特開 2024-165720 内燃機関の気体燃料供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165720

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】内燃機関の気体燃料供給システム

(51)【国際特許分類】

   F02M 21/02 20060101AFI20241121BHJP

   F02D 19/06 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

F02M21/02 301L

F02M21/02 301A

F02M21/02 N

F02M21/02 X

F02D19/06 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023082136

(22)【出願日】2023-05-18

(71)【出願人】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090273

【弁理士】

【氏名又は名称】國分 孝悦

(72)【発明者】

【氏名】山本 裕也

【テーマコード（参考）】

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G092AB02

3G092AB08

3G092AB12

3G092DE11S

3G092DE14S

3G092FA31

3G092FA41

(57)【要約】

【課題】気体燃料の減圧の影響を受けてインジェクタが噴射不能にならないようにする。
【解決手段】内燃機関の気体燃料供給システムは、気体燃料を貯蔵する第１の気体燃料容器（４）と、前記第１の気体燃料容器（４）の気体燃料を減圧して貯蔵する第２の気体燃料容器（５）と、前記第１の気体燃料容器（４）と前記第２の気体燃料容器（５）との間を連通する開状態と、遮断する閉状態とに切り替え可能な第１の遮断弁（８）と、前記第２の気体燃料容器（５）から供給される気体燃料を内燃機関（２）に噴射するインジェクタ（１２）と、前記インジェクタ（１２）が所定の低温状態にあるとき、前記第１の遮断弁（８）を閉状態にして、前記インジェクタ（１２）から前記第２の気体燃料容器（５）の気体燃料を噴射するように制御する制御手段（１００）とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体燃料を貯蔵する第１の気体燃料容器と、
前記第１の気体燃料容器の気体燃料を減圧して貯蔵する第２の気体燃料容器と、
前記第１の気体燃料容器と前記第２の気体燃料容器との間を連通する開状態と、遮断する閉状態とに切り替え可能な第１の遮断弁と、
前記第２の気体燃料容器から供給される気体燃料を内燃機関に噴射するインジェクタと、
前記インジェクタが所定の低温状態にあるとき、前記第１の遮断弁を閉状態にして、前記インジェクタから前記第２の気体燃料容器の気体燃料を噴射するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の気体燃料供給システム。

【請求項2】

前記第２の気体燃料容器と前記インジェクタとの間を連通する開状態と、遮断する閉状態とに切り替え可能な第２の遮断弁を備え、
前記制御手段は、前記インジェクタによる噴射を行わない状態にあるとき、前記第１の遮断弁を開状態、前記第２の遮断弁を閉状態にすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の気体燃料供給システム。

【請求項3】

前記インジェクタとは別に、燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射装置を備え、
前記制御手段は、前記燃料噴射装置から燃料を噴射する状態で、前記第１の遮断弁を開状態、前記第２の遮断弁を閉状態にすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の気体燃料供給システム。

【請求項4】

電動機を備え、
前記制御手段は、前記電動機だけを駆動源とする状態で、前記第１の遮断弁を開状態、前記第２の遮断弁を閉状態にすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の気体燃料供給システム。

【請求項5】

前記制御手段は、前記第２の気体燃料容器の気体燃料の圧力が所定の圧力以上になったとき、前記第１の遮断弁を閉状態にすることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の気体燃料供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の気体燃料供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の気体燃料をインジェクタから噴射し、これを燃焼させて動力を得る内燃機関であるエンジンを搭載した車両がある。気体燃料のエンジンは、低温状態ではインジェクタが貼り付いて（弁体が固着して）燃料が噴射できなくなりやすい傾向がある。
特許文献１には、エンジンの始動前に気体燃料インジェクタを駆動し、貼り付きを解消させることでエンジンの作動不能を防止することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１３８２７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

気体燃料容器に貯蔵する気体燃料を減圧してインジェクタに供給する場合、減圧により低温になった気体燃料がインジェクタに供給されて、また、減圧による低温化が気体燃料の供給配管を介してインジェクタに伝えられて、インジェクタが冷やされる。例えば低温時のエンジンの始動時において、エンジンの始動とともに、気体燃料容器に貯蔵する気体燃料を減圧してインジェクタに供給するようにした場合、低温下でさらにインジェクタが冷やされて、エンジン始動後も凍結による弁体の固着が発生して、気体燃料を噴射できなくなる事態が発生する可能性がある。

【0005】

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、気体燃料の減圧の影響を受けてインジェクタが噴射不能にならないようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の内燃機関の気体燃料供給システムは、気体燃料を貯蔵する第１の気体燃料容器と、前記第１の気体燃料容器の気体燃料を減圧して貯蔵する第２の気体燃料容器と、前記第１の気体燃料容器と前記第２の気体燃料容器との間を連通する開状態と、遮断する閉状態とに切り替え可能な第１の遮断弁と、前記第２の気体燃料容器から供給される気体燃料を内燃機関に噴射するインジェクタと、前記インジェクタが所定の低温状態にあるとき、前記第１の遮断弁を閉状態にして、前記インジェクタから前記第２の気体燃料容器の気体燃料を噴射するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、気体燃料の減圧の影響を受けてインジェクタが噴射不能にならないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例に係る内燃機関の気体燃料供給システムを搭載した内燃機関の概略構成を示す図である。

【図2】実施例に係る制御装置の機能構成を示す図である。

【図3】実施例に係る制御装置が実行する処理の例を示すフローチャートである。

【図4】実施例に係る制御装置が実行する処理の例を示すフローチャートである。

【図5】他の実施例に係る内燃機関の気体燃料供給システムを搭載した内燃機関の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の一実施形態に係る内燃機関の気体燃料供給システムは、気体燃料を貯蔵する第１の気体燃料容器（４）と、前記第１の気体燃料容器（４）の気体燃料を減圧して貯蔵する第２の気体燃料容器（５）と、前記第１の気体燃料容器（４）と前記第２の気体燃料容器（５）との間を連通する開状態と、遮断する閉状態とに切り替え可能な第１の遮断弁（８）と、前記第２の気体燃料容器（５）から供給される気体燃料を内燃機関（２）に噴射するインジェクタ（１２）と、前記インジェクタ（１２）が所定の低温状態にあるとき、前記第１の遮断弁（８）を閉状態にして、前記インジェクタ（１２）から前記第２の気体燃料容器（５）の気体燃料を噴射するように制御する制御手段（１００）とを備えたことを特徴とする。
これにより、気体燃料の減圧の影響を受けてインジェクタ（１２）が噴射不能にならないようにすることができる。

【実施例0010】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について説明する。
図１は、実施例に係る内燃機関の気体燃料供給システムを搭載した車両の概略構成を示す図である。本実施例では、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）とガソリンとを切り替えて使用できる内燃機関であるエンジン２を搭載したバイフューエル車両である自動車１を説明する。

【0011】

図１に示すように、自動車１には、気体燃料であるＣＮＧを供給する気体燃料供給システム（以下、ＣＮＧ供給システムと呼ぶ）３が搭載される。
自動車１には、高圧のＣＮＧを貯蔵するＣＮＧ高圧タンク４と、低圧のＣＮＧを貯蔵するＣＮＧ低圧タンク５とが設置される。ＣＮＧ高圧タンク４とＣＮＧ低圧タンク５とは接続配管６を介して接続し、ＣＮＧ高圧タンク４のＣＮＧを減圧してＣＮＧ低圧タンク５に貯蔵する。ＣＮＧ高圧タンク４には、外部からＣＮＧを充填することができる。本実施例では、ＣＮＧ高圧タンク４が本発明でいう第１の気体燃料容器に相当し、ＣＮＧ低圧タンク５が本発明でいう第２の気体燃料容器に相当する。

【0012】

接続配管６には、上流側から、レギュレータ７と、第１の遮断弁８と、圧力センサ９とが設けられる。レギュレータ７は、ＣＮＧ高圧タンク４のＣＮＧを減圧して適正な圧力に調整して、ＣＮＧ低圧タンク５に送り込む。第１の遮断弁８は、ＣＮＧ高圧タンク４とＣＮＧ低圧タンク５との間を連通する開状態と、遮断する閉状態とに切り替え可能である。圧力センサ９は、ＣＮＧ低圧タンク５に供給するＣＮＧの圧力を測定する。圧力センサ９で測定した圧力が閾値以上になると、第１の遮断弁８が閉状態になるように制御される。

【0013】

ＣＮＧ低圧タンク５は、供給配管１０を介してデリバリーパイプ１１に接続する。デリバリーパイプ１１は、ＣＮＧ低圧タンク５から供給されるＣＮＧを、各気筒に対応するインジェクタ１２に分配、供給する。このようにインジェクタ１２は、ＣＮＧ低圧タンク５から供給されるＣＮＧをエンジン２に噴射する。
供給配管１０には、上流側から、圧力センサ１３と、第２の遮断弁１４とが設けられる。圧力センサ１３は、ＣＮＧ低圧タンク５からインジェクタ１２に供給するＣＮＧの圧力を測定する。第２の遮断弁１４は、ＣＮＧ低圧タンク５とインジェクタ１２との間を連通する開状態と、遮断する閉状態とに切り替え可能である。圧力センサ１３で測定した圧力が閾値以上になると、エンジン２、デリバリーパイプ１１、インジェクタ１２等の保護のために、第２の遮断弁１４が閉状態になるように制御される。

【0014】

また、自動車１には、ガソリンを供給するガソリン供給システム１５が搭載される。
自動車１には、ガソリンを貯蔵するガソリンタンク１６が設置される。
ガソリンタンク１６は、供給配管１７を介してデリバリーパイプ１８に接続する。デリバリーパイプ１８は、ガソリンタンク１６から供給されるガソリンを、各気筒に対応するインジェクタ１９に分配、供給する。このようにインジェクタ１９は、ガソリンタンク１６から供給されるガソリンをエンジン２に噴射する。本実施例では、インジェクタ１９が本発明でいう燃料噴射装置に相当する。

【0015】

また、自動車１には、エンジン制御用のＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０が搭載される。
ＥＣＵ２０は、各種センサから入力する信号に基づいて運転状態を判断し、インジェクタ１２、１９の作動を制御する等のエンジン制御を実行する。

【0016】

また、ＥＣＵ２０は、ＣＮＧ供給システム３を制御する制御装置１００として機能する。
図２は、ＣＮＧ供給システム３を制御する制御装置１００の機能構成を示す図である。制御装置１００は、入力部１０１と、制御部１０２とを備える。本実施例では、制御装置１００が本発明でいう制御手段として機能する。

【0017】

入力部１０１は、圧力センサ９、１３で測定した圧力を入力する。また、入力部１０１は、ＣＮＧ供給システム３のインジェクタ１２が所定の低温状態にあるか否かを判定するための温度情報を入力する。この温度情報は、インジェクタ１２に関係する温度の情報であればよく、例えばエンジン水温や外気温等の情報でよい。エンジン水温や外気温が低温であればインジェクタ１２も低温になるので、エンジン水温や外気温から、インジェクタ１２が所定の低温状態にあるか否かが判定可能である。もちろん、インジェクタ１２付近に温度センサを配置して、インジェクタ１２の温度を直接的に取得するようにしてもよい。

【0018】

制御部１０２は、入力部１０１で入力した情報に基づいて、第１の遮断弁８の開閉、第２の遮断弁１４の開閉を制御する。後述する図３のフローチャートで詳述するが、制御部１０２は、エンジン２の始動時において、インジェクタ１２が所定の低温状態にあるとき、第１の遮断弁８を閉状態にして、インジェクタ１２からＣＮＧ低圧タンク５のＣＮＧを噴射するように制御する。また、後述する図４のフローチャートで詳述するが、制御部１０２は、インジェクタ１２による噴射を行わない状態にあるとき、第１の遮断弁８を開状態、第２の遮断弁１４を閉状態にし、ＣＮＧ低圧タンク５のＣＮＧの圧力が所定の圧力以上になったとき、第１の遮断弁８を閉状態にする。

【0019】

図３は、制御装置１００が実行する処理の例を示すフローチャートである。図３のフローチャートは、エンジン２の始動時に実行される。エンジン２の始動前は、第１の遮断弁８及び第２の遮断弁１４は閉状態にある。また、ＣＮＧ低圧タンク５には、減圧済みのＣＮＧが充填されている。
ステップＳ１で、制御部１０２は、入力部１０１で入力した温度情報に基づいて、インジェクタ１２が所定の低温状態にあるか否かを判定する。インジェクタ１２が所定の温度状態にあるとは、例えば、インジェクタ１２の温度が、それ以上冷やされると凍結による弁体の固着が発生する所定の温度以下である状態をいうものとする。インジェクタ１２が所定の低温状態にある場合、ステップＳ２に進み、インジェクタ１２が所定の低温状態ではない、すなわち所定の温度よりも高い状態にある場合、ステップＳ３に進む。

【0020】

ステップＳ２で、制御部１０２は、第１の遮断弁８の閉状態を維持しつつ、第２の遮断弁１４を開状態にする。これにより、ＣＮＧ低圧タンク５で保持されている減圧済みのＣＮＧがインジェクタ１２に供給される。ＣＮＧ低圧タンク５で保持されている減圧済みのＣＮＧは、外気温と同等であり、レギュレータ７での減圧時のように低温ではない。そして、第１の遮断弁８が閉状態にあるので、レギュレータ７での減圧によるＣＮＧの低温化は発生しない。このようにＣＮＧの減圧の影響を受けることがなく、凍結による弁体の固着は発生せず、インジェクタ１２が噴射不能にならないようにすることができる。

【0021】

ステップＳ３で、制御部１０２は、第１の遮断弁８及び第２の遮断弁１４の両方を開状態にする。これにより、ＣＮＧ高圧タンク４からレギュレータ７で減圧したＣＮＧが、ＣＮＧ低圧タンク５を介してインジェクタ１２に供給される。この場合、減圧により低温になったＣＮＧがインジェクタ１２に供給されることになるが、インジェクタ１２が所定の温度よりも高い状態にあるので、凍結による弁体の固着は発生しない。

【0022】

なお、ステップＳ２のように、第１の遮断弁８を閉状態にして、インジェクタ１２からＣＮＧ低圧タンク５のＣＮＧを噴射する状態は、例えばインジェクタ１２が所定の低温状態でなくなったり、一定の時間経過したりしたことを受けて解除して、第１の遮断弁８及び第２の遮断弁１４の両方を開状態にする通常状態に移行するようにすればよい。
また、図３のフローチャートの処理をエンジン２の始動時に実行するとしたが、エンジン２の駆動時においても、インジェクタ１２が所定の低温状態にあるとき、第１の遮断弁８を閉状態にして、インジェクタ１２からＣＮＧ低圧タンク５のＣＮＧを噴射するように制御してもよい。

【0023】

図４は、制御装置１００が実行する処理の例を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、エンジン２の駆動時において例えば定期的に実行される。
ステップＳ４で、制御部１０２は、インジェクタ１２による噴射を行わない状態にあるか否か、換言すればインジェクタ１２による噴射が必要か否かを判定する。インジェクタ１２による噴射を行わない状態にある場合、ステップＳ５に進み、インジェクタ１２による噴射を行う状態にある場合、本フローチャートを抜ける。インジェクタ１２による噴射を行わない状態としては、例えばエンジン２を停止するために、運転者がイグニッションオフにしたときが該当する。また、例えば運転者からの加速要求がない惰性走行中でＣＮＧの噴射をカットしているときが該当する。また、例えばアイドリングストップ機能が付いている場合、自動停止時が該当する。また、例えば本実施例のようにバイフューエル車両では、燃料をＣＮＧからガソリンに切り替えて、インジェクタ１９からガソリンを噴射する状態が該当する。

【0024】

ステップＳ５で、制御部１０２は、第１の遮断弁８を開状態、第２の遮断弁１４を閉状態にする。これにより、インジェクタ１２へのＣＮＧの供給を停止するとともに、ＣＮＧ高圧タンク４からレギュレータ７で減圧したＣＮＧがＣＮＧ低圧タンク５に供給されて、ＣＮＧ低圧タンク５にＣＮＧを充填することができる。

【0025】

ステップＳ６で、制御部１０２は、入力部１０１で入力した、圧力センサ９、１３で測定した圧力がそれぞれ所定の圧力以上であるか否かを判定する。なお、ＣＮＧ低圧タンク５にＣＮＧを十分に充填したか否かを判定できればよく、圧力センサ９、１３のいずれかだけを使用するようにしてもよい。

【0026】

ステップＳ７で、制御部１０２は、第１の遮断弁８を閉状態にする。これにより、ＣＮＧ高圧タンク４からレギュレータ７で減圧したＣＮＧがＣＮＧ低圧タンク５に供給されるのを停止することができる。

【0027】

このようにして、インジェクタ１２による噴射を行わない期間を利用して、ＣＮＧ低圧タンク５に減圧済みのＣＮＧを充填するようにしている。なお、外気温の変化により、ＣＮＧ低圧タンク５で保持するＣＮＧの圧力変化が発生することがあるが、ＥＣＵ２０は、圧力に応じて適切な噴射量となるように計算を行い、インジェクタ１２から噴射させるように制御する。

【0028】

以上述べたように、エンジン２の始動時において、インジェクタ１２が所定の低温状態にあるとき、第１の遮断弁８を閉状態にして、インジェクタ１２からＣＮＧ低圧タンク５のＣＮＧを噴射するようにしたので、ＣＮＧの減圧の影響を受けてインジェクタ１２が噴射不能にならないようにすることができる。
なお、ＣＮＧとガソリンとを切り替えて使用するバイフューエル車両を例示したが、少なくとも一種類の気体燃料を使用するバイフューエル車両あれば本発明は適用可能である。

【0029】

図５は、他の実施例に係る内燃機関の気体燃料供給システムを搭載した車両の概略構成を示す図である。気体燃料を使用するものであれば、ハイブリッド車両にも本発明は適用可能である。本実施例では、車両として、ＣＮＧを使用する内燃機関であるエンジン２２を搭載するとともに、電動機（モータ）２３を搭載したハイブリッド車両である自動車２１を説明する。なお、図１と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
この場合、図４のフローチャートのステップＳ４のインジェクタ１２による噴射を行わない状態として、電動機２３だけを駆動源とする状態（ＥＶ走行中）が該当する。
なお、図５では、電動機２３がエンジン２２のクランクシャフトに動力を伝達する形式（ＩＳＧ：Integrated Starter Generator）としているが、不図示のドライブシャフトに動力を直接伝達する形式でもよい。ＥＶ走行中にエンジン２２が連れ回るようにすれば、エンジン室周辺の温度を上げることができ、インジェクタ１２の凍結を解消しやすくなる。

【0030】

以上、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明したが、各実施例は、本発明の実施にあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、各実施例に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。
本実施例では、バイフューエル車両やハイブリッド車両の例を説明したが、一種類の気体燃料だけを使用する内燃機関にも本発明は適用可能である。
また、本実施例では、第１の気体燃料容器（ＣＮＧ高圧タンク４）及び第２の気体燃料容器（ＣＮＧ低圧タンク５）の二つの気体燃料容器を設置する例を述べたが、例えば一つの気体燃料容器の内部空間を二部屋に分けて、第１の気体燃料容器及び第２の気体燃料容器として使用する形態にしてもよい。
また、本実施例では、気体燃料としてＣＮＧを説明したが、これに限らず、ＬＰＧ（液化石油ガス）や水素等であってもよい。
本発明でいう制御手段は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置により構成され、ＣＰＵが例えばＲＯＭに記憶された所定のプログラムを実行することにより、その機能が実現される。

【符号の説明】

【0031】

１、２１：自動車、２、２２：エンジン、３：ＣＮＧ供給システム、４：ＣＮＧ高圧タンク、５：ＣＮＧ低圧タンク、６：接続配管、７：レギュレータ、８：第１の遮断弁、９、１３：圧力センサ、１０：供給配管、１２、１９：インジェクタ、１４：第２の遮断弁、２０：ＥＣＵ、２３：電動機、１００：制御装置、１０１：入力部、１０２：制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】