JP2004353653A - Ｌｐｇ燃料の流量調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザに煩雑な作業を要することなく、使用燃料の組成に応じた流量調整を確実に行えるようにする。
【解決手段】ＬＰＧボンベを交換した後初期設定スイッチ８をＯＮにすると、温度センサ２および圧力センサ３で検出された燃料の温度および圧力のデータがコントローラ１０内のＣＰＵ１５に入力される。ＣＰＵ１５はこのデータに基づいて組成識別関数記憶部１２に記憶されている燃料の組成毎の温度および圧力の相関特性から燃料の組成を識別する。そして最適面積関数記憶部１３に記憶されている関数から、識別された組成に対応する燃料通路の最適面積を判断し、実際の燃料通路の面積がその最適面積になるようステッピングモータ９ａを所定の回転数にて駆動し、パワーアジャストスクリュ９を所定量燃料通路内に突出させる。これにより燃料通路が最適面積になるよう調整される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＰＧを燃料とする車両、例えばフォークリフトなどの産業車両における、ＬＰＧ燃料の流量調整装置に関する。

フォークリフトに適用されるＬＰＧ燃料の供給系統において、ＬＰＧ燃料は、ＬＰＧボンベからレギュレータへ、そしてＬＰＧキャブレターに送られ、ここで空気と混合されてエンジンに供給される。ＬＰＧキャブレターのメイン通路には通路断面積を変更可能なパワーアジャストスクリュが設けられており、これによりメイン通路を流れるＬＰＧ燃料の流量を調整可能になっている。

従来のパワーアジャストスクリュによる流量調整は、ＬＰＧ燃料が所定の組成、即ち国内一般地域の夏季に対応する組成（プロパン：ブタン＝２５：７５）であると仮定して行われる。つまり、上記所定の組成を有するＬＰＧ燃料を標準とし、このようなＬＰＧ燃料を使用したときに最適なエンジン性能が得られるよう、燃料の流量調整が行われる。

しかしＬＰＧ燃料の組成は地域や季節によって異なるのが一般であり、全てのＬＰＧ燃料が上記のような組成を有することはない。このように所定の組成と異なる組成を有するＬＰＧ燃料を使用すると、最適なエンジン性能が得られないことになる。より具体的にいうと、エンジンに供給される燃料がオーバーリッチの場合は排ガス成分の悪化や燃費の悪化など、オーバーリーンの場合はＮＯｘの増加や失火などが問題となる。

そこでこのような問題を解決するため、使用するＬＰＧ燃料の組成に応じた流量調整を行うことが可能な流量調整装置が開示されている（特許文献１参照）。この文献による流量調整装置には、ユーザが操作可能な可変ボリューム、パワーアジャストスクリュを作動させるステッピングモータ、可変ボリュームからの信を受信してこれに基づいてステッピングモータの作動量を決定するコントローラなどが備えられている。この装置において、ユーザがＬＰＧ燃料の組成を例えばガス会社から聞くなどして知った上でそれに合わせて可変ボリュームを操作すると、コントローラが可変ボリュームからの信号を受信してステッピングモータの作動量を決定し、使用するＬＰＧ燃料の組成に応じた流量調整を行うことができる。

特開平６−１３７２１６号公報（第２頁、図１）

しかしながら上記文献の装置は、ユーザに煩雑な作業、即ち予めガス会社などからＬＰＧ燃料の組成についての情報を聞いたり、その情報に基づいて可変ボリュームを操作したりする作業を要するものである。またさらにユーザによる情報の聞き違いや操作ミスなどの可能性があり、このような場合、せっかく可変ボリュームが操作されても、設定が不適切なために最適なエンジン性能が得られないことになる。

そこで、本発明の目的は、ユーザに煩雑な作業を要することなく使用燃料の組成に応じた流量調整を確実に行うことができるＬＰＧ燃料の流量調整装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

上記目的を達成するための本発明に係るＬＰＧ燃料の流量調整装置は、ＬＰＧボンベとレギュレータとの間の燃料経路に装着され、前記ＬＰＧボンベと前記レギュレータとの間の燃料経路の装着位置における燃料の温度および圧力を検出する温度センサおよび圧力センサと、前記レギュレータとエンジンとを接続する燃料通路の面積を変更する通路面積変更手段と、前記温度センサおよび前記圧力センサから検出された温度および圧力に基づいて前記燃料の組成を識別する組成識別手段と、前記組成識別手段から得られた前記燃料の組成に対応する前記燃料通路の最適面積を判断する最適面積判断手段と、前記燃料通路の面積が前記最適面積判断手段により判断された前記最適面積になるよう前記通路面積変更手段を制御する面積変更制御手段とを備えていることを特徴とする。

この構成によると、温度センサおよび圧力センサによりＬＰＧ燃料の温度および圧力を検出して組成識別手段で組成を識別した上で、その組成に応じてＬＰＧャブレターのメイン通路などの燃料通路の面積が最適値に調整されるようになっている。この場合、ユーザは従来技術のように組成についての情報をガス会社などから聞いたり、組成を認識させるようボリュームを調整したりする作業を行う必要がない。したがって、上記構成のＬＰＧ燃料の流量調整装置によると、ユーザに煩雑な作業を要することなく、使用燃料の組成に応じた流量調整を確実に行うことが可能である。

また、本発明に係るＬＰＧ燃料の流量調整装置は、前記温度センサおよび前記圧力センサが、前記ＬＰＧボンベと前記レギュレータとを接続する燃料経路である燃料供給管内に装着され、当該燃料供給管内を通過する燃料の温度および圧力を検出することが望ましい。

この構成によると、ＬＰＧボンベとレギュレータとの間の燃料経路である燃料供給管に直接に温度センサ及び圧力センサをとりつけることで、容易にその燃料経路における燃料の温度および圧力を検出することができる。

また、本発明に係るＬＰＧ燃料の流量調整装置は、前記温度センサおよび前記圧力センサが、前記ＬＰＧボンベと前記レギュレータとの間の燃料経路に配置されて燃料を貯留可能な燃料貯留手段内に装着され、当該燃料貯留手段内の温度および圧力を検出することが望ましい。

ＬＰＧボンベは交換して使用されるため、温度センサおよび圧力センサを装着することが困難であるが、この構成によると、燃料貯留手段内に燃料が貯留された状態、即ち、ＬＰＧボンベ内の燃料に近い状態で温度および圧力を検出することができる。そして、燃料貯留手段内では、燃料は気液混合状態であってほぼ飽和蒸気圧に達した状態になっており、この状態で検出された温度および圧力に基づいて燃料の組成を識別できるため、より正確に識別でき、組成識別の信頼性が向上することになる。

また、本発明に係るＬＰＧ燃料の流量調整装置は、前記ＬＰＧボンベの使用初期に初期設定を行う初期設定手段をさらに備えており、当該初期設定手段による初期設定時に、前記組成識別手段による燃料の識別が行われることが好ましい。

この構成によると、例えばＬＰＧボンベ交換時にユーザが初期設定手段を操作することにより、燃料の組成が識別される。ユーザはＬＰＧボンベをセットした後初期設定手段を操作するだけでよく、従来のようなボリューム調整作業は必要ないので、作業性がよい。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る流量調整装置を備えた、フォークリフトに適用されるＬＰＧ燃料の供給系統を示す配管図である。ＬＰＧ燃料は、図中矢印で示すように、ＬＰＧボンベ１から燃料供給管１ａ内を通って、フィルタやソレノイドバルブを経てレギュレータ４へと送られ、さらにメイン燃料供給管５を通ってＬＰＧキャブレター６に送られ、ここで空気と混合されてエンジン７に供給される。図中供給管に沿った矢印は、実線がＬＰＧ、点線が冷却水の流れる方向を示す。

図２は、図１のＬＰＧキャブレター６を示す概略断面図である。ＬＰＧキャブレター６のメイン通路６ａには通路断面積を変更可能なパワーアジャストスクリュ９（図１にも示す）が設けられており、これによりメイン通路６ａを流れるＬＰＧ燃料の流量を調整可能になっている。

図３は、本実施の形態の流量調整装置における電気的構成を示すブロック図である。本実施の形態の流量調整装置は、図１および図３に示すように、パワーアジャストスクリュ９と、出力軸がパワーアジャストスクリュ９に連結されたステッピングモータ９ａと、共にレギュレータ４より上流側にて（ＬＰＧボンベ１とレギュレータ４との間の燃料経路にて）燃料供給管１ａ内に装着された温度センサ２および圧力センサ３と、運転席近傍のインストルメントパネルに搭載された初期設定スイッチ８と、これら各構成要素と電気的に接続されて後述のように装置全体を制御するコントローラ１０とを備えている。

ステッピングモータ９ａは、駆動により出力軸を回転させ、パワーアジャストスクリュ９を右回り又は左回りに回転させる。このパワーアジャストスクリュ９が、ＬＰＧキャブレター６のメイン通路６ａの面積を変更する（即ち、レギュレータ４とエンジン７とを接続する燃料通路の面積を変更する）通路面積変更手段を構成する。温度センサ２および圧力センサ３は、ＬＰＧボンベ１とレギュレータ４との間の燃料経路の装着位置における燃料の温度および圧力、即ち、燃料供給管１ａ内を通過する燃料の温度および圧力を検出する。初期設定スイッチ８は、ＬＰＧボンベ１の交換時にユーザにより操作され、後述の組成記憶部（図示せず）を初期化する。この初期設定スイッチ８が、ＬＰＧボンベ１の使用初期に初期設定を行う初期設定手段を構成する。

コントローラ１０は、図３に示すように、ＣＰＵ１５、組成識別関数記憶部１２、最適面積関数記憶部１３、および、モータ制御部１４を備えている。温度センサ２および圧力センサ３からの出力は、Ａ／Ｄ交換器（図示せず）を介してＣＰＵ１５に入力される。

組成識別関数記憶部１２には、図４（ａ）に示すような、燃料の組成毎の温度および圧力の相関特性（本実施の形態では燃料におけるプロパンおよびブタンの比率を１０％毎に区分している）が記憶されている。最適面積関数記憶部１３には、図４（ｂ）に示すような、燃料の組成毎の（本実施の形態では燃料のプロパン比率毎の）ＬＰＧキャブレター６のメイン通路６ａの最適面積が記憶されている。

ＣＰＵ１５は、ＬＰＧボンベ１交換時にユーザが初期設定スイッチ８を操作して初期設定スイッチ８がＯＮになると、その信号を受信して、このとき温度センサ２および圧力センサ３で検出された温度および圧力のデータを読み込む。そしてＣＰＵ１５はこの温度および圧力のデータに基づいて、組成識別関数記憶部１２に記憶されている相関特性から燃料の組成を識別する。つまり、ＣＰＵ１５が、温度センサ２および圧力センサ３から検出された温度および圧力に基づいて燃料の組成を識別する組成識別手段を構成する。

このようにＬＰＧボンベ１交換時に識別された燃料の組成は、コントローラ１０内の組成記憶部（図示せず）に記憶される。その後再びＬＰＧボンベ１が交換されて初期設定スイッチ８が操作されると、組成記憶部は初期化されてまた新たな温度および圧力のデータに基づいて燃料の組成を識別し、記憶する。

次いでＣＰＵ１５は、識別された燃料の組成に対応するメイン通路６ａの最適面積を、最適面積関数記憶部１３に記憶されている関数から判断する。つまり、ＣＰＵ１５が、得られた燃料の組成に対応するメイン通路６ａの最適面積を判断する最適面積判断手段を構成する。

ＣＰＵ１５はさらにメイン通路６ａの面積が最適面積となるようステッピングモータ９ａの回転数を決定し、モータ制御部１４に指令を出す。ステッピングモータ９ａはモータ制御部１４により制御され、所定の回転数にて駆動し、パワーアジャストスクリュ９を右回り又は左回りに回転させる。このステッピングモータ９ａおよびモータ制御部１４は、メイン通路６ａの面積がＣＰＵ１５により判断された最適面積になるようパワーアジャストスクリュ９を制御する面積変更制御手段を構成する。パワーアジャストスクリュ９は右回り又は左回りの回転によってメイン通路６ａ内への突出量（図２参照）を変更可能であり、この突出量を変更することによりメイン通路６ａの面積が調整されるようになっている。

なお、一旦ＬＰＧボンベ１がセットされて初期設定スイッチ８が操作されると、その組成は上述のように組成記憶部（図示せず）に記憶されて、初期設定スイッチ８が再び操作されるまで同じ組成であると認識され、パワーアジャストスクリュ９による流量調整は一定に保持されることになる。

また、コントローラ１０は、ＬＰＧボンベ１交換時にユーザが初期設定スイッチ８をＯＮにしたときに通電状態とされ、動作を開始する。温度センサ２および圧力センサ３はそれぞれ燃料供給管１ａ内の燃料の温度および圧力を常時検出しているが、初期設定スイッチ８のＯＮ信号がコントローラ１０内のＣＰＵ１５に出力された直後に、温度センサ２および圧力センサ３からの出力がＣＰＵ１５に読み込まれる。

以上述べたように、第１実施形態に係る流量調整装置によると、温度センサ２および圧力センサ３によりＬＰＧ燃料の温度および圧力を検出して組成を識別した上で、その組成に応じてＬＰＧキャブレター６のメイン通路６ａの面積が最適値に調整されるようになっている。この場合、ユーザは従来技術のように組成についての情報をガス会社などから聞いたり、組成を認識させるようボリュームを調整したりする作業を行う必要がない。したがって、本実施の形態の流量調整装置によると、ユーザに煩雑な作業を要することなく、使用燃料の組成に応じた流量調整を確実に行うことが可能である。

また、ＬＰＧボンベ１とレギュレータ４との間の燃料経路である燃料供給管１ａに直接に温度センサ２及び圧力センサ３をとりつけることで、容易にその燃料経路における燃料の温度および圧力を検出することができる。

また、初期設定スイッチ８を備えたことにより、ユーザがＬＰＧボンベ１交換時にボンベをセットした後この初期設定スイッチ８を操作するだけで、当該ＬＰＧボンベ１内の燃料の組成を識別できる。これは従来のようなボリューム調整作業を必要としないので、作業性がよい。さらにユーザが直接スイッチを操作するという作業を行うため、誤作動の問題が軽減される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る流量調整装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る流量調整装置を備えた、フォークリフトに適用されるＬＰＧ燃料の供給系統を示す配管図である。図５に示す流量調整装置は、第１実施形態に係る流量調整装置（図１参照）とは、温度センサ２及び圧力センサ３を装着する構成が異なっている。しかし、その他の構成は第１実施形態の流量調整装置と同様であるため、同一の符号を付すことで重複する箇所の説明を割愛する（第２実施形態の流量調整装置は、第１実施形態の流量調整装置と同様に図２乃至図４をもとに説明した構成と同様の構成を備えている）。

図５に示すように、第２実施形態に係る流量調整装置が適用されるＬＰＧ燃料の供給系統には、ＬＰＧボンベ１とレギュレータ４との間の燃料経路に、燃料を貯留可能なサブタンク２０が配置されている。このサブタンク２０は、燃料供給菅１ａの途中に接続され、ＬＰＧボンベ１から供給されるＬＰＧ燃料をさらにその下流側でも貯留できる燃料貯留手段を構成している。

第２実施形態に係る流量調整装置においては、温度センサ２および圧力センサ３は、サブタンク２０内に装着され、サブタンク２０内の温度および圧力を検出する。この流量調整装置では、サブタンク２０内で検出された温度および圧力に基づいて、第１実施形態の流量調整装置と同様に、燃料の組成が識別される。そして、同様に、識別された組成に応じてＬＰＧキャブレター６のメイン通路６ａの面積が最適値に調整される。

この第２実施形態に係る流量調整装置によると、第１実施形態に係る流量調整装置と同様に、ユーザに煩雑な作業を要することなく、使用燃料の組成に応じた流量調整を確実に行うことが可能である。

また、ＬＰＧボンベ１は車両部品として設けられることはなく交換して使用されるものであるため、温度センサ２および圧力センサ３を装着することが困難であるが、第２実施形態に係る流量調整装置によると、サブタンク２０内に燃料が貯留された状態で温度および圧力を検出することができる。即ち、ＬＰＧボンベ１内に貯留されている燃料の状態に近い状態で温度および圧力を検出することができる。サブタンク２０内では、燃料は気液混合状態であってほぼ飽和蒸気圧に達した状態になっている。従って、飽和蒸気圧に達した状態で検出された温度および圧力に基づいて燃料の組成を識別できるため、組成識別関数記憶部１２に記憶されている燃料の組成毎の温度および圧力の相関特性にほぼ近い状態で組成をより正確に識別することができる。これにより、燃料の組成識別の信頼性を向上させることができる。

なお、第１実施形態に係る流量調整装置では、燃料供給菅１ａ内を通過する燃料の温度および圧力を検出するものであるため、燃料供給菅１ａ内では燃料が膨張して気体になった状態で温度および圧力が検出されることになる。しかし、第２実施形態に係る流量調整装置では、サブタンク２０内で気液混合状態の燃料の温度および圧力を検出することができ、より正確に燃料の組成を識別することができる。

以上、本発明の第１及び第２実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

例えば、初期設定手段として、初期設定スイッチ８ではなくＬＰＧボンベ１の装着を検出可能なリミットスイッチを用いてよい。しかしリミットスイッチの誤作動を考慮すると、上述した実施形態のようにユーザが直接操作可能な初期設定スイッチ８を用いるのが好ましい。

また、上述の実施形態における初期設定スイッチ８は、ＬＰＧボンベ１装着後にエンジン７を始動させ、さらにその後に操作されることを想定し、運転席近傍のインストルメントパネルに搭載されている。つまり、上述の実施形態では、エンジン７の始動によりコントローラ１０が通電された後に初期設定スイッチ８が操作される構成となっている。これに対し、ＬＰＧボンベ１の装着を検出可能なリミットスイッチを用いる場合はエンジン７停止中にもコントローラ１０を通電させる構成が必要となるが、初期設定スイッチ８を用いる場合は当該構成が必要ないので構成を簡素にできる。

なお、初期設定手段は本発明において必須の構成要素ではなく、省略可能である。

また、温度センサ２および圧力センサ３の装着位置は、ＬＰＧボンベ１とレギュレータ４との間であれば、上述した第１および第２実施形態における装着位置に限定されない。

また、ＬＰＧキャブレター６のメイン通路６ａの面積を変更する通路面積変更手段としては、上述の実施形態におけるパワーアジャストスクリュ９に限定されず、その他様々な手段を用いてよい。

また、パワーアジャストスクリュ９の装着位置は、上述の実施形態のようにＬＰＧキャブレター６のメイン通路６ａに限定されず、上述の実施形態におけるメイン燃料供給管５やその他レギュレータ４とエンジン７との間の燃料通路の適宜位置に設けてよい。

また、メイン通路６ａの面積が最適面積になるよう通路面積変更手段を制御する面積変更制御手段としては、ステッピングモータ９ａなどに限定されず、他のアクチュエータなど、その他様々な手段を用いてよい。

また、本発明に係る流量調整装置は、ＬＰＧを燃料とする車両であれば、フォークリフト１に限らず、例えばトラクタショベル、ショベルローダなどにも適用可能である。

また、第２実施形態に係る流量調整装置は、自動車等で用いられる三次元触媒フィードバックシステムを備えたエンジンに対して適用されるものであってもよい。このようなエンジンでは、ＬＰＧキャブレター６のメイン通路６ａの面積で決まるベースの空燃比と制御目標である理論空燃比との差分を補正するＬＰＧフィードバックインジェクタが備えられている。第２実施形態に係る流量調整装置をこのエンジンに適用した場合、前述のように燃料の組成識別の信頼性が向上するため、そのフィードバック制御の応答性を良くすることができる。そして、応答性が良くなることで、コントローラ１０（ＥＣＵ：Engine Control Unit）において、ベース空燃比に制御するためのステッピングモータ９ａの制御と、理論空燃比に制御するためのＬＰＧフィードバックインジェクタの制御とを同時に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る流量調整装置を備えた、フォークリフトに適用されるＬＰＧ燃料の供給系統を示す配管図である。 図１のＬＰＧキャブレターを示す概略断面図である。 図１の流量調整装置における電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）は、燃料の組成毎の温度および圧力の相関特性を示すグラフ図である。（ｂ）は、燃料のプロパン比率とメイン通路の最適面積との関係を示すグラフ図である。 本発明の第２実施形態に係る流量調整装置を備えた、フォークリフトに適用されるＬＰＧ燃料の供給系統を示す配管図である。

符号の説明

１ ＬＰＧボンベ
１ａ 燃料供給管
２ 温度センサ
３ 圧力センサ
４ レギュレータ
６ ＬＰＧキャブレター
６ａ メイン通路（燃料通路）
７ エンジン
８ 初期設定スイッチ（初期設定手段）
９ パワーアジャストスクリュ（通路面積変更手段）
９ａ ステッピングモータ（面積変更制御手段）
１０ コントローラ
１２ 組成識別関数記憶部
１３ 最適面積関数記憶部
１４ モータ制御部（面積変更制御手段）
１５ ＣＰＵ（組成識別手段、最適面積判断手段）

Claims (4)

1. ＬＰＧボンベとレギュレータとの間の燃料経路に装着され、前記ＬＰＧボンベと前記レギュレータとの間の燃料経路の装着位置における燃料の温度および圧力を検出する温度センサおよび圧力センサと、
   前記レギュレータとエンジンとを接続する燃料通路の面積を変更する通路面積変更手段と、
   前記温度センサおよび前記圧力センサから検出された温度および圧力に基づいて前記燃料の組成を識別する組成識別手段と、
   前記組成識別手段から得られた前記燃料の組成に対応する前記燃料通路の最適面積を判断する最適面積判断手段と、
   前記燃料通路の面積が前記最適面積判断手段により判断された前記最適面積になるよう前記通路面積変更手段を制御する面積変更制御手段とを備えていることを特徴とするＬＰＧ燃料の流量調整装置。
2. 前記温度センサおよび前記圧力センサは、前記ＬＰＧボンベと前記レギュレータとを接続する燃料経路である燃料供給管内に装着され、当該燃料供給管内を通過する燃料の温度および圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載のＬＰＧ燃料の流量調整装置。
3. 前記温度センサおよび前記圧力センサは、前記ＬＰＧボンベと前記レギュレータとの間の燃料経路に配置されて燃料を貯留可能な燃料貯留手段内に装着され、当該燃料貯留手段内の温度および圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載のＬＰＧ燃料の流量調整装置。
4. 前記ＬＰＧボンベの使用初期に初期設定を行う初期設定手段をさらに備えており、
   前記初期設定手段による初期設定時に、前記組成識別手段による前記燃料の識別が行われることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＬＰＧ燃料の流量調整装置。
   

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