JP4844586B2 - 作動ガス循環型水素エンジン - Google Patents
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Description
燃焼室に連通した吸気ポートと同燃焼室に連通した排気ポートとを同燃焼室の外部において接続する循環通路部を備え、同燃焼室に水素と酸素とを供給して同燃焼室において水素を燃焼させるとともに、同燃焼室から同排気ポートを通して排出される排ガスに含まれる単原子ガスからなる作動ガスを同循環通路部及び同吸気ポートを通して同燃焼室に供給する作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記循環通路部に介装されるとともに入口部及び出口部を有する凝縮部であって同循環通路部から同入口部を通して流入するガスに含まれる水蒸気を凝縮させることにより同入口部を通して流入するガスから同水蒸気を除去したガスを同出口部から同循環通路部へと排出する凝縮部と、
前記排気ポートと前記凝縮部の前記入口部との間において前記循環通路部に介装された酸化触媒と、
を備えている。
前記循環通路部は、
前記排気ポートから排出された排ガスを、前記酸化触媒と前記凝縮部とを順に通過させた後に前記吸気ポートへと到達させる通路を構成する主通路部と、
前記排気ポートから排出された排ガスを、前記酸化触媒を通過させないように迂回させ且つ前記凝縮部を通過させた後に前記吸気ポートへと到達させる通路を構成する触媒バイパス通路部と、を形成するように構成され、
更に、水素エンジンは、
前記主通路部及び前記触媒バイパス通路部の何れか一方が、前記排気ポートから排出された排ガスが実際に通過する通路を構成する実通路部となるように、同主通路部及び同触媒バイパス通路部の何れか一方を指示に応じて択一的に選択する実通路部選択手段と、
前記エンジンの運転状態を表すパラメータに応じて前記実通路部選択手段に前記指示を送出する選択制御手段と、
を備えることが好適である。
また、前記選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしての「前記エンジンの負荷」が所定の負荷閾値より小さいとき前記主通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出し、前記エンジンの負荷が前記所定の負荷閾値より大きいとき前記触媒バイパス通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出するように構成されてもよい。エンジンの負荷は、例えば、アクセルペダル操作量及び燃料として供給される水素量等に基づいて決定されてもよく、排気ポートから排出された排ガス中の水蒸気量(水蒸気濃度)に基づいて決定されてもよい。
図1は、本発明の第1実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンを含むシステムの概略図である。このシステムは、作動ガス循環型水素エンジンの本体部10、水素供給部40、酸素供給部50、循環通路部(作動ガス循環通路部)60及び電気制御装置70を備えている。このエンジンは、燃焼室に酸素及び作動ガスとしてのアルゴンガスを供給し、このガスを圧縮させることにより高温高圧となったガス中に水素を噴射することにより水素を拡散燃焼させる形式のエンジンである。なお、図1は、エンジン本体部10の特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
第2通路部62は、酸化触媒65の出口部と凝縮部66の入口部とを接続している。
第3通路部63は、凝縮部66の出口部と酸素ガスミキサ55の入口部とを接続している。
第4通路部64は、酸素ガスミキサ55の出口部と吸気ポート31とを接続している。
エンジン回転速度センサ72は、クランク軸14の回転速度に基づいてエンジン回転速度を表す信号NEとクランク角度を表す信号とを発生するようになっている。
酸素濃度センサ73は、配設部位(第1通路部61)を流れるガス(被検出ガス、排気ポート32を通して排出された排ガス)の酸素濃度を検出し、酸素濃度を表す信号Voxを発生するようになっている。信号Voxは被検出ガスの酸素濃度が高いほど大きくなるように変化する。
水素濃度センサ74は、配設部位(第1通路部61)を流れるガス(被検出ガス、排気ポート32を通して排出された排ガス)の水素濃度を検出し、水素濃度を表す信号VH2を発生するようになっている。信号VH2は被検出ガスの水素濃度が高いほど大きくなるように変化する。
サージタンク圧力センサ75は、サージタンク45内の水素ガスの圧力を検出し、サージタンク内の圧力(サージタンク圧力、即ち、噴射水素ガス圧力)Psgを表す信号を発生するようになっている。
燃焼室21に「水素」と「酸素」と「単原子ガスからなる作動ガス(アルゴンガス)」とを供給してその水素を燃焼させるとともに、燃焼室21に連通した排気ポート32と燃焼室21に連通した吸気ポート31とを燃焼室21の外部において接続する循環通路部60を備え、燃焼室21から排気ポート32を通して排出された排ガス中の作動ガスを循環通路部60及び吸気ポート31を通して燃焼室21に流入させる作動ガス循環型水素エンジンである。
前記循環通路部60(第2通路部62と第3通路部63との間)に介装されるとともに入口部及び出口部を有する凝縮部66であって「同循環通路部60(第2通路部62)から同入口部を通して流入するガス」に含まれる水蒸気を凝縮させることにより「同入口部を通して流入するガスから同水蒸気を除去したガス」を同出口部から同循環通路部60(第3通路部63)へと排出する凝縮部66と、
前記排気ポート32と前記凝縮部66の前記入口部との間において前記循環通路部60(即ち、第1通路部61と第2通路部62との間)に介装された酸化触媒65と、
を備える。
本発明の第2実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、酸化触媒と凝縮部とを一体化した点のみにおいて、第1実施形態の水素エンジンと相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
本発明の第3実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、第1実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンの酸化触媒65をバイパス(迂回)する通路を備える点等において、第1実施形態の水素エンジンと相違している。従って、以下、第1実施形態との相違点を中心として説明する。
第2通路部62は、酸化触媒65の出口部と凝縮部66Bの第1入口部66Bin1とを接続している。
第1接続通路部81は、凝縮部66Bの第1出口部66Bout1と通路切換弁85の第1入口部とを接続している。
第2接続通路部82は、通路切換弁85の出口部と酸素ガスミキサ55の入口部とを接続している。
第4通路部64は、酸素ガスミキサ55の出口部と吸気ポート31とを接続している。
下流側バイパス通路部84は、凝縮部66Bの第2出口部66Bout2と通路切換弁85の第2入口部とを接続している。
排気ポート32から排出された排ガスを、酸化触媒65と凝縮部66Bとを順に通過させた後に吸気ポート31へと到達させる通路を構成する主通路部と、
排気ポート32から排出された排ガスを、酸化触媒65を通過させないように迂回させ且つ凝縮部66Bを通過させた後に吸気ポート31へと到達させる通路を構成する触媒バイパス通路部と、を形成するように構成されている。
更に、この水素エンジンは、実通路部選択手段(通路切換弁85)と、選択制御手段(電気制御装置70及び図6に示したフローチャートを参照。)と、を備える。
前記主通路部及び前記触媒バイパス通路部の何れか一方が、「排気ポート32から排出された排ガスが実際に通過する通路を構成する実通路部」となるように、主通路部及び触媒バイパス通路部の何れか一方を指示に応じて択一的に選択する。
選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータ(本例においては、排気ポート32から排出された排ガス中に含まれる酸素の量を表す酸素濃度を表す信号Vox)に応じて前記実通路部選択手段に前記指示を送出する。
本発明の第4実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、第3実施形態と同様、第1実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンの酸化触媒65をバイパス(迂回)する通路を備える点等において、第1実施形態の水素エンジンと相違している。従って、以下、第1実施形態との相違点を中心として説明する。
触媒下流通路部86は、酸化触媒65の出口部と通路切換弁89の第1入口部とを接続している。
切換弁下流通路部87は、通路切換弁89の出口部と凝縮部66の入口部とを接続している。
バイパス通路部88は、第1通路部61の所定位置(分岐点Br)と通路切換弁89の第2入口部とを接続している。
第3通路部63は、凝縮部66の出口部と酸素ガスミキサ55の入口部とを接続している。
第4通路部64は、酸素ガスミキサ55の出口部と吸気ポート31とを接続している。
排気ポート32から排出された排ガスを、酸化触媒65と凝縮部66とを順に通過させた後に吸気ポート31へと到達させる通路を構成する主通路部と、
排気ポート32から排出された排ガスを、酸化触媒65を通過させないように迂回させ且つ凝縮部66を通過させた後に吸気ポート31へと到達させる通路を構成する触媒バイパス通路部と、を形成するように構成されている。
更に、この水素エンジンは、実通路部選択手段(通路切換弁89)と、選択制御手段(電気制御装置70及び図6に示したフローチャートを参照。)と、を備える。
前記主通路部及び前記触媒バイパス通路部の何れか一方が、「前記実通路部」となるように、主通路部及び触媒バイパス通路部の何れか一方を指示に応じて択一的に選択する。
選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータ(本例においては、排気ポート32から排出された排ガス中に含まれる酸素の量を表す酸素濃度を表す信号Vox)に応じて前記実通路部選択手段に前記指示を送出する。
Claims (4)
- 燃焼室に連通した吸気ポートと同燃焼室に連通した排気ポートとを同燃焼室の外部において接続する循環通路部を備え、同燃焼室に水素と酸素とを供給して同燃焼室において水素を燃焼させるとともに、同燃焼室から同排気ポートを通して排出される排ガスに含まれる単原子ガスからなる作動ガスを同循環通路部及び同吸気ポートを通して同燃焼室に供給する作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記循環通路部に介装されるとともに入口部及び出口部を有する凝縮部であって同循環通路部から同入口部を通して流入するガスに含まれる水蒸気を凝縮させることにより同入口部を通して流入するガスから同水蒸気を除去したガスを同出口部から同循環通路部へと排出する凝縮部と、
前記排気ポートと前記凝縮部の前記入口部との間において前記循環通路部に介装された酸化触媒と、
を備えた水素エンジン。 - 請求項1に記載の作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記循環通路部は、
前記排気ポートから排出された排ガスを、前記酸化触媒と前記凝縮部とを順に通過させた後に前記吸気ポートへと到達させる通路を構成する主通路部と、
前記排気ポートから排出された排ガスを、前記酸化触媒を通過させないように迂回させ且つ前記凝縮部を通過させた後に前記吸気ポートへと到達させる通路を構成する触媒バイパス通路部と、を形成するように構成され、
更に、
前記主通路部及び前記触媒バイパス通路部の何れか一方が、前記排気ポートから排出された排ガスが実際に通過する通路を構成する実通路部となるように、同主通路部及び同触媒バイパス通路部の何れか一方を指示に応じて択一的に選択する実通路部選択手段と、
前記エンジンの運転状態を表すパラメータに応じて前記実通路部選択手段に前記指示を送出する選択制御手段と、
を備える水素エンジン。 - 請求項2に記載の作動ガス循環型水素エンジンにおいて、
前記選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしての前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる酸素の量が所定の酸素量閾値より大きいとき前記主通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出し、前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる酸素の量が前記所定の酸素量閾値より小さいとき前記触媒バイパス通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出するように構成された水素エンジン。 - 請求項2に記載の作動ガス循環型水素エンジンにおいて、
前記選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしての前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる水素の量が所定の水素量閾値より大きいとき前記主通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出し、前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる水素の量が前記所定の水素量閾値より小さいとき前記触媒バイパス通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出するように構成された水素エンジン。
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