JP2015232280A - Multiple-fuel engine fuel injection control unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共に気体燃料である第1の燃料及び第2の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置に関する技術分野に属する。 The present invention belongs to a technical field related to a fuel injection control device of a multi-fuel engine configured to be capable of supplying a first fuel and a second fuel, both of which are gaseous fuels.
従来より、第1の燃料と第2の燃料とを用いる多種燃料エンジンが知られており、例えば特許文献1では、燃料としてガソリン(液体燃料)と水素ガスとを用いている。この特許文献1では、ガソリン(液体燃料)をエンジンの吸気通路に噴射する一方、水素ガスをエンジンの燃焼室内に直接噴射するようにしている。 Conventionally, a multi-fuel engine using a first fuel and a second fuel is known. For example, in Patent Document 1, gasoline (liquid fuel) and hydrogen gas are used as fuel. In Patent Document 1, gasoline (liquid fuel) is injected into the intake passage of the engine, while hydrogen gas is directly injected into the combustion chamber of the engine.
ところで、第1の燃料及び第2の燃料が共に気体燃料である場合において、第1の燃料及び第2の燃料のうちのいずれか一方をエンジンの吸気通路に噴射するようにすると、液体燃料とは異なり、吸気量が減少するという問題がある。 By the way, when both the first fuel and the second fuel are gaseous fuels, when either one of the first fuel and the second fuel is injected into the intake passage of the engine, the liquid fuel and Unlike, there is a problem that the intake air amount decreases.
一方、吸気量を確保する観点から上記両燃料をエンジンの燃焼室内に直接噴射するようにすると、第1の燃料を噴射する第1の燃料噴射弁及び第2の燃料を噴射する第2の燃料噴射弁を、それらの燃料吐出口が燃焼室内に臨むように配設する必要があり、この場合、液体を噴射する燃料噴射弁よりも大型である第1及び第2の燃料噴射弁のレイアウトが困難になる可能性が高くなる。 On the other hand, when both the fuels are directly injected into the combustion chamber of the engine from the viewpoint of securing the intake air amount, the first fuel injection valve that injects the first fuel and the second fuel that injects the second fuel. It is necessary to arrange the injection valves so that their fuel discharge ports face the combustion chamber. In this case, the layout of the first and second fuel injection valves that are larger than the fuel injection valves that inject liquid is larger. Increased chance of difficulty.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、共に気体燃料である第1の燃料及び第2の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置において、第1の燃料及び第2の燃料をそれぞれ噴射する燃料噴射弁を容易にレイアウトしつつ、吸気量の低減を出来る限り抑制しようとすることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a fuel for a multi-fuel engine configured to be capable of supplying a first fuel and a second fuel, both of which are gaseous fuels. An object of the injection control apparatus is to suppress the reduction of the intake amount as much as possible while easily laying out the fuel injection valves for injecting the first fuel and the second fuel, respectively.
上記の目的を達成するために、本発明では、共に気体燃料である第1の燃料及び第2の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置を対象として、上記第2の燃料は、上記第1の燃料に対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い燃料であり、上記第1の燃料を上記エンジンの吸気通路に噴射する第1の燃料噴射弁と、上記第2の燃料を上記エンジンの燃焼室内に直接噴射する第2の燃料噴射弁と、上記エンジンの運転中、該エンジンの運転状態に関係なく、上記第1の燃料及び第2の燃料を共に該エンジンに供給するべく、上記第1の燃料噴射弁及び第2の燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを備えている、という構成とした。 In order to achieve the above object, the present invention is directed to a fuel injection control device for a multi-fuel engine configured to be capable of supplying both a first fuel and a second fuel that are both gaseous fuels. The fuel is a fuel that is highly ignitable with respect to the first fuel and has a low calorific value per unit mass, and a first fuel injection valve that injects the first fuel into the intake passage of the engine; A second fuel injection valve for directly injecting the second fuel into the combustion chamber of the engine, and the first fuel and the second fuel during the operation of the engine regardless of the operating state of the engine. Both are provided with a control means for controlling the operation of the first fuel injection valve and the second fuel injection valve in order to supply both to the engine.
上記の構成により、第1の燃料及び第2の燃料をエンジンの燃焼室内に直接噴射する構成に比べて、第1の燃料噴射弁及び第2の燃料噴射弁を容易にレイアウトすることができる。また、第1の燃料は、第2の燃料よりも単位質量当たりの発熱量が高いので、第1の燃料噴射弁による第1の燃料の噴射量を少なくしても、高いエンジン出力が得られるようになる。この結果、第1の燃料噴射弁より噴射される第1の燃料と第2の燃料噴射弁より噴射される第2の燃料との燃料分配率のうち、第1の燃料の燃料分配率を、エンジン出力を確保できる範囲で小さくする(第2の燃料の燃料分配率を大きくする)ことで、吸気量の低減を出来る限り抑制することができる。さらに、第2の燃料の燃料分配率を大きくすることで、燃料の着火性を向上させることができる。 With the above configuration, the first fuel injection valve and the second fuel injection valve can be laid out more easily than the configuration in which the first fuel and the second fuel are directly injected into the combustion chamber of the engine. In addition, since the first fuel has a higher calorific value per unit mass than the second fuel, a high engine output can be obtained even if the amount of the first fuel injected by the first fuel injection valve is reduced. It becomes like this. As a result, of the fuel distribution ratio between the first fuel injected from the first fuel injection valve and the second fuel injected from the second fuel injection valve, the fuel distribution ratio of the first fuel is By reducing the engine output within a range that can ensure the engine output (increasing the fuel distribution ratio of the second fuel), it is possible to suppress the reduction of the intake air amount as much as possible. Furthermore, the ignitability of the fuel can be improved by increasing the fuel distribution ratio of the second fuel.
上記多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置の一実施形態では、上記吸気通路における上記第1の燃料噴射弁よりも上流側に配設され、上記燃焼室内への吸気量を調節するスロットル弁を更に備え、上記制御手段は、上記第1の燃料噴射弁及び第2の燃料噴射弁の作動に加えて、上記スロットル弁の作動を制御するものであって、上記スロットル弁を全開にして、上記エンジンの最大効率点を含む所定の回転数領域内の目標回転数でもって目標出力トルクが得られるように、上記第1の燃料噴射弁より噴射される第1の燃料と上記第2の燃料噴射弁より噴射される第2の燃料との燃料分配率を設定して、該設定した燃料分配率となるよう上記第1の燃料噴射弁より上記第1の燃料を噴射しかつ上記第2の燃料噴射弁より上記第2の燃料を噴射する目標回転数制御を実行するように構成されている。 In one embodiment of the fuel injection control device of the multi-fuel engine, the fuel injection control device further includes a throttle valve that is disposed upstream of the first fuel injection valve in the intake passage and adjusts the amount of intake air into the combustion chamber. The control means controls the operation of the throttle valve in addition to the operation of the first fuel injection valve and the second fuel injection valve. The throttle valve is fully opened, From the first fuel injected from the first fuel injector and the second fuel injector so that a target output torque can be obtained with a target rotational speed within a predetermined rotational speed region including the maximum efficiency point. A fuel distribution ratio with the second fuel to be injected is set, the first fuel is injected from the first fuel injection valve so as to achieve the set fuel distribution ratio, and the second fuel injection valve More injecting the second fuel It is configured to perform a target rotational speed control.
このことにより、エンジンの目標出力トルク(要求出力)が変更されても、第1の燃料及び第2の燃料の燃料分配率を変更することで、エンジン効率の良い所定の回転数領域内でエンジンを運転し続けることができる。また、スロットル弁の全開により、ポンピングロスを抑制することができる。よって、燃費を向上させることができる。 As a result, even if the target output torque (required output) of the engine is changed, by changing the fuel distribution ratio of the first fuel and the second fuel, the engine can be operated within a predetermined engine speed range with good engine efficiency. Can continue to drive. Further, the pumping loss can be suppressed by fully opening the throttle valve. Therefore, fuel consumption can be improved.
上記一実施形態の構成の場合、上記エンジンの排気通路に配設され、該エンジンの排気ガスを浄化する触媒と、上記触媒が活性状態にあるか又は未活性状態にあるかを検出する触媒活性/未活性検出手段とを更に備え、上記制御手段は、上記触媒活性/未活性検出手段による上記触媒の活性状態検出時には、上記目標回転数制御を実行する一方、上記触媒活性/未活性検出手段による上記触媒の未活性状態検出時には、該触媒の活性状態検出時に対して、上記スロットル弁の開度及び上記燃焼室内の燃焼空燃比を維持させつつ、上記第1の燃料の燃料分配率を減少させるとともに、エンジン出力が維持されるよう上記エンジンの運転ポイントを高回転側に移動させる触媒活性化制御を実行するように構成されている、ことが好ましい。 In the case of the configuration of the one embodiment, a catalyst that is disposed in the exhaust passage of the engine and purifies the exhaust gas of the engine, and a catalyst activity that detects whether the catalyst is in an active state or an inactive state. / Inactive detection means, and the control means executes the target rotational speed control when the catalytic activity / inactivity detection means detects the active state of the catalyst, while the catalytic activity / inactivity detection means When the inactive state of the catalyst is detected by, the fuel distribution rate of the first fuel is reduced while maintaining the opening degree of the throttle valve and the combustion air-fuel ratio in the combustion chamber relative to the detection of the active state of the catalyst. It is preferable that the catalyst activation control is performed to move the engine operating point to the high rotation side so that the engine output is maintained.
このことで、スロットル弁の開度を小さくしなくても、発熱量が高い第1の燃料の燃料分配率の減少により、エンジンの出力トルクを減少させることができる。ここで、第1の燃料の燃料分配率の減少により吸気量は多くなり、燃焼空燃比が維持されるので、第1及び第2の燃料のトータルの燃料噴射量は多くなるものの、基本的に、発熱量が高い第1の燃料の噴射量が減少してエンジンの出力トルクは減少する。しかし、エンジンの運転ポイントが高回転側に移動することで、エンジン出力は維持される。したがって、スロットル弁の開度を絞ることによる燃費の悪化を招くことなく、エンジン出力を変更せずにエンジンの運転ポイントを高回転側の運転ポイントに移動させることができる。このようにエンジンが高回転で運転されると、排気ガスの流速が速くなるので、排気通路において燃焼室の排気開口から触媒までの間の部分での放熱量が少なくなるとともに、排気ガスが勢いよく触媒に接触するため、触媒を活性化し易くなる。また、エンジンの効率が低くなる運転ポイントへ移動させることで、廃熱量が多くなって排気ガスの温度も上昇し、触媒をより一層活性化し易くなる。 Thus, the output torque of the engine can be reduced by reducing the fuel distribution ratio of the first fuel having a high calorific value without reducing the opening of the throttle valve. Here, since the intake air amount increases due to the decrease in the fuel distribution ratio of the first fuel and the combustion air-fuel ratio is maintained, the total fuel injection amount of the first and second fuels increases, but basically The injection amount of the first fuel having a high calorific value decreases, and the output torque of the engine decreases. However, the engine output is maintained as the operating point of the engine moves to the high rotation side. Therefore, the operating point of the engine can be moved to the operating point on the high speed side without changing the engine output without causing deterioration in fuel consumption due to the throttle valve opening being reduced. When the engine is operated at a high speed in this way, the flow rate of the exhaust gas increases, so that the amount of heat radiation in the portion between the exhaust opening of the combustion chamber and the catalyst in the exhaust passage decreases, and the exhaust gas gains momentum. Since the catalyst is in good contact with the catalyst, the catalyst is easily activated. Further, by moving to an operating point where the efficiency of the engine is lowered, the amount of waste heat increases and the temperature of the exhaust gas also rises, making it easier to activate the catalyst.
上記のように制御手段が上記触媒活性化制御を実行するように構成されている場合、上記触媒は、NOx吸蔵還元触媒であり、上記NOx吸蔵還元触媒は、上記エンジンの排気ガス中のNOxをリーン空燃比雰囲気下で吸蔵するとともに、該吸蔵したNOxを、リッチ空燃比雰囲気下でかつ該NOx吸蔵還元触媒の温度が該NOx吸蔵還元触媒の活性化温度よりも高い所定温度以上の雰囲気下で、放出するものであり、上記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量を検出するNOx吸蔵量検出手段と、上記NOx吸蔵還元触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを更に備え、上記制御手段は、上記触媒活性/未活性検出手段による上記触媒の活性状態検出時において、上記NOx吸蔵量検出手段によるNOx吸蔵量が第1所定量よりも少ないときには、上記エンジンを、上記NOx吸蔵還元触媒がNOxを吸蔵しかつ上記燃焼室内からのNOxの排出量が予め設定された設定量以下になるようなリーン運転とするべく、上記目標回転数制御を実行するとともに、上記触媒の活性状態検出時において、上記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量が上記第1所定量以上で、かつ、上記触媒温度検出手段による上記触媒の温度が上記所定温度以上であるときには、上記エンジンを、該NOx吸蔵還元触媒が上記吸蔵したNOxを放出するようなリッチ運転とするべく、上記第1の燃料噴射弁、第2の燃料噴射弁及びスロットル弁の作動を制御するように構成され、更に上記制御手段は、上記触媒活性/未活性検出手段による上記触媒の未活性状態検出時で、かつ、上記NOx吸蔵量検出手段によるNOx吸蔵量が上記第1所定量よりも少ない第2所定量以上であるときに、上記触媒活性化制御を実行し、上記触媒の未活性状態検出時であっても、上記NOx吸蔵量が上記第2所定量よりも少ないときには、上記目標回転数制御を実行するように構成されている、ことが好ましい。 When the control means is configured to execute the catalyst activation control as described above, the catalyst is a NOx storage reduction catalyst, and the NOx storage reduction catalyst converts NOx in the exhaust gas of the engine. The NOx occluded is stored in a lean air-fuel ratio atmosphere, and the occluded NOx is stored in a rich air-fuel ratio atmosphere and an atmosphere in which the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is higher than a predetermined temperature higher than the activation temperature of the NOx occlusion reduction catalyst. And a NOx occlusion amount detection means for detecting the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst, and a catalyst temperature detection means for detecting the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst, wherein the control means comprises: When the activation state of the catalyst is detected by the catalyst activity / inactivity detection means, the NOx occlusion amount by the NOx occlusion amount detection means is less than a first predetermined amount. The target engine speed control is performed so that the engine is in a lean operation in which the NOx occlusion reduction catalyst occludes NOx and the NOx emission amount from the combustion chamber is equal to or less than a preset set amount. When the active state of the catalyst is detected, the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is not less than the first predetermined amount, and the temperature of the catalyst by the catalyst temperature detecting means is not less than the predetermined temperature. In some cases, the operation of the first fuel injection valve, the second fuel injection valve, and the throttle valve is controlled so that the engine is in a rich operation in which the NOx storage reduction catalyst releases the stored NOx. Further, the control means is configured to detect the inactive state of the catalyst by the catalyst activity / inactivity detection means and to the NOx occlusion amount detection means. When the NOx occlusion amount is equal to or greater than a second predetermined amount that is less than the first predetermined amount, the catalyst activation control is executed, and even when the inactive state of the catalyst is detected, the NOx occlusion amount is When the amount is smaller than the second predetermined amount, it is preferable that the target rotational speed control is executed.
このことにより、NOx吸蔵還元触媒においてNOx吸蔵量が第1所定量に達する前に、触媒活性化制御を実行してNOx吸蔵還元触媒を活性化させかつNOx吸蔵還元触媒の温度を所定温度以上にすることが可能になり、この結果、NOx吸蔵量が第1所定量に達すれば、NOx放出の条件が既に成立していることになり、即座にNOxを放出することが可能になる。第2所定量は、第1所定量に出来る限り近い値であって、NOx吸蔵量が第2所定量になった時点から触媒活性化制御を実行することにより、NOx吸蔵量が第1所定量に達する前に、NOx吸蔵還元触媒の温度を所定温度以上にすることが可能な量とすればよい。このように、NOx吸蔵量が、NOxを放出しなければならない量(第1所定量)に近くなったときに限定して触媒活性化制御を実行することで、触媒活性化のためのエンジン回転の上昇を極力抑えることができる。 Thus, before the NOx occlusion amount reaches the first predetermined amount in the NOx occlusion reduction catalyst, the catalyst activation control is executed to activate the NOx occlusion reduction catalyst, and the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst exceeds the predetermined temperature. As a result, if the NOx occlusion amount reaches the first predetermined amount, the NOx release condition has already been established, and NOx can be released immediately. The second predetermined amount is as close as possible to the first predetermined amount, and the NOx occlusion amount is made to be the first predetermined amount by executing the catalyst activation control from the time when the NOx occlusion amount becomes the second predetermined amount. The amount of NOx occlusion reduction catalyst may be set to an amount that allows the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst to be equal to or higher than a predetermined temperature. As described above, the engine rotation control for catalyst activation is performed by executing the catalyst activation control only when the NOx occlusion amount approaches the amount (first predetermined amount) at which NOx must be released. Can be suppressed as much as possible.
上記一実施形態の構成の場合、上記エンジンは、過給機付きエンジンであって、該エンジンの燃焼室に開口する吸気開口が圧縮行程で全閉とされるように構成され、上記制御手段は、上記エンジンが、その始動から、上記目標回転数よりも低い所定回転数までの間の回転数にあるときには、上記第1の燃料の燃料分配率を所定値よりも小さくするように構成されている、ことが好ましい。 In the case of the configuration of the one embodiment, the engine is an engine with a supercharger, and the intake opening that opens to the combustion chamber of the engine is fully closed in the compression stroke, and the control means is When the engine is at a rotational speed between its start and a predetermined rotational speed lower than the target rotational speed, the fuel distribution ratio of the first fuel is configured to be smaller than a predetermined value. It is preferable.
すなわち、吸気開口が圧縮行程で全閉とされる、所謂吸気遅閉じの構成では、有効圧縮比の低下によりエンジンの出力トルクが低下するが、過給機により、その出力トルクが低下しないようにすることができる。また、吸気遅閉じの構成では、第1の燃料噴射弁より噴射された第1の燃料及び吸気された空気が、圧縮行程で燃焼室から上記吸気開口を通って吸気通路に戻されようとするが、過給機による過給圧により、それを防止することができる。ここで、エンジンが、その始動から所定回転数までの間の低いエンジン回転数にあるときには、過給機による過給圧が低いために、上記のような吸気遅閉じの構成では、第1の燃料噴射弁より噴射された第1の燃料及び吸気された空気が燃焼室から上記吸気開口を通って吸気通路に戻されることになる。一方、第2の燃料噴射弁より噴射された燃料は、通常、上記吸気開口が閉じられてから噴射されるので、吸気通路に戻されることはない。そこで、エンジンの始動時における上記所定回転数に達するまでの低いエンジン回転数では、第1の燃料の燃料分配率を所定値よりも小さくすることで、吸気通路に戻される燃料量を少なくすることができ、この結果、燃料が吸気通路に戻されることによるエンジンの出力低下を抑制することができる。 That is, in the so-called intake slow closing configuration in which the intake opening is fully closed in the compression stroke, the output torque of the engine is reduced due to a decrease in the effective compression ratio, but the output torque is not reduced by the supercharger. can do. Further, in the configuration of the intake air late closing, the first fuel injected from the first fuel injection valve and the intake air tend to be returned from the combustion chamber to the intake passage through the intake opening in the compression stroke. However, it can be prevented by the supercharging pressure by the supercharger. Here, when the engine is at a low engine speed between the start and a predetermined speed, the supercharging pressure by the supercharger is low. The first fuel injected from the fuel injection valve and the intake air are returned from the combustion chamber to the intake passage through the intake opening. On the other hand, since the fuel injected from the second fuel injection valve is normally injected after the intake opening is closed, it is not returned to the intake passage. Therefore, at a low engine speed until the predetermined speed is reached when the engine is started, the amount of fuel returned to the intake passage is reduced by making the fuel distribution ratio of the first fuel smaller than a predetermined value. As a result, it is possible to suppress a decrease in engine output caused by returning fuel to the intake passage.
以上説明したように、本発明の多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置によると、第2の燃料を、第1の燃料に対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い燃料とし、第1の燃料噴射弁により第1の燃料を上記エンジンの吸気通路に噴射し、第2の燃料噴射弁により第2の燃料を上記エンジンの燃焼室内に直接噴射するようにしたことにより、第1の燃料及び第2の燃料を燃焼室内に直接噴射する構成に比べて、第1の燃料噴射弁及び第2の燃料噴射弁を容易にレイアウトすることができるとともに、第1の燃料噴射弁より噴射される第1の燃料と第2の燃料噴射弁より噴射される第2の燃料との燃料分配率のうち、第1の燃料の燃料分配率を、エンジン出力を確保できる範囲で小さくすることで、吸気量の低減を出来る限り抑制することができる。 As described above, according to the fuel injection control device for a multi-fuel engine of the present invention, the second fuel is a fuel having high ignitability with respect to the first fuel and low calorific value per unit mass, The first fuel injection valve injects the first fuel into the intake passage of the engine, and the second fuel injection valve injects the second fuel directly into the combustion chamber of the engine. Compared to the configuration in which the fuel and the second fuel are directly injected into the combustion chamber, the first fuel injection valve and the second fuel injection valve can be easily laid out and injected from the first fuel injection valve. Of the fuel distribution ratio between the first fuel and the second fuel injected from the second fuel injection valve, the fuel distribution ratio of the first fuel is reduced within a range in which the engine output can be secured, Suppress the reduction of intake air as much as possible It is possible.
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多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置が搭載された車両1の概略図である。この車両1は、所謂レンジエクステンダーEV車両(広義には、シリーズ式のハイブリッド車両であるとも言える)であって、エンジン10と、該エンジン10により駆動されて発電する発電機20と、この発電機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発電機20の発電電力及びバッテリ30の蓄電電力(放電電力)の両方又はバッテリ30の放電電力のみで駆動される(本実施形態では、後述の如く、基本的には、バッテリ30の放電電力のみで駆動される)駆動モータ40とを備えている。エンジン10は、本実施形態では、不図示のスタータモータにより始動されるが、発電機20をモータジェネレータに変更して、該モータジェネレータをモータとして駆動してエンジン10を始動するようにすることも可能である。
FIG. 1 is a schematic view of a vehicle 1 equipped with a fuel injection control device for a multi-fuel engine according to an embodiment of the present invention. The vehicle 1 is a so-called range extender EV vehicle (which can be said to be a series type hybrid vehicle in a broad sense), and includes an
発電機20とバッテリ30との間には、第1インバータ50が設けられ、バッテリ30と駆動モータ40との間には、第2インバータ51が設けられている。第1インバータ50と第2インバータ51とは互いに接続され、その接続ラインにバッテリ30が接続されている。発電機20の発電電力は、第1インバータ50を介してバッテリ30に供給されるとともに、第1及び第2インバータ50,51を介して駆動モータ40に供給される。バッテリ30からの放電電力は、第2インバータ51を介して駆動モータ40に供給される。
A
駆動モータ40は、基本的には、バッテリ30の放電電力で駆動され、車両1の加速時等のように、バッテリ30の放電電力のみでは駆動モータ40の出力が不足するときには、エンジン10が始動されて発電機20の発電電力も駆動モータ40に供給される。駆動モータ40の出力は、デファレンシャル装置60を介して、駆動輪61(ステアリングホイール62により操舵される左右の前輪)に伝達され、これにより、車両1が走行する。
The
また、駆動モータ40は、回生発電電力を発生可能なものであって、車両1の減速時に発電機として作動して、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。バッテリ30の残存容量(SOC)が所定容量以下になると、エンジン10が始動されて発電機20の発電電力でもってバッテリ30が充電される。上記所定容量は、バッテリ30の充電が早急に必要な緊急性を要するレベルよりも多い容量であって、バッテリ30の残存容量として少なすぎずかつ多すぎない適切なレベルに維持できるような容量である。尚、バッテリ30は、車両1の外部の電源による外部充電も可能になされている。
The
エンジン10は、発電機20による発電用にのみ使用される。エンジン10は、水素タンク70に貯留されている水素ガス、及び、CNGタンク71に貯留されている天然ガス(CNG)が、燃料としてエンジン10にそれぞれ供給可能に構成された、多種燃料エンジンである。天然ガスは、第1の燃料に相当し、水素ガスは、天然ガスに対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い第2の燃料に相当する。
The
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
上記各ロータ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
上記各ロータ収容室11aには、吸気行程にある作動室に開口する吸気開口に連通するように吸気通路14が接続されているとともに、排気行程にある作動室に開口する排気開口に連通するように排気通路15が接続されている。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上記各ロータ収容室11aに連通している。吸気通路14の上記分岐部よりも上流側(後述のポート噴射弁17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。このスロットル弁16により、各ロータ収容室11a(吸気行程にある作動室)内への吸気量が調節されることになる。
An
吸気通路14の上記分岐部よりも下流側の各分岐路には、上記CNGタンク71から供給された天然ガスを、吸気通路14内に噴射するポート噴射弁17(第1の燃料噴射弁)が配設されている。このポート噴射弁17により噴射された天然ガス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。
A port injection valve 17 (first fuel injection valve) for injecting natural gas supplied from the
上記排気通路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低温活性三元触媒81及びNOx吸蔵還元触媒82が配設されている。低温活性三元触媒81は、NOx吸蔵還元触媒82よりも触媒活性化温度が低い三元触媒であって、NOx吸蔵還元触媒82よりも上流側に配設されている。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
上記NOx吸蔵還元触媒82は、例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の貴金属を含んだ担体に、バリウム(Ba)、カリウム(K)等のNOx吸蔵剤を担持させて構成されていて、エンジン10の排気ガス中のNOxをリーン空燃比雰囲気下で吸蔵するとともに、該吸蔵したNOxを、リッチ空燃比雰囲気下でかつ該NOx吸蔵還元触媒82の温度が該NOx吸蔵還元触媒82の活性化温度よりも高い所定温度以上の雰囲気下で、放出して、該NOxを、排気ガス中のHCやCOと反応させて還元する機能を有する。
The NOx
上記各ロータハウジング11(各気筒)には、水素タンク70から供給された水素ガスをロータ収容室11aの圧縮行程にある作動室(燃焼室)内に直接噴射する直噴噴射弁18(第2の燃料噴射弁)と、上記ポート噴射弁17より噴射された天然ガス及び直噴噴射弁18より噴射された水素ガスの点火を行う2つの点火プラグ19とが設けられている。
In each rotor housing 11 (each cylinder), a direct injection valve 18 (second cylinder) that directly injects hydrogen gas supplied from the
ポート噴射弁17及び直噴噴射弁18によるトータル燃料噴射量に対するポート噴射弁17による燃料噴射量の質量割合(以下、ポート噴射割合という)である天然ガスの燃料分配率、及び、上記トータル燃料噴射量に対する直噴噴射弁18による燃料噴射量の質量割合(以下、直噴噴射割合という)である水素ガスの燃料分配率は、基本的には、後述の通常発電運転(目標回転数制御)で目標出力トルクが得られるように設定されるが、これらポート噴射割合及び直噴噴射割合は、後述の如く、変化する。
The fuel distribution rate of natural gas, which is the mass ratio of the fuel injection amount by the
本実施形態では、上記吸気開口は、ロータ12によって開閉されるとともに、圧縮行程で全閉とされるように構成されている(所謂吸気遅閉じの構成とされている)。このような吸気遅閉じの構成では、有効圧縮比の低下によりエンジン10の出力トルクが低下するが、その出力トルクが低下しないようにするために、ターボ過給機85が設けられている。また、吸気遅閉じの構成では、ポート噴射弁17より噴射された天然ガス及び吸気された空気が、圧縮行程で作動室から上記吸気開口を通って吸気通路14に戻されようとするが、ターボ過給機85による過給圧により、それを防止することができる。
In the present embodiment, the intake opening is configured to be opened and closed by the
上記ターボ過給機85は、吸気通路14におけるスロットル弁16よりも上流側に配設されたコンプレッサ85aと、排気通路15における上記合流部よりも下流側でかつ三元触媒81よりも上流側に配設されたタービン85bとで構成されている。タービン85bが排気ガス流により回転し、このタービン85bの回転により、該タービン85bと連結されたコンプレッサ85aが作動して、吸気通路14に吸入された空気を圧縮する。この圧縮された空気は、吸気通路14におけるコンプレッサ85aよりも下流側に配設されたインタークーラ86によって冷却される。
The
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、排気通路15における低温活性三元触媒81とタービン85bとの間に配設され、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(本実施形態では、リニアO2センサで構成されている)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内の水素ガス残量)及びCHGタンク71内の圧力(つまりCNGタンク71内の天然ガス残量)をそれぞれ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、エンジン10の作動制御や、第1及び第2インバータ50,51の作動制御(つまり発電機20及び駆動モータ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。上記回転角センサ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。
The vehicle 1 includes a battery current /
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等からの各種情報の信号が入力されるようになっている。
The
発電機20は、該発電機20による発電電圧及び発電電流の情報をコントロールユニット100に送信するようになっており、コントロールユニット100は、その情報を入力して該情報から発電機20による発電電力(発電量)を検出する。
The generator 20 transmits information on the voltage and current generated by the generator 20 to the
駆動モータ40は、該駆動モータ40の回転数の情報や、駆動モータ40による回生発電電圧及び回生発電電流の情報をコントロールユニット100に送信するようになっており、コントロールユニット100は、その情報を入力して駆動モータ40の作動制御に用いる。
The
そして、コントロールユニット100は、上記入力信号に基づいて、スロットル弁アクチュエータ90、ポート噴射弁17、直噴噴射弁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、第1及び第2インバータ50,51に対して制御信号を出力して発電機20及び駆動モータ40を制御する。コントロールユニット100は、ポート噴射弁17、直噴噴射弁18及びスロットル弁16の作動を制御する制御手段を構成することになる。本実施形態では、コントロールユニット100は、エンジン10の運転中、エンジン10の運転状態に関係なく、天然ガス及び水素ガスを共に該エンジン10に供給するべく、ポート噴射弁17及び直噴噴射弁18の作動を制御する。
Based on the input signal, the
コントロールユニット100は、第1及び第2インバータ50,51の制御により、エンジン10が停止した状態でバッテリ30からの放電電力のみでもって駆動モータ40を駆動する第1態様と、発電機20の発電電力でもってバッテリ30を充電しながら、バッテリ30からの放電電力でもって駆動モータ40を駆動する第2態様と、バッテリ30及び発電機20の両方からの電力でもって駆動モータ40を駆動する第3態様とに切換える。この第3態様には、発電機20の発電電力の全てが駆動モータ40に供給される場合と、発電機20の発電電力の一部が駆動モータ40に供給されながら、残りがバッテリ30に供給される場合とが含まれる。
The
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。そして、コントロールユニット100は、バッテリ30のSOCが上記所定容量よりも高いときには、上記1態様を選択し、バッテリ30のSOCが上記所定容量よりも高くても、ドライバの加速要求等により、アクセル開度センサ102及び車速センサ103からの信号に基づく駆動モータ40の要求出力が大きい場合等においては、上記第3態様を選択する。また、コントロールユニット100は、バッテリ30のSOCが上記所定容量以下であるときには、上記第2態様を選択する。尚、タンク圧力センサ107による水素タンク70内の水素ガス残量が、予め設定された第1設定値以下になった場合や、CNGタンク71内の天然ガス残量が、予め設定された第2設定値以下になった場合等においては、上記第1態様を選択する。
The
コントロールユニット100は、エンジン10が停止した状態にあるときにおいて、駆動モータ40の要求出力及びバッテリ30のSOCの値に基づいて、発電要求の有無を確認し、発電要求が有るときには、上記スタータモータによりエンジン10を始動させ、発電機20に発電を行わせるべくエンジン10を運転する。
When the
以下に、コントロールユニット100によるエンジン10の運転時の処理動作を、図3及び図4のフローチャートに基づいて説明する。
Below, the processing operation at the time of the driving | operation of the
最初のステップS1で、各種センサからの信号を読み込み、次のステップS2で、アクセル開度センサ102及び車速センサ103からの信号に基づき、駆動モータ40の要求出力を計算する。
In the first step S1, signals from various sensors are read, and in the next step S2, the required output of the
次のステップS3では、上記駆動モータ40の要求出力とバッテリ30のSOCとに基づき発電要求の有無を確認し、次のステップS4では、発電要求が有るか否かを判定する。
In the next step S3, the presence or absence of a power generation request is confirmed based on the required output of the
上記ステップS4の判定がNOであるときには、上記ステップS1に戻る一方、ステップS4の判定がYESであるときには、ステップS5に進んで、エンジン10を始動する。
When the determination in step S4 is NO, the process returns to step S1, while when the determination in step S4 is YES, the process proceeds to step S5 and the
次のステップS6では、エンジン10がその始動から所定回転数(後述の所定の回転数領域内の回転数よりも低い回転数(例えば1800rpm))まで上昇したか否かを判定し、このステップS6の判定がNOであるときには、ステップS7に進んで、ポート噴射割合を第1所定値よりも小さくするとともに、直噴噴射割合を第2所定値よりも大きくする(直噴噴射割合を、ポート噴射割合と直噴噴射割合との合計が100%になるようにする)。これにより、ポート噴射割合は、基本的に、後述の通常発電運転時よりも小さくなる。しかる後に上記ステップS6に戻る。
In the next step S6, it is determined whether or not the
ここで、上記所定回転数に達するまでの低いエンジン回転数では、ターボ過給機85による過給圧が低いために、上記のような吸気遅閉じの構成では、ポート噴射弁17より噴射された天然ガス及び吸気された空気が、圧縮行程で作動室から上記吸気開口を通って吸気通路14に戻されることになる。一方、直噴噴射弁18より噴射された燃料は、上記吸気開口が閉じられてから噴射されるので、吸気通路14に戻されることはない。そこで、エンジン10の始動時における上記所定回転数に達するまでの低いエンジン回転数では、ポート噴射割合を第1所定値よりも小さくすることで、吸気通路14に戻される燃料量を少なくして、燃料が吸気通路14に戻されることによるエンジン10の出力低下を抑制する。
Here, at a low engine speed until the predetermined speed is reached, the supercharging pressure by the
エンジン回転数が上記所定回転数に達して、上記ステップS6の判定がYESになれば、ステップS8に進んで、スロットル弁16を全開状態にして、作動室(燃焼室)内の燃焼空燃比A/Fが2.3になるようにトータル燃料噴射量を設定する(空燃比センサ105の出力によりフィードバック制御される)とともに、エンジン回転数Neが、エンジン10の最大効率点を含む所定の回転数領域内(エンジン10の効率が最大ないし最大に近い回転数領域内)の目標回転数(本実施形態では、2000rpm)でもって目標出力トルクが得られるように(つまり、発電すべき発電量に対応する目標エンジン出力が得られるように)、ポート噴射割合及び直噴噴射割合を設定して、上記設定したトータル燃料噴射量、ポート噴射割合及び直噴噴射割合となるよう、ポート噴射弁17より天然ガスを噴射しかつ直噴噴射弁18より水素ガスを噴射する目標回転数制御を実行する。以下、このステップS8におけるエンジン10の運転を、通常発電運転という。この通常発電運転では、ターボ過給機85による過給圧により、ポート噴射弁17より噴射された燃料が吸気通路14に戻されることはない。尚、本実施形態では、エンジン10の運転中(始動時を含む)、スロットル弁16は、常に、上記通常発電運転と同じ全開状態とされる。
If the engine speed reaches the predetermined speed and the determination in step S6 is YES, the process proceeds to step S8 where the throttle valve 16 is fully opened and the combustion air-fuel ratio A in the working chamber (combustion chamber) is reached. The total fuel injection amount is set so that / F becomes 2.3 (feedback control is performed by the output of the air-fuel ratio sensor 105), and the engine speed Ne is a predetermined speed including the maximum efficiency point of the
上記通常発電運転は、基本的に、NOx吸蔵還元触媒82が活性状態にあり(低温活性三元触媒81も活性状態にあることになる)かつNOx吸蔵還元触媒82のNOx吸蔵量が第1所定量よりも少ないときに行われる運転であり、この運転では、エンジン10を、NOx吸蔵還元触媒82がNOxを吸蔵しかつ上記作動室内からのNOxの排出量が予め設定された設定量以下になるようなリーン運転(A/F=2.3)とするべく、上記目標回転数制御を実行する。上記第1所定量は、これ以上NOxを吸蔵することができなくなるレベルに近い量であって、吸蔵したNOxの放出が必要となる量である。NOx吸蔵還元触媒82のNOx吸蔵量は、エンジン10の運転履歴から計算することができ、コントロールユニット100が、エンジン10の運転中、その運転状態に基づいてNOx吸蔵量を積算していく。したがって、コントロールユニット100は、NOx吸蔵還元触媒82のNOx吸蔵量を検出するNOx吸蔵量検出手段を構成する。
In the normal power generation operation, basically, the NOx
次のステップS9では、エンジン水温センサ106によるエンジン水温が第1所定温度以上であるか否かを判定する。この第1所定温度は、NOx吸蔵還元触媒82が活性化する温度に対応する温度である。すなわち、ステップS9では、NOx吸蔵還元触媒82が活性状態にあるか否かを判定しており、エンジン水温センサ106は、NOx吸蔵還元触媒が活性状態にあるか又は未活性状態にあるかを検出する触媒活性/未活性検出手段を構成することになる。
In the next step S9, it is determined whether or not the engine water temperature by the engine
上記ステップS9の判定がYESであるときには、ステップS10に進んで、NOx吸蔵還元触媒82のNOx吸蔵量が上記第1所定量よりも少ないか否かを判定する。このステップS9の判定がYESであるときには、そのままリターンする。すなわち、そのまま上記通常発電運転を行うことになる。
When the determination in step S9 is YES, the process proceeds to step S10, and it is determined whether or not the NOx occlusion amount of the NOx
上記ステップS9の判定がNOであるときには、ステップS11に進んで、NOx吸蔵還元触媒82のNOx吸蔵量が、上記第1所定量よりも少ない第2所定量以上であるか否かを判定する。この第2所定量は、上記第1所定量に出来る限り近い値であって、NOx吸蔵量が該第2所定量になった時点から後述の触媒活性化制御を実行することにより、NOx吸蔵量が上記第1所定量に達する前に、エンジン水温を、上記第1所定温度よりも高い第2所定温度以上にする(つまり、NOx吸蔵還元触媒82の温度を上記所定温度以上にする)ことが可能な量とする。上記第2所定温度は、NOx吸蔵還元触媒82の温度としてNOxを放出させることが可能な上記所定温度に対応する温度である。エンジン水温センサ106は、触媒活性/未活性検出手段に加えて、NOx吸蔵還元触媒82の温度を検出する触媒温度検出手段も構成することになる。尚、触媒温度検出手段として、エンジン水温センサ106の代わりに、NOx吸蔵還元触媒82の温度を検出する温度センサをNOx吸蔵還元触媒82に設けてよく、この場合、その温度センサを、触媒活性/未活性検出手段として兼用することが好ましい。
When the determination in step S9 is NO, the process proceeds to step S11, in which it is determined whether or not the NOx occlusion amount of the NOx
上記ステップS11の判定がNOであるときには、そのままリターンする。すなわち、NOx吸蔵還元触媒82の未活性状態検出時であっても、NOx吸蔵還元触媒82のNOx吸蔵量が上記第2所定量よりも少ないときには、上記通常発電運転(上記目標回転数制御)を行う。
If the determination in step S11 is NO, the process directly returns. That is, even when the inactive state of the NOx
一方、上記ステップS11の判定がYESであるときには、ステップS12に進んで、車速センサ103からの信号により車両1が停止中であるか否かを判定する。ここでの停止は、車速が0であることに加えて、実質的に停止していると見做せる車速であって後述の触媒活性化制御の実行によるエンジン回転の上昇により車両のドライバに違和感を与えるような車速である場合も含む。車速センサ103は、車両1の停止を検出する車両停止検出手段を構成することになる。尚、ステップS12の判定は、必ずしも必要ではなく、なくすことも可能である。
On the other hand, when the determination in step S11 is YES, the process proceeds to step S12 to determine whether or not the vehicle 1 is stopped based on a signal from the
上記ステップS12の判定がYESであるときには、そのままリターンする(上記通常発電運転を行う)一方、ステップS12の判定がNOであるときには、ステップS13に進んで、上記通常発電運転に対して、ポート噴射割合を減少させかつ直噴噴射割合を増大させる(ポート噴射割合と直噴噴射割合との合計は100%にする)とともに、エンジン10の運転ポイントを上記通常発電運転よりも高回転側に移動させ、しかる後にリターンする。すなわち、NOx吸蔵還元触媒82の未活性状態検出時で、かつ、NOx吸蔵還元触媒82のNOx吸蔵量が上記第2所定量以上であるときであって、車両1の停止中に、NOx吸蔵還元触媒82の活性状態検出時に対して、スロットル弁16の開度及び作動室内の燃焼空燃比を維持させつつ、ポート噴射割合を減少させるとともに、エンジン出力が維持されるようエンジン10の運転ポイントを高回転側に移動させる触媒活性化制御を実行する。このようにスロットル弁16の開度を小さくしなくても(全開状態のままであっても)、ポート噴射割合の減少により、エンジンの出力トルクを減少させることができる。ここで、ポート噴射割合の減少により吸気量は多くなり、燃焼空燃比が維持されるので、天然ガス及び水素ガスのトータルの燃料噴射量は多くなるものの、基本的に、発熱量が高い天然ガスの燃料噴射量が減少してエンジンの出力トルクは減少する。しかし、エンジン10の運転ポイントが高回転側に移動することで、エンジン出力は維持される。尚、上記高回転側に移動した後のエンジン回転数は、基本的には、上記所定の回転数領域内の回転数よいも高い回転数となり、このときのエンジン10の効率は、上記通常発電運転時よりも低下する。
If the determination in step S12 is YES, the process returns as it is (performs the normal power generation operation). On the other hand, if the determination in step S12 is NO, the process proceeds to step S13, and port injection is performed for the normal power generation operation. The ratio is decreased and the direct injection ratio is increased (the sum of the port injection ratio and the direct injection ratio is 100%), and the operating point of the
上記触媒活性化制御の実行により、スロットル弁16の開度を絞ることによる燃費の悪化を招くことなく、エンジン出力を変更せずにエンジン10の運転ポイントを高回転側の運転ポイントに移動させることができる。このようにエンジン10が高回転で運転されると、排気ガスの流速が速くなるので、排気通路15において燃焼室の排気開口から触媒までの間の部分での放熱量が少なくなるとともに、排気ガスが勢いよくNOx吸蔵還元触媒82に接触するため、NOx吸蔵還元触媒82を活性化し易くなる。また、エンジン10の効率が低くなる運転ポイントへ移動させることで、廃熱量が多くなって排気ガスの温度も上昇し、NOx吸蔵還元触媒82をより一層活性化し易くなる。
By executing the catalyst activation control, the operating point of the
上記ステップS10の判定がNOであるときには、ステップS14に進んで、エンジン水温センサ106によるエンジン水温が上記第2所定温度以上であるか否か(つまり、NOx吸蔵還元触媒82の温度が上記所定温度以上であるか否か)を判定する。
When the determination in step S10 is NO, the process proceeds to step S14, and whether or not the engine water temperature by the engine
上記ステップS14の判定がNOであるときには、そのままリターンする(上記通常発電運転を行う)一方、ステップS14の判定がYESであるときには、ステップS15に進んで、作動室(燃焼室)内の燃焼空燃比A/Fが0.9になるようにトータル燃料噴射量を設定する(空燃比センサ105の出力によりフィードバック制御される)とともに、エンジン回転数Neが、上記目標回転数制御と同じ目標回転数である2000rpmでもって、上記目標回転数制御と同じ目標出力トルクが得られるように(つまり、上記目標回転数制御と同じ目標エンジン出力が得られるように)、ポート噴射割合及び直噴噴射割合を設定して、上記設定したトータル燃料噴射量、ポート噴射割合及び直噴噴射割合となるよう、ポート噴射弁17より天然ガスを噴射しかつ直噴噴射弁18より水素ガスを噴射する。すなわち、NOx吸蔵還元触媒82の活性状態検出時において、NOx吸蔵還元触媒82のNOx吸蔵量が上記第1所定量以上で、かつ、NOx吸蔵還元触媒82の温度が上記所定温度以上であるときには、エンジン10を、該NOx吸蔵還元触媒82が上記吸蔵したNOxを放出するようなリッチ運転とするべく、ポート噴射弁17、直噴噴射弁18及びスロットル弁16の作動を制御する。
If the determination in step S14 is NO, the process returns as is (performs the normal power generation operation). On the other hand, if the determination in step S14 is YES, the process proceeds to step S15, and the combustion empty in the working chamber (combustion chamber) is reached. The total fuel injection amount is set so that the fuel ratio A / F becomes 0.9 (feedback control is performed by the output of the air-fuel ratio sensor 105), and the engine speed Ne is the same target speed as the target speed control. The port injection ratio and the direct injection ratio are set so that the same target output torque as in the target rotational speed control can be obtained with 2000 rpm (that is, the same target engine output as in the target rotational speed control can be obtained). It is set from the
次のステップS16では、上記リッチ運転の開始から所定時間が経過したか否かを判定する。上記所定時間は、NOx吸蔵還元触媒82に吸蔵されているNOxの略全量が放出するのに要する時間である。このステップS16の判定がNOであるときには、当該ステップS16の動作を繰り返す一方、ステップS16の判定がYESになると、上記ステップS8に戻る(上記通常発電運転を実行する)。
In the next step S16, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the start of the rich operation. The predetermined time is a time required for releasing substantially the entire amount of NOx stored in the NOx
したがって、本実施形態では、ポート噴射弁17により天然ガスをエンジン10の吸気通路14に噴射し、直噴噴射弁18により、天然ガスに対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い水素ガスをエンジン10の燃焼室内に直接噴射するようにしたことにより、天然ガス及び水素ガスを共に燃焼室内に直接噴射する構成に比べて、ポート噴射弁17及び直噴噴射弁18を容易にレイアウトすることができる。また、天然ガスは、水素ガスよりも単位質量当たりの発熱量が高いので、ポート噴射弁17による天然ガスの噴射量を少なくしても、高いエンジン出力が得られるようになる。この結果、ポート噴射割合を、エンジン出力を確保できる範囲で小さくする(水素噴射割合を大きくする)ことで、吸気量の低減を出来る限り抑制することができる。さらに、水素噴射割合を大きくすることで、燃料の着火性を向上させることができる。
Therefore, in this embodiment, natural gas is injected into the
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be substituted without departing from the spirit of the claims.
例えば、上記実施形態では、エンジン1を、天然ガス及び水素ガスを燃料とする多種燃料ロータリエンジンとしたが、天然ガス及び水素ガスを燃料とする往復動型エンジンであってもよく、共に気体燃料である第1の燃料及び第2の燃料を用い、第2の燃料が第1の燃料に対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い燃料であれば、どのような燃料であっても、本発明を適用することができる。 For example, in the above embodiment, the engine 1 is a multi-fuel rotary engine that uses natural gas and hydrogen gas as fuel, but it may be a reciprocating engine that uses natural gas and hydrogen gas as fuel, both of which are gaseous fuels. As long as the first fuel and the second fuel are used and the second fuel is a fuel that has high ignitability to the first fuel and a low calorific value per unit mass, any fuel can be used. However, the present invention can be applied.
また、上記実施形態では、エンジン1及びその燃料噴射制御装置を、レンジエクステンダーEV車両(シリーズ式のハイブリッド車両)に搭載したが、これに限らず、エンジン及び車両駆動モータを備えた、他のどのような形式のハイブリッド車両に搭載することも可能であり、エンジンのみで駆動される車両に搭載することも可能である。 Moreover, in the said embodiment, although the engine 1 and its fuel-injection control apparatus were mounted in the range extender EV vehicle (series type hybrid vehicle), not only this but any other provided with an engine and a vehicle drive motor It can also be mounted on a hybrid vehicle of such a type, or can be mounted on a vehicle driven only by an engine.
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、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。 The above-described embodiments are merely examples, and the scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明は、共に気体燃料である第1の燃料及び第2の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a fuel injection control device for a multi-fuel engine configured to be able to supply a first fuel and a second fuel, both of which are gaseous fuels.
1 車両
10 多種燃料エンジン
14 吸気通路
15 排気通路
16 スロットル弁
17 ポート噴射弁(第1の燃料噴射弁)
18 直噴噴射弁(第2の燃料噴射弁)
82 NOx吸蔵還元触媒
85 ターボ過給機
100 コントロールユニット(制御手段)(NOx吸蔵量検出手段)
106 エンジン水温センサ(触媒活性/未活性検出手段)(触媒温度検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
18 Direct injection valve (second fuel injection valve)
82 NOx
106 Engine water temperature sensor (catalytic activity / inactivity detection means) (catalyst temperature detection means)
Claims (5)
上記第2の燃料は、上記第1の燃料に対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い燃料であり、
上記第1の燃料を上記エンジンの吸気通路に噴射する第1の燃料噴射弁と、
上記第2の燃料を上記エンジンの燃焼室内に直接噴射する第2の燃料噴射弁と、
上記エンジンの運転中、該エンジンの運転状態に関係なく、上記第1の燃料及び第2の燃料を共に該エンジンに供給するべく、上記第1の燃料噴射弁及び第2の燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。 A fuel injection control device for a multi-fuel engine configured to be capable of supplying a first fuel and a second fuel, both of which are gaseous fuels,
The second fuel is a fuel having high ignitability with respect to the first fuel and a low calorific value per unit mass,
A first fuel injection valve for injecting the first fuel into the intake passage of the engine;
A second fuel injection valve for directly injecting the second fuel into the combustion chamber of the engine;
During the operation of the engine, the first fuel injection valve and the second fuel injection valve are operated so as to supply both the first fuel and the second fuel to the engine regardless of the operation state of the engine. And a fuel injection control device for a multi-fuel engine.
上記吸気通路における上記第1の燃料噴射弁よりも上流側に配設され、上記燃焼室内への吸気量を調節するスロットル弁を更に備え、
上記制御手段は、上記第1の燃料噴射弁及び第2の燃料噴射弁の作動に加えて、上記スロットル弁の作動を制御するものであって、上記スロットル弁を全開にして、上記エンジンの最大効率点を含む所定の回転数領域内の目標回転数でもって目標出力トルクが得られるように、上記第1の燃料噴射弁より噴射される第1の燃料と上記第2の燃料噴射弁より噴射される第2の燃料との燃料分配率を設定して、該設定した燃料分配率となるよう上記第1の燃料噴射弁より上記第1の燃料を噴射しかつ上記第2の燃料噴射弁より上記第2の燃料を噴射する目標回転数制御を実行するように構成されていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device for a multi-fuel engine according to claim 1,
A throttle valve that is disposed upstream of the first fuel injection valve in the intake passage and adjusts the amount of intake air into the combustion chamber;
The control means controls the operation of the throttle valve in addition to the operation of the first fuel injection valve and the second fuel injection valve, and the throttle valve is fully opened to maximize the engine. The first fuel injected from the first fuel injection valve and the second fuel injection valve are injected so that a target output torque can be obtained at a target rotational speed within a predetermined rotational speed region including the efficiency point. The fuel distribution ratio with the second fuel to be set is set, the first fuel is injected from the first fuel injection valve so as to be the set fuel distribution ratio, and the second fuel injection valve is used. A fuel injection control device for a multi-fuel engine, characterized in that it is configured to execute target rotational speed control for injecting the second fuel.
上記エンジンの排気通路に配設され、該エンジンの排気ガスを浄化する触媒と、
上記触媒が活性状態にあるか又は未活性状態にあるかを検出する触媒活性/未活性検出手段とを更に備え、
上記制御手段は、上記触媒活性/未活性検出手段による上記触媒の活性状態検出時には、上記目標回転数制御を実行する一方、上記触媒活性/未活性検出手段による上記触媒の未活性状態検出時には、該触媒の活性状態検出時に対して、上記スロットル弁の開度及び上記燃焼室内の燃焼空燃比を維持させつつ、上記第1の燃料の燃料分配率を減少させるとともに、エンジン出力が維持されるよう上記エンジンの運転ポイントを高回転側に移動させる触媒活性化制御を実行するように構成されていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device for a multi-fuel engine according to claim 2,
A catalyst disposed in an exhaust passage of the engine for purifying exhaust gas of the engine;
A catalyst activity / inactivity detection means for detecting whether the catalyst is in an active state or in an inactive state;
The control means executes the target rotation speed control when the catalyst activity / inactivity detection means detects the catalyst activation state, while the catalyst activity / inactivity detection means detects the catalyst inactivity state. When the activation state of the catalyst is detected, while maintaining the opening degree of the throttle valve and the combustion air-fuel ratio in the combustion chamber, the fuel distribution ratio of the first fuel is decreased and the engine output is maintained. A fuel injection control device for a multi-fuel engine, characterized in that the catalyst activation control for moving the operating point of the engine to a high rotation side is executed.
上記触媒は、NOx吸蔵還元触媒であり、
上記NOx吸蔵還元触媒は、上記エンジンの排気ガス中のNOxをリーン空燃比雰囲気下で吸蔵するとともに、該吸蔵したNOxを、リッチ空燃比雰囲気下でかつ該NOx吸蔵還元触媒の温度が該NOx吸蔵還元触媒の活性化温度よりも高い所定温度以上の雰囲気下で、放出するものであり、
上記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量を検出するNOx吸蔵量検出手段と、
上記NOx吸蔵還元触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを更に備え、
上記制御手段は、上記触媒活性/未活性検出手段による上記触媒の活性状態検出時において、上記NOx吸蔵量検出手段によるNOx吸蔵量が第1所定量よりも少ないときには、上記エンジンを、上記NOx吸蔵還元触媒がNOxを吸蔵しかつ上記燃焼室内からのNOxの排出量が予め設定された設定量以下になるようなリーン運転とするべく、上記目標回転数制御を実行するとともに、上記触媒の活性状態検出時において、上記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量が上記第1所定量以上で、かつ、上記触媒温度検出手段による上記触媒の温度が上記所定温度以上であるときには、上記エンジンを、該NOx吸蔵還元触媒が上記吸蔵したNOxを放出するようなリッチ運転とするべく、上記第1の燃料噴射弁、第2の燃料噴射弁及びスロットル弁の作動を制御するように構成され、
更に上記制御手段は、上記触媒活性/未活性検出手段による上記触媒の未活性状態検出時で、かつ、上記NOx吸蔵量検出手段によるNOx吸蔵量が上記第1所定量よりも少ない第2所定量以上であるときに、上記触媒活性化制御を実行し、上記触媒の未活性状態検出時であっても、上記NOx吸蔵量が上記第2所定量よりも少ないときには、上記目標回転数制御を実行するように構成されていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device for a multi-fuel engine according to claim 3,
The catalyst is a NOx storage reduction catalyst,
The NOx occlusion reduction catalyst occludes NOx in the engine exhaust gas in a lean air-fuel ratio atmosphere, and stores the occluded NOx in a rich air-fuel ratio atmosphere and the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is the NOx occlusion catalyst. It is released under an atmosphere of a predetermined temperature or higher higher than the activation temperature of the reduction catalyst,
NOx occlusion amount detection means for detecting the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst;
Catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the NOx storage reduction catalyst,
When the NOx occlusion amount by the NOx occlusion amount detection means is less than a first predetermined amount when the catalyst activation state is detected by the catalyst activity / inactivity detection means, the control means causes the engine to occlude the NOx occlusion. In order to achieve a lean operation in which the reduction catalyst occludes NOx and the amount of NOx discharged from the combustion chamber is equal to or less than a preset set amount, the target rotational speed control is executed and the active state of the catalyst At the time of detection, when the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is not less than the first predetermined amount and the temperature of the catalyst by the catalyst temperature detecting means is not less than the predetermined temperature, the engine is occluded. The first fuel injection valve, the second fuel injection valve, and the slot are arranged in order to achieve a rich operation in which the reduction catalyst releases the stored NOx. Is configured to control the operation of the valve,
Further, the control means is a second predetermined amount when the inactive state of the catalyst is detected by the catalyst activity / inactivity detecting means and the NOx occlusion amount by the NOx occlusion amount detecting means is smaller than the first predetermined amount. When the above is true, the catalyst activation control is executed, and the target rotational speed control is executed when the NOx occlusion amount is smaller than the second predetermined amount even when the inactive state of the catalyst is detected. A fuel injection control device for a multi-fuel engine characterized by comprising:
上記エンジンは、過給機付きエンジンであって、該エンジンの燃焼室に開口する吸気開口が圧縮行程で全閉とされるように構成され、
上記制御手段は、上記エンジンが、その始動から、上記目標回転数よりも低い所定回転数までの間の回転数にあるときには、上記第1の燃料の燃料分配率を所定値よりも小さくするように構成されていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device for a multi-fuel engine according to any one of claims 2 to 4,
The engine is an engine with a supercharger, and is configured such that an intake opening that opens into a combustion chamber of the engine is fully closed in a compression stroke,
The control means makes the fuel distribution ratio of the first fuel smaller than a predetermined value when the engine is at a rotational speed from the start to a predetermined rotational speed lower than the target rotational speed. A fuel injection control device for a multi-fuel engine characterized by comprising:
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