JP4416539B2 - 燃料ガスによって運転される内燃機関のための燃料装置の運転法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料ガスによって運転される内燃機関のための燃料装置の運転法であって、燃料装置が電気的に制御可能な少なくとも１つの遮断弁と、電気的に運転可能な少なくとも１つの燃料ガス用の加熱装置とを有している形式のものに関する。

燃料ガスによって駆動される内燃機関は、例えばフォークリフト等のフロア搬送車において、しかしまた乗用車においても頻繁に使用される。この用途のために必要な燃料ガスは、しばしば液化ガス又はＬＰＧ（liquid petroleum gas)と呼ばれ且つ主としてプロパン及び／又はブタンから成っている。

このような内燃機関の燃料装置は、圧力ガスシリンダとして、又は圧力タンクとして構成された燃料タンクと、気化装置と、この気化装置に前置された遮断弁とを有している。気化装置内で、液化された状態で蓄えられた燃料ガスがガス状の状態へと膨張し、この場合、燃料ガスに熱エネルギが供給される。このことは、内燃機関を長時間運転した後で一般に内燃機関の冷却液を以て行われる。内燃機関のコールドスタートの最中でも、燃料ガスの少なくともほぼ完全な気化を保証するためには、燃料装置は付加的に少なくとも１つの電気的な加熱部材を有している。気化装置は、圧力調整器の機能をも備えているので、燃料ガスは気化装置の出口において、規定された圧力を有するガス状の状態で供与される。気化装置に後置された燃料装置の別の構成部材は、ガソリンエンジンのキャブレターに相当する機能を有する混合器又は噴射装置である。

本発明の課題は、あらゆる運転状況において気化装置の下流側に液化燃料ガスの危機的な量が滞留することを確実に防止する、燃料装置の運転法を提供することである。

この課題を解決するために本発明では、内燃機関の接続に際して、加熱装置を接続するための信号を発生させ、該加熱装置の接続に際して、少なくとも１回で燃料装置の所要熱量を求め、燃料装置の所要熱量に関連して遅延時間を求め、加熱装置の接続後に遅延時間が経過してから遮断弁を開放するようにした。

内燃機関の接続は、オペレータにより例えばイグニッションキーを回転すること又はスタートボタンを押すことによってトリガされる。この接続の後で、内燃機関は自動進行する本発明による方法によってスタートされる。この場合、まず最初に燃料装置の電気的な加熱装置が接続される。この加熱装置により、例えば燃料装置の気化装置及び噴射集合導管を予熱することができる。同時に、特定のパラメータに基づいて、燃料装置の所要熱量を求める。この所要熱量は、特に内燃機関のコールドスタートなのか又はウォームスタートなのかに関連して著しく可変である。求められた所要熱量に関連して遅延時間を規定し、この遅延時間が経過した後で遮断弁を開放することにより燃料供給を開始する。従って、遅延時間は燃料装置の予熱時間に相当する。

燃料装置の所要熱量は、内燃機関の測定された温度値に関連して及び／又は内燃機関とは無関係に測定された温度値及び／又は加熱装置を通流する電流に関連して求める。内燃機関の温度値としては、例えば内燃機関の冷却水温度が考慮される。内燃機関とは無関係の温度値としては、燃料装置及び内燃機関が液圧式のユニットを有する作業機械の構成部材である場合、例えば車両の液圧装置の温度を利用することができる。測定された前記の２つの温度値に基づいて、内燃機関及び燃料装置の運転状態、温度レベル及び周辺環境の温度レベルを一義的に見積もることができ、しかも、いずれにしろ設けられている温度センサを用いることができる。但し、少なくとも１つの付加的な温度センサを設けることも可能である。所要熱量を算出するための別の入力値は、加熱装置を通流する電流であってよく、この電流はバッテリ電圧又は加熱装置自体の温度に関連している。このことは、特に加熱装置がＰＴＣ加熱部材を有しており、このＰＴＣ加熱部材の内部抵抗が温度上昇時に増大する場合に云える。加熱装置を通流する電流の点検は、安全性妥当化のために役立てることができる。このためには択一的に温度センサの信号を利用することもできる。

電気的な加熱装置の遮断もやはり自動的に行われる。この場合、燃料装置の所要熱量から求められる燃料装置の目下の温度に関して規定された限界値を越えた場合及び／又は加熱装置を通流する電流に関して規定された限界値を下回った場合及び／又は加熱装置の規定された最大運転時間を超過した場合に、加熱装置を遮断するための信号が発生される。従って、加熱装置の所要電流は全体的に制限される。同時に、燃料装置が既に十分に暖まっている場合は不必要に加熱されないということが保証されている。

上で述べた遅延時間は、付加的に加熱装置を通流する電流に関連して且つ／又は車両バッテリの電圧に関連して求める。従って、遅延時間の算出には、電気的な加熱装置の目下の加熱出力が導出され得る値も入っている。

遅延時間の経過は、例えばランプ等の信号発生器によって表示される。これにより、内燃機関が今やスタータの作動に基づいて始動され得るということをオペレータに伝える。

燃料装置の所要熱量に関連して且つ／又は車両バッテリの電圧に関連して且つ／又は加熱装置を通流する電流に関連して、遮断弁の１回又は複数回の開放に関するタイミング時間を求める。特に、内燃機関のコールドスタートに際しては、遮断弁をまず最初にタイミング時間の長さだけ一時的にのみ開放し、これにより、制限された所定量の燃料ガスだけを気化装置に流入させる。内燃機関のウォームスタートに際しては、タイミング時間をゼロにセットすることができ、このことは遮断弁の持続的な開放を生ぜしめる。

タイミング時間が経過した後で内燃機関の回転数がスタータの回転数を超えると、遮断弁は再び開かれる。即ち、内燃機関がそれ自体で回転して初めて、永続的に燃料ガスが供給される。

所定の待機時間の後で内燃機関の回転数が規定された始動リリース回転数を超えると、遮断弁は開放され続ける。始動リリース回転数は、例えば内燃機関が全てのシリンダにおいて作動してはいない場合は得られない。この場合、遮断弁は再び閉じられ、これにより、始動の試みが中止される。

内燃機関の遮断時には、遮断弁に後置された燃料装置の構成部材に燃料ガスが残留するということを防止するのが望ましい。このことはガス不足による内燃機関停止によって達成され、この場合、作動している内燃機関の遮断時に遮断弁を閉じるための信号を発生させ、遮断弁の閉鎖後の内燃機関の惰性運転時間を求め、この惰性運転時間が規定された限界値を超過した場合はエラー信号を発生させる。このようにして、遮断弁の機能能力を点検することができる。それというのも、極端に長い惰性運転時間は遮断弁の引っかかりを示すものだからである。エラー信号が発生された場合は、場合によっては付加的に温度値に関連して、内燃機関の再スタートを防止することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、液化ガス（ＬＰＧ）によって運転される内燃機関のための燃料装置が示されている。気化装置１は、第１の気化室２と第２の気化室３とを有している。燃料ガス用の圧力タンク（図示せず）は、電気的に制御可能な遮断弁４を介して、気化装置１の入口５に接続されている。この入口５の領域には第１の弁６が位置しており、この第１の弁６において燃料ガスが膨張すると共に、少なくとも部分的にガス状の相に移行する。第２の弁７を介して、燃料ガスは第２の気化室３に流入すると同時に、ほぼ完全にガス状の相に移行する。第２の気化室３に配置された出口８は、気化装置１を導管９を介して噴射集合導管１０に接続する。この噴射集合導管１０には、燃料ガスを直接又は間接的に吸気通路を介して内燃機関１２の燃焼室に噴射する複数の弁１１が配置されている。

気化の最中に、燃料ガスはその周辺環境から、気化装置１に第１の加熱装置１３と第２の加熱装置１４とを介して供給される熱エネルギを吸収する。第１の加熱装置１３は、内燃機関１２の冷却回路に結合されている。第２の加熱装置１４は電気的なエネルギによって加熱される、つまり、内燃機関１２の状態とは無関係に運転することができる。第２の加熱装置１４に関しては、熱はＰＴＣ加熱部材によって形成され、このＰＴＣ加熱部材の温度は、予めセットされた値に自動的に制御される。第３の加熱装置１６は、噴射集合導管１０を加熱するために使用され且つやはりＰＴＣ加熱部材を有している。

電気的に運転される２つの加熱装置１４，１６により、低い周辺環境温度及び冷たい内燃機関においても、燃料ガスが気化装置１内で概ね気化し且つ凝縮し戻らないということが保証され得る。

次に、内燃機関の始動中も、燃料装置には液化燃料ガスが全く又は僅かにしか溜まらないということを保証する、本発明による燃料装置の運転法を図２に基づいて説明する。

時点２１にオペレータが内燃機関を接続する信号を与える。このことは、例えばイグニッションキーを回転させること又はスタートボタンを押すことによって行われる。当該時点２１に、燃料装置の電気的に運転される加熱装置（図１、符号１４，１６）も自動的に接続される。これらの電気的な加熱装置（図１、符号１４，１６）のための所要熱量_{υＲｅｆｅｒｅｎｚ}を求めるためには、演算ユニット２２に当該加熱装置（図１、符号１４，１６）を目下通流している電流ｌ_{Ｈｅｉｚｕｎｇ}が伝えられる。この場合、この電流ｌ_{Ｈｅｉｚｕｎｇ}は、最初の加熱装置１４を通る電流と、次の加熱装置１６を通る電流とから構成されている。所要熱量_{υＲｅｆｅｒｅｎｚ}を求めるための別の入力値は、内燃機関の目下の冷却水温度Ｔ_{Ｋｕｅｌｗａｓｓｅｒ Ｍｏｔｏｒ}及び／又は液圧装置及び／又は付加的な温度センサの目下のハイドロリックオイル温度である。

複数の条件２３の内の１つが満たされると直ちに、前記加熱装置（図１、符号１４，１６）は時点２４で再度遮断される。このことは、所要熱量_{υＲｅｆｅｒｅｎｚ}から導出されて算出された気化装置の温度値Ｔ_{Ｒｅｆｅｒｅｎｚ}が、加熱装置（図１、符号１４，１６）の算出された温度値自体に相当する限界値ｙよりも大である場合に行われる。同様に、加熱装置（図１、符号１４，１６）の自動的な遮断は、電流ｌ_{Ｈｅｉｚｕｎｇ}が規定されたｚアンペアの限界値を下回った場合にも行われる。この場合、ｚ値は固定的に予めセットされるか、又は例えばバッテリ電圧に関連して可変なものとして規定されていてよい。加熱の遮断は、エンジン回転時又はエンジン停止時に最大加熱時間を上回った場合にも行われる。

既存の所要熱量_{υＲｅｆｅｒｅｎｚ}に関連して、演算ユニット２５では遮断弁（図１、符号４）の開放に関する遅延時間が算出される。この遅延時間を算出するための別の入力値は、車両バッテリのバッテリ電圧Ｕ_{Ｂａｔｔｅｒｉｅ}及び前記電流ｌ_{Ｈｅｉｚｕｎｇ}である。即ち、遅延時間は内燃機関が始動させられるまでの、電気的な加熱装置による燃料装置の予熱時間に相当する。更に、演算ユニット２５では、遮断弁（図１、符号４）が１回に開く長さを規定するタイミング時間ｔ_{Ｔａｋｔｅｎ}が求められる。

次のロジックユニット２６では、遅延時間の経過後に、内燃機関の回転数ｎ_{Ｍｏｔｏｒ}が０よりも大であるかどうか、つまり、エンジンがスタータによって駆動されるのかどうかが調べられる。回転数ｎ_{Ｍｏｔｏｒ}が０よりも大きい場合は、タイミング時間ｔ_{Ｔａｋｔｅｎ}の値に関連して、遮断弁（図１、符号４）を一時的にのみ又は永続的に開放するのかどうかが決定される。タイミング時間ｔ_{Ｔａｋｔｅｎ}＝０（内燃機関のウォームスタートに相当）の場合、遮断弁（図１、符号４）はステップ２９において永続的に開放される。タイミング時間ｔ_{Ｔａｋｔｅｎ}＞０（内燃機関のコールドスタートに相当）の場合、遮断弁（図１、符号４）はステップ２７において一時的にしか開放されない。次いで、エンジン回転数ｎ_{Ｍｏｔｏｒ}がスタータ回転数ｎ_{Ａｎｌａｓｓｅｒ}よりも大であるかどうか、つまり、エンジンが始動されているかどうかがユニット２８で調べられる。エンジンが始動されている場合は、やはりステップ２９に移行する、つまり、遮断弁（図１、符号４）が永続的に開放される。

次に、ステップ３０において、内燃機関がアイドリング回転数に達したかどうかを確認するための別の問い合わせが行われる。このためには、目下のエンジン回転数ｎ_{Ｍｏｔｏｒ}が規定された始動リリース回転数ｎ_{Ｓｔａｒｔａｂｗｕｒｆ}と比較される。エンジン回転数ｎ_{Ｍｏｔｏｒ}の方が大きい場合は、遮断弁（図１、符号４）がステップ３１に基づいて開放され続ける。

この状態を燃料装置は、オペレータが時点３２において、例えばイグニッションキーを回転し戻すこと又はストップボタンを押すことによって内燃機関を遮断するための信号を発生させるまで保つ。ガス不足による内燃機関停止が導入され、ステップ３３を以て遮断弁（図１、符号４）が閉じられる。次いで、エンジン回転数ｎ_{Ｍｏｔｏｒ}に基づきユニット３４において内燃機関の惰性運転時間ｔ_{ｎ Ｍｏｔｏｒ}が求められ、ステップ３５において規定された限界値ｗと比較される。この惰性運転時間ｔ_{ｎ Ｍｏｔｏｒ}が前記限界値ｗよりも大きな場合、このことは遮断弁が完全には閉じられておらず、これにより不都合な燃料ガスが気化装置に後から流入しているということを示している。この場合は、ステップ３６においてエラーメッセージが形成されて、例えば冷却水温度Ｔ_{Ｋｕｅｌｗａｓｓｅｒ Ｍｏｔｏｒ}等の基準温度に関連して内燃機関が改めて接続されるということが防止される。それというのも、後から流入する燃料ガスは気化装置の下流側で凝縮し戻り、延いては不安定な運転状態が生ぜしめられる恐れがあるからである。内燃機関の始動は、冷却水温度Ｔ_{Ｋｕｅｌｗａｓｓｅｒ Ｍｏｔｏｒ}がメモリされた比較値ｖに達するか又は該比較値ｖを下回ると再び可能になる。

ＬＰＧエンジンのための燃料装置を示した図である。 図１に示した燃料装置の本発明による運転法のチャート図である。

符号の説明

１ 気化装置、 ２ 第１の気化室、 ３ 第２の気化室、 ４ 遮断弁、 ５ 入口、 ６ 第１の弁、 ７ 第２の弁、 ８ 出口、 ９ 導管、 １０ 噴射集合導管、 １１ 弁、 １２ 内燃機関、 １３ 第１の加熱装置、 １４ 第２の加熱装置、 １６ 第３の加熱装置、 ２１，２４，３２ 時点、 ２２，２５ 演算ユニット、 ２３ 条件、 ２６ ロジックユニット、 ２７，２９，３０，３１，３３，３５，３６ ステップ、 ３４ ユニット

Claims (9)

1. 燃料ガスによって運転される内燃機関のための燃料装置の運転法であって、燃料装置が電気的に制御可能な少なくとも１つの遮断弁（４）と、電気的に運転可能な少なくとも１つの燃料ガス用の加熱装置（１４，１６）とを有している形式のものにおいて、
   内燃機関の始動に際して、加熱装置（１４，１６）を接続するための信号を発生させ、該加熱装置（１４，１６）の始動に際して、燃料装置の所要熱量（υ_{Ｒｅｆｅｒｅｎｚ}）を求め、この燃料装置の所要熱量（υ_{Ｒｅｆｅｒｅｎｚ}）に関連して遅延時間を求め、加熱装置（１４，１６）の始動後に遅延時間が経過してから遮断弁（４）を開放することを特徴とする、燃料ガスによって運転される内燃機関のための燃料装置の運転法。
2. 燃料装置の所要熱量（υ_{Ｒｅｆｅｒｅｎｚ}）を、内燃機関の測定された温度値（Ｔ_{Ｋｕｅｌｗａｓｓｅｒ Ｍｏｔｏｒ}）に関連して且つ／又は内燃機関とは無関係の測定された温度値（Ｔ_{Ｈｙｄｒａｕｌｉｋｏｅｌ}）に関連して且つ／又は加熱装置（１４，１６）を通流する電流（ｌ_{Ｈｅｉｚｕｎｇ}）に関連して求める、請求項１記載の方法。
3. 燃料装置の所要熱量（υ_{Ｒｅｆｅｒｅｎｚ}）から求められる燃料装置の目下の温度（Ｔ_{Ｒｅｆｅｒｅｎｚ}）に関して規定された限界値（ｙ）を超過した場合及び／又は加熱装置（１４，１６）を通流する電流（ｌ_{Ｈｅｉｚｕｎｇ}）に関して規定された限界値（ｚ）を下回った場合及び／又は加熱装置（１４，１６）の規定された最大運転時間を超過した場合に、加熱装置（１４，１６）を遮断するための信号を発生させる、請求項１又は２記載の方法。
4. 遅延時間を、付加的に加熱装置（１４，１６）を通流する電流（ｌ_{Ｈｅｉｚｕｎｇ}）に関連して且つ／又は車両バッテリの電圧（Ｕ_{Ｂａｔｔｅｒｉｅ}）に関連して求める、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 遅延時間の経過を信号発生器によって表示する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 燃料装置の所要熱量（υ_{Ｒｅｆｅｒｅｎｚ}）に関連して且つ／又は車両バッテリの電圧（Ｕ_{Ｂａｔｔｅｒｉｅ}）に関連して且つ／又は加熱装置（１４，１６）を通流する電流（ｌ_{Ｈｅｉｚｕｎｇ}）に関連して、遮断弁（４）を開くためのタイミング時間（ｔ_{Ｔａｋｔｅｎ} ）を求める、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. タイミング時間（ｔ_{Ｔａｋｔｅｎ}）の経過後に、内燃機関の回転数（ｎ_{Ｍｏｔｏｒ}）がスタータの回転数（ｎ_{Ａｎｌａｓｓｅｒ}）を上回ると遮断弁（４）を再び開く、請求項６記載の方法。
8. 前記遅延時間の経過後さらに待機時間の経過後に、内燃機関の回転数（ｎ_{Ｍｏｔｏｒ}）が規定された始動リリース回転数（ｎ_{Ｓｔａｒｔａｂｗｕｒｆ}）を上回ると遮断弁（４）を開き続ける、請求項６又は７記載の方法。
9. 燃料ガスによって運転される内燃機関のための燃料装置の運転法であって、燃料装置が電気的に制御可能な少なくとも１つの遮断弁（４）を有している形式のものにおいて、
   回転している内燃機関を遮断する際に、遮断弁（４）を閉じるための信号を発生させ、遮断弁（４）の閉鎖後の内燃機関の惰性運転時間（ｔ_{ｎ Ｍｏｔｏｒ}）を求め、該惰性運転時間（ｔ_{ｎ Ｍｏｔｏｒ}）が規定された限界値（ｗ）を上回った場合はエラー信号を発生させる、請求項１から８までのいずれか１項記載の内燃機関のための燃料装置の運転法。