JP5698441B2 - ガス燃料供給装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ＬＰＧ等の液化ガス燃料を減圧気化し所定圧力の気体燃料にして、エンジンに供給するガス燃料供給装置に関する。
液化ガス燃料は、従前より火花点火エンジンの燃料に用いられており、例えば特開平６−１７７０９号公報に記載されているように、ベーパライザで液化ガス燃料を加熱・気化させるとともに所定圧力の気体燃料に調整してエンジンの吸気通路に噴射させる方式が広く普及している。
このように、液化ガス燃料を所定圧力の気体燃料に調整して供給する方式においては、加熱気化手段にエンジン冷却水の熱を利用するのが一般的である。しかし、エンジン冷却水の熱を利用するガス燃料供給装置においては、冷機時に冷却水が低温であるために液体燃料の気化が不充分となりやすく、液体燃料混入により混合気が過濃となってエンジンの始動を困難にさせたり、エンジン運転性を悪化させたりするという問題点がある。
これに対し、エンジン冷却水の熱を利用する加熱手段に加え電気的加熱手段を配置して冷却水の低温時にも燃料を気化できるようにしたガス燃料供給装置も普及しており、また特開平５−２２３０１４号公報には、エンジン冷却水温度の増大等から暖機終了の判定を行い、ＰＴＣヒータを有する電気的加熱手段への通電を自動的に停止するようにしたものも提案されている。
図３は、このようなＰＴＣヒータを有する電気的加熱手段２１Ｂを備えたベーパライザ２０Ｂと、ガス燃料用インジェクタ５と、これらを駆動制御してエンジン１の吸気通路２にガス燃料を供給する燃料噴射制御装置である電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１Ａとを備えたガス燃料供給装置１０Ａを配設した、従来周知のガス燃料噴射システムの全体配置図を示している。
このようなガス燃料噴射システムでは、エンジン運転状態を検出するための各種センサ１２，１３，１４，１５，１６の出力信号を検知している電子制御ユニット１１Ｂが、その信号による各種データを基に燃料噴射量を算出し噴射信号としてインジェクタ５に出力するとともに、ベーパライザ２０Ｂに流入している液体燃料の状態及びエンジン冷却水温度を前述のデータから推定し、エンジン冷却水による加熱のみでは充分な加熱・気化が期待できない状況と判断した場合に、ベーパライザ２０Ｂに内蔵した電気的加熱手段２１Ｂに通電して液体燃料の気化を促進するようになっている。
ところが、このようなガス燃料噴射システムを搭載した車両において、電気的加熱手段２１Ｂへの通電を開始した場合には、急激に消費電流が大きくなることにより例えばヘッドライト点灯中にヘッドライトが急激に減光する等、他の電気機器の機能に対し悪影響を与えてしまうことが問題となる。
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、燃料噴射制御装置がベーパライザの電気的加熱手段への通電を制御しながらガス燃料を加熱・気化してエンジンに供給するガス燃料供給装置において、電気的加熱手段への通電開始に伴う他の電気機器の機能に対する悪影響を最小限に抑えられるようにすることを課題とする。
そこで、本発明は、液体の状態で貯留した液化ガス燃料を、エンジン冷却水の熱を利用する加熱手段に加え電気的加熱手段を有したベーパライザに導入して加熱・気化させ所定圧力の気体燃料に調整後インジェクタで噴射してエンジンに供給し、エンジン運転状態を表す各種信号を検知している燃料噴射制御装置が、前記電気的加熱手段への通電を制御するとともに前記インジェクタを開閉制御して前記エンジンが要求する量の気体燃料を供給するガス燃料供給装置であって、前記電気的加熱手段が複数のＰＴＣヒータのヒータユニットが並列配置されているとともに前記電気的加熱手段を使用する際に前記燃料噴射制御装置が少なくとも前記ヒータユニット毎に通電開始時をずらして順次通電させる制御を実行可能としたガス燃料供給装置において、前記燃料噴射制御装置は、前記電気的加熱手段への通電を、各センサが検知した前記エンジン運転状態及びそのときに使用されている前記電気的加熱手段以外の電気機器における電気の電力供給状況に応じて、前記エンジンが必要とする気体燃料を供給可能とする最少の電力を前記ヒータユニットに限定して通電させる制御機構と、前記ヒータユニット毎に通電開始時をずらして順次通電させる制御を前記燃料噴射制御装置が各センサより検知しているエンジン運転状態及びそのときの前記電気的加熱手段以外の電気機器における電気の電力消費状況に基づいて総ての前記ヒータユニットに同時に通電開始しなくても間に合う状況と判断した場合、または総ての前記ヒータユニットに同時に通電開始することで機能に対する悪影響が懸念される所定の電気機器を使用している場合に限定して行うこととした。
このように、比較的大きな電力を消費するベーパライザの電気的加熱手段を複数のヒータユニットに分け、総ての場合または所定の場合にのみ順次時間をずらして通電を開始するようにしたことで、急激な電力消費量の増大を確実に回避することができる。
また、このガス燃料供給装置において、その燃料噴射制御装置は電気的加熱手段への通電を、検知したエンジン運転状態及びそのときの前記電気的加熱手段以外の電気機器における電気の電力供給状況に応じて、エンジンが必要とする気体燃料を供給可能とする最少の電力をヒータユニットに限定して通電させることを特徴としたものとすれば、電力消費量の増大を必要最小限に抑えることがさらに確実なものとなる。
さらに、上述したガス燃料供給装置において、その電気的加熱手段はＰＴＣヒータを使用するものであってヒータユニット毎にＰＴＣヒータを有したものとすれば、加熱性能に優れることに加えヒータユニットを並列に複数設けてもコンパクトに収まりやすいものとなる。
さらにまた、上述したガス燃料供給装置において、燃料噴射制御装置がヒータユニット毎に通電開始時をずらして順次通電させるのは、燃料噴射制御装置が検知しているエンジン運転状態に基づいて総てのヒータユニットに同時に通電開始しなくても間に合う状況と判断した場合、または総てのヒータユニットに同時に通電することの少なくとも一方において機能に対する悪影響が懸念される所定の電気機器を使用している場合に限定したものとすれば、必要な場合にのみ電気的加熱手段への段階的な通電を行い、その他の場合には最短の時間で電気的加熱手段による最大の加熱・気化能力を発揮可能なものとなる。
電気的加熱手段を複数のヒータユニットに分けて順次時間をずらして通電を開始するものとした本発明によると、電気的加熱手段への通電開始による他の電気機器の機能に対する悪影響を最小限に抑えることができる。
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、以下の説明においては、使用する液化ガス燃料はＬＰＧであってＬＰＧを加熱・気化して所定圧力に調整した気体燃料を、車両用ＬＰＧエンジンに供給する場合について説明する。
図１は、本実施の形態のガス燃料供給装置１０Ａを配設したガス燃料噴射システムの配置図を示すものであり、このガス燃料供給装置１０Ａは、燃料タンク３から延設された液体燃料用の供給配管が接続してエンジン冷却水の熱を利用する加熱気化手段に加え電気的加熱手段２１Ａを有して液体燃料を加熱・気化するためのベーパライザ２０Ａと、これから延設された気体燃料の供給配管（フューエルレールを含む）と、その先端側に設けたインジェクタ５（複数）と、電子制御ユニット１１Ａを備えてなるものであり、図３に示した従来のガス燃料供給装置１０Ｂと構成がほぼ共通したものとなっている。
その電子制御ユニット１１Ａは、ベーパライザ２０Ａの電気的加熱手段２１Ａへの通電を制御するとともに、各種センサ１２，１３，１４，１５，１６による検出信号を検知しこれらのデータを基に燃料噴射量を算出してインジェクタ５を開閉制御することにより、エンジン１が要求する流量の気体燃料を供給する燃料噴射制御装置である。尚、この電子制御ユニット１１Ａは、燃料噴射制御機能の他に点火時期制御機能を有しているが、さらに他の制御機能を有したものであっても良い。
上述したように、従来のガス燃料供給装置１０Ｂではヘッドライト等の他の電気機器を使用中に電気的加熱手段２１Ｂに通電を開始した場合、急激に電力消費量が増大することでその電気機器の機能に悪影響を及ぼすことが問題となっており、たとえば電気的加熱手段２１ＢがＰＴＣヒータ等によるヒータユニットを複数有したものであっても、図４の各グラフに示すように、複数のヒータユニット（＃１，＃２，＃３，・・・）には同時に通電が開始されるため、下段のグラフに示すように急激な消費電流の増大を招いていた。
そこで、本実施の形態のガス燃料供給装置１０Ａでは、ベーパライザ２０Ａの電気的加熱手段２１ＡがＰＴＣヒータによる複数のヒータユニットが並列配置されることに加え、電気的加熱手段２１Ａを用いて加熱を行う際に、電子制御ユニット１１Ａがヒータユニット毎に順次時間をずらして通電を開始させるように通電制御を行うこととした。
即ち、図２の各グラフに示すように、電子制御ユニット１１Ａが検知している各種データを基に、エンジン冷却水による加熱気化手段だけでは液化ガス燃料の加熱が不充分になる状況であると判定すること等によりヒータＯＮ条件が成立した場合に、先ずヒータユニット＃１に通電開始し、その通電から所定時間おいてヒータユニット＃２に通電するものとし、その後も同様にヒータユニット＃３、・・・と順次通電開始時をずらしながら通電を行う制御を実行するものである。
このような制御を電子制御ユニット１１Ａが行った結果、図２下段の消費電流のグラフに示すように消費電流の増大は段階的なものとなって緩やかな上昇角度を描くものとなる。したがって、例えばヘッドライト使用中に急激な減光を招く事態が回避されるなど、他の電気機器の機能に対し悪影響を与えることを最小限に抑えることができる。
尚、本実施の形態のガス燃料供給装置１０Ａにおいて、その電子制御ユニット１１Ａが電気的加熱手段２１Ａによる加熱・気化を行うのは、従来例と同様にエンジン冷却水温度などを基準にしてエンジン冷却水による加熱気化手段だけでは、液体燃料の充分な加熱・気化が期待できないような状況に限定される。
これに加え、本実施の形態においては、電気的加熱手段２１ＡがＰＴＣヒータによる複数のヒータユニットが並列配置されて各々別個に通電可能であることを利用して、検知しているエンジン冷却水温度を含むエンジン運転状態または／およびそのときの電力消費状況（現状の電力供給能力と電力使用量のバランス等）に応じて、そのときにエンジンが必要としている気体燃料を供給可能な最少のヒータユニットに限定して通電させるようになっており、電力消費量の増大を必要最小限に抑えることを可能としている。
また、このガス燃料供給装置１０Ａにおいて、電子制御ユニット１１Ａがヒータユニット毎に順次時間をずらして通電を開始させる制御を行うのは、検知しているエンジン運転状態に基づいて、総てのヒータユニットに同時に通電開始しなくても間に合う状況であると判断した場合、または急激な電力消費量の増大が機能に悪影響を与える畏れのある所定の電気機器を使用している場合などに限定することが推奨される。
これらの限定する場合としては、例えば、電子制御ユニット１１Ａが検知しているエンジン運転状態に基づいて、電気的加熱手段２１Ａによる加熱の必要性が比較的少ない場合であると判断した場合が想定され、急激な電力消費量の増大が機能面に悪影響を与える畏れのある電気機器としては、上述のヘッドライトの他、カーナビゲーション装置などの精密電子機器が挙げられる。
例えばヘッドライトの場合、電子制御ユニット１１ＡがヘッドライトのＯＮ状態を検知するような構成として、ヘッドライトがＯＮ状態であることを検知している状況で、上述の制御を実行するように電子制御ユニット１１Ａをプログラムしておくことが想定される。これにより、その他の場合には、ヒータユニットは総て同時に通電されるため、短時間で充分な加熱・気化能力を発揮可能となる。
以上、述べたように、燃料噴射制御装置がベーパライザの電気的加熱手段への通電を制御しながらガス燃料を加熱・気化してエンジンに供給するガス燃料供給装置において、本発明により、電気的加熱手段への通電開始による他の電気機器の機能に対する悪影響を最小限に抑えられる。
１ エンジン、２ 吸気通路、３ 燃料タンク、５ インジェクタ、１０Ａ ガス燃料供給装置、１１Ａ 電子制御ユニット、１２ 酸素センサ、１３ 温度センサ、１４ クランク角センサ、１５ 吸気圧力センサ、１６ スロットル開度センサ、２０Ａ ベーパライザ、２１Ａ 電気的加熱手段
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- 液体の状態で貯留した液化ガス燃料を、エンジン冷却水の熱を利用する加熱手段に加え電気的加熱手段を有したベーパライザに導入して加熱・気化させ所定圧力の気体燃料に調整後インジェクタで噴射してエンジンに供給し、エンジン運転状態を表す各種信号を検知している燃料噴射制御装置が、前記電気的加熱手段への通電を制御するとともに前記インジェクタを開閉制御して前記エンジンが要求する量の気体燃料を供給するガス燃料供給装置であって、前記電気的加熱手段が複数のＰＴＣヒータのヒータユニットが並列配置されているとともに前記電気的加熱手段を使用する際に前記燃料噴射制御装置が少なくとも前記ヒータユニット毎に通電開始時をずらして順次通電させる制御を実行可能としたガス燃料供給装置において、前記燃料噴射制御装置は、前記電気的加熱手段への通電を、各センサが検知した前記エンジン運転状態及びそのときに使用されている前記電気的加熱手段以外の電気機器における電気の電力供給状況に応じて、前記エンジンが必要とする気体燃料を供給可能とする最少の電力を前記ヒータユニットに限定して通電させる制御機構と、前記ヒータユニット毎に通電開始時をずらして順次通電させる制御を前記燃料噴射制御装置が各センサより検知しているエンジン運転状態及びそのときの前記電気的加熱手段以外の電気機器における電気の電力消費状況に基づいて総ての前記ヒータユニットに同時に通電開始しなくても間に合う状況と判断した場合、または総ての前記ヒータユニットに同時に通電開始することで機能に対する悪影響が懸念される所定の電気機器を使用している場合に限定して行うことを特徴とするガス燃料供給装置。
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