JP2008038680A - Control device of gas fuel internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ガス燃料内燃機関の制御装置に関し、特に、水素を燃料として運転可能な水素内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a gas fuel internal combustion engine, and more particularly to a control device for a hydrogen internal combustion engine that can be operated using hydrogen as a fuel.
従来、例えば特開2005−299525号公報に開示されるように、内燃機関の吸気ポートに配置されたガソリン燃料噴射弁と、吸気ポートおよび筒内にそれぞれ配置された水素燃料噴射弁とを備え、内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射手段を選択する内燃機関の制御装置が知られている。この装置によれば、より具体的には、内燃機関の運転状態が高負荷時、或いは加速時には、吸気ポートのガソリン噴射に加えて、筒内の水素噴射が併用される。水素ガスを燃料として用いると、燃焼速度がガソリンの場合に比して格段に速くなる。このため、ガソリンと共に水素ガスを供給することにより燃焼状態を改善させることができ、安定したリーンバーン運転を実現できる空気過剰率の限界を大幅に高めることができる。 Conventionally, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-299525, a gasoline fuel injection valve disposed in an intake port of an internal combustion engine, and a hydrogen fuel injection valve disposed in an intake port and a cylinder, respectively, 2. Description of the Related Art A control device for an internal combustion engine that selects a fuel injection unit in accordance with the operating state of the internal combustion engine is known. More specifically, according to this apparatus, in-cylinder hydrogen injection is used in addition to gasoline injection at the intake port when the operating state of the internal combustion engine is at a high load or acceleration. When hydrogen gas is used as a fuel, the combustion speed is much faster than in the case of gasoline. For this reason, a combustion state can be improved by supplying hydrogen gas with gasoline, and the limit of the excess air ratio which can implement | achieve the stable lean burn operation can be raised significantly.
ところで、水素ガスのポート噴射は噴射圧力が低い。このため、水素ガスを高圧に増圧することなく、ポート噴射によるリーンバーン運転を実現することができる。しかしながら、ポート噴射は高負荷域での実現が難しい。つまり、高負荷域では、出力を得るために燃料である水素ガスを増量せざるを得ないが、吸入できる空気量には限界がある。このため、高負荷域にポート噴射を行うと、水素量に対して吸入空気量が不足し、内燃機関の効率が低下することとなる。 By the way, the injection pressure of the port injection of hydrogen gas is low. For this reason, the lean burn operation by port injection can be realized without increasing the hydrogen gas to a high pressure. However, port injection is difficult to achieve in a high load range. In other words, in the high load range, hydrogen gas as fuel must be increased in order to obtain output, but there is a limit to the amount of air that can be sucked. For this reason, when port injection is performed in a high load region, the amount of intake air is insufficient with respect to the amount of hydrogen, and the efficiency of the internal combustion engine is reduced.
そこで、かかる場合においては水素ガスの筒内噴射が好適である。筒内噴射では水素ガスが燃焼室内に直接噴射される。このため、水素ガスの拡散燃焼を行うことができ、高負荷要求にも対応することができる。しかしながら、筒内噴射を行うためは、圧縮TDC付近でも十分に噴射できる高圧の水素ガスが必要となる。水素ガスの増圧には多量のエネルギが消費されてしまう。このため、かかるエネルギをできるだけ抑制し、システムのエネルギ効率の向上を図ることが望まれていた。 Therefore, in such a case, in-cylinder injection of hydrogen gas is suitable. In the cylinder injection, hydrogen gas is directly injected into the combustion chamber. For this reason, diffusion combustion of hydrogen gas can be performed, and it can respond to a high load demand. However, in-cylinder injection requires high-pressure hydrogen gas that can be sufficiently injected even in the vicinity of compression TDC. A large amount of energy is consumed to increase the pressure of hydrogen gas. For this reason, it has been desired to suppress such energy as much as possible and to improve the energy efficiency of the system.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、システムのエネルギ効率の向上を図り、航続距離を延ばすことのできるガス燃料内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a control device for a gas fuel internal combustion engine capable of improving the energy efficiency of the system and extending the cruising distance. .
第1の発明は、上記の目的を達成するため、ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関の制御装置であって、
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、
ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、
前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、
前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および/または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for a gas fuel internal combustion engine capable of operating with gas fuel,
An in-cylinder injection valve that directly injects gas fuel into the combustion chamber;
A port injection valve for injecting gas fuel into the intake port;
A plurality of tanks for storing gas fuel;
Storage pressure acquisition means for acquiring the storage pressure of the tank for each tank;
Selection means for selecting a tank for supplying gas fuel to the in-cylinder injection valve and / or the port injection valve from the plurality of tanks based on the storage pressure;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記内燃機関は、ガス燃料として、水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The internal combustion engine is a hydrogen internal combustion engine that uses hydrogen gas as gas fuel.
また、第3の発明は、第1または2の発明において、
前記複数のタンクの貯蔵圧力を比較する圧力比較手段を更に備え、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には、前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクに比して高圧のタンクを選択することを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
Pressure comparison means for comparing storage pressures of the plurality of tanks;
The selection means includes
A high-pressure tank is selected as the in-cylinder injection valve as compared with a tank that supplies gas fuel to the port injection valve.
また、第4の発明は、第1または2の発明において、
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクと、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクとの両方が含まれる場合には、前記筒内噴射弁および前記ポート噴射弁を使用する併用モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンク、前記ポート噴射弁には前記低圧タンクをそれぞれ選択することを特徴とする。
Moreover, 4th invention is 1st or 2nd invention,
A comparison means for comparing the storage pressure with a predetermined value;
Injection mode setting means for setting an injection mode of gas fuel of the internal combustion engine based on the comparison means;
The injection mode setting means includes
When the plurality of tanks include both a high-pressure tank in which the storage pressure is larger than the predetermined value and a low-pressure tank in which the storage pressure is smaller than the predetermined value, the in-cylinder injection valve and Set to the combined mode using the port injection valve,
The selection means includes
The high-pressure tank is selected as the in-cylinder injection valve, and the low-pressure tank is selected as the port injection valve.
また、第5の発明は、第1または2の発明において、
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクのみが含まれる場合には、前記筒内噴射弁のみを使用する筒内噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンクの何れか1つを選択することを特徴とする。
The fifth invention is the first or second invention, wherein
A comparison means for comparing the storage pressure with a predetermined value;
Injection mode setting means for setting an injection mode of gas fuel of the internal combustion engine based on the comparison means;
The injection mode setting means includes
In the case where only the high-pressure tank in which the storage pressure is larger than the predetermined value is included in the plurality of tanks, the cylinder injection mode using only the cylinder injection valve is set,
The selection means includes
One of the high-pressure tanks is selected as the in-cylinder injection valve.
また、第6の発明は、第1または2の発明において、
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクのみが含まれる場合には、前記ポート噴射弁のみを使用するポート噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記ポート噴射弁には前記低圧タンクの何れか1つを選択することを特徴とする。
The sixth invention is the first or second invention, wherein
A comparison means for comparing the storage pressure with a predetermined value;
Injection mode setting means for setting an injection mode of gas fuel of the internal combustion engine based on the comparison means;
The injection mode setting means includes
In the case where only the low-pressure tank whose storage pressure is smaller than the predetermined value is included in the plurality of tanks, the port injection mode using only the port injection valve is set,
The selection means includes
One of the low-pressure tanks is selected as the port injection valve.
また、第7の発明は、第4乃至6の何れか1つの発明において、
前記所定値は、圧縮TDC付近において燃焼室内にガス燃料を噴射することのできる圧力値であることを特徴とする。
The seventh invention is the invention according to any one of the fourth to sixth inventions,
The predetermined value is a pressure value at which gas fuel can be injected into the combustion chamber in the vicinity of the compression TDC.
また、第8の発明は、第1乃至7の何れか1つの発明において、
前記複数のタンクを互いに連通させる充填流路と、
前記充填流路を介して、前記タンク内のガス燃料を他のタンクへ充填する充填手段と、
を更に備えることを特徴とする。
Further, an eighth invention is the invention according to any one of the first to seventh inventions,
A filling flow path for communicating the plurality of tanks with each other;
Filling means for filling the gas fuel in the tank into another tank via the filling flow path;
Is further provided.
また、第9の発明は、第8の発明において、
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置と、
前記タンクから前記ポート噴射弁にガス燃料を供給する供給流路に配置されたエアモータと、を備え、
前記エアモータは、前記供給流路を流れるガス燃料の圧力エネルギにより、前記加圧装置に動力を供給することを特徴とする。
The ninth invention is the eighth invention, wherein
The filling means includes
A pressurizing device disposed in the filling flow path;
An air motor disposed in a supply flow path for supplying gas fuel from the tank to the port injection valve,
The air motor supplies power to the pressurizing device by pressure energy of gas fuel flowing through the supply flow path.
また、第10の発明は、第8の発明において、
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置を備え、
前記内燃機関の動力により、前記加圧装置を駆動することを特徴とする。
The tenth aspect of the invention is the eighth aspect of the invention,
The filling means includes
A pressurization device disposed in the filling flow path;
The pressurizing device is driven by the power of the internal combustion engine.
また、第11の発明は、第10の発明において、
前記内燃機関を搭載した移動体において、
前記充填手段は、
前記移動体の惰行時或いは減速時に、前記加圧装置を駆動することを特徴とする。
The eleventh aspect of the invention is the tenth aspect of the invention,
In the moving body equipped with the internal combustion engine,
The filling means includes
The pressure device is driven when the moving body is coasting or decelerating.
第1の発明によれば、ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関において、ガス燃料が貯蔵されたタンクを複数備える場合に、タンクの貯蔵圧力に基づいて、筒内噴射弁およびポート噴射弁に使用するガス燃料の供給源を選択することができる。筒内噴射弁には高圧のガス燃料を供給する必要があるのに対し、ポート噴射弁は低圧のガス燃料でよい。このため、本発明によれば、タンクの貯蔵圧力に基づいて、筒内噴射弁およびポート噴射弁に供給するガス燃料のタンクをそれぞれ選択することにより、タンクの貯蔵圧力を有効に利用しシステムのエネルギ効率の向上を図ると共に、航続距離を延ばすことができる。 According to the first aspect of the present invention, in the gas fuel internal combustion engine that can be operated by the gas fuel, when a plurality of tanks in which the gas fuel is stored are provided, the in-cylinder injection valve and the port injection valve are based on the storage pressure of the tank. It is possible to select a gas fuel supply source to be used. The in-cylinder injection valve needs to be supplied with high-pressure gas fuel, whereas the port injection valve may be low-pressure gas fuel. Therefore, according to the present invention, by selecting the gas fuel tanks to be supplied to the in-cylinder injection port and the port injection valve based on the storage pressure of the tank, the storage pressure of the tank can be effectively used. While improving energy efficiency, the cruising distance can be extended.
第2の発明によれば、ガス燃料に水素ガスを使用する水素内燃機関により本発明を実行することができる。 According to the second invention, the present invention can be implemented by a hydrogen internal combustion engine that uses hydrogen gas as the gas fuel.
第3の発明によれば、複数のタンクの貯蔵圧力が比較され、貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料がポート噴射弁に使用され、貯蔵圧力の高いタンクのガス燃料が筒内噴射弁に使用される。筒内噴射弁を使用した燃料噴射においては、高圧のガス燃料が必要であるのに対し、ポート噴射弁を使用した燃料噴射においては、低圧のガス燃料でも十分噴射可能である。このため、ポート噴射に低圧のタンクのガス燃料を使用することで、高圧のタンクを筒内噴射のために温存することができる。したがって、本発明によれば、筒内噴射のために別途ポンプ等の加圧装置を駆動する機会を減少させ、システムのエネルギ効率の向上を図ることができる。 According to the third aspect of the present invention, the storage pressures of a plurality of tanks are compared, the gas fuel of the tank with a low storage pressure is used for the port injection valve, and the gas fuel of the tank with a high storage pressure is used for the in-cylinder injection valve. The In fuel injection using the in-cylinder injection valve, high-pressure gas fuel is required, whereas in fuel injection using the port injection valve, even low-pressure gas fuel can be sufficiently injected. For this reason, the high pressure tank can be preserved for in-cylinder injection by using the gas fuel in the low pressure tank for the port injection. Therefore, according to the present invention, the opportunity to separately drive a pressurizing device such as a pump for in-cylinder injection can be reduced, and the energy efficiency of the system can be improved.
第4の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクに高圧タンクと低圧タンクとを含む場合には、高圧タンクが筒内噴射に使用され、低圧タンクがポート噴射に使用される。このため、本発明によれば、筒内噴射のために別途ポンプ等の加圧装置を駆動する機会を減少させ、システムのエネルギ効率の向上を図ることができる。 According to the fourth invention, when the plurality of tanks included in the internal combustion engine include a high pressure tank and a low pressure tank, the high pressure tank is used for in-cylinder injection and the low pressure tank is used for port injection. For this reason, according to this invention, the opportunity which drives a pressurization apparatus, such as a pump separately, for in-cylinder injection can be reduced, and the improvement of the energy efficiency of a system can be aimed at.
第5の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクがすべて高圧タンクである場合には、高圧タンクによる筒内噴射のみが行われる。筒内噴射は燃焼室に直接燃料が噴射されるため、ポート噴射に比して燃焼期間の短縮による燃焼改善が見込まれる。また、高圧タンクによるガス燃料の供給により、筒内噴射に必要な高圧エネルギを確保することができる。このため、本発明によれば、高圧タンクによる筒内噴射のみが行われることで、高圧タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、燃焼改善により燃費の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。 According to the fifth aspect of the invention, when all of the plurality of tanks provided in the internal combustion engine are high pressure tanks, only in-cylinder injection by the high pressure tank is performed. Since in-cylinder injection directly injects fuel into the combustion chamber, combustion improvement is expected by shortening the combustion period compared to port injection. Further, high-pressure energy necessary for in-cylinder injection can be secured by supplying gas fuel from the high-pressure tank. For this reason, according to the present invention, only the in-cylinder injection by the high-pressure tank is performed, so that the compression power of the high-pressure tank can be effectively used. In addition, fuel consumption can be improved by improving combustion, and the cruising distance can be extended.
第6の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクがすべて低圧タンクである場合には、低圧タンクによるポート噴射のみが行われる。低圧タンクの貯蔵圧力では、筒内噴射を行うことができない。このため、本発明によれば、低圧タンクによるポート噴射のみが行われることで、別途加圧装置を使用せずに利用可能な燃料量を増量し、航続距離を延ばすことができる。 According to the sixth invention, when all of the plurality of tanks provided in the internal combustion engine are low pressure tanks, only port injection by the low pressure tank is performed. In-cylinder injection cannot be performed at the storage pressure of the low-pressure tank. Therefore, according to the present invention, only the port injection by the low-pressure tank is performed, so that the amount of available fuel can be increased without using a separate pressurizing device, and the cruising distance can be extended.
第7の発明によれば、所定値は圧縮TDC付近でも十分に燃焼室内にガス燃料を噴射できる圧力値に設定される。このため、本発明によれば、かかる所定値を高圧タンクおよび低圧タンクの閾値にすることで、タンクの貯蔵圧力のみによって、筒内噴射を行うことができるか否かを判断することができる。 According to the seventh aspect, the predetermined value is set to a pressure value that can sufficiently inject the gaseous fuel into the combustion chamber even in the vicinity of the compression TDC. For this reason, according to the present invention, it is possible to determine whether or not in-cylinder injection can be performed only by the storage pressure of the tank by setting the predetermined value as the threshold value of the high-pressure tank and the low-pressure tank.
第8の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクにおいて、タンクを互いに連通させる充填流路を介して、タンクのガス燃料を他のタンクに充填することができる。筒内噴射弁には高圧のガス燃料を供給する必要があるのに対し、ポート噴射弁は低圧のガス燃料でよい。このため、本発明によれば、筒内噴射を行うことのできるガス燃料の量を増量することができる。また、タンクのガス燃焼が消費され、貯蔵圧力がポート噴射を行うことのできない圧力まで低下した場合であっても、残りのガス燃料を他のタンクに充填することにより、ガス燃料を有効に利用し、航続距離を延ばすことができる。 According to the eighth aspect of the present invention, in the plurality of tanks provided in the internal combustion engine, the gas fuel in the tank can be filled into the other tanks via the filling flow path that allows the tanks to communicate with each other. The in-cylinder injection valve needs to be supplied with high-pressure gas fuel, whereas the port injection valve may be low-pressure gas fuel. For this reason, according to this invention, the quantity of the gas fuel which can perform in-cylinder injection can be increased. Also, even when the gas combustion in the tank is consumed and the storage pressure drops to a pressure at which port injection cannot be performed, the remaining fuel gas can be used effectively by filling the remaining fuel gas into another tank. And the cruising distance can be extended.
第9の発明によれば、充填流路を介して貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料を貯蔵圧力の高いタンクに充填するために、充填流路を加圧する加圧装置が使用される。加圧装置は、ポート噴射弁に供給されるガス燃料の圧力エネルギに基づいて回転運動を行うエアモータによって駆動される。このため、本発明によれば、ガス燃料の圧力エネルギを有効に利用して、ガス燃料のタンクへの充填を行うことができる。 According to the ninth aspect of the invention, a pressurization device that pressurizes the filling flow path is used to fill the tank with a high storage pressure with the gas fuel in the tank with a low storage pressure through the filling flow path. The pressurizing device is driven by an air motor that performs a rotational motion based on the pressure energy of the gas fuel supplied to the port injection valve. For this reason, according to the present invention, it is possible to fill the tank of the gas fuel by effectively using the pressure energy of the gas fuel.
第10の発明によれば、充填流路を介して貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料を貯蔵圧力の高いタンクに充填するために、充填流路を加圧する加圧装置が使用される。加圧装置は、内燃機関の動力に基づいて駆動される。このため、本発明によれば、内燃機関の動力を有効に利用して、ガス燃料のタンクへの充填を行うことができる。 According to the tenth aspect of the invention, a pressurizing device that pressurizes the filling flow path is used to fill the tank with a high storage pressure with the gas fuel in the tank with a low storage pressure through the filling flow path. The pressurizing device is driven based on the power of the internal combustion engine. For this reason, according to the present invention, it is possible to fill the tank with the gas fuel by effectively using the power of the internal combustion engine.
第11の発明によれば、充填流路を介して貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料を貯蔵圧力の高いタンクに充填するために、充填流路を加圧する加圧装置が使用される。加圧装置の駆動には、移動体の惰行時或いは減速時における内燃機関の動力が使用される。このため、本発明によれば、系の外部に放出されるエネルギを回生エネルギとして有効に利用して、ガス燃料のタンクへの充填を行うことができる。 According to the eleventh aspect of the invention, a pressurizing device that pressurizes the filling flow path is used to fill the tank with a high storage pressure with the gas fuel in the tank with a low storage pressure through the filling flow path. For driving the pressurizing device, the power of the internal combustion engine when the moving body is coasting or decelerating is used. For this reason, according to the present invention, gas fuel can be filled into the tank by effectively using the energy released to the outside of the system as the regenerative energy.
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.
実施の形態1.
[ハードウェア構成]
図1は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態の装置が備えるガス燃料内燃機関10は、ガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。当該水素エンジン10は、内部にピストン12が配置されたシリンダブロック14と、シリンダブロック14に組み付けられたシリンダヘッド16を備えている。シリンダブロック14およびシリンダヘッド16の内壁とピストン12の上面とで囲まれる空間は、燃焼室18を形成している。尚、図1では一つの燃焼室18のみを示しているが、水素エンジン10は複数の燃焼室18を有する多気筒エンジンとして構成されている。燃焼室18には、空気を燃焼室18内に導入するための吸気ポート20、および燃焼室18内の燃焼ガスを排出するための排気ポート22が連通している。また、燃焼室18内には点火プラグ24が配置されている。
[Hardware configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the gas fuel
本発明の実施の形態の装置は、水素ガスを高圧で貯蔵するための水素貯蔵タンク(以下、単に「タンク」とも称す)1、2を備えている。また、タンク1、2には、それぞれ水素供給配管34a、34b(以下、特にこれらを区別しない場合には、単に「水素供給配管34」と称す)が連通している。さらに、タンク1、2には、それぞれタンクの貯蔵圧力を検出する圧力センサ32a、32b(以下、特にこれらを区別しない場合には、単に「圧力センサ32」と称す)が設けられている。
An apparatus according to an embodiment of the present invention includes hydrogen storage tanks (hereinafter also simply referred to as “tanks”) 1 and 2 for storing hydrogen gas at high pressure. The
水素供給配管34aは、分岐点36aで分岐された後にそれぞれ燃焼室に配置された筒内噴射弁38と吸気ポートに配置されたポート噴射弁40に連通している。また、水素供給配管34aには、分岐点36aと筒内噴射弁38との間、および分岐点36aとポート噴射弁40との間にシャットバルブ42a、44aがそれぞれ配置されている。
The
一方、水素供給配管34bは、分岐点36bで分岐された後にそれぞれ筒内噴射弁38およびポート噴射弁40に連通している。また、水素供給配管34bには、分岐点36bと筒内噴射弁38との間、および分岐点36bとポート噴射弁40との間にシャットバルブ42b、44bが配置されている。したがって、シャットバルブ42a、44a、42b、44bの開閉制御を行うことにより、タンク1或いは2と、筒内噴射弁38或いはポート噴射弁40との連通状態を制御することができる。
On the other hand, the
また、水素供給配管34のシャットバルブ42a、42bの下流には、高圧レギュレータ46が配置されている。高圧レギュレータ46は、水素ガスを貯蔵圧力から圧縮TDC付近でも十分に噴射できる範囲の噴射圧力に減圧する。また、水素供給配管34のシャットバルブ44a、44bの下流には、低圧レギュレータ48が配置されている。吸気ポート20内の圧力は燃焼室18に比して低い。このため、低圧レギュレータ48は、筒内噴射圧力よりも低い圧力に減圧される。
A
本発明の実施の形態の装置は、図1に示すとおり、ECU(Electronic Control Unit)70を備えている。ECU70の出力部には、上述した筒内噴射弁38、ポート噴射弁40、およびシャットバルブ42a、44a、42b、44b等の種々の機器が接続されている。また、ECU70の入力部には、上述した圧力センサ32の他、水素エンジン10の運転状態を把握すべく、スロットル開度、機関回転数、吸入空気量などを検出するための各種センサ(図示せず)が接続されている。ECU70は、各センサの出力に基づいて、所定の制御プログラムに従って各機器を駆動する。
The apparatus according to the embodiment of the present invention includes an ECU (Electronic Control Unit) 70 as shown in FIG. Various devices such as the in-
[実施の形態1の動作]
次に、本実施の形態1の動作について説明する。本実施の形態の水素エンジン10は、内燃機関の燃料として水素ガスを使用する。水素ガスはその可燃範囲が体積割合で4〜75%とかなり広く、空気過剰率λが4以上程度の極めて薄い混合気でも十分に燃焼させることができる。このため、水素を内燃機関の燃料として利用する場合には、極めてリーンな空燃比でも動力を取り出すことができ、いわゆる超リーンバーン運転が可能となる。
[Operation of Embodiment 1]
Next, the operation of the first embodiment will be described. The
超リーンバーン運転によれば、スロットルを略全開にできるのでポンプ損失を低減することができ、また、燃焼温度が低下することから冷却損失も低減することができる。ポンプ損失および冷却損失の低減によって、内燃機関の効率は向上し燃費に優れた高効率での運転が可能となる。さらに、燃焼温度の低下によってNOXの発生量を略ゼロまで抑制することができ、また、水素を燃料とすることでCO2やCOの発生も無い。したがって、水素を用いた超リーンバーン運転によれば、完全なゼロエミッションの実現も可能となる。 According to the super lean burn operation, the throttle can be substantially fully opened, so that the pump loss can be reduced, and the cooling temperature can be reduced because the combustion temperature is lowered. By reducing the pump loss and the cooling loss, the efficiency of the internal combustion engine is improved, and high-efficiency operation with excellent fuel efficiency becomes possible. Furthermore, it is possible to suppress to approximately zero generation amount of the NO X by reduction of the combustion temperature, and there is no generation of CO 2 and CO by using hydrogen as fuel. Therefore, the super lean burn operation using hydrogen makes it possible to realize complete zero emission.
しかしながら、上述したとおり、水素を燃料とする超リーンバーン運転は、高負荷域での実現が難しい。高負荷域では、出力を得るために燃料である水素ガスを増量せざるを得ないが、吸入できる空気量には限界がある。このため、高負荷域では水素量に対して吸入空気量が不足し、超リーンバーン空燃比を維持することができなくなる。 However, as described above, the super lean burn operation using hydrogen as a fuel is difficult to realize in a high load region. In the high load range, hydrogen gas as fuel must be increased in order to obtain output, but the amount of air that can be sucked is limited. For this reason, the intake air amount is insufficient with respect to the hydrogen amount in the high load region, and the super lean burn air-fuel ratio cannot be maintained.
したがって、このような高負荷領域では筒内噴射が行われる。筒内噴射においては、水素エンジン10の燃焼室18内に筒内噴射弁38から水素ガスが直接噴射される。水素ガスは空気と混合し難く筒内噴射弁38から噴射された水素は噴流を形成する。このため、筒内噴射弁38からの水素の噴射途中に点火プラグ24を点火することで、水素の噴流に直接着火することができる。水素の着火により火炎(火種)が形成され、この火炎に次々と水素を噴射していくことで、水素は空気と拡散混合しながら燃焼することとなる。これにより、筒内噴射弁38を使用して水素ガスの拡散燃焼を行うことができ、高負荷要求にも対応することができる。
Therefore, in-cylinder injection is performed in such a high load region. In the in-cylinder injection, hydrogen gas is directly injected from the in-
ここで、上述した水素ガスの筒内噴射を行うためは、圧縮TDC付近でも十分に噴射できる圧力の圧縮水素ガスが必要となる。上述したとおり、タンクの貯蔵圧力が噴射圧力より高い場合には、ポンプ等の加圧装置を利用せずに噴射圧力に減圧された水素ガスを内燃機関に供給することができる。これにより、水素貯蔵容器の貯蔵圧力を有効に利用することができ、システムのエネルギ効率を向上させることができる。 Here, in order to perform the above-described in-cylinder injection of hydrogen gas, compressed hydrogen gas having a pressure that can be sufficiently injected even in the vicinity of the compressed TDC is required. As described above, when the storage pressure of the tank is higher than the injection pressure, hydrogen gas reduced to the injection pressure can be supplied to the internal combustion engine without using a pressurizing device such as a pump. Thereby, the storage pressure of the hydrogen storage container can be used effectively, and the energy efficiency of the system can be improved.
一方、上述した水素ガスのポート噴射を行うためは、上記筒内噴射のような高い噴射圧力は要求されない。そこで、タンク内の水素ガスが消費され、貯蔵圧力が筒内噴射圧力より低くなった場合には、筒内噴射に代えてポート噴射を行うことが考えられる。これにより、加圧装置を利用せずに水素貯蔵容器内の水素ガスを有効に使用することができるので、システムのエネルギ効率を向上させることができ、航続距離を延ばすことができる。 On the other hand, in order to perform the above-described hydrogen gas port injection, a high injection pressure like the in-cylinder injection is not required. Therefore, when hydrogen gas in the tank is consumed and the storage pressure becomes lower than the in-cylinder injection pressure, it is conceivable to perform port injection instead of in-cylinder injection. Thereby, since the hydrogen gas in the hydrogen storage container can be used effectively without using the pressurizing device, the energy efficiency of the system can be improved and the cruising distance can be extended.
そこで、本実施の形態においては、タンク1とタンク2の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低いタンクをポート噴射用とし、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用とする。これにより、内燃機関の運転状態に基づいて、何れかの燃料噴射手段が選択されたとしても、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置の使用機会を減少させることができ、機関性能を低下させることなくシステムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
Therefore, in the present embodiment, the storage pressures of the
[実施の形態1における具体的処理]
次に、図2を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図2は、ECU70が水素エンジン10に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Embodiment 1]
Next, with reference to FIG. 2, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 2 is a flowchart of a routine in which the
図2に示すルーチンでは、先ず、タンク1およびタンク2の貯蔵圧力P1、P2が取得される(ステップ100)。ここでは、具体的には、圧力センサ32a、32bの出力信号がECU70に取り込まれる。次に、上記ステップ100において取得された貯蔵圧力P1およびP2の大小が比較される(ステップ102)。
In the routine shown in FIG. 2, first, the storage pressures P1 and P2 of the
上記ステップ102においてP1>P2の成立が認められた場合には、筒内噴射弁38への水素ガスの供給はタンク1が選択され、ポート噴射弁40への水素ガスの供給はタンク2が選択される(ステップ104)。ここでは、具体的には、シャットバルブ42aの開弁制御、およびシャットバルブ42bの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管34にはタンク1と筒内噴射弁38との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ44aの閉弁制御、およびシャットバルブ44bの開弁制御が実行され、水素供給配管34には、タンク2とポート噴射弁40との連通状態が形成される。
When the establishment of P1> P2 is confirmed in
一方、上記ステップ102においてP1>P2の成立が認められない場合には、筒内噴射弁38への水素ガスの供給はタンク2が選択され、ポート噴射弁40への水素ガスの供給はタンク1が選択される(ステップ106)。ここでは、具体的には、シャットバルブ44aの閉弁制御、およびシャットバルブ44bの開弁制御が実行される。これにより、水素供給配管34にはタンク2と筒内噴射弁38との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ42aの開弁制御、およびシャットバルブ42bの閉弁制御が実行され、水素供給配管34には、タンク1とポート噴射弁40との連通状態が形成される。
On the other hand, when the establishment of P1> P2 is not recognized in
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、タンク1とタンク2の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低いタンクをポート噴射用とし、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用とすることができる。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置の使用機会を減少させることができ、機関性能を低下させることなくシステムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
As described above, according to the apparatus of the present embodiment, the storage pressures of the
ところで、上述した実施の形態1においては、タンク1およびタンク2を備える装置について、貯蔵圧力の大小関係に基づいて、各燃料噴射弁に使用されるタンクを選択することとしているが、使用するタンクの数量はこれに限定されない。すなわち、複数のタンクを備える装置において、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用として温存することができるのであれば、3個以上使用することとしてもよい。その際には、貯蔵圧力の最も低いタンクからポート噴射用として選択することで、少しでも貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に温存することが可能となる。この点は、以下に説明する他の実施の形態においても同様である。
By the way, in
また、上述した実施の形態1においては、ガス燃料内燃機関として水素エンジンを使用しているが、使用されるガス燃料内燃機関はこれに限られない。すなわち、水素ガス以外のガス燃料を利用するガス燃料内燃機関において、本実施の形態を実行することとしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施の形態においても同様である。
Moreover, in
尚、上述した実施の形態1においては、ECU70が、上記ステップ100の処理を実行することにより、前記第1の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、上記ステップ104または106の処理を実行することにより、前記第1の発明における「選択手段」が、それぞれ実現されている。また、上述した実施の形態1においては、ECU70が、上記ステップ102の処理を実行することにより、前記第3の発明における「圧力比較手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the
実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
次に、図3を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図3に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
[Features of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The system of the present embodiment can be realized by causing the
上述した実施の形態1では、タンク1とタンク2の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低い低圧タンクがポート噴射用に使用され、貯蔵圧力の高い高圧タンクが筒内噴射用に使用される。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することとしている。
In
しかしながら、燃料噴射手段の特定は内燃機関の運転状態に基づいて行われる。このため、高圧タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力よりも低い場合に筒内噴射が選択され、ポンプ等の駆動が必要になる場合も想定される。また、低圧タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力よりも高い場合にポート噴射が選択され、筒内噴射も可能な高圧の圧縮動力がポート噴射により消費されてしまう場合も想定される。 However, the fuel injection means is specified based on the operating state of the internal combustion engine. For this reason, it is assumed that in-cylinder injection is selected when the storage pressure of the high-pressure tank is lower than the in-cylinder injection pressure, and it is necessary to drive a pump or the like. It is also assumed that port injection is selected when the storage pressure of the low-pressure tank is higher than the in-cylinder injection pressure, and high-pressure compression power capable of in-cylinder injection is consumed by port injection.
そこで、本実施の形態2においては、タンクの貯蔵圧力に基づいて、内燃機関の燃焼モードの選択を行うこととする。より具体的には、両タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力より高い場合には、筒内噴射のみ実行する燃焼モードとし、両タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力より低い場合には、ポート噴射のみ実行する燃焼モードとする。これにより、加圧装置を使用せず、タンクの圧縮動力を利用して効果的にエネルギを使用することができる。 Therefore, in the second embodiment, the combustion mode of the internal combustion engine is selected based on the storage pressure of the tank. More specifically, when the storage pressure of both tanks is higher than the in-cylinder injection pressure, the combustion mode is executed only for in-cylinder injection, and when the storage pressure of both tanks is lower than the in-cylinder injection pressure, port injection is performed. Only the combustion mode is executed. Thereby, energy can be used effectively using the compression power of a tank, without using a pressurizing device.
[実施の形態2における具体的処理]
次に、図3を参照して、本実施の形態2において実行する処理の具体的内容について説明する。図3は、ECU70が水素エンジン10に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 3, the specific content of the process performed in this
図3に示すルーチンでは、先ず、タンク1およびタンク2の貯蔵圧力P1、P2が取得される(ステップ200)。ここでは、具体的には、図2に示すステップ100と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ200において取得された貯蔵圧力P1およびP2と筒内噴射基準圧力Phとの大小関係が比較される(ステップ202)。筒内噴射基準圧力Phは、圧縮TDC付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。その結果、タンク1の圧力P1と、タンク2の圧力P2が共に筒内噴射基準圧力Ph以上であると認められた場合には、筒内噴射使用モードが設定される(ステップ204)。
In the routine shown in FIG. 3, first, the storage pressures P1 and P2 of the
上記ステップ204において筒内噴射使用モードが設定された場合には、次に、上記ステップ200において取得された貯蔵圧力P1およびP2の大小が比較される(ステップ206)。ここでは、具体的には、図2に示すステップ102と同様の処理が実行される。
If the in-cylinder injection use mode is set in
上記ステップ206においてP1>P2の成立が認められた場合には、筒内噴射弁38への水素ガスの供給はタンク2が選択される(ステップ208)。ここでは、具体的には、シャットバルブ44aの閉弁制御、およびシャットバルブ44bの開弁制御が実行される。これにより、水素供給配管34にはタンク2と筒内噴射弁38との連通状態が形成される。
When the establishment of P1> P2 is recognized in
一方、上記ステップ206においてP1>P2の成立が認められない場合には、筒内噴射弁38への水素ガスの供給はタンク1が選択される(ステップ210)。ここでは、具体的には、シャットバルブ42aの開弁制御、およびシャットバルブ42bの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管34にはタンク1と筒内噴射弁38との連通状態が形成される。
On the other hand, if the establishment of P1> P2 is not recognized in
以上説明したとおり、上記ステップ204において筒内噴射使用モードが設定された場合には、タンク1とタンク2の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低いタンクの水素が優先的に筒内噴射に使用される。これにより、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に温存することができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置を使用する必要がないため、システムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
As described above, when the in-cylinder injection use mode is set in
また、上記ステップ202において、P1≧PhかつP2≧Phの成立が認められない場合には、次に、P1≧PhかつP2<Phが成立するか否かが判断される(ステップ212)。その結果、P1≧PhかつP2<Phの成立が認められた場合には、筒内噴射/ポート噴射併用モードが設定される(ステップ214)。併用モードにおいては、筒内噴射弁38への水素ガスの供給はタンク1が選択され、ポート噴射弁40への水素ガスの供給はタンク2が選択される(ステップ216)。ここでは、具体的には、シャットバルブ42aの開弁制御、およびシャットバルブ42bの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管34にはタンク1と筒内噴射弁38との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ44aの閉弁制御、およびシャットバルブ44bの開弁制御が実行され、水素供給配管34には、タンク2とポート噴射弁40との連通状態が形成される。
If it is determined in
一方、上記ステップ212において、P1≧PhかつP2<Phの成立が認められない場合には、P1<PhかつP2≧Phの成立がするか否かが判断される(ステップ218)。その結果、P1<PhかつP2≧Phの成立が認められた場合には、筒内噴射/ポート噴射併用モードが設定される(ステップ220)。上記併用モードが設定されると、筒内噴射弁38への水素ガスの供給はタンク2が選択され、ポート噴射弁40への水素ガスの供給はタンク1が選択される(ステップ222)。ここでは、具体的には、シャットバルブ42bの開弁制御、およびシャットバルブ42aの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管34にはタンク2と筒内噴射弁38との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ44bの閉弁制御、およびシャットバルブ44aの開弁制御が実行され、水素供給配管34には、タンク2とポート噴射弁40との連通状態が形成される。
On the other hand, if it is determined in
以上説明したとおり、上記ステップ214および220において筒内噴射/ポート噴射併用モードが設定された場合には、筒内噴射基準圧力Phより圧力の高いタンクの水素が筒内噴射に使用され、貯蔵圧力の低いタンクの水素がポート噴射に使用される。これにより、筒内噴射およびポート噴射を効率よく併用することができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置を使用する必要がないため、システムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
As described above, when the in-cylinder injection / port injection combined mode is set in
また、上記ステップ218において、P1<PhかつP2≧Phの成立が認めらない場合には、ポート噴射使用モードが設定される(ステップ224)。筒内噴射使用モードが設定された場合には、ポート噴射弁40への水素ガスの供給はタンク1または2が選択される(ステップ226)。ここでは、具体的には、シャットバルブ42aおよび42bの閉弁制御、およびシャットバルブ44aあるいは44bの開弁制御が実行される。これにより、水素供給配管34にはタンク1あるいは2とポート噴射弁40との連通状態が形成される。
In
以上説明したとおり、上記ステップ224においてポート噴射使用モードが設定された場合には、タンク1あるいはタンク2の水素ガスを使用してポート噴射が実行される。貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Phよりも低いタンクは、ポンプ等の加圧装置を利用せずに筒内噴射圧力を確保することができない。このため、タンクの水素ガスをポート噴射により有効に使用し、航続距離を延ばすことができる。
As described above, when the port injection use mode is set in
尚、上述した実施の形態2においては、ECU70が、上記ステップ200の処理を実行することにより、前記第1の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、上記ステップ208、210、216、222、または226の処理を実行することにより、前記第1の発明における「選択手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the
また、上述した実施の形態2においては、ECU70が、上記ステップ202、212、または218の処理を実行することにより、前記第4の発明における「比較手段」が、上記ステップ214、または220の処理を実行することにより、前記第4の発明における「噴射モード設定手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the
また、上述した実施の形態2においては、ECU70が、上記ステップ202の処理を実行することにより、前記第5の発明における「比較手段」が、上記ステップ204の処理を実行することにより、前記第5の発明における「噴射モード設定手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the
また、上述した実施の形態2においては、ECU70が、上記ステップ202、212、または218の処理を実行することにより、前記第6の発明における「比較手段」が、上記ステップ224の処理を実行することにより、前記第6の発明における「噴射モード設定手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the
実施の形態3.
[実施の形態3の特徴]
次に、図4および5を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態のシステムは、図4に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図5に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 3 FIG.
[Features of Embodiment 3]
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the
本実施の形態3のガス燃料内燃機関は実施の形態1と同じくガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。図4は本実施の形態の水素エンジン50の概略構成を示す図である。図4において、図1に示す水素エンジン10と同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。
The gas fuel internal combustion engine of the third embodiment is a hydrogen engine that uses hydrogen as the gas fuel, as in the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the
図4に示すとおり、本実施の形態の水素エンジン50は、水素供給配管34aの分岐点52に、タンク1の水素ガスをタンク2へ充填するための水素充填配管54が連通している。水素充填配管54にはポンプ56が介設されている。また、低圧レギュレータ48の上流の水素供給配管34上には、エアモータ58が介設されている。エアモータ58は、水素供給配管34を流れる水素ガスの圧力エネルギを利用して回転運動を行う機器である。エアモータ58とポンプ56は回転軸60で接続されている。このため、エアモータ58の動力に基づいてポンプ56を駆動制御することができる。
As shown in FIG. 4, in the
また、水素充填配管54のポンプ56の上流にはシャットバルブ62が配置されている。シャットバルブ62は水素充填配管54の開閉制御を行うことにより、タンク1とポンプ56との連通状態を制御することができる。
A
[実施の形態3の動作]
上述した実施の形態1では、タンク1とタンク2の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低い低圧タンクがポート噴射用に使用され、貯蔵圧力の高い高圧タンクが筒内噴射用に使用される。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができることとしている。
[Operation of Embodiment 3]
In
しかしながら、燃料噴射手段の特定は内燃機関の運転状態に基づいて行われる。このため、高圧タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力よりも低い場合に筒内噴射が選択され、ポンプ等の駆動が別途必要になる場合も想定される。 However, the fuel injection means is specified based on the operating state of the internal combustion engine. For this reason, it is assumed that in-cylinder injection is selected when the storage pressure of the high-pressure tank is lower than the in-cylinder injection pressure, and driving of a pump or the like is required separately.
そこで、本実施の形態3においては、タンク2の貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Phを下回った場合に、タンク1に貯蔵されている水素ガスを再加圧して、タンク2に充填することとする。これにより、タンク2の充填圧力を再度筒内噴射基準圧力Ph以上の状態にすることができ、別途加圧装置を使用せず、タンクの圧力を利用して効果的に筒内噴射を実行することができる。
Therefore, in the present third embodiment, when the storage pressure of the
[実施の形態3における具体的処理]
次に、図5を参照して、本実施の形態3において実行する処理の具体的内容について説明する。図5は、ECU70がタンク1の水素ガスをタンク2に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Embodiment 3]
Next, with reference to FIG. 5, the specific content of the process performed in this Embodiment 3 is demonstrated. FIG. 5 is a flowchart of a routine in which the
図5に示すルーチンでは、先ず、タンク1およびタンク2の貯蔵圧力P1、P2が取得される(ステップ300)。ここでは、具体的には、図2に示すステップ100と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ300において取得された貯蔵圧力P2と筒内噴射基準圧力Phとの大小関係が比較される(ステップ302)。筒内噴射基準圧力Phは、圧縮TDC付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。その結果、タンク2の貯蔵圧力P2が筒内噴射基準圧力Phを下回ると認められた場合には、次のステップに移行し、水素エンジン50がポート噴射実行中か否かが判断される(ステップ304)。ポート噴射の実行中は、エアモータ58により水素ガスの圧力エネルギを回収することができる。このため、ポート噴射実行中か否かを判断することにより、ポンプ56を駆動可能な状態であるか否かが判断される。
In the routine shown in FIG. 5, first, the storage pressures P1 and P2 of the
上記ステップ304においてポート噴射実行中であると認められた場合には、水素ガスの充填制御が実行される(ステップ306)。ここでは、具体的には、エアモータ58により回収された水素ガスの圧力エネルギを利用してポンプ56が駆動される。また、シャットバルブ62が開弁され、タンク1に貯蔵されていた水素ガスがポンプ56により加圧され、タンク2に充填される。
If it is determined in
以上説明したとおり、タンク2の貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Phを下回った場合に、タンク1に貯蔵されている水素ガスを再加圧して、タンク2に再充填することができる。これにより、タンク2の充填圧力を再度筒内噴射基準圧力Ph以上の状態にすることができ、別途加圧装置を駆動するエネルギを消費せず、タンクの圧力を利用して効果的に筒内噴射を実行することができる。また、タンク1の貯蔵圧力がポート噴射を実行するための基準圧力を下回った場合においても、上述した水素充填制御によりタンク1の残留水素をタンク2へ再充填することができるため、タンク内の水素をすべて有効に使用することができ、航続距離を延ばすことができる。
As described above, when the storage pressure of the
ところで、上述した実施の形態3においては、エアモータ58を使用することにより、水素供給配管34内を流通する水素ガスの圧力エネルギをポンプ56の駆動に利用することとしているが、圧力エネルギの利用はエアモータ58とポンプ56の組み合わせに限られない。すなわち、ガス燃料の持つ圧力エネルギを利用して駆動する加圧装置であれば、他の加圧装置でもよい。
By the way, in Embodiment 3 mentioned above, it is supposed that the pressure energy of the hydrogen gas which distribute | circulates the inside of the hydrogen supply piping 34 will be utilized for the drive of the
また、上述した実施の形態3においては、タンク1からタンク2へ水素ガスを充填する条件として、貯蔵圧力P2が筒内噴射基準圧力より小さいか否かを判断することにより、筒内噴射が可能となる水素ガスを増量することとしているが、充填条件はこれに限られない。すなわち、タンク1の貯蔵圧力P1がポート噴射を行うことのできる基準圧力より小さいか否かを判断することにより、燃料噴射に使用することができないタンク1の残留水素を有効に使用することとしてもよい。
In Embodiment 3 described above, in-cylinder injection is possible by determining whether or not the storage pressure P2 is smaller than the in-cylinder injection reference pressure as a condition for filling hydrogen gas from the
また、上述した実施の形態3においては、貯蔵圧力P2が筒内噴射基準圧力より小さい場合に、タンク1からタンク2へ水素ガスを充填することとしているが、充填されるタンクはタンク1に限られない。すなわち、タンク2の水素供給配管34bからタンク1へ連通する充填配管を備えるシステムにおいて、貯蔵圧力P1が筒内噴射基準圧力より小さい場合に、タンク2からタンク1へ水素ガスを充填することとしてもよい。
In the third embodiment described above, when the storage pressure P2 is smaller than the in-cylinder injection reference pressure, hydrogen gas is filled from the
尚、上述した実施の形態3においては、ECU70が、上記ステップ300の処理を実行することにより、前記第1の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、実現されている。また、上述した実施の形態3においては、水素充填配管54が前記第8の発明における「充填流路」に相当していると共に、ECU70が、上記ステップ306の処理を実行することにより、前記第8の発明における「充填手段」が、実現されている。
In the third embodiment described above, the “storage pressure acquisition means” according to the first aspect of the present invention is realized by the
実施の形態4.
[実施の形態4の特徴]
次に、図6および7を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態のシステムは、図6に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図7に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 4 FIG.
[Features of Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the
本実施の形態4のガス燃料内燃機関は実施の形態3と同じくガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。図6は本実施の形態の水素エンジン80の概略構成を示す図である。図6において、図4に示す水素エンジン50と同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。
The gas fuel internal combustion engine of the fourth embodiment is a hydrogen engine that uses hydrogen as the gas fuel, as in the third embodiment. FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the
図6に示すとおり、本実施の形態の水素エンジン80は駆動装置82を備えている。駆動装置82は水素エンジン80の回転軸と連結されており、機関の回転エネルギを利用して回転運動を行う装置である。ポンプ56は回転軸60を介して駆動装置82に接続されている。このため、駆動装置82の動力に基づいてポンプ56を駆動し、タンク1の水素ガスを再加圧して、タンク2に再充填することができる。
As shown in FIG. 6, the
[実施の形態4における具体的処理]
次に、図7を参照して、本実施の形態4において実行する処理の具体的内容について説明する。図7は、ECU70がタンク1の水素ガスをタンク2に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Embodiment 4]
Next, with reference to FIG. 7, the specific content of the process performed in this Embodiment 4 is demonstrated. FIG. 7 is a flowchart of a routine in which the
図5に示すルーチンでは、先ず、タンク1およびタンク2の貯蔵圧力P1、P2が取得される(ステップ400)。ここでは、具体的には、図2に示すステップ100と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ400において取得された貯蔵圧力P2と筒内噴射基準圧力Phとの大小関係が比較される(ステップ402)。筒内噴射基準圧力Phは、圧縮TDC付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。その結果、タンク2の貯蔵圧力P2が筒内噴射基準圧力Phを下回ると認められた場合には、次のステップに移行し、水素ガスの充填制御が実行される(ステップ404)。ここでは、具体的には、水素エンジン80の回転エネルギにより駆動装置82が駆動され、回転軸60を介してポンプ56が駆動される。また、シャットバルブ62が開弁され、タンク1に貯蔵されていた水素ガスがポンプ56により加圧され、タンク2に充填される。
In the routine shown in FIG. 5, first, the storage pressures P1 and P2 of the
以上説明したとおり、タンク2の貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Phを下回った場合に、タンク1に貯蔵されている水素ガスをタンク2に充填することができる。これにより、タンク2の充填圧力を再度筒内噴射基準圧力Ph以上の状態にすることができ、別途加圧装置を駆動するエネルギを消費せず、タンクの圧力を利用して効果的に筒内噴射を実行することができる。また、タンク1貯蔵圧力がポート噴射を実行するための基準圧力を下回った場合においても、上述した水素充填制御によりタンク1の残留水素をタンク2へ充填することができるため、タンク内の水素をすべて有効に使用することができ、航続距離を延ばすことができる。
As described above, when the storage pressure of the
ところで、上述した実施の形態4においては、タンク2の貯蔵圧力P2が筒内噴射基準圧力Phを下回った場合に、タンク1に貯蔵されている水素ガスをタンク2に充填することとしているが、充填されるタンクはタンク2に限られない。すなわち、タンク1の貯蔵圧力P1が筒内噴射基準圧力Phを下回った場合に、タンク2に貯蔵されている水素ガスをタンク1に充填することとしてもよい。
By the way, in Embodiment 4 mentioned above, when the storage pressure P2 of the
尚、上述した実施の形態4においては、ECU70が、上記ステップ400の処理を実行することにより、前記第1の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、実現されている。また、上述した実施の形態3においては、ECU70が、上記ステップ404の処理を実行することにより、前記第8の発明における「充填手段」が、実現されている。
In the above-described fourth embodiment, the “stored pressure acquisition means” in the first aspect of the present invention is realized by the
実施の形態5.
[実施の形態5の特徴]
次に、図8および9を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態のシステムは、図8に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図9に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 5. FIG.
[Features of Embodiment 5]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the
本実施の形態5のガス燃料内燃機関は、実施の形態4と同じくガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。図8は本実施の形態の水素エンジン90の概略構成を示す図である。図8において、図6に示す水素エンジン80と同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。
The gas fuel internal combustion engine of the fifth embodiment is a hydrogen engine that uses hydrogen as the gas fuel as in the fourth embodiment. FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the
本実施の形態5においては、更なるエネルギ効率向上のために、車両の減速時或いは惰行時における機関の動力を利用する。より具体的には、機関の減速のために系の外部に排出されるエネルギを回収してポンプ56を駆動することとする。これにより、外部に放出していたエネルギを有効に使用して、システムのエネルギ効率をより向上させることができる。
In the fifth embodiment, the engine power during deceleration or coasting of the vehicle is used to further improve energy efficiency. More specifically, energy discharged to the outside of the system for engine deceleration is recovered and the
図8に示すとおり、本実施の形態の水素エンジン90は電磁クラッチ92を備えている。電磁クラッチ92は、入力軸と出力軸を電磁的に結合し、回転動力を伝達するための装置である。電磁クラッチ92の入力軸には、水素エンジン90のクランク軸96と連動した回転軸94が接続されている。また、電磁クラッチ92の出力軸には、回転軸60を介してポンプ56が接続されている。このため、かかる構成によれば、所望のタイミングで電磁クラッチ92を結合し、クランク軸96の動力をポンプ56に伝達することができる。
As shown in FIG. 8, the
[実施の形態5における具体的処理]
次に、図9を参照して、本実施の形態5において実行する処理の具体的内容について説明する。図9は、ECU70がタンク1の水素ガスをタンク2に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Embodiment 5]
Next, with reference to FIG. 9, the specific content of the process performed in this Embodiment 5 is demonstrated. FIG. 9 is a flowchart of a routine in which the
図9に示すルーチンでは、先ず、タンク1およびタンク2の貯蔵圧力P1、P2が取得される(ステップ500)。ここでは、具体的には、図2に示すステップ100と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ500において取得された貯蔵圧力P2と筒内噴射基準圧力Phとの大小関係が比較される(ステップ502)。筒内噴射基準圧力Phは、圧縮TDC付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。
In the routine shown in FIG. 9, first, the storage pressures P1 and P2 of the
上記ステップ502において、タンク2の貯蔵圧力P2が筒内噴射基準圧力Phを下回ると認められた場合には、次のステップに移行し、車両が惰行時か否かが判断される(ステップ504)。ここでは、具体的には、アクセル開度、スロットル開度等の信号に基づいて判定される。
If it is determined in
上記ステップ504において車両が惰行中であると認められた場合には、水素ガスの充填制御が実行される(ステップ506)。ここでは、具体的には、電磁クラッチ92の入力軸と出力軸とが結合され、水素エンジン90の回転エネルギがポンプ56に伝達される。また、シャットバルブ62が開弁され、タンク1に貯蔵されていた水素ガスがポンプ56により加圧され、タンク2に充填される。
If it is determined in
以上説明したとおり、車両の惰行時あるいは減速時に放出されるエネルギを回生エネルギとして回収することにより、外部に放出されていたエネルギを利用して充填制御を行うことができる。このため、システムのエネルギ効率を向上させることができ、航続距離を延ばすことができる。 As described above, by collecting the energy released when the vehicle is coasting or decelerating as regenerative energy, the charging control can be performed using the energy released to the outside. For this reason, the energy efficiency of the system can be improved, and the cruising distance can be extended.
ところで、上述した実施の形態5においては、ポンプ56が水素エンジン90のクランク軸96と連結され、回生エネルギを効率よく回収することとしているが、ポンプ56の駆動源はクランク軸96に限られない。すなわち、水素エンジン90の動力により駆動するのであれば、他の軸と連結される構成としてもよい。
By the way, in the fifth embodiment described above, the
尚、上述した実施の形態5においては、ECU70が、上記ステップ500の処理を実行することにより、前記第1の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、実現されている。また、上述した実施の形態5においては、ECU70が、上記ステップ506の処理を実行することにより、前記第8の発明における「充填手段」が、実現されている。
In the fifth embodiment described above, the “storage pressure acquisition means” in the first aspect of the present invention is realized by the
1、2 タンク
10、50、80、90 ガス燃料内燃機関(水素エンジン)
12 ピストン
14 シリンダブロック
16 シリンダヘッド
18 燃焼室
20 吸気ポート
22 排気ポート
24 点火プラグ
32a、32b 圧力センサ
34a、34b 水素供給配管
36a、36b 分岐点
38 筒内噴射弁
40 ポート噴射弁
42a、42b、44a、44b シャットバルブ
46 高圧レギュレータ
48 低圧レギュレータ
52 分岐点
54 水素充填配管
56 ポンプ
58 エアモータ
60 回転軸
62 シャットバルブ
70 ECU(Electronic Control Unit)
82 駆動装置
92 電磁クラッチ
94 回転軸
96 クランク軸
P1、P2 貯蔵圧力
Ph 筒内噴射基準圧力
TDC(Top Dead Center) 上死点
1, 2,
12
82
Claims (11)
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、
ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、
前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、
前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および/または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、
を備えることを特徴とするガス燃料内燃機関の制御装置。 In a gas fuel internal combustion engine that can be operated with gas fuel,
An in-cylinder injection valve that directly injects gas fuel into the combustion chamber;
A port injection valve for injecting gas fuel into the intake port;
A plurality of tanks for storing gas fuel;
Storage pressure acquisition means for acquiring the storage pressure of the tank for each tank;
Selection means for selecting a tank for supplying gas fuel to the in-cylinder injection valve and / or the port injection valve from the plurality of tanks based on the storage pressure;
A control device for a gas fuel internal combustion engine.
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には、前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクに比して高圧のタンクを選択することを特徴とする請求項1または2記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 Pressure comparison means for comparing storage pressures of the plurality of tanks;
The selection means includes
The control apparatus for a gas fuel internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a high-pressure tank is selected as the in-cylinder injection valve as compared with a tank that supplies gas fuel to the port injection valve.
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクと、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクとの両方が含まれる場合には、前記筒内噴射弁および前記ポート噴射弁を使用する併用モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンク、前記ポート噴射弁には前記低圧タンクをそれぞれ選択することを特徴とする請求項1または2記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 A comparison means for comparing the storage pressure with a predetermined value;
Injection mode setting means for setting an injection mode of gas fuel of the internal combustion engine based on the comparison means;
The injection mode setting means includes
When the plurality of tanks include both a high-pressure tank in which the storage pressure is larger than the predetermined value and a low-pressure tank in which the storage pressure is smaller than the predetermined value, the in-cylinder injection valve and Set to the combined mode using the port injection valve,
The selection means includes
3. The control apparatus for a gas fuel internal combustion engine according to claim 1, wherein the high pressure tank is selected as the in-cylinder injection valve, and the low pressure tank is selected as the port injection valve.
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクのみが含まれる場合には、前記筒内噴射弁のみを使用する筒内噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンクの何れか1つを選択することを特徴とする請求項1または2記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 A comparison means for comparing the storage pressure with a predetermined value;
Injection mode setting means for setting an injection mode of gas fuel of the internal combustion engine based on the comparison means;
The injection mode setting means includes
In the case where only the high-pressure tank in which the storage pressure is larger than the predetermined value is included in the plurality of tanks, the cylinder injection mode using only the cylinder injection valve is set,
The selection means includes
The control apparatus for a gas fuel internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein any one of the high-pressure tanks is selected as the in-cylinder injection valve.
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクのみが含まれる場合には、前記ポート噴射弁のみを使用するポート噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記ポート噴射弁には前記低圧タンクの何れか1つを選択することを特徴とする請求項1または2記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 A comparison means for comparing the storage pressure with a predetermined value;
Injection mode setting means for setting an injection mode of gas fuel of the internal combustion engine based on the comparison means;
The injection mode setting means includes
In the case where only the low-pressure tank whose storage pressure is smaller than the predetermined value is included in the plurality of tanks, the port injection mode using only the port injection valve is set,
The selection means includes
3. The control apparatus for a gas fuel internal combustion engine according to claim 1, wherein any one of the low pressure tanks is selected as the port injection valve.
前記充填流路を介して、前記タンク内のガス燃料を他のタンクへ充填する充填手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 A filling flow path for communicating the plurality of tanks with each other;
Filling means for filling the gas fuel in the tank into another tank via the filling flow path;
The control apparatus for a gas fuel internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
前記充填流路に配置された加圧装置と、
前記タンクから前記ポート噴射弁にガス燃料を供給する供給流路に配置されたエアモータと、を備え、
前記エアモータは、前記供給流路を流れるガス燃料の圧力エネルギにより、前記加圧装置に動力を供給することを特徴とする請求項8記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 The filling means includes
A pressurizing device disposed in the filling flow path;
An air motor disposed in a supply flow path for supplying gas fuel from the tank to the port injection valve,
9. The control device for a gas fuel internal combustion engine according to claim 8, wherein the air motor supplies power to the pressurizing device by pressure energy of the gas fuel flowing through the supply flow path.
前記充填流路に配置された加圧装置を備え、
前記内燃機関の動力により、前記加圧装置を駆動することを特徴とする請求項8記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 The filling means includes
A pressurization device disposed in the filling flow path;
9. The control apparatus for a gas fuel internal combustion engine according to claim 8, wherein the pressurizing device is driven by power of the internal combustion engine.
前記充填手段は、
前記移動体の惰行時或いは減速時に、前記加圧装置を駆動することを特徴とする請求項10記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 In the moving body equipped with the internal combustion engine,
The filling means includes
11. The control apparatus for a gas fuel internal combustion engine according to claim 10, wherein the pressurizing device is driven when the moving body is coasting or decelerating.
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