JP2008286163A - アシストエア供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時であってもアシストエアを燃料噴射弁に供給することができるアシストエア供給装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の燃料噴射弁に燃料微粒子化するためのアシストエアを供給するアシストエア供給装置であって、一端が排気通路３６と連通した連通路８１と、連通路８１の他端と連通して排気通路３６中のエアをアシストエアとして蓄圧する蓄圧室８０と、連通路８１を開閉するエア取り込み弁８２と、エア取り込み弁８２の開閉を制御するＥＣＵ１００とを備え、ＥＣＵ１００は、エンジン２００がモータリングされているときに、エア取り込み弁８２を開状態にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関において、燃流噴射弁に燃料微粒化促進用のアシストエアを供給するアシストエア供給装置に関する。

燃費や排気浄化性能を向上させるべく、燃料の微粒化、霧化を促進し、燃焼性を安定させることが行われているが、燃料の微粒化を促進するために、燃料噴射弁にエアを供給するアシストエア供給装置が知られている（特許文献１乃至４参照）。

特開平６−２４９１０６号公報 特開２００４−１５０２８４号公報 特開平５−３３７４２号公報 特開平９−９６２５６号公報

このようなアシストエア供給装置において、吸気管に導入された吸気からアシストエアを取り出す構成の場合、エンジン始動時においては、吸気管内の負圧が小さいため、十分なアシストエアを取り出せない恐れがある。また、加圧用のエアポンプを設けることにより、このような問題は解消できるが、コストが増大する。

また、排気ガスをアシストエアとして取り出す構成の場合、エンジン始動時には十分な排気ガスを取り出すことができず、また、排気ガスには、カーボンやＰＭ等の微小粒子状物質やＮＯｘ、ＳＯｘ等のガス成分を含んでいるため、燃料噴射弁の噴孔にデポジットが付着して詰まる恐れがある。

ところでハイブリッド車両においては、走行中であっても、エンジンによる駆動と、モータによる駆動と、またはエンジンとモータとの双方による駆動とに切り替えられるため、車両走行中であってもエンジンが再始動される。従って、このようなエンジン再始動時であっても、アシストエアを燃料噴射弁に供給できることが望ましい。

したがって本発明の目的は、エンジン始動時であってもアシストエアを燃料噴射弁に供給することができるアシストエア供給装置を提供することである。

上記目的は、内燃機関の燃料噴射弁に燃料微粒子化するためのアシストエアを供給するアシストエア供給装置であって、一端が排気通路と連通した連通路と、前記連通路の他端と連通して前記排気通路中のエアをアシストエアとして蓄圧する蓄圧室と、前記連通路を開閉する開閉弁と、前記開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段とを備え、前記開閉弁制御手段は、該内燃機関がモータリングされているときに、前記開閉弁を開状態にする、ことを特徴とするアシストエア供給装置によって達成できる。
内燃機関がモータリングされているときには、燃料噴射が行われていないため、排気通路中のエアはクリーンな状態であり、このエアをアシストエアとして蓄圧することができる。また、モータリングされているときにアシストエアを蓄圧することができるので、エンジン始動時からアシストエアを利用することができる。

また、上記構成において、吸気通路に配置されたスロットル弁の開度を制御するスロットル弁制御手段とを備え、前記スロットル弁制御手段は、該内燃機関がモータリングされているときに、前記排気通路中にエアを導くべく、前記スロットル弁を開状態にする、構成を採用できる。
スロットル弁を開状態の時には、より多くの吸気が内燃機関へ導入される。従って、クリーンなエアを蓄圧室へ十分に供給することができる。

上記構成において、前記開閉弁制御手段及びスロットル弁制御手段は、該内燃機関始動要求に応じて行われたモータリングがされているときに、それぞれ前記開閉弁及びスロットル弁を開状態にする、構成を採用できる。
これにより、内燃機関の始動直前に蓄圧室へクリーンなエアを供給することができるので、機関始動時に蓄圧室へ蓄圧されたエアをアシストエアとして直ちに利用することができる。従って、蓄圧されたエアの圧力が時間と共に低下する前に利用することができる。

本発明によれば、エンジン始動時であってもアシストエアを燃料噴射弁に供給することができるアシストエア供給装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
図１は、本実施例に係るハイブリッドシステム１のブロック図である。
図１において、ハイブリッドシステム１は、ＥＣＵ１００、エンジン２００、モータＭＧ１、モータＭＧ２、動力分割機構３００、インバータ４００及びバッテリ５００を備え、ハイブリッド車両１２０を制御するシステムである。

ＥＣＵ１００は、ハイブリッドシステム１の動作全体を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述するアシストエアを取り込むための処理を実行することが可能に構成されている。また、ＲＡＭには、アシストエアを取り込むための処理の実行過程において取得された各種データが一時的に格納される構成となっている。

エンジン２００は、ハイブリッド車両１２０の主たる動力源として機能する。尚、エンジン２００の詳細な構成については後述する。

モータＭＧ１は、バッテリ５００を充電するための発電機として、或いはエンジン２００の駆動力をアシストする電動機として機能する。
モータＭＧ２は、エンジン２００の出力をアシストする電動機として、或いはバッテリ５００を充電するための発電機として機能する。

動力分割機構３００は、図示せぬサンギア、プラネタリキャリア、ピニオンギア、及びリングギアを備えた遊星歯車機構である。これら各ギアのうち、内周にあるサンギアの回転軸はモータＭＧ１に連結されており、外周にあるリングギアの回転軸は、モータＭＧ２に連結されている。サンギアとリングギアの中間にあるプラネタリキャリアの回転軸はエンジン２００に連結されており、エンジン２００の回転は、このプラネタリキャリアと更にピニオンギアとによって、サンギア及びリングギアに伝達され、エンジン２００の動力が２系統に分割されるように構成されている。ハイブリッド車両１２０において、リングギアの回転軸は、ハイブリッド車両１２０における伝達機構１２１に連結されており、この伝達機構１２１を介して車輪１２２に駆動力が伝達される。

インバータ４００は、バッテリ５００から取り出した直流電力を交流電力に変換してモータＭＧ１、ＭＧ２に供給すると共に、モータＭＧ１、ＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ５００に供給することが可能に構成されている。

バッテリ５００はモータＭＧ１、ＭＧ２を駆動するための電源として機能する充電可能な蓄電池である。バッテリ５００には、バッテリ５００の残容量を検出するＳＯＣセンサ５１０が設置されており、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

次に、図２を参照して、エンジン２００の詳細な構成を説明する。図２は、エンジン２００の構成図である。

エンジン２００には、吸気ポート１６に燃料を噴射する燃料噴射弁１１と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ１４とがそれぞれ設けられている。

燃焼室１０に接続している吸気ポート１６は吸気弁１８の駆動により開閉される。吸気ポート１６に接続された吸気通路２０の途中にはサージタンク２２が設けられ、サージタンク２２の上流側にはスロットルモータ２４によって開度が調節されるスロットル弁２６が設けられている。ＥＣＵ１００は、スロットルモータ２４へ指示を出すことによって、スロットル弁２６の開度を制御する。

このスロットル弁２６の開度（スロットル開度ＴＡ）により吸気量が調整される。スロットル開度ＴＡはスロットル開度センサ２８により検出され、サージタンク２２内の吸気圧ＰＭは、サージタンク２２に設けられた吸気圧センサ３０により検出されて、ＥＣＵ１００に読み込まれている。また、吸気通路２０にはエアフロメータ２１が配置されて、吸入空気量をＥＣＵ１００に出力する。

燃焼室１０に接続している排気ポート３２は排気弁１９の駆動により開閉される。排気ポート３２に接続された排気通路３６には、排気ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元とを行う三元触媒であるスタートキャタリスト３８が設けられている。また、排気通路３６には、スタートキャタリスト（以下、単に「触媒」という。）３８の下流にＮＯｘ吸蔵還元触媒４０が設けられている。

また、排気通路３６には、触媒３８の上流側に、酸素センサ６４が、触媒３８とＮＯｘ吸蔵還元触媒４０との間に酸素センサ７０が、それぞれ配置されている。酸素センサ６４、７０は、それぞれ排気ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するセンサである。

吸気弁１８及び排気弁１９は、それぞれ吸気弁用カムシャフト及び排気弁用カムシャフト（不図示）によって開閉駆動される。また、これら吸気弁１８及び排気弁１９の開閉時期を可変にすべく、吸気弁用カムシャフト及び排気弁用カムシャフトにはそれぞれ可変バルブタイミング機構（不図示）が設けられる。可変バルブタイミング機構は、クランク軸５４の角度に対する吸気弁用カムシャフト、排気弁用カムシャフトの角度を相対的に進角又は遅角させることができる。また、進角、遅角の制御は、ＥＣＵ１００からの指示によって行われる。

ＥＣＵ１００は、スロットル開度センサ２８及び吸気圧センサ３０以外に、アクセルペダル４４の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ５６からの信号を入力している。更に、ＥＣＵ１００は、クランク軸５４の回転からエンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ５８、酸素センサ６４、７０からそれぞれ信号を入力している。

ＥＣＵ１００は、上述した各種センサからの検出内容に基づいて、ポート噴射量、噴射時期、及びスロットル開度ＴＡを適宜制御する。

ＥＣＵ１００は、触媒３８の酸化・還元能力を高めるために、触媒３８に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように、燃料噴射量を、酸素センサ６４あるいは酸素センサ７０の出力に基づいてフィードバック制御する。

また、エンジン２００には、アシストエア供給装置８００が設けられている。アシストエア供給装置８００は、蓄圧室８０、連通路８１、エア取り込み弁８２、送出通路８３、エア吐出弁８４、レギュレータ８５、戻り通路８６、逆止弁８７、圧力計８８などを備える。

蓄圧室８０は、燃料噴射弁１１に供給するアシストエアを蓄圧する。連通路８１は、一端が排気通路３６と連通し、他端が蓄圧室８０と連通している。エア取り込み弁８２は、連通路８１を開閉するためのものであり、その作動はＥＣＵ１００によって制御される。エア取り込み弁８２が連通路８１を閉じているときには、排気ガスは、排気通路３６を通過し触媒３８側へと流れる。エア取り込み弁８２が連通路８１を開いている状態においては、エア取り込み弁８２は、排気通路３６を閉じ、排気ガスは、連通路８１へ導かれて、蓄圧室８０に蓄圧される。

また、送出通路８３は、蓄圧室８０に蓄圧されたアシストエアを燃料噴射弁１１へ供給するための通路である。送出通路８３には、エア吐出弁８４が配置され、その開閉はＥＣＵ１００によって制御されている。蓄圧室８０内に蓄圧されたアシストエアを燃料噴射弁１１に供給するには、エア吐出弁８４を開状態とすることにより供給される。

また、送出通路８３にはレギュレータ８５が配置されており、レギュレータ８５は、蓄圧室８０から燃料噴射弁１１へと供給されるアシストエアの噴射圧力を一定に保つためのものである。具体的には、６０ＫＰａ程度に設定されている。

また、戻り通路８６は、一端が蓄圧室８０に連通し、他端が排気通路３６に連通している。戻り通路８６の排気通路３６との連通部分は、連通路８１と排気通路３６との連通部分よりも下流側に形成されている。また、戻り通路８６には、蓄圧室８０内に蓄圧されたアシストエアの流出は許容するが、戻り通路８６を介しての蓄圧室８０へのエアの流入を防止する逆止弁８７が配置されている。逆止弁８７により、蓄圧室８０内の圧力の上限を一定に維持することができる。

また、圧力計８８は、蓄圧室８０内の圧力を計測して、その計測値をＥＣＵ１００へと出力する。これにより、ＥＣＵ１００は、蓄圧室８０内の圧力から、燃料噴射弁１１へと供給するためのアシストエアが十分に蓄圧室８０内に蓄圧されたか否かを判定することができる。

図１のハイブリッドシステム１においては、主として発電機として機能するモータＭＧ１、主として電動機として機能するモータＭＧ２及びエンジン２００の夫々の駆動力配分がＥＣＵ１００及び動力分割機構３００により制御され、ハイブリッド車両１２０の走行状態が制御される。

次に、ＥＣＵ１００が実行する、エンジンの始動中から停止要求があった際にアシストエアを取り込むための処理を説明する。図３は、ＥＣＵが実行する、エンジン始動中に停止要求があった際にアシストエアを取り込むための処理の一例を示したフローチャートである。

ＥＣＵ１００は、エンジン２００が始動中でありエンジン２００の停止要求があったかどうかを判定する（ステップＳ１）。否定判定の場合には、この処理を終了する。
肯定判定の場合、燃料噴射のカットを実行し、吸気弁１８の可変バルブタイミング機構に指示を出して吸気弁１８が最遅角となるように制御する（ステップＳ２）。これにより、吸気弁１８と排気弁１９とのバルブオーバラップ期間が短くなるので、燃焼室１０内に導入された吸気を適切に排気通路３６へと送り出すことができる。

次に、ＭＧ１によってエンジン２００をモータリングさせると共に、スロットル弁２６を全開状態にする（ステップＳ３）。これにより、燃焼室１０内の未燃燃料などを排出（掃気）することができる。また、スロットル弁２６が前記開状態であり、吸気弁１８が最遅角に制御されているため、可能な限り多くのエアを排気通路３６まで導くことができる。

次に、酸素センサ６４からの出力に基づいて、ＥＣＵ１００は、排気通路３６内を通過するエアの中に含まれている酸素濃度が所定値以上であるかどうかを判定する（ステップＳ４）。所定値とは、排気通路３６内を通過するエアが、アシストエアとして十分クリーンな状態であるかどうかを判定する基準となる値である。

酸素濃度が所定値以上の場合には、排気通路３６内を通過するエアが、十分クリーンな状態であるとして、ＥＣＵ１００は、エア取り込み弁８２を制御して、連通路８１を開状態にする（ステップＳ５）。これにより、排気通路３６内のエアが、連通路８１を介して、蓄圧室８０内に蓄圧される。

次に、ＥＣＵ１００は、蓄圧室８０内の圧力が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。具体的には、圧力計８８の出力値に基づいて判定する。
蓄圧室８０内の圧力が所定値以上の場合には、蓄圧室８０内に十分アシストエアが蓄圧されたものとして、エア取り込み弁８２を閉じる（ステップＳ７）。次に、ＥＣＵ１００は、ＭＧ１に指示を出して、モータリングを停止させる（ステップＳ８）。

以上のように、燃料噴射弁１１に供給される燃料をカットしてエンジン２００をモータリングすることにより、排気通路３６中のエアはクリーンな状態にあり、このエアをアシストエアとして蓄圧することができる。また、この際に、スロットル弁２６を全開状態にすることにより、より多くの吸気がエンジン２００内に導入されるので、クリーンなエアを蓄圧室８０へ十分に供給することができる。

次に、ＥＣＵが実行する、エンジン停止中に始動要求があった際にアシストエアを取り込むための処理を説明する。
図４は、エンジン停止中に始動要求があった際にアシストエアを取り込むための処理の一例を示したフローチャート図である。尚、この処理は、例えば、ハイブリッド車両１２０が、ＭＧ１によって駆動しエンジン２００が停止中である場合に、駆動源をＭＧ１からエンジン２００へと切り替えられる際に実行される処理である。

ＥＣＵ１００は、エンジン２００停止中であり始動要求があったか否かを判定する（ステップＳ１０）。否定判定の場合には、この処理を終了する。
肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、ＭＧ１を作動させ、エンジン２００のモータリングを実行すると共に、スロットル弁２６を全開状態にする（ステップＳ１１）。

次に、ＥＣＵ１００は、エア取り込み弁８２を制御して連通路８１を開状態とする（ステップＳ１２）。次に、蓄圧室８０内の圧力が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、エア取り込み弁８２を閉じる（ステップＳ１４）。

次に、ＥＣＵ１００は、エア吐出弁８４を開く（ステップＳ１５）。これにより、蓄圧室８０内のアシストエアは、送出通路８３を介して、燃料噴射弁１１へと供給され、ＥＣＵ１００は、燃料噴射を実行する（ステップＳ１６）。これにより、燃料はアシストエアによって微粒子化が促進される。次に、ＥＣＵ１００は、エア吐出弁８４を閉じる（ステップＳ１７）。

以上のように、エンジン２００停止中に始動要求があり、これによりエンジン２００がモータリングされているときに、エア取り込み弁８２及びスロットル弁２６を開くことにより、エンジン２００の始動直前に、蓄圧室８０へアシストエアを供給することができるので、エンジン２００始動時に蓄圧室８０に蓄圧されたエアをアシストエアとして直ちに利用することができる。これにより、蓄圧されたエアの圧力が時間と共に低下する前に利用することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本実施例に係るハイブリッドシステム１のブロック図である。 エンジンの構成図である。 ＥＣＵが実行する、エンジン始動中に停止要求があった際にアシストエアを取り込むための処理の一例を示したフローチャートである。 ＥＣＵが実行する、エンジン停止中に始動要求があった際にアシストエアを取り込むための処理を説明する。

符号の説明

１ ハイブリッドシステム
１０ 燃焼室
１１ 燃料噴射弁
１８ 吸気弁
１９ 排気弁
２６ スロットル弁
３６ 排気通路
８０ 蓄圧室
８１ 連通路
８２ エア取り込み弁（開閉弁）
８３ 送出通路
８４ エア吐出弁
８５ レギュレータ
８６ 戻り通路
８７ 逆止弁
８８ 圧力計
１００ ＥＣＵ（開閉弁制御手段、スロットル弁制御手段）
１２０ ハイブリッド車両
２００ エンジン
８００ アシストエア供給装置
ＭＧ１、ＭＧ２ モータ

Claims (3)

1. 内燃機関の燃料噴射弁に燃料微粒子化するためのアシストエアを供給するアシストエア供給装置であって、
   一端が排気通路と連通した連通路と、
   前記連通路の他端と連通して前記排気通路中のエアをアシストエアとして蓄圧する蓄圧室と、
   前記連通路を開閉する開閉弁と、
   前記開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段とを備え、
   前記開閉弁制御手段は、該内燃機関がモータリングされているときに、前記開閉弁を開状態にする、ことを特徴とするアシストエア供給装置。
2. 吸気通路に配置されたスロットル弁の開度を制御するスロットル弁制御手段とを備え、
   前記スロットル弁制御手段は、該内燃機関がモータリングされているときに、前記排気通路中にエアを導くべく、前記スロットル弁を開状態にする、ことを特徴とする請求項１に記載のアシストエア供給装置。
3. 前記開閉弁制御手段及びスロットル弁制御手段は、該内燃機関始動要求に応じて行われたモータリングがされているときに、それぞれ前記開閉弁及びスロットル弁を開状態にする、ことを特徴とする請求項２に記載のアシストエア供給装置。

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