ガス燃料内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、水素を燃料として運転可能な水素内燃機関の制御装置に関し、システムのエネルギ効率の向上を図り、航続距離を延ばすことのできるガス燃料内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関において、燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および／または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、を備える。
【解決手段】ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関において、燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および／または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガス燃料内燃機関の制御装置に関し、特に、水素を燃料として運転可能な水素内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００５−２９９５２５号公報に開示されるように、内燃機関の吸気ポートに配置されたガソリン燃料噴射弁と、吸気ポートおよび筒内にそれぞれ配置された水素燃料噴射弁とを備え、内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射手段を選択する内燃機関の制御装置が知られている。この装置によれば、より具体的には、内燃機関の運転状態が高負荷時、或いは加速時には、吸気ポートのガソリン噴射に加えて、筒内の水素噴射が併用される。水素ガスを燃料として用いると、燃焼速度がガソリンの場合に比して格段に速くなる。このため、ガソリンと共に水素ガスを供給することにより燃焼状態を改善させることができ、安定したリーンバーン運転を実現できる空気過剰率の限界を大幅に高めることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９９５２５号公報
【特許文献２】特開２００４−３４６８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水素ガスのポート噴射は噴射圧力が低い。このため、水素ガスを高圧に増圧することなく、ポート噴射によるリーンバーン運転を実現することができる。しかしながら、ポート噴射は高負荷域での実現が難しい。つまり、高負荷域では、出力を得るために燃料である水素ガスを増量せざるを得ないが、吸入できる空気量には限界がある。このため、高負荷域にポート噴射を行うと、水素量に対して吸入空気量が不足し、内燃機関の効率が低下することとなる。
【０００５】
そこで、かかる場合においては水素ガスの筒内噴射が好適である。筒内噴射では水素ガスが燃焼室内に直接噴射される。このため、水素ガスの拡散燃焼を行うことができ、高負荷要求にも対応することができる。しかしながら、筒内噴射を行うためは、圧縮ＴＤＣ付近でも十分に噴射できる高圧の水素ガスが必要となる。水素ガスの増圧には多量のエネルギが消費されてしまう。このため、かかるエネルギをできるだけ抑制し、システムのエネルギ効率の向上を図ることが望まれていた。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、システムのエネルギ効率の向上を図り、航続距離を延ばすことのできるガス燃料内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関の制御装置であって、
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、
ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、
前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、
前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および／または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、ガス燃料として、水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または２の発明において、
前記複数のタンクの貯蔵圧力を比較する圧力比較手段を更に備え、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には、前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクに比して高圧のタンクを選択することを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１または２の発明において、
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクと、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクとの両方が含まれる場合には、前記筒内噴射弁および前記ポート噴射弁を使用する併用モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンク、前記ポート噴射弁には前記低圧タンクをそれぞれ選択することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１または２の発明において、
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクのみが含まれる場合には、前記筒内噴射弁のみを使用する筒内噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンクの何れか１つを選択することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１または２の発明において、
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクのみが含まれる場合には、前記ポート噴射弁のみを使用するポート噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記ポート噴射弁には前記低圧タンクの何れか１つを選択することを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第４乃至６の何れか１つの発明において、
前記所定値は、圧縮ＴＤＣ付近において燃焼室内にガス燃料を噴射することのできる圧力値であることを特徴とする。
【００１４】
また、第８の発明は、第１乃至７の何れか１つの発明において、
前記複数のタンクを互いに連通させる充填流路と、
前記充填流路を介して、前記タンク内のガス燃料を他のタンクへ充填する充填手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第９の発明は、第８の発明において、
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置と、
前記タンクから前記ポート噴射弁にガス燃料を供給する供給流路に配置されたエアモータと、を備え、
前記エアモータは、前記供給流路を流れるガス燃料の圧力エネルギにより、前記加圧装置に動力を供給することを特徴とする。
【００１６】
また、第１０の発明は、第８の発明において、
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置を備え、
前記内燃機関の動力により、前記加圧装置を駆動することを特徴とする。
【００１７】
また、第１１の発明は、第１０の発明において、
前記内燃機関を搭載した移動体において、
前記充填手段は、
前記移動体の惰行時或いは減速時に、前記加圧装置を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関において、ガス燃料が貯蔵されたタンクを複数備える場合に、タンクの貯蔵圧力に基づいて、筒内噴射弁およびポート噴射弁に使用するガス燃料の供給源を選択することができる。筒内噴射弁には高圧のガス燃料を供給する必要があるのに対し、ポート噴射弁は低圧のガス燃料でよい。このため、本発明によれば、タンクの貯蔵圧力に基づいて、筒内噴射弁およびポート噴射弁に供給するガス燃料のタンクをそれぞれ選択することにより、タンクの貯蔵圧力を有効に利用しシステムのエネルギ効率の向上を図ると共に、航続距離を延ばすことができる。
【００１９】
第２の発明によれば、ガス燃料に水素ガスを使用する水素内燃機関により本発明を実行することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、複数のタンクの貯蔵圧力が比較され、貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料がポート噴射弁に使用され、貯蔵圧力の高いタンクのガス燃料が筒内噴射弁に使用される。筒内噴射弁を使用した燃料噴射においては、高圧のガス燃料が必要であるのに対し、ポート噴射弁を使用した燃料噴射においては、低圧のガス燃料でも十分噴射可能である。このため、ポート噴射に低圧のタンクのガス燃料を使用することで、高圧のタンクを筒内噴射のために温存することができる。したがって、本発明によれば、筒内噴射のために別途ポンプ等の加圧装置を駆動する機会を減少させ、システムのエネルギ効率の向上を図ることができる。
【００２１】
第４の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクに高圧タンクと低圧タンクとを含む場合には、高圧タンクが筒内噴射に使用され、低圧タンクがポート噴射に使用される。このため、本発明によれば、筒内噴射のために別途ポンプ等の加圧装置を駆動する機会を減少させ、システムのエネルギ効率の向上を図ることができる。
【００２２】
第５の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクがすべて高圧タンクである場合には、高圧タンクによる筒内噴射のみが行われる。筒内噴射は燃焼室に直接燃料が噴射されるため、ポート噴射に比して燃焼期間の短縮による燃焼改善が見込まれる。また、高圧タンクによるガス燃料の供給により、筒内噴射に必要な高圧エネルギを確保することができる。このため、本発明によれば、高圧タンクによる筒内噴射のみが行われることで、高圧タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、燃焼改善により燃費の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００２３】
第６の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクがすべて低圧タンクである場合には、低圧タンクによるポート噴射のみが行われる。低圧タンクの貯蔵圧力では、筒内噴射を行うことができない。このため、本発明によれば、低圧タンクによるポート噴射のみが行われることで、別途加圧装置を使用せずに利用可能な燃料量を増量し、航続距離を延ばすことができる。
【００２４】
第７の発明によれば、所定値は圧縮ＴＤＣ付近でも十分に燃焼室内にガス燃料を噴射できる圧力値に設定される。このため、本発明によれば、かかる所定値を高圧タンクおよび低圧タンクの閾値にすることで、タンクの貯蔵圧力のみによって、筒内噴射を行うことができるか否かを判断することができる。
【００２５】
第８の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクにおいて、タンクを互いに連通させる充填流路を介して、タンクのガス燃料を他のタンクに充填することができる。筒内噴射弁には高圧のガス燃料を供給する必要があるのに対し、ポート噴射弁は低圧のガス燃料でよい。このため、本発明によれば、筒内噴射を行うことのできるガス燃料の量を増量することができる。また、タンクのガス燃焼が消費され、貯蔵圧力がポート噴射を行うことのできない圧力まで低下した場合であっても、残りのガス燃料を他のタンクに充填することにより、ガス燃料を有効に利用し、航続距離を延ばすことができる。
【００２６】
第９の発明によれば、充填流路を介して貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料を貯蔵圧力の高いタンクに充填するために、充填流路を加圧する加圧装置が使用される。加圧装置は、ポート噴射弁に供給されるガス燃料の圧力エネルギに基づいて回転運動を行うエアモータによって駆動される。このため、本発明によれば、ガス燃料の圧力エネルギを有効に利用して、ガス燃料のタンクへの充填を行うことができる。
【００２７】
第１０の発明によれば、充填流路を介して貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料を貯蔵圧力の高いタンクに充填するために、充填流路を加圧する加圧装置が使用される。加圧装置は、内燃機関の動力に基づいて駆動される。このため、本発明によれば、内燃機関の動力を有効に利用して、ガス燃料のタンクへの充填を行うことができる。
【００２８】
第１１の発明によれば、充填流路を介して貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料を貯蔵圧力の高いタンクに充填するために、充填流路を加圧する加圧装置が使用される。加圧装置の駆動には、移動体の惰行時或いは減速時における内燃機関の動力が使用される。このため、本発明によれば、系の外部に放出されるエネルギを回生エネルギとして有効に利用して、ガス燃料のタンクへの充填を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３０】
実施の形態１．
［ハードウェア構成］
図１は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態の装置が備えるガス燃料内燃機関１０は、ガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。当該水素エンジン１０は、内部にピストン１２が配置されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４に組み付けられたシリンダヘッド１６を備えている。シリンダブロック１４およびシリンダヘッド１６の内壁とピストン１２の上面とで囲まれる空間は、燃焼室１８を形成している。尚、図１では一つの燃焼室１８のみを示しているが、水素エンジン１０は複数の燃焼室１８を有する多気筒エンジンとして構成されている。燃焼室１８には、空気を燃焼室１８内に導入するための吸気ポート２０、および燃焼室１８内の燃焼ガスを排出するための排気ポート２２が連通している。また、燃焼室１８内には点火プラグ２４が配置されている。
【００３１】
本発明の実施の形態の装置は、水素ガスを高圧で貯蔵するための水素貯蔵タンク（以下、単に「タンク」とも称す）１、２を備えている。また、タンク１、２には、それぞれ水素供給配管３４ａ、３４ｂ（以下、特にこれらを区別しない場合には、単に「水素供給配管３４」と称す）が連通している。さらに、タンク１、２には、それぞれタンクの貯蔵圧力を検出する圧力センサ３２ａ、３２ｂ（以下、特にこれらを区別しない場合には、単に「圧力センサ３２」と称す）が設けられている。
【００３２】
水素供給配管３４ａは、分岐点３６ａで分岐された後にそれぞれ燃焼室に配置された筒内噴射弁３８と吸気ポートに配置されたポート噴射弁４０に連通している。また、水素供給配管３４ａには、分岐点３６ａと筒内噴射弁３８との間、および分岐点３６ａとポート噴射弁４０との間にシャットバルブ４２ａ、４４ａがそれぞれ配置されている。
【００３３】
一方、水素供給配管３４ｂは、分岐点３６ｂで分岐された後にそれぞれ筒内噴射弁３８およびポート噴射弁４０に連通している。また、水素供給配管３４ｂには、分岐点３６ｂと筒内噴射弁３８との間、および分岐点３６ｂとポート噴射弁４０との間にシャットバルブ４２ｂ、４４ｂが配置されている。したがって、シャットバルブ４２ａ、４４ａ、４２ｂ、４４ｂの開閉制御を行うことにより、タンク１或いは２と、筒内噴射弁３８或いはポート噴射弁４０との連通状態を制御することができる。
【００３４】
また、水素供給配管３４のシャットバルブ４２ａ、４２ｂの下流には、高圧レギュレータ４６が配置されている。高圧レギュレータ４６は、水素ガスを貯蔵圧力から圧縮ＴＤＣ付近でも十分に噴射できる範囲の噴射圧力に減圧する。また、水素供給配管３４のシャットバルブ４４ａ、４４ｂの下流には、低圧レギュレータ４８が配置されている。吸気ポート２０内の圧力は燃焼室１８に比して低い。このため、低圧レギュレータ４８は、筒内噴射圧力よりも低い圧力に減圧される。
【００３５】
本発明の実施の形態の装置は、図１に示すとおり、ECU(Electronic Control Unit)７０を備えている。ECU７０の出力部には、上述した筒内噴射弁３８、ポート噴射弁４０、およびシャットバルブ４２ａ、４４ａ、４２ｂ、４４ｂ等の種々の機器が接続されている。また、ECU７０の入力部には、上述した圧力センサ３２の他、水素エンジン１０の運転状態を把握すべく、スロットル開度、機関回転数、吸入空気量などを検出するための各種センサ（図示せず）が接続されている。ECU７０は、各センサの出力に基づいて、所定の制御プログラムに従って各機器を駆動する。
【００３６】
［実施の形態１の動作］
次に、本実施の形態１の動作について説明する。本実施の形態の水素エンジン１０は、内燃機関の燃料として水素ガスを使用する。水素ガスはその可燃範囲が体積割合で４〜７５％とかなり広く、空気過剰率λが４以上程度の極めて薄い混合気でも十分に燃焼させることができる。このため、水素を内燃機関の燃料として利用する場合には、極めてリーンな空燃比でも動力を取り出すことができ、いわゆる超リーンバーン運転が可能となる。
【００３７】
超リーンバーン運転によれば、スロットルを略全開にできるのでポンプ損失を低減することができ、また、燃焼温度が低下することから冷却損失も低減することができる。ポンプ損失および冷却損失の低減によって、内燃機関の効率は向上し燃費に優れた高効率での運転が可能となる。さらに、燃焼温度の低下によってＮＯＸの発生量を略ゼロまで抑制することができ、また、水素を燃料とすることでＣＯ２やＣＯの発生も無い。したがって、水素を用いた超リーンバーン運転によれば、完全なゼロエミッションの実現も可能となる。
【００３８】
しかしながら、上述したとおり、水素を燃料とする超リーンバーン運転は、高負荷域での実現が難しい。高負荷域では、出力を得るために燃料である水素ガスを増量せざるを得ないが、吸入できる空気量には限界がある。このため、高負荷域では水素量に対して吸入空気量が不足し、超リーンバーン空燃比を維持することができなくなる。
【００３９】
したがって、このような高負荷領域では筒内噴射が行われる。筒内噴射においては、水素エンジン１０の燃焼室１８内に筒内噴射弁３８から水素ガスが直接噴射される。水素ガスは空気と混合し難く筒内噴射弁３８から噴射された水素は噴流を形成する。このため、筒内噴射弁３８からの水素の噴射途中に点火プラグ２４を点火することで、水素の噴流に直接着火することができる。水素の着火により火炎（火種）が形成され、この火炎に次々と水素を噴射していくことで、水素は空気と拡散混合しながら燃焼することとなる。これにより、筒内噴射弁３８を使用して水素ガスの拡散燃焼を行うことができ、高負荷要求にも対応することができる。
【００４０】
ここで、上述した水素ガスの筒内噴射を行うためは、圧縮ＴＤＣ付近でも十分に噴射できる圧力の圧縮水素ガスが必要となる。上述したとおり、タンクの貯蔵圧力が噴射圧力より高い場合には、ポンプ等の加圧装置を利用せずに噴射圧力に減圧された水素ガスを内燃機関に供給することができる。これにより、水素貯蔵容器の貯蔵圧力を有効に利用することができ、システムのエネルギ効率を向上させることができる。
【００４１】
一方、上述した水素ガスのポート噴射を行うためは、上記筒内噴射のような高い噴射圧力は要求されない。そこで、タンク内の水素ガスが消費され、貯蔵圧力が筒内噴射圧力より低くなった場合には、筒内噴射に代えてポート噴射を行うことが考えられる。これにより、加圧装置を利用せずに水素貯蔵容器内の水素ガスを有効に使用することができるので、システムのエネルギ効率を向上させることができ、航続距離を延ばすことができる。
【００４２】
そこで、本実施の形態においては、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低いタンクをポート噴射用とし、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用とする。これにより、内燃機関の運転状態に基づいて、何れかの燃料噴射手段が選択されたとしても、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置の使用機会を減少させることができ、機関性能を低下させることなくシステムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００４３】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図２を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図２は、ECU７０が水素エンジン１０に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００４４】
図２に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、圧力センサ３２ａ、３２ｂの出力信号がECU７０に取り込まれる。次に、上記ステップ１００において取得された貯蔵圧力Ｐ１およびＰ２の大小が比較される（ステップ１０２）。
【００４５】
上記ステップ１０２においてＰ１＞Ｐ２の成立が認められた場合には、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク１が選択され、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク２が選択される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ａの開弁制御、およびシャットバルブ４２ｂの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク１と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ４４ａの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ｂの開弁制御が実行され、水素供給配管３４には、タンク２とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００４６】
一方、上記ステップ１０２においてＰ１＞Ｐ２の成立が認められない場合には、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク２が選択され、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク１が選択される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４４ａの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ｂの開弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク２と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ４２ａの開弁制御、およびシャットバルブ４２ｂの閉弁制御が実行され、水素供給配管３４には、タンク１とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００４７】
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低いタンクをポート噴射用とし、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用とすることができる。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置の使用機会を減少させることができ、機関性能を低下させることなくシステムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００４８】
ところで、上述した実施の形態１においては、タンク１およびタンク２を備える装置について、貯蔵圧力の大小関係に基づいて、各燃料噴射弁に使用されるタンクを選択することとしているが、使用するタンクの数量はこれに限定されない。すなわち、複数のタンクを備える装置において、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用として温存することができるのであれば、３個以上使用することとしてもよい。その際には、貯蔵圧力の最も低いタンクからポート噴射用として選択することで、少しでも貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に温存することが可能となる。この点は、以下に説明する他の実施の形態においても同様である。
【００４９】
また、上述した実施の形態１においては、ガス燃料内燃機関として水素エンジンを使用しているが、使用されるガス燃料内燃機関はこれに限られない。すなわち、水素ガス以外のガス燃料を利用するガス燃料内燃機関において、本実施の形態を実行することとしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施の形態においても同様である。
【００５０】
尚、上述した実施の形態１においては、ECU７０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、上記ステップ１０４または１０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「選択手段」が、それぞれ実現されている。また、上述した実施の形態１においては、ECU７０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第３の発明における「圧力比較手段」が実現されている。
【００５１】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ECU７０に後述する図３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５２】
上述した実施の形態１では、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低い低圧タンクがポート噴射用に使用され、貯蔵圧力の高い高圧タンクが筒内噴射用に使用される。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することとしている。
【００５３】
しかしながら、燃料噴射手段の特定は内燃機関の運転状態に基づいて行われる。このため、高圧タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力よりも低い場合に筒内噴射が選択され、ポンプ等の駆動が必要になる場合も想定される。また、低圧タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力よりも高い場合にポート噴射が選択され、筒内噴射も可能な高圧の圧縮動力がポート噴射により消費されてしまう場合も想定される。
【００５４】
そこで、本実施の形態２においては、タンクの貯蔵圧力に基づいて、内燃機関の燃焼モードの選択を行うこととする。より具体的には、両タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力より高い場合には、筒内噴射のみ実行する燃焼モードとし、両タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力より低い場合には、ポート噴射のみ実行する燃焼モードとする。これにより、加圧装置を使用せず、タンクの圧縮動力を利用して効果的にエネルギを使用することができる。
【００５５】
［実施の形態２における具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態２において実行する処理の具体的内容について説明する。図３は、ECU７０が水素エンジン１０に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００５６】
図３に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ２００において取得された貯蔵圧力Ｐ１およびＰ２と筒内噴射基準圧力Ｐｈとの大小関係が比較される（ステップ２０２）。筒内噴射基準圧力Ｐｈは、圧縮ＴＤＣ付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。その結果、タンク１の圧力Ｐ１と、タンク２の圧力Ｐ２が共に筒内噴射基準圧力Ｐｈ以上であると認められた場合には、筒内噴射使用モードが設定される（ステップ２０４）。
【００５７】
上記ステップ２０４において筒内噴射使用モードが設定された場合には、次に、上記ステップ２００において取得された貯蔵圧力Ｐ１およびＰ２の大小が比較される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１０２と同様の処理が実行される。
【００５８】
上記ステップ２０６においてＰ１＞Ｐ２の成立が認められた場合には、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク２が選択される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４４ａの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ｂの開弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク２と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。
【００５９】
一方、上記ステップ２０６においてＰ１＞Ｐ２の成立が認められない場合には、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク１が選択される（ステップ２１０）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ａの開弁制御、およびシャットバルブ４２ｂの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク１と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。
【００６０】
以上説明したとおり、上記ステップ２０４において筒内噴射使用モードが設定された場合には、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低いタンクの水素が優先的に筒内噴射に使用される。これにより、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に温存することができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置を使用する必要がないため、システムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００６１】
また、上記ステップ２０２において、Ｐ１≧ＰｈかつＰ２≧Ｐｈの成立が認められない場合には、次に、Ｐ１≧ＰｈかつＰ２＜Ｐｈが成立するか否かが判断される（ステップ２１２）。その結果、Ｐ１≧ＰｈかつＰ２＜Ｐｈの成立が認められた場合には、筒内噴射／ポート噴射併用モードが設定される（ステップ２１４）。併用モードにおいては、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク１が選択され、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク２が選択される（ステップ２１６）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ａの開弁制御、およびシャットバルブ４２ｂの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク１と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ４４ａの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ｂの開弁制御が実行され、水素供給配管３４には、タンク２とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００６２】
一方、上記ステップ２１２において、Ｐ１≧ＰｈかつＰ２＜Ｐｈの成立が認められない場合には、Ｐ１＜ＰｈかつＰ２≧Ｐｈの成立がするか否かが判断される（ステップ２１８）。その結果、Ｐ１＜ＰｈかつＰ２≧Ｐｈの成立が認められた場合には、筒内噴射／ポート噴射併用モードが設定される（ステップ２２０）。上記併用モードが設定されると、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク２が選択され、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク１が選択される（ステップ２２２）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ｂの開弁制御、およびシャットバルブ４２ａの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク２と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ４４ｂの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ａの開弁制御が実行され、水素供給配管３４には、タンク２とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００６３】
以上説明したとおり、上記ステップ２１４および２２０において筒内噴射／ポート噴射併用モードが設定された場合には、筒内噴射基準圧力Ｐｈより圧力の高いタンクの水素が筒内噴射に使用され、貯蔵圧力の低いタンクの水素がポート噴射に使用される。これにより、筒内噴射およびポート噴射を効率よく併用することができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置を使用する必要がないため、システムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００６４】
また、上記ステップ２１８において、Ｐ１＜ＰｈかつＰ２≧Ｐｈの成立が認めらない場合には、ポート噴射使用モードが設定される（ステップ２２４）。筒内噴射使用モードが設定された場合には、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク１または２が選択される（ステップ２２６）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ａおよび４２ｂの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ａあるいは４４ｂの開弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク１あるいは２とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００６５】
以上説明したとおり、上記ステップ２２４においてポート噴射使用モードが設定された場合には、タンク１あるいはタンク２の水素ガスを使用してポート噴射が実行される。貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Ｐｈよりも低いタンクは、ポンプ等の加圧装置を利用せずに筒内噴射圧力を確保することができない。このため、タンクの水素ガスをポート噴射により有効に使用し、航続距離を延ばすことができる。
【００６６】
尚、上述した実施の形態２においては、ECU７０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、上記ステップ２０８、２１０、２１６、２２２、または２２６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「選択手段」が、それぞれ実現されている。
【００６７】
また、上述した実施の形態２においては、ECU７０が、上記ステップ２０２、２１２、または２１８の処理を実行することにより、前記第４の発明における「比較手段」が、上記ステップ２１４、または２２０の処理を実行することにより、前記第４の発明における「噴射モード設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００６８】
また、上述した実施の形態２においては、ECU７０が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第５の発明における「比較手段」が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより、前記第５の発明における「噴射モード設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００６９】
また、上述した実施の形態２においては、ECU７０が、上記ステップ２０２、２１２、または２１８の処理を実行することにより、前記第６の発明における「比較手段」が、上記ステップ２２４の処理を実行することにより、前記第６の発明における「噴射モード設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００７０】
実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図４および５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態のシステムは、図４に示すハードウェア構成を用いて、ECU７０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００７１】
本実施の形態３のガス燃料内燃機関は実施の形態１と同じくガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。図４は本実施の形態の水素エンジン５０の概略構成を示す図である。図４において、図１に示す水素エンジン１０と同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。
【００７２】
図４に示すとおり、本実施の形態の水素エンジン５０は、水素供給配管３４ａの分岐点５２に、タンク１の水素ガスをタンク２へ充填するための水素充填配管５４が連通している。水素充填配管５４にはポンプ５６が介設されている。また、低圧レギュレータ４８の上流の水素供給配管３４上には、エアモータ５８が介設されている。エアモータ５８は、水素供給配管３４を流れる水素ガスの圧力エネルギを利用して回転運動を行う機器である。エアモータ５８とポンプ５６は回転軸６０で接続されている。このため、エアモータ５８の動力に基づいてポンプ５６を駆動制御することができる。
【００７３】
また、水素充填配管５４のポンプ５６の上流にはシャットバルブ６２が配置されている。シャットバルブ６２は水素充填配管５４の開閉制御を行うことにより、タンク１とポンプ５６との連通状態を制御することができる。
【００７４】
［実施の形態３の動作］
上述した実施の形態１では、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低い低圧タンクがポート噴射用に使用され、貯蔵圧力の高い高圧タンクが筒内噴射用に使用される。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができることとしている。
【００７５】
しかしながら、燃料噴射手段の特定は内燃機関の運転状態に基づいて行われる。このため、高圧タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力よりも低い場合に筒内噴射が選択され、ポンプ等の駆動が別途必要になる場合も想定される。
【００７６】
そこで、本実施の形態３においては、タンク２の貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク１に貯蔵されている水素ガスを再加圧して、タンク２に充填することとする。これにより、タンク２の充填圧力を再度筒内噴射基準圧力Ｐｈ以上の状態にすることができ、別途加圧装置を使用せず、タンクの圧力を利用して効果的に筒内噴射を実行することができる。
【００７７】
［実施の形態３における具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態３において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ECU７０がタンク１の水素ガスをタンク２に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００７８】
図５に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ３００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ３００において取得された貯蔵圧力Ｐ２と筒内噴射基準圧力Ｐｈとの大小関係が比較される（ステップ３０２）。筒内噴射基準圧力Ｐｈは、圧縮ＴＤＣ付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。その結果、タンク２の貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回ると認められた場合には、次のステップに移行し、水素エンジン５０がポート噴射実行中か否かが判断される（ステップ３０４）。ポート噴射の実行中は、エアモータ５８により水素ガスの圧力エネルギを回収することができる。このため、ポート噴射実行中か否かを判断することにより、ポンプ５６を駆動可能な状態であるか否かが判断される。
【００７９】
上記ステップ３０４においてポート噴射実行中であると認められた場合には、水素ガスの充填制御が実行される（ステップ３０６）。ここでは、具体的には、エアモータ５８により回収された水素ガスの圧力エネルギを利用してポンプ５６が駆動される。また、シャットバルブ６２が開弁され、タンク１に貯蔵されていた水素ガスがポンプ５６により加圧され、タンク２に充填される。
【００８０】
以上説明したとおり、タンク２の貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク１に貯蔵されている水素ガスを再加圧して、タンク２に再充填することができる。これにより、タンク２の充填圧力を再度筒内噴射基準圧力Ｐｈ以上の状態にすることができ、別途加圧装置を駆動するエネルギを消費せず、タンクの圧力を利用して効果的に筒内噴射を実行することができる。また、タンク１の貯蔵圧力がポート噴射を実行するための基準圧力を下回った場合においても、上述した水素充填制御によりタンク１の残留水素をタンク２へ再充填することができるため、タンク内の水素をすべて有効に使用することができ、航続距離を延ばすことができる。
【００８１】
ところで、上述した実施の形態３においては、エアモータ５８を使用することにより、水素供給配管３４内を流通する水素ガスの圧力エネルギをポンプ５６の駆動に利用することとしているが、圧力エネルギの利用はエアモータ５８とポンプ５６の組み合わせに限られない。すなわち、ガス燃料の持つ圧力エネルギを利用して駆動する加圧装置であれば、他の加圧装置でもよい。
【００８２】
また、上述した実施の形態３においては、タンク１からタンク２へ水素ガスを充填する条件として、貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力より小さいか否かを判断することにより、筒内噴射が可能となる水素ガスを増量することとしているが、充填条件はこれに限られない。すなわち、タンク１の貯蔵圧力Ｐ１がポート噴射を行うことのできる基準圧力より小さいか否かを判断することにより、燃料噴射に使用することができないタンク１の残留水素を有効に使用することとしてもよい。
【００８３】
また、上述した実施の形態３においては、貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力より小さい場合に、タンク１からタンク２へ水素ガスを充填することとしているが、充填されるタンクはタンク１に限られない。すなわち、タンク２の水素供給配管３４ｂからタンク１へ連通する充填配管を備えるシステムにおいて、貯蔵圧力Ｐ１が筒内噴射基準圧力より小さい場合に、タンク２からタンク１へ水素ガスを充填することとしてもよい。
【００８４】
尚、上述した実施の形態３においては、ECU７０が、上記ステップ３００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、実現されている。また、上述した実施の形態３においては、水素充填配管５４が前記第８の発明における「充填流路」に相当していると共に、ECU７０が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより、前記第８の発明における「充填手段」が、実現されている。
【００８５】
実施の形態４．
［実施の形態４の特徴］
次に、図６および７を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態のシステムは、図６に示すハードウェア構成を用いて、ECU７０に後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００８６】
本実施の形態４のガス燃料内燃機関は実施の形態３と同じくガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。図６は本実施の形態の水素エンジン８０の概略構成を示す図である。図６において、図４に示す水素エンジン５０と同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。
【００８７】
図６に示すとおり、本実施の形態の水素エンジン８０は駆動装置８２を備えている。駆動装置８２は水素エンジン８０の回転軸と連結されており、機関の回転エネルギを利用して回転運動を行う装置である。ポンプ５６は回転軸６０を介して駆動装置８２に接続されている。このため、駆動装置８２の動力に基づいてポンプ５６を駆動し、タンク１の水素ガスを再加圧して、タンク２に再充填することができる。
【００８８】
［実施の形態４における具体的処理］
次に、図７を参照して、本実施の形態４において実行する処理の具体的内容について説明する。図７は、ECU７０がタンク１の水素ガスをタンク２に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００８９】
図５に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ４００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ４００において取得された貯蔵圧力Ｐ２と筒内噴射基準圧力Ｐｈとの大小関係が比較される（ステップ４０２）。筒内噴射基準圧力Ｐｈは、圧縮ＴＤＣ付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。その結果、タンク２の貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回ると認められた場合には、次のステップに移行し、水素ガスの充填制御が実行される（ステップ４０４）。ここでは、具体的には、水素エンジン８０の回転エネルギにより駆動装置８２が駆動され、回転軸６０を介してポンプ５６が駆動される。また、シャットバルブ６２が開弁され、タンク１に貯蔵されていた水素ガスがポンプ５６により加圧され、タンク２に充填される。
【００９０】
以上説明したとおり、タンク２の貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク１に貯蔵されている水素ガスをタンク２に充填することができる。これにより、タンク２の充填圧力を再度筒内噴射基準圧力Ｐｈ以上の状態にすることができ、別途加圧装置を駆動するエネルギを消費せず、タンクの圧力を利用して効果的に筒内噴射を実行することができる。また、タンク１貯蔵圧力がポート噴射を実行するための基準圧力を下回った場合においても、上述した水素充填制御によりタンク１の残留水素をタンク２へ充填することができるため、タンク内の水素をすべて有効に使用することができ、航続距離を延ばすことができる。
【００９１】
ところで、上述した実施の形態４においては、タンク２の貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク１に貯蔵されている水素ガスをタンク２に充填することとしているが、充填されるタンクはタンク２に限られない。すなわち、タンク１の貯蔵圧力Ｐ１が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク２に貯蔵されている水素ガスをタンク１に充填することとしてもよい。
【００９２】
尚、上述した実施の形態４においては、ECU７０が、上記ステップ４００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、実現されている。また、上述した実施の形態３においては、ECU７０が、上記ステップ４０４の処理を実行することにより、前記第８の発明における「充填手段」が、実現されている。
【００９３】
実施の形態５．
［実施の形態５の特徴］
次に、図８および９を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態のシステムは、図８に示すハードウェア構成を用いて、ECU７０に後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００９４】
本実施の形態５のガス燃料内燃機関は、実施の形態４と同じくガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。図８は本実施の形態の水素エンジン９０の概略構成を示す図である。図８において、図６に示す水素エンジン８０と同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。
【００９５】
本実施の形態５においては、更なるエネルギ効率向上のために、車両の減速時或いは惰行時における機関の動力を利用する。より具体的には、機関の減速のために系の外部に排出されるエネルギを回収してポンプ５６を駆動することとする。これにより、外部に放出していたエネルギを有効に使用して、システムのエネルギ効率をより向上させることができる。
【００９６】
図８に示すとおり、本実施の形態の水素エンジン９０は電磁クラッチ９２を備えている。電磁クラッチ９２は、入力軸と出力軸を電磁的に結合し、回転動力を伝達するための装置である。電磁クラッチ９２の入力軸には、水素エンジン９０のクランク軸９６と連動した回転軸９４が接続されている。また、電磁クラッチ９２の出力軸には、回転軸６０を介してポンプ５６が接続されている。このため、かかる構成によれば、所望のタイミングで電磁クラッチ９２を結合し、クランク軸９６の動力をポンプ５６に伝達することができる。
【００９７】
［実施の形態５における具体的処理］
次に、図９を参照して、本実施の形態５において実行する処理の具体的内容について説明する。図９は、ECU７０がタンク１の水素ガスをタンク２に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００９８】
図９に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ５００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ５００において取得された貯蔵圧力Ｐ２と筒内噴射基準圧力Ｐｈとの大小関係が比較される（ステップ５０２）。筒内噴射基準圧力Ｐｈは、圧縮ＴＤＣ付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。
【００９９】
上記ステップ５０２において、タンク２の貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回ると認められた場合には、次のステップに移行し、車両が惰行時か否かが判断される（ステップ５０４）。ここでは、具体的には、アクセル開度、スロットル開度等の信号に基づいて判定される。
【０１００】
上記ステップ５０４において車両が惰行中であると認められた場合には、水素ガスの充填制御が実行される（ステップ５０６）。ここでは、具体的には、電磁クラッチ９２の入力軸と出力軸とが結合され、水素エンジン９０の回転エネルギがポンプ５６に伝達される。また、シャットバルブ６２が開弁され、タンク１に貯蔵されていた水素ガスがポンプ５６により加圧され、タンク２に充填される。
【０１０１】
以上説明したとおり、車両の惰行時あるいは減速時に放出されるエネルギを回生エネルギとして回収することにより、外部に放出されていたエネルギを利用して充填制御を行うことができる。このため、システムのエネルギ効率を向上させることができ、航続距離を延ばすことができる。
【０１０２】
ところで、上述した実施の形態５においては、ポンプ５６が水素エンジン９０のクランク軸９６と連結され、回生エネルギを効率よく回収することとしているが、ポンプ５６の駆動源はクランク軸９６に限られない。すなわち、水素エンジン９０の動力により駆動するのであれば、他の軸と連結される構成としてもよい。
【０１０３】
尚、上述した実施の形態５においては、ECU７０が、上記ステップ５００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、実現されている。また、上述した実施の形態５においては、ECU７０が、上記ステップ５０６の処理を実行することにより、前記第８の発明における「充填手段」が、実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態４の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態５の構成を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０５】
１、２ タンク
１０、５０、８０、９０ ガス燃料内燃機関（水素エンジン）
１２ ピストン
１４ シリンダブロック
１６ シリンダヘッド
１８ 燃焼室
２０ 吸気ポート
２２ 排気ポート
２４ 点火プラグ
３２ａ、３２ｂ 圧力センサ
３４ａ、３４ｂ 水素供給配管
３６ａ、３６ｂ 分岐点
３８ 筒内噴射弁
４０ ポート噴射弁
４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ シャットバルブ
４６ 高圧レギュレータ
４８ 低圧レギュレータ
５２ 分岐点
５４ 水素充填配管
５６ ポンプ
５８ エアモータ
６０ 回転軸
６２ シャットバルブ
７０ ECU(Electronic Control Unit)
８２ 駆動装置
９２ 電磁クラッチ
９４ 回転軸
９６ クランク軸
Ｐ１、Ｐ２ 貯蔵圧力
Ｐｈ 筒内噴射基準圧力
ＴＤＣ(Top Dead Center) 上死点
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガス燃料内燃機関の制御装置に関し、特に、水素を燃料として運転可能な水素内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００５−２９９５２５号公報に開示されるように、内燃機関の吸気ポートに配置されたガソリン燃料噴射弁と、吸気ポートおよび筒内にそれぞれ配置された水素燃料噴射弁とを備え、内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射手段を選択する内燃機関の制御装置が知られている。この装置によれば、より具体的には、内燃機関の運転状態が高負荷時、或いは加速時には、吸気ポートのガソリン噴射に加えて、筒内の水素噴射が併用される。水素ガスを燃料として用いると、燃焼速度がガソリンの場合に比して格段に速くなる。このため、ガソリンと共に水素ガスを供給することにより燃焼状態を改善させることができ、安定したリーンバーン運転を実現できる空気過剰率の限界を大幅に高めることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９９５２５号公報
【特許文献２】特開２００４−３４６８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水素ガスのポート噴射は噴射圧力が低い。このため、水素ガスを高圧に増圧することなく、ポート噴射によるリーンバーン運転を実現することができる。しかしながら、ポート噴射は高負荷域での実現が難しい。つまり、高負荷域では、出力を得るために燃料である水素ガスを増量せざるを得ないが、吸入できる空気量には限界がある。このため、高負荷域にポート噴射を行うと、水素量に対して吸入空気量が不足し、内燃機関の効率が低下することとなる。
【０００５】
そこで、かかる場合においては水素ガスの筒内噴射が好適である。筒内噴射では水素ガスが燃焼室内に直接噴射される。このため、水素ガスの拡散燃焼を行うことができ、高負荷要求にも対応することができる。しかしながら、筒内噴射を行うためは、圧縮ＴＤＣ付近でも十分に噴射できる高圧の水素ガスが必要となる。水素ガスの増圧には多量のエネルギが消費されてしまう。このため、かかるエネルギをできるだけ抑制し、システムのエネルギ効率の向上を図ることが望まれていた。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、システムのエネルギ効率の向上を図り、航続距離を延ばすことのできるガス燃料内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関の制御装置であって、
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、
ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、
前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、
前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および／または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、ガス燃料として、水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または２の発明において、
前記複数のタンクの貯蔵圧力を比較する圧力比較手段を更に備え、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には、前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクに比して高圧のタンクを選択することを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１または２の発明において、
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクと、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクとの両方が含まれる場合には、前記筒内噴射弁および前記ポート噴射弁を使用する併用モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンク、前記ポート噴射弁には前記低圧タンクをそれぞれ選択することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１または２の発明において、
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクのみが含まれる場合には、前記筒内噴射弁のみを使用する筒内噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンクの何れか１つを選択することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１または２の発明において、
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクのみが含まれる場合には、前記ポート噴射弁のみを使用するポート噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記ポート噴射弁には前記低圧タンクの何れか１つを選択することを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第４乃至６の何れか１つの発明において、
前記所定値は、圧縮ＴＤＣ付近において燃焼室内にガス燃料を噴射することのできる圧力値であることを特徴とする。
【００１４】
また、第８の発明は、第１乃至７の何れか１つの発明において、
前記複数のタンクを互いに連通させる充填流路と、
前記充填流路を介して、前記タンク内のガス燃料を他のタンクへ充填する充填手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第９の発明は、第８の発明において、
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置と、
前記タンクから前記ポート噴射弁にガス燃料を供給する供給流路に配置されたエアモータと、を備え、
前記エアモータは、前記供給流路を流れるガス燃料の圧力エネルギにより、前記加圧装置に動力を供給することを特徴とする。
【００１６】
また、第１０の発明は、第８の発明において、
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置を備え、
前記内燃機関の動力により、前記加圧装置を駆動することを特徴とする。
【００１７】
また、第１１の発明は、第１０の発明において、
前記内燃機関を搭載した移動体において、
前記充填手段は、
前記移動体の惰行時或いは減速時に、前記加圧装置を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関において、ガス燃料が貯蔵されたタンクを複数備える場合に、タンクの貯蔵圧力に基づいて、筒内噴射弁およびポート噴射弁に使用するガス燃料の供給源を選択することができる。筒内噴射弁には高圧のガス燃料を供給する必要があるのに対し、ポート噴射弁は低圧のガス燃料でよい。このため、本発明によれば、タンクの貯蔵圧力に基づいて、筒内噴射弁およびポート噴射弁に供給するガス燃料のタンクをそれぞれ選択することにより、タンクの貯蔵圧力を有効に利用しシステムのエネルギ効率の向上を図ると共に、航続距離を延ばすことができる。
【００１９】
第２の発明によれば、ガス燃料に水素ガスを使用する水素内燃機関により本発明を実行することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、複数のタンクの貯蔵圧力が比較され、貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料がポート噴射弁に使用され、貯蔵圧力の高いタンクのガス燃料が筒内噴射弁に使用される。筒内噴射弁を使用した燃料噴射においては、高圧のガス燃料が必要であるのに対し、ポート噴射弁を使用した燃料噴射においては、低圧のガス燃料でも十分噴射可能である。このため、ポート噴射に低圧のタンクのガス燃料を使用することで、高圧のタンクを筒内噴射のために温存することができる。したがって、本発明によれば、筒内噴射のために別途ポンプ等の加圧装置を駆動する機会を減少させ、システムのエネルギ効率の向上を図ることができる。
【００２１】
第４の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクに高圧タンクと低圧タンクとを含む場合には、高圧タンクが筒内噴射に使用され、低圧タンクがポート噴射に使用される。このため、本発明によれば、筒内噴射のために別途ポンプ等の加圧装置を駆動する機会を減少させ、システムのエネルギ効率の向上を図ることができる。
【００２２】
第５の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクがすべて高圧タンクである場合には、高圧タンクによる筒内噴射のみが行われる。筒内噴射は燃焼室に直接燃料が噴射されるため、ポート噴射に比して燃焼期間の短縮による燃焼改善が見込まれる。また、高圧タンクによるガス燃料の供給により、筒内噴射に必要な高圧エネルギを確保することができる。このため、本発明によれば、高圧タンクによる筒内噴射のみが行われることで、高圧タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、燃焼改善により燃費の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００２３】
第６の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクがすべて低圧タンクである場合には、低圧タンクによるポート噴射のみが行われる。低圧タンクの貯蔵圧力では、筒内噴射を行うことができない。このため、本発明によれば、低圧タンクによるポート噴射のみが行われることで、別途加圧装置を使用せずに利用可能な燃料量を増量し、航続距離を延ばすことができる。
【００２４】
第７の発明によれば、所定値は圧縮ＴＤＣ付近でも十分に燃焼室内にガス燃料を噴射できる圧力値に設定される。このため、本発明によれば、かかる所定値を高圧タンクおよび低圧タンクの閾値にすることで、タンクの貯蔵圧力のみによって、筒内噴射を行うことができるか否かを判断することができる。
【００２５】
第８の発明によれば、内燃機関の備える複数のタンクにおいて、タンクを互いに連通させる充填流路を介して、タンクのガス燃料を他のタンクに充填することができる。筒内噴射弁には高圧のガス燃料を供給する必要があるのに対し、ポート噴射弁は低圧のガス燃料でよい。このため、本発明によれば、筒内噴射を行うことのできるガス燃料の量を増量することができる。また、タンクのガス燃焼が消費され、貯蔵圧力がポート噴射を行うことのできない圧力まで低下した場合であっても、残りのガス燃料を他のタンクに充填することにより、ガス燃料を有効に利用し、航続距離を延ばすことができる。
【００２６】
第９の発明によれば、充填流路を介して貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料を貯蔵圧力の高いタンクに充填するために、充填流路を加圧する加圧装置が使用される。加圧装置は、ポート噴射弁に供給されるガス燃料の圧力エネルギに基づいて回転運動を行うエアモータによって駆動される。このため、本発明によれば、ガス燃料の圧力エネルギを有効に利用して、ガス燃料のタンクへの充填を行うことができる。
【００２７】
第１０の発明によれば、充填流路を介して貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料を貯蔵圧力の高いタンクに充填するために、充填流路を加圧する加圧装置が使用される。加圧装置は、内燃機関の動力に基づいて駆動される。このため、本発明によれば、内燃機関の動力を有効に利用して、ガス燃料のタンクへの充填を行うことができる。
【００２８】
第１１の発明によれば、充填流路を介して貯蔵圧力の低いタンクのガス燃料を貯蔵圧力の高いタンクに充填するために、充填流路を加圧する加圧装置が使用される。加圧装置の駆動には、移動体の惰行時或いは減速時における内燃機関の動力が使用される。このため、本発明によれば、系の外部に放出されるエネルギを回生エネルギとして有効に利用して、ガス燃料のタンクへの充填を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３０】
実施の形態１．
［ハードウェア構成］
図１は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態の装置が備えるガス燃料内燃機関１０は、ガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。当該水素エンジン１０は、内部にピストン１２が配置されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４に組み付けられたシリンダヘッド１６を備えている。シリンダブロック１４およびシリンダヘッド１６の内壁とピストン１２の上面とで囲まれる空間は、燃焼室１８を形成している。尚、図１では一つの燃焼室１８のみを示しているが、水素エンジン１０は複数の燃焼室１８を有する多気筒エンジンとして構成されている。燃焼室１８には、空気を燃焼室１８内に導入するための吸気ポート２０、および燃焼室１８内の燃焼ガスを排出するための排気ポート２２が連通している。また、燃焼室１８内には点火プラグ２４が配置されている。
【００３１】
本発明の実施の形態の装置は、水素ガスを高圧で貯蔵するための水素貯蔵タンク（以下、単に「タンク」とも称す）１、２を備えている。また、タンク１、２には、それぞれ水素供給配管３４ａ、３４ｂ（以下、特にこれらを区別しない場合には、単に「水素供給配管３４」と称す）が連通している。さらに、タンク１、２には、それぞれタンクの貯蔵圧力を検出する圧力センサ３２ａ、３２ｂ（以下、特にこれらを区別しない場合には、単に「圧力センサ３２」と称す）が設けられている。
【００３２】
水素供給配管３４ａは、分岐点３６ａで分岐された後にそれぞれ燃焼室に配置された筒内噴射弁３８と吸気ポートに配置されたポート噴射弁４０に連通している。また、水素供給配管３４ａには、分岐点３６ａと筒内噴射弁３８との間、および分岐点３６ａとポート噴射弁４０との間にシャットバルブ４２ａ、４４ａがそれぞれ配置されている。
【００３３】
一方、水素供給配管３４ｂは、分岐点３６ｂで分岐された後にそれぞれ筒内噴射弁３８およびポート噴射弁４０に連通している。また、水素供給配管３４ｂには、分岐点３６ｂと筒内噴射弁３８との間、および分岐点３６ｂとポート噴射弁４０との間にシャットバルブ４２ｂ、４４ｂが配置されている。したがって、シャットバルブ４２ａ、４４ａ、４２ｂ、４４ｂの開閉制御を行うことにより、タンク１或いは２と、筒内噴射弁３８或いはポート噴射弁４０との連通状態を制御することができる。
【００３４】
また、水素供給配管３４のシャットバルブ４２ａ、４２ｂの下流には、高圧レギュレータ４６が配置されている。高圧レギュレータ４６は、水素ガスを貯蔵圧力から圧縮ＴＤＣ付近でも十分に噴射できる範囲の噴射圧力に減圧する。また、水素供給配管３４のシャットバルブ４４ａ、４４ｂの下流には、低圧レギュレータ４８が配置されている。吸気ポート２０内の圧力は燃焼室１８に比して低い。このため、低圧レギュレータ４８は、筒内噴射圧力よりも低い圧力に減圧される。
【００３５】
本発明の実施の形態の装置は、図１に示すとおり、ECU(Electronic Control Unit)７０を備えている。ECU７０の出力部には、上述した筒内噴射弁３８、ポート噴射弁４０、およびシャットバルブ４２ａ、４４ａ、４２ｂ、４４ｂ等の種々の機器が接続されている。また、ECU７０の入力部には、上述した圧力センサ３２の他、水素エンジン１０の運転状態を把握すべく、スロットル開度、機関回転数、吸入空気量などを検出するための各種センサ（図示せず）が接続されている。ECU７０は、各センサの出力に基づいて、所定の制御プログラムに従って各機器を駆動する。
【００３６】
［実施の形態１の動作］
次に、本実施の形態１の動作について説明する。本実施の形態の水素エンジン１０は、内燃機関の燃料として水素ガスを使用する。水素ガスはその可燃範囲が体積割合で４〜７５％とかなり広く、空気過剰率λが４以上程度の極めて薄い混合気でも十分に燃焼させることができる。このため、水素を内燃機関の燃料として利用する場合には、極めてリーンな空燃比でも動力を取り出すことができ、いわゆる超リーンバーン運転が可能となる。
【００３７】
超リーンバーン運転によれば、スロットルを略全開にできるのでポンプ損失を低減することができ、また、燃焼温度が低下することから冷却損失も低減することができる。ポンプ損失および冷却損失の低減によって、内燃機関の効率は向上し燃費に優れた高効率での運転が可能となる。さらに、燃焼温度の低下によってＮＯＸの発生量を略ゼロまで抑制することができ、また、水素を燃料とすることでＣＯ２やＣＯの発生も無い。したがって、水素を用いた超リーンバーン運転によれば、完全なゼロエミッションの実現も可能となる。
【００３８】
しかしながら、上述したとおり、水素を燃料とする超リーンバーン運転は、高負荷域での実現が難しい。高負荷域では、出力を得るために燃料である水素ガスを増量せざるを得ないが、吸入できる空気量には限界がある。このため、高負荷域では水素量に対して吸入空気量が不足し、超リーンバーン空燃比を維持することができなくなる。
【００３９】
したがって、このような高負荷領域では筒内噴射が行われる。筒内噴射においては、水素エンジン１０の燃焼室１８内に筒内噴射弁３８から水素ガスが直接噴射される。水素ガスは空気と混合し難く筒内噴射弁３８から噴射された水素は噴流を形成する。このため、筒内噴射弁３８からの水素の噴射途中に点火プラグ２４を点火することで、水素の噴流に直接着火することができる。水素の着火により火炎（火種）が形成され、この火炎に次々と水素を噴射していくことで、水素は空気と拡散混合しながら燃焼することとなる。これにより、筒内噴射弁３８を使用して水素ガスの拡散燃焼を行うことができ、高負荷要求にも対応することができる。
【００４０】
ここで、上述した水素ガスの筒内噴射を行うためは、圧縮ＴＤＣ付近でも十分に噴射できる圧力の圧縮水素ガスが必要となる。上述したとおり、タンクの貯蔵圧力が噴射圧力より高い場合には、ポンプ等の加圧装置を利用せずに噴射圧力に減圧された水素ガスを内燃機関に供給することができる。これにより、水素貯蔵容器の貯蔵圧力を有効に利用することができ、システムのエネルギ効率を向上させることができる。
【００４１】
一方、上述した水素ガスのポート噴射を行うためは、上記筒内噴射のような高い噴射圧力は要求されない。そこで、タンク内の水素ガスが消費され、貯蔵圧力が筒内噴射圧力より低くなった場合には、筒内噴射に代えてポート噴射を行うことが考えられる。これにより、加圧装置を利用せずに水素貯蔵容器内の水素ガスを有効に使用することができるので、システムのエネルギ効率を向上させることができ、航続距離を延ばすことができる。
【００４２】
そこで、本実施の形態においては、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低いタンクをポート噴射用とし、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用とする。これにより、内燃機関の運転状態に基づいて、何れかの燃料噴射手段が選択されたとしても、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置の使用機会を減少させることができ、機関性能を低下させることなくシステムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００４３】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図２を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図２は、ECU７０が水素エンジン１０に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００４４】
図２に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、圧力センサ３２ａ、３２ｂの出力信号がECU７０に取り込まれる。次に、上記ステップ１００において取得された貯蔵圧力Ｐ１およびＰ２の大小が比較される（ステップ１０２）。
【００４５】
上記ステップ１０２においてＰ１＞Ｐ２の成立が認められた場合には、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク１が選択され、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク２が選択される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ａの開弁制御、およびシャットバルブ４２ｂの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク１と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ４４ａの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ｂの開弁制御が実行され、水素供給配管３４には、タンク２とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００４６】
一方、上記ステップ１０２においてＰ１＞Ｐ２の成立が認められない場合には、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク２が選択され、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク１が選択される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４４ａの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ｂの開弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク２と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ４２ａの開弁制御、およびシャットバルブ４２ｂの閉弁制御が実行され、水素供給配管３４には、タンク１とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００４７】
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低いタンクをポート噴射用とし、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用とすることができる。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置の使用機会を減少させることができ、機関性能を低下させることなくシステムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００４８】
ところで、上述した実施の形態１においては、タンク１およびタンク２を備える装置について、貯蔵圧力の大小関係に基づいて、各燃料噴射弁に使用されるタンクを選択することとしているが、使用するタンクの数量はこれに限定されない。すなわち、複数のタンクを備える装置において、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用として温存することができるのであれば、３個以上使用することとしてもよい。その際には、貯蔵圧力の最も低いタンクからポート噴射用として選択することで、少しでも貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に温存することが可能となる。この点は、以下に説明する他の実施の形態においても同様である。
【００４９】
また、上述した実施の形態１においては、ガス燃料内燃機関として水素エンジンを使用しているが、使用されるガス燃料内燃機関はこれに限られない。すなわち、水素ガス以外のガス燃料を利用するガス燃料内燃機関において、本実施の形態を実行することとしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施の形態においても同様である。
【００５０】
尚、上述した実施の形態１においては、ECU７０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、上記ステップ１０４または１０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「選択手段」が、それぞれ実現されている。また、上述した実施の形態１においては、ECU７０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第３の発明における「圧力比較手段」が実現されている。
【００５１】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ECU７０に後述する図３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５２】
上述した実施の形態１では、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低い低圧タンクがポート噴射用に使用され、貯蔵圧力の高い高圧タンクが筒内噴射用に使用される。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することとしている。
【００５３】
しかしながら、燃料噴射手段の特定は内燃機関の運転状態に基づいて行われる。このため、高圧タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力よりも低い場合に筒内噴射が選択され、ポンプ等の駆動が必要になる場合も想定される。また、低圧タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力よりも高い場合にポート噴射が選択され、筒内噴射も可能な高圧の圧縮動力がポート噴射により消費されてしまう場合も想定される。
【００５４】
そこで、本実施の形態２においては、タンクの貯蔵圧力に基づいて、内燃機関の燃焼モードの選択を行うこととする。より具体的には、両タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力より高い場合には、筒内噴射のみ実行する燃焼モードとし、両タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力より低い場合には、ポート噴射のみ実行する燃焼モードとする。これにより、加圧装置を使用せず、タンクの圧縮動力を利用して効果的にエネルギを使用することができる。
【００５５】
［実施の形態２における具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態２において実行する処理の具体的内容について説明する。図３は、ECU７０が水素エンジン１０に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００５６】
図３に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ２００において取得された貯蔵圧力Ｐ１およびＰ２と筒内噴射基準圧力Ｐｈとの大小関係が比較される（ステップ２０２）。筒内噴射基準圧力Ｐｈは、圧縮ＴＤＣ付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。その結果、タンク１の圧力Ｐ１と、タンク２の圧力Ｐ２が共に筒内噴射基準圧力Ｐｈ以上であると認められた場合には、筒内噴射使用モードが設定される（ステップ２０４）。
【００５７】
上記ステップ２０４において筒内噴射使用モードが設定された場合には、次に、上記ステップ２００において取得された貯蔵圧力Ｐ１およびＰ２の大小が比較される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１０２と同様の処理が実行される。
【００５８】
上記ステップ２０６においてＰ１＞Ｐ２の成立が認められた場合には、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク２が選択される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４４ａの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ｂの開弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク２と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。
【００５９】
一方、上記ステップ２０６においてＰ１＞Ｐ２の成立が認められない場合には、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク１が選択される（ステップ２１０）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ａの開弁制御、およびシャットバルブ４２ｂの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク１と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。
【００６０】
以上説明したとおり、上記ステップ２０４において筒内噴射使用モードが設定された場合には、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低いタンクの水素が優先的に筒内噴射に使用される。これにより、貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に温存することができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置を使用する必要がないため、システムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００６１】
また、上記ステップ２０２において、Ｐ１≧ＰｈかつＰ２≧Ｐｈの成立が認められない場合には、次に、Ｐ１≧ＰｈかつＰ２＜Ｐｈが成立するか否かが判断される（ステップ２１２）。その結果、Ｐ１≧ＰｈかつＰ２＜Ｐｈの成立が認められた場合には、筒内噴射／ポート噴射併用モードが設定される（ステップ２１４）。併用モードにおいては、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク１が選択され、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク２が選択される（ステップ２１６）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ａの開弁制御、およびシャットバルブ４２ｂの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク１と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ４４ａの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ｂの開弁制御が実行され、水素供給配管３４には、タンク２とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００６２】
一方、上記ステップ２１２において、Ｐ１≧ＰｈかつＰ２＜Ｐｈの成立が認められない場合には、Ｐ１＜ＰｈかつＰ２≧Ｐｈの成立がするか否かが判断される（ステップ２１８）。その結果、Ｐ１＜ＰｈかつＰ２≧Ｐｈの成立が認められた場合には、筒内噴射／ポート噴射併用モードが設定される（ステップ２２０）。上記併用モードが設定されると、筒内噴射弁３８への水素ガスの供給はタンク２が選択され、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク１が選択される（ステップ２２２）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ｂの開弁制御、およびシャットバルブ４２ａの閉弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク２と筒内噴射弁３８との連通状態が形成される。同様に、シャットバルブ４４ｂの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ａの開弁制御が実行され、水素供給配管３４には、タンク２とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００６３】
以上説明したとおり、上記ステップ２１４および２２０において筒内噴射／ポート噴射併用モードが設定された場合には、筒内噴射基準圧力Ｐｈより圧力の高いタンクの水素が筒内噴射に使用され、貯蔵圧力の低いタンクの水素がポート噴射に使用される。これにより、筒内噴射およびポート噴射を効率よく併用することができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができる。また、加圧装置を使用する必要がないため、システムのエネルギを効率の向上を図り、航続距離を延ばすことができる。
【００６４】
また、上記ステップ２１８において、Ｐ１＜ＰｈかつＰ２≧Ｐｈの成立が認めらない場合には、ポート噴射使用モードが設定される（ステップ２２４）。筒内噴射使用モードが設定された場合には、ポート噴射弁４０への水素ガスの供給はタンク１または２が選択される（ステップ２２６）。ここでは、具体的には、シャットバルブ４２ａおよび４２ｂの閉弁制御、およびシャットバルブ４４ａあるいは４４ｂの開弁制御が実行される。これにより、水素供給配管３４にはタンク１あるいは２とポート噴射弁４０との連通状態が形成される。
【００６５】
以上説明したとおり、上記ステップ２２４においてポート噴射使用モードが設定された場合には、タンク１あるいはタンク２の水素ガスを使用してポート噴射が実行される。貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Ｐｈよりも低いタンクは、ポンプ等の加圧装置を利用せずに筒内噴射圧力を確保することができない。このため、タンクの水素ガスをポート噴射により有効に使用し、航続距離を延ばすことができる。
【００６６】
尚、上述した実施の形態２においては、ECU７０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、上記ステップ２０８、２１０、２１６、２２２、または２２６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「選択手段」が、それぞれ実現されている。
【００６７】
また、上述した実施の形態２においては、ECU７０が、上記ステップ２０２、２１２、または２１８の処理を実行することにより、前記第４の発明における「比較手段」が、上記ステップ２１４、または２２０の処理を実行することにより、前記第４の発明における「噴射モード設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００６８】
また、上述した実施の形態２においては、ECU７０が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第５の発明における「比較手段」が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより、前記第５の発明における「噴射モード設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００６９】
また、上述した実施の形態２においては、ECU７０が、上記ステップ２０２、２１２、または２１８の処理を実行することにより、前記第６の発明における「比較手段」が、上記ステップ２２４の処理を実行することにより、前記第６の発明における「噴射モード設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００７０】
実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図４および５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態のシステムは、図４に示すハードウェア構成を用いて、ECU７０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００７１】
本実施の形態３のガス燃料内燃機関は実施の形態１と同じくガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。図４は本実施の形態の水素エンジン５０の概略構成を示す図である。図４において、図１に示す水素エンジン１０と同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。
【００７２】
図４に示すとおり、本実施の形態の水素エンジン５０は、水素供給配管３４ａの分岐点５２に、タンク１の水素ガスをタンク２へ充填するための水素充填配管５４が連通している。水素充填配管５４にはポンプ５６が介設されている。また、低圧レギュレータ４８の上流の水素供給配管３４上には、エアモータ５８が介設されている。エアモータ５８は、水素供給配管３４を流れる水素ガスの圧力エネルギを利用して回転運動を行う機器である。エアモータ５８とポンプ５６は回転軸６０で接続されている。このため、エアモータ５８の動力に基づいてポンプ５６を駆動制御することができる。
【００７３】
また、水素充填配管５４のポンプ５６の上流にはシャットバルブ６２が配置されている。シャットバルブ６２は水素充填配管５４の開閉制御を行うことにより、タンク１とポンプ５６との連通状態を制御することができる。
【００７４】
［実施の形態３の動作］
上述した実施の形態１では、タンク１とタンク２の貯蔵圧力を比較し、貯蔵圧力の低い低圧タンクがポート噴射用に使用され、貯蔵圧力の高い高圧タンクが筒内噴射用に使用される。これにより、常に貯蔵圧力の高いタンクを筒内噴射用に割り振ることができ、タンクの圧縮動力を有効に利用することができることとしている。
【００７５】
しかしながら、燃料噴射手段の特定は内燃機関の運転状態に基づいて行われる。このため、高圧タンクの貯蔵圧力が筒内噴射圧力よりも低い場合に筒内噴射が選択され、ポンプ等の駆動が別途必要になる場合も想定される。
【００７６】
そこで、本実施の形態３においては、タンク２の貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク１に貯蔵されている水素ガスを再加圧して、タンク２に充填することとする。これにより、タンク２の充填圧力を再度筒内噴射基準圧力Ｐｈ以上の状態にすることができ、別途加圧装置を使用せず、タンクの圧力を利用して効果的に筒内噴射を実行することができる。
【００７７】
［実施の形態３における具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態３において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ECU７０がタンク１の水素ガスをタンク２に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００７８】
図５に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ３００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ３００において取得された貯蔵圧力Ｐ２と筒内噴射基準圧力Ｐｈとの大小関係が比較される（ステップ３０２）。筒内噴射基準圧力Ｐｈは、圧縮ＴＤＣ付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。その結果、タンク２の貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回ると認められた場合には、次のステップに移行し、水素エンジン５０がポート噴射実行中か否かが判断される（ステップ３０４）。ポート噴射の実行中は、エアモータ５８により水素ガスの圧力エネルギを回収することができる。このため、ポート噴射実行中か否かを判断することにより、ポンプ５６を駆動可能な状態であるか否かが判断される。
【００７９】
上記ステップ３０４においてポート噴射実行中であると認められた場合には、水素ガスの充填制御が実行される（ステップ３０６）。ここでは、具体的には、エアモータ５８により回収された水素ガスの圧力エネルギを利用してポンプ５６が駆動される。また、シャットバルブ６２が開弁され、タンク１に貯蔵されていた水素ガスがポンプ５６により加圧され、タンク２に充填される。
【００８０】
以上説明したとおり、タンク２の貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク１に貯蔵されている水素ガスを再加圧して、タンク２に再充填することができる。これにより、タンク２の充填圧力を再度筒内噴射基準圧力Ｐｈ以上の状態にすることができ、別途加圧装置を駆動するエネルギを消費せず、タンクの圧力を利用して効果的に筒内噴射を実行することができる。また、タンク１の貯蔵圧力がポート噴射を実行するための基準圧力を下回った場合においても、上述した水素充填制御によりタンク１の残留水素をタンク２へ再充填することができるため、タンク内の水素をすべて有効に使用することができ、航続距離を延ばすことができる。
【００８１】
ところで、上述した実施の形態３においては、エアモータ５８を使用することにより、水素供給配管３４内を流通する水素ガスの圧力エネルギをポンプ５６の駆動に利用することとしているが、圧力エネルギの利用はエアモータ５８とポンプ５６の組み合わせに限られない。すなわち、ガス燃料の持つ圧力エネルギを利用して駆動する加圧装置であれば、他の加圧装置でもよい。
【００８２】
また、上述した実施の形態３においては、タンク１からタンク２へ水素ガスを充填する条件として、貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力より小さいか否かを判断することにより、筒内噴射が可能となる水素ガスを増量することとしているが、充填条件はこれに限られない。すなわち、タンク１の貯蔵圧力Ｐ１がポート噴射を行うことのできる基準圧力より小さいか否かを判断することにより、燃料噴射に使用することができないタンク１の残留水素を有効に使用することとしてもよい。
【００８３】
また、上述した実施の形態３においては、貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力より小さい場合に、タンク１からタンク２へ水素ガスを充填することとしているが、充填されるタンクはタンク１に限られない。すなわち、タンク２の水素供給配管３４ｂからタンク１へ連通する充填配管を備えるシステムにおいて、貯蔵圧力Ｐ１が筒内噴射基準圧力より小さい場合に、タンク２からタンク１へ水素ガスを充填することとしてもよい。
【００８４】
尚、上述した実施の形態３においては、ECU７０が、上記ステップ３００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、実現されている。また、上述した実施の形態３においては、水素充填配管５４が前記第８の発明における「充填流路」に相当していると共に、ECU７０が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより、前記第８の発明における「充填手段」が、実現されている。
【００８５】
実施の形態４．
［実施の形態４の特徴］
次に、図６および７を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態のシステムは、図６に示すハードウェア構成を用いて、ECU７０に後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００８６】
本実施の形態４のガス燃料内燃機関は実施の形態３と同じくガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。図６は本実施の形態の水素エンジン８０の概略構成を示す図である。図６において、図４に示す水素エンジン５０と同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。
【００８７】
図６に示すとおり、本実施の形態の水素エンジン８０は駆動装置８２を備えている。駆動装置８２は水素エンジン８０の回転軸と連結されており、機関の回転エネルギを利用して回転運動を行う装置である。ポンプ５６は回転軸６０を介して駆動装置８２に接続されている。このため、駆動装置８２の動力に基づいてポンプ５６を駆動し、タンク１の水素ガスを再加圧して、タンク２に再充填することができる。
【００８８】
［実施の形態４における具体的処理］
次に、図７を参照して、本実施の形態４において実行する処理の具体的内容について説明する。図７は、ECU７０がタンク１の水素ガスをタンク２に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００８９】
図５に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ４００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ４００において取得された貯蔵圧力Ｐ２と筒内噴射基準圧力Ｐｈとの大小関係が比較される（ステップ４０２）。筒内噴射基準圧力Ｐｈは、圧縮ＴＤＣ付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。その結果、タンク２の貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回ると認められた場合には、次のステップに移行し、水素ガスの充填制御が実行される（ステップ４０４）。ここでは、具体的には、水素エンジン８０の回転エネルギにより駆動装置８２が駆動され、回転軸６０を介してポンプ５６が駆動される。また、シャットバルブ６２が開弁され、タンク１に貯蔵されていた水素ガスがポンプ５６により加圧され、タンク２に充填される。
【００９０】
以上説明したとおり、タンク２の貯蔵圧力が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク１に貯蔵されている水素ガスをタンク２に充填することができる。これにより、タンク２の充填圧力を再度筒内噴射基準圧力Ｐｈ以上の状態にすることができ、別途加圧装置を駆動するエネルギを消費せず、タンクの圧力を利用して効果的に筒内噴射を実行することができる。また、タンク１貯蔵圧力がポート噴射を実行するための基準圧力を下回った場合においても、上述した水素充填制御によりタンク１の残留水素をタンク２へ充填することができるため、タンク内の水素をすべて有効に使用することができ、航続距離を延ばすことができる。
【００９１】
ところで、上述した実施の形態４においては、タンク２の貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク１に貯蔵されている水素ガスをタンク２に充填することとしているが、充填されるタンクはタンク２に限られない。すなわち、タンク１の貯蔵圧力Ｐ１が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回った場合に、タンク２に貯蔵されている水素ガスをタンク１に充填することとしてもよい。
【００９２】
尚、上述した実施の形態４においては、ECU７０が、上記ステップ４００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、実現されている。また、上述した実施の形態３においては、ECU７０が、上記ステップ４０４の処理を実行することにより、前記第８の発明における「充填手段」が、実現されている。
【００９３】
実施の形態５．
［実施の形態５の特徴］
次に、図８および９を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態のシステムは、図８に示すハードウェア構成を用いて、ECU７０に後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００９４】
本実施の形態５のガス燃料内燃機関は、実施の形態４と同じくガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。図８は本実施の形態の水素エンジン９０の概略構成を示す図である。図８において、図６に示す水素エンジン８０と同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。
【００９５】
本実施の形態５においては、更なるエネルギ効率向上のために、車両の減速時或いは惰行時における機関の動力を利用する。より具体的には、機関の減速のために系の外部に排出されるエネルギを回収してポンプ５６を駆動することとする。これにより、外部に放出していたエネルギを有効に使用して、システムのエネルギ効率をより向上させることができる。
【００９６】
図８に示すとおり、本実施の形態の水素エンジン９０は電磁クラッチ９２を備えている。電磁クラッチ９２は、入力軸と出力軸を電磁的に結合し、回転動力を伝達するための装置である。電磁クラッチ９２の入力軸には、水素エンジン９０のクランク軸９６と連動した回転軸９４が接続されている。また、電磁クラッチ９２の出力軸には、回転軸６０を介してポンプ５６が接続されている。このため、かかる構成によれば、所望のタイミングで電磁クラッチ９２を結合し、クランク軸９６の動力をポンプ５６に伝達することができる。
【００９７】
［実施の形態５における具体的処理］
次に、図９を参照して、本実施の形態５において実行する処理の具体的内容について説明する。図９は、ECU７０がタンク１の水素ガスをタンク２に充填するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
【００９８】
図９に示すルーチンでは、先ず、タンク１およびタンク２の貯蔵圧力Ｐ１、Ｐ２が取得される（ステップ５００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ５００において取得された貯蔵圧力Ｐ２と筒内噴射基準圧力Ｐｈとの大小関係が比較される（ステップ５０２）。筒内噴射基準圧力Ｐｈは、圧縮ＴＤＣ付近でも燃料噴射が可能な圧力値として特定された基準圧力である。
【００９９】
上記ステップ５０２において、タンク２の貯蔵圧力Ｐ２が筒内噴射基準圧力Ｐｈを下回ると認められた場合には、次のステップに移行し、車両が惰行時か否かが判断される（ステップ５０４）。ここでは、具体的には、アクセル開度、スロットル開度等の信号に基づいて判定される。
【０１００】
上記ステップ５０４において車両が惰行中であると認められた場合には、水素ガスの充填制御が実行される（ステップ５０６）。ここでは、具体的には、電磁クラッチ９２の入力軸と出力軸とが結合され、水素エンジン９０の回転エネルギがポンプ５６に伝達される。また、シャットバルブ６２が開弁され、タンク１に貯蔵されていた水素ガスがポンプ５６により加圧され、タンク２に充填される。
【０１０１】
以上説明したとおり、車両の惰行時あるいは減速時に放出されるエネルギを回生エネルギとして回収することにより、外部に放出されていたエネルギを利用して充填制御を行うことができる。このため、システムのエネルギ効率を向上させることができ、航続距離を延ばすことができる。
【０１０２】
ところで、上述した実施の形態５においては、ポンプ５６が水素エンジン９０のクランク軸９６と連結され、回生エネルギを効率よく回収することとしているが、ポンプ５６の駆動源はクランク軸９６に限られない。すなわち、水素エンジン９０の動力により駆動するのであれば、他の軸と連結される構成としてもよい。
【０１０３】
尚、上述した実施の形態５においては、ECU７０が、上記ステップ５００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「貯蔵圧力取得手段」が、実現されている。また、上述した実施の形態５においては、ECU７０が、上記ステップ５０６の処理を実行することにより、前記第８の発明における「充填手段」が、実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態４の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態５の構成を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０５】
１、２ タンク
１０、５０、８０、９０ ガス燃料内燃機関（水素エンジン）
１２ ピストン
１４ シリンダブロック
１６ シリンダヘッド
１８ 燃焼室
２０ 吸気ポート
２２ 排気ポート
２４ 点火プラグ
３２ａ、３２ｂ 圧力センサ
３４ａ、３４ｂ 水素供給配管
３６ａ、３６ｂ 分岐点
３８ 筒内噴射弁
４０ ポート噴射弁
４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ シャットバルブ
４６ 高圧レギュレータ
４８ 低圧レギュレータ
５２ 分岐点
５４ 水素充填配管
５６ ポンプ
５８ エアモータ
６０ 回転軸
６２ シャットバルブ
７０ ECU(Electronic Control Unit)
８２ 駆動装置
９２ 電磁クラッチ
９４ 回転軸
９６ クランク軸
Ｐ１、Ｐ２ 貯蔵圧力
Ｐｈ 筒内噴射基準圧力
ＴＤＣ(Top Dead Center) 上死点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関において、
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、
ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、
前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、
前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および／または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、
を備えることを特徴とするガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、ガス燃料として、水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする請求項１記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記複数のタンクの貯蔵圧力を比較する圧力比較手段を更に備え、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には、前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクに比して高圧のタンクを選択することを特徴とする請求項１または２記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクと、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクとの両方が含まれる場合には、前記筒内噴射弁および前記ポート噴射弁を使用する併用モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンク、前記ポート噴射弁には前記低圧タンクをそれぞれ選択することを特徴とする請求項１または２記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクのみが含まれる場合には、前記筒内噴射弁のみを使用する筒内噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンクの何れか１つを選択することを特徴とする請求項１または２記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクのみが含まれる場合には、前記ポート噴射弁のみを使用するポート噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記ポート噴射弁には前記低圧タンクの何れか１つを選択することを特徴とする請求項１または２記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記所定値は、圧縮ＴＤＣ付近において燃焼室内にガス燃料を噴射することのできる圧力値であることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記複数のタンクを互いに連通させる充填流路と、
前記充填流路を介して、前記タンク内のガス燃料を他のタンクへ充填する充填手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置と、
前記タンクから前記ポート噴射弁にガス燃料を供給する供給流路に配置されたエアモータと、を備え、
前記エアモータは、前記供給流路を流れるガス燃料の圧力エネルギにより、前記加圧装置に動力を供給することを特徴とする請求項８記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置を備え、
前記内燃機関の動力により、前記加圧装置を駆動することを特徴とする請求項８記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記内燃機関を搭載した移動体において、
前記充填手段は、
前記移動体の惰行時或いは減速時に、前記加圧装置を駆動することを特徴とする請求項１０記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項１】
ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関において、
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁と、
ガス燃料を貯蔵する複数のタンクと、
前記タンクの貯蔵圧力をタンク毎に取得する貯蔵圧力取得手段と、
前記貯蔵圧力に基づいて、前記複数のタンクの中から前記筒内噴射弁および／または前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクをそれぞれ選択する選択手段と、
を備えることを特徴とするガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、ガス燃料として、水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする請求項１記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記複数のタンクの貯蔵圧力を比較する圧力比較手段を更に備え、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には、前記ポート噴射弁にガス燃料を供給するタンクに比して高圧のタンクを選択することを特徴とする請求項１または２記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクと、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクとの両方が含まれる場合には、前記筒内噴射弁および前記ポート噴射弁を使用する併用モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンク、前記ポート噴射弁には前記低圧タンクをそれぞれ選択することを特徴とする請求項１または２記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも大きい高圧タンクのみが含まれる場合には、前記筒内噴射弁のみを使用する筒内噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記筒内噴射弁には前記高圧タンクの何れか１つを選択することを特徴とする請求項１または２記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記貯蔵圧力と所定値を比較する比較手段と、
前記比較手段に基づいて、前記内燃機関のガス燃料の噴射モードを設定する噴射モード設定手段と、を更に備え、
前記噴射モード設定手段は、
前記複数のタンクの中に、前記貯蔵圧力が前記所定値よりも小さい低圧タンクのみが含まれる場合には、前記ポート噴射弁のみを使用するポート噴射モードに設定し、
前記選択手段は、
前記ポート噴射弁には前記低圧タンクの何れか１つを選択することを特徴とする請求項１または２記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記所定値は、圧縮ＴＤＣ付近において燃焼室内にガス燃料を噴射することのできる圧力値であることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記複数のタンクを互いに連通させる充填流路と、
前記充填流路を介して、前記タンク内のガス燃料を他のタンクへ充填する充填手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置と、
前記タンクから前記ポート噴射弁にガス燃料を供給する供給流路に配置されたエアモータと、を備え、
前記エアモータは、前記供給流路を流れるガス燃料の圧力エネルギにより、前記加圧装置に動力を供給することを特徴とする請求項８記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記充填手段は、
前記充填流路に配置された加圧装置を備え、
前記内燃機関の動力により、前記加圧装置を駆動することを特徴とする請求項８記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記内燃機関を搭載した移動体において、
前記充填手段は、
前記移動体の惰行時或いは減速時に、前記加圧装置を駆動することを特徴とする請求項１０記載のガス燃料内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−３８６８０（Ｐ２００８−３８６８０Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１１７７７（Ｐ２００６−２１１７７７）
【出願日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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