JP5156613B2 - 液化ガス燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、液化ガス燃料をエンジンに供給する供給装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンによる大気汚染対策として、液化ガス燃料であるＤＭＥ（ジメチルエーテル：Ｄｉ−Ｍｅｔｈｙｌ Ｅｔｈｅｒ）燃料の使用が検討されている。

液化ガス燃料を使用するエンジンにおいては、液化ガス燃料をエンジンに供給するために、燃料タンクに貯留された液化ガス燃料に正圧を付加して押し出す、又は負圧によって引き出す必要がある。そこで、液化ガス燃料を燃料タンクからフィードポンプ等によって高圧ポンプへ送出し、高圧ポンプで昇圧した燃料をインジェクタにて気筒内に直接噴射する燃料供給装置が用いられている。また、電動コンプレッサによる燃料送出手段も提案されている。

特許文献１には、電動コンプレッサにより燃料タンクを加圧してＤＭＥ燃料を送出するＤＭＥ燃料供給装置が開示されている。
特開２００３−３２２０６３号公報

しかしながら、フィードポンプを用いて液化ガス燃料を送出する場合には、外部動力が必要であるため燃費悪化の要因となっていた。また、電動コンプレッサを用いる場合には構造が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明ではフィードポンプ等の外部動力を必要としないシンプルな構成で、燃料タンクに貯留された液化ガス燃料を送出することができる燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、液化ガス燃料を貯留する燃料タンクから液化ガス燃料を送出する燃料供給装置であって、圧縮空気を供給する圧縮空気源と、前記圧縮空気源からの圧縮空気の供給量を調整する圧縮空気調整機構と、を備え、前記燃料タンクは、液化ガス燃料を貯留する貯留室と、前記圧縮空気源から供給された圧縮空気を貯留する背圧室と、を備え、前記圧縮空気調整機構が前記背圧室の圧力を上昇させることによって、前記貯留室の液化ガス燃料を送出することを特徴とする。

本発明によれば、燃料タンクの背圧室の圧力を上昇させることによって、貯留室の圧力を上昇させて、燃料タンクに貯留された液化ガス燃料を押し出すことができる。

したがって、フィードポンプ等の外部動力を必要としないシンプルな構成で、燃料タンクに貯留された液化ガス燃料を送出することができる。

以下、図１を参照して本発明の実施の形態に係る燃料供給装置１００について説明する。図１は、燃料供給装置１００の構成図である。本実施形態では、液化ガス燃料としてＤＭＥ燃料を使用する。

燃料供給装置１００は、圧縮空気源としてのエアコンプレッサ３０から吐出される圧縮空気によって、燃料タンク１０に貯留されたＤＭＥ燃料を高圧ポンプ２０へと送出する。燃料タンク１０からＤＭＥ燃料を送出するには、ＤＭＥ燃料に所定の圧力を付加する必要がある。そこで、燃料供給装置１００では圧縮空気を利用してＤＭＥ燃料を送出するための圧力を得ている。

燃料タンク１０は、ＤＭＥ燃料を貯留するタンクである。ＤＭＥ燃料は約−２５℃又は６気圧で液化するため、燃料タンク１０内部を低温かつ高圧に保つ必要がある。燃料タンク１０は、内部を移動可能な圧力応動部材としての可動隔壁１２によって、液化ガスを貯留する貯留室１１と圧縮空気を貯留する背圧室１３とに区画される。

可動隔壁１２は、貯留室１１と背圧室１３の圧力差に応じて燃料タンク１０の内部を平行移動する。可動隔壁１２としては剛体のピストンが用いられるが、ダイヤフラムのような柔軟な部材を使用することも可能である。

まず、ＤＭＥ燃料の供給及び循環経路について説明する。

貯留室１１は、内部にＤＭＥ燃料が貯留される。低温かつ高圧の状態でＤＭＥ燃料を貯留室１１に充填しても、経時変化による内部の温度上昇や振動などによりＤＭＥ燃料の一部は気化する。そのためＤＭＥ燃料は、液体の状態で貯留される液層と、気化した状態で貯留される気層とに分かれて貯留される。貯留室１１の内部では、比重の大きい液層が下部に、液層よりも比重の小さい気層が液層の上部に貯留される。

貯留室１１には、貯留室１１内にＤＭＥ燃料を充填するための充填口１４が設けられる。充填口１４には、ＤＭＥ燃料を充填するための燃料ホース（図示省略）が差し込まれるとオンになるスイッチ５１が設けられる。

スイッチ５１は、バッテリ５０からの電力によって動作するリレー５２を切り換える。スイッチ５１がオンのとき、即ちＤＭＥ燃料を充填しているときには、リレー５２は後述する電磁弁５３ａ，５４に電流を流すように動作する。また、スイッチ５１がオフのとき、即ちＤＭＥ燃料を充填していないときには、リレー５２は電流を流さないように動作する。

貯留室１１は、ＤＭＥ燃料を高圧ポンプ２０へ送出する燃料供給通路１５に連結される。また、貯留室１１は、余剰なＤＭＥ燃料が還流する液体燃料戻り通路２５及び気化燃料戻り通路２７に連結される。

燃料供給通路１５、液体燃料戻り通路２５、及び気化燃料戻り通路２７には、それぞれ手動弁１５ａ，１８ａ，２７ａが取り付けられる。手動弁１５ａ，１８ａ，２７ａは、燃料供給装置１００を長期間使用しない場合などに安全のため手動で閉じられる弁である。つまり、手動弁１５ａ，１８ａ，２７ａは、通常の運転状態では常に開状態である。

燃料供給通路１５は、貯留室１１と高圧ポンプ２０とを連結する通路である。燃料供給通路１５には、エンジン運転時に車両電源がオンになると開状態になる電磁弁１５ｂ、１５ｃが設けられる。燃料供給通路１５には、燃料供給通路１５のＤＭＥ燃料の圧力が過大になった場合のためのリリーフ通路１７が連結される。

リリーフ通路１７には、燃料供給通路１５から供給されるＤＭＥ燃料の圧力が所定の値を超えると開くリリーフ弁１８が設けられる。リリーフ弁１８は、開状態になると燃料供給通路１５と液体燃料戻り通路２５とを短絡する。つまり、リリーフ弁１８が開くと、燃料供給通路１５内のＤＭＥ燃料が貯留室１１へと戻され、燃料供給通路１５の内圧が下がることとなる。

高圧ポンプ２０は燃料供給通路１５に連結され、燃料タンク１０の貯留室１１から送出されたＤＭＥ燃料を受け入れる。高圧ポンプ２０は、燃料タンク１０から供給されたＤＭＥ燃料を高圧に圧縮してインジェクタ２１へ送出する。また、高圧ポンプ２０は液体燃料戻り通路２５及び気化燃料戻り通路２７に連結され、余剰なＤＭＥ燃料を燃料タンク１０の貯留室１１へと還流する。

液体燃料戻り通路２５は、貯留室１１の液層のある低い位置へと連結され、液体のＤＭＥ燃料を還流させる。気化燃料戻り通路２７は、貯留室１１の気層のある高い位置へと連結され、気化したＤＭＥ燃料を還流させる。つまり、貯留室１１では液体燃料戻り通路２５との連結口が気化燃料戻り通路２７との連結口よりも下方に位置する。

気化燃料戻り通路２７には、気化したＤＭＥ燃料を圧縮して再液化する再液化ポンプ２２が設けられる。再液化ポンプ２２は、高圧ポンプ２０のカムによって駆動される。ＤＭＥ燃料は約６気圧で液化する性質であるため、再液化ポンプ２２で圧縮することによってＤＭＥ燃料は再液化する。ＤＭＥ燃料は、気化すると液体の場合の約６００倍の体積になるので、ＤＭＥ燃料を再液化することで貯留に必要な容積を抑えることが可能である。気化燃料戻り通路２７には、高圧ポンプ２０内の気化したＤＭＥ燃料が所定の圧力を超えると開状態になる逆止弁２２ａと、ＤＭＥ燃料の逆流を防止する逆止弁２２ｂとが設けられる。逆止弁２２ａ，２２ｂによって、ＤＭＥ燃料は高圧ポンプ２０から貯留室１１へ向けてのみ流れる。

インジェクタ２１は、エンジン（図示省略）の気筒内にＤＭＥ燃料を直接噴射する。そのため、インジェクタ２１からのＤＭＥ燃料の噴射量によってエンジンの回転数や出力が変化することとなる。インジェクタ２１は、余剰なＤＭＥ燃料を燃料タンク１０へと還流する液体燃料戻り通路２５と連結される。インジェクタ２１が気筒内に直接ＤＭＥ燃料を噴射する形式ではなく、吸気通路にＤＭＥ燃料を噴射して混合気にしてから気筒内に送出してもよい。本実施形態では、直列６気筒のエンジンにＤＭＥ燃料を供給するために６個のインジェクタ２１が備えられる。

次に、圧縮空気の供給経路について説明する。

背圧室１３は、燃料タンク１０内に設けられ、内部に圧縮空気を貯留する。背圧室１３と貯留室１１との容積の合計が、燃料タンク１０の容積である。つまり、可動隔壁１２の移動により背圧室１３の体積が増加するとその分貯留室１１の体積は減少し、逆に背圧室１３の体積が増加するとその分貯留室１１の体積は減少する。

背圧室１３には、背圧室１３内の圧縮空気を排出可能な排出口５３が設けられる。排出口５３には、リレー５２の動作によって開閉可能な電磁弁５３ａが取り付けられる。この電磁弁５３ａが、第１の開閉弁に該当する。リレー５２が電流を流すように動作しているとき、即ち充填口１４からＤＭＥ燃料が充填されているときには電磁弁５３ａが開状態になり、背圧室１３内の圧縮空気は排出口５３から排出される。

背圧室１３は、エア供給通路３５を介してエアタンク３１及びエアコンプレッサ３０と連結される。

エアコンプレッサ３０は、エンジンの動力によって回転して圧縮空気を吐出する。大型車の場合には、ブレーキの制動などのために車両に装着されるエアコンプレッサ３０を使用すればよい。エアコンプレッサ３０が吐出した圧縮空気は、エアタンク３１へと送られる。

エアタンク３１は、エアコンプレッサ３０が吐出した圧縮空気を貯留するタンクである。大型車の場合には、ブレーキの制動などのために車両に搭載されているエアタンク３１を使用すればよい。エアタンク３１内の圧縮空気は、エア供給通路３５を介して背圧室１３へと送られる。

エアコンプレッサ３０から圧縮空気を直接供給する場合には、圧縮空気に脈動があり、また圧縮空気の最大供給量はエアコンプレッサ３０の出力に依存する。これに対してエアタンク３１を介して圧縮空気を供給する場合には、脈動の無い大容量の圧縮空気を安定して供給できる。エアタンク３１が、いわゆるバッファの役割をするためである。

エアコンプレッサ３０と背圧室１３とを連結するエア供給通路３５には、背圧室１３の圧力を調整する圧縮空気調整機構としての逆止弁４０が設けられる。

逆止弁４０は、エアタンク３１から供給される圧縮空気の圧力と背圧室１３の圧力との差が所定の値を超えると開状態となる弁である。つまり、圧縮空気の逆流を防いで背圧室１３の内圧を略一定に保つ。これにより、背圧室１３と対峙する貯留室１１の内圧を変化させて、貯留室１１に貯留されたＤＭＥ燃料を高圧ポンプ２０へ送出する。

エア供給通路３５には、リレー５２の動作によって開閉可能な電磁弁５４が取り付けられる。この電磁弁５４が、第２の開閉弁に該当する。リレー５２が電流を流すように動作しているとき、即ち充填口１４からＤＭＥ燃料が充填されているときには電磁弁５４が閉状態になり、エア供給通路３５内の圧縮空気は遮断される。つまり、エアタンク３１から背圧室１３へと圧縮空気は供給されない。

以下では、燃料供給装置１００の作用について説明する。

まず、通常の運転時、つまり充填口１４からＤＭＥ燃料を供給されていないときについて説明する。

エアコンプレッサ３０が吐出した圧縮空気はエアタンク３１に貯留され、エア供給通路３５を通じて背圧室１３へと送出される。このとき、充填口１４のスイッチ５１はオフであるため、リレー５２は電流を流さない状態であり、電磁弁５４は開状態である。

背圧室１３内の圧力とエアタンク３１内の圧力との差が所定の値を超えると、逆止弁４０は開状態となり、エアタンク３１内の圧縮空気は背圧室１３へと供給される。この所定の値とは、逆止弁４０のもつ設定された固有の値である。

背圧室１３の圧力が上昇し、背圧室１３内の圧力とエアタンク３１内の圧力との差が所定の値よりも小さくなると、逆止弁４０は閉状態となりエア供給通路３５を遮断し、エアタンク３１内の圧縮空気は背圧室１３へと供給されない。

背圧室１３の圧力が上昇すると、可動隔壁１２が貯留室１１方向へと移動して貯留室１１を圧縮し、貯留室１１内の圧力を上昇させる。貯留室１１内の圧力が上昇すると、貯留室１１内に貯留されたＤＭＥ燃料は燃料供給通路１５へと流出して、高圧ポンプ２０へと流入する。ここで、通常の運転中は、車両電源がオンであるため電磁弁１５ｂ、１５ｃは開状態である。このように、背圧室１３の圧力を上昇させることによって貯留室１１の圧力を上昇させて、ＤＭＥ燃料を押し出すことができる。

高圧ポンプ２０へと流入したＤＭＥ燃料は、高圧に圧縮されてインジェクタ２１からエンジンの気筒内へと噴射される。インジェクタ２１から吐出されなかった余剰なＤＭＥ燃料は、液体燃料戻り通路２５及び気化燃料戻り通路２７から貯留室１１へと還流される。

具体的には、液体のままのＤＭＥ燃料は液体燃料戻り通路２５から貯留室１１へと還流される。また、温度上昇や振動などによって気化したＤＭＥ燃料は、再液化ポンプ２２によって圧縮され、再液化されて貯留室１１へと還流される。

ここで、燃料供給通路１５内のＤＭＥ燃料の圧力が過大になり、所定の圧力を超えた場合には、リリーフ通路１７のリリーフ弁１８が開状態となり、燃料供給通路１５内のＤＭＥ燃料を液体燃料戻り通路２５から貯留室１１へと還流する。そのため、燃料供給通路１５内の圧力が過度に上昇することを防止できる。所定の圧力とは、リリーフ弁１８のもつ設定された固有の値である。

次に、充填口１４からＤＭＥ燃料を充填しているときについて説明する。

充填口１４に燃料ホースが差し込まれると、スイッチ５１はオンになる。スイッチ５１がオンになると、リレー５２は電流を流すように動作し、背圧室１３の排出口５３に設けられた電磁弁５３ａは開状態となり、エア供給通路３５に設けられた電磁弁５４は閉状態となる。そのため、背圧室１３内の圧縮空気は排出され、エア供給通路３５からの圧縮空気の供給は遮断されることから、背圧室１３内の圧力は低下する。

背圧室１３内の圧力が低下すると、可動隔壁１２は背圧室１３方向へと移動して貯留室１１内の圧力は低下する。したがって、充填口１４からＤＭＥ燃料を充填することが可能である。

充填口１４からＤＭＥ燃料を充填し終え、燃料ホースが抜かれるとスイッチ５１はオフとなり、通常の運転状態と同様になる。

以上の実施の形態によれば、次のような効果を奏する。

エアコンプレッサ３０が吐出した圧縮空気によって燃料タンク１０の背圧室１３内の圧力を上昇させることによって、可動隔壁１２を移動させ、貯留室１１内の圧力を上昇させることで、貯留室１１に貯留されたＤＭＥ燃料を押し出すことができる。

したがって、ＤＭＥ燃料を燃料タンク１０から送出するためのフィードポンプ等の外部動力を必要としないシンプルな構成で、燃料タンク１０に貯留されたＤＭＥ燃料を送出することができる。

また、燃料タンク１０へのＤＭＥ燃料の充填時には、排出口５３が開状態となりエア供給通路３５は遮断される。これにより、背圧室１３内の圧力が低下して背圧室１３の可動隔壁１２は背圧室１３方向へと移動する。よって貯留室１１内の圧力は低下する。したがって、充填口１４からＤＭＥ燃料を充填することが可能になる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、液化ガス燃料としてＤＭＥ燃料を用いる代わりに他の圧縮性流体燃料を用いることも可能である。

本発明に係る燃料供給装置は、ＤＭＥ燃料をはじめとする圧縮性流体を燃料に用いるエンジンに利用することができる。

本発明の実施の形態に係る燃料供給装置の構成図である。

符号の説明

１００ 燃料供給装置
１０ 燃料タンク
１１ 貯留室
１２ 可動隔壁
１３ 背圧室
１５ 燃料供給通路
２０ 高圧ポンプ
２１ インジェクタ
２５ 液体燃料戻り通路
２７ 気化燃料戻り通路
３０ エアコンプレッサ
３１ エアタンク
４０ 逆止弁
５１ スイッチ
５２ リレー
５３ 排出口

Claims (4)

1. 液化ガス燃料を貯留する燃料タンクから液化ガス燃料を送出する燃料供給装置であって、
   圧縮空気を供給する圧縮空気源と、
   前記圧縮空気源からの圧縮空気の供給量を調整する圧縮空気調整機構と、を備え、
   前記燃料タンクは、
   液化ガス燃料を貯留する貯留室と、
   前記圧縮空気源から供給された圧縮空気を貯留する背圧室と、
   前記背圧室の圧力に応じて変位し、前記貯留室を加圧する圧力応動部材と、
   を備え、
   前記圧縮空気調整機構が前記背圧室の圧力を上昇させることによって、前記貯留室の液化ガス燃料を送出することを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記燃料タンクは、前記圧力応動部材として前記液化ガス貯留室と前記背圧室とを区画する可動隔壁を備え、
   前記背圧室の圧力変化によって前記可動隔壁が移動することで、前記貯留室の圧力を変化させることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記燃料タンクは、液化ガス燃料を外部から充填するための充填口を備え、
   前記充填口から液化ガス燃料が充填されているときには、前記背圧室が開放され圧縮空気が排出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料供給装置。
4. 開状態になると前記背圧室の圧縮空気を排出可能な第１の開閉弁と、
   閉状態になると前記圧縮空気源からの圧縮空気を遮断可能な第２の開閉弁と、を更に備え、
   前記第１の開閉弁が開状態、かつ前記第２の開閉弁が閉状態となることで前記背圧室が開放されることを特徴とする請求項３に記載の燃料供給装置。