JPS63124854A - Output control device for gas fuel engine - Google Patents

Output control device for gas fuel engine

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JPS63124854A
JPS63124854A JP26865286A JP26865286A JPS63124854A JP S63124854 A JPS63124854 A JP S63124854A JP 26865286 A JP26865286 A JP 26865286A JP 26865286 A JP26865286 A JP 26865286A JP S63124854 A JPS63124854 A JP S63124854A
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valve
engine
gas fuel
control
rotation speed
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栗原 仙幸
Tatsuji Yokoyama
横山 達二
Shigeki Hashimoto
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    • F02B2275/18DOHC [Double overhead camshaft]

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve follow-up properties responding to a rotation speed and control of an accelerator, by a method wherein a control valve, the opening area of which is changed according to a rotation speed, and a control valve, the opening area of which is varied in linkage with control of an accelerator. CONSTITUTION:A machine valve 14, responding to control of an accelerator, a flow rate proportional solenoid 13, the opening of which is varied in response to the rotation speed of an engine, and a pressure regulator 12 are located up a line from a gas fuel feed valve 3, the feed of hydrogen gas from a hydrogen occlusion alloy tank 10 is controlled. This constitution enables variation of a gas fuel feed amount according to the rotation speed of an engine even if control of an accelerator is fixed, and enables variation of an output torque through control of the accelerator even if a rotation speed is constant.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水素等のガスを燃料として駆動するエンジン
に関するものであり、特に、圧縮行程において直接筒内
に燃料を供給する経路を有するエンジンの出力制御装置
に関するものである6〔従来の技術〕 ガス燃料エンジンにおいて、筒内に直接燃料を噴射する
方法としてインジェクタを用いる方法がある。しかし、
たとえば3気圧程度の低圧の水素ガスを燃料とするよう
な場合には最大で行程容積の30%程度にもおよぶ大量
のガスを導入しなければならず、かかる大量のガス供給
は現状のインジェクタでは実現することができない。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an engine that is driven using gas such as hydrogen as fuel, and particularly to an engine that has a path for directly supplying fuel into the cylinder during the compression stroke. 6 [Prior Art] In a gas fuel engine, there is a method of using an injector to directly inject fuel into a cylinder. but,
For example, when hydrogen gas at a low pressure of about 3 atmospheres is used as fuel, a large amount of gas, up to about 30% of the stroke volume, must be introduced, and current injectors cannot supply such a large amount of gas. It cannot be realized.

これに対して、一般的なガソリンエンジンの吸排気弁の
ように、エンジン回転速度に同期して開閉を行う機械式
の弁を用いてガス燃料を直接筒内に供給する方法が考え
られ、この方法によれば大量のガス供給は可能である。
A possible solution to this problem is to supply gas fuel directly into the cylinder using a mechanical valve that opens and closes in synchronization with the engine speed, like the intake and exhaust valves of a typical gasoline engine. According to this method, it is possible to supply a large amount of gas.

但し、このような機械式ガス燃料供給弁自体はガス燃料
供給量を調節することができないため、この場合にはガ
ス燃料供給量を調節するための手段が別途必要となる。
However, since such a mechanical gas fuel supply valve itself cannot adjust the gas fuel supply amount, in this case, a separate means for adjusting the gas fuel supply amount is required.

特に、自動車用等のエンジンでは、エンジン回転速度お
よびアクセル操作に追従してエンジン出力を制御する必
要があり、そのためのガス燃料調節手段が必ず必要とな
る。具体的には自動車用等のエンジンのでは、次の2つ
の動作をガス燃料調節を行う必要がある。
In particular, in engines for automobiles and the like, it is necessary to control the engine output in accordance with the engine rotational speed and accelerator operation, and a gas fuel adjustment means for this purpose is always required. Specifically, in the case of engines for automobiles, etc., it is necessary to perform gas fuel adjustment in the following two operations.

(1)アクセルが一定でもエンジン回転速度が変われば
、少なくとも常用範囲においては、(dT/dN)θ、
。。。1.く0    ・・・(1)を満足するように
自動的にガス燃料供給量が変化すること。但し、上式に
おいてTはトルク、Nはエンジン回転速度、θはアクセ
ル開度である。
(1) Even if the accelerator is constant, if the engine speed changes, (dT/dN)θ, at least in the normal operating range,
. . . 1. ku0...The gas fuel supply amount changes automatically so as to satisfy (1). However, in the above formula, T is torque, N is engine rotation speed, and θ is accelerator opening.

(2)一定回転速度でも出力トルクがアクセル操作で応
答性良く変えられること。
(2) Even at a constant rotation speed, the output torque can be changed with good responsiveness by operating the accelerator.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、実際にはこのような異なった2つの機能
を同時に満たして応動するガス燃料調節手段は未だ考え
れておらず、機械式弁による筒内直接噴射法では所望の
出力制御ができなかった。
However, in reality, a gas fuel adjustment means that simultaneously satisfies and responds to these two different functions has not yet been considered, and the direct injection method using a mechanical valve has not been able to achieve desired output control.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のガス燃料エンジンの出力制御装置は上記問題点
に鑑みてなされたものであり、ガス燃料源と機械式ガス
燃料供給弁との間に、エンジン回転速度に応じて開口面
積が変化する第1の制御弁と、アクセル操作に応動して
開口面積が変化する第2の制御弁と、前記第1の制御弁
および第2の制御弁の上流に位置しガス燃料圧力をほぼ
一定に調節する調圧器とを直列に設けたものである。
The output control device for a gas fuel engine of the present invention has been made in view of the above problems, and includes a valve whose opening area changes depending on the engine rotation speed between the gas fuel source and the mechanical gas fuel supply valve. a first control valve, a second control valve whose opening area changes in response to accelerator operation, and a second control valve located upstream of the first control valve and the second control valve and regulating the gas fuel pressure to a substantially constant level. A pressure regulator is installed in series.

〔作用〕[Effect]

エンジン回転速度に対応する制御弁とアクセル操作に対
応する制御弁とを別体して2段階で制御を行っているの
で、アクセル操作を固定してもエンジン回転速度に応じ
てガス燃料供給量を変えることができ、一方、定回転速
度でもアクセル操作によりガス燃料供給量を変えて出力
トルクを変化させることができる。
The control valve that corresponds to the engine speed and the control valve that corresponds to the accelerator operation are separated and are controlled in two stages, so even if the accelerator operation is fixed, the gas fuel supply amount can be adjusted according to the engine speed. On the other hand, even at a constant rotation speed, the output torque can be changed by changing the gas fuel supply amount by operating the accelerator.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail along with examples.

第1図は本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

エンジンlのシリンダヘッド部には、2個の吸気弁(そ
のうち1個は符号2をもって図示されている)とガス燃
料供給弁3と不図示の排気弁が設けられており、吸気弁
はカムシャフト4により、ガス燃料供給弁3と排気弁は
カムシャフト5によりそれぞれエンジン回転に同期して
開閉制御されるようになっている。吸気弁2には吸気管
6を介して空気が導入されるようになっており、ガス燃
料供給弁3にはガス燃料導入管7を介して水素ガスが導
入されるようになっている。また、排気弁から排出され
た排気ガスは排気管8を介して外に放出されるようにな
っている。なお、符号9で示されている部分はピストン
である。
The cylinder head of the engine 1 is provided with two intake valves (one of which is shown with the reference numeral 2), a gas fuel supply valve 3, and an exhaust valve (not shown), and the intake valve is connected to the camshaft. 4, the gas fuel supply valve 3 and the exhaust valve are controlled to open and close by the camshaft 5, respectively, in synchronization with engine rotation. Air is introduced into the intake valve 2 via an intake pipe 6, and hydrogen gas is introduced into the gas fuel supply valve 3 via a gas fuel introduction pipe 7. Further, exhaust gas discharged from the exhaust valve is discharged to the outside via an exhaust pipe 8. Note that the part indicated by the reference numeral 9 is a piston.

第2図は、エンジン1の答弁の開閉タイミングを示すタ
イミングチャートである。同図から明らかなように、こ
のエンジン1では、圧縮行程前段において、ガス燃料供
給弁3(第2図では簡単のため、単に「燃料弁」と表示
している)を開いている。
FIG. 2 is a timing chart showing the opening and closing timing of the response of the engine 1. As is clear from the figure, in this engine 1, the gas fuel supply valve 3 (simply indicated as "fuel valve" in Fig. 2 for simplicity) is opened in the first stage of the compression stroke.

一方、このようなエンジン1に対するガス燃料の供給源
として、水素吸蔵合金タンク10が配備されており、こ
の水素吸蔵合金タンク10とエンジン1のガス燃料供給
管7との間には、ガスフィルタ11、調圧器12、流量
比例電磁弁13、機械弁14および遮断弁15が順次直
列に挿入されている。
On the other hand, a hydrogen storage alloy tank 10 is provided as a gas fuel supply source for the engine 1, and a gas filter 11 is provided between the hydrogen storage alloy tank 10 and the gas fuel supply pipe 7 of the engine 1. , a pressure regulator 12, a flow rate proportional solenoid valve 13, a mechanical valve 14, and a cutoff valve 15 are inserted in series.

ガスフィルタ11は、水素吸蔵合金タンク10から出力
された水素ガス中に混入している水素吸蔵合金の粉状物
等を除去するためのものである。
The gas filter 11 is for removing hydrogen storage alloy powder and the like mixed in the hydrogen gas output from the hydrogen storage alloy tank 10.

調圧器12は、ガスフィルタ11側から供給されるガス
燃料としての水素ガスの圧力を約3気圧に調圧する手段
である。
The pressure regulator 12 is a means for regulating the pressure of hydrogen gas as a gas fuel supplied from the gas filter 11 side to about 3 atmospheres.

流量比例電磁弁13は、制御電流値に応じて開度が自由
に調節できる電磁弁であり、供給される水素ガスの圧力
が調圧器12により一定になっていることから、制御電
流によりガス流量を制御できるようになっている。なお
、制御電流は後述する制御手段から与えられる。また、
流量比例電磁弁13の内部のガス通路にはバイパス16
が設けられており、弁を完全に閉じてもこのバイパス1
6から水素ガスが漏れるようになっていて、アイドリン
グ時の燃料としてエンジン1に供給されるようになって
いる。なお、バイパス16から漏れる水素ガスの量はア
ジャストスクリュー17によって調整が可能となってい
る。
The flow rate proportional solenoid valve 13 is a solenoid valve whose opening degree can be freely adjusted according to the control current value, and since the pressure of the supplied hydrogen gas is kept constant by the pressure regulator 12, the gas flow rate can be adjusted by the control current. can be controlled. Note that the control current is given from a control means described later. Also,
A bypass 16 is provided in the gas passage inside the flow proportional solenoid valve 13.
is provided, and even if the valve is completely closed, this bypass 1
Hydrogen gas is leaked from the engine 6 and is supplied to the engine 1 as fuel during idling. Note that the amount of hydrogen gas leaking from the bypass 16 can be adjusted using an adjustment screw 17.

機械弁14は、アクセルペダル操作に連動して弁開度が
調節可能となっている。すなわち、アクセルペダルを踏
み込むことにより、L字しバー29が矢印A方向に回動
して弁の開口面積が広がるようになっている。この機械
弁14にも、流量比例電磁弁13の場合と同様の理由に
よりバイパス1日およびアジャストスクリュー19が設
けられている。
The opening degree of the mechanical valve 14 can be adjusted in conjunction with the operation of the accelerator pedal. That is, by depressing the accelerator pedal, the L-shaped bar 29 rotates in the direction of arrow A, thereby increasing the opening area of the valve. This mechanical valve 14 is also provided with a bypass and an adjustment screw 19 for the same reason as the flow rate proportional solenoid valve 13.

遮断弁15は電磁弁であるが、流量比例電磁弁13と異
なり、単にオンオフ制御のみを行うことができるもので
ある。
The cutoff valve 15 is a solenoid valve, but unlike the flow rate proportional solenoid valve 13, it can only perform on/off control.

第3図は流量比例電磁弁13の制御手段を示すブロック
図である。制御手段20は、中央処理装置(CPU)2
1、記憶装置(ROM、RAM)22、D/A変換器2
3およびD C/D C変換器24を備えている。ピッ
クアップコイル25等からエンジン回転速度に同期した
パルス信号を入力すると、CPU21は該信号に基づい
てエンジン回転速度を算出し、対応するデジタル出力値
を出力する。このデジタル信号はD/A変換器23でア
ナログ値に変換され、さらにD C/D C変換器24
によって流量比例電磁弁13に応じた制御電流値に変換
されて流量比例電磁弁13に供給される。本制御手段2
0では、機械弁14を全開にした状態で、エンジン出力
制御の第1の条件である上記(1)式を満足するように
エンジン回転速度と制御電流値との関係が定められ、記
憶装置22に予め記憶されている。
FIG. 3 is a block diagram showing the control means for the flow rate proportional solenoid valve 13. The control means 20 includes a central processing unit (CPU) 2
1. Storage device (ROM, RAM) 22, D/A converter 2
3 and a DC/DC converter 24. When a pulse signal synchronized with the engine rotational speed is input from the pickup coil 25 or the like, the CPU 21 calculates the engine rotational speed based on the signal and outputs a corresponding digital output value. This digital signal is converted to an analog value by a D/A converter 23, and further converted to an analog value by a D/A converter 24.
is converted into a control current value corresponding to the flow rate proportional solenoid valve 13 and supplied to the flow rate proportional solenoid valve 13. Main control means 2
0, the relationship between the engine rotation speed and the control current value is determined so as to satisfy the above equation (1), which is the first condition for engine output control, with the mechanical valve 14 fully open. is stored in advance.

下表はエンジン回転速度、制御電流および流量比例電磁
弁13における水素ガス流量の関係の一具体例を示すも
のであり、第4図はそのうちのエンジン回転速度とガス
流量との関係をグラフ表示したものである。
The table below shows a specific example of the relationship between engine rotation speed, control current, and hydrogen gas flow rate in the flow rate proportional solenoid valve 13, and FIG. 4 shows a graph of the relationship between engine rotation speed and gas flow rate. It is something.

このように、流量比例電磁弁13の動作特性は、機械弁
14を全開にした状態を前提として設定されているので
、エンジン出力制御の第2の条件、すなわち、アクセル
操作によって一定回転速度でも出力トルクを変えられる
ことが満たされる。
In this way, the operating characteristics of the flow rate proportional solenoid valve 13 are set on the assumption that the mechanical valve 14 is fully open, so the second condition for engine output control, that is, the output can be adjusted even at a constant rotation speed by operating the accelerator. Being able to change the torque is satisfying.

つぎに、このように構成された本実施例の動作を説明す
る。
Next, the operation of this embodiment configured as described above will be explained.

エンジン始動スイッチの投入により、不図示のセルモー
タが駆動してクランキング動作が行われると共に遮断弁
15が開かれる。この時点では、流量比例電磁弁13お
よび機械弁14はいずれも閉じているが、水素吸蔵合金
タンク10からの水素ガスは、バイパス16および18
を通って遮断弁15まできているため、上記遮断弁15
の開放によってガス燃料供給弁3に供給されることにな
る。エンジン1では、クランキングされることにより、
第2図に示すタイミングで、吸気弁、ガス燃料供給弁お
よび排気弁の開閉ならびに火花点火が行われ、アイドリ
ング状態に入る。
When the engine start switch is turned on, a starter motor (not shown) is driven to perform a cranking operation and the shutoff valve 15 is opened. At this point, both the flow rate proportional solenoid valve 13 and the mechanical valve 14 are closed, but the hydrogen gas from the hydrogen storage alloy tank 10 is transferred to the bypasses 16 and 18.
Since the cut-off valve 15 is reached through the cut-off valve 15, the cut-off valve 15
The gas is supplied to the fuel supply valve 3 by opening of the gas. In engine 1, by being cranked,
At the timing shown in FIG. 2, the intake valve, gas fuel supply valve, and exhaust valve are opened and closed, and spark ignition is performed, and the engine enters an idling state.

アイドリング時においても、流量比例電磁弁13および
機械弁14はいずれも引き続き閉じたままであり、水素
ガスの供給はバイパス16および18を経由して為され
ている。この状態から、アクセルペダルを操作して、機
械弁14を開くと、エンジン1への水素ガス供給量が増
えてエンジン回転速度が上昇する。エンジン回転速度は
、制御手段20において常に検出されており、制御手段
20は、エンジン回転速度に応じて、流量比例電磁弁1
3に制御電流を供給する。流量比例電磁弁13は、その
エンジン回転速度において仮に機械弁14が全開であっ
た場合に第4図の特性に示すガス流量となるように開口
面積が調整されている。
Even during idling, both the flow proportional solenoid valve 13 and the mechanical valve 14 remain closed, and hydrogen gas is supplied via the bypasses 16 and 18. From this state, when the accelerator pedal is operated to open the mechanical valve 14, the amount of hydrogen gas supplied to the engine 1 increases and the engine rotational speed increases. The engine rotational speed is always detected by the control means 20, and the control means 20 controls the flow rate proportional solenoid valve 1 according to the engine rotational speed.
A control current is supplied to 3. The opening area of the flow rate proportional electromagnetic valve 13 is adjusted so that, if the mechanical valve 14 is fully open at that engine speed, the gas flow rate will be as shown in the characteristics shown in FIG. 4.

したがって、エンジン回転速度に比例した水素ガス流量
が流量比例電磁弁13で行われながら、アクセルペダル
操作に連動している機械弁14で瞬時的な流量制御が行
われることになる。このアクセルペダル制御は、ガソリ
ンエンジンのアクセルペダル制御と極めて近似したレス
ポンスを操作者(運転者)に与えることができる。
Therefore, while the flow rate proportional electromagnetic valve 13 controls the hydrogen gas flow rate in proportion to the engine rotational speed, the mechanical valve 14 linked to the accelerator pedal operation controls the flow rate instantaneously. This accelerator pedal control can provide the operator (driver) with a response that is extremely similar to the accelerator pedal control of a gasoline engine.

なお、本実施例では、吸気弁2からは単に空気を供給す
るだけであるが、空気に代えて極めて希薄な予混合水素
ガスを導入すれば、アイドリング時の燃料供給を賄うこ
とができる。その場合には流量比例電磁弁13および機
械弁14におけるバイパス16.18およびアジャスト
スクリュー17.19は不要となる。
In this embodiment, air is simply supplied from the intake valve 2, but if extremely dilute premixed hydrogen gas is introduced instead of air, the fuel supply during idling can be covered. In that case, the bypass 16.18 and adjustment screw 17.19 in the flow proportional solenoid valve 13 and the mechanical valve 14 are no longer necessary.

また、本実施例では、燃料ガスとして水素ガスを用いて
いるがこれに限定されるものではなく、たとえばメタン
ガス等を用いることができる。
Further, in this embodiment, hydrogen gas is used as the fuel gas, but the fuel gas is not limited to this, and for example, methane gas or the like can be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明のガス燃料エンジンの出力制
御装置によれば、エンジン回転速度に対応する制御弁と
アクセル操作に対応する制御弁とを別体して2段階で制
御を行っているので、アクセル操作を固定してもエンジ
ン回転速度に応じてガス燃料供給量を変えることができ
、一方、定回転速度でもアクセル操作によりガス燃料供
給量を変えるとかできる。そのため、エンジン回転速度
に同期して開閉を行う機械式の弁を用いてガス燃料を直
接筒内に供給するエンジンにおいても、エンジン回転速
度およびアクセル操作の双方に対して優れた追従性を持
つことができる。
As explained above, according to the output control device for a gas fuel engine of the present invention, the control valve corresponding to the engine rotation speed and the control valve corresponding to the accelerator operation are separated and control is performed in two stages. Even if the accelerator operation is fixed, the gas fuel supply amount can be changed according to the engine rotation speed, and on the other hand, even at a constant rotation speed, the gas fuel supply amount can be changed by the accelerator operation. Therefore, even in an engine that supplies gas fuel directly into the cylinder using a mechanical valve that opens and closes in synchronization with the engine rotation speed, it has excellent followability to both engine rotation speed and accelerator operation. I can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は本実
施例のエンジンの弁開閉時期および点火時期を示すタイ
ミングチャート、第3図は本実施例の制御手段の構成を
示すブロック図、第4図は本実施例の流量比例電磁弁1
3の特性を示すグラフである。 ■・・・エンジン、2・・・吸気弁、3・・・ガス燃料
供給弁、10・・・水素吸蔵合金タンク、12・・・調
圧器、13・・・流量比例電磁弁、14・・・機械弁、
20・・・制御手段。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a timing chart showing the valve opening/closing timing and ignition timing of the engine of this embodiment, and FIG. 3 is a configuration of the control means of this embodiment. The block diagram, Figure 4, is the flow rate proportional solenoid valve 1 of this embodiment.
3 is a graph showing the characteristics of No. 3. ■...Engine, 2...Intake valve, 3...Gas fuel supply valve, 10...Hydrogen storage alloy tank, 12...Pressure regulator, 13...Flow rate proportional solenoid valve, 14...・Mechanical valve,
20... Control means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 圧縮行程において機械式ガス燃料供給弁を開くことによ
り筒内にガス燃料を直接供給するエンジンにおいて、ガ
ス燃料源と前記機械式ガス燃料供給弁との間に、エンジ
ン回転速度に応じて開口面積が変化する第1の制御弁と
、アクセル操作に応動して開口面積が変化する第2の制
御弁と、前記第1の制御弁および第2の制御弁の上流に
位置しガス燃料圧力をほぼ一定に調節する調圧器とを直
列に設けたこと特徴とするガス燃料エンジンの出力制御
装置。
In an engine that directly supplies gas fuel into a cylinder by opening a mechanical gas fuel supply valve during a compression stroke, an opening area is provided between the gas fuel source and the mechanical gas fuel supply valve depending on the engine rotation speed. a first control valve that changes; a second control valve that changes its opening area in response to accelerator operation; 1. An output control device for a gas fuel engine, characterized in that a pressure regulator is provided in series to adjust the pressure.
JP61268652A 1986-11-13 1986-11-13 Output control device for gas fuel engine Expired - Lifetime JPH0799122B2 (en)

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