(57)【要約】【課題】  液化ガス燃料を液体のまま燃料噴射弁から噴射してエンジンに供給する液化ガス燃料供給装置について、製造コストを高騰させることなく気化温度の異なる多種類の液化ガス燃料に対応して燃料噴射量の制御性を良好にする。【解決手段】  燃料タンク１０に貯留した液化ガス燃料を燃料ポンプ２で液体のまま燃料噴射弁８に送りエンジン５０の吸気管路５２に噴射するものであって、燃料ポンプ２を分割可能な別体とした動力部２Ｂとポンプ部２Ａとからなるものとし、且つ動力部２Ｂを燃料タンク１０側またはエンジン５０側に設けるとともにポンプ部２Ａを燃料タンク５０側に設けて、動力部２Ｂを電動モータ４０またはエンジン５０のいずれかにより駆動して作動流体により動力を伝達してポンプ部２Ａを作動するものとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクに貯留した液化ガス燃料を燃料ポンプで加圧して液体のまま燃料噴射弁に送りエンジンの吸気管路に噴射する液化ガス燃料供給装置において、
前記燃料ポンプは分割可能な別体とされた動力部とポンプ部とからなり、そして前記動力部が前記燃料タンク側またはエンジン側に設けられているとともに前記ポンプ部が燃料タンク側に設けられており、前記動力部は電動モータまたは前記エンジンのいずれかにより駆動され作動流体により動力を伝達して前記ポンプ部を作動するものとされている、
ことを特徴とする液化ガス燃料供給装置。
【請求項２】
前記燃料ポンプは前記動力部が駆動源である前記電動モータまたはエンジンにより駆動される直動ピストンポンプであるとともに前記ポンプ部が作動流体により駆動される直動ピストンポンプであり、前記動力部のポンプ室と前記ポンプ部の背室とが配管で接続され、前記動力部で発生した作動流体の圧力脈動により前記ポンプ部を作動して前記燃料タンク内の液化ガス燃料を加圧し前記燃料噴射弁へと送出させるものとされている、ことを特徴とする請求項１に記載した液化ガス燃料供給装置。
【請求項３】
圧力レギュレータを有し余剰燃料を前記燃料タンクに戻す燃料戻し管路が前記ポンプ部から燃料噴射弁に至る燃料供給管路の前記ポンプ部に接近した箇所から分岐して設けられている請求項１または２に記載した液化ガス燃料供給装置。
【請求項４】
前記燃料供給管路は燃料温度検出手段を具えているとともに、前記燃料噴射弁に接近した個所から余剰燃料を前記燃料タンクに戻す燃料戻し配管を具えており、前記燃料戻し配管は前記燃料温度検出手段で検知した燃料温度が予め定めた所定温度以上であるとき開弁する遮断弁を具えていて、余剰燃料を前記燃料タンクに前記ポンプ部附近から戻すリターンレス方式と前記燃料噴射弁附近から戻すリターン方式との間で切換え可能とされている請求項１，２または３に記載した液化ガス燃料供給装置。
【請求項５】
前記燃料戻し配管に前記燃料ポンプの最少吐出量で所定圧力を維持するように戻し燃料流量を制限する絞りと、前記燃料噴射弁附近の燃料が設定圧力以上のとき開くリリーフ弁を有し前記遮断弁および絞りをバイパスさせたバイパス管路とが設けられている請求項４に記載した液化ガス用燃料供給装置。
【請求項６】
前記燃料ポンプはエンジン負荷に応じて吐出量可変とされている請求項１，２，３，４または５に記載した液化ガス燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液化ガス燃料供給装置に関し、殊にＬＰＧやＤＭＥなどガソリンに比べて気化しやすい液化ガス燃料を液体の状態で燃料噴射弁に送りエンジンに供給する液化ガス燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料タンク内のＬＰＧやＤＭＥなどの液化ガス燃料を燃料ポンプで加圧して液体のまま燃料噴射弁からエンジンの吸気管路に噴射する液化ガス燃料供給装置は、例えば特開２００３−１２０４４３号公報に記載されているように広く知られている。
【０００３】
上記公報記載の液化ガス燃料供給装置は、図４に示すように燃料タンク１０に配置された低圧燃料ポンプ１０ａで加圧した燃料を燃料供給管路９Ａを通ってエンジン５０側に配設された高圧燃料ポンプ２０で更に高圧として燃料噴射弁８に送るものとしている。
【０００４】
また、燃料噴射弁８で噴射されなかった余剰燃料は燃料戻し配管９Ｂで燃料タンク１０に戻されるようになっているが、戻し燃料がエンジン５０近傍で加熱されることにより燃料タンク１０内に貯留されている燃料の温度が次第に上昇することから、温度の影響を受けて圧力を変動しやすい液化ガス燃料にあっては噴射圧力の変動により燃料噴射量を不安定なものとしてエンジン運転性に悪影響を与えることになる。また、燃料タンク内における燃料温度の上昇で燃料タンク内圧力が上昇すると、この圧力がガス供給ステーションの燃料供給圧力を越えることがあり、最悪の場合は燃料再充填が不可能となってしまう、という問題がある。
【０００５】
一方、近年ガソリン燃料供給装置において広く採用されるようになったリターンレス方式を、液化ガス燃料供給装置に採用したものが特開２００１−２９５７２６号公報に記載されている。この方式は、エンジン近傍で加熱され高温となった燃料の戻りがないことから、燃料タンク内における燃料温度の上昇を回避できるものである。ところが、この場合に燃料レール内および燃料噴射弁内において燃料の滞留時間がリターン方式よりも長くなることから、この部分で燃料温度が上昇して気泡を発生し、燃料噴射量の正確な制御が困難となることがある。
【０００６】
そのため、燃料ポンプの吐出圧力をガソリン燃料供給装置よりも大幅に高めて気泡発生を抑止するようにすることが一般に行われている。しかし、この場合においても燃料温度が極端に上昇したときには気泡発生を回避できないことから、この燃料温度まで想定したポンプ性能および燃料供給管路の耐圧性を具備させることは、製造コストが大きく高騰してしまうこととなる。
【０００７】
そこで、特開平７−２７０３０号公報には、通常はリターンレス方式としながら燃料レール内の燃料が所定温度以上になった場合にのみリターン方式に切り換えて燃料レール内での燃料温度上昇を回避するものとした燃料供給装置が提示されている。しかしながら、ＬＰＧは販売地域によりプロパンとブタンとの比率が異なることから、単にリターンレス方式を基本として必要時にリターン方式に切り換えることのみでは不十分である。
【特許文献１】特開２００３−１２０４４３号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５７２６号公報
【特許文献３】特開平７−２７０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、液化ガス燃料を液体のまま燃料噴射弁に送出してエンジンに供給する液化ガス燃料供給装置について、製造コストを高騰させることなく沸点の異なる多種類の液化ガス燃料に対応して、燃料噴射量の制御性を良好なものとすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は、燃料タンクに貯留した液化ガス燃料を燃料ポンプで加圧して液体のまま燃料噴射弁に送りエンジンの吸気管路に噴射する液化ガス燃料供給装置について、燃料ポンプを分割可能な別体とされた動力部とポンプ部とからなるものとし、その動力部が燃料タンク側またはエンジン側に設けられているとともにポンプ部が燃料タンク側に設けられたものとして、動力部を電動モータまたはエンジンのいずれかにより駆動し作動流体により動力を伝達してポンプ部を作動するものとした。
【００１０】
このように、燃料ポンプのポンプ部および動力部の二つの部品を分割可能な別体とし、且つ動力部からポンプ部への動力伝達を作動流体で行うものとしたことで、動力部の駆動源として電動モータとエンジンとを容易に選択してポンプシステムの構成を変更できるようになり、例えば気化温度が比較的高い液化ガス燃料の場合は駆動源に制御の容易な電動モータを用い、気化温度が比較的低い液化ガス燃料の場合は駆動源に高出力のエンジンを用いるものとして動力部を使い回すようにすることで、コストを高騰させずに多種類の燃料組成に対応して燃料噴射量の制御性を良好なものとすることができる。
【００１１】
また、この燃料ポンプについて動力部を駆動源である電動モータまたはエンジンにより駆動される直動ピストンポンプとするとともにポンプ部を作動流体により駆動される直動ピストンポンプとし、動力部のポンプ室とポンプ部の背室とを配管で接続して、動力部で発生した作動流体の圧力脈動によりポンプ部を作動して燃料タンク内の液化ガス燃料を加圧し燃料噴射弁へと送出させるものとすれば、動力部からポンプ部への動力の伝達がそれらの設置場所の遠近に関係なく確実且つ高効率なものとなる。
【００１２】
さらに、ポンプ部から燃料噴射弁に至る燃料供給管路のポンプ部に接近した箇所から、圧力レギュレータを設けた燃料戻し配管を分岐して設けたリターンレス方式とした場合は、液化ガス燃料の送出圧力を一定に調整しながら戻し燃料による燃料タンク内の高温化を確実に回避することができる。
【００１３】
さらにまた、上述した液化ガス燃料供給装置について、燃料供給管路に燃料温度検出手段を配設するとともに、燃料噴射弁に接近した個所から余剰燃料を燃料タンクに戻す燃料戻し配管を遮断弁を具えさせて設けたものとし、燃料温度検出手段で検知した燃料温度が予め定めた所定温度以上である場合に遮断弁を開弁するものとして、リターン方式とリターンレス方式との間で切換え可能とした。
【００１４】
このように、燃料温度に応じてリターン方式とリターンレス方式との間で切換えを行うようにしたことで、通常はリターンレス方式として燃料供給管路内の燃料が所定温度以上となった場合にのみリターン方式に切換えて配管内での気泡発生を確実に回避することができるとともに、リターン方式単独のものよりも燃料タンク内の温度を上がりにくくすることができるため、燃料噴射量の制御性を良好に維持することができる。
【００１５】
加えて、燃料戻し配管に燃料ポンプの最少吐出量で所定圧力を維持するように戻し燃料流量を制限する絞りと、燃料噴射弁付近の燃料が設定圧力以上のとき開くリリーフ弁を有し遮断弁および絞りをバイパスさせたバイパス管路とを設けたものとすれば、リターン方式およびリターンレス方式を問わず燃料噴射圧力を一定に維持しやすいものとなる。
【００１６】
さらに加えて、エンジン負荷に応じて燃料ポンプ吐出量を可変とすれば、エンジン要求燃料流量に的確に対応した燃料噴射量に制御することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、製造コストを高騰させることなく気化温度の異なる多種類の液化ガス燃料に対応して、燃料噴射量の制御性を良好なものとすることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図面を参照して本発明の第一の実施の形態を説明すると、本実施の形態に係る液化ガス燃料供給装置１Ａの配置を示す図１を参照して、燃料タンク１０から燃料供給管路９Ａが燃料レール７に接続され、この燃料レール７からエンジン５０の吸気管路５２に配設された燃料噴射弁８に燃料が分配される。燃料レール７は燃料戻し配管９Ｂで燃料タンク１０に接続されている。
【００１９】
燃料供給管路９Ａには二個の遮断弁５ａ，５ｂが配設されており、燃料タンク１０側の遮断弁５ａの手前であって燃料タンク１０の内側箇所から燃料タンク１０内に戻る燃料戻し配管９Ｃが分岐し、この燃料戻し配管９Ｃには圧力レギュレータ３が設けられている。一方、燃料戻し配管９Ｂには絞りであるオリフィス６および遮断弁５ｃが配設されており、このオリフィス６および遮断弁５ｃをバイパスするバイパス管路９ａにはリリーフ弁１ｃが配設されている。
【００２０】
本実施の形態の液化ガス燃料供給装置１Ａは、ブタン成分が多く比較的気化温度の高いＬＰＧに適するものである。また、従来の液化ガス燃料供給装置と同様に電子式制御装置１１およびこれにエンジン運転状態を入力させる図示しない各種センサが設けられており、加えて燃料噴射量に補正を加えるための温度センサ１２、圧力センサ１３が燃料レール７に付設されている。
【００２１】
燃料ポンプ２は燃料タンク１０の内部または上方に設置されることが多いが、本実施の形態では底壁側に設置されている。この燃料ポンプ２はポンプ部２Ａおよびこれに隣接して接続された電動モータ４０を駆動源とする動力部２Ｂとからなるものである。このような構成としたのは、使用燃料の沸点が比較的高い場合は、リターンレス方式でも燃料供給管路９Ａに送出する燃料を高高圧で吐出する必要がないことから、低出力の電動モータを駆動源としても充分であり、しかも電動モータはエンジン運転状態に影響されずに安定的に駆動できることから燃料噴射量を良好に制御しやすい点で有利だからである。
【００２２】
加えて、従来の燃料供給装置において高圧ポンプがエンジン５０に付帯して設けられていることでその熱がポンプ機能に影響を及ぼすとともにこれを通過する燃料の温度上昇を招いて燃料噴射量の制御が困難となっていたのに対し、本実施の形態では燃料ポンプ２および供給燃料に対する環境温度変化の影響が極めて少ないものとなっている。
【００２３】
燃料ポンプ２の拡大部分図を示す図２を参照して、燃料ポンプ２のポンプ部２Ａは燃料タンク１０の底壁から下方に突設されたシリンダ２５にピストン（またはプランジャ）２３を嵌装し、その燃料タンク１０側をポンプ室２２としてピストンばね２１を装入するとともに反対側を背室２４とした直動ピストンポンプである。ポンプ室２２は出口逆止弁１ａを経て燃料供給管路９Ａに接続され、入口逆止弁１ｂを介して燃料タンク１０に連通している。
【００２４】
ポンプ部２Ａに隣接して配置された動力部２Ｂは、燃料タンク１０の底壁側にその上面を近接して配置されたシリンダ２８にピストン（またはプランジャ）２７を嵌装し、その上方空間をポンプ室２９としてピストンばね２６を装入した直動ピストンポンプである。ピストン２７は動力部２Ｂの側方に配置された駆動源としての電動モータ４０により回転させられるカム４２とピストンばね２６とによって往復動させられる。
【００２５】
燃料ポンプ２を構成するポンプ部２Ａと動力部２Ｂとは分割可能な別体となっており、動力部２Ｂのポンプ室２９がポンプ部２Ａの背室２４と耐圧性を有する配管３０Ａによって接続されており、背室２４、配管３０Ａ、ポンプ室２９には作動流体が充満している。また、以下に述べるように必要に応じて配管３０Ａを外すとともに電動モータ４０の駆動軸をカム４２からシリンダ２８の外部に延出されたカム軸４１から取り外すことで、容易に動力部２Ｂを取り外すことができるようになっている。
【００２６】
電子式制御装置１１は、燃料レール７に付設された燃料噴射制御のための温度センサ１２および圧力センサ１３のうち、温度センサ１２からの出力信号をリターン方式とリターンレス方式との切換えのためのデータとして利用している。即ち、通常は燃料戻し配管９Ｂの遮断弁５ｃを閉じた状態のリターンレス方式とし、燃料レール７内の燃料が予め設定された温度以上となったとき遮断弁５ｃを開弁し、リターン方式として余剰燃料を燃料タンク１０に戻すようにプログラムされている。尚、電子式制御装置１１はこれに加えて、図示しない複数のセンサでエンジン負荷状態を検知し、その負荷に応じて電動モータ４０の回転数を変化させて燃料吐出量を変更するようになっている。
【００２７】
以下、本実施の形態の液化ガス燃料供給装置の動作について説明する。動力部２Ｂのピストン２７が電動モータ４０によるカム４２の回転で上下するとポンプ室２９に圧力変動が生じ、これがほぼ正弦波の脈動となって配管３０Ａを介してポンプ部２Ａの背室２４に伝達される。尚、ポンプ室２９から背室２４までは作動流体（作動オイル）で満たされて気体は存在しないため、この脈動は殆ど吸収されずにそのまま伝達される。
【００２８】
そして、ポンプ部２Ａにおいてピストン２３が下降したとき、燃料タンク１０内の燃料が入口逆止弁１ｂを通ってポンプ室２２に流入する。そして、ピストン２３が上昇するとポンプ室２２の燃料が出口逆止弁１ａを通って燃料供給管路９Ａより燃料レール７に配設された燃料噴射弁８に向かって送出される。
【００２９】
燃料供給管路９Ａから複数の燃料噴射弁８を配設した燃料レール７に至る燃料は燃料戻し配管９Ｃに配設された圧力レギュレータ３により予め設定された圧力に調整されるため、燃料供給方式を遮断弁５ｃを閉じたリターンレス方式としている場合でも、安定した噴射圧力で燃料噴射弁８から吸気管路５２に燃料を噴射することができる。
【００３０】
従って、燃料ポンプ２による圧力脈動や環境温度変化の影響による燃料噴射量の変動は比較的少ないものとなり、また、戻し燃料はタンク１０の内部で圧力レギュレータ３を経由して燃料タンク１０に戻るため、燃料タンク１０内部の温度が上昇する心配は殆んどない。
【００３１】
そして、電子式制御装置１１は燃料レール７に配設された温度センサ１２で検知した燃料温度がその記憶手段に予め設定記憶した所定温度を超えたときに、燃料戻し配管９Ｂの遮断弁５ｃを開放して余剰燃料を燃料タンク１０に戻すリターン方式とする。このことにより、燃料レール７内の燃料温度が過度に上昇して気化してしまうことが回避されるが、燃料レール７内の燃料温度が所定値以下に下がると遮断弁５ｃを閉鎖してリターンレス方式とするため、戻し燃料で燃料タンク１０内の温度が過剰に上昇する心配はない。
【００３２】
そして、リターン方式としている場合においても、遮断弁５ｃの上流近接位置に配設したオリフィス６により戻し燃料の流量が制限されることから、燃料レール７内の燃料圧力が所定の下限圧力よりも低下することがないため、燃料噴射圧力は安定的に維持される。また、この遮断弁５ｃおよびオリフィス６をパイパスするバイパス管９ａは途中にリリーフ弁１ｃが配設されているため、燃料レール７内の圧力が所定の上限圧力を超えた場合に、これを燃料タンク１０側に逃がして燃料噴射圧力を一定に維持することができる。
【００３３】
図３は、本発明の第二の実施の形態である液化ガス燃料供給装置１Ｂの配置を示すものであり、この液化ガス燃料供給装置１Ｂは図１の液化ガス燃料供給装置１Ａにおける燃料ポンプ２を構成する動力部２Ｂをエンジン５０側に配置して配管３０Ｂでポンプ部１Ａに接続したものである。
【００３４】
即ち、本実施の形態の液化ガス燃料供給装置１Ｂは、先述したように燃料ポンプ２のポンプ部２Ａと動力部２Ｂとが別体とされ容易に分割可能とされていることから、動力部２Ｂを外しエンジン５０側に配置して、これを駆動源とすることで燃料吐出圧力を大幅に高いものとすることができる。従って、気化温度の低い液化ガス燃料を使用する場合に燃料供給管路９Ａ内の燃料圧力を高圧に維持できるようにポンプシステムを切換えたものであり、プロパン成分の多いＬＰＧを使用する場合に適するものである。
【００３５】
動力部２Ｂはエンジン５０のクランク軸５１端部とカム軸４１端部とが結合されてエンジン５０本体に付設され、図１の配管３０Ａよりも長大の配管３０Ｂで燃料タンク１０に付設されたポンプ部２Ａに接続されてなるものである。そして、エンジン５０のクランク軸５１が回転することにより、ピストン２７が往復動してポンプ室２９に圧力変動を生じさせ、ほぼ正弦波の脈動が配管３０Ｂを経てポンプ部２Ａの背室２４に伝達されて上述した液化ガス燃料供給装置１Ａと同様にこれを駆動させる点は図１の液化ガス燃料供給装置１Ａと同様である。
【００３６】
しかしながら、本実施の形態においては、電動モータ４０よりも遙かに高出力のエンジン５０を動力源としたことで、吐出圧力を極めて高くすることができる点に特徴があり、気化温度の低いＬＰＧを使用する場合に燃料供給管路９Ａおよび燃料レール７内の燃料圧力を極めて高圧で維持できるようになるため、その気化を確実に防止することができるものである。
【００３７】
以上述べたように、燃料ポンプを構成するポンプ部と動力部とを分割可能な別体としてその動力源を電動モータとエンジンとで容易に切換え可能としたことで、製造コストを高騰させることなく気化温度の異なる多種類の液化ガス燃料に容易に対応できるようになり、これに加えて、燃料レールの燃料温度に応じてリターン方式とリターンレス方式のとの間で切り換えるようにしたことで、送出燃料の温度および圧力が安定的に維持されるため、燃料噴射量の制御性を良好なものとすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す配置図。
【図２】図１の燃料ポンプの詳細を示す断面図。
【図３】本発明の第二の実施の形態を示す配置図。
【図４】従来例を示す配置図。
【符号の説明】
【００３９】
１Ａ，１Ｂ  液化ガス燃料供給装置、  １ｃ  リリーフ弁、  ２  燃料ポンプ、  ２Ａ  ポンプ部、  ２Ｂ  動力部、  ３  レギュレータ、  ５ｃ  逆止弁、  ８  燃料噴射弁、  ９Ａ  燃料供給管路、  ９Ｂ，９Ｃ  燃料戻し配管、  １０  燃料タンク、  １１  電子式制御装置、  ２２，２９  ポンプ室、  ２３，２７  ピストン、  ２４  背室、  ３０Ａ，３０Ｂ  配管、  ４０  電動モータ、  ５０  エンジン、  ５２  吸気管路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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