JP4380465B2 - Control device for hydrogen fuel engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

本発明は、水素と、ガソリン、軽油、天然ガス等の化石燃料との少なくとも一方を燃料として作動する水素燃料エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、NOx吸蔵触媒を排気通路に備えた水素燃料エンジンの制御装置に関する技術分野に属する。   The present invention relates to a control device for a hydrogen fuel engine that operates using at least one of hydrogen and fossil fuels such as gasoline, light oil, and natural gas as a fuel, and more specifically, a hydrogen fuel engine including a NOx storage catalyst in an exhaust passage. Belongs to the technical field related to the control device.

一般に、車両用等のエンジンにおいては、排ガス中に含まれるCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、NOx(窒素酸化物)等の有害成分を除去する装置として三元触媒が用いられる。しかし、近年における燃費性能の向上を目的とした希薄燃焼方式等を採用するエンジンの場合、排ガス中の酸素濃度が高くなるため、ウインドウが理論空燃比近傍の狭い範囲にある従来の三元触媒ではNOxを十分に除去できないという問題が発生する。   In general, in a vehicle engine or the like, a three-way catalyst is used as an apparatus for removing harmful components such as CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), and NOx (nitrogen oxide) contained in exhaust gas. However, in the case of an engine that employs a lean combustion method or the like for the purpose of improving fuel efficiency in recent years, the oxygen concentration in the exhaust gas becomes high, so in the conventional three-way catalyst in which the window is in a narrow range near the theoretical air-fuel ratio, There arises a problem that NOx cannot be sufficiently removed.

これに対処するものとして、排気通路に空燃比がリーン(酸素過剰状態)のときには排ガス中のNOxを吸収し、空燃比がリッチ(酸素不足状態)になれば吸収していたNOxを放出するNOx吸蔵触媒を配置することが知られている。これによれば、空燃比を適切に制御することにより、リーン状態では、NOxが上記NOx吸蔵触媒に吸収され、またリッチ状態では、NOxが上記NOx吸蔵触媒から放出されて、多量に存在するCO,HCと反応し、やはり有害成分の外部への排出が抑制される。その結果、希薄燃焼方式を採用するエンジンのNOx排出量を効果的に低減させることが可能となる。   To cope with this, NOx in the exhaust gas is absorbed when the air-fuel ratio is lean (oxygen-excess state) in the exhaust passage, and NOx that is absorbed is released when the air-fuel ratio becomes rich (oxygen-deficient state). It is known to arrange a storage catalyst. According to this, by appropriately controlling the air-fuel ratio, in the lean state, NOx is absorbed by the NOx storage catalyst, and in the rich state, NOx is released from the NOx storage catalyst and exists in a large amount. , Reacts with HC, and the emission of harmful components to the outside is also suppressed. As a result, it is possible to effectively reduce the NOx emission amount of the engine that employs the lean combustion system.

ところで、NOx吸蔵触媒には硫黄被毒の問題がある。つまり燃料に含まれる硫黄成分がSOx等となって、NOx吸蔵触媒に付着して該触媒のNOx吸収を妨害し、NOx浄化率を低下させるのである。そのため、定期的にNOx吸蔵触媒から硫黄を放出除去する必要があり、例えば特許文献1に記載の硫黄放出制御として、NOx吸蔵触媒への硫黄付着量を燃料流量や排ガス温度等に基づいて推定し、該推定量が所定量以上となったときに空燃比をリッチ化し、かつ触媒を昇温させるために排ガスを昇温してNOx吸蔵触媒から硫黄を放出除去させるものがある。   By the way, the NOx storage catalyst has a problem of sulfur poisoning. That is, the sulfur component contained in the fuel becomes SOx or the like, adheres to the NOx storage catalyst, obstructs the NOx absorption of the catalyst, and reduces the NOx purification rate. Therefore, it is necessary to periodically release and remove sulfur from the NOx storage catalyst. For example, as sulfur release control described in Patent Document 1, the amount of sulfur adhering to the NOx storage catalyst is estimated based on the fuel flow rate, exhaust gas temperature, and the like. In some cases, when the estimated amount exceeds a predetermined amount, the air-fuel ratio is enriched, and the exhaust gas is heated to release and remove sulfur from the NOx storage catalyst in order to raise the temperature of the catalyst.

一方、近年、環境保護に対応して、ガソリン、軽油、天然ガス等の化石燃料に代わって水素を燃料とする水素燃料エンジン、あるいは化石燃料と水素とを併用して作動するハイブリッド式の水素燃料エンジンが提案されている。このような水素燃料エンジンの例として特許文献2に記載のエンジンがある。これによるとエンジンは、燃焼室内にガソリンを供給する燃料噴射弁と水素を供給する水素噴射弁とを備えており、運転状況に応じていずれの燃料を使用するかを切換可能に構成されている。   On the other hand, in recent years, in response to environmental protection, hydrogen fuel engines that use hydrogen instead of fossil fuels such as gasoline, light oil, and natural gas, or hybrid hydrogen fuels that operate using both fossil fuel and hydrogen An engine has been proposed. There exists an engine of patent document 2 as an example of such a hydrogen fuel engine. According to this, the engine is provided with a fuel injection valve for supplying gasoline and a hydrogen injection valve for supplying hydrogen into the combustion chamber, and is configured to be able to switch which fuel to use depending on the operating conditions. .

特開平11−44211号公報JP-A-11-44211 特開平7−97906号公報JP-A-7-97906

ところで、上記のように、燃料として水素燃料を使用可能なエンジンにおいて、排気通路にNOx吸蔵触媒が配設されている場合に、硫黄除去のために燃焼室へ供給する混合気体の空燃比をリッチ化したときは、水素の噴射量が増加することになるが、水素の噴射量が大きくなると、水素の強い還元力又は不完全燃焼により有害なHSが発生する傾向が大きくなると共に、ノッキングに似た振動、騒音が発生しやすいという問題がある。 Incidentally, as described above, in an engine that can use hydrogen fuel as the fuel, when the NOx storage catalyst is disposed in the exhaust passage, the air-fuel ratio of the mixed gas supplied to the combustion chamber for sulfur removal is rich. When the hydrogen injection amount is increased, the hydrogen injection amount increases. However, when the hydrogen injection amount increases, the tendency of harmful H 2 S to be generated due to the strong reducing power of hydrogen or incomplete combustion increases, and knocking occurs. There is a problem that vibration and noise similar to those are likely to occur.

そこで、本発明は、NOx吸蔵触媒からの硫黄放出の際に、HSの発生を抑制すると共に、振動、騒音の発生を抑制することができる水素燃料エンジンの制御装置を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a control device for a hydrogen fuel engine that can suppress the generation of H 2 S and the generation of vibration and noise when sulfur is released from a NOx storage catalyst. And

上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.

即ち、本願の請求項1に記載の発明は、空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵し空燃比が理論空燃比またはリッチのときに吸蔵していたNOxを放出するNOx吸蔵触媒を排気通路内に配置し、燃焼室内に化石燃料を供給する第1燃料供給手段と、燃焼室内に水素を供給する第2燃料供給手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジンの運転状態に応じて燃焼室に供給する燃料に占める化石燃料と水素との割合を変更する燃料割合変更手段とを有する水素燃料エンジンの制御装置であって、上記NOx吸蔵触媒の硫黄被毒度合いに関するパラメータを検出する硫黄被毒度合い検出手段と、該検出手段により所定以上の硫黄被毒度合いが検出されたときに空燃比をリッチにすると共に、空燃比をリッチにする度合いを燃料割合変更手段により運転状態に応じて設定された燃料に占める化石燃料の比率が大きいときほど大きくする空燃比制御手段とが備えられており、上記燃料割合変更手段は、該空燃比制御手段により空燃比がリッチにされるときは、化石燃料の割合を大きくするように構成されていることを特徴とする。 That is , according to the first aspect of the present invention, the NOx storage catalyst that stores NOx when the air-fuel ratio is lean and releases NOx that is stored when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio or rich is provided in the exhaust passage. A first fuel supply means for supplying fossil fuel into the combustion chamber, a second fuel supply means for supplying hydrogen into the combustion chamber, an operating condition detecting means for detecting the operating condition of the engine, and the operating condition of the engine And a fuel ratio changing means for changing the ratio of fossil fuel and hydrogen in the fuel supplied to the combustion chamber in accordance with the parameter, the parameter relating to the degree of sulfur poisoning of the NOx storage catalyst. a sulfur poisoning degree detecting means for detecting, as well as the air-fuel ratio to the rich when more sulfur poisoning degree predetermined is detected by the detecting means, fuel the degree of the air-fuel ratio to the rich Ratio changing means is provided with a air-fuel ratio control means so large that when the ratio of fossil fuel to total fuel which is set in accordance with the operating state is large, the above fuel ratio changing means is emptied by the air-fuel ratio control means When the fuel ratio is made rich, the ratio of fossil fuel is increased.

上記請求項1に記載の発明によれば、硫黄被毒度合いが所定以上のときには、空燃比をリッチ化して燃焼を活発化させ、排ガス温度を上昇させてNOx吸蔵触媒に吸収された硫黄を放出させるが、このときに燃料に占める化石燃料の割合を増加させることにより空燃比のリッチ化を実現させるので、水素の供給量を増加させることによる還元力の増大や不完全燃焼の発生を回避して、HSの発生及び振動・騒音の発生を抑制することができる。さらに、硫黄放出時に燃料に占める化石燃料の割合を100%にせず、還元力が過大とならず、かつ不完全燃焼が発生しない割合で燃料に水素を含ませることによって、排ガスを昇温させることができるので、硫黄放出の効率化を図ることができる。 According to the invention described in claim 1, sulfur when poisoning degree is equal to or greater than a predetermined causes the activation of combustion by enriching the air-fuel ratio, the sulfur that has been absorbed to the NOx storage catalyst at elevated exhaust gas temperatures emitted However, since the air-fuel ratio is enriched by increasing the ratio of fossil fuel to the fuel at this time, it is possible to avoid the increase in reducing power and the occurrence of incomplete combustion by increasing the supply amount of hydrogen. Thus, generation of H 2 S and generation of vibration and noise can be suppressed. Furthermore, the ratio of fossil fuel to the fuel when sulfur is released is not set to 100%, the reduction power is not excessive, and hydrogen is included in the fuel at a rate that does not cause incomplete combustion, thereby raising the temperature of the exhaust gas. Therefore, it is possible to improve the efficiency of sulfur release.

一方、空燃比をリッチ化した際に燃料に占める化石燃料の割合を増加させると、水素燃焼により排ガスをより効率的に昇温させるという効果が低下して、触媒昇温に長い時間を要し、実質的な硫黄放出開始が遅れることがある。これに対して、請求項1に記載の発明によれば、燃料に占める化石燃料の割合が大きいほど空燃比のリッチ度合いを大きくするように制御するので、活発な燃焼により排ガスを昇温させることができ、NOx吸蔵触媒からの硫黄放出の効率化を図ることができる。

On the other hand, if the ratio of fossil fuel in the fuel is increased when the air-fuel ratio is enriched, the effect of raising the temperature of exhaust gas more efficiently by hydrogen combustion is reduced, and it takes a long time to raise the catalyst temperature. The substantial start of sulfur release may be delayed. On the other hand, according to the invention described in claim 1 , since the richness of the air-fuel ratio is controlled to increase as the proportion of fossil fuel in the fuel increases, the temperature of exhaust gas is raised by active combustion. Thus, the efficiency of sulfur release from the NOx storage catalyst can be improved.

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below.

まず、図1は、エンジン1の全体的な構成について示す。エンジン1は、水素とガソリンとを燃料として併用する水素燃料エンジンであって、複数の気筒2…2(1つのみ図示)が直列に設けられたシリンダブロック3と、該シリンダブロック3上に配設されたシリンダヘッド4とを有し、各気筒2内にはそれぞれピストン5が往復動可能に嵌挿され、該ピストン5冠面とシリンダヘッド4下面との間の気筒2内に燃焼室6が画成されている。ピストン5の往復動はコネクティングロッド7を介してクランク軸8の回転運動に変換される。また、上記シリンダブロック3には、クランク軸8の回転角度を検出する電磁式のクランク角センサ9と、各気筒2毎の燃焼圧の変動に基づいてノッキングを検出するためのノックセンサ10と、図示しないウォータジャケットの内部に臨んで冷却水の温度(エンジン水温)を検出するエンジン水温センサ11とが配設されている。   First, FIG. 1 shows the overall configuration of the engine 1. The engine 1 is a hydrogen fuel engine that uses both hydrogen and gasoline as fuel, and includes a cylinder block 3 in which a plurality of cylinders 2... 2 (only one is shown) are provided in series, and a cylinder block 3 disposed on the cylinder block 3. A cylinder head 4 is provided, and a piston 5 is fitted into each cylinder 2 so as to be able to reciprocate. A combustion chamber 6 is placed in the cylinder 2 between the crown surface of the piston 5 and the lower surface of the cylinder head 4. Is defined. The reciprocating motion of the piston 5 is converted into a rotational motion of the crankshaft 8 via the connecting rod 7. The cylinder block 3 includes an electromagnetic crank angle sensor 9 for detecting the rotation angle of the crankshaft 8, a knock sensor 10 for detecting knocking based on fluctuations in combustion pressure for each cylinder 2, and An engine water temperature sensor 11 that detects the temperature of the cooling water (engine water temperature) is disposed facing the interior of a water jacket (not shown).

一方、上記シリンダヘッド4には、各気筒2毎に燃焼室6の天井面に臨んで開口するように吸気ポート20及び排気ポート21が2つずつ開口し、各ポート20,21の燃焼室6側の開口部に吸気弁22及び排気弁23が配置されている。これら吸気弁22及び排気弁23は、それぞれシリンダヘッド4の内部に軸支された吸気側及び排気側カム軸(図示せず)によって、上記クランク軸8の回転に同期して開閉動作をする。また、吸気側のカム軸には、その回転角度を検出するための電磁式のカム角センサ24が設けられている。また、各気筒2毎に上記シリンダヘッド4を上下方向に貫通しかつ吸・排気弁22,23に取り囲まれるようにして、点火プラグ25が配設されている。この点火プラグ25の先端の電極は燃焼室6の天井面から所定距離だけ下方に突出している。また、点火プラグ25の基端部は、ヘッドカバー26を貫通するように配設された点火回路(イグナイタ)27に接続されている。   On the other hand, two intake ports 20 and two exhaust ports 21 are opened in the cylinder head 4 so that each cylinder 2 faces the ceiling surface of the combustion chamber 6, and the combustion chamber 6 of each port 20, 21 is opened. An intake valve 22 and an exhaust valve 23 are arranged in the opening on the side. The intake valve 22 and the exhaust valve 23 are opened and closed in synchronization with the rotation of the crankshaft 8 by an intake side and an exhaust side camshaft (not shown) pivotally supported in the cylinder head 4. The intake cam shaft is provided with an electromagnetic cam angle sensor 24 for detecting the rotation angle. An ignition plug 25 is disposed for each cylinder 2 so as to penetrate the cylinder head 4 in the vertical direction and be surrounded by the intake and exhaust valves 22 and 23. The electrode at the tip of the spark plug 25 protrudes downward from the ceiling surface of the combustion chamber 6 by a predetermined distance. The base end portion of the spark plug 25 is connected to an ignition circuit (igniter) 27 disposed so as to penetrate the head cover 26.

上記燃焼室6の底部となるピストン5の冠面は、外周側の部位が燃焼室6の天井面とほぼ平行な形状とされる一方、ピストン5の冠面のほぼ中央部には平面視で概略レモン形状の凹部が設けられている。また、燃焼室6の吸気側の周縁部には、墳口を臨ませて燃焼室6内に水素燃料を噴射する水素用インジェクタ28が配設されている。一方、吸気ポート20に墳口を臨ませて吸気ポート20内にガソリン(軽油、天然ガス等の化石燃料を用いてもよい)を噴射するガソリン用インジェクタ29が配設されている。   The crown surface of the piston 5 serving as the bottom of the combustion chamber 6 has an outer peripheral portion substantially parallel to the ceiling surface of the combustion chamber 6, while the piston 5 has a substantially central portion of the crown surface in plan view. A generally lemon-shaped recess is provided. Further, a hydrogen injector 28 for injecting hydrogen fuel into the combustion chamber 6 is disposed at a peripheral portion on the intake side of the combustion chamber 6 so as to face the inlet. On the other hand, a gasoline injector 29 is provided for injecting gasoline (light oil, natural gas or other fossil fuels) into the intake port 20 with the inlet port 20 faced.

上記水素用インジェクタ28の基端側は全気筒2に共通の水素用燃料分配管30に接続され、この水素用燃料分配管30により高圧水素燃料ポンプ31から吐出される水素燃料が各気筒2毎の水素用インジェクタ28に分配されるようになっている。そして、水素用インジェクタ28により圧縮行程で水素が噴射されると、この水素燃料噴霧は燃焼室6内の吸気流動によって減速されて、適度な濃度状態の混合気塊を点火プラグ25周りに形成する。なお、上記水素用燃料分配管30には、水素用インジェクタ28から噴射される水素燃料の圧力状態(燃料噴射圧)を測定するための水素用燃圧センサ32が配設されている。   The base end side of the hydrogen injector 28 is connected to a hydrogen fuel distribution pipe 30 common to all the cylinders 2, and hydrogen fuel discharged from the high-pressure hydrogen fuel pump 31 through the hydrogen fuel distribution pipe 30 is supplied to each cylinder 2. The hydrogen injector 28 is distributed. Then, when hydrogen is injected in the compression stroke by the hydrogen injector 28, the hydrogen fuel spray is decelerated by the intake air flow in the combustion chamber 6 to form an air-fuel mixture in an appropriate concentration state around the spark plug 25. . The hydrogen fuel distribution pipe 30 is provided with a hydrogen fuel pressure sensor 32 for measuring the pressure state (fuel injection pressure) of the hydrogen fuel injected from the hydrogen injector 28.

一方、上記ガソリン用インジェクタ29の基端側は全気筒2に共通のガソリン用燃料分配管33に接続され、このガソリン用燃料分配管33により高圧燃料ポンプ34から吐出される燃料が各気筒2に臨む吸気ポート20毎のガソリン用インジェクタ29により分配されるようになっている。そして、そのガソリン用インジェクタ29により吸気行程でガソリンが噴射されると、吸気流動によりガソリンが燃焼室2内に吸入される。なお、上記ガソリン用燃料分配管33には、ガソリン用インジェクタ29から噴射されるガソリンの圧力状態(燃料噴射圧)を測定するためのガソリン用燃圧センサ35が配設されている。   On the other hand, the base end side of the gasoline injector 29 is connected to a gasoline fuel distribution pipe 33 common to all the cylinders 2, and fuel discharged from the high-pressure fuel pump 34 through the gasoline fuel distribution pipe 33 is supplied to each cylinder 2. The fuel is distributed by the gasoline injector 29 for each intake port 20 that faces. When gasoline is injected by the gasoline injector 29 in the intake stroke, the gasoline is sucked into the combustion chamber 2 by the intake air flow. The gasoline fuel distribution pipe 33 is provided with a gasoline fuel pressure sensor 35 for measuring the pressure state (fuel injection pressure) of gasoline injected from the gasoline injector 29.

なお、ここでは水素用インジェクタ28を燃焼室6内への直噴とし、ガソリン用インジェクタ29を吸気ポート20への噴射とするように構成しているが、水素用インジェクタ28を吸気ポート20への噴射としかつガソリン用インジェクタ29を燃焼室6内への直噴となるように構成したり、水素及びガソリン用インジェクタ28,29の両方を燃焼室6内への直噴、あるいは両方を吸気ポート20への噴射となるように構成してもよい。なお、水素用インジェクタ28を吸気ポート20へ噴射するように構成すると、水素の高い燃焼性により、水素が燃焼室6に導入する前、すなわち吸気ポート20内で燃焼してしまうことがある。   Here, the hydrogen injector 28 is configured to be directly injected into the combustion chamber 6, and the gasoline injector 29 is configured to be injected into the intake port 20. However, the hydrogen injector 28 is connected to the intake port 20. The gasoline injector 29 is configured to be an injection and direct injection into the combustion chamber 6, both the hydrogen and gasoline injectors 28 and 29 are directly injected into the combustion chamber 6, or both are intake ports 20. You may comprise so that it may inject. If the hydrogen injector 28 is configured to be injected into the intake port 20, hydrogen may be combusted before being introduced into the combustion chamber 6, that is, in the intake port 20 due to high flammability of hydrogen.

エンジン1の一側面には(図1の右側の側面)には、各気筒2毎の吸気ポート20に連通するように吸気通路40が接続されている。この吸気通路40は、エンジン1の燃焼室6に対してエアクリーナ41で濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン1への吸入空気量を検出するエアフローセンサ42と、吸気通路40の断面積を変更する電気式スロットル弁43及びその位置を検出するスロットルセンサ44と、サージタンク45とが配設されている。スロットル弁43は、図外のアクセルペダルに対して機械的には連結されておらず、図示しない電動モータにより開閉されるようになっている。また、サージタンク45には、スロットル弁43よりも下流の吸気通路40の圧力を検出するブーストセンサ46が配設されている。   An intake passage 40 is connected to one side surface of the engine 1 (the right side surface in FIG. 1) so as to communicate with the intake port 20 of each cylinder 2. The intake passage 40 supplies the intake air filtered by the air cleaner 41 to the combustion chamber 6 of the engine 1, and the air flow for detecting the intake air amount to the engine 1 in order from the upstream side to the downstream side. A sensor 42, an electric throttle valve 43 that changes the sectional area of the intake passage 40, a throttle sensor 44 that detects the position thereof, and a surge tank 45 are disposed. The throttle valve 43 is not mechanically connected to an accelerator pedal (not shown), and is opened and closed by an electric motor (not shown). The surge tank 45 is provided with a boost sensor 46 that detects the pressure in the intake passage 40 downstream of the throttle valve 43.

また、上記サージタンク45よりも下流側の吸気通路40は、各気筒2毎に分岐する独立通路とされ、該各独立通路の下流端部はさらに2つに分岐してそれぞれ吸気ポート20に個別に連通する分岐路となっている。この分岐路から独立通路までの間には、燃焼室6内の吸気流動の強さを調節するための絞り弁(Tumble Swirl Control Valve:以下、TSCVという)47が配設されていて、例えばステッピングモータ等によって開閉作動される。このTSCV47の弁体には一部に切欠きが形成されており、全閉状態ではその切欠き部のみから下流側に流れる吸気が燃焼室6において強い筒内流動を生成する。一方、TSCV47が開かれるに従い、吸気は切欠き部以外からも流通するようになって、筒内流動の強さは徐々に低下するようになる。   Further, the intake passage 40 on the downstream side of the surge tank 45 is an independent passage branched for each cylinder 2, and the downstream end portion of each independent passage is further divided into two and individually connected to the intake port 20. It is a branch road that communicates with Between this branch path and the independent path, a throttle valve (Table Swirl Valve: hereinafter referred to as TSCV) 47 for adjusting the strength of the intake air flow in the combustion chamber 6 is disposed. It is opened and closed by a motor or the like. The valve body of the TSCV 47 has a notch in a part thereof. In the fully closed state, the intake air flowing downstream only from the notch generates a strong in-cylinder flow in the combustion chamber 6. On the other hand, as the TSCV 47 is opened, the intake air circulates from other than the notch, and the strength of in-cylinder flow gradually decreases.

エンジン1の他側面(図1の左側の側面)には、気筒2内の燃焼室6から既燃ガス(排ガス)を排出するための排気通路50が接続されている。これらの排気通路50の上流側は、各気筒2毎の吸気ポート20につながる排気マニホルドにより構成され、該排気マニホルドよりも下流側の排気通路50には、排ガス中の有害成分であるHC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、及びNOx(窒素酸化物)を浄化するための2つの触媒コンバータ51,52が直列に配設されている。   An exhaust passage 50 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 6 in the cylinder 2 is connected to the other side surface (the left side surface in FIG. 1) of the engine 1. The upstream side of these exhaust passages 50 is constituted by an exhaust manifold connected to the intake port 20 for each cylinder 2, and the exhaust passage 50 downstream of the exhaust manifold has HC (carbonization) that is a harmful component in the exhaust gas. Two catalytic converters 51 and 52 for purifying hydrogen), CO (carbon monoxide), and NOx (nitrogen oxide) are arranged in series.

上流側の触媒コンバータ51は、詳細は図示しないが、ケーシング内にハニカム構造の担体を収容したもので、この担体の各貫通孔の壁面にいわゆる三元触媒53の触媒層が形成されている。この三元触媒53は、従来より周知の通り、排ガスの空燃比状態がほぼ理論空燃比を含む所定の状態にあるときに、HC,CO,NOxをほぼ完全に浄化可能なものである。   Although not shown in detail, the upstream catalytic converter 51 contains a honeycomb-structured carrier in a casing, and a catalyst layer of a so-called three-way catalyst 53 is formed on the wall surface of each through hole of the carrier. As is well known in the art, this three-way catalyst 53 can purify HC, CO, and NOx almost completely when the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a predetermined state that substantially includes the stoichiometric air-fuel ratio.

また、下流側の触媒コンバータ52は、1つのケーシング内に2つの担体を直列に収容し、そのうちの上流側の担体の各貫通孔壁面にいわゆるNOx吸蔵タイプの触媒層を形成して、上流側NOx吸蔵触媒54を構成すると共に、下流側の担体にも同様にNOx吸蔵タイプの触媒層を形成して、下流側NOx吸蔵触媒55を構成したものである。ここで、上記NOx吸蔵触媒54,55は、バリウムを主成分とし、カリウム、マグネシウム、ストロンチウム、ランタン等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、或は希土類と、白金等の化学反応触媒作用を有する貴金属とを担持させてなり、排ガスの空燃比状態が理論空燃比に対応する状態よりもリーン状態のときに排ガス中のNOxを吸蔵する一方、そのようにして吸蔵したNOxを空燃比のリッチ化に応じて放出し、かつ還元浄化するという機能を有している(NOx放出制御)。   Further, the downstream catalytic converter 52 accommodates two carriers in series in one casing, and forms a so-called NOx occlusion type catalyst layer on each through-hole wall surface of the upstream carrier, so that the upstream side In addition to the NOx storage catalyst 54, a downstream NOx storage catalyst 55 is configured by forming a NOx storage type catalyst layer on the downstream carrier in the same manner. The NOx storage catalysts 54 and 55 are composed of barium as a main component, alkali metals such as potassium, magnesium, strontium and lanthanum, alkaline earth metals or rare earths, and precious metals having a catalytic reaction action such as platinum. NOx in the exhaust gas is occluded when the air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, while the NOx occluded in this way is used to enrich the air-fuel ratio. In response to this, it has a function of releasing and reducing and purifying (NOx release control).

また、NOx吸蔵触媒54,55はバリウムを含有するので、燃料中の硫黄成分(SOx)が触媒に付着するという硫黄被毒の問題がある。硫黄はNOx放出制御では放出できず、これをそのまま放置するとNOx浄化能力が低下するから、付着した硫黄を放出させて触媒の浄化能力を回復させるための処理(SOx放出制御)、すなわち硫黄被毒解消のためのNOx吸蔵触媒54,55の昇温が行われる。   Further, since the NOx storage catalysts 54 and 55 contain barium, there is a problem of sulfur poisoning in which sulfur components (SOx) in the fuel adhere to the catalyst. Sulfur cannot be released by NOx release control, and if this is left as it is, the NOx purification ability is reduced. Therefore, the treatment for releasing the attached sulfur and restoring the purification ability of the catalyst (SOx release control), that is, sulfur poisoning The temperature of the NOx storage catalysts 54 and 55 is increased for elimination.

このNOx吸蔵触媒54,55の昇温は、空燃比をリッチ化して燃焼の活発化を図る他、燃料の分割噴射や点火時期の遅角(点火リタード)により排ガス温度を上昇させることで達成することもできる。硫黄被毒は空燃比がリーン状態のときほど進行しやすく、したがって、SOx放出制御では空燃比をリッチ化したうえでNOx吸蔵触媒54,55を昇温して硫黄の放出を促進するように制御される。   The temperature increase of the NOx storage catalysts 54 and 55 is achieved by increasing the exhaust gas temperature by enriching the air-fuel ratio and activating combustion, as well as by dividing the fuel and retarding the ignition timing (ignition retard). You can also Sulfur poisoning is more likely to proceed as the air-fuel ratio is leaner. Therefore, in the SOx release control, the air-fuel ratio is enriched and the NOx storage catalysts 54 and 55 are heated to promote the release of sulfur. Is done.

ここで、上記NOx吸蔵触媒54,55により排ガス中のNOxが吸蔵され、あるいは放出されるメカニズムは、以下のようなものである。まず、図2(a)に模式的に示すように、空燃比がリーン状態のときに、酸素過剰雰囲気の排ガス中のNOx及びSOxが触媒金属上で酸素Oと反応してその一部がバリウムと結合しながら、NOx及びSOxとして吸蔵される。一方、図2(b)に示すように、空燃比が理論空燃比がそれよりもリッチな状態のときに、リーン状態の場合とは反対に反応が進行し、バリウムから離れたNOxが排ガス中のHC,COと反応して(還元反応)、窒素Nと酸素Oとに分解される。このとき、SOxは放出されずバリウムと結合したままである。 Here, the mechanism by which NOx in the exhaust gas is occluded or released by the NOx occlusion catalysts 54 and 55 is as follows. First, as schematically shown in FIG. 2 (a), when the air-fuel ratio is in a lean state, NOx and SOx in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere react with oxygen O 2 on the catalyst metal, and a part thereof While combined with barium, it is stored as NOx and SOx. On the other hand, as shown in FIG. 2 (b), when the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the reaction proceeds in the opposite direction to that in the lean state, and NOx separated from barium is contained in the exhaust gas. It reacts with HC and CO (reduction reaction) and is decomposed into nitrogen N 2 and oxygen O 2 . At this time, SOx is not released and remains bonded to barium.

そして、NOx放出制御を行う運転においては図2(a)と図2(b)との状態を繰り返すことになるが、図2(c)に示すように多量のSOxがバリウムと結合してその表面に残存すると、図2(a)のリーン状態のときにNOxを吸蔵できなくなって、NOxを無害物質に分解せずにそのまま大気中に放出してしまうことになる。   In the operation for performing the NOx release control, the state of FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b) is repeated. As shown in FIG. 2 (c), a large amount of SOx is combined with barium. When remaining on the surface, NOx cannot be occluded in the lean state of FIG. 2A, and NOx is released into the atmosphere as it is without being decomposed into harmless substances.

これに対して、NOx吸蔵触媒54,55の表面がSOxに覆われてNOxが吸蔵できなくなるタイミングで、図2(d)に示すように、触媒54,55を600〜650℃に昇温させると共に空燃比をリッチ化することによって、バリウム表面に結合したSOxを放出して、バリウム表面にNOxを吸着できる領域を確保するようにしている。   On the other hand, as shown in FIG. 2D, the temperature of the catalysts 54 and 55 is raised to 600 to 650 ° C. at the timing when the surfaces of the NOx storage catalysts 54 and 55 are covered with SOx and the NOx cannot be stored. At the same time, by enriching the air-fuel ratio, SOx bonded to the barium surface is released, and a region where NOx can be adsorbed on the barium surface is secured.

ところで、上記エンジン1の排気マニホルドの集合部付近には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ(第1の酸素濃度センサ)56が配設されており、主にこのセンサ56からの信号に基づいてエンジン1の空燃比フィードバック制御が行われるようになっている。また、上記2つの触媒コンバータ51,52の中間には上流側三元触媒53の劣化状態を判定するための第2の酸素濃度検出センサ57と、NOx吸蔵触媒54に流入する排ガスの温度を検出する排気温度検出センサ58とが配設され、さらに、2つのNOx吸蔵触媒54,55の中間には第3の酸素濃度センサ59が配設されている。   Incidentally, an oxygen concentration sensor (first oxygen concentration sensor) 56 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is disposed in the vicinity of the exhaust manifold manifold of the engine 1, and the signal from the sensor 56 is mainly used. Based on this, air-fuel ratio feedback control of the engine 1 is performed. Further, in the middle of the two catalytic converters 51 and 52, a second oxygen concentration detection sensor 57 for determining the deterioration state of the upstream side three-way catalyst 53 and the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst 54 are detected. And a third oxygen concentration sensor 59 is disposed between the two NOx storage catalysts 54 and 55.

また、上記排気マニホルドよりも下流側の排気通路50には、そこから分岐するようにして排ガスの一部を吸気通路40に還流させる排気還流通路(以下、EGR通路という)60の上流端が連通している。このEGR通路60の下流端は上記サージタンク45の内部に臨んで開口していて、該下流端近傍のEGR通路60にはデューティソレノイド弁からなるEGR弁61が配設されている。このEGR弁61によってEGR通路60における排気の還流量が調節されるようになっている。   The exhaust passage 50 downstream of the exhaust manifold communicates with the upstream end of an exhaust recirculation passage (hereinafter referred to as an EGR passage) 60 that recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage 40 so as to diverge from the exhaust passage 50. is doing. The downstream end of the EGR passage 60 is open facing the inside of the surge tank 45, and an EGR valve 61 comprising a duty solenoid valve is disposed in the EGR passage 60 near the downstream end. The EGR valve 61 adjusts the recirculation amount of the exhaust gas in the EGR passage 60.

上述した点火回路27、水素及びガソリン用インジェクタ28,29、水素及びガソリン用高圧燃料ポンプ31,34、スロットル弁43、TSCV47、EGR弁61等は、いずれもエンジンコントロールユニット(以下、ECUという)70によって作動制御される。一方、このECU70には、少なくとも、上記クランク角センサ9、ノックセンサ10、水温センサ11、エアフローセンサ41、スロットルセンサ44、3つの酸素濃度センサ56,57,59、排気温度センサ58等からの出力信号がそれぞれ入力され、さらに、アクセルペダルの操作量(以下、アクセル開度という)を検出するアクセル開度センサ71からの出力信号と、エンジン回転数を検出する回転数センサ72、車速を検出する車速センサ73からの出力信号とが入力されるようになっている。   The ignition circuit 27, the hydrogen and gasoline injectors 28 and 29, the high pressure fuel pumps 31 and 34 for hydrogen and gasoline, the throttle valve 43, the TSCV 47, the EGR valve 61, etc. are all engine control units (hereinafter referred to as ECU) 70. The operation is controlled by. On the other hand, the ECU 70 includes outputs from at least the crank angle sensor 9, the knock sensor 10, the water temperature sensor 11, the air flow sensor 41, the throttle sensor 44, the three oxygen concentration sensors 56, 57, 59, the exhaust temperature sensor 58, and the like. Each signal is input, and further, an output signal from an accelerator opening sensor 71 that detects an operation amount of an accelerator pedal (hereinafter referred to as an accelerator opening), a rotation speed sensor 72 that detects an engine speed, and a vehicle speed are detected. An output signal from the vehicle speed sensor 73 is input.

ECU70は、上記各センサから入力される信号に基づいてエンジン1への吸入空気量や各気筒2毎の燃料噴射量、噴射時期及び点火時期を制御し、さらに、気筒2内の吸気流動の強さや排気の還流割合等を制御する。   The ECU 70 controls the intake air amount to the engine 1, the fuel injection amount for each cylinder 2, the injection timing and the ignition timing based on the signals input from the sensors, and further increases the intake flow in the cylinder 2. Control the exhaust gas recirculation ratio.

一方、図3は、NOx放出制御時、SOx放出制御時、及び加速時を除くリーン運転時(空燃比A/F=30)において、運転モードに応じて設定された領域を示すマップであり、低負荷低回転側には水素メインモード、高負荷高回転側にはガソリンメインモードの領域がそれぞれ設定されている。水素メインモードは、燃焼室6に噴射した水素とガソリンとの体積比が200:1になるように設定され、この体積比を出力寄与に換算すると80:20になり、水素の方がより大きく燃焼に寄与するモードである。一方、ガソリンメインモードは、体積比が12:1になるように設定され、このとき出力寄与は20:80になり、ガソリンの方がより大きく燃焼に寄与するモードである。   On the other hand, FIG. 3 is a map showing regions set according to the operation mode during lean operation excluding NOx release control, SOx release control, and acceleration (air-fuel ratio A / F = 30). The hydrogen main mode is set on the low load and low rotation side, and the gasoline main mode is set on the high load and high rotation side. The hydrogen main mode is set so that the volume ratio of hydrogen injected into the combustion chamber 6 and gasoline becomes 200: 1. When this volume ratio is converted into an output contribution, it becomes 80:20, and hydrogen is larger. This mode contributes to combustion. On the other hand, the gasoline main mode is set so that the volume ratio is 12: 1. At this time, the output contribution is 20:80, and gasoline is more greatly contributed to combustion.

図4〜6に示すフローチャートは、上記水素燃料エンジン1のECU70によるNOx放出制御及びSOx放出制御の具体的な制御手順を示す。なお、NOx放出制御の開始条件としては、前回のNOx放出からのリーン運転の時間積算値によって算出されたNOx吸蔵量Qが第1所定値Q以上となったときと、所定量以上の加速が検出されたときとが設定され、また、SOx放出制御の開始条件としては、前回のSOx放出からの、リーン運転の時間積算値(NOx放出制御において算出した時間積算値の5〜10倍)からSOx被毒量Sを算出して該被毒量Sが第2所定値S以上となったときが設定されている。 4 to 6 show specific control procedures for NOx release control and SOx release control by the ECU 70 of the hydrogen fuel engine 1. As the condition for starting the NOx release control, and when the NOx occlusion quantity Q calculated by the time integrated value of the lean operation from the previous NOx release becomes the first predetermined value Q 1 or more, an acceleration of a predetermined amount or more Is set, and the start condition of the SOx release control is the lean operation time integrated value from the previous SOx release (5 to 10 times the time integrated value calculated in the NOx release control). It is set when the SOx sulfur-poisoning amount S該被poison amount S by calculating a becomes the second predetermined values S 1 or more from.

まず、図4に示すように、ステップS1で、水温センサ11、カム角センサ24、エアフローセンサ41、酸素濃度センサ56,57,59、アクセル開度センサ71、回転数センサ52等からの各種信号を入力し、さらにECU70のRAMに一時的に保存されているデータを読み込む。続いて、ステップS2において、エンジン負荷とエンジン回転数とを用いて、図3に示したマップに基いて運転モードを決定する。   First, as shown in FIG. 4, in step S1, various signals from the water temperature sensor 11, the cam angle sensor 24, the air flow sensor 41, the oxygen concentration sensors 56, 57, 59, the accelerator opening sensor 71, the rotation speed sensor 52, and the like. And the data temporarily stored in the RAM of the ECU 70 are read. Subsequently, in step S2, the operation mode is determined based on the map shown in FIG. 3 using the engine load and the engine speed.

そして、ステップS3及びステップS4でリーン運転の時間積算値等からNOx吸蔵量Q及びSOx被毒量Sを計算し、ECU70のRAMに記憶されたこれらの記憶データを更新する。そして、ステップS5で、フラグFが1にセットされているか否かを判断して、フラグF=0のときにはステップS6に進む。ステップS6では上記ステップS3で計算されたNOx吸蔵量Qが予め設定された所定値Qよりも大きいか否かを判定する。NOx吸蔵量Qが所定量Qよりも小さいときは図5のステップS21に進み、NOx吸蔵量Qが所定値Qよりも大きいときはステップS7に進んでNOx放出制御を開始する。 In step S3 and step S4, the NOx occlusion amount Q and the SOx poisoning amount S are calculated from the lean operation time integrated value and the like, and the stored data stored in the RAM of the ECU 70 are updated. Then, in step S5, the flag F 1 is to determine whether it is set to 1, when the flag F 1 = 0, the process proceeds to step S6. In step S6 it determines whether the calculated NOx storage amount Q at step S3 is larger than the predetermined value Q 1 that is set in advance. When the NOx occlusion quantity Q is smaller than a predetermined amount Q 1 is the flow proceeds to step S21 in FIG. 5, when the NOx storage amount Q is larger than the predetermined value Q 1 is initiating the NOx release control proceeds to step S7.

NOx放出制御は、まず、ステップS7でタイマーCを設定し、ステップS8でフラグFを1にセットする。次に、ステップS9で現在の使用燃料が水素のみ又は水素とガソリンの混合もしくはガソリンのみのいずれかであるかを判定して、現在の使用燃料が水素のみ又は水素とガソリンの混合であればステップS10に進んで燃料をガソリンのみになるように切り換えたのち、ステップS11に進んで目標空燃比A/Fがリッチ(A/F=14.7)になるように設定する。また、ステップS9で現在の使用燃料がガソリンのみである場合には、そのままステップS11に進み同様に目標空燃比A/Fをリッチ化する。次に、ステップS12で、上記ステップS11で設定した目標空燃比A/Fと吸入空気量とに基いて目標ガソリン噴射量を算出する。そして、ステップS13でカウントTに1を加算して、ステップS14において上記ステップS12で算出した目標ガソリン噴射量に基いて燃料噴射を実行し、リターンする。このNOx放出制御においては、燃料を完全にガソリンに切換えて空燃比A/Fをリッチ化することによりNOx放出を行うようにしている。 NOx release control, first, set the timer C 1 in step S7, sets the flag F 1 to 1 in step S8. Next, in step S9, it is determined whether the currently used fuel is only hydrogen or a mixture of hydrogen and gasoline or only gasoline. If the currently used fuel is only hydrogen or a mixture of hydrogen and gasoline, step S9 is performed. After proceeding to S10 and switching the fuel to only gasoline, the routine proceeds to step S11 where the target air-fuel ratio A / F is set to be rich (A / F = 14.7). If the only fuel currently used is gasoline in step S9, the process proceeds to step S11 as it is and the target air-fuel ratio A / F is similarly enriched. Next, in step S12, the target gasoline injection amount is calculated based on the target air-fuel ratio A / F and the intake air amount set in step S11. Then, 1 is added to the count T 1 at step S13, based on the target gasoline injection amount calculated in step S12 to perform the fuel injection at step S14, the process returns. In this NOx release control, the fuel is completely switched to gasoline to enrich the air-fuel ratio A / F, thereby releasing NOx.

また、ステップS5でフラグFが1であるときには、ステップS15でカウントTがタイマーCと等しいか否かを判定し、カウントTがCと等しくない場合はステップS9に進んで使用燃料をガソリンのみに切換えて空燃比のリッチ化を行う。一方、カウントTがCと等しい場合は、NOx放出制御を終了する。つまり、ステップS16に進んでフラグFを0にリセットすると共に、ステップS17において上記ステップS4で計算したNOx吸蔵量Qを0にリセットし、ステップS18でカウントTを0にリセットする。そして、ステップS19で目標空燃比A/Fを通常のリーン状態(A/F=30)に設定し、ステップS20で目標空燃比A/Fと、運転モードに応じた水素・ガソリン比率と、吸入空気量とに基いて、目標ガソリン噴射量及び目標水素噴射量を算出する。次に、ステップS14に進み、算出した目標ガソリン噴射量及び目標水素噴射量に基いて燃料噴射を実行してリターンする。 Further, when the flag F 1 is 1 in step S5, the count T 1 is determined whether equal timer C 1 at step S15, when the count T 1 is not equal to C 1 proceeds to step S9 use The fuel is switched to gasoline only to enrich the air-fuel ratio. On the other hand, if the count T 1 is equal to C 1 terminates the NOx release control. In other words, the flag F 1 proceeds to step S16 is reset to 0, the NOx occlusion quantity Q calculated in step S4 is reset to 0 in step S17, resets the count T 1 to 0 in step S18. In step S19, the target air-fuel ratio A / F is set to a normal lean state (A / F = 30), and in step S20, the target air-fuel ratio A / F, the hydrogen / gasoline ratio corresponding to the operation mode, and the suction are set. Based on the air amount, a target gasoline injection amount and a target hydrogen injection amount are calculated. Next, it progresses to step S14, performs fuel injection based on the calculated target gasoline injection amount and target hydrogen injection amount, and returns.

一方、ステップS6でNOx吸蔵量Qが第1所定量Q以下であるときには、図5のステップS21に進み、フラグFが1であるか否かを判定する。フラグFが1でないときは、ステップS22に進んで、上記ステップS4で計算したSOx被毒量Sが所定量S以上であるか否かを判定し、SOx被毒量Sが所定量S以上であるときにはSOx放出制御を開始する。 On the other hand, when the NOx occlusion quantity Q is the first predetermined value Q 1 or less in the step S6, the process proceeds to step S21 in FIG. 5, the flag F 2 is determined whether or not 1. When the flag F 2 is not 1, the routine proceeds to step S22, calculated in step S4 SOx sulfur-poisoning amount S is equal to or a predetermined amount S 1 or more, SOx sulfur-poisoning amount S is a predetermined amount S When it is 1 or more, SOx release control is started.

SOx放出制御は、まず、ステップS23でタイマーCを設定する。このとき、排ガス温度が高ければタイマーCは短く設定される。そして、ステップS24でフラグFを1にセットし、ステップS25で燃料に占めるガソリン比率に応じてSOx放出用目標空燃比A/Fを設定する。つまり、このSOx放出用目標空燃比A/Fの設定においては、目標空燃比A/Fが11〜14.7の間の値になるように設定されると共に、この範囲内でガソリン比率が大きいときほどリッチになるように設定される。そして、ステップS26でSOx放出用目標空燃比A/Fの設定前の目標空燃比A/F、つまり通常のリーン運転時の目標空燃比A/F=30と、運転モードに応じた水素・ガソリン比率と、吸入空気量とに基いて目標水素噴射量を算出する。次に、ステップS27において、SOx放出用目標空燃比A/Fと、吸入空気量とに基いて、SOx放出用目標空燃比A/Fを実現するために、上記ステップS26で算出した水素噴射量に追加すべき燃料として目標ガソリン噴射量を算出する。このとき、ステップS26で算出した水素噴射量は通常のリーン運転用のものであるから、上記ステップS25で設定したリッチ状態においては、通常のリーン運転時に比べて燃料に占めるガソリンの割合が大きくなる。 SOx release control, first, set the timer C 2 in step S23. At this time, the timer C 2 is higher exhaust gas temperature is set short. Then, it sets the flag F 2 to 1 at step S24, sets the SOx release target air-fuel ratio A / F in accordance with the gasoline a percentage of the fuel in step S25. That is, in setting the target air-fuel ratio A / F for SOx release, the target air-fuel ratio A / F is set to a value between 11 and 14.7, and the gasoline ratio is large within this range. It is set to be rich as time goes. In step S26, the target air-fuel ratio A / F before setting the target air-fuel ratio A / F for SOx release, that is, the target air-fuel ratio A / F at the time of normal lean operation = 30, and hydrogen / gasoline corresponding to the operation mode. A target hydrogen injection amount is calculated based on the ratio and the intake air amount. Next, in step S27, the hydrogen injection amount calculated in step S26 to realize the SOx release target air-fuel ratio A / F based on the SOx release target air-fuel ratio A / F and the intake air amount. The target gasoline injection amount is calculated as the fuel to be added to the engine. At this time, since the hydrogen injection amount calculated in step S26 is for a normal lean operation, in the rich state set in step S25, the proportion of gasoline in the fuel becomes larger than in the normal lean operation. .

次に、ステップS28でカウントTに1を加算し、ステップS29において、上記ステップS26で算出した目標水素噴射量及び上記ステップS27で算出した目標ガソリン噴射量に基いて燃料噴射を実行してリターンする。 Then, 1 is added to the count T 2 in step S28, in step S29, by performing the fuel injection based on the target hydrogen injection quantity and the target gasoline injection amount calculated at step S27 calculated at step S26 return To do.

一方、ステップS21でフラグFが1のときは、ステップS30に進んでカウントTがタイマーCと等しいか否かを判定し、等しくないときにはステップS25に進む。一方、これらが等しいときにはステップS31に進み、SOx放出制御を終了する。すなわち、ステップS31でフラグFを0にリセットすると共に、ステップS32でSOx被毒量Sを0、ステップS33でカウントTを0にそれぞれリセットする。そして、ステップS34で目標空燃比A/Fを30のリーン状態に設定し、ステップS35で目標空燃比A/Fと、運転モードに応じた水素・ガソリン比率と、吸入空気量とに基いて目標ガソリン噴射量及び目標水素噴射量を算出する。次に、ステップS29に進んで上記ステップS35で算出した目標ガソリン噴射量及び目標水素噴射量に基いて燃料噴射を実行してリターンする。 On the other hand, when the flag F 2 is 1 in step S21, the count T 2 it is determined whether or not equal to the timer C 2 proceeds to step S30, the process proceeds to step S25 when not equal. On the other hand, when they are equal, the process proceeds to step S31, and the SOx release control is terminated. That resets the flag F 2 to 0 in step S31, the SOx sulfur-poisoning amount S at the step S32 0, respectively resets the count T 2 to 0 in step S33. In step S34, the target air-fuel ratio A / F is set to a lean state of 30. In step S35, the target air-fuel ratio A / F, the hydrogen / gasoline ratio corresponding to the operation mode, and the intake air amount are set. A gasoline injection amount and a target hydrogen injection amount are calculated. Next, it progresses to step S29, performs fuel injection based on the target gasoline injection quantity and target hydrogen injection quantity which were calculated by said step S35, and returns.

一方、ステップS20でSOx被毒量Sが所定量S以下であるときには、図6のステップS36で加速中か否かを判定する。そして、加速中のときはステップS37で目標空燃比A/Fを14.7のリッチ状態に設定する。そして、ステップS38で目標空燃比A/Fと吸入空気量とに基いて目標ガソリン噴射量及び目標水素噴射量を算出する。そして、ステップS39で上記ステップS38で算出した目標ガソリン噴射量及び目標水素噴射量に基いて燃料噴射を実行してリターンする。 On the other hand, when the SOx sulfur-poisoning amount S is equal to or less than the predetermined amount S 1 in step S20, determines whether or not the acceleration at step S36 in FIG. 6. When the vehicle is accelerating, the target air-fuel ratio A / F is set to a rich state of 14.7 in step S37. In step S38, the target gasoline injection amount and the target hydrogen injection amount are calculated based on the target air-fuel ratio A / F and the intake air amount. In step S39, fuel injection is executed based on the target gasoline injection amount and target hydrogen injection amount calculated in step S38, and the process returns.

一方、ステップS36で加速中でないときは、ステップS40で目標空燃比A/Fを30のリーン状態に設定する。そして、ステップS41で目標空燃比A/Fと、運転モードに応じた水素・ガソリン比率と、吸入空気量とに基いて目標ガソリン噴射量及び目標水素噴射量を算出し、ステップS39で上記ステップS41で算出した目標ガソリン噴射量及び目標水素噴射量に基いて燃料噴射を実行してリターンする。   On the other hand, when the vehicle is not accelerating in step S36, the target air-fuel ratio A / F is set to a lean state of 30 in step S40. In step S41, the target gasoline injection amount and the target hydrogen injection amount are calculated based on the target air-fuel ratio A / F, the hydrogen / gasoline ratio corresponding to the operation mode, and the intake air amount. In step S39, the above-described step S41 is performed. The fuel injection is executed based on the target gasoline injection amount and the target hydrogen injection amount calculated in step 1, and the process returns.

なお、上記ステップ26、27では、SOx放出用空燃比A/Fの実現のために、最初に目標空燃比A/Fが30のときの目標水素噴射量を求めて、不足分の燃料をガソリンで補うことによりリッチ化するようにしたが、予めSOx放出制御用の水素・ガソリン比率(通常時よりガソリン比率が大)を設定しておき、この比率に基いて目標ガソリン噴射量及び目標水素噴射量を決定するようにしてもよい。   In steps 26 and 27, in order to realize the SOx releasing air-fuel ratio A / F, first, the target hydrogen injection amount when the target air-fuel ratio A / F is 30 is obtained, and the shortage of fuel is converted into gasoline. The hydrogen / gasoline ratio for SOx release control (the gasoline ratio is larger than normal) is set in advance, and the target gasoline injection amount and target hydrogen injection are based on this ratio. The amount may be determined.

次に、上記の制御を図7に示すタイムチャートを用いて説明する。これによると、空燃比A/Fが30のリーン運転状態で、水素メインモードでスロットル開度を略一定にした状態で運転が行われる場合に、NOx吸蔵量Qが時間と共に増加し、一定量QまでNOx吸蔵量Qが増加したと判断されたとき、時間Cが経過するまでの間空燃比A/Fを14.7にリッチ化する制御を行い、NOx吸蔵触媒54,55からNOxを放出させる。そして、このNOx放出制御においては、燃料を完全にガソリンに切り換えるようにしている(ガソリン比率100%、水素比率0%)。 Next, the above control will be described with reference to a time chart shown in FIG. According to this, when the operation is performed in a lean operation state where the air-fuel ratio A / F is 30 and the throttle opening is substantially constant in the hydrogen main mode, the NOx occlusion amount Q increases with time, and the constant amount when the NOx occlusion quantity Q is determined to be increased to Q 2, performs control enriching 14.7 air-fuel ratio a / F until time C 1 has elapsed, NOx from the NOx storing catalyst 54 and 55 To release. In this NOx release control, the fuel is completely switched to gasoline (gasoline ratio 100%, hydrogen ratio 0%).

一方、NOx吸蔵量Qより緩やかにSOx被毒量Sも増加しており、一定量SまでSOx被毒量Sが増加したと判断されたときは、時間Cが経過するまでの間空燃比A/Fを14.7にリッチ化する制御を行い、NOx吸蔵触媒54,55からSOxを放出させる。このとき、目標水素噴射量は図3に示した通常のリーン運転時の目標空燃比A/Fと、運転モードに応じた水素・ガソリン比率と、吸入空気量とに基いて算出されるので、つまりSOx放出制御用に特別な計算を行わずに通常時と同様に水素噴射量を算出するので、リッチ化したときには水素比率が減少し、同時に、上記SOx放出用目標空燃比A/Fを実現するためにガソリン噴射量を増量することになるのでガソリン比率は増加する。このとき、燃料中に若干量の水素を含ませてあるので、ある程度排ガスの昇温は図れるのであるが、排ガスを確実に昇温させるために、点火時期をリタードするようにしてもよい。 On the other hand, slowly SOx poisoning amount of the NOx occlusion quantity Q S also increased, when the SOx sulfur-poisoning amount S to a certain amount S 1 is is determined to have increased, until the time C 2 elapses empty Control to enrich the fuel ratio A / F to 14.7 is performed, and SOx is released from the NOx storage catalysts 54 and 55. At this time, the target hydrogen injection amount is calculated based on the target air-fuel ratio A / F in the normal lean operation shown in FIG. 3, the hydrogen / gasoline ratio corresponding to the operation mode, and the intake air amount. That is, the hydrogen injection amount is calculated in the same way as normal without performing any special calculation for SOx release control, so the hydrogen ratio decreases when enriched, and at the same time, the target air-fuel ratio A / F for SOx release is realized. Therefore, the gasoline ratio increases because the gasoline injection amount is increased. At this time, since a slight amount of hydrogen is contained in the fuel, the temperature of the exhaust gas can be raised to some extent, but the ignition timing may be retarded to reliably raise the temperature of the exhaust gas.

以上のように、SOx被毒量Sが所定値S以上のときには、空燃比をリッチ化して燃焼を活発化させ、排ガス温度を上昇させてNOx吸蔵触媒54,55に吸収された硫黄を放出させるが、このときにガソリン噴射量を増加させることにより空燃比のリッチ化を実現させるので、水素噴射量を増加させることによる還元力の増大や不完全燃焼の発生を回避して、HSの発生及び振動・騒音の発生を抑制することができる。さらに、硫黄放出時に燃料に占めるガソリンの割合を100%にせず、還元力が過大とならず、かつ不完全燃焼が発生しない割合で燃料に水素を含ませることによって、排ガスを昇温させることができるので、硫黄放出の効率化を図ることができる。 As described above, when the SOx sulfur-poisoning amount S is 1 or more predetermined value S, is activated combustion by enriching the air-fuel ratio, releases sulfur at elevated exhaust gas temperature has been absorbed in the NOx storage catalyst 54 and 55 However, since the enrichment of the air-fuel ratio is realized by increasing the gasoline injection amount at this time, the increase in reducing power and the occurrence of incomplete combustion due to the increase in the hydrogen injection amount are avoided, and the H 2 S Generation and vibration / noise generation can be suppressed. Furthermore, it is possible to raise the temperature of the exhaust gas by not containing 100% of the gasoline in the fuel at the time of sulfur release, adding hydrogen to the fuel in such a ratio that the reducing power does not become excessive and incomplete combustion does not occur. As a result, the efficiency of sulfur release can be improved.

また、図7中破線は、図3に示すガソリンメインモードでの運転時を示し、SOx放出制御においてSOx放出用目標空燃比を11にして上記水素メインモードのときと比べてリッチ度合いを大きくしている。このときも水素噴射量は上記水素メインモードのときと同様に通常のリーン運転時の目標空燃比A/Fに基いて算出され、ガソリンで補うことによってSOx放出用目標空燃比A/Fを実現する。このように、燃料に占めるガソリンの割合が大きいほど空燃比のリッチ度合いを大きくするように制御するので、燃料に占めるガソリンの割合が増大して昇温効果が低下しても、リッチ化による活発な燃焼により排ガスを良好に昇温させることができ、NOx吸蔵触媒54,55からの硫黄放出の効率化を図ることができる。   7 indicates the operation in the gasoline main mode shown in FIG. 3. In the SOx release control, the target air-fuel ratio for SOx release is set to 11, and the degree of richness is increased as compared with the hydrogen main mode. ing. Also at this time, the hydrogen injection amount is calculated based on the target air-fuel ratio A / F during normal lean operation as in the hydrogen main mode, and the target air-fuel ratio A / F for SOx release is realized by supplementing with gasoline. To do. In this way, control is performed so that the richness of the air-fuel ratio increases as the proportion of gasoline in the fuel increases, so that even if the proportion of gasoline in the fuel increases and the temperature rise effect decreases, the richness increases. Exhaust gas can be raised in temperature satisfactorily by simple combustion, and the efficiency of sulfur release from the NOx storage catalysts 54 and 55 can be improved.

本発明は、NOx吸蔵触媒からの硫黄放出の際に、HSの発生を抑制すると共に、振動、騒音の発生を抑制することができる水素燃料エンジンの制御装置を提供する。本発明は、水素と、ガソリン、軽油、天然ガス等の化石燃料との少なくとも一方を燃料として作動する水素燃料エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、NOx吸蔵触媒を排気通路に備えた水素燃料エンジンの制御装置に関する技術分野に広く好適である。 The present invention provides a control apparatus for a hydrogen fuel engine that can suppress the generation of H 2 S and the generation of vibration and noise during the release of sulfur from a NOx storage catalyst. The present invention relates to a control device for a hydrogen fuel engine that operates using at least one of hydrogen and fossil fuels such as gasoline, light oil, and natural gas as a fuel, and more specifically, a hydrogen fuel engine including a NOx storage catalyst in an exhaust passage. It is widely suitable for the technical field regarding the control device.

本発明の実施の形態に係るエンジンのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of an engine according to an embodiment of the present invention. NOx吸蔵触媒におけるNOx及びSOx吸蔵・放出の説明図である。It is explanatory drawing of NOx and SOx occlusion / release in a NOx occlusion catalyst. エンジン負荷とエンジン回転数とに応じた運転モードを示すマップである。It is a map which shows the operation mode according to an engine load and an engine speed. NOx放出制御及びSOx放出制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a NOx release control and a SOx release control procedure. 同制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure. 同制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure. 同制御による各パラメータの変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of each parameter by the control.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(水素燃料エンジン)
6 燃焼室
28 水素用インジェクタ(第2燃料供給手段)
29 ガソリン用インジェクタ(第1燃料供給手段)
50 排気通路
54,55 NOx吸蔵触媒
70 ECU(制御装置、運転状態検出手段、燃料割合変更手段、硫黄被毒度合い検出手段、空燃比制御手段)
1 Engine (hydrogen fuel engine)
6 Combustion chamber 28 Hydrogen injector (second fuel supply means)
29 Gasoline injector (first fuel supply means)
50 Exhaust passages 54, 55 NOx storage catalyst 70 ECU (control device, operation state detection means, fuel ratio change means, sulfur poisoning degree detection means, air-fuel ratio control means)

Claims (1)

空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵し空燃比が理論空燃比またはリッチのときに吸蔵していたNOxを放出するNOx吸蔵触媒を排気通路内に配置し、燃焼室内に化石燃料を供給する第1燃料供給手段と、燃焼室内に水素を供給する第2燃料供給手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジンの運転状態に応じて燃焼室に供給する燃料に占める化石燃料と水素との割合を変更する燃料割合変更手段とを有する水素燃料エンジンの制御装置であって、上記NOx吸蔵触媒の硫黄被毒度合いに関するパラメータを検出する硫黄被毒度合い検出手段と、該検出手段により所定以上の硫黄被毒度合いが検出されたときに空燃比をリッチにすると共に、空燃比をリッチにする度合いを燃料割合変更手段により運転状態に応じて設定された燃料に占める化石燃料の比率が大きいときほど大きくする空燃比制御手段とが備えられており、上記燃料割合変更手段は、該空燃比制御手段により空燃比がリッチにされるときは、化石燃料の割合を大きくするように構成されていることを特徴とする水素燃料エンジンの制御装置。 A NOx storage catalyst that stores NOx when the air-fuel ratio is lean and releases NOx that is stored when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio or rich is disposed in the exhaust passage to supply fossil fuel into the combustion chamber. 1 fuel supply means, second fuel supply means for supplying hydrogen into the combustion chamber, operating state detection means for detecting the operating state of the engine, and fossil fuel in the fuel supplied to the combustion chamber according to the operating state of the engine A control device for a hydrogen fuel engine having a fuel ratio changing means for changing the ratio of hydrogen to hydrogen, a sulfur poisoning degree detecting means for detecting a parameter relating to the sulfur poisoning degree of the NOx storage catalyst, and the detecting means while the rich air-fuel ratio when more sulfur poisoning degree predetermined is detected by, according to the operating state by the fuel ratio changing means the degree to which the air-fuel ratio to the rich The ratio of the fossil fuel that occupies a constant fuel are provided with air-fuel ratio control means so large that is greater, the fuel ratio changing means, when the air-fuel ratio is made rich by the air-fuel ratio control means, A control apparatus for a hydrogen fuel engine, characterized in that the ratio of fossil fuel is increased.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9976522B2 (en) 2016-04-15 2018-05-22 Solar Turbines Incorporated Fuel injector for combustion engine and staged fuel delivery method
US10234142B2 (en) 2016-04-15 2019-03-19 Solar Turbines Incorporated Fuel delivery methods in combustion engine using wide range of gaseous fuels
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