JP4406880B2

JP4406880B2 - Engine control device

Info

Publication number: JP4406880B2
Application number: JP2004321084A
Authority: JP
Inventors: 一保堂園; 賢治森本; 裕志藤川; 敬平若山; 卓二川田; 正典松下
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: JP2006132404A

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るエンジンが提案されている。一般的に、ＡＴの変速ショックを抑えるため、所定の条件下でエンジンを強制的にトルクダウンさせる必要が生じる。その場合、ガソリンエンジンであれば、エンジンの点火タイミングを遅らせることで対応することが知られている（特許文献１）。
特公平６−６３４７９号公報 Conventionally, an engine for burning hydrogen gas has been proposed. In general, it is necessary to forcibly reduce the torque of the engine under predetermined conditions in order to suppress AT shift shock. In that case, it is known that a gasoline engine can cope by delaying the ignition timing of the engine (Patent Document 1).
Japanese Patent Publication No. 6-63479

ところが、水素エンジンにおいては、水素ガスの性質上、着火しやすいため、ガソリンエンジンと同じように点火タイミングを遅らせた場合には、後燃えによって排気ガス温度が上昇し、その高温の排気ガスが次の吸気行程に持ち込まれることによって過早着火が起こり、バックファイア（吸気系に逆火）が発生する可能性が高い。 However, in a hydrogen engine, it is easy to ignite due to the nature of hydrogen gas, so when the ignition timing is delayed as in a gasoline engine, the exhaust gas temperature rises due to afterburning, and the hot exhaust gas is It is highly possible that backfire (backfire in the intake system) occurs due to pre-ignition caused by being brought into the intake stroke.

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、バックファイアの発生を防止しつつ、応答性よくトルクを低下させることを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and an object of the present invention is to reduce torque with high responsiveness while preventing the occurrence of backfire.

上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、燃焼室内に圧縮行程中に水素を直接供給するエンジンを制御するためのエンジン制御装置であって、トルクダウン制御条件が成立したか否かを判定する判定手段と、エンジンの駆動トルクを低下させるべく、水素の噴射開始タイミングを圧縮行程から吸気行程に進角補正する噴射開始タイミング補正手段と、エンジンの駆動トルクを低下させるべく、点火タイミングを遅角補正する点火タイミング補正手段と、を備え、前記判定手段によりトルクダウン制御条件が成立したと判定された時に、バックファイアが発生しやすい運転領域では、前記噴射開始タイミング補正手段によって、水素の噴射開始タイミングを圧縮行程から吸気行程に進角補正し、バックファイアが発生しにくい運転領域では、前記点火タイミング補正手段によって、点火のタイミングを遅角補正することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an apparatus according to the present invention is an engine control apparatus for controlling an engine that supplies hydrogen directly into a combustion chamber during a compression stroke, and determines whether or not a torque down control condition is satisfied. a determination unit, to reduce the driving torque of the engine, the injection start timing correction means for correcting the advance angle as the intake line from the compression stroke injection start timing of the hydrogen, to reduce the driving torque of the engine, an ignition Ignition timing correction means for delaying the timing, and when the determination means determines that the torque-down control condition is satisfied, in the operation region where backfire is likely to occur, the injection start timing correction means The hydrogen injection start timing is corrected to advance from the compression stroke to the intake stroke, and in an operating region where backfire is unlikely to occur. , By the ignition timing correction unit, and correcting retarding the timing of ignition.

ここで、トルクダウンを実行する手段として、点火タイミングを変更する方法の他に、空気の充填量を抑える方法が知られている。通常、空気の充填量を抑えるためには、スロットル弁開度を閉じることが行なわれるが、スロットル弁から燃焼室までの吸気系のボリュームにより応答遅れが生じるため、トルクダウン応答性が悪い。これに対し、水素ガスを噴射供給する場合、水素ガスはガソリン等の液体燃料に対して体積が大きいため、その噴射を吸気行程中に行なうと、水素ガスの体積分空気が燃焼室に入らなくなり、空気の充填量が減少する。このように、水素ガスを吸気行程中において燃焼室内に直接噴射する方法によれば、上述のような吸気系のボリュームの影響がないことから応答性良く空気の充填量を減少させることができる。 Here, as a means for executing torque reduction, in addition to a method of changing the ignition timing, a method of suppressing the air filling amount is known. Normally, the throttle valve opening is closed in order to suppress the air filling amount. However, since the response delay occurs due to the volume of the intake system from the throttle valve to the combustion chamber, the torque down response is poor. In contrast, when hydrogen gas is injected and supplied, the volume of hydrogen gas is larger than that of liquid fuel such as gasoline. Therefore, if the injection is performed during the intake stroke, the volumetric air of hydrogen gas will not enter the combustion chamber. , Air filling amount is reduced. Thus, according to the method of directly injecting hydrogen gas into the combustion chamber during the intake stroke, the air filling amount can be reduced with good responsiveness because there is no influence of the volume of the intake system as described above.

すなわち、本発明によれば、バックファイアが発生しやすい状況では水素ガスの噴射開始タイミングを早めて、空気の充填量を抑えることによってトルクを低下させるので、点火タイミングを遅角する必要が無く、バックファイアの発生を抑制しつつ応答性よくトルクを低下させることができる。そして、バックファイアが発生しにくい状況では点火タイミングを遅角して応答性良くトルクをダウンすることができる。 That is, according to the present invention, in a situation where backfire is likely to occur, the hydrogen gas injection start timing is advanced to reduce the torque by suppressing the amount of air filling, so there is no need to retard the ignition timing. Torque can be reduced with good responsiveness while suppressing the occurrence of backfire. In a situation where backfire is difficult to occur, the ignition timing can be retarded to reduce the torque with good responsiveness.

また、高回転高負荷領域を前記バックファイアが発生しやすい運転領域と判断して、前記噴射開始タイミング補正手段によって、水素の噴射タイミングを圧縮行程から吸気行程に進角補正することを特徴とする。 Further, it is determined that the high rotation and high load region of the backfire prone operating region, by the injection start timing correction means, and characterized in that as the advance correction intake line from the compression stroke injection timing of hydrogen To do.

前記噴射開始タイミング補正手段は、トルクダウン量に応じて、噴射開始タイミングの補正量を決定することを特徴とする。 The injection start timing correction means, according to the torque down amount, and determines a correction amount of the injection start timing.

本発明によれば、バックファイアが発生しやすい状況では水素ガスの噴射開始タイミングを早めて、空気の充填量を抑えることによってトルクを低下させるので、点火タイミングを遅角する必要が無く、バックファイアの発生を抑制しつつ応答性よくトルクを低下させることができる。そして、バックファイアが発生しにくい状況では点火タイミングを遅角して応答性良くトルクをダウンすることができる。 According to the present invention, in a situation where backfire is likely to occur, since the torque is reduced by advancing the hydrogen gas injection start timing and suppressing the amount of air filling, there is no need to retard the ignition timing. The torque can be reduced with good responsiveness while suppressing the occurrence of. In a situation where backfire is difficult to occur, the ignition timing can be retarded to reduce the torque with good responsiveness.

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）
本発明の実施形態に係るエンジン制御装置は、水素ガスを燃焼室内に直接噴射て燃焼させるロータリエンジンを制御するものである。図１は、この種のロータリエンジン１００の全体構成を示す図である。このロータリエンジン１００は、２ロータのロータリエンジンであり、不図示のインターミディエイトハウジングを挾んだ両側にロータハウジング１１１、１２１が設けられている。それぞれのロータハウジング１１１、１２１の内方にはロータ１１３、１２３が配置されている。図１では作図の便宜上、２つのロータハウジング１１１、１２１を展開して示している。 (Constitution)
An engine control apparatus according to an embodiment of the present invention controls a rotary engine that directly injects and burns hydrogen gas into a combustion chamber. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of this type of rotary engine 100. This rotary engine 100 is a two-rotor rotary engine, and is provided with rotor housings 111 and 121 on both sides of an intermediate housing (not shown). Rotors 113 and 123 are disposed inside the respective rotor housings 111 and 121. In FIG. 1, for convenience of drawing, the two rotor housings 111 and 121 are shown expanded.

ロータハウジング１１１、１２１の内方には、３つの作動室を隔成する略三角形状のロータ１１３、１２３を備え、このロータ１１３、１２３が回転軸１１２、１２２を中心に偏心回転することにより、各作動室が容積変化し、オットーサイクルを行うようになっている。 The rotor housings 111 and 121 are provided with substantially triangular rotors 113 and 123 that divide three working chambers inside the rotor housings 111 and 121, and the rotors 113 and 123 rotate eccentrically around the rotation shafts 112 and 122, respectively. The volume of each working chamber changes, and an Otto cycle is performed.

サイドハウジングには、空気を供給する吸気ポート１１８、１２８が、吸気行程の燃焼室に臨む位置に設けられている。この吸気ポート１１８、１２８には吸気通路１３０を介して空気が導かれ、吸気通路１３０には、ステップモータ等のアクチュエータ１３２によって作動されるスロットル弁１３１が設けられている。また、ロータハウジング１１１、１２１の、排気行程の燃焼室に臨む位置においては不図示の排気ポートが形成され、その排気ポートに排気通路が接続されている。ロータハウジング１１１の、点火行程の燃焼室に臨む位置においては、点火プラグ１１４、１１５が取付けられており、ロータハウジング１２１の、点火行程の作動室に臨む位置においては、点火プラグ１２４、１２５が取付けられている。 In the side housing, intake ports 118 and 128 for supplying air are provided at positions facing the combustion chamber in the intake stroke. Air is guided to the intake ports 118 and 128 through an intake passage 130, and a throttle valve 131 that is operated by an actuator 132 such as a step motor is provided in the intake passage 130. Further, an exhaust port (not shown) is formed at a position of the rotor housing 111, 121 facing the combustion chamber in the exhaust stroke, and an exhaust passage is connected to the exhaust port. At the position of the rotor housing 111 facing the combustion chamber of the ignition stroke, the spark plugs 114 and 115 are attached, and at the position of the rotor housing 121 facing the working chamber of the ignition stroke, the spark plugs 124 and 125 are attached. It has been.

また、加圧された水素ガスをシリンダ内に供給するため、ロータハウジング１１１、１２１のそれぞれには、燃焼室内に開口する水素インジェクタ１１６、１２６が設けられている。この水素インジェクタ１１６、１２６は、吸気行程から圧縮行程まで燃焼室に開口するような位置に設けられている。この水素インジェクタ１１６、１２６に対しては、水素貯蔵タンクである不図示のメタルハイドライドタンク（以下ＭＨタンクという）から燃料供給通路を介して水素ガスが供給されるようになっている。水素インジェクタ１１６、１２６には、タイミング弁が内設されており、噴射する水素ガスの量を自由にコントロール可能となっている。燃焼室に対して直接水素ガスを供給する位置に、水素インジェクタ１１６、１２６を設けたのは、燃焼室に空気を十分に供給した上で圧縮行程中に噴射することによって、十分なトルクを得ることを目的としたものである。 In addition, in order to supply pressurized hydrogen gas into the cylinder, hydrogen injectors 116 and 126 are provided in the rotor housings 111 and 121, respectively, that open to the combustion chamber. The hydrogen injectors 116 and 126 are provided at positions that open to the combustion chamber from the intake stroke to the compression stroke. Hydrogen gas is supplied to the hydrogen injectors 116 and 126 from a metal hydride tank (not shown) which is a hydrogen storage tank (hereinafter referred to as MH tank) via a fuel supply passage. The hydrogen injectors 116 and 126 are provided with timing valves so that the amount of hydrogen gas to be injected can be freely controlled. The hydrogen injectors 116 and 126 are provided at the position where hydrogen gas is directly supplied to the combustion chamber, so that sufficient torque can be obtained by injecting during the compression stroke after sufficiently supplying air to the combustion chamber. It is for the purpose.

また、このようなロータリエンジン１００をコントロールするエンジン制御装置として、ＰＣＭ（パワートレインコントロールユニット）１０６が設けられている。図１に示すように、ＰＣＭ１０６は、回転数センサ１０１、車速センサ１０２、負荷センサ１０３、などから信号を入力し、点火プラグ１１４、１１５、１２４、１２５、水素インジェクタ１１６、１２６、及びスロットル弁１３１のアクチュエータ１３２等に対して制御信号を出力している。 A PCM (powertrain control unit) 106 is provided as an engine control device for controlling the rotary engine 100. As shown in FIG. 1, the PCM 106 receives signals from the rotation speed sensor 101, the vehicle speed sensor 102, the load sensor 103, etc., and the spark plugs 114, 115, 124, 125, the hydrogen injectors 116, 126, and the throttle valve 131. A control signal is output to the actuator 132 and the like.

なお、回転数センサ１０１は、エンジンの回転数を検出するセンサであり、車速センサ１０２は、車両の速度を検出するセンサである。また、負荷センサ１０３は、エンジンにかかる負荷を検出するためのセンサである。 The rotation speed sensor 101 is a sensor that detects the rotation speed of the engine, and the vehicle speed sensor 102 is a sensor that detects the speed of the vehicle. The load sensor 103 is a sensor for detecting a load applied to the engine.

（制御）
まず、図２に示すように、水素ガスのインジェクタ噴射開始タイミングが圧縮行程から吸気行程側に進角すればするほど、空気の充填効率が低下し、トルクも低下することが知られている。 (control)
First, as shown in FIG. 2, it is known that as the hydrogen gas injector injection start timing is advanced from the compression stroke to the intake stroke side, the air charging efficiency is reduced and the torque is also reduced.

そこで、ＰＣＭ１０６は、図３に示すように、低回転変速時には、従来通りの方法で、点火タイミングを大幅に遅角させて変速時のトルクダウンを行ない（３０１）、なめらかに変速する。 Therefore, as shown in FIG. 3, the PCM 106 performs the torque reduction at the time of the gear shift by significantly retarding the ignition timing by a conventional method at the time of the low speed gear shift (301), and smoothly shifts.

また一方、高回転変速時には、水素ガスインジェクタの噴射開始タイミングをトルクの大きい圧縮側のタイミングから吸気側へ変化させることでトルクダウンを行ない（３０２）、滑らかに変速させる。 On the other hand, at the time of high speed shift, the torque is reduced by changing the injection start timing of the hydrogen gas injector from the compression side timing where the torque is large to the intake side (302), thereby smoothly shifting.

点火タイミングの補正によってトルクダウンを行なうか、噴射タイミングの補正によってトルクダウンを行なうかの切り分けは、エンジンの回転数と負荷による。つまり、図４に示すように、高回転高負荷の領域（回転数がＡよりも大きく、負荷がＢよりも大きい領域）では、バックファイアが発生しやすい状態であると判断して、噴射タイミングを進角補正し、それ以外の領域では、点火タイミングを遅角補正する。 Whether the torque is reduced by correcting the ignition timing or the torque is reduced by correcting the injection timing depends on the engine speed and the load. That is, as shown in FIG. 4, it is determined that the backfire is likely to occur in the high rotation and high load region (the region where the rotation speed is larger than A and the load is larger than B). Is advanced, and the ignition timing is retarded in other regions.

図５は、ＰＣＭ１０６において行なわれるトルクダウン制御方法について説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ６０１において、各種信号の読込みを行なう。次に、ステップＳ６０２において、要求噴射量を算出し、ステップＳ６０３に進んで、噴射開始時期を設定する。更に、ステップＳ６０４に進み、点火時期の設定を行なう。 FIG. 5 is a flowchart for explaining a torque-down control method performed in PCM 106. First, in step S601, various signals are read. Next, in step S602, the required injection amount is calculated, the process proceeds to step S603, and the injection start timing is set. In step S604, ignition timing is set.

次に、ステップＳ６０５において、トルクダウンの要求があるか否かを判定する。具体的には、変速時、車両スリップ発生時、車両横滑り発生時などにトルクダウン制御条件が成立したと判定し、ステップＳ６０６に進む。トルクダウン制御条件が成立しない場合には、そのままステップＳ６０９に進む。ステップＳ６０６では、回転数センサ１０１と負荷センサ１０３とから、高回転・高負荷か否かを判定し、高回転・高負荷であれば、ステップＳ６０７に進んで、要求トルクダウン量に応じて噴射開始時期を圧縮行程から吸気行程側に進角補正する。一方、高回転・高負荷でなければ、ステップＳ６０８に進み、要求トルクダウン量に応じて点火開始時期を遅角補正する。 Next, in step S605, it is determined whether there is a request for torque reduction. Specifically, it is determined that the torque-down control condition is satisfied at the time of shifting, when vehicle slip occurs, when vehicle side slip occurs, and the process proceeds to step S606. If the torque down control condition is not satisfied, the process proceeds directly to step S609. In step S606, it is determined from the rotation speed sensor 101 and the load sensor 103 whether the rotation speed is high or high. The start timing is advanced from the compression stroke to the intake stroke side. On the other hand, if the rotation is not high and the load is high, the process proceeds to step S608, and the ignition start timing is retarded according to the required torque reduction amount.

そして、ステップＳ６０９において、設定され、条件に応じて補正された噴射開始時期に基づき、水素ガスの噴射を実行する。そして、更にステップＳ６１０に進み、設定され、条件に応じて補正された点火時期に基づき、点火を実行する。 In step S609, hydrogen gas is injected based on the injection start timing set and corrected according to the conditions. Then, the process further proceeds to step S610, and ignition is executed based on the ignition timing that is set and corrected according to the conditions.

以上のような制御を行なうことにより、バックファイアの発生を防止しつつ、応答性よくトルクを低下させることができる。 By performing the control as described above, it is possible to reduce the torque with good responsiveness while preventing the occurrence of backfire.

なお、本発明はロータリピストンエンジンに限らず、レシプロエンジンにも適用することができる。 The present invention can be applied not only to a rotary piston engine but also to a reciprocating engine.

本発明に係るエンジン制御装置の実施形態としてのＰＣＭの周辺構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the periphery structure of PCM as embodiment of the engine control apparatus which concerns on this invention. トルクと吸気充填効率、及び水素ガス噴射タイミングのの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a torque, intake charge efficiency, and hydrogen gas injection timing. 変速時の噴射タイミング補正及び点火タイミング補正の１例について説明する図である。It is a figure explaining one example of the injection timing correction | amendment at the time of gear shifting, and ignition timing correction | amendment. バックファイアが発生しやすい条件を示す図である。It is a figure which shows the conditions which a backfire tends to generate | occur | produce. ＰＣＭが行う制御の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the control which PCM performs.

符号の説明Explanation of symbols

１００ロータリエンジン
１０１アクセル開度センサ
１０２車速センサ
１０３エアフロメータ
１０４残圧センサ
１０５スロット開度センサ
１０６ＰＣＭ（パワートレインコントロールユニット）
１１１、１２１ロータハウジング
１１２、１２２回転軸
１１３、１２３ロータ
１１４、１１５、１２４、１２５点火プラグ
１１６、１２６水素インジェクタ
１１８、１２８吸気ポート
１３０吸気通路
１３１スロットル弁
１３２アクチュエータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Rotary engine 101 Accelerator opening sensor 102 Vehicle speed sensor 103 Air flow meter 104 Residual pressure sensor 105 Slot opening sensor 106 PCM (powertrain control unit)
111, 121 Rotor housing 112, 122 Rotating shaft 113, 123 Rotor 114, 115, 124, 125 Spark plug 116, 126 Hydrogen injector 118, 128 Intake port 130 Intake passage 131 Throttle valve 132 Actuator

Claims

燃焼室内に圧縮行程中に水素を直接供給するエンジンを制御するためのエンジン制御装置であって、
トルクダウン制御条件が成立したか否かを判定する判定手段と、
エンジンの駆動トルクを低下させるべく、水素の噴射開始タイミングを圧縮行程から吸気行程に進角補正する噴射開始タイミング補正手段と、
エンジンの駆動トルクを低下させるべく、点火タイミングを遅角補正する点火タイミング補正手段と、を備え、
前記判定手段によりトルクダウン制御条件が成立したと判定された時に、
バックファイアが発生しやすい運転領域では、前記噴射開始タイミング補正手段によって、水素の噴射開始タイミングを圧縮行程から吸気行程に進角補正し、
バックファイアが発生しにくい運転領域では、前記点火タイミング補正手段によって、点火のタイミングを遅角補正することを特徴とするエンジン制御装置。 An engine control device for controlling an engine that supplies hydrogen directly into a combustion chamber during a compression stroke ,
Determining means for determining whether or not a torque-down control condition is satisfied;
To reduce the driving torque of the engine, the injection start timing correction means for correcting the advance angle as the intake line from the compression stroke injection start timing of the hydrogen,
Ignition timing correcting means for retarding the ignition timing in order to reduce the driving torque of the engine ,
When it is determined by the determination means that the torque down control condition is satisfied,
In an operating region where backfire is likely to occur, the injection start timing correction means advances the hydrogen injection start timing from the compression stroke to the intake stroke,
An engine control apparatus characterized in that, in an operation region where backfire is unlikely to occur, the ignition timing correction means corrects the retard of the ignition timing .

高回転高負荷領域を前記バックファイアが発生しやすい運転領域と判断して、前記噴射開始タイミング補正手段によって、水素の噴射タイミングを圧縮行程から吸気行程に進角補正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。 The high speed and high load region is determined that the backfire prone operating region, wherein said by injection start timing correction means, characterized in that as the advance correction intake line from the compression stroke injection timing of hydrogen Item 4. The engine control device according to Item 1 .

前記噴射開始タイミング補正手段は、トルクダウン量に応じて、噴射開始タイミングの補正量を決定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。 The engine control apparatus according to claim 1, wherein the injection start timing correction unit determines a correction amount of the injection start timing according to a torque reduction amount.