JP2003293811A - エンジン制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖気されていない状態のディーゼルエンジン
などから発生する未燃の炭化水素を低減し、始動時など
の白煙の発生を防止する。 【解決手段】 エンジン１００における未燃の炭化水素
の発生条件を、エンジン１００の運転条件から判断し、
所定以上発生する条件が成立していると判断した場合に
は、その時点での吸入空気量ＱｎがピークＱ＊の範囲に
入っているか否かを判断し、入っていなければ、過給圧
Ｐｎに拠って、過給器３０のアクチュエータ３５を制御
してノズル開度を調整し、吸入空気量Ｑを増加するよう
に制御する。この結果、吸入空気量が最大となる側に制
御がなされることになり、未燃の炭化水素の発生は抑制
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの制御に
関し、詳しくは可変容量式過給器を備えたエンジンの制
御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、暖気が不十分な状態で、内燃機関
から白煙が発生するという現象が見られた。この白煙
は、未燃焼の炭化水素（炭化水素化合物を含む）と水蒸
気が混ざったものであり、特にディーゼルエンジンにし
ばしば見られる。かかる白煙の発生は、排気浄化の点か
ら望ましくなく、従来、これを防止するために、燃焼室
内をグロープラグにより暖めたり、吸気系にヒータを設
けて吸入空気を加熱するといった手法が提案されてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒータ
やグロープラグを設けたのでは、これらを加熱するのに
エネルギを使用することから、エンジンの運転効率が低
下してしまうという問題があった。

【０００４】本発明の装置は、こうした問題を解決し、
ヒータなどによる加温といった対応を採ることなく、エ
ンジンからの未燃の炭化水素の過剰な排出や、これに伴
う白煙の発生を防止することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及びその作用・効果】上記
課題の少なくとも一部を解決する本発明のエンジン制御
装置は、吸気系に可変容量式過給器を備えたエンジンの
制御装置であって、エンジンの排気に未燃焼の炭化水素
が所定量以上含まれているか否かを判断する判断手段
と、該判断手段が、前記炭化水素が所定量以上含まれて
いると判断した場合に、前記可変容量式過給器を制御し
て、吸入空気量を増加する吸入空気量増加手段とを備え
たことを要旨とする。

【０００６】また、この装置に対応した方法の発明は、
吸気系に可変容量式過給器を備えたエンジンの制御方法
であって、エンジンの排気に未燃の炭化水素が所定量以
上含まれているか否かを判断し、前記炭化水素が所定量
以上含まれていると判断した場合に、前記可変容量式過
給器を制御して、吸入空気量を増加することを要旨とし
ている。

【０００７】かかるエンジン制御装置および制御方法に
よれば、エンジンの排気に未燃焼の炭化水素が所定量以
上含まれているか否かを判断し、炭化水素が所定量以上
含まれていると判断した場合に、エンジンの吸気系に設
けられた可変容量式過給器を制御して、吸入空気量を増
加する。従って、エンジンの吸入空気量は増加され、未
燃焼の炭化水素の総量は減少する。この結果、エンジン
からの白煙の発生などは抑制される。なお、この明細書
で、「炭化水素」とは、炭化水素化合物を含む概念であ
り、未燃焼の炭化水素が所定量以上であるか否かとは、
炭化水素化合物を含む全炭化水素の量についての判断を
意味している。

【０００８】こうしたエンジン制御において、吸入空気
量の増加を、可変容量式過給器の特性に基づいて行なう
ことも好適である。可変容量式過給器には、種々のタイ
プがあるが、吸入空気量が最大とする制御上の特性が存
在する。従って、この特性に基づいて制御を行なえば、
エンジンの吸入空気量を速やかに増加することができ
る。

【０００９】可変容量式過給器としては、例えば、エン
ジンの排気側に設けられたタービンのノズル面積を変更
することで、過給量を変更可能な過給器を用いることが
できる。ノズル面積の変更は、モータなどのアクチュエ
ータによっても良いし、吸気管負圧などを利用して行な
っても良い。

【００１０】吸入空気量の増加は、排気に含まれる炭化
水素量が所定値以上であると判断されたとき、単に吸入
空気量を現在の量より増やす、という対応でも良いが、
可変容量式過給器によるエンジンの吸入空気量を最大と
してもよい。可変容量式過給器の特性が予め分かってい
れば、吸入空気量を最大にすることができ、このとき排
気に含まれる炭化水素量はほぼ最小化することができ
る。

【００１１】もとより、現在の排気に含まれる炭化水素
量に基づいて、この炭化水素量を最小とする吸入空気量
を演算し、吸入空気量が、演算した吸入空気量となるよ
う可変容量式過給器を制御してもよい。

【００１２】排気に含まれる炭化水素量は、センサなど
により直接測定しても良いが、エンジンの運転状態か
ら、排気に含まれる炭化水素量を推定して、その上で、
炭化水素が所定値以上であることを判断する構成しても
良い。センサを設ければ、測定精度を高することがで
き、推定するものとすれば、センサを省略できるので、
部品点数の低減、組立工数の低減などを実現することが
できる。

【００１３】もとより、エンジンの暖気が完了するまで
は、排気に含まれる炭化水素量が所定値以上であると判
断することも差し支えない。暖気が完了するまてば、炭
化水素量は一般に高いからである。

【００１４】本発明の制御の対象となるエンジンとし
て、ディーゼルエンジンを選択しても良い。ディーゼル
エンジンは、所定の運転条件で、炭化水素が発生しやす
く、特に低温時には、水蒸気と混合して白煙を発生しや
すい。しかも、吸入空気量を変更することが、エンジン
の制御上、比較的容易だからである。

【００１５】なお、本発明は、種々の態様で実現するこ
とが可能であり、例えば、ディーゼルエンジンの始動制
御装置またはその方法、その始動制御装置を用いた車両
または移動体、その制御装置または制御方法の機能を実
現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュー
タプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプ
ログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等
の態様で実現することができる。

【００１６】

【発明の他の態様】本願発明は、ガソリンエンジンの制
御装置や制御方法として実現することもできる。また、
エンジンを搭載した車両の白煙防止装置として用いるこ
とも可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。 （１）実施例の構成：はじめに、実施例のハードウェア
構成について図１を用いて説明する。図１は本実施例の
エンジン制御装置を搭載した車両におけるエンジン周り
の構成を示す概略構成図である。制御装置は、制御ユニ
ット２００により実現されており、この制御ユニット２
００は、可変容量式の過給器３０を搭載したディーゼル
エンジン１００を制御するものである。ディーゼルエン
ジン１００は、図示するように、４つの燃焼室＃１〜＃
４を有する４気筒エンジンである。各燃焼室＃１〜＃４
には、吸気管１０のマニホールド１２を介して空気が供
給される。また、このエンジン１００は、コモンレール
式燃料噴射システムを採用しており、高圧燃料ポンプ７
４から各燃焼室＃１〜＃４の燃料噴射弁７２に高圧の燃
料が供給されている。燃料噴射弁７２から燃料が噴射さ
れると、燃焼室＃１〜＃４内で空気と燃料とが燃焼し
て、排気管２０から排気ガスが排出される。

【００１８】吸気管１０に設けられた過給器３０は、排
気管２０内に設けられたタービン３２と、吸気管１０内
に設けられたコンプレッサ３４と、これらをつなぐシャ
フトとを有している。この過給器３０は、いわゆる可変
ノズル式過給器であり、タービン３２の入口ノズルの開
口面積を調節するためのアクチュエータ３５が設けられ
ている。このアクチュエータ３５は、エンジン１００の
低出力運転時においてタービン３２の入口ノズルの開口
面積を減少させ、これによって過給器３０の効率を向上
させることができる。

【００１９】このノズル開度と過給圧Ｐ，吸入空気量Ｑ
および未燃の炭化水素（以下、必要に応じてＴＨＣとい
う）濃度との関係を図２に示した。図示するように、ノ
ズル開度が開くほど過給圧Ｐは低下する関係となってい
るが、ノズル開度に対して吸入空気量は、所定の開度で
ピークを持つ関係を有することが分かる。しかも、吸入
空気量Ｑが最大となる点で、発生するＴＨＣ濃度は、最
小になる。なお、ノズル開度に対する吸入空気量のピー
ク自体および発生する未燃の炭化水素量自体は、エンジ
ン１００の運転状態により変化するが、ノズル開度とＴ
ＨＣ濃度の相関は、負荷が変動しても、図２に示した関
係に倣う。

【００２０】過給器３０のコンプレッサ３４の下流側に
は、圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ４
０が設けられている。また、コンプレッサ３４の上流側
には、電磁スロットル弁４２とエアフローメータ４４と
が設けられている。

【００２１】排気管２０には、タービン３２の下流側
に、排ガス浄化用の触媒コンバータ５０が設けられてい
る。この触媒コンバータ５０の触媒としては、例えば酸
化触媒や、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を利用することが
できる。触媒コンバータ５０の下流側の排気管には、Ｅ
ＧＲ通路６０が接続されている。このＥＧＲ通路６０
は、吸気管１０の過給器３０とスロットル弁４２との間
の流路に接続されている。ＥＧＲ通路６０には、ＥＧＲ
クーラ６２とＥＧＲ弁６４とが設けられている。なお、
ＥＧＲは、良く知られているように、排ガスの一部を燃
焼室内に再循環させて燃焼温度を低下させ、これによっ
て、排ガスの質を改善するための技術である。吸気管１
０内に再循環する排ガス量（ＥＧＲ量）は、ＥＧＲ弁６
４の開度を調整することによって制御することができ
る。また、スロットル弁４２は、吸気管１０内の圧力を
下げて排ガスが吸気管１０に戻りやすくする機能を有し
ている。すなわち、ＥＧＲ量は、ＥＧＲ弁６４の開度
と、スロットル弁４２の開度とを調整することによって
制御される。

【００２２】エンジン１００のクランク軸とバルブ用の
カム軸には、回転角センサ７６，回転数センサ７８がそ
れぞれ設けられている。また、エンジン１００のシリン
ダブロックには、冷却水が循環しており、この冷却水温
を検出する冷却水温センサ８１が設けられている。更
に、吸気管１０の過給器３０の下流には、吸気管圧力
（以下、過給圧と呼ぶ）Ｐを検出する過給圧センサ８３
が、更にインタークーラ４０の下流には、吸気温度を検
出する吸気温センサ８５が、それぞれ設けられている。
これらのセンサは、制御ユニット２００に接続されてい
る。制御ユニット２００は、これらのセンサ７６，７
８，８１，８３，８５を含む種々のセンサで検出された
運転条件パラメータに応じて、高圧燃料ポンプ７４や、
燃料噴射弁７２、ＥＧＲ弁６４、スロットル弁４２、過
給器３０のアクチュエータ３５などを制御する。

【００２３】（２）実施例の制御：次に、本実施例のエ
ンジン制御の処理について説明する。本実施例のエンジ
ン制御の概要を、図３のフローチャートに示す。この処
理は、制御ユニット２００が実行するが、制御ユニット
２００は、燃料噴射量の制御などを行ないつつ、図３に
示したエンジン制御を実行する。

【００２４】このエンジン制御ルーチンが実行される
と、まずセンサの出力を読み込む処理を行なう（ステッ
プＳ１００）。具体的には、回転数センサ７８からエン
ジン１００の回転数ＮＥが、冷却水温センサ８１からエ
ンジン１００の冷却水温Ｔｗが、過給圧センサ８３から
過給圧Ｐが、吸気温センサ８５から吸気温Ｔａが、エア
フローメータ４４から吸気量Ｑが、それぞれ読み込まれ
ることになる。

【００２５】各種センサからこれらのデータを読み込ん
だ後、未燃の炭化水素の発生条件が成立している否かの
判断を行なう（ステップＳ１１０）。ＴＨＣの発生条件
とは、エンジン１００が所定回転数Ｎ０以上で回転して
おり（ＮＥ＞Ｎ０）、暖気が完了しておらず（Ｔｗ＞８
０［℃］）、外気温、即ち吸気温Ｔａが所定値Ｔ０未満
であり（Ｔａ＜Ｔ０）、かつエンジン１００に一定以上
の負荷がかかっているといった条件である。これらは実
験的に求めておくことができる。

【００２６】ここで未燃の炭化水素が発生する条件が成
立していると判断すると、次に、現在の燃料噴射量τか
ら現在の未燃の炭化水素濃度ＴＨＣｎを求める処理を行
なう（ステップＳ１２０）。符号ｎは、現時点を示すサ
フィックスである（以下、同じ）。ＴＨＣの発生条件が
成り立っているとき発生する未燃の炭化水素量ＴＨＣｎ
は、図４に例示するように、エンジン１００の回転数Ｎ
Ｅと冷却水温Ｔｗに基づき、燃料噴射量τをパラメータ
として、求めることができる。実施例では、実験的に求
めた図５のグラフを、ルックアップテーブルの形で記憶
しており、回転数ＮＥ，冷却水温Ｔｗ、燃料噴射量τな
どに基づき、発生するであろう未燃の炭化水素濃度ＴＨ
Ｃｎを求めている。なお、ルックアップテーブルを利用
せず、エンジン１００の負荷から冷却水温Ｔｗを補正係
数として、換算式を用いて求めることも可能である。

【００２７】次に、こうして求めた炭化水素濃度ＴＨＣ
ｎが、目標値であるＴＨＣ＊より大きいか否かの判断を
行なう（ステップＳ１３０）。目標値ＴＨＣ＊は、その
運転条件下で、発生するＴＨＣの許容限度として規定さ
れた濃度である。燃料噴射量τに基づき現時点で発生し
ているとして求められた未燃の炭化水素濃度ＴＨＣｎが
目標値ＴＨＣ＊より小さければ、それ以上の調整を行な
うことができないとして、過給器３０のアクチュエータ
３５の調整は行なわず、そのノズル面積を保持する処理
を行ない（ステップＳ１４０）、そのまま本処理ルーチ
ンを一旦終了する。他方、燃料噴射量τに基づき現時点
で発生しているとして求められた未燃の炭化水素濃度Ｔ
ＨＣｎが目標値ＴＨＣ＊より大きければ、エンジン１０
０の吸入空気の過給の程度を調整してＴＨＣの発生を低
減するとして、まず現在の吸入空気量Ｑｎが、目標空気
量Ｑ＊より大きいか否かの判断を行なう（ステップＳ１
５０）。エンジン１００の過給による吸入空気量Ｑは、
図２に示したように、アクチュエータ３５により調整さ
れるタービン３２のノズル面積より、ピークを有する。
そこで、現在の吸入空気量Ｑｎが、このピークの範囲に
入っているかを判断するのである。

【００２８】現在の吸入空気量Ｑｎがピーク付近にある
と判断された場合（Ｑｎ＞Ｑ＊）、調整の余地はないか
ら、そのまま処理を終了する。他方、現在の吸入空気量
Ｑｎがピーク付近にないと判断された場合には、次に現
在の過給圧Ｐｎが、目標過給圧Ｐ＊より大きいか否かの
判断を行なう（ステップＳ１６０）。かかる判断に基づ
き、エンジン１００が、図２に範囲Ｓ１として示したよ
うに、ＴＨＣの発生が最小になる過給圧Ｐ＊より現在の
過給圧Ｐｎが大きいところで運転されている場合には、
ノズル面積を増大するようにアクチュエータ３５を駆動
する（ステップＳ１７０）。この結果、エンジン１００
の吸入空気量Ｑは増加され、ＴＨＣの発生を低減する方
向にエンジン１００はその運転状態を制御されることに
なる。他方、エンジン１００が、図２に範囲Ｓ２として
示したように、ＴＨＣの発生が最小になる過給圧Ｐ＊よ
り現在の過給圧Ｐｎが小さいところで運転されている場
合には、ノズル面積を減少するようにアクチュエータ３
５を駆動する（ステップＳ１８０）。この結果、エンジ
ン１００の吸入空気量Ｑは増加され、ＴＨＣの発生を低
減する方向にエンジン１００はその運転状態を制御され
ることになる。

【００２９】以上説明した実施例によれば、未燃の炭化
水素が所定の濃度以上排出される条件下では、過給器３
０のノズル面積を調整し、発生する未燃の炭化水素濃度
が最も低い条件となるように制御を行なっている。この
ため、特別な燃焼装置などを設けることなく、過給器３
０のノズル開度の調整だけで、未燃の炭化水素濃度を低
減することができる。これに伴い白煙の発生も抑制され
る。しかも、こうした制御を未燃の炭化水素が所定以上
排出されると考えられる条件下のみで行なっているの
で、未燃の炭化水素濃度が低い運転領域、例えば暖気後
の定常走行時などには、過給器３０は、エンジン１００
の運転効率などを優先した制御とすれば良く、車両全体
としての効率や出力を犠牲にすることがない。同様に、
未燃の炭化水素濃度が高い場合にのみ吸入空気量の増加
という処理を行なっているので、徒な過給の実施によ
り、過剰な空気を触媒コンバータ５０に送り込み、触媒
コンバータ５０の温度を無用に低下させてしまう、とい
うこともない。

【００３０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
例えば、本実施例では、ディーゼルエンジンの排気に適
用したが、ガソリンエンジンにおける未燃の炭化水素の
発生防止に適用することもできる。また、本実施例で
は、未燃の炭化水素の発生は、エンジン１００の運転条
件から推定して判断したが、排気管２０に未燃の炭化水
素を検出する超音波式の炭化水素濃度センサやジルコニ
ア素子を用いた炭化水素（あるいは水素）濃度センサな
どを設け、直接その濃度を計測して判断しても良い。も
とより、未燃の炭化水素の発生や白煙の発生は、炭化水
素の発生条件に関係を有するその他の条件やその他のセ
ンサの出力に基づいて、あるいはこれを組み合わせて判
断しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるエンジン制御装置の概
略構成図である。

【図２】実施例におけるエンジン１００の過給圧、吸入
空気量、未燃の炭化水素濃度の関係を例示するグラフで
ある。

【図３】実施例におけるエンジン制御処理ルーチンを示
すフローチャートである。

【図４】燃料噴射量τをパラメータとして、エンジン回
転数ＮＥ、冷却水温Ｔｗ、未燃の炭化水素濃度ＴＨＣの
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…吸気管 １２…マニホールド ２０…排気管 ３０…過給器 ３２…タービン ３４…コンプレッサ ３５…アクチュエータ ４０…インタークーラ ４２…電磁スロットル弁 ４４…エアフローメータ ５０…触媒コンバータ ６０…ＥＧＲ通路 ６２…ＥＧＲクーラ ６４…ＥＧＲ弁 ７２…燃料噴射弁 ７４…高圧燃料ポンプ ７６…回転角センサ ７８…回転数センサ ８１…冷却水温センサ ８３…過給圧センサ ８５…吸気温センサ １００…ディーゼルエンジン ２００…制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA04 EA15 EA16 FA35 GA04 GB24 GE09 JA02 JA12 JA13 JA24 JA35 JA39 JA45 3G091 AA10 AA11 AA18 AB02 AB06 BA15 CB08 DA02 DB10 EA03 EA05 EA06 EA16 EA33 FB07 HB06 3G092 AA02 AA17 AA18 BA02 DB03 FA18 GA02 HA01Z HA04Z HA15X HA16X HA16Z HD04Z HE01Z HE08Z

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気系に可変容量式過給器を備えたエン
   ジンの制御装置であって、 エンジンの排気に未燃焼の炭化水素が所定量以上含まれ
   ているか否かを判断する判断手段と、 該判断手段が、前記炭化水素が所定量以上含まれている
   と判断した場合に、前記可変容量式過給器を制御して、
   吸入空気量を増加する吸入空気量増加手段とを備えたエ
   ンジン制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエンジン制御装置であっ
   て、 前記吸入空気量増加手段は、前記可変容量式過給器の特
   性に基づいて、前記吸入空気量が増加するよう前記制御
   を行なうエンジン制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のエンジン
   制御装置であって、前記可変容量式過給器は、エンジン
   の排気側に設けられたタービンのノズル面積を変更する
   ことで、過給量を変更可能な過給器であるエンジン制御
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のエンジン制御装置であっ
   て、 前記吸入空気量増加手段は、前記判断手段より、排気に
   含まれる炭化水素量が所定値以上であると判断されたと
   き、前記可変容量式過給器により前記エンジンの吸入空
   気量を、最大とする手段であるエンジン制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のエンジン制御装置であっ
   て、 前記排気に含まれる炭化水素量に基づいて、該炭化水素
   量を最小とする吸入空気量を求める演算手段を備え、 前記吸入空気量増加手段は、該演算した吸入空気量とな
   るよう前記可変容量式過給器を制御するエンジン制御装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１記載のエンジン制御装置であっ
   て、 前記判断手段は、前記エンジンの運転状態から、排気に
   含まれる炭化水素量を推定して、該炭化水素が所定値以
   上であることを判断する手段であるエンジン制御装置。
7. 【請求項７】 前記判断手段は、前記エンジンの暖気が
   完了するまでは、前記排気に含まれる炭化水素量が所定
   値以上であると判断する手段である請求項１記載のエン
   ジン制御装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載のエンジン制御装置であっ
   て、 前記判断手段は、前記エンジンの排気系に備えられ、炭
   化水素量を検出するセンサを有し、該センサの出力に基
   づいて、該炭化水素が所定値以上であることを判断する
   手段であるエンジン制御装置。
9. 【請求項９】 前記エンジンは、ディーゼルエンジンで
   ある請求項１ないし請求項８のいずれか記載のエンジン
   制御装置。
10. 【請求項１０】 吸気系に可変容量式過給器を備えたエ
    ンジンの制御方法であって、 エンジンの排気に未燃の炭化水素が所定量以上含まれて
    いるか否かを判断し、 前記炭化水素が所定量以上含まれていると判断した場合
    に、前記可変容量式過給器を制御して、吸入空気量を増
    加するエンジンの制御方法。