JP4412194B2 - Control unit for direct injection hydrogen engine - Google Patents

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Description

駆動電流の供給により開閉制御され、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素噴射弁を備えた直噴式水素エンジンを制御する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for controlling a direct injection type hydrogen engine having a hydrogen injection valve that is controlled to be opened and closed by supplying a drive current and directly injects gaseous hydrogen into a working chamber.

近年、低公害化を目的として、例えば圧縮天然ガス,液化プロパンガス,圧縮水素等の気体燃料と利用するエンジンを搭載した車両の開発が進められている。かかる気体燃料を使用するエンジンにおいては、燃焼に伴い生じる水分又はもともと気体に含まれる水分が外気温の低下に伴い氷結し、それが気体燃料を噴射する噴射弁に付着して、その動作を妨げるという問題が発生し得る。かかる問題に対処して、例えば特開平11−264334号公報には、低温始動時に、噴射弁に対する駆動電流の供給時間を長く設定し、それに伴う発熱作用により氷結を溶解させる方法が提案されている。   In recent years, for the purpose of reducing pollution, development of a vehicle equipped with an engine to be used with gaseous fuel such as compressed natural gas, liquefied propane gas, and compressed hydrogen has been promoted. In an engine using such a gaseous fuel, moisture generated by combustion or moisture originally contained in the gas freezes as the outside air temperature decreases, and it adheres to an injection valve that injects gaseous fuel and hinders its operation. May occur. In response to such a problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-264334 proposes a method of setting a long drive current supply time to the injection valve at a low temperature start and melting icing by a heat generation action associated therewith. .

特開平11−264334号公報JP-A-11-264334

しかしながら、上記特許文献1に開示されるように、通電時間を長くした場合には、結果的に噴射量が増え、始動時の空燃比がオーバーリッチとなることから、エンジン動作にも弊害が生じるおそれがある。したがって、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、噴射弁における氷結を解消することが切に望まれる。特に燃料として圧縮水素を利用するエンジンにおいては、気体水素の燃焼に伴い水分が発生することからも、これを実現することは非常に有意義である。   However, as disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, when the energization time is lengthened, the injection amount increases as a result, and the air-fuel ratio at the time of starting becomes over-rich. There is a fear. Therefore, it is highly desirable to eliminate icing in the injection valve while ensuring stable engine startability. Particularly in an engine that uses compressed hydrogen as a fuel, it is very meaningful to realize this because water is generated with combustion of gaseous hydrogen.

この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、水素噴射弁における氷結を解消し得る直噴式水素エンジンの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above technical problem, and an object of the present invention is to provide a control device for a direct injection hydrogen engine capable of eliminating icing in the hydrogen injector while ensuring stable engine startability. To do.

本願の請求項1に係る発明は、駆動電流の供給により開閉制御され、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素噴射弁を備えた直噴式水素エンジンの制御装置において、該水素エンジンの低温始動時に、上記水素噴射弁に供給される駆動電流が増大させられるとともに、上記水素噴射弁の上流側に、該水素噴射弁への気体水素の供給を遮断する遮断弁が設けられ、増大させられた上記駆動電流の供給に際し、該遮断弁が閉状態にされることを特徴としたものである。
The invention according to claim 1 of the present application is a control device for a direct injection hydrogen engine that is controlled to be opened and closed by supplying a drive current and injects gaseous hydrogen directly into a working chamber. Sometimes, the drive current supplied to the hydrogen injector is increased, and a shutoff valve for shutting off the supply of gaseous hydrogen to the hydrogen injector is provided on the upstream side of the hydrogen injector and increased. When the driving current is supplied, the shut-off valve is closed .

また、本願の請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、上記水素噴射弁に供給される駆動電流は、閉状態にある水素噴射弁を開動作させるための起動電流と、該水素噴射弁を開状態に保持するための保持電流とからなり、上記水素エンジンの低温始動時には、該起動電流が増大させられることを特徴としたものである。   Further, in the invention according to claim 2 of the present application, in the invention according to claim 1, the drive current supplied to the hydrogen injection valve includes an activation current for opening the hydrogen injection valve in a closed state, It comprises a holding current for holding the hydrogen injector in an open state, and the starting current is increased when the hydrogen engine is started at a low temperature.

更に、本願の請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る発明において、上記水素エンジンにおける氷結状態に関するパラメータに応じて、上記駆動電流の増大の度合いが補正されることを特徴としたものである。   Furthermore, the invention according to claim 3 of the present application is characterized in that, in the invention according to claim 1 or 2, the degree of increase in the drive current is corrected according to a parameter relating to an icing state in the hydrogen engine. Is.

また、更に、本願の請求項に係る発明は、請求項に係る発明において、増大させられた上記駆動電流の供給に際し、上記水素エンジンにおける作動室内の混合気への点火が停止されることを特徴としたものである。
Furthermore, the invention according to claim 4 of the present application is that, in the invention according to claim 1 , ignition of the air-fuel mixture in the working chamber in the hydrogen engine is stopped when the increased driving current is supplied. It is characterized by.

また、更に、本願の請求項に係る発明は、請求項1〜に係る発明のいずれか一において、上記水素エンジンの停止時に、該遮断弁が閉状態にされるとともに、上記水素噴射弁が開状態にされ、また、上記水素エンジンにおける作動室内の混合気への点火が停止されることを特徴としたものである。
Still, the invention according to claim 5 of the present invention, in any one of the invention according to claim 1-4, when the upper Symbol hydrogen engine stopped, together with the shut-off valve is closed, the hydrogen injection The valve is opened, and ignition of the air-fuel mixture in the working chamber of the hydrogen engine is stopped.

また、更に、本願の請求項に係る発明は、請求項1〜に係る発明のいずれか一において、上記水素エンジンの低温始動時に、上記駆動電流の増大が1回に限定されることを特徴としたものである。
Furthermore, the invention according to claim 6 of the present application is that, according to any one of the inventions according to claims 1 to 5 , the increase in the drive current is limited to one at the time of low-temperature start of the hydrogen engine. It is a feature.

本願の請求項1に係る発明によれば、エンジン停止後、水素燃焼に伴い発生した水分が水素噴射弁の先端付近に氷結した状態からエンジンを再始動する場合に、該水素噴射弁に供給される駆動電流を増大させ、氷結を解消することで、水素噴射弁の開動作が可能となり、エンジンの始動性を確保することができる。更に、上記水素噴射弁の駆動電流の増大に伴い、該水素噴射弁の上流側に配設された遮断弁を閉じることで、気体水素が過剰に供給されることを防止することができる。
According to the invention of claim 1 of the present application, when the engine is restarted from the state where water generated by hydrogen combustion is frozen near the tip of the hydrogen injector after the engine is stopped, the hydrogen is supplied to the hydrogen injector. By increasing the driving current to eliminate icing, the hydrogen injection valve can be opened and engine startability can be ensured. Furthermore, as the drive current of the hydrogen injector increases, the shutoff valve disposed upstream of the hydrogen injector can be closed to prevent excessive supply of gaseous hydrogen.

また、本願の請求項2に係る発明によれば、上記水素噴射弁に供給させられる駆動電流は、その起動電流のみにおいて一時的に増大させられるため、気体水素が作動室内に過剰に供給されることはなく、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、水素噴射弁における氷結を解消することができる。   According to the second aspect of the present invention, the driving current supplied to the hydrogen injection valve is temporarily increased only by the starting current, so that gaseous hydrogen is excessively supplied into the working chamber. In other words, it is possible to eliminate icing in the hydrogen injector while ensuring stable engine startability.

更に、本願の請求項3に係る発明によれば、氷結状態に関するパラメータに応じて駆動電流の増大の度合いが補正されるため、良好なエンジンの始動性をより確実に確保することができ、また、必要最小限の駆動電流の増大分により対処可能となり、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制することができる。   Furthermore, according to the invention according to claim 3 of the present application, the degree of increase in the drive current is corrected according to the parameter related to the icing state, so that it is possible to more reliably ensure a good engine startability. Therefore, it is possible to cope with the increase in the minimum necessary drive current, and it is possible to suppress a decrease in the power supply voltage when starting the engine.

また、更に、本願の請求項に係る発明によれば、点火を停止することで、仮に気体水素が過剰に供給された場合にも、作動室内で気体水素が不適切に燃焼することを防止することができる。
Furthermore, according to the invention of claim 4 of the present application, by stopping the ignition, even if gaseous hydrogen is excessively supplied, the gaseous hydrogen is prevented from being improperly burned in the working chamber. can do.

また、更に、本願の請求項に係る発明によれば、エンジン停止時に、遮断弁を閉じ、水素噴射弁を開き、更に、点火を停止することで、遮断弁の下流側での気体水素の掃気が達成され、これにより、増大させられた上記駆動電流の供給に際して、作動室内への気体水素の供給量を抑制し、気体水素が過剰に供給されることを防止することができる。
Further, according to the invention according to claim 5 of the present application, when the engine is stopped, the shutoff valve is closed, the hydrogen injection valve is opened, and further, the ignition is stopped, so that the gaseous hydrogen on the downstream side of the shutoff valve is reduced. Scavenging is achieved, whereby the supply amount of gaseous hydrogen into the working chamber can be suppressed when supplying the increased drive current, and excessive supply of gaseous hydrogen can be prevented.

また、更に、本願の請求項に係る発明によれば、駆動電流増大の回数が必要最小限に止められることで、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制することができる。
Furthermore, according to the invention according to claim 6 of the present application, it is possible to suppress a decrease in the power supply voltage at the time of starting the engine by suppressing the number of times of increase in the drive current to a necessary minimum.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るロータリタイプの水素エンジンを概略的にあらわす図である。この水素エンジン1は、外形をなす構成として、トロコイド状の内周面を備えたロータハウジングHと、ロータRの平面方向に沿って広がるほぼ平面状のサイドハウジングHとを有している。これらハウジングH及びHが組み合わせられ、その内部に形成された内部空間にロータRが収納された状態で、ロータRの周囲には、ロータハウジングHの内周面とサイドハウジングHとにより、3つの作動室E,E,Eが規定される。各作動室E,E,Eは、偏心軸CのまわりにおけるロータRの回転に伴い、拡大及び伸縮を繰り返し、ロータRが1回転する間に、各作動室E,E,Eにて吸気行程,圧縮行程,膨張行程,排気行程からなる一連の行程が完了される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a rotary type hydrogen engine according to an embodiment of the present invention. The hydrogen engine 1 has a rotor housing H 1 having a trochoidal inner peripheral surface and a substantially flat side housing H 2 that extends along the plane direction of the rotor R as an outer configuration. . In a state where the housings H 1 and H 2 are combined and the rotor R is housed in an internal space formed inside the housings H 1 and H 2 , the inner surface of the rotor housing H 1 , the side housing H 2 , Thus, three working chambers E 1 , E 2 and E 3 are defined. Each working chamber E 1 , E 2 , E 3 repeats expansion and contraction as the rotor R rotates about the eccentric shaft C, and each working chamber E 1 , E 2 , E 3 , intake stroke in E 3, compression stroke, expansion stroke, a series of stroke is completed consisting exhaust stroke.

ロータハウジングHには、作動室E,E,E内に気体水素を直接に噴射する気体水素噴射弁(以下、直噴式水素インジェクタという)Iと、作動室E,E,E内に供給された燃料(気体水素又はガソリン)及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ7と、が設けられている。他方、サイドハウジングHには、吸気通路2に連通する吸気ポート2aが形成されるとともに、排気通路3に連通する排気ポート3aが形成されている。 The rotor housing H 1 includes a gaseous hydrogen injection valve (hereinafter referred to as a direct injection hydrogen injector) I 1 that directly injects gaseous hydrogen into the working chambers E 1 , E 2 , E 3 , and working chambers E 1 , E 2. , the spark plug 7 for igniting the air-fuel mixture consisting of supplied fuel (gaseous hydrogen or gasoline) and air in E 3, are provided. On the other hand, the side housing H 2 is formed with an intake port 2 a communicating with the intake passage 2 and an exhaust port 3 a communicating with the exhaust passage 3.

更に、本実施形態では、ロータハウジングHに設けられる直噴式水素インジェクタIに加えて、吸気通路2に取り付けられ、吸気通路2内にガソリンを噴射するガソリン噴射弁I(以下、ポート噴射式ガソリンインジェクタIという)が設けられるとともに、その上流側には、同様に吸気通路2に取り付けられ、吸気通路2内に気体水素を噴射する水素インジェクタI(以下、ポート噴射式水素インジェクタIという)が設けられている。そして、水素エンジン1における作動室内への燃料供給が必要とされる場合には、エンジン回転数,水素又はガソリンの燃料残量等の各種状態に応じて、若しくは、ドライバの要求に応じて、直噴式水素インジェクタI,ポート噴射式ガソリンインジェクタI,ポート噴射式水素インジェクタIの中から適正なものが選択される。 Furthermore, in this embodiment, in addition to the direct injection type hydrogen injector I 1 provided in the rotor housing H 1 , a gasoline injection valve I 2 (hereinafter referred to as port injection) that is attached to the intake passage 2 and injects gasoline into the intake passage 2. with that formula gasoline injector I 2) is provided, on its upstream side, likewise attached to the intake passage 2, a hydrogen injector I 3 for injecting gaseous hydrogen into the intake passage 2 (hereinafter, port injection hydrogen injector I 3 ). When the fuel supply to the working chamber of the hydrogen engine 1 is required, the fuel can be directly adjusted according to various conditions such as the engine speed, the remaining amount of hydrogen or gasoline, or according to the driver's request. An appropriate one is selected from the injection type hydrogen injector I 1 , the port injection type gasoline injector I 2 , and the port injection type hydrogen injector I 3 .

図2は、水素エンジン1及びそれに関連する構成を概念的にあらわす図である。この図から分かるように、直噴式水素インジェクタI,ポート噴射式ガソリンインジェクタI及びポート噴射式水素インジェクタIには、それぞれ、電磁弁V,V及びVが付属させられ、各インジェクタにおける燃料噴射は、各電磁弁の開閉動作に基づき制御される。なお、図2では、各インジェクタI,I,Iに対して、電磁弁V,V,Vが別個に設けられるように示されるが、実際には、直噴式水素インジェクタIの断面構造をあらわす図3A及び3Bに示すように、電磁弁が各インジェクタ内部に組み込まれている。 FIG. 2 is a diagram conceptually showing the hydrogen engine 1 and the configuration related thereto. As can be seen from this figure, solenoid valves V 1 , V 2, and V 3 are attached to the direct injection hydrogen injector I 1 , the port injection type gasoline injector I 2, and the port injection type hydrogen injector I 3 , respectively. The fuel injection in the injector is controlled based on the opening / closing operation of each solenoid valve. In FIG. 2, the solenoid valves V 1 , V 2 , and V 3 are separately provided for the injectors I 1 , I 2 , and I 3 , but in reality, the direct injection hydrogen injector I is shown. As shown in FIGS. 3A and 3B showing the cross-sectional structure of FIG. 1 , a solenoid valve is incorporated in each injector.

また、図2に示すように、本実施形態では、水素エンジン1の本体に対して、エンジン1の冷却水の水温を検出するための水温センサ18と、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサ19とが設けられている。また、吸気通路2には、吸気通路2内に流れる空気の温度を検出する吸気温センサ21が設けられ、他方、排気通路3には、作動室内の空燃比を算出すべく酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ(所謂λセンサ)22が設けられている。   As shown in FIG. 2, in the present embodiment, with respect to the main body of the hydrogen engine 1, a water temperature sensor 18 for detecting the coolant temperature of the engine 1 and an engine rotation for detecting the engine speed. A number sensor 19 is provided. The intake passage 2 is provided with an intake air temperature sensor 21 that detects the temperature of the air flowing in the intake passage 2, while the exhaust passage 3 detects an oxygen concentration so as to calculate the air-fuel ratio in the working chamber. For this purpose, an oxygen concentration sensor (so-called λ sensor) 22 is provided.

更に、図2に示すように、エンジン本体をなすロータハウジングHに設けられた直噴式水素インジェクタIと、吸気通路2に取り付けられたポート噴射式水素インジェクタIとは、水素供給管9を介して、気体水素を貯留する水素貯留タンク14に接続されている。また、一方、吸気通路2に取り付けられたポート噴射式ガソリンインジェクタIは、ガソリン供給管13を介して、ガソリン貯留タンク(不図示)に接続されている。水素貯留タンク14の排出口には、水素貯留タンク14から水素供給管9への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁15が設けられている。更に、水素供給管9内には、直噴式水素インジェクタI及びポート噴射式水素インジェクタIの各インジェクタに対する水素供給を制御するための遮断弁16が設けられている。また、更に、水素供給管9内には、遮断弁16と直噴式水素インジェクタIとの間に、水素貯留タンク14内の水素残量を算出すべく水素供給管9内の残圧を検出するための圧力センサ17が設けられている。 Further, as shown in FIG. 2, the direct injection hydrogen injector I 1 provided in the rotor housing H 1 constituting the engine body and the port injection hydrogen injector I 3 attached to the intake passage 2 include a hydrogen supply pipe 9. Is connected to a hydrogen storage tank 14 for storing gaseous hydrogen. On the other hand, the port injection type gasoline injector I 2 attached to the intake passage 2 is connected to a gasoline storage tank (not shown) via a gasoline supply pipe 13. The discharge port of the hydrogen storage tank 14 is provided with a stop valve 15 that is controlled to be opened and closed to control hydrogen discharge from the hydrogen storage tank 14 to the hydrogen supply pipe 9. Further, a shutoff valve 16 is provided in the hydrogen supply pipe 9 for controlling hydrogen supply to each of the direct injection type hydrogen injector I 1 and the port injection type hydrogen injector I 3 . Further, in the hydrogen supply pipe 9, the residual pressure in the hydrogen supply pipe 9 is detected between the shutoff valve 16 and the direct injection hydrogen injector I 1 in order to calculate the remaining amount of hydrogen in the hydrogen storage tank 14. A pressure sensor 17 is provided.

なお、特に図示しないが、水素エンジン1に関連する構成としては、吸気通路2内に設けられるエアクリーナ,吸入エア量を検出するエアフローセンサと、アクセルペダル(図示せず)の踏み込み量に応じて開閉されてエアを絞るスロットル弁,該スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ,エアの流れを安定化させるサージタンク等、及び、排気通路3内に設けられる排気ガス浄化触媒,排気温センサ等、並びに、水素供給通路9又はガソリン供給通路13内に設けられ、各種インジェクタへ供給される燃料の流量を検出する燃料流量計等、上記以外の構成が設けられる。   Although not particularly shown, the configuration related to the hydrogen engine 1 includes an air cleaner provided in the intake passage 2, an air flow sensor for detecting the intake air amount, and opening / closing according to the amount of depression of an accelerator pedal (not shown). Throttle valve that throttles air, a throttle opening sensor that detects the opening of the throttle valve, a surge tank that stabilizes the air flow, and an exhaust gas purification catalyst provided in the exhaust passage 3, an exhaust temperature sensor In addition, a configuration other than the above is provided, such as a fuel flow meter that is provided in the hydrogen supply passage 9 or the gasoline supply passage 13 and detects the flow rate of the fuel supplied to various injectors.

更に、図2に示すように、以上のような水素エンジン1及びそれに関連する構成を制御するコントロールユニット10が設けられている。このコントロールユニット10は、コンピュータからなる、水素エンジン1の総合的な制御装置であって、エアフローセンサによって検出される吸入エア量,水温センサ18によって検出されるエンジン水温,スロットル開度センサやアイドルスイッチ(アクセルペダル全閉時にオンされるスイッチであるが、ここでは不図示)によって検出されるスロットル開度,エンジン回転数センサ19によって検出されるエンジン回転数,排気温センサによって検出される排気温度,燃料流量計によって検出されるインジェクタへの燃料流量等の各種制御情報に基づいて、エンジン1の燃料噴射制御や点火時期調整制御などの各種制御を行うとともに、後で説明するインジェクタI,I,Iの駆動制御処理を行うようになっている。なお、このコントロールユニット10は、その内部に、マイクロコンピュータ(不図示)を有しており、各インジェクタI,I,Iの駆動制御を含む各種制御を行うに際して実行される補正,演算,判定等の処理は、そのマイクロコンピュータによってなされる。 Further, as shown in FIG. 2, a control unit 10 is provided for controlling the hydrogen engine 1 and the related configuration as described above. The control unit 10 is a comprehensive control device for the hydrogen engine 1 comprising a computer, and includes an intake air amount detected by an air flow sensor, an engine water temperature detected by a water temperature sensor 18, a throttle opening sensor, and an idle switch. (A switch that is turned on when the accelerator pedal is fully closed, but not shown here), the throttle opening detected by the engine speed sensor 19, the engine speed detected by the engine speed sensor, the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor, Various controls such as fuel injection control and ignition timing adjustment control of the engine 1 are performed based on various control information such as the fuel flow rate to the injector detected by the fuel flow meter, and injectors I 1 and I 2 described later. , and it performs the drive control processing of I 3. The control unit 10 has a microcomputer (not shown) therein, and correction and calculation executed when various controls including drive control of the injectors I 1 , I 2 , and I 3 are performed. Processing such as determination is performed by the microcomputer.

次に、コントロールユニット10により駆動制御される直噴式水素インジェクタIの構造について説明する。図3A及び3Bは、それぞれ、閉状態及び開状態にある直噴式水素インジェクタIを示す縦断面説明図である。この水素インジェクタIは、軸方向に沿って延びる気体通路4aを備えたインジェクタ本体4と、該インジェクタ本体4の気体通路4c内に設けられ、同じく軸方向に沿って延びる気体通路5aを備えたニードルバルブ5とを有している。 Next, the structure of the direct injection type hydrogen injector I 1 that is driven and controlled by the control unit 10 will be described. 3A and 3B are longitudinal sectional explanatory views showing the direct-injection hydrogen injector I 1 in a closed state and an open state, respectively. The hydrogen injector I 1 includes an injector body 4 having a gas passage 4a extending along the axial direction, and a gas passage 5a that is provided in the gas passage 4c of the injector body 4 and also extends along the axial direction. A needle valve 5.

インジェクタ本体4は、その一端側(図3A及び3Bにおける上端側)で水素供給管9に連通する一方、その他端側(図3A及び3Bにおける下端側)で噴射孔4bを構成しつつ水素エンジン1の内部空間に対向している。また、気体通路4a内に設けられるニードルバルブ5は、その一端側(図3A及び3Bにおける上端側)で気体通路4aの内周面に沿って摺動するように保持される一方、その他端側(図3A及び3Bにおける下端側)で、シール部5bを構成するとともに、該シール部5bの上流側に、気体通路5aから分岐しニードルバルブ5の側面で開口するように形成された複数の分岐通路5cを備えている。ニードルバルブ5のシール部5bに対応して、インジェクタ本体4の気体通路4a内には、噴射孔4bの上流側に弁座面4cが形成されている。ニードルバルブ5のシール部5bが弁座面4cに着座することで、インジェクタ本体4の噴射孔4bからの水素噴射が妨げられ、直噴式水素インジェクタIから水素エンジン1の作動室内への水素供給が停止される。 The injector body 4 communicates with the hydrogen supply pipe 9 at one end side (the upper end side in FIGS. 3A and 3B), and forms the injection hole 4b at the other end side (the lower end side in FIGS. 3A and 3B). It faces the internal space. Further, the needle valve 5 provided in the gas passage 4a is held so as to slide along the inner peripheral surface of the gas passage 4a on one end side (the upper end side in FIGS. 3A and 3B), while on the other end side. (The lower end side in FIGS. 3A and 3B) constitutes the seal portion 5b, and a plurality of branches formed so as to branch from the gas passage 5a and open at the side surface of the needle valve 5 on the upstream side of the seal portion 5b. A passage 5c is provided. Corresponding to the seal portion 5b of the needle valve 5, a valve seat surface 4c is formed in the gas passage 4a of the injector body 4 on the upstream side of the injection hole 4b. By sealing portion 5b of the needle valve 5 is seated on the valve seat surface 4c, hydrogen injection from the injection hole 4b of the injector body 4 is prevented and the hydrogen supply from the direct-injection hydrogen injector I 1 to the working chamber of the hydrogen engine 1 Is stopped.

また、ニードルバルブ5には、磁性体(不図示)が取り付けられる一方、インジェクタ本体4には、気体通路4aの周囲に、ニードルバルブ5とともに電磁弁Vを構成するソレノイドコイル6が組み込まれている。かかる構成を備えることにより、直噴式水素インジェクタIでは、ソレノイドコイル6への駆動電流の供給に際して、ニードルバルブ5が、該インジェクタ本体4の気体通路4cに沿って上方へシフトさせられる。ニードルバルブ5の移動範囲内においては、駆動電流を大きくなるにつれ、ニードルバルブ5の上方へのシフト量が大きくなる。 A magnetic body (not shown) is attached to the needle valve 5, while a solenoid coil 6 that constitutes the electromagnetic valve V 1 together with the needle valve 5 is incorporated in the injector body 4 around the gas passage 4 a. Yes. By providing such a configuration, in the direct injection hydrogen injector I 1 , the needle valve 5 is shifted upward along the gas passage 4 c of the injector body 4 when supplying the drive current to the solenoid coil 6. Within the moving range of the needle valve 5, the amount of shift upward of the needle valve 5 increases as the drive current increases.

すなわち、駆動電流がソレノイドコイル6に供給されていない状態では、ニードルバルブ5のシール部5bが、インジェクタ本体4の気体通路4a内に形成された弁座面4cに着座することで、電磁弁Vが閉じ(図3A参照)、他方、駆動電流がソレノイドコイル6に供給されている状態では、ニードルバルブ5のシール部5bが弁座面4cから離間することで、電磁弁Vが開く(図3B参照)。電磁弁Vが開いた状態では、図3B中の破線の矢印で示すように、気体水素が、インジェクタ本体4の気体通路4a,ニードルバルブ5の気体通路5a,ニードルバルブ5の分岐通路5c,インジェクタ本体4の気体通路4a,インジェクタ本体4の噴射孔4bの順に流れ、インジェクタ本体4の噴射孔4bから噴射されることとなる。 That is, in a state where the drive current is not supplied to the solenoid coil 6, the seal portion 5 b of the needle valve 5 is seated on the valve seat surface 4 c formed in the gas passage 4 a of the injector body 4, thereby 1 is closed (see FIG. 3A), while in the state in which the driving current is supplied to the solenoid coil 6, that the seal portion 5b of the needle valve 5 is separated from the valve seat surface 4c, the solenoid valve V 2 is opened ( (See FIG. 3B). In a state where the solenoid valve V 2 is opened, as indicated by broken line arrow in FIG. 3B, gaseous hydrogen is a gas passage 4a of the injector body 4, the gas passage 5a of the needle valve 5, the branch passage 5c of the needle valve 5, The gas flows in the order of the gas passage 4 a of the injector body 4 and the injection hole 4 b of the injector body 4, and is injected from the injection hole 4 b of the injector body 4.

かかる構成を備えた直噴式水素インジェクタIにおける気体水素の噴射タイミング及び噴射量は、マイクロコンピュータを含むコントロールユニット10によって制御される。より詳しくは、コントロールユニット10は、エアフローメータ,スロットルセンサ,圧力センサ17,水温センサ18及びエンジン回転数センサ19等の各種センサから検出される信号に基づき、直噴式水素インジェクタIへ出力するパルスのタイミング及びそのバルス幅、つまり、電磁弁Vの開弁タイミング及び開弁時間を算出するようにして、気体水素の噴射タイミング及び噴射量を制御する。 The injection timing and the injection amount of gaseous hydrogen in the direct injection hydrogen injector I 1 having such a configuration are controlled by a control unit 10 including a microcomputer. More specifically, the control unit 10 outputs a pulse to be output to the direct injection hydrogen injector I 1 based on signals detected from various sensors such as an air flow meter, a throttle sensor, a pressure sensor 17, a water temperature sensor 18, and an engine speed sensor 19. timing and BALS width, i.e., so as to calculate the opening timing and opening time of the solenoid valve V 1, to control the injection timing and injection amount of gaseous hydrogen.

なお、ここでは、ロータハウジングHに設けられた直噴式水素インジェクタIを取り上げて説明したが、本実施形態では、吸気通路2に取り付けられるポート噴射式水素インジェクタIとしても、同じ構成を有するものが用いられている。 Here, the direct injection type hydrogen injector I 1 provided in the rotor housing H 1 has been described. However, in this embodiment, the port injection type hydrogen injector I 3 attached to the intake passage 2 has the same configuration. What you have is used.

続いて、水素エンジン1において、前述した構造を備えた水素インジェクタ(直噴式水素インジェクタI及びポート噴射式水素インジェクタI)がエンジン回転数センサ19により検出されるエンジン回転数に応じて使い分けられ、また、その噴射タイミングが変更される、コントロールユニット10による制御について説明する。図4は、各エンジン回転数に応じて採用される水素インジェクタ及びその噴射タイミングをあらわす説明図である。まず、低回転領域(800〜2500rpm程度)では、直噴式水素インジェクタIが採用され、圧縮行程での噴射が実行される。ここでは、吸気行程中に体積が大きい気体水素を供給すると、水素のボリュームでエアが吸気ポート2aを介して作動室に十分に入らないという問題に対処して、吸気行程が済んだ後、圧縮行程時に、気体水素が供給され、燃料の充填効率の低下が抑制される。 Subsequently, in the hydrogen engine 1, hydrogen injectors (direct injection type hydrogen injector I 1 and port injection type hydrogen injector I 3 ) having the above-described structure are selectively used according to the engine speed detected by the engine speed sensor 19. The control by the control unit 10 in which the injection timing is changed will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a hydrogen injector adopted according to each engine speed and its injection timing. First, in the low rotation region (about 800 to 2500 rpm), the direct injection type hydrogen injector I 1 is employed, and injection in the compression stroke is executed. Here, when gaseous hydrogen with a large volume is supplied during the intake stroke, the problem is that the volume of hydrogen does not allow air to sufficiently enter the working chamber via the intake port 2a. During the stroke, gaseous hydrogen is supplied, and a decrease in fuel charging efficiency is suppressed.

また、中回転領域(2500〜5000rpm程度)では、直噴式水素インジェクタIが採用され、吸気行程での噴射が実行される。ここでは、気体水素とエアとが分離したまま点火が行われると、異常燃焼が生じるという問題に対処して、吸気行程の早い段階で直噴式水素インジェクタIから気体水素が噴射され、ミキシング時間が確保されることで、気体水素とエアとのミキシング性が向上させられる。 Further, in the middle speed region (approximately 2500~5000Rpm), it is adopted direct-injection hydrogen injector I 1, is executed injection in the intake stroke. Here, in order to cope with the problem that abnormal combustion occurs when ignition is performed with the gaseous hydrogen and air separated, the gaseous hydrogen is injected from the direct injection hydrogen injector I 1 at an early stage of the intake stroke, and the mixing time is reached. By ensuring this, the mixing property of gaseous hydrogen and air is improved.

最後に、高回転領域(5000〜7000rpm程度)では、直噴式水素インジェクタI及びポート噴射式水素インジェクタIが併用される。ここでは、気体水素とエアとのミキシング性を向上させるべく、ポート噴射式水素インジェクタIが用いられ、予混合噴射が実行されると同時に、トルク低下を抑制すべく、直噴式水素インジェクタIが用いられ、圧縮行程での噴射が実行される。一例として、水素供給量の割合は、ポート噴射式水素インジェクタIからの供給量が80%であり、直噴式水素インジェクタIからの供給量が20%である。 Finally, in the high rotation region (about 5000~7000Rpm), the direct-injection hydrogen injector I 1 and the port-injection hydrogen injector I 3 are combined. Here, the port injection type hydrogen injector I 3 is used to improve the mixing property between gaseous hydrogen and air, and the premixed injection is executed. At the same time, the direct injection type hydrogen injector I 1 is used to suppress the torque drop. Are used to perform injection in the compression stroke. As an example, the ratio of hydrogen feed is 80% the amount supplied from the port injection hydrogen injector I 3, the supply amount from the direct-injection hydrogen injector I 1 is 20%.

ところで、従来の直噴式水素インジェクタを備えたエンジンでは、気体水素の燃焼に伴い生じる水分が外気温の低下に伴い氷結し、該直噴式水素インジェクタに付着して、その動作を妨げるおそれがあったが、本実施形態では、氷結の可能性のある水素エンジン1の低温始動時に、直噴式水素インジェクタIへ出力するパルスに対応して直噴式水素インジェクタIへ供給される駆動電流として、通常時(低温始動時以外)に供給される電流よりも大きな駆動電流が用いられることで、かかる問題が回避される。 By the way, in the engine equipped with the conventional direct injection type hydrogen injector, the water generated by the combustion of gaseous hydrogen is frozen as the outside air temperature decreases, and it adheres to the direct injection type hydrogen injector and may hinder its operation. but in the present embodiment, the cold start of the hydrogen engine 1 with a potential icing, as the drive current supplied in response to a pulse output to the direct-injection hydrogen injector I 1 to direct-injection hydrogen injector I 1, usually Such a problem is avoided by using a drive current larger than the current supplied at the time (other than during cold start).

より具体的に、直噴式水素インジェクタIに対して、通常時に供給されるパルス及びそれに対応する駆動電流の波形と、低温始動時に供給される氷結解消用のパルス及びそれに対応する駆動電流の波形とを比較する。まず、図5A及び5Bは、それぞれ、通常時に供給される噴射指示信号及び駆動電流の波形をあらわす図である。図5Aから分かるように、通常時には、噴射指示信号として、パルス幅WのパルスPが電磁弁Vのソレノイドコイル6に供給される。 More specifically, with respect to the direct injection type hydrogen injector I 1 , a pulse supplied at normal time and a waveform of a driving current corresponding thereto, a pulse for freezing freezing supplied at a low temperature start and a waveform of the driving current corresponding thereto. And compare. First, FIGS. 5A and 5B are diagrams showing waveforms of an injection instruction signal and a drive current supplied in a normal state, respectively. As can be seen from FIG. 5A, in a normal state, a pulse P 1 having a pulse width W 1 is supplied to the solenoid coil 6 of the solenoid valve V 1 as an injection instruction signal.

パルス幅WのパルスPに対応する駆動電流は、図5Bに示すように、噴射指示信号の供給直後に大きく立ち上がり、ピークを形成している。本実施形態では、電磁弁Vの操作電源として交流が用いられており、このピークは、操作電源として交流が用いられる電磁弁Vに関し、ソレノイドコイル6に通電した瞬間に大きな電流が流れる特性に基づき発生するものである。つまり、このピークに対応する電流iは、閉状態にある電磁弁Vを開動作させるための電流(所謂起動電流)である。駆動電流はそのピーク以降で起動電流よりも低いレベルに安定して保持される。この安定した電流iは、電磁弁Vを開状態に保持するための電流(所謂保持電流)である。 As shown in FIG. 5B, the drive current corresponding to the pulse P 1 having the pulse width W 1 rises greatly immediately after the injection instruction signal is supplied, and forms a peak. In the present embodiment, alternating current is used as the operation power source of the electromagnetic valve V 1 , and this peak is a characteristic that a large current flows at the moment when the solenoid coil 6 is energized with respect to the electromagnetic valve V 1 using alternating current as the operation power source. It occurs based on. That is, the current i 1 corresponding to this peak is a current (so-called starting current) for opening the electromagnetic valve V 1 in the closed state. The driving current is stably held at a level lower than the starting current after the peak. This stable current i 2 is a current (so-called holding current) for holding the electromagnetic valve V 1 in the open state.

パルス幅WのパルスPに対応して、図5Bに示すような駆動電流が供給される間、直噴式水素インジェクタIにおける電磁弁Vが開状態に保持され、直噴式水素インジェクタIから水素エンジン1の作動室内への水素供給が継続される。 Corresponding to the pulse P 1 having the pulse width W 1, while the drive current as shown in FIG. 5B is supplied, the solenoid valve V 1 in the direct injection hydrogen injector I 1 is held open, and the direct injection hydrogen injector I 1 the hydrogen supply to the working chamber of the hydrogen engine 1 is continued from.

また、一方、図6A及び6Bは、それぞれ、低温始動時に供給される氷結解消用の噴射指示信号及び駆動電流の波形をあらわす図である。図6Aから分かるように、低温始動時には、噴射指示信号として、まず、比較的短いパルス幅WのパルスPが電磁弁Vのソレノイドコイル6に供給され、その後、所定の時間間隔を隔てて、図6Aに示す通常時と同様のパルス幅WのパルスPが供給される。 On the other hand, FIGS. 6A and 6B are diagrams respectively showing the waveform of the injection instruction signal for eliminating icing and the drive current supplied at the time of cold start. As can be seen from FIG. 6A, at the time of low temperature start, a pulse P 0 having a relatively short pulse width W 0 is first supplied to the solenoid coil 6 of the solenoid valve V 1 as an injection instruction signal, and thereafter, at a predetermined time interval. Thus, the pulse P 1 having the same pulse width W 1 as that shown in FIG. 6A is supplied.

まず、パルス幅WのパルスPに対応する駆動電流は、図6Bに示すように、パルス幅WのパルスPの供給直後に大きく立ち上がり、電流iに対応するピークを形成している。その後、パルスPのパルス幅Wが短いため、電流が安定する前に、その供給が停止される。また、所定の時間間隔を隔てて供給されるパルス幅WのパルスPに対応する駆動電流については、図6Bを参照して説明した場合と同様である。図6Bからよく分かるように、ここでは、低温始動時に供給される駆動電流のピークに対応する電流iが、それ以降に供給される駆動電流のピークに対応する電流iよりも大きくなるように、各パルスP及びPに対応する駆動電流が制御される。一例として、気温−8℃において、ピークに対応する電流iは7アンペア(A)、電流iが9アンペア(A)になるように、駆動電流が制御される。 First, the driving current corresponding to the pulse P 0 of the pulse width W 0, as shown in FIG. 6B, a rising increase immediately after the supply of the pulse P 0 of the pulse width W 0, to form a peak corresponding to the current i 0 Yes. Then, since the pulse width W 0 of the pulse P 0 is short, before the current is stabilized, the supply is stopped. Further, the drive current corresponding to the pulse P 1 having the pulse width W 1 supplied at a predetermined time interval is the same as that described with reference to FIG. 6B. As can be seen from FIG. 6B, here, the current i 0 corresponding to the peak of the drive current supplied at the time of the cold start is larger than the current i 1 corresponding to the peak of the drive current supplied thereafter. In addition, the drive current corresponding to each of the pulses P 1 and P 2 is controlled. As an example, at a temperature of −8 ° C., the drive current is controlled so that the current i 1 corresponding to the peak is 7 amperes (A) and the current i 0 is 9 amperes (A).

パルス幅WのパルスP及びパルス幅WのパルスPに対応して、図6Bに示すような駆動電流が供給されると、まず、パルスPに対応して、通常時より大きい駆動電流が供給されることにより発熱作用がもたらされ、氷結の溶解が促進される。この場合、パルスPのパルス幅Wが短く、電磁弁Vは一旦開状態になるものの、即時に閉じられるため、直噴式水素インジェクタIから水素エンジン1の作動室内への水素供給は抑制される。その後、パルスPに対応して、駆動電流が供給される間、通常時と同様に、直噴式水素インジェクタIの電磁弁Vが開状態に保持され、直噴式水素インジェクタIから水素エンジン1の作動室内への水素供給が継続される。 In response to the pulse P 0 and the pulse P 1 having a pulse width W 1 of the pulse width W 0, when the driving current as shown in FIG. 6B is supplied, firstly, in response to the pulse P 0, greater than normal Supplying a driving current brings about an exothermic effect and promotes melting of freezing. In this case, short pulse width W 0 of the pulse P 0, although the electromagnetic valve V 1 was made once opened, since the closed immediately, the hydrogen supply from the direct-injection hydrogen injector I 1 to the working chamber of the hydrogen engine 1 It is suppressed. Then, in response to pulses P 1, while the drive current is supplied, as in normal, the solenoid valve V 1 of the direct-injection hydrogen injector I 1 is held in the open state, the hydrogen from the direct-injection hydrogen injector I 1 Hydrogen supply into the working chamber of the engine 1 is continued.

このように、低温始動時には、直噴式水素インジェクタIに供給する駆動電流として、低温始動時以外の通常時に用いる駆動電流よりも大きな駆動電流を用いることで、発熱作用をもたらし、氷結の溶解を促進することができる。また、駆動電流を一時的に大きくすることで、作動室への気体水素の供給が抑制され、作動室内の空燃比が不安定になることはなく、低温始動時に、安定したエンジン始動性を確保しつつ、直噴式水素インジェクタIにおける氷結を解消することができる。 Thus, at the time of low temperature start, the drive current supplied to the direct injection hydrogen injector I 1 is larger than the drive current used at normal time other than at the time of low temperature start. Can be promoted. Also, by temporarily increasing the drive current, the supply of gaseous hydrogen to the working chamber is suppressed, and the air-fuel ratio in the working chamber will not become unstable, ensuring stable engine startability at low temperature start However, freezing in the direct injection hydrogen injector I 1 can be eliminated.

また、本実施形態では、低温始動時に駆動電流を制御する際に、直噴式水素インジェクタIの氷結状態に関するパラメータ、例えば吸気温度や外気温度を考慮する。図7に、吸気温度と低温始動時に用いられる駆動電流との相対関係をあらわすマップの一例を示す。低温始動時には、このマップに基づき、すなわち、検出された吸気温度に対応する駆動電流(増大分を含む)が抽出されることで、駆動電流の増大の度合いが補正される。この図から明らかなように、曲線をなすマップに基づき、吸気温度が低いほど、直噴式水素インジェクタIの氷結状態が厳しいとして、駆動電流が大きくなるように、他方、吸気温度が高いほど、直噴式水素インジェクタIの氷結状態が軽いとして、駆動電流が小さくなるように、駆動電流の増大の度合いが補正される。 Further, in the present embodiment, consider when controlling the drive current during cold start parameters relating frozen state of the direct-injection hydrogen injector I 1, for example, the intake air temperature and outside air temperature. FIG. 7 shows an example of a map representing the relative relationship between the intake air temperature and the drive current used at the time of cold start. At the time of cold start, the degree of increase in the drive current is corrected based on this map, that is, the drive current (including the increase) corresponding to the detected intake air temperature is extracted. As apparent from the figure, based on the map curvilinear, the lower the intake air temperature, and the frozen state of the direct-injection hydrogen injector I 1 is severe, so that the driving current increases, the other, the higher the intake air temperature, Assuming that the icing state of the direct injection hydrogen injector I 1 is light, the degree of increase in the drive current is corrected so that the drive current is reduced.

このように、直噴式水素インジェクタIの氷結状態に関するパラメータに応じて駆動電流の増大の度合いが補正されるため、良好なエンジンの始動性をより確実に確保することができる。また、各パラメータに応じた駆動電流の増大を必要最小限に抑制するようなマップを用いることにより、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制し、例えばエンジンスターター用の電圧等のエンジン始動時に電源電圧を要する他の構成への電圧を確保することができる。 As described above, since the degree of increase in the drive current is corrected according to the parameter relating to the icing state of the direct injection hydrogen injector I 1 , it is possible to more reliably ensure good engine startability. In addition, by using a map that suppresses the increase in drive current according to each parameter to the minimum necessary, it is possible to suppress a decrease in the power supply voltage at the time of starting the engine. Therefore, it is possible to secure a voltage to other components that require the above.

更に、本実施形態では、直噴式水素インジェクタIへ増大させられた駆動電流を供給するに際して、その水素インジェクタIの上流側に配設された遮断弁16が閉状態にされることで、気体水素が過剰に供給されることが防止される。また、直噴式水素インジェクタIへ増大させられた駆動電流を供給するに際して、点火が停止されることで、仮に気体水素が過剰に供給された場合にも、作動室E,E,E内で混合気が異常燃焼することが防止される。これに関連して、図8には、低温始動時に供給される氷結解消用の噴射指示信号,遮断弁開閉指示信号及び点火指示信号のタイムチャートを示す。なお、ここで、氷結解消用の噴射指示信号とは、図6Aに示す信号と同じものである。 Furthermore, in this embodiment, when supplying the increased driving current to the direct injection hydrogen injector I 1 , the shutoff valve 16 disposed on the upstream side of the hydrogen injector I 1 is closed, An excessive supply of gaseous hydrogen is prevented. Further, when the increased driving current is supplied to the direct injection hydrogen injector I 1 , the ignition is stopped, so that even if gaseous hydrogen is excessively supplied, the working chambers E 1 , E 2 , E It is possible to prevent the air-fuel mixture from burning abnormally within 3 . In relation to this, FIG. 8 shows a time chart of an injection instruction signal for eliminating icing, a shut-off valve opening / closing instruction signal, and an ignition instruction signal supplied at a low temperature start. Here, the injection instruction signal for eliminating icing is the same as the signal shown in FIG. 6A.

図8に示すように、直噴式水素インジェクタIの上流側に配設された遮断弁16の開閉を指示する遮断弁開閉指示信号は、直噴式水素インジェクタIに対する噴射指示信号としてパルスPが出力される間に、すなわち、直噴式水素インジェクタIに増大させられた駆動電流が供給される間に、遮断弁16を閉じるようにオフされる。そして、遮断弁開閉指示信号は、直噴式水素インジェクタIに対する噴射指示信号としてパルスPが出力される前に、遮断弁16を開くようにオンされる。これにより、増大させられた駆動電流が供給される間に、気体水素が作動室内に過剰に供給されることが防止される。 As shown in FIG. 8, shut-off valve closing instruction signal for instructing an opening and closing of the shut-off valve 16 disposed on the upstream side of the direct-injection hydrogen injector I 1, the pulse P 0 as the injection instruction signal to the direct-injection hydrogen injector I 1 Is output, that is, while the increased drive current is supplied to the direct injection hydrogen injector I 1 , the shutoff valve 16 is turned off to close. The shut-off valve closing instruction signal, before the pulse P 1 is outputted as the injection instruction signal to the direct-injection hydrogen injector I 1, is turned on to open the shut-off valve 16. This prevents excessive supply of gaseous hydrogen into the working chamber while the increased drive current is supplied.

他方、点火プラグ7の点火を指示する点火指示信号は、直噴式水素インジェクタIに増大させられた駆動電流が供給される間に、点火が停止されるようにオフされる。そして、点火指示信号は、直噴式水素インジェクタIに対する噴射指示信号としてパルスPが出力される前に、点火が行われるようにオンされる。これにより、仮に気体水素が作動室内に過剰に供給された場合にも、作動室内で混合気が異常燃焼することが防止される。 On the other hand, the ignition instruction signal instructing the ignition of the spark plug 7, while the drive current is increased to direct-injection hydrogen injector I 1 is supplied, the ignition is turned off so as to stop. Then, the ignition instruction signal, before the pulse P 1 is outputted as the injection instruction signal to the direct-injection hydrogen injector I 1, is turned on so ignition is performed. Thereby, even if gaseous hydrogen is excessively supplied into the working chamber, the air-fuel mixture is prevented from abnormally burning in the working chamber.

なお、ここでは、水素エンジン1の低温始動時に、遮断弁16が閉じられ、また、点火が抑制されることで、作動室内への気体水素の供給が抑制され、また、混合気の異常燃焼が防止されたが、これに限定されることなく、例えば、水素エンジン1の停止時に、遮断弁16を閉状態にするとともに、水素エンジン1における作動室内の混合気に対する点火を停止することで、遮断弁16の下流側での気体水素の掃気を達成するようにしてもよい。これによれば、その後の水素エンジン1の低温始動時に、増大させられた駆動電流の供給に際して、作動室内への気体水素の供給量が抑制され、気体水素が過剰に供給されることが防止される。   Here, when the hydrogen engine 1 is started at a low temperature, the shutoff valve 16 is closed and ignition is suppressed, so that the supply of gaseous hydrogen into the working chamber is suppressed, and abnormal combustion of the air-fuel mixture is prevented. However, the present invention is not limited to this. For example, when the hydrogen engine 1 is stopped, the shutoff valve 16 is closed and the ignition of the air-fuel mixture in the working chamber of the hydrogen engine 1 is stopped. Gaseous hydrogen scavenging downstream of the valve 16 may be achieved. According to this, at the time of low temperature start of the hydrogen engine 1 thereafter, when supplying the increased drive current, the supply amount of gaseous hydrogen into the working chamber is suppressed, and excessive supply of gaseous hydrogen is prevented. The

図9は、コントロールユニット10により実行されるインジェクタ駆動制御処理についてのフローチャートである。この処理では、まず、例えば図2に示す水素エンジン1に関連する構成により検出された各種信号が読み込まれ(#11)、それらの信号に基づき、水素エンジン1が停止されたか否か、すなわちイグニションがオフされたか否かが判断される(#12)。その結果、水素エンジン1が停止されていないと判断された場合には、ステップ#20へ進み、他方、水素エンジン1が停止されたと判断された場合には、ステップ#13へ進む。   FIG. 9 is a flowchart of the injector drive control process executed by the control unit 10. In this process, first, for example, various signals detected by the configuration related to the hydrogen engine 1 shown in FIG. 2 are read (# 11), and based on these signals, whether or not the hydrogen engine 1 is stopped, that is, an ignition. It is determined whether or not is turned off (# 12). As a result, if it is determined that the hydrogen engine 1 is not stopped, the process proceeds to step # 20. On the other hand, if it is determined that the hydrogen engine 1 is stopped, the process proceeds to step # 13.

ステップ#13においては、遮断弁16が閉じられ、また、その後、直噴式水素インジェクタIがその開状態が継続されるように制御され(#14)、更に、点火プラグ7による点火が停止される(#15)。ステップ#13〜15によれば、遮断弁16の下流側での気体水素の掃気が達成され、これにより、直噴式水素インジェクタIに増大させられた駆動電流が供給されるに際して、作動室内への気体水素の供給量が抑制され、気体水素が過剰に供給されることが防止される。かかる一連の制御ステップの後、カウンタが1だけ増大させられる(C→C+1)(#16)。 In step # 13, the shutoff valve 16 is closed, also then be controlled so that the direct-injection hydrogen injector I 1 is the open state is continued its (# 14), further, the ignition by the spark plug 7 is stopped (# 15). According to Steps # 13 to # 15, scavenging of gaseous hydrogen is achieved on the downstream side of the shutoff valve 16, whereby when the increased drive current is supplied to the direct injection hydrogen injector I 1 , The supply amount of gaseous hydrogen is suppressed, and excessive supply of gaseous hydrogen is prevented. After such a series of control steps, the counter is incremented by 1 (C → C + 1) (# 16).

続いて、カウンタCは所定値αより大きいか否かが判断され(#17)、その結果、Cがα以下であると判断された場合には、即時にリターンされ、他方、カウンタCがαより大きいと判断された場合には、引き続き、直噴式水素インジェクタIが閉じられ(#18)、カウンタCがリセットされる(C→0)(#19)。以上、ステップ#13〜#19の処理により、水素エンジン1の停止から所定時間にわたって遮断弁16下流の気体水素の掃気が行われる。 Subsequently, it is determined whether or not the counter C is larger than the predetermined value α (# 17). As a result, if it is determined that C is equal to or less than α, the process immediately returns, while the counter C is set to α. If it is determined that greater than, subsequently, direct-injection hydrogen injector I 1 is closed (# 18), the counter C is reset (C → 0) (# 19). As described above, the processes of steps # 13 to # 19 scavenge gaseous hydrogen downstream of the shutoff valve 16 for a predetermined time after the hydrogen engine 1 is stopped.

また、一方、ステップ#12の結果、水素エンジン1が停止されていないと判断された場合には、ステップ#20において、エンジン始動時であるか否かが判断される。その結果、エンジン始動時でないと判断された場合には、ステップ#28へ進む。ステップ#28以降では、噴射式水素インジェクタIが通常時の駆動電流(図5B参照)により制御されることとなる。他方、エンジン始動時であると判断された場合には、引き続き、吸気温度が所定値未満であるか否かが判断される(#21)。その結果、吸気温度が所定値以上であると判断された場合には、ステップ#21へ進み、他方、吸気温度が所定値未満であると判断された場合には、直噴式水素インジェクタI用の駆動電流が、図7に示すマップに基づき、吸気温度に応じた駆動電流に設定される(#22)。 On the other hand, if it is determined in step # 12 that the hydrogen engine 1 has not been stopped, it is determined in step # 20 whether or not the engine has been started. As a result, if it is determined that the engine is not started, the process proceeds to step # 28. In step # 28 and subsequent, so that the injection hydrogen injector I 1 is controlled by a driving current in normal (see FIG. 5B). On the other hand, if it is determined that the engine is being started, it is subsequently determined whether or not the intake air temperature is less than a predetermined value (# 21). As a result, when the intake air temperature is determined to be equal to or greater than the predetermined value, the process proceeds to step # 21, on the other hand, when the intake air temperature is determined to be less than the predetermined value, direct-injection hydrogen injector I for 1 Is set to a drive current corresponding to the intake air temperature based on the map shown in FIG. 7 (# 22).

ステップ#22の後、直噴式水素インジェクタI用の駆動電流の増大がエンジン始動後に既に1回実行されたか否かをあらわすフラグ(FLAG)が確認され、フラグが1であると判断された場合には、駆動電流の増大が既に1回実行されたとして、ステップ#28へ進み、他方、フラグが0であると判断された場合には、駆動電流の増大が未だ実行されていないとして、引き続き、遮断弁16が閉じられる(#24)。 After the step # 22, if the increase in the driving current of the direct-injection hydrogen injector I for 1 is flag (FLAG) confirmation indicating whether it is already running once after engine start, the flag is determined to be 1 If the increase of the drive current has already been executed once, the process proceeds to step # 28. On the other hand, if it is determined that the flag is 0, the increase in the drive current has not been executed yet and the process continues. The shut-off valve 16 is closed (# 24).

ステップ#24の後、直噴式水素インジェクタI用の駆動電流が増大させられ(#25)、更に、点火プラグ7の点火が停止される(#26)。ステップ#25及び26の後、直噴式水素インジェクタI用の駆動電流の増大がエンジン始動後に既に実行されたか否かをあらわすフラグが1とされる(#27)。以上で処理がリターンされる。 After the step # 24, the driving current of the direct-injection hydrogen injector I for 1 is increased (# 25), further, the ignition of the spark plug 7 is stopped (# 26). After Step # 25 and 26, a flag increases the driving current of the direct-injection hydrogen injector I for 1 indicating whether been executed already after engine startup is set to 1 (# 27). The process is returned as above.

ステップ#28以降においては、まず、遮断弁16が閉じられ(#28)、直噴式水素インジェクタI用の駆動電流が、通常時の駆動電流に設定され(#29)、更に、点火プラグ7の点火が実行される(#30)ことにより、噴射式水素インジェクタIが通常の駆動電流で制御されることとなる。以上で処理がリターンされる。 In step # 28 and subsequent, firstly, the shutoff valve 16 is closed (# 28), the drive current of the direct-injection hydrogen injector I for 1 is set to the driving current in normal (# 29), further, the spark plug 7 ignition is performed by (# 30), it becomes possible to injection hydrogen injector I 1 is controlled by the normal drive current. The process is returned as above.

以上の説明から明らかなように、水素エンジン1の停止後に、気体水素の燃焼に伴い発生した水分が直噴式水素インジェクタIの先端付近に氷結した状態からエンジン1を再始動する場合に、直噴式水素インジェクタIに供給される駆動電流を増大させ、発熱作用をもたらし、氷結を解消することで、直噴式水素インジェクタIを正常に開動作させることができ、エンジンの始動性を確保することができる。また、駆動電流を一時的に大きくすることで、作動室への気体水素の供給が抑制され、作動室内の空燃比が不安定になることはなく、低温始動時に、安定したエンジン始動性を確保しつつ、直噴式水素インジェクタIにおける氷結を解消することができる。 As is apparent from the above description, when the engine 1 is restarted from the state where water generated by combustion of gaseous hydrogen is frozen near the tip of the direct injection hydrogen injector I 1 after the hydrogen engine 1 is stopped. By increasing the drive current supplied to the injection-type hydrogen injector I 1 , bringing about a heat generation effect and eliminating icing, the direct-injection-type hydrogen injector I 1 can be normally opened to ensure engine startability. be able to. Also, by temporarily increasing the drive current, the supply of gaseous hydrogen to the working chamber is suppressed, and the air-fuel ratio in the working chamber will not become unstable, ensuring stable engine startability at low temperature start However, freezing in the direct injection hydrogen injector I 1 can be eliminated.

なお、本発明は、例示された実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態では、図6A及び6Bに示すように、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制すべく、増大させられた駆動電流の供給回数が1回に止められたが、これに限定されることなく、外気温度や吸気温度が極めて低い場合には、氷結状態が極めて厳しいと判断されるため、増大させられた駆動電流を複数回供給するようにしてもよい。また、前述した実施形態では、水素エンジン1として、ロータリエンジンが取り上げられたが、これに限定されることはなく、本発明は、レシプロエンジンにも適用可能である。   It should be noted that the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and it goes without saying that various improvements and design changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6B, the number of times of supply of the increased drive current is stopped once in order to suppress the power supply voltage drop at the time of starting the engine. However, when the outside air temperature and the intake air temperature are extremely low, it is determined that the icing state is extremely severe, and thus the increased drive current may be supplied a plurality of times. In the above-described embodiment, the rotary engine is taken up as the hydrogen engine 1, but the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a reciprocating engine.

本発明に係る直噴式水素エンジンの制御装置は、自動車等の車両を含み、駆動電流の供給により開閉制御され、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタを備えたエンジンが搭載されるものであれば、いかなるものにも適用可能である。   A control device for a direct injection hydrogen engine according to the present invention includes a vehicle such as an automobile, and is equipped with an engine equipped with a hydrogen injector that is controlled to open and close by supplying a drive current and injects gaseous hydrogen directly into a working chamber. Anything can be applied.

本発明の実施形態に係る水素エンジンを概略的にあらわす図である。1 is a diagram schematically showing a hydrogen engine according to an embodiment of the present invention. 上記水素エンジン及びそれに関連する構成を概念的にあらわす図である。FIG. 2 is a diagram conceptually showing the hydrogen engine and a configuration related to the hydrogen engine. 閉状態にある水素インジェクタを示す縦断面説明図である。It is longitudinal cross-sectional explanatory drawing which shows the hydrogen injector in a closed state. 開状態にある水素インジェクタを示す縦断面説明図である。It is longitudinal cross-sectional explanatory drawing which shows the hydrogen injector in an open state. 各エンジン回転数に応じて採用される水素インジェクタ及びその噴射タイミングをあらわす説明図である。It is explanatory drawing showing the hydrogen injector employ | adopted according to each engine speed, and its injection timing. 通常時に供給される噴射指示信号をあらわす図である。It is a figure showing the injection instruction signal supplied at the normal time. 図5Aの噴射指示信号に対応した駆動電流波形をあらわす図である。It is a figure showing the drive current waveform corresponding to the injection directions signal of Drawing 5A. 低温始動時に供給される氷結解消用の噴射指示信号をあらわす図である。It is a figure showing the injection instruction signal for the freezing of ice supplied at the time of low temperature starting. 図6Aの噴射指示信号に対応した駆動電流波形をあらわす図である。It is a figure showing the drive current waveform corresponding to the injection directions signal of Drawing 6A. 吸気温度と駆動電流との相対関係をあらわすマップである。It is a map showing the relative relationship between intake air temperature and drive current. 低温始動時に供給される氷結解消用の噴射指示信号,遮断弁開閉指示信号及び点火指示信号のタイムチャートである。5 is a time chart of an injection instruction signal for eliminating icing, a shutoff valve opening / closing instruction signal, and an ignition instruction signal supplied at a low temperature start. 水素エンジンの制御装置により実行されるインジェクタ駆動制御処理についてのフローチャートである。It is a flowchart about the injector drive control process performed by the control apparatus of a hydrogen engine.

符号の説明Explanation of symbols

1…エンジン本体,2…吸気通路,3…排気通路,4…インジェクタ本体,5…ニードルバルブ,6…ソレノイドコイル,7…点火プラグ,9…水素供給通路,10…コントロールユニット,13…ガソリン供給通路,14…水素貯留タンク,15…停止弁,16…遮断弁,17…圧力センサ,18…水温センサ,19…エンジン回転数センサ,21…吸気温センサ,22…酸素濃度センサ,I…直噴式水素インジェクタ,I…ポート噴射式ガソリンインジェクタ,I…ポート噴射式水素インジェクタ,V,V,V…電磁弁。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine main body, 2 ... Intake passage, 3 ... Exhaust passage, 4 ... Injector main body, 5 ... Needle valve, 6 ... Solenoid coil, 7 ... Spark plug, 9 ... Hydrogen supply passage, 10 ... Control unit, 13 ... Gasoline supply passage, 14 ... hydrogen storage tank, 15 ... stop valve, 16 ... shutoff valve, 17 ... pressure sensor, 18 ... water temperature sensor, 19 ... engine speed sensor, 21 ... intake air temperature sensor, 22 ... oxygen sensor, I 1 ... Direct injection type hydrogen injector, I 2 ... port injection type gasoline injector, I 3 ... port injection type hydrogen injector, V 1 , V 2 , V 3 ... solenoid valve.

Claims (6)

駆動電流の供給により開閉制御され、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素噴射弁を備えた直噴式水素エンジンの制御装置において、
上記水素エンジンの低温始動時に、上記水素噴射弁に供給される駆動電流が増大させられるとともに、
上記水素噴射弁の上流側に、該水素噴射弁への気体水素の供給を遮断する遮断弁が設けられ、増大させられた上記駆動電流の供給に際し、該遮断弁が閉状態にされることを特徴とする直噴式水素エンジンの制御装置。
In a control device for a direct injection hydrogen engine that is controlled to open and close by supplying a drive current and includes a hydrogen injection valve that directly injects gaseous hydrogen into the working chamber.
When the hydrogen engine is cold started, the drive current supplied to the hydrogen injector is increased ,
A shutoff valve that shuts off the supply of gaseous hydrogen to the hydrogen injector is provided upstream of the hydrogen injector, and the shutoff valve is closed when the increased driving current is supplied. A control device for a direct injection hydrogen engine.
上記水素噴射弁に供給される駆動電流は、閉状態にある水素噴射弁を開動作させるための起動電流と、該水素噴射弁を開状態に保持するための保持電流とからなり、上記水素エンジンの低温始動時には、該起動電流が増大させられることを特徴とする請求項1記載の直噴式水素エンジンの制御装置。   The drive current supplied to the hydrogen injector comprises a starting current for opening the hydrogen injector in a closed state and a holding current for holding the hydrogen injector in an open state, and the hydrogen engine 2. The control device for a direct injection hydrogen engine according to claim 1, wherein the starting current is increased when the engine is started at a low temperature. 上記水素エンジンにおける氷結状態に関するパラメータに応じて、上記駆動電流の増大の度合いが補正されることを特徴とする請求項1又は2に記載の直噴式水素エンジンの制御装置。   The direct injection hydrogen engine control device according to claim 1 or 2, wherein the degree of increase in the drive current is corrected in accordance with a parameter relating to an icing state in the hydrogen engine. 更に、増大させられた上記駆動電流の供給に際し、上記水素エンジンにおける作動室内の混合気への点火が停止されることを特徴とする請求項記載の直噴式水素エンジンの制御装置。 Furthermore, when the supply of was increased above the drive current, the control apparatus for a direct-injection hydrogen engine of claim 1, wherein the ignition of the mixture in the working chamber in the hydrogen engine is characterized in that it is stopped. 記水素エンジンの停止時に、該遮断弁が閉状態にされるとともに、上記水素噴射弁が開状態にされ、また、上記水素エンジンにおける作動室内の混合気への点火が停止されることを特徴とする請求項1〜のいずれか一に記載の直噴式水素エンジンの制御装置。 When stopping the upper Symbol hydrogen engine, together with the shut-off valve is closed, the hydrogen injection valve is opened, also characterized in that the ignition of the mixture in the working chamber in the hydrogen engine is stopped The control device for a direct injection hydrogen engine according to any one of claims 1 to 4 . 上記水素エンジンの低温始動時に、上記駆動電流の増大が1回に限定されることを特徴とする請求項1〜のいずれか一に記載の直噴式水素エンジンの制御装置。 The direct-injection hydrogen engine control device according to any one of claims 1 to 5 , wherein an increase in the drive current is limited to one at a low temperature start of the hydrogen engine.
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