JP2008215130A - ガスエンジンのインジェクタ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス燃料噴射システムについて、過大な手間及びコストを要することなく過剰な吸引力に起因する部品の劣化を軽減して、インジェクタの耐久性を確保できるようにする。
【解決手段】燃料タンク３に貯留した液化ガス燃料をベーパライザ６で気化させて所定圧に調整するとともにインジェクタ８から吸気管路４に噴射するガス燃料噴射システムにおいて燃料噴射圧及び吸気マニホルド圧の検出値を基にして噴射量補正手段１０ａによりインジェクタ８の開弁時間を補正するガスエンジン２のインジェクタ制御装置であって、インジェクタ８の弁体を開弁方向に動作させる吸引力について吸引力の過剰部分を縮小する方向で補正する吸引力補正手段１０ｂを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明はガスエンジンのインジェクタ制御装置に関し、殊に、ＬＰＧ（液化石油ガス）などの液化ガス燃料を気化させて所定圧でインジェクタから吸気管路に噴射することによりガスエンジンに供給するガス燃料噴射システムにおいて、インジェクタの駆動制御を行うための制御装置に関する。

ＬＰＧやＬＮＧなどの液化ガス燃料は、従前より火花点火エンジンの燃料に用いられており、例えば、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にして吸気管路に吸引させエンジンに供給する方式が知られており、或いは、特開平６−１７７０９号公報に記載されているように、液化ガス燃料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も広く用いられている。

図２は、ＬＰＧ燃料を所定圧に気化させて供給するガスエンジン２のガス燃料噴射システム１Ａの配置図を示している。このガス燃料噴射システム１Ａにおいては、燃料タンク３内のＬＰＧ燃料は通常液体の状態で取り出され、液体燃料通路９Ａを通ってベーパライザ６に導入される。

導入されたＬＰＧ燃料は、ベーパライザ６内の熱交換手段により加熱されて蒸発・気化し調圧手段で所定圧力に調圧されて、気化ガスの状態で気体燃料通路９Ｂを通って燃料ギャラリ７に導入され、エンジン要求流量に応じて電子制御ユニット１０Ｂで噴射量が決定され、インジェクタ駆動用ドライバ１０ｃを介し駆動制御されたインジェクタ８，８，８で吸気管路（吸気マニホルド部）４内に噴射される。

ところで、このようなインジェクタ制御では、燃料噴射圧の変動及び吸気マニホルド圧（ブースト圧）の変化により、インジェクタ８の弁体（バルブ部）に加わる圧力が常に変動するのが通常であるが、インジェクタ制御装置はこれらの圧力を検知することで燃料噴射量を補正して対応するだけであり、インジェクタ８内電磁コイルの励磁による弁体の吸引力は、あらゆる条件で開弁するように燃料噴射圧と吸気マニホルド圧との差圧が最大の条件で設定されるのが一般的であった。

従って、通常使用している燃料噴射量の領域では、必要以上の吸引力でインジェクタの可動部を作動させる結果となり、その可動部が周辺部品に接触する力や衝突加速度が過剰に大きいものとなって、これらの部品が短期間で消耗・劣化してしまい、インジェクタ８の耐久性低下に繋がっていた。

このインジェクタの耐久性低下の問題に対し、特開２００３−３９２９号公報には、パイロット油室の作動油圧力と針弁室の燃料噴射圧との差により針弁（弁体）の変位を制御するパイロット弁を備え、針弁の閉弁方向の移動速度がその全閉前の一定期間減速するように、パイロット弁駆動手段で制御するようにした技術が提案されている。

この技術により、インジェクタ可動部における閉弁時の過剰な衝撃を緩衝してその耐久性を向上させることに有用なものとなる。しかしながら、この技術はインジェクタ閉弁時の速度のみを減速するものであって開弁時の吸引力を調整するものではないため、過剰な吸引力による開弁時の衝撃や開弁中にかかる過剰な圧力を軽減することはできない。また、このような燃料供給システムを構築するには、通常の構成に加えてバイロット弁をインジェクタに付設するための専用部品が複数必要となって、その製造に比較的大きなコストと手間を要する。
特開平６−１７７０９号公報 特開２００３−３９２９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、液化ガス燃料を気化ガスにしてインジェクタでガスエンジンの吸気管路に噴射するガス燃料供給システムについて、過大な手間及びコストを要することなく過剰な吸引力に起因する部品の劣化を軽減して、インジェクタの耐久性を確保できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、燃料タンクに貯留した液化ガス燃料をベーパライザで気化させて所定圧に調整するとともにインジェクタから吸気管路に噴射するガス燃料噴射システムにおいて燃料噴射圧及び吸気マニホルド圧の検出値を基にして噴射量補正手段により前記インジェクタの開弁時間を補正するガスエンジンのインジェクタ制御装置であって、前記インジェクタの弁体を開弁方向に動作させる吸引力について吸引力の過剰部分を縮小する方向で補正する吸引力補正手段を備えた。

従来のインジェクタ制御装置においては、燃料噴射圧及び吸気マニホルド圧を検知してこれに基づいて燃料噴射量を補正するだけであり、インジェクタの吸引力は高めに設定されたままでその耐久性を損なっていたのに対し、検知している燃料噴射圧及び吸気マニホルド圧のデータを利用して吸引力の過剰部分を減少させるように補正するようにしたことで、過剰な吸引力に起因するインジェクタの部品の劣化を軽減できるようになる。

また、そのインジェクタの吸引力の補正は、インジェクタ駆動電流が目標とする吸引力を実現する電流値となるように、インジェクタ駆動用ドライバへの指令値を補正することで行われるものとすれば、吸引力の制御が正確に行われるものとなる。

更に、上述したガスエンジンのインジェクタ制御装置において、その吸引力補正手段が、検知したデータによる燃料噴射圧と吸気マニホルド圧との差圧に応じて、開弁動作を少なくとも確保可能な必要最小限の吸引力を算出し、これを基に吸引力を補正するものとすれば、弁体に加わる閉弁方向の圧力と閉弁方向の圧力とのバランスに応じて開弁動作を確保しながら、開弁方向に作用する吸引力の過剰部分を有効に縮小することができる。

検知した燃料噴射圧及び吸気マニホルド圧に基づいて吸引力の過剰部分を縮小する方向で補正する吸引力補正手段を備えた本発明により、過大な手間及びコストを要することなく過剰な吸引力に起因する部品の劣化を軽減して、インジェクタの耐久性を確保できるものとした。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

インジェクタ制御装置としての電子制御ユニット１０Ａを配設した、本実施の形態であるガスエンジン２の燃料噴射システム１Ａを示す図１の配置図を参照して、燃料タンク３にはＬＰＧなどの液化ガス燃料が液体の状態で貯留されており、燃料タンク３から延設された液体燃料通路９Ａがベーパライザ６に接続している。また、液体燃料通路９Ａには燃料タンク３の出口付近に第１遮断弁５ａが配設され、ベーパライザ６入口付近に第２遮断弁５ｂが配設されてガスエンジン２の停止時等の場合に燃料の移動・漏出を閉止してその安全性を確保するようになっている。

ベーパライザ６は、ガス燃料を高圧の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して送出するものであり、その内部上流側にエンジン冷却水を熱源に用いた熱交換室を備え、その下流側には大気圧を背圧とするとともに調圧バネを有するダイヤフラムで区画された調圧室を備えている。

また、ベーパライザ６から延びる気体燃料通路９Ｂは、ガスエンジン２の吸気管路４の吸気マニホルド部分に開口する複数のインジェクタ８に燃料ギャラリ７を介して接続されている。各インジェクタ８は、インジェクタ駆動用ドライバ１０ｃを介して電子制御ユニット１０Ａに接続されており、その電磁コイルへの駆動電流・電圧を調整されて駆動制御されるようになっている。尚、このインジェクタ８の駆動制御は、その開弁時において弁体吸引電流と弁体保持電流により行われ、また、電子制御ユニット１０Ａはインジェクタ８の駆動を行うための供給電圧を検知しながら、弁体吸引電流と弁体保持電流が常に一定になるように制御している。

本実施の形態においては、ベーパライザ６からインジェクタ８に接続する気体燃料通路９Ｂに、気化ガスの状態となったガス燃料の噴射圧力を検出する圧力センサ１１が配設されており、電子制御ユニット１０Ａに燃料噴射圧検出信号を連続的に出力するようになっている。また、ガスエンジン２の吸気管路４内インジェクタ８の開口部の上流側には圧力センサ１２が配設されており、電子制御ユニット１０Ａに吸気マニホルド圧（ブースト圧）の検出信号を連続的に出力するようになっている。

電子制御ユニット１０Ａは、これに内装した記憶手段にエンジン制御用のプログラムが記憶され、エンジンの状態を示す種々の検出データを基にインジェクタ８の開弁時間を算出して、良好な空燃比を得るために燃料噴射制御を実行する。また、本発実施の形態においては、電子制御ユニット１０Ａは燃料噴射量補正手段１０ａを備えており、燃料噴射圧および吸気マニホルド圧の検出値を基にインジェクタ８の開弁時間を補正する機能を有している。尚、電子制御ユニット１０Ａは、エンジンや車両におけるインジェクタ制御以外の種々の制御を実施する制御装置を兼ねるものであってもよい。

更に、電子制御ユニット１０Ａは、前述の機能に加え、検知した燃料噴射圧および吸気マニホルド圧の検出値を利用して、インジェクタ８の弁体を開弁方向に動作させる吸引力について、従来例において問題となったその過剰部分を必要最小限となるように減少させる方向で補正するための、吸引力補正手段１０ｂを備えており、この点が本実施の形態の特徴部分となっている。

この吸引力補正手段１０ｂを備えた電子制御ユニット１０Ａの作用について詳細に説明すると、電子制御ユニット１０Ａは、予め記憶しておいた基準吸引力を基にインジェクタの吸引力を設定して制御を行うものであるが、既に検知している燃料噴射圧および吸気マニホルド圧の検出値を用い、吸引力補正手段１０ｂがその差圧を求めこの差圧に応じて少なくとも開弁動作を確保可能な必要最小限の吸引力を算出し、これを基に吸引力を補正して適正な吸引力を実現させるようになっている。

そして、この吸引力補正手段１０ｂによるインジェクタ８の吸引力の補正は、インジェクタ駆動電流が目標とする最適な弁体吸引力を実現する電流値となるように、インジェクタ駆動用ドライバ１０ｃへの指令値を補正することで行われる。そして、電流値が補正されることでインジェクタ８の電磁コイルの励磁による弁体の吸引力が過剰部分を最小限とする。即ち、インジェクタ８の可動部が周辺の部品に接触する力や衝突時の衝撃が最小限となる、最適な吸引力になるように修正される。

具体的には、インジェクタ８の弁体と弁シートで構成されるバルブ部において、閉弁方向に作用する燃料噴射圧力値が開弁方向に作用する吸気マニホルド圧力値よりも所定レベル以上大きい場合には、吸引力が大きくなるように電流値を増加させ、逆にその差（差圧）が所定レベルよりも小さい場合には電流値を減少させるように、吸引力補正手段１０ｂが補正を行いながら制御を実行するようになっている。

このような制御方法を電子制御ユニット１０Ａが実施することにより、バルブ部を挟んで拮抗的に作用する燃料噴射圧と吸気マニホルド圧とのバランスに応じて、開弁動作を確保可能な必要最小限の吸引力でインジェクタ８の開弁動作を行えるようになり、吸引力の過剰部分を有効に縮小することができる。

従って、インジェクタ可動部及びその周辺部品についてその劣化を最小限に抑えることができるため、インジェクタの耐久性の低下を有効に防止できるものとなる。また、本発明の実施に際し、従来のガス燃料噴射システムのハード構成はそのままに、電子制御ユニットのプログラムだけ変更するだけで足り、新たな部品の追加を要することもないため、製造の手間やコストの高騰に繋がりにくいものとなる。

以上、述べたように、液化ガス燃料を気化ガスにしてインジェクタでガスエンジンの吸気管路に噴射するガス燃料供給システムについて、本発明により、過大な手間及びコストを要することなく過剰な吸引力に起因する部品の劣化を軽減して、インジェクタの耐久性を確保することができる。

本発明の実施の形態であるガス燃料噴射システムを示す配置図。 従来例のガス燃料噴射システムを示す配置図。

符号の説明

１Ａ ガス燃料噴射システム、２ エンジン、３ 燃料タンク、４ 吸気管路、６ ベーパライザ、８ インジェクタ、１０Ａ 電子制御ユニット、１０ａ 噴射量補正手段、１０ｂ 吸引力補正手段、１０ｃ インジェクタ駆動用ドライバ、１１，１２ 圧力センサ

Claims (3)

1. 燃料タンクに貯留した液化ガス燃料をベーパライザで気化させて所定圧に調整するとともにインジェクタから吸気管路に噴射するガス燃料噴射システムにおいて燃料噴射圧及び吸気マニホルド圧の検出値を基にして噴射量補正手段により前記インジェクタの開弁時間を補正するガスエンジンのインジェクタ制御装置であって、前記インジェクタの弁体を開弁方向に動作させる吸引力について吸引力の過剰部分を縮小する方向で補正する吸引力補正手段を備えたことを特徴とするガスエンジンのインジェクタ制御装置。
2. 前記吸引力補正手段は、インジェクタ駆動電流が目標とする前記吸引力を実現する電流値となるように、インジェクタ駆動用ドライバへの指令値を補正することを特徴とする請求項１に記載したガスエンジンのインジェクタ制御装置。
3. 前記吸引力補正手段は、前記燃料噴射圧と吸気マニホルド圧との検出値の差圧に応じて算出した開弁動作を少なくとも確保可能な必要最小限の前記吸引力を基にして補正する請求項１または２に記載したガスエンジンのインジェクタ制御装置。
   

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