JPH0774628B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、例えば液化石油ガス等の液化ガスを燃料と
する内燃機関の燃料供給装置に関する。

（従来の技術） 例えば液化石油ガス等、常温でも加圧状態では液体であ
るが、大気圧下で気体となるような液化ガスを燃料とす
る内燃機関では、液化状態で貯蔵している燃料を気化さ
せた後に吸気通路に供給するようになっており、そのた
めに燃料供給装置は一般的には第３図のように構成され
ている（昭和55年７月（株）山海堂発行、「自動車工学
全書４巻ガソリンエンジン」第205頁〜第207頁参照）。

燃料ボンベ（タンク）１に液化状態で貯蔵されている燃
料は、遮断弁2A、2Bを開くと、プレヒータ３に流れ、こ
こで予熱された後にベーパライザ４でほぼ大気圧程度ま
で減圧されると共に、温水により加熱され気化する。

プレヒータ３とベーパライザ４にはエンジン５の冷却温
水の一部が循環通路6A6Bにより導かれる。

気化したガス状燃料は吸気管７に設けたミキサ８に導び
かれると共に、エンジン吸入空気量に応じて発生する負
圧に吸引され、空気と所定の割合で混合しながらエンジ
ン５に供給される。

なお、図中９は燃料の配管で、点線矢印のように燃料が
流れ、また温水の流れは実線の矢印で示してある。

（発明が解決しようとする課題） ところがこのような燃料供給装置にあっては、液状燃料
を予め気化してから吸気通路に導入するため、吸気通路
に液体燃料をそのまま噴射供給するガソリンエンジンの
ように、噴射燃料が吸入空気から気化熱を奪い去ること
がなく、したがって気化に伴い吸入空気温度が低下する
ことによる、実質的な吸入空気量（質量流量）の増加が
望めず、特に高負荷領域におけるエンジンの高出力化に
限界があった。

この対策としては、ガソリンエンジンと同じようにし
て、液状燃料をそのまま吸気通路に噴射供給することが
考えられるが（特願昭61−159301号）、ガソリンに比較
して液化石油ガスははるかに気化しやすいため、エンジ
ンルームの内部が高温のままのエンジンの再始動時等に
おいて、燃料配管の内部で気化により発生した気泡が抜
けず、燃料通路を閉塞して燃料の噴射が円滑に行なわれ
なくなり、始動性を著しく悪化させることがあった。こ
のような燃料配管における気泡の発生は、ガソリンエン
ジンの燃料噴射装置でもよくやられているように、低温
の燃料を燃料ボンベから燃料噴射ノズルの近傍まで、圧
力レギュレータを介して大量に循環させることにより防
ぐことはできるが、圧力レギュレータからの還流燃料は
圧力が低いため、燃料ボンベに戻るまでにエンジンルー
ムの高熱を受けて気化しやすく、このようにして一部に
気化燃料を含む燃料が燃料ボンベに大量に還流される
と、燃料温度が上昇してボンベの内圧が許容値以上に高
まる危険があった。

つまり気化燃料は同じ温度の液化燃料に比較してはるか
に多くの熱を保有しており、このような燃料を大量にボ
ンベに循環させれば、液状燃料がこれを吸熱してボンベ
内の温度上昇が進み、ボンベ内圧がより一層高圧化する
のである。

この発明はこのような問題の解決を図ることを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために本発明は、燃料貯蔵ボンベか
らの液化ガス燃料を加圧して送り出すポンプと、内燃機
関から離間して配置され、前記加圧燃料を内燃機関の吸
入空気量と回転数とに応じて計量する計量電磁弁と、内
燃機関の吸気系に臨むように配置され、計量後の燃料圧
力に応動して、この燃料圧力が所定値以上となったとき
に開弁して計量燃料を吸気通路に噴射する弁手段と、計
量手段からの余剰燃料を規定圧力を保持して還流すべく
燃料貯蔵ボンベの近傍に取付けた圧力レギュレータとか
ら燃料供給装置を構成した。

（作用） 燃料貯蔵ボンベからの液化ガス燃料は、ポンプにより加
圧されているため、液状のまま弁手段から吸気通路に噴
出する。吸気通路は圧力が低く、噴射燃料は周囲の吸気
通路を流れる空気から気化熱を奪いつつ瞬時に気化する
一方、これに伴い吸気温度が下がり、吸気の実質的な供
給量を増加させ、エンジンの最大出力を高める。

計量手段からの余剰の燃料は、圧力レギュレータにより
規定圧力に保持されているため、燃料配管を戻る途中で
エンジンからの熱を受けても気化することがない。圧力
レギュレータは燃料貯蔵ボンベの近傍に設置されるた
め、圧力レギュレータからボンベに燃料が放出される際
に、圧力解放に伴い一部が気化するにしても、気化に必
要な熱はボンベから奪うことになり、このため内部の燃
料温度の上昇を防ぎ、内圧の異常な上昇を回避する。

一方、計量した燃料を吸気通路に噴射する弁手段は内燃
機関の高温となる部分に近接して設けられるため、この
弁手段内で燃料が気化するおそれがある。通常はこのよ
うにして燃料が気化したままであるとベーパロック現象
により正常な燃料噴射を行うことが困難となるが、この
ような高温下での燃料気化に伴って圧力が上昇して燃料
圧力が所定値を超えると、弁手段が自動開弁して気化燃
料を逃がすので、結果的に弁手段の内部は適正な圧力に
維持され、したがって安定した燃料噴射が可能である。

（実施例） 第１図において、燃料ボンベ（またはタンク）10は自動
車のトランクルーム11等エンジン12から十分に離れた位
置に配設され、その燃料の取出通路13にはエンジン停止
時に閉じる電磁遮断弁14の下流に燃料ポンプ15が設けら
れ、燃料を加圧して計量電磁弁16に送り込む。燃料ポン
プ15は電動モータで駆動される。

計量電磁弁16からは余剰燃料を前記燃料ボンベ10に還流
する通路17が接続し、この通路17には燃料ボンベ10の近
傍、この例では燃料ボンベ10に直結して、燃料の圧力を
規定圧力に保持する圧力レギュレータ18が設置される。

圧力レギュレータ18は、ダイヤフラム18aにより前記還
流通路17に接続する燃料室18bと、燃料ボンベ10の内部
に連通する基準圧力室18cとに画成されており、燃料室1
8bの燃料圧力が、燃料ボンベ10の内部圧力よりも所定値
（例えば3.5Kg/cm²）以上に高くなるとダイヤフラム18a
に連動する弁18dが開いて、余剰燃料を燃料ボンベ10に
還流するもので、これにより還流通路の圧力を常に規定
値に保持する。

なお、還流通路17の途中にはエンジ停止時に閉じる電磁
遮断弁19が介装される。

前記計量電磁弁16は後述する制御回路20からのパルス信
号により駆動され、オンオフ的に開閉するもので、計量
電磁弁16の開弁により上流の加圧燃料（圧力レギュレー
タ18により規定圧力に保持された）が、燃料溜り21を経
由して各気筒に対応して分岐する燃料通路22へと送り出
される。

計量電磁弁16はパルス信号により励磁されるソレノイド
16aと、ソレノイド16aの励磁時にリターンスプリングに
抗してリフトするバルブ16bと、バルブ16bのリフトに伴
い開閉するバルブシート16c等から構成され、そしてこ
の計量電磁弁16は好ましくは、エンジンルームの比較的
温度の低い位置に設置される。

エンジン12の吸気通路23には、吸気弁24になるべく近づ
けて弁手段としての燃料噴射ノズル25が設けられ、前記
計量電磁弁16から送り込まれる燃料通路22の圧力が一定
値を越えたときに開いて、吸気ポート26に液状燃料を噴
射する。

燃料噴射ノズル25は、第２図に詳細を示すように、ダイ
ヤフラム25aに直結した針弁25bがリフトしてバルブシー
ト25cから離れると、燃料室25dの燃料がオリフィス25e
から吸気ポート26に向けて噴出するようになっており、
ダイヤフラム25aの一面には燃料通路22と連通する燃料
室25dの圧力がかかると共に、その反対面には基準圧力
室25fに通路27を介して導かれる前記燃料ボンベ10の内
部圧力と、戻しバネ25gの荷重が作用し、ボンベ内圧よ
りも一定値（例えば2.5Kg/cm²）だけ燃料圧力が高いと
ダイヤフラム25aが移動して針弁25bを開弁方向にリフト
させる。

前記吸気通路23にはエアクリーナ30の下流において、ア
クセルペダルに連動する吸気絞弁32の開度に応じて流入
する、吸入空気量（質量流量）を測定する熱線式流量セ
ンサ31が設けられ、この流量センサ31の出力は図示しな
いエンジ回転数（クランク角度）センサからの出力と共
に前記制御回路20に入力される。マイクロコンピュータ
等で構成される制御回路20は、これら運転状態を検出す
る信号に基づいて所定の空燃比が得られるように燃料の
噴射量を演算し、エンジン回転に同期して燃料噴射パル
ス信号を前記計量電磁弁16に出力するものである。な
お、排気系に排気濃度センサ等を設置した場合には、こ
れに基づいて空燃比をフィードバック制御するように燃
料噴射量の修正がなされる。

以上のように構成され、次ぎに作用について説明する。

エンジン12の始動に伴い電磁遮断弁14、19が開き、また
燃料ポンプ15が駆動されるため、燃料ボンベ10の燃料は
取出通路13から計量電磁弁16へと加圧されながら送り込
まれる。

運転者によって操作される絞弁32の開度に応じて吸入空
気量が決まり、この吸入空気量信号と回転数信号に基づ
いて制御回路20は、この吸入空気と混合する噴射燃料の
割合が、所定の空燃比となるように計量電磁弁16の開弁
パルス時間を演算する。このパルス信号によって計量電
磁弁16が開くと、その上流側の加圧燃料が残留溜り21か
ら燃料通路22へと送り込まれる。

計量電磁弁16の上流側の圧力は、燃料ポンプ15から送り
込まれる燃料を、圧力レギュレータ18により燃料ボンベ
10の圧力をある一定値（約3.5Kg/cm²）だけ上回る値に
設定され、また下流側の圧力は、燃料噴射ノズル25によ
り燃料ボンベ10の圧力よりも一定値（約2.5Kg/cm²）だ
け上回るように設定される。

したがって計量電磁弁16の上流と下流の差圧は常に一定
値（約1Kg/cm²）となっており、計量電磁弁16を流れる
燃料流量はその開弁時間にのみ正しく依存して決定され
る。

特にこの場合、計量電磁弁16はエンジンルームの比較的
低温の部分に配置され、しかも前記の通り上流と下流の
燃料圧力が高く保持されるため、計量部での燃料の気化
もなく、液化燃料の計量特性は非常に安定するのであ
る。

そして計量電磁弁16の開弁に伴い燃料通路22に送り込ま
れた燃料の圧力が、燃料噴射ノズル25のダイヤフラム25
aの設定圧を越えている間、針弁25bが開いて液状燃料が
吸気通路23に噴射される。吸気通路23の圧力は大気圧以
下の低圧であるため、燃料噴射は吸入空気から熱を奪っ
て瞬時に気化しつつ、エンジン12に吸入されていく。

このようにして噴射した液状燃料を吸気通路23の内部で
気化させるので、気化熱を奪われた吸入空気の温度を下
げ、実質的な吸気充填効率を高めることが可能となり、
エンジン全開域での高出力化が図れる。

ところで、計量電磁弁16の閉弁後の燃料溜り21側に送り
込まれない余剰の燃料は、還流通路17から燃料ボンベ10
に戻されるが、燃料ボンベ10に放出される直前まで圧力
レギュレータ18により、ボンベ内圧よりも一定値（約3.
5Kg/cm²）だけ高い圧力に保持されているため、還流通
路17の燃料温度がボンベ内の燃料より高温になっても気
化することはほとんどない。したがって循環燃料が気化
により周囲（エンジンルーム）がら多量に奪った熱を燃
料ボンベ10に持ち込むことはなく、ボンベ内の燃料温度
の上昇は少ない。

また、圧力レギュレータ18から燃料ボンベ10に放出され
た燃料は、この瞬間に約3.5Kg/cm²だけ減圧されて気化
しやすい状態になるものの、圧力レギュレータ18が燃料
ボンベ10に直結されていて気化に必要な熱は燃料ボンベ
10から奪うので、熱の授受が相殺され、内部の貯蔵燃料
の温度上昇にはつながらない。

他方、エンジン12の付近では燃料噴射ノズル25や燃料通
路22の燃料が、エンジン放出熱の影響で高温になること
があり、燃料圧力がボンベ内圧よりも約2.5Kg/cm²ほど
高い値に保持されているにもかかわらず、若干の燃料は
気化することがある。しかし燃料の気化により圧力が高
まると、燃料噴射ノズル25のダイヤフラム25aが変位し
て針弁25bがリフトし、気化燃料を逃がすため、気化に
よる体積増加が燃料供給の妨げとならず、すなわち発生
気泡によるベーパロック現象が回避され、特にエンジン
極低回転域でも安定した回転特性が維持される。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、燃料貯蔵ボンベからの液
化ガス燃料を加圧して計量電磁弁に送り込む一方、余剰
燃料を規定圧力を保持しつつ還流させる圧力レギュレー
タを燃料貯蔵ボベの近傍に取付けたため、圧力レギュレ
ータにより規定圧力に保持されている余剰燃料が、燃料
配管を戻る途中でエンジンからの熱を受けても気化する
ことがなく、しかも圧力レギュレータからボンベに燃料
が放出される際に、圧力解放に伴い一部が気化するにし
ても、気化に必要な熱はボンベから奪うことになり、こ
のため内部の燃料温度の上昇を防ぎ、内圧の異常な上昇
を回避することができる。また、本発明では計量後の燃
料圧力が所定値以上となったときに自動開弁するように
弁手段を構成したので、弁手段内部の燃料が高温化で気
化したとしてもこれを解放して燃料圧力を常時適正な圧
力に保ち、これにより安定した運転性能を発揮させられ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路的な構成図、第２図
は燃料噴射ノズルの断面図、第３図は従来例の構成図で
ある。 10……燃料ボンベ（タンク）、12……エンジン、13……
取出通路、15……燃料ポンプ、16……計量電磁弁、17…
…還流通路、18……圧力レギュレータ、20……制御回
路、22……燃料通路、23……吸気通路、25……燃料噴射
ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料貯蔵ボンベからの液化ガス燃料を加圧
   して送り出すポンプと、内燃機関から離間して配置さ
   れ、前記加圧燃料を内燃機関の吸入空気量と回転数とに
   応じて計量する計量電磁弁と、内燃機関の吸気系に臨む
   ように配置され、計量後の燃料圧力に応動して、この燃
   料圧力が所定値以上となったときに開弁して計量燃料を
   吸気通路に噴射する弁手段と、計量手段からの余剰燃料
   を規定圧力を保持して還流すべく燃料貯蔵ボンベの近傍
   に取付けた圧力レギュレータとから構成されることを特
   徴とする内燃機関の燃料供給装置。