(57)【要約】【課題】水素を燃料とする内燃機関におけるバックファイアの発生を良好に抑止できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、ＥＧＲガス中の水素濃度等から求めたインマニ内水素濃度が水素濃度閾値以上である場合（Ｓ１０３；ＹＥＳ）、ＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率をより小さな値に変更すると共に、水噴射用インジェクタによる水噴射量を、インマニ内水素濃度が水素濃度閾値未満である場合における水噴射量よりも増大させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素燃料を噴射する水素噴射用インジェクタ、水を噴射する水噴射用インジェクタ、排気経路と吸気経路とを連通するＥＧＲ通路、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を制御するＥＧＲバルブ、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス中の水素濃度を検出するためのセンサとを備えた内燃機関の制御装置であって、
機関運転状態に基づき、目標ＥＧＲ率を特定する第１特定手段と、
前記センサの出力が示しているＥＧＲガス中の水素濃度と機関運転状態とに基づき、ＥＧＲ率を前記第１特定手段により特定された目標ＥＧＲ率とした場合における、ＥＧＲガス混合後の吸気中の水素濃度を特定する第２特定手段と、
前記第２特定手段により特定された水素濃度が所定の閾値以上である場合に、目標ＥＧＲ率を前記第１特定手段により特定された目標ＥＧＲ率よりも小さな値に変更すると共に、前記水噴射用インジェクタによる水噴射量を、前記第２特定手段により特定された水素濃度が所定の閾値未満である場合における水噴射量よりも増大させる手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を燃料とする内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素エンジンのバックファイアの発生を防止しつつ、ＮＯｘを低減して燃費を向上するために、水素エンジンの燃焼温度が低い場合には、内部ＥＧＲ量を増加すると共に点火時期補正量を進角側に設定することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４００６５号公報
【特許文献２】特開平０６−０１０７７２号公報
【特許文献３】特開２００９−１０８８０２号公報
【特許文献４】特開２００９−０３６２０１号公報
【特許文献５】特開２０００−０２７７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素エンジンのＥＧＲガス中の水素濃度は、失火等の異常燃焼が生ずると高くなる。そして、失火等により水素濃度が高くなったＥＧＲガスがインテークマニホールドにて新気と合流すると、吸気の水素濃度が可燃範囲に入る場合があるが、水素濃度が可燃範囲に入っている吸気は、引火もしくは発火してバックファイアを起こし易い。
【０００５】
従って、水素エンジンでは、ＥＧＲガス中の水素濃度の上昇に起因してバックファイアが発生することがあるのであるが、そのようなバックファイアの発生を抑制できる技術は未だ開発されていない。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、ＥＧＲガス中の水素濃度の上昇に起因するバックファイアの発生を抑止できる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の、水素燃料を噴射する水素噴射用インジェクタ、水を噴射する水噴射用インジェクタ、排気経路と吸気経路とを連通するＥＧＲ通路、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス量を制御するＥＧＲバルブ、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス中の水素濃度を検出するためのセンサとを備えた内燃機関の制御装置は、機関運転状態に基づき、目標ＥＧＲ率を特定する第１特定手段と、前記センサの出力が示しているＥＧＲガス中の水素濃度と機関運転状態とに基づき、ＥＧＲ率を前記第１特定手段により特定された目標ＥＧＲ率とした場合における、ＥＧＲガス混合後の吸気中の水素濃度を特定する第２特定手段と、前記第２特定手段により特定された水素濃度が所定の閾値以上である場合に、目標ＥＧＲ率を前記第１特定手段により特定された目標ＥＧＲ率よりも小さな値に変更すると共に、前記水噴射用インジェクタによる水噴射量を、前記第２特定手段により特定された水素濃度が所定の閾値未満である場合における水噴射量よりも増大させる手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＥＧＲガス中の水素濃度の上昇に起因するバックファイアの発生を抑止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関システムの概略構成図である。
【図２】図２は、内燃機関システム内のＥＣＵが実行するＥＧＲ率制御処理の流れ図である。
【図３】図３は、目標ＥＧＲ率の特定に使用可能なマップの説明図である。
【図４】図４は、ＥＧＲ率制御処理の内容を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１に、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関システムの概略構成を示す。
【００１２】
まず、図１に示してある内燃機関システムの構成を説明する。
本内燃機関システムは、車両に搭載されるシステムである。図１に示してあるように、内燃機関システムは、水素貯蔵タンク１０、内燃機関２０、水タンク４０、本実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵ(Electronic Control Unit）５０等を備える。
【００１３】
水素貯蔵タンク１０は、水素を高圧状態で貯蔵するタンクである。内燃機関２０は、水素貯蔵タンク１０内の水素を燃料とする４気筒の内燃機関（火花点火式エンジン）である。この内燃機関２０には、クランクシャフトの回転角（以下、クランクアングルと表記する）を検出するためのクランクアングルセンサ２４が取り付けられている。
【００１４】
内燃機関２０の各気筒には、点火プラグ２３が取り付けられている。また、内燃機関２０の各吸気ポート２１には、吸気ポート２１内に水素燃料を噴射するための水素噴射用インジェクタ１６と、水タンク４０内の水を吸気ポート２１内に噴射するための水噴射用インジェクタ４１とが、設けられている。
【００１５】
各水素噴射用インジェクタ１６は、デリバリーパイプ１２及び燃料配管１１を介して水素貯蔵タンク１０に接続されており、燃料配管１１の途中には、デリバリーパイプ１２に供給する水素燃料の圧力を調整するためのレギュレータ１３が配設されている。また、燃料配管１１のレギュレータ１３よりも上流側（水素貯蔵タンク１０側）の部分には、燃料配管１１内の水素燃料の圧力を測定するための圧力センサ１４、燃料配管１１内の水素燃料の温度を測定するための温度センサ１５が設けられている。
【００１６】
内燃機関２０の各吸気ポート２１は、インテークマニホールド（以下、インマニとも表記する）３０を介して吸気通路３１と接続されている。インマニ３０には、インマニ３０内のガス圧力を測定するための圧力センサ２５と、インマニ３０内のガス温度を測定するための温度センサ２６とが設けられている。
【００１７】
吸気通路３１の途中には、インマニ３０に供給される空気量を調整するためのスロットルバルブ３２が設けられている。また、吸気通路３１のスロットルバルブ３２よりも上流側の部分には、吸入空気量を測定するためのエアフローメータ２７が設けられている。
【００１８】
内燃機関２０の各排気ポート（図示略）は、エキゾーストマニホールド（以下、エキマニとも表記する）４５を介して排気通路４６と接続されている。排気通路４６の途中には、排気を浄化するための触媒４７が設けられている。
【００１９】
内燃機関２０のエキマニ４５とインマニ３０との間は、ＥＧＲ（排気ガス再循環）を行うためのＥＧＲ通路３５により接続されている。このＥＧＲ通路３５には、ＥＧＲ通路３５によりインマニ３０に戻されるＥＧＲガスの量を制御（調節）するためのＥＧＲバルブ３６と、ＥＧＲガス中の水素濃度を検出するための水素濃度検出用センサ３７とが取り付けられている。尚、水素濃度検出用センサ３７は、水素濃度測定用のセンサであっても、接触した可燃性ガスを燃焼させる触媒と温度センサとを組み合わせたようなセンサであっても良い。
【００２０】
ＥＣＵ５０は、上記した各種センサやアクセル開度センサ３９等からの信号に基づき、本内燃機関システムの各部（水素噴射用インジェクタ１６、水噴射用インジェクタ４１等）を統合的に制御するユニットである。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構
成されており、ＥＣＵ５０のフラッシュＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム（ファームウェア）が記憶されている。
【００２１】
以下、ＥＣＵ５０の機能を、本実施形態に係る内燃機関の制御装置としての機能を中心に説明する。
【００２２】
ＥＣＵ５０は、気筒毎に（気筒別に）、図２に示した手順のＥＧＲ率制御処理を周期的に実行するように、構成（プログラミング）されている。
【００２３】
図２に示してあるように、或る気筒についてのＥＧＲ率制御処理を開始したＥＣＵ５０は、まず、機関運転状態（内燃機関２０の運転状態）に基づき、ＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を特定する（ステップＳ１０１）。
【００２４】
このステップＳ１０１における目標ＥＧＲ率の特定（決定）手順は、特に限定されない。例えば、図３に示したような、要求トルクと期間回転数の組合せにＥＧＲ率を対応づけて記憶したマップから、その時点における内燃機関２０の運転状態（要求トルクと期間回転数）に対応づけられているＥＧＲ率を読み出して、目標ＥＧＲ率としても良い。
【００２５】
ステップＳ１０１の処理を終えたＥＣＵ５０は、ＥＧＲガス中水素濃度と機関運転状態とに基づき、ＥＧＲガス混合後の吸気中の水素濃度（以下、インマニ内水素濃度と表記する）を特定する（ステップＳ１０２）。尚、ＥＧＲガス中水素濃度とは、水素濃度検出用センサ３７（水素濃度測定用のセンサ、接触した可燃性ガスを燃焼させる触媒と温度センサとを組み合わせたセンサ等）の出力が示している、ＥＧＲガス中の水素濃度のことである。
【００２６】
ステップＳ１０２におけるインマニ内水素濃度の特定（算出）手順も、特に限定されないが、インマニ内水素濃度は、基本的には、新気量と、ＥＧＲガス量と、ＥＧＲガス中の水素濃度とから算出することが出来る。従って、インマニ内水素濃度を、エアフローメータ２７により測定された空気吸入量と、圧力センサ２５により測定されたインマニ３０内のガス圧力と、ＥＧＲバルブ３６の開度と、ＥＧＲガス中水素濃度とから算出しても良い。また、他の情報（例えば、排気圧）も用いられて、インマニ内水素濃度が算出されるようにしておいても良い。
【００２７】
ステップＳ１０２の処理を終えたＥＣＵ５０は、特定（算出）したインマニ内水素濃度が、予め設定されている水素濃度閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。このステップＳ１０３の判断は、インマニ３０内の水素濃度が、可燃範囲（燃焼範囲）に入っているか否かを判別するためのものである。従って、水素濃度閾値としては、通常
、４％程度の値が使用される。
【００２８】
インマニ内水素濃度が水素濃度閾値以上であった場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、目標ＥＧＲ率を、ステップＳ１０１の処理で特定された目標ＥＧＲ率よりも小さな値に変更すると共に、目標水噴射量を、通常時の目標水噴射量よりも大きな値に変更する（ステップＳ１０４）。ここで、目標水噴射量とは、水素噴射用インジェクタ１６からの水素燃料の噴射時に、水噴射用インジェクタ４１に噴射させる水の量のことである。また、通常時とは、インマニ内水素濃度が水素濃度閾値以上ではない時のことである。
【００２９】
ステップＳ１０４の処理を終えたＥＣＵ５０は、ステップＳ１０５の処理を行う。また、ＥＣＵ５０は、インマニ内水素濃度が水素濃度閾値以上ではなかった場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）には、ステップＳ１０４の処理を行うことなく、ステップＳ１０５の処理を行う。
【００３０】
ステップＳ１０５にて、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となり、水噴射量が目標水噴射量となるように各部を制御する。より具体的には、ステップＳ１０５にて、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるようにＥＧＲバルブ３６の開度を調整する。また、ＥＣＵ５０は、水素噴射用インジェクタ１６から目標量の水素燃料が噴射され、水噴射用インジェクタ４１から目標水噴射量の水が噴射させるように、水素噴射用インジェクタ１６と水噴射用インジェクタ４１とを制御する。
【００３１】
そして、ステップＳ１０５の処理を終えたＥＣＵ５０は、このＥＧＲ率制御処理（図２の処理）を終了する。
【００３２】
以下、通常時の目標水噴射量が“０”とされている場合を例に、図４を用いて、上記ＥＧＲ率制御処理の内容をさらに具体的に説明する。
【００３３】
インマニ内水素濃度は、通常は、水素濃度閾値未満の値となっている。従って、ＥＧＲ率制御処理によって、通常は、図４の左側に示してあるように、ＥＧＲバルブ３６を比較的に大きく開けた状態で内燃機関２０が運転される。
【００３４】
そして、失火等の異常燃焼が生じてＥＧＲガス中の水素濃度が高くなると、『インマニ内水素濃度≧水素濃度閾値』が成立することになる。従って、ステップＳ１０４の処理により、目標ＥＧＲ率が下げられる。その結果、図４に示してあるように、ＥＧＲバルブ３６の開度が減少する（インマニ３０に導入されるＥＧＲガス量が減少する）ことになる。
【００３５】
ＥＧＲガス量が減少すれば、インマニ内水素濃度が減少する。ただし、ＥＧＲガス量が減少すると、燃焼温度が上昇する。そため、ＥＧＲガス量を減少しただけでは、バックファイアの発生を抑止できない場合もあるが、ＥＧＲ率制御処理では、ＥＧＲガス量を減少させる場合、水噴射量が増量される（図４，図２のステップＳ１０４参照）。
【００３６】
従って、上記内容のＥＧＲ率制御処理によれば、ＥＧＲガス中の水素濃度の上昇に起因するバックファイアの発生を良好に抑止することができる。
【００３７】
《変形形態》
上記した技術は、各種の変形を行うことが出来るものである。例えば、ＥＧＲ率制御処理を、ＥＧＲガス中水素濃度から、インマニ３０内の空気過剰率λや当量比φを求めて、求めた空気過剰率λや当量比φに基づき、インマニ３０内がバックファイアが生じやすい状況にあるか否かを判断する処理に変形しても良い。
【００３８】
また、ＥＣＵ５０により制御される内燃機関２０が、上記したものとは具体的な構成が異なる内燃機関（例えば、ＥＧＲ通路３５によって排気通路４６と吸気通路３１とが連通されている内燃機関や、気筒数が４ではない内燃機関）であっても良いことや、ＥＧＲバルブ３６、水噴射用インジェクタ４１に対する具体的な制御内容が、上記したものとは異なっていても良いことなどは、当然のことである。
【符号の説明】
【００３９】
１０    水素貯蔵タンク
１１    燃料配管
１２    デリバリーパイプ
１３    レギュレータ
１４，２５    圧力センサ
１５，２６    温度センサ
１６    水素噴射用インジェクタ
２０    内燃機関
２１    吸気ポート
２３    点火プラグ
２４    クランクアングルセンサ
２７    エアフローメータ
３０    インテークマニホールド
３１    吸気通路
３２    スロットルバルブ
３５    ＥＧＲ通路
３６    ＥＧＲバルブ
３７    水素濃度検出用センサ
３９    アクセル開度センサ
４０    水タンク
４１    水噴射用インジェクタ
４５    エキゾーストマニホールド
４６    排気通路
４７    触媒
５０    ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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