JP2005207341A - エンジンの燃料供給方法と燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガソリン燃料とＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料とを併用するエンジンにおいて、エンジンの始動性の確保と、クリーンな排ガス性能の確保と、ガソリンの長期不使用による劣化の防止と、エンジンバルブシート部などの摩耗防止を図る。
【解決手段】ガソリン燃料である第１燃料と、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料を用いるエンジンの燃料供給方法において、エンジンの始動時には第１燃料のみを供給し、エンジンのアイドル及び低負荷領域では第２燃料のみを供給し、エンジンの中負荷領域及び高負荷領域では第１燃料と第２燃料を供給する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンの燃料供給方法と燃料供給装置に関するもので、詳しくはガソリンと該ガソリン以外の燃料とをエンジンの運転状況に応じて供給したり停止させる燃料供給方法と燃料供給装置に関する。

従来、ガソリン燃料とＬＰＧ燃料を用いるエンジンにおいて、ガソリン燃料を常時エンジンに供給し、ＬＰＧ燃料を、その気化可能な温度に達した場合に追加的に供給するシステムが知られている（特許文献１）。
また、エンジンの始動時はガソリン燃料のみを供給し、エンジン水温が設定温度に達するとＬＰＧ燃料のみを供給するシステムも知られている。
実開平４−３２２４８号公報

ところで、ガソリン燃料はＬＰＧ燃料やＣＮＧ燃料に比べて排ガス性能（排気ガスをクリーンなものにする性能）に劣る。また、エンジン始動時には、始動性の確保からガソリン燃料を供給する必要がある。

前記従来のように、エンジンの始動時にガソリン燃料を供給し、かつ、始動後もＬＰＧ燃料と併用して、常時ガソリン燃料をエンジンに供給するものにおいては、クリーンな燃料であるＬＰＧ燃料の長所を充分に活かしてクリーンな排ガス性能を得ることができない問題がある。

また、前記従来のように、エンジン始動のみガソリンを使用するものにおいては、ガソリンの毎回の消費量が少量であるため、ガソリンの長期不使用による劣化とエンジンバルブシート部の摩耗が予想される。

そこで本発明は、エンジンの始動性を確保し、かつ、暖機後におけるエンジンの運転状況に応じてガソリン燃料とＬＰＧ燃料又はＣＮＧ燃料の供給を制御して前記の各問題を解決するエンジンの燃料供給方法と燃料供給装置を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ガソリン燃料である第１燃料と、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料を用いるエンジンの燃料供給方法において、エンジンの始動時には第１燃料のみを供給し、エンジンのアイドル及び低負荷領域では第２燃料のみを供給し、エンジンの中負荷領域及び高負荷領域では第１燃料と第２燃料を供給することを特徴とするエンジンの燃料供給方法である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記エンジンの中負荷領域及び高負荷領域での第１燃料と第２燃料の供給量の割合を、第１燃料：第２燃料＝１：９〜２：８に設定したエンジンの燃料供給方法である。

請求項３記載の発明は、ガソリン燃料である第１燃料と、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料を用いるエンジンの燃料供給装置において、エンジンの始動時には第１燃料のみを供給する手段と、エンジンのアイドル及び低負荷領域では第２燃料のみを供給する手段と、エンジンの中負荷領域及び高負荷領域では第１燃料と第２燃料を供給する手段を備えたことを特徴とするエンジンの燃料供給装置である。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記エンジンの中負荷領域及び高負荷領域での第１燃料と第２燃料の供給量の割合を、第１燃料：第２燃料＝１：９〜２：８に設定する手段を設けたエンジンの燃料供給装置である。

請求項５記載の発明は、ガソリン燃料である第１燃料と、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料を用いるエンジンの燃料供給方法において、エンジンの始動時には第１燃料のみを供給し、エンジンの暖機完了と判断されると第２燃料のみの供給に切り替え、該第２燃料の供給開始から設定時間経過後に第１燃料のみの供給に切り替え、該切り替えられた第１燃料の供給開始から設定時間経過後に第２燃料のみの供給に切り替え、以後、走行中において、第１燃料と第２燃料を設定時間毎に切り替えて交互に供給するようにしたことを特徴とするエンジンの燃料供給方法である。

請求項６記載の発明は、ガソリン燃料である第１燃料と、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料を用いるエンジンの燃料供給装置において、エンジンの始動時には第１燃料のみを供給する手段と、エンジンの暖機完了と判断されると第２燃料のみの供給に切り替える手段と、この第２燃料の供給開始から設定時間経過後に第１燃料のみの供給に切り替える手段と、この切り替えられた第１燃料の供給開始から設定時間経過後に第２燃料のみの供給に切り替え、以後、走行中において、第１燃料と第２燃料を設定時間毎に切り替えて交互に供給する手段を備えたことを特徴とするエンジンの燃料供給装置である。

請求項１記載の発明によれば、エンジンの始動時にはガソリン燃料によりエンジンの始動性を確保でき、エンジンのアイドル及び低負荷領域ではＬＰＧ燃料やＣＮＧ燃料によるクリーンな排ガス性能が得られる。

また、エンジンの中負荷領域及び高負荷領域では、ガソリン燃料のみの供給に比べて第２燃料の使用によるクリーンな排ガス性能を得ることができるとともに、第１燃料であるガソリン燃料を使用することにより、第２燃料のみを使用するものに比べて、ガソリンの長期不使用による劣化を防止でき、かつ、潤滑性に乏しい第２燃料の連続使用によるエンジンバルブシート部などの摩耗を防止することができる。更に、第１燃料と第２燃料を同時にインジェクタにより噴射供給することにより、両燃料の霧化が良くなる。

請求項２記載の発明のように、第１燃料と第２燃料の割合を設定することにより、エンジンの中負荷領域及び高負荷領域での前記の効果を最良にすることができる。

請求項３記載の発明によれば、前記請求項１の発明を達成し、かつ、前記の効果を発揮できるエンジンの燃料供給装置を提供できる。

請求項４記載の発明によれば、前記請求項２の発明を達成し、かつ、前記の効果を発揮できるエンジンの燃料供給装置を提供できる。

請求項５記載の発明によれば、エンジンの始動時にはガソリン燃料によるエンジンの始動性を確保でき、エンジンの暖機後の走行中においては第１燃料と第２燃料を設定時間毎に切り替えて交互に供給するため、前記請求項１と同様な効果を発揮することができ、かつ、第１燃料と第２燃料が相互に平均して使用されるため、両燃料タンクの容量を小さくして車両搭載性の向上を図ることができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項５の発明を達成し、かつ、前記の効果を発揮できるエンジンの燃料供給装置を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態について図に示す実施例により説明する。
図１に示すシステム図において、エンジン１への吸気通路２は、エアクリーナ３から吸気された空気が、エアフローメータ４、スロットルバルブ５、チャンバ６を通じてエンジン１へ供給されるように形成されている。

前記チャンバ６の下流の吸気通路２には、ガソリン燃料である第１燃料を噴射供給する第１インジェクタ７と、ＬＰＧ燃料又はＣＮＧ燃料である第２燃料を噴射供給する第２インジェクタ８が設けられている。

前記第１インジェクタ７には、ガソリンタンク９内に備えられた燃料ポンプ１０から圧送されたガソリン燃料が、第１燃料供給路１１を通じて供給されるようになっている。また、第１インジェクタ７からの余剰燃料は、リターン路１２を通じて燃料タンク９内に戻されるようになっている。

前記第２インジェクタ８には、ＬＰＧ燃料又はＣＮＧ燃料の液体状の第２燃料を貯蔵する第２燃料タンク１３から、第２燃料供給路１４を通じて加圧された液体状の第２燃料が供給されるようになっている。該第２燃料供給路１４には、第１遮断弁１５、第２遮断弁１６が設けられているとともに、第２燃料の圧力を検知する圧力センサ１７と第２燃料の温度を検知する燃温センサ１８が設けられている。更に、第２インジェクタ８からの余剰燃料は、リターン路１９とプレッシャレギュレータ２０を通じて第２燃料タンク１３内に戻されるようになっている。

前記エンジン１には水温センサ２１が設けられている。更に、エンジン１からの排気管にはＯ₂センサ２２が設けられている。

前記ポンプ１０の駆動と停止及び第１インジェクタ７の開閉駆動はＥＣＵ（エンジンコントロールコンピュータ）２３により制御されるようになっている。ポンプ１０及び第１インジェクタ７からＥＣＵ２３への回路は、第２燃料コントロールコンピュータ２６へ、リレー２４，２５を介して接続されており、ＥＣＵ２３からの信号によって第１燃料が供給されているときに、第２燃料コントロールコンピュータ２６からの指令によって、ＥＣＵ２３からの信号をカットし、第１燃料の供給を停止するようになっている。

前記第２インジェクタ８の開閉駆動及び第１遮断弁１５及び第２遮断弁１６の開閉駆動は第２燃料コントロールコンピュータ２６により制御されるようになっている。更に、前記圧力センサ１７及び燃温センサ１８の信号が第２燃料コントロールコンピュータ（ＥＣＵ）２６に入力され、この信号が第２インジェクタ８の開閉制御に周知の如く加味される。

なお、ＥＣＵ２３は元来のガソリン車に搭載されているＥＣＵであり、このＥＣＵにてエンジン運転条件に合ったガソリン噴射量を噴射するために各入力信号を基にして演算処理を行いガソリン用インジェクタ(第１インジェクタ）７駆動信号を出力するものである。また、ＥＣＵ２６はＥＣＵ２３で演算したガソリン用インジェクタ(第１インジェクタ）７の駆動信号をＥＣＵ２６へ入力してその時の第２燃料の性状に合った第２インジェクタ８の駆動信号に演算するようになっている。このため、ＥＣＵ２３からＥＣＵ２６へは気筒数分のガソリン用インジェクタの駆動信号Ａ〜Ｄを入力するようになっている。

前記チャンバ６には吸気圧センサ２７が設けられて吸気負圧を検出するようになっており、該吸気圧センサ２７の信号は前記第２燃料コントロールコンピュータ２６（ＥＣＵ）に入力される。また、エンジンの回転を計測する回転計２８の回転信号も第２燃料コントロールコンピュータ２６に入力されるようになっている。
２９はガソリンシステム選択スイッチである。

次に、前記のシステムによる燃料供給方法の第１実施例を図２に示すフローチャートにより説明する。

本第１実施例は、第１燃料と第２燃料の供給量（噴射量）の比（割合）を制御して燃料を供給する方法である。

エンジン始動時にイグニッションスイッチをオン作動（ステップ１０１）すると、燃料ポンプ１０が駆動して第１燃料供給系が開となるとともに、第２燃料供給路１４に設けられた遮断弁１５が開作動し、遮断弁１６が閉作動して第２燃料供給系が閉じられる（ステップ１０２）。

エンジンをスタートさせると（ステップ１０３）、第１インジェクタ７が駆動されて第１燃料が第１インジェクタ７から噴射され、第１燃料の供給が開始される。なお、第２燃料供給路１４は閉状態にあり、第２燃料の供給は停止状態にある（ステップ１０４）。そのため、エンジン始動は第１燃料であるガソリン燃料のみで行われる。

エンジンの駆動後、水温センサ２１によりエンジン冷却水が検知され、その信号に基づいてＥＣＵ２３により暖機完了か否かの判断がなされる（ステップ１０５）。なお、例えば水温が８０℃で暖機完了と判定する。

暖機が完了すると、吸気圧センサ２７とＥＣＵ２３により、エンジンがアイドル状態か低負荷領域かの判断を行う（ステップ１０６）。例えば、吸気負圧が４０ｋｐａ未満の場合にはアイドル及び低負荷領域と判断し、４０〜６０ｋｐａ未満の場合には中負荷領域と判断し、６０ｋｐａ以上で高負荷領域と判断する。

ステップ１０６でアイドル状態或いは低負荷領域と判断された場合には、燃料ポンプ１０及び第１インジェクタ７の駆動を停止して第１燃料の供給を停止するとともに、第２燃料供給路１４の遮断弁１６を開作動し（遮断弁１５は開状態）、第２インジェクタ８を駆動して第２燃料の噴射供給を開始する（ステップ１０７）。したがって、このアイドル及び低負荷領域では、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料のみの噴射供給となり、第１燃料と第２燃料との割合は０：１０となる（ステップ１０８）。そして、アイドル及び低負荷領域での継続中はステップ１０６に戻る。このように、アイドル及び低負荷領域では第２燃料のみが噴射供給されるため、クリーンな排ガス状態が得られる。

前記ステップ１０６において、アイドル及び低負荷領域ではないと判断された場合はステップ１０９において、中負荷領域か高負荷領域かが判断される。

ステップ１０９で中負荷領域或いは高負荷領域と判断されると、燃料ポンプ１０と第１インジェクタ７が駆動して第１燃料が噴射供給され、第２燃料供給路１４が前記の開状態において第２インジェクタ８も駆動されて第２燃料も噴射供給される（ステップ１１０）。

このとき、第１インジェクタ７による第１燃料の供給量（噴射量）と第２インジェクタ８による第２燃料の供給量（噴射量）の割合（比）は、第１燃料：第２燃料＝１：９〜２：８の割合とする。この燃料供給の割合は、第１インジェクタ７の開弁時間と第２インジェクタ８の開弁時間をＥＣＵ２３と第２燃料コントロールコンピュータ２６により制御して行う。すなわち、第１インジェクタ７の１回の噴射の開弁時間を短くし、第２インジェクタ８の１回の噴射の開弁時間を長くする（ステップ１１１）。

この中負荷領域及び高負荷領域においてはガソリンである第１燃料がエンジンに供給されるため、ガソリンの長期不使用によるガソリンの劣化を防止できるとともに、潤滑性に乏しいＬＰＧ燃料やＣＮＧ燃料のみの連続使用によるエンジンバルブシート部などの摩耗を防止することができる。

また、この中負荷領域及び高負荷領域においては、第１燃料と第２燃料とが同時に噴射され、かつ、第２燃料の燃圧が第１燃料の液圧よりも大きいことから、第１燃料（ガソリン燃料）に第２燃料（ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料）が衝突したり、或いは衝突しなくても互いに噴霧が干渉しあって両燃料の霧化がよくなる。

前記中負荷領域或いは高負荷領域が継続している間は、ステップ１０６、ステップ１０９〜ステップ１１１をくり返す。

次に、中負荷領域或いは高負荷領域外と判断した場合はステップ１１２によりエンジン停止か否かを判断する。

エンジンが停止した場合は、ポンプ１０を停止し、第１インジェクタ７の駆動を停止して第１燃料の噴射供給を停止し、かつ、遮断弁１６を閉作動するとともに第２インジェクタ８の駆動を停止して第２燃料の噴射供給を停止する（ステップ１１３）。

また、ステップ１１２によりエンジンが停止されていないと判断した場合には、前記ステップ１０６に戻る。

次に、前記システムによる燃料供給方法の第２実施例を図３に示すフローチャートにより説明する。

本第２実施例は、第１燃料と第２燃料の供給を交互に切り替えて行う方法である。
エンジン始動時にイグニッションスイッチをオン作動（ステップ１０１）すると、燃料ポンプ１０が駆動して第１燃料供給系が開となるとともに、第２燃料供給路１４に設けられた遮断弁１５が開作動し、遮断弁１６が閉作動して第２燃料供給系が閉じられる（ステップ１０２）。

エンジンをスタートすると（ステップ１０３）、第１インジェクタ７が駆動されて第１燃料が第１インジェクタ７から噴射され、第１燃料の供給が開始される。なお、第２燃料供給路１４は閉状態にあり、第２燃料の供給は停止状態にある（ステップ１０４）。そのため、エンジン始動は第１燃料であるガソリン燃料のみで行われる。

エンジンの駆動後、水温センサ２１によりエンジン冷却水が検知され、その信号に基づいてＥＣＵ２３により暖機完了か否かの判断がなされる（ステップ１０５）。なお、例えば水温が８０℃で暖機完了と判定する。

暖機完了（ステップ１０５）後は、ポンプ１０及び第１インジェクタ７の駆動を停止して第１燃料（ガソリン燃料）の噴射供給を停止するとともに、遮断弁１５と遮断弁１６を開弁して第２インジェクタ８を駆動し、第２燃料（ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料）の噴射供給を開始する（ステップ１１５）。

この第２燃料の噴射供給開始から設定時間Ｔ１が経過したか否かをＥＣＵ２３内に設けたタイマ（図示せず）で判断する（ステップ１１６）。この設定時間Ｔ１はタンクの容量などにより所望に設定するものであるが、例えば数十分とする。この設定時間Ｔ１が経過した後にエンジンがアイドル状態であるか否かを判断する（ステップ１１７）。例えば、吸気負圧が４０ｋｐａ未満の場合はアイドル状態と判断する。アイドル状態である場合はステップ１１６に戻る。したがって、暖機完了から設定時間Ｔ１の間、及び該設定時間Ｔ１後もアイドル状態である場合はその間まで第２燃料（ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料）のみが第２インジェクタ８から噴射供給され、クリーンな排ガス性能が得られる。

前記設定時間Ｔ１が経過し、かつ、アイドル状態ではない場合は、ＥＣＵ２３により走行中か否かを判断する（ステップ１１８）。

走行中ではなく、エンジンが停止と判断された場合は、遮断弁１６を閉弁するとともに第２インジェクタ８の駆動を停止して第２燃料の噴射供給を停止する（ステップ１１９）。

前記設定時間Ｔ１が経過し、かつ、走行中と判断した場合は、ポンプ１０及び第１インジェクタ７を駆動して第１燃料の噴射供給を開始するとともに遮断弁１６を閉作動し、第２インジェクタ８の駆動を停止して第２燃料の噴射供給を停止する（ステップ１２０）。

これにより、第２燃料の噴射供給から第１燃料の噴射供給に切り替えられる。
この燃料切り替え後、アイドル状態か否かを判断し（ステップ１２１）、アイドル状態である場合には、ポンプ１０及び第１インジェクタ７の駆動を停止して第１燃料の噴射供給を停止するとともに、遮断弁１６を開作動し、第２インジェクタ８を駆動して第２燃料の噴射供給を開始する（ステップ１２２）。

これにより、第１燃料の噴射供給から第２燃料の噴射供給に切り替えられる。
この第２燃料供給開始後、設定時間Ｔ１が経過したか否かをＥＣＵ２３内のタイマ（図示せず）により判断する（ステップ１２３）。この設定時間Ｔ１は前記の設定時間Ｔ１と同等の時間である。この設定時間Ｔ１が経過しない間は第２燃料のみが噴射供給される。

この設定時間Ｔ１が経過すると、前記ステップ１１６に戻り、前記のステップをくり返す。

次に、前記ステップ１２１において、アイドル状態ではないと判断した場合には、ＥＣＵ２３により走行中か否かを判断し（ステップ１２４）、走行中である場合には、前記ステップ１２０における第１燃料供給開始時点から設定時間Ｔ２が経過したか否かをＥＣＵ２３のタイマ（図示せず）により判断する（ステップ１２５）。この設定時間Ｔ２は所望に設定するものであるが、例えば数十分とする。

前記経過時間Ｔ２が経過しない間はステップ１２１に戻る。
前記経過時間Ｔ２が経過した場合には、ポンプ１０及び第１インジェクタ７の駆動を停止して第１燃料の噴射供給を停止するとともに、遮断弁１６を開弁し第２インジェクタ８を駆動して第２燃料の噴射供給を開始する（ステップ１２６）。

これにより、第１燃料の噴射供給から第２燃料の噴射供給に切り替えられる。
その後は、ステップ１１６に戻り、前記のステップを繰り返し、走行中は、第１燃料と第２燃料を交互に切り替えて噴射供給する。

また、前記ステップ１２４において、走行中ではなくＥＣＵ２３によりエンジンが停止されたと判断された場合には、ポンプ１０と第１インジェクタ７の駆動を停止して第１燃料の噴射供給を停止する（ステップ１２７）。

本第２実施例においては、第１燃料（ガソリン燃料）と第２燃料（ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料）が設定時間を経過する毎に交互に切り替えられて噴射供給されるため、第２燃料のみ噴射供給する間においてはクリーンな排ガス性能が得られる。

また、第１燃料も間欠的に設定時間噴射供給されるため、第１燃料（ガソリン）の長期不使用による劣化を防止できるとともに、潤滑性に乏しいＬＰＧ燃料やＣＮＧ燃料のみの連続使用によるエンジンバルブシート部などの摩耗を防止することができる。

更に、第１燃料と第２燃料を設定時間にて交互に使用するので、両燃料の消費を平均化でき、両燃料タンクの容量を小さくでき、燃料タンクの車両搭載性が向上する。

本発明の実施例を示すシステム図。 本発明の燃料供給方法の第１実施例を示すフローチャート。 本発明の燃料供給方法の第２実施例を示すフローチャート。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気通路
７ 第１燃料用の第１インジェクタ
８ 第２燃料用の第２インジェクタ
９ 第１燃料タンク
１３ 第２燃料タンク
１５ 遮断弁
１６ 遮断弁
２１ 水温センサ
２３ ＥＣＵ
２６ 第２燃料コントロールコンピュータ
２７ 吸気圧センサ

Claims (6)

1. ガソリン燃料である第１燃料と、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料を用いるエンジンの燃料供給方法において、エンジンの始動時には第１燃料のみを供給し、エンジンのアイドル及び低負荷領域では第２燃料のみを供給し、エンジンの中負荷領域及び高負荷領域では第１燃料と第２燃料を供給することを特徴とするエンジンの燃料供給方法。
2. 前記エンジンの中負荷領域及び高負荷領域での第１燃料と第２燃料の供給量の割合を、第１燃料：第２燃料＝１：９〜２：８に設定した請求項１記載のエンジンの燃料供給方法。
3. ガソリン燃料である第１燃料と、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料を用いるエンジンの燃料供給装置において、エンジンの始動時には第１燃料のみを供給する手段と、エンジンのアイドル及び低負荷領域では第２燃料のみを供給する手段と、エンジンの中負荷領域及び高負荷領域では第１燃料と第２燃料を供給する手段を備えたことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
4. 前記エンジンの中負荷領域及び高負荷領域での第１燃料と第２燃料の供給量の割合を、第１燃料：第２燃料＝１：９〜２：８に設定する手段を設けた請求項３記載のエンジンの燃料供給装置。
5. ガソリン燃料である第１燃料と、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料を用いるエンジンの燃料供給方法において、エンジンの始動時には第１燃料のみを供給し、エンジンの暖機完了と判断されると第２燃料のみの供給に切り替え、該第２燃料の供給開始から設定時間経過後に第１燃料のみの供給に切り替え、該切り替えられた第１燃料の供給開始から設定時間経過後に第２燃料のみの供給に切り替え、以後、走行中において、第１燃料と第２燃料を設定時間毎に切り替えて交互に供給するようにしたことを特徴とするエンジンの燃料供給方法。
6. ガソリン燃料である第１燃料と、ＬＰＧ燃料またはＣＮＧ燃料である第２燃料を用いるエンジンの燃料供給装置において、エンジンの始動時には第１燃料のみを供給する手段と、エンジンの暖機完了と判断されると第２燃料のみの供給に切り替える手段と、この第２燃料の供給開始から設定時間経過後に第１燃料のみの供給に切り替える手段と、この切り替えられた第１燃料の供給開始から設定時間経過後に第２燃料のみの供給に切り替え、以後、走行中において、第１燃料と第２燃料を設定時間毎に切り替えて交互に供給する手段を備えたことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。

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