JP4438715B2 - Hydrogen engine fuel control system - Google Patents

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Description

本発明は、作動室内へ直接に気体水素を噴射供給する直噴インジェクタと、該作動室に連通する吸気通路内に気体水素を噴射供給する予混インジェクタとを備えた水素エンジンの燃料制御装置に関する。   The present invention relates to a fuel control device for a hydrogen engine comprising a direct injection injector that directly injects gaseous hydrogen into a working chamber and a premixing injector that injects gaseous hydrogen into an intake passage communicating with the working chamber. .

従来、例えばオートマチックトランスミッション(AT)車において、変速時における変速ショックを抑制するために、一時的にエンジンの点火時期を遅角させて強制的にトルクダウンさせることが知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in an automatic transmission (AT) vehicle, it is known to forcibly reduce the torque by temporarily retarding the ignition timing of the engine in order to suppress a shift shock at the time of shifting.

これに関連して、例えば特許文献1には、ガソリンエンジンにおいて、排気温度の上昇を招くことなく変速ショックを低減させることを企図し、変速ショックを点火時期の遅角処理にて低減させるに際して燃料を点火時期の遅角量に応じて増量補正する変速ショック低減装置が開示されている。
特公平6−63479号公報
In relation to this, for example, in Patent Document 1, in a gasoline engine, it is intended to reduce the shift shock without causing an increase in the exhaust temperature, and the fuel is reduced when the shift shock is reduced by retarding the ignition timing. Discloses a shift shock reduction device that corrects the increase in accordance with the retard amount of the ignition timing.
Japanese Patent Publication No. 6-63479

ところで、近年、低公害化を目的として、例えば圧縮天然ガス、液化石油ガス、圧縮水素等の気体燃料を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が、気体燃料として圧縮水素を用いる水素エンジンでは、高負荷で点火時期を大幅に遅角させると、燃焼が緩慢になり過ぎて排気ガス温度が上昇し、その高温の排気ガスが次の吸気行程に持ち込まれることによって、次のサイクルで過早着火する異常燃焼が発生し吸気系への逆火(所謂バックファイヤ)が発生する畏れがある。   By the way, in recent years, for the purpose of reducing pollution, development of a vehicle equipped with an engine that uses gaseous fuel such as compressed natural gas, liquefied petroleum gas, and compressed hydrogen has been developed, but compressed hydrogen is used as the gaseous fuel. In a hydrogen engine, if the ignition timing is greatly retarded at high load, combustion becomes too slow and the exhaust gas temperature rises, and the hot exhaust gas is brought into the next intake stroke, so that the next cycle Therefore, there is a possibility that an abnormal combustion that ignites prematurely occurs and a backfire to the intake system (so-called backfire) occurs.

また、トルクダウンさせる方法としては、点火時期の遅角以外に、空気の充填量を抑えることも知られているが、かかる方法では、所定のトルクダウン要求に対して空気の充填量を抑えるためにスロットル開度を小さくすると、スロットル弁で閉じられた空気流が作動室まで吸気通路内を流れる時間によって、トルクダウン要求に対する応答性の遅れが生じ得る。   Further, as a method for reducing the torque, it is also known to suppress the air filling amount in addition to the retard of the ignition timing. However, in this method, the air filling amount is suppressed in response to a predetermined torque reduction request. If the throttle opening is reduced, the response to the torque down request may be delayed due to the time during which the air flow closed by the throttle valve flows through the intake passage to the working chamber.

この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたものであり、バックファイヤの発生を抑制しつつ、応答性良くトルクダウンさせることができる水素エンジンの燃料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 fuel control device for a hydrogen engine that can reduce the torque with good responsiveness while suppressing the occurrence of backfire.

このため、本願の請求項1に係る発明は、作動室内へ直接に気体水素を噴射供給する第1の水素供給手段と、該作動室に連通する吸気通路内に気体水素を噴射供給する第2の水素供給手段とを備えた水素エンジンの燃料制御装置であって、所定のトルクダウン制御条件が成立したか否かを判定する判定手段と、前記水素エンジンの運転状態に応じて、前記第1の水素供給手段及び前記第2の水素供給手段から供給される水素の水素供給割合を設定し、前記判定手段によって所定のトルクダウン制御条件が成立したと判定された際には、設定された水素供給割合に対して前記第2の水素供給手段から供給される水素の供給割合を増加させるように前記水素供給割合を制御する水素供給割合制御手段とを備えていることを特徴としたものである。   For this reason, the invention according to claim 1 of the present application provides a first hydrogen supply means for directly injecting and supplying gaseous hydrogen into the working chamber, and a second apparatus for injecting and supplying gaseous hydrogen into the intake passage communicating with the working chamber. A hydrogen engine fuel control apparatus comprising: a hydrogen supply means; a determination means for determining whether or not a predetermined torque-down control condition is satisfied; and the first according to an operating state of the hydrogen engine. The hydrogen supply ratio of hydrogen supplied from the hydrogen supply means and the second hydrogen supply means is set, and when it is determined by the determination means that a predetermined torque-down control condition is satisfied, Hydrogen supply ratio control means for controlling the hydrogen supply ratio so as to increase the supply ratio of hydrogen supplied from the second hydrogen supply means with respect to the supply ratio. .

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、前記水素供給割合制御手段は、前記第1の水素供給手段及び前記第2の水素供給手段から供給される水素の水素供給割合について、エンジン回転数の上昇に応じて前記第2の水素供給手段から供給される水素の供給割合を増加させるように設定することを特徴としたものである。   In the invention according to claim 2 of the present application, in the invention according to claim 1, the hydrogen supply rate control means is a hydrogen hydrogen supplied from the first hydrogen supply means and the second hydrogen supply means. The supply ratio is set so as to increase the supply ratio of hydrogen supplied from the second hydrogen supply means in accordance with an increase in the engine speed.

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、前記水素供給割合制御手段は、前記判定手段によって所定のトルクダウン制御条件が成立したと判定された際に、エンジン回転数が所定回転数以上でありエンジン負荷が全負荷領域である高回転かつ全負荷領域の運転状態にある場合には、前記第2の水素供給手段からのみ水素を供給させるように前記水素供給割合を制御するとともに理論空燃比よりリーン側の空燃比になるように前記第2の水素供給手段からの水素供給量を制御し、前記高回転かつ全負荷領域以外の運転状態にある場合には、前記第2の水素供給手段から供給される水素の供給割合を増加させるように前記水素供給割合を制御することを特徴としたものである。   Furthermore, in the invention according to claim 3 of the present application, in the invention according to claim 1 or 2, when the hydrogen supply ratio control means determines that a predetermined torque-down control condition is satisfied by the determination means, When the engine speed is equal to or higher than a predetermined speed and the engine load is in a high speed and full load range operation state, the hydrogen is supplied only from the second hydrogen supply means. When the supply ratio is controlled and the hydrogen supply amount from the second hydrogen supply means is controlled so that the air / fuel ratio is leaner than the stoichiometric air / fuel ratio, and the engine is in an operating state other than the high rotation and full load range. Is characterized in that the hydrogen supply rate is controlled so as to increase the supply rate of hydrogen supplied from the second hydrogen supply means.

前述したように、トルクダウンを実行する手段としては、点火タイミングを変更する方法の他に、空気の充填量を抑える方法が知られている。通常、空気の充填量を抑えるためには、スロットル弁開度を閉じることが行われるが、この場合、スロットル弁から作動室までの吸気系のボリュームにより応答遅れが生じるため、トルクダウン応答性が悪い。これに対し、気体水素を噴射供給する場合、気体水素はガソリン等の液体燃料に対して体積が大きいため、その噴射を吸気行程中に行うと、気体水素の体積分空気が作動室に入らなくなり、空気の充填量が減少する。つまり、気体水素を吸気行程中に噴射供給する方法によれば、上述のような吸気系のボリュームの影響がないことから応答性良く空気の充填量を減少させることができる。
したがって、本願の請求項1によれば、第2の水素供給手段による気体水素の供給割合を増加させて、空気の充填量を抑えることによってトルクを低下させるので、点火タイミングを遅角する必要が無く、バックファイヤの発生を抑制しつつ、応答性良くトルクダウンさせることができる。
As described above, as a means for executing torque reduction, in addition to a method of changing the ignition timing, a method of suppressing the air filling amount is known. Normally, the throttle valve opening is closed in order to suppress the amount of air filling, but in this case, a response delay occurs due to the volume of the intake system from the throttle valve to the working chamber, so the torque down responsiveness is reduced. bad. On the other hand, when gaseous hydrogen is injected and supplied, the volume of gaseous hydrogen is larger than that of liquid fuel such as gasoline, so if the injection is performed during the intake stroke, the volumetric air of gaseous hydrogen will not enter the working chamber. , Air filling amount is reduced. That is, according to the method in which gaseous hydrogen is injected and supplied during the intake stroke, the amount of air filling can be reduced with good responsiveness because there is no influence of the volume of the intake system as described above.
Therefore, according to claim 1 of the present application, it is necessary to retard the ignition timing because the torque is reduced by increasing the supply rate of gaseous hydrogen by the second hydrogen supply means and suppressing the amount of air filling. In addition, torque can be reduced with good responsiveness while suppressing the occurrence of backfire.

また、バックファイヤの一因として、空気と気体水素との混合性が低いことがあげられる。エンジン回転数が高い程エンジンの吸気行程に要する時間が短くなり、空気と気体水素との混合時間が短くなることから、混合性がより悪化する傾向にある。空気と気体水素との混合性が悪いと、作動室内の一部に濃い気体水素の塊が偏在し、そこから過早着火が発生することになることから、この混合性を改善すれば、バックファイヤを抑制することができる。
本願の請求項2によれば、エンジン回転数の上昇に応じて第2の水素供給手段による水素の供給割合を増加させるように設定させることから、空気と気体水素との混合性を高めることができ、過早着火の発生を抑制できる。
Another cause of backfire is low mixing of air and gaseous hydrogen. The higher the engine speed, the shorter the time required for the intake stroke of the engine, and the shorter the mixing time of air and gaseous hydrogen, the more the mixing property tends to deteriorate. If the miscibility of air and gaseous hydrogen is poor, dense gaseous hydrogen lumps are unevenly distributed in a part of the working chamber and premature ignition occurs from there. Fire can be suppressed.
According to claim 2 of the present application, since the hydrogen supply rate by the second hydrogen supply means is set to increase in accordance with the increase in the engine speed, the mixing property of air and gaseous hydrogen can be improved. This can suppress the occurrence of premature ignition.

更に、高回転かつ全負荷領域の運転状態では、気体水素量が多いにも拘わらず、回転数が高く空気と気体水素との混合時間が短いことから、第2の水素供給手段による水素の供給割合を増加させても混合性の向上には限界がある。また、水素エンジンでは、空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定すれば、NOx排出量が低下し、λ=2付近でNOx排出量が略0となる排出特性を有している。
そこで、本願の請求項3によれば、トルクダウン要求時に、高回転かつ全負荷領域の運転状態では、第2の水素供給手段からのみ水素を供給させるとともに、空燃比を、NOx排出量が略0近傍となるリーンな値に設定することによって、NOx排出量の悪化を抑制しつつ、空燃比のリーン化によって過早着火を抑制できる。
Further, in the operating state in the high rotation and full load range, although the amount of gaseous hydrogen is large, the rotation speed is high and the mixing time of air and gaseous hydrogen is short. Even if the ratio is increased, there is a limit to improving the mixing property. Further, the hydrogen engine has an emission characteristic that the NOx emission amount decreases when the air-fuel ratio is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the NOx emission amount becomes substantially 0 near λ = 2.
Therefore, according to claim 3 of the present application, at the time of a torque reduction request, in the operating state of the high rotation and full load region, hydrogen is supplied only from the second hydrogen supply means, and the air-fuel ratio is substantially reduced. By setting the lean value close to 0, premature ignition can be suppressed by making the air-fuel ratio lean while suppressing the deterioration of the NOx emission amount.

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態に係るロータリータイプの水素エンジンを概略的に示す説明図である。
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が規定される。各作動室Eは、偏心軸CのまわりにおけるロータRの回転に伴い、その作動容積の拡大及び縮小を繰り返し、ロータRが1回転する間に、各作動室Eでは吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の行程が行われる。
FIG. 1 is an explanatory 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 are defined. Each working chamber E repeatedly expands and contracts its working volume as the rotor R rotates about the eccentric axis C, and during each rotation of the rotor R, each working chamber E has an intake stroke, a compression stroke, and an expansion stroke. A series of strokes consisting of a stroke and an exhaust stroke is performed.

上記ロータハウジングHには、圧縮行程において作動室E内へ直接に気体水素を噴射供給する水素インジェクタ(以下、直噴インジェクタという)Iと、作動室E内に供給された気体水素及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ2とが設けられている。他方、上記サイドハウジングHには、吸気通路3に連通する吸気ポート4が形成されるとともに、排気通路5に連通する排気ポート6が形成されている。 The rotor housing H 1 includes a hydrogen injector (hereinafter referred to as a direct injection injector) I 1 that directly injects gaseous hydrogen into the working chamber E in the compression stroke, and gaseous hydrogen and air supplied into the working chamber E. And an ignition plug 2 for igniting the air-fuel mixture. On the other hand, the side housing H 2 is formed with an intake port 4 communicating with the intake passage 3 and an exhaust port 6 communicating with the exhaust passage 5.

本実施形態では、上記ロータハウジングHに設けられる直噴インジェクタIに加えて、吸気行程に応じて作動室Eに連通する吸気通路3内に気体水素を噴射供給する水素インジェクタ(以下、予混インジェクタという)Iが設けられている。上記水素エンジン1は、その運転状態に応じて、直噴インジェクタI及び予混インジェクタIから供給される水素の水素供給割合が設定されるように制御される。 In this embodiment, in addition to the direct injection injector I 1 provided in the rotor housing H 1 , a hydrogen injector (hereinafter referred to as a pre-injection) for injecting gaseous hydrogen into the intake passage 3 communicating with the working chamber E according to the intake stroke. that mixed injector) I 2 is provided. The hydrogen engine 1 is controlled so that the hydrogen supply ratio of hydrogen supplied from the direct injection injector I 1 and the premixing injector I 2 is set according to the operating state.

図2は、上記水素エンジン1及びそれに関係する構成を概念的に示す説明図である。この図から分かるように、直噴インジェクタI及び予混インジェクタIはそれぞれ電磁弁V及びVを備えており、それらの燃料噴射は、それぞれの電磁弁V、V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I1、に対して電磁弁V、Vが別個に設けられるように示されているが、実際には電磁弁V、Vは各インジェクタI1、の内部に組み込まれている。 FIG. 2 is an explanatory diagram conceptually showing the hydrogen engine 1 and the configuration related thereto. As can be seen from this figure, the direct injection injector I 1 and the premixing injector I 2 are provided with solenoid valves V 1 and V 2 , respectively, and these fuel injections are performed by opening and closing the respective solenoid valves V 1 and V 2 . It is controlled based on. In FIG. 2, the electromagnetic valves V 1 and V 2 are separately provided for the injectors I 1 and I 2 , but actually, the electromagnetic valves V 1 and V 2 are provided for the injectors I 1 and I 2 . 1, built into I 2 .

また、図2に示すように、本実施形態では、上記水素エンジン1の本体に対して、該水素エンジン1のエンジン温度を検出する水温センサ10と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ11とが設けられている。また、上記吸気通路3には、吸入エア量を検出する空気量センサ12と、アクチュエータ13によりアクセルペダル(不図示)の踏込量に応じて開閉制御される機能を備えたスロットル弁14とが設けられ、上記排気通路5には、作動室内の空燃比を算出するために酸素濃度を検出する酸素濃度センサ15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 10 for detecting the engine temperature of the hydrogen engine 1 and an engine speed sensor 11 for detecting the engine speed. And are provided. The intake passage 3 is provided with an air amount sensor 12 for detecting the amount of intake air, and a throttle valve 14 having a function of being controlled to open and close by an actuator 13 according to the amount of depression of an accelerator pedal (not shown). The exhaust passage 5 is provided with an oxygen concentration sensor 15 for detecting the oxygen concentration in order to calculate the air-fuel ratio in the working chamber.

更に、上記水素エンジン1の本体を構成するロータハウジングHに設けられた直噴インジェクタIと吸気通路3に取り付けられた予混インジェクタIとは、上記各インジェクタI1、に燃料である水素を供給する水素供給通路20を介して、水素を貯留する水素貯留タンク21に接続されている。水素貯留タンク21の排出口には、水素貯留タンク21から水素供給通路20への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁22が設けられている。上記水素供給通路20内には、上記インジェクタI1、に対する水素供給を制御するための遮断弁23が設けられている。また、上記水素供給通路20内には、遮断弁23と直噴インジェクタIとの間に、水素供給通路20内の水素圧力を検出する圧力センサ24が設けられている。 Further, the direct injection injector I 1 provided in the rotor housing H 1 constituting the main body of the hydrogen engine 1 and the premixing injector I 2 attached to the intake passage 3 are used as fuel for the injectors I 1 and I 2 . It is connected to a hydrogen storage tank 21 for storing hydrogen via a hydrogen supply passage 20 for supplying hydrogen. A discharge valve of the hydrogen storage tank 21 is provided with a stop valve 22 that is controlled to be opened and closed in order to control hydrogen discharge from the hydrogen storage tank 21 to the hydrogen supply passage 20. In the hydrogen supply passage 20, a shutoff valve 23 is provided for controlling hydrogen supply to the injectors I 1 and I 2 . Further, a pressure sensor 24 for detecting the hydrogen pressure in the hydrogen supply passage 20 is provided in the hydrogen supply passage 20 between the shut-off valve 23 and the direct injection injector I 1 .

なお、特に図示しないが、水素エンジン1に関係する構成としては、吸気通路3内に設けられるエアクリーナ、上記スロットル弁14の開度を検出するスロットル開度センサ、排気通路5内に設けられる排気ガス浄化触媒及び排気温センサ、並びに、水素供給通路20内に設けられ上記各インジェクタI1、へ供給される燃料の流量を検出する燃料流量計等の上記以外の構成が設けられている。 Although not particularly illustrated, the configuration related to the hydrogen engine 1 includes an air cleaner provided in the intake passage 3, a throttle opening sensor for detecting the opening of the throttle valve 14, and an exhaust gas provided in the exhaust passage 5. Other components such as a purification catalyst, an exhaust temperature sensor, and a fuel flow meter provided in the hydrogen supply passage 20 for detecting the flow rate of fuel supplied to the injectors I 1 and I 2 are provided.

また更に、図2に示すように、水素エンジン1及びそれに関係する構成を制御するエンジンコントロールユニット30が設けられている。このエンジンコントロールユニット30は、水素エンジン1の総合的な制御装置であり、空気量センサ12によって検出される吸入エア量、スロットル開度センサによって検出されるスロットル開度、水温センサ10によって検出されるエンジン温度、エンジン回転数センサ11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各インジェクタI1、への燃料流量等の各種制御情報に基づいて、水素エンジン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。 Furthermore, as shown in FIG. 2, an engine control unit 30 is provided for controlling the hydrogen engine 1 and related components. The engine control unit 30 is a comprehensive control device for the hydrogen engine 1, and is detected by the intake air amount detected by the air amount sensor 12, the throttle opening detected by the throttle opening sensor, and the water temperature sensor 10. Various control information such as the engine temperature, the engine speed detected by the engine speed sensor 11, the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor, and the fuel flow rate to the injectors I 1 and I 2 detected by the fuel flow meter Based on this, various controls such as fuel injection control and ignition timing adjustment control of the hydrogen engine 1 are performed.

上記エンジンコントロールユニット30はまた、ドライバによるシフトレバーの操作に応じて変速制御を行うオートマチックトランスミッションコントロールユニット40と、発進や加速時に生じやすい駆動輪の空転を制御するトラクションコントロールユニット50とに接続されている。オートマチックトランスミッションコントロールユニット40は、AT車の変速時の変速ショックを低減するために、エンジンコントロールユニット30に対して、水素エンジン1のトルクダウン制御を要求し、他方、トラクションコントロールユニット50は、発進や加速時における駆動輪のスリップを抑制するために、エンジンコントロールユニット30に対して、水素エンジン1のトルクダウン制御を要求する。
なお、上記エンジンコントロールユニット30、オートマチックトランスミッションコントロールユニット40及びトラクションコントロールユニット50はそれぞれ、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。
The engine control unit 30 is also connected to an automatic transmission control unit 40 that performs shift control according to the operation of the shift lever by the driver, and a traction control unit 50 that controls idling of the drive wheels that are likely to occur at the time of start and acceleration. Yes. The automatic transmission control unit 40 requests the engine control unit 30 to perform torque-down control of the hydrogen engine 1 in order to reduce a shift shock at the time of shifting of the AT vehicle, while the traction control unit 50 In order to suppress slipping of the drive wheels during acceleration, the engine control unit 30 is requested to perform torque down control of the hydrogen engine 1.
The engine control unit 30, the automatic transmission control unit 40, and the traction control unit 50 each have a microcomputer as a main part.

図2に示す構成では、上記エンジンコントロールユニット30が、水素エンジン1の運転状態に応じて、直噴インジェクタI及び予混インジェクタIからそれぞれ作動室E及び吸気経路3に供給される水素の割合(以下、水素供給割合という)を設定する。図3は、本実施形態に係る直噴インジェクタIと予混インジェクタIの水素噴射の制御に用いられるマップを示す図である。図3では、水素エンジン1の運転状態、すなわちエンジン回転数及びエンジン負荷に応じて制御される直噴インジェクタIと予混インジェクタIの水素噴射の設定が、エンジン回転数を横軸にとり、エンジン負荷を縦軸にとって表されている。 In the configuration shown in FIG. 2, the engine control unit 30 controls the hydrogen supplied to the working chamber E and the intake passage 3 from the direct injection injector I 1 and the premixing injector I 2 , respectively, according to the operating state of the hydrogen engine 1. Set the ratio (hereinafter referred to as hydrogen supply ratio). FIG. 3 is a diagram showing a map used for control of hydrogen injection of the direct injection injector I 1 and the premixing injector I 2 according to the present embodiment. In FIG. 3, the hydrogen injection setting of the direct injection injector I 1 and the premixed injector I 2 controlled according to the operating state of the hydrogen engine 1, that is, the engine speed and the engine load, takes the engine speed on the horizontal axis, The engine load is shown on the vertical axis.

図3に示されるように、本実施形態では、エンジン回転数が3000rpm未満である運転状態、すなわち、エンジン回転数が1000rpm未満であるアイドリング時のアイドル回転領域A1とエンジン回転数が1000rpm以上3000rpm未満である低回転領域A2である運転状態にある場合には、直噴インジェクタIのみによって作動室Eへ水素が供給される。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, the engine speed is less than 3000 rpm, that is, the idling speed region A1 during idling when the engine speed is less than 1000 rpm and the engine speed is 1000 rpm or more and less than 3000 rpm. it is when in the operating condition is a low rotation speed region A2, the hydrogen is supplied to the working chamber E by only the direct injector I 1.

一方、エンジン回転数が3000rpm以上である運転状態にある場合には、予混インジェクタIと直噴インジェクタIとの両方のインジェクタから水素が供給される。図3には、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて予混インジェクタIと直噴インジェクタIとから供給される水素の水素供給割合が、“予混インジェクタ:直噴インジェクタ”として表示されている。 On the other hand, when the engine speed is 3000 rpm or more, hydrogen is supplied from both the premixed injector I 2 and the direct injection injector I 1 . In FIG. 3, the hydrogen supply ratio of hydrogen supplied from the premixing injector I 2 and the direct injection injector I 1 according to the engine speed and the engine load is displayed as “premixing injector: direct injection injector”. Yes.

上記水素供給割合は、図3に示されるように、エンジン回転数が3000rpm以上の運転状態では、エンジン負荷に応じて、軽・中負荷領域A3と、高負荷領域A4、A5と、全負荷領域A6〜A8とで異なる設定がなされるとともに、所定のエンジン回転数によっても異なる設定がなされる。
エンジン回転数が3000rpm以上でありエンジン負荷が軽・中負荷領域A3にある場合には、予混インジェクタIと直噴インジェクタIとから供給される水素の水素供給割合が“5:5”に設定され、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて設定された水素供給量を、予混インジェクタIと直噴インジェクタIとから同量ずつ噴射して供給するように設定される。
As shown in FIG. 3, the hydrogen supply ratio is as follows: in an operation state where the engine speed is 3000 rpm or more, the light / medium load region A3, the high load regions A4 and A5, and the full load region according to the engine load. Different settings are made for A6 to A8, and different settings are made depending on the predetermined engine speed.
When the engine load is in the engine speed is 3000rpm or more is in a light-load region A3 is a hydrogen supply rate of hydrogen supplied from the premixed injector I 2 and direct injector I 1 Metropolitan "5: 5 ' is set to, the hydrogen supply amount is set according to the engine speed and the engine load, is set to supply to the injection by the same amount from the premixed injector I 2 and direct injector I 1 Tokyo.

上記水素供給割合は、エンジン負荷が高負荷領域にある場合には、エンジン回転数が3000rpm以上5500rpm未満の中回転領域である中回転かつ高負荷領域A4と、エンジン回転数が5500rpm以上の高回転領域である高回転かつ高負荷領域A5とで異なる設定がなされ、中回転かつ高負荷領域A4では予混インジェクタIと直噴インジェクタIとから供給される水素の水素供給割合が“6:4”に設定され、高回転かつ高負荷領域A5では上記水素供給割合が“7:3”に設定される。 When the engine load is in the high load range, the hydrogen supply ratio is such that the engine rotation speed is a medium rotation and high load area A4 that is a medium rotation area of 3000 rpm or more and less than 5500 rpm, and the engine rotation speed is 5500 rpm or more. high rotational and different settings and high load region A5 is made is the region, the hydrogen feed rate of hydrogen supplied from the middle speed and high load region A4 in premixed injector I 2 and direct injector I 1 Metropolitan "6: 4 ", and in the high rotation and high load region A5, the hydrogen supply ratio is set to" 7: 3 ".

また、上記水素供給割合は、エンジン負荷が全負荷領域にある場合には、エンジン回転数が3000rpm以上5500rpm未満の中回転領域である中回転かつ全負荷領域A6と、エンジン回転数が5500rpm以上の高回転領域である高回転かつ全負荷領域A7、A8とで異なる設定がなされ、上記高回転かつ全負荷領域は更に、エンジン回転数が5500rpm以上6500rpm未満の領域A7とエンジン回転数が6500rpm以上の領域A8とで設定が異なっている。
上記各領域A6、A7、A8についても予混インジェクタIと直噴インジェクタIとの水素供給割合がそれぞれ設定されており、図3に示されるように、中回転かつ全負荷領域A6では上記水素供給割合が“7:3”に設定され、高回転かつ全負荷領域A7では“8:2”、高回転かつ全負荷領域A8では“8.5:1.5”に設定される。
Further, the hydrogen supply ratio is such that when the engine load is in the full load range, the engine rotation speed is at a medium rotation and full load area A6 that is a medium rotation area of 3000 rpm or more and less than 5500 rpm, and the engine rotation speed is 5500 rpm or more. Different settings are made for the high rotation and full load regions A7 and A8, which are high rotation regions. The high rotation and full load region further includes a region A7 in which the engine speed is 5500 rpm or more and less than 6500 rpm, and an engine speed is 6500 rpm or more. The setting differs between the area A8.
Each region A6, A7, A8 are set also hydrogen feed rate of the premixed injector I 2 and direct injector I 1, respectively for, as shown in FIG. 3, middle speed and the full load region A6 above The hydrogen supply ratio is set to “7: 3”, “8: 2” in the high rotation and full load region A7, and “8.5: 1.5” in the high rotation and full load region A8.

上記のように、エンジンコントロールユニット30は、直噴インジェクタI及び予混インジェクタIから供給される水素の水素供給割合について、エンジン負荷が同じであればエンジン回転数の上昇に応じて予混インジェクタIからの水素の供給割合を増加させるように設定し、エンジン回転数が同じであればエンジン負荷の上昇に応じて予混インジェクタIからの水素の供給割合を増加させるように設定する。 As described above, the engine control unit 30 premixes the hydrogen supply ratio of the hydrogen supplied from the direct injection injector I 1 and the premixing injector I 2 according to the increase in the engine speed if the engine load is the same. The hydrogen supply rate from the injector I 2 is set to be increased. If the engine speed is the same, the hydrogen supply rate from the premixing injector I 2 is set to increase with an increase in engine load. .

このように、エンジン回転数の上昇に応じて予混インジェクタIによる水素の供給割合を増加させるように設定させることから、空気と気体水素との混合性を高めることができ、過早着火の発生を抑制できる。 As described above, since the hydrogen supply rate by the premixing injector I 2 is set to increase as the engine speed increases, the mixing of air and gaseous hydrogen can be improved, and pre-ignition can be prevented. Generation can be suppressed.

また、本実施形態では、上記エンジンコントロールユニット30が、上記オートマチックトランスミッションコントロールユニット40あるいはトラクションコントロールユニット50などによるトルクダウン要求に対して、所定のトルクダウン制御条件が成立したか否かを判定し、トルクダウン制御条件が成立した際には、図3に示した予混インジェクタI及び直噴インジェクタIから供給される水素の水素供給割合に対して、予混インジェクタIからの水素の供給割合を増加させるように上記水素供給割合を制御する。 In the present embodiment, the engine control unit 30 determines whether a predetermined torque down control condition is satisfied in response to a torque down request from the automatic transmission control unit 40 or the traction control unit 50, and the like. When the torque-down control condition is satisfied, the supply of hydrogen from the premixing injector I 2 with respect to the hydrogen supply ratio of hydrogen supplied from the premixing injector I 2 and the direct injection injector I 1 shown in FIG. The hydrogen supply rate is controlled to increase the rate.

図4は、本実施形態に係る直噴インジェクタIと予混インジェクタIの制御フローチャートである。
上記水素エンジン1のエンジンコントロールユニット30では、まず、例えば図2に示す水素エンジン1に関係する構成により検出され、例えばエンジン回転数、吸入エア量、スロットル開度などの各種信号が読み込まれる(ステップ#1)。
FIG. 4 is a control flowchart of the direct injection injector I 1 and the premixing injector I 2 according to the present embodiment.
In the engine control unit 30 of the hydrogen engine 1, first, for example, the detection is performed by the configuration related to the hydrogen engine 1 shown in FIG. # 1).

次に、ステップ#2において、上記信号に基づくエンジン回転数及びエンジン負荷に応じて、作動室へ供給される水素噴射量が設定される。そして、ステップ#3において、上記水素噴射量を供給する予混インジェクタI及び直噴インジェクタIの水素の噴射割合が設定される。すなわち、エンジン回転数とエンジン負荷に応じて、上述した水素供給割合が設定される。
上記水素噴射量は、エンジン回転数が3000rpm未満の場合には直噴インジェクタIから供給され、エンジン回転数が3000rpm以上の場合には、図3に示すようにエンジン回転数及びエンジン負荷に応じて設定された水素供給割合で直噴インジェクタIと予混インジェクタIとから供給される。
Next, in step # 2, the hydrogen injection amount supplied to the working chamber is set according to the engine speed and the engine load based on the signal. Then, at step # 3, the fuel injection ratio of premixing hydrogen injector I 2 and direct injector I 1 for supplying the hydrogen injection quantity is set. That is, the above-described hydrogen supply ratio is set according to the engine speed and the engine load.
The hydrogen injection quantity is supplied from the direct injector I 1 when the engine speed is less than 3000rpm, when the engine speed is more than 3000rpm, in response to the engine speed and the engine load as shown in FIG. 3 The hydrogen is supplied from the direct injection injector I 1 and the premixing injector I 2 at the hydrogen supply rate set in the above.

ステップ#2及び#3において作動室に供給される水素噴射量と予混及び直噴の噴射割合とが設定されると、ステップ#4において、所定のトルクダウン条件が成立したか否かが判定される。本実施形態では、上記エンジンコントロールユニット30は、オートマチックトランスミッションコントロールユニット40によるトルクダウン要求に対して、所定のトルクダウン制御条件が成立したか否かが判定される。   When the hydrogen injection amount supplied to the working chamber and the injection ratio of premixing and direct injection are set in steps # 2 and # 3, it is determined in step # 4 whether or not a predetermined torque-down condition is satisfied. Is done. In the present embodiment, the engine control unit 30 determines whether or not a predetermined torque down control condition is satisfied in response to a torque down request from the automatic transmission control unit 40.

ステップ#4での判定結果がノー(NO)の場合、すなわち、トルクダウン条件が成立していないと判定された場合には、ステップ#3で設定された噴射割合に基づき水素噴射が実行される(ステップ#5)。   If the determination result in step # 4 is no (NO), that is, if it is determined that the torque-down condition is not satisfied, hydrogen injection is executed based on the injection ratio set in step # 3. (Step # 5).

一方、ステップ#4での判定結果がイエス(YES)の場合、すなわち、トルクダウン条件が成立したと判定された場合には、エンジン回転数Neが所定回転数、本実施形態では、5500rpm未満であるか否かが判定される(ステップ#6)。ステップ#6での判定結果がYESの場合、すなわち、エンジン回転数Neが5500rpm未満の場合には、ステップ#7において、予混の噴射割合の増加、つまり、予混インジェクタIからの水素の供給割合を増加させ、この増加された噴射割合で予混インジェクタIと直噴インジェクタIにより水素噴射が実行される(ステップ#8)。 On the other hand, if the determination result in step # 4 is YES (YES), that is, if it is determined that the torque-down condition is satisfied, the engine speed Ne is a predetermined speed, which is less than 5500 rpm in this embodiment. It is determined whether or not there is (step # 6). If the determination in step # 6 is YES, i.e., when the engine speed Ne is less than 5500rpm in step # 7, the increase in the fuel injection ratio of premixed, that is, of hydrogen from premixed injector I 2 the feed rate is increased, the hydrogen injection is executed by premixing injector I 2 and direct injector I 1 this increased fuel injection ratio (step # 8).

ステップ#6での判定結果がNOの場合、すなわち、エンジン回転数Neが5500rpm以上の場合には、ステップ#9において、エンジン負荷が全負荷であるか否かが判定される。ステップ#9での判定結果がNOの場合、すなわち、エンジン負荷が全負荷でない場合には、ステップ#7で、予混の噴射割合を増加させ、この増加された噴射割合で予混インジェクタIと直噴インジェクタIにより水素噴射が実行される(ステップ#8)。 If the determination result in step # 6 is NO, that is, if the engine speed Ne is 5500 rpm or more, it is determined in step # 9 whether the engine load is full load. If the determination result in step # 9 is NO, that is, if the engine load is not full load, in step # 7, the premixing injection ratio is increased, and the premixing injector I 2 is increased with this increased injection ratio. hydrogen injection is performed by the direct injector I 1 (step # 8).

一方、ステップ#9での判定結果がYESの場合、すなわち、エンジン負荷が全負荷である場合には、ステップ#10において、予混インジェクタIからのみ水素を供給するように予混噴射のみに切り換える。予混噴射のみに切り換えると、吸入エア量が低下しNOx排出量が多くなり得るので、本実施形態では、次にステップ#11で、空燃比のリーン化、すなわち理論空燃比よりリーン側の空燃比になるように上記予混インジェクタIからの水素噴射量を低下させる水素噴射量の補正を行った後に、上記水素噴射量を噴射供給する予混インジェクタIにより水素噴射が実行される(ステップ#12)。なお、本実施形態では、例えばλ=2に設定して、空燃比をリーン化させる。 On the other hand, when the result of the determination in step # 9 is YES, i.e., when the engine load is a full load, at step # 10, so as to provide only the hydrogen from the premixed injector I 2 premixed injection only Switch. When switching to premixed injection only, the intake air amount can be reduced and the NOx emission amount can be increased. In this embodiment, in step # 11, the air-fuel ratio is made lean, that is, the air side leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. After correcting the hydrogen injection amount to reduce the hydrogen injection amount from the premixing injector I 2 so as to become the fuel ratio, hydrogen injection is executed by the premixing injector I 2 that injects and supplies the hydrogen injection amount ( Step # 12). In this embodiment, for example, λ = 2 is set to make the air-fuel ratio lean.

上記のように、本実施形態では、上記エンジンコントロールユニット30が、所定のトルクダウン制御条件が成立したと判定された際に、エンジン回転数が所定回転数以上でありエンジン負荷が全負荷領域である高回転かつ全負荷領域A7、A8の運転状態にある場合には予混インジェクタIからの水素の供給割合を増加させて予混インジェクタIからのみ水素を供給させるように上記水素供給割合を制御するとともに理論空燃比よりリーン側の空燃比になるように予混インジェクタIからの水素供給量を制御し、上記高回転かつ全負荷領域A7、A8以外の運転状態にある場合には、予混インジェクタIからの水素の供給割合を増加させるように上記水素供給割合を制御する。 As described above, in the present embodiment, when the engine control unit 30 determines that the predetermined torque-down control condition is satisfied, the engine speed is equal to or higher than the predetermined speed and the engine load is in the full load range. the hydrogen feed rate so as to provide only the hydrogen from the premixed injector I 2 increases the feed rate of hydrogen from the premixed injector I 2 in the case where there is a high rotation and operating conditions of full load region A7, A8 It controls amount of hydrogen supplied from the premixed injector I 2 such that the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio to control the, when in the high rotation and the operation state other than the full load region A7, A8 is , controls the hydrogen supply rate to increase the feed rate of hydrogen from the premixed injector I 2.

なお、本実施形態では、所定のトルクダウン要求を満たすために、予混噴射のみに切り換える運転状態として水素供給割合が“8:2”、“8.5:1.5”の高回転かつ全負荷領域A7、A8が設定されているが、例えばトラクションコントロールユニット50等のその他のトルクダウン要求によっては、例えば上記水素供給割合が“6:4”〜“8.5:1.5”の領域A4〜A8の運転状態が設定されるなど、トルクダウン量に応じた設定が行われてもよい。   In this embodiment, in order to satisfy a predetermined torque reduction request, the hydrogen supply ratio is “8: 2”, “8.5: 1.5” at a high rotation speed and the entire operation state is switched to only premixed injection. Load areas A7 and A8 are set. For example, depending on other torque reduction requests such as the traction control unit 50, an area where the hydrogen supply ratio is “6: 4” to “8.5: 1.5”, for example. Settings corresponding to the amount of torque reduction may be performed, for example, the operation states of A4 to A8 are set.

このように、上記エンジンコントロールユニット30は、直噴インジェクタI及び予混インジェクタIから噴射供給される水素の水素供給割合を設定し、トルクダウン制御条件が成立したと判定された際に、予混インジェクタIから供給される水素の供給割合を増加させることにより、例えばAT車の変速時など、所定のトルクダウン要求時に、予混インジェクタIによる気体水素の供給割合を増加させて、作動室E内の空気の充填量を抑えることによってトルクを低下させるので、点火タイミングを遅角する必要が無く、バックファイヤの発生を抑制しつつ、応答性良くトルクダウンさせることができる。 Thus, when the engine control unit 30 sets the hydrogen supply ratio of the hydrogen supplied from the direct injection injector I 1 and the premixing injector I 2 and determines that the torque-down control condition is satisfied, by increasing the feed rate of hydrogen supplied from the premixed injector I 2, for example, when aT car speed, when a predetermined torque reduction request, increasing the feed rate of the gaseous hydrogen by premixing injector I 2, Since the torque is reduced by suppressing the amount of air filled in the working chamber E, it is not necessary to retard the ignition timing, and the torque can be reduced with good responsiveness while suppressing the occurrence of backfire.

また、上記エンジンコントロールユニット30は、トルクダウン制御条件が成立したと判定された際に、高回転かつ全負荷領域A7、A8の運転状態にある場合には、予混インジェクタIからのみ水素を供給させるとともに、空燃比を、NOx排出量が略0近傍となるリーンな値に設定することによって、NOx排出量の悪化を抑制しつつ、空燃比のリーン化によって過早着火を抑制できる。 Further, the engine control unit 30, when the torque reduction control condition is determined to be satisfied, when in the operating condition of high rotational and full load region A7, A8 may only hydrogen from premixed injector I 2 By supplying the air-fuel ratio and setting the air-fuel ratio to a lean value at which the NOx emission amount is approximately zero, it is possible to suppress pre-ignition by reducing the air-fuel ratio while suppressing the deterioration of the NOx emission amount.

このようにして、上記エンジンコントロールユニット30は、トルクダウン制御条件が成立したと判定された際に、NOx排出量の悪化を抑制するとともに、全領域の運転状態において、バックファイヤの発生を抑制しつつ、応答性良くトルクダウンさせることができる。   In this way, when it is determined that the torque-down control condition is satisfied, the engine control unit 30 suppresses the deterioration of the NOx emission amount and suppresses the occurrence of backfire in the operation state of the entire region. However, the torque can be reduced with good responsiveness.

本実施形態では、水素エンジン1としてロータリーエンジンについて記述しているが、例えばレシプロエンジンなど、その他の形式のエンジンについても同様に適用することができる。   In the present embodiment, a rotary engine is described as the hydrogen engine 1, but the present invention can be similarly applied to other types of engines such as a reciprocating engine.

以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、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。   As described above, 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 gist of the present invention.

本発明は、作動室内へ直接に気体水素を噴射供給する直噴インジェクタと吸気通路内に気体水素を噴射供給する予混インジェクタとを備えた水素エンジンの燃料制御装置であり、例えば自動車等の車両など、上記直噴及び予混インジェクタを備えた水素エンジンが搭載されるものに好適に適用可能である。   The present invention is a fuel control device for a hydrogen engine including a direct injection injector that directly injects gaseous hydrogen into a working chamber and a premixing injector that injects and supplies gaseous hydrogen into an intake passage. For example, the present invention can be suitably applied to a vehicle equipped with a hydrogen engine equipped with the direct injection and premixing injectors.

本発明の実施形態に係るロータリータイプの水素エンジンを概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the rotary type hydrogen engine which concerns on embodiment of this invention. 上記水素エンジン及びそれに関係する構成を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally the said hydrogen engine and the structure relevant to it. 本実施形態に係る直噴インジェクタと予混インジェクタの水素噴射の制御に用いられるマップを示す図である。It is a figure which shows the map used for control of the hydrogen injection of the direct injection injector which concerns on this embodiment, and a premixing injector. 本実施形態に係る直噴インジェクタと予混インジェクタの制御フローチャートである。It is a control flowchart of the direct injection injector and premixing injector which concern on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 水素エンジン
3 吸気通路
5 排気通路
11 エンジン回転数センサ
12 空気量センサ
14 スロットル弁
15 酸素濃度センサ
30 エンジンコントロールユニット
40 オートマチックトランスミッションコントロールユニット
50 トラクションコントロールユニット
E 作動室
直噴インジェクタ
予混インジェクタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen engine 3 Intake passage 5 Exhaust passage 11 Engine speed sensor 12 Air quantity sensor 14 Throttle valve 15 Oxygen concentration sensor 30 Engine control unit 40 Automatic transmission control unit 50 Traction control unit E Working chamber I 1 Direct injection injector I 2 Premix Injector

Claims (3)

作動室内へ直接に気体水素を噴射供給する第1の水素供給手段と、該作動室に連通する吸気通路内に気体水素を噴射供給する第2の水素供給手段とを備えた水素エンジンの燃料制御装置であって、
所定のトルクダウン制御条件が成立したか否かを判定する判定手段と、
前記水素エンジンの運転状態に応じて、前記第1の水素供給手段及び前記第2の水素供給手段から供給される水素の水素供給割合を設定し、前記判定手段によって所定のトルクダウン制御条件が成立したと判定された際には、設定された水素供給割合に対して前記第2の水素供給手段から供給される水素の供給割合を増加させるように前記水素供給割合を制御する水素供給割合制御手段と、
を備えていることを特徴とする水素エンジンの燃料制御装置。
Fuel control for a hydrogen engine comprising a first hydrogen supply means for injecting and supplying gaseous hydrogen directly into the working chamber, and a second hydrogen supply means for injecting and supplying gaseous hydrogen into the intake passage communicating with the working chamber A device,
Determining means for determining whether or not a predetermined torque-down control condition is satisfied;
A hydrogen supply ratio of hydrogen supplied from the first hydrogen supply unit and the second hydrogen supply unit is set according to an operating state of the hydrogen engine, and a predetermined torque down control condition is established by the determination unit. When it is determined that the hydrogen supply ratio is determined, the hydrogen supply ratio control means controls the hydrogen supply ratio so as to increase the hydrogen supply ratio supplied from the second hydrogen supply means with respect to the set hydrogen supply ratio. When,
A fuel control device for a hydrogen engine, comprising:
前記水素供給割合制御手段は、前記第1の水素供給手段及び前記第2の水素供給手段から供給される水素の水素供給割合について、エンジン回転数の上昇に応じて前記第2の水素供給手段から供給される水素の供給割合を増加させるように設定する、
ことを特徴とする請求項1記載の水素エンジンの燃料制御装置。
The hydrogen supply ratio control means is configured to obtain a hydrogen supply ratio of hydrogen supplied from the first hydrogen supply means and the second hydrogen supply means from the second hydrogen supply means according to an increase in engine speed. Set to increase the supply rate of supplied hydrogen,
The fuel control device for a hydrogen engine according to claim 1.
前記水素供給割合制御手段は、前記判定手段によって所定のトルクダウン制御条件が成立したと判定された際に、
エンジン回転数が所定回転数以上でありエンジン負荷が全負荷領域である高回転かつ全負荷領域の運転状態にある場合には、前記第2の水素供給手段からのみ水素を供給させるように前記水素供給割合を制御するとともに理論空燃比よりリーン側の空燃比になるように前記第2の水素供給手段からの水素供給量を制御し、
前記高回転かつ全負荷領域以外の運転状態にある場合には、前記第2の水素供給手段から供給される水素の供給割合を増加させるように前記水素供給割合を制御する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の水素エンジンの燃料制御装置。
The hydrogen supply ratio control means, when it is determined by the determination means that a predetermined torque down control condition is satisfied,
When the engine speed is equal to or higher than a predetermined speed and the engine load is in a high speed and full load range operation state, the hydrogen is supplied only from the second hydrogen supply means. Controlling the supply rate and controlling the hydrogen supply amount from the second hydrogen supply means so that the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio;
When in an operating state other than the high rotation and full load range, the hydrogen supply rate is controlled to increase the supply rate of hydrogen supplied from the second hydrogen supply means;
The fuel control apparatus for a hydrogen engine according to claim 1 or 2, wherein
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