JP3116169B2 - 水素エンジンにおける燃料制御方法 - Google Patents

水素エンジンにおける燃料制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、水素を燃料とするエ
ンジンの燃料制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の気体燃料を用いるエンジンにおけ
る燃料制御手段には、特公平２−２３７０３号に示され
るように、空気吸入通路とは別に燃料吸入通路を設けて
両通路を絞り弁で制御するものや、特公平２−４３０２
６号に示されるように、空気と燃料を混合して供給する
予混合気経路と、エンジンへ燃料を直接噴射する直接噴
射経路とを併用し、負荷又は回転速度に応じて両経路を
単独又は共同で使用するものがある。
【０００３】しかし前者の絞り弁や後者の予混合経路で
は、弁の製作誤差や最小、最大開度付近の調節精度が低
いことから、燃料量を正確に制御することが実際上は困
難である。図４は従来の絞り弁による出力Ｐｓと回転速
度Ｎｅの制御可能範囲を示すもので、水素供給圧力Ｐｈ
を高圧で一定にした場合及び低圧で一定とした場合のい
ずれにおいても全制御域で正確に水素量を制御すること
は困難である。
【０００４】水素圧力Ｐｈを高圧で一定とした場合は、
図４（ａ）のＡ1域では正確に制御でき目標最大出力Ｐ
ｍａｘは確保できるが、弁系統の製作誤差等により、確
実に得られる最小面積の精度には限度があるため、最小
水素供給量を正確に制御することができず、アイドリン
グ回転を含む低負荷領域即ち図４（ａ）のＢ1域では制
御が不正確になる。
【０００５】また、水素供給圧力Ｐｈを低圧で一定にし
た場合は、図４（ｂ）のＡ2域では安定した制御が行わ
れるが、水素供給量が制限を受け易く高負荷時のＢ2域
では制御が安定しない。これは、図５で曲線Ｐｃをクラ
ンク回転角θｃａに応じるシリンダ内圧Ｐの変化を示す
ものとすれば、水素圧力Ｐｈと内圧Ｐｃの一致点におけ
るクランク角度θ1が供給限度で、Ｐｈが低いと水素供
給量が制約されるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、負荷の大小
と無関係に、かつ水素圧力が変化しても正確な燃料制御
を行ない、図３に示す中間負荷域Ａ3、低負荷域Ｂ3、高
負荷域Ｂ4にわたる全域で正確な燃料制御を行うことを
課題する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段は、請求項１に記載したとおり、燃焼室に向けて
開閉する吸気弁及び排気弁を備え、水素供給管に水素流
量を制御する制御弁を設け、この制御弁とその下流に設
けた水素供給弁を介して燃焼室に水素を供給する水素エ
ンジンにおいて、前記制御弁に圧力制御弁を用い、水素
供給弁をリフト及びタイミングの調節が可能のものと
し、負荷状態に応動した制御信号により、燃焼室に供給
する水素を、低負荷時及び高負荷時の少なくとも一方で
は前記圧力制御弁と水素供給弁の両方で制御することを
特徴とする。
【０００８】
【作用】以上の手段を備えるから、水素燃料を、高負荷
時及び低負荷時には、圧力制御弁による制御に加えて水
素供給弁のリフト（揚程）及びタイミングを制御するこ
とによって調節し、所要量の燃料を供給する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１にお
いて１は水素エンジン、２はそのシリンダ、３はピスト
ン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室で、該シリンダヘ
ッド４には燃焼室５に開口する吸気口６、水素供給口
７、排気口８が設けられている。そして吸気口６にはカ
ム９で駆動される吸気弁１０が設けられ、排気口８には
図外のカム駆動の排気弁が設けられている。
【００１０】また、水素供給口７には水素供給弁１１が
設けられ、電歪アクチュエータ１２によりロッド１３を
介して該水素供給弁１１が開放方向に押圧されるように
なっている。該電歪アクチュエータ１２は、多数のピエ
ゾ素子１４を積層したもので、印加電圧に応じて厚さを
増大させてロッド１３を押す。
【００１１】水素ガスは、貯蔵容器１５中に例えば水素
吸着合金に吸着させて貯蔵し、エンジン冷却水が流れる
熱交換器１６によって加熱されて放出され、水素供給管
１７から水素供給口７に流入するようにされ、途中に設
けた圧力制御弁１８で供給圧力が制御される。該圧力制
御弁１８としては、電磁弁式の圧力調整弁又はスロット
ル弁式の弁が用いられる。
【００１２】なお、水素ガスはリッチ、リーン両領域で
の可燃限界が広いので、吸気口６に流入する空気をスロ
ットル弁により制御をしなくてもエンジンの回転制御は
可能であり、スロットル弁はなくてもよい。しかし、ア
イドリング等の極低負荷領域においては吸入空気量に対
する水素ガス量が特に少なく、極リーン状態になって着
火性が苦しくなることがある。したがって吸気口６に通
じる吸気路１９にスロットル弁２０を設け、極低負荷領
域で該スロットル弁２０を絞ってリッチ状態にするよう
にしてもよい。
【００１３】前記電歪アクチュエータ１２と圧力制御弁
１８は、コンピュータによる制御装置２１で制御され、
該制御装置２１は、アクセル開度センサ２２、回転速度
センサ２３、冷却水温センサ２４及びその他適宜のセン
サの信号により制御出力を発生する。
【００１４】吸気弁１０と図外の排気弁は、クランク軸
より通常のカム軸を介して駆動され、図２に示すリフト
及びタイミングで開閉する。図において２５は排気曲
線、２６は吸気曲線であり、吸気が終了して吸気弁１０
が閉じ、圧縮工程に入ったとき水素供給弁１１が曲線２
７で示すリフト及びタイミングで開いて水素を注入し、
先に吸入した空気中に水素を混合して圧縮点火する。該
曲線２７において、２７ａは最低負荷曲線、２７ｂは最
高負荷曲線であり、負荷条件に応じて両曲線２７ａと２
７ｂの間で制御される。例えば２７ｃは中間負荷曲線
で、中負荷時における動作を示す。
【００１５】以上の装置において、水素供給量は、主と
して圧力制御弁１８によって制御されるが、該圧力制御
弁１８の製作誤差、供給源の圧力変動等により、又は最
小、最大開度付近での制御精度が低いことから、アイド
リング回転時、低負荷時、高負荷時の水素供給量が不正
確になり易い。しかし、本発明においては該圧力制御弁
１８による制御に加えて該制御を補正するように水素供
給弁１１のリフトと開弁時間を調節するから正確な量の
水素を供給することができる。
【００１６】なお、前記の実施例において、吸気弁１０
と図外の排気弁は、カムによって駆動されるが、油圧に
よって駆動されるようにしてもよい。また、水素供給弁
１１による制御は、低負荷時、高負荷時の一方に用いる
だけでもよい。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明は、水素供給圧力を
制御すると共に水素供給弁のリフト及び開弁時間を制御
するようにしたから、低負荷運転領域特にアイドリング
回転時に、圧力制御弁を極端に絞らずに水素供給弁によ
って調節するから水素供給量を高精度に確保できる効果
を有し、また高負荷運転領域でも正確な調節ができる。
しかも、制御装置を高負荷運転域で水素供給圧力を高く
するように設定すれば圧力制御弁の流路面積を小さくで
き、該圧力制御弁を小型にすることができる効果も生じ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施する装置の配置図
【図２】 バルブタイミング線図
【図３】 作用説明図
【図４】 従来例の作用説明図
【図５】 水素供給作用説明図
【符号の説明】
１１ 水素供給弁 １７ 水素供給管 １８ 圧力制御弁 １９ 排気弁 ２０ 制御装置
フロントページの続き (72)発明者 松浦 浩海 埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会 社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平３−145524（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 21/02 F02M 21/02 301 F01L 9/04 F02B 43/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室に向けて開閉する吸気弁及び排気
    弁を備え、水素供給管に水素流量を制御する制御弁を設
    け、この制御弁とその下流に設けた水素供給弁を介して
    燃焼室に水素を供給する水素エンジンにおいて、前記制
    御弁に圧力制御弁を用い、水素供給弁をリフト及びタイ
    ミングの調節が可能のものとし、負荷状態に応動した制
    御信号により、燃焼室に供給する水素を、低負荷時及び
    高負荷時の少なくとも一方では前記圧力制御弁と水素供
    給弁の両方で制御することを特徴とする、水素エンジン
    における燃料制御方法。
  2. 【請求項２】 水素供給弁のリフトを電歪アクチュエー
    タで制御することを特徴とする、請求項１の水素エンジ
    ンにおける燃料制御方法。
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