JP3894982B2

JP3894982B2 - エンジンの液化ガス燃料供給方法および供給装置

Info

Publication number: JP3894982B2
Application number: JP09600196A
Authority: JP
Inventors: 真一原田; 和久真壁; 武相瀧川
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH09268948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液化ガス燃料を噴射弁により吸気管へ噴射してエンジンに供給する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液化ガス燃料をエンジンに供給するため、一般に高圧液状のＬＰＧをレギュレータで所定圧力の気体に減圧調整して吸気管へ吸出させる、という方式が採られているが、エンジンの高出力化、燃料制御性の向上を計るため、液化ガス燃料を液体のまま噴射弁により計量して吸気管へ噴射する方式が検討されており、そのいくつかの考えが特開昭５９−８２５５６号公報、特開昭６３−１８１７２号公報、実開昭６２−８７１６２号公報などに開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの液化ガス噴射システムを実用化するうえで解決しなければならない問題点の一つに温度の影響がある。即ち、液化ガスは高温になると容易に気化し、燃料タンク（ボンベ）から噴射弁に至る燃料系内で気泡を発生する。
【０００４】
気泡は液化ガスの圧力、流量を変動させ噴射弁からの噴射量を大幅に狂わせるので、燃料タンクの液化ガスを燃料ポンプで加圧し気化しにくい状態とすることに加えて、液化ガス温度が設定値よりも高いときに気化している液化ガスを別系統で噴射させることや（特開昭６３−１８１７２号公報参照）、燃料系に冷却装置を設置して液化ガスの温度上昇を抑制すること（実開昭６２−８７１６２号公報参照）、などによって気泡混入液化ガスを噴射弁より噴射させないようにしている。
【０００５】
しかしながら、前記の気化ガスを別系統で噴射させる方法では、液化ガスの一部を分取して気化させた気化ガスまたは燃料タンクの気相部分からとり出した気化ガスを貯蔵容器に貯蔵し、これを噴射させるものであるため、液化ガスが設定温度よりも高い状態で高出力運転を長時間行う場合にエンジン要求燃料を確保しにくい、という難点がある。また、前記の液化ガスを冷却する方法では、冷却手段に冷凍サイクルを使用するので専用サイクルとした場合は装置が著しく大がかりとなり、自動車用空調装置の冷凍サイクルを利用した場合は空調を必要としないときにも作動させなければならず、且ついずれの場合も動力消費が大きい、という問題がある。
【０００６】
これに対して、液化ガスを液体のまま噴射することなく、燃料タンクの気相部分を形成している高圧の気化ガスを噴射弁より吸気管に噴射させる、という考えは高温時に噴射量が大幅に狂うという問題を生じない反面、蒸気圧が極度に低下する低温時に必要量の気化ガスが得られないので実用化できない。
【０００７】
本発明は液化ガス燃料を噴射弁により計量して吸気管へ噴射する方式について、液化ガスがもっている温度の影響を受けやすいという性質を噴射量に及ぼすことがなく、従ってエンジン要求燃料を安定して適正に供給することができる簡単な手段がなかった、という点を解決課題とするものであり、特に、液体導管の遮断弁が閉弁して気体導管より気体の液化ガスがエンジンに供給されているとき、気温が高くなると液体導管に残留している液化ガスが気泡を発生し更に大量に気化して圧力を上昇し、圧力調整器，遮断弁および配管類に漏れを生じたり破損させたりすることを防止するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明では上流へ向かって開く逆止弁を有するバイパスを圧力調整器を迂回させて設け、液体導管の内圧が上昇したときバイパスから気体導管へ圧力を放出するようにしたことにより、逆止弁は液化ガスを液体のまま噴射させるとき、液化ガスが圧力調整器を通ることなくバイパス経由で噴射弁へ送られて燃料流量を狂わせるのを防止する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
燃料タンク（ボンベ）に充填されている高圧の液化ガスはその液相部分がとり出されて所定圧力に調整され、噴射弁に送られてエンジン要求量が吸気管へ噴射される。
【００１０】
自動車エンジンの燃料として汎用されているＬＰＧは季節および地域により異なるがプロパンを２０〜８０％の割合で含んでいるブタンとの混合物であり、寒冷地においてはプロパンを１００％としても冬期の極低温時に蒸気圧を発生しなくなって燃料タンク内の圧力は燃料を噴射して供給することが可能な限界圧力よりも低下してしまう。このため、燃料タンクと圧力調整器との間に燃料ポンプを設置して噴射可能圧力まで昇圧させることが必要となる。燃料ポンプはエンジンが温暖地のみで使用される場合には不要であるが、地域や季節を選ばない自動車エンジンや専ら寒冷地で使用されるエンジンの場合には必要である。
【００１１】
一方、気温が上昇するに伴って燃料タンク内の圧力は上昇し、燃料ポンプの吸込ヘッドが吐出ヘッドよりも高くなる。このようなときは燃料ポンプを運転する必要がないので、負荷低減のため燃料ポンプを停止すること、および停止燃料ポンプを迂回するバイパスを設けて液化ガスの充分な量の流れを確保させることが好ましい。
【００１２】
エンジンが低温状態で始動し暖機運転によって冷却水温度が上昇したとき、或いはエンジンが高温状態で始動しエンジン冷却水温度が既に高温となっているとき、冷却水が燃料タンクから送られてくる高圧液状の液化ガスを加熱気化可能な温度に達していれば、この冷却水の熱を利用して液化ガスを気化させ、気体燃料として吸気管へ噴射させる。
【００１３】
もっとも、エンジン冷却水温度が高くなっても低気温のため燃料タンク内の液化ガス温度が低温の時は、燃料ポンプを運転して昇圧させた液化ガスを液体のまま噴射させる方式を採るか、或いはエンジン冷却水で加熱気化し気体として噴射させる方式を採るかは任意である。
【００１４】
エンジン冷却水はエンジンが長時間停止しているときは気温と同温度となるが、運転中および短時間の停止では気温よりも高温となっている。一方、気温が高いとき燃料タンクから噴射弁に至る燃料系内の液化ガスは気化を開始して気泡を発生し、特に夏期の高温放置後の再始動時にはベーパロック状態となりやすい。
【００１５】
このような液化ガスをそのまま噴射させると、噴射量が大幅に狂ってエンジンの不調或いは停止を招く。本発明では、液化ガスが気泡発生温度に近い温度となったとき、多くの場合はエンジン冷却水が液化ガスよりも高温度であることを利用して、液化ガスをエンジン冷却水で加熱気化させ気体として噴射させるものである。これにより、高気温時に液化ガスが気泡を発生するようになっても液化ガスは全て気体となって噴射弁に送られるため、エンジン要求燃料を適正に供給することが可能となる。
【００１６】
本発明を実施するための燃料系は、燃料タンクから延びる燃料導管に必要により燃料ポンプおよびその迂回用バイパスを設け、バイパス下流側で液体導管と気体導管とに分岐してそれぞれに圧力調整器、遮断弁を設置して構成される。或いは、液体導管と気体導管とを燃料タンクから別系統に設け、燃料ポンプおよびその迂回用バイパスを液体導管に設置する構成としてもよい。気体導管の圧力調整器はエンジン冷却水と液化ガスとの熱交換器を兼ねたものとするのが好適であるが、これらを別体にしても差支えない。また、気体として噴射させているとき液体導管に残留している液化ガスが高温により気泡を発生すると、圧力が異常上昇して危険であるので圧力を逃がす手段を設けるのが安全対策の面で好ましい。
【００１７】
尚、噴射弁はエンジンの運転状態に応じて電子式制御ユニットから送られる信号により駆動されるものであり、大気温度、エンジン冷却水温度に応じて同じ電子式制御ユニットから遮断弁に信号を送り、液体噴射と気体噴射との切換えを行わせる。
【００１８】
更に、噴射弁は液化ガスが液体のままであるときはかなり大流量を噴射することができるので、一個または二個を吸気管の例えば絞り弁下流適所に設置すればよい。しかし、液化ガスを気体としたときは一個の噴射弁で大流量を噴射することが困難であるので、エンジンの各燃焼室に対応させて吸気マニホルドの各枝管に設置するのが好ましい。
【００１９】
【実施例】
図面は本発明の実施例を示すものであって、燃料タンク１に取入口を差込んだ燃料導管２に下流へ向かって燃料フィルタ３、燃料遮断弁４、燃料ポンプ５が順に設置されているとともに、下流へ向かって開く逆止弁６を有するバイパス７が燃料ポンプ５を迂回させて設けられている。
【００２０】
燃料遮断弁４は燃料タンク１に接近して設置され、燃料系のほぼ全体を遮断する。また、燃料ポンプ５は燃料タンク１の内圧を検知するため燃料導管２に付設した圧力センサ８から電子式制御ユニット１０に送られる信号に基いて運転、停止を行うものであり、燃料タンク１の内圧が後述する噴射弁で噴射可能な限界圧力よりも低下したときに運転され、液化ガスを限界圧力よりも高い圧力に昇圧して噴射弁へ送る。燃料ポンプ５の吐出ヘッドよりも燃料タンク１の内圧、即ち吸込ヘッドの方が高いときは燃料ポンプ５を運転する必要がないので停止させるが、停止した燃料ポンプ５が液化ガスの流れを阻害し或いは遮蔽するので、以後はバイパス７によって必要流量を確保させる。逆止弁６は燃料ポンプ５の運転時に液化ガスが循環するのを防止するためのものである。
【００２１】
燃料導管２は燃料ポンプ５の吐出側のバイパス７との接続個所よりも更に下流側で液体導管１１と気体導管１７とに分岐している。液体導管１１は下流へ向かって圧力調整器１２，遮断弁１３を順に具えており、エンジン２１の吸気管２２の絞り弁２３よりも下流であって吸気マニホルド２４の上流に設置した噴射弁１４に接続されている。
【００２２】
遮断弁１３は大気温度が低く、液化ガスが燃料導管２や液体導管１１の内部で蒸発し気泡を発生する心配のない低温状態にあると判断されたとき電子式制御ユニット１０からの信号によって開弁し、圧力調整器１２で所定圧力に調整した液化ガスを液体のまま噴射弁１４から吸気管２２へ噴射させる。
【００２３】
一方、気体導管１７も下流へ向かって圧力調整器１８，遮断弁１９を順に具えており、エンジン２１の各燃焼室に対応させた吸気マニホルド２４の各枝管に設置した噴射弁２０に接続されている。
【００２４】
遮断弁１９はエンジン冷却水温度が液化ガスを加熱して気化させることができる温度となったとき、或いはこれに加えて燃料系内の液化ガスが気泡を発生する温度に近い大気温度となったとき電子式制御ユニット１０からの信号によって開弁し、圧力調整器１８で液化ガスを所定圧力の気体に調整して噴射弁２０から吸気管２２へ噴射させる。
【００２５】
液体導管１１の遮断弁１３と気体導管１７の遮断弁１９とは、噴射を行っている系統のものが開弁し、噴射を行っていない系統のものが閉弁しているが、切換え時には一時的に両方を開弁させ、それまで噴射していた燃料の噴射量を次第に減少させるとともに新しく噴射する燃料の噴射量を次第に増加させて、燃料流量の過剰或いは途切れを生じさせることなく円滑に切換えが行われるようにされる。また、気体導管１７の圧力調整器１８はエンジン冷却水を循環（図１で破線で示す）させて液体の液化ガスを加熱気化する熱交換器を兼ねている。
【００２６】
前記二つの圧力調整器１２，１８は入口圧力の変動にかかわらず出口圧力を所定値に調整するダイヤフラム式のよく知られた構造のものを用いることができる。
【００２７】
また、前記二つの噴射弁１４，２０はエンジン２１の吸入空気量、回転速度、冷却水温度、絞り弁２３の開度などに応じて電子式制御ユニット１０から送られる信号によって駆動され、エンジン要求流量の燃料を噴射することは従来のガソリン用噴射弁と同じである。
【００２８】
次に、液体導管１１の遮断弁１３が閉弁して気体導管１７より気体の液化ガスがエンジン２１に供給されているとき、気温が高くなると液体導管１１に残留している液化ガスが気泡を発生し更に大量に気化して圧力を上昇し、圧力調整器１２，遮断弁１３および配管類に漏れを生じたり破損させたりする心配がある。
【００２９】
その対策として、上流へ向かって開く逆止弁１５を有するバイパス１６を圧力調整器１２を迂回させて設け、液体導管１１の内圧が上昇したときバイパス１６から気体導管１７へ圧力を放出するようにした。逆止弁１５は液化ガスを液体のまま噴射させるとき、液化ガスが圧力調整器１２を通ることなくバイパス１６経由で噴射弁１４へ送られて燃料流量を狂わせるのを防止するものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、高圧の液化ガスを低温時に液体のまま噴射させ、エンジン冷却水の温度が上昇した後はその熱を利用して気化させた液化ガスを噴射させるようにした本発明によると、燃料系内で液化ガスが気泡を発生したりベーパロック状態となる大気温度では液化ガスを気化して噴射させることとなり、液化ガスが温度の影響を受けやすいため噴射量を変動させるという不都合を解消し、且つ大きな動力消費を伴うことなく簡単な構成でエンジン要求燃料を液化ガス温度に関係なく安定して適正に供給することができるものであり、特に、上流へ向かって開く逆止弁を有するバイパスを圧力調整器を迂回させて設けることにより、液体導管の内圧が上昇したときバイパスから気体導管へ圧力を放出するようにしたので、逆止弁は液化ガスを液体のまま噴射させるとき、液化ガスが圧力調整器を通ることなくバイパス経由で噴射弁へ送られるので、燃料流量を狂わせるのを防止することがなく、圧力調整器，遮断弁および配管類に漏れを生じたり破損させたりする心配もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す配置図。
【符号の説明】
１燃料タンク，５燃料ポンプ，７バイパス，１０電子式制御ユニット，１１液体導管，１２，１８圧力調整器，１３，１９遮断弁，１４，２０噴射弁，１６バイパス，１７気体導管，２１エンジン，２２吸気管

Claims

燃料タンクに充填されている液化ガスを吸気管へ液体のまま噴射する噴射弁および気化させた液化ガスを噴射させる噴射弁と、前記燃料タンクの液化ガスを前記液体用噴射弁に送る液体導管および気体用噴射弁に送る気体導管と、前記液体導管に設置された圧力調整器および遮断弁と、前記気体導管に設置された液化ガスをエンジン冷却水で加熱気化する熱交換器、圧力調整器および遮断弁とを具え、エンジン冷却水が液化ガスを加熱気化できる温度よりも低いときは前記液体導管の遮断弁が開いて液体の液化ガスを噴射させ、高いときは前記気体導管の遮断弁が開いて気体の液化ガスを噴射させる構成としたエンジンの液化ガス燃料供給装置において、気化させた液化ガスを噴射しているとき前記液体導管の残留液化ガス圧力を前記気体導管へ放出させるため、前記液体導管にその圧力調整器を迂回するバイパスを具えたことを特徴とするエンジンの液化ガス燃料供給装置。