JP2010007595A - Ｌｐｇエンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＰＧエンジンの燃料供給装置について、エンジン冷却水温が低くベーパライザの気化能力が不足するような状況において、電気ヒータを用いることなく噴射燃料の良好な気化状態を確保する。
【解決手段】燃料タンク３から延設された燃料供給通路５と、ＬＰＧを冷却水を導入した熱交換部で気化し調圧部で所定圧力のガス燃料に調整するベーパライザ６０と、インジェクタ８と、インジェクタ８の開閉操作を行う電子制御ユニット１０Ａを備えており、電子制御ユニット１０Ａがインジェクタ８を駆動制御してＬＰＧエンジン２に燃料を供給する燃料供給装置１Ａにおいて、エンジン冷却水温を検出する温度センサ１０ｄ及びベーパライザ６０の燃料吐出圧力を変更操作する燃料吐出圧設定手段が配設され、電子制御ユニット１０Ａがエンジン冷却水温に応じて燃料吐出圧設定手段を操作することでＬＰＧが全て気化可能な燃料噴射圧力に調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＰＧ（液化石油ガス）エンジンの燃料供給装置に関し、殊に、ＬＰＧの加熱気化手段としてエンジン冷却水の熱を利用するものにおいて、エンジン冷却水の温度が充分に高くない状況でも良好な気化状態を確保するための機能を備えたＬＰＧエンジンの燃料供給装置に関する。

ＬＰＧを所定正圧の気体の状態にしてエンジンの吸気管路に噴射させる方式の燃料供給装置は周知であるが、この方式においてＬＰＧを加熱気化させる手段として暖機したエンジンの冷却水の熱を利用するのが一般的であり、図９の配置図に示すようなＬＰＧエンジンの燃料供給装置１Ｃが広く使用されている。

この燃料供給装置１Ｃでは、燃料タンク３からＬＰＧを液体の状態で取り出し、燃料供給通路５内を送出しながら燃料タンク３近傍の遮断弁５ａとエンジンルーム内の遮断弁５ｂを通過し、ベーパライザ６内の熱交換部でエンジン冷却水と熱交換することによりＬＰＧが気化され、調圧部で所定圧力の気体に調整される。このようにして、ＬＰＧは大気圧との圧力差をほぼ一定に調整された状態でベーパライザ６から吐出され、電子制御ユニット１０Ｃで開閉制御されるインジェクタ８へと送られてエンジン２の各気筒に噴射される。

しかし、このような方式の燃料供給装置１Ｃでは、ベーパライザ６で調圧されたガス燃料の圧力がエンジン水温に依存せずにほぼ一定であることから、エンジン２の暖機後はベーパライザ６の気化能力に余力があるのに対し、エンジン始動時や暖機途中ではエンジン水温が低いためにベーパライザ６の気化能力が不足する場合がある。そのため、ＬＰＧが液体のままエンジン２に供給され、空燃比過濃となってエンジン運転状態の悪化やエンジンストール等のトラブルを生じやすくなる。さらに、未燃ガスが触媒９に到達した場合には、これを損傷して致命的なダメージを負うことになる。

この問題に対し、例えば特開平６−２３９１５０号公報に記載されているように、ベーパライザのＬＰＧ燃料の経路中に電気ヒータを配置してＬＰＧを電気的に加熱・気化させる手段が知られている。しかしながら、電気ヒータを配設することは製造コストの高騰に繋がるとともに、低温時に機能が低下しやすいバッテリに過大な負担をかける結果となる。
特開平６−２３９１５０号公報

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、ＬＰＧエンジンの燃料供給装置について、エンジン冷却水温が低くベーパライザの気化能力が不足するような状況において、電気ヒータを用いることなく噴射燃料の良好な気化状態を確保できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、ＬＰＧを貯留する燃料タンクから延設された燃料供給通路と、前記燃料供給通路の途中に配置されてＬＰＧをエンジン冷却水を導入した熱交換部で気化させるとともに調圧部で所定圧力のガス燃料に調整するベーパライザと、前記燃料供給通路の末端に配置されてガス燃料を噴射するインジェクタと、前記インジェクタの開閉操作を行う電子制御ユニットを備えており、前記電子制御ユニットが検知しているエンジン運転状態に応じて前記インジェクタを駆動制御しながらＬＰＧエンジンに燃料を供給する燃料供給装置において、エンジン冷却水温を検出する冷却水温検出手段及び前記ベーパライザの燃料吐出圧力を変更操作するための燃料吐出圧設定手段が配設されており、前記電子制御ユニットが、前記冷却水温検出手段で検知したエンジン冷却水温に応じて前記燃料吐出圧設定手段を操作することにより、ＬＰＧが全て気化可能な燃料噴射圧力に調整することを特徴とする。

このように、エンジン冷却水温に依存するベーパライザの気化能力のレベルに応じて、燃料吐出圧設定手段でベーパライザからの燃料吐出圧力を調整して液体燃料が全て気化可能な燃料噴射圧力とするようにしたことで、低温始動時等のベーパライザの気化能力が不足する状況であっても、電気ヒータを用いることなく燃料が液体のままＬＰＧエンジンに供給されることを回避することができる。

また、上述したＬＰＧエンジンの燃料供給装置において、そのベーパライザとインジェクタの間の燃料供給通路には、ベーパライザから吐出されたガス燃料の圧力を検出する燃料圧検出手段が配設されており、電子制御ユニットがこの燃料圧検出手段の出力信号を検知しながらベーパライザの燃料吐出圧力を調整することを特徴とするものとすれば、フィードバック制御により更に正確な燃料噴射圧力の制御が可能なものとなる。この場合、その燃料圧検出手段は、燃料の圧力を絶対圧で検出することを特徴とするものとすれば、一層高精度な制御が行える。

さらに、上述したＬＰＧエンジンの燃料供給装置において、その電子制御ユニットは、ＬＰＧエンジンに供給している燃料流量を検知するための燃料流量検知手段を備えており、検知した燃料流量に基づく調整分を加味した燃料噴射圧力に調整することを特徴とするものとすれば、噴射燃料に液体燃料が混入する事態を回避可能とした制御が行える。

さらにまた、上述したＬＰＧエンジンの燃料供給装置において、その電子制御ユニットは、燃料タンクに貯留したＬＰＧの組成を検知するためのＬＰＧ組成推定手段を備えており、検知したＬＰＧ組成による調整分を加味した燃料噴射圧力に調整することを特徴とするものとすれば、液体燃料の噴射を一層回避しやすい制御が実現する。

この場合、その電子制御ユニットは燃料タンク内の圧力及び温度を所定のセンサを介して検知するものとされ、検知した燃料タンク内の圧力及び温度のデータを基に所定の算出方法で使用ＬＰＧのプロパンとブタンの割合を推定することを特徴とするものとすれば、ＬＰＧの組成が簡易且つ正確に検知できるものとなる。

加えて、上述したＬＰＧエンジンの燃料供給装置において、その燃料吐出圧設定手段は、ステップモータ又はソレノイドを備えた電子制御式であるものとすれば、電子制御ユニットの操作による燃料噴射圧力の制御がより確実に行えるものとなる。

電子制御ユニットがエンジン冷却水温に応じて燃料吐出圧設定手段を操作することにより、液体燃料が全て気化可能な燃料噴射圧力に調整するものとした本発明によると、エンジン冷却水温が低くベーパライザの気化能力が不足するような状況であっても、電気ヒータを使用することなく噴射燃料の良好な気化状態を確保することができる。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明における第１の形態である、ＬＰＧエンジン２にガス燃料を供給するための燃料供給装置１Ａの配置図を示している。基本的なハード構成は図９に示した従来の燃料供給装置１Ｃと同様であるが、この電子制御ユニット１０Ａは、温度センサ１０ｄでエンジン冷却水温を検知するようになっていることに加え、ベーパライザ６０とインジェクタ８の間の燃料供給通路５に配置した圧力センサ１０ｃにより燃料吐出圧力（燃料噴射圧力）を検知するようになっている。

また、電子制御ユニット１０Ａは、エアフローセンサ１０ｅ、Ｏ２センサ１０ｆからの出力信号を検知するとともにエンジン回転速度等のエンジン運転状態を検知するようになっている点は従来例と同様であるが、これに加え、ベーパライザ６０にはその吐出圧力を変更操作するための燃料吐出圧設定手段が設けられており、電子制御ユニット１０Ａがその燃料吐出圧設定手段を操作して燃料噴射圧力を適宜調整できるようになっている点を特徴としている。

そして、電子制御ユニット１０Ａのソフト構成（制御方法）においても従来の燃料供給装置１Ｃの電子制御ユニット１０Ｃとは異なる点がある。即ち、本実施の形態における電子制御ユニット１０Ａは、検知しているエンジン冷却水温データに応じて、ＬＰＧが全て気化する（少なくとも液体のままインジェクタから噴射されない）燃料噴射圧になるように、燃料噴射圧力を調整する機能を有している。

ガス燃料を噴射する燃料供給システムにおいては、燃料噴射圧力を大気圧より高くして最適な空燃比を確保している。従って、エンジン始動時や始動直後のエンジン冷却水温が低い状態では、総ての燃料を気化することは厳しくなり液体燃料の噴射に伴いエンジン運転の不調を招きやすくなる。

即ち、ＬＰＧはプロパン、ブタンを主成分とする混合ガスであるが、図５のＬＰＧ蒸気圧線図に示すように、温度が高まるほど、また、プロパン比率が高まるほど、蒸気圧も高まる傾向を有している。そのため、各温度の蒸気圧を基準にしてその圧力よりも高ければ液体、低ければ気体の状態でＬＰＧは存在することになる。従って、このようなＬＰＧの蒸気圧特性から、同じ温度条件であれば燃料噴射圧を低くするほど容易に燃料が気化することが分かる。

そこで、本発明においては、図６に示すようなエンジン冷却水温に応じたベーパライザの吐出圧（＝燃料噴射圧）の関係を示すグラフに基づくマップや関係式を電子制御ユニット１０Ａの記憶手予め記憶させておき、検知したエンジン冷却水温と燃料噴射圧力から、全てのＬＰＧが気化可能な燃料噴射圧力となるように、ベーパライザ６０の燃料吐出圧設定手段を操作するようにしたものである。

尚、本実施の形態では燃料圧検出手段としての圧力センサ１０ｃでベーパライザ６０の燃料吐出圧力を検知しながらフィードバック制御を行っているが、燃料吐出圧力を検知しない構成でも燃料噴射圧力の制御は可能である。しかし、圧力センサ１０ｃで検知した圧力データを基にフィードバック制御を行なう方が、より高精度な制御を実現できることは言うまでもない。

一方、ベーパライザの燃料吐出圧設定手段の例としては、図３に示すように調圧室６１ａへの燃料導入路のバイパス路６１ｂを、ソレノイド６１ｃの駆動により弁体で開閉するものとしたベーパライザ６１や、図４に示すようにステップモータ６２でダイヤフラムの調圧バネのバネ圧を調整するものとしたベーパライザ６２が想定される。ソレノイド６１ｃやステップモータ６２ｂは電子制御ユニット１０Ａにより精密に電子制御されるものであるため、所望の燃料噴射圧力を正確に実現しやすいものとなる。

ところで、通常ベーパライザはダイヤフラムの背圧室に大気を導入し、その吐出圧力は大気圧を基準に定まるのが通常である。そのため、高地などの気圧の低い場所では、ゲージ圧としては低地と同じでも、絶対圧としては気圧が低下した分だけベーパライザの吐出圧も低下することになる。従って、燃料噴射圧力を検知する圧力センサ１０ｃは、絶対圧で検出するものが推奨される。

加えて、燃料の気化状態は蒸発する燃料の気化潜熱による冷却の影響を大きく受け、これは燃料流量に支配されることは周知であるところ、燃料流量が大きい場合は周囲から奪う熱量も大きいために燃料は気化しにくい状態となる。従って、図７に示す燃料流量とベーパライザの吐出圧の関係を示すグラフに基づき、エンジン冷却水温に加えて燃料流量による調整分も加味してベーパライザ６０の燃料吐出圧を決定した方が一層高精度な制御が可能となる。

このように、本実施の形態においてエンジン冷却水温を軸としながらＬＰＧの気化状態に影響する種々の要因を加味して燃料噴射圧の制御を行うようにしたことで、ＬＰＧが液体のままエンジンに供給されることを充分に回避可能としており、低温始動時のようなＬＰＧの充分な気化が困難な状況であっても、バッテリの消耗を伴う電気ヒータを使用することなく、エンジン運転の不調や触媒の損傷を有効に防止できるようになった。

図２は、本発明における第２の実施の形態である、ＬＰＧエンジン２にガス燃料を供給するための燃料供給装置１Ｂの配置図を示している。本実施の形態においても第１の実施の形態の燃料供給装置１Ａとハード構成はほぼ同様であるが、燃料タンク３に圧力センサ１０ａ及び温度センサ１０ｂが配置されており、燃料タンク３内の圧力及び温度のデータが電子制御ユニット１０Ｂに入力されるようになっている点を特徴としている。

即ち、図５のＬＰＧの蒸気圧線図に示したように、ＬＰＧはプロパンの比率が高くなるほど蒸気圧が高くなり、一般的にはプロパンはブタンよりも容易に気化し、プロパンの比率によって燃料の気化の状態は変化することは周知である。そのため、上述したようにエンジン水温や燃料流量の要素に加え、ＬＰＧ中のプロパンの比率も考慮した方がＬＰＧの気化のための燃料噴射圧力をより精密に決定することができる。

そこで、本実施の形態では、電子制御ユニット１０Ｂのソフト構成中にＬＰＧ組成推定手段が設けてあり、検知した燃料タンク３内のＬＰＧの圧力及び温度を基にして、所定のマップや計算式等を用いてＬＰＧの組成を推定し、その推定したＬＰＧ組成から、図８に示すようなＬＰＧのプロパン比率とベーパライザの吐出圧の関係を示すグラフに基づくマップや計算式による調整分を加味した燃料噴射圧力を求め、これを実現するようにベーパライザ６０の燃料吐出圧設定手段を操作するようになっている点を特徴としている。

このように、本実施の形態のＬＰＧの燃料供給装置１Ｂは、第１の実施の形態の燃料供給装置１Ａの各機能に加え、推定したＬＰＧ組成を基にしてさらに精密な燃料噴射圧力に調整できることから、一層高精度な燃料噴射制御を実現できるようになっており、低温始動時等の液化ガス燃料の気化が困難な状況であっても、電気ヒータを用いることなくＬＰＧが液体のままエンジンに噴射されることを更に有効に回避できるものとなった。

以上、述べたように、ＬＰＧエンジンの燃料供給装置について、本発明によりＬＰＧの充分な気化が期待できないようなエンジン冷却水温であっても、電気ヒータをもちいることなくＬＰＧが液体のままエンジンに供給されるのを有効に回避でき、噴射燃料の良好な気化状態を確保できるようになった。

本発明における第１の実施の形態を示す配置図。 本発明における第１の実施の形態を示す配置図。 ベーパライザの燃料吐出圧設定手段の一例を示す縦断面図。 ベーパライザの燃料吐出圧設定手段の一例を示す縦断面図。 ＬＰＧの蒸気圧線図。 エンジン冷却水温とベーパライザ吐出圧との関係を示すグラフ。 燃料流量とベーパライザ吐出圧との関係を示すグラフ。 ＬＰＧプロパン比率とベーパライザ吐出圧との関係を示すグラフ。 従来例を示す配置図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 燃料供給装置、２ エンジン、３ 燃料タンク、５ 燃料供給通路、８ インジェクタ、１０Ａ，１０Ｂ 電子制御ユニット、１０ａ，１０ｃ 圧力センサ、１０ｂ，１０ｄ 温度センサ、６０，６１，６２ ベーパライザ

Claims (7)

1. ＬＰＧを貯留する燃料タンクから延設された燃料供給通路と、前記燃料供給通路の途中に配置されてＬＰＧをエンジン冷却水を導入した熱交換部で気化させるとともに調圧部で所定圧力のガス燃料に調整するベーパライザと、前記燃料供給通路の末端に配置されてガス燃料を噴射するインジェクタと、前記インジェクタの開閉操作を行う電子制御ユニットを備えており、前記電子制御ユニットが検知しているエンジン運転状態に応じて前記インジェクタを駆動制御しながらＬＰＧエンジンに燃料を供給する燃料供給装置において、エンジン冷却水温を検出する冷却水温検出手段及び前記ベーパライザの燃料吐出圧力を変更操作するための燃料吐出圧設定手段が配設されており、前記電子制御ユニットが、前記冷却水温検出手段で検知したエンジン冷却水温に応じて前記燃料吐出圧設定手段を操作することにより、ＬＰＧが全て気化可能な燃料噴射圧力に調整することを特徴とするＬＰＧエンジンの燃料供給装置。
2. 前記ベーパライザと前記インジェクタの間の前記燃料供給通路に、前記ベーパライザから吐出されたガス燃料の圧力を検出する燃料圧検出手段が配設されており、前記電子制御ユニットが前記燃料圧検出手段の出力信号を検知しながら前記燃料噴射圧力を調整することを特徴とする請求項１に記載したＬＰＧエンジンの燃料供給装置。
3. 前記燃料圧検出手段は、燃料の圧力を絶対圧で検出することを特徴とする請求項２に記載したＬＰＧエンジンの燃料供給装置。
4. 前記電子制御ユニットは、前記ＬＰＧエンジンに供給している燃料流量を検知するための燃料流量検知手段を備えており、検知した燃料流量に基づく調整分を加味した前記燃料噴射圧力に調整することを特徴とする請求項１，２または３に記載したＬＰＧエンジンの燃料供給装置。
5. 前記電子制御ユニットは、前記燃料タンクに貯留したＬＰＧの組成を検知するためのＬＰＧ組成推定手段を備えており、検知した前記ＬＰＧ組成による調整分を加味した燃料噴射圧力に調整することを特徴とする請求項１，２，３または４に記載したＬＰＧエンジンの燃料供給装置。
6. 前記電子制御ユニットは、前記燃料タンク内の圧力及び温度を所定のセンサを介して検知した前記圧力及び温度のデータを基に所定の算出方法で使用ＬＰＧのプロパンとブタンの割合を推定することを特徴とする請求項１，２，３，４または５に記載したＬＰＧエンジンの燃料供給装置。
7. 前記燃料吐出圧設定手段は、ステップモータ又はソレノイドを備えた電子制御式であることを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６に記載したＬＰＧエンジンの燃料供給装置。
   

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