JP2003013765A - 水素エンジン及び水素エンジンの運転方法 - Google Patents
水素エンジン及び水素エンジンの運転方法Info
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- JP2003013765A JP2003013765A JP2001198504A JP2001198504A JP2003013765A JP 2003013765 A JP2003013765 A JP 2003013765A JP 2001198504 A JP2001198504 A JP 2001198504A JP 2001198504 A JP2001198504 A JP 2001198504A JP 2003013765 A JP2003013765 A JP 2003013765A
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素燃焼ガス中における水蒸気の凝縮を防止
する。 【解決手段】 燃焼ガスの水蒸気分圧に対する飽和温度
を求め、ライナ温度が飽和温度よりも高くなるように冷
却水供給装置１７による冷却水流量の調整を行ってシリ
ンダ６の内壁（シリンダライナ）の温度を制御し、水素
燃焼ガス中における水蒸気の凝縮を防止して凝縮水がシ
リンダ６の内壁（シリンダライナ）に付着することをな
くし、熱損失が大きくなって水素エンジン１の性能が悪
化すると共に、ピストン７とシリンダ６の摺動部（シリ
ンダライナとピストンリング）の油膜が破断して焼付き
が生じる虞をなくす。
する。 【解決手段】 燃焼ガスの水蒸気分圧に対する飽和温度
を求め、ライナ温度が飽和温度よりも高くなるように冷
却水供給装置１７による冷却水流量の調整を行ってシリ
ンダ６の内壁（シリンダライナ）の温度を制御し、水素
燃焼ガス中における水蒸気の凝縮を防止して凝縮水がシ
リンダ６の内壁（シリンダライナ）に付着することをな
くし、熱損失が大きくなって水素エンジン１の性能が悪
化すると共に、ピストン７とシリンダ６の摺動部（シリ
ンダライナとピストンリング）の油膜が破断して焼付き
が生じる虞をなくす。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素を燃料とした
水素エンジン及び水素を燃料とした水素エンジンの運転
方法に関する。
水素エンジン及び水素を燃料とした水素エンジンの運転
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】排気ガス性能の向上等のために、ガソリ
ンや軽油を燃料としたエンジンに代えて、水素を燃料と
した水素エンジンが開発されてきている。水素エンジン
の燃焼ガスには、例えば、15% から20% 程度水蒸気が含
まれている。エンジンの燃焼室を構成するシリンダ内に
はピストンが高速で往復摺動しているため、摺動部等が
高温に過熱されて焼付き損傷等が生じないように、シリ
ンダは冷却水等により冷却されている。
ンや軽油を燃料としたエンジンに代えて、水素を燃料と
した水素エンジンが開発されてきている。水素エンジン
の燃焼ガスには、例えば、15% から20% 程度水蒸気が含
まれている。エンジンの燃焼室を構成するシリンダ内に
はピストンが高速で往復摺動しているため、摺動部等が
高温に過熱されて焼付き損傷等が生じないように、シリ
ンダは冷却水等により冷却されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】水素エンジンでは、燃
焼ガスに水蒸気が含まれているため、シリンダの温度が
水蒸気の飽和温度よりも低くなると、水蒸気が凝縮して
しまう。従来の水素エンジンでは、水蒸気の凝縮を踏ま
えてのシリンダの冷却は行われていないのが現状である
ため、シリンダの温度が水蒸気の飽和温度よりも低くな
って水蒸気が凝縮する虞があった。因みに、水蒸気が凝
縮して凝縮水がシリンダの内壁に付着すると、熱損失が
大きくなってエンジン性能が悪化すると共に、ピストン
とシリンダの摺動部（シリンダライナとピストンリン
グ）の油膜が破断して焼付きが生じる虞がある。
焼ガスに水蒸気が含まれているため、シリンダの温度が
水蒸気の飽和温度よりも低くなると、水蒸気が凝縮して
しまう。従来の水素エンジンでは、水蒸気の凝縮を踏ま
えてのシリンダの冷却は行われていないのが現状である
ため、シリンダの温度が水蒸気の飽和温度よりも低くな
って水蒸気が凝縮する虞があった。因みに、水蒸気が凝
縮して凝縮水がシリンダの内壁に付着すると、熱損失が
大きくなってエンジン性能が悪化すると共に、ピストン
とシリンダの摺動部（シリンダライナとピストンリン
グ）の油膜が破断して焼付きが生じる虞がある。
【０００４】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、燃焼室を形成するシリンダ内で水蒸気が凝縮するこ
とがない水素エンジン及び水素エンジンの運転方法を提
供することを目的とする。
で、燃焼室を形成するシリンダ内で水蒸気が凝縮するこ
とがない水素エンジン及び水素エンジンの運転方法を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の水素エンジンは、燃焼室が形成されるシリン
ダ内に水素燃料が導入される水素エンジンにおいて、吸
気の流量を検出する吸気流量検出手段と、吸気の酸素・
水蒸気濃度を検出する酸素・水蒸気濃度検出手段と、水
素燃料の流量を導出する燃料流量導出手段と、燃焼室内
の燃焼ガスの圧力を導出する圧力導出手段と、燃焼室の
シリンダ内壁の温度を導出するシリンダ温度導出手段
と、シリンダ内壁の温度を制御する内壁温度制御手段
と、吸気流量検出手段及び酸素・水蒸気濃度検出手段及
び燃料流量導出手段及び圧力導出手段の情報及び圧縮比
が入力され燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温度を
導出する飽和温度演算手段と、シリンダ温度導出手段で
導出されたシリンダ内壁の温度及び飽和温度演算手段で
演算された飽和温度を比較しシリンダ内壁の温度を演算
された飽和温度よりも高くするように内壁温度制御手段
に制御指令を出力する出力手段とを備えたことを特徴と
する。
の本発明の水素エンジンは、燃焼室が形成されるシリン
ダ内に水素燃料が導入される水素エンジンにおいて、吸
気の流量を検出する吸気流量検出手段と、吸気の酸素・
水蒸気濃度を検出する酸素・水蒸気濃度検出手段と、水
素燃料の流量を導出する燃料流量導出手段と、燃焼室内
の燃焼ガスの圧力を導出する圧力導出手段と、燃焼室の
シリンダ内壁の温度を導出するシリンダ温度導出手段
と、シリンダ内壁の温度を制御する内壁温度制御手段
と、吸気流量検出手段及び酸素・水蒸気濃度検出手段及
び燃料流量導出手段及び圧力導出手段の情報及び圧縮比
が入力され燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温度を
導出する飽和温度演算手段と、シリンダ温度導出手段で
導出されたシリンダ内壁の温度及び飽和温度演算手段で
演算された飽和温度を比較しシリンダ内壁の温度を演算
された飽和温度よりも高くするように内壁温度制御手段
に制御指令を出力する出力手段とを備えたことを特徴と
する。
【０００６】そして、圧力導出手段は、吸気圧力を検出
する吸気圧検出手段と、飽和温度演算手段での、吸気圧
検出手段の情報を含めて燃焼ガス中の水蒸気分圧に対す
る飽和温度を導出する機能とからなることを特徴とす
る。また、燃焼室には燃料である水素が直接噴射され、
燃料流量導出手段は燃料流量を検出する手段であること
を特徴とする。また、燃焼室には燃料と空気の混合気が
導入され、燃料流量導出手段は、混合気中の燃料割合を
検出する手段と、飽和温度演算手段での、燃料割合の情
報を含めて燃料流量を導出する機能とからなることを特
徴とする。また、内壁温度制御手段は、冷却水流量を制
御する手段であることを特徴とする。また、内壁温度制
御手段は、冷却水温度を制御する手段であることを特徴
とする。
する吸気圧検出手段と、飽和温度演算手段での、吸気圧
検出手段の情報を含めて燃焼ガス中の水蒸気分圧に対す
る飽和温度を導出する機能とからなることを特徴とす
る。また、燃焼室には燃料である水素が直接噴射され、
燃料流量導出手段は燃料流量を検出する手段であること
を特徴とする。また、燃焼室には燃料と空気の混合気が
導入され、燃料流量導出手段は、混合気中の燃料割合を
検出する手段と、飽和温度演算手段での、燃料割合の情
報を含めて燃料流量を導出する機能とからなることを特
徴とする。また、内壁温度制御手段は、冷却水流量を制
御する手段であることを特徴とする。また、内壁温度制
御手段は、冷却水温度を制御する手段であることを特徴
とする。
【０００７】上記目的を達成するための本発明の水素エ
ンジンの運転方法は、燃焼室が形成されるシリンダ内に
水素燃料が導入される水素エンジンにおいて、燃焼室内
の燃焼ガスの水蒸気分圧に対する飽和温度を求め、飽和
温度よりもシリンダ内壁の温度が高くなるようにシリン
ダ内壁の温度を制御して運転を行うことを特徴とする。
ンジンの運転方法は、燃焼室が形成されるシリンダ内に
水素燃料が導入される水素エンジンにおいて、燃焼室内
の燃焼ガスの水蒸気分圧に対する飽和温度を求め、飽和
温度よりもシリンダ内壁の温度が高くなるようにシリン
ダ内壁の温度を制御して運転を行うことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１には本発明の第１実施形態例
に係る水素エンジンの概略構成、図２には制御装置のブ
ロック構成、図３には温度制御のフローチャート、図４
には水蒸気の飽和状況の一例を表すマップを示してあ
る。
に係る水素エンジンの概略構成、図２には制御装置のブ
ロック構成、図３には温度制御のフローチャート、図４
には水蒸気の飽和状況の一例を表すマップを示してあ
る。
【０００９】図１に示すように、水素エンジン１のシリ
ンダヘッド２には各気筒毎に、例えば、電磁開閉式の燃
料噴射弁３が取り付けられ、燃料噴射弁３の噴射口が燃
焼室４内に開口している。燃料噴射弁３には燃料供給装
置５から燃料として水素が供給され、燃料噴射弁３から
噴射される水素が燃焼室４内に直接噴射されるようにな
っている。水素エンジン１のシリンダ６にはピストン７
が上下方向に摺動自在に支持され、ピストン７はクラン
クシャフト８の回転によりコンロッド９を介して往復動
する。
ンダヘッド２には各気筒毎に、例えば、電磁開閉式の燃
料噴射弁３が取り付けられ、燃料噴射弁３の噴射口が燃
焼室４内に開口している。燃料噴射弁３には燃料供給装
置５から燃料として水素が供給され、燃料噴射弁３から
噴射される水素が燃焼室４内に直接噴射されるようにな
っている。水素エンジン１のシリンダ６にはピストン７
が上下方向に摺動自在に支持され、ピストン７はクラン
クシャフト８の回転によりコンロッド９を介して往復動
する。
【００１０】シリンダヘッド２には、各気筒毎に吸気ポ
ート１０が形成され、吸気ポート１０に連通して吸気マ
ニホールド１１の一端が接続されている。吸気ポート１
０は図示しないカムシャフトを介して動作する吸気弁１
２により開閉され、燃焼室４内に吸気マニホールド１１
からの吸気が導入される。また、シリンダヘッド２に
は、各気筒毎に排気ポート１３が形成され、排気ポート
１３に連通して排気マニホールド１４の一端がそれぞれ
接続されている。排気ポート１３は図示しないカムシャ
フトを介して動作する排気弁１５により開閉され、燃焼
室４からの排気ガスが排気マニホールド１４に排出され
る。
ート１０が形成され、吸気ポート１０に連通して吸気マ
ニホールド１１の一端が接続されている。吸気ポート１
０は図示しないカムシャフトを介して動作する吸気弁１
２により開閉され、燃焼室４内に吸気マニホールド１１
からの吸気が導入される。また、シリンダヘッド２に
は、各気筒毎に排気ポート１３が形成され、排気ポート
１３に連通して排気マニホールド１４の一端がそれぞれ
接続されている。排気ポート１３は図示しないカムシャ
フトを介して動作する排気弁１５により開閉され、燃焼
室４からの排気ガスが排気マニホールド１４に排出され
る。
【００１１】シリンダ６の外周部にはウォータジャケッ
ト１６が形成され、ウォータジャケット１６には冷却水
供給装置１７からの冷却水が流量制御されて循環して供
給される。ウォータジャケット１６への冷却水の供給に
より、シリンダ６（シリンダライナ）が所定の温度に維
持される。つまり、ウォータジャケット１６及び冷却水
供給装置１７によりシリンダ６の内壁の温度を制御する
内壁温度制御手段が構成されている。冷却水の流量制御
によりシリンダ６の内壁の温度を制御するようにしてい
るので、簡単な構成で応答性よくシリンダ６の内壁の温
度を制御することができる。シリンダ６の近傍には冷却
水温を検出する水温センサ１８が設けられている。ま
た、シリンダ６にはシリンダ６の内壁（シリンダライ
ナ）の温度を検出するシリンダ温度導出手段としての温
度センサ１９が備えられている。
ト１６が形成され、ウォータジャケット１６には冷却水
供給装置１７からの冷却水が流量制御されて循環して供
給される。ウォータジャケット１６への冷却水の供給に
より、シリンダ６（シリンダライナ）が所定の温度に維
持される。つまり、ウォータジャケット１６及び冷却水
供給装置１７によりシリンダ６の内壁の温度を制御する
内壁温度制御手段が構成されている。冷却水の流量制御
によりシリンダ６の内壁の温度を制御するようにしてい
るので、簡単な構成で応答性よくシリンダ６の内壁の温
度を制御することができる。シリンダ６の近傍には冷却
水温を検出する水温センサ１８が設けられている。ま
た、シリンダ６にはシリンダ６の内壁（シリンダライ
ナ）の温度を検出するシリンダ温度導出手段としての温
度センサ１９が備えられている。
【００１２】一方、燃料供給装置５から燃料噴射弁３に
至る流路２１には水素燃料の流量を検出する燃料流量導
出手段としての燃料流量検出手段２２が備えられてい
る。また、吸気マニホールド１１には、吸気の流量を検
出する吸気流量検出手段２３、吸気の酸素・水蒸気濃度
を検出する酸素・水蒸気濃度検出手段２４及び吸気の圧
力を検出する吸気圧力検出手段２５が設けられている。
至る流路２１には水素燃料の流量を検出する燃料流量導
出手段としての燃料流量検出手段２２が備えられてい
る。また、吸気マニホールド１１には、吸気の流量を検
出する吸気流量検出手段２３、吸気の酸素・水蒸気濃度
を検出する酸素・水蒸気濃度検出手段２４及び吸気の圧
力を検出する吸気圧力検出手段２５が設けられている。
【００１３】水素エンジン１を動力とする、例えば、車
両には制御装置３１が設けられており、制御装置３１に
は、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶
を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類
が備えられている。制御装置３１によって水素エンジン
１の総合的な制御が実施される。
両には制御装置３１が設けられており、制御装置３１に
は、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶
を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類
が備えられている。制御装置３１によって水素エンジン
１の総合的な制御が実施される。
【００１４】一方、前述した、水温センサ１８、温度セ
ンサ１９、燃料流量検出手段２２、吸気流量検出手段２
３、酸素・水蒸気濃度検出手段２４及び吸気圧力検出手
段２５の検出情報が圧縮比の情報と共に制御装置３１に
入力され、制御装置３１は各種センサ類の検出情報及び
圧縮比の情報に基づいて、シリンダ６の内壁の温度を燃
焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温度よりも高くする
ように、冷却水供給装置１７の冷却水流量を制御する。
ンサ１９、燃料流量検出手段２２、吸気流量検出手段２
３、酸素・水蒸気濃度検出手段２４及び吸気圧力検出手
段２５の検出情報が圧縮比の情報と共に制御装置３１に
入力され、制御装置３１は各種センサ類の検出情報及び
圧縮比の情報に基づいて、シリンダ６の内壁の温度を燃
焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温度よりも高くする
ように、冷却水供給装置１７の冷却水流量を制御する。
【００１５】つまり、図２に示すように、制御装置３１
には、燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温度を演算
する飽和温度演算手段３２が備えられ、飽和温度演算手
段３２には燃料流量検出手段２２、吸気流量検出手段２
３、酸素・水蒸気濃度検出手段２４、吸気圧力検出手段
２５の検出情報及び圧縮比の情報が入力される。飽和温
度演算手段３２では、これらの情報に基づいて水素エン
ジン１における燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温
度が導出される。
には、燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温度を演算
する飽和温度演算手段３２が備えられ、飽和温度演算手
段３２には燃料流量検出手段２２、吸気流量検出手段２
３、酸素・水蒸気濃度検出手段２４、吸気圧力検出手段
２５の検出情報及び圧縮比の情報が入力される。飽和温
度演算手段３２では、これらの情報に基づいて水素エン
ジン１における燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温
度が導出される。
【００１６】即ち、燃焼ガスの圧力を導出する圧力導出
手段は、吸気圧力検出手段２５と、飽和温度演算手段３
２での吸気圧力検出手段２５の情報を含めて燃焼ガス中
の水蒸気分圧に対する飽和温度を導出する機能とで構成
されている。尚、吸気圧力検出手段２５に代えてシリン
ダ６内の圧力を検出する検出手段を設け、この検出手段
の情報を飽和温度演算手段３２に入力して飽和温度を導
出することも可能である。
手段は、吸気圧力検出手段２５と、飽和温度演算手段３
２での吸気圧力検出手段２５の情報を含めて燃焼ガス中
の水蒸気分圧に対する飽和温度を導出する機能とで構成
されている。尚、吸気圧力検出手段２５に代えてシリン
ダ６内の圧力を検出する検出手段を設け、この検出手段
の情報を飽和温度演算手段３２に入力して飽和温度を導
出することも可能である。
【００１７】一方、制御装置３１には比較判定手段３３
が備えられ、比較判定手段３３にはシリンダ６の内壁
（シリンダライナ）の温度情報として水温センサ１８及
び温度センサ１９の検出情報が入力されて内壁温度（ラ
イナ温度Ｔ）が求められる。尚、水温センサ１８もしく
は温度センサ１９の検出情報の一方からライナ温度Ｔを
導出して求めることも可能である。
が備えられ、比較判定手段３３にはシリンダ６の内壁
（シリンダライナ）の温度情報として水温センサ１８及
び温度センサ１９の検出情報が入力されて内壁温度（ラ
イナ温度Ｔ）が求められる。尚、水温センサ１８もしく
は温度センサ１９の検出情報の一方からライナ温度Ｔを
導出して求めることも可能である。
【００１８】飽和温度演算手段３２で導出された飽和温
度ｔは比較判定手段３３に入力され、比較判定手段３３
では飽和温度ｔとライナ温度Ｔが比較される。比較の結
果は流量指令手段３４に入力され、流量指令手段３４
は、ライナ温度Ｔが飽和温度ｔよりも高くなるように冷
却水供給装置１７に冷却水流量の制御指令を出力する
（出力手段）。尚、冷却水供給装置１７に冷却水の温度
を制御する手段を設け、冷却水温度を調整することでラ
イナ温度Ｔが飽和温度ｔよりも高くなるように制御する
ことも可能である。冷却水の温度制御によりライナ温度
Ｔを飽和温度ｔよりも高くすることで、より応答性よく
シリンダ６の内壁の温度を制御することができる。
度ｔは比較判定手段３３に入力され、比較判定手段３３
では飽和温度ｔとライナ温度Ｔが比較される。比較の結
果は流量指令手段３４に入力され、流量指令手段３４
は、ライナ温度Ｔが飽和温度ｔよりも高くなるように冷
却水供給装置１７に冷却水流量の制御指令を出力する
（出力手段）。尚、冷却水供給装置１７に冷却水の温度
を制御する手段を設け、冷却水温度を調整することでラ
イナ温度Ｔが飽和温度ｔよりも高くなるように制御する
ことも可能である。冷却水の温度制御によりライナ温度
Ｔを飽和温度ｔよりも高くすることで、より応答性よく
シリンダ６の内壁の温度を制御することができる。
【００１９】上記構成の水素エンジン１でライナ温度Ｔ
が飽和温度ｔよりも高くなるように制御する運転方法を
図３、図４に基づいて説明する。
が飽和温度ｔよりも高くなるように制御する運転方法を
図３、図４に基づいて説明する。
【００２０】図３に示すように、制御がスタートする
と、ステップＳ１で圧縮比が飽和温度演算手段３２に読
み込まれ、ステップＳ２で燃料流量検出手段２２、吸気
流量検出手段２３、酸素・水蒸気濃度検出手段２４、吸
気圧力検出手段２５の検出情報が飽和温度演算手段３２
に読み込まれる。そして、ステップＳ３で燃焼ガス中の
水蒸気分圧に対する飽和温度ｔが導出される。
と、ステップＳ１で圧縮比が飽和温度演算手段３２に読
み込まれ、ステップＳ２で燃料流量検出手段２２、吸気
流量検出手段２３、酸素・水蒸気濃度検出手段２４、吸
気圧力検出手段２５の検出情報が飽和温度演算手段３２
に読み込まれる。そして、ステップＳ３で燃焼ガス中の
水蒸気分圧に対する飽和温度ｔが導出される。
【００２１】例えば、水素燃焼ガス中における水蒸気の
割合は、１５％から２０％程度であり、水素エンジン１
のシリンダ６内の最高圧力が、例えば、１５Mpa とされ
た場合、水蒸気分圧は2.25Mpa から3.00Mpa となる。飽
和温度演算手段３２には、例えば、図４に示したマップ
が記憶され、このマップに基づき水蒸気分圧が2.25Mpa
から3.00Mpa のときの飽和温度ｔ（t1からt2の間、例え
ば、200 ℃〜230 ℃程度) が導出される。尚、飽和温度
ｔの導出は、図４に示したマップによらず、演算で求め
ることも可能である。
割合は、１５％から２０％程度であり、水素エンジン１
のシリンダ６内の最高圧力が、例えば、１５Mpa とされ
た場合、水蒸気分圧は2.25Mpa から3.00Mpa となる。飽
和温度演算手段３２には、例えば、図４に示したマップ
が記憶され、このマップに基づき水蒸気分圧が2.25Mpa
から3.00Mpa のときの飽和温度ｔ（t1からt2の間、例え
ば、200 ℃〜230 ℃程度) が導出される。尚、飽和温度
ｔの導出は、図４に示したマップによらず、演算で求め
ることも可能である。
【００２２】同時に、ステップＳ４でライナ温度Ｔが比
較判定手段３３に読み込まれる。ステップＳ３で導出さ
れた飽和温度ｔが比較判定手段３３に入力され、ステッ
プＳ５でライナ温度Ｔが飽和温度ｔ以下であるか否かが
判断される。ステップＳ５でライナ温度Ｔが飽和温度ｔ
以下であると判断された場合、水素燃焼ガス中における
水蒸気が凝縮してシリンダ６の内壁（シリンダライナ）
に付着する虞があるため、ステップＳ６で冷却水流量を
減少させる指令を出力する。冷却水流量を減少させるこ
とにより、シリンダ６の内壁（シリンダライナ）の温度
が上昇し、ライナ温度Ｔが飽和温度ｔを越える温度とな
る。これにより、水素燃焼ガス中における水蒸気の凝縮
が防止され、凝縮水がシリンダ６の内壁（シリンダライ
ナ）に付着する虞がなくなる。
較判定手段３３に読み込まれる。ステップＳ３で導出さ
れた飽和温度ｔが比較判定手段３３に入力され、ステッ
プＳ５でライナ温度Ｔが飽和温度ｔ以下であるか否かが
判断される。ステップＳ５でライナ温度Ｔが飽和温度ｔ
以下であると判断された場合、水素燃焼ガス中における
水蒸気が凝縮してシリンダ６の内壁（シリンダライナ）
に付着する虞があるため、ステップＳ６で冷却水流量を
減少させる指令を出力する。冷却水流量を減少させるこ
とにより、シリンダ６の内壁（シリンダライナ）の温度
が上昇し、ライナ温度Ｔが飽和温度ｔを越える温度とな
る。これにより、水素燃焼ガス中における水蒸気の凝縮
が防止され、凝縮水がシリンダ６の内壁（シリンダライ
ナ）に付着する虞がなくなる。
【００２３】ステップＳ５でライナ温度Ｔが飽和温度ｔ
を越えていると判断された場合、ステップＳ１及びステ
ップＳ４に移行してセンサ類の検出情報の読み込みを繰
り返す。
を越えていると判断された場合、ステップＳ１及びステ
ップＳ４に移行してセンサ類の検出情報の読み込みを繰
り返す。
【００２４】上述した水素エンジン１では、燃焼ガスの
水蒸気分圧に対する飽和温度ｔを求め、ライナ温度Ｔが
飽和温度ｔよりも高くなるように冷却水流量を調整して
シリンダ６の内壁（シリンダライナ）の温度を制御して
いるので、水素燃焼ガス中における水蒸気の凝縮が防止
され、凝縮水がシリンダ６の内壁（シリンダライナ）に
付着することがない。この結果、熱損失が大きくなって
水素エンジン１の性能が悪化すると共に、ピストン７と
シリンダ６の摺動部（シリンダライナとピストンリン
グ）の油膜が破断して焼付きが生じる虞がなくなる。
水蒸気分圧に対する飽和温度ｔを求め、ライナ温度Ｔが
飽和温度ｔよりも高くなるように冷却水流量を調整して
シリンダ６の内壁（シリンダライナ）の温度を制御して
いるので、水素燃焼ガス中における水蒸気の凝縮が防止
され、凝縮水がシリンダ６の内壁（シリンダライナ）に
付着することがない。この結果、熱損失が大きくなって
水素エンジン１の性能が悪化すると共に、ピストン７と
シリンダ６の摺動部（シリンダライナとピストンリン
グ）の油膜が破断して焼付きが生じる虞がなくなる。
【００２５】図５に基づいて第２実施形態例に係る水素
エンジン４１を説明する。図５には本発明の第２実施形
態例に係る水素エンジンの概略構成を示してある。尚、
図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複
する説明は省略してある。
エンジン４１を説明する。図５には本発明の第２実施形
態例に係る水素エンジンの概略構成を示してある。尚、
図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複
する説明は省略してある。
【００２６】図示の水素エンジン４１は、吸気マニホー
ルド１１に燃料噴射弁３が設けられ、空気と水素燃料を
混合した混合気を燃焼室４内に導入するようになってい
る。吸気マニホールド１１には混合気の流量を検出する
吸気流量検出手段２３、混合気の酸素・水蒸気濃度を検
出する酸素・水蒸気濃度検出手段２４及び混合気の圧力
を検出する吸気圧力検出手段２５が設けられている。そ
して、第１実施形態例の燃料流量検出手段２２に代え
て、混合気の燃料割合を検出する燃料割合検出手段４２
が吸気マニホールド１１に設けられている。
ルド１１に燃料噴射弁３が設けられ、空気と水素燃料を
混合した混合気を燃焼室４内に導入するようになってい
る。吸気マニホールド１１には混合気の流量を検出する
吸気流量検出手段２３、混合気の酸素・水蒸気濃度を検
出する酸素・水蒸気濃度検出手段２４及び混合気の圧力
を検出する吸気圧力検出手段２５が設けられている。そ
して、第１実施形態例の燃料流量検出手段２２に代え
て、混合気の燃料割合を検出する燃料割合検出手段４２
が吸気マニホールド１１に設けられている。
【００２７】吸気流量検出手段２３、酸素・水蒸気濃度
検出手段２４、吸気圧力検出手段２５及び燃料割合検出
手段４２の検出情報が制御装置３１に入力され、制御装
置３１で燃焼ガスの水蒸気分圧に対する飽和温度ｔが求
められる。そして、ライナ温度Ｔが飽和温度ｔよりも高
くなるように制御装置３１から冷却水供給装置１７に冷
却水流量を調整する指令が出力され、シリンダ６の内壁
（シリンダライナ）の温度が飽和温度ｔよりも高くなる
ように制御される。
検出手段２４、吸気圧力検出手段２５及び燃料割合検出
手段４２の検出情報が制御装置３１に入力され、制御装
置３１で燃焼ガスの水蒸気分圧に対する飽和温度ｔが求
められる。そして、ライナ温度Ｔが飽和温度ｔよりも高
くなるように制御装置３１から冷却水供給装置１７に冷
却水流量を調整する指令が出力され、シリンダ６の内壁
（シリンダライナ）の温度が飽和温度ｔよりも高くなる
ように制御される。
【００２８】従って、第１実施形態例における水素エン
ジン１と同様に、水素燃焼ガス中における水蒸気の凝縮
が防止され、凝縮水がシリンダ６の内壁（シリンダライ
ナ）に付着することがなく、熱損失が大きくなって水素
エンジン１の性能が悪化すると共に、ピストン７とシリ
ンダ６の摺動部（シリンダライナとピストンリング）の
油膜が破断して焼付きが生じる虞がなくなる。
ジン１と同様に、水素燃焼ガス中における水蒸気の凝縮
が防止され、凝縮水がシリンダ６の内壁（シリンダライ
ナ）に付着することがなく、熱損失が大きくなって水素
エンジン１の性能が悪化すると共に、ピストン７とシリ
ンダ６の摺動部（シリンダライナとピストンリング）の
油膜が破断して焼付きが生じる虞がなくなる。
【００２９】
【発明の効果】本発明の水素エンジンは、燃焼室が形成
されるシリンダ内に水素が導入される水素エンジンにお
いて、吸気の流量を検出する吸気流量検出手段と、吸気
の酸素・水蒸気濃度を検出する酸素・水蒸気濃度検出手
段と、水素燃料の流量を導出する燃料流量導出手段と、
燃焼室内の燃焼ガスの圧力を導出する圧力導出手段と、
燃焼室のシリンダ内壁の温度を導出するシリンダ温度導
出手段と、シリンダ内壁の温度を制御する内壁温度制御
手段と、吸気流量検出手段及び酸素・水蒸気濃度検出手
段及び燃料流量導出手段及び圧力導出手段の情報及び圧
縮比が入力され燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温
度を導出する飽和温度演算手段と、シリンダ温度導出手
段で導出されたシリンダ内壁の温度及び飽和温度演算手
段で演算された飽和温度を比較しシリンダ内壁の温度を
演算された飽和温度よりも高くするように内壁温度制御
手段に制御指令を出力する出力手段とを備えたので、シ
リンダ内壁の温度が燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽
和温度よりも高くされる。この結果、水素燃焼ガス中に
おける水蒸気の凝縮が防止され、凝縮水がシリンダ内壁
に付着することがなく、熱損失が大きくなって水素エン
ジンの性能が悪化すると共に、ピストンとシリンダの摺
動部の油膜が破断して焼付きが生じる虞がなくなり、性
能及び信頼性の向上を図ることが可能になる。
されるシリンダ内に水素が導入される水素エンジンにお
いて、吸気の流量を検出する吸気流量検出手段と、吸気
の酸素・水蒸気濃度を検出する酸素・水蒸気濃度検出手
段と、水素燃料の流量を導出する燃料流量導出手段と、
燃焼室内の燃焼ガスの圧力を導出する圧力導出手段と、
燃焼室のシリンダ内壁の温度を導出するシリンダ温度導
出手段と、シリンダ内壁の温度を制御する内壁温度制御
手段と、吸気流量検出手段及び酸素・水蒸気濃度検出手
段及び燃料流量導出手段及び圧力導出手段の情報及び圧
縮比が入力され燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温
度を導出する飽和温度演算手段と、シリンダ温度導出手
段で導出されたシリンダ内壁の温度及び飽和温度演算手
段で演算された飽和温度を比較しシリンダ内壁の温度を
演算された飽和温度よりも高くするように内壁温度制御
手段に制御指令を出力する出力手段とを備えたので、シ
リンダ内壁の温度が燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽
和温度よりも高くされる。この結果、水素燃焼ガス中に
おける水蒸気の凝縮が防止され、凝縮水がシリンダ内壁
に付着することがなく、熱損失が大きくなって水素エン
ジンの性能が悪化すると共に、ピストンとシリンダの摺
動部の油膜が破断して焼付きが生じる虞がなくなり、性
能及び信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００３０】そして、圧力導出手段は、吸気圧力を検出
する吸気圧検出手段と、飽和温度演算手段での、吸気圧
検出手段の情報を含めて燃焼ガス中の水蒸気分圧に対す
る飽和温度を導出する機能とからなるので、簡単な検出
手段により燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温度を
導出することができる。また、内壁温度制御手段は、冷
却水流量を制御する手段であるので、簡単な構成で応答
性良くシリンダ内壁の温度を制御することができる。ま
た、内壁温度制御手段は、冷却水温度を制御する手段で
あるので、より応答性良くシリンダ内壁の温度を制御す
ることができる。
する吸気圧検出手段と、飽和温度演算手段での、吸気圧
検出手段の情報を含めて燃焼ガス中の水蒸気分圧に対す
る飽和温度を導出する機能とからなるので、簡単な検出
手段により燃焼ガス中の水蒸気分圧に対する飽和温度を
導出することができる。また、内壁温度制御手段は、冷
却水流量を制御する手段であるので、簡単な構成で応答
性良くシリンダ内壁の温度を制御することができる。ま
た、内壁温度制御手段は、冷却水温度を制御する手段で
あるので、より応答性良くシリンダ内壁の温度を制御す
ることができる。
【００３１】本発明の水素エンジンの運転方法は、燃焼
室が形成されるシリンダ内に水素燃料が導入される水素
エンジンにおいて、燃焼室内の燃焼ガスの水蒸気分圧に
対する飽和温度を求め、飽和温度よりもシリンダ内壁の
温度が高くなるようにシリンダ内壁の温度を制御して運
転を行うようにしたので、水素燃焼ガス中における水蒸
気の凝縮が防止され、凝縮水がシリンダ内壁に付着する
ことがなく、熱損失が大きくなって水素エンジンの性能
が悪化すると共に、ピストンとシリンダの摺動部の油膜
が破断して焼付きが生じる虞がなくなり、性能及び信頼
性の向上を図ることが可能になる。
室が形成されるシリンダ内に水素燃料が導入される水素
エンジンにおいて、燃焼室内の燃焼ガスの水蒸気分圧に
対する飽和温度を求め、飽和温度よりもシリンダ内壁の
温度が高くなるようにシリンダ内壁の温度を制御して運
転を行うようにしたので、水素燃焼ガス中における水蒸
気の凝縮が防止され、凝縮水がシリンダ内壁に付着する
ことがなく、熱損失が大きくなって水素エンジンの性能
が悪化すると共に、ピストンとシリンダの摺動部の油膜
が破断して焼付きが生じる虞がなくなり、性能及び信頼
性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る水素エンジンの
概略構成図。
概略構成図。
【図２】制御装置のブロック構成図。
【図３】温度制御のフローチャート。
【図４】水蒸気の飽和状況の一例を表すマップ。
【図５】本発明の第２実施形態例に係る水素エンジンの
概略構成図。
概略構成図。
１，４１ 水素エンジン
２ シリンダヘッド
３ 燃料噴射弁
４ 燃焼室
５ 燃料供給装置
６ シリンダ
７ ピストン
８ クランクシャフト
９ コンロッド
１０ 吸気ポート
１１ 吸気マニホールド
１２ 吸気弁
１３ 排気ポート
１４ 排気間にホールド
１５ 排気弁
１６ ウォータジャケット
１７ 冷却水供給装置
１８ 水温センサ
１９ 温度センサ
２１ 流路
２２ 燃焼流量検出手段
２３ 吸気流量検出手段
２４ 酸素・水蒸気濃度検出手段
２５ 吸気圧力検出手段
３１ 制御装置
３２ 飽和温度演算手段
３３ 比較判定手段
３４ 流量指令手段
４２ 燃料割合検出手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3G084 AA05 BA00 BA11 DA00 FA00
FA07 FA11 FA13 FA20 FA21
FA26
3G092 AA01 AB09 EA09 FA00 HA00Z
HA01Z HA05Z HB01Z HC01Z
HE08X
Claims (7)
- 【請求項１】 燃焼室が形成されるシリンダ内に水素が
導入される水素エンジンにおいて、吸気の流量を検出す
る吸気流量検出手段と、吸気の酸素・水蒸気濃度を検出
する酸素・水蒸気濃度検出手段と、水素燃料の流量を導
出する燃料流量導出手段と、燃焼室内の燃焼ガスの圧力
を導出する圧力導出手段と、燃焼室のシリンダ内壁の温
度を導出するシリンダ温度導出手段と、シリンダ内壁の
温度を制御する内壁温度制御手段と、吸気流量検出手段
及び酸素・水蒸気濃度検出手段及び燃料流量導出手段及
び圧力導出手段の情報及び圧縮比が入力され燃焼ガス中
の水蒸気分圧に対する飽和温度を導出する飽和温度演算
手段と、シリンダ温度導出手段で導出されたシリンダ内
壁の温度及び飽和温度演算手段で演算された飽和温度を
比較しシリンダ内壁の温度を演算された飽和温度よりも
高くするように内壁温度制御手段に制御指令を出力する
出力手段とを備えたことを特徴とする水素エンジン。 - 【請求項２】 請求項１において、圧力導出手段は、吸
気圧力を検出する吸気圧検出手段と、飽和温度演算手段
での、吸気圧検出手段の情報を含めて燃焼ガス中の水蒸
気分圧に対する飽和温度を導出する機能とからなること
を特徴とする水素エンジン。 - 【請求項３】 請求項１もしくは請求項２において、燃
焼室には燃料である水素が直接噴射され、燃料流量導出
手段は燃料流量を検出する手段であることを特徴とする
水素エンジン。 - 【請求項４】 請求項１もしくは請求項２において、燃
焼室には燃料と空気の混合気が導入され、燃料流量導出
手段は、混合気中の燃料割合を検出する手段と、飽和温
度演算手段での、燃料割合の情報を含めて燃料流量を導
出する機能とからなることを特徴とする水素エンジン。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
おいて、内壁温度制御手段は、冷却水流量を制御する手
段であることを特徴とする水素エンジン。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
おいて、内壁温度制御手段は、冷却水温度を制御する手
段であることを特徴とする水素エンジン。 - 【請求項７】 燃焼室が形成されるシリンダ内に水素燃
料が導入される水素エンジンにおいて、燃焼室内の燃焼
ガスの水蒸気分圧に対する飽和温度を求め、飽和温度よ
りもシリンダ内壁の温度が高くなるようにシリンダ内壁
の温度を制御して運転を行うことを特徴とする水素エン
ジンの運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001198504A JP4256602B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 水素エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001198504A JP4256602B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 水素エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003013765A true JP2003013765A (ja) | 2003-01-15 |
| JP4256602B2 JP4256602B2 (ja) | 2009-04-22 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001198504A Expired - Fee Related JP4256602B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 水素エンジン |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP4256602B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007239480A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Nissan Motor Co Ltd | 車両の制御方法及び制御装置 |
| CN100462538C (zh) * | 2005-01-07 | 2009-02-18 | 北京理工大学 | 一种氢气发动机的燃烧控制系统 |
| JP2009108854A (ja) * | 2007-10-10 | 2009-05-21 | Toyota Industries Corp | 予混合圧縮自着火機関における故障診断装置 |
| EP1647684A3 (de) * | 2004-10-12 | 2010-01-13 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Wasserstoffmotor mit optimierter Kraftstoffeinblasvorrichtung |
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| EP4159995A1 (en) | 2021-09-30 | 2023-04-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hydrogen discharge control system and hydrogen discharge control method for hydrogen engine vehicle |
| WO2024053065A1 (ja) | 2022-09-08 | 2024-03-14 | Ｔｐｒ株式会社 | コンプレッションリング |
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|---|---|---|---|---|
| CN108547710B (zh) * | 2018-02-13 | 2020-09-29 | 上海柯来浦能源科技有限公司 | 一种直喷气体喷嘴及其发动机和动力系统 |
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| JPH08135519A (ja) * | 1994-11-14 | 1996-05-28 | Sekiyu Sangyo Kasseika Center | エンジンの排気ガス還流装置の制御方法及び制御装置 |
| JPH10306750A (ja) * | 1997-05-09 | 1998-11-17 | Nichijiyuu New Material Kk | ガソリン機関の燃焼方法 |
-
2001
- 2001-06-29 JP JP2001198504A patent/JP4256602B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| WO2015082473A1 (en) * | 2013-12-04 | 2015-06-11 | Claussen Stefan | Method and apparatus for indicating a risk of corrosion or scuffing of components of a combustion chamber of a turbocharged engine arrangement, in particular for vessels, and turbocharged engine arrangement for vessels |
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| CN106062337A (zh) * | 2013-12-04 | 2016-10-26 | S·克劳森 | 用于指示尤其用于船的涡轮增压发动机布置的燃烧室的部件的腐蚀或擦伤风险的方法和装置，以及用于船的涡轮增压发动机布置 |
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| EP4159995A1 (en) | 2021-09-30 | 2023-04-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hydrogen discharge control system and hydrogen discharge control method for hydrogen engine vehicle |
| US11835009B2 (en) | 2021-09-30 | 2023-12-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hydrogen discharge control system and hydrogen discharge control method for hydrogen engine vehicle |
| WO2024053065A1 (ja) | 2022-09-08 | 2024-03-14 | Ｔｐｒ株式会社 | コンプレッションリング |
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