JP2007269227A - Hybrid car - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素を燃料として運転可能な内燃機関と、他の動力源とを備えたハイブリッド車両に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle including an internal combustion engine that can be operated using hydrogen as a fuel, and another power source.
内燃機関の排気浄化触媒は、活性温度(例えば300℃程度)以上の温度にならないと、高い浄化率を得ることができない。このため、今以上に低エミッション化を図るには、内燃機関の始動直後など、触媒が暖まっていない場合に、なるべく早期に触媒を暖機することが重要である。触媒を迅速に暖機するには、点火時期を遅角することによって排気温度を高くすることが有効である。また、低エミッション化のためには、触媒暖機中の内燃機関からのHC、CO、NOxの排出量自体をなるべく少なくすることも重要である。 The exhaust purification catalyst of the internal combustion engine cannot obtain a high purification rate unless the temperature is higher than the activation temperature (for example, about 300 ° C.). For this reason, in order to further reduce the emission, it is important to warm up the catalyst as early as possible when the catalyst is not warmed, such as immediately after the start of the internal combustion engine. In order to warm up the catalyst quickly, it is effective to raise the exhaust temperature by retarding the ignition timing. In order to reduce emissions, it is also important to reduce the HC, CO, and NOx emissions from the internal combustion engine during catalyst warm-up as much as possible.
特開平2005−48631号公報には、機関始動時に点火時期を遅角して排気昇温を行う内燃機関において、排気昇温時に、主燃料に加えて水素を添加する手段を備えた内燃機関の触媒昇温装置が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-48631 discloses an internal combustion engine that is provided with a means for adding hydrogen in addition to the main fuel when the exhaust gas temperature rises in an internal combustion engine that retards the ignition timing at the time of starting the engine and raises the exhaust gas temperature. A catalyst temperature raising device is disclosed.
一般に、点火時期を遅角するほど排気温度を高めることができるので、触媒をより早く暖機する上では、点火時期を大幅に遅角するのが望ましい。しかしながら、点火時期を大幅に遅角すると、燃焼が悪化するためにHCの排出量が増加するので、触媒暖機中に大気中に放出されるHCの総量が増大してしまうという問題がある。 Generally, the exhaust gas temperature can be increased as the ignition timing is retarded. Therefore, in order to warm up the catalyst earlier, it is desirable to retard the ignition timing significantly. However, if the ignition timing is significantly retarded, combustion deteriorates and the amount of HC emission increases, so there is a problem that the total amount of HC released into the atmosphere during catalyst warm-up increases.
このような問題に対し、上記公報に開示された触媒昇温装置によれば、燃焼促進効果を有する水素を補助燃料として添加することによって燃焼を改善することができるため、触媒暖機中に大幅な点火遅角を行っても、HCの排出量を低く抑えることができる。 With respect to such a problem, according to the catalyst temperature raising device disclosed in the above publication, combustion can be improved by adding hydrogen having a combustion promoting effect as an auxiliary fuel. Even if the ignition retardation is performed properly, the amount of HC emission can be kept low.
近年では、地球環境を保全するため、内燃機関の更なる低エミッション化が求められている。このため、内燃機関の始動時などの触媒暖機時において、HCだけでなく、NOxやCOについても、その排出量を更に低減することが望まれている。 In recent years, in order to preserve the global environment, there has been a demand for further reduction in internal combustion engine emissions. For this reason, it is desired to further reduce the emission amount of not only HC but also NOx and CO at the time of catalyst warm-up such as when the internal combustion engine is started.
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、排気浄化触媒の暖機中においても低エミッションを実現することのできるハイブリッド車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a hybrid vehicle that can realize low emission even while the exhaust purification catalyst is warmed up.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、水素を燃料として運転可能な内燃機関と、他の動力源とを備えるハイブリッド車両であって、
前記内燃機関に水素を供給する水素供給手段と、
前記内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
要求走行出力を算出する要求走行出力算出手段と、
前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合に、水素のみを燃料とし、空気過剰率λ>1で前記内燃機関を運転する触媒暖機水素リーン運転を行う触媒暖機水素リーン運転手段と、
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記要求走行出力に対する前記内燃機関の出力の不足を補うように前記他の動力源を作動させるアシスト手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a hybrid vehicle including an internal combustion engine that can be operated using hydrogen as a fuel, and another power source,
Hydrogen supply means for supplying hydrogen to the internal combustion engine;
An exhaust purification catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
Requested running output calculating means for calculating the requested running output;
A catalyst warm-up hydrogen lean operation means for performing a catalyst warm-up hydrogen lean operation for operating the internal combustion engine with an excess air ratio λ> 1 when the temperature of the exhaust purification catalyst needs to be raised; ,
Assist means for operating the other power source so as to compensate for a shortage of the output of the internal combustion engine with respect to the required travel output during the catalyst warm-up hydrogen lean operation;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記触媒暖機水素リーン運転時の空気過剰率λは、前記内燃機関からNOxがほとんど排出されないような値であることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The excess air ratio λ during the catalyst warm-up hydrogen lean operation is a value such that almost no NOx is discharged from the internal combustion engine.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記内燃機関は、液体燃料での運転も可能なものであり、
前記内燃機関に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合に、前記内燃機関に対し液体燃料を供給せずに水素のみを供給するように前記液体燃料供給手段および前記水素供給手段を作動させる燃料供給切換手段と、
を更に備えることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The internal combustion engine can also be operated with liquid fuel,
Liquid fuel supply means for supplying liquid fuel to the internal combustion engine;
Fuel supply switching for operating the liquid fuel supply means and the hydrogen supply means to supply only hydrogen without supplying liquid fuel to the internal combustion engine when the temperature of the exhaust purification catalyst needs to be raised Means,
Is further provided.
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記内燃機関の点火時期を通常時に比して遅角する点火遅角手段を更に備えることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
It further comprises ignition retarding means for retarding the ignition timing of the internal combustion engine as compared with the normal time during the catalyst warm-up hydrogen lean operation.
また、第5の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記排気浄化触媒を加熱可能な電気ヒータと、
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記電気ヒータに通電することによって前記排気浄化触媒を加熱する触媒暖機補助手段と、
を更に備えることを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to third inventions,
An electric heater capable of heating the exhaust purification catalyst;
Catalyst warm-up auxiliary means for heating the exhaust purification catalyst by energizing the electric heater during the catalyst warm-up hydrogen lean operation;
Is further provided.
また、第6の発明は、第5の発明において、
前記内燃機関の動力によって発電可能な発電機を更に備え、
前記触媒暖機補助手段は、前記発電機で発電された電力を前記電気ヒータに通電することを特徴とする。
The sixth invention is the fifth invention, wherein
A generator capable of generating electric power by the power of the internal combustion engine;
The catalyst warm-up assisting unit supplies the electric power generated by the generator to the electric heater.
第1の発明によれば、排気浄化触媒の暖機時に、水素のみを燃料とし、空気過剰率λ>1で内燃機関を運転する触媒暖機水素リーン運転を行うことができる。これにより、内燃機関からのHC、COの排出量をゼロとすることができるとともに、NOxの排出量も低く抑えることができる。よって、内燃機関の始動時や始動直後、あるいは軽負荷運転時などで、排気浄化触媒の温度が活性温度に達していない状態であっても、大気中に放出されるエミッションを低く抑えることができる。また、第1の発明によれば、触媒暖機水素リーン運転時、要求走行出力に対する内燃機関の出力不足を補うように他の動力源を作動させることで、車両の走行をアシストすることができる。このため、ドライバビリティを悪化させることなく、上記の低エミッション化を達成することができる。 According to the first invention, when the exhaust purification catalyst is warmed up, it is possible to perform a catalyst warm-up hydrogen lean operation in which only the hydrogen is used as fuel and the internal combustion engine is operated at an excess air ratio λ> 1. As a result, the HC and CO emissions from the internal combustion engine can be made zero, and the NOx emissions can be kept low. Therefore, even when the internal combustion engine is started, immediately after startup, or during light load operation, even when the temperature of the exhaust purification catalyst does not reach the activation temperature, emission released into the atmosphere can be kept low. . Further, according to the first aspect of the invention, during the catalyst warm-up hydrogen lean operation, it is possible to assist the traveling of the vehicle by operating the other power source so as to compensate for the insufficient output of the internal combustion engine with respect to the required traveling output. . For this reason, the low emission can be achieved without deteriorating drivability.
第2の発明によれば、触媒暖機水素リーン運転時に、HC、COだけでなく、NOxについても内燃機関からほとんど排出されないようにすることができる。このため、更なる低エミッション化が図れる。 According to the second aspect of the invention, not only HC and CO but also NOx can be hardly discharged from the internal combustion engine during the catalyst warm-up hydrogen lean operation. For this reason, the emission can be further reduced.
第3の発明によれば、内燃機関が液体燃料でも運転可能なものであるため、通常時は液体燃料を主として使用し、排気浄化触媒の暖機時に、内燃機関に水素のみを供給するように切り換えることができる。これにより、水素の消費量を少なくでき、車両への搭載が容易な液体燃料を主燃料とすることができるため、システムの簡素化や航続距離の延長が図れる。 According to the third aspect of the invention, since the internal combustion engine can be operated with liquid fuel, liquid fuel is mainly used in normal times, and only hydrogen is supplied to the internal combustion engine when the exhaust purification catalyst is warmed up. Can be switched. As a result, the consumption of hydrogen can be reduced, and the liquid fuel that can be easily mounted on the vehicle can be used as the main fuel. Therefore, the system can be simplified and the cruising distance can be extended.
第4の発明によれば、触媒暖機水素リーン運転時に、内燃機関の点火時期を遅角することにより、排気温度を高めることができる。このため、排気浄化触媒を迅速に暖機することができる。 According to the fourth invention, the exhaust gas temperature can be raised by retarding the ignition timing of the internal combustion engine during the catalyst warm-up hydrogen lean operation. For this reason, the exhaust purification catalyst can be quickly warmed up.
第5の発明によれば、触媒暖機水素リーン運転時に、電気ヒータによって排気浄化触媒を加熱することができる。このため、排気浄化触媒を迅速に暖機することができる。 According to the fifth invention, the exhaust purification catalyst can be heated by the electric heater during the catalyst warm-up hydrogen lean operation. For this reason, the exhaust purification catalyst can be quickly warmed up.
第6の発明によれば、電気ヒータによって排気浄化触媒を加熱する際、内燃機関の動力によって発電機を駆動して発電された電力を電気ヒータに通電することができる。このため、要求走行出力が小さくても、内燃機関の負荷をある程度大きくして、排気浄化触媒に流入する排気エネルギーを大きくすることができる。よって、要求走行出力が小さくても、電気ヒータによる加熱と相まって、排気浄化触媒を迅速に暖機することができる。つまり、停車時や低速走行時など、走行条件によらずに、排気浄化触媒を迅速に暖機することができる。 According to the sixth invention, when the exhaust gas purification catalyst is heated by the electric heater, the electric power generated by driving the generator by the power of the internal combustion engine can be supplied to the electric heater. For this reason, even if the required travel output is small, the load of the internal combustion engine can be increased to some extent, and the exhaust energy flowing into the exhaust purification catalyst can be increased. Therefore, even if the required travel output is small, the exhaust purification catalyst can be quickly warmed up in combination with the heating by the electric heater. That is, the exhaust purification catalyst can be quickly warmed up regardless of the traveling conditions such as when the vehicle is stopped or when traveling at a low speed.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のハイブリッド車両を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のハイブリッド車両(以下、単に「車両」と称する)1は、内燃機関2と、3軸式の動力分配統合機構3と、モータ4と、ジェネレータ5とを有している。
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a hybrid vehicle according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a hybrid vehicle (hereinafter simply referred to as “vehicle”) 1 of this embodiment includes an
動力分配統合機構3は、遊星歯車機構で構成されている。動力分配統合機構3のプラネタリーキャリアは、内燃機関2のクランクシャフトと連結されている。動力分配統合機構3のリングギアは、モータ4と連結されているとともに、駆動系6の入力側とも連結されている。動力分配統合機構3のサンギアはジェネレータ5と連結されている。
The power distribution and
駆動系6の出力側は、車両1のフロントドライブシャフト7に連結されている。駆動系6により伝達された動力が、フロントドライブシャフト7を介して、駆動輪8を駆動する。本実施形態の車両1は、前輪を駆動輪8とする前輪駆動車であるが、本発明の車両は、後輪9を駆動輪とする後輪駆動車でもよく、また、総輪駆動車でもよい。
The output side of the
動力分配統合機構3は、内燃機関2の動力を二分して、ジェネレータ5と、駆動系6(駆動輪8)とに伝達することができる。また、動力分配統合機構3は、内燃機関2の動力とモータ4の動力とを統合して、駆動系6(駆動輪8)に伝達することができる。
The power distribution and
内燃機関2は、ガソリン(液体燃料)および水素(水素ガス)の双方を燃料として運転可能とされている。内燃機関2には、ガソリンを噴射するガソリンインジェクタ10と、水素ガスを噴射する水素インジェクタ11とが備えられている。なお、内燃機関2の詳細については、後述する。
The
車両1には、ガソリンインジェクタ10に供給するためのガソリンを貯蔵するガソリンタンク12と、水素インジェクタ11に供給するための水素ガスを貯蔵する水素タンク13とが備えられている。
The
内燃機関2の排気通路14の途中には、排出ガスを浄化する排気浄化触媒15が配置されている。排気浄化触媒15は、例えば、三元触媒、吸蔵還元型NOx触媒、選択還元型NOx触媒などで構成される。また、それらの機能を組み合わせたものであってもよい。
An
排気浄化触媒15には、排気浄化触媒15の温度を検出する触媒温度センサ16が取り付けられている。また、排気浄化触媒15より下流の排気通路14には、マフラー17が設置されている。なお、本実施形態では、触媒温度センサ16によって排気浄化触媒15の温度を直接に検出するものとするが、本発明では、排気浄化触媒15の温度は、内燃機関2の運転状態等に基づいて公知の手法により推定するようにしてもよい。
A
モータ4およびジェネレータ5は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されている。車両1では、ジェネレータ5で発電された電力を、インバータ18および昇圧コンバータ19を介して、バッテリ20に充電することができる。また、バッテリ20に蓄えられた電気エネルギーにより、昇圧コンバータ19およびインバータ18を介して、モータ4を駆動することができる。更に、車両1では、ジェネレータ5で発電された電力を、インバータ18を介してモータ4に印加することによって、モータ4を駆動することもできる。なお、車両1では、バッテリ20に代えて、キャパシタ等の他の蓄電手段を用いてもよい。
Each of the motor 4 and the
内燃機関2の近傍には、電動エアコンコンプレッサ等の補機21が配置されている。補機21は、バッテリ20からインバータ18を介して供給される電力によって駆動される。また、車両1には、車速を検出する車速センサ22と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ23とが設けられている。
In the vicinity of the
このような車両1には、上述したハイブリッドシステムを制御する制御装置としてのECU(Electronic Control Unit)30が備えられている。ECU30には、上述した各種のアクチュエータ、センサ、電力変換機器、バッテリ等が接続されている。
Such a
図2は、車両1に搭載された内燃機関2を更に説明するための図である。図2には、内燃機関2が備える複数の気筒のうちの一つのみが示されている。本実施形態の内燃機関2は、火花点火式の4サイクル機関である。内燃機関2の各気筒には、ピストン31と、吸気弁32と、排気弁33と、点火プラグ34とが設けられている。
FIG. 2 is a diagram for further explaining the
各気筒の吸気ポート35には、前述したガソリンインジェクタ10および水素インジェクタ11がそれぞれ配置されており、ガソリンおよび水素ガスを吸気ポート35内に噴射可能になっている。なお、本発明では、ガソリンインジェクタ10は、ガソリンを気筒内に直接に噴射可能に設置されていてもよい。また、水素インジェクタ11も、水素ガスを気筒内に直接に噴射可能に設置されていてもよい。
The above-described
ガソリンタンク12内のガソリンは、燃料ポンプ36により加圧され、レギュレータバルブ37で調圧された上で、ガソリンインジェクタ10に供給される。水素タンク13内の圧縮水素ガスは、レギュレータバルブ38で調圧された上で、水素インジェクタ11に供給される。
The gasoline in the
なお、本実施形態では、内燃機関2の液体燃料としてガソリンを用いる場合について説明するが、本発明における内燃機関2の液体燃料は、ガソリンに限定されるものではなく、メタノール、エタノール、有機ハイドライド等の他の炭化水素燃料であってもよい。
In the present embodiment, the case where gasoline is used as the liquid fuel of the
また、本実施形態では、インジェクタ11に供給するための水素ガスを気体のままで水素タンク13に貯蔵する構成としているが、車両1における水素の貯蔵方法はこれに限定されるものではない。例えば、液体水素としてタンクに貯蔵したり、水素吸蔵合金に吸蔵させた状態で貯蔵したりしてもよい。また、シクロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライド燃料を触媒によって脱水素反応させたり、水を電気分解したりすることによって、車両1上で水素を生成するようにしてもよい。
In the present embodiment, the hydrogen gas to be supplied to the
また、本実施形態の内燃機関2は、吸気弁32の開弁特性(開閉時期、作用角等)を可変とする吸気可変動弁機構39と、排気弁33の開弁特性を可変とする排気可変動弁機構40とを備えている。
Further, the
更に、本実施形態の内燃機関2は、ターボ過給機41を備えている。ターボ過給機41の排気タービンには、内燃機関2の排気通路14が接続されており、排出ガスのエネルギーによってターボ過給機14が作動する。
Further, the
ターボ過給機41の吸気圧縮機には、内燃機関2の吸気通路42が接続されている。ターボ過給機41の吸気圧縮機で圧縮されて温度上昇した吸入空気は、インタークーラ43で冷却された後、吸気マニホールド(図示せず)により各気筒の吸気ポート35に分配される。
An
インタークーラ43の下流の吸気通路42には、吸入空気量を調整するためのスロットル弁44が設置されている。スロットル弁44は、ECU30の制御に基づき、スロットルモータ(図示せず)により駆動される電子制御式スロットルである。また、ターボ過給機41より上流側の吸気通路42には、吸入空気量を検出するエアフロメータ45が設置されている。なお、本発明では、内燃機関2は、過給機を備えない自然吸気エンジンであってもよい。
A
内燃機関2に備えられた上述の各種のアクチュエータ類およびセンサ類は、ECU30に接続されており、内燃機関2の運転条件はECU30により制御される。
The above-mentioned various actuators and sensors provided in the
このような内燃機関2は、通常時は、ガソリンインジェクタ10から供給されるガソリンを主燃料とし、必要に応じて、水素インジェクタ11から供給される水素を補助燃料として用いることにより、運転される。
Such an
また、内燃機関2は、空気過剰率(以下、単に「λ」と称することもある)を1とする理論空燃比運転や、λ<1とするリッチ空燃比運転のほかに、λ>1とするリーン空燃比運転が可能になっている。一般に、空燃比がリーンになるほど、燃焼が不安定化し易い。これに対し、内燃機関2では、燃焼速度の速い水素を補助燃料として添加することにより、燃焼を促進・改善することができる。このため、希薄空燃比であっても、安定して燃焼させることができる。よって、内燃機関2では、水素を補助燃料として添加することにより、可燃範囲を希薄側に拡大させることができ、ガソリンのみの場合よりも更に希薄な空燃比での運転を行うことができる。
In addition to the theoretical air-fuel ratio operation in which the excess air ratio (hereinafter may be simply referred to as “λ”) is 1 and the rich air-fuel ratio operation in which λ <1 is set, the
[実施の形態1の特徴]
本実施形態の内燃機関2は、ガソリンを主燃料とする運転のほかに、ガソリンを使用せずに、水素インジェクタ11から供給される水素のみを燃料として用いて運転することもできる。
[Features of Embodiment 1]
The
図3は、内燃機関2からのNOxの排出量と、空気過剰率λとの関係を示す図である。同図中の実線は内燃機関2を水素のみを燃料として運転した場合のグラフであり、破線はガソリンのみを燃料として運転した場合のグラフである。同図に示すように、内燃機関2を水素のみを燃料として運転した場合には、λが大きくなるほどNOx排出量が少なくなる。具体的には、λ=2程度でNOx排出量が極めて少なくなり、λ≧2.4ではNOx排出量をほぼゼロとすることができる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the NOx emission amount from the
図4は、内燃機関2に生ずるトルク変動の大きさと、空気過剰率λとの関係を示す図である。同図中の実線は内燃機関2を水素のみを燃料として運転した場合のグラフであり、破線はガソリンのみを燃料として運転した場合のグラフである。同図に示すように、ガソリンのみを燃料とする場合には、一般に、λ≧2程度になると燃焼変動に起因するトルク変動が許容値を超えてしまうため、λ≧2での運転は実際上は困難である。これに対し、水素は可燃範囲が広く、希薄化しても燃焼変動が小さいので、トルク変動を小さく抑えることができる。つまり、水素のみを燃料とする場合には、λ≧2の範囲での運転も十分に実現可能であり、λ=4程度まで運転可能である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the magnitude of torque fluctuation occurring in the
このように、水素のみを燃料とし、空気過剰率λがある程度大きい範囲で内燃機関2を運転すれば、内燃機関2からNOxがほとんど排出されないようにすることができる。そこで、本実施形態では、内燃機関2の始動直後や軽負荷走行時などのように、排気浄化触媒15の温度が活性温度未満である場合には、水素のみを燃料とするとともに、NOxがほとんど排出されないような空気過剰率λで内燃機関2を運転して、排気浄化触媒15を暖機するとした。このような運転を以下「触媒暖機水素リーン運転」と称する。
Thus, if only the hydrogen is used as fuel and the
触媒暖機水素リーン運転時は、水素のみが燃料とされるので、燃料中に炭素原子が含まれない。このため、HCやCOの排出量をゼロとすることもできる。つまり、車両1では、大気中にNOx、HC、COの何れをもほとんど放出することなしに、排気浄化触媒15を活性温度以上に暖機することができる。このため、車両1によれば、内燃機関2の始動時および始動直後や、軽負荷走行時などにおけるNOx、HC、COの排出量を大幅に低減することができ、低エミッション化が図れる。
During the catalyst warm-up hydrogen lean operation, only hydrogen is used as the fuel, so that no carbon atoms are contained in the fuel. For this reason, the discharge amount of HC and CO can be made zero. That is, in the
また、本実施形態では、触媒暖機水素リーン運転時に、点火時期を通常運転時よりも遅角することとした。これにより、排気温度を高めることができ、排気浄化触媒15の暖機を促進することができる。
In this embodiment, the ignition timing is retarded from that during normal operation during the catalyst warm-up hydrogen lean operation. Thereby, exhaust temperature can be raised and warming-up of the
触媒暖機水素リーン運転時は、上述したように空気過剰率λが大きくされる。気筒内に吸入できる空気量には限界があるため、空気過剰率λを大きくするには、気筒内に供給する燃料量(水素量)を少なくする必要がある。このため、触媒暖機水素リーン運転時に発生可能な出力は、通常運転時よりも小さくなる。 During the catalyst warm-up hydrogen lean operation, the excess air ratio λ is increased as described above. Since the amount of air that can be taken into the cylinder is limited, in order to increase the excess air ratio λ, it is necessary to reduce the amount of fuel (the amount of hydrogen) supplied into the cylinder. For this reason, the output that can be generated during the catalyst warm-up hydrogen lean operation is smaller than that during the normal operation.
また、点火時期を遅角するほど排気温度を高めることができるので、排気浄化触媒15の暖機を促進する上では、点火遅角量をなるべく大きくするのが望ましい。しかしながら、点火遅角量を大きくするほど、筒内の燃焼ガスがピストン31に対してする仕事量が少なくなって機関出力が小さくなるとともに、燃焼も悪化する。
Further, since the exhaust gas temperature can be increased as the ignition timing is retarded, it is desirable to increase the ignition retard amount as much as possible in order to promote warm-up of the
このようなことから、触媒暖機水素リーン運転時は、内燃機関2で発生可能な出力が小さくなり易いため、車両1の要求走行出力に対して、内燃機関2の出力が不足する事態が生じ易い。そこで、本実施形態では、内燃機関2が触媒暖機水素リーン運転を行っているときには、バッテリ20に蓄えられた電気エネルギーをモータ4を介して出力することにより、そのような不足を補うこととした。これにより、車両1では、ドライバビリティの悪化を招くことなく、上述したような低エミッション化を達成することができる。
For this reason, during the catalyst warm-up hydrogen lean operation, the output that can be generated by the
また、触媒暖機水素リーン運転時は、モータ4によるアシストを期待できるため、内燃機関2の出力の低下を心配することなく、点火時期を大幅に遅角することができる。このため、排気温度をより高くすることができ、排気浄化触媒15を迅速に暖機することができる。
Further, since the assist by the motor 4 can be expected during the catalyst warm-up hydrogen lean operation, the ignition timing can be greatly retarded without worrying about a decrease in the output of the
[実施の形態1における具体的処理]
図5は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU30が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the
図5に示すルーチンによれば、まず、車両1の運転者からの要求走行出力が、アクセル開度と車速とに基づいて算出される(ステップ100)。次いで、その要求走行出力に基づいて、内燃機関2に要求される出力が算出される(ステップ102)。このステップ102では、バッテリ20の充電状態(SOC)に基づいて、バッテリ20の充電要求の有無も判断され、充電要求のある場合には、ジェネレータ5を駆動するための出力も含めて、内燃機関2の要求出力が算出される。
According to the routine shown in FIG. 5, first, the required travel output from the driver of the
続いて、上記ステップ102で算出された要求出力を発生するために必要となる機関回転数および負荷が算出される。そして、その機関回転数および負荷に応じて、予め記憶されたマップに基づき、内燃機関2への要求供給熱量(燃料噴射量)、空気過剰率λ、水素添加割合、点火時期等の運転条件が求められる(ステップ104)。
Subsequently, the engine speed and load necessary for generating the required output calculated in
上記ステップ104で決定された内燃機関2の運転条件は、排気浄化触媒15が既に暖機されている場合、つまり、ガソリンを使用した通常運転が可能である場合に適用される運転条件である。そこで、上記ステップ104の処理に続いて、排気浄化触媒15が暖機済みであるかどうかを判断するべく、排気浄化触媒15の温度が第1所定値以下であるか否かが判別される(ステップ106)。第1所定値は、排気浄化触媒15が十分な浄化性能を発揮できるような触媒活性温度に基づいて設定されており、例えば300℃程度とされる。
The operating condition of the
上記ステップ106で、排気浄化触媒15の温度が第1所定値以下であった場合には、排気浄化触媒15の温度が触媒活性温度に達しておらず、排気浄化触媒15の暖機(昇温)が必要であると判断できる。そこで、この場合には、触媒暖機水素リーン運転が、点火時期の遅角を伴って実行される(ステップ108)。具体的には、ガソリンインジェクタ10からのガソリンの噴射が停止され、水素のみが水素インジェクタ11から噴射されるとともに、NOxがほとんど排出されなくなるような空気過剰率λとなるように、スロットル弁44の開度と水素インジェクタ11からの水素噴射量とが制御される。更に、排気浄化触媒15を速やかに昇温させることのできる排気温度が得られるように、点火時期が十分に遅角される。
If the temperature of the
なお、上記ステップ108における「NOxがほとんど排出されなくなるような空気過剰率λ」とは、図3に示すようなNOx排出特性の内燃機関2の場合には、好ましくはλ≧2、より好ましくはλ≧2.4程度である。ただし、λ<2であってもよい。また、NOx排出特性は内燃機関2の機種によっても異なるため、触媒暖機水素リーン運転時のλの値は上記の値に限定されるものではない。
Note that “the excess air ratio λ such that almost no NOx is exhausted” in
上記ステップ108の処理に続いて、要求走行出力に対する、内燃機関2の出力の不足量が算出される(ステップ110)。具体的には、まず、現在実行されている触媒暖機水素リーン運転における空気過剰率λ、水素噴射量、点火時期等の値に基づき、予め記憶されたマップに従って、現在の内燃機関2の出力が算出される。そして、上記ステップ100で算出された要求走行出力から、現在の機関出力を差し引いた値が、出力不足量として算出される。
Subsequent to the process of
そして、上記ステップ110での算出結果に基づき、内燃機関2の出力が不足している場合には、モータ4による走行出力アシスト制御が実行される(ステップ112)。具体的には、上記ステップ110で算出された出力不足量に相当する分の電気エネルギーがバッテリ20から昇圧コンバータ19およびインバータ18を介してモータ4に供給され、モータ4が駆動されて車両1の走行をアシストする。
If the output of the
上記走行出力アシスト制御が実行された場合、あるいは、上記ステップ106で排気浄化触媒15の温度が第1所定値を超えていると判別された場合には、次に、排気浄化触媒15の温度が第2所定値以上であるか否かが判別される(ステップ114)。第2所定値は、第1所定値より高い温度に設定されており、例えば350℃程度とされる。
When the travel output assist control is executed, or when it is determined in
上記ステップ114において、排気浄化触媒15の温度が第2所定値以上であると判別された場合には、排気浄化触媒15の温度は十分に高く、暖機が完了していると判断できる。そこで、この場合には、内燃機関2は通常運転に移行され、上記ステップ104で定められた運転条件で運転される(ステップ116)。
If it is determined in
一方、上記ステップ114において、排気浄化触媒15の温度が第2所定値未満であると判別された場合には、排気浄化触媒15は活性温度以上にはなっているものの、暖機は不十分であり、もうしばらく暖機を継続した方がよいと判断できる。そこで、この場合には、上記ステップ108以下の処理が再度行われ、内燃機関2の触媒暖機水素リーン運転、および、モータ4による走行出力アシスト制御が継続される。
On the other hand, if it is determined in
排気浄化触媒15の暖機が完了し、内燃機関2が通常運転に移行した後は、通常の走行出力アシスト制御が実行される(ステップ118)。ここでの走行出力アシスト制御としては、例えば、車両1の加速時にモータ4によるアシストを加える制御や、低速走行時や降坂時などの機関効率の悪い運転領域の場合に内燃機関2を停止してモータ4によって走行する制御などが行われる。
After warming up of the
以上説明した図5に示すルーチンの処理によれば、排気浄化触媒15の暖機が必要な場合には、水素のみを燃料とし、NOxがほとんど排出されない空気過剰率λで内燃機関2を運転する触媒暖機水素リーン運転を行うことができる。このため、排気浄化触媒15が暖機されるまでの間においても、大気中にNOx、HC、COをほとんど放出しないようにすることができる。よって、内燃機関2の始動時および始動直後や、軽負荷走行時などにおけるNOx、HC、COの排出量を大幅に低減することができ、低エミッション化が図れる。
According to the routine processing shown in FIG. 5 described above, when the
また、図5に示すルーチンの処理によれば、点火時期の遅角を伴って触媒暖機水素リーン運転を行う。このため、排気温度を高くすることができ、排気浄化触媒15を迅速に暖機することができる。また、触媒暖機水素リーン運転時は、モータ4による走行出力アシスト制御を行うため、内燃機関2の出力が小さくなっても、要求走行出力を満足させることができる。このため、ドライバビリティを悪化させることなく、排気浄化触媒15を暖機することができる。
Further, according to the routine processing shown in FIG. 5, the catalyst warm-up hydrogen lean operation is performed with the retard of the ignition timing. For this reason, the exhaust temperature can be increased, and the
また、触媒暖機水素リーン運転時は、空気過剰率λが大きくされるので、内燃機関2を熱効率の高い領域で運転することができる。このため、排気浄化触媒15の暖機中の燃料消費量(水素消費量)を節約することもできる。
Further, during the catalyst warm-up hydrogen lean operation, the excess air ratio λ is increased, so that the
なお、上述した実施の形態1では、内燃機関2が液体燃料で運転する場合にも火花点火運転を行うものとして説明したが、本発明では、内燃機関2は、軽油等を液体燃料として使用し、液体燃料で運転する場合に圧縮着火運転を行うものであってもよい。
In the first embodiment described above, the spark ignition operation is performed even when the
また、上述した実施の形態1では、内燃機関2が水素と液体燃料との両方で運転可能なものであり、排気浄化触媒15の暖機時のみ水素だけを燃料として運転するものとして説明したが、本発明のハイブリッド車両は、内燃機関2を常に水素のみで運転するものであってもよい。
Further, in the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1では、内燃機関2以外の動力源として電動機(モータ4)を備えたハイブリッド車両を例に説明したが、本発明におけるハイブリッド車両は、電気式ハイブリッドに限定されるものではなく、例えば蓄圧式ハイブリッドなどの機械式ハイブリッドであってもよい。
In the first embodiment described above, a hybrid vehicle including an electric motor (motor 4) as a power source other than the
また、上述した実施の形態1では、通常運転時にもモータ4による走行出力アシスト制御を行うものとしているが、本発明では、排気浄化触媒15の暖機中のみ走行出力アシスト制御を行い、通常運転時には内燃機関2の出力のみで走行するようにしてもよい。
Further, in the first embodiment described above, the travel output assist control by the motor 4 is performed even during the normal operation. However, in the present invention, the travel output assist control is performed only during the warm-up of the
また、上述した実施の形態1においては、モータ4が前記第1の発明における「他の動力源」に、水素インジェクタ11および水素タンク13が前記第1の発明における「水素供給手段」に、それぞれ相当している。また、ECU30が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第1の発明における「要求走行出力算出手段」が、上記ステップ108の処理を実行することにより前記第1の発明における「触媒暖機水素リーン運転手段」が、上記ステップ112の処理を実行することにより前記第1の発明における「アシスト手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the motor 4 is the “other power source” in the first invention, and the
また、上述した実施の形態1においては、ガソリンインジェクタ10およびガソリンタンク12が前記第3の発明における「液体燃料供給手段」に相当している。また、ECU30が、触媒暖機水素リーン運転時にガソリンの供給を停止して水素のみを供給することにより前記第3の発明における「燃料供給切換手段」が、上記ステップ108の処理を実行することにより前記第4の発明における「点火遅角手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
実施の形態2.
次に、図6および図7を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 and FIG. 7. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Omitted or simplified.
[システム構成の説明]
図6は、本発明の実施の形態2のハイブリッド車両を説明するための図である。なお、図6において、図1に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図6に示すように、実施の形態2の車両1には、排気浄化触媒15を加熱可能な電気ヒータ48が設けられている。電気ヒータ48には、ジェネレータ5で発電された電気を、インバータ18を介して通電可能になっている。
[Description of system configuration]
FIG. 6 is a diagram for explaining the hybrid vehicle according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified. As shown in FIG. 6, the
[実施の形態2の特徴]
本実施形態では、排気浄化触媒15の暖機時に触媒暖機水素リーン運転を行うとき、内燃機関2の動力の一部をジェネレータ5に振り分けて発電を行い、その発電された電気を電気ヒータ48に通電することとした。これにより、排気浄化触媒15を排出ガスと電気ヒータ48との双方で加熱することができるので、排気浄化触媒15をより迅速に暖機することができる。
[Features of Embodiment 2]
In the present embodiment, when the catalyst warm-up hydrogen lean operation is performed when the
[実施の形態2における具体的処理]
図7は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU30が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図7において、図5に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図7に示すルーチンによれば、ステップ100〜106は、上記実施の形態1と同様の処理が行われる。
[Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 7 is a flowchart of a routine executed by the
そして、上記ステップ106で、排気浄化触媒15の温度が第1所定値以下であると判別された場合には、水素のみを燃料とし、NOxがほとんど排出されなくなるような空気過剰率λとする触媒暖機水素リーン運転が実行される(ステップ120)。本実施形態の触媒暖機水素リーン運転では、点火遅角は行わないものとするが、実施の形態1と同様に点火遅角を行うようにしてもよい。
When it is determined in
触媒暖機水素リーン運転が開始されたら、次に、内燃機関1の動力の一部によってジェネレータ5を駆動して発電を行い、その発電された電気がインバータ18を介して電気ヒータ48に通電される(ステップ122)。これにより、電気ヒータ48によって排気浄化触媒15が加熱され、排気浄化触媒15の暖機を促進することができる。
When the catalyst warm-up hydrogen lean operation is started, next, the
上記ステップ122の処理に続いて、内燃機関2の出力の不足量が算出される(ステップ124)。ここでは、まず、現在の機関出力と、ジェネレータ5で消費される動力とが算出される。そして、上記ステップ100で算出された要求走行出力から、現在の機関出力とジェネレータ5での消費動力とを差し引いた値が、出力不足量として算出される。
Subsequent to the process of
次いで、上記ステップ124での算出結果に基づき、内燃機関2の出力が不足している場合には、モータ4による走行出力アシスト制御が実行される(ステップ126)。具体的には、上記ステップ124で算出された出力不足量に相当する分の電気エネルギーがバッテリ20から昇圧コンバータ19およびインバータ18を介してモータ4に供給され、モータ4が駆動されて車両1の走行をアシストする。
Next, when the output of the
図7に示すルーチンは、上記の点以外は、前述した図5に示すルーチンと同様であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。 Since the routine shown in FIG. 7 is the same as the routine shown in FIG. 5 except for the above points, further explanation is omitted here.
本実施形態では、図7に示すルーチンの処理を行うことにより、前述した実施の形態1と同様の効果が得られる。つまり、排気浄化触媒15の暖気中も、大気中にNOx、HC、COをほとんど放出しないようにすることができ、低エミッション化が図れる。また、本実施形態によれば、電気ヒータ48によって排気浄化触媒15を加熱するので、排気浄化触媒15をより迅速に暖機することができる。また、触媒暖機水素リーン運転時は、モータ4による走行出力アシスト制御を行うため、内燃機関2の出力が小さくなったり、ジェネレータ5で動力が消費されたりしても、要求走行出力を満足させることができる。このため、ドライバビリティを悪化させることなく、低エミッションでの排気浄化触媒15の暖機を達成することができる。
In the present embodiment, the same effects as in the first embodiment described above can be obtained by performing the processing of the routine shown in FIG. That is, even during warming of the
更に、本実施形態では、排気浄化触媒15の暖機時に、内燃機関2の動力で発電を行うので、要求走行出力が小さくても、内燃機関2の負荷をある程度大きくして、排気浄化触媒15に流入する排気エネルギーを大きくすることができる。このため、要求走行出力が小さくても、電気ヒータ48による加熱と相まって、排気浄化触媒15を迅速に暖機することができる。よって、車両1の停車時や低速走行時など、車両1の走行条件によらずに、排気浄化触媒15を迅速に暖機することができる。
Further, in the present embodiment, since the power of the
なお、上述した実施の形態2では、内燃機関2の動力によって発電した電気を電気ヒータ48に通電するようにしているが、バッテリ20から電気ヒータ48に通電するようにしてもよい。
In the second embodiment described above, the electricity generated by the power of the
なお、上述した実施の形態2においては、ジェネレータ5が前記第5の発明における「発電機」に相当している。また、ECU30が、上記ステップ122の処理を実行することにより前記第5および第6の発明における「触媒暖機補助手段」が実現されている。
In the second embodiment, the
1 ハイブリッド車両
2 内燃機関
3 動力分配統合機構
4 モータ
5 ジェネレータ
6 駆動系
7 フロントドライブシャフト
8 駆動輪
10 ガソリンインジェクタ
11 水素インジェクタ
14 排気通路
15 排気浄化触媒
16 触媒温度センサ
18 インバータ
19 昇圧コンバータ
20 バッテリ
22 車速センサ
23 アクセル開度センサ
30 ECU(Electronic Control Unit)
31 ピストン
32 吸気弁
33 排気弁
41 ターボ過給機
42 吸気通路
44 スロットル弁
45 エアフロメータ
48 電気ヒータ
DESCRIPTION OF
31
Claims (6)
前記内燃機関に水素を供給する水素供給手段と、
前記内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
要求走行出力を算出する要求走行出力算出手段と、
前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合に、水素のみを燃料とし、空気過剰率λ>1で前記内燃機関を運転する触媒暖機水素リーン運転を行う触媒暖機水素リーン運転手段と、
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記要求走行出力に対する前記内燃機関の出力の不足を補うように前記他の動力源を作動させるアシスト手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両。 A hybrid vehicle comprising an internal combustion engine operable with hydrogen as fuel and another power source,
Hydrogen supply means for supplying hydrogen to the internal combustion engine;
An exhaust purification catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
Requested running output calculating means for calculating the requested running output;
A catalyst warm-up hydrogen lean operation means for performing a catalyst warm-up hydrogen lean operation for operating the internal combustion engine with an excess air ratio λ> 1 when the temperature of the exhaust purification catalyst needs to be raised; ,
Assist means for operating the other power source so as to compensate for a shortage of the output of the internal combustion engine with respect to the required travel output during the catalyst warm-up hydrogen lean operation;
A hybrid vehicle comprising:
前記内燃機関に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合に、前記内燃機関に対し液体燃料を供給せずに水素のみを供給するように前記液体燃料供給手段および前記水素供給手段を作動させる燃料供給切換手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1または2記載のハイブリッド車両。 The internal combustion engine can also be operated with liquid fuel,
Liquid fuel supply means for supplying liquid fuel to the internal combustion engine;
Fuel supply switching for operating the liquid fuel supply means and the hydrogen supply means to supply only hydrogen without supplying liquid fuel to the internal combustion engine when the temperature of the exhaust purification catalyst needs to be raised Means,
The hybrid vehicle according to claim 1, further comprising:
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記電気ヒータに通電することによって前記排気浄化触媒を加熱する触媒暖機補助手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載のハイブリッド車両。 An electric heater capable of heating the exhaust purification catalyst;
Catalyst warm-up auxiliary means for heating the exhaust purification catalyst by energizing the electric heater during the catalyst warm-up hydrogen lean operation;
The hybrid vehicle according to claim 1, further comprising:
前記触媒暖機補助手段は、前記発電機で発電された電力を前記電気ヒータに通電することを特徴とする請求項5記載のハイブリッド車両。 A generator capable of generating electric power by the power of the internal combustion engine;
The hybrid vehicle according to claim 5, wherein the catalyst warm-up assisting unit energizes the electric heater with electric power generated by the generator.
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