JPH05106513A

JPH05106513A - 水素エンジンの水素燃料供給装置

Info

Publication number: JPH05106513A
Application number: JP3272385A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Yoshimoto; 和幸吉本; Kenji Takakura; 健治高椋; Takafumi Teramoto; 隆文寺本; Tsutomu Shimizu; 勉清水
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 1993-04-27
Also published as: DE4235533C2; DE4235533A1

Abstract

(57)【要約】【目的】水素エンジンにおいて、重量増を制限しつつ
エンジン冷機時にもその良好な始動性を確保する。【構成】エンジン冷却水の循環により加熱されて水素
を放出する常用の水素吸蔵タンク７を設ける。更に、始
動時用の水素吸蔵タンク９０を別途設ける。始動時用タ
ンク９０は、上記エンジン冷却水により加熱されなくて
も低温状態で水素を放出する水素吸蔵合金を内蔵する。
エンジン冷機状態での始動時には、常用タンク７に代
え、開閉弁９７を開制御して始動時用タンク９０を選択
し、これから放出する水素を燃料通路９５、圧力調整弁
８３、燃料調整弁８４及び噴射弁２０を経て水素供給ポ
ートＨＰから吸気工程作動室４Ｋに供給する。この場
合、始動時用タンク９０は水素を高圧力で放出し高圧容
器となるが、始動時用で少容量であるので、重量の増大
が少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水素エンジンの水素燃料
供給装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、水素エンジンとして、例えば
特公昭５８−１２４５８号公報に開示されるよに、シリ
ンダ内に吸気ポートとは別個に開口する水素供給ポート
を設け、該水素供給ポートから低圧の水素をシリンダ内
に供給することにより、該シリンダ内に流入する空気量
が水素ガスの供給の影響を受けないようにして、容積効
率の低下を防止し、能率良く運転可能としたものが知ら
れている。

【０００３】また、上記の如き水素エンジンの水素燃料
供給装置として、例えば特開平１−２１６０２４号公報
に開示されるように、水素を吸蔵及び放出可能な水素吸
蔵合金を内蔵した水素吸蔵タンクを設け、該水素吸蔵タ
ンクを冷却することにより水素吸蔵合金に水素を吸蔵す
る一方、水素吸蔵タンクをエンジン冷却水で加熱するこ
とにより該水素吸蔵合金に吸蔵した水素を低圧で放出さ
せてエンジンに供給すると共に、予備の水素吸蔵タンク
を別途設け、上記主の水素吸蔵タンク内の水素残存量が
低下した際には、警告表示を行うと共に、予備の水素吸
蔵タンクに切換えて運転を続行するものが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
水素吸蔵タンクを使用する場合には、エンジン冷却水な
ど、エンジン温度を利用して水素を放出するため、始動
時等のエンジン冷機時には水素の放出量が十分でなく、
このため混合気の空燃比が稀薄過ぎて、始動性が良好で
ない欠点がある。

【０００５】そこで、例えば上記の如きエンジン温度を
利用して水素を放出する水素吸蔵合金に代えて、エンジ
ン冷機時に相当する低温時でもエンジン温度を利用する
ことなく所定圧力の水素を放出し得る他の水素吸蔵合金
を使用し、その吸蔵合金内蔵のタンクを車両に搭載する
ことが考えられる。しかし、この考えでは、この種の水
素吸蔵合金が、低温時でも水素を放出するものの、その
放出した水素の圧力が例えば２０気圧等の高圧となる特
性であるため、安全面で十分な配慮が必要になると共
に、水素吸蔵タンクを耐圧とし高圧容器に形成する必要
が生じてタンク重量が増大し、その分、車両重量が増大
して車両の運転性の低下を招く。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、水素エンジンにおいて水素吸蔵タン
クの重量の増大を有効に抑えつつ、エンジン冷機時でも
十分な水素量を放出し得て、エンジン始動を良好に行う
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、従来の水素吸蔵タンクとは別途に、エ
ンジン温度を利用することなく低温下でも水素を放出し
得る水素吸蔵合金内蔵のタンクをエンジン始動用として
設けることとする。

【０００８】つまり、請求項１記載の発明の具体的な解
決手段は、水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵合金内蔵の
水素吸蔵タンクを備え、該水素吸蔵タンクから所定圧力
の水素を水素供給ポートからエンジンに供給するように
した水素エンジンの水素燃料供給装置を対象とする。そ
して、上記水素吸蔵タンクとして、エンジン温度を利用
して水素を放出する第１の水素吸蔵タンクと、エンジン
温度を利用することなく所定の低温状態で水素を放出す
る第２の水素吸蔵タンクとにより構成する。更に、エン
ジン温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段に
より検出されたエンジン温度が設定温度未満のとき上記
第２の水素吸蔵タンクを上記エンジンの水素供給ポート
に連通させ、エンジン温度が設定温度以上のとき上記第
１の水素吸蔵タンクをエンジンの水素供給ポートに連通
させるよう切換える切換手段とを設ける構成としてい
る。

【０００９】また、請求項２記載の発明では、上記請求
項１記載の発明の水素供給ポートを特定して、エンジン
の筒内に直接連通させる構成とする。

【００１０】更に、請求項３記載の発明では、上記請求
項１又は請求項２記載の発明を更に限定し、第１の水素
吸蔵タンク及び第２の水素吸蔵タンク別に水素残存量を
検出する残存量検出手段と、温度検出手段により検出さ
れたエンジン温度が設定温度以上の際に上記残存量検出
手段により検出された第１の水素吸蔵タンクの水素残存
量が設定量以下のとき、第２の水素吸蔵タンクをエンジ
ンの水素供給ポートに連通させるよう切換える第２の切
換手段とを設ける構成としている。

【００１１】

【作用】以上の構成により、請求項１記載の発明では、
エンジン温度が設定温度未満の低温時には、切換手段に
より第２の水素吸蔵タンクがエンジンの水素供給ポート
に連通する。これにより、エンジン冷機時であっても所
定量の水素をエンジンに供給し得て、混合気の空燃比が
設定値に確保されるので、始動性が良好になる。しか
も、第２の水素吸蔵タンクはエンジン始動用であって、
少容量で足りるので、該第２の水素吸蔵タンクを高圧容
器に形成しても、重量の増大を有効に抑えることができ
る。

【００１２】また、請求項２記載の発明では、水素供給
ポートがエンジンの筒内に直接連通し、このため水素は
筒内圧力に抗して供給する必要があるが、第２の水素吸
蔵タンクから放出される水素は高圧であるので、エンジ
ン冷機時においても水素は筒内に良好に供給され、筒内
からの逆流は生じない。

【００１３】更に、請求項３記載の発明では、エンジン
暖機状態である通常運転時に第１の水素吸蔵タンクの水
素残存量が設定値以下に減少した燃料少量時には、第２
の水素吸蔵タンクがエンジンの水素供給ポートに連通切
換されるので、該第２の水素吸蔵タンクを予備タンクと
して使用可能である。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明の水素エンジンの水素燃料供給装置によれば、エンジ
ン温度を利用することなく低温状態で水素を放出する水
素吸蔵合金内蔵のタンクをエンジン始動用として設けた
ので、上記水素吸蔵タンクの重量の増大を有効に抑制し
て、車両の良好な運転性を確保しながら、エンジン冷機
時においても必要量の水素をエンジンに供給し得て、エ
ンジン始動性の向上を図ることができる。

【００１５】また、請求項２記載の発明によれば、更に
エンジン冷機時にも筒内噴射に必要な高圧の水素を放出
できる。

【００１６】更に、請求項３記載の発明によれば、上記
エンジン始動用の水素吸蔵タンクを予備タンクとしても
利用でき、所定のエンジン運転の続行を可能にできる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。

【００１８】図１は、本発明に係る水素ロータリピスト
ンエンジンの構成図であって、ロータを直列に二個連結
した所謂２ロータのロータリピストンエンジンを左右に
展開して示したものである。

【００１９】ロータリピストンエンジンは、ペリトロコ
イド曲線を内周面とするロータハウジング１内に三葉の
内方包絡面を有するロータ２を配置し、該ロータ２の三
つの稜線部が各々アペックスシールを介してロータハウ
ジング１の内周面に当接して、ロータハウジング１の内
周面、ロータ２の外周、ロータハウジングの両側面に装
着されたサイドハウジング（図１には図示せず）及びイ
ンタミディエイトハウジング３によって三つの作動室４
…が隔成され、この作動室４…がロータ２の偏心回転に
伴なって容積変化してオットーサイクルを行なうもので
ある。そして、ロータ２の回転によってエキセントリッ
クシャフト１１が回転駆動される。

【００２０】その略吸気行程作動室４Ｋに臨むインタミ
ディエイトハウジング３の所定位置には、該吸気行程作
動室４Ｋに吸気を供給する吸気ポートＫＰと、所定圧力
の水素を筒内としての該吸気行程作動室４Ｋに供給する
水素供給ポートＨＰとが独立して開口形成されており、
吸気ポートＫＰへは吸気通路６を介して空気が供給され
ると共に、水素供給ポートＨＰへは第１の水素吸蔵タン
クとしてのメタルハイドライドタンク（以下常用ＭＨタ
ンクと略す）７に蓄えられた水素ガスが燃料供給通路８
を介して供給されるようになっている。水素ガスと空気
の供給制御は、詳しくは後述する燃料制御装置５０によ
り行なわれるようになっており、この燃料制御装置５０
には、エキセントリックシャフト１１の回転数を検知す
るエンジン回転数センサ５１からのエンジン回転数が制
御情報として入力されるようになっている。

【００２１】尚、インタミディエイトハウジング３は、
図１中右側（フロント側）の気筒Ｆと左側（リア側）の
気筒Ｒの間に介設される壁部材（所謂サイドハウジング
と同機能）であり、その前後両面に各々の気筒Ｆ，Ｒの
ロータ２，２がサイドシール（図示せず）を介して気密
を保って当接摺動するものである。また、両気筒Ｆ，Ｒ
のロータ２，２は、位相が１８０°ずれて作動する。

【００２２】上記常用ＭＨタンク７は、その内部に水素
を吸蔵、放出することのできる水素吸蔵合金を備え、該
水素吸蔵合金に水素を供給する水素充填通路７１が接続
されると共に、水素吸蔵合金を冷却する冷却水通路７２
と、水素吸蔵合金を加熱する為にエンジン冷却水が供給
される加熱水通路７３が接続されている。

【００２３】水素吸蔵合金は、水素が金属結晶格子内部
の格子間位置に侵入して金属水素化物を形成することに
より水素を貯蔵するものであり、冷却することにより金
属水素化物生成が進行して水素が吸蔵され、逆に加熱す
ることにより水素が放出されるものである。このような
金属水素化物の化学式の一例を下記に示す。

【００２４】ＭｇＨ₂，ＵＨ₃，ＴｉＨ₂，ＶＨ₂，Ｚ
ｒＨ₂，ＬａＨ₃，Ｍｇ₂ＮＨ₄，ＴｉＦｅ
Ｈ_1.9，ＬａＮｉ₅Ｈ₆，ＭｍＮｉ₅Ｈ_6.3，ＭｍＮｉ
_4.5Ｍｎ_0.5Ｈ_6.6，ＭｍＮｉ_4.5Ａｌ_0.5Ｈ_4.9 （但し、Ｍｍはミッシュメタルである。）水素充填通路７１は、元栓７１Ａ、リリーフ弁７１Ｂ及
び開閉弁７１Ｃを介して常用ＭＨタンク７に接続されて
いると共に、途中に常用ＭＨタンク７内の水素ガス圧を
検知する圧力センサ７１Ｄが配置されている。

【００２５】冷却水通路７２は、給水口７２Ａから供給
された冷却水が常用ＭＨタンク７内を巡って水素吸蔵合
金を冷却して排水口７２Ｂから排水されるように配設さ
れ、水素充填通路７１を介して水素を供給して水素吸蔵
合金に水素を吸蔵させる際、水素吸蔵合金を冷却するよ
う作用する。

【００２６】加熱水通路７３は、ロータハウジング１の
ウォータジャケットから電動ウォータポンプ７３Ｐ及び
逆止弁７３Ａを介して常用ＭＨタンク７内を巡り、逆止
弁７３Ｂ及び流量調整弁７３Ｃを介してウォータジャケ
ットに戻るように配設され、ウォータジャケット内のエ
ンジン冷却水を電動ウォータポンプ７３Ｐによって循環
させ、この冷却水循環によるエンジン温度の利用により
水素吸蔵合金を加熱し、該水素吸蔵合金から水素を離脱
放出させるように作用する。この際、常用ＭＨタンク７
内の水素ガス圧力は最大で略９気圧程度となる。尚、７
３Ｄは供給されるエンジン冷却水の温度を検知する温度
センサである。

【００２７】図示のロータリピストンエンジンの吸気系
は、空気絞り弁６４を経て吸気ポートＫＰに接続されて
いる。上記空気絞り弁６４は、ステップモータ６５によ
り開閉駆動されると共にその開度を検知するポジション
センサ６６が備えられており、該ポジションセンサ６６
によって検知された空気絞り弁６４の開度はフィードバ
ック情報として燃料制御装置５０に入力されるようにな
っている。

【００２８】また、排気系は、排気行程の作動室に臨む
ロータハウジング１に開口形成された排気ポートＥＰに
排気管９が接続されて、排気を外部に排出する。

【００２９】更に、燃料としての水素ガス供給系は、水
素充填通路７１の元栓７１Ａと開閉弁７１Ｃとの間から
分岐して水素供給ポートＨＰに至る燃料通路８に、水素
供給用弁８１，電磁弁８２，圧力調整器８３，アクセル
ペダルＡＰと連動する燃料調整弁８４，及びタイミング
弁としての噴射弁２０が介設されている。そして、常用
ＭＨタンク７から供給される水素ガスを圧力調整器８３
によって略５気圧（３〜７気圧）に調圧し、燃料調整弁
８４及び噴射弁２０を介して各気筒Ｆ，Ｒの水素供給ポ
ートＨＰに水素ガスを供給するものである。圧力調整器
８３と燃料調整弁８４の間の燃料通路８に臨んで当該燃
料通路８内の水素ガス圧力を検知する圧力センサ５４と
水素ガス温度を検知する温度センサ５８が設けられると
共に、燃料調整弁８４にはその開度を検知するポジショ
ンセンサ５５が備えられており、これら圧力センサ５４
及びポジションセンサ５５による検知情報は燃料制御装
置５０に入力されるようになっている。

【００３０】ここで、インタミディエイトホウジング３
に開口形成された吸気ポートＫＰ及び水素供給ポートＨ
Ｐは、ロータ２の移動に伴なって該インタミディエート
ハウジング３と対向する側の面に装着されたサイドシー
ル（図示せず）が通過して作動室と連通状態となる（作
動室に開口する）こととなるが、その開口タイミング
は、図５に示す如く設定されている。即ち、排気行程終
了時の上死点（ＴＤＣ）からクランク角で３２°経過し
た位置で吸気ポートＫＰが開口し、これからやや遅れる
ＴＤＣ６０°の時点で水素供給ポートＨＰが開口する。
吸気ポートＫＰは吸気行程終了時の下死点（ＢＤＣ）か
ら５０°の時点で閉口し、水素供給ポートＨＰはこれか
ら略１００°遅れてＢＤＣ１５０°の時点で閉口するよ
うになっている。つまり、吸気ポートＫＰはＴＤＣ３２
°からＢＤＣ５０°迄クランク角２８８°の範囲で開口
し、水素供給ポートＨＰはＴＤＣ６０°からＢＤＣ１５
０°迄クランク角３７０°の範囲で開口するものであ
る。

【００３１】次に、水素ガス供給系に備えられる噴射弁
２０の構成を、図２ないし図４に示す拡大断面図に基い
て説明する。

【００３２】図２はインタミディエイトハウジング３を
フロント側（図１中右側）の作動室側から見た図であ
り、インタミディエイトハウジング３の水素供給ポート
ＨＰ近傍の外周面に、ケーシング３１が固定されると共
に該ケーシング３１の側方に噴射弁２０が装着されてい
る。

【００３３】インタミディエイトハウジング３には、図
４にも示すように上下方向に中空部３２が形成され、該
中空部３２には、図２のＡ−Ａ断面図である図３にも示
す如く、隔壁３２Ａが上下方向に配置され、この隔壁３
２Ａによって中空部がフロント側とリア側の各々の気筒
Ｆ，Ｒに至る二つのハウジング内通路３２Ｆ，３２Ｒに
隔成されている。

【００３４】上記中空部２１の上方であってケーシング
３１で包囲される空間には、上記ハウジング内通路３２
Ｆ，３２Ｒに各々連通するケーシング内通路３１Ｆ，３
１Ｒが独立に形成されている。一方、上記ハウジング内
通路３２Ｆ，３２Ｒの下端部は水素供給ポートＨＰの開
口位置に達し、該下端部は図２のＢ−Ｂ断面図に相当す
る図４に示す如く各々インタミディエイトハウジング３
に形成した開口部３４Ｆ，３４Ｒを介して前後両気筒
Ｆ，Ｒの水素供給ポートＨＰに連通している。尚、図４
中３Ｓは外側のサイドハウジングである。

【００３５】そして、上記ケーシング内通路３１Ｆ，３
１Ｒは、該ケーシング３１の噴射弁２０装着側面に各々
独立に開口しており、この開口部が後述する噴射弁２０
からの通路（噴射弁通路２２Ｆ，２２Ｒ）と連通する。

【００３６】噴射弁２０は、図３に示す如くハウジング
２１内にケーシング内通路３１Ｆ，３１Ｒの開口部と対
向して噴射弁通路２２Ｆ，２２Ｒが開口され、該噴射弁
通路２２Ｆ，２２Ｒの開口部に各々ポペット弁２３，２
３を配置したものである。両噴射弁通路２２Ｆ，２２Ｒ
は、ポペット弁２３，２３より上流側で合流して一本の
合流通路２２となり、ここに、上記燃料調整弁８４から
の通路が接続されるようになっている。

【００３７】ポペット弁２３は、そのシステム２３Ａが
ハウジング２１に固定されたガイド２４に摺動可能に嵌
合すると共に、スプリング２５によってその先端のバル
ブフェース２３Ｂがシート２６側に押圧付勢されて設け
られ、スプリング２５の付勢力によってバルブフェース
２３Ｂがシート２６に密着すると噴射弁通路２２Ｆ，２
２Ｒを密閉遮断し、スプリング２５の付勢力に抗してス
ライド移動されることによって噴射弁通路２２Ｆ，２２
Ｒを開くようになっているものである。

【００３８】そのシステム２３Ａの後端側には、カムシ
ャフト２７がハウジング２１に回転可能に支持されて設
けられており、該カムシャフト２７の各々のポペット弁
２３，２３と対応する位置に設けられたカム２７Ｆ，２
７Ｒが、ポペット弁２３，２３をスプリング２５，２５
の付勢力に抗して押圧操作して噴射弁通路２２Ｆ，２２
Ｒを開閉するようになっている。カムシャフト２７は、
図１に示す如く該ロータリピストンエンジンのエキセン
トリックシャフト１１と図中１２で示すチェーン又はタ
イミングベルトによって同期回転可能に連繋されてお
り、従って、ポペット弁２３，２３はエキセントリック
シャフト１１の回転に同期して所定タイミングで開閉駆
動されるようになっているものである。尚、両ポペット
弁２３，２３を駆動操作するカム２７Ｆ，２７Ｒは、対
応する気筒Ｆ，Ｒのロータ２，２の位相差と等しく１８
０°位相をずらして設けられているものである。

【００３９】上記の如き噴射弁２０の構成によれば、水
素供給ポートＨＰへの水素ガス供給は、噴射弁２０のバ
ルブタイミングに依存する。

【００４０】ここで、噴射弁２０のポペット弁２３，２
３の開閉タイミングは図５に示す如く、吸気ポートＫＰ
の閉口（ＢＤＣ５０°）と同時に開弁し、水素供給ポー
トＨＰの閉口時期よりも若干早いＢＤＣ１４０°の時点
で閉弁するように設定され、従ってポペット弁２３，２
３はＢＤＣ５０°からＢＤＣ１４０°迄の９０°の範囲
で開弁するものである。

【００４１】上記の如く構成された水素ロータリピスト
エンジンは下記の如く作用する。

【００４２】即ち、常用ＭＨタンク７から供給される水
素ガスは、圧力調整器８３によって所定気圧（略５気
圧）に調圧され、アクセルペダルＡＰと連動する燃料調
整弁８４によって供給量が調整されて供給される。この
時、燃料制御装置５０は、ポジションセンサ５５によっ
て検知される燃料調整弁８４の開度と燃料通路８に備え
られた圧力センサ５４からの水素ガス圧力情報及び温度
センサ５８からの水素ガス温度情報に基いて供給される
水素ガス量を把握し、該把握された供給される水素ガス
量に応じて所定の空燃比を得られる量の空気が吸気ポー
トＫＰに供給されるよう吸気通路６の空気絞り弁６３を
開閉制御する。

【００４３】吸気行程作動室４Ｋに臨む吸気ポートＫＰ
及び水素供給ポートＨＰは、前述の如く排気行程終了時
の上死点（ＴＤＣ）からクランク角で３２°経過した時
点で吸気ポートＫＰが開口し、その後、ＴＤＣ６０°の
時点で水素供給ポートＨＰが開口する。これにより吸気
ポートＫＰから空気が吸気行程作動室４Ｋ内に流入供給
されるが、この時点では、噴射弁２０のポペット弁２
３，２３が通路を閉ざしており、水素ガスが供給される
ことはない。その後、吸気ポートＫＰが吸気行程終了時
の下死点（ＢＤＣ）から５０°の時点で閉口すると同時
に噴射弁２０のポペット弁２３，２３が開弁し、これに
より、該時点で開口状態にある水素供給ポートＨＰを介
して水素ガスが圧縮行程初期の作動室４内に供給され
る。

【００４４】ここで、インタミディエートハウジング３
に開口された吸気ポートＫＰ及び水素供給ポートＨＰは
前述の如くロータ２の移動に伴なってサイドシールが通
過して作動室に開口するものであってその構造上開口時
期と開口面積は互いに関連し、開口期間を規定するとこ
れによって開口面積の上限が規制されることとなり、こ
のため、開口面積を所定（上限）以上に大きくするには
開口期間を長くせざるを得ないものであるが、本構成に
よれば水素供給ポートＨＰを介する水素ガスの供給は噴
射弁２０の開弁期間に依存するので、水素供給ポートＨ
Ｐの形状ないし開口面積は、該噴射弁２０の開口期間と
重合して開口すると共にその開弁時に水素ガス供給に必
要十分な開口面積となるように設定することが可能とな
る。

【００４５】尚、吸気ポートＫＰと水素供給ポートＨＰ
の開口期間及び噴射弁２０の開弁期間は、上記実施例で
は吸気ポートＫＰの開口期間を２８８°とすると共に水
素供給ポートＨＰ開口期間を３６０°とし、更に噴射弁
２０の開弁期間を９０°として設定したが、要は、吸気
ポートＫＰの開口期間を適宜設定することによって所定
運転状態時に於る空気充填量が決定されれば、これに応
じて要求空燃比が得られる量の水素ガスを供給できるよ
う水素供給ポートＨＰの開口面積と噴射弁２０の開弁期
間を設定すれば良いものであり、ロータリピストンエン
ジンでは、吸気ポートＫＰをＴＤＣからやや遅れて開口
させると共にその開口期間を２３０°から３２０°の範
囲として設定し、水素供給ポートＨＰは吸気ポートＫＰ
の開口時期近傍でやや遅れて開口して吸気ポートＫＰの
開口期間より長い期間開口するよう設定することで上記
条件を確保できる。また、噴射弁２０の開弁期間は水素
ガスを充分供給可能な期間として設定すれば良く、水素
ガスが吸気ポートＫＰ側に逆流することのないように吸
気ポートＫＰの閉口時期近傍で開口し、最低６０°程度
から圧縮行程の進行によって作動室内の圧力が水素ガス
供給圧より高くなる以前の１３０°程度（略圧縮行程中
期迄）の範囲で且つ水素供給ポートＨＰ開口期間内に於
て適宜設定し得るものである。つまり、これによれば吸
気ポートＫＰの開口時期に対する噴射弁２０の開弁期間
の比は略３分の１程度となる。

【００４６】上記の如き構成によれば、水素供給ポート
ＨＰを介して作動室４への水素ガスの供給は、噴射弁２
０の開くＢＤＣ５０°からＢＤＣ１４０°迄の９０°の
期間中に行なわれることとなる。ロータリピストンエン
ジンでは、ＴＤＣからＢＤＣに至るクランク角がレシプ
ロエンジンの１８０°に対して２７０°と長く、その分
各行程がレシプロエンジンに比較してゆっくり進行する
為に圧縮行程においても作動室内の圧力上昇が遅く、ま
た水素供給ポートＨＰの形状ないし開口面積は開口期間
に拘りなく水素ガス供給に必要十分な開口面積となるよ
うに設定してあることから水素ガスの供給圧が略５気圧
という比較的低圧であっても圧縮行程初期の作動室内に
必要な量を充填することができる。更に、この水素ガス
の供給は吸気ポートＫＰは閉口後であることから作動室
４内に供給された水素ガスが吸気通路６側に流れること
はなく逆火を生ずることはない。つまり、吸気ポートＫ
Ｐ閉口後の圧縮行程初期に水素ガスを効率良く多量に充
填可能となり、出力を向上させることができると共に逆
火を防ぐことができるものである。また、ロータリピス
トンエンジンは作動室が移動して各行程を行なうもので
あり、燃焼作動室位置とは異なる低温の吸気作動室位置
で水素ガスと空気を供給して過早着火を生ずることなく
長時間混合することができ、従って、λ＝２以上の希薄
混合気での運転も可能となる。その結果、燃焼温度が低
下することとなり、窒素酸化物が殆ど生成することがな
く、水素燃料では元来有害な未燃焼成分の排出や炭酸ガ
スの生成は行なわれないことと相俟って完全に無公害エ
ンジンと成し得るものである。尚、λは空気過剰率であ
って、λ＝（実際の空燃比）／（理論空燃比）で示され
るものである。

【００４７】そして、図１において、９０は、上記常用
ＭＨタンク７とは別途に設けられた第２の水素吸蔵タン
クとしてのメタルハイドライドタンク（以下始動時用の
ＭＨタンクという）であって、該始動時用のＭＨタンク
９０は、上記常用ＭＨタンク７よりも少容量であって、
且つ常用ＭＨタンク７が内蔵する水素吸蔵合金とは異な
る水素吸蔵合金を備え、該水素吸蔵合金は、エンジン冷
却水の流通によるエンジン温度を本来利用することなく
上記常用ＭＨタンク７の水素吸蔵合金が水素を放出し始
める温度よりも低い例えば３０〜４０℃未満の低温度の
状態でも所定圧力（例えば２０気圧）の水素が放出され
る特性を有している。このような金属水素化物の化学式
の一例を下記に示す。

【００４８】ＭｍＮｉ_4.42，Ｆｅ_0.48，Ｃｏ_0.1 （但し、Ｍｍはミッシュメタルである。）上記始動時用のＭＨタンク９０には、該水素吸蔵合金に
水素を供給する水素充填通路９１が接続されると共に、
水素吸蔵合金を冷却する冷却水通路９２と、水素吸蔵合
金を補助的に加熱するべくエンジン冷却水が供給される
加熱水通路９３とが接続されている。

【００４９】水素充填通路９１は、元栓９１Ａ、リリー
フ弁９１Ｂ及び開閉弁９１Ｃを介して始動時用のＭＨタ
ンク９０に接続されていると共に、該始動時用のＭＨタ
ンク９０内の水素ガス圧を検知する圧力センサ９１Ｄが
配置されている。

【００５０】冷却水通路９２は、給水口９２Ａから供給
された冷却水が始動時用のＭＨタンク９０内を巡って水
素吸蔵合金を冷却した後、排水口９２Ｂから排水される
ように配設され、水素加熱水通路９３は、上記常用ＭＨ
タンク７の加熱水通路７３と並列に接続され、該加熱水
通路９３には逆止弁９３Ｂ及び流量調整弁９３ｃとが介
設されていると共に、供給されるエンジン冷却水の温度
を検知する温度センサ９３Ｄが配置されている。そし
て、始動時用のＭＨタンク９０内で水素吸蔵合金が水素
を放出する際に極めて低温になるのを補償し所定温度に
維持するするように、エンジン１のウォータジャケット
内のエンジン冷却水を電動ウォータポンプ７３Ｐによっ
て循環させて内蔵の水素吸蔵合金を加熱する構成として
いる。

【００５１】更に、水素充填通路９１の元栓９１Ａと開
閉弁９１Ｃとの間には燃料通路９５が接続され、該燃料
通路９５は上記圧力調整器８３に連通すると共に、その
途中には水素供給用弁９６，開閉弁９７が介設されてい
る。

【００５２】次に、上記燃料制御装置５０による常用Ｍ
Ｈタンク７と始動時用ＭＨタンク９０との選択制御を図
６の切換制御フローに基いて説明する。

【００５３】スタートして、ステップＳ１で圧力センサ
７１Ｄの検出信号に基いて常用ＭＨタンク７内のガス圧
力Ｐｍを通常時の圧力Ｐａ（例えば５気圧）と比較し、
Ｐｍ≧Ｐａの通常時にはステップＳ３に進んで燃料通路
９５の開閉弁９７を閉制御し、且つ燃料通路８の開閉弁
８２を開制御して、常用ＭＨタンク７を選択する。

【００５４】そして、このように常用ＭＨタンク７を選
択した場合には、ステップＳ３で該常用ＭＨタンク７の
使用量を算出する。この算出は、常用タンク７内のガス
圧力Ｐ、エンジン１の水素供給ポートＨＰへのガス流量
ｖ、及びガス温度Ｔに基いて行う。その後、ステップＳ
４で上記算出したガス使用量から常用ＭＨタンク７内で
のガス残存量ｖｍを算出し、ステップＳ５でその残存量
ｖｍを不足時に相当する残存量ｖａｍと比較し、ｖｍ≧
ｖａｍの十分存在する場合にはそのままリターンする
が、ｖｍ＜ｖａｍの不足時にはステップＳ６で常用ＭＨ
タンク７のガス燃料不足時としてのエンプティ表示を行
う。

【００５５】そして、上記のように常用ＭＨタンク７の
水素ガス残存量が不足する状況になったり、又はエンジ
ン１が低温状態で始動される場合には、上記ステップＳ
１での判断がＰｍ＜Ｐａになるので、ステップＳ７に進
んで燃料通路８の開閉弁８２を閉制御し、且つ燃料通路
９５の開閉弁９７を開制御して、始動時用のＭＨタンク
９０を選択する。

【００５６】その後は、上記ステップＳ３〜Ｓ６と同様
に、ステップＳ８で始動時用ＭＨタンク９０の使用量を
算出した後、ステップＳ９で始動時用ＭＨタンク９０内
でのガス残存量ｖｓを算出して、ステップＳ１０でその
残存量ｖｓを不足時に相当する残存量ｖａｓと比較し、
ｖｓ≧ｖａｓの十分存在する場合にはそのままリターン
するが、ｖｓ＜ｖａｓの不足時にはステップＳ１１で始
動時用ＭＨタンク９０のガス燃料不足時としてのエンプ
ティ表示を行って、リターンする。

【００５７】よって、上記図６の制御フローにおいて、
ステップＳ１により、常用ＭＨタンク７の圧力Ｐｍが設
定圧力Ｐａ以上（Ｐｍ≧Ｐａ）の高圧時にはエンジン冷
却水温度が高いエンジン温間時であり、Ｐｍ＜Ｐａの低
圧時にはエンジン冷却水温度の低い始動時を含むエンジ
ン冷機時であると判断して、エンジン温度を検出するよ
うにした温度検出手段１００を構成している。また、同
制御フローのステップＳ２及びＳ７により、上記温度検
出手段１００により検出されたエンジン温度が設定温度
以上のエンジン温間時に、常用ＭＨタンク７をエンジン
の水素供給ポートＨＰに連通させ、エンジン温度が設定
温度未満のエンジン冷機時に始動時用のＭＨタンク９０
をエンジンの水素供給ポートＨＰに連通させるよう切換
える切換手段１０１を構成している。

【００５８】更に、図６の制御フローのステップＳ３、
Ｓ４、Ｓ８及びＳ９により、常用ＭＨタンク７及び始動
時用のＭＨタンク９０別に水素残存量を検出する残存量
検出手段１０２を構成している。また、同制御フローの
ステップＳ１及びＳ７により、上記温度検出手段１００
により検出されたエンジン温度が設定温度以上のエンジ
ン温間時に上記残存量検出手段１０２により検出された
常用ＭＨタンク７の水素残存量が設定量以下のとき、該
常用ＭＨタンク７内の圧力Ｐｍが設定圧力Ｐａ未満（Ｐ
ｍ＜Ｐａ）になることでもって、始動時用のＭＨタンク
９０をエンジンの水素供給ポートＨＰに連通させるよう
切換える第２の切換手段１０３を構成している。

【００５９】したがって、上記実施例においては、エン
ジン冷機状態での始動時には、常用ＭＨタンク７内の圧
力Ｐｍが設定値Ｐａ未満（Ｐｍ＜Ｐａ）の状態にあるの
で、燃料制御装置５０が開閉弁８２を閉じ、開閉弁９７
を開いて、始動時用のＭＨタンク９０を圧力調整器８３
に連通する。上記始動時用のＭＨタンク９０内では、そ
の内蔵の水素供給合金がこの冷機時でも所定圧力（略２
０気圧）の水素を放出するので、この水素が圧力調整器
８３、燃料調整弁８４及び噴射弁２０を経て水素供給ポ
ートＨＰから吸気行程作動室４Ｋに供給される。その結
果、混合気の空燃比が設定空燃比に調整されるので、こ
のエンジン冷機時であってもエンジンの始動性が良好に
確保されると共に、エンジン出力が所定通りに確保され
て、運転性が向上することになる。

【００６０】その場合、始動時用のＭＨタンク９０は水
素を高圧力（２０気圧）で放出するため高圧容器に形成
する必要があるものの、始動時用で少容量で足りるの
で、その分、該始動時用のＭＨタンク９０の重量増大を
有効に制限でき、車両の運転性を良好に向上させること
ができる。

【００６１】しかも、始動時用のＭＨタンク９０から放
出される水素の圧力は例えば略２０気圧の高圧力である
ので、エンジン低温状態で吸気工程作動室４Ｋの筒内圧
力が高くても、この水素を吸気工程作動室４Ｋに確実に
供給することができ、混合気の空燃比を設定値に確実に
調整できる。

【００６２】また、エンジン暖機状態において常用ＭＨ
タンク７内の水素残存量が設定値未満の燃料不足時にな
ると、該常用ＭＨタンク７内の圧力Ｐｍが設定値Ｐａ未
満（Ｐｍ＜Ｐａ）になって、始動時用のＭＨタンク９０
が圧力調整弁８３に連通するので、該始動時用のＭＨタ
ンク９０を常用ＭＨタンク７の予備タンクとして利用す
ることができる。

【００６３】尚、上記実施例では、エンジン温度を常用
ＭＨタンク７内の圧力により検出したが、エンジン冷却
水温度等を検出するセンサを設けて検出しても良いのは
勿論である。

【００６４】また、上記実施例では、２ロータのロータ
リエンジンに適用したが、本発明はレシプロエンジンに
対しても同様に適用できるのは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】水素ロータリピストンエンジンの全体構成図で
ある。

【図２】噴射弁部分の拡大断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】各ポートの開口期間を説明する図である。

【図６】ＭＨタンクの切換選択を制御するフローチャー
ト図である。

【符号の説明】

ＨＰ水素供給ポート７常用ＭＨタンク（第１の水素吸蔵タン
ク）５０燃料制御装置７１水素充填通路７２冷却水通路７３加熱水通路８２，９７開閉弁７１Ｄ，９１Ｄ圧力センサ９０始動時用のＭＨタンク（第２の水素
吸蔵タンク）１００温度検出手段１０１切換手段１０２残存量検出手段１０３第２の切換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水勉広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素を吸蔵及び放出する水素吸蔵合金を
内蔵した水素吸蔵タンクを備え、該水素吸蔵タンクから
所定圧力の水素を水素供給ポートからエンジンに供給す
るようにした水素エンジンの水素燃料供給装置であっ
て、上記水素吸蔵タンクは、エンジン温度を利用して水
素を放出する第１の水素吸蔵タンクと、エンジン温度を
利用することなく所定の低温状態で水素を放出する第２
の水素吸蔵タンクとを備え、更にエンジン温度を検出す
る温度検出手段と、該温度検出手段により検出されたエ
ンジン温度が設定温度未満のとき上記第２の水素吸蔵タ
ンクを上記エンジンの水素供給ポートに連通させ、エン
ジン温度が設定温度以上のとき上記第１の水素吸蔵タン
クをエンジンの水素供給ポートに連通させるよう切換え
る切換手段とを備えたことを特徴とする水素エンジンの
水素燃料供給装置。
【請求項２】水素供給ポートはエンジンの筒内に直接
連通していることを特徴とする請求項１記載の水素エン
ジンの水素燃料供給装置。
【請求項３】第１の水素吸蔵タンク及び第２の水素吸
蔵タンク別に水素残存量を検出する残存量検出手段と、
温度検出手段により検出されたエンジン温度が設定温度
以上の際に上記残存量検出手段により検出された第１の
水素吸蔵タンクの水素残存量が設定量以下のとき、第２
の水素吸蔵タンクをエンジンの水素供給ポートに連通さ
せるよう切換える第２の切換手段とを備えたこと特徴と
する請求項１又は請求項２記載の水素エンジンの水素燃
料供給装置。