(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力タンクから可変容量式蓄圧器へ、所定の制御圧力で高蒸気圧燃料を液体状でポンプ供給する高圧電気式ポンプシステムと、
液体状で、前記所定の制御圧力で燃焼エンジン用燃料噴射器へポンプ供給される、前記可変容量式蓄圧器内の前記高蒸気圧燃料を前記所定の制御圧力に維持するための調節システムと、を備え、
前記可変容量式蓄圧器は、前記高蒸気圧燃料を概ね一定の制御圧力にするように容器の燃料保持容量を変化させるように移動可能である隔膜を有する前記容器を備える、燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項２】
前記制御圧力は、少なくとも２．４ＭＰａである、請求項１に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項３】
前記調節システムは、所定の圧力範囲内に前記制御圧力を維持するように適合される、請求項１または２に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項４】
前記可変容量式蓄圧器は、代替え燃料への切換えを可能にするために十分な時間、燃焼エンジンの作動を維持する一方、前記切換えの間、前記高蒸気圧燃料の制御圧力を維持し、かつ類似圧力で前記代替え燃料を供給するのに十分な燃料容量を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項５】
前記調節システムは、前記可変容量式蓄圧器と、前記所定の圧力範囲内に前記制御圧力を維持するため、前記高圧電気式ポンプシステムをオンオフするため、前記可変容量式蓄圧器内の圧力レベルに応じて作動可能な圧力スイッチと、を備える請求項３、または請求項３に従属する請求項４に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項６】
前記所定の圧力範囲の限界は、２．４ＭＰａと２．５ＭＰａである、請求項５に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項７】
前記圧力スイッチは、前記燃焼エンジンを制御するエンジン管理システムを介して、前記高圧電気式ポンプを作動させる、請求項５または６に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項８】
前記高圧電気式ポンプシステムの下流には、前記高蒸気圧燃料を前記圧力タンクへ戻すように配置される燃料ラインがない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項９】
第二燃料を保持する第二タンクと、前記第二燃料及び前記高圧電気式ポンプシステムの下流の高蒸気圧燃料を混合するための供給システムとを備え、これにより前記可変容量式蓄圧器は両燃料の混合物を保持する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１０】
前記高圧電気式ポンプシステムは、高蒸気圧燃料に対して一定比率の第二燃料を前記可変容量式蓄圧器へポンプ供給するように適合される、請求項９に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１１】
前記可変容量式蓄圧器へ供給される前に、両燃料を混合するミキサを備える、請求項９または１０に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１２】
前記高圧電気式ポンプシステムは、同一出力軸により作動される少なくとも２台のポンプを備える、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１３】
前記可変容量式蓄圧器は、前記高蒸気圧燃料を概ね一定の制御圧力に維持するように適合される弾性燃料ラインを備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１４】
前記隔膜は、バネと加圧ガスの少なくとも一つからの力に応じて移動可能である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１５】
前記燃焼エンジンを作動させるため、前記第二燃料と高蒸気圧燃料の一つのみを選択するための弁切り替えシステムを備える、請求項９〜１２のいずれか１項、または、請求項９〜１２のいずれか１項に従属する請求項１３または１４に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１６】
前記弁切り替えシステムは、エンジン管理システムにより作動可能なソレノイド式ロックオフ弁を備える、請求項１５に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１７】
前記燃焼エンジン用燃料噴射器は、軸方向又は底部供給型噴射器を備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１８】
前記可変容量式蓄圧器は、共通レールシリンダ内噴射システムに前記高蒸気圧燃料を提供する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【請求項１９】
前記制御圧力は、前記高圧電気式ポンプシステムを制御するエンジン管理システムにより設定可能である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の燃焼エンジン用液体燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＰＧなどの高蒸気圧燃料用の噴射システム又は混合燃料噴射及び一つの燃料から別の燃料への切り替えに関する。
【０００２】
本発明は、液体噴射器へ液体状に保持され、ＬＰＧ単独で、又はガソリンやジーゼルのような低蒸気圧燃料との混合燃料で、高蒸気圧燃料の一定で十分な高圧燃料供給を提供するため、高圧電気式ポンプシステムと可変容量式蓄圧器を利用する燃焼エンジン用液体燃料噴射システムを提供する。火花点火燃焼エンジンで、本発明は例えばＬＰＧからガソリンへのような高蒸気圧燃料から別の低蒸気圧燃料への途切れのない切り替えを可能にする。構成されるシステムはエンジン管理システムなどの電子的手段により制御される。
【背景技術】
【０００３】
もし液体石油ガス（ＬＰＧ）を液体状で燃焼エンジンに供給することができ、体積効果即ち、液体から気体への相変化により提供される、よりよい燃焼の利点が得られるならば、それは最も有利である。従来技術（オーストラリア特許Ｎｏ６４７，５６１、６４７，８５７）は、液体ＬＰＧを火花点火（ＳＩ）エンジンの吸気マニホールドへ供給する高エネルギ効率低圧法を開示している。本発明によると、有利な代案は、ＬＰＧの高蒸気圧を克服し、それによりＬＰＧの吸気マニホールドへの供給、又は非常に望ましい液体状態で直接シリンダへのＬＰＧ供給を可能にすることである。そうする手段を図１に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】オーストラリア特許第６４７  ５６１号
【特許文献２】オーストラリア特許第６４７  ８５７号
【特許文献３】英国特許４族  第０３  ７９２  ４９５．８号
【特許文献４】国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００３／００３６４３号明細書
【発明の概要】
【０００４】
燃料のタンクへの戻りを省略することにより装置を簡略化することができると非常に有利である。付加的な利点としてはＬＰＧのタンク温度を上昇させないことである。
【０００５】
この記述は燃料としてのＬＰＧの使用に集中しているが、高圧ポンプ入口前のミキサを利用してＬＰＧが一つの成分である混合燃料を使用することが可能である。又、ポンプと燃料測定装置は、図２に示すように蓄圧器の前段か又はこれと一体化されたミキサとの一体型でもよい。
本発明は、一態様で、高蒸気圧燃料を保持する圧力タンクから液体状で高蒸気圧燃料を受けるように配置され、前記燃焼エンジン用噴射器へ前記高蒸気圧燃料を供給するように配置される可変容量式蓄圧器へ液体状でポンプ供給されることを保証するのに十分高い制御圧力で、前記圧力タンクから前記高蒸気圧燃料をポンプ供給するように配置される高圧電気式ポンプシステムと、液体状で、前記制御圧力で前記燃焼エンジン用燃料噴射器へポンプ供給される前記高蒸気圧燃料を維持するための調節システムと、を備える燃焼エンジン用液体燃料噴射システムを提供する。
【０００６】
燃焼エンジン用の経済的高圧液体ＬＰＧ燃料供給システムを記述する。ＬＰＧはＬＰＧタンクから蒸気圧供給か、又はタンク内の低圧水中ポンプを利用して供給され、水中ポンプから最大２５０ｋＰａ高いタンク蒸気圧で少なくとも２．５ＭＰａの圧力を供給することができる高圧ポンプへのＬＰＧ供給が提供される。低圧ポンプ使用の背後にある目標は、高圧ポンプの入口側でのキャビテーションを回避することである。引用された従来技術のオーストラリア特許Ｎｏ６４７，５６１と６４７，８５７で開示されるように、タンクから高圧ポンプの入口側への液体状のＬＰＧのポンプ供給は、ＬＰＧタンクへの戻りラインと一方向弁の形の圧力調節装置とを含み、この種の弁はあるクラッキング圧力の固定バネを有し、タンクへの戻り口に設置される。ジーゼル用戻りラインの類似のシステムを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧を供給するポンプを示す。
【図２】圧力センサの代わりに圧力スイッチにより直接制御される電気式圧力ポンプを示す。
【図３】マスタ／スレーブ固定測定ポンプを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
好適実施例における高圧ポンプは、圧力２．５ＭＰａで燃料ラインと、最高回転で１分間対象燃焼エンジンへ燃料を供給することができると想定される容量を有する蓄圧器へ液体ＬＰＧを供給する。図１と図２に示すように、蓄圧器は、蓄圧器容量を変化させるために移動可能であるバネ入り隔膜による可変容量蓄圧器である。
【０００８】
一分間の時間は一つのタイプの燃料から別のタイプの燃料への切り替えを達成するのに十分な時間である。エンジン管理システムは、第一燃料を燃料ラインと可変容量式蓄圧器から殆ど排出するのに必要な時間を計算し、液体燃料を供給する同じ噴射器を通して噴射される燃料に最適の圧力で別の燃料へ切り替える前に、ラインの圧力と温度を測定する。
【０００９】
高圧ポンプと可変容量式蓄圧器は、ＬＰＧが燃焼エンジンへの直接噴射、又はエンジン吸気マニホールドへの噴射のために液体状に留まることを保証する如何なる制御圧力にも設定することができる。
【００１０】
要求に応じて、液体ＬＰＧは、分配マニホールド及び柔軟性のある高圧燃料ラインを介して、燃焼エンジン上の軸方向供給型噴射器及び底部供給型噴射器へ供給され、ＬＰＧを各噴射器へ提供する。代案としては、シリンダへの直接燃料噴射に適した方法である最近のジーゼルエンジンに見られる共通レールシステムを利用することである。
【００１１】
可変容量式蓄圧器内の圧力に応じて作動する圧力スイッチは、設定圧力（ここでは２．５ＭＰａ）に達すると、直接又はエンジン管理システム（ＥＭＳ）を介して高圧ポンプをオフにする。可変容量式蓄圧器内の圧力が１００ｋＰａ、又は他の好ましい圧力差だけ降下すると、スイッチは設定圧力を回復するため、高圧ポンプをオンにする。
【００１２】
又、高圧ポンプの速度は、供給速度をエンジン要件に一致させ、これにより一定圧力を維持するため、ＥＭＳにより調節することができる。
【００１３】
可変容量式蓄圧器を使用して、全ての作動時間において噴射器へ液体状のＬＰＧの一定供給を保証し、燃焼エンジンの停止期間後の燃焼エンジンの始動を支援し、又は好んで可変容量式蓄圧器を省略することにより一つの燃料から別の燃料へ切り替える場合、可変容量式蓄圧器内の古い燃料を排出するのに必要な時間を削減し、高圧ポンプに依存して、燃焼エンジンの円滑作動を保証するため全作動時において十分な高蒸気圧燃料を提供する。従来の蓄圧器の省略は弾性が配管を蓄圧器とするので、液体ＬＰＧをポンプから噴射器へ導くために利用される配管の弾力性により助けられる。ホットスタートは、燃焼エンジンが停止中、燃料ライン中のＬＰＧ気化のため瞬間的ではない。この発明で、高圧蓄圧器を使用して、燃焼エンジンの瞬時スタート又は再スタートに備えてＬＰＧを液体状に保つ。
【００１４】
噴射器は、２０ＭＰａ迄及びそれ以上の圧力でＬＰＧを供給し、好ましくは２．５ＭＰａ前後の圧力で作動し、システムの駆動に必要なエネルギを制限するが、尚シリンダへの直接噴射又はエンジンマニホールドへの噴射を可能にするように設計される。噴射圧力は、燃焼エンジンの吸気マニホールドへの噴射、又はエンジンシリンダへの直接噴射のため、噴射器先端で液体燃料を維持するような値である。システムは部品の熱遮断及び車両又は他の手段のエアコンシステムによる高蒸気圧燃料の冷却により支援される。
【００１５】
従来技術での経験は、燃焼エンジンの噴射器と燃料ラインを通る燃料の連続循環により、ＬＰＧの加熱に遭遇している。
【００１６】
その熱が蒸気圧を上昇させ、ＬＰＧタンクを満杯にするために必要な時間に影響し、更に費用の追加と戻り配管の複雑さを引き起こす、タンク内のＬＰＧ温度上昇を回避するように、ＬＰＧタンクへの戻りラインなしに、高圧ポンプから燃焼エンジンへＬＰＧを供給可能にすることが望ましい。
【００１７】
高蒸気圧燃料システムの一例として、液化石油ガス燃料車両の作動に関して本発明を概論するが、本発明はこの燃料に限定されない。この発明はこの種のエンジンが一般に使用するガソリン噴射器に等しいか、又はこれより小さい寸法の高圧底部供給型又は軸方向供給型噴射器の利点を備える設備を提供する。この発明により論じられる底部供給型噴射器は筐体や容器に設置される必要なく、噴射器の外殻がこの機能を果たす。これらは燃料レールを構成する一連の容器に設置せず、好適実施例ではポンプ又は可変容量式蓄圧器から噴射器への柔軟性のある高圧燃料ラインにより接続される。一般的なレールシステム又はプラスチック被覆のスチール製燃料ラインを使用して噴射器へ供給する。
【００１８】
液体ＬＰＧを噴射器の噴射口へ供給するため、作動する全正常条件でＬＰＧを液体状に保持するために十分な制御圧力が高圧ポンプにより与えられ、望ましい制御圧力は２．５ＭＰａであることは役立つことであり、この発明において希望のオプションとして特定される。普通の実施例では、軸方向供給型噴射器を利用し、噴射器上部を経由して燃料を供給する。底部供給型噴射器では、噴射器底部へ燃料が供給され、もし剛性があり使用される柔軟性のある配管が接続されるか、又は共通レールが使用されるアームを経由することが要求されるならば、そこから除去される。噴射器のノズルは直径が８又は９ｍｍで比較的細く、噴射器がエンジンメーカにより吸気マニホールドに備えられる孔にぴったり合うことを保証するカラーを取り付けることができる。これは組み立ての迅速化と経済性に役立つ。
【００１９】
ＬＰＧの温度と制御圧力は、ＥＭＳを介して一覧表からＬＰＧの成分を決定するため、近い位置で採取される。オーストラリア特許Ｎｏ６４７，８５７に開示されるように、次にこの知識を利用して燃料成分固有の基本噴射パルス幅及び点火時期を設定し、次にその読み取り値は、燃焼エンジンの効果的作動に通常ＥＭＳにより要求される酸素センサ及び他の入力値により修正される。
【００２０】
（二重燃料システム）
オーストラリア特許Ｎｏ６４７，５６１“燃料噴射方法”及びＮｏ６４７，８５７“二重燃料噴射システム”にあるように、底部供給型噴射器を介して、液体状の燃料を噴射する二重燃料システムで、必要とする噴射器、高圧ＬＰＧ用の比較的低流量噴射器及び低圧ガソリン噴射用の比較的高流量の噴射器の寸法を決める問題が存在する。
【００２１】
一つの高圧ポンプと一組の高圧噴射器の使用は、ガソリン又は他の低蒸気圧燃料のみで作動する場合、もう一組の低圧噴射器の必要性を排除する。
【００２２】
本発明の一態様によると、この問題は、２．５ＭＰａの比較的高圧で両燃料を噴射することにより、この問題は改善される。一つの燃料を代替のタンクへ流さないことを保証するため、注意して使用される燃料を燃料ライン上のロックオフソレノイドを使用して選択することができる。
【００２３】
燃料を設定比率で混合することができるミキサを使用して、異なる燃料の混合供給を使用することができ、この比率は変更することができる。図２で示される好適実施例で、燃料の加圧を燃料の相対容量の積分測定で示す。共通軸上に取り付けられた２台のポンプを使用して積分測定を行うシステムを図３に示す。燃料の十分な混合は、可変容量式蓄圧器前段の、又は一体化部分であるミキサでも達成することができる。
【００２４】
もしＬＰＧタンク内のポンプが省略できれば、経済的に役立ち、これは高圧ポンプ入口のキャビテーションを回避する性能に依存し、従って遭遇する作動条件に依存する。
【００２５】
この発明に先立ち、高蒸気圧燃料から低蒸気圧燃料への切り替えの一般的方法は、燃料レール内の圧力がオーストラリアや欧州では主としてＬＰＧで米国ではプロパンである、高蒸気圧燃料を切り替え後、低下することを許容することである。燃料レールの圧力が２５０ｋＰａより低いレベル迄、又は燃料ポンプが通常送出するレベル迄低下することに対して、ガソリンのような低蒸気圧燃料はその間燃焼エンジンが効果的に作動しない２分の時間を必要とする。燃焼エンジンが自動車の中にあれば、燃料切り替え中、自動車は通常動かず、これが焦燥、不便、更に危険の源となり得る。全燃料が類似圧力で噴射され、圧力調節に時間を必要としないので、この問題は回避される。
【００２６】
この発明で、両燃料または他の適切な代替燃料の混合噴射のため、又は単一燃料としてガソリン又はＬＰＧを選択された燃料のソレノイド制御で、一組の噴射器を介して、高圧ポンプを使用することができる。この種のシステムで、出力変化は燃料切り替え時に最小になり、両燃料を高圧で成功裡に噴射することができる。ＬＰＧ又はガソリン、又はガソリンとＬＰＧの混合に対しては、エンジンは火花点火エンジンであり、ジーゼルまたはジーゼルとＬＰＧの混合に対して、エンジンは圧縮点火エンジンであるが、英国特許４族、ＥＰＮｏ０３，7９２，４９５．８、ＰＣＴＮＯＰＣＴ／ＧＢ２００３／００３，６４３で開示されるような、花火点火を備えた可変圧縮エンジンは上記燃料の全てを使用することができる。
【００２７】
燃料の温度と圧力が供給されるエンジン管理システムの計算設備を使用して、噴射器に対する適切なパルス幅を計算することができる。燃焼エンジンにより使用される燃料混合の検証は、エンジン管理システムへも読み戻され燃料測定誤差を補正する排出センサから導かれる。従って、この発明は高圧単一燃料噴射、又は一つの燃料から他の燃料へ切り替えることができる、又は燃焼エンジンの効果的機能が中断されることなく混合燃料で作動することができる高蒸気圧燃料及び低蒸気圧燃料を利用する二重燃料システムを目指す。
【００２８】
混合燃料は一般にＬＰＧとガソリン又はエタノールであるが、燃焼エンジンが圧縮点火エンジンであり、その場合最大効率のための燃料混合噴射が直接シリンダへ行われるバイオジーゼルを含む、ＬＰＧとジーゼルの混合物を使用することができる。
【００２９】
本発明の様々な形体を記述してきたが、本発明はそれに限定されず、本発明の精神と範囲内にある変更や修正を含むことができることに注意すべきである。
【００３０】
（最良の方法）
好ましい方法は結合システムとして見ると、図２と３に示すものである。
【００３１】
（発明の方法）
その方法は、放射を抑制し、使用できる燃料を使用し、ユーザに、より大きな経済性と満足を与えるように自動車工業向けの機械方式である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
最高の用途は輸送、主として個人輸送及びトラックであるが、重要な用途はフォークリフト、清掃車、研磨車及び発電設備のような分野に存在する。
【図１】
0005605220.tif 000002
【図２】
0005605220.tif 000003
【図３】
0005605220.tif 000004