JP2006046075A - Controller for hydrogen-added internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller for a hydrogen-added internal combustion engine capable of preventing the maximum cylinder pressure from becoming excessive without reducing torque. <P>SOLUTION: When controlling amount of injection of gasoline and hydrogen at a ratio determined in accordance with an operation condition of the internal combustion engine, the maximum cylinder pressure is reduced by correcting a ratio of hydrogen addition into a reduction side when the maximum value of cylinder pressure exceeds a first predetermined value. Each amount of injection of gasoline and hydrogen may be determined based on load rates shared by each of them. A load rate shared by each fuel is obtained from a target load rate and the ratio of hydrogen addition determined from an operation condition of the internal combustion engine. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ガソリンと水素を燃料として運転可能な水素添加内燃機関の制御装置に関し、特に、筒内圧力を水素添加割合の増減によって抑制する技術に関する。   The present invention relates to a control device for a hydrogenated internal combustion engine that can be operated using gasoline and hydrogen as fuel, and more particularly to a technique for suppressing in-cylinder pressure by increasing or decreasing a hydrogen addition rate.

従来、例えば特許文献１に開示されるように、ガソリンとともに水素を内燃機関の燃料として使用する技術が知られている。水素は燃焼性に優れているため、ガソリンに水素を添加することでノッキングを抑制して出力や燃費を向上させることができる。
特開２００４−１１６３９８号公報 特開平６−２００８０５号公報 Conventionally, as disclosed in, for example, Patent Document 1, a technique of using hydrogen as a fuel for an internal combustion engine together with gasoline is known. Since hydrogen is excellent in combustibility, adding hydrogen to gasoline can suppress knocking and improve output and fuel consumption.
JP 2004-116398 A JP-A-6-200805

ところで、内燃機関の筒内圧力は、燃焼室を構成するヘッド、ヘッドガスケット、ピストン及びシリンダライナや、荷重を受けるコンロッド、クランク軸、軸受け、シリンダブロック、ヘッドボルト、クランクキャップ及びクランクキャップボルト等の各部品の強度や耐久性に影響を与える。特に、筒内圧力の最高値（最高筒内圧力）は、これら部品の強度や耐久性に大きく影響して内燃機関の寿命を左右する。上記従来技術のようにガソリンに水素を添加する場合には、水素の添加の程度によっては、燃焼速度の上昇によって最高筒内圧力が過大になってしまう可能性がある。また、水素の添加量は一定であっても、気温や気圧等の環境条件の影響で最高筒内圧力が通常よりも過大になってしまう可能性もある。なお、最高筒内圧力を抑制する方法として、水素の添加量を減らすことが考えられる。しかし、単に水素の添加量を減量しただけでは、総発熱量の減少によって必要なトルクを得られなくなってしまう。   By the way, the in-cylinder pressure of the internal combustion engine includes a head, a head gasket, a piston and a cylinder liner constituting a combustion chamber, a connecting rod that receives a load, a crankshaft, a bearing, a cylinder block, a head bolt, a crank cap, a crank cap bolt, and the like. It affects the strength and durability of each part. In particular, the maximum value of the in-cylinder pressure (maximum in-cylinder pressure) greatly affects the strength and durability of these components and affects the life of the internal combustion engine. When hydrogen is added to gasoline as in the above prior art, the maximum in-cylinder pressure may become excessive due to an increase in the combustion speed depending on the degree of hydrogen addition. Further, even if the amount of hydrogen added is constant, the maximum in-cylinder pressure may become excessively higher than usual due to the influence of environmental conditions such as air temperature and atmospheric pressure. As a method for suppressing the maximum in-cylinder pressure, it is conceivable to reduce the amount of hydrogen added. However, simply reducing the amount of hydrogen added will make it impossible to obtain the required torque due to a decrease in the total calorific value.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、トルクを低下させることなく最高筒内圧力が過大になることを防止できるようにした水素添加内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a control device for a hydrogenated internal combustion engine capable of preventing the maximum in-cylinder pressure from becoming excessive without reducing torque. For the purpose.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ガソリンと水素を燃料として運転可能な水素添加内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態に応じて決定された割合でガソリンと水素の噴射量制御を行う燃料噴射量制御手段と、
前記内燃機関の筒内圧力の最高値を検出する筒内圧力検出手段と、
前記筒内圧力検出手段により検出された最高筒内圧力が第１所定値を超えたときには、水素の添加割合を減少側に補正する水素添加割合補正手段と、
を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a first invention provides a control device for a hydrogenated internal combustion engine operable with gasoline and hydrogen as fuels.
Fuel injection amount control means for performing injection amount control of gasoline and hydrogen at a ratio determined according to the operating state of the internal combustion engine;
In-cylinder pressure detecting means for detecting the maximum value of the in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
A hydrogen addition ratio correction means for correcting the hydrogen addition ratio to a decreasing side when the maximum in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure detection means exceeds a first predetermined value;
It is characterized by having.

第２の発明は、上記第１の発明において、前記筒内圧力検出手段は、特定の代表気筒の最高筒内圧力を検出するように構成され、
前記水素添加割合補正手段は、前記筒内圧力検出手段により検出された前記代表気筒の最高筒内圧力が前記第１所定値よりも低い第２所定値を超えたときには、前記代表気筒以外の気筒の水素添加割合を減少側に補正することを特徴としている。 In a second aspect based on the first aspect, the in-cylinder pressure detecting means is configured to detect a maximum in-cylinder pressure of a specific representative cylinder,
The hydrogen addition ratio correcting means is configured to select a cylinder other than the representative cylinder when a maximum in-cylinder pressure of the representative cylinder detected by the in-cylinder pressure detecting means exceeds a second predetermined value lower than the first predetermined value. This is characterized in that the hydrogen addition ratio of the water is corrected to the decreasing side.

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、前記燃料噴射量制御手段は、前記内燃機関の運転状態から前記内燃機関の負荷率の目標値を決定する目標負荷率設定手段と、前記内燃機関の運転状態から水素の添加割合を決定する水素添加割合設定手段とを含み、目標負荷率と水素添加割合からガソリンと水素のそれぞれが分担する負荷率を演算し、ガソリンが分担する負荷率からガソリン噴射量を決定するとともに、水素が分担する負荷率から水素噴射量を決定するように構成されていることを特徴としている。   According to a third invention, in the first or second invention, the fuel injection amount control means includes target load factor setting means for determining a target value of the load factor of the internal combustion engine from an operating state of the internal combustion engine, A hydrogen addition rate setting means for determining a hydrogen addition rate from the operating state of the internal combustion engine, and calculating a load rate shared by gasoline and hydrogen from the target load rate and the hydrogen addition rate, and a load shared by gasoline The fuel injection amount is determined from the rate, and the hydrogen injection amount is determined from the load factor shared by hydrogen.

第１の発明によれば、最高筒内圧力が第１所定値を超えたら水素添加割合が減少側に補正されるので、燃焼速度が抑えられて最高筒内圧力は低下する。これにより、最高筒内圧力が過大になることは防止され、内燃機関の寿命の低下は防止される。また、水素噴射量が減量された分、ガソリン噴射量が増量されるので、内燃機関から出力されるトルクの低下は抑制される。   According to the first invention, when the maximum in-cylinder pressure exceeds the first predetermined value, the hydrogen addition ratio is corrected to the decreasing side, so the combustion speed is suppressed and the maximum in-cylinder pressure is reduced. As a result, the maximum in-cylinder pressure is prevented from becoming excessive, and a reduction in the life of the internal combustion engine is prevented. Further, since the gasoline injection amount is increased by the amount by which the hydrogen injection amount is reduced, a decrease in torque output from the internal combustion engine is suppressed.

なお、製造誤差や経時変化等の影響により、同一の水素添加割合であっても各気筒の最高筒内圧力にはばらつきが生じている可能性がある。このため、最高筒内圧力を特定の代表気筒についてのみ検出する場合、代表気筒の最高筒内圧力が上記の第１所定値を超えていなくても、他の気筒の最高筒内圧力は第１所定値を超えて過大になっているおそれがある。この点に関し、第２の発明によれば、代表気筒の最高筒内圧力が第１所定値よりも低い第２所定値を超えた時点で代表気筒以外の気筒の水素添加割合は減少側に補正されるので、代表気筒以外の気筒の最高筒内圧力が予期せず過大になってしまうことを防止することができる。   Note that there is a possibility that the maximum in-cylinder pressure of each cylinder varies due to the influence of manufacturing error, change with time, etc., even at the same hydrogen addition ratio. For this reason, when the maximum in-cylinder pressure is detected only for a specific representative cylinder, even if the maximum in-cylinder pressure of the representative cylinder does not exceed the first predetermined value, the maximum in-cylinder pressure of the other cylinders is the first in-cylinder pressure. There is a possibility that it exceeds the predetermined value and becomes excessive. In this regard, according to the second invention, when the maximum in-cylinder pressure of the representative cylinder exceeds a second predetermined value that is lower than the first predetermined value, the hydrogen addition ratio of the cylinders other than the representative cylinder is corrected to the decreasing side. Therefore, it is possible to prevent the maximum in-cylinder pressure of the cylinders other than the representative cylinder from becoming unexpectedly excessive.

また、第３の発明によれば、水素噴射量とガソリン噴射量は目標負荷率を前提として決定されるので、内燃機関から出力されるトルクの低下はより確実に抑制される。   Further, according to the third invention, since the hydrogen injection amount and the gasoline injection amount are determined on the assumption of the target load factor, a decrease in the torque output from the internal combustion engine is more reliably suppressed.

実施の形態１．
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。内燃機関２は内部にピストン８が配置されたシリンダブロック６と、シリンダブロック６に組み付けられたシリンダヘッド４を備えている。ピストン８の上面からシリンダヘッド４までの空間は燃焼室１０を形成しており、この燃焼室１０に連通するように吸気ポート１８と排気ポート２０がシリンダヘッド４に形成されている。吸気ポート１８と燃焼室１０との接続部には、吸気ポート１８と燃焼室１０との連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられ、排気ポート２０と燃焼室１０との接続部には、排気ポート２０と燃焼室１０との連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。また、燃焼室１０の頂部には、図示していない点火プラグとともに燃焼室１０内の圧力（筒内圧力）を検出する筒内圧力センサ７６が取り付けられている。本実施形態では、筒内圧力センサ７６は全ての気筒にではなく、特定の代表気筒にのみ取り付けられているものとする。 Embodiment 1 FIG.
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which a control device according to Embodiment 1 of the present invention is applied. The internal combustion engine 2 includes a cylinder block 6 in which a piston 8 is disposed, and a cylinder head 4 assembled to the cylinder block 6. A space from the upper surface of the piston 8 to the cylinder head 4 forms a combustion chamber 10, and an intake port 18 and an exhaust port 20 are formed in the cylinder head 4 so as to communicate with the combustion chamber 10. An intake valve 12 for controlling the communication state between the intake port 18 and the combustion chamber 10 is provided at a connection portion between the intake port 18 and the combustion chamber 10, and an exhaust gas is provided at a connection portion between the exhaust port 20 and the combustion chamber 10. An exhaust valve 14 for controlling the communication state between the port 20 and the combustion chamber 10 is provided. In addition, an in-cylinder pressure sensor 76 that detects a pressure in the combustion chamber 10 (in-cylinder pressure) is attached to the top of the combustion chamber 10 together with a spark plug (not shown). In the present embodiment, it is assumed that the in-cylinder pressure sensor 76 is attached only to a specific representative cylinder, not to all the cylinders.

吸気ポート１８には、燃料を噴射するための２つのインジェクタ５０，６０が気筒毎に設けられている。一方のインジェクタ６０はガソリンインジェクタであり、通電制御により開閉駆動されてガソリンを噴射する電磁弁である。ガソリンインジェクタ６０は、ガソリン通路６４を介してガソリンタンク６２に接続されている。ガソリン通路６４にはガソリンポンプ６６が配置され、ガソリンタンク６２内のガソリンはガソリンポンプ６６によって圧縮されてガソリンインジェクタ６０に供給される。もう一方のインジェクタ５０は水素インジェクタであり、通電制御により開閉駆動されて水素を噴射する電磁弁である。水素インジェクタ５０は、水素通路５４を介して水素タンク５２に接続されている。水素通路５４には水素ポンプ５６が配置され、水素タンク５２内の水素は水素ポンプ５６によって圧縮されて水素インジェクタ５０に供給される。   The intake port 18 is provided with two injectors 50 and 60 for injecting fuel for each cylinder. One injector 60 is a gasoline injector, and is an electromagnetic valve that is driven to open and close by energization control and injects gasoline. The gasoline injector 60 is connected to a gasoline tank 62 via a gasoline passage 64. A gasoline pump 66 is disposed in the gasoline passage 64, and the gasoline in the gasoline tank 62 is compressed by the gasoline pump 66 and supplied to the gasoline injector 60. The other injector 50 is a hydrogen injector, which is an electromagnetic valve that is driven to open and close by energization control and injects hydrogen. The hydrogen injector 50 is connected to the hydrogen tank 52 via the hydrogen passage 54. A hydrogen pump 56 is disposed in the hydrogen passage 54, and hydrogen in the hydrogen tank 52 is compressed by the hydrogen pump 56 and supplied to the hydrogen injector 50.

また、内燃機関２には、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０が備えられている。ＥＣＵ７０の出力側には前述のガソリンインジェクタ６０，水素インジェクタ５０等の種々の機器が接続されている。ＥＣＵ７０の入力側には前述の筒内圧センサ７６の他、アクセルポジションセンサ７２やクランク角センサ７４等の種々のセンサ類が接続されている。アクセルポジションセンサ７２は、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するセンサであり、クランク角センサ７４はクランク角に応じた信号を出力するセンサである。ＥＣＵ７０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムに従って各機器を駆動するようになっている。   Further, the internal combustion engine 2 is provided with an ECU (Electronic Control Unit) 70 as its control device. Various devices such as the gasoline injector 60 and the hydrogen injector 50 described above are connected to the output side of the ECU 70. In addition to the in-cylinder pressure sensor 76 described above, various sensors such as an accelerator position sensor 72 and a crank angle sensor 74 are connected to the input side of the ECU 70. The accelerator position sensor 72 is a sensor that outputs a signal corresponding to the opening degree of the accelerator pedal, and the crank angle sensor 74 is a sensor that outputs a signal corresponding to the crank angle. The ECU 70 drives each device according to a predetermined control program based on the output of each sensor.

ＥＣＵ７０により実施される内燃機関２の制御の一つとして、ガソリンインジェクタ６０からのガソリン噴射量、及び水素インジェクタ５０からの水素噴射量を決定する燃料噴射量制御がある。図２は、ＥＣＵ７０により実行される燃料噴射量制御ルーチンについて示すフローチャートである。本ルーチンは、一定のクランク角毎に周期的に実行される。   As one of the controls of the internal combustion engine 2 performed by the ECU 70, there is fuel injection amount control for determining the gasoline injection amount from the gasoline injector 60 and the hydrogen injection amount from the hydrogen injector 50. FIG. 2 is a flowchart showing a fuel injection amount control routine executed by the ECU 70. This routine is periodically executed at every constant crank angle.

燃料噴射量制御ルーチンの最初のステップ１００では、アクセルポジションセンサ７２の信号からアクセル開度が読み込まれるとともに、クランク角センサ７４の信号から回転数（クランク軸の回転速度）が読み込まれる。次のステップ１０２では、予め記憶されているマップからステップ１００で読み込まれたアクセル開度と回転数に応じた内燃機関２の負荷率の目標値（目標負荷率）が算出される。負荷率は内燃機関２の負荷状態を数値で表したものであり、無負荷のときに０％となり全負荷のときに１００％となる。また、ステップ１０４では、予め記憶されているマップからステップ１００で読み込まれたアクセル開度と回転数に応じた水素添加割合が算出される。本実施形態では、ガソリンと水素を合わせた燃料全体の総発熱量に対する水素の発熱量の比として水素添加割合を定義する。   In the first step 100 of the fuel injection amount control routine, the accelerator opening is read from the signal of the accelerator position sensor 72, and the rotation speed (the rotation speed of the crankshaft) is read from the signal of the crank angle sensor 74. In the next step 102, a target value (target load factor) of the load factor of the internal combustion engine 2 corresponding to the accelerator opening and the rotational speed read in step 100 is calculated from a map stored in advance. The load factor is a numerical value representing the load state of the internal combustion engine 2, and is 0% when there is no load and 100% when there is a full load. In step 104, a hydrogen addition ratio corresponding to the accelerator opening and the rotational speed read in step 100 is calculated from a map stored in advance. In the present embodiment, the hydrogen addition ratio is defined as the ratio of the calorific value of hydrogen to the total calorific value of the entire fuel including gasoline and hydrogen.

次のステップ１０６では、目標負荷率と水素添加割合から、次の式（１）及び式（２）を用いてガソリンと水素のそれぞれが分担する負荷率が算出される。
水素負荷率 ＝ 目標負荷率 × 水素添加割合 ・・・（１）
ガソリン負荷率 ＝ 目標負荷率 − 水素負荷率 ・・・（２）
上記の式（１）及び式（２）において、目標負荷率には、ステップ１０２で算出された値が用いられる。一方、水素添加割合には、ステップ１０４で算出された水素添加割合を基本値として、この基本値を後述する水素添加割合制御ルーチンにより補正した値が用いられる。 In the next step 106, the load factor shared by gasoline and hydrogen is calculated from the target load factor and the hydrogen addition ratio using the following equations (1) and (2).
Hydrogen load factor = target load factor x hydrogen addition ratio (1)
Gasoline load factor = target load factor-hydrogen load factor (2)
In the above formulas (1) and (2), the value calculated in step 102 is used as the target load factor. On the other hand, as the hydrogen addition ratio, a value obtained by correcting the basic value by a hydrogen addition ratio control routine described later, using the hydrogen addition ratio calculated in step 104 as a basic value, is used.

さらに次のステップ１０８では、次の式（３）を用いて水素負荷率から水素インジェクタ５０の開弁時間が算出されるとともに、次の式（４）を用いてガソリン負荷率からガソリンインジェクタ６０の開弁時間が算出される。
水素インジェクタ開弁時間 ＝ 水素負荷率 × 係数１ ・・・（３）
ガソリンインジェクタ開弁時間 ＝ ガソリン負荷率 × 係数２ ・・・（４）
上記の式（３）及び式（４）において、各係数は、各インジェクタの単位開弁時間当たりの燃料噴射量や各燃料の単位量当たりの発熱量等から決定されている。これら係数は固定値でもよく変数でもよい。ただし、係数１に関しては、温度や圧力による水素の体積変化を考慮して水素通路５４を流れる水素の温度や圧力によって決まる変数とするのが好ましい。 In the next step 108, the valve opening time of the hydrogen injector 50 is calculated from the hydrogen load factor using the following equation (3), and the gasoline injector 60 is calculated from the gasoline load factor using the following equation (4). The valve opening time is calculated.
Hydrogen injector valve opening time = Hydrogen load factor x Factor 1 (3)
Gasoline injector valve opening time = gasoline load factor x factor 2 (4)
In the above equations (3) and (4), each coefficient is determined from the fuel injection amount per unit valve opening time of each injector, the heat generation amount per unit amount of each fuel, and the like. These coefficients may be fixed values or variables. However, the coefficient 1 is preferably a variable determined by the temperature and pressure of hydrogen flowing through the hydrogen passage 54 in consideration of the volume change of hydrogen due to temperature and pressure.

ステップ１０８で算出された水素インジェクタ開弁時間は、水素インジェクタ５０を駆動するＥＣＵ７０内のドライバにセットされる。またガソリンインジェクタ開弁時間は、ガソリンインジェクタ６０を駆動するＥＣＵ７０内のドライバにセットされる。ステップ１０８の処理は燃料噴射タイミングの前に実行されるようになっており、各ドライバはステップ１０８で設定された各開弁時間に基づいて各インジェクタ５０，６０を駆動する。   The hydrogen injector valve opening time calculated in step 108 is set in a driver in the ECU 70 that drives the hydrogen injector 50. The gasoline injector valve opening time is set in a driver in the ECU 70 that drives the gasoline injector 60. The process of step 108 is executed before the fuel injection timing, and each driver drives each injector 50, 60 based on each valve opening time set in step 108.

ＥＣＵ７０は、上記の燃料噴射量制御ルーチンととともに、燃料噴射量制御にかかるルーチンとして次の水素添加割合制御ルーチンも実行する。図３は、ＥＣＵ７０により実行される水素添加割合制御ルーチンについて示すフローチャートである。本ルーチンは、筒内圧力の抑制を目的として実行されるルーチンであり、一定クランク角毎（例えば、筒内圧力センサ７６が備えられる代表気筒のサイクル毎）に周期的に実行される。   The ECU 70 also executes the following hydrogen addition ratio control routine as a routine related to the fuel injection amount control together with the fuel injection amount control routine. FIG. 3 is a flowchart showing a hydrogen addition ratio control routine executed by the ECU 70. This routine is executed for the purpose of suppressing the in-cylinder pressure, and is periodically executed at every fixed crank angle (for example, every cycle of a representative cylinder provided with the in-cylinder pressure sensor 76).

水素添加割合制御ルーチンの最初のステップ２００では、筒内圧センサ７６により検出される最高筒内圧力Ｐmaxが第１所定値Ｐ１を超えているか否か判定される。最高筒内圧力Ｐmaxは、前回のステップ２００の実行から今回のステップ２００の実行までの間に検出された筒内圧力の最高値であり、本ルーチンが実行される度に更新されていくようになっている。第１所定値Ｐ１は、筒内圧力の影響を受ける各部品の強度や耐久性を考慮して設定された筒内圧力の上限値である。 In the first step 200 of the hydrogen addition ratio control routine, it is determined whether or not the maximum in-cylinder pressure P max detected by the in-cylinder pressure sensor 76 exceeds the first predetermined value P1. The maximum in-cylinder pressure P max is the maximum value of the in-cylinder pressure detected between the execution of the previous step 200 and the execution of the current step 200, and is updated every time this routine is executed. It has become. The first predetermined value P1 is an upper limit value of the in-cylinder pressure set in consideration of the strength and durability of each component affected by the in-cylinder pressure.

ステップ２００の判定の結果、最高筒内圧力Ｐmaxが第１所定値Ｐ１を超えていると判定された場合には、水素添加割合が減少側に補正される（ステップ２０２）。具体的には、現在の水素添加割合から所定割合（例えば数％）が補正値として減算される。前述のようにステップ１０４で算出される水素添加割合は基本値であり、ステップ２０２の処理が実行される度に基本値から補正値が減算されていく。ステップ１０８で算出される水素インジェクタ開弁時間は補正された水素添加割合に基づいて設定されるので、水素添加割合が減少側に補正された結果、水素インジェクタ５０からの水素噴射量は減量される。逆にガソリンインジェクタ６０からのガソリン噴射量は、水素添加割合の減少に伴うガソリン添加割合の増大によって増量される。 As a result of the determination in step 200, when it is determined that the maximum in-cylinder pressure Pmax exceeds the first predetermined value P1, the hydrogen addition ratio is corrected to the decreasing side (step 202). Specifically, a predetermined ratio (for example, several%) is subtracted as a correction value from the current hydrogen addition ratio. As described above, the hydrogen addition ratio calculated in step 104 is a basic value, and the correction value is subtracted from the basic value every time the process of step 202 is executed. Since the hydrogen injector valve opening time calculated in step 108 is set based on the corrected hydrogen addition rate, the hydrogen injection rate from the hydrogen injector 50 is reduced as a result of correcting the hydrogen addition rate to the decreasing side. . Conversely, the gasoline injection amount from the gasoline injector 60 is increased by the increase in the gasoline addition rate accompanying the decrease in the hydrogen addition rate.

このように水素添加割合が減少側に補正され、燃焼性に優れた水素の噴射量が減量される結果、燃焼室１０内の燃焼速度が低下して最高筒内圧力Ｐmaxは低下する。これにより、筒内圧力の影響を受ける各部品の負担を軽減することができ、内燃機関２の寿命の低下を防止することができる。また、このとき、燃焼性に優れた水素の噴射量が減少する分、若干のトルクの変化はあるものの、水素噴射量とガソリン噴射量は燃料噴射量制御ルーチンにおいて目標負荷率を前提として決定されるので、トルクが大きく低下することも防止される。 As described above, the hydrogen addition ratio is corrected to the decrease side, and the hydrogen injection amount excellent in combustibility is reduced. As a result, the combustion speed in the combustion chamber 10 decreases and the maximum in-cylinder pressure P max decreases. Thereby, the burden of each component affected by the in-cylinder pressure can be reduced, and the life of the internal combustion engine 2 can be prevented from being reduced. At this time, the hydrogen injection amount and the gasoline injection amount are determined on the premise of the target load factor in the fuel injection amount control routine, although there is a slight torque change corresponding to the decrease in the hydrogen injection amount with excellent combustibility. Therefore, it is possible to prevent the torque from greatly decreasing.

ステップ２００の判定の結果、最高筒内圧力Ｐmaxが第１所定値Ｐ１以下と判定された場合には、ステップ２０４以降の処理が実行される。ステップ２０４以降の処理は、ステップ２０２で補正された水素添加割合をアクセル開度と回転数から決まる水素添加割合（マップ値）に戻すための処理である。まず、ステップ２０４では、前述のマップからアクセル開度と回転数に応じたマップ値が読み込まれる。次のステップ２０６では、現在の水素添加割合とマップ値が比較される。通常、上記の燃料噴射制御ルーチンで説明したように、水素添加割合はアクセル開度と回転数から決まるマップ値に設定されている。しかし、ステップ２０２で水素添加割合の減少側への補正が行われたときには、水素添加割合はマップ値よりも小さくなっている。ステップ２０６の判定の結果、水素添加割合とマップ値が等しい場合には、水素添加割合は現状の値に維持される。一方、水素添加割合がマップ値よりも小さいと判定された場合には、水素添加割合をマップ値に一致させるように水素添加割合の増大側への補正が行われる（ステップ２０８）。ステップ２０４乃至２０８の一連の処理が行われることにより、例えば最高筒内圧力Ｐmaxの上昇が一時的な現象であったような場合には、最高筒内圧力Ｐmaxが第１所定値Ｐ１以下になった後、水素添加割合はアクセル開度と回転数に応じた本来の値に速やかに戻される。 As a result of the determination in step 200, when it is determined that the maximum in-cylinder pressure Pmax is equal to or less than the first predetermined value P1, the processes in and after step 204 are executed. The processing after step 204 is processing for returning the hydrogen addition ratio corrected in step 202 to the hydrogen addition ratio (map value) determined from the accelerator opening and the rotational speed. First, in step 204, a map value corresponding to the accelerator opening and the rotational speed is read from the aforementioned map. In the next step 206, the current hydrogen addition rate and the map value are compared. Normally, as described in the fuel injection control routine, the hydrogen addition ratio is set to a map value determined from the accelerator opening and the rotational speed. However, when the hydrogen addition rate is corrected to decrease in step 202, the hydrogen addition rate is smaller than the map value. If the result of determination in step 206 is that the hydrogen addition ratio is equal to the map value, the hydrogen addition ratio is maintained at the current value. On the other hand, when it is determined that the hydrogen addition ratio is smaller than the map value, correction to the increase side of the hydrogen addition ratio is performed so that the hydrogen addition ratio matches the map value (step 208). By performing a series of processes in steps 204 to 208, for example, when the increase in the maximum in-cylinder pressure Pmax is a temporary phenomenon, the maximum in-cylinder pressure Pmax is equal to or less than the first predetermined value P1. After that, the hydrogen addition ratio is quickly returned to the original value according to the accelerator opening and the rotational speed.

上記実施の形態では、ＥＣＵ７０により図２の燃料噴射量制御ルーチンが実行されることで、第１の発明の「燃料噴射量制御手段」と、第３の発明の「目標負荷率設定手段」、「水素添加割合設定手段」及び「燃料噴射量制御手段」が実現されている。また、ＥＣＵ７０により図３の水素添加割合制御ルーチンが実行されることで、第１の発明の「水素添加割合補正手段」が実現されている。   In the above embodiment, the ECU 70 executes the fuel injection amount control routine of FIG. 2 so that the “fuel injection amount control means” of the first invention and the “target load factor setting means” of the third invention, "Hydrogen addition ratio setting means" and "fuel injection amount control means" are realized. Further, the “hydrogen addition ratio correcting means” of the first invention is realized by the ECU 70 executing the hydrogen addition ratio control routine of FIG.

実施の形態２.
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本発明の実施の形態２としての制御装置は、実施の形態１において、ＥＣＵ７０に、図３の水素添加割合制御ルーチンに代えて図４の水素添加割合制御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。基本ルーチンである燃料噴射量制御ルーチンは、本実施形態においても実行されている。 Embodiment 2.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 and FIG.
The control device as the second embodiment of the present invention can be realized by causing the ECU 70 to execute the hydrogen addition ratio control routine of FIG. 4 instead of the hydrogen addition ratio control routine of FIG. 3 in the first embodiment. it can. The fuel injection amount control routine, which is a basic routine, is also executed in this embodiment.

図５は、水素添加割合の増減に対する最高筒内圧力Ｐmaxの変化を示す内燃機関２の特性図である。この特性図に示すように、製造誤差や経時変化等の影響により、各気筒の最高筒内圧力Ｐmaxにはばらつきが生じている場合がある。このため、本実施形態のように筒内圧力センサ７６が特定の代表気筒にのみ備えられ、代表気筒の筒内圧力のみ検出する場合、代表気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが第１所定値を超えていなくても、他の気筒の最高筒内圧力Ｐmaxは第１所定値を超えて過大になっている可能性がある。本実施形態では、図４の水素添加割合制御ルーチンにより代表気筒とそれ以外の気筒とで水素添加割合の制御を異ならせることで、代表気筒以外の気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが予期せず過大になってしまうことを防止している。なお、本ルーチンも一定クランク角毎（例えば、代表気筒の１サイクル毎）に周期的に実行される。 FIG. 5 is a characteristic diagram of the internal combustion engine 2 showing a change in the maximum in-cylinder pressure P max with respect to an increase or decrease in the hydrogen addition ratio. As shown in this characteristic diagram, variations may occur in the maximum in-cylinder pressure P max of each cylinder due to the influence of manufacturing errors, changes with time, and the like. Therefore, when the in-cylinder pressure sensor 76 is provided only in a specific representative cylinder and only the in-cylinder pressure of the representative cylinder is detected as in the present embodiment, the maximum in-cylinder pressure P max of the representative cylinder has the first predetermined value. Even if it does not exceed, there is a possibility that the maximum in-cylinder pressure P max of other cylinders exceeds the first predetermined value and is excessive. In the present embodiment, the maximum in-cylinder pressure P max of the cylinders other than the representative cylinder is unexpectedly expected by making the hydrogen addition ratio control different between the representative cylinder and the other cylinders by the hydrogen addition ratio control routine of FIG. Preventing it from becoming excessive. Note that this routine is also periodically executed at every constant crank angle (for example, every cycle of the representative cylinder).

図４の水素添加割合制御ルーチンの最初のステップ３００では、筒内圧センサ７６により検出される代表気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが第１所定値Ｐ１を超えているか否か判定される。ステップ３００の判定の結果、代表気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが第１所定値Ｐ１を超えていると判定された場合には、全気筒の水素添加割合が一様に減少側に補正される（ステップ３０２）。水素添加割合の補正方法は実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。水素添加割合の減少補正により、全気筒の水素インジェクタ５０からの水素噴射量は減量され、全気筒のガソリンインジェクタ６０からのガソリン噴射量は、水素添加割合の減少に伴うガソリン添加割合の増大によって増量される。 In the first step 300 of the hydrogen addition ratio control routine of FIG. 4, it is determined whether or not the maximum in-cylinder pressure P max of the representative cylinder detected by the in-cylinder pressure sensor 76 exceeds a first predetermined value P1. As a result of the determination in step 300, when it is determined that the maximum in-cylinder pressure Pmax of the representative cylinder exceeds the first predetermined value P1, the hydrogen addition ratios of all the cylinders are uniformly corrected to the decreasing side. (Step 302). Since the method for correcting the hydrogen addition ratio is the same as that in Embodiment 1, the description thereof is omitted here. The hydrogen injection amount from the hydrogen injector 50 for all cylinders is reduced by the reduction correction of the hydrogen addition rate, and the gasoline injection amount from the gasoline injector 60 for all cylinders is increased by the increase in the gasoline addition rate accompanying the decrease in the hydrogen addition rate. Is done.

一方、ステップ３００の判定の結果、代表気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが第１所定値Ｐ１以下と判定された場合には、代表気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが第２所定値Ｐ２を超えているか否か判定される（ステップ３０４）。第２所定値Ｐ２は第１所定値Ｐ１よりも低い値であり、代表気筒の最高筒内圧力Ｐmaxと他の気筒の最高筒内圧力Ｐmaxとの差を考慮して設定されている。例えば、図５に示すように代表気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが全気筒の中で最も低いと仮定した上で、予想される最も高い気筒との最高筒内圧力Ｐmaxの差を第１所定値Ｐ１と第２所定値Ｐ２との差として設定してもよい。判定の結果、代表気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが第２所定値Ｐ２を超えていると判定された場合には、代表気筒の水素添加割合は現状の値に維持されるが、代表気筒以外の気筒の水素添加割合は減少側に補正される（ステップ３０６）。 On the other hand, if it is determined in step 300 that the maximum in-cylinder pressure P max of the representative cylinder is less than or equal to the first predetermined value P1, the maximum in-cylinder pressure P max of the representative cylinder exceeds the second predetermined value P2. It is determined whether or not (step 304). The second predetermined value P2 is lower than the first predetermined value P1, and is set in consideration of the difference between the maximum in-cylinder pressure P max of the representative cylinder and the maximum in-cylinder pressure P max of other cylinders. For example, as shown in FIG. 5, assuming that the maximum in-cylinder pressure P max of the representative cylinder is the lowest among all the cylinders, the difference in the maximum in-cylinder pressure P max from the highest expected cylinder is the first You may set as a difference of predetermined value P1 and 2nd predetermined value P2. As a result of the determination, when it is determined that the maximum in-cylinder pressure P max of the representative cylinder exceeds the second predetermined value P2, the hydrogen addition ratio of the representative cylinder is maintained at the current value, but other than the representative cylinder The hydrogen addition ratio of the cylinder is corrected to the decreasing side (step 306).

水素添加割合が減少側に補正されることで、代表気筒以外の気筒の最高筒内圧力Ｐmaxは低下する。これにより、各気筒の最高筒内圧力Ｐmaxにばらつきがあり、且つ、筒内圧力センサ７６が一部の気筒にしか備えられていない場合でも、筒内圧力センサ７６を備えていない気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが予期せず過大になることを防止することができる。したがって、本ルーチンによれば、筒内圧力の影響を受ける各部品の負担をより軽減することができ、内燃機関２の寿命の低下をより確実に防止することができる。 By correcting the hydrogen addition ratio to the decreasing side, the maximum in-cylinder pressure P max of the cylinders other than the representative cylinder decreases. As a result, even when the maximum in-cylinder pressure P max of each cylinder varies and the in-cylinder pressure sensor 76 is provided in only a part of the cylinders, the highest in-cylinder pressure sensor 76 is not provided. It is possible to prevent the in-cylinder pressure P max from becoming unexpectedly excessive. Therefore, according to this routine, it is possible to further reduce the burden on each component affected by the in-cylinder pressure, and it is possible to more reliably prevent the life of the internal combustion engine 2 from being reduced.

ステップ３０４の判定の結果、最高筒内圧力Ｐmaxが第２所定値Ｐ２以下と判定された場合には、ステップ３０８以降の処理が実行される。ステップ３０８以降の処理は、ステップ３０２或いはステップ３０６で補正された水素添加割合をアクセル開度と回転数から決まる水素添加割合（マップ値）に戻すための処理である。ステップ３０８では、アクセル開度と回転数に応じたマップ値が読み込まれ、ステップ３１０では、現在の水素添加割合とマップ値が比較される。比較の結果、水素添加割合とマップ値が等しい場合には、水素添加割合は現状の値に維持されるが、水素添加割合がマップ値よりも小さいと判定された場合には、水素添加割合をマップ値に一致させるように水素添加割合の増大側への補正が行われる（ステップ３１２）。ステップ３０８乃至３１２の一連の処理は気筒毎に実行される。 As a result of the determination in step 304, when it is determined that the maximum in-cylinder pressure Pmax is equal to or less than the second predetermined value P2, the processing after step 308 is executed. The processing after Step 308 is processing for returning the hydrogen addition ratio corrected in Step 302 or Step 306 to the hydrogen addition ratio (map value) determined from the accelerator opening and the rotation speed. In step 308, a map value corresponding to the accelerator opening and the rotational speed is read. In step 310, the current hydrogen addition ratio and the map value are compared. As a result of comparison, when the hydrogen addition ratio is equal to the map value, the hydrogen addition ratio is maintained at the current value, but when it is determined that the hydrogen addition ratio is smaller than the map value, the hydrogen addition ratio is Correction to the increase side of the hydrogen addition ratio is performed so as to coincide with the map value (step 312). A series of processes in steps 308 to 312 are executed for each cylinder.

上記実施の形態では、ＥＣＵ７０により図４の水素添加割合制御ルーチンが実行されることで、第２の発明の「水素添加割合補正手段」が実現されている。   In the above embodiment, the “hydrogen addition ratio correcting means” according to the second aspect of the present invention is realized by the ECU 70 executing the hydrogen addition ratio control routine of FIG.

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。 Others.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications may be made.

上記実施の形態では、特定の代表気筒にのみ筒内圧力センサ７６を備えているが、全気筒に筒内圧力センサ７６を備えてもよい。これによれば、図３に示す水素添加割合制御を気筒毎に行うことができ、各気筒の最高筒内圧力Ｐmaxが第１所定値Ｐ１を超えて過大になることをより確実に防止することができる。 In the above embodiment, the cylinder pressure sensor 76 is provided only in a specific representative cylinder, but the cylinder pressure sensor 76 may be provided in all cylinders. According to this, the hydrogen addition ratio control shown in FIG. 3 can be performed for each cylinder, and the maximum in-cylinder pressure Pmax of each cylinder is more reliably prevented from exceeding the first predetermined value P1. be able to.

また、図１の構成では、水素インジェクタ５０を吸気通路３０に配置することとしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、水素インジェクタ５０は、燃焼室１０内に直接、水素を噴射できるようにシリンダヘッド４に組み込んでもよい。ガソリンインジェクタ６０に関しても同様であり、燃焼室１０内に直接、ガソリンを噴射できるようにシリンダヘッド４にガソリンインジェクタ６０を組み込んでもよい。   In the configuration of FIG. 1, the hydrogen injector 50 is arranged in the intake passage 30, but the arrangement is not limited to this. That is, the hydrogen injector 50 may be incorporated in the cylinder head 4 so that hydrogen can be injected directly into the combustion chamber 10. The same applies to the gasoline injector 60, and the gasoline injector 60 may be incorporated in the cylinder head 4 so that gasoline can be injected directly into the combustion chamber 10.

本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which a control device as Embodiment 1 of the present invention is applied. 本発明の実施の形態１において実行される燃料噴射量制御ルーチンについて示すフローチャートである。It is a flowchart shown about the fuel injection amount control routine performed in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１において実行される水素添加割合制御ルーチンについて示すフローチャートである。It is a flowchart shown about the hydrogen addition ratio control routine performed in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２において実行される水素添加割合制御ルーチンについて示すフローチャートである。It is a flowchart shown about the hydrogenation ratio control routine performed in Embodiment 2 of this invention. 水素添加割合の増減に対する最高筒内圧力の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the highest in-cylinder pressure with respect to increase / decrease in a hydrogen addition ratio.

符号の説明Explanation of symbols

２ 内燃機関
１０ 燃焼室
１２ 吸気弁
１４ 排気弁
１８ 吸気ポート
２０ 排気ポート
５０ 水素インジェクタ
５２ 水素タンク
６０ ガソリンインジェクタ
６２ ガソリンタンク
７０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
７２ アクセルポジションセンサ
７４ クランク角センサ
７６ 筒内圧力センサ 2 Internal combustion engine 10 Combustion chamber 12 Intake valve 14 Exhaust valve 18 Intake port 20 Exhaust port 50 Hydrogen injector 52 Hydrogen tank 60 Gasoline injector 62 Gasoline tank 70 ECU (Electronic Control Unit)
72 Accelerator position sensor 74 Crank angle sensor 76 In-cylinder pressure sensor

Claims (3)

ガソリンと水素を燃料として運転可能な水素添加内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態に応じて決定された割合でガソリンと水素の噴射量制御を行う燃料噴射量制御手段と、
前記内燃機関の筒内圧力の最高値を検出する筒内圧力検出手段と、
前記筒内圧力検出手段により検出された最高筒内圧力が第１所定値を超えたときには、水素の添加割合を減少側に補正する水素添加割合補正手段と、
を備えることを特徴とする水素添加内燃機関の制御装置。 In a control device for a hydrogenated internal combustion engine that can be operated using gasoline and hydrogen as fuel,
Fuel injection amount control means for performing injection amount control of gasoline and hydrogen at a ratio determined according to the operating state of the internal combustion engine;
In-cylinder pressure detecting means for detecting the maximum value of the in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
A hydrogen addition ratio correction means for correcting the hydrogen addition ratio to a decreasing side when the maximum in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure detection means exceeds a first predetermined value;
A control apparatus for a hydrogenated internal combustion engine, comprising: 前記筒内圧力検出手段は、特定の代表気筒の最高筒内圧力を検出するように構成され、
前記水素添加割合補正手段は、前記筒内圧力検出手段により検出された前記代表気筒の最高筒内圧力が前記第１所定値よりも低い第２所定値を超えたときには、前記代表気筒以外の気筒の水素添加割合を減少側に補正することを特徴とする請求項１記載の水素添加内燃機関の制御装置。 The in-cylinder pressure detecting means is configured to detect a maximum in-cylinder pressure of a specific representative cylinder,
The hydrogen addition ratio correcting means is configured to select a cylinder other than the representative cylinder when a maximum in-cylinder pressure of the representative cylinder detected by the in-cylinder pressure detecting means exceeds a second predetermined value lower than the first predetermined value. 2. The control device for a hydrogenated internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen addition ratio of the engine is corrected to a decreasing side. 前記燃料噴射量制御手段は、前記内燃機関の運転状態から前記内燃機関の負荷率の目標値を決定する目標負荷率設定手段と、前記内燃機関の運転状態から水素の添加割合を決定する水素添加割合設定手段とを含み、目標負荷率と水素添加割合からガソリンと水素のそれぞれが分担する負荷率を演算し、ガソリンが分担する負荷率からガソリン噴射量を決定するとともに、水素が分担する負荷率から水素噴射量を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の水素添加内燃機関の制御装置。   The fuel injection amount control means includes target load factor setting means for determining a target value of a load factor of the internal combustion engine from the operating state of the internal combustion engine, and hydrogen addition for determining a hydrogen addition ratio from the operating state of the internal combustion engine. The ratio setting means is calculated, the load ratio shared by gasoline and hydrogen is calculated from the target load ratio and the hydrogen addition ratio, the gasoline injection amount is determined from the load ratio shared by gasoline, and the load ratio shared by hydrogen 3. The control apparatus for a hydrogenated internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen injection amount is determined from the following.
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