JP2010030457A - エンジン制御方法及びエンジン制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】非炭化水素系の第1燃料と炭化水素系の第2燃料による運転モードを切り替えるデュアルフューエルエンジンにおいて、蒸発燃料のパージを行う際の排気エミッション(特に、HC)の増大を抑制する。
【解決手段】デュアルフューエルエンジンと他の駆動源とを備えたハイブリッド車両におけるエンジンの制御方法であって、運転者の要求に応じて選択した運転モードでエンジン2を制御するエンジン制御ステップと、第2燃料の蒸発燃料をパージするパージ実行ステップとを備え、パージ実行ステップは、第2燃料運転モードから第1燃料運転モードへの運転モード切り替えの要求が有った場合に、第2燃料運転モードを所定期間P継続して、この所定期間Pに、増大させたパージ量でパージを実行するパージ増量ステップと、所定期間P経過後に運転モードを切り替える運転モード切替ステップとを備える。
【選択図】図6

Description

本発明は、エンジン制御方法及びエンジン制御装置に係り、特に第1燃料と第2燃料を用いてエンジンを運転可能なデュアルフューエルエンジンにおいて蒸発燃料のパージを実行するためのエンジン制御方法及びエンジン制御装置に関する。
従来、気体燃料による運転と液体燃料による運転を選択可能なデュアルフューエルエンジンが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のデュアルフューエルエンジンは、水素ガスによる運転モードとガソリンによる運転モードを選択可能である。このエンジンでは、ガソリンタンクからの蒸発燃料をキャニスタでトラップし、水素ガス運転モードとガソリン運転モードで所定のパージ条件が成立した場合に、トラップした蒸発燃料をエンジンに供給するようになっている。これにより、液体燃料からの蒸発燃料が大気中へ蒸散するのを防止することができる。
そして、特許文献1に記載のデュアルフューエルエンジンでは、ガソリン運転モード中に、所定のパージ条件が成立して蒸発燃料がエンジンに供給されると、蒸発燃料も燃焼し、エンジンから排気通路に排出される排気ガスは、浄化装置(触媒コンバータ)によって浄化される。
また、特許文献1に記載のデュアルフューエルエンジンでは、水素ガス運転モード中に水素ガスの着火性の良さ及び燃費向上のためリーン燃焼が行われると、エンジンの燃焼温度が低く、これにより排気温度も低くなり、触媒が活性化温度に達していない状況が生じる。しかしながら、水素ガス運転でのリーン燃焼では、排気エミッション(NOx等)となる有害物質の排出量が低いので、触媒が活性化していなくても車外に排出される排気エミッションも低減されたものとなる。
特開2007−162632号公報
しかしながら、特許文献1に記載のデュアルフューエルエンジンでは、水素ガス運転モードにおいて、燃焼温度が低く、触媒が活性化温度に達していない場合には、キャニスタのパージにより蒸発燃料が供給されると、蒸発燃料が燃焼せず、また、排気ガスが触媒により浄化されないので、蒸発燃料に起因した排気エミッション(特に、HC)の排出量が多くなってしまうという問題があった。
また、デュアルフューエルエンジンと他の駆動源を搭載したハイブリッド車両の場合、エンジンを運転しない時間的割合が増加するため、触媒温度が活性化温度に達していない状態でパージが行われるおそれがより高くなり、排気エミッションが増大してしまうという問題が生じる。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、非炭化水素系の第1燃料(例えば、水素ガス)による運転モードと炭化水素系の第2燃料(例えば、ガソリン)による運転モードとを切り替えるデュアルフューエルエンジンにおいて、非炭化水素系の第1燃料での運転モード中に蒸発燃料のパージを行う際に、排気エミッション(特に、HC)の増大を抑制することが可能なエンジン制御方法及びエンジン制御装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの制御方法は、燃焼時の熱量が低い非炭化水素系の第1燃料で運転する運転モードと第1燃料に対し燃焼時の熱量が高い炭化水素系の第2燃料で運転する運転モードのいずれか一方で運転するデュアルフューエルエンジンと、他の駆動源と、を備えたハイブリッド車両におけるエンジンの制御方法であって、運転者の要求に応じて、第1燃料又は第2燃料の内の一方による運転モードを選択し、選択した運転モードでエンジンを制御するエンジン制御ステップと、第1燃料又は第2燃料による運転モードでエンジンを運転中に、第2燃料の蒸発燃料を所定のパージ量でエンジンに供給するためのパージを実行するパージ実行ステップと、を備え、パージ実行ステップは、第2燃料による運転モードでエンジンを運転中に、第1燃料による運転モードへの運転モード切り替えの要求が有った場合に、第2燃料による運転モードを所定期間継続して、この所定期間に、第2燃料による運転モードでのパージ量よりも増大させたパージ量でパージを実行するパージ増量ステップと、所定期間経過後に第1燃料による運転モードへ運転モードを切り替える運転モード切替ステップと、を含むことを特徴としている。
このように構成された本発明によれば、運転モードを第2燃料(例えば、ガソリン)による運転モードから第1燃料(例えば、水素ガス)による運転モードに切り替える際に、即座に切り替えるのではなく、第2燃料運転モードを所定時間継続し、この継続時間中に、通常のパージ量よりも増量したパージ量で、第2燃料の蒸発燃料をエンジンに向けてパージする。これにより、第2燃料運転モード中の上記継続期間に、蒸発燃料を大量に供給して、第1燃料運転モードに移行する前にキャニスタ内の蒸発燃料の蓄積量を大幅に低減しておくことができる。
第2燃料の蒸発燃料をパージする際、第2燃料運転モードでは、この供給された蒸発燃料を燃焼させることができる。また、第2燃料は燃焼時の熱量が高いため、燃焼温度が高く、排気ガス温度も高くなる。このため、触媒を活性化状態とすることができる。これにより、排気ガス中に、未燃焼の蒸発燃料が含まれることもなく、また、活性化した触媒で外気ガスを浄化することができるので、排気エミッション(特に、HC)の少ない排気ガスを車外に排出することができる。
また、上記継続期間中に、蒸発燃料の蓄積量を低減しておくことで、第1燃料運転モードに切り替わった後に排出すべき蒸発燃料の総量が少なくなり、第1燃料運転モードにおいて、単位時間当たりに排出すべきパージ量及びパージ総量を低減することができる。これにより、第1燃料運転モード中に、触媒温度が活性化温度以下となって、触媒が非活性状態となっても、パージ量が低減されているので、車外へ排出される排気エミッション(特に、HC)を抑制することができる。
このように、本発明では、第2燃料運転モードの継続期間中に、蒸発燃料を余分に消費しておくことで、第1燃料運転モードでのパージ量を減少することができ、全体として排気エミッション(特に、HC)の排出量を低減することができる。
また、本発明において好ましくは、パージ実行ステップは、前記所定期間経過後に、第1燃料による運転モードでのパージ量を、第2燃料による運転モードでのパージ量よりも減少させるパージ減量ステップを備える。このように構成された本発明によれば、第2燃料運転モードのうちに蒸発燃料の蓄積量を低減させておくことで、第1燃料運転モード中のパージ量を減量することが可能となる。これにより、排気エミッション(特に、HC)の排出を低減することができる。
また、本発明において好ましくは、所定期間における第2燃料による運転モードでのエンジンの駆動トルクが、第1燃料による運転モードへ切り替えた直後の駆動トルクと等しくなるように、エンジンの駆動トルクを制御するトルク制御ステップを備える。このように構成された本発明によれば、運転モード切り替え要求時に、擬似的な駆動トルク変動を与えることにより運転者に切り替え感を与えることが可能となり、実際には運転モードが切り替わっていないことにより違和感を与えてしまうことを防止することができる。また、実際に運転モードが切り替わるときには、駆動トルク変動が生じなくすることができる。
また、本発明において好ましくは、トルク制御ステップは、スロットル開度を制御するステップである。このように構成された本発明によれば、スロットル開度を調整することにより、トルク制御を行うことができると共に、スロットル弁下流の吸気負圧を増大させてパージ量を増大させることが可能となる。
また、上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの制御装置は、燃焼時の熱量が低い非炭化水素系の第1燃料で運転する運転モードと第1燃料に対し燃焼時の熱量が高い炭化水素系の第2燃料で運転する運転モードのいずれか一方で運転するデュアルフューエルエンジンと、他の駆動源と、を備えたハイブリッド車両におけるエンジンの制御装置であって、運転者の要求に応じて、第1燃料又は第2燃料の内の一方による運転モードを選択し、選択した運転モードでエンジンを制御するエンジン制御手段と、第1燃料又は第2燃料による運転モードでエンジンを運転中に、第2燃料の蒸発燃料を所定のパージ量でエンジンに供給するためのパージを実行するパージ実行手段と、を備え、パージ実行手段は、第2燃料による運転モード実行時に、第1燃料による運転モードへの運転モード切り替えの要求が有った場合に、第2燃料による運転モードを所定期間継続して、この所定期間に、第2燃料による運転モードでのパージ量よりも増大したパージ量でパージを実行し、所定期間経過後に運転モードを第1燃料による運転モードへ切り替えることを特徴としている。
また、本発明において好ましくは、パージ実行手段は、所定時間経過後に、第1燃料による運転モードでのパージ量を、第2燃料による運転モードでのパージ量よりも減少させる。
また、本発明において好ましくは、所定期間における第2燃料による運転モードでのエンジンの駆動トルクが、第1燃料による運転モードへ切り替えた直後の駆動トルクと等しくなるように、エンジンの駆動トルクを制御するトルク制御手段を備える。
また、本発明において好ましくは、トルク制御手段は、スロットル開度を制御することにより、駆動トルクを制御する。
本発明のエンジン制御方法及びエンジン制御装置によれば、非炭化水素系の第1燃料による運転モードと炭化水素系の第2燃料による運転モードとを切り替えるデュアルフューエルエンジンにおいて、非炭化水素系の第1燃料での運転モード中に蒸発燃料のパージを行う際に、排気エミッション(特に、HC)の増大を抑制することができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1はハイブリッド車両の構成図、図2はデュアルフューエルエンジンの構成図、図3はハイブリッド車両の電気ブロック図、図4はハイブリッド車両の運転領域を表すマップデータ、図5はスロットル開度とエンジントルクとの関係を示すマップデータ、図6はパージ実行制御処理の概略を示すタイミングチャート、図7はパージ実行制御処理のフローチャートである。
図1は、本発明の実施形態に係るデュアルフューエルエンジン2を搭載したハイブリッド車両1の構成図である。この車両1は、エンジン2と、ジェネレータ(発電機)3と、AC−DCコンバータ4と、高電圧バッテリ5と、DC−ACコンバータ6と、モータ7と、これらを制御するためのECU50(図3参照)を備えている。
この車両1では、エンジン2は、コントローラ20からの制御信号によって作動し、エンジン2の回転出力によってジェネレータ3を駆動する。これにより、ジェネレータ3は、交流電力を発電し、AC−DCコンバータ4に交流電力を供給する。
AC−DCコンバータ4は、供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を高電圧バッテリ5及びDC−ACコンバータ6に供給する。これにより、高電圧バッテリ5は、AC−DCコンバータ4から供給される直流電力によって充電されると共に、所定の運転状態において、DC−ACコンバータ6へ直流電力を供給する。
DC−ACコンバータ6は、運転状態に応じて、高電圧バッテリ5及びAC−DCコンバータ4の少なくとも一方から供給される直流電力を交流電力に変換する。モータ7は、DC−ACコンバータ6から供給される交流電力によって駆動され、回転出力をディファレンシャルギア8に伝達する。そして、このモータ出力は、ディファレンシャルギア8を介して駆動輪9に伝達され、これにより、車両1が走行するようになっている。
このように、本実施形態の車両1は、シリーズ方式のハイブリッド車両であり、モータ7がエンジン2と高電圧バッテリ5を駆動源とする電力によって駆動され、モータ7の回転出力によって駆動輪9を駆動するように構成されている。
本実施形態の車両1は、シリーズ方式のハイブリッド車両であるが、これに限らず、パラレル方式又はスプリット方式のハイブリッド車両であってもよい。なお、この場合は、駆動輪をモータの回転出力又はエンジンの回転出力が直接、機械的接続を介して駆動輪を駆動するので、エンジンとモータが駆動源となる。
本実施形態のデュアルフューエルエンジン2は、燃焼時の熱量が低い非炭化水素系の第1燃料である水素ガスと、第1燃料に対し燃焼時の熱量が高い炭化水素系の第2燃料であるガソリンを使用燃料としている。体積当りではガソリンの方が水素ガスよりも燃焼時の熱量が高く、本実施形態では、ガソリン運転モードの方が水素ガス運転モードよりも燃焼時の熱量が高い運転が行われ、このエンジン2では、同じエンジン回転数(rpm)及びスロットル開度でのエンジントルクは、ガソリン運転の方が水素ガス運転よりも大きくなる。
図2に示すように、エンジン2は、トロコイド内周面を有するロータハウジングとその両側に配置されたサイドハウジングとからなるハウジング10と、ハウジング10内に形成されたロータ収容室(以下、「気筒」という)11に配置された概略三角形状のロータ12とを備えたロータリーエンジンである。
このエンジン2は、2つのロータハウジングを3つのサイドハウジングの間に挟みこむようにして一体化し、その間に形成される2つの気筒11にそれぞれロータ12を収容した2ロータタイプであり、図2では、一方の気筒11のみを示している。
ロータ12は、エキセントリックシャフト13に支持されており、このエキセントリックシャフト13と共に、偏心回転するように構成されている。ロータ12は、外周の3つの頂部にそれぞれ配設されたシール部がロータハウジングのトロコイド内周面に当接した状態で偏心回転を行う。気筒11内には、ロータ12の外周側に3つの作動室が区画される。この作動室の容積は、ロータ12の偏心回転により変化する。そして、作動室における吸気,圧縮,膨張(燃焼)及び排気の一連の工程により、ロータ12及びエキセントリックシャフト13が回転し、この回転出力がジェネレータ3側に伝達される。
以下の説明において、各ロータ12に対するスロットル弁17下流側の構成は同様である。
ハウジング10には、各気筒11に2つの点火プラグ14が設けられている。また、ハウジング10には、吸気ポート15a及び排気ポート15bが形成されており、吸気ポート15aには吸気通路16aが接続され、排気ポート15bには排気通路16bが接続されている。吸気通路16aを介して、吸気工程にある作動室に空気が導入され、排気通路16bを介して、排気工程にある作動室から排気ガスが排出される。
また、吸気通路16aの上流側には電磁弁であるスロットル弁17が配設され、さらに上流側にはエアクリーナ19が配設されている。スロットル弁17には、開度を検出するスロットル開度センサ18が設けられている。
さらに、吸気通路16aの最下流側の吸気ポート15a近傍には、ガソリンを噴射して空気とガソリンとの混合気を作動室内に供給するガソリンインジェクタ30と、水素ガスを噴射して水素ガスと空気との混合気を作動室内に供給するポート噴射式の水素ガスインジェクタ40aが配設されている。
ガソリンインジェクタ30は、ガソリン供給通路31を介してガソリンタンク32に接続されている。ガソリンタンク32は、所定容量のガソリンを貯留する本体部に、ガソリンポンプ33,タンク温度センサ34a,タンク圧力センサ34b等が配設されて構成されている。
ガソリンポンプ33は、ガソリン供給通路31を介してガソリンインジェクタ30にガソリンを圧送するように構成されている。
また、ガソリンタンク32は、蒸発燃料通路35によってキャニスタ36と接続されており、ガソリンタンク32内で蒸発したガソリン(蒸発燃料ガス)は、蒸発燃料通路35を介してキャニスタ36に導入され、キャニスタ36で吸着されトラップされるようになっている。
キャニスタ36は、活性炭等の吸着剤を内部に収容する本体部を有し、本体部には内部に連通する大気取入口36aが設けられている。また、キャニスタ36には、蒸発燃料通路35に加えて、パージ通路37が接続されている。
キャニスタ36は、パージ通路37を介して、スロットル弁17の下流側の吸気通路16aに接続されている。パージ通路37には、キャニスタ36と吸気通路16aとの間に蒸発燃料濃度センサ29及びパージ制御弁38が配設されている。また、パージ制御弁38には、開度を検出するパージ制御弁開度センサ39が設けられている。蒸発燃料濃度センサ29は、パージ通路37内の蒸発燃料濃度を検出してECU50へ出力するように構成されている。パージ制御弁38は、その開閉動作が後述するようにECU50によって電磁式に制御される。キャニスタ36で吸着された蒸発燃料は、パージ制御弁38の開度に応じて、キャニスタ36からパージされる。脱離された蒸発燃料は、開度に応じた単位時間当りの蒸発燃料供給量(供給速度)で、吸気通路16aを介して気筒11内に供給される。
また、排気通路16bには、排気ガス中のHC,CO,NOx等の有害物質を浄化するための三元触媒を用いた排気浄化装置(触媒コンバータ)20が配設されている。この排気浄化装置20には、触媒温度を検出する触媒温度センサ21が付設されている。触媒温度センサ21は、熱電対やサーミスタ等から構成され、排気浄化装置20内を通過する排気ガス温度を触媒温度として検出すると共に、その検出信号をECU50へ出力する。
なお、以下の説明において、排気浄化装置20通過後の排気ガス中に含まれる上記有害物質を排気エミッションと呼ぶ。
また、本実施形態においては、触媒温度センサ21により、排気浄化装置20内を通過する排気ガス温度を触媒温度として検出しているが、これに限らず、触媒の温度を直接検出するように構成してもよい。
また、ハウジング10には、水素ガスを作動室内に直接噴射する直噴式の水素ガスインジェクタ40bが配設されている。水素ガスインジェクタ40a,40bは、途中で合流する水素ガス供給通路41を介して水素高圧ガスタンク42に接続され、この水素高圧ガスタンク42から水素ガスが供給される。
水素高圧ガスタンク42の排出口には、タンクから水素ガス供給通路41への水素ガスの供給を制御するための停止弁43が設けられ、さらに下流側には、水素ガスインジェクタ40a,40bへの水素ガス供給量(供給圧力)を制御する制御弁44が配設されている。インジェクタ30,40a,40bは、ECU50からの制御信号に基づいて、所定の噴射タイミングで、所定量のガソリン又は水素ガスを噴射するように構成されている。
ECU50は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、エンジン制御方法を記憶したプログラムを実行する中央演算処理装置(CPU)と、例えばRAMやROMにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力(I/O)バス等を備えている。
図3に示すように、エンジン制御装置としてのECU50は、ジェネレータ3,AC−DCコンバータ4,DC−ACコンバータ6,点火プラグ14,スロットル弁17,スロットル開度センサ18,触媒温度センサ21,蒸発燃料濃度センサ29,ガソリンインジェクタ30,タンク温度センサ34a,タンク圧力センサ34b,水素ガスインジェクタ40a及び40b,パージ制御弁38,パージ制御弁開度センサ39,運転モード選択スイッチ60,アクセル開度センサ61,車速センサ62,エンジン回転数センサ63等に接続され、これらのうち検出センサから検出信号を受け取り、制御対象に制御信号を出力することにより動作制御を行う。
本実施形態の車両1では、ECU50は、運転条件に応じて、駆動源を切り替えてモータ7を駆動する制御を行う。すなわち、ECU50は、エンジン2を運転して、これにより発電した電力でモータ7を駆動するか、高電圧バッテリ5からの電力によってモータ7を駆動するかを決定する。
具体的には、ECU50は、アクセル開度センサ61及び車速センサ62からのアクセル及び車速を表す検出信号に基づいて、エンジン2の運転要求の有無、つまりエンジン2を運転させる必要があるか否かを判定する。
この判定のために、ECU50は、エンジン2と高電圧バッテリ5のいずれを使用してモータ7を駆動するのかを、アクセル開度と車速との関係に応じて決定するためのマップデータを記憶している(図4参照)。図4に示すように、このマップデータは、アクセル開度及び車速が小さい領域(モータ7に要求される出力トルクが小さい領域)がバッテリ駆動領域に設定されており、一方、アクセル開度及び車速の少なくとも一方が大きい領域(モータ要求トルクが大きい領域)がエンジン駆動領域に設定されている。ECU50は、このマップデータを用いて、アクセル開度及び車速の関係がバッテリ駆動領域に含まれる場合には、駆動源を高電圧バッテリ5に選択して、モータ7を駆動するように制御を行い、一方、アクセル開度及び車速の関係がエンジン駆動領域に含まれる場合には、駆動源をエンジン2に選択して、モータ7を駆動するように制御を行う。
したがって、ECU50は、要求トルクが低い低トルク運転時や車両始動時には、高電圧バッテリ5から供給される電力によりモータ7を駆動するように制御を行う。また、ECU50は、中トルク運転時には、エンジン2により駆動されるジェネレータ3から供給される電力によりモータ7を駆動するように制御を行う。ただし、急加速時等の要求トルクが高い高トルク運転時には、ECU50は、ジェネレータ3及び高電圧バッテリ5の双方から供給される電力によってモータ7を駆動するように制御を行う。
このように、エンジン2は、常時、運転状態にあるわけではなく、例えば低トルク時等には、停止した状態となる。
また、ECU50は、高電圧バッテリ5の蓄電量が少ないときには、要求トルクに応じたモータ7の駆動のために必要な電力に加えて、高電圧バッテリ5を充電するために必要な電力を余分にジェネレータ3で発生させるようにエンジン2を運転させて、モータ7を駆動すると共に、高電圧バッテリ5の充電を行うようにエンジン2の制御を行う。
また、本実施形態では、車両1には、運転者により選択可能な運転モード選択スイッチ60が設けられている。運転者は、この運転モード選択スイッチ60を操作することにより、エンジン2の運転モードを、水素ガスによる第1運転モードと、ガソリンによる第2運転モードとの間で択一的に選択可能となっている。エンジン制御手段としてのECU50は、運転モード選択スイッチ60の操作により出力される運転モード選択信号を受け取り、運転モード選択信号で選択されている運転モードでエンジン2を運転するように、点火時期,使用燃料,スロットル開度等を制御するエンジン制御処理を行う。
なお、本実施形態では、運転者が運転モード選択スイッチ60を手動で操作することにより、運転モードが選択されるように構成されているが、これに限らず、要求トルク等に基づく運転状態や水素ガス残量等に応じて、ECU50が、水素ガス運転モードとガソリン運転モードの間で運転モードを自動的に切り替えるように構成してもよい。
このエンジン制御処理において、ECU50は、運転者が運転モード選択スイッチ60を操作等したことに基づいて、水素ガス運転モードとガソリン運転モードとの間で運転モードを切り替える場合に、トルクショックを低減する処理を行う。
具体的には、ECU50は、図5に示すような所定のエンジン回転数におけるスロットル開度とエンジントルクの関係を示すマップデータを記憶している。図5中、実線がガソリン燃料使用時のエンジントルクを示し、破線が水素燃料使用時のエンジントルクを示している。このマップデータは、エンジン回転数毎に設けられており、図5に示すマップデータは、エンジン回転数が2500rpmのときのものである。図5から明らかなように、スロットル開度が大きくなるほど、すなわち、エンジン負荷が大きくなるほど、両方のエンジントルクが大きくなり、また、両者の差が大きくなる。
ECU50は、エンジン回転数センサ63及びスロットル開度センサ18から、エンジン回転数及びスロットル開度に関する検出信号を受け取ると、図5に示すようなマップデータから、現在の使用燃料で出力されていると推定されるエンジントルクと、今のエンジン回転数及びスロットル開度と同じエンジン回転数及びスロットル開度で現在の使用燃料からもう一つの燃料へと切り替えることで出力されると推定されるエンジントルクとを読み出す。
そして、ECU50は、それらのエンジントルクに基づき、今のエンジン回転数及びスロットル開度と同じエンジン回転数及びスロットル開度で使用燃料を切り替えたときにおけるエンジントルクの変動量を算出し、この変動量が所定量以下となるように、運転モード切り替え後のスロットル開度を調整する処理を行う。これにより、運転モードの切り替えが行われるときに、切り替えの前後におけるトルク変動を小さくすることができる。
また、本実施形態では、ECU50は、第1運転モード及び第2運転モードでのエンジン運転中に、所定のタイミングでパージ制御弁38の開度を制御するパージ実行制御処理を行う。このため、ECU50は、キャニスタ36内の蒸発燃料のトラップ量(蓄積量)を算出(推定)する処理を行う。この処理は、例えば、パージ制御弁38を閉じてからの経過時間,ガソリンタンク32の温度,ガソリンタンク32内の圧力,蒸発燃料濃度等に基づいて公知の手法により行われる。
すなわち、パージ制御弁38を閉じてから所定時間以上経過した場合や、タンク温度センサ34aの検出温度が所定温度以上である場合や、タンク圧力センサ34bの検出圧力が所定圧力以上である場合や、パージ通路37に設けられた蒸発燃料濃度センサ29の検出濃度が所定濃度以上である場合に、ECU50は、キャニスタ36のパージが必要、すなわち「パージ要求」有りと判定する。そして、パージが必要であるとの判定に基づいて、ECU50は、パージ制御弁38を所定開度で開く処理を行う。
次に、図6に基づいて、本実施形態のパージ実行制御の概略についてさらに説明する。図6は、運転モードがガソリン運転モードから水素運転モードへ切り替えられるときの、パージ実行制御処理におけるタイミングチャートを示しており、同図(A)は運転モード選択スイッチ60の操作により出力される運転モード選択信号の時間変化であり、同図(B)はパージ制御弁38の開度又はパージ量の時間変化であり、同図(C)はエンジン2において実際に行われている運転モードの時間変化であり、同図(D)はスロットル開度センサ18によるスロットル開度の時間変化であり、同図(E)はエンジン2の駆動トルクの時間変化であり、同図(F)は排気浄化装置20下流での排気ガスに含まれるHCの量の時間変化である。
図6では、時間t0において、運転者は運転モード選択スイッチ60によりガソリン運転モードを選択しており、ECU50は、ガソリン運転モードを行うための運転モード選択信号を受け取り、エンジン2をガソリン運転モードで制御している。このとき、スロットル開度はT0であり、エンジン2の駆動トルクはTQ1に設定されている。また、パージ要求が無いので、パージ制御弁38は、完全に閉じた状態(VCL)となっている。
そして、時間t1にパージ要求が有ると判定すると、ECU50は、パージ制御弁38を通常の開度(VOP)まで変位させる。これにより、パージ制御弁38が開いている間、キャニスタ36にトラップされていた蒸発燃料が、吸気負圧によって吸気通路16aに引き込まれ、さらに気筒11内へ供給される。
その後、運転者が時間t2に運転モード選択スイッチ60をガソリン運転モードから水素ガス運転モードへ切り替えると、ECU50は、運転モードを即座に切り替えることなく、所定の継続期間Pだけガソリン運転モードを継続する制御を行う。したがって、継続期間P経過後の時間t3に、ECU50は、運転モードをガソリン運転モードから水素ガス運転モードに切り替える処理を行う。
この継続期間Pの間(時間t2−t3)、ECU50は、単位時間当たりのパージ量(パージ速度)を増量させるため、時間t2にパージ制御弁38の開度を、開度VOP+までさらに大きくする。パージ制御弁38の開度を大きくすることで、吸気負圧によって供給される蒸発燃料の供給量が開度に応じて増量される。
また、ECU50は、エンジントルク調整処理を行い、時間t2でスロットル開度をT0からT1まで小さくして、エンジントルクをTQ1からTQ2へわずかに低減する。これにより、運転者が運転モード選択スイッチ60を操作したことに基づいて、運転モードがあたかも実際に切り替わったような車両1の挙動、すなわち擬似的なトルク変動を生じさせ、実際には運転モードが切り替わっていないことによる違和感を運転者に与えてしまうことを防止することができる。
このように時間t2でスロットル開度が絞られたことにより、スロットル弁17下流で吸気通路16aに連通するパージ通路37から、吸気通路16a内に蒸発燃料が入り易くなる。このように、時間t2において、パージ制御弁38の開度を開度VOP+まで大きくすることに加えて、スロットル弁17の開度を絞ることにより、継続期間Pの間に、キャニスタ36にトラップされていた蒸発燃料を大量に気筒11内へ送り込むことができ、キャニスタ36内の蒸発燃料の蓄積量を大幅に低減することができる。
なお、本実施形態では、時間t2にECU50により決定されたスロットル開度T1は、このスロットル開度T1でのガソリン運転モードにおけるエンジントルクが、運転モードが切り替わって水素ガス運転モードに変更されたときに出力されるエンジントルクと一致するように、すなわち、実際に運転モードが切り替わったときにはトルク変動が生じないように決定されている。
このようなスロットル開度T1を決定するため、ECU50は、まずエンジン回転数及びスロットル開度を読み込む。そして、ECU50は、図5に示したようなマップデータを用いて、ガソリン運転モードから水素ガス運転モードへ切り替わったときのトルク変動を低減するように、現在のエンジントルクTQ1から所定許容値以下の相違となるエンジントルクTQ2を決定する。このエンジントルクTQ2が、水素ガス運転モードに切り替わったときのエンジントルク設定値となる。さらに、ECU50は、ガソリン運転モードで、このエンジントルクTQ2を達成するためのスロットル開度T1をマップデータから算出する。
なお、水素ガス運転モードでエンジントルクTQ2を達成するためのスロットル開度は、マップデータから開度T2となる。この開度T2は全開位置であってもよい。
なお、時間t2−t3において、スロットル開度を変更せずに開度T0を保持していた場合(図6(D)の一点鎖線)には、時間t2でエンジントルクが変動せず、それ以降の時間t3に運転モードが切り替わったときにエンジントルクが変動することになるので、運転者は、運転モード選択スイッチ60の操作よりも遅れてエンジントルク変動を体感することになり、運転者に違和感を与えてしまう。これに対して、本実施形態では、時間t2にエンジントルクを低減するべくスロットル開度を絞るので、運転者に違和感を与えることがない。
そして、時間t3に継続期間Pが経過すると、ECU50は、運転モードをガソリン運転モードから水素ガス運転モードに切り替える処理を行う。
また、ガソリン運転モードから水素ガス運転モードに運転モードを切り替えたときに、エンジントルクが変動しないように、ECU50は、時間t3(又は時間t3直前)でのエンジントルクTQ2を達成すべきスロットル開度T2をマップデータを用いて算出し、算出したスロットル開度T2にスロットル弁17を設定する。本実施形態では、このように時間t3でスロットル開度が開度T1から開度T2へ変位されることにより、運転モードが切り替わっても、エンジントルクはTQ2に保持され、これによりトルク変動を防止している。
また、時間t3に、ECU50は、パージ量を低減するために、パージ制御弁38の開度を開度VOP+から、通常の開度VOPよりも閉じた開度VOP-まで閉じる処理を行う。継続期間P中に、キャニスタ36内の蒸発燃料の蓄積量が大幅に低減されるので、パージ濃度が低減され、また、パージ制御弁38の開度を小さくすることで、吸気負圧によって供給される蒸発燃料の供給量が開度に応じて減量される。
継続期間Pに大量のパージ量で蒸発燃料をパージしたことにより、キャニスタ36内のトラップ量が大幅に低減されているため、時間t3以降にキャニスタ36から時間当りに脱離すべきパージ量を低減することが可能となり、これによりスロットル開度を通常よりも閉じた開度VOP-まで閉じることができる。このように、パージ制御弁38が開度VOP-に設定されることにより、水素ガス運転モードにおいて、時間当たりに気筒11に供給される蒸発燃料のパージ量が低減される。
これに対して、図6(B)の一点鎖線で示すように、継続時間Pにパージ制御弁38の開度を開度VOPのままに保持していた場合、時間t3においてキャニスタ36には脱離させるべき蒸発燃料の蓄積量が多いまま残されている。したがって、時間t3以降の水素ガス運転モードにおいて、パージ制御弁38の開度を開度VOP-よりも大きな開度(一点鎖線で図示)としなければならない。このため、水素ガス運転モードにおけるパージ量(単位時間当たりの量及び総量)が大きくなってしまう。
図6(F)に示すように、時間t0−t3におけるガソリン運転モードでは、排気通路16bに設けられている排気浄化装置20内の触媒が、ガソリンを燃焼させた排気ガスによって活性化温度以上に保持されるため、排気ガスは触媒により浄化され、パージの有無にかかわらず、車外に排出される排気ガス中のHCは、極めて低減された状態となる。
これに対して、時間t3以降は、水素ガス運転モードでエンジン運転されるので、燃焼温度及び排気ガス温度が下がり、触媒温度が活性化温度未満となり、触媒が非活性状態となる場合がある。特に、本実施形態のように、車両1がハイブリッド車両である場合には、駆動源として高電圧バッテリ5を使用し、エンジン2が運転されない時間があるので、触媒温度が活性温度未満となる可能性がより高くなる。図6(F)では、時間t3以降は、触媒が非活性状態となっていると仮定している。この状態で蒸発燃料がパージされると、蒸発燃料が未燃焼のまま排気され、触媒で浄化されることなく車外へ排出される。この場合、排気エミッションには、特に蒸発燃料に起因するHC量が多くなる。
したがって、継続時間Pにおいてパージ量を増大しない場合は、図6(F)の一点鎖線で示したように、車外へ排出されるHCの量が多くなってしまう。
これに対して、本実施形態では、継続時間Pにキャニスタ36内の蒸発燃料の蓄積量を大幅に低減しているので、時間t3以降のパージ量(時間当りの量及び総量)を少なくすることができる。
図7は、具体的なパージ実行制御処理のフローチャートを示している。
この処理では、ECU50は、まず車速センサ62,アクセル開度センサ61から受け取った車速,アクセル開度を読み込む(ステップS1)。そして、読み込んだ車速及びアクセル開度と、マップデータ(図4)に基づいて、現在のトルク要求状態がエンジン駆動領域であるか否かを判定する(ステップS2)。
現在の運転条件がエンジン駆動領域でない場合(ステップS2;No)、ステップS1の処理に戻る。一方、現在の運転条件がエンジン駆動領域である場合(ステップS2;Yes)、ECU50は、運転モード選択スイッチ60の選択に基づいて受け取っている運転モード選択信号を読み込む(ステップS3)。
次いで、ECU50は、読み込んだ運転モード選択信号が、水素ガス運転モードを表しているものであるか否かを判定する(ステップS4)。運転モード選択信号が水素ガス運転モードを表していない場合(ステップS4;No)、すなわちガソリン運転モードを表している場合、ECU50は、現在の運転モードが水素運転モードであるか否かを判定する(ステップS12)。
現在の運転モードが水素運転モードである場合(ステップS12;Yes)、エンジン制御手段としてのECU50は、運転モードをガソリン運転モードに切り替え、エンジン2をガソリンで運転する制御を行い(ステップS13;エンジン制御ステップ)、ステップS14へ移行する。一方、現在の運転モードが水素運転モードでない場合(ステップS12;No)、すなわち、現在の運転モードがガソリン運転モードであり、運転モードの切り替えが行われない場合、ECU50は、ステップS14へ移行する。
ステップS14で、ECU50は、パージ要求の有無を判定する(ステップS14)。ガソリン運転モード中に、パージ要求が無い場合(ステップS14;No)、ECU50は、パージ制御弁38を閉状態(VCL)とし(ステップS18)、処理を終了して、再びステップS1の処理に戻る。一方、ガソリン運転モード中に、パージ要求が有る場合(ステップS14;Yes)、パージ実行手段としてのECU50は、パージ制御弁38を通常の開度(VOP)まで開成して、パージ処理を実行し(ステップS15;パージ実行ステップ)、処理を終了する。この場合、パージ制御弁38は、パージ要求が無くなるまで開状態に保持される。
一方、運転モード選択信号が水素ガス運転モードを表している場合(ステップS4;Yes)、ECU50は、現在の運転モードがガソリン運転モードであるか否かを判定する(ステップS5)。
現在の運転モードがガソリン運転モードでない場合(ステップS5;No)、すなわち、現在の運転モードが水素運転モードであり、運転モードの切り替えが行われない場合、ECU50は、パージ要求の有無を判定する(ステップS16)。水素ガス運転モード中に、パージ要求が無い場合(ステップS16;No)、ECU50は、パージ制御弁38を閉状態(VCL)とし(ステップS19)、処理を終了して、再びステップS1の処理に戻る。一方、水素ガス運転モード中に、パージ要求が有る場合(ステップS16;Yes)、パージ実行手段としてのECU50は、パージ制御弁38が通常の開度(VOP)よりも小さな開度(VOP-)で開状態であったときは、その開度(VOP-)を保持し、パージ制御弁38が開度(VOP-)以外であったときは(すなわち、閉状態)、通常の開度(VOP)まで開成して、パージ処理を実行し(ステップS17;パージ実行ステップ)、処理を終了して、再びステップS1の処理に戻る。この場合、パージ制御弁38は、パージ要求が無くなるまで開状態に保持される。
一方、現在の運転モードがガソリン運転モードである場合(ステップS5;Yes)、すなわち、現在の運転モードがガソリン運転モードであり、運転モードを水素ガス運転モードへ切り替えようとする場合、ECU50は、現在、パージが行われているか否かを判定する(ステップS6)。
ガソリン運転モード中に、パージが行われていた場合(ステップS6;Yes)、ECU50は、パージ制御弁38を通常の開度(VOP)よりも大きな開度(VOP+)まで開成して、増量したパージ量に設定する処理を行う(ステップS7;パージ増量ステップ)。さらに、トルク制御手段としてのECU50は、運転モードが水素ガス運転モードに切り替わったときに発生する減少したエンジントルクとなるように、スロットル弁17を絞るエンジントルク調整処理を行う(ステップS9;トルク制御ステップ)。
その後、ECU50は、所定の継続時間Pが経過するのを待ち(ステップS9;No)、継続時間Pが経過したら(ステップS9;Yes)、パージ制御弁38の開度を開度(VOP+)から、通常の開度(VOP)よりも小さな開度(VOP-)まで絞る処理を行い(ステップS10;パージ減量ステップ)、ステップS11へ移行する。
一方、ガソリン運転モード中に、パージが行われていなかった場合(ステップS6;No)、ステップS11へ移行する。
ステップS11では、パージ実行手段としてのECU50は、運転モードを、運転モード選択スイッチ60で選択されている水素ガス運転モードに切り替える処理を行う(ステップS11;運転モード切替ステップ)。また、このとき、ECU50は、運転モードの切り替えに伴ってエンジントルクに変動が生じないように、スロットル弁17を開く処理を行い、処理を終了し、再びステップS1へ戻る。
以上のように、本実施形態では、運転モードをガソリン運転モードから水素ガス運転モードに切り替える際に、即座に切り替えるのではなく、ガソリン運転モードを所定時間だけ継続し(ステップS9)、この継続時間中に、通常のパージ量(VOP)よりも増量したパージ量(VOP+)でパージする。これにより、ガソリン運転モード中の継続期間に、蒸発燃料を大量に供給して、水素ガス運転モードに移行する前にキャニスタ36内の蒸発燃料の蓄積量を大幅に低減しておくことができる。
ガソリン運転モードでは、パージされた蒸発燃料を燃焼させることができる。また、ガソリン運転モードでは、燃焼温度が高く排気ガス温度も高くなるので、触媒を活性化状態とすることができる。これにより、排気ガス中に、未燃焼の蒸発燃料が含まれることもなく、さらに、活性化した触媒で外気ガスを浄化することができるので、排気エミッション(特に、HC)の少ない排気ガスを車外に排出することができる。
また、継続期間中に、キャニスタ36内の蓄積量を低減しておくことで、水素ガス運転モードに切り替わった後に単位時間当たりに排出すべきパージ量及びパージ総量を低減することができる。これにより、水素ガス運転モード中に、触媒が非活性状態であっても、パージ量が低減されているので、車外へ排出される排気エミッション(特に、HC)を抑制することができる。
このように本実施形態では、ガソリン運転モードの継続期間中に、蒸発燃料を大幅に消費しておくことで、水素ガス運転モードに切り替わった後のパージ量を減少することができ、全体として排気エミッション(特に、HC)の排出量を低減することができる。
本発明を以下のように改変してもよい。
上記実施形態では、ガソリン運転モードから水素運転モードへ切り替わる際に、パージ要求が継続している場合、ガソリン運転モードを継続期間Pだけ継続して、その間に、パージ量を増大する処理を行っているが、これに限らず、図8に示すように、ガソリン運転モードから水素運転モードへ切り替わる際に、パージ要求が無い場合、ガソリン運転モードを継続期間Pだけ継続して、その間に、増大したパージ量又は通常のパージ量でパージを行うように構成してもよい。
図8では、図6の例と異なり、時間t0から時間t2までの時間t1にパージ要求がなく、時間t2に運転モードスイッチ60が、ガソリン運転モードから水素ガス運転モードへ切り替えられている。そして、ECU50は、図6の例と同様に、運転モードを即座に切り替えることなく、時間t3まで継続時間Pだけガソリン運転モードを継続する。ECU50は、この継続時間Pの間、パージ制御弁38を増大された開度VOP+で開状態とし、継続時間P経過後の時間t3に、パージ制御弁38を完全に閉じた状態(VCL)にする。
このように構成すると、水素ガス運転モードに移行する前に、キャニスタ36内にトラップされた蒸発燃料を、ガソリン運転モードの内にパージし、トラップ量を低減することができるので、水素ガス運転モードでパージを行う回数及びパージ総量を低減することができ、車外へ排出される排気エミッション(特に、HC)を抑制することが可能となる。
本発明の実施形態によるハイブリッド車両の構成図である。 本発明の実施形態によるデュアルフューエルエンジンの構成図である。 本発明の実施形態によるハイブリッド車両の電気ブロック図である。 本発明の実施形態によるハイブリッド車両の運転領域を表すマップデータである。 本発明の実施形態によるスロットル開度とエンジントルクとの関係を示すマップデータである。 本発明の実施形態によるパージ実行制御処理の概略を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態によるパージ実行制御処理のフローチャートである。 本発明の他の実施形態によるパージ実行制御処理の概略を示すタイミングチャートである。
符号の説明
1 ハイブリッド車両
2 デュアルフューエルエンジン
10 ハウジング
11 気筒
12 ロータ
16a 吸気通路
16b 排気通路
17 スロットル弁
18スロットル開度センサ
20 排気浄化装置
21 触媒温度センサ
30 ガソリンインジェクタ
32 ガソリンタンク
35 蒸発燃料通路
36 キャニスタ
37 パージ通路
38 パージ制御弁
39 パージ制御弁開度センサ
40a,40b 水素ガスインジェクタ
42 水素高圧ガスタンク
60 運転モード選択スイッチ

Claims (8)

  1. 燃焼時の熱量が低い非炭化水素系の第1燃料で運転する運転モードと第1燃料に対し燃焼時の熱量が高い炭化水素系の第2燃料で運転する運転モードのいずれか一方で運転するデュアルフューエルエンジンと、他の駆動源と、を備えたハイブリッド車両におけるエンジンの制御方法であって、
    運転者の要求に応じて、第1燃料又は第2燃料の内の一方による運転モードを選択し、選択した運転モードでエンジンを制御するエンジン制御ステップと、
    第1燃料又は第2燃料による運転モードでエンジンを運転中に、第2燃料の蒸発燃料を所定のパージ量でエンジンに供給するためのパージを実行するパージ実行ステップと、を備え、
    前記パージ実行ステップは、
    第2燃料による運転モードでエンジンを運転中に、第1燃料による運転モードへの運転モード切り替えの要求が有った場合に、第2燃料による運転モードを所定期間継続して、この所定期間に、第2燃料による運転モードでのパージ量よりも増大させたパージ量でパージを実行するパージ増量ステップと、
    前記所定期間経過後に第1燃料による運転モードへ運転モードを切り替える運転モード切替ステップと、を含むことを特徴とするエンジンの制御方法。
  2. 前記パージ実行ステップは、前記所定期間経過後に、第1燃料による運転モードでのパージ量を、第2燃料による運転モードでのパージ量よりも減少させるパージ減量ステップを備えることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御方法。
  3. 前記所定期間における第2燃料による運転モードでのエンジンの駆動トルクが、第1燃料による運転モードへ切り替えた直後の駆動トルクと等しくなるように、エンジンの駆動トルクを制御するトルク制御ステップを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジンの制御方法。
  4. 前記トルク制御ステップは、スロットル開度を制御するステップであることを特徴とする請求項3に記載のエンジンの制御方法。
  5. 燃焼時の熱量が低い非炭化水素系の第1燃料で運転する運転モードと第1燃料に対し燃焼時の熱量が高い炭化水素系の第2燃料で運転する運転モードのいずれか一方で運転するデュアルフューエルエンジンと、他の駆動源と、を備えたハイブリッド車両におけるエンジンの制御装置であって、
    運転者の要求に応じて、第1燃料又は第2燃料の内の一方による運転モードを選択し、選択した運転モードでエンジンを制御するエンジン制御手段と、
    第1燃料又は第2燃料による運転モードでエンジンを運転中に、第2燃料の蒸発燃料を所定のパージ量でエンジンに供給するためのパージを実行するパージ実行手段と、を備え、
    前記パージ実行手段は、第2燃料による運転モード実行時に、第1燃料による運転モードへの運転モード切り替えの要求が有った場合に、第2燃料による運転モードを所定期間継続して、この所定期間に、第2燃料による運転モードでのパージ量よりも増大したパージ量でパージを実行し、前記所定期間経過後に運転モードを第1燃料による運転モードへ切り替えることを特徴とするエンジンの制御装置。
  6. 前記パージ実行手段は、前記所定時間経過後に、第1燃料による運転モードでのパージ量を、第2燃料による運転モードでのパージ量よりも減少させることを特徴とする請求項5に記載のエンジンの制御装置。
  7. 前記所定期間における第2燃料による運転モードでのエンジンの駆動トルクが、第1燃料による運転モードへ切り替えた直後の駆動トルクと等しくなるように、エンジンの駆動トルクを制御するトルク制御手段を備えることを特徴とする請求項5又は6に記載のエンジンの制御装置。
  8. 前記トルク制御手段は、スロットル開度を制御することにより、駆動トルクを制御することを特徴とする請求項7に記載のエンジンの制御装置。
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