JPS63113178A - ガス燃料エンジンの始動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水素等引火性の強いガスを燃料として駆動す
るレジプロ４サイクルエンジンの始動方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

この種のガス燃料エンジンに対するガスの供給方法とし
て、シリンダ内に燃料ガスを直接供給する筒内直接噴射
法、燃料ガスと空気を予め混合してからシリンダへ供給
する予混合法、更に、筒内直接噴射系と予混合系の両方
を備え適宜必要な系を選択する方法等がある。筒内直接
噴射法は燃料ガスをシリンダ内に多く供給することがで
き、高出力が得られる等の利点を有し、予混合法は構造
が極めて簡単であるという利点を有する。また、筒内直
接噴射系と予混合系の両方を備える方法では筒内直接噴
射系に予混合系を付加することにより運転性（ドライバ
ビリティ）の向上を図ることができる等の利点を有する
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、いずれの燃料供給方法による場合であっても
、燃料ガスの引火性が高いために、始動時、特にエンジ
ン停止直後の再始動時には逆火が発生し易いという問題
があった。

ここで、予混合系の場合の始動時の逆火の発生メカニズ
ムについて説明する。第４図は、４気筒エンジンにおけ
るバルブの開閉および点火タイミングを示すタイミング
チャートである。同図において、Ｔは第１気筒の上死点
の時刻、Ｂは下死点の時刻を表している。また、実線で
示した線分は各気筒において吸気バルブが開いている時
間を示し、破線で示した線分は排気バルブが開いている
時間を示している。さらに、「＊」印は各気筒における
点火タイミングを示している。

同図に示すように、たとえば第３気筒で最初に点火が起
こったとすると（Ｓｌ）、第３気筒で排気弁が開いたと
きに（■）、第３気筒内の火が排気系に溜まっていたガ
ス燃料に引火し、第１気筒の排気弁（■）−第１気筒内
−第１気筒の吸気弁（■）−吸気系へと火が回り、逆火
が起こる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のガス燃料エンジンの始動方法は上記問題点に鑑
みてなされたものであり、スタータスイッチを操作して
スタータモータを駆動した後、所定時間経過した時点で
点火および燃料ガス供給を開始するものである。

〔作用〕

スタータモータの駆動によりシリンダあるいは吸排気管
内に残留していたガスが排出された後に点火および燃料
ガスの供給がなされる。

〔実施例〕

以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。

第１図は、筒内直接噴射系と予混合系とを備えた水素ガ
ス４サイクルエンジンシステムを示す構成図であり、こ
の水素ガスエンジンでは始動時に予混合系により水素ガ
スをシリンダ内に供給するようになっている。

同図において、１は水素吸蔵合金タンク、２は副圧器で
あり、水素吸蔵合金タンク１から出力された水素ガスは
調圧器２によって約３気圧程度に減圧されるようになっ
ている。３は遮断弁であり、制御手段２０からの指令に
従ってエンジン９への水素ガスの供給をオンオフする電
磁弁である。４は筒内直接噴射系のガス制御装置であり
、５は予混合系のガス制御装置である。筒内直接噴射系
のガス制御装置４は、コイルに与える電流値に比例して
流量を自由に調節することができる流量比例電磁弁、ア
クセルに連動して弁開度が調節可能な機械弁および電気
駆動によりオンオフする遮断弁から構成されている。一
方、予混合系のガス制御装置５は調圧器６および混合器
７から構成されている。調圧器６は供給された水素ガス
を大気圧〜０．３気圧程度に減圧する手段であり、混合
器７は調圧器６からの水素ガスと吸気管８からの空気と
を混合する手段である。エンジン９は、４つのバルブを
備えたレジプロ４サイクルエンジンであり、１０および
１１が予混合系からの混合ガスを取り込む吸気弁、１２
が筒内直接噴射系からの水素ガスを取り込む水素弁、１
３が排気弁である。

制御手段２０は、遮断弁３を初めとする各種のガス弁の
制御、イグナイタ２１、イグニッションコイル２２、デ
ィストリビュータ２３、点火プラグ２４で構成される点
火系の制御およびスタータモータ２５の制御を行う。な
お、２６はスタータスイッチ、２７はバッテリ、２８．
２９はそれぞれヒユーズである。スタータスイッチ２８
は、不図示の可動接点を操作して回動することにより、
初めに端子２６ａと２６ｂとが接続し、さらに可動接点
を回動すると端子２６ａが２６ｂおよび２６Ｃの双方に
接続するようになっている。また、この状態からスター
タスイッチ２８の操作を解放すると、端子２６ａと２６
ｂのみが互いに接続した状態まで自動復帰するようにな
っている。

つぎに、始動時のシーケンスを第２図のフローチャート
を用いて説明する。スタータスイッチ２６が操作されて
接点２６ａ〜２６ｃのすべてが互いに接続されると、制
御手段２０はスタータモータ２５に対して駆動信号を出
力し、スタータモータ２５はこの駆動信号に基づいて駆
動する（ステップ１０１，１０２）。なお、スタータス
イッチ２６の操作に伴って、イグナイタ２１はバッテリ
２７に接続されることになるが、制御手段２０からの指
令によりイグニッションコイル２２の１次側には電流が
まだ供給されない。また、遮断弁３も制御手段２０の指
示により遮断状態を保持している。

制御手段２０はスタータモータ駆動信号を送出した時点
を基準として所定時間ｔ　（例えば１．５秒程度）を経
過したか否か監視しており（ステップ１０３）、所定時
間ｔを経過した時点でイグナイタ２１を機能させて点火
を開始する（ステップ１０４）。スタータモータ２５が
駆動してから所定時間ｔを経過した時点では、エンジン
９のシリンダ内および吸排気管内に残留していた水素ガ
スが全て排出されているため、この時点で火花を発生さ
せてもガスの燃焼は全くみられない。ついで、点火動作
開始時刻を起点として所定時間１１（例えば、０．５秒
程度）経過した時点で、遮断弁３を解放する（ステップ
１０５，１０６）、遮断弁３から流れ出た水素ガスは予
混合系５の調圧器６に供給され混合器７で空気と混合さ
れて吸気バルブ１０．１１に送り込まれる。

以上の手順に従うと、筒内に燃料ガスが到達した気筒か
ら燃焼が開始されるので、生ガス（燃料ガス）が筒内を
通り抜け、排気系に流れることがないので、第４図に示
す■→■の過程が断ち切られて他に気筒へ火が伝わるこ
とがない。

なお、本実施例のフローチャートによれば、点火開始指
令を行った後（ステップ１０４）、ｔ”時間経過するの
を待って燃料ガスの供給開始指令（ステップ１０６）を
行っているが、制御手段２０からの指令段階では同時に
行ってもよい。すなわち、点火動作の場合は、電気的な
動作のみであるから点火指令と同時に動作が開始される
のに対して、燃料ガスの供給の場合は、遮断弁３が開く
時間と、その後燃料ガスが流れ出して筒内に到るまでの
時間とが付加されるために、たとえ点火指令の燃料ガス
供給指令が同時になされても実質的には点火系が働き出
してから燃料ガスが筒内に到達することになる。

このようにして、エンジン９の始動が完了したら、スタ
ータスイッチ２６を解放して、端子２６ａと２６ｃの接
続を開放し、端子２６ａを端子２６ｂとのみ接続させて
おけば以後エンジン９は正常に駆動し続ける。

なお、本実施例は、始動後においては逆火が起こらない
ように十分な配慮がなされている。たとえば、吸気絞り
弁の無い構造とすることにより吸気系をほぼ大気圧とし
、吸気行程の入り初めに吸気弁が開いた時でも筒内の既
燃料ガスが吸気系に戻らないようにして、既燃料ガスの
戻りによる逆火の発生を防いでいる。また、超希薄燃焼
を採用して最小点火エネルギおよび燃焼速度を太き（す
ることにより、吸気行程に本格的に入り燃料ガスが筒内
に吸入されたときでも、筒内のホットスポット（たとえ
ば、点火プラグのエツジ部やピストンエツジ部等）から
着火し、吸入行程で「筒内爆発−吸気系逆火」となるこ
とを防止している。

第３図は、制御手段２０を機能ブロックで表した図であ
り、スタータスイッチ検出手段３０、計時手段３１、ス
タータモータ駆動手段３２、点火出力手段３３、燃焼ガ
ス弁駆動手段３４を具備しており、スタータモータ駆動
手段３２によりスタータモータ２５を、点火出力手段に
よりイグナイタ２１を、燃焼ガス弁駆動手段３４により
遮断弁３をそれぞれ制御している。

なお、本実施例では燃料ガスとして水素ガスが用いられ
ているが、メタンガス等引火性の高い他のガスを用いた
エンジンの場合も、始動時の逆火を有効に防止できる。

また、本実施例では、燃料タンクとして水素吸蔵合金タ
ンクを用いているが、−ｍ的なガスタンクでもよい。

さらに、本実施例では、始動時に筒内直接噴射系のガス
制御装置４による燃料供給を行わないため、制御手段２
０の指示によりガス制御装置４内の遮断弁を閉じている
が、必ずしも筒内直接噴射系からのガス供給を遮断して
おく必要はない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のガス燃料エンジン始動方法
によれば、スタータモータの駆動によりシリンダあるい
は吸排気管内に残留していたガスが排出された後に、点
火および燃料ガスの供給がなされるので、エンジン停止
直後の再始動時であっても、残留ガスを伝って逆火が起
こることは無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するのに用いたエンジ
ンシステムを示す構成図、第２図は本実施例の始動シー
ケンスを示すフローチャート、第３図は第１図に示した
制御手段２０の機能ブロック図、第４図は予混合系を用
いた場合に発生する逆火のメカニズムを示すタイミング
チャートである。 １・・・水素吸蔵合金タンク、２．６・・・調圧器、３
・・・遮断弁、４・・・筒内直接噴射系のガス制御装置
、５・・・予混合系のガス制御装置、７・・・混合器、
９・・・エンジン、１０．１１・・・吸気弁、１２・・
・水素弁、１３・・・排気弁、２０・・・制御手段、２
１・・・イグナイタ、２２・・・イグニッションコイル
、２３・・・ディストリビュータ、２４・・・点火プラ
グ、２５・・・スタータモータ、２６・・・スタータス
イッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）引火性の高いガスを燃料として駆動するレジプロ
   ４サイクルエンジンにおいて、スタータスイッチを操作
   してスタータモータを駆動した後、所定時間経過した時
   点で点火および燃料ガス供給を開始することを特徴とす
   るガス燃料エンジンの始動方法。
2. （２）燃料ガス供給を開始する前に点火を開始する特許
   請求の範囲第１項記載のガス燃料エンジンの始動方法。