JP4137018B2 - 液化ガス燃料供給システムの加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、液化ガス燃料を気化させこれを内燃機関に供給するにあたって同燃料を加熱する液化ガス燃料供給システムの加熱装置に関する。

周知のように、液化石油ガス（ＬＰＧ）等の液化ガス燃料を使用する自動車等の内燃機関では、高圧で貯蔵された燃料を、気化器で気化させて燃焼に供するようにしている。気化器は、燃料の気化潜熱により冷却されるが、それが過度に冷却されると、燃料の気化が不十分となり、燃料噴射制御等に悪影響を与える。

そこで従来、そうした過度の冷却を防止すべく燃料を加熱するシステムとして、特許文献１に記載のものが知られている。同文献の加熱装置では、機関冷却水を気化器に導入するとともに同気化器内に電熱ヒータを配設し、機関内部で加熱された機関冷却水の熱及び電熱ヒータの発生する熱の双方により燃料を加熱するようにしている。
特開２００３−３２８８５９号公報

ところが、液化ガス燃料はその成分や温度によって飽和蒸気圧が異なるという性質を有しており、従って、この飽和蒸気圧が低いものと高いものとでは、同じ量の燃料を気化させるのに必要とされる加熱量に差が生じることとなる。具体的には、例えば、飽和蒸気圧が低い状態の燃料を気化させるには多くの加熱量が必要とされ、高い状態の燃料を気化させるには少ない加熱量ですむといった具合である。

従って、例えば、こうした加熱量が不足した場合、燃料の気化が不十分となって燃料噴射制御等に悪影響を与える懸念が生じる。逆に加熱量が過大となった場合には、気化された燃料ガスの圧力が過大となったり、またその分エネルギが無駄に消費されるなどエネルギ効率の点において懸念が生じることとなる。特に、機関冷間始動時など燃料の加熱に機関冷却水の熱を利用できない場合には、加熱時に必要とされる熱量の全てを電熱ヒータに発生させねばならず、こうした無駄なエネルギ消費に関して無視することができなくなる。

このように、液化ガス燃料の供給システムは燃料の成分や温度の差異に起因して上述のような懸念を有するものとなっており、こうした点について改善の余地を残すものとなっていた。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料の気化を過不足なく適切に行うことのできる液化ガス燃料供給システムの加熱装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
先ず、請求項１に係る発明は、液化ガス燃料を気化させてこれを内燃機関に供給する液化ガス燃料供給システムに適用され、同液化ガス燃料の気化に先立ちこれを加熱する加熱手段を備える液化ガス燃料供給システムの加熱装置において、前記液化ガス燃料の蒸気圧特性を検出する検出手段と、同検出手段の検出結果に基づき前記液化ガス燃料の加熱量を設定する設定手段とを備えることをその要旨とする。

同構成によれば、液化ガス燃料の蒸気圧特性に応じてその加熱量を設定することができる。従って、例えば加熱量を一定にした場合と比較して、燃料の成分や温度に即したかたちで同燃料の飽和蒸気圧をより精度よく目標値に向けて変更することができ、燃料の気化を適切に行うことができるようになる。

なお、液化ガス燃料の蒸気圧特性は同燃料の温度と飽和蒸気圧との関係に基づいて決定されるものであり、燃料の成分が同一であれば同じ傾向を示すものとなっている。即ち、本発明では、「蒸気圧特性」を、液化ガス燃料の温度と飽和蒸気圧との関係に基づいて決定することのできるもの、又は同燃料の成分に基づいて決定することのできるものとしている。

従ってこうした点から、検出手段の検出する蒸気圧特性としては燃料成分の他、例えば請求項２に記載の発明によるように、請求項１に記載の発明において、前記検出手段は燃料系統における前記液化ガス燃料の温度とその飽和蒸気圧とを同燃料の蒸気圧特性として検出するものである、といった態様を採用することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記液化ガス燃料は液化石油ガスからなり、前記検出手段は前記蒸気圧特性として同液化石油ガスのプロパン比率を検出するものであることをその要旨とする。

燃料はその温度が同じであっても成分に違いがあれば飽和蒸気圧は異なる値を示す。本発明では、液化ガス燃料の加熱量の設定に液化ガス燃料、ここでは液化石油ガスの成分指標の一つであるプロパン比率を参照するようにしたため、こうした燃料成分の違いによる蒸気圧特性の変化を考慮することが可能となり、ひいては、燃料の飽和蒸気圧をより精度よく目標値に向けて変更することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記設定手段は、前記検出手段の検出結果に基づくとともに更に、前記液化ガス燃料を気化する気化器において検出される同燃料の温度に基づき、同燃料の加熱量を設定するものであることをその要旨とする。

同構成によれば、気化器において気化される燃料の温度が参照されることで、この温度と、燃料の飽和蒸気圧が目標値となるときの同燃料の温度との差が明確となるため、燃料の加熱量の設定精度が向上する。

なお、設定手段による加熱量の設定態様としては、例えば、請求項５に記載されるように、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱手段は前記液化ガス燃料を加熱する電熱ヒータを備えるものであり、前記設定手段は同燃料の加熱量の設定において前記電熱ヒータによる加熱期間を設定する、といったものを採用することができる。これによれば、電熱ヒータを備えることにより、機関冷間始動時において液化ガス燃料を加熱することができるようになる。また、液化ガス燃料の加熱量の調節を電熱ヒータによる加熱期間の変更を通じて行うことができるため、例えば、電熱ヒータへの供給電流（の大きさ）の制御を省略して加熱量調節態様の簡素化を図ることが可能になる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱手段は前記液化ガス燃料の加熱に関し、機関冷却水の熱を利用する熱交換器と、電熱ヒータとを備えるものであり、前記設定手段は、前記検出手段の検出結果に基づくとともに更に、前記機関冷却水に関し前記熱交換器において検出される温度及び前記内燃機関の冷却水循環系において検出される温度のうち低い方の値に基づき、前記電熱ヒータによる前記燃料の加熱量を設定するものであることをその要旨とする。

一般的に、内燃機関は熱交換器よりも熱容量が大きく、仮に熱交換器内における機関冷却水が内燃機関内のそれよりも高温であると一旦検出されたとしても、機関冷却水が循環された場合には、これに伴って熱交換器内における機関冷却水が内燃機関内のそれと同等の温度に低下されることとなる。即ち、例え熱交換器内における機関冷却水が内燃機関内のそれよりも高温であると検出されたとしても、この温度に基づいて電熱ヒータによる燃料の加熱量が設定されたのでは気化が不十分となる懸念が生じる。こうした懸念は、例えば上記検出のサイクルが長いほど大きなものとなる。

その点、本発明では、機関冷却水の温度に関し前記熱交換器において検出される温度及び前記内燃機関の冷却水循環系において検出される温度のうち低い方の値に基づいて電熱ヒータによる燃料の加熱量を設定するようにしたため、例え上記検出のサイクルが長くても電熱ヒータにおける発生熱量の不足が回避されるようになる。

また、電熱ヒータを備えることにより、機関冷間始動時において液化ガス燃料を加熱することができるようになる。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱手段は少なくとも機関冷却水の熱を利用して前記液化ガス燃料を加熱するものであり、前記設定手段は前記内燃機関における機関冷却水の温度が所定の閾値以下であるとき前記機関冷却水による同燃料の加熱を許容し前記温度が前記閾値よりも高いとき同加熱を停止するとともに前記検出手段の検出結果に応じて前記閾値を変更することを要旨とする。

同構成によれば、内燃機関における機関冷却水の温度が所定の閾値より高いとき液化ガス燃料の加熱が停止されることで過剰な気化が抑制される。そしてこの閾値は検出手段により検出された液化ガス燃料の蒸気圧特性に応じて変更されるため、燃料の気化をより適切に行うことができるようになる。

以下、本発明を車載用内燃機関の液化ガス燃料供給システムにおける加熱装置に具体化した一実施形態を図１〜図７を参照して説明する。なお、本実施形態の液化ガス燃料供給システムにおいては、燃料として液化石油ガス（ＬＰＧ）が内燃機関に供給される。

図１に示されるように、液化ガス燃料供給システム１１は、燃料タンク１２、デリバリパイプ１３，及び燃料タンク１２内の燃料をデリバリパイプ１３に供給する燃料通路１４を備えている。デリバリパイプ１３には、内燃機関１５の各燃焼室（図示なし）内に燃料を噴射供給する複数のインジェクタ１６が設けられている。なお、実際にはこれらインジェクタ１６は内燃機関１５に装着されるものであるが、図においては、便宜上これらインジェクタ１６を内燃機関１５から離間させて示している。

燃料タンク１２には燃料が飽和状態で密閉貯留されている。燃料通路１４の途中には、デリバリパイプ１３に供給される燃料の調圧を行うとともにこれを気化させるレギュレータ２１が配設されている。燃料タンク１２から液相状態のまま送られた燃料はこのレギュレータ２１によって調圧され、その気化が図られる。即ちレギュレータ２１は、請求項における「気化器」として機能する。

ところで、こうした燃料の気化に伴いレギュレータ２１は気化潜熱によって冷却されることとなる。こうした気化潜熱はレギュレータ２１のみならずその内部の燃料をも冷却することとなるが、こうした冷却が過度になされると燃料の気化が不十分となって燃料噴射制御等に悪影響を与え兼ねない。

そこで本実施形態では、そうした過度の冷却を防止すべく燃料を加熱する加熱手段を設けている。この加熱手段は、レギュレータ２１に供給される燃料を加熱するＰＴＣヒータ１７、及びレギュレータ２１内部で燃料を加熱する熱交換器等からなる。

ＰＴＣヒータ１７は、燃料通路１４におけるレギュレータ２１の上流側即ち燃料タンク１２側に設けられている。同ヒータ１７は、電熱ヒータの一種であり、温度の上昇に伴い電気抵抗値の増大する発熱体を有している。こうした発熱体を有することから同ヒータ１７は、一定の電圧が印加された状態においてその放熱量と電力消費量とが均衡するときの温度に保たれるようになっている。従って同ヒータ１７は、その通電期間の調節（但し電圧は一定）を通じて発生熱量を制御することができるようになっている。同ヒータ１７は、例えば機関始動時における燃料加熱に用いられる。

なお、燃料通路１４におけるＰＴＣヒータ１７の上流側には燃料の流通を遮断可能な開閉弁１８が設けられている。
また本実施形態においては、レギュレータ２１内部と内燃機関１５内部との間で機関冷却水を循環させる循環通路３０が設けられている。この循環通路３０において機関冷却水がレギュレータ２１内部と内燃機関１５内部との間で循環されると、内燃機関１５の熱で加熱された機関冷却水の熱がレギュレータ２１に伝えられ同レギュレータ２１内部の燃料が加熱されることとなる。

循環通路３０は、内燃機関１５内部に形成された図示しない冷却水通路の出口１５ａとレギュレータ２１に設けられた熱交換器の導水口２４ａとを繋ぐ第１通路３０ａ、及び同熱交換器の排水口２４ｂと内燃機関１５内部の上記冷却水通路の入口１５ｂとを繋ぐ第２通路３０ｂとを備えている。

なお、内燃機関１５の上記冷却水通路は、同機関１５内に形成されたウォータジャケット等を含むものである。即ち、循環通路３０は、ラジエータ等を含む同機関１５の冷却水循環系の一部を共用するものとなっている。循環通路３０における機関冷却水の循環流は、内燃機関１５に設けられた図示しないウォータポンプが駆動されることによって発生する。因みにこのウォータポンプは内燃機関１５のクランクシャフトに駆動連結されて、同機関１５が運転状態にある限り駆動される。

循環通路３０の途中には、同通路３０を遮断可能な循環遮断弁３１が配設されている。この循環遮断弁３１が閉じられることで循環通路３０における循環、即ち内燃機関１５とレギュレータ２１との間での熱交換が停止され得るようになる。なお、同図においてはこの循環遮断弁３１が第２通路３０ｂの途中に設けられた態様が例示されているが、これに限らず、例えば、第１通路３０ａの途中に設けられてもよい。

ここで、上記熱交換器を備える本実施形態のレギュレータ２１について、図２を参照して説明する。
レギュレータ２１は、燃料の調圧を行う調圧機構２２を備えている。調圧機構２２は、ダイアフラム機構からなり、燃料の減圧がなされる減圧室２２ａと大気圧の導入される大気圧室２２ｂとを区画する感圧部材２２ｃを有している。同機構２２では、減圧室２２ａに導入される燃料の調量が、両室２２ａ，２２ｂの圧力バランスに基づく感圧部材２２ｃの変位に応じた調圧弁２２ｄの開閉動作によりなされる。

即ち、レギュレータ２１には、燃料通路１４からの燃料をこの調圧弁２２ｄを介して減圧室２２ａに導入する内部通路２３が設けられている。調圧弁２２ｄはこの内部通路２３の出口を開閉することで上記燃料の調量を行う。この調量は、感圧部材２２ｃの変位に基づき、減圧室２２ａの内圧が大気圧室２２ｂの内圧（大気圧）よりも所定分だけ高い値（目標圧）となるようになされる。即ち、減圧室２２ａの内圧が上記目標圧よりも高い場合には、調圧弁２２ｄの開度が小さくなり気化される燃料の量が減少して減圧室２２ａの内圧が低下する。逆に減圧室２２ａの内圧が上記目標圧よりも低い場合には、調圧弁２２ｄの開度が大きくなり気化される燃料の量が増大して減圧室２２ａの内圧が上昇する。

また、上述したようにレギュレータ２１には、熱交換器２４が設けられている。熱交換器２４は導水口２４ａ及び排水口２４ｂに連通された機関冷却水室２４ｃを備えている。同室２４ｃは内部通路２３の近傍に配置されており、導水口２４ａを介して同室２４ｃに導入された機関冷却水と内部通路２３内の燃料との間で熱交換を行うようになっている。

次に、こうした加熱手段において、燃料の気化を過不足なく適切に行うべく同燃料の加熱量を制御するための本加熱装置の制御系統について説明する。
図１に併せ示すように、本加熱装置の制御系統は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）４１を中心に構成されている。ＥＣＵ４１は、インジェクタ１６の制御による燃料噴射量や燃料噴射時期の制御など、内燃機関１５の運転状態の制御を司り、その一環として上記燃料の加熱量の制御を併せ行っている。

ＥＣＵ４１は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える算術論理演算回路として構成されており、外部の機器との信号の入出力のためのポートを備えている。ＥＣＵ４１の入力ポートには、例えば、クランク角センサや吸気圧センサ等の他、タンク燃温センサ４２、タンク燃圧センサ４３、機関水温センサ４４、熱交換器水温センサ４５等の検出信号が入力されている。

タンク燃温センサ４２は燃料タンク１２内の燃料の温度（蒸気温度）を検出し、タンク燃圧センサ４３は同タンク１２内の蒸気圧を検出する。なお本実施形態では燃料が同タンク１２内に飽和状態で貯留されることから、タンク燃圧センサ４３の検出対象となる蒸気圧は飽和蒸気圧となる。

機関水温センサ４４は、循環通路３０において内燃機関１５の上記出口１５ａに設けられ、内燃機関１５内における機関冷却水の温度（以下、これを機関水温と称する）を検出する。熱交換器水温センサ４５は、熱交換器２４において機関冷却水室２４ｃ内の機関冷却水の温度（以下、これを熱交換器水温と称する）を検出する。

一方、ＥＣＵ４１の出力ポートにはＰＴＣヒータ１７や循環遮断弁３１への信号線が接続され、同ポートからはそれらに向けての指令信号が出力されている。
以上のように構成されたＥＣＵ４１は、ＰＴＣヒータ１７や循環遮断弁３１への通電制御を通じて同ヒータ１７や熱交換器２４による燃料の加熱量を制御している。

ところで本実施形態では、内燃機関１５の燃料としてＬＰＧが採用されている。ＬＰＧにおいてはそのほどんどがプロパンとブタンとの混合ガスにより構成されている。一般にＬＰＧにおいては、プロパンとブタンとの混合比率即ち成分比率にばらつきが存在するため、同一温度での飽和蒸気圧にばらつきが生じる。

図３にこれらプロパン及びブタンにおける飽和蒸気圧と温度との関係曲線（蒸気圧曲線）を示す。同図において実線で示される線図１０１がプロパンに関する蒸気圧曲線である。また、一点鎖線で示される線図１０２がブタンに関するものである。このように、蒸気圧曲線はプロパンやブタンといった各燃料成分固有の傾向を示す。

一般に、ＬＰＧを構成する成分のうちプロパン及びブタン以外の成分は極少量であることから、同成分はＬＰＧの蒸気圧特性にほとんど影響を与えないものと考えることができる。従って、ＬＰＧにおけるプロパンとブタンとの比率、ひいてはＬＰＧを構成する成分のうちプロパンの占める比率（プロパン比率）を特定することができれば、このＬＰＧの蒸気圧曲線を決定することができる。例えば、プロパン比率が１００％である場合には、このＬＰＧの蒸気圧曲線が線図１０１と同様のものとなり、逆にプロパン比率が０％（換言すればブタン比率が１００％）である場合には、このＬＰＧの蒸気圧曲線が線図１０２と同様のものとなる。また、仮にプロパン比率が５０％である場合には、このＬＰＧの蒸気圧曲線は上記線図１０１と線図１０２との中間的な特性を示し、例えば図３に破線で示す線図１０３のようなものとなる。即ちＬＰＧの蒸気圧曲線は、プロパン比率が高いほど線図１０１に近い傾向を示すものとなり、逆にこれが低いほど線図１０２に近い傾向を示すものとなる。

このように、ＬＰＧにおいてはそのプロパン比率を特定することにより蒸気圧曲線、即ち或る温度における飽和蒸気圧を特定することができる。また逆に言えば、ＬＰＧの温度とその温度における飽和蒸気圧とを特定することにより、そのプロパン比率を特定することができる。こうしたことから、プロパン比率等の成分比率、或いはＬＰＧの温度及びその温度における飽和蒸気圧は、それぞれ同ＬＰＧの蒸気圧曲線を特定する「蒸気圧特性」の一つであると言える。

上述のように飽和蒸気圧は、燃料の温度の他、こうした成分比率の違いによっても変化する。従って本実施形態のように液化ガス燃料を気化させてこれを内燃機関１５に供給する燃料供給システムにおいては、燃料温度の違いのみならずこうした成分比率の違いによっても気化の状態が変化することとなる。そのため、加熱手段により燃料を加熱するにあたっては、こうした成分比率を上記加熱量の設定に反映することが燃料供給システムにおける燃料の気化を過不足なく適切に行うのに有効である。

こうした点から本実施形態では、例えば、機関始動時における燃料の加熱量の設定にプロパン比率を反映するようにしている。
即ちＥＣＵ４１は、この加熱量の設定に先立って、タンク燃温センサ４２及びタンク燃圧センサ４３からの検出信号に基づき、ＬＰＧのプロパン比率を算出する。ＥＣＵ４１においては、ＬＰＧの蒸気圧曲線に関するデータが様々なプロパン比率に各対応して予め格納されており、こうしたデータに基づいて上記各検出信号（タンク１２内の蒸気温度及び飽和蒸気圧に関する検出結果）に適合するプロパン比率が算出される。なお、ＥＣＵ４１に格納される上記蒸気圧曲線に関するデータとしては、例えば、蒸気温度と飽和蒸気圧との関係マップを各プロパン比率毎に設定したもの等、タンク１２内の蒸気温度と飽和蒸気圧との関係からプロパン比率を決定可能なものが採用されればよい。

こうしてプロパン比率が算出されると、本燃料供給システム１１において使用されている燃料の蒸気圧曲線を決定することができるようになる。従って、気化される燃料の飽和蒸気圧が或る値になるときの燃料温度を、上記蒸気圧曲線データを用いて決定することができるようになる。換言すれば、燃料の飽和蒸気圧が目標値となるときの燃料温度を決定することができるようになる。従って、気化される燃料の量が目標量となるときの圧力値（飽和蒸気圧）を上記「飽和蒸気圧の目標値」として設定すれば、当該目標値に対応する燃料温度に一致させるように燃料の加熱等を行うことで、燃料の気化を過不足なく適切に行うことができるようになる。

本実施形態ではこうした原理を利用して、上記プロパン比率と、検出したレギュレータ２１内の燃料の温度とから、気化される燃料の量が上記目標量となるために必要充分な同燃料の加熱量を設定するようにしている。この設定分だけ燃料を加熱することで、レギュレータ２１内の燃料の温度を上記目標量（気化される燃料の目標量）に対応したものとすることが可能になる。

こうした加熱量の設定において本実施形態では、図４に示されるマップに基づき、ＰＴＣヒータ１７による燃料の加熱量を設定するようにしている。上述したようにＰＴＣヒータ１７は一定の電圧が印加された状態においてその放熱量と電力消費量とが均衡するときの温度に保たれるようになっている。そのため本実施形態では、燃料の加熱量と相関関係にあるＰＴＣヒータ１７の通電期間（加熱期間）の設定を通じて上記加熱量を設定するようにしている。従って本実施形態においては同図のマップを用いてプロパン比率と燃料温度とからＰＴＣヒータ１７による燃料の加熱期間が求められる。

なお、本実施形態においては、上記マップを用いた加熱期間の設定に参照される燃料温度として、機関水温センサ４４の検出した機関水温と、熱交換器水温センサ４５の検出した熱交換器水温とのうち、低い方の値が採用されるようになっている。即ち、ＥＣＵ４１は、燃料の加熱量を設定するにあたって、上記機関水温と熱交換器水温とを比較し、これらのうち低い方の値を燃料温度として上記マップに当てはめ、上記プロパン比率に対応する加熱期間を求める。

一般的に、内燃機関１５は熱交換器２４よりも熱容量が大きく、仮に熱交換器２４内における機関冷却水が内燃機関１５内のそれよりも高温であると一旦検出されたとしても、機関冷却水が循環された場合には、これに伴って熱交換器２４内における機関冷却水が内燃機関１５内のそれと同等の温度に低下されることとなる。即ち、例え熱交換器２４内における機関冷却水が内燃機関１５内のそれよりも高温であると検出されたとしても、この温度に基づいてＰＴＣヒータ１７による燃料の加熱量が設定されたのでは気化が不十分となる懸念が生じる。こうした懸念は、例えば上記検出のサイクルが長いほど大きなものとなる。

その点、本実施形態では、上記機関水温及び熱交換器水温のうち低い方の値を上記マップで参照される燃料温度として採用し、これに基づいてＰＴＣヒータ１７による燃料の加熱量を設定するようにしたため、例え上記検出のサイクルが長くてもＰＴＣヒータ１７における発生熱量の不足が回避されるようになる。

なお、上記マップに示すｐｒｍｉｎ，ｐｒ１，…，ｐｒ４，ｐｒｍａｘはそれぞれ上記プロパン比率（％）を代数として表したものであり、これらの高低についての関係は、最低値であるｐｒｍｉｎから最高値であるｐｒｍａｘに向けて順々に高くなる（「ｐｒ」に添えられた数字が大きいほど高い）関係にある。

また、同マップに示すｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔ７，ｔ８はそれぞれ燃料温度、即ち上記機関水温及び熱交換器水温の検出値のうち低い方の値を代数として表したものである。そしてこれらの高低についての関係は、最低値であるｔ１から最高値であるｔ８に向けて順々に高くなる（「ｔ」に添えられた数字が大きいほど高い）関係にある。

そして、同マップに示すａ１，ａ２，ａ３，…，ａ６，ａ７はそれぞれ上記加熱期間即ちＰＴＣヒータ１７の通電期間を代数として表したものである。これらの長短についての関係は、最短値であるａ１から最長値であるａ７に向けて順々に長くなる（「ａ」に添えられた数字が大きいほど長い）関係にある。

即ち、本マップにおいては、同一のプロパン比率に関しては上記燃料温度が高いほど上記加熱期間が短くなる（即ち燃料の加熱量が少量で足りる）。また、同一の上記燃料温度に関してはプロパン比率が高いほど（同マップの下方ほど）上記加熱期間が短くなる。なお、上記燃料温度が同マップにおける最高値であるｔ８に至ると、プロパン比率の高低に拘わらずｐｒｍｉｎからｐｒｍａｘまでの全てに関して上記加熱期間が「０」（ＰＴＣヒータ１７による加熱が不要）となるように設定されている。

次に、図５〜図７を併せ参照して、上記加熱量の設定処理等、本実施形態における燃料加熱制御の処理態様についてさらに詳細に説明する。同図５〜図７の各フローチャートは上記制御の処理ルーチンを示すものであり、これらの処理はＥＣＵ４１によって実行される。なお、図５に示す処理ルーチンは、内燃機関１５を搭載する車両のイグニッションスイッチがオンされた（オフからオンに切り替えられた）ときに一回だけ実行される。図６及び図７の各処理ルーチンはそれぞれ所定期間毎に周期的に実行される。また、これら図５〜図７の各処理ルーチンは上記イグニッションスイッチがオン状態にあるとき（内燃機関１５を始動させるためのエンジンスタータモータ（図示なし）の駆動時を含む）に限って実行される。

先ず、上記イグニッションスイッチがオンされるとウォーニングランプ（図示なし）が点灯される（ステップＳ１１０）。このウォーニングランプは上記車両の運転者に対して内燃機関１５を始動させずに（上記エンジンスタータモータを駆動させずに）待機する旨知らせるためのものである。そして初期化のためＰＴＣヒータ１７がオフ状態（通電停止状態）とされた（ステップＳ１２０）後、プロパン比率が算出される（ステップＳ１３０）。このプロパン比率の算出は上述した手順同様に行われる。即ち、タンク燃温センサ４２及びタンク燃圧センサ４３の検出結果に基づき算出される。

そして、図４に示されるマップに基づき、機関始動時においてＰＴＣヒータ１７に発熱させる期間（以下、これをプレヒート期間と称する）が算出される（ステップＳ１４０）。この算出にあたっては、機関水温センサ４４の検出した機関水温及び熱交換器水温センサ４５の検出した熱交換器水温のうち低い方の値が、レギュレータ２１内で気化される燃料の温度（例えば内部通路２３の出口付近における燃料の温度）として選定される。そしてこの選定された燃料温度と、ステップＳ１３０にて算出されたプロパン比率とから、上記マップを用いて上記プレヒート期間が算出される。こうして算出されたプレヒート期間はＥＣＵ４１のＲＡＭに格納される（ステップＳ１５０）。そしてこのステップＳ１５０処理が終了されると、処理は図６の処理ルーチンに移行される。

図６に示される処理ルーチンにおいては、先ず、ＲＡＭに格納された上記プレヒート期間の値が「０」であるか否かが判定される（ステップＳ２１０）。これが「０」でないと判定されると（ステップＳ２１０：ＮＯ）、ＰＴＣヒータ１７に発熱させる必要があるとされてプレヒート要求フラグの値が「１（プレヒート要求あり）」に設定される（ステップＳ２２０）。そしてＲＡＭに格納された上記プレヒート期間の値から所定の数値が差し引かれる、即ちプレヒートすべき残り期間が「０」に近づけられる（ステップＳ２３０）。

一方、ステップＳ２１０の判定結果がＹＥＳ、即ちＲＡＭに格納された上記プレヒート期間の値が「０」であると判定されると、上記ウォーニングランプが消灯されて（ステップＳ２４０）上記プレヒート要求フラグの値が「０（プレヒート要求なし）」に設定される（ステップＳ２５０）。即ち、この場合には、ＰＴＣヒータ１７に発熱させる必要がないとして、内燃機関１５を始動させるための操作が運転者に対して促されることとなる。

そして、このステップＳ２５０処理若しくは上述のステップＳ２３０処理の終了に伴い、処理は図７の処理ルーチンに移行される。
この処理ルーチンでは先ず、内燃機関１５が始動される直前にあるか否かが判定される（ステップＳ３１０）。本実施形態では、上記イグニッションスイッチがオン状態にあり、且つ機関回転速度が「０」即ち内燃機関１５が停止状態にあるとき「内燃機関１５が始動される直前にある（機関始動直前状態にある）」と判定される。なお、上述したように本処理ルーチンは上記イグニッションスイッチがオン状態にあるときに限って実行されるため、実質的には内燃機関１５が運転状態及び停止状態のいずれにあるかの判定によって上記ステップＳ３１０判定がなされることとなる。そして上記機関始動直前状態にあると判定されると（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、図６の処理ルーチンで設定されたプレヒート要求フラグの値が「１」か否か、即ち「プレヒート要求あり」か否かが判定される（ステップＳ３２０）。

このプレヒート要求がない場合（ステップＳ３２０：ＮＯ）、ＰＴＣヒータ１７への通電はなされない（ステップＳ３３０）。即ちＰＴＣヒータ１７による燃料の加熱は行われない。このステップＳ３３０処理は、例えば、上記ステップＳ１４０において算出されたプレヒート期間が「０」であった場合、或いは同算出されたプレヒート期間が満了となった場合に実行されることとなる。

一方、プレヒート要求がある場合（ステップＳ３２０：ＹＥＳ）には、ＰＴＣヒータ１７に電力供給するバッテリ（図示なし）において電圧低下が生じているか否かが判定される（ステップＳ３４０）。バッテリ電圧が低下していると判定された場合（ステップＳ３４０：ＹＥＳ）、バッテリ負荷を軽減すべくＰＴＣヒータ１７は非通電状態とされる（ステップＳ３３０）。逆に、上記バッテリにおいて電圧低下が生じていないと判定されると（ステップＳ３４０：ＮＯ）、同バッテリには充分な電力が蓄積されているとされ、ＰＴＣヒータ１７への通電がなされる（ステップＳ３５０）。即ちＰＴＣヒータ１７による燃料の加熱が行われる。

なお、本制御ルーチンでは、ステップＳ３１０判定がＮＯ、即ち上記機関始動直前状態にないと判定された場合、既に内燃機関１５が運転状態にあるとされ、機関水温（機関水温センサ４４の検出結果）が上記マップにおける燃料温度ｔ８以下（ｔ８と同じ或いはこれより低温）か否かが判定される（ステップＳ３６０）。この機関水温が上記燃料温度ｔ８よりも高いと判定された場合（ステップＳ３６０：ＮＯ）、仮にプロパン比率が最低値ｐｒｍｉｎであったとしてもＰＴＣヒータ１７による加熱を必要としないほど熱交換器２４の機関冷却水室２４ｃ内の水温が既に高い状態にあるとされ、処理がステップＳ３３０に移行される。即ち、ＰＴＣヒータ１７への通電はなされずオフ状態とされる。これにより、レギュレータ２１での過剰な気化が抑制されるとともに、無駄なエネルギ消費が回避される。

なお本実施形態では、このステップＳ３６０判定がＮＯとなったとき、更に循環遮断弁３１が閉状態とされて循環通路３０での機関冷却水の循環が停止されるようになっている。これにより、燃料の気化を促進させる熱交換器２４での過剰な熱交換が抑制され、ひいては過剰な気化が抑制されるようになる。

逆に機関水温センサ４４の検出結果が上記燃料温度ｔ８以下である（ステップＳ３６０：ＹＥＳ）と判定された場合には、上記エンジンスタータモータが駆動中（即ちオン状態）か否かが判定され、駆動中である場合（ステップＳ３７０：ＹＥＳ）には上記バッテリ負荷を軽減すべくＰＴＣヒータ１７は非通電状態とされる（ステップＳ３３０）。逆に、上記エンジンスタータモータが駆動されていない場合（ステップＳ３７０：ＮＯ）には、処理がステップＳ３４０に移行され、上記バッテリにおいて電圧低下が生じているか否かが判定される。

なお、本実施形態では、この図７の処理ルーチンが所定回数繰り返し実行される毎に処理が図６の処理ルーチンに戻されるようになっている。そして、このように図６の処理ルーチンが終了される毎に図７の処理ルーチンが所定回数繰り返し実行され、処理がその後再度図６の処理ルーチンに戻されるという処理サイクルは上記イグニッションスイッチがオフされるまで継続的に繰り返されるようになっている。

なお、上述した構成においては、請求項との関係に関し、タンク燃温センサ４２、及びタンク燃圧センサ４３は燃料の蒸気圧特性を検出する「検出手段」を構成し、ＥＣＵ４１は同検出手段の検出結果に基づき燃料の加熱量を設定する「設定手段」を構成する。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
（１）タンク燃温センサ４２やタンク燃圧センサ４３による検出結果に基づいて燃料の加熱量を設定するようにしたため、同燃料の蒸気圧特性に応じてその加熱量を設定することができる。従って、例えば加熱量を一定にした場合と比較して、燃料の成分や温度に即したかたちで同燃料の飽和蒸気圧をより精度よく目標値に向けて変更することができ、燃料の気化を過不足なく適切に行うことができるようになる。

（２）タンク燃温センサ４２及びタンク燃圧センサ４３の検出結果から燃料のプロパン比率を求め、これに基づいて燃料の加熱量を設定するようにした。
燃料はその温度が同じであっても成分に違いがあれば飽和蒸気圧は異なる値を示す。本実施形態では、燃料の加熱量の設定にＬＰＧの成分指標の一つであるプロパン比率を参照するようにしたため、こうした燃料成分の違いによる蒸気圧特性の変化を考慮することが可能となり、ひいては、燃料の飽和蒸気圧をより精度よく目標値に向けて変更することができるようになる。

（３）燃料の加熱量を、上記プロパン比率と併せて、レギュレータ２１における燃料温度に基づいて設定するようにした。このようにして、レギュレータ２１において気化される燃料の温度が参照されることで、同レギュレータ２１内の燃料温度と、燃料の飽和蒸気圧が目標値となるときの同燃料の温度との差が明確となる。そのため、ＰＴＣヒータ１７による燃料の加熱量の設定精度が向上する。

（４）上記燃料の加熱量の調節は、ＰＴＣヒータ１７による加熱期間の変更を通じて行われる。これによれば、例えば、ＰＴＣヒータ１７への供給電流（の大きさ）の制御を省略して加熱量調節態様の簡素化を図ることが可能になる。

（５）上記実施形態では、機関冷却水に関し熱交換器２４において検出される温度（熱交換器水温）及び内燃機関１５の冷却水循環系において検出される温度（機関水温）のうち低い方の値に基づき、ＰＴＣヒータ１７による燃料の加熱量を設定した。これによれば、例えば、熱交換器２４における機関冷却水が内燃機関１５のそれよりも高温であると検出された後に、機関冷却水の循環に伴う熱交換器２４の冷却が原因となって燃料の加熱不足が生じてしまうのが回避されるようになる。

なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、以下の様態としてもよい。
・上記実施形態では、上記処理ルーチンにおけるステップＳ３６０判定がＮＯとなったとき、循環遮断弁３１を閉状態とすることで循環通路３０での機関冷却水の循環を停止するようにした。例えば、これに代えて、循環通路３０の途中に電動ポンプを配設し、ＥＣＵ４１からの指令により同電動ポンプの駆動を停止することで上記機関冷却水の循環を停止するようにしてもよい。但しこの場合、循環通路３０において上記機関冷却水の循環を好適に停止するには、例えば、循環通路３０における循環流の発生源を上述のウォータポンプからこの電動ポンプに置き換えることが望ましい。

・また上記実施形態では、循環通路３０での循環を停止させるときの機関水温の閾値として、上記処理ルーチンのステップＳ３６０に示されるように固定値であるｔ８を採用したが、これに限らず、例えば、この閾値をＬＰＧのプロパン比率に応じて変更するようにしてもよい。この場合、例えば、プロパン比率が高いときにはこの閾値が低めの値となるように設定する。

・上記実施形態では、燃料の加熱量を設定するにあたって、機関水温センサ４４及び熱交換器水温センサ４５の検出結果のうち低い方の値を参照するようにしたが、これに限らず、例えば参照する検出結果を機関水温センサ４４及び熱交換器水温センサ４５のいずれか一方のものに固定してもよい。また例えば、機関水温センサ４４及び熱交換器水温センサ４５の両検出結果の平均値等を参照するようにしてもよい。

・上記図４のマップにて参照される「燃料温度」には、レギュレータ２１に限らず、循環通路３０上の他の部位で検出された燃料の温度が採用されてもよい。こうした場合であれ、燃料の加熱量の設定に関して全く燃料の温度が参照されない態様に比較して、上記設定の精度を向上させることができる。

・上記実施形態では、燃料の加熱量を設定するにあたってそのプロパン比率を特定するようにしたが、こうしたプロパン比率の特定を行うことなく上記加熱量を設定してもよい。その一例としては例えば、タンク燃温センサ４２及びタンク燃圧センサ４３の検出結果に基づき、統計手法等により、およそ好適な蒸気圧曲線を推定し、この曲線から、目標の飽和蒸気圧に対応する燃料温度を割り出して燃料の加熱量を算出するといった手順が考えられる。

・上記実施形態では、燃料の蒸気圧特性を検出するために燃料タンク１２内の温度と蒸気圧（飽和蒸気圧）とを検出したが、これに限らず、例えば、燃料の温度とその温度における飽和蒸気圧とを検出可能であれば、燃料系統における他の箇所においてこれらを検出するようにしてもよい。なお、例えば、燃料通路１４における燃料タンク１２からレギュレータ２１までの部分においては、燃料の蒸気圧を飽和蒸気圧に維持することが比較的容易で、且つデリバリパイプ１３内に生じる圧力変動の影響を受け難いため、当該部分は、安定した飽和蒸気圧の検出を行うために好適な箇所であると言える。

・上記実施形態では、燃料の温度とその飽和蒸気圧とを蒸気圧特性として検出したが、これに限らず、例えば、ガスクロマトグラフ等を用いた組成分析を通じて燃料成分を特定し、これにより蒸気圧特性を検出するようにしてもよい。

・上記実施形態では、ＰＴＣヒータ１７の通電期間を変更して燃料の加熱量を調節するようにしたが、これに限らず、例えば、電熱ヒータの発熱時の温度を変更して上記加熱量の調節を行うようにしてもよい。

・上述のようにして設定された燃料の加熱量を、例えば、燃料通路１４における燃料タンク１２とレギュレータ２１の調圧弁２２ｄとの間の部分での燃料流量に基づいて補正するようにしてもよい。この場合、例えば上記燃料流量が多いときには加熱量が多くなるように、上記燃料流量が少ないときには加熱量が少なくなるように補正する。

・上記実施形態では、液化ガス燃料としてＬＰＧを採用したが、これに限らず、例えば、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や液化天然ガス（ＬＮＧ）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、水素等を採用してもよい。こうした液化ガス燃料においては、例えば不純物の含有率等の影響を反映したかたちで同燃料の飽和蒸気圧をより精度よく目標値に向けて変更することができるようになる。

・上記実施形態では、設定手段による加熱量の設定対象としてＰＴＣヒータ１７及び熱交換器２４が採用されたが、例えばこれらのうちの一方のみが同設定対象として採用されてもよい。

一実施形態の液化ガス燃料供給システムの加熱装置を示す概要構成図。 レギュレータの拡大断面図。 燃料の温度と圧力との関係を示すグラフ。 プレヒート期間の算出に用いられるマップ。 プレヒート期間の設定処理を説明するためのフローチャート。 プレヒート要求フラグの設定処理を説明するためのフローチャート。 プレヒートの実行に関しての処理を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１１…液化ガス燃料供給システム、１２…燃料タンク、１４…燃料通路、１５…内燃機関、１７…ＰＴＣヒータ、２１…レギュレータ、２４…熱交換器、３０…循環通路、３１…循環遮断弁、４１…ＥＣＵ、４２…タンク燃温センサ、４３…タンク燃圧センサ、４４…機関水温センサ、４５…熱交換器水温センサ。

Claims (7)

1. 液化ガス燃料を気化させてこれを内燃機関に供給する液化ガス燃料供給システムに適用され、同液化ガス燃料の気化に先立ちこれを加熱する加熱手段を備える液化ガス燃料供給システムの加熱装置において、
   前記液化ガス燃料の蒸気圧特性を検出する検出手段と、
   同検出手段の検出結果に基づき前記液化ガス燃料の加熱量を設定する設定手段とを備える
   ことを特徴とする液化ガス燃料供給システムの加熱装置。
2. 請求項１に記載の液化ガス燃料供給システムの加熱装置において、
   前記検出手段は燃料系統における前記液化ガス燃料の温度とその飽和蒸気圧とを同燃料の蒸気圧特性として検出するものである
   ことを特徴とする液化ガス燃料供給システムの加熱装置。
3. 請求項１又は２に記載の液化ガス燃料供給システムの加熱装置において、
   前記液化ガス燃料は液化石油ガスからなり、前記検出手段は前記蒸気圧特性として同液化石油ガスのプロパン比率を検出するものである
   ことを特徴とする液化ガス燃料供給システムの加熱装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の液化ガス燃料供給システムの加熱装置において、
   前記設定手段は、前記検出手段の検出結果に基づくとともに更に、前記液化ガス燃料を気化する気化器において検出される同燃料の温度に基づき、同燃料の加熱量を設定するものである
   ことを特徴とする液化ガス燃料供給システムの加熱装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の液化ガス燃料供給システムの加熱装置において、
   前記加熱手段は前記液化ガス燃料を加熱する電熱ヒータを備えるものであり、前記設定手段は同燃料の加熱量の設定において前記電熱ヒータによる加熱期間を設定する
   ことを特徴とする液化ガス燃料供給システムの加熱装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の液化ガス燃料供給システムの加熱装置において、
   前記加熱手段は前記液化ガス燃料の加熱に関し、機関冷却水の熱を利用する熱交換器と、電熱ヒータとを備えるものであり、前記設定手段は、前記検出手段の検出結果に基づくとともに更に、前記機関冷却水に関し前記熱交換器において検出される温度及び前記内燃機関の冷却水循環系において検出される温度のうち低い方の値に基づき、前記電熱ヒータによる前記燃料の加熱量を設定するものである
   ことを特徴とする液化ガス燃料供給システムの加熱装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の液化ガス燃料供給システムの加熱装置において、
   前記加熱手段は少なくとも機関冷却水の熱を利用して前記液化ガス燃料を加熱するものであり、前記設定手段は前記内燃機関における機関冷却水の温度が所定の閾値以下であるとき前記機関冷却水による同燃料の加熱を許容し前記温度が前記閾値よりも高いとき同加熱を停止するとともに前記検出手段の検出結果に応じて前記閾値を変更する
   ことを特徴とする液化ガス燃料供給システムの加熱装置。

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