(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクから延出され先端側に燃料レールに付設したインジェクタを有する燃料供給管路と、該燃料供給管路に配設された電動式の燃料ポンプと、該燃料ポンプ及び前記インジェクタを駆動制御する電子制御ユニットとを備え、前記燃料ポンプで前記燃料タンクに貯留した液化ガス燃料を加圧して前記燃料供給管路で前記インジェクタに送りエンジンに供給する前記燃料レールの下流側に燃料戻し管路を設けないリターンレス式の燃料供給装置であって、燃料圧力が燃料噴射圧に略一致する前記燃料供給管路の前記インジェクタ近接位置に、燃料圧力を検出して前記電子制御ユニットに出力する圧力センサが配置され、前記電子制御ユニットが検知した燃料圧力を基に燃料噴射圧が所定の目標圧力を維持するように前記燃料ポンプの駆動をフィードバック制御されてエンジン回転速度の変動に伴って変動する噴射直前の燃料圧力を少なくとも維持するだけの燃料吐出量を確保し、且つ、前記燃料ポンプがエンジンルーム外の前記燃料供給管路に配設されていることを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＰＧやＤＭＥのようにガソリンに比べて蒸発しやすい液体燃料を液体のまま燃料タンクからインジェクタに圧送しエンジンに供給する燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＰＧやＤＭＥのようにガソリンよりも蒸発しやすい液体燃料をインジェクタで計量噴射して液体のままエンジンに供給するシステムは周知であり、図３に示すように、燃料タンク２Ａに貯留された液化ガス燃料をＤＣモータ等で駆動される電動式の燃料ポンプ３Ｂで常に一定量の燃料を圧送し、リリーフバルブ４０で一定圧力に調整して燃料送出管路９Ａを経由しインジェクタ８からエンジン要求流量の燃料を供給して、余剰の燃料はプレッシャーレギュレータ４１を経由して燃料戻し管路９Ｂで燃料タンク２Ａに戻すものとした、リターン式の燃料供給システムを採用しているのが一般的である。
【０００３】
このような燃料供給システムでは、あらゆるエンジンの運転条件にも対応可能とするために燃料ポンプ３Ｂの吐出流量をインジェクタ８から噴射される最大燃料量以上に設定している。しかし、例えばアイドリング中や燃料カット時などインジェクタ８の燃料噴射量が極めて少ない状況においては、送出燃料の殆どがプレッシャーレギュレータ４１から燃料タンク２Ａに戻るため、燃料ポンプ３Ｂに与えられたエネルギー（電力）が無駄に消費されることになる。また、エンジン１Ａの近傍を通って高温となった余剰燃料が大量に燃料タンク２Ａに戻されるとタンク内燃料温度を上昇させてしまい、燃料蒸気を生じてポンプ吐出量を不安定にする、という不都合を生じる。
【０００４】
そこで、特開平７−５４７２５号公報に記載されているように、ポンプ吐出量を通常運転用とハイゾーン用の二段階に切換えることにより電力消費量と燃料タンクに戻る余剰燃料を減少させる方法が考えられる。しかしながら、このように粗いポンプ制御ではエンジンの運転状態により細かく或いは大幅に変化する燃料要求流量に的確に対応することができないため、余剰燃料を充分に減少させることができないとともに消費電力の無駄の削減も充分とは言えない。
【０００５】
一方、ガソリンエンジンについては、図４に示すように燃料タンク２Ｂに貯蔵されているガソリンを低圧燃料ポンプ３Ｃで加圧して燃料供給管路９Ａを通ってエンジン１Ｂに送出する場合に、インジェクタ８に供給する燃料流量をプランジャの動作タイミングに応じて高圧燃料ポンプ３Ｄに付設したスピル弁３１の開閉タイミングで決める方法が知られている。このようにすることで、送出する燃料を必要最小限としたリターンレス式の燃料供給方システムを実現している。そこで、この方式をガソリンよりも蒸発しやすい液化ガス燃料を使用する燃料供給システムに採用することが考えられる。
【０００６】
ところが、高圧燃料ポンプ３Ｄの駆動源がエンジンの回転力を利用するものでありポンプ本体がエンジン１Ｂに付設されていることから、燃料がエンジン１Ｂから伝わる熱やエンジンルームの高温雰囲気に曝されてしまうことになる。そのため、ＬＰＧやＤＭＥなどガソリンよりも蒸発しやすい液化ガス燃料を用いる場合に、高圧燃料ポンプ３Ｄ上流側の低圧力部分で燃料が気化してしまう場合があり、燃料送出が滞ってＡ／Ｆ制御が困難となり排気状態の悪化等のトラブルを招いてしまう。
【０００７】
またこの場合、高圧燃料ポンプ３Ｄのプランジャはエンジンの回転に伴って絶えず動き続けるため、ＬＰＧやＤＭＥなどの粘度の低い液体燃料を用いると、ガソリンを使用する場合よりもプランジャやシリンダ等の摺動部分の摩耗が促進され易いものとなって、燃料ポンプの短寿命化に繋がるという問題がある。
【特許文献１】特開平７−５４７２５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、ＬＰＧやＤＭＥのようにガソリンよりも蒸発しやすい液化ガス燃料をインジェクタで計量噴射してエンジンに供給する燃料供給システムにおいて、燃料ポンプの駆動量を必要最小限としてエネルギー浪費を回避しながら装置の耐久性を確保するとともに、良好な燃料供給状態を維持できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、燃料タンクから延出され先端側に燃料レールに付設したインジェクタを有する燃料供給管路と、該燃料供給管路に配設された電動式の燃料ポンプと、該燃料ポンプ及び前記インジェクタを駆動制御する電子制御ユニットとを備え、前記燃料ポンプで前記燃料タンクに貯留した液化ガス燃料を加圧して前記燃料供給管路で前記インジェクタに送りエンジンに供給する前記燃料レールの下流側に燃料戻し管路を設けないリターンレス式の燃料供給装置であって、燃料圧力が燃料噴射圧に略一致する前記燃料供給管路の前記インジェクタ近接位置に、燃料圧力を検出して前記電子制御ユニットに出力する圧力センサが配置され、前記電子制御ユニットが検知した燃料圧力を基に燃料噴射圧が所定の目標圧力を維持するように前記燃料ポンプの駆動をフィードバック制御されてエンジン回転速度の変動に伴って変動する噴射直前の燃料圧力を少なくとも維持するだけの燃料吐出量を確保し、且つ、前記燃料ポンプがエンジンルーム外の前記燃料供給管路に配設した。
【００１０】
このように、加熱された燃料が再び燃料タンクへ戻らないリターンレス式の燃料供給システムを構成させ、電子制御ユニットがインジェクタ近接位置に配置した圧力センサで燃料圧力をモニタリングしながら所定の燃料噴射圧を維持するように燃料ポンプの駆動を精密に制御する燃料供給装置としたことで、燃料噴射圧を安定的に維持しながら燃料タンク内の温度上昇を軽減できるとともに燃料ポンプの駆動を必要最小限に抑えることが可能となるが、これに加えて燃料ポンプをエンジンルーム外に配置したことで、エンジン由来の熱で燃料ポンプ上流側の液体燃料が気化する不都合を確実に回避できるものとなる。
【発明の効果】
【００１１】
燃料噴射圧を所定範囲内に維持するフィードバック制御を実行するとともに燃料ポンプをエンジンルーム外に配設した本発明によると、燃料ポンプの駆動量を必要最小限としてエネルギーの浪費を回避しながら燃料ポンプの消耗を軽減することができ、且つ、燃料ポンプ上流側で燃料が気化することを回避して良好な燃料供給状態を維持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】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態について、以下に図面を用いながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態のエンジンの燃料供給装置を配設した燃料供給システムの配置図を示しており、燃料タンク２Ｂから延出された燃料供給管路９Ａの燃料タンク２Ｂ出口寄りには電動モータ駆動式の燃料ポンプ３Ａが配設され、燃料供給管路９Ａの先端側が図示しないエンジン１Ａ付設のインジェクタ８を複数配置した燃料レール６に接続されており、燃料レール６下流側に燃料戻し管路を設けないリターンレス式の燃料供給システムを構成している。
【００１４】
燃料ポンプ３Ａ下流側には、リリーフバルブ４０を備えた配管２２が分岐して燃料タンク２Ａに接続され燃料ポンプ３Ａから送出される燃料の圧力を調整するようになっている。また、燃料ポンプ３Ａおよび各インジェクタ８は電子制御ユニット１０Ａに接続され、エンジン運転状態に応じてそれぞれ駆動制御されるようになっている。
【００１５】
また、燃料供給管路９Ａのインジェクタ８近傍（燃料レール６入口付近）には燃料圧力を検出する圧力センサ１１が配設されており、電子制御ユニット１０Ａに検出信号を出力するようになっている。そして、電子制御ユニット１０Ａは、圧力センサ１１の検出信号を連続的にモニタして、燃料噴射圧に略一致するインジェクタ直前の燃料圧力が予め定めた所定の目標圧力となるようにフィードバック制御するものとされ、燃料ポンプ３Ａの駆動出力を変更して吐出量を調整し、ほぼ一定の燃料噴射圧を維持するようになっており、この点が本発明の第一の特徴部分である。尚、このフィードバック制御は、ＰＩＤ制御や現代制御理論など周知の制御理論を利用した所定の手順・計算方法を実行する制御プログラムを、汎用の電子制御ユニットの記憶手段に記憶させて配置することで、比較的容易に実行することができる。
【００１６】
さらに、図４のガソリン燃料供給装置の高圧燃料ポンプ３Ｄがエンジン１Ｂの駆動力を利用する関係で、破線で示すエンジンルーム５０内（エンジン１Ｂに付設）に配置されているのに対し、本実施の形態において、燃料ポンプ３Ａがエンジン１Ａの駆動力を利用しないこともあり例えば搭載車両における燃料タンク２Ａ近傍のトランクルーム内など、エンジンルーム５０外の位置に配置されている点が本発明の第二の特徴部分となっている。そのため、エンジン由来の熱を受けにくいものとなり、燃料ポンプ３Ａ手前の低圧部分で燃料が気化して燃料送出が困難に陥るトラブルを回避し易いものとなっている。
【００１７】
そして、このように燃料ポンプ３Ａをエンジン１Ａから離した位置に配置したことと相まって、燃料ポンプ３Ａからインジェクタ８に至る燃料供給管路９Ａの加圧配管にあたる部分が、配管長（Ｌ）＝配管内径（ｄ）×２５０以上の形状を有したものとしている。このように加圧配管の形状を、容積が比較的大きくしかも加圧距離を長くなるようにしたことで、その内部の燃料の弾性率を大きくすることができ、脈動（圧力変動）幅を減衰しやすいものとなって、安定的な燃料噴射圧を確保しやすいものとなっている。尚、この配管長（Ｌ）と配管内径（ｄ）の関係は、本願発明者らが様々な割合で実験した結果、上記のような割合以上の配管長（Ｌ）とした場合に弾性率が急に向上して充分な脈動の減衰を示したことによるものである。
【００１８】
次に、本実施の形態のエンジンの燃料供給装置における各データのグラフを示す図２を参照しながら、その作用の特徴についてさらに詳細に説明する。
【００１９】
圧力センサ１１により検出された管内燃料圧力のグラフを参照して、燃料ポンプ３Ａは、圧力センサ１１の検出圧力に対し若干低めに設定されたフィードバック目標圧力になるように電子制御ユニット１０Ａで出力コントロールされているので、圧力値に僅かな上下動はあるものの、ほぼ目標圧力を維持している。
【００２０】
このときのエンジン回転速度と燃料ポンプ３Ａの駆動状況との関係を見ると、エンジンの回転速度がピークに達した後に徐々に低下することに伴い、高回転となっていたポンプ３Ａの回転速度がほぼ垂直に低下しおり、ポンプ吐出流量、ポンプ消費電力も同様に下降している。一方、これに対し参考例として記載した一点鎖線で示す従来のリターン式の液化ガス燃料供給装置は、常に比較的高いレベルで一定の回転速度、ポンプ吐出流量、消費電力を維持している。
【００２１】
即ち、従来のリターン式の液化ガス燃料供給装置は、エンジンの最大要求流量に対応可能とするために、常にそれ以上の燃料流量を確保するポンプ駆動量に設定されており、極めて大きな電力消費とポンプ回転速度を維持しているのに対し、本実施の形態は、エンジン回転速度の変動に伴って変動する噴射直前の燃料圧力を少なくとも維持するだけの燃料吐出量となっており、必要最低限のポンプ回転速度（量）および消費電力を実現している点が特徴となっている。
【００２２】
これにより、リターン式の燃料供給システムを採用しなくとも安定的な燃料供給が実現することに加え、燃料ポンプ３Ａの駆動量を必要最小限に抑えることができ、無駄な電力消費を有効に回避することができる。また、ポンプ駆動量が必要最小限となることで、ＬＰＧやＤＭＥなどのガソリンよりも粘度が低い液化ガス燃料を用いても摺動部における摩耗が少ないものとなって、装置の短寿命化を回避することができ、長期間に亘って良好な燃料供給能を維持しやすいものとなる。
【００２３】
尚、参考までにリターンレス式のガソリン供給システムのデータを二点鎖線で記載したが、燃料ポンプ３Ｄ（高圧燃料ポンプ）はエンジンの駆動力を利用する関係で電力消費はスピル弁３１の駆動のみであって消費電力は少ないものの、ポンプの回転がエンジンの回転に同調しているために、ポンプ回転速度が本実施の形態よりも全体的に多いとともに、エンジン高回転に伴って高回転の時間も長くなるため、ポンプ摺動部分の摩耗による燃料ポンプの短寿命化が問題となりやすいものであるが、本実施の形態によりその問題点が大きく改善されたことが分かる。
【００２４】
これに加えて、燃料ポンプをエンジンルーム外に配置して、燃料ポンプ下流の加圧配管を配管長（Ｌ）＝配管内径（ｄ）×２５０以上の構成としたことで、燃料ポンプ上流側で燃料が気化することを回避できるとともに燃料圧力の脈動を減衰させて安定的かつ良好な燃料供給量を実現することができるものである。
【００２５】
以上述べたように、リターンレス式の燃料供給システムとしてインジェクタ近傍で検出した燃料圧力を基に燃料ポンプの駆動をフィードバック制御するものとし、且つ燃料ポンプをエンジンルーム外に配設した本実施の形態により、タンク内燃料温度の上昇を回避しながら燃料ポンプの無駄な駆動を回避し、ポンプ駆動のための電力消費を最小限とするとともに燃料ポンプの超寿命化をはかることができ、且つ、燃料ポンプ上流側で燃料が気化することを回避して良好な燃料供給状態を維持できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態を示す配置図。
【図２】図１の燃料供給装置の動作を説明するための各波形図。
【図３】従来例の液化ガス燃料供給装置を示す配置図。
【図４】従来例のガソリン供給装置を示す配置図。
【符号の説明】
【００２７】
１Ａ  エンジン、２Ａ  燃料タンク、３Ａ  燃料ポンプ、６  燃料レール、８  インジェクタ、９Ａ  燃料供給管路、９Ｂ  燃料戻し管路、１０Ａ  電子制御ユニット、１１  圧力センサ、２１，２２  配管、４０  リリーフバルブ、４１  プレッシャーレギュレータ、５０  エンジンルーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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