JP5109752B2 - Automatic stop device for diesel engine - Google Patents
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Description
本発明は、所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときにディーゼルエンジンを自動的に再始動させるようにしたディーゼルエンジンの自動停止装置に関するものである。 The present invention automatically stops a diesel engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied, and automatically restarts the diesel engine when a predetermined restart condition is satisfied. It is about.
ディーゼルエンジンは、熱効率が高く燃費性能が高いので、地球温暖化の一因である二酸化炭素の排出量を少なくすることができ、また耐久性及び信頼性が高いので、自動車用のエンジンとして広く用いられている。そして、ディーゼルエンジンでは、燃料室内に吸入した空気をピストンで断熱圧縮してこの空気を燃料の着火温度以上に昇温させ、燃料をこの高温の空気中に噴射して自己着火させることにより燃焼させるようにしている。 Diesel engines are widely used as engines for automobiles because they have high thermal efficiency and high fuel efficiency, so they can reduce carbon dioxide emissions, which contribute to global warming, and are highly durable and reliable. It has been. In a diesel engine, air aspirated into the fuel chamber is adiabatically compressed by a piston, the temperature of the air is raised above the ignition temperature of the fuel, and the fuel is injected into the high-temperature air and burned by self-ignition. I am doing so.
ところで一方、一般に、自動車の一時停止時等においては、エンジンはアイドリング状態で回転しているが、かかるアイドリングは、自動車の燃費性能を低下させるとともに、二酸化炭素の排出量を増加させる。そこで、近年、自動車の一時停止時ないしはアイドリング時にエンジンを自動的に停止させ、自動車の発進時ないしはアクセルペダルの踏み込み時にエンジンを自動的に再始動させるといった動作、すなわちアイドルストップを行うようにしたエンジンが用いられている。そして、元々燃費性能が高く二酸化炭素の排出量が少ないディーゼルエンジンにおいても、なお一層の燃費性能の向上と二酸化炭素排出量の削減とを図るためにアイドルストップを行うようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、ディーゼルエンジンでアイドルストップを行う場合、エンジン停止時に気筒内温度が下がるので、エンジン再始動時に燃料室内に吸入した空気をピストンで圧縮したときに、燃焼室内の空気のもつ熱の一部が周囲に散逸し、燃焼室内の空気の温度が十分に上昇せず、燃料の着火不全が生じることがあるといった問題がある。そこで、例えば特許文献1に開示されたディーゼルエンジンでは、アイドルストップ時にグロープラグを使用して燃焼室内を加熱し、気筒内温度の低下を抑制するようにしている。しかし、市街地における通常の運転状態では、アイドルストップが頻繁に行われるので、そのたびにグロープラグに通電すると、グロープラグの信頼性ないしは耐久性が低下するとともに、電力消費が大幅に増えるといった問題が生じる。 However, when performing idling stop with a diesel engine, the temperature in the cylinder is lowered when the engine is stopped. Therefore, when the air sucked into the fuel chamber is compressed by the piston when the engine is restarted, a part of the heat of the air in the combustion chamber is obtained. There is a problem in that it is dissipated to the surroundings, and the temperature of the air in the combustion chamber does not rise sufficiently, resulting in fuel ignition failure. Therefore, for example, in the diesel engine disclosed in Patent Document 1, the combustion chamber is heated by using a glow plug at the time of idling stop to suppress a decrease in the temperature in the cylinder. However, in normal driving conditions in urban areas, idling stops are frequently performed. Therefore, if the glow plug is energized each time, the reliability or durability of the glow plug is reduced and the power consumption is greatly increased. Arise.
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、グロープラグの信頼性ないしは耐久性の低下あるいは電力消費量の増加などといった不具合を招くことなく、アイドルストップ状態からのエンジン再始動時に燃料の着火不全が生じるのを有効に防止することができるディーゼルエンジンの自動停止装置を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and the engine from the idling stop state without causing problems such as a decrease in reliability or durability of the glow plug or an increase in power consumption. It is an object to be solved to provide an automatic stop device for a diesel engine that can effectively prevent fuel ignition failure during restart.
上記課題を解決するためになされた本発明に係るディーゼルエンジンの自動停止装置は、所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジンを自動停止させる一方、所定の再始動条件が成立したときにディーゼルエンジンを自動的に再始動させる自動停止・再始動制御手段を備えている。ここで、ディーゼルエンジンは、吸気通路と排気通路とを接続する排気ガス還流通路(EGR通路)と、排気ガス還流通路に配設された排気ガス還流弁(EGR弁)と、吸気通路と排気ガス還流通路の接続部より上流側において吸気通路に配設された吸気シャッタ弁と、排気ガス還流弁を介して排気ガス(EGRガス)の還流状態を制御するとともに、エンジン回転速度が所定回転速度に低下するまで待機することを含むエンジン回転速度調整制御を行う、自動停止・再始動制御手段を含む総合的な制御手段とを備えている。そして、総合的な制御手段は、上記自動停止条件が成立したときにエンジン回転速度調整制御を開始し、エンジン回転速度が上記所定回転速度となったときに、燃料供給を停止させ、吸気シャッタ弁を全閉させ、かつ、エンジン温度がエンジンの自己着火が可能な所定温度より低いときには排気ガス還流弁を開弁方向に制御するよう構成されている。
An automatic stop device for a diesel engine according to the present invention, which has been made to solve the above-described problems, automatically stops the diesel engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied, while the diesel engine automatically stops when a predetermined restart condition is satisfied. An automatic stop / restart control means for automatically restarting the engine is provided. Here, the diesel engine includes an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) connecting the intake passage and the exhaust passage, an exhaust gas recirculation valve (EGR valve) disposed in the exhaust gas recirculation passage, an intake passage and an exhaust gas. The recirculation state of the exhaust gas (EGR gas) is controlled via the intake shutter valve disposed in the intake passage upstream of the connection portion of the recirculation passage and the exhaust gas recirculation valve, and the engine rotational speed is set to a predetermined rotational speed. And comprehensive control means including automatic stop / restart control means for performing engine rotation speed adjustment control including waiting until the engine speed decreases . The overall control means starts the engine rotational speed adjustment control when the automatic stop condition is satisfied, when the engine rotational speed becomes the predetermined rotational speed, the fuel supply is stopped, the intake shutter valve Is fully closed and the exhaust gas recirculation valve is controlled in the valve opening direction when the engine temperature is lower than a predetermined temperature at which the engine can self-ignite .
ここで、ディーゼルエンジンの排気ガス還流通路に、排気ガスを冷却する排気ガス冷却手段(EGRクーラ)と、該排気ガス冷却手段をバイパスさせて排気ガスを流通させるバイパス通路と、該バイパス通路の排気ガスの流通状態を切り換えることが可能な切換弁とが設けられている場合、総合的な制御手段は、切換弁を、所定のバイパス条件が成立したときに排気ガスがバイパス通路を流通する側に作動させるとともに、上記自動停止条件が成立したときに排気ガスがバイパス通路を流通する側に作動させるよう構成されているのが好ましい。
Here, in the exhaust gas recirculation passage of the diesel engine, an exhaust gas cooling means (EGR cooler) that cools the exhaust gas, a bypass passage that bypasses the exhaust gas cooling means and distributes the exhaust gas, and an exhaust gas in the bypass passage When a switching valve capable of switching the gas flow state is provided, the comprehensive control means moves the switching valve to the side where the exhaust gas flows through the bypass passage when a predetermined bypass condition is satisfied. Preferably, the exhaust gas is operated to the side where the exhaust gas flows through the bypass passage when the automatic stop condition is satisfied.
また、ディーゼルエンジンに、エンジン温度(又はエンジン水温)を検出するエンジン温度検出手段が設けられている場合、総合的な制御手段は、上記自動停止条件が成立した場合において、エンジン温度検出手段により検出されたエンジン温度が上記所定温度よりも低いときに、排気ガス還流弁を開弁方向に制御するとともに、切換弁を排気ガスがバイパス通路を流通する側に作動させるよう構成されているのが好ましい。
In addition, when the diesel engine is provided with engine temperature detection means for detecting the engine temperature (or engine water temperature), the comprehensive control means detects the engine temperature detection means when the automatic stop condition is satisfied. when the engine temperature is lower than the predetermined temperature, to control the exhaust gas recirculation valve in the opening direction, preferably the exhaust gas switching valve is configured to actuate the side flowing through the bypass passage .
本発明に係るディーゼルエンジンの自動停止装置においては、総合的な制御手段は、上記自動停止条件が成立して排気ガス還流弁を開弁方向に制御した後において、ディーゼルエンジンが実際に停止したことが検出されたときに、排気ガス還流弁を閉作動させるよう構成されているのが好ましい。
In the diesel engine automatic stop device according to the present invention, the comprehensive control means that the diesel engine actually stopped after the automatic stop condition is satisfied and the exhaust gas recirculation valve is controlled in the valve opening direction. It is preferable that the exhaust gas recirculation valve is closed when the engine is detected.
本発明に係るディーゼルエンジンの自動停止装置によれば、自動停止条件が成立してエンジンが自動停止される際に、エンジン回転速度が所定回転速度に低下するまで待機することを含むエンジン回転速度調整制御が開始され、エンジン回転速度が所定回転速度となったときに、燃料供給が停止され、吸気シャッタ弁が全閉され、かつエンジン温度がエンジンの自己着火が可能な所定温度より低いときに排気ガス還流弁が開弁方向に制御され、燃焼室内(気筒内)に高温の排気ガスが導入され、燃焼室内ないしは燃焼室の周囲は、エンジン再始動に至るまで高温状態に維持される。このため、エンジン再始動時に圧縮行程の上死点付近で、燃焼室内の空気の温度を断熱圧縮により支障なく燃料の自己着火温度以上に高めることができ、燃料を有効に自己着火させることができる。よって、グローランプを使用することなく、アイドルストップ状態からのエンジン再始動時に燃料の着火不全が生じるのを有効に防止することができる。
According to the diesel engine automatic stop device of the present invention, when the automatic stop condition is satisfied and the engine is automatically stopped, the engine rotation speed adjustment includes waiting until the engine rotation speed is reduced to a predetermined rotation speed. When the control is started and the engine speed reaches the predetermined speed, the fuel supply is stopped, the intake shutter valve is fully closed, and the exhaust gas is discharged when the engine temperature is lower than the predetermined temperature at which the engine can self-ignite. The gas recirculation valve is controlled in the valve opening direction, high-temperature exhaust gas is introduced into the combustion chamber (inside the cylinder), and the combustion chamber or the periphery of the combustion chamber is maintained in a high-temperature state until the engine is restarted. For this reason, the temperature of the air in the combustion chamber can be raised above the self-ignition temperature of the fuel without any trouble by adiabatic compression near the top dead center of the compression stroke when the engine is restarted, and the fuel can be self-ignited effectively. . Therefore, it is possible to effectively prevent the occurrence of fuel ignition failure when the engine is restarted from the idle stop state without using a glow lamp.
本発明に係るディーゼルエンジンの自動停止装置において、切換弁を自動停止条件が成立したときに排気ガスがバイパス通路を流通する側に作動させるようにした場合は、燃焼室内(気筒内)に、排気ガス冷却手段によって冷却されていない高温の排気ガスが導入され、燃焼室内ないしは燃焼室の周囲は、エンジン再始動に至るまでより高温状態に維持される。このため、エンジン再始動時に圧縮行程の上死点付近で、燃焼室内の空気の温度をより高めることができ、燃料の着火不全が生じるのをより有効に防止することができる。 In the automatic stop device for a diesel engine according to the present invention, when the switching valve is operated to the side where the exhaust gas flows through the bypass passage when the automatic stop condition is satisfied, the exhaust gas is discharged into the combustion chamber (inside the cylinder). High-temperature exhaust gas that is not cooled by the gas cooling means is introduced, and the combustion chamber or the periphery of the combustion chamber is maintained at a higher temperature until the engine is restarted. For this reason, the temperature of the air in the combustion chamber can be further increased in the vicinity of the top dead center of the compression stroke when the engine is restarted, and it is possible to more effectively prevent the occurrence of fuel ignition failure.
本発明に係るディーゼルエンジンの自動停止装置において、エンジン温度が所定温度よりも低いとき、すなわちエンジン温度が低く燃料の自己着火性が悪い場合にのみ、排気ガス還流弁を開弁方向に制御するとともに、切換弁を排気ガスがバイパス通路を流通する側に作動させるようにした場合は、元々燃料の自己着火性が良い状態で不必要に排気ガスを燃焼室に供給することを防止しつつ、燃料の自己着火性が悪い場合における燃料の自己着火性ひいてはエンジンの再始動性を向上させることができる。 In the diesel engine automatic stop device according to the present invention, the exhaust gas recirculation valve is controlled in the valve opening direction only when the engine temperature is lower than a predetermined temperature, that is, when the engine temperature is low and the self-ignitability of the fuel is poor. When the switching valve is operated to the side where the exhaust gas circulates in the bypass passage, the fuel is prevented from being unnecessarily supplied to the combustion chamber while the self-ignition property of the fuel is good. When the self-ignition property of the fuel is poor, the self-ignition property of the fuel, and thus the restartability of the engine can be improved.
本発明に係るディーゼルエンジンの自動停止装置において、自動停止条件が成立して排気ガス還流弁を開弁方向に制御した後において、ディーゼルエンジンが実際に停止したことが検出されたときに排気ガス還流弁を閉作動させるようにした場合は、エンジン停止後に過剰に排気ガスが吸気系に供給されるのが防止され、排気ガスの過剰供給に起因してエンジンの再始動性が低下するのを防止ないしは抑制することができる。 In the automatic stop device for a diesel engine according to the present invention, after the automatic stop condition is established and the exhaust gas recirculation valve is controlled in the valve opening direction, the exhaust gas recirculation is detected when it is detected that the diesel engine has actually stopped. When the valve is closed, excessive exhaust gas is prevented from being supplied to the intake system after the engine is stopped, and engine restartability is prevented from deteriorating due to excessive exhaust gas supply. Or can be suppressed.
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を具体的に説明する。図1は、本発明に係る自動停止装置を備えた直噴式のディーゼルエンジン10(以下、略して「エンジン10」という。)のシステム構成を示している。エンジン10は4気筒エンジンであるが、図1では1つの気筒のみを示し、他の気筒の図示は省略している。なお、本発明は4気筒エンジンに限定されるものではなく、4気筒以外の多気筒エンジン(例えば、6気筒エンジン、8気筒エンジン…)に適用することができるのはもちろんである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a system configuration of a direct injection type diesel engine 10 (hereinafter referred to as “
図1に示すように、エンジン10は、シリンダヘッド11とシリンダブロック12とを備えている。そして、シリンダヘッド11とシリンダブロック12とにわたって、第1〜第4気筒14A〜14Dが設けられている。また、各気筒14A〜14Dの内部には、図示していないが、コネクチングロッドによりクランクシャフト15に連結されたピストン16が嵌挿されている。ピストン16の上部には、シリンダヘッド11とともに燃焼室17を画成するキャビティ16aが形成されている。
As shown in FIG. 1, the
各気筒14A〜14Dに設けられた各ピストン16は、それぞれ、所定の位相差でもってクランクシャフト15の回転に伴い、気筒中心軸方向に往復運動を行う。4気筒4サイクルエンジンであるエンジン10では、各気筒14A〜14Dが所定の位相差でもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを繰り返す。各サイクルは、第1気筒14A、第3気筒14C、第4気筒14D、第2気筒14Bの順で、クランク角で180°(180°CA)の位相差でもって繰り返される。
Each
シリンダヘッド11には、プラグ先端が燃焼室17内に臨むように配置されたグロープラグ18が気筒14A〜14D毎に設けられている。また、シリンダヘッド11には、燃料噴射弁19が気筒14A〜14D毎に設けられている。各燃料噴射弁19は、燃料を該燃料噴射弁19の開弁圧(噴射圧)以上の高圧状態で蓄えて分配するコモンレール20に、それぞれ気筒14A〜14D毎に配設された分岐管21を介して接続されている。各燃料噴射弁19は、通電して電磁力で燃料通路を開くことにより、燃料圧力により噴射ノズルの真弁が開き、コモンレール20から供給される高圧の燃料を、噴射ノズル先端の複数の噴孔からピストン16のキャビティ16aに向けて直接噴射する。コモンレール20には、燃料圧力を検出する燃圧センサSW1が設けられている。燃料噴射弁19の燃料噴射量は、通電時間で制御される。また、コモンレール20は、高圧燃料供給管22を介して燃料供給ポンプ23に接続されている。
The
シリンダヘッド11には、燃焼室17に向かって開口する吸気ポート24と排気ポート25とが設けられている。そして、吸気ポート24と排気ポート25とには、それぞれ、吸気弁26と排気弁27とが配設されている。吸気ポート24と排気ポート25とには、それぞれ、吸気通路28と排気通路29とが接続されている。吸気通路28の下流側は、気筒14A〜14D毎に分岐した分岐吸気通路28aに分岐している。各分岐吸気通路28aの上流端は、それぞれサージタンク28bに接続されている。サージタンク28bより上流側には、共通吸気通路28cが設けられている。
The
共通吸気通路28cには、各気筒14A〜14Dへの吸気流入量を調整することができる吸気シャッタ弁30と、吸気流通量を検出するエアフローセンサSW2と、吸気圧力を検出する吸気圧センサSW3と、吸気温度を検出する吸気温センサSW4とが設けられている(図2参照)。吸気シャッタ弁30は、アクチュエータ30aによって開閉駆動される。吸気シャッタ弁30は、全閉状態でも空気が流通するように設定されている。
In the
エンジン10には、タイミングベルト等によりクランクシャフト15に連結されたオルタネータ32が付設されている。オルタネータ32は、詳しくは図示していないが、フィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路33を内蔵している。そして、オルタネータ32は、レギュレータ回路33に入力されるコントロールユニットCからの制御信号に基づいて、車両の電気負荷及び車載バッテリの電圧等に対応した発電量の制御が実行されるよう構成されている。
The
エンジン10には、該エンジン10を始動するためのスタータモータ34が設けられている。スタータモータ34は、モータ本体34aとピニオンギヤ34bとを備えている。ピニオンギヤ34bは、モータ本体34aの出力軸上で相対回転不能な状態で往復移動する。また、クランクシャフト15には、フライホイール(図示せず)に固定されたリングギヤ35が同軸状に設けられている。そして、スタータモータ34を用いてエンジン10を始動する場合は、ピニオンギヤ34bが所定の噛合位置に移動して、フライホイールに固定されたリングギヤ35に噛合することにより、クランクシャフト15が回転駆動される。
The
さらに、エンジン10には、クランクシャフト15の回転角を検出する2つのクランク角センサSW5、SW6が設けられている。そして、一方のクランク角センサSW5から出力される検出信号(パルス信号)に基づいてエンジン回転速度Neが検出されるとともに、両クランク角センサSW5、SW6から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランクシャフト15の回転角度(クランク角)が検出される。さらに、エンジン10には、エンジン水温を検出する水温センサSW7と、車両のアクセルペダル36の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW8と、車両のブレーキペダル37の操作を検出するブレーキペダルセンサSW9とが設けられている。
Further, the
エンジン10には、EGR装置40(排気還流装置)が設けられている。EGR装置40は、EGRガス(還流排気ガス)を排気通路29から吸気通路28(吸気系)に還流させるEGR通路41と、EGR通路41の途中に設けられたEGR弁42とを備えている。なお、EGR弁42は、後で説明するコントロールユニットCによって、その開度が制御される。さらに、EGRガスの流れ方向にみてEGR弁42より上流側において、EGR通路41には、EGRガスを冷却するための水冷式のEGRクーラ43が設けられている。
The
また、このEGR装置40には、EGRガスの流れ方向にみて、EGRクーラ43より上流側の部位B1(分岐部)でEGR通路41から分岐させられ、EGRクーラ43とEGR弁42の間の部位B2(集合部)で再びEGR通路41と集合させられ、EGRクーラ43をバイパスさせてEGRガスを流すバイパス通路44が設けられている。そして、バイパス通路44とEGR通路41とが集合する部位B2(集合部)には、コントロールユニットCによって制御される切換弁45が設けられている。
The
切換弁45は、コントロールユニットCによってオンされたとき(オン信号が印加されたとき)には、バイパス通路44を開く一方、EGR通路41を閉止する。この場合、EGRガスは、EGRクーラ43によって冷却されずに、バイパス通路44を通って吸気通路28に供給される。他方、切換弁45は、コントロールユニットCによってオフされたとき(オフ信号が印加されたとき)には、バイパス通路44を閉止する一方、EGR通路41を開く。この場合、EGRガスは、バイパス通路44を通らず、EGRクーラ43により冷却されて吸気通路28に供給される。
When the switching
以下、エンジン10の制御システムを説明する。エンジン10にはコントロールユニットCが設けられている。このコントロールユニットCは、課題を解決するための手段の欄に記載された「自動停止・再始動制御手段」を含む、エンジン10ないしはその付属機器の総合的な制御手段である。詳しくは図示していないが、コントロールユニットCは、制御信号の入出力を行う入出力部(インターフェース)、データや制御情報等を記憶する記憶部(ROM、RAM等のメモリ)、各種演算処理を行う中央処理装置(CPU)、タイマ、カウンタ、バス等を備えたコンピュータである。
Hereinafter, the control system of the
図2に示すように、コントロールユニットCは、各センサSW1〜SW9等の入力要素からの検出信号に基づき、種々の演算を行うとともに、燃料噴射弁19、スタータモータ34、グロープラグ18等の各アクチュエータへ制御信号を出力する。例えば、運転条件に応じて燃料の噴射量、噴射時期等を演算し、燃料噴射弁19等に制御信号を出力する。また、運転条件に応じて、吸気シャッタ弁30の目標開度を演算し、吸気シャッタ弁30の開度がこの目標開度となるような制御信号を吸気シャッタ弁30のアクチュエータ30aに出力する。
As shown in FIG. 2, the control unit C performs various calculations based on detection signals from the input elements such as the sensors SW1 to SW9, and each of the
詳しくは図示していないが、コントロールユニットCは、機能的ないしは論理的にみれば、運転状態判定部、燃料噴射制御部、吸気流通量制御部、スタータ制御部、グロープラグ制御部、EGR制御部等に区分される。なお、これらの判定部ないし各制御部は、ハードウェアとして区別されるものではない。ここで、運転状態判定部は、車両の運転状態を判定する。燃料噴射制御部は、運転状態判定部の判定に基づいてエンジン10の燃料噴射を制御する。吸気流通量制御部は、運転状態判定部の判定に基づいて燃焼室17内へ流入する吸気流通量を調整する。スタータ制御部は、運転状態判定部の判定に基づいて再始動条件の成立時にエンジン10のスタータモータ34を駆動制御する。グロープラグ制御部は、グロープラグ18を制御する。EGR制御部は、EGR装置40を駆動制御する。
Although not shown in detail, the control unit C is functionally or logically viewed as an operation state determination unit, a fuel injection control unit, an intake air flow rate control unit, a starter control unit, a glow plug control unit, and an EGR control unit. And so on. Note that these determination units or control units are not distinguished as hardware. Here, the driving state determination unit determines the driving state of the vehicle. The fuel injection control unit controls fuel injection of the
以下、機能的ないしは論理的にコントロールユニットCを構成する上記判定部ないし各制御部の機能を説明する。
(運転判定部)
運転状態判定部は、燃圧センサSW1、エアフローセンサSW2、吸気圧センサSW3、吸気温センサSW4、クランク角センサSW5、SW6、水温センサSW7、アクセル開度センサSW8、ブレーキペダルセンサSW9等の出力信号に基づいて、エンジン10の自動停止条件や再始動条件の成立又は解除、燃料圧力、ピストン16の停止位置、筒内温度、あるいはエンジン10が正転しているか否か等、種々の運転状態を判定する。
Hereinafter, functions of the determination unit or each control unit that functionally or logically configure the control unit C will be described.
(Driving judgment part)
The driving state determination unit outputs output signals from the fuel pressure sensor SW1, air flow sensor SW2, intake pressure sensor SW3, intake air temperature sensor SW4, crank angle sensors SW5 and SW6, water temperature sensor SW7, accelerator opening sensor SW8, brake pedal sensor SW9, and the like. Based on this, various operating conditions such as establishment or cancellation of the automatic stop condition or restart condition of the
また、運転状態判定部は、エンジン10が自動停止時しているときにおけるピストン16の停止位置の判定や、ピストン16が停止すべき適正な停止位置SAの設定を行う。ここで、停止時圧縮行程気筒の適正な停止位置SAは、デフォルトでは、圧縮上死点前120°CAから圧縮上死点前100°CAの範囲に設定される。後で説明するように、エンジン10では、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射し、スタータモータ34でピストン16を駆動して、当該燃料が噴射された気筒内で燃料を自己着火させる必要がある。このため、ピストン16は、下死点側に停止しているのが好ましい。
The operating state determination unit determines the stop position of the
他方、ピストン16が下死点近傍にある場合には、スタータモータ34の駆動時間が長くなるので、確実な自己着火とスタータモータ34の駆動時間短縮とを両立させるために、デフォルトでは、圧縮上死点前120°CAから圧縮上死点前100°CAの範囲に設定される。ただし、気筒内温度が高い場合、停止時圧縮行程気筒の有効圧縮比を小さく設定することができるので、適正な停止位置SAは、気筒内温度によって上死点側に補正される。気筒内温度は、予めメモリに記憶されたデータに基づいて推定される。なお、運転状態判定部は、車両のブレーキペダル37のオン・オフや車速等も判定する。
On the other hand, when the
(各制御部)
燃料噴射制御部は、運転状態判定部の判定に基づいて、エンジン10の適正な空燃比に対応する燃料噴射量と、燃料噴射タイミングとを設定し、その設定に基づいて、燃料噴射弁19を駆動制御する。吸気流通量制御部は、運転状態判定部の判定に基づいて、エンジン10の適正な吸気流通量を設定し、その設定に基づいて、吸気シャッタ弁30を駆動制御する。スタータ制御部は、エンジン10の始動時にスタータモータ34に制御信号を出力し、スタータモータ34を駆動する。グロープラグ制御部は、暖機時等にグロープラグ18の駆動を制御する。EGR制御部は、基本的には、所定の部分負荷運転領域においてEGR弁42を開くことにより燃焼の安定ないしはNOx発生量の低減を図り、かつアイドルストップ時にEGR弁42を開くことにより燃焼室17を高温に維持してエンジン10の再始動性を高める。
(Each control unit)
The fuel injection control unit sets the fuel injection amount corresponding to the appropriate air-fuel ratio of the
次に、図3及び図4に示すフローチャートと図5に示すタイムチャートとを参照しつつ、コントロールユニットCによって行われる、本発明に係るエンジン10の自動停止・再始動制御を説明する。この自動停止・再始動制御が開始されると、まずステップS1で、エンジン停止条件(自動停止条件)が成立しているか否かが判定される。ここで、エンジン停止条件が成立していないと判定された場合は(NO)、このステップS1が繰り返し実行される。つまり、ステップS1では、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立するまで待機する。具体的には、例えばブレーキペダル37の作動状態が所定時間継続し、車速が所定値以下である場合は、エンジン10の自動停止条件が成立していると判定される。
Next, the automatic stop / restart control of the
ステップS1でエンジン停止条件が成立していると判定された場合は(YES)、ステップS2で、オルタネータ制御を含むエンジン回転速度調整制御が開始される。続いて、ステップS3で、エンジン回転速度Neが所定の第1の回転速度N1(例えば850rpm)未満であるか否かが判定される。ここで、エンジン回転数NeがN1以上であると判定された場合は(NO)、このステップS3が繰り返し実行される。つまり、ステップS3では、エンジン回転数NeがN1未満に低下するまで待機する。 If it is determined in step S1 that the engine stop condition is satisfied (YES), engine speed adjustment control including alternator control is started in step S2. Subsequently, in step S3, it is determined whether or not the engine rotational speed Ne is less than a predetermined first rotational speed N1 (for example, 850 rpm). If it is determined that the engine speed Ne is N1 or more (NO), step S3 is repeatedly executed. That is, in step S3, the process waits until the engine speed Ne drops below N1.
他方、ステップS3でエンジン回転数NeがN1未満であると判定された場合は(YES)、ステップS4で燃料噴射弁19による燃料噴射が停止される(燃料カット)。すなわち、図5中においてエンジン回転速度Neが第1の回転速度N1になったタイミングt1で、燃料噴射弁19からの燃料噴射が停止される。続いて、ステップS5で、燃料カットとほぼ同時(タイミングt1)に、吸気シャッタ弁30が閉じられる(全閉される)。この制御により、ピストン16が適正な停止位置SAに停止する確率を高めることが可能となる。
On the other hand, if it is determined in step S3 that the engine speed Ne is less than N1 (YES), fuel injection by the
すなわち、ピストン16の停止位置は、エンジン10が完全に停止する直前における停止時膨張行程気筒内の空気量と停止時圧縮行程気筒内の空気量のバランスによりほぼ決定される。したがって、ディーゼルエンジンであるエンジン10において、ピストン16を適正な停止位置SA内に停止させるには、まず停止時膨張行程気筒及び停止時圧縮行程気筒の吸気流通量を一旦低減し、その後、停止時圧縮行程気筒に充分な空気を供給して、停止時膨張行程気筒の空気量よりも多くなるように、両気筒に対する空気量を調節する必要がある。そこで、この自動停止・再始動制御では、タイミングt1で吸気シャッタ弁30を全閉にすることにより吸気圧を低減し、停止時膨張行程気筒及び停止時圧縮行程気筒の空気量を低減している。
That is, the stop position of the
タイミングt1で燃料噴射弁19からの燃料噴射が停止されると、各気筒14A〜14Dでは、極めて少ない吸気流通量で吸気、圧縮、膨張、排気のサイクルが繰り返され、クランクシャフト15等が有する運動エネルギが摩擦抵抗による機械的な損失や、各気筒14A〜14Dのポンプ仕事によって消費される。これにより、エンジン10の回転速度は、振動しつつ低下し、4気筒4サイクルのエンジン10では、10回前後の圧縮上死点を迎えた後に停止する。この過程で、気筒14A〜14Dのうちのいずれかの気筒が圧縮上死点を超えるタイミングは、エンジン回転速度Neが振動する谷のタイミングと一致している。
When the fuel injection from the
次に、ステップS6で、エンジン水温(エンジン温度)が基準温度T1未満であるか否かが判定される。この基準温度T1は、エンジン水温が該基準温度T1以上であれば、エンジン再始動時に格別の処置を講じなくても燃料が自己着火することが可能である温度、例えば80℃又は70℃に設定される。ここで、エンジン水温が基準温度T1未満であると判定された場合は(YES)、ステップS7で切換弁45がオンされ、続いてステップS8でEGR弁42が開弁(全開)される。このとき、切換弁45は、バイパス通路44を開く一方、EGR通路41を閉止し、EGRガスはEGRクーラ43によって冷却されずに、バイパス通路44を通って吸気通路28に供給される。これにより、燃焼室17内に、EGRクーラ43によって冷却されていない高温のEGRガスが導入され、燃焼室17内ないしは燃焼室の周囲は、後で説明するエンジン再始動に至るまで高温状態に維持される。この後、ステップS9が実行される。
Next, in step S6, it is determined whether or not the engine water temperature (engine temperature) is lower than the reference temperature T1. The reference temperature T1 is set to a temperature at which the fuel can self-ignite, for example, 80 ° C. or 70 ° C., if the engine water temperature is equal to or higher than the reference temperature T1, without taking any special measures when the engine is restarted. Is done. If it is determined that the engine water temperature is lower than the reference temperature T1 (YES), the switching
他方、ステップS6でエンジン水温が基準温度T1以上であると判定された場合は(NO)、燃焼室17にEGRガスを導入しなくても、エンジン再始動時において、圧縮行程上死点付近で燃料室17内の空気の温度が燃料の自己着火温度以上となると予測されるので、ステップS7〜S8をスキップして、ステップS9が実行される。すなわち、元々燃料の自己着火性が良い状態で不必要に排気ガスを燃焼室17に供給することを防止しつつ、燃料の自己着火性が悪い状況下での燃料の自己着火性ひいてはエンジン再始動性を向上させることができる。
On the other hand, if it is determined in step S6 that the engine water temperature is equal to or higher than the reference temperature T1 (NO), even if EGR gas is not introduced into the
このように、タイミングt1で吸気シャッタ弁30が閉じられ、また、エンジン水温が基準温度T1未満であるときには燃焼室17内に高温のEGRガスが供給された後、ステップS9で、エンジン回転速度Neが所定の第2の回転速度N2(例えば約400rpm)未満であるか否かが判定される。ここで、エンジン回転数NeがN2以上であると判定された場合は(NO)、このステップS9が繰り返し実行される。つまり、ステップS9では、エンジン回転数NeがN2未満に低下するまで(すなわち図5中のタイミングt2)待機する。この第2の回転速度N2は、停止時圧縮行程気筒のピストン16が膨張行程から吸気行程の上死点に達するタイミングと一致している。
As described above, the
他方、ステップS9でエンジン回転数NeがN2未満であると判定された場合は(YES)、ステップS10で吸気シャッタ弁30が開弁される。この開弁動作により、停止時膨張行程気筒では、少ない空気量で吸気バルブ26及び排気バルブ27が閉じて圧縮行程に移行しているのに対し、停止時圧縮行程気筒では、吸気バルブ26が開くことにより、相対的に多量の新気が筒内に吸入されることになる。この結果、停止時圧縮行程気筒では、停止時膨張行程気筒よりも空気量が多くなる。
On the other hand, if it is determined in step S9 that the engine speed Ne is less than N2 (YES), the
次に、ステップS11で、エンジン10が停止したか否かが判定される。ここで、エンジン10が停止していないと判定された場合は(NO)、エンジン10が停止するまでこのステップS11が繰り返し実行される。すなわち、前記のとおり、コントロールユニットCはオルタネータ制御を継続してピストン16の停止位置調整を実行し続けているので、クランク角センサSW5、SW6の検出値に基づいてエンジン10が完全に停止するまで待機する。
Next, in step S11, it is determined whether or not the
他方、ステップS11でエンジン10が停止していると判定された場合は(YES)、ステップS12で、エンジン回転速度調整制御が終了する。エンジン10が完全に停止したタイミングでは、停止時圧縮行程気筒のピストン16が吸気行程の下死点を通過し、圧縮行程に移行する。このタイミングでは、吸気バルブ26及び排気バルブ27は、おおむね閉じているので、大量に燃焼室17内(気筒内)に吸入された空気が下死点を通過したピストン16によって圧縮されることになる。
On the other hand, if it is determined in step S11 that the
他方、停止時膨張行程気筒においては、相対的に少ない空気量にある筒内を圧縮したピストン16が圧縮上死点を通過して、膨張行程に移行している。このため、停止時圧縮行程気筒では、気筒内の圧縮反力によって比較的下死点側で停止することになる。したがって、予め実験等によって、第2の回転速度N2や、この第2の回転速度N2を検出した、図5中のタイミングt2での吸気流通量等を適切に設定しておくことにより、停止時圧縮行程気筒のピストン16を、所定の下死点側停止位置(この実施の形態では圧縮上死点前100°CAから圧縮上死点前120°CA)に停止させることができる。
On the other hand, in the stop-time expansion stroke cylinder, the
このようにエンジン10が完全に停止した後、ステップS13で、クランク角センサSW5、SW6の検出値に基づいて判定されたピストン16の停止位置が記憶される。次に、ステップS14で切換弁45がオフされる。これにより、切換弁45は、バイパス通路44を閉止する一方、EGR通路41を開く。続いて、ステップS15でEGR弁42が閉じられる(全閉される)。これにより、エンジン停止後に過剰にEGRガスが吸気通路28に供給されるのが防止され、排気ガスの過剰供給に起因してエンジン10の再始動性が低下するのを防止ないしは抑制することができる。
After the
このようにエンジン10が停止した後、ステップS16で、停止時間が計測され、積算される。気筒内温度(燃焼室17内の温度)は、エンジン10の停止時間に依存するので、この実施の形態においては、コントロールユニットCに予め停止時間と温度との関係をマップ化したデータを格納しておき、エンジン10の停止時間に基づいて気筒内温度を推定するようにしている。
After the
次に、ステップS17で、吸気温センサSW4によって検出された吸気温度、水温センサSW7によって検出されたエンジン水温、エンジン10の停止時間、及び、グロープラグ18の駆動時間に基づいて、気筒内温度が算出される。続いて、ステップS18で、演算された気筒内温度に基づいて、目標となる燃料圧力が決定され、この燃料圧力に基づいて適正な停止位置SAが設定される。この実施の形態では、気筒内温度と目標となる燃料圧力とによって適正な停止位置SAを設定しているので、より好適な停止位置判定を行うことができる。
Next, in step S17, the in-cylinder temperature is determined based on the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor SW4, the engine water temperature detected by the water temperature sensor SW7, the stop time of the
このように適正な停止位置SAが設定された後、ステップS19で、停止時圧縮行程気筒のピストン16が適正な停止位置SAよりも上死点側にあるか否かが判定される。ここで、ピストン16が適正な停止位置SAよりも上死点側にあると判定された場合は(YES)、ステップS20でグロープラグ18がオンされ、気筒内が加熱される。他方、ステップS19で、停止時圧縮行程気筒のピストン16が適正な停止位置SAよりも上死点側にないと判定された場合(NO)、すなわちピストン16が適正な停止位置SA内にある場合は、ステップS21でグロープラグ18がオフされる。
After the appropriate stop position SA is set in this way, in step S19, it is determined whether or not the
次に、ステップS22で、エンジン10の再始動条件が成立しているか否かが判定される。再始動条件としては、例えばアクセルペダル36が踏込まれたこと、自動停止条件がエンジン10の停止後に解除されたことなどがあげられる。ここで、エンジン10の再始動条件が成立していないと判定された場合は(NO)、ステップS16に戻って、ステップS16〜S22の処理が繰り返される。このため、計測時間や気筒内温度の変化に伴って、ステップS23に設定される適正な停止位置SAも変化することになる。
Next, in step S22, it is determined whether a restart condition for the
他方、ステップS22でエンジン10の再始動条件が成立していると判定された場合は(YES)、ステップS23でスタータモータ34が駆動される。これにより、停止時圧縮行程気筒では、ピストン16が気筒内の空気を圧縮しながら上死点に移動する。続いて、ステップS24で、停止時圧縮行程気筒のピストン16が適正な停止位置SAよりも上死点側にあるか否かが判定される。
On the other hand, if it is determined in step S22 that the restart condition of the
ステップS24で停止時圧縮行程気筒のピストン16が適正な停止位置SAよりも上死点側にあると判定された場合は(YES)、ステップS25で、停止時吸気行程気筒が圧縮行程に入るまで待機し、停止時吸気行程気筒が圧縮行程に入った後、所定のタイミングで燃料噴射弁19から燃料が噴射される。すなわち、このようにピストン停止位置が適正な停止位置SAから外れている場合は、停止時圧縮行程気筒での燃焼は中止される。
If it is determined in step S24 that the
他方、ステップS24で停止時圧縮行程気筒のピストン16が適正な停止位置SAよりも上死点側でないと判定された場合(NO)、すなわちピストン停止位置が適正な停止位置SA内である場合は、ステップS26で、停止時圧縮行程気筒に燃料噴射弁19から燃料が噴射され、この気筒における燃料の燃焼により、エンジン10の再始動が図られる。
On the other hand, if it is determined in step S24 that the
このように、ステップS25又はステップS26が実行された後、ステップS27で、エンジン10は通常運転に移行させられ、今回の自動停止・再始動処理は終了する(エンド)。
As described above, after step S25 or step S26 is executed, the
以上、本発明の実施の形態に係るエンジンの自動停止装置ないしは自動停止・再始動制御によれば、自動停止条件が成立しエンジン10が自動停止される際に、EGR弁42が開弁方向に制御され、燃焼室17内(気筒内)に高温の排気ガスが導入され、燃焼室17内ないしは燃焼室17の周囲は、エンジン再始動に至るまで高温状態に維持される。このため、エンジン再始動時に圧縮行程の上死点付近で、燃焼室17内の空気の温度を断熱圧縮により支障なく燃料の自己着火温度以上に高めることができ、燃料を有効に自己着火させることができる。よって、不必要にグローランプ18を使用することなく、アイドルストップ状態からのエンジン再始動時に燃料の着火不全が生じるのを有効に防止することができる。
As described above, according to the engine automatic stop device or the automatic stop / restart control according to the embodiment of the present invention, when the automatic stop condition is satisfied and the
10 ディーゼルエンジン(エンジン)、11 シリンダヘッド、12 シリンダブロック、14A〜14D 第1〜第4気筒、15 クランクシャフト、16 ピストン、16a キャビティ、17 燃焼室、18 グロープラグ、19 燃料噴射弁、20 コモンレール、21 分岐管、22 高圧燃料供給管、23 燃料供給ポンプ、24 吸気ポート、25 排気ポート、26 吸気弁、27 排気弁、28 吸気通路、28a 分岐吸気通路、28b サージタンク、28c 共通吸気通路、30 吸気シャッタ弁、30a アクチュエータ、32 オルタネータ、33 レギュレータ回路、34 スタータモータ、34a モータ本体、34b ピニオンギヤ、35 リングギヤ、36 アクセルペダル、37 ブレーキペダル、40 EGR装置、41 EGR通路、42 EGR弁、43 EGRクーラ、44 バイパス通路、45 切換弁、C コントロールユニット、SW1 燃圧センサ、SW2 エアフローセンサ SW3 吸気圧センサ、SW4 吸気温センサ、SW5 クランク角センサ、SW6 クランク角センサ、SW7 水温センサ、SW8 アクセル開度センサ、SW9 ブレーキペダルセンサ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
吸気通路と排気通路とを接続する排気ガス還流通路と、
上記排気ガス還流通路に配設された排気ガス還流弁と、
上記吸気通路と上記排気ガス還流通路の接続部より上流側において上記吸気通路に配設された吸気シャッタ弁と、
上記排気ガス還流弁を介して排気ガスの還流状態を制御するとともに、エンジン回転速度が所定回転速度に低下するまで待機することを含むエンジン回転速度調整制御を行う、上記自動停止・再始動制御手段を含む総合的な制御手段とを備えていて、
上記総合的な制御手段は、上記自動停止条件が成立したときに上記エンジン回転速度調整制御を開始し、エンジン回転速度が上記所定回転速度となったときに、燃料供給を停止させ、吸気シャッタ弁を全閉させ、かつ、エンジン温度がエンジンの自己着火が可能な所定温度より低いときには上記排気ガス還流弁を開弁方向に制御するよう構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの自動停止装置。 Diesel engine having automatic stop / restart control means for automatically stopping the diesel engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied, and automatically restarting the diesel engine when the predetermined restart condition is satisfied In the automatic stop device of
An exhaust gas recirculation passage connecting the intake passage and the exhaust passage;
An exhaust gas recirculation valve disposed in the exhaust gas recirculation passage;
An intake shutter valve disposed in the intake passage on the upstream side of a connection portion between the intake passage and the exhaust gas recirculation passage;
The automatic stop / restart control means for controlling engine rotation speed adjustment including controlling the exhaust gas recirculation state via the exhaust gas recirculation valve and waiting until the engine rotation speed decreases to a predetermined rotation speed. And comprehensive control means including
The overall control means, the automatic stop condition starts the engine rotational speed adjustment control when satisfied, when the engine rotational speed becomes the predetermined rotational speed, the fuel supply is stopped, the intake shutter valve The diesel engine automatic stop device is configured to control the exhaust gas recirculation valve in the valve opening direction when the engine temperature is lower than a predetermined temperature at which the engine can self-ignite. .
上記総合的な制御手段は、上記切換弁を、所定のバイパス条件が成立したときに排気ガスが上記バイパス通路を流通する側に作動させるとともに、上記自動停止条件が成立したときに排気ガスが上記バイパス通路を流通する側に作動させるよう構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のディーゼルエンジンの自動停止装置。 The exhaust gas recirculation passage can be switched to an exhaust gas cooling means for cooling the exhaust gas, a bypass passage for bypassing the exhaust gas cooling means and flowing the exhaust gas, and a flow state of the exhaust gas in the bypass passage. Switching valve is provided,
The comprehensive control means operates the switching valve to the side where the exhaust gas flows through the bypass passage when a predetermined bypass condition is satisfied, and the exhaust gas is operated when the automatic stop condition is satisfied. 2. The automatic stop device for a diesel engine according to claim 1, wherein the automatic stop device is configured to be operated to a side where the bypass passage is circulated.
上記総合的な制御手段は、上記自動停止条件が成立した場合において、上記エンジン温度検出手段により検出されたエンジン温度が上記所定温度よりも低いときに、上記排気ガス還流弁を開弁方向に制御するとともに、上記切換弁を排気ガスが上記バイパス通路を流通する側に作動させるよう構成されていることを特徴とする、請求項2に記載のディーゼルエンジンの自動停止装置。 Engine temperature detecting means for detecting the engine temperature is provided,
The overall control means, when the automatic stop condition is satisfied, when the engine temperature detected by the engine temperature detecting means is lower than the predetermined temperature, control in the valve opening direction to the exhaust gas recirculation valve In addition, the automatic stop device for a diesel engine according to claim 2, wherein the switching valve is configured to operate the exhaust gas to the side where the exhaust gas flows through the bypass passage.
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