JP2008190391A - ディーゼルエンジンの始動改善システム及び始動改善方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時間の短縮及び始動時の白煙の低減を実現させる自動車用ディーゼルエンジンの始動改善システム及び始動改善方法の提供。
【解決手段】自動車用ディーゼルエンジン（１）の排気系（６）から分岐して吸気系（８）に合流する排気還流ライン（１２）と、その排気還流ライン（１２）に介装された排気還流バルブ（１４）と、可変ノズルベーン式ターボチャージャー（５）と、制御装置（５０）とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変ノズルベーン式ターボチャージャー及び排気還流システムを有する自動車用ディーゼルエンジンの始動改善システム及び始動改善方法に関する。

ディーゼルエンジンは、エンジンが冷えた状態で始動させると、始動するまでに時間がかかる。そのため、始動時間の短縮が望まれている。
また、ディーゼルエンジンが冷えた状態で始動しようとする場合には、燃料噴射装置からシリンダ内に噴射された燃料噴霧は、自発火しない部分、すなわち、未燃焼部分（未燃焼燃料）があり、この未燃焼燃料が排気管から白煙として排出される。この未燃焼燃料である白煙は、許容排出量が法的に規制されている。

エンジン始動補助装置として、ユーザーの利便性の向上や、車両部品点数の低減などを実現すると共に、ユーザーにＰＩＮコードの入力を要求せずに読み取った免許情報を利用して、乗車中に発生した緊急事態への対応を行える技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
しかし、この従来技術（特許文献１）は、ディーゼルエンジンの始動時間の短縮と、白煙の発生防止を図るものではない。

その他の従来技術として、エンジン始動時に発生する炭化水素（白煙）の量を低減することを意図したエンジン始動補助システムも開示されている（例えば特許文献２参照）。
しかし、この従来技術（特許文献２）は、冷間始動時に燃焼式ヒーターによって吸気を加熱し、燃料噴射タイミングを調整するものであり、特に、始動性改善のファクターを多く有する可変ノズルベーン式ターボチャージャー（ＶＮＴ）及び排気還流システム（ＥＧＲ）を有する自動車用ディーゼルエンジンについては、適用することが困難である。
特開２００５−３０６０７３号公報 特開２００１−１２３８６６号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、可変ノズルベーン式ターボチャージャー及び排気還流システムを有する自動車用ディーゼルエンジンに適用可能であって、エンジン始動時間の短縮及び始動時の白煙の低減を実現させる自動車用ディーゼルエンジンの始動改善システム及び始動改善方法の提供を目的としている。

本発明の自動車用ディーゼルエンジンの始動改善システムは、自動車用ディーゼルエンジン（１）の排気系（６）から分岐して吸気系（８）に合流する排気還流ライン（１２）と、その排気還流ライン（１２）に介装された排気還流バルブ（１４）と、可変ノズルベーン式ターボチャージャー（５）と、制御装置（５０）とを有し、その制御装置（５０）は、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高い場合と、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高い場合に、排気還流バルブ（１４）を開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャー（５）の開度を全閉状態として、排気還流ライン（１２）を流れる排気還流量を増加させる制御を行う様に構成されている（請求項１）。

本発明の自動車用ディーゼルエンジンの始動改善システムは、エンジン回転数を計測するエンジン回転数計測装置（２０）と、エンジン冷却水温度を計測するエンジン冷却水温度計測装置（２２）と、アクセル開度を計測するアクセル開度計測装置（２４）とを備え、前記制御装置（５０）は、エンジン回転数と、エンジン冷却水温度と、アクセル開度とがしきい値以下である場合に、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高く、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高いと判定して、排気還流バルブ（１４）を開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャー（５）の開度を全閉状態として、排気還流ライン（１２）を流れる排気還流量を増加する制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項２）。

また本発明の自動車用ディーゼルエンジンの始動改善システムは、インタークーラー（９）で冷却された過吸気をマニフォルドに供給するためのライン（８）と、そのライン（８）に介装されたインテークスロットル（１０）とを備え、前記制御装置（５０）は、排気還流バルブ（１４）を開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャー（５）の開度を全閉状態として、排気還流ライン（１２）を流れる排気還流量を増加する場合に、インテークスロットル（１０）を絞る制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項３）。

本発明の自動車用ディーゼルエンジンの始動改善方法は、自動車用ディーゼルエンジンの始動に長時間を有する可能性が高いか否かを判定する工程（Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７）と、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高いか否かを判定する工程（Ｓ５）と、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高い場合及び／又はディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高い場合に、排気還流バルブ（１４）を開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャー（５）の開度を全閉状態として、排気還流ライン（１２）を流れる排気還流量を増加する工程（Ｓ８）、とを有する（請求項４）。

本発明の自動車用ディーゼルエンジンの始動改善方法は、エンジン回転数計測装置（２０）によりエンジン回転数を計測する工程（Ｓ２）と、エンジン冷却水温度計測装置（２２）によりエンジン冷却水温度を計測する工程（Ｓ４）と、アクセルペダル開度計測装置（２４）によりアクセル開度を計測する工程（Ｓ６）とを有し、前記ディーゼルエンジンの始動に長時間を有する可能性が高いか否かを判定する工程（Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７）と、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高いか否かを判定する工程（Ｓ５）では、エンジン回転数と、エンジン冷却水温度と、アクセル開度とがしきい値以下である場合に、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高く、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高いと判定するのが好ましい（請求項５）。

また、本発明の自動車用ディーゼルエンジンの始動改善方法は、排気還流バルブ（１４）を開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャー（５）の開度を全閉状態として、排気還流ライン（１２）を流れる排気還流量を増加する工程（Ｓ８）で、インタークーラー（９）で冷却された過吸気をマニフォルド（４）に供給するためのライン（８）に介装されたインテークスロットル（１０）を絞るのが好ましい（請求項６）。

上述した構成を具備する本発明によれば、ディーゼルエンジン始動に長時間を要し、白煙が排出される可能性が高い場合には、排気還流バルブ（１４）を開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャー（５）の開度を全閉状態として、排気還流ライン（１２）を流れる排気還流量（ＥＧＲ量）を増加している。そして、排気還流量（ＥＧＲ量）を増加することにより、高温の排気がエンジンに供給されるので、エンジン始動時間を短縮することが出来る。また、還流された排気中の未燃燃料を燃焼することができるので、排気中の未燃燃料を減少して、白煙を低減することが出来る。

本発明において、吸気系（８）にインタークーラー（９）及びインテークスロットル（１０）を備えている場合には（請求項３、請求項６）、排気還流ライン（１２）を流れる排気還流量を増加させることに加えて、インテークスロットル（１０）を閉じる制御を行うので、インタークーラー（９）を経由して冷えた吸気がディーゼルエンジンの燃焼室に流入する量が非常に少なくなる。そのため、エンジン始動時間の短縮と、白煙の低減が実現できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、システム全体の構成を示している。
図１において、自動車用ディーゼルエンジン１は、シリンダブロック２に排気マニフォルド３と吸気マニフォルド４とが接続されており、排気系には可変ノズルベーン式ターボチャージャー５を備えている。

可変ノズルベーン式ターボチャージャー（ターボチャージャー）５は、排気タービン５ｔと、排気タービン５ｔによって回転駆動させられるコンプレッサ５ｃと、可変ノズルベーンの開度を調整駆動するアクチュエータ５ａとから構成されている。排気タービン５ｔは、ノズルベーンの向きを無段階に変化させることにより、タービンを通過する排気ガス量を調節することが出来る。

排気タービン５ｔの入口は、第１の排気管６によって排気マニフォルド３と接続されている。そして、排気タービン５ｔの出口は、第２の排気管７に接続されている。

コンプレッサ５ｃの入口はエアインレット８ｉに連通しており、コンプレッサ５ｃの出口は吸気ダクト８の一方の端部８１に接続されている。

吸気ダクト８の他方の端部８２は、吸気マニフォルド４に接続されている。
吸気ダクト８にはインタークーラー９が介装されており、ターボチャージャー５のコンプレッサ５ｃから圧送される吸気を冷却するように構成されている。

吸気ダクト８において、インタークーラー９と端部８２（吸気ダクト８の吸気マニフォルド４側端部）との間の領域には、インテークスロットル１０が介装されている。
さらに、吸気ダクト８において、インテークスロットル１０と端部８２（吸気ダクト８の吸気マニフォルド４側端部）との間の領域には、エアヒータ１１が介装されている。始動時等の冷間時には、エアヒータ１１に通電することにより、吸気を加熱して、始動性を向上することが可能である。

このディーゼルエンジン１には、排気ガス中がＮＯｘを低減させる目的で、排気還流ライン１２が装備されている。
排気還流ライン１２の一方の端部１２ｉ（排気管６側端部）は、第１の排気管６に接続している。そして、排気還流ライン１２の他方の端部１２ｏ（吸気ダクト８側端部）は、吸気ダクト８に連通しており、より詳細にはインテークスロットル１０とエアヒータ１１との間の領域に連通している。
排気還流ライン１２には、端部１２ｉ（排気管６側端部）に近い側の領域にＥＧＲクーラー１３が介装されており、端部１２ｏ（吸気ダクト８側端部）に近い側の領域にＥＧＲバルブ１４が介装されている。

図示の実施形態に係る自動車用ディーゼルエンジン始動改善システムは、制御手段であるコントロールユニット５０と、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ２０と、冷却水温度を検出する冷却水温度センサ２２と、アクセル開度センサ２４とを装備している。そして、スタータスイッチ３０が設けられている。

エンジン回転センサ２０、冷却水温度センサ２２、アクセル開度センサ２４及びスタータスイッチ３０は、入力信号ラインＬｉによって、コントロールユニット５０と接続されている。
コントロールユニット５０は、制御信号ラインＬｏを介して、ノズルベーン開度調整用アクチュエータ５ａと、アクチュエータ１０ａと、ＥＧＲバルブ１４と接続されている。
ここで、ノズルベーン開度調整用アクチュエータ５ａは、ターボチャージャー５の可変ノズルベーンの開度を調節している。アクチュエータ１０ａは、インテークスロットル１０の開度を調節している。

コントロールユニット５０は、エンジン回転数と、エンジン冷却水温度と、アクセルペダル開度とがしきい値以下である場合に、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高く、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高いと判定して、ＥＧＲバルブ１４を開放し、ターボチャージャー５のノズルベーンの開度を全閉状態として、排気還流ライン１２を流れる排気還流量を増加する制御を行う様に構成されている。

さらに、コントロールユニット５０は、ＥＧＲバルブ１４を開放し、ターボチャージャー５のノズルベーンの開度を全閉状態として、排気還流ライン１２を流れる排気還流量を増加させる場合に、インテークスロットル１０を絞る制御を行う様に構成されている。

図示の実施形態に係る自動車用ディーゼルエンジンの始動改善における制御について、主として図２のフローチャートを参照して説明する。
図２において、先ず、スタータスイッチ３０を作動する（ステップＳ１）。そして、エンジン回転センサ２０によってエンジン回転数を検出する（ステップＳ２）。

次のステップＳ３では、コントロールユニット５０は、エンジン回転数が所定値（しきい値）以下であるか否かを判断する。
エンジン回転数が所定値以下であれば（ステップＳ３がＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。一方、エンジン回転数が所定値を超えていれば（ステップＳ３がＮＯ）、ステップＳ９まで進み、始動補助制御ではなく、通常制御を行う。

ステップＳ４では、冷却水温度センサ２２によって冷却水温度を検出する。コントロールユニット５０は、冷却水の温度が所定値（しきい値）以下であるか否かを判断する（ステップＳ５）。
冷却水の温度が所定値以下であれば（ステップＳ５がＹＥＳ）、ステップＳ６に進む。一方、冷却水の温度が所定値よりも高温であれば（ステップＳ５がＮＯ）、ステップＳ９まで進み、始動補助制御ではなく、通常制御を行う。

ステップＳ６では、アクセル開度センサ２４によってアクセル開度を検出する。コントロールユニット５０はアクセル開度が所定値（しきい値）以下か否かを判断する（ステップＳ７）。
アクセル開度が所定値以下であれば（ステップＳ７がＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。アクセル開度が所定値を超えていれば（ステップＳ７がＮＯ）、ステップＳ９まで進み、始動補助制御ではなく、通常制御を行う。

ここで、ステップＳ２、Ｓ３と、ステップＳ４、Ｓ５と、ステップＳ６、Ｓ７とは、図３で示す順番に限定されるものではない。ステップＳ２、Ｓ３、ステップＳ４、Ｓ５、ステップＳ６、Ｓ７の何れが最初であっても、何れが最後であってもよい。あるいは、ステップＳ２、Ｓ３、ステップＳ４、Ｓ５、ステップＳ６、Ｓ７を、並行して、同時に行うことも可能である。
換言すれば、エンジン回転数、冷却水温度及びアクセル開度の何れもが所定値（しきい値）以下である場合に、ステップＳ８の始動補助制御を行うのである。

ステップＳ８の始動補助制御においては、コントロールユニット５０が制御信号を発信して、ＥＧＲバルブ１４を開放し、インテークスロットル１０を絞り、ターボチャージャー５のノズルベーンを全開にする。

ターボチャージャー５のノズルベーンを全閉にすることにより、第１の排気管６側の圧力が上昇し、吸気ダクト８側に比較して高圧となる。その状態でＥＧＲバルブ１４を開放するので、ＥＧＲ量が増大する。ここで、インテークスロットル１０を絞ることにより、インタークーラー９を流れる吸気が絞られる。
その結果、吸気マニフォルド４、すなわちディーゼルエンジンの燃焼室に流入する吸気の多くが、温度の高いＥＧＲガスとなる。したがって、始動性は大幅に改善され、白煙（未燃ガス）の発生も抑制されるのである。

ステップＳ８の始動補助制御の後、ステップＳ２に戻り、上述した処理を繰り返す。
そして、エンジン回転数、冷却水温度、アクセル開度の何れか１つが所定値（しきい値）を上回った場合には、ステップＳ９に進み、始動補助制御を終了して、通常の制御を行う。

図示の実施形態によれば、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高く、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高い場合には、排気還流ライン１２を流れる排気還流量を増加して、エンジン始動時間の短縮および排出白煙の低減を可能とする。

吸気系８にインタークーラー９及びインテークスロットル１０を備えているのであれば、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高く、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高い場合には、排気還流ライン１２を流れる排気還流量を増加させることに加えて、インテークスロットル１０を絞り、インタークーラー９により冷却された吸気がディーゼルエンジンの燃焼室へ流入する量を減少する。これにより、排気還流が増加したことによる作用効果が、インタークーラー９により冷却された吸気によって相殺されてしまうことが防止され、エンジン始動時間の短縮および排出白煙の低減が実現される。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図。 実施形態における制御を説明するフローチャート。

符号の説明

１・・・ディーゼルエンジン
２・・・シリンダブロック
３・・・排気マニフォルド
４・・・吸気マニフォルド
５・・・可変ノズルベーン式ターボチャージャー
６・・・第１の排気管
７・・・第２の排気管
８・・・吸気ダクト
９・・・インタークーラー
１０・・・インテークスロットル
１１・・・エアヒータ
１２・・・排気還流ライン
１３・・・ＥＧＲクーラー
１４・・・ＥＧＲバルブ
２０・・・エンジン回転センサ
２２・・・冷却水温度センサ
２４・・・アクセル開度センサ
３０・・・スタータスイッチ
５０・・・制御手段／コントロールユニット

Claims (6)

1. 自動車用ディーゼルエンジンの排気系から分岐して吸気系に合流する排気還流ラインと、その排気還流ラインに介装された排気還流バルブと、可変ノズルベーン式ターボチャージャーと、制御装置とを有し、その制御装置は、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高い場合と、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高い場合に、排気還流バルブを開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャーの開度を全閉状態として、排気還流ラインを流れる排気還流量を増加する制御を行う様に構成されていることを特徴とする自動車用ディーゼルエンジンの始動改善システム。
2. エンジン回転数を計測するエンジン回転数計測装置と、エンジン冷却水温度を計測するエンジン冷却水温度計測装置と、アクセルペダル開度を計測するアクセルペダル開度計測装置とを備え、前記制御装置は、エンジン回転数と、エンジン冷却水温度と、アクセルペダル開度とがしきい値以下である場合に、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高く、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高いと判定して、排気還流バルブを開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャーの開度を全閉状態として、排気還流ラインを流れる排気還流量を増加する制御を行う様に構成されている請求項１の自動車用ディーゼルエンジンの始動改善システム。
3. インタークーラーで冷却された過吸気を吸気系に合流せしめるラインと、そのラインに介装されたインテークスロットルとを備え、前記制御装置は、排気還流バルブを開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャーの開度を全閉状態として、排気還流ラインを流れる排気還流量を増加する場合に、インテークスロットルを閉鎖する制御を行う様に構成されている請求項１、２の何れかの自動車用ディーゼルエンジンの始動改善システム。
4. 自動車用ディーゼルエンジンの始動に長時間を有する可能性が高いか否かを判定する工程と、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高いか否かを判定する工程と、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高い場合及び／又はディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高い場合に、排気還流バルブを開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャーの開度を全閉状態として、排気還流ラインを流れる排気還流量を増加する工程、とを有することを特徴とする自動車用ディーゼルエンジンの始動改善方法。
5. エンジン回転数計測装置によりエンジン回転数を計測する工程と、エンジン冷却水温度計測装置によりエンジン冷却水温度を計測する工程と、アクセルペダル開度計測装置によりアクセルペダル開度を計測する工程とを有し、前記ディーゼルエンジンの始動に長時間を有する可能性が高いか否かを判定する工程と、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高いか否かを判定する工程では、エンジン回転数と、エンジン冷却水温度と、アクセルペダル開度とがしきい値以下である場合に、ディーゼルエンジン始動に長時間を有する可能性が高く、ディーゼルエンジン始動直後に白煙が排出される可能性が高いと判定する請求項４の自動車用ディーゼルエンジンの始動改善方法。
6. 排気還流バルブを開放し、可変ノズルベーン式ターボチャージャーの開度を全閉状態として、排気還流ラインを流れる排気還流量を増加する工程で、インタークーラーで冷却された過吸気を吸気系に合流せしめるラインに介装されたインテークスロットルを閉鎖する請求項４、５の何れかの自動車用ディーゼルエンジンの始動改善方法。

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