JP6075325B2

JP6075325B2 - ガス燃料供給装置

Info

Publication number: JP6075325B2
Application number: JP2014105328A
Authority: JP
Inventors: 古川　隆; 隆古川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: US9670880B2; US20150337770A1; JP2015218710A

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路にガス燃料を供給するガス燃料供給装置に関する。

圧縮天然ガス等のガス燃料と空気との混合気を燃焼室で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストンを往復運動させる内燃機関が知られている。天然ガスは、空気と均一に混合させることにより安定した着火性を得ることができる。特許文献１に開示されたガス燃料供給装置では、インテークマニホールドの軸方向へ異なる複数の部位に燃料噴射口を設けることによって、ガス燃料と空気との混合の促進を図っている。

特開２００７−２７８２１５号公報

ところが、特許文献１に開示されたガス燃料供給装置では、効果を上げようとすればするほど燃料噴射口の数を増やさなければならない。その結果、インテークマニホールドが長くなり、内燃機関の応答性が低下するという問題があった。
また、天然ガスは、比重が空気より小さく、吸気通路の上方に集合する傾向にある。そのため、インテークマニホールドの軸方向へ異なる複数の部位からガス燃料を噴射しても、結局、吸気通路の複数箇所の上方に天然ガスが集合することになり、本当にガス燃料と空気との混合が促進されるのか疑問が残る。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の応答性の低下を抑制しつつガス燃料と空気との混合を促進するガス燃料供給装置を提供することである。

本発明によるガス燃料供給装置は、第１噴射弁および第２噴射弁を備えている。第１噴射弁は、内燃機関の吸気通路にガス燃料を噴射可能である。第２噴射弁は、第１噴射弁が噴射するガス燃料に衝突するように、第１噴射弁によるガス燃料の噴射方向に対して交差する方向へガス燃料を噴射可能である。第２噴射弁は、第１噴射弁と比べて短い周期でガス燃料を噴射し、第１噴射弁がガス燃料を噴射している間にガス燃料を複数回噴射する。

このように構成することで、第２噴射弁によるガス燃料の噴射エネルギを利用して、第１噴射弁が噴射するガス燃料を空気の流れに強制的に押し込めることができる。そのため、本発明によれば、ガス燃料と空気との混合を促進することができる。

また、従来技術のように吸気通路の異なる箇所に燃料噴射口を設ける必要はない。つまり、第１噴射弁および第２噴射弁は吸気通路の１箇所に設ければよい。そのため、吸気通路のうち燃焼室に比較的近い箇所、すなわちエンジンヘッドの吸気ポートやインテークマニホールドの下流側の端部に第１噴射弁および第２噴射弁を設けることができる。したがって、本発明によれば、内燃機関の応答性の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態によるガス燃料供給装置の概略構成を説明する図である。図１のガスエンジンのうち噴射弁およびその周辺部分を拡大して示す図である。図１の第１噴射弁の開閉駆動の周期と、第２噴射弁の開閉駆動の周期とを比較して示すタイムチャートである。図２において、第２噴射弁から噴射されるガス燃料によって、第１噴射弁から噴射されたガス燃料が下方へ押しやられる様子を概念的に示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜一実施形態＞
本発明の一実施形態によるガス燃料供給装置２０を図１に示す。ガス燃料供給装置２０は、ガスエンジン１０の吸気通路１１にガス燃料を供給するものである。ガスエンジン１０は、吸気弁１７の開弁時にインテークマニホールド１２等を通じて供給される空気とガス燃料供給装置２０から供給されるガス燃料との混合気を燃焼室１３内で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストン１４を往復運動させる。このピストン１４の往復運動は、図示しないクランクシャフトにより回転運動に変換されて出力される。燃焼ガスは、排気弁１８の開弁時にエキゾーストマニホールド１５等を通じて大気中に放出される。ガスエンジン１０は、特許請求の範囲に記載の「内燃機関」に相当する。

［全体構成］
先ず、ガス燃料供給装置２０の全体構成について図１を参照して説明する。
ガス燃料供給装置２０は、ガスボンベ２１、第１噴射弁２２、第２噴射弁２３、駆動回路２４、レギュレータ２５、および電子制御ユニット２６を備えている。
ガスボンベ２１には、ガス燃料が充填されている。本実施形態では、ガス燃料として例えば圧縮天然ガスが用いられる。

第１噴射弁２２および第２噴射弁２３は、例えばインテークマニホールド１２に気筒毎に設けられており、吸気通路１１にガス燃料を噴射可能である。本実施形態では、第１噴射弁２２および第２噴射弁２３は、両方とも電磁駆動部を有する電磁式インジェクタから構成されている。上記電磁駆動部は、駆動回路２４によって駆動させられる。

レギュレータ２５は、ガスボンベ２１と分配管２７とをつなぐガス管２８の途中に設けられている。ガスボンベ２１に充填されたガス燃料は、レギュレータ２５により所定の圧力に減圧されて分配管２７に流入されたあと、各気筒の第１噴射弁２２および第２噴射弁２３に分配される。

電子制御ユニット２６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび入出力部などからなるマイクロコンピュータを有しており、駆動回路２４、および、車両に設けられた各種センサに電気的に接続されている。上記各種センサは、例えばアクセルセンサ、スロットルセンサ、吸気圧力センサ、クランク角センサ、水温センサ、気温センサ、Ｏ２センサ、ガス燃料圧力センサ、および、ガス燃料温度センサなどである。電子制御ユニット２６は、各種センサの検出信号に基づきプログラム処理を実行することにより各種装置を制御して、ガスエンジン１０の運転状態を制御する。

［特徴構成］
次に、ガス燃料供給装置２０の特徴構成について図１〜図３を参照して説明する。
以下の説明において、第１噴射弁２２によるガス燃料の噴射方向を第１噴射方向Ｄ１とし、第２噴射弁２３によるガス燃料の噴射方向を第２噴射方向Ｄ２とする。

前述のように、ガス燃料供給装置２０には、気筒毎に２つの噴射弁２２、２３が設けられている。第１噴射弁２２および第２噴射弁２３は、互いに軸心が交差するように設けられている。本実施形態では、第１噴射方向Ｄ１は第１噴射弁２２の軸心と一致し、また、第２噴射方向Ｄ２は第２噴射弁２３の軸心と一致する。つまり、第２噴射方向Ｄ２は、第１噴射方向Ｄ１に対して交差している。

さらに具体的には、第１噴射弁２２は、第１噴射方向Ｄ１と吸気通路１１の流通方向Ｆとのなす角度θ１が鋭角となるように設けられている。つまり、第１噴射方向Ｄ１は、吸気通路１１の下流側に向けられている。
第２噴射弁２３は、第２噴射方向Ｄ２と流通方向Ｆとのなす角度θ２が角度θ１よりも大きくなるように設けられている。つまり、第２噴射方向Ｄ２は、吸気通路１１のうち鉛直方向の下部に向けられている。本実施形態では、第２噴射弁２３は、鉛直方向の下方へガス燃料を噴射可能である。

電子制御ユニット２６は、各種センサの検出信号に基づきガス燃料の噴射時期および噴射時間（噴射量）を設定し、これらに基づき駆動回路２４を制御して噴射弁２２、２３を開閉駆動する。このとき、電子制御ユニット２６は、図３に示すように第１噴射弁２２と比べて第２噴射弁２３を短い周期で開閉駆動する。これにより、第２噴射弁２３は、第１噴射弁２２がガス燃料を噴射している間にガス燃料を複数回噴射する。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によるガス燃料供給装置２０は、ガスエンジン１０の気筒毎に設けられた第１噴射弁２２および第２噴射弁２３を備えている。第１噴射弁２２は、吸気通路１１にガス燃料を噴射可能である。第２噴射弁２３は、第１噴射弁２２が噴射するガス燃料に衝突するように、第１噴射方向Ｄ１に対して交差する方向Ｄ２へガス燃料を噴射可能である。

このように構成することで、第２噴射弁２３によるガス燃料３３の噴射エネルギを利用して、図４に示すように第１噴射弁２２が噴射するガス燃料３２を空気の流れに強制的に押し込めることができる。そのため、本実施形態によれば、ガス燃料と空気との混合を促進することができる。

また、第１噴射弁２２および第２噴射弁２３は吸気通路１１の１箇所に設ければよい。そのため、吸気通路１１のうち燃焼室１３に近い箇所、すなわちインテークマニホールド１２の下流側の端部に第１噴射弁２２および第２噴射弁２３を設けることができる。したがって、本実施形態によれば、ガスエンジン１０の応答性の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、第１噴射弁２２は、第１噴射方向Ｄ１と吸気通路１１の流通方向Ｆとのなす角度θ１が鋭角となるように設けられている。そして、第２噴射弁２３は、第２噴射方向Ｄ２が第１噴射方向Ｄ１よりも大きくなるように設けられ、鉛直方向の下方へガス燃料を噴射可能である。
このように構成することで、第１噴射弁２２から噴射されたあと吸気通路１１の上方に集合しようとするガス燃料３２を、第２噴射弁２３が噴射するガス燃料３３によって下方へ押しやることができる。

また、本実施形態では、電子制御ユニット２６は、第１噴射弁２２と比べて第２噴射弁２３を短い周期で開閉駆動する。これにより、第２噴射弁２３は、第１噴射弁２２がガス燃料を噴射している間にガス燃料を複数回噴射する。
このように構成することで、第２噴射弁２３が噴射するガス燃料３３によって、第１噴射弁２２から噴射されたあと一団となっているガス燃料３２を散らすことができる。

＜他の実施形態＞
本発明の他の実施形態では、第１噴射弁および第２噴射弁は、インテークマニホールドに限らず、例えばエンジンヘッドなどに設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１噴射弁および第２噴射弁は、一方が電気的に駆動され、他方が機械的に駆動されてもよい。

本発明の他の実施形態では、第１噴射弁および第２噴射弁は、流路形成部材などによって一体的に組み付けられた状態でインテークマニホールドに固定されてもよい。
本発明の他の実施形態では、第２噴射弁は、鉛直方向下方に限らず、上方または水平方向へガス燃料を噴射してもよい。要するに、第１噴射方向と第２噴射方向とが交差していればよい。
本発明の他の実施形態では、第１噴射方向と第２噴射方向とは、吸気通路外で交差してもよい。

本発明の他の実施形態では、第２噴射弁がガス燃料の噴射を開始する時期は、第１噴射弁がガス燃料の噴射を開始する時期と異なっていてもよい。また、第２噴射弁がガス燃料の噴射を終了する時期は、第１噴射弁がガス燃料の噴射を終了する時期と異なっていてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・内燃機関
１１・・・吸気通路
２０・・・ガス燃料供給装置
２２・・・第１噴射弁
２３・・・第２噴射弁
Ｄ１・・・第１噴射方向
Ｄ２・・・第２噴射方向

Claims

内燃機関（１０）の吸気通路（１１）にガス燃料を供給するガス燃料供給装置（２０）であって、
前記吸気通路にガス燃料を噴射可能な第１噴射弁（２２）と、
前記第１噴射弁が噴射するガス燃料に衝突するように、前記第１噴射弁によるガス燃料の噴射方向（Ｄ１）に対して交差する方向（Ｄ２）へガス燃料を噴射可能な第２噴射弁（２３）と、
を備えており、
前記第２噴射弁は、前記第１噴射弁と比べて短い周期でガス燃料を噴射し、前記第１噴射弁がガス燃料を噴射している間にガス燃料を複数回噴射することを特徴とするガス燃料供給装置。
前記第２噴射弁は、鉛直方向の下方へガス燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載のガス燃料供給装置。
前記第１噴射弁によるガス燃料の噴射方向と前記吸気通路の流通方向（Ｆ）とのなす角度を第１角度（θ１）とし、
前記第２噴射弁によるガス燃料の噴射方向と前記流通方向とのなす角度を第２角度（θ２）とすると、
前記第１角度は鋭角であり、
前記第２角度は前記第１角度よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のガス燃料供給装置。