JP3265060B2 - 気体燃料エンジン用混合気形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体燃料を燃料とする
気体燃料エンジンの混合気形成装置に関し、とくに簡単
な構造でＡ／Ｆの正確な制御を可能にした混合気形成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンに代わる自動車用燃料としてア
ルコールや水素等の使用が検討されているが、これらの
一般車両への適用はいずれも種々のエンジン運転状態へ
の適合性及びコスト等の観点から現在のところあまり実
現性が高くないと考えられる。その一方、液化石油ガス
（ＬＰＧ：Liquified Petroleum Gas ）や液化天然ガス
（ＬＮＧ：Liquified Natural Gas ）等の気体燃料は以
下のような優れた点を有しているため、ガソリンの代替
燃料として極めて有望であると考えられる。すなわち ｉ )気体燃料には有害な鉛化合物や刺激性アルデヒドは
なく、また硫黄分も少ないので亜硫酸ガスの発生は少な
い。しかも各気筒への配分を均等にできるので、各気筒
での燃焼を均一にできる。この結果、排気ガスをきれい
にできる。 ii )燃焼によるカーボンの発生が少なく、スラッジの発
生もごくわずかであるため、オイルの汚れがわずかであ
る。これにより、オイル交換時期が延び、エンジン寿命
も延びる。 iii)オクタン価がガソリンに比較して非常に高いため、
高圧縮比のエンジンでもノッキングを起こしにくい。 iv )完全なガス体としてシリンダ内に導入されるため、
ガソリンのようにシリンダ壁のオイルを洗い流すことに
よりエンジンの摩耗を早めるというようなことはなく、
これによってもエンジンの寿命を向上できる。 ｖ )燃料のベーパロックやパーコレーションを起こさな
い。 vi )ガソリンに比較して一般に安価である。 とくに、上記ｉ）の利点は最近地球レベルでクローズア
ップされている環境問題とのからみからも非常に重要で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような気体燃料を
燃料とする気体燃料エンジンは、一般に、加圧下で液体
状態で貯えられている気体燃料を気化するための圧力調
整器（ベーパライザ）と、該圧力調整器からの気体燃料
と大気との混合気を形成するためのミキサとを備えてい
る。また、構造の簡略化のために上記ミキサとしては従
来より固定ベンチュリ型のものが用いられ、これに加え
て燃料噴射用のインジェクタが採用されている。

【０００４】ところが、気体燃料は単位発熱量当たりの
体積が大きいため、燃料量を例えばインジェクタ等の燃
料弁によって直接制御するように構成すると、この燃料
弁の可動部分が大きくなって、特に高負荷高速回転時に
エンジン回転数への対応が困難となる。

【０００５】また上記インジェクタを備えた上記従来の
気体燃料エンジンにおいては、インジェクタにより燃料
噴射が間欠的に行われるため、吸気装置内の空燃比（Ａ
／Ｆ）が不均一になるという問題が生じる。また固定ベ
ンチュリであるため、吸気流量に合わせた燃料量の調量
が正確に行えない場合がある。とくに低速低負荷時にお
いてはベンチュリ部の負圧が不十分であることにより、
制御した燃料が確実に吸気通路に供給されず、この結果
Ａ／Ｆが不均一になりやすく、また吸気流量の変化に対
して燃料量を正確に追従させることが困難である。さら
に、燃料量の広範囲にわたってＡ／Ｆを調整するために
はスロー系やその他種々の部品を設ける必要が生じ、こ
の結果却って構造が複雑となる。

【０００６】本発明は、このような要請に鑑みてなされ
たもので、高速応答性を向上でき、また簡単な構造を有
しかつ燃料量の広範囲にわたってＡ／Ｆを正確に制御す
ることができる気体燃料エンジン用混合気形成装置を提
供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、気体
燃料エンジンの燃焼室に供給すべき気体燃料と空気との
混合気を形成するための気体燃料エンジン用混合気形成
装置において、吸気通路に接続された気体燃料通路の途
中に該気体燃料通路をこれの下流側圧力により開閉する
ダイヤフラム式圧力調整器を介設し、上記気体燃料通路
の上記吸気通路への接続部に配置された主ジェットを介
して上記吸気通路に気体燃料を供給する気体燃料ミキサ
を設けるとともに、上記気体燃料通路の上記主ジェット
より上流側でかつ上記圧力調整器より下流側に制御され
た量のブリードエアを供給することにより上記圧力調整
器のダイヤフラムに作用する圧力を調整しもって燃料量
を制御するためのブリードエア供給制御装置を設けたこ
とを特徴としている。請求項２の発明は、気体燃料エン
ジンの燃焼室に供給すべき気体燃料と空気との混合気を
形成するための気体燃料エンジン用混合気形成装置にお
いて、吸気通路に接続された気体燃料通路の途中に該気
体燃料通路をこれの下流側圧力により開閉するダイヤフ
ラム式圧力調整器を介設し、上記気体燃料通路の上記吸
気通路への接続部に配置された主ジェットを介して上記
吸気通路に気体燃料を供給する気体燃料ミキサを設ける
とともに、上記気体燃料通路の上記主ジエットより上流
側でかつ上記圧力調整器より下流側に該気体燃料通路の
通路面積を可変制御することにより上記圧力調整器のダ
イヤフラムに作用する圧力を調整しもって燃料量を制御
するための燃料供給制御装置を設けたことを特徴として
いる。請求項３の発明は、気体燃料エンジンの燃焼室に
供給すべき気体燃料と空気との混合気を形成するための
気体燃料エンジン用混合気形成装置において、吸気通路
に接続された気体燃料通路の途中に該気体燃料通路をこ
れの下流側圧力により開閉するダイヤフラム式圧力調整
器を介設し、上記気体燃料通路の上記吸気通路への接続
部に配置された主ジェットを介して上記吸気通路に気体
燃料を供給する気体燃料ミキサを設けるとともに、上記
気体燃料通路の上記主ジエットより上流側でかつ上記圧
力調整器より下流側に、制御された量のブリードエアを
供給するブリードエア供給制御装置と上記気体燃料通路
の通路面積を可変制御する燃料供給制御装置とを設け、
これにより上記圧力調整器のダイヤフラムに作用する圧
力を調整しもって燃料量を制御するようにしたことを特
徴としている。

【０００８】また請求項２の発明は、上記主ジェット上
流側に制御された量の燃料を供給する燃料供給制御装置
を設けたことを、請求項３の発明はブリードエア供給制
御装置と、燃料供給制御装置との両方を設けたことをそ
れぞれ特徴としている。

【０００９】

【作用】本発明に係る気体燃料エンジン用混合気形成装
置では、ブリードエア供給制御装置により主ジェット上
流側へのブリードエア供給量が制御され、これにより圧
力調整器のダイヤフラムに作用する圧力が制御され、も
って該圧力調整器により燃料量が制御される。また燃料
供給制御装置により主ジェット上流側への燃料量が制御
される。制御された燃料は気体燃料ミキサのベンチュリ
部から吸気通路に供給される。このとき上記ミキサのベ
ンチュリ部には燃料を吸い出すのに十分な負圧があるた
め、上記制御された燃料は吸気通路内に連続的にかつ確
実に供給され、これによりＡ／Ｆを均一にすることがで
きる。しかも、ブリードエア供給量及び燃料量の制御が
Ｏ₂ センサからの信号に基づいて行われるので、三元触
媒の浄化率が高いウインドウの範囲にＡ／Ｆを制御する
ことができ、燃料量の広範囲にわたってＡ／Ｆの正確な
制御が可能となる。また、Ａ／Ｆを調整するために、加
速時に燃料を増量するパワー系やその他種々の部品を設
ける必要がなく、構造が簡単となる。

【００１０】また請求項１，３の発明では、Ａ／Ｆ制御
は、いずれもブリードエア量を制御し、もって燃料量を
制御することにより行われる。そのため請求項１の発明
では燃料供給制御弁が不要となり、また請求項２の発明
では燃料供給制御弁の開度をあまり変えることなくＡ／
Ｆ制御可能となり、その結果、特にエンジンの高速回転
への対応が可能となる。

【００１１】なお、ガソリンエンジンにおいて、可変ベ
ンチュリを備えエアブリードを行うものがあるが、この
場合のエアブリードはガソリンの霧化のために行われて
おり、Ａ／Ｆを制御するために行われているのではな
い。したがって、本発明に係る気体燃料エンジン用混合
気形成装置とは異なるものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。第１実施例 図１ないし図７は請求項１の発明に係る第１実施例によ
る気体燃料エンジン用混合気形成装置を説明するための
図である。図１は上記第１実施的装置が採用された気体
燃料エンジンの断面部分図、図２、図３は主ジェット部
分の拡大部分図、図４は吸気流量と燃料量との関係を示
す図、図５は空燃比フィードバーク制御のフローチャー
ト、図６、図７はステップ数と燃料量との関係を示す図
である。図において、１は本発明の第１実施例が適用さ
れた水冷式４気筒４バルブ型気体燃料エンジンであり、
これは図示しないクランクケース上にシリンダブロック
２，シリンダヘッド３を積層してヘッドボルトで締結
し、該シリンダヘッド３上にヘッドカバー４を装着した
構造のものである。上記シリンダブロック２に形成され
た４つのシリンダボア２ａ内にはそれぞれピストン５が
摺動自在に挿入配置されており、該各ピストン５はコン
ロッドを介して図示しないクランク軸に連結されてい
る。

【００１３】上記シリンダヘッド３の下部には燃焼凹部
３ａが凹設されている。該燃焼凹部３ａ，シリンダボア
２ａ及びピストン５の頭部５ａにより燃焼室６が形成さ
れている。燃焼凹部３ａには吸気弁開口３ｂ，排気弁開
口３ｃがそれぞれ２つずつ開口している。なお、上記各
開口３ｂ，３ｃは、これらの部分にそれぞれ圧入装着さ
れた概ねリング状のバルブシート７，８の各開口によっ
て形成されている。また、各吸気弁開口３ｂには吸気弁
１０のバルブヘッド１０ａが、各排気弁開口３ｃには排
気弁１１のバルブヘッド１１ａがそれぞれ各開口を開閉
可能に、すなわち上記バルブシート７，８の各シート面
に密接可能に配置されている。これらの吸気，排気弁１
０，１１の上端には吸気，排気リフタ１２，１３がそれ
ぞれ装着されている。該各リフタ１２，１３上には、こ
れを押圧駆動する吸気，排気カム軸１４，１５が気筒軸
と直角方向に向けて、かつ互いに平行に配置されてい
る。なお、上記シリンダヘッド３内部には点火プラグ１
６が装着されており、この点火プラグ１６の電極部は上
記燃焼凹部３ａの中央に配置されている。また、上記シ
リンダブロック２及びシリンダヘッド３内には、図示し
ないクーラントポンプによりクーラント液が循環するク
ーリングジャケット２５が設けられている。該クーラン
ト液は、図示しない外部の熱交換器を通って周知の方法
で冷却されるようになっている。

【００１４】上記シリンダヘッド３の側壁３ｄ内には、
吸気弁開口３ｂを介して上記燃焼室６と連通する吸気通
路１７が形成され、また上記シリンダヘッド３の側壁３
ｅ内には、排気弁開口３ｃを介して上記燃焼室６と連通
する排気通路１８が形成されている。上記吸気通路１７
の壁面開口部には吸気マニホールド１９の一端が、上記
排気通路１８の壁面開口部には排気マニホールド２０の
一端がそれぞれ接続されている。上記吸気マニホールド
１９の他端にはプリーナムチャンバ２１が設けられてい
る。上記排気マニホールド２０他端の出口２０ａには、
触媒層を有する触媒コンバータ２２が接続されている。
この触媒層は、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（Ｈ
Ｃ）の酸化及び窒素酸化物（ＮＯ_X ）の還元を行うため
のいわゆる三元触媒を含んでいる。触媒コンバータ２２
により処理された排気ガスは、図示しない排気・消音シ
ステムを通って大気中に排出されるようになっている。
また排気マニホールド２０には、排気ガス中の酸素濃度
を検出するためのＯ₂ センサ２３が取り付けられてい
る。このＯ₂ センサ２３としては、混合気の空燃比（Ａ
／Ｆ）がリッチ側にあるときに検出するタイプまたはＡ
／Ｆがリーン側にあるときに検出するタイプのいずれで
あってもよい。

【００１５】上記気体燃料エンジン１の側方には、上記
吸気マニホールド１９を介して上記燃焼室６に供給すべ
き混合気を形成するための混合気形成装置３０が配置さ
れている。この混合気形成装置３０は可変ベンチュリ型
ミキサ３１を有している。このミキサ３１は、その下部
開口が上記吸気マニホールド１９側に接続された主本体
部３２を有している。該主本体部３２の上部には吸気通
路３３が形成されており、該吸気通路３３にはエアクリ
ーナ３５が接続されている。これにより、エアクリーナ
３５の大気導入口３６から導入されフィルタエレメント
３７によりフィルタ処理されたエアが吸気通路３３内に
供給されるようになっている（第１図矢印参照）。

【００１６】上記ミキサ３１は、チャンバ３８と、該チ
ャンバ３８内に摺動自在に設けられ、上記吸気通路３３
内に突出するピストン３９とを備えている。上記チャン
バ３８内には、上記ピストン３９を上記吸気通路３３の
閉方向に付勢するコイルばね４０が縮設されている。上
記ピストン３９の先端には、燃料供給チャンバ４２の主
ジェット４３と協働するメータリングロッド（ニードル
弁）４４が設けられている。これらの主ジェット４３及
びニードル弁４４は、いかなる吸気流量に対しても後述
するブリードエア用制御弁８４の開度の平均値が略一定
のままＡ／Ｆを略一定に維持できるような形状を有して
いる。上記ピストン３９の端部には上記チャンバ３８内
部と連通するブリードポート４６が形成されており、ま
た上記チャンバ３８の上部には大気側に開口する大気ポ
ート４７が形成され、この大気ポート４７を介して上記
ピストン３９には上記吸気通路３３の開方向に大気圧が
作用している。なお、この大気ポート４７は、主ジェッ
ト４３が開口するベンチュリ部よりも上流の吸気通路３
３に開口してもよく、この場合もピストン３９には吸気
通路３３の開方向に大気圧が作用する。

【００１７】このような構成により、吸気通路３３の上
記ピストン３９下流側部分が負圧になったときにはピス
トン３９がチャンバ３８側に移動して流路を開くように
なっており、これにより流路面積を効果的に変化させる
ことができ、主ジェット４３が開口するスロート部が実
質的に一定の負圧状態に維持されるようになっている。
上記吸気通路３３内においてピストン３９の下流側に
は、スロットル操作によって開閉するスロットルバルブ
４８が設けられている。

【００１８】また上記ミキサ３１には、燃料供給チャン
バ４２から延びているアイドルディスチャージライン５
１，燃料遮断弁５２，調節可能なニードル弁５３及びア
イドルポート５４を含むアイドル回路５０が設けられて
いる。上記アイドルポート５４は、吸気通路３３内にお
いて上記スロットルバルブ４８のアイドル位置下流側に
開口している。また上記燃料遮断弁５２はＥＣＵ９２に
よってその開閉が制御されるようになっており、これに
よりアイドルディスチャージライン５１を通る燃料量が
制御される。アイドリング時にはこのアイドル回路５０
から燃料が供給されるようになっている。

【００１９】なお、図示していないが、上記ＥＣＵ９２
には、スロットルバルブ４８のスロットル位置，クーラ
ント液の液温，エンジン回転数，Ｏ₂ センサ２３の出
力，排気温，負圧センサの出力等の各種信号が入力され
る。

【００２０】また上記気体燃料エンジン１には、排気ガ
ス中のＮＯ_X を低減させるためのＥＧＲ装置が設けられ
ている。このＥＧＲ装置はＥＧＲバルブ５６を有してお
り、該ＥＧＲバルブ５６により、排気マニホールド２０
から第１ＥＧＲライン５７を介し第２ＥＧＲライン５８
を通って吸気マニホールド１９のプリーナムチャンバ２
１に戻る排気ガス量が制御されるようになっている。

【００２１】上記燃料供給チャンバ４２に気体燃料を供
給するための圧力調整器（ベーパライザ，レギュレー
タ）６０が設けられている。レギュレータ６０には、図
示しない高圧源に圧力下で液体状態で貯えられている気
体燃料が導入管６１から導入されるようになっている。
上記気体燃料としては、たとえばブタン，プロパン，こ
れらの混合気またはその他の周知の気体燃料が用いられ
る。

【００２２】レギュレータ６０は主本体部（ハウジン
グ）６２を有している。該ハウジング６２内には導入管
６１と連絡する導入路６３が形成されている。該導入路
６３は第１圧力調整ポート６４まで延びており、該第１
圧力調整ポート６４は第１圧力調整弁６５によってその
開閉が制御されるようになっている。上記第１圧力調整
弁６５は、調節ねじ６６及びばね６７等を含む第１付勢
部材６８によって作動するようになっている。また上記
ハウジング６２には第１蓋板６９が装着されており、こ
れにより該ハウジング６２内に第１圧力調整室７０が形
成されている。上記第１付勢部材６８の調節により該第
１圧力調節室内の気体燃料の圧力はゲージ圧で約０．３
kg/cm²に設定される。

【００２３】上記ハウジング６２の上記第１蓋板６９と
逆側にはダイヤフラム７２及び第２蓋板７３が装着され
ており、これにより第２圧力調整室７４が形成されてい
る。該第２圧力調整室７４は通路７５を介して上記第１
圧力調整室７０に連絡している。また上記通路７５の第
２圧力調整室側開口には、開閉可能な第２圧力調整弁７
６が設けられており、該第２圧力調整弁７６は、上記ダ
イヤフラム７２と連動する第２付勢部材７７によってそ
の作動が制御されるようになっている。また上記ダイヤ
フラム７２の背面側には大気ポート７３ａを介して大気
圧が作用している。上記第２付勢部材７７の調節によっ
て、上記第２圧力調整室７４内の気体燃料の圧力は大気
圧よりもわずかに低い圧力に設定され、このように設定
された気体燃料が上部の燃料供給通路７８を通って燃料
供給チャンバ４２内に供給されるようになっている。な
お、上記ハウジング６２内には加熱通路８０が設けられ
ている。上記エンジン１のクーリングジャケット２５で
加熱されたクーラント液がこの加熱通路８０を通って循
環するようになっている。これにより、レギュレータ６
０内部においてより安定した気体温度が維持され、より
良好な気化及び調整作用が行われる。

【００２４】また、上記燃料供給チャンバ４２の絞り部
４２ａ下流には、該燃料供給チャンバ４２内にブリード
エアを導入するためのブリードエア通路８２の一端が開
口しており、該ブリードエア通路８２はブリードエア用
制御弁８４に接続されている。該ブリードエア用制御弁
８４には、エアクリーナ３５下流側にその一端が開口す
るブリードエア通路８５からエアが導入されるようにな
っている。上記ブリードエア用制御弁８４は、ステッピ
ングモータ９０の駆動により開閉するバルブエレメント
８６を備えており、このバルブエレメント８６の作動に
より燃料供給チャンバ４２へのブリードエア量が制御さ
れる。また上記ステッピングモータ９０は、上記Ｏ₂ セ
ンサ２３からの出力信号に基づきＥＣＵ９２によってそ
の駆動が制御（フィードバック制御）されるようになっ
ている。

【００２５】上述のように、主ジェット４３と協働する
ニードル弁４４は、通常のエンジン運転状態において吸
気流量が変化してもブリードエア用制御弁８４のステッ
プ数の平均値が略一定のままＡ／Ｆを略一定（λ≒１）
に維持できるような円錐形状を有している。なお、上記
λはつぎのように定義される。すなわち λ＝Ｆ／Ｆ_c ここで、Ｆは実際の空燃比であり、Ｆ_c はストイキ状態
の理論空燃比である。よって、ストイキ状態の混合気で
は、気体燃料の種類及び組成の如何に拘らず常にλ＝１
である。

【００２６】上述のことから、スロットルバルブ４８が
開き吸気流量が増加すると、図２及び図３に示すように
ピストン３９が移動して主ジェット４３の開口面積がＳ
１からＳ２（＞Ｓ１）に変化し、この結果、主ジェット
４３から吸気通路３３内に導入される燃料及びブリード
エア量が上記増加した吸気流量に見合う分だけ増加する
が、このときブリードエア用制御弁８４の開度を変える
必要はなく、すなわちブリードエア用制御弁８４のステ
ップ数が実質的に一定の値、例えば５０に維持された状
態でＡ／Ｆが一定に維持される。

【００２７】図４を参照しつつこれをさらに詳細に説明
すると、図４ではまずストイキ状態（λ＝１）を維持す
るための、プロパン１００％の燃料及びブタン１００％
の燃料における吸入空気量と燃料量との関係がそれぞれ
実線で示されている。なお、吸入空気量の単位は質量流
量であり、一方燃料量の単位はプロパンとブタンの差を
明確にするため体積流量で示している。また図中各折線
は実験結果であり、プロパン１００％の燃料を用いた場
合においてブリードエア用制御弁８４を種々の開度に保
持したときの吸入空気量と燃料量との関係を示してい
る。各パーセント数字は開度を示しており、開度０％
（ステップ数０）は全閉状態を、開度１００％（ステッ
プ数１００）は全開状態を、他の数字は途中開度の状態
をそれぞれ示している。この図４から、Ｏ₂ センサ２３
から信号が出力されていない場合には、ブリードエア用
制御弁８４のステップ数をある値に維持した状態で吸気
流量を増加させると、燃料量も比例的に増加してＡ／Ｆ
が略一定に維持されることが分かる。また開度５０％
（ステップ数５０）の折れ線と、プロパン１００％の燃
料においてストイキ状態を維持するための関係を示す実
線とがほぼ一致していることから、ステップ数を５０に
維持しておけば吸気流量が変化してもストイキ状態がほ
ぼ維持されることが分かる。

【００２８】次に、Ｏ₂ センサ２３からの出力信号に基
づいた上記ブリードエア用制御弁８４のフィードバック
制御について、図５，図６及び図７を用いて説明する。
図５は本フィードバック制御の基本的な流れを示してお
り、図６及び図７はこれに対応する装置図である。図５
のステップＳ１では、混合気がリッチ状態またはそれ以
外の状態（ストイキあるいはリーンのいずれかの状態）
にあるかを示す信号をＥＣＵ９２がＯ₂ センサ２３から
受け取る。ステップＳ２では、Ｏ₂ センサ２３の出力信
号がリッチ信号か否かを判断する。リッチ信号であると
判断されればステップＳ３に移行し、ステッピングモー
タ９０を所定スピードで駆動してバルブエレメント８６
を開き、ステップ数を５０から例えば５５に上昇させる
（図６（ａ）参照）。すると、主ジェット４３の開口面
積がブリードエア用制御弁８４と絞り部４２ａの開口面
積の和よりも常に小さいため、図６（ｂ）に示すよう
に、ステップ数の増加量に対応して燃料供給チャンバ４
２内においてブリードエア量が増加するとともにその分
だけ燃料量が減少する。この結果、リッチ状態にあった
混合気の空燃比がリーン側に移行する。

【００２９】またステップＳ２において、Ｏ₂ センサ２
３の出力信号がリッチ信号でない（すなわちストイキあ
るいはリーン信号である）と判断されればステップＳ４
に移行する。なお、Ｏ₂ センサ２３として混合気がリー
ン状態のときにのみ信号を出力するタイプを採用した場
合には、ステップＳ１ではＯ₂ センサ２３からリーン信
号のみが出力されることになり、信号が出力されない場
合においてステップＳ３に移行する。ステップＳ４で
は、ステップモータ９０を所定スピードで駆動してバル
ブエレメント８６を閉じ、ステップ数を５０から例えば
４５に減少させる（図７（ａ）参照）。すると、ステッ
プ数の減少量に対応して燃料供給チャンバ４２内におい
てブリードエア量が減少し、その分だけ燃料量が増加す
る（図７（ｂ）参照）。この結果、リーンまたはストイ
キ状態にあった混合気の空燃比がリッチ側に移行する。

【００３０】このようなフィードバック制御により、混
合気を理論空燃比に維持することができる。また、本実
施例では、フィードバック制御がなされない（すなわち
Ｏ₂センサ２３の信号によってブリードエア用制御弁８
４が駆動していない）状態において、吸気流量が変化し
ても常時同じステップ数（５０）でＡ／Ｆを略一定（λ
＝１の状態）に維持できるようにニードル弁４４の形状
が決められており、従ってフィードバック制御は、常時
同じステップ数（５０）から制御が開始されているの
で、λ＝１を維持するためのブリードエア用制御弁８４
の動きを最小限にすることができ、迅速な制御が可能に
なる。なお、上記燃料供給チャンバ４２内に導入される
ブリードエア量は吸気流量に比べると実際には極わずか
であるため、該ブリードエア量は直接Ａ／Ｆには関与し
ていない。また、ブリードエア量の供給により気体燃料
の量を制御しているため、とくに高地使用での燃料量の
補正を容易に行える。これは、ブリードエア及び燃料が
いずれも気体であることにより、各密度が同様に変化す
るためである。

【００３１】以上のように本実施例では、吸気通路３３
に可変ベンチュリ型ミキサ３１を設けるとともに、該ミ
キサ３１の主ジェット４３上流側の燃料供給チャンバ４
２に開口するブリード通路８２にブリードエア用制御弁
８４を設けたので、ブリードエア量の制御により制御さ
れた量の燃料が吸気通路３３内に連続的にかつ確実に供
給され、これによりＡ／Ｆを均一にすることができる。
しかも、ブリードエア供給量の制御がＯ₂ センサ２３か
らの信号に基づいて行われるので、三元触媒の浄化率が
高いウインドウの範囲にＡ／Ｆを制御することができ、
燃料量の広範囲にわたってＡ／Ｆの正確な制御が可能と
なる。

【００３２】また、ブリードエア用制御弁８４からのブ
リードエアが燃料供給チャンバ４２の絞り部４２ａ下流
側に供給されるようになっているので、燃料量すなわち
Ａ／Ｆの制御を少ないブリードエア量で行うことがで
き、これによりＡ／Ｆ制御のための可動部分を小さくし
て素早いフィードバック制御が可能になり、特にエンジ
ンの高速運転への対応が容易となる。さらにＡ／Ｆを調
整するために、加速時に燃料を増量するパワー系やその
他種々の部品を設ける必要がなく、装置全体の構造が簡
単となる。

【００３３】第２実施例 図８は請求項２の発明に係る第２実施例による気体燃料
エンジン用混合気形成装置を説明するための図である。
本図において、図１と同一符号は同一または相当部分を
示している。なお、ここでは気体燃料エンジンは省略さ
れているが、本第２実施例装置は上記第１実施例装置
（図１）の気体燃料エンジン１と同様の気体燃料エンジ
ンに適用されるものである。図８では、レギュレータ６
０から燃料供給チャンバ４２へ供給される気体燃料の量
を調整するための燃料供給制御弁１００が設けられてい
る。この燃料供給制御弁１００はステッピングモータに
よって作動し、該ステッピングモータは、Ｏ ₂ センサ２
３（図１）からの制御信号に基づいてＥＣＵ９２により
制御される。

【００３４】この燃料供給制御弁１００を設けることに
より、レギュレータ６０からの燃料量を直接制御するこ
とができる。制御された燃料は吸気通路３３内に連続的
にかつ確実に供給され、これにより燃料量の広範囲にわ
たってＡ／Ｆを均一にすることができる。しかも燃料量
の制御がＯ₂ センサ２３からの信号に基づいて行われる
ので、三元触媒の浄化率が高いウインドウの範囲にＡ／
Ｆを制御することができる。また、Ａ／Ｆを調整するた
めにスロー系やその他種々の部品を設ける必要がなく、
構造が簡単となる。また図８では明確に表れていない
が、エンジンが停止した際に上記燃料供給制御弁１００
をエンジン停止前の途中開度に保持しておくためのスト
ッパが燃料供給通路７８内に設けられており、これによ
りエンジン再始動時において該燃料供給制御弁１００の
無駄な動きをなくすことができ、迅速な制御が可能にな
る。

【００３５】なお、この第２実施例装置では、ＥＧＲ装
置の一部としてＥＧＲレギュレータ１１０が示されてい
る点、及び吸気通路３３のスロットルバルブ４８下流側
に負圧スイッチ１１２が設けられている点が第１実施例
装置（図１）と異なっているが、これらのＥＧＲレギュ
レータ１１０及び負圧スイッチ１１２はいずれも図１で
は省略されているものである。また、アイドルディスチ
ャージライン５１に燃料切換弁１１４が設けられている
が、これは図１の燃料遮断弁５２に相当するものであ
る。

【００３６】また、この第２実施例装置では、第１実施
例装置と異なり、燃料遮断弁１２０，アイドルスピード
制御弁１３０及び補助燃料供給弁１４０が設けられてい
る。上記燃料遮断弁１２０は、エンジンの急減速時にお
いて燃焼室内への燃料供給を遮断するためのものであ
り、大気を引き込むためのフィルタエレメント１２１を
備えている。急減速時すなわちエンジン高速回転中にス
ロットルバルブ４８を急激に絞ったときには、この急減
速状態が負圧センサ１１２により検出され、この検出信
号がＥＣＵ９２に入力される。そして、ＥＣＵ９２から
の制御信号を受けて上記燃料遮断弁１２０が開かれ、こ
れにより多量の大気が上記フィルタエレメント１２１か
らバイパス通路１２２を通って燃料供給チャンバ４２内
に導入される。この結果、吸気通路３３内への燃料供給
が遮断される。これにより、急減速時に不完全燃焼の燃
料が触媒コンバータ内に排出されることによって媒内が
高温になるのが回避できる。

【００３７】上記アイドルスピード制御弁１３０は、吸
気通路３３の下流側に形成されたアイドルバイパス通路
１３１に設けられており、一般に電気作動式の制御弁で
ある。上記アイドルバイパス通路１３１は、吸気通路３
３内においてアイドル位置にあるスロットルバルブ４８
の上流側及び下流側に開口しており、上記アイドルスピ
ード制御弁１３０は、ＥＣＵ９２からの制御信号に基づ
き上記アイドルバイパス通路１３１を流れる吸気流量を
制御してアイドルスピード（回転数）を調節するための
ものである。すなわち、アイドルスピードが低下した場
合には該アイドルスピード制御弁１３０の開度が増して
吸気をバイパスさせ、またアイドルスピードが速い場合
には該アイドルスピード制御弁１３０の開度が減少する
ことになる。このようにしてアイドルスピードを安定さ
せることができる。

【００３８】上記補助燃料供給弁１４０は、一般に電気
作動式の制御弁であり、主に急加速時にレギュレータ６
０の第１圧力調整室７０内の流路１４１から流路１４２
及びバイパス通路１４３を通ってエンリッチメント用の
燃料を上記プリーナムチャンバ２１に補助的に供給する
ためのものである。この補助燃料供給弁１４０もＥＣＵ
９２からの制御信号に基づいて制御される。なお、この
エンリッチメント用燃料の供給は、エンジン始動時にＯ
₂ センサ２３が活性化したかどうかを判定するために行
われるものである。

【００３９】また図８では、吸気通路３３の上流側に吸
気通路３３と燃料供給チャンバ４２とを連通するブリー
ドエア通路１５０が形成されている点が図１と異なって
いる。該ブリードエア通路１５０の入口にはブリードエ
ア量を調節するためのジェット１５１が設けられてい
る。このようなブリードエア通路１５０を設けることに
よって燃料供給チャンバ４２内に絶えずブリードエアが
供給されることになる。これにより、燃料供給チャンバ
４２から吸気通路３３に流入する燃料とブリードエアと
の総量が、ブリードエア通路１５０を設けない場合に比
較して多くなるために、主ジェット４３とニードル弁４
４との隙間を大きくとることが可能となる。従って、主
ジェット４３とニードル弁４４の形状の精度が、上記隙
間が小さいときほど厳密には要求されないので、主ジェ
ット４３とニードル弁４４の製造を容易に行えるように
なる。

【００４０】第３実施例 図９は請求項３の発明に係る第３実施例による気体燃料
エンジン用混合気形成装置を説明するための図である。
本図において図１と同一符号は同一または相当部分を示
している。なお、ここでは気体燃料エンジンは省略され
ているが、本第３実施例装置は上記第１実施例装置（図
１）の気体燃料エンジン１と同様の気体燃料エンジンに
適用されるものである。図９では、ブリードエア用制御
弁８４が設けられるとともに、エンジンの外的条件によ
って制御される燃料供給制御弁１００が設けられてい
る。このように両制御弁を併設することによって、Ａ／
Ｆの正確な制御が可能となるばかりでなく、各制御弁を
小型化することが可能になる。これにより装置全体をコ
ンパクトにでき、しかも各制御弁の応答速度を高めるこ
とができる。なお、上記エンジン外的条件としては、用
いられる気体燃料の種類や組成及びエアクリーナ３５の
流路抵抗、高地使用に伴う大気圧降下等がある。また上
記各制御弁８４，１００の制御の仕方としては、両制御
弁ともＯ₂ センサ２３からの信号に基づいて制御する方
法もあるが、この第３実施例では、ブリードエア用制御
弁８４のみＯ₂ センサ２３からの信号で制御され、燃料
供給制御弁１００はエンジンの外的条件に応じてブリー
ドエア用制御弁８４の変化量が補償される、すなわちエ
ンジンの外的条件が変化してもブリードエア用制御弁８
４の開度が一定に維持されるように制御されるようにな
っている。

【００４１】なお、本発明はレシプロエンジンにのみ適
用されるものではなく、ロータリエンジンにも同様に適
用することができる。また、上記実施例では本発明が４
気筒エンジンに適用された例を示したが、本発明は４気
筒以外の多気筒エンジンにも同様に適用されるものであ
る。また、上記実施例では、ブリードエア用制御弁８４
及び燃料供給制御弁１００の開閉をステッピングモータ
により行うものを示したが、本発明の適用はこれに限定
されない。たとえば比例制御電磁弁を採用し、供給電流
の制御により弁開度を調節するようにしてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明に係る気体燃料エン
ジン用混合気形成装置では、吸気通路に気体燃料ミキサ
を設け、気体燃料通路にダイヤフラム式圧力調整器を設
けるとともに、該気体燃料通路の主ジェットより上流側
でかつ圧力調整器より下流側にブリードエア供給制御装
置，燃料供給制御装置の何れか一方又は両方を設けたの
で、制御された量の燃料を吸気通路内に連続的にかつ確
実に供給することができ、これによりＡ／Ｆを均一にす
ることができる。しかも、上記ブリードエア量及び燃料
量の制御がＯ₂ センサからの信号に基づいて行われるの
で、三元触媒の浄化率が高いウインドウの範囲にＡ／Ｆ
を制御することができ、燃料量の広範囲にわたってＡ／
Ｆの正確な制御が可能となる。また、Ａ／Ｆを調整する
ために、加速時に燃料を増量するパワー系やその他種々
の部品を設ける必要がなく、構造が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による気体燃料エンジン用
混合気形成装置が採用された気体燃料エンジンの断面部
分図である。

【図２】上記第１実施例装置におけるスロットルバルブ
閉時の主ジェット部分の拡大部分図である。

【図３】上記第１実施例装置におけるスロットルバルブ
開時の主ジェット部分の拡大部分図である。

【図４】上記第１実施例装置における吸入空気量と燃料
量との相関関係を示す図である。

【図５】上記第１実施例における空燃比フィードバック
制御のフローチャートである。

【図６】上記第１実施例におけるブリードエア用制御弁
のステップ数と燃料量との相関関係を示す図である。

【図７】上記第１実施例におけるブリードエア用制御弁
のステップ数と燃料量との相関関係を示す図である。

【図８】本発明の第２実施例による気体燃料エンジン用
混合気形成装置の概略構成図である。

【図９】本発明の第３実施例による気体燃料エンジン用
混合気形成装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 気体燃料エンジン ６ 燃焼室 ２３ Ｏ₂ センサ ３０ 混合気形成装置 ３１ 可変ベンチュリミキサ ４３ 主ジェット ８４ ブリードエア用制御弁 １００ 燃料供給制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−160147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−20665（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−108130（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 21/02 311

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体燃料エンジンの燃焼室に供給すべき
   気体燃料と空気との混合気を形成するための気体燃料エ
   ンジン用混合気形成装置において、吸気通路に接続され
   た気体燃料通路の途中に該気体燃料通路をこれの下流側
   圧力により開閉するダイヤフラム式圧力調整器を介設
   し、上記気体燃料通路の上記吸気通路への接続部に配置
   された主ジェットを介して上記吸気通路に気体燃料を供
   給する気体燃料ミキサを設けるとともに、上記気体燃料
   通路の上記主ジェットより上流側でかつ上記圧力調整器
   より下流側に制御された量のブリードエアを供給するこ
   とにより上記圧力調整器のダイヤフラムに作用する圧力
   を調整しもって燃料量を制御するためのブリードエア供
   給制御装置を設けたことを特徴とする気体燃料エンジン
   用混合気形成装置。
2. 【請求項２】 気体燃料エンジンの燃焼室に供給すべき
   気体燃料と空気との混合気を形成するための気体燃料エ
   ンジン用混合気形成装置において、吸気通路に接続され
   た気体燃料通路の途中に該気体燃料通路をこれの下流側
   圧力により開閉するダイヤフラム式圧力調整器を介設
   し、上記気体燃料通路の上記吸気通路への接続部に配置
   された主ジェットを介して上記吸気通路に気体燃料を供
   給する気体燃料ミキサを設けるとともに、上記気体燃料
   通路の上記主ジエットより上流側でかつ上記圧力調整器
   より下流側に該気体燃料通路の通路面積を可変制御する
   ことにより上記圧力調整器のダイヤフラムに作用する圧
   力を調整しもって燃料量を制御するための燃料供給制御
   装置を設けたことを特徴とする気体燃料エンジンの混合
   気形成装置。
3. 【請求項３】 気体燃料エンジンの燃焼室に供給すべき
   気体燃料と空気との混合気を形成するための気体燃料エ
   ンジン用混合気形成装置において、吸気通路に接続され
   た気体燃料通路の途中に該気体燃料通路をこれの下流側
   圧力により開閉するダイヤフラム式圧力調整器を介設
   し、上記気体燃料通路の上記吸気通路への接続部に配置
   された主ジェットを介して上記吸気通路に気体燃料を供
   給する気体燃料ミキサを設けるとともに、上記気体燃料
   通路の上記主ジエットより上流側でかつ上記圧力調整器
   より下流側に、制御された量のブリードエアを供給する
   ブリードエア供給制御装置と上記気体燃料通路の通路面
   積を可変制御する燃料供給 制御装置とを設け、これによ
   り上記圧力調整器のダイヤフラムに作用する圧力を調整
   しもって燃料量を制御するようにしたことを特徴とする
   気体燃料エンジン用混合気形成装置。