JP2006104940A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】 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。
【選択図】 図３

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。
特開平６−１０７７２号公報 特開平６−２２７３４５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明に係るエンジン制御装置の実施形態としてのＥＣＵの周辺構成を示すブロック図である。 ＥＣＵで行なわれる処理を示すフローチャートである。 ＥＣＵが行う制御の内容を示すグラフである。

符号の説明

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

Claims (6)

1. 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エンジン制御装置。
2. 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請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 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請求項１または２に記載のエンジン制御装置。
4. 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請求項１、２または３に記載のエンジン制御装置。
5. 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請求項４に記載のエンジン制御装置。
6. 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請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジン制御装置。

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