JP4609718B2 - 水素ロータリエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、水素ロータリエンジンの燃料噴射装置に係り、特に、作動室に水素を直接噴射する水素インジェクタを有する水素ロータリエンジンの燃料噴射装置に関する。

燃料として水素を使用する水素ロータリエンジンが知られている。このような水素を燃料とするエンジンでは、水素ガスの体積がガソリン等の液体燃料に比べて大きい（密度が小さい）ので、吸気通路内に燃料を噴射する予混合燃料供給方式では、吸気充填効率を高めにくい。

これに対して特許文献１には、作動室内に水素を直接噴射するようにして充填効率を高めるようにした水素ロータリエンジンが開示されている。さらに、この特許文献１には、ロータハウジングの幅方向に並べた複数の小開口径水素噴射ポート、或いは、ロータハウジングの幅方向に傾斜して延びる複数の小開口径水素噴射ポートにより、作動室内に噴射する水素を均等に分布させて、ロータハウジングの幅方向の中間部に配置された点火プラグ周りが局所的にリッチにならないようにすることにより、過早着火を抑制するようにしている。

特開平０６−２４１０５５号公報

ここで、水素ロータリエンジンにおいて、さらに燃費性能を向上させることが望まれている。これに対し、本発明者らは、水素ロータリエンジンの特性として、作動室間で漏れる高温燃焼ガスによる異常燃焼が、エンジンの高回転域、特に、高負荷高回転域において起きやすいが、低回転域において起こりにくいことに着目した。そして、高回転域、特に、高負荷高回転域においては、異常燃焼を抑制するために水素と吸入空気とのミキシングを促進させ、低回転域においては、燃費を向上させるために成層状態にすることが有効であることを見出した。
しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術を含む従来技術では、このようなエンジン回転数に応じた水素の分布状態を得ることが難しい。

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、異常燃焼を抑制すると共に燃費を向上させることが出来る水素ロータリ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、水素ロータリエンジンの燃料噴射装置であって、水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射する水素インジェクタと、この水素インジェクタが作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、水素インジェクタからの水素が、水素ロータリエンジンの低回転域では圧縮行程の作動室のリーディング領域に向かって流出し、高回転域では圧縮行程の作動室の中央領域に向かって流出するように、水素の噴射方向を設定する水素流出方向設定手段と、を有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、水素インジェクタ及び水素噴射タイミング制御手段により、作動室に圧縮行程中に水素を直接噴射するので吸気充填効率を高めることが出来る。さらに、水素流出方向設定手段により、水素ロータリエンジンの低回転域では水素インジェクタからの水素が圧縮行程の作動室のリーディング領域に向かって流出するので、リーディング領域で水素ガスがリッチとなるような成層状態を作ることが出来る。従って、燃焼効率を高めることが出来、その結果、燃費を向上させることが出来る。さらに、水素流出方向設定手段により、高回転域では水素インジェクタからの水素が圧縮行程の作動室の中央領域に向かって流出するので、水素はその中央領域から両側の領域へと拡散し易く、吸入空気と水素ガスとのミキシングが促進される。その結果、過早着火のような異常燃焼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、水素インジェクタは、少なくとも第１インジェクタ及び第２インジェクタを有し、水素流出方向設定手段は、第１インジェクタの水素の噴射方向が作動室のリーディング領域に向かう方向となるように第１インジェクタを水素ロータリエンジンに取り付けると共に、第２インジェクタの水素の噴射方向が作動室の中央領域に向かう方向となるように第２インジェクタを第１水素インジェクタとは異なる角度でロータリエンジンに取り付けることにより構成されており、さらに、水素流出方向設定手段は、低回転域では第１水素インジェクタを作動させ、高回転域では第２水素インジェクタを作動させる。
このように構成された本発明においては、第１インジェクタの水素の噴射方向が作動室のリーディング領域に向かう方向となり、第２インジェクタの水素の噴射方向が作動室の中央領域に向かう方向となるように、第１及び第２の水素インジェクタが異なる角度でロータリエンジンに取り付けられ、さらに、低回転域では第１水素インジェクタが作動し、高回転域では第２水素インジェクタが作動するので、簡易な構成で且つ取付角度の調整により、作動室内のリーディング領域或いは中央領域に向けて水素を確実に流出させることが出来る。

また、本発明において、好ましくは、第２水素インジェクタの容量が第１水素インジェクタの容量より大であり、水素流出方向設定手段は、水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で第２水素インジェクタを作動させる。
このように構成された本発明においては、水素流出方向設定手段は、水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で第２水素インジェクタを作動させるので、過早着火のような異常燃焼が最も発生し易い高回転域且つ高負荷域において、吸入空気と水素とのミキシングを促進して異常燃焼を確実に抑制することが出来ると共に、第２水素インジェクタの容量が第１水素インジェクタの容量より大であるので、より多くの水素流量が必要な高回転域且つ高負荷域においても水素流量を確実に確保することが出来る。

また、本発明は、水素ロータリエンジンの燃料噴射装置であって、水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に圧縮行程の作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第１水素インジェクタと、水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に圧縮行程の作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第２水素インジェクタと、これらの第１及び第２の水素インジェクタが作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、水素ロータリエンジンの低回転域では第１水素インジェクタを作動させ、高回転域では第２の水素インジェクタを作動させるようにインジェクタを切り換える水素インジェクタ切換手段と、を有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、第１及び第２の水素インジェクタ及び水素噴射タイミング制御手段により、作動室に圧縮行程中に水素を直接噴射するので吸気充填効率を高めることが出来る。さらに、本発明においては、圧縮行程の作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第１インジェクタ及び圧縮行程の作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第２インジェクタを有し、水素インジェクタ切換手段により、低回転域では第１インジェクタを作動させ、高回転域では第２インジェクタを作動させる。従って、低回転域では水素が圧縮行程の作動室のリーディング領域に向けて噴射されてリーディング領域で水素ガスがリッチとなるような成層状態を作ることが出来ると共に、高回転域では水素が圧縮行程の作動室の中央領域に向けて噴射されて吸入空気と水素ガスとのミキシングを促進することが出来る。その結果、低回転域では燃焼効率を高めて燃費を向上させることが出来、高回転域では過早着火のような異常燃焼を抑制することが出来る。

また、本発明は、水素ロータリエンジンの燃料噴射装置であって、水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に圧縮行程の作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第１水素インジェクタと、水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に圧縮行程の作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第２水素インジェクタと、これらの第１及び第２の水素インジェクタが作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、水素ロータリエンジンの低回転域では第１水素インジェクタを作動させ、高回転域では第１及び第２の両方の水素インジェクタを作動させるようにインジェクタを切り換える水素インジェクタ切換手段と、を有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、第１及び第２の水素インジェクタ及び水素噴射タイミング制御手段により、作動室に圧縮行程中に水素を直接噴射するので吸気充填効率を高めることが出来る。さらに、本発明においては、圧縮行程の作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第１インジェクタ及び圧縮行程の作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第２インジェクタを有し、水素インジェクタ切換手段により、低回転域では第１インジェクタを作動させ、高回転域では第１及び第２の両方のインジェクタを作動させる。従って、低回転域では水素が圧縮行程の作動室のリーディング領域に向けて噴射されて、リーディング領域で水素ガスがリッチとなるような成層状態を作ることが出来ると共に、高回転域では、水素が圧縮行程の作動室のリーディング領域及び中央領域の両方に向けて噴射されて吸入空気と水素ガスとのミキシングを促進することが出来る。その結果、低回転域では燃焼効率を高めて燃費を向上させることが出来、高回転域では過早着火のような異常燃焼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、第１水素インジェクタの容量と第２水素インジェクタの容量とが同一であり、水素インジェクタ切換手段は、水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で第１及び第２の両方の水素インジェクタを作動させる。
このように構成された本発明においては、水素インジェクタ切換手段は、水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で第１及び第２の両方の水素インジェクタを作動させるので、過早着火のような異常燃焼が最も発生し易い高回転域且つ高負荷域において、吸入空気と水素とのミキシングを促進して異常燃焼を確実に抑制することが出来る。さらに、第１水素インジェクタの容量と第２水素インジェクタの容量とが同一であるので、部品の共通化によりコストを低減しつつ、上述したように、より多くの水素流量が必要な高回転域且つ高負荷域において第１及び第２のインジェクタの両方の水素インジェクタを作動させるので、水素流量を確実に確保することが出来る。

本発明による水素ロータリエンジンの燃料制御装置によれば、異常燃焼を抑制すると共に燃費を向上させることが出来る。

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乃至図４により、本発明の実施形態による燃料噴射装置が適用された水素ロータリ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エンジン本体部の概略構成を示す図であり、図２は、本実施形態による水素ロータリエンジンのエンジン本体部の断面構造の一部を示す断面図であり、図３は、図１に示すエンジン本体部及びそれに付随する装置を示す水素ロータリエンジンの全体構成を示す図であり、図４は、本実施形態による直噴式水素ガスインジェクタによる水素ガスの噴射方向及び噴射される領域を示す図である。
先ず、図１に示すように、本実施形態による水素ロータリエンジン１は、トロコイド状の内周面を有するロータハウジング２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４を備えている。図２に示すように、本実施形態の水素エンジン１は、いわゆる２ロータ式ロータリエンジンであり、３つのサイドハウジング４ａ、４ｂ（インターミディエイトハウジング）、４ｃと、ロータハウジング２とにより構成されたそれぞれの空間内にロータ６が配置されている。

図１及び図２に示すように、これらのロータ６は、その内方の偏心軸８により支持されると共にその偏心軸８と共に偏心回転するようになっている。このロータ６の周囲には、各ハウジング２、４とこのロータ６とにより囲まれた作動室１０、１１、１２が形成されている。各作動室１０、１１、１２の容積は、ロータ６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１０、１１、１２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６が回転させられると共に偏心軸８が回転させられ、その回転力が動力として偏心軸８からドライブシャフト（図示せず）等に出力される。
図１に示すように、ロータハウジング２には２つの点火プラグ１４、１５が取り付けられ、また、サイドハウジング４には、吸気ポート１６及び排気ポート１８が形成されている。吸気ポート１６には、吸気通路２０が接続されており、その吸気通路２０を介して作動室１０内に空気が導かれる。また、排気ポート１８には、排気通路２２が接続されており、その排気通路２２を介して作動室１２内の排気ガスが排出される。なお、このような構成は、図２に示す２つのロータ６に対して、ほぼ同じ構成となっている。
ロータ６は、この図１において時計回りに回転し、この図１に示す状態では、作動室１０において圧縮行程が行われ、作動室１１において膨張（爆発）工程が行われている。

ここで、点火プラグ１４、１５の配置及び付随する構成を説明する。図１に示すように、２つの点火プラグ１４、１５は、ロータ６の回転方向に対して直列に、即ち、垂直方向に並んだ位置に配置されており、ロータハウジング２には、それぞれのプラグ１４、１５に対して、プラグホール１４ａ、１５ａが形成されている。
これらの点火プラグ１４、１５及びプラグホール１４ａ、１５ａの配置及び大きさは、これらのプラグホール１４ａ、１５ａをロータ６のアペックスシール７が通過する際のガス吹き抜けが少なくなるように定められている。つまり、ロータ６の回転方向に対して後方側（トレーリング側）の点火プラグ１４をアペックスシール７が通過する際には、圧縮行程となっている作動室１０と、膨張行程となっている作動室１１との圧力差が大きく、ガスが吹き抜けやすいので、点火プラグ１４が燃焼室（作動室）から遠い位置に配置されると共にそのプラグホール１４ａの径がプラグホール１５ａより小さく形成されている。
一方、ロータ６の回転方向に対して前方側（リーディング側）の点火プラグ１５をアペックスシール７が通過する際には、圧縮行程となっている作動室１０と、膨張工程から排気行程に入っている隣の作動室との圧力差が小さいので、点火プラグ１５は燃焼室（作動室）に近い位置に配置されると共にそのプラグホール１５ａの径が点火プラグ１５の径と同等の大きさに形成されている。従って、この水素ロータリエンジン１では、リーディング側の点火プラグ１５の方が、燃焼性が良好、即ち、着火後に燃焼が拡散し易くなっている。

次に、図３に示すように、吸気通路２０の上流側にはスロットル弁２４が設けられ、さらにその上流側にはエアクリーナー２６が設けられている。また、排気通路２２の下流側には、排気通路２２中の排気ガスの一部を吸気通路２０に還流するためのＥＧＲ装置３０及び排気ガス浄化触媒（図示せず）などが設けられている。ＥＧＲ装置３０は、排気通路２２と吸気通路２０とを連結するＥＧＲ通路３２と、このＥＧＲ通路３２内の還流する排気ガスを冷却して密度を高めるＥＧＲクーラ３４と、ＥＧＲ率を制御するためのＥＧＲ弁３６とを有している。

次に、図１及び図２に示すように、各ロータハウジング２には、水素を作動室１０内に直接噴射する２つの直噴式水素ガスインジェクタ４０、４２が取り付けられている。図３に示すように、各直噴式水素ガスインジェクタ４０、４２は、それぞれ、途中で分岐した水素ガス供給通路５０を介して水素高圧ガスタンク５２に接続され、この水素高圧ガスタンク５２から水素ガスが供給されるようになっている。この水素高圧ガスタンク５２の排出口には、そのタンク５２から水素ガス供給通路５０への水素ガス排出を制御するための停止弁５４が設けられ、さらに、その下流側の水素ガス供給通路５０には、各インジェクタ４０、４２に対する水素供給量（水素供給圧力）を制御する遮断弁５６が設けられている。さらに、遮断弁５６の下流側の水素ガス供給通路５０には、水素ガス供給通路５０内の残圧を検出するための水素ガス圧力センサ５８が取り付けられている。

図１に示すように、２つの直噴式水素ガスインジェクタ４０、４２は、作動室１０に対して異なる角度でロータハウジング２に取り付けられている。そして、図４に水素ガスの噴射方向及び噴射される領域を示すように、圧縮行程の作動室１０に対して、一方のインジェクタ４２（以下、「Ｌ側噴射インジェクタ」とする）が作動室１０のリーディング側領域Ｌに向けて水素ガスを噴射し、他方のインジェクタ４０（以下、「中央側噴射インジェクタ」とする）が作動室１０の中央側領域Ｃに向けて水素を噴射する。その噴射された水素ガスは、リーディング領域Ｌ或いは中央側領域Ｃに向かって流出する。
本実施形態では、中央噴射インジェクタ４０の容量が、Ｌ側噴射インジェクタ４２の容量よりも大きいものとなっており、所定時間内により多くの水素ガスを噴射することが出来るものとなっている。これは、後述するように、中央噴射インジェクタ４０を高回転域で使用するためである。

ここで、この水素エンジン１では、水素ガスを圧縮行程において作動室１０に噴射するようにして、吸気充填効率を高めるようにしている。その噴射タイミングは、吸気行程が終了した後、所定のロータ回転角となったとき（ロータ６が図１に示すような位置にあるとき）に噴射を開始し、必要な噴射量を噴射し終えた後に終了する。噴射量は、各インジェクタ４０、４２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。
各水素ガスインジェクタ４０、４２は、それぞれ、ＥＣＵ７０に接続され、このＥＣＵ７０によって、各インジェクタの噴射の切換、噴射タイミング及び噴射量などが制御されるようになっている。

エンジン１には、センサとして、上述した水素ガス圧力センサ５８の他に、エンジン本体部に、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ７２が取り付けられ、また、吸気通路２０に、その吸気通路２０内の吸入空気量を検出するエアフローセンサ７６が取り付けられている。さらに、図示しないが、排気通路２２には、その排気通路２２中の酸素濃度（空燃比λの算出に用いる）を検出する酸素濃度センサ、吸気通路２０内の空気の温度を検出する吸気温センサ、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、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２２内の排気ガスの温度を検出する排気温センサ、水素ガス供給通路５０内を流れる水素ガスの流量を検出する水素ガス流量計、ガソリン供給通路６０内を流れるガソリンの流量を検出するガソリン流量計なども、エンジン１に設けられている。
ＥＣＵ７０には、これらのセンサの出力信号、特に、エンジン回転数センサ７２からのエンジン回転数Ｎに関する出力信号、及び、エアフローセンサ７６からの吸入空気量Ａに関する出力信号が入力されるようになっている。

次に、図５及び図６により、ＥＣＵ７０による各直噴式水素インジェクタ４０、４２の切換制御の内容を説明する。
図５は、本実施形態による各直噴式水素インジェクタの切換制御を示すフローチャートであり、図６は、本実施形態によるエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて各直噴式水素ガスインジェクタを切り換えるための制御マップを示す図である。なお、図５に示すフローチャートにおいて、「Ｓ」は各ステップを示す。
先ず、図５に示すように、Ｓ１においてエンジン回転数Ｎ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７２、７４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Ｎから、所定の空燃比（例えばλ＝２）となるような燃料噴射量Ｑ及びエンジン負荷Ｒを演算する。

次に、Ｓ３に進み、Ｓ２で演算したエンジン負荷Ｒが所定値を超えているか否かを判定する。この所定値は、図６中Ｔｔで示すラインである。このラインＴｔはエンジン回転数Ｎに応じて定められ、本実施形態では、エンジン１の最大発生トルクの８０〜８５％の値と設定している。
このＳ３において、エンジン負荷Ｒが所定値（ラインＴｔ）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Ｎ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４５００ｒｐｍと設定している。本実施形態では、４５００ｒｐｍを超えると高回転域、４５００ｒｐｍ以下であれば低回転域とする。なお、この所定値は、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Ｎが所定値（４５００ｒｐｍ）を超えると判定された場合は、Ｓ５に進み、中央噴射インジェクタ４０により、上述したように圧縮行程の所定のタイミングで、Ｓ２で演算された燃料噴射量Ｑの水素ガスを作動室１０の中央側領域Ｃに向けて噴射させる。
一方、Ｓ３において、エンジン負荷Ｒが所定値以下であると判定された場合、或いは、Ｓ４において、エンジン回転数Ｎが所定値（４５００ｒｐｍ）以下であると判定された場合は、Ｓ６に進み、Ｌ側噴射インジェクタ４２により、上述したように圧縮行程の所定のタイミングで、Ｓ２で演算された燃料噴射量Ｑの水素を作動室１０のリーディング側領域Ｌに向けて水素を噴射させる。

このようなＳ３及びＳ４の判定による水素ガスインジェクタ４０、４２の切換を制御マップとして表したのが図６である。この制御マップに示すように、Ｓ２で演算したエンジン負荷Ｒが所定値（ラインＴｔ）を超え、且つ、Ｓ１で読み込んだエンジン回転数Ｎが所定値（４５００ｒｐｍ）を超えている領域（中央噴射インジェクタ領域）では、中央噴射インジェクタ４０により作動室１０の中央側領域Ｃに向けて水素を噴射し、それ以外の領域（Ｌ側噴射インジェクタ領域）では、Ｌ側噴射インジェクタ４２により作動室１０のリーディング側領域Ｌに向けて水素を噴射させるのである。
なお、図６に示す制御マップには、いくつかのスロットル開度についてエンジン負荷（発生トルク）の変化を合わせて示している。例えば、スロットル開度７０％であり且つ高回転域（４５００ｒｐｍ〜）では、得られるエンジン負荷Ｒが所定値Ｔｔを超えているため、中央噴射インジェクタ４２による噴射を行わせるが、スロットル開度５０％且つ高回転域では、得られるエンジン負荷Ｒが所定値Ｔｔ以下になるため、Ｌ側噴射インジェクタ４０による噴射を行わせることが分かる。

ここで、水素ロータリエンジンでは、エンジン回転数が高くなるにつれて、膨張行程にある隣の作動室１１から漏れてくる高温の燃焼ガスにより、圧縮行程にある作動室１０の水素ガスが着火するいわゆる過早着火（プリイグニッション）が生じやすくなる。特に、高負荷高回転域において、作動室１０内に水素ガスのリッチな部分があると、このような過早着火が生じ易くなってしまう。
これに対して本実施形態では、エンジン１の高負荷域且つ高回転域において、作動室１０の中央側領域Ｃに向けて水素を噴射することにより、水素ガスが作動室１０内に均一に分散するようにしている。即ち、作動室１０の中央側に向けて噴射された水素は、ロータ６が回転するにつれ、その中央側領域Ｃから、前方のリーディング側領域Ｌ及び後方のトレーリング領域Ｔに拡散して、吸入空気と水素ガスとのミキシングが促進されるのである。その結果、過早着火のような異常燃焼を抑制することが出来る。
そして、本実施形態では、中央噴射インジェクタ４０の容量を、Ｌ側噴射インジェクタ４２の容量よりも大きくしているので、低回転域より水素噴射量の多い高回転域で水素ガスの噴射量を確実に得ることが出来、その結果、出力を確保することが出来る。

一方、本実施形態では、過早着火が起こりにくい低回転域において、作動室１０のリーディング側に向けて水素ガスを噴射することで、リーディング側領域Ｌで水素ガスがリッチとなるような成層状態にしている。この場合、ロータ６が回転し、点火プラグ１４、１５に対して細長い作動室が形成されると、上述したように燃焼性の高い点火プラグ１５の周囲で水素がリッチとなる。従って、燃焼効率を高めることが出来、その結果、燃費を向上させることが出来る。さらに、出力も向上する。また、本実施形態では、高回転域であるが負荷が小さいときにも、このように成層化して、燃焼効率を高めるようにしている。

次に、図７及び図８により、本発明の第２実施形態を説明する。図７は、第２実施形態による各直噴式水素インジェクタの切換制御を示すフローチャートであり、図８は、第２実施形態によるエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて各直噴式水素ガスインジェクタを切り換えるための制御マップを示す図である。
この第２実施形態による水素ロータリエンジンの構造は、図１乃至図３により上述した構造と基本的に同様である。以下、上述した実施形態（第１実施形態）と異なる点について説明する。
先ず、水素ロータリエンジン１の構造として、この第２実施形態では、図１に示す２つの水素ガスインジェクタ４０、４２を、互いの同じ容量のインジェクタとしている。本実施形態では、第１実施形態に比べ、中央噴射インジェクタ４２の容量を下げ、中央噴射インジェクタ４０の容量と同じ容量にして、部品（インジェクタ）の共通化を図っている。

次に、図７に示すように、ＥＣＵ７０の制御内容としては、Ｓ１１乃至Ｓ１４は、上述した図５のＳ１乃至Ｓ４の処理と同様である。即ち、Ｓ１１においてエンジン回転数Ｎ及び吸入空気量Ａを読み込み、Ｓ１２において燃料噴射量Ｑ及びエンジン負荷Ｒを演算し、Ｓ１３において、エンジン負荷Ｒが所定値（第１実施形態と同様の図８に示すラインＴｔで表される値）を超えるか否かを判定し、Ｓ１４において、エンジン回転数Ｎが所定値（第１実施形態と同様の４５００ｒｐｍ）を超えるか否かを判定している。

Ｓ１３においてエンジン負荷Ｒが所定値を超える判定され、さらに、Ｓ１４においてエンジン回転数Ｎが所定値を超えていると判定された場合には、Ｓ１５に進む。このＳ１５では、上述したような圧縮行程の所定のタイミングで、中央噴射インジェクタ４０により作動室１０の中央側領域Ｃに向けて噴射させると共にＬ側噴射インジェクタ４２によっても作動室１０のリーディング側領域Ｌに向けて水素を噴射させる。このＳ１５では、各インジェクタ４０、４２による噴射量の合計量がＳ２で演算された燃料噴射量Ｑとなるように、各インジェクタ４０、４２の噴射量が定められている。本実施形態では、ミキシングを促進するために中央噴射インジェクタ４０の噴射量が多くなるように定められている。
一方、Ｓ１３においてエンジン負荷Ｒが所定値以下であると判定され、或いは、Ｓ１４においてエンジン回転数Ｎが所定値以下であると判定された場合には、Ｓ１６に進み、上述したＳ６と同様に、Ｌ側噴射インジェクタ４２により、Ｓ１２で演算された燃料噴射量Ｑの水素を作動室１０のリーディング側領域Ｌに向けて水素を噴射させる。

第２実施形態による水素ガスインジェクタ４０、４２の切換を制御マップとして表したのが図８である。この制御マップにおいては、Ｓ２で演算したエンジン負荷Ｒが所定値（ラインＴｔ）を超え、且つ、Ｓ１で読み込んだエンジン回転数Ｎが所定値（４５００ｒｐｍ）を超えている領域が、「中央噴射インジェクタ及びＬ側噴射インジェクタ領域の併用領域」として規定され、それ以外の領域が、「Ｌ側噴射インジェクタ領域」として規定されている。また、この図８に示す制御マップにも、図６と同様に、いくつかのスロットル開度について、エンジン負荷（発生トルク）の変化を合わせて示している。

以上説明したように、この第２実施形態では、低回転域である場合、或いは、高回転域であるがエンジン負荷が小さい場合に、上述したように、Ｌ側噴射インジェクタ４２による水素噴射により、作動室１０のリーディング側領域Ｌで水素ガスがリッチとなるように成層化して燃焼効率を高めるようにしている。
一方、高回転域、特に、高負荷且つ高回転域である場合には、両方のインジェクタ４０、４２により水素ガスを噴射している。この場合においては、作動室１０の中央側領域Ｃ及びリーディング側領域Ｌの両方に向けて水素ガスが噴射されるので、ロータ６の回転に伴って水素ガスと吸入空気とのミキシングが促進され、特に、作動室１０の中央側領域Ｃの水素ガスは、ロータ６の回転に伴ってトレーリング領域Ｔにも拡散されて吸入空気とのミキシングが促進される。これらの結果、異常燃焼（過早着火）の発生を抑制することが出来る。
さらに、水素ガスの噴射量が大きくなる高回転域、特に、高回転域且つ高負荷域において、２つのインジェクタ４０、４２の両方から水素ガスを噴射することにより水素ガスの噴射量を確実に得ることが出来る。そして、２つのインジェクタ４０、４２の共通化を図ることが出来るので、コストも削減される。

なお、噴射された水素ガスの方向をいわゆるアシストエアー技術を用いてコントロールするようにしても良い。例えば、ロータハウジング２の水素ガスインジェクタ４０、４２の近傍に空気（アシストエアー）を噴出させる孔部を設け、この孔部から噴出した空気により水素ガスの流出方向を変えるようにしても良い。また、直噴式水素ガスインジェクタを１つだけ設け、或いは、同じ角度でロータリハウジングに取り付けられた２つの直噴式水素ガスインジェクタを設け、そのような直噴式水素ガスインジェクタの近傍に空気を噴出させる孔部を設けて、ある一定の方向に噴出した水素の流出方向を変えるようにしても良い。

本発明の実施形態による水素ロータリエンジンのエンジン本体部の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態による水素ロータリエンジンのエンジン本体部の断面構造の一部を示す断面図である。 図１に示すエンジン本体部及びそれに付随する装置を示す水素ロータリエンジンの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態による直噴式水素ガスインジェクタによる水素ガスの噴射方向及び噴射される領域を示す図である。 第１実施形態による各直噴式水素インジェクタの切換制御を示すフローチャートである。 第１実施形態によるエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて各直噴式水素ガスインジェクタを切り換えるための制御マップを示す図である。 第２実施形態による各直噴式水素インジェクタの切換制御を示すフローチャートである。 第２実施形態によるエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて各直噴式水素ガスインジェクタを切り換えるための制御マップを示す図である。

符号の説明

１ 水素ロータリエンジン
２ ロータハウジング
４ サイドハウジング
６ ロータ
１０ 圧縮行程の作動室
１１ 膨張行程の作動室
１４ トレーリング側（Ｔ側）の点火プラグ
１５ リーディング側（Ｌ側）の点火プラグ
１６ 吸気ポート
１８ 排気ポート
４０ 直噴式水素ガスインジェクタ（中央噴射インジェクタ）
４２ 直噴式水素ガスインジェクタ（Ｌ側噴射インジェクタ）
７０ コントロールユニット
７２ エンジン回転数センサ
７４ エアフローセンサ
Ｃ 圧縮行程の作動室の中央側領域
Ｌ 圧縮行程の作動室のリーディング側領域
Ｔ 圧縮行程の作動室のトレーリング側領域

Claims (6)

1. 水素ロータリエンジンの燃料噴射装置であって、
   上記水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射する水素インジェクタと、
   この水素インジェクタが上記作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、
   上記水素インジェクタからの水素が、上記水素ロータリエンジンの低回転域では圧縮行程の上記作動室のリーディング領域に向かって流出し、高回転域では圧縮行程の上記作動室の中央領域に向かって流出するように、水素の噴射方向を設定する水素流出方向設定手段と、
   を有することを特徴とする水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。
2. 上記水素インジェクタは、少なくとも第１インジェクタ及び第２インジェクタを有し、 上記水素流出方向設定手段は、上記第１インジェクタの水素の噴射方向が上記作動室のリーディング領域に向かう方向となるように上記第１インジェクタを上記水素ロータリエンジンに取り付けると共に、上記第２インジェクタの水素の噴射方向が上記作動室の中央領域に向かう方向となるように上記第２インジェクタを上記第１水素インジェクタとは異なる角度で上記ロータリエンジンに取り付けることにより構成されており、
   さらに、上記水素流出方向設定手段は、上記低回転域では上記第１水素インジェクタを作動させ、上記高回転域では上記第２水素インジェクタを作動させる請求項１に記載の水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。
3. 上記第２水素インジェクタの容量が上記第１水素インジェクタの容量より大であり、
   上記水素流出方向設定手段は、上記水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で上記第２水素インジェクタを作動させる請求項２に記載の水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。
4. 水素ロータリエンジンの燃料噴射装置であって、
   上記水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に圧縮行程の上記作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第１水素インジェクタと、
   上記水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に圧縮行程の上記作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第２水素インジェクタと、
   これらの第１及び第２の水素インジェクタが上記作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、 上記水素ロータリエンジンの低回転域では上記第１水素インジェクタを作動させ、高回転域では上記第２水素インジェクタを作動させるようにインジェクタを切り換える水素インジェクタ切換手段と、
   を有することを特徴とする水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。
5. 水素ロータリエンジンの燃料噴射装置であって、
   上記水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に圧縮行程の上記作動室のリーディング領域に向けて水素を噴射する第１水素インジェクタと、
   上記水素ロータリーエンジンの作動室を形成するロータハウジングに取り付けられ、上記水素ロータリエンジンの作動室に水素を直接噴射すると共に圧縮行程の上記作動室の中央領域に向けて水素を噴射する第２水素インジェクタと、
   これらの第１及び第２の水素インジェクタが上記作動室内に圧縮行程中の所定のタイミングで水素を噴射するように噴射タイミングを制御する水素噴射タイミング制御手段と、 上記水素ロータリエンジンの低回転域では上記第１水素インジェクタを作動させ、高回転域では上記第１及び第２の両方の水素インジェクタを作動させるようにインジェクタを切り換える水素インジェクタ切換手段と、
   を有することを特徴とする水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。
6. 上記第１水素インジェクタの容量と第２水素インジェクタの容量とが同一であり、
   上記水素インジェクタ切換手段は、上記水素ロータリエンジンの高回転域且つ高負荷域で上記第１及び第２の両方の水素インジェクタを作動させる請求項５に記載の水素ロータリエンジンの燃料噴射装置。

Images