JP4356075B2 - Multi-fuel engine - Google Patents
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Description
本発明は、複数種類の燃料を切替えて動作する多種燃料機関に関し、特に燃料に含まれる硫黄成分の処理が考慮されたものに関する。 The present invention relates to a multi-fuel engine that operates by switching a plurality of types of fuel, and in particular, relates to an engine that takes into account the treatment of sulfur components contained in the fuel.
近年、自動車等においては、エミッションの改善および省資源の観点から、ガソリンや軽油等の液体燃料に代わるものとして、CNG(Compressed Natural Gas;圧縮天然ガス)、LPG(Liquid Petrol Gas;液体石油ガス)等の気体燃料が注目されている。しかし、気体燃料は、液体燃料に比べてそのエネルギー密度が小さいので、気体燃料を使用するエンジンを搭載した車両は、液体燃料を使用するエンジンを搭載した車両に比べて航続距離が短い。また、インフラ整備の遅れから、気体燃料の充填ステーションの数は十分ではなく、長距離の移動に不安が残っている。そこで、かかる気体燃料と液体燃料とを共通の燃焼室に供給可能な多種燃料機関、すなわちバイフュエルエンジンが提案されている。 In recent years, CNG (Compressed Natural Gas) and LPG (Liquid Petrol Gas) have been used as alternatives to liquid fuels such as gasoline and light oil in automobiles and the like from the viewpoint of improving emissions and saving resources. Gas fuels such as these are attracting attention. However, since the energy density of gaseous fuel is lower than that of liquid fuel, a vehicle equipped with an engine that uses gaseous fuel has a shorter cruising distance than a vehicle equipped with an engine that uses liquid fuel. In addition, due to delays in infrastructure development, the number of gas fuel filling stations is not sufficient, and there are concerns about long-distance travel. Therefore, a multi-fuel engine capable of supplying such a gaseous fuel and a liquid fuel to a common combustion chamber, that is, a bi-fuel engine has been proposed.
かかるバイフュエルエンジンでは、一般的には、通常制御時は機関に気体燃料を供給すると共に液体燃料の供給を停止し、残存気体燃料量が下限しきい値よりも少なくなったときに、機関に液体燃料を供給すると共に気体燃料の供給を停止することが想定されている(例えば特許文献1参照)。また、始動時の付着燃料による未燃ガスの排出を抑制する目的で始動時に気体燃料を供給する場合(例えば特許文献2参照)や、液体燃料が出力特性に優れる点に着目して高負荷時に液体燃料を供給する場合(例えば特許文献3参照)もある。 In such a bi-fuel engine, generally, during normal control, gaseous fuel is supplied to the engine and supply of liquid fuel is stopped, and when the residual gaseous fuel amount becomes less than a lower threshold value, It is assumed that the supply of gaseous fuel is stopped while supplying liquid fuel (see, for example, Patent Document 1). In addition, when supplying gaseous fuel at the start for the purpose of suppressing the discharge of unburned gas due to the adhering fuel at the start (for example, refer to Patent Document 2), or paying attention to the point that liquid fuel has excellent output characteristics, In some cases, liquid fuel is supplied (see, for example, Patent Document 3).
ところで近年、リーン空燃比での運転中にNOxを吸蔵し、リッチ空燃比の際にNOxを還元するNOx吸蔵還元型三元触媒(以下、リーンNOx触媒という)が提案されている。このようなリーンNOx触媒では、燃料中の硫黄の影響を受けて浄化率が下がる場合があるため、定期的に被毒回復制御を実施しなければならない。この被毒回復制御は、触媒をリッチ雰囲気下に置いて高温を保持するものである。しかし、このような被毒回復制御の実行は燃費悪化と触媒劣化とを促進することになるため、その実行時間や実行回数は抑制することが望ましい。 Recently, a NOx occlusion reduction type three-way catalyst (hereinafter referred to as a lean NOx catalyst) that stores NOx during operation at a lean air-fuel ratio and reduces NOx at a rich air-fuel ratio has been proposed. In such a lean NOx catalyst, the purification rate may decrease due to the influence of sulfur in the fuel, and therefore, poisoning recovery control must be performed periodically. This poisoning recovery control is to maintain the high temperature by placing the catalyst in a rich atmosphere . However, since execution of such poisoning recovery control promotes deterioration of fuel consumption and catalyst deterioration, it is desirable to suppress the execution time and number of executions.
他方、高回転かつ高負荷の運転条件では、被毒回復制御を行わない通常制御であっても被毒回復制御と同等のリッチ空燃比が実現されるため、通常制御の実行によりリーンNOx触媒から硫黄が放出され、いわば成り行きで被毒回復が実現されることになる。 On the other hand, under the high-rotation and high-load operating conditions, a rich air-fuel ratio equivalent to the poisoning recovery control is realized even with the normal control without the poisoning recovery control. Sulfur is released, and so-called poisoning recovery is realized.
そこで本発明の目的は、多種燃料機関において、通常制御による被毒回復の利用により、被毒回復制御の実行を抑制することにある。 Therefore, an object of the present invention is to suppress execution of poisoning recovery control by utilizing poisoning recovery by normal control in a multi-fuel engine.
第1の本発明は、CNGもしくはLPGとガソリンとを切替えて動作する多種燃料機関であって、所定の選択基準に基づいてCNGもしくはLPGおよびガソリンのうちいずれかを選択する選択手段と、所定の増量条件が成立している場合に触媒装置の硫黄脱離のためにCNGもしくはLPGの未燃成分を増量する未燃成分増量手段と、を備えた多種燃料機関において、前記選択手段は、前記所定の選択基準に基づけばCNGもしくはLPGが選択されるべき場合であっても、CNGもしくはLPGによる通常制御中における硫黄脱離能力が低く且つガソリンによる通常制御中の硫黄脱離が可能な所定の運転領域では、ガソリンを選択し、ガソリンによる通常制御を実行することを特徴とする多種燃料機関である。 The first invention is a multi-fuel engine that operates by switching the CNG or LPG and gasoline, and selection means for selecting one of the CNG or LPG and gasoline, based on a predetermined selection criterion, a predetermined In the multi-fuel engine comprising an unburned component increasing means for increasing the unburned component of CNG or LPG for sulfur desorption of the catalytic device when the increasing condition is satisfied, the selecting means includes the predetermined unit Even if CNG or LPG is to be selected based on the selection criteria of the above, the predetermined operation in which sulfur desorption ability during normal control by CNG or LPG is low and sulfur desorption during normal control by gasoline is possible in the area, select a gasoline, a multi-fuel engine and executes a normal control by the gasoline.
第1の本発明では、選択手段は、所定の選択基準に基づけばCNGもしくはLPGが選択されるべき場合であっても、CNGもしくはLPGによる通常制御中における硫黄脱離能力が低く且つガソリンによる通常制御中の硫黄脱離が可能な所定の運転領域では、ガソリンを選択する。したがって第1の本発明では、ガソリンによる通常制御での被毒回復を利用することによって、CNGもしくはLPGについての未燃成分増量手段による硫黄脱離(被毒回復)制御の実行を抑制することができる。 In the first aspect of the present invention, the selection means has a low sulfur desorption capacity during normal control by CNG or LPG and normal by gasoline even if CNG or LPG should be selected based on a predetermined selection criterion. Gasoline is selected in a predetermined operation region where sulfur desorption during control is possible. Therefore, in the first aspect of the present invention, by utilizing poisoning recovery under normal control with gasoline, it is possible to suppress execution of sulfur desorption (poisoning recovery) control by the unburned component increasing means for CNG or LPG. it can.
第1の本発明における所定の運転領域は、第2の本発明のように回転数と要求負荷とによって定められることとすれば、簡易な構成によって本発明に所期の効果を実現することができる。 If the predetermined operating range in the first aspect of the present invention is determined by the rotational speed and the required load as in the second aspect of the present invention, the expected effect of the present invention can be realized with a simple configuration. it can.
本発明における通常制御とは、前記触媒装置の硫黄脱離を考慮せずに燃料噴射量、噴射タイミングを決定する制御とするのが好適である。 The normal control in the present invention is preferably a control for determining the fuel injection amount and the injection timing without considering the sulfur desorption of the catalyst device .
以下に、本発明の実施形態につき添付図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
まず、図1を参照して、本発明が適用されるバイフュエルエンジン100の概要を説明する。101はエンジン本体、102はシリンダブロック、103はシリンダヘッド、104はピストン、105は燃焼室、106は吸気ポート、107は排気ポート、109は燃焼室105内の頂部に配置された点火栓をそれぞれ示している。吸気ポート106は吸気マニフォルド110を介してサージタンク111に接続され、サージタンク111は吸気ダクト112を介してエアクリーナ113に接続されている。吸気ダクト112内にはステップモータ114により駆動されるスロットル弁115が配置されている。
First, an outline of a
図1のエンジン100は、気体燃料供給系と液体燃料供給系とを具備しており、気体燃料としてCNGを用い、液体燃料としてガソリンを用いている。気体燃料供給系は、筒内の燃焼室105に噴射可能に配置されたCNG筒内噴射弁120を具備し、このCNG筒内噴射弁120は、CNG供給ライン122を介してCNGボンベ124に接続されている。なお、CNG供給ライン122内には、図示しない燃料遮断弁および高圧レギュレータ126が配置されている。
The
CNGボンベ124内に、充填圧力PF(例えば、20MPa)で充填されているCNGは、高圧レギュレータ126により一定の高調節圧PH(例えば、0.5MPa)まで減圧され、通常のエンジン制御状態では、この高調節圧PHでもってCNG筒内噴射弁120から筒内に圧縮行程で噴射される。この高調節圧PHは、運転状態にかかわらず常に圧縮行程で筒内噴射が可能な圧力である。
The CNG filled in the
同様に、液体燃料供給系は、吸気マニフォルド110内の吸気通路に噴射可能に配置されたガソリン噴射弁130を具備し、このガソリン噴射弁130は、ガソリン供給ライン132を介し車載された液体燃料容器としてのガソリンタンク134に接続されている。さらに、ガソリン供給ライン132内には、燃料ポンプ133が配置されている。これらのCNG筒内噴射弁120およびガソリン噴射弁130は、それぞれ、電子制御ユニット(以下、ECUと称す)300からの出力信号に基づいて制御される。
Similarly, the liquid fuel supply system includes a
排気ポート107は、排気マニフォルド146を介して触媒装置147に接続され、触媒装置147の排気側は不図示の消音器を介して外部に開放している。
The
触媒装置147は、リーン空燃比での運転中にNOxを吸蔵し、リッチ空燃比の際にNOxを還元するNOx吸蔵還元型三元触媒(リーンNOx触媒)である。この触媒装置147は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh、イリジウムIrのような貴金属とが担持されている。
The
触媒装置147は、流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはNOxを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると、蓄えているNOxを還元して蓄えているNOxの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
The
リーンNOx触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては、完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。 The detailed mechanism of the accumulation and reduction action of the lean NOx catalyst has not been fully clarified. However, the mechanism currently considered can be briefly described as follows, taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a support.
即ち、リーンNOx触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると、流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素O2がO2 −又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のNOは白金Ptの表面に付着し白金Ptの表面上でO2 −又はO2−と反応し、NO2となる(NO+O2→NO2+O*、ここでO*は活性酸素)。次いで生成されたNO2の一部は白金Pt上でさらに酸化されつつ触媒内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硝酸イオンNO3 −の形で触媒内に拡散する。このようにしてNOxが触媒内に蓄えられる。 That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the lean NOx catalyst becomes considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas greatly increases and oxygen O 2 becomes O 2 − or O 2−. It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas adheres to the surface of platinum Pt and reacts with O 2 − or O 2− on the surface of platinum Pt to become NO 2 (NO + O 2 → NO 2 + O * , where O * Indicates active oxygen). Next, a part of the produced NO 2 is further oxidized on platinum Pt while being absorbed into the catalyst and combined with barium oxide BaO, and diffuses in the form of nitrate ions NO 3 − . In this way, NOx is stored in the catalyst.
これに対し、リーンNOx触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してNO2の生成量が低下し、反応が逆方向(NO3 −→NO+2O*)に進み、斯くして触媒内の硝酸イオンNO3 −がNOの形で触媒から放出される。この放出されたNOxは排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれらHC,COと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ptの表面上にNOxが存在しなくなると触媒から次から次へとNOxが放出されて還元され、触媒内に蓄えられているNOxの量が次第に減少する。 On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the lean NOx catalyst becomes rich or the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the amount of NO 2 generated decreases, and the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 − → NO + 2O * ), and thus nitrate ions NO 3 − in the catalyst are released from the catalyst in the form of NO. If the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC and CO, the released NOx reacts with the HC and CO to be reduced. When NOx no longer exists on the surface of platinum Pt in this way, NOx is released from the catalyst to the next and reduced, and the amount of NOx stored in the catalyst gradually decreases.
なお、硝酸塩を形成することなくNOxを蓄え、NOxを放出することなくNOxを還元することも可能である。また、活性酸素O*に着目すれば、リーンNOx触媒はNOxの蓄積及び放出に伴って活性酸素O*を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。 It is also possible to store NOx without forming nitrate and to reduce NOx without releasing NOx. If attention is focused on the active oxygen O * , the lean NOx catalyst can be regarded as an active oxygen generating catalyst that generates active oxygen O * as NOx is accumulated and released.
ECU300はデジタルコンピュータからなり、周知の如く、双方向性バスを介して相互に接続されたROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)、常時電源に接続されているB−RAM(バックアップRAM)、入力ポート、および出力ポート等を具備している。 The ECU 300 is composed of a digital computer and, as is well known, is connected to a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), a CPU (microprocessor), and a constant power supply that are connected to each other via a bidirectional bus. A B-RAM (backup RAM), an input port, an output port, and the like are provided.
また、吸気マニフォルド110に接続されたサージタンク111には、サージタンク111内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ140が取り付けられている。CNGボンベ124の出口のCNG供給ライン122内には、CNGボンベ124内の残存CNG量、すなわち、残圧に比例した出力電圧を発生するCNG残圧センサ141および燃料温度(高圧)センサ151が配置され、ガソリンタンク134には、ガソリンタンク134内の残存ガソリン量に比例した出力電圧を発生するガソリン残量センサ142が配置されている。また、CNG供給ライン122の高圧レギュレータ126の下流には、燃料圧力(低圧)センサ152、燃料温度(低圧)センサ153が配置され、これらによって正確な燃料量が算出される。
A
また車室内には、使用する燃料の種類を運転者の操作により選択するためのマニュアルスイッチ160が設置されており、このマニュアルスイッチ160からはその「CNG」または「ガソリン」の操作位置に応じた信号が出力される。センサ140、141、142、150、151、152、153およびスイッチ160の出力電圧は、それぞれ、対応するAD変換器を介してECU300の入力ポートに入力される。
Further, a manual switch 160 for selecting the type of fuel to be used by the driver's operation is installed in the passenger compartment, and the manual switch 160 is operated according to the operation position of “CNG” or “gasoline”. A signal is output. The output voltages of the
さらに、入力ポートには、エンジン回転数Nを表す出力パルスを発生する回転数センサ143、スロットル弁115の回動角度を検出するスロットル開度センサ144、アクセルペダルの踏み込み量(要求負荷Lに対応する)を検出するアクセル開度センサ145、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ150等が、それぞれ対応するAD変換器を介して接続されている。一方、ECU300の出力ポートは、それぞれ、対応するDA変換器および駆動回路を介して、点火栓109、ステップモータ114、CNG筒内噴射弁120、ガソリン噴射弁130および燃料ポンプ133等に接続されている。
Further, the input port includes a
本実施形態ではCNGとガソリンのそれぞれについて、通常制御として、エンジン回転数N、要求負荷Lなどから、触媒装置147の硫黄脱離を考慮せずに決定される燃料噴射量、噴射タイミングによる運転制御が行われる。なお本実施形態は、後述するとおり、通常制御において概ね高回転かつ高負荷の領域で実現されるリッチ空燃比での運転を、触媒の硫黄脱離に利用するものである。
In this embodiment, for each of CNG and gasoline, as normal control, operation control based on the fuel injection amount and injection timing determined without considering the sulfur desorption of the
本実施形態では、図2に示されるように、エンジン回転数Nと要求負荷Lとにより定められるエンジン運転領域が、エンジン回転数Nの関数として予め定められる設定負荷L1(N),L2(N)を境界として、三つの領域に分割されている。設定負荷L1(N)は、それより高回転または高負荷側でガソリンでの通常制御で硫黄脱離可能であることを示す境界を画成する。設定負荷L2は、それより高回転または高負荷側でCNGでの通常制御で硫黄脱離可能であることを示す境界を画成する。すなわち、設定負荷L1(N),L2(N)によって分割されている三つの領域のうち、最も低負荷側の第一領域Iでは、ガソリンとCNGとのいずれによっても通常制御中の硫黄脱離が不可能または硫黄脱離能力がきわめて低く、また最も高負荷側の第三領域IIIでは、ガソリンとCNGとのいずれによっても硫黄脱離が可能または硫黄脱離能力が十分に高い。そして、これら第一領域Iと第三領域IIIの間の領域である第二領域IIでは、CNGによる通常制御中における硫黄脱離が不可能または硫黄脱離能力がきわめて低く且つガソリンによる通常制御中の硫黄脱離が可能または硫黄脱離能力が十分に高い。硫黄脱離能力は例えば単位時間・ガス供給量あたりの硫黄減少率に基づいて実験的に特定することができる。これらの運転領域の設定は、テーブル形式のデータファイルである運転領域マップとして、予めECU300のROMの所定領域に記憶されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the engine operating region determined by the engine speed N and the required load L is set loads L1 (N) and L2 (N ) Is divided into three regions. The set load L1 (N) defines a boundary indicating that sulfur can be desorbed by normal control with gasoline at a higher rotation speed or higher load side. The set load L2 defines a boundary indicating that sulfur can be desorbed by normal control with CNG at higher rotation speed or higher load side. That is, among the three regions divided by the set loads L1 (N) and L2 (N), in the first region I on the lowest load side, sulfur desorption during normal control is performed by both gasoline and CNG. In the third region III on the highest load side, sulfur desorption is possible or sufficiently high in any of gasoline and CNG. In the second region II, which is a region between the first region I and the third region III, sulfur desorption is impossible or the sulfur desorption ability is extremely low during normal control by CNG, and during normal control by gasoline. Sulfur desorption is possible or the sulfur desorption capacity is sufficiently high. The sulfur desorption capacity can be specified experimentally based on, for example, the sulfur reduction rate per unit time / gas supply amount. The setting of these operation areas is stored in advance in a predetermined area of the ROM of the
以上のとおり構成された本実施形態の動作の一例について説明する。図3は、本実施形態のECU300において実行される燃料選択処理ルーチンを示す。この処理ルーチンは、イグニッションスイッチがONされ、且つスタータの作動によりクランキングが開始されたことを条件に、予め定められた設定クランク角毎の割込みによって繰り返し実行される。
An example of the operation of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 3 shows a fuel selection processing routine executed in the
まず、各センサの検出値が読み込まれると(S10)、次に、CNG運転条件が成立中かが判断される(S20)。このCNG運転条件としては任意の条件を使用することができ、例えばCNG燃料の残存量が所定の下限しきい値を上回っていることや、マニュアルスイッチ160においてCNGが選択されていることを条件として、CNG燃料の残存量に余裕があるうちは運転者の意志に従った燃料が選択され、CNG残量が少なくなると、ガソリンが強制的に選択されるようにしてもよい。 First, when the detection value of each sensor is read (S10), it is then determined whether the CNG operation condition is satisfied (S20). Arbitrary conditions can be used as the CNG operating conditions, for example, on condition that the remaining amount of CNG fuel exceeds a predetermined lower threshold or that CNG is selected in the manual switch 160. The fuel may be selected according to the driver's will while the remaining amount of CNG fuel is sufficient, and the gasoline may be forcibly selected when the remaining CNG amount is low.
ステップS20で否定の場合には、ガソリンでの通常制御が行われる(S140)。また、その時の空燃比に応じて触媒装置147への硫黄の供給量、および触媒装置147からの硫黄の排出量の推定演算が行われると共に、触媒装置147の硫黄堆積量Aに対する減算または加算が行われる(S150)。
In the case of negative in step S20, normal control with gasoline is performed (S140). Further, an estimation calculation of the supply amount of sulfur to the
なお、ステップS140におけるガソリンでの通常制御において、硫黄堆積量Aが所定の脱離開始しきい値At1以上となった場合には、燃料噴射量に所定の足し込み値を加算することで触媒装置147をリッチ雰囲気下に置いて高温を保持する被毒回復制御が行われる。この被毒回復制御では、別途の処理ルーチンに従い、吸入空気量の増大とこれに応じた燃料噴射量の増大、および点火タイミングの遅角が行われる。吸入空気量の増大は、予めマップで持たせたエンジン水温等から求められる増量スロットル開度を、スロットル弁115のベース開度に反映させる処理によって行われる。この吸入空気量の増大に応答して、また別途の処理である通常の燃料噴射制御、すなわち吸入空気量に応じた燃料噴射量を実現すべくガソリン噴射弁130を駆動する一連の制御により、燃料噴射量が増大される。点火タイミングの遅角は、予めマップで持たせた増量遅角量、すなわちエンジン回転速度、空気量、バルブタイミング量、エンジン水温等から求められる増量遅角量を、点火栓109のベース点火時期に反映させる処理によって行われる。これらの処理の結果、燃焼室105からの排気ガスにおける未燃HCが、これら燃料噴射量の増大および点火タイミングの遅角を行わない場合に比して増量されることになる。
In the normal control with gasoline in step S140, when the sulfur accumulation amount A is equal to or greater than a predetermined desorption start threshold value At1, the catalyst device is obtained by adding a predetermined addition value to the fuel injection amount. Poisoning recovery control is performed in which 147 is placed in a rich atmosphere to maintain a high temperature. In this poisoning recovery control, the intake air amount is increased, the fuel injection amount is increased accordingly, and the ignition timing is retarded according to a separate processing routine. The increase in the intake air amount is performed by a process of reflecting the increased throttle opening obtained from the engine water temperature or the like previously given in the map in the base opening of the
ステップS20で肯定、すなわちCNG運転条件が成立している場合には、次に、CNGリーン制御条件が成立しているかが判断される(S30)。ここでのCNGリーン制御条件は、現在のエンジン回転数Nにおける要求負荷Lが所定の設定負荷を下回っており、かつ触媒装置147の硫黄堆積量Aが所定値以下であることである。CNGリーン制御条件が成立している場合には、CNGでのリーン制御が行われる(S40)。また、その時の空燃比に応じた触媒装置147への硫黄の供給量、および触媒装置147からの硫黄の排出量の推定演算に基づいて、両者の差分である硫黄増加量が触媒装置147の硫黄堆積量Aに対し加算される(S50)。
If the determination in step S20 is affirmative, that is, if the CNG operation condition is satisfied, it is next determined whether the CNG lean control condition is satisfied (S30). The CNG lean control condition here is that the required load L at the current engine speed N is less than a predetermined set load, and the sulfur accumulation amount A of the
ステップS30で否定、すなわちCNGリーン制御条件が成立していない場合には、次に、CNGでの通常制御で硫黄脱離可能な運転領域かが判断される(S60)。この判断は、エンジン回転数Nおよび要求負荷Lを用いた運転領域テーブルの参照により、現在のエンジン回転数Nにおける要求負荷Lが設定負荷L2を上回っているかの判定によって行われる。ステップS60で肯定、すなわちCNGでの通常制御によって硫黄脱離可能な運転領域である場合には、その時の空燃比に応じた触媒装置147への硫黄の供給量、および触媒装置147からの硫黄の排出量の推定演算に基づいて、触媒装置147の硫黄堆積量Aからの減算が行われる(S120)。また、CNGでの通常制御が行われる(S130)。
If negative in step S30, that is, if the CNG lean control condition is not satisfied, it is next determined whether or not the operation region allows sulfur desorption by normal control in CNG (S60). This determination is made by determining whether the required load L at the current engine speed N exceeds the set load L2 by referring to the operation region table using the engine speed N and the required load L. If the determination in step S60 is affirmative, that is, if the operation range is that sulfur can be desorbed by CNG normal control, the amount of sulfur supplied to the
なお、ステップS130で行われるCNGでの通常制御において、硫黄堆積量Aが所定の脱離開始しきい値At1以上となった場合には、触媒装置147をリッチ雰囲気下に置いて高温を保持する被毒回復制御(未燃成分増量制御)が行われる。この被毒回復制御では、別途の処理ルーチンに従い、吸入空気量の増大とこれに応じた燃料噴射量の増大、および点火タイミングの遅角が行われる。吸入空気量の増大は、予めマップで持たせたエンジン水温等から求められる増量スロットル開度を、スロットル弁115のベース開度に反映させる処理によって行われる。この吸入空気量の増大に応答して、また別途の処理である通常の燃料噴射制御、すなわち吸入空気量に応じた燃料噴射量を実現すべくCNG噴射弁120を駆動する一連の制御により、燃料噴射量が増大される。点火タイミングの遅角は、予めマップで持たせた増量遅角量、すなわちエンジン回転速度、空気量、バルブタイミング量、エンジン水温等から求められる増量遅角量を、点火栓109のベース点火時期に反映させる処理によって行われる。これらの処理の結果、燃焼室105からの排気ガスにおける未燃HCが、これら燃料噴射量の増大および点火タイミングの遅角を行わない場合に比して増量されることになる。
In the normal control with CNG performed in step S130, when the sulfur deposition amount A is equal to or greater than the predetermined desorption start threshold value At1, the
ステップS60で否定の場合、次に、ガソリンでの通常制御で硫黄脱離可能な運転領域かが判断される(S70)。この判断は、エンジン回転数Nおよび要求負荷Lを用いた運転領域テーブルの参照により、現在のエンジン回転数Nにおける要求負荷Lが設定負荷L1を上回っているかの判定によって行われる。ステップS70で否定、すなわちガソリンでの通常制御によって硫黄脱離が不可能または硫黄脱離能力がきわめて低い運転領域である場合には、CNGでの通常制御が行われる(S130)。 In the case of negative in step S60, it is next determined whether or not the operation region can be desorbed by normal control with gasoline (S70). This determination is made by determining whether the required load L at the current engine speed N exceeds the set load L1 by referring to the operation region table using the engine speed N and the required load L. If negative in step S70, that is, if the sulfur is not desorbed by the normal control with gasoline or the operation range is extremely low, the normal control with CNG is performed (S130).
そしてステップS70で肯定の場合には、次に触媒装置147の硫黄堆積量Aに基づいて、現在の硫黄堆積量Aが所定の脱離開始しきい値At1以上であるかが判断される(S80)。この脱離開始しきい値At1は、触媒装置147における硫黄堆積量Aがこれを下回る場合には硫黄被毒による触媒性能への影響が実用上無視できるような値(例えば、限界堆積量の10%)に、予め実験的に定めるものとする。硫黄堆積量Aが脱離開始しきい値At1未満の場合には、CNGでの通常運転が行われる(S130)。なお、ステップS70またはS80で否定された場合には、もとよりCNGでの通常制御によっては硫黄脱離が不可能または硫黄脱離能力がきわめて低いため、CNGでの通常運転(S130)が行われても、硫黄堆積量Aに対する減算(S120)はスキップされることになる。
If the determination in step S70 is affirmative, it is next determined based on the sulfur accumulation amount A of the
そして、ステップS80で肯定の場合、つまり、ステップS20における所定の選択基準に基づけばCNGが選択されるべき場合であって、CNGによる通常制御中における硫黄脱離が不可能または硫黄脱離能力がきわめて低く(S60)、且つガソリンによる通常制御中の硫黄脱離が可能(S70)な所定の運転領域では、ガソリンが燃料として選択される。具体的には、ガソリンでの通常制御が行われる(S90)と共に、その時の空燃比に応じた触媒装置147の硫黄堆積量Aからの減算が行われる(S100)。
If the determination in step S80 is affirmative, that is, CNG is to be selected based on the predetermined selection criteria in step S20, sulfur desorption during the normal control by CNG is impossible or the sulfur desorption ability is low. In a predetermined operating region that is very low (S60) and that allows sulfur desorption during normal control with gasoline (S70), gasoline is selected as the fuel. Specifically, normal control with gasoline is performed (S90), and subtraction from the sulfur accumulation amount A of the
このようなガソリンでの通常制御(S90)と硫黄堆積量Aの減算(S100)とは、硫黄堆積量Aが所定の脱離終了しきい値At2以下になるまで(S110)、繰り返し実行される。この脱離終了しきい値At2は、硫黄堆積量Aが上述した脱離開始しきい値At1の近傍で上下し続ける事態を避けるために、脱離開始しきい値At1よりも十分に小さい値(例えば、限界堆積量の0%から所定の誤差範囲内)に、予め実験的に定めるものとする。そして、硫黄堆積量Aが脱離終了しきい値At2以下になったことを条件に処理がリターンされ、以後硫黄堆積量Aが再び脱離開始しきい値At1以上になるまでの間、CNG運転条件の成立中におけるガソリンの選択による硫黄脱離は行われない。 Such normal control with gasoline (S90) and subtraction of sulfur accumulation amount A (S100) are repeatedly executed until the sulfur accumulation amount A becomes equal to or less than a predetermined desorption end threshold value At2 (S110). . This desorption end threshold value At2 is a value sufficiently smaller than the desorption start threshold value At1 in order to avoid a situation in which the sulfur accumulation amount A continues to rise and fall in the vicinity of the desorption start threshold value At1 described above ( For example, it is experimentally determined in advance within a predetermined error range from 0% of the limit deposition amount. Then, the process is returned on condition that the sulfur accumulation amount A becomes equal to or less than the desorption end threshold value At2, and thereafter the CNG operation is performed until the sulfur accumulation amount A again becomes equal to or greater than the desorption start threshold value At1. There is no sulfur desorption due to the choice of gasoline while the conditions are met.
以上のとおり、本実施形態では、ステップS20における所定の選択基準に基づけばCNGが選択されるべき場合であって、CNGによる通常制御中における硫黄脱離能力が低く(S60)、且つガソリンによる通常制御中の硫黄脱離が可能(S70)な所定の運転領域では、ガソリンが燃料として選択される。したがって本実施形態では、ガソリンによる通常制御での被毒回復を利用することによって、CNGについての被毒回復制御(未燃成分増量制御)の実行を抑制することができる。 As described above, in the present embodiment, CNG is to be selected based on the predetermined selection criteria in step S20, and the sulfur desorption capability during normal control by CNG is low (S60), and normal by gasoline In a predetermined operation region where sulfur desorption during control is possible (S70), gasoline is selected as the fuel. Therefore, in the present embodiment, it is possible to suppress the poisoning recovery control (unburned component increase control) for CNG by utilizing the poisoning recovery in the normal control with gasoline.
また本実施形態では、上記所定の運転領域をエンジン回転数Nと要求負荷Lとによって定められることとしたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を実現することができる。 Further, in the present embodiment, the predetermined operating range is determined by the engine speed N and the required load L, so that the expected effect of the present invention can be realized with a simple configuration.
なお、上記実施形態では、各燃料による通常制御中における硫黄脱離能力を、エンジン回転数Nおよび要求負荷Lに基づいて推定することとしたが、本発明における硫黄脱離能力の推定にはこれらのパラメータに加え、あるいはこれらのパラメータに代えて、水温センサ150、触媒装置147の近傍に設置された触媒温度センサ、エンジンのオイルパンなどに設置された油温センサ、あるいは排気管に設置された排気温度センサ等の検出値を用いてもよい。
In the above embodiment, the sulfur desorption capacity during normal control by each fuel is estimated based on the engine speed N and the required load L. In addition to or in place of these parameters, the
また、上記実施形態では第1の燃料としてCNGを用い、第2の燃料としてガソリンを用いた例につき説明した。しかしながら、本発明は通常制御中における硫黄脱離能力に差のある複数種類の燃料を用いる場合に広く適用でき、ガソリンや軽油のほかイソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素、或いはメタノールなどの液体燃料、さらには一次燃料である天然ガスおよび石油ガス、或いは二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガス、水素、DME(ジメチルエーテル)等の気体燃料のうちの複数種類からなる組合せを用いることができる。また触媒物質としては各種の三元触媒のほか酸化触媒など、通常制御中の硫黄脱離が可能な各種の物質を選択することができる。 In the above-described embodiment, an example in which CNG is used as the first fuel and gasoline is used as the second fuel has been described. However, the present invention can be widely applied when using a plurality of types of fuels having different sulfur desorption capacities during normal control, and hydrocarbons such as gasoline, diesel oil, isooctane, hexane, heptane, diesel oil, kerosene, or Liquid fuels such as butane, propane-like hydrocarbons, or methanol that can be stored in a liquid state, as well as natural gas and petroleum gas as primary fuel, or coal conversion gas and petroleum conversion gas as secondary fuel, hydrogen A combination of a plurality of gaseous fuels such as DME (dimethyl ether) can be used. As the catalyst material, various substances capable of eliminating sulfur during normal control, such as various three-way catalysts and oxidation catalysts, can be selected.
また、上記各実施形態ではCNG燃料につき筒内直噴式とする一方でガソリンにつき所謂ポート噴射式としたが、本発明では各燃料の供給方式はいずれも任意であって、液体・気体の双方を筒内直噴式あるいはポート噴射式としたり、さらには少なくともいずれか一方をキャブレター式やミキサ式とすることも可能である。 In each of the above embodiments, the CNG fuel is in-cylinder direct injection, while the gasoline is so-called port injection. However, in the present invention, each fuel supply method is arbitrary, and both liquid and gas are used. In-cylinder direct injection type or port injection type, or at least one of carburetor type or mixer type can be used.
100 バイフュエルエンジン
120 CNG筒内噴射弁
124 CNGボンベ
130 ガソリン噴射弁
134 ガソリンタンク
147 触媒装置
150 水温センサ
300 電子制御ユニット
L1,L2 設定負荷
I,II,III 運転領域
100
Claims (3)
前記選択手段は、前記所定の選択基準に基づけばCNGもしくはLPGが選択されるべき場合であっても、CNGもしくはLPGによる通常制御中における硫黄脱離能力が低く且つガソリンによる通常制御中の硫黄脱離が可能な所定の運転領域では、ガソリンを選択し、ガソリンによる通常制御を実行することを特徴とする多種燃料機関。 A multi-fuel engine that operates by switching between CNG or LPG and gasoline, and selection means for selecting either CNG or LPG or gasoline based on a predetermined selection criterion, and a predetermined increase condition is established In a multi-fuel engine equipped with an unburned component increasing means for increasing the unburned component of CNG or LPG for sulfur desorption of the catalyst device,
Even if CNG or LPG should be selected based on the predetermined selection criteria, the selection means has a low sulfur desorption capability during normal control by CNG or LPG , and sulfur desorption during normal control by gasoline. the release is a predetermined operating region as possible, a multi-fuel engine, characterized in that selecting the gasoline, it executes normal control by the gasoline.
前記所定の運転領域が機関回転数と要求負荷とによって定められることを特徴とする多種燃料機関。 The multi-fuel engine according to claim 1,
The multi-fuel engine, wherein the predetermined operating range is determined by an engine speed and a required load.
前記通常制御とは、前記触媒装置の硫黄脱離を考慮せずに燃料噴射量、噴射タイミングを決定する制御であることを特徴とする多種燃料機関。 A multi-fuel engine according to claim 1 or 2,
The normal control is a control for determining the fuel injection amount and the injection timing without considering the sulfur desorption of the catalyst device.
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