(57)【要約】【課題】燃料デリバリパイプ８内の燃料が機関の熱で昇温し、還流通路１６から燃料タンク１１内に戻ると、燃料タンク内が高温、高圧になって、燃料充填時間が長くなる。この充填性の悪化を抑制する。【解決手段】燃温センサ２１と燃圧センサ２２で燃料タンク１１内のＬＰＧの温度と圧力を検出し、その検出結果を、ＥＣＵ２０に記憶した組成の違う複数のＬＰＧの蒸気圧曲線に照らして、対応する蒸気圧曲線を特定する。燃温センサ２３と燃圧センサ２４でデリバリパイプ８内の燃料の状態を検出し、その検出結果と、前記の特定した蒸気圧曲線とに基づいて、デリバリパイプ内の燃料が気化していないと判定されたら、ＥＣＵ２０が切換弁１９を閉じて燃料の還流を止める。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガス燃料が貯留される燃料タンクと、該燃料タンクから送出された燃料を燃料噴射弁に導く燃料通路と、該燃料通路の途中から分岐して前記燃料タンクに燃料を還流する還流通路と、該還流通路の開閉を切り換える切換弁とを含む内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料通路内での燃料の存在状態を検出する燃料状態判定手段を備え、該燃料状態判定手段により燃料が気化していないと判定されたときは前記切換弁が閉状態とされることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
前記燃料状態判定手段は、前記燃料タンクの温度及び圧力を検出する第１の検出手段と、該第１の検出手段による検出結果に基づいて前記液化ガス燃料の蒸気圧曲線を特定する特定手段と、前記燃料通路の温度及び圧力の少なくとも一方を検出する第２の検出手段とを備え、前記特定手段による特定結果と前記第２の検出手段による検出結果に基づいて燃料の存在状態を判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＰＧのような液化ガスを内燃機関に供給する燃料供給装置において、ポンプにより燃料タンクから送出した燃料を再び燃料タンクに還流する還流通路が設けられるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、このような還流通路に遮断弁を設けたものが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特表平６−５０２４７３号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】
特公平７−６５５４６号公報（第２頁、第１図、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料通路は内燃機関からの受熱により高温となっているため、前記燃料通路を通過して還流される燃料も昇温された状態で燃料タンクに戻ってくることになり、燃料タンク内温度が上昇し、燃料タンク内に貯留される燃料が気化されることにより燃料タンク内圧が上昇する。このように燃料タンク内圧が上昇すると、燃料を充填する際に、充填性が悪化して充填時間が長くなるという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題点を解消できる内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の第１の発明は、液化ガス燃料が貯留される燃料タンクと、該燃料タンクから送出された燃料を燃料噴射弁に導く燃料通路と、該燃料通路の途中から分岐して前記燃料タンクに燃料を還流する還流通路と、該還流通路の開閉を切り換える切換弁とを含む内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料通路内での燃料の存在状態を検出する燃料状態判定手段を備え、該燃料状態判定手段により燃料が気化していないと判定されたときは前記切換弁が閉状態とされることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置である。
【０００８】
本発明では、燃料通路内で燃料が気化していないと判定されると切換弁が閉じて燃料は還流しない。そのため、燃料通路内で機関から受熱して高温となった燃料の還流量が低減されて、燃料タンク内の温度、圧力の上昇を抑制することができる。
【０００９】
請求項２記載の第２の発明は、前記第１の発明の内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料状態判定手段は、前記燃料タンクの温度及び圧力を検出する第１の検出手段と、該第１の検出手段による検出結果に基づいて前記液化ガス燃料の蒸気圧曲線を特定する特定手段と、前記燃料通路の温度及び圧力の少なくとも一方を検出する第２の検出手段とを備え、前記特定手段による特定結果と前記第２の検出手段による検出結果に基づいて燃料の存在状態を判定することを特徴とするものである。
【００１０】
この発明では、燃料の蒸気圧曲線を特定して燃料状態を判定するため、燃料状態を精度よく判定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図に示す実施例に従って説明する。
【００１２】
図１は本発明の装置を搭載した内燃機関の略平面図で、エアクリーナ１から吸入した空気は、スロットルボデー２、吸気管３におけるエンジンの各気筒に連通する吸気ダクト４，４，４，４を通じてエンジン５に供給され、エンジン５の排気は排気管６から排出される。
【００１３】
各吸気ダクト４には、本発明の燃料噴射弁に相当する液噴インジェクタ７が備えられており、燃料デリバリパイプ（以下、単にデリバリという）８を通じて燃料を各液噴インジェクタ７から各吸気ダクト４内に噴射供給するようになっている。
【００１４】
吸気管３に設けた吸入空気量センサ９は吸入空気量を検出して電気信号に変換し、後述するＥＣＵ２０に伝える。エンジン５に設けたＮｅセンサ１０はエンジン回転数を検出して電気信号に変換し、後述するＥＣＵ２０に伝える。
【００１５】
次に、前記図１に示す内燃機関への燃料供給装置（燃料供給系）について図２により説明する。
【００１６】
本発明は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、ディメチルエーテル（ＤＭＥ）、ＬＮＧ、水素ガス等を加圧変化した液化ガスを燃料とする内燃機関に適用するもので、この液化ガスが燃料タンク１１内に液相と気相状態で貯留されるが、実施例では、燃料タンク内に液化石油ガス（ＬＰＧ）を貯留している場合を例として説明する。
【００１７】
燃料タンク１１の底部と前記デリバリ（デリバリパイプ）８とは、燃料タンク１１の液相部１２の液相燃料を取り出して前記デリバリ８へ供給する液相燃料供給用の液相配管１３で接続されている。該液相配管１３には、燃料タンク１１から燃料を加圧送出する燃料ポンプ１４と、該燃料ポンプ１４の下流側に配設した燃料フィルタ１５が設けてある。
【００１８】
液相配管１３とデリバリ８は燃料を液噴インジェクタ（燃料噴射弁）７に導く燃料通路に相当する。
【００１９】
還流通路１６は前記燃料通路の途中から分岐して前記燃料タンク１１に燃料を還流するように、その上流端はデリバリ８に連通し、下流端は燃料タンク１１の上部気相部１７に開口している。そして、還流通路１６の下流端部には周知のプレッシャレギュレータ１８が設けてある。また、還流通路１６の途中には、該還流通路の開閉を切り換える切換弁１９が設けてある。この切換弁１９は後述するＥＣＵ２０で開閉制御される。
【００２０】
電子制御装置（ＥＣＵ）２０は、前記吸入空気量センサ９からの吸入空気量信号、Ｎｅセンサ１０からの回転数信号、図示されてない冷却水温センサからの冷却水温信号などを入力して、エンジンの要求燃料量を噴出するように液噴インジェクタ７，７，７，７を制御すると共に、前記燃料タンクの温度、圧力を検出する第１の検出手段に相当する燃温センサ２１、燃圧センサ２２による検出結果に基づいて後述するように液化ガス燃料の蒸気圧曲線を特定するように、燃温センサ２１、燃圧センサ２２からそれぞれ出力される電気信号を入力する。また、前記燃料通路の温度、圧力を検出する第２の検出手段に相当するように、デリバリ８に配設した燃温センサ２３、燃圧センサ２４からそれぞれ出力される電気信号も入力し、第２の検出手段に相当する燃温センサ２３、燃圧センサ２４の検出結果、即ち、その電気信号と、前記特定された蒸気圧曲線とに基づいて燃料の状態を判定し、燃料通路内の燃料が気化していないと判定されたときは切換弁１９を閉状態に制御する。
【００２１】
このように、液噴インジェクタ（燃料噴射弁）７を制御したり、蒸気圧曲線を特定したり、燃料の存在状態を判定する燃料状態判定手段として機能するために、ＥＣＵ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等を備えた周知の構成のものである。ＲＯＭは後述する各種制御に関する所定の制御プログラムも予め記憶している。ＣＰＵは、この制御プログラムに従って各種制御を実行する。
【００２２】
ところで、ＬＰＧの主成分はプロパンとブタンで、プロパンの沸点よりもブタンの沸点の方が高い温度である。そして、自動車の内燃機関に使用されるＬＰＧの成分はその９９％はプロパンとブタンが占める。したがって、このＬＰＧの蒸気圧曲線は、ほとんどプロパンとブタンの組成割合で決まる。図３に、このようなＬＰＧ燃料の蒸気圧曲線を示すが、曲線▲１▼をプロパン１００％の蒸気圧曲線とすると、ブタン１００％の蒸気圧曲線は、曲線▲９▼のように、曲線▲１▼よりも右下に離れて位置する。そして、プロパンとブタンの混合比率に応じて、曲線▲１▼から▲２▼▲３▼…▲７▼▲８▼▲９▼とそれぞれ異なる蒸気圧曲線になる。そして、曲線▲１▼〜▲９▼の数字の大きい程プロパンの成分が少なく、ブタンの成分が多い。
【００２３】
また、ＬＰＧの主成分であるプロパンとブタンの比率、即ちＬＰＧの組成は充填所（スタンド）によって違うばかりでなく、前記燃料タンク１１内の燃料が消費されて次第に減少していく間に組成が変化していく。そして、図３のように、組成の違うＬＰＧの蒸気圧曲線▲１▼〜▲９▼を複数用意して、ＥＣＵ２０のメモリ、例えばＲＯＭに予め記憶させておき、燃温センサ２１で検出したタンク温度ｔと燃圧センサ２２で検出したタンク圧ＰをＥＣＵ２０に入力し、ＥＣＵ２０のＣＰＵにより、タンク温度ｔとタンク圧Ｐで決まる図３上の点Ｓ０を、前記メモリに記憶した複数の蒸気圧曲線▲１▼〜▲９▼（これを蒸気圧曲線群ということもできる）に照らし、点Ｓ０を通る曲線、例えば曲線▲７▼を、このときのＬＰＧ燃料の蒸気圧曲線として特定することができる。
【００２４】
このようにして特定したＬＰＧ燃料の蒸気圧曲線、例えば曲線▲７▼を、図４で飽和蒸気圧線として１本の曲線で示す。
【００２５】
次に、前述の蒸気圧曲線の特定も含めて、本発明の第１の実施例の動作を図４と、図５のフローチャートに従って詳しく説明する。なお、図４で、ΔＰ１は、図２のプレッシャレギュレータ１８の設定調圧値である。また、ΔＰ２は燃料ポンプ１４に設けてある周知のリリーフ弁のリリーフ圧、または燃料ポンプが回転数制御される場合の回転数制御による圧力値（吐出圧）である。
【００２６】
先ずステップ１０１でタンク温、タンク圧を取り込み、このタンク温とタンク圧で決まるＳ０点を前述のように蒸気圧曲線群に照らし、対応する１つの飽和蒸気圧線を特定する（ステップ１０３）。次にステップ１０５で切換弁１９が閉じているか判断し、閉じていれば（還流なし）ステップ１０７で燃温センサ２３と燃圧センサ２４によってデリバリ温とデリバリ圧をそれぞれ取り込む。こうして、取り込んだデリバリ温とデリバリ圧で図４のＢ点が決まる。次に図４上でＢ点から水平に右へ直線を引いたときの飽和蒸気圧線との交点であるＳ２点の温度を求め（ステップ１０９）、Ｓ２点の温度と前記Ｂ点を決めるデリバリ温との差が一定値（例えば５℃）より小さいか判断し（ステップ１１１）、この差が一定値（例えば５℃）より小さい時は次のステップ１１３で切換弁１９を開く。こうすると、図４上で動作点がＢ点からＣ点へ移動する。ステップ１１１で、差が５℃より小さくないときは切換弁は閉じたままである。
【００２７】
また、前記ステップ１０５で、切換弁１９が閉じていないときは、切換弁１９が開いていて還流がある。このときは、次のステップ１１５でデリバリ温を取り込む。このときのデリバリ温は図４上でＣ点の温度に対応する。次にステップ１１７で、Ｃ点のデリバリ温と前記Ｓ０点のタンク温の差を求め、この差が１０℃より小さいか判断し、差が１０℃より小さいときは、ステップ１１９で切換弁１９を閉じて還流を止める。動作点はＣ点からＡ点へ移動し、更に内燃機関からの受熱によりＢ点へと移動する。Ａ点、Ｂ点、更にＣ点への動作点の移動を示す矢印は、デリバリ内の燃料状態の挙動を示している。なお、ステップ１１７で温度の差が１０℃より小さくないときは、切換弁１９は開いたまま、ＥＣＵ２０は処理を一旦終了する。
【００２８】
上述の第１実施例は、燃料通路、即ちデリバリ内の温度を検出する第２の検出手段に相当する燃温センサ２３の検出結果であるデリバリ温と、特定された飽和蒸気圧線に基づいて燃料が気化していないと判定された時に、切換弁１９を閉状態とするものであるが、燃温センサ２３の代わりに、燃圧センサ２４を第２の検出手段として用いることもできる。このような実施例を次の第２実施例で詳述する。
【００２９】
図６と図７に従って第２実施例の動作を説明する。この第２実施例では、プレッシャレギュレータ（Ｐ／Ｒ）１８の設定調圧値ΔＰ１は０．５ＭＰａにした。
【００３０】
ＥＣＵ２０は処理を開始すると、先ずステップ１０１〜１０３で、そのときのＬＰＧ燃料の蒸気圧曲線（飽和蒸気圧線）を特定する。この動作は前記第１実施例のステップ１０１〜１０３と同じである。次に第１実施例と同様にステップ１０５で切換弁が閉じているか判断し、閉じていれば同様にステップ１０７で、デリバリ温、デリバリ圧を取り込み、Ｂ点を決める。
【００３１】
次にステップ１２１で、図６のＳ３点、即ちＢ点から下方に直線を引いたときの飽和蒸気圧線との交点Ｓ３点の圧力をＣＰＵで演算して求める。こうして求めたＳ３点の圧力を用い、Ｂ点のデリバリ圧とＳ３点の圧力との差が一定値（例えば０．２ＭＰａ）より小さいかステップ１２３で判定し、小さければステップ１２５で切換弁を開く。こうすると動作点はＢ点からＣ点へ移動する。
【００３２】
前記ステップ１０５で切換弁１９が閉じていないときは、ステップ１２７に移ってＣ点のデリバリ圧を取り込み、ステップ１２９で、このＣ点のデリバリ圧と前記Ｓ０点の燃料タンクのタンク圧との差を求め、この差がプレッシャレギュレータの設定調圧値ΔＰ１（例えば０．５ＭＰａ）に近いか判断する。差が、ΔＰ１に近い時は次のステップ１３１で切換弁を閉じる。動作点はＣ点からＡ点へ移動し、更に内燃機関からの受熱によりＢ点へ移動する。ステップ１２９で、差がΔＰ１に近くないときは切換弁１９を開いたまま一旦処理を終了する。
【００３３】
図８（ａ）は、上記実施例１の燃料供給装置を備えた自動車をシャシダシナモメータ上でほぼ６０分間運転した時の燃料タンクの温度上昇である。同図（ｂ）は、そのときの図４の飽和蒸気圧線上のＳ２点の温度（これを飽和温度と呼ぶ）とデリバリ温度との差を示す。また、同図（ｃ）は同図（ｂ）の一部、特にＣ点とＡ点付近を拡大した図である。
【００３４】
図８（ａ）と（ｂ）で明らかなように、動作点がＡ点からＢ点の間は切換弁が閉じ、Ｂ点からＣ点の間は切換弁が開く。同図（ａ）に示すように、特許文献１（特表平６−５０２４７３）の従来技術では、６０分間の運転で燃料タンクの温度が２５℃から約９℃上昇したが、本発明の第１実施例では約３℃しか上昇しなかった。
【００３５】
ところで、燃料タンクへの燃料の充填速度Ｖｆは、充填スタンドボンベ圧をＰｂ、スタンド充填ノズル差圧をＰｆ、車両の燃料タンク圧をＰｔとすると、
Ｖｆ∝（Ｐｂ＋Ｐｆ−Ｐｔ）１／２
の関係になる。
【００３６】
前記特許文献１の従来技術で、スタンドの液化ガス燃料の組成がプロパン１００％、スタンドボンベ温２５℃、スタンドボンベ圧０．９５ＭＰａ（ａ）、スタンド充填差圧０．４ＭＰａ、車両タンク内燃料がプロパン１００％、車両タンク温が上昇前が２５℃、上昇後が３３．８℃となり、上昇後の車両タンク圧は１．１７ＭＰａ（ａ）となった。
【００３７】
ところが、本発明の第１実施例では、車両タンク温（上昇後）は２８℃、車両タンク圧（上昇後）は１．０２ＭＰａ（ａ）であり、その他の条件は上記特許文献１の従来技術と同じであるので、第１実施例の特許文献１の従来技術と比較した充填速度向上比は、
（０．９５＋０．４−１．０２）１／２／（０．９５＋０．４−１．１７）１／２
＝（０．３３／０．１８）１／２＝１．３５
となり、本発明の第１実施例では燃料の充填速度が１．３５倍に向上し改善された。
【００３８】
【発明の効果】
充填スタンドの液化ガスの組成は、スタンドによって違うことがあり、しかも燃料タンク内の液化ガスの組成は、燃料の消費につれて変化する。従って、燃料タンク内の燃料の蒸気圧曲線は充填すると変るばかりでなく、消費するにつれて次第に変化する。ところが、本発明では上述のように構成されているので、燃料通路内で機関から受熱し高温となった燃料の還流量が低減されるため、燃料タンク内の温度、圧力の上昇を抑制することができ、燃料の充填性悪化を抑制することができる。
【００３９】
また請求項２の発明では、そのときの燃料の蒸気圧曲線を特定して燃料状態を判定するため、精度よく燃料状態を判定することができ、その分燃料の還流量をよりきめ細かく制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置を搭載した内燃機関の略平面図。
【図２】本発明の燃料系統を示す図。
【図３】液化石油ガスの蒸気圧曲線を説明する図。
【図４】本発明の第１実施例の動作を説明する図。
【図５】本発明の第１実施例の動作を説明するフローチャート。
【図６】本発明の第２実施例の動作を説明する図。
【図７】本発明の第２施例の動作を説明するフローチャート。
【図８】本発明と従来技術の運転時の温度変化を示す図で、同図（ａ）は燃料タンクの温度上昇、同図（ｂ）は飽和温度−デリバリ温度の時間的変化、同図（ｃ）は同図（ｂ）の一部を拡大した図である。
【符号の説明】
７    燃料噴射弁（液噴インジェクタ）
８    燃料デリバリパイプ（燃料通路）
１１    燃料タンク
１３    液相配管（燃料通路）
１４    燃料ポンプ
２０    ＥＣＵ（特定手段）
２１    燃温センサ（第１の検出手段）
２２    燃圧センサ（第１の検出手段）
２３    燃温センサ（第２の検出手段）
２４    燃圧センサ（第２の検出手段）
【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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【図８】
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