JP4501804B2

JP4501804B2 - 水素エンジンの燃料制御装置

Info

Publication number: JP4501804B2
Application number: JP2005216133A
Authority: JP
Inventors: 裕志藤川; 誠二定平; 一保堂園; 敬平若山
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP2007032399A

Description

本発明は、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタを備えた水素エンジンの燃料制御装置に関する。

近年、低公害化を目的として、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を搭載した車両の開発が進められている。かかる気体燃料を使用するエンジンにおいては、安定したエンジン動作を実現するために、燃料特性に応じた制御が行われる。例えば特許文献１には、安定したエンジンの始動性を確保する装置として、気体燃料エンジンにおいて燃料供給系統における始動時の圧力変動を抑制し、かつ早期にエンジン始動を完了させることを企図した気体燃料エンジン始動時燃料噴射装置が開示されている。
特開２００４−３２４４７２号公報

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、その始動に際し、例えば燃焼に伴って生じた水あるいはもともと気体に含まれていた水が、エンジンの停止時にエンジン作動室内に水素を直接に噴射する水素インジェクタの噴口付近に付着する場合がある。そして、かかる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上記水素インジェクタの噴口付近に付着した水が氷結する可能性がある。

このように、水素インジェクタの噴口付近に氷結が生じると、エンジン作動室内へ水素を適切に供給することができず、安定したエンジンの始動を行うことができなくなる畏れがある。特に、上記水素エンジンが低温状態にある場合には、水素インジェクタに氷結が生じ易く、このような傾向がより顕著になり得る。

この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたものであり、水素エンジンの低温始動時に、水素インジェクタの噴口付近に付着した水の氷結を抑制する水素エンジンの燃料制御装置を提供することを目的とする。

このため、本願の請求項１に係る発明は、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタを備えた水素エンジンの燃料制御装置であって、前記水素エンジンの始動を検出する始動検出手段と、前記水素エンジンのエンジン温度を検出する温度検出手段と、エンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態と、アイドルスピードコントロールによって作動室へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態と、前記水素インジェクタに水素を供給する水素供給通路内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態と、の少なくとも何れか一に基づいて、前記水素インジェクタが氷結状態にあるか否かを判定する氷結状態判定手段と、前記始動検出手段によって前記水素エンジンの始動が検出され、前記温度検出手段によって検出された前記エンジン温度が所定の低温状態にある場合に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が複数回に分割して噴射されるように前記水素インジェクタの水素噴射を制御する水素噴射制御手段と、を備え、前記水素噴射制御手段は、前記氷結状態判定手段によって前記水素インジェクタが氷結状態にあると判定された場合に、前記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させるように補正することを特徴としたものである。

また更に、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記氷結状態判定手段は、前記水素エンジン始動時には前記水素圧力変動低下状態に基づいて前記水素インジェクタの氷結状態を判定し、前記始動時以外の際には前記エンジン回転数低下状態に基づいて前記水素インジェクタの氷結状態を判定することを特徴としたものである。

また更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記水素噴射制御手段は、前記エンジン温度が低い程、前記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させることを特徴としたものである。

本願の請求項１に係る水素エンジンの燃料制御装置によれば、始動検出手段によって水素エンジンの始動が検出され、温度検出手段によって検出されたエンジン温度が所定の低温状態にある場合に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が複数回に分割して噴射されるように水素インジェクタの水素噴射を制御する水素噴射制御手段を備えている。すなわち、水素エンジンの低温始動時に上記所定水素噴射量を分割噴射することで、水素噴射に伴う水素の断熱膨張による急冷を緩和させることができ、その結果、例えば水素の燃焼に伴って生じた水が水素インジェクタの噴口付近に付着した状態でエンジンを始動する際に、上記水素インジェクタにおいて上記水が氷結することを抑制することができる。

また、上記水素エンジンの燃料制御装置は、水素インジェクタが氷結状態にあるか否かを判定する氷結状態判定手段を備え、上記水素噴射制御手段は、水素インジェクタが氷結状態にあると判定された場合に、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させるように補正する。これにより、水素インジェクタに氷結が生じている場合においても、水素インジェクタによる水素噴射の分割数を増加させることで上記氷結の進行を抑制することができる。

更に、上記氷結状態判定手段は、エンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態と、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）によって作動室へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態と、水素インジェクタに水素を供給する水素供給通路内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態との少なくとも何れか一に基づいて水素インジェクタの氷結状態を判定する。
水素インジェクタに氷結が生じると水素噴射量が低下し、例えばエンジン回転数の低下、ＩＳＣによる空気量の増加補正、あるいは水素供給通路内の水素圧力変動の低下などの各種現象が生じ得るので、かかる現象に基づいて、水素インジェクタの氷結状態を判定することが可能である。

また更に、本願の請求項２の発明によれば、基本的には上記請求項１の発明と同様の効果を奏することができる。特に、上記氷結状態判定手段は、水素エンジン始動時には上記水素圧力変動低下状態に基づいて水素インジェクタの氷結状態を判定し、上記始動時以外の際には上記エンジン回転数低下状態に基づいて水素インジェクタの氷結状態を判定することにより、水素インジェクタの氷結状態を適切に判定することができ、上記効果をより有効に奏することができる。

また更に、本願の請求項３の発明によれば、基本的には上記請求項１の発明と同様の効果を奏することができる。特に、上記水素噴射制御手段は、上記エンジン温度が低い程、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させることにより、水素インジェクタに氷結が生じ易いほど水素噴射の分割数を増加させることで、水素インジェクタに氷結が生じることをより有効に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るロータリータイプの水素エンジンを概略的に示す説明図である。
上記水素エンジン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Ｈ_１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Ｈ_２とを有している。これらハウジングＨ_１及びＨ_２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Ｈ_１の内周面とサイドハウジングＨ_２とにより、３つの作動室Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３が規定される。各作動室Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３は、偏心軸ＣのまわりにおけるロータＲの回転に伴い、その作動容積の拡大及び縮小を繰り返し、ロータＲが１回転する間に、各作動室Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３では吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の行程が行われる。

上記ロータハウジングＨ_１には、作動室Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタ１０と、作動室Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３内に供給された気体水素及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ２とが設けられている。他方、上記サイドハウジングＨ_２には、吸気通路３に連通する吸気ポート４が形成されるとともに、排気通路５に連通する排気ポート６が形成されている。

図２は、上記水素エンジン１及びそれに関係する構成を概念的に示す説明図である。この図から分かるように、水素インジェクタ１０は電磁弁Ｖ_１を備えており、その燃料噴射は、電磁弁Ｖ_１の開閉動作に基づき制御される。なお、図２では、水素インジェクタ１０に対して、電磁弁Ｖ_１が別個に設けられて示されているが、実際には、後述する水素インジェクタ１０の断面構造を示した図３に見られるように、電磁弁Ｖ_１は水素インジェクタ１０の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、上記水素エンジン１の本体に対して、該水素エンジン１のエンジン温度を検出するために冷却水の水温を検出する水温センサ２０と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２１と、イグニションスイッチ（不図示）によって駆動され上記エンジン１をクランキングさせるスタータ２２とが設けられている。また、上記吸気通路３には、アクチュエータ２３によりアイドリング時においては、アイドル回転数が目標回転数に一致するように作動室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は、アクセルペダル（不図示）の踏込量に応じて開閉制御される機能とを備えたスロットル弁２４が設けられ、上記排気通路５には、作動室内の空燃比を算出するために酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２５が設けられている。

更に、上記水素エンジン１の本体を構成するロータハウジングＨ_１に設けられた水素インジェクタ１０は、該水素インジェクタ１０に燃料である水素を供給する水素供給通路３０を介して、水素を貯留する水素貯留タンク３１に接続されている。水素貯留タンク３１の排出口には、水素貯留タンク３１から水素供給通路３０への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁３２が設けられている。上記水素供給通路３０内には、水素インジェクタ１０に対する水素供給を制御するための遮断弁３３が設けられている。また、上記水素供給通路３０内には、遮断弁３３と水素インジェクタ１０との間に、水素供給通路３０内の水素圧力を検出する圧力センサ３４が設けられている。

なお、特に図示しないが、水素エンジン１に関係する構成としては、吸気通路３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、上記スロットル弁２４の開度を検出するスロットル開度センサ、排気通路５内に設けられる排気ガス浄化触媒、及び排気温センサ等の上記以外の構成が設けられている。

また更に、図２に示すように、水素エンジン１及びそれに関係する構成を制御するコントロールユニット４０が設けられている。このコントロールユニット４０は、水素エンジン１の総合的な制御装置であり、エアフローセンサによって検出される吸入エア量、スロットル開度センサによって検出されるスロットル開度、排気温センサによって検出される排気温度、水温センサ２０によって検出されるエンジン温度、エンジン回転数センサ２１によって検出されるエンジン回転数、上記水素エンジン１の始動を検出するためのスタータ２２からのスタータ信号、アクチュエータ２３によって制御される空気量、及び圧力センサ３４によって検出される水素供給通路３０内の水素圧力等の各種制御情報に基づいて、水素エンジン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。なお、上記コントロールユニット４０は、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。

図３には、上記コントロールユニット４０により駆動制御される水素インジェクタの縦断面説明図が示されている。上記水素インジェクタ１０は、軸方向に沿って延びる気体通路１１を備えたインジェクタ本体１２と、該インジェクタ本体１２の気体通路１１内に設けられ、同じく軸方向に沿って延びる気体通路１３を備えたニードルバルブ１４とを有している。

上記インジェクタ本体１２は、その一端側（図３における上端側）で水素供給通路３０に連通される一方、その他端側（図３における下端側）で噴口１５を構成しつつ水素エンジン１の内部空間に対向している。また、気体通路１１内に設けられるニードルバルブ１４は、その一端側（図３における上端側）で気体通路１１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における下端側）で、シール部１６を構成するとともに、該シール部１６の上流側に気体通路１３から分岐しニードルバルブ１４の側面で開口するように形成された複数の分岐通路１７を備えている。

上記ニードルバルブ１４のシール部１６に対応して、インジェクタ本体１２の気体通路１１内には、噴口１５の上流側に弁座面１８が形成されている。ニードルバルブ１４のシール部１６が弁座面１８に着座することで、インジェクタ本体１２の噴口１５からの水素噴射が妨げられ、水素インジェクタ１０から水素エンジン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１４には、磁性体（不図示）が取り付けられる一方、インジェクタ本体１２には、気体通路１１の周囲に、ニードルバルブ１４とともに電磁弁Ｖ_１を構成するソレノイドコイル１９が組み込まれている。かかる構成を備えることにより、水素インジェクタ１０では、ソレノイドコイル１９への駆動電流の供給に応じてニードルバルブ１４が該インジェクタ本体１２の気体通路１１に沿って上下方向へシフトさせられる。

上記コントロールユニット４０の制御によって電磁弁Ｖ_１の開閉が制御され、上記電磁弁Ｖ_１が開かれた状態では、図３中の破線の矢印で示すように、水素供給通路３０からの気体水素が、インジェクタ本体１２の気体通路１１、ニードルバルブ１４の気体通路１３、ニードルバルブ１４の分岐通路１７、インジェクタ本体１２の気体通路１１、インジェクタ本体１２の噴口１５の順に流れ、インジェクタ本体１２の噴口１５から作動室内へ噴射されることとなる。

このような構成を備えた水素インジェクタ１０を有する水素エンジン１では、例えば気体水素の燃焼に伴って生じた水が上記水素インジェクタ１０の噴口１５付近に付着した状態でエンジンを始動すると、水素噴射に伴う水素の断熱膨張による急冷によって上記水が氷結し水素インジェクタ１０の作動を妨げる畏れがあるが、本実施形態では、特に低温始動時に、水素インジェクタ１０から噴射される１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を複数回に分割して噴射させることでかかる問題を回避する。なお、上記水素エンジン１の低温始動時とは、水素エンジン１において、スタータ２２からのスタータ信号により水素エンジンの始動が検出され、水温センサ２０により検出されたエンジン温度が０℃より低い場合である。

本実施形態に係る水素インジェクタ１０での所定水素噴射量の分割噴射について説明する。
図４は、従来の水素噴射による水素インジェクタ１０の先端温度の変化をあらわすグラフである。図４では、エンジン温度が所定の低温状態にある場合（本実施形態では、エンジン温度が０℃より低い場合）に所定噴射量を１回で噴射する従来の水素噴射を行った際の水素インジェクタ１０の噴口付近の先端温度（インジェクタ先端温度）の変化が、時間を横軸にとり、インジェクタ先端温度を縦軸にとって表されている。なお、図４に示す例では、エンジン温度が−１０℃である状態が示されている。

図４に示されるように、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を時間ｔ_１において１回で噴射すると、水素噴射前にはインジェクタ先端温度は−１０℃であるが、水素噴射量に比例してインジェクタ先端温度が低下し、噴射終了時には−３０℃まで低下する。インジェクタ先端温度が−３０℃まで低下すると、水素インジェクタ１０の噴口付近に付着している水が氷結し得る。なお、水素噴射後には、図４に示されるように、上記先端温度は−１０℃まで上昇する。

本実施形態では、上述したように、水素エンジン１の低温始動時に、水素インジェクタ１０による水素噴射において、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を分割して噴射させる。図５は、上記所定水素噴射量を２回に分割して噴射した際のインジェクタ先端温度の変化をあらわすグラフであり、図６は、上記所定水素噴射量を３回に分割して噴射した際のインジェクタ先端温度の変化をあらわすグラフである。図５及び６では、共に、エンジン温度が−１０℃である状態で水素噴射を行った際のインジェクタ先端温度の変化が、時間を横軸にとり、インジェクタ先端温度を縦軸にとって表されている。

図５に示されるように、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を２回に分割して噴射すると、水素噴射前にはインジェクタ先端温度は−１０℃であるが、水素噴射量に比例してインジェクタ先端温度が低下し、時間ｔ_１１における１回目の噴射でインジェクタ先端温度は−２０℃まで低下し、その後、時間ｔ_１２にはインジェクタ先端温度は−１３℃まで上昇し、時間ｔ_１２における２回目の噴射でインジェクタ先端温度は−２５℃まで低下する。

なお、水素噴射に伴う水素の断熱膨張によるインジェクタ先端温度の温度低下は水素噴射量に略比例するので、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を２回に分割して噴射する場合、１回目及び２回目の各噴射における水素噴射量は、上記所定水素噴射量を１回で噴射する場合に比して少なくなるので、各噴射における温度低下は小さくなっている。

このように、上記インジェクタ先端温度は、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を１回で噴射した場合には−３０℃まで低下するのに対し、２回に分割して噴射した場合にはインジェクタ先端温度は−２５℃までの低下となり、前者の場合に比べて水素噴射に伴うインジェクタ先端温度の温度低下を抑えることができる。

図６には、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を３回に分割して噴射した場合のインジェクタ先端温度が示されており、上記所定水素噴射量を分割して時間ｔ_２１、ｔ_２２、ｔ_２３にそれぞれ噴射した場合が示されている。水素噴射によるインジェクタ先端温度の温度低下は水素噴射量に略比例するので、上記所定水素噴射量を３回に分割して噴射する場合、上記所定水素噴射量を１回及び２回で噴射する場合に比して、各噴射における上記先端温度の温度低下は小さくなっている。

上記所定水素噴射量を３回に分割して噴射すると、インジェクタ先端温度は、時間ｔ_２１における１回目の噴射で−１７℃まで低下し、時間ｔ_２２における２回目の噴射で−１９℃まで低下し、時間ｔ_２３における３回目の噴射で−２２℃まで低下する。なお、各噴射後、図６に示されるように、上記先端温度は上昇している。
上記インジェクタ先端温度は、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を１回で噴射した場合には−３０℃まで低下し、２回で噴射した場合には−２５℃まで低下するのに対し、３回に分割して噴射した場合には上記インジェクタ先端温度は−２２℃までの低下となり、水素噴射に伴うインジェクタ先端温度の温度低下をさらに抑えることができる。

なお、前述した実施形態では、水素エンジン１の低温始動時に１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を２回及び３回に分割して噴射しているが、これに限定されることなく、更に分割数を増加させることも可能である。

本実施形態では、上記コントロールユニット４０が、スタータ２２からのスタータ信号によって水素エンジン１の始動が検出され、水温センサ２０によって検出されたエンジン温度が所定の低温状態にある場合に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が複数回に分割して噴射されるように水素インジェクタ１０の水素噴射を制御する機能を備える。水素エンジンの低温始動時に上記所定水素噴射量を分割噴射することで、水素噴射に伴う水素の断熱膨張による急冷を緩和させることができ、その結果、例えば水素の燃焼に伴って生じた水が水素インジェクタの噴口付近に付着した状態でエンジンを始動する際に、上記水素インジェクタ１０において上記水が氷結することを抑制することができる。

上記コントロールユニット４０はまた、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量をエンジン温度に応じて設定された分割数で分割噴射するように水素インジェクタ１０の水素噴射を制御する。図７は、エンジン温度と水素インジェクタによる水素噴射の分割数の関係を示すグラフである。図７では、水素インジェクタ１０によって上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数が縦軸にとられ、水素エンジン１のエンジン温度が横軸にとられている。

上記水素エンジン１が低温状態にある場合、エンジン温度が低いほど水素インジェクタに氷結が生じ易いので、上記コントロールユニット４０は、図７に示されるように、例えばエンジン温度が−５℃の場合には上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を２回、エンジン温度が−１０℃の場合には上記分割数を３回、エンジン温度が−２０℃の場合には上記分割数を５回など、エンジン温度が低い程、上記分割数を増加させて、より大きな分割数を設定する。

このように、上記コントロールユニット４０は、上記エンジン温度が低い程、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させることにより、水素インジェクタ１０に氷結が生じ易いほど水素噴射の分割数を増加させることで、水素インジェクタ１０に氷結が生じることをより有効に抑制することができる。

本実施形態に係る水素インジェクタ１０の制御フローチャートが図８に示されている。上記水素エンジン１では、まず、図２に示す水素エンジン１に関係する構成により検出され、例えばエンジン温度、スタータ信号、エンジン回転数、水素供給通路３０内の水素圧力などの各種信号が読み込まれる（ステップ＃１）。次に、ステップ＃２において、上記信号に基づいて１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が設定される。なお、上記所定水素噴射量は、ＮＯｘの生成量が略０近傍となる理論空燃比よりリーン側の空燃比、例えばλ＝２になるように設定される。

ステップ＃２で水素噴射量が設定されると、水温センサ２０により検出されるエンジン温度が所定の低温状態にあるか否か、すなわち水温が０℃以下であるか否かが判定される（ステップ＃３）。
ステップ＃３での判定結果がイエス（ＹＥＳ）の場合、すなわち、上記水温が０℃より低い場合には、上記水温（エンジン温度）に応じて、ステップ＃２で設定された所定水素噴射量を何回に分割して噴射するかが設定される（ステップ＃４）。なお、上記所定水素噴射量の分割数は、図７に示すように、エンジン温度が低い程、上記分割数を増加させるように設定される。

次に、ステップ＃５で、上記水素エンジン１がクランキング中であるか否かが判定され、これがＹＥＳの場合、すなわち水素エンジン１がクランキング中の際には、ステップ＃６において、上記圧力センサ３４により検出される水素供給通路３０内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力低下状態にあるか否かが判定される。
上記水素供給通路３０内の水素圧力は、水素インジェクタ１０の電磁弁Ｖ１が閉状態にある場合には、例えば５ＭＰａにあり、水素インジェクタ１０の水素噴射時には、例えば２ＭＰａまで低下する。本実施形態では、上記水素圧力の変動とは、このような水素圧力の低下量のことである。

このステップ＃６での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、水素供給通路３０内の水素圧力の変動が水素圧力低下状態にある場合には、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させる（ステップ＃７）。上記コントロールユニット４０は、ステップ＃４で設定された分割数を増加するように補正する。ステップ＃７で水素噴射の分割数が増加されると、この増加された分割数で、上記水素インジェクタ１０による水素噴射が実行される（ステップ＃８）。
一方、ステップ＃６での判定結果がノー（ＮＯ）の場合、すなわち、水素供給通路３０内の水素圧力の変動が所定値である場合には、ステップ＃４で設定された分割数で、上記水素インジェクタ１０による水素噴射が実行される（ステップ＃８）。

上記のように、ステップ＃５での判定結果がＹＥＳの場合には、ステップ＃６で上記水素供給通路３０内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態であるか否かが判定されるが、ステップ＃５での判定結果がＮｏの場合、すなわち、水素エンジン１がクランキング中以外の際には、ステップ＃９において、アイドリング時のエンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態にあるか否かが判定される。具体的には、エンジン回転数センサ２１により検出されるエンジン回転数Ｎｅが、アイドリング時の目標回転数Ｎｏに対して所定許容範囲αを考慮したエンジン回転数の閾値Ｎｏ−αより低いか否かが判定される。

このステップ＃９での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、エンジン回転数がエンジン回転数低下状態にある場合には、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させる（ステップ＃１０）。上記コントロールユニット４０は、ステップ＃４で設定された分割数を増加するように補正する。ステップ＃１０で水素噴射の分割数が増加されると、この増加された分割数で、上記水素インジェクタ１０による水素噴射が実行される（ステップ＃８）。
一方、ステップ＃９での判定結果がＮＯの場合、すなわち、エンジン回転数が所定の回転数である場合には、ステップ＃４で設定された分割数で、上記水素インジェクタ１０による水素噴射が実行される（ステップ＃８）。

なお、ステップ＃３での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、上記水素エンジン１が低温状態にある場合には、図８の制御フローチャートに従ってステップ＃４からステップ＃１０に示されるように水素インジェクタ１０による分割噴射が行われるが、ステップ＃３での判定結果がＮＯの場合、すなわち、上記水素エンジン１は、そのエンジン温度が０℃以上であり低温状態にない場合には、ステップ＃２で設定された所定水素噴射量を１回で噴射する通常の水素噴射が実行される（ステップ＃１１）。

上記のように、本実施形態では、水素エンジン１が低温状態にある場合、水素インジェクタ１０による１回の燃焼に必要な水素噴射量を分割して噴射させるとともに、上記水素インジェクタ１０に氷結が生じている場合に起こり得る、例えば水素供給通路３０内の水素圧力変動の低下あるいはエンジン回転数の低下などの現象に基づいて、水素噴射の分割数を増加させる。

上記コントロールユニット４０は更に、例えば圧力センサ３４により検出される上記水素圧力変動低下状態あるいはエンジン回転数センサ２１により検出される上記エンジン回転数低下状態に基づいて、上記水素インジェクタ１０の噴口１５付近に氷結が生じている氷結状態にあるか否かを判定する機能を備える。そして、上記コントロールユニット４０は、水素インジェクタ１０が氷結状態にある場合に、水素噴射の分割数を増加させるように補正する。

本実施形態では、コントロールユニット４０が上記水素圧力変動低下状態あるいはエンジン回転数低下状態に基づいて水素インジェクタ１０の氷結状態を判定しているが、上記アイドルスピードコントロール機能によって作動室へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態に基づいて判定することも可能である。

また、本実施形態では、上記コントロールユニット４０が、上記水素圧力変動低下状態、上記エンジン回転数低下状態あるいは上記空気量増加補正状態に基づいて水素インジェクタが氷結状態であると判定された場合に、該氷結状態の程度に応じて水素噴射の分割数を増加させるようにすることができる。

なお、上記水素エンジン１がクランキング中以外の場合には、上記エンジン１がクランキング中の場合に比して、水素インジェクタ１０の電磁弁Ｖ_１を作動させるための動作パルスのパルス幅が短くなり得るので、水素インジェクタ１０の開作動に伴う水素圧力変動が小さくなり、水素圧力変動に基づく氷結状態の判定では判定精度が低下するため、水素インジェクタ１０の氷結状態は上記エンジン回転数低下状態に基づいて判定する。

このように、上記コントロールユニット４０は、水素インジェクタ１０が氷結状態にあるか否かを判定する機能を備え、水素インジェクタ１０が氷結状態にあると判定した場合、上記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させるように補正する。これにより、水素インジェクタ１０に氷結が生じている場合においても、水素インジェクタによる水素噴射の分割数を増加させることで上記氷結の進行を抑制することができる。

また、上記コントロールユニット４０は、エンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態と、アイドルスピードコントロールによって作動室Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態と、水素インジェクタ１０に水素を供給する水素供給通路３０内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態との少なくとも何れか一に基づいて水素インジェクタ１０の氷結状態を判定する。
水素インジェクタに氷結が生じると水素噴射量が低下し、例えばエンジン回転数の低下、ＩＳＣによる空気量の増加補正、あるいは水素供給通路内の水素圧力変動の低下などの各種現象が生じ得るので、かかる現象に基づいて、水素インジェクタの氷結状態を判定することが可能である。

更に、上記コントロールユニット４０は、水素エンジン始動時には上記水素圧力変動低下状態に基づいて水素インジェクタ１０の氷結状態を判定し、水素エンジン始動時以外の際には上記エンジン回転数低下状態に基づいて水素インジェクタ１０の氷結状態を判定することにより、水素インジェクタ１０の氷結状態を適切に判定することができ、上記効果をより有効に奏することができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、水素エンジン１の水素インジェクタ１０に氷結が生じ易い低温始動時に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を分割して噴射することで、水素エンジン１の始動性を確保しつつ、水素インジェクタにおける氷結の発生及び進行を抑制することができる。

なお、本実施形態では、水素エンジン１としてロータリーエンジンについて記述しているが、例えばレシプロエンジンなど、その他の形式のエンジンについても同様に適用することができる。

以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタを備えた水素エンジンの燃料制御装置であり、例えば自動車等の車両など、上記水素インジェクタを備えたエンジンが搭載されるものに好適に適用可能である。

本発明の実施形態に係るロータリータイプの水素エンジンを概略的に示す説明図である。上記水素エンジン及びそれに関係する構成を概念的に示す説明図である。水素インジェクタの縦断面説明図である。従来の水素噴射による水素インジェクタの先端温度の変化をあらわすグラフである。１回の燃焼に必要な所定水素噴射量を２回に分割して噴射した際の水素インジェクタの先端温度の変化をあらわすグラフである。上記所定水素噴射量を３回に分割して噴射した際の水素インジェクタの先端温度の変化をあらわすグラフである。エンジン温度と水素インジェクタによる水素噴射の分割数の関係を示すグラフである。本実施形態に係る水素インジェクタの制御フローチャートである。

符号の説明

１水素エンジン
１０水素インジェクタ
２０水温センサ
２１エンジン回転数センサ
２２スタータ
２３アクチュエータ
３０水素供給通路
３４圧力センサ
４０コントロールユニット
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３作動室

Claims

作動室内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタを備えた水素エンジンの燃料制御装置であって、
前記水素エンジンの始動を検出する始動検出手段と、
前記水素エンジンのエンジン温度を検出する温度検出手段と、
エンジン回転数が所定値以下であるエンジン回転数低下状態と、アイドルスピードコントロールによって作動室へ供給される空気量が増加するように補正される空気量増加補正状態と、前記水素インジェクタに水素を供給する水素供給通路内の水素圧力の変動が所定値以下である水素圧力変動低下状態と、の少なくとも何れか一に基づいて、前記水素インジェクタが氷結状態にあるか否かを判定する氷結状態判定手段と、
前記始動検出手段によって前記水素エンジンの始動が検出され、前記温度検出手段によって検出された前記エンジン温度が所定の低温状態にある場合に、１回の燃焼に必要な所定水素噴射量が複数回に分割して噴射されるように前記水素インジェクタの水素噴射を制御する水素噴射制御手段と、
を備え、
前記水素噴射制御手段は、前記氷結状態判定手段によって前記水素インジェクタが氷結状態にあると判定された場合に、前記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させるように補正する、
ことを特徴とする水素エンジンの燃料制御装置。
前記氷結状態判定手段は、
前記水素エンジン始動時には前記水素圧力変動低下状態に基づいて前記水素インジェクタの氷結状態を判定し、
前記始動時以外の際には前記エンジン回転数低下状態に基づいて前記水素インジェクタの氷結状態を判定する、
ことを特徴とする請求項１記載の水素エンジンの燃料制御装置。
前記水素噴射制御手段は、前記エンジン温度が低い程、前記所定水素噴射量を分割して噴射する際の分割数を増加させることを特徴とする請求項１記載の水素エンジンの燃料制御装置。