JP2007278144A - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、筒内噴射弁を開作動させることができるエンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【解決手段】作動室Ｅ１の筒内圧を補正するスロットル弁２２と、直噴式水素インジェクタＩ１に供給する水素圧力を検出する圧力センサ１７とを備え、コントロールユニット１０は、始動時に作動室Ｅ１の筒内圧を増加補正すべくスロットル弁２２を開作動させつつ、始動時の水素圧力が低い時は、高い時に対して増加補正量が低減されるようにスロットル弁２２を制御するようにした。
【選択図】図６

Description

この発明は、作動室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えたエンジンの燃料噴射装置に関する。

従来より、作動室内に直接燃料を噴射する直噴式の筒内噴射弁を備えたエンジンが知られており、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が挙げられる。かかる気体燃料を使用するエンジンにおいては、燃焼に伴い生じる水分又は元々気体に含まれる水分が外気温の低下に伴い氷結し、それが気体燃料を噴射する噴射弁に付着して、その開作動を妨げるという問題が発生し得る。

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、上述したような要因の他、水分が水素噴射孔付近に付着した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前記噴射孔付近に付着した水分が氷結する可能性がある。

かかる問題に対処して、例えば特許文献１には、低温始動時に、噴射弁に対する駆動電流の供給時間を長く設定し、それに伴う発熱作用により氷結を溶解させる方法が提案されている。

特開平１１−２６４３３４号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されるように、通電時間を長くした場合には、結果的に燃料の噴射量が増え、始動時の空燃比がオーバーリッチとなることから、エンジン作動にも弊害が生じるおそれがある。従って、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、噴射弁における開作動が確実に実行されることが切に望まれる。

また、潤滑油が筒内噴射弁に浸入し、該筒内噴射弁の作動を妨げるという問題がある。特に、トロコイド状の内周面を備えたロータハウジングと、平面状のサイドハウジングとを備え、その内部に形成された内部空間にロータが収納されることで複数の作動室が規定される所謂ロータリタイプのエンジンにおいては、ロータを円滑に回転させるために、ロータハウジングの内周面に潤滑油が供給される場合、大きな問題となる。

このように、前記潤滑油が筒内噴射弁内に浸入すると、潤滑油固有の粘性により、上述した水分の氷結の場合と同様、噴射弁の作動を妨げるという問題が発生し得る。

この発明は、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、筒内噴射弁を開作動させることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。

この発明のエンジンの燃料噴射装置は、作動室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えたエンジンの燃料噴射装置であって、前記作動室の筒内圧を補正する筒内圧補正手段と、前記筒内噴射弁に供給する燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段とを備え、前記筒内圧補正手段は、始動時に前記作動室の筒内圧を増加補正するとともに、始動時の燃料圧力が低い時は高い時に対して前記筒内圧の増加補正量を低減することを特徴とする。

この構成によれば、前記筒内圧補正手段で始動時に作動室の筒内圧を増加補正することにより、作動室の筒内圧によって筒内噴射弁は開動作される方向に押圧されることになる。従って、増加補正された前記作動室の筒内圧により、筒内噴射弁の開動作を補助することができるため、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、筒内噴射弁を開作動させることができる。

また、上述したように、作動室の筒内圧を増加させることは、結果としてエンジン回転数を急激に増加させることとなり、その増加の度合いが大きければ乗員が違和感を覚えるおそれがある。この構成によれば、始動時の燃料圧力が低い時は高い時に対して増加補正量を低減するように作動室の筒内圧を制御することにより、燃料圧力が低い時は前記作動室の筒内圧の増加量が低く抑えられるため、エンジン回転数の急激な増加を抑制し、乗員に違和感を覚えさせるといった事態を回避することができる。

また、燃料圧力が低い時は前記作動室の筒内圧の増加量を低く抑えることにより、前記作動室の筒内圧と、前記筒内噴射弁に供給される燃料圧力との差圧を小さくすることができるため、増加補正された作動室の筒内圧により燃料が作動室内に供給されにくくなるといった事態を回避することができる。

この発明の一実施態様においては、前記筒内圧補正手段は、前記燃料圧力検出手段により検出された燃料圧力と、前記作動室の筒内圧の増加補正量との関係を予め設定した筒内圧増加補正量判定マップに基づいて前記増加補正量を判定することを特徴とする。

この構成によれば、燃料圧力検出手段により検出された燃料圧力の値に基づいて的確な筒内圧増加補正量を判定することができる。従って、増加補正量が大きすぎて不必要にエンジン回転数を増加させたり、増加補正量が小さすぎて前記筒内噴射弁の開作動が失敗したりするといった事態を回避することができる。

この発明の一実施態様においては、前記筒内噴射弁に関連する温度を検出する温度検出手段を備え、前記筒内圧補正手段は、始動時の温度が所定温度未満である時、前記作動室の筒内圧を増加補正することを特徴とする。

この構成によれば、氷結が発生した状態であったとしても、前記筒内噴射弁を強制的に開作動させることができる。

この発明の一実施態様においては、前記筒内噴射弁の作動状態を検出する噴射弁作動状態検出手段を備え、始動時に前記筒内噴射弁の開作動が検出されない時、前記筒内圧補正手段を作動させることを特徴とする。

この構成によれば、前記筒内噴射弁の作動状態を検出することにより、不必要に作動室の筒内圧を増加補正する事態を確実に回避し、乗員に与える違和感を可及的に抑制できる。

この発明の一実施態様においては、前記噴射弁作動状態検出手段は、前記筒内噴射弁の作動状態をクランキング時間に基づいて検出することを特徴とする。

この構成によれば、クランキング時間をカウントするのみで、前記筒内噴射弁が開作動されたか否かを容易に検出することができる。

この発明の一実施態様においては、前記筒内噴射弁は、駆動電流の供給により開閉制御されるものであり、前記噴射弁作動状態検出手段は、前記筒内噴射弁の作動状態を前記駆動電流に基づいて検出することを特徴とする。

この構成によれば、前記駆動電流の変化を検出するのみで、容易に且つ確実に前記筒内噴射弁の開作動を検出できる。

この発明の一実施態様においては、前記筒内圧補正手段を、エンジンに供給される空気量を調整する空気量調整手段により構成したことを特徴とする。

この構成によれば、別途新たな手段を設けなくとも既存の構成を利用して作動室の筒内圧を増加補正できる。

この発明によれば、前記筒内圧補正手段で始動時に前記作動室の筒内圧を増加補正することにより、筒内噴射弁の開動作を補助することができるため、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、筒内噴射弁を開作動させることができる。

また、筒内圧補正手段が、始動時の燃料圧力が低い時は高い時に対して増加補正量を低減するように作動室の筒内圧を制御することにより、燃料圧力が低い時は前記作動室の筒内圧の増加量を低く抑えることができる。従って、エンジン回転数の急激な増加を抑制し、乗員に違和感を覚えさせるといった事態を回避することができる。

また、燃料圧力が低い時は前記作動室の筒内圧の増加量を低く抑えることにより、前記作動室の筒内圧と、前記筒内噴射弁に供給される燃料圧力との差圧を小さくすることができるため、増加補正された作動室の筒内圧により燃料が作動室内に供給されにくくなるといった事態を回避することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明の実施形態に係るロータリタイプのエンジン本体１を概略的に表す図である。エンジン本体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、拡大及び伸縮を繰り返し、ロータＲが１回転する間に、各作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３にて吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる一連の行程が完了される。

ロータハウジングＨ１には、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内に気体水素を直接噴射する気体水素噴射弁Ｉ１（以下、直噴式水素インジェクタＩ１という）と、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内に供給された燃料（気体水素又はガソリン）及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ８とが設けられている。他方、サイドハウジングＨ２には、吸気通路２に連通する吸気ポート２ａが形成されるとともに、排気通路３に連通する排気ポート３ａが形成されている。

さらに、本実施形態では、ロータハウジングＨ１に設けられる直噴式水素インジェクタＩ１に加えて、吸気通路２に取付けられ、吸気通路２内にガソリンを噴射するガソリン噴射弁Ｉ２（以下、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２という）が設けられるとともに、その上流側には、同様に吸気通路２に取付けられ、吸気通路２内に気体水素を噴射する気体水素噴射弁Ｉ３（以下、ポート噴射式水素インジェクタＩ３という）が設けられている。そして、エンジン本体１における作動室内への燃料供給が必要とされる場合には、エンジン回転数、水素又はガソリンの燃料残量等の各種状態に応じて、若しくは、乗員の要求に応じて、直噴式水素インジェクタＩ１、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２、ポート噴射式水素インジェクタＩ３の中から適正なものが選択される。

図２は、エンジン本体１及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図である。直噴式水素インジェクタＩ１、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２及びポート噴射式水素インジェクタＩ３には、それぞれ、電磁弁Ｖ１、Ｖ２及びＶ３が設けられ、各インジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３における燃料噴射は、各電磁弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の開閉動作に基づき制御される。なお、図２では、各インジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３に対して、電磁弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が別個に設けられるように示されるが、実際には、直噴式水素インジェクタＩ１の断面構造を表す図３及び図４に示すように、電磁弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が各インジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３内部に組み込まれている。

また、図２に示すように、本実施形態では、エンジン本体１の本体に対して、エンジン１の冷却水の水温を検出するための水温センサ１８と、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサ１９と、イグニションスイッチ（不図示）によって駆動されエンジン本体１をクランキングさせるスタータ２０とが設けられている。また、上記吸気通路２には、アイドリング時において、アイドル回転数が目標回転数に一致するようにアクチュエータ２１により作動室Ｅ１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おいて、アクセルペダル（不図示）の踏込量または、後述する直噴式水素インジェクタＩ１の駆動制御時におけるコントロールユニット１０の駆動信号の出力に応じて作動室Ｅ１へ供給される空気量を増加補正する機能とを備えたスロットル弁２２が設けられている。また、吸気通路２には、吸気通路２内に流れる空気の温度を検出する吸気温センサ２３が設けられ、他方、排気通路３には、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内の空燃比を算出すべく酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ（所謂λセンサ）２４が設けられている。

さらに、図２に示すように、エンジン本体１をなすロータハウジングＨ１に設けられた直噴式水素インジェクタＩ１と、吸気通路２に取付けられたポート噴射式水素インジェクタＩ３とは、水素供給管９を介して、気体水素を貯留する水素貯留タンク１４に接続されている。また、一方、吸気通路２に取付けられたポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２は、ガソリン供給管１３を介して、ガソリン貯留タンク（不図示）に接続されている。水素貯留タンク１４の排出口には、水素貯留タンク１４から水素供給管９への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁１５が設けられている。さらに、水素供給管９内には、直噴式水素インジェクタＩ１及びポート噴射式水素インジェクタＩ３の各インジェクタに対する水素供給を制御するための遮断弁１６が設けられている。また、さらに、水素供給管９内には、遮断弁１６と直噴式水素インジェクタＩ１との間に、水素貯留タンク１４内の水素残量を算出すべく水素供給管９内の残圧を検出するための圧力センサ１７が設けられている。

なお、特に図示しないが、エンジン本体１に関連する構成としては、吸気通路２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と、スロットル弁２２の開度を検出するスロットル開度センサ、エアの流れを安定化させるサージタンク等、及び、排気通路３内に設けられる排気ガス浄化触媒、排気温センサ等、並びに、水素供給管９又はガソリン供給管１３内に設けられ、各種インジェクタへ供給される燃料の流量を検出する燃料流量計等、上記以外の構成が設けられる。

さらに、図２に示すように、以上のようなエンジン本体１及びそれに関連する構成を制御するコントロールユニット１０が設けられている。このコントロールユニット１０は、コンピュータからなる、エンジン本体１の総合的な制御装置であって、水素エンジン駆動モード、ガソリンエンジン駆動モードのいずれかを乗員が選択する選択スイッチ（不図示）からの操作信号、エアフローセンサによって検出される吸入エア量、圧力センサ１７によって検出される水素供給管９内の残圧、水温センサ１８によって検出されるエンジン水温、スロットル開度センサやアイドルスイッチ（アクセルペダル全閉時にオンされるスイッチであるが、ここでは不図示）によって検出されるスロットル開度、エンジン回転数センサ１９によって検出されるエンジン回転数、排気温センサによって検出される排気温度、燃料流量計によって検出されるインジェクタへの燃料流量等の各種制御情報に基づいて、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とともに、後述するインジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３の駆動制御処理を行うようになっている。なお、このコントロールユニット１０は、その内部に、マイクロコンピュータ（不図示）を有しており、各インジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３の駆動制御を含む各種制御を行うに際して実行される補正演算、判断等の処理は、そのマイクロコンピュータによってなされる。また、コントロールユニット１０は、その内部にタイマ手段２５を有しており、乗員のスタータ２０の操作によりスタータ２０作動時間をカウントするようになっている。

また、コントロールユニット１０は、適宜の記憶手段（不図示）を有しており、該記憶手段には、氷結の可能性の有無を判断するための温度閾値データ、直噴式水素インジェクタＩ１の開作動の有無を判断するためのスタータ作動時間閾値データ、筒内圧増加補正量判定マップ、エンジン本体１の始動判定回転数データ等、後述の各種設定データ、及び必要なプログラムが記憶されている。

次に、コントロールユニット１０により駆動制御される直噴式水素インジェクタＩ１の構造について説明する。図３及び図４は、それぞれ、閉状態及び開状態にある直噴式水素インジェクタＩ１を示す縦断面図である。この水素インジェクタＩ１は、軸方向に沿って延びる気体通路４ａを備えたインジェクタ本体４と、該インジェクタ本体４の気体通路４ａ内に設けられ、同じく軸方向に沿って延びる気体通路５ａを備えたニードルバルブ５とを有している。

インジェクタ本体４は、その一端側（図３及び図４における上端側）で水素供給管９（図２参照）に連通する一方、その他端側（図３及び図４における下端側）で噴射孔４ｂを構成しつつエンジン本体１の作動室Ｅ１に対向している。また、気体通路４ａ内に設けられるニードルバルブ５の可動部５ｂは、その一端側（図３及び図４における上端側）で気体通路４ａ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及び図４における下端側）で、シール部５ｃを構成するとともに、該シール部５ｃの上流側に、気体通路５ａから分岐しニードルバルブ５の側面で開口するように形成された複数の分岐通路５ｄを備えている。ニードルバルブ５のシール部５ｃに対応して、インジェクタ本体４の気体通路４ａ内には、噴射孔４ｂの上流側に弁座面４ｃが形成されている。ニードルバルブ５のシール部５ｃが弁座面４ｃに着座することで、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂからの水素噴射が妨げられ、直噴式水素インジェクタＩ１からエンジン本体１の作動室内への水素供給が停止される。

また、ニードルバルブ５には、磁性体（不図示）が取付けられる一方、インジェクタ本体４には、気体通路４ａの周囲に、ニードルバルブ５とともに電磁弁Ｖ１を構成するソレノイドコイル６が組み込まれている。

また、ニードルバルブ５のうち、気体通路５ａは、インジェクタ本体４に取付けられていることにより所定位置に固定された部材である一方、可動部５ｂは、気体通路４ａに沿って上下方向にシフト可能な部材である。

気体通路５ａと可動部５ｂとの間には、これらに挟まれるようにしてコイルスプリング７が設けられており、該コイルスプリング７は、その一端部が気体通路５ａの端部と当接していることにより、可動部５ｂを常に下方に押圧している。

かかる構成を備えることにより、直噴式水素インジェクタＩ１では、ソレノイドコイル６への駆動電流の供給に際して、図４に示すように、可動部５ｂがコイルスプリング７の弾性力に抗してインジェクタ本体４の気体通路４ｃに沿って上方へシフトさせられる。可動部５ｂの移動範囲内においては、駆動電流が大きくなるにつれ、可動部５ｂの上方へのシフト量が大きくなる。

即ち、駆動電流がソレノイドコイル６に供給されていない状態では、コイルスプリング７の弾性力によって可動部５ｂが下方に押圧され、シール部５ｃが、インジェクタ本体４の気体通路４ａ内に形成された弁座面４ｃに着座することで、電磁弁Ｖ１が閉じ（図３参照）、他方、駆動電流がソレノイドコイル６に供給されている状態では、コイルスプリング７の弾性力に抗してシール部５ｃが弁座面４ｃから離間することで、電磁弁Ｖ１が開く（図４参照）。電磁弁Ｖ１が開いた状態では、図４中の破線の矢印で示すように、気体水素が、インジェクタ本体４の気体通路４ａ、ニードルバルブ５の気体通路５ａ、ニードルバルブ５の分岐通路５ｄ、インジェクタ本体４の気体通路４ａ、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂの順に流れ、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂから噴射されることとなる。

かかる構成を備えた直噴式水素インジェクタＩ１における気体水素の噴射タイミング及び噴射量は、マイクロコンピュータを含むコントロールユニット１０によって制御される。より詳しくは、コントロールユニット１０は、前記記憶手段に記憶されたプログラムに従って、エアフローメータ、スロットルセンサ、圧力センサ１７、水温センサ１８及びエンジン回転数センサ１９等の各種センサから検出される信号に基づき、直噴式水素インジェクタＩ１へ出力するパルスのタイミング及びそのパルス幅、つまり、電磁弁Ｖ１の開作動タイミング及び開弁時間を算出するようにして、気体水素の噴射タイミング及び噴射量を、前記記憶手段に記憶されたプログラムに従って制御する。

なお、ここでは、ロータハウジングＨ１に設けられた直噴式水素インジェクタＩ１を取り上げて説明したが、本実施形態では、吸気通路２に取付けられるポート噴射式水素インジェクタＩ３においても、同じ構成を有するものが用いられている。

エンジン本体１においては、上述した構造を備えた水素インジェクタ（直噴式水素インジェクタＩ１及びポート噴射式水素インジェクタＩ３）がエンジン回転数センサ１９により検出されるエンジン回転数に応じて使い分けられ、また、その噴射タイミングが変更される。ここで、前記水素インジェクタを使い分ける制御について具体的に説明する。図５は、各エンジン回転数に応じて採用される水素インジェクタ及びその噴射タイミングを表す説明図である。まず、低回転領域（８００〜２５００ｒｐｍ程度）では、直噴式水素インジェクタＩ１が採用され、圧縮行程での噴射が実行される。ここでは、吸気行程中に体積が大きい気体水素を供給すると、水素のボリュームでエアが吸気ポート２ａを介して作動室に十分に入らないという問題に対処して、吸気行程が済んだ後の圧縮行程時に気体水素が供給され、燃料の充填効率の低下が抑制される。

また、中回転領域（２５００〜５０００ｒｐｍ程度）では、直噴式水素インジェクタＩ１が採用され、吸気行程での噴射が実行される。ここでは、気体水素とエアとが分離したまま点火が行われると、異常燃焼が生じるという問題に対処して、吸気行程の早い段階で直噴式水素インジェクタＩ１から気体水素が噴射され、ミキシング時間が確保されることで、気体水素とエアとのミキシング性が向上させられる。

最後に、高回転領域（５０００〜７０００ｒｐｍ程度）では、直噴式水素インジェクタＩ１及びポート噴射式水素インジェクタＩ３が併用される。ここでは、気体水素とエアとのミキシング性を向上させるべく、ポート噴射式水素インジェクタＩ３が用いられ、予混合噴射が実行されると同時に、トルク低下を抑制すべく、直噴式水素インジェクタＩ１が用いられ、圧縮行程での噴射が実行される。一例として、水素供給量の割合は、ポート噴射式水素インジェクタＩ３からの供給量が８０％であり、直噴式水素インジェクタＩ１からの供給量が２０％である。

ところで、従来の直噴式燃料インジェクタを備えたエンジンでは、気体燃料の燃焼に伴い生じる水分等が直噴式燃料インジェクタＩ１に付着して、外気温の低下や、燃料噴射に伴う気体燃料の断熱膨張による急冷によって氷結したりすることで、その作動を妨げる可能性があった。また、図１に示すようなロータリタイプのエンジンにおいては、ロータを円滑に回転させるための潤滑油が直噴式燃料インジェクタＩ１へ浸入することにより、上述した水分の氷結の場合と同様、噴射弁の作動を妨げるおそれがあった。

そこで、本実施形態では、スロットル弁２２が始動時に直噴式水素インジェクタＩ１に直接水素が噴射される作動室Ｅ１の筒内圧を増加補正し、作動室Ｅ１の筒内圧により直噴式水素インジェクタＩ１の開方向へのシフトを補助することで、水分の氷結の発生に関わらず、直噴式水素インジェクタＩ１が開作動できるようにした。

また、本実施形態では、スロットル弁２２が始動時の水素圧力が低い時は高い時に対して増加補正量を低減するように作動室Ｅ１の筒内圧が補正されることで、水素圧力が低い場合、エンジン回転数の急激な増加が抑制されるようにし、乗員が違和感を覚える事態が抑制されるようにした。

以下、コントロールユニット１０により実行される直噴式燃料インジェクタＩ１の駆動制御について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、例えば図２に示す、エンジン本体１に関連する構成により検出された各種信号が読み込まれ（ステップｓ１）、それらの信号に基づき、コントロールユニット１０は、乗員によって水素エンジン駆動モードの選択操作がなされたか否かを判断し、その結果、水素エンジン駆動モードの選択操作がなされたと判断すると（ステップｓ２：ＹＥＳ）、ステップｓ１にて読み込まれた信号に基づいて、エンジン本体１の始動時であるか否か、即ちイグニションスイッチがオフ状態からオンされたか否かを判断する（ステップｓ３）。

ここで、コントロールユニット１０が、エンジン本体１の始動時であると判断すると（ステップｓ３：ＹＥＳ）、直噴式水素インジェクタＩ１のソレノイドコイル６（図３、図４参照）に駆動電流を供給すべく噴射指示信号を出力し、直噴式水素インジェクタＩ１（図１参照）を駆動させる（ステップｓ４）。

直噴式水素インジェクタＩ１の温度は、エンジン本体１の冷却水の水温に略関連して変動すると考えることができ、コントロールユニット１０は、水温センサ１８により検出された信号に基づいて、直噴式水素インジェクタＩ１の温度を間接的に判定できる。ここで、例えば、温度閾値を０℃とし、コントロールユニット１０が前記冷却水の水温を０℃未満であると判断すると（ステップｓ５：ＹＥＳ）、所定の低温状態となっており、氷結の可能性があるとして、タイマ手段２５の作動を開始させ、スタータ２０（図２参照）の作動時間、即ちクランキングを実行している時間をカウントする（ステップｓ６）。

また、一方、コントロールユニット１０は、前記水温が０℃未満でない、即ち０℃以上であると判断すると（ステップｓ５：ＮＯ）、直噴式水素インジェクタＩ１の温度が氷結の可能性がないとして、処理をリターンする。

ここで、ステップｓ６において、スタータ２０の作動時間が予め設定された所定時間（スタータ作動時間閾値）を経過すると（ステップｓ７：ＹＥＳ）、コントロールユニット１０は、直噴式水素インジェクタＩ１に付着した水分が氷結したことにより直噴式水素インジェクタＩ１の開作動が行われていないものと判断する。そして、圧力センサ１７により検出された水素圧力（残圧）の値と、作動室Ｅ１の筒内圧の増加補正量との関係を予め設定した筒内圧増加補正量判定マップ（図７参照）に基づいて、コントロールユニット１０は、圧力センサ１７の検出結果から作動室Ｅ１の筒内圧の増加補正量を決定する。さらにコントロールユニット１０は、作動室Ｅ１の筒内圧の増加補正量に応じたスロットル開度となるようにアクチュエータ２１に駆動信号を出力して、スロットル弁２２を開作動させる（ステップｓ８）。

また、一方、スタータの作動時間が所定時間内であれば（ステップｓ７：ＮＯ）、コントロールユニット１０は、氷結の可能性があったにも関わらず、直噴式水素インジェクタＩ１が正常に開作動され、エンジン本体１が通常運転状態に移行できたものと判断して、処理をリターンする。

前記筒内圧増加補正量判定マップは、図７に示すように、始動時の水素圧力が低い時は高い時に対して増加補正量を低減するように、経験則的にこれらの関係が設定されたものであり、本実施形態では、図示のように、増加補正量が水素圧力の値に略比例する関係となっている。

このように、ステップｓ８において、スロットル弁２２を開作動させることにより、エンジン本体１の作動室Ｅ１の筒内圧が増加補正されることとなるため、ソレノイドコイル６による電磁力に加え、この筒内圧の増加によって図３に示す直噴式水素インジェクタＩ１の可動部５ｂは上方へシフトする方向に押圧されることになる。つまり、増加補正された前記筒内圧により、可動部５ｂの上方へのシフトを補助することができるため、水分の氷結に関わらず、しかも、空燃比をオーバーリッチとすることなく安定したエンジンの始動性を確保しつつ、直噴式水素インジェクタＩ１を強制的に開作動させることができる。

このような、作動室Ｅ１の筒内圧の増加補正がなされた後、直噴式水素インジェクタＩ１が開作動され、エンジン本体１が通常運転状態に移行したことをコントロールユニット１０が判断すると（ステップｓ９：ＹＥＳ）、コントロールユニット１０は、アクチュエータ２１に対し、スロットル弁２２を閉作動させるための駆動信号を出力して、アイドル時のスロットル開度状態とするとともに（ステップｓ１０）、タイマ手段２５のカウンタをリセットする（ステップｓ１１）。

なお、エンジン本体１が通常運転状態に移行したか否かは、予め所定の始動判定回転数（例えば５００ｒｐｍ）が設定されることで、コントロールユニット１０が判断可能となっており、エンジン回転数センサ１９（図２参照）の検出結果により間接的にこれを判断できる。

エンジン本体１が通常運転状態に移行すると、コントロールユニット１０は、エンジン回転数センサ１９の検出結果に基づき、先に図５を参照して説明したエンジン回転数に応じて直噴式水素インジェクタＩ１及びポート噴射式水素インジェクタＩ３の駆動を切替制御し（ステップｓ１２）、処理をリターンする。

また、ステップｓ９で、コントロールユニット１０がエンジン本体１が完爆して通常運転状態に移行していないと判断した場合は（ステップｓ９：ＮＯ）、乗員がイグニションスイッチの操作を中断し、エンジン本体１の始動を断念したか否かが判断される（ステップｓ１３）。ここで、乗員がイグニションスイッチを操作し続け、エンジン本体１の始動を試みていることを検出すれば（ステップｓ１３：ＮＯ）、コントロールユニット１０はエンジン本体１が通常運転状態に移行したか否かを判断するステップｓ９に戻ってステップｓ９、ｓ１３の処理を繰り返す。一方、乗員がイグニションスイッチの操作を中断し、エンジン本体１の始動を断念したと判断すると（ステップｓ１３：ＹＥＳ）、コントロールユニット１０は処理をリターンする。

また、ステップｓ３で、コントロールユニット１０が、エンジン本体１の始動時でないと判断した場合（ステップｓ３：ＮＯ）、コントロールユニット１０は、エンジン回転数センサ１９の検出結果に基づき、先に図５を参照して説明したエンジン回転数に応じて直噴式水素インジェクタＩ１及びポート噴射式水素インジェクタＩ３の駆動を切替制御し（ステップｓ１２）、処理をリターンする。

また、ステップｓ２で、乗員によって水素エンジン駆動モードの選択操作がなされなかったと判断された場合は（ステップｓ２：ＮＯ）、コントロールユニット１０は、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２（図１参照）を開作動させて（ステップ１４）、ガソリンエンジン駆動モードとし、処理をリターンする。

以上の作動により、直噴式水素インジェクタＩ１に付着した水分が氷結したとしても、エンジン本体１の作動室Ｅ１の筒内圧の増加補正により、直噴式水素インジェクタＩ１の可動部５ｂの上方へのシフトを補助することができるため、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、直噴式水素インジェクタＩ１を開作動させることができる。

ところで、水素圧力が低い時は、可動部５ｂを下方に押圧し、直噴式水素インジェクタＩ１を閉じさせようとする気体水素の作用が小さいため、この場合、作動室Ｅ１の筒内圧の増加補正量は少量で済む。また、エンジン本体１の作動室Ｅ１の筒内圧の増加は、エンジン回転数を急激に増加させることとなり、その増加の度合いが大きければ乗員が違和感を覚えるおそれがある。

そこで、本実施形態のように、始動時の水素圧力が低い時は高い時に対して増加補正量を低減するように作動室Ｅ１の筒内圧を制御することで、水素圧力が低い時は作動室Ｅ１の筒内圧の増加量が低く抑えられるため、エンジン回転数の急激な増加を抑制し、乗員に違和感を覚えさせるといった事態を回避することができる。

また、水素圧力が低い時は作動室Ｅ１の筒内圧の増加量を低く抑えることにより、エンジン本体１の作動室Ｅ１の筒内圧と、直噴式水素インジェクタＩ１に供給される水素圧力との差圧を小さくすることができるため、増加補正された前記筒内圧により作動室Ｅ１内に気体水素が供給されにくくなるといった事態を回避することができる。

また、コントロールユニット１０は、図７に示すような筒内圧増加補正量判定マップに基づいて前記増加補正量を判定することにより、圧力センサ１９により検出された水素圧力の値に基づいて的確な筒内圧増加補正量を判定することができる。従って、増加補正量が大きすぎて不必要にエンジン回転数を増加させたり、増加補正量が小さすぎて直噴式水素インジェクタＩ１の開作動が失敗したりするといった事態を回避することができる。

また、本実施形態では、ステップｓ６において、直噴式水素インジェクタＩ１の作動状態を検出し、この検出結果に基づいて、始動時に直噴式水素インジェクタＩ１の開作動が検出されないと判断された場合にエンジン本体１の作動室Ｅ１の筒内圧を増加補正するようにしているが、これは、図６のステップｓ５において、エンジン本体１の冷却水の水温が０℃未満であると判断されたとしても、必ずしも氷結の影響で直噴式水素インジェクタＩ１の開作動が妨げられているとは限らないという理由からである。つまり、直噴式水素インジェクタＩ１の作動状態を検出することにより、不必要に作動室Ｅ１の筒内圧を増加補正する事態を確実に回避し、上述したような乗員に与える違和感を可及的に抑制しているのである。

ところで、本実施形態においては、コントロールユニット１０が、図６のステップｓ５にて、エンジン１の冷却水の水温に基づいて、氷結の可能性を判断しているが、エンジン本体１を図１に示すようなロータリタイプのエンジンとした場合において、直噴式水素インジェクタＩ１の開作動を妨げる主要因が潤滑油であれば、上述したステップｓ５の判断処理を省略し、作動室Ｅ１の筒内圧の増加補正の要否の判断をクランキング時間に基づいて判断するステップｓ６、ｓ７で実行させることもできる。

ここで、直噴式水素インジェクタＩ１の作動状態を、タイマ手段２５を用い、クランキング時間に基づいて間接的に検出するようにしたことにより、直噴式水素インジェクタＩ１が開作動されたか否かを容易に検出することができる。

また、作動室Ｅ１の筒内圧増加補正をスロットル弁２２の制御により行うようにすることで、別途新たな手段を設けなくとも既存の構成を利用して作動室Ｅ１の筒内圧を増加補正することができる。

なお、直噴式水素インジェクタＩ１が開作動されたか否かを判断する方法としては、上述したようなクランキング時間に基づく検出方法に限定されるものではない。図８は、直噴式水素インジェクタＩ１を駆動する際の駆動電流波形を表す図、図９は、別の実施形態に係るエンジン本体１及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図である。なお、図９に示す各構成要素について、上述した最初の実施形態と同様のものについては同一の符号を付して、その説明を省略する。図３に示す直噴式水素インジェクタＩ１おいて、ソレノイドコイル６に駆動電流が供給され、図４に示すように可動部５ｂが上方にシフトした時、ソレノイドコイル６と可動部５ｂとの位置関係がずれることにより電磁誘導が発生し、逆起電力が発生する。これにより、図８のように、駆動電流の値が一時的にｉ１まで低下することになる。なお、氷結や潤滑油等の影響により直噴式水素インジェクタＩ１が所定の開作動を実行できない場合は、図８にて二点鎖線で示すように、駆動電流の値が時間経過とともに上昇する。

そこで、図９に示すように、直噴式水素インジェクタＩ１の駆動電流の値を検出する電流検出手段２６を設けることにより、図６におけるステップｓ６、ｓ７の処理に代えて、電流検出手段２６により駆動電流の値が低下したことが検出された時、直噴式水素インジェクタＩ１の開作動がなされたことをコントロールユニット１０に判断させることができる。

なお、直噴式水素インジェクタＩ１が所定の開作動を実行できた場合は、コントロールユニット１０は、供給する駆動電流を、分岐通路５ｄを上方位置に保持し、開状態を保持できる最低限の電流値ｉ２まで減少させる。

電流検出手段２６は、例えば電気抵抗素子により構成することができ、該電気抵抗素子の端子間電圧の電圧降下の変化により容易に且つ確実に前記電流値の低下、即ち直噴式水素インジェクタＩ１の開作動を検出できる。

また、上述の実施形態においては、エンジン本体１をロータリタイプのエンジンとしているが、これに限定されることはなく、本発明は、レシプロエンジンであってもよい。特に、エンジン本体１をレシプロエンジンとした場合は、上述の実施形態のように、作動室の筒内圧を増加補正する手段を、スロットル弁とする他、例えば、特開昭５９−１８８０５６号公報、特開平３−１２４９２３号公報等に開示されているように、ピストンの位置を変えることにより、作動室の容積を可変とすることで圧縮比を可変とする構成としてもよい。

この場合、例えば、燃料圧力の検出結果に応じて、前記ピストンの変位量を制御する制御手段を設け、始動時の燃料圧力が低い時は高い時に対して筒内圧の増加補正量を低減できるようにピストンの位置が段階的に変更される構成とすればよい。

また、作動室の筒内圧を増加補正する手段を、作動室内を加熱する加熱手段により構成してもよい。この場合、前記加熱手段が作動室内を加熱することにより作動室の筒内圧を増加させることができるとともに、作動室内の気温が上昇することにより、直噴式水素インジェクタＩ１を加熱することもできる。これにより、氷結を溶解させることができるため、より短時間で直噴式水素インジェクタＩ１を開動作させることができる。

また、上述の各実施形態においては、気体水素を利用するエンジンについて述べているが、エンジン本体の作動室内に直接燃料を噴射する方式であれば、圧縮天然ガス、液化石油ガス等の気体燃料を利用したエンジンであってもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の筒内噴射弁は、直噴式水素インジェクタＩ１に対応し、
以下同様に、
筒内圧補正手段、及び空気量調整手段は、スロットル弁２２に対応し、
燃料圧力検出手段は、圧力センサ１７に対応し、
温度検出手段は、水温センサ１９に対応し、
噴射弁作動状態検出手段は、タイマ手段２５、電流検出手段２６に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

本発明の実施形態に係るロータリタイプのエンジン本体を概略的に表す図。 本発明の実施形態に係るエンジン本体及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図。 閉状態にある直噴式水素インジェクタを示す縦断面図。 開状態にある直噴式水素インジェクタを示す縦断面図。 各エンジン回転数に応じて採用される水素インジェクタ及びその噴射タイミングを表す説明図。 コントロールユニットにより実行される直噴式水素インジェクタの駆動制御処理を示すフローチャート。 筒内圧増加補正量判定マップを示す図。 直噴式水素インジェクタを駆動する際の駆動電流波形を表す図。 本発明の別の実施形態に係るエンジン本体及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図。

符号の説明

１…エンジン本体
１７…圧力センサ
１８…水温センサ
２２…スロットル弁
２５…タイマ手段
２６…電流検出手段
Ｉ１…気体水素噴射弁

Claims (7)

1. 作動室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えたエンジンの燃料噴射装置であって、
   前記作動室の筒内圧を補正する筒内圧補正手段と、
   前記筒内噴射弁に供給する燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段とを備え、
   前記筒内圧補正手段は、始動時に前記作動室の筒内圧を増加補正するとともに、
   始動時の燃料圧力が低い時は高い時に対して前記筒内圧の増加補正量を低減する
   エンジンの燃料噴射装置。
2. 前記筒内圧補正手段は、前記燃料圧力検出手段により検出された燃料圧力と、前記作動室の筒内圧の増加補正量との関係を予め設定した筒内圧増加補正量判定マップに基づいて前記増加補正量を判定する
   請求項１記載のエンジンの燃料噴射装置。
3. 前記筒内噴射弁に関連する温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記筒内圧補正手段は、始動時の温度が所定温度未満である時、前記作動室の筒内圧を増加補正する
   請求項１記載のエンジンの燃料噴射装置。
4. 前記筒内噴射弁の作動状態を検出する噴射弁作動状態検出手段を備え、
   始動時に前記筒内噴射弁の開作動が検出されない時、前記筒内圧補正手段を作動させる
   請求項１記載のエンジンの燃料噴射装置。
5. 前記噴射弁作動状態検出手段は、前記筒内噴射弁の作動状態をクランキング時間に基づいて検出する
   請求項４記載のエンジンの燃料噴射装置。
6. 前記筒内噴射弁は、駆動電流の供給により開閉制御されるものであり、
   前記噴射弁作動状態検出手段は、前記筒内噴射弁の作動状態を前記駆動電流に基づいて検出する
   請求項４記載のエンジンの燃料噴射装置。
7. 前記筒内圧補正手段を、エンジンに供給される空気量を調整する空気量調整手段により構成した
   請求項１記載のエンジンの燃料噴射装置。
   

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