JPH07197857A

JPH07197857A - 気体燃料エンジンの燃料供給装置

Info

Publication number: JPH07197857A
Application number: JP35300093A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Mamiya; 清孝間宮; Michihiro Imada; 道宏今田; Yasuo Yukitake; 康夫雪竹
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】エンジンストール後の再始動時に気体燃料制
御弁と下流側の遮断弁との間に溜まった高圧燃料により
オーバーリッチとなるのを防止する。【構成】ＭＨタンク１６₁〜１６_nと水素噴射弁１８を
連通する水素供給通路１７に水素制御弁１９を設け、水
素制御弁１９の上流にエンジン停止時に閉じる第１遮断
弁２０を、また、下流にエンジン停止時に閉じる第２遮
断弁２１を設ける。そして、イグニッションスイッチの
操作でエンジンが停止したとき、あるいはエンジンスト
ールが発生したときに第１遮断弁２０および第２遮断弁
２１を閉じ、水素制御弁１９はイグニッションスイッチ
ＯＦＦで閉じる。また、エンジン始動時には、エンジン
回転数が所定の始動判定回転数を越えたときに水素制御
弁１９と第２遮断弁２１を開き、水素制御弁１９と第２
遮断弁２１の間の圧力が設定値より低くなると第１遮断
弁を開く。

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によって作動するエンジンの開発が
行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば水素
を燃料とする水素エンジンの燃料供給装置は、燃料貯蔵
部として水素吸蔵合金を内蔵した水素吸蔵タンク（ＭＨ
タンクと呼ぶ。）を使用し、このＭＨタンクと燃料噴射
弁とを燃料供給通路によって連通し、この燃料供給通路
にその通路面積を調整して燃料供給量を制御する水素制
御弁を設け、また、エンジン停止時に燃料供給通路を完
全に遮断するよう水素制御弁の上流と下流にそれぞれ遮
断弁を設けて、これら遮断弁をイグニッションスイッチ
遮断時に閉じ、また、イグニッションスイッチ接続時で
もエンジンストール時には遮断弁を閉じるようにするこ
とが考えられている。このような燃料供給装置を備えた
エンジンにおいては、通常のエンジン停止時にはイグニ
ッションスイッチが切れることによって両遮断弁が閉
じ、同時に水素制御弁が閉じるが、例えば発進時にクラ
ッチミートの失敗等によってエンジンストールが発生し
たような場合には、水素制御弁は開いたままで遮断弁だ
けが閉じるため、水素制御弁上流の高圧の水素が下流に
流れて水素制御弁と下流側の遮断弁との間のデッドボリ
ュームに溜まり、これがエンジン再始動時に一気にエン
ジンの燃焼室内に供給されるため、オーバーリッチにな
って始動不良が発生する。

【０００４】本発明は上記問題点を解消するためのもの
であって、エンジンストール後の再始動時に気体燃料制
御弁と下流側の遮断弁との間に溜まった高圧の燃料が供
給されることにより空燃比オーバーリッチとなって始動
性が悪化するのを防止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、気体燃料貯溜部に貯溜した気
体燃料を気体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の気体燃料エンジンの燃料
供給装置であって、気体燃料噴射弁と気体燃料貯溜部と
を連通する燃料供給通路に、気体燃料貯溜部側から順
に、エンジン停止時に閉じる第１遮断弁と、該通路の通
路面積を調整し気体燃料供給量を制御する気体燃料制御
弁と、エンジン停止時に閉じる第２遮断弁とを設けると
ともに、気体燃料制御弁をエンジン停止時に閉じる制御
弁閉制御手段と、第１遮断弁および第２遮断弁をエンジ
ン停止時に閉じエンジン始動時に開くよう制御する遮断
弁制御手段と、気体燃料制御弁と第２遮断弁との間の燃
料圧力を検出する圧力検出手段と、エンジン始動時に圧
力検出手段により検出された燃料圧力が設定値以上かど
うかを判定する始動時圧力判定手段と、該圧力判定手段
の出力を受け、エンジン始動時に前記燃料圧力が前記設
定値以上の場合は遮断弁制御手段による第１遮断弁の開
作動を制限する第１遮断弁開制御制限手段を設けたこと
を特徴とする。

【０００６】上記構成は、特に、制御弁閉制御手段がイ
グニッションスイッチ遮断時に前記気体燃料制御弁を閉
じるものであり、遮断弁制御手段が、第１遮断弁および
第２遮断弁をイグニッションスイッチ遮断時に閉じると
ともにエンジン回転数が所定のエンジンストール判定回
転数以下の時に閉じるものであるである場合に適用する
のが有利である。

【０００７】

【作用】本発明によれば、エンジン運転時には第１遮断
弁および第２遮断弁が開かれて、気体燃料制御弁が要求
燃料供給量に応じて燃料供給通路の通路面積を調整し、
気体燃料貯溜部から供給される気体燃料はこの気体燃料
制御弁によって減圧された上、気体燃料噴射弁によりエ
ンジンに供給される。そして、イグニッションスイッチ
が遮断されエンジンが停止した時には、第１遮断弁およ
び第２遮断弁が閉じられ、同時に気体燃料制御弁が閉じ
られて、燃料供給通路が遮断され、エンジン始動時には
気体燃料制御弁が開かれるとともに第２制御弁が開か
れ、また、通常は気体燃料制御弁と第２遮断弁との間の
燃料圧力が設定値より低いので第１遮断弁も開かれる。
また、エンジンストールが発生した時には第１遮断弁お
よび第２遮断弁が閉じられ、その後のエンジン再始動時
には、まず第２遮断弁だけが開かれ、第１遮断弁は開作
動が制限されて、気体燃料制御弁と第２遮断弁との間の
燃料圧力が設定値より低くなった時に初めて第１遮断弁
が通常通り開かれる。

【０００８】エンジンストール発生時にはこのように第
１遮断弁と第２遮断弁は閉じるが、気体燃料制御弁は閉
じないので、第１遮断弁と気体燃料制御弁の間の高圧の
気体燃料が気体燃料制御弁と第２遮断弁との間のデッド
ボリュームに溜まる。しかし、エンジン再始動時には第
１遮断弁は閉じられたまま気体燃料制御弁下流の第２遮
断弁だけが開かれて、前記デッドボリュームに溜まって
いた気体燃料がまずエンジンの燃焼室内に抜かれ、次い
で、上流側の第１遮断弁が開かれて、通常の燃料供給が
開始されることになり、オーバーリッチとなるのが防止
される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１０】図１は本発明の一実施例の全体図である。
この実施例は水素を燃料とするロータリーエンジンに適
用されたものであって、図に１で示すロータリーエンジ
ンは、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
すよう構成されたものであって、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１１の上流に吸入空気量を検出する
エアフローセンサー１２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１
３に触媒コンバータ１４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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】図２は、上記水素噴射弁１８の詳細図であ
る。この水素噴射弁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させ、作動室４内に水素を噴射供
給する。

【００１６】図３は、吸気ポート６の開孔期間（ＩＰ）
と水素供給ポート８の開孔期間（ＨＰ）と水素噴射弁１
８の開弁期間（ＴＶ）を示している。水素噴射弁１８
は、バックファイア防止のため吸気下死点（ＢＤＣ）を
過ぎて吸気ポート６が完全に閉じた後で開かれ、圧縮上
死点（ＴＤＣ）になるまでに閉じられる。この間が水素
供給期間となる。

【００１７】図４は、上記水素制御弁１９の詳細図であ
る。この水素制御弁１９は、制御信号に応じて作動する
ステップモータ３７により駆動されるものであって、ケ
ーシング３８内を水平方向に移動可能な弁部材３９を備
え、この弁部材３９の基端部に上記ステップモータ３７
が連結されている。上記ケーシング３８には、燃料供給
通路１７の上流側および下流側にそれぞれ通じる入口通
路４０および出口通路４１と、これらを連通する弁孔４
２が形成され、また、上記弁部材３９の先端部にはテー
パー状周面を有する弁体３９ａが設けられ、この弁体３
９ａが上記弁孔４２に挿入された状態で、スプリング４
３により弁部材３９により閉弁方向（図の右方向）に付
勢されている。また、ケーシング３８には弁体３９ａを
迂回して入口通路４０と出口通路４１とを連通するバイ
パス通路４４が形成され、このバイパス通路４４にはニ
ードル状の開閉弁４５が設けられている。この開閉弁４
５は、スロットル弁下流の吸気負圧を導入する負圧応動
式のアクチュエータ４６に連結され、スロットル下流の
吸気負圧が所定値以上のときに開き、吸気負圧が所定値
より小さいときに閉じる。

【００１８】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。

【００１９】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が制御される。

【００２０】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、また、エンジン回転
数が所定のエンジンストール判定回転数以下となったと
きに第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。そして、エンジン始動時
には、スタータスイッチＯＮの信号が入り、かつ、エン
ジン回転数が所定の始動判定回転数を越えたときに水素
制御弁１９が開かれ、また第２遮断弁２１が開かれる。
また、第２の圧力センサー２３により水素制御弁１９と
第２遮断弁２１との間の圧力が検出され、その検出値が
設定値より低くなった時に第１遮断弁が開かれる。

【００２１】図５は上記実施例における第１遮断弁２０
および第２遮断弁２１の開閉制御を実行するフローチャ
ートである。

【００２２】このフローはＳ１〜Ｓ１２のステップから
なるもので、スタートし、Ｓ１でスタータスイッチ信号
がＯＮかどうかを見る。そして、スタータスイッチＯＮ
であれば、Ｓ２でエンジン回転数（Ｎｅ）が所定の始動
判定回転数（Ｎ₁）より高くなったかどうかを判定し、
ＮｅがＮ₁以下であればそのままリターンし、ＮｅがＮ₁
より高くなったらＳ３へ進む。そして、Ｓ３では第２遮
断弁２１（Ｖ₂）を開き、Ｓ４で水素制御弁１９と第２
遮断弁２１との間の圧力（Ｐ）が設定値（Ｐ₁）より低
くなっているどうかを判定して、ＰがＰ₁以上であれば
そのままリターンし、ＰがＰ₁より低ければＳ５で第１
遮断弁２０（Ｖ₁）を開く。

【００２３】また、Ｓ１でスタータスイッチＯＦＦのと
きは、Ｓ６でイグニッションスイッチ信号がＯＮかどう
かをみる。そして、イグニッションスイッチＯＮのとき
は、Ｓ７でエンジン回転数（Ｎｅ）が所定のエンスト判
定回転数（Ｎ₂）より高いかどうかを判定して、Ｎｅが
Ｎ₂より高いと、エンスト運転中ということで、Ｓ８で
第１遮断弁２０（Ｖ₁）を開き、Ｓ９で第２遮断弁２１
（Ｖ₂）を開く。また、ＮｅがＮ₁以下であれば、エンジ
ンストールということで、Ｓ１１で第１遮断弁２０（Ｖ
₁）を閉じ、Ｓ１２で第２遮断弁２１（Ｖ₂）を閉じる。

【００２４】なお、上記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。

【００２５】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。

【００２６】

【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、エンジンストール後の
再始動時等に気体燃料制御弁と下流側の遮断弁との間に
溜まった高圧の燃料が供給されることによってオーバー
リッチとなり始動性等が悪化するのを防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体図

【図２】本発明の一実施例における水素噴射弁の詳細図

【図３】本発明の一実施例における吸気ポートおよび水
素供給ポートの開口期間と水素噴射弁の開弁期間を示す
タイミング図

【図４】本発明の一実施例における水素制御弁の詳細図

【図５】本発明の一実施例における遮断弁制御のフロー
チャート

【符号の説明】

１ロータリーエンジン８水素供給ポート１６水素貯蔵部１６₁〜１６_n ＭＨタンク１７水素供給通路１８水素噴射弁１９水素制御弁２０第１遮断弁２１第２遮断弁２２第１の圧力センサー２３第２の圧力センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体燃料貯溜部に貯溜した気体燃料を気
体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
燃料噴射弁と前記気体燃料貯溜部とを連通する燃料供給
通路に、前記気体燃料貯溜部側から順に、エンジン停止
時に閉じる第１遮断弁と、該通路の通路面積を調整し気
体燃料供給量を制御する気体燃料制御弁と、エンジン停
止時に閉じる第２遮断弁とを設けるとともに、前記気体
燃料制御弁をエンジン停止時に閉じる制御弁閉制御手段
と、前記第１遮断弁および前記第２遮断弁をエンジン停
止時に閉じエンジン始動時に開くよう制御する遮断弁制
御手段と、前記気体燃料制御弁と前記第２遮断弁との間
の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、エンジン始動時
に前記圧力検出手段により検出された燃料圧力が設定値
以上かどうかを判定する始動時圧力判定手段と、該圧力
判定手段の出力を受け、エンジン始動時に前記燃料圧力
が前記設定値以上の場合は前記遮断弁制御手段による前
記第１遮断弁の開作動を制限する第１遮断弁開制御制限
手段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】前記制御弁閉制御手段はイグニッション
スイッチ遮断時に前記気体燃料制御弁を閉じるものであ
り、前記遮断弁制御手段は前記第１遮断弁および前記第
２遮断弁をイグニッションスイッチ遮断時に閉じるとと
もにエンジン回転数が所定のエンジンストール判定回転
数以下の時に閉じるものである請求項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。