JPH07253051A - 気体燃料エンジン用燃料気化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外気温が極低温のときでも確実に気体燃料エ
ンジンを始動させる。 【構成】 圧力調整器３に電気式ヒーター８，９を取付
ける。これらのヒータ８，９を、エンジン冷却水温度が
設定温度より低いときに通電状態とし、エンジン冷却水
温度が設定温度以上に達したときに非通電状態とする。
エンジン冷却水温度が設定温度より低いときにはヒータ
ー８，９によって圧力調整器３を加温するための熱が補
われる。このため、外気温が極低温のときであっても燃
料が確実に気化し、エンジンを始動させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＬＰＧガス等の
気体燃料を気化させる気体燃料エンジン用燃料気化装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquifie
d Petroleum Gas） 等の気体燃料を自動車用エンジンの
燃料として用いるに当たっては、このガスを加圧下で液
体状態で燃料タンクに貯蔵し、エンジンに供給する以前
に燃料気化装置によって気化させていた。この燃料気化
装置は、ハウジングに燃料通路と、この燃料通路とは隔
絶された冷却水通路とが形成され、冷却水通路にエンジ
ン冷却水を流すことによってこのエンジン冷却水の熱を
用いて燃料通路中で液体燃料を気化させる構造になって
いた。また、この燃料気化装置は燃料通路中に減圧弁が
介装されており、液体燃料を気化させると共に大気圧に
近い所定の圧力に減圧させるように構成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、このように
構成された従来の燃料気化装置を用いて外気温がきわめ
て低いときにエンジンを始動させようとした場合、燃料
の種類によっては始動できなかったり、あるいは暖機運
転中にアクセルを踏み込んでエンジン回転数を高めよう
とするとエンジンが停止してしまうことがあった。これ
は、ＬＰＧガスとしてブタンの混合比が多いものを使用
したときに顕著であった。

【０００４】このように外気温が極低温のときにエンジ
ンが停止してしまう理由を図９を用いて説明する。図９
はＬＰＧガスの主成分であるプロパンとブタンとの混合
比を変えたときの温度に対する蒸発圧力の関係を示すグ
ラフである。同図においてＰはプロパン、Ｂはブタンの
ことであり、Ｐ３０−Ｂ７０とはプロパンが３０％、ブ
タンが７０％の割合で混合されたＬＰＧガスのことをい
う。

【０００５】図９に示すように、例えばＰ１０−Ｂ９０
のＬＰＧガスを燃料として用いる場合、この燃料を大気
圧下で気化させるには約−１０℃の温度が必要になる。
言い換えれば、厳寒季に外気温が−１０℃以下の極低温
になると、長時間停止させてあったエンジンを始動させ
るときにはエンジン冷却水や燃料気化装置の温度がこれ
と略等しい温度になっているので、燃料を気化させるこ
とができなくなってしまう。すなわち、このようなとき
には燃料ガスがエンジンに供給されないので、エンジン
は始動できない。

【０００６】また、Ｐ３０−Ｂ７０のＬＰＧガスを燃料
として用いれば、外気温が−２０℃程度であれば気化さ
れてエンジンを始動させることは可能であるが、この種
のＬＰＧガス燃料は蒸発潜熱がきわめて高い関係から、
エンジン始動後に燃料気化装置の温度がさらに低下して
気化可能な温度を下回り易く、エンジン冷却水温度が上
昇する以前にアクセルを踏み込んだりして燃料供給量が
増えると燃料が気化できなくなってしまう。このときに
も燃料ガスがエンジンに供給されなくなってエンジンは
停止してしまう。

【０００７】上述したような不具合は、燃料気化装置を
エンジン冷却水とは別の熱源によって加温すれば解消す
ることはできる。ところが、単に電気式ヒーターで燃料
気化装置を加温するように構成したのでは、極低温時に
はバッテリの能力も低下しがちであるため、スタータモ
ータを回すための電力が不足してエンジンを始動させ難
くなってしまう。

【０００８】本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、外気温が極低温のときであっても確
実にエンジンを始動させることができるようにすること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る気体燃
料エンジン用燃料気化装置は、エンジン冷却水温度が予
め定めた温度より低いときに通電されて発熱し、エンジ
ン冷却水温度が前記設定温度以上に達したときに非通電
状態とされる電気式ヒーターを備えたものである。

【００１０】第２の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置は、エンジン冷却水温度が予め定めた温度より
低くかつエンジン回転数が予め定めた回転数より大きい
ときに通電されて発熱し、エンジン冷却水温度が前記設
定温度以上に達したときあるいはエンジン回転数が前記
設定回転数以下であるときに非通電状態とされる電気式
ヒーターを備えたものである。

【００１１】第３の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置は、第１の発明または第２の発明に係る気体燃
料エンジン用燃料気化装置において、電気式ヒーターの
発熱部の少なくとも一部を燃料通路に設けたものであ
る。

【００１２】第４の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置は、第３の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置において、燃料通路における燃料が気化すると
きに熱が最も多く奪われる部位に発熱部を臨ませたもの
である。

【００１３】第５の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置は、第１〜第４の発明に係る気体燃料エンジン
用燃料気化装置のうち何れか一つにおいて、電気式ヒー
ターの通電、非通電を決めるエンジン冷却水温度の設定
値を、燃料の種類毎の気化可能な最低温度に対応させて
変えるものである。

【００１４】

【作用】第１の発明によれば、エンジン冷却水の温度が
設定温度より低いときには電気式ヒーターによって燃料
気化装置を加温するための熱が補われる。第２の発明に
よれば、電気式ヒーターの通電、非通電を決めるエンジ
ン回転数の設定値をエンジン運転状態でのエンジン回転
数に設定することにより、電気式ヒーターが発熱すると
きにはエンジンの発電機によって発電された電力が消費
されることになる。

【００１５】第３の発明によれば、燃料気化装置の燃料
通路が電気式ヒーターによって加温され、燃料に電気式
ヒータの熱が伝わり易くなる。第４の発明によれば、燃
料気化装置の最も低温になる部分が電気式ヒーターによ
って加温され、燃料は燃料気化装置の壁面と電気式ヒー
ターに触れて加温される。

【００１６】第５の発明によれば、使用する燃料の種類
が変わって燃料気化装置においてその燃料を気化させる
に必要な温度が変わったとしても、それに追随して電気
式ヒーターが制御される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図６に
よって詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料気化装
置を備えた気体燃料エンジン用燃料供給装置の概略構成
図、図２は気体燃料エンジンの吸・排気系を示す断面
図、図３は吸気流量と燃料量との関係を示す図、図４は
本発明に係る燃料気化装置の拡大断面図で、同図中には
ＥＣＵの構成も合わせて示してある。図５は本発明に係
るヒーターを制御するＥＣＵ内のヒーター制御部の構成
を示すブロック図、図６はヒーターを制御する手法を説
明するためのフローチャートである。なお、本実施例で
は、自動車用気体燃料エンジンに用いる燃料気化装置に
ついて説明する。

【００１８】図１において、１は気体燃料エンジン、２
はガス燃料を溜めるための燃料タンクである。この燃料
タンク２はガス燃料が加圧下で液体の状態にして貯留さ
れており、燃料配管２ａに燃料を液体の状態で導出する
構造になっている。前記ガス燃料としては、例えばブタ
ン、プロパン、これらの混合ガスまたはその他の周知の
気体燃料が用いられる。

【００１９】前記燃料配管２ａは上流端が燃料タンク２
に接続されると共に他端が後述する圧力調整器３の燃料
入口に接続され、フィルタ４およびソレノイドバルブ５
が介装されている。前記圧力調整器が本発明に係る燃料
気化装置を構成している。また、圧力調整器３の燃料出
口は燃料配管２ｂを介して後述する混合気形成装置６に
接続されている。なお、３ａは圧力調整器３にエンジン
冷却水を導くための冷却水供給管、３ｂは圧力調整器３
からエンジン冷却水をエンジン１へ戻すための冷却水戻
り管である。

【００２０】すなわち、この燃料供給装置は、燃料タン
ク２の液体状の燃料を圧力調整器６によって略大気圧ま
で減圧すると共に気化させて燃料ガスを生成し、この燃
料ガスに混合気形成装置６によって空気を混合させてエ
ンジン１に供給するように構成されている。図１におい
て符号７で示すものはこの燃料供給装置を制御するため
のＥＣＵである。このＥＣＵ７は、圧力調整器３の後述
する電気式ヒーター８，９や、混合気形成装置６の後述
する制御弁類を制御するように構成されている。

【００２１】前記気体燃料エンジン１は水冷式４気筒４
バルブ型のものであり、クランクケース上に図２に示す
ようにシリンダブロック１０、シリンダヘッド１１を重
ねてヘッドボルト（図示せず）で締結し、このシリンダ
ヘッド１１上にヘッドカバー１２を装着した構造のもの
である。前記シリンダブロック１０に形成された４つの
シリンダボア１０ａ内にはピストン１３がそれぞれ摺動
自在に挿入配置されている。このピストン１３はコンロ
ッドを介して図示しないクランク軸に連結されている。

【００２２】前記シリンダヘッド１１の下部には燃焼凹
部１１ａが凹設され、この燃焼凹部１１ａと、シリンダ
ボア１０ａおよびピストン１３の頭部により燃焼室１４
が形成されている。前記燃焼凹部１１ａには吸気弁開口
１１ｂ，排気弁開口１１ｃがそれぞれ２つずつ開口され
ている。なお、前記各開口１１ｂ，１１ｃは、これらの
部分にそれぞれ圧入装着された概ねリング状のバルブシ
ート１５，１６の各開口によって形成されている。

【００２３】また、各吸気弁開口１１ｂには吸気弁１７
が、各排気弁開口１１ｃには排気弁１８がそれぞれ各開
口を開閉可能に、すなわち前記バルブシート１５，１６
の各シート面に密接可能に配置されている。これらの吸
気弁１７，排気弁１８の上端には吸気リフタ１９，排気
リフタ２０がそれぞれ装着され、この各リフタ１９，２
０上には、これを押圧駆動する吸気，排気カム軸２１，
２２が気筒軸と直角方向に向けて、かつ互いに平行に配
置されている。なお、前記シリンダヘッド１１内部に
は、電極部を前記燃焼凹部１１ａの中央に位置づけて点
火プラグ２３が装着されている。

【００２４】また、前記シリンダブロック１０およびシ
リンダヘッド１１内には、図示しない冷却水ポンプによ
りエンジン冷却水が循環するクーリングジャケット２４
が形成されている。このシリンダブロック１０のクーリ
ングジャケット２４には、冷却水温度を検出するための
冷却水温度センサ２５が臨んでいる。この冷却水温度セ
ンサ２５は、前記ＥＣＵに不図示のリード線を介して接
続されてエンジン冷却水の温度を出力するように構成さ
れている。なお、エンジン冷却水は外部の熱交換器１ａ
（図１）を通って冷却されるようになっている。また、
前記冷却水温度センサ２５としては、熱交換器１ａの近
傍に設けられたサーモスタット（図示せず）部分に取付
けることもできる。

【００２５】シリンダヘッド１１の側壁１１ｄ内には、
吸気弁開口１１ｂを介して燃焼室１４に連通する吸気通
路２６が形成され、シリンダヘッド１１の側壁１１ｅ内
には、排気弁開口１１ｃを介して燃焼室１４に連通する
排気通路２７が形成されている。前記吸気通路２６の壁
面開口部には吸気マニホールド２８の一端が接続され、
前記排気通路２７の壁面開口部には排気マニホールド２
９の一端が接続されている。

【００２６】前記吸気マニホールド２８の他端にはプリ
ーナムチャンバ３１が設けられている。また、前記排気
マニホールド２９の他端には、触媒層を有する触媒コン
バータ３２が接続されている。この触媒層は、一酸化炭
素および炭化水素の酸化と、窒素酸化物の還元を行うた
めのいわゆる三元触媒を含んでいる。触媒コンバータ３
２により処理された排気ガスは、図示しない排気・消音
システムを通って大気中に排出されるようになってい
る。また、排気マニホールド２９には、排気ガス中の酸
素濃度を検出するためのおＯ₂ センサ３３が取付けられ
ている。

【００２７】このＯ₂ センサ３３としては、混合気の空
燃比（Ａ／Ｆ）がリッチ側にあるときに信号を出力する
タイプまたはＡ／Ｆがリーン側にあるときにも信号を出
力するタイプ、さらには、リッチ側からリーン側にかけ
てそれぞれ信号を出力するタイプの何れであってもよ
い。

【００２８】そして、前記吸気マニホールド２８の上流
側端部に、気体燃料エンジン１の側方に位置して混合気
形成装置６が接続されている。この混合気形成装置６
は、燃焼室１４に供給すべき混合気を形成するためのも
ので、可変ベンチュリ型ミキサ３４を備えている。この
ミキサ３４は、その下部開口が前記吸気マニホールド２
８側に接続された主本体部３５を有している。この主本
体部３５の上部には吸気通路３６が形成され、この吸気
通路３６にはエアクリーナ３７が接続されている。これ
により、エアクリーナ３７の大気導入口３７ａから導入
されフィルタエレメント３７ｂによりろ過された空気が
吸気通路３６内に供給されるようになっている。

【００２９】前記ミキサ３４は、チャンバ３８と、この
チャンバ３８内に摺動自在に設けられて前記吸気通路３
６内に突出するピストン３９とを備えている。チャンバ
３８内には、ピストン３９を吸気通路３６の閉方向へ付
勢するコイルばね４０が縮設されている。また、ピスト
ン３９の先端には、圧力調整器３に連通された燃料供給
チャンバ４１の主ジェット４２と協働するメータリング
ロッド（ニードル弁）４３が設けられている。

【００３０】これらの主ジェット４２およびニードル弁
４３は、いかなる吸気流量に対しても後述するブリード
エア用制御弁４４の開度の平均値が略一定のままＡ／Ｆ
を略一定に維持できるような形状を有している。さら
に、ピストン３９の端部にはチャンバ３８の内外を連通
するブリードポート４５が形成されている。

【００３１】一方、チャンバ３８の上部には前記主ジェ
ット４２が開口するベンチュリ部よりも上流の吸気通路
３６に開口する大気ポート４６が形成され、この大気ポ
ート４６を介してピストン３９には吸気通路３６の開方
向に大気圧が作用する構造になっている。なお、この大
気ポート４６は、チャンバ３８を貫通するように形成し
て大気側に開口させてもよい。

【００３２】このような構成により、吸気通路３６のピ
ストン下流側部分が負圧になったときにはピストン３９
がチャンバ３８側に移動して流路を開くことになり、こ
れにより流路面積を効果的に変化させることができ、主
ジェット４２が開口するスロート部を実質的に一定の負
圧状態に維持できるようになる。前記吸気通路３６内に
おけるピストン３９の下流側には、スロットル操作によ
り開閉するスロットルバルブ４７が設けられている。

【００３３】また、このミキサ３４には前記スロットル
バルブ４７を迂回するようにアイドルバイパス通路４８
が形成され、このアイドルバイパス通路４８にエンジン
１のアイドルスピード（回転数）を制御するためのアイ
ドルスピード制御弁４９が設けられている。前記アイド
ルバイパス通路４８はスロットルバルブ４７の上流側と
下流側に開口しており、前記スロート部で形成された混
合気を、スロットルバルブ４７をバイパスさせてエンジ
ン側へ流すように形成されている。

【００３４】アイドルスピード制御弁４９は電気作動式
の制御弁であって、ＥＣＵ７からの制御信号に基づいて
アイドルバイパス通路４８の通路断面積を増減させてア
イドルバイパス通路４８を流れる混合気流量を制御し、
アイドルスピードを調節するように構成されている。

【００３５】前記アイドルスピード制御弁４９と吸気通
路を挟んで対向する位置に設けられた符号５０で示すも
のは吸気圧センサである。この吸気圧センサ５０は吸気
通路３６の圧力を検出してＥＣＵ７に出力するように構
成されている。なお、この吸気圧センサ５０によって検
出された吸気通路圧力値は、気体燃料エンジン１の点火
時期制御等を行うために用いられる。

【００３６】また、前記気体燃料エンジン１には排気ガ
ス中のＮＯ_X を低減させるためのＥＧＲ装置５１が設け
られている。このＥＧＲ装置５１はＥＧＲバルブ５２と
ＥＧＲレギュレータ５３を備えており、ＥＧＲバルブ５
２により、排気マニホールド２９から第１ＥＧＲライン
５４を介し第２ＥＧＲライン５５を通って吸気マニホー
ルド２８のプリーナムチャンバ３１に戻る排気ガス量が
制御されるようになっている。

【００３７】ここで、ブリードエア用制御弁４４の構成
について説明する。ブリードエア用制御弁４４は、ステ
ッピングモータによりバルブエレメント４４ａの突出量
を変える構造になっており、混合気形成装置６に形成さ
れた燃料供給チャンバ４１の絞り部４１ａより下流側に
開口するブリードエア通路５６の通路断面積をバルブエ
レメント４４ａにより増減させるように構成されてい
る。前記ステッピングモータは、排気マニホールド２９
に取付けられたＯ₂ センサ３３からの出力信号に基づき
ＥＣＵ７によってその駆動が制御（フィードバック制
御）されるようになっている。また、前記ブリードエア
通路５６は、上流端がエアクリーナ３７内におけるフィ
ルタエレメント３７ｂより下流側の空間に開口されてい
る。

【００３８】すなわち、混合気形成装置６のスロート部
が負圧になっていてしかも主ジェット４２やブリードエ
ア用制御弁４４が開いているときには、吸気通路の負圧
が燃料供給チャンバ４１にも作用する関係から、燃料供
給チャンバ４１内には圧力調整器３から絞り部４１ａを
介して燃料ガスが吸い込まれると共に、ブリードエア通
路５６を介して空気が吸い込まれる。なお、以下におい
ては、燃料供給チャンバ４１に吸い込まれる空気をスロ
ート部にエアクリーナ３７から吸い込まれる空気と区別
するためにブリードエアという。

【００３９】そして、この燃料ガスとブリードエアは燃
料供給チャンバ４１内で混合され、主ジェット４２を通
って吸気通路３６内に吸入される。この燃料供給チャン
バ４１に作用するベンチュリ負圧を仮に一定（吸入空気
量略一定と同じ）とすると、ブリードエア用制御弁４４
の開度を増減させてブリードエア流量を変えることによ
って、燃料供給チャンバ４１に吸い込まれる燃料ガスの
流量を制御することができる。

【００４０】この混合気形成装置６では、吸気通路３６
に供給される燃料ガスの流量を、上述したブリードエア
用制御弁４４の開度を調整することによって制御するこ
とになる。言い換えれば、空燃比をブリードエア用制御
弁４４によって制御するように構成されている。なお、
ブリードエア用制御弁４４の開度は、これを駆動するス
テッピングモータのステップ数を増減させることによっ
て調整される。本実施例では、ブリードエア用制御弁４
４が全閉状態（開度０％）のときにステップ数を０と
し、全開状態（開度１００％）のときにステップ数を１
００とする。

【００４１】なお、図２においてブリードエア用制御弁
４４の近傍に設けられた符号５７で示すものは、ブリー
ドエアの総量を微調整するためのブリードエア流量調整
弁である。このブリードエア流量調整弁５７は、先端に
弁体が設けられてスプリングにより付勢されるアジャス
トねじからなり、吸気通路３６と燃料供給チャンバ４１
とを連通する通路の通路断面積を増減させる構造になっ
ている。

【００４２】次に、この混合気形成装置６を用いて空燃
比を制御する手法について説明する。主ジェット４２と
協働するニードル弁４３は、通常のエンジン運転状態に
おいて吸気流量が変化してもブリードエア用制御弁４４
のステップ数の平均値が略一定のままＡ／Ｆを略一定
（λ≒１）に維持できるような円錐形状を有している。
なお、前記λはつぎにように定義される。すなわち λ＝Ｆ／Ｆ_C ここで、Ｆは実際の空燃比であり、Ｆ_C はストイキ状態
の理論空燃比である。よって、ストイキ状態の混合気で
は、気体燃料の種類および組成の如何に拘らず常にλ＝
１である。

【００４３】上述のことから、スロットルバルブ４７が
開き吸気流量が増加すると、ピストン３９が移動して主
ジェット４２の開口面積が大きくなり、この結果、主ジ
ェット４２から吸気通路３６内に導入される燃料ガスお
よびブリードエア量が上記増加した吸気流量に見合う分
だけ増加する。このとき、ブリードエア用制御弁４４の
開度を変える必要はない。すなわち、ブリードエア用制
御弁４４のステップ数が実質的に一定の値、例えば５０
に維持された状態でＡ／Ｆが一定に維持される。

【００４４】図３を参照しつつこれをさらに詳細に説明
すると、図３ではストイキ状態（λ＝１）を維持するた
めのプロパン１００％の燃料と、ブタン１００％の燃料
とにおける吸入空気量と燃料量との関係がそれぞれ実線
で示されている。なお、吸入空気量の単位は質量流量で
あり、燃料量の単位はプロパンとブタンの差を明確にす
るために体積流量で示している。また、図中各折れ線は
実験結果であり、プロパン１００％の燃料を用いた場合
においてブリードエア用制御弁４４を種々の開度に保持
したときの吸入空気量と燃料量との関係を示している。
各パーセント数字は開度を示しており、開度０％（ステ
ップ数０）は全閉状態を、開度１００％（ステップ数１
００）は全開状態を、他の数字は途中開度の状態をそれ
ぞれ示している。

【００４５】この図３から、Ｏ₂ センサ３３から信号が
出力されていない場合には、ブリードエア用制御弁４４
のステップ数をある値に維持した状態で吸気流量を増加
させると、燃料量も比例的に増加してＡ／Ｆが略一定に
維持されることが分かる。また、開度５０％（ステップ
数５０）の折れ線と、プロパン１００％の燃料において
ストイキ状態を維持するための関係を示す実線とが略一
致していることから、ステップ数を５０に維持しておけ
ば吸気流量が変化してもストイキ状態が略維持されるこ
とが分かる。

【００４６】次に、Ｏ₂ センサ３３からの出力信号に基
づいたブリードエア用制御弁４４のフィードバック制御
について説明する。Ｏ₂ センサ３３は、混合気の状態
（リッチ状態か、それ以外のストイキあるいはリーンの
状態）を示す信号をＥＣＵ７に出力する。ＥＣＵ７は、
このＯ₂ センサの出力信号がリッチ信号か否かを判断す
る。そして、リッチ信号であると判断した場合には、ブ
リードエア用制御弁４４のステッピングモータを所定ス
ピードで駆動してバルブエレメント４４ａを開く。この
ときには、ステッピングモータでのステップ数を５０か
ら例えば５５に上昇させる。このようにすると、ステッ
プ数の増加に伴って燃料供給チャンバ４１内においてブ
リードエア量が増加すると共にその分だけ燃料量が減少
する。この結果、リッチ状態であった混合気の空燃比が
リーン側に移行する。

【００４７】また、Ｏ₂ センサ３３の出力信号がリーン
信号であると判断されれば、ＥＣＵ７は上記とは逆にブ
リードエア用制御弁４４を閉側へ駆動する。すなわち、
ステッピングモータを所定スピードで駆動してバルブエ
レメント４４ａを閉動作させる。このときは、ステップ
数を５０から例えば４５に減少させる。このようにする
と、ステップ数の減少量に対応して燃料供給チャンバ４
１内においてブリードエア量が減少し、その分だけ燃料
量が増加する。この結果、リーンまたはストイキ状態で
あった混合気の空燃比がリッチ側に移行する。

【００４８】このようなフィードバック制御により、混
合気を理論空燃比に維持することができる。また、本実
施例では、フィードバック制御がなされない（すなわ
ち、Ｏ₂ センサ３３の信号によってブリードエア用制御
弁４４が駆動されていない）状態において、吸気流量が
変化しても常時同じステップ数（５０）でＡ／Ｆを略一
定（λ＝１の状態）に維持できるようにニードル弁４３
の形状が決められており、したがってフィードバック制
御は常時同じステップ数（５０）から制御が開始されて
いるので、λ＝１を維持するためのブリードエア用制御
弁４４の動きを最小限にすることができ、迅速な制御が
可能になる。なお、前記燃料供給チャンバ４１内に導入
されるブリードエアの流量は吸気流量に比べると実際に
は極僅かであるため、このブリードエア量は直接Ａ／Ｆ
には関与していない。また、ブリードエアの供給により
燃料の量を制御しているため、とくに高地使用での燃料
量の補正をする必要がない。これは、ブリードエアおよ
び燃料が何れも気体であることにより、各々の密度が同
様に変化するためである。

【００４９】前記混合気形成装置６に燃料を供給する圧
力調整器３は、図４に示すように形成されている。図４
において符号６１はこの圧力調整器３の主本体部を形成
するハウジングである。このハウジング６１には前記燃
料配管２ａが接続される導入管６２が取付けられると共
に、この導入管６２に連通される導入路６３が形成され
ている。この導入路６３は第１圧力調整ポート６４まで
延びており、この第１圧力調整ポート６４は第１圧力調
整弁６５によってその開閉が制御されるようになってい
る。

【００５０】前記第１圧力調整弁６５は、調整ねじ６６
およびばね６７等を備えた第１付勢部材６８によって作
動するようになっている。また、前記ハウジング６１に
は第１蓋板６９が装着されており、これによりハウジン
グ６１内に第１圧力調整室７０が形成されている。前記
第１付勢部材６８の調節により第１圧力調整室７０の燃
料の圧力はゲージ圧で約０．３kg／cm² に設定される。

【００５１】前記ハウジング６１における第１蓋体６９
とは反対側には、ダイヤフラム７１および第２蓋板７２
が装着されており、これにより第２圧力調整室７３が形
成されている。この第２圧力調整室７３は連通路７４を
介して前記第１圧力調整室７０に連通されている。そし
て、この連通路７４の第２圧力調整室側開口には、開閉
可能な第２圧力調整弁７５が設けられている。この第２
圧力調整弁７５は、前記ダイヤフラム７１と連動する第
２付勢部材７６によってその作動が制御されるようにな
っている。なお、ダイヤフラム７１の背面側には大気ポ
ート７２ａを介して大気圧が作用している。

【００５２】すなわち、前記第２付勢部材７６の調節に
よって前記第２圧力調整室７３内の燃料の圧力は大気圧
よりも僅かに低い圧力に設定され、このように設定され
た燃料が上部の燃料供給通路７７と、この燃料供給通路
７７に接続された燃料配管２ｂを通って前記混合気形成
装置６の燃料供給チャンバ４１内に供給されるようにな
っている。

【００５３】また、前記ハウジング６１内には加熱通路
７８が形成されている。この加熱通路７８は前記導入路
６３に隣接して配設され、エンジン１のクーリングジャ
ケット２４で加熱されたエンジン冷却水が図１に示すよ
うに冷却水供給管３ａ、冷却水戻り管３ｂを介して循環
されるように構成されている。これにより、エンジン冷
却水の熱がハウジング６１を介して導入路６３中の燃料
に伝えられることになり、略液体の状態で導入路６３に
流入した燃料が第１圧力調整ポート６４から第１圧力調
整室７０へ流れるときにその殆どが気化されることにな
る。すなわち、この圧力調整器３は、エンジン冷却水の
熱によって液体燃料が気化するときの潜熱を補うと共
に、燃料自体の温度を高めるように構成されている。

【００５４】前記ハウジング６１の燃料導出部に本発明
に係る電気式ヒーター８が取付けられている。このヒー
ター８は、ＥＣＵ７から給電されて発熱する構造になっ
ており、その発熱部８ａが前記連通路７４と交差するよ
うにハウジング６１内に延び、導入路６３における第１
圧力調整ポート６４の近傍に露出されている。すなわ
ち、発熱部８ａは熱伝導によってハウジング６１の燃料
導出部分を加熱すると共に、導入路６３中で液体から気
体へ変わりつつある燃料に触れてこの燃料を直接加温す
るように構成されている。

【００５５】また、この圧力調整器３には前記ヒーター
８の他にも燃料入口部に燃料の気化を促進させる電気式
ヒーター９が装着されている。このヒーター９もＥＣＵ
７から給電されて発熱する構造になっており、導入管６
２の周囲を囲むように導入管６２に取付けられている。
このヒーター９が発熱すると、燃料はハウジング６１内
に流入するときに予め昇温されることになる。

【００５６】ここで、前記ヒーター８，９の通電、非通
電を制御する手法について説明する。先ず、この制御を
行うＥＣＵ７について説明する。ＥＣＵ７は、図４に示
すように各制御子に接続されるＩ／Ｏポート８１と、こ
のＩ／Ｏポート８１に内部バスを介して接続されたＣＰ
Ｕ８２、Ａ／Ｄ変換器８３、タイマーカウンタ８４、Ｒ
ＯＭ８５、ＲＡＭ８６等から形成されている。なお、符
号８７はバッテリである。

【００５７】前記ＣＰＵ８２は、不図示のセンサによっ
て検出されたエンジン回転数、スロットルバルブ４７の
スロットル位置、排気ガス温度、冷却水温度センサ２５
によって検出されたエンジン冷却水温度、Ｏ₂ センサ３
３が出力した排気ガス中のＯ₂ 濃度、吸気圧センサ５０
が検出した吸気通路内圧力等に基づいて、エンジン１の
点火時期制御および混合気形成装置６による燃料制御等
を行うと共に、前記ヒーター８，９の通電制御を行うよ
うになっている。ヒーター８，９を制御するに当たって
はこれら両者を同時に制御してもよいし、各々を別に制
御してもよい。両ヒーターを別に制御する場合には、ヒ
ーター８は後述する手法に基づいて制御を行う。本実施
例ではヒーター８，９を同時に制御する場合について説
明する。

【００５８】ＣＰＵ８２におけるヒーター８の通電制御
を行うヒーター制御部は図５に示すように構成されてい
る。図５において符号９１はＣＰＵ８２内のヒーター制
御部である。このヒーター制御部９１は、冷却水温度セ
ンサ２５の出力信号からエンジン冷却水の温度を検出す
るエンジン冷却水温度検出手段９２と、このエンジン冷
却水温度検出手段９２が求めた冷却水温度が予め定めた
値に対して高いか低いかを判定するエンジン冷却水判定
手段９３と、イグニッションスイッチ９４に接続されて
このイグニッションスイッチ９４がＯＦＦ状態であるか
ＯＮ状態であるかを判定するイグニッションキー状態判
定手段９５と、前記エンジン冷却水温度判定手段９３と
イグニッションキー状態判定手段９５の判定結果に基づ
いて前記ヒーター８，９の通電、非通電状態を切り換え
るヒーター制御手段９６と、このヒーター制御手段９６
からの制御信号に基づいてヒーター８，９へ給電したり
給電を絶ったりするヒーター駆動手段９７とから構成さ
れている。

【００５９】前記エンジン冷却水温度判定手段９３は、
実際のエンジン冷却水温度と比較する設定温度を気体燃
料の種類に応じて変えるように構成されている。すなわ
ち、気体燃料の種類に応じて設定温度が変わるようにな
っている。これは、例えば極寒時の早朝にエンジンを冷
えきった状態から始動させる場合などのように、エンジ
ン冷却水温度およびこれと略同温になる圧力調整器３の
ハウジング温度が極低温であるときには、燃料の種類に
よってはきわめて容易に圧力調整器３で気化される場合
と、そうでない場合とがあるからである。

【００６０】詳述すると、気体燃料は図９に示したよう
に一定圧力の下では蒸発するときの温度がその種類毎に
異なるので、使用する燃料の種類が変更されたとして
も、その燃料が気化可能な最低温度よりエンジン冷却水
温度が低いときには必ずヒーター８，９を発熱させるよ
うにしている。燃料の種類を判別するに当たっては、例
えばＯ₂ センサ３３の出力信号に基づいて空燃比フィー
ドバック制御を行うときのブリードエア用制御弁４４で
のステップ数を利用して行う。このステップ数から燃料
の種類を判別することができるのは、燃料の種類毎に理
論空燃比が異なるからである。

【００６１】前記ヒーター制御手段９６は、イグニッシ
ョンキー９４がＯＮ状態であってしかも実際のエンジン
冷却水温度が前記設定温度より低いときにヒーター駆動
手段９７に制御信号としてヒーターＯＮ信号を出力し、
イグニッションキー９４がＯＦＦ状態であったり、エン
ジン冷却水温度が設定温度より高いときにヒーター駆動
手段９７にヒーターＯＦＦ信号を出力するように構成さ
れている。

【００６２】次に、ＣＰＵ８２よるヒーター制御を図６
のフローチャートによってさらに詳細に説明する。先
ず、不図示のメインスイッチがＯＮ操作されてＥＣＵ７
にバッテリ８７から給電されるようになると、ＣＰＵ８
２はステップＳ1 に示すようにイグニッションスイッチ
９４でのイグニッションキーの状態がＯＮ状態か否かを
判定する。イグニッションキーがＯＦＦ状態であるとき
にはステップＳ2 に進んでヒーター８，９を非通電状態
とする。

【００６３】また、ステップＳ1 にてイグニッションキ
ーがＯＮ状態であると判定された場合には、ＣＰＵ８２
は次にステップＳ3 において冷却水温度センサ２５によ
って検出された実際のエンジン冷却水温度が設定温度以
下であるか否かを判定する。エンジン冷却水温度が設定
温度より高いときにはステップＳ2 に進んで前記同様に
ヒーター８，９を非通電状態とする。エンジン冷却水温
度が設定温度以下であるときには、ＣＰＵ８２はステッ
プＳ4 にてヒーター８，９に給電してこれらを発熱させ
る。なお、このステップＳ1〜Ｓ4に示す制御は、メイン
スイッチがＯＦＦされるまで繰り返し行われる。

【００６４】このようにヒーター８，９が通電されて発
熱すると、外気温が極低温で冷えきっている状態のエン
ジン１を始動させるときのように、エンジン冷却水が圧
力調整器３の熱源にならない場合であっても、ヒーター
８，９によって圧力調整器３を加温する熱が補われるの
で、燃料はこのヒーター８，９の熱を用いて確実に気化
される。しかも、燃料の種類によって気化し難くなると
いうこともない。

【００６５】ヒーター８，９はエンジン冷却水温度が前
記設定温度に達した後は非通電状態となるが、それ以降
はエンジン冷却水によって圧力調整器３のハウジング６
１が加温されるので、ヒーター停止後は燃料はエンジン
冷却水の熱を用いて気化される。

【００６６】したがって、エンジン１は外気温が極低温
であっても燃料の種類に係わりなく確実に始動されるこ
とになる。しかも、始動後にスロットルバルブ４７が開
かれて圧力調整器３での燃料流量が増え、圧力調整器３
で燃料を気化させるために必要な熱が増えたとしても、
この熱はヒーター８，９により補われるので、燃料ガス
は途絶えることなく混合気形成装置６に供給されてエン
ジン１は運転を継続することができる。

【００６７】さらに、ヒーター８は、圧力調整器３内に
おける燃料の気化が多く行われて最も低温になる燃料導
出部に発熱部８ａが内蔵され、この発熱部８ａの先端部
が導入路６３中に露出されているから、圧力調整器３は
最も低温になる部分がヒーター８によって加温され、燃
料はこの低温になる部分においてハウジング６１の壁面
とヒーター８の発熱部８ａに触れて加温される。したが
って、ヒーター８の熱を有効に利用して燃料の気化を促
進させることができるから、ヒーター８としては圧力調
整器３の全体を加温するものに比べて発熱量の小さなも
のを採用することができる。

【００６８】なお、前記実施例ではヒーター８，９の通
電、非通電を切り換えるに当たりイグニッションキーの
ＯＮ，ＯＦＦ状態およびエンジン冷却水温度を判定して
行ったが、図７および図８に示すようにエンジンが運転
状態であるか否かをも判定して通電、非通電を切り換え
るようにすることができる。

【００６９】図７はエンジン運転状態をも判定してヒー
ター制御を行う場合のヒーター制御部の構成を示すブロ
ック図、図８はエンジン運転状態をも判定してヒーター
制御を行うときの手法を説明するためのフローチャート
である。これらの図において前記図１ないし図６で説明
したものと同一もしくは同等部材については、同一符号
を付し詳細な説明は省略する。

【００７０】図７において符号１０１はスターターモー
タ（図示せず）によるエンジン始動動作が終了している
か否かを判定するスターターモータ解除判定手段であ
る。このスターターモーター解除判定手段１０１は、エ
ンジン回転数センサ１０２によって検出されたエンジン
回転数が予め定めた設定回転数より大きいか否かを判定
するように構成されている。この設定回転数は、エンジ
ン１がアイドリング運転されているときの回転数とされ
る。

【００７１】そして、本実施例で用いるヒーター制御手
段９６は、前記スターターモーター解除判定手段１０１
の判定結果をも加味してヒーター駆動手段９７に制御信
号を出力する構成になっている。

【００７２】このようにエンジン運転状態を加味する構
成を採る場合には、ＣＰＵ８２は先ず、図８中のステッ
プＰ1 に示すようにイグニッションキーがＯＮ状態であ
るか否かを判定する。これがＯＦＦ状態であるときには
ステップＰ2 でヒーター８，９を非通電状態とする。そ
して、イグニッションキーがＯＮ状態であるときにステ
ップＰ3 に進んでエンジン回転数が設定回転数以上であ
るか否かを判定する。

【００７３】ステップＰ3 でエンジン回転数が設定回転
数より小さいと判定されたときにはステップＰ2 に進ん
でヒーター８，９を非通電状態とし、エンジン回転数が
設定回転数以上であると判定されたときにステップＰ4
に進んで次にエンジン冷却水温度が設定温度以下である
か否かを判定する。

【００７４】そして、エンジン冷却水温度が設定温度よ
り高いときにはステップＰ2 に進んで前記同様にヒータ
ー８，９を非通電状態とし、エンジン冷却水温度が設定
温度以下であるときにステップＰ5 に進んでヒーター
８，９に給電してこれらを発熱させる。このステップＰ
1〜Ｐ5で示した制御は、メインスイッチがＯＦＦされる
まで繰り返される。

【００７５】したがって、本実施例ではエンジン１が始
動してアイドリング運転状態に達してからヒーター８，
９に通電されることになるので、ヒーター８，９が発熱
するときにはエンジン１の発電機（図示せず）によって
発電された電力が消費されるようになる。このため、外
気温が極低温でバッテリ８７の能力が低下しがちである
ときにエンジン１を始動させたとしても、バッテリ８７
の電力は全てスターターモーターの起動に用いることが
できるので、電気式ヒーターを用いたとしてもエンジン
１の始動性が損なわれることがない。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明に係る気
体燃料エンジン用燃料気化装置は、エンジン冷却水温度
が予め定めた温度より低いときに通電されて発熱し、エ
ンジン冷却水温度が前記設定温度以上に達したときに非
通電状態とされる電気式ヒーターを備えたため、エンジ
ン冷却水の温度が設定温度より低いときには電気式ヒー
ターによって燃料気化装置を加温するための熱が補われ
る。

【００７７】このため、外気温が極低温のときであって
も確実にエンジンを始動させることができる。しかも、
エンジン始動後のアイドリング状態のときにスロットル
を開けたとしても、燃料の気化が電気式ヒーターの熱に
よって促進されて燃料ガスが途絶えることがないから、
エンジンは運転を継続するようになる。

【００７８】第２の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置は、エンジン冷却水温度が予め定めた温度より
低くかつエンジン回転数が予め定めた回転数より大きい
ときに通電されて発熱し、エンジン冷却水温度が前記設
定温度以上に達したときあるいはエンジン回転数が前記
設定回転数以下であるときに非通電状態とされる電気式
ヒーターを備えたため、電気式ヒーターの通電、非通電
を決めるエンジン回転数の設定値をエンジン運転状態で
のエンジン回転数に設定することにより、電気式ヒータ
ーが発熱するときにはエンジンの発電機によって発電さ
れた電力が消費されることになる。

【００７９】このため、外気温が極低温でバッテリの能
力が低下していたとしてもバッテリの電力をスターター
モータに全て供給することができるので、電気式ヒータ
を採用する構成をとりつつも始動時にはスターターモー
タに大電流を流すことが可能になるから、エンジンの始
動性が損なわれることがない。

【００８０】第３の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置は、第１の発明または第２の発明に係る気体燃
料エンジン用燃料気化装置において、電気式ヒーターの
発熱部の少なくとも一部を燃料通路に設けたため、燃料
気化装置の燃料通路が電気式ヒーターによって加温さ
れ、燃料に電気式ヒータの熱が伝わり易くなる。

【００８１】このため、電気式ヒーターの熱を有効に利
用して燃料の気化を促進させることができるから、電気
式ヒーターとしては燃料気化装置の全体を加温するもの
に比べて発熱量の小さなものを採用することができる。

【００８２】第４の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置は、第３の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置において、燃料通路における燃料が気化すると
きに熱が最も多く奪われる部位に発熱部を臨ませたた
め、燃料気化装置の最も低温になる部分が電気式ヒータ
ーによって加温され、燃料は燃料気化装置の壁面と電気
式ヒーターに触れて加温される。

【００８３】このため、電気式ヒータの熱がより一層燃
料に伝わり易くなり、発熱量のきわめて少ない電気式ヒ
ータを用いたとしても燃料を確実に気化させることが可
能になる。

【００８４】第５の発明に係る気体燃料エンジン用燃料
気化装置は、第１〜第４の発明に係る気体燃料エンジン
用燃料気化装置のうち何れか一つにおいて、電気式ヒー
ターの通電、非通電を決めるエンジン冷却水温度の設定
値を、燃料の種類毎の気化可能な最低温度に対応させて
変えるため、使用する燃料の種類が変わって燃料気化装
置においてその燃料を気化させるに必要な温度が変わっ
たとしても、それに追随して電気式ヒーターが制御され
る。

【００８５】このため、外気温が極低温のときであって
も、燃料の種類に係わりなくエンジンを確実に始動させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る燃料気化装置を備えた気体燃料
エンジン用燃料供給装置の概略構成図である。

【図２】 気体燃料エンジンの吸・排気系を示す断面図
である。

【図３】 吸気流量と燃料量との関係を示す図である。

【図４】 本発明に係る燃料気化装置の拡大断面図で、
同図中にはＥＣＵの構成も合わせて示してある。

【図５】 本発明に係るヒーターを制御するＥＣＵ内の
ヒーター制御部の構成を示すブロック図である。

【図６】 ヒーターを制御する手法を説明するためのフ
ローチャートである。

【図７】 エンジン運転状態をも判定してヒーター制御
を行う場合のヒーター制御部の構成を示すブロック図で
ある。

【図８】 エンジン運転状態をも判定してヒーター制御
を行うときの手法を説明するためのフローチャートであ
る。

【図９】 ＬＰＧガスの主成分であるプロパンとブタン
との混合比を変えたときの温度に対する蒸発圧力の関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１…気体燃料エンジン、３…圧力調整器、６…混合気形
成装置、７…ＥＣＵ、８…電気式ヒータ、９…電気式ヒ
ーター、２５…冷却水温度センサ、３３…Ｏ₂センサ、
８２…ＣＰＵ、９１…ヒーター制御部、９４…イグニッ
ションスイッチ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｎ 17/06 Ｂ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体燃料をエンジン冷却水によって加温
   して気化させる気体燃料エンジン用燃料気化装置におい
   て、エンジン冷却水温度が予め定めた温度より低いとき
   に通電されて発熱し、エンジン冷却水温度が前記設定温
   度以上に達したときに非通電状態とされる電気式ヒータ
   ーを備えたことを特徴とする気体燃料エンジン用燃料気
   化装置。
2. 【請求項２】 液体燃料をエンジン冷却水によって加温
   して気化させる気体燃料エンジン用燃料気化装置におい
   て、エンジン冷却水温度が予め定めた温度より低くかつ
   エンジン回転数が予め定めた回転数より大きいときに通
   電されて発熱し、エンジン冷却水温度が前記設定温度以
   上に達したときあるいはエンジン回転数が前記設定回転
   数以下であるときに非通電状態とされる電気式ヒーター
   を備えたことを特徴とする気体燃料エンジン用燃料気化
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の気体燃料
   エンジン用燃料気化装置において、電気式ヒーターの発
   熱部の少なくとも一部を燃料通路に設けたことを特徴と
   する気体燃料エンジン用燃料気化装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の気体燃料エンジン用燃料
   気化装置において、燃料通路における燃料が気化すると
   きに熱が最も多く奪われる部位に発熱部を臨ませたこと
   を特徴とする気体燃料エンジン用燃料気化装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４記載の気体燃料
   エンジン用燃料気化装置のうち何れか一つにおいて、電
   気式ヒーターの通電、非通電を決めるエンジン冷却水温
   度の設定値を、燃料の種類毎の気化可能な最低温度に対
   応させて変えることを特徴とする気体燃料エンジン用燃
   料気化装置。