JP4352376B2

JP4352376B2 - エンジンの液化ガス燃料供給装置

Info

Publication number: JP4352376B2
Application number: JP2003121165A
Authority: JP
Inventors: 和久真壁; 弘司川横
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP2004324549A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気化させた液化ガスを燃料に使用するエンジンに液化ガス燃料を供給する装置、詳しくは低温時にエンジン要求流量の燃料を不足或いは過剰とすることなく供給することができる液化ガス燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボンベ内の液化ガスをレギュレータで所定圧力に減圧して吸気管路に送出しエンジンに供給する液化ガス燃料供給装置は周知である。
【０００３】
レギュレータはエンジン冷却水により液化ガスを加熱気化するとともに気化ガスを所定圧力、即ち大気圧程度に調整して吸気管路に設置したミキサに送るか、または一定正圧に調整して吸気管路に設置した燃料噴射弁に送るものである。このため、エンジン冷却水温度が低いとき液化ガスを充分に気化することができず、低温始動性がよくなかったり、始動直後にエンジン回転速度を上昇させた場合に運転不調を招いたりする。
【０００４】
その対策として、エンジン冷却水温度が予め設定した温度よりも低いときはボンベ内の気相部分から気化ガスをとり出してレギュレータに送入し、設定温度に上昇したときボンベ内の液相部分から液化ガスをとり出してレギュレータに送入するように切換えを行うこと、およびこの切換え時に気化ガスと液化ガスの両方をレギュレータに送入する重複領域を設けることが、特開平１０−２５２５６９号公報、特開平１１−２５７１５９号公報に記載されている。
【０００５】
別の対策として、エンジン冷却水を使用する加熱手段を具えたレギュレータに電熱を使用する加熱手段を併用し、低温時に電熱により液化ガスを気化させることが、特開平５−２２３０１４号公報、特開平１１−３２４８１３号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記対策の内で、低温時にボンベ内の気相部分から気化ガスをとり出す方式によると、気相部分の生成はボンベ内の蒸気圧に依存するので、ボンベ温度や液化ガス組成によっては始動直後の暖機不充分なときにエンジン回転速度を上昇させると、エンジン要求燃料流量が気相生成量よりも多い場合を生じることがあり、このようなときは目標の回転速度に上昇させることができない、という事態を生じることがある。
【０００７】
また、前記対策の内で、電熱を使用する加熱手段を併用する方式によると、この加熱手段はエンジンのキイスイッチをオンとしたときに通電が開始されるので、電気抵抗発熱体として急速に温度上昇する特性を有するＰＴＣヒータを用いても加熱開始直後は液化ガスが気化することなく液相のままレギュレータを通って吸気管路に送出されてしまい、混合気が過濃となって始動を不能にする、という心配がある。
【０００８】
本発明は液化ガスをエンジン冷却水により加熱気化するとともに所定圧力の気化ガスとするレギュレータを具え、このレギュレータで調整した気化ガスを吸気管路に送出してエンジンに供給する液化ガス燃料供給装置について、低温時の始動性を改善することを主な目的として提案された前記対策手段では、暖機不充分な状態でのエンジン要求燃料流量増加に対応できないことがある、或いは始動の最初に液化ガスを液相のまま送出して始動を不能とする心配がある、という前述の課題を解決するためになされたものであって、低温時の始動および暖機不充分な状態でのエンジン要求燃料流量増加のいずれに対しても気化ガスを適確に吸気管路に送出し、低温始動およびそれに続くエンジン運転を確実且つ安定よく行なうことができるもの、とすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は液化ガスをエンジン冷却水により加熱気化するとともに所定正圧の気化ガスとするレギュレータを具え、前記レギュレータで調整した気化ガスを吸気管路に送出してエンジンに供給する液化ガス燃料供給装置において、液化ガスを充填したボンベ内の気相部分および液相部分のそれぞれを前記レギュレータに接続した気相配管および液相配管と、前記気相配管に設けた気相遮断弁および前記液相配管に設けた液相遮断弁と；エンジンのキイスイッチをオンとしたとき発熱を開始し前記レギュレータに送入される液化ガスを加熱する電熱使用の加熱器と；を具え、前記気相遮断弁はエンジン冷却水温度が設定温度よりも低い温度域で開弁して前記気相部分の気化ガスを前記レギュレータに送入するように開閉させられ、前記液相遮断弁はエンジン冷却水温度が設定温度よりも低い温度で閉弁し、高い温度域で開弁する前記液相部分の液化ガスを前記加熱器を通して前記レギュレータに送入するように開閉させられるエンジンの液化ガス燃料供給装置において、前記液化ガスの組成分を算出した組成分とエンジンの運転状態とによって気相部分の気化ガスのみでエンジン要求燃料流量が供給できるか否かを判断し、エンジン要求燃料流量が前記ボンベ内の気相生成量よりも多く気相部分の気化ガスのみでエンジン要求燃料流量が供給できない場合には、前記エンジン冷却水温度が設定温度よりも低い温度であっても前記液相遮断弁を開弁するものとした。
【００１０】
エンジン始動にあたって、エンジン冷却水温度が設定温度よりも低いときはボンベ内の気相部分を形成している気化ガスがレギュレータで圧力調整されて吸気管路に送出されることによって混合気過濃を招くことがなく、低温時の始動が確実に行なわれることとなり、その一方で始動のためにキイスイッチをオンとしたとき加熱器が発熱を開始する。始動後の暖機不充分な状態でエンジン回転速度を上昇させるなどにより、エンジン要求燃料流量がボンベ内の気相生成量よりも多くなった場合は、ボンベ内の液相部分の液化ガスを加熱器を通して気相部分からの気化ガスと一緒にレギュレータに送入し、圧力調整して吸気管路に送出する。このとき、加熱器はかなり温度上昇していることと、液化ガスが気相部分の気化ガスの不足分を補充するものであるため小流量であること、とによって液化ガスは加熱器で完全に気化し、エンジン要求燃料の気化ガスを供給することができる。エンジン冷却水温度が設定温度よりも高くなると液相部分の液化ガスのみがレギュレータに送られ、所定圧力の気化ガスに調整されて吸気管路に送出されるようになる。
【００１１】
以上により、低温時の始動を確実に行なわせ、且つそれに続くエンジン運転を安定よく行なわせる、という目的が達成されることとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１，図２を参照して本発明の実施の形態を説明すると、ボンベ１の気相部分Ｇから延びる気相配管２および液相部分Ｌから延びる液相配管４はそれぞれ電磁弁からなる気相遮断弁３および液相遮断弁５を有しているとともに、これらの下流側で合流して図１のレギュレータ７、図２のレギュレータ１７に接続されている。また、電熱使用の加熱器６が図１の実施の形態では気相配管２と液相配管４との合流個所下流側に設置され、図２の実施の形態では液相配管４の液相遮断弁５下流側であって気相配管２との合流個所上流側に設置されている。
【００１３】
気相遮断弁３および液相遮断弁５は一個ずつであってもよいが、故障して開弁したままになる、という万一の事態を考慮して各実施の形態においては二個ずつとした。また、加熱器６は電気抵抗発熱体としてニクロム線を使用したものであってもよいが、通電開始から短時間で高温となるＰＴＣヒータを使用したものが好適であり、これらの電気抵抗発熱体が発した熱を広い伝熱面積で効率よく液化ガスに与えるように構成される。
【００１４】
図１に示した実施の形態におけるレギュレータ７は液化ガスをエンジン冷却水Ｃにより加熱し気化ガスとするとともに所定正圧に減圧する一次室８、および気化ガスを大気圧程度の圧力に減圧調整する二次室９を具えた周知のレギュレータ（ベーパライザ）であり、二次室９の気化ガスはエンジン１１の吸気管路１２に設置したミキサ１０からエンジン吸入空気流に吸引されて吸気管路１２に送出されエンジン１１に供給される。
【００１５】
図２に示した実施の形態におけるレギュレータ１７は液化ガスをエンジン冷却水Ｃにより加熱し気化ガスとする熱交換室１８と、気化ガスを所定正圧に減圧調整する圧力調整室１９を具えた広く知られているレギュレータであり、圧力調整室１９の気化ガスはエンジン１１の吸気管路１２の吸気マニホルド各枝管に設置した燃料噴射弁２０から吸気管路１２に送出されエンジン１１に供給される。
【００１６】
一方、各実施の形態においてはエンジン冷却水Ｃの温度を検出する温度センサ２６、ボンベ１内の温度および圧力を検出する温度センサ２７および圧力センサ２８がエンジン１１、ボンベ１のそれぞれに付設されているとともに電子式制御装置２５が準備されている。この電子式制御装置２５は前記の温度センサ２６，２７および圧力センサ２８の検出値が入力され、気相遮断弁３および液相遮断弁５に開閉信号を出力するものである。
【００１７】
各実施の形態では電子式制御装置２５について、これらに加えてエンジン１１の運転状態を検知するために設置した回転速度、吸入空気流量、絞り弁開度などのセンサの検出値およびキイスイッチのオン・オフ状態が入力され、また加熱器６の通電のオン・オフ指令が出力されるようにした。エンジン１１の運転状態を検知することは、図２の実施の形態における燃料噴射弁２０の開閉制御を行なわせるほかに、各実施の形態においてエンジン１１の暖機不充分な時期での気相部分Ｇからの気化ガスのみでは不足する状態のときに液相遮断弁５を開弁させる判断を適切に行なうために有益である。
【００１８】
エンジン１１が停止しているとき、気相遮断弁３と液相遮断弁５とはともに閉弁している。エンジン１１を起動させるためにキイスイッチをオンとすると、加熱器６は発熱を開始する。これと同時に、温度センサ２６が検出したエンジン冷却水Ｃの温度が電子式制御装置２５に予め設定した温度よりも高いときは液相遮断弁５のみを開弁させ、液相部分Ｌの液化ガスをレギュレータ７の一次室８またはレギュレータ１７の熱交換室１８に送入し、エンジン冷却水Ｃの熱により気化ガスとしてエンジン１１に供給することによって始動およびそれに続く運転を行なわせる。
【００１９】
エンジン冷却水Ｃの温度が設定温度よりも低いときは気相遮断弁３のみを開弁させ、気相部分Ｇに生成している気化ガスをレギュレータ７または１７に送入し、所定圧力に調整してエンジン１１に供給することにより、エンジン冷却水Ｃが液化ガスを気化できない温度であっても所要流量の気化ガスを供給して確実に始動させることができる。
【００２０】
ここで、ボンベ１に充填されている液化ガスはその組成分によって蒸気圧が異なり、同じ温度であっても気相部分Ｇの生成量にかなり大幅な差異があることは広く知られた事実である。このため、始動後の暖機およびアイドリングを長い時間断続した場合、暖機不充分な状態でエンジン１１の回転速度を上昇させる運転を行なった場合、エンジン１１に大きな電気負荷が作用した場合には、エンジン要求燃料流量の気化ガスが気相生成量より多くなることがある。
【００２１】
各実施の形態では、電子式制御装置２５が温度センサ２７および圧力センサ２８の検出値に基いて液化ガスの組成分を算出でき、且つ算出した組成分とエンジン１１の運転状態とによって気相部分Ｇの気化ガスのみでエンジン要求燃料流量が供給できるか否かを判断できるものとされており、気相部分Ｇの気化ガスのみでは不足すると判断したときは、エンジン冷却水Ｃの温度が設定温度よりも低い場合であっても液相遮断弁５を開弁させるものとした。
【００２２】
液相遮断弁５が開弁すると、液相部分Ｌの液化ガスが加熱器６を流れるようになるが、キイスイッチのオンと同時に通電して発熱を開始した加熱器６はかなりの高温度となっていること、および気相部分Ｇから気化ガスをとり出しているため液相部分Ｌからの液化ガス流量は少量であること、によって液化ガスは加熱器６で完全に気化してレギュレータ７または１７に送入される。このため、液化ガスが液相のまま吸気管路１２に送出され混合気過濃による運転不調やエンジン停止を招く、という不都合を生じることなく、エンジン要求燃料流量の気化ガスを供給して始動に続くエンジン運転を安定よく行なうことができるものである。
【００２３】
エンジン冷却水Ｃが設定温度よりも高くなり、液相部分Ｌからの液化ガスをレギュレータ７または１７で完全に気化できるようになったとき、気相遮断弁３を閉弁して液相部分Ｌからの液化ガスのみをレギュレータ７または１７に送入する。この切換え時において、気相部分Ｇの気化ガスと液相部分Ｌの液化ガスとを併用する前述のような期間をもたずに切換えを行なう場合は、気相遮断弁３を液相遮断弁５の開弁と同時に閉弁することなく少し遅れて閉弁させ一時的な燃料の不足や途切れをなくすようにすることが好ましい。
【００２４】
また、エンジン１１が運転されている間、加熱器６への通電を継続してもよいが、エンジン冷却水Ｃが設定温度よりも高くなった時点で通電を停止し以後は発熱しないようにすることにより、電力消費量を低減することができる。或いは、始動のためのキイスイッチをオンとした時点でエンジン冷却水Ｃが設定温度よりも高いときは加熱器６への通電を行なわないようにして電力の無用の消費をなくすこともできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると低温時の始動および暖機不充分な状態でのエンジン要求燃料流量増加のいずれに対しても気化ガスを適確に吸気管路に送出し、低温始動およびそれに続くエンジン運転を確実且つ安定よく行なうことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す配置図。
【図２】本発明の異なる実施の形態を示す配置図。
【符号の説明】
１ボンベ、２気相配管、３気相遮断弁、４液相配管、５液相遮断弁、６加熱器、７，１７レギュレータ、１０ミキサ、１１エンジン、１２吸気管路、２０燃料噴射弁、２５電子式制御装置、Ｃエンジン冷却水、Ｇ気相部分、Ｌ液相部分

Claims

液化ガスをエンジン冷却水により加熱気化するとともに所定正圧の気化ガスとするレギュレータを具え、前記レギュレータで調整した気化ガスを吸気管路に送出してエンジンに供給する液化ガス燃料供給装置において、
液化ガスを充填したボンベ内の気相部分および液相部分のそれぞれを前記レギュレータに接続した気相配管および液相配管と、
前記気相配管に設けた気相遮断弁および前記液相配管に設けた液相遮断弁と、
エンジンのキイスイッチをオンとしたとき発熱を開始し前記レギュレータに送入される液化ガスを加熱する電熱使用の加熱器と、を具え、前記気相遮断弁はエンジン冷却水温度が設定温度よりも低い温度域で開弁して前記気相部分の気化ガスを前記レギュレータに送入するように開閉させられ、前記液相遮断弁はエンジン冷却水温度が設定温度よりも低い温度で閉弁し、高い温度域で開弁する前記液相部分の液化ガスを前記加熱器を通して前記レギュレータに送入するように開閉させられるエンジンの液化ガス燃料供給装置において、前記液化ガスの組成分を算出した組成分とエンジンの運転状態とによって気相部分の気化ガスのみでエンジン要求燃料流量が供給できるか否かを判断し、エンジン要求燃料流量が前記ボンベ内の気相生成量よりも多く気相部分の気化ガスのみでエンジン要求燃料流量が供給できない場合には、前記エンジン冷却水温度が設定温度よりも低い温度であっても前記液相遮断弁を開弁することを特徴とするエンジンの液化ガス燃料供給装置。
前記加熱器は発熱を開始してからエンジン冷却水温度が設定温度よりも高くなった以後は発熱を行なわないようにされている請求項１に記載したエンジンの液化ガス燃料供給装置。
前記加熱器はキイスイッチをオンとしたとき常に発熱を開始するものとしたことに代えて、キイスイッチをオンとした時点でエンジン冷却水温度が設定温度よりも高いときは発熱しないものとされている請求項１に記載したエンジンの液化ガス燃料供給装置。