JP2007056679A - エンジンのｌｐｇ燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンのＬＰＧ燃料供給装置について、エンジンの低温始動から暖機運転の期間において供給燃料に未気化の液体燃料が混入することを回避して、その運転性を良好に維持できるようにする。
【解決手段】 レギュレータ３ａに加えヒータユニット３ｂを併用する加熱気化手段３と、ヒータユニット３ｂの作動開始・停止の判定を行うヒータ作動判定手段を有する電子制御ユニット１０とを備え、電子制御ユニット１０がエンジン運転状態を表すデータを基にエンジン要求燃料流量に対応した燃料流量指数を算出する燃料流量指数算出手段を有し、この燃料流量指数を基にヒータ作動判定手段が電気ヒータによる補助加熱の必要性を判定するものとして、電気的な加熱を要しないエンジン冷却水温度であっても、エンジン運転状況により必要に応じてヒータユニット３ｂによる補助加熱を実行するように制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＬＰＧ（液化石油ガス）を減圧気化させて得た気化ガスをエンジンに供給するための装置に関し、殊に、ＬＰＧ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することでエンジンの低温始動から暖機運転の期間においてエンジンの運転性を高めるようにしたＬＰＧ燃料供給装置に関する。

ＬＰＧは、従前より火花点火エンジンの燃料に用いられており、レギュレータ（ベーパライザ）とミキサとを使用して大気圧程度に減圧させた気化ガスとして吸気管路に吸引させてエンジンに供給する方式が知られている。また、特開平６−１７７０９号公報に記載されているように、ＬＰＧを所定正圧の気化ガスに調整してエンジンの吸気管路に噴射させる方式が汎用されている。

前記所定正圧の気化ガスに調整する方式においては、ＬＰＧ燃料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、斯かるエンジン冷却水の熱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ことから燃料の気化が不充分となりやすく、液体燃料混入により混合気過濃となってエンジンの始動を困難にさせてしまう、という問題点がある。

そこで、実開昭５６−４１１４７号公報には、エンジン冷却水の熱を利用することに加え電気ヒータをベーパライザ上流に配置して冷却水の低温時にも燃料を気化できるようにしたものが提案され、さらに、特開平５−２２３０１４号公報には、冷却水温度の上昇等から暖機終了の判定を実施し電気ヒータへの通電を自動的に停止するようにしたものが提案されている。

殊に後者のものは、始動時のスタータモータの作動を遅延回路で遅延制御させることでエンジン始動前に電気ヒータによる液体燃料の加温を充分に行うための予熱時間を取るようにしており、エンジン始動後直ちに高出力運転となるような場合であっても電気ヒータのレスポンス時間差に対応して、液体燃料混入によるエンジンの不調を回避しようとしている。

しかしながら、前記遅延回路による予熱時間は一定に設定されているため、低温始動時以外の常温始動やエンジン暖機後の再始動においてもスタータの遅延制御が働いてしまい、電気ヒータ作動の必要のない温度域でのスムースな始動を阻害してしまう結果となる。また、ヒータ停止の判断がエンジン冷却水温上昇による暖機完了の判定によることだけでは、例えばエンジン始動後に冷却水温度が上昇してヒータへの通電を停止した場合であっても、エンジン要求燃料流量がベーパライザの気化能力を超えるような場合には、液体燃料の混入によりエンジン運転状態を悪化さてしまうという問題を回避することが出来ない。
特開平６−１７７０９号公報 実開昭５６−４１１４７号公報 特開平５−２２３０１４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、ＬＰＧ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ＬＰＧ燃料供給装置について、エンジンの低温始動から暖機運転の期間において供給燃料に未気化の液体燃料が混入することを回避して、その運転性を良好に維持できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、エンジン冷却水を利用するレギュレータに加え電気ヒータを併用してＬＰＧを加熱気化するための加熱気化手段と、エンジン冷却水温検出手段を用いて検知した冷却水温度データを基に電気ヒータの作動開始および停止の判定を行うヒータ作動判定手段を有し電気ヒータの作動を制御する電子制御ユニットと、を備えたエンジンのＬＰＧ燃料供給装置において、
電子制御ユニットが、所定の検出手段を用いて検知したエンジン運転状態を表すデータを基にエンジン要求燃料流量に対応した燃料流量指数を算出する燃料流量指数算出手段を有し、ヒータ作動判定手段がこの燃料流量指数とレギュレータの加熱気化能力とを比較して電気ヒータによる補助加熱の必要性を判定することにより、電気ヒータの作動を要しないエンジン冷却水温度であっても、エンジン運転状況により必要に応じて電気ヒータによる補助加熱を実行する制御を行うこととした。

これにより、冷却水温データを基に電気ヒータの作動を制御してレギュレータのみで始動可能な場合に無駄な電力消費を回避することに加え、エンジン冷却水温度が電気ヒータ作動の不要な基準温度以上であっても、始動直後に全開運転をする場合など、レギュレータの加熱気化能力のみでは不充分となる状況に対応して燃料の補助加熱を実施するものとなるため、未気化の液体部分が供給燃料に混入することによるトラブルを最小限とすることができる。

また、この燃料流量指数算出手段は、エンジン回転数データと所定のエンジン負荷データとの積、或いはエンジン吸入空気量データを基に、エンジンが必要とする燃料流量指数を逐次算出することとすれば、吸気管圧力や有効噴射パルス幅などのエンジン負荷データやエンジン吸入空気量など、エンジン既設の検出手段による検出データを用いてエンジン要求燃料流量に対応する正確な燃料流量指数を求めることができる。

さらに、上述したエンジンのＬＰＧ燃料供給装置において、電子制御ユニットは、検知した燃料タンク圧力データおよびエンジン始動前に検知した冷却水温データを基に所定の計算方法でスタータ駆動遅延時間を設定するスタータ遅延時間設定手段を有し、スタータモータ駆動前に必要に応じて燃料の予熱時間を設定して、イグニッションスイッチを入れてもこの予熱時間経過前にスタータモータが駆動しないように制御することにより、エンジン始動時に未気化のＬＰＧがエンジンに送出されることが回避されることに加え、スタータ遅延が不要なエンジン始動時において無用なスタータ駆動遅延制御が行われることが有効に回避される。

加えて、このスタータ駆動遅延制御を行うエンジンのＬＰＧ燃料供給装置に、運転者にスタータ遅延制御中であることを認知させるスタータ遅延表示手段を設け、これがスタータ遅延制御期間のみ作動することとすれば、スタータスイッチを入れてもスタータモータが駆動しない理由を運転者が容易に知ることが出来る。

さらに加えて、上述したエンジンのＬＰＧ燃料供給装置において、電子制御ユニットは、エンジン冷却水温データおよびエンジン回転数データを基にインジェクタの燃料噴射量を加熱気化手段の加熱気化能力内に制限するための最大噴射パルス幅を設定する最大噴射幅設定手段を有しており、算出された通常の噴射パルス幅がこの最大噴射パルス幅を超える場合に、これを超えない範囲内に補正制御、或いは加熱気化手段の加熱気化能力内となるように燃料カット制御することとすれば、エンジン始動直後に高出力運転等を行う場合等でも加熱気化手段の気化能力を上回る燃料流量とならないものとして、ＬＰＧが液体のまま送出されることを確実に回避することができる。

本発明によると、エンジンの低温始動から暖機運転の期間において、エンジン供給燃料に液体燃料が混入することを有効に回避して、その運転性を良好に維持できるものである。

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ＬＰＧ燃料供給装置を備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燃料が液体の状態で貯留されており、燃料タンク１から延びた燃料供給管路９Ａがベーパライザ３ａと電気ヒータを内装したヒータユニット３ｂとからなる加熱気化手段３に接続している。また、燃料供給管路９Ａにおいて燃料タンク１出口寄りには遮断弁２ａが、加熱気化手段３入口寄りには遮断弁２ｂが配設されている。

加熱気化手段３は、ＬＰＧを液体の状態から減圧・気化して所定正圧の気化ガスに調整するものであり、入口側に電気ヒータを熱源に用いたヒータユニット３ｂが設けられ、その下流側にはエンジン冷却水を熱源に用いたベーパライザ３ａが設けられており、さらにベーパライザ３ａには図示しない調圧手段が付設されている。また、加熱気化手段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に設置したインジェクタ５に接続されている。

エンジン冷却水を熱源とするベーパライザ３ａは、一般的に用いられる周知のベーパライザ（レギュレータ）と同様の構成であり、エンジン４に設けられた冷却水ジャケット４ａと冷却水通路８ａ，８ｂで接続されてエンジン冷却水が循環し、その熱でＬＰＧを加熱して生成した気化ガスが調圧手段で所定正圧に調整されて、燃料供給管路９Ｂに送出されるようになっている。

また、ベーパライザ３ａの上流側に設けられたヒータユニット３ｂは、例えば平板状のＰＴＣヒータ等の電気ヒータを収装してＬＰＧとの間で熱交換を行うものであり、これが電子制御ユニット１０に電気的に接続されて、その作動を制御されるようになっている。

電子制御ユニット１０は、記憶手段に一般的なエンジン制御プログラムがインストールされたものであるが、通常の燃料噴射制御機能に加えて、イグニッションキイＯＮ時から暖機運転終了時までのエンジン運転初期において、エンジン冷却水温度やエンジン運転状態を表す種々のデータを基に電気ヒータによる補助加熱の必要性をきめ細かく判断しその作動を制御するためのヒータ作動判定手段を有しているとともに、電気ヒータでＬＰＧを加熱する充分な予熱期間をエンジン始動前に確保する目的で、バッテリ４０との間に配置されたリレー４３を介してスタータモータ４２の駆動を遅延制御するためのスタータ遅延時間設定手段を有している。また、加熱気化手段３の加熱気化能力に応じた最大噴射パルス幅の設定をする最大噴射幅設定手段を有し、計算された噴射パルス幅が設定された最大噴射幅を超えると判断した場合に、これを超えないようにパルス幅を修正制御、或いは燃料カット制御するものとした点を特徴としている。さらに、運転席の前方に配置されたスタータ遅延表示手段としてのランプ４４の点灯を制御するようになっている。

電子制御ユニット１０は、これらの制御機能に加えて燃料タンク１に配設された圧力センサ１１からの燃料タンク圧力データ、吸気管４ｂに配設された圧力センサ１２からの吸気管圧力データ、冷却水通路８ａに配設された温度センサ１３からの冷却水温度データ、エンジン４に配設された回転数モニタ１４からのエンジン回転数データを逐次検知するようになっており、エンジン回転数データと吸気管圧力や有効噴射パルス幅などのエンジン負荷レベルを表す吸気管圧力データのいずれか一つのデータとの積から、エンジン要求燃料流量に対応する燃料流量指数を算出する燃料流量指数算出手段を有している。尚、燃料流量指数は吸気管４ｂに配設された図示しない吸入空気量検出手段によるエンジン吸入空気量データのみから算出するものとしてもよい。

次に、本実施の形態のＬＰＧ燃料供給装置において、電子制御ユニット１０の制御に基づく作用について図２乃至図４のグラフ用いて詳細に説明する。

図２を参照して、エンジン冷却水温度が、ヒータ作動の規準となるヒータ作動規準水温よりも低い場合を説明する。エンジン４の始動に際し、イグニッションキイ４１を回すことでイグニッション信号がＯＮになると、電子制御ユニット１０のヒータ作動判定手段は温度センサ１３で検知したエンジン冷却水温度データを基に電気的な液体燃料の加熱が必要であるか否かを検討し、必要と判断した場合に電気ヒータ通電信号をＯＮとする制御を行うものであり、この電気ヒータ通電信号のＯＮ後、スタータモータ４２駆動までの間に所定の予熱時間をとるように制御している。そして、スタータ遅延表示手段としてのランプを予熱時間中点灯させており、運転者にスタータ遅延制御中であることを知らせている。

斯かる予熱時間は、燃料タンク１内に配設された圧力センサ１１からの燃タンク圧力データおよびエンジン始動前に取り込んだ冷却水温度データを基に、電子制御ユニット１０のスタータ遅延時間設定手段が所定の計算方法で算出したものであり、ヒータユニット３ｂ通電開始後にこの予熱時間が経過してからスタータが作動するように制御することで、エンジン始動時に未気化の液体燃料が吸入されることが最小限に抑えられる。そして、このヒータユニット３ｂの作動は、冷却水温度がヒータ作動基準水温に達した時点で停止され、その後はレギュレータ３ａ単独による加熱気化に移行するものであり、これにより無駄な電力消費が回避される。

次に、図３を参照して、イグニッションキイＯＮ時にエンジン冷却水温度がヒータ作動規準水温よりも高い場合を説明すると、イグニッションキイ４１をＯＮにすると同時にスタータモータが駆動し、ヒータユニット３ｂの作動は行わない制御となる。しかし、このグラフの場合、エンジン始動直後から高出力運転を実施していることから、燃料流量指数算出手段が算出する燃料流量指数が急激に上昇してベーパザイザ３ａによる加熱気化能力を超えてしまうことになる。

そこで、電子制御ユニット１０のヒータ作動判定手段は、ベーパライザ３ａの加熱気化能力に対応して設定されたヒータ作動規準流量を燃料流量指数が超える部分でヒータユニット３ｂを作動させるように制御している。これにより、エンジン始動後においてエンジン要求燃料流量がベーパザイザ３ａによる加熱気化能力を超える場合であっても、ヒータユニット３ｂによる補助加熱を実施することで供給燃料に液体部分が混入する事態を回避して、エンジンの運転状態を良好に維持できるものとなっている。

図４を参照して、ヒータユニット３ｂによる補助加熱を実施してもエンジン要求燃料流量が加熱気化手段の加熱気化能力を超える場合について説明する。エンジン始動時に冷却水温度がヒータ作動規準水温を僅かに下回ることでヒータユニット３ｂが作動されているとともに、スタータモータ駆動までに比較的短い余熱時間を取っている。そして、ヒータユニット３ｂの作動を停止した後において、図２のグラフの場合と同様に燃料流量指数がヒータ作動規準粒流量を超えた時点で、ヒータユニット３ｂを再作動させて補助加熱を行うものである。

即ち、エンジン始動直後の全開加速などでエンジン要求燃料流量が加熱気化手段３の加熱気化能力を超えた場合にインジェクタ５とベーパライザ３ａとの間に液体のＬＰＧが溜まってベーパライザ３ａの調圧性能が悪化する等のトラブルを生じる。そこで、最大噴射幅設定手段がエンジン水温とエンジン回転数に応じて加熱気化手段３の加熱気化能力を超えない最大噴射パルス幅を設定し、計算上の噴射パルス幅がこの最大噴射パルス幅を超えた場合に、これを修正して最大噴射パルス幅を超えない範囲に制御している。

このような制御とすることで、始動直後から高出力運転を行う場合等にエンジン要求燃料流量が、ベーパライザ３ａによる加熱気化にヒータユニット３ｂによる補助加熱を加えた加熱気化能力をも超えてしまう場合であっても、インジェクタ５の噴射量となる噴射パルス幅を電子制御ユニット１０がこれを超えない範囲に制御することができ、暖機運転終了までの間に混合気過濃による運転性悪化やエンジンストールなどのトラブルを有効に回避することができる。尚、この場合、噴射パルス幅を修正する代わりに燃料カット制御するようにしても同様である。

本発明の実施の形態を示す配置図。 図１の実施の形態において低温始動時の各信号の波形図。 図１の実施の形態において燃料流量指数がヒータ作動基準水温を超える場合の各信号の波形図。 図１の実施の形態において噴射パルス幅が最大噴射パルス幅を超える場合の各信号の波形図。

符号の説明

１ 燃料タンク、 ３ 加熱気化手段、 ３ａ レギュレータ、 ３ｂ ヒータユニット、 ４ エンジン、 ４ｂ 吸気管路、 ５ インジェクタ、 ９Ａ，９Ｂ 燃料供給管路、 １０ 電子制御ユニット、 １１，１２ 圧力センサ、 １３ 温度センサ、 １４ 回転数モニタ、 ４１ イグニッションスイッチ、 ４２ スタータモータ、 ４４ ランプ

Claims (5)

1. エンジン冷却水を利用するレギュレータに加え電気ヒータを併用してＬＰＧを加熱気化する加熱気化手段と、エンジン冷却水温検出手段を用いて検知した冷却水温度データを基に前記電気ヒータの作動開始および停止の判定を行うヒータ作動判定手段を有し前記電気ヒータの作動を制御する電子制御ユニットと、を備えたエンジンのＬＰＧ燃料供給装置において、
   前記電子制御ユニットが、所定の検出手段を用いて検知したエンジン運転状態を表すデータを基にエンジン要求燃料流量に対応した燃料流量指数を算出する燃料流量指数算出手段を有し、前記ヒータ作動判定手段が前記燃料流量指数と前記レギュレータの加熱気化能力とを比較して前記電気ヒータによる補助加熱の必要性を判定することにより、前記電気ヒータの作動を要しないエンジン冷却水温度であってもエンジン運転状況により必要に応じて前記電気ヒータによる補助加熱を実行する制御を行うことを特徴とするエンジンのＬＰＧ燃料供給装置。
2. 前記燃料流量指数算出手段が、エンジン回転数データと所定のエンジン負荷データとの積、或いはエンジン吸入空気量データを基に、前記燃料流量指数を逐次算出する手段である請求項１に記載したエンジンのＬＰＧ燃料供給装置。
3. 前記電子制御ユニットが、検知した燃料タンク圧力データおよびエンジン始動前に検知した冷却水温データを基に所定の計算方法によりスタータモータの駆動を遅延させるためのスタータ遅延時間を設定するスタータ遅延時間設定手段を有しており、スタータ駆動前に燃料の予熱時間を設定するものとして、イグニッションスイッチを入れても前記予熱時間経過前にスタータモータを駆動させない請求項１または２に記載したエンジンのＬＰＧ燃料供給装置。
4. 前記エンジンのＬＰＧ燃料供給装置は、運転者にスタータ駆動遅延制御中であることを認知させるスタータ遅延表示手段を備えており、該スタータ遅延表示手段がスタータ遅延制御期間のみ作動する請求項３に記載したエンジンのＬＰＧ燃料供給装置。
5. 前記電子制御ユニットが、前記冷却水温データおよびエンジン回転数データを基にインジェクタの燃料噴射量を前記加熱気化手段の加熱気化能力内に制限するための最大噴射パルス幅を設定する最大噴射幅設定手段を有しており、算出された通常の噴射パルス幅が前記最大噴射パルス幅を超える場合に、該最大噴射パルス幅を超えない範囲内に補正制御、或いは前記加熱気化手段の加熱気化能力内となるように燃料カット制御を行う請求項１，２，３または４に記載したエンジンのＬＰＧ燃料供給装置。
   

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