JP2008057503A

JP2008057503A - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2008057503A
Application number: JP2006238229A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Suzuki; 宏之鈴木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: JP4788531B2

Abstract

【課題】各種エンジン制御用の一般的な装置を利用したコンパクトな構成で、エンジン始動時のトルクショックや振動を防止する。
【解決手段】エンジン２始動要求時は、始動前に、エアポンプ３０を駆動することにより、閉状態のスロットルバルブ１０下流の吸気通路４内の空気を、三方弁２８によって連通した第２通路２２および第３通路２４を介して排気通路１４に排出して、スロットルバルブ１０下流の吸気通路４を負圧とした状態でエンジン２を始動し、エンジン２始動後、触媒１８活性用の２次空気供給要求時は、エアポンプ３０を駆動することにより、大気を２次空気として三方弁２８によって連通した第１通路２０及び第３通路２４を介して排気通路１４へ供給し、触媒１８活性状態で、排気還流要求時は、排気通路１４から三方弁２８によって連通した第２通路２２及び第３通路２４を介して排気の一部を吸気通路４へ還流させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータとエンジンを原動機とするハイブリッド車両、あるいは、アイドルストップ車両などで、エンジンを始動する際に発生するトルクショックまたは振動を軽減する制御を含む各種エンジン制御を、コンパクトな装置で行えるように改良した技術に関する。

ハイブリッド車両では、モータのみの駆動力による走行中に、エンジン駆動モードに切り換わると、運転者の意思とは無関係にエンジンが始動し、アイドルストップ車両では、信号待ちなどでエンジンを停止した後、再発進時に、スタータモータでエンジンを再始動する。
ここで、始動（クランキング）時は極低回転のため、スロットルバルブが閉じていても吸気負圧が発達せず、大気圧に近い状態の空気がシリンダへ吸入されるため、吸入空気量が大きくなって発生トルクが大きく、乗員に不快なトルクショックまたは振動を与えてしまうことがある。

このようなトルクショックまたは振動を防止するため、特許文献１に記載された装置では、アイドルストップ車両において、エンジンの始動直前に吸気マニホールドの空気を負圧タンクによって吸引し、吸気マニホールドを負圧（大気圧より小さい圧力）に設定した状態でエンジンを始動することで、シリンダへ流入する空気量を小さくして発生トルクを小さくしている。
特開２００３−１７２２３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、負圧タンクによってスロットルバルブより下流の吸気通路から吸引される空気量は、負圧タンクの容積にほぼ比例するため、トルクショックまたは振動を防止するのに十分な負圧を得ようとすると負圧タンクが大型化してエンジンルームのスペースが損なわれるという問題点があった。
本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、車両搭載エンジンで各種エンジン制御を行うための一般的な装置を利用したコンパクトな構成で、エンジン始動時のトルクショックまたは振動を軽減できるようにすることを目的とする。

このため本発明は、吸気通路にスロットルバルブを備え、排気通路に排気浄化触媒を備えたエンジンにおいて、一端を大気と連通した第１通路と、一端を前記スロットルバルブ下流の吸気通路と連通した第２通路と、一端を前記排気浄化触媒より上流の前記排気通路と連通し電動式のエアポンプを介装した第３通路と、を、これら各通路の他端同士を合流させて配設すると共に、該合流部に通路切換弁を設けて、前記第１通路と第２通路とを、選択的に、前記第３通路へと連通自由とする一方、エンジン始動要求時は、始動前に、前記通路切換弁によって前記第２通路と第３通路とを連通させ、前記エアポンプを駆動することにより、閉状態のスロットルバルブ下流の吸気通路内の空気を前記第２通路および第３通路を介して排気通路に排出して、前記スロットルバルブ下流の吸気通路を負圧とした状態でエンジンを始動し、エンジン始動後、前記排気浄化触媒活性用の２次空気供給要求時は、前記通路切換弁によって前記第１通路と第３通路とを連通させ、前記エアポンプを駆動することにより、大気を２次空気として前記第１通路及び第３通路を介して排気通路へ供給し、前記排気浄化触媒活性状態で、排気還流要求時は、前記通路切換弁によって前記第２通路と第３通路とを連通させ、排気通路から前記第２通路及び第３通路を介して排気の一部を前記吸気通路へ還流させるように制御する構成とした。

以上の構成によって、エンジン始動要求時は、エンジン始動前に、閉状態のスロットルバルブ下流の吸気通路内の空気が、エアポンプによって第２通路、第３通路を介して排気通路に排出され、前記吸気通路内を十分大きな負圧状態（十分圧力が小さい状態）とした上でエンジンを始動するため、エンジン始動時の発生トルクは小さく抑えられ、トルクショックまたは振動を防止できる。

また、始動後の２次空気供給要求時、排気還流（ＥＧＲ）要求時は、上記のように各通路の切換、エアポンプの制御を行うことにより、これら制御を支障なく行うことができる。
そして、上記エアポンプと第１通路及び第３通路は、基本的な２次空気システムとして備えられるものであり、排気通路とスロットルバルブ下流の吸気通路とを結んで構成されるＥＧＲ通路を、第２通路と第３通路とで構成することができるから、これら２次空気システム、ＥＧＲ装置を備えた一般的なエンジン制御装置の構成に、通路切換弁を追加して切換制御するだけでよく、特許文献１のように大きな負圧タンクも不要なコンパクトな構成で済み、エンジンルームのスペースを損なうこともない。

以下に、本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態について説明する。
本発明の構成は、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両などに搭載されるものであるが、以下の実施形態では、ハイブリッド車両の形態として説明する。
図１は、本発明の基本的な形態である第１実施形態のシステム構成を示す。
図１において、エンジン２へ吸気通路４を介して取り込まれる吸気は、順に、吸気中から異物を除去するエアクリーナ６、エンジン２の空燃比制御のために吸気流量を検出するエアフローメータ８、吸気通路４の吸気流量を調節する電子制御式のスロットルバルブ１０を経て、エンジン２のシリンダ２ａへと導かれる。

そして、シリンダ２ａから排気通路１４へ排出された排気は、該排気通路１４に介装された三元触媒等の排気浄化触媒１８によって浄化された後、大気へ放出される。
また、吸気通路４の、エアクリーナ６より下流でエアフローメータ８より上流の部分に一端を連通した第１通路２０と、前記スロットルバルブ１０下流部分に一端が連通した第２通路２２と、排気通路１４の、前記触媒１８より上流部分（マニホールド部）と一端が連通した第３通路２４と、が、これら各通路の他端同士を合流部２６で合流させて配設されている。なお、本実施形態では、第３通路２４の一端は、排気通路１４の各シリンダに分岐した各ブランチ部にそれぞれ連通するように構成しているが、マニホールド部より下流の合流部分に１箇所で連通するように構成してもよいことは勿論である。

そして、合流部２６には通路切換弁としての電磁駆動式の三方弁２８が設けられ、該三方弁２８によって、第１通路２０と第２通路２２とは、選択的に、第３通路２４へと連通自由に構成されている。また、三方弁２８は、第１通路２０と第２通路２２を同時に閉じる（第３通路２４と遮断する）ことも可能に構成されている。
さらに、第３通路２４には、電動式のエアポンプ３０が設けられている。該エアポンプ３０としては、一般的な２次空気供給システム用のものを用いればよく、本実施形態では、２次空気を供給する正転方向（三方弁２８側から排気通路１４側へ空気を供給する方向）のみ駆動するよう構成されている。

エンジン２には、クラッチ３２を介するなどしてモータ３４が接続され、モータ３４の出力軸には、変速機３６が接続され、変速機３６の出力は車軸（図示せず）へと伝達されて、ハイブリッド車両用のパワートレインが構成されている。
コントロールユニット３８には、前記エアフローメータ８からの吸気流量信号、アクセルペダルの踏み込み量（車両の駆動力要求）を検出するアクセル開度センサ４０からのアクセル開度信号、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ４２からのクランク角信号、車両の速度を検出する車速センサ４４からの車速信号、エンジン２の冷却水温度を検出する水温センサ４６からの冷却水温度信号、触媒１８の温度（活性状態）を検出する触媒温度センサ４８からの触媒温度信号、が夫々入力される。なお、触媒温度センサ４８を省略して、水温センサ４６によって触媒１８の温度検出（活性判定）が行われる構成としてもよい。

また、コントロールユニット３８では、エアポンプ３０への駆動指令、三方弁２８への通路切換指令なども行われる。
次に、上記コントロールユニット３８による本実施形態の制御を、図２のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１では、エンジン２が停止状態であるかを判定する。

エンジン２停止状態と判定されると、ステップＳ２へ進み、アクセル開度センサ４０および車速センサ４４等の検出信号に基づき、現在の走行状態に応じてエンジン２の始動要求があるかを判定する。
ステップＳ２でエンジンの始動要求があると判定された場合は、ステップＳ３へ進み、三方弁２８を第２通路２２と第３通路２４とが連通する位置とした状態で、エアポンプ３０を駆動する。なお、エンジン２始動前は、スロットルバルブ１０は閉となっている。

このエアポンプ３０の駆動により、図１の矢印Ａに示すように、相互に連通した第２通路２２と第３通路２４とを介して、吸気通路４（スロットルバルブ１０より下流部分）の空気を排気通路１４へ圧送し、吸気通路４の負圧を発達させる。
ステップＳ４では、スロットルバルブ下流の吸気通路の圧力を検出したり、エアポンプ３０駆動開始からの経過時間を検出したりするなどして、吸気通路４内がトルクショックまたは振動の防止に十分な負圧状態になったかを判定する。

ステップＳ４で、上記十分な負圧状態になったと判定されるとステップＳ５へ進んで、エンジン２を始動（クランキング）する。このエンジン２始動は、専用のスタータモータで行ってもよいが、前記変速機３６をニュートラルとし、クラッチ３２を接続して走行用のモータ３４により行うような構成とすることもできる。
このように、吸気通路４を所定以上の負圧状態としてシリンダ２ａへの吸入空気量を十分に小さくしたうえでエンジン２が始動されるので、エンジン２始動時の発生トルクは小さく抑えられ、トルクショックまたは振動を防止できる。

ステップＳ５でエンジン２始動（クランキング）を行った後、ステップＳ６へ進んで、始動が完了（完爆）したかを判定し、始動完了と判定されるとステップＳ７へ進んで、三方弁２８を制御して第２通路２２を閉じ、エアポンプ３０の駆動を停止して負圧制御を解除する。なお、エアポンプ３０の駆動は、エンジン２始動後の後述する制御で駆動が不要と判断されたときに停止するようにしてもよい。

エンジン２始動完了後は、ステップＳ１の判定がＮＯとなってステップＳ１１へ進み、触媒１８が活性判定用の所定温度に達していないかを判定する。
ステップＳ１１で触媒１８が所定温度未満の未活性状態と判定されたときは、ステップＳ１２へ進んで触媒１８を活性させるため、三方弁２８を第１通路２０と第３通路２４とが連通する位置に切り換えると共にエアポンプ３０を駆動して、図１の矢印Ｂに示すように、相互に連通した第１通路２０と第３通路２４とを介して、排気通路１４へ大気を２次空気として供給し、触媒１８を暖機して活性させる。ここで、第１通路２０の吸気通路４への接続点より下流側にエアフローメータ８を配設しているので、エアフローメータ８には、２次空気供給分は検出せず、シリンダ２ａに流入する空気流量分のみを検出するため、良好な空燃比制御を維持できる。

そして、ステップＳ１１で触媒１８が所定温度以上となって活性状態と判定されるまで、上記ステップＳ１、ステップＳ１１、ステップＳ１２を循環し、エアポンプ３０の駆動による触媒１８の暖機を継続する。
その後、ステップＳ１１で触媒１８が所定温度以上の活性状態と判定されれば、ステップＳ１３へ進み、２次空気供給中のときはステップＳ１３の判定がＹＥＳとなってステップＳ１４に進み、エアポンプ３０の駆動を解除し、２次空気供給を停止すると共に、第１通路２０を閉じる。

このように触媒１８を、未活性状態から活性状態とし、２次空気供給を停止状態としたうえで、ステップＳ１５に進み、エンジン運転状態に基づいて排気還流（ＥＧＲ）条件であるかを判定する。
ステップＳ１５でＥＧＲ条件（ＥＧＲを行う条件を満たした状態）と判定されると、ステップＳ１６に進み、三方弁２８を、第２通路２２が第３通路２４と連通する位置に切り換え、図１の矢印Ｃに示すように、第２通路２２及び第３通路２４を介して、排気通路１４から吸気通路４（スロットルバルブ１０より下流部分）へ排気の一部を還流させることでＥＧＲを行う。このＥＧＲにより、エンジン２の燃焼温度が低下することで窒素酸化物の排出量を抑制できる。なお、第２通路２２に開閉機能と共に連続的に開度を可変なＥＧＲ制御弁を設ければ、ＥＧＲ量を高精度に制御できるが、三方弁２８に、第２通路２２の開度を連続的に調節できるようにしてＥＧＲ制御弁の機能を持たせれば、別途ＥＧＲ制御弁を設けることなく、最小限の構成で高精度なＥＧＲ量制御を行える。

ステップＳ１５でＥＧＲ条件でないと判定されたときは、この状態（第１通路２０，第２通路２２共に閉でエアポンプ３０が駆動停止）で、このルーチンを終了しＥＧＲを行うことなく運転する。
また、エンジン２始動時の触媒１８がすでに活性状態であり、２次空気供給が不要な場合（エンジン停止後、短時間で再始動されたような場合など）は、ステップＳ１２を経ずにステップＳ１３に進み、ステップＳ１３の判定がＮＯとなって、２次空気供給制御を行うことなく、ステップＳ１５へ進み、ＥＧＲ条件判定に基づきステップＳ１６へ進んでＥＧＲ制御を行う。

以上示したように、本実施形態によれば、従来（特許文献１）のような大きな負圧タンクを用いることなく、エアポンプ３０によって吸気通路４内の空気を吸引排出することで、エンジン２始動時の発生トルクを十分小さくすることができ、トルクショックや振動を抑制できる。
また、エアポンプ３０と第１通路２０及び第３通路２４によって、基本的な２次空気供給システムが構成され、第２通路２２と第３通路２４によってＥＧＲ通路が構成されるから、これら２次空気供給システムおよびＥＧＲ装置を備えた一般的なエンジン制御装置の構成をそのまま利用し、三方弁２８を設けて切換制御するだけでよい。

さらに、上述のように、三方弁２８にＥＧＲ制御弁の機能も持たせれば、部品点数を全く増加しないで済み、また、第３通路２４は、２次空気供給通路とＥＧＲ通路の下流部分を共用しているので、２次空気供給とＥＧＲとを行う従来のシステム以上にコンパクト化を促進しながら、新たに、トルクショック、振動防止機能が得られるものである。
次に、図３には、本発明に係るエンジンの制御装置の第２実施形態を示す。

第１実施形態では、ＥＧＲを排気圧と吸気圧との差圧によって行ったが、ＥＧＲ通路の途中にエアポンプ３０が介在して抵抗となり、十分なＥＧＲ量を得難い場合があり、特に、ハイブリッド車両では使用頻度の高い中・高負荷領域で上記差圧が小さくなってＥＧＲ量を十分に確保することが難しい。
そこで、第２の実施形態では、逆にエアポンプ３０を積極的に利用してＥＧＲ性能を向上させるものである。このため、本実施形態では、エアポンプ３０を、第１実施形態同様のエンジン２始動前の吸気通路内の吸引および２次空気供給時の駆動方向（正転方向）とは逆向きに駆動可能な構成とし、ＥＧＲ時に、逆向きに駆動してＥＧＲ量を増大できるようにした。

エアポンプ３０を逆転可能とする構成は、エアポンプ３０自体を変更する必要はなく、コントロールユニット３８の内部に通電方向を切り換える回路を設ければよい。
同図（ａ）は、第１実施形態同様に、エアポンプ３０を正転方向に駆動する場合を示し、矢印Ａは、始動前の吸気通路内の吸引時、矢印Ｂは、２次空気供給時の状態を示す。
これに対し、ＥＧＲ時は、同図（ｂ）に示すように、少なくとも所定の条件、例えば、排気圧と吸気圧との差圧が小さい高負荷時や所定以上のＥＧＲ量が要求される条件などで、エアポンプ３０を逆転方向に駆動する。これにより、これらの条件でも所望のＥＧＲ量を満たすことができ、ＥＧＲ制御性能を向上できる。特にハイブリッド車両で使用頻度が高い中，高負荷運転領域の燃費を向上可能となる。

なお、部分負荷運転領域など排気通路１４と吸気通路４との差圧が大きい領域では、前記第１実施形態と同様に、この差圧を利用してＥＧＲを行えばよく、差圧でＥＧＲ量を確保できないときのみエアポンプ３０を逆転駆動する構成とすればよい。
次に、図４には、本発明に係るエンジンの制御装置の第３実施形態を示す。
本実施形態は、第１通路２０の一端（上流側の端）を吸気通路４と接続することなく大気に開放すると共に、第１通路２０の途中にエアクリーナ６とは別体に第２エアクリーナ５０を設けた点で前記第１，２実施形態と相違するが、前記第１，２実施形態のいずれかと同様の作用および効果を得ることができる。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１実施形態の概要図１に係るエンジンの制御装置の制御用フローチャート本発明に係るエンジンの制御装置の第２実施形態の概要本発明に係るエンジンの制御装置の第３実施形態の概要

符号の説明

２エンジン
４吸気通路
６エアクリーナ
８エアフローメータ
１０スロットルバルブ
１４排気通路
１８触媒（排気浄化触媒）
２０第１通路
２２第２通路
２４第３通路
２６合流部
２８三方弁（通路切換弁）
３０エアポンプ
５０第２エアクリーナ

Claims

吸気通路にスロットルバルブを備え、排気通路に排気浄化触媒を備えたエンジンにおいて、
一端を大気と連通した第１通路と、一端を前記スロットルバルブ下流の吸気通路と連通した第２通路と、一端を前記排気浄化触媒より上流の前記排気通路と連通し電動式のエアポンプを介装した第３通路と、を、これら各通路の他端同士を合流させて配設すると共に、該合流部に通路切換弁を設けて、前記第１通路と第２通路とを、選択的に、前記第３通路へと連通自由とする一方、
エンジン始動要求時は、始動前に、前記通路切換弁によって前記第２通路と第３通路とを連通させ、前記エアポンプを駆動することにより、閉状態のスロットルバルブ下流の吸気通路内の空気を前記第２通路および第３通路を介して排気通路に排出して、前記スロットルバルブ下流の吸気通路を負圧とした状態でエンジンを始動し、
エンジン始動後、前記排気浄化触媒活性用の２次空気供給要求時は、前記通路切換弁によって前記第１通路と第３通路とを連通させ、前記エアポンプを駆動することにより、大気を２次空気として前記第１通路及び第３通路を介して排気通路へ供給し、
前記排気浄化触媒活性状態で、排気還流要求時は、前記通路切換弁によって前記第２通路と第３通路とを連通させ、排気通路から前記第２通路及び第３通路を介して排気の一部を前記吸気通路へ還流させる
ように制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
前記第１通路の一端は、前記スロットルバルブおよびエアフローメータより上流の吸気通路と連通していることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記第１通路の一端は、エアクリーナより下流の前記吸気通路と連通していることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
前記排気還流要求時、前記スロットルバルブより下流の吸気通路と前記排気通路との差圧によって排気の還流が行われることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
前記エアポンプがエンジン始動要求時および２次空気供給要求時とは逆方向に駆動可能に構成され、前記排気還流要求時に、エアポンプを逆方向に駆動することにより、排気の一部を圧送して還流することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。