(57)【要約】【課題】フィード経路の燃料圧力を調整する調圧弁には燃料タンク内の圧力が背圧として作用するため、タンク内燃料温度が上昇してタンク内の圧力が高くなると調圧弁の実開弁圧が上昇し、フィード経路の燃料圧力が許容圧力を超える虞がある。そこで、フィード経路の燃料圧力を蒸気圧以上に維持しつつ、フィード経路の燃料圧力が許容圧力を超えないようにする。【解決手段】フィード経路の液化ガス燃料を燃料タンク１０に戻す第１リターン経路９３と第２リターン経路９４に、開弁圧が異なる調圧弁２２、２４を配置し、燃料タンク１０内の圧力が低いときには開弁圧が高い調圧弁２２を作動させ、燃料タンク１０内の圧力が高いときには開弁圧が低い調圧弁２４を作動させる。【選択図】図１
2016061181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガス燃料を貯蔵する燃料タンク（１０）と、
前記燃料タンク内から液化ガス燃料を吸い上げて圧送するフィードポンプ（１２）と、
前記フィードポンプから供給された液化ガス燃料をさらに加圧し、内燃機関に向けて圧送する高圧ポンプ（１４）と、
前記フィードポンプから圧送される液化ガス燃料を前記高圧ポンプに導くフィード経路（９０、１４１）と、
前記フィード経路の液化ガス燃料を前記燃料タンクに戻す第１リターン経路（９３）と、
前記第１リターン経路と並列に設けられて、前記フィード経路の液化ガス燃料を前記燃料タンクに戻す第２リターン経路（９４）と、
前記第１リターン経路に配置され、前記フィード経路の液化ガス燃料の圧力が第１所定値以上のときに前記第１リターン経路を開く第１調圧弁（２２）と、
前記第２リターン経路に配置され、前記フィード経路の液化ガス燃料の圧力が前記第１所定値よりも低圧である第２所定値以上のときに前記第２リターン経路を開く第２調圧弁（２４）と、
前記第２リターン経路を開閉する開閉弁（２６）と、
前記燃料タンク内の圧力と相関のある物理量を検出するセンサ（２８）と、
前記センサで検出した物理量が閾値未満のときには前記開閉弁を閉弁させ、前記センサで検出した物理量が前記閾値以上のときには前記開閉弁を開弁させる制御手段（３０）とを備えることを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記センサは、前記燃料タンク内の圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記センサは、液化ガス燃料の温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に液化ガスからなる燃料を供給する燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料供給装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された燃料供給装置は、フィードポンプから高圧ポンプに液化ガス燃料を導くフィード経路、およびフィード経路の液化ガス燃料を燃料タンクに戻すリターン経路に、液化ガス燃料を冷却する冷却手段をそれぞれ備えている。また、フィード経路の液化ガス燃料の圧力が上昇した際にリターン経路を開く調圧弁を備えている。さらに、フィードポンプは、電動機にて駆動されるようになっている。
【０００３】
そして、液化ガス燃料の温度が高くなると、フィードポンプの送出量を増加させて燃料タンクに戻す液化ガス燃料の量を増加させるとともに、燃料タンクに戻す液化ガス燃料を冷却手段により冷却することにより、液化ガス燃料の温度上昇を抑制して液体状態を保つようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９６５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、調圧弁のセット開弁圧（すなわち、背圧が大気圧における開弁圧）は、液化ガス燃料を液体状態に保つためには高く設定するのが望ましい。しかしながら、従来の燃料供給装置は、調圧弁には燃料タンク内の圧力が背圧として作用するため、タンク内燃料温度が上昇したときにはタンク内の圧力が高くなり、それに伴い調圧弁の実開弁圧が上昇してしまう。その結果、液化ガス燃料の温度が高いときの調圧弁の実開弁圧（＝フィード経路の燃料圧力）が、フィード経路の漏れ・強度等を考慮して設定された許容圧力を超える虞がある。
【０００６】
また、従来の燃料供給装置は、液化ガス燃料の温度が高くなるとフィードポンプの送出量を増加させるため、送出量能力の大きい電動フィードポンプが必要であり、また、液化ガス燃料を冷却する冷却手段が必要である。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、フィード経路の燃料圧力を蒸気圧以上に維持しつつ、フィード経路の燃料圧力が許容圧力を超えないようにすることを目的とする。また、送出量能力の大きい電動フィードポンプや冷却手段を不要にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、液化ガス燃料を貯蔵する燃料タンク（１０）と、燃料タンク内から液化ガス燃料を吸い上げて圧送するフィードポンプ（１２）と、フィードポンプから供給された液化ガス燃料をさらに加圧し、内燃機関に向けて圧送する高圧ポンプ（１４）と、フィードポンプから圧送される液化ガス燃料を高圧ポンプに導くフィード経路（９０、１４１）と、フィード経路の液化ガス燃料を燃料タンクに戻す第１リターン経路（９３）と、第１リターン経路と並列に設けられて、フィード経路の液化ガス燃料を燃料タンクに戻す第２リターン経路（９４）と、第１リターン経路に配置され、フィード経路の液化ガス燃料の圧力が第１所定値以上のときに第１リターン経路を開く第１調圧弁（２２）と、第２リターン経路に配置され、フィード経路の液化ガス燃料の圧力が第１所定値よりも低圧である第２所定値以上のときに第２リターン経路を開く第２調圧弁（２４）と、第２リターン経路を開閉する開閉弁（２６）と、燃料タンク内の圧力と相関のある物理量を検出するセンサ（２８）と、センサで検出した物理量が閾値未満のときには開閉弁を閉弁させ、センサで検出した物理量が閾値以上のときには開閉弁を開弁させる制御手段（３０）とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これによると、開弁圧が異なる２つの調圧弁を切り替え作動させることにより、フィード経路の燃料圧力を蒸気圧以上に維持しつつ、フィード経路の燃料圧力が許容圧力を超えないようにすることができる。また、フィード経路の燃料圧力を蒸気圧以上に維持できるため、送出量能力の大きい電動フィードポンプや冷却手段を不要にすることができる。
【００１０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料供給装置の構成を示す図である。
【図２】一実施形態に係る燃料供給装置で使用する燃料の特性および調圧弁の特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態の燃料供給装置は、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）等の液化ガス燃料を内燃機関に供給するものである。
【００１４】
図１に示すように、燃料供給装置は、燃料タンク１０、フィードポンプ１２、高圧ポンプ１４、第１調圧弁２２、第２調圧弁２４、開閉弁２６、センサ２８、制御装置３０等を主な構成要素として備えている。なお、これらの構成要素は、配管９１〜９４で接続されている。
【００１５】
燃料タンク１０は、液化ガス燃料としてＤＭＥ燃料を貯蔵するものである。燃料タンク１０内の燃料は、燃料蒸気圧に応じた圧力で加圧されている。これにより、燃料タンク１０内の燃料は液体状態となる。
【００１６】
フィードポンプ１２は、燃料タンク１０内の燃料を吸い上げ、低圧配管９０を介して高圧ポンプ１４に圧送する。このフィードポンプ１２は、電動機にて駆動される。また、低圧配管９０の途中には、高圧ポンプ１４に圧送される燃料を濾過する燃料フィルタ１６が配置されている。
【００１７】
高圧ポンプ１４は、フィードポンプ１２からの燃料を一時的に蓄積するフィードギャラリ１４１、フィードギャラリ１４１から燃料通路１４２を介して燃料が供給される加圧室１４３、加圧室１４３の燃料を加圧するプランジャ１４４、内燃機関（図示せず）によって駆動されてプランジャ１４４を往復動させる駆動機構１４５などを備えている。そして、高圧ポンプ１４にて加圧された燃料は、第１高圧配管９１を介してコモンレール１８に供給される。なお、低圧配管９０およびフィードギャラリ１４１は、本発明のフィード経路を構成している。
【００１８】
コモンレール１８は、高圧ポンプ１４で加圧された燃料を高圧に維持したまま蓄積するものであり、第２高圧配管９２を介してインジェクタ２０に接続されている。
【００１９】
インジェクタ２０は、内燃機関の各気筒に設けられ、コモンレール１８から供給される高圧の燃料を燃焼室に噴射するものである。
【００２０】
フィードギャラリ１４１は、第１リターン配管９３により燃料タンク１０に接続されている。そして、後述する第１調圧弁２２の開弁時には、フィードギャラリ１４１の燃料が第１リターン配管９３を介して燃料タンク１０に戻される。なお、第１リターン配管９３は本発明の第１リターン経路に相当する。
【００２１】
また、フィードギャラリ１４１は、第１リターン配管９３と並列に配置された第２リターン配管９４により燃料タンク１０に接続されている。そして、後述する第２調圧弁２４の開弁時には、フィードギャラリ１４１の燃料が第２リターン配管９４を介して燃料タンク１０に戻される。なお、第２リターン配管９４は本発明の第２リターン経路に相当する。
【００２２】
第１リターン配管９３の途中には、フィードギャラリ１４１の燃料の圧力が第１所定値以上のときに開弁する第１調圧弁２２が配置されている。この第１調圧弁２２は、第１リターン配管９３と接続される燃料通路が形成されたボデー２２１、その燃料通路を開閉する球状の弁体２２２、弁体２２２を閉弁向きに付勢するスプリング２２３、スプリング２２３の付勢力を調整して第１調圧弁２２のセット開弁圧（すなわち、背圧が大気圧における開弁圧）を調整するスクリュー２２４を備えている。なお、第１調圧弁２２のセット開弁圧は、２ＭＰａに設定されている。
【００２３】
第２リターン配管９４の途中には、フィードギャラリ１４１の燃料の圧力が第２所定値以上のときに開弁する第２調圧弁２４が配置されている。この第２調圧弁２４は、第２リターン配管９４と接続される燃料通路が形成されたボデー２４１、その燃料通路を開閉する球状の弁体２４２、弁体２４２を閉弁向きに付勢するスプリング２４３、スプリング２４３の付勢力を調整して第２調圧弁２４のセット開弁圧（すなわち、背圧が大気圧における開弁圧）を調整するスクリュー２４４を備えている。なお、第２調圧弁２４のセット開弁圧は、１ＭＰａに設定されている。換言すると、第２調圧弁２４のセット開弁圧は、第１調圧弁２２のセット開弁圧よりも低く設定されている。
【００２４】
第２リターン配管９４において、フィードギャラリ１４１と第２調圧弁２４とを接続する部位には、第２リターン配管９４内の通路を開閉する開閉弁２６が配置されている。この開閉弁２６は、電気的に制御される弁にて構成されている。
【００２５】
燃料タンク１０には、燃料タンク１０内の燃料の温度を検出し、その検出した温度情報を制御装置３０に出力するセンサ２８が配置されている。因みに、燃料タンク１０内の燃料の温度は、燃料タンク１０内の圧力と相関のある物理量である。
【００２６】
制御手段としての制御装置３０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行い、開閉弁２６等を制御する。
【００２７】
具体的には、制御装置３０は、センサ２８で検出した物理量（本例では、燃料タンク１０内の燃料の温度）が閾値（本例では６０℃）未満のときには開閉弁２６を閉弁させ、センサ２８で検出した物理量が閾値以上のときには開閉弁２６を開弁させるようになっている。
【００２８】
次に、上記構成になる燃料供給装置の作動を説明する。まず、燃料タンク１０内の燃料は、フィードポンプ１２から低圧配管９０を介して高圧ポンプ１４に供給され、高圧ポンプ１４にて加圧されて第１高圧配管９１を介してコモンレール１８に送出され、コモンレール１８に蓄積される。そして、インジェクタ２０の開弁により、コモンレール１８から供給される高圧の燃料が燃焼室に噴射される。
【００２９】
ここで、図２において、Ｐｆは、ＤＭＥ燃料の蒸気圧である。許容圧力Ｐｍａｘは、低圧配管９０等のフィード経路の漏れ・強度等を考慮して設定された圧力であり、本例では３．５ＭＰａに設定されている。
【００３０】
温度Ｔｍａｘは、実使用条件下における燃料供給装置内の燃料の上限温度である。因みに、燃料供給装置内の燃料は、内燃機関の熱により温度が上昇するが、一般的には温度Ｔｍａｘは８０℃程度である。
【００３１】
実開弁圧Ｐ１は、背圧の影響を含む第１調圧弁２２の開弁圧であり、実開弁圧Ｐ２は、背圧の影響を含む第２調圧弁２４の開弁圧である。
【００３２】
例えば燃料タンク１０内の燃料温度が２０°のときの燃料タンク１０内の蒸気圧Ｐｆは約０．５ＭＰａで飽和する。したがって、第１リターン配管９３において第１調圧弁２２と燃料タンク１０とを接続する部位、および、第２リターン配管９４において第２調圧弁２４と燃料タンク１０とを接続する部位も、０．５ＭＰａになり、第１調圧弁２２の弁体２２２および第２調圧弁２４の弁体２４２に背圧として印加される。
【００３３】
そのため、第１調圧弁２２の実開弁圧Ｐ１は、背圧が大気圧である場合のセット開弁圧（本例では２ＭＰａ）に背圧０．５ＭＰａが加わり、２．５ＭＰａとなる。また、第２調圧弁２４の実開弁圧Ｐ２は、背圧が大気圧である場合のセット開弁圧（本例では１ＭＰａ）に背圧０．５ＭＰａが加わり、１．５ＭＰａとなる。
【００３４】
次に、図２に基づいて、フィードギャラリ１４１の燃料圧力の制御について説明する。
【００３５】
まず、燃料タンク１０内の燃料の温度が閾値（本例では６０℃）未満のときには、開閉弁２６が閉弁し、第２リターン配管９４内の通路が閉じられる。したがって、このときには、フィードギャラリ１４１の燃料圧力は、第１調圧弁２２にて制御される。
【００３６】
具体的には、燃料タンク１０内の燃料の温度が閾値未満のときには、フィードギャラリ１４１の燃料圧力は、第１調圧弁２２の実開弁圧Ｐ１の特性で制御され、許容圧力Ｐｍａｘである３．５ＭＰａ以下に制御される。これにより、低圧配管９０等のフィード経路の漏れを防止することができる。
【００３７】
また、燃料タンク１０内の燃料の温度が閾値（本例では６０℃）以上のときには、開閉弁２６は開弁し、第２リターン配管９４内の通路が開かれる。そして、第２調圧弁２４のセット開弁圧は第１調圧弁２２のセット開弁圧よりも低く設定されているため、このときには、フィードギャラリ１４１の燃料圧力は第２調圧弁２４にて制御される。
【００３８】
具体的には、燃料タンク１０内の燃料の温度が閾値以上のときには、フィードギャラリ１４１の燃料圧力は、第２調圧弁２４の実開弁圧Ｐ２の特性で制御される。したがって、燃料タンク１０内の燃料の温度が温度Ｔｍａｘ以下のときには、許容圧力Ｐｍａｘである３．５ＭＰａ以下に制御される。これにより、低圧配管９０等のフィード経路の漏れを防止することができる。
【００３９】
また、フィードポンプ１２の送油量が一定の場合、調圧弁の開弁圧が低い方が、フィードギャラリ１４１から燃料タンク１０に戻されるオーバーフロー流量は増加する。したがって、燃料タンク１０内の燃料の温度が閾値以上のときには、オーバーフロー流量は増加するので、フィードギャラリ１４１内の燃料温度を下げることができる。
【００４０】
以上述べたように、本実施形態によると、開弁圧が異なる２つの調圧弁２２、２４を切り替え作動させることにより、フィード経路の燃料圧力を蒸気圧以上に維持しつつ、フィード経路の燃料圧力が許容圧力を超えないようにすることができる。また、フィード経路の燃料圧力を蒸気圧以上に維持できるため、送出量能力の大きい電動フィードポンプや冷却手段を不要にすることができる。
【００４１】
なお、上記実施形態においては、燃料タンク１０内の燃料温度に基づいて開弁圧が異なる２つの調圧弁２２、２４を切り替え作動させるようにしたが、燃料タンク１０内の圧力と相関のある物理量であるフィードギャラリ１４１内の燃料温度もしくは低圧配管９０内の燃料温度に基づいて、２つの調圧弁２２、２４を切り替え作動させるようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態においては、燃料タンク１０内の燃料温度に基づいて開弁圧が異なる２つの調圧弁２２、２４を切り替え作動させるようにしたが、燃料タンク１０内の圧力に基づいて、２つの調圧弁２２、２４を切り替え作動させるようにしてもよい。
【００４３】
この場合、燃料タンク１０内の圧力を検出し、その圧力が燃料温度６０℃相当の内圧（蒸気圧）である１．５ＭＰａ以上になったときに、開閉弁２６を開弁させてフィードギャラリ１４１の燃料圧力を第２調圧弁２４にて制御する。
【００４４】
さらに、上記実施形態においては、燃料タンク１０内の燃料温度に基づいて開弁圧が異なる２つの調圧弁２２、２４を切り替え作動させるようにしたが、フィードギャラリ１４１内の燃料温度および燃料タンク１０内の圧力をともに検出し、その２つの検出値を比較して不利な情報に基づいて、２つの調圧弁２２、２４を切り替え作動させるようにしてもよい。
【００４５】
また、２つの調圧弁２２、２４および開閉弁２６は、高圧ポンプ１４に内蔵してもよい。
【００４６】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００４７】
また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００４８】
また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。
【００４９】
また、上記実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１０    燃料タンク
１２    フィードポンプ
１４    高圧ポンプ
２２    第１調圧弁
２４    第２調圧弁
２６    開閉弁
２８    センサ
３０    制御装置(制御手段)
９０    低圧配管(フィード経路)
９３    第１リターン配管(第１リターン経路)
９４    第２リターン配管(第２リターン経路)
１４１  フィードギャラリ(フィード経路)
【図１】
2016061181.tif 000003
【図２】
2016061181.tif 000004