JP4470838B2 - Control device for hydrogen engine - Google Patents
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Description
本発明は、燃料として気体水素を用いる水素エンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a hydrogen engine using gaseous hydrogen as fuel.
周知の通り、自動車用のエンジンから排出される排気ガスには、NOx(窒素酸化物)、CO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)等の大気汚染物質が含まれており、一般に、これらを浄化するために、排気系内には触媒を利用した排気ガス浄化装置が設けられる。通常、この装置に用いられる触媒は、その温度が所定の活性温度に達しないと、その浄化力を十分に発揮することができず、このため、エンジンの冷間始動時等に、大気汚染物質の排出量を低減するには、触媒温度を迅速に高める必要がある。 As is well known, exhaust gases emitted from automobile engines contain air pollutants such as NOx (nitrogen oxide), CO (carbon monoxide), and HC (hydrocarbon). In order to purify the exhaust gas, an exhaust gas purification device using a catalyst is provided in the exhaust system. Normally, the catalyst used in this apparatus cannot fully exert its purifying power unless its temperature reaches a predetermined activation temperature. Therefore, when the engine is cold started, an air pollutant is not obtained. In order to reduce the discharge amount of the catalyst, it is necessary to quickly increase the catalyst temperature.
従来、排気ガス浄化装置内の触媒温度を高める方法の1つとして、点火時期をリタードして排気ガス温度を上昇させることが知られている。例えば特許文献1には、始動時の排気温度を上昇させ触媒暖機を適切に行いつつ、全炭化水素の排出量を低減することを企図し、機関始動時に点火時期を遅角させ排気昇温を行う内燃機関において、排気昇温時に主燃料であるガソリンに加え水素を添加する内燃機関の触媒昇温装置が開示されている。
ところで、近年、低公害化を目的として、例えば圧縮天然ガス、液化石油ガス、圧縮水素等の気体燃料のみを利用するエンジンを搭載した車両の開発が進められているが、気体燃料として圧縮水素を用いる水素エンジンにおいても、特に冷間始動時等には、排気ガス浄化装置内の触媒の温度を迅速に高め、触媒を早く活性化させることが望まれる。 By the way, in recent years, for the purpose of reducing pollution, development of a vehicle equipped with an engine that uses only gaseous fuel such as compressed natural gas, liquefied petroleum gas, and compressed hydrogen has been developed. Also in the hydrogen engine to be used, it is desirable to quickly increase the temperature of the catalyst in the exhaust gas purification device and activate the catalyst quickly, particularly at the time of cold start.
しかしながら、水素エンジンでは、通常、NOx排出量を抑制すべく理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定される制御が行われ、かかる制御の下では、始動後のアイドル運転時に、触媒温度が上昇し難く触媒の活性化までに時間を要することになる。触媒温度が上昇せず触媒が暖機されていない状態で走行が開始されると、触媒による浄化が適切に行われず多量のNOxが排出されることになる。 However, in a hydrogen engine, control is usually performed so that the air / fuel ratio is set to a leaner side than the stoichiometric air / fuel ratio in order to suppress NOx emissions. Under such control, the catalyst temperature rises during idle operation after startup. However, it takes time to activate the catalyst. If the running is started in a state where the catalyst temperature does not rise and the catalyst is not warmed up, the catalyst is not properly purified and a large amount of NOx is discharged.
これに対し、上記のように、点火時期をリタードさせて排気ガス温度を上昇させることにより、触媒温度を上昇させ触媒の活性化を早めることが可能であるが、かかる場合には、触媒の暖機中におけるNOx排出量の抑制が困難となる。 On the other hand, as described above, the ignition timing is retarded to raise the exhaust gas temperature, whereby the catalyst temperature can be raised and the activation of the catalyst can be accelerated. It becomes difficult to suppress NOx emissions in the machine.
この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたものであり、NOx排出量を抑制しつつ、排気ガスを浄化する触媒の早期活性化を図ることができる水素エンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above technical problem, and provides a control device for a hydrogen engine that can achieve early activation of a catalyst that purifies exhaust gas while suppressing NOx emissions. Objective.
このため、本願の請求項1に係る発明は、エンジン排気系に配設され、排気ガスを触媒で浄化する排気ガス浄化手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR手段とを備えた水素エンジンの制御装置において、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に関係する温度を検出する温度検出手段と、エンジンの空燃比を制御する空燃比制御手段であって、所定の条件下で理論空燃比よりもリーン側でNOx排出量が略ゼロとなる空燃比に制御する空燃比制御手段と、上記EGR手段の還流動作を制御するEGR制御手段と、を備えており、上記温度検出手段により検出された温度に基づき判定される上記排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、上記空燃比制御手段が上記空燃比を理論空燃比よりリッチ側に補正するとともに、上記EGR制御手段が上記EGR手段に還流動作を実行させることを特徴としたものである。
For this reason, the invention according to
また、本願の請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、エンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段を更に備えており、該点火時期制御手段は、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、エンジンの点火時期を所定量リタードさせることを特徴としたものである。
The invention according to
更に、本願の請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る発明において、上記空燃比制御手段が、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、空燃比を理論空燃比よりリッチ側へ所定のリッチ化度合いで補正するに伴い、上記EGR制御手段は、上記空燃比制御手段により補正されるリッチ化度合いに応じて、NOx排出量が抑制されるように上記EGR手段のEGR率を制御することを特徴としたものである。
Further, the invention according to
また更に、本願の請求項4に係る発明は、請求項2又は3に係る発明において、上記点火時期制御手段が、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、点火時期のリタード量を補正するに伴い、上記EGR制御手段は、上記点火時期制御手段により補正される点火時期のリタード量に応じて、NOx排出量が抑制されるように上記EGR手段のEGR率を制御することを特徴としたものである。
The invention according to
本願の請求項1に係る発明によれば、排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、空燃比のリッチ化により、排気ガス温度を上昇させ、触媒を早期に活性化させることができ、また、EGRの実行により、NOx排出量を抑制することができ、その結果、触媒の早期活性化及びNOx排出量の抑制の両立を図ることができる。
特に、水素エンジンでは、燃料である気体水素の着火性が良いので、触媒が低温状態にある場合にEGRが実行されても燃料の着火性を確保することができ、上記効果をより有効に奏することができる。
According to the invention of
In particular, in a hydrogen engine, the ignitability of gaseous hydrogen, which is a fuel, is good, so that the ignitability of the fuel can be ensured even when EGR is performed when the catalyst is in a low temperature state, and the above effects are more effectively achieved. be able to.
また、本願の請求項2の発明によれば、基本的には上記請求項1の発明と同様の効果を奏することができる。加えて、排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、点火時期をリタードさせることで、排気ガス温度の上昇を促進させることができ、触媒の更なる早期活性化を図ることができる。
Further, according to the invention of
更に、本願の請求項3の発明によれば、基本的には上記請求項1又は2に係る発明と同様の効果を奏することができる。加えて、排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、空燃比が理論空燃比よりリッチ側へ所定のリッチ化度合いで補正されるに伴い、補正されたリッチ化度合いに応じて、NOx排出量が抑制されるようにEGR率が制御されるため、EGR実行に伴う燃料の着火性への悪影響を抑制しつつ、EGR実行によりNOx排出量の増大を抑制することができ、上記効果をより有効に奏することができる。
Furthermore, according to the invention of
また更に、本願の請求項4の発明によれば、基本的には上記請求項2又は3に係る発明と同様の効果を奏することができる。加えて、排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、点火時期のリタード量が補正されるに伴い、補正された点火時期のリタード量に応じて、NOx排出量が抑制されるようにEGR率が制御されるため、EGR実行に伴う燃料の着火性への悪影響を抑制しつつ、EGR実行によりNOx排出量の増大を抑制することができ、上記効果をより有効に奏することができる。
Furthermore, according to the invention of
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るロータリータイプの水素エンジンを概略的に示す説明図である。
上記水素エンジン1は、外形をなす構成として、トロコイド状の内周面を備えたロータハウジングH1と、ロータRの平面方向に沿って広がるほぼ平面状のサイドハウジングH2とを有している。これらハウジングH1及びH2が組み合わせられ、その内部に形成された内部空間にロータRが収納された状態で、ロータRの周囲には、ロータハウジングH1の内周面とサイドハウジングH2とにより、3つの作動室Eが規定される。
各作動室Eは、偏心軸CのまわりにおけるロータRの回転に伴い、その作動容積の拡大及び縮小を繰り返し、ロータRが1回転する間に、各作動室Eでは吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の行程が行われる。
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a rotary type hydrogen engine according to an embodiment of the present invention.
The
Each working chamber E repeatedly expands and contracts its working volume as the rotor R rotates about the eccentric axis C, and during each rotation of the rotor R, each working chamber E has an intake stroke, a compression stroke, and an expansion stroke. A series of strokes consisting of a stroke and an exhaust stroke is performed.
上記ロータハウジングH1には、作動室E内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタ10と、作動室E内に供給された気体水素及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ2とが設けられている。他方、上記サイドハウジングH2には、吸気通路3に連通する吸気ポート4が形成されるとともに、排気通路5に連通する排気ポート6が形成されている。
In the rotor housing H 1 is a
上記吸気通路3には、エアを絞るスロットル弁25が介設され、他方、上記排気通路5には、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置7が介設されている。上記排気ガス浄化装置7では、排気ガスを浄化する触媒として、例えばNOxとCOとHCとを一括して同時に浄化する三元触媒などが用いられる。
The
また、本実施形態では、排気ガス再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)を実現する構成として、吸気通路3と排気通路5との間にEGR通路8が設けられ、このEGR通路8には、EGRガス流量を制御するEGRバルブ9と、EGRガスを冷却するEGRクーラ11とが介設されている。EGRバルブ9が開かれることで、排気通路5内の排気ガスの一部がEGR通路8を通じて吸気通路3に還流させられ、水素エンジン1の作動室E内に供給された上で再燃焼させられる。なお、以下で説明されるEGRの制御とは、EGRバルブ9の開度制御によるEGR率の制御をあらわすものとする。
In the present embodiment, as a configuration for realizing exhaust gas recirculation (EGR), an EGR passage 8 is provided between the
図2は、上記水素エンジン1及びそれに関係する構成を概念的に示す説明図である。この図に示すように、水素インジェクタ10は電磁弁V1を備えており、該水素インジェクタ10の燃料噴射は、電磁弁V1の開閉動作に基づき制御される。なお、図2では、水素インジェクタ10に対して、電磁弁V1が別個に設けられて示されているが、実際には電磁弁V1は水素インジェクタ10の内部に組み込まれている。また、図2に示すように、本実施形態では、上記水素エンジン1の本体に対して、エンジン水温を検出する水温センサ20と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ21と、イグニションスイッチ(不図示)によって駆動され水素エンジン1をクランキングさせるスタータ22とが設けられている。
FIG. 2 is an explanatory diagram conceptually showing the
上記吸気通路3には、吸入エア量を検出する空気量センサ23と、アクチュエータ24により、アイドリング時に、アイドル回転数が目標回転数に一致するように作動室へ供給される空気量を増減補正すべく開閉制御される一方、非アイドリング時には、アクセルペダル(不図示)の踏込量に応じて開閉制御されるスロットル弁25とが設けられている。他方、上記排気通路5には、上記排気ガス浄化装置7の上流側に、作動室内の空燃比λを算出するために酸素濃度を検出する酸素濃度センサ26が設けられている。
In the
更に、水素インジェクタ10は、水素供給通路30を介して、該水素インジェクタ10に燃料である気体水素を貯留する水素貯留タンク31に接続されている。水素貯留タンク31の排出口には、水素貯留タンク31から水素供給通路30への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁32が設けられている。上記水素供給通路30内には、水素インジェクタ10に対する水素供給を制御するための遮断弁33が設けられている。また、上記水素供給通路30内には、遮断弁33と水素インジェクタ10との間に、水素供給通路30内の水素圧力を検出する圧力センサ34が設けられている。
Further, the
なお、特に図示しないが、水素エンジン1に関係する構成としては、吸気通路3内に設けられるエアクリーナ、上記スロットル弁25の開度を検出するスロットル開度センサ、及び排気温センサ等の上記以外の構成が設けられている。
Although not particularly shown, the configuration related to the
また更に、図2に示すように、水素エンジン1及びそれに関係する構成を制御するコントロールユニット40が設けられている。このコントロールユニット40は、水素エンジン1の総合的な制御装置であり、空気量センサ23によって検出される吸入エア量、スロットル開度センサによって検出されるスロットル開度、排気温センサによって検出される排気温度、水温センサ20によって検出されるエンジン水温、エンジン回転数センサ21によって検出されるエンジン回転数、上記水素エンジン1の始動を検出するためのスタータ22からのスタータ信号、及び圧力センサ34によって検出される水素供給通路30内の水素圧力等の各種制御情報に基づいて、後述する空燃比制御、EGR制御、点火時期制御等の各種制御を行う。なお、コントロールユニット40は、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。
Furthermore, as shown in FIG. 2, a
以上の構成を備えた水素エンジン1では、基本的に、NOx排出量を抑制するために理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定される制御が行われる。従来、かかる制御下においては、例えば冷間始動時等に、触媒温度が上昇し難く触媒の活性化が迅速に行えないという問題があったが、本実施形態では、冷間始動時など、排気ガス浄化装置7で用いられる触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、空燃比を理論空燃比よりリッチ側に補正するとともに、空燃比のリッチ化に伴って増大するNOx排出量を低減すべく、NOx排出量に応じたEGRの制御を行うようにして、この問題を解消する。なお、本実施形態では、排気ガス浄化装置7で用いられる触媒の温度が、水温センサ20により検出されるエンジン水温に基づき推定される。
In the
以下では、水素エンジン1に関して実行される上記空燃比及びEGRの制御について詳しく説明する。
図3は、水素エンジン1に関する冷間始動後の触媒温度及びNOx排出濃度の変化をあらわすグラフである。図3中、上側のグラフでは、冷間始動後の触媒温度の経時的変化が示され、他方、下側のグラフでは、冷間始動後のNOx排出濃度の変化が示されている。また、図3においては、リーン燃焼をもたらす理論空燃比よりリーン側の空燃比が設定された場合(比較例A)が一点鎖線であらわされ、理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の所定の空燃比(例えば理論空燃比)が設定された場合(比較例B)が実線であらわされ、本実施形態として、理論空燃比よりリッチ側の所定の空燃比が設定されるとともにEGRが実行させられる場合(本実施形態)が破線であらわされている。更に、上側のグラフでは、触媒の活性温度が2点鎖線によりあらわされている。
Hereinafter, the control of the air-fuel ratio and EGR executed for the
FIG. 3 is a graph showing changes in the catalyst temperature and NOx emission concentration after the cold start for the
水素エンジン1において、冷間始動時に理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定された場合(比較例A)には、リーン燃焼が行われ、図3中の一点鎖線で示されるように、NOx排出濃度は低いが、冷間始動後の触媒温度の上昇が緩やかとなる。すなわち、触媒が所定の活性温度に達するまでに長い時間を要することとなる。
When the
また、水素エンジン1において、冷間始動時に理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の空燃比が設定された場合(比較例B)には、図3中の実線で示されるように、冷間始動後の触媒温度の上昇が早期に行われ、経過時間t1で触媒温度が所定の活性温度に達する。このため、経過時間t1後には、触媒によりNOx排出濃度が大幅に低減され、上記リーン燃焼の場合よりも低くなる。しかし、この場合には、経過時間t1まで空燃比のリッチ化によってNOx排出濃度が高いままである。このように、理論空燃比よりリッチ側の空燃比に設定することで、触媒温度を所定の活性温度まで迅速に上昇させることができるが、NOx排出濃度が、空燃比のリッチ化度合いに応じて増加することになる。
Further, in the
これに対して、本実施形態では、水素エンジン1において、冷間始動時に理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の空燃比が設定されるとともに、空燃比のリッチ化に伴って増加するNOx排出濃度を低減するために、EGRが実行させられる。この場合には、破線であらわされるように、理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の空燃比でEGRが実行されない場合に比して、触媒温度が所定の活性温度に達するまでの時間(時間t2)は少し長くなるものの、EGRの実行により所定の活性温度に達するまでのNOx排出量を大幅に低減することができる。
On the other hand, in the present embodiment, in the
以上のように、水素エンジン1において、冷間始動時に理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の空燃比に補正するとともにEGRを実行することで、空燃比のリッチ化に伴って増加するNOx排出量を低減することができ、NOx排出量の悪化を抑制しつつ、触媒温度の早期活性化を図ることができる。
As described above, in the
また、本実施形態では、水素エンジン1において、空燃比のリッチ化に加え、冷間始動時の触媒の更なる早期活性化を図り、点火時期がリタードされる。点火時期をリタードさせることで、排気ガス温度を更に上昇させることができ、その結果、触媒が早期に活性化させられる。なお、この場合、点火時期のリタード量はエンジン温度に応じて制御される。図4は、エンジン温度と点火時期のリタード量の関係をあらわすマップである。上記コントロールユニット40は、図4に示すマップに基づき、水温センサ20により検出されるエンジン水温に基づくエンジン温度に応じて、点火時期のリタード量を変更する。これにより、エンジン温度が低いほど点火時期のリタード量が大きく設定され、エンジン温度が高いほど点火時期のリタード量が小さく設定される。
In the present embodiment, in the
かかるエンジン温度に応じた点火時期のリタード量の変化に伴い、NOx排出量が変化する。具体的には、点火時期リタード量が大きい場合、燃焼が緩慢になり燃焼温度が低下するため、NOx排出量が少なく、他方、点火時期のリタード量が小さい場合には、あまり後燃えせず燃焼温度が低下しないため、NOx排出量が多くなる。 Along with the change in the retard amount of the ignition timing according to the engine temperature, the NOx emission amount changes. Specifically, when the ignition timing retard amount is large, combustion slows down and the combustion temperature decreases, so the NOx emission amount is small. On the other hand, when the ignition timing retard amount is small, the combustion does not occur so much after combustion. Since the temperature does not decrease, the amount of NOx emissions increases.
本実施形態では、更に、かかる点火時期のリタード制御に伴うNOx排出量の増大に対処して、EGR率が制御される。図5は、点火時期リタード量とEGR率の関係をあらわすマップの一例である。上記コントロールユニット40は、図5に示すマップに基づき、点火時期リタード量に応じてEGR率を変更する。これにより、点火時期リタード量が小さいほどNOx排出量が多くなるため、EGR率が大きく設定され、点火時期リタード量が大きいほどNOx排出量が少なくなるため、EGR率が小さく設定される。
In the present embodiment, the EGR rate is further controlled in response to the increase in the NOx emission amount accompanying the ignition timing retard control. FIG. 5 is an example of a map showing the relationship between the ignition timing retard amount and the EGR rate. The
このように、本実施形態では、冷間始動時の触媒の更なる早期活性化を図り、点火時期のリタードが実行されるとともに、そのリタード量に応じたEGR率の制御が行われることで、点火時期のリタードに伴うNOx排出量の増大が回避される。 Thus, in the present embodiment, further early activation of the catalyst at the time of cold start is attempted, the ignition timing is retarded, and the EGR rate is controlled according to the retard amount. An increase in NOx emissions accompanying ignition timing retard is avoided.
図6は、本実施形態に係る水素エンジン1の制御処理についてのフローチャートである。この処理では、まず、図2に示す水素エンジン1に関係する構成により検出された信号、つまり、エンジン水温、エンジン回転数、吸入エア量、スロットル開度等をあらわす各種信号が読み込まれる(ステップ#1)。次に、ステップ#2において、エンジンの運転状態に応じて、すなわち、上記信号に基づくエンジン回転数及びエンジン負荷に応じて、作動室Eへ供給される水素噴射量が設定される。そして、ステップ#3において、上記運転状態に応じて、点火プラグ2による点火時期が設定される。
FIG. 6 is a flowchart of the control process of the
ステップ#2及び#3において上記水素噴射量と上記点火時期とが設定されると、ステップ#4において、水素エンジン1が始動時状態にあるか否かが判定される。すなわち、スタータ22によってクランキング中であるか否かが判定される。ステップ#4での判定結果がイエス(YES)の場合、すなわち、水素エンジン1が始動時状態にある場合には、水温センサ20によって検出されるエンジン水温が所定温度αより高いか否かが判定される(ステップ#5)。なお、所定温度αとは、排気ガス浄化装置7にて用いられる触媒の活性温度に応じて設定されたものであり、すなわち、ステップ#5では、排気ガス浄化装置7にて用いられる触媒の温度がその活性温度より高いか否かが判定される。
When the hydrogen injection amount and the ignition timing are set in
ステップ#5での判定結果がYESの場合、すなわち、エンジン水温が所定温度αより高い場合には、理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定され、リーン燃焼が行われる(ステップ#6)。なお、本実施形態では、NOxの排出量が略ゼロ近傍となる理論空燃比よりリーン側の空燃比(λ=2)に設定される。
If the determination result in
一方、ステップ#5での判定結果がノー(NO)の場合、すなわち、エンジン水温が所定温度α以下の場合には、ステップ#7において、点火時期が、ステップ#3で設定された点火時期に対してリタードされるように補正される。なお、点火時期のリタード量は、図4に示すマップに基づき、エンジン水温が低いほど大きく設定される。
On the other hand, if the determination result in
更に、ステップ#8において、空燃比のリッチ化が実行される(すなわち空燃比が理論空燃比よりリッチ側の空燃比になるように補正される)。なお、本実施形態では、例えば空燃比のリッチ化に際して、空燃比がλ=1に補正されるが、これに限定されることなく、この空燃比のリッチ化度合いは、エンジン水温に応じて変更されてもよい。 Further, in step # 8, the air-fuel ratio is enriched (that is, the air-fuel ratio is corrected so as to become a richer air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio). In this embodiment, for example, when the air-fuel ratio is enriched, the air-fuel ratio is corrected to λ = 1. However, the present invention is not limited to this, and the degree of enrichment of the air-fuel ratio is changed according to the engine water temperature. May be.
ステップ#7及び#8において、エンジン水温に応じて、点火時期がリタードされ空燃比がリッチ化されると、NOx排出量が増大し得るので、ステップ#9において、NOx排出量を抑制するためにEGRが実行される。このEGR実行に伴い、EGR率は、ステップ#7で補正された点火時期リタード量、及び、ステップ#8で補正された空燃比のリッチ化度合いの少なくとも一方に応じて補正される。具体的に、点火時期リタード量については、点火時期リタード量が大きいほどEGR率が大きく設定され、空燃比のリッチ化度合いについては、空燃比のリッチ化度合いが大きいほどEGR率が大きく設定される。
そして、ステップ#7〜#9における触媒を活性化させる触媒活性制御が実行された場合には、ステップ#10において、フラグ(Flag)が“1”とされる。
In
When the catalyst activation control for activating the catalyst in
ステップ#4での判定結果がYESの場合には、図6の制御フローチャートに従ってステップ#5〜#10に示されるように、エンジン水温が所定温度以上である温間始動時にはリーン燃焼が行われ、エンジン水温が所定温度以下である冷間始動時には、点火時期のリタード及び空燃比のリッチ化とともにEGRが実行されるが、他方、ステップ#4での判定結果がNOの場合、すなわち、水素エンジン1が始動時状態にない場合には、続いて、ステップ#11において、フラグが“1”であるか否かが判定される。
If the determination result in
ステップ#11での判定結果がYESの場合、すなわち、フラグが“1”である場合には触媒を活性化させるための制御が行われ、ステップ#12において、エンジンの始動後、所定期間内であるか否かが判定される。ステップ#12での判定結果がYESの場合、すなわち、始動後所定期間内である場合には、ステップ#7〜#10に示されるように点火時期のリタード及び空燃比のリッチ化とともにEGRが実行され、フラグ“1”が継続させられる。
If the determination result in
また、一方、ステップ#12での判定結果がNOの場合、すなわち、始動後所定期間内でない場合には、触媒活性制御実行フラグが“0”にリセットされるとともに、通常制御が行われる(ステップ#13)。同様に、ステップ#11での判定結果がNOの場合、すなわち、フラグが“1”でない場合にも、ステップ#13において、通常制御が行われる。本実施形態では、この通常制御として、空燃比が理論空燃比に設定されるとともにEGRが実行される。なお、これに限定されることなく、その他の制御が行われてもよい。
On the other hand, if the determination result in step # 12 is NO, that is, if it is not within a predetermined period after startup, the catalyst activation control execution flag is reset to “0” and normal control is performed (step # 13). Similarly, if the determination result in
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、排気ガス浄化装置7に用いられる触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、空燃比が理論空燃比よりリッチ側の空燃比に補正されることで、排気ガス温度を上昇させることができ、かかる空燃比のリッチ化に加え、EGRが実行されることで、空燃比のリッチ化に伴い増大するNOx排出量を抑制することができるため、NOx排出量の抑制及び触媒の早期活性化の両立を図ることができる。
特に、水素エンジンでは、燃料である気体水素の着火性が良いため、排気ガス浄化装置7に用いられる触媒の温度が低温状態にある場合にEGRが実行されても、燃料の着火性を確保することができ、上記効果をより有効に奏することができる。
As is apparent from the above description, according to the present embodiment, when the temperature of the catalyst used in the exhaust
In particular, in a hydrogen engine, the ignitability of gaseous hydrogen, which is a fuel, is good. Therefore, even when EGR is performed when the temperature of the catalyst used in the exhaust
また、本実施形態によれば、排気ガス浄化装置7に用いられる触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、点火時期がリタードされることで、排気ガス温度をさらに上昇させることができ、触媒の更なる早期活性化を図ることができる。
Further, according to the present embodiment, when the temperature of the catalyst used in the exhaust
更に、本実施形態によれば、触媒の温度に関連する温度に基づき補正される空燃比のリッチ化度合い及び点火時期リタード量の少なくとも一方に応じて、NOx排出量を抑制するようにEGR率が制御されることで、EGR実行に伴う燃料の着火性への悪影響を抑制しつつ、NOx排出量の増大を回避することができる。 Furthermore, according to the present embodiment, the EGR rate is controlled so as to suppress the NOx emission amount according to at least one of the richness of the air-fuel ratio and the ignition timing retard amount corrected based on the temperature related to the temperature of the catalyst. By being controlled, it is possible to avoid an increase in the NOx emission amount while suppressing an adverse effect on the ignitability of the fuel accompanying the execution of EGR.
なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態では、水素エンジン1としてロータリーエンジンを例に挙げたが、本発明は、例えばレシプロエンジンなど、その他の形態のエンジンにも同様に適用可能である。また、前述した実施形態では、水素エンジン1として、直噴式の水素インジェクタ10を備えたエンジンを例に挙げたが、これに限定されることなく、本発明は、予混式の水素インジェクタを備えたエンジンなど、その他の形態のエンジンにも同様に適用可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and it goes without saying that various improvements and design changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the rotary engine is exemplified as the
本発明は、水素を供給する水素インジェクタを備えた水素エンジンの制御装置であり、例えば自動車等の車両など、上記水素エンジンが搭載されるものに好適に適用可能である。 The present invention is a control device for a hydrogen engine provided with a hydrogen injector for supplying hydrogen, and can be suitably applied to a device equipped with the hydrogen engine, such as a vehicle such as an automobile.
1 水素エンジン
3 吸気通路
5 排気通路
7 排気ガス浄化装置
8 EGR通路
9 EGRバルブ
10 水素インジェクタ
20 水温センサ
26 酸素濃度センサ
30 コントロールユニット
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に関係する温度を検出する温度検出手段と、
エンジンの空燃比を制御する空燃比制御手段であって、所定の条件下で理論空燃比よりもリーン側でNOx排出量が略ゼロとなる空燃比に制御する空燃比制御手段と、
上記EGR手段の還流動作を制御するEGR制御手段と、を備えており、
上記温度検出手段により検出された温度に基づき判定される上記排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、上記空燃比制御手段が上記空燃比を理論空燃比よりリッチ側に補正するとともに、上記EGR制御手段が上記EGR手段に還流動作を実行させる、ことを特徴とする水素エンジンの制御装置。 In a control device for a hydrogen engine, provided in an engine exhaust system, comprising exhaust gas purification means for purifying exhaust gas with a catalyst, and EGR means for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system,
Temperature detection means for detecting a temperature related to the temperature of the catalyst of the exhaust gas purification means;
An air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the engine, the air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio to be substantially zero on the lean side of the stoichiometric air-fuel ratio under a predetermined condition so that the NOx emission amount becomes substantially zero;
EGR control means for controlling the reflux operation of the EGR means,
When the temperature of the catalyst of the exhaust gas purification means determined based on the temperature detected by the temperature detection means is lower than a predetermined activation temperature, the air-fuel ratio control means brings the air-fuel ratio to a richer side than the stoichiometric air-fuel ratio. A hydrogen engine control apparatus characterized by correcting and causing the EGR control means to cause the EGR means to perform a reflux operation.
As the ignition timing control means corrects the ignition timing retard amount based on the catalyst temperature of the exhaust gas purification means, the EGR control means corrects the ignition timing retard amount corrected by the ignition timing control means. 4. The hydrogen engine control device according to claim 2, wherein the EGR rate of the EGR means is controlled so as to suppress NOx emission.
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