(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化低沸点燃料を入れる燃料容器と、該燃料容器と燃料噴射ポンプとの間に設けられて前記液化低沸点燃料を昇圧させる燃料供給装置とを有し、
該燃料供給装置に、昇圧ポンプを燃料内に浸漬した複数の昇圧ポンプユニットを直列に接続してなる燃料昇圧手段を設けたことを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置。
【請求項２】
エンジン側の燃料戻し配管と燃料容器側の燃料戻し配管との間に、両者間の差圧を所定の圧力差に調整する差圧調整弁を設けたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料供給装置。
【請求項３】
燃料昇圧手段の最終段の昇圧ポンプユニットと、燃料噴射ポンプとの間にアキュムレータを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のディーゼル機関の燃料供給装置。
【請求項４】
請求項１，２又は３のいずれかの燃料供給装置を備えたことを特徴とするディーゼル機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌、船舶、発電機などの駆動に用いられる液化低沸点燃料を主燃料とするディーゼル機関の燃料供給装置及びこの燃料供給装置を使用したディーゼル機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼル機関の燃料は、一般に軽油が用いられていたが、近時、軽油に代えてジメチルエーテル（以下、ＤＭＥという）を燃料として用いることが検討されている。ＤＭＥを燃料としてディーゼル機関に用いる場合、軽油と同様のセタン値をもつばかりでなく、軽油に比べて排ガス中のＮＯｘ濃度が低く、全出力領域で排煙がきめて少ないため、クリーンな燃料として期待されている。
【０００３】
しかし、ＤＭＥ燃料は沸点が−２５℃と低いため常温では気体であり、このような低沸点燃料をディーゼル機関に用いる場合は、燃料供給ポンプの吐出圧力、すなわち、燃料噴射ポンプへの燃料供給圧力は、燃焼容器内の燃料の飽和蒸気圧（例えば、０．５〜１．０ＭＰｓ程度）以上の圧力（例えば、１．５〜２．５ＭＰａ程度）に加圧して供給する必要がある。
【０００４】
このような問題を解決するための技術として、例えば、特開２０００−１１６８７号公報に記載されたディーゼル機関用低沸点燃料供給装置がある。この装置は、液化低沸点燃料を入れる圧力容器と、この圧力容器に接続され圧縮気体の吸込みと放出によって駆動される燃料送りポンプと、ディーゼル機関の始動と停止とに連動して燃料のエンジン本体への供給管路を開閉する弁機構とからなるもので、燃料送りポンプを構成する吸込み、放出の両室のピストン面積比分だけ作動ガス圧に対する燃料室側の燃料圧を増加させるようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような燃料供給装置は、液化低沸点燃料を燃焼噴射ポンプに安定して供給することができるが、燃料送りポンプを駆動するためのエアーコンプレッサーを備えていない車輌等では、窒素ガスボンベなどの圧縮ガスボンベを設置しなければならないので、設置スペース、重量の増加などの問題が生じる。
【０００６】
このようなことから、気体による圧縮駆動式の燃料送りポンプに代えて、ＬＰＧなどの液化低沸点燃料を昇圧するポンプとして市販されている、ギヤポンプ、トロコイドポンプ、ピストンポンプなどの電気モータによって駆動される機械式ポンプにより液化低沸点燃料を昇圧することも考えられる。しかしながら、前述のように、ＤＭＥ燃料は飽和蒸気圧以上の圧力に加圧して燃料噴射ポンプに供給する必要があるが、このような圧力を得るための小型の低沸点燃料用機械式ポンプは一般的ではなく、仕様に合う機械式ポンプは非常に大型になり、車載用としては利用できない。
また、１台の機械式ポンプで、燃料噴射ポンプへの供給圧を得ようとすると非常に大きな動力を必要とし、車載バッテリーで駆動することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、小型かつ軽量で、その上エアーコンプレッサーを備えていない場合にも容易に使用することができ、昇圧した燃料を安定して燃料噴射ポンプへ供給することのできるディーゼル機関の燃料供給装置及びこれを使用したディーゼル機関を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るディーゼル機関の燃料供給装置は、液化低沸点燃料を入れる燃焼容器と、該燃料容器と燃料噴射ポンプとの間に設けられて前記液化低沸点燃料を昇圧させる燃料供給装置とを有し、該燃料供給装置に、昇圧ポンプを燃料内に浸漬した複数の昇圧ポンプユニットを直列に接続してなる燃料昇圧手段を設けたものである。
【０００９】
上記のディーゼル機関の燃料供給装置において、エンジン側の燃料戻し配管と燃料容器側の燃料戻し配管との間に、両者間の差圧を所定の圧力差に調整する差圧調整弁を設けた。
【００１０】
上記いずれかのディーゼル機関の燃料供給装置において、燃料昇圧手段の最終段の昇圧ポンプユニットと、燃料噴射ポンプとの間にアキュムレータを設けた。
【００１１】
また、本発明に係るディーゼル機関は、上記いずれかの燃料供給装置を備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態のシステム図である。図において、１は例えば、ＤＭＥの如き液化低沸点燃料（以下、単に燃料という）が入れられた燃料容器で、この燃料容器１内の燃料は、通常、圧力Ｐ＝０．５〜１．０ＭＰａ程度、温度Ｔ＝２０〜５０℃程度に保持されている。
４は燃料容器１と後述の燃料噴射ポンプ２５との間に設けられた燃料供給装置で、燃料容器１内の燃料を昇圧する燃料昇圧手段５を備えている。この燃料昇圧手段５は直列に接続した複数の昇圧ポンプユニット６ａ，６ｂ，６ｃからなり、初段の昇圧ポンプユニット６ａの下部と、燃料容器１の底部とは管路２により常時は開放している開閉弁３を介して接続されている。なお、図には昇圧ポンプユニット６を３段に直列接続した場合を示したが、２段以上であればよい。
【００１３】
図２は昇圧ポンプユニット６の一例を示す断面図で、圧力容器７の中に昇圧ポンプ８を内蔵したものである。この昇圧ポンプ８は、その一例を図３に示すように、円筒状の容器９内に駆動モータ１０と、この駆動モータ１０によって回転駆動されるトロコイド式、ギヤ式などの機械式のポンプ１１とによって構成したものである。なお、１２は容器９の上部に設けた吐出ポート、１３は駆動モータ１０に給電するための電気配線が接続されるコネクタである。
【００１４】
再び図２において、圧力容器７は上下が閉塞された円筒状の構造となっており、下部には、燃料入口１４を介して燃料容器１に接続される低圧室１５が設けられている。１６は低圧室１５の上部に設けられた高圧室であり、昇圧ポンプ８は高圧室１６内に挿入されて固定され、低圧室１５と高圧室１６とは昇圧ポンプ８の下部に取付けたテフロン（登録商標）、銅などの材料からなるパッキン１７を介して機密に保持されている。
【００１５】
１８は圧力容器７の上壁に設けられた高圧燃料出口で、次段の昇圧ポンプユニット６ｂ，６ｃの燃料入口１４に接続されている。１９ａは上壁に設けられた端子で、コネクタ１３と例えば車載のバッテリー１９とが接続される。
上記のような昇圧ポンプユニット６においては、高圧室１６内には燃料が充填されており、昇圧ポンプ８はこの燃料内に浸漬されている。そして、昇圧ポンプユニット６ａ，６ｂ，６ｃの駆動モータ１０は例えば車載のバッテリー（ＤＣ２４Ｖ又は１２Ｖ）１９に直列に接続されて駆動されるようになっており、１台あたりのΔｐ、すなわち、吸込み圧と吐出圧との差は約０．５ＭＰａである。
【００１６】
この昇圧ポンプユニット６は、昇圧ポンプ８が駆動されると、燃料容器１内と同圧の低圧室１５内の燃料が、昇圧ポンプ８によって約０．５ＭＰａ昇圧されて吐出ポート１２から高圧室１６内に吐出され、昇圧ポンプ８内の圧力と同圧に保持されると共に、高圧燃料出口１８から次段の昇圧ポンプユニット６ｂ，６ｃに送られ、同様にして順次約０．５ＭＰａ昇圧される。
【００１７】
図１の実施の形態によれば、昇圧ポンプユニット６ａ〜６ｃを３台直列に接続したので、燃料の昇圧量は約１．５ＭＰａとなり、燃料容器１内の自圧、すなわち、ＤＭＥ燃料の場合、燃料容器１内の飽和蒸気圧力が約０．６ＭＰａであるとすると、燃料昇圧手段により２．０ＭＰａ以上の燃料供給圧力が得られることになる。
また、昇圧ポンプユニット６ａ〜６ｃの駆動モータ１０を、バッテリー１９に直列に接続したことで、バッテリー１９が２４Ｖとすると、３台の昇圧ポンプユニット６ａ〜６ｃの負荷（Δｐ）配分が釣り合うため、各昇圧ポンプユニット６ａ〜６ｃの負荷電圧は８Ｖで釣り合い、計２４Ｖとなって消費電流は８〜１０Ａ程度にすることができ、一般に車載されているバッテリーで十分対応することができる。
【００１８】
再び図１において、２０はディーゼル機関（以下、単にエンジンという）で、２１はシリンダ、２２はピストン、２３は吸気口、２４は排気口である。２５はエンジン２０に取付けられた燃料噴射ポンプ、２６は各シリンダ２１のシリンダヘッドに取付けられ、燃料噴射ポンプ２５から供給された燃料をシリンダ２１内に噴射する噴射ノズルである。
【００１９】
３０は燃料昇圧手段５の最終段の昇圧ポンプユニット６ｃの高圧燃料出口１８と、燃料噴射ポンプ２５とを接続する燃料供給配管で、昇圧ポンプユニット６ｃの出口側には電磁開閉弁３１が設けられており、その下流側には燃料供給配管３０内の圧力をエンジン停止時に大気に開放するための大気開放電磁弁３２が設けられている。３３は電磁開閉弁３１の上流側（昇圧ポンプユニット６ｃ側）において、燃料供給配管３０から分岐した分岐管３４に設けたアキュムレータである。３５は昇圧ポンプユニット６ｃ、電磁開閉弁３１、アキュムレータ３３、分岐管３４内の圧力が異常に高くなったときに、圧力を燃料容器１内にリリーフさせるリリーフ弁である。
３６は燃料噴射ポンプ２５及び噴射ノズル２６と燃料容器１との間に設けられ、燃料噴射ポンプ２５からの燃料余り分及び噴射ノズル２６からのリーク分を燃料容器１に戻す燃料戻し配管で、エンジン２０側の燃料戻し配管３５と燃料容器１側の燃料戻し配管３７との間には差圧調整弁３８が設けられている。
【００２０】
次に、上記のように構成した本発明の作用を説明する。なお、燃料昇圧手段５を構成する部品のうち、昇圧ポンプユニット６ａ，６ｂ，６ｃの低圧室１５及び高圧室１６、閉じられた電磁開閉弁３１の上流側と分岐管３４、アキュムレータ３３、差圧調整弁３８から燃料容器１との間の燃料戻し配管３７で形成された系内には、例えば燃料容器１内の飽和蒸気圧力とほぼ同圧の燃料が満たされているものとする。
【００２１】
差圧調整弁３８は、その上流側、すなわち図１においては、エンジン側の燃料戻し配管３６と、下流側、すなわち燃料容器１側の燃料戻し配管３７との間の差圧を所定の圧力差にするように常に機械的に調整するもので、圧力は下流側の圧力を基準に上流側の圧力を調整し、上流側の圧力の方が高くなるように調整される。
この差圧調整弁３８は所定の差圧になるまで閉じた状態になっており、エンジン２０が停止したとき、すなわち、昇圧ポンプユニット６ａ〜６ｃが停止状態においては、差圧調整弁３８は閉じている。
【００２２】
バッテリー１９のスイッチ１９ｂはエンジンキーと連動しており、エンジンキーを回して先ずスイッチ１９ｂをＯＮして各昇圧ポンプユニット６ａ〜６ｃの駆動モータ１０を駆動すると、これと連動して電磁開閉弁３１が開放され、大気開放電磁弁３２が閉じる。
飽和蒸気圧力が例えば約０．６ＭＰａの燃料容器１内の燃料は、前述のように各昇圧ポンプユニット６ａ〜６ｃでそれぞれ０．５ＭＰａ昇圧されるため、初段の昇圧ポンプユニット６ａでは約１．１ＭＰａ、中段の昇圧ポンプユニット６ｂでは約１．６ＭＰａ、最終段の昇圧ポンプユニット６ｃの高圧燃料出口１８では約２．１ＭＰａとなって、燃料供給配管３０から燃料噴射ポンプ２５へ送られる。なお、ＤＭＥ燃料のように低沸点で低粘性の燃料は、昇圧ポンプのシール機構からリークすることが多いが、本発明の昇圧ポンプユニット６によれば、昇圧ポンプ８が燃料内に浸漬されているので、リークの処理を考慮する必要がない。
【００２３】
そして、燃料噴射ポンプ２５から各シリンダ２１に設けられた噴射ノズル２６に燃料が送られ、順次シリンダ２１内に噴射してエンジン２０を駆動する。噴射ノズル２６からリークした燃料は、戻し配管３６，３７から燃料容器１に戻される。
【００２４】
このように、燃料昇圧手段５の最終段の昇圧ポンプユニット６ｃの高圧燃料出口１８から燃料噴射ポンプ２５までの燃料供給配管３０，燃料噴射ポンプ２５及び噴射ノズル２６、エンジン２０側の燃料戻し配管３５、差圧調整弁３８、燃料容器１側の燃料戻し配管３７とからなる燃料配管経路が形成されることで、差圧調整弁３８の開度調整により、最終段の昇圧ポンプユニット６ｃの負荷、すなわち出口圧力、つまり噴射ポンプ２６への燃料供給圧力を調整することができる。
【００２５】
このエンジン２０が、例えば始動直後の状況、あるいは寒冷地などで使用される場合において、燃料容器１内の燃料の温度が低く、燃料容器１内の飽和蒸気圧力が低いときには、燃料供給圧力調整に絶対的な圧力値が常に一定となる圧力調整弁を用いて、昇圧ポンプユニット６の吐出圧力を絶対値として一定圧力制御をしたとすると、昇圧ポンプユニット６の各段あたりの昇圧分が増加し、必要以上の負荷が昇圧ポンプユニット６にかかることになるが、燃料容器１内圧力に対する相対値として圧力を調整する差圧調整弁３８を用いることにより、相対的に吐出圧力が決定されるので、燃料容器１内の飽和蒸気圧力の影響を受けることなく、昇圧ポンプユニット６への負荷を一定にすることができる。
【００２６】
また、長時間エンジン２０が運転されている状況下や、気温が高い条件下で動作するときにおいては、燃料噴射ポンプ２５から燃料容器１に戻る燃料が、燃料噴射ポンプ２５内を通過するために温度が高くなり、かつ、噴射ノズル２６からリークして燃料容器１に戻る燃料も温度が高いため、例えば、燃料噴射ポンプ２５及び噴射ノズル２６から戻る燃料の温度は６０℃程度になる。このため戻ってきた燃料によって燃料容器１内の燃料温度が高くなり、その結果燃料容器１内の飽和蒸気圧力が上昇する。
【００２７】
このような場合でも、燃料容器１内の飽和蒸気圧力と、昇圧ポンプユニット６から送り出される燃料の圧力との差がほぼ一定になるように、圧力調整弁３８によって調整されるので、昇圧ポンプユニット６の負荷はほぼ一定になる。
このように、差圧調整弁３８を設けたことにより、使用状況が変化しても昇圧ポンプユニット６の負荷、つまり仕事量はほぼ一定になるので、安定した動作を得ることができる。
【００２８】
また、燃料噴射ポンプ２５には、通常多気筒のジャーク式ポンプが用いられることが多いが、この場合、燃料供給配管３０には激しい脈動が生じ、最終段の昇圧ポンプユニット６ｃに過大な負荷（トルク）変動を生じさせる。このような脈動を最終段の昇圧ポンプユニット６ｃの出口側に設けたアキュムレータ３３によって吸収させることにより、昇圧ポンプユニット６ｃの出口側の脈動が無くなり、昇圧ポンプユニット６ｃの負荷変動を軽減することができる。
【００２９】
エンジン２０の停止時の動作は、次の通りである。エンジン２０が停止するとともに、電磁開閉弁３１が閉じ、昇圧ポンプユニット６ａ〜６ｃが停止する。このとき、差圧調整弁３８の入口と出口間で圧力差が無くなるため、差圧調整弁３８は閉じる。その後、大気開放電磁弁３２が開いて、燃料供給配管３０、燃料噴射ポンプ２５、噴射ノズル２６、燃料戻し配管３６内の圧力が大気に開放される。
【００３０】
上記の説明では、本発明に係る燃料供給装置を主として車輌用のディーゼル機関に実施した場合を示したが、本発明はこれに限定するものではなく、船舶、発電機等の運転用ディーゼル機関にも実施することができる。
また、ＤＭＥ燃料を使用するディーゼル機関に本発明を実施した場合を示したが、例えば、ＬＰＧの如き液化低沸点燃料を使用するディーゼル機関にも本発明を実施することができる。
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明は、エンジン２０の駆動に使用する液化低沸点燃料の昇圧手段５として、複数の昇圧ポンプユニット６を直列に接続してなり、バッテリー１９による小さい動力で作動することのできる燃料供給装置４を設けたので、燃料の昇圧手段を大幅に小型かつ軽量化することができ、これにより、エアーコンプレッサーを備えていない車輌などにも容易に搭載することができる。
また、本発明は、液化低沸点燃料が入れられた燃料容器１とは別に昇圧ポンプユニット６からなる燃料昇圧手段５を設けたので、燃料容器１にＬＰＧ車用の車載液化低沸点燃料タンクを使用することができるため、コストを低減することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係るディーゼル機関の燃料供給装置は、液化低沸点燃料を入れる燃焼容器と、この燃料容器と燃料噴射ポンプとの間に設けられて液化低沸点燃料を昇圧させる燃料供給装置とを有し、この燃料供給装置に、昇圧ポンプを燃料内に浸漬した複数の昇圧ポンプユニットを直列に接続してなる燃料昇圧手段を設けてバッテリーで駆動するようにしたので、燃料の昇圧手段を大幅に小型かつ軽量化することができ、エアーコンプレッサーを備えていない場合でも容易に使用することができ、燃料を安定して燃料噴射ポンプに供給することができる。
【００３３】
また、エンジン側の燃料戻し配管と燃料容器側の燃料戻し配管との間に、両者間の差圧を所定の圧力差に調整する差圧調節弁を設けたので、使用状況が変化しても昇圧ポンプユニットの負荷はほぼ一定に保持される。
【００３４】
さらに、上記の燃料昇圧手段の最終段の昇圧ポンプユニットと、燃料噴射ポンプとの間にアキュムレータを設けたので、燃料噴射ポンプから生じる脈動をアキュムレータで吸収させることにより、昇圧ポンプユニットの吐出側の脈動がなくなり、昇圧ポンプユニットの負荷変動を軽減することができる。
【００３５】
また、本発明に係るディーゼル機関は、上記のいずれかの燃料供給装置を備えたので、燃料噴射ポンプに液化低沸点燃料を送るに必要な圧力の燃料が供給され、安定した運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のシステム図である。
【図２】図１の昇圧ポンプユニットの説明図である。
【図３】図２の昇圧ポンプユニットに内蔵する昇圧ポンプの説明図である。
【符号の説明】
１  燃料容器
４  燃料供給装置
５  燃料昇圧手段
６  昇圧ポンプユニット
７  圧力容器
８  昇圧ポンプ
１２  燃料の吐出ポート
１５  低圧室
１６  高圧室
１８  高圧燃料出口
１９  バッテリー
２０  ディーゼル機関（エンジン）
２５  燃料噴射ポンプ
２６  噴射ノズル
３０  燃料供給配管
３１  電磁開閉弁
３２  大気開放電磁弁
３３  アキュムレータ
３５  リリーフ弁
３６，３７  燃料戻し配管
３８  差圧調整弁
【図１】
0003799520.tif 000002
【図２】
0003799520.tif 000003
【図３】
0003799520.tif 000004