JP2006046210A - エンジンの気化ガス燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液化ガス燃料を加熱気化させる熱源としてエンジン冷却水の熱および電気ヒータの熱を利用するものとしたエンジンの気化ガス燃料供給装置について、電気ヒータを用いる低温始動時にバッテリ電圧が過度に低下することによる電子式制御装置の作動不良発生を回避してエンジンの低温始動を確実にする。
【解決手段】 電子式制御装置１０にエンジン冷却水が設定温度以下のとき副熱交換器３１の電気ヒータに通電させる通電制御手段を設けたものとし、これがスタータモータ４２の起動を感知することでその起動から所定の時間だけ副熱交換器３１への通電を停止させるものとして、バッテリ４０の電圧が電子式制御装置１０の最低作動電圧を下回らないものとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は液化ガス燃料を気化させて得た所定正圧の気化ガスをエンジンに供給する装置に関し、殊に液化ガス燃料の加熱気化手段としてエンジン冷却水の熱を利用することに加え電気ヒータの熱を利用しているものにおいて、低温始動を確実に行わせるようにしたエンジンの気化ガス燃料供給装置に関する。

ＬＰＧは古くから火花点火エンジンの燃料に用いられており、大気圧程度の気化ガスに調整して吸気管路に吸引させる周知の方式のほかに、特開平６−１７７０９号公報などに記載されているように、液体ＬＰＧを所定正圧の気化ガスに調整して吸気管路に噴射させる方式が広く知られている。この方式は、噴射量を不安定にしないという利点をもっているため実用化に有利とされており、液体ＬＰＧを加熱気化させる手段として、エンジン冷却水の熱を利用することが慣用されている。

しかし、このようなエンジン冷却水を利用する加熱気化手段は、冷機時に冷却水が低温であるため液体ＬＰＧの気化が充分に行われない、という問題点がある。そこで、例えば特開平５−２２３０１４号公報や特開平１１−３２４８１３号公報に記載されているように、ＬＰＧを減圧・気化するベーパライザにおいて、エンジン冷却水の熱を利用することに加えＬＰＧ経路中に電気ヒータを配置し、冷却水が低温の場合においても電気ヒータによりＬＰＧを気化できるようにした手段が提案されている。

ところが、電気ヒータで液体ＬＰＧを加熱気化させる場合はバッテリの電力を多大に消費してしまうことから、スタータモータ始動時にはバッテリ電圧が瞬間的に低下してエンジン制御用の電子式制御装置の最低作動電圧を下回ることがあり、エンジンの運転制御に不具合が生じやすい。

これに対し、ガソリン燃料システムに採用されているイグニッションスイッチをスタータモータ駆動位置としたときに車両における他のアクセサリ類の電源をオフにして消費電力を抑える、というシーケンス方式を気化ガス燃料システムに適用して電気ヒータをスタータモータ回転中にオフとすると、液体ＬＰＧが気化されないまま燃料噴射弁に送出されることとなり、この場合もエンジンの始動を困難なものとしてしまう。
特開平６−１７７０９号公報 特開平５−２２３０１４号公報 特開平１１−３２４８１３号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、液化ガス燃料の加熱気化にエンジン冷却水の熱を利用することに加え電気ヒータの熱を利用するものとしたエンジンの気化ガス燃料供給装置について、電気ヒータを用いる低温始動時にバッテリ電圧が過度に低下しないようにして、電子式制御装置の作動不良発生を確実に回避して低温始動を確実なものとすることを最大の課題とする。

そこで、本発明は、燃料タンクに貯留した液化ガス燃料を加熱・気化させるための熱源としてエンジン冷却水および電気ヒータを使用したベーパライザと、ベーパライザで所定正圧に調整された気化ガスをエンジンの吸気管路に噴射する燃料噴射弁と、電気ヒータの通電制御手段を有する電子式制御装置とを具えたエンジンの気化ガス燃料供給装置について、通電制御手段をエンジン冷却水が設定温度以下のとき電気ヒータに通電するとともに、スタータモータの起動を感知することでその起動から所定時間前記電気ヒータへの通電を停止させるものとした。

このように、簡単なロジックがプログラムされた通電制御手段を具えた電子式制御装置により、エンジンの低温始動時にスタータモータ起動からバッテリ電圧を最も低下させる期間に合わせて電気ヒータの通電を停止させるようにすることで、電子式制御装置の最低作動電圧を確保することができるため、その作動不良を回避してエンジンの低温始動を確実なものとすることができる。

また、その電気ヒータへの通電停止時間を０．５秒乃至２秒とすれば、スタータモータの電力消費によりバッテリ電圧が大きく低下する時間を充分にカバーするとともに電気ヒータの通電停止時間を必要最小限として、電子式制御装置の最低作動電圧を確実に確保するとともに液化ガス燃料が液体のまま燃料噴射弁に送出されることを回避することができる。

さらに、通電制御手段による電気ヒータへの通電停止時間をエンジン冷却水温度に応じて可変とすれば、環境温度によって変化するバッテリ電圧が大きく低下する時間の長さに対応して、いかなる温度であっても通電停止時間を的確なものとすることができる。

さらにまた、前述したＬＰＧエンジンの気化ガス燃料供給装置において、イグニッションスイッチＯＮ時にエンジン冷却水温度センサからの出力信号を検知し、エンジン冷却水温度が所定の温度に達していない場合に電気ヒータに通電させるものとすれば、電子式制御装置が比較的簡単な手順で電気ヒータ通電の可否を判断することができるため、その処理負担を過大とすることなく極めて短時間にこれを実行することができる。

本発明によると、電気ヒータを用いるエンジンの低温始動時においてバッテリ電圧を過度に低下させないものとして電子式制御装置の作動不良を確実に回避することができ、エンジンの低温始動を確実なものとすることができるものである。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、本実施の形態の気化ガス燃料供給装置を具えたエンジンの配置図を示す図１において、燃料タンク１にはＬＰＧが貯留されており、燃料タンク１から延び電磁駆動の遮断弁２が設置された燃料供給管路９Ａが、エンジン冷却水を熱源に用いた主熱交換器３２を付設したベーパライザ３に接続されている。

ベーパライザ３は、液化ガス燃料を気化させて所定正圧の気化ガスに調整するものであって、主熱交換器３２の下流側には電気ヒータを熱源に用いた副熱交換器３１が設置されており、その下流側には調圧器３０が配置されたものである。また、ベーパライザ３から延びる燃料供給管路９Ｂはエンジン４の吸気管路４ｂに設置した燃料噴射弁５に接続されている。

ベーパライザ３およびこれに付設されたエンジン冷却水を熱源とする主熱交換器３２は、一般的に用いられる周知のものと同様であり、エンジン４に設けられた冷却水ジャケット４ａと主熱交換器３２とが冷却水通路を８ａ，８ｂで接続されて冷却水が循環し、この冷却水の熱で液化ガス燃料を加熱することで生成した気化ガスが、調圧器３０内で所定圧力の正圧に調整されて供給管路９Ｂに送出されるようになっている。

また、主熱交換器３２と調圧器３０の間に設けられた副熱交換器３１は、図示しない電気ヒータであるＰＴＣヒータをその前後両面に伝熱板を密着させて重ねるとともに周縁を周壁で囲むことにより気・液密状態としたヒータユニット３０ａが、ＬＰＧの流入口および流出口を具えたハウジング内にその全外周に空間を有するように収装されたものであり、ＬＰＧがこの空間を通過する間に熱交換を行って気化するようになっている。尚、ヒータユニット３０ａの伝熱板は電極も兼ねており、リレー部１３を介してバッテリ４０側に接続され、リレー部１３が電子式制御装置１０に接続されてその通電を制御するようになっている。尚、ヒータユニット３０ａは並列に複数枚並べてその間を燃料流路とすれば、さらに熱交換効率を高めることができる。

電子式制御装置１０は所定の制御プログラムがインストールされたものであり、通常の燃料噴射制御機能に加えて副熱交換部３１への通電を制御するための通電制御手段を有している。即ち、エンジン４の冷却水ジャケット４ａに配置された温度センサ２０が逐次検知するエンジン冷却水温度に基づいて主熱交換器３２で液体ＬＰＧの加熱気化が不可能または不充分であるかどうかを判断し、不可能または不充分と判断した場合に、副熱交換器３１に通電する指令をリレー部１３に発するようになっている。

そして、通電制御手段はエンジン冷却水温度が上昇して主熱交換器３２による加熱気化だけでエンジン最大要求燃料流量の気化ガスが生成可能であると判断したとき、副熱交換器３１への通電を停止させるようになっている。尚、この判断はイグニッションスイッチ４１をＯＮにすると同時に行われ、副熱交換部３１に通電が必要と判断した場合に即座に通電指令を行うようになっている。従って、エンジンの低温始動時にＬＰＧが液体のまま燃料噴射弁５に送出されることを回避できるようになっている。

また、電子式制御装置１０はスタータモータ４２を駆動させるモータドライバ４３に接続されており、副熱交換器３１に通電中にスタータモータ４２を起動した場合に、通電制御手段でこの起動時から０．５秒乃至２秒間、副熱交換器３１への通電を停止させるようにプログラムされている。

このような構成としたことで、低温始動時におけるスタータモータ４２の電力消費量が大きな時期に合わせてＰＴＣヒータへの通電を一時的に停止させることができ、バッテリ４０の電圧が電子式制御装置１０に作動不良を起こさせるまで低下してしまうことを回避することができる。尚、副熱交換器３１への通電停止時間は、エンジン始動時において検知したエンジン冷却水温度に応じて０．５秒乃至２秒の間で可変とされており、例えばマイナス３０度以下のような極低温では２秒とし、マイナス１０度以下では１秒、０度以上では０．５秒とするように制御するものとすればエンジンの低温始動を確実なものとすることができる。

以下、本実施の形態の気化ガス燃料供給装置の作用について、図２のフローチャートを用いて説明する。

エンジン４の始動に際し、イグニッションスイッチ４１をＯＮとすると、電子式制御装置１０は温度センサ２０を用いてエンジン冷却水温度を検知する（Ａ１）。そして、通電制御手段でこの温度が設定温度に達しているか否かを判断する（Ａ２）。設定温度に達していない場合、ＬＰＧの気化が不可能または不充分な冷却水温度であると判断し（Ｂ１）、リレー部１３に指令して副熱交換器３１に通電させる（Ｂ２）。一方、設定温度に達しておりＬＰＧの気化に充分な温度であると判断した場合（Ａ３）、副熱交換器３１への通電指令は行なわない（Ａ４）。

副熱交換器３１への通電中において、イグニッションスイッチ４１をスタータ位置にすることにより、スタータモータ駆動信号が出力されて、モータドライバ４３を経由してスタータモータ４２が起動し（Ｂ３）、電子式制御装置１０がこれを検知すると（Ｂ３）、通電制御手段で副熱交換機器３１への通電を停止させる（Ｂ４）。そして、通電停止から所定時間カウントし（Ｂ５）、副熱交換器３１への通電を再開させる（Ｂ６）。

このようにすることで、スタータモータ４２駆動中における最も消費電力の大きな期間だけ副熱交換器３１への通電を停止させることができることから、バッテリ４０の電圧が低下して電子式制御装置１０の最低作動電圧を一時的に下回ることにより発生するトラブルを回避することができる。

尚、電子式制御装置１０は、副熱交換器３１通電中においてもエンジン冷却水温度を継続的に検知し、通電制御手段で冷却水温度がＬＰＧの気化に充分な温度になったと判断したとき通電停止指令を行う。このことにより、低温始動時に副熱交換器３１のみまたはこれと主熱交換器３２とによるＬＰＧの加熱気化を開始し、その後、二つの熱交換器３１，３２による加熱気化を行って最終的に本来の主熱交換器３２のみによる加熱気化が行われるようになる。

次に、本実施の形態におけるイグニッションスイッチ４１ＯＮ時からエンジン４が始動してその回転数が安定するまでの、各種信号およびバッテリ４０の電圧における波形図の一例を示す図３の（Ｂ）を用いて、図３の（Ａ）に示す従来例の波形図と比較しながら、さらに説明を加える。

図３の（Ａ）を参照して、従来の気化ガス燃料供給装置においてイグニッションスイッチをＯＮ位置とすると、これと同時に電気ヒータ通電信号が出力され、その通電によりバッテリ電圧は約３Ｖ低下する。そして、イグニッションスイッチをスタータモータ駆動位置まで回すと、スタータモータ駆動信号が出力され、これによりバッテリ電圧はさらに低下して６Ｖを一瞬下回ってしまう。そのため、電子式制御装置の最低作動電圧を下回ってエンジンの運転制御が実行不能となり始動時におけるエンジン運転状態を良好に保つことが困難となる。

これに対し、本実施の形態においてイグニッションスイッチ４１をスタータモータ４２駆動位置としたとき、電気ヒータ通電信号を所定時間ＯＦＦにする。このことにより、このＯＦＦとしている時期と従来例のバッテリ電圧が大きく低下する時期とが一致することから、従来例においてバッテリ電圧が最大で９Ｖ以上低下するのに対し、電圧の低下幅が最大でも５〜６Ｖ程度に抑えられ、電子式制御装置１０の最低作動電圧を一瞬たりとも下回ることがない。従って、エンジン４の低温始動時において副熱交換器３１によるＬＰＧの熱交換は充分に確保しながら、電子式制御装置１０の作動不良を招くことがなく、始動時におけるエンジン４の運転状態を良好に保つことができる。

以上述べたように、本実施の形態に係る気化ガス燃料供給装置により、電気ヒータを用いる低温始動時においてスタータモータの電力消費がピークになる時期と一致させてＰＴＣヒータへの通電停止時間を設けたことで、バッテリ電圧を過度に低下させないものとし、従って電子式制御装置の作動不良を確実に回避することができるため、エンジンの低温始動を確実なものとすることができるものである。

本発明の実施の形態を示す配置図。 図１の実施の形態について電子式制御装置の動作を説明するフローチャート。 （Ａ）は、従来例における各信号およびバッテリ電圧の波形図、（Ｂ）は、本実施の形態における各信号およびバッテリ電圧の波形図。

符号の説明

１ 燃料タンク、 ３ ベーパライザ、 ４ エンジン、 ４ｂ 吸気管路、 ５ 燃料噴射弁、 １０ 電子式制御装置、 １３ リレー部、 ２０ 温度センサ、 ３０ 圧力調整器、 ３１ 副熱交換器、 ３１ａ ヒータユニット、 ３２ 主熱交換器、 ４０ バッテリ、 ４１ イグニッションスイッチ、 ４２ スタータモータ、 ４３ モータドライバ

Claims (4)

1. 燃料タンクに貯留した液化ガス燃料を加熱・気化させるための熱源としてエンジン冷却水および電気ヒータを使用したベーパライザと、前記ベーパライザで所定正圧に調整された気化ガスをエンジンの吸気管路に噴射する燃料噴射弁と、前記電気ヒータの通電制御手段を有する電子式制御装置とを具えたエンジンの気化ガス燃料供給装置において、
   前記通電制御手段はエンジン冷却水が設定温度以下のとき前記電気ヒータに通電するが、スタータモータの起動を感知することでその起動から所定時間前記電気ヒータへの通電を停止させるものとされている、
   ことを特徴とするエンジンの気化ガス燃料供給装置。
2. 前記電気ヒータへの通電停止時間が０．５秒乃至２秒とされていることを特徴とする請求項１に記載したエンジンの気化ガス燃料供給装置。
3. 前記通電制御手段による電気ヒータへの通電停止時間は、エンジン冷却水温度に応じて可変とされていることを特徴とする請求項２に記載したエンジンの気化ガス燃料供給装置。
4. 前記通電制御手段は、イグニッションスイッチＯＮ時にエンジン冷却水温度センサからの出力信号を検知し、エンジン冷却水温度が前記設定温度に達していない場合に前記電気ヒータへの通電を開始させるものとされている、ことを特徴とする請求項１，２または３に記載したエンジンの気化ガス燃料供給装置。
   

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