(57)【要約】【課題】ＬＰＧの正圧気化ガスをダイナミックレンジの異なる噴射弁を組み合わせたり大口径の噴射弁を用いることなくエンジン全運転域に亘って適確に供給できるものとする。【解決手段】気化ガスをデューティサイクルに従って噴射する噴射弁２２と開閉指示信号に従って送出する開閉弁２４とを吸気管路１６に設置し、エンジン１５の気化ガス要求流量が予め設定した流量よりも少ない領域で噴射弁２２のみによる気化ガス供給を行ない、多い領域で噴射弁２２と開閉弁２４の両方による気化ガス供給を行なうものとし、開閉弁２４の併用により噴射弁２２のダイナミックレンジ内で高負荷域の要求流量が供給できるものとした。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＰＧを所定正圧の気化ガスとしてエンジンに供給する方法であって、
気化ガスをデューティサイクルに従って吸気管路に噴射する噴射弁に加えて、気化ガスを開閉指示信号に従って吸気管路に送出する開閉弁を具えさせ、
エンジンの気化ガス要求流量が予め設定した流量よりも少ない領域では前記噴射弁のみによる気化ガス供給を行ない、要求流量が増加して前記設定流量となったとき前記開閉弁を開弁させることにより、要求流量が前記設定流量よりも多い領域で前記噴射弁と開閉弁との併用による気化ガス供給を行なう、
ことを特徴とするエンジンのＬＰＧ供給方法。
【請求項２】
ＬＰＧを所定正圧の気化ガスとしてエンジンに供給する方法であって、
気化ガスをデューティサイクルに従って吸気管路に噴射する噴射弁に加えて、気化ガスを開閉指令信号に従って吸気管路に送出する開閉弁を具えさせ、
エンジンの気化ガス要求流量が予め設定した流量よりも少ない領域では前記噴射弁のみによる気化ガス供給を行ない、要求流量が増加して前記設定流量となったときに前記開閉弁を開弁させることにより、要求流量が前記設定流量よりも多い領域で前記噴射弁と開閉弁との併用による気化ガス供給を行ない、
要求流量が前記設定流量よりも多い領域から減少したとき、前記設定流量となったときに前記開閉弁を閉弁させることにより、前記噴射弁のみによる気化ガス供給に戻す、
ことを特徴とするエンジンのＬＰＧ供給方法。
【請求項３】
請求項２に記載したエンジンのＬＰＧ供給方法において、
要求流量が前記設定流量よりも多い領域から減少したとき、前記開閉弁を前記設定流量となったときに閉弁させることに代えて前記設定流量よりも小流量域に設定した流量となったときに閉弁させることにより、前記噴射弁のみによる気化ガス供給に戻す、
ことを特徴とするエンジンのＬＰＧ供給方法。
【請求項４】
前記噴射弁および開閉弁を各一個として前記吸気管路の吸気マニホルド集合部から上流側同一部位に設置し、エンジンの気化ガス要求流量が増加して前記設定流量となったとき前記開閉弁を開弁させると同時に、前記設定流量と前記開閉弁による気化ガス流量との差に相当する流量を与えるデューティサイクルに切り換えて前記噴射弁を駆動する請求項１に記載したエンジンのＬＰＧ供給方法。
【請求項５】
前記噴射弁および開閉弁を各一個として前記吸気管路の吸気マニホルド集合部から上流側同一部位に設置し、エンジンの気化ガス要求流量が増加して前記設定流量となったとき前記開閉弁を開弁させると同時に、前記設定流量と前記開閉弁による気化ガス流量との差に相当する流量を与えるデューティサイクルに切り換えて前記噴射弁を駆動し、またエンジンの気化ガス要求流量が減少して前記設定流量となったとき前記開閉弁を閉弁させると同時に、前記設定流量を与えるデューティサイクルに切り換えて前記噴射弁を駆動する請求項２に記載したエンジンのＬＰＧ供給方法。
【請求項６】
前記噴射弁および開閉弁を各一個として前記吸気管路の吸気マニホルド集合部から上流側同一部位に設置し、エンジンの気化ガス要求流量が前記設定流量よりも多い領域から減少して前記設定流量よりも小流量域に設定した要求流量となったときに前記開閉弁を閉弁させると同時に、前記設定流量を与えるデューティサイクルに切り換えて前記噴射弁を駆動する請求項３に記載したエンジンのＬＰＧ供給方法。
【請求項７】
前記噴射弁を吸気マニホルドの各枝管に設置するとともに前記開閉弁を一個として前記噴射弁から離れた場所に設置し、エンジンの気化ガス要求流量が増加して前記設定流量となったとき前記開閉弁を開弁させると同時に、前記噴射弁のデューティサイクルを徐々に小さくして前記設定流量と前記開閉弁による気化ガス流量との差に相当する流量を与えるデューティサイクルに到達させる請求項１に記載したエンジンのＬＰＧ供給方法。
【請求項８】
前記噴射弁を吸気マニホルドの各枝管に設置するとともに前記開閉弁を一個として前記噴射弁から離れた場所に設置し、エンジンの気化ガス要求流量が増加して前記設定流量となったとき前記開閉弁を開弁させると同時に、前記噴射弁のデューティサイクルを徐々に小さくして前記設定流量と前記開閉弁による気化ガス流量との差に相当する流量を与えるデューティサイクルに到達させ、またエンジンの気化ガス要求流量が減少して前記開閉弁を閉弁させたとき、閉弁と同時に前記噴射弁のデューティサイクルを開閉弁閉弁時よりも小さい値とし、これより要求流量を与えるデューティサイクルに次第に戻す請求項２または３に記載したエンジンのＬＰＧ供給方法。
【請求項９】
エンジンの気化ガス要求流量が減少して前記設定流量よりも少ない流量となったとき前記開閉弁を閉弁させるにあたり、要求流量の変動に伴う前記噴射弁のデューティサイクルの変化が小さいときは前記設定流量との差が大きい流量域で前記開閉弁を閉弁させ、デューティサイクルの変化が大きいときは前記設定流量との差が小さい流量域で前記開閉弁を閉弁させる請求項３に記載したエンジンのＬＰＧ供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＰＧ（液化石油ガス）を所定正圧の気化ガスに調整し噴射弁を用いてエンジンに供給する方法、詳しくは噴射弁の負担を殊に高負荷域で軽減し全運転域に亘って適正な気化ガス供給を行なうことができるエンジンのＬＰＧ供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＰＧを火花点火エンジンの燃料に使用することは広く知られており、レギュレータ（ベーパライザ）とミキサとを用いて大気圧程度の圧力に調整された気化ガスを吸気管路に吸引させる、という従前から行なわれている周知の方式に代えて、実開昭５９−４３６５９号公報などに記載されているように液体のまま吸気管路に噴射させる方式、および特開平６−１７７０９号公報などに記載されているように所定正圧の気化ガスに調整して吸気管路に噴射させる方式が検討されている。
【０００３】
ところが、ＬＰＧをボンベ内の飽和蒸気圧を利用し或いはポンプで更に加圧して液体のまま噴射させる方式は、液体のＬＰＧが温度の影響を受けやすくエンジン熱などで容易に気化する、という不安定な性質をもっていることから現在では所定正圧の気化ガスに調整して噴射させる方式が検討の主流となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、気化ガスを噴射弁より吸気管路に噴射させる場合、噴射弁に送入される気化ガスの圧力が臨界圧力以上であれば、噴射弁出口である噴射ノズルにおける流速は音速であり、流量は噴射ノズル入口側における気化ガスの圧力および温度のみによって定まるので、吸気管路の負圧の影響を受けることなく噴射弁のデューティサイクルに従った流量で噴射させ、従ってエンジン要求流量を適確に供給することができる。
【０００５】
しかしながら、ＬＰＧは高圧で液体となり、安定した気化ガスの状態を維持するのは臨界圧力よりもかなり低い圧力範囲である。このような低い圧力範囲の気化ガスを噴射すると、吸気管路の負圧の影響を受けて流量が変化し、アイドリング時のように吸入負圧が高い運転域で流量が増加し全負荷時のように吸入負圧が比較的低い運転域で流量が減少する、という不都合を生じる。
【０００６】
その対策として、ダイナミックレンジを低いデューティサイクル域に有する噴射弁と高いデューティサイクル域に有する噴射弁とを併用してこれらを各気筒に配置することが考えられるが、装置を著しく複雑・高価なものにする、という問題が発生し実用に不適切である。
【０００７】
一方、液化の心配がない程度の圧力範囲とした気化ガスは低密度であるため必然的に大口径の噴射弁が必要となり、その結果弁体およびこれを駆動する可動鉄心が大形・大重量化して応答性が悪化し、小流量域での制御が困難になる、という問題が発生する。
【０００８】
本発明は正圧の気化ガスを噴射弁よりデューティサイクルに応じて噴射しエンジンに供給するにあたって、エンジン全運転域に亘って要求流量の気化ガスを適確に供給することができる簡単で安価なシステムがなかった、という前記課題を解決するためになされたものであって、ダイナミックレンジの異なる噴射弁を組み合わせたり大口径の噴射弁を用いることなく気化ガスの適確な供給が行なえるものとすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ＬＰＧを所定正圧の気化ガスをエンジンに供給するにあたって、本発明は気化ガスをデューティサイクルに従って吸気管路に噴射する噴射弁に加えて、気化ガスを開閉指示信号に従って吸気管路に送出する開閉弁を具えさせ、そしてエンジンの気化ガス要求流量が予め設定した流量よりも少ない領域では噴射弁のみによる気化ガス供給を行ない、要求流量が増加して設定流量となったとき開閉弁を開弁させることにより、要求流量が設定流量よりも多い領域で噴射弁と開閉弁との併用による気化ガス供給を行なうものとしたことをもって前記課題を解決するための第一手段とした。
【００１０】
また、本発明は前記の第一手段に加えて、要求流量が設定流量よりも多い領域から減少したとき、設定流量となったときに開閉弁を閉弁させることにより噴射弁のみによる気化ガス供給に戻すものとし、或いは設定流量よりも小流量域に設定した流量となったときに開閉弁を閉弁させることにより噴射弁のみによる気化ガス供給に戻すものとしたことをもって前記課題を解決するための第二手段および第三手段とした。
【００１１】
設定流量は噴射弁のダイナミックレンジ上限附近における噴射量とし、エンジンの要求流量が比較的少ない無負荷から中負荷に至る領域では噴射弁のみによる気化ガス供給を行なう。要求流量が増加したとき、噴射弁のダイナミックレンジ上限における噴射量以上の流量を供給することができず、要求流量に対応することができなくなるが、開閉弁が開弁して供給量を増加させるので、この増加分だけ減少した流量を噴射させることにより、ダイナミックレンジ内で全負荷に至るまでの要求流量の気化ガスをエンジンに供給することができるようになる。
【００１２】
即ち、噴射弁を増設することなく構造が簡単で安価な開閉弁を用いるという簡単・安価な手段で、エンジン全運転域、殊に高負荷域において要求流量の気化ガスを適確に供給する、という目的を達成することができるものである。
【００１３】
また、要求流量が設定流量よりも多い領域から減少した場合、開閉弁の開弁時期を決定する設定流量となったときに開閉弁を閉弁して噴射弁のみによる気化ガス供給に戻すことにより要求流量を継続して供給することができる。しかし、設定流量よりも小流量域に設定した流量で開閉弁を閉弁し噴射弁のみによる気化ガス供給に戻すものとした場合は二つの設定流量附近で要求流量が変動しても開閉弁を閉弁状態に保持し、要求流量の気化ガス供給を安定よく行なうことができる。
【００１４】
尚、開閉弁の閉弁時期を決定する設定流量は、エンジンの要求流量の変動に対応する噴射弁のデューティサイクルの変動、即ち開弁時間である噴射パルス幅の変化が小さいときは開閉弁の開弁時期を決定する設定流量との差を大きくして開閉弁が小刻みな開閉を繰り返すことのないようにし、噴射パルス幅の変化が大きいときは差を小さくして開閉弁の開閉回数を減少させることにより気化ガス供給の応答性を高めるようにすることができる。このように、開閉弁の閉弁時期を決定する設定流量を噴射パルス幅の変化の大小に応じて可変とすることは、エンジンが開閉弁の開弁時期を決定する設定流量附近を要求流量とする運転域で常用される場合に殊に有効である。
【００１５】
尚また、噴射弁は吸気管路の吸気マニホルド集合部から上流側、一般には絞り弁の上流に一個設置するか、またはエンジンの各気筒毎に吸気マニホルド枝管に設置するものであり、これはガソリンの噴射弁の設置と同じである。
【００１６】
開閉弁は一個とし、噴射弁が一個の場合は噴射弁と同一部位に設置する。また、噴射弁が各気筒毎に設けられている場合は吸気マニホルド集合部に設置するか、或いは離れた任意の場所に設置して各噴射弁と同一部位に互いに同長の分配管路によって接続する。開閉弁を吸気マニホルド集合部或いは離れた任意の場所に設置した場合、開閉弁を開弁したとき噴射弁のデューティサイクルを徐々に小さくして開閉弁による増加した分だけ減少させた流量を噴射するデューティサイクルに到達させ、開閉弁を閉弁したとき噴射弁のデューティサイクルを要求流量よりも少量とするように小さくしてから要求流量を噴射するデューティサイクルに戻すようにすることが、開閉弁からの気化ガス供給の応答遅れおよび開閉弁からの残留気化ガスによる気化ガス供給量の一時的な不足或いは過剰をなくすうえで有効である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１，図２はＬＰＧ供給システムの異なる実施の形態を示す配置図であって、これらにおいてＬＰＧを充填したボンベ１の液相部分から延びる送出管路２が圧力調整器５に接続されており、この送出管路２はフィルタ３および電磁駆動の遮断弁４を有している。
【００１８】
圧力調整器５はエンジン冷却水を通過させる冷却水室６と、送出管路２が接続された予熱室７と、気化ガス管路１４を接続した圧力調整室８とを有しており、冷却水室６と予熱室７とは互いに隣接してエンジン冷却水とＬＰＧとが熱交換を行なうようになっている。圧力調整室８は調整ばね９を作用させたダイヤフラム１０によって容積可変とされており、また予熱室７と連通させた導通路１１はダイヤフラム１０の変位に応じて回動するレバー１２に取り付けた入口弁１３によって開閉される。
【００１９】
ボンベ１から送出管路２を通って予熱室７に入った液相ＬＰＧは、冷却水室６のエンジン冷却水により加熱されて気化ガスとなり、この気化ガスは圧力調整室８の圧力が設定圧力よりも低くなると入口弁１３が導通路１１を開くことによって圧力調整室８に流入し、設定圧力よりも高くなると入口弁１３が導通路１１を閉じることによって圧力調整室８への流入を停止する。このことにより、気化ガスは所定正圧に調整されて圧力調整室８に保有されることとなり、その圧力は標準的なＬＰＧの臨界圧力である約２００ＫＰａに比べてかなり低い約１００ＫＰａ以下、一般には約３０ＫＰａとされる。
【００２０】
エンジン１５は多気筒エンジンであって、その吸気管路１６は図示しないエアクリーナから延びるエアホーン１７，スロットルボディ１８，吸気マニホルド１９によって構成されている。また、電子式制御装置２０が準備されていて、絞り弁開度、吸入空気量、吸入負圧、エンジン回転速度、冷却水温度、排気の酸素濃度などエンジン運転状態を検知するセンサ類からの信号値に基いて後述する噴射弁２２に駆動信号を送り、また開閉弁２４に開閉指示信号を送るようになっている。
【００２１】
図１に示した実施の形態は、一個の噴射弁２２をエアホーン１７にスロットルボディ１８の上流側に隣接させて設置したものであって、圧力調整室８から延び噴射弁２２に接続した気化ガス管路１４から気化ガス補助管路２３を分岐してエアホーン１７の噴射弁２２と同一部位に接続開口させ、この気化ガス補助管路２３に電磁駆動の開閉弁２４を設けた。
【００２２】
図２に示した実施の形態は、吸気マニホルド１９の各枝管に噴射弁２２を設置したものであって、圧力調整器５の圧力調整室８とその隣接部位に設置した電磁駆動の開閉弁２４の一次側とを気化ガス補助管路２５により接続するとともに、各噴射弁２２の出口と開閉弁２４の二次側とを個別の分配管路２６により接続したものである。分配管路２６は互いに等しい長さとされているとともに、それぞれの出口端にオリフィス２７が設けられており、これらによって各枝管に送出される気化ガス流量のばらつきが抑制される。
【００２３】
尚、図１に示した実施の形態における気化ガス補助管路２３を噴射弁２２の出口に接続してこれらからの気化ガスを一個所でエアホーン１７に送出させるようにしてもよい。また、図２に示した実施の形態における分配管路２６を噴射弁２２と同一部位であってこれらとは異なる個所で枝管に接続してもよい。
【００２４】
次に、前記二つの実施の形態における噴射弁２２および開閉弁２４による気化ガス供給の一例を図３を参照して説明する。尚、噴射弁２２はダイナミックレンジを低いデューティサイクル域に有するものが用いられている。
【００２５】
図３は噴射弁２２のデューティサイクル、即ち開弁時間である噴射パルス幅と流量との関係、および開閉弁２４を開弁させたときの流量を示す図であって、ＦＡは噴射弁２２のみによる流量、ＦＢは開閉弁２４のみによる流量、ＦＣは噴射弁２２と開閉弁２４との両方による流量を示している。
【００２６】
エンジン１５の始動および無負荷から中負荷に至る領域では気化ガス要求流量が比較的少ないので、開閉弁２４は閉弁状態として噴射弁２２のみによる気化ガス供給を行なう。エンジン１５の要求流量が増加して噴射弁２２の噴射パルス幅がダイナミックレンジの上限に近いＴａとなったとき、開閉弁２４を開弁させる。このことにより、気化ガスの流量はＦＡ上のＡからＦＢを加算したＦＣ上のＡ’に移行し過剰となるが、ＦＣ上でＡと等しい流量を与えるＢに対応する噴射パルス幅Ｔｂに切り換えて噴射弁２２を駆動することにより、エンジン要求流量の気化ガスを継続して供給することができる。即ち、開閉弁２４による気化ガス増加分だけ噴射弁２２による気化ガス供給量を減少させるものである。
【００２７】
以後はエンジン要求流量増加に応じてＦＣ上の流量の気化ガスを供給するものであり、開閉弁２４による気化ガス流量を適宜に設定することにより、噴射弁２２のダイナミックレンジ内で全負荷時の最大要求流量に対応させることができる。尚、開閉弁２４を開弁させたとき、図１に示した実施の形態では噴射弁２２の噴射パルス幅をＴａからＴｂに一挙に小さくすることができる。しかし、図２に示した実施の形態では分配管路２６の長さに応じてＴａからＴｂに徐々に小さくすることにより、枝管への送出遅れによる気化ガス供給量の一時的且つ急激な不足を解消して空燃比変動を抑制することが好ましい。
【００２８】
エンジン要求流量が設定流量Ｂよりも多い領域から減少したとき、エンジン１５がＡ，Ｂよりも要求流量がかなり多い領域を常用運転域とする場合、またはＡ，Ｂよりも要求流量がかなり少ない領域を常用運転域とする場合、ＡおよびＢは要求流量の一時的な通過点であるので、要求流量がＢとなった時点で開閉弁２４を閉弁し、噴射弁２２の噴射パルス幅をＦＡ上で流量Ａを与えるＴａに切り換えて以後は要求流量の減少に対応して小さくすればよい。
【００２９】
これに対して、エンジン１５がＡおよびＢまたはその近傍の要求流量を常用運転域とする場合、開閉弁２４の閉弁時期を前記と同じに設定すると、要求流量の僅かな変動で開閉弁２４の開閉と噴射弁２２の噴射パルス幅Ｔａ，Ｔｂの変更とを行なう必要があり、これが頻繁であると開閉弁２４および噴射弁２２の制御が面倒であるばかりか、空燃比変動によるエンジン回転の不安定を招くことにもなる。
【００３０】
そこで、このような場合に、本実施の形態ではエンジン要求流量が設定流量Ｂよりも多い領域から減少してＢとなったとき、開閉弁２４を閉弁させることなくそのままＦＣ上で気化ガス供給を継続し、Ｂよりも小流量域に設定した要求流量Ｃとなったときに開閉弁２４を閉弁させることとした。その一方で、噴射弁２２の噴射パルス幅をＦＣ上で流量Ｃを与えるＴｃからＦＡ上でＣと同一の流量Ｄを与えるＴｄに切り換えて噴射弁２２のみによる気化ガス供給を行なう。
【００３１】
尚、エンジン１５がＡおよびＢまたはその近傍の要求流量を常用運転域とするものについて、要求流量の変動に伴うＦＡ上での流量制御とＦＣ上での流量制御の切換え回数をなるべく少なくするのが好ましい。そのために、噴射弁２２の噴射パルス幅の変化が小さいときは、設定流量ＣをＢに比べて充分に小さい値、即ちＢとの差が大きい値に設定することにより、要求流量がＤから増加してもＡに達することが生じにくくする。このことにより、開閉弁２４に小刻みな開閉を繰り返させないようにすることができる。また、噴射弁２２の噴射パルス幅の変化が大きいときは、設定流量ＣをＢに比べてさほど小さくない値、即ちＢとの差が小さい値に設定することにより、要求流量がＡを通過して増減する回数を少なくして開閉弁２４の開閉回数および噴射弁２２の噴射パルス幅の変更回数を大幅に減少させることができる。
【００３２】
このように、噴射弁２２の噴射パルス幅の変化量に応じて開閉弁２４を閉弁するときの設定流量Ｃを可変とすることにより、開閉弁２４および噴射弁２２の制御をきわめて簡単なものとして気化ガス供給の応答性を高めることができる。
【００３３】
更に、エンジン要求流量が設定流量Ｂよりも多い領域から減少したとき、図１に示した実施の形態では設定流量Ｃとなったときに開閉弁２４を閉弁すると同時に噴射弁２２の噴射パルス幅をＴｃからＴｄに一挙に大きくすることができる。しかし、図２に示した実施の形態では開閉弁２４を閉弁したとき分配管路２６に気化ガスが残留しているので、この残留気化ガスが送出されることによる混合気濃化をなくすため、噴射弁２２をＴｃよりも小さい噴射パルス幅で駆動開始し、これよりデューティサイクルを次第に大きくしてＴｄに戻すことが好ましい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によるとダイナミックレンジの異なる噴射弁を組み合わせたり大口径の噴射弁を用いることなく、構造が簡単で安価な開閉弁を併用してエンジン全運転域、殊に高負荷域における要求流量の気化ガスを適確に供給することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す配置図。
【図２】本発明の異なる実施の形態を示す配置図。
【図３】本発明による供給方法を説明する流量曲線図。
【符号の説明】
１　ボンベ，５　圧力調整器，１５　エンジン，１６　吸気管路，２０　電子式制御装置，２２　噴射弁，２４　開閉弁，
【図１】
2004027994.tif 000003
【図２】
2004027994.tif 000004
【図３】
2004027994.tif 000005