JP4478888B2 - 水素エンジンの燃料制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、水素エンジンの燃料制御装置に係り、特に、複数の気筒毎に水素を供給する複数の水素供給手段を備えた水素エンジンの燃料制御装置に関する。

燃料として水素を使用する水素エンジンは、燃費性能の優れたエンジンであるが、一般に、ガソリンエンジンに比べ、体積効率及び熱効率の観点から出力トルクを得にくい。これに対し、出力トルクを向上させるには、吸入空気及び水素の空燃比λ（＝Ａ／Ｆ）の値を下げて気筒内をリッチな状態にするのが有効である。しかしながら、水素は着火性が高いので、空燃比の値を下げることにより、高回転域、特に、高負荷高回転域において、水素のリッチな部分が着火してしまういわゆる過早着火が起こり易くなる。

特許文献１には、高負荷時に空燃比λを「１＜λ＜２」になるように制御すると共にＥＧＲ（排気ガス再循環）を行って、過早着火を防止しつつ、ＮＯｘの発生を抑制するようにした水素エンジンが開示されている。

特開平０６−１０７７２号公報

ここで、一般に、エンジンをエンジンルームに搭載する際は、その空間上の制約がある。つまり、ラジエータやバッテリなどの様々な補機類と干渉しないようにして、吸排気系装置（エアクリーナや吸気通路など）の取り回し及びエンジンの搭載位置を定める。そのような制約上、複数の気筒に対応するそれぞれの吸気通路の長さや取り回しが異なる場合がある。このような場合には、各吸気通路における空気の流動性が異なることになる。さらに、製造上のばらつきが、空気の流動性に影響を与える場合もある。また、本発明者らは、吸気通路の長さや取り回しが同じであっても、特に、エンジン回転数に応じて最適な吸気効率を得るために吸気通路を切り換えて使用するような吸気系装置では、各気筒に対応する吸気通路の空気の流動性が異なる場合があることを見出した。

さらに、本発明者らは、以上述べたように各気筒に接続されたそれぞれの吸気通路において空気の流動性に差が生じることにより、各気筒内での吸入空気と水素とのミキシング性にも差が生じ、その結果、ミキシングが不足する気筒では、水素がリッチな部分が生じて過早着火が発生し易くなることを見出した。つまり、過早着火が発生する空燃比の限界値が各気筒毎に異なることがあることを発明者らは見出したのである。
これに対し、上述した特許文献１に記載の技術を含む従来技術は、このような問題点を考慮したものではない。従って、従来技術では、過早着火が発生しない程度まで全ての気筒において一律に供給燃料を低減させて空燃比を上げる（リーンにする）しかなく、結果として、高い出力トルクを得ることが出来ないものであった。

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、過早着火の発生を抑制すると共に高い出力トルクを確保することが出来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している。

上記の目的を達成するために本発明は、複数の気筒毎に水素を供給する複数の水素供給手段を備えた水素エンジンの燃料制御装置であって、過早着火の空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が、過早着火の空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比よりリーンになるように水素供給手段による水素供給量を制御する水素供給量制御手段を有し、この水素供給量制御手段は、空燃比リッチ限界が低い気筒の水素供給手段の水素供給量を制御して、空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比よりリーンになるようにすることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、過早着火の空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が、過早着火の空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比よりリーンになるように水素供給量が制御されるので、気筒毎の空燃比リッチ限界に応じた空燃比を得ることが出来る。
従って、過早着火の発生を抑制しつつ、各気筒毎に空燃比をよりリッチにして、高い出力トルクを確保することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、水素エンジンは、複数の吸気分岐通路を有し、それらの吸気分岐通路は、水素エンジンの低回転域と高回転域とで吸気分岐通路のいずれか或いは全部に取り付けられた開閉弁により吸気経路が変更されるように構成され、水素供給量制御手段は、高回転域において、空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比よりリーンになるように水素供給量を制御する。
このように構成された本発明においては、水素エンジンに、そのエンジン回転域によって吸気経路が変更される複数の吸気分岐通路が設けられ、高回転域において、吸気流動の差により各気筒毎の水素と吸入空気とのミキシング性が異なってしまっても、高回転域において、空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比よりリーンになるように水素供給量が制御されるので、特に高回転域で生じやすい過早着火の発生を抑制しつつ、各気筒毎に空燃比を空燃比リッチ限界の範囲内で、よりリッチにして、高い出力トルクを確保することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、水素供給量制御手段は、空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が理論空燃比よりリーンになるように水素供給量を制御する。

また、本発明において、好ましくは、水素エンジンは、三元触媒が設けられた排気通路を有し、水素供給量制御手段は、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比が理論空燃比よりリッチになると共に空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が理論空燃比よりリーンになり、さらに、三元触媒を通過する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように水素供給量を制御する。
このように構成された本発明においては、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比が理論空燃比よりリッチになると共に空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が理論空燃比よりリーンになり、さらに、三元触媒を通過する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように水素供給量が制御されるので、理論空燃比において浄化効率が高い三元触媒により排気ガスを効果的に浄化させることが出来、その結果、エミッションの悪化を抑制することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、水素供給手段は、気筒内に水素を直接噴射する直噴式水素インジェクタであり、燃料制御装置は、さらに、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比をリッチにする場合に、少なくともその気筒の直噴式水素インジェクタに多段噴射を行わせる噴射制御手段を有する。
このように構成された本発明においては、直噴式水素インジェクタにより気筒内に水素が直接噴射されるので、吸気充填効率を高めることが出来る。さらに、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比をリッチにする場合であっても、少なくともその気筒に対して多段噴射が行われるので、気筒内の水素と吸入空気とのミキシングを促進させることが出来る。これらの結果、吸気充填効率の低下を抑制しつつ、局所的にリッチな部分が生じないようにして、過早着火の発生をより確実に抑制することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、水素供給手段は、気筒内に水素を直接噴射する直噴式水素インジェクタ及び吸気通路に水素を噴射する吸気通路用水素インジェクタを有し、燃料制御装置は、さらに、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比をリッチにする場合に、少なくともその気筒の直噴式水素インジェクタ及び吸気通路用インジェクタの両方に水素を噴射させるインジェクタ制御手段を有する。
このように構成された本発明においては、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比をリッチにする場合に、少なくともその気筒の直噴式水素インジェクタ及び吸気通路用インジェクタの両方に水素を噴射させる。従って、空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比をリッチにする場合であっても、直接噴射により吸気充填効率の低下を抑制することが出来ると共に予混合噴射により気筒内の水素と吸入空気とのミキシングを促進させることが出来る。その結果、吸気充填効率の低下を抑制しつつ、局所的にリッチな部分が生じないようにして、過早着火の発生をより確実に抑制することが出来る。

本発明による水素エンジンの燃料制御装置によれば、過早着火の発生を抑制すると共に高い出力トルクを確保することが出来る。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、図１及び図２により、本発明の実施形態による燃料制御装置が適用された水素エンジンの構成を説明する。図１は、本実施形態による水素ロータリエンジンのフロントロータ部の概略構成を示す図であり、図２は、２つのロータ部及び吸排気系装置を含む水素エンジン全体の概略構成を示す図である。
先ず、主に図１により、エンジン本体部の構成を説明する。
図１に示すように、本実施形態による水素エンジン１は、ロータリ型エンジンであり、図２に示すように、２つのロータ部２、４を有するいわゆる２ロータ式ロータリエンジンである。ロータ部２はエンジンの前側に配置され（以下、「フロントロータ部」とする）、ロータ部４は、エンジンの後側に配置されている（以下、「リアロータ部」とする）。これらのロータ部２、４は、実際にはサイドハウジングを介して一体に形成されているが、この図２では、説明の便宜上、２つに分けて図示している。これらのロータ部２、４は、それぞれ、互いに同一且つ対称に形成されているので、以下では、主に、図１に示すフロントロータ部２について説明し、リアロータ部４については説明を省略する。

図１に示すように、ロータ部２は、トロコイド状の内周面を有するロータハウジング６及びその両側にそれぞれ配置された平面状の内面を有するサイドハウジング８（片方は図示を省略する）を備えている。これらのハウジング６、８により構成された気筒１０内にロータ１４が配置されている。リアロータ部４には気筒１２（図２参照）が形成され、同じくロータが配置されている。なお、図２では、ロータの図示を省略している。
ロータ１４は、その内方の偏心軸１６により支持されると共にその偏心軸１６と共に偏心回転するようになっている。気筒１０には、各ハウジング６、８とロータ１４とにより囲まれた作動室１８ａ〜ｃが形成されている。各作動室１８ａ〜ｃの容積は、ロータ１４の偏心回転により変化するようになっている。そして、作動室１８ａ〜ｃにおける吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の一連の工程により、ロータ１４が回転させられると共に偏心軸１６が回転させられ、その回転力が動力として偏心軸１６からドライブシャフト（図示せず）等に出力される。なお、この図１に示す状態では、作動室１８ａにおいて吸気及び圧縮行程が行われ、作動室１８ｂにおいて膨張（爆発）工程が行われ、作動室１８ｃにおいて排気行程が行われるようになっている。

図１に示すように、ロータハウジング６には２つの点火プラグ２０が取り付けられ、また、サイドハウジング８には、第１吸気ポート２２、第２吸気ポート２４、第３吸気ポート２６及び排気ポート２８が形成されている。第２及び第３の吸気ポート２４、２６は、図示していないサイドハウジング（図１において図示したサイドハウジング８の手前側のサイドハウジング）に形成されたポートである。なお、排気ポート２８は、両側のサイドハウジング８にそれぞれ形成され、互いに対称で同じ形状となっている。

次に、図２により、吸排気装置の構成について説明する。
図２に示すように、各吸気ポート２２、２４、２６には、吸気通路３０が接続されており、その吸気通路３０を介して気筒１０（１２）内の作動室１８ａに空気が導かれる。吸気通路３０は、その上流側にエアクリーナ３２及びスロットルバルブ３４が設けられ、下流側は、複数の分岐通路３０ａ〜ｄで構成されている。
吸気通路３０は、先ず、スロットルバルブ３４の下流側で、第１及び第２の吸気ポート２２、２４の側の分岐通路３０ａと、第３吸気ポート２６の側の分岐通路３０ｄとに分岐している。そして、各分岐通路３０ａ、３０ｄは、さらに、各ロータ部２、４に向けて振り分けられている。

さらに、分岐通路３０ａは、各ロータ部２、４側において、分岐通路３０ｂと、分岐通路３０ｃとに分岐しており、各分岐通路３０ｂ、３０ｃは、それぞれ、第１吸気ポート２２及び第２吸気ポート２４に接続されている。分岐通路３０ｄは、第３吸気ポート２６に接続されている。また、分岐通路３０ｅは、各ロータ部２、４側のそれぞれの分岐通路３０ａを連結する通路であり、吸気共鳴の作用を得るようになっている。
分岐通路３０ｃ、３０ｄ、３０ｅには、それぞれ、アクチュエータ（図示せず）により駆動される開閉バルブ３６ｃ、３６ｄ、３６ｅが設けられており、分岐通路３０ｃ、３０ｄ、３０ｅは、これらの開閉バルブ３６ｃ、３６ｄ、３６ｅにより、後述する所定のタイミングで開閉される。
一方、排気ポート２８には、排気通路４０が接続されており、その排気通路４０を介して排気ガスが排出される。排気通路４０の下流側には、排気ガスを浄化する三元触媒４２が設けられている。

次に、吸気通路３０における吸気ポート２２、２４、２６の切換制御について説明する。この水素エンジン１では、そのエンジン回転数に応じて吸気通路３０の吸気経路を変更するようにしている。
先ず、エンジン回転数が３５００ｒｐｍ以下の低回転域では、各開閉バルブ３６ｃ、３６ｄ、３６ｅを閉じて、分岐通路３０ａ、３０ｂを介した第１吸気ポート２２からの吸気を行わせる。次に、エンジン回転数が３５００ｒｐｍを超えると、分岐通路３０ｃの開閉バルブ３６ｃを開いて、分岐通路３０ａ、３０ｂ、３０ｃを介した第１及び第２の両方の吸気ポート２２、２４からの吸気を行わせる。このようにして、３５００ｒｐｍを超えた高回転域での吸入空気量を確保し、出力を向上させるようにしている。

次に、エンジン回転数が６１００ｒｐｍを超えると、分岐通路３０ｄの開閉バルブ３６ｄを開いて、分岐通路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを介した第１乃至第３の全ての吸気ポート２２、２４、２６からの吸気を行わせる。このようにして、より高回転域における吸入空気量を確保するようにしている。次に、７０００ｒｐｍを超えると、分岐通路３０ｅの開閉バルブ３６ｅを開いて各分岐通路３０ａを連通させることにより、共鳴過給効果（吸気共鳴）を得る。つまり、流動する空気により分岐通路３０ｅを共振させて過給効果を得ることにより、吸入空気量を増大させている。
なお、分岐通路３０ｂにも開閉バルブを設けて、３５００ｒｐｍを超える高回転域でその開閉バルブを閉じる一方、分岐通路３０ｃや分岐通路３０ｅの管径を大きく且つ短くするなどして、高回転域での吸入空気量を確保するようにしても良い。
以上説明した分岐通路の切換制御は、エンジン回転数センサ６４の出力信号を基にＥＣＵ７０により各開閉バルブ３６ｃ、３６ｄ、３６ｅのアクチュエータ（図示せず）を制御することにより行われる。

次に、図１及び図２により水素噴射装置を説明する。
図２に示すように、各ロータ部２、４においては、水素ガスを気筒１０、１２内に直接噴射する直噴式水素ガスインジェクタ５０がロータハウジング６に取り付けられている（図１参照）。さらに、各ロータ部２、４の分岐通路３０ｃには、水素ガスを分岐通路３０ｃ内に噴射するポート噴射式水素ガスインジェクタ５２が取り付けられている。各インジェクタ５０、５２には、図示しないが、水素高圧ガスタンクに接続された水素ガス供給通路を介して水素ガスが供給されるようになっている。水素ガスの噴射量は、各インジェクタ５０、５２の内部に設けられた電磁弁（図示せず）の開閉量により調整される。

次に、図２によりセンサ類及びコントロールユニットについて説明する。
吸気通路３０には、エアクリーナ３２とスロットルバルブ３４との間に吸入空気量を検出するエアフローセンサ６０が取り付けられ、排気通路４０には、三元触媒４２の上流側に排気ガスの酸素濃度を検出するリニアＯ₂センサ６２が取り付けられている。このリニアＯ₂センサ６２により検出された酸素濃度から、排気ガスの空燃比が算出される。さらに、エンジン本体部には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ６４が取り付けられている。
これらの各センサ６０、６２、６４は、ＥＣＵ（コントロールユニット）７０に接続されており、エアフローセンサ６０により検出された吸入空気量Ａに関する出力信号、リニアＯ₂センサ６２により検出された排気ガス空燃比λｅに関する出力信号、及び、エンジン回転数センサ６４により検出されたエンジン回転数Ｎｅに関する出力信号がＥＣＵ７０に入力されるようになっている。
ＥＣＵ７０には、各水素ガスインジェクタ５０、５２が接続され、ＥＣＵ７０によって、各インジェクタの燃料噴射量や噴射タイミングなどが制御されるようになっている。

次に、図３により、ＥＣＵ７０による各気筒１０、１２に対する空燃比制御の内容を説明する。
図３は、本実施形態による各気筒に対する空燃比の制御内容を示すフローチャートである。なお、図３に示すフローチャートにおいて、「Ｓ」は各ステップを示す。
ここで、上述したように、エンジンの吸気系装置（本実施形態では、主に吸気通路３０の複数の分岐通路３６ａ〜ｅ）のレイアウトや配置により、複数の気筒間で燃焼性が異なる場合がある。本実施形態の上述した水素エンジン１では、吸気通路３０における吸入空気の流動が、ロータ部２側とロータ部４側とで異なることに起因して、各気筒１０、１２内でのミキシングの状態が変化して燃焼性が異なるものとなっている。
ここで、一般に、空燃比λを小さくする（水素リッチにする）ほど、過早着火が発生し易くなる。また、ミキシングが不足して、気筒内に局所的にリッチが部分が生じると、過早着火が発生し易くなる。つまり、各気筒１０、１２に対する吸気通路３０の吸気流動の違い及びその結果生じる各気筒１０、１２におけるミキシング性の違いにより、過早着火が発生する空燃比の限界値（空燃比リッチ限界）が、各気筒間で異なることになる。

本実施形態では、フロントロータ部２の気筒１０の空燃比リッチ限界が、リアロータ部４の気筒１２の空燃比リッチ限界より低くなっているものとする。即ち、気筒１０では、気筒１２よりも大きい空燃比（気筒１２よりもリーンな状態）で過早着火が生じ易いものとする。なお、複数の気筒間での空燃比リッチ限界の違いは、エンジンを実際に車両に搭載した状態で実験的に測定することが出来る。或いは、エンジンを設計し、吸気系装置等の配置や取り回し等を決定した段階で、シミュレーションにより予測しても良い。
そこで、本実施形態では、図３に示すフローチャートの処理により、各気筒１０、１２の空燃比をそれぞれ制御して、各気筒１０、１２において過早着火の発生を抑制すると共に高トルクを確保するようにしている。さらに、エミッション性能の悪化を抑制するようにしている。

先ず、図３に示すように、Ｓ１において、エンジン回転数Ｎｅを示す出力信号、及び、吸入空気量Ａを示す出力信号を各センサ６４、６０から読み込む。次に、Ｓ２において、Ｓ１で読み込んだ吸入空気量Ａ及びエンジン回転数Ｎｅからエンジン負荷Ｔを演算する。
次に、Ｓ３に進み、Ｓ２で演算したエンジン負荷Ｔが所定値を超えているか否かを判定する。この所定値は、エンジン１の最大発生トルクの８０％の値と設定している。
このＳ３において、エンジン負荷Ｔが所定値を超えると判定された場合は、Ｓ４に進み、Ｓ１で読み込んだエンジン回転数Ｎｅが所定値を超えているか否かを判定する。本実施形態では、所定値を３５００ｒｐｍと設定している。なお、Ｓ３及びＳ４における各所定値は、エンジンの排気量や特性によって異なる値に設定しても良い。

このＳ４において、エンジン回転数Ｎｅが所定値を超えると判定された場合は、Ｓ５に進み、フロントロータ部２における空燃比をリーン化する。具体的には、本実施形態では、先ず、フロントロータ部２の気筒１０内（より詳しくは図１に示す作動室１８ａ内）の空燃比が、理論空燃比（λ＝１）より大きいリーン域となるように燃料噴射量を決定する。
燃料噴射量は、Ｓ１で読み込まれた吸入空気量Ａの値と、目標空燃比λ_fの値とで決定することが出来る。目標空燃比λ_fは、予め測定された気筒１０の空燃比リッチ限界の空燃比の値より大きい或いは同一の値を予め設定したものであり、本実施形態では、λ_f＝１．２である。
そして、決定された燃料噴射量の水素ガスを直噴式水素ガスインジェクタ５０により気筒１０内に噴射（筒内噴射）させる。このようにインジェクタ５０により水素ガスを直接に気筒１０内に噴射させているので、ポート噴射により予混合噴射する場合に比べ、吸気充填効率の低下を抑制することが出来る。

次に、Ｓ６に進み、リアロータ部４における空燃比をリッチ化する。具体的には、先ず、リアロータ部４の気筒１２内（より詳しくは図１の作動室１８ａと同様の作動室）の空燃比が、理論空燃比（λ＝１）より大きいリッチ域となるように燃料噴射量を決定する。燃料噴射量は、Ｓ５と同様に、吸入空気量Ａの値と、気筒１２に対する目標空燃比λ_rの値とで決定することが出来る。目標空燃比λ_rは、予め測定された気筒１２の空燃比リッチ限界の空燃比の値より大きい或いは同一の値を予め設定したものであり、本実施形態では、λ_r＝０．８である。
そして、決定された燃料噴射量の水素ガスを直噴式水素ガスインジェクタ５０により気筒１２内に噴射させる。従って、上述したように吸気充填効率の低下を抑制することが出来る。
また、このＳ６では、そのインジェクタ５０による噴射が多段噴射となるように制御している。つまり、気筒１２内により多くの水素ガスを噴射するので、多段噴射を行うことにより、水素ガスと吸入空気とのミキシングを促進して、水素が気筒１２内で均一にリッチとなるようにしている。このように、局所的にリッチな部分が生じないようにして、過早着火の発生を抑制するようにしている。

以上説明したように、高負荷且つ高回転のときは、空燃比リッチ限界が低い気筒１０における空燃比が、気筒１２における空燃比よりも大きくなるように（リーンになるように）して、過早着火の発生を抑制するようにしている。また、空燃比リッチ限界に応じて目標空燃比λ_f、λ_rを設定し、その目標空燃比に基づいて燃料噴射量を決定しているので、各気筒１０、１２のそれぞれにおいて、過早着火の発生を抑制しつつ、空燃比リッチ限界に近い或いは同一である空燃比を得ることが出来る。その結果、気筒１０、１２内を可能な限りリッチにして、高トルクを得ることが出来る。

また、本実施形態では、フロントロータ部２における目標空燃比（λ_f＝１．２）と、リアロータ部４における目標空燃比（λ_r＝０．８）との平均が理論空燃比（λ＝１）となるように、各目標空燃比λ_f、λ_rを設定している。これにより、排気ガスの空燃比がλ＝１となるようにすることが出来、そして、λ＝１である排気ガスにおいて最も効率良く排気ガスを浄化する三元触媒４２により、排気ガスを効率良く浄化させるようにしている。その結果、エミッションの悪化を抑制することが出来る。

次に、Ｓ３においてエンジン負荷Ｔが所定値以下の低負荷である場合、或いは、Ｓ４においてエンジン回転数Ｎｅが所定値以下の低回転である場合には、Ｓ７及びＳ８に進む。
Ｓ７及びＳ８においては、各ロータ部２、４における目標空燃比をそれぞれλ_f＝１、λ_r＝１と設定し、それらの目標空燃比λ_f、λ_r及びＳ１で読み込まれた吸入空気量Ａから、各気筒１０、１２に対する燃料噴射量をそれぞれ決定する。
そして、決定された燃料噴射量の水素ガスを気筒１０、１２内に直噴式水素ガスインジェクタ５０により噴射させる。このように水素ガスを直接に気筒１０、１２内に噴射させて、吸気充填効率の低下を抑制するようにしている。
また、排気ガスの空燃比がλ＝１となるようにしているので、上述したように排気ガスを三元触媒４２により効率良く浄化させるようにして、エミッションの悪化を抑制するようにしている。

なお、本実施形態では、Ｓ５及びＳ６において、空燃比リッチ限界が低い気筒及び高い気筒の両方の燃料噴射量を制御するようにしているが、例えば、或る一つの気筒の空燃比リッチ限界が他の気筒に比べかなり低い場合などに、空燃比リッチ限界が低い気筒のみの燃料噴射量を制御して、空燃比を理論空燃比（λ＝１）よりリーンにするように調整することも考えられる。

ここで、図４により、上述した図３のフローチャートにおけるステップＳ６の変形例を説明する。図４は、図３に示すステップＳ６の変形例によるステップＳ１６を示すフローチャートの一部である。この図４に示すＳ１６は、図３に示すＳ５の次に実行され、Ｓ６の代わりに実行される処理である。
図４に示すように、Ｓ６の変形例であるＳ１６においては、上述したＳ６と同様に、目標空燃比をλ_r＝０．８に設定し、その目標空燃比λ_rの値及び吸入空気量Ａにより燃料噴射量を決定する。
そして、このＳ１６においては、直噴式水素ガスインジェクタ５０によりリアロータ部４の気筒１２内に水素を直接噴射すると共にポート噴射式水素ガスインジェクタ５２によりリアロータ部４側の分岐通路３０ｃ内に水素を噴射する。この場合、各インジェクタ５０、５２による噴射量の合計が、決定された燃料噴射量となるようにする。
つまり、水素ガスを気筒１２内に直接噴射することにより吸気充填効率の低下を抑制しつつ、水素ガスを分岐通路３０ｃ内に噴射する予混合噴射により、気筒１２内における水素ガスと吸入空気とのミキシングを促進し、水素ガスが気筒１２内で均一にリッチとなるようにしているのである。このＳ１６では、このように局所的にリッチな部分が生じないようにして、過早着火の発生を抑制するようにしている。

次に、上述した図３のＳ５〜Ｓ８における燃料噴射量の決定についての変形例を説明する。
第１の変形例として、Ｓ５〜Ｓ８の各ステップにおいて排気ガス空燃比λｅをフィードバックして、燃料噴射量を決定しても良い。この場合は、Ｓ１において、酸素濃度センサからの酸素濃度を示す出力信号をリニアＯ₂センサ６２から読み込み、Ｓ２において、この酸素濃度から排気ガス空燃比λｅを算出する。そして、Ｓ２で算出された排気ガス空燃比λｅの値に応じて、Ｓ５〜Ｓ８の各ステップにおいて燃料噴射量を決定する。例えば、排気ガス空燃比λｅが１を下回っていれば（リッチであれば）、その空燃比λｅの低下量に応じて各ステップＳ５〜Ｓ８における燃料噴射量を低下させる。この変形例によれば、空燃比リッチ限界に近い或いは同一の空燃比をより確実に得ることが出来る。

第２の変形例として、Ｓ１で読み込んだエンジン回転数Ｎｅの変動をモニターし、或いは、排気通路４０内の排気ガス温度を排気温センサ（図示せず）により検出するなどして、過早着火による異常燃焼を検出し、Ｓ５〜Ｓ８の各ステップにおいて、目標空燃比λ_f、λ_r自体を変更するようにしても良い。例えば、異常燃焼が検出されれば、目標空燃比λ_f、λ_rの値を増大させて、各ステップＳ５〜Ｓ８における燃料噴射量を低下させる。この第２の変形例によれば、製造ばらつきに起因した空燃比リッチ限界のばらつきをも考慮して、各気筒１０、８毎の最適な空燃比を決定することが出来る。
なお、第１及び第２の変形例において、リニアＯ₂センサを各気筒１０、１２の排気ポート２８毎に設けるなどして、各気筒１０、１２毎の排気ガス空燃比λｅや排気ガス温度を検出し、各気筒１０、１２毎に燃料噴射量を調整しても良い。

なお、上述した実施形態及び変形例による燃料制御装置は気筒を２つ有するエンジンに適用されているが、それ以上の数の気筒を有するエンジンにも適用可能である。また、上述した実施形態及び変形例では、燃料制御装置をロータリエンジンに適用しているが、いわゆるレシプロエンジンにも適用可能である。

本発明の実施形態による水素ロータリエンジンのフロントロータ部の概略構成を示す図である。 ２つのロータ部及び吸排気系装置を含む水素エンジン全体の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態による各気筒に対する空燃比の制御内容を示すフローチャートである。 図３に示す処理ステップＳ６の変形例による処理ステップＳ１６を示すフローチャートの一部である。

符号の説明

１ 水素エンジン
２ フロントロータ部
４ リアロータ部
６ ロータハウジング
８ サイドハウジング８
１０ フロントロータ部の気筒
１２ リアロータ部の気筒
１４ ロータ
１８ａ〜ｃ 作動室
２２ 第１吸気ポート
２４ 第２吸気ポート
２６ 第３吸気ポート
２８ 排気ポート
３０ 吸気通路
３０ａ〜ｅ 吸気通路の分岐通路
３６ｃ、ｄ、ｅ 開閉バルブ
４０ 排気通路
４２ 三元触媒
５０ 直噴式水素ガスインジェクタ
５２ ポート噴射式水素ガスインジェクタ
６０ エアフローセンサ
６２ リニアＯ₂センサ
６４ エンジン回転数センサ

Claims (6)

1. 複数の気筒毎に水素を供給する複数の水素供給手段を備えた水素エンジンの燃料制御装置であって、
   過早着火の空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が、過早着火の空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比よりリーンになるように上記水素供給手段による水素供給量を制御する水素供給量制御手段を有し、
   この水素供給量制御手段は、上記空燃比リッチ限界が低い気筒の上記水素供給手段の水素供給量を制御して、上記空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が、上記空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比よりリーンになるようにすることを特徴とする水素エンジンの燃料制御装置。
2. 上記水素エンジンは、複数の吸気分岐通路を有し、それらの吸気分岐通路は、上記水素エンジンの低回転域と高回転域とで上記吸気分岐通路のいずれか或いは全部に取り付けられた開閉弁により吸気経路が変更されるように構成され、
   上記水素供給量制御手段は、上記高回転域において、上記空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が、上記空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比よりリーンになるように上記水素供給手段による水素供給量を制御する請求項１に記載の水素エンジンの燃料制御装置。
3. 上記水素供給量制御手段は、上記空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が理論空燃比よりリーンになるように水素供給量を制御する請求項１又は請求項２記載の水素エンジンの燃料制御装置。
4. 上記水素エンジンは、三元触媒が設けられた排気通路を有し、
   上記水素供給量制御手段は、上記空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比が理論空燃比よりリッチになると共に上記空燃比リッチ限界が低い気筒の空燃比が理論空燃比よりリーンになり、さらに、上記三元触媒を通過する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように水素供給量を制御する請求項１又は請求項２に記載の水素エンジンの燃料制御装置。
5. 上記水素供給手段は、上記気筒内に水素を直接噴射する直噴式水素インジェクタであり、
   上記燃料制御装置は、さらに、上記空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比をリッチにする場合に、少なくともその気筒の上記直噴式水素インジェクタに多段噴射を行わせる噴射制御手段を有する請求項４記載の水素エンジンの燃料制御装置。
6. 上記水素供給手段は、上記気筒内に水素を直接噴射する直噴式水素インジェクタ及び吸気通路に水素を噴射する吸気通路用水素インジェクタを有し、
   上記燃料制御装置は、さらに、上記空燃比リッチ限界が高い気筒の空燃比をリッチにする場合に、少なくともその気筒の上記直噴式水素インジェクタ及び上記吸気通路用インジェクタの両方に水素を噴射させるインジェクタ制御手段を有する請求項４記載の水素エンジンの燃料制御装置。

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