JP4922991B2 - 異種ガス燃料切換供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ガス燃料と空気とを混合したガス空気混合燃料を用いて運転する機関に用いられる燃料異種ガス燃料切換供給装置に関するものである。
従来、ガス燃料としてのプロパンガスやブタンガスなどの液化石油ガス燃料を用いるようにした内燃機関がある。上記プロパンガスとブタンガスとのように発熱量が異なる異種のガス燃料にあっては、異なる圧力でガス燃料源としての各ボンベにそれぞれ貯蔵されており、使用時にはレギュレータで各ガス燃料に合わせて調圧して用いられる。
一方、上記プロパンガスやブタンガスなどの異種ガス燃料にそれぞれ適応した各燃料計量ジェットを気化器に設け、各燃料計量ジェットへの開閉を選択的に切り替えるための切替カムを設けて、切替カムを操作して一方の燃料計量ジェットを介して内燃機関にガス燃料を供給するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−３２９０４１号公報
上記したような異種ガス燃料を使い分けるようにした異種ガス燃料切換供給装置にあっては、上記特許文献１のように、ガス燃料を切り替える手段と、各ガス燃料に応じて調圧する調圧手段と、燃料供給量をガス燃料の種類に応じて規制する燃料計量ジェットとを各ガス燃料に応じて設けている。したがって、例えば上記のようにプロパンガスとブタンガスとの２種のガス燃料を使い分け可能にする場合には、切換装置（上記切替カム）と、各調圧器と、各燃料計量ジェットとを設けることになるため、部品点数が多くかつ装置が複雑化して全体が大型化するという問題があった。
このような課題を解決して、２種のガス燃料を使い分け可能にする異種ガス燃料切換供給装置において簡素化かつ小型化を実現するために本発明に於いては、異なる供給圧の２つのガス燃料をそれぞれの供給圧に応じて調節して気化器を介して機関に供給するための異種ガス燃料切換供給装置であって、前記２つのガス燃料の各ガス燃料源と接続される１つのガス燃料入口と、前記気化器の吸気道に開口する燃料噴出口と、前記ガス燃料入口から流入するガス燃料を調圧して前記燃料噴出口に流すための調圧手段と、前記調圧手段と前記燃料噴出口との間に設けられた第１の燃料計量ジェットと、前記調圧手段と前記第１の燃料計量ジェットの前記燃料噴出口側との間に設けられかつ前記ガス燃料入口に流入する高圧ガス燃料の圧力で閉弁するようにされた高圧応答開閉弁と、前記高圧応答開閉弁と前記第１の燃料計量ジェットの前記燃料噴出口側との間に設けられた第２の燃料計量ジェットとを有し、前記第１の燃料計量ジェットは前記高圧ガス燃料の前記燃料噴出口への供給量に対応して設定され、前記第２の燃料計量ジェットは前記第１の燃料計量ジェットと合わせて低圧ガス燃料の前記燃料噴出口への供給量に対応して設定されているものとした。
このように本発明によれば、２種のガス燃料に対して１つのガス燃料入口とし、流入するガス燃料を調圧手段から第１の燃料計量ジェットを介して燃料噴出口から吸気道に噴出させる流路の他に、調圧手段から第２の燃料計量ジェットを介して燃料噴出口に流す流路を設けかつその流路に高圧ガス燃料の圧力が掛かった場合には閉弁する高圧応答開閉弁を設けたことから、低圧ガス燃料を供給する場合には、高圧応答開閉弁が開弁した状態であるため、低圧ガス燃料は両燃料計量ジェットを介して燃料噴出口に流れ、高圧ガス燃料を供給する場合には、高圧応答開閉弁が閉弁するため、高圧ガス燃料は第１の燃料計量ジェットのみを介して燃料噴出口に流れる。したがって、高圧ガス燃料の供給量に応じて第１の燃料ジェットを設定（決定）し、第１の燃料ジェットと合わせて低圧ガス燃料の供給量に応じた流量となるように第２の燃料ジェットを設定（決定）することにより、切替装置が必要ないばかりでなく、調圧器も１つ設けるだけで良く、大幅な部品点数の削減によりコンパクト化が可能になる。
そして、第１の燃料計量ジェットと合わせて低圧ガス供給用に用いる第２の燃料計量ジェットを、高圧応答開閉弁と第１の燃料計量ジェットの燃料噴出口側との間に配置したことから、気化器の全開による機関高速運転時においても、機関負圧が第２の燃料計量ジェットで十分に減圧されるので、低圧燃料使用時の機関負圧によって高圧応答開閉弁の弁体が変位することがなく、機関運転時の回転全域において運転の不調を招く虞がないため、上記構成を何等問題なく実現し得る。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された異種液化石油ガス燃料を使用する内燃機関において、２種の液化石油ガスのいずれか１つを選択して内燃機関に供給するのに適する異種ガス燃料切換供給装置の正面を示す図であり、図２は図１の矢印II線から見た上面図である。なお、異種ガス燃料としてはプロパン及びブタンとして以下の説明を行うが、それらに限定されるものではない。
図１に示されるように異種ガス燃料切換供給装置１にあっては、高圧ガス燃料としてのブタンを貯蔵するブタンガスボンベ２と、低圧ガス燃料としてのプロパンを貯蔵するプロパンガスボンベ３とを選択的に接続して使用することができるようになっている。
本異種ガス燃料切換供給装置１は、図３に示されるように、気化器を備える本体４と、本体４の図における左側面側の調圧弁用ブロック５と、本体４の図における下面側のカバー部材としての配管用ブロック６との各部材を対応部分にて接合して例えばねじ結合により組み立てられている。なお、図３および以後示される断面図にあっては、一平面による断面図として示されているが、説明を分かり易くするために部分的に異なる平面での断面を含むものである。
配管用ブロック６には上記各ボンベ２・３からの配管部材を接続可能にするために外面に開口する雌ねじ部を有するガス燃料入口６ａが設けられている。ガス燃料入口６ａは本体４との接合面に至り、本体４と配管用ブロック６との接合面間にはガス燃料入口６ａと連通する第１通路７ａが形成されている。
本体４の内部には、図３および図４に示されるように、第１通路７ａと連通する第１分岐部屋７ｂと、第１分岐部屋と連通する第２分岐部屋７ｃとが設けられている。第２分岐部屋７ｃは、調圧弁用ブロック５との接合面（図の左側面）に沿って調圧用ブロック５の中央部分に対応する位置まで延出されかつ調圧弁用ブロック５との接合面に開口する第２通路７ｄと連通している。
調圧弁用ブロック５には、図５に併せて示されるように、調圧手段としてのダイアフラム及びレバー型開閉弁により構成された調圧弁９が設けられている。調圧弁９は、大気室９ａと、ガス燃料を貯留する調圧室９ｂと、両室９ａ・９ｂを仕切るダイアフラム９ｃと、調圧室９ｂと第２通路７ｄとの連通口を開閉するための弁体９ｄとを有する。弁体９ｄは、長板状部材をクランク状に曲折して形成されかつその中間部で枢支されることにより調圧室９ｂ内で傾動自在に設けられた燃圧制御レバー９ｅの一端に取り付けられている。
燃圧制御レバー９ｅの他端部には、弁体９ｄを閉弁させる向きに燃圧制御レバー９ｅを傾動させるように付勢するためのばね９ｆが調圧弁用ブロック５の内壁との間に介装されている。ダイアフラム９ｃには、ばね９ｆの閉弁方向付勢力に抗して弁体９ｄを開弁させる向きに燃圧制御レバー９ｅを傾動させるべく燃圧制御レバー９ｅの対応する部分に突き当たるようにされた押圧部材９ｇが一体的に結合されている。
また、本体４には図示されない機関の吸気ポートに接続される気化器が一体的に設けられており、気化器を構成する吸気道１１が本体４の中間部を貫通するように形成されている。吸気道１１の絞り部分には、一端が開口するようにされた燃料噴出口としての燃料噴出ノズル１２が設けられている。燃料噴出ノズル１２の他端となる基端は調圧弁用ブロック５との接合面に開口している。
調圧弁用ブロック５には、調圧室９ｂと燃料噴出ノズル１２とを連通する第１の燃料計量ジェット１３と、第１の燃料計量ジェット１３と並列に配置されて本体４との接合部分に開口する第２の燃料計量ジェット１４とが設けられている。そして、本体４と調圧弁用ブロック５との接合面間には高圧応答開閉弁１５が設けられている。
高圧応答開閉弁１５は、加圧室１５ａと、調圧室１５ｂと、両室１５ａ・１５ｂを仕切るダイアフラム１５ｃと、ダイアフラム１５ｃの中央部に保持された弁体１５ｄと、弁体１５ｄにより開閉弁される弁座１５ｅと、ダイアフラム１５ｃを開弁方向に付勢するばね１５ｆとにより構成されている。
なお、ダイアフラム１５ｃは、本体４と調圧弁用ブロック５との接合面間に挟持されて組み付けられている。このように、高圧応答開閉弁１５をダイアフラム弁型とすることにより、そのダイアフラム１５ｃを本体４と調圧弁用ブロック５との接合面間に挟持して設けることができ、容易に組み立てることができる。
加圧室１５ａは、上記第１分岐室７ｂと第３通路７ｅを介して連通している。調圧室１５ｂは、上記した調圧弁９の調圧室９ｂと第４通路７ｆを介して連通していると共に、第５通路７ｇを介して上記第２の燃料計量ジェット１４と連通している。尚、吸気道１１の燃料噴出ノズル１２の下流側にバタフライ型弁のスロットル弁体１７が配設されている。
このようにして構成された異種ガス燃料切換供給装置において、まずプロパンガスボンベ２をガス燃料入口６ａに接続してプロパンガスをガス燃料として機関を運転する場合について図６を参照して以下に示す。
プロパンガスは第１通路７ａから第１分岐室７ｂおよび第２分岐室７ｃに入り、第２分岐室７ｃから第２通路７ｄに入る。プロパンガスはブタンガスに比べて低圧で供給される。燃料噴出ノズル１２からの負圧が調圧室９ｂに作用すると、ダイアフラム９ｃが調圧室９ｂ側に変位し、押圧部材９ｇの突き当たりにより燃圧制御レバー９ｅが傾動して、調圧弁９の弁体９ｄが開弁する。また、第１分岐室７ｂに入ったプロパンガスは第３通路７ｅを介して高圧応答開閉弁１５の加圧室１５ａに入る。高圧応答開閉弁１５にあっては、ブタンガスの高圧で弁体１５ｄにより閉弁するように設定されており、この図示例のプロパンガスでは図に示されるように開弁状態である。
したがって、調圧室９ｂ内のプロパンガスは第１の料計量ジェット１３と第２の燃料計量ジェット１４との両方から流出して、燃料噴出ノズル１２から吸気道１１内に噴出する。両燃料計量ジェット１３・１４により計量されかつ加算された燃料は、プロパンガスボンベからの圧力が例えば約２．７ｋＰａ（270mm水柱）の場合には、その燃圧に応じた適切な噴出量となるように両燃料計量ジェット１３・１４による計量値を設定（決定）すれば良い。
次に、ブタンガスを使用する場合について図７を参照して示す。第１通路７ａから第１分岐室７ｂおよび第２分岐室７ｃに入り、第２分岐室７ｃから第２通路７ｄに入る流路と、第１分岐室７ｂから第３通路７ｅに入って高圧応答開閉弁１５の加圧室１５ａに入る流路とは上記プロパンガスの場合と同じである。しかしながら、ブタンガスボンベとして圧力が例えば約５．９ｋＰａ（600mm水柱）のものを使用することが考えられる。そして、上記ばね１５ｆのばね圧による開弁方向の力を、ブタンガスの燃圧による閉弁方向の力よりは小さく設定する。これにより、ブタンガス使用時には、図７に示されるように弁体１５ｄは閉弁状態となる。
この場合には、調圧室９ｂ内のブタンガスは第１の料計量ジェット１３のみから流出することになる。第１の燃料計量ジェット１３により計量される燃料計量値を、ブタンガスボンベからの圧力として上記約５．９ｋＰａ（600mm水柱）に応じて適切な噴出量となるように設定すれば良い。
したがって、両燃料計量ジェット１３・１４の設計にあっては、第１の燃料計量ジェット１３の燃料計量値を上記ブタンガスに対応して設定（決定）し、その第１の燃料計量ジェット１３を基準にして、第２の燃料計量ジェット１４の燃料計量値をプロパンガスに対応して設定すれば良い。
このように、異なる供給圧のガス燃料に対して、高圧ガス燃料により閉弁される高圧応答開閉弁１５を設けて、高圧ガス燃料使用時には１つの燃料計量ジェット（１３）により供給量を計量し、低圧ガス燃料使用時には高圧応答開閉弁１５を開弁して２つの燃料計量ジェット（１３・１４）により供給量を計量することから、流路切換装置などを用いる必要がないため構成が簡素化され、装置全体の小型化を促進し得る。また、供給圧を利用して高圧応答開閉弁１５を開閉することから、自動的に２つの燃料計量ジェットの組み合わせを変えることができ、手動操作により切り替えるなどの煩わしさが無い。
一方、低圧ガス燃料（プロパン）使用時には高圧応答開閉弁１５の弁体１５ｄは開弁状態であり、その状態で絞り弁（１７）全開の機関高速運転時において機関負圧がダイアフラム１５ｃに作用すると、弁体１５ｄが閉弁する虞がある。そのような現象が起きると運転の不調を招いてしまう。
それに対して、本発明による上記構成によれば、第２の燃料計量ジェット１４を、高圧応答開閉弁１５の開弁時にガスが流れる流路の下流に設け、かつ第１の燃料計量ジェット１３と燃料噴出ノズル１２との間に連通させている。これにより、上記機関負圧がダイアフラム１５ｃに作用しようとすると、その手前に第２の燃料計量ジェット１４が配設されていることから、機関負圧が第２の燃料計量ジェット１４で十分に減圧されるので上記運転の不調を招く虞が無い。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。本実施形態において示した開閉弁の構造や通路のレイアウトは例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
ガス燃料機関に用いられる異種ガス燃料切換供給装置の外観を示す正面図である。 図１の矢印II線から見た上面図である。 図２の矢印III−III線に沿って見た断面図である。 図２の矢印IＶ−IＶ線に沿って見た断面図である。 図３の矢印Ｖ−Ｖ線に沿って見た要部断面図である。 プロパンガス使用時の流路を示す説明図である。 ブタンガス使用時の流路を示す説明図である。
符号の説明
１ 異種ガス燃料切換供給装置
２ ブタンガスボンベ
３ プロパンガスボンベ
４ 本体
５ 調圧弁用ブロック
６ 配管用ブロック、６ａ ガス燃料入口
７ａ・７ｄ・７ｅ・７ｆ・７ｇ 通路
７ｂ・７ｃ 分岐室
９ 調圧弁
１１ 吸気道
１２ 燃料噴出ノズル
１３ 第１の燃料計量ジェット
１４ 第２の燃料計量ジェット
１５ 高圧応答開閉弁

Claims (1)

  1. 異なる供給圧の２つのガス燃料をそれぞれの供給圧に応じて調節して気化器を介して機関に供給するための異種ガス燃料切換供給装置であって、
    前記２つのガス燃料の各ガス燃料源と接続される１つのガス燃料入口と、前記気化器の吸気道に開口する燃料噴出口と、前記ガス燃料入口から流入するガス燃料を調圧して前記燃料噴出口に流すための調圧手段と、前記調圧手段と前記燃料噴出口との間に設けられた第１の燃料計量ジェットと、前記調圧手段と前記第１の燃料計量ジェットの前記燃料噴出口側との間に設けられかつ前記ガス燃料入口に流入する高圧ガス燃料の圧力で閉弁するようにされた高圧応答開閉弁と、前記高圧応答開閉弁と前記第１の燃料計量ジェットの前記燃料噴出口側との間に設けられた第２の燃料計量ジェットとを有し、
    前記第１の燃料計量ジェットは前記高圧ガス燃料の前記燃料噴出口への供給量に対応して設定され、前記第２の燃料計量ジェットは前記第１の燃料計量ジェットと合わせて低圧ガス燃料の前記燃料噴出口への供給量に対応して設定されていることを特徴とする異種ガス燃料切換供給装置。
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