JP2007016641A

JP2007016641A - Hybrid system

Info

Publication number: JP2007016641A
Application number: JP2005197130A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kimura; 憲治木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-01-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hybrid system capable of inhibiting supercharging delay of a turbocharger and inhibiting deterioration of emissions. <P>SOLUTION: The hybrid system 100 is provided with an internal combustion engine 20 including a supercharger 21, a fuel cell 4, hydrogen supply means 3, 5 supplying one or both of gas containing hydrogen supplied to the fuel cell 4 and anode off gas from the fuel cell 4 to a turbine housing of the supercharger 21, a control means 40 and judgment means 31, 32, 40 judging whether load of the internal combustion engine 20 increase or not. The control means 40 controls the hydrogen supply means 3, 5 to supply one or both of gas containing hydrogen and anode off gas to the turbine housing of the supercharger 21 when the judgment means 31, 32, 40 judge that load of the internal combustion engine increases. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、過給機が設けられた内燃機関および燃料電池を備えるハイブリッドシステムに関する。 The present invention relates to a hybrid system including an internal combustion engine provided with a supercharger and a fuel cell.

近年、ターボ過給機を有するエンジンおよび電動機を駆動力源として備えたハイブリッド車両が開発されてきている（例えば、特許文献１参照）。かかるハイブリッド車両では、エンジンの回転軸にモータが取り付けられ、要求出力に対してエンジンからの出力では足りない分がモータからの出力でアシストされるようになっている。また、エンジンには、ターボ過給機が取り付けられ、運転者がアクセルを踏み込んで多大な出力を要求した場合に、このターボ過給機によってエンジンに吸入される空気の圧力を高められ、エンジンからの出力が増大されるようになっている。 In recent years, hybrid vehicles including an engine having a turbocharger and an electric motor as a driving force source have been developed (see, for example, Patent Document 1). In such a hybrid vehicle, a motor is attached to the rotation shaft of the engine, and the output from the engine is assisted by the output from the engine for the required output. Also, a turbocharger is attached to the engine, and when the driver depresses the accelerator and requests a large amount of output, the pressure of the air sucked into the engine by the turbocharger can be increased, and the engine The output of is increased.

特開２００３−２２２０１８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-222018

しかしながら、ターボ過給機を有するエンジンを用いる場合、運転者がアクセルペダルを踏み込んで多大な出力を要求しても、排気エネルギの不足によりターボ過給機はすぐに働くことができない。それにより、ターボが効き始めるまでにある程度の時間的な遅れ、即ち、過給遅れ（ターボラグ）が発生する。また、ターボラグが発生すると、燃料量と空気量とのミスマッチにより不完全燃焼等が発生する。その結果、エミッションが悪化する。 However, when an engine having a turbocharger is used, even if the driver depresses the accelerator pedal and requests a large output, the turbocharger cannot work immediately due to a lack of exhaust energy. As a result, a certain amount of time delay, that is, supercharging delay (turbo lag) occurs until the turbo starts to work. Further, when turbo lag occurs, incomplete combustion or the like occurs due to a mismatch between the fuel amount and the air amount. As a result, emissions deteriorate.

本発明は、ターボ過給機の過給遅れを抑制することができるとともにエミッションの悪化を抑制することができるハイブリッドシステムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hybrid system capable of suppressing a turbocharge delay of a turbocharger and suppressing deterioration of emissions.

本発明に係るハイブリッドシステムは、過給機を有する内燃機関と、燃料電池と、燃料電池に供給される水素含有ガスおよび燃料電池からのアノードオフガスのいずれか一方または両方を過給機のタービンハウジングに供給する水素供給手段と、制御手段と、内燃機関の負荷が増大するか否かを判定する判定手段とを備え、制御手段は、内燃機関の負荷が増大すると判定手段により判定された場合に、水素含有ガスおよびアノードオフガスのいずれか一方または両方をタービンハウジングに供給するように水素供給手段を制御することを特徴とするものである。 A hybrid system according to the present invention includes an internal combustion engine having a supercharger, a fuel cell, a hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell, and an anode off-gas from the fuel cell, or both of them, and a turbine housing of the supercharger A hydrogen supply means for supplying to the engine, a control means, and a determination means for determining whether or not the load on the internal combustion engine increases, the control means when the determination means determines that the load on the internal combustion engine increases. The hydrogen supply means is controlled so as to supply one or both of the hydrogen-containing gas and the anode off-gas to the turbine housing.

本発明に係るハイブリッドシステムにおいては、水素含有ガスおよびアノードオフガスのいずれか一方または両方が水素供給手段により過給機のタービンハウジングに供給され、内燃機関の負荷が増大するか否かが判定手段により判定され、内燃機関の負荷が増大すると判定手段により判定された場合に、水素含有ガスおよびアノードオフガスのいずれか一方または両方が水素供給手段によりタービンハウジングに供給される。この場合、水素含有ガスおよびアノードオフガス中に含まれる水素がタービンハウジングにおいて燃焼する。それにより、内燃機関の排気エネルギが不足する場合においても、内燃機関に十分な圧縮エアが供給される。したがって、過給機の過給遅れを抑制することができる。その結果、エミッションの悪化を抑制することができる。 In the hybrid system according to the present invention, one or both of the hydrogen-containing gas and the anode off-gas is supplied to the turbine housing of the supercharger by the hydrogen supply means, and whether or not the load on the internal combustion engine increases is determined by the determination means. If the determination means determines that the load on the internal combustion engine increases, either or both of the hydrogen-containing gas and the anode off-gas are supplied to the turbine housing by the hydrogen supply means. In this case, hydrogen contained in the hydrogen-containing gas and the anode off-gas burns in the turbine housing. Thereby, even when the exhaust energy of the internal combustion engine is insufficient, sufficient compressed air is supplied to the internal combustion engine. Therefore, the supercharging delay of the supercharger can be suppressed. As a result, emission deterioration can be suppressed.

内燃機関における過給遅れが発生しているか否かを検知する過給遅れ検知手段をさらに備え、制御手段は、過給遅れ検知手段の検知結果に基づいて水素供給手段を制御してもよい。この場合、過給遅れ検知手段の検知結果から、過給遅れが発生しているか否かが検知される。 A supercharging delay detection unit that detects whether or not a supercharging delay occurs in the internal combustion engine may be further provided, and the control unit may control the hydrogen supply unit based on a detection result of the supercharging delay detection unit. In this case, whether or not a supercharging delay has occurred is detected from the detection result of the supercharging delay detection means.

制御手段は、内燃機関の負荷が増大すると判定手段により判定された場合にアノードオフガスをタービンハウジングに供給するように水素供給手段を制御し、内燃機関において過給遅れが発生していると過給遅れ検知手段により検知された場合に、水素含有ガスをタービンハウジングに供給するように水素供給手段を制御してもよい。この場合、燃料電池に供給される水素含有ガス量の低減が抑制されることから、燃料電池における発電反応効率の低下が抑制される。 The control means controls the hydrogen supply means so as to supply the anode off gas to the turbine housing when the determination means determines that the load of the internal combustion engine increases, and supercharging is performed when a supercharging delay occurs in the internal combustion engine. The hydrogen supply means may be controlled so as to supply the hydrogen-containing gas to the turbine housing when detected by the delay detection means. In this case, since the reduction of the amount of hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell is suppressed, a decrease in power generation reaction efficiency in the fuel cell is suppressed.

制御手段は、内燃機関において過給遅れが発生していないと過給遅れ検知手段により検知された場合に、水素含有ガスおよびアノードオフガスのタービンハウジングへの供給を停止するように水素供給手段を制御してもよい。この場合、タービンハウジングに水素を供給しなくても過給遅れの発生およびエミッションの悪化が抑制される。それにより、タービンハウジングへの水素の供給を停止させることによって、水素の無駄な消費を抑制することができる。その結果、本発明に係るハイブリッドシステム全体のシステム効率が向上する。 The control means controls the hydrogen supply means so as to stop the supply of the hydrogen-containing gas and the anode off gas to the turbine housing when the supercharging delay detecting means detects that no supercharging delay has occurred in the internal combustion engine. May be. In this case, even if hydrogen is not supplied to the turbine housing, occurrence of supercharging delay and deterioration of emissions are suppressed. Thereby, wasteful consumption of hydrogen can be suppressed by stopping the supply of hydrogen to the turbine housing. As a result, the system efficiency of the entire hybrid system according to the present invention is improved.

本発明によれば、過給機の過給遅れを抑制することができるとともに、エミッションの悪化を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to suppress the supercharging delay of a supercharger, the deterioration of an emission can be suppressed.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図１は、第１実施例に係るハイブリッドシステム１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、ハイブリッドシステム１００は、燃料電池部１０、内燃機関２０、アクセル３０および制御部４０を含む。燃料電池部１０は、改質器１、熱交換部２、可変切替バルブ３，５、燃料電池４およびエアポンプ６を備える。改質器１は、改質部１ａおよび燃焼部１ｂを備える。燃料電池４は、アノード４ａおよびカソード４ｂを備える。内燃機関２０には、過給機２１、圧力センサ２２および温度センサ２３が設けられている。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a hybrid system 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the hybrid system 100 includes a fuel cell unit 10, an internal combustion engine 20, an accelerator 30 and a control unit 40. The fuel cell unit 10 includes a reformer 1, a heat exchange unit 2, variable switching valves 3 and 5, a fuel cell 4, and an air pump 6. The reformer 1 includes a reforming unit 1a and a combustion unit 1b. The fuel cell 4 includes an anode 4a and a cathode 4b. The internal combustion engine 20 is provided with a supercharger 21, a pressure sensor 22, and a temperature sensor 23.

改質部１ａには、図示しない燃料タンクから炭化水素系燃料が供給されるとともに、カソード４ｂから後述するカソードオフガスが供給される。改質部１ａは、改質反応により炭化水素系燃料およびカソードオフガスから水素を含む改質ガスを生成し、熱交換部２に供給する。熱交換部２は、供給された改質ガスを加熱し、可変切替バルブ３に供給する。 A hydrocarbon-based fuel is supplied from a fuel tank (not shown) to the reforming unit 1a, and a cathode off gas described later is supplied from the cathode 4b. The reforming unit 1a generates a reformed gas containing hydrogen from the hydrocarbon fuel and the cathode offgas by a reforming reaction, and supplies the reformed gas to the heat exchange unit 2. The heat exchange unit 2 heats the supplied reformed gas and supplies it to the variable switching valve 3.

可変切替バルブ３は、三方コック等からなり、制御部４０の指示に従って、熱交換部２から供給された改質ガスをアノード４ａおよび過給機２１のタービンハウジングのいずれか一方または両方に供給する。制御部４０は、可変切替バルブ３を制御することにより、アノード４ａおよび過給機２１のタービンハウジングに供給する改質ガスの量を制御することができる。アノード４ａにおいては、改質ガス中の水素が水素イオンに変換される。変換された水素イオンは、カソード４ｂに移動する。水素イオンに変換されなかった水素はアノードオフガスとして可変切替バルブ５に供給される。 The variable switching valve 3 includes a three-way cock or the like, and supplies the reformed gas supplied from the heat exchange unit 2 to one or both of the anode 4a and the turbine housing of the supercharger 21 in accordance with an instruction from the control unit 40. . The control unit 40 can control the amount of reformed gas supplied to the anode 4 a and the turbine housing of the supercharger 21 by controlling the variable switching valve 3. In the anode 4a, hydrogen in the reformed gas is converted into hydrogen ions. The converted hydrogen ions move to the cathode 4b. Hydrogen that has not been converted into hydrogen ions is supplied to the variable switching valve 5 as an anode off gas.

エアポンプ６は、制御部４０の指示に従って、ハイブリッドシステム１００の外部から必要量のエアをカソード４ｂに供給する。カソード４ｂにおいては、アノード４ａにおいて発生した水素イオンと供給されたエア中の酸素とから水が発生するとともに電力が発生する。発生した水は、燃料電池４において発生する熱によって水蒸気となる。カソード４ｂにおいて発生した水蒸気及び水素イオンと反応しなかったエアは、改質用のエアおよび水蒸気を含むカソードオフガスとして改質部１ａに供給される。 The air pump 6 supplies a necessary amount of air to the cathode 4b from the outside of the hybrid system 100 in accordance with an instruction from the control unit 40. In the cathode 4b, water is generated and electric power is generated from hydrogen ions generated in the anode 4a and oxygen in the supplied air. The generated water becomes water vapor by the heat generated in the fuel cell 4. The air that has not reacted with the water vapor and hydrogen ions generated at the cathode 4b is supplied to the reforming unit 1a as a cathode off-gas containing reforming air and water vapor.

可変切替バルブ５は、三方コック等からなり、制御部４０の指示に従って、アノード４ａから供給されたアノードオフガスを燃焼部１ｂおよび過給機２１のタービンハウジングのいずれか一方または両方に供給する。制御部４０は、可変切替バルブ５を制御することにより、燃焼部１ｂおよび過給機２１のタービンハウジングに供給するアノードオフガスの量を制御することができる。燃焼部１ｂにおいては、アノードオフガスに含まれる水素および一酸化炭素が燃焼し、外部に排出される。この際の燃焼熱は、改質部１ａにおける改質反応に利用される。 The variable switching valve 5 is composed of a three-way cock or the like, and supplies the anode off gas supplied from the anode 4 a to one or both of the combustion unit 1 b and the turbine housing of the supercharger 21 in accordance with an instruction from the control unit 40. The control unit 40 can control the amount of anode off gas supplied to the combustion unit 1 b and the turbine housing of the supercharger 21 by controlling the variable switching valve 5. In the combustion unit 1b, hydrogen and carbon monoxide contained in the anode off-gas burn and are discharged to the outside. The combustion heat at this time is used for the reforming reaction in the reforming section 1a.

内燃機関２０には、図示しない燃料タンクから必要量の炭化水素系燃料が供給されるとともに、過給機２１から後述する圧縮エアが供給される。内燃機関２０は、供給された圧縮エアにより炭化水素系燃料を燃焼させることによって動力を発生させる。この際に発生する排気ガスは、過給機２１のタービンハウジングに供給された後に外部に排出される。 The internal combustion engine 20 is supplied with a required amount of hydrocarbon-based fuel from a fuel tank (not shown), and is supplied with compressed air described later from a supercharger 21. The internal combustion engine 20 generates power by burning hydrocarbon fuel with the supplied compressed air. The exhaust gas generated at this time is supplied to the turbine housing of the supercharger 21 and then discharged to the outside.

過給機２１は、タービンハウジングに供給された排気ガスによって、外部から取り込んだエアを圧縮し、その圧縮エアを内燃機関２０に供給する。また、過給機２１のタービンハウジングには、可変切替バルブ３からアノードオフガスが供給される。この場合、アノードオフガスに含まれる水素の燃焼エネルギにより、外部から取り込んだエアをさらに圧縮させることができる。それにより、内燃機関２０の排気エネルギが不足する場合においても、内燃機関２０に十分な圧縮エアが供給される。したがって、過給機２１の過給遅れを抑制することができる。その結果、エミッションの悪化を抑制することができる。なお、水素は炭化水素系燃料に比較して燃焼性が高いことから、過給機２１は、炭化水素系燃料をタービンハウジングに供給する場合に比較してより効率よくエアを圧縮することができる。圧力センサ２２は、過給機２１から内燃機関２０に供給される圧縮エアの圧力を検出し、制御部４０にその検出結果を与える。温度センサ２３は、内燃機関２０からの排気ガスの温度を検出し、その検出結果を制御部４０に与える。 The supercharger 21 compresses the air taken in from the outside by the exhaust gas supplied to the turbine housing, and supplies the compressed air to the internal combustion engine 20. The anode off gas is supplied from the variable switching valve 3 to the turbine housing of the supercharger 21. In this case, the air taken in from the outside can be further compressed by the combustion energy of hydrogen contained in the anode off gas. Thereby, even when the exhaust energy of the internal combustion engine 20 is insufficient, sufficient compressed air is supplied to the internal combustion engine 20. Therefore, the supercharging delay of the supercharger 21 can be suppressed. As a result, emission deterioration can be suppressed. Since hydrogen has higher combustibility than hydrocarbon fuel, the supercharger 21 can compress air more efficiently than when hydrocarbon fuel is supplied to the turbine housing. . The pressure sensor 22 detects the pressure of the compressed air supplied from the supercharger 21 to the internal combustion engine 20 and gives the detection result to the control unit 40. The temperature sensor 23 detects the temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine 20 and gives the detection result to the control unit 40.

アクセル３０には、アクセル開度センサ３１およびアクセル開度速度センサ３２が設けられている。アクセル開度センサ３１は、アクセル３０の開度を検出し、その検出結果を制御部４０に与える。アクセル開度速度センサ３２は、アクセル３０の開度速度を検出し、その検出結果を制御部４０に与える。 The accelerator 30 is provided with an accelerator opening sensor 31 and an accelerator opening speed sensor 32. The accelerator opening sensor 31 detects the opening of the accelerator 30 and gives the detection result to the control unit 40. The accelerator opening speed sensor 32 detects the opening speed of the accelerator 30 and gives the detection result to the control unit 40.

制御部４０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）等からなり、圧力センサ２２、温度センサ２３、アクセル開度センサ３１およびアクセル開度速度センサ３２の検出結果を受け取り、可変切替バルブ３，５およびエアポンプ６の動作を制御する。 The control unit 40 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), etc., and receives the detection results of the pressure sensor 22, the temperature sensor 23, the accelerator opening sensor 31, and the accelerator opening speed sensor 32, and is variable. The operation of the switching valves 3 and 5 and the air pump 6 is controlled.

ここで、アクセル開度が大きくかつアクセル開度速度が大きい場合には、要求出力が大きくなっていると判断できる。要求出力が大きくなると、過給機２１による過給遅れおよびエミッションの悪化が発生するおそれがある。本実施例においては、制御部４０は、アクセル開度センサ３１の検出値およびアクセル開度速度センサ３２の検出値が所定の値を上回る場合には、改質ガスおよびアノードオフガスのいずれか一方または両方が過給機２１のタービンハウジングに導入されるように可変バルブ３，５を制御する。それにより、過給機２１の過給遅れを抑制することができる。その結果、エミッションの悪化を抑制することができる。 Here, when the accelerator opening is large and the accelerator opening speed is large, it can be determined that the required output is large. When the required output becomes large, there is a possibility that supercharging delay by the supercharger 21 and emission will be deteriorated. In the present embodiment, when the detected value of the accelerator opening sensor 31 and the detected value of the accelerator opening speed sensor 32 exceed a predetermined value, the control unit 40 either one of the reformed gas and the anode off-gas or The variable valves 3 and 5 are controlled so that both are introduced into the turbine housing of the supercharger 21. Thereby, the supercharging delay of the supercharger 21 can be suppressed. As a result, emission deterioration can be suppressed.

なお、改質ガスよりもアノードオフガスが優先的に過給機２１のタービンハウジングに供給されることが好ましい。この場合、燃料電池４に供給される改質ガスの量が低減されないことから、燃料電池４における発電反応効率の低下が防止される。 In addition, it is preferable that the anode off gas is preferentially supplied to the turbine housing of the supercharger 21 over the reformed gas. In this case, since the amount of the reformed gas supplied to the fuel cell 4 is not reduced, a decrease in power generation reaction efficiency in the fuel cell 4 is prevented.

また、使用者によるアクセル操作により要求出力が大きくなった場合において、過給機３１から内燃機関２０に与えられる圧縮エアの圧力が大きくなれば過給遅れの発生が抑制されていると判断できる。また、内燃機関２０からの排出ガスの温度が大きくなれば、過給遅れによる不完全燃焼が解消され、エミッションの悪化が抑制されていると判断できる。 Further, when the required output is increased by the accelerator operation by the user, it can be determined that the occurrence of the supercharging delay is suppressed if the pressure of the compressed air supplied from the supercharger 31 to the internal combustion engine 20 increases. Further, if the temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine 20 increases, it can be determined that incomplete combustion due to a delay in supercharging is eliminated, and deterioration of emissions is suppressed.

本実施例においては、制御部４０は、アノードオフガスおよび改質ガスのいずれか一方または両方が過給機２１のタービンハウジングに供給されている場合に圧力センサ２２の検出値および温度センサ２３の検出値が所定の値を上回れば、可変切替バルブ３，５を制御して改質ガスおよびアノードオフガスの過給機２１のタービンハウジングへの供給を停止させる。この場合、過給機２１のタービンハウジングに水素を供給しなくても過給遅れの発生およびエミッションの悪化が抑制される。それにより、過給機２１のタービンハウジングへの水素の供給を停止させることによって、水素の無駄な消費を抑制することができる。その結果、ハイブリッドシステム１００全体のシステム効率が向上する。 In the present embodiment, the control unit 40 detects the detection value of the pressure sensor 22 and the detection of the temperature sensor 23 when one or both of the anode off-gas and the reformed gas are supplied to the turbine housing of the supercharger 21. If the value exceeds a predetermined value, the variable switching valves 3 and 5 are controlled to stop the supply of the reformed gas and the anode off gas to the turbine housing of the supercharger 21. In this case, even if hydrogen is not supplied to the turbine housing of the supercharger 21, occurrence of supercharging delay and deterioration of emissions are suppressed. Thereby, the wasteful consumption of hydrogen can be suppressed by stopping the supply of hydrogen to the turbine housing of the supercharger 21. As a result, the overall system efficiency of the hybrid system 100 is improved.

次に、制御部４０の動作の一例を説明する。図２は、制御部４０の動作の一例を示すフローチャートである。制御部４０は、所定の時間周期（例えば、数ミリ秒程度）で以下のフローチャートを実行する。図２に示すように、制御部４０は、アクセル開度センサ３１からアクセル３０の開度ｔを取得し、アクセル開度速度センサ３２からアクセル３０の開度速度ｖを取得する（ステップＳ１）。 Next, an example of the operation of the control unit 40 will be described. FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of the operation of the control unit 40. The control unit 40 executes the following flowchart in a predetermined time period (for example, about several milliseconds). As shown in FIG. 2, the control unit 40 acquires the opening degree t of the accelerator 30 from the accelerator opening degree sensor 31, and acquires the opening degree speed v of the accelerator 30 from the accelerator opening degree speed sensor 32 (step S1).

次に、制御部４０は、開度ｔがしきい値Ａよりも大きくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。しきい値Ａは、例えば、７０％程度であり、しきい値Ｂは、例えば、８０°／ｓｅｃ程度である。 Next, the control unit 40 determines whether or not the opening degree t is larger than the threshold value A and the opening degree speed v is larger than the threshold value B (step S2). The threshold value A is, for example, about 70%, and the threshold value B is, for example, about 80 ° / sec.

ステップＳ２において開度ｔがしきい値Ａよりも大きくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも大きいと判定された場合、制御部４０は、可変切替バルブ３，５を制御して所定量の水素を過給機２１のタービンハウジングに供給する（ステップＳ３）。なお、改質ガス中の水素量およびアノードオフガス中の水素量は、燃料電池４に要求される出力および燃料電池４に供給される炭化水素系燃料量に基づいて計算することができる。したがって、制御部４０は、可変切替バルブ３，５を制御することにより、所定量の水素を過給機２１のタービンハウジングに供給することができる。 When it is determined in step S2 that the opening degree t is larger than the threshold value A and the opening speed v is larger than the threshold value B, the control unit 40 controls the variable switching valves 3 and 5 to a predetermined amount. Is supplied to the turbine housing of the supercharger 21 (step S3). The amount of hydrogen in the reformed gas and the amount of hydrogen in the anode off gas can be calculated based on the output required for the fuel cell 4 and the amount of hydrocarbon fuel supplied to the fuel cell 4. Therefore, the control unit 40 can supply a predetermined amount of hydrogen to the turbine housing of the supercharger 21 by controlling the variable switching valves 3 and 5.

次に、制御部４０は、過給機２１から内燃機関２０に供給される圧縮エアの圧力Ｐを圧力センサ２２から取得し、内燃機関２０の排気ガスの温度Ｔを温度センサ２３から取得する（ステップＳ４）。 Next, the control unit 40 acquires the pressure P of the compressed air supplied from the supercharger 21 to the internal combustion engine 20 from the pressure sensor 22 and acquires the temperature T of the exhaust gas of the internal combustion engine 20 from the temperature sensor 23 ( Step S4).

次いで、制御部４０は、温度Ｔがしきい値Ｃよりも大きくかつ圧力Ｐがしきい値Ｄよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５）。しきい値Ｃは、例えば、８００℃程度であり、しきい値Ｄは、例えば、７００ｍｍＨｇ程度である。 Next, the control unit 40 determines whether or not the temperature T is higher than the threshold value C and the pressure P is higher than the threshold value D (step S5). The threshold value C is, for example, about 800 ° C., and the threshold value D is, for example, about 700 mmHg.

ステップＳ５において温度Ｔがしきい値Ｃよりも大きくかつ圧力Ｐがしきい値Ｄよりも大きいと判定された場合、制御部４０は、アクセル開度センサ３１からアクセル３０の開度ｔを取得し、アクセル開度速度センサ３２からアクセル３０の開度速度ｖを取得する（ステップＳ６）。次に、制御部４０は、開度ｔがしきい値Ａよりも小さくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７において開度ｔがしきい値Ａよりも小さくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも小さいと判定された場合、制御部４０は、過給機２１のタービンハウジングへの水素の供給を停止するように可変切替バルブ３，５を制御する（ステップＳ８）。その後、制御部４０は、動作を終了する。 When it is determined in step S5 that the temperature T is higher than the threshold C and the pressure P is higher than the threshold D, the control unit 40 acquires the opening t of the accelerator 30 from the accelerator opening sensor 31. Then, the opening speed v of the accelerator 30 is acquired from the accelerator opening speed sensor 32 (step S6). Next, the control unit 40 determines whether the opening degree t is smaller than the threshold value A and the opening degree speed v is smaller than the threshold value B (step S7). When it is determined in step S7 that the opening degree t is smaller than the threshold value A and the opening speed v is smaller than the threshold value B, the control unit 40 supplies hydrogen to the turbine housing of the supercharger 21. The variable switching valves 3 and 5 are controlled so as to stop (step S8). Thereafter, the control unit 40 ends the operation.

なお、ステップＳ２において開度ｔがしきい値Ａよりも大きくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも大きいと判定されなかった場合、制御部４０は、動作を終了する。また、ステップＳ５において温度Ｔがしきい値Ｃよりも大きくかつ圧力Ｐがしきい値Ｄよりも大きいと判定されなかった場合およびステップＳ７において開度ｔがしきい値Ａよりも小さくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも小さいと判定されなかった場合、制御部４０は、ステップＳ３の動作から繰り返す。 If it is not determined in step S2 that the opening degree t is larger than the threshold value A and the opening speed v is larger than the threshold value B, the control unit 40 ends the operation. Further, when it is not determined in step S5 that the temperature T is greater than the threshold value C and the pressure P is greater than the threshold value D, and in step S7, the opening degree t is smaller than the threshold value A and the opening degree When it is not determined that the speed v is smaller than the threshold value B, the control unit 40 repeats the operation from step S3.

以上のように、過給機２１による過給遅れが発生するおそれが生じても、改質ガスおよびアノードオフガス中に含まれる水素が過給機２１のタービンハウジングにおいて燃焼することにより、内燃機関２０の排気エネルギを増大させることができる。それにより、過給機２１の過給遅れを抑制することができる。また、水素の燃焼エネルギにより、エミッションの悪化を抑制することができる。 As described above, even if there is a possibility that a supercharging delay due to the supercharger 21 occurs, the hydrogen contained in the reformed gas and the anode offgas burns in the turbine housing of the supercharger 21, thereby causing the internal combustion engine 20. The exhaust energy can be increased. Thereby, the supercharging delay of the supercharger 21 can be suppressed. Moreover, the deterioration of the emission can be suppressed by the combustion energy of hydrogen.

また、過給機２１による過給遅れが発生するおそれが消滅した場合には、改質ガスおよびアノードオフガスの過給機２１のタービンハウジングへの供給が停止される。それにより、水素の無駄な消費を抑制することができる。その結果、ハイブリッドシステム１００全体のシステム効率が向上する。 In addition, when the possibility of occurrence of a supercharging delay by the supercharger 21 disappears, the supply of the reformed gas and the anode off gas to the turbine housing of the supercharger 21 is stopped. Thereby, useless consumption of hydrogen can be suppressed. As a result, the overall system efficiency of the hybrid system 100 is improved.

続いて、制御部４０の動作の他の例を説明する。図３は、制御部４０の動作の他の例を示すフローチャートである。制御部４０は、所定の時間周期（例えば、数ミリ秒程度）で以下のフローチャートを実行する。図３に示すように、制御部４０は、アクセル開度センサ３１からアクセル３０の開度ｔを取得し、アクセル開度速度センサ３２からアクセル３０の開度速度ｖを取得する（ステップＳ１１）。 Subsequently, another example of the operation of the control unit 40 will be described. FIG. 3 is a flowchart illustrating another example of the operation of the control unit 40. The control unit 40 executes the following flowchart in a predetermined time period (for example, about several milliseconds). As shown in FIG. 3, the control unit 40 acquires the opening t of the accelerator 30 from the accelerator opening sensor 31 and acquires the opening speed v of the accelerator 30 from the accelerator opening speed sensor 32 (step S <b> 11).

次に、制御部４０は、開度ｔがしきい値Ａよりも大きくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。しきい値Ａは、例えば、７０％程度であり、しきい値Ｂは、例えば、８０°／ｓｅｃ程度である。 Next, the control unit 40 determines whether or not the opening degree t is larger than the threshold value A and the opening degree speed v is larger than the threshold value B (step S12). The threshold value A is, for example, about 70%, and the threshold value B is, for example, about 80 ° / sec.

ステップＳ１２において開度ｔがしきい値Ａよりも大きくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも大きいと判定された場合、制御部４０は、可変切替バルブ５を制御して所定量の水素を過給機２１のタービンハウジングに供給する（ステップＳ１３）。なお、アノードオフガス中の水素量は、燃料電池４に要求される出力および燃料電池４に供給される炭化水素系燃料量に基づいて計算することができる。したがって、制御部４０は、可変切替バルブ５を制御することにより、所定量の水素を過給機２１のタービンハウジングに供給することができる。 When it is determined in step S12 that the opening degree t is larger than the threshold value A and the opening speed v is larger than the threshold value B, the control unit 40 controls the variable switching valve 5 to obtain a predetermined amount of hydrogen. Is supplied to the turbine housing of the supercharger 21 (step S13). The amount of hydrogen in the anode off-gas can be calculated based on the output required for the fuel cell 4 and the amount of hydrocarbon fuel supplied to the fuel cell 4. Therefore, the control unit 40 can supply a predetermined amount of hydrogen to the turbine housing of the supercharger 21 by controlling the variable switching valve 5.

次に、制御部４０は、過給機２１から内燃機関２０に供給される圧縮エアの圧力Ｐを圧力センサ２２から取得し、内燃機関２０の排気ガスの温度Ｔを温度センサ２３から取得する（ステップＳ１４）。 Next, the control unit 40 acquires the pressure P of the compressed air supplied from the supercharger 21 to the internal combustion engine 20 from the pressure sensor 22 and acquires the temperature T of the exhaust gas of the internal combustion engine 20 from the temperature sensor 23 ( Step S14).

次いで、制御部４０は、温度Ｔがしきい値Ｃよりも大きくかつ圧力Ｐがしきい値Ｄよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１５）。しきい値Ｃは、例えば、８００℃程度であり、しきい値Ｄは、例えば、７００ｍｍＨｇ程度である。 Next, the control unit 40 determines whether or not the temperature T is higher than the threshold value C and the pressure P is higher than the threshold value D (step S15). The threshold value C is, for example, about 800 ° C., and the threshold value D is, for example, about 700 mmHg.

ステップＳ１５において温度Ｔがしきい値Ｃよりも大きくかつ圧力Ｐがしきい値Ｄよりも大きいと判定された場合、制御部４０は、アクセル開度センサ３１からアクセル３０の開度ｔを取得し、アクセル開度速度センサ３２からアクセル３０の開度速度ｖを取得する（ステップＳ１６）。 When it is determined in step S15 that the temperature T is higher than the threshold value C and the pressure P is higher than the threshold value D, the control unit 40 acquires the opening degree t of the accelerator 30 from the accelerator opening degree sensor 31. Then, the opening speed v of the accelerator 30 is acquired from the accelerator opening speed sensor 32 (step S16).

次に、制御部４０は、開度ｔがしきい値Ａよりも小さくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において開度ｔがしきい値Ａよりも小さくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも小さいと判定された場合、制御部４０は、過給機２１のタービンハウジングへの水素の供給を停止するように可変切替バルブ３，５を制御する（ステップＳ１８）。その後、制御部４０は、動作を終了する。 Next, the control unit 40 determines whether or not the opening degree t is smaller than the threshold value A and the opening degree speed v is smaller than the threshold value B (step S17). When it is determined in step S17 that the opening degree t is smaller than the threshold value A and the opening speed v is smaller than the threshold value B, the control unit 40 supplies hydrogen to the turbine housing of the supercharger 21. The variable switching valves 3 and 5 are controlled so as to stop the operation (step S18). Thereafter, the control unit 40 ends the operation.

ステップＳ１５において温度Ｔがしきい値Ｃよりも大きくかつ圧力Ｐがしきい値Ｄよりも大きいと判定されなかった場合、制御部４０は、可変切替バルブ３を制御して所定量の水素を過給機２１のタービンハウジングに供給する（ステップＳ１９）。次に、制御部４０は、ステップＳ１３の動作を行う。なお、改質ガス中の水素量は、燃料電池４に要求される出力および燃料電池４に供給される炭化水素系燃料量に基づいて計算することができる。したがって、制御部４０は、可変切替バルブ３を制御することにより、所定量の水素を過給機２１のタービンハウジングに供給することができる。 If it is not determined in step S15 that the temperature T is greater than the threshold value C and the pressure P is greater than the threshold value D, the control unit 40 controls the variable switching valve 3 to pass a predetermined amount of hydrogen. Supply to the turbine housing of the feeder 21 (step S19). Next, the control unit 40 performs the operation of step S13. The amount of hydrogen in the reformed gas can be calculated based on the output required for the fuel cell 4 and the amount of hydrocarbon fuel supplied to the fuel cell 4. Therefore, the control unit 40 can supply a predetermined amount of hydrogen to the turbine housing of the supercharger 21 by controlling the variable switching valve 3.

ステップＳ１２において開度ｔがしきい値Ａよりも大きくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも大きいと判定されなかった場合、制御部４０は、動作を終了する。また、ステップＳ１７において開度ｔがしきい値Ａよりも小さくかつ開度速度ｖがしきい値Ｂよりも小さいと判定されなかった場合、制御部４０は、ステップＳ１３の動作から繰り返す。 When it is not determined in step S12 that the opening degree t is larger than the threshold value A and the opening degree speed v is larger than the threshold value B, the control unit 40 ends the operation. When it is not determined in step S17 that the opening degree t is smaller than the threshold value A and the opening speed v is smaller than the threshold value B, the control unit 40 repeats the operation from step S13.

以上のように、過給機２１による過給遅れが発生するおそれが生じても、改質ガスおよびアノードオフガス中に含まれる水素を過給機２１のタービンハウジングにおいて燃焼させることにより、内燃機関２０の排気エネルギを増大させることができる。それにより、過給機２１の過給遅れを抑制することができる。また、水素の燃焼エネルギにより、エミッションの悪化を抑制することができる。 As described above, even if there is a possibility that a supercharging delay by the supercharger 21 occurs, the internal combustion engine 20 is produced by burning the hydrogen contained in the reformed gas and the anode off-gas in the turbine housing of the supercharger 21. The exhaust energy can be increased. Thereby, the supercharging delay of the supercharger 21 can be suppressed. Moreover, the deterioration of the emission can be suppressed by the combustion energy of hydrogen.

また、改質ガスよりもアノードオフガスを優先的に過給機２１のタービンハウジングに供給することから、燃料電池４に供給される改質ガスの量が低減されない。それにより、燃料電池４における発電反応効率の低下が防止される。 In addition, since the anode off gas is preferentially supplied to the turbine housing of the supercharger 21 over the reformed gas, the amount of the reformed gas supplied to the fuel cell 4 is not reduced. Thereby, a decrease in power generation reaction efficiency in the fuel cell 4 is prevented.

さらに、過給機２１による過給遅れが発生するおそれが消滅した場合には、改質ガスおよびアノードオフガスの過給機２１のタービンハウジングへの供給が停止される。それにより、水素の無駄な消費を抑制することができる。その結果、ハイブリッドシステム１００全体のシステム効率が向上する。 Further, when the possibility of a delay in supercharging due to the supercharger 21 disappears, the supply of reformed gas and anode off gas to the turbine housing of the supercharger 21 is stopped. Thereby, useless consumption of hydrogen can be suppressed. As a result, the overall system efficiency of the hybrid system 100 is improved.

本実施例においては、可変切替バルブ３，５が水素供給手段に相当し、制御部４０が制御手段に相当し、アクセル開度センサ３１、アクセル開度速度センサ３２および制御部４０が判定手段に相当し、圧力センサ２２および温度センサ２３が過給遅れ検知手段に相当する。 In this embodiment, the variable switching valves 3 and 5 correspond to the hydrogen supply means, the control unit 40 corresponds to the control means, and the accelerator opening sensor 31, the accelerator opening speed sensor 32, and the control unit 40 serve as the determination means. The pressure sensor 22 and the temperature sensor 23 correspond to supercharging delay detection means.

第１実施例に係るハイブリッドシステムの全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the hybrid system which concerns on 1st Example. 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of a control part. 制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of operation | movement of a control part.

Explanation of symbols

１改質器
１ａ改質部
１ｂ燃焼部
３，５可変切替バルブ
４燃料電池
１０燃料電池部
２０内燃機関
２１過給機
２２圧力センサ
２３温度センサ
３０アクセル
３１アクセル開度センサ
３２アクセル開度速度センサ
４０制御部
１００ハイブリッドシステム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reformer 1a Reforming part 1b Combustion part 3, 5 Variable switching valve 4 Fuel cell 10 Fuel cell part 20 Internal combustion engine 21 Supercharger 22 Pressure sensor 23 Temperature sensor 30 Accelerator 31 Accelerator opening sensor 32 Accelerator opening speed sensor 40 Control unit 100 Hybrid system

Claims

An internal combustion engine having a supercharger;
A fuel cell;
Hydrogen supply means for supplying one or both of a hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell and an anode off-gas from the fuel cell to the turbine housing of the supercharger;
Control means;
Determination means for determining whether or not the load of the internal combustion engine increases,
The control means supplies the hydrogen supply means so as to supply one or both of the hydrogen-containing gas and the anode off-gas to the turbine housing when the determination means determines that the load of the internal combustion engine increases. A hybrid system characterized by controlling.

Further comprising supercharging delay detection means for detecting whether or not a supercharging delay occurs in the internal combustion engine;
The hybrid system according to claim 1, wherein the control unit controls the hydrogen supply unit based on a detection result of the supercharging delay detection unit.

The control means controls the hydrogen supply means to supply the anode off gas to the turbine housing when the determination means determines that the load on the internal combustion engine increases, and a supercharging delay occurs in the internal combustion engine. 3. The hybrid system according to claim 2, wherein the hydrogen supply unit is controlled to supply the hydrogen-containing gas to the turbine housing when it is detected by the supercharging delay detection unit. .

The control means stops the supply of the hydrogen-containing gas and the anode off gas to the turbine housing when the supercharging delay detecting means detects that no supercharging delay has occurred in the internal combustion engine. 4. The hybrid system according to claim 2, wherein the hydrogen supply means is controlled.