JP4784431B2 - ガス燃料内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、
ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、
前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、
前記タンク毎に取得された貯蔵圧力と所定値とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記筒内噴射弁および前記ポート噴射弁を使用する併用モード、前記筒内噴射弁のみを使用する筒内噴射モードおよび前記ポート噴射弁のみを使用するポート噴射モードの何れか1つを、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードとして設定する噴射モード設定手段と、
前記噴射モードおよび前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および/または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする。
前記内燃機関は、ガス燃料として、水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする。
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクと、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクとの両方が含まれる場合には、前記併用モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンク、前記ポート噴射弁には前記低圧タンクをそれぞれ選択することを特徴とする。
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクのみが含まれる場合には、前記筒内噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンクの何れか1つを選択することを特徴とする。
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクのみが含まれる場合には、前記ポート噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記ポート噴射弁には前記低圧タンクの何れか1つを選択することを特徴とする。
前記所定値は、圧縮TDC付近において燃焼室内にガス燃料を噴射することのできる圧力値であることを特徴とする。
前記複数のタンクを互いに連通させる充填流路と、
前記充填流路を介して、前記タンク内のガス燃料を他のタンクへ充填する充填手段と、
を更に備えることを特徴とする。
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置と、
前記タンクから前記ポート噴射弁にガス燃料を供給する供給流路に配置されたエアモータと、を備え、
前記エアモータは、前記供給流路を流れるガス燃料の圧力エネルギにより、前記加圧装置に動力を供給することを特徴とする。
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置を備え、
前記内燃機関の動力により、前記加圧装置を駆動することを特徴とする。
前記内燃機関を搭載した移動体において、
前記充填手段は、
前記移動体の惰行時或いは減速時に、前記加圧装置を駆動することを特徴とする。
[ハードウェア構成]
図1は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態の装置が備えるガス燃料内燃機関10は、ガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。当該水素エンジン10は、内部にピストン12が配置されたシリンダブロック14と、シリンダブロック14に組み付けられたシリンダヘッド16を備えている。シリンダブロック14およびシリンダヘッド16の内壁とピストン12の上面とで囲まれる空間は、燃焼室18を形成している。尚、図1では一つの燃焼室18のみを示しているが、水素エンジン10は複数の燃焼室18を有する多気筒エンジンとして構成されている。燃焼室18には、空気を燃焼室18内に導入するための吸気ポート20、および燃焼室18内の燃焼ガスを排出するための排気ポート22が連通している。また、燃焼室18内には点火プラグ24が配置されている。
次に、本実施の形態1の動作について説明する。本実施の形態の水素エンジン10は、内燃機関の燃料として水素ガスを使用する。水素ガスはその可燃範囲が体積割合で4〜75%とかなり広く、空気過剰率λが4以上程度の極めて薄い混合気でも十分に燃焼させることができる。このため、水素を内燃機関の燃料として利用する場合には、極めてリーンな空燃比でも動力を取り出すことができ、いわゆる超リーンバーン運転が可能となる。
次に、図2を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図2は、ECU70が水素エンジン10に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[実施の形態2の特徴]
次に、図3を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図3に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
次に、図3を参照して、本実施の形態2において実行する処理の具体的内容について説明する。図3は、ECU70が水素エンジン10に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[実施の形態3の特徴]
次に、図4および5を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態のシステムは、図4に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図5に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
上述した実施の形態1では、タンク1とタンク2の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低い低圧タンクがポート噴射用に使用され、貯蔵圧力の高い高圧タンクが筒内噴射用に使用される。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができることとしている。
次に、図5を参照して、本実施の形態3において実行する処理の具体的内容について説明する。図5は、ECU70がタンク1の水素ガスをタンク2に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[実施の形態4の特徴]
次に、図6および7を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態のシステムは、図6に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図7に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
次に、図7を参照して、本実施の形態4において実行する処理の具体的内容について説明する。図7は、ECU70がタンク1の水素ガスをタンク2に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[実施の形態5の特徴]
次に、図8および9を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態のシステムは、図8に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図9に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
次に、図9を参照して、本実施の形態5において実行する処理の具体的内容について説明する。図9は、ECU70がタンク1の水素ガスをタンク2に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
10、50、80、90 ガス燃料内燃機関(水素エンジン)
12 ピストン
14 シリンダブロック
16 シリンダヘッド
18 燃焼室
20 吸気ポート
22 排気ポート
24 点火プラグ
32a、32b 圧力センサ
34a、34b 水素供給配管
36a、36b 分岐点
38 筒内噴射弁
40 ポート噴射弁
42a、42b、44a、44b シャットバルブ
46 高圧レギュレータ
48 低圧レギュレータ
52 分岐点
54 水素充填配管
56 ポンプ
58 エアモータ
60 回転軸
62 シャットバルブ
70 ECU(Electronic Control Unit)
82 駆動装置
92 電磁クラッチ
94 回転軸
96 クランク軸
P1、P2 貯蔵圧力
Ph 筒内噴射基準圧力
TDC(Top Dead Center) 上死点
Claims (10)
- ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関において、
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、
ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、
前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、
前記タンク毎に取得された貯蔵圧力と所定値とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記筒内噴射弁および前記ポート噴射弁を使用する併用モード、前記筒内噴射弁のみを使用する筒内噴射モードおよび前記ポート噴射弁のみを使用するポート噴射モードの何れか1つを、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードとして設定する噴射モード設定手段と、
前記噴射モードおよび前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および/または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、
を備えることを特徴とするガス燃料内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関は、ガス燃料として、水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする請求項1記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
- 前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクと、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクとの両方が含まれる場合には、前記併用モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンク、前記ポート噴射弁には前記低圧タンクをそれぞれ選択することを特徴とする請求項1または2記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 - 前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクのみが含まれる場合には、前記筒内噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンクの何れか1つを選択することを特徴とする請求項1または2記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 - 前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクのみが含まれる場合には、前記ポート噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記ポート噴射弁には前記低圧タンクの何れか1つを選択することを特徴とする請求項1または2記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 - 前記所定値は、圧縮TDC付近において燃焼室内にガス燃料を噴射することのできる圧力値であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
- 前記複数のタンクを互いに連通させる充填流路と、
前記充填流路を介して、前記タンク内のガス燃料を他のタンクへ充填する充填手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 - 前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置と、
前記タンクから前記ポート噴射弁にガス燃料を供給する供給流路に配置されたエアモータと、を備え、
前記エアモータは、前記供給流路を流れるガス燃料の圧力エネルギにより、前記加圧装置に動力を供給することを特徴とする請求項7記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 - 前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置を備え、
前記内燃機関の動力により、前記加圧装置を駆動することを特徴とする請求項7記載のガス燃料内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関を搭載した移動体において、
前記充填手段は、
前記移動体の惰行時或いは減速時に、前記加圧装置を駆動することを特徴とする請求項9記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
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