JP2015129455A - Hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示された技術は、NOx吸蔵還元触媒を備えたハイブリッド車に関するものである。 The technology disclosed here relates to a hybrid vehicle including a NOx storage reduction catalyst.
従来より、NOx吸蔵還元触媒が排気通路に設けられたハイブリッド車が知られている。例えば、特許文献1に係るハイブリッド車では、触媒のNOx吸蔵量が増加すると、NOx吸蔵還元触媒の再生が行われる。NOx吸蔵還元触媒の再生では、空燃比がリッチとなるリッチ運転が行われ、触媒に吸蔵されたNOxを燃料により還元される。
Conventionally, a hybrid vehicle in which an NOx storage reduction catalyst is provided in an exhaust passage is known. For example, in the hybrid vehicle according to
しかしながら、空燃比がリーンなリーン運転から、NOx吸蔵還元触媒の再生時のリッチ運転に移行する際に、NOx排出量が一時的に増大する場合がある。NOx吸蔵還元触媒の再生を行うときは、NOx吸蔵還元触媒でNOxを吸蔵できる余裕があまり無いときであるので、このタイミングでNOx排出量が増大することは好ましくない。 However, when shifting from a lean operation where the air-fuel ratio is lean to a rich operation during regeneration of the NOx storage reduction catalyst, the NOx emission amount may temporarily increase. The regeneration of the NOx occlusion reduction catalyst is performed when there is not much room for NOx occlusion by the NOx occlusion reduction catalyst, so it is not preferable that the NOx emission amount increase at this timing.
ここに開示された技術は、NOx吸蔵還元触媒の再生を行う際のNOx排出量の増大を抑制するものである。 The technology disclosed here suppresses an increase in the NOx emission amount when the NOx storage reduction catalyst is regenerated.
ここに開示されたハイブリッド車は、エンジンと、前記エンジンに駆動されて発電するモータジェネレータと、前記エンジンの排気系に設けられた三元触媒及びNOx吸蔵還元触媒と、前記エンジン及び前記モータジェネレータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記エンジンの空燃比がリッチな状態で該エンジンを運転することによって、前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを還元して該NOx吸蔵還元触媒を再生する触媒再生運転を実行するように構成されており、前記エンジンの空燃比が前記触媒再生運転時よりもリーンな状態で該エンジンを運転しているリーン運転から該触媒再生運転に移行する運転移行時、又は、該触媒再生運転から該リーン運転に移行する運転移行時には、該エンジンの空燃比を移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ変化させ、該エンジンの空燃比が変化している間、前記エンジンへの燃料噴射時期を移行前の運転時及び移行後の運転時よりも進角させるNOx抑制移行制御を実行するものとする。 The hybrid vehicle disclosed herein includes an engine, a motor generator that is driven by the engine to generate electric power, a three-way catalyst and a NOx occlusion reduction catalyst provided in an exhaust system of the engine, the engine and the motor generator. A control unit that controls the NOx occlusion reduction catalyst by reducing the NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst by operating the engine while the air-fuel ratio of the engine is rich. The catalyst regeneration operation is performed to regenerate the engine, and the operation shifts from the lean operation in which the engine is operating in a leaner state than the catalyst regeneration operation to the catalyst regeneration operation. At the time of operation transition, or at the time of operation transition to shift from the catalyst regeneration operation to the lean operation, the operation before shifting the air-fuel ratio of the engine While the air-fuel ratio of the engine is changing from the corresponding air-fuel ratio to the air-fuel ratio corresponding to the operation after the transition, the fuel injection timing to the engine is changed from the operation before the transition and the operation after the transition. It is assumed that the NOx suppression shift control for advancing is also executed.
前記の構成によれば、排気通路に三元触媒とNOx吸蔵還元触媒とが設けられている。三元触媒は、空燃比に応じてNOxの浄化特性が異なる。例えば、三元触媒は、理論空燃比において高い浄化性能を示し、空燃比がリーンな環境においてはNOxの浄化能力が低い。そこで、NOx吸蔵還元触媒を設けることによって、リーン運転を含む様々な運転状態におけるNOxの浄化を可能としている。 According to the above configuration, the three-way catalyst and the NOx storage reduction catalyst are provided in the exhaust passage. The three-way catalyst has different NOx purification characteristics depending on the air-fuel ratio. For example, a three-way catalyst exhibits high purification performance at a stoichiometric air-fuel ratio, and has a low NOx purification capacity in an environment where the air-fuel ratio is lean. Therefore, by providing the NOx storage reduction catalyst, it is possible to purify NOx in various operating states including lean operation.
NOx吸蔵還元触媒は、NOxの吸蔵量が増大していくと、やがて触媒再生運転を行う必要がある。触媒再生運転では、エンジンの空燃比がリッチな状態にされ、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxが燃料により還元される。 As the NOx storage amount increases, the NOx storage reduction catalyst eventually needs to perform a catalyst regeneration operation. In the catalyst regeneration operation, the air-fuel ratio of the engine is made rich, and NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced by the fuel.
ところで、エンジンの燃焼室から排出されるNOxは、理論空燃比近傍の運転状態において多くなり、空燃比がリーンになるほど少なくなる。また、三元触媒の浄化性能は、理論空燃比近傍において高く、空燃比がリーンになるほど低下する。しかしながら、理論空燃比近傍の、空燃比がリーンな運転状態においては燃焼室から排出されるNOxの低下よりも、三元触媒の浄化性能の低下の方が大きいため、三元触媒下流におけるNOx排出量は、理論空燃比近傍のリーンな運転状態において大きくなる。つまり、エンジンの空燃比に対する燃焼室からのNOx排出量とエンジンの空燃比に対する三元触媒のNOx浄化性能との関係に起因して、エンジンの空燃比によっては三元触媒下流におけるNOx排出量を十分に低減できない場合がある。 By the way, NOx discharged from the combustion chamber of the engine increases in the operating state near the theoretical air-fuel ratio, and decreases as the air-fuel ratio becomes leaner. Further, the purification performance of the three-way catalyst is high near the stoichiometric air-fuel ratio, and decreases as the air-fuel ratio becomes leaner. However, in the operation state where the air-fuel ratio is lean near the stoichiometric air-fuel ratio, the reduction in the purification performance of the three-way catalyst is larger than the reduction in NOx discharged from the combustion chamber. The quantity increases in lean operating conditions near the stoichiometric air / fuel ratio. In other words, due to the relationship between the NOx emission amount from the combustion chamber with respect to the air-fuel ratio of the engine and the NOx purification performance of the three-way catalyst with respect to the air-fuel ratio of the engine, the NOx emission amount downstream of the three-way catalyst depends on the air-fuel ratio of the engine. There are cases where it cannot be reduced sufficiently.
前記触媒再生運転は、エンジンの空燃比がリッチであるため、燃焼室から排出されるNOxが少ないか又は三元触媒の浄化性能が高い運転状態であるので、三元触媒下流におけるNOx排出量も少ない。しかしながら、触媒再生運転に移行する場合には移行前の運転状態、又は、触媒再生運転から移行する場合には移行後の運転状態がリーンな運転状態である場合には、運転移行時に、エンジンの空燃比が三元触媒下流におけるNOx排出量が多くなる空燃比(例えば、空燃比が理論空燃比近くのリーンな空燃比)に一時的になってしまう場合がある。そうすると、三元触媒下流におけるNOx排出量が増加してしまう虞がある。 In the catalyst regeneration operation, since the air-fuel ratio of the engine is rich, the NOx exhausted from the combustion chamber is low or the purification performance of the three-way catalyst is high. Few. However, when shifting to the catalyst regeneration operation, or when shifting from the catalyst regeneration operation, when the operation state after the transition is a lean operation state, In some cases, the air-fuel ratio temporarily becomes an air-fuel ratio (for example, a lean air-fuel ratio in which the air-fuel ratio is close to the stoichiometric air-fuel ratio) at which the amount of NOx emission downstream of the three-way catalyst increases. As a result, the NOx emission amount downstream of the three-way catalyst may increase.
それに対し、前記の構成では、リーン運転から触媒再生運転に移行するとき、又は、触媒再生運転からリーン運転に移行するときには、エンジンの空燃比を移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ変化させ、空燃比が変化している間、燃料噴射時期を移行前の運転時及び移行後の運転時よりも進角させるNOx抑制移行制御を実行する。エンジンの空燃比が移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ変化させられるので、エンジンの空燃比が三元触媒下流におけるNOx排出量が多くなる空燃比に一時的になってしまう。しかしながら、このときには、燃焼供給時期が進角させられている、即ち、燃料が早めに供給されているので、燃料と空気がより均質に混ざり合う。これにより、局所的な急速燃焼によるNOxの発生を抑制することができる。その結果、燃焼室からのNOx排出量の増大を抑制することができる。 On the other hand, in the above configuration, when shifting from the lean operation to the catalyst regeneration operation, or when shifting from the catalyst regeneration operation to the lean operation, the engine air-fuel ratio is changed from the air-fuel ratio corresponding to the operation before the transition after the transition. The air-fuel ratio corresponding to the operation is changed, and while the air-fuel ratio is changing, NOx suppression transition control is performed to advance the fuel injection timing more than during the operation before the transition and during the operation after the transition. Since the air-fuel ratio of the engine is changed from the air-fuel ratio corresponding to the operation before the transition to the air-fuel ratio corresponding to the operation after the transition, the engine air-fuel ratio temporarily changes to the air-fuel ratio where the NOx emission amount downstream of the three-way catalyst increases. It becomes like. However, at this time, the combustion supply timing is advanced, that is, the fuel is supplied early, so that the fuel and air are mixed more uniformly. Thereby, generation | occurrence | production of NOx by local rapid combustion can be suppressed. As a result, an increase in NOx emission from the combustion chamber can be suppressed.
また、前記制御部は、前記運転移行時の前記燃料噴射時期の進角量を前記エンジンの空燃比がリッチになるほど大きくするようにしてもよい。 Further, the control unit may increase the advance amount of the fuel injection timing at the time of the operation transition as the air-fuel ratio of the engine becomes richer.
空気量に対する燃料量が多くなればなるほど、筒内での燃料の偏在の問題が大きくなる。前記の構成によれば、空気量に対する燃料量が多くなるほど、燃料噴射時期が進角させられるので、空燃比の増加にもかかわらず、混合気を均質にすることができる。 As the amount of fuel with respect to the amount of air increases, the problem of uneven distribution of fuel in the cylinder increases. According to the above-described configuration, the fuel injection timing is advanced as the fuel amount with respect to the air amount increases, so that the air-fuel mixture can be made homogeneous despite the increase in the air-fuel ratio.
さらに、前記制御部は、前記運転移行時に前記エンジンの空燃比及び前記燃料噴射時期の進角量に応じて該エンジンの点火時期をリタードさせてもよい。 Furthermore, the control unit may retard the ignition timing of the engine according to the air-fuel ratio of the engine and the advance amount of the fuel injection timing at the time of the transition to operation.
前記の構成によれば、空燃比及び燃料噴射時期に応じて点火時期がリタードさせられる。その結果、空燃比及び燃料噴射時期に応じた適切なエンジン運転状態を実現できると共に、空燃比が変化する際のエンジン回転数の急変を低減することができる。 According to the above configuration, the ignition timing is retarded according to the air-fuel ratio and the fuel injection timing. As a result, it is possible to realize an appropriate engine operation state according to the air-fuel ratio and the fuel injection timing, and it is possible to reduce a sudden change in the engine speed when the air-fuel ratio changes.
さらに、前記制御部は、前記NOx抑制制御において、前記エンジンの空燃比が移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ変化するように前記エンジンの運転状態を漸次変更し、該エンジンの空燃比に応じて前記燃料噴射時期の進角量を調整するように構成されており、バッテリのSOCが所定の第1容量以上であり且つ要求される発電量が所定の第1発電量以下であるときには、前記NOx抑制移行制御を実行する一方、バッテリのSOCが該第1容量よりも小さい又は要求される発電量が該第1発電量よりも大きいときには、前記運転移行時に、前記エンジンの空燃比が移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ前記NOx抑制移行制御よりも短い期間で変化するように前記エンジンの運転状態を変更する通常移行制御を行うようにしてもよい。 Further, in the NOx suppression control, the control unit gradually changes the operating state of the engine so that the air-fuel ratio of the engine changes from the air-fuel ratio corresponding to the operation before the transition to the air-fuel ratio corresponding to the operation after the transition. And the advance amount of the fuel injection timing is adjusted in accordance with the air-fuel ratio of the engine, and the SOC of the battery is not less than a predetermined first capacity and the required power generation amount is a predetermined amount. When the power generation amount is equal to or less than the first power generation amount, the NOx suppression shift control is executed. On the other hand, when the SOC of the battery is smaller than the first capacity or the required power generation amount is larger than the first power generation amount, the operation transition is performed. Sometimes, the engine air-fuel ratio changes from an air-fuel ratio corresponding to the operation before the transition to an air-fuel ratio corresponding to the operation after the transition in a shorter period than the NOx suppression transition control. You may perform normal transition control to change the operating condition.
前記の構成によれば、バッテリの充電状態が悪いとき(即ち、SOCが第1容量よりも小さいとき)又は要求される発電量(以下、「要求発電量」という)が大きいとき(即ち、要求発電量が第1発電量よりも大きいとき)には、運転移行時に、NOx抑制移行制御ではなく、通常移行制御を行う。通常移行制御は、NOx抑制移行制御に比べて、エンジンの空燃比が移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ変化する期間が短いので、触媒再生運転を完了して発電運転に戻ってくるまでの時間が短くなる。その結果、バッテリを可及的速やかに充電することができる。 According to the above configuration, when the state of charge of the battery is bad (that is, when the SOC is smaller than the first capacity) or when the required power generation amount (hereinafter referred to as “required power generation amount”) is large (that is, the request When the power generation amount is larger than the first power generation amount), the normal transition control is performed instead of the NOx suppression transition control at the time of operation transition. Compared to NOx suppression transition control, the normal transition control completes the catalyst regeneration operation because the period during which the engine air-fuel ratio changes from the air-fuel ratio corresponding to the operation before the transition to the air-fuel ratio corresponding to the operation after the transition is shorter. The time until returning to power generation operation is shortened. As a result, the battery can be charged as quickly as possible.
さらに、前記制御部は、前記NOx吸蔵還元触媒のNOxの吸蔵量が所定の第1吸蔵量以上のときに前記触媒再生運転を実行し、前記NOx吸蔵還元触媒のNOxの吸蔵量が前記第1吸蔵量よりも小さい場合であっても、該NOxの吸蔵量が前記第1吸蔵量よりも小さい第2吸蔵量以上であり且つバッテリのSOCが前記第1容量よりも大きい第2容量以下であるときには前記NOx抑制移行制御を行いつつ前記触媒再生運転を実行するようにしてもよい。 Further, the control unit executes the catalyst regeneration operation when the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is equal to or greater than a predetermined first occlusion amount, and the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is the first occlusion amount. Even when the storage amount is smaller than the storage amount, the NOx storage amount is not less than the second storage amount smaller than the first storage amount and the SOC of the battery is not more than the second capacity larger than the first capacity. Sometimes, the catalyst regeneration operation may be executed while performing the NOx suppression transition control.
前記の構成によれば、触媒再生運転は、基本的にはNOxの吸蔵量が第1吸蔵量以上のときに実行される。しかし、NOxの吸蔵量が第1吸蔵量に達していなくても、NOx吸蔵量が或る程度多く(即ち、NOxの吸蔵量が第2吸蔵量以上である)且つバッテリの充電状態が悪いけれども前記通常移行制御の条件よりは大きい(即ち、SOCが第1容量よりも大きい第2容量以下)ときには、NOx抑制移行制御を伴う触媒再生運転が実行される。つまり、通常であれば触媒再生運転を行わないようなNOxの吸蔵量であっても、NOxの吸蔵量がすぐに触媒再生運転の実行条件に達し且つ、バッテリのSOCがすぐに通常移行制御の実行条件まで低下してNOx抑制移行制御が実行できなくなることが予測されるような場合には、前もってNOx抑制移行制御を伴う触媒再生運転を実行する。これにより、エミッション性能を向上させた触媒再生運転を行うことができる。 According to the above configuration, the catalyst regeneration operation is basically executed when the storage amount of NOx is equal to or greater than the first storage amount. However, even if the NOx storage amount does not reach the first storage amount, the NOx storage amount is somewhat large (that is, the NOx storage amount is greater than or equal to the second storage amount) and the battery is in a poorly charged state. When the condition is larger than the normal transition control condition (that is, the SOC is equal to or less than the second capacity larger than the first capacity), the catalyst regeneration operation with the NOx suppression transition control is executed. That is, even if the NOx occlusion amount is such that the catalyst regeneration operation is not normally performed, the NOx occlusion amount immediately reaches the execution condition of the catalyst regeneration operation, and the SOC of the battery immediately becomes the normal transition control. In the case where it is predicted that the NOx suppression shift control cannot be executed due to a decrease to the execution condition, the catalyst regeneration operation with the NOx suppression shift control is executed in advance. Thereby, catalyst regeneration operation with improved emission performance can be performed.
前記ハイブリッド車によれば、NOx吸蔵還元触媒の再生を行う際のNOx排出量の増大を抑制することができる。 According to the hybrid vehicle, it is possible to suppress an increase in NOx emission when the NOx storage reduction catalyst is regenerated.
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、ハイブリッド車1(以下、「車両1」という)の概略図である。図2は、ハイブリッド車のエンジン及び制御システムを示す図である。
Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a hybrid vehicle 1 (hereinafter referred to as “
この車両1は、所謂シリーズ式のハイブリッド車であって、エンジン10と、回転軸が該エンジン10の出力軸(後述のエキセントリックシャフト13)に連結されていて、エンジン10を駆動して始動させかつ該始動後のエンジン10により駆動されて発電するモータジェネレータ20と、このモータジェネレータ20によって発電された電力が蓄電(充電)される高電圧・大容量のバッテリ30と、エンジン10に駆動されることによるモータジェネレータ20の発電電力及びバッテリ30の蓄電電力(放電電力)のうちの少なくとも一方の電力で駆動される走行用モータ40とを備えている。
This
モータジェネレータ20、バッテリ30及び走行用モータ40の間には、インバータ50が設けられている。このインバータ50を介して、モータジェネレータ20の発電電力が、バッテリ30及び/又は走行用モータ40に供給されるとともに、バッテリ30からの放電電力が、モータジェネレータ20及び/又は走行用モータ40に供給される。
An
走行用モータ40は、モータジェネレータ20の発電電力及びバッテリ30からの放電電力の少なくとも一方が供給されることにより駆動される。この走行用モータ40の駆動力が、デファレンシャル装置60を介して、駆動輪としての左右の前輪61に伝達され、これにより、車両1が走行する。尚、走行用モータ40は、回生発電電力を発生可能なものであって、車両1の減速時にジェネレータとして作動して、その発電した電力(回生発電電力)がバッテリ30に充電される。また、バッテリ30は、車両1の外部の電源による外部充電が可能である。
The traveling
エンジン10は、モータジェネレータ20による発電用にのみ使用される。エンジン10は、本実施形態では、水素タンク70に貯留されている水素ガスが、燃料として供給される水素エンジンである。
図2に示すように、エンジン10は、ツインロータ式(2気筒)のロータリピストンエンジンであって、2つの繭状のロータハウジング11内(気筒内)に形成されるロータ収容室11aに、概略三角形状のロータ12がそれぞれ収容されて構成されている。2つのロータハウジング11は、3つのサイドハウジング(図示せず)の間に挟み込むようにして該サイドハウジングと一体化されてなり、各ロータハウジング11とその両側のサイドハウジングとで各ロータ収容室11aが形成される。尚、図2では、2つのロータハウジング11(2つの気筒)を展開した状態で図示しており、2つのロータハウジング11内の中央部にそれぞれ描いているエキセントリックシャフト13は、同じものである。
As shown in FIG. 2, the
前記各ロータ12は、その三角形の各頂部に図示しないアペックスシールを有し、これらアペックスシールがロータハウジング11のトロコイド内周面に摺接しており、このことで、各ロータ12により各ロータ収容室11a(各気筒内)に3つの作動室(燃焼室に相当)が画成される。そして、各ロータ12は、該ロータ12の3つのアペックスシールが各々ロータハウジング11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13の周りを自転しながら、該エキセントリックシャフト13の軸心の周りに公転するようになっている。ロータ12が1回転する間に、該ロータ12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12を介して出力軸としてのエキセントリックシャフト13から出力される。
Each of the
前記各ロータ収容室11aには、吸気行程にある作動室に連通するように吸気通路14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15が連通している。吸気通路14は、上流側では1つであるが、下流側では、2つの分岐路に分岐してそれぞれ前記各ロータ収容室11aに連通している。吸気通路14の前記分岐部よりも上流側には、ステッピングモータ等のスロットル弁アクチュエータ90により駆動されて吸気通路14の断面積(弁開度)を調節するスロットル弁16が配設されている。吸気通路14の前記分岐部よりも下流側の各分岐路には、前記水素タンク70から供給された水素(燃料)を吸気通路14内に噴射する予混合用インジェクタ17(燃料噴射弁)が配設されている。この予混合用インジェクタ17により噴射された水素は空気と混合された状態(予混合状態)で、吸気行程にある作動室に供給される。
Each
前記排気通路15は、上流側では、各ロータ収容室11aにそれぞれ連通するように2つ設けられているが、下流側では、1つに合流されている。この排気通路15の該合流部よりも下流側には、排気ガスを浄化するための三元触媒81とNOx吸蔵還元触媒(以下、「NOx触媒」という)82とが配設されている。また、排気通路15には、三元触媒81の上流側に空燃比センサ105が設けられている。尚、図2において吸気通路14及び排気通路15に図示した矢印は、吸気及び排気の流れを示している。
Two
前記各ロータハウジング11(各気筒)には、前記水素タンク70から供給された水素(燃料)をロータ収容室11a内(気筒内)に直接噴射する直噴用インジェクタ18(燃料噴射弁)と、前記予混合用インジェクタ17又は直噴用インジェクタ18より噴射された水素の点火を行う点火プラグ19とが設けられている。
In each rotor housing 11 (each cylinder), a direct injection injector 18 (fuel injection valve) that directly injects hydrogen (fuel) supplied from the
予混合用インジェクタ17は、後述のエンジン水温センサ106により検出されたエンジン冷却水の温度(エンジン水温)が、予め設定された設定温度よりも低いときに作動する。一方、直噴用インジェクタ18は、前記エンジン水温が前記設定温度以上であるときに作動する。これは、前記エンジン水温が前記設定温度よりも低いときには、燃料(水素)が燃焼した際に生じる水蒸気が直噴用インジェクタ18の噴口において氷結して該噴口が塞がれる場合があるからである。また、ロータハウジング11のトロコイド内周面に付着した氷が、ロータ12のアペックスシールによって直噴用インジェクタ18の噴口内に掻き込まれ、このことによっても直噴用インジェクタ18の噴口が塞がれる場合がある。このように直噴用インジェクタ18の噴口が塞がれると、ロータ収容室11a内に供給される燃料量が不足する。そこで、前記氷結によるロータ収容室11a内への供給燃料量の不足を防止するべく、前記エンジン水温が、直噴用インジェクタ18の噴口で氷結が生じるような温度にあるときには、予混合用インジェクタ17により燃料の噴射を行う。前記エンジン水温が前記設定温度以上になれば、直噴用インジェクタ18の噴口内の氷が溶けるとともに、燃料(水素)が燃焼した際に生じる水蒸気が氷結することもないので、空気の充填率を高めて高トルクが得られるように直噴用インジェクタ18から水素を噴射する。
The
ここで、エンジン10の始動時においては、その前のエンジン停止直前のエンジン水温が、通常は、前記設定温度以上であり、そのエンジン停止直前に発生した水蒸気は蒸発しているので、始動時における前記エンジン水温が前記設定温度よりも低くても、直噴用インジェクタ18の噴口内に氷が存在する可能性は低い。そこで、エンジン10の始動性を高めるべく、直噴用インジェクタ18から燃料を噴射する。そして、エンジン10の始動後においても、前記エンジン水温が前記設定温度よりも低い場合には、直噴用インジェクタ18から予混合用インジェクタ17に切り換えることになる。
Here, when the
尚、本実施形態では、予混合用インジェクタ17は各分岐路において1つしか設けられていないが、直噴用インジェクタ18は、各ロータハウジング11において、エキセントリックシャフト13の軸方向(図2の紙面に垂直な方向)に2つ並んで配設されている(図2では、1つしか見えていない)。
In the present embodiment, only one
車両1には、バッテリ30に出入りする電流及びバッテリ30の電圧を検出するバッテリ電流・電圧センサ101と、車両1のドライバによるアクセルペダルの踏み込み量(ドライバの操作によるアクセル開度)を検出するアクセル開度センサ102と、車両1の車速を検出する車速センサ103と、エキセントリックシャフト13に設けられ、エキセントリックシャフト13の回転角度位置を検出する回転角センサ104と、エンジン10の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ105と、ロータハウジング11の内部に形成されたウォータジャケット(図示せず)に臨んで該ウォータジャケット内を流れるエンジン冷却水の温度(エンジン水温)を検出するエンジン水温センサ106と、水素タンク70内の圧力(つまり水素タンク70内の水素残量)を検出するタンク圧力センサ107と、吸気通路14内に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ108と、バッテリ30の温度を検出するバッテリ温度センサ109と、エンジン10の作動制御や、インバータ50の作動制御(つまりモータジェネレータ20及び走行用モータ40の作動制御)等を行うコントロールユニット100とが設けられている。
The
前記エアフローセンサ108により検出される吸気流量は、エンジン10の各気筒への空気充填量に対応している。また、回転角センサ104は、エンジン10の回転数(以下、エンジン回転数という)を検出するエンジン回転数センサを兼ねている。さらに、空燃比センサ105により検出される排気ガスの空燃比は、エンジン10の実空燃比に対応している。
The intake flow rate detected by the
コントロールユニット100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、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)バスと、を備えている。コントロールユニット100には、バッテリ電流・電圧センサ101、アクセル開度センサ102、車速センサ103、回転角センサ104、空燃比センサ105、エンジン水温センサ106、タンク圧力センサ107、エアフローセンサ108、バッテリ温度センサ109等からの各種信号が入力されるようになっている。コントロールユニット100は、制御部の一例である。
The
そして、コントロールユニット100は、前記入力信号に基づいて、スロットル弁アクチュエータ90、ポート噴射用インジェクタ17、直噴用インジェクタ18、点火プラグ19に対して制御信号を出力してエンジン10を制御するとともに、インバータ50に対して制御信号を出力してモータジェネレータ20及び走行用モータ40を制御する。
Based on the input signal, the
インバータ50は、モータジェネレータ20の作動状態を、バッテリ30からの電力供給により駆動トルクを発生させてエンジン10を駆動する駆動状態と、エンジン10による駆動により発電して該発電電力をバッテリ30や走行用モータ40に供給する発電状態とに切り換える機能を持っている。そして、コントロールユニット100は、インバータ50を制御して、エンジン10の始動時には、モータジェネレータ20の作動状態を前記駆動状態としてエンジン10を始動し、エンジン10の始動後には、前記発電状態に切り換える。モータジェネレータ20が前記発電状態にあるとき、インバータ50の制御によりモータジェネレータ20の吸収トルクを変更することで、モータジェネレータ20による発電電力を変更することができるようになっている。また、インバータ50は、モータジェネレータ20を、エンジン10を駆動もせずかつ発電もしない空回り状態(モータジェネレータ20の吸収トルクが0である状態)にすることも可能であり、コントロールユニット100がインバータ50を制御してモータジェネレータ20を空回り状態にしたとき、エンジン10は、負荷がかからない無負荷運転状態となる。一方、モータジェネレータ20が前記発電状態にあるとき、エンジン10は、モータジェネレータ20の発電動作による負荷がかかる有負荷運転状態となる。
The
さらに、インバータ50は、走行用モータ40の駆動を、バッテリ30からの放電電力のみでもって行う第1態様と、モータジェネレータ20からの発電電力のみでもって行う第2態様と、バッテリ30及びモータジェネレータ20の両方からの電力でもって行う第3態様とに切換えることができる機能を持っている。
また、コントロールユニット100は、バッテリ電流・電圧センサ101により検出された、バッテリ30に出入りする電流及びバッテリ30の電圧に基づいて、バッテリ30の残存容量(SOC)を検出する。コントロールユニット100は、バッテリ30のSOCが高い状況では該1態様を優先的に使用し、SOCが低い状況では第2態様又は第3態様を優先的に使用する。ここでの第2態様とは、発電電力が全て走行用モータ40で消費される場合と、発電電力が走行用モータ40での消費とバッテリ30の充電との両方に使われる場合とがある。前者の場合には、SOCを維持しながら走行用モータ40を駆動し、後者の場合には、SOCを増加させながら(充電しながら)走行用モータ40を駆動する。第3態様の状況としては、アクセル開度センサ102等からの入力情報に基づくドライバの加速要求が大きい場面や、バッテリ30の放電可能電力が低い場合等が挙げられる。尚、タンク圧力センサ107による水素タンク70内の水素残量が所定値以下になった場合やエンジン10がオーバーヒートした場合などでは第1態様を選択する。
The
コントロールユニット100は、発電要求に基づいて、エンジン10にモータジェネレータ20を駆動させ発電を行う(以下、この運転を「発電運転」という)。発電要求は、例えば、バッテリ30の放電可能電力が低いとき又は、ドライバの加速要求が大きいときに発せられる。また、要求される発電量は、バッテリ30の放電可能電力又はドライバの加速要求の大きさに応じて変化する。
Based on the power generation request, the
コントロールユニット100は、発電運転時は、燃費向上のために、理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比(例えば、空気過剰率λ=2.3)でエンジン10を作動させる。このとき、エンジン10は、燃費向上のために最も効率のよい所定回転数(例えば2000rpm)での定回転数運転とされる。ただし、発電要求が大きい場合には、該発電要求に応じた、所定回転数よりも高いエンジン回転数でエンジン10が運転される。
During power generation operation, the
また、コントロールユニット100は、NOx触媒82におけるNOxの吸蔵量が所定量以上となると、エンジン10に触媒再生運転を実行させる。詳しくは、コントロールユニット100は、NOx吸蔵量を推定しており、推定により求めたNOx吸蔵量が所定量以上となると、エンジン10に触媒再生運転を実行させる。触媒再生運転では、エンジン10は、空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比(例えば、空気過剰率λ=0.8)で運転される。エンジン10をリッチ空燃比で運転することによって、NOx触媒82に到達した燃料が還元剤として機能して、NOx触媒82に吸蔵されたNOxを還元する。触媒再生運転は、NOx吸蔵量が十分に低減するまで(例えば、NOx吸蔵量が0となるまで)継続される。例えば、触媒再生運転は、予め設定された、NOx吸蔵量が十分に低減する所定時間(例えば10秒)だけ行われてもよい。
Further, the
触媒再生運転は、発電運転時と同じエンジン回転数での定回転数運転とされる。また、触媒再生運転時には、モータジェネレータ20が空回り状態にされ、エンジン10はアイドル運転状態にされる。アイドル運転状態は、基本的には、無負荷運転状態であるが、エンジン10に所定負荷以下の軽負荷(エンジン補機と同様の軽負荷)がかかる軽負荷運転状態であってもよい。
The catalyst regeneration operation is a constant speed operation at the same engine speed as that during the power generation operation. Further, during the catalyst regeneration operation, the motor generator 20 is made idle, and the
以下に、コントロールユニット100による触媒再生運転を詳しく説明する。図3は、触媒再生運転のフローチャートの前半部分である。図4は、触媒再生運転のフローチャートの後半部分である。
Hereinafter, the catalyst regeneration operation by the
まず、ステップS101において、コントロールユニット100は、前記各種センサからの出力信号を読み込む。
First, in step S101, the
そして、コントロールユニット100は、ステップS102において、NOx吸蔵量をメモリから読み出す。コントロールユニット100は、エンジン10の運転中にNOx触媒82に補足されるNOx補足量を算出し、該NOx補足量を積算して、NOx吸蔵量をメモリに記憶している。
In step S102, the
詳しくは、NOx補足量は、NOx触媒82の状態を含むエンジン運転状態に応じて変化する。NOx補足量は、現在のエンジン運転状態においてNOx触媒82で吸蔵できる最大吸蔵量と、前回のエンジン運転までに積算されたNOx吸蔵量と、現在のエンジン運転状態においてNOx触媒82に流入するNOx量とに基づいて算出される。
Specifically, the NOx supplement amount changes according to the engine operating state including the state of the
NOx触媒82で吸蔵できる最大吸蔵量は、排気ガスの状態及びNOx触媒82の状態に応じて変化する。そこで、コントロールユニット100は、エンジン回転数、エンジン負荷(出力)、排気ガス温度、及びNOx触媒温度等を予め設定されたマップに照らし合わせて、NOx触媒82で吸蔵できる最大吸蔵量を求める。
The maximum storage amount that can be stored by the
前回のエンジン運転までに積算されたNOx吸蔵量は、メモリから読み出される。 The NOx occlusion amount accumulated up to the previous engine operation is read from the memory.
NOx触媒82に流入するNOx量は、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて変化する。そこで、コントロールユニットは、エンジン回転数及びエンジン負荷を予め設定されたマップに照らし合わせて、NOx触媒82に流入するNOx量を求める。
The amount of NOx flowing into the
コントロールユニット100は、こうして求めた現在のエンジン運転状態においてNOx触媒82で吸蔵できる最大吸蔵量と、前回のエンジン運転までに積算されたNOx吸蔵量と、現在のエンジン運転状態においてNOx触媒82に流入するNOx量とに基づいて現在のエンジン運転状態におけるNOx補足量を算出する。そして、コントロールユニット100は、求めたNOx補足量を前回までのNOx吸蔵量に積算していき、NOx吸蔵量としてメモリに記憶していく。
The
ステップS102では、コントロールユニット100は、こうしてメモリに記憶されたNOx吸蔵量を読み出す。
In step S102, the
続く、ステップS103において、コントロールユニット100は、発電運転中か否かを判定する。発電運転中でなければ、コントロールユニット100はステップS101へ戻る一方、発電運転中であれば、コントロールユニット100は、ステップS104へ進む。発電運転中は、所定の有負荷の運転状態となっており、そのときの空燃比は理論空燃比よりもリーンなA1となっている。尚、発電運転は、触媒再生運転よりも空燃比がリーンな運転であるリーン運転の一例である。
In step S103, the
ステップS104では、コントロールユニット100は、NOx吸蔵量がNOx触媒82の再生が必要な程度まで増大したか否かを判定する。具体的には、コントロールユニット100は、NOx吸蔵量が所定の第1吸蔵量以上か否かを判定する。この第1吸蔵量は、NOx触媒82の最大吸蔵量よりも小さく且つ最大吸蔵量に近い値であって、NOx触媒82の再生の必要性を判定するための値である。NOx吸蔵量が第1吸蔵量以上であるときには、コントロールユニット100はステップS105へ進む一方、NOx吸蔵量が第1吸蔵量未満であるときには、コントロールユニット100はステップS117へ進む。
In step S104, the
ステップS105において、コントロールユニット100は、バッテリ30のSOCが所定の第1容量(例えば、20%)以上か否かを判定する。SOCが第1容量以上であるときには、コントロールユニット100はステップS106へ進む一方、SOCが第1容量よりも小さいときには、コントロールユニット100は、ステップS113へ進む。
In step S105, the
ステップS106において、コントロールユニット100は、要求発電量が所定の発電閾値以下か否かを判定する。この発電閾値は、触媒再生運転を早急に終了させて発電を早期に再開する必要があるか否かの基準となる値である。要求発電量が発電閾値以下のときには、コントロールユニット100はステップS107へ進む一方、要求発電量が発電閾値よりも大きいときには、コントロールユニット100はステップS113へ進む。
In step S106, the
つまり、NOx吸蔵量がNOx触媒82の再生が必要な量に達し(NOx吸蔵量が第1吸蔵量以上)、バッテリを早急に充電する必要がなく(SOCが第1容量以上)、大きな発電量を必要としていない(要求発電量が発電閾値以下)場合には、コントロールユニット100はステップS107へ進む。詳しくは後述するが、ステップS107以降ではNOx抑制移行制御を伴う触媒再生運転が行われる。一方、NOx吸蔵量がNOx触媒82の再生が必要な量に達していたとしても(NOx吸蔵量が第1吸蔵量以上)、バッテリを早急に充電する必要があるか(SOCが第1容量未満)、又は大きな発電量を必要としている(要求発電量が発電閾値より大きい)場合には、コントロールユニット100は、ステップS113へ進む。詳しくは後述するが、ステップS113以降では、通常移行制御を伴う触媒再生運転が行われる。
That is, the NOx occlusion amount reaches an amount that requires regeneration of the NOx catalyst 82 (NOx occlusion amount is greater than or equal to the first occlusion amount), and it is not necessary to charge the battery immediately (SOC is greater than or equal to the first capacity), and a large amount of power generation Is not required (the required power generation amount is equal to or less than the power generation threshold), the
尚、ステップS104においてNOx吸蔵量が第1吸蔵量未満であるときには、コントロールユニット100は、ステップS117において、NOx吸蔵量が所定の第2吸蔵量以上か否かを判定する。第2吸蔵量は、前記第1吸蔵量よりも小さい値であり、例えば、第1吸蔵量の90%の値である。NOx吸蔵量が第2吸蔵量以上であるときには、コントロールユニット100はステップS118へ進む一方、NOx吸蔵量が第2吸蔵量未満であるときには、コントロールユニット100はステップS101へ戻る。
When the NOx occlusion amount is less than the first occlusion amount in step S104, the
ステップS118では、コントロールユニット100は、バッテリのSOCが所定の第2容量以下か否かを判定する。第2容量は、前記第1容量よりも大きい値であり、例えば、30%である。SOCが第2容量以下であるときには、コントロールユニット100はステップS107へ進む一方、SOCが第2容量よりも大きいときには、コントロールユニット100は、ステップS101へ戻る。
In step S118, the
つまり、ステップS104においてNOx吸蔵量がNOx触媒82の再生が必要な程度まで増大していないと判定された場合であっても、常にステップS101へ戻るわけではなく、NOx吸蔵量がすぐにNOx触媒82の再生が必要な程度の量に達する状態(NOx吸蔵量が第2吸蔵量以上)であり且つバッテリがすぐに早急な充電を必要とする状態になる(SOCが第2容量以下)場合には、ステップS101へ戻らずに、ステップS107へ進む。このような状態では、SOCが低下した状態でNOx吸蔵量がNOx触媒82の再生が必要な量に達する可能性があるので、前もってNOx抑制移行制御を伴う触媒再生運転を行う。
In other words, even if it is determined in step S104 that the NOx occlusion amount has not increased to the extent that regeneration of the
ステップS107において、コントロールユニット100は、エンジン10による発電を中止する。つまり、コントロールユニット100は、モータジェネレータ20を空回り状態にして、エンジン10によるモータジェネレータ20の駆動を停止する。
In step S107, the
続くステップS108では、コントロールユニット100は、NOx抑制移行制御を伴う触媒再生運転を行う。NOx抑制移行制御は、運転移行時における燃焼室からのNOx排出量を低減するものである。図5は、NOx抑制移行制御を伴う触媒再生運転のタイムチャートであり、(A)は空気過剰率を、(B)は燃料噴射時期を、(C)は点火時期を示す。
In subsequent step S108, the
図5(A)に示すように、コントロールユニット100は、エンジン10の空燃比を発電運転のA1(例えば、空気過剰率=2.3)から触媒再生運転のA2(例えば、空気過剰率=0.8)となるように、スロットル弁16の開度及び燃料噴射量を漸次変化させる。A1は、理論空燃比よりもリーンな空燃比であり、A2は、理論空燃比よりもリッチな空燃比である。
As shown in FIG. 5A, the
詳しくは、コントロールユニット100は、目標空燃比を発電運転に対応する空燃比A1から触媒再生運転に対応する空燃比A2へ漸次変化させながら、空燃比センサ105により検出される実空燃比が目標空燃比となるように、スロットル弁16の開度及び燃料噴射量をフィードバック制御する。
Specifically, the
このとき、コントロールユニット100は、図5(B)に示すように、エンジン10の空燃比が発電運転の空燃比A1から触媒再生運転の空燃比A2へ変化している間、燃料噴射時期を発電運転時及び触媒再生運転時よりも進角させる。これにより、筒内で空気と燃料が混ざり合う時間を長くすることができ、混合気を均質にすることができる。
At this time, as shown in FIG. 5B, the
さらに、コントロールユニット100は、燃料噴射時期の進角量を目標空燃比に応じて調整する。具体的には、燃料噴射時期の進角量は、空燃比がリッチになるほど大きくされる。空燃比がリッチになるほど筒内における燃料の偏在が生じ易くなるので、燃料噴射時期の進角量を空燃比がリッチになるほど大きくすることによって、空燃比がリッチになる場合でも混合気を均質にすることができる。尚、図5(B)では、コントロールユニット100は、燃料噴射時期を、空燃比の変更が開始されるとすぐに所定量だけ進角させ、その後、進角量を空燃比に応じて漸次調整している。
Further, the
また、図5(C)に示すように、触媒再生運転における点火時期は、発電運転における点火時期よりも遅く設定されている。例えば、触媒再生運転における点火時期は、圧縮上死点後の所定時期であり、発電運転における点火時期は圧縮上死点前の所定時期である。コントロールユニット100は、図5(C)に示すように、運転移行時には点火時期を発電運転の点火時期から触媒再生運転の点火時期に一気に変更するのではなく、点火時期を空燃比及び燃料噴射時期の進角量に応じて漸次変化させる。具体的には、コントロールユニット100は、空燃比がリッチになるほど且つ燃焼供給時期の進角量が大きくなるほど、遅角させていく。尚、図5(C)においては、1つの点火プラグ19の点火時期だけを図示しているが、もう1つの点火プラグ19の点火時期も同様に変化する。
As shown in FIG. 5C, the ignition timing in the catalyst regeneration operation is set later than the ignition timing in the power generation operation. For example, the ignition timing in the catalyst regeneration operation is a predetermined timing after the compression top dead center, and the ignition timing in the power generation operation is a predetermined timing before the compression top dead center. As shown in FIG. 5C, the
点火時期をこのように遅角させることによって、空燃比及び燃料噴射時期に応じた適切なエンジン運転状態を実現できると共に、空燃比が変化する際のエンジン回転数の急変を低減することができる。 By retarding the ignition timing in this way, it is possible to realize an appropriate engine operating state according to the air-fuel ratio and the fuel injection timing, and it is possible to reduce a sudden change in the engine speed when the air-fuel ratio changes.
尚、図5(C)では、コントロールユニット100は、点火時期を、燃料噴射時期の変化態様に合わせて、空燃比の変更が開始されるとすぐに所定量だけ遅角させ、その後、空燃比及び燃料噴射時期の進角量に応じて漸次遅角させている。
In FIG. 5C, the
以上の説明では、コントロールユニット100は、運転移行時に空燃比センサ105の検出結果に基づいて空燃比をフィードバック制御しているが、これに限られるものではない。例えば、コントロールユニット100は、運転移行時には、スロットル弁16の開度及び燃料噴射量を移行前の運転に対応する開度及び燃料噴射量から移行後の運転に対応する開度及び燃料噴射量へ一気に変更するのではく、漸次変化させ、漸次変化する空燃比に応じて燃焼噴射時期の進角量を調整してもよい。
In the above description, the
コントロールユニット100は、空燃比がA2になると、触媒再生運転を開始する。触媒再生運転においては、コントロールユニット100は、燃料噴射時期を触媒再生運転に対応する燃料噴射時期まで遅角させる。図5(B)の例では、触媒再生運転に対応する燃料噴射時期は、発電運転に対応する燃料噴射時期と同じである。
When the air-fuel ratio becomes A2, the
尚、触媒再生運転時には、運転移行時に比べて、燃料噴射時期が遅角されるため、混合気の均質度合いが低下する。しかしながら、燃料の偏在により燃え残りの燃料が生じたとしても、その燃料はNOx触媒82の再生に用いられるので、NOx触媒82の再生を促進することができる。
Note that, during the catalyst regeneration operation, the fuel injection timing is retarded compared to when the operation is shifted, so the degree of homogeneity of the air-fuel mixture decreases. However, even if unburned fuel is generated due to the uneven distribution of fuel, since the fuel is used for regeneration of the
その後、ステップS109において、コントロールユニット100は、所定の実行時間だけ触媒再生運転を実行する。この実行時間は、前記第1吸蔵量のNOxが還元されるのに十分な時間であり、予め実験等によって求められている。そして、実行時間が経過すると、コントロールユニット100は、触媒再生運転を終了すべく、ステップS110へ進む。
Thereafter, in step S109, the
ステップS110では、コントロールユニット100は、触媒再生運転へ移行するときと同様のNOx抑制移行制御を行う。詳しくは、コントロールユニット100は、図5(A)に示すように、エンジン10の空燃比を触媒再生運転のA2から発電運転のA1となるように、スロットル弁16の開度及び燃料噴射量を漸次変化させる。このとき、コントロールユニット100は、図5(B)に示すように、エンジン10の空燃比が触媒再生運転の空燃比A2から発電運転の空燃比A1へ変化している間、燃料噴射時期を発電運転時及び触媒再生運転時よりも進角させる。燃料噴射時期の進角量は、空燃比がリーンになるほど小さくなるように空燃比に応じて調整されている。それに加えて、コントロールユニット100は、図5(C)に示すように、エンジン10の空燃比が触媒再生運転の空燃比A2から発電運転の空燃比A1へ変化している間、点火時期を発電運転の点火時期から触媒再生運転の点火時期まで、空燃比及び燃料噴射時期の進角量に応じて漸次進角させる。
In step S110, the
コントロールユニット100は、空燃比がA1になると、発電運転を再開する。
When the air-fuel ratio becomes A1, the
続くステップS111において、コントロールユニット100は、NOx吸蔵量をリセットする。
In subsequent step S111, the
一方、ステップS105,S106からステップS113へ進んだ場合には、コントロールユニット100は、エンジン10による発電を中止する。つまり、コントロールユニット100は、モータジェネレータ20を空回り状態にして、エンジン10によるモータジェネレータ20の駆動を停止する。
On the other hand, when the process proceeds from step S105, S106 to step S113, the
続くステップS114では、コントロールユニット100は、通常移行制御を伴う触媒再生運転を行う。通常移行制御は、NOx抑制移行制御に比べて移行期間を短縮するものである。図6は、通常移行制御を伴う触媒再生運転のタイムチャートであり、(A)は空気過剰率を、(B)は燃料噴射時期を、(C)は点火時期を示す。
In subsequent step S114, the
図6(A)に示すように、コントロールユニット100は、燃料噴射量及びスロットル弁16の開度を、発電運転の空燃比A1に対応する燃料噴射量及び開度から触媒再生運転の空燃比A2に対応する燃料噴射量及び開度まで、一気に変化させる。尚、各アクチュエータの応答遅れが存在するので、燃料噴射量及びスロットル弁16の開度は多少の応答遅れをもって変化する。この応答遅れに加えて、燃料及び空気の応答遅れも存在するので、空燃比はA1からA2へ瞬間的には変化せず、多少の応答遅れをもって変化する。ただし、空燃比がA1からA2へ変化する期間は、NOx抑制移行制御よりも短い。
As shown in FIG. 6A, the
このとき、図6(B)に示すように、コントロールユニット100は、燃料噴射時期を、発電運転に対応する燃料噴射時期から触媒再生運転に対応する燃料噴射時期へ、一気に変化させる。尚、図6(B)の例では、発電運転に対応する燃料噴射時期と触媒再生運転に対応する燃料噴射時期とが一致している。そのため、コントロールユニット100は、運転移行時には、燃料噴射時期を一定に維持することになる。
At this time, as shown in FIG. 6B, the
また、図6(C)に示すように、コントロールユニット100は、点火時期を発電運転に対応する点火時期から触媒再生運転に対応する点火時期へ、一気に変化させる。
Further, as shown in FIG. 6C, the
このように通常移行制御では、発電運転から触媒再生運転に一気に切り替えるので、発電運転から触媒再生運転への運転移行期間は短くなる。 As described above, in the normal transition control, since the power generation operation is switched to the catalyst regeneration operation at once, the operation transition period from the power generation operation to the catalyst regeneration operation is shortened.
その後、ステップS115において、コントロールユニット100は、所定の実行時間だけ触媒再生運転を実行する。この実行時間は、前記第1吸蔵量のNOxが還元されるのに十分な時間であり、予め実験等によって求められている。そして、実行時間が経過すると、コントロールユニット100は、触媒再生運転を終了すべく、ステップS116へ進む。
Thereafter, in step S115, the
ステップS116では、コントロールユニット100は、触媒再生運転へ移行するときと同様の通常移行制御を行う。詳しくは、コントロールユニット100は、図6(A)に示すように、コントロールユニット100は、燃料噴射量及びスロットル弁16の開度を、触媒再生運転の空燃比A2に対応する燃料噴射量及び開度から発電運転の空燃比A1に対応する燃料噴射量及び開度まで、一気に変化させて、エンジン10の空燃比をA2からA1へ一気に変化させる。また、コントロールユニット100は、図6(B)に示すように、燃料噴射時期を一定に維持する。さらに、コントロールユニット100は、図6(C)に示すように、点火時期を触媒再生運転に対応する点火時期から発電運転に対応する点火時期へ、一気に変化させる。
In step S116, the
コントロールユニット100は、空燃比がA1になると、発電運転を再開する。
When the air-fuel ratio becomes A1, the
その後、コントロールユニット100は、ステップS111へ進み、NOx吸蔵量をリセットする。
Thereafter, the
したがって、ハイブリッド車1は、エンジン10と、前記エンジン10に駆動されて発電するモータジェネレータ20と、前記エンジン10の排気系に設けられた三元触媒81及びNOx吸蔵還元触媒82と、前記エンジン10及び前記モータジェネレータ20を制御するコントロールユニット100とを備え、前記コントロールユニット100は、前記エンジン10の空燃比がリッチな状態で該エンジン10を運転することによって、前記NOx吸蔵還元触媒82に吸蔵されたNOxを還元して該NOx吸蔵還元触媒82を再生する触媒再生運転を実行するように構成されており、前記エンジン10の空燃比が前記触媒再生運転時よりもリーンな状態で該エンジン10を運転しているリーン運転から該触媒再生運転に移行する運転移行時、又は、該触媒再生運転から該リーン運転に移行する運転移行時には、該エンジン10の空燃比を移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ変化させ、該エンジン10の空燃比が変化している間、前記エンジン10への燃料噴射時期を移行前の運転時及び移行後の運転時よりも進角させるNOx抑制移行制御を実行する。
Therefore, the
前記の構成によれば、運転移行時には、エンジン10の空燃比が変化している間、エンジン10への燃料噴射時期が移行前の運転時及び移行後の運転時よりも進角させられる。燃料噴射時期が進角すると、燃料が空気と混ざり合う時間が長くなるので、混合気の均質度合いが高まる。それにより、燃料の偏在が低減され、NOxの発生量が低減される。その結果、NOx吸蔵還元触媒82の再生を行う際のNOx排出量の増大を抑制することができる。
According to the above configuration, at the time of the operation transition, while the air-fuel ratio of the
また、前記コントロールユニット100は、前記運転移行時の前記燃料噴射時期の進角量を前記エンジン10の空燃比がリッチになるほど大きくする。
Further, the
この構成によれば、空燃比がリッチになっても混合気の均質化を図ることができる。つまり、空燃比がリッチになると、燃料がより偏在し易くなる。しかしながら、空燃比がリッチになっても、燃料噴射時期の進角量が大きくなり、燃料と空気とが混ざり合う時間が長くなる。その結果、混合気の均質化を図ることができ、NOx排出量を低減することができる。 According to this configuration, the air-fuel mixture can be homogenized even when the air-fuel ratio becomes rich. That is, when the air-fuel ratio becomes rich, fuel becomes more unevenly distributed. However, even if the air-fuel ratio becomes rich, the advance amount of the fuel injection timing increases, and the time for which the fuel and air are mixed becomes longer. As a result, the air-fuel mixture can be homogenized and the NOx emission amount can be reduced.
さらに、前記コントロールユニット100は、前記運転移行時に前記エンジン10の空燃比及び前記燃料噴射時期の進角量に応じて該エンジン10の点火時期をリタードさせる。
Further, the
この構成によれば、点火時期が空燃比及び燃料噴射時期の進角量に応じて調整されるので、空燃比及び燃料噴射時期に応じた適切なエンジン運転状態を実現できると共に、空燃比が変化する際のエンジン回転数の急変を低減することができる。 According to this configuration, since the ignition timing is adjusted according to the advance amount of the air-fuel ratio and the fuel injection timing, it is possible to realize an appropriate engine operating state according to the air-fuel ratio and the fuel injection timing and to change the air-fuel ratio. It is possible to reduce a sudden change in the engine speed when the engine is operated.
また、前記コントロールユニット100は、前記NOx抑制制御において、前記エンジン10の空燃比が移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ変化するように前記エンジン10の運転状態を漸次変更し、該エンジン10の空燃比に応じて前記燃料噴射時期の進角量を調整するように構成されており、バッテリ30のSOCが所定の第1容量以上であり且つ要求発電量が所定の発電閾値以下であるときには、前記NOx抑制移行制御を実行する一方、バッテリ30のSOCが該第1容量よりも小さい又は要求発電量が該発電閾値よりも大きいときには、前記運転移行時に、前記エンジン10の空燃比が移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ前記NOx抑制移行制御よりも短い期間で変化するように前記エンジン10の運転状態を変更する通常移行制御を行う。
Further, in the NOx suppression control, the
前記の構成によれば、バッテリ30のSOCが所定の第1容量以上であり且つ要求発電量が所定の発電閾値以下であるとき、即ち、バッテリ30のSOCに余裕があり且つ要求発電量がそれほど大きくないときには、NOx抑制移行制御を行う。NOx抑制移行制御によれば、NOx排出量を低減することができる。一方、バッテリ30のSOCが該第1容量よりも小さい又は要求発電量が該発電閾値よりも大きいとき、即ち、バッテリ30のSOCに余裕が無いか又は要求発電量が大きく発電の緊急性が高いときには、通常移行制御を行う。通常移行制御によれば、運転の移行を早期に行うことができるので、ひいては、触媒再生運転を終えて発電運転を再開するまでの時間を短縮することができる。
According to the above configuration, when the SOC of the
さらに、前記コントロールユニット100は、前記NOx吸蔵還元触媒82のNOxの吸蔵量が所定の第1吸蔵量以上のときに前記触媒再生運転を実行し、前記NOx吸蔵還元触媒82のNOxの吸蔵量が前記第1吸蔵量よりも小さい場合であっても、該NOxの吸蔵量が前記第1吸蔵量よりも小さい第2吸蔵量以上であり且つバッテリ30のSOCが前記第1容量よりも大きい第2容量以下であるときには前記NOx抑制移行制御を行いつつ前記触媒再生運転を実行する。
Further, the
前記の構成によれば、NOx吸蔵量が第1吸蔵量以上のときにNOx抑制移行制御を伴う触媒再生運転が実行される。ただし、NOx吸蔵量が第1吸蔵量未満であってもNOx吸蔵量が第2吸蔵量(<第1吸蔵量)以上であり且つバッテリ30のSOCが第2容量(>第1容量)以下であるときには触媒再生運転が実行される。つまり、NOx吸蔵量が第2吸蔵量以上であり且つバッテリ30のSOCが第2容量以下である場合には、すぐにNOx吸蔵量が第1吸蔵量に達する可能性があり、そのときにはバッテリ30のSOCが第1容量を下回っている可能性がある。その場合には、早期に充電を実行する必要があるため、前述の如く、通常移行制御が実行される。しかしながら、NOx排出量の観点からは、通常移行制御よりもNOx抑制移行制御の方が好ましい。そこで、NOx吸蔵量が第2吸蔵量以上であり且つバッテリ30のSOCが第2容量以下である場合には、前もってNOx抑制移行制御を伴う触媒再生運転が実行される。これにより、NOx排出量を抑制した触媒再生運転が可能となる。
According to the above configuration, when the NOx occlusion amount is greater than or equal to the first occlusion amount, the catalyst regeneration operation with NOx suppression shift control is executed. However, even if the NOx storage amount is less than the first storage amount, the NOx storage amount is not less than the second storage amount (<first storage amount) and the SOC of the
《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
<< Other Embodiments >>
As described above, the embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed. Moreover, it is also possible to combine each component demonstrated by the said embodiment and it can also be set as a new embodiment. In addition, among the components described in the attached drawings and the detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to illustrate the technology. May also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential as those non-essential components are described in the accompanying drawings and detailed description.
前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。 About the said embodiment, it is good also as following structures.
前記実施形態では、エンジン10はロータリピストンエンジンであるが、これに限られるものではない。エンジン10はレシプロエンジンであってもよい。また、燃料は水素に限られるものではなく、ガソリンや軽油等であってもよい。
In the said embodiment, although the
前記コントロールユニット100による制御は、前記フローチャートの制御に限られるものではない。リーン運転と触媒再生運転との移行時に燃料噴射時期をリーン運転時及び触媒再生運転時よりも進角させる限りは、ステップを省略したり、ステップの順序を入れ替えてもよい。例えば、バッテリ30のSOCや要求発電量にかかわらず、NOx吸蔵量が第1閾値以上になれば、NOx抑制移行制御を伴う触媒再生運転を行うようにしてもよい。
The control by the
尚、図5(B)では、燃料噴射時期は、空燃比の変更が開始されるとすぐに所定量だけ進角させられ、その後、空燃比に応じて漸次進角させられているが、これに限られるものではない。燃料噴射時期を、一気に進角させずに、発電運転の空燃比から漸次進角させるようにしてもよい。同様に、点火時期も、空燃比の変更が開始されるとすぐに所定量だけ遅角させられ、その後、空燃比に応じて漸次遅角させられる態様に限らず、発電運転の点火時期から漸次遅角させるようにしてもよい。 In FIG. 5B, the fuel injection timing is advanced by a predetermined amount as soon as the air-fuel ratio change is started, and then gradually advanced according to the air-fuel ratio. It is not limited to. The fuel injection timing may be gradually advanced from the air-fuel ratio of the power generation operation without being advanced at a stretch. Similarly, the ignition timing is not limited to a mode in which the ignition timing is retarded by a predetermined amount as soon as the change of the air-fuel ratio is started, and then gradually retarded according to the air-fuel ratio, but gradually from the ignition timing of the power generation operation. You may make it retard.
あるいは、運転移行中の燃料噴射時期の進角量は、空燃比に応じて変化しているが、一定に維持されていてもよい。同様に、運転移行中の点火時期も、空燃比に応じて変化せず、一定に維持されていてもよい。その場合、点火時期は、発電運転の点火時期、触媒再生運転の点火時期、発電運転及び触媒再生運転以外の点火時期の何れに設定されてもよい。 Alternatively, the advance amount of the fuel injection timing during the operation transition changes according to the air-fuel ratio, but may be maintained constant. Similarly, the ignition timing during the operation transition may not be changed according to the air-fuel ratio and may be kept constant. In that case, the ignition timing may be set to any of ignition timing of power generation operation, ignition timing of catalyst regeneration operation, and ignition timing other than power generation operation and catalyst regeneration operation.
前記実施形態では、発電運転を、触媒再生運転よりも空燃比がリーンな運転であるリーン運転の例として説明しているが、リーン運転は発電運転に限られるものではない。触媒再生運転よりも空燃比がリーンな運転であれば、任意の運転状態がリーン運転となり得る。 In the above-described embodiment, the power generation operation is described as an example of the lean operation in which the air-fuel ratio is leaner than that of the catalyst regeneration operation. However, the lean operation is not limited to the power generation operation. If the air-fuel ratio is leaner than the catalyst regeneration operation, any operation state can be the lean operation.
以上説明したように、ここに開示された技術は、NOx吸蔵還元触媒を備えたハイブリッド車について有用である。 As described above, the technology disclosed herein is useful for a hybrid vehicle including a NOx storage reduction catalyst.
1 ハイブリッド車
10 エンジン
20 モータジェネレータ
30 バッテリ
81 三元触媒
82 NOx吸蔵還元触媒
100 コントロールユニット(制御部)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記エンジンに駆動されて発電するモータジェネレータと、
前記エンジンの排気系に設けられた三元触媒及びNOx吸蔵還元触媒と、
前記エンジン及び前記モータジェネレータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記エンジンの空燃比がリッチな状態で該エンジンを運転することによって、前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを還元して該NOx吸蔵還元触媒を再生する触媒再生運転を実行するように構成されており、
前記エンジンの空燃比が前記触媒再生運転時よりもリーンな状態で該エンジンを運転しているリーン運転から該触媒再生運転に移行する運転移行時、又は、該触媒再生運転から該リーン運転に移行する運転移行時には、該エンジンの空燃比を移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ変化させ、該エンジンの空燃比が変化している間、前記エンジンへの燃料噴射時期を移行前の運転時及び移行後の運転時よりも進角させるNOx抑制移行制御を実行するハイブリッド車。 Engine,
A motor generator driven by the engine to generate electricity;
A three-way catalyst and a NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust system of the engine;
A control unit for controlling the engine and the motor generator;
The controller is
By operating the engine in a state where the air-fuel ratio of the engine is rich, the catalyst regeneration operation is performed to reduce the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst and regenerate the NOx storage reduction catalyst. And
At the time of operation transition from the lean operation in which the engine is operated in a leaner state than the catalyst regeneration operation to the catalyst regeneration operation, or from the catalyst regeneration operation to the lean operation At the time of the operation transition, the air-fuel ratio of the engine is changed from the air-fuel ratio corresponding to the operation before the transition to the air-fuel ratio corresponding to the operation after the transition, and while the air-fuel ratio of the engine is changing, A hybrid vehicle that executes NOx suppression transition control that advances the fuel injection timing more than during driving before transition and during driving after transition.
前記制御部は、前記運転移行時の前記燃料噴射時期の進角量を前記エンジンの空燃比がリッチになるほど大きくするハイブリッド車。 The hybrid vehicle according to claim 1,
The control unit is a hybrid vehicle that increases an advance amount of the fuel injection timing at the time of the operation transition as the air-fuel ratio of the engine becomes richer.
前記制御部は、前記運転移行時に前記エンジンの空燃比及び前記燃料噴射時期の進角量に応じて該エンジンの点火時期をリタードさせるハイブリッド車。 The hybrid vehicle according to claim 2,
The control unit is a hybrid vehicle that retards the ignition timing of the engine according to the air-fuel ratio of the engine and the advance amount of the fuel injection timing when the operation is shifted.
前記制御部は、
前記NOx抑制制御において、前記エンジンの空燃比が移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ変化するように前記エンジンの運転状態を漸次変更し、該エンジンの空燃比に応じて前記燃料噴射時期の進角量を調整するように構成されており、
バッテリのSOCが所定の第1容量以上であり且つ要求される発電量が所定の発電閾値以下であるときには、前記NOx抑制移行制御を実行する一方、
バッテリのSOCが該第1容量よりも小さい又は要求される発電量が該発電閾値よりも大きいときには、前記運転移行時に、前記エンジンの空燃比が移行前の運転に対応する空燃比から移行後の運転に対応する空燃比へ前記NOx抑制移行制御よりも短い期間で変化するように前記エンジンの運転状態を変更する通常移行制御を行うハイブリッド車。 The hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 3,
The controller is
In the NOx suppression control, the engine operating state is gradually changed so that the air-fuel ratio of the engine changes from the air-fuel ratio corresponding to the operation before the transition to the air-fuel ratio corresponding to the operation after the transition. It is configured to adjust the advance amount of the fuel injection timing according to the fuel ratio,
When the SOC of the battery is equal to or greater than a predetermined first capacity and the required power generation amount is equal to or less than a predetermined power generation threshold, the NOx suppression transition control is executed,
When the SOC of the battery is smaller than the first capacity or the required power generation amount is larger than the power generation threshold, the air-fuel ratio of the engine after the transition from the air-fuel ratio corresponding to the operation before the transition is changed at the time of the operation transition. A hybrid vehicle that performs normal transition control that changes the operating state of the engine so that the air-fuel ratio corresponding to driving changes in a shorter period than the NOx suppression transition control.
前記制御部は、
前記NOx吸蔵還元触媒のNOxの吸蔵量が所定の第1吸蔵量以上のときに前記触媒再生運転を実行し、
前記NOx吸蔵還元触媒のNOxの吸蔵量が前記第1吸蔵量よりも小さい場合であっても、該NOxの吸蔵量が前記第1吸蔵量よりも小さい第2吸蔵量以上であり且つバッテリのSOCが前記第1容量よりも大きい第2容量以下であるときには前記NOx抑制移行制御を行いつつ前記触媒再生運転を実行するハイブリッド車。 In the hybrid vehicle according to claim 4,
The controller is
Performing the catalyst regeneration operation when the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is equal to or greater than a predetermined first occlusion amount;
Even when the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is smaller than the first occlusion amount, the NOx occlusion amount is not less than the second occlusion amount smaller than the first occlusion amount and the SOC of the battery. A hybrid vehicle that performs the catalyst regeneration operation while performing the NOx suppression transition control when the engine is less than or equal to a second capacity that is greater than the first capacity.
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