JP2005030327A - 液化ガスエンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの再始動時における異常燃焼を確実に防止しつつ過剰なコモンレール内の燃料解放を極力回避し得るようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置を提供する。
【解決手段】エンジン停止時にコモンレール５からパージ制御弁９を介し燃料を燃料タンク１に抜き出すパージライン１１を備えた液化ガスエンジンの燃料供給装置に関し、コモンレール５内の燃料温度及び圧力を検出する温度センサ１７，圧力センサ１８と、冷却水１９の温度を検出する水温センサ２０とを備え、これら各センサからの検出信号１７ａ，１８ａ，２０ａに基づき、インジェクタ７からのガス漏れ量が再始動時に異常燃焼を招きかねない警戒値に達すると予想される待機時間Ｔを制御装置２１で算出し、この待機時間Ｔ内に再始動要求が無い条件下でのみ制御装置２１からパージ制御弁９に向け開弁指令９ａを出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジメチルエーテル等の液化ガスを燃料として利用する液化ガスエンジンの燃料供給装置に関するものである。

近年、高セタン価（５５以上）で無煙燃焼するジメチルエーテル（以下ではＤＭＥと略称する）が石油や軽油の代替燃料として注目されており、特にＥＧＲ（排気ガス再循環）や触媒により低ＮＯxを実現し得て将来の厳しい排気規制を満足できるという観点から、ディーゼルエンジンの代替燃料として検討が進められている。

ただし、ＤＭＥは、その沸点が−２５℃と非常に低くて蒸発し易いという特性があるため、ＤＭＥを燃料として利用するＤＭＥエンジンの実用化にあたっては、このようなＤＭＥの特性を十分に考慮した燃料供給装置が必要になるものと考えられており、例えば、図３に示す如きＤＭＥエンジンの燃料供給装置が既に提案されている。

ここに図示している例では、燃料タンク１内に約０.４〜１ＭＰａの圧力で貯えられている燃料（ＤＭＥ）をフィードポンプ２によりフィードライン３に送り出し、該フィードライン３の途中に装備されている高圧ポンプ４により約１５〜５０ＭＰａに昇圧してコモンレール５に蓄圧させ、該コモンレール５から噴射ライン６を介し各気筒のインジェクタ７に燃料を導いて開弁制御により燃焼室８内に噴射させ、通常のディーゼルエンジンの場合と同様に圧縮着火により燃焼させるようにしてある。

尚、高圧ポンプ４内の燃料ギャラリで圧力が所定値を超えた時に、余剰燃料がオーバーフローバルブを介しリターンライン３’へ解放されて燃料タンク１に戻されるようになっている。

そして、斯かる燃料供給装置においては、エンジン停止時に燃料の流れが止まってしまうと、エンジン側から熱が伝わってきて系内の燃料が温度上昇し、コモンレール５側にて燃料の昇温による膨張で圧力上昇が起こる一方、特に熱的な条件の厳しいインジェクタ７のノズルに残留している燃料が気化してしまうため、コモンレール５側からの圧力がかかり続けているインジェクタ７から燃料が燃焼室８内に漏出し（液密性があってもガスの漏出をシールすることは困難）、その漏出した気化ガスが燃焼室８に溜まることにより次にエンジンを始動した時に異常燃焼が惹起される虞れがある。

そこで、このような異常燃焼を回避するために、エンジン停止時にコモンレール５からパージ制御弁９により燃料を抜き出して逆止弁１０を介し燃料タンク１に戻すパージライン１１が備えられており、しかも、ここに図示している例では、パージライン１１のパージ制御弁９より下流側から燃料を抜き出してパージタンク１２へ導く分岐ライン１３も備えられている。

即ち、コモンレール５内の燃料が燃料タンク１に回収されるにつれてコモンレール５側の圧力が徐々に低下して燃料タンク１側に燃料が流入し難くなってきた際に、前記分岐ライン１３の開閉弁１４を開けて燃料タンク１側より低圧のパージタンク１２へ残りの燃料を回収し、パージタンク１２に抜き出されて０〜０.３ＭＰａに減圧された燃料を連絡ライン１５を通しコンプレッサ１６により再液化して燃料タンク１に戻すようにしてある。

尚、この種の液化ガスエンジンの燃料供給装置に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による次のものがある。
特開２００３−５６３９３号公報 特開２００３−５６４０９号公報

しかしながら、前述した如き液化ガスエンジンの燃料供給装置においては、エンジンを停止する度にパージ制御弁９を開けてコモンレール５内の燃料を解放してしまうと、エンジン停止後に再始動しようとした際に、燃料がコモンレール５内に充填されるまでに時間を要して迅速な再始動が行えなくなってしまうので、エンジン停止後に所定の待機時間を設定して比較的短い停止時間での燃料解放を極力回避する必要があるものと考えられるが、エンジン停止後に系内の燃料がエンジン側から受ける受熱量は一定ではなく、その停止直前のエンジンの運転条件により大きく異なってくるため、一律に待機時間を設定するだけでは、インジェクタ７から気化ガスが漏出するのに未だ時間的な余裕が十分にあるにも拘わらず早まった燃料解放が実行されてしまったり、インジェクタ７から気化ガスが既に漏出し始めているのに燃料解放が実行されなかったりする虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、エンジンの再始動時における異常燃焼を確実に防止しつつ過剰なコモンレール内の燃料解放を極力回避し得るようにした液化ガスエンジンの燃料供給装置を提供することを目的としている。

本発明は、燃料タンクから導いた燃料を高圧ポンプにより昇圧してコモンレールに蓄圧させるフィードラインと、前記コモンレールからインジェクタに燃料を導いて燃焼室内に噴射させる噴射ラインと、前記コモンレールからパージ制御弁を介し燃料を抜き出して前記燃料タンクに戻すパージラインとを備えた液化ガスエンジンの燃料供給装置において、
前記コモンレール内の燃料温度を検出する温度センサと、前記コモンレール内の圧力を検出する圧力センサと、冷却水温度を検出する水温センサと、エンジン停止時に前記の温度センサ，圧力センサ，水温センサからの検出信号に基づきインジェクタからのガス漏れ量が再始動時に異常燃焼を招きかねない警戒値に達すると予想される待機時間を算出し且つこの待機時間内に再始動要求が無い条件下でのみ前記パージ制御弁に向け開弁指令を出力する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、エンジンが停止した際に、温度センサ，圧力センサ，水温センサからの検出信号に基づいて、インジェクタからのガス漏れ量が再始動時に異常燃焼を招きかねない警戒値に達すると予想される待機時間が制御装置にて算出され、この待機時間が再始動要求が無いまま経過した際に、パージ制御弁に向け開弁指令を出力されて該パージ制御弁が開き、コモンレール内に蓄圧された燃料が解放されてパージラインへと抜き出され、インジェクタから燃料の気化ガスが燃焼室内に漏出してエンジンの再始動時に異常燃焼が起こる虞れが未然に防止されることになる。

即ち、コモンレール内の燃料の温度が高ければ、インジェクタに残留する燃料が気化するまでの時間が短くなり、コモンレール内の燃料の温度が低ければ、インジェクタに残留する燃料が気化するまでの時間が長くなる。

また、コモンレール内の燃料の圧力が高ければ、インジェクタに残留する燃料が漏出し易くなり、コモンレール内の燃料の圧力が低ければ、インジェクタに残留する燃料が漏出し難くなる。

更に、冷却水の温度が高ければ、既にエンジンの十分な暖機が完了していることから該エンジン側からの伝熱が大きくなり、冷却水の温度が低ければ、未だエンジンの十分な暖機が完了していない（始動直後の状態にある）ことから該エンジン側からの伝熱が小さくなる。

従って、このような傾向を持つコモンレール内の燃料の温度及び圧力と冷却水温度とに関し、実際のインジェクタ側でのガス漏れ量との関係を予備実験などにより予め把握して関係式を設定しておけば、温度センサ，圧力センサ，水温センサからの検出信号に基づいて、インジェクタからのガス漏れ量が再始動時に異常燃焼を招いてしまうような警戒値に達するまでの時間が待機時間として算出されることになる。

そして、制御装置で算出された待機時間が経過するまでの間は、エンジンが停止していてもパージ制御弁の解放が留保され、この留保状態のうちであればコモンレールの蓄圧が保持されるので、コモンレール内の燃料を解放する必要性に余裕がある限りコモンレール内の燃料解放が極力回避されて迅速な液化ガスエンジンの再始動が実現されることになる。

また、本発明においては、燃料噴射の制御系から流用したエンジン回転数及び指示燃料噴射量に基づき直近の単位時間内における投入熱量を算出し、この投入熱量に基づき待機時間を適宜に補正するように制御装置が構成されていることが好ましい。

このようにすれば、エンジンの停止直前の投入熱量に基づいて、系内の燃料がエンジン側から受ける受熱量を正確に推定することが可能となり、その受熱量が多い場合に待機時間を短縮し且つ受熱量が少ない場合に待機時間を延長するように補正することで、更に最適な待機時間を設定し得てコモンレール内の燃料解放の機会を必要最小限に抑制することが可能となる。

上記した本発明の液化ガスエンジンの燃料供給装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、停止直前のエンジンの運転条件を考慮して、早期にコモンレール内の燃料解放を実行する必要がある時に待機時間を短縮し且つコモンレール内の燃料解放を実行するのに余裕がある時に待機時間を延長するように適切な調整を行い、この待機時間内に再始動要求が無い条件下でのみコモンレール内の燃料解放を実行するようにしているので、エンジンの再始動時における異常燃焼を確実に防止しつつ過剰なコモンレール内の燃料解放を極力回避することができ、迅速にエンジンを再始動することが可能な条件を従来より大幅に拡大することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、エンジンの停止直前の投入熱量に基づいて、系内の燃料がエンジン側から受ける受熱量を正確に推定することができ、その受熱量が多い場合に待機時間を短縮し且つ受熱量が少ない場合に待機時間Ｔを延長するように補正することで、更に最適な待機時間を設定することができるので、コモンレール内の燃料解放の機会を必要最小限に抑制することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

前述した図３と略同様に構成したＤＭＥエンジンの燃料供給装置に関し、本形態例においては、図１に示す如く、コモンレール５内の燃料温度を検出する温度センサ１７と、コモンレール５内の圧力を検出する圧力センサ１８と、ＤＭＥエンジンの冷却水１９の温度を検出する水温センサ２０とが新たに装備されており、これら温度センサ１７，圧力センサ１８，水温センサ２０からの検出信号１７ａ，１８ａ，２０ａが、所定場所に設けた制御装置２１に入力されるようになっている。

そして、この制御装置２１においては、エンジン停止時に温度センサ１７，圧力センサ１８，水温センサ２０からの検出信号１７ａ，１８ａ，２０ａに基づき、インジェクタ７からのガス漏れ量が再始動時に異常燃焼を招きかねない警戒値に達すると予想される待機時間Ｔが算出され、この待機時間Ｔ内に再始動要求が無い条件下でのみパージ制御弁９に向け開弁指令９ａが出力されるようになっている。

即ち、コモンレール５内の燃料の温度が高ければ、インジェクタ７に残留する燃料が気化するまでの時間が短くなり、コモンレール５内の燃料の温度が低ければ、インジェクタ７に残留する燃料が気化するまでの時間が長くなる。

また、コモンレール５内の燃料の圧力が高ければ、インジェクタ７に残留する燃料が漏出し易くなり、コモンレール５内の燃料の圧力が低ければ、インジェクタ７に残留する燃料が漏出し難くなる。

更に、冷却水１９の温度が高ければ、既にエンジンの十分な暖機が完了していることから該エンジン側からの伝熱が大きくなり、冷却水１９の温度が低ければ、未だエンジンの十分な暖機が完了していない（始動直後の状態にある）ことから該エンジン側からの伝熱が小さくなる。

従って、このような傾向を持つコモンレール５内の燃料の温度及び圧力と冷却水温度とに関し、実際のインジェクタ７側でのガス漏れ量との関係を予備実験などにより予め把握して関係式を設定しておけば、温度センサ１７，圧力センサ１８，水温センサ２０からの検出信号１７ａ，１８ａ，２０ａに基づいて、インジェクタ７からのガス漏れ量が再始動時に異常燃焼を招いてしまうような警戒値に達するまでの時間が待機時間Ｔとして算出されることになる。

また、ここに図示している制御装置２１は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を兼ねており、図示しない運転席に設けられてアクセル開度をエンジン負荷として検出するアクセルセンサ２２からの検出信号２２ａと、エンジン回転数を検出する回転センサ２３からの検出信号２３ａも入力されるようになっている。

そして、この制御装置２１においては、アクセルセンサ２２及び回転センサ２３からの検出信号２２ａ，２３ａに基づき、燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号７ａをインジェクタ７に向け出力するようになっていて、エンジン回転数と指示燃料噴射量とが常に把握されているので、これらエンジン回転数と指示燃料噴射量とを積算することで直近の単位時間（過去数分間）内における投入熱量が算出され、この投入熱量に基づき待機時間Ｔを適宜に補正するようになっている。

即ち、このようにすれば、エンジンの停止直前の投入熱量に基づいて、系内の燃料がエンジン側から受ける受熱量を正確に推定することが可能となり、その受熱量が多い場合に待機時間Ｔを短縮し且つ受熱量が少ない場合に待機時間Ｔを延長するように補正することで、エンジンの停止直前の投入熱量を反映させた待機時間Ｔの最適化を図ることが可能となる。

図２は前記制御装置２１での具体的な制御手順を示したものであり、ステップＳ１において、温度センサ１７，圧力センサ１８，水温センサ２０からの検出信号１７ａ，１８ａ，２０ａ、並びに、アクセルセンサ２２及び回転センサ２３からの検出信号２２ａ，２３ａが入力され、コモンレール５内の燃料の温度及び圧力と冷却水温度が把握されると共に、直近の単位時間（過去数分間）内における投入熱量が時々刻々算出される。

次いで、ステップＳ２において、エンジンが停止したか否かが判定され、エンジンが停止されていない場合はステップＳ１に戻り、エンジンが停止されている場合は次のステップＳ３へと進んで待機時間Ｔが算出される。

そして、この待機時間Ｔが経過したことが次のステップＳ４で確認された場合に限り、ステップＳ５へと進んでパージ制御弁９に向け開弁指令９ａが出力されることになり、前記ステップＳ４で待機時間Ｔがカウントされている間に再始動要求があった時には、コモンレール５内の燃料を解放する制御がキャンセルされるようになっている。

而して、このように燃料供給装置を構成すれば、エンジンが停止した際に、温度センサ１７，圧力センサ１８，水温センサ２０からの検出信号１７ａ，１８ａ，２０ａ、更には、燃料噴射の制御系から流用したエンジン回転数及び指示燃料噴射量により算出した直近の単位時間内における投入熱量とに基づいて、インジェクタ７からのガス漏れ量が再始動時に異常燃焼を招きかねない警戒値に達すると予想される待機時間Ｔが制御装置２１にて算出され、この待機時間Ｔが再始動要求が無いまま経過した際に、パージ制御弁９に向け開弁指令９ａを出力されて該パージ制御弁９が開き、コモンレール５内に蓄圧された燃料が解放されてパージライン１１へと抜き出され、インジェクタ７から燃料の気化ガスが燃焼室８内に漏出してエンジンの再始動時に異常燃焼が起こる虞れが未然に防止されることになる。

そして、制御装置２１で算出された待機時間Ｔが経過するまでの間は、エンジンが停止していてもパージ制御弁９の解放が留保され、この留保状態のうちであればコモンレール５の蓄圧が保持されるので、コモンレール５内の燃料を解放する必要性に余裕がある限りコモンレール５内の燃料解放が極力回避されて迅速なエンジンの再始動が実現されることになる。

従って、上記形態例によれば、停止直前のエンジンの運転条件を考慮して、早期にコモンレール５内の燃料解放を実行する必要がある時に待機時間Ｔを短縮し且つコモンレール５内の燃料解放を実行するのに余裕がある時に待機時間Ｔを延長するように適切な調整を行い、この待機時間Ｔ内に再始動要求が無い条件下でのみコモンレール５内の燃料解放を実行するようにしているので、エンジンの再始動時における異常燃焼を確実に防止しつつ過剰なコモンレール５内の燃料解放を極力回避することができ、迅速にエンジンを再始動することが可能な機会を従来より大幅に増やすことができる。

また、特に本形態例では、制御装置２１において、燃料噴射の制御系から流用したエンジン回転数及び指示燃料噴射量に基づき直近の単位時間内における投入熱量を算出し、この投入熱量に基づき待機時間Ｔを適宜に補正するようにしているので、エンジンの停止直前の投入熱量に基づいて、系内の燃料がエンジン側から受ける受熱量を正確に推定することが可能となり、その受熱量が多い場合に待機時間Ｔを短縮し且つ受熱量が少ない場合に待機時間Ｔを延長するように補正することで、更に最適な待機時間Ｔを設定することができ、コモンレール５内の燃料解放の機会を必要最小限に抑制することができる。

尚、本発明の液化ガスエンジンの燃料供給装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、燃料はジメチルエーテル以外の液化ガス燃料であっても良いこと、また、制御装置はエンジン制御コンピュータと別個に設けられていても良いこと、更に、フィードライン及びリターンラインには適宜に燃料冷却用の熱交換器などを装備しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す系統図である。 図１の制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 従来例を示す系統図である。

符号の説明

１ 燃料タンク
３ フィードライン
４ 高圧ポンプ
５ コモンレール
６ 噴射ライン
７ インジェクタ
７ａ 燃料噴射信号
８ 燃焼室
９ パージ制御弁
９ａ 開弁指令
１１ パージライン
１７ 温度センサ
１７ａ 検出信号
１８ 圧力センサ
１８ａ 検出信号
１９ 冷却水
２０ 水温センサ
２０ａ 検出信号
２１ 制御装置

Claims (2)

1. 燃料タンクから導いた燃料を高圧ポンプにより昇圧してコモンレールに蓄圧させるフィードラインと、前記コモンレールからインジェクタに燃料を導いて燃焼室内に噴射させる噴射ラインと、前記コモンレールからパージ制御弁を介し燃料を抜き出して前記燃料タンクに戻すパージラインとを備えた液化ガスエンジンの燃料供給装置において、
   前記コモンレール内の燃料温度を検出する温度センサと、前記コモンレール内の圧力を検出する圧力センサと、冷却水温度を検出する水温センサと、エンジン停止時に前記の温度センサ，圧力センサ，水温センサからの検出信号に基づきインジェクタからのガス漏れ量が再始動時に異常燃焼を招きかねない警戒値に達すると予想される待機時間を算出し且つこの待機時間内に再始動要求が無い条件下でのみ前記パージ制御弁に向け開弁指令を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする液化ガスエンジンの燃料供給装置。
2. 燃料噴射の制御系から流用したエンジン回転数及び指示燃料噴射量に基づき直近の単位時間内における投入熱量を算出し、この投入熱量に基づき待機時間を適宜に補正するように制御装置が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液化ガスエンジンの燃料供給装置。

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