JPH0688542A - 水素エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼性の悪化を抑制しつつ未燃水素の排気管
への流出を防止してアフタバーンの発生を確実に防止す
る。 【構成】 水素を燃料とする水素エンジン１を前提とす
る。目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆとしてすべての運転状態に
おいて理論空燃比よりもリーン側の空燃比を設定する目
標空燃比設定手段４３を備える。そして、設定された目
標空燃比に基いて水素および空気の供給量ＱＨ2 ，ＴＱ
ＡＩＲを制御する供給制御手段４４を備える。さらに、
上記目標空燃比設定手段を、特に過渡運転状態におい
て、目標空燃比をリーン側に補正するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素エンジンにおいて
燃焼室に供給される空気と水素燃料との混合気の空燃比
を制御する空燃比制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガソリンエンジンにおいて、燃
焼室に供給するガソリンと空気とからなる混合気の空燃
比を、運転状態に応じて、理論空燃比よりリッチ側もし
くはリーン側に変化させて燃焼性の向上を図ることが行
われている。

【０００３】また、従来より、ガソリンエンジンにおい
て、低負荷時に水素を噴射供給することにより混合気を
理論空燃比よりもリーン側にして燃費およびエミッショ
ンの改善を図ろうとするものが知られている（例えば、
特開平５３−１７８０７号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、水素を燃料
とする水素エンジンにおいて、理論空燃比よりも濃い、
すなわちリッチ側の混合気が供給された場合、空気中の
酸素と結付かなかった未燃水素が排気管に流出して、排
気管内もしくはマフラー内でアフタバーンの発生するお
それがある。この未燃水素は濃度的に十分に稀薄であっ
ても、その燃焼可能限界がガソリンと比べて極めて高い
ため、火種がなくても摩擦熱などのなんらかの熱源によ
りアフタバーンが生じるという特殊性がある。また、上
記未燃水素が流出した場合、アフタバーンが発生しなく
ても、その未燃水素が大気に放出されることにより、そ
の分、エミッションの増大を招く。このため、燃焼室か
らの未燃水素の流出を確実に防止する必要がある。

【０００５】また、燃焼室に対して燃料である水素を直
噴し、空気を水素とは別のポートから供給する場合、急
加速時などの運転状態が急変する過渡運転状態では空燃
比を所定値に制御しても、空気供給の遅れに起因して燃
焼室内の混合気が空燃比の制御値よりリッチ側にずれる
おそれがある。すなわち、上記過渡運転状態では、加速
操作に応じて空気量を調節する空気絞り弁を急開調節し
ても、その空気絞り弁と燃焼室との間の吸気管内のデッ
ドボリュームを所定の供給圧まで充填する分、燃焼室へ
の空気の供給が遅れる。このため、上記過渡運転状態に
おいて、混合気がリッチ側にずれ易くなり、リッチ側に
ずれた場合、上記未燃水素の流出という問題が発生する
おそれがある。しかも、水素を燃料とする場合の理論空
燃比（３２程度）が、ガソリンの場合の理論空燃比（１
５程度）と比べてかなり高く、上記空気供給の遅れによ
り空燃比がリッチ側へずれる度合いがガソリンエンジン
の場合より水素エンジンの場合の方が大きいため、上記
問題の発生による影響はガソリンエンジンの場合よりも
大きい。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その主目的とするところは、燃焼性の悪
化を抑制しつつ未燃水素の排気管への流出を防止してア
フタバーンの発生を確実に防止することにある。また、
他の目的とするところは、特に空燃比のずれが生じやす
い過渡運転状態において空燃比がリッチ側にずれること
に伴う上記未燃水素の排気管への流出を確実に防止する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、水素を燃料とするものを前
提とし、図１に示すように、エンジンの運転状態を検出
する運転状態検出手段４５と、この運転状態検出手段４
５からの出力信号に基いて、目標空燃比としてすべての
運転状態において理論空燃比よりもリーン側の空燃比を
設定する目標空燃比設定手段４３を備える。そして、設
定された目標空燃比に基いて水素および空気の内の少な
くとも一方の供給量を制御する供給制御手段４４を備え
る構成とするものである。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、上記請求項
１記載の発明において、目標空燃比設定手段を、特に過
渡運転状態において、目標空燃比をリーン側に補正する
ように構成するものである。すなわち、エンジンの過渡
運転状態を検出する過渡運転状態検出手段４５ａと、過
渡運転状態が検出された時に上記過渡運転状態検出手段
４５ａからの出力信号に基いて上記目標空燃比設定手段
４３により設定される目標空燃比をさらにリーン側に補
正する補正手段４３ａとを備える構成とするものであ
る。

【０００９】

【作用】上記の構成により、請求項１記載の発明では、
すべての運転状態において目標空燃比が理論空燃比より
もリーン側に設定されるため、燃焼室に供給される水素
がすべて燃焼されて、未燃水素の排気管への流出が確実
に防止される。また、水素の燃焼可能限界が十分に高い
ため、十分な燃焼性が維持される。

【００１０】また、請求項２記載の発明では、上記請求
項１記載の発明による作用に加えて、特に空燃比のずれ
が生じやすい過渡運転状態において、目標空燃比を他の
運転状態よりもさらにリーン側に補正しているため、上
記空燃比のリッチ側へのずれに伴う未燃水素の流出が確
実に防止される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】図２は、本発明の実施例に係る空燃比制御
装置を備えた水素ロータリピストンエンジン（以下、単
にエンジンという）１の全体構成を示しており、ロータ
を直列に２個連結したいわゆる２ロータのロータリピス
トンエンジンが左右に展開した状態で示されている。

【００１３】同図において、２は上記エンジン１に空気
を供給する吸気通路、３は上記エンジン１から排ガスを
外部に放出する排気通路、４は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ＭＨタンクと略称す
る）、５はこのＭＨタンク４から燃料としての水素ガス
を上記エンジン１に供給する水素供給通路、６は空気お
よび水素ガスの供給を制御する空燃比制御装置を備えた
コントロールユニットである。

【００１４】上記エンジン１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７と、このロータハウジン
グ７の両側面に装着された図示しない一対のサイドハウ
ジングと、上記ロータハウジング７の内部を二つに仕切
るインタミディエイトハウジング８とを備えており、こ
れらのハウジング７，８によって２つの気筒９，９が形
成されている。この各気筒９内には、３つの内方包絡面
を有する略三角形のロータ１０が収容されており、この
各ロータ１０の３つの稜線部がそれぞれアペックスシー
ルを介して上記ロータハウジング７の内周面に気密的に
当接することにより、上記各ロータ１０と上記ハウジン
グ７，８との間にそれぞれ３つの作動室１１，１１，…
が区画形成されている。

【００１５】上記各ロータ１０はエキセントリックシャ
フト１２により偏心回転運動可能に支持されており、各
ロータ１０の偏心回転に伴って各作動室１１の容積が変
化して吸入、圧縮、膨脹（爆発）および排気の各行程を
順に行なうことにより上記エキセントリックシャフト１
２が回転駆動されるようになっている。

【００１６】上記インタミディエイトハウジング８に
は、上記各気筒９の吸気行程にある作動室１１に臨んで
開口する吸気ポート１３と水素供給ポート１４とが互い
に独立して形成されている。上記吸気ポート１３は上記
吸気通路２の下流端と連通されており、上記水素供給ポ
ート１４は上記水素供給通路と連通されている。

【００１７】上記ロータハウジング７には上記各気筒９
の排気行程にある作動室１１に臨んで開口する排気ポー
ト１５が形成されており、この排気ポート１５は上記排
気通路３の上流端と連通されている。

【００１８】また、上記ロータハウジング７には、各気
筒９の圧縮および膨脹行程の作動室１１，１１に対応す
る部分であって、ロータ回転方向のリーディング側位置
に一対のリーディング側点火プラグ（ＩＧＴ−Ｆ／Ｌ、
ＩＧＴ−Ｒ／Ｌ）１６，１６が、また、トレーリング側
位置に一対のトレーリング側点火プラグ（ＩＧＴ−Ｆ／
Ｔ、ＩＧＴ−Ｒ／Ｔ）１７，１７がそれぞれ取付けられ
ている。すなわち、各気筒９には、リーディング側位置
およびトレーリング側位置に上記ロータ１０の幅方向に
各一対ずつ、計４つの点火プラグ１６，１７がそれぞれ
取付けられている。なお、図２は上記ロータ１０の幅方
向について各１のみ示している。各点火プラグ１６，１
７はこの各点火プラグ１６，１７ごとにイグナイタコイ
ル１８，１８，…と接続され、この各イグナイタコイル
１８は上記コントロールユニット６からの制御信号に基
いて各点火プラグ１６，１７をそれぞれ異なる所定のタ
イミングで点火させるようになっている。

【００１９】上記吸気通路２には、図示しないエアクリ
ーナおよびエアポンプが上流端側位置に、空気絞り弁１
９が中間位置に、空気圧力センサ２０が上記空気絞り弁
１９の下流側位置にそれぞれ配設されている。上記空気
絞り弁１９はアクチュエータ２１の駆動により開閉作動
されるようになっており、このアクチュエータ２１は上
記コントロールユニット６からの制御信号により駆動さ
れるようになっている。つまり、上記空気絞り弁１９は
上記コントロールユニット６に制御されて所定の流量の
空気を各気筒９に供給するようになっている。また、上
記空気絞り弁１９には、その弁開度を検出して上記コン
トロールユニットに入力するポジションセンサ２２が備
えられている。さらに、上記空気圧力センサ２０は上記
吸気ポート１３を通して各気筒９に供給される空気の圧
力を検出して上記コントロールユニット６に入力するよ
うになっている。

【００２０】上記排気通路３の下流側位置にはＯ2 セン
サ２３が配設され、このＯ2 センサ２３は排気ガス中の
酸素濃度を計測することにより実際の空燃比（実空燃
比）Ａ／ＦＲを検出して上記コントロールユニット６に
入力するようになっている。

【００２１】上記ＭＨタンク４は、内部に水素を吸蔵、
放出することができる水素吸蔵合金を備えている。この
水素吸蔵合金は金属結晶格子間に侵入した水素が金属水
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、冷却により金属化物の生成が進行して水素が吸蔵さ
れ、逆に、加熱によりその水素が放出されるようになっ
ている。また、上記ＭＨタンク４には上記水素吸蔵合金
に水素を供給する水素充填通路２４と、冷却水を供給、
排出することにより上記水素吸蔵合金を冷却する冷却水
通路２５と、ロータハウジング７のウォータジャケット
との間でエンジン冷却水を循環させることにより上記水
素吸蔵合金を加熱して水素ガスの吐出量を制御する加熱
水通路２６とがそれぞれ接続されている。

【００２２】上記水素供給通路５には、上流側である上
記ＭＨタンク４の側から下流端の水素供給ポート１４ま
での間に、上流側から順に、上記水素供給通路５の開閉
を行なう水素電磁弁２７と、圧力調整器２８と、第１水
素圧力センサ２９と、第１水素流量調整弁３０と、第２
水素圧力センサ３１と、各気筒９ごとに設けられた一対
の第２水素流量調整弁３２，３２と、各気筒９ごとに設
けられた一対の水素噴射弁としてのポペット弁３３，３
３とが介在されている。

【００２３】上記水素電磁弁２７は上記コントロールユ
ニット６からの制御信号によって開閉作動され、ＯＮ作
動信号により開状態となり、ＯＦＦ作動信号により閉状
態となるようになっている。

【００２４】上記圧力調整器２８はＭＨタンク４から供
給される水素ガスをほぼ５ｋｇ／ｃｍ² に調圧するよう
になっており、上記水素圧力センサ２９はこの圧力調整
器２８と上記第１水素流量調整弁３０との間の水素供給
通路５内の水素圧力を検出してコントロールユニット６
に第１水素圧力として入力するようになっている。

【００２５】上記第１水素流量調整弁３０はワイヤを介
してアクセル３４と接続されて、上記アクセル３４の操
作量、すなわち、アクセル開度の大小にほぼ比例して水
素ガスの流量が増減されるようになっている。この第１
水素流量調整弁３０は、図３に実線で示すようにドライ
バーが上記アクセル３４を戻してアクセル開度が０の近
傍になることにより上記第１水素流量調整弁３０は所定
の最小開度まで閉じるようになっている。この第１水素
流量調整弁３０には弁開度、すなわち、アクセル開度Ａ
ＣＰを検出してコントロールユニット６に入力するアク
セルセンサ３５が備えられている。そして、上記第２水
素圧力センサ３１はこの第１水素流量調整弁３０と上記
各第２水素流量調整弁３２との間の水素供給通路５内の
水素圧力を検出してコントロールユニット６に第２水素
圧力として入力するようになっている。

【００２６】また、上記第２水素流量調整弁３２は、ア
クチュエータ３６の駆動により開閉作動されて水素ガス
の流量を調整するようになっており、このアクチュエー
タ３６はコントロールユニット６からの制御信号により
駆動されるようになっている。つまり、この第２水素流
量調整弁３２は、上記コントロールユニット６に制御さ
れて所定の流量の水素ガスを各気筒９に供給するように
なっている。

【００２７】上記各ポペット弁３３は、タイミングベル
トを介してエキセントリックシャフト１２と連結され
て、エキセントリックシャフト１２の回転と機械的に同
期して所定タイミングで開閉作動されるようになってい
る。すなわち、各ポペット弁３３は、両気筒９，９間で
２つのロータ１０，１０の位相差と等しく１８０度位相
をずらして開閉作動されるようになっており、各吸気ポ
ート１３の閉口時期近傍で開作動されて、上記吸気ポー
ト１３より遅れて開口状態となった水素供給ポート１４
から水素ガスを各気筒９の圧縮行程初期に噴射するよう
になっている。

【００２８】つまり、上記水素供給通路５において、Ｏ
Ｎ状態の水素電磁弁２７を通してＭＨタンク４から供給
される水素ガスは、前提として、圧力調整器２８により
所定圧力に調圧され、かつ、第１水素流量調整弁３０に
よってドライバーのアクセル３４の操作に基く機械的フ
ェイルセーフが図られる。その上で、上記水素ガスは、
上記各第２水素流量調整弁３２を介して制御された所定
の供給量のものが、上記各ポペット弁３３により設定さ
れる所定の噴射タイミングで各気筒９に噴射される。

【００２９】なお、図２中、３７はシールを潤滑するた
めに各気筒９内にオイルを供給するメタリングオイルポ
ンプ（ＭＯＰ）であり、このメタリングオイルポンプ３
６はコントロールユニット６からの制御信号により駆動
されてエンジン１の状況に応じて所定の吐出量のオイル
を吐出するようになっている。

【００３０】また、図４に示すように、エンジン１のエ
キセントリックシャフト１２のオートマチックトランス
ミッション３８との接続部側の端部には、無整流子電動
機を備えたアクティブトルクコントロール装置（以下、
単にＡＴＣＳという）３９が配設されている。このＡＴ
ＣＳ３９は、本出願人が特開昭６４−１８２５３６号公
報で詳細を開示したものと同様のものであり、上記無整
流子電動機をモータとして機能させることにより上記エ
キセントリックシャフト１２に正トルクを与え、また、
上記無整流子電動機を発電機として機能させることによ
り上記エキセントリックシャフト１２に逆トルクを与え
るように構成されている。そして、上記ＡＴＣＳ３９
は、上記エキセントリックシャフト１２に発生するトル
クの周期的変動と同期してトルク増大時に上記エキセン
トリックシャフト１２に逆トルクを、トルク減少時に上
記エキセントリックシャフト１２に正トルクをそれぞれ
付与するようになっている。すなわち、上記ＡＴＣＳ３
９は始動用のスタータの機能と、充電用のオルタネータ
の機能とを兼ね備えたものであり、例えば低速時にトル
クが不足する場合などに積極的にトルクアシストを行な
い、アクティブなトルクの制御を図るものである。

【００３１】上記ＡＴＣＳ３９に、スタータスイッチの
ＯＮ、ＯＦＦを検出するスタータ信号検出センサ４０、
上記エキセントリックシャフト１２の回転角を検出する
回転角センサ４１および各気筒９を識別する気筒識別セ
ンサ４２が設けられ、これらのセンサ４０，４１，４２
は各検出値をコントロールユニット６に入力するように
なっている。

【００３２】次に、上記コントロールユニット６におけ
る制御を図５〜図１７に基いて説明する。この制御は、
図５に示すメインルーチンと、図６に示すエンジン回転
同期割込み処理と、図７に示すタイマ同期割込みとから
なり、これらはイグニッションスイッチのＯＮによりそ
れぞれ同時に起動される。

【００３３】上記メインルーチンは、図５に示すよう
に、まず、初期化ルーチンＳＵＢ１を行ない、次に、ス
テップＳ１でタイマフラグＷＡＩＴが１か否かを判別
し、１になるまでステップＳ１を繰り返し、１になった
ら入力信号処理ルーチンＳＵＢ２を行なう。そして、ゾ
ーン判定ルーチンＳＵＢ３を行なった後、判定されたゾ
ーンに基いて、始動ゾーン制御ルーチンＳＵＢ４、定常
ゾーン制御ルーチンＳＵＢ５、過渡ゾーン制御ルーチン
ＳＵＢ６、エンストゾーン制御ルーチンＳＵＢ７、およ
び停止ゾーン制御ルーチンＳＵＢ８を行なう。その後、
点火時期制御ルーチンＳＵＢ９を行ない、ステップＳ２
で上記タイマフラグＷＡＩＴをクリア、すなわち、０に
してステップＳ１に戻り、ステップＳ１以下の処理を繰
り返す。

【００３４】上記エンジン回転同期割込み処理は、図６
に示すように、エンジン回転角（ＴＤＣ毎）に同期して
上記メインルーチンに割込み処理を行ない、各点火プラ
グ１６，１７を所定のタイミングで点火させるものであ
る。すなわち、まず、ステップＳ３で、回転角センサ４
０からの回転角検出値に基いてエンジンの回転パルス周
期を演算し、ステップＳ４で、上記周期の逆数を演算す
ることによりエンジン回転数ＮＥを求める。次に、ステ
ップＳ５で、上記点火時期制御ルーチンＳＵＢ９により
決定された各点火プラグ１６，１７の点火タイミングに
基いて各４つのイグナイタコイル１８，１８，…に点火
信号を出力して各点火プラグ１６，１７の点火を行なっ
た後、リターンする。

【００３５】上記タイマ同期割込み処理は、図７に示す
ように、上記メインルーチンに対して１０ｍｓｅｃを１
単位として、この１０ｍｓｅｃごとに割込み処理を行な
うものである。すなわち、１０ｍｓｅｃ経過ごとに、ス
テップＳ６でタイマフラグＷＡＩＴに１を設定し、ステ
ップＳ７で水素弁遅延時間Ｈ2 ＯＤＬＹおよびＨ2 ＯＤ
ＬＹ１から１単位、すなわち、１０ｍｓｅｃを減算す
る。なお、各時間値Ｈ2ＯＤＬＹ，Ｈ2 ＯＤＬＹ１が負
の値になる場合、０をそれぞれ設定する。このタイマ同
期割込み処理により、上記メインルーチンのステップＳ
１（図５参照）におけるタイマフラグＷＡＩＴが１０ｍ
ｓｅｃごとに１となって、サブルーチンＳＵＢ２〜９に
よる処理が上記１０ｍｓｅｃごとに行なわれる。なお、
上記サブルーチンＳＵＢ２〜９による処理は概略６〜７
ｍｓｅｃで行われる。

【００３６】次に、上記メインルーチンにおけるサブル
ーチンＳＵＢ１〜９の各内容について説明する。

【００３７】上記初期化ルーチンＳＵＢ１の処理は、図
８に示すように、ステップＳ８〜Ｓ１０からなる。ま
ず、ステップＳ８でＣＰＵの動作モードの設定を行な
い、次に、ステップＳ９でそのＣＰＵの内部メモリ、す
なわち、各レジスタおよびＲＡＭなどをクリアする。そ
して、ステップＳ１０でタイマ、Ａ／Ｄコンバータなど
の上記ＣＰＵの各周辺装置のモードのセット、およびそ
の内部メモリの初期化などを行なった後、メインルーチ
ンのステップＳ１に進む。

【００３８】上記入力信号処理ルーチンＳＵＢ２の処理
は、図９に示すように、ステップＳ１１で各センサから
の入力信号である検出値をＡ／Ｄ変換して記憶するもの
である。すなわち、アクセルセンサ３５からの検出値を
アクセル開度ＡＣＰとして、第１水素圧力センサ２９か
らの検出値を第１水素圧力ＰＨ2 Ａとして、第２水素圧
力センサ３１からの検出値を第２水素圧力ＰＨ2 Ｂとし
て、Ｏ2 センサ２３からの検出値を実空燃比Ａ／ＦＲと
して入力する他、ボジションセンサ２２から空気絞り弁
開度および空気圧力センサ２０から空気圧力などの入力
を行なう。そして、次のゾーン判定ルーチンＳＵＢ３に
進む。

【００３９】上記ゾーン判定ルーチンＳＵＢ３の処理
は、図１０に示すように、運転状態が始動ゾーン、定常
ゾーン、過渡ゾーン、エンストゾーンもしくは停止ゾー
ンのいずれであるかをエンジン回転数ＮＥおよびアクセ
ル開度ＡＣＰなどに基いて判定するものである。上記各
ゾーンは以下の条件に基いて区分されている。すなわ
ち、上記始動ゾーンはスタータスイッチがＯＮで、か
つ、エンジン回転数ＮＥが５００ｒｐｍ以下の領域とす
る。上記定常ゾーンはスタータスイッチがＯＦＦで、エ
ンジン回転数が５００ｒｐｍ以上で、かつ、アクセル開
度の変化量ΔＡＣＰが所定値以下の領域とする。上記過
渡ゾーンは上記定常ゾーンにおけるアクセル開度の変化
量が上記所定値以上になる領域とする。上記エンストゾ
ーンは上記定常ゾーンもしくは過渡ゾーンにおいてエン
ジン回転数が５００ｒｐｍ以下になり、エンジンが止ま
ろうとしている領域とする。

【００４０】上記各ゾーンの判定は、まず、ステップＳ
１２でスタータ信号検出センサ４０からの検出信号に基
きスタータスイッチがＯＮであるか否かを判別して、Ｏ
ＮであればステップＳ１３に、ＯＦＦであればステップ
Ｓ１４にそれぞれ進んでエンジン回転数ＮＥの判別を行
なう。ステップＳ１３でエンジン回転数ＮＥが５００ｒ
ｐｍ以下の場合、ステップＳ１５に進んでゾーンフラグ
ＦＺＯＮＥに始動ゾーンフラグＳＴＡを設定して、次の
始動ゾーン制御ルーチンＳＵＢ４に進む。逆に、エンジ
ン回転数ＮＥが５００ｒｐｍより大きい場合、ステップ
Ｓ１６に進む。

【００４１】上記ステップＳ１４で、エンジン回転数Ｎ
Ｅが５００ｒｐｍ以上の場合、ステップＳ１６に進んで
過渡判定処理を行なう。この過渡判定処理は、今回のア
クセル開度ＡＣＰから前回のアクセル開度ＡＣＰＯＬＤ
を減算することにより、アクセル変化量ΔＡＣＰを求
め、今回アクセル開度ＡＣＰを上記ＡＣＰＯＬＤに入れ
て更新する。そして、ステップＳ１７で上記アクセル変
化量ΔＡＣＰの判別を行ない、そのアクセル変化量ΔＡ
ＣＰが所定値以下である場合、ステップＳ１８に進んで
ゾーンフラグＦＺＯＮＥに定常ゾーンフラグＺＳＴＣを
設定して定常ゾーン制御ＳＵＢ５に進む。

【００４２】また、上記ステップＳ１７で上記アクセル
変化量ΔＡＣＰが所定値以下でなければ、ステップＳ１
９で再度判別を行ない、そのアクセル変化量ΔＡＣＰが
所定値より大きい場合、ステップＳ２０に進んでゾーン
フラグＦＺＯＮＥに過渡ゾーンフラグＺＴＲＮを設定し
て過渡ゾーン制御ＳＵＢ６に進む。なお、上記ステップ
Ｓ１９でアクセル変化量ΔＡＣＰが所定値より大きくな
い場合、ステップＳ１２に戻り再度判定を繰り返す。

【００４３】一方、上記ステップＳ１４でエンジン回転
数ＮＥが５００ｒｐｍより小さい場合、ステップＳ２１
に進み、現在の運転状態を示すゾーンフラグＦＺＯＮＥ
が定常ゾーンフラグＺＳＴＣもしくは過渡ゾーンフラグ
ＺＴＲＮであるか否かを判別する。現在の運転状態が定
常もしくは過渡運転状態であれば、ステップＳ２２で上
記ゾーンフラグＦＺＯＮＥにエンストゾーンフラグＥＮ
ＳＴを設定してエンストゾーン制御ＳＵＢ７に進む。

【００４４】また、上記ステップＳ２１で現在の運転状
態が定常もしくは過渡運転状態になければ、ステップＳ
２３でエンジン回転数ＮＥが０、すなわち、エンジンが
停止しているか否かを判別し、停止している場合、ステ
ップＳ２４でゾーンフラグＦＺＯＮＥに停止ゾーンフラ
グＳＴＯＰを設定して、停止ゾーン制御ＳＵＢ８に進
む。また、上記ステップＳ２３でエンジン回転数ＮＥが
０でなければ、ステップＳ１２に戻り再度判定を繰り返
す。

【００４５】上記ゾーン判定ルーチンＳＵＢ３によって
エンジンの運転状態検出手段４５が構成され、その内、
ステップＳ１２〜Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ１９およ
びＳ２０によって過渡運転状態検出手段４５ａが構成さ
れている。

【００４６】上記始動ゾーン制御ルーチンＳＵＢ４によ
る処理は図１１に示すように、まずステップＳ２５でゾ
ーンフラグＦＺＯＮＥの確認を行ない、ゾーンフラグＦ
ＺＯＮＥが始動ゾーンフラグＳＴＡである場合、ステッ
プＳ２６〜Ｓ３１の処理を行ない、始動ゾーンフラグＳ
ＴＡ以外である場合、上記ステップＳ２６〜Ｓ３１をと
ばして次の定常ゾーン制御ルーチンＳＵＢ５に進む。

【００４７】始動ゾーンである場合、まず、上記ステッ
プＳ２６で水素電磁弁２７をＯＮ作動してＭＨタンク４
から水素ガスを水素供給通路５に供給する。次に、水素
弁遅延時間Ｈ2 ＯＤＬＹに２００ｍｓｅｃを設定し、ス
テップＳ２８で上記時間Ｈ2ＯＤＬＹの経過を判別す
る。２００ｍｓｅｃ経過していない場合、次の定常ゾー
ン制御ルーチンＳＵＢ５以下の処理を繰り返し、タイマ
同期割込み処理（図７参照）のステップＳ７による１０
ｍｓｅｃごとの減算により上記時間Ｈ2 ＯＤＬＹが０に
なるのを待つ。なお、上記ステップＳ２７での時間設定
は１回行われるだけで、以後の処理では省かれる。

【００４８】そして、２００ｍｓｅｃ経過した場合、ス
テップＳ２９で水素供給量ＱＨ2 として１０ｍｓｅｃの
経過ごとに所定の増加定数ＱＨ2 ＳＴＡを加えた値を設
定し、ステップＳ３０でこの水素供給量ＱＨ2 が所定の
上限値（例えば２０％）を超えないように制限を加え
る。そして、ステップＳ３１でこの水素供給量ＱＨ2 に
対応する制御信号を各アクチュエータ３６に出力して、
各第２水素流量調整弁３３の開度調整を行なう。すなわ
ち、始動ゾーン制御では、図１２に示すように、水素電
磁弁２７をＯＮ作動にした後、上記水素弁遅延時間Ｈ2
ＯＤＬＹの経過後初めて各第２水素流量調整弁３２が開
かれて水素ガスが各気筒９に供給される。そして、時間
の経過と共に増量されるが上記所定の上限値まで増量さ
れれば、以後その上限値の水素供給量で供給される。

【００４９】上記定常ゾーン制御ルーチンＳＵＢ５によ
る処理は、図１３に示すように、まずステップＳ３２で
ゾーンフラグＦＺＯＮＥの確認を行ない、ゾーンフラグ
ＦＺＯＮＥが定常ゾーンフラグＳＴＣである場合、ステ
ップＳ３４〜Ｓ４２の処理を行ない、定常ゾーンフラグ
ＳＴＣ以外である場合、上記ステップＳ３４〜Ｓ４２を
とばし、それぞれステップＳ３３を経た後、次の過渡ゾ
ーン制御ルーチンＳＵＢ６に進む。

【００５０】定常ゾーンである場合、まず、上記ステッ
プＳ３４で水素電磁弁２７をＯＮ作動してＭＨタンク４
から水素ガスを水素供給通路５に供給する。次に、ステ
ップＳ３５で目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆをアクセル開度Ａ
ＣＰとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとして予め定
めた三次元のマップから演算する。このマップは最大の
空燃比であっても理論空燃比を超えない値として与えら
れるようになっており、これにより、アクセル開度ＡＣ
Ｐとエンジン回転数ＮＥとの関係におけるすべての領
域、すなわち、すべての運転状態で上記理論空燃比より
リーン側に制御される。

【００５１】そして、ステップＳ３６で目標吸気量ＴＱ
ＡＩＲを上記目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆとエンジン回転数
ＮＥとの関係に基いて予め定めたマップから求め、ステ
ップＳ３７で実吸気量ＱＡＩＲを空気圧力センサ２０の
検出値とエンジン回転数ＮＥとの関係に基いて予め作成
したマップから求める。次に、ステップＳ３８で目標水
素供給量ＱＨ2 を上記目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆと上記実
吸気量ＱＡＩＲとの関係に基いて予め定めたマップから
求める。

【００５２】次に、ステップＳ３９〜Ｓ４１で上記目標
空燃比ＴＲＧＡ／Ｆを実現する水素供給量ＱＨ2 となる
ようにＰＩ制御を行なう。すなわち、上記ステップＳ３
９で上記目標水素供給量ＱＨ2 に基いて空燃比のフィー
ドバック（Ｆ／Ｂ）ゲインをマップから求め、ステップ
Ｓ４０で上記目標空燃比ＴＲＧＡ／ＦとＯ2 センサによ
り得られた実空燃比Ａ／ＦＲとから偏差ΔＡ／Ｆを求め
てこの偏差ΔＡ／Ｆの正負に基き積分定数ΣＩを求め、
ステップＳ４１でＦ／Ｂ定数ＣＦＢの演算およびこのＦ
／Ｂ定数ＣＦＢを乗じることにより上記目標水素供給量
ＱＨ2 の補正を行なう。

【００５３】そして、ステップＳ４２で上記目標吸気量
ＴＱＡＩＲに基く制御信号をアクチュエータ２１に出力
して空気絞り弁１９の開度調整を行なうとともに、上記
目標水素供給量ＱＨ2 に基く制御信号を各アクチュエー
タ３６に出力して各第２水素流量調整弁３２の開度調整
を行なう。最後に、ステップＳ３３で水素供給量ＱＨ2
とエンジン回転数ＮＥとの関係に基いて予め定められた
マップによりＭＯＰ３７の吐出量を求め、この吐出量に
基く制御信号を上記ＭＯＰ３７に出力する。

【００５４】上記過渡ゾーン制御ルーチンＳＵＢ６によ
る処理は、図１４に示すように、まずステップＳ４３で
ゾーンフラグＦＺＯＮＥの確認を行ない、ゾーンフラグ
ＦＺＯＮＥが過渡ゾーンフラグＴＲＮである場合、ステ
ップＳ４５〜Ｓ５３の処理を行ない、過渡ゾーンフラグ
ＴＲＮ以外である場合、上記ステップＳ４５〜Ｓ５３を
とばして、それぞれステップＳ４４を経た後、次のエン
ストゾーン制御ルーチンＳＵＢ７に進む。

【００５５】過渡ゾーンである場合、まず、上記ステッ
プＳ４５で水素電磁弁２７をＯＮ作動して開状態にす
る。次に、ステップＳ４６で目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆ
を、上記定常ゾーン制御ルーチンＳＵＢ６のステップＳ
３５と同様の三次元のマップから演算する。従って、得
られる目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆは理論空燃比よりリーン
側に制御される。

【００５６】そして、ステップＳ４７で、上記ステップ
Ｓ４６の目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆに対してアクセル変化
量ΔＡＣＰに応じてリーン側への補正をさらに加える。
すなわち、アクセル変化量ΔＡＣＰに基いて補正値ＣＡ
Ｆを予め定めたマップより求め、この補正値ＣＡＦを上
記ステップＳ４６の目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆに乗じるこ
とにより補正後の目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆを演算する。
なお、上記マップはアクセル変化量ΔＡＣＰが大きい
程、よりリーン側に補正されるように定められている。

【００５７】次に、ステップＳ４８で目標水素供給量Ｑ
Ｈ2 を上記目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆとエンジン回転数Ｎ
Ｅとの関係に基いて予め定めたマップから求め、ステッ
プＳ４９で目標吸気量ＱＴＡＩＲを上記目標水素供給量
ＱＨ2 とエンジン回転数ＮＥとの関係に基いて予め定め
たマップから求める。

【００５８】次に、ステップＳ５０〜Ｓ５２で上記目標
空燃比ＴＲＧＡ／Ｆを実現する水素供給量ＱＨ2 となる
ように、上記定常ゾーン制御ルーチンＳＵＢ５（図１３
参照）のステップＳ３９〜Ｓ４１と同様にＰＩ制御を行
ない、補正後の目標水素供給量ＱＨ2 を求める。

【００５９】そして、ステップＳ５３で上記ステップＳ
４９の目標吸気量ＴＱＡＩＲに基く制御信号をアクチュ
エータ２１に出力して空気絞り弁１９の開度調整を行な
うとともに、上記補正後の目標水素供給量ＱＨ2 に基く
制御信号を各アクチュエータ３６に出力して各第２水素
流量調整弁３２の開度調整を行なう。最後に、ステップ
Ｓ４４で水素供給量ＱＨ2 とエンジン回転数ＮＥとの関
係に基いて予め定められたマップによりＭＯＰ３７の吐
出量を求め、この吐出量に基く制御信号を上記ＭＯＰ３
７に出力する。

【００６０】この過渡ゾーン制御ルーチンＳＵＢ６にお
けるステップＳ４６および上記定常ゾーン制御ルーチン
ＳＵＢ５におけるステップＳ３５によって、本実施例に
おける目標空燃比設定手段４３が構成されている。ま
た、上記過渡ゾーン制御ルーチンＳＵＢ６におけるステ
ップＳ４７によって、上記目標空燃比設定手段４３によ
り設定される目標空燃比ＴＲＧＡ／Ｆをさらにリーン側
に補正する補正手段４３ａが構成されている。さらに、
上記過渡ゾーン制御ルーチンＳＵＢ６におけるステップ
Ｓ４８〜Ｓ５３および上記定常ゾーン制御ルーチンＳＵ
Ｂ５におけるステップＳ３６〜Ｓ４２によって、上記目
標空燃比に基いた供給量の空気および水素ガスを供給制
御する供給制御手段４４が構成されている。

【００６１】上記エンストゾーン制御ルーチンＳＵＢ７
による処理は図１５に示すように、まずステップＳ５４
でゾーンフラグＦＺＯＮＥの確認を行ない、ゾーンフラ
グＦＺＯＮＥがエンストゾーンフラグＥＮＳＴである場
合、ステップＳ５５〜Ｓ６０の処理を行ない、エンスト
ゾーンフラグＥＮＳＴ以外である場合、上記ステップＳ
５４〜Ｓ６０をとばして次の停止ゾーン制御ルーチンＳ
ＵＢ８に進む。

【００６２】エンストゾーンである場合、まず、上記ス
テップＳ５４で水素電磁弁２７をＯＦＦ作動してＭＨタ
ンク４からの水素ガスを遮断する。次に、水素弁遅延時
間Ｈ2 ＯＤＬＹ１に８０ｍｓｅｃを設定し、ステップＳ
５７で上記時間Ｈ2 ＯＤＬＹ１の経過を判別する。８０
ｍｓｅｃ経過していない場合、次の停止ゾーン制御ルー
チンＳＵＢ８以下の処理を繰り返し、タイマ同期割込み
処理（図７参照）のステップＳ７による１０ｍｓｅｃご
との減算により上記時間Ｈ2 ＯＤＬＹ１が０になるのを
待つ。なお、上記ステップＳ５６での時間設定は１回行
われるだけで、以後の処理では省かれる。

【００６３】そして、８０ｍｓｅｃ経過した場合、ステ
ップＳ５８で水素供給量ＱＨ2 として１０ｍｓｅｃの経
過ごとに所定の増加定数ＱＨ2 ＥＳＴ１を加えた値を設
定し、ステップＳ５９でこの水素供給量ＱＨ2 が所定の
上限値（例えば２０％）を超えないように制限を加え
る。そして、ステップＳ６０でこの水素供給量ＱＨ2 に
対応する制御信号を各アクチュエータ３６に出力して、
各第２水素流量調整弁３３の開度調整を行なう。すなわ
ち、エンストゾーン制御では、水素電磁弁２７を閉状態
にした後であって、上記水素弁遅延時間Ｈ2 ＯＤＬＹ１
の経過後、各第２水素流量調整弁３２が開かれて水素ガ
スが各気筒９に供給される。これにより、各気筒９内に
残留している水素ガスを完全に燃焼させておくようにな
っている。なお、上記水素弁遅延時間Ｈ2 ＯＤＬＹ１だ
け遅延させるのは、遅延させずに一気に増加させると、
空気絞り弁１９の閉作動によりリッチ側になり過ぎるた
めである。

【００６４】上記停止ゾーン制御ルーチンＳＵＢ８によ
る処理は、図１６に示すように、まずステップＳ６１で
ゾーンフラグＦＺＯＮＥの確認を行ない、ゾーンフラグ
ＦＺＯＮＥが停止ゾーンフラグＳＴＯＰである場合、ス
テップＳ６２〜Ｓ６５の処理を行ない、停止ゾーンフラ
グＳＴＯＰ以外である場合、上記ステップＳ６２〜Ｓ６
５をとばして、次の点火時期制御ルーチンＳＵＢ９に進
む。

【００６５】停止ゾーンである場合、まず、上記ステッ
プＳ６２で水素電磁弁２７をＯＦＦ作動してＭＨタンク
４からの水素ガスを遮断する。次に、ステップＳ６３で
水素供給量ＱＨ2 に０％を、ステップＳ６４で目標吸気
量ＱＡＩＲに０％をそれぞれ設定し、ステップＳ６５で
対応するアクチュエータ２１，３６に制御信号を出力し
て空気絞り弁１９および各第２水素流量調整弁３２を閉
状態にする。

【００６６】上記点火時期制御ルーチンＳＵＢ９による
処理は、図１７に示すように、ステップＳ６６で各ゾー
ン制御ルーチンＳＵＢ４〜８で設定された水素供給量Ｑ
Ｈ2とエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップ
より各点火プラグ１６，１７の点火時期を求める。そし
て、上記メインルーチン（図５参照）におけるステップ
Ｓ２に進む。

【００６７】上記エンジン１の場合、目標空燃比設定手
段４３によって、定常運転状態、すなわち、定常ゾーン
において、アクセル開度ＡＣＰおよびエンジン回転数Ｎ
Ｅのすべての領域で目標空燃比として理論空燃比よりも
リーン側のものが設定され、供給制御手段４４により上
記目標空燃比に基いた量の空気および水素ガスが各気筒
９に供給されるように制御されるため、その供給された
水素ガスを各気筒９ですべて燃焼させることができる。
このため、未燃水素の排気通路３への流出を確実に防止
することができ、アフタバーンの発生およびエミッショ
ンの増大を確実に防止することができる。また、この
際、上記理論空燃比よりもリーン側の混合気であって
も、水素ガスの燃焼可能限界が十分に高く燃焼性の維持
を十分に図ることができ、燃焼性の悪化を抑制すること
ができる。

【００６８】しかも、特に空燃比のずれが生じやすい過
渡運転状態、すなわち、過渡ゾーンにおいて、上記目標
空燃比設定手段４３によって、目標空燃比が上記理論空
燃比よりもリーン側に制御された空燃比に対してさらに
リーン側に補正されたものが設定されるため、急加速も
しくは減速などにより各気筒９での実際の空燃比が上記
目標空燃比よりもリッチ側にずれても、その実際の空燃
比を確実に理論空燃比よりもリーン側に維持することが
できる。このため、過渡運転状態においても、各気筒９
に供給された水素ガスをすべて燃焼させることができ、
未燃水素の流出に伴うアフタバーンの発生およびエミッ
ションの増大をより確実に防止することができる。

【００６９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その他種々の変形例を包含するものであ
る。すなわち、上記実施例では、水素エンジンをロータ
リピストンエンジンとして構成した示しているが、これ
に限らず、例えばレシプロエンジンとして構成してもよ
い。この場合おいても、同様の作用、効果を得ることが
できる。

【００７０】また、上記実施例では、供給制御手段４４
を水素および空気の各供給量を制御するように構成して
いるが、これに限らず、例えばいずれか一方の供給量を
制御するように構成してもよい。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明における水素エンジンの空燃比制御装置によれば、す
べての運転領域で空燃比が理論空燃比よりもリーン側に
制御されるため、エンジンに供給される水素ガスをすべ
て燃焼させることができる。このため、未燃水素の排気
管への流出を確実に防止することができ、アフタバーン
の発生およびエミッションの増大を確実に防止すること
ができる。また、この際、上記理論空燃比よりもリーン
側の混合気であっても、水素ガスの燃焼可能限界が十分
に高く燃焼性の維持を十分に図ることができ、燃焼性の
悪化の抑制を図ることができる。

【００７２】また、請求項２記載の発明によれば、上記
請求項１記載の発明による効果に加えて、特に空燃比の
ずれが生じやすい過渡運転状態において、目標空燃比が
さらにリーン側に補正されたものになるように制御して
いるため、急加速もしくは減速などにより実際の空燃比
にリッチ側へのずれが生じても、その実際の空燃比を確
実に理論空燃比よりもリーン側に維持することができ
る。このため、過渡運転状態においても、エンジンに供
給された水素ガスをすべて燃焼させることができ、未燃
水素の流出に伴うアフタバーンの発生およびエミッショ
ンの増大をより確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】水素エンジンの全体構成図である。

【図３】第１および第２水素流量調整弁の開度特性を示
す図である。

【図４】図２のエンジンの一部を示す側面構成図であ
る。

【図５】メインルーチンのフローチャートである。

【図６】エンジン回転同期割込み処理のフローチャート
である。

【図７】タイマ同期割込み処理のフローチャートであ
る。

【図８】初期化ルーチンのフローチャートである。

【図９】入力信号処理ルーチンのフローチャートであ
る。

【図１０】ゾーン判定ルーチンのフローチャートであ
る。

【図１１】始動ゾーン制御ルーチンのフローチャートで
ある。

【図１２】始動ゾーンにおける水素供給特性を示す図で
ある。

【図１３】定常ゾーン制御ルーチンのフローチャートで
ある。

【図１４】過渡ゾーン制御ルーチンのフローチャートで
ある。

【図１５】エンストゾーン制御ルーチンのフローチャー
トである。

【図１６】停止ゾーン制御ルーチンのフローチャートで
ある。

【図１７】点火時期制御ルーチンのフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 水素エンジン ２ 吸気通路 ５ 水素供給通路 １９ 空気絞り弁 ３３ 第２水素流量調整弁 ４３ 目標空燃比設定手段 ４３ａ 補正手段 ４４ 供給制御手段 ４５ 運転状態検出手段 ４５ａ 過渡運転状態検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 21/02 ３１１ Ｄ Ｇ Ｈ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素を燃料とする水素エンジンの空燃比
   制御装置であって、 エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 この運転状態検出手段からの出力信号に基いて、目標空
   燃比としてすべての運転状態において理論空燃比よりも
   リーン側の空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、 設定された目標空燃比に基いて水素および空気の内の少
   なくとも１つの供給量を制御する供給制御手段とを備え
   ていることを特徴とする水素エンジンの空燃比制御装
   置。
2. 【請求項２】 エンジンの過渡運転状態を検出する過渡
   運転状態検出手段と、過渡運転状態が検出された時に上
   記過渡運転状態検出手段からの出力信号に基いて目標空
   燃比設定手段により設定される目標空燃比をさらにリー
   ン側に補正する補正手段とを備えている請求項１記載の
   水素エンジンの空燃比制御装置。