(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室（Ｅ）に液化ガス燃料を供給する燃料供給装置であって、
噴孔（１４）を有するノズルボディ（１５）と、前記ノズルボディ（１５）のガイド孔（１７）に収容されて前記噴孔（１４）を開閉するニードル（１６）とを具備して、燃料を前記燃焼室（Ｅ）に噴射供給するインジェクタ（４）と、
前記ノズルボディ（１５）のガイド孔（１７）内において前記ニードル（１６）の周囲に形成される流路に配されて、前記ニードル（１６）が離着座するシート部（２２）上流の燃料の温度を測定する温度センサ（２５）と、
前記インジェクタ（４）に供給される燃料の圧力を測定する圧力センサ（３ａ）と、
この圧力センサ（３ａ）によって測定された圧力（Ｐ１）に基づいて、前記ノズルボディ（１５）内の燃料の相状態を液相とするための目標温度（Ｔａ）を設定する目標温度設定手段（５）と、
前記温度センサ（２５）によって測定された温度（Ｔ１）が、前記目標温度（Ｔａ）となるように燃料を冷却する燃料冷却手段（３０、４０）とを備えることを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料供給装置において、
燃料タンクから供給された燃料を圧送して前記インジェクタ（４）に供給する高圧ポンプ（２）を備え、
前記燃料冷却手段は、
前記高圧ポンプ（２）と前記インジェクタ（４）との間の燃料通路（１８）に設けられて、燃料を冷却する燃料クーラ（３０）と、
前記燃料クーラ（３０）をバイパスして、前記高圧ポンプ（２）から前記インジェクタ（４）へ燃料を供給するバイパス通路（３１）と、
前記バイパス通路（３１）を開閉するバイパス開閉弁（３２）と、
前記バイパス開閉弁（３２）の駆動を制御する制御装置（５）とを備えることを特徴とする燃料供給装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料供給装置において、
前記燃料冷却手段は、前記インジェクタ（４）自体を冷却することにより、前記インジェクタ内部の燃料を冷却するインジェクタ冷却手段（４０）を備えることを特徴とする燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室に液化ガス燃料を供給する燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１及び２に開示されているようなジメチルエーテル等の液化ガスを燃料とする燃料供給装置がある。
ところで、ジメチルエーテルは、軽油と比較して温度や圧力の影響によって相状態が変化しやすい。特許文献１及び特許文献２の燃料供給装置では、噴射量の安定化の観点からジメチルエーテルを液相の状態でインジェクタから噴射することを前提としている。すなわち、インジェクタの噴射直前でのジメチルエーテルの相状態が液相であることを前提としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９３６３７号公報
【特許文献２】特開２００７−２２４７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、インジェクタが搭載されるエンジンヘッドは燃焼による熱で高温になる。特に、燃焼による発熱量が多い高負荷運転条件では、冷却性能が不足し、インジェクタの温度が上昇する。このため、燃料が軽油であることを想定して設計されたエンジンヘッドにジメチルエーテルを燃料として用いた場合、インジェクタのノズルボディ内のジメチルエーテルの相状態が不安定となり、噴射量を高精度に制御することが困難な場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料に軽油よりも相状態の変化しやすい液化ガスを用いた場合にも、インジェクタの噴射直前での相状態を液相状態として、噴射量を高精度に制御可能な燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料供給装置は、内燃機関の燃焼室に液化ガス燃料を供給する燃料供給装置であって、噴孔を有するノズルボディと、ノズルボディのガイド孔に収容されて噴孔を開閉するニードルとを具備して、燃料を燃焼室に噴射供給するインジェクタと、ノズルボディのガイド孔内においてニードルの周囲に形成される流路に配されて、ニードルが離着座するシート部上流の燃料の温度を測定する温度センサと、インジェクタに供給される燃料の圧力を測定する圧力センサと、圧力センサによって測定された圧力（Ｐ１）に基づいて、ノズルボディ内の燃料の相状態を液相とするための目標温度（Ｔａ）を設定する目標温度設定手段と、温度センサによって測定された温度（Ｔ１）が、目標温度（Ｔａ）となるように燃料を冷却する燃料冷却手段とを備える。
【０００７】
これによれば、ノズルボディ内に供給される燃料の圧力及びシート部上流の燃料の噴射直前の燃料温度に基づいて、ノズルボディ内の燃料が液相状態となるように燃料冷却がなされる構成であるため、噴射直前での液化ガス燃料の相状態を確実に液相にすることが可能となる。このため、噴射量を高精度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料供給装置の概要を示す説明図である（実施例１）。
【図２】噴射ノズルの断面図である（実施例１）
【図３】噴射ノズルの先端部の拡大断面図である（実施例１）。
【図４】燃料供給装置の制御を示すフローチャートである（実施例１）。
【図５】液化ガス燃料の状態図である（実施例１）。
【図６】燃料冷却手段による冷却実施フローチャートである（実施例１）。
【図７】燃料供給装置の概要を示す説明図である（実施例２）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１０】
〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料供給装置１の構成を、図１〜６を用いて説明する。
燃料供給装置１は、ディーゼルエンジン（以下、エンジンと呼ぶ）の燃焼室Ｅに燃料を供給するために用いられるものである。燃料として、ジメチルエーテルを主成分とするＤＭＥ燃料を用いている。
【００１１】
燃料供給装置１は、高圧ポンプ２から吐出された燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール３、コモンレール３に蓄圧された燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタ４、インジェクタ４の駆動を制御するＥＣＵ５を備える。
【００１２】
高圧ポンプ２は、コモンレール３の燃料がエンジンの状態に応じた目標圧力で蓄圧されるように、燃料タンク（図示せず）の燃料を吸入して加圧し吐出するものである。
【００１３】
コモンレール３は、高圧ポンプ２の吐出口と高圧配管８を介して接続され、加圧された燃料の供給を受けて燃料を高圧状態で蓄圧するとともに、インジェクタ４のインレットと高圧配管９を介して接続され、燃料をインジェクタ４に供給する。すなわち、コモンレール３は、高圧の燃料を蓄圧する蓄圧容器として機能するとともに、高圧の燃料をインジェクタ４に分配する分配容器として機能する。なお、コモンレール３には、コモンレール３内の燃料圧力を検出する圧力センサ３ａが設けられている。
【００１４】
インジェクタ４は、高圧配管９が接続されてコモンレール３と連通するとともに、気筒内に燃料を噴射する噴射ノズル１１、コモンレール３から高圧の燃料を受け入れて噴射ノズル１１に導く本体１２、噴射ノズル１１を作動させる電磁アクチュエータ１３等により構成されている。
なお、インジェクタ４は、気筒数と同数だけ備えられている（図１では１つだけ示す）。
【００１５】
図２及び図３に示すように、噴射ノズル１１は、噴孔１４を有するノズルボディ１５と、ノズルボディ１５に収容されて噴孔１４を開閉するニードル１６とを具備する。
ノズルボディ１５には、ニードル１６を嵌挿するガイド孔１７、燃料通路１８、及び噴孔１４等が設けられている。ガイド孔１７の下端部には、円錐状に凹設されたシート面２０が形成され、シート面２０の下流側にサック室２１が形成されている。
【００１６】
サック室２１には噴孔１４が開口しており、噴孔１４を介して気筒内と連通している。また、シート面２０上には、ニードル１６が離着座するシート部２２が形成されている。すなわち、噴孔１４の上流にニードル１６が離着座するシート部２２を有し、ニードル１６がシート部２２に当接して着座している状態が噴孔１４の閉状態、ニードル１６がリフトしてシート部２２から離座した状態が噴孔１４の開状態となる。電磁アクチュエータ１３へ電圧が印加されている間、ニードル１６がリフトするため、開弁時間は電磁アクチュエータ１３への電圧印加時間により変化する。
燃料通路１８は、ガイド孔１７の途中に内径を拡大して形成される燃料溜室２３に連通して設けられ、その燃料溜室２３に高圧燃料を導入する。
【００１７】
ＥＣＵ５は、制御処理および演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、入力回路、出力回路等により構成される周知構造のコンピュータとして構成されている。
そして、ＥＣＵ５は、各種センサからの検出値の入力を受け、この検出値に基づいて演算処理をし、各種アクチュエータ（インジェクタ４の電磁アクチュエータ１３等）に指令値を出力する。
【００１８】
〔本実施例の特徴〕
本実施例の燃料供給装置１は、ノズルボディ１５内で、シート部２２上流の燃料の温度を測定する温度センサ２５を備える。
本実施例では、温度センサ２５は熱伝対である。なお、温度センサ２５は熱伝対に限らず、測温抵抗体、サーミスタ等であってもよい。
【００１９】
温度センサ２５の検出部２５ａは、ガイド孔１７内のニードル周囲に形成される流路において、シート部２２の上流に配設される。好ましくは、シート部２２に近接した位置に配設する。例えば、本実施例ではシート面２０の内側で燃料温度を測定できるように配置している。
【００２０】
また、ＥＣＵ５は、ノズルボディ１５内に供給される燃料の圧力Ｐ１に基づいて、ノズルボディ１５内の燃料の相状態を液相とするための目標温度Ｔａを設定する目標温度設定手段として機能する。本実施例では、圧力センサ３ａにて測定されるコモンレール圧Ｐ１を、ノズルボディ１５内に供給される燃料の圧力として用いている。
【００２１】
また、燃料供給装置１は、温度センサ２５で計測した燃料の温度（以下、検出温度Ｔ１と呼ぶ）が、目標温度Ｔａとなるように燃料を冷却する燃料冷却手段を備える。
【００２２】
燃料冷却手段は、燃料クーラ３０、バイパス通路３１、バイパス開閉弁３２等を備える。
燃料クーラ３０は、高圧ポンプ２とインジェクタ４との間の燃料通路である高圧配管９に設けられており、燃料を冷却する機能を有する。具体的には、フィンなどにより表面積が大きくされた配管でなっており、配管内の燃料が空冷により冷却される仕組みとなっている。
【００２３】
バイパス通路３１は、燃料クーラ３０をバイパスして、高圧ポンプ２からインジェクタ４へ燃料を供給する通路である。なお、バイパス通路３１と並列の、燃料クーラ３０が設けられた通路を燃料冷却通路９ａと呼ぶ。
【００２４】
バイパス開閉弁３２は、バイパス通路３１を開閉するバルブであり、ＥＣＵ５がバイパス開閉弁３２の駆動を制御する制御装置として機能する。
バイパス開閉弁３２は、定常状態において、バイパス通路３１を通過する流量が最大となる全開状態となっており、バイパス開閉弁３２の開度を小さくすると、燃料冷却通路９ａを流れる燃料の流量が大きくなる。
【００２５】
以下、図４〜６を用いて、ノズルボディ１５内の燃料を液相に維持するために必要な燃料供給装置１の制御フローを説明する。
まず、ステップＳ１及びＳ２で、検出温度Ｔ１及びコモンレール圧Ｐ１を読み込む。なお、ステップＳ１とＳ２の順番は逆でもよい。
【００２６】
次に、ステップＳ３で、ＤＭＥ燃料の状態図（図５）に基づき、検出温度Ｔ１、コモンレール圧Ｐ１における相状態を判定する。すなわち、液相か気相か超臨界相（ＳＣ）かを判定する。なお、この相状態判定のステップＳ３は省略してもよい。
【００２７】
次に、ステップＳ４で、ノズルボディ１５内の燃料の相状態を液相とするための目標温度Ｔａを設定する。予めＥＣＵ５は、コモンレール圧Ｐ１に対する、ノズルボディ１５内の燃料が液相となるための目標温度をテーブルとして記憶しており、そのテーブルから目標温度Ｔａが設定される。
【００２８】
そして、ステップＳ５では検出温度Ｔ１が目標温度Ｔａよりも小さいか否かを判定する。
検出温度Ｔ１が目標温度Ｔａよりも小さい場合は、ノズルボディ１５内の燃料の相状態が液相であるとみなせるため、燃料冷却は実施せずに、ステップＳ１に戻り、検出温度を読み込む。
【００２９】
検出温度Ｔ１が目標温度Ｔａよりも大きい場合は、ノズルボディ１５内の燃料の相状態が気相もしくは超臨界相状態であるとみなせるため、燃料を冷却して液相とする必要がある。そこで、ステップＳ６に進み、燃料冷却を実施する。
【００３０】
図６でステップＳ６の詳細を説明する。
まず、検出温度Ｔ１と目標温度Ｔａの温度差ΔＴを算出する（ステップＳ１１）。
次に、ステップＳ１２で、ΔＴに応じて、バイパス開閉弁３２の開度を設定する。例えば、ＥＣＵ５は、ΔＴに対するバイパス開閉弁３２の開度をテーブルとして記憶しており、そのテーブルから開度が設定される。そして、ΔＴが大きいほど、バイパス開閉弁３２の開度が小さくなるように設定される。
【００３１】
そして、ＥＣＵからの駆動信号によって、ステップＳ１２で設定された開度となるようにバイパス開閉弁３２が駆動する（ステップＳ１３）。これにより、バイパス通路３１を流れる燃料の流量を小さくし、燃料冷却通路９ａを流れる燃料の流量が大きくすることで、燃料の冷却が実施される。
【００３２】
そして、ステップＳ１４で、検出温度Ｔ１を読み込み、検出温度Ｔ１と目標温度Ｔａとの比較を行う。
検出温度Ｔ１が目標温度Ｔａよりも大きい場合には、ステップＳ１１に戻る。
検出温度Ｔ１が目標温度Ｔａよりも小さい場合には、バイパス開閉弁３２を全開状態に戻して、燃料冷却実施を終了する（ステップＳ１５）。
なお、燃料冷却が終了した後も、検出温度Ｔ１のモニターは続ける（図４参照）。
【００３３】
この、一連のフローによって、ノズルボディ１５内の燃料は液相に維持され、インジェクタ４への目標噴射量に基づく駆動信号は、液相を前提に設定される。
【００３４】
〔実施例１の作用効果〕
本実施例によれば、燃料供給装置１は、シート部２２上流の燃料の温度を測定する温度センサ２５を備える。そして、インジェクタ４に供給される燃料の圧力Ｐ１に基づいて、ノズルボディ１５内の燃料の相状態を液相とするための目標温度Ｔａを設定する目標温度設定手段と、温度センサ２５によって測定された検出温度Ｔ１が、目標温度Ｔａとなるように燃料を冷却する燃料冷却手段とを備える。
【００３５】
これによれば、ノズルボディ１５内に供給される燃料の圧力及びシート部２２上流の燃料の噴射直前の燃料温度に基づいて、ノズルボディ１５内の燃料が液相状態となるように燃料冷却がなされる構成であるため、噴射直前でのＤＭＥ燃料の相状態を確実に液相にすることが可能となる。このため、噴射量を高精度に制御できる。
【００３６】
〔実施例２〕
実施例２を、実施例１とは異なる点を中心に、図７を用いて説明する。
なお、実施例１と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、インジェクタ４自体を冷却することにより、インジェクタ内部の燃料を冷却するインジェクタ冷却手段４０を備える。
【００３７】
インジェクタ冷却手段４０は、インジェクタ４の本体１２の外周に、冷却水が循環する冷却パイプ４１を配し、冷却パイプ４１との間で熱交換を行うことで、インジェクタ４自体を冷却するものである。なお、冷却水は、ラジエータ４２を通過して空冷され、エンジンの水冷にも用いられ、その一部を冷却パイプ４１に流通させてインジェクタ４を冷却する。そして、必要な冷却能に応じて、冷却パイプ４１の冷却水の流量をバルブ４３の開度によって制御する。なお、ピエゾ素子を用いた冷却方法であってもよい。
【００３８】
これによれば、例えば、エンジンの高負荷運転状態時に、燃料クーラ３０による冷却能だけでは十分に燃料を冷却することが困難な場合に、インジェクタ冷却手段４０によって燃料をさらに冷却することが可能になる。
【００３９】
〔変形例〕
実施例２の燃料冷却手段は、燃料クーラ３０による冷却と、インジェクタ冷却手段４０による燃料冷却の両方を有しているが、インジェクタ冷却手段４０のみを有している態様であってもよい。
【００４０】
また、バイパス開閉弁３２は、バイパス通路３１を閉鎖して燃料冷却通路９ａを開放する状態と、バイパス通路３１を開放して燃料冷却通路９ａを閉鎖する状態とを切り替える切替弁であってもよい。また、開度ではなく、燃料冷却通路９ａを開放する時間によって、冷却能を調整する態様であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  燃料供給装置、３  コモンレール、３ａ  圧力センサ、４  インジェクタ、５  ＥＣＵ、１４  噴孔、１５  ノズルボディ、１６  ニードル、２２  シート部、２５  温度センサ、３０  燃料クーラ、４０  インジェクタ冷却手段
【図１】
0006036580.tif 000002
【図２】
0006036580.tif 000003
【図３】
0006036580.tif 000004
【図４】
0006036580.tif 000005
【図５】
0006036580.tif 000006
【図６】
0006036580.tif 000007
【図７】
0006036580.tif 000008