(57)【要約】【課題】液化燃料を気化させて気筒内へ供給するために液化燃料を気化させる気化器と、気化させた燃料を噴射するための気化燃料噴射弁と、気化器と気化燃料噴射弁との間の気化燃料配管とを有する気化燃料供給系を備える内燃機関の燃料供給装置において、機関停止中に気化燃料供給系内の液体燃料が気化して気化燃料供給系内が設定圧力を超えないようにするために気化燃料供給系内の液体燃料量を推定する。【解決手段】今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料供給系６０及び６３に供給された液化燃料重量から、今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料噴射弁２６から噴射された気化燃料重量と、今回の機関停止のときに気化燃料供給系内に残留する気化燃料重量とを減算することにより、今回の機関停止のときの気化燃料供給系内の液体燃料重量を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化燃料を気化させて気筒内へ供給するために液化燃料を気化させる気化器と、気化させた燃料を噴射するための気化燃料噴射弁と、前記気化器と前記気化燃料噴射弁との間の気化燃料配管とを有する気化燃料供給系を備える内燃機関の燃料供給装置において、今回の機関始動から今回の機関停止までに前記気化燃料供給系に供給された液化燃料重量から、今回の機関始動から今回の機関停止までに前記気化燃料噴射弁から噴射された気化燃料重量と、今回の機関停止のときに前記気化燃料供給系内に残留する気化燃料重量とを減算することにより、今回の機関停止のときの前記気化燃料供給系内の液体燃料重量を推定することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
前記気化器は、内管と外管とを有する二重管構造を有し、前記内管内を通過する液化燃料が前記内管と前記外管との間を通過する熱媒体から受熱することにより気化するものであり、前記内管と前記外管との間の熱媒体通路は、前記内管の下側を通過した熱媒体が、その後に、前記内管の上側を通過すると共に、前記内管の上側を通過した熱媒体が、その後に、前記内管の下側を通過するような螺旋通路部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化燃料を気化させて内燃機関へ供給するための内燃機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料として、ＬＰＧのような常温常圧では気体の燃料を使用することが公知である。このような気体燃料は、冷却により液化されて燃料タンク内に貯蔵される。燃料タンク内の液化燃料は、一般的には、気化させて内燃機関の気筒内へ供給されることとなる。
【０００３】
液化燃料を液体のまま燃料噴射弁から噴射する内燃機関の燃料供給装置が提案されている（特許文献１参照）。この燃料供給装置においては、機関停止中に燃料噴射弁と燃料タンクとを連通する燃料配管内の液体燃料が気化して燃料配管内が高圧となることを抑制するために、機関停止時には気化した燃料を低圧で貯蔵するための気化燃料貯蔵タンクを燃料配管と連通させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６３９０８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０３７１２号公報
【特許文献３】特開２０１２−００７７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような気化燃料貯蔵タンクによって燃料配管内が高圧となることを十分に抑制するには、気化燃料貯蔵タンクの容積として、燃料配管の容積の約１０００倍の容積が必要であると記載されており、その車両搭載は容易ではない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、液化燃料を気化させて気筒内へ供給するために液化燃料を気化させる気化器と、気化させた燃料を噴射するための気化燃料噴射弁と、気化器と気化燃料噴射弁との間の気化燃料配管とを有する気化燃料供給系を備える内燃機関の燃料供給装置において、気化燃料貯蔵タンクを設けることなく機関停止中に気化燃料供給系内の液体燃料が気化して気化燃料供給系内が設定圧力を超えないようにするために気化燃料供給系内の液体燃料量を推定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置は、液化燃料を気化させて気筒内へ供給するために液化燃料を気化させる気化器と、気化させた燃料を噴射するための気化燃料噴射弁と、前記気化器と前記気化燃料噴射弁との間の気化燃料配管とを有する気化燃料供給系を備える内燃機関の燃料供給装置において、今回の機関始動から今回の機関停止までに前記気化燃料供給系に供給された液化燃料重量から、今回の機関始動から今回の機関停止までに前記気化燃料噴射弁から噴射された気化燃料重量と、今回の機関停止のときに前記気化燃料供給系内に残留する気化燃料重量とを減算することにより、今回の機関停止のときの前記気化燃料供給系内の液体燃料重量を推定することを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記気化器は、内管と外管とを有する二重管構造を有し、前記内管内を通過する液化燃料が前記内管と前記外管との間を通過する熱媒体から受熱することにより気化するものであり、前記内管と前記外管との間の熱媒体通路は、前記内管の下側を通過した熱媒体が、その後に、前記内管の上側を通過すると共に、前記内管の上側を通過した熱媒体が、その後に、前記内管の下側を通過するような螺旋通路部分を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置によれば、液化燃料を気化させて気筒内へ供給するために液化燃料を気化させる気化器と、気化させた燃料を噴射するための気化燃料噴射弁と、気化器と気化燃料噴射弁との間の気化燃料配管とを有する気化燃料供給系を備える内燃機関の燃料供給装置において、今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料供給系に供給された既知の液化燃料重量から、気化燃料噴射弁の開弁時間と気化燃料供給系内の気化燃料の圧力及び温度とに基づき既知の今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料噴射弁から噴射された気化燃料重量と、気化燃料供給系の容積と気化燃料供給系内の気化燃料の圧力及び温度とに基づき既知の今回の機関停止のときに気化燃料供給系内に残留する気化燃料重量とを減算することにより、今回の機関停止のときの気化燃料供給系内の液体燃料重量を推定するようになっている、こうして推定された液体燃料重量によっては、機関停止中に気化した場合に気化燃料供給系内が設定圧力を超えることもあるために、これを防止する対策を実施することができる。
【００１０】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、気化器は、内管と外管とを有する二重管構造を有し、内管内を通過する液化燃料が内管と外管との間を通過する熱媒体から受熱することにより気化するものであり、内管と外管との間の熱媒体通路は、内管の下側を通過した熱媒体が、その後に、内管の上側を通過すると共に、内管の上側を通過した熱媒体が、その後に、内管の下側を通過するような螺旋通路部分を有しているために、熱媒体は、内管の主に下側に沿って通過する液化燃料を効率的に気化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による燃料供給装置が取り付けられた内燃機関を示す概略図である。
【図２】気化器の別の実施例としての二重管式気化器を示す軸線に垂直な縦断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ及びＦ−Ｆ断面図である。
【図５】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図３のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】図３のＥ−Ｅ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明による燃料供給装置が取り付けられた内燃機関を示す概略図である。以下に説明する内燃機関の各部材の制御は電子制御装置（図示せず）により実施される。同図において、１０は機関本体であり、２０は機関吸気系であり、３０は機関排気系である。機関吸気系２０において、２１は各気筒共通のサージタンクであり、２２はサージタンク２１の下流側に位置して各気筒の吸気ポート１１へ接続される吸気枝管である。各吸気枝管２２には、液化燃料を気化させた気化燃料を気筒内へ調量して供給するための気化燃料噴射弁２６が配置されている。２３はサージタンク２１の上流側に位置する吸気通路であり、上流端にはエアクリーナ２４が配置されている。吸気通路２３内のサージタンク２１の直上流側にはスロットル弁２５が配置されている。
【００１３】
機関排気系３０は各気筒の排気ポート１２に接続されている。３１は機関排気系３０の各気筒の排気合流部より下流側に位置する触媒装置（例えば、三元触媒装置）である。機関本体１０において、１３は吸気弁であり、１４は排気弁であり、１５は点火栓、好ましくは、プラズマジェット式の点火栓であり、圧縮行程末期の点火時期においてプラズマジェットを噴射して気筒内の混合気を着火燃焼させる。１６はピストンである。
【００１４】
４０は液化燃料タンクであり、プロパン（沸点−４２．０９°Ｃ）及びブタン（沸点−０．５°Ｃ）を主成分とする所定圧力及び所定温度のＬＰＧを貯蔵している。もちろん、本発明による燃料供給装置が対象とする液化燃料は、ＬＰＧに限定されることなく、常温常圧では気体の任意の可燃性物質とすることができる。例えば、プロパンと同程度の沸点を有する可燃性物質、ブタンと同程度の沸点を有する可燃性物質、プロパンの沸点とブタンの沸点との間の沸点を有する可燃性物質とすることができる。
【００１５】
６０は加熱装置６１を備えて液化燃料を気化させるための気化器であり、６２は液化燃料を調量して気化器６０内へ噴射する液化燃料噴射弁である。加熱装置６１は、電気ヒータでも、排気ガス熱又はラジエタにより冷却される前の冷却水熱等を利用するものでも良い。
【００１６】
４１は液化燃料タンク４０内に配置された燃料ポンプであり、液化燃料配管４２を介して液化燃料噴射弁６２へ液化燃料を圧送する。液化燃料配管４２には、常時開の閉鎖弁４３が配置されている。気化器６０内において液化燃料から気化した気化燃料は、気化燃料配管６３を通過して気化燃料噴射弁２６へ供給される。
【００１７】
気化器６０には、気化器６０内で気化させた気化燃料の圧力を検出する圧力センサ６４及び気化燃料の温度を検出する温度センサ６５が配置されており、気化器６０内の気化燃料が設定圧力及び設定温度に維持されるように、燃料ポンプ４１により圧送される液化燃料が液化燃料噴射弁６２から調量されて気化器６０内へ供給される。機関運転状態（機関負荷及び機関回転数）毎に、気筒内へ供給される気化器６０内の気化燃料の必要量（重量）が定められており、気化器６０内の気化燃料の現在の圧力及び温度を考慮して気化燃料噴射弁２６の開弁時間を制御して供給される。
【００１８】
このように、気化器６０と、気化燃料噴射弁２６と、気化器６０と気化燃料噴射弁２６との間の気化燃料配管６３とを有する気化燃料供給系を備える燃料供給装置において、機関停止中に、気化燃料供給系内の液体燃料が気化して気化燃料供給系内が設定圧力（例えば０．５ＭＰａ）を超えると、気化燃料供給系の破損の可能性があるために、気化燃料供給系（例えば気化器６０）には、設定圧力で開弁する安全弁（図示せず）が設けられており、気化燃料供給系内が設定圧力を超えるときには、安全弁を介して気化燃料供給系の気化燃料を大気中へ放出し、気化燃料供給系の破損を防止するようになっている。
【００１９】
しかしながら、このように、気化燃料を大気中へ放出することは好ましくないために、機関停止中に気化燃料供給系内の液体燃料が気化しても気化燃料供給系内が設定圧力を超えないようにすることが好ましい。
【００２０】
６６は、気化器６０の底面と液化燃料タンク４０とを連通する戻し配管であり、気液分離装置６７と、気液分離装置６７により分離された液体燃料だけを液化燃料タンク４０へ戻すための液体燃料ポンプ６８とが配置されている。
【００２１】
機関停止するときにおいて、常に、液体燃料ポンプ６８を作動して、気化器６０内の液体燃料を液化燃料タンク４０へ戻すようにすれば良いが、これでは、液体燃料ポンプ６８を不必要に作動させることがある。
【００２２】
本実施例の燃料供給装置では、電子制御装置において、先ずは、今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料供給系に供給された液化燃料重量Ｍ１、具体的には、今回の機関始動から今回の機関停止までに液化燃料噴射弁６２から気化器６０内へ供給された液化燃料の重量Ｍ１を、液化燃料噴射弁６２から噴射される液化燃料の圧力及び温度と（変動する場合）、液化燃料噴射弁６２の開弁時間（噴射液体体積）とに基づき算出する。
【００２３】
次いで、今回の機関始動から今回の機関停止までに全気筒の気化燃料噴射弁２６から噴射された気化燃料重量Ｍ２を、各気化燃料噴射弁２６の開弁時間（噴射気体体積）と、各気化燃料噴射弁２６の開弁中の気化器６０内の気化燃料の圧力及び温度とに基づき算出する（ボイルシャルルの法則）。気化燃料の圧力及び温度は、圧力センサ６４及び温度センサ６５により検出可能である。
【００２４】
次いで、今回の機関停止のときに、気化燃料供給系内に残留する気化燃料重量Ｍ３を、気化器６０及び気化燃料配管６３の合計容積と、気化器６０内の気化燃料の圧力及び温度とに基づき算出する（ボイルシャルルの法則）。気化燃料の圧力及び温度は、圧力センサ６４及び温度センサ６５により検出可能である。
【００２５】
こうして、今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料供給系へ供給された液化燃料重量Ｍ１と、今回の機関始動から今回の機関停止までに気化燃料供給系から消費された気化燃料重量Ｍ２と、今回の機関停止のときに気化燃料供給系に残留する気化燃料重量Ｍ３とがそれぞれ算出されれば、液化燃料重量Ｍ１から気化燃料重量Ｍ２及びＭ３を減算することにより、今回の機関停止のときに気化燃料供給系に残留する液体燃料重量Ｍ（＝Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３）を推定することができる。
【００２６】
こうして、今回の機関停止のときに気化燃料供給系に残留する液体燃料重量Ｍが推定されれば、今回の機関停止のときの気化燃料供給系内の気化燃料の圧力及び温度に基づき、機関停止中に外気温により液体燃料重量Ｍが全て気化したときの気化燃料供給系内が設定圧力を超えるか否かを容易に判断することができ、気化燃料供給系内が設定圧力を超えると判断されたときには、液体燃料ポンプ６８を作動して気化器６０内の液体燃料を液化燃料タンク４０へ戻すようにすれば良い。こうして、機関停止中に気化燃料供給系内の液体燃料は全て気化するが、気化燃料供給系内が設定圧力を超えないようにしている。
【００２７】
液体燃料重量Ｍが全て気化したときに気化燃料供給系内が設定圧力を超え難くするために、気化燃料配管６３の途中に容積部を設けて、気化燃料配管６３の容積を増大するようにしても良い。
【００２８】
また、戻し配管６６が設けられていない場合には、運転者のイグニッションオフの信号が発せられたときに、気化燃料供給系に残留する液体燃料重量Ｍを推定し、機関停止中に外気温により液体燃料重量Ｍが全て気化したときの気化燃料供給系内が設定圧力を超えると判断されたときには、機関停止せずにアイドル運転を継続して、気化燃料供給系から気化燃料を消費して、機関停止中に外気温により液体燃料重量Ｍが全て気化したときの気化燃料供給系内が設定圧力を超えないと判断されるまで、気化燃料供給系内の気化燃料の圧力を低下させ、また、液体燃料重量Ｍを減少させるように液体燃料の一部（又は全部）を気化させるようにしても良い。こうして、機関停止中に気化燃料供給系内の液体燃料は全て気化するが、気化燃料供給系内が設定圧力を超えないようにしている。
【００２９】
このようなアイドル運転は、アイドル回転数を高めたり、点火時期を遅角したりするなどして、燃料消費を増加させることが好ましい。
【００３０】
図２は、気化器の別の実施例としての二重管式気化器を示す軸線に垂直な縦断面図である。二重管式気化器７０は、液化燃料が供給される内管７１と外管７２とを有し、熱媒体として、例えば、ラジエタにより冷却される前の機関冷却水が外管７２と内管７１との間を通過するようになっている。
【００３１】
図２に示すように、内管７１内において、液化燃料は、気化する前の液体燃料ＬＩが下側に位置し、気化燃料ＧＡが上側に位置する。一方、熱媒体ＴＭは、内管７１と外管７２との間を満たして通過する。
【００３２】
それにより、外管７２内において内管７１の下側を通過する熱媒体は、液体燃料ＬＩへ熱を奪われて大きく温度低下し、一方、外管７２内において内管７１の上側を通過する熱媒体は、気化燃料ＧＡへそれほど熱を奪われないために、それほど温度低下しない。こうして、一般的な二重管式気化器では、熱媒体全体によって効率的に液化燃料を気化させることができない。
【００３３】
本実施例の二重管式気化器７０は、図２のＸ−Ｘ断面である図３、図３のＢ−Ｂ及びＦ−Ｆ断面である図４、図３のＣ−Ｃ断面である図５、図３のＤ−Ｄ断面である図６、及び、図３のＥ−Ｅ断面である図７に示すように、外管７２が部分的に内管７１に接する楕円形又は長円形の断面を有している。図２は、図３のＡ−Ａ及びＧ−Ｇ断面に相当している。
【００３４】
こうして、図３のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面において外管７２内における内管７１の下側を通過した熱媒体は、Ｃ−Ｃ断面では外管７２内における内管７１の斜め下側を通過し、Ｄ−Ｄ断面では外管７２内における内管７１の横側を通過し、Ｅ−Ｅ断面では外管７２内における内管７１の斜め上側を通過し、Ｆ−Ｆ断面及びＧ−Ｇ断面において外管７２内における内管７１の上側を通過する。
【００３５】
一方、図３のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面において外管７２内における内管７１の上側を通過した熱媒体は、Ｃ−Ｃ断面では外管７２内における内管７１の斜め上側を通過し、Ｄ−Ｄ断面では外管７２内における内管７１の横側を通過し、Ｅ−Ｅ断面では外管７２内における内管７１の斜め下側を通過し、Ｆ−Ｆ断面及びＧ−Ｇ断面において外管７２内における内管７１の下側を通過する。
【００３６】
こうして、内管７１と外管７２との間の熱媒体通路は、内管７１の下側を通過して温度低下した熱媒体が、その後に、内管７１の上側を通過すると共に、内管７１の上側を通過してそれほど温度低下していない熱媒体が、その後に、内管７１の下側を通過するような螺旋通路部分を有しているために、熱媒体は、内管７１の主に下側に沿って通過する液化燃料ＬＩを効率的に気化させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０    機関本体
２０    機関吸気系
２６    気化燃料噴射弁
４０    液化燃料タンク
６０    気化器
６３    液化燃料配管
６６    戻し通路
７０    気化器
７１    内管
７２    外管
【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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