JPH04321764A - ガス燃料エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車等に用いられ
るガス燃料エンジンの燃料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記ガス燃料エンジンの燃料供給装置に
は、従来、例えば、特公昭６０‐３２０３１号公報で示
されるものがある。これによれば、エンジンの吸気通路
にスロットル弁が設けられ、このスロットル弁よりも上
流側の上記吸気通路におけるベンチュリ部に、ガス燃料
を送り込むメイン燃料通路が連結されている。また、こ
のメイン燃料通路の中途部を同上スロットル弁近傍の同
上吸気通路に連結させるスロー燃料通路が設けられ、こ
のスロー燃料通路は、メイン燃料通路を通るガス燃料の
一部を上記スロットル弁近傍の同上吸気通路に送り込む
。

【０００３】ところで、上記構成のままでは次のような
不都合がある。即ち、エンジンの作動中にスロットル弁
が吸気通路を少し開くと、この吸気通路におけるスロッ
トル弁近傍の吸気負圧が高くなるが、この場合、この吸
気負圧によりメイン燃料通路内よりもスロー燃料通路内
の負圧の方が高くなると、ベンチュリ部における空気が
メイン燃料通路を通り上記スロー燃料通路に向って逆流
し、よって、メイン燃料通路を通しての所望の燃料供給
が行われなくなるおそれを生じる。そこで、上記従来構
成では、メイン燃料通路の中途部からスロー燃料通路に
向ってのみガス燃料を流入させるチェック弁を、同上メ
イン燃料通路の中途部に設け、上記逆流を防止している
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにチェック弁を別途に設けると、この燃料供給装置
の構成が複雑になるという問題がある。

【０００５】

【発明の目的】この発明は、上記のような事情に注目し
てなされたもので、上記チェック弁を他の構成部品によ
って兼用させ、これにより燃料供給装置の構成を簡単に
することを目的とし、かつ、スロー燃料通路に空燃比調
整用のほぼ大気圧の空気を導入させようとする場合に、
この空気の導入が確実になされるようにすることを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明の特徴とするところは、ガス燃料用の調圧装
置を大気圧より高い圧力のガス燃料を受け入れる燃料導
入部と、この燃料導入部にチェック弁を介し連通する減
圧室とで構成し、一方、エンジンの吸気通路にスロット
ル弁を設け、このスロットル弁よりも上流側の上記吸気
通路のベンチュリ部にメイン燃料通路を介し上記減圧室
を連結したガス燃料エンジンの燃料供給装置において、
上記スロットル弁よりも下流の同上吸気通路に上記メイ
ン燃料通路とは独立したスロー燃料通路を介し上記燃料
導入部を連結し、かつ、上記スロー燃料通路の上流側に
流量調整弁を設ける一方、この流量調整弁よりも下流の
同上スロー燃料通路に空気導入通路を連通させると共に
、この空気導入通路に空気の流量を調整する空気調整弁
を設けた点にある。また、上記の場合、スロー燃料通路
に空気導入通路が連通した位置よりも下流の同上スロー
燃料通路に、この通路の開度を調整するスロー弁を設け
てもよい。

【０００７】

【作　　用】上記構成による作用は次の如くである。エ
ンジン１の作動中、スロットル弁５６が吸気通路５３を
少し開くと、この吸気通路５３におけるスロットル弁５
６近傍の吸気負圧が高くなることがあるが、この場合、
この吸気負圧によりメイン燃料通路３８内よりもスロー
燃料通路４２内の負圧の方が高くなると、第２減圧室（
減圧室）３２からメイン燃料通路３８を通り吸気通路５
３に向おうとしているガス燃料が第１減圧室（燃料導入
部）３０を介し上記スロー燃料通路４２に向って逆流し
ようとする。しかし、上記第２減圧室３２はチェック弁
３５を介し第１減圧室３０に連通しているため、このチ
ェック弁３５により第２減圧室３２から第１減圧室３０
へガス燃料が逆流しようとすることは防止される。つま
り、メイン燃料通路３８からスロー燃料通路４２へのガ
ス燃料の逆流が防止され、よって、上記吸気通路５３に
対し所望の燃料供給が確保されることとなる。

【０００８】そして、上記の場合、メイン燃料通路３８
からスロー燃料通路４２への逆流の防止は、調圧装置２
４における減圧用のチェック弁３５を利用して達成され
ている。また、上記の場合、スロー燃料通路４２の上流
側にニードル弁（流量調整弁）４４を設ける一方、この
ニードル弁（流量調整弁）４４よりも下流の同上スロー
燃料通路４２に他の空気導入通路（空気導入通路）６６
を連通させると共に、当該他の空気導入通路（空気導入
通路）６６に空気調整弁６０が設けられている。そして
、空燃比をほぼ一定にさせようとして、上記空気調整弁
６０の制御によって他の空気導入通路（空気導入通路）
６６に所望量の空気を供給する際、前記したようにメイ
ン燃料通路３８からスロー燃料通路４２へのガス燃料の
逆流が防止されているために、ニードル弁（流量調整弁
）４４やスローニードル弁（スロー弁）５７の開度調整
操作を加えることによって、上記他の空気導入通路（空
気導入通路）６６への空気の供給が上記逆流に影響され
ずに確実になされることとなる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面により説明す
る。図２と図３とにおいて、符号１は自動車用の直列多
気筒のエンジンである。このエンジン１はガス燃料たる
ＬＰＧを燃料とし、シリンダ２、ピストン３、およびシ
リンダヘッド４を有し、これらで囲まれた空間が燃焼室
５となっている。また、６は点火プラグである。上記シ
リンダヘッド４には吸気ポート７と排気ポート８とが形
成され、上記吸気ポート７を開閉する吸気弁９と、上記
排気ポート８を開閉する排気弁１０とが設けられている
。そして、これら吸気弁９と排気弁１０とはエンジン１
の作動に伴い動弁機構１１により適宜開閉弁動作させら
れるようになっている。

【００１０】上記吸気ポート７には吸気マニホールド１
３が連設され、この吸気マニホールド１３は各シリンダ
２の並設された方向に沿って延びる常用サージタンク１
４と高速用サージタンク１５を備え、また、上記常用サ
ージタンク１４を上記吸気ポート７のそれぞれに個別に
連通させる吸気管１６を備えている。また、上記高速用
サージタンク１５は、上記吸気管１６の中途部上面に形
成された連通孔１７を通してこの吸気管１６に連結され
、この連通孔１７を開閉する開閉弁１８が設けられてい
る。この開閉弁１８は、エンジン１が高速回転するとき
のみ、図２中仮想線で示すように自動的に開弁し、これ
による吸気脈動の利用によりエンジン性能が向上させら
れる。

【００１１】前記排気ポート８のそれぞれには排気管２
０が連結され、この排気管２０の中途部には触媒２１が
内有されている。この触媒２１は、窒素酸化物（ＮＯｘ
　）を還元する一方、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（
ＨＣ）を酸化して、排気をできるだけ無害にさせるもの
で、いわゆる三元触媒といわれている。

【００１２】図１と図２とにおいて、上記エンジン１の
燃焼室５にガス燃料を供給する燃料供給装置２３が設け
られている。この燃料供給装置２３は液化ガスボンベ（
図示せず）に連なる調圧装置２４と、この調圧装置２４
に連なる混合器２５とで構成され、この混合器２５から
前記吸気マニホールド１３や吸気ポート７を通しエンジ
ン１の燃焼室５にガス燃料が供給される。

【００１３】図１により、上記調圧装置２４について説
明する。この調圧装置２４はハウジング２７を有し、こ
のハウジング２７には上記液化ガスボンベから大気圧よ
りも高い高圧のガス燃料を受け入れる燃料導入通路２８
、この燃料導入通路２８に第１開口２９を通して連通す
る燃料導入部たる第１減圧室３０、この第１減圧室３０
に第２開口３１を通して連通する第２減圧室３２が形成
されている。上記第１開口２９を開閉する第１弁体３３
が設けられ、この第１弁体３３は第１開口２９を閉じる
ように第１ばね３４により付勢され、この付勢力は調整
可能とされている。また、上記第１弁体３３は、ガス燃
料が燃料導入通路２８から第１減圧室３０へ向ってのみ
流入することを許容する。

【００１４】一方、上記第２開口３１に対してチェック
弁３５が設けられ、このチェック弁３５は上記第２開口
３１を開閉する第２弁体３６と、上記第２開口３１を閉
じるように第２弁体３６を付勢する第２ばね３７とで構
成されている。そして、上記第２弁体３６は、ガス燃料
が第１減圧室３０から第２減圧室３２へ向ってのみ流入
することを許容する。そして、上記第２減圧室３２には
メイン燃料通路３８の一端が連結されている。上記ハウ
ジング２７には、上記第１減圧室３０から外部に向って
延びる燃料送出路３９が形成され、この燃料送出路３９
に上記メイン燃料通路３８とは独立に設けられたスロー
燃料通路４２の一端が連結されている。また、上記燃料
送出路３９の開度を調整する流量調整弁であるニードル
弁４４が設けられている。更に、上記燃料送出路３９を
開閉するソレノイド式の緊急弁４６が設けられ、この緊
急弁４６は電子制御手段４９に接続されている。

【００１５】また、前記ハウジング２７には、燃料導入
通路２８の近傍に温水を通過させる加温路５０が形成さ
れている。そして、上記燃料導入通路２８に導入された
ガス燃料（矢印Ａ）は加温路５０により加温されて気化
され、このガス燃料は第１開口２９を通過して第１減圧
室３０に達し、このとき、上記第１開口２９を閉じよう
とする第１弁体３３により約Ｏ．３Ｋｇ／ｃｍ２Ｇにま
で減圧させられる。更に、上記第１減圧室３０から第２
開口３１を通過して第２減圧室３２に達し（矢印Ｂ）、
このとき、上記第２開口３１を閉じようとする第２弁体
３６によりほぼ大気圧にまで減圧させられる。そして、
上記第２減圧室３２のガス燃料がメイン燃料通路３８を
通り前記混合器２５に送り込まれる（矢印Ｃ）。

【００１６】一方、前記緊急弁４６は制御手段４９によ
り常時は開弁させられている。このため、第１減圧室３
０から燃料送出路３９およびスロー燃料通路４２を通っ
て同上混合器２５にガス燃料が送り込まれる（矢印Ｄ，
Ｅ）。そして、この緊急弁４６は、自動車の衝突等の緊
急時に、制御手段４９により直ちに閉弁され、スロー燃
料通路４２を通しての混合器２５へのガス燃料の供給を
停止する。

【００１７】図３により、前記混合器２５について説明
する。この混合器２５は円筒状のスロットルボディー５
２を有し、このスロットルボディー５２の一端が前記常
用サージタンク１４に連結されている。このスロットル
ボディー５２の内孔がエンジン１内の吸気通路５３とな
っており、外気がこの吸気通路５３、および前記吸気マ
ニホールド１３を通って前記燃焼室５に吸入される（矢
印Ｇ，Ｈ）。上記吸気通路５３にはベンチュリ部５４が
形成され、このベンチュリ部５４に前記メイン燃料通路
３８の他端が開口し、その開口近傍のメイン燃料通路３
８の開度を調整する燃料調整弁たるメーンニードル弁５
５が設けられている。そして、前記調圧装置２４からの
ガス燃料が上記メイン燃料通路３８を通りベンチュリ部
５４内に吸引される。この場合、上記メーンニードル弁
５５は、メイン燃料通路３８を通るガス燃料の流量をベ
ンチュリ部５４内に吸入されるべき所定の最大供給流量
まで調整するものである。

【００１８】上記ベンチュリ部５４よりも下流側の吸気
通路５３を開閉するスロットル弁５６が設けられている
。このスロットル弁５６の上、下流側に跨って、前記ス
ロー燃料通路４２の他端には開口５８ａ，５８ｂが形成
され、同上スロットル弁５６よりも下流側におけるスロ
ー燃料通路４２の開口５８ｂの開度を調整するスロー弁
であるスローニードル弁５７が設けられている。また、
上記スロットル弁５６よりも上流側におけるスロー燃料
通路４２の開口５８ａは複数孔で構成され、常開式とな
っている。そして、同上調圧装置２４からのガス燃料が
上記スロー燃料通路４２を通り吸気通路５３内に吸引さ
れ、このように吸引されたガス燃料と空気とが吸気通路
５３で十分に混合されて、その混合気が常用サージタン
ク１４を通って前記したように燃焼室５に吸引される（
矢印Ｈ）。この場合、上記開口５８ａ，５８ｂを通して
は、ガス燃料と空気とが燃料カット時を除き常時吸気通
路５３内に吸引されており、また、スロットル弁５６が
急閉して、メイン燃料通路３８からガス燃料が供給され
なくなった場合でも、上記開口５８ｂからはガス燃料が
継続して供給されるようになっている。

【００１９】上記エンジン１の作動中、スロットル弁５
６が吸気通路５３を少し開くと、吸気通路５３における
スロットル弁５６近傍の吸気負圧が高くなることがある
が、この場合、この吸気負圧によりメイン燃料通路３８
内よりもスロー燃料通路４２内の負圧の方が高くなると
、第２減圧室３２からメイン燃料通路３８を通り吸気通
路５３に向おうとしているガス燃料が第１減圧室３０を
介し上記スロー燃料通路４２に向って逆流しようとする
。

【００２０】しかし、上記第２減圧室３２はチェック弁
３５を介し第１減圧室３０に連通しているため、このチ
ェック弁３５により第２減圧室３２から第１減圧室３０
へガス燃料が逆流しようとすることは防止される。つま
り、スロー燃料通路４２はメイン燃料通路３８から独立
して設けられているのであって、メイン燃料通路３８か
らスロー燃料通路４２へのガス燃料の逆流が防止され、
よって、上記吸気通路５３に対し所望の燃料供給が確保
されることとなっている。

【００２１】ところで、スロー系から燃料が供給されて
いた運転領域からメイン系からの燃料供給を必要とする
運転領域に変わって行く時、燃料流量がスムーズに変わ
っていく必要があるため、このことを“つながり”と称
している。従来は、この“つながり”のために、スロー
系とメイン系を完全に独立の燃料通路にすることができ
ず、スムーズに“つなげる”ために多大の労力を払って
きた。この困難性を、解決した一つの方法が、これから
説明するフィードバック方式で、スロー系とメイン系を
別々にしても、排気中の酸素濃度によりスロー系とメイ
ン系の燃料を同時に制御する方式である。酸素濃度だけ
からみればスロー系から供給された燃料かメイン系から
供給された燃料かは区別できないから、その信号をその
ままスロー系とメイン系の燃料の同時制御に使い、あと
は自動制御にまかせれば、“つながり”の困難性はフィ
ードバック制御システムが請け負ってくれるので、仕事
の困難性が改善されることになる。更に、燃料流量を制
御するのに、空気を使って間接的に制御するようにすれ
ば、この空気のための制御弁も空気用のもので、安価で
安全性のあるシステムができる。

【００２２】以下、上記フィードバック制御システムに
つき説明する。図３において、上記ベンチュリ部５４よ
りも上流側の吸気通路５３内のほぼ大気圧の空気を、上
記メイン燃料通路３８の中途部に吸入させる空気導入通
路５９が設けられている。また、この空気導入通路５９
の空気の流量をほぼ無段階に調整する空気調整弁６０が
設けられ、この空気調整弁６０は上記空気導入通路５９
の中途部に介在するケーシング６１と、このケーシング
６１に取り付けられ上記空気導入通路５９を開閉するニ
ードル弁６２と、このニードル弁６２をほぼ無段階に開
、閉弁動作させるステップモータ６３とで構成され、上
記空気調整弁６０がこのフィードバック制御システムの
主体となっている。一方、図２と図３とで示すように、
排気管２０にはエンジン１の排気の成分濃度のうち酸素
濃度を検出する酸素検出センサー６４が設けられている
。

【００２３】そして、上記検出センサー６４の出力信号
に応じて前記制御手段４９を介し上記ニードル弁６２の
開度が自動的に調整され、その開度に応じた空気量がメ
イン燃料通路３８内のガス燃料に供給されるようになっ
ている（矢印Ｉ）。これを具体的に説明すると、予め、
メイン燃料通路３８によりガス燃料の供給がストイキよ
りも少しリッチとなるようにメーンニードル弁５５が設
定される。そして、検出センサー６４により酸素濃度が
ある設定値よりも過多であると出力されれば、ニードル
弁６２による開度が小さくされて空気の供給が少なくな
りその分燃料が増量される。また、これとは逆に、酸素
濃度が過少であれば、ニードル弁６２による開度が大き
くされて空気の供給が大きくなり、その分燃料が減量さ
れる。これにより、空燃比が所定の値の範囲に保たれる
。

【００２４】上記の場合、空気導入通路５９はメーンニ
ードル弁５５よりも上流側のメイン燃料通路３８に連通
している。このため、上記メーンニードル弁５５は上記
メイン燃料通路３８を通るガス燃料と、上記メイン燃料
通路３８内に空気導入通路５９を通し供給される空気と
による混合気の流量を調整することとなる。このため、
任意のベンチュリ負圧に対し上記メイン燃料通路３８内
に対する空気の供給量が変化した時、上記混合気自体の
流量はほぼ一定であることから、燃料流量の制御に必要
な空気の流量が燃料流量に比し過大に必要になることは
防止される。

【００２５】上記ベンチュリ部５４よりも下流側の吸気
通路５３内の空気を前記スロー燃料通路４２の中途部に
吸入させる他の空気導入通路６６が設けられている。ま
た、他の空気導入通路６６に対し、上記空気調整弁６０
と同構成の他の空気調整弁６７が設けられ、他の空気調
整弁６７は上記ケーシング６１を共有し、このケーシン
グ６１に他のニードル弁６８が取り付けられ、他のニー
ドル弁６８は上記ステップモータ６３により開閉動作さ
せられるようになっている。そして、他の空気調整弁６
７は前記空気調整弁６０と同じ作用をして、他のニード
ル弁６８の開度に応じた空気量がスロー燃料通路４２内
のガス燃料に供給されるようになっている（矢印Ｊ）。 なお、上記スロー燃料通路４２内の基本的な負圧調整は
、ニードル弁４４やスローニードル弁５７を開度調整す
ることにより、予め設定される。

【００２６】しかして、上記したように検出センサー６
４の出力信号により制御される一つのステップモータ６
３で二つのニードル弁６２，６８が同時に動かされ、そ
れぞれに空気を導入することにより、スロー系とメイン
系の燃料が同時に制御されることになる。このため、前
記“つながり”は自動制御にまかせられることとなり、
よって、メイン燃料通路３８とスロー燃料通路４２の各
燃料通路はそれぞれ独立していても、円滑な“つながり
”が得られるという燃料供給システムが構成される。 その他、７０は温度検出センサーで、この温度検出セン
サー７０はシリンダ２やシリンダヘッド４に形成された
ジャケット７１内の冷却水の温度を検出する。そして、
その出力信号により、制御手段４９を介し空気調整弁６
０を開閉するようになっている。より具体的には、上記
温度が低いときには、上記空気調整弁６０を閉じて吸気
に対し燃料を増量させるようになっている。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、ガス燃料用の調圧装
置を高圧のガス燃料を受け入れる燃料導入部と、この燃
料導入部にチェック弁を介し連通する減圧室とで構成し
、一方、エンジンの吸気通路にスロットル弁を設け、こ
のスロットル弁よりも上流側の上記吸気通路にメイン燃
料通路を介し上記減圧室を連結し、同上スロットル弁の
近傍の同上吸気通路に上記メイン燃料通路とは独立した
スロー燃料通路を介し上記燃料導入部を連結したため、
上記吸気通路におけるスロットル弁近傍の吸気負圧が高
くなることにより、メイン燃料通路内よりもスロー燃料
通路内の負圧の方が高くなったとしても、上記減圧室は
チェック弁を介し燃料導入部に連通していることから、
このチェック弁により減圧室から燃料導入部へガス燃料
が逆流しようとすることは防止される。つまり、メイン
燃料通路からスロー燃料通路へのガス燃料の逆流が防止
され、よって、上記吸気通路に対し所望の燃料供給が確
保されることとなる。

【００２８】そして、上記の場合、メイン燃料通路から
スロー燃料通路への逆流の防止は、調圧装置における減
圧用のチェック弁を利用して達成されたのであり、よっ
て、上記逆流防止のチェック弁を別途に設ける必要がな
い分、燃料供給装置の構成を簡単にすることができる。 しかも、上記スロー燃料通路はメイン燃料通路とは独立
して設けられているため、これら両者間におけるガス燃
料の流れについて制御する必要がなく、よって、この点
でも燃料供給装置の構成を簡単にできる。

【００２９】更に、上記の場合、スロー燃料通路の上流
側に流量調整弁を設ける一方、この流量調整弁よりも下
流の同上スロー燃料通路に空気導入通路を連通させると
共に、この空気導入通路に空気調整弁が設けられている
。そして、空燃比をほぼ一定にさせようとして、上記空
気調整弁の制御によって空気導入通路に所望量の空気を
供給する際、前記したようにメイン燃料通路からスロー
燃料通路へのガス燃料の逆流が防止されているために、
流量調整弁やスロー弁の開度調整操作を加えることによ
って、上記空気導入通路への空気供給が上記逆流に影響
されずに確実になされることとなり、エンジン性能の向
上が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】調圧装置の平面断面図である。

【図２】エンジンの全体側面断面図である。

【図３】平面部分断面図である。

【符号の説明】

１　　　　エンジン ２３　　燃料供給装置 ２４　　調圧装置 ２５　　混合器 ２８　　燃料導入通路 ３０　　第１減圧室（燃料導入部） ３２　　第２減圧室（減圧室） ３５　　チェック弁 ３８　　メイン燃料通路 ４２　　スロー燃料通路 ４４　　ニードル弁（流量調整弁） ５４　　ベンチュリ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガス燃料用の調圧装置を大気圧より高
   い圧力のガス燃料を受け入れる燃料導入部と、この燃料
   導入部にチェック弁を介し連通する減圧室とで構成し、
   一方、エンジンの吸気通路にスロットル弁を設け、この
   スロットル弁よりも上流側の上記吸気通路のベンチュリ
   部にメイン燃料通路を介し上記減圧室を連結したガス燃
   料エンジンの燃料供給装置において、上記スロットル弁
   よりも下流の同上吸気通路に、上記メイン燃料通路とは
   独立したスロー燃料通路を介し上記燃料導入部を連結し
   、かつ、上記スロー燃料通路の上流側に流量調整弁を設
   ける一方、この流量調整弁よりも下流の同上スロー燃料
   通路に空気導入通路を連通させると共に、この空気導入
   通路に空気の流量を調整する空気調整弁を設けたガス燃
   料エンジンの燃料供給装置。
2. 【請求項２】　　スロー燃料通路に空気導入通路が連通
   した位置よりも下流の同上スロー燃料通路に、この通路
   の開度を調整するスロー弁を設けた請求項１に記載のガ
   ス燃料エンジンの燃料供給装置。