。これによれば、レール圧力Ｐｃは高圧状態のまま維持される。
【符号の説明】
【０１４６】
１０  内燃機関、１１  シリンダヘッド（リターン流路形成部材）、１１ａ  貫通孔、１１ｂ  ヘッドギャラリー（リターン流路）、１２  Ｏリング、１３  圧力センサ、１４  温度センサ、１５  ギャラリー背圧弁、１６  背圧切替弁、２０  燃料供給装置、２１  燃料タンク、２２  安全弁、２３  圧力センサ、２４  温度センサ、２５  フィードポンプ（ポンプ手段）、２９  高圧ポンプ（ポンプ手段）、３０  ポンプギャラリー、３３  調圧弁、３４  圧力センサ、３５  温度センサ、３６  コモンレール（供給流路形成部材）、３７  圧力センサ、３８  温度センサ、３９  プレッシャリミッタ、４０  フィード切替弁、４１  逆止弁、４２  燃料クーラー、４３  燃料クーラー、４４  燃料噴射弁、４７  アウトレット、５５  噴孔、８０  燃料配管、８１  燃料配管、８２  燃料配管、８３  燃料配管、８４  燃料配管、８５  燃料配管、９０  制御装置、９１  電子制御ユニット（ＥＣＵ）、９２  駆動回路（ＥＤＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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