JP2018168748A - Engine apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料ガスによる燃焼に基づき出力軸を回転させるエンジン装置に関するものである。 The present invention relates to an engine device that rotates an output shaft based on combustion by fuel gas.
従来、燃料ガスと空気との混合気を点火装置(点火プラグ)で着火して駆動するガスエンジンが提供されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1のガスエンジンは、液化燃料ガスを貯留する液化ガス源からの液化ガスを気化させるベーパライザ(気化器)に冷却水を循環させている。ベーパライザへの冷却水の循環は、ベーパライザの凍結防止及び安定した燃料気化のために、エンジンの内部を通過して加温された冷却水の一部を用いて行われる。 Conventionally, there has been provided a gas engine that is driven by igniting an air-fuel mixture of fuel gas and air with an ignition device (ignition plug) (see, for example, Patent Document 1). In the gas engine of Patent Literature 1, cooling water is circulated through a vaporizer that vaporizes liquefied gas from a liquefied gas source that stores liquefied fuel gas. Circulation of the cooling water to the vaporizer is performed by using a part of the cooling water heated through the inside of the engine in order to prevent the vaporizer from freezing and to stably vaporize the fuel.
しかし、上記従来技術に記載のエンジン装置では、低温始動時にエンジンは起動していても冷却水は冷えており、さらに燃料気化熱によるベーパライザ本体の温度低下により、ベーパライザが凍結し、液化燃料ガスが気化されず、エンジンストールする虞があるという問題があった。 However, in the engine device described in the above prior art, the cooling water is cooled even when the engine is started at a low temperature start, and the vaporizer freezes due to a decrease in the temperature of the vaporizer body due to fuel vaporization heat, and the liquefied fuel gas is There was a problem that the engine could stall without being vaporized.
本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施したエンジン装置を提供することを技術的課題としている。 This invention makes it a technical subject to provide the engine apparatus which examined and improved the above present condition.
本願発明のエンジン装置は、エンジンと、液化燃料ガスを貯留する燃料ガス源からの液化燃料ガスを気化させる気化器を備え、エンジンの冷却水の一部を気化器に流通させるエンジン装置であって、排気ガス通路を冷却する冷却水通路を有する水冷排気マニホールドと、前記水冷排気マニホールドの水出口を前記気化器の水入口に接続する送りバイパス経路と、前記気化器の水出口を前記水冷排気マニホールドの水入口に接続する戻しバイパス経路と、前記バイパス経路に設けられた循環ポンプを備え、前記気化器を前記エンジンの気化器用水出口及び気化器用水入口に接続する加温経路と、前記気化器から前記バイパス経路、前記循環ポンプ及び前記水冷排気マニホールドを通って再び前記気化器に戻る循環経路とを切り替える経路切替機構を備えているものである。 An engine apparatus according to the present invention is an engine apparatus that includes an engine and a vaporizer that vaporizes liquefied fuel gas from a fuel gas source that stores the liquefied fuel gas, and distributes a part of engine cooling water to the vaporizer. A water-cooled exhaust manifold having a cooling water passage for cooling the exhaust gas passage, a feed bypass passage for connecting a water outlet of the water-cooled exhaust manifold to a water inlet of the carburetor, and a water outlet of the carburetor for the water-cooled exhaust manifold A return bypass path connected to the water inlet of the engine, a circulation pump provided in the bypass path, a heating path connecting the vaporizer to the water outlet for the vaporizer of the engine and the water inlet for the vaporizer, and the vaporizer Path switching machine for switching from the bypass path, the circulation pump and the circulation path returning to the carburetor again through the water-cooled exhaust manifold It is one that is equipped with a.
本願発明のエンジン装置において、例えば、前記エンジンの冷却水温及び吸気温度がそれぞれ所定しきい値以下のときに、前記経路切替機構が前記循環経路を形成する一方で、前記循環ポンプが駆動して前記循環経路にて冷却水を循環させるようにしてもよい。 In the engine device of the present invention, for example, when the cooling water temperature and the intake air temperature of the engine are each equal to or less than a predetermined threshold value, the path switching mechanism forms the circulation path, while the circulation pump is driven to The cooling water may be circulated through the circulation path.
また、本願発明のエンジン装置において、例えば、前記エンジンの燃料ガスと空気との混合気の空燃比が所定しきい値よりも希薄傾向にあるときに、前記経路切替機構が前記循環経路を形成する一方で、前記循環ポンプが駆動して前記循環経路にて冷却水を循環させるようにしてもよい。 In the engine device of the present invention, for example, when the air-fuel ratio of the mixture of fuel gas and air of the engine tends to be leaner than a predetermined threshold, the path switching mechanism forms the circulation path. On the other hand, the circulating pump may be driven to circulate cooling water through the circulation path.
本願発明のエンジン装置は、気化器をエンジンの気化器用水出口及び気化器用水入口に接続する加温経路と、気化器からバイパス経路、循環ポンプ及び水冷排気マニホールドを通って再び気化器に戻る循環経路とを切り替え可能に構成しているので、上記循環経路にて冷却水を循環ポンプによって強制循環させることで、エンジン始動後にエンジン内部の冷却水よりも早く高温になりやすい水冷排気マニホールド内の冷却水を気化器に直接供給できる。また、循環ポンプの吐出量を制御することで、水冷排気マニホールドを通過した冷却水を所望の流量で確実に気化器に供給できる。これにより、低温始動時など、気化器の凍結が予測されるときに、気化器の凍結を抑制でき、気化器の凍結に起因するエンジンストールを防止して、エンジン始動性を向上できる。 The engine device of the present invention has a heating path that connects the carburetor to the carburetor water outlet and the carburetor water inlet of the engine, and a circulation that returns from the carburetor to the carburetor through the bypass path, the circulation pump, and the water-cooled exhaust manifold. Since the cooling water is forced to circulate by the circulation pump in the above circulation path, the cooling in the water-cooled exhaust manifold is likely to become faster than the cooling water inside the engine after the engine is started. Water can be supplied directly to the vaporizer. Further, by controlling the discharge amount of the circulation pump, the cooling water that has passed through the water-cooled exhaust manifold can be reliably supplied to the vaporizer at a desired flow rate. Thereby, when freezing of the carburetor is predicted, such as at a low temperature start, the freezing of the carburetor can be suppressed, the engine stall caused by the freezing of the carburetor can be prevented, and the engine startability can be improved.
本願発明のエンジン装置において、例えば、前記エンジンの冷却水温及び吸気温度がそれぞれ所定しきい値以下のときに、前記経路切替機構が前記循環経路を形成する一方で、前記循環ポンプが駆動して前記循環経路にて冷却水を循環させるようにすれば、既存の冷却水温センサ、吸気温センサ等を用いて気化器の凍結を予測でき、気化器に専用の温度センサ等を設ける必要がないので、より安価な構成にして、エンジン装置の製造コスト上昇を抑制できる。 In the engine device of the present invention, for example, when the cooling water temperature and the intake air temperature of the engine are each equal to or less than a predetermined threshold value, the path switching mechanism forms the circulation path, while the circulation pump is driven to If the cooling water is circulated in the circulation path, it is possible to predict the freezing of the carburetor using the existing cooling water temperature sensor, intake air temperature sensor, etc., and it is not necessary to provide a dedicated temperature sensor or the like in the carburetor. A more inexpensive configuration can be used to suppress an increase in the manufacturing cost of the engine device.
また、本願発明のエンジン装置において、例えば、前記エンジンの燃料ガスと空気との混合気の空燃比が所定しきい値よりも希薄傾向にあるときに、前記経路切替機構が前記循環経路を形成する一方で、前記循環ポンプが駆動して前記循環経路にて冷却水を循環させるようにすれば、気化器が凍結傾向にあると液化燃料ガスが気化しにくくなり、空燃比が希薄(リーン)傾向になる特性を利用して、気化器の凍結を予測できる。したがって、気化器に専用の温度センサ等を設ける必要がないので、より安価な構成にして、エンジン装置の製造コスト上昇を抑制できる。 In the engine device of the present invention, for example, when the air-fuel ratio of the mixture of fuel gas and air of the engine tends to be leaner than a predetermined threshold, the path switching mechanism forms the circulation path. On the other hand, if the circulation pump is driven to circulate the cooling water in the circulation path, the liquefied fuel gas is less likely to vaporize if the vaporizer tends to freeze, and the air-fuel ratio tends to be lean. It is possible to predict the freezing of the vaporizer by using the characteristic that becomes. Therefore, there is no need to provide a dedicated temperature sensor or the like in the carburetor, so that it is possible to suppress the increase in the manufacturing cost of the engine device by using a cheaper configuration.
以下に、本願発明を具体化した一実施形態のエンジン装置200について、図面に基づいて説明する。エンジン装置200は、ガスエンジンからなるエンジン1とベーパライザ(気化器)101を備える。なお、以下の説明において、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば「左右」「上下」等)を用いる場合は、エンジン1の吸気マニホールド3側をエンジン1の左側、エンジン1の排気マニホールド6側をエンジン1の右側、フライホイルハウジング7側をエンジン1の前側、伝動ベルト18側をエンジン1の後側と表現する。これらの用語は説明の便宜のために用いたものであり、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。
Below,
エンジン1は、天然ガス等の燃料ガスを空気に混合させて燃焼させる予混合燃焼方式によって駆動するものである。図1〜図3に示す如く、エンジン1の上部に位置するシリンダヘッド2の左側面には吸気マニホールド3を設けている。シリンダヘッド2は、エンジン出力軸4(クランク軸)と複数の気筒(図示省略)とを内蔵したシリンダブロック5上に搭載している。シリンダヘッド2の右側面に排気マニホールド6を設けている。シリンダブロック5の前後両側面からエンジン出力軸4の前後突端側を突出させている。
The engine 1 is driven by a premixed combustion method in which fuel gas such as natural gas is mixed with air and burned. As shown in FIGS. 1 to 3, an
エンジン1は、シリンダブロック5内に複数の気筒を直列に並べた構成になっている。シリンダブロック5内の各気筒は、シリンダヘッド2左側面側の吸気マニホールド3に連通している。詳細な図示は省略するが、吸気マニホールド3には、吸気スロットル弁11を介して、外気を除塵浄化して取り込むエアクリーナを接続している。また、シリンダヘッド2の上面左部(吸気マニホールド3側)には、各気筒内の予混合ガスに点火する点火装置12を各気筒に対応させて設けている。各点火装置12は、高電圧によって気筒内に火花放電を発生させ、気筒内の予混合ガスを燃焼させる。予混合ガスの燃焼によって各気筒内のピストンが往復動して、エンジン出力軸4を回転駆動させ、エンジン1の動力が発生する。
The engine 1 has a configuration in which a plurality of cylinders are arranged in series in a
シリンダヘッド2の左側面に固定された吸気マニホールド3は、上記気筒数と同数の吸気枝管31を備えており、各吸気枝管31にガスインジェクタ13が挿設されている。気筒数と同数のガスインジェクタ13は、吸気マニホールド3上方で前後(エンジン出力軸4と平行)に延設された燃料ガス供給レール14と連結されている。燃料ガス供給レール14は、ボルト21により吸気マニホールド3に固定締結されている。
The
図4に示す如く、燃料ガス供給レール14のガス吸入口28は、ベーパライザ101を介して、ガスボンベ100と接続されている。ガスボンベ100には、液体の燃料ガスが貯蔵されており、ベーパライザ101によりガスボンベ100内の燃料ガスが気化された後、燃料ガス供給レール14を通じてガスインジェクタ13に供給される。ガスインジェクタ13が燃料ガスを吸気枝管31内に噴射することで、吸気マニホールド3内の新気と燃料ガスとが、吸気枝管31内で混合撹拌されて、シリンダブロック5内の各気筒における吸気ポートに供給される。また、シリンダブロック5内の各気筒は、吸気マニホールド3だけでなく、シリンダヘッド2右側面に固定された排気マニホールド6にも連通しており、各気筒における排気ポートを通じて排気マニホールド6に排気ガスが排気される。
As shown in FIG. 4, the
シリンダヘッド2の右側上面は、ヘッドカバー15に覆われており、ヘッドカバー15内に弁腕室(図示省略)が形成されている。そして、シリンダヘッド2上面における、ヘッドカバー15で被覆されていない左側部分(シリンダヘッド2上面の露出部分)に、複数の点火装置12が前後に並べて挿設されている。また、シリンダヘッド2上面の右側部分では、吸気弁及び排気弁(図示省略)などがヘッドカバー15により覆われている。
A right upper surface of the
ヘッドカバー15の後方部分には、各気筒の燃焼室などからシリンダヘッド2上面側に漏れ出たブローバイガスから潤滑油を分離するブローバイガス還元装置16が構成されている。ブローバイガス還元装置16は、ブローバイガス戻し管17を介して吸気マニホールド3と連通している。シリンダヘッド2及びシリンダブロック5に構成された燃焼室から漏れ出るブローバイガスは、ブローバイガス還元装置16及びブローバイガス戻し管17を通じて、吸気マニホールド3に供給されると、吸気スロットル弁11を介して吸気マニホールド3に供給される新気に合流する。そして、吸気マニホールド3で新気と合流したブローバイガスが上記燃焼室に再送される(還元される)ことで、ブローバイガスが大気に放出されないように構成している。
A blow-by
エンジン1は、シリンダヘッド2及びシリンダブロック5内とラジエータ(図示省略)等に冷却水を循環させる冷却水ポンプ19、及び、バッテリー(図示省略)を充電させるオルタネータ20を備えている。エンジン出力軸4の左突端部に伝動ベルト18等を介して冷却水ポンプ19及びオルタネータ20を連結している。エンジン出力軸4の回転動力を伝動ベルト18経由で冷却水ポンプ19に伝達して冷却水ポンプ19を駆動させ、シリンダヘッド2及びシリンダブロック5内とラジエータ等に冷却水を循環させる。一方、エンジン出力軸4の回転動力を伝動ベルト18経由でオルタネータ20に伝達してオルタネータ20を駆動させ、オルタネータ20で発電された電力によりバッテリー(図示省略)を充電させる。実施形態では、冷却水ポンプ19がエンジン1の後部上寄り部位に取り付けられており、オルタネータ20がエンジン1の後部右寄り部位に取り付けられている。
The engine 1 includes a cooling
図5に示す如く、排気マニホールド6は水冷排気マニホールドで構成される。すなわち、排気マニホールド6は、シリンダヘッド2を介してシリンダブロック5内の各気筒に連通する排気ガス通路81と、排気ガス通路81を冷却する冷却水通路82を備える。エンジン1の各気筒から排出される排気ガスは、シリンダヘッド2の右側面から排出される。そして、破線矢印で示すように、排気ガスは、排気マニホールド6の排気ガス通路81に取り込まれて合流された後、排気マニホールド6前部の排気ガス出口から排出される。排気マニホールド6から排出される排気ガスは、排気ガス浄化装置(図示省略)等を介して外部に放出される。
As shown in FIG. 5, the
冷却水通路82の上流部(前部)に、排気マニホールド6の下部前端部位に設けられる水入口83から冷却水が導入される。導入された冷却水は、実線矢印で示すように、排気ガス通路81の外壁に接しながら冷却水通路82内をエンジン1の後方へ向けて流れる。冷却水通路82の下流部(後部)に到達した冷却水は、排気マニホールド6の上部後端部位に設けられる水出口84から冷却水通路82外へ流出する。
Cooling water is introduced into the upstream portion (front portion) of the cooling
図6に示すように、この実施形態では、排気マニホールド6の水入口83は、上流側水経路91を介して、シリンダブロック5内部の冷却水通路に接続される。また、排気マニホールド6の水出口84は、下流側水経路92を介して冷却水ポンプ19に接続される。冷却水ポンプ19の駆動により、シリンダヘッド2(図1等参照)及びシリンダブロック5の内部の冷却水通路に冷却水が流通されて、エンジン1が冷却される。
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the
また、シリンダブロック5内部の冷却水通路を流通する冷却水の一部は、上流側水経路91及び排気マニホールド6の水入口83を介して冷却水通路82に導入され、排気ガス通路81内を流通する排気ガスを冷却する。冷却水通路82を通過した冷却水は、水出口84及び下流側水経路92を経て、冷却水ポンプ19に流入する。
A part of the cooling water flowing through the cooling water passage inside the
図4及び図6に示すように、エンジン1の冷却水ポンプ19には、気化器用水出口85と気化器用水入口86が設けられる。気化器用水出口85は、気化器用の水送り経路93を介して、ベーパライザ101の水入口102に接続される。気化器用水入口86は、気化器用の水戻し経路94を介して、ベーパライザ101の水出口103に接続される。冷却水ポンプ19の駆動により、エンジン1の内部を通過した冷却水の一部がベーパライザ101に流通される。これにより、ベーパライザ101が加温されて、ベーパライザ101の凍結が防止されるとともに、ベーパライザ101での燃料気化が安定する。
As shown in FIGS. 4 and 6, the cooling
ベーパライザ101の液化燃料ガス入口104は、配管からなる液化燃料ガス経路106を介して、燃料ガス源の一例としてのガスボンベ100に接続される。また、ベーパライザ101の燃料ガス出口105は、配管からなる燃料ガス経路107を介して、エンジン1のガス吸入口28に接続される。ガスボンベ100から供給される液化燃料ガスは、液化燃料ガス経路106を介して、液化燃料ガス入口104からベーパライザ101に導入され、ベーパライザ101で気化される。ベーパライザ101で気化された燃料ガスは、燃料ガス出口105から燃料ガス経路107を介してエンジン1のガス吸入口28に送られる。
The liquefied
図6に示すように、排気マニホールド6の水出口84を、エンジン1内部の冷却水流通経路を介さずに、ベーパライザ101の水入口102に接続するための送りバイパス経路96が設けられている。送りバイパス経路96の一端(上流側端)は、排気マニホールド6の水出口84に連通する下流側水経路92の中途部に、例えば三方弁からなる切替弁95を介して接続される。また、送りバイパス経路96の他端(下流側端)は、ベーパライザ101の水入口102に連通する水送り経路93の中途部に接続されている。
As shown in FIG. 6, a
また、ベーパライザ101の水出口103を、エンジン1内部の冷却水流通経路を介さずに、排気マニホールド6の水入口83に接続するための戻しバイパス経路108が設けられている。戻しバイパス経路108の一端(上流側端)は、ベーパライザ101の水出口103に連通する水戻し経路94の中途部に、例えば三方弁からなる切替弁98を介して接続される。また、戻しバイパス経路108の他端(下流側端)は、排気マニホールド6の水入口83に連通する上流側水経路91の中途部に、例えば三方弁からなる切替弁99を介して接続される。戻しバイパス経路108の中途部に循環ポンプ109が設けられている。循環ポンプ109は、例えば電動式の送液ポンプで構成され、切替弁98側から冷却水を吸引し、切替弁99側へ向けて冷却水を吐出する。
In addition, a
エンジン装置200では、切替弁95,98,99の切替えにより、ベーパライザ101から、戻しバイパス経路108、循環ポンプ109、水冷排気マニホールド6及び送りバイパス経路96を通って再びベーパライザ101に戻る循環経路90が形成される。切替弁95,98,99は、ベーパライザ101をエンジン1の気化器用水出口85及び気化器用水入口86に接続する加温経路89と、循環経路90とを切り替える経路切替機構を構成している。
In the
切替弁95,98,99は、例えば電磁弁又は電動弁であり、ECU(Engine Control Unit 又は Electronic Control Unit)からなる制御装置110に電気的に接続されている。制御装置110は、切替弁95,98,99を含むエンジン1の電気的補助装置を制御して、エンジン1の運転制御を行う。詳細は省略するが、制御装置110は、各種演算処理や制御を実行するCPU(Central Processing Unit)の他、各種データを予め固定的に記憶させたROM(Read Only Memory)、制御プログラムや各種データを書換可能に記憶するEEPROM(Electrically Erasable ROM)、制御プログラムや各種データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、時間計測用のタイマ、及び入出力インターフェイス等を有している。
The switching
この実施形態では、加温経路89と循環経路90とを切り替える際の切替弁95,98,99の制御に関連して、制御装置110の入力側に、油温センサ111、吸気温センサ112及び水温センサ113が電気的接続される。油温センサ111は、エンジン1内の潤滑油の温度を検出するものであり、この実施形態ではシリンダブロック5に取り付けられる。吸気温センサ112は、例えば温度計測機能付き吸気圧センサ(T−MAPS:Temperature-Manifold Absolute Pressure Sensor)で構成され、吸気マニホールド3内の吸気温度と吸気圧力を検出する。水温センサ113は、エンジン1内を流通する冷却水の温度を検出するものであり、この実施形態では冷却水ポンプ19に取り付けられる。
In this embodiment, in connection with the control of the switching
また、制御装置110の出力側には、切替弁95,98,99及び循環ポンプ109が電気的接続される。なお、図示は省略するが、制御装置110の入力側にはエンジン1に設けられる各種センサ等が電気的接続され、制御装置110の出力側にはエンジン1に設けられる各種装置等が電気的接続される。
Further, the switching
次に、図7を参照しながら、エンジン装置200におけるベーパライザの凍結防止制御の流れについて説明する。制御装置110は、例えばエンジン1の低温始動時など、ベーパライザ101の凍結が予測されるときに、冷却水が循環経路90にて循環するように、切替弁95,98,99及び循環ポンプ109を制御する。
Next, the flow of the vaporizer freezing prevention control in the
制御装置110は、エンジン1が始動されると(ステップS1:Yes)、水温センサ113の出力から計測される冷却水温度が所定水温しきい値よりも低いか否かを判定する(ステップS2)。冷却水温度が所定水温しきい値よりも低いとき(ステップS2:Yes)、エンジン1が冷間始動であることが予測される。このとき、制御装置110は、吸気温センサ112の出力から計測される吸気温度が所定吸気温しきい値よりも低いか否かを判定する(ステップS3)。
When engine 1 is started (step S1: Yes),
吸気温度が所定吸気温しきい値よりも低いとき(ステップS3:Yes)、エンジン装置200の周囲雰囲気が低温であることが予測される。このとき、制御装置110は、切替弁95,98,99を切り替えて、ベーパライザ101を循環経路90に接続する(ステップS4)。すなわち、切替弁95は、排気マニホールド6の水出口84を送りバイパス経路96に接続するとともに、排気マニホールド6の水出口84と冷却水ポンプ19の間の水経路を遮断する。また、切替弁98は、水戻し経路94の中途部を戻しバイパス経路108に接続するとともに、ベーパライザ101の水出口103と気化器用水入口86の間の水経路を遮断する。また、切替弁99は、上流側水経路91の中途部を戻しバイパス経路108に接続するとともに、排気マニホールド6の水入口83とシリンダブロック5の間の水経路を遮断する。これにより、循環経路90が形成される。また、制御装置110は、循環ポンプ109に通電して、循環ポンプ109を所望の吐出量で駆動させる。
When the intake air temperature is lower than the predetermined intake air temperature threshold (step S3: Yes), it is predicted that the ambient atmosphere of the
循環経路90が形成され、且つ循環ポンプ109が駆動すると、ベーパライザ101の水出口103から水戻し経路94へ流出する冷却水は、切替弁98、戻しバイパス経路108、循環ポンプ109、切替弁99、排気マニホールド6の冷却水通路82、切替弁95、送りバイパス経路96及び水送り経路93を介して、水入口102からベーパライザ101に再び流入する。
When the
循環経路90にて冷却水を循環ポンプ109によって強制循環させることで、エンジン始動後にエンジン1内部の冷却水よりも早く高温になりやすい排気マニホールド6内の冷却水を、エンジン1内部の冷却水流通経路を介さずに、ベーパライザ101に直接供給できる。また、循環ポンプ109の吐出量を制御することで、排気マニホールド6の冷却水通路82を通過した冷却水を所望の流量で確実にベーパライザ101に供給できる。これにより、低温始動時など、ベーパライザ101の凍結が予測されるときに、ベーパライザ101の凍結を抑制でき、ベーパライザ101の凍結に起因するエンジンストールを防止して、エンジン始動性を向上できる。
By forcibly circulating the cooling water by the
エンジン1の駆動が継続され、油温センサ111の出力から計測される油温が所定油温しきい値を超えると(ステップS5:Yes)、制御装置110は、切替弁95,98,99を切り替えて、ベーパライザ101への冷却水流通経路を加温経路89に切り替える。また、循環ポンプ109の通電が切断されて、循環ポンプ109が停止する(ステップS6)。すなわち、切替弁95は、排気マニホールド6の水出口84を冷却水ポンプ19に下流側水経路92を介して接続する。また、切替弁98は、ベーパライザ101の水出口103を気化器用水入口86に水戻し経路94を介して接続する。また、切替弁99は、排気マニホールド6の水入口83をシリンダブロック5内部の冷却水通路に上流側水経路91を介して接続する。これにより、エンジン1内部を流通した冷却水が加温経路89経由でベーパライザ101に流通される。油温が所定油温しきい値を超えた状態では、エンジン1内の冷却水が十分に加温されているので、冷却水を排気マニホールド6から送りバイパス経路96経由でベーパライザ101に直接流通させなくても、気化器用水出口86から流出する冷却水でベーパライザ101の凍結を防止できる。
When the drive of the engine 1 is continued and the oil temperature measured from the output of the
なお、エンジン1の始動後(ステップS1:Yes)、冷却水温度が所定水温しきい値以上のとき(ステップS2:No)や、吸気温度が所定吸気温しきい値よりも低いとき(ステップS3:Yes)には、制御装置110は、ベーパライザ101への冷却水流通経路が加温経路89になるように、切替弁95,98,99を制御する(ステップS6)。
Note that after the engine 1 is started (step S1: Yes), when the cooling water temperature is equal to or higher than a predetermined water temperature threshold (step S2: No), or when the intake air temperature is lower than the predetermined intake air temperature threshold (step S3). : Yes), the
次に、図8及び図9を参照しながら、エンジン装置の他の実施形態について説明する。図8に示すように、この実施形態のエンジン装置201は、空燃比センサ114を備え、制御装置110が空燃比センサ114の出力に基づいてベーパライザ101の凍結を予測する点で、上記実施形態のエンジン装置200とは異なっている。エンジン装置201のその他の構成は、エンジン装置200と同様である。なお、図8での図示は省略されているが、エンジン装置201には空燃比センサ114以外にも各種センサが取り付けられており、例えば吸気温センサ112や水温センサ113(図6参照)などが取り付けられる。
Next, another embodiment of the engine device will be described with reference to FIGS. 8 and 9. As shown in FIG. 8, the
空燃比センサ114は、排気ガス中の酸素濃度を検出するものであり、この実施形態では排気マニホールド6の排気ガス通路81に取り付けられる。空燃比センサ114は制御装置110に電気的接続されている。制御装置110は、空燃比センサ114の出力から、シリンダブロック5内の各気筒に供給される空気と燃料ガスとの混合気の空燃比を計測する。
The air-
図9を参照しながら、エンジン装置201におけるベーパライザの凍結防止制御の流れについて説明する。エンジン装置201でも、上記実施形態のエンジン装置200と同様に、制御装置110は、ベーパライザ101の凍結が予測されるときに、循環経路90にて冷却水を強制循環させるように、切替弁95,98,99及び循環ポンプ109を制御する。
With reference to FIG. 9, the flow of the antifreezing control of the vaporizer in the
制御装置110は、エンジン1が始動されると(ステップS1:Yes)、空燃比センサ114の出力から計測される混合気の空燃比が所定空燃比しきい値よりも希薄傾向(リーン傾向)にあるか否かを判定する(ステップS11)。混合気の空燃比が所定空燃比しきい値よりも大きい(希薄傾向にある)とき、ベーパライザ101が凍結傾向にあることが予測される(ステップS11:Yes)。すなわち、ベーパライザ101が凍結傾向にあると液化燃料ガスが気化しにくくなり、空燃比が希薄(リーン)傾向になる特性を利用して、ベーパライザ101の凍結を予測する。そして、制御装置110は、切替弁95,98,99を切り替える一方で、循環ポンプ109を駆動させて、循環経路90にて冷却水を循環させる(ステップS4)。エンジン装置201におけるステップS4での制御は、上記実施形態のエンジン装置200におけるステップS4(図7参照)での制御と同じである。
When engine 1 is started (step S1: Yes),
すなわち、エンジン装置201は、上記実施形態のエンジン装置200と同様にして、ベーパライザ101の凍結が予測されるときに、循環経路90にて冷却水を循環ポンプ109によって所望の流量で強制循環させることで、エンジン始動後にエンジン1内部の冷却水よりも早く高温になりやすい排気マニホールド6内の冷却水をベーパライザ101に直接供給する。これにより、低温始動時など、ベーパライザ101の凍結が予測されるときに、ベーパライザ101の凍結を抑制でき、ベーパライザ101の凍結に起因するエンジンストールを防止して、エンジン始動性を向上できる。
That is, the
エンジン1の始動後(ステップS1:Yes)、混合気の空燃比が所定空燃比しきい値以下のとき(ステップS11:No)には、ベーパライザ101が凍結傾向になく、燃料ガスの気化が正常に行われていることが予測される。このとき、制御装置110は、ベーパライザ101への冷却水流通経路が加温経路89になるように、切替弁95,98,99及び循環ポンプ109を制御する(ステップS12)。
After the engine 1 is started (step S1: Yes), when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is equal to or lower than the predetermined air-fuel ratio threshold value (step S11: No), the
制御装置110は、油温センサ111の出力から計測される油温が所定油温しきい値を超えるまで、混合気の空燃比を監視する(ステップS5:No、ステップS11)。エンジン1の駆動が継続され、油温が所定油温しきい値を超えると(ステップS5:Yes)、制御装置110は、ベーパライザ101への冷却水流通経路が加温経路89になるように、切替弁95,98,99及び循環ポンプ109を制御する(ステップS13)。なお、油温が所定油温しきい値を超えたときに(ステップS5:Yes)、循環ポンプ109が駆動して循環経路90にて冷却水が循環しているときには、制御装置110は、切替弁95,98,99を切り替えて、ベーパライザ101への冷却水流通経路を加温経路89に切り替える。また、制御装置110は、循環ポンプ109を停止させる。このときの経路切替制御は、上記実施形態のエンジン装置200におけるステップS6(図7参照)での制御と同様である。
The
次に、図10を参照しながら、エンジン装置のさらに他の実施形態について説明する。この実施形態のエンジン装置202は、図6に示すエンジン装置200と比較して、切替弁97をさらに備えている。エンジン装置202のその他の構成は、エンジン装置200と同様である。
Next, still another embodiment of the engine device will be described with reference to FIG. The
切替弁97は、例えば三方弁であり、送りバイパス経路96と水送り経路93の交差位置に設けられて、ベーパライザ101の水入口102を送りバイパス経路96又は気化器用水出口85に切り替えて接続する。また、切替弁97は、例えば電磁弁又は電動弁であり、制御装置110に電気的接続されている。切替弁95,97,98,99は、加温経路89と循環経路90とを切り替える経路切替機構を構成している。
The switching
制御装置110は、ベーパライザ101を循環経路90に接続するときには、図7を参照しながら説明した上記ステップS4の制御に加えて、ベーパライザ101の水入口102を送りバイパス経路96に接続するように切替弁97を制御する。このとき、切替弁97は、ベーパライザ101の水入口102と気化器用水出口85の間の水経路を遮断する。これにより、循環経路90が閉じた経路に構成され、送りバイパス経路96と気化器用水出口85の間での冷却水の流通が阻止される。したがって、排気マニホールド6で加温された冷却水を効率よくベーパライザ101に供給できる。
When connecting the
なお、ベーパライザ101が加温経路89に接続されるときには、制御装置110は、図7を参照しながら説明した上記ステップS6の制御に加えて、ベーパライザ101の水入口102を気化器用水出口85に接続するように切替弁97を制御する。
When the
次に、図11を参照しながら、エンジン装置のさらに他の実施形態について説明する。この実施形態のエンジン装置203は、図6に示すエンジン装置202と比較して、切替弁95,97,98,99に替えて、開閉弁115,117,118,119を備える。エンジン装置203のその他の構成は、エンジン装置200,202と同様である。
Next, still another embodiment of the engine device will be described with reference to FIG. The
開閉弁115は、下流側水経路92と送りバイパス経路96の分岐位置よりも下流側で、下流側水経路92に設けられる。開閉弁117は、水送り経路93と送りバイパス経路96の分岐位置よりも上流側で、水送り経路93に設けられる。開閉弁118は、水戻し経路94と戻しバイパス経路108の分岐位置よりも下流側で、水戻し経路94に設けられる。開閉弁119は、上流側水経路91と戻しバイパス経路108の分岐位置よりも上流側で、上流側水経路91に設けられる。開閉弁115,117,118,119は、加温経路89と循環経路90とを切り替える経路切替機構を構成している。
The on-off
開閉弁115,117,118,119がすべて開弁状態のときには、排気マニホールド6の冷却水通路82を流通する冷却水は、水出口84、下流側水経路92及び開閉弁115を介して冷却水ポンプ19に流入する一方で、気化器用水出口85から水送り経路93及び開閉弁117を介して冷却水がベーパライザ101の水入口102に流入する。他方、開閉弁115,117,118,119がすべて閉弁状態のときには、循環経路90が形成される。
When all the on-off
開閉弁115,117,118,119は、制御装置110に電気的接続されている。制御装置110は、図7を参照して説明したベーパライザ101の凍結防止制御の流れと同様にして、ベーパライザ101の凍結が予測されるときには、開閉弁115,117,118,119を切り替えて、循環経路90を形成する一方で、循環ポンプ109を駆動させる。これにより、低温始動時など、ベーパライザ101の凍結が予測されるときに、エンジン始動後にエンジン1内部の冷却水よりも早く高温になりやすい排気マニホールド6内の冷却水をベーパライザ101に直接供給できる。そして、ベーパライザ101の凍結に起因するエンジンストールを防止して、エンジン始動性を向上できる。
The on-off
なお、切替弁97をさらに備えている構成(図10参照)や、切替弁95,97,98,99に替えて開閉弁115,117,118,119を備える構成(図11参照)は、図8を参照して説明したエンジン装置201に適用可能であることは言うまでもない。また、エンジン装置203(図11参照)において、開閉弁117が設けられていなくてもよい。この場合、開閉弁115,118,119が閉状態にされた上で循環ポンプ109が駆動されることで、循環経路90が形成される。また、エンジン装置200,201,202において、切替弁95,97,98,99のうちのいずれか1つ又は複数に替えて、対応する開閉弁115、117、118又は119(図11参照)を設ける構成であってもよい。
Note that the configuration further including the switching valve 97 (see FIG. 10) and the configuration including the on-off
また、循環ポンプ109は、上記実施形態では戻りバイパス経路108に設けられているが、例えば送りバイパス経路96に設けられてもよい。また、気化器用水出口85及び気化器用水入口86は、上記実施形態では冷却水ポンプ19に設けられているが、例えばシリンダヘッド2やシリンダブロック5など、エンジン1の他の構成部品に設けられてもよい。
The
図1〜図6、図8、図10及び図11に示すように、エンジン装置200,201,202,203は、エンジン1と、液化燃料ガスを貯留するガスボンベ100からの液化燃料ガスを気化させるベーパライザ101を備え、エンジン1の冷却水の一部をベーパライザ101に流通させるものであって、排気ガス通路81を冷却する冷却水通路82を有する排気マニホールド6と、排気マニホールド6の水出口84をベーパライザ101の水入口102に接続する送りバイパス経路96と、ベーパライザ101の水出口103を排気マニホールド6の水入口83に接続する戻しバイパス経路108と、バイパス経路96又は108に設けられた循環ポンプ109を備え、ベーパライザ101をエンジン1の気化器用水出口85及び気化器用水入口86に接続する加温経路89と、ベーパライザ101からバイパス経路96,108、循環ポンプ109及び排気マニホールド6を通って再びベーパライザ101に戻る循環経路90とを切り替える経路切替機構を備えているので、循環経路90にて冷却水を循環ポンプ109によって強制循環させることで、エンジン始動後にエンジン1内部の冷却水よりも早く高温になりやすい排気マニホールド6内の冷却水をベーパライザ101に直接供給できる。また、循環ポンプ109の吐出量を制御することで、排気マニホールド6を通過した冷却水を所望の流量で確実にベーパライザ101に供給できる。これにより、低温始動時など、ベーパライザ101の凍結が予測されるときに、ベーパライザ101の凍結を抑制でき、ベーパライザ101の凍結に起因するエンジンストールを防止して、エンジン始動性を向上できる。
As shown in FIGS. 1 to 6, 8, 10, and 11, the
図6及び図7に示すように、エンジン装置200は、エンジン1の冷却水温及び吸気温度がそれぞれ所定しきい値以下のときに、経路切替機構としての切替弁95,98,99が循環経路90を形成する一方で、循環ポンプ109が駆動して循環経路90にて冷却水を循環させるようにした。エンジン装置200は、既存の冷却水温センサ113、吸気温センサ112等を用いてベーパライザ101の凍結を予測でき、ベーパライザ101に専用の温度センサ等を設ける必要がないので、より安価な構成にして、エンジン装置200の製造コスト上昇を抑制できる。
As shown in FIGS. 6 and 7, when the cooling water temperature and the intake air temperature of the engine 1 are each equal to or lower than a predetermined threshold value, the
図8及び図9に示すように、エンジン装置201は、エンジン1における燃料ガスと空気との混合気の空燃比が所定しきい値よりも希薄傾向にあるときに、経路切替機構としての切替弁95,98,99が循環経路90を形成する一方で、循環ポンプ109が駆動して循環経路90にて冷却水を循環させるようにした。エンジン装置201は、ベーパライザ101が凍結傾向にあると液化燃料ガスが気化しにくくなり、空燃比が希薄(リーン)傾向になる特性を利用して、ベーパライザ101の凍結を予測できる。したがって、エンジン装置201は、ベーパライザ101に専用の温度センサ等を設ける必要がないので、より安価な構成にして、エンジン装置201の製造コスト上昇を抑制できる。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various forms. The configuration of each part is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 エンジン
6 排気マニホールド(水冷排気マニホールド)
83 水入口(水冷排気マニホールドの水入口)
84 水出口(水冷排気マニホールドの水出口)
85 気化器用水出口
86 気化器用水入口
89 加温経路
90 循環経路
96 送りバイパス経路
100 ガスボンベ(燃料ガス源)
101 ベーパライザ(気化器)
102 水入口(気化器の水入口)
103 水出口(気化器の水出口)
108 戻しバイパス経路
109 循環ポンプ
200,201,202,203 エンジン装置
1
83 Water inlet (Water inlet of water-cooled exhaust manifold)
84 Water outlet (water outlet of water-cooled exhaust manifold)
85
101 Vaporizer (vaporizer)
102 Water inlet (vaporizer water inlet)
103 Water outlet (vaporizer water outlet)
108
Claims (3)
排気ガス通路を冷却する冷却水通路を有する水冷排気マニホールドと、前記水冷排気マニホールドの水出口を前記気化器の水入口に接続する送りバイパス経路と、前記気化器の水出口を前記水冷排気マニホールドの水入口に接続する戻しバイパス経路と、前記バイパス経路に設けられた循環ポンプを備え、
前記気化器を前記エンジンの気化器用水出口及び気化器用水入口に接続する加温経路と、前記気化器から前記バイパス経路、前記循環ポンプ及び前記水冷排気マニホールドを通って再び前記気化器に戻る循環経路とを切り替える経路切替機構を備えているエンジン装置。 In an engine device that includes an engine and a vaporizer that vaporizes a liquefied fuel gas from a fuel gas source that stores the liquefied fuel gas, and that circulates a part of the engine cooling water to the vaporizer,
A water-cooled exhaust manifold having a cooling water passage for cooling the exhaust gas passage, a feed bypass passage connecting a water outlet of the water-cooled exhaust manifold to a water inlet of the carburetor, and a water outlet of the carburetor connected to the water-cooled exhaust manifold. A return bypass path connected to the water inlet, and a circulation pump provided in the bypass path,
A heating path connecting the carburetor to a carburetor water outlet and a carburetor water inlet of the engine, and circulation returning from the carburetor to the carburetor again through the bypass path, the circulation pump, and the water-cooled exhaust manifold. An engine apparatus provided with a path switching mechanism for switching between paths.
Priority Applications (1)
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