JP2006132404A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バックファイアの発生を防止しつつ、応答性よくトルクを低下させること。
【解決手段】 燃焼室内に水素を直接供給して燃焼させるエンジンを制御するためのエンジン制御装置であって、トルクダウン制御条件が成立したか否かを判定した上で、トルクダウン制御条件が成立したと判定された時に、エンジンの駆動トルクを低下させるべく、例えば、高回転・高負荷の条件下で、水素の噴射タイミングを圧縮行程から吸気行程側に進角補正する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、水素エンジンを制御する装置に関する。

従来から、水素ガスを燃焼させるエンジンが提案されている。一般的に、ＡＴの変速ショックを抑えるため、所定の条件下でエンジンを強制的にトルクダウンさせる必要が生じる。その場合、ガソリンエンジンであれば、エンジンの点火タイミングを遅らせることで対応することが知られている（特許文献１）。
特公平６−６３４７９号公報

ところが、水素エンジンにおいては、水素ガスの性質上、着火しやすいため、ガソリンエンジンと同じように点火タイミングを遅らせた場合には、後燃えによって排気ガス温度が上昇し、その高温の排気ガスが次の吸気行程に持ち込まれることによって過早着火が起こり、バックファイア（吸気系に逆火）が発生する可能性が高い。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、バックファイアの発生を防止しつつ、応答性よくトルクを低下させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、燃焼室内に水素を直接供給するエンジンを制御するためのエンジン制御装置であって、トルクダウン制御条件が成立したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によりトルクダウン制御条件が成立したと判定された時に、エンジンの駆動トルクを低下させるべく、水素の噴射タイミングを圧縮行程から吸気行程側に進角補正する噴射タイミング補正手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、トルクダウンを実行する手段として、点火タイミングを変更する方法の他に、空気の充填量を抑える方法が知られている。通常、空気の充填量を抑えるためには、スロットル弁開度を閉じることが行なわれるが、スロットル弁から燃焼室までの吸気系のボリュームにより応答遅れが生じるため、トルクダウン応答性が悪い。これに対し、水素ガスを噴射供給する場合、水素ガスはガソリン等の液体燃料に対して体積が大きいため、その噴射を吸気行程中に行なうと、水素ガスの体積分空気が燃焼室に入らなくなり、空気の充填量が減少する。このように、水素ガスを吸気行程中において燃焼室内に直接噴射する方法によれば、上述のような吸気系のボリュームの影響がないことから応答性良く空気の充填量を減少させることができる。

すなわち、本発明によれば、水素ガスの噴射タイミングを早めて、空気の充填量を抑えることによってトルクを低下させるので、点火タイミングを遅角する必要が無く、バックファイアの発生を抑制しつつ応答性よくトルクを低下させることができる。

また、点火タイミングを補正する点火タイミング補正手段を更に有し、前記判定手段により前記トルクダウン制御条件が成立したとき、バックファイアが発生しやすい運転領域では、前記噴射タイミング補正手段によって、水素の噴射タイミングを圧縮行程から吸気行程側に進角補正し、バックファイアが発生しにくい運転領域では、前記点火タイミング補正手段によって、点火のタイミングを遅角補正することを特徴とする。

このような構成によれば、バックファイアが発生しやすい状況では噴射タイミングを進角してバックファイアの発生を抑制し、バックファイアが発生しにくい状況では点火タイミングを遅角して応答性良くトルクをダウンすることができる。

また、高回転高負荷領域を前記バックファイアが発生しやすい運転領域と判断して、前記噴射タイミング補正手段によって、水素の噴射タイミングを圧縮行程から吸気行程側に進角補正することを特徴とする。

前記噴射タイミング補正手段は、トルクダウン量に応じて、噴射タイミングの補正量を決定することを特徴とする。

本発明によれば、バックファイアの発生を防止しつつ、応答性よくトルクを低下させることができる。

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（構成）
本発明の実施形態に係るエンジン制御装置は、水素ガスを燃焼室内に直接噴射て燃焼させるロータリエンジンを制御するものである。図１は、この種のロータリエンジン１００の全体構成を示す図である。このロータリエンジン１００は、２ロータのロータリエンジンであり、不図示のインターミディエイトハウジングを挾んだ両側にロータハウジング１１１、１２１が設けられている。それぞれのロータハウジング１１１、１２１の内方にはロータ１１３、１２３が配置されている。図１では作図の便宜上、２つのロータハウジング１１１、１２１を展開して示している。

ロータハウジング１１１、１２１の内方には、３つの作動室を隔成する略三角形状のロータ１１３、１２３を備え、このロータ１１３、１２３が回転軸１１２、１２２を中心に偏心回転することにより、各作動室が容積変化し、オットーサイクルを行うようになっている。

サイドハウジングには、空気を供給する吸気ポート１１８、１２８が、吸気行程の燃焼室に臨む位置に設けられている。この吸気ポート１１８、１２８には吸気通路１３０を介して空気が導かれ、吸気通路１３０には、ステップモータ等のアクチュエータ１３２によって作動されるスロットル弁１３１が設けられている。また、ロータハウジング１１１、１２１の、排気行程の燃焼室に臨む位置においては不図示の排気ポートが形成され、その排気ポートに排気通路が接続されている。ロータハウジング１１１の、点火行程の燃焼室に臨む位置においては、点火プラグ１１４、１１５が取付けられており、ロータハウジング１２１の、点火行程の作動室に臨む位置においては、点火プラグ１２４、１２５が取付けられている。

また、加圧された水素ガスをシリンダ内に供給するため、ロータハウジング１１１、１２１のそれぞれには、燃焼室内に開口する水素インジェクタ１１６、１２６が設けられている。この水素インジェクタ１１６、１２６は、吸気行程から圧縮行程まで燃焼室に開口するような位置に設けられている。この水素インジェクタ１１６、１２６に対しては、水素貯蔵タンクである不図示のメタルハイドライドタンク（以下ＭＨタンクという）から燃料供給通路を介して水素ガスが供給されるようになっている。水素インジェクタ１１６、１２６には、タイミング弁が内設されており、噴射する水素ガスの量を自由にコントロール可能となっている。燃焼室に対して直接水素ガスを供給する位置に、水素インジェクタ１１６、１２６を設けたのは、燃焼室に空気を十分に供給した上で圧縮行程中に噴射することによって、十分なトルクを得ることを目的としたものである。

また、このようなロータリエンジン１００をコントロールするエンジン制御装置として、ＰＣＭ（パワートレインコントロールユニット）１０６が設けられている。図１に示すように、ＰＣＭ１０６は、回転数センサ１０１、車速センサ１０２、負荷センサ１０３、などから信号を入力し、点火プラグ１１４、１１５、１２４、１２５、水素インジェクタ１１６、１２６、及びスロットル弁１３１のアクチュエータ１３２等に対して制御信号を出力している。

なお、回転数センサ１０１は、エンジンの回転数を検出するセンサであり、車速センサ１０２は、車両の速度を検出するセンサである。また、負荷センサ１０３は、エンジンにかかる負荷を検出するためのセンサである。

（制御）
まず、図２に示すように、水素ガスのインジェクタ噴射開始タイミングが圧縮行程から吸気行程側に進角すればするほど、空気の充填効率が低下し、トルクも低下することが知られている。

そこで、ＰＣＭ１０６は、図３に示すように、低回転変速時には、従来通りの方法で、点火タイミングを大幅に遅角させて変速時のトルクダウンを行ない（３０１）、なめらかに変速する。

また一方、高回転変速時には、水素ガスインジェクタの噴射開始タイミングをトルクの大きい圧縮側のタイミングから吸気側へ変化させることでトルクダウンを行ない（３０２）、滑らかに変速させる。

点火タイミングの補正によってトルクダウンを行なうか、噴射タイミングの補正によってトルクダウンを行なうかの切り分けは、エンジンの回転数と負荷による。つまり、図４に示すように、高回転高負荷の領域（回転数がＡよりも大きく、負荷がＢよりも大きい領域）では、バックファイアが発生しやすい状態であると判断して、噴射タイミングを進角補正し、それ以外の領域では、点火タイミングを遅角補正する。

図５は、ＰＣＭ１０６において行なわれるトルクダウン制御方法について説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ６０１において、各種信号の読込みを行なう。次に、ステップＳ６０２において、要求噴射量を算出し、ステップＳ６０３に進んで、噴射開始時期を設定する。更に、ステップＳ６０４に進み、点火時期の設定を行なう。

次に、ステップＳ６０５において、トルクダウンの要求があるか否かを判定する。具体的には、変速時、車両スリップ発生時、車両横滑り発生時などにトルクダウン制御条件が成立したと判定し、ステップＳ６０６に進む。トルクダウン制御条件が成立しない場合には、そのままステップＳ６０９に進む。ステップＳ６０６では、回転数センサ１０１と負荷センサ１０３とから、高回転・高負荷か否かを判定し、高回転・高負荷であれば、ステップＳ６０７に進んで、要求トルクダウン量に応じて噴射開始時期を圧縮行程から吸気行程側に進角補正する。一方、高回転・高負荷でなければ、ステップＳ６０８に進み、要求トルクダウン量に応じて点火開始時期を遅角補正する。

そして、ステップＳ６０９において、設定され、条件に応じて補正された噴射開始時期に基づき、水素ガスの噴射を実行する。そして、更にステップＳ６１０に進み、設定され、条件に応じて補正された点火時期に基づき、点火を実行する。

以上のような制御を行なうことにより、バックファイアの発生を防止しつつ、応答性よくトルクを低下させることができる。

なお、本発明はロータリピストンエンジンに限らず、レシプロエンジンにも適用することができる。

本発明に係るエンジン制御装置の実施形態としてのＰＣＭの周辺構成を示すブロック図である。 トルクと吸気充填効率、及び水素ガス噴射タイミングのの関係を示す図である。 変速時の噴射タイミング補正及び点火タイミング補正の１例について説明する図である。 バックファイアが発生しやすい条件を示す図である。 ＰＣＭが行う制御の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ ロータリエンジン
１０１ アクセル開度センサ
１０２ 車速センサ
１０３ エアフロメータ
１０４ 残圧センサ
１０５ スロット開度センサ
１０６ ＰＣＭ（パワートレインコントロールユニット）
１１１、１２１ ロータハウジング
１１２、１２２ 回転軸
１１３、１２３ ロータ
１１４、１１５、１２４、１２５ 点火プラグ
１１６、１２６ 水素インジェクタ
１１８、１２８ 吸気ポート
１３０ 吸気通路
１３１ スロットル弁
１３２ アクチュエータ

Claims (4)

1. 燃焼室内に水素を直接供給するエンジンを制御するためのエンジン制御装置であって、
   トルクダウン制御条件が成立したか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段によりトルクダウン制御条件が成立したと判定された時に、エンジンの駆動トルクを低下させるべく、水素の噴射タイミングを圧縮行程から吸気行程側に進角補正する噴射タイミング補正手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン制御装置。
2. 点火タイミングを補正する点火タイミング補正手段を更に有し、
   前記判定手段により前記トルクダウン制御条件が成立したとき、
   バックファイアが発生しやすい運転領域では、前記噴射タイミング補正手段によって、水素の噴射タイミングを圧縮行程から吸気行程側に進角補正し、
   バックファイアが発生しにくい運転領域では、前記点火タイミング補正手段によって、点火のタイミングを遅角補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 高回転高負荷領域を前記バックファイアが発生しやすい運転領域と判断して、前記噴射タイミング補正手段によって、水素の噴射タイミングを圧縮行程から吸気行程側に進角補正することを特徴とする請求項２に記載のエンジン制御装置。
4. 前記噴射タイミング補正手段は、トルクダウン量に応じて、噴射タイミングの補正量を決定することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。

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