JP4401004B2

JP4401004B2 - エンジンの液化ガス燃料供給装置

Info

Publication number: JP4401004B2
Application number: JP2000210643A
Authority: JP
Inventors: 尤示武藤
Original assignee: Central Motor Wheel Co Ltd
Current assignee: Central Motor Wheel Co Ltd
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: JP2002021644A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液化ガス燃料タンクから取り出された燃料をエンジンに供給する装置に関し、詳しくは液化ガス燃料タンク内の液化ガスの温度及び圧力を制御するエンジンの液化ガス燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化ガス燃料タンクから取り出された燃料をエンジンへ供給する方法として、実開昭６１−１３８８６０号公報に開示されているように、液化ガス燃料タンクから取り出された液相部分の燃料を、燃料ポンプで加圧して噴射弁よりエンジンの吸気管路に噴射し、吸入空気と混合してこの混合気をエンジンに供給すると共に、余剰燃料の一部を戻して配管を介して液化ガス燃料タンク内の気相側に戻すことにより、タンク内の液化ガスの温度上昇を抑えるものがある（以下これを従来技術１と呼ぶ）。
【０００３】
一方、上記の燃料ポンプや戻し配管を除去したものとして、特開平１１−２５７１５９号公報に開示されているように、液化ガス燃料タンク内の液相部分の燃料を取り出す通常の液相配管に加え、気相部分の燃料を取り出す気相配管を別に設け、エンジン冷却水の温度が設定温度よりも低い場合には気相部分の燃料を取り出し、逆に設定温度よりも高い場合には液相部分の燃料を取り出し、圧力レギュレータにより調圧してから、噴射弁よりエンジンの吸気管路に噴射して吸入空気と混合し、この混合気をエンジンに供給するものがある（以下これを従来技術２と呼ぶ）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
車両に搭載される液化ガス燃料タンクは、エンジンの放射熱や直射日光等により加熱されてタンク内の液化ガス温度が上昇し、それに伴ってタンク内の蒸気圧は急激に上昇するが、このような場合には、外部からタンク内に液化ガス燃料の補給が難しくなると共に、安全上からも好ましくないという問題がある。
【０００５】
ここで、上記の従来技術１では、噴射される液化ガス燃料のうち、余剰燃料の一部を戻し管を介して液化ガス燃料タンク内の気相側に戻すことにより、タンク内の温度上昇を抑えるように構成されているが、上記の余剰燃料はエンジンからの熱を吸熱して昇温した状態で戻されてくるので、タンク内の気相部での気化が少なく、タンク内の液化ガスの温度上昇を抑える効果は小さい。
【０００６】
一方、従来技術２の場合は、液化ガス燃料タンク内の気相部分の燃料を取り出してエンジン側に供給する気相配管が追加して設けられているが、タンク内の気相部分の燃料の取り出しは、エンジンの低温始動性向上のために、エンジン冷却水の温度が設定温度より低い場合に行われ、エンジン冷却水の温度が設定温度より高い場合には、タンク内の液相部分の燃料の取り出しが行われる構成となっているので、タンク内の液化ガスの温度上昇を抑える機能を有していない。
【０００７】
本発明の目的は、液化ガス燃料タンク内の液化ガスの温度を所要範囲に制御して、タンク内の気相部の圧力を所要範囲に制御することにより、外部からタンク内に液化ガス燃料の補給を容易にすると共に、安全性の向上を図ったエンジンの液化ガス燃料供給装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、液化ガス燃料タンクより取り出される燃料をエンジンの吸気管路に供給するエンジンの液化ガス燃料供給装置において、
前記液化ガス燃料タンク内の液相部温度を検出する温度センサを有し、
該温度センサの検出温度が設定温度以下では前記液化ガス燃料タンク内から液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給し、
該温度センサの検出温度が前記設定温度以上では前記液化ガス燃料タンク内から前記液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することに加えて、前記液化ガス燃料タンク内から気相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によれば、液化ガス燃料タンク内の液相部温度が設定温度より低い場合は、タンク内より液相部分の燃料のみが取り出されてエンジン側へ供給されるので、タンク内の液化ガスの温度変化は本来は小さい。しかし、エンジン放射熱や直射日光或いは燃料ポンプ作動熱等により加熱され、タンク内の液相部温度が設定温度以上になった場合は、前記液相部分の燃料の取り出しに加え気相部分の燃料がタンク内より取り出されてエンジン側へ供給されるので、タンク内の液相部分の燃料が次々に気化していくが、液相部分の燃料の気化によって蒸発潜熱が奪われるので、タンク内の液化ガス温度は低下していく。
【００１０】
液化ガス温度の低下により、タンク内の液相部温度が設定温度以下になった場合は、気相部分の燃料のタンク内よりの取り出しは停止するので、タンク内の液相部温度は設定温度以下で本来は落ち着くが、上記の諸原因により加熱されて設定温度以上になった場合は、再びタンク内の気相部分の燃料が取り出されて上記の経過を辿るので、タンク内の液化ガスの温度は所要の範囲に制御されると共に、液化ガスの過昇温に伴うタンク内の蒸気圧の異常上昇は抑えられる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記設定温度は外気温度に連動していることを特徴とする。
【００１２】
外気温の高低によりタンク内の温度も高低に変化する。そのため、この発明のように、制御の基準となる設定温度を外気温度と連動させることにより、タンク内への液化ガスの補給が外気温度の変動によって影響を受けなくなる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、液化ガス燃料タンクより取り出される燃料をエンジンの吸気管路に供給するエンジンの液化ガス燃料供給装置において、
前記液化ガス燃料タンク内の気相部圧力を検出する圧力センサを有し、
該圧力センサの検出圧力が設定圧力以下では前記液化ガス燃料タンク内から液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給し、
該圧力センサの検出圧力が前記設定圧力以上では前記液化ガス燃料タンク内から前記液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することに加えて、前記液化ガス燃料タンク内から気相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することを特徴とするものである。
【００１４】
この発明は、前記請求項１記載の温度センサに代えてタンク内の気相部圧力を検出する圧力センサを用いたもので、設定圧力を前記請求項１記載の発明における設定温度に相当したタンク内の気相部圧力に設定することにより、前記請求項１と同様の作用、効果が得られる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、前記請求項３記載の発明において、前記設定圧力は外気温度に連動していることを特徴とする。
【００１６】
外気温の高低によりタンク内の圧力も高低に変化する。そのため、制御の基準となる設定圧力を外気温と連動することにより、この発明においても前記請求項２の発明と同様に、タンク内への液化ガスの補給が外気温度の変動によって影響を受けなくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明を図１乃至図４に示す実施例に基づいて説明する。
【００１８】
図１は燃料ポンプで液化ガス燃料を圧送供給する方式の第１実施例を示すもので、１は液化ガス燃料タンク（以下、単にタンクと略す）であり、該タンク１内の液相部Ｌの燃料を取り出す液相配管１０が設けられている。この液相配管１０には、タンク１内の液相部Ｌの燃料を液相配管１０内へ圧送する燃料ポンプ１２と、液相部Ｌの燃料の供給路を開閉する電磁式の液相開閉弁１１と、エンジン３０の吸気管３１に設置されたサージタンク３４の下流側に位置して燃料ポンプ１２から圧送される液相部Ｌの燃料を噴射する液相燃料噴射弁１３が、上流側から下流側へ順次配設されている。
【００１９】
１４は圧力レギュレータで、液相燃料噴射弁１３部における燃料を一定の圧力に調圧するもので、この調圧により、液相配管１０内の余剰燃料は戻し配管１５を通り、逆流を防止する逆止弁１６を経てタンク１内の液相部Ｌに戻される構成となっている。
一方、タンク１には、該タンク１の気相部Ｇに開口して気相部Ｇの燃料を取り出す気相配管２０が設けられており、該気相配管２０には、気相部Ｇの燃料の供給路を開閉制御する電磁式の気相開閉弁（制御手段）２１と、吸気管３１に設置されたサージタンク３４の上流側に、気相燃料を供給する気相燃料噴射弁２２が設けられた構成となっている。なお、３２はエンジン３０の排気管、３３は吸気管３１の吸入口に取り付けられるエアクリーナ、３５はスロットルバルブである。
【００２０】
ここで、本発明では、タンク１内に、その液相部Ｌの温度を検出する温度センサ（以下、液温センサと呼ぶ）２が取り付けられており、車両側には外気温度を検出する温度センサ（以下、外気温センサと呼ぶ）３が取り付けられていて、液温センサ２と外気温センサ３の各検出温度は制御手段であるコンピュータ５に入力される。
【００２１】
なお、図示しないエンジン冷却水温度を検出する水温センサ、吸気管内圧力を検出する圧力センサ及び排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ等による各検出信号は、コンピュータ５に入力され、これ等の各検出信号に基づいて前記の液相燃料噴射弁１３と前記の気相燃料噴射弁２２の各噴射量がコンピュータ５により制御される。
【００２２】
本発明では、後述の設定温度に対して液温センサ２の検出温度が低い場合には、気相開閉弁２１は閉じて液相開閉弁１１が開いており、液温センサ２の検出温度が高い場合には、液相開閉弁１１と気相開閉弁２１が共に開くようになっていて、液相開閉弁１１はエンジン３０の駆動が停止した場合に閉じるようになっている。
【００２３】
図２は液化ガス燃料の供給を燃料ポンプを用いないで自力供給する方式の第２実施例を示すもので、前記の第１実施例に対して構成上の異なる点は、液相配管１０には前記の燃料ポンプ１２と液相燃料噴射弁１３が無く、タンク１より供給される液相燃料は気化器１７で気化され、吸気管３１内に供給されるようになっている。また、戻し配管１５が無いので、戻し配管１５に設けられていた圧力レギュレータ１４と逆止弁１６も無く、更に吸気管３１に設けられていたサージタンク３４も無い。
【００２４】
但し、本発明の特徴であるタンク１内の気相部Ｇの燃料を取り出し、吸気管３１内に気相燃料噴射弁２２より噴射する構成と、タンク１内の液相部Ｌの温度を検出する液温センサ２の検出温度を設定温度と比較し、コンピュータ５により気相開閉弁２１の開閉を行う制御手段は、第１実施例の場合と同じである。
図３は燃料ポンプで液化ガス燃料を圧送供給する方式の第１実施例の構成において、タンク１内の液相部Ｌの温度を検出する液温センサ２に代えて、タンク１内の気相部Ｇの圧力を検出する圧力センサ４を設けたものであり、後述の設定圧力に対して圧力センサ４の検出圧力が低い場合には、気相開閉弁２１は閉じて液相開閉弁１１が開いており、圧力センサ４の検出圧力が高い場合には、液相開閉弁１１と気相開閉弁２１が共に開くようになっており、その他の構成は第１実施例の場合と同じである。
【００２５】
上記の第３実施例におけるタンク１内の気相部Ｇの圧力を検出する圧力センサ４の検出圧力を設定圧力と比較し、気相開閉弁２１の開閉を行う制御は、液化ガス燃料を自力供給する方式の前記の第２実施例に対しても適用することはできるが、内容の説明は省略する。
【００２６】
次に、上記の各実施例について、本発明の特徴であるタンク内の気相部分の燃料取り出しの制御内容について説明する。
【００２７】
液化ガス燃料の補給スタンドでタンク内に液化ガス燃料を補給する場合、補給時の外気温度に相当するタンク内の気相部の圧力（以下、タンク内圧力と呼ぶ）に対して、一般に０．４ＭＰａ高い圧力で補給される。この場合、補給スタンド側の補給圧力は、タンク内圧力に対して０．２ＭＰａ以上の差圧があれば、液化ガス燃料のタンク内への補給は支障なく行うことができるので、設定圧力は外気温度に相当するタンク内圧力よりも０．２ＭＰａ高い圧力に設定しておけばよい。
【００２８】
図５は、石油系液化ガス燃料（ＬＰＧ）で一般に用いられているプロパン３０％・ブタン７０％のもの（図５中のＡ）と、寒冷地に用いられるプロパン１００％のもの（図５中のＢ）と、非石油系液化ガス燃料で実用化の検討されているジメチルエーテル（図５中のＣ）の３種を取り上げ、液化ガス温度とタンク内圧力の関係を示したグラフである。図５より上記の圧力０．２ＭＰａに相当する液化ガス温度は約１０℃であるので、設定温度は外気温度よりも１０℃高い温度に設定しておけばよい。
【００２９】
従って、図１に示す第１実施例においては、タンク１内の液相部Ｌの温度を検出してタンク１内の液化ガス温度を制御する場合、外気温センサ３の検出温度に１０℃を加えた値を設定温度とするのが望ましい。
【００３０】
この場合、液温センサ２の検出温度が上記の設定温度よりも低い場合には、コンピュータ５により気相開閉弁２１は閉じているので、タンク１からは液相部Ｌの燃料のみが液相開閉弁１１を介して矢印Ａで示すように燃料ポンプ１２により圧送され、液相配管１０を通って液相燃料噴射弁１３より吸気管３１内に噴射され、矢印Ｄで示す吸入空気と混合してエンジン３０側に送られる。
【００３１】
一方、余剰燃料は戻し配管１５を矢印Ｂで示す方向に流れ、逆止弁１６を経てタンク１内の液相部Ｌに戻されるが、この余剰燃料はエンジン３０からの熱を吸熱した状態で戻されることに加え、タンク１内の液化ガスは燃料ポンプ１２の作動熱やエンジンの放射熱、直射日光等により昇温していく。
【００３２】
それに伴い、液温センサ２の検出温度が上記の設定温度よりも高くなった場合は、コンピュータ５により気相開閉弁２１が開くので、タンク１内の気相部Ｇの燃料が気相開閉弁２１を介し、矢印Ｃで示すように気相配管２０を通って気相燃料噴射弁２２より吸気管３１内に噴射され、矢印Ｄで示す吸入空気と混合してエンジン３０側に送られる。なお、この場合も液相開閉弁１１が開いているので、液相燃料噴射弁１３より吸気管３１内に液相燃料の噴射は並行して行われる。
【００３３】
ここで、タンク１内の気相部Ｇの燃料の取り出しにより、タンク１内の液相部Ｌの燃料が次々に気化していくため、液相部Ｌの燃料の気化によって蒸発潜熱が奪われ、タンク１内の温度は低下していく。液温センサ２の検出温度が前記の設定温度よりも低くなった場合には、コンピュータ５により気相開閉弁２１が閉じるので、タンク１内の気相部Ｇの燃料の取り出しが停止し、タンク１内からは液相部Ｌの燃料のみが取り出される状態になるが、タンク１内の温度は惰性により設定温度よりも若干下がってから、前記の諸原因により再び上昇に転じる。
【００３４】
図４は、上記の制御によるタンク１内の温度の推移を模式的に示したものであり、諸原因によりタンク１内の液相部Ｌの温度が設定温度より上昇すると、気相回路のＯＮ（気相開閉弁２１の開弁）によりタンク１内より気相部Ｇの燃料が取り出され、タンク１内の温度はＴで示す一定の温度範囲に制御される。
【００３５】
図２に示す第２実施例においては、上記の第１実施例の場合に比較して、燃料ポンプや余剰燃料の戻しが無いため、タンク１内の温度上昇の要因は少ないが、タンク１内の温度制御は第１実施例の場合と同じであるため、説明は省略する。
【００３６】
次に、図３に示す第３実施例においては、タンク１内の気相部Ｇの圧力を検出してタンク１内の圧力を直接制御するものであるが、設定圧力は前述のように外気温度に相当したタンク１内の圧力に０．２ＭＰａを加えた値とするのが望ましい。
【００３７】
この場合、タンク１内の気相部Ｇの圧力を検出する圧力センサ４の検出圧力が、上記の設定圧力よりも低い場合は、コンピュータ５により気相開閉弁２１は閉じているので、タンク１内からは液相部Ｌの燃料のみが上記の第１実施例の場合と同じ経路を辿ってエンジン３０側に供給され、余剰燃料は上記の第１実施例の場合と同じ経路を辿ってタンク１内に戻されるが、諸原因によるタンク１内の温度上昇により、タンク１内の圧力は上昇していく。
【００３８】
それに伴い、圧力センサ４の検出圧力が上記の設定圧力よりも高くなった場合は、コンピュータ５により気相開閉弁２１が開くので、タンク１内から気相部Ｇの燃料が上記の第１実施例の場合と同じ経路を辿ってエンジン３０側に供給されるが、タンク１内の気相部Ｇの取り出しによる前述の原理により、タンク１内の温度低下が生じ、タンク１内の圧力も低下していく。
【００３９】
圧力センサ４の検出圧力が上記の設定圧力よりも低くなった場合は、コンピュータ５により気相開閉弁２１が閉じるので、タンク１内から気相部Ｇの燃料の取り出しは停止し、液相部Ｌの燃料のみが取り出され、上記の第１実施例の場合と同じく、タンク１内の圧力は一定の圧力範囲に制御される。
【００４０】
以上のように、車両に搭載される液化ガス燃料タンク内の温度が、エンジンの放射熱や直射日光或いは燃料ポンプの作動熱等によって上昇しても、タンク内の圧力は一定の圧力範囲に制御されるので、図示しない液面センサからの信号により液化ガス燃料の補給が必要になった場合、タンク内への液化ガス燃料の補給は円滑に行われる。また、タンク内の圧力の異常上昇は抑えられるので、タンク自体の安全性も向上する。
【００４１】
なお、外気温度に例えば１０℃を加えた温度を設定温度又はこの設定温度に相当した圧力を設定圧力とし、設定温度以下又は設定圧力以下では、タンク内の温度を低下させるタンク内からの気相燃料の取り出しを行わないようにしているので、外気温度に対してタンク表面の温度が大幅に低下することはなく、それによりタンク表面に有害な結露を生じることもない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によるエンジンの液化ガス燃料供給装置は、
請求項１記載の発明によれば、液化ガス燃料タンク内の液化ガスの温度が一定の温度範囲に制御されるので、タンク内への液化ガス燃料の補給が円滑に行われると共に、タンク内圧力の異常上昇が抑えられるので、タンク自体の安全性が向上する。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、液化ガス燃料タンクの圧力が一定の圧力範囲に制御されるので、請求項１記載の発明と同様な効果が得られる。
【００４４】
請求項２及び４記載の発明によれば、タンク内への液化ガス燃料の補給が外気温度の変動によって影響されないので、液化ガス燃料の円滑な補給が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す配置図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す配置図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す配置図である。
【図４】タンク内の制御温度の推移を示す模式図である。
【図５】液化ガス燃料温度とタンク内圧力の関係図である。
【符号の説明】
１液化ガス燃料タンク
２温度センサ（液温センサ）
３温度センサ（外気温センサ）
４圧力センサ
５コンピュータ（制御手段）
２１気相開閉弁（制御手段）
３０エンジン
３１吸気管
Ｌ液相部
Ｇ気相部

Claims

液化ガス燃料タンクより取り出される燃料をエンジンの吸気管路に供給するエンジンの液化ガス燃料供給装置において、
前記液化ガス燃料タンク内の液相部温度を検出する温度センサを有し、
該温度センサの検出温度が設定温度以下では前記液化ガス燃料タンク内から液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給し、
該温度センサの検出温度が前記設定温度以上では前記液化ガス燃料タンク内から前記液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することに加えて、前記液化ガス燃料タンク内から気相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給する
ことを特徴とするエンジンの液化ガス燃料供給装置。
前記設定温度は外気温度に連動していることを特徴とする請求項１記載のエンジンの液化ガス燃料供給装置。
液化ガス燃料タンクより取り出される燃料をエンジンの吸気管路に供給するエンジンの液化ガス燃料供給装置において、
前記液化ガス燃料タンク内の気相部圧力を検出する圧力センサを有し、
該圧力センサの検出圧力が設定圧力以下では前記液化ガス燃料タンク内から液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給し、
該圧力センサの検出圧力が前記設定圧力以上では前記液化ガス燃料タンク内から前記液相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することに加えて、前記液化ガス燃料タンク内から気相部分の燃料を取り出して前記エンジンの吸気管路に供給することを特徴とするエンジンの液化ガス燃料供給装置。
前記設定圧力は外気温度に連動していることを特徴とする請求項３記載のエンジンの液化ガス燃料供給装置。