JP2008175159A - Dual fuel engine control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つの燃料を切換えて使用可能なデュアルフューエルエンジンの制御装置に関し、特に燃料切換えの際の過渡的な制御の手順に係る。 The present invention relates to a control apparatus for a dual fuel engine that can be used by switching between two fuels, and more particularly, to a transient control procedure at the time of fuel switching.
従来より、この種のデュアルフューエルエンジンとしては、例えば特許文献1に開示されるように自動車に搭載され、CNG(圧縮天然ガス)とガソリンとを切換えて使用可能なものが知られている。このように性状の異なる燃料を切換えて使用する場合には、切換えに伴いエンジントルクが変動して乗員に違和感を与える虞れがあるので、前記従来例のものでは例えば変速機の操作に伴い変速ショックが発生するときに、燃料の切換えを行うようにしている。
しかしながら、前記従来例のように変速機の作動に便乗して燃料の切換えを行うようにした場合は、例えば燃費、エミッション等の要求から本来、燃料を切換えることが好ましい状況にあっても、変速機が作動しない限りは燃料の切換えを行えないことになる。 However, when the fuel is switched by taking advantage of the operation of the transmission as in the conventional example, even if there is a situation where it is originally preferable to switch the fuel due to demands such as fuel consumption and emission, Unless the machine is operating, the fuel cannot be switched.
この点、エンジンの吸気充填量等を変更して、燃料の切換え前後でエンジントルクが略同じになるように制御することも考えられるが、こうして吸気充填量の制御によってトルク合わせを行うようにしたところ、燃料の切換えに伴うトルクの変動は略解消できたものの、今度は切換えの前後における燃焼音の変化が乗員に違和感を与える、という新たな不具合が見出された。 In this regard, it is conceivable to control the engine torque so that the engine torque becomes substantially the same before and after the fuel change by changing the intake charge amount of the engine, but in this way the torque is adjusted by controlling the intake charge amount. However, although the torque fluctuations associated with the fuel change were substantially eliminated, a new problem was found that the change in the combustion noise before and after the change made the passenger feel uncomfortable.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、デュアルフューエルエンジンの運転中に燃料を切換える際の過渡的な制御の手順に工夫を凝らして、燃料の切換えに伴うトルク変動を抑制しつつ燃焼音の変化も緩和して、乗員に違和感を与えないようにすることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to change the fuel by devising a transitional control procedure when switching the fuel during operation of the dual fuel engine. It is intended to prevent the passenger from feeling uncomfortable by suppressing the change in combustion noise while suppressing the torque fluctuation associated with the vehicle.
前記の目的を達成するために、本発明に係る制御装置では、相対的にトルクの増大する傾向にある第1燃料から第2燃料への切換えに際して、吸気充填量の減少制御によるトルク合わせを基本としながら、切換え直後の所定期間はその吸気充填量の減少制御を抑制し、燃焼を緩慢化させることによってトルクの変動を抑えるようにした。 In order to achieve the above object, in the control device according to the present invention, when switching from the first fuel to the second fuel, which tends to increase the torque relatively, the torque matching is basically performed by the intake charge reduction control. However, during a predetermined period immediately after switching, the control for reducing the intake charge amount is suppressed, and the fluctuation in torque is suppressed by slowing down the combustion.
具体的に請求項1の発明では、第1及び第2の2つの燃料を切換えて使用可能であり、第2燃料の使用時には燃焼室への吸気充填量が同じであっても、第1燃料の使用時よりも高いトルクが得られるデュアルフューエルエンジンの制御装置を対象とする。そして、所定の条件が満たされたときに使用燃料を前記第1及び第2燃料のいずれか一方から他方に切換える燃料切換え手段と、該燃料切換え手段によってエンジンの運転中に第1燃料から第2燃料へ切換えられるときに、その切換えの前後でエンジントルクが略同じになるように、少なくとも吸気充填量を制御するトルク制御手段と、を備えるとともに、前記燃料切換え手段による第2燃料への切換え直後の所定期間は、前記トルク制御手段による吸気充填量の制御を抑制するとともに、これによるエンジントルクの増分を減殺するように燃焼を緩慢化させる燃焼緩慢化制御手段を備えたものである。 Specifically, according to the first aspect of the present invention, the first and second fuels can be switched and used, and the first fuel can be used even if the intake charge amount into the combustion chamber is the same when the second fuel is used. It is intended for a dual fuel engine control device that can obtain a higher torque than when using the engine. And a fuel switching means for switching the used fuel from one of the first and second fuels to the other when a predetermined condition is satisfied, and the second fuel to the second fuel during operation of the engine by the fuel switching means. Torque control means for controlling at least the intake charge amount so that the engine torque is substantially the same before and after the changeover to the fuel, and immediately after the changeover to the second fuel by the fuel changeover means. The predetermined period of time is provided with combustion slowing control means for slowing down the combustion so as to suppress the control of the intake charge amount by the torque control means and to reduce the increment of the engine torque thereby.
前記の構成により、デュアルフューエルエンジンの運転中に燃料切換え手段によって燃料が第1燃料から第2燃料へ切換えられるとき、基本的には切換えの前後でエンジントルクが略同じになるように、トルク制御手段によって少なくとも吸気充填量の制御が行われる。すなわち、トルクの増大する傾向にある第1燃料から第2燃料への切換えに際しては、吸気充填量の減少によってトルクの増大が抑えられる。 With the above configuration, when the fuel is switched from the first fuel to the second fuel by the fuel switching means during operation of the dual fuel engine, the torque control is basically performed so that the engine torque is substantially the same before and after the switching. At least the intake charge amount is controlled by the means. That is, when switching from the first fuel to the second fuel, which tends to increase the torque, the increase in torque is suppressed by reducing the intake charge amount.
ここで、前記第1燃料から第2燃料への切換えの際には燃焼圧が増大する傾向にあり、これに伴いエンジンの発する燃焼音も大きくなるのであるが、前記のように吸気充填量を減少させるようにすると、燃焼室内の吸気の圧縮圧(着火前)のピークは低下するものの、その後の燃焼による圧力の上昇幅はあまり小さくはならないので、燃焼音もあまり小さくはならない。 Here, when switching from the first fuel to the second fuel, the combustion pressure tends to increase, and as a result, the combustion noise generated by the engine also increases. If it is made to decrease, the peak of the compression pressure (before ignition) of the intake air in the combustion chamber decreases, but the increase in pressure due to subsequent combustion does not become so small, so the combustion noise does not become so small.
この点につき、前記の構成では、燃料切換え直後の所定期間は、燃焼緩慢化制御手段によって前記吸気充填量の減少制御を抑制し、着火前の燃焼室内の圧縮圧のピークがあまり低下しないようにする一方で、燃焼を緩慢化させて、その燃焼圧による圧力の上昇を抑制するようにしている。これによりエンジントルクの増大を抑えることができるとともに、燃料切換え直後の燃焼音の増大を効果的に抑制でき、切換え前後の燃焼音の変化が緩やかなものになって、乗員が違和感を感じないようになる。 With regard to this point, in the above-described configuration, during the predetermined period immediately after the fuel switching, the reduction control of the intake charge amount is suppressed by the combustion slowing-down control means so that the peak of the compression pressure in the combustion chamber before ignition does not decrease so much. On the other hand, the combustion is slowed down to suppress an increase in pressure due to the combustion pressure. As a result, an increase in engine torque can be suppressed, an increase in combustion noise immediately after fuel switching can be effectively suppressed, and a change in combustion noise before and after switching becomes gentle so that passengers do not feel uncomfortable. become.
尚、燃料切換え直後の所定期間が経過すれば、吸気充填量を徐々に減少させるとともに、燃焼速度が徐々に高くなるように制御するのが好ましく、こうすれば、エンジントルクを維持したままで燃焼音は徐々に変化させることができる。 It should be noted that when a predetermined period immediately after the fuel switching elapses, it is preferable to control the intake charge amount to gradually decrease and the combustion speed to gradually increase, so that the combustion can be performed while maintaining the engine torque. The sound can be changed gradually.
前記のように燃焼を緩慢化させるために、具体的には、エンジンの点火時期を相対的に遅角させたり(請求項2)、排気の還流量を相対的に増大させたり(請求項3)、或いはエンジンの空燃比を相対的にリーンにさせたりすることができる(請求項4)。ここで、「相対的に」というのは、燃料切換え前に比べてという意味ではなく、第2燃料に切換えた後のエンジンの運転状態に対応して本来、設定される制御目標値に比べて、という意味である。 In order to slow down the combustion as described above, specifically, the ignition timing of the engine is relatively retarded (Claim 2), or the recirculation amount of the exhaust gas is relatively increased (Claim 3). Or the air-fuel ratio of the engine can be made relatively lean (Claim 4). Here, “relatively” does not mean that it is compared with that before the fuel switch, but it is compared with the control target value that is originally set corresponding to the operating state of the engine after the switch to the second fuel. It means that.
燃焼緩慢化制御手段として特に好ましいのは、少なくとも点火時期を含めて排気の還流量や空燃比等のエンジン制御パラメータについての制御を適宜、行うように構成することであり(請求項5)、例えば、エンジンの排気系に配設された触媒の温度が所定温度以下であることを検出する触媒温度検出手段を備え、触媒温度が所定温度以下のときに第1燃料から第2燃料への切換えが行われるのであれば、この切換え直後の所定期間は前記燃焼緩慢化制御手段によって少なくとも点火時期を遅角させるのがよい。こうすれば、点火時期の遅角によって排気の温度が上昇し、触媒の活性化を促進することができる。 Particularly preferable as the combustion slowing-down control means is to appropriately control the engine control parameters such as the exhaust gas recirculation amount and the air-fuel ratio including at least the ignition timing. And a catalyst temperature detecting means for detecting that the temperature of the catalyst disposed in the exhaust system of the engine is equal to or lower than a predetermined temperature, and switching from the first fuel to the second fuel is performed when the catalyst temperature is equal to or lower than the predetermined temperature. If so, it is preferable to retard at least the ignition timing by the combustion slowing-down control means for a predetermined period immediately after the switching. By so doing, the exhaust temperature rises due to the retard of the ignition timing, and the activation of the catalyst can be promoted.
また、エンジンが車両に搭載されている場合には、その車両の乗員によって燃料を切換えるための操作が行われる操作入力手段を備え、燃料切換手段による燃料切換えの条件として前記操作入力手段への操作入力を含むものとして、乗員の意志に沿った燃料の切換えが行えるようにするのがよい(請求項6)。 Further, when the engine is mounted on a vehicle, an operation input means for performing an operation for switching fuel by an occupant of the vehicle is provided, and an operation to the operation input means is performed as a fuel switching condition by the fuel switching means. It is preferable that the fuel can be switched in accordance with the occupant's will as including the input.
その場合に、好ましいのは、燃焼緩慢化制御手段を、前記操作入力以外の他の条件(例えばエンジンの負荷や回転速度、加速要求、エミッション要求等に沿った所定の条件)が満たされたときにのみ、トルク制御手段による吸気充填量の制御を抑制し且つ燃焼を緩慢化させるものとすることである。すなわち、乗員の意志によって燃料が切換えられる場合には、燃焼音が変化しても乗員は殆ど違和感を覚えることはないので、この場合には燃焼を緩慢化させないことで、燃費悪化等の不具合を未然に防止するのである。 In this case, it is preferable that the combustion slowing-down control means is used when conditions other than the operation input (for example, predetermined conditions in accordance with engine load, rotation speed, acceleration request, emission request, etc.) are satisfied. Therefore, the control of the intake charge amount by the torque control means is suppressed and the combustion is slowed down. In other words, when the fuel is switched according to the will of the occupant, the occupant hardly feels discomfort even if the combustion sound changes. In this case, by not slowing down the combustion, there is a problem such as deterioration in fuel consumption. It prevents it in advance.
また、乗員の意志によって燃料が切換えられる場合はトルク変動も許容されると考えることもできるから、トルク制御手段自体も、操作入力手段への操作入力以外の他の条件が満たされたときにのみ、トルク合わせのための吸気充填量の制御を行うものとすることができる(請求項7)。 Further, when the fuel is switched according to the will of the occupant, it can be considered that the torque fluctuation is allowed, so that the torque control means itself is only applied when other conditions other than the operation input to the operation input means are satisfied. The intake charge amount for torque adjustment can be controlled (claim 7).
以上、説明したように本発明に係るデュアルフューエルエンジンの制御装置によると、トルクが増大する傾向にある第1燃料から第2燃料への切換えに際して、吸気充填量の減少制御によるトルク合わせを基本としながら、切換え直後の所定期間はその吸気充填量の減少制御を抑制し、燃焼を緩慢化させることによってトルクの変動を抑えるようにしたので、燃料切換えの前後の燃焼音の変化を緩やかなものとして、乗員が違和感を感じないようにすることができる。 As described above, according to the dual fuel engine control device of the present invention, when switching from the first fuel, which tends to increase the torque, to the second fuel, the torque adjustment is basically performed by controlling the reduction of the intake charge amount. However, during the predetermined period immediately after switching, the control for reducing the intake charge amount is suppressed, and the fluctuation in torque is suppressed by slowing down the combustion. , So that the passengers do not feel uncomfortable.
特に触媒温度が低いときには燃料の切換え直後の所定期間、少なくとも点火時期を遅角させて燃焼を緩慢化させることで、排気の温度を上昇させて触媒の活性化を促進することができる。 In particular, when the catalyst temperature is low, at least a predetermined period immediately after the fuel switching, the ignition timing is retarded to slow down the combustion so that the exhaust temperature can be raised and the activation of the catalyst can be promoted.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態に係るエンジン制御装置Aの要部構成を示し、エンジン1は自動車に搭載され、燃料としての性状が互いに異なる水素燃料(第1燃料に相当)及びガソリン(第2燃料に相当)を切換えて使用可能に構成された所謂デュアルフューエルエンジンである。水素燃料はガソリンに比べて過早着火等の異常燃焼を生じやすいので、空燃比をかなりリーンにするか、或いは多量の排気を還流させて異常燃焼を抑える必要があり、その結果として、同じスロットル開度及び同じエンジン回転速度で使用しても、即ち、吸気充填量が同じであっても、図2に一例を示すように、ガソリンの使用時には水素燃料の使用時に比べてエンジントルクが高くなる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a main configuration of an engine control apparatus A according to an embodiment of the present invention. An
この実施形態ではエンジン1は所謂ロータリエンジンであり、図1に示すように、トロコイド内周面を有する繭状のロータハウジング2とサイドハウジング(図示せず)とに囲まれたロータ収容室3に概略三角形状のロータ4が収容されて構成されて、その外周側に3つの作動室(燃焼室)が形成されている。尚、この実施形態ではエンジン1は、2つのロータハウジング2を3つのサイドハウジングの間に挟み込むようにして一体化し、その間に形成される2つのロータ収容室3にそれぞれロータ4を収容した2ロータタイプのものであり、図1には2つのロータ収容室3を各々展開した状態で示している。
In this embodiment, the
前記ロータ4は、サイドハウジングを貫通するエキセントリックシャフト5に対し遊星回転運動をするように支持されていて、外周の3つの頂部にそれぞれ配設されたシール部が各々ロータハウジング2のトロコイド内周面に摺接しつつ、エキセントリックシャフト5の偏心輪の周りを自転しながら、該エキセントリックシャフト5の軸心の周りを公転する。そうして1回転(公転)する間に、ロータ4の各頂部間にそれぞれ形成された3つの作動室は各々周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張(燃焼)及び排気の各行程を行い、これにより発生する回転力がロータ4を介してエキセントリックシャフト5から出力される。
The
エンジン1の各ロータ収容室3には、ロータハウジング2の短軸近傍に2つの点火プラグ6,6が設けられており、これにより各作動室毎に所定のタイミング(点火時期)で混合気に点火されるようになっている。一方、ロータハウジング2の長軸近傍には、図外の水素燃料タンクから供給される水素燃料を吸気から圧縮行程にかけて作動室に噴射するように水素燃料用のインジェクタ7が設けられている。
In each rotor accommodating chamber 3 of the
また、前記各ロータ収容室3には、吸気行程にある作動室に臨んで開口するように吸気通路8が連通しているとともに、排気行程にある作動室に臨んで開口するように排気通路9が連通している。吸気通路8の上流側には、図示しないがエアクリーナとエアフローセンサとが配設される一方、該吸気通路8の下流側は2つに分岐して、それぞれ前記の如く各ロータ収容室3に連通している。
Each rotor accommodating chamber 3 communicates with an
そうして分岐する手前の吸気通路8には、ステッピングモータ等のアクチュエータ10により駆動されて通路の断面積(弁開度)を調節するスロットル弁11が配設されており、吸気の流れを絞ってその流量を調節するようになっている。また、分岐部よりも下流側の吸気通路8には、図外のガソリン燃料タンクから供給されるガソリンを噴射するためのインジェクタ12,12が配設されている。
A
一方、排気通路9の上流側は、前記の如く各ロータ収容室3に連通するように分岐した排気マニホルドからなり、その排気集合部よりも下流側には排気中のHC、CO、NOx等の有害成分を浄化するための三元触媒13が配設されている(尚、三元触媒以外にも種々の触媒を採用可能である)。触媒13には、その温度を検出するためのセンサ14(以下、触媒温度センサ)が付設され、触媒13の上流側には排気中の酸素濃度に基づいて排気の空燃比状態を検出するためのセンサ15(排気センサ)が配設されている。
On the other hand, the upstream side of the
また、前記排気センサ15よりも上流側の排気通路9には、排気の一部を吸気通路8に還流するための排気還流通路16(以下、EGR通路)が分岐接続されていて、このEGR通路16の下流端がスロットル弁11よりも下流側の吸気通路8に連通している。EGR通路16の下流端寄りには、還流される排気(以下、EGRガス)の流量を調節するための電磁式流量制御弁17(以下、EGR弁)が配設されている。
Further, an exhaust gas recirculation passage 16 (hereinafter referred to as an EGR passage) for returning a part of the exhaust gas to the
そして、前記の点火プラグ6、スロットル弁11のアクチュエータ10、EGR弁17並びに水素燃料及びガソリン用の各インジェクタ4,12は、それぞれ、パワートレインコントロールモジュール20(以下、PCM20と呼ぶ)によって制御されるようになっている。
The spark plug 6, the actuator 10 of the
すなわち、PCM20には、前記したエアフローセンサや触媒温度センサ14、排気センサ15からの信号の他に、少なくとも、自動車の走行速度(車速)を検出するための車速センサ21、乗員によるアクセルペダル(図示せず)の操作量を検出するアクセル開度センサ22、乗員によって燃料を切換えるための操作が行われる燃料切換えスイッチ23(操作入力手段)等からの信号が入力される。
That is, the
それらの入力信号に基づいてPCM20は、エンジン1に要求されるトルクを演算し、この要求トルクが得られるようにスロットル弁11の開度を制御して、各作動室への吸気充填量を制御するとともに、適切な空燃比となるようにインジェクタ4,12からの燃料噴射量を制御する。また、PCM20は、各作動室毎に適切な時期(点火時期)に点火プラグ6へ通電するとともに、吸気中の新気(空気)とEGRガスとの割合が適切なものとなるように、EGR弁17の開度を制御する。
Based on these input signals, the
また、PCM20は、燃料切換えスイッチ23の操作に応じて水素燃料及びガソリンのいずれか一方を選択し、水素燃料を使用するのであればインジェクタ4を、ガソリンを使用するのであればインジェクタ12を、それぞれ作動させる。また、エンジン1の運転中でも燃料切換えスイッチ23の操作が行われれば、PCM20は、使用する燃料を水素燃料及びガソリンのいずれか一方から他方に切換える。
Further, the
ところで、上述したように、この実施形態のエンジン1は、同じスロットル開度及び同じエンジン回転速度であっても(即ち同じ運転状態にあっても)、ガソリンの使用時には水素燃料の使用時に比べてエンジントルクが高くなるものであり、前記のようにエンジン運転中に燃料を切換えるときには、その切換えの前後で大きなトルク変動が生じないようにするのが好ましい。
By the way, as described above, the
そこで、基本的には、トルクの増大する傾向にある水素燃料からガソリンへの切換えに際して、切換え後、暫くの間はスロットル弁11の開度を本来の制御目標値よりも小さくして、作動室への吸気充填量が相対的に少なくなるようにする。尚、反対にガソリンから水素燃料への切換え後は暫くの間、スロットル弁11の開度を相対的に大きくして、吸気充填量が多くなるようにすればよい。
Therefore, basically, when switching from hydrogen fuel, which tends to increase torque, to gasoline, the opening degree of the
しかしながら、そうして水素燃料からガソリンへの切換え後にスロットル制御の補正によって吸気充填量を減少させると、燃料切換えの前後におけるエンジントルクの変動が殆どなくなる一方で、エンジン1の発する燃焼音が急に大きくなることから、乗員は却って違和感を覚える虞れがある。
However, if the intake charge amount is reduced by correcting the throttle control after switching from hydrogen fuel to gasoline, there is almost no fluctuation in engine torque before and after the fuel switch, while the combustion sound generated by the
すなわち、ガソリンの使用時には水素燃料の使用時に比べて燃焼圧力が大きくなることから、相対的にトルクが大きくなるとともに、燃焼音も大きくなる傾向にあるが、これに対し前記のように吸気充填量を減少させてトルク合わせを行うと、図3(a)に示すように作動室における吸気の圧縮圧のピーク(着火前)が低下する一方で、その後の燃焼による圧力の上昇幅ΔPはあまり小さくはならないことから、燃焼音はあまり小さくはならないのである。 That is, since the combustion pressure is larger when using gasoline than when hydrogen fuel is used, torque tends to increase and combustion noise tends to increase. As shown in FIG. 3A, the peak of the compression pressure of the intake air (before ignition) decreases while the pressure increase ΔP due to the subsequent combustion is too small. Because it must not be, the combustion noise does not become too small.
そこで、この実施形態では、ガソリンへの切換え直後の所定期間はスロットル弁11の制御を抑制して、図3(b)に示すように圧縮圧のピークは殆ど低下しないようにするとともに、例えば点火時期の遅角等により燃焼を緩慢化させて、着火後の圧力上昇を抑制することにより、エンジントルクの増大を抑えるようにしている。こうすれば燃焼による圧力の上昇幅ΔPが小さくなり、ガソリンの使用時であっても燃焼音は水素燃料の時と同様に小さくなる。
Therefore, in this embodiment, the control of the
以下に、PCM20による燃料切換えの具体的な制御手順を、図4〜6を参照しながら説明すると、まず図4のフローのステップSA1では、燃料切換えスイッチ23からの信号(スイッチ信号)を入力し、続くステップSA2では切換え操作があったか否か判定する。この判定がNOで切換え操作がなければリターンする一方、判定がYESで切換え操作がなされていればステップSA3に進み、水素燃料からガソリンへの切換えかどうか判定する。この判定がNOでガソリンから水素燃料への切換えであれば、詳しい説明は省略するが、所定の手順でガソリンから水素燃料への切換えを行う。
The specific control procedure for fuel switching by the
一方、水素燃料からガソリンへの切換えであれば(ステップSA3でYES)、ステップSA4に進んで車速センサ21及びアクセル開度センサ22からの信号を入力する。続くステップSA5では触媒温度センサ14からの信号を入力し、ステップSA6では触媒温度が活性化温度以下かどうか判定する。この判定がNOで触媒13が活性化していれば後述のステップSA10に進む一方、判定がYESで触媒13が未活性であれば、ステップSA7に進み、予め設定してあるテーブルから読み込んで目標点火時期を決定する。
On the other hand, if switching from hydrogen fuel to gasoline (YES in step SA3), the process proceeds to step SA4, and signals from the
このテーブルは、図5(a)に一例を示すように、ガソリン使用時の目標点火時期を水素燃料使用時とのエンジントルクの差に対応付けて設定したものであり、このトルク差がなくなるようにエンジントルクを低下させるべく、点火時期を遅角補正するたものものである。前記ステップSA4にて読み込んだ車速及びアクセル開度から水素燃料及びガソリンのそれぞれを使用するときのエンジン1への要求トルクを演算すれば、このトルク差に対応する点火時期の制御目標値をテーブルから読み込むことができる。
In this table, as shown in FIG. 5A, for example, the target ignition timing when using gasoline is set in association with the difference in engine torque when using hydrogen fuel, so that this torque difference is eliminated. The ignition timing is retarded to reduce the engine torque. If the required torque to the
尚、エンジン1への要求トルクは、現在の自動車の走行速度とアクセル開度とに基づいて、水素燃料及びガソリンのそれぞれについて予め設定した制御マップから走行に必要なトルクを求めるとともに、動力伝達系路におけるトルクの損失やエンジン1の補機の駆動損失等も考慮して所要の補正演算を行うことにより、エンジン1が発生すべきトルクを求めるものである。
The required torque for the
そして、ステップSA8では各ロータ収容室3毎に作動させるインジェクタ4,12を水素燃料用のインジェクタ4からガソリン用のインジェクタ12に切換えるとともに、所定期間(例えば5秒間)が経過するまでの間はスロットル弁11の開度を維持しながら、点火時期は前記ステップSA7にて決定した目標点火時期となるように制御する。即ち、点火時期をガソリン使用時の本来の制御目標値から遅角させることにより燃焼を緩慢化させて、燃料切換え前(水素燃料の使用時)とエンジントルクが略同じになるようにする。
In step SA8, the
そうして燃料を切換えた後に所定期間が経過すれば、ステップSA9に進み、その後は予め設定した時間(例えば1分くらい)をかけて徐々にスロットル弁11の開度を減少させる一方、点火時期は徐々に進角させて、それらをガソリン使用時の本来の制御目標値に戻して、しかる後にリターンする。
If the predetermined period elapses after the fuel is switched, the process proceeds to step SA9, and thereafter, the opening of the
つまり、図6のタイムチャートに示すように、水素燃料からガソリンへの切換え時に、切換え直後の所定期間(〜t1)はスロットル弁11の開度を維持しつつ、点火時期の遅角制御のみによってエンジン1のトルク変動を抑えるとともに、燃焼音が急に大きくならないようにし、その後(t1〜t2)は点火時期を徐々に戻しつつスロットル弁11の開度を徐々に小さくすることで、エンジントルクは維持しながら燃焼音を緩やかに変化させるようにしている。
That is, as shown in the time chart of FIG. 6, at the time of switching from hydrogen fuel to gasoline, the opening degree of the
そうして点火時期を相対的に遅角させると排気の温度が上昇するので、未活性の触媒13の温度上昇を促して、その活性化を促進することができる。尚、点火時期の遅角制御のみではなく、以下に述べるステップSA10のような空燃比やEGRの補正制御も併用して、燃焼を緩慢化させるようにしてもよい。
Thus, if the ignition timing is retarded relatively, the temperature of the exhaust gas rises, so that the temperature increase of the
一方、前記ステップSA6で触媒13が活性化していると判定して進んだステップSA10では、前記ステップSA7と同様に予め設定してあるテーブルから読み込んで、目標空燃比ないし目標EGR量(EGRガスの目標流量)を決定する。このテーブルは一例を図5(b),(c)に示すが、目標点火時期のテーブルと同様にトルク差に対応付けて空燃比やEGR量の制御目標値を設定したものである。
On the other hand, in step SA10 which has been determined that the
そして、続くステップSA11では、前記ステップSA8と同様にインジェクタ4,12を切換えるとともに、所定期間が経過するまでの間はスロットル弁11の開度を維持しながら、空燃比のリーン化ないしEGR増量、即ちそれらの少なくとも一方の制御を行って、燃焼を緩慢化させる。その後はステップSA12に進んで、前記ステップSA9と同様にスロットル弁11の開度を減少させる一方、空燃比やEGR量は徐々に本来の制御目標値に戻して、しかる後にリターンする。
In the subsequent step SA11, the
前記フローのステップSA8,SA11により、燃料切換えスイッチ23が操作されたとき(所定の条件が満たされたとき)に、使用燃料を水素燃料及びガソリンのいずれか一方から他方に切換える燃料切換え手段20aが構成され、ステップSA9,SA12により、水素燃料からガソリンへの切換え前後でエンジントルクが略同じになるように吸気の充填量を制御するトルク制御手段20bが構成されている。
Fuel switching means 20a for switching the fuel to be used from one of hydrogen fuel and gasoline to the other when the
また、前記ステップSA8,SA11は、ガソリンへの切換え直後に所定期間、前記の吸気充填量の制御を抑制するとともに、これによるエンジントルクの増分を減殺するように点火時期を遅角させるか、空燃比をリーン化させるか、ないしはEGR量を増量させることで、燃焼を緩慢化させる燃焼緩慢化制御手段20cも構成している。 In steps SA8 and SA11, the control of the intake charge amount is suppressed for a predetermined period immediately after switching to gasoline, and the ignition timing is retarded so as to reduce the increase in engine torque caused by this, or Combustion slowing control means 20c that slows down the combustion by slowing the fuel ratio or increasing the EGR amount is also configured.
特にこの実施形態では、ステップSA6により、エンジン1の排気系に配設された触媒13の温度が所定温度以下であることを検出する触媒温度検出手段20dが構成され、前記燃焼緩慢化制御手段20cは、触媒温度が所定温度以下の場合には点火時期の遅角制御を行うようになっている。
In particular, in this embodiment, the catalyst
前記燃料切換え手段20a、トルク制御手段20b、燃焼緩慢化制御手段20c及び触媒温度検出手段20dの機能は、いずれもPCM20のCPUが図7に示すような制御プログラムを実行することによって、実現されるものであり、この意味では、PCM20がソフトウエアプログラムの形態で前記各手段を備えている、と言うことができる。
The functions of the fuel switching means 20a, torque control means 20b, combustion slowing control means 20c, and catalyst temperature detection means 20d are all realized by the CPU of the
したがって、この実施形態に係るデュアルフューエルエンジンの制御装置Aによると、エンジントルクが増大する傾向にある水素燃料からガソリンへの切換えに際して、その前後でエンジントルクが略同じになるようにスロットル弁11の開度を制御して、各ロータ収容室3の作動室毎の吸気充填量を制御することを基本としながら、切換え直後の所定期間はスロットル弁11の開度を維持したまま、点火時期の遅角や空燃比のリーン化或いはEGR量の増量によって燃焼を緩慢化させることにより、トルク変動を十分に抑えることができる。
Therefore, according to the control apparatus A for the dual fuel engine according to this embodiment, when switching from hydrogen fuel to gasoline, which tends to increase the engine torque, the
そうしてスロットル弁11の開度を維持したまま燃焼の緩慢化によってエンジントルクを低下させれば、図3(b)に破線のグラフで示すように、作動室における圧縮圧のピークが低下しない一方で、燃焼による圧力の上昇は小さくなり、ガソリンの使用時であっても燃焼音が水素燃料の使用時と同様に小さくなる。よって、燃料の切換え前後における燃焼音の変化を緩和することができ、乗員が違和感を覚えないようになる。
If the engine torque is reduced by slowing down the combustion while maintaining the opening of the
(実施形態2)
図7は、本発明の実施形態2に係るエンジン制御装置Aにおいて、PCM20により実行される燃料切換え制御の手順を示す。この実施形態2では、燃料切換えスイッチ23からの信号以外に、触媒温度センサ14からの信号に基づいて所定の条件が成立したときにも燃料の切換えを制御行うようにしているが、制御装置A自体の構成は実施形態1のものと同じであり、同一部材には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 shows the procedure of fuel switching control executed by the
そして、図7のフローはイグニッション・オンとともにスタートして、最初のステップSB1にて触媒温度センサ14からの信号を入力し、続くステップSB2にて触媒温度が活性化温度以下かどうか判定する。この判定がNOで触媒13が活性化していればステップSB3に進んで燃料切換えスイッチ23からの信号(スイッチ信号)を入力し、続くステップSB4では、そのスイッチ信号に対応する燃料を選択して、リターンする。
Then, the flow of FIG. 7 starts when the ignition is turned on, and a signal from the catalyst temperature sensor 14 is input in the first step SB1, and in the subsequent step SB2, it is determined whether or not the catalyst temperature is equal to or lower than the activation temperature. If this determination is NO and the
つまり、触媒13が活性化していれば、実施形態1と同じく燃料切換えスイッチ23の操作に応じて燃料が切換わるが、この際、エンジン1のトルク合わせは行わない。これは、乗員が自らの意志によって燃料を切換えるときには、トルク変動が発生しても違和感を覚えることは少ないと考えられるからである。
That is, if the
一方、前記ステップSB2における判定がYESで触媒13が未活性であれば、ステップSB5に進んで水素燃料を選択する。水素燃料の燃焼時に生成される有害成分の濃度はガソリンの燃焼時に比べて非常に低いので、触媒13が未活性であってもエミッションはあまり悪化しない。よって、触媒13が未活性であれば、燃料切換えスイッチ23の操作に依らず水素燃料を選択することで、排気エミッションを確実に低減できる。
On the other hand, if the determination in step SB2 is YES and the
続いてステップSB6では再び触媒温度センサ14からの信号を入力し、ステップSB7で触媒温度が活性化温度以下かどうか判定する。この判定がYESで触媒13が未活性の間はステップSB6に戻る一方、触媒13が活性化して判定がNOになればステップSB8に進み、今度はスイッチ信号に対応する燃料がガソリンかどうか判定する。この判定がNOであればリターンする一方、判定がYESでスイッチ操作によりガソリンが指定されているときには、以下のステップSB9〜12において水素燃料からガソリンへの切換えを行う。
Subsequently, in step SB6, a signal from the catalyst temperature sensor 14 is input again, and in step SB7, it is determined whether the catalyst temperature is equal to or lower than the activation temperature. While this determination is YES and the
すなわち、まず、ステップSB9では、前記図4に示すフロー(実施形態1)のステップSA4と同様に車速センサ21及びアクセル開度センサ22からの信号を入力し、続くステップSB10においては、同ステップSA7,SA10と同様に、予め設定してあるテーブルから読み込んで目標点火時期、目標空燃比ないし目標EGR量を、即ちそれら3つの制御パラメータのうちの少なくとも1つについて、燃焼を緩慢化させるために補正した制御目標値を決定する。
That is, first, in step SB9, the signals from the
そして、ステップSB11では、図4のフローのステップSA8,11と同様に、使用するインジェクタ4,12を切換えるとともに、所定期間が経過するまでの間はスロットル弁11の開度を維持しながら、点火時期の遅角、空燃比のリーン化ないしEGR増量、即ちそれらの少なくとも1つの制御パラメータについての補正制御を行って、燃焼を緩慢化させる。
In step SB11, as in steps SA8 and SA11 in the flow of FIG. 4, the
そうして燃料切換え直後の所定期間が経過すればステップSB12に進んで、図4のフローのステップSA9,SA12と同様に予め設定した時間をかけて徐々にスロットル弁11の開度を減少させる一方、点火時期や空燃比、EGR量は徐々に本来のガソリン使用時の制御目標値に戻して、しかる後にリターンする。
If the predetermined period immediately after the fuel switching elapses, the process proceeds to step SB12, where the opening of the
つまり、触媒13が未活性のときには燃料切換えスイッチ23によってガソリンが指定されていても水素燃料を選択するようにしているから、その触媒13の活性化に伴い自動的に水素燃料からガソリンへの切換えが行われることになるが、この燃料の切換えは乗員の操作に依るものではないから、トルク変動や燃焼音の変化が乗員に違和感を与える虞れがある。
That is, when the
そこで、そのような自動的な燃料切換えの直後は実施形態1と同様にスロットル弁11の開度を維持したまま、点火時期の遅角や空燃比のリーン化或いはEGR量の増量によって燃焼を緩慢化させることにより、切換え前後のトルク変動や燃焼音の変化を抑制する。そして、その後はトルクを維持しながら燃焼音を徐々に変化させるようにしている。
Therefore, immediately after such automatic fuel switching, the combustion is slowed down by retarding the ignition timing, leaning the air-fuel ratio or increasing the EGR amount while maintaining the opening degree of the
前記図7のフローにおいてもステップSB11により燃料切換え手段20a及び燃焼緩慢化制御手段20cが構成され、また、ステップSB12によりトルク制御手段20bが構成されている。 Also in the flow of FIG. 7, the fuel switching means 20a and the combustion slowing control means 20c are configured by step SB11, and the torque control means 20b is configured by step SB12.
そして、この実施形態2の燃料切換え手段20aは、燃料切換えスイッチ23の操作によってガソリンが指定されているにも拘わらず、触媒13が未活性であるために水素燃料が選択されている状態で、温度上昇に伴い触媒13が活性化したとき(所定の条件が満たされたとき)に、自動で水素燃料からガソリンに切換えるものである。
The fuel switching means 20a of the second embodiment is in a state in which hydrogen fuel is selected because the
言い換えると、この実施形態の燃料切換え手段20aは、使用燃料を切換える条件として燃料切換えスイッチ23への操作入力を含むものであるが、トルク制御手段20b及び燃焼緩慢化制御手段20cは、それぞれ、燃料切換えスイッチ23の操作以外の他の条件が満たされたときにのみ、トルク合わせや燃焼緩慢化のための制御を行うものである。
In other words, the fuel switching means 20a of this embodiment includes an operation input to the
したがって、この実施形態2に係るデュアルフューエルエンジンの制御装置Aによると、まず、触媒13が未活性であれば燃料切換えスイッチ23の操作に依らず、水素燃料を選択することで、排気エミッションを確実に低減することができる。そして、その後の触媒13の活性化に応じて自動的にガソリンへ切換えるときには、前記実施形態1と同様にトルク変動を十分に抑えることができ、燃焼音の変化も緩やかになるので、乗員は違和感を覚えることがない。
Therefore, according to the control apparatus A for the dual fuel engine according to the second embodiment, first, if the
(他の実施形態)
本発明の構成は、前記実施形態1、2には限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。すなわち、前記実施形態1では、図4のフローのステップSA11に示すように、触媒13が活性化していれば空燃比のリーン化ないしEGR増量によって燃焼を緩慢化させるようにしているが、併せて点火時期を遅角させるようにしてもよい。
(Other embodiments)
The configuration of the present invention is not limited to the first and second embodiments, and includes various other configurations. That is, in the first embodiment, as shown in step SA11 of the flow of FIG. 4, if the
また、前記実施形態2では、図7のフローのステップSB3,4に示すように、触媒13の活性化後に燃料切換えスイッチ23の操作に応じて燃料を切換えるときには、スロットル弁11の制御によるエンジン1のトルク合わせを行わないようにしているが、この際、トルク合わせは行い、燃焼の緩慢化制御のみを行わないようにしてもよい。
Further, in the second embodiment, as shown in steps SB3 and SB4 in the flow of FIG. 7, when the fuel is switched in accordance with the operation of the
反対に、燃料切換えスイッチ23の操作に応じて燃料を切換える際にも、トルク合わせや燃焼の緩慢化の両方を行うようにすることもできる。
On the contrary, when the fuel is switched according to the operation of the
また、実施形態1では、燃料切換えが燃料切換えスイッチ23の操作に応じて行われるようになっており、実施形態2では、それに加えて触媒13の活性化に伴い自動で行われるようになっているが、それ以外の別の条件、即ち例えばアクセル開度の急増する急加速運転時や或いはタンク内の水素燃料が所定量以下になったとき等、種々の条件に応じて燃料の切換えを行うことができる。
Further, in the first embodiment, the fuel switching is performed according to the operation of the
さらに、前記各実施形態では、使用燃料としてガソリンと水素燃料とを切換え可能になっているが、これに限ったものではなく、例えば水素燃料の代わりに圧縮天然ガスを採用してもよいし、ガソリンの代わりに軽油を採用してもよい。 Furthermore, in each of the above embodiments, it is possible to switch between gasoline and hydrogen fuel as the fuel used, but it is not limited to this, for example, compressed natural gas may be employed instead of hydrogen fuel, Light oil may be used instead of gasoline.
また、前記各実施形態においてエンジン1はロータリエンジンであるが、これに限ることなく、本発明の制御装置Aはレシプロエンジンにも適用可能である。さらにエンジン1の搭載される車両も自動車には限定されない。
Moreover, in each said embodiment, although the
以上、説明したように本発明は、デュアルフューエルエンジンの運転中に燃料を切換える際のトルク変動を抑制しつつ、燃焼音の変化も緩和して、乗員に違和感を与えないようにできるから、特に自動車用エンジンとして好適である。 As described above, the present invention can suppress the torque fluctuation when switching the fuel during the operation of the dual fuel engine, while also reducing the change in the combustion noise so as not to give the passenger a sense of incongruity. It is suitable as an engine for automobiles.
1 デュアルフューエルエンジン
13 三元触媒(触媒)
14 触媒温度センサ(触媒温度検出手段)
16 EGR通路(排気還流手段)
17 EGR弁(排気還流手段)
20 PCM:パワートレインコントロールモジュール
20a 燃料切換え手段
20b トルク制御手段
20c 燃焼緩慢化制御手段
20d 触媒温度検出手段
23 燃料切換えスイッチ(操作入力手段)
1
14 Catalyst temperature sensor (catalyst temperature detection means)
16 EGR passage (exhaust gas recirculation means)
17 EGR valve (exhaust gas recirculation means)
20 PCM:
Claims (7)
所定の条件が満たされたときに、使用燃料を前記第1及び第2燃料のいずれか一方から他方に切換える燃料切換え手段と、
エンジンの運転中に前記燃料切換え手段によって第1燃料から第2燃料へ切換えられるときに、その切換えの前後でエンジントルクが略同じになるように、少なくとも吸気充填量を制御するトルク制御手段と、
前記燃料切換え手段による第2燃料への切換え直後の所定期間、前記トルク制御手段による吸気充填量の制御を抑制するとともに、これによるエンジントルクの増分を減殺するように燃焼を緩慢化させる燃焼緩慢化制御手段と、
を備えることを特徴とするデュアルフューエルエンジンの制御装置。 The first and second fuels can be switched and used, and even when the second fuel is used, even if the intake charge amount to the combustion chamber is the same, a higher torque can be obtained than when the first fuel is used. A control device for a dual fuel engine,
Fuel switching means for switching the used fuel from one of the first and second fuels to the other when a predetermined condition is satisfied;
Torque control means for controlling at least the intake charge amount so that the engine torque becomes substantially the same before and after the switching when the fuel switching means switches from the first fuel to the second fuel during operation of the engine;
Combustion slowing that suppresses the control of the intake charge amount by the torque control means for a predetermined period immediately after switching to the second fuel by the fuel switching means, and slows down the combustion so as to reduce the increase in engine torque caused thereby. Control means;
A control device for a dual fuel engine, comprising:
燃焼緩慢化制御手段は、エンジンの点火時期を相対的に遅角させるものである、ことを特徴とするデュアルフューエルエンジンの制御装置。 The control device according to claim 1,
The control device for a dual fuel engine, characterized in that the combustion slowing-down control means relatively retards the ignition timing of the engine.
エンジンには排気の一部を燃焼室に還流させる排気還流手段が設けられ、
燃焼緩慢化制御手段は、前記排気還流手段による排気の還流量を相対的に増大させるものである、ことを特徴とするデュアルフューエルエンジンの制御装置。 In the control device according to claim 1 or 2,
The engine is provided with exhaust gas recirculation means for recirculating part of the exhaust gas to the combustion chamber,
The control device for a dual fuel engine, wherein the combustion slowing-down control means relatively increases an exhaust gas recirculation amount by the exhaust gas recirculation means.
燃焼緩慢化制御手段は、エンジンの空燃比を相対的にリーンにさせるものである、ことを特徴とするデュアルフューエルエンジンの制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 3,
The control apparatus for a dual fuel engine, characterized in that the combustion slowing-down control means makes the engine air-fuel ratio relatively lean.
エンジンの排気系に配設された触媒の温度が所定温度以下であることを検出する触媒温度検出手段を備え、
燃焼緩慢化制御手段は、エンジンの点火時期も含めた複数の制御パラメータについての制御を行うものであって、前記触媒温度検出手段によって触媒温度が所定温度以下であることが検出された場合には、少なくともエンジンの点火時期を相対的に遅角させるものである
ことを特徴とするデュアルフューエルエンジンの制御装置。 The control device according to claim 1,
A catalyst temperature detecting means for detecting that the temperature of the catalyst disposed in the exhaust system of the engine is equal to or lower than a predetermined temperature;
The combustion slowing-down control means controls a plurality of control parameters including engine ignition timing, and when the catalyst temperature detecting means detects that the catalyst temperature is equal to or lower than a predetermined temperature. A dual fuel engine control device characterized by relatively retarding at least the ignition timing of the engine.
エンジンが車両に搭載されており、
前記車両の乗員によって燃料を切換えるための操作が行われる操作入力手段を備え、
燃料切換え手段は、使用燃料を切換える所定条件として前記操作入力手段への操作入力を含むものであり、
燃焼緩慢化制御手段は、前記所定条件のうち、前記操作入力手段への操作入力以外の条件が満たされたときにのみ、トルク制御手段による吸気充填量の制御を抑制し且つ燃焼を緩慢化させるものである
ことを特徴とするデュアルフューエルエンジンの制御装置。 In the control device according to any one of claims 1 to 4,
The engine is mounted on the vehicle,
Comprising an operation input means for performing an operation for switching fuel by an occupant of the vehicle;
The fuel switching means includes an operation input to the operation input means as a predetermined condition for switching the used fuel,
The combustion slowing-down control means suppresses the control of the intake charge amount by the torque control means and slows down the combustion only when a condition other than the operation input to the operation input means is satisfied among the predetermined conditions. A control device for a dual fuel engine characterized by being a thing.
トルク制御手段は、使用燃料を切換える条件のうち、操作入力手段への操作入力以外の条件が満たされたときにのみ、吸気充填量の制御を行うものであることを特徴とするデュアルフューエルエンジンの制御装置。 The control device according to claim 6.
The torque control means controls the intake charge amount only when the conditions other than the operation input to the operation input means among the conditions for switching the fuel to be used are satisfied. Control device.
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