JP2006104940A - Engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素エンジンを制御する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for controlling a hydrogen engine.
従来から、水素ガスを燃焼させて駆動するエンジンが提案されている(特許文献1、特許文献2参照)。このようなエンジンにおいて水素ガスを圧縮空気中に噴射する場合、水素ガスの塊が空気中を直進するため、ガソリンに比べて空気に対するミキシングが悪いことが知られている。
上記従来の水素エンジンにおいて、水素ガスと空気とのミキシングが悪いと、塊状化した水素ガスが自然発火し、プラグによる点火前に爆発が起こることがある。この現象はプリイグニッションと呼ばれている。通常、圧縮行程が終了してから点火行程を経て膨張行程に移行するが、圧縮行程でプリイグニッションが起こると、圧力の逃げる場所が無く、筒内圧が大きく上がってしまう。その結果、エンジンを痛めることになり、エンジンの信頼性が低くなってしまうという問題があった。 In the conventional hydrogen engine, if the mixing of hydrogen gas and air is poor, the agglomerated hydrogen gas may spontaneously ignite and an explosion may occur before ignition by the plug. This phenomenon is called pre-ignition. Normally, after the compression stroke is completed, the ignition stroke is followed to the expansion stroke. However, when pre-ignition occurs in the compression stroke, there is no place for pressure to escape, and the in-cylinder pressure increases greatly. As a result, there is a problem that the engine is damaged and the reliability of the engine is lowered.
また、圧縮行程でプリイグニッションが起こると、エンジンの回転方向とは逆方向に爆発力が作用し、その結果、トルクが下がり、更にエンジンノイズが発生してしまうという問題もあった。 Further, when pre-ignition occurs in the compression stroke, an explosion force acts in the direction opposite to the engine rotation direction. As a result, there is a problem that torque is reduced and engine noise is further generated.
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、燃焼室内での水素ガスと空気とのミキシングを改善し、エンジンの信頼性を向上し、トルク低下及びエンジンノイズの問題を解消することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, improves the mixing of hydrogen gas and air in the combustion chamber, improves the reliability of the engine, reduces torque and reduces engine noise. The purpose is to solve the problem.
上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、燃焼室内に直接水素ガスを噴射して燃焼させるエンジンを制御するための制御装置であって、エンジンが所定負荷以上の状態では、水素ガスを燃焼室内に複数回に分けて噴射するよう制御することを特徴とする。この制御によれば、噴射される水素ガスの塊を小さくすることができ、水素ガスと空気とのミキシングを向上させることができる。 In order to achieve the above object, an apparatus according to the present invention is a control apparatus for controlling an engine that injects and burns hydrogen gas directly into a combustion chamber. Control is performed so that the fuel is injected into the combustion chamber in a plurality of times. According to this control, the lump of hydrogen gas to be injected can be reduced, and mixing of hydrogen gas and air can be improved.
前記所定負荷以上の状態では、エンジンの圧縮行程中に水素ガスを複数回に分けて噴射するよう制御することを特徴とする。これによれば高負荷でも、空気を十分に燃焼室に入れることができ、高いトルクを得ることができる。 In a state where the load is equal to or higher than the predetermined load, control is performed so that hydrogen gas is injected in a plurality of times during the compression stroke of the engine. According to this, even at a high load, air can be sufficiently introduced into the combustion chamber, and high torque can be obtained.
エンジンが前記所定負荷以下の状態では、吸気行程中において、水素ガスを燃焼室内に噴射するよう制御することを特徴とする。低負荷では、燃焼室に入れるべき空気の量が少ないため、吸気行程で水素ガスを燃焼室に噴射することに問題はなく、更に、より早い段階で水素ガスを噴射することによって、十分なミキシング時間をとることができる。 Control is performed so that hydrogen gas is injected into the combustion chamber during the intake stroke when the engine is below the predetermined load. At low loads, the amount of air that needs to enter the combustion chamber is small, so there is no problem in injecting hydrogen gas into the combustion chamber during the intake stroke, and sufficient mixing is achieved by injecting hydrogen gas at an earlier stage. I can take time.
エンジンが前記所定負荷以下の状態では、エンジンが前記所定負荷以上の状態に比べて低い燃圧で水素ガスを噴射させることを特徴とする。これによれば、高燃圧で噴射する場合に比べて水素ガスの噴射時間を確保することができる。これによって空気と水素ガスが混合される時間が長くなり、ミキシングが改善してプリイグニッションの問題が生じにくくなる効果がある。また、低負荷の場合には、全体の噴射量、つまり噴射時間が少ないので、インジェクタの精度の悪い部分を使うことになるが、低燃圧にすることで噴射時間が長くなり、インジェクタの精度の良い高流量部分を使うことができる。 When the engine is in a state below the predetermined load, hydrogen gas is injected at a lower fuel pressure than in the state in which the engine is above the predetermined load. According to this, compared with the case where it injects with a high fuel pressure, the injection time of hydrogen gas is securable. As a result, the time during which air and hydrogen gas are mixed is lengthened, so that the mixing is improved and the pre-ignition problem is less likely to occur. In addition, when the load is low, the total injection amount, that is, the injection time is short, so the part with poor accuracy of the injector is used. A good high flow rate part can be used.
エンジンが、前記所定負荷以上の状態から前記所定負荷以下の状態に遷移した後、所定時間は、水素ガスを複数回に分けて噴射するよう制御することを特徴とする。高負荷から低負荷に移行したときに、高燃圧から低燃圧となるまでは、多段噴射を行なうのでミキシングが良くなり、プリイグニッションの問題が生じにくい。 The engine is controlled to inject hydrogen gas into a plurality of times for a predetermined time after the engine transitions from a state above the predetermined load to a state below the predetermined load. When shifting from a high load to a low load, the multi-stage injection is performed until the fuel pressure is changed from a high fuel pressure to a low fuel pressure, so that mixing is improved and the problem of pre-ignition is unlikely to occur.
エンジン回転数が所定回転数以上の状態では、水素ガスを複数回に分けて噴射するよう制御することを特徴とする。エンジンが高回転で駆動している場合には、水素が噴射されてから点火までの時間が少ないため、より高いミキシング効果が要求され、多段噴射により、この要求に応えることが可能となる。 In a state where the engine speed is equal to or higher than a predetermined speed, control is performed so that hydrogen gas is injected in a plurality of times. When the engine is driven at a high speed, since the time from when hydrogen is injected until ignition is short, a higher mixing effect is required, and this requirement can be met by multistage injection.
本発明によれば、燃焼室内での水素ガスと空気とのミキシングを改善し、エンジンの信頼性を向上し、トルク低下及びエンジンノイズの問題を解消することができる。 According to the present invention, the mixing of hydrogen gas and air in the combustion chamber can be improved, the engine reliability can be improved, and the problems of torque reduction and engine noise can be solved.
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。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the constituent elements described in this embodiment are merely examples, and are not intended to limit the scope of the present invention only to them.
(構成)
本発明の第1実施形態に係るエンジン制御装置は、燃焼室内に直接水素ガスを噴射して燃焼させるエンジンを制御するものである。本実施形態のエンジン制御装置を適用した車両の制御系について図1に示す。図1において、101は、水素ガスの供給及び他の駆動系を制御するエンジン制御装置としてのコントロールユニット(ECU)である。ECU101は、エンジン回転数を検出する回転数センサ102、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ103などから、各種の検出信号を入力する。
(Constitution)
The engine control apparatus according to the first embodiment of the present invention controls an engine that injects and burns hydrogen gas directly into a combustion chamber. A vehicle control system to which the engine control apparatus of this embodiment is applied is shown in FIG. In FIG. 1,
また、ECU101は、内部に格納されたプログラムを実行することにより、回転数判定モジュール101a及び負荷算出・判定モジュール101bとして動作する。
Further, the ECU 101 operates as a rotation
更に、ECU101は、不図示のタンクから供給される水素ガスの圧力を調整するための燃圧調整器104、水素ガスの噴出口付近に設けられ、水素ガスの供給タイミングと1回の供給時間を制御する噴射弁105などに対して、制御信号を出力する。
Further, the ECU 101 is provided in the vicinity of a
ECU101で行なわれる処理について図2のフローチャートを用いて説明する。まず、ECU101は、ステップS201において、回転数センサ102から回転数を入力する。次に、ステップS202において、アクセル開度センサ103からアクセル開度を入力する。そして、ステップS203においては、入力したアクセル開度及び吸入空気量から負荷を算出する。
次にステップS204において負荷がA以下か否か判定する。もし負荷がA以上であれば、ステップS205に進み、高燃圧となるように、燃圧制御器104を制御する。そして更にステップS206に進み、圧縮行程において多段噴射するように噴射弁105を制御する。つまり、ECU101は、エンジンが所定負荷A以上の状態では、水素ガスを燃焼室内に複数回に分けて噴射するよう制御する。このとき、吸気行程から多段噴射すると、その水素ガスの量だけ空気をエンジン内に送り込むことができなくなり、空燃比が悪化して十分なトルクが得られない可能性がある。そこで、負荷がA以上であれば、エンジンの圧縮行程中に水素ガスを複数回に分けて噴射するよう制御することが望ましい。
Processing performed by the
In step S204, it is determined whether the load is A or less. If the load is greater than or equal to A, the process proceeds to step S205, and the
例えば、数十msecづつ、2回に分けて水素ガスを噴射する。なお、この噴射回数を負荷に応じた回数にしてもよい。つまり、高負荷になればなるほど、噴射回数を増やしても良い。 For example, hydrogen gas is injected in two steps every several tens of milliseconds. The number of injections may be set according to the load. That is, the number of injections may be increased as the load becomes higher.
一方、ステップS204で、負荷がA以下であると判定されると、ステップS207に進み、低燃圧となるように、燃圧制御器104を制御する。噴射弁105の開弁期間がある時間よりも短いと、インジェクタの特性から噴射量と開弁期間とがリニアに対応しなくなり、噴射量の精度が悪化するため、噴射弁の開弁期間をある時間以上にする必要がある。本実施形態では、全体の燃料噴射量が少ない低負荷時には、燃圧を下げることによって、開弁期間を稼ぐように制御している。
On the other hand, if it is determined in step S204 that the load is A or less, the process proceeds to step S207, and the
次に、ステップS208において負荷がA以下になってから所定時間Tが経過したか否かを判定する。所定時間Tが経過していれば、ステップS209に進んで、回転数がB(例えば2000回転)以下か否か判定し、回転数がB以上であれば、ステップS210に進み、吸気行程から多段噴射するように噴射弁105を制御する。低負荷時には、トルクは問題にならないため、空気と水素ガスのミキシングが良くなるように、吸気行程において水素ガスを噴射する。また、回転数が大きい場合にはミキシング時間が少ないため、多段噴射を行なう必要がある。即ち、ECU101は、エンジン回転数が所定回転数以上の状態では、水素ガスを複数回に分けて噴射するよう制御する。
Next, in step S208, it is determined whether or not a predetermined time T has elapsed since the load became A or less. If the predetermined time T has elapsed, the process proceeds to step S209, where it is determined whether or not the rotational speed is equal to or less than B (for example, 2000 revolutions). If the rotational speed is equal to or greater than B, the process proceeds to step S210, The
ステップS209で回転数がB以下だと判定すると、更にステップS211に進み、吸気行程から水素ガスを1回噴射するように噴射弁105を制御する。ここで1回噴射としたのは、低負荷、低回転数の場合にはミキシング時間がある程度確保でき、多段噴射を行なう必要がないからである。
If it is determined in step S209 that the rotational speed is equal to or lower than B, the process proceeds to step S211 and the
すなわち、ECU101は、エンジンが所定負荷A以下の状態では、吸気行程中において、水素ガスを噴射するよう制御する。更に、ECU101は、エンジンが所定負荷A以下の状態では、エンジンが所定負荷A以上の状態に比べて低い噴射圧で水素ガスを1回噴射させる。
That is, the
ステップS208において、負荷がA以下になってから所定時間Tが経過していないと判定した場合には、燃圧制御器104の応答遅れのため、燃圧が高いままと判断される。その場合、1段噴射を行なうと、ミキシングの悪化のため、プリイグニッションが発生する可能性がある。そこで、負荷がA以下になってから所定時間Tが経過するまでは、回転数の判定を行なわずにステップS210に進み、吸気行程において多段噴射するように噴射弁105を制御する。つまり、ECU101は、エンジンが、所定負荷A以上の状態から所定負荷A以下の状態に遷移した後、所定時間Tの間は、水素ガスを複数回に分けて噴射するよう制御する。
If it is determined in step S208 that the predetermined time T has not elapsed since the load became A or less, it is determined that the fuel pressure remains high due to a response delay of the
図3は、ECU101が行なう制御をグラフに示したものである。負荷がA以上の場合には、高燃圧とし、圧縮行程で多段噴射を行なう。負荷がA以下の場合には、回転数がB以上か以下かで異なる噴射制御を行なう。つまり負荷がA以下で回転数がB以下であれば、低燃圧としたうえで、吸気行程で1段噴射を行なう。また、回転数がB以上であれば、低燃圧としたうえで、吸気行程で多段噴射を行なう。
FIG. 3 is a graph showing the control performed by the
以上のような負荷や回転数に合わせて水素ガスの噴射制御を行なうことにより、燃焼室内での水素ガスと空気とのミキシングを改善し、エンジンの信頼性を向上し、トルク低下及びエンジンノイズの問題を解消することができる。 By controlling the injection of hydrogen gas in accordance with the load and rotational speed as described above, mixing of hydrogen gas and air in the combustion chamber is improved, engine reliability is improved, torque is reduced, and engine noise is reduced. The problem can be solved.
101 ECU
101a 回転数判定モジュール
101b 負荷算出・判定モジュール
102 回転数センサ
103 アクセル開度センサ
104 燃圧調整器
105 噴射弁
101 ECU
101a Rotational
Claims (6)
エンジンが所定負荷以上の状態では、水素ガスを燃焼室内に複数回に分けて噴射するよう制御することを特徴とするエンジン制御装置。 A control device for controlling an engine for injecting and burning hydrogen gas directly into a combustion chamber,
An engine control device that controls to inject hydrogen gas into a combustion chamber in a plurality of times when the engine is at a predetermined load or more.
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WO2014208009A1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-12-31 | 株式会社デンソー | Injection control apparatus for internal combustion engine |
CN104500248A (en) * | 2014-12-19 | 2015-04-08 | 华北水利水电大学 | Multiple-injection control method for fuel supply device of natural gas engine |
CN110552805A (en) * | 2019-08-27 | 2019-12-10 | 华北水利水电大学 | combustion control system and method for hydrogen repeated direct injection internal combustion engine |
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