(57)【要約】【課題】この発明は、筒内燃料噴射弁にかかる燃料圧力を低下させることで該筒内燃料噴射弁を容易に開弁させることができるようにしつつ、洩れ検出手段の誤検出を抑制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】水素供給管９に配設した圧力センサ１７と、エンジン始動時に検出した気体水素の燃圧に基づいて水素供給管９を含む気体燃料供給系からの水素洩れを検出するコントロールユニット１０とを備え、エンジン始動時、コントロールユニット１０は、水素洩れ検出後気体水素の燃圧を低下させるようにした。【選択図】図７
2007303320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に直接気体燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
気体燃料タンクと、
気体燃料供給通路とを備え、
該気体燃料供給通路により前記気体燃料タンクと前記筒内燃料噴射弁とを接続するエンジンの燃料噴射装置であって、
前記気体燃料供給通路に配設した燃料圧力検出手段と、
エンジン始動時に検出した燃料圧力に基づいて前記気体燃料供給通路を含む気体燃料供給系からの燃料洩れを検出する洩れ検出手段と、
エンジン始動時、前記洩れ検出手段による燃料洩れ検出後、燃料圧力を低下させる燃料圧力補正手段を備えた
エンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
前記筒内燃料噴射弁に関連する温度を検出する温度検出手段を備え、
前記燃料圧力補正手段を、前記温度が所定温度以下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。
【請求項３】
前記燃料圧力補正手段は、エンジン始動時、気体燃料の貯留が可能な気体燃料供給系の容積を増加させることにより燃料圧力を低下させる
請求項１または２記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
前記気体燃料供給通路の気体燃料をリリーフ可能な遮断弁と、
該遮断弁からリリーフされた前記気体燃料を貯留可能な容積部とを備え、
前記燃料圧力補正手段は、エンジン始動時、前記遮断弁を開弁し、前記容積部に前記気体燃料を貯留することにより燃料圧力を低下させる
請求項３記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】
前記容積部と吸気通路とを接続する第２の気体燃料供給通路を備え、
該第２の気体燃料供給通路にパージ弁を配設するとともに、
該パージ弁を開弁して、貯留された前記気体燃料を前記吸気通路に放出するパージ弁制御手段を備えた
請求項４記載のエンジンの燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内に直接気体燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、気体燃料タンクと、気体燃料供給通路とを備え、該気体燃料供給通路により前記気体燃料タンクと前記筒内燃料噴射弁とを接続するエンジンの燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、作動室内に直接気体燃料を噴射する直噴式の筒内燃料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燃料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、それが筒内燃料噴射弁に付着して、その開弁を妨げるという問題が発生し得る。
【０００３】
また、エンジンの回転を潤滑にするために潤滑油を用いる場合、該潤滑油が筒内燃料噴射弁に浸入し、該筒内燃料噴射弁の開弁を妨げるという問題もある。
【０００４】
また、下記特許文献１には、気体燃料を燃料タンクに高圧充填する際に混入してしまったミスト状のオイルが筒内燃料噴射弁に付着して、低温始動時にこのオイルが固着して前記筒内燃料噴射弁の開弁を妨げる場合があることが記載されている。
【０００５】
かかる問題に対処して、例えば特許文献１には、エンジンの停止時に筒内燃料噴射弁にかかる燃料圧力（燃圧）を低下させることで、オイルの固着力を弱めて筒内燃料噴射弁を開弁し易くする方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７４３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、気体燃料が貯留されている燃料タンクと前記筒内燃料噴射弁との間には、これらを接続するための気体燃料供給通路が設けられており、中には該気体燃料供給通路の燃圧の低下により、該気体燃料供給通路を含む気体燃料供給系からの気体燃料洩れを検出する洩れ検出手段を備えたものがある。
【０００８】
ここで、洩れ検出手段を備えたものにおいて、前記特許文献１に開示された方法を採用してしまうと、前記洩れ検出手段は、上述の方法により燃料圧力が低下した状態を、誤って燃料洩れが発生した状態として検出してしまう虞がある。
【０００９】
この発明は、筒内燃料噴射弁にかかる燃料圧力を低下させることで該筒内燃料噴射弁を容易に開弁させることができるようにしつつ、洩れ検出手段の誤検出を抑制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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のエンジンの燃料噴射装置は、筒内に直接気体燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、気体燃料タンクと、気体燃料供給通路とを備え、該気体燃料供給通路により前記気体燃料タンクと前記筒内燃料噴射弁とを接続するエンジンの燃料噴射装置であって、前記気体燃料供給通路に配設した燃料圧力検出手段と、エンジン始動時に検出した燃料圧力に基づいて前記気体燃料供給通路を含む気体燃料供給系からの燃料洩れを検出する洩れ検出手段と、エンジン始動時、前記洩れ検出手段による燃料洩れ検出後、燃料圧力を低下させる燃料圧力補正手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、エンジン始動時に燃料圧力を低下させることにより、筒内燃料噴射弁を閉弁しようとする気体燃料の作用が小さくなるため、筒内燃料噴射弁を開弁させ易くすることができる。
【００１２】
さらに、洩れ検出手段による気体燃料洩れの検出後、前記燃料圧力を低下させるため、前記洩れ検出手段による気体燃料洩れの誤検出を抑制できる。
【００１３】
この発明の一実施態様においては、前記筒内燃料噴射弁に関連する温度を検出する温度検出手段を備え、前記燃料圧力補正手段を、前記温度が所定温度以下である時に作動させることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、特に、冷間時の水分の氷結や、オイル、潤滑油の固着等により筒内燃料噴射弁が開弁できない場合、エンジン始動時に燃料圧力を低下させることにより、筒内燃料噴射弁の作動を確保できる。
【００１５】
この発明の一実施態様においては、前記燃料圧力補正手段が、エンジン始動時、気体燃料の貯留が可能な気体燃料供給系の容積を増加させることにより燃料圧力を低下させることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、気体燃料供給系の容積を増加させることにより、筒内燃料噴射弁に作用する燃料圧力を容易に低下させることができる。
【００１７】
この発明の一実施態様においては、前記気体燃料供給通路の気体燃料をリリーフ可能な遮断弁と、該遮断弁からリリーフされた前記気体燃料を貯留可能な容積部とを備え、前記燃料圧力補正手段は、エンジン始動時、前記遮断弁を開弁し、前記容積部に前記気体燃料を貯留することにより燃料圧力を低下させることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、前記遮断弁によりリリーフされた気体燃料を容積部に貯留させるようにすることで、遮断弁の開弁制御のみで容易に燃料圧力を低下させることができる。
【００１９】
この発明の一実施態様においては、前記容積部と吸気通路とを接続する第２の気体燃料供給通路を備え、該第２の気体燃料供給通路にパージ弁を配設するとともに、該パージ弁を開弁して、貯留された前記気体燃料を前記吸気通路に放出するパージ弁制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、前記リリーフされた気体燃料の有効活用が図れる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、エンジン始動時に、洩れ検出手段による気体燃料洩れの検出後、燃料圧力を低下させることにより、前記洩れ検出手段による気体燃料洩れの誤検出を抑制しつつ、筒内燃料噴射弁を開弁させ易くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。  
図１は、本発明の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〜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〜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。
【００２３】
ロータハウジングＨ１には、作動室Ｅ１〜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〜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。
【００２４】
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図であり、図３は、図２に表す各構成を制御するための制御システムを表すブロック図である。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における水素噴射は、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４及び図５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。
【００２５】
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（エンジン水温）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（図３参照）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２２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（不図示）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。
【００２６】
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１３に接続されている。水素貯留タンク１３の排出口には、水素貯留タンク１３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１４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減圧弁１５、第１遮断弁１６が並設されている。減圧弁１５は、水素貯留タンク１３において約３５（ＭＰａ）程度の高圧状態で貯留されている気体水素を約０．６〜０．７（ＭＰａ）程度の燃料圧力（以下、燃圧と略記する）に減圧して第１遮断弁１６に供給するものである。
【００２７】
また、さらに、水素供給管９内には、第１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１３内の水素残量を算出したり、水素供給管９を含む気体水素供給系からの気体水素の洩れを検出したりすべく水素供給管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、本発明における気体水素供給系とは、水素供給管９、後述する容積部２６、第２水素供給管２８、直噴式水素インジェクタＩ１の途中の気体通路４ａ、５ａ等、気体水素が水素貯留タンク１３から作動室Ｅ１〜Ｅ３に至るまでの各部位を包括的に指しているものとする。
【００２８】
ここで、水素供給管９は、直噴式水素インジェクタＩ１と水素貯留タンク１３とを接続する主通路部となっており、水素供給管９の、水素貯留タンク１３と反対側の端部には、第２遮断弁２５が設けられている。水素供給管９は、この第２遮断弁２５を介して容積部２６に接続されており、第２遮断弁２５は、その開弁により水素供給管９の気体水素をリリーフ可能であり、容積部２６は、第２遮断弁２５の開弁によりリリーフされた気体水素を受入れて貯留することができる管状の部材である。
【００２９】
また、この容積部２６においては、第２遮断弁２５と反対側の端部に第３遮断弁２７が設けられており、第３遮断弁２７が開弁すると、容積部２６と、吸気通路２の、スロットル弁２２よりもエンジン本体１側とが第２水素供給管２８を介して連通されるように接続されている。
【００３０】
ここで、第２、第３遮断弁２５、２７は、エンジン運転中において気体水素が水素供給管９を介して直噴式水素インジェクタＩ１に供給されている時には閉弁状態となるように制御される。
【００３１】
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。
【００３２】
さらに、図３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内の燃圧（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直噴式水素インジェクタＩ１への水素流量、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キーポジション信号等の各種制御情報に基づいて、直噴式水素インジェクタＩ１、点火プラグ８に対し、ＯＮ／ＯＦＦ指令信号、点火指令信号を出力してエンジン本体１の燃料噴射制御や点火時期調整制御等の各種制御を行うとともに、第１、第２遮断弁１６、２５に対しＯＮ／ＯＦＦ指令信号、第３遮断弁２７に対しＰＷＭ指令信号を出力してこれら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、第１〜第３遮断弁１６、２５、２７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。
【００３３】
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、水分の氷結の可能性や、潤滑油、オイルの固着の可能性の有無を判断するための温度閾値データ、気体水素供給系からの気体水素の洩れを判断するための燃圧閾値データ等、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。
【００３４】
コントロールユニット１０は、圧力センサ１７によって検出される水素供給管９の燃圧に基づいてこれを前記燃圧閾値と比較することにより、気体水素供給系からの水素洩れを検出できるようになっている。なお、前記燃圧閾値は、気体水素供給系に洩れがなく、エンジン停止後、第１遮断弁１６を閉弁した状態で長時間放置した場合であっても気体水素の残圧により現れる燃圧値よりも小さい値に設定されている。
【００３５】
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４及び図５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。
【００３６】
インジェクタ本体４は、その一端側（図４及び図５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４及び図５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４及び図５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４及び図５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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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５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。
【００４２】
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。
【００４３】
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ＯＮ／ＯＦＦ指令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。
【００４４】
ところで、従来の直噴式気体燃料インジェクタを備えたエンジンでは、水分、ミスト状のオイル、潤滑油等が前記インジェクタに付着し、これらが外気温の低下によって氷結、固着することで、直噴式気体燃料インジェクタの開弁を妨げる可能性があった。そこで、エンジン停止時に気体燃料供給系の燃圧を低下させることで、直噴式気体燃料インジェクタを開弁し易くする方法を採用したものがあるが、圧力センサ等を用いて燃料洩れを検出するものに上述した方法を採用すると、該方法により燃圧が低下した状態を、誤って燃料洩れが発生した状態であると判断されてしまう虞があった。
【００４５】
これに対し、本実施形態では、エンジン始動時において、コントロールユニット１０により気体水素供給系の水素洩れを検出後、直噴式水素インジェクタＩ１にかかる燃圧を低下させることで、直噴式水素インジェクタＩ１を開弁し易くできるようにしつつ、コントロールユニット１０による水素洩れの誤検出を抑制できるようにした。
【００４６】
以下、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、第１〜第３遮断弁１６、２５、２７の駆動制御について、図６のタイムチャート及び図７のフローチャートを参照しながら説明する。なお、エンジンの運転中においては、水素貯留タンク１３から直噴式水素インジェクタＩ１へ気体水素を供給すべく、第１遮断弁１６が開弁状態とされる一方、第２、第３遮断弁２５、２７は上述したように閉弁状態とされている。
【００４７】
ここで、乗員がイグニションキー（不図示）のキーポジションを「ＯＦＦ」の位置にシフト操作すると、コントロールユニット１０はイグニションスイッチ１１のキーポジション信号に基づいてエンジン停止指令信号を出力する（図７のステップｓ１）。この時、第１遮断弁１６、直噴式水素インジェクタＩ１は、コントロールユニット１０からのＯＦＦ指令信号により閉弁され、作動室Ｅ１〜Ｅ３内への気体水素の噴射が停止されることで、エンジン回転数は図６に示すように徐々に低下し、エンジン停止状態となる（図６の時間ｔ１、図７のステップｓ２）。
【００４８】
前記エンジン停止状態から、乗員がイグニションキーのキーポジションを「ＯＮ」の位置にシフト操作すると、コントロールユニット１０はイグニションスイッチ１１のキーポジション信号に基づいてエンジン再始動要求が発生したと判断し（図７のステップｓ３）、図２に示す各構成が出力する検出信号を読込む。そのうち、圧力センサ１７により検出される燃圧に基づいて、コントロールユニット１０は水素供給管９を含む気体水素供給系からの気体水素の洩れの有無を検出する（図７のステップｓ４）。
【００４９】
ここで、気体水素供給系において気体水素の洩れがなければ、第１遮断弁１６の閉弁状態が維持されているため、減圧弁１５により低下させられた燃圧（約０．６〜０．７（ＭＰａ）程度）の値が検出されることとなる。コントロールユニット１０では、前記燃圧閾値を例えば０．４（ＭＰａ）に設定しており、コントロールユニット１０は検出された燃圧の値が０．４（ＭＰａ）以上であると判断すると（ステップｓ４：ＹＥＳ）、気体水素の洩れの可能性がないものとして、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に付着した水分が氷結しているか否か、またはオイル、潤滑油が固着しているか否かを判断する（ステップｓ５）。
【００５０】
ここで、コントロールユニット１０では、前記温度閾値を例えば０℃に設定しており、コントロールユニット１０は前記エンジン水温が０℃以下であると判断すると（ステップｓ５：ＹＥＳ）、冷間時であるために直噴式水素インジェクタＩ１において水分の氷結の可能性や、オイル、潤滑油の固着の可能性があると判断する。なお、直噴式水素インジェクタＩ１の温度は、エンジン本体１のエンジン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。
【００５１】
ステップｓ５にて、直噴式水素インジェクタＩ１において水分の氷結の可能性や、オイル、潤滑油の固着の可能性があると判断すると、コントロールユニット１０は、ＯＮ指令信号を出力して第２遮断弁２５を開弁し、水素供給管９の気体水素をリリーフする。該リリーフされた気体水素は容積部２６に貯留されるため、水素供給管９に残留していた気体水素を貯留することのできる気体水素供給系の容積は増大し、燃圧が低下させられる（図６の時間ｔ２、図７のステップｓ６）。これにより、例えば、約０．６〜０．７（ＭＰａ）の燃圧は約０．５（ＭＰａ）程度まで補正され、直噴式水素インジェクタＩ１を閉弁しようとする気体水素の作用が小さくなる。なお、この時点においても依然として第１、第３遮断弁１６、２７は閉弁状態が維持されている。
【００５２】
所定時間後、コントロールユニット１０は、第２遮断弁２５にＯＦＦ指令信号を出力してこれを閉弁させるとともに（図６の時間ｔ３、図７のステップｓ７）、直噴式水素インジェクタＩ１、スタータ２０それぞれに対してＯＮ指令信号を出力し、クランキングを開始させる（図６の時間ｔ３、図７のステップｓ８）。これにより、エンジン始動がなされ、図６に示すようにエンジン回転速度が徐々に上昇する。この時、第１遮断弁１６は閉弁された状態であるため、エンジン始動に際しては、エンジン停止後に気体水素供給系に残留していた気体水素が使用される。
【００５３】
このように、水分の氷結や、オイル、潤滑油の固着等により直噴式水素インジェクタＩ１が開弁できない場合、エンジン始動時に前記燃圧を低下させることにより、可動部５ｂ（図４参照）を下方に押圧し、直噴式水素インジェクタＩ１を閉弁しようとする気体水素の作用が小さくなるため、直噴式水素インジェクタＩ１を開弁させ易くすることができる。本実施形態においては、可動部５ｂがシフトし易くなる燃圧（規定値として約０．５（ＭＰａ）程度）まで低下させた状態で、直噴式水素インジェクタＩ１に対してＯＮ指令信号が出力されるように信号出力タイミングが制御される。
【００５４】
さらに、コントロールユニット１０による気体水素洩れの検出を実行した後に、気体水素の燃圧を低下させるため、コントロールユニット１０による気体水素洩れの誤検出を抑制できる。
【００５５】
また、気体水素洩れの検出時には第１遮断弁１６が閉弁状態であるため、水素供給管９内が高圧になることが防止される。これにより、直噴式水素インジェクタＩ１が開弁し易くなるとともに、仮に気体水素供給系から気体水素洩れが発生していた場合、水素貯留タンク１３から供給される高圧の気体水素により、コントロールユニット１０が気体水素洩れの発生を見逃すといった誤検出を確実に防止できる。
【００５６】
また、コントロールユニット１０は、ステップｓ５にてエンジン水温が０℃以下であるか否かを判断することにより冷間時であるか否かを判断し、水分の氷結の可能性や、オイル、潤滑油の固着の可能性を判断しているが、これにより、冷間時における直噴式水素インジェクタＩ１の作動を確保できる。
【００５７】
コントロールユニット１０が冷間時であるか否かを判断する効果は、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、シール部５ｃに水分が付着、氷結し易いことから、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、冷間時と判断された場合に気体水素の燃圧を低下させることで、直噴式水素インジェクタＩ１をより確実に開弁させることができる。
【００５８】
なお、オイル、潤滑油は、水分に比べて凝固点が低く、外気温がマイナス数十℃で固化する傾向にあることから、直噴式水素インジェクタＩ１の開弁を妨げる主要因がオイル、潤滑油であれば、前記温度閾値を低く設定してもよい。
【００５９】
また、上述したような理由により、気体水素を噴射する直噴式水素インジェクタＩ１は、開弁に必要な駆動電流として大電流が必要となるため、何らかの原因によりバッテリ電源の電力が不足している時、可動部５ｂが開弁しにくくなる可能性がある。本実施形態では、コントロールユニット１０がステップｓ５にて冷間時であるか否かを判断するとしているが、直噴式水素インジェクタＩ１が大型であってもより確実に開弁させることができるように、冷間時であるか否かを判断するステップｓ５の判断処理を省略し、燃圧を低下させるステップｓ６を実行させるようにしてもよい。また、バッテリ電源の残りの電力を検出する検出手段を設け、該検出手段の検出結果に基づいて、燃圧を低下させる必要があるか否かをコントロールユニット１０に判断させるようにしてもよい。
【００６０】
また、圧力センサ１７による気体水素の洩れ検出を実行した後に、第２遮断弁２５で水素供給管９の気体水素をリリーフし、該リリーフされた気体水素を容積部２６で貯留して、容積を増加させることにより、直噴式水素インジェクタＩ１に作用する燃圧を容易に低下させることができる。また、本実施形態のように、第２遮断弁２５によりリリーフされた気体水素を容積部２６に貯留させるようにすることで、第２遮断弁２５の開弁制御のみで容易に燃圧を低下させることができる。
【００６１】
ステップｓ８で、直噴式水素インジェクタＩ１に対してＯＮ指令信号が出力され、クランキングが開始されると、コントロールユニット１０は、ＯＮ指令信号を出力して第１遮断弁１６を開弁させる。これにより、水素貯留タンク１３からの気体水素の供給が再開されるため（図６の時間ｔ４、図７のステップｓ９）、エンジンを完爆させることができる。
【００６２】
ところで、第２遮断弁２５の開弁時に容積部２６内に流入した気体水素は、再び第２遮断弁２５が閉弁された時に、容積部２６内に封入された状態となっているため、本実施形態においては、これを作動室Ｅ１〜Ｅ３内に放出することによって、気体水素の有効活用が図れるようにしている。これを実行すべく、コントロールユニット１０は、エンジン完爆後、容積部２６の第３遮断弁２７を開弁させ、容積部２６と吸気通路２とを連通させることで、前記封入された気体水素を吸気通路２側へ放出する（図６の時間ｔ５、図７のステップｓ１０）。前記放出された気体水素は最終的に吸気とともにエンジン本体１の作動室Ｅ１〜Ｅ３内に供給される。
【００６３】
ここで、直噴式水素インジェクタＩ１から噴射される気体水素の噴射量は、作動室Ｅ１〜Ｅ３内の空燃比を所定値に維持するためにコントロールユニット１０によって所定量に制御されている。ところが、上述したように、吸気通路２から余剰の気体水素が供給されることになるため、空燃比にずれが生じる可能性がある。そこで、コントロールユニット１０は、図３に示すように、第３遮断弁２７に対してＰＷＭ信号を出力するようになっており、該ＰＷＭ信号におけるデューティ比を適宜調整することによって、空燃比に影響を及ぼさない程度の所定流量で気体水素を放出できるようになっている。
【００６４】
容積部２６から気体水素を放出する際に、上述したように作動室Ｅ１〜Ｅ３の空燃比に影響を及ぼさないように、長い時間をかけて少量づつ放出されるようにするのが好ましい。従って、本実施形態では、コントロールユニット１０内にて、第３遮断弁２７を開弁させる時間を予め設定し、適宜のタイマ手段（不図示）によってこの時間をカウントできるようになっており、タイマカウント値が所定時間（時間ｔ６−ｔ５）以上となった時、第３遮断弁を閉弁して（図６の時間ｔ６、図７のステップｓ１１）、処理をリターンするようになっている。
【００６５】
ところで、ステップｓ５で、コントロールユニット１０は、前記水温が０℃以下でない、即ち０℃を上回っていると判断すると（ステップｓ５：ＮＯ）、直噴式水素インジェクタＩ１における水分の氷結の可能性や、オイル、潤滑油の固着の可能性はないとして、先ず第１遮断弁１６にＯＮ指令信号を出力して、気体水素の供給を開始する（図７のステップｓ１２）。そして、コントロールユニット１０は、直噴式水素インジェクタＩ１、スタータ２０のそれぞれにＯＮ指令信号を出力して、クランキングを開始させ（図７のステップｓ８）、処理をリターンする。
【００６６】
また、ステップｓ４で、圧力センサ１７にて検出された燃圧が閾値を下回っていると（図７のステップｓ４：ＮＯ）、コントロールユニット１０は気体水素供給系において気体水素洩れが発生していると判断し、エンジンの始動を禁止するための信号を出力する（図７のステップｓ１４）。この時、コントロールユニット１０は、警告音の発信や、警告灯の点灯表示等の適宜の方法により乗員に対して洩れ発生を報知し（図７のステップｓ１５）、処理をリターンする。
【００６７】
ところで、上述した実施形態においては、第２遮断弁２５の開弁により気体水素をリリーフし、容積部２６に貯留することで気体水素供給系の容積の増加を図り、燃圧を低下させることとしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。図８は、本発明の別の実施形態に係るエンジン本体１及びそれに関連する構成を概念的に表す図である。例えば、図８のように、気体水素供給管３９の端部に、その長手方向に進退可能なピストン５５を設けることによっても気体水素の燃圧を低下させることができる。具体的には、コントロールユニット４０からピストン５５のアクチュエータ（不図示）に対してＯＮ／ＯＦＦ指令信号を出力可能とし、ピストン５５を実線の位置から二点鎖線の位置まで駆動することにより、気体水素供給系の容積を増加させることができる。
【００６８】
エンジン運転中、ピストン５５は、実線で示す位置にあり、気体水素供給管３９には、実線の位置にあるピストン５５と水素貯留タンク１３との間に減圧弁４５、遮断弁４６、圧力センサ４７が設けられている。従って、水素貯留タンク１３とピストン５５との間は、上述した最初の実施形態の主通路部に対応している。
【００６９】
なお、コントロールユニット４０による気体水素の洩れ検出後、水素貯留タンク１３から気体水素の供給が開始されると、コントロールユニット４０は、酸素濃度センサ２４の検出結果等に基づいて、作動室Ｅ１〜Ｅ３内の空燃比が著しく変化しない程度にピストン５５を実線で示す位置まで徐々に戻すように駆動制御する。これにより、遮断弁を複数設けることなく簡素な構成で気体水素供給系の容積を増加させることができるとともに、水素供給管３９内に貯留された気体水素を有効に活用することもできる。ここで、図８に示す各構成要素について、上述した最初の実施形態と同様のものについては同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００７０】
なお、上述の各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。
【００７１】
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気体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い。
【００７２】
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の筒内燃料噴射弁は、気体水素噴射弁Ｉ１に対応し、
以下同様に、
気体燃料タンクは、水素貯留タンク１３に対応し、
気体燃料供給通路は、気体水素供給管９、３９に対応し、
燃料圧力検出手段は、圧力センサ１７、４７に対応し、
洩れ検出手段は、ステップｓ４を実行するコントロールユニット１０に対応し、
燃料圧力補正手段は、第２遮断弁２５、容積部２６、ステップｓ６を実行するコントロールユニット１０、またはピストン５５、コントロールユニット４０に対応し、
温度検出手段は、水温センサ１８に対応し、
遮断弁は、第２遮断弁２５に対応し、
第２の気体水素供給通路は、第２水素供給管２８に対応し、
パージ弁は、第３遮断弁２７に対応し、
パージ弁制御手段は、ステップｓ１０、ステップｓ１１を実行するコントロールユニット１０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。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の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。
【図２】本発明の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図。
【図３】図２に表す各構成を制御するための制御システムを表すブロック図。
【図４】閉状態にある直噴式水素インジェクタを示す縦断面図。
【図５】開状態にある直噴式水素インジェクタを示す縦断面図。
【図６】本発明の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、第１〜第３遮断弁の駆動制御処理を示すタイムチャート。
【図７】本発明の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、第１〜第３遮断弁の駆動制御処理を示すフローチャート。
【図８】本発明の別の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図。
【符号の説明】
【００７４】
９、３９…水素供給管
１０、４０…コントロールユニット
１３…水素貯留タンク
１６…第１遮断弁
１７、４７…圧力センサ
１８…水温センサ
２５…第２遮断弁
２６…容積部
２７…第３遮断弁
２８…第２気体水素供給管
５５…ピストン
Ｉ１…気体水素噴射弁
【図１】
2007303320.tif 000003
【図２】
2007303320.tif 000004
【図３】
2007303320.tif 000005
【図４】
2007303320.tif 000006
【図５】
2007303320.tif 000007
【図６】
2007303320.tif 000008
【図７】
2007303320.tif 000009
【図８】
2007303320.tif 000010