JP2007046609A - Engine control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、選択的に停止され得る気筒を持つ内燃機関(エンジン)の制御方法に関連し、より具体的には、気筒停止モードと、その後の気筒再始動モードとの間の移行を滑らかにするための制御方法に関連する。 The present invention relates to a control method of an internal combustion engine (engine) having a cylinder that can be selectively stopped, and more specifically, smooth transition between a cylinder stop mode and a subsequent cylinder restart mode. Related to the control method.
エンジン開発における最近の進歩は、可変容量エンジン(variable displacement engine:VDE)の製造に至っている。VDEは、動力出力がエンジンの完全な使用を必要としないときに、選択的に気筒を停止することが出来る内燃機関(エンジン)である。これは、エンジンの仕事能力を小さくし、それ故、可変容量エンジンと呼ばれる。 Recent advances in engine development have led to the manufacture of variable displacement engines (VDEs). VDEs are internal combustion engines (engines) that can selectively stop cylinders when power output does not require full use of the engine. This reduces the work capacity of the engine and is therefore referred to as a variable capacity engine.
VDEのコンセプトは、火花点火エンジンと圧縮点火エンジンの両方に採用可能であり、特に車両が高速道路などを走行するときに、燃料経済性の増加をもたらす。トルク要求及び、利用可能なハードウエアに応じて、多くの異なった気筒構成が実行され得る。例えば、可能な限り多くの停止気筒を備えた、4気筒、6気筒、8気筒、10気筒及び12気筒エンジンがある。 The VDE concept can be applied to both spark ignition engines and compression ignition engines, and brings about an increase in fuel economy especially when the vehicle travels on a highway or the like. Many different cylinder configurations can be implemented depending on the torque demand and the available hardware. For example, there are 4 cylinder, 6 cylinder, 8 cylinder, 10 cylinder and 12 cylinder engines with as many stop cylinders as possible.
完全作動モードと一部停止作動モードとの間を切り替えるときに、騒音及び能力において感知できる程の違いが存在する場合があり、それはドライバーの不満に繋がる。従って、作動モード間の切換を、可能な限りドライバーが認知できないように行うことが望ましい。このことに加え、可能な限り排出物を低減することが非常に望ましい。 There may be appreciable differences in noise and performance when switching between full and partial stop modes, which leads to driver dissatisfaction. Therefore, it is desirable to switch between operating modes so that the driver cannot recognize as much as possible. In addition to this, it is highly desirable to reduce emissions as much as possible.
これらの問題は、圧縮点火エンジンにおいて特に重要視される。ディーゼル・エンジンは、その大きな騒音で知られているが、それは近年、パイロット噴射の使用によって大幅に改善された。ディーゼル・エンジンはまた、燃料が燃焼のために導入されるときの排出物を低減させるため、燃焼室内の温度を上昇させている。 These problems are particularly important in compression ignition engines. Diesel engines are known for their loud noise, which has been greatly improved in recent years through the use of pilot injection. Diesel engines also raise the temperature in the combustion chamber to reduce emissions when fuel is introduced for combustion.
ディーゼルVDEにおいて気筒を停止したとき、その気筒内では燃焼がなされないため該気筒のの温度が低下する。その気筒が再始動するときには、燃焼室温度が低下しているため、排出物が増加し、そしてまた、騒音レベルも増加する。一般的に、気筒を低温で始動(cold starting)すると、エンジン使用の最初の数サイクルの間、炭化水素及びCO排出物のレベルが高くなる。 When the cylinder is stopped in the diesel VDE, combustion is not performed in the cylinder, so that the temperature of the cylinder decreases. When the cylinder is restarted, the combustion chamber temperature is decreasing, so the emissions increase and the noise level also increases. In general, when the cylinder is cold started, the levels of hydrocarbons and CO emissions increase during the first few cycles of engine use.
特許文献1では、エンジンの始動時に通常使用されているグロー・プラグを用いて停止気筒を加熱することにより、これと同じ問題に取り組んでいる。この解決方法は、グロー・プラグが、気筒全体を加熱するよりむしろ、単に局所的な燃焼を促進するためのホット・スポット(hot spot)を生成すべく設計されているときは、非常に低い加熱能力しか提供しない。最新の先端が細いグロー・プラグは、加熱能力及びワット量がさらに低いため、この解決方法の実行可能性をより低下させている。これらの明らかな問題に加え、特許文献1に提案されている解決方法は、グロー・プラグを加熱するために無駄な電気エネルギーが必要になるだけでなく、追加の制御装置が必要となる。
これらの不利点の少なくともいくつかを軽減するため、本発明は、複数の気筒を持つエンジンの少なくとも一つの気筒を吸気弁及び排気弁を閉じることによって停止させる第一のモードと停止された気筒を始動させる第二のモードとの間を切り替えるためのエンジンの制御方法であって、停止された気筒を始動させるべく燃料が導入される前に該気筒の温度を上昇させるために、停止された気筒内に空気が入ることを許容するように吸気弁を作動させながらエンジンを循環運動させることによってモード切替を実施するエンジンの制御方法を提供する。 To alleviate at least some of these disadvantages, the present invention provides a first mode in which at least one cylinder of an engine having a plurality of cylinders is stopped by closing an intake valve and an exhaust valve and a stopped cylinder. A method of controlling an engine for switching between a second mode to be started, the cylinder being stopped in order to raise the temperature of the cylinder before fuel is introduced to start the stopped cylinder Provided is a control method for an engine that performs mode switching by circulating the engine while operating an intake valve so as to allow air to enter.
好ましくは、空気の導入が許容され且つ燃料の導入が許容されない気筒の数は、エンジンのトルク要求ペダルからの入力に依存して設定される。 Preferably, the number of cylinders allowed to introduce air and not allowed to introduce fuel is set depending on the input from the engine torque demand pedal.
さらに、第一モードから第二モードへのモード切り換え時に、燃料の再導入に先行して気筒の吸気弁及び排気弁の両方を作動することが好ましい。 Furthermore, it is preferable to operate both the intake valve and the exhaust valve of the cylinder prior to the reintroduction of fuel when the mode is switched from the first mode to the second mode.
停止気筒内へ空気の導入が許容され且つ燃料の導入が許容されない時間の間は、ドライバー要求に応じて供給トルクを増加させるために、エンジンの他の作動気筒に追加燃料が供給され得る。 During times when air is allowed into the stop cylinder and fuel is not allowed, additional fuel can be supplied to the other working cylinders of the engine to increase the supply torque in response to driver demand.
好ましくは、再始動される気筒への燃料の再導入の間、噴射燃料の量を他の作動気筒に供給される燃料量と一致するまで漸増させる。 Preferably, during the reintroduction of fuel into the cylinder to be restarted, the amount of injected fuel is gradually increased until it matches the amount of fuel supplied to the other working cylinders.
噴射燃料量の増加速度が、エンジンのトルク要求ペダルからの入力に依存して設定されるとき、更なる利点が提供される。 A further advantage is provided when the rate of increase of the injected fuel quantity is set depending on the input from the engine torque demand pedal.
他の気筒、即ち作動気筒に供給される追加燃料が、停止されていた気筒への噴射燃料量が増加するにつれて漸減するときに、この方法は更に改善され得る。 This method can be further improved when the additional fuel supplied to the other cylinders, i.e. the working cylinders, gradually decreases as the amount of fuel injected into the cylinders that have been stopped increases.
本発明は、図1に示すような通常のディーゼル・エンジンを運転する方法を提供する。最新の通常の圧縮着火エンジン10が、エンジン制御ユニット(engine control unit:ECU)12によって制御される。ディーゼル・エンジンは、通常、ストッロルを大きく開いて運転され、エンジンの出力は、燃焼のためにエンジンに供給された燃料によって決定される。或るトルクレベルが要求されるとき、ドライバーはトルク要求ペダル即ち、アクセル・ペダル14を押し下げる。ECU12は要求ペダル位置センサーからの信号を受け、より多くの燃料をエンジン10に噴射すべく燃料供給装置16を制御する。
The present invention provides a method of operating a conventional diesel engine as shown in FIG. The latest normal
可変容量エンジンとしての機能するために、エンジン10は、その気筒のうち少なくとも一つが停止可能でなくてはならない。
In order to function as a variable displacement engine, the
可変容量コンセプトの開発は、燃料供給を中断するのと同時に、停止可能な気筒の吸気弁及び排気弁を閉じることに至っている。弁を閉じることによって、吸気マニフォールド及び排気マニフォールドのそれぞれに空気を吸引及び圧送することに付随する損失を生じることなく、気筒内に残っている空気が繰り返し圧縮及び膨張される。弁を閉じることは、図1のブロック18に表わされている弁駆動制御器によって行われる。
The development of the variable displacement concept has led to closing the intake and exhaust valves of the cylinders that can be stopped simultaneously with interrupting the fuel supply. By closing the valve, the air remaining in the cylinder is repeatedly compressed and expanded without the loss associated with sucking and pumping air through the intake manifold and exhaust manifold, respectively. Closing the valve is performed by a valve drive controller represented in
弁が強制的に閉状態を保持させられているとき、新たな空気は弁を介して入っても来ないし、出ても行かない。これにより、気筒は、膨張の間に開放され圧縮の間に圧縮空気に蓄えられるエネルギーの多くを伴う空気バネとして作動する。このサイクルの間に失われるエネルギーの全ては、熱として気筒壁内に伝達される。しかしながら、圧縮の間に圧力が増加するとき、各々の上方へのストロークにおいて、ピストン・リングを通過する漏れによって少量の空気が失われる。停止モードでの長期の作動により、エンジンの循環運動の間、気筒内の圧力が大気圧を中心に振動するような、均衡レベルとなる。気筒内の空気が低減されると、圧縮の間に生成される熱は大幅に低減する。 When the valve is forced to remain closed, new air does not enter or exit through the valve. This causes the cylinder to operate as an air spring with much of the energy released during expansion and stored in the compressed air during compression. All of the energy lost during this cycle is transferred as heat into the cylinder wall. However, as the pressure increases during compression, on each upward stroke, a small amount of air is lost due to leakage through the piston ring. Long-term operation in the stop mode results in an equilibrium level such that the pressure in the cylinder oscillates around atmospheric pressure during the engine's circulating motion. As the air in the cylinder is reduced, the heat generated during compression is greatly reduced.
いったん燃焼が止められると、気筒を暖める必要はないので、気筒内の熱損失は問題にはならない。しかし再始動時はそうではない。再始動は、トルクを増大する必要があるときに要求されるのが大抵である。要求ペダル14以外の要素も関連し得るが、再始動の必要性は、ドライバーの要求ペダル14への入力によって判定されるのが通常である。トルク要求のレベルは、状況に依存して異なり得る。例えば、高速道路を走行しているときに、気筒停止が生じることが期待され得る。高速道路上の僅かな傾斜ではトルク増大が必要であるが、別の車両を速やかに且つ安全に追い越したいときは、より大きなトルク増大が必要となる。
Once combustion is stopped, there is no need to warm the cylinder, so heat loss in the cylinder is not a problem. But not at restart. Restart is often required when the torque needs to be increased. Elements other than the
要求される出力の違いは、トルク要求に起因して再始動される気筒の数によって、或る程度まで対応され得る。例えば、12気筒エンジンが定常走行中に4気筒モードで運転され、ドライバーがアクセル・ペダルを押し込んだとき、6気筒、8気筒、10気筒或いは完全12気筒モードに変えられ得る。 The required output difference can be accommodated to some extent by the number of cylinders restarted due to torque demand. For example, when a 12-cylinder engine is operated in a 4-cylinder mode during steady running and the driver pushes the accelerator pedal, it can be changed to a 6-cylinder, 8-cylinder, 10-cylinder, or full 12-cylinder mode.
再始動される気筒の温度が過度に低下したときには、気筒の再始動に起因する問題が起こる。低温度の気筒に燃料を噴射することは、騒音、スモーク、二酸化炭素及び炭化水素排出物に関して不都合である。再始動される低温度の気筒の数が増えるほど、これらの影響が大きく現れる。 When the temperature of the cylinder to be restarted is excessively lowered, a problem resulting from the restart of the cylinder occurs. Injecting fuel into a low temperature cylinder is disadvantageous with respect to noise, smoke, carbon dioxide and hydrocarbon emissions. These effects become more significant as the number of low temperature cylinders restarted increases.
どの気筒の停止運転と作動運転との間の移行も、可能な限り継ぎ目無く行うのが理想的である。本発明の好ましい実施形態が、気筒の再始動に先立って、停止気筒内に可能な限り多くの熱を発生させるべくエンジンを制御するよう作動する。そのような制御は、停止されていた気筒が、停止されていなかった気筒と区別がつかなくなるまで継続する。 Ideally, the transition between the stop operation and the operation operation of any cylinder should be as seamless as possible. A preferred embodiment of the present invention operates to control the engine to generate as much heat as possible in the stopped cylinder prior to cylinder restart. Such control continues until the cylinder that has been stopped becomes indistinguishable from the cylinder that has not been stopped.
アクセル・ペダル14からの入力は、ペダル位置及び、ペダル位置変化速度の両方によって決定され得る。トルクの増加要求が示されると、ECU12は弁駆動制御器18に制御信号を送って、吸気弁に通常作動を再開させ、空気が気筒内に入ることを可能とする。なお、この制御は停止していた気筒の全てに対して行ってもよいが、トルク要求や気筒温度に応じて、一部の停止気筒に対して行ってもよい(例えば、トルク要求が大きくなるほど、吸気のみを行う期間を有する気筒の数を小さくする。或いは、後述のように、気筒温度が高いほど、吸気のみを行う期間を有する気筒の数を小さくする。または、その両方を行う)。弁停止機構は、本技術分野の当業者にとって良く知られているので、ここで詳細を説明する必要は無い。具体的には、停止は、機械的に、電気的に、油圧的に、或いは、電気油圧的に達成され得る。
Input from the
4ストローク毎に気筒を吸気ポートに対して開放することによって、気筒内の空気の体積は、圧縮行程の間に空気から周囲へ有用な熱が移動できる程度に維持され得る。高い圧縮は、空気の一部を強制的にピストン・リングを通過させる。排気弁を開かないことにより吸気弁が再び吸気ポートを開くまでに2回の圧縮行程が行われるため、空気のピストン・リングの通過は、4ストロークの間に2回生じるだろう。 By opening the cylinder to the intake port every four strokes, the volume of air in the cylinder can be maintained to the extent that useful heat can be transferred from the air to the surroundings during the compression stroke. High compression forces some of the air through the piston ring. The passage of the air through the piston ring will occur twice in four strokes, since the exhaust valve does not open and the intake valve reopens the intake port twice.
エンジンの吸気弁及び排気弁を独立して停止させることが出来る弁停止装置を備えることが複雑過ぎる場合には、全ての弁を一緒に停止させ且つ再始動させることによっても、場合によっては効率が低下するかもしれないが、空気の圧縮によって熱を発生することを可能とするであろう。なお、効率が低くなるのは、排気行程が、ピストン・リングを通過せずに残っている加熱空気を押し出してしまうからである。 If it is too complex to have a valve stop that can stop the intake and exhaust valves of the engine independently, stopping and restarting all the valves together can also be efficient. Although it may decrease, it will be possible to generate heat by compressing air. The reason for the low efficiency is that the exhaust stroke pushes out the remaining heated air without passing through the piston ring.
気筒内温度を更に高めるために、少量の燃料が、それを燃焼させて熱を生成させるべく、適度に導入される場合がある。好ましくは、再始動される気筒が通常の作動温度になり且つ該気筒への噴射燃料量が停止されていなかった他の気筒に供給される燃料量と同じになるまで、再始動される気筒内に噴射される燃料が、エンジンが循環運動を続ける間、徐々に増加される。 In order to further increase the in-cylinder temperature, a small amount of fuel may be moderately introduced to burn it and generate heat. Preferably, in the cylinder to be restarted until the cylinder to be restarted is at a normal operating temperature and the amount of fuel injected into the cylinder is equal to the amount of fuel supplied to other cylinders that have not been stopped. The fuel injected into the engine is gradually increased while the engine continues to circulate.
この方法を実施するため、燃焼ガスの除去を可能とすべく、少量の燃料が導入される気筒については、排気弁が吸気弁と共に再始動されなければならない。この作動モードにおける熱の殆どが、圧縮のみというよりはむしろ燃焼から生じるものであるため、燃料なしで吸気弁のみの作動による先の方法と比較した場合に、効率の損失はさほど大きくない。 In order to implement this method, the exhaust valve must be restarted with the intake valve for the cylinder into which a small amount of fuel is introduced in order to be able to remove the combustion gases. Since most of the heat in this mode of operation comes from combustion rather than compression alone, the efficiency loss is not as great when compared to previous methods with only the intake valve operating without fuel.
停止気筒内の温度センサーが、停止気筒への燃料供給レベルを増加させるエンジンの周期を決定し得る。同様に、上述したように、燃料供給の増加速度が、アクセル・ペダル14によるトルク要求に依存し得る。その変化速度は、燃料供給が階段状に変化するほど高くなりすぎないことが重要である。そのような階段状変化は、騒音、スモーク及び排出物等の始動時の問題を解決せず、それらはドライバーに感知可能となるであろう。従って、燃料の再導入は可能な限り漸進的であることが望ましいが、これは、ドライバーに応答性が悪いと感じさせてしまうという不利な面もある。
A temperature sensor in the stop cylinder may determine the period of the engine that increases the fuel supply level to the stop cylinder. Similarly, as described above, the rate of fuel supply increase may depend on the torque demand by the
この問題を解消するには、トルク要求を迅速に満足させるべくより多くのトルクを供給するために、(再始動させる気筒ではなく、)作動気筒に対する燃料供給を増加することが望ましい。 To solve this problem, it is desirable to increase the fuel supply to the working cylinder (rather than the cylinder to be restarted) in order to supply more torque to quickly satisfy the torque demand.
図2は、エンジンが一部の気筒を停止させて作動している際に要求ペダルが押し下げられたときの、イベントのシーケンスを示す。図2において、トルク要求は一点鎖線によって表わされる。トルク要求の階段状の増加の後、直ちに、作動気筒への燃料供給量が点線で示すように増加する。これは、破線で示すように、その後のトルク出力の増加をもたらす。 FIG. 2 shows the sequence of events when the request pedal is depressed while the engine is operating with some cylinders stopped. In FIG. 2, the torque demand is represented by a dashed line. Immediately after the step increase in torque demand, the fuel supply amount to the working cylinder increases as shown by the dotted line. This results in a subsequent increase in torque output, as indicated by the dashed line.
図の領域1が、停止気筒において、燃料供給が行われずに吸気弁が通常通り作動される(排気弁はハード的に又は制御的に機能しても機能しなくてもよい)期間を規定する。領域2においては、実線で示すように、停止気筒への燃料の再導入が行われる。余分の燃料は、トルク出力を更に増加させる。停止されていた気筒内に噴射される燃料の量が増加し続けるにつれて、停止されていた気筒は実質的な仕事を生じ始め、トルク出力に貢献し始める。その時点で、作動気筒への燃料供給(点線)は最大値に到達し、それから低下し始める。最終的に、全ての気筒への燃料供給レベルが、アクセル・ペダル位置によって指示されたトルク出力を生成するのに必要なレベルに一致する。
重大なのは、トルク出力は直ぐに反応し、ドライバーからのトルク要求に一致し続けるにもかかわらず、停止気筒内の燃料供給速度が零から全気筒に亘って一定のレベルの最終値まで増加するときに燃料供給の急な階段状変化がない点である。停止気筒が暖まるときに階段状の変化が無いことによって、車の排気管から過剰なスモークを排出することを防止できると共に、ドライバーに急な騒音の変化を感じさせることを防止でき、それどころか、エンジン状態の変化を知覚出来ないようゆっくりと進行させることができ、そして重大なことは、排出物をエンジン下流の排気装置内の後処理装置によって管理可能なレベルに留めることができる。 Significantly, when the torque output reacts immediately and continues to meet the torque demand from the driver, the fuel supply speed in the stopped cylinder increases from zero to a constant level across all cylinders. There is no sudden step change in fuel supply. The absence of a step change when the stop cylinder warms can prevent exhausting excessive smoke from the exhaust pipe of the car and prevent the driver from feeling a sudden change in noise. The change in state can be made slowly so that it cannot be perceived, and importantly, the emissions can be kept at a level manageable by the aftertreatment device in the exhaust system downstream of the engine.
騒音の変化は、現在対処しようとしている問題の一つである。メイン噴射に先行する少量のパイロット噴射が、燃料経済性に関して低コストで、圧縮着火エンジンの音に対して大きな効果を持つことが研究によって示されている。この点を念頭において、気筒の再始動時の最初の燃料の導入のとき、燃料のメイン噴射に先行して少量のパイロット噴射を供給することが望ましい。エンジンの騒音がパイロット噴射の量及びタイミングによって決定されるので、停止気筒へ供給される燃料量が増加するときには、パイロット噴射のタイミングと量を一定にし、一方で、メイン噴射の量の増加させることで、停止されていた気筒は、感知できるレベルの騒音変化を伴うことなく、作動気筒の燃料供給に近づくことができる。 Noise changes are one of the problems we are currently trying to deal with. Studies have shown that a small amount of pilot injection preceding the main injection has a significant effect on the compression ignition engine sound at a low cost in terms of fuel economy. With this in mind, it is desirable to supply a small amount of pilot injection prior to the main fuel injection when the first fuel is introduced at cylinder restart. Since engine noise is determined by the amount and timing of pilot injection, when the amount of fuel supplied to the stop cylinder increases, the timing and amount of pilot injection should be kept constant while the amount of main injection is increased. Thus, the cylinders that have been stopped can approach the fuel supply of the working cylinders with no appreciable noise change.
また、パイロット噴射の量及びタイミングは、クランク角、燃焼室温度、ペダル要求、或いは、NVH(noise, vibration and harshness)センサーからの入力データの関数として、修正され得る。 Also, the amount and timing of pilot injection can be modified as a function of crank angle, combustion chamber temperature, pedal demand, or input data from an NVH (noise, vibration and harshness) sensor.
これは、停止気筒への燃料の再導入の前後に、他の気筒へのパイロット噴射のタイミング及び/又は量を徐々に変えていくことによって更に改良され得る。これは、停止気筒を始動することによって生じる如何なる検出可能な変化も隠すために、ECUがエンジン全体の音を徐々に変えることを可能とするであろう。 This can be further improved by gradually changing the timing and / or amount of pilot injection to the other cylinders before and after the reintroduction of fuel to the stopped cylinder. This would allow the ECU to gradually change the overall engine sound to hide any detectable changes caused by starting the stopped cylinder.
エンジンの作動全体に亘って排出物を低く抑えることを確かなものとすることが目的であるが、作動温度を上げる必要がある気筒内で意図的に過度にリッチな空燃比での運転を行う可能性もある。そのような運転は、短期的には余分な不所望の排出物を生成するが、条件によっては温度回復の速度を増加して、停止気筒の再始動の間に該停止気筒から放出される排出物の総量の削減をもたらし得る。 The objective is to ensure that emissions are kept low throughout the engine operation, but intentionally operating at an excessively rich air / fuel ratio in a cylinder where the operating temperature needs to be raised There is a possibility. Such operation produces extra unwanted emissions in the short term, but in some conditions increases the rate of temperature recovery, and the emissions released from the stopped cylinder during restart of the stopped cylinder This can lead to a reduction in the total amount of things.
10 エンジン
12 ECU
14 要求ペダル
16 燃料供給装置
18 弁駆動制御器
20 排気装置
10 engine
12 ECU
14 Request pedal
16 Fuel supply system
18 Valve drive controller
20 Exhaust system
Claims (14)
少なくとも一つの気筒をその吸気弁及び排気弁を閉じることによって停止させる第一モードと、停止されていた停止気筒を始動させる第二モードとの間を切り替える方法であって、
上記第一モードから上記第二モードへのモード切り替え時に、上記停止気筒を再始動させるための燃料の再導入に先立って、少なくとも一つの上記停止気筒において、該停止気筒の温度を上昇させるべく、該停止気筒への吸気を可能とするよう上記吸気弁を作動させる制御方法。 In an engine control method having a plurality of cylinders,
A method of switching between a first mode in which at least one cylinder is stopped by closing its intake valve and exhaust valve and a second mode in which the stopped cylinder that has been stopped is started,
At the time of mode switching from the first mode to the second mode, in order to increase the temperature of the stopped cylinder in at least one of the stopped cylinders before reintroducing the fuel for restarting the stopped cylinder, A control method for operating the intake valve so as to enable intake to the stop cylinder.
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