(57)【要約】【課題】この発明は、運転条件が変化しても気筒間の空燃比の均等化を図ることができる多気筒内燃機関の燃料制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】燃料供給管４を介してミキサ３へ供給されたガス燃料は環状の燃料チャンバ１４を充填し、環状部材１１の一対の燃料供給口１３から吸入空気通路１０内に供給され、混合気となってガスエンジンの複数の気筒へ吸入される。回転数センサにより検出されたガスエンジンの回転数Ｎと圧力センサにより検出された吸気管２内の吸気圧力Ｐとに基づいてガスエンジンの運転状態が把握され、その運転状態に応じてガスエンジンの複数の気筒間の空燃比が均等になるようにモータ５により環状部材１１が回転され、吸入空気通路１０に対する一対の燃料供給口１３の位置が移動制御される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
多気筒内燃機関に接続された吸入空気通路に対して移動自在に配設された燃料供給口を有すると共にこの燃料供給口から吸入空気通路内に燃料を供給して混合気を生成するミキサと、
前記ミキサの燃料供給口を移動させる駆動手段と、
前記運転状態検出手段で検出された多気筒内燃機関の運転状態に基づいて多気筒内燃機関の気筒間の空燃比が均等になるように前記駆動手段により前記ミキサの燃料供給口を移動させる制御手段と
を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関の燃料制御装置。
【請求項２】
前記ミキサは、
管状の吸入空気通路が形成されたミキサ本体と、
吸入空気通路の管壁の一部を形成すると共に互いに対向する一対の燃料供給口が形成された環状部材と、
前記ミキサ本体に形成され且つ前記環状部材をその中心軸の回りに回転自在に支持する案内支持部と
を有する請求項１に記載の多気筒内燃機関の燃料制御装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記環状部材を回転駆動するモータあるいは負圧アクチュエータからなる請求項１または２に記載の多気筒内燃機関の燃料制御装置。
【請求項４】
前記運転状態検出手段は、多気筒内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、吸入空気通路内の圧力を検出する圧力センサとからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の燃料制御装置。
【請求項５】
前記運転状態検出手段は、多気筒内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、吸入空気通路内の空気流量を検出するエアフローメータとからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の燃料制御装置。
【請求項６】
前記運転状態検出手段は、多気筒内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、吸入空気通路内に設けられたスロットル弁の開度を検出するスロットルセンサとからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多気筒内燃機関の燃料制御装置に係り、特に各気筒の空燃比の均等化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸入空気通路にキャブレタ及びミキサが配設された多気筒内燃機関における各気筒の空燃比は、気筒間で均等化されることが好ましいが、吸入空気通路の形状、キャブレタ及びミキサの配設位置等に影響を受けて不均等になる場合がある。気筒間の空燃比が不均等になると、排出ガス中のＮＯｘ、ＣＯ等の増加や燃費の悪化を招くこととなる。特に、希薄燃焼を行う内燃機関にあっては、空燃比の不均等により希薄燃焼限界が低下し、ＮＯｘ、ＣＯ等の低減及び低燃費という希薄燃焼本来の目的を達成することができなくなってしまう。また、空燃比が均等でないと、特定の気筒の燃焼温度が上昇して気筒間のバルブシート摩耗形態に差が生じるため、バルブシートの材質として高硬度なものを採用する等の対策が必要となり、コストアップを来すことにもなる。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に開示されているように、内燃機関の吸気系を形成するインテークマニホルドの形状を工夫することにより各気筒の空燃比を均等化しようとする技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２０８２８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、気筒間の空燃比の不均等は、吸入空気量やスロットル開度によっても引き起こされることが知られており、上記の特許文献１のようにインテークマニホルドの形状を工夫しても、内燃機関の運転条件が変わると空燃比の不均等が発生するという問題があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、運転条件が変化しても気筒間の空燃比の均等化を図ることができる多気筒内燃機関の燃料制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る多気筒内燃機関の燃料制御装置は、多気筒内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、多気筒内燃機関に接続された吸入空気通路に対して移動自在に配設された燃料供給口を有すると共にこの燃料供給口から吸入空気通路内に燃料を供給して混合気を生成するミキサと、ミキサの燃料供給口を移動させる駆動手段と、運転状態検出手段で検出された多気筒内燃機関の運転状態に基づいて多気筒内燃機関の気筒間の空燃比が均等になるように駆動手段によりミキサの燃料供給口を移動させる制御手段とを備えたものである。運転状態検出手段で検出された多気筒内燃機関の運転状態に応じて駆動手段によりミキサの燃料供給口が移動され、これにより多気筒内燃機関の気筒間の空燃比が均等化される。
【０００７】
なお、ミキサは、管状の吸入空気通路が形成されたミキサ本体と、吸入空気通路の管壁の一部を形成すると共に互いに対向する一対の燃料供給口が形成された環状部材と、ミキサ本体に形成され且つ環状部材をその中心軸の回りに回転自在に支持する案内支持部とを有するように構成することができる。案内支持部に支持された環状部材が回転することにより吸入空気通路に対する燃料供給口の位置が移動する。
また、駆動手段としては、環状部材を回転駆動するモータあるいは負圧アクチュエータを使用することができる。
さらに、運転状態検出手段は、多気筒内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、吸入空気通路内の圧力を検出する圧力センサあるいは吸入空気通路内の空気流量を検出するエアフローメータあるいは吸入空気通路内に設けられたスロットル弁の開度を検出するスロットルセンサとから構成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１にガスエンジンに適用された、この発明の実施の形態に係る燃料制御装置の全体構成を示す。多気筒のガスエンジン１の各気筒に吸気管２が接続され、この吸気管２にミキサ３が配設されている。ミキサ３には燃料供給管４を介して図示しないガス燃料源が接続されている。また、ミキサ３は、後述する燃料供給口が形成された環状部材を内蔵すると共にこの環状部材を回転駆動するためのモータ５を具備している。さらに、ガスエンジン１にはその回転数Ｎを検出する回転数センサ６が配設されると共に吸気管２に吸気圧力Ｐを検出する圧力センサ７が取り付けられており、モータ５、回転数センサ６及び圧力センサ７にＥＣＵ（エンジン制御ユニット）８が接続されている。
【０００９】
ミキサ３の内部構造を図２に示す。ミキサ３は、吸気管２に接続される管状の吸入空気通路１０が形成されたミキサ本体９を備えており、ミキサ本体９内の吸入空気通路１０上に環状部材１１が配置されている。環状部材１１は、吸入空気通路１０の管壁の一部をなすと共にベンチュリ１２を形成する内周面を有し、この内周面に互いに対向する一対の燃料供給口１３が開口している。ミキサ本体９内には、環状部材１１の外周部に環状の燃料チャンバ１４が形成され、この燃料チャンバ１４に燃料供給管４が接続されている。
【００１０】
また、環状部材１１の軸方向を向いた双方の面にはそれぞれ環状の凸部１５が形成され、これらの凸部１５がミキサ本体９に形成された環状溝からなる案内支持部１６に遊嵌されている。さらに、環状部材１１は、側方へ突出すると共にその外縁部に多数の歯が配列形成された半円状の円板部１７を有し、この円板部１７の歯がモータ５の駆動軸に取り付けられた歯車１８に噛合している。
さらに、ミキサ本体９の吸入空気通路１０の内部には、ベンチュリ１２の下流側にスロットル弁１９が配設されている。
【００１１】
図３に示されるように、環状部材１１の半円状の円板部１７は環状の凸部１５と同心円状に形成されており、モータ５を駆動することにより歯車１８、円板部１７を介して環状部材１１がその中心軸の回りに回転し、これにより互いに対向する一対の燃料供給口１３の位置も回転移動するように構成されている。
【００１２】
次に、この実施の形態に係る燃料制御装置の動作について説明する。図示しないガス燃料源からガス燃料が燃料供給管４を介してミキサ３へ供給されると、ガス燃料はまず環状の燃料チャンバ１４を充填し、環状部材１１の一対の燃料供給口１３から吸入空気通路１０内に供給される。このガス燃料は吸気管２を介してミキサ３に取り入れられた空気と混合されて混合気となり、複数に分岐された吸気管２を通ってガスエンジン１の複数の気筒へ吸入され、これによりガスエンジン１が回転駆動される。
【００１３】
このとき、ガスエンジン１の回転数Ｎが回転数センサ６により検出されると共に吸気管２内の吸気圧力Ｐが圧力センサ７により検出され、それぞれＥＣＵ８へ入力される。ＥＣＵ８は、回転数Ｎ及び吸気圧力Ｐからガスエンジン１の運転状態を把握し、その運転状態に応じてガスエンジン１の複数の気筒間の空燃比が均等になるようにモータ５により環状部材１１を回転させて吸入空気通路１０に対する一対の燃料供給口１３の位置を移動制御する。
【００１４】
具体的には、例えば図４に示されるように、回転数Ｎ１及び吸気圧力Ｐ１の運転条件では位置α、回転数Ｎ２及び吸気圧力Ｐ２の運転条件では位置β、回転数Ｎ３及び吸気圧力Ｐ３の運転条件では位置γ・・・というような回転数Ｎ及び吸気圧力Ｐのそれぞれの運転条件において複数の気筒間の空燃比が最も均等になる燃料供給口１３の位置を予め実験により求めてＥＣＵ８内に記憶させておき、回転数センサ６及び圧力センサ７により検出された回転数Ｎ及び吸気圧力Ｐに応じて燃料供給口１３の最適な位置を読み出し、モータ５の駆動により環状部材１１を回転させる。
【００１５】
ガス燃料は、環状部材１１の内周面に開口している燃料供給口１３から吸入空気通路１０内に向かって径方向に供給され、吸入空気通路１０内の上流側から取り入れられた空気と混合されるため、ここで生成される混合気の空燃比は吸入空気通路１０内における燃料供給口１３の周方向の位置に応じた不均等な分布を有している。この不均等な空燃比分布は、燃料供給口１３が形成されている環状部材１１の回転に対応して吸入空気通路１０内の周方向に移動し、ミキサ３の下流側で分岐される複数の吸気管２のそれぞれに流入する混合気の空燃比に影響を与えることとなる。そこで、環状部材１１を回転させてミキサ３内の混合気の空燃比分布を調整することにより、従来は吸入空気通路１０の形状、キャブレタ及びミキサ３の配設位置、ガスエンジン１の運転条件等に起因して生じていた複数の吸気管２内の混合気の空燃比不均等を相殺し、空燃比を均等化することが可能となる。
【００１６】
４気筒のガスエンジン１にこの実施の形態の燃料制御装置を適用し、回転数２２００ｒｐｍ、吸気圧力−２０ｋＰａの条件で運転した場合の各気筒の空気過剰率を図５に示す。比較のために、燃料供給口の位置を移動することのできない従来のミキサを用いた場合の各気筒の空気過剰率も併せて図５に示されている。各気筒間で空気過剰率λに大きなバラツキが現れた従来品に比べて、この実施の形態の燃料制御装置を用いると、各気筒間の空気過剰率λのバラツキが著しく小さくなり、空燃比の均等化が良好になされることが分かる。
【００１７】
また、図６に示されるように、空気過剰率λが高くて燃料がリーンになる希薄燃焼においては、熱効率が向上すなわち燃費が低減し、ＮＯｘ発生量が低下するが、この実施の形態の燃料制御装置を適用すれば、ガスエンジン１の運転領域全域で空燃比の均等化をなすことができるため、広い回転数領域で希薄燃焼限界が向上し、従来よりも低燃費、低ＮＯｘの運転が可能となる。
【００１８】
なお、上記の実施の形態では、モータ５によりミキサ３の環状部材１１を回転させたが、モータ５の代わりに負圧アクチュエータを用いて環状部材１１を回転駆動することもできる。
【００１９】
上記の実施の形態においては、回転数センサ６により検出されたガスエンジン１の回転数Ｎと圧力センサ７により検出された吸気管２内の吸気圧力Ｐとに基づいてガスエンジン１の運転状態を把握したが、これに限るものではない。例えば、図７に示されるように、圧力センサ７の代わりに吸気管２にエアフローメータ２０を配設し、このエアフローメータ２０により検出された吸気管２内の空気流量と回転数センサ６により検出された回転数Ｎとに基づいてＥＣＵ８がガスエンジン１の運転状態を把握し、その運転状態に応じてガスエンジン１の複数の気筒間の空燃比が均等になるように環状部材１１を回転させて燃料供給口１３の位置を移動制御することもでき、上記の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２０】
また、図８に示されるように、圧力センサ７の代わりにスロットルセンサ２１を取り付け、このスロットルセンサ２１により検出されたスロットル弁１９の開度と回転数センサ６により検出された回転数Ｎとに基づいてガスエンジン１の運転状態を把握することもできる。この構成によっても、燃料供給口１３の位置の移動制御による気筒間の空燃比の均等化が可能であり、上記の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２１】
なお、環状部材１１が互いに対向する一対の燃料供給口１３を有する場合について述べたが、燃料供給口１３の数は２つに限定されるものではなく、例えば３つ以上の燃料供給口を環状部材１１に形成してもよい。
上記の実施の形態では、ガスエンジン１を対象として燃料制御を行ったが、この発明は、各種の多気筒内燃機関の燃料制御に適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、運転状態検出手段で検出された多気筒内燃機関の運転状態に基づいて駆動手段によりミキサの燃料供給口を移動させるので、運転条件が変化しても気筒間の空燃比の均等化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る多気筒内燃機関の燃料制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】実施の形態で用いられたミキサの内部構造を示す断面図である。
【図３】ミキサに用いられた環状部材を示す平面図である。
【図４】環状部材に形成された燃料供給口の移動の様子を示す図である。
【図５】この発明に係る燃料制御装置と従来の燃料制御装置における気筒間の空気過剰率のバラツキをそれぞれ示すグラフである。
【図６】空気過剰率に対する熱効率及びＮＯｘ発生量の関係を示すグラフである。
【図７】他の実施の形態に係る多気筒内燃機関の燃料制御装置の全体構成を示す図である。
【図８】さらに他の実施の形態に係る多気筒内燃機関の燃料制御装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１  ガスエンジン、２  吸気管、３  ミキサ、４  燃料供給管、５  モータ、６  回転数センサ、７  圧力センサ、８  ＥＣＵ、９  ミキサ本体、１０  吸入空気通路、１１  環状部材、１２  ベンチュリ、１３  燃料供給口、１４  燃料チャンバ、１５  凸部、１６  案内支持部、１７  円板部、１８  歯車、１９  スロットル弁、２０  エアフローメータ、２１  スロットルセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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