JP2007285152A - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、バッテリの電圧降下を抑制するとともに、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、筒内噴射弁の固着を緩和して確実にこれを開弁させることができるエンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スタータ２０を作動させるためのイグニションスイッチ１１のＯＮ操作時からスタータ２０の作動前までの間に、コントロールユニット１０が、開弁による気体水素の噴射が実行されない程度に気体水素噴射弁Ｉ１を作動させるようにした。これにより、氷結、潤滑油の浸入による可動部５ｂの固着を予め緩和し、クランキング時に直噴式水素インジェクタＩ１を確実に開弁させることができる。
【選択図】図６

Description

この発明は、作動室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えたエンジンの燃料噴射装置に関する。

従来より、作動室内に直接燃料を噴射する直噴式の筒内噴射弁を備えたエンジンが知られている。かかる直噴式の筒内噴射弁を備えたエンジンにおいては、元々気体に含まれる水分又は、気体燃料を使用した場合の、燃焼に伴い生じる水分が外気温の低下に伴い氷結し、それが筒内噴射弁に付着して、その開弁を妨げるという問題が発生し得る。

かかる問題に対処して、例えば特許文献１には、低温始動時に、噴射弁に対する駆動電流の供給時間を長く設定し、それに伴う発熱作用により氷結を溶解させ、筒内噴射弁の固着を緩和する方法が提案されている。

特開平１１−２６４３３４号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されるように、通電時間を長くした場合には、結果的に燃料の噴射量が増え、始動時の空燃比がオーバーリッチとなることから、エンジン作動にも弊害が生じるおそれがある。従って、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、噴射弁における開弁が確実に実行されることが切に望まれる。

また、筒内噴射弁に前記駆動電流を供給する場合、そのタイミングが重要となる。即ち、エンジン始動時（クランキング時）には、スタータの駆動により電力が消費され、電圧低下が発生した状態であるため、この状態で筒内噴射弁に前記駆動電流を供給すると、筒内噴射弁に駆動電流が十分に供給できず、該筒内噴射弁の固着を緩和できないおそれがある。

また、筒内噴射弁の固着の緩和のために長時間クランキングを実行すると、バッテリのさらなる電圧降下が早期に発生するため、エンジンが始動不能になるおそれがある。従って、筒内噴射弁の固着の緩和は、可及的に早いタイミングでなされなければならない。

また、潤滑油が筒内噴射弁に浸入し、該筒内噴射弁の作動を妨げるという問題がある。特に、トロコイド状の内周面を備えたロータハウジングと、平面状のサイドハウジングとを備え、その内部に形成された内部空間にロータが収納されることで複数の作動室が規定される所謂ロータリタイプのエンジンにおいては、ロータを円滑に回転させるために、ロータハウジングの内周面に潤滑油が供給される場合、大きな問題となる。

このように、前記潤滑油が筒内噴射弁内に浸入すると、潤滑油固有の粘性により、上述した水分の氷結の場合と同様、噴射弁の作動を妨げるという問題が発生し得る。

この発明は、バッテリの電圧降下を抑制するとともに、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、筒内噴射弁の固着を緩和して確実にこれを開弁させることができるエンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。

この発明のエンジンの燃料噴射装置は、作動室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えたエンジンの燃料噴射装置であって、スタータを作動させるためのイグニションスイッチのＯＮ操作時から前記スタータの作動前までの間に、開弁による燃料噴射が実行されない程度に前記筒内噴射弁を作動させる噴射弁駆動手段を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、スタータの作動前までの間に、前記筒内直噴弁を強制的に作動させることにより、氷結、又は潤滑油の浸入による前記筒内直噴弁の固着を予め緩和させることができる。

また、スタータの作動前までの間に、前記筒内噴射弁の固着が予め緩和されることで、前記筒内噴射弁の固着の緩和のために長時間クランキングが実行されることが回避される。従って、スタータが長時間作動することによるバッテリの電圧降下を抑制し、エンジンを確実に始動させることができる。

また、前記筒内噴射弁を、開弁により燃料噴射が実行されない程度に作動させることにより、スタータの作動前に作動室内がオーバーリッチになることが防止されるため、エンジンの安定した始動性を得ることができる。

この発明の一実施態様においては、前記イグニションスイッチのＯＮ操作時から前記スタータが作動するまでの時間を予め設定し、前記噴射弁駆動手段を、前記予め設定した時間内に作動させることを特徴とする。

この構成によれば、前記噴射弁駆動手段が前記筒内噴射弁を強制的に作動させるための時間を十分に確保することができるため、前記筒内噴射弁の固着をより確実に緩和させることができる。

この発明の一実施態様においては、前記筒内噴射弁は、駆動電流の供給により開閉制御されるものであり、前記噴射弁駆動手段は、前記筒内噴射弁への通電中の駆動電流の低下に基づき前記筒内噴射弁の開弁開始が検出された時、前記筒内噴射弁への通電を中止して閉弁させることを特徴とする。

この構成によれば、前記筒内噴射弁の開弁開始を確実に検出できるため、スタータ作動前までに燃料が噴射されることを確実に抑制できる。

この発明の一実施態様においては、前記筒内噴射弁の温度に関連する温度を検出する温度検出手段を備え、前記噴射弁駆動手段を、前記温度が所定温度未満である時に作動させることを特徴とする。

この構成によれば、冷間時における、前記筒内噴射弁の氷結の可能性を判断することができるため、冷間時における前記筒内噴射弁の作動を確保することができる。

この発明の一実施態様においては、前記噴射弁駆動手段は、通常時の作動間隔よりも短い作動間隔で前記筒内噴射弁を強制的に作動させることを特徴とする。

この構成によれば、前記スタータの作動前までの、前記筒内噴射弁の作動回数を確保することができる。

なお、この発明における通常時とは、エンジンを始動させるクランキング時や、完爆後のエンジンの通常運転時を指す。

この発明の一実施態様においては、前記筒内噴射弁を、気体燃料を噴射すべく構成したことを特徴とする。

使用する燃料が気体水素等の気体燃料である場合、前記筒内噴射弁は、噴射される気体燃料の噴射量が多くなるように大型のものが使用される。このような大型の筒内噴射弁は、開弁に必要な駆動電流として大電流が求められる。

この構成によれば、気体燃料を噴射すべく構成された筒内噴射弁はより開弁しにくい傾向にあるものの、該筒内噴射弁を強制的に作動させることにより、前記固着を確実に緩和させることができる。

この発明の一実施態様においては、前記エンジンを、気体燃料の使用状態とガソリンの使用状態とを切換え可能に構成し、前記噴射弁駆動手段の作動によって前記筒内噴射弁の開弁開始が検出されなかった場合、気体燃料の使用状態からガソリンの使用状態に切換えて前記エンジンを始動させる使用燃料切換え手段を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、前記気体燃料を噴射する筒内噴射弁の開弁が開始されない時、ガソリンによって始動性を確保することができる。

この発明によれば、スタータの作動前までの間に、前記筒内直噴弁を強制的に作動させることにより、氷結、又は潤滑油の浸入による前記筒内直噴弁の固着を予め緩和させることができる。従って、スタータの作動時には、前記筒内直噴弁を確実に開弁させることができる。

また、スタータの作動前までの間に、前記筒内噴射弁の固着が予め緩和されることで、前記筒内噴射弁の固着の緩和のために長時間クランキングを実行することが回避される。従って、スタータが長時間作動することによるバッテリの電圧降下を抑制し、エンジンを確実に始動させることができる。

また、前記筒内噴射弁を、開弁により燃料噴射が実行されない程度に作動させることにより、スタータの作動前に作動室内がオーバーリッチになることが防止されるため、エンジンの安定した始動性を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
（第１実施形態）
まず、図１〜図６に示す第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るロータリタイプのエンジン本体１を概略的に表す図である。エンジン本体１は、外形をなす構成として、トロコイド状の内周面を備えたロータハウジングＨ１と、ロータＲの平面方向に沿って広がるほぼ平面状のサイドハウジングＨ２とを有している。これらハウジングＨ１及びＨ２が組み合わせられ、その内部に形成された内部空間にロータＲが収納された状態で、ロータＲの周囲には、ロータハウジングＨ１の内周面とサイドハウジングＨ２とにより、３つの作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が規定される。各作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、偏心軸ＣのまわりにおけるロータＲの回転に伴い、拡大及び伸縮を繰り返し、ロータＲが１回転する間に、各作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３にて吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる一連の行程が完了される。

ロータハウジングＨ１には、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内に気体水素を直接噴射する気体水素噴射弁Ｉ１（以下、直噴式水素インジェクタＩ１という）と、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内に供給された燃料（気体水素）及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ８とが設けられている。他方、サイドハウジングＨ２には、吸気通路２に連通する吸気ポート２ａが形成されるとともに、排気通路３に連通する排気ポート３ａが形成されている。

図２は、エンジン本体１及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図である。直噴式水素インジェクタＩ１には、電磁弁Ｖ１が設けられ、インジェクタＩ１における燃料噴射は、電磁弁Ｖ１の開閉動作に基づき制御される。なお、図２では、インジェクタＩ１に対して、電磁弁Ｖ１が別個に設けられるように示されるが、実際には、直噴式水素インジェクタＩ１の断面構造を表す図３及び図４に示すように、電磁弁Ｖ１がインジェクタＩ１内部に組み込まれている。

また、図２に示すように、本実施形態では、エンジン本体１の本体に対して、エンジン本体１の冷却水の水温を検出するための水温センサ１８と、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサ１９と、イグニションスイッチ１１によって駆動され、エンジン本体１をクランキングさせるスタータ２０とが設けられている。また、上記吸気通路２には、アクセルペダル（不図示）の踏込量に応じて開閉されてエアを絞るスロットル弁（不図示）が設けられている。また、吸気通路２には、吸気通路２内に流れる空気の温度を検出する吸気温センサ２３が設けられ、他方、排気通路３には、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内の空燃比を算出すべく酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ（所謂λセンサ）２４が設けられている。また、直噴式水素インジェクタＩ１の電磁弁Ｖ１には、直噴式水素インジェクタＩ１の駆動電流の値を検出する電流検出手段２５が設けられている。

さらに、図２に示すように、エンジン本体１をなすロータハウジングＨ１に設けられた直噴式水素インジェクタＩ１は、水素供給管９を介して、気体水素を貯留する水素貯留タンク１４に接続されている。水素貯留タンク１４の排出口には、水素貯留タンク１４から水素供給管９への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁１５が設けられている。さらに、水素供給管９内には、直噴式水素インジェクタＩ１に対する水素供給を制御するための遮断弁１６が設けられている。また、さらに、水素供給管９内には、遮断弁１６と直噴式水素インジェクタＩ１との間に、水素貯留タンク１４内の水素残量を算出すべく水素供給管９内の残圧を検出するための圧力センサ１７が設けられている。

なお、特に図示しないが、エンジン本体１に関連する構成としては、吸気通路２内に設けられるエアクリーナ、吸入エア量を検出するエアフローセンサと、スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ、エアの流れを安定化させるサージタンク等、及び、排気通路３内に設けられる排気ガス浄化触媒、排気温センサ等、並びに、水素供給管９内に設けられ、各種インジェクタへ供給される燃料の流量を検出する燃料流量計等、上記以外の構成が設けられる。

さらに、図２に示すように、以上のようなエンジン本体１及びそれに関連する構成を制御するコントロールユニット１０が設けられている。このコントロールユニット１０は、コンピュータからなる、エンジン本体１の総合的な制御装置であって、エアフローセンサによって検出される吸入エア量、圧力センサ１７によって検出される水素供給管９内の残圧、水温センサ１８によって検出されるエンジン水温、スロットル開度センサやアイドルスイッチ（アクセルペダル全閉時にオンされるスイッチであるが、ここでは不図示）によって検出されるスロットル開度、エンジン回転数センサ１９によって検出されるエンジン回転数、排気温センサによって検出される排気温度、燃料流量計によって検出されるインジェクタへの燃料流量、乗員がイグニションスイッチ１１をＯＮ操作したことにより入力されるＩＧ（イグニション）ＯＮ信号等の各種制御情報に基づいて、エンジン本体１の燃料噴射制御や点火時期調整制御などの各種制御を行うとともに、後述する直噴式水素インジェクタＩ１の駆動制御処理を行うようになっている。なお、このコントロールユニット１０は、その内部に、マイクロコンピュータ（不図示）を有しており、直噴式水素インジェクタＩ１の駆動制御を含む各種制御を行うに際して実行される補正、演算、判断等の処理は、そのマイクロコンピュータによってなされる。

また、コントロールユニット１０は、適宜の記憶手段（不図示）を有しており、該記憶手段には、氷結の可能性の有無を判断するための温度閾値データ、直噴式水素インジェクタＩ１の開弁の開始を判断するための駆動電流閾値データ、駆動電流を供給する際に出力する噴射指示信号のパルスパターン、つまり、パルスの供給タイミング及びそのパルス幅等、後述の各種設定データ、及び必要なプログラムが記憶されている。

次に、コントロールユニット１０により駆動制御される直噴式水素インジェクタＩ１の構造について説明する。図３及び図４は、それぞれ、閉弁状態及び開弁状態にある直噴式水素インジェクタＩ１を示す縦断面図である。この水素インジェクタＩ１は、軸方向に沿って延びる気体通路４ａを備えたインジェクタ本体４と、該インジェクタ本体４の気体通路４ａ内に設けられ、同じく軸方向に沿って延びる気体通路５ａを備えたニードルバルブ５とを有している。

インジェクタ本体４は、その一端側（図３及び図４における上端側）で水素供給管９（図２参照）に連通する一方、その他端側（図３及び図４における下端側）で噴射孔４ｂを構成しつつエンジン本体１の作動室Ｅ１に対向している。また、気体通路４ａ内に設けられるニードルバルブ５の可動部５ｂは、その一端側（図３及び図４における上端側）で気体通路４ａの内周面に沿って摺動するように保持される一方、その他端側（図３及び図４における下端側）で、シール部５ｃを構成するとともに、該シール部５ｃの上流側に、気体通路５ａから分岐しニードルバルブ５の側面で開口するように形成された複数の分岐通路５ｄを備えている。ニードルバルブ５のシール部５ｃに対応して、インジェクタ本体４の気体通路４ａ内には、噴射孔４ｂの上流側に弁座面４ｃが形成されている。ニードルバルブ５のシール部５ｃが弁座面４ｃに着座することで、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂからの水素噴射が妨げられ、直噴式水素インジェクタＩ１からエンジン本体１の作動室Ｅ１内への水素供給が停止される。

なお、本実施形態のように、使用する燃料が気体水素等の気体燃料である場合、直噴式水素インジェクタＩ１は、噴射される燃料の噴射量が多くなるように大型のものが使用される。このような大型の直噴式水素インジェクタＩ１のシール部５ｃは、閉弁時の噴射孔４ｂにおける気密性を向上させるためにラバー材質の部材により構成されている。

また、ニードルバルブ５には、磁性体（不図示）が取付けられる一方、インジェクタ本体４には、気体通路４ａの周囲に、ニードルバルブ５とともに電磁弁Ｖ１を構成するソレノイドコイル６が組み込まれている。

また、ニードルバルブ５のうち、気体通路５ａは、インジェクタ本体４に取付けられていることにより所定位置に固定された部材である一方、可動部５ｂは、気体通路４ａに沿って上下方向にシフト可能な部材である。

気体通路５ａと可動部５ｂとの間には、これらに挟まれるようにしてコイルスプリング７が設けられており、該コイルスプリング７は、その一端部が気体通路５ａの端部と当接していることにより、可動部５ｂを常に下方に押圧している。

かかる構成を備えることにより、直噴式水素インジェクタＩ１では、ソレノイドコイル６への駆動電流の供給に際して、図４に示すように、可動部５ｂがコイルスプリング７の弾性力に抗してインジェクタ本体４の気体通路４ａに沿って上方へシフトさせられる。可動部５ｂの移動範囲内においては、駆動電流が大きくなるにつれ、可動部５ｂの上方へのシフト量が大きくなる。ここで、上述したように、直噴式水素インジェクタＩ１が大型となる場合には、開弁に必要な駆動電流として大電流が求められる。

即ち、駆動電流がソレノイドコイル６に供給されていない状態では、コイルスプリング７の弾性力によって可動部５ｂが下方に押圧され、シール部５ｃが、インジェクタ本体４の気体通路４ａ内に形成された弁座面４ｃに着座することで、電磁弁Ｖ１が閉じ（図３参照）、他方、駆動電流がソレノイドコイル６に供給されている状態では、コイルスプリング７の弾性力に抗してシール部５ｃが弁座面４ｃから離間することで、電磁弁Ｖ１が開く（図４参照）。電磁弁Ｖ１が開いた状態では、図４中の破線の矢印で示すように、気体水素が、インジェクタ本体４の気体通路４ａ、ニードルバルブ５の気体通路５ａ、ニードルバルブ５の分岐通路５ｄ、インジェクタ本体４の気体通路４ａ、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂの順に流れ、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂから噴射されることとなる。

かかる構成を備えた直噴式水素インジェクタＩ１における気体水素の噴射タイミング及び噴射量は、マイクロコンピュータを含むコントロールユニット１０によって制御される。より詳しくは、コントロールユニット１０は、前記記憶手段に記憶されたプログラムに従って、エアフローメータ、スロットルセンサ、圧力センサ１７、水温センサ１８及びエンジン回転数センサ１９等の各種センサから検出される信号に基づき、直噴式水素インジェクタＩ１へ出力する噴射指示信号のパルスパターン、つまり、電磁弁Ｖ１の開弁タイミング及び開弁時間を算出するようにして、気体水素の噴射タイミング及び噴射量を制御する。

ところで、従来の直噴式燃料インジェクタを備えたエンジンでは、気体燃料の燃焼に伴い生じる水分等が直噴式燃料インジェクタに付着して、外気温の低下によって氷結したりすることで、その作動を妨げる可能性があった。また、潤滑油が直噴式燃料インジェクタへ浸入することにより、上述した水分の氷結の場合と同様、噴射弁の作動を妨げるおそれがあった。

そこで、本実施形態では、イグニションスイッチ１１のＯＮ操作（ＩＧＯＮ信号入力）時からスタータ２０の作動前までの間に直噴式水素インジェクタＩ１を、開弁による気体水素の噴射が実行されない程度に強制的に作動させることで、氷結、潤滑油の浸入による可動部５ｂの固着を予め緩和し、クランキング時に直噴式水素インジェクタＩ１を確実に開弁させることができるようにした。

ここで、直噴式水素インジェクタＩ１に対して、通常時（クランキング時、完爆後のエンジン通常運転時を指す）に供給されるパルスと、エンジン始動前に供給されるパルスとを比較する。図５（ａ）は、通常時に供給される噴射指示信号及び、エンジン始動前までに供給される噴射指示信号を表す図であり、図５（ｂ）は、エンジン始動前における噴射指示信号及び駆動電流の波形をあらわす図である。図５（ａ）において、通常時には、噴射指示信号として、約１０（ｍｓｅｃ）程度のパルス幅Ｗ０を有するパルスＰ０が、エンジン、即ちロータＲ（図１参照）の回転周期Ｔ０と同期するように電磁弁Ｖ１のソレノイドコイル６に供給される。

これに対し、エンジン始動前には、噴射指示信号として、通常時と同様のパルス幅Ｗ０のパルスＰ０が、ロータＲの回転周期Ｔ０よりも短い周期Ｔ１で供給されるようになっており、直噴式水素インジェクタＩ１の作動間隔が通常時よりも短く設定されている。

ここで、エンジン始動前に、パルスＰ０を図示のように複数回に亘って供給する間に、可動部５ｂ（図３参照）が上方へシフトし始め、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁を開始すると、パルスＰ０の１つ分に着目して、前記噴射指示信号、及び駆動電流の波形を表した図５（ｂ）に示すように、コントロールユニット１０（図２参照）は、ソレノイドコイル６に対する噴射指示信号のパルスＰ０の供給を停止し、通電を中止して直噴式水素インジェクタＩ１を閉弁させる。

直噴式水素インジェクタＩ１の開弁開始時には、可動部５ｂが上方にシフトし始めることでソレノイドコイル６と可動部５ｂとの位置関係がずれるため、電磁誘導が発生し、逆起電力が発生する。これにより、図５（ｂ）において実線で示すように、通電中の駆動電流の値が低下することになる。コントロールユニット１０は、この駆動電流の値の低下に基づき、直噴式水素インジェクタＩ１の開弁開始を判断している。

なお、パルスＰ０を供給する間、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁を開始しない場合、駆動電流の値は、図５（ｂ）において二点鎖線で示すように時間経過とともに上昇する。コントロールユニット１０は、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁を開始しなかった場合は、図５（ａ）において二点鎖線で示すように、前記記憶手段に記憶されたプログラムに従って周期Ｔ１でパルスＰ０を所定回数繰返し供給する。

このように、スタータ２０を作動させてエンジンを始動させるクランキング前までに、短い周期Ｔ１でパルスＰ０を供給し、直噴式水素インジェクタＩ１を強制的に作動させることにより、氷結、又は潤滑油の浸入による可動部５ｂの固着を予め緩和させることができる。従って、スタータ２０が作動するクランキング時には、パルスＰ０の供給により、直噴式水素インジェクタＩ１を確実に開弁させることができる。

また、スタータ２０が作動される前に、可動部５ｂの固着が予め緩和されることで、直噴式水素インジェクタＩ１の固着の緩和のために長時間クランキングが実行されることを回避できる。従って、スタータ２０が長時間作動することによるバッテリの電圧降下を抑制し、エンジンを確実に始動させることができる。

また、スタータ２０の作動前までに周期Ｔ１でパルスＰ０を供給することにより、スタータ２０の駆動による電力消費に起因して前記駆動電流の値が低下するといった事態を確実に防止できる。

また、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁を開始した時、噴射指示信号の供給を停止し、閉弁させるようにすることにより、開弁により水素が噴射されない程度に直噴式水素インジェクタＩ１を作動させている。これにより、スタータ２０作動前に、気体水素が噴射されることが防止され、作動室Ｅ１内がオーバーリッチになることが防止されるため、エンジンの安定した始動性を得ることができる。

また、直噴式水素インジェクタＩ１を、通常時の作動間隔（噴射指示信号を供給する周期Ｔ０）よりも短い作動間隔（周期Ｔ１）で強制的に作動させることにより、図５（ａ）に示すように直噴式水素インジェクタＩ１の作動回数を確保し、可動部５ｂに振動を発生させることができるため、該可動部５ｂの固着をより確実に緩和させることができる。

また、スタータ２０を作動させるためのイグニションスイッチ１１のＯＮ操作時からスタータ２０の作動前までの間に、直噴式水素インジェクタＩ１を作動させる効果は、本実施形態のように、燃料として気体燃料が使用される場合において顕著となる。即ち、上述したような理由により、開弁に必要な駆動電流として大電流が必要となる上、シール部５ｃにラバー材質の部材が使用されるため、可動部５ｂがより開弁しにくい傾向にあるものの、本実施形態のように、直噴式水素インジェクタＩ１が強制的に作動されることにより、可動部５ｂの固着は確実に緩和されることになる。

以下、本実施形態に係るコントロールユニット１０により実行される直噴式水素インジェクタＩ１の駆動制御について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、例えば、乗員がイグニションキー（不図示）を途中まで回動操作して、イグニションスイッチ１１により、スタータ２０以外の、エンジン本体１に関連する各装置（図２参照）がＯＮしたことをコントロールユニット１０が検出すると（ステップｓ１）、水温センサ１８により検出されたエンジン本体１の冷却水の水温等、前記各装置により検出された各種信号を読取る（ステップｓ２）。

次に、コントロールユニット１０は、乗員がイグニションキーをスタート位置までさらに回動操作して、スタータ２０を作動させるための操作がイグニションスイッチ１１によりなされたことを検出すると（ステップｓ３）、ステップｓ２において水温センサ１８により検出された信号に基づいて、直噴式水素インジェクタＩ１の氷結の可能性を判断する（ステップｓ４）。直噴式水素インジェクタＩ１の温度は、エンジン本体１の冷却水の水温に略関連して変動すると考えることができ、コントロールユニット１０は、水温センサ１８により検出された信号に基づいて、直噴式水素インジェクタＩ１の温度を間接的に判定できる。ここで、例えば、温度閾値を０℃とし、コントロールユニット１０が前記冷却水の水温を０℃未満であると判断すると（ステップｓ４：ＹＥＳ）、冷間時であるために直噴式水素インジェクタＩ１において氷結の可能性があると判断する。

ステップｓ４にて、コントロールユニット１０が、直噴式水素インジェクタＩ１において氷結の可能性があると判断すると、ソレノイドコイル６に対して、図５（ａ）に示すような短い周期Ｔ１でパルスＰ０の噴射指示信号を所定時間、複数回に亘って供給する（ステップｓ５）。これにより、可動部５ｂが振動することになるため、氷結箇所にクラック（亀裂）を生じさせることができ、可動部５ｂの固着を緩和できる。

ここで、コントロールユニット１０は、前記直噴式水素インジェクタＩ１への通電中に、図５（ｂ）にて示すように、ソレノイドコイル６において逆起電力が発生し、駆動電流が所定値まで低下したか否かを、電流検出手段２５、及び予め設定された駆動電流閾値データに基づき判断する。即ち、コントロールユニット１０は、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁を開始したか否かを判断し、駆動電流の値の低下により直噴式水素インジェクタＩ１の開弁開始を判断すると（ステップｓ６：ＹＥＳ）、前記指示信号の供給を停止し、ソレノイドコイル６への通電を中止する（ステップｓ７）。これにより、直噴式水素インジェクタＩ１はコイルスプリング７の弾性力等により完全に閉弁された状態に保持される。

ここで、ステップｓ３において、イグニションスイッチ１１がＯＮ操作されてから、スタータ２０が作動し、クランキングを実行するまでには必然的に時間差が生じる。これは、ステップｓ３において、スタータ２０を作動させるための操作がイグニションスイッチ１１に対してなされてから、実際にスタータ２０が始動するまでには、コントロールユニット１０を構成するコンピュータの演算処理等にある程度の時間を要するからである。従って、コントロールユニット１０は、この時間内に上述したステップｓ４〜ステップｓ７を実行し、結果として該ステップｓ４〜ステップｓ７を実行した後にクランキングを開始させ（ステップｓ８）、処理をリターンすることになる。

また、ステップｓ４で、コントロールユニット１０は、前記水温が０℃未満でない、即ち０℃以上であると判断すると（ステップｓ４：ＮＯ）、直噴式水素インジェクタＩ１において氷結の可能性はないとして、パルスＰ０の供給を実行せずに、スタータ２０によるクランキングを開始させ（ステップｓ８）、処理をリターンする。

また、ステップｓ６で、コントロールユニット１０は、前記駆動電流の値が低下していないと判断し、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁を開始しなかったと判断すると（ステップｓ６：ＮＯ）、未だ直噴式水素インジェクタＩ１から気体水素が噴射されていないと判断して、スタータ２０の作動前まで噴射指示信号の供給を継続する。

ここで、電流検出手段２５は、例えば電気抵抗素子により構成することができる。従って、該電気抵抗素子の端子間電圧の電圧降下の変化により容易に且つ確実に前記電流値の低下、即ち直噴式水素インジェクタＩ１の開弁開始を検出でき、スタータ２０作動前に気体水素が噴射されることを確実に抑制できる。

ところで、本実施形態においては、コントロールユニット１０が、図６のステップｓ４にて、エンジン本体１の冷却水の水温に基づいて氷結の可能性を判断しているが、直噴式水素インジェクタＩ１の開作動を妨げる主要因が潤滑油であったとしても、スタータ２０の作動前までにパルスＰ０を供給することにより、可動部５ｂの固着を予め緩和させることができる。また、直噴式水素インジェクタＩ１の開作動を妨げる主要因が潤滑油であれば、上述した氷結の可能性に関するステップｓ４の判断処理を省略し、噴射指示信号のパルスＰ０を供給するステップｓ５を実行させることもできる。

なお、前記ステップｓ４〜ｓ７の処理については、スタータ２０を作動させるためのイグニションスイッチ１１のＯＮ操作から実際にスタータ２０が作動するまでに必然的に発生する時間差を利用してなされるとしているが、前記ステップｓ４〜ｓ７の処理を、ステップｓ２にてエンジン水温の読取りが実行されてから、スタータ２０を作動させるためのイグニションスイッチ１１のＯＮ操作が実行されるまでに完了させるようにしてもよい。

また、スタータ２０を作動させるためのイグニションスイッチ１１のＯＮ操作時から実際にスタータ２０が作動するまでの時間をコントロールユニット１０で予め設定し、コントロールユニット１０の制御により時間差を生じさせるようにしてもよい。これにより、コントロールユニット１０が前記ステップｓ４〜ｓ７を実行するための時間を十分に確保することができるため、可動部５ｂの固着をより確実に緩和させることができる。

（第２実施形態）
次に、図７〜図９に示す第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。図７は、本実施形態に係るロータリタイプのエンジン本体１を概略的に表す図であり、特に、本実施形態では、ロータハウジングＨ１の直噴式水素インジェクタＩ１に加えて、吸気通路２に取付けられ、吸気通路２内にガソリンを噴射するガソリン噴射弁Ｉ２（以下、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２という）が設けられている。そして、エンジン本体１における作動室内への燃料供給が必要とされる場合には、エンジン回転数、水素又はガソリンの燃料残量等の各種状態に応じて、若しくは、乗員の要求に応じて、直噴式水素インジェクタＩ１、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２から適正なものが選択される。

また、本実施形態において、特に、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２は、後述するエンジンの冷間始動前において、直噴式水素インジェクタＩ１の状態に応じてその作動の要否が判断される。

図８は、エンジン本体１及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図である。ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２には電磁弁Ｖ２が設けられ、インジェクタＩ２における燃料噴射は、電磁弁Ｖ２の開閉動作に基づき制御される。なお、図２では、インジェクタＩ２に対して、電磁弁Ｖ２が別個に設けられるように示されるが、実際には、直噴式水素インジェクタＩ１と同様、電磁弁Ｖ２がインジェクタＩ２内部に組み込まれている。

さらに、図８に示すように、吸気通路２に取付けられたポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２は、ガソリン供給管３１を介して、ガソリン貯留タンク（不図示）に接続されている。

さらに、図８に示すように、以上のようなエンジン本体１及びそれに関連する構成を制御するコントロールユニット３０が設けられている。このコントロールユニット３０は、第１実施形態にて述べた各種制御を行うとともに、気体水素の使用状態（水素エンジン駆動モード）、ガソリンの使用状態（ガソリンエンジン駆動モード）のいずれかを乗員が選択する選択スイッチ２６からの操作信号に基づいて、インジェクタＩ１、Ｉ２の駆動制御処理を行うようになっている。

また、コントロールユニット３０も適宜の記憶手段（不図示）を有しており、該記憶手段には、第１実施形態と同様、温度閾値データ、駆動電流閾値データ等、各種設定データの他、各インジェクタＩ１、Ｉ２を駆動制御するために必要なプログラムが記憶されている。

ところで、第１実施形態では、イグニションスイッチ１１のＯＮ操作時からスタータ２０の作動前までの間に、開弁による水素噴射が実行されない程度に直噴式水素インジェクタＩ１を強制的に作動した後、スタータ２０を始動させてクランキングを実行していたが、本実施形態では、直噴式水素インジェクタＩ１の強制的な作動によって開弁の開始が検出されない場合、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２を駆動させ、より確実にエンジンを始動できるようにした。

以下、本実施形態に係るコントロールユニット３０により実行される直噴式水素インジェクタＩ１、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２の駆動制御について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、イグニションスイッチ１１により、スタータ２０以外の、エンジン本体１に関連する各装置（図８参照）がＯＮしたことをコントロールユニット３０が検出すると（ステップｓ１１）、選択スイッチ２６に対して水素エンジン駆動モードの選択操作がなされたか否か等、前記各装置により検出された各種信号を読取り、この結果、水素エンジン駆動モードの選択操作がなされたと判断すると（ステップｓ１２：ＹＥＳ）、直噴式水素インジェクタＩ１を駆動制御する所定のプログラムを読込み、水素エンジン駆動モードへ切換える（ステップｓ１３）。

以降、コントロールユニット３０は、第１実施形態と同様に、水温センサ１８により検出された信号に基づき、エンジン本体１の冷却水の水温を読取る処理から、直噴式水素インジェクタＩ１を駆動する駆動電流に基づいて、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁を開始したか否かを判断する処理までを実行する（ステップｓ１４〜ステップｓ１８）。

ここで、コントロールユニット３０は、ステップｓ１８において、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁を開始したと判断しなければ（ステップｓ１８：ＮＯ）、前記駆動電流の通電を中止するとともに、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２を駆動制御する所定のプログラムを読込み、ガソリンエンジン駆動モードへ切換えて（ステップｓ１９）、クランキングを開始させ（ステップｓ２０）、その後処理をリターンする。一方、コントロールユニット３０は、ステップｓ１８において、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁を開始したと判断すれば（ステップｓ１８：ＹＥＳ）、前記通電の中止のみを実行し（ステップｓ２１）、クランキングを開始させる（ステップｓ２０）。

なお、コントロールユニット３０は、ステップｓ１２にて、選択スイッチ２６に対して水素エンジン駆動モードの選択操作がなされていない、即ち、ガソリンエンジン駆動モードの選択がなされていると判断すると（ステップ１２：ＮＯ）、スタータ２０により、ガソリンエンジン駆動モードの状態のままクランキングを開始させ（ステップｓ２０）、処理をリターンする。

このように、直噴式水素インジェクタＩ１の開弁が開始されない時、スタータ２０作動前にポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２の使用状態に切換えるように構成したことで、ガソリンによって始動性を確保することができる。

（その他の実施形態）
上述の各実施形態においては、噴射指示信号として、所定の幅Ｐ０を有するパルスを複数回供給するようにしているが、パルス幅Ｗ０よりも十分に長いパルスを１回供給するようにしてもよい。

また、前記パルスを供給する周期の長短を、前記冷却水の水温等の周辺環境に応じて増減制御するようにしてもよい。例えば、冷間時において、前記水温が低い時は高い時に対して前記パルスの周期を短くし、可動部５ｂの作動間隔を短くするようにしてもよく、可動部５ｂの振動数を増やすことで、氷結箇所にクラックを生じさせ易くすることができる。

また、上述の実施形態においては、エンジン本体１をロータリタイプのエンジンとしているが、これに限定されることはなく、本発明は、レシプロエンジンにも適用可能である。

また、上述の各実施形態においては、気体水素を利用するエンジンについて述べているが、エンジン本体の作動室内に直接燃料を噴射する方式であれば、圧縮天然ガス、液化石油ガス等の気体燃料を利用したエンジンであってもよく、この他エンジン本体の作動室内に直接ガソリンを噴射する方式あってもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の筒内噴射弁は、気体水素噴射弁Ｉ１に対応し、
以下同様に、
噴射弁駆動手段は、ソレノイドコイル６に対応し、
温度検出手段は、水温センサ１８に対応し、
使用燃料切換え手段は、ステップｓ１９を実行するコントロールユニット３０に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係るロータリタイプのエンジン本体を概略的に表す図。 本発明の第１実施形態に係るエンジン本体及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図。 閉状態にある直噴式水素インジェクタを示す縦断面図。 開状態にある直噴式水素インジェクタを示す縦断面図。 （ａ）通常時に供給される噴射指示信号及び、エンジン始動前までに供給される噴射指示信号を表す図。（ｂ）エンジン始動前における噴射指示信号及び駆動電流の波形を表す図。 本発明の第１実施形態に係るコントロールユニットにより実行される直噴式水素インジェクタの駆動制御処理を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係るロータリタイプのエンジン本体を概略的に表す図。 本発明の第２実施形態に係るエンジン本体及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図。 本発明の第２実施形態に係るコントロールユニットにより実行される直噴式水素インジェクタ、ポート噴射式ガソリンインジェクタの駆動制御処理を示すフローチャート。

符号の説明

１…エンジン本体
１０、３０…コントロールユニット
１１…イグニションスイッチ
１８…水温センサ
２０…スタータ
２５…電流検出手段
Ｉ１…気体水素噴射弁
Ｉ２…ガソリン噴射弁

Claims (7)

1. 作動室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えたエンジンの燃料噴射装置であって、
   スタータを作動させるためのイグニションスイッチのＯＮ操作時から前記スタータの作動前までの間に、開弁による燃料噴射が実行されない程度に前記筒内噴射弁を作動させる噴射弁駆動手段を備えた
   エンジンの燃料噴射装置。
2. 前記イグニションスイッチのＯＮ操作時から前記スタータが作動するまでの時間を予め設定し、
   前記噴射弁駆動手段を、前記予め設定した時間内に作動させる
   請求項１記載のエンジンの燃料噴射装置。
3. 前記筒内噴射弁は、駆動電流の供給により開閉制御されるものであり、
   前記噴射弁駆動手段は、前記筒内噴射弁への通電中の駆動電流の低下に基づき前記筒内噴射弁の開弁開始が検出された時、前記筒内噴射弁への通電を中止して閉弁させる
   請求項１記載のエンジンの燃料噴射装置。
4. 前記筒内噴射弁の温度に関連する温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記噴射弁駆動手段を、前記温度が所定温度未満である時に作動させる
   請求項１記載のエンジンの燃料噴射装置。
5. 前記噴射弁駆動手段は、通常時の作動間隔よりも短い作動間隔で前記筒内噴射弁を強制的に作動させる
   請求項１記載のエンジンの燃料噴射装置。
6. 前記筒内噴射弁を、気体燃料を噴射すべく構成した
   請求項１記載のエンジンの燃料噴射装置。
7. 前記エンジンを、気体燃料の使用状態とガソリンの使用状態とを切換え可能に構成し、
   前記噴射弁駆動手段の作動によって前記筒内噴射弁の開弁開始が検出されなかった場合、気体燃料の使用状態からガソリンの使用状態に切換えて前記エンジンを始動させる使用燃料切換え手段を備えた
   請求項６記載のエンジンの燃料噴射装置。
   

Images