CN1489670A - 内燃机的气体燃料供给装置 - Google Patents

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Abstract

一种将燃料箱(2)内的液体燃料气化后供给燃料喷射阀(4)的内燃机的气体燃料供给装置，具有，设在燃料供给管(6)的中途的、使上述液体燃料气化的气化器(11)，在该气化器(11)的下游侧对气体燃料压力进行检测的气体燃料压力传感器(37)，以及，依据来自该燃料压力传感器(37)的气体燃料压力对节流阀的最大开度进行控制的ECU(35)。

Description

内燃机的气体燃料供给装置
技术领域
本发明涉及将例如与丙烷或丁烷混合的混合燃料(LPG)供给内燃机的气体燃料供给装置。
背景技术
众所周知，例如对于汽车用汽油机，与以气化器供给燃料相比，以电子控制方式供给燃料从功能上来说具有诸多优点。即，可控制性、可靠性、记忆功能、吸气系统的布局自由度等均较高，从废气处理、燃料费用性能、出力性能等方面来说也是有利的。
另一方面，LPG燃料在常温、常压下容易气化，通过将该气体燃料供给引擎，可使得在引擎冷态起动乃至加减速过渡状态期间得到良好的低公害特性。另外，LPG燃料与汽油相比，辛烷值高，而且碳的比例小，因而能够在高压缩比下运行，具有可减少CO2排放量的优点。
若将具有上述优点的LPG燃料用于具有燃料喷射阀的电子控制式燃料供给装置，可实现废气排放低公害化、减少CO2的排放量。
但是，将上述LPG燃料用于电子控制式燃料供给装置时，相对于温度的变化LPG燃料蒸气压力的变化非常显著，有时在引擎从冷态到暖机结束后的运行条件下会出现气体燃料的喷射压力无法保持稳定的情况。
例如，有时会由于燃料箱周边环境温度的原因而无法得到必要的蒸发量、气体燃料压力(燃料喷射压力)。若在这种蒸发量、蒸气压力低的状态下增加引擎的燃料消耗量，液态燃料有可能流向引擎侧，有时还可能导致无法控制。
本发明，是针对上述实际情况提出的，其目的是，提供一种从引擎的冷态到暖机结束期间能够使气体燃料的喷射压力保持一定，进而能够稳定地进行燃料喷射控制的内燃机的气体燃料供给装置。
发明的公开
本申请的第一发明，属于一种将燃料箱内的液体燃料气化为气体燃料后供给燃料喷射阀的内燃机的气体燃料供给装置，其特征是，具有，设在燃料供给通路的中途的、使上述液体燃料气化的气化器，在该气化器的下游侧对气体燃料压力进行检测的燃料压力检测手段，以及，根据来自该燃料压力检测手段的气体燃料压力对节流阀的最大开度进行限制的节流开度控制手段。
本申请的第二发明，根据第一发明，其特征是，上述节流开度控制手段构成为能够根据上述气体燃料压力和内燃机旋转速度决定上述节流阀的最大开度。
本申请的第三发明，根据第一或第二发明，其特征是，上述节流开度控制手段构成为能够在来自上述燃料压力检测手段的气体燃料压力在设定值以下时向显示手段输出不能够在额定输出功率下运行信号。
本申请的第四发明，属于一种将燃料箱内的液体燃料气化为气体燃料后供给燃料喷射阀的内燃机的气体燃料供给装置，其特征是，具有，设在燃料供给通路的中途的、使上述液体燃料气化的气化器，将上述燃料箱内的液体燃料供给上述气化器的燃料泵，在上述气化器的下游侧对气体燃料压力进行检测的燃料压力检测手段，以及，在上述气化器下游侧的气体燃料压力为设定值以下时使上述燃料泵运行的燃料泵控制手段。
本申请的第五发明，根据第四发明，其特征是，具有在上述气化器的下游侧对液态燃料进行检测的液态燃料检测手段，上述燃料泵控制手段在通过上述液体燃料检测手段检测到液态燃料时使上述燃料泵的运行停止。
本申请的第六发明，根据第四或第五发明，其特征是，具有蓄留经上述气化器气化的气体燃料的浪涌缓冲箱。
本申请的第七发明，根据第五或第六发明，其特征是，上述液态燃料检测手段，是对流入上述浪涌缓冲箱的液态燃料的液面高度水平进行检测的高度水平传感器。
本申请的第八发明，根据第四到第七发明之一的发明，其特征是，在上述燃料泵的输出口侧中介有溢流阀，该溢流阀的溢流压力设定得与上述气化器下游侧的气体燃料压力设定值同等或稍低。
本申请的第九发明，根据第八发明，其特征是，在上述燃料泵的输出口与溢流阀之间，中介有防止向燃料泵侧倒流的逆止阀。
本申请的第十发明，根据第八或第九发明，其特征是，上述溢流阀的溢流燃料开口部，是以指向不同于上述燃料泵的吸入口的方向而形成。
附图的简要说明
图1是本发明第1实施形式所提供的气体燃料供给装置的总体构成图；
图2是上述气体燃料供给装置的恒温器的剖视图；
图3是上述气体燃料供给装置的ECU的控制图；
图4是展示上述实施形式的LPG燃料蒸气压力与温度的关系的特性曲线图；
图5是展示上述实施形式的气体燃料压力与节流阀最大开度的关系的特性曲线图；
图6是上述气体燃料供给装置的燃料泵的运行流程图；
图7是本发明第2实施形式所提供的气体燃料供给装置的总体构成图。
发明的最佳实施形式
下面，对本发明的实施形式结合附图进行说明。
图1至图6，是用来对本发明一实施形式(第1实施形式)所提供的内燃机的气体燃料供给装置进行说明的附图，图1是气体燃料供给装置的总体构成图，图2是恒温器的剖视图，图3是ECU的控制图，图4是展示LPG燃料蒸气压力与温度的关系的特性曲线图，图5是展示气体燃料压力与节流阀最大开度的关系的特性曲线图，图6是燃料泵的运行流程图。
图中，1代表气体燃料供给装置，是用来将加入燃料箱2内的液体燃料气化为气体燃料而供给引擎3的各燃料喷射阀4的装置。该引擎3是水冷式四冲程直列四缸引擎，每个气缸都安装有上述燃料喷射阀4，公共输出管5连接到各燃料喷射阀4上。
燃料供给管6的上游侧端部6a插入上述燃料箱2内，该燃料供给管6的下游侧端部6b连接在上述输出管5的燃料供给口5a上。在该燃料箱2的上壁形成有用来注入液体燃料的燃料添加口2b。
上述燃料箱2内配置有燃料泵7。该燃料泵7的输出口7a与上述燃料供给管6的上游侧端部6a相连接，吸入口7b开口于形成于燃料箱2的底部的凹部2a内。
此外，在上述燃料供给管6的、燃料箱2之外的下游侧部分上连接有手动阀8，在该手动阀8的下游侧连接有电磁阀9，在该电磁阀9的下游侧有与之连接成一体的燃料过滤器10。上述电磁阀9是例如在紧急时切断燃料供给用的。
在上述燃料供给管6的、燃料过滤器10的下游侧中介有使液体燃料气化的气化器11。该气化器11，是从上游侧按顺序由加热部12、浪涌缓冲箱部13以及压力设定器14连接成一体而形成的，从该气化器11中通过的气体燃料被送入上述输出管5。
在上述燃料供给管6的上游侧端部6a上，连接有中间设有溢流阀19的溢流管18，该溢流阀19的溢流压力，设定得与上述压力设定器14出口侧的气体燃料压力设定值同等或比该设定值稍小。此外，上述溢流阀19的溢流燃料开口部19a，以其位置高于燃料泵7的吸入口7b、并指向与吸入口7b相反的方向而形成。
在上述燃料泵7的输出口7a与溢流管18之间，中介有逆止阀20。该逆止阀20具有允许液体燃料从燃料泵7输出、而阻止向燃料泵7侧倒流的功能。
上述加热部12是与浪涌缓冲箱部13相分隔而形成的密闭部分，燃料供给管6的局部6c从该加热部12内穿过。上述加热部12上有与之相连接而形成的冷却液流入口12a和流出口12b。该冷却液流入口12a上连接有用来引入来自上述引擎3的引擎冷却液A的冷却液供给软管(未图示)，上述流出口12b上连接有冷却液回收软管(未图示)。
此外，上述加热部12的流出口12b中配设有作为冷却液控制手段的恒温器23。如图2所示，该恒温器23这样构成，即，形成于壳体24内的冷却液通路25的冷却液入口25a开口于加热部12内，并且，冷却液出口25b与上述流出口12b相连接。此外，在上述壳体24内，开闭冷却液通路25的恒温器阀门26在弹簧27的作用下保持在开的位置上，双金属片、热敏石蜡等的感温动作元件28连接在该恒温器阀门26上。该感温动作元件28，以能够在引擎冷却液A温度达到30～40℃时将恒温器阀门26关闭、在该温度以下时将恒温器阀门26打开而构成。25c是旁路路径。
引入到上述加热部12内的引擎冷却液A促进燃料供给管6的局部6c内的液体燃料气化，气体燃料被送往浪涌缓冲箱部13。并且，当引擎冷却液A的温度超过30～40℃时，恒温器阀门26关闭。这样，燃料喷射压力可被控制在蒸气压力以下，不必运行燃料泵7便能够得到稳定的燃料喷射压力。
从上述加热部12中穿过的燃料供给管6c开口于上述浪涌缓冲箱部13内。在该浪涌缓冲箱部13内，配置有从顶壁向底壁延伸的挡板30。从上述燃料供给管6c流入浪涌缓冲箱部13内的气体燃料沿着挡板30流向浪涌缓冲箱部13的底部3b，从该底部3b上升，从形成于该浪涌缓冲箱部13的上端部的流出部13a流入压力设定器14内。
将上述浪涌缓冲箱部13的容积设定为上述引擎3的总行程容积的3～7.5％。此外，在浪涌缓冲箱部13内插装有液态燃料高度水平传感器31，该高度水平传感器31是用来检测浪涌缓冲箱部13的底部3b有无存留的液态燃料的。
上述压力设定器14是用来将从浪涌缓冲箱部13流入的气体燃料调节为设定压力的。具体地说，调节压力例如设定在0.2～0.45MPa范围内的值，将气体燃料以该设定压力供给上述各燃料喷射阀4。
在这里，将上述设定压力设定为与燃料喷射压力同等的值。该设定压力是根据LPG的燃料特性确定的。即，如图4所示，若将上述设定压力设定成较低压力、例如2kg/cm2(0.2MPa)，则100％丙烷时液体燃料的蒸发温度可降低到约-15℃，50％丙烷·50％丁烷时降低到约0℃，因此，不使用特殊设备情况下可运行的边界温度可向低压侧扩展。但是，要达到实机运行的要求，还需要大容量的能够对燃料进行喷射处理的燃料喷射阀，这将带来该燃料喷射阀大型化、以及因大型化而导致布局自由度降低等问题。此外，还会发生燃料喷射阀可动部分的质量增加因而响应性降低、并由此导致引擎的高速旋转边界值降低等所不希望发生的现象。
另一方面，若将上述压力值设定成较高压力、例如4.5kg/cm2(0.45MPa)，则100％丙烷时液体燃料的蒸发温度将提高到约5℃，50％丙烷·50％丁烷时提高到约20℃，本实施形式装置等设备为必要的运行条件得以扩大。此时，若使用润滑性低的100％丙烷的液体燃料，燃料泵的负荷将增加，而且电能消耗量也要增加。另外，对燃料供给管等在结构上的防止气体泄漏的要求也提高。考虑以上因素，设定压力以在0.2～0.45MPa范围内进行选择为宜。该值与已实用化的直接喷射液体燃料的LPG系统的燃料喷射压力(5bar(0.5MPa)+蒸气压力)相比足够低。
上述气体燃料供给装置1具有ECU35。该ECU35，可输入来自配设在引擎3上的未图示的λ(O2)传感器、吸气压力传感器、吸气温度传感器、节流开度传感器、冷却液温度传感器、曲轴角度传感器、凸轮轴角度传感器、等各传感器的检测值a，依据这些检测值a对燃料喷射阀4的喷射时间、喷射量以及点火线圈的点火时间等进行控制。
此外，上述ECU35，除了上述检测值a之外，还可输入来自配设在上述燃料箱2中的燃料箱压力传感器36、配设在上述浪涌缓冲箱部13内的高度水平传感器31、配设在上述压力设定器14的出口侧的气体燃料压力传感器37的各检测值b、c、d，是以能够依据这些检测值a～d来控制对燃料泵7、电磁阀9、节流阀3a等的驱动而构成的。
上述ECU35作为节流开度控制手段发挥功能。该节流开度控制手段，依据来自上述气体燃料压力传感器37的检测值d如图5所示地限制节流阀3a的最大开度。例如，在将设定压力设为0.4MPa的场合，当气体燃料压力为0.25MPa时将节流阀3a的最大开度限制为40％。此时，也可以这样构成，即，当气体燃料压力为0.25MPa而引擎旋转速度比依据气体燃料压力而设定的设定旋转速度高时，能够将节流阀的最大开度限制为更小的开度。
此外，当气体燃料压力为0.4MPa以下时，向指示灯39输出不能够在额定输出功率下运行信号，将该指示灯39点亮。以此告知驾驶员未处于能够在额定输出功率下运行的状态。
上述ECU35作为燃料泵控制手段发挥功能。该燃料泵控制手段，在来自气体燃料压力传感器37的检测值d为设定值以下时驱动燃料泵7，来自上述液态燃料高度水平传感器31的检测值c超过既定值时，即使气体燃料压力为设定值以下也使燃料泵7的运行停止。
即，如图6所示，起动引擎后，当浪涌缓冲箱部13内的液态燃料高度水平传感器处于未感知状态、且压力设定器14出口侧的气体燃料压力低于0.4MPa时，便判断为液态燃料的温度低，使燃料泵7运行而积极地进行对气化器11的燃料供给(步骤S1～S3)。
而在燃料泵7运行的状态下，若流入浪涌缓冲箱部13内的液态燃料达到既定高度水平以上，则使燃料泵7停止(步骤S4)。另外，即使浪涌缓冲箱部13内的液态燃料在既定高度水平以下，若气体燃料压力为设定值(0.4MPa)以上也使燃料泵7停止。
根据本实施形式的气体燃料供给装置1，是依据压力设定器14内的气体燃料压力对节流阀3a的最大开度进行限制的，因此，液体燃料的蒸发量、蒸气压力低时将节流阀3a的最大开度限制为较小的开度，不仅保证了燃料喷射压力而且能够防止液态燃料流出，能够稳定地进行燃料喷射控制。
根据本实施形式，当流入浪涌缓冲箱部13内的液态燃料达到既定高度水平时使燃料泵7的运行停止，因此，能够避免燃料泵7向气化器11供给过多的燃料，不仅保证了燃料喷射压力而且能够防止液态燃料流出，与前述同样，能够稳定地进行燃料喷射控制。
由于在上述气化器11内设置了浪涌缓冲箱部13，因此，能够蓄留经加热部12气化的气体燃料，能够在气体燃料设定压力不是设定得太高的情况下，保证高负荷下的气体燃料需要量。
此外，由于将上述浪涌缓冲箱部13的容量设计为引擎排气量的3～7.5％，因此，能够在液态燃料流入后对燃料泵7的运行稳定地进行控制，并便于进行空燃比的控制。
根据本实施形式，在液态燃料未流入浪涌缓冲箱部13内的状态下，当压力设定器14内的气体燃料压力为0.4MPa以下时使燃料泵7运行，因此，即使在燃料箱2内的温度低于常温时也能够稳定地供给燃料，由此也能够进行稳定的燃料喷射控制。
根据本实施形式，使得溢流阀19的溢流压力为压力设定器14内的气体燃料压力的同等以下，因此，能够防止燃料泵7运行时液体燃料被压送向浪涌缓冲箱部13侧。
此外，由于在上述燃料泵7的输出口7a侧配置了逆止阀20，因此，能够防止引擎停止期间产生于燃料供给管6内的气体倒流而流入燃料泵7内。再有，由于使溢流阀19的燃料开口部19a指向与燃料泵7的吸入口7b相反的方向，因此，能够防止从上述溢流阀19的燃料开口部19a排出的倒流气体被吸入燃料泵7内。
根据本实施形式，在气化器11内设置了引入引擎冷却液A对液体燃料进行加热的加热部12，因此，能够促进低温下液体燃料的气化，能够在起动时稳定地进行空燃比控制，防止发生起动不良。
此外，根据本实施形式，是将上述引擎冷却液A温度控制在30～40℃的，因此，能够防止气体燃料的温度异常升高，防止因燃料供给量的减少而导致引擎输出功率降低，并能够防止因抗敲缸性能的降低而导致热效率降低。
由于使上述引擎冷却液A的加热部12出口温度保持在30～40℃，因此，在将一般市售的LPG燃料的气体燃料压力设定为0.4MPa的场合，能够使之容易在40℃以下气化。
再有，由于对上述引擎冷却液A的温度是以恒温器23进行控制的，因此，不仅能够以简单的结构以良好的精度进行温度控制，而且能够减少成本的增加。
图7是用来说明本发明第2实施形式所提供的气体燃料供给装置的附图，图中，与图1相同的编号代表相同或相当的部分，将重复部分的说明省略。
作为本实施形式的气体燃料供给装置40，压力设定器41是与气化器11相独立地设置的。该气化器11中设有成一体设置的加热部12、浪涌缓冲箱部13，上述压力设定器41是在上述气化器11的下游侧且靠近燃料喷射阀4配置的。
根据本实施形式，由于将压力设定器41与气化器11独立设置，因此，能够提高压力设定器41的配置位置的自由度，例如若靠近上述燃料喷射阀4配置，不仅能够使燃料喷射压力保持稳定，而且能够防止因温度降低而导致气体燃料再液化。
产业上利用的可能性
第一发明所涉及的气体燃料供给装置，依据气化器下游侧的气体燃料压力来限制节流阀的最大开度，因此，在例如液体燃料的蒸发量、蒸气压力低的场合，通过将节流阀的最大开度限制得较小，可以保证燃料喷射压力，并能够防止液态燃料流出，在将气体燃料用于电子控制式燃料供给装置时能够稳定地进行燃料喷射控制。
第二发明，上述节流阀的最大开度由气体燃料压力和内燃机旋转速度决定，因此，若能够做到例如内燃机旋转速度越高则节流阀的最大开度越小，越低则最大开度越大，则能够更为稳定地进行燃料喷射控制。
第三发明，当气体燃料压力为设定值以下时，使指示灯点亮，因此，能够将“未处于能够在额定输出功率下运行的状态”这一信息告知驾驶员，能够减轻因油门踏板的踩踏量与车辆速度不一致而引起的驾驶员的不舒适感。
第四发明，当处于气体燃料压力为设定值以下的状态时使燃料泵运行，因此，即使在例如燃料箱内的温度低于常温时也能够稳定地供给液体燃料。顺便说明，在长时间保持在常温以下的氛围中的场合，虽然通过内燃机的起动可使气化器温度升高而促进气化，但燃料箱内的温度几乎不会升高，因此，有可能无法将液体燃料供向内燃机侧。
第五发明，当在气化器的下游侧检测到液态燃料时使燃料泵的运行停止，因此，能够防止燃料泵向气化器供给过多的燃料，保证燃料喷射压力并能够防止液态燃料流出，在将气体燃料用于电子控制式燃料供给装置时能够稳定地进行燃料喷射控制。
第六发明，具有蓄留经气化器气化的气体燃料的浪涌缓冲箱，因此，不必将气体燃料的设定压力设定得太高，便可保证高负荷下的气体燃料需要量。顺便说明，由于经气化器气化后的气体燃料与液体燃料相比体积大幅度增大，因此，若要在没有浪涌缓冲箱的情况下保证高负荷下的气体燃料需要量，则需要将气体燃料的供给压力设定得较高。
另外，由于设置了上述浪涌缓冲箱，因此，若保证该浪涌缓冲箱具有必要的容量，便能够在液态燃料流入后对燃料泵的运行稳定地进行控制，进而容易对空燃比进行控制。也就是说，在没有浪涌缓冲箱或浪涌缓冲箱容量较小的场合，在液态燃料流入后要短时间反复进行燃料泵通断的控制，有可能导致空燃比控制变得不稳定。
第七发明，对流入浪涌缓冲箱内的液态燃料的液面高度水平以高度水平传感器进行检测，因此，在液态燃料达到既定量时能够切实使燃料泵停止运行，能够更为稳定地进行控制。
第八发明，在燃料泵的输出口侧中介有溢流阀，并使该溢流阀的溢流压力为气体燃料设定压力的同等以下，因此，能够将燃料泵的燃料输出压力控制在上述设定压力以下，防止燃料泵运行时将液体燃料向气化器侧压送。
第九发明，在燃料泵的输出口与溢流阀之间设置了逆止阀，因此，能够防止内燃机停止时产生于燃料供给通路中的气体倒流而流入燃料泵中。
第十发明，使溢流阀燃料开口部指向与燃料泵的吸入口不同的方向，因此，能够防止从上述溢流阀的燃料开口部排出的上述倒流气体燃料被吸入燃料泵内。

Claims (10)

1.一种将燃料箱内的液体燃料气化为气体燃料后供给燃料喷射阀的内燃机气体燃料供给装置，其特征是具有：设在燃料供给通路的中途的、使上述液体燃料气化的气化器，在该气化器的下游侧对气体燃料压力进行检测的燃料压力检测手段，以及，依据来自该燃料压力检测手段的气体燃料压力对节流阀的最大开度进行限制的节流开度控制手段。
2.如权利要求1的内燃机气体燃料供给装置，其特征是，上述节流开度控制手段构成为能够根据上述气体燃料压力和内燃机旋转速度决定上述节流阀的最大开度。
3.如权利要求1或2的内燃机气体燃料供给装置，其特征是，上述节流开度控制手段构成为能够在来自上述燃料压力检测手段的气体燃料压力为设定值以下时向指示手段输出不能够在额定输出功率下运行信号。
4.一种将燃料箱内的液体燃料气化为气体燃料后供给燃料喷射阀的内燃机气体燃料供给装置，其特征是具有：设在燃料供给通路的中途的、使上述液体燃料气化的气化器，将上述燃料箱内的液体燃料供给上述气化器的燃料泵，在上述气化器的下游侧对气体燃料压力进行检测的燃料压力检测手段，以及，在上述气化器下游侧的气体燃料压力为设定值以下时使上述燃料泵运行的燃料泵控制手段。
5.如权利要求4的内燃机气体燃料供给装置，其特征是，具有在上述气化器的下游侧对液态燃料进行检测的液态燃料检测手段，上述燃料泵控制手段在通过上述液体燃料检测手段检测到液态燃料时使上述燃料泵的运行停止。
6.如权利要求4或5的内燃机气体燃料供给装置，其特征是，具有蓄留经上述气化器气化的气体燃料的浪涌缓冲箱。
7.如权利要求5或6的内燃机气体燃料供给装置，其特征是，上述液态燃料检测手段是对流入上述浪涌缓冲箱的液态燃料的液面高度水平进行检测的高度水平传感器。
8.如权利要求4至7之一的内燃机气体燃料供给装置，其特征是，在上述燃料泵的输出口侧介有溢流阀，该溢流阀的溢流压力设定得与上述气化器下游侧的气体燃料压力设定值同等或稍低。
9.如权利要求8的内燃机气体燃料供给装置，其特征是，在上述燃料泵的输出口与溢流阀之间介有防止向燃料泵侧倒流的逆止阀。
10.如权利要求8或9的内燃机气体燃料供给装置，其特征是，上述溢流阀的溢流燃料开口部是以指向不同于上述燃料泵的吸入口的方向而形成。
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