JP4353104B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
この発明は、作動室内へ直接に気体水素を噴射する直噴式水素噴射弁と、吸気通路内に気体水素又はガソリンを供給する吸気通路用噴射弁とを備えたエンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control device including a direct injection hydrogen injection valve that directly injects gaseous hydrogen into a working chamber and an intake passage injection valve that supplies gaseous hydrogen or gasoline into the intake passage.
近年、低公害化を目的として、例えば圧縮天然ガス,液化プロパンガス,圧縮水素等の気体燃料と利用するエンジンを搭載した車両の開発が進められている。かかる気体燃料を使用するエンジンにおいては、燃焼に伴い生じる水分又はもともと気体に含まれる水分が外気温の低下に伴い氷結し、それが気体燃料を噴射する噴射弁に付着して、その動作を妨げるという問題が発生し得る。かかる問題に対処して、例えば特開平11−264334号公報には、低温始動時に、噴射弁に対する駆動電流の供給時間を長く設定し、それに伴う発熱作用により氷結を溶解させる方法が提案されている。 In recent years, for the purpose of reducing pollution, development of a vehicle equipped with an engine to be used with gaseous fuel such as compressed natural gas, liquefied propane gas, and compressed hydrogen has been promoted. In an engine using such a gaseous fuel, moisture generated by combustion or moisture originally contained in the gas freezes as the outside air temperature decreases, and it adheres to an injection valve that injects gaseous fuel and hinders its operation. May occur. In response to such a problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-264334 proposes a method of setting a long drive current supply time to the injection valve at a low temperature start and melting icing by a heat generation action associated therewith. .
しかしながら、上記特許文献1に開示されるように、通電時間を長くした場合には、結果的に噴射量が増え、始動時の空燃比がオーバーリッチとなることから、エンジン動作にも弊害が生じるおそれがある。したがって、安定したエンジンの始動性を確保しつつ、噴射弁における氷結を解消することが切に望まれる。特に圧縮水素を燃料として利用するエンジンにおいては、気体水素の燃焼に伴い水分が発生することからも、これを実現することは非常に有意義である。
However, as disclosed in the above-mentioned
この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、特に作動室内へ直接に気体水素を噴射する直噴式水素噴射弁と、吸気通路内に気体水素又はガソリンを供給する吸気通路用噴射弁とを備えたエンジンの低温始動時に、水素噴射弁に対する氷結の影響を回避しつつ、安定したエンジンの始動性を確保し得るエンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above technical problem, and in particular, a direct injection type hydrogen injection valve that directly injects gaseous hydrogen into the working chamber, and an intake passage injection valve that supplies gaseous hydrogen or gasoline into the intake passage. It is an object of the present invention to provide an engine control device that can ensure stable startability of the engine while avoiding the influence of freezing on the hydrogen injection valve at the time of low-temperature start of the engine having the above.
本願の請求項1に係る発明は、作動室内へ直接に気体水素を噴射する直噴式水素噴射弁と、吸気通路内に気体水素又はガソリンを供給する吸気通路用噴射弁とを備えたエンジンの制御装置において、エンジンの低温始動時に、直噴式水素噴射弁による水素の供給を禁止するとともに、上記吸気通路用噴射弁による気体水素若しくはガソリンの供給を行うようにしたことを特徴としたものである。
The invention according to
また、本願の請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、上記直噴式水素噴射弁の温度が所定温度以上に上昇したと推定される場合に、燃料噴射弁を上記吸気通路用噴射弁から該直噴式水素噴射弁へ切り替えるようにしたことを特徴としたものである。
In the invention according to
更に、本願の請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明において、上記エンジンの低温始動の開始時点又は完了時点から所定時間が経過した時点で、上記直噴式水素噴射弁の温度が所定温度以上に上昇したと推定されることを特徴としたものである。
Further, the invention according to claim 3 of the present application is the invention according to
また、更に、本願の請求項4に係る発明は、請求項2又は3に係る発明において、上記エンジン温度が所定温度以上に上昇した時点で、上記直噴式水素噴射弁の温度が所定温度以上に上昇したと推定されることを特徴としたものである。
Furthermore, the invention according to
また、更に、本願の請求項5に係る発明は、請求項1〜5に係る発明のいずれか一において、上記吸気通路用噴射弁は、ガソリンを供給するためのガソリン噴射弁と、気体水素を供給するための水素噴射弁とから構成され、エンジン温度が所定温度以上であると判断される場合には、該水素噴射弁から気体水素を供給し、エンジン温度が所定温度未満であると判断される場合には、ガソリン噴射弁からガソリンを供給するようにしたことを特徴としたものである。
Furthermore, the invention according to claim 5 of the present application is the invention according to any one of
本願の請求項1に係る発明によれば、エンジン停止後に気体水素の燃焼に伴い発生した水分が直噴式水素噴射弁の先端付近で氷結している可能性のある状態から再始動する場合に、吸気通路用噴射弁が用いられるため、直噴式水素噴射弁が氷結しても、その影響を回避して、良好なエンジン始動性を確保することができる。
According to the invention according to
また、本願の請求項2に係る発明によれば、低温始動後、エンジン温度が上昇し、その温度上昇に伴い、直噴式水素噴射弁の温度が上昇して氷結が解消されたと推定される場合に、吸気通路用噴射弁から直噴式水素噴射弁への切替えが行われるため、高い空燃比制御精度を確保することができる。
Further, according to the invention according to
更に、本願の請求項3に係る発明によれば、エンジンの低温始動の開始時点又は完了時点からの経過時間に基づき、直噴式水素噴射弁の温度を容易に推定することができる。 Further, according to the third aspect of the present invention, the temperature of the direct injection hydrogen injector can be easily estimated based on the elapsed time from the start time or completion time of the low temperature engine start.
また、更に、本願の請求項4に係る発明によれば、エンジン温度に基づき、上記直噴式水素噴射弁の温度を容易に推定することができる。
Furthermore, according to the invention of
また、更に、本願の請求項5に係る発明によれば、エンジン温度が所定温度未満である場合に、吸気通路用ガソリン噴射弁を用いてエンジン始動が実行されることにより、大幅に増大させられた駆動電流が吸気通路用水素噴射弁へ供給されることを防止し、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制することができる。 Further, according to the invention of claim 5 of the present application, when the engine temperature is lower than the predetermined temperature, the engine is started using the gasoline injection valve for the intake passage, so that it can be greatly increased. Therefore, it is possible to prevent the drive current from being supplied to the hydrogen injection valve for the intake passage, and to suppress the power supply voltage drop when the engine is started.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るロータリタイプの水素エンジンを概略的にあらわす図である。この水素エンジン1は、外形をなす構成として、トロコイド状の内周面を備えたロータハウジングH1と、ロータRの平面方向に沿って広がるほぼ平面状のサイドハウジングH2とを有している。これらハウジングH1及びH2が組み合わせられ、その内部に形成された内部空間にロータRが収納された状態で、ロータRの周囲には、ロータハウジングH1の内周面とサイドハウジングH2とにより、3つの作動室E1,E2,E3が規定される。各作動室E1,E2,E3は、偏心軸CのまわりにおけるロータRの回転に伴い、拡大及び伸縮を繰り返し、ロータRが1回転する間に、各作動室E1,E2,E3にて吸気行程,圧縮行程,膨張行程,排気行程からなる一連の行程が完了される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a rotary type hydrogen engine according to an embodiment of the present invention. The
ロータハウジングH1には、作動室E1,E2,E3内に気体水素を直接に噴射する気体水素噴射弁(以下、直噴式水素インジェクタという)I1と、作動室E1,E2,E3内に供給された燃料(気体水素又はガソリン)及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ7と、が設けられている。他方、サイドハウジングH2には、吸気通路2に連通する吸気ポート2aが形成されるとともに、排気通路3に連通する排気ポート3aが形成されている。
The rotor housing H 1 includes a gaseous hydrogen injection valve (hereinafter referred to as a direct injection hydrogen injector) I 1 that directly injects gaseous hydrogen into the working chambers E 1 , E 2 , E 3 , and working chambers E 1 , E 2. , the
更に、本実施形態では、ロータハウジングH1に設けられる直噴式水素インジェクタI1に加えて、吸気通路2に取り付けられ、吸気通路2内にガソリンを噴射するガソリン噴射弁I2(以下、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2という)が設けられるとともに、その上流側には、同様に吸気通路2に取り付けられ、吸気通路2内に気体水素を噴射する水素インジェクタI3(以下、ポート噴射式水素インジェクタI3という)が設けられている。そして、水素エンジン1における作動室内への燃料供給が必要とされる場合には、エンジン回転数,水素又はガソリンの燃料残量等の各種状態に応じて、若しくは、ドライバの要求に応じて、直噴式水素インジェクタI1,ポート噴射式ガソリンインジェクタI2,ポート噴射式水素インジェクタI3の中から適正なものが選択される。
Furthermore, in this embodiment, in addition to the direct injection type hydrogen injector I 1 provided in the rotor housing H 1 , a gasoline injection valve I 2 (hereinafter referred to as port injection) that is attached to the
図2は、水素エンジン1及びそれに関連する構成を概念的にあらわす図である。この図から分かるように、直噴式水素インジェクタI1,ポート噴射式ガソリンインジェクタI2及びポート噴射式水素インジェクタI3には、それぞれ、電磁弁V1,V2及びV3が付属させられ、各インジェクタにおける燃料噴射は、各電磁弁の開閉動作に基づき制御される。なお、図2では、各インジェクタI1,I2,I3に対して、電磁弁V1,V2,V3が別個に設けられるように示されるが、実際には、直噴式水素インジェクタI1の断面構造をあらわす図3A及び3Bに示すように、電磁弁が各インジェクタ内部に組み込まれている。
FIG. 2 is a diagram conceptually showing the
また、図2に示すように、本実施形態では、水素エンジン1の本体に対して、エンジン1の冷却水の水温を検出するための水温センサ18と、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサ19とが設けられている。また、吸気通路2には、吸気通路2内に流れる空気の温度を検出する吸気温センサ21が設けられ、他方、排気通路3には、作動室内の空燃比を算出すべく酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ(所謂λセンサ)22が設けられている。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, with respect to the main body of the
更に、図2に示すように、エンジン本体をなすロータハウジングH1に設けられた直噴式水素インジェクタI1と、吸気通路2に取り付けられたポート噴射式水素インジェクタI3とは、水素供給管9を介して、気体水素を貯留する水素貯留タンク14に接続されている。また、一方、吸気通路2に取り付けられたポート噴射式ガソリンインジェクタI2は、ガソリン供給管13を介して、ガソリン貯留タンク(不図示)に接続されている。水素貯留タンク14の排出口には、水素貯留タンク14から水素供給管9への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁15が設けられている。更に、水素供給管9内には、直噴式水素インジェクタI1及びポート噴射式水素インジェクタI3の各インジェクタに対する水素供給を制御するための遮断弁16が設けられている。また、更に、水素供給管9内には、遮断弁16と直噴式水素インジェクタI1との間に、水素貯留タンク14内の水素残量を算出すべく水素供給管9内の残圧を検出するための圧力センサ17が設けられている。
Further, as shown in FIG. 2, the direct injection hydrogen injector I 1 provided in the rotor housing H 1 constituting the engine body and the port injection hydrogen injector I 3 attached to the
なお、特に図示しないが、水素エンジン1に関連する構成としては、吸気通路2内に設けられるエアクリーナ,吸入エア量を検出するエアフローセンサと、アクセルペダル(図示せず)の踏み込み量に応じて開閉されてエアを絞るスロットル弁,該スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ,エアの流れを安定化させるサージタンク等、及び、排気通路3内に設けられる排気ガス浄化触媒,排気温センサ等、並びに、水素供給通路9又はガソリン供給通路13内に設けられ、各種インジェクタへ供給される燃料の流量を検出する燃料流量計等、上記以外の構成が設けられる。
Although not particularly shown, the configuration related to the
更に、図2に示すように、以上のような水素エンジン1及びそれに関連する構成を制御するコントロールユニット10が設けられている。このコントロールユニット10は、コンピュータからなる、水素エンジン1の総合的な制御装置であって、エアフローセンサによって検出される吸入エア量,水温センサ18によって検出されるエンジン水温,スロットル開度センサやアイドルスイッチ(アクセルペダル全閉時にオンされるスイッチであるが、ここでは不図示)によって検出されるスロットル開度,エンジン回転数センサ19によって検出されるエンジン回転数,排気温センサによって検出される排気温度,燃料流量計によって検出されるインジェクタへの燃料流量等の各種制御情報に基づいて、エンジン1の燃料噴射制御や点火時期調整制御などの各種制御を行うとともに、後で説明するインジェクタI1,I2,I3の駆動制御処理を行うようになっている。なお、このコントロールユニット10は、その内部に、マイクロコンピュータ(不図示)を有しており、各インジェクタI1,I2,I3の駆動制御を含む各種制御を行うに際して実行される補正,演算,判定等の処理は、そのマイクロコンピュータによってなされる。
Further, as shown in FIG. 2, a
次に、コントロールユニット10により駆動制御される直噴式水素インジェクタI1の構造について説明する。図3A及び3Bは、それぞれ、閉状態及び開状態にある直噴式水素インジェクタI1を示す縦断面説明図である。この水素インジェクタI1は、軸方向に沿って延びる気体通路4aを備えたインジェクタ本体4と、該インジェクタ本体4の気体通路4c内に設けられ、同じく軸方向に沿って延びる気体通路5aを備えたニードルバルブ5とを有している。
Next, the structure of the direct injection type hydrogen injector I 1 that is driven and controlled by the
インジェクタ本体4は、その一端側(図3A及び3Bにおける上端側)で水素供給管9に連通する一方、その他端側(図3A及び3Bにおける下端側)で噴射孔4bを構成しつつ水素エンジン1の内部空間に対向している。また、気体通路4a内に設けられるニードルバルブ5は、その一端側(図3A及び3Bにおける上端側)で気体通路4aの内周面に沿って摺動するように保持される一方、その他端側(図3A及び3Bにおける下端側)で、シール部5bを構成するとともに、該シール部5bの上流側に、気体通路5aから分岐しニードルバルブ5の側面で開口するように形成された複数の分岐通路5cを備えている。ニードルバルブ5のシール部5bに対応して、インジェクタ本体4の気体通路4a内には、噴射孔4bの上流側に弁座面4cが形成されている。ニードルバルブ5のシール部5bが弁座面4cに着座することで、インジェクタ本体4の噴射孔4bからの水素噴射が妨げられ、直噴式水素インジェクタI1から水素エンジン1の作動室内への水素供給が停止される。
The
また、ニードルバルブ5には、磁性体(不図示)が取り付けられる一方、インジェクタ本体4には、気体通路4aの周囲に、ニードルバルブ5とともに電磁弁V1を構成するソレノイドコイル6が組み込まれている。かかる構成を備えることにより、直噴式水素インジェクタI1では、ソレノイドコイル6への駆動電流の供給に際して、ニードルバルブ5が、該インジェクタ本体4の気体通路4cに沿って上方へシフトさせられる。ニードルバルブ5の移動範囲内においては、駆動電流を大きくなるにつれ、ニードルバルブ5の上方へのシフト量が大きくなる。
A magnetic body (not shown) is attached to the needle valve 5, while a solenoid coil 6 that constitutes the electromagnetic valve V 1 together with the needle valve 5 is incorporated in the
すなわち、駆動電流がソレノイドコイル6に供給されていない状態では、ニードルバルブ5のシール部5bが、インジェクタ本体4の気体通路4a内に形成された弁座面4cに着座することで、電磁弁V1が閉じ(図3A参照)、他方、駆動電流がソレノイドコイル6に供給されている状態では、ニードルバルブ5のシール部5bが弁座面4cから離間することで、電磁弁V2が開く(図3B参照)。電磁弁V2が開いた状態では、図3B中の破線の矢印で示すように、気体水素が、インジェクタ本体4の気体通路4a,ニードルバルブ5の気体通路5a,ニードルバルブ5の分岐通路5c,インジェクタ本体4の気体通路4a,インジェクタ本体4の噴射孔4bの順に流れ、インジェクタ本体4の噴射孔4bから噴射されることとなる。
That is, in a state where the drive current is not supplied to the solenoid coil 6, the
かかる構成を備えた直噴式水素インジェクタI1における気体水素の噴射タイミング及び噴射量は、マイクロコンピュータを含むコントロールユニット10によって制御される。より詳しくは、コントロールユニット10は、エアフローメータ,スロットルセンサ,圧力センサ17,水温センサ18及びエンジン回転数センサ19等の各種センサから検出される信号に基づき、直噴式水素インジェクタI1へ出力するパルスのタイミング及びそのバルス幅、つまり、電磁弁V1の開弁タイミング及び開弁時間を算出するようにして、気体水素の噴射タイミング及び噴射量を制御する。
The injection timing and the injection amount of gaseous hydrogen in the direct injection hydrogen injector I 1 having such a configuration are controlled by a
なお、ここでは、ロータハウジングH1に設けられた直噴式水素インジェクタI1を取り上げて説明したが、本実施形態では、吸気通路2に取り付けられるポート噴射式水素インジェクタI3としても、同じ構成を有するものが用いられている。
Here, the direct injection type hydrogen injector I 1 provided in the rotor housing H 1 has been described. However, in this embodiment, the port injection type hydrogen injector I 3 attached to the
続いて、水素エンジン1において、前述した構造を備えた水素インジェクタ(直噴式水素インジェクタI1及びポート噴射式水素インジェクタI3)がエンジン回転数センサ19により検出されるエンジン回転数に応じて使い分けられ、また、その噴射タイミングが変更される、コントロールユニット10による制御について説明する。図4は、各エンジン回転数に応じて採用される水素インジェクタ及びその噴射タイミングをあらわす説明図である。まず、低回転領域(800〜2500rpm程度)では、直噴式水素インジェクタI1が採用され、圧縮行程での噴射が実行される。ここでは、吸気行程中に体積が大きい気体水素を供給すると、水素のボリュームでエアが吸気ポート2aを介して作動室に十分に入らないという問題に対処して、吸気行程が済んだ後、圧縮行程時に、気体水素が供給され、燃料の充填効率の低下が抑制される。
Subsequently, in the
また、中回転領域(2500〜5000rpm程度)では、直噴式水素インジェクタI1が採用され、吸気行程での噴射が実行される。ここでは、気体水素とエアとが分離したまま点火が行われると、異常燃焼が生じるという問題に対処して、吸気行程の早い段階で直噴式水素インジェクタI1から気体水素が噴射され、ミキシング時間が確保されることで、気体水素とエアとのミキシング性が向上させられる。 Further, in the middle speed region (approximately 2500~5000Rpm), it is adopted direct-injection hydrogen injector I 1, is executed injection in the intake stroke. Here, in order to cope with the problem that abnormal combustion occurs when ignition is performed with the gaseous hydrogen and air separated, the gaseous hydrogen is injected from the direct injection hydrogen injector I 1 at an early stage of the intake stroke, and the mixing time is reached. By ensuring this, the mixing property of gaseous hydrogen and air is improved.
最後に、高回転領域(5000〜7000rpm程度)では、直噴式水素インジェクタI1及びポート噴射式水素インジェクタI3が併用される。ここでは、気体水素とエアとのミキシング性を向上させるべく、ポート噴射式水素インジェクタI3が用いられ、予混合噴射が実行されると同時に、トルク低下を抑制すべく、直噴式水素インジェクタI1が用いられ、圧縮行程での噴射が実行される。一例として、水素供給量の割合は、ポート噴射式水素インジェクタI3からの供給量が80%であり、直噴式水素インジェクタI1からの供給量が20%である。 Finally, in the high rotation region (about 5000~7000Rpm), the direct-injection hydrogen injector I 1 and the port-injection hydrogen injector I 3 are combined. Here, the port injection type hydrogen injector I 3 is used to improve the mixing property between gaseous hydrogen and air, and the premixed injection is executed. At the same time, the direct injection type hydrogen injector I 1 is used to suppress the torque drop. Are used to perform injection in the compression stroke. As an example, the ratio of hydrogen feed is 80% the amount supplied from the port injection hydrogen injector I 3, the supply amount from the direct-injection hydrogen injector I 1 is 20%.
ところで、従来の直噴式水素インジェクタを備えたエンジンでは、気体水素の燃焼に伴い生じる水分が外気温の低下に伴い氷結し、該直噴式水素インジェクタに付着して、その動作を妨げるおそれがあったが、本実施形態では、基本的に、低温始動時には、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2及び水素インジェクタI3が用いられて、直噴式水素インジェクタI1に対する氷結の影響が回避される。 By the way, in the engine equipped with the conventional direct injection type hydrogen injector, the water generated by the combustion of gaseous hydrogen is frozen as the outside air temperature decreases, and it adheres to the direct injection type hydrogen injector and may hinder its operation. However, in the present embodiment, basically, at the time of low temperature start, the port injection type gasoline injector I 2 and the hydrogen injector I 3 are used, and the influence of freezing on the direct injection type hydrogen injector I 1 is avoided.
また、本実施形態では、低温始動開始から直噴式水素インジェクタI1の温度が所定温度以上に上昇したと推定される場合(例えば、低温始動開始から所定時間が経過した場合、又は、エンジン温度が所定温度以上に上昇した場合)には、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2及び水素インジェクタI3から直噴式水素インジェクタへの切替えが行われる。これにより、より高い空燃比制御精度が確保される。 Further, in this embodiment, when it is estimated that the temperature of the direct injection hydrogen injector I 1 has risen above a predetermined temperature from the start of the low temperature start (for example, when a predetermined time has elapsed since the start of the low temperature start, or the engine temperature is When the temperature rises to a predetermined temperature or higher), the port injection type gasoline injector I 2 and the hydrogen injector I 3 are switched to the direct injection type hydrogen injector. Thereby, higher air-fuel ratio control accuracy is ensured.
更に、エンジン温度が所定温度以上である場合には、ポート噴射式水素インジェクタI3が用いられ、他方、エンジン温度が所定温度未満である場合には、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2が用いられる。これにより、極めて厳しい氷結状態に対処して大幅に増大させられた駆動電流のポート噴射式水素インジェクタI3への供給が防止され、エンジン始動時の電源電圧低下が抑制される。 Further, when the engine temperature is higher than a predetermined temperature, it is used port injection hydrogen injector I 3, on the other hand, when the engine temperature is lower than the predetermined temperature, the port injection gasoline injector I 2 is used. This prevents the supply of addresses to the extremely severe icing conditions to the port injection hydrogen injector I 3 of the driving current is greatly increased, the power supply voltage drop at the start of the engine is suppressed.
以下、コンピュータユニット10により実行される第1及び第2のインジェクタ駆動制御について、それぞれ、図5及び6のフローチャートを参照しながら説明する。なお、第1及び第2のインジェクタ駆動制御の間では、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2又は水素インジェクタI3から直噴式水素インジェクタI1に切り替えられる条件について違いがある。
Hereinafter, the first and second injector drive controls executed by the
図5は、コントロールユニット10により実行される第1のインジェクタ駆動制御処理についてのフローチャートである。この処理では、まず、例えば図2に示す水素エンジン1に関連する構成により検出された各種信号が読み込まれ(#11)、それらの信号に基づき、水素エンジン1が始動されたか否か、すなわちイグニションがオフ状態からオンされたか否かが判断される(#12)。その結果、水素エンジン1が始動されたと判断された場合には、ステップ#13へ進み、他方、水素エンジン1が始動されていないと判断された場合には、ステップ#19へ進む。
FIG. 5 is a flowchart of the first injector drive control process executed by the
ステップ#13では、吸気温度が0℃未満であるか否かが判断され、その結果、吸気温度が0℃未満でない、すなわち0℃以上であると判断された場合には、直噴式水素インジェクタI1の温度が氷結の可能性がない所定温度以上であるとして、直噴式水素インジェクタI1が駆動させられ(#18)、作動室内に気体水素が噴射される。以上で処理がリターンされる。また、一方、吸気温度が0℃未満であると判断された場合には、直噴式水素インジェクタI1の温度が所定温度未満であり、氷結の可能性があるとして、ステップ#14へ進む。
In
ステップ#14では、水素エンジン1の始動開始から所定時間が経過したか否かが判断され、その結果、所定時間が経過したと判断された場合には、氷結が既に解消されたとして、直噴式水素インジェクタI1が駆動させられ(#18)、作動室内に気体水素が噴射される。以上で処理がリターンされる。また、一方、所定時間が経過していないと判断された場合には、氷結の可能性があるとして、更に、ステップ#15へ進む。
In
ステップ#15では、吸気温度が−10℃未満であるか否かが判断され、その結果、吸気温度が−10℃未満であると判断された場合には、エンジン温度が所定温度未満であるとして、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2が駆動させられ(#16)、吸気通路2内にガソリンが噴射される。また、一方、吸気温度が−10℃未満でない、すなわち−10℃以上であると判断された場合には、エンジン温度が所定温度以上であるとして、ポート噴射式水素インジェクタI3が駆動させられ(#17)、吸気通路2内に気体水素が噴射される。ステップ#16及び#17の後、処理がリターンされる。
In
なお、ステップ#16及び#17に関連して、本実施形態では、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2と水素インジェクタI3との間に、同じ燃料の充填効率を達成する上で水素インジェクタI3の方がより大きな駆動電流の供給を要するという関係がある。これを考慮して、ステップ#15において、特にエンジン温度が所定温度未満であり、氷結が厳しいと判断される場合には、電源電圧の降下を抑制し、例えばエンジンスターター用の電圧等のエンジン始動時に電源電圧を要する他の構成への電圧を確保すべく、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2が駆動させられる。また、この場合には、作動室から吸気通路2への燃焼したガスの吹き返しに含まれる水分が氷結して、吸気通路2内の水素インジェクタについても氷結の可能性があるため、より確実なエンジン始動性を確保すべく、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2が駆動させられる。
In relation to step # 16 and # 17, in the present embodiment, between the port injection gasoline injector I 2 and hydrogen injector I 3, in achieving charging efficiency of the same fuel hydrogen injector I 3 There is a relationship that a larger driving current needs to be supplied. In consideration of this, in
また、ステップ#12で水素エンジン1の始動時でないと判断された場合に進むステップ#19では、圧力センサ17(図2参照)により検出された水素残圧が0.5MPaより大きいか否かが判断され、その結果、水素残圧が0.5MPaより大きいと判断された場合には、水素貯留タンク14内の水素残量が十分にあるとして、先に図4を参照して説明したエンジン回転数に応じた直噴式水素インジェクタI1及びポート噴射式水素インジェクタI3の切替えが行われる(#20)。また、一方、水素残圧が0.5MPa以下であると判断された場合には、水素貯留タンク14内の水素残量が十分でないとして、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2が駆動させられ(#21)、吸気通路2内にガソリンが噴射される。ステップ#20及び#21の後、処理がリターンされる。
Further, in
かかる第1のインジェクタ駆動制御処理では、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2又は水素インジェクタI3から直噴式水素インジェクタI1への切替えが、始動開始時点から所定時間が経過した時点で行われる。 In the first injector drive control process, switching from the port injection type gasoline injector I 2 or the hydrogen injector I 3 to the direct injection type hydrogen injector I 1 is performed when a predetermined time has elapsed from the start of the start.
次に、図6は、コントロールユニット10により実行される第2のインジェクタ駆動制御処理についてのフローチャートである。この処理では、まず、例えば図2に示す水素エンジン1に関連する構成により検出された各種信号が読み込まれ(#31)、それらの信号に基づき、水素エンジン1が始動されたか否か、すなわちイグニションがオフ状態からオンされたか否かが判断される(#32)。その結果、水素エンジン1が始動されたと判断された場合には、ステップ#33へ進み、他方、水素エンジン1が始動されていないと判断された場合には、ステップ#39へ進む。
Next, FIG. 6 is a flowchart of the second injector drive control process executed by the
ステップ#33では、吸気温度が0℃未満であるか否かが判断され、その結果、吸気温度が0℃未満でない、すなわち0℃以上であると判断された場合には、直噴式水素インジェクタI1の温度が氷結の可能性がない所定温度以上であるとして、直噴式水素インジェクタI1が駆動させられ(#38)、作動室内に気体水素が噴射される。以上で処理がリターンされる。また、一方、吸気温度が0℃未満であると判断された場合には、直噴式水素インジェクタI1の温度が所定温度未満であり、氷結の可能性があるとして、ステップ#34へ進む。
In
ステップ#34では、吸気温度が−10℃未満であるか否かが判断され、その結果、吸気温度が−10℃未満であると判断された場合には、エンジン温度が所定温度未満であるとして、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2が駆動させられ(#35)、吸気通路2内にガソリンが噴射される。また、一方、吸気温度が−10℃未満でない、すなわち−10℃以上であると判断された場合には、エンジン温度が所定温度以上であるとして、ポート噴射式水素インジェクタI3が駆動させられ(#37)、吸気通路2内に気体水素が噴射される。ステップ#35又は#37の後、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2又は水素インジェクタI3が用いられる氷結対策が1度実行され、始動が完了したとして、フラグ(FLAG)が1に設定され、処理がリターンされる。
In
また、ステップ#32で水素エンジン1の始動時でないと判断された場合に進むステップ#39では、フラグが確認され、フラグが1であるか否か、すなわち、氷結対策が既に実行されたか否かが判断され、その結果、フラグが0であると判断された場合には、氷結の可能性がないとして、ステップ#42へ進み、他方、フラグが1であると判断された場合には、引き続き、フラグが1に設定された始動完了時点から所定時間が経過したか否かが判断される(#40)。
Further, in
ステップ#40の結果、所定時間が経過したと判断された場合には、氷結が既に解消されたとして、ステップ#42へ進み、他方、所定時間が経過していないと判断された場合には、引き続き、前回のインジェクタ、つまり、ステップ#35又は#37で選択されたポート噴射式ガソリンインジェクタ又は水素インジェクタが継続されて駆動させられる(#41)。以上で処理がリターンされる。
As a result of
ステップ#42では、圧力センサ17(図2参照)により検出された水素残圧が0.5MPaより大きいか否かが判断され、その結果、水素残圧が0.5MPaより大きいと判断された場合には、水素貯留タンク14内の水素残量が十分にあるとして、先に図4を参照して説明したエンジン回転数に応じた直噴式水素インジェクタI1及びポート噴射式水素インジェクタI3の切替えが行われる(#43)。また、一方、水素残圧が0.5MPa以下であると判断された場合には、水素貯留タンク14内の水素残量が十分でないとして、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2が駆動させられ(#44)、吸気通路2内にガソリンが噴射される。ステップ#43及び#44の後、処理がリターンされる。
In
かかる第2のインジェクタ駆動制御処理では、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2又は水素インジェクタI3から直噴式水素インジェクタI1への切替えが、始動完了時点から所定時間が経過した時点で行われる。 In the second injector drive control process, switching from the port injection type gasoline injector I 2 or the hydrogen injector I 3 to the direct injection type hydrogen injector I 1 is performed when a predetermined time has elapsed from the start completion time.
以上の説明から明らかなように、本願発明によれば、エンジン停止後、水素燃焼に伴い発生した水分が直噴式水素インジェクタI1の先端付近で氷結し、その状態で再始動する場合に、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2又は水素インジェクタI3によるガソリン又は水素の供給が行われるため、直噴式水素インジェクタI1が氷結しても、良好なエンジン始動性が確保される。
また、低温始動後、エンジン温度が上昇し、その温度上昇に伴い、直噴式水素インジェクタI1の温度が上昇して氷結が解消されたと推定される場合に、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2又は水素インジェクタI3から直噴式水素インジェクタI1への切替えが行われるため、高い空燃比制御精度を確保することができる。つまり、本実施形態では、水素走行時に、NOxを抑制すべく空燃比がリーン状態(λ=2)になるように制御されるが、より高い空燃比制御精度を実現し得る直噴式インジェクタI1に切り替えられることで、空燃比をより精度良くリーン状態に維持することができる。
更に、エンジン温度が所定温度未満である場合に、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2を用いてエンジン始動が実行されることにより、大幅に増大させられた駆動電流が吸気通路用水素噴射弁へ供給されることを防止し、エンジン始動時の電源電圧低下を抑制することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, after the engine is stopped, the water generated by hydrogen combustion freezes in the vicinity of the front end of the direct injection hydrogen injector I 1 and restarts in that state. Since gasoline or hydrogen is supplied by the injection type gasoline injector I 2 or the hydrogen injector I 3 , even if the direct injection type hydrogen injector I 1 freezes, good engine startability is ensured.
Further, when it is estimated that the engine temperature rises after the low temperature start and the temperature of the direct injection hydrogen injector I 1 rises and the icing is eliminated along with the temperature rise, the port injection type gasoline injector I 2 or hydrogen Since the switching from the injector I 3 to the direct injection hydrogen injector I 1 is performed, high air-fuel ratio control accuracy can be ensured. That is, in the present embodiment, during hydrogen traveling, the air-fuel ratio is controlled so as to be in a lean state (λ = 2) in order to suppress NOx, but a direct injection injector I 1 that can achieve higher air-fuel ratio control accuracy. By switching to, the air-fuel ratio can be maintained in the lean state with higher accuracy.
Further, when the engine temperature is lower than the predetermined temperature, the engine is started using the port injection type gasoline injector I 2 , so that a greatly increased drive current is supplied to the intake passage hydrogen injection valve. This can prevent the power supply voltage from dropping when the engine is started.
なお、本発明は、例示された実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、図5及び6を参照して前述した第1及び第2のインジェクタ駆動制御処理では、ポート噴射式ガソリンインジェクタI2又は水素インジェクタI3から直噴式水素インジェクタI1への切替えが始動完了時点と同時に行われてもよい。インジェクタの切替えに際しては、空燃比が変化し、これに伴う出力変化により、ドライバに対して違和感がもたらされることがあるが、始動完了時点で直噴式水素インジェクタI1への切替えが行われる場合には、かかる出力変化がエンジン始動時における一現象としてドライバに認識されることとなり、上記の違和感を解消することができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and it goes without saying that various improvements and design changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the first and second injector drive control processes described above with reference to FIGS. 5 and 6, the switching from the port injection type gasoline injector I 2 or the hydrogen injector I 3 to the direct injection type hydrogen injector I 1 is completed when the start is completed. It may be done at the same time. When switching the injector, the air-fuel ratio changes, and the output change accompanying this may cause the driver to feel uncomfortable. However, when switching to the direct-injection hydrogen injector I 1 is performed when the start is completed. The output change is recognized by the driver as a phenomenon at the time of starting the engine, and the above-mentioned uncomfortable feeling can be solved.
また、図5中のステップ#14及び図6中のステップ#40では、直噴式水素インジェクタI1の温度が所定温度以上に上昇したことを推定するために、それぞれ、始動開始時点及び始動完了時点から所定時間が経過したか否かが判断されたが、これに限定されることなく、エンジン水温が所定温度以上であるか否かが判断されてもよい。また、図5中のステップ#15及び図6中のステップ#34では、ポート噴射式水素インジェクタI3が氷結の可能性があることを推定するために、それぞれ、吸気温度に基づいて判断されたが、これに限定されることなく、エンジン水温に基づいて判断されてもよい。
In
更に、前述した実施形態では、水素エンジン1として、ロータリエンジンが取り上げられたが、これに限定されることはなく、本発明は、レシプロエンジンにも適用可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the rotary engine is taken up as the
本発明に係る水素エンジンの制御装置は、自動車等の車両を含み、作動室内へ直接に気体水素を噴射する直噴式水素インジェクタと、吸気通路内にガソリン又は気体水素を噴射するポート噴射式ガソリンインジェクタ又は水素インジェクタとを備えたエンジンが搭載されるものであれば、いかなるものにも適用可能である。 A hydrogen engine control apparatus according to the present invention includes a vehicle such as an automobile, and includes a direct injection type hydrogen injector that directly injects gaseous hydrogen into a working chamber, and a port injection type gasoline injector that injects gasoline or gaseous hydrogen into an intake passage. Alternatively, the present invention can be applied to any device as long as an engine including a hydrogen injector is mounted.
1…エンジン本体,2…吸気通路,3…排気通路,4…インジェクタ本体,5…ニードルバルブ,6…ソレノイドコイル,7…点火プラグ,9…水素供給通路,10…コントロールユニット,13…ガソリン供給通路,14…水素貯留タンク,15…停止弁,16…遮断弁,17…圧力センサ,18…水温センサ,19…エンジン回転数センサ,21…吸気温センサ,22…酸素濃度センサ,I1…直噴式水素インジェクタ,I2…ポート噴射式ガソリンインジェクタ,I3…ポート噴射式水素インジェクタ,V1,V2,V3…電磁弁。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記エンジンの低温始動時に、上記直噴式水素噴射弁による水素の供給を禁止するとともに、上記吸気通路用噴射弁による気体水素若しくはガソリンの供給を行うようにしたことを特徴とするエンジンの制御装置。 In an engine control device comprising a direct injection hydrogen injection valve that directly injects gaseous hydrogen into a working chamber, and an intake passage injection valve that supplies gaseous hydrogen or gasoline into the intake passage.
An engine control device characterized in that, when the engine is started at a low temperature, supply of hydrogen by the direct injection hydrogen injection valve is prohibited, and gaseous hydrogen or gasoline is supplied by the intake passage injection valve.
The intake passage injection valve is composed of a gasoline injection valve for supplying gasoline and a hydrogen injection valve for supplying gaseous hydrogen, and when it is determined that the engine temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, The gas hydrogen is supplied from the hydrogen injection valve, and when it is determined that the engine temperature is lower than the predetermined temperature, the gasoline is supplied from the gasoline injection valve. The engine control device according to claim 1.
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