JP2011047282A - Control device of hydrogen engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気系の触媒上流側に素子加熱用ヒータを有する空燃比センサを備えた、水素を燃料とする水素エンジンの制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a hydrogen engine using hydrogen as a fuel, provided with an air-fuel ratio sensor having an element heating heater on the upstream side of a catalyst in an exhaust system.
従来から、排気通路に排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサを配設し、この空燃比センサの出力に基づいて燃焼室に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御することが行われている。この種の空燃比センサとしては、酸素濃度に応じた起電力を出力する素子と、当該素子を加熱する素子加熱用ヒータとを有していて、エンジン始動時に素子加熱用ヒータに通電することにより、素子を速やかに活性させ、十分な起電力を確保するものが多い。 Conventionally, an air-fuel ratio sensor that detects an oxygen concentration in exhaust gas is provided in the exhaust passage, and feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber is performed based on the output of the air-fuel ratio sensor. ing. This type of air-fuel ratio sensor has an element that outputs an electromotive force according to the oxygen concentration, and an element heating heater that heats the element. By energizing the element heating heater when the engine is started, Many devices activate the device quickly and ensure sufficient electromotive force.
また、エンジン始動時などには、エンジンの駆動状態は不安定なため、それに対処すべくフィードバック制御の応答性は極力良好であることが要求されるが、触媒下流側で酸素濃度を検出したのではタイムラグが大きくなって応答性のよい空燃比制御が困難なことから、空燃比センサは触媒上流側に設けられることが多い。 In addition, when the engine is started, the engine drive state is unstable, and it is required that the feedback control responsiveness be as good as possible to cope with it. However, the oxygen concentration was detected downstream of the catalyst. In this case, the air-fuel ratio sensor is often provided on the upstream side of the catalyst because the time lag becomes large and air-fuel ratio control with good response is difficult.
しかしながら、水素エンジンを搭載した車両では、空燃比センサを触媒上流側に設けた場合には、以下のような問題がある。すなわち、水素エンジンにおいては、水素の燃焼により多量の水分が発生し、この水分により触媒上流側で空燃比センサの素子が被水するおそれがある。このように素子が被水した状態でヒータが通電されると、被水部分が温度上昇し難いため、素子の熱応力が不均一となり、素子に歪が生じて素子割れが発生するという問題がある。 However, a vehicle equipped with a hydrogen engine has the following problems when the air-fuel ratio sensor is provided on the upstream side of the catalyst. That is, in the hydrogen engine, a large amount of water is generated by the combustion of hydrogen, and there is a possibility that the element of the air-fuel ratio sensor is wetted by this water on the upstream side of the catalyst. When the heater is energized in such a state that the element is wet, the temperature of the wetted part is difficult to rise, so that the thermal stress of the element becomes non-uniform, the element is distorted, and the element is cracked. is there.
このような素子割れの発生を抑えるために、例えば、特許文献1には、触媒上流に配設され、ヒータを有する第1空燃比センサと、触媒中又は触媒下流に配設された第2空燃比センサとを備え、第1空燃比センサが所定の活性温度に達するまでは、ヒータへの通電を制限するとともに、第2空燃比センサの出力に基づいて空燃比制御を行う水素エンジンの空燃比制御装置が開示されている。 In order to suppress the occurrence of such element cracking, for example, Patent Document 1 discloses a first air-fuel ratio sensor that is disposed upstream of the catalyst and has a heater, and a second air space that is disposed in the catalyst or downstream of the catalyst. An air-fuel ratio of a hydrogen engine that includes an air-fuel ratio sensor and restricts energization to the heater until the first air-fuel ratio sensor reaches a predetermined activation temperature and performs air-fuel ratio control based on the output of the second air-fuel ratio sensor A control device is disclosed.
また、素子の被水を抑制するために、素子を覆うようにカバーを設けた構造も提案されている。 In addition, a structure in which a cover is provided so as to cover the element has been proposed in order to suppress the moisture of the element.
しかしながら、上記特許文献1のもののように空燃比センサを複数用いるものや、素子を覆うようにカバーを設けたものでは、部品点数が増加するのに伴い、組立工数が増加したり、コストが上昇したりするという問題がある。 However, in the case of using a plurality of air-fuel ratio sensors as in the above-mentioned Patent Document 1, or in the case where a cover is provided so as to cover the element, as the number of parts increases, the number of assembly steps increases and the cost increases. There is a problem of doing.
本発明は、か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、排気系の触媒上流側に素子加熱用ヒータを有する空燃比センサを備えた水素エンジンの制御装置において、複数の空燃比センサやカバー等を設けることなく、素子の被水による素子割れを抑制する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a control apparatus for a hydrogen engine including an air-fuel ratio sensor having an element heating heater on the upstream side of a catalyst in an exhaust system. It is an object of the present invention to provide a technique for suppressing element cracking due to water exposure to an element without providing an air-fuel ratio sensor or a cover.
上記目的を達成するために本発明では、目標空燃比を制御することにより、極冷間時には、水分の発生自体を抑えるように、また極冷間時よりも高温の冷間時には、暖機を促進して発生した水分を蒸発させるようにしている。 In order to achieve the above object, the present invention controls the target air-fuel ratio so as to suppress the generation of moisture itself at the time of extreme cold, and at the time of cold at a higher temperature than at the time of extreme cold, Moisture generated by evaporation is evaporated.
第1の発明は、排気系の触媒上流側に素子加熱用ヒータを有する空燃比センサを備え、水素を燃料とする水素エンジンの制御装置であって、上記エンジンに関連する温度を検出する温度検出手段と、上記温度検出手段により検出された温度に応じて、目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、をさらに備え、上記目標空燃比設定手段は、上記温度検出手段により検出された温度が、第1基準温度未満の極冷間時には、目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に設定する一方、第1基準温度以上且つ当該第1基準温度よりも高い第2基準温度未満の冷間時には、目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に設定することを特徴とするものである。 A first aspect of the present invention is a hydrogen engine control apparatus having an air-fuel ratio sensor having an element heating heater on the upstream side of a catalyst in an exhaust system and using hydrogen as fuel, and detecting the temperature related to the engine And a target air-fuel ratio setting means for setting a target air-fuel ratio according to the temperature detected by the temperature detection means, wherein the target air-fuel ratio setting means is a temperature detected by the temperature detection means. However, at the time of extreme cold below the first reference temperature, the target air-fuel ratio is set to a lean air-fuel ratio that is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, while it is less than the second reference temperature that is higher than the first reference temperature and higher than the first reference temperature. In the cold state, the target air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio.
第1の発明によれば、水素を燃料とすることから、排気系の触媒等が活性化されていない場合でも、ガソリン等に比べてエミッション性能の低下が抑えられる。 According to the first invention, since hydrogen is used as a fuel, a decrease in emission performance is suppressed as compared with gasoline or the like even when an exhaust catalyst or the like is not activated.
ここで、極めて温度が低い状態で燃料として水素を用いると、排気ガス中に含まれる水分が冷やされて、排気系に設けられた空燃比センサが被水するおそれがあるが、温度検出手段により検出されたエンジンに関連する温度が第1基準温度未満の極冷間時には、目標空燃比設定手段が目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に設定するので、排気系における水分の発生が抑えられる。これにより、素子の被水が抑えられるので、素子加熱用ヒータの加熱による素子割れの発生を抑制することができる。 Here, if hydrogen is used as the fuel in a very low temperature, the moisture contained in the exhaust gas is cooled, and the air-fuel ratio sensor provided in the exhaust system may be flooded. When the detected temperature related to the engine is extremely cold below the first reference temperature, the target air-fuel ratio setting means sets the target air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio. Is suppressed. Thereby, since the moisture of an element is suppressed, generation | occurrence | production of the element crack by the heating of the heater for element heating can be suppressed.
一方、温度検出手段により検出された温度が第1基準温度以上且つ第2基準温度未満の冷間時には、目標空燃比設定手段が目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に設定するので、暖機が促進されて、暖機完了までの時間が短縮される。これにより、発生した水分が蒸発して、素子の被水が抑えられるので、素子加熱用ヒータの加熱による素子割れの発生を抑制することができる。 On the other hand, when the temperature detected by the temperature detecting means is cold between the first reference temperature and the second reference temperature, the target air-fuel ratio setting means has a target air-fuel ratio that is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, warm-up is promoted and the time until warm-up is completed is shortened. As a result, the generated water evaporates and the moisture of the element is suppressed, so that the occurrence of element cracking due to the heating of the element heating heater can be suppressed.
以上のように、検出されたエンジンに関連する温度に応じて目標空燃比を切換えることで、複数の空燃比センサやカバー等を設けることなく、素子の被水による素子割れを抑制することができる。よって、部品点数の増加を抑えて、組立工数の増加やコストの上昇を抑えることができる。 As described above, by switching the target air-fuel ratio in accordance with the detected temperature related to the engine, it is possible to suppress element cracking due to flooding of the element without providing a plurality of air-fuel ratio sensors and covers. . Therefore, an increase in the number of parts can be suppressed, and an increase in assembly man-hours and an increase in cost can be suppressed.
第2の発明は、上記第1の発明において、上記エンジンは、当該エンジンにより回転駆動されて発電する発電機を有しており、リーン空燃比によるリーン運転時に、エンジンに負荷をかけるように上記発電機を制御する発電機制御手段をさらに備えていることを特徴とするものである。 According to a second invention, in the first invention, the engine includes a generator that is driven to rotate by the engine to generate electric power, and applies a load to the engine during lean operation with a lean air-fuel ratio. It further comprises generator control means for controlling the generator.
第2の発明によれば、発電機制御手段は、リーン空燃比によるリーン運転時に、発電機を発電させることによってエンジンに負荷をかけるので、排気系における水分の発生を抑えつつ、暖機完了の早期化を図ることができる。また、エンジンに負荷をかけることによってエンジンの暖機を促進するので、単純にエンジン回転数を上昇させることでエンジンの暖機を促進する場合に比べて、乗員に違和感を与えるのを抑えることができる。 According to the second invention, the generator control means applies a load to the engine by generating the generator during the lean operation with the lean air-fuel ratio, so that the warm-up completion is suppressed while suppressing the generation of moisture in the exhaust system. It can be accelerated. In addition, since the engine warm-up is promoted by applying a load to the engine, it is possible to suppress the passenger from feeling uncomfortable compared to the case where the engine warm-up is promoted simply by increasing the engine speed. it can.
第3の発明は、上記第2の発明において、上記発電機による発電電力を充放電可能なバッテリのSOCを検出するSOC検出手段をさらに備え、上記発電機制御手段は、上記SOC検出手段により検出された上記バッテリのSOCが第1基準値以下のときは、上記発電機による発電電力を当該バッテリに充電させることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, further comprising SOC detection means for detecting the SOC of a battery capable of charging / discharging the power generated by the generator, wherein the generator control means is detected by the SOC detection means. When the SOC of the battery is less than or equal to the first reference value, the battery is charged with power generated by the generator.
ところで、エンジンに関連する温度が低いときは、バッテリの温度が低いことが多い。そうして、バッテリの温度が極端に低い場合には、バッテリから大きな電力を引き出せないおそれがある。 By the way, when the temperature related to the engine is low, the temperature of the battery is often low. Then, when the temperature of the battery is extremely low, there is a possibility that large electric power cannot be drawn from the battery.
ここで、第3の発明によれば、発電機制御手段は、SOC検出手段により検出されたバッテリのSOCが第1基準値以下のときは、発電機による発電電力を当該バッテリに充電させるので、バッテリのSOCを高めることができる。また、このようにバッテリに電流を流すことで、バッテリの内部抵抗により熱を発生させて、バッテリを内部から暖めるのでバッテリの暖機を促進できる。 Here, according to the third invention, when the SOC of the battery detected by the SOC detection means is equal to or lower than the first reference value, the generator control means charges the battery with the power generated by the generator. The SOC of the battery can be increased. In addition, by passing current through the battery in this way, heat is generated by the internal resistance of the battery and the battery is warmed from the inside, so that warming up of the battery can be promoted.
第4の発明は、上記第3の発明において、上記発電機制御手段は、上記バッテリのSOCが、第1基準値よりも低い第2基準値に達するまで、当該バッテリの電力を用いて車両に搭載された電気部品を作動させる制御と、当該バッテリのSOCが第1基準値に達するまで、上記発電機による発電電力を当該バッテリに充電させる制御を交互に実行することを特徴とするものである。 In a fourth aspect based on the third aspect, the generator control means uses the electric power of the battery to the vehicle until the SOC of the battery reaches a second reference value lower than the first reference value. The control for operating the mounted electrical component and the control for charging the battery with the power generated by the generator until the SOC of the battery reaches the first reference value are alternately performed. .
第4の発明によれば、SOCの第1基準値と第2基準値との間で、電気部品の作動によるバッテリの放電と発電機によるバッテリの充電とを交互に行うので、極冷間時であってもバッテリの暖機をさらに促進することができる。 According to the fourth invention, between the first reference value and the second reference value of the SOC, the discharging of the battery due to the operation of the electrical components and the charging of the battery by the generator are alternately performed. Even so, the warm-up of the battery can be further promoted.
第5の発明は、上記第1〜4のいずれか1つの発明において、上記目標空燃比設定手段は、上記温度検出手段により検出された温度が、エンジンの暖機完了温度として設定された第2基準温度以上の温間時には、目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に設定することを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the target air-fuel ratio setting unit is a second unit in which the temperature detected by the temperature detection unit is set as a warm-up completion temperature of the engine. When the temperature is higher than the reference temperature, the target air-fuel ratio is set to a lean air-fuel ratio that is larger than the stoichiometric air-fuel ratio.
第5の発明によれば、エンジンの暖機が完了したときは、目標空燃比設定手段が目標空燃比をリーン空燃比に設定するので、エミッション性能及び暖機完了後の燃費を向上させることができる。 According to the fifth invention, when the warm-up of the engine is completed, the target air-fuel ratio setting means sets the target air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, so that it is possible to improve the emission performance and the fuel consumption after the warm-up is completed. it can.
本発明に係る水素エンジンの制御装置によれば、極冷間時には、目標空燃比設定手段が目標空燃比をリーン空燃比に設定するので、排気系における水分の発生が抑えられて素子の被水が抑えられることから、素子加熱用ヒータの加熱による素子割れの発生を抑制することができる。 According to the control device for a hydrogen engine according to the present invention, the target air-fuel ratio setting means sets the target air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio when the temperature is extremely cold. Therefore, the occurrence of element cracking due to the heating of the element heating heater can be suppressed.
一方、冷間時には、目標空燃比設定手段が目標空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比に設定するので、暖機完了までの時間が短縮され、発生した水分の蒸発により素子の被水が抑えられることから、素子加熱用ヒータの加熱による素子割れの発生を抑制することができる。 On the other hand, since the target air-fuel ratio setting means sets the target air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio when cold, the time until the warm-up is completed is shortened, and the moisture of the element is suppressed by evaporation of the generated water. Therefore, the occurrence of element cracking due to the heating of the element heating heater can be suppressed.
以上のように、検出されたエンジンに関連する温度に応じて目標空燃比を切換えることで、複数の空燃比センサやカバー等を設けることなく、素子の被水による素子割れを抑制することができる。 As described above, by switching the target air-fuel ratio in accordance with the detected temperature related to the engine, it is possible to suppress element cracking due to flooding of the element without providing a plurality of air-fuel ratio sensors and covers. .
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る水素エンジンの制御装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成図である。この車両1は、エンジン5並びに第1及び第2モータ7,9を動力源として備え、このエンジン5は発電にのみ使用して、車両1が動くための動力は全てモータ7,9に頼る所謂シリーズハイブリッド車両である。車両1は、エンジン5並びに第1及び第2モータ7,9の他に、パワートレインコントロールモジュール(PCM)3と、電流及び電圧センサ61が設けられ、第1モータ(発電機)7及び第2モータ(走行用モータ)9による発電電力を充放電可能なバッテリ11と、当該バッテリ11と第1モータ7とに接続されている第1インバータ17と、当該第1インバータ17とバッテリ11と第2モータ9とに接続されている第2インバータ19とを備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid vehicle equipped with a hydrogen engine control device according to an embodiment of the present invention. The vehicle 1 includes an
このエンジン5は、ロータリーエンジンであるとともに、使用燃料をガソリンと、ガソリンに比べて触媒未活性時における排気エミッションが少ない水素との間で選択的に切り替えて駆動可能なデュアルフューエルエンジンとされている。そうして、燃料切換スイッチ63(図3参照)の操作によって水素が選択されると、水素タンク13内の水素が水素噴射用のインジェクタ33(図3参照)に供給される一方、ガソリンが選択されると、ガソリンタンク15内のガソリンがガソリン噴射用のインジェクタ35に供給される。なお、排気エミッションとは、触媒通過後の排ガス中に含まれる有害成分(HC、CO、NOx等)のことをいう。
The
エンジン5の出力軸は第1モータ7の出力軸と連結されており、第1モータ7は、エンジン5により回転駆動されて発電する。第1モータ7にて発電された交流発電電力は、第1インバータ17で直流電力に変換されてバッテリ11に充電されたり、第2インバータ19に供給されたりする。
The output shaft of the
一方、第2インバータ19は、バッテリ11の放電により供給された直流電力や第1インバータ17から供給された直流電力を交流電力に変換して、第2モータ9へ供給するとともに、第2モータ9からの回生電力をバッテリ11に充電する。
On the other hand, the
第2モータ9は、前後左右の4つの車輪21a,21a,21b,21bのうち左右の前輪(駆動輪)21a,21aにディファレンシャルギア23を介して連結されていて、図2に示す制御マップに従ってPCM3により制御される。すなわち、第2モータ9は、車両1の定速運転時等のように当該第2モータ9に要求される出力トルクが低い低トルク運転時や車両始動時にはバッテリ11から供給される電力により駆動され(図2の領域A)、中トルク運転時にはエンジン5により駆動される第1モータ7から供給される電力によって駆動され(図2の領域B)、急加速時等の出力トルクが高い高トルク運転時には当該第1モータ7及びバッテリ11の双方から供給される電力により駆動される(図2の領域C)。ただし、冷間始動時等にはエンジン5の暖機のため、また、バッテリ11のSOC(State Of Charge)が低いときには、例外的に、全領域(領域A、領域B及び領域C)でエンジン5を駆動させる。
The
なお、SOCとはバッテリ11の充電状態を表す量であり、満充電状態をSOCが100%と表す一方、充電量がゼロの状態をSOCが0%とを表す。また、バッテリ11の開放電圧(無負荷時の電圧)とバッテリ11のSOCとは一対一の対応関係にあることから、バッテリ11の電圧及び電流を計測することによりSOCを求めることができる。
Note that the SOC is an amount representing the state of charge of the
上記エンジン5は、図3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とサイドハウジングとに囲まれたロータ収容室(気筒)25,25に概略三角形状のロータ27,27が収容されて構成されており、その外周側には3つの作動室が区画されている。このエンジン5は、図示は省略するが、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込むようにして一体化し、その間に形成される2つの気筒25,25にそれぞれロータ27,27を収容した2ロータタイプのものであり、図3では、その2つの気筒25,25を展開した状態で図示している。
As shown in FIG. 3, the
ロータ27は、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のトロコイド内周面に当接した状態でエキセントリックシャフト29の周りを自転しながら、当該エキセントリックシャフト29の軸心の周りに公転する。そして、ロータ27が1回転する間に、当該ロータ27の各頂部間にそれぞれ形成された作動室が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27を介してエキセントリックシャフト29から出力される。
The
エンジン5の各気筒25,25には、2つの点火プラグ31,31が設けられており、この2つの点火プラグ31,31はそれぞれ、ロータハウジングの短軸近傍に配設されている一方、各気筒25,25には、水素タンク13から供給された水素を筒内に直接噴射する、2つの水素噴射用のインジェクタ33が設けられており(図3では各気筒に1つのみ示す)、2つの水素噴射用インジェクタ33はそれぞれ、ロータハウジングの長軸近傍に、エキセントリックシャフト29の軸方向に並んで配置されている。
The
また、各気筒25,25には、吸気行程にある作動室に連通するように吸気通路37が連通しているとともに、排気行程にある作動室に連通するように排気通路(排気系)39が連通している。これら吸気通路37と排気通路39とは、EGR通路41で接続されており、当該EGR通路41に設けられたEGR弁43の開度を制御するEGR弁アクチュエータ45の操作により、排気通路39の排気ガスの一部が吸気通路37に還流されるようになっている。
Each
吸気通路37の上流側には、吸気量を検出するエアフローセンサ67とステッピングモータ等のアクチュエータ49により駆動されて吸気通路37の断面積を調節するスロットル弁47とが配設されているとともに、吸気通路37の下流側には、ガソリンタンク15から供給されるガソリンを吸気通路37内に噴射するためのガソリン噴射用のインジェクタ35が配設されている。また、排気通路39には、排気を浄化するための排気浄化触媒としての三元触媒(触媒)51が配設されている。
On the upstream side of the
この三元触媒51の上流側には排気ガス中の酸素濃度を検出するリニア空燃比センサ(空燃比センサ)53が配設されている。このリニア空燃比センサ53にはヒータ(素子加熱用ヒータ)53bが備えられており、このヒータ53bにより素子部53aを加熱して所定温度に維持するように構成されている。より詳しくは、このリニア空燃比センサ53は、図4に示すように、酸素濃度検出用素子部(素子)53aと、この素子部53aを加熱するヒータ53bと、素子部53aに対する通電及び検出信号出力のためのセンサ回路53cと、ヒータ53bへの通電のためのヒータ通電回路53dとを備えている。
A linear air-fuel ratio sensor (air-fuel ratio sensor) 53 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas is disposed upstream of the three-
素子部53aは、ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質部材からなる一対の素子53e,53fを有している。この両素子53e,53fは、それぞれ酸素濃度比測定用電池素子53e及び酸素ポンプ素子53fとして機能するものであり、それぞれの両側面には電極層53e’,53e’,53f’,53f’が形成されている。両素子間53e,53fには、排気通路39から排気ガスを拡散層53gを介して一定の拡散速度で導入する拡散室53hが形成され、また、酸素濃度比測定用電池素子53eの片側には、一定酸素濃度(例えば大気と同程度の酸素濃度)に保たれた比較酸素濃度室53iが形成されている。また、素子部53aに接続されるセンサ回路53cは、オペアンプ53j、抵抗53k等を含み、出力端子53mから信号を出力するようになっている。
The
このリニア空燃比センサ53は、具体的には次のようにして排気ガス中の酸素濃度を検出する。すなわち、両素子53e,53fを構成する酸素イオン伝導性固体電解質部材は、酸素分圧が異なる2室間に配置されたとき、その両室の酸素分圧の比に応じた酸素イオンが素子内を移動することで起電力を生じて電池として機能し、また、両電極間に電圧が印加されたときは片側から酸素を取り込んで反対側に酸素を放出する酸素ポンプとして機能する。
Specifically, the linear air-
そして、拡散室53h内の排気ガス中の酸素が多くなると酸素ポンプ素子53fにより拡散室53hから外部に酸素が汲み出され、拡散室53h内の排気ガス中の酸素が不足すると酸素ポンプ素子53fにより拡散室53hに外部から酸素が取り込まれて、拡散室53h内が理論空燃比相当状態に保たれるように、酸素濃度比測定用電池素子53eに生じる電圧の変化に応じオペアンプ53jを介して酸素ポンプ素子53fに加わる電圧が調節され、これに伴って酸素ポンプ素子53fに流れる電流に応じた出力が抵抗から取り出され、出力端子53mから出力される。
When the oxygen in the exhaust gas in the
これら点火プラグ31,31、EGR弁アクチュエータ45、スロットル弁47のアクチュエータ49、水素及びガソリン噴射用の各インジェクタ33,35、第1及び第2モータ7,9、第1及び第2インバータ17,19、リニア空燃比センサ53等は、制御手段としてのPCM3によって作動制御される。
The spark plugs 31 and 31, the EGR valve actuator 45, the
このPCM3には、本実施形態に係る制御に必要な信号として、少なくとも、車両1の速度を検出する車速センサ55、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ57、エンジン5に関連する温度、具体的にはエンジン水温Twを検出する水温センサ(温度検出手段)59、上記電流センサ61a及び電圧センサ61b、上記燃料切換スイッチ63、バッテリ11の温度Tbatを検出するバッテリ温度センサ65、上記エアフローセンサ67、並びに、上記リニア空燃比センサ53の各出力信号が入力される。
The
本実施形態における水素エンジンの制御装置においては、PCM3の制御により、水素使用時は水素噴射用インジェクタ33から水素が、ガソリン使用時はガソリン噴射用インジェクタ35からガソリンが、エンジン5に対し供給されて当該エンジン5が駆動される。また、水素使用時及びガソリン使用時のそれぞれにおいて、PCM3により空燃比制御が実行される。つまり、リニア空燃比センサ53からの出力信号に基づいて、三元触媒51の上流側の空燃比が目標空燃比となるように、スロットル開度及びエンジン回転数を制御するフィードバック制御が実行される。
In the control device for the hydrogen engine in the present embodiment, hydrogen is supplied from the hydrogen injection injector 33 to the
ここで、水素を燃料として用いる場合には、水素の燃焼により多量の水分が発生し、この水分により三元触媒51の上流側でリニア空燃比センサ53の素子部53aが被水するおそれがある。そうして、素子部53aが被水した状態でヒータ53bが通電されると、被水部分が温度上昇し難いため、素子部53aの熱応力が不均一となり、素子部53aに歪が生じて素子割れが発生するおそれがある。このような素子部53aの被水は、排気ガス中に含まれる水分が冷やされる、極めてエンジン5の温度が低いときほど生じやすい。また、このように極めてエンジン5の温度が低いときは三元触媒51が未活性であることから、エンジン5の温度が高いときに比べて、排気エミッションが多くなる。
Here, when hydrogen is used as a fuel, a large amount of moisture is generated by the combustion of hydrogen, and the moisture may cause the
このため、本実施形態の水素エンジンの制御装置においては、リニア空燃比センサ53の素子部53aの割れ防止及び水素使用時における排気エミッションの低減化を図るために、目標空燃比を極冷間始動時、冷間始動時及び温間始動時に分けて設定する。
For this reason, in the control device for the hydrogen engine of the present embodiment, the target air-fuel ratio is started at an extremely cold temperature in order to prevent cracking of the
より詳しくは、PCM3は、水温センサ59により検出されたエンジン水温Twが、第1基準温度Tw1未満の極冷間時には、目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に設定する一方、水温センサ59により検出されたエンジン水温Twが第1基準温度Tw1以上且つ第1基準温度Tw1よりも高い第2基準温度Tw2未満の冷間時には、目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に設定する。さらに、PCM3は、水温センサ59により検出されたエンジン水温Twが、エンジン5の暖機完了温度として設定された第2基準温度Tw2以上のときは、目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に設定する。このことで、PCM3は、検出されたエンジン水温Twに応じて、目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段を構成することになる。
More specifically, the
以下、燃料として水素が用いられる場合における、極冷間始動時、冷間始動時及び温間始動時の制御をタイムチャートを用いて説明する。 Hereinafter, the control during the cold start, the cold start, and the warm start when hydrogen is used as the fuel will be described using a time chart.
−極冷間始動時−
図5(a)に示すように、水温センサ59により検出されたエンジン水温Twが、第1基準温度Tw1未満の極冷間時には、水温センサ59からの信号を受けたPCM3が、水素の燃焼により多量の水分が発生するのを抑えるために、図5(b)に示すように、目標空燃比をリーン空燃比に設定する。
-During cold start-
As shown in FIG. 5 (a), when the engine water temperature Tw detected by the
また、PCM3は、リーン空燃比によるリーン運転時には、エンジン5に負荷をかけるために、第1モータ7がエンジン5の駆動力によって発電するように実行指令を出力する。このことで、PCM3は、リーン空燃比によるリーン運転時に、エンジン5に負荷をかけるように第1モータ7を制御する発電機制御手段を構成することになる。このように、エンジン5に負荷をかけることで、エンジン5の暖機が促進され、図5(a)に示すように、エンジン水温Twが第1基準温度Tw1以上となる。
Further, the
そうして、エンジン水温Twが第1基準温度Tw1以上且つ第2基準温度Tw2未満の冷間時には、エンジン5の暖機をさらに促進するために、図5(b)に示すように、目標空燃比をリッチ空燃比(理論空燃比でもよい)に設定する。これにより、エンジン5の暖機が促進され、図5(a)に示すように、エンジン水温Twが第2基準温度Tw2以上となる。
Then, when the engine water temperature Tw is cold, which is equal to or higher than the first reference temperature Tw1 and lower than the second reference temperature Tw2, in order to further promote the warm-up of the
エンジン水温Twが第2基準温度Tw2以上の温間時には、エミッション性能及び暖機完了後の燃費を向上させるために、図5(b)に示すように、目標空燃比を再びリーン空燃比に設定する。 When the engine water temperature Tw is warmer than the second reference temperature Tw2, the target air-fuel ratio is set to the lean air-fuel ratio again as shown in FIG. 5 (b) in order to improve the emission performance and the fuel efficiency after completion of warm-up. To do.
ここで、エンジン水温Twが低いときは、バッテリ11の温度Tbatが低いことが多い。そうして、バッテリ11の温度Tbatが極端に低い場合には、バッテリ11から大きな電力を引き出せず、大電流を第2モータ9に流せなくなるおそれがある。
Here, when the engine coolant temperature Tw is low, the temperature Tbat of the
このため、PCM3は、バッテリ11の内部抵抗により熱を発生させて、バッテリ11を内部から暖めるために、検出したバッテリ11のSOCが第1基準値(たとえば、10℃)未満のときは、第1モータ7による発電電力を当該バッテリ11に充電させるように構成されている。
Therefore, the
すなわち、図5(c)に示すように、バッテリ温度Tbatが、バッテリ11の暖機完了温度として設定された基準バッテリ温度Tbat1未満の場合、バッテリ温度センサ65からの信号を受けたPCM3が、電流センサ61a及び電圧センサ61bにより検出されたバッテリ11の電流及び電圧値に基づいて、バッテリ11のSOCを算出する。このことで、PCM3は、電流センサ61a及び電圧センサ61bと共に、バッテリのSOCを検出するSOC検出手段を構成することになる。そうして、図5(d)に示すように、バッテリ11のSOCが第1基準値SOC1以下であれば、PCM3は、第1モータ7による発電電力を第1インバータ17を介して当該バッテリ11に充電させる。
That is, as shown in FIG. 5C, when the battery temperature Tbat is lower than the reference battery temperature Tbat1 set as the warm-up completion temperature of the
ここで、仮にバッテリ11のSOCが第1基準値SOC1に達するまでに、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1以上に、すなわち、バッテリ11の暖機が完了すればよいが、そうでない場合に、第1モータ7による発電電力を当該バッテリ11に充電させ続ければ、バッテリ温度Tbatが許容範囲(例えば、10℃〜30℃)を超えることになる。
Here, it is sufficient that the battery temperature Tbat is equal to or higher than the reference battery temperature Tbat1 until the SOC of the
このため、PCM3は、バッテリ11のSOCが、第1基準値SOC1よりも低い第2基準値SOC2に達するまで、当該バッテリ11の充電電力を用いて車両1に搭載された電気部品を作動させる制御と、当該バッテリ11のSOCが第1基準値SOC1に達するまで、第1モータ7による発電電力を当該バッテリ11に充電させる制御を交互に実行するように構成されている。
Therefore, the
具体的には、第1基準値SOC1に達したバッテリ11のSOCが第2基準値SOC2に達するまで、当該バッテリ11の充電電力を用いて車両1に搭載された電気部品(不図示のヒータやフロントウインドウの熱線等)を作動させる。そうして、バッテリ11のSOCが第2基準値SOC2に達すると、今度は逆に、バッテリ11のSOCがSOC1に達するまで、第1モータ7による発電電力を第1インバータ17を介して当該バッテリ11に充電させる。PCM3は、図5(c)及び(d)に示すように、このよう電気部品の作動によるバッテリ11の放電と第1モータ7によるバッテリ11の充電とを、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1以上になるまで繰り返す。
Specifically, until the SOC of the
一方、図6(a)及び図6(c)に示すように、エンジン水温Twが第1基準温度Tw1未満で、且つ、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1よりも極めて小さい場合にも、PCM3は、図6(d)に示すように、第1モータ7によるバッテリ11の充電と電気部品の作動によるバッテリ11の放電とを繰り返すが、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1以上になる前に、エンジン水温Twが第1基準温度Tw1以上になることがある。この場合には、図6(b)に示すように、目標空燃比がリッチ空燃比に設定されるので、エンジン5に負荷をかける必要がないことから、PCM3は、第1モータ7の発電が制限し、図6(d)に示すように、バッテリ温度Tbatが第1基準バッテリ温度Tbat1以上になるまで、当該バッテリ11の充電電力を放電させる。
On the other hand, as shown in FIGS. 6A and 6C, even when the engine water temperature Tw is lower than the first reference temperature Tw1 and the battery temperature Tbat is extremely lower than the reference battery temperature Tbat1, 6 (d), the charging of the
なお、バッテリ11の暖機が完了した後は、第1モータ7による発電電力をバッテリ11に充電させることなく電気部品に用いるので、図5(d)及び図6(d)に示すように、バッテリ11のSOCは変動しない。
After the warm-up of the
−冷間始動時−
図7(a)に示すように、水温センサ59により検出されたエンジン水温Twが、第1基準温度Tw1以上且つ第2基準温度Tw2未満の冷間時には、水温センサ59からの信号を受けたPCM3が、エンジン5の暖機を促進するために、図7(b)に示すように、目標空燃比をリッチ空燃比(理論空燃比でもよい)に設定する。
-At cold start-
As shown in FIG. 7A, when the engine water temperature Tw detected by the
そうして、エンジン5の暖機が促進され、図7(a)に示すように、水温センサ59により検出されたエンジン水温Twが第2基準温度Tw2以上になると、エミッション性能及び暖機完了後の燃費を向上させるために、図5(b)に示すように、目標空燃比をリーン空燃比に設定する。
Thus, warming up of the
また、図7(c)に示すように、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1未満の場合、PCM3は、図7(d)の実線に示すように、バッテリ温度Tbatが第1基準バッテリ温度Tbat1以上になるまで、当該バッテリ11の充電電力を放電させる。このように、バッテリ11の内部抵抗により熱を発生させる制御を、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1以上になるまで繰り返す。なお、図7(d)の破線に示すように、バッテリ11の充電電力を放電させた後、第1モータ7による発電電力を当該バッテリ11に充電させてもよい。
Further, as shown in FIG. 7C, when the battery temperature Tbat is lower than the reference battery temperature Tbat1, the
−温間始動時−
図8(a)に示すように、水温センサ59により検出されたエンジン水温Twが、第2基準温度Tw2以上の温間時には、水温センサ59からの信号を受けたPCM3が、エミッション性能及び燃費を向上させるために、図8(b)に示すように、目標空燃比をリーン空燃比に設定する。
-At warm start-
As shown in FIG. 8A, when the engine water temperature Tw detected by the
また、図8(c)に示すように、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1よりも僅かに低い場合、PCM3は、図8(d)の実線に示すように、バッテリ温度Tbatが第1基準バッテリ温度Tbat1以上になるまで、当該バッテリ11の充電電力を放電させる。このように、バッテリ11の内部抵抗により熱を発生させる制御を、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1以上になるまで繰り返す。なお、図8(d)の破線に示すように、バッテリ11の充電電力を放電させた後、第1モータ7による発電電力を当該バッテリ11に充電させてもよい。
Further, as shown in FIG. 8C, when the battery temperature Tbat is slightly lower than the reference battery temperature Tbat1, the
−制御装置の処理動作−
ここで、制御装置の処理動作について、図9に示すフローチャートに基づいて説明する。
-Processing operation of control device-
Here, the processing operation of the control device will be described based on the flowchart shown in FIG.
先ず、最初のステップSA1では、水温センサ59により検出されたエンジン水温Twと、燃料切換スイッチ63の操作によって選択された燃料と、車速センサ55により検出された車速と、アクセル開度センサ57により検出されたアクセル開度と、バッテリ温度センサ65により検出されたバッテリ温度Tbatと、電流センサ61aにより検出されたバッテリ11の電流及び電圧センサ61bにより検出されたバッテリ11の電圧値と、をPCM3が読み込み、しかる後にステップSA2に進む。
First, in the first step SA1, the engine water temperature Tw detected by the
次のステップSA2では、PCM3が、バッテリ11の電流及び電圧値に基づいて、バッテリ11のSOCを算出し、しかる後にステップSA3に進む。次のステップSA3では、エンジン水温Twが第2基準温度Tw2未満か否かを判定する。このステップSA3の判定がNOであるとき、すなわち温間始動であると判定されたときは、ステップSA4に進む。
In the next step SA2, the
次のステップSA4では、ステップSA2で算出されたバッテリ11のSOCに基づいて、バッテリ放電走行が可能か否かを判定する。このステップSA4の判定がYESであるとき、すなわちバッテリ11から供給される電力のみにより走行が可能であると判定されたときは、ステップSA5に進み、上記図2に示す制御マップに従って制御を行い、しかる後にリターンする。一方、ステップSA4の判定がNOであるときは、ステップSA6に進む。
In the next step SA4, it is determined whether or not battery discharge traveling is possible based on the SOC of the
次のステップSA6では、燃料切換スイッチ63の操作によって水素が選択されたか否かを判定する。このステップSA6の判定がNOであるときは、ステップSA7に進み、燃料としてガソリンを選択し、次のステップSA8で目標空燃比を理論空燃比(λ=1)に設定する。 In the next step SA6, it is determined whether or not hydrogen has been selected by operating the fuel selector switch 63. If the determination in step SA6 is NO, the process proceeds to step SA7, gasoline is selected as the fuel, and the target air-fuel ratio is set to the theoretical air-fuel ratio (λ = 1) in the next step SA8.
次のステップSA9では、三元触媒51の上流側の空燃比が理論空燃比となるように、ステップSA1で読み込んだ車速及びアクセル開度に基づいてスロットル開度及びエンジン回転数Nを決定するフィードバック制御が実行され、しかる後にステップSA10に進む。
In the next step SA9, feedback for determining the throttle opening and the engine speed N based on the vehicle speed and the accelerator opening read in step SA1 so that the air-fuel ratio upstream of the three-
次のステップSA10では、ステップSA1で読み込まれたバッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1未満か否かを判定する。このステップSA10の判定がNOであるとき、すなわち、バッテリ11の暖機が完了しているときは、そのままリターンする。一方、ステップSA10の判定がYESであるときは、ステップSA11に進み、バッテリ11の充電電力を放電させる放電制御、又は、バッテリ11の充電電力を放電させた後、第1モータ7による発電電力を当該バッテリ11に充電させる充放電制御を実行することで、バッテリ11の暖機を行い、しかる後にリターンする。
In the next step SA10, it is determined whether or not the battery temperature Tbat read in step SA1 is lower than the reference battery temperature Tbat1. When the determination in step SA10 is NO, that is, when the warm-up of the
これに対し、ステップSA6の判定がYESであるときは、ステップSA12に進み、燃料として水素を選択し、次のステップSA15で目標空燃比をリーン空燃比(λ>1)に設定する。一方、ステップSA3の判定がYESであるときは、ステップSA13に進んで、強制的に燃料として水素を選択し、しかる後にステップSA14に進む。次のステップSA14では、エンジン水温Twが第1基準温度Tw1未満か否か、すなわち極冷間時か否かを判定する。このステップSA14の判定がYESであるときは、ステップSA15に進んで、目標空燃比をリーン空燃比(λ>1)に設定する。このように、エンジン水温Twが第1基準温度Tw1未満の場合も、エンジン水温Twが第2基準温度Tw2以上の場合も共に、水素が燃料として用いられるときには、ステップSA15で、目標空燃比をリーン空燃比に設定し、しかる後にステップSA16に進む。 On the other hand, when the determination in step SA6 is YES, the process proceeds to step SA12, hydrogen is selected as the fuel, and the target air-fuel ratio is set to a lean air-fuel ratio (λ> 1) in the next step SA15. On the other hand, when the determination in step SA3 is YES, the process proceeds to step SA13, forcibly selects hydrogen as the fuel, and then proceeds to step SA14. In the next step SA14, it is determined whether or not the engine water temperature Tw is lower than the first reference temperature Tw1, that is, whether or not it is extremely cold. When the determination in step SA14 is YES, the process proceeds to step SA15 to set the target air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio (λ> 1). As described above, in both cases where the engine water temperature Tw is lower than the first reference temperature Tw1 and the engine water temperature Tw is equal to or higher than the second reference temperature Tw2, when the hydrogen is used as the fuel, the target air-fuel ratio is set to be lean in step SA15. The air-fuel ratio is set, and then the process proceeds to step SA16.
次のステップSA16では、エンジン5の運転条件が、スロットル弁47がほぼ全閉状態となっているアイドル運転か否かを判定する。このステップSA16の判定がYESであるときは、ステップSA17に進む。
In the next step SA16, it is determined whether or not the operating condition of the
次のステップSA17では、ステップSA3と同様に、エンジン水温Twが第2基準温度Tw2未満か否かを判定する。このステップSA17の判定がYESであるとき、すなわち極冷間であると判定されたときは、ステップSA18に進んで、スロットル弁47がほぼ全閉となっている状態から、第1モータ7を発電機として機能させるトルクが得られるようなスロットル開度でアイドル回転制御を実行し、しかる後にステップSA19に進む。
In the next step SA17, as in step SA3, it is determined whether or not the engine water temperature Tw is lower than the second reference temperature Tw2. When the determination in step SA17 is YES, that is, when it is determined that the temperature is extremely cold, the process proceeds to step SA18, and the
次のステップSA19では、PCM3が、第1モータ7を発電させることによってエンジン5に負荷をかけるように当該第1モータ7を制御して、エンジン5の暖機を促進し、しかる後にステップSA20に進み、後述する発電電力消費制御を行った後、リターンする。
In the next step SA19, the
一方、ステップSA17の判定がNOであるとき、すなわちエンジン5の暖機が完了していると判定されたときは、ステップSA21に進んで、スロットル弁47がほぼ全閉となっている状態からスロットル弁47を全開にしてアイドル回転制御を実行し、しかる後にステップSA24に進む。
On the other hand, when the determination in step SA17 is NO, that is, when it is determined that the warm-up of the
次のステップSA24では、ステップSA1で読み込まれたバッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1未満か否かを判定する。このステップSA24の判定がNOであるとき、すなわち、バッテリ11の暖機が完了しているときは、そのままリターンする。一方、ステップSA24の判定がYESであるときは、ステップSA25に進み、バッテリ11を放電、又は、バッテリ11を充放電させた後リターンする。
In the next step SA24, it is determined whether or not the battery temperature Tbat read in step SA1 is lower than the reference battery temperature Tbat1. If the determination in step SA24 is NO, that is, if the warm-up of the
これに対し、ステップSA16の判定がNOであるとき、すなわちエンジン5の運転条件がアイドル運転ではないと判定されたときは、ステップSA23に進む。次のステップSA23では、三元触媒51の上流側の空燃比がリーン空燃比となるように、車速及びアクセル開度に基づいてスロットル開度及びエンジン回転数Nを決定するフィードバック制御が実行され、しかる後にステップSA24に進む。
On the other hand, when the determination in step SA16 is NO, that is, when it is determined that the operation condition of the
次のステップSA24では、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1未満か否かを判定し、このステップSA24の判定がNOであるときは、そのままリターンする。一方、ステップSA24の判定がYESであるときは、ステップSA25に進み、バッテリ11を放電、又は、バッテリ11を充放電させた後リターンする。
In the next step SA24, it is determined whether or not the battery temperature Tbat is lower than the reference battery temperature Tbat1, and if the determination in step SA24 is NO, the process directly returns. On the other hand, when the determination in step SA24 is YES, the process proceeds to step SA25, where the
一方、ステップSA14の判定がNOであるときは、ステップSA22に進んで、目標空燃比を理論空燃比(λ=1)又はリッチ空燃比(λ<1)に設定し、しかる後にステップSA23に進む。 On the other hand, when the determination in step SA14 is NO, the process proceeds to step SA22 to set the target air-fuel ratio to the theoretical air-fuel ratio (λ = 1) or the rich air-fuel ratio (λ <1), and then proceeds to step SA23. .
次のステップSA23では、三元触媒51の上流側の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となるように、目標空燃比、車速及びアクセル開度に基づいてスロットル開度及びエンジン回転数Nを決定するフィードバック制御が実行され、しかる後にステップSA24に進む。
In the next step SA23, the throttle opening and the engine speed N are set based on the target air-fuel ratio, the vehicle speed and the accelerator opening so that the air-fuel ratio upstream of the three-
次のステップSA24では、バッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1未満か否かを判定し、このステップSA24の判定がNOであるときは、そのままリターンする。一方、ステップSA24の判定がYESであるときは、ステップSA25に進み、バッテリ11を放電、又は、バッテリ11を充放電させた後リターンする。
In the next step SA24, it is determined whether or not the battery temperature Tbat is lower than the reference battery temperature Tbat1, and if the determination in step SA24 is NO, the process directly returns. On the other hand, when the determination in step SA24 is YES, the process proceeds to step SA25, where the
次に、発電電力消費制御(ステップSA20)サブルーチンについて、図10に示すフローチャートを用いて説明する。 Next, the generated power consumption control (step SA20) subroutine will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
先ず、最初のステップSB1では、ステップSA1で読み込まれたバッテリ温度Tbatが基準バッテリ温度Tbat1未満か否かを判定する。このステップSB1の判定がNOであるとき、すなわち、バッテリ11の暖機が完了しているときは、ステップSB2に進む。次のステップSB2では、バッテリ11の暖機が完了していることから、第1モータ7による発電電力をバッテリ11に充電させることなく電気部品に用いて、発電電力を消費し、しかる後にエンドする。
First, in the first step SB1, it is determined whether or not the battery temperature Tbat read in step SA1 is lower than the reference battery temperature Tbat1. When the determination in step SB1 is NO, that is, when warming up of the
一方、ステップSB1の判定がYESであるときは、ステップSB3に進む。次のステップSB3では、ステップSA2で算出されたバッテリ11のSOCが第1基準値SOC1以下か否かを判定する。このステップSB3の判定がYESであるときは、ステップSB4に進み、バッテリ11の暖機を促進させつつバッテリ11のSOCを高めるために、第1モータ7による発電電力を第1インバータ17を介して当該バッテリ11に充電させ、しかる後にエンドする。
On the other hand, when the determination in step SB1 is YES, the process proceeds to step SB3. In the next step SB3, it is determined whether or not the SOC of the
これに対し、ステップSB3の判定がNOであるとき、すなわち、バッテリ11のSOCが第1基準値SOC1よりも高いときは、ステップSB5に進み、バッテリ11の充電電力を用いて車両1に搭載された電気部品を作動させ、しかる後にステップSB6に進む。
On the other hand, when the determination in step SB3 is NO, that is, when the SOC of the
次のステップSB6では、電流及び電圧センサ61により検出された、充電電力を電気部品の作動に用いた後のバッテリ11の電流及び電圧値をPCM3が読み込み、次のステップSB7では、PCM3が、ステップSB6で読み込まれたバッテリ11の電流及び電圧値に基づいて、バッテリ11のSOCを算出し、しかる後にステップSB8に進む。
In the next step SB6, the PCM3 reads the current and voltage values of the
次のステップSB8では、ステップSB7で算出されたバッテリ11のSOCが第2基準値SOC2以下か否かを判定する。このステップSB8の判定がYESであるときはエンドする一方、NOであるときは再びSB5に戻り、バッテリ11の充電電力を用いて車両1に搭載された電気部品を作動させる。つまり、ステップSB8の判定がYESになるまで、すなわち、バッテリ11のSOCが第2基準値SOC2以下になるまで、バッテリ11の充電電力を用いて車両1に搭載された電気部品を作動させる。
In the next step SB8, it is determined whether or not the SOC of the
−効果−
本実施形態によれば、水素を燃料とすることから、排気通路39の三元触媒51が活性化されていない場合でも、ガソリン等に比べてエミッション性能の低下が抑えられる。
-Effect-
According to this embodiment, since hydrogen is used as a fuel, even when the three-
また、水温センサ59により検出されたエンジン水温Twが第1基準温度Tw1未満の極冷間時には、PCM3が目標空燃比をリーン空燃比に設定するので、排気通路39における水分の発生が抑えられる。これにより、素子部53aの被水が抑えられるので、ヒータ53bの加熱による素子割れの発生を抑制することができる。
Further, when the engine water temperature Tw detected by the
一方、水温センサ59により検出された温度が第1基準温度Tw1以上且つ第2基準温度Tw2未満の冷間時には、PCM3が目標空燃比をリッチ空燃比に設定するので、暖機が促進されて、暖機完了までの時間が短縮される。これにより、発生した水分が蒸発して、素子部53aの被水が抑えられるので、ヒータ53bの加熱による素子割れの発生を抑制することができる。
On the other hand, when the temperature detected by the
以上のように、検出されたエンジン水温Twに応じて目標空燃比を切換えることで、複数のリニア空燃比センサやカバー等を設けることなく、素子部53aの被水による素子割れを抑制することができる。よって、部品点数の増加を抑えて、組立工数の増加やコストの上昇を抑えることができる。
As described above, by switching the target air-fuel ratio according to the detected engine water temperature Tw, it is possible to suppress element cracking due to the flooding of the
さらに、PCM3は、リーン空燃比によるリーン運転時には、第1モータ7を発電させることによってエンジン5に負荷をかけるので、排気通路39における水分の発生を抑えつつ、暖機完了の早期化を図ることができる。また、エンジン5に負荷をかけることによってエンジン5の暖機を促進するので、単純にエンジン回転数を上昇させることでエンジン5の暖機を促進する場合に比べて、乗員に違和感を与えるのを抑えることができる。
Further, the
さらに、PCM3は、バッテリ11のSOCが第1基準値SOC1以下のときは、第1モータ7による発電電力を当該バッテリ11に充電させるので、バッテリ11のSOCを高めることができる。また、このようにバッテリ11に電流を流すことで、バッテリ11の内部抵抗により熱を発生させて、バッテリ11を内部から暖めるのでバッテリ11の暖機を促進できる。
Furthermore, when the SOC of the
また、PCM3は、SOCの第1基準値SOC1と第2基準値SOC2との間で、電気部品の作動によるバッテリ11の放電と第1モータ7によるバッテリ11の充電とを交互に行うので、極冷間時であってもバッテリ11の暖機をさらに促進することができる。
Further, since the
さらに、エンジン5の暖機が完了したときは、PCM3が目標空燃比をリーン空燃比に設定するので、エミッション性能及び暖機完了後の燃費を向上させることができる。
Further, when the warm-up of the
(その他の実施形態)
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments, and can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof.
上記実施形態では、車両1を、使用燃料をガソリンと水素との間で選択的に切り替えて駆動可能なデュアルフューエルエンジンを搭載したハイブリッド車両としたが、これに限らず、水素を燃料とするエンジンである限り、単にロータリーエンジンを搭載した車両としてもよい。 In the above-described embodiment, the vehicle 1 is a hybrid vehicle equipped with a dual fuel engine that can be driven by selectively switching the fuel used between gasoline and hydrogen. As long as it is, it may be simply a vehicle equipped with a rotary engine.
また、上記実施形態では、バッテリ温度Tbat1の許容範囲として、10℃〜30℃を例示したが、これに限らず、バッテリの容量等に合わせて適宜決定してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although 10-30 degreeC was illustrated as an allowable range of battery temperature Tbat1, you may determine suitably according to the capacity | capacitance of a battery, etc. not only this.
このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 As described above, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
以上説明したように、本発明は、排気系の触媒上流側に素子加熱用ヒータを有する空燃比センサを備えた、水素を燃料とする水素エンジンの制御装置等について有用である。 As described above, the present invention is useful for a control device for a hydrogen engine using hydrogen as a fuel, provided with an air-fuel ratio sensor having an element heating heater on the upstream side of the catalyst in the exhaust system.
1 車両
3 PCM(目標空燃比設定手段)(発電機制御手段)(SOC検出手段)
5 エンジン(水素エンジン)
7 第1モータ(発電機)
11 バッテリ
39 排気通路(排気系)
51 三元触媒(触媒)
53 リニア空燃比センサ(空燃比センサ)
53b ヒータ(素子加熱用ヒータ)
59 水温センサ(温度検出手段)
61a 電流センサ(SOC検出手段)
61b 電圧センサ(SOC検出手段)
1
5 Engine (hydrogen engine)
7 First motor (generator)
11
51 Three-way catalyst (catalyst)
53 Linear air-fuel ratio sensor (air-fuel ratio sensor)
53b Heater (heater for element heating)
59 Water temperature sensor (temperature detection means)
61a Current sensor (SOC detection means)
61b Voltage sensor (SOC detection means)
Claims (5)
上記エンジンに関連する温度を検出する温度検出手段と、
上記温度検出手段により検出された温度に応じて、目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、をさらに備え、
上記目標空燃比設定手段は、上記温度検出手段により検出された温度が、第1基準温度未満の極冷間時には、目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に設定する一方、第1基準温度以上且つ当該第1基準温度よりも高い第2基準温度未満の冷間時には、目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に設定することを特徴とする水素エンジンの制御装置。 A control device for a hydrogen engine comprising an air-fuel ratio sensor having a heater for heating an element on the upstream side of an exhaust system catalyst and using hydrogen as fuel,
Temperature detecting means for detecting a temperature related to the engine;
A target air-fuel ratio setting means for setting a target air-fuel ratio according to the temperature detected by the temperature detection means,
The target air-fuel ratio setting means sets the target air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio when the temperature detected by the temperature detection means is extremely cold below the first reference temperature. In a hydrogen engine characterized by setting the target air-fuel ratio to a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio when the temperature is lower than the second reference temperature higher than the first reference temperature and lower than the second reference temperature. Control device.
上記エンジンは、当該エンジンにより回転駆動されて発電する発電機を有しており、
リーン空燃比によるリーン運転時に、エンジンに負荷をかけるように上記発電機を制御する発電機制御手段をさらに備えていることを特徴とする水素エンジンの制御装置。 The hydrogen engine control device according to claim 1,
The engine has a generator that is driven by the engine to generate electricity,
A control device for a hydrogen engine, further comprising generator control means for controlling the generator so as to apply a load to the engine during lean operation with a lean air-fuel ratio.
上記発電機による発電電力を充放電可能なバッテリのSOCを検出するSOC検出手段をさらに備え、
上記発電機制御手段は、上記SOC検出手段により検出された上記バッテリのSOCが第1基準値以下のときは、上記発電機による発電電力を当該バッテリに充電させることを特徴とする水素エンジンの制御装置。 The control device for a hydrogen engine according to claim 2,
SOC detection means for detecting the SOC of the battery capable of charging and discharging the power generated by the generator,
The generator control means controls the hydrogen engine to charge the battery with power generated by the generator when the SOC of the battery detected by the SOC detection means is equal to or less than a first reference value. apparatus.
上記発電機制御手段は、上記バッテリのSOCが、第1基準値よりも低い第2基準値に達するまで、当該バッテリの電力を用いて車両に搭載された電気部品を作動させる制御と、当該バッテリのSOCが第1基準値に達するまで、上記発電機による発電電力を当該バッテリに充電させる制御を交互に実行することを特徴とする水素エンジンの制御装置。 The control device for a hydrogen engine according to claim 3,
The generator control means controls the electric component mounted on the vehicle to operate using the electric power of the battery until the SOC of the battery reaches a second reference value lower than the first reference value; A control device for a hydrogen engine that alternately executes control for charging the battery with electric power generated by the generator until the SOC of the battery reaches a first reference value.
上記目標空燃比設定手段は、上記温度検出手段により検出された温度が、エンジンの暖機完了温度として設定された第2基準温度以上の温間時には、目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に設定することを特徴とする水素エンジンの制御装置。 In the control device of the hydrogen engine according to any one of claims 1 to 4,
The target air-fuel ratio setting means sets the target air-fuel ratio to a lean value larger than the stoichiometric air-fuel ratio when the temperature detected by the temperature detection means is warmer than a second reference temperature set as the engine warm-up completion temperature. A control device for a hydrogen engine, characterized in that the air-fuel ratio is set.
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