JP2024006546A

JP2024006546A - 水素供給装置及び水素エンジン車両

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Publication number: JP2024006546A
Application number: JP2022107547A
Authority: JP
Inventors: 直昭伊東; Naoaki Ito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-07-04
Filing date: 2022-07-04
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2042-07-04
Also published as: EP4303426A1; JP7643406B2; US20240003494A1; US11971142B2; CN117345474A

Abstract

【課題】水素エンジンに供給する水素ガスの圧力変動を抑制する。
【解決手段】液体水素タンク３１に貯留された液体水素を昇圧する液体水素ポンプ３２と、液体水素ポンプ３２から吐出された液体水素を水素ガスとする気化器３７と、気化器３７から流出した水素ガスが充填され、充填された水素ガスを水素エンジン１０に供給する圧力チャンバ４５と、ポンプ制御ユニット８０と、を備える水素供給装置３０であって、ポンプ制御ユニット８０は、水素エンジン１０に供給される水素流量と、圧力チャンバ４５の実圧力と、に基づいて液体水素ポンプ３２の吐出流量を調整する。
【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り（１）令和４年６月３日に動画投稿プラットフォーム「ｙｏｕｔｕｂｅ．ｃｏｍ」ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｙｏｕｔｕｂｅ．ｃｏｍ／ｗａｔｃｈ？ｖ＝ｍＢ６－ｂＯｊＦｇ９４にて発表（２）令和４年６月３日に開催された「スーパー耐久（Ｓ耐）２４時間レース」にて発表

本発明は、水素エンジンに水素ガスを供給する水素供給装置の構造並びに、水素供給装置を搭載した水素エンジン車両の構造に関する。

特許文献１には、液体水素タンクと、水素ポンプと、蒸発器と、圧力水素タンクとを備える水素供給装置が開示されている。この水素供給装置は、液体水素タンクに貯留した液体水素を水素ポンプで加圧した後、蒸発器で気化させて圧力水素タンクに水素ガスを貯留し、圧力水素タンクに貯留した水素ガスを燃料電池に供給する。

また、特許文献２には、ヘリウムガスを用いた熱交換器によって液体水素を気化させてガスタービン等の機器に供給する液化ガス気化器が開示されている。

また、特許文献３には、熱交換器で気化させた水素ガスと空気とをシリンダの外側に配置した燃焼室で燃焼させ、燃焼ガスをシリンダの中に流入させてピストンを駆動するエンジンが開示されている。

特開２００４－３１６７７９号公報特開２０２１－２１４３３号公報特表２００６－５２７８０８号公報

近年、ガソリンに代わって水素ガスを直接燃焼させる水素エンジンを搭載した水素エンジン車両が用いられている。水素エンジン車両は、水素ガスタンクに貯留した高圧の水素ガスを減圧して水素エンジンに供給するものが多い。しかし、水素ガスタンクに貯留できる水素ガスの容量はあまり大きくなく、水素エンジン車両の航続距離が短いという問題があった。このため、水素ガスタンクに代えて液体水素タンクに貯留した液体水素を気化して水素エンジンに供給する方法が検討されている。

ここで、水素エンジン車両は、水素エンジンの駆動力のみで走行するので、燃料電池と駆動用バッテリを搭載した燃料電池車両よりも水素ガスの消費量が大きく変動する。このため、特許文献１に記載された従来技術のように、圧力水素タンクの圧力によって水素ポンプの動作を制御する方法では、水素エンジンに供給する水素ガスの圧力の変動を抑制できない場合があった。

そこで、本開示は、水素エンジンに供給する水素ガスの圧力変動を抑制することを目的とする。

本開示の水素供給装置は、液体水素タンクに貯留された液体水素を昇圧する液体水素ポンプと、前記液体水素ポンプから吐出された液体水素を水素ガスとする気化器と、前記気化器から流出した水素ガスが充填され、充填された水素ガスを水素エンジンに供給する圧力チャンバと、前記液体水素ポンプの吐出流量を調整するポンプ制御ユニットと、を備え、前記ポンプ制御ユニットは、前記水素エンジンに供給される水素流量と、前記圧力チャンバの実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整すること、を特徴とする

このように、本開示の水素供給装置は、水素エンジンに供給される水素流量と、圧力チャンバの実圧力とに基づいて液体水素ポンプの吐出流量を調整するので、水素流量の変化が大きい場合でも、圧力チャンバの圧力変動を抑えると共に、水素エンジンに供給する水素ガスの供給圧力の変動を抑制できる。

本開示の水素供給装置において、前記ポンプ制御ユニットは、前記圧力チャンバの前記実圧力が目標圧力となるように前記液体水素ポンプの吐出流量を調整してもよい。

これにより、本開示の水素供給装置は、圧力チャンバの圧力変動を抑制して水素エンジンに供給する水素ガスの供給圧力の変動を抑制できる。

本開示の水素供給装置において、前記圧力チャンバの前記実圧力を検出する圧力センサを備え、前記ポンプ制御ユニットは、前記水素エンジンに供給する水素ガスの目標流量と前記水素エンジンに供給される水素ガスの実流量を検出する流量センサで検出した水素ガスの前記実流量とのいずれか一方又は両方が前記水素エンジンに供給する水素流量を調整するエンジン制御ユニットから入力され、水素ガスの前記目標流量と水素ガスの前記実流量とのいずれか一方又は両方と、前記圧力センサで検出した前記圧力チャンバの前記実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整してもよい。

このように、本開示の水素供給装置は、エンジン制御ユニットから入力される水素ガスの目標流量と水素ガスの実流量のいずれか一方又は両方に基づいて液体水素ポンプの吐出流量を調整するので、水素エンジンの動作に連動して液体水素ポンプの吐出流量を調整できる。これにより、水素エンジンの水素消費量の変動に対する応答を早くでき、圧力チャンバの圧力変動を抑制して水素エンジンに供給する水素ガスの供給圧力の変動を抑制できる。

本開示の水素供給装置において、前記圧力チャンバの前記実圧力を検出する圧力センサと、前記水素エンジンに供給される水素ガスの実流量を検出する流量センサと、を備え、前記ポンプ制御ユニットは、前記流量センサで検出した水素ガスの前記実流量と、前記圧力センサで検出した前記圧力チャンバの前記実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整してもよい。

これにより、エンジン制御ユニットから水素ガスの目標流量、或いは水素ガスの実流量の入力がない場合でも、水素エンジンの水素消費量の変動に対する応答を早くでき、圧力チャンバの圧力変動を抑制して水素エンジンに供給する水素ガスの供給圧力の変動を抑制できる。

本開示の水素供給装置において、前記圧力チャンバの容量は、前記水素エンジンの最大水素消費流量の３０秒から６０秒の容量でもよい。

これにより、圧力チャンバの圧力変動を抑制できる。

本開示の水素供給装置において、前記気化器は、液体水素とヘリウムとの間で熱交換を行う熱交換器であり、ヘリウムと前記水素エンジンの冷却油との間で熱交換を行い、ヘリウムを加温する加温器を備えてもよい。

これにより、水素エンジンからの熱を利用して液体水素を気化させることができ、燃費の向上を図ることができる。

本開示の水素エンジン車両は、車両駆動用の水素エンジンと、前記水素エンジンに水素ガスを供給する水素供給装置と、を備える水素エンジン車両であって、前記水素供給装置は、液体水素タンクに貯留された液体水素を昇圧する液体水素ポンプと、前記液体水素ポンプから吐出された液体水素を水素ガスとする気化器と、前記気化器から流出した水素ガスが充填され、充填された水素ガスを前記水素エンジンに供給する圧力チャンバと、前記液体水素ポンプの吐出流量を調整するポンプ制御ユニットと、を含み、前記ポンプ制御ユニットは、前記水素エンジンに供給される水素流量と、前記圧力チャンバの実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整すること、を特徴とする。

本開示の水素エンジン車両において、前記ポンプ制御ユニットは、前記圧力チャンバの前記実圧力が目標圧力となるように前記液体水素ポンプの吐出流量を調整してもよい。

本開示の水素エンジン車両において、前記水素エンジンに供給する水素流量を調整するエンジン制御ユニットと、前記水素エンジンに供給される水素ガスの実流量を検出する流量センサと、を備え、前記水素供給装置が、前記圧力チャンバの前記実圧力を検出する圧力センサを備え、前記ポンプ制御ユニットは前記エンジン制御ユニットと接続され、前記水素エンジンに供給する水素ガスの目標流量と水素ガスの前記実流量とのいずれか一方又は両方が前記エンジン制御ユニットから入力され、水素ガスの前記目標流量と水素ガスの前記実流量とのいずれか一方又は両方と、前記圧力センサで検出した前記圧力チャンバの前記実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整してもよい。

本開示の水素エンジン車両において、アクセルと、前記アクセルの開度を検出する開度センサと、を備え、前記エンジン制御ユニットは、前記開度センサで検出した前記アクセルの前記開度に基づいて前記水素エンジンに供給する水素ガスの前記目標流量を算出して前記ポンプ制御ユニットに出力してもよい。

本開示は、水素エンジンに供給する水素ガスの圧力変動を抑制できる。

実施形態の水素エンジン車両の構成を示す系統図である。図１に示す水素エンジン車両のエンジン制御ユニットとポンプ制御ユニットの機能ブロック図である。実施形態の水素供給装置の構成を示す系統図である。図３に示す水素供給装置のポンプ制御ユニットの機能ブロック図である。

以下、図面を参照しながら実施形態の水素エンジン車両１００について説明する。図１に示すように、水素エンジン車両１００は、車両駆動用の水素エンジン１０と、水素供給装置３０とを備えている。尚、図１、３において、太い実線は、液体の流路を示し、二重線は気体の流れる流路を示す。また、一点鎖線は、信号の流れを示す。

図１に示すように、水素エンジン１０は、複数の気筒１１と、気筒１１の中で上下に移動するピストン１２とを備える往復動内燃機関で、ガソリンエンジンと同様の構造である。なお、図１では、複数の気筒１１の内の１つを図示する。気筒１１の上部には、空気が気筒１１の内部に流入する吸気ポート１３と、気筒１１の中の燃焼ガスを排出する排気ポート１４が設けられている。吸気ポート１３、排気ポート１４には、それぞれ吸気バルブ１５、排気バルブ１６が取付けられている。気筒１１の側面の上方には、水素ガスを気筒１１の中に噴射するインジェクタ１７が取り付けられている。インジェクタ１７には水素供給装置３０から供給される水素ガスを導入する水素ガス導入管２３が接続されている。水素ガス導入管２３から供給された水素ガスは、インジェクタ１７から気筒１１の内部に噴射されて気筒１１の内部で燃焼する。燃焼ガスは、ピストン１２を上下動させてピストン１２の下端に接続されているクランクシャフト（図示せず）を回転させる。

水素エンジン車両１００には、アクセル１９と、開度センサ２０と、流量センサ２２と、エンジン制御ユニット７０とが取り付けられている。アクセル１９には開度を検出する開度センサ２０が取り付けられており、開度センサ２０で検出した開度信号は、エンジン制御ユニット７０に入力される。また、水素ガス導入管２３には、水素エンジン１０に流入する水素ガスの実流量を検出する流量センサ２２が取り付けられている。流量センサ２２が検出した実流量の信号はエンジン制御ユニット７０に入力される。また、水素エンジン車両１００には、水素エンジン１０に冷却油を循環させるオイルポンプ１８が取り付けられている。オイルポンプ１８は、エンジン制御ユニット７０の指令で動作する。

エンジン制御ユニット７０は、水素エンジン１０に供給する水素流量を調整する。図１に示すように、エンジン制御ユニット７０は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ７１とプログラムや制御データを格納するメモリ７２とを備えるコンピュータである。エンジン制御ユニット７０は、開度センサ２０で検出したアクセル１９の開度に基づいて水素エンジン１０に供給する水素ガスの目標流量を算出し、インジェクタ１７の動作を調整して水素エンジン１０への水素ガスの流量を調整する。また、エンジン制御ユニット７０はオイルポンプ１８の動作を調整する。エンジン制御ユニット７０の構成の詳細については、後で説明する。

水素供給装置３０は、液体水素タンク３１に貯留した液体水素を昇圧、気化して供給圧力の水素ガスとして水素エンジン１０に供給する。水素供給装置３０は、液体水素タンク３１と、液体水素ポンプ３２と、気化器３７と、圧力チャンバ４５と、減圧弁５０と、加温器６５と、ポンプ制御ユニット８０と、を備えている。

液体水素タンク３１は、内部に冷却した液体水素を貯留する断熱構造の容器である。液体水素タンク３１の内部の圧力は、大気圧と同様か大気圧より少し高い圧力程度である。

液体水素ポンプ３２は、液体水素タンク３１の内部に配置されるインタンクピストン３３が上下に往復動する往復動ポンプである。液体水素ポンプ３２は、液体水素タンク３１の中に貯留されている液体水素を水素エンジン１０に供給する水素ガスの供給圧力よりも高い圧力に昇圧する。液体水素ポンプ３２の吐出圧力は、例えば、供給圧力の２倍程度の圧力でもよい。液体水素タンク３１の外部にはモータ３５と、モータ３５の回転動作を上下方向の往復動に変換する駆動カム３４とが配置されている。また、インタンクピストン３３のケーシングには、液体水素を吸い込む吸い込み口と液体水素を吐出する吐出口が配置されており、吐出口には、液体水素吐出管３６が接続されている。液体水素吐出管３６は、液体水素タンク３１の内部から液体水素タンク３１の外部に延びて、気化器３７に接続されている。モータ３５が回転すると駆動カム３４によってインタンクピストン３３が上下方向に往復動し、液体水素タンク３１の中に貯留されている液体水素を昇圧して液体水素吐出管３６から気化器３７に吐出する。

気化器３７は、液体水素ポンプ３２から吐出された高圧の液体水素と加熱されたヘリウムガスとの熱交換器であり、液体水素を気化させて高圧の水素ガスとする。気化器３７は、加温されたヘリウムガスが流れるケーシング６１と、ケーシング６１の内部に取り付けられて高圧の液体水素が流れるチューブ６２とで構成されている。

加温器６５は、気化器３７を通ったヘリウムガスと、水素エンジン１０の冷却油との熱交換器であり、気化器３７を通って温度が低下したヘリウムガスを加温する。加温器６５は、ヘリウムガスが流れるケーシング６６と、ケーシング６６の内部に取り付けられて水素エンジン１０の冷却油が流れるチューブ６７で構成されている。

気化器３７のケーシング６１と加温器６５のケーシング６６との間は、加温ガスダクト６３と、戻りダクト６４とによって接続されている。加温ガスダクト６３にはファン５２が取り付けられており、ファン５２が駆動するとヘリウムガスは加温器６５のケーシング６６と気化器３７のケーシング６１との間を循環する。ファン５２は、後で説明するポンプ制御ユニット８０の指令によって駆動する。また、水素エンジン１０の冷却油は、オイルポンプ１８で加圧され、供給管６８と戻り管６９を通って水素エンジン１０と加温器６５のチューブ６７の間を循環する。オイルポンプ１８は、エンジン制御ユニット７０の指令によって動作する。

水素エンジン１０の温度の高い冷却油は、加温器６５のチューブ６７内を流れてヘリウムガスを加温する。加温されたヘリウムガスは、加温ガスダクト６３から気化器３７のケーシング６１に流入し、液体水素吐出管３６から気化器３７のチューブ６２に流入した高圧で低温の液体水素と熱交換する。熱交換により、液体水素は加温されて気化し、高圧の水素ガスとなって高圧水素ガス供給管３８に流出する。

高圧水素ガス供給管３８には、水素ガス充填管３９と水素ガス流出管４１とを介して圧力チャンバ４５が接続されている。水素ガス流出管４１は、水素ガス充填管３９の下流側に接続されている。水素ガス充填管３９には逆止弁４０が取り付けられている。また、水素ガス流出管４１には仕切弁４２が取り付けられている。圧力チャンバ４５には圧力チャンバ４５の実圧力を検出する圧力センサ４６が取り付けられている。圧力チャンバ４５の容量は、水素エンジン１０の最大水素消費流量の３０秒から６０秒の容量である。これにより、水素エンジン１０の水素の消費量が変動しても圧力チャンバ４５の圧力変動を抑制できる。

高圧水素ガス供給管３８の水素圧力が圧力チャンバ４５の水素圧力よりも高い場合には、逆止弁４０が開となって水素ガス充填管３９から圧力チャンバ４５に水素ガスが充填される。一方、高圧水素ガス供給管３８の水素圧力が圧力チャンバ４５の水素圧力よりも低い場合には、圧力チャンバ４５に充填された水素ガスは水素ガス流出管４１、仕切弁４２を通って高圧水素ガス供給管３８に流出する。仕切弁４２は、後で説明するポンプ制御ユニット８０の指令によって開閉する。

高圧水素ガス供給管３８の水素ガス流出管４１の下流には、高圧の水素ガスを供給圧力に減圧する減圧弁５０が設けられている。減圧弁５０は、後で説明するポンプ制御ユニット８０の指令によって動作する。減圧弁５０によって供給圧力まで減圧された水素ガスは、減圧弁５０の下流側に接続された水素ガス供給管５３に流出する。水素ガス供給管５３には、水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサ５１が取り付けられている。水素ガス供給管５３は、水素ガス導入管２３に接続され、水素エンジン１０のインジェクタ１７に水素ガスを供給する。

ポンプ制御ユニット８０は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ８１とプログラムや制御データを格納するメモリ８２とを備えるコンピュータである。ポンプ制御ユニット８０はエンジン制御ユニット７０と接続されおり、エンジン制御ユニット７０からデータが入力される。また、ポンプ制御ユニット８０には、圧力センサ４６で検出した圧力チャンバ４５の実圧力の信号が入力される。

ポンプ制御ユニット８０は、圧力センサ５１で検出する水素ガスの圧力が一定となるように減圧弁５０を調整する。また、ポンプ制御ユニット８０は、ファン５２の動作を調整する。更に、ポンプ制御ユニット８０は、水素エンジン１０に供給される水素流量と、圧力センサ４６で検出した圧力チャンバ４５の前記実圧力と、に基づいて液体水素ポンプ３２の吐出流量を調整する。

次に、図２を参照しながらエンジン制御ユニット７０と、ポンプ制御ユニット８０の詳細について説明する。

エンジン制御ユニット７０は、目標流量算出部７５と、インジェクタＰＩＤ制御部７６の２つの機能ブロックを備えている。各機能ブロックは、ＣＰＵ７１がメモリ７２の中に格納したプログラムを実行することにより実現できる。

エンジン制御ユニット７０の目標流量算出部７５は、開度センサ２０から入力されるアクセル１９の開度に基づいて水素エンジン１０に供給される水素ガスの目標流量を算出する。目標流量は、例えば、アクセル１９の開度に比例した流量として算出してもよいし、開度と目標流量とのマップをメモリ７２に格納しておき、マップを参照して算出してもよい。尚、アクセル１９の開度に加えて、例えば、水素エンジン車両１００の速度や水素エンジン１０の回転数等を考慮して目標流量を算出してもよい。目標流量算出部７５は、算出した目標流量をインジェクタＰＩＤ制御部７６に出力すると共に、ポンプ制御ユニット８０のポンプＰＩＤ制御部８６に出力する。

インジェクタＰＩＤ制御部７６は、目標流量算出部７５から入力された水素ガスの目標流量と、流量センサ２２で検出した水素ガスの実流量との差分に基づいてＰＩＤ制御によりインジェクタ駆動指令を算出し、インジェクタ１７に出力する。インジェクタ１７はインジェクタＰＩＤ制御部７６からの駆動指令によって動作する。また、インジェクタＰＩＤ制御部７６は、流量センサ２２から入力された水素ガスの実流量をポンプ制御ユニット８０のポンプＰＩＤ制御部８６に出力する。

ポンプ制御ユニット８０は、圧力フィードバック制御部８５と、ポンプＰＩＤ制御部８６と、加算器８７の３つの機能ブロックを備えている。各機能ブロックは、ＣＰＵ８１がメモリ８２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。

水素供給装置３０は、水素エンジン１０が消費する水素ガスの実流量と同一流量の水素ガスを発生させればよい。水素ガスの発生量は、液体水素ポンプ３２から吐出される液体水素の流量に比例するので、液体水素ポンプ３２から吐出される液体水素の流量を水素エンジン１０の消費する水素ガスの実流量に比例した流量に制御すればよい。しかし、水素エンジン１０の消費する水素ガスの流量よりも水素供給装置３０で発生する水素ガスの流量が少ない場合には、圧力チャンバ４５の実圧力が低下する。逆に、水素エンジン１０の消費する水素ガスの流量よりも水素供給装置３０で発生する水素ガスの流量が多い場合には、圧力チャンバ４５の実圧力が上昇する。圧力チャンバ４５の実圧力が変動すると減圧弁５０の下流の水素ガスの供給圧力が変動する。また、圧力チャンバ４５の実圧力が供給圧力よりも低くなると、水素エンジン１０に水素ガスを供給できなくなる。

そこで、ポンプ制御ユニット８０は、ポンプＰＩＤ制御部８６により、液体水素ポンプ３２から吐出される液体水素の流量を水素エンジン１０に供給される水素ガスの流量に対応した流量となるように液体水素ポンプ３２のモータ３５の回転数を調整するＰＩＤ指令値を算出する。また、圧力フィードバック制御部８５によって圧力チャンバ４５の実圧力の変動を抑制するように液体水素ポンプ３２のモータ３５の回転数を調整する圧力フィードバック指令値を算出する。そして、加算器８７でＰＩＤ指令値と圧力フィードバック指令値とを加算してモータ回転数指令を生成してモータ３５の回転数を調整する。これにより、圧力チャンバ４５の実圧力の変動を抑制して水素ガスの供給圧力の変動を抑制する。

ポンプＰＩＤ制御部８６は、エンジン制御ユニット７０から入力された水素ガスの目標流量と実流量の差分に基づいて液体水素ポンプ３２のモータ３５の回転数についてのＰＩＤ指令値を出力する。このＰＩＤ指令値は、インジェクタＰＩＤ制御部７６と同一の水素ガスの目標値と実流量の差分に基づいて算出されるので、インジェクタ駆動指令と同期した指令値となる。したがって、ＰＩＤ指令値は、液体水素ポンプ３２から吐出される液体水素の流量を水素エンジン１０に供給される水素ガスの流量に対応した流量にできる。これにより、アクセル１９の開度が変動して水素エンジン１０の消費する水素ガス流量が変動した場合でも、水素エンジン１０が消費する水素ガスの流量の変動に同期した水素ガスを発生させることができ、圧力チャンバ４５の実圧力の変動を抑制して水素エンジン１０に供給する供給圧力の変動を抑制することができる。

圧力フィードバック制御部８５は、メモリ７２に格納した目標圧力と圧力センサ４６で検出した圧力チャンバ４５の実圧力との差分に基づいて圧力フィードバック制御指令値を出力する。目標圧力は、水素エンジン１０への供給圧力よりも高い圧力で、上限圧力よりも低い圧力であれば、適宜決定できる。圧力フィードバック指令値は、圧力チャンバ４５の実圧力が目標圧力よりも低くなると液体水素ポンプ３２のモータ３５の回転数を上昇させて吐出流量を増加させ、逆に圧力チャンバ４５の実圧力が目標圧力よりも高くなると液体水素ポンプ３２のモータ３５の回転数を低下させて吐出流量を低下させる指令値である。

加算器８７は、ＰＩＤ指令値と圧力フィードバック指令値とを加算してモータ３５の回転数指令を生成する。加算する際には、２つの指令値を単純に加算してもよいし、重みづけして加算するようにしてもよい。例えば、水素エンジン１０の水素の消費量の変動があまり大きくない場合には、圧力フィードバック指令値のウェイトをＰＩＤ指令値のウェイトよりも大きくしてもよい。逆に、水素エンジン１０の水素の消費量の変動が大きい場合には、ＰＩＤ指令値のウェイトを大きくして応答性を高めるようにしてもよい。

このように、ＰＩＤ指令値と圧力フィードバック指令値とを加算してモータ３５の回転数指令を生成し、液体水素ポンプ３２のモータ３５の回転数を調整して液体水素ポンプ３２の吐出流量を調整するので、圧力チャンバ４５の実圧力の変動を抑制して水素ガスの供給圧力の変動を抑制することができる。

以上の説明では、ポンプ制御ユニット８０は、エンジン制御ユニット７０から水素ガスの目標流量と、流量センサ２２で検出した水素ガスの実流量とが入力されるとして説明したが、これに限らず、エンジン制御ユニット７０を介さずに直接流量センサ２２から水素ガスの実流量の信号が入力されるように構成してもよい。

また、以上の説明では、ポンプ制御ユニット８０は、エンジン制御ユニット７０から入力された水素ガスの目標流量と実流量の差分に基づいて液体水素ポンプ３２のモータ３５の回転数についてのＰＩＤ指令値を出力するポンプＰＩＤ制御部８６を備えることとして説明したがこれに限らない。例えば、エンジン制御ユニット７０から水素ガスの目標流量、或いは水素ガスの実流量の一つの入力に基づいて、図３、４に示す水素供給装置１３０のように比例制御によって比例指令値を算出し、これと圧力フィードバック指令値とによってモータ３５の回転数指令を生成してもよい。

次に図３、４を参照して先に説明した水素供給装置３０と異なる構成の水素供給装置１３０について説明する。先に説明した水素供給装置３０と同一の部位には同一の符号を付して説明は省略する。

図３に示すように、水素供給装置１３０は、水素ガス供給管５３に取付けられて水素エンジン１０に供給する水素ガスの流量を検出する流量センサ９２を備えている。流量センサ９２が検出した流量の信号は、ポンプ制御ユニット１８０に入力される。ポンプ制御ユニット１８０は、情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ１８１とプログラムや制御データを格納するメモリ１８２とを備えるコンピュータである。先に説明した実施形態の水素供給装置３０のポンプ制御ユニット８０と異なり、ポンプ制御ユニット１８０は、エンジン制御ユニット７０とは接続されていない。

図４に示すように、ポンプ制御ユニット１８０は、先に説明したポンプ制御ユニット８０のポンプＰＩＤ制御部８６に代えて、ポンプ比例制御部８８を備えている。ポンプ比例制御部８８は、流量センサ９２で検出した水素ガスの実流量に比例定数を乗算して比例指令値を算出する。比例指令値により、水素供給装置１３０は、水素エンジン１０が消費する水素ガスの流量の変動に連動した水素ガスを発生させることができ、先に説明した水素供給装置３０と同様、圧力チャンバ４５の実圧力の変動を抑制して水素ガスの供給圧力の変動を抑制することができる。

１０水素エンジン、１１気筒、１２ピストン、１３吸気ポート、１４排気ポート、１５吸気バルブ、１６排気バルブ、１７インジェクタ、１８オイルポンプ、１９アクセル、２０開度センサ、２２、９２流量センサ、２３水素ガス導入管、３０、１３０水素供給装置、３１液体水素タンク、３２液体水素ポンプ、３３インタンクピストン、３４駆動カム、３５モータ、３６液体水素吐出管、３７気化器、３８高圧水素ガス供給管、３９水素ガス充填管、４０逆止弁、４１水素ガス流出管、４２仕切弁、４５圧力チャンバ、４６圧力センサ、４８再循環弁、５０減圧弁、５１圧力センサ、５２ファン、５３水素ガス供給管、６１、６６ケーシング、６２、６７チューブ、６３加温ガスダクト、６４戻りダクト、６５加温器、６８供給管、６９戻り管、７０エンジン制御ユニット、７１、８１、１８１ＣＰＵ、７２、８２、１８２メモリ、７５目標流量算出部、７６インジェクタＰＩＤ制御部、８０、１８０ポンプ制御ユニット、８５圧力フィードバック制御部、８６ポンプＰＩＤ制御部、８７加算器、８８ポンプ比例制御部、１００水素エンジン車両。

Claims

水素供給装置であって、
液体水素タンクに貯留された液体水素を昇圧する液体水素ポンプと、
前記液体水素ポンプから吐出された液体水素を水素ガスとする気化器と、
前記気化器から流出した水素ガスが充填され、充填された水素ガスを水素エンジンに供給する圧力チャンバと、
前記液体水素ポンプの吐出流量を調整するポンプ制御ユニットと、を備え、
前記ポンプ制御ユニットは、前記水素エンジンに供給される水素流量と、前記圧力チャンバの実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整すること、
を特徴とする水素供給装置。
請求項１に記載の水素供給装置であって、
前記ポンプ制御ユニットは、前記圧力チャンバの前記実圧力が目標圧力となるように前記液体水素ポンプの吐出流量を調整すること、
を特徴とする水素供給装置。
請求項２に記載の水素供給装置であって、
前記圧力チャンバの前記実圧力を検出する圧力センサを備え、
前記ポンプ制御ユニットは、
前記水素エンジンに供給する水素ガスの目標流量と前記水素エンジンに供給される水素ガスの実流量を検出する流量センサで検出した水素ガスの前記実流量とのいずれか一方又は両方が前記水素エンジンに供給する水素流量を調整するエンジン制御ユニットから入力され、
水素ガスの前記目標流量と水素ガスの前記実流量とのいずれか一方又は両方と、前記圧力センサで検出した前記圧力チャンバの前記実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整すること、
を特徴とする水素供給装置。
請求項２に記載の水素供給装置であって、
前記圧力チャンバの前記実圧力を検出する圧力センサと、
前記水素エンジンに供給される水素ガスの実流量を検出する流量センサと、を備え、
前記ポンプ制御ユニットは、前記流量センサで検出した水素ガスの前記実流量と、前記圧力センサで検出した前記圧力チャンバの前記実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整すること、
を特徴とする水素供給装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の水素供給装置であって、
前記圧力チャンバの容量は、前記水素エンジンの最大水素消費流量の３０秒から６０秒の容量であること、
を特徴とする水素供給装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の水素供給装置であって、
前記気化器は、液体水素とヘリウムとの間で熱交換を行う熱交換器であり、
ヘリウムと前記水素エンジンの冷却油との間で熱交換を行い、ヘリウムを加温する加温器を備えること、
を特徴とする水素供給装置。
車両駆動用の水素エンジンと、
前記水素エンジンに水素ガスを供給する水素供給装置と、を備える水素エンジン車両であって、
前記水素供給装置は、
液体水素タンクに貯留された液体水素を昇圧する液体水素ポンプと、
前記液体水素ポンプから吐出された液体水素を水素ガスとする気化器と、
前記気化器から流出した水素ガスが充填され、充填された水素ガスを前記水素エンジンに供給する圧力チャンバと、
前記液体水素ポンプの吐出流量を調整するポンプ制御ユニットと、を含み、
前記ポンプ制御ユニットは、前記水素エンジンに供給される水素流量と、前記圧力チャンバの実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整すること、
を特徴とする水素エンジン車両。
請求項７に記載の水素エンジン車両であって、
前記ポンプ制御ユニットは、前記圧力チャンバの前記実圧力が目標圧力となるように前記液体水素ポンプの吐出流量を調整すること、
を特徴とする水素エンジン車両。
請求項８に記載の水素エンジン車両であって、
前記水素エンジンに供給する水素流量を調整するエンジン制御ユニットと、
前記水素エンジンに供給される水素ガスの実流量を検出する流量センサと、を備え、
前記水素供給装置が、前記圧力チャンバの前記実圧力を検出する圧力センサを備え、
前記ポンプ制御ユニットは前記エンジン制御ユニットと接続され、前記水素エンジンに供給する水素ガスの目標流量と水素ガスの前記実流量とのいずれか一方又は両方が前記エンジン制御ユニットから入力され、
水素ガスの前記目標流量と水素ガスの前記実流量とのいずれか一方又は両方と、前記圧力センサで検出した前記圧力チャンバの前記実圧力と、に基づいて前記液体水素ポンプの吐出流量を調整すること、
を特徴とする水素エンジン車両。
請求項９に記載の水素エンジン車両であって、
アクセルと、
前記アクセルの開度を検出する開度センサと、を備え、
前記エンジン制御ユニットは、前記開度センサで検出した前記アクセルの前記開度に基づいて前記水素エンジンに供給する水素ガスの前記目標流量を算出して前記ポンプ制御ユニットに出力すること、
を特徴とする水素エンジン車両。