JP2006220075A - 直噴式水素エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定したエンジンの始動性を確保しつつ、水素噴射弁における氷結を解消し得る直噴式水素エンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】 駆動電流の供給により開閉制御され、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素噴射弁を備えた直噴式水素エンジンの制御装置において、該水素エンジンの低温始動時に、水素噴射弁に供給される駆動電流が増大させられる。この駆動電流の増大の度合いは、水素エンジンにおける氷結状態に関するパラメータに応じて補正される。また、増大させられた駆動電流の供給に際して、水素噴射弁の上流側に設けられ、水素噴射弁への気体水素の供給を遮断する遮断弁を閉状態にされる。更に、増大させられた駆動電流の供給に際して、水素エンジンにおける作動室内の混合気への点火が停止される。
【選択図】図９

Description

駆動電流の供給により開閉制御され、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素噴射弁を備えた直噴式水素エンジンを制御する装置に関する。

近年、低公害化を目的として、例えば圧縮天然ガス，液化プロパンガス，圧縮水素等の気体燃料と利用するエンジンを搭載した車両の開発が進められている。かかる気体燃料を使用するエンジンにおいては、燃焼に伴い生じる水分又はもともと気体に含まれる水分が外気温の低下に伴い氷結し、それが気体燃料を噴射する噴射弁に付着して、その動作を妨げるという問題が発生し得る。かかる問題に対処して、例えば特開平１１−２６４３３４号公報には、低温始動時に、噴射弁に対する駆動電流の供給時間を長く設定し、それに伴う発熱作用により氷結を溶解させる方法が提案されている。

特開平１１−２６４３３４号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されるように、通電時間を長くした場合には、結果的に噴射量が増え、始動時の空燃比がオーバーリッチとなることから、エンジン動作にも弊害が生じるおそれがある。したがって、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、噴射弁における氷結を解消することが切に望まれる。特に燃料として圧縮水素を利用するエンジンにおいては、気体水素の燃焼に伴い水分が発生することからも、これを実現することは非常に有意義である。

この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、水素噴射弁における氷結を解消し得る直噴式水素エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明は、駆動電流の供給により開閉制御され、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素噴射弁を備えた直噴式水素エンジンの制御装置において、該水素エンジンの低温始動時に、上記水素噴射弁に供給される駆動電流が増大させられることを特徴としたものである。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記水素噴射弁に供給される駆動電流は、閉状態にある水素噴射弁を開動作させるための起動電流と、該水素噴射弁を開状態に保持するための保持電流とからなり、上記水素エンジンの低温始動時には、該起動電流が増大させられることを特徴としたものである。

更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、上記水素エンジンにおける氷結状態に関するパラメータに応じて、上記駆動電流の増大の度合いが補正されることを特徴としたものである。

また、更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１〜３に係る発明のいずれか一において、上記水素噴射弁の上流側に、該水素噴射弁への気体水素の供給を遮断する遮断弁が設けられ、増大させられた上記駆動電流の供給に際し、該遮断弁が閉状態にされることを特徴としたものである。

また、更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、増大させられた上記駆動電流の供給に際し、上記水素エンジンにおける作動室内の混合気への点火が停止されることを特徴としたものである。

また、更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項１〜３に係る発明のいずれか一において、上記水素噴射弁の上流側に、該水素噴射弁への水素供給を遮断する遮断弁が設けられ、上記水素エンジンの停止時に、該遮断弁が閉状態にされるとともに、上記水素噴射弁が開状態にされ、また、上記水素エンジンにおける作動室内の混合気への点火が停止されることを特徴としたものである。

また、更に、本願の請求項７に係る発明は、請求項１〜６に係る発明のいずれか一において、上記水素エンジンの低温始動時に、上記駆動電流の増大が１回に限定されることを特徴としたものである。

本願の請求項１に係る発明によれば、エンジン停止後、水素燃焼に伴い発生した水分が水素噴射弁の先端付近に氷結した状態からエンジンを再始動する場合に、該水素噴射弁に供給される駆動電流を増大させ、氷結を解消することで、水素噴射弁の開動作が可能となり、エンジンの始動性を確保することができる。

また、本願の請求項２に係る発明によれば、上記水素噴射弁に供給させられる駆動電流は、その起動電流のみにおいて一時的に増大させられるため、気体水素が作動室内に過剰に供給されることはなく、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、水素噴射弁における氷結を解消することができる。

更に、本願の請求項３に係る発明によれば、氷結状態に関するパラメータに応じて駆動電流の増大の度合いが補正されるため、良好なエンジンの始動性をより確実に確保することができ、また、必要最小限の駆動電流の増大分により対処可能となり、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制することができる。

また、更に、本願の請求項４に係る発明によれば、上記水素噴射弁の駆動電流の増大に伴い、該水素噴射弁の上流側に配設された遮断弁を閉じることで、気体水素が過剰に供給されることを防止することができる。

また、更に、本願の請求項５に係る発明によれば、点火を停止することで、仮に気体水素が過剰に供給された場合にも、作動室内で気体水素が不適切に燃焼することを防止することができる。

また、更に、本願の請求項６に係る発明によれば、エンジン停止時に、遮断弁を閉じ、水素噴射弁を開き、更に、点火を停止することで、遮断弁の下流側での気体水素の掃気が達成され、これにより、増大させられた上記駆動電流の供給に際して、作動室内への気体水素の供給量を抑制し、気体水素が過剰に供給されることを防止することができる。

また、更に、本願の請求項７に係る発明によれば、駆動電流増大の回数が必要最小限に止められることで、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るロータリタイプの水素エンジンを概略的にあらわす図である。この水素エンジン１は、外形をなす構成として、トロコイド状の内周面を備えたロータハウジングＨ_１と、ロータＲの平面方向に沿って広がるほぼ平面状のサイドハウジングＨ_２とを有している。これらハウジングＨ_１及びＨ_２が組み合わせられ、その内部に形成された内部空間にロータＲが収納された状態で、ロータＲの周囲には、ロータハウジングＨ_１の内周面とサイドハウジングＨ_２とにより、３つの作動室Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３が規定される。各作動室Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３は、偏心軸ＣのまわりにおけるロータＲの回転に伴い、拡大及び伸縮を繰り返し、ロータＲが１回転する間に、各作動室Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３にて吸気行程，圧縮行程，膨張行程，排気行程からなる一連の行程が完了される。

ロータハウジングＨ_１には、作動室Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３内に気体水素を直接に噴射する気体水素噴射弁（以下、直噴式水素インジェクタという）Ｉ_１と、作動室Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３内に供給された燃料（気体水素又はガソリン）及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ７と、が設けられている。他方、サイドハウジングＨ_２には、吸気通路２に連通する吸気ポート２ａが形成されるとともに、排気通路３に連通する排気ポート３ａが形成されている。

更に、本実施形態では、ロータハウジングＨ_１に設けられる直噴式水素インジェクタＩ_１に加えて、吸気通路２に取り付けられ、吸気通路２内にガソリンを噴射するガソリン噴射弁Ｉ_２（以下、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ_２という）が設けられるとともに、その上流側には、同様に吸気通路２に取り付けられ、吸気通路２内に気体水素を噴射する水素インジェクタＩ_３（以下、ポート噴射式水素インジェクタＩ_３という）が設けられている。そして、水素エンジン１における作動室内への燃料供給が必要とされる場合には、エンジン回転数，水素又はガソリンの燃料残量等の各種状態に応じて、若しくは、ドライバの要求に応じて、直噴式水素インジェクタＩ_１，ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ_２，ポート噴射式水素インジェクタＩ_３の中から適正なものが選択される。

図２は、水素エンジン１及びそれに関連する構成を概念的にあらわす図である。この図から分かるように、直噴式水素インジェクタＩ_１，ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ_２及びポート噴射式水素インジェクタＩ_３には、それぞれ、電磁弁Ｖ_１，Ｖ_２及びＶ_３が付属させられ、各インジェクタにおける燃料噴射は、各電磁弁の開閉動作に基づき制御される。なお、図２では、各インジェクタＩ_１，Ｉ_２，Ｉ_３に対して、電磁弁Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３が別個に設けられるように示されるが、実際には、直噴式水素インジェクタＩ_１の断面構造をあらわす図３Ａ及び３Ｂに示すように、電磁弁が各インジェクタ内部に組み込まれている。

また、図２に示すように、本実施形態では、水素エンジン１の本体に対して、エンジン１の冷却水の水温を検出するための水温センサ１８と、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサ１９とが設けられている。また、吸気通路２には、吸気通路２内に流れる空気の温度を検出する吸気温センサ２１が設けられ、他方、排気通路３には、作動室内の空燃比を算出すべく酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ（所謂λセンサ）２２が設けられている。

更に、図２に示すように、エンジン本体をなすロータハウジングＨ_１に設けられた直噴式水素インジェクタＩ_１と、吸気通路２に取り付けられたポート噴射式水素インジェクタＩ_３とは、水素供給管９を介して、気体水素を貯留する水素貯留タンク１４に接続されている。また、一方、吸気通路２に取り付けられたポート噴射式ガソリンインジェクタＩ_２は、ガソリン供給管１３を介して、ガソリン貯留タンク（不図示）に接続されている。水素貯留タンク１４の排出口には、水素貯留タンク１４から水素供給管９への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁１５が設けられている。更に、水素供給管９内には、直噴式水素インジェクタＩ_１及びポート噴射式水素インジェクタＩ_３の各インジェクタに対する水素供給を制御するための遮断弁１６が設けられている。また、更に、水素供給管９内には、遮断弁１６と直噴式水素インジェクタＩ_１との間に、水素貯留タンク１４内の水素残量を算出すべく水素供給管９内の残圧を検出するための圧力センサ１７が設けられている。

なお、特に図示しないが、水素エンジン１に関連する構成としては、吸気通路２内に設けられるエアクリーナ，吸入エア量を検出するエアフローセンサと、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量に応じて開閉されてエアを絞るスロットル弁，該スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ，エアの流れを安定化させるサージタンク等、及び、排気通路３内に設けられる排気ガス浄化触媒，排気温センサ等、並びに、水素供給通路９又はガソリン供給通路１３内に設けられ、各種インジェクタへ供給される燃料の流量を検出する燃料流量計等、上記以外の構成が設けられる。

更に、図２に示すように、以上のような水素エンジン１及びそれに関連する構成を制御するコントロールユニット１０が設けられている。このコントロールユニット１０は、コンピュータからなる、水素エンジン１の総合的な制御装置であって、エアフローセンサによって検出される吸入エア量，水温センサ１８によって検出されるエンジン水温，スロットル開度センサやアイドルスイッチ（アクセルペダル全閉時にオンされるスイッチであるが、ここでは不図示）によって検出されるスロットル開度，エンジン回転数センサ１９によって検出されるエンジン回転数，排気温センサによって検出される排気温度，燃料流量計によって検出されるインジェクタへの燃料流量等の各種制御情報に基づいて、エンジン１の燃料噴射制御や点火時期調整制御などの各種制御を行うとともに、後で説明するインジェクタＩ_１，Ｉ_２，Ｉ_３の駆動制御処理を行うようになっている。なお、このコントロールユニット１０は、その内部に、マイクロコンピュータ（不図示）を有しており、各インジェクタＩ_１，Ｉ_２，Ｉ_３の駆動制御を含む各種制御を行うに際して実行される補正，演算，判定等の処理は、そのマイクロコンピュータによってなされる。

次に、コントロールユニット１０により駆動制御される直噴式水素インジェクタＩ_１の構造について説明する。図３Ａ及び３Ｂは、それぞれ、閉状態及び開状態にある直噴式水素インジェクタＩ_１を示す縦断面説明図である。この水素インジェクタＩ_１は、軸方向に沿って延びる気体通路４ａを備えたインジェクタ本体４と、該インジェクタ本体４の気体通路４ｃ内に設けられ、同じく軸方向に沿って延びる気体通路５ａを備えたニードルバルブ５とを有している。

インジェクタ本体４は、その一端側（図３Ａ及び３Ｂにおける上端側）で水素供給管９に連通する一方、その他端側（図３Ａ及び３Ｂにおける下端側）で噴射孔４ｂを構成しつつ水素エンジン１の内部空間に対向している。また、気体通路４ａ内に設けられるニードルバルブ５は、その一端側（図３Ａ及び３Ｂにおける上端側）で気体通路４ａの内周面に沿って摺動するように保持される一方、その他端側（図３Ａ及び３Ｂにおける下端側）で、シール部５ｂを構成するとともに、該シール部５ｂの上流側に、気体通路５ａから分岐しニードルバルブ５の側面で開口するように形成された複数の分岐通路５ｃを備えている。ニードルバルブ５のシール部５ｂに対応して、インジェクタ本体４の気体通路４ａ内には、噴射孔４ｂの上流側に弁座面４ｃが形成されている。ニードルバルブ５のシール部５ｂが弁座面４ｃに着座することで、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂからの水素噴射が妨げられ、直噴式水素インジェクタＩ_１から水素エンジン１の作動室内への水素供給が停止される。

また、ニードルバルブ５には、磁性体（不図示）が取り付けられる一方、インジェクタ本体４には、気体通路４ａの周囲に、ニードルバルブ５とともに電磁弁Ｖ_１を構成するソレノイドコイル６が組み込まれている。かかる構成を備えることにより、直噴式水素インジェクタＩ_１では、ソレノイドコイル６への駆動電流の供給に際して、ニードルバルブ５が、該インジェクタ本体４の気体通路４ｃに沿って上方へシフトさせられる。ニードルバルブ５の移動範囲内においては、駆動電流を大きくなるにつれ、ニードルバルブ５の上方へのシフト量が大きくなる。

すなわち、駆動電流がソレノイドコイル６に供給されていない状態では、ニードルバルブ５のシール部５ｂが、インジェクタ本体４の気体通路４ａ内に形成された弁座面４ｃに着座することで、電磁弁Ｖ_１が閉じ（図３Ａ参照）、他方、駆動電流がソレノイドコイル６に供給されている状態では、ニードルバルブ５のシール部５ｂが弁座面４ｃから離間することで、電磁弁Ｖ_２が開く（図３Ｂ参照）。電磁弁Ｖ_２が開いた状態では、図３Ｂ中の破線の矢印で示すように、気体水素が、インジェクタ本体４の気体通路４ａ，ニードルバルブ５の気体通路５ａ，ニードルバルブ５の分岐通路５ｃ，インジェクタ本体４の気体通路４ａ，インジェクタ本体４の噴射孔４ｂの順に流れ、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂから噴射されることとなる。

かかる構成を備えた直噴式水素インジェクタＩ_１における気体水素の噴射タイミング及び噴射量は、マイクロコンピュータを含むコントロールユニット１０によって制御される。より詳しくは、コントロールユニット１０は、エアフローメータ，スロットルセンサ，圧力センサ１７，水温センサ１８及びエンジン回転数センサ１９等の各種センサから検出される信号に基づき、直噴式水素インジェクタＩ_１へ出力するパルスのタイミング及びそのバルス幅、つまり、電磁弁Ｖ_１の開弁タイミング及び開弁時間を算出するようにして、気体水素の噴射タイミング及び噴射量を制御する。

なお、ここでは、ロータハウジングＨ_１に設けられた直噴式水素インジェクタＩ_１を取り上げて説明したが、本実施形態では、吸気通路２に取り付けられるポート噴射式水素インジェクタＩ_３としても、同じ構成を有するものが用いられている。

続いて、水素エンジン１において、前述した構造を備えた水素インジェクタ（直噴式水素インジェクタＩ_１及びポート噴射式水素インジェクタＩ_３）がエンジン回転数センサ１９により検出されるエンジン回転数に応じて使い分けられ、また、その噴射タイミングが変更される、コントロールユニット１０による制御について説明する。図４は、各エンジン回転数に応じて採用される水素インジェクタ及びその噴射タイミングをあらわす説明図である。まず、低回転領域（８００〜２５００ｒｐｍ程度）では、直噴式水素インジェクタＩ_１が採用され、圧縮行程での噴射が実行される。ここでは、吸気行程中に体積が大きい気体水素を供給すると、水素のボリュームでエアが吸気ポート２ａを介して作動室に十分に入らないという問題に対処して、吸気行程が済んだ後、圧縮行程時に、気体水素が供給され、燃料の充填効率の低下が抑制される。

また、中回転領域（２５００〜５０００ｒｐｍ程度）では、直噴式水素インジェクタＩ_１が採用され、吸気行程での噴射が実行される。ここでは、気体水素とエアとが分離したまま点火が行われると、異常燃焼が生じるという問題に対処して、吸気行程の早い段階で直噴式水素インジェクタＩ_１から気体水素が噴射され、ミキシング時間が確保されることで、気体水素とエアとのミキシング性が向上させられる。

最後に、高回転領域（５０００〜７０００ｒｐｍ程度）では、直噴式水素インジェクタＩ_１及びポート噴射式水素インジェクタＩ_３が併用される。ここでは、気体水素とエアとのミキシング性を向上させるべく、ポート噴射式水素インジェクタＩ_３が用いられ、予混合噴射が実行されると同時に、トルク低下を抑制すべく、直噴式水素インジェクタＩ_１が用いられ、圧縮行程での噴射が実行される。一例として、水素供給量の割合は、ポート噴射式水素インジェクタＩ_３からの供給量が８０％であり、直噴式水素インジェクタＩ_１からの供給量が２０％である。

ところで、従来の直噴式水素インジェクタを備えたエンジンでは、気体水素の燃焼に伴い生じる水分が外気温の低下に伴い氷結し、該直噴式水素インジェクタに付着して、その動作を妨げるおそれがあったが、本実施形態では、氷結の可能性のある水素エンジン１の低温始動時に、直噴式水素インジェクタＩ_１へ出力するパルスに対応して直噴式水素インジェクタＩ_１へ供給される駆動電流として、通常時（低温始動時以外）に供給される電流よりも大きな駆動電流が用いられることで、かかる問題が回避される。

より具体的に、直噴式水素インジェクタＩ_１に対して、通常時に供給されるパルス及びそれに対応する駆動電流の波形と、低温始動時に供給される氷結解消用のパルス及びそれに対応する駆動電流の波形とを比較する。まず、図５Ａ及び５Ｂは、それぞれ、通常時に供給される噴射指示信号及び駆動電流の波形をあらわす図である。図５Ａから分かるように、通常時には、噴射指示信号として、パルス幅Ｗ_１のパルスＰ_１が電磁弁Ｖ_１のソレノイドコイル６に供給される。

パルス幅Ｗ_１のパルスＰ_１に対応する駆動電流は、図５Ｂに示すように、噴射指示信号の供給直後に大きく立ち上がり、ピークを形成している。本実施形態では、電磁弁Ｖ_１の操作電源として交流が用いられており、このピークは、操作電源として交流が用いられる電磁弁Ｖ_１に関し、ソレノイドコイル６に通電した瞬間に大きな電流が流れる特性に基づき発生するものである。つまり、このピークに対応する電流ｉ_１は、閉状態にある電磁弁Ｖ_１を開動作させるための電流（所謂起動電流）である。駆動電流はそのピーク以降で起動電流よりも低いレベルに安定して保持される。この安定した電流ｉ_２は、電磁弁Ｖ_１を開状態に保持するための電流（所謂保持電流）である。

パルス幅Ｗ_１のパルスＰ_１に対応して、図５Ｂに示すような駆動電流が供給される間、直噴式水素インジェクタＩ_１における電磁弁Ｖ_１が開状態に保持され、直噴式水素インジェクタＩ_１から水素エンジン１の作動室内への水素供給が継続される。

また、一方、図６Ａ及び６Ｂは、それぞれ、低温始動時に供給される氷結解消用の噴射指示信号及び駆動電流の波形をあらわす図である。図６Ａから分かるように、低温始動時には、噴射指示信号として、まず、比較的短いパルス幅Ｗ_０のパルスＰ_０が電磁弁Ｖ_１のソレノイドコイル６に供給され、その後、所定の時間間隔を隔てて、図６Ａに示す通常時と同様のパルス幅Ｗ_１のパルスＰ_１が供給される。

まず、パルス幅Ｗ_０のパルスＰ_０に対応する駆動電流は、図６Ｂに示すように、パルス幅Ｗ_０のパルスＰ_０の供給直後に大きく立ち上がり、電流ｉ_０に対応するピークを形成している。その後、パルスＰ_０のパルス幅Ｗ_０が短いため、電流が安定する前に、その供給が停止される。また、所定の時間間隔を隔てて供給されるパルス幅Ｗ_１のパルスＰ_１に対応する駆動電流については、図６Ｂを参照して説明した場合と同様である。図６Ｂからよく分かるように、ここでは、低温始動時に供給される駆動電流のピークに対応する電流ｉ_０が、それ以降に供給される駆動電流のピークに対応する電流ｉ_１よりも大きくなるように、各パルスＰ_１及びＰ_２に対応する駆動電流が制御される。一例として、気温−８℃において、ピークに対応する電流ｉ_１は７アンペア（Ａ）、電流ｉ_０が９アンペア（Ａ）になるように、駆動電流が制御される。

パルス幅Ｗ_０のパルスＰ_０及びパルス幅Ｗ_１のパルスＰ_１に対応して、図６Ｂに示すような駆動電流が供給されると、まず、パルスＰ_０に対応して、通常時より大きい駆動電流が供給されることにより発熱作用がもたらされ、氷結の溶解が促進される。この場合、パルスＰ_０のパルス幅Ｗ_０が短く、電磁弁Ｖ_１は一旦開状態になるものの、即時に閉じられるため、直噴式水素インジェクタＩ_１から水素エンジン１の作動室内への水素供給は抑制される。その後、パルスＰ_１に対応して、駆動電流が供給される間、通常時と同様に、直噴式水素インジェクタＩ_１の電磁弁Ｖ_１が開状態に保持され、直噴式水素インジェクタＩ_１から水素エンジン１の作動室内への水素供給が継続される。

このように、低温始動時には、直噴式水素インジェクタＩ_１に供給する駆動電流として、低温始動時以外の通常時に用いる駆動電流よりも大きな駆動電流を用いることで、発熱作用をもたらし、氷結の溶解を促進することができる。また、駆動電流を一時的に大きくすることで、作動室への気体水素の供給が抑制され、作動室内の空燃比が不安定になることはなく、低温始動時に、安定したエンジン始動性を確保しつつ、直噴式水素インジェクタＩ_１における氷結を解消することができる。

また、本実施形態では、低温始動時に駆動電流を制御する際に、直噴式水素インジェクタＩ_１の氷結状態に関するパラメータ、例えば吸気温度や外気温度を考慮する。図７に、吸気温度と低温始動時に用いられる駆動電流との相対関係をあらわすマップの一例を示す。低温始動時には、このマップに基づき、すなわち、検出された吸気温度に対応する駆動電流（増大分を含む）が抽出されることで、駆動電流の増大の度合いが補正される。この図から明らかなように、曲線をなすマップに基づき、吸気温度が低いほど、直噴式水素インジェクタＩ_１の氷結状態が厳しいとして、駆動電流が大きくなるように、他方、吸気温度が高いほど、直噴式水素インジェクタＩ_１の氷結状態が軽いとして、駆動電流が小さくなるように、駆動電流の増大の度合いが補正される。

このように、直噴式水素インジェクタＩ_１の氷結状態に関するパラメータに応じて駆動電流の増大の度合いが補正されるため、良好なエンジンの始動性をより確実に確保することができる。また、各パラメータに応じた駆動電流の増大を必要最小限に抑制するようなマップを用いることにより、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制し、例えばエンジンスターター用の電圧等のエンジン始動時に電源電圧を要する他の構成への電圧を確保することができる。

更に、本実施形態では、直噴式水素インジェクタＩ_１へ増大させられた駆動電流を供給するに際して、その水素インジェクタＩ_１の上流側に配設された遮断弁１６が閉状態にされることで、気体水素が過剰に供給されることが防止される。また、直噴式水素インジェクタＩ_１へ増大させられた駆動電流を供給するに際して、点火が停止されることで、仮に気体水素が過剰に供給された場合にも、作動室Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３内で混合気が異常燃焼することが防止される。これに関連して、図８には、低温始動時に供給される氷結解消用の噴射指示信号，遮断弁開閉指示信号及び点火指示信号のタイムチャートを示す。なお、ここで、氷結解消用の噴射指示信号とは、図６Ａに示す信号と同じものである。

図８に示すように、直噴式水素インジェクタＩ_１の上流側に配設された遮断弁１６の開閉を指示する遮断弁開閉指示信号は、直噴式水素インジェクタＩ_１に対する噴射指示信号としてパルスＰ_０が出力される間に、すなわち、直噴式水素インジェクタＩ_１に増大させられた駆動電流が供給される間に、遮断弁１６を閉じるようにオフされる。そして、遮断弁開閉指示信号は、直噴式水素インジェクタＩ_１に対する噴射指示信号としてパルスＰ_１が出力される前に、遮断弁１６を開くようにオンされる。これにより、増大させられた駆動電流が供給される間に、気体水素が作動室内に過剰に供給されることが防止される。

他方、点火プラグ７の点火を指示する点火指示信号は、直噴式水素インジェクタＩ_１に増大させられた駆動電流が供給される間に、点火が停止されるようにオフされる。そして、点火指示信号は、直噴式水素インジェクタＩ_１に対する噴射指示信号としてパルスＰ_１が出力される前に、点火が行われるようにオンされる。これにより、仮に気体水素が作動室内に過剰に供給された場合にも、作動室内で混合気が異常燃焼することが防止される。

なお、ここでは、水素エンジン１の低温始動時に、遮断弁１６が閉じられ、また、点火が抑制されることで、作動室内への気体水素の供給が抑制され、また、混合気の異常燃焼が防止されたが、これに限定されることなく、例えば、水素エンジン１の停止時に、遮断弁１６を閉状態にするとともに、水素エンジン１における作動室内の混合気に対する点火を停止することで、遮断弁１６の下流側での気体水素の掃気を達成するようにしてもよい。これによれば、その後の水素エンジン１の低温始動時に、増大させられた駆動電流の供給に際して、作動室内への気体水素の供給量が抑制され、気体水素が過剰に供給されることが防止される。

図９は、コントロールユニット１０により実行されるインジェクタ駆動制御処理についてのフローチャートである。この処理では、まず、例えば図２に示す水素エンジン１に関連する構成により検出された各種信号が読み込まれ（＃１１）、それらの信号に基づき、水素エンジン１が停止されたか否か、すなわちイグニションがオフされたか否かが判断される（＃１２）。その結果、水素エンジン１が停止されていないと判断された場合には、ステップ＃２０へ進み、他方、水素エンジン１が停止されたと判断された場合には、ステップ＃１３へ進む。

ステップ＃１３においては、遮断弁１６が閉じられ、また、その後、直噴式水素インジェクタＩ_１がその開状態が継続されるように制御され（＃１４）、更に、点火プラグ７による点火が停止される（＃１５）。ステップ＃１３〜１５によれば、遮断弁１６の下流側での気体水素の掃気が達成され、これにより、直噴式水素インジェクタＩ_１に増大させられた駆動電流が供給されるに際して、作動室内への気体水素の供給量が抑制され、気体水素が過剰に供給されることが防止される。かかる一連の制御ステップの後、カウンタが１だけ増大させられる（Ｃ→Ｃ＋１）（＃１６）。

続いて、カウンタＣは所定値αより大きいか否かが判断され（＃１７）、その結果、Ｃがα以下であると判断された場合には、即時にリターンされ、他方、カウンタＣがαより大きいと判断された場合には、引き続き、直噴式水素インジェクタＩ_１が閉じられ（＃１８）、カウンタＣがリセットされる（Ｃ→０）（＃１９）。以上、ステップ＃１３〜＃１９の処理により、水素エンジン１の停止から所定時間にわたって遮断弁１６下流の気体水素の掃気が行われる。

また、一方、ステップ＃１２の結果、水素エンジン１が停止されていないと判断された場合には、ステップ＃２０において、エンジン始動時であるか否かが判断される。その結果、エンジン始動時でないと判断された場合には、ステップ＃２８へ進む。ステップ＃２８以降では、噴射式水素インジェクタＩ_１が通常時の駆動電流（図５Ｂ参照）により制御されることとなる。他方、エンジン始動時であると判断された場合には、引き続き、吸気温度が所定値未満であるか否かが判断される（＃２１）。その結果、吸気温度が所定値以上であると判断された場合には、ステップ＃２１へ進み、他方、吸気温度が所定値未満であると判断された場合には、直噴式水素インジェクタＩ_１用の駆動電流が、図７に示すマップに基づき、吸気温度に応じた駆動電流に設定される（＃２２）。

ステップ＃２２の後、直噴式水素インジェクタＩ_１用の駆動電流の増大がエンジン始動後に既に１回実行されたか否かをあらわすフラグ（ＦＬＡＧ）が確認され、フラグが１であると判断された場合には、駆動電流の増大が既に１回実行されたとして、ステップ＃２８へ進み、他方、フラグが０であると判断された場合には、駆動電流の増大が未だ実行されていないとして、引き続き、遮断弁１６が閉じられる（＃２４）。

ステップ＃２４の後、直噴式水素インジェクタＩ_１用の駆動電流が増大させられ（＃２５）、更に、点火プラグ７の点火が停止される（＃２６）。ステップ＃２５及び２６の後、直噴式水素インジェクタＩ_１用の駆動電流の増大がエンジン始動後に既に実行されたか否かをあらわすフラグが１とされる（＃２７）。以上で処理がリターンされる。

ステップ＃２８以降においては、まず、遮断弁１６が閉じられ（＃２８）、直噴式水素インジェクタＩ_１用の駆動電流が、通常時の駆動電流に設定され（＃２９）、更に、点火プラグ７の点火が実行される（＃３０）ことにより、噴射式水素インジェクタＩ_１が通常の駆動電流で制御されることとなる。以上で処理がリターンされる。

以上の説明から明らかなように、水素エンジン１の停止後に、気体水素の燃焼に伴い発生した水分が直噴式水素インジェクタＩ_１の先端付近に氷結した状態からエンジン１を再始動する場合に、直噴式水素インジェクタＩ_１に供給される駆動電流を増大させ、発熱作用をもたらし、氷結を解消することで、直噴式水素インジェクタＩ_１を正常に開動作させることができ、エンジンの始動性を確保することができる。また、駆動電流を一時的に大きくすることで、作動室への気体水素の供給が抑制され、作動室内の空燃比が不安定になることはなく、低温始動時に、安定したエンジン始動性を確保しつつ、直噴式水素インジェクタＩ_１における氷結を解消することができる。

なお、本発明は、例示された実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態では、図６Ａ及び６Ｂに示すように、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制すべく、増大させられた駆動電流の供給回数が１回に止められたが、これに限定されることなく、外気温度や吸気温度が極めて低い場合には、氷結状態が極めて厳しいと判断されるため、増大させられた駆動電流を複数回供給するようにしてもよい。また、前述した実施形態では、水素エンジン１として、ロータリエンジンが取り上げられたが、これに限定されることはなく、本発明は、レシプロエンジンにも適用可能である。

本発明に係る直噴式水素エンジンの制御装置は、自動車等の車両を含み、駆動電流の供給により開閉制御され、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタを備えたエンジンが搭載されるものであれば、いかなるものにも適用可能である。

本発明の実施形態に係る水素エンジンを概略的にあらわす図である。 上記水素エンジン及びそれに関連する構成を概念的にあらわす図である。 閉状態にある水素インジェクタを示す縦断面説明図である。 開状態にある水素インジェクタを示す縦断面説明図である。 各エンジン回転数に応じて採用される水素インジェクタ及びその噴射タイミングをあらわす説明図である。 通常時に供給される噴射指示信号をあらわす図である。 図５Ａの噴射指示信号に対応した駆動電流波形をあらわす図である。 低温始動時に供給される氷結解消用の噴射指示信号をあらわす図である。 図６Ａの噴射指示信号に対応した駆動電流波形をあらわす図である。 吸気温度と駆動電流との相対関係をあらわすマップである。 低温始動時に供給される氷結解消用の噴射指示信号，遮断弁開閉指示信号及び点火指示信号のタイムチャートである。 水素エンジンの制御装置により実行されるインジェクタ駆動制御処理についてのフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン本体，２…吸気通路，３…排気通路，４…インジェクタ本体，５…ニードルバルブ，６…ソレノイドコイル，７…点火プラグ，９…水素供給通路，１０…コントロールユニット，１３…ガソリン供給通路，１４…水素貯留タンク，１５…停止弁，１６…遮断弁，１７…圧力センサ，１８…水温センサ，１９…エンジン回転数センサ，２１…吸気温センサ，２２…酸素濃度センサ，Ｉ_１…直噴式水素インジェクタ，Ｉ_２…ポート噴射式ガソリンインジェクタ，Ｉ_３…ポート噴射式水素インジェクタ，Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３…電磁弁。

Claims (7)

1. 駆動電流の供給により開閉制御され、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素噴射弁を備えた直噴式水素エンジンの制御装置において、
   上記水素エンジンの低温始動時に、上記水素噴射弁に供給される駆動電流が増大させられることを特徴とする直噴式水素エンジンの制御装置。
2. 上記水素噴射弁に供給される駆動電流は、閉状態にある水素噴射弁を開動作させるための起動電流と、該水素噴射弁を開状態に保持するための保持電流とからなり、上記水素エンジンの低温始動時には、該起動電流が増大させられることを特徴とする請求項１記載の直噴式水素エンジンの制御装置。
3. 上記水素エンジンにおける氷結状態に関するパラメータに応じて、上記駆動電流の増大の度合いが補正されることを特徴とする請求項１又は２に記載の直噴式水素エンジンの制御装置。
4. 上記水素噴射弁の上流側に、該水素噴射弁への気体水素の供給を遮断する遮断弁が設けられ、増大させられた上記駆動電流の供給に際し、該遮断弁が閉状態にされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の直噴式水素エンジンの制御装置。
5. 更に、増大させられた上記駆動電流の供給に際し、上記水素エンジンにおける作動室内の混合気への点火が停止されることを特徴とする請求項４記載の直噴式水素エンジンの制御装置。
6. 上記水素噴射弁の上流側に、該水素噴射弁への水素供給を遮断する遮断弁が設けられ、上記水素エンジンの停止時に、該遮断弁が閉状態にされるとともに、上記水素噴射弁が開状態にされ、また、上記水素エンジンにおける作動室内の混合気への点火が停止されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の直噴式水素エンジンの制御装置。
7. 上記水素エンジンの低温始動時に、上記駆動電流の増大が１回に限定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載の直噴式水素エンジンの制御装置。

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