JP4470838B2

JP4470838B2 - 水素エンジンの制御装置

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Publication number: JP4470838B2
Application number: JP2005240111A
Authority: JP
Inventors: 一保堂園; 裕志藤川; 敬平若山; 正典松下
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2025-08-22
Also published as: JP2007056700A

Description

本発明は、燃料として気体水素を用いる水素エンジンの制御装置に関する。

周知の通り、自動車用のエンジンから排出される排気ガスには、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等の大気汚染物質が含まれており、一般に、これらを浄化するために、排気系内には触媒を利用した排気ガス浄化装置が設けられる。通常、この装置に用いられる触媒は、その温度が所定の活性温度に達しないと、その浄化力を十分に発揮することができず、このため、エンジンの冷間始動時等に、大気汚染物質の排出量を低減するには、触媒温度を迅速に高める必要がある。

従来、排気ガス浄化装置内の触媒温度を高める方法の１つとして、点火時期をリタードして排気ガス温度を上昇させることが知られている。例えば特許文献１には、始動時の排気温度を上昇させ触媒暖機を適切に行いつつ、全炭化水素の排出量を低減することを企図し、機関始動時に点火時期を遅角させ排気昇温を行う内燃機関において、排気昇温時に主燃料であるガソリンに加え水素を添加する内燃機関の触媒昇温装置が開示されている。
特開２００５−４８６３１号公報

ところで、近年、低公害化を目的として、例えば圧縮天然ガス、液化石油ガス、圧縮水素等の気体燃料のみを利用するエンジンを搭載した車両の開発が進められているが、気体燃料として圧縮水素を用いる水素エンジンにおいても、特に冷間始動時等には、排気ガス浄化装置内の触媒の温度を迅速に高め、触媒を早く活性化させることが望まれる。

しかしながら、水素エンジンでは、通常、ＮＯｘ排出量を抑制すべく理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定される制御が行われ、かかる制御の下では、始動後のアイドル運転時に、触媒温度が上昇し難く触媒の活性化までに時間を要することになる。触媒温度が上昇せず触媒が暖機されていない状態で走行が開始されると、触媒による浄化が適切に行われず多量のＮＯｘが排出されることになる。

これに対し、上記のように、点火時期をリタードさせて排気ガス温度を上昇させることにより、触媒温度を上昇させ触媒の活性化を早めることが可能であるが、かかる場合には、触媒の暖機中におけるＮＯｘ排出量の抑制が困難となる。

この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘ排出量を抑制しつつ、排気ガスを浄化する触媒の早期活性化を図ることができる水素エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

このため、本願の請求項１に係る発明は、エンジン排気系に配設され、排気ガスを触媒で浄化する排気ガス浄化手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段とを備えた水素エンジンの制御装置において、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に関係する温度を検出する温度検出手段と、エンジンの空燃比を制御する空燃比制御手段であって、所定の条件下で理論空燃比よりもリーン側でＮＯｘ排出量が略ゼロとなる空燃比に制御する空燃比制御手段と、上記ＥＧＲ手段の還流動作を制御するＥＧＲ制御手段と、を備えており、上記温度検出手段により検出された温度に基づき判定される上記排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、上記空燃比制御手段が上記空燃比を理論空燃比よりリッチ側に補正するとともに、上記ＥＧＲ制御手段が上記ＥＧＲ手段に還流動作を実行させることを特徴としたものである。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、エンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段を更に備えており、該点火時期制御手段は、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、エンジンの点火時期を所定量リタードさせることを特徴としたものである。

更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、上記空燃比制御手段が、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、空燃比を理論空燃比よりリッチ側へ所定のリッチ化度合いで補正するに伴い、上記ＥＧＲ制御手段は、上記空燃比制御手段により補正されるリッチ化度合いに応じて、ＮＯｘ排出量が抑制されるように上記ＥＧＲ手段のＥＧＲ率を制御することを特徴としたものである。

また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項２又は３に係る発明において、上記点火時期制御手段が、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、点火時期のリタード量を補正するに伴い、上記ＥＧＲ制御手段は、上記点火時期制御手段により補正される点火時期のリタード量に応じて、ＮＯｘ排出量が抑制されるように上記ＥＧＲ手段のＥＧＲ率を制御することを特徴としたものである。

本願の請求項１に係る発明によれば、排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、空燃比のリッチ化により、排気ガス温度を上昇させ、触媒を早期に活性化させることができ、また、ＥＧＲの実行により、ＮＯｘ排出量を抑制することができ、その結果、触媒の早期活性化及びＮＯｘ排出量の抑制の両立を図ることができる。
特に、水素エンジンでは、燃料である気体水素の着火性が良いので、触媒が低温状態にある場合にＥＧＲが実行されても燃料の着火性を確保することができ、上記効果をより有効に奏することができる。

また、本願の請求項２の発明によれば、基本的には上記請求項１の発明と同様の効果を奏することができる。加えて、排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、点火時期をリタードさせることで、排気ガス温度の上昇を促進させることができ、触媒の更なる早期活性化を図ることができる。

更に、本願の請求項３の発明によれば、基本的には上記請求項１又は２に係る発明と同様の効果を奏することができる。加えて、排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、空燃比が理論空燃比よりリッチ側へ所定のリッチ化度合いで補正されるに伴い、補正されたリッチ化度合いに応じて、ＮＯｘ排出量が抑制されるようにＥＧＲ率が制御されるため、ＥＧＲ実行に伴う燃料の着火性への悪影響を抑制しつつ、ＥＧＲ実行によりＮＯｘ排出量の増大を抑制することができ、上記効果をより有効に奏することができる。

また更に、本願の請求項４の発明によれば、基本的には上記請求項２又は３に係る発明と同様の効果を奏することができる。加えて、排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、点火時期のリタード量が補正されるに伴い、補正された点火時期のリタード量に応じて、ＮＯｘ排出量が抑制されるようにＥＧＲ率が制御されるため、ＥＧＲ実行に伴う燃料の着火性への悪影響を抑制しつつ、ＥＧＲ実行によりＮＯｘ排出量の増大を抑制することができ、上記効果をより有効に奏することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るロータリータイプの水素エンジンを概略的に示す説明図である。
上記水素エンジン１は、外形をなす構成として、トロコイド状の内周面を備えたロータハウジングＨ_１と、ロータＲの平面方向に沿って広がるほぼ平面状のサイドハウジングＨ_２とを有している。これらハウジングＨ_１及びＨ_２が組み合わせられ、その内部に形成された内部空間にロータＲが収納された状態で、ロータＲの周囲には、ロータハウジングＨ_１の内周面とサイドハウジングＨ_２とにより、３つの作動室Ｅが規定される。
各作動室Ｅは、偏心軸ＣのまわりにおけるロータＲの回転に伴い、その作動容積の拡大及び縮小を繰り返し、ロータＲが１回転する間に、各作動室Ｅでは吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の行程が行われる。

上記ロータハウジングＨ_１には、作動室Ｅ内へ直接に気体水素を噴射する水素インジェクタ１０と、作動室Ｅ内に供給された気体水素及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ２とが設けられている。他方、上記サイドハウジングＨ_２には、吸気通路３に連通する吸気ポート４が形成されるとともに、排気通路５に連通する排気ポート６が形成されている。

上記吸気通路３には、エアを絞るスロットル弁２５が介設され、他方、上記排気通路５には、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置７が介設されている。上記排気ガス浄化装置７では、排気ガスを浄化する触媒として、例えばＮＯｘとＣＯとＨＣとを一括して同時に浄化する三元触媒などが用いられる。

また、本実施形態では、排気ガス再循環（EGR:Exhaust Gas Recirculation）を実現する構成として、吸気通路３と排気通路５との間にＥＧＲ通路８が設けられ、このＥＧＲ通路８には、ＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲバルブ９と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１１とが介設されている。ＥＧＲバルブ９が開かれることで、排気通路５内の排気ガスの一部がＥＧＲ通路８を通じて吸気通路３に還流させられ、水素エンジン１の作動室Ｅ内に供給された上で再燃焼させられる。なお、以下で説明されるＥＧＲの制御とは、ＥＧＲバルブ９の開度制御によるＥＧＲ率の制御をあらわすものとする。

図２は、上記水素エンジン１及びそれに関係する構成を概念的に示す説明図である。この図に示すように、水素インジェクタ１０は電磁弁Ｖ_１を備えており、該水素インジェクタ１０の燃料噴射は、電磁弁Ｖ_１の開閉動作に基づき制御される。なお、図２では、水素インジェクタ１０に対して、電磁弁Ｖ_１が別個に設けられて示されているが、実際には電磁弁Ｖ_１は水素インジェクタ１０の内部に組み込まれている。また、図２に示すように、本実施形態では、上記水素エンジン１の本体に対して、エンジン水温を検出する水温センサ２０と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２１と、イグニションスイッチ（不図示）によって駆動され水素エンジン１をクランキングさせるスタータ２２とが設けられている。

上記吸気通路３には、吸入エア量を検出する空気量センサ２３と、アクチュエータ２４により、アイドリング時に、アイドル回転数が目標回転数に一致するように作動室へ供給される空気量を増減補正すべく開閉制御される一方、非アイドリング時には、アクセルペダル（不図示）の踏込量に応じて開閉制御されるスロットル弁２５とが設けられている。他方、上記排気通路５には、上記排気ガス浄化装置７の上流側に、作動室内の空燃比λを算出するために酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２６が設けられている。

更に、水素インジェクタ１０は、水素供給通路３０を介して、該水素インジェクタ１０に燃料である気体水素を貯留する水素貯留タンク３１に接続されている。水素貯留タンク３１の排出口には、水素貯留タンク３１から水素供給通路３０への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁３２が設けられている。上記水素供給通路３０内には、水素インジェクタ１０に対する水素供給を制御するための遮断弁３３が設けられている。また、上記水素供給通路３０内には、遮断弁３３と水素インジェクタ１０との間に、水素供給通路３０内の水素圧力を検出する圧力センサ３４が設けられている。

なお、特に図示しないが、水素エンジン１に関係する構成としては、吸気通路３内に設けられるエアクリーナ、上記スロットル弁２５の開度を検出するスロットル開度センサ、及び排気温センサ等の上記以外の構成が設けられている。

また更に、図２に示すように、水素エンジン１及びそれに関係する構成を制御するコントロールユニット４０が設けられている。このコントロールユニット４０は、水素エンジン１の総合的な制御装置であり、空気量センサ２３によって検出される吸入エア量、スロットル開度センサによって検出されるスロットル開度、排気温センサによって検出される排気温度、水温センサ２０によって検出されるエンジン水温、エンジン回転数センサ２１によって検出されるエンジン回転数、上記水素エンジン１の始動を検出するためのスタータ２２からのスタータ信号、及び圧力センサ３４によって検出される水素供給通路３０内の水素圧力等の各種制御情報に基づいて、後述する空燃比制御、ＥＧＲ制御、点火時期制御等の各種制御を行う。なお、コントロールユニット４０は、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。

以上の構成を備えた水素エンジン１では、基本的に、ＮＯｘ排出量を抑制するために理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定される制御が行われる。従来、かかる制御下においては、例えば冷間始動時等に、触媒温度が上昇し難く触媒の活性化が迅速に行えないという問題があったが、本実施形態では、冷間始動時など、排気ガス浄化装置７で用いられる触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、空燃比を理論空燃比よりリッチ側に補正するとともに、空燃比のリッチ化に伴って増大するＮＯｘ排出量を低減すべく、ＮＯｘ排出量に応じたＥＧＲの制御を行うようにして、この問題を解消する。なお、本実施形態では、排気ガス浄化装置７で用いられる触媒の温度が、水温センサ２０により検出されるエンジン水温に基づき推定される。

以下では、水素エンジン１に関して実行される上記空燃比及びＥＧＲの制御について詳しく説明する。
図３は、水素エンジン１に関する冷間始動後の触媒温度及びＮＯｘ排出濃度の変化をあらわすグラフである。図３中、上側のグラフでは、冷間始動後の触媒温度の経時的変化が示され、他方、下側のグラフでは、冷間始動後のＮＯｘ排出濃度の変化が示されている。また、図３においては、リーン燃焼をもたらす理論空燃比よりリーン側の空燃比が設定された場合（比較例Ａ）が一点鎖線であらわされ、理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の所定の空燃比（例えば理論空燃比）が設定された場合（比較例Ｂ）が実線であらわされ、本実施形態として、理論空燃比よりリッチ側の所定の空燃比が設定されるとともにＥＧＲが実行させられる場合（本実施形態）が破線であらわされている。更に、上側のグラフでは、触媒の活性温度が２点鎖線によりあらわされている。

水素エンジン１において、冷間始動時に理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定された場合（比較例Ａ）には、リーン燃焼が行われ、図３中の一点鎖線で示されるように、ＮＯｘ排出濃度は低いが、冷間始動後の触媒温度の上昇が緩やかとなる。すなわち、触媒が所定の活性温度に達するまでに長い時間を要することとなる。

また、水素エンジン１において、冷間始動時に理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の空燃比が設定された場合（比較例Ｂ）には、図３中の実線で示されるように、冷間始動後の触媒温度の上昇が早期に行われ、経過時間ｔ_１で触媒温度が所定の活性温度に達する。このため、経過時間ｔ_１後には、触媒によりＮＯｘ排出濃度が大幅に低減され、上記リーン燃焼の場合よりも低くなる。しかし、この場合には、経過時間ｔ_１まで空燃比のリッチ化によってＮＯｘ排出濃度が高いままである。このように、理論空燃比よりリッチ側の空燃比に設定することで、触媒温度を所定の活性温度まで迅速に上昇させることができるが、ＮＯｘ排出濃度が、空燃比のリッチ化度合いに応じて増加することになる。

これに対して、本実施形態では、水素エンジン１において、冷間始動時に理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の空燃比が設定されるとともに、空燃比のリッチ化に伴って増加するＮＯｘ排出濃度を低減するために、ＥＧＲが実行させられる。この場合には、破線であらわされるように、理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の空燃比でＥＧＲが実行されない場合に比して、触媒温度が所定の活性温度に達するまでの時間（時間ｔ_２）は少し長くなるものの、ＥＧＲの実行により所定の活性温度に達するまでのＮＯｘ排出量を大幅に低減することができる。

以上のように、水素エンジン１において、冷間始動時に理論空燃比若しくは理論空燃比よりリッチ側の空燃比に補正するとともにＥＧＲを実行することで、空燃比のリッチ化に伴って増加するＮＯｘ排出量を低減することができ、ＮＯｘ排出量の悪化を抑制しつつ、触媒温度の早期活性化を図ることができる。

また、本実施形態では、水素エンジン１において、空燃比のリッチ化に加え、冷間始動時の触媒の更なる早期活性化を図り、点火時期がリタードされる。点火時期をリタードさせることで、排気ガス温度を更に上昇させることができ、その結果、触媒が早期に活性化させられる。なお、この場合、点火時期のリタード量はエンジン温度に応じて制御される。図４は、エンジン温度と点火時期のリタード量の関係をあらわすマップである。上記コントロールユニット４０は、図４に示すマップに基づき、水温センサ２０により検出されるエンジン水温に基づくエンジン温度に応じて、点火時期のリタード量を変更する。これにより、エンジン温度が低いほど点火時期のリタード量が大きく設定され、エンジン温度が高いほど点火時期のリタード量が小さく設定される。

かかるエンジン温度に応じた点火時期のリタード量の変化に伴い、ＮＯｘ排出量が変化する。具体的には、点火時期リタード量が大きい場合、燃焼が緩慢になり燃焼温度が低下するため、ＮＯｘ排出量が少なく、他方、点火時期のリタード量が小さい場合には、あまり後燃えせず燃焼温度が低下しないため、ＮＯｘ排出量が多くなる。

本実施形態では、更に、かかる点火時期のリタード制御に伴うＮＯｘ排出量の増大に対処して、ＥＧＲ率が制御される。図５は、点火時期リタード量とＥＧＲ率の関係をあらわすマップの一例である。上記コントロールユニット４０は、図５に示すマップに基づき、点火時期リタード量に応じてＥＧＲ率を変更する。これにより、点火時期リタード量が小さいほどＮＯｘ排出量が多くなるため、ＥＧＲ率が大きく設定され、点火時期リタード量が大きいほどＮＯｘ排出量が少なくなるため、ＥＧＲ率が小さく設定される。

このように、本実施形態では、冷間始動時の触媒の更なる早期活性化を図り、点火時期のリタードが実行されるとともに、そのリタード量に応じたＥＧＲ率の制御が行われることで、点火時期のリタードに伴うＮＯｘ排出量の増大が回避される。

図６は、本実施形態に係る水素エンジン１の制御処理についてのフローチャートである。この処理では、まず、図２に示す水素エンジン１に関係する構成により検出された信号、つまり、エンジン水温、エンジン回転数、吸入エア量、スロットル開度等をあらわす各種信号が読み込まれる（ステップ＃１）。次に、ステップ＃２において、エンジンの運転状態に応じて、すなわち、上記信号に基づくエンジン回転数及びエンジン負荷に応じて、作動室Ｅへ供給される水素噴射量が設定される。そして、ステップ＃３において、上記運転状態に応じて、点火プラグ２による点火時期が設定される。

ステップ＃２及び＃３において上記水素噴射量と上記点火時期とが設定されると、ステップ＃４において、水素エンジン１が始動時状態にあるか否かが判定される。すなわち、スタータ２２によってクランキング中であるか否かが判定される。ステップ＃４での判定結果がイエス（ＹＥＳ）の場合、すなわち、水素エンジン１が始動時状態にある場合には、水温センサ２０によって検出されるエンジン水温が所定温度αより高いか否かが判定される（ステップ＃５）。なお、所定温度αとは、排気ガス浄化装置７にて用いられる触媒の活性温度に応じて設定されたものであり、すなわち、ステップ＃５では、排気ガス浄化装置７にて用いられる触媒の温度がその活性温度より高いか否かが判定される。

ステップ＃５での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、エンジン水温が所定温度αより高い場合には、理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定され、リーン燃焼が行われる（ステップ＃６）。なお、本実施形態では、ＮＯｘの排出量が略ゼロ近傍となる理論空燃比よりリーン側の空燃比（λ＝２）に設定される。

一方、ステップ＃５での判定結果がノー（ＮＯ）の場合、すなわち、エンジン水温が所定温度α以下の場合には、ステップ＃７において、点火時期が、ステップ＃３で設定された点火時期に対してリタードされるように補正される。なお、点火時期のリタード量は、図４に示すマップに基づき、エンジン水温が低いほど大きく設定される。

更に、ステップ＃８において、空燃比のリッチ化が実行される（すなわち空燃比が理論空燃比よりリッチ側の空燃比になるように補正される）。なお、本実施形態では、例えば空燃比のリッチ化に際して、空燃比がλ＝１に補正されるが、これに限定されることなく、この空燃比のリッチ化度合いは、エンジン水温に応じて変更されてもよい。

ステップ＃７及び＃８において、エンジン水温に応じて、点火時期がリタードされ空燃比がリッチ化されると、ＮＯｘ排出量が増大し得るので、ステップ＃９において、ＮＯｘ排出量を抑制するためにＥＧＲが実行される。このＥＧＲ実行に伴い、ＥＧＲ率は、ステップ＃７で補正された点火時期リタード量、及び、ステップ＃８で補正された空燃比のリッチ化度合いの少なくとも一方に応じて補正される。具体的に、点火時期リタード量については、点火時期リタード量が大きいほどＥＧＲ率が大きく設定され、空燃比のリッチ化度合いについては、空燃比のリッチ化度合いが大きいほどＥＧＲ率が大きく設定される。
そして、ステップ＃７〜＃９における触媒を活性化させる触媒活性制御が実行された場合には、ステップ＃１０において、フラグ（Ｆｌａｇ）が“１”とされる。

ステップ＃４での判定結果がＹＥＳの場合には、図６の制御フローチャートに従ってステップ＃５〜＃１０に示されるように、エンジン水温が所定温度以上である温間始動時にはリーン燃焼が行われ、エンジン水温が所定温度以下である冷間始動時には、点火時期のリタード及び空燃比のリッチ化とともにＥＧＲが実行されるが、他方、ステップ＃４での判定結果がＮＯの場合、すなわち、水素エンジン１が始動時状態にない場合には、続いて、ステップ＃１１において、フラグが“１”であるか否かが判定される。

ステップ＃１１での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、フラグが“１”である場合には触媒を活性化させるための制御が行われ、ステップ＃１２において、エンジンの始動後、所定期間内であるか否かが判定される。ステップ＃１２での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、始動後所定期間内である場合には、ステップ＃７〜＃１０に示されるように点火時期のリタード及び空燃比のリッチ化とともにＥＧＲが実行され、フラグ“１”が継続させられる。

また、一方、ステップ＃１２での判定結果がＮＯの場合、すなわち、始動後所定期間内でない場合には、触媒活性制御実行フラグが“０”にリセットされるとともに、通常制御が行われる（ステップ＃１３）。同様に、ステップ＃１１での判定結果がＮＯの場合、すなわち、フラグが“１”でない場合にも、ステップ＃１３において、通常制御が行われる。本実施形態では、この通常制御として、空燃比が理論空燃比に設定されるとともにＥＧＲが実行される。なお、これに限定されることなく、その他の制御が行われてもよい。

以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、排気ガス浄化装置７に用いられる触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、空燃比が理論空燃比よりリッチ側の空燃比に補正されることで、排気ガス温度を上昇させることができ、かかる空燃比のリッチ化に加え、ＥＧＲが実行されることで、空燃比のリッチ化に伴い増大するＮＯｘ排出量を抑制することができるため、ＮＯｘ排出量の抑制及び触媒の早期活性化の両立を図ることができる。
特に、水素エンジンでは、燃料である気体水素の着火性が良いため、排気ガス浄化装置７に用いられる触媒の温度が低温状態にある場合にＥＧＲが実行されても、燃料の着火性を確保することができ、上記効果をより有効に奏することができる。

また、本実施形態によれば、排気ガス浄化装置７に用いられる触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、点火時期がリタードされることで、排気ガス温度をさらに上昇させることができ、触媒の更なる早期活性化を図ることができる。

更に、本実施形態によれば、触媒の温度に関連する温度に基づき補正される空燃比のリッチ化度合い及び点火時期リタード量の少なくとも一方に応じて、ＮＯｘ排出量を抑制するようにＥＧＲ率が制御されることで、ＥＧＲ実行に伴う燃料の着火性への悪影響を抑制しつつ、ＮＯｘ排出量の増大を回避することができる。

なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態では、水素エンジン１としてロータリーエンジンを例に挙げたが、本発明は、例えばレシプロエンジンなど、その他の形態のエンジンにも同様に適用可能である。また、前述した実施形態では、水素エンジン１として、直噴式の水素インジェクタ１０を備えたエンジンを例に挙げたが、これに限定されることなく、本発明は、予混式の水素インジェクタを備えたエンジンなど、その他の形態のエンジンにも同様に適用可能である。

本発明は、水素を供給する水素インジェクタを備えた水素エンジンの制御装置であり、例えば自動車等の車両など、上記水素エンジンが搭載されるものに好適に適用可能である。

本発明の実施形態に係るロータリータイプの水素エンジンを概略的に示す説明図である。上記水素エンジン及びそれに関係する構成を概念的に示す説明図である。水素エンジンに関する冷間始動後の触媒温度及びＮＯｘ排出濃度の変化をあらわすグラフである。エンジン温度と点火時期のリタード量の関係をあらわすマップの一例である。点火時期のリタード量とＥＧＲ率の関係をあらわすマップの一例である。本実施形態に係る水素エンジンの制御処理に関するフローチャートである。

符号の説明

１水素エンジン
３吸気通路
５排気通路
７排気ガス浄化装置
８ＥＧＲ通路
９ＥＧＲバルブ
１０水素インジェクタ
２０水温センサ
２６酸素濃度センサ
３０コントロールユニット

Claims

エンジン排気系に配設され、排気ガスを触媒で浄化する排気ガス浄化手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段とを備えた水素エンジンの制御装置において、
上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に関係する温度を検出する温度検出手段と、
エンジンの空燃比を制御する空燃比制御手段であって、所定の条件下で理論空燃比よりもリーン側でＮＯｘ排出量が略ゼロとなる空燃比に制御する空燃比制御手段と、
上記ＥＧＲ手段の還流動作を制御するＥＧＲ制御手段と、を備えており、
上記温度検出手段により検出された温度に基づき判定される上記排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、上記空燃比制御手段が上記空燃比を理論空燃比よりリッチ側に補正するとともに、上記ＥＧＲ制御手段が上記ＥＧＲ手段に還流動作を実行させる、ことを特徴とする水素エンジンの制御装置。
エンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段を更に備えており、該点火時期制御手段は、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度が所定の活性温度より低い場合に、エンジンの点火時期を所定量リタードさせることを特徴とする請求項１記載の水素エンジンの制御装置。
上記空燃比制御手段が、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、空燃比を理論空燃比よりリッチ側へ所定のリッチ化度合いで補正するに伴い、上記ＥＧＲ制御手段は、上記空燃比制御手段により補正されるリッチ化度合いに応じて、ＮＯｘ排出量が抑制されるように上記ＥＧＲ手段のＥＧＲ率を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の水素エンジンの制御装置。
上記点火時期制御手段が、上記排気ガス浄化手段の触媒の温度に基づき、点火時期のリタード量を補正するに伴い、上記ＥＧＲ制御手段は、上記点火時期制御手段により補正される点火時期のリタード量に応じて、ＮＯｘ排出量が抑制されるように上記ＥＧＲ手段のＥＧＲ率を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の水素エンジンの制御装置。