JP4441910B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、水素エンジンを制御する装置に関する。

従来から、水素ガスを燃焼させるエンジンが提案されている。この種の従来の水素エンジンに対して、排出ガスを浄化するため燃焼室に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムを搭載した車両も知られている（特許文献１）。
特開平６−１０７７２号公報

しかしながら、従来のＥＧＲシステム搭載水素エンジンにおいて、制御系の断線やバルブの故障等により、排気ガスが還流できない閉故障が発生することがある。この場合、ＥＧＲシステムを活用できないためＮＯｘ排出量が増加し、更に、燃焼温度が高くなって過早着火が発生して、走行を維持することが困難になる場合もある。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲが閉故障した場合でも、適正に水素エンジンを駆動できるエンジン制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、排気ガスを吸気系に還流するＥＧＲ手段を備えた水素エンジンを制御するエンジン制御装置であって、前記ＥＧＲ手段の閉故障を検出する故障検出手段を備え、前記故障検出手段により前記ＥＧＲ手段の閉故障が検出されていない時は、水素空燃比をλ＝１に設定するとともに、前記ＥＧＲ手段により吸気系に排気ガスを供給し、前記故障検出手段により前記ＥＧＲ手段の閉故障が検出された時は、水素空燃比をλ＝２以上となるリーン空燃比に設定することを特徴とする。

このような構成によれば、ＥＧＲが故障したときでもＮＯｘ排出量の悪化を抑制でき、更に、過早着火を回避できる。

水素空燃比のリーン化に伴うトルク低下を補正するトルク補正手段を更に備えたことを特徴とする。前記トルク補正手段は、前記エンジンにおける吸気量を増量することにより前記トルク低下を補正することを特徴とする。前記トルク補正手段は、前記エンジンに対するガソリンの供給により前記トルク低下を補正することを特徴とする。

このような構成によれば、水素空燃比のリーン化に伴うトルク低下を抑制しつつ、ＮＯｘの排出量の増加を抑制し、過早着火を回避できる。

前記エンジンの負荷を検知する負荷検知手段を更に備え、前記エンジンが低負荷の時には、水素空燃比をλ＝２以上となるリーン空燃比に設定し、前記エンジンが高負荷の時には、水素空燃比をλ＝１に設定するとともに、吸気系に排気ガスを供給し、更に、前記エンジンが高負荷であって、かつ、前記故障検出手段によりＥＧＲ手段の閉故障が検出されたときには、水素空燃比をλ＝２以上となるリーン空燃比に設定することを特徴とする。

このようにすれば、ＥＧＲ手段が故障した場合の高負荷時のＮＯｘ排出量の増加を抑制し、過早着火を回避できる。

以上において、前記リーン空燃比は、λ＝２であることは好適である。これは、トルク低下が最も少なく、かつ、ＮＯｘ排出量がほぼ０近傍となるためである。

本発明によれば、ＥＧＲが閉故障した場合でも、適正に水素エンジンを駆動できるエンジン制御装置を提供することができる。

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（構成）
本発明の実施形態に係るエンジン制御装置が制御する対象としてのエンジン１００及びその周辺構成について図１を用いて説明する。このエンジン１００は、水素とガソリンを燃焼可能なエンジンであり、排気ガスを浄化するため燃焼室に還流させるＥＧＲシステムが搭載されている。

エンジン１００はロータリエンジンであってもレシプロエンジンであっても良い。１０１は、水素インジェクタであり、１０２は、ガソリンインジェクタである。水素インジェクタ１０１に対しては、水素貯蔵タンクである不図示のメタルハイドライドタンク（以下ＭＨタンクという）から燃料供給通路を介して水素ガスが供給されるようになっている。水素インジェクタ１０１には、タイミング弁が内設されており、噴射する水素ガスの量を自由にコントロール可能となっている。ここで、図１では、これらのインジェクタは吸気ポートに対して燃料を噴射する構成であるように示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、エンジン１００の燃焼室に直接噴射する構成であっても良い。

１０３はスロットルバルブであり、燃焼室に供給する吸気量を調整するためのバルブである。１０４は、エアフローセンサであり、スロットルバルブ１０３を経てエンジン１００に供給される吸気量を検知するためのセンサである。

１０５は、ＥＧＲバルブであり、１０６は、ＥＧＲバルブ開度センサである。つまり、エンジン１００から排出された排気ガスを吸気側に還流するＥＧＲ通路１１２において、ＥＧＲバルブ１０５は還流する排気ガス量を調整し、ＥＧＲバルブ開度センサ１０６は、ＥＧＲバルブ１０５の開度を検知するセンサである。

１０７は三元触媒であり、１０８は空燃比センサである。三元触媒１０７は、排出ガスを最終的に浄化するためのものであり、空燃比がλ＝１（理論空燃比）の時、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの全てを高い浄化率で浄化する。また、空燃比センサ１０８は、燃焼後の排出ガスから空燃比を検知するためのセンサである。

また、このようなエンジン１００及びその周辺装置をコントロールするエンジン制御装置として、コントローラ１０９が設けられている。コントローラ１０９は、最大トルクを増大させるため理論空燃比燃焼（λ＝１）となるように、空燃比センサ１０８からの出力値を監視しつつ、水素インジェクタ１０１やガソリンインジェクタ１０２からの燃料噴射量及びスロットルバルブ１０３の開度を制御している。

ただし、コントローラ１０９は、回転数センサ１１０やアクセル開度センサ１１１からの出力によって、低回転かつ低負荷の運転状況か否かを判定し、図５に示すように、低回転かつ低負荷の運転状況では、空燃比をリーン（例えばλ＝２）となるように、水素インジェクタ１０１やガソリンインジェクタ１０２からの燃料噴射量及びスロットルバルブ１０３の開度を制御する。

即ち、低回転かつ低負荷の運転状況以外では、理論空燃比燃焼させてＥＧＲを駆動させるが、ＥＧＲバルブ開度センサ１０６の出力などから、ＥＧＲの閉故障（つまり排出ガスを吸気側に還流できない故障）の発生を検知した場合には、低回転かつ低負荷の運転状況以外であっても、ＮＯｘ排出量がほぼになるような希薄燃焼へと切り換える。図６に示すように、空燃比をリーン化すると、ＮＯｘ排出量をほぼ０にできることが知られており、λ＝２であれば、十分にＮＯｘ排出量を低下させ、ほぼ０にすることができる。ただし、図６に示すように、その分トルクが低下する。

そこで、コントローラ１０９は、アクセル開度センサ１１０の出力値から目標トルクを算出し、目標トルクが所定値よりも大きい場合には、水素にガソリンを混入させて燃焼させることによってトルクを大きくする。また、ガソリンを混入する必要がない程度のトルク上昇を図る場合には、スロットルバルブ１０３を制御して吸気量を増やすことによってトルク補正を実現しても良い。

（制御）
図２は、コントローラ１０９が行なう燃料供給制御の流れを示すフローチャートである。まず、Ｓ２０１において、ＥＧＲの異常判定を行なう。具体的には、ＥＧＲバルブ開度センサ１０６の出力に応じて、ＥＧＲが閉故障か否かを判定する。

ＥＧＲが閉故障でなければ、ステップＳ２０２からステップＳ２０３に進み、λ＝１かつＥＧＲ運転を維持する。ＥＧＲが閉故障でれば、ステップＳ２０２からステップＳ２０４に進み、次に目標トルクが所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。目標トルクが所定の閾値よりも大きくない場合にはステップＳ２０５に進み、水素のみを用いて、希薄燃料運転を行なう。そして、ステップＳ２０６において、図６で説明したように、ＮＯｘ排出量がほぼ０になるような値（例えば、λ＝２）まで空燃比をリーン化する。

一方、目標トルクが所定の閾値よりも大きい場合には、ステップＳ２０４からステップＳ２０７に進み、図３に示すようなテーブルを参照して水素の減少率を導く。即ち、エンジントルクとエンジン回転数に応じて、水素の減少率が予め定められている。例えば、トルクが１０Ｎ・ｍで回転数が１０００ｒｐｍの場合には、水素を５％減少させ、トルクが４０Ｎ・ｍで回転数が２０００ｒｐｍの場合には、水素を７０％減少させる。なお、トルクが１０Ｎ・ｍ未満の場合には、水素は減少させない。つまり、図３のテーブルによれば、ステップＳ２０４の閾値は１０Ｎ・ｍということになる。

次に、ステップＳ２０８に進み、ステップＳ２０７で求めた水素減少率に対して元々噴射すべき水素供給量をかけて、水素減少量を求め、更にその水素減少量に所定の係数を乗算することンより、ガソリンの添加量を算出する。

そして、ステップＳ２０９において、減少させた量の水素を噴射するとともに、算出した量のガソリンを噴射するように、水素インジェクタ１０１とガソリンインジェクタ１０２を制御する。そして、ステップＳ２１０において、空燃比センサ１０８からの検出値を監視しつつ、ガソリン量のフィードバック制御により理論空燃比を維持する。

図４は、ＥＧＲの異常判定処理を示すフローチャートである。ステップＳ４０１において、コントローラ１０９は、ＥＧＲバルブ開度センサ１０６の出力を読み込む。そして、ステップＳ４０２に進み、目標ＥＧＲ開度よりも、実際のＥＧＲ開度が所定量以上小さいと判定すると、ＥＧＲの閉故障と判断する。一方、目標ＥＧＲ開度から実際のＥＧＲ開度を引いた値が所定値以下であれば、ＥＧＲは正常と判断する
以上のような燃料供給制御を行なうことにより、ＥＧＲが故障したときには、空燃比をＮＯｘ排出量がほぼ０近傍となる空燃比にリーン化するのでＮＯｘ排出量の悪化を抑制でき、更に、過早着火を回避できる。また更に、要求トルクが大きい場合にはガソリンを混合供給しるので、水素空燃比のリーン化によって生じるトルク低下を抑止することができる。

なお、本発明はロータリピストンエンジンに限らず、レシプロエンジンにも適用することができる。

本発明に係るエンジン制御装置の実施形態としてのコントローラ及びエンジンの周辺構成を示すブロック図である。 ＥＧＲに異常があった場合の燃料供給制御の流れを示すフローチャートである。 水素減少率テーブルを示す図である。 ＥＧＲの異常判定処理の流れを示すフローチャートである。 回転数と負荷と空燃比との関係を示す図である。 空燃比とトルク及びＮＯｘ排出量の関係を示す図である。

符号の説明

１００ ロータリエンジン
１０１ 水素インジェクタ
１０２ ガソリンインジェクタ
１０３ スロットル弁
１０４ エアフロメータ
１０５ ＥＧＲバルブ
１０６ ＥＧＲバルブ開度センサ
１０７ 三元触媒
１０８ 空燃比センサ
１０９ コントローラ
１１０ アクセル開度センサ
１１１ エンジン回転数センサ

Claims (6)

1. 排気ガスを吸気系に還流するＥＧＲ手段を備えた水素エンジンを制御するエンジン制御装置であって、
   前記ＥＧＲ手段の閉故障を検出する故障検出手段を備え、
   前記故障検出手段により前記ＥＧＲ手段の閉故障が検出されていない時は、水素空燃比をλ＝１に設定するとともに、前記ＥＧＲ手段により吸気系に排気ガスを供給し、
   前記故障検出手段により前記ＥＧＲ手段の閉故障が検出された時は、水素空燃比をλ＝２以上となるリーン空燃比に設定することを特徴とするエンジン制御装置。
2. 水素空燃比のリーン化に伴うトルク低下を補正するトルク補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記トルク補正手段は、前記エンジンにおける吸気量を増量することにより前記トルク低下を補正することを特徴とする請求項２に記載のエンジン制御装置。
4. 前記トルク補正手段は、前記エンジンに対するガソリンの供給により前記トルク低下を補正することを特徴とする請求項２または３に記載のエンジン制御装置。
5. 前記エンジンの負荷を検知する負荷検知手段を更に備え、
   前記エンジンが低負荷の時には、水素空燃比をλ＝２以上となるリーン空燃比に設定し、
   前記エンジンが高負荷の時には、水素空燃比をλ＝１に設定するとともに、吸気系に排気ガスを供給し、
   更に、前記エンジンが高負荷であって、かつ、前記故障検出手段によりＥＧＲ手段の閉故障が検出されたときには、水素空燃比をλ＝２以上となるリーン空燃比に設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジン制御装置。
6. 前記リーン空燃比は、λ＝２であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジン制御装置。

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