(57)【要約】  【課題】燃料タンク内の気体燃料を低圧になっても利用可能にする。  【解決手段】気体燃料を貯蔵する燃料タンク４３と、燃料として気体燃料を使用するエンジンＥＧの燃料噴射弁１１，１２とが、第１経路４１と第２経路４３とによって接続される。第１経路４３には、燃料タンク４３からの気体燃料を所定圧力まで減圧する減圧弁５０が接続される一方、第２経路４３には、遮断弁４６が接続される。燃料タンク４３内の圧力が所定圧力以上のときは、遮断弁４６が閉弁されて、気体燃料は、減圧弁５０を介して燃料噴射弁１１，１２へ供給される。燃料タンク４３内の圧力が所定圧力よりも小さくなると、遮断弁４６が開弁されて、気体燃料が減圧弁５０を介することなく燃料噴射弁１１，１２へ供給される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料を貯蔵する燃料タンクと、
燃料として気体燃料を使用するエンジンと、
前記燃料タンクからの気体燃料を所定圧力まで減圧する減圧手段と、
前記燃料タンク内の気体燃料を、前記減圧手段を介して前記エンジンに供給するための第１燃料経路と、
前記燃料タンク内の圧力が前記所定圧力よりも小さいときに、前記燃料タンク内の気体燃料を前記減圧手段を介することなく前記エンジンに供給するための第２燃料経路と、
を備えていることを特徴とする気体燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２燃料経路は、前記減圧手段をバイパスして前記第１燃料経路に接続されたバイパス通路と、該バイパス通路に接続されて前記燃料タンク内の圧力が前記所定圧力よりも小さいときに開弁される遮断弁と、を有している、ことを特徴とする気体燃料供給装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記エンジンが、吸気通路内に気体燃料を噴射する第１燃料噴射手段と、気筒内に直接気体燃料を噴射する第２燃料噴射手段と、を有し、
前記第１燃料経路を介して気体燃料を供給するときは、少なくとも一部の気体燃料が前記第２燃料噴射手段から噴射され、
前記第２燃料経路を介して気体燃料を供給するときは、気体燃料が前記第１燃料噴射手段からのみ噴射される、
ことを特徴とする気体燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの中には、燃料として例えば水素、天然ガス、プロパンガス等の気体燃料を使用するものがある。この気体燃料は、燃料タンク内に高圧状態で貯蔵されており、この燃料タンク内の高圧の気体燃料は、減圧手段で減圧された後にエンジンに供給されることになる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−３０３３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、気体燃料を減圧する減圧手段は、ある所定圧力にまで圧力を低減するが、燃料タンク内の圧力が、所定圧力よりも小さくなると、気体燃料の通過を阻止する作用を行うことになる。つまり、燃料タンク内に気体燃料が残留していても、所定圧力よりも小さい圧力となっている分の気体燃料は、エンジンに供給することが不可能になってしまい、燃料タンク内の気体燃料を有効に利用する上で問題となる。
【０００４】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、燃料タンク内の気体燃料を有効に利用することができるようにした気体燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
気体燃料を貯蔵する燃料タンクと、
燃料として気体燃料を使用するエンジンと、
前記燃料タンクからの気体燃料を所定圧力まで減圧する減圧手段と、
前記燃料タンク内の気体燃料を、前記減圧手段を介して前記エンジンに供給するための第１燃料経路と、
前記燃料タンク内の圧力が前記所定圧力よりも小さいときに、前記燃料タンク内の気体燃料を前記減圧手段を介することなく前記エンジンに供給するための第２燃料経路と、
を備えているようにしてある。
【０００６】
上記解決手法によれば、燃料タンク内の圧力が所定圧力よりも大きいときは、第１燃料経路から、減圧手段によって所定圧力に減圧した後の気体燃料をエンジンに供給することができる。また、燃料タンク内の圧力が所定圧力よりも小さくなった後は、第２燃料経路を利用して、気体燃料をエンジンに供給することができる。
【０００７】
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記第２燃料経路は、前記減圧手段をバイパスして前記第１燃料経路に接続されたバイパス通路と、該バイパス通路に接続されて前記燃料タンク内の圧力が前記所定圧力よりも小さいときに開弁される遮断弁と、を有している、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、第２燃料経路の一部を第１燃料経路を利用して構成することができ、第２燃料経路の長さを短くする上で好ましいものとなる。また、遮断弁の開閉を利用して、燃料タンク内の圧力に応じて、適切に気体燃料をエンジンに供給することができる。
【０００８】
前記エンジンが、吸気通路内に気体燃料を噴射する第１燃料噴射手段と、気筒内に直接気体燃料を噴射する第２燃料噴射手段と、を有し、
前記第１燃料経路を介して気体燃料を供給するときは、少なくとも一部の気体燃料が前記第２燃料噴射手段から噴射され、
前記第２燃料経路を介して気体燃料を供給するときは、気体燃料が前記第１燃料噴射手段からのみ噴射される、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、気筒内の高い圧力に抗して気体燃料を気筒内に直接噴射するには、ある程度以上の高い圧力が必要となる。このような観点から、燃料タンク内の圧力が高いときは少なくとも一部の気体燃料を気筒内に直接噴射して、燃費向上や燃料供給の応答性確保等の直接噴射の利点を得るようにする一方、燃料タンク内の圧力が低いときは、吸気通路内に気体燃料を噴射するようにして、燃料供給を確実に行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料タンク内の圧力が低下した状態でも気体燃料をエンジンに供給可能として、気体燃料を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１において、ＥＧはエンジンで、第１気筒Ｅ１と第２気筒Ｅ２との２つの気筒を有するバンケル式のロータリピストンエンジンとされている。各気筒Ｅ１とＥ２とに対する吸気の供給は、共通吸気通路１から分岐吸気通路２を介して行われる。各気筒Ｅ１とＥ２に対する燃料の供給は、それぞれ第１、第２の２つの燃料噴射弁１１あるいは１２から行われる。燃料噴射弁１１、１２はそれぞれ、後述するように、気体燃料としての水素を噴射するものとなっている。第１燃料噴射弁１１は、分岐吸気通路２に燃料噴射を行うものである。また、第２燃料噴射弁１２は、気筒内に直接燃料噴射を行うものである。エンジンＥＧの排気通路２０には、排気ガス浄化触媒２１が接続されている。なお、図１中、１３はスロットル弁、１４は点火プラグ、１５はロータ、１６はロータハウジングである。
【００１１】
図２は、燃料噴射弁１１，１２への燃料供給経路の一例を示すものである。この図２において、４０は、各燃料噴射弁１１、１２が接続された共通経路である。この共通経路４０が、互いに並列な第１経路４１と第２経路４２を介して、燃料タンク４３に接続されている。燃料タンク４３は、気体燃料としての水素を貯蔵しており、貯蔵時の最大圧力は例えば３５ＭＰａとされている。第１経路４１には電磁式の第１遮断弁４５が接続される一方、第２経路４２には電磁式の第２遮断弁４６が接続されている。
【００１２】
上記第１経路４１には、第１遮断弁４５の下流側（燃料タンク４３とは反対側）において、減圧手段としての減圧弁５０が接続されている。この減圧弁５０は、後述するように、燃料タンク４３内の高圧の水素を、所定圧力（例えば０．６ＰＭａ）にまで低下させて共通経路４０（つまり燃料噴射弁１１、１２）に供給するようになっている。そして、減圧弁５０は、燃料タンク４３側からの圧力が所定圧力よりも小さくなると、実質的に遮断状態となって、水素を燃料噴射弁１１，１２へ供給することが不可能となっている。
【００１３】
図３は、第２経路４２を図２の場合とは別の形態でもって構成した例を示すものである。すなわち、第２経路４２は、遮断弁５０をバイパスするようにして第１経路に接続されている。より具体的には、バイパス通路としての第２経路４２は、その一端が第１遮断弁４５と減圧弁５０との間において第１経路４１に接続されると共に、その他端が、減圧弁５０と共通経路４０との間において第１経路４１に接続されている。そして、第２遮断弁４６が、第２経路４２に接続されている。このような第２経路４２は、図２の場合に比してその全長を十分短くすることができる。
【００１４】
図４は、減圧弁５０の一例を示すものである。この図４において、５１はハウジングであり、ハウジング５１内には１次側室５２と２次側室５３とが形成されている。１次側室５２は、ハウジング５１に形成された流入口５４から燃料タンク４３内の水素が供給されるもので、流入口５４が燃料タンク４３側への接続口とされている。また、２次側室５３は、ハウジング５１に形成された流出口５５から水素が排出されるもので、この流出口５５が共通経路４０（つまり燃料噴射弁１１、１２）側への接続口とされている。
【００１５】
上記１次側室５２と２次側室５３とは、連通口５６を介して連通され、この連通口５６の開度が、弁体５７によって調整されるようになっている。この弁体５７は、弁軸５８を介して、２次側室５３の上方に配置されたダイアフラム５９に固定されている。ダイアフラム５９は、スプリング６０によって下方に付勢されている。そして、ダイアフラム５９の下面には、連通口６１を介して２次側室５３の圧力が作用されるようになっている。なお、ダイアフラム５９の上方空間は、大気解放口６２を介して大気に連通されている。なお、図５中、６３は、ハウジング５１に一体化された放熱フィンである。
【００１６】
減圧弁５０による調圧作用は、次のようにして行われる。すなわち、第１遮断弁４５が開弁されていることを前提として、１次側室５２には、燃料タンク４３内と同一の圧力が作用している。いま、２次側室５３内の圧力が、所定圧力（実施形態では０．６ＰＭａ）よりも小さいと、ダイアフラム５９は、スプリング６０の付勢力によって下方へ変位されて、弁体５７が連通口５６を開く。連通口５６が開かれることにより、１次側室５２内の水素が２次側室５３へと流入される。２次側室５３内の圧力が所定圧力よりも大きくなると、ダイアフラム５９はスプリング６０の付勢力に抗して上方へ変位されて、弁体５７は連通口５６を閉じることになり、２次側室５３の圧力が所定圧力よりも大きくなることが阻止される。このようにして、ダイアフラム５９つまり弁体５７が上下に変位しつつ、２次側室５３内の圧力が、所定圧力に保持されることになる。ただし、１次側室５２内の圧力（燃料タンク４３内の圧力）が所定圧力よりも小さくなると、弁体５７は連通口５６を閉じたままとなり、したがって、２次側室５３への水素の供給が阻止されることになる。
【００１７】
図１〜図３中、Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＵには、センサ３１〜３５からの信号が入力される。センサ３１は、吸入空気量を検出するものである。センサ３２は、スロットル弁の開度を検出するものである。センサ３３は、エンジン回転数を検出するものである。センサ３４は、排気ガス浄化触媒２１の温度を検出するものである。センサ３５は、燃料タンク４３内の圧力を検出するものである。一方、コントローラＵは、燃料噴射弁１１，１２や点火プラグ１４を制御する他、各遮断弁４５，４６を制御する。
【００１８】
次に、コントローラＵの制御内容について、燃料噴射弁１１，１２への水素の供給と、燃料噴射弁１１，１２の作動とに着目して説明する。なお、第１遮断弁４５は、イグニッションスイッチがＯＮとなっているときに開弁され、イグニッションスイッチのＯＦＦ時に閉弁されるものであり、この第１遮断弁４５は開弁されていることを前提に説明する。まず、コントローラＵは、基本的に、燃料タンク４３内の圧力が所定圧力よりも大きいときは、第２遮断弁４６を閉じて、燃料タンク４３内の水素が、減圧弁５０が接続された第１経路４１を介してのみ供給される（第２経路４２からの水素供給はなし）。これにより、減圧弁５０の作用によって、燃料噴射弁１１，１２へは、所定圧力に調圧された後の水素が供給されることになる。また、燃料タンク４３内の圧力が所定圧力よりも小さくなると、コントローラＵは、第２遮断弁４６を開弁させる。これにより、燃料噴射弁１１、１２へは、第２経路４２からのみ水素が供給されることになる（既述のように、燃料タンク４３内の圧力が所定圧力よりも小さいときは、減圧弁５０は閉じられる）。
【００１９】
減圧弁５０で設定される所定圧力（実施形態では０．６ＰＭａ）は、気筒内に直接燃料噴射できる最低圧力として設定されている。つまり、気筒内の圧力に抗して水素を噴射するためには、燃料噴射弁１１、１２へ供給する水素の圧力としてある程度以上の圧力が必要になる。したがって、燃料噴射弁１１、１２へ供給される水素の圧力が所定圧力であるのか、あるいは所定圧力よりも小さいかによって、燃料噴射態様を変更するようにしてある。すなわち、燃料噴射弁１１、１２へ所定圧力の水素が供給可能なとき（第１経路４１からの水素供給時）には、エンジン回転数が所定回転数以上となる高回転時においては、両方の燃料噴射弁１１と１２から水素を噴射する一方（ミキシング性の向上）、上記所定回転数よりも小さいときは第２燃料噴射弁１２からのみ水素が噴射される。
【００２０】
一方、燃料タンク４３内の圧力が所定圧力よりも小さいとき（第２経路４２から水素が供給されるとき）は、第１燃料噴射弁１１からのみ水素が噴射される（いわゆるポート噴射）。これは、供給される水素の圧力が所定圧力よりも低いときは、気筒内噴射が行えないあるいは不十分になることを考慮したものである。
【００２１】
図５は、前述したコントローラＵによる制御内容を示すフローチャートであり、以下このフローチャートについて説明する。なお、以下の説明でＳはステップを示し、またイグニッションスイッチがＯＮされて第１遮断弁４５が開弁されていることを前提とする。まず、Ｓ１において、センサ３５によって検出された燃料タンク４３内の圧力が読み込まれる。次いで、Ｓ１で読み込まれた圧力が、所定圧力としての０．６ＰＭａよりも低いか否かが判別される。このＳ２の判別でＮＯのときは、Ｓ３において、第２遮断弁４６が閉弁される。この後、Ｓ４において、センサ３３によって検出されるエンジン回転数が所定回転数以上となる高回転時であるか否かが判別される。このＳ４の判別でＹＥＳのときは、Ｓ５において、両方の燃料噴射弁１１，１２から燃料噴射が実行される（ポート噴射＋気筒内噴射）。また、Ｓ４の判別でＮＯのときは、Ｓ６において、第２燃料噴射弁１２からのみ燃料噴射が実行される（気筒内噴射）。前記Ｓ２の判別でＹＥＳのときは、Ｓ７において、第２遮断弁４６が開弁される。この後、Ｓ８において、第１燃料噴射弁１１からのみ燃料噴射が実行される（ポート噴射）。
【００２２】
以上実施形態について説明したが、本発明は、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された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。エンジンとしては往復動型でもよく、またハイブリッド車に搭載されるエンジンに適用することもでき、ハイブリッド車に適用する場合、エンジンＥＧの出力を、車両駆動用として利用してもよく、あるいは車両駆動用としては利用しないものであってもよい（車両駆動用のモータへ給電するための発電機の駆動専用）。気体燃料としては、水素に限らず、例えば、天然ガス、プロパンガス等適宜の燃料の中から選択することができる。図５のフローチャートに示す各ステップあるいはステップ群は、その機能に実現する手段として表現できるものである。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明が適用されたエンジンの一例を示す全体系統図。
【図２】燃料系統の一例を示す図。
【図３】燃料系統の別の例を示す図。
【図４】減圧弁の一例を示す断面図。
【図５】本発明の制御例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２４】
ＥＧ：エンジン
Ｅ１、Ｅ２：気筒
１：共通吸気通路
２：分岐吸気通路
１１：第１燃料噴射弁（ポート噴射用）
１２：第２燃料噴射弁（気筒内噴射用）
３３：センサ（エンジン回転数検出用）
３５：センサ（燃料タンク内の圧力検出用）
４１：第１経路
４２：第２経路
４５：第１遮断弁
４６：第２遮断弁
５０：減圧弁
【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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