JPH0243026B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガス燃料をエンジンへ直接噴射する
直接噴射経路と、吸入空気と一緒に吸気弁から吸
入される予混合経路の２系統を備えたガス燃料使
用の火花点火機関における出力制御装置に関する
ものである。

［従来の技術］ ガス燃料エンジンでは、LPGキヤブレターに
みられる吸気管への燃料供給方式が一般的であ
り、水素等の燃料を使用する場合、超希薄運転が
できる特長はあるものの、高負荷運転時の異常燃
焼の発生及び低出力が課題である。一方、筒内噴
射方式では、キヤブレター方式の高負荷時の課題
は克服できるものの、アイドル及び低負荷運転時
での燃焼の不規則性、エンジンの回転変動が大き
くなる。

しかしながら、これらの両方の供給方式の特長
を十分に生かすことができれば、水素等のガス燃
料に適したエンジンシステムを構成することがで
きる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、ガスエンジンにおけるこれらの課題
を考慮してなされたものであり、ガス燃料をエン
ジンへ直接噴射する直接噴射経路と、吸入空気と
一緒に吸気弁から吸入する予混合経路の２系統の
供給方式の特長を生かし、かつ燃料の特性を十分
発揮できるようにしたガスエンジンの出力制御装
置を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明の出力制御装
置は、着火しやすく、燃焼速度の速い水素ガス等
のガス燃料を用い、エンジンへ直接噴射する直接
噴射経路と、吸入空気と一緒に吸気弁から吸入さ
せる予混合経路の２系統を備えたガスエンジンに
おいて、エンジンの負荷等に応じて、ガス燃料の
供給系統を切り換えるコントロールユニツトを備
え、このコントロールユニツトに、始動・アイド
ル時には予混合経路による供給のみを行い、低負
荷運転時には２系統を併用し、高負荷運転時には
直接噴射経路のみを使用する制御機能をもたせた
ことを特徴とするものである。

［作 用］ 上記出力装置においては、ガス燃料の２つの供
給方式、即ち、エンジンへ直接噴射する直接噴射
経路と、吸入空気と一緒に吸気弁から吸入させる
予混合経路の２系統の特長を生かし、かつ燃料の
特性を十分発揮させることができる。

さらに具体的には、アクセルに連動した流量制
御弁をもつ直接噴射系と、吸気弁から吸入させる
予混合系との切り換えを行うに際し、エンジンの
回転数、スタータ及びアイドルスイツチの作動状
態、並びに流量制御弁の開度データ等をもとに、
コントロールユニツトにおいて、始動、アイド
ル、低負荷及び高負荷などエンジンの運転状態を
判定し、その運転状態に適した供給を行うため、
予混合系を使用する場合の高負荷運転時の異常燃
焼の発生等、あるいは直接噴射系を用いる場合の
アイドル及び低負荷運転時での燃焼の不規則性、
エンジンの回転変動等の問題が解消され、２系統
の供給方式の特長を生かした出力制御が行われ
る。

［実施例］ 以下、本発明の具体的な実施例について詳述す
る。

本発明は、着火しやすく、燃焼速度の速い水素
ガスその他のガス燃料を用いるエンジンシステム
を対象とするが、第１図では、水素ガスを燃料に
用いたガスエンジンの実施例を示している。

同図において、エンジン１は、シリンダ内に直
接水素ガス燃料を噴射する専用弁をもつた４気筒
４サイクル火花点火機関として構成される。

水素ガスは、金属水素化物を水素の貯蔵に利用
した燃料タンク２から減圧装置３を通り、エンジ
ン１へ直接噴射する直接噴射経路４（直接噴射
系）と、吸入空気と一緒に吸気制御弁６から吸気
マニホールド７を通して吸入される予混合経路５
（予混合系）の２系統からエンジン１へ供給され
る。

直接噴射系には、アクセル１０に直結した機械
式流量制御弁１１と、燃料の最大流量を制御する
電子比例制御弁（リミツター）１２と、遮断弁１
３があり、これは運転者が出力を制御できる経路
である。上記アクセル１０には、その踏み込みが
あつたか否かを検出するアイドルスイツチ１０ａ
が付設され、また流量制御弁１１にはスロツトル
開度を検出するスロツトルセンサ１０ｂが付設さ
れる。

一方、予混合系は、エンジンの回転数を一定に
制御するためのインジエクタ系１５、その補助と
なる調整系１６、ベンチユリー部へその負圧で吸
い込まれるメイン系１７及び増量系１８を備え、
これらは前記減圧装置３に遮断弁２０及び圧力調
整器２１を介して接続している。各経路４，５に
設けた電磁式の遮断弁１３，２０は、ガス燃料の
供給経路を切り換えるのに使用するものである。

コントロールユニツト（以下、CUと略記す
る。）２５は、エンジンの回転数Ｎ、スタータ
（図示なし）及びアイドルスイツチ１０ａの作動
状態、ならびに流量制御弁１１に設けたスロツト
ルセンサ１０ｂによるスロツトル開度を検出し、
CU２５のメモリーに設定した各運転モードに対
応した制御信号を出し、各経路の駆動部品を作動
させるものである。

CU２５は、上記エンジンシステムの必要部の
動作を制御するが、このCU２５からの出力によ
りコントロールされる個所は、図中において・印
から伸びる矢印によつて示している。

なお、エンジン１によつて駆動されるバキユー
ムポンプ２７の負圧タンク２８は、図中におい
て、・印から伸びる矢印によつて示した位置に接
続され、それらが負圧により駆動される。

また、上記CU２５は、エンジン１の回転数な
らびにスロツトル開度に対する点火時期のマツプ
をもち、流量制御と同時に点火時期の制御も行う
ものである。

次に、上記CU２５による各運転モードでの制
御内容について説明する。

「始動モード」では、まず、予混合経路５の遮
断弁２０が開き、その経路の４系統はすべて作動
する。エンジン１の回転が設定回転数以上に到達
すると、「アイドルモード」となり、増量系１８
が閉じて残りの３系統でエンジン回転数を一定に
保つ。

この制御状態においては、吸入空気制御弁３１
は開、吸入空気制御弁３２は閉の状態とし、吸入
空気量は絞らない。したがつて、「始動モード」
及び「アイドルモード」では、エンジン制御はす
べてCU２５が担当し、その制御は燃料流量のみ
で行う。また、その燃料の最大流量は、逆火防止
のため、空気過剰率５以上とするのが望ましい。

次に、アクセル１０を踏むと、アイドルスイツ
チ１０ａがオフとなり、直接噴射系の遮断弁１３
が開き、直接噴射経路４からも水素ガスが供給さ
れる。その踏み方が小さい「低負荷運転モード」
では、両経路４，５は併用の形で作動する。但
し、予混合経路５のインジエクタ系１５は、エン
ジン回転数が低下しないとCU２５が判定した後
に停止する。

さらにアクセル１０を強く踏み、スロツトル開
度、及びエンジン回転数からCU２５が「高負荷
モード」とみなすと、予混合経路５の供給は遮断
弁２０によつて遮断される。これにより、高負荷
運転では、吸気系に混合気が形成されないから、
高負荷時の逆火が防止でき、また吸入空気量が燃
料ガスによつて減少することはなく、比出力も増
加する。また、各回転数における最大水素ガス流
量が比例制御弁１２により規定されているから、
高負荷時のノツキングも防止できる。

減速のためにアクセル１０を離すと、アイドル
スイツチ１０ａがまず入る。この時のエンジン回
転数が設定回転数2500rpmよりも高い場合には、
水素供給系はすべて遮断され、燃料カツトの状態
となり、この時、吸入空気制御弁３１が閉とな
り、エンジンブレーキの作動となる。2500rpm以
下に減速すると、吸気絞り、燃料カツトは解除さ
れ、前記「アイドルモード」に入る。

これらの制御における燃料流量と回転数との関
係を一例として第２図に示す。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明の出力制御装置によれ
ば、次のような効果を期待することができる。

(1) 始動、アイドル時に予混合系による供給方式
とすることにより、吸入空気を絞らず、水素ガ
ス流量制御のみを希薄運転ができ、熱効率も向
上する。

(2) 高負荷運転では、筒内噴射方式とすることで
比出力の向上、異常燃焼を防止できる。

(3) 低負荷時に両方式を併用することで、直接噴
射方式の燃焼むらを予混合方式でカバーし、ス
ムーズな運転ができる。また、加速時の直接噴
射系の水素供給量の時間的遅れを予混合方式で
カバーできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は本
発明の制御における燃料流量と回転数との関係を
例示するグラフである。 １…エンジン、２…燃料タンク、４…直接噴射
経路、５…予混合経路、２５…コントロールユニ
ツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 着火しやすく、燃焼速度の速い水素ガス等の
   ガス燃料を用い、エンジンへ直接噴射する直接噴
   射経路と、吸入空気と一緒に吸気弁から吸入させ
   る予混合経路の２系統を備えたガスエンジンにお
   いて、 エンジンの負荷等に応じて、ガス燃料の供給系
   統を切り換えるコントロールユニツトを備え、こ
   のコントロールユニツトに、始動・アイドル時に
   は予混合経路による供給のみを行い、低負荷運転
   時には２系統を併用し、高負荷運転時には直接噴
   射経路のみを使用する制御機能をもたせた、 ことを特徴とするガスエンジンの出力制御装置。