特許 7383998 バイフューエル車の燃料噴射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-13

(45)【発行日】2023-11-21

(54)【発明の名称】バイフューエル車の燃料噴射装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/06 20060101AFI20231114BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

F02D19/06 B

F02M21/02 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019209755

(22)【出願日】2019-11-20

(65)【公開番号】P2021080891

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2022-09-20

(73)【特許権者】

【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】末廣 和雅

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１５５５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２３３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１０５０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１８５３７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １９／００

Ｆ０２Ｍ ２１／００

Ｆ０２Ｂ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸気口を介してエンジンの燃焼室に連通する吸気ポートと、
その先端部に配置される気体燃料噴射孔から気体燃料を前記吸気ポートに噴射する気体燃料噴射弁と、
その先端部に配置される液体燃料噴射孔から液体燃料を前記吸気ポートに噴射する液体燃料噴射弁と、を備えるバイフューエル車の燃料噴射装置において、
前記気体燃料噴射弁は、前記吸気ポートの空気流れ方向で前記液体燃料噴射弁よりも上流に設けられ、
前記気体燃料噴射弁は、気体燃料が、前記液体燃料噴射孔の配置される領域に噴射されるようその噴射方向が設定され、
前記吸気ポートは、前記気体燃料噴射弁から噴射された前記気体燃料が流れる気体燃料通路部を有し、
前記気体燃料通路部の下流端は、前記液体燃料噴射孔の周囲を囲むように設けられていることを特徴とするバイフューエル車の燃料噴射装置。

【請求項2】

前記吸気口は、吸気バルブによって開閉され、
前記気体燃料は、電動制御レギュレータによって燃料噴射時の圧力が調整され、
前記電動制御レギュレータは、前記吸気口が開いてから閉じるまでの期間中は常に前記気体燃料の噴射を継続するように前記気体燃料の圧力を調整することを特徴とする請求項１に記載のバイフューエル車の燃料噴射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体燃料及び気体燃料等の異なる２種類の燃料を使用可能なバイフューエル車における燃料噴射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

バイフューエル車において、圧縮天然ガス（ＣＮＧ（Compressed Natural Gas））燃料の場合の方がガソリン燃料の場合よりも燃費性能が高いことが知られている。この場合、定期的にガソリン燃料を使ってインジェクタを駆動させないと、熱負荷によってインジェクタの先端にガソリン燃料が固着してしまう問題がある。

【0003】

例えば特許文献１に開示される技術では、始動時にＣＮＧを内燃機関に供給し、高負荷時にガソリンを内燃機関に供給することで燃費を向上させつつ、ガソリン燃料の固着を防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００３－２０６７７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら高速走行のような定常運転が続く場合、高負荷状態にならずガソリンを使わない期間が長くなることで固着を回避できない場合がある。このようなガソリン燃料の固着を回避するためにはガソリン燃料を使用する運転領域もしくは時間を増やすことが考えられるが、その場合、燃費の悪化を避けることはできず、ガソリン燃料の固着を回避することは必ずしも容易ではない。

【0006】

そこで本発明は、燃費を悪化させることなくガソリン噴射用のインジェクタの固着を防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のバイフューエル車の燃料噴射装置は、吸気口を介してエンジンの燃焼室に連通する吸気ポートと、その先端部に配置される気体燃料噴射孔から気体燃料を前記吸気ポートに噴射する気体燃料噴射弁と、その先端部に配置される液体燃料噴射孔から液体燃料を前記吸気ポートに噴射する液体燃料噴射弁と、を備えるバイフューエル車の燃料噴射装置において、前記気体燃料噴射弁は、前記吸気ポートの空気流れ方向で前記液体燃料噴射弁よりも上流に設けられ、前記気体燃料噴射弁は、気体燃料が、前記液体燃料噴射孔の配置される領域に噴射されるようその噴射方向が設定され、前記吸気ポートは、前記気体燃料噴射弁から噴射された前記気体燃料が流れる気体燃料通路部を有し、前記気体燃料通路部の下流端は、前記液体燃料噴射孔の周囲を囲むように設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、温度の低下した気体燃料によって液体燃料噴射孔を冷却することができ、液体燃料噴射孔に液体燃料が固着することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施例に係る車両の概略構成について説明する図である。

【図2】本発明の実施例に係るエンジンにおける気体燃料供給系のシステム構成例を示す図である。

【図3】本発明の実施例における燃料噴射装置まわりの構成例を示す図である。

【図4】本発明の実施例における吸気バルブの開閉動作と気体燃料噴射弁の駆動及びレギュレータの作動の関係等を示す図である。

【図5】本発明の燃料噴射装置における別の実施例の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面に基づき、本発明によるバイフューエル車の燃料噴射装置における好適な実施の形態を説明する。
本発明の一実施の形態に係るバイフューエル車の燃料噴射装置は、吸気口を介してエンジンの燃焼室に連通する吸気ポートと、その先端部に配置される気体燃料噴射孔から気体燃料を前記吸気ポートに噴射する気体燃料噴射弁と、その先端部に配置される液体燃料噴射孔から液体燃料を前記吸気ポートに噴射する液体燃料噴射弁と、を備え、前記気体燃料噴射弁は、前記吸気ポートの空気流れ方向で前記液体燃料噴射弁よりも上流に設けられ、前記気体燃料噴射弁は、気体燃料が、前記液体燃料噴射孔の配置される領域に噴射されるようその噴射方向が設定される。

【0011】

本発明に係るバイフューエル車の燃料噴射装置において、温度の低下した気体燃料によって液体燃料噴射孔を冷却することができ、液体燃料噴射孔に液体燃料が固着することを防止できる。

【実施例】

【0012】

本実施例が適用される車両として乗用車等の車両であってよく、図１において車両１の例えば前部のエンジンルーム内にエンジン２が搭載される。先ず、本実施例に係る車両１の概略構成について説明する。
図１において、本発明の一実施形態に係る車両１がバイフューエル車両とする。車両１は、内燃機関型のエンジン２と、クラッチ３と、変速機４と、駆動輪５と、エンジン２等を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）６とを含んで構成されるが、車両１の一構成例を示し、この例のみに限定されない。

【0013】

エンジン２は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行なう４サイクルのエンジンによって構成されている。
このエンジン２は、燃料として例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）やＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas））とガソリン等の特性の異なる２種類の燃料（第１燃料と第２燃料）を適宜切り替えて使用するようになっている。エンジン２には、エンジン２で使用する燃料を、２種類の燃料のいずれかに切り替える燃料切替装置７が設けられている。燃料切替装置７はＥＣＵ６の制御により、２種類の燃料のいずれか一方をエンジン２に供給する。

【0014】

クラッチ３は、エンジン２と変速機４との間に設けられ、エンジン２から変速機４に伝達されるトルクを断続させる。クラッチ３は、エンジン２が出力する回転を変速機４に伝達する伝達状態と、エンジン２から変速機４への回転の伝達を遮断する遮断状態との間で、エンジン２から変速機４への回転の伝達度合を変化させる。

【0015】

変速機４は、エンジン２から駆動輪５までの動力伝達経路に設けられている。変速機４の操作により、複数の変速段のうちで任意の１つの変速段を形成することができる。具体的には運転者は、変速機４のシフトレバーの操作に応じて、形成する変速段を選択することができるようになっている。

【0016】

ＥＣＵ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、各種バックアップデータを記憶するためのフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
ＥＣＵ６のＲＯＭには、各種定数や各種マップ等と供に、当該コンピュータユニットをＥＣＵ６として機能させるためのプログラムが記憶されている。即ち、ＥＣＵ６のＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、本実施形態におけるＥＣＵ６として機能する。

【0017】

ＥＣＵ６の入力ポートには、エンジン２のエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ８及び燃料選択スイッチ９が接続されている。なお、ＥＣＵ６の入力ポートは更に、車速を検出する車速センサ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサを含む各種センサ類やスイッチ類が接続される。

【0018】

また、ＥＣＵ６の出力ポートには、エンジン２を始動させるためのエンジンスタータ１０と、エンジン２の燃焼室内の燃料に点火するためのエンジン点火装置１１と、２種類の燃料それぞれに対応した２種類の燃料インジェクタ、即ち気体燃料噴射弁１２Ａ及び液体燃料噴射弁１２Ｂと、を含む各種制御対象類が接続されている。気体燃料噴射弁１２Ａは、第１燃料を貯留する燃料タンク１３に接続され、第１燃料をエンジン２の燃焼室内に噴射する。液体燃料噴射弁１２Ｂは、第２燃料を貯留する燃料タンク１４に接続され、第２燃料をエンジン２の燃焼室内に噴射する。

【0019】

ＥＣＵ６は、各種センサ類から得られる情報に基づいて、各種制御対象類を制御する。例えばＥＣＵ６は、アクセル開度センサの検出するアクセル開度に基づきエンジン２に要求される出力トルクを求め、エンジン２がその出力トルクを出力するようにスロットルバルブの開度（スロットル開度）や気体燃料噴射弁１２Ａ及び液体燃料噴射弁１２Ｂによる燃料噴射量を制御する。

【0020】

ＥＣＵ６はまた、第１燃料と第２燃料とを選択してエンジン２の燃焼室に供給するように、燃焼室内に供給する燃料を第１燃料から第２燃料に、又は第２燃料から第１燃料に適宜切り替える。例えばＥＣＵ６は、燃料選択スイッチ９による手動切替操作時、燃料タンク１３又は燃料タンク１４の燃料切れの検知時、あるいは暖機運転又は定常運転や加速時等のエンジン２の稼働モードに応じて、使用する燃料を切り替える。エンジン２の稼働モードに応じた燃料の選択方法としては、暖機運転や定常運転の際に安価なＣＮＧを選択する方法、また、トルクが必要な加速時や登坂時にガソリンを選択する方法等がある。

【0021】

ここで図２は、エンジン２における第１燃料としてのＣＮＧに関連する気体燃料供給系のシステム構成例を示している。図２において、エンジン２は例えば多気筒エンジンであってよく、燃料タンク１３内のＣＮＧをエンジン２に供給する気体燃料供給系において、吸気マニホールド、エンジン２の吸入空気量を調節するスロットルバルブが装着されたスロットルボディと、吸気管、エアクリーナ等が設けられる。

【0022】

車両１には、気体燃料としてのＣＮＧを充填する燃料タンク１３が設置され、燃料タンク１３と気体燃料噴射弁１２Ａの間は燃料供給管１５によって接続される。燃料供給管１５の途中には順次、エンジン２の停止時に燃料供給管１５を遮断するように閉動作する主止弁（電磁弁）１６と、燃料遮断弁１７と、気体燃料の圧力・流量を一定に調整するレギュレータ（減圧弁）１８と、気体燃料を濾過する燃料フィルタ１９とが設けられている。
主止弁１６は燃料タンク１３の近傍に配置され、緊急時にエンジン２への燃料供給を自動的に遮断するようにＥＣＵ６によって作動制御される。
燃料遮断弁１７はＥＣＵ６に接続され、エンジンストール状態に移行させる場合に燃料の供給を遮断するために用いられる。
レギュレータ１８は、気体燃料の燃料噴射時の圧力を電動式に制御するようにＥＣＵ６によって作動制御される。

【0023】

次に図３は、燃料噴射装置２０まわりの構成例を示している。エンジン２のシリンダヘッド２１には燃焼室２２を有し、この燃焼室２２は吸気口２３を介して吸気ポート２４に連通する。吸気口２３にはこれを開閉する吸気バルブ２５が装着され、吸気バルブ２５はシリンダヘッド２１に配置された動弁機構によって、吸気口２３を所定タイミングで開閉するように駆動制御される。吸気バルブ２５による吸気口２３の開閉動作に連動して、スロットルバルブにより流量制御された燃料用空気が吸気ポート２４内を流通する。

【0024】

燃料噴射装置２０は気体燃料噴射弁１２Ａ及び液体燃料噴射弁１２Ｂを含み、気体燃料噴射弁１２Ａはその先端部に配置される気体燃料噴射孔１２ａから気体燃料を吸気ポート２４に噴射する。また、液体燃料噴射弁１２Ｂはその先端部に配置される液体燃料噴射孔１２ｂから液体燃料を吸気ポート２４に噴射する。

【0025】

気体燃料噴射弁１２Ａは、吸気ポート２４の空気流れ方向（図３、矢印Ａ）で液体燃料噴射弁１２Ｂよりも上流に設けられる。
この場合、気体燃料噴射弁１２Ａは気体燃料が、液体燃料噴射孔１２ｂの配置される領域に噴射されるようその噴射方向が設定される。気体燃料噴射弁１２Ａの気体燃料噴射孔１２ａは図３のように液体燃料噴射弁１２Ｂの液体燃料噴射孔１２ｂの配置位置を指向しており、気体燃料噴射弁１２Ａから行なわれる気体燃料の燃料噴射２６の内側に液体燃料噴射弁１２Ｂの液体燃料噴射孔１２ｂが位置する。気体燃料噴射孔１２ａと液体燃料噴射孔１２ｂの相互間隔の距離としては、気体燃料噴射弁１２Ａにより行なわれる燃料噴射２６の勢い強度が確保されるように適度に接近させることが好ましい。

【0026】

気体燃料の燃料噴射時の圧力は、レギュレータ１８によって調整される。具体的には、レギュレータ１８は、吸気口２３が開いてから閉じるまでの期間中は常に気体燃料の噴射を継続するように気体燃料の圧力を調整する。

【0027】

図４は、吸気バルブ２５の開閉動作に対する気体燃料噴射弁１２Ａの駆動及びレギュレータ１８の作動の関係等を示している。図４において、先ずエンジン２のエンジン回転数が上がると吸気バルブ２５の開閉時間は短くなる（Ｔ₁＞Ｔ₂）。時間Ｔ₁において吸気バルブ２５の開閉に合せて気体燃料噴射弁１２Ａの駆動時間を同期させ、即ち吸気口２３が開いているときは気体燃料噴射弁１２Ａから気体燃料を噴射する。この場合、気体燃料噴射弁１２Ａの駆動時間を同期させるため、エンジン回転数が比較的低い時間Ｔ₁ではそれに応じて吸気バルブ２５の開閉時間が長くなり、レギュレータ１８により気体燃料の圧力を低く設定して、気体燃料の量が調節される。

【0028】

なお、従来では気体燃料の噴射タイミングを吸気バルブの開閉タイミングに同期させることはなく、この場合更に、排気工程の途中（排気工程完了付近）から気体燃料を噴射することがあった。
本発明では気体燃料噴射弁１２Ａによる気体燃料の噴射開始タイミングは、吸気バルブ２５の開くタイミングよりも早くてもよい。

【0029】

一方、エンジン回転数が高い時間Ｔ₂ではそれに応じて吸気バルブ２５の開閉時間が短くなる。気体燃料噴射弁１２Ａから投入する気体燃料を吸気バルブ２５が開いている間に噴射し切るために、レギュレータ１８により気体燃料の圧力を増圧し、吸気バルブ２５の開閉時間の短縮に対応している。

【0030】

本発明の燃料噴射装置２０は上記のように構成されており、次にその主要な作用効果等について説明する。
車両１の定常運転等の場合、液体燃料を使わず、気体燃料を使用することで燃費を向上させることができる。この場合、気体燃料噴射弁１２Ａから噴射される気体燃料は噴射の際、高圧から大気圧へ急激に圧力が低下するため、断熱膨張により温度が下がる。そのような気体燃料噴射弁１２Ａが気体燃料を噴射する方向に液体燃料噴射弁１２Ｂの液体燃料噴射孔１２ｂが配置されることで、温度の低下した気体燃料によって液体燃料噴射孔１２ｂを冷却することができる。これにより、液体燃料を使用しない期間が長くなっても、熱負荷によって液体燃料噴射孔１２ｂに液体燃料が固着することを防止できる。

【0031】

上記のように気体燃料の圧力はレギュレータ１８によって、吸気口２３が開いてから閉じるまでの期間中は常に気体燃料の噴射を継続するように調整される。
吸気口２３が開いてから閉じるまでの間は、燃焼室２２からの吹き返しによってそのままでは液体燃料噴射弁１２Ｂがその熱の影響を受けてしまう。そのため吸気バルブ２５の開閉に気体燃料噴射弁１２Ａの駆動時間を同期させ、吸気口２３が開いてから閉じるまでの間は、気体燃料の噴射を継続する圧力を調整することで液体燃料噴射孔１２ｂに液体燃料が固着することを防止できる。

【0032】

次に図５は、本発明の燃料噴射装置２０における別の実施例を示している。なお、上記実施例の場合と同一又は対応する部材には同一符号を用いて説明する。
この実施例では特に、吸気ポート２４は、気体燃料噴射弁１２Ａから噴射された気体燃料が流れる気体燃料通路部２７を有する。気体燃料通路部２７の下流端２７ａは、液体燃料噴射弁１２Ｂの液体燃料噴射孔１２ｂの周囲を囲むように設けられている。

【0033】

この実施例においても気体燃料の燃料噴射時の圧力は、レギュレータ１８によって調整され、即ちレギュレータ１８は、吸気口２３が開いてから閉じるまでの期間中は常に気体燃料の噴射を継続するように気体燃料の圧力を調整する。

【0034】

本実施例において、気体燃料噴射弁１２Ａから噴射される気体燃料は噴射の際、高圧から大気圧へ急激に圧力が低下するため、断熱膨張により温度が下がる。そのような気体燃料噴射弁１２Ａから噴射された気体燃料が流れる気体燃料通路部２７の下流端２７ａは、液体燃料噴射弁１２Ｂの液体燃料噴射孔１２ｂの周囲を囲むように設けられている。即ち、液体燃料噴射孔１２ｂの周囲に気体燃料噴射弁１２Ａによる燃料噴射２６が行なわれる。このように気体燃料通路部２７の下流端２７ａを液体燃料噴射孔１２ｂの周囲を囲むように設けることで気体燃料による冷却効果を最大限得ることができるため、更に液体燃料噴射孔１２ｂに液体燃料が固着することを防止できる。

【0035】

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、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。
上記実施形態において車両１の一構成例を示して説明したが、バイフューエル車両としてこの例のみに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0036】

１ 車両、２ エンジン、３ クラッチ、４ 変速機、５ 駆動輪、６ ＥＣＵ、７ 燃料切替装置、８ エンジン回転数センサ、９ 燃料選択スイッチ、１０ エンジンスタータ、１１ エンジン点火装置、１２Ａ 気体燃料噴射弁、１２ａ 気体燃料噴射孔、１２Ｂ 液体燃料噴射弁、１２ｂ 液体燃料噴射孔、１３，１４ 燃料タンク、１５ 燃料供給管、１６ 主止弁、１７ 燃料遮断弁、１８ レギュレータ、１９ 燃料フィルタ、２０ 燃料噴射装置、２１ シリンダヘッド、２２ 燃焼室、２３ 吸気口、２４ 吸気ポート、２５ 吸気バルブ、２６ 燃料噴射、２７ 気体燃料通路部、２７ａ 下流端。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】