JPH0257227B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、比較的低圧の水素ガスを燃料とする
シリンダ内直接噴射型水素エンジンに関し、更に
詳しくは該４サイクル火花点火式のシリンダ内直
接噴射型水素エンジンに過給機を付設したものに
おいて、最適な水素の供給時期及び給気の時期を
選定した水素供給及び給気方法に関するものであ
る。

（従来の技術） ４サイクル火花点火エンジンの燃料として水素
ガスを用いることは、従来公知である。（特公昭
58−12458号公報参照） 上記、公知のシリンダ内直接噴射型水素エンジ
ンを第４図ないし第６図を参照して説明する。

第４図は上記公知の水素エンジンの構成を示す
もので、ピストン１を備えたシリンダ２の頭部に
排気管３、給気管４及び水素ガス供給管５を接続
し、これらの各管にそれぞれ排気弁６、給気弁７
及び水素噴射弁８を設けている。点火プラグ９は
所定の時期に火花をとばすことによりシリンダ内
で水素を燃焼させるものである。

水素エンジンでは、シリンダ内に吸入される水
素量によつて出力が定まる。従つて、出力の制御
は、水素噴射弁の開弁期間を一定の下に水素噴射
圧力を可変とし、それに伴なうシリンダ内への水
素供給量の増減によつて行なつている。この場合
に、給気管４からは空気のみをシリンダに吸入
し、その空気量の制御は行なわないので、給気管
４には絞り弁を設けていない。

第５図は上記水素エンジンにおける各弁の開閉
時期を示すもので、Ｏは開時期、Ｃは閉時期を示
している。同図に示すように、給気弁７は吸入行
程の終期における下死点（BDC）で閉じ、また
水素噴射弁８は上記下死点で開き、これによつて
両弁７，８の開弁期間には相互に時期的な重なり
がないように設定している。従つて、空気と水素
ガスのシリンダ内への流入は全く独立に行なわ
れ、特にシリンダに流入する空気量が水素ガス供
給の影響を受けるようなことはない。

第６図は、上記水素エンジンの圧縮行程におけ
るシリンダ内圧力と水素供給圧力との関係を示す
もので、曲線はシリンダ内圧力を、線及び線
は水素供給圧力を示している。

同図に示しているように水素供給圧力は必要と
する出力に応じて、水素噴射弁８が開放している
間において、 （シリンダ内圧力）＜（水素供給圧力） の範囲においてシリンダ内に供給される。

（発明が解決しようとする問題点） 以上に示す公知のシリンダ内直接噴射型水素エ
ンジンでは、過給機を付設した場合、水素噴射が
不可能かあるいは困難となる。即ち、水素ガスは
水素吸蔵合金から発生させるものとなつており、
その圧力は余り高くない。このため、給気の過給
を行なうと、シリンダ内圧力が高くなつて （シリンダ内圧力）＜（水素供給圧力） の関係となる時期が極短期間となるか、あるいは
無くなつてしまう。

このため、特殊な水素吸蔵合金を用いて高い水
素ガスの圧力を得られるようにするか、あるいは
低圧の水素ガスを加圧ポンプで昇圧しなければな
らない。

以上説明したように、従来公知のシリンダ内直
接噴射型水素エンジンでは、過給機を設けた場
合、高コストかつ構造の複雑化の避けられないも
のであつた。

そこで本発明の目的は、シリンダ内直接噴射型
水素エンジンにおいて、過給機を付設してシリン
ダ内の給気圧力を高くしても、格別の付属装置を
設置することなく水素供給を行なうことのできる
ようにした給気方法を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の特徴とするところは、以下の点にあ
る。

給気弁と排気弁と過給機と水素噴射弁とを有
し、吸入行程にシリンダ内に水素を直接供給した
後前記過給機によつてシリンダ内に加圧給気する
過給機付きシリンダ内直接噴射型水素エンジンに
おいて、 排気弁の閉鎖後に水素供給を行ない、水素供給
の終了後に給気を行なうようにしたところにあ
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図
を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例になる水素エンジン
の構成を示すもので、ピストン１を備えたシリン
ダ２の頭部に排気管３、給気管４及び水素ガス供
給管５を接続し、これらの各管にそれぞれ排気弁
６、給気弁７及び水素噴射弁８を設けている。点
火栓９は所定の時期に火花をとばすことにより水
素を燃焼させるものである。

以上までの構成は、従来公知の水素エンジンと
同様であるが、本発明では過給機１０が付設さ
れ、シリンダ２内に吸入される給気の圧力が高い
ものとなつている。

第２図は上記水素エンジンにおける各弁の開閉
時期を示すもので、Ｏは開時期、Ｃは閉時期を示
している。

同図に示すように、排気弁６は排気行程の終了
時であるピストンのTDC付近で閉じる。排気弁
６が閉じると、その直後に水素噴射弁８が開く。
水素噴射弁８と排気弁６とのオーバーラツプは異
常燃焼や排気の水素ガス供給管５への逆流の原因
となるので、両弁のオーバーラツプは原則として
採用しないが、前記異常燃焼等が生じない程度で
あれば、多少のオーバーラツプを採用してもよ
い。

水素エンジンの出力はシリンダ内に吸入される
水素量によつて定まる。この発明では水素ガスの
供給圧力を可変とし、水素噴射弁８の開弁期間を
一定として水素供給量の制御を行なうものであ
る。そして、水素供給圧力は、例えばアクセルペ
ダルの踏み込み量あるいは踏み込み時間によつて
種々に変更されるものである。尚、計算及び実験
結果から、弁開をTDCとすると、開弁期間はク
ランク角で90゜は必要である。そして、水素噴射
弁８が閉じると、給気弁７が開く。ここで、水素
噴射弁８と給気弁７とのオーバーラツプは原則と
して採用しないが、給気の水素ガス供給管５への
逆流がない程度、あるいは水素噴射量の制御を困
難としない範囲であればオーバーラツプを採用
し、体積効率を向上させるようにしてもよい。

給気弁７の給気期間は、以下に示すように、シ
リンダ内の圧力が過給圧に近似する程度となるま
で行なわれる。

第３図は、上記水素エンジンの給気行程と圧縮
行程におけるシリンダ内圧力と過給圧との関係を
示すもので、曲線はシリンダ内圧力を線は過
給圧を示している。

同図に示しているように過給圧は常に一定に保
たりており、 （シリンダ内圧力）＜（過給圧） の関係が成立する期間だけ給気するようになつて
いる。給気弁７はシリンダ内圧力と過給圧とが同
圧となるＫ点よりも以前に閉じるものとなつてい
る。

以上説明したように、本発明によると、排気行
程の終了と同時に水素供給が始まり、所定期間だ
け水素供給がなされて後、給気行程が始まる。水
素供給量によつて出力が定まるので、水素供給圧
力の制御はアクセルペダル（図示しない）によつ
て図のP₁，P₂の範囲で行なわれる。所定量の水
素供給が終了すると、水素噴射弁８が閉じられて
給気弁７が開かれるが、給気は過給されているの
で、ピストンがBDC以降も給気されるものとな
つている。そこで、シリンダ内圧力が過給圧とな
るまでの適宜の時期に給気弁７を閉じるものとす
る。

以上に説明した本発明のエンジンは、空気過剰
率を大きくしているものであるから、給気の量の
精密な制御を必要としない。

（発明の効果） 以上のように構成され、作用する本発明の効果
は以下のとおりである。

シリンダ内直接噴射式の水素エンジンにおい
て、低圧の水素を使用した上で、過給を行なうこ
とが可能となる。

又、吸気行程の始めに水素噴射弁を開閉制御す
るものとなつているので、水素供給量の制御が容
易になされるものとなる。

まず水素が吸入され、その後に空気が給気され
るので、水素と空気の混合比が可燃範囲となつた
時には、既にシリンダ内が冷却されている状態と
なるので、過早着火、逆火が防止されものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシリンダ内直
接噴射型の水素エンジンを示す断面図、第２図は
本発明の水素供給方法を示す線図、第３図は本発
明の給気弁閉鎖時期をシリンダ内圧力と過給圧と
の関係で定める線図である。又、第４図は従来公
知シリンダ内噴射式の水素エンジンを示す断面
図、第５図は第４図に示すエンジンの水素供給方
法を示す線図、第６図は第４図に示すエンジンの
水素噴射弁閉鎖時期をシリンダ内圧力と水素供給
圧力との関係で定める線図である。 １：ピストン、２：シリンダ、３：排気管、
４：給気管、５：水素ガス供給管、６：排気弁、
７：給気弁、８：水素噴射弁、９：点火プラグ、
１０：過給機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 給気弁と排気弁および水素噴射弁を有する水
   素ガスエンジンの比出力向上のため、過給機を設
   けた４サイクルシリンダ内直接噴射型水素エンジ
   ンにおいて、 排気弁が閉鎖後のピストンTDC付近から水素
   噴射弁を開いて水素ガスがシリンダ内に供給さ
   れ、所定の期間だけ水素ガスを供給した後該水素
   噴射弁を閉じ、この直後に給気弁を開いて給気を
   行ない、該給気をBDC以降のシリンダ内圧が給
   気圧力に近似する値になるまで行うと同時に、前
   記水素供給量の制御を水素噴射弁の開弁期間を一
   定の下に水素ガス圧力を変更して行なうことを特
   徴とするシリンダ内直接噴射型水素エンジンにお
   ける水素供給及び給気方法。