JP2005180221A - Ｌｐｇ燃料エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＰＧ燃料エンジンにおいて気相ＬＰＧ燃料の温度を高めることのできる新規な手段を提供する。
【解決手段】 気相供給系の一部を構成する気相インジェクタ５を排気ポートの真下に、また気相デリバリ管２５を排気マニホールド１３の近傍に熱交換可能に配置する。排気熱が気相供給系に作用することにより、気相供給系にある気相のＬＰＧ燃料が加熱され、したがってＬＰＧ燃料の気相状態を好適に維持できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＰＧ（Liquid Petrol Gas;液体石油ガス）を燃料として利用した内燃機関に関し、特にＬＰＧ燃料を液相および気相で供給できるようにしたものに関する。

従来から、液相状態にあるＬＰＧ燃料を燃焼室内に噴射する液相インジェクタと、気相状態にあるＬＰＧ燃料を燃焼室内に噴射する気相インジェクタとを備え、両者を切り替えて用いるようにしたＬＰＧ燃料エンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、液相インジェクタと気相インジェクタとを備え、液相燃料の供給経路である液相供給系におけるベーパの発生状態に応じて気相インジェクタで補正噴射を行うようにした構成も提案されている（特許文献２）。

特開２０００−３２０４０５号公報 特開２００１−１０７８０５号公報

ところで、ガソリンエンジン等の液体燃料エンジンの分野においては、筒内噴射によって成層燃焼を行わせる技術が実用化されており、低燃費化に寄与しうるものとして期待されている。ここにいう成層燃焼とは、燃焼室内に燃料ないし混合気の層を周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）させ、この状態で点火することによって、少量の燃料で安定した燃焼を実行させる技術である。この点、気体燃料は液体燃料に比べて、噴流速度が速く、気化時間が不要である上、噴流による筒内脈動を誘発する作用も期待できるため、気体燃料で成層燃焼を行わせることができれば有利と考えられる。

しかし、ＬＰＧ燃料は図１１に示されるとおり、低圧・高温であるほど気化し易いところ、筒内噴射を実行するには、少なくとも噴射期間内は噴射圧が筒内圧を上回ることが必要であるから、ＬＰＧ燃料を気相の状態に保ちながら筒内噴射するには、ＬＰＧ燃料をそれだけ高い温度にする必要がある。

そこで本発明の目的は、ＬＰＧ燃料エンジンにおいて気相ＬＰＧ燃料の温度を高めることのできる新規な手段を提供することにある。

第１の本発明は、ＬＰＧ燃料を液相で供給するための液相供給系と、前記ＬＰＧ燃料を気相で供給するための気相供給系とを備え、前記液相供給系および前記気相供給系から供給されたＬＰＧ燃料を燃焼室で燃焼させるＬＰＧ燃料エンジンにおいて、前記気相供給系の少なくとも一部を、前記燃焼室からの排気経路と熱交換可能に配置したことを特徴とするＬＰＧ燃料エンジンである。

第１の本発明では、排気経路からの排気熱が気相供給系の少なくとも一部に作用することにより、気相供給系にある気相のＬＰＧ燃料が加熱され、したがってＬＰＧ燃料の気相状態を好適に維持できる。

第２の本発明は、請求項１に記載のＬＰＧ燃料エンジンであって、前記気相供給系を構成する筒内直噴式のインジェクタを、前記燃焼室に接続された排気マニホールドのほぼ真下に配置したことを特徴とするＬＰＧ燃料エンジンである。

第２の本発明では、気相供給系を構成する筒内直噴式のインジェクタを、排気マニホールドのほぼ真下に配置したので、ＬＰＧ燃料を好適に加熱できる。

第３の本発明は、ＬＰＧ燃料を液相で供給するための液相供給系と、前記ＬＰＧ燃料を気相で供給するための気相供給系とを備え、前記液相供給系および前記気相供給系から供給されたＬＰＧ燃料を燃焼室で燃焼させるＬＰＧ燃料エンジンにおいて、前記燃焼室に連通した排気経路から分岐し燃焼室からの排気が導入される分岐経路を、前記気相供給系の少なくとも一部と熱交換可能に配置したことを特徴とするＬＰＧ燃料エンジンである。

第３の本発明では、分岐経路に燃焼室からの排気が導入され、その分岐路によって気相供給系の少なくとも一部が加熱されるので、第１の本発明と同様の効果を得ることができる。

第４の本発明は、請求項３に記載のＬＰＧ燃料エンジンであって、前記分岐経路を、前記気相供給系を構成しインジェクタにＬＰＧ燃料を分配する気相デリバリ管に沿って形成したことを特徴とするＬＰＧ燃料エンジンである。

第４の本発明では、分岐経路によって気相デリバリ管が加熱されるので、これによって気相ＬＰＧ燃料を好適に加熱できる。

第５の本発明は、ＬＰＧ燃料を液相で供給するための液相供給系と、前記ＬＰＧ燃料を気相で供給するための気相供給系とを備え、前記液相供給系および前記気相供給系から供給されたＬＰＧ燃料を燃焼室で燃焼させるＬＰＧ燃料エンジンにおいて、前記気相供給系を構成しインジェクタにＬＰＧ燃料を分配するための気相デリバリ管を加熱すべく、ヒータを更に備えたことを特徴とするガス燃料エンジンである。

第５の本発明では、ヒータによって、気相のＬＰＧ燃料をインジェクタに分配するための気相デリバリ管を加熱するので、これによってＬＰＧ燃料を好適に加熱できる。

第６の本発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のＬＰＧ燃料エンジンであって、前記液相供給系および前記気相供給系のいずれかを燃料供給経路として選択する制御手段を更に備え、前記制御手段は、前記気相供給系におけるＬＰＧ燃料の温度および圧力に基づいて、前記ＬＰＧ燃料の気相状態を維持でき且つ筒内噴射が可能な場合に、前記気相供給系を選択することを特徴とするＬＰＧ燃料エンジンである。

第６の本発明では、ＬＰＧ燃料の気相状態を維持でき且つ筒内噴射が可能な場合に、制御手段が気相供給系を選択するので、気相のＬＰＧ燃料を適正な場面で利用することができる。

本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。なお、以下に示される実施形態やその変形はあくまで例示にすぎず、これらにより本発明が限定されるわけではない。

図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＰＧ燃料エンジン１を示す概略構成図である。同図に示されるＬＰＧ燃料エンジン１は、液化プロパンガス燃料や液化ブタンガス燃料といったＬＰＧ燃料（液化石油ガス燃料）を用いる直列４気筒エンジンとして構成されており、車両の走行駆動源として用いられると好適なものである。このＬＰＧ燃料エンジン１は、シリンダブロック１ａに形成された複数の燃焼室２を有し、各燃焼室２の内部でＬＰＧ燃料（本実施形態では、液化プロパンガス燃料）を燃焼させてピストン３を往復移動させることにより動力を発生する。

ＬＰＧ燃料エンジン１は、燃焼室２に液相ＬＰＧ燃料を供給するための液相インジェクタ４と、気相ＬＰＧ燃料を供給するための気相インジェクタ５とを有する。図２に示されるように、液相インジェクタ４は、シリンダヘッド６に形成された吸気ポート７に設置され、吸気弁８ａに向けられている。気相インジェクタ５は、シリンダヘッド６に形成された排気ポート９の真下に、排気ポート９に沿って設けられている（なお、図１においては理解の容易のために、気相インジェクタ５を排気マニホールド１３の上に重ねて図示している）。シリンダヘッド６には更に点火プラグ１０および排気弁８ｂが設けられ、また、ピストン３の頂面には凹部３ａが設けられている。

このＬＰＧ燃料エンジン１では、液相インジェクタ４からの液相ＬＰＧ燃料が用いられるときには、液相ＬＰＧ燃料と空気との混合気が、燃焼室２内に吸入された状態で点火プラグ１０により点火されて、均質燃焼が行われる。また、気相インジェクタ５からの気相ＬＰＧ燃料が用いられるときには、凹部３ａに噴き込まれた気相ＬＰＧ燃料と吸入空気との成層混合気が点火プラグ１０により点火されて、成層燃焼が行われる。この場合には、きわめて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。

各燃焼室２の吸気ポート７は、それぞれ図１に示される吸気マニホールド１１に接続され、吸気マニホールド１１には、例えばドライブバイワイヤ式のスロットルバルブ１２が設置されている。一方、各燃焼室２の排気ポート９は、図１に示される排気マニホールド１３にそれぞれ接続されている。

複数の液相インジェクタ４は、これらに液相ＬＰＧ燃料を分配するための液相デリバリ管２１に接続されている。他方、ＬＰＧ燃料を貯蔵する燃料タンク２２の底面には、液相供給管２３が接続されており、この液相供給管２３が液相デリバリ管２１に接続されている。また液相供給管２３には液相燃料フィードポンプ２４が設けられている。液相インジェクタ４、液相デリバリ管２１、液相供給管２３および液相燃料フィードポンプ２４により、液相供給系が構成される。

複数の気相インジェクタ５は、これらに気相ＬＰＧ燃料を分配するための気相デリバリ管２５に接続されている。他方、燃料タンク２２の上面には気相供給管２６が接続されており、この気相供給管２６が気相デリバリ管２５に接続されている。気相デリバリ管２５には気相燃料フィードポンプ２７が設けられている。ポンプ２４，２７にはデューティ制御可能な電動ポンプが採用される。気相インジェクタ５、気相デリバリ管２５、気相供給管２６および気相燃料フィードポンプ２７により、気相供給系が構成される。

燃料タンク２２、液相デリバリ管２１および気相デリバリ管２５には、それらの内部の圧力を検出するための圧力センサ２２ａ，２１ａ，２５ａ、および温度を検出するための温度センサ２２ｂ，２１ｂ，２５ｂが設けられている。

排気マニホールド１３の下流側には、三元触媒を含む前段触媒装置１４、およびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む不図示の後段触媒装置が接続されている。排気ポート９、排気マニホールド１３、前段触媒装置１４、その下流側の不図示の後段触媒装置およびこれらを連結する排気管により、本発明における排気経路が構成される。

そしてＬＰＧ燃料エンジン１は、制御手段として機能する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０を含む。ＥＣＵ３０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。上述した圧力センサ２２ａ，２１ａ，２５ａおよび温度センサ２２ｂ，２１ｂ，２５ｂは、それぞれ検出値を示す信号をＥＣＵ３０に与える。

また、ＥＣＵ３０の入出力ポートには、上述のポンプ２４，２７に加えて、各インジェクタ４，５、スロットルバルブ１２、点火プラグ１０、動弁機構などの各種アクチュエータ類、およびアクセル位置センサや回転数センサといった各種センサ類が接続される。ＥＣＵ３０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に、各種センサの検出値等に基づいて、ＬＰＧ燃料エンジン１が所望の出力を発生するように、ポンプ２４，２７の動作、インジェクタ４，５の開弁タイミング、スロットルバルブ１２の開度、更には、各吸気弁８ａおよび各排気弁８ｂの開閉動作等を制御する。

また、ＥＣＵ３０のＲＯＭにおける所定の記憶領域には、図３に例示される燃料性状特定マップが記憶されている。この燃料性状特定マップは、燃料タンク２２の内部圧力（蒸気圧）および内部温度と、燃料タンク２２の内部に貯留されているＬＰＧ燃料の性状（本実施形態では、プロパン比）との関係を規定するものであり、予め実験やシミュレーション等に基づいて作成されている。

また、ＥＣＵ３０のＲＯＭにおける別の所定の記憶領域には、図４に例示されるベーパ未発生圧力特定マップが記憶されている。このベーパ未発生圧力特定マップは、ＬＰＧ燃料の性状（プロパン比）および温度と、ＬＰＧ燃料がベーパ化しない圧力との関係を規定するものであり、予め実験やシミュレーション等に基づいて作成されている。

次に、以上のとおり構成されたＬＰＧ燃料エンジン１の動作について説明する。
図５において、まず、ユーザによってイグニッションスイッチが操作されると、ＥＣＵ３０は、燃料タンク２２の圧力センサ２２ａおよび温度センサ２２ｂからの信号によって取得した燃料タンク２２の内部圧力および内部温度によって、上述の燃料性状特定マップ（図３）を参照し、これにより燃料タンク２２の内部圧力と内部温度とに対応する燃料性状の値（プロパン比）を求める（Ｓ１０）。

次に、検出されている現在のエンジンの回転数および要求トルクが、所定の成層運転領域にあるかが判定される（Ｓ２０）。この判断はＥＣＵ３０の記憶領域に保持された所定のマップの参照によって行われ、例えば回転数および要求トルクが所定の基準値より低い領域で肯定される。

ステップＳ２０で否定の場合、すなわち成層運転領域にない場合には、ＥＣＵ３０は、液相デリバリ管２１内の圧力・温度および燃料性状に基づいて、液相燃料にベーパが発生しないように圧力を制御し、液相状態での運転を行う（Ｓ３０）。すなわち、ＥＣＵ３０は、液相デリバリ管２１の温度センサ２１ｂから受け取った信号より、液相デリバリ管２１内のＬＰＧ燃料の温度（すなわち、ポンプ２４により吐出されて各インジェクタ４に導入されることになるＬＰＧ燃料の温度）を取得すると共に、上述のベーパ未発生圧力特定マップ（図４）を参照し、これにより、燃料性状と、液相デリバリ管２１内の温度とに対応するベーパ未発生圧力を求める。そして、求めたベーパ未発生圧力を目標圧力として、この目標圧力と、液相デリバリ管２１の圧力センサ２１ａの検出値（すなわち、ポンプ２４により吐出されて各インジェクタ４に導入されることになるＬＰＧ燃料の圧力）とが一致するように、ポンプ２４をフィードバック制御しながら、ＬＰＧ燃料エンジン１を液相燃料で動作させる。なお、ステップＳ１０およびＳ３０の処理により、ＬＰＧ燃料が所定の温度まで昇温している状態で始動が行われる場合においても、ポンプ２４から吐出されて各インジェクタ４に導入されるＬＰＧ燃料のベーパ化を抑制できる。

ステップＳ２０で肯定の場合、すなわちエンジンの回転数および要求トルクが所定の成層運転領域にある場合には、次に、気相デリバリ管２５内の温度と燃料性状から、気相化できる最大圧力が算出される（Ｓ４０）。ＬＰＧ燃料は一般に低圧であるほど気化し易いため、気相状態を維持できる圧力には上限があり、またその上限は温度に応じて異なる（図１１に示されるように、一般には高温であるほど、気相化できる最大圧力は高い）。他方、本実施形態ではＬＰＧ燃料をできるだけ気相状態で成層燃焼させるため、気相デリバリ管２５内の現在の温度において気相化できる最大圧力（すなわち、現在の温度に応じた、気相状態を維持できる圧力の上限値）を算出するものである。

次に、気相化できる最大圧力の値が、最小筒内噴射可能圧力と比較される（Ｓ５０）。この最小筒内噴射可能圧力は、気相ＬＰＧ燃料を圧縮行程で筒内噴射できるような燃料噴射圧力の下限値であって、圧縮行程中の燃料噴射時間帯における筒内圧力に所定の余裕値を加算または乗算した固定値が用いられる。

ステップＳ５０で肯定の場合、つまり、気相化できる最大圧力が最小筒内噴射可能圧力と等しいかこれを上回る場合には、気相燃料での成層運転が可能な状況であるため、気相インジェクタ５からの気相ＬＰＧ燃料による成層燃焼での運転が行われる。すなわち、目標の噴射圧力が最小筒内噴射可能圧力に設定され、気相燃料フィードポンプ２７がその目標値と一致するように制御され（Ｓ６０）、また、燃料性状ごとに予め作成された所定の最適適合マップの参照によって、気相燃料での成層運転制御（噴射開始時期、噴射時間、不図示の可変バルブタイミング機構におけるバルブタイミング、不図示の排気ガス再循環装置の動作タイミングの制御）が行われる（Ｓ７０）。

他方、ステップＳ５０で否定の場合、つまり、気相化できる最大圧力が最小筒内噴射可能圧力を下回り、気相での成層運転条件が満たされない場合には、気相での成層運転ができない状況であるため、処理はステップＳ３０に移行し、液相ＬＰＧ燃料での運転が行われる。本実施形態では液相インジェクタ４が吸気ポート７に設けられており、液相燃料では均質燃焼での運転のみが可能な機械的構造が用いられているため、ここでは均質燃焼での運転が行われる。なお、液相インジェクタが気筒内に設置され液相供給系が筒内直噴型に構成されている場合には、ここでの液相燃料による運転は成層燃焼によって行うことができる。

以上のとおり、本実施形態では、気相供給系の一部を、燃焼室２からの排気経路の近傍に排気経路と熱交換可能に配置したので、排気経路からの排気熱が気相供給系に作用することにより、気相供給系にある気相のＬＰＧ燃料が加熱され、したがってＬＰＧ燃料の気相状態を好適に維持できる。

また本実施形態では、筒内直噴式の気相インジェクタ５を、排気マニホールド１３のほぼ真下に、排気マニホールドに沿うように配置したので、気相のＬＰＧ燃料を特に好適に加熱できる。

また本実施形態では、ＥＣＵ３０が、気相デリバリ管２５内のＬＰＧ燃料の温度および圧力に基づいて、ＬＰＧ燃料の気相状態を維持でき且つ筒内噴射が可能な場合に（Ｓ５０）、気相供給系を選択する（Ｓ６０・Ｓ７０）こととしたので、気相ＬＰＧ燃料を適正な場面で利用することができる。

なお、第１実施形態では、液相インジェクタ４を吸気ポート７に設け、液相ＬＰＧ燃料についてはいわゆるポート噴射を行う構成としたが、本発明は液相インジェクタ４および気相インジェクタ５の双方を燃焼室２に設けた筒内直噴型のエンジンに適用することも可能である。この場合には、図６に示すようにピストン３の頂部に気相インジェクタ５のための凹部３ａのみを設けて、液相インジェクタ４からの液相燃料を均質燃焼させる構造としてもよいし、あるいは図７に示すように、ピストン３の頂部に気相インジェクタ５のための凹部３ａに加えて液相インジェクタ４のための凹部３ｂを別個に設けて、気相燃料と液相燃料とをそれぞれ成層燃焼させる構造としてもよい。また、本発明では液相供給系が燃料噴射式であることは必須でなく、キャブレター式であってもよい。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、燃焼室２に連通した排気経路から分岐し燃焼室２からの排気が導入される分岐管３４および排気室３５を、気相供給系の少なくとも一部と熱交換可能に配置したものである。

図８は、第２実施形態に係るＬＰＧ燃料エンジン１０１を示す概略構成図である。図８においては、ＬＰＧ燃料エンジン１０１の吸気側と排気側とを図１とは上下逆に図示しており、シリンダブロック１ａに対して図中上側に吸気側が配置され、また図中下側に排気側が配置されている。

本実施形態では、上記第１実施形態と同様に液相インジェクタ４が吸気ポートに設置されているが、気相インジェクタ５が排気マニホールド１３の真下ではなく、吸気マニホールド１１の真下に設けられている。

また、排気経路を構成する排気マニホールド１３の両肩部から分岐して、分岐管３４が設けられている。他方、気相ＬＰＧ燃料を分配する気相デリバリ管２５を囲むように、排気ガスの一部を一時的に蓄積するための排気室３５が形成されている。分岐管３４の終端側は、この排気室３５に接続されている。一方の分岐管３４と排気室３５との境界部には、バルブ３４ａが設けられている。また、排気室３５と、吸気マニホールド１１の肩部近傍とを結ぶように、ＥＧＲ（Exhaust Gas Re-circulation；排気ガス再循環）を行うためのＥＧＲ管３６が設けられている。ＥＧＲ管３６の両端部には、バルブ３６ａが設けられている。バルブ３４ａ，３６ａは、いずれも排気ガスの流路を全開・全閉可能なバタフライ弁であり、不図示のトルクモータによって個別に制御される。分岐管３４、排気室３５およびＥＧＲ管３６により、本発明における分岐経路が構成される。

ＬＰＧ燃料エンジン１０１は、制御手段として機能するＥＣＵ１３０を含む。ＥＣＵ１３０の入出力ポートには、上記第１実施形態におけるＥＣＵ３０と同様の各種センサ類および各種アクチュエータ類が接続されるほか、バルブ３４ａ，３６ａを駆動するトルクモータが接続され、これらはＥＣＵ１３０の出力によってデューティ制御される。なお、第２実施形態の残余の構成は上記第１実施形態のものと同様であるため、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

第２実施形態の動作について説明する。まず、通常運転時には、ＥＣＵ１３０はバルブ３４ａを全開に、かつバルブ３６ａを全閉に制御する。これによって、排気マニホールド１３からの排気ガスは、分岐管３４を経由して排気室３５に導入され、排気室３５と気相デリバリ管２５との間の熱交換により、高温となっている排気ガスの熱が気相デリバリ管２５に伝達される。

また、ＥＧＲを行うための所定条件が成立した場合には、ＥＣＵ１３０はバルブ３４ａを全閉に、かつバルブ３６ａを所定のＥＧＲ条件によって算出される開度に制御する。これにより、排気マニホールド１３からの排ガスは分岐管３４・排気室３５およびＥＧＲ管２５ｂを経由して、吸気マニホールド１１へと還流される。

以上のとおり、第２実施形態では、燃焼室２に連通した排気マニホールド１３から分岐し燃焼室２からの排気が導入される分岐経路の一部である排気室３５を、気相供給系の一部である気相デリバリ管２５と熱交換可能に配置したので、排気の導入に伴う気相デリバリ管２５の加熱により、気相供給系にある気相のＬＰＧ燃料が加熱され、したがって第１実施形態と同様に、ＬＰＧ燃料の気相状態を好適に維持することができる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第２実施形態における分岐経路に代えて、気相デリバリ管２５を加熱するためのヒータ２０２を備えたものである。

図９は、第３実施形態に係るＬＰＧ燃料エンジン２０１を示す概略構成図である。図９において、気相デリバリ管２５には、これを加熱するためのヒータ２０２が設置されている。ヒータ２０２には、ＰＴＣヒータなどの急速加熱が可能なものが好適である。ヒータ２０２には、これに給電するための電圧供給回路２０３が接続されている。電圧供給回路２０３は、バッテリ２０４からの直流電圧を昇圧して任意の電圧値およびタイミングでヒータ２０２に給電するものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ等を含んで構成されている。

ＬＰＧ燃料エンジン２０１は、制御手段として機能するＥＣＵ２３０を含む。ＥＣＵ２３０の入出力ポートには、上記第１実施形態におけるＥＣＵ３０と同様の各種センサ類および各種アクチュエータ類が接続されるほか、電圧供給回路２０３が接続され、ＥＣＵ１３０の出力によってデューティ制御される。なお、第３実施形態において上記第２実施形態におけるものと同様の部材については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

第３実施形態の動作について説明する。図１０において、まず、ユーザによってイグニッションスイッチが操作されると、ＥＣＵ２３０は、燃料タンク２２の圧力センサ２２ａおよび温度センサ２２ｂからの信号によって取得した燃料タンク２２の内部圧力および内部温度によって、上述の燃料性状特定マップ（図３）を参照し、これにより燃料タンク２２の内部圧力と内部温度とに対応する燃料性状の値（プロパン比）を求める（Ｓ１１０）。

次に、ＥＣＵ２３０は、液相デリバリ管２１内の圧力・温度および燃料性状に基づいて、液相燃料にベーパが発生しないように圧力を制御し、液相状態での運転を行う（Ｓ１２０）。このステップＳ１２０における処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ３０の処理と同様である。

次に、エンジンの回転数および要求トルクが、所定の成層運転領域にあるか、またはエンジンの運転状態が所定の気相運転優位領域にあるかが判定される（Ｓ１３０）。前者の判断は、ＥＣＵ２３０の記憶領域に保持された所定のマップの参照によって行われ、この条件は例えば回転数および要求トルクが低い領域で肯定される。後者の判断は、例えば冷間時であって液相燃料では気化不足による出力の不足から通常の燃料噴射制御では噴射量が増大側に制御される領域である等、気相燃料の直噴によることが望ましいような運転状態に該当するかによって行われ、具体的には温度センサ２１ｂによって取得される液相デリバリ管２１の温度や、所定のソフトウェアタイマのカウント値に基づく始動後の経過時間による方法、あるいは液相ＬＰＧ燃料の噴射量とエンジン回転数とが所定範囲内で対応するか否かによる方法などを採用できる。ステップＳ２０で否定の場合、すなわち成層運転領域になく且つ気相運転優位領域にない場合には、処理がリターンされてステップＳ１１０・Ｓ１２０の処理が繰り返される。

ステップＳ１３０で肯定の場合、すなわち成層運転領域にあるか又は気相運転優位領域にある場合には、次に、温度と燃料性状から、気相化できる最大圧力が算出される（Ｓ１４０）。次に、気相化できる最大圧力の値が、最小筒内噴射可能圧力と比較される（Ｓ１５０）。ステップＳ１５０で肯定の場合には、気相燃料での成層運転が可能な状況であるため、気相インジェクタ５からの気相ＬＰＧ燃料による成層燃焼での運転が行われる。すなわち、噴射圧力が最小筒内噴射可能圧力に設定され、気相燃料フィードポンプ２７が制御され（Ｓ１６０）、また、燃料性状ごとに予め作成された所定の最適適合マップの参照によって、気相燃料での成層運転制御またはその領域での気相運転制御が行われる（Ｓ１７０）。なお、ステップＳ１４０ないしＳ１６０の処理、およびステップＳ１７０における成層運転制御に係る部分の処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ４０ないしＳ７０における処理と同様である。

他方、ステップＳ１５０で否定の場合、つまり、気相化できる最大圧力が最小筒内噴射可能圧力を下回り、気相での成層運転条件が満たされない場合には、気相での成層運転ができない状況であるため、処理はステップＳ１８０に移行し、液相ＬＰＧ燃料での運転が行われる。本実施形態では液相インジェクタ４が吸気ポート７に設けられており、液相燃料では均質燃焼での運転のみが可能な機械的構造が用いられているため、ここでは均質燃焼での運転が行われる。なお、液相インジェクタが気筒内に開口され液相供給系が筒内直噴型に構成されている場合には、ここでの液相燃料による運転は成層燃焼によって行うことができる。

次に、規定時間にわたるヒータ２０２の通電が実行される（Ｓ１９０〜Ｓ２１０）。この規定時間は、気相ＬＰＧ燃料を十分に加熱できるような単位時間に予め定められる。ヒータ２０２の通電により、気相デリバリ管２５が昇温される。なお、ヒータ２０２の通電中におけるエンジンの運転は、液相ＬＰＧ燃料によって行われる。

規定時間の加熱の終了後、気相デリバリ管２５の温度が再び測定され（Ｓ２２０）、取得された現在の気相デリバリ管２５の温度を利用して、ステップＳ１４０・Ｓ１５０の処理が再び実行される。このようにして、ヒータ２０２による気相デリバリ管２５の加熱は、気相化できる最大圧力が最小筒内噴射可能圧力を上回るまでの間、繰り返し実行される。

以上のとおり、第３実施形態では気相デリバリ管２５を選択的に加熱するためのヒータ２０２を備えたので、気相デリバリ管２５内の気相ＬＰＧ燃料を好適に加熱できる。

なお、第２および第３実施形態では、気相インジェクタ５および気相デリバリ管２５をエンジンブロック１ａに対して吸気側に設けたが、第２および第３実施形態において気相供給系をエンジンブロック１ａに対して排気側に設けてもよく、特に気相インジェクタ５を第１実施形態と同様に排気マニホールド１３の真下に沿わせて設置してもよいものであって、このような構成によれば排気熱の利用による気相ＬＰＧ燃料の加熱を期待でき有利であるということができる。

また、上記各実施形態では排気ポート７または排気マニホールド１３を気相インジェクタ５または気相デリバリ管２５と近接して配置することで、気相供給系と排気経路との熱交換を実現したが、本発明では排気熱により気相ＬＰＧ燃料を有効に昇温できるような配置であれば、その熱交換を行う箇所は排気経路や気相供給系の他の部分であってもよい。さらに、排気経路と気相供給系との熱交換を実現するために、表面式・蓄熱式・液体連結間接式などの熱交換器を設けてもよく、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。

本発明の第１実施形態に係るＬＰＧ燃料エンジンを示す概略構成図である。 図１に示されるＬＰＧ燃料エンジンの要部を示す側面図である。 ＬＰＧ燃料の性状を特定するために用いられるマップを説明するための図表である。 ベーパ未発生圧力を特定するために用いられるマップを説明するための図表である。 第１実施形態における処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の変形例に係るＬＰＧ燃料エンジンの要部を示す側面図である。 第１実施形態の他の変形例に係るＬＰＧ燃料エンジンの要部を示す側面図である。 第２実施形態に係るＬＰＧ燃料エンジンを示す概略構成図である。 第３実施形態に係るＬＰＧ燃料エンジンを示す概略構成図である。 第３実施形態における処理を示すフローチャートである。 温度・圧力とＬＰＧ燃料の性状、ならびに気相筒内噴射可能領域を示す蒸気圧線図である。

符号の説明

１，１０１，２０１ ＬＰＧ燃料エンジン
２ 燃焼室
４ 気相インジェクタ
５ 液相インジェクタ
１１ 吸気マニホールド
１３ 排気マニホールド
２２ 燃料タンク
２１ 液相デリバリ管
２５ 気相デリバリ管
３０，１３０，２３０ ＥＣＵ
３４ 分岐管
３５ 排気室
３６ ＥＧＲ管
２０２ ヒータ

Claims (6)

1. ＬＰＧ燃料を液相で供給するための液相供給系と、前記ＬＰＧ燃料を気相で供給するための気相供給系とを備え、前記液相供給系および前記気相供給系から供給されたＬＰＧ燃料を燃焼室で燃焼させるＬＰＧ燃料エンジンにおいて、
   前記気相供給系の少なくとも一部を、前記燃焼室からの排気経路と熱交換可能に配置したことを特徴とするＬＰＧ燃料エンジン。
2. 請求項１に記載のＬＰＧ燃料エンジンであって、
   前記気相供給系を構成する筒内直噴式のインジェクタを、前記燃焼室に接続された排気マニホールドのほぼ真下に配置したことを特徴とするＬＰＧ燃料エンジン。
3. ＬＰＧ燃料を液相で供給するための液相供給系と、前記ＬＰＧ燃料を気相で供給するための気相供給系とを備え、前記液相供給系および前記気相供給系から供給されたＬＰＧ燃料を燃焼室で燃焼させるＬＰＧ燃料エンジンにおいて、
   前記燃焼室に連通した排気経路から分岐し燃焼室からの排気が導入される分岐経路を、前記気相供給系の少なくとも一部と熱交換可能に配置したことを特徴とするＬＰＧ燃料エンジン。
4. 請求項３に記載のＬＰＧ燃料エンジンであって、
   前記分岐経路を、前記気相供給系を構成しインジェクタにＬＰＧ燃料を分配する気相デリバリ管に沿って形成したことを特徴とするＬＰＧ燃料エンジン。
5. ＬＰＧ燃料を液相で供給するための液相供給系と、前記ＬＰＧ燃料を気相で供給するための気相供給系とを備え、前記液相供給系および前記気相供給系から供給されたＬＰＧ燃料を燃焼室で燃焼させるＬＰＧ燃料エンジンにおいて、
   前記気相供給系を構成しインジェクタにＬＰＧ燃料を分配するための気相デリバリ管を加熱すべく、ヒータを更に備えたことを特徴とするガス燃料エンジン。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のＬＰＧ燃料エンジンであって、
   前記液相供給系および前記気相供給系のいずれかを燃料供給経路として選択する制御手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記気相供給系におけるＬＰＧ燃料の温度および圧力に基づいて、前記ＬＰＧ燃料の気相状態を維持でき且つ筒内噴射が可能な場合に、前記気相供給系を選択することを特徴とするＬＰＧ燃料エンジン。
   

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