JP2008045463A - 超臨界燃料用燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストを抑えて燃料タンク内の超臨界燃料を液状に維持することができる車両用の燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 燃料タンク７を容量の大きいメインタンク２１と容量の小さい断熱構造のサブタンク２２で構成し、そのサブタンク２２内に燃料の加熱を行う電気ヒータ２６を設ける。そして、電気ヒータ２６によって燃料タンク７内のＤＭＥを加熱して、燃料の気化により燃料タンク７内の圧力を昇圧する。具体的には、高圧ポンプ６の燃料吸引側の燃料が液体状態となるように、メインタンク２１内の圧力を制御する。従来技術で用いられていた高価なコンプレッサや、窒素ボンベに代えて、軽量で安価な電気ヒータ２６によって燃料タンク７内を昇圧して燃料タンク７内のＤＭＥを液化することができ、燃料噴射装置のコストを下げることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、常温常圧で液化しない超臨界燃料（低臨界燃料）を用いた車両用の燃料噴射装置に関する。

（従来技術１）
超臨界燃料の一例としてＤＭＥ（ジメチルエーテル）を用いた車両用の燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１）。
ＤＭＥを用いた燃料噴射装置の一例を、図９を参照して説明する。
天然ガス、石炭、バイオマス等を原料としてＤＭＥが精製される。このＤＭＥは、蒸気圧が比較的に低い。このため、１０気圧前後に加圧されて液化された状態で燃料タンクＪ１に蓄えられる。

燃料タンクＪ１内に蓄えられたＤＭＥは、高圧フィードポンプＪ２→高圧ポンプＪ３→コモンレールＪ４を介してインジェクタＪ５に高圧供給され、インジェクタＪ５からエンジンの気筒内に噴射される。インジェクタＪ５の要求噴射圧は高圧であり、インジェクタＪ５から戻り配管Ｊ６に導かれるリーク燃料は高温度となる。このため、戻り配管Ｊ６に導かれたリーク燃料は戻り配管Ｊ６内で容易に気化する。
この気化したリーク燃料を液化させて燃料タンクＪ１内に戻すために、従来では専用のコンプレッサＪ７を搭載していた。
しかし、リーク燃料を液化させて燃料タンクＪ１内に戻すためだけに高価なコンプレッサＪ７を搭載することで、ＤＭＥを用いた燃料噴射装置のコストが高いものになっていた。

（従来技術２）
ＤＭＥを用いた他の燃料噴射装置として、窒素ガスを燃料タンクに供給して、燃料タンク内を飽和蒸気圧を超える圧力にすることで、ＤＭＥを液化する方法が提案されている（図示しない：例えば、特許文献２）。
この窒素ガスを燃料タンクに供給して昇圧する燃料噴射装置は、置型であれば問題も少ない。
しかし、この技術を車両に適用しようとすると、窒素ボンベを車両に搭載する必要が生じるため、高価で且つ車両重量が重くなってしまう。また、ＤＭＥとは別に、窒素ガスの補充も行う必要が新たに生じるため、車両への適用は困難である。
特開２００３−３９２５号公報 特開平１０−３０６７６０号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストを抑えて燃料タンク内の超臨界燃料を液状に維持することができる車両用の燃料噴射装置の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置は、加熱手段によって燃料タンク内の超臨界燃料を加熱することで燃料タンクの内圧を昇圧させる。これにより、燃料タンク内を飽和蒸気圧を超える圧力にすることができ、燃料タンク内の超臨界燃料を液化することができる。即ち、従来技術で用いられていた高価なコンプレッサや、窒素ボンベに代えて、加熱手段によって燃料タンク内を昇圧して超臨界燃料を液化できる。
加熱手段として、安価で軽量コンパクトな電気ヒータや、車両排熱（エンジン排熱、冷却水熱、インタークーラー排熱等）を利用できるため、従来技術で用いられていたコンプレッサや窒素ボンベを用いる場合に比較して、超臨界燃料用燃料噴射装置のコストを下げることができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置の燃料タンクは、メインタンクとサブタンクとからなり、加熱手段をサブタンク内に設けたものである。これにより、加熱手段によって容易に超臨界燃料の温度を上げることができ、燃料タンク内の昇圧を容易に行うことができる。
また、メインタンクとサブタンクは、上部において通路抵抗の小さい気体連通部を介して連通するとともに、下部において通路抵抗の大きい液体連通部を介して連通する。これにより、サブタンク内で発生した高圧は、通路抵抗の小さい気体連通部を介してメインタンク内に加えられる。一方、サブタンク内で加熱された高温の液体燃料と、メインタンク内の液体燃料とは、通路抵抗の大きい液体連通部を介して連通するため、メインタンク内の液体燃料の温度上昇が抑えられるとともに、サブタンク内における液体燃料の熱が外部に漏れるのを抑えることができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置のサブタンクは、メインタンクの外部に設けられる。
このように、サブタンクがメインタンクより分離することによって、加熱手段等の搭載性や断熱構造の採用が容易になる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置のサブタンクは、メインタンクの内部に設けられる。
これにより、燃料タンクの搭載スペースを小さくできる。

［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置は、燃料タンク内の燃料を冷却する冷却手段を備える。
これにより、加熱手段の作動により燃料タンク内の温度（請求項２〜４ではサブタンク内の温度）が異常高温になるのを防止したり、燃料タンク内が異常高圧になるのを回避できる。

［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置は、送気手段によって燃料タンク内に加圧空気を供給して、燃料タンクの内圧を昇圧させる。これにより、燃料タンク内を飽和蒸気圧を超える圧力にすることができ、燃料タンク内の超臨界燃料を液化することができる。即ち、従来技術で用いられていた高価なコンプレッサや、窒素ボンベに代えて、送気手段によって燃料タンク内を昇圧して超臨界燃料を液化できる。
送気手段として、汎用性の大きい安価なエアコンプレッサや、車両に搭載される既存のエアポンプ（エアブレーキ用ポンプ等）を利用できるため、従来技術で用いられていたコンプレッサや窒素ボンベを用いる場合に比較して、超臨界燃料用燃料噴射装置のコストを下げることができる。

［請求項７の手段］
請求項７の手段を採用する超臨界燃料用燃料噴射装置は、燃料タンク内の圧力、あるいは燃料を高圧に圧縮して吐出する高圧ポンプの燃料吸引側の燃料圧力が、飽和蒸気圧以上となるように加熱手段または送気手段を制御する制御装置を備える。
このように制御装置が加熱手段または送気手段を制御することにより、燃料タンク内の超臨界燃料を液化状態に維持できる、あるいは燃料タンク内の燃料を液化状態にするのに加えて高圧ポンプの燃料吸引側の燃料を液化状態に維持できる。

最良の形態１の超臨界燃料用燃料噴射装置は、超臨界燃料を蓄える燃料タンク内の燃料を加熱して、燃料タンクの内圧を昇圧させる加熱手段（例えば、電気ヒータ、エンジン排熱、冷却水熱、インタークーラー排熱等）を備える。加熱手段が燃料タンク内の超臨界燃料を加熱して燃料タンクの内圧を昇圧させることで、燃料タンク内の超臨界燃料を液化できる。

最良の形態２の超臨界燃料用燃料噴射装置は、超臨界燃料を蓄える燃料タンク内に加圧空気を供給して、燃料タンクの内圧を昇圧させる送気手段（例えば、エアブレーキ用ポンプ等）を備える。

超臨界燃料の一例としてＤＭＥを用いた燃料噴射装置を、図１〜図３を参照して説明する。
燃料噴射装置は、エンジン（図示しない）の各気筒に燃料噴射を行うシステムであり、図１に示すように、サプライポンプ１、コモンレール２、インジェクタ３、および制御装置４等によって構成される。
なお、制御装置４は、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）４ａとＥＤＵ（駆動ユニット）４ｂで構成されるものであり、ＥＣＵ４ａとＥＤＵ４ｂは別体に設けられるものであっても良いし、１つのケース内に内蔵されるものであっても良い。

（サプライポンプ１の説明）
サプライポンプ１は、フィードポンプ５と高圧ポンプ６を共通のカムシャフト（エンジンによって回転駆動される駆動軸）によって駆動する一体型の燃料ポンプである。このサプライポンプ１は、一般に使用されているコモンレール式燃料噴射装置（ディーゼルエンジン用の燃料噴射装置）に搭載されるタイプに、ＤＭＥ用の改良を加えたものである。

フィードポンプ５は、燃料タンク７と燃料配管８を介して接続され、この燃料配管８の途中に設けられた遮断弁９および燃料フィルタ１０を介して燃料タンク７内（具体的には後述するメインタンク２１内）の燃料を吸引して高圧ポンプ６に送る燃料吸引ポンプである。
遮断弁９は、例えば常閉電磁弁であり、エンジン運転中（イグニッションスイッチのＯＮ時）にＥＣＵ４ａより通電を受けて燃料配管８を開き、エンジン停止中（イグニッションスイッチのＯＦＦ時）に通電停止されて燃料配管８を閉じるものである。
燃料フィルタ１０は、燃料を濾過する本来の役割に加え、その内容積と、燃料配管８の接続通路断面積とにより、燃料配管８に生じる脈動（フィードポンプ５や高圧ポンプ６の作動に起因する脈動等）を吸収する役割を果たすものである。
なお、遮断弁９および燃料フィルタ１０は、高フィード圧に対応できる構造になっていることはいうまでもない。

サプライポンプ１には、高圧ポンプ６の燃料吸引側のギャラリー圧を、所定のフィードギャラリー圧に調整する調圧弁１１が搭載されている。
この調圧弁１１の背後には、燃料タンク７内の燃料蒸気圧が付加されており、燃料蒸気圧すなわち燃料温度に応じて開弁圧が自動調整され、高圧ポンプ６の燃料吸引側のギャラリー内においてＤＭＥが気化しないように設けられている。調圧弁１１を通過したＤＭＥは戻り配管１２へ導かれ、逆止弁１３を介して燃料タンク７（具体的には、後述するメインタンク２１）に戻される。

高圧ポンプ６は、調圧弁１１で調圧された燃料を高圧に圧縮し、吐出弁（逆止弁）１４を介してコモンレール２へ圧送する燃料圧縮ポンプである。
フィードポンプ５から高圧ポンプ６（具体的には高圧ポンプ６における燃料加圧室）に燃料を送る燃料流路には、その燃料流路の開度度合を調整するためのＳＣＶ（吸入調量弁）１５が搭載されている。このＳＣＶ１５は、制御装置４からのポンプ駆動信号によって制御されることで高圧ポンプ６に吸入される燃料の吸入量を調整し、コモンレール２へ圧送する燃料の吐出量を変更する調量バルブであり、コモンレール２へ圧送する燃料の吐出量を調整することにより、コモンレール圧を調整するものである。即ち、制御装置４はＳＣＶ１５を制御することで、コモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力に制御する。

（コモンレール２の説明）
コモンレール２は、インジェクタ３に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように高圧ポンプ配管１６を介して高圧ポンプ６の吐出弁１４と接続されるとともに、各インジェクタ３へ高圧燃料を供給する複数のインジェクタ配管１７が接続されている。

コモンレール２の一端には、プレッシャリミッタを兼ねた減圧弁１８が取り付けられている。この減圧弁１８は、制御装置４から与えられる開弁指示信号によって開弁して戻り配管１２を介してコモンレール圧を急速に減圧するものである。このように、コモンレール２に減圧弁１８を搭載することによって、制御装置４はコモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力へ素早く低減制御できる。

（インジェクタ３の説明）
インジェクタ３は、エンジンの各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール２より分岐する複数のインジェクタ配管１７の下流端に接続されている。
インジェクタ３は、ソレノイド、ピエゾアクチュエータ等の電動アクチュエータを搭載している。電動アクチュエータは、制御装置４からの噴射信号によって制御されることにより、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料を先端のノズル３ａから噴射させるものである。

インジェクタ３からリークされる低圧のリーク燃料は、戻り配管１２に導かれ、逆止弁１３を介して燃料タンク７に戻される。
ここで、逆止弁１３より上流側の戻り配管１２には、燃料切替弁１９が設けられている。この燃料切替弁１９は、例えば電磁三方弁であり、通常時にはリーク燃料を燃料タンク７に戻し、制御装置４からパージ信号（例えば、エンジン停止に伴う通電停止）が与えられると戻り配管１２をパージ通路に接続するものである。なお、パージ通路は、エンジンの吸気管、あるいはパージタンク等へ接続されている。

（燃料タンク７の説明）
燃料タンク７は、外部から１０気圧程に加圧されて液化されたＤＭＥが補充可能な安全性の考慮された耐圧性、耐腐食性、耐可燃性等に優れた容器であり、容積の大きいメインタンク２１と、容積の小さいサブタンク２２とからなる。
この実施例のサブタンク２２は、メインタンク２１とは独立して設けられ、メインタンク２１と略同じ高さ位置で車両に搭載される。
メインタンク２１とサブタンク２２は、上部において通路抵抗の小さい気体連通部２３を介して連通するとともに、下部において通路抵抗の大きい液体連通部２４を介して連通する。

具体的に、メインタンク２１とサブタンク２２の上部は、流路断面の大きい上部配管（気体連通部２３の一例）で接続されており、サブタンク２２内で発生した圧力（後述する電気ヒータ２６の作動により発生するサブタンク２２内の上昇圧力）が容易にメインタンク２１に加わる構成になっている。
また、メインタンク２１とサブタンク２２の下部は、流路断面の小さい下部配管（液体連通部２４の一例）で接続されており、サブタンク２２内で温度上昇した液体燃料（後述する電気ヒータ２６の作動により加熱されたサブタンク２２内の燃料）がメインタンク２１に容易に流れない構成になっている。

サブタンク２２は、断熱構造あるいは簡易断熱構造に設けられており、後述する電気ヒータ２６の作動により加熱されたサブタンク２２内の燃料温度が容易に冷えない構造になっている。
また、メインタンク２１あるいはサブタンク２２の一方の上部には、燃料タンク７の内圧が所定の上限圧力に達すると開弁して、燃料タンク７内の圧力を外部に放出する安全弁２５が設けられている。

サブタンク２２の内部には、サブタンク２２内のＤＭＥを加熱して、サブタンク２２の内圧を昇圧させる加熱手段が設けられている。この実施例の加熱手段は、例えばサブタンク２２内の下部などに設置され、通電により発熱してサブタンク２２内の液体燃料を加熱する電気ヒータ２６である。
この電気ヒータ２６は、制御装置４によって通電状態が制御されることで、サブタンク２２内の液体燃料の温度を調整し、メインタンク２１内およびサブタンク２２内の圧力をコントロールする。なお、電気ヒータ２６の通電制御については後述する。

また、サブタンク２２の内部には、サブタンク２２内のＤＭＥを冷却する燃料クーラ２７（冷却手段）が設けられている。この燃料クーラ２７は、エンジンの低温側の冷却水、冷房用の冷温冷媒、車両走行風などの冷却流体が導かれてサブタンク２２のＤＭＥを冷却する手段であり、この燃料クーラ２７に導かれる冷却流体の供給および停止（燃料クーラ２７に冷却流体を導く配管に設けられたバルブの開閉）は、制御装置４によって制御される。なお、燃料クーラ２７の制御については後述する。

（制御装置４の説明）
制御装置４は、上述した各電気機能部品を通電制御するものであり、ＥＣＵ４ａとＥＤＵ４ｂにより構成される。
ＥＣＵ４ａは、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路を含んで構成される周知構造のコンピュータよりなる。
ＥＣＵ４ａは、読み込まれたセンサ類の信号（エンジンパラメータ：乗員の運転状態、エンジンの運転状態に応じた信号）に基づいて各種の演算処理を行う。

なお、ＥＣＵ４ａには、エンジンパラメータを検出するセンサ類として、アクセル開度を検出するアクセルセンサ、エンジン回転数やクランク角を検出する回転数センサ、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ、コモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ３１など、通常のディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射装置のセンサ類に加え、コモンレール２に蓄圧された燃料温度を検出するコモンレール温度センサ３２、高圧ポンプ６の燃料吸引側の燃料温度を検出するギャラリー温度センサ３３、サブタンク２２内の燃料温度を検出するサブタンク温度センサ３４、メインタンク２１内の圧力を検出するメインタンク圧力センサ３５が接続されている。

（圧力制御機能の説明）
制御装置４には、車両の運転状態に応じてインジェクタ３やＳＣＶ１５の制御を行う通常の噴射制御機能に加え、高圧ポンプ６の燃料吸引側の燃料圧力（フィードギャラリー圧）がＤＭＥの飽和蒸気圧以上となるように、即ち高圧ポンプ６の燃料吸引側のＤＭＥが液体状態となるように、電気ヒータ２６の通電状態を制御する圧力制御機能が搭載されている。
この圧力制御機能は、ＥＣＵ４ａのメモリに記憶され、ＥＣＵ４ａによって実行される制御プログラムであり、圧力制御機能による電気ヒータ２６の通電制御の具体的な一例を図２のフローチャート、および図３の飽和蒸気圧曲線を参照して説明する。

ＥＣＵ４ａは、圧力制御機能の制御ルーチンに侵入すると（スタート）、下記の制御を実行する。
ステップＳ１：ギャラリー温度センサ３３によって検出した高圧ポンプ６の燃料吸引側の燃料温度（ギャラリー温度Ｔｇｒ）を読み込む。
ステップＳ２：ステップＳ１で読み込んだギャラリー温度Ｔｇｒから、タンク内目標圧力Ｐｔｔ（＝ギャラリー目標圧Ｐｆｔ）を算出する。

このステップＳ２の具体例を説明する。ＥＣＵ４ａは、図３に示す飽和蒸気圧曲線のマップを記憶している。そして、読み込んだギャラリー温度Ｔｇｒの飽和圧力から、フィードギャラリー圧がＤＭＥの飽和蒸気圧以上となるタンク内目標圧力Ｐｔｔ（＝ギャラリー目標圧Ｐｆｔ）を算出する。
さらに、タンク内目標圧力Ｐｔｔ（＝ギャラリー目標圧Ｐｆｔ）の算出の流れを具体例に基づいて説明する。

先ず、読み込んだギャラリー温度Ｔｇｒが図３中（１）の場合、そのギャラリー温度Ｔｇｒに対応した基礎ギャラリー圧Ｐｇは図３中（２）となる。
フィードポンプ５には、図３中（３）で示すＤＭＥの加圧力Ｐｆｐがあるため、燃料タンク７内の圧力は（２）−（３）で良い。しかし、実際には高圧ポンプ６において燃料吸入の圧力低下がある。そこで、フィードギャラリー圧をＤＭＥの飽和蒸気圧以上の余裕圧力として、図３中（４）で示す余裕制御幅Ｐｇｍを持たせる。
このように、高圧ポンプ６の燃料吸引側のＤＭＥを液体状態とするタンク内目標圧力Ｐｔｔは、（５）＝（２）−（３）＋（４）で算出される。
即ち、Ｐｔｔ＝Ｐｇ−Ｐｆｐ＋Ｐｇｍで算出される。

ステップＳ３：サブタンク温度センサ３４によって検出したサブタンク２２内の燃料温度（タンク内温度Ｔｔｒ）を読み込む。
ステップＳ４：ステップＳ２で算出したタンク内目標圧力Ｐｔｔ（＝ギャラリー目標圧Ｐｆｔ）に基づいて、サブタンク２２内の目標温度Ｔｔｔを算出する。具体的には、図３に示す飽和蒸気圧曲線のマップに基づき、タンク内目標圧力Ｐｔｔ（＝ギャラリー目標圧Ｐｆｔ）から、タンク内目標温度Ｔｔｔを算出する。即ち、タンク内目標圧力Ｐｔｔ（＝ギャラリー目標圧Ｐｆｔ）が図３中（５）であれば、その（５）に対応したタンク内目標温度Ｔｔｔとして図３中（６）を求める。

ステップＳ５：ステップＳ４で求めたタンク内目標温度Ｔｔｔとなるように、電気ヒータ２６または燃料クーラ２７を制御する。
具体的には、ステップＳ３で読み込んだタンク内温度ＴｔｒからステップＳ４で求めたタンク内目標温度Ｔｔｔを差し引き（Ｔｔｒ−Ｔｔｔ）、Ｔｔｒ＜Ｔｔｔの場合は、電気ヒータ２６を通電してタンク内温度Ｔｔｒをタンク内目標温度Ｔｔｔに昇温させ、逆にＴｔｒ＞Ｔｔｔの場合は、燃料クーラ２７を作動させてタンク内温度Ｔｔｒをタンク内目標温度Ｔｔｔに降温させる。

ステップＳ６：メインタンク圧力センサ３５で検出されたメインタンク２１内の圧力（タンク内圧力Ｐｔｒ）を読み込む。
ステップＳ７：ステップＳ５においてタンク内温度Ｔｔｒとタンク内目標温度Ｔｔｔが略等しい場合（Ｔｔｒ≒Ｔｔｔ）に、タンク内圧力Ｐｔｒとタンク内目標圧力Ｐｔｔとが異なる場合（Ｐｔｒ≠Ｐｔｔ）は、タンク内圧力Ｐｔｒとタンク内目標圧力Ｐｔｔの差（Ｐｔｒ−Ｐｔｔ）に基づいて補正制御を行う。
補正制御は、補正値を求めて、その補正値に基づいてタンク内圧力Ｐｔｒとタンク内目標圧力Ｐｔｔとを一致させるものであり、演算による補正制御を行っても良いし、電気ヒータ２６または燃料クーラ２７の作動出力を補正制御するものであっても良い。

（制御の変形例）
この実施例では、上記ステップＳ５においてＴｔｒ＞Ｔｔｔの場合に燃料クーラ２７を作動させてタンク内温度Ｔｔｒをタンク内目標温度Ｔｔｔに降温させる例を示したが、タンク内温度Ｔｔｒが予め設定した上限温度に達しないように燃料クーラ２７を作動させたり、タンク内圧力Ｐｔｒが予め設定した上限圧力に達しないように燃料クーラ２７を作動させるようにしても良い。
また、上記ステップＳ６、Ｓ７の補正制御を廃止して、誤差分を加味してタンク内目標圧力Ｐｔｔあるいはタンク内目標温度Ｔｔｔを算出するようにしても良い。

（実施例１の作動）
制御装置４の作動により電気ヒータ２６が通電されてサブタンク２２内が加熱されると、サブタンク２２内の液体燃料の一部が気化して内圧が上昇する。サブタンク２２内で上昇した圧力は、流路断面の大きい上部配管を介してメインタンク２１内に導かれ、メインタンク２１内の圧力を上昇させる。メインタンク２１内の圧力は、上述した圧力制御機能により、タンク内目標圧力Ｐｔｔに制御される。即ち、高圧ポンプ６の燃料吸引側の燃料が液体状態となるように、メインタンク２１内の圧力が制御される。

（実施例１の効果）
実施例１の燃料噴射装置は、上述したように、電気ヒータ２６によって燃料タンク７内のＤＭＥを加熱することで燃料タンク７の内圧を昇圧させる。これにより、燃料タンク７内を飽和蒸気圧を超える圧力にすることができ、燃料タンク７内のＤＭＥを液化することができる。即ち、従来技術で用いられていた高価なコンプレッサや、窒素ボンベに代えて、軽量で安価な電気ヒータ２６によって燃料タンク７内を昇圧して燃料タンク７内のＤＭＥを液化できる。
これにより、従来技術（コンプレッサや窒素ボンベを用いる場合）に比較して、ＤＭＥを用いた燃料噴射装置のコストを下げることができる。具体的には、図９に示す従来技術（特許文献１）から、高圧フィードポンプＪ２、コンプレッサＪ７、パージタンクＪ８等を廃止することができる。

実施例１の燃料噴射装置は、高圧ポンプ６の燃料吸引側の燃料が液体状態となるように、メインタンク２１内の圧力を制御する。このため、燃料タンク７からフィードポンプ５に導かれるＤＭＥを冷却する燃料供給クーラ５１（符号、実施例６の図８参照）を廃止でき、ＤＭＥを用いた燃料噴射装置のコストを下げることができる。

実施例１の燃料噴射装置は、燃料タンク７をメインタンク２１とサブタンク２２とに分け、電気ヒータ２６を容積の小さいサブタンク２２内に搭載した。これにより、電気ヒータ２６によって容易に燃料温度が上昇するため、電気ヒータ２６の容量を小さくできるとともに、電気ヒータ２６の消費電力を抑えることができる。
また、メインタンク２１とサブタンク２２の上部を通路抵抗の小さい気体連通部２３で連通し、メインタンク２１とサブタンク２２の下部を通路抵抗の大きい液体連通部２４で連通した。これにより、サブタンク２２内で発生した高圧は、通路抵抗の小さい気体連通部２３を介してメインタンク２１内に加えられるが、サブタンク２２内で加熱された高温の液体燃料が通路抵抗の大きい液体連通部２４によってメインタンク２１にはほとんど流れないため、メインタンク２１内の燃料の温度上昇が抑えられるとともに、サブタンク２２内の燃料の熱が外部に漏れるのを抑えることができる。
さらに、この実施例では、サブタンク２２をメインタンク２１の外部に設けた。これにより、電気ヒータ２６や燃料クーラ２７の搭載性を向上できるとともに、サブタンク２２の断熱構造を容易に採用できる。

さらに、実施例１の燃料噴射装置には、サブタンク２２内にＤＭＥを冷却する燃料クーラ２７が設けられている。これにより、電気ヒータ２６の作動によってサブタンク２２内の燃料温度が異常高温になるのを防止できるとともに、燃料タンク７内が異常高圧になるのを回避できる。

実施例２を図４を参照して説明する。なお、以下の実施例において、実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
この実施例２は、上記実施例１で示した電気ヒータ２６（符号、図１参照）に代えて、車両における排熱（エンジン排熱、冷却水熱、インタークーラー排熱等）を利用してサブタンク２２内のＤＭＥの加熱を行うものである。

具体的にこの実施例では、加熱手段として、排熱による高温流体が導入される熱交換器４１をサブタンク２２内に設けたものである。この熱交換器４１は、内部を流れる高温流体と、サブタンク２２内のＤＭＥとを熱交換して、サブタンク２２内のＤＭＥを加熱することで、燃料タンク７の内圧を上昇させ、ＤＭＥの液化を図るものである。
熱交換器４１に導かれる高温流体の一例として、エンジンの高温側の冷却水、過給機によって加圧された過給気、排気管から吸気管へ戻されるＥＧＲガス等がある。即ち、冷却水が熱交換器４１に導かれることにより熱交換器４１がラジエータの一部の役割を果たし、過給気が熱交換器４１に導かれることにより熱交換器４１がインタークーラの役割を果たし、ＥＧＲガスが熱交換器４１に導かれることにより熱交換器４１がＥＧＲクーラの役割を果たすものである。

熱交換器４１に導かれた高温流体がサブタンク２２内の液体燃料を加熱すると、その熱を受けてサブタンク２２内のＤＭＥが気化する。このＤＭＥが気化する際、その気化熱が熱交換器４１内を流れる高温流体を効率良く冷却する。言い換えると、サブタンク２２内に搭載される熱交換器４１が小型でも、サブタンク２２内の燃料を効率良く加熱できる。また、高温流体であるエンジン冷却水、過給機、ＥＧＲガスが効率良く冷却されるため、エンジン出力の向上や、排気ガスの低減を図ることができる。

なお、上記の実施例１では、サブタンク２２内の燃料の加熱量を制御する手段として、電気ヒータ２６の通電を制御したが、この実施例では、熱交換器４１に高温流体を導く配管４２に設けた調量バルブ４３の開度を制御装置４により制御することで、サブタンク２２内の燃料の加熱量を制御するものである。

また、この実施例２では、実施例１で示した燃料切替弁１９（符号、図１参照）を廃止し、戻り配管１２の内圧を、逆止弁１３と安全弁２５の開弁圧で調圧している。即ち、戻り配管１２の内圧は、逆止弁１３の設定圧力と、燃料タンク７内の圧力により決定される。このため、安全弁２５が最終の圧力設定手段となる。そして、燃料タンク７内の圧力が安全弁２５の開弁圧まで上昇した場合や、戻り配管１２の内圧が上昇して逆止弁１３が開弁して燃料タンク７内の圧力が安全弁２５の開弁圧まで上昇した場合に、安全弁２５が開弁して異常高圧を防止する。

実施例３を図５を参照して説明する。
上記実施例１では、サブタンク２２をメインタンク２１と別体に設ける例を示した。
これに対し、この実施例３では、サブタンク２２をメインタンク２１の内部に設けたものである。具体的には、メインタンク２１の内部に、メインタンク２１の内部を区画する隔壁４４を設けて、メインタンク２１の内部に小容積のサブタンク２２を設けたものである。

隔壁４４は、断熱構造であり、サブタンク２２内の燃料の熱がメインタンク２１内の燃料に伝わるのを抑えるように設けられている。
隔壁４４は、上部において大きく開口してメインタンク２１内とサブタンク２２内とを連通するものであり、隔壁４４の上部の開口が気体連通部２３に相当する。また、隔壁４４は、下部において小さな貫通孔が設けられており、この貫通孔が液体連通部２４に相当する。
この実施例３に示すように、メインタンク２１の内部に隔壁４４を設けてサブタンク２２を構成しているため、燃料タンク７をコンパクトにでき、車両への搭載性を向上することができる。なお、燃料切替弁１９（符号、図１参照）を廃止しているのは、実施例２と同じである。

実施例４を図６を参照して説明する。
上記実施例１では、フィードポンプ５と高圧ポンプ６とを一体化したサプライポンプ１を用いる例を示した。
これに対し、この実施例４は、フィードポンプ５を廃止し、代わりに燃料タンク７内に電動燃料ポンプ４５を搭載したものである。

電動燃料ポンプ４５は、ガソリンエンジンに使用している小型ポンプを用いることができるとともに、燃料タンク７内において燃料蒸気の圧力で加圧され液化したＤＭＥを、さらに３００ｋＰａほどに加圧して高圧ポンプ６に送るため、燃料配管８内の燃料圧力を常に燃料タンク７内の圧力より高くできる。
この電動燃料ポンプ４５の採用により、燃料配管８内の燃料圧力を常に燃料タンク７内の圧力より高くできることで、高圧ポンプ６の燃料吸込側の燃料を液化状態に保つことができる。

上記実施例１では、高圧ポンプ６の燃料吸込側の燃料を液化状態に保つために、高圧ポンプ６の燃料吸込側の圧力を、ＤＭＥの飽和蒸気圧以上に保つ必要があった。しかし、この実施例では、燃料タンク７内を飽和蒸気圧以上に保つだけで、高圧ポンプ６の燃料吸込側の燃料を液化状態に保つことができるため、燃料タンク７内の圧力を下げることができ、電気ヒータ２６の消費電力を抑えることができる。
また、電動燃料ポンプ４５を用いることで、エンジンの負荷状態に合わせてＤＭＥを高圧ポンプ６に送ることができ、燃費の改善効果が期待できる。

実施例５を図７を参照して説明する。
上記実施例１〜４では、燃料タンク７内のＤＭＥを加熱して、燃料タンク７内の圧力を上げる例を示した。
これに対し、この実施例５は、加熱手段を廃止して、代わりに送気手段を用い、その送気手段によってＤＭＥを蓄える燃料タンク７内に加圧空気を供給して、燃料タンク７の内圧を昇圧させるものである。
具体的に、この実施例では、送気手段の一例としてエアブレーキ用のエアポンプ４６を利用したものである。

また、実施例１〜４では燃料タンク７内（具体的にはサブタンク２２内）のＤＭＥの加熱量を制御して燃料タンク７内の圧力を制御したが、この実施例ではエアポンプ４６（具体的にはエアタンク内）から燃料タンク７内に高圧エアを導く配管４７に設けたエア調圧バルブ４８の開度を制御装置４により制御することで、燃料タンク７内の圧力を制御するものである。なお、配管４７の燃料タンク７側に設けられた逆止弁４９は、燃料タンク７内の圧力が配管４７を介して外部に漏れるのを防ぐものである。
なお、この実施例では、戻り配管１２の燃料タンク７側に燃料戻りクーラ５０を設け、燃料タンク７内に戻される燃料温度を下げるように設けられている。この燃料戻りクーラ５０は、上述した燃料クーラ２７と同様、エンジンの低温側の冷却水、冷房用の冷温冷媒、車両走行風などの冷却流体が導かれてＤＭＥを冷却する手段である。

この実施例５を採用することにより、実施例１〜４で開示したサブタンク２２が不要になるため、コストを抑えることが可能になる。
また、エアポンプ４６より与えられる高圧により、燃料タンク７内の圧力を実施例１〜４より高めることが可能となり、燃料タンク７内に与えられた高圧によって燃料タンク７内の燃料を高圧ポンプ６に供給できる。これにより、実施例１〜４で開示したフィードポンプ５あるいは電動燃料ポンプ４５を廃止でき、これによってもコストを抑えることができる。
さらに、エアタンクに蓄圧された高圧エアにより、始動時にＤＭＥを高圧ポンプ６に送ることができるため、始動性を向上させることができる。

実施例６を図８を参照して説明する。
上記実施例１〜５では、高圧ポンプ６の燃料吸引側の燃料が液体状態となるように、燃料タンク７内の圧力を制御する例を示した。
これに対し、この実施例６は、燃料タンク７内のＤＭＥが液体状態となるように、燃料タンク７内の圧力をＤＭＥの飽和蒸気圧以上に制御するものである。具体的にこの実施例６は、上記実施例１において、燃料タンク７内のＤＭＥが液体状態となるように、燃料タンク７内の圧力をＤＭＥの飽和蒸気圧以上に制御するものである。もちろん、他の実施例と組み合わせても良い。

このような制御を実施すると、燃料タンク７から高圧ポンプ６にＤＭＥを送る燃料配管８においてＤＭＥが周囲から受熱して気化する不具合が発生する。そこで、この実施例では、燃料配管８に気化防止用の燃料供給クーラ５１を設け、燃料配管８内でＤＭＥが気化する不具合を回避している。
なお、燃料供給クーラ５１は、上述した燃料クーラ２７と同様、エンジンの低温側の冷却水、冷房用の冷温冷媒、車両走行風などの冷却流体が導かれてＤＭＥを冷却する手段である。
この実施例６では、燃料タンク７内を飽和蒸気圧以上に保つだけで済むため、燃料タンク７内の圧力を下げることができ、電気ヒータ２６の消費電力を抑えることができる。

［変形例］
上記の実施例では、超臨界燃料の一例としてＤＭＥを例に示したが、低温で容易に気化して高圧蒸気圧を持つ他のＤＭＥ、例えばプロパン、ブタンなどを用いた燃料噴射装置に本発明を適用しても良い。

燃料噴射装置の概略図である（実施例１）。 圧力制御機能の制御例を示すフローチャートである。 ＤＭＥにおける温度と飽和蒸気圧の関係を示すグラフである。 燃料噴射装置の概略図である（実施例２）。 燃料噴射装置の概略図である（実施例３）。 燃料噴射装置の概略図である（実施例４）。 燃料噴射装置の概略図である（実施例５）。 燃料噴射装置の概略図である（実施例６）。 燃料噴射装置の概略図である（従来例）。

符号の説明

４ 制御装置
６ 高圧ポンプ
７ 燃料タンク
２１ メインタンク
２２ サブタンク
２３ 気体連通部
２４ 液体連通部
２６ 電気ヒータ（加熱手段）
２７ 燃料クーラ（冷却手段）
４１ 熱交換器（加熱手段）
４６ エアポンプ（送気手段）

Claims (7)

1. 超臨界燃料を用いた車両用の燃料噴射装置であって、
   この燃料噴射装置は、超臨界燃料を蓄える燃料タンク内の燃料を加熱して、前記燃料タンクの内圧を昇圧させる加熱手段を備えることを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の超臨界燃料用燃料噴射装置において、
   前記燃料タンクは、メインタンクとサブタンクとからなり、
   前記メインタンクと前記サブタンクは、上部において通路抵抗の小さい気体連通部を介して連通するとともに、下部において通路抵抗の大きい液体連通部を介して連通するものであり、
   前記加熱手段は、前記サブタンク内において液体燃料を加熱することを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。
3. 請求項２に記載の超臨界燃料用燃料噴射装置において、
   前記サブタンクは、前記メインタンクの外部に設けられたことを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。
4. 請求項２に記載の超臨界燃料用燃料噴射装置において、
   前記サブタンクは、前記メインタンクの内部に設けられたことを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超臨界燃料用燃料噴射装置において、
   この超臨界燃料用燃料噴射装置は、前記燃料タンク内の燃料を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。
6. 超臨界燃料を用いた車両用の燃料噴射装置であって、
   この燃料噴射装置は、超臨界燃料を蓄える燃料タンク内に加圧空気を供給して、前記燃料タンクの内圧を昇圧させる送気手段を備えることを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超臨界燃料用燃料噴射装置において、
   この超臨界燃料用燃料噴射装置は、前記燃料タンク内の圧力、あるいは燃料を高圧に圧縮して吐出する高圧ポンプの燃料吸引側の燃料圧力が、飽和蒸気圧以上となるように前記加熱手段または前記送気手段を制御する制御装置を備えることを特徴とする超臨界燃料用燃料噴射装置。
   

Images