CN118088328A - 氢发动机的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氢发动机的控制装置。ECM基于氢发动机的运转状态来运算点火前的缸内压的峰值，并且在该峰值超过阈值的情况下，以峰值成为阈值以下得到方式进行点火定时的超前校正。
Description
技术领域
本公开涉及氢发动机的控制装置。
背景技术
日本特开2012-167582号公报记载了将氢气使用于燃料的工作气体循环型的发动机涉及的技术。在该技术中，以避免燃烧压的峰值超过上限值的方式控制气门正时等，由此能够避免缸内压、缸内温度的过度的上升引起的热效率的下降。
发明内容
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
在将氢气使用于燃料的氢发动机中，燃烧室周围的金属部件由于氢的渗透而可能会脆化。
【用于解决课题的方案】
在本公开的一形态中，提供一种将氢气使用于燃料的氢发动机的控制装置。控制装置构成为，基于氢发动机的运转状态来运算点火前的缸内压的峰值，并且，在峰值超过阈值的情况下，以峰值成为该阈值以下的方式变更氢发动机的控制内容。
附图说明
图1是示意性地表示氢发动机的控制装置的一实施方式的结构的图。
图2是控制装置执行的氢脆抑制控制例程的流程图。
图3是表示实施了氢脆抑制控制的情况和未实施氢脆抑制控制的情况下的各自的缸内压的推移的坐标图。
图4是表示将燃料喷射定时进行延迟的情况和未将燃料喷射定时进行延迟的情况下的各自的缸内压的推移的坐标图。
图5是表示将进气门的闭阀定时进行延迟的情况和未将进气门的闭阀定时进行延迟的情况下的各自的缸内压的推移的坐标图。
具体实施方式
以下，参照图1～图3，详细说明氢发动机的控制装置的一实施方式。
<氢发动机的结构>
首先，参照图1，说明适用本实施方式的控制装置的氢发动机10的结构。氢发动机10是以氢气为燃料的发动机，作为产生推进力的驱动源而搭载于车辆。
氢发动机10具备气缸11、活塞12、连杆13及曲轴14。活塞12在气缸11内设置成往复移动自如。而且，活塞12经由连杆13连结于作为氢发动机10的输出轴的曲轴14。连杆13及曲轴14构成将活塞12的往复移动转换成曲轴14的旋转的连杆机构。
在气缸11的内部形成有由气缸11的内壁和活塞12划分的燃烧室15。在燃烧室15设置喷射器16和点火装置17。喷射器16向燃烧室15内喷射氢气。点火装置17通过火花放电将氢气与进气的混合气点火。
燃烧室15经由进气门18与进气通路19连接。进气通路19是进气向燃烧室15的导入路。对应于进气门18的开阀而进气从进气通路19向燃烧室15流入。在进气通路19设置变更进气的流路面积的节气门20。而且，氢发动机10具备使进气门18的开闭定时可变的可变气门正时机构21。在以下的说明中，将可变气门正时机构21记载为“VVT21”。
另外，燃烧室15经由排气门22连接排气通路23。排气通路23是通过燃烧室15内的混合气的燃烧而产生的排气的排出路。对应于排气门22的开阀而燃烧室15内的排气向排气通路23流出。
<控制装置的结构>
接下来，参照图1，说明氢发动机10的控制装置的结构。本实施方式的控制装置构成作为具有处理器31及存储器32的发动机控制模块30。在存储器32预先存储有氢发动机10的控制用的程序及数据。处理器31从存储器32读入程序，并执行该读入的程序。在以下的说明中，将发动机控制模块30记载为“ECM30”。
用于检测氢发动机10的运转状态的各种传感器的检测信号向ECM30输入。这样的传感器包括气流计33、曲轴角传感器34、进气温度传感器35、大气压传感器36、加速踏板传感器37及车速传感器38。气流计33是检测在进气通路19中流动的进气的流量即吸入空气量GA的传感器。曲轴角传感器34是检测曲轴14的旋转角即曲轴角的传感器。进气温度传感器35是检测在进气通路19中流动的进气的温度即进气温度THA的传感器。大气压传感器36是检测大气压PA的传感器。加速踏板传感器37是检测由车辆的驾驶者作出的加速踏板的操作量即加速踏板操作量ACC的传感器。车速传感器38是检测车辆的行驶速度即车速SPD的传感器。ECM30基于曲轴角传感器34的检测信号，来运算曲轴14的旋转速度即发动机转速NE。而且，ECM30基于气流计33及进气温度传感器35的检测信号、及节气门20的开度等，来运算燃烧室15的进气填充率η。
并且，ECM30设定在燃烧室15内燃烧的混合气的空燃比、氢气的喷射量、喷射定时、点火定时、进气门18的开闭定时等氢发动机10的操作量。此时，ECM30将这些操作量设定为适合于氢发动机10的燃耗性能、排气性能的提高的值。并且，ECM30基于设定的各操作量来操作节气门20、喷射器16、点火装置17及VVT21等，由此控制氢发动机10。
<氢脆抑制控制>
ECM30实施用于抑制燃烧室15的周边的金属部件的氢脆的进展的氢脆抑制控制作为氢发动机10的控制的一环。以下，说明这样的氢脆抑制控制的详情。
图2示出为了氢脆抑制控制而ECM30执行的氢脆抑制控制例程的流程图。ECM30在氢发动机10的运转过程中，每隔既定的控制周期反复执行本例程。
当开始本例程时，ECM30首先在步骤S100中，基于进气填充率η、进气温度THA、大气压PA、点火定时、氢气的喷射量及喷射定时等，来运算点火前的缸内压的峰值P。在存储器32记录有运算映射，该运算映射存储有预先通过实验等求出的峰值P与该运算使用的各参数的关系。ECM30使用该运算映射，来运算峰值P。
接下来，ECM30在步骤S110中，基于空气过剩率λ，来运算点火前的缸内压的上限值PU的值。上限值PU表示燃烧室15内的氢分压成为容许极限值时的缸内压。容许极限值表示能够将金属部件的氢脆的进展抑制成可容许的范围的氢分压的上限。具体而言，ECM30基于空气过剩率λ，运算燃烧室15内的混合气的氢摩尔分数。并且，ECM30将上述的容许极限值除以氢摩尔分数，并将该除法运算出的值运算作为上限值PU的值。
接下来，ECM30在步骤S120中，判定峰值P是否超过上限值PU。在峰值P为上限值PU以下的情况下(S120：否)，ECM30直接结束本次的控制周期中的本例程的处理。相对于此，在峰值P超过上限值PU的情况下(S120：是)，ECM30使处理进入步骤S130。
在步骤S130中，ECM30运算为了使峰值P下降至上限值PU所需的点火定时的超前校正量A。如果使点火定时超前至成为压缩上止点之前的定时，则峰值P下降。由此，ECM30在步骤S130中，以成为使点火定时超前至压缩上止点之前的定时的值的方式运算超前校正量A的值。
并且，ECM30接下来在步骤S140中，根据超前校正量A，来校正点火定时。即，ECM30使点火定时超前超前校正量A的值的量。然后，ECM30结束本次的控制周期中的本例程的处理。
步骤S140中的点火定时的超前校正的结果是存在点火定时成为比喷射器16的喷射的结束定时早的定时的情况。而且，步骤S140中的点火定时的超前校正的结果是存在从喷射的结束至点火的时间过短而氢气向进气的混合变得不充分的情况。在这样的情况下，ECM30在步骤S140中，与点火定时的超前校正一起也同时进行喷射定时的超前校正。
<实施方式的作用及效果>
说明本实施方式的作用及效果。
ECM30在图2的步骤S100中，基于氢发动机10的运转状态，来运算点火前的缸内压的峰值P。而且，ECM30在图2的步骤S120中，判定峰值P是否超过阈值。并且，ECM30在峰值P超过阈值的情况下(S120：是)，在步骤S140中，为了使峰值P成为上限值PU以下，使点火定时超前成为压缩上止点之前的定时。即，在该步骤S140中，ECM30以峰值P成为上限值PU以下的方式变更氢发动机10的控制内容。在图2的步骤S110中，ECM30将燃烧室15内的氢分压成为既定的容许极限值的缸内压设定为上限值PU的值。在本实施方式中，上限值PU对应于阈值。
图3通过实线表示本实施方式时的缸内压的推移的一例。而且，图3通过单点划线表示未实施氢脆抑制控制的控制装置的比较例时的缸内压的推移的一例。图3～图5记载的“TDC”表示压缩上止点。
在图3的情况下，在压缩行程中的从时刻t1至时刻t2的期间进行氢气的喷射。并且，在比较例的情况下，在压缩上止点后的时刻t4进行点火。该情况下的缸内压上升至压缩上止点，从压缩上止点下降至进行点火的时刻t4。由此，在该情况下，点火前的缸内压在压缩上止点处变得最大。并且，该情况下的压缩上止点的缸内压的值P1比上限值PU高。如上所述，上限值PU表示燃烧室15内的氢分压成为能够抑制金属部件的氢脆的进展的上限时的缸内压。由此，在该情况下，无法充分地抑制燃烧室15周围的金属部件的氢脆。
在本实施方式的情况下，ECM30在以当前的控制内容控制氢发动机10时点火前的缸内压的峰值P超过上限值PU的情况下，进行点火定时的超前校正。在图3的情况下，ECM30将点火定时进行超前校正至压缩上止点之前的定时t3。在点火后，燃烧室15内的氢燃烧。因此，燃烧室15内的氢分压的峰值与比较例的情况相比降低。此外，在本实施方式的情况下，ECM30以峰值P成为上限值PU以下的方式进行点火定时的超前校正。因此，燃烧室15内的氢分压被抑制成能够将金属部件的氢脆的进展抑制在容许范围内的上限值以下。
本实施方式发挥以下的效果。
(1)在金属部件曝露于含有氢气的气氛中的情况下，该气氛的压力越高，则氢越容易渗透到金属部件内。另一方面，燃烧室15内的氢气在点火后燃烧，因此气缸内的氢分压变得最大的定时成为点火定时或比点火定时早的定时。由此，通过降低点火前的缸内压的峰值，能抑制金属部件的氢脆的进展。在这一点上，根据本实施方式，首先，ECM30基于氢发动机10的运转状态来运算点火前的缸内压的峰值P。然后，ECM30在峰值P超过上限值PU的情况下，以峰值P成为上限值PU以下的方式变更氢发动机10的控制内容。更详细而言，ECM30以使点火定时超前成为压缩上止点之前的定时的方式进行上述控制内容的变更。由此，能抑制燃烧室15内的氢分压的上升。因此，能抑制燃烧室周围的金属部件的氢脆。
(2)ECM30将燃烧室15内的氢分压成为既定的容许极限值的缸内压设定为上限值PU的值。因此，能够以避免超过能够抑制氢脆的进展的极限的方式控制燃烧室15内的氢分压。
(其他的实施方式)
本实施方式可以如以下那样变更实施。本实施方式及以下的变更例在技术上不矛盾的范围内可以相互组合实施。
<关于控制内容的变更(其1)>
在上述实施方式中，在氢脆抑制控制中，ECM30进行了点火定时的超前校正作为用于使峰值P成为上限值PU以下的控制内容的变更。也可以通过除此以外的控制内容的变更使峰值P成为上限值PU以下。
图4通过实线表示控制装置的变更例时的缸内压的推移的一例。在该变更例中，进行氢气的喷射定时的延迟校正作为用于使峰值P成为上限值PU以下的控制内容的变更。而且，图4通过单点划线表示未实施氢脆抑制控制的控制装置的比较例时的缸内压的推移的一例。在比较例的情况下，在压缩行程中的从时刻t1至时刻t2的期间喷射氢气。然后，在压缩行程后的时刻t4进行点火。在该情况下，点火前的缸内压在压缩上止点处变得最大。并且，该情况下的压缩上止点处的缸内压的值P1超过上限值PU。
在本变更例中，在这样的情况下，ECM30以喷射的结束定时成为比压缩上止点晚的定时的方式使燃料喷射定时延迟。在图4的情况下，以在从时刻t11至时刻t12的期间进行氢气的喷射的方式进行燃料喷射定时的延迟校正。该情况下的成为喷射的结束定时的时刻t12成为比压缩上止点晚的定时。在这样的情况下，在压缩上止点的时间点存在于燃烧室15内的氢气的量与比较例的情况相比降低。并且，在燃料喷射结束的时刻t12的时间点，活塞12比压缩上止点下降。因此，即使以喷射的结束定时成为比压缩上止点晚的定时的方式使燃料喷射定时延迟，也能够使峰值P成为上限值PU以下。
如果使燃料喷射定时延迟，则从喷射的结束至点火的时间缩短，在点火之前存在无法将氢气充分地搅拌于进气中的情况。在这样的情况下，优选与燃料喷射定时一起使点火定时也延迟。在图4的情况下，使点火定时从时刻t4向时刻t5延迟。
<关于控制内容的变更(其2)>
在氢脆抑制控制中，ECM30可以进行使进气门18的闭阀定时比控制内容的变更前晚的情况作为控制内容的变更。
图5通过实线表示将进气门18的闭阀定时的延迟作为上述控制内容的变更而进行的、控制装置的变更例时的缸内压的推移的一例。而且，图5通过单点划线表示未实施氢脆抑制控制的控制装置的比较例时的缸内压的推移的一例。图5的“BDC”表示进气下止点。
在比较例的情况下，在进气下止点后的时刻t20关闭进气门18。然后，在之后的压缩行程中的从时刻t1至时刻t2的期间进行氢气的喷射。此外，在比较例的情况下，在压缩上止点后的时刻t4进行点火。该情况下的点火前的缸内压在压缩上止点处变得最大。并且，该情况下的压缩上止点处的缸内压的值P1超过上限值PU。
在本变更例中，在这样的情况下，ECM30以使进气门18的闭阀定时延迟的方式操作VVT21。在图5的情况下，使进气门18的闭阀定时延迟至比时刻t20晚的时刻t21。在本变更例的情况下，燃料喷射定时、点火定时也与比较例的情况相同。如果使进气门18的闭阀定时比进气下止点延迟一定程度以上，则被导入到燃烧室15的进气的一部分向进气通路19吹回。并且，燃烧室15的进气填充率η减少被吹回的进气的量，因此压缩上止点的缸内压、进而点火前的缸内压的峰值P下降。因此，即使与控制内容的变更前相比以使进气门18的闭阀定时延迟的方式变更控制内容，也能够使峰值P成为上限值PU以下。而且，即使由于节气门20的开度的缩小而使进气填充率η减少，也同样能够使峰值P成为上限值PU以下。
<其他的变更例>
·在上述实施方式中，ECM30基于空气过剩率λ来运算燃烧室内的氢分压成为既定的容许极限值的缸内压，将该运算出的值设定为上限值PU的值。可以将上限值PU设为固定值。例如，可以将氢气的喷射量设为其控制范围的最大值时的燃烧室15内的氢分压成为容许极限值的缸内压设定为上限值PU的值。
·上述实施方式的氢脆抑制控制如果在该控制中不进行进气门18的闭阀定时的延迟校正，则也能够适用于不具备VVT21的氢发动机。而且，上述实施方式的氢脆抑制控制如果在该控制中不进行燃料喷射定时的延迟校正，则也能够适用于向进气通路19内喷射氢气的氢发动机。
作为构成氢发动机10的控制装置的处理器31，并不局限于具备CPU和ROM而执行软件处理的结构。例如，可以具备对在上述实施方式中被进行了软件处理的结构的至少一部分进行硬件处理的例如ASIC等专用的硬件电路。即，处理器31只要是以下的(a)～(c)的任一结构即可。(a)具备按照程序来执行上述处理的全部的处理装置、存储程序的ROM等程序保存装置。(b)具备按照程序来执行上述处理的一部分的处理装置及程序保存装置、执行其余的处理的专用的硬件电路。(c)具备执行上述处理的全部的专用的硬件电路。在此，具备处理装置及程序保存装置的软件执行装置、专用的硬件电路可以为多个。
Claims (5)
1.一种氢发动机的控制装置，所述氢发动机将氢气使用于燃料，其中，
所述控制装置构成为，基于所述氢发动机的运转状态来运算点火前的缸内压的峰值，并且，在所述峰值超过阈值的情况下，以所述峰值成为所述阈值以下的方式变更所述氢发动机的控制内容。
2.根据权利要求1所述的氢发动机的控制装置，其中，
所述控制装置构成为，进行以点火定时成为压缩上止点之前的定时的方式使点火定时提前的步骤作为所述控制内容的变更。
3.根据权利要求1所述的氢发动机的控制装置，其中，
所述氢发动机具备喷射器，该喷射器将所述氢气向气缸内喷射，
并且，所述控制装置构成为，进行以喷射的结束定时成为比压缩上止点晚的定时的方式使所述氢气的喷射定时延迟的步骤作为所述控制内容的变更。
4.根据权利要求1所述的氢发动机的控制装置，其中，
所述氢发动机具备可变气门正时机构，该可变气门正时机构使进气门的开闭定时可变，
并且，所述控制装置构成为，进行使所述进气门的闭阀定时比所述控制内容的变更前晚的步骤作为所述控制内容的变更。
5.根据权利要求1所述的氢发动机的控制装置，其中，
所述控制装置构成为，将燃烧室内的氢分压成为既定的允许极限值的所述缸内压设定为所述阈值。
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