(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切換手段(６)による切換により、液体燃料とガス燃料とを切り換えて運転を行う燃料切換型エンジンにおいて、
少なくともエンジン回転数に基づいて液体燃料を使用するときの点火時期を記憶した液体燃料点火時期記憶手段と、
少なくともエンジン回転数に基づいてガス燃料を使用するときの点火時期を記憶したガス燃料点火時期記憶手段と、
切換手段(６)に基づいて、液体燃料運転とガス燃料運転を選択したことにより、前記液体燃料点火時期記憶手段とガス燃料点火時期記憶手段のどちらか一方の記憶手段のデータに基づいて点火時期を決定する制御手段(３)とを備え、
定格回転数を含むエンジンの全回転数域において前記ガス燃料点火時期記憶手段の進角が前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値進んだ値に設定してある、ことを特徴とする燃料切換型エンジン。
【請求項２】
切換手段(６)による切換により、液体燃料とガス燃料とを切り換えて運転を行う燃料切換型エンジンにおいて、
少なくともエンジン回転数に基づいて液体燃料を使用するときの点火時期を記憶した液体燃料点火時期記憶手段と、
少なくともエンジン回転数に基づいてガス燃料を使用するときの点火時期を記憶したガス燃料点火時期記憶手段と、
切換手段(６)に基づいて、液体燃料運転とガス燃料運転を選択したことにより、前記液体燃料点火時期記憶手段とガス燃料点火時期記憶手段のどちらか一方の記憶手段のデータに基づいて点火時期を決定する制御手段(３)とを備え、
定格回転数を含むエンジンの全回転数域において前記ガス燃料点火時期記憶手段の進角を前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値遅れた値に設定してある、ことを特徴とする燃料切換型エンジン。
【請求項３】
切換手段(６)による切換により、液体燃料とガス燃料とを切り換えて運転を行う燃料切換型エンジンにおいて、
少なくともエンジン回転数に基づいて液体燃料を使用するときの点火時期を記憶した液体燃料点火時期記憶手段と、
少なくともエンジン回転数に基づいてガス燃料を使用するときの点火時期を記憶した第１、第２のガス燃料点火時期記憶手段と、
切換手段(６)に基づいて、液体燃料運転とガス燃料運転を選択したことにより、前記液体燃料点火時期記憶手段と第１、第２のガス燃料点火時期記憶手段の３つの記憶手段の内、一つの記憶手段のデータに基づいて点火時期を決定する制御手段(３)とを有し、
前記切換手段(６)は、液体燃料運転モードと、ガス燃料普通運転モードと、ガス燃料環境運転モードの３つの切換モードを備え、
ガス燃料普通運転モードに対応する前記第１のガス燃料点火時期記憶手段の進角は、定格回転数を含むエンジンの全回転数域において前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値進んだ値に設定してあり、
ガス燃料環境運転モードに対応する前記第２のガス燃料点火時期記憶手段の進角は、定格回転数を含むエンジンの全回転数域において前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値遅れた値に設定してある、こと特徴とする燃料切換型エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料切換型エンジンに関し、さらに詳しくは液体燃料とガス燃料を適宜、切り換えて運転を行う燃料切換型エンジンに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、自動車等に搭載されるエンジンにおいて、ガソリンなどの液体燃料とＬＰＧ（液化石油ガス）などのガス燃料を切り換えて、排気ガス中の有害成分の低減、燃費の向上を図るエンジンが多数提案されている。
ガソリンとＬＰＧを使用する燃料切換型の自動車用エンジンにおいては、最適なガソリンの点火時期と、最適なＬＰＧの点火時期はそれぞれ異なるので、ガソリンとＬＰＧにおいて各燃料に対応した点火時期を記憶しておくことが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料切換型エンジンでは、エンジンを良好に運転することに重点が置かれているので、液体燃料とガス燃料を切り換えることによるエンジン運転特性の違いが現れることがあった。
特に、作業機用エンジンの場合、定格回転数における定格出力の安定性が重視されるが、エンジンの回転数を定格回転数に設定した場合にガソリンで得られる出力とＬＰＧで得られる出力が異なることが生じていた。
この出力差を一致させる方法としては、燃料供給量を増減する方法が考えられる。
【０００４】
しかし、液体燃料を使用した時とガス燃料を使用した時に、それらの出力が同じになるように、各回転数において燃料供給量を増減することは、制御が複雑になる課題があった。
また、応答性良く、ガス供給量を増減させることは気体の性質上難しいことであった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、上記課題を解決できる、燃料切換型エンジンを提供することにある。
具体的な目的の一例を示すと、以下の通りである。(ａ)複雑な制御をすることなく、燃料の切り換えによって、エンジン出力に変動が生じることを防止できる燃料切換型エンジンを提供する。(ｂ)ガス燃料運転時に、排気ガス中の有害成分を低減できるという利点を十分に発揮できる燃料切換型エンジンを提供する。
なお、上記に記載した以外の発明の課題及びその解決手段は、後述する明細書内の記載において詳しく説明する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明を、例えば、本発明の実施の形態を示す図１から図６に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
第１発明は、切換手段６による切換により、液体燃料とガス燃料とを切り換えて運転を行う燃料切換型エンジンにおいて、
少なくともエンジン回転数に基づいて液体燃料を使用するときの点火時期を記憶した液体燃料点火時期記憶手段と、
少なくともエンジン回転数に基づいてガス燃料を使用するときの点火時期を記憶したガス燃料点火時期記憶手段と、
切換手段６に基づいて、液体燃料運転とガス燃料運転を選択したことにより、前記液体燃料点火時期記憶手段とガス燃料点火時期記憶手段のどちらか一方の記憶手段のデータに基づいて点火時期を決定する制御手段３とを備え、
定格回転数を含むエンジンの全回転数域において前記ガス燃料点火時期記憶手段の進角が前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値進んだ値に設定してあることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、切換手段６による切換により、液体燃料とガス燃料とを切り換えて運転を行う燃料切換型エンジンにおいて、
少なくともエンジン回転数に基づいて液体燃料を使用するときの点火時期を記憶した液体燃料点火時期記憶手段と、
少なくともエンジン回転数に基づいてガス燃料を使用するときの点火時期を記憶したガス燃料点火時期記憶手段と、
切換手段６に基づいて、液体燃料運転とガス燃料運転を選択したことにより、前記液体燃料点火時期記憶手段とガス燃料点火時期記憶手段のどちらか一方の記憶手段のデータに基づいて点火時期を決定する制御手段３とを備え、
定格回転数を含むエンジンの全回転数域において前記ガス燃料点火時期記憶手段の進角を前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値遅れた値に設定してあることを特徴とする。
【０００８】
第３発明は、切換手段６による切換により、液体燃料とガス燃料とを切り換えて運転を行う燃料切換型エンジンにおいて、
少なくともエンジン回転数に基づいて液体燃料を使用するときの点火時期を記憶した液体燃料点火時期記憶手段と、
少なくともエンジン回転数に基づいてガス燃料を使用するときの点火時期を記憶した第１、第２のガス燃料点火時期記憶手段と、
切換手段６に基づいて、液体燃料運転とガス燃料運転を選択したことにより、前記液体燃料点火時期記憶手段と第１、第２のガス燃料点火時期記憶手段の３つの記憶手段の内、一つの記憶手段のデータに基づいて点火時期を決定する制御手段３とを有し、
前記切換手段６は、液体燃料運転モードと、ガス燃料普通運転モードと、ガス燃料環境運転モードの３つの切換モードを備え、
ガス燃料普通運転モードに対応する前記第１のガス燃料点火時期記憶手段の進角は、定格回転数を含むエンジンの全回転数域において前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値進んだ値に設定してあり、
ガス燃料環境運転モードに対応する前記第２のガス燃料点火時期記憶手段の進角は、定格回転数を含むエンジンの全回転数域において前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値遅れた値に設定してあることを特徴とする。
【０００９】
第１発明〜第３発明についてさらに説明する。
前記切換手段６は、一般に、オペレータが操作する切換スイッチ等で構成される。但し、必要により制御手段３の制御により自動的に切り換える構成も採用することができる。
前記各所定値は、定格回転数を含むエンジンの全回転数域において、一定値である場合と、回転数に応じて変化させる場合も含む。
【００１０】
【発明の効果】
第１発明であれば、少なくとも定格回転数を含む回転数域において前記ガス燃料点火時期記憶手段の進角を前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値進んだ値に設定してあることにより、ガス燃料運転時のエンジンの出力を液体燃料運転時のエンジンの出力と運転上、違和感のないように一致させることが可能になる。また、点火時期記憶手段に記憶されたデータにより、出力が異なることを抑制するので、応答性が良く、制御が複雑にならない利点がある。さらに、ガス燃料は液体燃料よりノッキング限界が高いので、エンジンの運転に不都合を与えることなく、エンジンの出力の低下の問題を解決することができる。
【００１１】
第２発明であれば、少なくとも定格回転数を含む回転数域において前記ガス燃料点火時期記憶手段の進角を前記液体燃料点火時期記憶手段の進角に比べて所定値遅れた値に設定してあるので、ガス燃料運転時のエンジン出力は若干低下するものの、ガス燃料運転時における排気ガス中の有害成分を少なくすることができ、排気ガス中の有害成分の少ないガス燃料運転の特徴をさらに向上させることができる。また、点火時期記憶手段に記憶されたデータにより、排気ガス性能を向上させるので、応答性が良く、制御が複雑にならない利点がある。
【００１２】
第３発明であれば、オペレータ又は制御手段の判断により、液体燃料運転モードと、ガス燃料普通運転モードと、ガス燃料環境運転モードの３つの切換モードを選択でき、例えばエンジンが存在する周囲の状況に応じてエンジンの運転状態を切り換えることができる。また、点火時期記憶手段に記憶されたデータによって、出力が異なることを抑制したり、又は排気ガス性能を向上させるので、応答性が良く、制御が複雑にならない利点がある。
第１〜第３の各発明では、定格回転数を含むエンジンの全回転数域において上記利益を享受することができる。
【００１３】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の基本的構成の一例を示すブロック図、図２は第１実施形態に係る動作の一例を示すフローチャート、図６は燃料切換型エンジンの概略構成を示すブロック図である。
図６に示すように、本発明は、液体燃料とガス燃料を少なくともオペレータの意志に応じて切り換えることのできる燃料切換型エンジン２６に適用されるものである。
この燃料切換型エンジン２６は、吸気管２７に液体燃料供給装置２８とガス燃料供給装置２９とが設けてあり、図１に示すセンサ部１からの入力に基づいて、制御部３により燃料供給制御と、後述する点火時期制御を行う。
【００１４】
図６に示すように、ガス燃料供給装置２９は、ガス燃料を蓄えるガス燃料タンク３０と、ガス燃料の供給を遮断するガス遮断弁３１と、ガス燃料タンク３０内の高圧ガスを徐々に所定の圧力に減圧するレギュレータ装置３２と、流量制御弁３３とを備えている。流量制御弁３３は、吸気管２７のベンチュリ部３４に設けられたガス供給管３５から出るガス流量を制御するものである。
液体燃料供給装置２８は、液体燃料としてガソリンを蓄えるガソリンタンク（図示せず）と、液体燃料供給管３６を含んで構成してあり、液体燃料供給装置２８は通常のガソリンエンジンのようにフロート室を備えた気化器を使用するものや、電子的な制御によって燃料を噴射する噴射ノズルにより構成したものが適用できる。
【００１５】
吸気管２７の前記ベンチュリ部３４より上流側には、スロットル弁３７が設けてあり、図示しない調速レバーなどの調速装置によりスロットル開度が調整できるように構成してある。
エンジン本体２６ａの回転部３８にはクランク角度センサ３９と、上死点位置を検出するＴＤＣセンサ４０が設けられ、クランク角度センサ３９からはクランク角パルスが出力され、ＴＤＣセンサ４０からはＴＤＣパルスが出力される。なお、クランク角度センサ３９とＴＤＣセンサ４０はディストリビュータ内のセンサを共用してもよい。これらのセンサ３９・４０と図示しないこれらの信号を処理する回路により図１に示す回転数検出部７が構成される。
【００１６】
また、図６に示すように、オペレータの判断によって、液体燃料とガス燃料の切換を行う手動の切換スイッチ４１が設けてあり、前述の切換部６（図１参照）として機能する。切換スイッチ４１の切換信号は、制御部３（図１参照）を含むエンジンコントローラ１４に入力され、その信号に基づいて液体燃料供給装置２８、ガス燃料供給装置２９へ切換信号を送って、燃料の切換えを行うように構成してある。
【００１７】
図１は、点火時期制御の構成を示すブロック図であり、センサ部１は、少なくともエンジンの回転数を検出する回転数検出部７を有している。また、必要に応じてエンジンの負荷を検出する負荷検出部８と、エンジンの液温検出部９などを備えており、エンジンの状態を各種センサにより検出する。
負荷検出部８は、図６に示されるように、スロットル弁３７の角度を検出する弁開度センサ４２により負荷を検出する構成や、吸気管２７内の負圧を検出する圧力センサ４３により負荷を検出する構成が例示できる。なお、実質的にエンジンの負荷を検出ものであれば負荷検出部８の構成は特に限定されない。
【００１８】
図１に示す、入力回路部２は、Ａ／Ｄ変換器などで構成され、各検出信号を制御部３に入力できるデジタル信号に変換する処理などを行う。
制御部３は、通常、マイクロコンピュータで構成され、制御演算部１０と、制御プログラムや点火時期マップを記憶したＲＯＭ１１と、ワーク領域として使用されるＲＡＭ（図示せず）などを備えている。
【００１９】
ＲＯＭ１１は前記した第１発明の場合は、ガソリン普通運転マップ１２とＬＰＧ普通運転マップ１３の２つの点火時期マップを含んで構成されており、第２発明の場合はガソリン普通運転マップ１２とＬＰＧ環境運転マップ１４の２つの点火時期マップを含んで構成されており、第３発明の場合は、ガソリン普通運転マップ１２と、ＬＰＧ普通運転マップ１３と、ＬＰＧ環境運転マップ１４の３つの点火時期マップを含んで構成されている。図１では便宜的に３つの運転マップを備えたものを示してある。
【００２０】
点火用駆動回路部４は、通常、イグナイタと呼ばれるもので、制御部３から点火指示信号に基づいて、点火コイル５に点火用の電流を流す。
切換部６は、少なくとも、液体燃料としてのガソリンと、ガス燃料としてのＬＰＧを切り換えるものであり、切換スイッチ４１等で構成される。切換部６は、オペレータの判断に基づいた操作により切換スイッチ４１により切り換えられる構成や、制御部３内のＲＯＭ１１に記憶されたプログラムにより切換部６を構成するものがある。
図１に示す切換部６は、後述する第１実施形態の場合は、ガソリン運転モードとＬＰＧ普通運転モードの２つの切り換えモードを含んで構成されており、後述する第２実施形態の場合は、ガソリン運転モードと、ＬＰＧ普通運転モードと、ＬＰＧ環境運転モードの３つの切り換えモードを含んで構成されている。
【００２１】
図２は、第１実施形態の作用を説明するフローチャートであり、このフローチャートに基づいて燃料切換型エンジンの動作を説明する。
まず、ステップＳＰ１において、制御部３が少なくともエンジン回転数を検出し、ステップＳＰ２において、切換部６からの信号によりガソリンを使用するかＬＰＧを使用するかを検出し、ステップＳＰ３においてガソリンとＬＰＧのどちらが選択されているかを制御部３が判別し、ガソリンが選択されていると判別したことに応答して、ステップＳＰ４において、検出されたエンジン回転数に基づいてＲＯＭ１１内のガソリン普通運転マップ１２によりガソリンの点火時期を設定し、ＬＰＧが選択されていると判別したことに応答して、ステップＳＰ５において、検出されたエンジン回転数に基づいてＲＯＭ１１内のＬＰＧ普通運転マップ１３によりＬＰＧの点火時期を設定して、一連の処理を終了する。なお、これらの処理は制御部３が定める所定時間毎に行われる。
【００２２】
図３（Ａ）はガソリン普通運転マップの一例を示す図、図３（Ｂ）はＬＰＧ普通運転マップの一例を示す図であり、各図において横軸に回転数、縦軸において点火時期（ＢＴＤＣ）を示している。なお、図３（Ａ）（Ｂ）に示す回転数は一例として示すものであり、各仕様のエンジンにおいて異なるものである。
図３（Ａ）に示すように、この実施形態におけるガソリン普通運転設定曲線１７は、アイドル回転数ＮAまでは進角量は一定であり、アイドル回転数ＮAから定格回転数ＮBまでの回転数領域において回転数に比例して進角量が大きくなっている。そして定格回転数ＮBを超えると進角量は所定値に維持されるように設定してある。
【００２３】
図３（Ｂ）に示すＬＰＧ普通運転設定曲線１８は、ガソリン普通運転設定曲線１７と比較して、ＬＰＧ運転時の全回転数において、所定値だけ点火時期を進めて設定してあり、このように構成することによりＬＰＧの出力をガソリン出力と同じに設定できるようにしてある。
【００２４】
例えば、ある回転数におけるガソリンの点火時期が１８゜であり、エンジン出力が１００％であったときに、ＬＰＧ運転時に、点火時期を同じ１８゜に設定するとＬＰＧの出力がガソリンと比較して９５％（相対値）しか得られない場合に、ＬＰＧの点火時期を２２゜に設定して、点火時期を進めることにより、ＬＰＧの出力をガソリンと同じ１００％にすることができる。
このように点火時期を進めることにより排ガス性能は低下するが、元来、ＬＰＧの排ガス性能は良いので、点火時期を進めても排ガス性能をガソリンと同程度かそれよりも良いレベルに維持することができる。さらに、出力を一致させるために、供給する気体燃料の量を増加させる構成に比べて、応答性良く、かつ簡単に出力を増加させることができる。
【００２５】
図４はこの発明の第２実施形態を示すフローチャートであり、この第２実施形態が図２に示す第１実施形態と異なるのは、以下の点である。
即ち、ステップＳＰ３においてガス燃料運転モードであると判別された場合に、ステップＳＰ５０において、制御部３がステップＳＰ２において設定された切換部６のモードに基づいて、ＬＰＧ普通運転モードとＬＰＧ環境運転モードのどちらのモードが選択されているかを判別し、ＬＰＧ普通運転モードが選択されていると判別したことに応答して、ステップＳＰ５１において検出されたエンジン回転数に基づいてＲＯＭ１１内のＬＰＧ普通運転マップ１３に基づいてガソリンの点火時期を設定し、ＬＰＧ環境運転モードが選択されていると判別したことに応答して、ステップＳＰ５２において検出されたエンジン回転数に基づいてＲＯＭ１１内のＬＰＧ環境運転マップ１４によりＬＰＧの点火時期を設定して、一連の処理を終了する。
【００２６】
図５はＬＰＧ環境運転マップの一例を示す図である。
図５に示すように、ＬＰＧ環境運転設定曲線１９はガソリン普通運転設定曲線１７と比較して、ＬＰＧ運転時の全回転数において、点火時期を遅らせることにより、ＬＰＧの排ガス中の有害成分をさらに少なくできるように設定してある。例えば、ある回転数におけるガソリンの点火時期が１８゜で排ガス中の有害成分の量が１００％であり、同じ１８゜の点火時期でＬＰＧを使用すると、排ガス中の有害成分の量が７０％であったとき、ＬＰＧの点火時期を１６゜に設定して、点火時期を遅らせることにより、ＬＰＧの排ガス中の有害成分の量を５０％にすることができる。
【００２７】
このように点火時期を遅らせることにより、ＬＰＧの出力は、例えば、９５％から９０％に低下してしまうことになるが、出力低下を許容しても、排ガス中の有害成分の量を減らして運転を行いたい場合に、好適となる。さらに、この実施形態でも、応答性良く、かつ簡単に排ガス性能を向上させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の基本的構成の一例を示すブロック図である。
【図２】  図２は本発明の第１実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図３】  図３（Ａ）はガソリン普通運転マップの一例を示す図、図３（Ｂ）はＬＰＧ普通運転マップの一例を示す図である。
【図４】  図４は本発明の第２実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図５】  図５はＬＰＧ環境運転マップの一例を示す図である。
【図６】  図６は燃料切換型エンジンの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
３…制御部、６…切換部。
【図１】
0003679974.tif 000002
【図２】
0003679974.tif 000003
【図３】
0003679974.tif 000004
【図４】
0003679974.tif 000005
【図５】
0003679974.tif 000006
【図６】
0003679974.tif 000007