(57)【要約】【課題】ＬＰＧのように気化しやすい燃料を常に安定した液体の状態で噴射させ且つ燃料ポンプの電力消費量を低減させる。【解決手段】燃料タンク１から燃料噴射弁４に至る供給管路２に二台の燃料ポンプ７、８を直列設置し、その二段目燃料ポンプ８入口側に余剰燃料の戻し管路９を接続した。  通常運転時に二段目燃料ポンプ８で加圧した液体燃料Ｆを燃料噴射弁４に送り、余剰燃料を循環させて噴射燃料分を一段目燃料ポンプ７を通して補充する。高温再始動時に一段目燃料ポンプ７を一時的に高吐出圧力運転して燃料噴射圧力を高くする。  これらにより常に液体の状態で噴射でき且つ電力消費量を低減できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクの液体燃料を燃料ポンプで加圧し圧力調整器で所定圧力に調整して吸気管に設置した燃料噴射弁より噴射させエンジンに供給する燃料噴射装置において、
前記燃料ポンプは一段目燃料ポンプと二段目燃料ポンプとの二台であって、前記燃料タンクから前記燃料噴射弁に至る液体燃料の供給管路に直列設置されており、
前記圧力調整器は出口側圧力を噴射圧力設定用の背圧に使用するものであって、前記圧力調整器を設置した余剰燃料の戻し管路が前記供給管路の前記二台の燃料ポンプの間の部分に接続されており、
そして、エンジンの通常運転時は余剰燃料を前記戻し管路から前記二段目燃料ポンプの入口側に導入するとともに前記燃料噴射弁からの噴射燃料分を前記燃料タンクから前記一段目燃料ポンプを通って補充させ、燃料噴射圧力を高くするときは前記一段目燃料ポンプを高吐出圧力運転して前記燃料噴射弁の入口側および前記圧力調整器の出口側の燃料圧力を高くする、
ことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載した燃料噴射装置における前記戻し管路の前記圧力調整器下流側から分岐して前記燃料タンクに接続された補助管路が設けられ、設定圧力以上の高圧燃料を前記燃料タンクに放出する高圧逃し弁が前記補助管路に設置されている、
ことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
前記二台の燃料ポンプは前記燃料タンクよりも低位置に設置されており、前記一段目燃料ポンプはエンジンの通常運転時に運転を停止して前記燃料タンクの液体燃料を落差により通過させるものとされている請求項１または２に記載した燃料噴射装置。
【請求項４】
前記一段目燃料ポンプはエンジンの通常運転時に前記燃料噴射弁からの噴射燃料分を補充するように小吐出量運転し、燃料噴射圧力を高くするときに高吐出圧力運転するものとされている請求項１または２に記載した燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体燃料を吸気管に噴射してエンジンに供給する燃料噴射装置、殊に温度変化による圧力変動が大きく高温で気化しやすいＬＰＧを液体の状態で噴射させるための燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体燃料であるガソリンを吸気管に燃料噴射弁を用いて計量噴射しエンジンに供給するシステムは、図３に概略的に示したように燃料タンク５１に貯留されている液体燃料Ｆを燃料ポンプ５２で加圧し、供給管路５３より燃料ギャラリ５４に送ってエンジン５６の吸気管である吸気マニホルド各枝管に設置した燃料噴射弁５５に分配するようになっており、燃料噴射弁５５から枝管に噴射される液体燃料Ｆは圧力調整器５７で所定圧力に調整される。  また、燃料噴射弁５５から噴射されなかった余剰燃料は戻し管路５８を通って燃料タンク５１に戻される。
【０００３】
以上の燃料噴射装置は例えば特開昭５６−１３２４５４号公報、特開昭５８−３２９６４号公報に記載されているように周知である。一方、ガソリンに代えてＬＰＧを液体のまま燃料噴射弁より各枝管に噴射しエンジンに供給するものにおいても、例えば実開昭６１−１３８８６０号公報、実開昭６２−８７１６２号公報、特開昭６３−１８１７２号公報に記載されているように、基本的に前記ガソリンと同じ燃料噴射装置を使用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記燃料噴射装置によりＬＰＧを液体の状態で噴射させようとした場合、ＬＰＧはガソリンに比べて温度変化による圧力変動がきわめて大きいので、例えば高温状態での低負荷運転が長時間続くと、燃料ギャラリ５４およびその付近でエンジン熱により加熱された大量の余剰燃料が燃料タンク５１に戻って循環し、燃料タンク５１内部の燃料温度および圧力を上昇させ気化させやすい状態を作る。  また、燃料タンク５１内の液体燃料Ｆが低温であっても、燃料ギャラリ５４およびその近くでエンジン熱で急激に加熱され高温となるので、殊に燃料ギャラリ５４の内部で不安定となって気相が発生しやすい状態となる。
【０００５】
更に、圧力調整器５７は予め調整した設定圧力に固定されており、燃料ポンプ５２は常に圧力調整器５７の設定圧力よりも高い圧力で液体燃料Ｆを吐出するように運転しなけらばならない。  加えて、液体燃料ＦがＬＰＧの場合は液体の状態を維持するために圧力または流量をガソリンよりも高くする必要があり、これらによって燃料ポンプ５２の駆動用電動機の電力消費量、即ちエンジンの電気負荷がきわめて大きい、という問題がある。
【０００６】
本発明は燃料タンクの液体燃料を燃料ポンプで加圧し圧力調整器で所定圧力に調整してエンジンの吸気管に設置した燃料噴射弁より噴射するとともに、余剰燃料を燃料タンクに戻すものとした従来の燃料噴射装置がもっているこれらの問題点を解決するためになされたものであって、燃料タンク内の燃料温度および圧力の上昇を招かないとともに、ＬＰＧのように気化しやすい燃料を安定した液体の状態で噴射することができ、しかも燃料ポンプ駆動のための電力消費量を低減できるものとすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は燃料ポンプを一段目燃料ポンプと二段目燃料ポンプとの二台として燃料タンクから燃料噴射弁に至る液体燃料の供給管路に直列設置し；圧力調整器は出口側圧力を噴射圧力設定用の背圧を使用するものとし、この圧力調整器を設置した余剰燃料の戻し管路を供給管路の二台の燃料ポンプの間の部分に接続した。そして、エンジンの通常運転時は余剰燃料を戻し管路から二段目燃料ポンプの入口側に導入するとともに燃料噴射弁からの噴射燃料分を燃料タンクから一段目燃料ポンプを通って補充させ、燃料噴射圧力を高くするときは一段目燃料ポンプを高吐出圧力運転して燃料噴射弁の入口側および圧力調整器の出口側の燃料圧力を高くする；ものとしたことをもって前期課題を解決するための第一手段とした。
【０００８】
また、本発明は第一手段における戻し管路の圧力調整器下流側から分岐して燃料タンクに接続された補助管路を設け、設定圧力以上の高圧燃料を燃料タンクに放出する高圧逃し弁を補助管路に設けた；ものとしたことをもって前期課題を解決するための第二手段とした。
【０００９】
通常運転時に余剰燃料は燃料タンクに戻ることなく二段目燃料ポンプから燃料噴射弁に送られ、更に圧力調整器を通って循環するので、高温状態で低負荷運転が長時間続くことがあっても燃料タンク内部の燃料温度および圧力を上昇させない。また、噴射燃料分のみが燃料タンクから補充されて二段目燃料ポンプの入口側で余剰燃料と合流するので、燃料噴射弁の入口付近で急激な加熱による不安定状態を生じさせることがなく、安定した液体の状態で噴射することができる。
【００１０】
高温再始動時のように液体の状態を維持させるため燃料噴射圧力を高くする必要があるときは、燃料噴射弁入口側および圧力調整器出口側の燃料圧力を高くすることにより、圧力調整器の前後圧力差を通常運転時と同じに保ちながら燃料噴射圧力を高くすることができる。  この場合、二段目燃料ポンプは通常運転時と同じ運転を行なわせ一段目燃料ポンプのみを一時的に高吐出圧力運転させるので、エンジンの全運転時間に亘る電力消費量を低減することができる。
【００１１】
以上は第一手段および第二手段に共通の作用、機能であるが、第二手段によるとエンジンが高温であって供給管路および戻し管路の燃料圧力が高圧となったときや、一段目燃料ポンプを高吐出圧力運転して戻し管路が高圧となったとき、高圧逃し弁が開いて設定圧力以上の高圧燃料を燃料タンクに放出し過度の高圧化を防止するため、配管破裂や機器類破損という事故を回避することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、異なる実施の形態を示す図１，図２において、燃料タンク１から燃料ギャラリ３に至る供給管路２に電動機駆動の一段目燃料ポンプ７と二段目燃料ポンプ８とが直列設置されている。燃料タンク１の液体燃料Ｆは供給管路２を通って燃料ギャラリ３に入り、エンジン５の吸気管である吸気マニホルドの枝管６のそれぞれに設置した燃料噴射弁４から噴射される。
【００１３】
燃料ギャラリ３から延びる戻し管路９は供給管路２の一段目燃料ポンプ７と二段目燃料ポンプ８との間の部分に接続されており、燃料噴射弁４からエンジン５に供給されなかった余剰の液体燃料Ｆはこの戻し管路９を通って二段目燃料ポンプ８の入口側に入るものとされている。
【００１４】
この戻し管路９に設置された圧力調整器１０はその下流側圧力を噴射圧力設定用の背圧とするものであり、調圧ばねのばね荷重と下流側圧力とによって上流側圧力である燃料ギャラリ３の液体燃料圧力を所定圧力に調整する。  また、戻し管路９の圧力調整器１０下流側の部分から分岐させて燃料タンク１に接続した補助管路１１が設けられており、燃料タンク１へ向かって開く逆止弁構造の高圧逃し弁１２が補助管路１１に設置されている。
【００１５】
二台の燃料ポンプ７、８は通常の燃料ポンプと同様であって、液体燃料の逆流を防止する逆止弁を吐出側に有している。また、二台の燃料ポンプ７、８の内で、殊に一段目燃料ポンプ７は高吐出圧力運転が可能な可変容量形のポンプが用いられるが、二段目燃料ポンプ８はエンジンの通常運転時に要求される圧力および流量を与える常用ポンプであって高吐出圧力運転は行なわない。  更に、エンジン５の運転状態を検知する各種センサからの信号に基いて燃料噴射弁４に所定のデューティサイクル信号を出力する周知の電子式制御装置１５が準備されており、この電子式制御装置１５は二台の燃料ポンプ７、８の駆動用電動機のそれぞれに所要の駆動信号を送るようになっている。
【００１６】
図１に示した実施の形態では、二台の燃料ポンプ７、８を燃料タンク１よりも低い位置に設置し、燃料タンク１に貯留されている液体燃料Ｆの液面と一段目燃料ポンプ７の入口との高さの差、即ちヘッド差Ｈによって液体燃料Ｆが一段目燃料ポンプ７に流入するようになっている。  尚、本実施の形態では二台の燃料ポンプ７、８を同一水平面上に配置し、それぞれの入口に高低差がないようにしている。
【００１７】
本実施の形態ではエンジン５の通常運転時に一段目燃料ポンプ７を運転することなく停止させておき、二段目燃料ポンプ８のみを運転するものであって、二段目燃料ポンプ８で加圧された液体燃料Ｆは燃料ギャラリ３に流入し圧力調整器１０により所定圧力に調整されて燃料噴射弁４から噴射しエンジン５に供給される。エンジン５に供給されなかった液体燃料Ｆは余剰燃料として戻し管路９を通り、二段目燃料ポンプ８の入口側に入って再び燃料ギャラリ３に送られる。
【００１８】
燃料噴射弁４から噴射することによって前述の循環経路内の液体燃料Ｆは減少するが、ヘッド差Ｈによって燃料タンク１から一段目燃料ポンプ７に流入した液体燃料Ｆがその隙間を通って供給管路２の戻し管路９合流箇所まで充満し余剰燃料と合流しているので、この燃料タンク１から落下流出した液体燃料Ｆにより噴射燃料分が余剰燃料に補充されて燃料ギャラリ３に送られることとなる。
【００１９】
このため、高温状態で低負荷運転が長時間続いて大量且つ高温の余剰燃料を発生しても、これが燃料タンク１に戻らないので燃料タンク１内部の燃料温度および圧力を上昇させることがない。  また、燃料タンク１内の低温の液体燃料Ｆが噴射燃料分ずつ高温の余剰燃料に加えられて燃料ギャラリ３に入るので、急激な加熱による気相を発生させやすい不安定状態を生じることがなく、ＬＰＧのように気化しやすい液体燃料を安定した液体の状態で噴射することができる。加えて、低温の液体燃料Ｆが噴射燃料分に応じて間断なく補充されることにより、循環する余剰燃料の温度上昇を抑制して気相発生を防止することができる。
【００２０】
次に、エンジン５の高温再始動時のように燃料噴射圧力を高くし液相の状態を確保して噴射させる必要のあるときは、エンジン始動に先立って一段目燃料ポンプ７を高吐出圧力運転するとともに、二段目燃料ポンプ８に通常運転時と同じ運転を行なわせる。このため、一段目燃料ポンプ７の吐出側圧力が上昇し、加圧された液体燃料Ｆは二段目燃料ポンプ８で更に加圧されて燃料ギャラリ３に入り、その一方で戻し管路９の圧力調整器１０下流側の圧力を上昇させる。燃料ギャラリ３の液体燃料圧力は一段目燃料ポンプ７の吐出圧力と二段目燃料ポンプ８の吐出圧力との和であり、圧力調整器１０の背圧は一段目燃料ポンプ７の吐出圧力である。
【００２１】
即ち、二段目燃料ポンプ８の吸入圧力が一段目燃料ポンプ７の吐出圧力分だけ高くなることにより、高い圧力で噴射することが可能となる。  また、圧力調整器１０の前後圧力差は通常運転時と同じであって、燃料噴射量を狂わせることがなく燃料噴射弁４の制御を容易且つ安定したものとする。
【００２２】
燃料ギャラリ３の燃料圧力が所定圧力となったとき、一段目燃料ポンプ７を停止して燃料噴射弁４から液体燃料Ｆを噴射してエンジン５を始動させる。エンジン５に供給されなかった液体燃料Ｆは戻し管路９を通り、二段目燃料ポンプ８の入口側に入って再び燃料ギャラリ３に送られることは通常運転時と同じであり、この高圧の液体燃料Ｆは一段目燃料ポンプ７の吐出側に逆止弁が設けられていることによって燃料タンク１に逆流することなく循環しながら燃料噴射弁４から噴射させられる。
【００２３】
高温再始動を終って前記の循環系内の燃料圧力が次第に低下し、二段目燃料ポンプ８の入口側圧力がヘッド差Ｈに相当する圧力となった後は、燃料タンク１の液体燃料Ｆが一段目燃料ポンプ７を通って余剰燃料に合流することにより、燃料噴射弁４からの噴射燃料分を補充するようになり、前述の通常運転に戻る。
【００２４】
以上により、高温再始動時のように液体燃料Ｆが気化しやすい状況のとき燃料噴射圧力を高くして液相の状態で噴射させること、および燃料ポンプ駆動の電力消費量を大幅に低減すること、が可能となる。
【００２５】
ここで、通常運転時に供給管路２、戻し管路９を通って循環する液体燃料Ｆがエンジン熱で加熱され高圧となったとき、或いは高温再始動時に一段目燃料ポンプ７を高吐出圧力運転することによって戻し管路９の液体燃料Ｆが高圧となったとき、本実施の形態では高圧逃し弁１２が開いて設定圧力以上の高圧燃料を補助管路１１より燃料タンク１に放出するようにしている。  このことにより、過度の高圧化が防止されて供給管路２、戻し管路９の破裂、圧力調整器１０などの機器類の破損、という事故を回避することができる。
【００２６】
図２に示した実施の形態では、一段目燃料ポンプ７を燃料タンク１の液体燃料Ｆに浸漬設置し、これより吐出管路２を燃料タンク１の上方へ延出させたものとしている。  本実施の形態では、エンジン５の通常運転時に燃料噴射弁４からの噴射燃料分を補充するように一段目燃料ポンプ７を小吐出量運転するものである。
【００２７】
そして、本実施の形態においても、余剰燃料は燃料タンク１に戻ることなく燃料ギャラリ３を通って循環することにより燃料タンク１内部の燃料温度および圧力を上昇させないこと、燃料タンク１内の低温の液体燃料Ｆを噴射燃料分ずつ二段目燃料ポンプ８の入口側で余剰燃料に加えることにより急激な加熱による不安定状態を生じさせないこと、低温の液体燃料Ｆが余剰燃料に間断なく補充されることにより温度上昇を抑制して気相発生を防止すること、という図１の実施の形態と同じ作用、機能を有するものである。
【００２８】
また、エンジン５の高温再始動時のように燃料噴射圧力を高くし液相の状態を確保する必要のあるときは一段目燃料ポンプ７を一時的に高吐出圧力運転することにより、燃料ギャラリ３の液体燃料圧力を一段目燃料ポンプ７の吐出圧力と二段目燃料ポンプ８の吐出圧力の和として高圧噴射可能にするとともに、圧力調整器１０の前後圧力差を通常運転時と同じとして燃料噴射弁４の制御を安定したものとすることができる。更に、高温再始動を終って前述の循環系内の燃料圧力が低下したとき、一段目燃料ポンプ７を小吐出量運転して噴射燃料分を補充させる、という通常運転を行なう。
【００２９】
以上により、本実施の形態においても高温再始動時のように液体燃料Ｆが気化しやすい状況のときに液相の状態で噴射させることができ、また燃料ポンプ駆動の電力消費量を低減することができ、加えて高圧逃し弁１２により供給管路２、戻し管路９や圧力調整器１０などの機器類を保護することができる、という図１の実施の形態と同様の作用、機能を有するものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると余剰燃料を燃料タンクに戻さないことによって燃料タンク内の燃料温度および圧力の上昇がなくなり燃料気化の心配が解消されるとともに、高温再始動時のように燃料噴射圧力を高くし液体の状態を維持させる必要がある場合、ＬＰＧのように気化しやすい燃料を安定した液体の状態で噴射することができ、しかも燃料ポンプ駆動の電力消費量を低減することができるものである。  加えて、もう一つの本発明によると過度の高圧による配管破裂や機器類破損の危険が解消され、安全に使用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す配置図。
【図２】本発明の異なる実施の形態を示す配置図。
【図３】従来例を示す配置図。
【符号の説明】
１  燃料タンク、  ２  供給管路、４  燃料噴射弁、５  エンジン、７  一段目燃料ポンプ、８  二段目燃料ポンプ、９  戻し管路、１０  圧力調整器、１１補助管路、  １２  高圧逃し弁、  １５  電子式制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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