JPH0286931A - 水素及びガソリン併用式エンジンの駆動装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は水素及びガソリン併用式エンジンの駆動装置
に関するものである。

［従来の技術］ 産業車両等に搭載される水素エンジンの駆動は合金タン
ク内に収容された金属水素化物の加熱時に放出される水
素ガス燃料をエンジンに供給することによって行われる
。そして、金属水素化物による水素ガスの放出が進み、
これに含有される水素量が不足してくると、エンジンを
停止して金属水素化物を水素雰囲気下において冷却し水
素の吸蔵を行わせる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記した水素吸蔵合金の加熱開始時には、こ
れの温度を急激に上昇させることが不可能であり、水素
ガスの放出量も少ないものとなる。

従って、エンジンの始動が遅れる。

また、金属水素化物の水素ガスの放出に伴い、含有水素
が減少すると、稼動中のエンジンの停止や出力低下を招
くことがある。

この出願は上記した問題点を解消するためになされたも
のであり、第１の発明はエンジンの始動が遅れたり、稼
動中にあってはエンジンの出力低下や停止を回避して高
い作業効率を維持することが可能な水素及びガソリン併
用式エンジンの駆動装置を提供することを目的とする。

また、第２の発明は上記併用式エンジンの駆動装置にお
いて逆火防止に関して有効に利用されるキャブレタ装置
を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記した目的を達成するために、本願第１発明はエンジ
ンと、前記エンジンに水素を供給すべく、同エンジンに
対して接続された水素供給手段と、前記エンジンに対し
ガソリンを供給すべく、同エンジンに対して接続された
ガソリン供給手段と、前記水素供給手段及びガソリン供
給手段のうち、少なくともいずれか一方の燃料の量を検
出する検出手段と、前記検出手段の検出値に基いて、該
当燃料の量がエンジンの駆動必要値に達しているか否か
を判断する判断手段と、同判断手段の判断に基いて、エ
ンジンに対する水素供給手段及びガソリン供給手段の連
通関係を切換え、エンジンに水素及びガソリンを選択的
に供給させる選択連通手段とを設けたことをその要旨と
する。

また、本願第２発明は水素を供給する水素供給手段と、
空気を供給する空気供給手段と、水素と空気との混合気
を燃焼室内で燃焼させて駆動するエンジンと、スロット
ル操作によってスロットルバルブを開閉動作させ、混合
気量を調節するキャブレタと、スロットルバルブの開閉
動作に基いて同バルブの上流側の圧力変動を検知する圧
力検知手段と、圧力検知手段が上流側の圧力変動を検知
した時、水素の空気供給手段側への流出を阻止する阻止
手段と設けたことをその要旨とする。

［作用］ 上記した手段を採用したことにより、本願第１発明は検
出手段により水素供給手段及びガソリン供給手段のうち
、いずれか一方の内部の燃料の量が検出され、この検出
値に基き判断手段が該当燃料の量がエンジンの駆動必要
値に達しているか否かを判断する。そして、前記判断手
段の判断に従って、選択連通手段がエンジンに対する水
素供給手段及びガソリン供給手段の連通関係を切換えて
、エンジンに水素ガス燃料とガソリン燃料とを選択的に
供給させる。

また、本願第２発明のキャブレタ装置はスロ・ノトルバ
ルブが閉じられると、水素供給手段から同バルブの上流
側に導入されてくる水素が空気供給手段側に流出する状
態となる。この時、検知手段の検知動作に基いて作動さ
れる阻止手段によって、空気供給手段側への水素の流出
が阻止される。

［実施例コ 以下、この発明をフォークリフトにおけるガソリン併用
式水素エンジンの駆動装置に具体化し、その第１の実施
例を第１〜３図に従って詳述する。

第１図において、エンジンＥ内には排気管路１が連通さ
れるとともに、冷却水がエンジンＥ内の配管内を下流側
に流れて、稼動中のエンジンＥを冷却することによりエ
ンジンＥの熱の上昇を防止する。この冷却水はエンジン
Ｅの熱により温水となり、これに連結された温水管路２
内を下流側へと流れる。この温水管路２は２本に分岐さ
れて、分岐管路２ａ、２ｂとなり、これら分岐管路２ａ
。

２ｂは下流側に配置された合金タンク３内にそれぞれ延
びている。

前記合金タンク３内には細粒状に加工された金属水素化
物が充填され、さらに分岐管路２ａ、２ｂが合金タンク
３内の熱効率を高めるべく、蛇行状に折曲されて配管さ
れたのち、外部に導出されている。

また、金属水素化物は本実施例においてはチタン鉄系の
水素吸蔵合金が水素ガス雰囲気中において冷却されて形
成されたものであり、一定圧力下で加熱されて水素ガス
を放出する。よって、合金タンク３内において分岐管路
２ａ、２ｂ内を温水が流れ、金属水素化物が加熱される
と、水素ガスが放出される。そして、水素ガスの量によ
って変化する合金タンク３内の圧力は圧力センサ４にて
検出されるようになっている。

前記分岐管路２ａ、２ｂは合金タンク３の下流側におい
て１本に合流し、帰還管路５としてエンジン已に延び、
その中を流れる温水が流通中に冷却されて、再度冷却水
としてエンジンＥ内に流入する。そして、冷却水は再度
エンジンＥの冷却を行った後に温水となり、上記と同様
の過程を繰り返す。

各合金タンク３には内部で発生した水素ガスを通過させ
る通過管路６が連通されて下流側に延び、両通過管路６
には開閉弁７を経て下流側にて１本に合流されて水素管
路１０となり、これら管路６゜１０及び合金タンク３に
よってエンジンＥに水素ガスを供給するための水素供給
手段としての水素供給経路が構成されている。前記水素
管路１０には手動式の開閉弁８を備えたチャージ管路９
が連結されている。そして、合金タンク３内の金属水素
化物が解離されて、その水素含有量が低下したとき、チ
ャージ管路９はフォークリフトから離れて別の場所に設
置された水素ボンベに接続され、低温下において金属水
素化物に水素を供給する。

さらに、水素管路１０には水素ガスの圧力が予め設定し
た許容圧力値を越えたときに開放される機械式の安全弁
１１．水素管路１０内の水素ガスを減圧するための減圧
装置１２及び水素ガスを大気圧にまで調圧するレギュレ
ータ１３がそれぞれ設けられている。さらに、これらの
上流側に圧力計１４〜１６がそれぞれ配置されている。

そして、前記水素管路１０の圧力計１６の下流側には電
磁式切換弁（以下、水素用切換弁という）１７が設けら
れ、さらに同切換弁１７の下流にはキャブレタ１８が配
設されている。そして、キャブレタ１８は第２，３図に
示すように図示しないエアクリーナに接続された空気供
給手段としての空気管路３１に水素管路１０が接続され
、その接続箇所より下流側にスロットル操作量、即ちア
クセルペダルの操作量に相対して開閉するスロットル弁
１９が設けられている。そして、この空気管路３１から
の空気と、水素管路１０からの水素が混合され、その混
合気が次段のインテークマニホールドを介してエンジン
Ｅの燃焼室内に導入される。

また、フォークリフトは前記合金タンク３とは別にガソ
リン燃料を収容するガソリン久ンク２０を搭載しており
、これから延びるガソリン管路２１が電磁式切換弁（以
下、ガソリン用切換弁という）２２を介してキャブレタ
１８に延びている。このガソリンタンク２０及びガソリ
ン管路２１によりガソリン供給経路が構成されている。

また、前記両切換弁１７．２２を制御する判断手段及び
切換連通手段としてのコントローラ２３はエンジンキー
スイッチ２４が入っているときには、圧力センサ４から
の検出信号を入力し、その検出信号に基いて水素ガスの
量を演算する。そして、コントローラ２３は水素ガスの
量がエンジンＥの駆動に最低限必要な水素ガスの量以上
の時には、水素用切換弁１７を開放して合金タンク３と
エンジンＥとを連通させるとともに、ガソリン用切換弁
２２を閉鎖状態に保持してガソリンタンク２０とエンジ
ンＥとの連通を遮断する。これとは逆に、水素ガスの量
が前記最低限必要な水素ガスの量未満のときにはコント
ローラ２３は切換弁２２を開放してガソリンタンク２０
とエンジンＥとを連通させるとともに、水素用切換弁１
７−を閉鎖させて合金タンク３とエンジンＥとの間を遮
断する。

さらに、コントローラ２３はキャブシタ１８内において
スロットル弁１９の上流側に設けた圧力検知手段として
の負圧センサ２５に接続され、この負圧センサ２５が正
圧に近い値を検出したときには、同センサ２５からの検
出信号に暴き水素用切換弁１７を閉鎖させる。

さて、上記のように構成した複数燃料併用式エンジンの
駆動装置及びキャブレタ装置の作用について以下に説明
する。

第１図において、両切換弁１７．２２は閉鎖され、エン
ジンＥは合金タンク３及びガソリンタンク２０のいずれ
とも遮断されて停止状態にある。

そして、エンジンＥを駆動すべくエンジンキースイッチ
２４の入力操作をすると、スタータによりエンジンＥが
回転されるとともに、圧力センサ４から検出信号がコン
トローラ２３に入力される。

このとき、エンジンＥは加熱されてはおらず、温水管路
２及び分岐管路２ａ、２ｂ内を流れる冷却水が合金タン
ク３内の金属水素化物を解離させることはない。よって
、金属水素化物による水素ガスの放出は皆無、又は極め
て少なく、合金タンク３内の圧力値も設定値に達するこ
とはない。

このため、コントローラ２３は圧力センサ４からの検出
信号に基き水素用切換弁１７を閉鎖保持してガソリン用
切換弁２２を開放し、キャブレタ１８を合金タンク３か
ら遮断するとともに、ガソリンタンク２０に連通させる
。すると、キャブシタ１８内においてガソリン燃料が空
気と混合され、この混合気がインテークマニホールドを
介して各燃焼室内に導入される。そして、この混合気が
各燃焼室内で燃焼されることによりエンジンＥの駆動が
開始される。

前記エンジンＥの稼動に伴い、冷却水は温度が上昇され
て温水となり、合金タンク３内の金属水素化物を加熱し
て水素ガスを放出させる。これにより、合金タンク３内
の圧力は徐々に上昇して設定値を越えると、これを検出
した圧力センサからの検出信号に基き、コントローラ２
３はガソリン用切換弁２２を閉鎖させてガソリン管路２
１を遮断するとともに、水素用切換弁１７を開放させて
合金タンク３とエンジンＥとの間を連通させる。

これにより、キャプレタ１８内において空気と混合され
た水素ガスがエンジン内に流入し、エンジンＥはガソリ
ンに代えて水素ガスによって駆動される。

前記水素ガスによるエンジンＥの駆動が続けられ、金属
水素化物が含有する水素の量が減少すると、これから放
出される水素ガスが少なくなり、合金タンク３内の圧力
も低下する。そして、合金タンク３内の圧力が設定値を
下回ると、これを検出した圧力センサ４からの検出信号
に基き、コントローラ２３は水素用及びガソリン用両切
換弁１７．２２に切換信号を出力し、これらの開閉状態
を逆にして水素管路１０を遮断するとともに、ガソリン
管路２１をエンジン已に連通させ、再度ガソリンにてエ
ンジンＥを駆動する。

なお、温水管路２及び分岐管路２ａ、２ｂ内において、
外的な理由により温水の温度が低下し、金属水素化物を
解離することが不可能になった場合にも、上記と同様に
合金タンク３内で水素ガス放出量の減少による圧力低下
が圧力センサ４にて検出され、エンジンＥは水素ガスに
代わりガソリンにて駆動される。

また、フォークリフトの通常運転時においては、第２図
に示すようにキャブシタ１８内のスロットル弁１９はア
クセルペダルの操作に基いて開放状態にあり、エンジン
Ｅ内のピストンの吸引作用により同スロットル弁１９の
上流及び下流はともに負圧下にある。このとき、開放状
態にあるいずれかの切換弁１７．２２側から供給される
水素ガス又はガソリンは空気と混合され、エンジンＥ内
に流入される。

そして、エンジンブレーキの操作等、エンジンＥの高速
回転時に急激なスロットル操作（アクセルペダルの操作
）が行われると、第３図に示すようにスロットル弁１９
は閉鎖され、同スロットル弁１９の下流側は負圧下に置
かれ、また上流側の内部圧力はほぼ大気圧に等しくなる
。この内部圧力はガソリン管路２１内のガソリンの圧力
と拮抗しているため、ガソリンがキャブシタ１８内に流
入することはない。ところが、水素ガスは気体の特性と
して同圧空間内において拡散するため、水素管路１０か
らキャプレタ１８内に進入し、スロットル弁１９の上流
及びエアクリーナ内に滞留する。そして、この滞留水素
ガスが逆火発生の原因となり、エンジンの出力低下や停
止等のトラブルを招来する。

上記したトラブルの発生を未然に防止すべく、負圧セン
サ２５は常にキャブシタ１８内におけるスロットル弁１
９上流側の圧力を監視し、その時々の圧力を検知して、
コントローラ２３にその検知信号を出力する。そして、
この圧力値が大気圧に近づくと、コントローラ２３は水
素用切換弁１７が開放状態にある時には、同水素用切換
弁１７を閉鎖させ、これを阻止手段として機能させて、
キャブシタ１８内に水素ガスが流入することを防止し、
逆火の原因を未然に排除する。

そして、エンジンブレーキの解除操作等によりスロット
ル弁１９が開放され、キャブシタ１８内のスロットル弁
１９上流側の圧力が負圧にまで低下すると、これを検出
した負圧センサ２５がらの信号に基きコントローラ２３
は水素用切換弁１７を開放位置に切換えて、エンジン已
に再度水素ガスの供給を開始させる。

上記したように、本実施例においてはエンジンＥを水素
ガス、ガソリンの併用式とし、合金タンク３内の水素ガ
スの量を監視しつつ、この量の所定値を越える減少に応
じて水素ガスに代えてガソリンをエンジンに供給し、水
素ガス不足に対応する構成とした。従って、水素ガス不
足によるエンジンＥの出力低下、停止が回避される。

また、第４図は逆火防止用のキャブレタ装置の第２の実
施例を示すものである。

この実施例ではキャブシタ１８内のスロットル弁１９よ
り上流側と下流側とを連結する迂回路２６を設け、この
迂回路２６の中流に形成した弁収容室２７内の阻止手段
としての調圧弁２８を常には押しバネＳにて助勢された
圧力検知手段としてのダイヤフラム２９の付勢力にて下
方の弁座３０を付勢して、迂回路２６を遮断する構成と
したものである。そして、キャブシタ１８内のスロット
ル弁１９より上流側の圧力が大気圧に近づくと、迂回路
２６内に進入した水素ガスの圧力により、調圧弁２８に
上方へ押圧する力が働き、ダイヤフラム２９が収縮され
て弁座３０が開放されて、スロットル弁１９の上流側と
下流側とがスロットル弁１９を介して連通される。これ
により、水素ガスはスロットル弁１９の上流側から迂回
路２６を介して下流側に流れたのち、エンジンＥ内に流
入する。

従って、水素ガスがキャブシタ１８内でスロットル弁１
９の上流側やエアクリーナ内に滞留することはなく、逆
火の発生が防止される。

上記のように構成すれば、キャプレタ１８内におけるス
ロットル弁１９の上流側での圧力は自動的に調整され、
負圧センサ２５を設ける必要がなく、制御系の簡略化を
図ることが可能となる。

なお、この発明は上記した実施例に限定されるものでは
なく、例えば、 ■合金タンク３に代えて水素ボンベを車両に直接搭載す
る。

■圧力センサ４の配置箇所を合金タンク３に限らず、水
素管路１０内における水素用切換弁１７より上流側の任
意の位置とする。

■常にはエンジンＥをガソリンにて駆動するようにして
、ガソリンタンク２０内のガソリンの量を検出する液面
センサを設け、この液面センサの検出値に応じてコント
ローラ２３が水素用及びガソリン用両切換弁１７．２２
の開閉を切換えて、エンジンＥに水素ガスを供給する構
成とする。なお、この構成では液面センサと併せて圧力
センサ４を使用して、両燃料の量を検出して、コントロ
ーラを作動させる構成としてもよい。

■金属水素化物を加熱する加熱媒体として、エンジンＥ
の排気ガスを使用する。この場合には、温水の循環路は
エンジンＥに連結することなく独立して設け、排気管路
１内を流れる排気ガスにて加熱されるボイラ内を通過さ
せることにより、循環路内を流れる温水が加熱される構
成とする。

■フォークリフトの以外にも他の産業車両、また産業車
両以外にも汎（一般の動力機器に応用する。

■逆火防止用キャプレタは水素ガソリン併用式エフ ンジンに限らず、水素エンジンに採用することも可能で
ある。

■負圧センサ２５、ダイヤフラム２９等の圧力検知手段
に代えて、スロットル弁１９の開閉位置を検知する検知
手段を設け、同スロットル弁１９が閉鎖したときに水素
ガスの空気供給側への流れを阻止する構成とする。

等、発明の趣旨から逸脱しない限りにおいて任意の変更
は熱論可能である。

〔効果〕

以上、詳述したように本願第１発明によれば、エンジン
の始動が遅れたり、稼動中にあってはエンジンの出力低
下や停止を回避して高い作業効率を維持することができ
、さらに本願第２発明においては上記併用式エンジンの
駆動装置において逆火防止に関して有効に利用されると
いう優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す流体系及び電気
系回路図、第２図は通常運転時におけるキャブレーク内
部の状態を示す路体説明図、第３図はスロットル操作時
におけるキャブレーク内部の状態を示す路体説明図、第
４図は第２の実施例を示す路体説明図である。 水素供給経路としての合金タンク３及び通過管路６及び
水素管路１０、検出手段としての圧力センサ４、阻止手
段としての電磁式切換弁１７、キャプレタ１Ｂ、ガソリ
ン供給経路としてのガソリンタンク２０及びガソリン管
路２１、判断手段及び選択連通手段としてのコントロー
ラ２３、圧力検知手段としての負圧センサ２５、阻止手
段としての調圧弁２８、圧力検知手段としてのダイヤフ
ラム２９、空気供給手段としての空気管路３１、エンジ
ンＥ０ 特許出願人　　株式会社　豊田自動織機製作所新日本製
鐵　株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンと、 前記エンジンに水素を供給すべく、同エンジンに対して
   接続された水素供給手段と、 前記エンジンに対しガソリンを供給すべく、このエンジ
   ンに対して接続されたガソリン供給手段と、 前記水素供給手段及びガソリン供給手段のうち、少なく
   ともいずれか一方の燃料の量を検出する検出手段と、 前記検出手段の検出値に基いて、該当燃料の量がエンジ
   ンの駆動必要値に達しているか否かを判断する判断手段
   と、 同判断手段の判断に基いて、エンジンに対する水素供給
   手段及びガソリン供給手段の連通関係を切換え、エンジ
   ンに水素及びガソリンを選択的に供給させる選択連通手
   段と を設けてなる水素及びガソリン併用式エンジンの駆動装
   置。 ２、水素を供給する水素供給手段と、 空気を供給する空気供給手段と、 水素と空気との混合気を燃焼室内で燃焼させて駆動する
   エンジンと、 スロットル操作によってスロットルバルブを開閉動作さ
   せ、混合気量を調節するキャブレタと、スロットルバル
   ブの開閉動作に基いて同バルブの上流側の圧力変動を検
   知する圧力検知手段と、圧力検知手段が上流側の圧力変
   動を検知した時、水素の空気供給手段側への流出を阻止
   する阻止手段と を備えた水素エンジンのキャブレタ装置。