(57)【要約】【課題】エンジン回転数を変化させてもＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構を有するガスエンジンの燃料供給装置を提供する。【解決手段】ガスエンジンの燃料供給装置１において、レギュレータ４０は、ガス燃料の調圧を行ない、当該ガス燃料をエンジンへ供給する。インナーベント方式の調圧機構７０は、エンジン５００への吸気路８０ａに連通した容積の異なる二つの調圧用通路７０ａ、７０ｂを有する。ＥＣＵ２００は、エンジン回転数に応じて二つの調圧用通路７０ａ、７０ｂを切り替える。【選択図】図１
2008025424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料の調圧を行ない、当該ガス燃料をエンジンへ供給するレギュレータを備えたガスエンジンの燃料供給装置であって、
容積が異なる複数の調圧用通路を有し、エンジンへの吸気路に連通するインナーベント方式の調圧機構と、
エンジン回転数に応じて前記複数の調圧用通路を切り替える通路切り替え手段と、を有することを特徴とするガスエンジンの燃料供給装置。
【請求項２】
前記調圧機構は複数のインナーベントホースを含み、
前記各インナーベントホースが、前記各調圧用通路に含まれることを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンの燃料供給装置。
【請求項３】
前記調圧機構は複数のレゾネータを含み、
前記各レゾネータが、前記各調圧用通路に含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスエンジンの燃料供給装置。
【請求項４】
前記通路切り替え手段は、エンジンへ連通する吸気管の圧力が所定値以上のときに前記複数の調圧用通路を切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスエンジンの燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インナーベント方式の調圧機構を有するガスエンジンの燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＰＧ（Liquefied petroleum gas、液化石油ガス）エンジン（以下、ガスエンジンと記す）の燃料供給装置として、インナーベント方式によりガス燃料を調圧するレギュレータを有するものが知られている（特許文献１参照）。ここで、インナーベント方式（吸気管同圧式）とは、レギュレータの調圧機構において、調圧のための吸気を、ガスエンジンへのメイン吸気路の一部から行なうもので、アウターベント方式（大気開放式）に比べてエアクリーナの目詰まりの影響を受けにくく、安定した空燃比（Ａ／Ｆ）特性を得られるという利点がある。
【０００３】
特許文献１の技術において、吸気口から導入されてエアクリーナを通った空気は、メインの吸気路を経由し、レギュレータにより送られるガス燃料と混合してエンジンへ供給される。より具体的には、メイン吸気路の一部には連通口が設けられており、そこから、調圧用通路を介してレギュレータの調圧機構にメイン吸気路内の圧力が導入される。そして、レギュレータの一次調圧室で気化されたガス燃料は、導入された吸気路内の圧力とのバランスにより二次調圧室で大気圧近くまで調圧される。このようにしてガス燃料がほぼ大気圧に調圧され、調圧されたガス燃料は、燃料ホースを経由してレギュレータよりメインの吸気路に送られ、吸気と混合する。
【０００４】
ここで、インナーベント方式の調圧機構は、上記のように、調圧用の圧力をガスエンジンに連通したメインの吸気路の一部から導入しているため、特に高負荷運転領域においてガスエンジンの吸気に伴う圧力脈動の影響を受けてしまい、安定した空燃比を得ることができない。そこで、特許文献１の調圧機構においては、ガス燃料の調圧用通路が、エアホースとその中間部に設けられたレゾネータとを含んで構成されており、レゾネータにより圧力脈動の影響を取り除いている。
【特許文献１】特開平６−１８５４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のようなインナーベント方式の調圧機構を有するガスエンジンの燃料供給装置において、レゾネータを含み、所定の容積を有する調圧用通路を用いる場合には、ＷＯＴ（Wide Open Throttle、スロットル全開）時の空燃比が、エンジン回転数の変化に伴って変動して、許容される空燃比の下限未満（リッチ）となったり、上限を超過（リーン）したりすることを本願発明者は知見している。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、エンジン回転数を変化させてもＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構を有するガスエンジンの燃料供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明のガスエンジンの燃料供給装置は、ガス燃料の調圧を行ない、当該ガス燃料をエンジンへ供給するレギュレータを備えたガスエンジンの燃料供給装置であって、容積が異なる複数の調圧用通路を有し、エンジンへの吸気路に連通するインナーベント方式の調圧機構と、エンジン回転数に応じて前記複数の調圧用通路を切り替える通路切り替え手段と、を有する。
【０００８】
本願発明者は、上記のような、エンジン回転数の変化に伴うＷＯＴ時における空燃比の変動については、その変動傾向が、調圧機構に用いられる調圧用通路の容積によって変化することを知見している。そこで、上記のような構成にすることで、通路切り替え手段が、容積の異なる複数の調圧用通路から、エンジン回転数に応じて適当な調圧用通路を選択して切り替えるので、エンジン回転数を変化させても、ＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構を有するガスエンジンの燃料供給装置が得られる。
【０００９】
前記複数の調圧用通路が、複数のインナーベントホースを含んでいてもよい。これによると、長さ、内径の異なる複数のインナーベントホースを用いることで、簡易な構成によって、エンジン回転数を変化させても、ＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構を有するガスエンジンの燃料供給装置が得られる。
【００１０】
前記複数の調圧用通路が、複数のレゾネータを含んでいてもよい。これによると、容積の異なる複数のレゾネータを用いることで、簡易な構成によって、エンジン回転数を変化させても、ＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構を有するガスエンジンの燃料供給装置が得られる。
【００１１】
前記切り替え手段は、エンジンへ連通する吸気管の圧力が所定値以上のときに前記複数の調圧用通路を切り替えてもよい。上記のような、エンジン回転数の変化に伴うＷＯＴ時における空燃比の変動は、高負荷運転領域において顕著であることが分かっている。また、吸気管内部の圧力とエンジン負荷との間には一定の対応関係がある。そこで、上記の構成によると、通路切り替え手段が、エンジンの回転数及びエンジン負荷に応じて、必要な場合にのみ複数の調圧用通路を切り替えるので、効率的な運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ここでは、本発明に係るガスエンジンの燃料供給装置が、フォークリフト等の産業用車両に用いられている実施形態について説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
まず、図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係るガスエンジンの燃料供給装置について説明する。図１は、本実施形態に係るガスエンジンの燃料供給装置の構成及び流体のフローを示す説明図である。
【００１４】
（全体構成）
まず、図１を用いて、本実施形態に係るガスエンジンの燃料供給装置１の全体的構成について説明する。まず、フォークリフトのリアピラー付近に設けられた吸気口１５ａから吸気（空気）が取り入れられる。その後、エアクリーナ１５を経由した空気は、メイン吸気路８０ａを経由して空燃比モータ６０へ導入される。一方で、ＬＰＧボンベ５０からの液化ガス燃料は、レギュレータ４０において気化及び調圧され、空燃比モータ６０へ導入される。そして、調圧されたガス燃料は、空燃比モータ６０において空気と混合し、吸気管８０ｂを通ってエンジン５００へ供給される。また、吸気管８０ｂの内部には、圧力を測定するための圧力センサ８０ｐが設置されている。これらの機構はＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００に接続されており、ＥＣＵ２００によってその動作が制御される。なお、レギュレータ４０、及び、空燃比モータ６０の構造の詳細は、図１にて図示しないが、特許文献１にて開示されている構造と同等のものを採用している。レギュレータ４０には、空燃比モータ６０の上流側メイン吸気路８０ａに連なるインナーベントホース３０、ＬＰＧボンベ５０に連なる燃料通路５０ｂ、空燃比モータ６０に燃料を供給する燃料供給路４０ａ、が接続されている。空燃比モータ６０は、具体的には、図示しないメイン吸気路８０ａ上の絞り部、絞り部に開口する燃料供給口、燃料供給口の下流に配置され、ステップモータにより駆動される絞り弁により構成される。
【００１５】
（調圧機構）
本実施形態において用いられている調圧機構７０は、インナーベント方式のものである。すなわち、メイン吸気路８０ａの一部には、連通口２０ｉが設けられており、そこから、容積の異なる二つの調圧用通路７０ａ、７０ｂを通って、メイン吸気路８０ａ内の圧力がレギュレータ４０へと導入される。ここで、調圧用通路７０ａ、７０ｂは、インナーベントホース（エアホース）２０、３０とその中間部に設けられたレゾネータ１０とを含んで構成されている。そして、ＬＰＧボンベ５０から送られるガス燃料は、レギュレータ４０内部において気化され、且つ、導入された圧力とのバランスにより大気圧近くまで調圧される。調圧機構７０は、図１の破線で囲まれた部分であり、インナーベントホース２０、３０、レゾネータ１０、レギュレータ４０を含んで構成される。
【００１６】
（レゾネータ及び調圧用通路）
ここで、レゾネータ１０は、共鳴効果を利用して、エンジンのバルブ開閉に伴う空気の圧力脈動を低減するための装置であり、これにより、圧力脈動の影響が取り除かれ、安定した空燃比を得ることができる。レゾネータ１０は、第１レゾネータ１１、第２レゾネータ１２、切り替えバルブ１０Ｖを含んで構成されている。第１レゾネータ１１の容積Ｖ１と、第２レゾネータ１２の容積Ｖ２とは異なっており（Ｖ１＞Ｖ２）、運転条件に応じて切り替えバルブ１０Ｖを切り替えることにより、どちらか一方のレゾネータが調圧用通路の一部として選択される。ここで、第１レゾネータ１１が選択された場合の調圧用通路を調圧用通路７０ａとし、第２レゾネ−タ１２が選択された場合の調圧用通路を調圧用通路７０ｂとする。すなわち、調圧用通路７０ａは、インナーベントホース２０、３０とその中間部に設けられた第１レゾネータ１１とを含んで構成され、調圧用通路７０ｂは、インナーベントホース２０、３０とその中間部に設けられた第２レゾネータ１２とを含んで構成される。
【００１７】
レゾネータ１０を含むガスエンジンの燃料供給装置１を用いた場合において、エンジン回転数を変化させたときのＷＯＴ（Wide Open Throttle、スロットル全開）時の空燃比を表わしたグラフの一例を図２に示す。図２には、容積Ｖ１の第１レゾネータ１１、容積Ｖ２の第２レゾネータ１２のそれぞれの空燃比と、許容される空燃比の範囲とが示されている。
【００１８】
図２に示すように、ＷＯＴ時における空燃比のエンジン回転数の変化に伴う変動については、その変動傾向が、調圧機構７０に用いられる（レゾネータを含む）調圧用通路の容積によって変化することが分かっている。グラフから、ＷＯＴ時の空燃比が、許容される空燃比の下限未満（リッチ）となったり、上限を超過（リーン）したりするのが分かる。
【００１９】
ここで、図２に示すように、ガスエンジンの燃料供給装置１においては、レゾネータの容積Ｖ１、Ｖ２を適切に設定することにより、レゾネータ容積Ｖ１及びＶ２のいずれか一方の場合の空燃比が、どのエンジン回転数においても許容範囲内に収まるようになっている。ここで、エンジン回転数と、二つの調圧用通路７０ａ、７０ｂを使用した場合のＷＯＴ時の空燃比とについては、予めそれらの対応関係をＥＣＵ２００に認識させておき、その情報を参照しつつ、ＥＣＵ２００が、エンジン回転数に応じた調圧用通路を選択できるようになっている。これにより、切り替えバルブ１０Ｖの制御により、ＥＣＵ２００が、容積の異なる二つの調圧用通路７０ａ、７０ｂから、エンジン回転数に応じて適当な調圧用通路を選択して切り替えるので、エンジン回転数を変化させても、ＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構７０を有するガスエンジンの燃料供給装置が得られる。また、エンジン回転数によって、容積の異なる二つのレゾネータ１１、１２を使い分けることで（図の「Ｖ１使用領域」及び「Ｖ２使用領域」）、簡易な構成により、エンジン回転数を変化させても、ＷＯＴ時の空燃比を常に許容範囲内とすることができる。
【００２０】
また、ＥＣＵ２００は、圧力センサ８０ｐの測定値を参照し、エンジンへ連通する吸気管８０ｂの圧力が所定値以上のときに、調圧用通路７０ａ、７０ｂを切り替えるようになっている。上記のような、エンジン回転数の変化に伴うＷＯＴ時における空燃比の変動は、高負荷運転領域において顕著であることが分かっている。また、吸気管８０ｂの内部の圧力とエンジン負荷との間には一定の対応関係がある。そこで、このような構成にすることで、ＥＣＵ２００が、エンジンの回転数及びエンジン負荷に応じて、必要な場合にのみ、すなわち特に高負荷運転領域において、二つの調圧用通路７０ａ、７０ｂを切り替えるので、効率的な運転が可能となる。
【００２１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いつつ、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態に係るガスエンジンの燃料供給装置２においては、連通口２０ｉから、調圧用通路２７０ａ、２７０ｂのいずれかを通って、レギュレータ４０へ吸気が導入される。ここで、調圧用通路２７０ａ、２７０ｂは、インナーベントホース２０と、その中間に設けられたレゾネータ２１０と、レゾネータ２１０に対して下流側に位置する二つの第１インナーベントホース３１及び第２インナーベントホース３２とを含んで構成されている。そして、ＬＰＧボンベ５０からのガス燃料は、レギュレータ４０内部において気化され、且つ大気圧近くまで調圧される。調圧機構２７０は、インナーベントホース２２０、３１、３２、レゾネータ２１０、レギュレータ４０を含んで構成される（図３の破線部）。
【００２２】
第１インナーベントホース３１の長さＬ１と、第２インナーベントホース３２の長さＬ２とは異なっており（Ｌ１＞Ｌ２）、運転条件に応じて切り替えバルブ３０Ｖを切り替えることにより、どちらか一方のインナーベントホースが調圧用通路の一部として選択される。ここで、第１インナーベントホース３１が選択された場合の調圧用通路を調圧用通路２７０ａとし、第２インナーベントホース３２が選択された場合の調圧用通路を調圧用通路２７０ｂとする。すなわち、調圧用通路２７０ａは、インナーベントホース２２０、レゾネータ２１０、第１インナーベントホース３１を含んで構成され、調圧用通路２７０ｂは、インナーベントホース２２０、レゾネータ２１０、第２インナーベントホース３２を含んで構成される。
【００２３】
このように、調圧用通路２７０ａ、２７０ｂが、二つの下流側インナーベントホース３１、３２を含んで構成されている。これにより、ＥＣＵ２００が、容積の異なる二つの調圧用通路２７０ａ、２７０ｂから、エンジン回転数に応じて適当な調圧用通路を選択して切り替えるので、エンジン回転数を変化させても、ＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構２７０を有するガスエンジンの燃料供給装置が得られる。また、長さの異なる複数のインナーベントホースを用いることにより、簡易な構成によって、エンジン回転数を変化させても、ＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構を有するガスエンジンの燃料供給装置が得られる。
【００２４】
本実施形態においては、二つの異なる長さを有するインナーベントホース３１、３２を用いることで、二つの調圧用通路２７０ａ、２７０ｂの容積を異なるものとしているが、長さが同じで内径の異なる複数のインナーベントホースを用いることによって、複数の調圧用通路の容積を異なるものとしてもよい。
【００２５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図４を用いつつ、第１、第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態に係るガスエンジンの燃料供給装置２においては、連通口２０ｉから取り入れられた空気が、調圧用通路３７０ａ、３７０ｂ、３７０ｃのいずれかを通って、レギュレータ４０へと導入される。ここで、調圧用通路３７０ａ、３７０ｂ、３７０ｃは、インナーベントホース３２０と、レゾネータ３１０に対して上流側に位置する三つの第１〜第３インナーベントホース３２１〜３２３と、レゾネータ３１０と、下流側インナーベントホース３３とを含んで構成されている。そして、ＬＰＧボンベ５０からのガス燃料は、レギュレータ４０内部において気化され、且つ大気圧近くまで調圧される。調圧機構３７０は、インナーベントホース３２０、３２１〜３２３、３３、レゾネータ３１０、レギュレータ４０を含んで構成される（図３の破線部）。
【００２６】
第１インナーベントホース３２１の長さＬ１と、第２インナーベントホース３２２の長さＬ２と、第３インナーベントホース３２３の長さＬ３とは異なっており（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３）、運転条件に応じて切り替えバルブ３２０Ｖを切り替えることにより、いずれかのインナーベントホースが調圧用通路の一部として選択される。ここで、第１インナーベントホース３２１が選択された場合の調圧用通路を調圧用通路３７０ａとし、第２インナーベントホース３２２が選択された場合の調圧用通路を調圧用通路３７０ｂとし、第３インナーベントホース３２３が選択された場合の調圧用通路を調圧用通路３７０ｃとする。すなわち、調圧用通路３７０ａは、インナーベントホース３２０、第１インナーベントホース３２１、レゾネータ３１０、インナーベントホース３３を含んで構成され、調圧用通路３７０ｂは、インナーベントホース３２０、第２インナーベントホース３２２、レゾネータ３１０、インナーベントホース３３を含んで構成され、調圧用通路３７０ｃは、インナーベントホース３２０、第２インナーベントホース３２３、レゾネータ３１０、インナーベントホース３３を含んで構成される。
【００２７】
このように、調圧用通路３７０ａ〜３７０ｃが、三つの上流側インナーベントホース３２１、３２２、３２３を含んで構成されている。これにより、ＥＣＵ２００が、容積の異なる三つの調圧用通路３７０ａ〜３７０ｃから、エンジン回転数に応じて適当な調圧用通路を選択して切り替えるので、エンジン回転数を変化させても、ＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構３７０を有するガスエンジンの燃料供給装置が得られる。また、長さの異なる複数のインナーベントホース３２１〜３２３を用いることができるので、簡易な構成によって、エンジン回転数を変化させても、ＷＯＴ時の空燃比が常に許容範囲内に収まるインナーベント方式の調圧機構を有するガスエンジンの燃料供給装置が得られる。
【００２８】
本実施形態においては、三つの異なる長さを有するインナーベントホース３２１、３２２、３２３を用いることで、三つの調圧用通路３７０ａ〜３７０ｃの容積を異なるものとしているが、長さが同じで内径の異なる複数のインナーベントホースを用いることによって、複数の調圧用通路の容積を異なるものとしてもよい。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【００３０】
例えば、上記の実施形態においては、二つのレゾネータ、二つ又は三つのインナーベントホースを用いているが、数はこれには限定されず、複数であればよい。
【００３１】
また、複数の調圧用通路は、全体として容積が異なるものであればよく、上記のような形態には限定されない。
【００３２】
また、前述の実施形態では、リアピラー付近に吸気口を設けた、ＬＰＧ（液化石油ガス）を燃料とするフォークリフトのエンジンに本発明を適用しているが、本発明の適用は、特にこれに限定されるものではない。本発明は、インナーベント方式のレギュレータを有するガスエンジンであれば、燃料の種類、吸気口の配置、内燃機関の用途によらず有効に適用でき、例えば、ＣＮＧを燃料とし、インナーベント方式のレギュレータを有するバス等のガスエンジンに、本発明を適用してもよい。なお、本発明は、ＷＯＴ時（スロットル全開時）の空燃比変動を抑制するものであるため、定置型エンジンに適用することもできるが、ＷＯＴ状態を多用する車両用エンジンの方が、実用上効果が顕著である。
【００３３】
また、図２に示したようなＷＯＴ時の空燃比は、あくまで一例であり、このような傾向以外の変動傾向を示す場合もあり得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスエンジンの燃料供給装置の構成及び流体フローを示す説明図。
【図２】図１のガスエンジンの燃料供給装置を用いた場合における、エンジン回転数に対するＷＯＴ時の空燃比の変動を示すグラフ。
【図３】本発明の第２実施形態に係るガスエンジンの燃料供給装置の流体フローを示す説明図。
【図４】本発明の第３実施形態に係るガスエンジンの燃料供給装置の流体フローを示す説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１、２、３    ガスエンジンの燃料供給装置
１０、２１０、３１０、１１、１２    レゾネータ
２０、３０、２２０、３１、３２、３２０、３２１〜３２３、３３    インナーベントホース
４０    レギュレータ
７０、２７０、３７０    調圧機構
７０ａ、７０ｂ、２７０ａ、２７０ｂ、３７０ａ〜３７０ｃ    調圧用通路
８０ｂ    吸気管
２００    ＥＣＵ（通路切り替え手段）
５００    エンジン
【図１】
2008025424.tif 000003
【図２】
2008025424.tif 000004
【図３】
2008025424.tif 000005
【図４】
2008025424.tif 000006