JP4404003B2 - 水素利用内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のNOxを吸蔵するNOx触媒と、
前記NOx触媒の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かを判定する再生制御実行状態判定手段と、
前記再生制御の実行中に、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が1より大きくなるようにそれぞれの供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する非水素燃料供給手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の水素を、未燃焼の水素が前記NOx触媒に到達するように供給する水素供給手段とを備えたことを特徴とする。
前記水素供給手段は、点火時期よりも遅く排気行程の終了以前の期間中に、前記内燃機関の燃焼室内に直接に水素を供給するものであることを特徴とする。
前記水素供給手段は、前記内燃機関の吸気弁および排気弁が共に開弁した状態となるタイミングに、前記内燃機関の吸気通路内に水素を供給するものであることを特徴とする。
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のNOxを吸蔵するNOx触媒と、
前記NOx触媒の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かを判定する再生制御実行状態判定手段と、
水素添加リーンバーン運転を行うリーンバーン条件の成立を判定するリーンバーン条件判定手段と、
前記リーンバーン条件の成立中に、水素の非水素燃料に対する比率を第1の比率として、非水素燃料および水素を供給するリーンバーン運転手段と、
前記再生制御の実行中に、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が1より大きく、且つ、水素の非水素燃料に対する比率が前記第1の比率より大きい第2の比率となるように、非水素燃料および水素の供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する非水素燃料供給手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の水素を供給する水素供給手段とを備えたことを特徴とする。
前記NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記NOx触媒の温度が硫黄被毒再生に適した所定値以上であるか否かを判定する触媒温度条件判定手段と、
非水素燃料のみが供給され、且つ、排気ガスによって前記NOx触媒が加温されるような運転条件を設定する運転条件設定手段と、
前記再生制御の実行中、且つ、前記NOx触媒の温度が前記所定値より低い場合に、前記運転条件設定手段により設定された運転条件で前記内燃機関を運転させる触媒昇温手段とを備え、
前記非水素燃料供給手段および前記水素供給手段は、前記再生制御の実行中、且つ、前記NOx触媒の温度が前記所定値以上である場合に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料および水素を供給することを特徴とする。
前記水素供給手段の水素供給能力を検出する水素供給能力検出手段と、
前記水素供給能力が所定値以上であるか否かを判定する水素供給能力判定手段と、
非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比が1より大きい第1の当量比になり、且つ、非水素燃料のみの供給によって前記NOx触媒の硫黄被毒再生を行えるような非水素燃料の供給量を演算する非水素燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中、且つ、水素供給能力が前記所定値より小さい場合に、前記非水素燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する硫黄被毒再生手段とを備え、
前記非水素燃料供給手段および前記水素供給手段は、前記再生制御の実行中、且つ、水素供給能力が前記所定値以上である場合に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料および水素を供給することを特徴とする。
前記燃料供給量演算手段は、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が、1より大きく且つ前記第1の当量比より小さい第2の当量比になるように、非水素燃料および水素の供給量を演算するものであることを特徴とする。
水素供給能力が前記所定値より小さい場合に、前記再生制御を継続する時間を第1の時間に設定する第1の再生時間設定手段と、
水素供給能力が前記所定値以上である場合に、前記再生制御を継続する時間を前記第1の時間よりも短い第2の時間に設定する第2の再生時間設定手段とを更に備えたことを特徴とする。
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。内燃機関10は、燃焼室11内に非水素燃料であるガソリンを噴射する燃料噴射弁36と、燃焼室11内に水素を噴射する水素噴射弁44とを備えている。燃料噴射弁36は、燃料通路32を介して燃料タンク30に連通している。燃料通路32の途中には、ポンプ34が設けられている。水素噴射弁44は、水素通路42を介して水素タンク40に連通している。水素タンク40には、圧縮水素が蓄えられている。この水素タンク40には、蓄えられた水素の圧力を検出する圧力センサ41が設置されている。内燃機関10は、燃焼室11内の混合気に点火するための点火プラグ18を備えている。
また、ECU50は、図示しないクランクシャフトに設けられたクランク角センサ19の検出信号に基づき、機関回転数NEを算出することができる。
また、ECU50は、圧力センサ41により検出された水素タンク40内の水素の圧力に基づいて、水素タンク40内の水素貯蔵量を検出することができる。
次に、本実施形態における上記システムの動作について説明する。
上記システムにおいて、水素噴射弁44から燃焼室11内に水素を噴射することができ、燃焼噴射弁36から燃焼室11内にガソリンを噴射することができる。よって、上記システムによれば、成層燃焼あるいは均一燃焼による水素添加リーン燃焼運転を実行することができる。上記システムによれば、水素を添加することにより、リーン燃焼の燃焼状態を改善することができる。このため、安定したリーン燃焼運転が可能となる。
また、水素の場合には、当量比とは、吸入された空気と過不足なく反応する量の水素の重量に対する、実際に含まれる水素の重量の比率である。
図2は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図2に示すルーチンによれば、まず、NOx触媒26の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かが判別される(ステップ100)。
次に、図3および図4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
[システム構成の説明]
図3は、本発明の実施の形態2のシステム構成を説明するための図である。尚、図3において、図1に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図3に示すように、実施の形態2のシステムでは、前記実施の形態1の燃料噴射弁36および水素噴射弁44に代えて、吸気通路12内にガソリンおよび水素をそれぞれ噴射する燃料噴射弁37および水素噴射弁45が設けられている。
本実施形態のシステムは、上記のように、水素噴射弁45により、水素を吸気通路12内に噴射するように構成されている。このシステムにおいては、硫黄被毒再生時に水素を噴射する際、内燃機関10の吸気弁16および排気弁20が共に開弁した状態となるタイミング、すなわちバルブオーバーラップの期間中に、吸気通路12内に水素を噴射する。これにより、噴射された水素は、吸気弁16、燃焼室11および排気弁20を通過して、排気通路22へと流れる。よって、未燃焼の水素がNOx触媒26に到達して還元剤として機能し、硫黄被毒再生を行うことができる。
図4は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図4において、図2に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図4に示すルーチンによれば、ステップ110の水素およびガソリンの供給量の演算までは、上記実施の形態1と同様の制御を行う。
[実施の形態3の特徴]
次に、図5および図6を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施形態のシステムは、図3に示すハードウェア構成を用いて、ECU50に、後述する図5および図6に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
図5および図6は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図6において、図2に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
[実施の形態4の特徴]
次に、図7および図8を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU50に、後述する図7および図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
図7および図8は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図8において、図2に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
11 燃焼室
12 吸気通路
14 スロットルバルブ
15 エアフロメータ
16 吸気弁
18 点火プラグ
19 クランク角センサ
20 排気弁
22 排気通路
23 空燃比センサ
24 三元触媒
25 酸素センサ
26 NOx触媒
27 NOx触媒温度センサ
28 NOxセンサ
30 燃料タンク
32 燃料通路
34 ポンプ
36、37 燃焼噴射弁
40 水素タンク
41 圧力センサ
42 水素通路
44、45 水素噴射弁
50 ECU(Electronic Control Unit)
Claims (4)
- 非水素燃料と水素とを燃料として運転可能な水素利用内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のNOxを吸蔵するNOx触媒と、
前記NOx触媒の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かを判定する再生制御実行状態判定手段と、
水素添加リーンバーン運転を行うリーンバーン条件の成立を判定するリーンバーン条件判定手段と、
前記リーンバーン条件の成立中に、水素の非水素燃料に対する比率を第1の比率として、非水素燃料および水素を供給するリーンバーン運転手段と、
前記再生制御の実行中に、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が1より大きく、且つ、水素の非水素燃料に対する比率が前記第1の比率より大きい第2の比率に維持されるように、非水素燃料および水素の供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する非水素燃料供給手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の水素を供給する水素供給手段とを備えたことを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1に記載の水素利用内燃機関の排気浄化装置において、
前記NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記NOx触媒の温度が硫黄被毒再生に適した所定値以上であるか否かを判定する触媒温度条件判定手段と、
非水素燃料のみが供給され、且つ、排気ガスによって前記NOx触媒が加温されるような運転条件を設定する運転条件設定手段と、
前記再生制御の実行中、且つ、前記NOx触媒の温度が前記所定値より低い場合に、前記運転条件設定手段により設定された運転条件で前記内燃機関を運転させる触媒昇温手段とを備え、
前記非水素燃料供給手段および前記水素供給手段は、前記再生制御の実行中、且つ、前記NOx触媒の温度が前記所定値以上である場合に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料および水素を供給することを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。 - 非水素燃料と水素とを燃料として運転可能な水素利用内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のNOxを吸蔵するNOx触媒と、
前記NOx触媒の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かを判定する再生制御実行状態判定手段と、
前記再生制御の実行中に、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が1より大きくなるようにそれぞれの供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する非水素燃料供給手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の水素を、未燃焼の水素が前記NOx触媒に到達するように供給する水素供給手段と、
前記水素供給手段の水素供給能力を検出する水素供給能力検出手段と、
前記水素供給能力が所定値以上であるか否かを判定する水素供給能力判定手段と、
非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比が1より大きい第1の当量比になり、且つ、非水素燃料のみの供給によって前記NOx触媒の硫黄被毒再生を行えるような非水素燃料の供給量を演算する非水素燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中、且つ、水素供給能力が前記所定値より小さい場合に、前記非水素燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する硫黄被毒再生手段と、
を備え、
前記非水素燃料供給手段および前記水素供給手段は、前記再生制御の実行中、且つ、水素供給能力が前記所定値以上である場合に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料および水素を供給し、
前記燃料供給量演算手段は、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が、1より大きく且つ前記第1の当量比より小さい第2の当量比になるように、非水素燃料および水素の供給量を演算するものであることを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項3に記載の水素利用内燃機関の排気浄化装置において、
水素供給能力が前記所定値より小さい場合に、前記再生制御を継続する時間を第1の時間に設定する第1の再生時間設定手段と、
水素供給能力が前記所定値以上である場合に、前記再生制御を継続する時間を前記第1の時間よりも短い第2の時間に設定する第2の再生時間設定手段とを更に備えたことを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。
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