(57)【要約】【課題】キャブヒータの効きが悪くなる。エンジン冷却水用配管による圧力損失が大きくなる。レイアウト性が悪い。エンジン始動時の燃料気化性が悪い。排気管の熱がＬＮＧタンクに伝わるとＬＮＧタンク内のＬＮＧが気化する虞があるという課題の少なくとも一つを解決できるＬＮＧ自動車を提供する。【解決手段】ＬＮＧタンク３と、ＬＮＧタンク３からのＬＮＧを気化させるベーパライザ４と、ベーパライザ４からの天然ガスを燃料とするエンジン５と、エンジン５の冷却水回路とは独立して形成されると共にベーパライザ４に接続された熱媒循環路１２と、熱媒循環路１２に接続されたポンプ１３と、排気管６に設けられ排気管６内の排ガスと熱媒循環路１２内の熱媒との間で熱交換を行う熱交換器１４とを備えたＬＮＧ自動車１を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮＧを収容するＬＮＧタンクと、
前記ＬＮＧタンクから供給されるＬＮＧを気化させるベーパライザと、
前記ベーパライザで気化された天然ガスを燃料として運転するエンジンと、
前記エンジンの冷却水回路とは独立して形成されると共に前記ベーパライザに接続され、熱媒が循環する熱媒循環路と、
前記熱媒循環路に接続されたポンプと、
前記エンジンの排気管に設けられると共に前記熱媒循環路に接続され、前記排気管内の排ガスと前記熱媒循環路内の熱媒との間で熱交換を行う熱交換器と、
を備えたことを特徴とするＬＮＧ自動車。
【請求項２】
前記排気管は前記ＬＮＧタンクに近接するタンク近接部を有し、前記熱交換器は前記タンク近接部に設けられる請求項１に記載のＬＮＧ自動車。
【請求項３】
前記タンク近接部はサイレンサを有し、前記サイレンサの外周には前記熱交換器が設けられる請求項２に記載のＬＮＧ自動車。
【請求項４】
前記タンク近接部はサイレンサを有し、前記サイレンサより下流のタンク近接部には前記熱交換器が設けられる請求項２に記載のＬＮＧ自動車。
【請求項５】
前記熱媒循環路には、前記熱交換器をバイパスするバイパス路が接続され、前記バイパス路には、熱媒の温度が所定の許容上限値を超えたとき開弁するサーモスタットが接続される請求項１から４のいずれかに記載のＬＮＧ自動車。
【請求項６】
前後に延びる一対のサイドメンバを有すると共にサイドメンバ間に掛け渡して設けられた複数のクロスメンバを有するシャシフレームを備え、前記ベーパライザ、前記熱交換器及び前記ポンプは、前記サイドメンバ間に配置される請求項１から５のいずれかに記載のＬＮＧ自動車。
【請求項７】
前記ベーパライザの熱媒入口温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定値に基づいて前記ポンプを制御する制御装置と、
を備えた請求項１から６のいずれかに記載のＬＮＧ自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＮＧタンクからのＬＮＧ（液化天然ガス）を気化させて燃料とするＬＮＧ自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７及び図８に示すように、一般にＬＮＧ自動車４０は、ＬＮＧタンク３からのＬＮＧを気化するベーパライザ（気化器）４を備える。ベーパライザ４は、ＬＮＧタンク３にＬＮＧ配管４１を介して接続されており、ＬＮＧへの入熱を抑えるようにＬＮＧタンク３の近くに配置されている。ＬＮＧタンク３及びベーパライザ４は車両の後部に配置されており、ＬＮＧタンク３の車両内側には、排気管６が配置されている。また、ベーパライザ４には、エンジン冷却水用配管４２が接続されており、エンジン５からのエンジン冷却水がＬＮＧを気化させるための熱源として導入されている。具体的には、エンジン冷却水用配管４２は、エンジン５からキャブヒータコア４３に向かうエンジン冷却水回路４４に割り込ませるように接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７３５２０号公報
【特許文献２】特開２０１４−０９２０４３号公報
【特許文献３】特開２００３−０４９７１８号公報
【特許文献４】特表２０１６−５０３８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、キャブヒータコア４３には、ベーパライザ４でＬＮＧと熱交換した後のエンジン冷却水が供給されることとなり、キャブヒータ（図示せず）の効きが悪くなるという課題がある。エンジン５及びベーパライザ４間のエンジン冷却水用配管４２が長くなり過ぎ、配管からの放熱が大きく（放熱が大きいとますますキャブヒーターの効きが悪化する）、圧力損失が大きくなり、かつ、レイアウト性も悪いという課題がある。また、エンジン冷却水の循環量がエンジン回転数に依存しているため、エンジン始動時の燃料気化性が悪いという課題がある。また更に、ＬＮＧタンク３の車両内側に排気管６が通っているので、排気管６の熱がＬＮＧタンク３に伝わってしまうと、ＬＮＧタンク３内でＬＮＧが気化してしまう虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題の少なくとも一つを解決できるＬＮＧ自動車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明は、ＬＮＧを収容するＬＮＧタンクと、前記ＬＮＧタンクから供給されるＬＮＧを気化させるベーパライザと、前記ベーパライザで気化された天然ガスを燃料として運転するエンジンと、前記エンジンの冷却水回路とは独立して形成されると共に前記ベーパライザに接続され、熱媒が循環する熱媒循環路と、前記熱媒循環路に接続されたポンプと、前記エンジンの排気管に設けられると共に前記熱媒循環路に接続され、前記排気管内の排ガスと前記熱媒循環路内の熱媒とで熱交換を行う熱交換器とを備えるＬＮＧ自動車を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＬＮＧ自動車によれば、上記課題の少なくとも一つを解決できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＬＮＧ自動車の概略平面図である。
【図２】ＬＮＧ気化装置の熱媒回路図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】他の実施の形態を示すＬＮＧ自動車の要部平面図である。
【図５】他の実施の形態を示すＬＮＧ自動車の要部平面図である。
【図６】他の実施の形態の熱交換器の平面図である。
【図７】従来のＬＮＧ自動車の概略平面図である。
【図８】従来のＬＮＧ気化装置の熱媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。なお、後述する実施の形態における前後左右上下の各方向は、車両の各方向をいうものとする。
【００１０】
図１及び図２に示すように、ＬＮＧ自動車１は、シャシフレーム２と、シャシフレーム２に設けられＬＮＧを収容するＬＮＧタンク３と、ＬＮＧタンク３から供給されるＬＮＧを気化させるベーパライザ４と、ベーパライザ４で気化された天然ガスを燃料として運転するエンジン５と、エンジン５に接続された排気管６とを備える。排気管６は、ＬＮＧタンク３に接近するタンク近接部６ａを有する。
【００１１】
シャシフレーム２は、前後に延びる一対のサイドメンバ７を有すると共にサイドメンバ７間に掛け渡して設けられた複数のクロスメンバ８を有する。
【００１２】
ＬＮＧタンク３は、左右のサイドメンバ７の外側にそれぞれ１つずつ、計２つ設けられている。これらＬＮＧタンク３は、図示しない配管で接続されている。
【００１３】
以下の説明では、特に断らない限り「ＬＮＧタンク」とは、排気管６に近接された右側のＬＮＧタンク３のことをいう。
【００１４】
ベーパライザ４は、左右のサイドメンバ７間に設けられている。ベーパライザ４は、ＬＮＧタンク３とＬＮＧ配管９を介して接続されたコイル状の伝熱管１０と、伝熱管１０の外周を囲む胴部１１とを備える。胴部１１は、密閉された容器状に形成されている。胴部１１には、冷却水からなる熱媒が循環する熱媒循環路１２が接続されている。なお、熱媒は冷却水に限るものではない。他の液体であってもよい。熱媒循環路１２はエンジン５の冷却水回路（図８参照）とは独立して形成されると共に、環状に形成されている。熱媒循環路１２には、ポンプ１３、熱交換器１４、ベーパライザ４、熱媒タンク１５が順に接続されている。
【００１５】
ポンプ１３は、図示しない駆動モータを有する。駆動モータは、後述する制御装置２６で制御される。
【００１６】
熱交換器１４は、排気管６内の排ガスと熱媒循環路１２内の熱媒との間で熱交換を行うものであり、排気管６のタンク近接部６ａに設けられている。タンク近接部６ａは、排ガス処理装置１６を有すると共に、サイレンサ１７を有する。サイレンサ１７は、排ガス処理装置１６より下流側に位置されている。サイレンサ１７は、例えば多段膨張式であり、内部が迷路状に形成されている。
【００１７】
図２及び図３に示すように、熱交換器１４は、二重筒状に形成されており、サイレンサ１７の外周にサイレンサ１７を覆うように設けられている。具体的には、熱交換器１４は、サイレンサ１７の外周に嵌合する内筒部１８と、内筒部１８の外周に径方向に間隔を隔てて同軸上に配置された外筒部１９と、外筒部１９及び内筒部１８間の隙間を両端で塞ぐ端板部２０とを備える。外筒部１９には、熱媒入口２１と熱媒出口２２とが周方向の異なる位置に形成されている。熱媒入口２１は、近接するＬＮＧタンク３側（右側）に形成されており、ポンプ１３側の熱媒循環路１２に接続されている。熱媒出口２２は、近接するＬＮＧタンク３とは反対側（左側）に形成されており、ベーパライザ４側の熱媒循環路１２に接続されている。また、熱媒出口２２は、熱交換器１４の上部に接続されている。これにより、熱交換器１４内で熱媒が沸騰した場合であっても気泡を熱媒出口２２から排出しやすい。
【００１８】
排ガス処理装置１６は、例えば三元触媒からなり、サイレンサ１７の上流側に配置されている。三元触媒は、特に触媒活性温度以上に保つ必要がある。このため、熱交換器１４は、排ガス処理装置１６の外周には設けられず、排ガス処理装置１６より下流のサイレンサ１７の外周に設けられている。これにより、排ガス処理装置１６の温度が熱交換器１４によって下がるのを防止又は抑えることができる。
【００１９】
また、熱媒循環路１２には、熱交換器１４をバイパスするバイパス路２３が接続されている。バイパス路２３は、ポンプ１３及び熱交換器１４間の熱媒循環路１２から分岐されると共に、熱交換器１４及びベーパライザ４間の熱媒循環路１２に合流されている。また、バイパス路２３には、サーモスタット２４が接続されている。サーモスタット２４は、熱媒の温度が所定の許容上限値を超えたとき開弁し、それ以外のとき閉弁する。したがって、サーモスタット２４は、通常閉弁される。
【００２０】
また、熱交換器１４及びベーパライザ４間の熱媒循環路１２には、ベーパライザ４の熱媒入口温度を測定する温度センサ２５が設けられている。温度センサ２５は、制御装置２６と電気的に接続されており、制御装置２６に測定値を電気信号として伝達する。
【００２１】
制御装置２６は、ポンプ１３と電気的に接続されており、温度センサ２５の測定値に基づいてポンプ１３を制御する。制御装置２６は、エンジン５が冷間始動されたとき暖機モードでポンプ１３を制御し、温度センサ２５の測定値が予め設定された暖機終了温度になったとき通常運転モードでポンプ１３を制御する。暖機終了温度は、予め実験的に求められ、設定されている。
【００２２】
制御装置２６は、通常運転モードのとき、温度センサ２５の測定値が予め設定された通常運転温度となるようにポンプ１３を制御する。また、制御装置２６は、暖機モードのとき、吐出量が通常運転モードのときより多くなるようにポンプ１３を制御する。通常運転温度は、暖機終了温度より高く設定されている。
【００２３】
なお、制御装置２６は、温度センサ２５の測定値に基づいてポンプ１３を制御するものでなくてもよい。例えば制御装置２６は、ベーパライザー後の燃料温度・圧力センサーの測定値、エンジン冷却水温度、排ガス温度、外気温等の他の温度に基づいてポンプ１３を制御するものであってもよい。また、制御装置２６は、冷間始動から予め設定された一定時間が経過するまで暖機モードでポンプ１３を制御してもよい。
【００２４】
図１に示すように、熱媒タンク１５は、サイドメンバ７の外側にブラケット（図示せず）等を介して設けられている。これにより、熱媒の残量の確認が容易にできる。
【００２５】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００２６】
図１に示すように、エンジン５が冷間始動されると制御装置２６は、ポンプ１３も同時に起動させる。ポンプ１３から吐出された熱媒は、熱交換器１４を経てベーパライザ４に供給される。このとき、サイレンサ１７内の排ガスは十分暖まっておらず、サイレンサ１７から熱交換器１４への入熱は小さい。このため、排ガスと熱媒との間で熱交換はあまり行われず、ベーパライザ４には、比較的低温の熱媒が供給されることとなる。
【００２７】
従来のＬＮＧ自動車（図８参照）は、エンジン５の動力で駆動されるポンプでベーパライザ４にエンジン冷却水を供給しているため、ベーパライザ４に供給されるエンジン冷却水の流量はエンジン回転数に依存している。エンジン５が冷間始動され、暖機運転の状態では、エンジン回転数は低く、ＬＮＧを迅速に気化させることは困難である。このため、冷間始動時のエンジン５に天然ガスを潤沢に供給することはできず、暖機に時間がかかっている。
【００２８】
しかし、本実施の形態の制御装置２６は、暖機モードのとき、熱媒の流量が通常運転時より多くなるようにポンプ１３を制御するため、熱媒が比較的低温であってもＬＮＧを迅速に気化でき、エンジン５に天然ガスを潤沢に供給することができる。そして、従来よりも暖機時間を短縮できる。
【００２９】
エンジン５の暖機が進み、排ガスの温度が上昇すると、サイレンサ１７の温度も上昇する。サイレンサ１７の外周には熱交換器１４が設けられているため、サイレンサ１７からの熱は、熱交換器１４に供給され、排ガスと熱媒との間で熱交換が行われるようになる。これにより、ベーパライザ４に供給される熱媒の温度が高くなる。また、サイレンサ１７からの熱は熱媒との熱交換で吸収されるため、サイレンサ１７に近接する右側のＬＮＧタンク３がサイレンサ１７からの熱で暖まるのを抑えることができる。特に、熱交換器１４の熱媒入口２１がＬＮＧタンク３側（右側）に形成され、熱媒出口２２がＬＮＧタンク３とは反対側（左側）に形成されている。このため、熱交換前の比較的低温の熱媒がＬＮＧタンク３側から熱交換器１４に流入することとなり、ＬＮＧタンク３への放熱を効果的に抑えることができる。
【００３０】
制御装置２６は、温度センサ２５の測定値が暖機終了温度に到達すると、通常運転モードでポンプ１３を制御する。制御装置２６は、通常運転モードのとき、温度センサ２５の測定値が予め設定された通常運転温度となるようにポンプ１３をフィードバック制御する。
【００３１】
具体的には、制御装置２６は、通常運転モードのとき、温度センサ２５の測定値が通常運転温度より低いとき、吐出量を減少させるようにポンプ１３を制御し、温度センサ２５の測定値が通常運転温度より高いとき、吐出量を増加させるようにポンプ１３を制御する。
【００３２】
例えば、ＬＮＧ自動車１が坂を登っているとき、エンジン５は高負荷で運転され、排ガスは高温となる。これにより、排ガスと熱交換した熱媒の温度は上昇傾向となる。制御装置２６は、温度センサ２５の測定値が通常運転温度となるようにポンプ１３の吐出量を増加させる。これにより、熱媒温度が下がる。
【００３３】
エンジン５がより高負荷で運転されるとき、より多くの燃料（天然ガス）が必要となる。しかし、従来のＬＮＧ自動車４０（図７参照）は、坂を登っているときであってもエンジン回転数が低いときは、ベーパライザ４に供給されるエンジン冷却水が少なく、エンジン５への燃料供給が不足ぎみになる可能性がある。
【００３４】
これに対し、本実施の形態のＬＮＧ自動車１は、熱媒温度が通常運転温度に対し上昇するほどポンプ１３の吐出量が増加され、より多くの熱媒がベーパライザ４に供給されることとなるため、エンジン５に燃料を潤沢に供給することができる。
【００３５】
また、ＬＮＧ自動車１が坂を下っているとき、エンジン５は低負荷となり、排ガスは冷える。これにより、排ガスと熱交換した熱媒の温度は下降傾向となる。このとき、制御装置２６は、ポンプ１３の吐出量を減少させる。エンジン５が低負荷で運転されるとき、必要な燃料も少量であるため、ポンプ１３が無駄に駆動されるのを防ぐことができる。
【００３６】
このように、ＬＮＧ自動車１は、エンジン５の冷却水回路とは独立して形成されると共にベーパライザ４に接続され熱媒が循環する熱媒循環路１２と、熱媒循環路１２に接続されたポンプ１３と、排気管６に設けられると共に熱媒循環路１２に接続され、排ガスと熱媒との間で熱交換を行う熱交換器１４とを備える。このため、エンジン５からキャブヒータ（図示せず）に流れるエンジン冷却水がベーパライザ４に流れることはなく、キャブヒータの効きが悪くなるのを抑えることができる。また、エンジン５の配置とは無関係に熱媒循環路１２を形成でき、エンジン冷却水用配管による圧力損失を抑えることができ、レイアウト性を改善できる。またさらに、エンジン回転数とは無関係に熱媒の循環量を決定でき、エンジン始動時の燃料気化性を改善できる。
【００３７】
排気管６はＬＮＧタンク３に近接するタンク近接部６ａを有し、熱交換器１４はタンク近接部６ａに設けられるものとしたため、タンク近接部６ａの温度を下げることと相まってタンク近接部６ａからＬＮＧタンク３への入熱を抑制できる。
【００３８】
また、タンク近接部６ａはサイレンサ１７を有し、サイレンサ１７の外周には熱交換器１４が設けられるものとしたため、単純な管状の部分よりも内部構造が複雑で排ガスとの接触面積が広く、熱がこもりがちなサイレンサ１７の構造を利用して効率よく熱交換ができる。
【００３９】
熱媒循環路１２には、熱交換器１４をバイパスするバイパス路２３が接続され、バイパス路２３には、熱媒の温度が所定の許容上限値を超えたとき開弁するサーモスタット２４が接続されるものとしたため、ベーパライザ４に供給される熱媒が過度に高温になるのを簡易な構造で抑制できる。
【００４０】
ベーパライザ４、熱交換器１４及びポンプ１３は、シャシフレーム２のサイドメンバ７間に配置されるものとしたため、熱媒循環路１２の長さを短く抑えることができ、熱媒用配管（図示せず）による圧力損失を低減できる。
【００４１】
ＬＮＧ自動車１は、ベーパライザ４の熱媒入口温度を測定する温度センサ２５と、温度センサ２５の測定値に基づいてポンプ１３を制御する制御装置２６とを備えるものとしたため、エンジン５の運転状態に応じて変動する排ガス温度に応じて熱媒の流量を調節でき、エンジン５に天然ガスを安定して供給できる。
【００４２】
次に、上述のＬＮＧ自動車１に変更を加えた変形例について説明する。
【００４３】
（変形例１）
図４に示すように、熱媒タンク１５をサイドメンバ７間に設けてもよい。熱媒循環路１２をさらに短くでき、熱媒用配管による圧力損失をさらに低減できる。
【００４４】
（変形例２）
図５に示すように、サイレンサ１７より下流側のタンク近接部６ａに熱交換器３０を設けてもよい。この場合、図６に示すように、熱交換器３０は、両端に形成され排気管６に接続される端部排ガス室３１、３２と、これら端部排ガス室３１、３２間に設けられると共に端部排ガス室３１、３２に接続され、排ガスが通過する複数の伝熱管３３と、これら伝熱管３３の周囲に形成され熱媒が流れる熱媒室３４とを備えるとよい。排ガスが熱交換器３０を通過する際に排気音をさらに小さくすることができる。
【００４５】
また、熱媒室３４には、熱媒の入口３５と出口３６が伝熱管３３の長手方向に離間して形成されるとよい。排ガスと熱媒との間で熱交換を効率よく行うことができる。
【００４６】
またさらに、熱媒の入口３５をＬＮＧタンク３側（右側）に形成し、熱媒の出口３６をＬＮＧタンク３とは反対側（左側）に形成するとよい。熱交換器３０のＬＮＧタンク３側が反対側より低温となり、熱交換器３０からＬＮＧタンク３への放熱をより効果的に抑えることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ＬＮＧ自動車
３  ＬＮＧタンク
４  ベーパライザ
５  エンジン
６  排気管
６ａ  タンク近接部
１２  熱媒循環路
１３  ポンプ
１４  熱交換器
【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】
2018021516.tif 000008
【図７】
2018021516.tif 000009
【図８】
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