JP4936067B2 - 水素エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

この発明は水素エンジンの排気浄化装置に係り、特に推定された触媒温度に応じて水素の噴射量を変更し、触媒のＮＯｘに対する浄化性能を維持する水素エンジンの排気浄化装置に関するものである。

現状において、自動車の動力源としては、燃料電池による電気自動車が有力とされているが、燃料となる水素を直接エンジンで燃焼させて動力を得る水素エンジンも有力視されている。
水素エンジンは、車両に水素を高圧状態で貯蔵する水素貯蔵タンクを搭載し、この水素貯蔵タンクから供給する水素を燃焼させて車両の駆動力を得るものである。
このとき、前記水素エンジンは、水素を高圧状態で水素貯蔵タンクに貯留した際の圧力を利用し、水素エンジンの燃焼室に直接噴射することで燃料供給を行っている。

特表平１１−５０１３７８号公報 特開平５−１０６４３０号公報 特開２００２−１８０８２４号公報 特開２００４−２５１１９６号公報

ところで、従来の水素エンジンの排気浄化装置において、水素エンジンでは、水素が希薄な雰囲気でも容易に着火するため、通常、ガソリンエンジンよりもリーン雰囲気で運転される。
しかし、始動時や加速時等の出力を要求される場合は、空燃比を理論空燃比近傍、もしくはリッチにする必要がある。
この理論空燃比近傍もしくはリッチ領域の運転では、燃焼室内の温度が上昇するため、ＮＯｘ（「窒素酸化物」ともいう。）の発生は避けられず、排気管への触媒の取付が必要となる。
そのため、水素を燃料として使用する自動車においても排気ガス中のＮＯｘを処理するために、ガソリンを燃料として使用する自動車と同様に、触媒が使用される。
そして、触媒が十分に活性化された状態、および理論混合比運転条件では、ＮＯｘを効率よく浄化することができるが、
（１）触媒が活性化されていない状態
（２）理論混合比以外の運転条件
では、ＮＯｘがそのまま排出されることとなり、ＮＯｘを浄化することができないという不都合がある。

この発明の目的は、触媒温度に関わらず、触媒のＮＯｘに対する浄化性能を維持する水素エンジンの排気浄化装置を実現することにある。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、燃焼室に直接水素を噴射する噴射手段と、排気通路に設けられた触媒と、この触媒の上流に設けられた空燃比検出手段と、前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、この触媒温度推定手段により推定された触媒温度に応じて排気工程中に前記噴射手段により噴射する水素の水素添加量を変更する噴射量補正手段とを備えた水素エンジンの排気浄化装置において、前記噴射量補正手段は、前記水素エンジンの運転条件毎に定義したＮＯｘ排出量基本値を前記空燃比検出手段により検知される空燃比の目標値として設定する目標空燃比に応じて設定する目標空燃比補正値と前記水素エンジンの吸気温度に応じて設定する吸気温補正値と前記水素エンジンの冷却水温度に応じて設定する水温補正値とを含む補正値を乗じて補正することにより最終ＮＯｘ排出量を推定し、前記水素添加量を、前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が設定値未満の場合は前記最終ＮＯｘ排出量の３倍以上の量とする一方、前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が設定値以上の場合は前記水素添加量を前記最終ＮＯｘ排出量の等倍の量とするよう補正することを特徴とする。

以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、触媒温度が変化しても、触媒のＮＯｘに対する浄化性能を悪くすることはない。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図５はこの発明の実施例を示すものである。
図２において、１は水素エンジンの排気浄化装置である。
この排気浄化装置１は、水素を高圧状態（数１０ＭＰａ程度。例えば、３５〜７０ＭＰａ程度。）で貯蔵する水素貯蔵タンク２と、この水素貯蔵タンク２から供給する水素を燃焼する水素エンジン３と、水素エンジン３の排気管４内の排気通路５に設けた触媒６とを備え、水素エンジン３の運転中に排気管４内部に微量の水素ガスを供給可能に設けたものである。
このとき、水素エンジン３は、筒内直接噴射式燃料供給を採用するものであり、後述する過給機２４付の４サイクルエンジンである。

前記排気浄化装置１の水素エンジン３は、図２及び図３に示す如く、シリンダブロック７とシリンダヘッド８とシリンダヘッドカバー９とが一体的になって構成されている。
そして、前記シリンダブロック７には、ピストン１０が摺動可能に設けられる。
また、前記シリンダヘッド８と共働した燃焼室１１が形成される。
更に、シリンダヘッド８には、吸気系で、吸気カム軸１２が設置されているとともに、この吸気カム軸１２で駆動される吸気弁１３が設けられる。
また、シリンダヘッド８には、排気系で、排気カム軸１４が設置されているとともに、この排気カム軸１４で駆動される排気弁１５が設けられている。

前記水素エンジン３の吸気系においては、エアクリーナ１６と、このエアクリーナ１６から水素エンジン３側に吸入空気を導く吸気管１７と、スロットルバルブ１８を備えたスロットルボディ１９と、サージタンク２０が一体で前記シリンダヘッド８に取り付けられる吸気マニホルド２１とが、順次に接続されている。
一方、前記水素エンジン３の排気系においては、水素エンジン３からの排気を導くようにシリンダヘッド８に取り付けられる排気マニホルド２２と、この排気マニホルド２２に上流側が接続し、途中部位に前記触媒６を収容する触媒コンバータ２３を配設する前記排気管４とが、順次に接続されている。
このとき、触媒コンバータ２３は、ＮＯｘと添加したＨ２（「水素」ともいう。）とを反応させ、Ｈ２Ｏ（「水」ともいう。）とＮ２（「窒素」ともいう。）とに分解する。

また、前記水素エンジン３には、過給機（「ターボチャージャ」ともいう。）２４が設けられる。
この過給機２４は、エアクリーナ１６側からの吸入空気を過給し、この過給された空気を水素エンジン３側に供給するものである。
この過給機２４は、過給機ケース２５内で、吸気管１７の途中に配設されるコンプレッサ２６と、排気マニホルド２２と触媒コンバータ２３間の前記排気管４部位に配設されて排気流で回転するタービン２７とを備えている。
そして、このタービン２７への排気流は、ウェストゲートバルブ（「ウェストゲートコントロールＶＳＶ」ともいう。）２８を備えたウェストゲート機構２９によって調整される。
前記コンプレッサ２６とスロットルボディ１９との間の吸気管１６には、過給機２４で過給された吸入空気を冷却するインタクーラ３０が設けられている。

そして、前記水素エンジン３には、水素ガスを噴射する水素ガス噴射システム３１が設けられる。
この水素ガス噴射システム３１は、吸気側水素ガス噴射装置３２と排気側水素ガス噴射装置３３とからなる。
このとき、吸気側水素ガス噴射装置３２は、水素エンジン３の吸気系において燃焼室１１内部に水素ガスを直接噴射する筒内直接噴射式燃料供給を採用している。
また、排気側水素ガス噴射装置３３は、前記排気管４内部に水素ガスを噴射するものである。

前記水素ガス噴射システム３１は、前記水素貯蔵タンク２と、この水素貯蔵タンク２に一端側が接続する水素ガス供給通路３４と、この水素ガス供給通路３４の他端側が接続するプレッシャレギュレータ３５とを有する。
このとき、プレッシャレギュレータ３５は、２系統の切換機能を有しているとともに、水素貯蔵タンク２内に高圧状態（数１０ＭＰａ程度。例えば、３５〜７０ＭＰａ程度。）で貯蔵される水素ガスを数１００ｋＰａ（例えば、数気圧程度。）に減圧する機能を有している。
そして、前記吸気側水素ガス噴射装置３２は、プレッシャレギュレータ３５に一端側が接続する一次供給側通路３６と、この一次供給側通路３６の他端側が接続する前記シリンダヘッド８に取り付けたデリバリパイプ３７と、デリバリパイプ３７に接続し、前記燃焼室１１に直接水素を噴射する噴射手段である一次供給側インジェクタ（「筒内インジェクタ」ともいう。）３８とからなる。
また、前記排気側水素ガス噴射装置３３は、前記プレッシャレギュレータ３５に一端側が接続する二次供給側通路３９と、この二次供給側通路３９の他端側が接続し、前記排気管４内の排気通路５に水素ガスを噴射する二次供給側インジェクタ４０とからなる。

また、前記水素エンジン３には、アイドル回転数制御装置４１が設けられる。
このアイドル回転数制御装置４１においては、スロットルバルブ１８を迂回してスロットルボディ１９内とサージタンク２０内とを連通するようにバイパス通路４２が設けられ、このバイパス通路４２の途中に水素エンジン３へのアイドル空気量を調整するＩＳＣバルブ（「アイドル空気量制御バルブ」ともいう。）４３が設けられている。

更に、前記水素エンジン３のシリンダヘッドカバー９には、イグニションコイル４４とＰＣＶバルブ４５とが取り付けられている。
このＰＣＶバルブ４５には、サージタンク２０内に連通するタンク側ブローバイガス通路４６が接続している。
また、前記シリンダヘッドカバー９には、エアクリーナ１６内に連通するクリーナ側ブローバイガス通路４７が接続している。

前記水素エンジン３には、燃料圧力センサ４８とエンジン水温センサ４９とが取り付けられている。
この燃料圧力センサ４８は、デリバリパイプ３７に取り付けられて一次供給側インジェクタ３８への燃料の圧力を検出するものである。
また、エンジン水温センサ４９は、水素エンジン３の一部に形成した冷却水通路５０内の冷却水温度を検出するものである。

前記スロットルボディ１９には、スロットルバルブ１８のスロットル開度を検出するスロットルセンサ５１が設けられるとともに、スロットルバルブ１８よりも下流側部位には導圧通路５２の一端側が接続している。
この導圧通路５２の他端側には、スロットルバルブ１８の下流側の吸気管圧力を検出する吸気圧センサ５３が設けられている。
前記サージタンク２０には、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ５４が取り付けられている。
前記触媒コンバータ２３の上流側、つまり、前記触媒６よりも上流側の排気管４に、排気ガス成分を検知する空燃比検出手段である上流側排気ガスセンサ（「空燃比センサ」または「λセンサ」ともいう。）５５を設けるとともに、排気管４内部に水素ガスを噴射する前記排気側水素ガス噴射装置３３（３２）をその上流側排気ガスセンサ５５の上流側に設ける。
また、前記触媒６の下流側の排気管４に排気ガス成分を検知する下流側排気ガスセンサ（「水素（Ｈ２）センサ」または「ＮＯｘセンサ」ともいう。）５６を設ける。
このとき、前記水素エンジン３の排気側には、図２に示す如く、上流側から順次に、排気マニホルド２２と過給機２４のタービン２７と上流側排気ガスセンサ５５と触媒コンバータ２３と下流側排気ガスセンサ５６とが配設されており、前記排気側水素ガス噴射装置３３によって排気管４内部に水素ガスを噴射するために、排気側水素ガス噴射装置３３の二次供給側インジェクタ４０を過給機２４のタービン２７よりも上流側の排気マニホルド２２の下流側端部に配設する。

そして、前記ウェストゲートバルブ２８とプレッシャレギュレータ３５と前記吸気側水素ガス噴射装置３２の一次供給側インジェクタ３８と前記排気側水素ガス噴射装置３３の二次供給側インジェクタ４０とＩＳＣバルブ４３とイグニションコイル４４と燃料圧力センサ４８とエンジン水温センサ４９とスロットルセンサ５１と吸気圧センサ５３と吸気温度センサ５４と上流側排気ガスセンサ５５と下流側排気ガスセンサ５６とは、制御手段（「ＥＣＭ」ともいう。）５７に連絡している。
また、この制御手段５７には、クランク角センサ５８と、メインスイッチ５９及びフューズ６０を介したバッテリ６１とが連絡している。
このとき、クランク角センサ５８は、クランク角を検出し、制御手段５７において、エンジン回転数や燃料噴射開始時期を決定させる。

また、前記排気浄化装置１の制御手段５７には、前記触媒６の温度を推定する触媒温度推定手段６２を備え、この触媒温度推定手段６２により推定された触媒温度に応じて、排気工程中に前記噴射手段である一次供給側インジェクタ３８により噴射する水素の量を変更する噴射量補正手段６３を備える構成とする。
詳述すれば、前記触媒温度推定手段６２は、エンジン始動後からの空気量累積値や排気ガス温度センサ出力などを用いた触媒温度推定ロジックを使用し、触媒温度推定値を推定するものである。
また、前記噴射量補正手段６３は、前記触媒温度推定手段６２により推定された触媒温度である触媒温度推定値が設定値未満の場合は、設定値以上の場合より、噴射する水素の量が大きくなるように補正する。

ここで、前記水素エンジン３の排気浄化装置１について追記する。
この発明は、水素エンジン自動車において、排気ガス中の水素濃度をコントロールすることにより、触媒活性（「ライトオフ」ともいう。）性能を向上させ、エンジン始動直後のＮＯｘ（「窒素酸化物」ともいう。）排出量を抑えるものである。
前記水素エンジン３の排気ガス中には、Ｈ２ＯやＮ２と微量のＨ２やＯ２（「酸素」ともいう。）、ＮＯｘが含まれている。
理論空燃比において排気ガス中のＮＯｘを触媒６上で除去するためには、以下の式１のように、燃料である水素の一部を還元剤として使用することになる。
＜式１＞
ＮＯｘ ＋ Ｈ２ → Ｈ２Ｏ ＋ Ｎ２

この発明では、前記触媒６が十分に昇温されていないエンジン始動時において、排気ガス中の水素濃度を高めることによりライトオフ性能を向上させ、１００度〜３５０度の比較的低い触媒温度でも、ＮＯｘの浄化作用があることを見出した。
すなわち、エンジン冷機始動直後など、前記触媒６の温度が低い状態（例えば、３５０度以下）では、排気ガス中の水素濃度をＮＯｘ濃度の３倍以上にすることにより、ライトオフ温度を下げ、排出されるＮＯｘを浄化することが可能となる。
そして、触媒温度が高い状態では、低い水素添加量においても十分な浄化性能を見込めることから、排気ガス中のＮＯｘ濃度と同濃度の水素を添加してＮＯｘを浄化する（図４参照）。

前記触媒６としては、助触媒としてセリア・ジルコニアを添加したアルミナを主成分とする粉末に、活性金属として、０．５％Ｐｔ（「プラチナ」ともいう。）を含有した触媒を調製した。
また、前記触媒６のライトオフ性能を確認するために、試験ガス発生装置（図示せず）により、図３に示す如く、水素エンジン３の排気ガスを模擬したガスを発生させ、触媒６前後の排気成分を分析してＮＯ（「一酸化窒素」ともいう。）の浄化率を測定した。
反応は、室温から５５０度まで１０度／ｍｉｎの昇温速度で行った。

図４は上記の測定結果、つまり、触媒温度とＮＯ浄化率との関係を示す図である。
また、図５には、ＮＯ浄化率５０％におけるガス温度（Ｔ５０）を示す。
このガス組成でのＮＯと水素の反応では、以下の式２のように水素とＮＯの濃度が、「１：１」の割合のとき、化学等量となる。
＜式２＞
ＮＯ ＋ Ｈ２ → Ｈ２Ｏ ＋ Ｎ２
３５０度以上の触媒温度では、水素濃度が０．１％以上存在すれば、ＮＯ浄化率は変わらず、良好に浄化することができる。
すなわち、等量点において、ＮＯを十分に浄化できる。
一方、３５０度以下の触媒温度ではＮＯの浄化は水素濃度に依存し、０．２％以下の水素濃度ではＮＯを十分に浄化できない。
しかし、水素濃度を０．３％以上にすると、１５０度においても、３５０度以上の時と同様な浄化率が得られる。
すなわち、冷機始動時に排出されるＮＯの濃度の３倍以上の水素を添加することにより、前記触媒６のＮＯ浄化活性を早期化させることができ、３５０度以下の温度でもＮＯ排出量を大幅に削減することができる。

前記水素エンジン３の排気浄化装置１の制御について追記する。
通常エンジン制御においては、運転条件（部分負荷、全負荷）に応じて目標空燃比を設定し、出力・排気ガス性能の最適化を図っている。
水素エンジンの場合には、空燃比（「Ａ／Ｆ」とも記載する。）が極リーン状態においてはＮＯｘをほとんど排出しないが、理論混合比近傍になると排出量は急増する。
つまり、エンジンを運転する場合に、目標空燃比によってＮＯｘ排出量が変化するため、これらを推定する必要がある。
また、図５の水素濃度とライトオフ温度との関係からも明らかなように、最適水素添加量を知るためには、触媒温度を推定することが必要である。
すなわち、冷機始動時のような触媒温度が低い場合には、上記の空燃比から算出した「ＮＯｘ推定値」×３倍以上の水素を添加し、また、暖機後などの触媒６が暖まった状態では、「ＮＯｘ推定値」と同量の水素を添加する。

空燃比に応じたＮＯｘ排出量推定ロジックについて説明する。
完暖状態におけるＮＯｘ排出量は、運転条件（例えば、エンジン回転数とエンジン負荷（空気量）など）で一義的に推定できることから、「エンジン回転数×エンジン負荷」のマップ（「ＭＡＰ」とも記載する。）からのＮＯｘ排出量を定義する。
そして、エンジン運転条件毎のＮＯｘ排出量基本値を算出する。
また、冷機状態や同じ運転条件であっても目標空燃比が異なる場合などには、空燃比および吸気温度の補正をＮＯｘ排出量基本値に乗ずることことにより、最終ＮＯｘ排出量を推定する。
つまり、最終ＮＯｘ排出量は、以下の式にて算出する。
最終ＮＯｘ排出量 ＝ ＮＯｘ排出量基本値
× 目標空燃比補正値
× 吸気温補正値
× 水温補正値

また、触媒温度推定について説明する。
エンジン始動後からの空気量累積値や排気ガス温度センサ出力を用いた触媒温度推定ロジックを使用し、触媒温度推定値を算出する。

更に、水素添加量の算出について説明する。
触媒温度推定値が３５０度未満の条件では、水素添加比はＮＯｘ濃度の３倍以上が良いことから、以下の式にて算出する。
水素添加量 ＝ 最終ＮＯｘ排出量
× 水素添加量補正値（例えば、「３」）
また、触媒温度推定値が３５０度以上の条件では、水素添加比はＮＯｘ濃度の等倍が良いことから、以下の式にて算出する。
水素添加量 ＝ 最終ＮＯｘ排出量
× 水素添加量補正値（例えば、「１」）

更にまた、水素噴射パルス幅の算出について説明する。
上記の水素添加量の算出の方策から算出した水素添加量に対応したパルス変換テーブル（目標水素濃度とするための噴射パルス幅）を持つことで、最終水素噴射パルス幅を算出する。

次に、図１の前記水素エンジン３の排気浄化装置１の制御用フローチャートに沿って、作用を説明する。

前記水素エンジン３の排気浄化装置１の制御用プログラムがスタート（１０１）すると、センサ出力読込みの処理（１０２）に移行する。
このセンサ出力読込みの処理（１０２）は、前記制御手段５７が、以下の信号を読込む処理である。
（１）クランク角センサ５８からの出力信号によるエンジン回転数Ｎｅ
（２）吸気圧センサ５３からの出力信号による吸気管圧力

そして、このセンサ出力読込みの処理（１０２）の後に、ＮＯｘ排出量基本値読込みの処理（１０３）に移行する。
このＮＯｘ排出量基本値読込みの処理（１０３）は、運転条件（例えば、エンジン回転数とエンジン負荷（空気量）など）で完暖状態におけるＮＯｘ排出量を一義的に推定できるため、「エンジン回転数×エンジン負荷」のマップからのＮＯｘ排出量を定義し、エンジン運転条件毎のＮＯｘ排出量基本値ＮＯｂｓｅを算出して、このＮＯｘ排出量基本値ＮＯｂｓｅを前記制御手段５７が読込む処理である。

上述のＮＯｘ排出量基本値読込みの処理（１０３）の後に、センサ出力読込みの処理（１０４）に移行する。
このセンサ出力読込みの処理（１０４）は、前記制御手段５７が以下の信号を読込む処理である。
（１）上流側排気ガスセンサ５５からの出力信号による空燃比ＡＦ
（２）吸気温度センサ５４からの出力信号による吸気温度Ｔａｉｒ
（３）エンジン水温センサ４９からの出力信号による冷却水温度Ｔｗｔｒ

また、センサ出力読込みの処理（１０４）の後に、ＮＯｘ排出量補正値読込みの処理（１０５）に移行する。
このＮＯｘ排出量補正値読込みの処理（１０５）は、エンジン運転条件毎のＮＯｘ排出量基本値ＮＯｂｓｅを算出するための処理であり、前記制御手段５７が以下の信号を読込む処理である。
（１）空燃比ＡＦテーブルからの目標空燃比補正値Ｃａｆ
（２）吸気温度Ｔａｉｒテーブルからの吸気温補正値Ｃａｉｒ
（３）冷却水温度Ｔｗｔｒテーブルからの水温補正値Ｃｗｔｒ

更に、ＮＯｘ排出量補正値読込みの処理（１０５）の後に、最終ＮＯｘ排出量算出の処理（１０６）に移行する。
この最終ＮＯｘ排出量算出の処理（１０６）は、ＮＯｘ排出量基本値ＮＯｂｓｅや目標空燃比補正値Ｃａｆ、吸気温補正値Ｃａｉｒ、水温補正値Ｃｗｔｒによって最終ＮＯｘ排出量ＮＯｃを算出するための処理であり、最終ＮＯｘ排出量ＮＯｃは以下の式によって算出される。
最終ＮＯｘ排出量ＮＯｃ ＝ ＮＯｘ排出量基本値ＮＯｂｓｅ
× 目標空燃比補正値Ｃａｆ
× 吸気温補正値Ｃａｉｒ
× 水温補正値Ｃｗｔｒ

上述の最終ＮＯｘ排出量算出の処理（１０６）の後に、触媒温度推定値読込みの処理（１０７）に移行する。
この触媒温度推定値読込みの処理（１０７）は、エンジン始動後からの空気量累積値や排気ガス温度センサ出力を用いた触媒温度推定ロジックを使用し、前記触媒温度推定手段６２によって触媒温度推定値Ｔｃａｔを推定し、この触媒温度推定値Ｔｃａｔを前記制御手段５７が読込む処理である。

そして、触媒温度推定値読込みの処理（１０７）の後に、この触媒温度推定値Ｔｃａｔが、設定値、例えば３５０度の所定温度ＴＬ未満であるか否かの判断（１０８）に移行する。
判断（１０８）がＹＥＳの場合には、水素添加比をＮＯｘ濃度の３倍以上とするため、水素添加量補正値読込みの処理（１０９）に移行する。
この水素添加量補正値読込みの処理（１０９）は、前記噴射量補正手段６３によって水素添加量補正値ＣｈをＡ、例えば３倍の「３」とする。
また、判断（１０８）がＮＯの場合には、等倍の水素添加比からなるＮＯｘ濃度とするため、水素添加量補正値読込みの処理（１１０）に移行する。
この水素添加量補正値読込みの処理（１１０）は、前記噴射量補正手段６３によって水素添加量補正値ＣｈをＢ、例えば等倍の「１」とする。

上述の水素添加量補正値読込みの処理（１０９）の後に、水素添加量算出の処理（１１１）に移行する。
この水素添加量算出の処理（１１１）は、前記噴射量補正手段６３によって水素添加量補正値Ｃｈを３倍の「３」とし、以下の式によって算出する。
水素添加量Ｈｃ ＝ 最終ＮＯｘ排出量ＮＯｃ
× 水素添加量補正値Ｃｈ

また、水素添加量算出の処理（１１１）の後に、水素噴射パルス幅算出の処理（１１２）に移行する。
この水素噴射パルス幅算出の処理（１１２）は、上述の水素添加量算出の処理（１１１）から算出した水素添加量Ｈｃに対応したパルス変換テーブル（目標水素濃度とするための噴射パルス幅）によって、最終水素噴射パルス幅ＰＷを算出する処理である。

更に、水素噴射パルス幅算出の処理（１１２）の後に、水素噴射実行の処理（１１３）に移行し、その後に後述するリターン（１１７）に移行する。

上述の水素添加量補正値読込みの処理（１１０）の後に、水素添加量算出の処理（１１４）に移行する。
この水素添加量算出の処理（１１４）は、前記噴射量補正手段６３によって水素添加量補正値Ｃｈを等倍の「１」とし、以下の式によって算出する。
水素添加量Ｈｃ ＝ 最終ＮＯｘ排出量ＮＯｃ
× 水素添加量補正値Ｃｈ

また、水素添加量算出の処理（１１４）の後に、水素噴射パルス幅算出の処理（１１５）に移行する。
この水素噴射パルス幅算出の処理（１１５）は、上述の水素添加量算出の処理（１１４）から算出した水素添加量Ｈｃに対応したパルス変換テーブル（目標水素濃度とするための噴射パルス幅）によって、最終水素噴射パルス幅ＰＷを算出する処理である。

更に、水素噴射パルス幅算出の処理（１１５）の後に、水素噴射実行の処理（１１６）に移行し、その後にリターン（１１７）に移行する。

これにより、燃焼室１１に直接水素を噴射する噴射手段である一次供給側インジェクタ３８と、排気通路５に設けられた触媒６と、この触媒６の上流に設けられた空燃比検出手段である上流側排気ガスセンサ５５とを備えた水素エンジン３の排気浄化装置１において、前記触媒６の温度を推定する触媒温度推定手段６２を備え、この触媒温度推定手段６２により推定された触媒温度に応じて、排気工程中に前記噴射手段である一次供給側インジェクタ３８により噴射する水素の量を変更する噴射量補正手段６３を備えている。
従って、触媒温度が変化しても、触媒のＮＯｘに対する浄化性能を悪くすることはない。

また、前記噴射量補正手段６３は、前記触媒温度推定手段６２により推定された触媒温度が設定値未満の場合は、設定値以上の場合より、噴射する水素の量が大きくなるように補正している。
従って、触媒温度が低い冷機始動時においても、また触媒６が暖機された状態においても、触媒６のＮＯｘに対する浄化性能を悪くすることがない。

この発明の実施例を示す水素エンジンの排気浄化装置の制御用フローチャートである。 水素エンジンの排気浄化装置のシステム構成図である。 試験ガス発生装置により発生させた水素エンジン排気ガスを模擬した各ガス濃度を示す図である。 触媒温度とＮＯ浄化率との関係を示す図である。 ＮＯ浄化率５０％におけるガス温度を示す図である。

符号の説明

１ 排気浄化装置
２ 水素貯蔵タンク
３ 水素エンジン
４ 排気管
５ 排気通路
６ 触媒
１１ 燃焼室
１３ 吸気弁
１５ 排気弁
１６ エアクリーナ
１７ 吸気管
１８ スロットルバルブ
２３ 触媒コンバータ
２４ 過給機（「ターボチャージャ」ともいう。）
２９ ウェストゲート機構
３０ インタクーラ
３１ 水素ガス噴射システム
３２ 吸気側水素ガス噴射装置
３３ 排気側水素ガス噴射装置
３４ 水素ガス供給通路
３８ 一次供給側インジェクタ（「筒内インジェクタ」ともいう。）
４０ 二次供給側インジェクタ
４１ アイドル回転数制御装置
４３ ＩＳＣバルブ（「アイドル空気量制御バルブ」ともいう。）
４８ 燃料圧力センサ
４９ エンジン水温センサ
５０ 冷却水通路
５１ スロットルセンサ
５３ 吸気圧センサ
５４ 吸気温度センサ
５５ 上流側排気ガスセンサ（「空燃比センサ」または「λセンサ」ともいう。）
５６ 下流側排気ガスセンサ（「水素（Ｈ２）センサ」または「ＮＯｘセンサ」ともいう。）
５７ 制御手段（「ＥＣＭ」ともいう。）
５８ クランク角センサ
６２ 触媒温度推定手段
６３ 噴射量補正手段

Claims (1)

1. 燃焼室に直接水素を噴射する噴射手段と、排気通路に設けられた触媒と、この触媒の上流に設けられた空燃比検出手段と、前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、この触媒温度推定手段により推定された触媒温度に応じて排気工程中に前記噴射手段により噴射する水素の水素添加量を変更する噴射量補正手段とを備えた水素エンジンの排気浄化装置において、前記噴射量補正手段は、前記水素エンジンの運転条件毎に定義したＮＯｘ排出量基本値を前記空燃比検出手段により検知される空燃比の目標値として設定する目標空燃比に応じて設定する目標空燃比補正値と前記水素エンジンの吸気温度に応じて設定する吸気温補正値と前記水素エンジンの冷却水温度に応じて設定する水温補正値とを含む補正値を乗じて補正することにより最終ＮＯｘ排出量を推定し、前記水素添加量を、前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が設定値未満の場合は前記最終ＮＯｘ排出量の３倍以上の量とする一方、前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が設定値以上の場合は前記水素添加量を前記最終ＮＯｘ排出量の等倍の量とするよう補正することを特徴とする水素エンジンの排気浄化装置。

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