(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定正圧に調整されたＬＰＧの気化ガスを噴射弁より噴射してエンジンに供給する方法であって、気化ガスは臨界圧力よりも低い圧力で噴射弁に送入し、噴射弁は気筒毎に各一個を吸気マニホルドに設置してそれぞれの出口側の負圧変化に従って個別の時期に気化ガスを噴射すること、前記の気化ガス噴射時期は対応する気筒の排気行程およびそれに続く吸気行程の範囲内に設定し、そして低負荷域においては噴射弁出口側の負圧が最も低くなる排気行程の終期に設定して噴射すること、に加えて、高負荷域においては噴射弁出口側の負圧が最も高くなる吸気行程の終期に設定して噴射すること、を特徴とするエンジンのＬＰＧ供給方法。
【請求項２】
前記気化ガス噴射時期は部分負荷域において対応する気筒の排気行程の終期およびそれに続く吸気行程の初期の範囲内に設定し、それより高負荷域に移行するとき噴射時期を吸気行程の終期に向かって負荷の増加に伴い移動させる請求項１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て気筒別に噴射させることによりエンジンに供給する方法、殊に低負荷域で要求流量の気化ガスを適正に供給することができる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＰＧを火花点火機関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】
ＬＰＧをボンベ内の飽和蒸気圧を利用し或いはポンプで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、気体燃料を噴射弁により流量制御して吸気管路に噴射しエンジンに供給する場合、噴射弁に送入される気体燃料の圧力が臨界圧力以上であると、噴射弁の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体燃料の状態、即ち圧力および温度のみで定まる。
【０００５】
従って、気体の状態を高圧で安定して維持するＣＮＧ（圧縮天然ガス）は、臨界圧力以上の圧力に調整して吸気管路の負圧の影響を受けることなく噴射弁の制御に従った流量で噴射させ、エンジン要求流量を適確に供給することができ、そのためにＣＮＧをエンジンの燃料に使用することが一部で実用化されている。
【０００６】
しかしながら、ＬＰＧは高圧で液体となり、安定した気体の状態を維持するのはかなり低い圧力範囲であり、この圧力範囲は臨界圧力よりも低い。このように、正圧であっても臨界圧力よりも低い圧力の気体燃料を噴射弁により噴射すると、噴射ノズル出口側である吸気管路の負圧の影響を受け、流量が変化してしまう。即ち、アイドリング時のように吸入負圧が高い運転域では流量が増加し、全負荷時のように吸入負圧が低い運転域では流量が減少し、エンジン要求流量と相反する流量の気体燃料が供給される、という不都合を生じる。殊にアイドリング時の過剰燃料は混合気過濃によるエンジン停止を招くこととなる。
【０００７】
その対策として、噴射弁のダイナミックレンジを拡大して大幅な流量変化に対処させることが考えられるが、そのためには一気筒当り複数個の噴射弁を必要とし、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。別の対策として、一旦減圧気化させて得た気化ガスをポンプで臨界圧力以上に加圧して噴射弁に送入することが考えられるが、このような圧力にすると液化しやすい不安定な状態となるので、同じく実用に不適切である。
【０００８】
本発明はＬＰＧの気化ガスを気体の状態が安定よく維持される圧力範囲内で噴射方式によりエンジン要求流量に対応して適正に供給できる実用化容易なシステムがなかった、という前記課題を解決しようとするものであって、一気筒当り一個の噴射弁を用いてエンジン要求流量の気化ガスを殊に低負荷域においても適正に供給することができ、従って容易に実用に供することができるシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は所定正圧に調整されたＬＰＧの気化ガスを噴射弁により噴射してエンジンに供給するにあたり、気化ガスは臨界圧力よりも低い圧力で噴射弁に送入し、噴射弁は気筒毎に各一個を吸気マニホルドに設置してそれぞれの出口側の負圧変化に従って個別の時期に気化ガスを噴射すること；気化ガス噴射時期は対応する気筒の排気行程およびそれに続く吸気行程の範囲内に設定し、そして低負荷域においては噴射弁出口側の負圧が最も低くなる排気行程の終期に設定して噴射すること、としたことをもって前記課題を解決させるものとした。
【００１０】
このように各気筒の入口に各一個の噴射弁を設置して排気行程とそれに続く吸気行程の範囲内で設定した時期にそれぞれ噴射を行なうものとし、臨界圧力よりも低い圧力に調整され気体の状態を安定よく維持する気化ガスを噴射弁に送入するものとした本発明によると、気化ガス圧力と噴射弁出口側負圧との圧力差が比較的小さいために、噴射弁の限られたダイナミックレンジ内でエンジン運転状態に応じた最適の流量とする時期を選んで噴射させることにより、エンジン要求流量の気化ガスを正確に供給することができる。殊に、低負荷域で圧力差が最小となる時期に噴射させるものとしたことにより、アイドリング時などに過剰燃料を供給することがなくなり、安定した低速運転を行なうことができるものである。
【００１１】
また、前記に加えて高負荷域で圧力差が最大となる時期に噴射させるものとしたことにより、全負荷運転時などに要求される燃料を不足なく供給することが可能となる。
【００１２】
ここで、気化ガス噴射時期を部分負荷域において対応する気筒の排気行程の後期およびそれに続く吸気工程の初期の範囲内に設定すると、圧力差が小さく且つ噴射弁出口側負圧の変化が比較的小さい領域で噴射することとなるので、噴射時間をエンジン運転状態に応じて制御する、という簡単な制御手段で要求流量の燃料を供給することが可能となる。加えて、低負荷域の気化ガス噴射時期もこの範囲内であるので、部分負荷域と低負荷域との間の移行が運転性を損うことなく円滑に行なわれる、という利点がある。
【００１３】
また、気化ガス噴射時期を部分負荷域において対応する気筒の排気行程の後期およびそれに続く吸気行程の初期の範囲内に設定した場合、部分負荷域から高負荷域に移行するときの噴射時期を吸気行程の終期に向かって負荷の増加に伴い移動させると、これらの間の移行が運転性を損うことなく円滑に行なわれる、という利点が得られる。
【００１４】
更に、気化ガス噴射時期における噴射弁出口側負圧の平均値の変化量に応じて噴射弁制御信号の基本パルス幅を補正すると、要求流量の燃料を正確に供給することが可能になる、という利点が得られる。
【００１５】
【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はＬＰＧ供給システムをの配置図であって、ＬＰＧを充填した耐圧容器からなる燃料タンク１の液相部分から延びる送出管路２が圧力調整器６に接続され、圧力調整器６から延びる気化ガス管路１５が燃料ギャラリ１６に接続されている。送出管路２は手動の開閉弁３，フィルタ４および電磁駆動の遮断弁５を有している。また、燃料ギャラリ１６からはエンジン２１の各気筒２２に対応して吸気マニホルド２３の枝管にそれぞれ設置した噴射弁１７が分岐している。
【００１６】
圧力調整器６はエンジン冷却水を通過させる冷却水室７と、送出管路２が接続された予熱室８と、気化ガス管路１５を接続した圧力調整室９とを有しており、冷却水室７と予熱室８とは互いに隣接してエンジン冷却水とＬＰＧとの熱交換部を形成している。圧力調整室９は調整ばね１０を作用させたダイヤフラム１１によって容積可変であり、また予熱室８と連通させた導通路１２はダイヤフラム１１の変位に応じて回動するレバー１３に取り付けた入口弁１４によって開閉される。
【００１７】
燃料タンク１から送出管路２を通って予熱室８に入った液相のＬＰＧは、冷却水室７のエンジン冷却水により加熱されて気化ガスとなる。この気化ガスは圧力調整室９が設定圧力よりも低い圧力になると入口弁１４が導通路１２を開くことによって圧力調整室９に流入し、設定圧力よりも高い圧力になると入口弁１４が導通路１２を閉じることによって圧力調整室９への流入を停止する。このことにより、所定正圧に調整された気化ガスが気化ガス管路１５，燃料ギャラリ１６を経て噴射弁１７に送られることとなる。
【００１８】
本実施の形態では、圧力調整器６は気化ガスを気体の状態が安定よく維持され且つ噴射に必要とされる圧力、例えば３０ＫＰａ程度に調整するものであり、この圧力は標準的なＬＰＧの臨界圧力である約２００ＫＰａに比べてかなり低い。
【００１９】
次に、４サイクル多気筒エンジンは周知のように吸気・圧縮・膨張・排気の各行程を１サイクルとしており、一つの気筒の行程とその入口である吸気マニホルド２３の枝管に発生する負圧の変動状況とは図２に示す関係にある。
【００２０】
ここで、各噴射弁１７を全気筒同期噴射または複数気筒ずつグループ噴射させた場合、噴射弁出口側である吸気マニホルド２３の枝管毎に負圧値が異なるために各噴射弁１７から臨界圧力よりも低い圧力で噴射される気化ガスの流量に大幅なばらつきを生じ、所要の同一流量となるように枝管毎に一個ずつとした噴射弁１７のそれぞれを制御することは実質的に不可能である。そのために、本発明では全気筒独立噴射方式を採用し、且つ基本的には図２（Ａ）に示すように排気行程とそれに続く吸気行程の範囲Ｓ内で設定した時期に気化ガスの噴射を行なわせるようにした。
【００２１】
前記の範囲Ｓは、吸気マニホルド２３の枝管の負圧が比較的低い排気行程から最も高くなる吸気行程終了までを含んでおり、この範囲Ｓ内において噴射弁１７の限られたダイナミックレンジ内でエンジン運転状態に応じた最適の流量とする時期を選んで噴射させることにより、エンジン要求流量の気化ガスをエンジン全運転域に亘って正確に供給することができる。
【００２２】
次に、エンジン２１の低負荷域においては、吸気マニホルド２３の枝管に発生する負圧は部分負荷域や高負荷域に比べて高いので、図２（Ｂ）に符号Ｂで示したように排気行程の終期、即ち上死点に到達して吸気行程に移行する直前の負圧が最も低くなる時期に噴射させるものとした。気化ガス圧力と噴射弁１７出口側負圧との圧力差は前記の時期Ｂに最も小さくなるので、噴射時間を噴射弁１７の限られたダイナミックレンジ内で制御することにより適正量の気化ガスを噴射させ、殊にアイドリング時に過剰燃料を供給する、という心配を解消することができる。
【００２３】
また、エンジン２１の高負荷域においては、吸気マニホルド２３の枝管に発生する負圧は低負荷域に比べて低いので、図２（Ｃ）に符号Ｃで示したように吸気行程の終期、即ち下死点に到達して圧縮行程に移行する直前の負圧が最も高くなる時期に噴射させるものとした。気化ガス圧力と噴射弁１７出口側負圧との圧力差は前記の時期Ｃに最も大きくなるので、噴射時間を噴射弁１７の限られたダイナミックレンジ内で制御することにより適正量の気化ガスを噴射させ、殊に全負荷時に要求される燃料を不足なく供給することが可能である。
【００２４】
更に、気化ガス噴射時期は基本的に図２（Ａ）に示した範囲Ｓの中で設定するが、本実施の形態では部分負荷域において図２（Ａ）に符号Ａで示したように排気行程の後半である後期およびそれに続く吸気行程の初期の範囲内で噴射させることとした。この範囲Ａは気化ガス圧力と噴射弁１７出口側負圧との圧力差および負圧の変化が比較的小さい領域であり、噴射時間をエンジン２１の運転状態に応じて制御するという簡単な制御手段で要求流量の燃料を供給することが可能である。加えて、低負荷域の気化ガス噴射時期Ｂはこの範囲Ａに含まれているので、部分負荷域と低負荷域との間の移行が円滑に行なわれ、エンジン２１の運転性を損なわない、という利点がある。
【００２５】
尚、前記の範囲Ａで部分負荷域における気化ガス噴射を行なうものとした場合、高負荷域に移行するときは気化ガス噴射時期を吸気行程の終期に向かって負荷の増加に伴い順次移動させて範囲Ｃに至らせるものとすると、燃料供給時期の急な変更によるエンジン２１の不調を招くことなく全負荷運転に移行させることができる。
【００２６】
更にまた、本実施の形態においては吸気マニホルド２３の各枝管に負圧センサ２６を設置し、噴射弁１７が気化ガスを噴射しているときに負圧センサ２６が検出した噴射弁１７出口側負圧の絶対値を電子式制御装置２５に記憶させてその平均値を計算させることを繰り返し行なわせ、この平均値が前回に求めた平均値から変化したときその変化量に応じて電子式制御装置２５から噴射弁１７に送る制御信号の基本パルス幅を補正させるものとした。例えば、負圧が低くなる方に変化したときは負圧絶対値の平均値が大きくなるので、基本パルス幅を大きくして燃料流量を増加させる方向の補正を行ない、噴射弁１７の入口側と出口側の圧力差の減少による燃料流量の低下を補正する。
【００２７】
尚また、本実施の形態ではエンジン２１から圧力調整器６の冷却水室７にエンジン冷却水を送入する管路に温度センサ２７を設け、この温度センサ２７が検出した温度に基いて電子式制御装置２５で噴射弁１７に送入する気化ガスの温度を判断させるものとしている。噴射弁１７出口の噴射ノズルを通過する気化ガスの流量は、先に述べたように噴射ノズル入口側の圧力および温度と出口側の圧力とに依存するので、温度センサ２７が検出した値に基づいて噴射時期或いは噴射時間を補正することにより、所定流量の気化ガスを噴射させることができる。エンジン２１の暖機完了後はエンジン冷却水温度はほぼ一定であるので、気化ガス流量は圧力差で定まるが、末暖機状態では暖機の進行に伴って温度が変化するので、温度に基づく補正は有用である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると気体の状態を安定して維持するように低い正圧に調整したＬＰＧの気化ガスの所定量を、吸入負圧の変化を利用して噴射弁の限られたダイナミックレンジで噴射させることができ、一気筒当り一個の噴射弁を用いてエンジン要求流量の気化ガスを殊に低負荷域においても適正に供給することが可能である。
【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】吸入負圧と気化ガス噴射時期との関係を説明する図。
【符号の説明】
１  燃料タンク，６  圧力調整器，１７  噴射弁，２１  エンジン，２２  気筒，２３  吸気マニホルド，２５  電子式制御装置，２６  圧力センサ，
【図１】
0004116315.tif 000002
【図２】
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