(57)【要約】【課題】レギュレータでガス燃料を大気圧程度の圧力に減圧・気化してミキサから吸気通路に送出するガス燃料供給装置について、あらゆる状況に対応して空燃比の安定性を確保し、エンジン運転状態を良好に維持できるようにする。【解決手段】レギュレータ３及びミキサ４を備え、エアクリーナ５下流の吸気通路２とレギュレータ３の背圧室３１とが配管７で接続されたインナーベント式のガス燃料供給装置において、背圧室３１に大気導入バルブ手段としてのバルブ機構６を接続し、このバルブ機構６が大気孔６０ａを有してその連通路に設けたニードルバルブ６３を吸気負圧が増大するに従って大きく開放して背圧室３１側に大気を導入するものとして、エンジン運転の負荷状態に応じて背圧室３１側に導入する大気量を調整することにより背圧室３１にかかる負圧の過剰分を縮小させる。【選択図】図１
2009047036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器に貯蔵させたガス燃料を所定の圧力に減圧・気化させるレギュレータ及び前記レギュレータにて調圧後のガス燃料をエンジンにおけるエアクリーナの下流に設けた吸気通路に送出するミキサを備え、前記吸気通路と前記レギュレータの背圧室とが配管で接続されたインナーベント式のガス燃料供給装置において、前記レギュレータの背圧室に大気導入バルブ手段が接続されており、この大気導入バルブ手段は大気孔を有して該大気孔への連通路に設けたバルブを吸気負圧が増大するに従って大きく開放して前記背圧室側に大気を導入することにより、エンジン運転の負荷状態に応じて前記背圧室側に導入する大気量を調整することにより前記背圧室にかかる負圧の過剰分を縮小させることを特徴とするエンジンのガス燃料供給装置。
【請求項２】
前記大気導入バルブ手段がダイヤフラムで区画された負圧導入室を有しているとともに、この負圧導入室が前記エアクリーナ下流の吸気通路に配管で接続されており、前記負圧導入室に吸気負圧を導入して前記ダイヤフラムを変位させることにより前記バルブを開閉させて大気導入量をコントロールすることを特徴とする請求項１に記載したエンジンのガス燃料供給装置。
【請求項３】
前記背圧室と吸気通路とを接続する配管の途中に、前記大気導入バルブ手段の負圧導入室と前記吸気通路とを接続するための配管が接続しているとともに、この接続位置の上流側に前記大気圧導入バルブ手段から前記背圧室に大気を導入させるための配管が接続されていることを特徴とする請求項２に記載したエンジンのガス燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器に充填されたＬＰＧ（液化天然ガス）等のガス燃料をレギュレータで大気圧程度の圧力に減圧・気化し、調圧されたガス燃料をミキサから吸気通路に送出してエンジンに供給するガス燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃料、一般には液化石油ガス（ＬＰＧ）または圧縮天然ガス（ＣＮＧ）をエンジンに供給する装置として、圧力容器に充填した高圧・液状のガス燃料をレギュレータで大気圧程度の圧力に減圧調整し、これをミキサを通過する吸入空気流により生じる負圧で吸引させて吸気通路に送り、エンジンに供給する装置が汎用されている。
【０００３】
このような装置のうち、高圧のガス燃料を適度な圧力に減圧・調整するためのレギュレータが、調圧室とダイヤフラムで仕切られた背圧室に大気孔を有するアウターベント式のものである場合、エアクリーナが目詰まりを起こした場合に背圧室にかかる負圧が増大してガス流量が過剰に増加するため、リッチエンストに陥るトラブルに陥ることになる。
【０００４】
この対策として、図４の縦断面図に示すガス燃料供給装置のように、吸気通路２のエアクリーナ５下流側部分を配管７でレギュレータ３の背圧室３１に接続して、エアクリーナ５が目詰まりしたときに吸気通路２の吸気負圧を背圧室３１に導入することにより、調圧室３０に作用する負圧で燃料が過剰に流入することを回避して、オーバーリッチを防止するようにしたインナーベント式のものが知られている（例えば特開平９−２５０４０１号公報参照）。
【０００５】
ところが、前記インナーベント式のガス燃料供給装置においては、エンジン高負荷運転時にレギュレータ３の背圧室３１にかかる負圧が増大すると、ダイヤフラム３２が弁体３３を閉弁方向に動作させるために調圧室３０から送出される燃料流量が過剰に減少し、今度は逆にリーンとなってエンストが発生しやすくなるという問題がある。
【特許文献１】特開平９−２５０４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、レギュレータでガス燃料を所定圧力に減圧・気化してミキサから吸気通路に送出するガス燃料供給装置について、あらゆる状況に対応して空燃比の安定性を確保してエンジン運転状態を良好に維持できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明は、圧力容器に充填されたガス燃料を所定の圧力に減圧・気化させるレギュレータ及び前記レギュレータにて調圧後のガス燃料をエンジンにおけるエアクリーナの下流に設けた吸気通路に送出するミキサを備え、前記吸気通路と前記レギュレータの背圧室とが配管で接続されたインナーベント式のガス燃料供給装置において、前記レギュレータの背圧室に大気導入バルブ手段が接続されており、この大気導入バルブ手段は大気孔を有して該大気孔への連通路に設けたバルブを吸気負圧が増大するに従って大きく開放して前記背圧室側に大気を導入することにより、エンジン運転の負荷状態に応じて前記背圧室側に導入する大気量を調整することにより前記背圧室にかかる負圧の過剰分を縮小させることを特徴とする。
【０００８】
レギュレータの背圧室を吸気通路に接続したことでエアクリーナ目詰まり時のオーバーリッチ化を軽減できるが、これに加え、このようにエンジン運転が高負荷状態になるに従って多くの大気を背圧室側に導入して送出燃料の空燃比変動幅を縮小させる方向にコントロールすることで、高負荷運転時にリーン状態に陥ることを有効に回避する。
【０００９】
また、その大気導入バルブ手段はダイヤフラムで区画された負圧導入室を有し、この負圧導入室がエアクリーナ下流の吸気通路に配管で接続され、この負圧導入室に吸気負圧を導入しダイヤフラムを変位させることでバルブを開閉させて大気導入量をコントロールするものとすれば、エンジンの運転の低負荷状態から高負荷状態への変動により的確に対応しやすいものとなる。
【００１０】
この場合、そのレギュレータの背圧室と吸気通路とを接続する配管の途中に、大気導入バルブ手段の負圧導入室と吸気通路とを接続するための配管が接続されているとともに、その接続位置の上流側に大気圧導入バルブ手段からレギュレータの背圧室に大気を導入させるための配管が接続されている場合には、既存のインナーベント式ガス燃料供給装置を使用して容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１１】
インナーベント式ガス燃料供給装置のレギュレータ背圧室側にエンジンの負荷状態に応じた適当量の大気を導入するという本発明によると、エアクリーナ目詰まり時からエンジン高負荷運転時等、あらゆる状況に対応して空燃比の安定性を確保し、エンジン運転状態を良好に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら本発明における最良の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は本発明における実施の形態のエンジンのガス燃料供給装置を配設した燃料供給システムの一部を示す配置図であり、この燃料供給システムは、ＬＰＧなどのガス燃料をレギュレータ３で所定圧力の気体にして吸気通路２の負圧で吸引させ、図示しないガスエンジンに供給するものである。吸気通路２の基端側にはエアクリーナ５が配設され、その下流側にはベンチュリ４１及び燃料ノズル４０を有するミキサ４が配設されており、レギュレータ３から延設された燃料供給配管９が燃料ノズル４０に接続され、調圧されたガス燃料を吸気通路２内に噴出させるようになっている。
【００１４】
レギュレータ３は、内部にダイヤフラム３２で区画された調圧室３０及び背圧室３１を有しており、調圧室３０は図示しない圧力容器から送出された高圧のガス燃料を導入する燃料導入孔３４を有しており、調圧室３０内部を所定圧力に保つように動作するダイヤフラム３２の変位により燃料導入孔３４部分に設けた弁体３３を開閉操作して、高圧のガス燃料を減圧気化させながら所望の圧力に調整する。
【００１５】
また、上述したようにエアクリーナ５の目詰まり時に対応するために、吸気通路２のエアクリーナ５下流側でミキサ４上流側部分が配管７で背圧室３１に接続されており、過剰な吸気負圧の影響によるオーバーリッチ化を回避するインナーベント方式を採用している。
【００１６】
そして、本実施の形態のガス燃料供給装置において、特に、レギュレータ３の背圧室３１に大気導入バルブ手段としてのバルブ機構６を接続したことで、エンジン高負荷運転時に背圧室３１側に適当量の大気を導入して吸気負圧の過剰分を減少させ、空燃比の安定性を確保することができる。
【００１７】
このバルブ機構６は、ほぼレギュレータに近似した構成を有しており、内部にダイヤフラム６２で仕切られた大気室６０と負圧導入室６１とを備えており、この大気室６０には大気側と連通させる大気孔６０ａが設けられ、所定のフィルタを介して大気室６０内に大気を導入する。
【００１８】
そして、この大気室６０は出口孔６３ｃ部分から延設された配管８ａがレギュレータ３の背圧室３１と吸気通路２とを接続している配管７の途中に連結されたことで背圧室３１に接続されており、バルブ機構６の開弁動作に伴って背圧室３１側に大気を導入する。
【００１９】
一方、負圧導入室６１にも、大気室６０からの配管８ａ接続部の下流側で配管７に接続しており、配管７を介して吸気通路２の吸気負圧を導入するようになっている。また、ダイヤフラム６２の大気室６０側の面からは先端に弁体６３ａを有するニードルバルブ（弁ロッド）６３が大気室６０内を貫通するように突設され、大気室６０の出口孔６３ｃに設けた弁座６３ｂと弁体６３ａとで構成されるバルブ（弁）を、負圧導入室６１に吸気負圧の変動を導入してダイヤフラム６２を往復変位させることにより開閉制御する。
【００２０】
即ち、エンジン高負荷運転時に吸気通路２の吸気負圧が増大することにより、調圧バネ６４の付勢力に抗して吸気導入室６１の体積が減少し、ダイヤフラム６２が変位してバルブ機構６が開弁し、これにより大気孔６０ａを介してレギュレータ３の背圧室３１側に大気を導入するものである。尚、図のように弁体６３ａの先端側にリーク孔６３ｄを設けておくことによりスムースな動作及び作用を確保しやすくなる。また、背圧室３１側に大気を導入することには、背圧室３１内に実際に大気を導入することのほか、背圧室３１に吸気負圧を作用させる配管７に大気を導入してその負圧を減少させることも含んでいる。
【００２１】
次に、本実施の形態のガス燃料供給装置による作用及び効果について、以下に詳細に説明する。
【００２２】
エアクリーナ５の目詰まり時には、吸気通路２及び配管７の負圧が増大するが、これらの負圧が配管８ｂを介してバルブ機構６の負圧導入室６１に導入され、クリーナ５の目詰まりによる吸気負圧レベルに応じてバルブが開き、適当量の大気が配管８ａを介しレギュレータ３の背圧室３１側に導入される。これにより、吸気負圧の背圧室３１への影響を適宜調整しながら適正な燃料流量に修正することができ、オーバーリッチ化を有効に回避することができる。
【００２３】
エンジン運転のアイドル時〜軽負荷時にはバルブ機構６は閉弁しているが、中負荷時〜高負荷時にかけては吸気通路２の負圧が増大して配管７から分岐した配管８ｂを介して負圧導入室６１に吸気負圧が作用して、バルブ機構６のダイヤフラム６２が調圧バネ６４の付勢力に抗して変位し、ニードルバルブ６３が牽引されることで開弁して出口孔６３ｃが開く。すると、調量された大気が配管８ａから配管７を介して導入されるため、レギュレータ３の背圧室３１に作用する過剰な吸気負圧を適度なレベルに減少させ、これにより適正な燃料流量を確保して供給燃料のリーン化を回避する。
【００２４】
図２及び図３は、本実施の形態のガス燃料供給装置の作用を確認するための実験結果を示したものである。図２に示した図表の横軸はモード運転ナンバーを示しており、１はアイドル、２は３０６０ｒｐｍ１０％負荷、３は２５％負荷、４は５０％負荷、５は７５％負荷、６は１００％負荷、７は８６００ｒｐｍ１００％負荷を示している。また、縦軸の上から順に大気導入用バルブの開口面積（径換算）、ＣＯ濃度、エアクリーナ下流負圧、ベンチュリ負圧を示している。また、バラメータのパワーダウンレシオは、目詰まりの度合いを出力比で表したものである。
【００２５】
この図表から、大気導入バルブ手段であるバルブ機構６を備えた本実施の形態のガス燃料供給装置は、パワーダウンレシオ−２０％の目詰まり時においても、ＣＯ濃度がほぼ一定を維持しており、空燃比が大きく変動していないことが分かる。また、エンジン運転の中・高負荷時においても同様であり、総ての条件において比較的良好なエンジン運転状態を維持可能であることが分かる。
【００２６】
これに対し、図３は同じ装置においてバルブ機構６の大気導入用バルブの開度をφ２．５の一定に固定して運転した場合の試験結果を示した図表であり、モード１〜３がリッチであり、モード５〜６がリーンであり、モード７がリーン運転負荷であった。この図表から、吸気負圧の変動に応じて大気導入用バルブの開度を調整した図２の場合と比べて、空燃比の安定性が充分に確保されていないことが分かる。
【００２７】
以上、述べたように、レギュレータでガス燃料を大気圧程度の圧力に減圧・気化しミキサから吸気管路に送出するガス燃料供給装置について、本発明により、あらゆる状況に対応して供給燃料の過剰な空燃比変動を回避し、エンジン運転状態を良好に維持できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明における実施の形態のガス燃料供給装置を示す配置図。
【図２】図１のガス燃料供給装置の作用・効果を確認するための実験結果の図表。
【図３】図１のガス燃料供給装置において、バルブ機構のバルブ開度を固定した場合の実験結果の図表。
【図４】従来のガス燃料供給装置を示す配置図。
【符号の説明】
【００２９】
２  吸気通路、  ３  レギュレータ、  ４  ミキサ、  ５  エアクリーナ、  ６  バルブ機構、  ７，８ａ，８ｂ  配管、  ３０  調圧室、  ３１  背圧室、  ３２，６２  ダイヤフラム、  ４０  燃料ノズル、  ４１  ベンチュリ、  ６０  大気室、  ６０ａ  大気孔、  ６１  負圧導入室、  ６３  ニードルバルブ、  ６３ａ  弁体、  ６３ｂ  弁シート、  ６３ｃ  出口孔、  ６４  調圧バネ
【図１】
2009047036.tif 000003
【図２】
2009047036.tif 000004
【図３】
2009047036.tif 000005
【図４】
2009047036.tif 000006