JP4527375B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、さらに詳しくは、高負荷運転時であっても排気温度を低下でき、出力と燃費を向上できる内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly, to a control device for an internal combustion engine that can reduce exhaust temperature even during high-load operation and improve output and fuel consumption.

通常のガソリン機関では、スロットル全開時に高出力を得るために空燃比を12.5〜12.7程度の出力空燃比に制御する。しかし、高回転側(たとえば、4000rpm程度以上の高回転)では、排気温度がかなり増加してしまい、触媒が溶損する等のダメージを受ける。   In a normal gasoline engine, the air-fuel ratio is controlled to an output air-fuel ratio of about 12.5 to 12.7 in order to obtain a high output when the throttle is fully opened. However, on the high rotation side (for example, high rotation of about 4000 rpm or more), the exhaust temperature increases considerably, and the catalyst is damaged such as melting of the catalyst.

これは、高回転域では燃焼室内での燃焼が遅く、燃焼の際の等容度が小さくなり、爆発のエネルギーが軸仕事に変換される割合が少ないため、排気に捨てられるエネルギーが大きくなり、排気温度が増加してしまうからである。   This is because the combustion in the combustion chamber is slow in the high rotation range, the isovolume during combustion is small, and the rate at which the explosion energy is converted into axial work is small, so the energy discarded in the exhaust becomes large, This is because the exhaust temperature increases.

そこで、空燃比を高くして排気温度を下げる手段が採られていた。すなわち、空燃比を最も燃焼温度の高いストイキより遠ざける手段が採られていた。   Therefore, means for increasing the air-fuel ratio and lowering the exhaust temperature has been adopted. That is, a means for keeping the air-fuel ratio away from the stoichiometry having the highest combustion temperature has been adopted.

なお、関連する従来技術として、排気温度が過熱状態となる場合に燃料増量補正を実行して排気温度の低下を図るものが提案されている(たとえば、特許文献1)。   As a related art, there has been proposed a technique for reducing the exhaust temperature by executing fuel increase correction when the exhaust temperature is in an overheated state (for example, Patent Document 1).

特開平7−34924号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-34924

しかしながら、従来の内燃機関の制御装置は、空燃比を最も燃焼温度の高いストイキより遠ざけて排気温度を下げていたので、最高出力が上げられないだけでなく、燃費も悪くなるという課題があった。   However, the conventional control device for an internal combustion engine has a problem that not only the maximum output cannot be increased but also the fuel consumption is deteriorated because the exhaust gas temperature is lowered by moving the air-fuel ratio away from the stoichiometry having the highest combustion temperature. .

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高負荷運転時であっても排気温度を低下でき、出力と燃費を向上できる内燃機関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, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can lower the exhaust temperature even during high-load operation and can improve output and fuel consumption.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項1に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室に主燃料と水素を供給可能な内燃機関の制御装置において、内燃機関の高負荷運転時に、排気ラインに設けられ、燃焼室からの排気を浄化する触媒の温度である触媒温度が、触媒に溶損等のダメージが発生する温度未満の基準温度よりも高くなると前記燃焼室に水素を供給し、触媒温度が基準温度よりも高い場合には、水素添加割合を増加することで水素の供給量である水素供給量を増加して、触媒温度が基準温度となるようにフィードバック制御し、フィードバック制御中に、限界水素供給量を水素供給量が超える場合は、水素供給量を限界水素供給量とするとともに、触媒温度が基準温度よりも高い場合には、主燃料の供給量である燃料供給量を増加して、触媒温度が基準温度となるようにフィードバック制御することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine control apparatus according to claim 1 of the present invention is an internal combustion engine control apparatus capable of supplying main fuel and hydrogen to a combustion chamber. When the catalyst temperature, which is the temperature of the catalyst that is provided in the exhaust line and purifies exhaust from the combustion chamber, becomes higher than a reference temperature that is less than the temperature at which damage such as melting damage occurs in the catalyst during high load operation, the combustion chamber When hydrogen is supplied to the catalyst and the catalyst temperature is higher than the reference temperature , the hydrogen supply rate, which is the hydrogen supply rate, is increased by increasing the hydrogen addition rate, and feedback is performed so that the catalyst temperature becomes the reference temperature. During the control and feedback control, if the hydrogen supply amount exceeds the limit hydrogen supply amount, the hydrogen supply amount is set as the limit hydrogen supply amount, and if the catalyst temperature is higher than the reference temperature, the main fuel supply amount In By increasing the fuel supply amount, and is characterized in that a feedback control so that the catalyst temperature is a reference temperature.

高負荷運転時に水素を添加供給することにより、燃焼速度が増加する。そして、水素の噴射により筒内ガス量が増加するとともに、燃焼が促進するため、爆発時の等容度が増加する。この結果、軸出力が増加し、排気へのエネルギー損失が減少するので、排気温度が低下する。また、水素供給量を限界水素供給量とし、燃料供給量を増加することで、主燃焼の増量を行っているが、水素を添加して排気温度を低下させているので、主燃料のみを供給する場合と比較すると、排気温度低下のためのガソリンの増量幅は少なくて済み、全体として燃費を向上することができる。 By adding and supplying hydrogen during high-load operation, the combustion rate increases. Further, the amount of in-cylinder gas is increased by the injection of hydrogen, and combustion is promoted, so that the isovolume during explosion is increased. As a result, the shaft output increases and the energy loss to the exhaust decreases, so that the exhaust temperature decreases. Also, the main combustion is increased by increasing the fuel supply amount with the hydrogen supply amount as the limit hydrogen supply amount. However, only the main fuel is supplied because the exhaust temperature is lowered by adding hydrogen. Compared with the case where it does, the increase amount of gasoline for exhaust temperature fall may be small, and it can improve a fuel consumption as a whole.

また、この発明の請求項2に係る内燃機関の制御装置は、請求項1に記載の発明において、触媒温度が基準温度になると前記水素を供給し、当該水素を供給している間は、全燃料は理論空燃比から出力空燃比近傍の間で噴射されることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a control device for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the hydrogen is supplied when the catalyst temperature reaches a reference temperature , The fuel is injected between the theoretical air fuel ratio and the vicinity of the output air fuel ratio.

したがって、主燃料であるガソリンを増量しなくても、触媒がダメージを受ける温度まで過熱されるのを抑制し、たとえば出力が最大の出力空燃比のままで運転できる。   Therefore, even if the gasoline as the main fuel is not increased, the catalyst is prevented from being overheated to a temperature at which it is damaged, and for example, the engine can be operated with the maximum output air-fuel ratio.

この発明に係る内燃機関の制御装置(請求項1)によれば、高負荷運転時であっても排気温度を低下でき、出力と燃費を向上できる。   According to the control device for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 1), the exhaust temperature can be lowered even during high-load operation, and the output and fuel consumption can be improved.

また、この発明に係る内燃機関の制御装置(請求項2)によれば、主燃料であるガソリンを増量しなくても、触媒がダメージを受ける温度まで過熱されるのを抑制でき、たとえば出力が最大の出力空燃比のままで運転できる。   Further, according to the control device for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 2), it is possible to suppress overheating to a temperature at which the catalyst is damaged without increasing the amount of gasoline as the main fuel. Operation is possible with the maximum output air-fuel ratio.

以下に、この発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of an internal combustion engine control apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

先ず、本発明を適用するエンジン(内燃機関)の概略構成について図1に基づいて説明する。ここで、図1は、この発明の実施例1に係るエンジンの概略構成を示す断面図である。   First, a schematic configuration of an engine (internal combustion engine) to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the engine according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、エンジン10の燃焼室10aは、シリンダボア11とシリンダヘッド13とシリンダボア11内に往復動自在に配設されたピストン12とによって構成されている。この燃焼室10aのほぼ中央には、混合気に点火するための点火プラグ14が配設されている。また、燃焼室10aを臨む吸気ポート15には吸気弁16が配設され、燃焼室10aを臨む排気ポート18には排気弁20が配設されている。   As shown in FIG. 1, the combustion chamber 10 a of the engine 10 is composed of a cylinder bore 11, a cylinder head 13, and a piston 12 that is reciprocally disposed in the cylinder bore 11. A spark plug 14 for igniting the air-fuel mixture is disposed substantially at the center of the combustion chamber 10a. An intake valve 16 is disposed at the intake port 15 facing the combustion chamber 10a, and an exhaust valve 20 is disposed at the exhaust port 18 facing the combustion chamber 10a.

このエンジン10は、主燃料であるガソリンをガソリンポート噴射用インジェクタ25によって吸気ポート15に噴射可能に構成されているとともに、補助燃料である水素を水素直噴用インジェクタ23によって燃焼室10a内に直接噴射可能に構成されている。この水素直噴用インジェクタ23は、燃焼室10aの吸気弁16近傍に配設されている。なお、図中の符号23aは、水素直噴用デリバリパイプを示し、符号25aは、ガソリンポート噴射用デリバリパイプを示している。   The engine 10 is configured such that gasoline as a main fuel can be injected into an intake port 15 by a gasoline port injection injector 25, and hydrogen as an auxiliary fuel is directly injected into a combustion chamber 10a by a hydrogen direct injection injector 23. It is configured to be jettable. This hydrogen direct injection injector 23 is disposed near the intake valve 16 of the combustion chamber 10a. In addition, the code | symbol 23a in a figure has shown the delivery pipe for hydrogen direct injection, and the code | symbol 25a has shown the delivery pipe for gasoline port injection.

また、水素直噴用インジェクタ23による水素噴射圧は、燃焼時の最大筒内圧に耐えられるように高圧に設定されている。更に水素直噴用インジェクタ23は、筒内に水素が均質に噴射されるように設定されており、たとえば、ほぼ円錐状の噴霧を燃焼室10aの中央に噴射するように構成することができる。   Further, the hydrogen injection pressure by the hydrogen direct injection injector 23 is set to be high so as to withstand the maximum in-cylinder pressure during combustion. Further, the hydrogen direct injection injector 23 is set so that hydrogen is uniformly injected into the cylinder, and can be configured, for example, to inject a substantially conical spray into the center of the combustion chamber 10a.

また、水素直噴用インジェクタ23による水素の噴射タイミングは、吸気弁16が閉じてからである(図2のステップS18,S19参照)。これは、吸気弁16が閉じる前に水素を噴射すると、吸入する新気の流れが妨げられ、空気量が減少して出力が低下するか
らである。
The hydrogen injection timing by the hydrogen direct injection injector 23 is after the intake valve 16 is closed (see steps S18 and S19 in FIG. 2). This is because if hydrogen is injected before the intake valve 16 is closed, the flow of fresh air to be sucked is hindered, the amount of air is reduced, and the output is reduced.

なお、図示しない排気ラインに設けられた触媒装置等、その他の構成は公知のガソリン機関の構成と同様であり、各構成要素は図示しない電子制御装置(ECU)によって制御される。   The other components such as a catalyst device provided in an exhaust line (not shown) are the same as those of a known gasoline engine, and each component is controlled by an electronic control unit (ECU) (not shown).

つぎに制御方法について図2に基づいて説明する。ここで、図2は、燃料噴射制御方法を示すフローチャートである。この制御では、全負荷状態(WOT)時等の高負荷運転時を前提としている。   Next, a control method will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 is a flowchart showing a fuel injection control method. This control is premised on a high load operation such as a full load state (WOT).

先ず、エンジン回転数Ne(rpm)とスロットル開度を検出する(ステップS10)。水素が添加されていない場合(以下、この場合に符号名称に「初期」を付記する)の初期ガソリンインジェクタ駆動時間τ0(ms)から、初期ガソリン噴射量Aa(cc/st)を算出する(ステップS11)。初期ガソリン供給熱量Fa(J/st)は、この初期ガソリン噴射量Aaと、既知のガソリン低位発熱量Hgとの積として求めることができる(Fa=Aa×Hg)。すなわち、この初期ガソリン供給熱量Faが、水素を添加する前の全体供給熱量となる。   First, the engine speed Ne (rpm) and the throttle opening are detected (step S10). The initial gasoline injection amount Aa (cc / st) is calculated from the initial gasoline injector drive time τ0 (ms) when hydrogen is not added (hereinafter, “initial” is added to the code name in this case) (step) S11). The initial gasoline supply heat amount Fa (J / st) can be obtained as a product of the initial gasoline injection amount Aa and the known gasoline lower heating value Hg (Fa = Aa × Hg). That is, this initial gasoline supply heat amount Fa is the total supply heat amount before adding hydrogen.

つぎに、全負荷(WOT)時における空気と燃料との混合比率A/F(たとえば、A/F=12.5)、初期ガソリンのみの場合のMBT点火時期IT0(°BTDC)からマップ等に基づいて触媒床温の推定値を算出し、この触媒床温が、触媒に溶損等のダメージが発生する温度未満の基準温度として定義された基準触媒床温Tcat(℃)よりも高いか否かを判断する(ステップS12)。   Next, the air / fuel mixing ratio A / F (for example, A / F = 12.5) at full load (WOT), MBT ignition timing IT0 (° BTDC) in the case of only the initial gasoline, a map, etc. The estimated value of the catalyst bed temperature is calculated based on this, and whether this catalyst bed temperature is higher than the reference catalyst bed temperature Tcat (° C.) defined as the reference temperature below the temperature at which damage such as melting damage occurs in the catalyst. Is determined (step S12).

触媒床温が基準触媒床温Tcat(℃)よりも高いならば(ステップS12肯定)、水素添加制御に移行し(ステップS13)、触媒床温が基準触媒床温Tcat(℃)よりも高くないならば(ステップS12否定)、触媒にダメージは発生しないので制御を終了する。   If the catalyst bed temperature is higher than the reference catalyst bed temperature Tcat (° C.) (Yes at Step S12), the process shifts to hydrogenation control (Step S13), and the catalyst bed temperature is not higher than the reference catalyst bed temperature Tcat (° C.). If so (No at Step S12), the catalyst is not damaged, and the control is terminated.

ステップS13における水素添加制御では、ステップS11で算出された全体供給熱量Fa(J/st)と、水素供給熱量Fh(J/st)と、水素添加時におけるガソリン供給熱量Fg(J/st)と、ガソリンに対する水素添加割合RH2(%)との間には、次式(1)および(2)に示す関係があるので、この関係式を用いて以下のステップS14以降の水素噴射制御およびガソリン噴射制御を行う。
Fh+Fg=Fa ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (1)
Fh/Fg=RH2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (2)
In the hydrogen addition control in step S13, the total supply heat amount Fa (J / st) calculated in step S11, the hydrogen supply heat amount Fh (J / st), and the gasoline supply heat amount Fg (J / st) at the time of hydrogen addition, Since there is a relationship shown in the following equations (1) and (2) between the hydrogen addition ratio RH2 (%) with respect to gasoline, hydrogen injection control and gasoline injection in the following step S14 are used using this relationship. Take control.
Fh + Fg = Fa (1)
Fh / Fg = RH2 (2)

検出されたエンジン回転数Neと負荷に応じて予めマップ等により定められたガソリンに対する水素添加割合RH2(%)を固定する(ステップS14)。上記全体供給熱量Faと水素添加割合RH2の値が定まれば、上式(1)および(2)から、水素供給熱量Fh(J/st)と水素添加時におけるガソリン供給熱量Fg(J/st)とを算出することができる(ステップS15)。   A hydrogen addition ratio RH2 (%) with respect to gasoline determined in advance by a map or the like according to the detected engine speed Ne and load is fixed (step S14). If the values of the total heat supply amount Fa and the hydrogen addition ratio RH2 are determined, the hydrogen supply heat amount Fh (J / st) and the gasoline supply heat amount Fg (J / st) at the time of hydrogen addition are obtained from the above equations (1) and (2). ) Can be calculated (step S15).

つぎに、水素低位発熱量Hh(J/cc)とガソリン低位発熱量Hg(J/cc)は、既知であるので、上記ステップS15で算出した水素供給熱量Fhとガソリン供給熱量Fgをそれぞれ用い、水素供給量Ah(cc/st)を次式(3)から算出し、ガソリン供給量Ag(cc/st)を次式(4)から算出する(ステップS16)。
Ah=Fh/Hh ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (3)
Ag=Fg/Hg ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (4)
Next, since the lower hydrogen heating value Hh (J / cc) and the lower gasoline heating value Hg (J / cc) are known, the hydrogen supply heat amount Fh and the gasoline supply heat amount Fg calculated in step S15 are used, respectively. The hydrogen supply amount Ah (cc / st) is calculated from the following equation (3), and the gasoline supply amount Ag (cc / st) is calculated from the following equation (4) (step S16).
Ah = Fh / Hh (3)
Ag = Fg / Hg (4)

つぎに、検出された水素直噴用デリバリパイプ23a内での水素ライン内圧力Ph(MPa)とエンジン回転数Neに基づいて、予め定められたマップから水素直噴用インジェクタ23の駆動時間である水素インジェクタ駆動時間τh(ms)と噴射クランク角を算出し、噴射終了時期を算出する。たとえば、噴射開始クランク角を算出する(ステップS17)。   Next, the driving time of the hydrogen direct injection injector 23 from a predetermined map based on the detected hydrogen line internal pressure Ph (MPa) in the hydrogen direct injection delivery pipe 23a and the engine speed Ne. The hydrogen injector driving time τh (ms) and the injection crank angle are calculated, and the injection end timing is calculated. For example, the injection start crank angle is calculated (step S17).

また、これと同様に、検出されたガソリンポート噴射用デリバリパイプ25a内でのガソリンライン内圧力Pg(KPa)とエンジン回転数Neに基づいて、予め定められたマップからガソリンポート噴射用インジェクタ25の駆動時間であるガソリンインジェクタ駆動時間τg(ms)と噴射クランク角を算出して噴射終了時期を算出(たとえば、噴射開始クランク角を算出)し、当該ガソリンポート噴射用インジェクタ25を駆動する(ステップS17)。   Similarly, based on the detected gasoline line pressure Pg (KPa) in the gasoline port injection delivery pipe 25a and the engine speed Ne, the gasoline port injector 25 is determined from a predetermined map. The gasoline injector drive time τg (ms), which is the drive time, and the injection crank angle are calculated to calculate the injection end timing (for example, the injection start crank angle is calculated), and the gasoline port injection injector 25 is driven (step S17). ).

つぎに、吸気弁16が閉じているか否かを判断し(ステップS18)、吸気弁16が閉じてから水素直噴用インジェクタ23を駆動する(ステップS18肯定、ステップS19)。これは前述したように、吸気弁16が閉じる前に水素を噴射すると、吸入する新気の流れが妨げられ、空気量が減少して出力が低下するからである。   Next, it is determined whether or not the intake valve 16 is closed (step S18), and after the intake valve 16 is closed, the hydrogen direct injection injector 23 is driven (Yes in step S18, step S19). This is because, as described above, if hydrogen is injected before the intake valve 16 is closed, the flow of fresh air to be sucked is hindered, the amount of air is reduced, and the output is reduced.

続いて、ガソリンに対する水素添加割合RH2の時のMBT点火時期ITRH2(°BTDC)を設定する(ステップS20)。このMBT点火時期ITRH2は、ステップS14において水素添加割合RH2が固定されているので、図3に示されるように、予め定められたマップから求めることができる。ここで、図3は、水素添加割合RH2とMBT点火時期との関係を示すマップである。 Subsequently, the MBT ignition timing IT RH2 (° BTDC) when the hydrogen addition ratio RH2 to gasoline is set (step S20). The MBT ignition timing IT RH2 can be obtained from a predetermined map as shown in FIG. 3 because the hydrogen addition ratio RH2 is fixed in step S14. Here, FIG. 3 is a map showing the relationship between the hydrogen addition ratio RH2 and the MBT ignition timing.

つぎに、上記条件下で算出される触媒床温が基準触媒床温Tcat(℃)よりも高いか否かを判断する(ステップS21)。触媒床温が基準触媒床温Tcat(℃)よりも高いならば(ステップS21肯定)、ガソリンに対する水素添加割合RH2に所定の水素割合増量係数αを乗じたものを新たな水素添加割合RH2として(ステップS22)、ステップS14に移行する。すなわち、触媒床温が所定値よりも高い場合には、水素供給量を若干増量してフィードバック制御し、排気温度が低下するように制御するものである。一方、触媒床温が基準触媒床温Tcat(℃)よりも高くないならば(ステップS21否定)、触媒にダメージは発生しないので制御を終了する。   Next, it is determined whether or not the catalyst bed temperature calculated under the above conditions is higher than the reference catalyst bed temperature Tcat (° C.) (step S21). If the catalyst bed temperature is higher than the reference catalyst bed temperature Tcat (° C.) (Yes at Step S21), a value obtained by multiplying the hydrogen addition ratio RH2 to gasoline by a predetermined hydrogen ratio increase coefficient α is set as a new hydrogen addition ratio RH2 ( Step S22) and the process proceeds to step S14. That is, when the catalyst bed temperature is higher than a predetermined value, the hydrogen supply amount is slightly increased and feedback control is performed so that the exhaust temperature is lowered. On the other hand, if the catalyst bed temperature is not higher than the reference catalyst bed temperature Tcat (° C.) (No at Step S21), the catalyst is not damaged and the control is terminated.

以上のように水素を添加して制御することにより、A/Fと排気温度および発生トルクは、図4に示すような関係になる。ここで、図4は、水素を添加した場合におけるA/Fと排気温度および発生トルクの関係を示すグラフである。   By controlling by adding hydrogen as described above, the A / F, the exhaust temperature, and the generated torque have the relationship shown in FIG. Here, FIG. 4 is a graph showing the relationship between A / F, exhaust temperature, and generated torque when hydrogen is added.

図4に示すように、水素を添加しない通常のガソリン機関の場合(図中の細線で示すグラフ)では、排気温度の上限(触媒許容排気温度)が決まっており、A/Fを出力空燃比で運転すると、点Pで示すように触媒許容排気温度を超えてしまうため、A/Fを点Aのところで運転する。これにより、排気温度は点Bとなり、触媒許容排気温度よりも低くなるが、そこで得られるトルクは点Cとなり、出力空燃比の場合(点K)よりも低下する。   As shown in FIG. 4, in the case of a normal gasoline engine to which hydrogen is not added (a graph indicated by a thin line in the figure), the upper limit of the exhaust temperature (catalyst allowable exhaust temperature) is determined, and A / F is the output air-fuel ratio. As shown by point P, the catalyst allowable exhaust temperature is exceeded, so A / F is operated at point A. As a result, the exhaust temperature becomes point B, which is lower than the catalyst allowable exhaust temperature, but the torque obtained there becomes point C, which is lower than in the case of the output air-fuel ratio (point K).

一方、本発明に係る水素を添加したガソリン機関の場合(図中の太線で示すグラフ)では、図5に示すように水素添加割合が増加すると排気温度が下がるため、出力空燃比で運転しても排気温度は点Dとなり、触媒許容排気温度以下に収まる。この時のトルクは点Eとなる。ここで、図5は、水素添加割合と排気温度との関係を示すグラフである。   On the other hand, in the case of a gasoline engine to which hydrogen is added according to the present invention (a graph indicated by a thick line in the figure), the exhaust gas temperature decreases as the hydrogen addition rate increases as shown in FIG. The exhaust temperature is point D, which is below the catalyst allowable exhaust temperature. The torque at this time is point E. Here, FIG. 5 is a graph showing the relationship between the hydrogen addition ratio and the exhaust temperature.

この結果、排気温度を許容温度よりも低く抑制したまま、トルクは、出力空燃比で運転できる分(点Kでのトルク−点Cでのトルク)と、水素添加による向上分(点Eでのトル
ク−点Kでのトルク)との合計分だけ向上する。すなわち、トルクは、(点Eでのトルク−点Cでのトルク)分だけ向上することとなる。
As a result, while the exhaust gas temperature is kept lower than the allowable temperature, the torque can be operated at the output air-fuel ratio (torque at the point K−torque at the point C) and the improvement by the hydrogen addition (at the point E). Torque-torque at point K). That is, the torque is improved by (torque at point E−torque at point C).

また、図6に示すように水素を添加した場合(図6中の太線で示すグラフ)では、水素を添加していない場合(図6中の細線で示すグラフ)に比べてMBT点火時期が遅角側に推移し、発生トルクが向上することが分かる。ここで、図6は、MBT点火時期と発生トルクとの関係において水素を添加した場合にトルクが向上している様子を示すグラフである。   In addition, when hydrogen is added as shown in FIG. 6 (graph indicated by a thick line in FIG. 6), the MBT ignition timing is delayed as compared with the case where hydrogen is not added (graph indicated by a thin line in FIG. 6). It turns out that it shifts to the corner side and the generated torque is improved. Here, FIG. 6 is a graph showing how the torque is improved when hydrogen is added in the relationship between the MBT ignition timing and the generated torque.

以上のように、この実施例1に係る内燃機関の制御装置によれば、高負荷運転時に水素を添加することにより、燃焼速度が増加する。そして、水素の噴射により筒内ガス量が増加するとともに、燃焼が促進するため、爆発時の等容度が増加する。この結果、軸出力が増加し、排気へのエネルギー損失が減少するので、排気温度が低下する。したがって、ガソリン燃料を増量しなくても、触媒がダメージを受ける温度まで過熱されるのを抑制でき、出力が最大のA/F(出力空燃比)のままで運転できる。   As described above, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment, the combustion rate is increased by adding hydrogen during high-load operation. Further, the amount of in-cylinder gas is increased by the injection of hydrogen, and combustion is promoted, so that the isovolume during explosion is increased. As a result, the shaft output increases and the energy loss to the exhaust decreases, so that the exhaust temperature decreases. Accordingly, even if the gasoline fuel is not increased, the catalyst can be prevented from being overheated to a temperature at which it is damaged, and the operation can be performed with the maximum output A / F (output air-fuel ratio).

なお、上記実施例1においては、水素添加の開始条件(高負荷条件)として、触媒床温の推定値を算出したが、これに限定されず、たとえば、車速やエンジン10の冷却水温等から触媒床温が基準値以上であることを推定してこれを水素添加の開始条件としてもよく、また触媒床温を実測して当該開始条件を判断してもよい。   In the first embodiment, the estimated value of the catalyst bed temperature is calculated as the hydrogenation start condition (high load condition). However, the present invention is not limited to this. It may be estimated that the bed temperature is equal to or higher than a reference value, and this may be used as the hydrogenation start condition, or the start condition may be determined by actually measuring the catalyst bed temperature.

また、上記実施例1においては、水素を供給している間は、全燃料(ガソリンおよび水素)は、出力空燃比で噴射されるものとして説明したが、これに限定されず、理論空燃比(ストイキ)から出力空燃比近傍の間で噴射されるように制御してもよく、これにより上記と同様の効果を期待できる。   Further, in the first embodiment, it has been described that all the fuel (gasoline and hydrogen) is injected at the output air-fuel ratio while hydrogen is supplied. However, the present invention is not limited to this, and the stoichiometric air-fuel ratio ( Control may be performed so that the fuel is injected between the stoichiometric range and the vicinity of the output air-fuel ratio, whereby the same effect as described above can be expected.

また、上記実施例1においては、ガソリンを吸気ポート噴射とし、水素を筒内直接噴射するものとして説明したが、これに限定されず、たとえばガソリンを筒内直接噴射としてもよい。また、水素は吸気ポート噴射であってもよいが、筒内直接噴射が好ましい。   Moreover, in the said Example 1, although gasoline was made into the intake port injection and hydrogen was injected as direct in-cylinder injection, it is not limited to this, For example, it is good also as in-cylinder direct injection. In addition, although hydrogen may be intake port injection, in-cylinder direct injection is preferable.

また、水素直噴用インジェクタ23を燃焼室10aの吸気弁16近傍に配設するものとして説明したが、これに限定されず、燃焼室10aの中央部付近あるいは排気弁20の近傍に配設することもできる。   Further, the hydrogen direct injection injector 23 has been described as being disposed in the vicinity of the intake valve 16 of the combustion chamber 10a. However, the present invention is not limited thereto, and is disposed in the vicinity of the center of the combustion chamber 10a or in the vicinity of the exhaust valve 20. You can also.

本実施例2は、図7に示すように、上記実施例1の制御(図2参照)に、後述するステップS23〜ステップS26を付加したものである。ここで、図7は、この発明の実施例2に係る制御方法を示すフローチャートである。   In the second embodiment, as shown in FIG. 7, steps S23 to S26 described later are added to the control of the first embodiment (see FIG. 2). Here, FIG. 7 is a flowchart showing a control method according to Embodiment 2 of the present invention.

ところで、実際に車載できる水素量は限られており、航続距離の観点から一定量以上の水素を筒内に供給することは好ましくない。そこで、水素供給量を若干増量するステップS22の後に、水素供給量が所定の限界量、換言すれば、限界水素供給量Fo(L/min)を超えた場合に(ステップS23肯定)、水素供給量をこの限界水素供給量Foに設定するとともに(図示せず)、ガソリン供給熱量Fgに所定のガソリン増量係数βを乗じてガソリン供給量を増量する(ステップS24)。 By the way, the amount of hydrogen that can be actually mounted is limited, and it is not preferable to supply a certain amount or more of hydrogen into the cylinder from the viewpoint of cruising distance. Therefore, after step S22 for slightly increasing the hydrogen supply amount, when the hydrogen supply amount exceeds a predetermined limit amount, in other words, the limit hydrogen supply amount Fo (L / min) (Yes in step S23), hydrogen supply The amount is set to the limit hydrogen supply amount Fo (not shown), and the gasoline supply amount is increased by multiplying the gasoline supply heat amount Fg by a predetermined gasoline increase coefficient β (step S24).

そして、ガソリンを増量した場合のMBT点火時期ITzouを設定することにより点火時期も適正化する(ステップS25)。このMBT点火時期ITzouも予め定められたマップに基づいて設定することができる。   Then, the ignition timing is also optimized by setting the MBT ignition timing ITzou when the gasoline is increased (step S25). This MBT ignition timing ITzou can also be set based on a predetermined map.

つぎに、上記条件下で算出される触媒床温が基準触媒床温Tcat(℃)よりも高いか否かを判断する(ステップS26)。触媒床温が基準触媒床温Tcat(℃)よりも高いならば(ステップS26肯定)、ステップS24に移行し、ガソリン供給熱量Fgを設定し直す。すなわち、触媒床温が所定値よりも高い場合には、ガソリン供給量を更に若干増量してフィードバック制御し、排気温度が低下するように制御するものである。以上の制御により、出力は若干低下するが、供給水素量を一定量に抑えることができる。一方、触媒床温が基準触媒床温Tcat(℃)よりも高くないならば(ステップS26否定)、触媒にダメージは発生しないので制御を終了する。   Next, it is determined whether or not the catalyst bed temperature calculated under the above conditions is higher than the reference catalyst bed temperature Tcat (° C.) (step S26). If the catalyst bed temperature is higher than the reference catalyst bed temperature Tcat (° C.) (Yes at Step S26), the process proceeds to Step S24, and the gasoline supply heat amount Fg is reset. That is, when the catalyst bed temperature is higher than a predetermined value, the gasoline supply amount is further slightly increased and feedback control is performed so that the exhaust gas temperature is lowered. Although the output is slightly reduced by the above control, the supplied hydrogen amount can be suppressed to a constant amount. On the other hand, if the catalyst bed temperature is not higher than the reference catalyst bed temperature Tcat (° C.) (No at Step S26), the catalyst is not damaged and the control is terminated.

以上のように、この実施例2に係る内燃機関の制御装置によれば、ガソリンの増量を行っているが、水素を添加して排気温度を低下させているので、ガソリンのみを供給する場合(従来の場合)と比較すると、排気温度低下のためのガソリンの増量幅は少なくて済み、全体として燃費を向上することができる。   As described above, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment, the amount of gasoline is increased, but since hydrogen is added to lower the exhaust temperature, only gasoline is supplied ( Compared with the conventional case), the increase amount of gasoline for lowering the exhaust gas temperature is small, and the overall fuel efficiency can be improved.

以上のように、この発明に係る内燃機関の制御装置は、高負荷運転時であっても排気温度を低下でき、出力と燃費を向上できる内燃機関に有用であり、特に、ガソリン燃料を増量しなくても、触媒がダメージを受ける温度まで過熱されるのを抑制でき、出力が最大のA/F(出力空燃比)のままで運転できる内燃機関に適している。   As described above, the control device for an internal combustion engine according to the present invention is useful for an internal combustion engine that can lower the exhaust temperature even during high-load operation and can improve the output and fuel consumption. In particular, it increases the amount of gasoline fuel. Even if it is not, it is possible to suppress the catalyst from being overheated to a temperature at which it is damaged, and is suitable for an internal combustion engine that can be operated with the maximum output A / F (output air-fuel ratio).

この発明の実施例1に係るエンジンの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the engine which concerns on Example 1 of this invention. 燃料噴射制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the fuel-injection control method. 水素添加割合RH2とMBT点火時期との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between hydrogen addition ratio RH2 and MBT ignition timing. 水素を添加した場合におけるA/Fと排気温度および発生トルクの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between A / F, exhaust temperature, and generated torque at the time of adding hydrogen. 水素添加割合と排気温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a hydrogen addition ratio and exhaust temperature. MBT点火時期と発生トルクとの関係において水素を添加した場合にトルクが向上している様子を示すグラフである。It is a graph which shows a mode that a torque is improved when hydrogen is added in the relationship between MBT ignition timing and generated torque. この発明の実施例2に係る制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method which concerns on Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 エンジン(内燃機関)
10a 燃焼室
11 シリンダボア
12 ピストン
13 シリンダヘッド
14 点火プラグ
15 吸気ポート
16 吸気弁
18 排気ポート
20 排気弁
23 水素直噴用インジェクタ
23a 水素直噴用デリバリパイプ
25 ガソリンポート噴射用インジェクタ
25a ガソリンポート噴射用デリバリパイプ
Ne エンジン回転数
τ0 初期ガソリンインジェクタ駆動時間
Aa 初期ガソリン噴射量
Fa 初期ガソリン供給熱量
Hg ガソリン低位発熱量
Hh 水素低位発熱量
Tcat 基準触媒床温
IT0 初期ガソリンのみの場合のMBT点火時期
Fh 水素供給熱量
Fg ガソリン供給熱量
Fo 限界水素供給量
RH2 ガソリンに対する水素添加割合
Ah 水素供給量
Ag ガソリン供給量
Ph 水素ライン内圧力
Pg ガソリンライン内圧力
τh 水素インジェクタ駆動時間
τg ガソリンインジェクタ駆動時間
ITRH2 水素添加割合RH2の時のMBT点火時期
ITzou ガソリンを増量した場合のMBT点火時期
α 水素割合増量係数
β ガソリン増量係数
10 Engine (Internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10a Combustion chamber 11 Cylinder bore 12 Piston 13 Cylinder head 14 Spark plug 15 Intake port 16 Intake valve 18 Exhaust port 20 Exhaust valve 23 Hydrogen direct injection injector 23a Hydrogen direct injection delivery pipe 25 Gasoline port injection injector 25a Gasoline port injection delivery Pipe Ne Engine speed τ0 Initial gasoline injector drive time Aa Initial gasoline injection amount Fa Initial gasoline supply heat amount Hg Gasoline lower heating value Hh Hydrogen lower heating value Tcat Reference catalyst bed temperature IT0 MBT ignition timing for initial gasoline only Fh Hydrogen supply heat amount Fg Gasoline supply heat Fo Limit hydrogen supply rate RH2 Hydrogen addition ratio to gasoline Ah Hydrogen supply amount Ag Gasoline supply amount Ph Hydrogen line pressure Pg Gasoline line pressure τh Hydrogen indicator Injector drive time τg Gasoline injector drive time IT RH2 MBT ignition timing when hydrogen addition ratio RH2 ITzou MBT ignition timing when gasoline is increased α Hydrogen ratio increase coefficient β Gasoline increase coefficient

Claims (2)

燃焼室に主燃料と水素を供給可能な内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の高負荷運転時に、排気ラインに設けられ、前記燃焼室からの排気を浄化する触媒の温度である触媒温度が、前記触媒に溶損等のダメージが発生する温度未満の基準温度よりも高くなると前記燃焼室に前記水素を供給し、
前記触媒温度が前記基準温度よりも高い場合には、水素添加割合を増加することで前記水素の供給量である水素供給量を増加して、前記触媒温度が前記基準温度となるようにフィードバック制御し、
前記フィードバック制御中に、限界水素供給量を前記水素供給量が超える場合は、
前記水素供給量を限界水素供給量とするとともに、前記触媒温度が前記基準温度よりも高い場合には、前記主燃料の供給量である燃料供給量を増加して、前記触媒温度が前記基準温度となるようにフィードバック制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
In a control device for an internal combustion engine capable of supplying main fuel and hydrogen to a combustion chamber,
During high load operation of the internal combustion engine, a catalyst temperature that is a temperature of a catalyst that is provided in an exhaust line and purifies exhaust from the combustion chamber is lower than a reference temperature that is less than a temperature at which damage such as melting damage occurs in the catalyst. Is higher, the hydrogen is supplied to the combustion chamber,
When the catalyst temperature is higher than the reference temperature, the hydrogen supply rate, which is the hydrogen supply amount, is increased by increasing the hydrogen addition rate, and feedback control is performed so that the catalyst temperature becomes the reference temperature. And
During the feedback control, if the hydrogen supply amount exceeds the critical hydrogen supply amount,
When the hydrogen supply amount is a critical hydrogen supply amount and the catalyst temperature is higher than the reference temperature, the fuel supply amount, which is the main fuel supply amount, is increased, and the catalyst temperature becomes the reference temperature. A control apparatus for an internal combustion engine, wherein feedback control is performed so that
前記内燃機関の高負荷運転時であり、かつ前記触媒温度が前記基準温度になると前記水素を供給し、当該水素を供給している間は、全燃料は理論空燃比から出力空燃比近傍の間で噴射されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 When the internal combustion engine is operating at a high load and the catalyst temperature reaches the reference temperature , the hydrogen is supplied. While the hydrogen is supplied, all fuel is between the stoichiometric air fuel ratio and the vicinity of the output air fuel ratio. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein
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