JP2007064169A - Fuel injection device for hydrogen rotary engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素ロータリエンジンの燃料噴射装置に係り、特に、作動室に水素を直接噴射する水素インジェクタを有する水素ロータリエンジンの燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device for a hydrogen rotary engine, and more particularly to a fuel injection device for a hydrogen rotary engine having a hydrogen injector that directly injects hydrogen into a working chamber.
燃料として水素を使用する水素ロータリエンジンが知られている。このような水素を燃料とするエンジンでは、水素ガスの体積がガソリン等の液体燃料に比べて大きい(密度が小さい)ので、吸気通路内に燃料を噴射する予混合燃料供給方式では、吸気充填効率を高めにくい。 Hydrogen rotary engines that use hydrogen as fuel are known. In such an engine using hydrogen as a fuel, the volume of hydrogen gas is larger than the liquid fuel such as gasoline (the density is small). Therefore, in the premixed fuel supply method in which fuel is injected into the intake passage, the intake charging efficiency is increased. It is hard to raise.
これに対して特許文献1には、作動室内に水素を直接噴射するようにして充填効率を高めるようにした水素ロータリエンジンが開示されている。さらに、この特許文献1には、ロータハウジングの幅方向に並べた複数の小開口径水素噴射ポート、或いは、ロータハウジングの幅方向に傾斜して延びる複数の小開口径水素噴射ポートにより、作動室内に噴射する水素を均等に分布させて、ロータハウジングの幅方向の中間部に配置された点火プラグ周りが局所的にリッチにならないようにすることにより、過早着火を抑制するようにしている。
On the other hand,
ここで、水素ロータリエンジンにおいて、さらに燃費性能を向上させることが望まれている。これに対し、本発明者らは、水素ロータリエンジンの特性として、作動室間で漏れる高温燃焼ガスによる異常燃焼が、エンジンの高回転域、特に、高負荷高回転域において起きやすいが、低回転域において起こりにくいことに着目した。そして、高回転域、特に、高負荷高回転域においては、異常燃焼を抑制するために水素と吸入空気とのミキシングを促進させ、低回転域においては、燃費を向上させるために成層状態にすることが有効であることを見出した。
しかしながら、上述した特許文献1に記載の技術を含む従来技術では、このようなエンジン回転数に応じた水素の分布状態を得ることが難しい。
Here, in the hydrogen rotary engine, it is desired to further improve the fuel efficiency. On the other hand, the inventors of the present invention, as a characteristic of a hydrogen rotary engine, abnormal combustion due to high-temperature combustion gas leaking between working chambers is likely to occur in a high engine speed range, particularly in a high load high engine speed range. We paid attention to the fact that it is difficult to happen in the region. In a high rotation range, particularly in a high load high rotation range, mixing of hydrogen and intake air is promoted to suppress abnormal combustion, and in a low rotation range, a stratified state is set to improve fuel consumption. Found that it was effective.
However, it is difficult to obtain such a hydrogen distribution state according to the engine speed in the conventional technique including the technique described in
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、異常燃焼を抑制すると共に燃費を向上させることが出来る水素ロータリエンジンの燃料制御装置を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a fuel control device for a hydrogen rotary engine that can suppress abnormal combustion and improve fuel efficiency. It is said.
上記の目的を達成するために本発明は、水素ロータリエンジンの燃料噴射装置であって、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射する水素インジェクタと、この水素インジェクタが作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、水素インジェクタからの水素が、水素ロータリエンジンの低回転域では作動室のリーディング領域に向かって流出し、高回転域では作動室の中央領域に向かって流出するように、水素の噴射方向を設定する水素流出方向設定手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、水素インジェクタ及び水素噴射タイミング制御手段により、作動室に圧縮行程中に水素を直接噴射するので吸気充填効率を高めることが出来る。さらに、水素流出方向設定手段により、水素ロータリエンジンの低回転域では水素インジェクタからの水素が作動室のリーディング領域に向かって流出するので、リーディング領域で水素ガスがリッチとなるような成層状態を作ることが出来る。従って、燃焼効率を高めることが出来、その結果、燃費を向上させることが出来る。さらに、水素流出方向設定手段により、高回転域では水素インジェクタからの水素が作動室の中央領域に向かって流出するので、水素はその中央領域から両側の領域へと拡散し易く、吸入空気と水素ガスとのミキシングが促進される。その結果、過早着火のような異常燃焼を抑制することが出来る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel injection device for a hydrogen rotary engine, a hydrogen injector that directly injects hydrogen into a working chamber of the hydrogen rotary engine, and the hydrogen injector during a compression stroke in the working chamber. Hydrogen injection timing control means for controlling the injection timing so as to inject hydrogen at a predetermined timing, and hydrogen from the hydrogen injector flows out toward the leading region of the working chamber in the low rotation region of the hydrogen rotary engine, and high rotation The region is characterized by comprising hydrogen outflow direction setting means for setting the hydrogen injection direction so as to flow out toward the central region of the working chamber.
In the present invention configured as described above, since the hydrogen is directly injected into the working chamber during the compression stroke by the hydrogen injector and the hydrogen injection timing control means, the intake charging efficiency can be increased. Further, the hydrogen outflow direction setting means causes hydrogen from the hydrogen injector to flow toward the leading region of the working chamber in the low rotation region of the hydrogen rotary engine, thus creating a stratified state in which the hydrogen gas is rich in the leading region. I can do it. Therefore, the combustion efficiency can be increased, and as a result, the fuel consumption can be improved. Furthermore, since the hydrogen outflow direction setting means causes hydrogen from the hydrogen injector to flow out toward the central region of the working chamber in the high rotation region, the hydrogen easily diffuses from the central region to the regions on both sides. Mixing with gas is promoted. As a result, abnormal combustion such as premature ignition can be suppressed.
また、本発明において、好ましくは、水素インジェクタは、少なくとも第1インジェクタ及び第2インジェクタを有し、水素流出方向設定手段は、第1インジェクタの水素の噴射方向が作動室のリーディング領域に向かう方向となるように第1インジェクタを水素ロータリエンジンに取り付けると共に、第2インジェクタの水素の噴射方向が作動室の中央領域に向かう方向となるように第2インジェクタを第1水素インジェクタとは異なる角度でロータリエンジンに取り付けることにより構成されており、さらに、水素流出方向設定手段は、低回転域では第1水素インジェクタを作動させ、高回転域では第2水素インジェクタを作動させる。
このように構成された本発明においては、第1インジェクタの水素の噴射方向が作動室のリーディング領域に向かう方向となり、第2インジェクタの水素の噴射方向が作動室の中央領域に向かう方向となるように、第1及び第2の水素インジェクタが異なる角度でロータリエンジンに取り付けられ、さらに、低回転域では第1水素インジェクタが作動し、高回転域では第2水素インジェクタが作動するので、簡易な構成で且つ取付角度の調整により、作動室内のリーディング領域或いは中央領域に向けて水素を確実に流出させることが出来る。
In the present invention, preferably, the hydrogen injector has at least a first injector and a second injector, and the hydrogen outflow direction setting means has a direction in which the hydrogen injection direction of the first injector is directed to the leading region of the working chamber. The first injector is attached to the hydrogen rotary engine so that the second injector is at a different angle from the first hydrogen injector so that the hydrogen injection direction of the second injector is directed toward the central region of the working chamber. Further, the hydrogen outflow direction setting means operates the first hydrogen injector in the low rotation range and operates the second hydrogen injector in the high rotation range.
In the present invention thus configured, the hydrogen injection direction of the first injector is directed toward the leading region of the working chamber, and the hydrogen injection direction of the second injector is directed toward the central region of the working chamber. In addition, the first and second hydrogen injectors are attached to the rotary engine at different angles, and further, the first hydrogen injector operates in the low rotation range and the second hydrogen injector operates in the high rotation range. In addition, by adjusting the mounting angle, hydrogen can surely flow out toward the leading region or the central region in the working chamber.
また、本発明において、好ましくは、第2水素インジェクタの容量が第1水素インジェクタの容量より大であり、水素流出方向設定手段は、水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で第2水素インジェクタを作動させる。
このように構成された本発明においては、水素流出方向設定手段は、水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で第2水素インジェクタを作動させるので、過早着火のような異常燃焼が最も発生し易い高回転域且つ高負荷域において、吸入空気と水素とのミキシングを促進して異常燃焼を確実に抑制することが出来ると共に、第2水素インジェクタの容量が第1水素インジェクタの容量より大であるので、より多くの水素流量が必要な高回転域且つ高負荷域においても水素流量を確実に確保することが出来る。
In the present invention, it is preferable that the capacity of the second hydrogen injector is larger than the capacity of the first hydrogen injector, and the hydrogen outflow direction setting means is the second hydrogen injector in the high rotation range and high load range of the hydrogen rotary engine. Is activated.
In the present invention configured as described above, the hydrogen outflow direction setting means operates the second hydrogen injector in the high rotation range and high load range of the hydrogen rotary engine, so that abnormal combustion such as premature ignition occurs most. In a high rotation range and a high load range that are easy to perform, the mixing of intake air and hydrogen can be promoted to reliably suppress abnormal combustion, and the capacity of the second hydrogen injector is larger than the capacity of the first hydrogen injector. Therefore, the hydrogen flow rate can be reliably ensured even in a high rotation range and a high load range where a larger hydrogen flow rate is required.
また、本発明は、水素ロータリエンジンの燃料噴射装置であって、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第1水素インジェクタと、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第2水素インジェクタと、これらの第1及び第2の水素インジェクタが作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、水素ロータリエンジンの低回転域では第1水素インジェクタを作動させ、高回転域では第2の水素インジェクタを作動させるようにインジェクタを切り換える水素インジェクタ切換手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、第1及び第2の水素インジェクタ及び水素噴射タイミング制御手段により、作動室に圧縮行程中に水素を直接噴射するので吸気充填効率を高めることが出来る。さらに、本発明においては、作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第1インジェクタ及び作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第2インジェクタを有し、水素インジェクタ切換手段により、低回転域では第1インジェクタを作動させ、高回転域では第2インジェクタを作動させる。従って、低回転域では水素が作動室のリーディング領域に向けて噴射されてリーディング領域で水素ガスがリッチとなるような成層状態を作ることが出来ると共に、高回転域では水素が作動室の中央領域に向けて噴射されて吸入空気と水素ガスとのミキシングを促進することが出来る。その結果、低回転域では燃焼効率を高めて燃費を向上させることが出来、高回転域では過早着火のような異常燃焼を抑制することが出来る。
The present invention also provides a fuel injection device for a hydrogen rotary engine, in which hydrogen is directly injected into a working chamber of the hydrogen rotary engine and hydrogen is injected toward a leading region of the working chamber, and a hydrogen rotary A second hydrogen injector that injects hydrogen directly into the working chamber of the engine and injects hydrogen toward the central region of the working chamber, and a predetermined timing during the compression stroke of these first and second hydrogen injectors into the working chamber And a hydrogen injection timing control means for controlling the injection timing so as to inject hydrogen, and an injector for operating the first hydrogen injector in the low rotation range of the hydrogen rotary engine and operating the second hydrogen injector in the high rotation range And a hydrogen injector switching means for switching between the two.
In the present invention configured as described above, since the first and second hydrogen injectors and the hydrogen injection timing control means directly inject hydrogen into the working chamber during the compression stroke, the intake charging efficiency can be increased. Furthermore, in the present invention, the first injector for injecting hydrogen toward the leading region of the working chamber and the second injector for injecting hydrogen toward the central region of the working chamber are provided. In the region, the first injector is operated, and in the high rotation region, the second injector is operated. Therefore, it is possible to create a stratified state in which hydrogen is injected toward the leading region of the working chamber in the low rotation region and the hydrogen gas is rich in the leading region, and in the high rotation region, hydrogen is in the central region of the working chamber. Injected toward the air, the mixing of intake air and hydrogen gas can be promoted. As a result, fuel efficiency can be improved by improving combustion efficiency in the low rotation range, and abnormal combustion such as pre-ignition can be suppressed in the high rotation range.
また、本発明は、水素ロータリエンジンの燃料噴射装置であって、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第1水素インジェクタと、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第2水素インジェクタと、これらの第1及び第2の水素インジェクタが作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、水素ロータリエンジンの低回転域では第1水素インジェクタを作動させ、高回転域では第1及び第2の両方の水素インジェクタを作動させるようにインジェクタを切り換える水素インジェクタ切換手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、第1及び第2の水素インジェクタ及び水素噴射タイミング制御手段により、作動室に圧縮行程中に水素を直接噴射するので吸気充填効率を高めることが出来る。さらに、本発明においては、作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第1インジェクタ及び作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第2インジェクタを有し、水素インジェクタ切換手段により、低回転域では第1インジェクタを作動させ、高回転域では第1及び第2の両方のインジェクタを作動させる。従って、低回転域では水素が作動室のリーディング領域に向けて噴射されて、リーディング領域で水素ガスがリッチとなるような成層状態を作ることが出来ると共に、高回転域では、水素が作動室のリーディング領域及び中央領域の両方に向けて噴射されて吸入空気と水素ガスとのミキシングを促進することが出来る。その結果、低回転域では燃焼効率を高めて燃費を向上させることが出来、高回転域では過早着火のような異常燃焼を抑制することが出来る。
The present invention also provides a fuel injection device for a hydrogen rotary engine, in which hydrogen is directly injected into a working chamber of the hydrogen rotary engine and hydrogen is injected toward a leading region of the working chamber, and a hydrogen rotary A second hydrogen injector that injects hydrogen directly into the working chamber of the engine and injects hydrogen toward the central region of the working chamber, and a predetermined timing during the compression stroke of these first and second hydrogen injectors into the working chamber And a hydrogen injection timing control means for controlling the injection timing so as to inject hydrogen at a low rotational speed range of the hydrogen rotary engine, and both the first and second hydrogen injectors at a high rotational speed range. And hydrogen injector switching means for switching the injector so as to operate.
In the present invention configured as described above, since the first and second hydrogen injectors and the hydrogen injection timing control means directly inject hydrogen into the working chamber during the compression stroke, the intake charging efficiency can be increased. Furthermore, in the present invention, the first injector for injecting hydrogen toward the leading region of the working chamber and the second injector for injecting hydrogen toward the central region of the working chamber are provided. In the region, the first injector is operated, and in the high speed region, both the first and second injectors are operated. Accordingly, hydrogen can be injected toward the leading region of the working chamber in the low rotation region, and a stratified state can be created in which hydrogen gas is rich in the leading region. It can be injected toward both the leading area and the central area to promote mixing of intake air and hydrogen gas. As a result, fuel efficiency can be improved by improving combustion efficiency in the low rotation range, and abnormal combustion such as pre-ignition can be suppressed in the high rotation range.
また、本発明において、好ましくは、第1水素インジェクタの容量と第2水素インジェクタの容量とが同一であり、水素インジェクタ切換手段は、水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で第1及び第2の両方の水素インジェクタを作動させる。
このように構成された本発明においては、水素インジェクタ切換手段は、水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で第1及び第2の両方の水素インジェクタを作動させるので、過早着火のような異常燃焼が最も発生し易い高回転域且つ高負荷域において、吸入空気と水素とのミキシングを促進して異常燃焼を確実に抑制することが出来る。さらに、第1水素インジェクタの容量と第2水素インジェクタの容量とが同一であるので、部品の共通化によりコストを低減しつつ、上述したように、より多くの水素流量が必要な高回転域且つ高負荷域において第1及び第2のインジェクタの両方の水素インジェクタを作動させるので、水素流量を確実に確保することが出来る。
In the present invention, preferably, the capacity of the first hydrogen injector and the capacity of the second hydrogen injector are the same, and the hydrogen injector switching means has the first and the first in the high rotation range and high load range of the hydrogen rotary engine. 2. Operate both hydrogen injectors.
In the present invention configured as described above, the hydrogen injector switching means operates both the first and second hydrogen injectors in the high rotation range and high load range of the hydrogen rotary engine. In a high rotation range and high load range where abnormal combustion is most likely to occur, mixing of intake air and hydrogen can be promoted to reliably suppress abnormal combustion. Furthermore, since the capacity of the first hydrogen injector and the capacity of the second hydrogen injector are the same, as described above, while reducing the cost by sharing parts, a high rotation speed region where a higher hydrogen flow rate is required and Since the hydrogen injectors of both the first and second injectors are operated in the high load range, the hydrogen flow rate can be reliably ensured.
本発明による水素ロータリエンジンの燃料制御装置によれば、異常燃焼を抑制すると共に燃費を向上させることが出来る。 According to the fuel control device for a hydrogen rotary engine of the present invention, it is possible to suppress abnormal combustion and improve fuel efficiency.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、図1乃至図4により、本発明の実施形態による燃料噴射装置が適用された水素ロータリエンジンの構成を説明する。図1は、本実施形態による水素ロータリエンジンのエンジン本体部の概略構成を示す図であり、図2は、本実施形態による水素ロータリエンジンのエンジン本体部の断面構造の一部を示す断面図であり、図3は、図1に示すエンジン本体部及びそれに付随する装置を示す水素ロータリエンジンの全体構成を示す図であり、図4は、本実施形態による直噴式水素ガスインジェクタによる水素ガスの噴射方向及び噴射される領域を示す図である。
先ず、図1に示すように、本実施形態による水素ロータリエンジン1は、トロコイド状の内周面を有するロータハウジング2及びその両側にそれぞれ配置された平面状の内面を有するサイドハウジング4を備えている。図2に示すように、本実施形態の水素エンジン1は、いわゆる2ロータ式ロータリエンジンであり、3つのサイドハウジング4a、4b(インターミディエイトハウジング)、4cと、ロータハウジング2とにより構成されたそれぞれの空間内にロータ6が配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, the configuration of a hydrogen rotary engine to which a fuel injection device according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine main body of a hydrogen rotary engine according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of a cross-sectional structure of the engine main body of the hydrogen rotary engine according to the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing the entire configuration of the hydrogen rotary engine showing the engine main body and the device associated therewith shown in FIG. 1, and FIG. 4 is an injection of hydrogen gas by the direct injection hydrogen gas injector according to the present embodiment. It is a figure which shows a direction and the area | region injected.
First, as shown in FIG. 1, the
図1及び図2に示すように、これらのロータ6は、その内方の偏心軸8により支持されると共にその偏心軸8と共に偏心回転するようになっている。このロータ6の周囲には、各ハウジング2、4とこのロータ6とにより囲まれた作動室10、11、12が形成されている。各作動室10、11、12の容積は、ロータ6の偏心回転により変化するようになっている。そして、作動室10、11、12における吸気、圧縮、膨張(爆発)、排気の一連の工程により、ロータ6が回転させられると共に偏心軸8が回転させられ、その回転力が動力として偏心軸8からドライブシャフト(図示せず)等に出力される。
図1に示すように、ロータハウジング2には2つの点火プラグ14、15が取り付けられ、また、サイドハウジング4には、吸気ポート16及び排気ポート18が形成されている。吸気ポート16には、吸気通路20が接続されており、その吸気通路20を介して作動室10内に空気が導かれる。また、排気ポート18には、排気通路22が接続されており、その排気通路22を介して作動室12内の排気ガスが排出される。なお、このような構成は、図2に示す2つのロータ6に対して、ほぼ同じ構成となっている。
ロータ6は、この図1において時計回りに回転し、この図1に示す状態では、作動室10において圧縮行程が行われ、作動室11において膨張(爆発)工程が行われている。
As shown in FIGS. 1 and 2, these
As shown in FIG. 1, two
The
ここで、点火プラグ14、15の配置及び付随する構成を説明する。図1に示すように、2つの点火プラグ14、15は、ロータ6の回転方向に対して直列に、即ち、垂直方向に並んだ位置に配置されており、ロータハウジング2には、それぞれのプラグ14、15に対して、プラグホール14a、15aが形成されている。
これらの点火プラグ14、15及びプラグホール14a、15aの配置及び大きさは、これらのプラグホール14a、15aをロータ6のアペックスシール7が通過する際のガス吹き抜けが少なくなるように定められている。つまり、ロータ6の回転方向に対して後方側(トレーリング側)の点火プラグ14をアペックスシール7が通過する際には、圧縮行程となっている作動室10と、膨張行程となっている作動室11との圧力差が大きく、ガスが吹き抜けやすいので、点火プラグ14が燃焼室(作動室)から遠い位置に配置されると共にそのプラグホール14aの径がプラグホール15aより小さく形成されている。
一方、ロータ6の回転方向に対して前方側(リーディング側)の点火プラグ15をアペックスシール7が通過する際には、圧縮行程となっている作動室10と、膨張工程から排気行程に入っている隣の作動室との圧力差が小さいので、点火プラグ15は燃焼室(作動室)に近い位置に配置されると共にそのプラグホール15aの径が点火プラグ15の径と同等の大きさに形成されている。従って、この水素ロータリエンジン1では、リーディング側の点火プラグ15の方が、燃焼性が良好、即ち、着火後に燃焼が拡散し易くなっている。
Here, the arrangement of the spark plugs 14 and 15 and the accompanying configuration will be described. As shown in FIG. 1, the two
The arrangement and size of the spark plugs 14 and 15 and the plug holes 14a and 15a are determined so that the gas blow-through when the
On the other hand, when the
次に、図3に示すように、吸気通路20の上流側にはスロットル弁24が設けられ、さらにその上流側にはエアクリーナー26が設けられている。また、排気通路22の下流側には、排気通路22中の排気ガスの一部を吸気通路20に還流するためのEGR装置30及び排気ガス浄化触媒(図示せず)などが設けられている。EGR装置30は、排気通路22と吸気通路20とを連結するEGR通路32と、このEGR通路32内の還流する排気ガスを冷却して密度を高めるEGRクーラ34と、EGR率を制御するためのEGR弁36とを有している。
Next, as shown in FIG. 3, a
次に、図1及び図2に示すように、各ロータハウジング2には、水素を作動室10内に直接噴射する2つの直噴式水素ガスインジェクタ40、42が取り付けられている。図3に示すように、各直噴式水素ガスインジェクタ40、42は、それぞれ、途中で分岐した水素ガス供給通路50を介して水素高圧ガスタンク52に接続され、この水素高圧ガスタンク52から水素ガスが供給されるようになっている。この水素高圧ガスタンク52の排出口には、そのタンク52から水素ガス供給通路50への水素ガス排出を制御するための停止弁54が設けられ、さらに、その下流側の水素ガス供給通路50には、各インジェクタ40、42に対する水素供給量(水素供給圧力)を制御する遮断弁56が設けられている。さらに、遮断弁56の下流側の水素ガス供給通路50には、水素ガス供給通路50内の残圧を検出するための水素ガス圧力センサ58が取り付けられている。
Next, as shown in FIGS. 1 and 2, two direct injection
図1に示すように、2つの直噴式水素ガスインジェクタ40、42は、作動室10に対して異なる角度でロータハウジング2に取り付けられている。そして、図4に水素ガスの噴射方向及び噴射される領域を示すように、圧縮行程の作動室10に対して、一方のインジェクタ42(以下、「L側噴射インジェクタ」とする)が作動室10のリーディング側領域Lに向けて水素ガスを噴射し、他方のインジェクタ40(以下、「中央側噴射インジェクタ」とする)が作動室10の中央側領域Cに向けて水素を噴射する。その噴射された水素ガスは、リーディング領域L或いは中央側領域Cに向かって流出する。
本実施形態では、中央噴射インジェクタ40の容量が、L側噴射インジェクタ42の容量よりも大きいものとなっており、所定時間内により多くの水素ガスを噴射することが出来るものとなっている。これは、後述するように、中央噴射インジェクタ40を高回転域で使用するためである。
As shown in FIG. 1, the two direct injection
In this embodiment, the capacity of the
ここで、この水素エンジン1では、水素ガスを圧縮行程において作動室10に噴射するようにして、吸気充填効率を高めるようにしている。その噴射タイミングは、吸気行程が終了した後、所定のロータ回転角となったとき(ロータ6が図1に示すような位置にあるとき)に噴射を開始し、必要な噴射量を噴射し終えた後に終了する。噴射量は、各インジェクタ40、42の内部に設けられた電磁弁(図示せず)の開閉量により調整される。
各水素ガスインジェクタ40、42は、それぞれ、ECU70に接続され、このECU70によって、各インジェクタの噴射の切換、噴射タイミング及び噴射量などが制御されるようになっている。
Here, in the
Each
エンジン1には、センサとして、上述した水素ガス圧力センサ58の他に、エンジン本体部に、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ72が取り付けられ、また、吸気通路20に、その吸気通路20内の吸入空気量を検出するエアフローセンサ76が取り付けられている。さらに、図示しないが、排気通路22には、その排気通路22中の酸素濃度(空燃比λの算出に用いる)を検出する酸素濃度センサ、吸気通路20内の空気の温度を検出する吸気温センサ、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、スロットル弁24の開度を検出するスロットル開度センサ、排気通路22内の排気ガスの温度を検出する排気温センサ、水素ガス供給通路50内を流れる水素ガスの流量を検出する水素ガス流量計、ガソリン供給通路60内を流れるガソリンの流量を検出するガソリン流量計なども、エンジン1に設けられている。
ECU70には、これらのセンサの出力信号、特に、エンジン回転数センサ72からのエンジン回転数Nに関する出力信号、及び、エアフローセンサ76からの吸入空気量Aに関する出力信号が入力されるようになっている。
In addition to the hydrogen
The
次に、図5及び図6により、ECU70による各直噴式水素インジェクタ40、42の切換制御の内容を説明する。
図5は、本実施形態による各直噴式水素インジェクタの切換制御を示すフローチャートであり、図6は、本実施形態によるエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて各直噴式水素ガスインジェクタを切り換えるための制御マップを示す図である。なお、図5に示すフローチャートにおいて、「S」は各ステップを示す。
先ず、図5に示すように、S1においてエンジン回転数Nを示す出力信号及び吸入空気量Aを示す出力信号を各センサ72、74から読み込む。次に、S2において、S1で読み込んだ吸入空気量A及びエンジン回転数Nから、所定の空燃比(例えばλ=2)となるような燃料噴射量Q及びエンジン負荷Rを演算する。
Next, referring to FIGS. 5 and 6, the contents of the switching control of the direct
FIG. 5 is a flowchart showing the switching control of each direct injection hydrogen injector according to this embodiment, and FIG. 6 is a control for switching each direct injection hydrogen gas injector based on the engine speed and engine load according to this embodiment. It is a figure which shows a map. In the flowchart shown in FIG. 5, “S” indicates each step.
First, as shown in FIG. 5, an output signal indicating the engine speed N and an output signal indicating the intake air amount A are read from the
次に、S3に進み、S2で演算したエンジン負荷Rが所定値を超えているか否かを判定する。この所定値は、図6中Ttで示すラインである。このラインTtはエンジン回転数Nに応じて定められ、本実施形態では、エンジン1の最大発生トルクの80〜85%の値と設定している。
このS3において、エンジン負荷Rが所定値(ラインTt)を超えると判定された場合は、S4に進み、S1で読み込んだエンジン回転数Nが所定値を超えているか否かを判定する。本実施形態では、所定値を4500rpmと設定している。本実施形態では、4500rpmを超えると高回転域、4500rpm以下であれば低回転域とする。なお、この所定値は、エンジンの排気量や特性によって異なる値に設定しても良い。
Next, the process proceeds to S3, and it is determined whether or not the engine load R calculated in S2 exceeds a predetermined value. This predetermined value is a line indicated by Tt in FIG. This line Tt is determined according to the engine speed N, and is set to a value of 80 to 85% of the maximum generated torque of the
If it is determined in S3 that the engine load R exceeds the predetermined value (line Tt), the process proceeds to S4, and it is determined whether or not the engine speed N read in S1 exceeds the predetermined value. In this embodiment, the predetermined value is set to 4500 rpm. In this embodiment, if it exceeds 4500 rpm, it will be set as a low rotation area if it is a high rotation area and 4500 rpm or less. The predetermined value may be set to a different value depending on the engine displacement and characteristics.
このS4において、エンジン回転数Nが所定値(4500rpm)を超えると判定された場合は、S5に進み、中央噴射インジェクタ40により、上述したように圧縮行程の所定のタイミングで、S2で演算された燃料噴射量Qの水素ガスを作動室10の中央側領域Cに向けて噴射させる。
一方、S3において、エンジン負荷Rが所定値以下であると判定された場合、或いは、S4において、エンジン回転数Nが所定値(4500rpm)以下であると判定された場合は、S6に進み、L側噴射インジェクタ42により、上述したように圧縮行程の所定のタイミングで、S2で演算された燃料噴射量Qの水素を作動室10のリーディング側領域Lに向けて水素を噴射させる。
If it is determined in S4 that the engine speed N exceeds a predetermined value (4500 rpm), the process proceeds to S5, and the calculation is performed in S2 at the predetermined timing of the compression stroke by the
On the other hand, if it is determined in S3 that the engine load R is equal to or smaller than the predetermined value, or if it is determined in S4 that the engine speed N is equal to or smaller than the predetermined value (4500 rpm), the process proceeds to S6. As described above, the
このようなS3及びS4の判定による水素ガスインジェクタ40、42の切換を制御マップとして表したのが図6である。この制御マップに示すように、S2で演算したエンジン負荷Rが所定値(ラインTt)を超え、且つ、S1で読み込んだエンジン回転数Nが所定値(4500rpm)を超えている領域(中央噴射インジェクタ領域)では、中央噴射インジェクタ40により作動室10の中央側領域Cに向けて水素を噴射し、それ以外の領域(L側噴射インジェクタ領域)では、L側噴射インジェクタ42により作動室10のリーディング側領域Lに向けて水素を噴射させるのである。
なお、図6に示す制御マップには、いくつかのスロットル開度についてエンジン負荷(発生トルク)の変化を合わせて示している。例えば、スロットル開度70%であり且つ高回転域(4500rpm〜)では、得られるエンジン負荷Rが所定値Ttを超えているため、中央噴射インジェクタ42による噴射を行わせるが、スロットル開度50%且つ高回転域では、得られるエンジン負荷Rが所定値Tt以下になるため、L側噴射インジェクタ40による噴射を行わせることが分かる。
FIG. 6 shows the switching of the
Note that the control map shown in FIG. 6 also shows changes in engine load (generated torque) for several throttle openings. For example, when the throttle opening is 70% and the high engine speed range (from 4500 rpm), the obtained engine load R exceeds a predetermined value Tt, the injection by the
ここで、水素ロータリエンジンでは、エンジン回転数が高くなるにつれて、膨張行程にある隣の作動室11から漏れてくる高温の燃焼ガスにより、圧縮行程にある作動室10の水素ガスが着火するいわゆる過早着火(プリイグニッション)が生じやすくなる。特に、高負荷高回転域において、作動室10内に水素ガスのリッチな部分があると、このような過早着火が生じ易くなってしまう。
これに対して本実施形態では、エンジン1の高負荷域且つ高回転域において、作動室10の中央側領域Cに向けて水素を噴射することにより、水素ガスが作動室10内に均一に分散するようにしている。即ち、作動室10の中央側に向けて噴射された水素は、ロータ6が回転するにつれ、その中央側領域Cから、前方のリーディング側領域L及び後方のトレーリング領域Tに拡散して、吸入空気と水素ガスとのミキシングが促進されるのである。その結果、過早着火のような異常燃焼を抑制することが出来る。
そして、本実施形態では、中央噴射インジェクタ40の容量を、L側噴射インジェクタ42の容量よりも大きくしているので、低回転域より水素噴射量の多い高回転域で水素ガスの噴射量を確実に得ることが出来、その結果、出力を確保することが出来る。
Here, in the hydrogen rotary engine, as the engine speed increases, the high-temperature combustion gas leaking from the adjacent working
On the other hand, in the present embodiment, hydrogen gas is uniformly dispersed in the working
In this embodiment, since the capacity of the
一方、本実施形態では、過早着火が起こりにくい低回転域において、作動室10のリーディング側に向けて水素ガスを噴射することで、リーディング側領域Lで水素ガスがリッチとなるような成層状態にしている。この場合、ロータ6が回転し、点火プラグ14、15に対して細長い作動室が形成されると、上述したように燃焼性の高い点火プラグ15の周囲で水素がリッチとなる。従って、燃焼効率を高めることが出来、その結果、燃費を向上させることが出来る。さらに、出力も向上する。また、本実施形態では、高回転域であるが負荷が小さいときにも、このように成層化して、燃焼効率を高めるようにしている。
On the other hand, in the present embodiment, a stratified state in which hydrogen gas is rich in the leading side region L by injecting hydrogen gas toward the leading side of the working
次に、図7及び図8により、本発明の第2実施形態を説明する。図7は、第2実施形態による各直噴式水素インジェクタの切換制御を示すフローチャートであり、図8は、第2実施形態によるエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて各直噴式水素ガスインジェクタを切り換えるための制御マップを示す図である。
この第2実施形態による水素ロータリエンジンの構造は、図1乃至図3により上述した構造と基本的に同様である。以下、上述した実施形態(第1実施形態)と異なる点について説明する。
先ず、水素ロータリエンジン1の構造として、この第2実施形態では、図1に示す2つの水素ガスインジェクタ40、42を、互いの同じ容量のインジェクタとしている。本実施形態では、第1実施形態に比べ、中央噴射インジェクタ42の容量を下げ、中央噴射インジェクタ40の容量と同じ容量にして、部品(インジェクタ)の共通化を図っている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a flowchart showing switching control of each direct injection hydrogen injector according to the second embodiment, and FIG. 8 is for switching each direct injection hydrogen gas injector based on the engine speed and the engine load according to the second embodiment. It is a figure which shows these control maps.
The structure of the hydrogen rotary engine according to the second embodiment is basically the same as the structure described above with reference to FIGS. Hereinafter, differences from the above-described embodiment (first embodiment) will be described.
First, as a structure of the
次に、図7に示すように、ECU70の制御内容としては、S11乃至S14は、上述した図5のS1乃至S4の処理と同様である。即ち、S11においてエンジン回転数N及び吸入空気量Aを読み込み、S12において燃料噴射量Q及びエンジン負荷Rを演算し、S13において、エンジン負荷Rが所定値(第1実施形態と同様の図8に示すラインTtで表される値)を超えるか否かを判定し、S14において、エンジン回転数Nが所定値(第1実施形態と同様の4500rpm)を超えるか否かを判定している。
Next, as shown in FIG. 7, as control contents of the
S13においてエンジン負荷Rが所定値を超える判定され、さらに、S14においてエンジン回転数Nが所定値を超えていると判定された場合には、S15に進む。このS15では、上述したような圧縮行程の所定のタイミングで、中央噴射インジェクタ40により作動室10の中央側領域Cに向けて噴射させると共にL側噴射インジェクタ42によっても作動室10のリーディング側領域Lに向けて水素を噴射させる。このS15では、各インジェクタ40、42による噴射量の合計量がS2で演算された燃料噴射量Qとなるように、各インジェクタ40、42の噴射量が定められている。本実施形態では、ミキシングを促進するために中央噴射インジェクタ40の噴射量が多くなるように定められている。
一方、S13においてエンジン負荷Rが所定値以下であると判定され、或いは、S14においてエンジン回転数Nが所定値以下であると判定された場合には、S16に進み、上述したS6と同様に、L側噴射インジェクタ42により、S12で演算された燃料噴射量Qの水素を作動室10のリーディング側領域Lに向けて水素を噴射させる。
If it is determined in S13 that the engine load R exceeds the predetermined value, and if it is determined in S14 that the engine speed N exceeds the predetermined value, the process proceeds to S15. In S15, at the predetermined timing of the compression stroke as described above, the
On the other hand, if it is determined in S13 that the engine load R is equal to or smaller than the predetermined value, or if it is determined in S14 that the engine speed N is equal to or smaller than the predetermined value, the process proceeds to S16, and similarly to S6 described above, The L-
第2実施形態による水素ガスインジェクタ40、42の切換を制御マップとして表したのが図8である。この制御マップにおいては、S2で演算したエンジン負荷Rが所定値(ラインTt)を超え、且つ、S1で読み込んだエンジン回転数Nが所定値(4500rpm)を超えている領域が、「中央噴射インジェクタ及びL側噴射インジェクタ領域の併用領域」として規定され、それ以外の領域が、「L側噴射インジェクタ領域」として規定されている。また、この図8に示す制御マップにも、図6と同様に、いくつかのスロットル開度について、エンジン負荷(発生トルク)の変化を合わせて示している。
FIG. 8 shows the switching of the
以上説明したように、この第2実施形態では、低回転域である場合、或いは、高回転域であるがエンジン負荷が小さい場合に、上述したように、L側噴射インジェクタ42による水素噴射により、作動室10のリーディング側領域Lで水素ガスがリッチとなるように成層化して燃焼効率を高めるようにしている。
一方、高回転域、特に、高負荷且つ高回転域である場合には、両方のインジェクタ40、42により水素ガスを噴射している。この場合においては、作動室10の中央側領域C及びリーディング側領域Lの両方に向けて水素ガスが噴射されるので、ロータ6の回転に伴って水素ガスと吸入空気とのミキシングが促進され、特に、作動室10の中央側領域Cの水素ガスは、ロータ6の回転に伴ってトレーリング領域Tにも拡散されて吸入空気とのミキシングが促進される。これらの結果、異常燃焼(過早着火)の発生を抑制することが出来る。
さらに、水素ガスの噴射量が大きくなる高回転域、特に、高回転域且つ高負荷域において、2つのインジェクタ40、42の両方から水素ガスを噴射することにより水素ガスの噴射量を確実に得ることが出来る。そして、2つのインジェクタ40、42の共通化を図ることが出来るので、コストも削減される。
As described above, in the second embodiment, when the engine is in the low rotation range, or in the high rotation range but the engine load is small, as described above, by the hydrogen injection by the L-
On the other hand, in the case of a high rotation region, particularly in a high load and high rotation region, hydrogen gas is injected by both
Further, in a high rotation range where the injection amount of hydrogen gas becomes large, particularly in a high rotation region and a high load region, the hydrogen gas injection amount is reliably obtained by injecting the hydrogen gas from both of the two
なお、噴射された水素ガスの方向をいわゆるアシストエアー技術を用いてコントロールするようにしても良い。例えば、ロータハウジング2の水素ガスインジェクタ40、42の近傍に空気(アシストエアー)を噴出させる孔部を設け、この孔部から噴出した空気により水素ガスの流出方向を変えるようにしても良い。また、直噴式水素ガスインジェクタを1つだけ設け、或いは、同じ角度でロータリハウジングに取り付けられた2つの直噴式水素ガスインジェクタを設け、そのような直噴式水素ガスインジェクタの近傍に空気を噴出させる孔部を設けて、ある一定の方向に噴出した水素の流出方向を変えるようにしても良い。
In addition, you may make it control the direction of the injected hydrogen gas using what is called an assist air technique. For example, a hole for ejecting air (assist air) may be provided in the vicinity of the
1 水素ロータリエンジン
2 ロータハウジング
4 サイドハウジング
6 ロータ
10 圧縮行程の作動室
11 膨張行程の作動室
14 トレーリング側(T側)の点火プラグ
15 リーディング側(L側)の点火プラグ
16 吸気ポート
18 排気ポート
40 直噴式水素ガスインジェクタ(中央噴射インジェクタ)
42 直噴式水素ガスインジェクタ(L側噴射インジェクタ)
70 コントロールユニット
72 エンジン回転数センサ
74 エアフローセンサ
C 圧縮行程の作動室の中央側領域
L 圧縮行程の作動室のリーディング側領域
T 圧縮行程の作動室のトレーリング側領域
DESCRIPTION OF
42 Direct-injection type hydrogen gas injector (L-side injection injector)
70
Claims (6)
上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射する水素インジェクタと、
この水素インジェクタが上記作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、
上記水素インジェクタからの水素が、上記水素ロータリエンジンの低回転域では上記作動室のリーディング領域に向かって流出し、高回転域では上記作動室の中央領域に向かって流出するように、水素の噴射方向を設定する水素流出方向設定手段と、
を有することを特徴とする水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。 A fuel injection device for a hydrogen rotary engine,
A hydrogen injector that directly injects hydrogen into the working chamber of the hydrogen rotary engine;
Hydrogen injection timing control means for controlling the injection timing so that the hydrogen injector injects hydrogen into the working chamber at a predetermined timing during the compression stroke;
Hydrogen injection from the hydrogen injector so that hydrogen flows out toward the leading region of the working chamber in the low rotation region of the hydrogen rotary engine and flows out toward the central region of the working chamber in the high rotation region. Hydrogen outflow direction setting means for setting the direction;
A fuel injection device for a hydrogen rotary engine characterized by comprising:
上記水素流出方向設定手段は、上記第1インジェクタの水素の噴射方向が上記作動室のリーディング領域に向かう方向となるように上記第1インジェクタを上記水素ロータリエンジンに取り付けると共に、上記第2インジェクタの水素の噴射方向が上記作動室の中央領域に向かう方向となるように上記第2インジェクタを上記第1水素インジェクタとは異なる角度で上記ロータリエンジンに取り付けることにより構成されており、
さらに、上記水素流出方向設定手段は、上記低回転域では上記第1水素インジェクタを作動させ、上記高回転域では上記第2水素インジェクタを作動させる請求項1に記載の水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。 The hydrogen injector has at least a first injector and a second injector,
The hydrogen outflow direction setting means attaches the first injector to the hydrogen rotary engine so that the hydrogen injection direction of the first injector is directed to the leading region of the working chamber, and the hydrogen of the second injector The second injector is configured to be attached to the rotary engine at an angle different from that of the first hydrogen injector so that the injection direction is directed toward the central region of the working chamber.
2. The fuel injection device for a hydrogen rotary engine according to claim 1, wherein the hydrogen outflow direction setting means operates the first hydrogen injector in the low rotation range and operates the second hydrogen injector in the high rotation range. .
上記水素流出方向設定手段は、上記水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で上記第2水素インジェクタを作動させる請求項2に記載の水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。 The capacity of the second hydrogen injector is greater than the capacity of the first hydrogen injector;
The fuel injection device for a hydrogen rotary engine according to claim 2, wherein the hydrogen outflow direction setting means operates the second hydrogen injector in a high rotation range and a high load range of the hydrogen rotary engine.
上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に上記作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第1水素インジェクタと、
上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に上記作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第2水素インジェクタと、
これらの第1及び第2の水素インジェクタが上記作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、
上記水素ロータリエンジンの低回転域では上記第1水素インジェクタを作動させ、高回転域では上記第2水素インジェクタを作動させるようにインジェクタを切り換える水素インジェクタ切換手段と、
を有することを特徴とする水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。 A fuel injection device for a hydrogen rotary engine,
A first hydrogen injector that directly injects hydrogen into the working chamber of the hydrogen rotary engine and injects hydrogen toward the leading region of the working chamber;
A second hydrogen injector that directly injects hydrogen into the working chamber of the hydrogen rotary engine and injects hydrogen toward a central region of the working chamber;
Hydrogen injection timing control means for controlling the injection timing so that these first and second hydrogen injectors inject hydrogen into the working chamber at a predetermined timing during the compression stroke;
Hydrogen injector switching means for switching the injector so as to operate the first hydrogen injector in the low rotation range of the hydrogen rotary engine and to operate the second hydrogen injector in the high rotation range;
A fuel injection device for a hydrogen rotary engine characterized by comprising:
上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に上記作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第1水素インジェクタと、
上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に上記作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第2水素インジェクタと、
これらの第1及び第2の水素インジェクタが上記作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、
上記水素ロータリエンジンの低回転域では上記第1水素インジェクタを作動させ、高回転域では上記第1及び第2の両方の水素インジェクタを作動させるようにインジェクタを切り換える水素インジェクタ切換手段と、
を有することを特徴とする水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。 A fuel injection device for a hydrogen rotary engine,
A first hydrogen injector that directly injects hydrogen into the working chamber of the hydrogen rotary engine and injects hydrogen toward the leading region of the working chamber;
A second hydrogen injector that directly injects hydrogen into the working chamber of the hydrogen rotary engine and injects hydrogen toward a central region of the working chamber;
Hydrogen injection timing control means for controlling the injection timing so that these first and second hydrogen injectors inject hydrogen into the working chamber at a predetermined timing during the compression stroke;
Hydrogen injector switching means for switching the injector so as to operate the first hydrogen injector in the low rotation range of the hydrogen rotary engine and to operate both the first and second hydrogen injectors in the high rotation range;
A fuel injection device for a hydrogen rotary engine characterized by comprising:
上記水素インジェクタ切換手段は、上記水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で上記第1及び第2の両方の水素インジェクタを作動させる請求項5に記載の水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。 The capacity of the first hydrogen injector and the capacity of the second hydrogen injector are the same,
6. The fuel injection device for a hydrogen rotary engine according to claim 5, wherein the hydrogen injector switching means operates both the first and second hydrogen injectors in a high rotation range and a high load range of the hydrogen rotary engine.
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