JP4501804B2 - 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する水素インジェクタ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 including a hydrogen injector that 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。かかる気体燃料を使用するエンジンにおいては、安定したエンジン動作を実現するために、燃料特性に応じた制御が行われる。例えば特許文献１には、安定したエンジンの始動性を確保する装置として、気体燃料エンジンにおいて燃料供給系統における始動時の圧力変動を抑制し、かつ早期にエンジン始動を完了させることを企図した気体燃料エンジン始動時燃料噴射装置が開示されている。
特開２００４−３２４４７２号公報 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 promoted. In an engine using such gaseous fuel, control according to fuel characteristics is performed in order to realize stable engine operation. For example, in Patent Document 1, as a device for ensuring a stable engine startability, a gas fuel that is intended to suppress pressure fluctuations at the start of a fuel supply system in a gas fuel engine and to complete engine start early. An engine start fuel injection device is disclosed.
JP 2004-324472 A

また、気体燃料として圧縮水素を用いる水素エンジンでは、その始動に際し、例えば燃焼に伴って生じた水あるいはもともと気体に含まれていた水が、エンジンの停止時にエンジン作動室内に水素を直接に噴射する水素インジェクタの噴口付近に付着する場合がある。そして、かかる状態のままエンジンの始動が行われると、水素噴射に伴う水素の断熱膨張による急冷によって上記水素インジェクタの噴口付近に付着した水が氷結する可能性がある。   In addition, in a hydrogen engine using compressed hydrogen as gaseous fuel, for example, water generated by combustion or water originally contained in the gas directly injects hydrogen into the engine working chamber when the engine is stopped. It may adhere near the nozzle hole of the hydrogen injector. If the engine is started in such a state, water adhering to the vicinity of the nozzle hole of the hydrogen injector may freeze due to rapid cooling due to adiabatic expansion of hydrogen accompanying hydrogen injection.

このように、水素インジェクタの噴口付近に氷結が生じると、エンジン作動室内へ水素を適切に供給することができず、安定したエンジンの始動を行うことができなくなる畏れがある。特に、上記水素エンジンが低温状態にある場合には、水素インジェクタに氷結が生じ易く、このような傾向がより顕著になり得る。   As described above, when icing occurs near the nozzle hole of the hydrogen injector, hydrogen cannot be properly supplied into the engine operating chamber, and stable engine startup may not be performed. In particular, when the hydrogen engine is at a low temperature, icing is likely to occur in the hydrogen injector, and this tendency can be more prominent.

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、水素エンジンの低温始動時に、水素インジェクタの噴口付近に付着した水の氷結を抑制す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 suppresses freezing of water adhering to the vicinity of a nozzle hole of a hydrogen injector when the hydrogen engine is started at a low temperature. And

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する水素インジェクタを備えた水素エンジンの燃料制御装置であって、前記水素エンジンの始動を検出する始動検出手段と、前記水素エンジンのエンジン温度を検出する温度検出手段と、エンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態と、アイドルスピードコントロールによって作動室へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態と、前記水素インジェクタに水素を供給する水素供給通路内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態と、の少なくとも何れか一に基づいて、前記水素インジェクタが氷結状態にあるか否かを判定する氷結状態判定手段と、前記始動検出手段によって前記水素エンジンの始動が検出され、前記温度検出手段によって検出された前記エンジン温度が所定の低温状態にある場合に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が複数回に分割して噴射されるように前記水素インジェクタの水素噴射を制御する水素噴射制御手段と、を備え、前記水素噴射制御手段は、前記氷結状態判定手段によって前記水素インジェクタが氷結状態にあると判定された場合に、前記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させるように補正す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 is a fuel control device for a hydrogen engine provided with a hydrogen injector that directly injects gaseous hydrogen into a working chamber, and a start detection means for detecting start of the hydrogen engine; The temperature detecting means for detecting the engine temperature of the hydrogen engine , the engine speed decreasing state in which the engine speed is not more than a predetermined value, and the amount of air supplied to the working chamber by the idle speed control are corrected so as to increase. The hydrogen injector is based on at least one of an increased air amount correction state and a hydrogen pressure fluctuation reduced state in which a hydrogen pressure fluctuation in a hydrogen supply passage for supplying hydrogen to the hydrogen injector is a predetermined value or less. there and determines frozen state determining means whether the frozen state, starting the detection of the hydrogen engine by the starting detection means When the engine temperature detected by the temperature detection means is in a predetermined low temperature state, the hydrogen injector is configured so that a predetermined hydrogen injection amount necessary for one combustion is divided and injected into a plurality of times. e Bei and a hydrogen injection control means for controlling the hydrogen injection, the hydrogen injection control means, when the hydrogen injector is determined to be in the frozen state by the frozen state determining means divides said predetermined hydrogen injection quantity Then, the correction is made so as to increase the number of divisions at the time of injection .

また更に、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、前記氷結状態判定手段は、前記水素エンジン始動時には前記水素圧力変動低下状態に基づいて前記水素インジェクタの氷結状態を判定し、前記始動時以外の際には前記エンジン回転数低下状態に基づいて前記水素インジェクタの氷結状態を判定することを特徴としたものである。 Furthermore, the invention according to claim 2 of the present application is the invention according to claim 1, wherein the frozen state determining means determines the icing condition of the hydrogen injector wherein during hydrogen engine start based on the hydrogen pressure variation drop state However, it is characterized in that the icing state of the hydrogen injector is determined on the basis of the engine speed reduction state at a time other than the starting time.

また更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記水素噴射制御手段は、前記エンジン温度が低い程、前記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させることを特徴としたものである。 Still further, the invention according to claim 3 of the present application is the invention according to claim 1, wherein the hydrogen injection control means divides the predetermined hydrogen injection amount and injects the fuel when the engine temperature is lower. It is characterized by increasing.

本願の請求項１に係る水素エンジンの燃料制御装置によれば、始動検出手段によって水素エンジンの始動が検出され、温度検出手段によって検出されたエンジン温度が所定の低温状態にある場合に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が複数回に分割して噴射されるように水素インジェクタの水素噴射を制御する水素噴射制御手段を備えている。すなわち、水素エンジンの低温始動時に上記所定水素噴射量を分割噴射することで、水素噴射に伴う水素の断熱膨張による急冷を緩和させることができ、その結果、例えば水素の燃焼に伴って生じた水が水素インジェクタの噴口付近に付着した状態でエンジンを始動する際に、上記水素インジェクタにおいて上記水が氷結することを抑制することができる。   According to the fuel control device for a hydrogen engine according to claim 1 of the present application, when the start of the hydrogen engine is detected by the start detection means, and the engine temperature detected by the temperature detection means is in a predetermined low temperature state, once. There is provided hydrogen injection control means for controlling hydrogen injection of the hydrogen injector so that a predetermined hydrogen injection amount necessary for the combustion of the fuel is divided into a plurality of times and injected. That is, by performing split injection of the predetermined hydrogen injection amount at the time of low temperature start of the hydrogen engine, rapid cooling due to adiabatic expansion of hydrogen accompanying hydrogen injection can be mitigated, and as a result, for example, water generated due to hydrogen combustion When the engine is started in a state where is adhering to the vicinity of the nozzle hole of the hydrogen injector, it is possible to prevent the water from freezing in the hydrogen injector.

また、上記水素エンジンの燃料制御装置は、水素インジェクタが氷結状態にあるか否かを判定する氷結状態判定手段を備え、上記水素噴射制御手段は、水素インジェクタが氷結状態にあると判定された場合に、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させるように補正する。これにより、水素インジェクタに氷結が生じている場合においても、水素インジェクタによる水素噴射の分割数を増加させることで上記氷結の進行を抑制することができる。 The fuel control system of the upper Symbol hydrogen engine, e Bei determining frozen state determining means for determining whether the hydrogen injector is in frozen state, the hydrogen injection control means, it is determined that the hydrogen injector is in frozen state In this case, the predetermined hydrogen injection amount is corrected so as to increase the number of divisions when the divided hydrogen is injected. Thereby, even when icing occurs in the hydrogen injector, the progress of icing can be suppressed by increasing the number of divisions of hydrogen injection by the hydrogen injector.

更に、上記氷結状態判定手段は、エンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態と、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）によって作動室へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態と、水素インジェクタに水素を供給する水素供給通路内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態との少なくとも何れか一に基づいて水素インジェクタの氷結状態を判定する。
水素インジェクタに氷結が生じると水素噴射量が低下し、例えばエンジン回転数の低下、ＩＳＣによる空気量の増加補正、あるいは水素供給通路内の水素圧力変動の低下などの各種現象が生じ得るので、かかる現象に基づいて、水素インジェクタの氷結状態を判定することが可能である。 Furthermore, the upper Symbol frozen state determining means, air to be corrected so that the engine speed reduction state engine speed is less than a predetermined value, the amount of air supplied to the working chamber by the idle speed control (ISC) is increased The icing state of the hydrogen injector is determined based on at least one of a quantity increase correction state and a hydrogen pressure fluctuation reduced state in which the hydrogen pressure fluctuation in the hydrogen supply passage for supplying hydrogen to the hydrogen injector is equal to or less than a predetermined value. .
When icing occurs in the hydrogen injector, the hydrogen injection amount decreases, and various phenomena such as a decrease in engine speed, an increase in air amount due to ISC, or a decrease in hydrogen pressure fluctuation in the hydrogen supply passage may occur. Based on the phenomenon, it is possible to determine the icing state of the hydrogen injector.

また更に、本願の請求項２の発明によれば、基本的には上記請求項１の発明と同様の効果を奏することができる。特に、上記氷結状態判定手段は、水素エンジン始動時には上記水素圧力変動低下状態に基づいて水素インジェクタの氷結状態を判定し、上記始動時以外の際には上記エンジン回転数低下状態に基づいて水素インジェクタの氷結状態を判定することにより、水素インジェクタの氷結状態を適切に判定することができ、上記効果をより有効に奏することができる。
Furthermore, according to the invention of claim 2 of the present application, basically the same effect as that of the invention of claim 1 can be obtained. In particular, the icing state determining means determines the icing state of the hydrogen injector based on the reduced hydrogen pressure fluctuation state at the time of starting the hydrogen engine, and the hydrogen injector based on the engine rotational speed decreased state at times other than the starting time. By determining the freezing state, it is possible to appropriately determine the freezing state of the hydrogen injector, and to achieve the above effect more effectively.

また更に、本願の請求項３の発明によれば、基本的には上記請求項１の発明と同様の効果を奏することができる。特に、上記水素噴射制御手段は、上記エンジン温度が低い程、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させることにより、水素インジェクタに氷結が生じ易いほど水素噴射の分割数を増加させることで、水素インジェクタに氷結が生じることをより有効に抑制することができる。 Still further, according to the invention of claim 3 of the present application, basically the same effect as that of the invention of claim 1 can be obtained. In particular, the hydrogen injection control means increases the number of divisions when the predetermined hydrogen injection amount is divided and injected as the engine temperature is lower, so that the number of hydrogen injections is more likely to freeze in the hydrogen injector. By increasing the value, it is possible to more effectively suppress icing in the hydrogen injector.

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。
上記水素エンジン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Ｈ１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Ｈ２とを有している。これらハウジングＨ１及びＨ２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Ｈ１の内周面とサイドハウジングＨ２とにより、３つの作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が規定される。各作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３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Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３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 includes a rotor housing H 1 having a trochoidal inner peripheral surface and a substantially flat side housing H 2 that extends along the planar 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 , E 3 are defined. Each working chamber E 1 , E 2 , E 3 repeats expansion and contraction of its working volume as the rotor R rotates about the eccentric axis C, and each working chamber E 1 , E 2 and E 3 are a series of strokes including an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke.

上記ロータハウジングＨ１には、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタ１０と、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３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Ｈ２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 aforementioned rotor housing H 1, the working chamber E 1, E 2, hydrogen injector 10 for injecting gaseous hydrogen directly to E 3, working chambers E 1, E 2, E 3 gaseous hydrogen and fed into the A spark plug 2 for igniting an air-fuel mixture is provided. 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.

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、水素インジェクタ１０は電磁弁Ｖ１を備えており、その燃料噴射は、電磁弁Ｖ１の開閉動作に基づき制御される。なお、図２では、水素インジェクタ１０に対して、電磁弁Ｖ１が別個に設けられて示されているが、実際には、後述する水素インジェクタ１０の断面構造を示した図３に見られるように、電磁弁Ｖ１は水素インジェクタ１０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, the hydrogen injector 10 is provided with a solenoid valve V 1, the fuel injection is controlled based on the opening and closing operation of the electromagnetic valve V 1. In FIG. 2, the solenoid valve V 1 is separately provided with respect to the hydrogen injector 10, but actually, as shown in FIG. 3 showing a cross-sectional structure of the hydrogen injector 10 described later. In addition, the solenoid valve V 1 is incorporated in the hydrogen injector 10.

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ために冷却水の水温を検出する水温センサ２０と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２１と、イグニションスイッチ（不図示）によって駆動され上記エンジン１をクランキングさせるスタータ２２とが設けられている。また、上記吸気通路３には、アクチュエータ２３によりアイドリング時においては、アイドル回転数が目標回転数に一致するように作動室へ供給される空気量を増減補正するアイドルスピードコントロール機能と、非アイドリング時には、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とを備えたスロットル弁２４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２５が設けられている。   As shown in FIG. 2, in the present embodiment, a water temperature sensor 20 that detects the coolant temperature to detect the engine temperature of the hydrogen engine 1 with respect to the main body of the hydrogen engine 1, and the engine rotation An engine speed sensor 21 that detects the number and a starter 22 that is driven by an ignition switch (not shown) and cranks the engine 1 are provided. The intake passage 3 has an idle speed control function for correcting an increase or decrease in the amount of air supplied to the working chamber so that the idle speed matches the target speed when idling by the actuator 23, and when not idling. A throttle valve 24 having a function of opening and closing according to the amount of depression of an accelerator pedal (not shown) is provided, and an oxygen concentration is detected in the exhaust passage 5 to calculate the air-fuel ratio in the working chamber. An oxygen concentration sensor 25 is provided.

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Ｈ１に設けられた水素インジェクタ１０は、該水素インジェクタ１０に燃料である水素を供給する水素供給通路３０を介して、水素を貯留する水素貯留タンク３１に接続されている。水素貯留タンク３１の排出口には、水素貯留タンク３１から水素供給通路３０への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁３２が設けられている。上記水素供給通路３０内には、水素インジェクタ１０に対する水素供給を制御するための遮断弁３３が設けられている。また、上記水素供給通路３０内には、遮断弁３３と水素インジェクタ１０との間に、水素供給通路３０内の水素圧力を検出する圧力センサ３４が設けられている。 Furthermore, the rotor housing H hydrogen injector 10 provided in the 1 constituting the main body of the hydrogen engine 1 is hydrogen as a fuel to hydrogen injector 10 through the hydrogen supply passage 30 for supplying hydrogen reservoir for storing hydrogen It is connected to the tank 31. The discharge port of the hydrogen storage tank 31 is provided with a stop valve 32 that is controlled to be opened and closed in order to control the hydrogen discharge from the hydrogen storage tank 31 to the hydrogen supply passage 30. A shutoff valve 33 for controlling the hydrogen supply to the hydrogen injector 10 is provided in the hydrogen supply passage 30. In the hydrogen supply passage 30, a pressure sensor 34 for detecting the hydrogen pressure in the hydrogen supply passage 30 is provided between the shut-off valve 33 and the hydrogen injector 10.

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、吸入エア量を検出するエアフローセンサ、上記スロットル弁２４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, an air flow sensor for detecting the intake air amount, a throttle opening sensor for detecting the opening of the throttle valve 24, Other configurations such as an exhaust gas purification catalyst and an exhaust temperature sensor provided in the exhaust passage 5 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コントロールユニット４０が設けられている。このコントロールユニット４０は、水素エンジン１の総合的な制御装置であり、エアフローセンサ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、排気温センサによって検出される排気温度、水温センサ２０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２１によって検出されるエンジン回転数、上記水素エンジン１の始動を検出するためのスタータ２２からのスタータ信号、アクチュエータ２３によって制御される空気量、及び圧力センサ３４によって検出される水素供給通路３０内の水素圧力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。なお、上記コントロールユニット４０は、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。   Furthermore, as shown in FIG. 2, a control unit 40 is provided for controlling the hydrogen engine 1 and related components. The control unit 40 is a comprehensive control device for the hydrogen engine 1, and includes an intake air amount detected by an air flow sensor, a throttle opening detected by a throttle opening sensor, an exhaust temperature detected by an exhaust temperature sensor, The engine temperature detected by the water temperature sensor 20, the engine speed detected by the engine speed sensor 21, the starter signal from the starter 22 for detecting the start of the hydrogen engine 1, the amount of air controlled by the actuator 23, Based on various control information such as the hydrogen pressure in the hydrogen supply passage 30 detected by the pressure sensor 34, various controls such as fuel injection control and ignition timing adjustment control of the hydrogen engine 1 are performed. The control unit 40 includes a microcomputer as a main part.

図３には、上記コントロールユニット４０により駆動制御される水素インジェクタの縦断面説明図が示されている。上記水素インジェクタ１０は、軸方向に沿って延びる気体通路１１を備えたインジェクタ本体１２と、該インジェクタ本体１２の気体通路１１内に設けられ、同じく軸方向に沿って延びる気体通路１３を備えたニードルバルブ１４とを有している。   FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of a hydrogen injector that is driven and controlled by the control unit 40. The hydrogen injector 10 includes an injector body 12 having a gas passage 11 extending along the axial direction, and a needle having a gas passage 13 provided in the gas passage 11 of the injector body 12 and also extending along the axial direction. And a valve 14.

上記インジェクタ本体１２は、その一端側（図３における上端側）で水素供給通路３０に連通される一方、その他端側（図３における下端側）で噴口１５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１１内に設けられるニードルバルブ１４は、その一端側（図３における上端側）で気体通路１１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３における下端側）で、シール部１６を構成するとともに、該シール部１６の上流側に気体通路１３から分岐しニードルバルブ１４の側面で開口するように形成された複数の分岐通路１７を備えている。   The injector main body 12 communicates with the hydrogen supply passage 30 on one end side (upper end side in FIG. 3), and forms the injection port 15 on the other end side (lower end side in FIG. 3), and the internal space of the hydrogen engine 1. Opposite to. The needle valve 14 provided in the gas passage 11 is held so as to slide along the inner peripheral surface of the gas passage 11 on one end side (the upper end side in FIG. 3), while on the other end side (see FIG. 3) and a plurality of branch passages 17 formed so as to branch from the gas passage 13 and open at the side of the needle valve 14 on the upstream side of the seal portion 16. Yes.

上記ニードルバルブ１４のシール部１６に対応して、インジェクタ本体１２の気体通路１１内には、噴口１５の上流側に弁座面１８が形成されている。ニードルバルブ１４のシール部１６が弁座面１８に着座することで、インジェクタ本体１２の噴口１５からの水素噴射が妨げられ、水素インジェクタ１０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。   Corresponding to the seal portion 16 of the needle valve 14, a valve seat surface 18 is formed in the gas passage 11 of the injector body 12 on the upstream side of the injection port 15. When the seal portion 16 of the needle valve 14 is seated on the valve seat surface 18, hydrogen injection from the injection port 15 of the injector body 12 is hindered, and supply of hydrogen from the hydrogen injector 10 into the working chamber of the hydrogen engine 1 is stopped. .

また、ニードルバルブ１４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１２には、気体通路１１の周囲に、ニードルバルブ１４とともに電磁弁Ｖ１を構成するソレノイドコイル１９が組み込まれている。かかる構成を備えることにより、水素インジェクタ１０では、ソレノイドコイル１９への駆動電流の供給に応じてニードルバルブ１４が該インジェクタ本体１２の気体通路１１に沿って上下方向へシフトさせられる。 In addition, a magnetic body (not shown) is attached to the needle valve 14, while a solenoid coil 19 that constitutes the electromagnetic valve V 1 together with the needle valve 14 is incorporated in the injector body 12 around the gas passage 11. Yes. With this configuration, in the hydrogen injector 10, the needle valve 14 is shifted in the vertical direction along the gas passage 11 of the injector body 12 in response to the drive current supplied to the solenoid coil 19.

上記コントロールユニット４０の制御によって電磁弁Ｖ１の開閉が制御され、上記電磁弁Ｖ１が開かれた状態では、図３中の破線の矢印で示すように、水素供給通路３０からの気体水素が、インジェクタ本体１２の気体通路１１、ニードルバルブ１４の気体通路１３、ニードルバルブ１４の分岐通路１７、インジェクタ本体１２の気体通路１１、インジェクタ本体１２の噴口１５の順に流れ、インジェクタ本体１２の噴口１５から作動室内へ噴射されることとなる。 Opening and closing of the solenoid valve V 1 is controlled by the control of the control unit 40, in the state where the solenoid valve V 1 is opened, as indicated by broken line arrow in FIG. 3, the gaseous hydrogen from the hydrogen supply passage 30 The gas passage 11 of the injector main body 12, the gas passage 13 of the needle valve 14, the branch passage 17 of the needle valve 14, the gas passage 11 of the injector main body 12, and the injection port 15 of the injector main body 12 flow in this order. It will be injected into the working chamber.

このような構成を備えた水素インジェクタ１０を有する水素エンジン１では、例えば気体水素の燃焼に伴って生じた水が上記水素インジェクタ１０の噴口１５付近に付着した状態でエンジンを始動すると、水素噴射に伴う水素の断熱膨張による急冷によって上記水が氷結し水素インジェクタ１０の作動を妨げる畏れがあるが、本実施形態では、特に低温始動時に、水素インジェクタ１０から噴射される１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を複数回に分割して噴射させることでかかる問題を回避する。なお、上記水素エンジン１の低温始動時とは、水素エンジン１において、スタータ２２からのスタータ信号により水素エンジンの始動が検出され、水温センサ２０により検出されたエンジン温度が０℃より低い場合である。   In the hydrogen engine 1 having the hydrogen injector 10 having such a configuration, for example, when the engine is started in a state where water generated due to combustion of gaseous hydrogen adheres to the vicinity of the nozzle 15 of the hydrogen injector 10, hydrogen injection is performed. The water may freeze due to the rapid cooling due to the adiabatic expansion of the hydrogen, and the operation of the hydrogen injector 10 may be hindered. In the present embodiment, however, the predetermined injection required for one combustion injected from the hydrogen injector 10 particularly at low temperature start-up. This problem is avoided by dividing the hydrogen injection amount into a plurality of times for injection. The low temperature start of the hydrogen engine 1 is when the start of the hydrogen engine is detected by the starter signal from the starter 22 in the hydrogen engine 1 and the engine temperature detected by the water temperature sensor 20 is lower than 0 ° C. .

本実施形態に係る水素インジェクタ１０での所定水素噴射量の分割噴射について説明する。
図４は、従来の水素噴射による水素インジェクタ１０の先端温度の変化をあらわすグラフである。図４では、エンジン温度が所定の低温状態にある場合（本実施形態では、エンジン温度が０℃より低い場合）に所定噴射量を１回で噴射する従来の水素噴射を行った際の水素インジェクタ１０の噴口付近の先端温度（インジェクタ先端温度）の変化が、時間を横軸にとり、インジェクタ先端温度を縦軸にとって表されている。なお、図４に示す例では、エンジン温度が−１０℃である状態が示されている。 The split injection of the predetermined hydrogen injection amount in the hydrogen injector 10 according to the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a graph showing a change in the tip temperature of the hydrogen injector 10 by conventional hydrogen injection. In FIG. 4, when the engine temperature is in a predetermined low temperature state (in this embodiment, the engine temperature is lower than 0 ° C.), a hydrogen injector when performing conventional hydrogen injection that injects a predetermined injection amount at a time The change of the tip temperature (injector tip temperature) in the vicinity of the 10 nozzle holes is represented by taking time on the horizontal axis and the injector tip temperature on the vertical axis. In the example shown in FIG. 4, a state where the engine temperature is −10 ° C. is shown.

図４に示されるように、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を時間ｔ１において１回で噴射すると、水素噴射前にはインジェクタ先端温度は−１０℃であるが、水素噴射量に比例してインジェクタ先端温度が低下し、噴射終了時には−３０℃まで低下する。インジェクタ先端温度が−３０℃まで低下すると、水素インジェクタ１０の噴口付近に付着している水が氷結し得る。なお、水素噴射後には、図４に示されるように、上記先端温度は−１０℃まで上昇する。 As shown in FIG. 4, when injected once a predetermined hydrogen injection quantity required for one combustion at time t 1, but before the hydrogen injection injector tip temperature is -10 ° C., the hydrogen injection quantity The injector tip temperature decreases in proportion and decreases to −30 ° C. at the end of injection. When the injector tip temperature decreases to −30 ° C., water adhering to the vicinity of the nozzle hole of the hydrogen injector 10 may freeze. In addition, after hydrogen injection, as shown in FIG. 4, the tip temperature rises to −10 ° C.

本実施形態では、上述したように、水素エンジン１の低温始動時に、水素インジェクタ１０による水素噴射において、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を分割して噴射させる。図５は、上記所定水素噴射量を２回に分割して噴射した際のインジェクタ先端温度の変化をあらわすグラフであり、図６は、上記所定水素噴射量を３回に分割して噴射した際のインジェクタ先端温度の変化をあらわすグラフである。図５及び６では、共に、エンジン温度が−１０℃である状態で水素噴射を行った際のインジェクタ先端温度の変化が、時間を横軸にとり、インジェクタ先端温度を縦軸にとって表されている。   In the present embodiment, as described above, when the hydrogen engine 1 is started at a low temperature, in the hydrogen injection by the hydrogen injector 10, the predetermined hydrogen injection amount necessary for one combustion is divided and injected. FIG. 5 is a graph showing a change in injector tip temperature when the predetermined hydrogen injection amount is divided into two times, and FIG. 6 is a graph when the predetermined hydrogen injection amount is divided into three times and injected. It is a graph showing the change of the injector tip temperature. In both FIGS. 5 and 6, the change in the injector tip temperature when hydrogen injection is performed in a state where the engine temperature is −10 ° C. is expressed with time on the horizontal axis and the injector tip temperature on the vertical axis.

図５に示されるように、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を２回に分割して噴射すると、水素噴射前にはインジェクタ先端温度は−１０℃であるが、水素噴射量に比例してインジェクタ先端温度が低下し、時間ｔ１１における１回目の噴射でインジェクタ先端温度は−２０℃まで低下し、その後、時間ｔ１２にはインジェクタ先端温度は−１３℃まで上昇し、時間ｔ１２における２回目の噴射でインジェクタ先端温度は−２５℃まで低下する。 As shown in FIG. 5, when the predetermined hydrogen injection amount required for one combustion is divided and injected twice, the injector tip temperature is −10 ° C. before hydrogen injection, but is proportional to the hydrogen injection amount. Then, the injector tip temperature decreases, and the injector tip temperature decreases to −20 ° C. by the first injection at time t 11. Thereafter, at time t 12 , the injector tip temperature rises to −13 ° C., and time t 12 During the second injection at, the injector tip temperature drops to -25 ° C.

なお、水素噴射に伴う水素の断熱膨張によるインジェクタ先端温度の温度低下は水素噴射量に略比例するので、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を２回に分割して噴射する場合、１回目及び２回目の各噴射における水素噴射量は、上記所定水素噴射量を１回で噴射する場合に比して少なくなるので、各噴射における温度低下は小さくなっている。   Since the temperature drop of the injector tip temperature due to the adiabatic expansion of hydrogen accompanying hydrogen injection is approximately proportional to the hydrogen injection amount, when the predetermined hydrogen injection amount required for one combustion is divided into two and injected, 1 Since the hydrogen injection amount in each of the second and second injections is smaller than that in the case where the predetermined hydrogen injection amount is injected once, the temperature drop in each injection is small.

このように、上記インジェクタ先端温度は、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を１回で噴射した場合には−３０℃まで低下するのに対し、２回に分割して噴射した場合にはインジェクタ先端温度は−２５℃までの低下となり、前者の場合に比べて水素噴射に伴うインジェクタ先端温度の温度低下を抑えることができる。   Thus, the injector tip temperature decreases to −30 ° C. when the predetermined hydrogen injection amount required for one combustion is injected at one time, whereas when the fuel is divided and injected twice. The injector tip temperature decreases to −25 ° C., and the temperature drop of the injector tip temperature associated with hydrogen injection can be suppressed compared to the former case.

図６には、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を３回に分割して噴射した場合のインジェクタ先端温度が示されており、上記所定水素噴射量を分割して時間ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３にそれぞれ噴射した場合が示されている。水素噴射によるインジェクタ先端温度の温度低下は水素噴射量に略比例するので、上記所定水素噴射量を３回に分割して噴射する場合、上記所定水素噴射量を１回及び２回で噴射する場合に比して、各噴射における上記先端温度の温度低下は小さくなっている。 FIG. 6 shows the injector tip temperature when the predetermined hydrogen injection amount necessary for one combustion is divided and injected into three times, and the predetermined hydrogen injection amount is divided into times t 21 and t. 22, when injected each t 23 is shown. Since the temperature drop of the injector tip temperature due to hydrogen injection is substantially proportional to the hydrogen injection amount, when the predetermined hydrogen injection amount is divided into three injections, the predetermined hydrogen injection amount is injected once and twice Compared to the above, the temperature drop of the tip temperature in each injection is small.

上記所定水素噴射量を３回に分割して噴射すると、インジェクタ先端温度は、時間ｔ２１における１回目の噴射で−１７℃まで低下し、時間ｔ２２における２回目の噴射で−１９℃まで低下し、時間ｔ２３における３回目の噴射で−２２℃まで低下する。なお、各噴射後、図６に示されるように、上記先端温度は上昇している。
上記インジェクタ先端温度は、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を１回で噴射した場合には−３０℃まで低下し、２回で噴射した場合には−２５℃まで低下するのに対し、３回に分割して噴射した場合には上記インジェクタ先端温度は−２２℃までの低下となり、水素噴射に伴うインジェクタ先端温度の温度低下をさらに抑えることができる。 When the predetermined hydrogen injection amount is divided into three times and injected, the injector tip temperature decreases to -17 ° C. at the first injection at time t 21 and decreases to −19 ° C. at the second injection at time t 22 . and it drops to -22 ° C. in the third injection at time t 23. Note that after each injection, the tip temperature rises as shown in FIG.
The injector tip temperature decreases to −30 ° C. when the predetermined hydrogen injection amount required for one combustion is injected once, and to −25 ° C. when injected twice. When the injection is divided into three times, the temperature at the tip of the injector is lowered to −22 ° C., and the temperature drop of the temperature at the tip of the injector accompanying hydrogen injection can be further suppressed.

なお、前述した実施形態では、水素エンジン１の低温始動時に１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を２回及び３回に分割して噴射しているが、これに限定されることなく、更に分割数を増加させることも可能である。   In the above-described embodiment, the predetermined hydrogen injection amount required for one combustion at the time of low temperature start of the hydrogen engine 1 is divided and injected into two times and three times, but is not limited thereto. Further, the number of divisions can be increased.

本実施形態では、上記コントロールユニット４０が、スタータ２２からのスタータ信号によって水素エンジン１の始動が検出され、水温センサ２０によって検出されたエンジン温度が所定の低温状態にある場合に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が複数回に分割して噴射されるように水素インジェクタ１０の水素噴射を制御する機能を備える。水素エンジンの低温始動時に上記所定水素噴射量を分割噴射することで、水素噴射に伴う水素の断熱膨張による急冷を緩和させることができ、その結果、例えば水素の燃焼に伴って生じた水が水素インジェクタの噴口付近に付着した状態でエンジンを始動する際に、上記水素インジェクタ１０において上記水が氷結することを抑制することができる。   In the present embodiment, when the control unit 40 detects the start of the hydrogen engine 1 based on the starter signal from the starter 22 and the engine temperature detected by the water temperature sensor 20 is in a predetermined low temperature state, one combustion is performed. A function of controlling the hydrogen injection of the hydrogen injector 10 so that the predetermined hydrogen injection amount required for the injection is divided into a plurality of times. By dividing and injecting the predetermined hydrogen injection amount at the time of low temperature start of the hydrogen engine, rapid cooling due to adiabatic expansion of hydrogen accompanying hydrogen injection can be mitigated, and as a result, for example, water generated due to hydrogen combustion becomes hydrogen. It is possible to prevent the water from icing in the hydrogen injector 10 when the engine is started in a state of being attached to the vicinity of the injection nozzle of the injector.

上記コントロールユニット４０はまた、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量をエンジン温度に応じて設定された分割数で分割噴射するように水素インジェクタ１０の水素噴射を制御する。図７は、エンジン温度と水素インジェクタによる水素噴射の分割数の関係を示すグラフである。図７では、水素インジェクタ１０によって上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数が縦軸にとられ、水素エンジン１のエンジン温度が横軸にとられている。   The control unit 40 also controls the hydrogen injection of the hydrogen injector 10 so that the predetermined hydrogen injection amount required for one combustion is divided and injected in the number of divisions set according to the engine temperature. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the engine temperature and the number of divisions of hydrogen injection by the hydrogen injector. In FIG. 7, the division number when the predetermined hydrogen injection amount is divided and injected by the hydrogen injector 10 is taken on the vertical axis, and the engine temperature of the hydrogen engine 1 is taken on the horizontal axis.

上記水素エンジン１が低温状態にある場合、エンジン温度が低いほど水素インジェクタに氷結が生じ易いので、上記コントロールユニット４０は、図７に示されるように、例えばエンジン温度が−５℃の場合には上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を２回、エンジン温度が−１０℃の場合には上記分割数を３回、エンジン温度が−２０℃の場合には上記分割数を５回など、エンジン温度が低い程、上記分割数を増加させて、より大きな分割数を設定する。   When the hydrogen engine 1 is in a low temperature state, as the engine temperature is lower, the hydrogen injector is more likely to freeze. Therefore, as shown in FIG. 7, the control unit 40, for example, when the engine temperature is −5 ° C. When the predetermined hydrogen injection amount is divided and injected, the number of divisions is twice. When the engine temperature is -10 ° C, the number of divisions is three. When the engine temperature is -20 ° C, the number of divisions is set. As the engine temperature is lower, such as five times, the number of divisions is increased to set a larger number of divisions.

このように、上記コントロールユニット４０は、上記エンジン温度が低い程、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させることにより、水素インジェクタ１０に氷結が生じ易いほど水素噴射の分割数を増加させることで、水素インジェクタ１０に氷結が生じることをより有効に抑制することができる。   In this way, the control unit 40 increases the number of divisions when the predetermined hydrogen injection amount is divided and injected as the engine temperature is lower, so that the hydrogen injector 10 is more likely to freeze. By increasing the number of divisions, it is possible to more effectively suppress icing in the hydrogen injector 10.

本実施形態に係る水素インジェクタ１０の制御フローチャートが図８に示されている。上記水素エンジン１では、まず、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、例えばエンジン温度、スタータ信号、エンジン回転数、水素供給通路３０内の水素圧力などの各種信号が読み込まれる（ステップ＃１）。次に、ステップ＃２において、上記信号に基づいて１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が設定される。なお、上記所定水素噴射量は、ＮＯｘの生成量が略０近傍となる理論空燃比よりリーン側の空燃比、例えばλ＝２になるように設定される。   A control flowchart of the hydrogen injector 10 according to the present embodiment is shown in FIG. The hydrogen engine 1 is first detected by the configuration related to the hydrogen engine 1 shown in FIG. 2, and various signals such as the engine temperature, the starter signal, the engine speed, and the hydrogen pressure in the hydrogen supply passage 30 are read (see FIG. 2). Step # 1). Next, in step # 2, a predetermined hydrogen injection amount required for one combustion is set based on the signal. The predetermined hydrogen injection amount is set such that the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio at which the amount of NOx produced is substantially near 0, for example, λ = 2.

ステップ＃２で水素噴射量が設定されると、水温センサ２０により検出されるエンジン温度が所定の低温状態にあるか否か、すなわち水温が０℃以下であるか否かが判定される（ステップ＃３）。
ステップ＃３での判定結果がイエス（ＹＥＳ）の場合、すなわち、上記水温が０℃より低い場合には、上記水温（エンジン温度）に応じて、ステップ＃２で設定された所定水素噴射量を何回に分割して噴射するかが設定される（ステップ＃４）。なお、上記所定水素噴射量の分割数は、図７に示すように、エンジン温度が低い程、上記分割数を増加させるように設定される。 When the hydrogen injection amount is set in step # 2, it is determined whether or not the engine temperature detected by the water temperature sensor 20 is in a predetermined low temperature state, that is, whether or not the water temperature is 0 ° C. or less (step). # 3).
If the determination result in step # 3 is yes (YES), that is, if the water temperature is lower than 0 ° C., the predetermined hydrogen injection amount set in step # 2 is set according to the water temperature (engine temperature). It is set how many times to divide and inject (step # 4). As shown in FIG. 7, the number of divisions of the predetermined hydrogen injection amount is set so that the number of divisions is increased as the engine temperature is lower.

次に、ステップ＃５で、上記水素エンジン１がクランキング中であるか否かが判定され、これがＹＥＳの場合、すなわち水素エンジン１がクランキング中の際には、ステップ＃６において、上記圧力センサ３４により検出される水素供給通路３０内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力低下状態にあるか否かが判定される。
上記水素供給通路３０内の水素圧力は、水素インジェクタ１０の電磁弁Ｖ１が閉状態にある場合には、例えば５ＭＰａにあり、水素インジェクタ１０の水素噴射時には、例えば２ＭＰａまで低下する。本実施形態では、上記水素圧力の変動とは、このような水素圧力の低下量のことである。 Next, in step # 5, it is determined whether or not the hydrogen engine 1 is being cranked. If this is YES, that is, if the hydrogen engine 1 is being cranked, the pressure is determined in step # 6. It is determined whether or not the hydrogen pressure in the hydrogen supply passage 30 detected by the sensor 34 is in a hydrogen pressure drop state where the fluctuation is equal to or less than a predetermined value.
The hydrogen pressure in the hydrogen supply passage 30 is, for example, 5 MPa when the solenoid valve V1 of the hydrogen injector 10 is in a closed state, and is reduced to, for example, 2 MPa when the hydrogen injector 10 is injecting hydrogen. In the present embodiment, the fluctuation of the hydrogen pressure refers to such a decrease amount of the hydrogen pressure.

このステップ＃６での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、水素供給通路３０内の水素圧力の変動が水素圧力低下状態にある場合には、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させる（ステップ＃７）。上記コントロールユニット４０は、ステップ＃４で設定された分割数を増加するように補正する。ステップ＃７で水素噴射の分割数が増加されると、この増加された分割数で、上記水素インジェクタ１０による水素噴射が実行される（ステップ＃８）。
一方、ステップ＃６での判定結果がノー（ＮＯ）の場合、すなわち、水素供給通路３０内の水素圧力の変動が所定値である場合には、ステップ＃４で設定された分割数で、上記水素インジェクタ１０による水素噴射が実行される（ステップ＃８）。 When the determination result in step # 6 is YES, that is, when the fluctuation of the hydrogen pressure in the hydrogen supply passage 30 is in the hydrogen pressure lowering state, the division when the predetermined hydrogen injection amount is divided and injected is performed. The number is increased (step # 7). The control unit 40 corrects the number of divisions set in step # 4 to increase. When the number of hydrogen injection divisions is increased in step # 7, hydrogen injection by the hydrogen injector 10 is executed with the increased number of divisions (step # 8).
On the other hand, if the determination result in step # 6 is no (NO), that is, if the fluctuation of the hydrogen pressure in the hydrogen supply passage 30 is a predetermined value, the number of divisions set in step # 4 Hydrogen injection by the hydrogen injector 10 is executed (step # 8).

上記のように、ステップ＃５での判定結果がＹＥＳの場合には、ステップ＃６で上記水素供給通路３０内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態であるか否かが判定されるが、ステップ＃５での判定結果がＮｏの場合、すなわち、水素エンジン１がクランキング中以外の際には、ステップ＃９において、アイドリング時のエンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態にあるか否かが判定される。具体的には、エンジン回転数センサ２１により検出されるエンジン回転数Ｎｅが、アイドリング時の目標回転数Ｎｏに対して所定許容範囲αを考慮したエンジン回転数の閾値Ｎｏ−αより低いか否かが判定される。   As described above, if the determination result in step # 5 is YES, it is determined in step # 6 whether or not the hydrogen pressure fluctuation in the hydrogen supply passage 30 is lower than a predetermined value. However, when the determination result in step # 5 is No, that is, when the hydrogen engine 1 is not cranking, in step # 9, the engine speed during idling is equal to or less than a predetermined value. It is determined whether or not the engine speed is being reduced. Specifically, whether or not the engine speed Ne detected by the engine speed sensor 21 is lower than the engine speed threshold No-α in consideration of the predetermined allowable range α with respect to the target speed No at idling. Is determined.

このステップ＃９での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、エンジン回転数がエンジン回転数低下状態にある場合には、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させる（ステップ＃１０）。上記コントロールユニット４０は、ステップ＃４で設定された分割数を増加するように補正する。ステップ＃１０で水素噴射の分割数が増加されると、この増加された分割数で、上記水素インジェクタ１０による水素噴射が実行される（ステップ＃８）。
一方、ステップ＃９での判定結果がＮＯの場合、すなわち、エンジン回転数が所定の回転数である場合には、ステップ＃４で設定された分割数で、上記水素インジェクタ１０による水素噴射が実行される（ステップ＃８）。 If the determination result in step # 9 is YES, that is, if the engine speed is in the engine speed lowering state, the number of divisions when the predetermined hydrogen injection amount is divided and injected is increased (step # 10). The control unit 40 corrects the number of divisions set in step # 4 to increase. When the number of divisions of hydrogen injection is increased in step # 10, hydrogen injection by the hydrogen injector 10 is executed with the increased number of divisions (step # 8).
On the other hand, if the determination result in step # 9 is NO, that is, if the engine speed is a predetermined speed, hydrogen injection by the hydrogen injector 10 is executed with the number of divisions set in step # 4. (Step # 8).

なお、ステップ＃３での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、上記水素エンジン１が低温状態にある場合には、図８の制御フローチャートに従ってステップ＃４からステップ＃１０に示されるように水素インジェクタ１０による分割噴射が行われるが、ステップ＃３での判定結果がＮＯの場合、すなわち、上記水素エンジン１は、そのエンジン温度が０℃以上であり低温状態にない場合には、ステップ＃２で設定された所定水素噴射量を１回で噴射する通常の水素噴射が実行される（ステップ＃１１）。   If the determination result in step # 3 is YES, that is, if the hydrogen engine 1 is in a low temperature state, the hydrogen injector 10 is shown in steps # 4 to # 10 according to the control flowchart of FIG. However, if the determination result in step # 3 is NO, that is, the hydrogen engine 1 is set at step # 2 when the engine temperature is 0 ° C. or higher and is not in a low temperature state. The normal hydrogen injection is performed in which the predetermined hydrogen injection amount is injected once (step # 11).

上記のように、本実施形態では、水素エンジン１が低温状態にある場合、水素インジェクタ１０による１回の燃焼に必要な水素噴射量を分割して噴射させるとともに、上記水素インジェクタ１０に氷結が生じている場合に起こり得る、例えば水素供給通路３０内の水素圧力変動の低下あるいはエンジン回転数の低下などの現象に基づいて、水素噴射の分割数を増加させる。   As described above, in the present embodiment, when the hydrogen engine 1 is in a low temperature state, the hydrogen injection amount necessary for one combustion by the hydrogen injector 10 is divided and injected, and the hydrogen injector 10 is frozen. The number of divided hydrogen injections is increased on the basis of a phenomenon that may occur in the case of, for example, a decrease in hydrogen pressure fluctuation in the hydrogen supply passage 30 or a decrease in engine speed.

上記コントロールユニット４０は更に、例えば圧力センサ３４により検出される上記水素圧力変動低下状態あるいはエンジン回転数センサ２１により検出される上記エンジン回転数低下状態に基づいて、上記水素インジェクタ１０の噴口１５付近に氷結が生じている氷結状態にあるか否かを判定する機能を備える。そして、上記コントロールユニット４０は、水素インジェクタ１０が氷結状態にある場合に、水素噴射の分割数を増加させるように補正する。   The control unit 40 further moves near the nozzle hole 15 of the hydrogen injector 10 based on, for example, the reduced hydrogen pressure fluctuation state detected by the pressure sensor 34 or the reduced engine speed state detected by the engine speed sensor 21. A function is provided for determining whether or not icing has occurred. Then, the control unit 40 corrects the number of hydrogen injection divisions to be increased when the hydrogen injector 10 is in an icing state.

本実施形態では、コントロールユニット４０が上記水素圧力変動低下状態あるいはエンジン回転数低下状態に基づいて水素インジェクタ１０の氷結状態を判定しているが、上記アイドルスピードコントロール機能によって作動室へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態に基づいて判定することも可能である。   In the present embodiment, the control unit 40 determines the icing state of the hydrogen injector 10 based on the hydrogen pressure fluctuation lowering state or the engine speed lowering state, but the air supplied to the working chamber by the idle speed control function. It is also possible to make a determination based on an air amount increase correction state in which the amount is corrected so as to increase.

また、本実施形態では、上記コントロールユニット４０が、上記水素圧力変動低下状態、上記エンジン回転数低下状態あるいは上記空気量増加補正状態に基づいて水素インジェクタが氷結状態であると判定された場合に、該氷結状態の程度に応じて水素噴射の分割数を増加させるようにすることができる。   In the present embodiment, when the control unit 40 determines that the hydrogen injector is in an icing state based on the hydrogen pressure fluctuation decreased state, the engine speed decreased state, or the air amount increase corrected state, The number of hydrogen injection divisions can be increased in accordance with the degree of icing.

なお、上記水素エンジン１がクランキング中以外の場合には、上記エンジン１がクランキング中の場合に比して、水素インジェクタ１０の電磁弁Ｖ１を作動させるための動作パルスのパルス幅が短くなり得るので、水素インジェクタ１０の開作動に伴う水素圧力変動が小さくなり、水素圧力変動に基づく氷結状態の判定では判定精度が低下するため、水素インジェクタ１０の氷結状態は上記エンジン回転数低下状態に基づいて判定する。 Note that when the hydrogen engine 1 is other than in the cranking, the engine 1 is compared with the case in cranking, the pulse width of the operation pulse for operating the solenoid valve V 1 of the hydrogen injector 10 is short Therefore, the hydrogen pressure fluctuation accompanying the opening operation of the hydrogen injector 10 is reduced, and the determination accuracy is lowered in the determination of the icing state based on the hydrogen pressure fluctuation. Therefore, the icing state of the hydrogen injector 10 is reduced to the above-described engine speed reduction state. Judgment based on.

このように、上記コントロールユニット４０は、水素インジェクタ１０が氷結状態にあるか否かを判定する機能を備え、水素インジェクタ１０が氷結状態にあると判定した場合、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させるように補正する。これにより、水素インジェクタ１０に氷結が生じている場合においても、水素インジェクタによる水素噴射の分割数を増加させることで上記氷結の進行を抑制することができる。   As described above, the control unit 40 has a function of determining whether or not the hydrogen injector 10 is in an icing state. When it is determined that the hydrogen injector 10 is in an icing state, the control unit 40 divides the predetermined hydrogen injection amount. It correct | amends so that the division | segmentation number at the time of injecting may be increased. As a result, even when icing occurs in the hydrogen injector 10, the progress of icing can be suppressed by increasing the number of divisions of hydrogen injection by the hydrogen injector.

また、上記コントロールユニット４０は、エンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態と、アイドルスピードコントロールによって作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態と、水素インジェクタ１０に水素を供給する水素供給通路３０内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態との少なくとも何れか一に基づいて水素インジェクタ１０の氷結状態を判定する。
水素インジェクタに氷結が生じると水素噴射量が低下し、例えばエンジン回転数の低下、ＩＳＣによる空気量の増加補正、あるいは水素供給通路内の水素圧力変動の低下などの各種現象が生じ得るので、かかる現象に基づいて、水素インジェクタの氷結状態を判定することが可能である。 Further, the control unit 40 corrects the engine speed to be reduced so that the engine speed is lower than a predetermined value and the amount of air supplied to the working chambers E 1 , E 2 , and E 3 is increased by idle speed control. The hydrogen injector 10 is based on at least one of the increased air amount correction state and the reduced hydrogen pressure fluctuation state in which the hydrogen pressure fluctuation in the hydrogen supply passage 30 for supplying hydrogen to the hydrogen injector 10 is not more than a predetermined value. Determine the freezing condition of
When icing occurs in the hydrogen injector, the hydrogen injection amount decreases, and various phenomena such as a decrease in engine speed, an increase in air amount due to ISC, or a decrease in hydrogen pressure fluctuation in the hydrogen supply passage may occur. Based on the phenomenon, it is possible to determine the icing state of the hydrogen injector.

更に、上記コントロールユニット４０は、水素エンジン始動時には上記水素圧力変動低下状態に基づいて水素インジェクタ１０の氷結状態を判定し、水素エンジン始動時以外の際には上記エンジン回転数低下状態に基づいて水素インジェクタ１０の氷結状態を判定することにより、水素インジェクタ１０の氷結状態を適切に判定することができ、上記効果をより有効に奏することができる。   Further, the control unit 40 determines the icing state of the hydrogen injector 10 based on the reduced hydrogen pressure fluctuation state at the time of starting the hydrogen engine, and determines hydrogenation based on the reduced engine speed state at times other than at the time of starting the hydrogen engine. By determining the icing state of the injector 10, the icing state of the hydrogen injector 10 can be appropriately determined, and the above effects can be more effectively achieved.

以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、水素エンジン１の水素インジェクタ１０に氷結が生じ易い低温始動時に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を分割して噴射することで、水素エンジン１の始動性を確保しつつ、水素インジェクタにおける氷結の発生及び進行を抑制することができる。   As is apparent from the above description, according to the present embodiment, the predetermined hydrogen injection amount necessary for one combustion is divided and injected at a low temperature start when the hydrogen injector 10 of the hydrogen engine 1 is likely to freeze. Thus, it is possible to suppress the occurrence and progress of freezing in the hydrogen injector while ensuring the startability of the hydrogen engine 1.

なお、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. However, 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する水素インジェクタ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、上記水素インジェクタを備えた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 provided with a hydrogen injector that directly injects gaseous hydrogen into a working chamber, and is suitable for a vehicle equipped with the engine equipped with the hydrogen injector, such as a vehicle such as an automobile. Applicable.

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. 水素インジェクタの縦断面説明図である。It is a longitudinal cross-sectional explanatory drawing of a hydrogen injector. 従来の水素噴射による水素インジェクタの先端温度の変化をあらわすグラフである。It is a graph showing the change of the tip temperature of the hydrogen injector by the conventional hydrogen injection. １回の燃焼に必要な所定水素噴射量を２回に分割して噴射した際の水素インジェクタの先端温度の変化をあらわすグラフである。It is a graph showing the change of the tip temperature of the hydrogen injector when the predetermined hydrogen injection amount required for one combustion is divided into two and injected. 上記所定水素噴射量を３回に分割して噴射した際の水素インジェクタの先端温度の変化をあらわすグラフである。It is a graph showing the change of the tip temperature of the hydrogen injector when the predetermined hydrogen injection amount is injected in three divided portions. エンジン温度と水素インジェクタによる水素噴射の分割数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between engine temperature and the division | segmentation number of the hydrogen injection by a hydrogen injector. 本実施形態に係る水素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 hydrogen injector which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 水素エンジン
１０ 水素インジェクタ
２０ 水温センサ
２１ エンジン回転数センサ
２２ スタータ
２３ アクチュエータ
３０ 水素供給通路
３４ 圧力センサ
４０ コントロールユニット
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３ 作動室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen engine 10 Hydrogen injector 20 Water temperature sensor 21 Engine speed sensor 22 Starter 23 Actuator 30 Hydrogen supply passage 34 Pressure sensor 40 Control unit E1, E2, E3 Working chamber

Claims (3)

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水素エンジンの燃料制御装置であって、
前記水素エンジンの始動を検出する始動検出手段と、
前記水素エンジンのエンジン温度を検出する温度検出手段と、
エンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態と、アイドルスピードコントロールによって作動室へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態と、前記水素インジェクタに水素を供給する水素供給通路内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態と、の少なくとも何れか一に基づいて、前記水素インジェクタが氷結状態にあるか否かを判定する氷結状態判定手段と、
前記始動検出手段によって前記水素エンジンの始動が検出され、前記温度検出手段によって検出された前記エンジン温度が所定の低温状態にある場合に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が複数回に分割して噴射されるように前記水素インジェクタの水素噴射を制御する水素噴射制御手段と、
を備え、
前記水素噴射制御手段は、前記氷結状態判定手段によって前記水素インジェクタが氷結状態にあると判定された場合に、前記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させるように補正する、
ことを特徴とする水素エンジンの燃料制御装置。 A fuel control device for a hydrogen engine including a hydrogen injector that directly injects gaseous hydrogen into a working chamber,
Start detection means for detecting start of the hydrogen engine;
Temperature detecting means for detecting the engine temperature of the hydrogen engine;
Supply of hydrogen to the hydrogen injector, an engine speed reduction state where the engine speed is less than a predetermined value, an air amount increase correction state where the air amount supplied to the working chamber is increased by idle speed control, and the hydrogen injector An icing state determination means for determining whether or not the hydrogen injector is in an icing state based on at least one of a reduced hydrogen pressure fluctuation state in which the fluctuation of the hydrogen pressure in the hydrogen supply passage is a predetermined value or less When,
When the start of the hydrogen engine is detected by the start detection means and the engine temperature detected by the temperature detection means is in a predetermined low temperature state, the predetermined hydrogen injection amount required for one combustion is multiple times. Hydrogen injection control means for controlling the hydrogen injection of the hydrogen injector so as to be divided and injected,
Bei to give a,
The hydrogen injection control means corrects to increase the number of divisions when the predetermined hydrogen injection amount is divided and injected when it is determined by the icing state determination means that the hydrogen injector is in an icing state. ,
A fuel control system for a hydrogen engine. 前記氷結状態判定手段は、
前記水素エンジン始動時には前記水素圧力変動低下状態に基づいて前記水素インジェクタの氷結状態を判定し、
前記始動時以外の際には前記エンジン回転数低下状態に基づいて前記水素インジェクタの氷結状態を判定する、
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 frozen state determining means includes
When the hydrogen engine is started, the icing state of the hydrogen injector is determined based on the reduced hydrogen pressure fluctuation state,
In a case other than at the time of starting, the icing state of the hydrogen injector is determined based on the engine speed reduction state.
The fuel control device for a hydrogen engine according to claim 1 . 前記水素噴射制御手段は、前記エンジン温度が低い程、前記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させ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。   2. The fuel control device for a hydrogen engine according to claim 1, wherein the hydrogen injection control means increases the number of divisions when the predetermined hydrogen injection amount is divided and injected as the engine temperature is lower.
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