JP2008215125A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不必要に大型化させずに、高回転／高負荷域を含めた全回転域で燃料供給量の制御性を向上することのできる、内燃機関の燃料供給装置を提供する。
【解決手段】ＣＮＧ及び空気を混合する混合器１には、混合気の吸気量を調整するための絞り弁２が設けられ、絞り弁２よりも上流側にベンチュリ部３が設けられている。ベンチュリ部３には、ステッパモータ４とインジェクタ５とが設けられている。ステッパモータ４には主要燃料通路６の一端が接続され、インジェクタ５には補正燃料通路７の一端が接続されている。主要燃料通路６及び補正燃料通路７の他端はそれぞれ、低圧レギュレータ８に接続されている。低圧レギュレータ８は、高圧レギュレータ９を介して、圧縮されて液体状態のＣＮＧを収容する燃料タンク１０に連通している。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の燃料供給装置に係り、特に、気体燃料を使用する内燃機関の燃料供給装置に関する。

従来の内燃機関の燃料供給装置が、例えば、特許文献１に記載されている。このような燃料供給装置を図３に示す。燃料容器５１から取り出された液化ガスは、ベーパライザ５２で大気圧程度に減圧気化され、燃料通路５３、または燃料通路５３及び補正燃料通路５６の両方を流通し、図示しないエンジンの吸気系に設置された混合器５７に送られる。燃料通路５３は、基本供給量を設定する主ノズル５４を有し、ベンチュリ部５８において混合器５７に連通している。補正燃料通路５６は、制御ユニット６３によって開閉駆動される制御弁５５を有し、ベンチュリ部５８において混合器５７に連通している。制御ユニット６３は、絞り弁６２の開度、図示しない吸気マニホルド内の圧力、エンジンの回転速度及び冷却水温度、排気ガス中の酸素濃度、その他のエンジンの運転状態等に基づいて制御弁５５を開閉駆動させることで、空燃比を調整する。

実開昭６２−１６０７６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される燃料供給装置は、インジェクタを用いて燃料供給量を制御した場合に比べると、制御性がはるかに悪いといった問題点があった。そこで、インジェクタを用いて燃料供給量を制御しようとすると、高回転／高負荷域でインジェクタ流量が不足するので、流量の大きなインジェクタを用いる必要がある。しかし、この場合には、アイドル域での制御性が悪化してしまうといった問題点があった。その結果、全回転域で適切な燃料供給量の制御性を確保することが困難となっていた。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、不必要に大型化させずに、高回転／高負荷域を含めた全回転域で燃料供給量の制御性を向上することのできる、内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、気体燃料及び空気を混合する混合器と、前記混合器に連通し、前記気体燃料の少なくとも一部が流通する主要燃料通路と、前記気体燃料の一部を、前記主要燃料通路の気圧よりも高圧で前記混合器内に噴射するインジェクタとを備え、前記混合器はベンチュリ部を有し、前記インジェクタは前記ベンチュリ部に設けられている。インジェクタをベンチュリ部に設けることにより、エンジン負荷に応じてインジェクタの燃料噴射圧力が変化するようになる。
前記主要燃料通路は、前記ベンチュリ部において前記混合器に連通してもよい。
前記主要燃料通路には、流量調整手段が設けられていてもよい。

この発明によれば、インジェクタをベンチュリ部に設けることにより、エンジン負荷の変化に伴って変化するベンチュリ部付近の負圧に連動してインジェクタの燃料噴射圧力が変化するようになるので、エンジン負荷に応じた適切な供給量でインジェクタから気体燃料を噴射することができ、従って、全回転域で燃料供給量の制御性を向上することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この発明の実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置の模式図を示す。内燃機関であるエンジンには、気体燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）及び空気を混合する混合器１が設けられている。混合器１には、エンジンに吸入される混合気の吸気量を調整するための絞り弁２が設けられ、絞り弁２よりも上流側にベンチュリ部３が設けられている。ベンチュリ部３には、混合器１内に供給されるＣＮＧの流量調整手段であるステッパモータ４と、ＣＮＧを混合器１内に噴射するインジェクタ５とが設けられている。ステッパモータ４には主要燃料通路６の一端が接続され、インジェクタ５には補正燃料通路７の一端が接続されている。すなわち、ステッパモータ４は主要燃料通路６の一端に設けられ、インジェクタ５は補正燃料通路７の一端に設けられている。主要燃料通路６及び補正燃料通路７の他端はそれぞれ、低圧レギュレータ８に接続されている。低圧レギュレータ８は、高圧レギュレータ９を介して、ＣＮＧを収容する燃料タンク１０に連通している。

次に、この実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置の動作について説明する。
燃料タンク１０内のＣＮＧは、高圧レギュレータ９で予備的に減圧された後、低圧レギュレータ８において、大部分のＣＮＧが大気圧に調圧されると共に一部のＣＮＧが大気圧よりも高い圧力（例えば、大気圧を０ｋＰａとした場合３２ｋＰａ）で減圧される。大気圧に調圧されたＣＮＧは、ベンチュリ部３付近に生じる負圧によって主要燃料通路６を流通し、大気圧よりも高い圧力で減圧されたＣＮＧは、補正燃料通路７を流通する。なお、主要燃料通路６を流通するＣＮＧと、補正燃料通路を流通する高圧ＣＮＧとの流量比は、エンジンに指令したい運転状態にも依存するが、例えば１５：１に設定される。主要燃料通路６を流通するＣＮＧは、エンジンの運転状態に応じて、ステッパモータ４によって流量を調整されて、混合器１内に供給される。混合器１内に供給されたＣＮＧは、混合器１内に吸入された空気と混合して混合気となり、絞り弁２によって流量を調整された後、エンジンの図示しない燃焼室内に吸入される。

ここで、エンジンの運転状態に応じて、混合器１内に供給されるＣＮＧの供給量を調整する必要があるが、ステッパモータ４による調整のみでは微妙な調整が困難である。これを模式的に説明すると、ステッパモータ４のみによりＣＮＧの供給量を調整する場合、供給量の経時変化は、図２に示されるように、大きな波形の曲線を描くようになる。すなわち、供給量の調整幅が大きくなる。エンジンの運転状態をできるだけ運転者の意思に合わせたい場合は、この調整幅はできるだけ小さいほうが好ましく、図２に、好ましい調整幅を模式的に示している。これに対し、ステッパモータ４によってＣＮＧ供給量を大まかに調整すると共に、インジェクタ５として噴射量の小さいものを選択して、インジェクタ５によってＣＮＧ供給量の微妙な調整を行うことにより、好ましい調整幅でＣＮＧ供給量の制御が可能となる。

ただし、インジェクタ５によってＣＮＧ供給量の微妙な調整を行おうとしても、エンジンの運転状態に応じてインジェクタ５の噴射量を調整できなければ、図２で模式的に示された微妙な供給量の調整を行うことはできない。しかし、この実施の形態では、インジェクタ５をベンチュリ部３に設けることにより、このような調整が可能となる。これは、空気が混合器１内に吸入される際、ベンチュリ部３付近には負圧が生じることによるものである。すなわち、インジェクタ５の噴射量は、インジェクタ５の上流圧力とインジェクタ５の出口の圧力との間の差圧（以下、燃料噴射圧力と称する）によって決まるところ、エンジンの負荷が高くなると、すなわち、ＣＮＧ供給量を増加すべき状態になると、ベンチュリ部３付近に生じる負圧は大きくなり、その結果、燃料噴射圧力が大きくなって、ＣＮＧ供給量が増加する。従って、適切な噴射量のインジェクタ５をベンチュリ部３に設けることによって、エンジンの全回転域でエンジン負荷に応じたＣＮＧ供給量の制御が可能となる。

また、主要燃料通路６がベンチュリ部３において混合器１と連通することにより、調整幅は大きいものの、主要燃料通路６を流通して混合器１に供給されるＣＮＧの量が、エンジンの運転状態に応じたものになる。また、主要燃料通路６にステッパモータ４が設けられていることによっても、エンジンの運転状態に応じてステッパモータ４を作動させることにより、ＣＮＧ供給量が、エンジンの運転状態に応じたものになる。

このように、ベンチュリ部３にインジェクタ５を設けることにより、エンジン負荷の変化に伴って変化するベンチュリ部３付近の負圧に連動してインジェクタ５の燃料噴射圧力が変化するようになるので、エンジン負荷に応じた適切な供給量でインジェクタ５からＣＮＧを噴射することができる。すなわち、エンジンの全回転域でＣＮＧ供給量の制御性を向上することができる。また、主要燃料通路６をベンチュリ部３において混合器１と連通させること、及び、主要燃料通路６にステッパモータ４を設けることにより、主要燃料通路６を流通して混合器１に供給されるＣＮＧの供給量の制御性についても、エンジンの運転状態に応じたものにすることができる。

この実施の形態ではＣＮＧを用いたが、これに限定するものではない。エンジン等の内燃機関の燃料として使用されるものであれば何でもよく、その他に、液化石油ガス（ＬＰＧ）が挙げられる。
また、この実施の形態に係る内燃機関は、フォークリフト等の車両用のエンジンや、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）等に適用可能である。

この発明の実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置の模式図である。 燃料供給量の経時変化を表す模式的なグラフである。 従来の内燃機関の燃料供給装置の模式図である。

符号の説明

１ 混合器、３ ベンチュリ部、４ ステッパモータ（流量調整手段）、５ インジェクタ、６ 主要燃料通路。

Claims (3)

1. 気体燃料及び空気を混合する混合器と、
   前記混合器に連通し、前記気体燃料の少なくとも一部が流通する主要燃料通路と、
   前記気体燃料の一部を、前記主要燃料通路の気圧よりも高圧で前記混合器内に噴射するインジェクタと
   を備え、
   前記混合器はベンチュリ部を有し、前記インジェクタは前記ベンチュリ部に設けられている、内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記主要燃料通路は、前記ベンチュリ部において前記混合器に連通する、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記主要燃料通路には、流量調整手段が設けられている、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料供給装置。

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