JPH07197822A

JPH07197822A - 気体燃料エンジンの燃料供給装置

Info

Publication number: JPH07197822A
Application number: JP5353001A
Authority: JP
Inventors: Toru Shiraishi; 徹白石; Hiroyasu Uchida; 浩康内田; Eiji Takano; 栄二高野; Takashi Kasai; 貴司笠井
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】気体燃料エンジンにおいてエアの吹き抜けを
増大させることなく燃料の応答性を向上させる。【構成】水素貯溜部１６と吸気行程の作動室４とを上
記水素制御弁１９を迂回して連通するよう補助通路５１
を設け、その補助通路５１に補助制御弁５２を配置す
る。そして、補助制御弁５２の出口側（Ａ）は燃料噴射
弁１８の上流側に接続する。補助制御弁５２の出口側は
燃料噴射弁１８の下流側通路３５に接続してもよく
（Ｂ）、あるいは高吸気量領域用の補助吸気ポート６Ａ
に接続してもよい（Ｃ）。【効果】補助制御弁をコンパクトにしてエンジン本体
に近付けることにより燃料の応答性を高めることがで
き、また、既存の通路あるいはポートを利用して補助燃
料を供給することでエアの吹き抜け増大を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は気体燃料エンジンの燃料
供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば特開平４−２６２０５
１号公報に記載されているようにガソリン代替燃料とし
て水素等の気体燃料を使用したロータリーエンジンであ
って、気体燃料を作動室内に直接供給するようにしたも
のが知られている。このように、水素等を作動室内に直
接供給する場合の燃料供給装置は、例えばロータリーエ
ンジンでは、ロータハウジングに燃料供給ポートを設
け、この燃料供給ポートの上流にエンジン回転に同期し
て開閉する燃料噴射弁を設け、気体燃料貯蔵タンクと燃
料噴射弁とを連通する燃料通路に通路面積を調整して燃
料流量を制御する燃料制御弁を設けるのが普通である。
この場合、燃料供給のタイミングは燃料噴射弁により決
定され、燃料供給量は燃料制御弁により制御される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】気体燃料エンジンの燃
料供給装置を上記のように構成した場合に、例えば水素
エンジンでは要求燃料流量が大きいために燃料制御弁が
大きくなり、したがって、燃料制御弁は作動室に近接さ
せてエンジン本体側に直付けするということが困難で、
エンジン本体からかなり離れた位置に設置される場合が
多く、そのような場合には燃料制御弁下流の通路が長く
なるために応答性が悪くなり、また、制御精度も不十分
となる。そのため、加速時に燃料の追従性が十分でなく
なり、また、アイドル軽負荷時の微少な制御の精度が十
分でなくなるといった問題が生じていた。そこで、上記
燃料制御弁を迂回して作動室内に気体燃料を供給するよ
う補助燃料通路を設け、この補助燃料通路にエンジン作
動室に近接した配置で補助燃料制御弁を設けて、この補
助燃料制御弁により微少流量の制御を行うことで加速時
等の応答性を向上させ、また、低回転時の制御精度を向
上させるよう構成することが考えられる。しかしなが
ら、このような補助燃料制御弁を設ける場合に、補助燃
料供給ポートを新たに設けたのでは、例えばロータリエ
ンジンの場合に隣接する作動室へのエアの吹き抜けが増
大し、充填効率の低下を招いたり、次行程の作動室内に
燃料が漏れてノッキングが発生するといった問題が生じ
る。

【０００４】本発明はこのような問題点を解消するため
のものであって、補助燃料供給ポートのようなエアの吹
き抜けを増大させる手段を用いることなく燃料制御の応
答性および制御精度を向上させることのできる気体燃料
エンジンの燃料供給装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る気体燃料エ
ンジンの燃料供給装置は、気体燃料貯溜部とエンジン作
動室とを連通する燃料通路に燃料流量を制御する燃料制
御弁を備え該燃料制御弁により流量制御した気体燃料を
燃料噴射弁により所定タイミングでエンジンに供給する
水素エンジン等気体燃料エンジンの燃料供給装置であっ
て、気体燃料貯溜部とエンジン作動室とを燃料制御弁を
迂回して連通するよう作動室側連通部を燃料通路若しく
はエンジン作動室に開口する他の通路に接続した補助燃
料通路を形成し、該補助燃料通路に前記燃料制御弁より
もエンジン作動室に近接させた配置で補助燃料制御弁を
設けたことを特徴とする。

【０００６】前記補助燃料通路は、作動室側連通部を燃
料噴射弁の上流で前記燃料通路に接続したものとするこ
とができる。

【０００７】また、前記補助燃料通路は、作動室側連通
部を燃料噴射弁の下流で前記燃料通路に接続したものと
することもできる。

【０００８】また、前記補助燃料通路は、作動室側連通
部を高吸気量領域で使用する補助吸気ポートに接続した
ものとすることもできる。

【０００９】前記補助燃料制御弁は、加速時に作動させ
るものとすることができる。

【００１０】また、特に、補助燃料通路が高吸気量領域
で使用する補助吸気ポートに接続されたものである場合
には、前記補助燃料制御弁は低回転時に作動させるもの
とするのがよい。

【００１１】

【作用】本発明によれば、気体燃料貯溜部から供給され
る水素等の気体燃料は燃料制御弁によって流量制御さ
れ、燃料噴射弁により所定タイミングでエンジン作動室
内に供給される。また、それとは別に、気体燃料貯溜部
の気体燃料は補助燃料通路に流れ、加速時等に補助燃料
制御弁により前記燃料通路若しくは他の通路を介してエ
ンジン作動室に供給される。この場合、補助燃料制御弁
は比較的少量の燃料を制御するものであって、コンパク
トに形成できるため、レイアウトの自由度が大きく、エ
ンジン作動室に十分近接した配置とできる。したがっ
て、主通路側から供給する燃料に加えて要求燃料供給量
の一部をこの補助燃料制御弁から供給することにより、
応答性の良い、また精度の高い燃料制御が行える。ま
た、加速時等にこの補助燃料制御弁により供給される気
体燃料は既設の通路を介してエンジン作動室に供給され
るものであって、専用のポートが設けられるわけではな
い。そのため、作動室間のエアの吹き抜けを増大させる
ことがない。

【００１２】また、前記補助燃料通路が燃料噴射弁の上
流で主通路側に接続されたものである場合には、この燃
料噴射弁の上流というのはエンジン作動室の圧力変動の
影響を受けないため、補助燃料制御弁による燃料流量の
制御は安定性に優れたものとなり、微少量の制御が可能
で、急加速時等の燃料補正が容易となる。

【００１３】また、前記補助燃料通路が燃料噴射弁の下
流で主通路側に接続されたものである場合には、燃料噴
射弁の開弁タイミングに関係なく追加的に補助燃料を供
給することができ、よって、加速増量等を行う場合のタ
イミングの自由度が大きくなり、より応答性の高い制御
を実現できる。また、主通路側からの気体燃料の供給は
バックファイアを防止しまた充填効率の低下を防止する
ために吸気ポートが閉じた後で行うのが普通であるが、
部分負荷時にはむしろ吸気ポートが開いてエアが流入し
ている時に気体燃料を導入することによってミキシング
を促進し、空気過剰率の大きいリーン状態で運転できる
ようにすることがＮＯｘ低減のために有利であり、燃費
改善のためにも有利である。補助燃料を燃料噴射弁のタ
イミングに関係なく設定することによってこれが可能と
なる。

【００１４】また、前記補助燃料通路が高吸気量領域で
使用する既存の補助吸気ポートに接続されたものである
場合には、吸気行程初期の筒内圧が低い段階から燃料を
供給することができ、そのため燃料圧力の設定を低くす
ることができ、配管設計の簡素化が可能となる。また、
この場合も、前記補助吸気ポートは低回転時には使用し
ないものであるので、低吸気量領域等においてミキシン
グ改善の効果が得られる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１６】図１は本発明の一実施例のエンジンの燃料
供給系の基本構成を示すシステム図である。図におい
て、１は水素を燃料とするロータリーエンジンであっ
て、ペリトロコイド曲線を内周面とするロータハウジン
グ２内に三葉の内包絡面を有するロータ３が配置され、
ロータハウジング２の内周面とロータ３の外周面とロー
タハウジング２の両側面に配置されたサイドハウジング
（図示せず）とによって三つの作動室４が形成され、ロ
ータ３の回転に伴いこれら作動室４が位相差をもって容
積変化して吸気，圧縮，膨張，排気の各行程を行い、エ
キセントリックシャフト５からその出力を取り出すよう
構成され、下死点側短軸部を挟んで吸気行程側作動室に
吸気ポート６が、排気行程側作動室に排気ポート７がそ
れぞれ設けられ、また、吸気行程側作動室には吸気ポー
ト６のリーディング側に隣接する位置に独立して水素供
給ポート８が設けられている。そして、吸気ポート６に
はエアクリーナ９に連通する吸気通路１０が接続され、
該吸気通路１０には、吸入空気量を調整する電気駆動式
のスロットル弁１１が設けられ、また、スロットル弁１
１の上流に吸入空気量を検出するエアフローセンサー１
２が設けられている。また、排気ポート７には排気通路
１３が接続され、その排気通路１３に触媒コンバータ１
４が設けられ、また、触媒コンバータ１４の入口側に排
気ガス中の酸素濃度によってエンジンの空燃比を検出す
るＯ₂センサー１５が設けられている。

【００１７】水素供給ポート８には、複数のＭＨタンク
１６₁〜１６_nからなる水素貯溜部１６から水素を導く水
素供給通路１７が接続され、この水素供給通路１７と水
素供給ポート８との接続部にはエンジン回転に同期して
水素を噴射するよう構成された水素噴射弁１８が設置さ
れている。また、上記水素供給通路１７には該通路１７
の通路面積を調整し気体燃料供給量を制御する電気式の
水素制御弁１９が設けられ、水素制御弁１９と水素貯蔵
部１６の間にはエンジン作動時に開きエンジン停止時に
閉じる第１遮断弁２０が、水素制御弁１９と水素噴射弁
１８の間にはエンジン停止時に閉じる第２遮断弁２１が
それぞれ設けられている。また、水素供給通路１７に
は、水素貯蔵部１６と第１遮断弁２０の間に第１の圧力
センサー２２が設けられ、水素制御弁１９と第２遮断弁
２２の間に第２の圧力センサー２３が設けられている。

【００１８】上記水素貯溜部１６は複数のＭＨタンク１
６₁〜１６_nを並列に配置したものであって、各ＭＨタン
ク１６₁〜１６_nは、それぞれ水素吸蔵合金（例えば、Ｔ
ｉＦｅ，ＬａＮｉ，ＴｉＭｎ₁₅，ＭｍＮｉＣｒ，ＭｍＮ
ｉ₅）を内蔵し、それぞれ一定温度以上で水素を放出し
所定の水素吐出圧力が得られるものとされている。

【００１９】各ＭＨタンク１６₁〜１６_nには熱媒体とし
てエンジン冷却水が循環される。すなわち、エンジン冷
却系に接続された熱媒通路２４が設けられ、該熱媒通路
２４が各ＭＨタンク１６₁〜１６_nを循環するよう熱媒経
路が構成されている。そして、熱媒通路２４のエンジン
冷却系からの取り出し位置に近い上流部にはエンジン冷
却水を循環させる熱媒ポンプ２５が設置されている。ま
た、エンジン冷却系を迂回してＭＨタンク１６₁〜１６_n
に熱媒を循環させるよう熱媒通路２４の上流部と下流部
を連通するバイパス通路２６が設けられ、該バイパス通
路２６と熱媒通路２４上流部との接続位置にはエンジン
冷却系からの熱媒とエンジン冷却系を迂回する熱媒との
混合割合を調整して熱媒温度を所定値（例えば４０゜
Ｃ）に保つサーモバルブ２７が設けられている。

【００２０】図において、２８はエンジンコントロール
ユニットである。このエンジンコントロールユニット２
８には、図示しない回転センサーからエンジン回転信号
が制御情報として入力され、エアフローセンサー１２か
ら吸入空気量信号信号が入力され、Ｏ₂センサー１５か
ら空燃比信号が入力され、第１および第２の圧力センサ
ーからガス圧信号がそれぞれ入力され、また、そのほ
か、スタータスイッチ信号，イグニッションスイッチ信
号，アクセルセンサー２９からのアクセル開度信号等が
入力される。そして、これら情報に基づいてスロットル
弁１１の制御が行われ、水素制御弁１９の制御が行わ
れ、第１遮断弁２０および第２遮断弁２１の制御が行わ
れ、また、熱媒ポンプ２５の制御が行われる。

【００２１】エンジン運転時には第１遮断弁２０および
第２遮断弁２１が開かれ、ＭＨタンク１６₁〜１６_nから
出た水素は水素制御弁１９により通路面積が制御される
水素供給通路１７を介して供給され、水素噴射弁１８に
よりエンジン回転に同期して水素供給ポート８に噴射さ
れ、上記タイミングでエンジン１の作動室４に供給され
る。また、空気はエアクリーナ９を経て吸気通路１０に
導入され、エンジンコントロールユニット２８からの開
度信号に応じて開閉する電気式のスロットル弁１１を介
して吸気ポート６に導かれ、所定のタイミングで作動室
４に供給される。水素制御弁１９の制御では、アクセル
開度，エンジン回転数，第１遮断弁２０の上流の圧力を
検出する上記第１の圧力センサー２２の検出値等に応じ
てステップモータ３７が制御され、それにより開弁量が
制御される。

【００２２】また、エンジン停止時には、イグニッショ
ンスイッチＯＦＦの信号を受けて第１遮断弁２０および
第２遮断弁２１が閉じられ、水素制御弁１９も閉じられ
る。

【００２３】図２は、この実施例の要部を示す部分構造
図である。この実施例では、水素貯溜部１６と吸気行程
の作動室４とを上記水素制御弁１９を迂回して連通する
よう補助通路５１が設けられ、その補助通路５１に補助
制御弁５２が配置されている。また、この実施例では、
補助通路５１は、補助制御弁５２の出口側（作動室側連
通部）が図に実線Ａで示すように燃料噴射弁１８の上流
側に接続されている。

【００２４】水素噴射弁１８は、ポペット弁３１により
構成され、エキセントリックシャフト５により同期駆動
される噴射弁駆動用カムシャフト３２のカム３３により
開閉駆動されて、水素供給通路１７側に連通する上流側
通路３４と水素供給ポート８に連通する下流側通路３５
を所定のタイミングで連通するよう構成されたものであ
る。また、補助制御弁５２は電磁ソレノイド弁により構
成されたものであって、エンジンコントロールユニット
２８により開弁量が制御され加速時の増量燃料を供給す
る。補助通路５の作動室側連通部はこの水素噴射弁１８
の上流側通路３４に接続されている。

【００２５】この実施例において、水素貯溜部１６から
供給される水素は、水素制御弁１９によって流量制御さ
れ水素噴射弁１８により所定タイミングでエンジン作動
室４内に供給されるとともに、加速時等においては補助
制御弁５２により制御されて燃料噴射弁１８の上流に供
給される。

【００２６】補助制御弁５２は水素制御弁１９に比べて
コンパクトなもので、制御性を高めるよう作動室４に十
分近接して配置される。

【００２７】また、本発明の他の実施例として、補助制
御弁５２の出口側を図に一点鎖線Ｂで示すように燃料噴
射弁１８の下流側通路３５に接続することもできる。こ
の場合には、加速時等において燃料噴射弁の開弁タイミ
ングに関係なく燃料増量を行うことができ、また、部分
負荷時に吸気ポートから流入するエアとのミキシングを
促進してリーン限界を上げＮＯｘ低減および燃費改善を
図るようにできる。

【００２８】また、本発明の更に他の実施例として、補
助制御弁５２の出口側を図に一点鎖線Ｃで示すように高
吸気量領域用の補助吸気ポート６Ａに接続することもで
きる。この場合には、筒内圧が低い段階で補助燃料を供
給することができるため燃料圧力の設定を低くすること
ができ、配管設計の簡素化が可能となる。また、補助吸
気ポート６Ａからエアが流入しない常用域において補助
通路５１から水素を供給することで、吸気ポート６から
のエアとのミキシングを改善することができる。

【００２９】なお、以上の実施例では水素を燃料とする
ロータリーエンジンに適用したものを説明したが、本発
明はその他の水素エンジンにも適用できる。

【００３０】また、本発明は、水素以外の気体燃料を使
用するエンジンにも適用できるものである。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、気体燃料エンジンにおいて補助制御弁をコンパクト
にしてエンジン本体に近付けることにより燃料の応答性
および制御精度を高めることができ、また、既存の通路
あるいはポートを利用して補助燃料を供給することでエ
アの吹き抜け増大を防止することができる。

【００３２】また、補助燃料通路を燃料噴射弁の上流に
接続することにより、筒内圧の変動の影響を受けない精
度の高い燃料制御を行うことが可能となる。

【００３３】また、補助燃料通路を燃料噴射弁の下流に
接続することにより、補助燃料の供給タイミングを任意
に設定して応答性を一層向上させ、また、ミキシングを
改善してエミッションおよび燃費を改善することができ
る。

【００３４】また、補助燃料通路を既存の補助吸気ポー
トに接続して筒内圧の低い段階での気体燃料の供給を可
能とし燃料配管の簡素化を図るようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のエンジンの燃料供給系の基本
構成を示すシステム図

【図２】本発明の実施例の要部を示す部分構造図

【符号の説明】

１ロータリーエンジン６吸気ポート６Ａ補助吸気ポート８水素供給ポート１６水素貯蔵部１７水素供給通路１８水素噴射弁１９水素制御弁５１補助通路５２補助制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｍ 21/02 ＧＳ (72)発明者笠井貴司広島県安芸郡府中町新地３番１号株式会社マツダエンジニアリング内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体燃料貯溜部とエンジン作動室とを連
通する燃料通路に燃料流量を制御する燃料制御弁を備え
該燃料制御弁により流量制御した気体燃料を燃料噴射弁
により所定タイミングでエンジンに供給する気体燃料エ
ンジンの燃料供給装置であって、前記気体燃料貯溜部と
前記エンジン作動室とを前記燃料制御弁を迂回して連通
するよう作動室側連通部を前記燃料通路若しくは前記エ
ンジン作動室に開口する他の通路に接続した補助燃料通
路を形成し、該補助燃料通路に前記燃料制御弁よりもエ
ンジン作動室に近接させた配置で補助燃料制御弁を設け
たことを特徴とする気体燃料エンジンの燃料供給装置。
【請求項２】前記補助燃料通路は、作動室側連通部を
前記燃料噴射弁の上流で前記燃料通路に接続したもので
ある請求項１記載の気体燃料エンジンの燃料供給装置。
【請求項３】前記補助燃料通路は、作動室側連通部を
前記燃料噴射弁の下流で前記燃料通路に接続したもので
ある請求項１記載の気体燃料エンジンの燃料供給装置。
【請求項４】前記補助燃料通路は、作動室側連通部を
高吸気量領域で使用する補助吸気ポートに接続したもの
である請求項１記載の気体燃料エンジンの燃料供給装
置。
【請求項５】前記補助燃料制御弁を加速時に作動させ
るものとした請求項１記載の気体燃料エンジンの燃料供
給装置。
【請求項６】前記補助燃料制御弁を低回転時に作動さ
せるものとした請求項４記載の気体燃料エンジンの燃料
供給装置。
【請求項７】前記気体燃料が水素である請求項１記載
の気体燃料エンジンの燃料供給装置。