JP3430687B2 - 気体燃料エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業の利用分野】本発明は、例えば水素、メタン、エ
タン等の可燃性気体を燃料として用いる気体燃料エンジ
ンに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近時、例えば水素、メタン、エタン等の
可燃性気体を燃料とする気体燃料エンジンが種々提案さ
れている。特に水素は、燃焼によってＣＯ₂を生成する
ことなく、また、有害な未燃焼成分を排出することがな
いため、無公害エンジンとして期待されている。 【０００３】ところで、上述のような気体燃料エンジン
に対する燃料の供給方式として、例えば特開平５−３２
１７６４号公報に開示されているように、気体燃料を気
化器によって予め空気と混合してからエンジンの吸気ポ
ートに供給する予混合方式と、例えば、吸気ポートとは
別個に設けた気体燃料供給ポートから気体燃料を圧縮行
程にある気筒内に直接噴射する直噴方式とを併用し、例
えば図１３に示すようなエンジン回転数と要求トルクを
パラメータとして決定される運転状態に応じて適切に切
換えて使用するようにしたものが知られている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
予混噴状態と直噴状態との２つの異なる燃料供給状態を
運転状態に応じて切換えて燃料を供給する燃料供給方法
を採用した場合、予混と直噴とでは燃焼形態、目標空燃
比、燃料応答性などが異なるため、単に図１３の特性の
みに応じて燃料供給状態を切換えるようにしたのでは、
当該切換え時に空燃比Ａ／Ｆのオーバリッチやオーバリ
ーンが発生し、トルクショックや排気エミッションの悪
化を伴う問題がある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本願発明は、該問題を解
決することを目的としてなされたものであって、次のよ
うな有効な課題解決手段を備えて構成されている。 【０００６】すなわち、本願発明の気体燃料エンジン
は、気体燃料を吸気通路に供給するための予混噴用イン
ジェクタと、気体燃料の供給ポートに設けられた直噴用
タイミングコントロール弁と、を備え、気体燃料を、上
記直噴用タイミングコントロール弁のみを介して直接エ
ンジンに導入する直噴状態と、上記予混噴用インジェク
タのみから供給して予じめ空気と混合させた上で導入す
る予混噴状態と、の２つの燃料供給状態に任意に切換え
て供給するようにした気体燃料エンジンにおいて、上記
燃料供給状態の切換時、上記直噴用タイミングコントロ
ール弁の制御開始までの遅延時間を、上記予混噴用イン
ジェクタの制御開始までの遅延時間に比較して大きな値
に設定するように構成されている。 【０００７】 【作用】本願発明の気体燃料エンジンは、上記の構成に
対応して次のような有効な作用を奏する。 【０００８】すなわち、先ず本願発明の気体燃料エンジ
ンの構成では、上述のように、気体燃料を吸気通路に供
給するための予混噴用インジェクタと、気体燃料の供給
ポートに設けられた直噴用タイミングコントロール弁
と、を備え、気体燃料を、上記直噴用タイミングコント
ロール弁のみを介して直接エンジンに導入する直噴状態
と、上記予混噴用インジェクタのみから供給して予じめ
空気と混合させた上で導入する予混噴状態と、の２つの
燃料供給状態に任意に切換えて供給するようにした気体
燃料エンジンにおいて、上記燃料供給状態の切換時、上
記直噴用タイミングコントロール弁の制御開始までの遅
延時間を、上記予混噴用インジェクタの制御開始までの
遅延時間に比較して大きな値に設定するように構成され
ている。 【０００９】予混噴状態の供給燃料は一般にインジェク
タで調量された後に、ミキサー部、スロットル部、サー
ジタンク部、吸気ポート部を経て燃焼室に供給されるた
め、直接燃焼室内に噴射される直噴状態の場合に比べて
燃焼室内に入るタイミングが遅い。従って、そのまま燃
料供給状態を切換えたのでは燃料流量の同期をとること
ができない。 【００１０】そこで、上述のように燃焼室内への燃料到
達が遅い予混噴状態から燃料到達速度が速い直噴状態へ
の切換時には、その供給開始タイミングをそれとは逆の
場合に比較して所定時間遅くするようにし、それによっ
て燃料流量の同期をとる。 【００１１】その結果、燃料供給状態切換時の空燃比の
変動、それによるトルクショックの発生、排気エミッシ
ョンの悪化が防止される。 【００１２】 【発明の効果】以上の結果、上記本願発明の気体燃料エ
ンジンの構成によると、予混噴状態又は直噴状態等燃料
供給状態の切換時の空燃比変動を極力小さな状態に抑制
することができ、ドライバビリティーおよび排気エミッ
ションの改善を図ることができる。 【００１３】 【実施例】図１〜図７は、本願発明の実施例に係る気体
燃料エンジンの燃料供給システムの構成およびその制御
内容を示している。 【００１４】図１において、先ず符号１は気体燃料とし
て水素を採用し、同水素を燃料として運転するロータリ
ーエンジンである。該ロータリーエンジン１は、ペリト
ロコイド曲線面を内周面２aとするロータハウジング２
内に３組の円弧状外周面３a〜３cを有する略三角形状の
ロータ３が内接配置され、当該ロータハウジング２の内
周面２aおよびロータ３の外周面３a〜３cとロータハウ
ジング２の両側に配置されたセンターハウジング４およ
びサイドハウジング(図示せず)とによって３つの作動室
５Ａ〜５Ｃが形成されている。 【００１５】そして、上記ロータ３の回転に伴いこれら
３つの作動室５Ａ〜５Ｃが所定の位相差をもって容積変
化することによって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を
行い、エキセントリックシャフト６からその出力を取り
出すように構成されている。また、その下死点側短軸部
を挾んで吸気行程側作動室５Ａには吸気ポート７が、排
気行程側作動室５Ｃには排気ポート８がそれぞれ設けら
れ、さらに、上記吸気行程側作動室５Ａには上記吸気ポ
ート７のリーディング側に隣接する位置に独立して直噴
用の水素燃料供給ポート９が設けられている。直噴用水
素燃料供給ポート９には、直噴用のタイミングコントロ
ール弁１６が設置されている。 【００１６】そして、また上記吸気ポート７にはサージ
タンク１０を介してエアクリーナＡＣに連通する吸気通
路ＡＰが接続され、該吸気通路ＡＰのエアクリーナＡＣ
下流には、運転者のアクセルペダル踏込量(アクセル開
度ＡＣＣ)に応じて吸入空気量を調整する例えばステッ
ピングモータ２３を備えた電気的な駆動方式のスロット
ル弁ＳＢが設けられ、また、同スロットル弁ＳＢの上流
部には水素燃料インジェクタ２４からの水素燃料を予じ
め空気と混合する予混噴用の気体燃料ミキサ１２および
吸入空気量を検出するエアフローセンサーＡＦＳが各々
設けられている。また、上記排気ポート８には排気通路
ＥＰが接続され、該排気通路ＥＰ下流には触媒コンバー
タＣＡＣが設けられている。そして、また同触媒コンバ
ータＣＡＣの上流部には排気ガス中の酸素濃度によって
エンジンの空燃比Ａ／Ｆを検出するＯ₂センサーＯＳが
設けられている。 【００１７】一方、上記吸気通路ＡＰ側の予混噴用気体
燃料ミキサ１２の水素燃料インジェクタ２４部及び直噴
用水素燃料供給ポート９側の直噴用タイミングコントロ
ール弁１６部には、例えば複数のＭＨタンクからなる水
素燃料貯溜タンク部Ｔから個別に水素燃料を導く第１、
第２の水素燃料供給通路１４,１５が各々接続されてい
る。そして、先ず第１の水素燃料供給通路(予混流路)１
４には圧力レギュレータ２０と流路開閉用の第１遮断弁
１８が設置されている。また、上記第２の水素燃料供給
通路(直噴流路)１５には当該通路の通路面積を調整する
ことによって直噴時の水素燃料供給量を制御する電気式
の直噴用水素燃料供給量制御弁１７が設けられており、
該直噴用水素燃料供給量制御弁１７と水素燃料貯溜部タ
ンクＴとの間にはエンジン作動時に開き、エンジン停止
時に閉じる上記第１遮断弁１８と同様の第２遮断弁１９
が設けられている。 【００１８】他方、図示はしないが、上記水素燃料貯溜
タンク部Ｔは、複数本のＭＨタンクを並列に配置したも
のであって、これらの各ＭＨタンクは、それぞれ水素吸
蔵合金(例えば、ＴiＦe,ＬaＮi,ＴiＭn,ＭmＮiＣr,Ｍm
Ｎi,)ＭＨを内蔵し、その中に形成された熱媒流通路(熱
媒循環路)に熱媒を流すことにより、それぞれ一定温度
以上で水素を放出し、所定の水素放出圧力が得られるよ
うに構成されている。 【００１９】そして、同複数のＭＨタンクには熱媒体と
して上記ロータリエンジンのエンジン冷却系からの冷却
水が循環されるようになっている。 【００２０】また、図１において、符号２２はエンジン
コントロールユニットである。このエンジンコントロー
ルユニット２２には、制御情報として図示しないエンジ
ン回転数センサーからはエンジン回転数検出信号が入力
され、またエアフローセンサーＡＦＳからは吸入空気量
信号が入力され、さらにＯ₂センサーＯＳからは空燃比
検出信号Ａ／Ｆが入力される。また、その他、エンジン
のスタータスイッチ信号、イグニッションスイツチのＯ
Ｎ,ＯＦＦ信号、アクセル開度センサーからのアクセル
開度検出信号、クランク角センサからのクランク角検出
信号、エンジン水温センサからのエンジン水温検出信号
等も入力される。そして、これらの各種の情報に基づい
てエンジンのスロットル弁ＴＶの開閉制御、直噴用水素
燃料供給量制御弁１７の開度制御、直噴用タイミングコ
ントロール弁１６のタイミング制御、予混噴用の水素燃
料インジェクタ２４の噴射量制御、第１遮蔽弁１８およ
び第２遮蔽弁１９の開閉制御等の各種の制御が各々行わ
れるようになっている。 【００２１】すなわち、先ずエンジン運転時には、上記
第１遮蔽弁１８又は第２遮断弁１９が開かれ、上記水素
燃料貯留タンク部Ｔから出た水素は、上記第１の水素燃
料供給通路１４から水素燃料インジェクタ２４に供給さ
れ、又第２の水素燃料供給通路１５の水素供給量制御弁
１７を介して直噴用タイミングコントロール弁１６に供
給される。そして、上記水素燃料インジェクタ２４から
の水素が気体燃料ミキサ１２で空気と混合され、又上記
水素燃料供給量制御弁１７からの水素が直噴用タイミン
グコントロール弁１６によりエンジン回転に同期して水
素燃料供給ポート９に噴射され、同タイミングでエンジ
ン１の吸気行程作動室５Ａに供給される。また、空気は
エアクリーナＡＣを経て吸気通路ＡＰに導入され、エン
ジンコントロールユニット２２からの開度信号に応じて
開閉する電気式のスロットル弁ＴＶを介して上記吸気ポ
ート７に導かれ、所定のタイミングで吸気行程作動室５
Ａに供給される。また、エンジン停止時には、イグニッ
ションスイッチＯＦＦの信号を受けて上記第１遮断弁１
８および第２遮断弁１９が閉じられ、また水素燃料イン
ジェクタ２４がＯＦＦにされるとともに水素燃料供給量
制御弁１７も閉じられる。 【００２２】ところで、上記のような予混噴状態および
直噴状態の２種の気体燃料供給状態を有する気体燃料エ
ンジンの場合、予混噴状態から直噴状態又は直噴状態か
ら予混噴状態への切換時において、その特性上から前述
のようなトルクショック、排気エミッションの悪化等の
問題を生じる。 【００２３】また、上記予混噴状態と直噴状態とでは、
燃焼形態、目標空燃比、燃料応答性、点火時期等種々の
制御条件が異なる。従って、本実施例では、それら条件
の違いに応じて次のような各種の対応策が施されてい
る。 【００２４】 予混噴時と直噴時とでは吸気吹き返し
の影響が異なるために、エアフロセンサ(ＡＦＳ)で計測
した吸気量に対する補正係数が異なる。そこで、予混／
直噴時の補正係数をそれぞれＣp／Ｃdとし、最終的な補
正係数をＣとしたとき、 Ｃ＝(１−α)Ｃp＋αＣdとする。 【００２５】(０≦α≦１、αとしては、予混／直噴そ
れぞれの燃料割合に応じ、例えば予じめ実験により求め
た図８に示すような燃料割合Ｒp,Ｒdに応じて決まるマ
ップの値を用いるようにしている) 空気と水素との
燃料割合の増減や供給タイミングは、エンジンの回転数
に応じて行うためクランク角に同期して変化させるよう
にしている。 【００２６】 予混噴時の燃焼は緩慢であるのに対
し、直噴時の燃焼は速いため、予混噴時と直噴時とでは
点火時期制御の要求進角が異なる。そこで、予混噴時／
直噴時の要求進角をそれぞれθp,θdとし、最終的な点
火進角をθigとすると、切換時にはＢ／Ｆ等の不具合が
発生しないように、 θig＝(１−β)θp＋βθdとする。 【００２７】(０≦β≦１、βは、図８のマップを兼用
して上記のαと同様の変化をさせる) 予混噴時と
直噴時とでは燃焼形態、目標空燃比、燃料応答性が異な
るために、空燃比Ｆ／Ｂの補正係数の設定や学習は別に
行う。また燃料供給状態の切換期間中の空燃比は、上記
の基本ロジックで行い、空燃比のＦ／Ｂ制御は停止す
るようにしている。 【００２８】 燃料供給状態の切換点では予混噴時と
直噴時とでエンジントルクの変化がないように、吸気量
・燃料流量・点火進角を各々設定するが、切換点近傍で
のアクセル開度の微少変化により頻繁に切換えが起こる
ような場合には、トルクが増加していく直噴のみを用い
るようにしている。 【００２９】以下、これらの対応策に応じた上記エンジ
ンコントロールユニット２２の具体的な制御内容につい
て詳細に説明してゆく。 【００３０】(１) 燃料供給開始タイミングおよび燃料
割合(供給流量)の可変制御並びに各アクチュエータの動
作量決定制御(基本制御) 先ず、図２および図３の連続するフローチャートは上記
エンジンコントロールユニット２２によってなされる本
実施例の気体燃料エンジンの基本的な燃料供給制御の内
容を示している。 【００３１】すなわち、先ず図２のステップＳ₁で上記
気体燃料エンジンの実際のエンジン回転数Ｎ、アクセル
開度ＡＣＣ、吸入空気量Ｑa等のデータを読み込む。こ
こで、読み込まれる前記吸気量Ｑaは例えば図４に示す
ようなサブルーチンによる吸気量補正が実行されている
(後述)。 【００３２】そして、次にステップＳ₂に進み上記アク
セル開度読み込みデータＡＣＣに基いて予混噴状態から
直噴状態又は直噴状態から予混噴状態への各燃料供給状
態切換用の基準アクセル開度ＡＣＣＰＤ(予混→直噴)、
ＡＣＣＤＰ(直噴→予混)を演算する。 【００３３】その後、ステップＳ₃に進み、上記切換状
態の内の予混噴状態から直噴状態への切換中であること
を示す切換フラグＸＰＤの値がＸＰＤ＝１(切換中)であ
るか否かを判定する。 【００３４】その結果、ＸＰＤ＝０(ＮＯ)の少くとも予
混噴状態から直噴状態への切換中ではない時は、さらに
ステップＳ₄に進み、今度は直噴状態から予混噴状態へ
の切換中であることを示す切換フラグＸＤＰの値がＸＤ
Ｐ＝１(切換中)であるか否かを判定する。 【００３５】その結果、ＸＤＰ＝０(ＮＯ)の直噴状態か
ら予混噴状態への切換中でもない時、すなわち予混→直
噴、直噴→予混何れの燃料供給状態の切換え状態でもな
い定常時には、さらにステップＳ₅に進んで、上記ステ
ップＳ₁で読み込まれた現在のアクセル開度ＡＣＣが今
回初めて要求トルクの高い上記予混噴状態から直噴状態
への燃料供給状態の切換えを必要とする基準アクセル開
度値ＡＣＣＰＤ以上に大となったか否かを判定する。 【００３６】その結果、ＹＥＳ(ＡＣＣ≧ＡＣＣＰＤ)と
判定されると、先ずステップＳ₆,Ｓ₇に進んで、切換時
所定期間内トルクショック等の防止を目的として図９の
(a)に示すような燃料割合Ｒpの変化(徐々に減少)をさせ
るための予混噴状態の燃料割合増減遅延タイマーの設定
タイマー値ＴpをＴp₁に、またそれに対応して直噴状態
の燃料割合Ｒdを変化(徐々に増大)させるための燃料割
合増減遅延タイマーの設定タイマー値ＴdをＴd₁に各々
初期設定する。 【００３７】そして、さらにステップＳ₇で予混噴状態
から直噴状態への燃料供給状態の切換えを開始するとと
もに予混噴状態から同直噴状態への燃料供給状態の切換
え中であることを示す切換フラグＸＰＤの値をＸＰＤ＝
１(切換中)にセットした上で後述する図３のステップＳ
₃₇以下の動作(各アクチュエータの動作量決定制御)に進
む。 【００３８】他方、上記ステップＳ₅の判定でＮＯと判
定された時は、さらにステップＳ₉に進んで、上記ステ
ップＳ₁で読み込まれた現在のアクセル開度ＡＣＣが上
記とは逆にトルクよりも効率を重視すべき直噴状態から
予混噴状態への燃料供給状態の切換えを必要とする基準
アクセル開度値ＡＣＣＤＰよりも小となったか否かを判
定する。 【００３９】その結果、ＹＥＳ(ＡＣＣ＜ＡＣＤＰ)と判
定されると、ステップＳ₁₀,Ｓ₁₁に進んで上記同様図９
の(b)に示すような予混噴状態の燃料割合Ｒpの変化(徐
々に増大)をさせるための予混噴状態の燃料割合増減遅
延タイマーの設定タイマー値ＴpをＴp₂に、またそれに
対応して直噴状態の燃料割合Ｒdを変化(徐々に減少)さ
せるための燃料割合増減遅延タイマーの設定タイマー値
ＴdをＴd₂に各々初期設定する。 【００４０】そして、さらにステップＳ₁₂で直噴状態か
ら予混噴状態への燃料供給状態の切換えを開始するとと
もに直噴状態から予混噴状態への燃料供給状態の切換え
中であることを示す切換フラグＸＤＰの値をＸＤＰ＝１
(切換中)にセットした上で上記同様後述する図３のステ
ップＳ₃₇以下の動作に進む。 【００４１】すなわち、先ず図３のフローチャートのス
テップＳ₃₇では例えば上記ステップＳ₁で読み込まれた
エンジン回転数Ｎとアクセル開度ＡＣＣとをパラメータ
とするマップデータから予混噴状態の目標空燃比λpお
よび直噴状態の目標空燃比λdを各々演算する。 【００４２】次に、ステップＳ₃₈で、例えばエンジン回
転数およびアクセル開度によって決定される所定のマッ
プデータから読出された予混噴状態の基本要求水素量Ｑ
fpoに対して上記予混噴状態における燃料割合Ｒpを掛け
ることによって該予混噴状態の要求水素量Ｑfpを求める
(Ｑfp＝Ｑfpo・Ｒp)。 【００４３】また、ステップＳ₃₉で、同様にして読出さ
れた直噴状態の基本要求水素量Ｑfdoに対して同直噴状
態における燃料割合Ｒdを掛けることによって該直噴状
態の要求水素量Ｑfdを求める(Ｑfd＝Ｑfdo・Ｒd)。 【００４４】さらに、ステップＳ₄₀に進み、上記予混噴
状態の要求水素量Ｑfpに対して上記予混噴状態の目標空
燃比λpを掛けることによって当該予混噴状態の目標空
燃比λpに対応した要求空気量Ｑapを求める(Ｑap＝Ｑfp
・λp)。 【００４５】さらに、予混噴時は水素燃料自体もスロッ
トル弁ＴＶ部分を通過するので、ステップＳ₄₁に進み、
所定のマップから大気圧条件下での予混噴状態の要求水
素量Ｑfpaをも求める。 【００４６】次に、ステップＳ₄₂に進んで、上記直噴状
態の要求水素量Ｑfdに対して上記直噴状態の目標空燃比
λdを掛けることによって直噴状態の要求空気量Ｑadを
求める(Ｑad＝Ｑfd・λd)。そして、該ステップＳ₄₂で
は、図５に示すような要求空気量の補正を行うサブルー
チンが設けられている(後述)。 【００４７】さらに、ステップＳ₄₃に進み、上記ステッ
プＳ４０で求めた予混噴状態の要求空気量Ｑap、ステッ
プＳ₄₂で求めた直噴状態の要求空気量Ｑad、ステップＳ
₄₁で求めた予混噴状態の要求水素量Ｑfpaを各々加算す
ることによって最終的な要求混合気量Ｑafの演算を行う
(Ｑaf＝Ｑap＋Ｑad＋Ｑfpa)。そして、該ステップＳ⁴³
にも図６に示すような要求混合気量の補正を行うサブル
ーチンが設けられている(後述)。 【００４８】その後、ステップＳ₄₄に進んで、該要求混
合気量Ｑafに対応した目標とすべきスロットル開度ＴＶ
Ｏの演算を行う。 【００４９】次に、ステップＳ₄₅に進み、上記予混噴状
態の吸入空気量Ｑaを目標空燃比λpで割ることによって
同状態の基本となる目標水素量Ｑhpoを求めるとともに
該基本目標水素量Ｑhpoに上記予混噴状態の燃料割合Ｒp
を掛けることによって予想目標水素量Ｑhpを求める。 【００５０】そして、それに基きステップＳ₄₆で上記予
混噴用水素燃料インジェクタ２４の噴射パルス幅τを演
算する。 【００５１】また、さらにステップＳ₄₇で、上記エアフ
ローセンサＡＦＳからの吸入空気量Ｑaを直噴状態の目
標空燃比λdで割ることによって同直噴状態の基本とな
る目標水素量Ｑhdoを求めるとともに該基本目標水素量
Ｑhdoに直噴時の燃料割合Ｒdを掛けることによって当該
直噴時の予想目標水素量Ｑhdを求める。 【００５２】そして、それに基きステップＳ₄₈で上記直
噴用水素燃料供給量制御弁１７の目標とする開弁開度を
演算する。 【００５３】一方、図２のフローチャートに戻り、前述
の場合とは異って、上記ステップＳ₃の判定で、ＸＤＰ
＝１(ＹＥＳ)と判定された予混状態から直噴状態への燃
料供給状態の切換中である時は、先ずステップＳ₁₃に進
んで、上記ステップＳ₆で初期設定された予混噴時の燃
料割合増減遅延タイマーの設定タイマー値Ｔpを当該制
御周期分ΔＴpだけデクリメントしてゆく。 【００５４】そして、その結果、同タイマー値ＴpがＴp
＝０となったか否か、すなわち遅延時間Ｔpが経過した
か否かを続くステップＳ₁₄で判定する。該判定の結果、
当該遅延時間Ｔpが経過してＹＥＳとなると、初めてス
テップＳ₁₅で水素と空気との予混噴側の燃料割合Ｒpの
演算を行なう。該予混噴側燃料割合Ｒpの演算は、所定
の基本マップ値Ｒpをベースとして例えば図９の(a)に示
す所定のステップ値ΔＲp₁を制御周期毎に減算すること
によって徐々に減少してゆくようになされる。 【００５５】また、ステップＳ₁₆に進み、同様にして上
記ステップＳ₇で初期設定された直噴側の燃料割合増減
遅延タイマーＴdの当該制御周期毎の減算Ｔd−ΔＴdを
行なう。 【００５６】そして、続くステップＳ₁₇で当該遅延時間
Ｔdが経過したか否か(Ｔd＝０？)を判定する。 【００５７】その結果、ＹＥＳになると、ステップＳ₁₈
に進んで今度は直噴側の燃料割合Ｒdの演算を行う。 【００５８】該直噴側燃料割合Ｒdの演算は、図９の(a)
に示すように、所定の基本マツプ値Ｒdをベースとして
所定のステップ値ΔＲd₁を加算することによって徐々に
増加してゆくようになされる。 【００５９】次に、ステップＳ１９で上記直噴側の燃料
割合Ｒdの減算値が未だ０でないか否かを判定し、０で
ないＹＥＳの時はステップＳ₂₀に進んで上記水素燃料供
給量制御弁１７を開いて直噴用タイミングコントロール
弁１６を介してエンジン１に水素燃料を供給する。 【００６０】そして、一方、さらにステップＳ₂₁で予混
噴側の燃料割合Ｒpの値が０になったか否かを判定す
る。 【００６１】その結果、ＹＥＳになると、さらにステッ
プＳ₂₂に進んで、上記予混流路側第１遮断弁１８を閉じ
て予混用の第１の水素燃料供給通路１４を遮断し、予混
噴状態を停止する。 【００６２】次に、ステップＳ₂₃に進み、上記直噴側の
燃料割合Ｒdの値が１００％となったか否かを判定し、
ＹＥＳになると、ステップＳ₂₄に進んで、予混噴状態か
ら直噴状態への燃料状態の切換完了処理を行って、同状
態を示す切換フラグＸＰＤの値をＸＰＤ＝０にリセット
する。 【００６３】この結果、例えば図１０に示すように、ス
ロットル開度(要求トルク)の変化に対応して予混側燃料
割合および直噴側燃料割合とそれらの相互の供給タイミ
ングが適切に制御され、予混噴状態から直噴状態へのリ
ニアな切換がなされ、急激な空燃比の変動が防止され
る。 【００６４】他方、上記ステップＳ₃の判定で、ＸＤＰ
＝０(ＮＯ)と判定された予混状態から直噴状態への燃料
供給状態の切換中ではない時は、上述のようにステップ
Ｓ₄に進んで、ＸＤＰ＝１、すなわち逆に直噴状態から
予混噴状態への切換中であるか否か、を判定する。その
結果、ＹＥＳと判定された時は、さらにステップＳ₂₅に
進んで、上記ステップＳ₆で初期設定された予混噴側の
燃料割合増減遅延タイマーの設定タイマー値Ｔpを当該
制御周期分ΔＴpだけデクリメントしてゆく。 【００６５】そして、その結果、同タイマー値ＴpがＴp
＝０となったか否か、すなわち遅延時間Ｔpが経過した
か否かを続くステップＳ₂₆で判定する。該判定の結果、
当該遅延時間Ｔpが経過してＹＥＳとなると、初めてス
テップＳ₂₇で水素と空気との予混噴側の燃料割合Ｒpの
演算を行なう。該予混噴側の燃料割合Ｒpの演算は、所
定の基本マップ値Ｒpをベースとして例えば図９の(b)に
示す所定のステップ値ΔＲp₂を上記とは逆に制御周期毎
に加算することによって徐々に増大してゆくようになさ
れる。 【００６６】また、その後、ステップＳ₂₈に進み、同様
にして上記ステップＳ₇で初期設定された直噴側の燃料
割合増減遅延タイマーＴdの当該制御周期毎の減算Ｔd−
ΔＴdを行なう。 【００６７】そして、続くステップＳ２９で当該遅延時
間Ｔdが経過したか否か(Ｔd＝０？)を判定する。 【００６８】その結果、ＹＥＳになると、ステップＳ₃₀
に進んで今度は直噴側の燃料割合Ｒdの演算を行う。 【００６９】該直噴側の燃料割合Ｒdの演算は、図９の
(b)に示すように、所定の基本マツプ値Ｒdをベースとし
て所定のステップ値ΔＲd₂を上記とは逆に減算すること
によって徐々に減少してゆくようになされる。 【００７０】次に、ステップＳ₃₁で上記予混噴側の燃料
割合Ｒpの減算値が未だ０でないか否かを判定し、０で
ないＹＥＳの時はステップＳ₃₂に進んで上記第１遮断弁
１８を開き、第１の水素燃料供給通路１４を通して水素
燃料インジェクタ２４、気体燃料ミキサ１２からエンジ
ン１に水素燃料を供給する。 【００７１】そして、一方、さらにステップＳ₃₃で直噴
側の燃料割合Ｒdの値が０になったか否かを判定する。 【００７２】その結果、ＹＥＳになると、さらにステッ
プＳ₃₄に進んで、上記直噴流路側第２遮断弁１９および
水素燃料供給量制御弁１７を閉じて直噴用の第２の水素
燃料供給通路１５を遮断し、直噴状態を停止する。 【００７３】次に、ステップＳ₃₅に進み、予混噴側の燃
料割合Ｒpの値が１００％となったか否かを判定し、Ｙ
ＥＳになると、ステップＳ₃₆に進んで、直噴状態から予
混噴状態への燃料供給状態の切換完了処理を行って、同
状態を示す切換フラグＸＰＤの値をＸＰＤ＝０にリセッ
トする。 【００７４】この結果、例えば図１０に示すように、ス
ロットル開度(要求トルク)の変化に対応して直噴側燃料
割合および予混噴側燃料割合とそれらの相互の供給タイ
ミングが適切に制御され、直噴状態から予混噴状態への
リニアな切換がなされ、急激な空燃比の変動が防止され
る。 【００７５】(２) 吸気量の補正制御 先にも述べたように、予混状態と直噴状態とでは吸気吹
き返しの影響が異なるためにエアフロセンサ(ＡＦＳ)で
計測した吸気量に対する補正係数が異なる。そこで、本
実施例では予混／直噴時の補正係数をそれぞれＣp／Ｃd
とし、最終的な補正係数をＣとしたとき、 Ｃ＝(１−α)Ｃp＋αＣdとするようにして対応してい
る。 【００７６】(０≦α≦１、αは予混／直噴それぞれ燃
料割合に応じて、例えば図８のマップの値を用いる)該
制御の内容を図４のフローチャートに示す。該図４のフ
ローチャートは、図２のフローチャートのステップＳ₁
のサブルーチンとして構成されている。 【００７７】すなわち、先ず図４のフローチャートのス
テップＳ₁で上述のように上記エアフロセンサＡＦＳの
検出値Ｑaoを読み込む。 【００７８】そして、次にステップＳ₂で、予混噴用吸
気量補正係数Ｃpと直噴用吸気量補正係数Ｃdを各々演算
する。該各吸気量補正係数Ｃp,Ｃdの演算は、例えば実
験により測定したデータをエンジン回転数Ｎとスロット
ル開度ＴＶＯとのマップにしておき、それを参照して読
み出すことにより演算する。 【００７９】次に、ステップＳ₃,Ｓ₄に進み、先ず上記
予混噴状態から直噴状態への切換中であるか否か、又は
直噴状態から予混噴状態への切換中であるか否かを上記
切換フラグＸＰＤ,ＸＤＰの値を基に順次判定する。 【００８０】その結果、ステップＳ₃でＸＰＤ＝１(ＹＥ
Ｓ)の予混噴状態から直噴状態への切換中である時又は
ステップＳ₄でＸＤＰ＝１(ＹＥＳ)の直噴状態から予混
噴状態への切換中である時は、各々ステップＳ₅に進ん
で、例えば図８のマップから読み出した予混噴状態、直
噴状態各々の燃料割合Ｒp,Ｒdに基いて対応する補正用
の重み付け係数αを演算する。 【００８１】そして、さらにステップＳ₆に進み、最終
的な吸気量補正係数Ｃを演算する。該最終補正係数Ｃの
演算は、上述のように、予混状態と直噴状態とでは吸気
吹き返しの影響が異なるためにエアフロセンサ(ＡＦＳ)
で計測した吸気量に対する補正係数が異なる。そこで、
本実施例では予混／直噴時の補正係数をそれぞれＣp／
Ｃdとし、最終的な補正係数をＣとしたとき、例えば上
記重み付け係数αを用いて、 Ｃ＝(１−α)Ｃp＋αＣdとするようにして対応してい
る。 【００８２】(０≦α≦１、上記のようにαは予混／直
噴それぞれの燃料割合Ｒp,Ｒdに応じて、例えば図８の
マップの値を用いて決定される)そして、その上でステ
ップＳ₇に進み、該予混→直噴、直噴→予混の各切換状
態に対応して重み付けされた吸気量補正係数Ｃを用いて
補正された補正吸気量Ｑaを算出する(Ｑa＝Ｑao・Ｃ)。 【００８３】他方、上記ステップＳ₃,Ｓ₄で各々ＮＯと
判定された燃料供給状態の切換中ではない時は、先ずス
テップＳ₈に進んで、予混噴のみの場合か、直噴のみの
場合かを各々判定し、その判定結果に対応して各々ステ
ップＳ₉,Ｓ₁₀に進み、それぞれ上記最終的な吸気量補正
係数Ｃを対応する上記予混噴のみ及び直噴のみの場合の
吸気量補正係数Ｃp,Ｃdに設定して上記ステップＳ₇の補
正吸気量Ｑaの演算を行う。 【００８４】これらの結果、上記それぞれ４種の燃料供
給状態に対応した適切な吸気量補正が実現される。そし
て、それにより最適な運転性と排気エミッション性能の
両立が図られる。 【００８５】(３) 直噴状態の要求空気量の補正制御 予混噴状態と直噴状態とでは異なる目標空燃比で運転す
るために、同一トルクを発生させる点でも要求される最
終的な吸気量が大きく異なる。従って上記燃料供給状態
切換時に吸気量が急変してトルクショックにつながらぬ
ように、 切換期間中の要求吸気量に補正係数をかけ
て滑らかにし、スロットルの動きをスムーズにする、
予混噴状態→直噴状態切換時、直噴用タイミングコン
トロール弁１６への燃料の充填遅れを考慮し、直噴側の
燃料流量が一定しきい値に達するまでは要求吸気量を増
やさない、ようにする必要がある。 【００８６】図５のフローチャートは、該問題に対応し
た直噴時の要求吸気量の補正制御の内容を示している。 【００８７】すなわち、先ずステップＳ₁で、上記切換
フラグＸＰＤの値が１であるか否かを基に現在の燃料供
給状態が予混噴状態から直噴状態への切換中であるか否
かを判定し、その上で、さらにステップＳ２に進み、上
記直噴状態の燃料割合Ｒdが図８、図９の値Ｒd₁よりも
小さいか否かを判定する。 【００８８】そして、それらステップＳ₁,Ｓ₂の判定結
果が各々ＹＥＳの時は、ステップＳ₃に進んで、直噴時
の要求空気量Ｑadの値を０に、また上記判定結果の何れ
か一方か又は両方がＮＯの時はステップＳ４に進んで、
同要求空気量Ｑadを上記図３のフローチャートのステッ
プＳ₃₉で求めた直噴時の要求水素量Ｑfdに対して同直噴
時の目標空燃比λdを掛けることによって演算した値に
各々設定する。 【００８９】この結果、予混噴状態→直噴状態切換時、
直噴用タイミングコントロール弁１６への燃料の充填遅
れを考慮し、図１２に示すように直噴側燃料割合(流量)
が一定しきい値に達するまでは直噴側要求吸気量を増や
さないようにすることができるとともに、また図１１に
示すように切換期間中の要求吸気量に補正係数(なまし)
をかけて滑らかにし、最終要求空気量によって決定され
るスロットル弁ＴＶの動きをスムーズにすることが可能
となる。 【００９０】その結果、予混噴状態と直噴状態とでは異
なる空燃比で運転するために、同一トルクを発生させる
点でも要求される吸気量が大きく異なり、従って切換時
に吸気量が急変してトルクショックが発生するのを有効
に防止することができる。 【００９１】(４) 予混／直噴切換時における要求混合
気量の補正制御 図６のフローチャートは、予混／直噴切換時における要
求混合気量の補正制御の内容を示している。 【００９２】すなわち、先ずステップＳ₁でベースとな
る要求混合気量Ｑafoの演算(Ｑafo＝Ｑap＋Ｑad＋Ｑfp
a)を行う。 【００９３】次に、ステップＳ₂,Ｓ₃に進み、先ず上記
予混噴状態から直噴状態への切換中であるか否か、又は
直噴状態から予混噴状態への切換中であるか、否かを上
記切換フラグＸＰＤ,ＸＤＰの値を基に順次判定する。 【００９４】その結果、ステップＳ₃でＸＰＤ＝１(ＹＥ
Ｓ)の予混噴状態から直噴状態への切換中である時又は
ステップＳ₄でＸＤＰ＝１(ＹＥＳ)の直噴状態から予混
噴状態への切換中である時は、各々ステップＳ₄に進ん
で、例えば図８のマップから読み出した燃料割合Ｒp,Ｒ
dに基いて要求混合気量補正係数Ｃafを演算する。 【００９５】そして、さらにステップＳ₅に進み、最終
的な要求混合気量Ｑafを演算する。該最終的な要求混合
気量補正係数Ｑafの演算は、上記ステップＳ₁で演算さ
れたベースとなる要求混合気量Ｑafoに対して上記要求
混合気量補正係数Ｃafを掛けることによってなされる。 【００９６】他方、上記ステップＳ₂,Ｓ₃の何れでもＮ
Ｏと判定された燃料供給状態の切換状態ではない時は、
ステップＳ₆に進んで、最終的な要求混合気量Ｑafを上
記ステップＳ₁で演算されたベースとなる要求混合気量
Ｑafoに設定する。 【００９７】(５) 点火時期の補正制御 上述のように、燃料割合の増減や供給タイミングは、そ
れぞれエンジン回転数に応じて行うためクランク角に同
期して変化させるようにしている。しかし、予混噴状態
での燃焼は緩慢であるのに対し直噴状態での燃焼は速い
ため、予混と直噴では必然的に要求点火進角が異なる。
予混／直噴の要求点火進角をそれぞれθp,θdとし、最
終的な点火進角をθigとすると、切換時にはＢ／Ｆ等の
不具合が発生しないよう、 θig＝(１−β)θp＋βθd (０≦β≦１、βは上記吸気量補正制御の重み付け係数
αと同様の変化をさせる)とすることが望ましい。 【００９８】図７のフローチャートは、このような観点
から構成された点火時期の補正制御の内容を示してい
る。 【００９９】すなわち、先ずステップＳ₁で、エンジン
回転数Ｎおよびアクセル開度ＡＣＣを読み込む。 【０１００】次に、それらに基いて所定のマップデータ
から予混噴用基本点火進角θp、直噴用基本点火進角θd
を各々演算する。 【０１０１】次に、ステップＳ₃,Ｓ₄に進み、先ず上記
予混噴状態から直噴状態への切換中であるか否か、又は
直噴状態から予混噴状態への切換中であるか否か、を上
記切換フラグＸＰＤ,ＸＤＰの値を基に順次判定する。 【０１０２】その結果、ステップＳ₃でＸＰＤ＝１(ＹＥ
Ｓ)の予混噴状態から直噴状態への切換中である時又は
ステップＳ₄でＸＤＰ＝１(ＹＥＳ)の直噴状態から予混
噴状態への切換中である時は、各々ステップＳ₅に進ん
で、例えば図８のマップから読み出した燃料割合Ｒp,Ｒ
dに基いて点火時期補正用の重み付け係数βを演算す
る。 【０１０３】そして、さらにステップＳ₆に進み、最終
点火時期補正係数θを演算する。該最終点火時期補正係
数θの演算は、上述のように、予混噴時の燃焼は緩慢で
あるのに対し直噴時の燃焼は速いため、予混と直噴では
要求進角が異なるので、予混／直噴の要求点火進角をそ
れぞれθp,θdとし、最終的な点火進角をθigとする
と、切換時にはＢ／Ｆ等の不具合が発生しないよう、θ
ig＝(１−β)θp＋βθd(０≦β≦１、βは上記の図８
のマップに基いて図４のフローチャートの重み付け係数
αと同様の変化をさせる)として求める。 【０１０４】他方、上記ステップＳ₃,Ｓ₄の各々におい
てＮＯと判定された燃料供給状態の切換時ではない時
は、ステップＳ₇の方に進んで、当該燃料の供給状態が
予混噴状態のみの場合か、又は直噴状態のみの場合の何
れであるかを判定し、ステップＳ₈,Ｓ₉に進んで各々そ
れらの判定結果に対応した点火進角θp,θdに設定す
る。 【０１０５】この結果、上記各燃料の供給状態に対応し
た点火時期の制御が可能となり、切換時のトルクショッ
クの発生、排気エミッションの悪化が防止される。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は、本願発明の実施例に係る気体燃料エン
ジンの燃料供給制御システムの概略図である。 【図２】図２は、同制御システムの基本制御ロジックの
内の燃料供給タイミング、燃料割合の変化等に関する制
御の内容を示すフローチャートである。 【図３】図３は、同制御システムの基本制御ロジックの
内の各アクチュエータの動作量決定に関する制御内容を
示すフローチャートである。 【図４】図４は、同制御システムの吸気量補正制御の内
容を示すサブルーチンのフローチャートである。 【図５】図５は、同制御システムの直噴状態の要求空気
量の補正制御の内容を示すサブルーチンのフローチャー
トである。 【図６】図６は、同制御システムの予混噴／直噴切換時
の要求混合気量の補正制御の内容を示すサブルーチンの
フローチャートである。 【図７】図７は、同制御システムの点火時期補正制御の
内容を示すサブルーチンのフローチャートである。 【図８】図８は、同制御システムの上記吸気量補正制御
および点火時期補正制御で使用されるマップテーブルの
内容を示す図である。 【図９】図９は、同制御システムにおける燃料供給状態
切換時の燃料流量増減制御の内容を示す図である。 【図１０】図１０は、同制御システムの基本となる燃料
供給制御の内容を示すタイムチャートである。 【図１１】図１１は、同制御システムの基本要求空気量
に対する最終要求空気量の補正制御の内容を示すタイム
チャートである。 【図１２】図１２は、同制御システムの直噴側燃料割合
に対する要求空気量の補正制御の内容を示すタイムチャ
ートである。 【図１３】図１３は、同制御システムにおける燃料供給
状態の基本切換マップ特性図である。 【符号の説明】 １はロータリエンジン、９は直噴用水素燃料供給ポー
ト、１２は予混噴用気体燃料ミキサ、１４は第１の水素
燃料供給通路、１５は第２の水素燃料供給通路、１６は
直噴用タイミングコントロール弁、１７は直噴用水素燃
料供給量制御弁、２２はエンジンコントロールユニット
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (72)発明者 門田 宏 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 堂園 一保 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 高野 栄二 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 内田 浩康 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 藤田 芳生 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−200771（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−321764（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−138118（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−140441（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−193496（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−5451（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−252851（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−301183（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−101554（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−36721（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−294745（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−302542（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−246445（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40 F02B 43/10 F02D 43/00 - 43/04 F02D 45/00 F02M 21/02 - 21/04 F02P 5/145 - 5/155

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 気体燃料を吸気通路に供給するための予
   混噴用インジェクタと、 気体燃料の供給ポートに設けられた直噴用タイミングコ
   ントロール弁と、を備え、 気体燃料を、上記直噴用タイミングコントロール弁のみ
   を介して直接エンジンに導入する直噴状態と、上記予混
   噴用インジェクタのみから供給して予じめ空気と混合さ
   せた上で導入する予混噴状態と、の２つの燃料供給状態
   に任意に切換えて供給するようにした気体燃料エンジン
   において、 上記燃料供給状態の切換時、上記直噴用タイミングコン
   トロール弁の制御開始までの遅延時間を、上記予混噴用
   インジェクタの制御開始までの遅延時間に比較して大き
   な値に設定したことを特徴とする気体燃料エンジン。