JP2008298031A - ディーゼルエンジンの制御装置及び停止用制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンのエンジン停止時に発生するエンジン振動を抑制する。
【解決手段】吸入空気量を調節する吸気絞り弁４と、排気の一部を吸気通路に還流させるためのＥＧＲ通路６と、ＥＧＲ通路６を開閉するＥＧＲ弁７と、を備えるディーゼルエンジンの制御装置において、機関停止要求を検出する停止要求検出手段１６と、停止要求検出手段１６の検出信号に応じて燃料噴射の停止及び吸気絞り弁４の閉弁を行う停止用制御手段１３とを有し、停止用制御手段１３は、吸気絞り弁４を閉弁するのと略同時もしくはそれより前に、ＥＧＲ弁７を閉弁する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの制御に関し、特にエンジン停止時におけるエンジン振動の発生を防止するための制御に関する。

ディーゼルエンジンは、エンジン停止時に大きなエンジン振動が発生し、車体全体が大きく振動するという問題がある。このエンジン振動は、キーオフ後に燃料供給を停止してからエンジンが停止するまでの間に燃焼室内に空気が送り続けられることで、ピストン上昇時に燃焼室の内圧が上昇し、エンジン回転数が低下する途中でエンジンの共振点を通過したときに発生することが知られている。

特許文献１には、キーオフ後のエンジン停止モードにおいて吸気シャッターバルブを閉じることによって空気の導入を遮断することによって、燃焼室の内圧上昇を抑制してエンジン騒音の発生を軽減する技術的手段が開示されている。
特許第３８４６１０９号公報

ところで、ディーゼルエンジンの場合、排気性能や音振性能を向上させるために、アイドル運転状態において大量の排気還流ガス（以下、ＥＧＲガスという）を導入する制御が一般的に行われている。そして、ＥＧＲガスの導入量を調節するＥＧＲバルブは、キーオフ後にアイドル時の開度のままとなっているのが一般的である。

したがって、特許文献１のように吸気シャッターによって空気の導入を遮断しても、ＥＧＲバルブを経由して排気系から燃焼室に空気が導入されてしまうことで、燃焼室が窒息状態にならず、上述したエンジン振動の発生を抑制できない。

特に、フライホイールやクランクシャフトの慣性が大きい大排気量ディーゼルエンジンでは、キーオフ後にエンジンが停止するまでの時間が長くなる。ＥＧＲバルブからの空気の影響が大きくなり、エンジン振動の発生を抑制することができない。

そこで、本発明ではアイドル時に大量のＥＧＲガスを導入するようなディーゼルエンジンにおいても、エンジン停止時の車体の振動の主な原因であるエンジン振動を抑制することを目的とする。

本発明のディーゼルエンジンの制御装置は、吸入空気量を調節する吸気絞り弁と、排気の一部を吸気通路に還流させるためのＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、を備えるディーゼルエンジンに関する。そして、機関停止要求を検出する停止要求検出手段と、停止要求検出手段の検出信号に応じて燃料噴射の停止及び吸気絞り弁の閉弁を行う停止用制御手段と、を有し、停止用制御手段は、吸気絞り弁を閉弁するのと略同時もしくはそれより前に、ＥＧＲ弁を閉弁する。

本発明によれば、キーオフ後にエンジンが停止するまでの間、吸気通路及びＥＧＲ通路のいずれも遮断されるので、燃焼室は空気が流入せずに窒息状態となる。そのため、ピストン上昇による燃焼室の内圧の上昇を抑制することができ、結果としてエンジン停止時のエンジン振動を抑制することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態を適用するシステム構成の概略図である。１はディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）、２は吸気通路、３はコレクタタンク、４は吸気シャッターバルブ（吸気絞り弁）、５は排気通路、６は排気還流用通路（以下、ＥＧＲ通路という）、７は排気還流量調節用バルブ（以下、ＥＧＲバルブという）、８はピストン、９は吸気バルブ、１０は排気バルブ、１１は燃料噴射弁、１２は機関始動時等に予熱を与えるためのグロープラグ、１３はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）（停止用制御手段、停止判定手段）、１４は水温センサ、１５はクランク角センサ、１６はキーポジション検出センサ（停止要求検出手段）を表す。

エンジン１内にはピストン８を往復動可能に収める。吸気通路２はエンジン１の燃焼室１ａに臨むように開口し、開口部は吸気バルブ９により開閉する。同様に排気通路５は燃焼室１ａに開口し、開口部を排気バルブ１０により開閉する。また、燃料噴射弁１１及びグロープラグ１２も燃焼室１ａに臨むように配置する。

吸気通路２には、吸入空気量を調節するための吸気シャッターバルブ４を配置し、吸気シャッターバルブ４の下流に、各気筒の吸気通路２を接続するコレクタタンク３を配置する。

排気通路５とコレクタタンク３とは、ＥＧＲ通路６により連通させる。そして、ＥＧＲ通路６には流路面積を調節するＥＧＲバルブ７を介装する。これにより、機関運転中にＥＧＲバルブ７を開けば、排気通路５とコレクタタンク３との圧力差によって、排気通路５を流れる排気の一部がＥＧＲガスとしてコレクタタンク３に還流する。なお、ＥＧＲバルブ７は、ＥＧＲ通路６の流路を全閉状態にすることができるもの、例えばオン・オフ弁を用いる。

上記のような構成において、ピストン８は図示しないクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトが回転することにより往復動する。吸気バルブ９及び排気バルブ１０は、チェーン等を掛けまわすことにより図示しないクランクシャフトと同期して回転する吸気カムシャフト及び排気カムシャフトにより開閉駆動する。すなわち、吸気バルブ９及び排気バルブ１０はピストン８の往復動に同期して開閉駆動する。

具体的には、ピストン８の下降時に吸気バルブ９は開弁、排気バルブ１０は閉弁した状態とし、これにより燃焼室１ａに空気を流入する（吸気行程）。そして、ピストン８が下死点付近にあるときに吸気バルブ９を閉弁し、ピストン８が上昇する間は吸気バルブ９及び排気バルブ１０を閉弁したままにすることで、燃焼室１ａに流入した空気を圧縮する（圧縮行程）。ピストン８が上昇して上死点付近にあるときに、後述する燃料噴射弁１１からの燃料噴射を行うことで燃焼が開始し、燃焼圧によってピストン８は押し下げられる。このとき吸気バルブ９及び排気バルブ１０を閉弁したままにする（膨張行程）。ピストン８が下死点付近まで下降したら、吸気バルブ９は閉弁したまま排気バルブ１０を開弁する。これにより、ピストン８の上昇とともに既燃ガスが排気通路５へと排出される（排気行程）。上記の４つの行程を１サイクルとして繰り返し行う。

燃料噴射弁１１からの燃料噴射は、ＥＣＵ１３からの信号に基づく燃料噴射時期及び噴射量で行われる。ＥＣＵ１３は、クランク角センサ１５の検出値に基づいてエンジン回転数を算出し、また、図示しないアクセル開度センサやエアフローセンサ等の検出値に基づいて機関負荷を算出する。そして、エンジン回転数及び機関負荷に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射時期を設定する。さらに、水温センサ１４や図示しない吸気温センサ、大気圧センサ等の検出値に応じて、燃料噴射量及び燃料噴射時期を補正するようにしてもよい。

ところで、ＥＣＵ１３にはキーポジション検出センサ１６からの信号が入力される。キーポジション検出センサ１６は、図示しないイグニッションキーがオン位置、オフ位置の何れの状態にあるのかを検出するセンサである。

機関運転中に、イグニッションキーがオフ位置になると、ＥＣＵ１３は機関停止のための制御を開始する。

ここで、図２、図３を参照して機関停止のための制御について説明する。図２は機関運転中にＥＣＵ１３が実行する制御ルーチンを表すフローチャートである。この制御ルーチンは一定周期ごと、例えば１０ｍｓごとに繰り返し実行する。

ステップＳ１０（停止要求検出段階）では、キーポジション検出センサ１６の検出信号に基づいてイグニッションキーがオフ位置になったか否かを判定する。オフ位置になっていなければステップＳ３０に進み、通常運転用の制御を継続する。通常運転用制御は、一般的なエンジンと同様に、機関負荷、回転数等に応じて燃料噴射時期及び燃料噴射量、そして吸気シャッターバルブ４の開度を設定するものなので、説明を省略する。

イグニッションキーがオフ位置になった場合には、ステップＳ２０に進み、停止用制御を実行する。図３はステップＳ２０で実行する停止用制御の制御ルーチンを表すフローチャートである。

ステップＳ１１０（燃料噴射停止段階）では燃料カットを行う。これにより燃焼室１ａで燃焼が行われなくなり、エンジン回転数が低下し始める。

ステップＳ１１０で燃料カットを行ったら、ステップＳ１２０及びステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１２０（ＥＧＲ遮断段階）ではＥＧＲバルブ７を閉じ、ステップＳ１３０（吸気遮断段階）では吸気シャッターバルブ４を閉じる。なお、ステップＳ１２０、Ｓ１３０は略同時に行うものとする。

これにより、図示しないエアクリーナからの吸入空気を遮断するとともに、ＥＧＲ通路６からコレクタタンク３への空気の導入も遮断することができる。

ステップＳ１４０では、クランク角センサ１５の検出値に基づいて、エンジン回転数Ｎｅがゼロになったか否かの判定、つまり、エンジン１が停止したか否かの判定を行う。なお、エンジン回転数がゼロになった場合にかぎらず、ゼロに近い回転数まで低下したらエンジン１が停止したと判定してもよい。

ステップＳ１４０（停止判定段階）でエンジン１が停止したと判定されたら、ステップＳ１５０に進み、エンジン制御用のシステムを停止する。

上記のように、燃料カット実行後に吸気シャッターバルブ４及びＥＧＲバルブ７を閉弁すると、燃焼室１ａに空気が導入されなくなる。そのため、エンジン１が停止するまでの間に燃焼室１ａは窒息状態となる。

図４は上記制御を実行した場合のタイムチャートである。なお、比較のために、エンジン停止用制御の際にＥＧＲバルブ７を閉弁しない場合（以下、従来制御という）のタイムチャートを図５に示す。また、図４、図５のいずれも、吸気シャッターバルブ４の波形は省略している。これは、吸気シャッターバルブ４については本実施形態及び従来制御のいずれの場合も、イグニッションキーがオフ位置になったら閉弁し、相違がないためである。

図４に示すように、ｔ１でイグニッションキーがオフ位置になると、ＥＧＲバルブ７は閉弁する。なお、図４には示していないが、ｔ１でイグニッションキーがオフ位置になると、燃料カットを開始する。また、ＥＧＲバルブ７の閉弁開始時期は、厳密には演算時間分だけｔ１よりも遅れるが、簡単のため図４ではほぼ同時期として表している。

ｔ２になると、エンジン回転数は低下し始める。ｔ１からｔ２まで遅れ時間があるのは、図示しないフライホイールやクランクシャフトの慣性力によって、燃料カット前のエンジン回転数が維持されるためである。排気量が大きなエンジンほど、この遅れ時間は長くなる傾向がある。そして、エンジン回転数がゼロに近い値まで低下したｔ３で、エンジンが停止したと判定している。この後、エンジン制御用のシステムを停止する。

すなわち、ＥＧＲバルブ７は、ｔ１で閉弁動作を開始し、全閉状態となった後はエンジン停止まで閉弁状態となっている。また、吸気シャッターバルブ４も同様に閉弁している。したがって、エンジン回転数が低下する間の吸気行程中には、燃焼室１ａに新たに空気が流入することはない。すなわち、燃焼室１ａが窒息状態になる。

これに対して、図５では、ｔ１でイグニッションキーがオフ位置になった後、エンジン回転数は図４と同様に低下しているが、ＥＧＲバルブ７はｔ３でエンジンが停止したと判定されてエンジン制御用システムが停止するまで開いたままである。すなわち、エンジン回転数が低下するｔ２からｔ３の間もＥＧＲバルブ７は開いたままである。

したがって、エンジン回転数が低下する間の吸気行程中には、ピストン８が降下する際に生じる負圧によって、ＥＧＲ通路６から燃焼室１ａに新たに空気が流入する。

このような相違により、イグニッションキーがオフ位置になってからエンジンが停止するまでのエンジン１の振動加速度に差が生じる。図６、図７は、それぞれ本実施形態の制御を実行した場合と従来の制御を実行した場合の、車体の振動加速度のタイムチャートである。

ｔ１以前、つまり機関運転中は、図６と図７とで振動加速度に差はみられない。しかしながら、ｔ１でイグニッションキーがオフ位置になった後は、本実施形態よりも従来制御の方が振動加速度の最大値が大きい。また、最大値となる時期の前後（図中の円で囲んだ部分）についても、従来制御の方が長い期間にわたって大きな振動加速度となっている。

これは、従来制御ではエンジン回転数が低下する間にＥＧＲ通路６から燃焼室１ａに空気が流入し、ピストン８の上昇によって燃焼室１ａの内圧が上昇することによって、エンジン１の共振点で振動加速度が大きくなるためである。これに対して本実施形態では、燃焼室１ａが窒息状態となるので、ピストン８の上昇による内圧上昇を抑制することができる。

以上により本実施形態では、次のような効果を得ることができる。

吸気シャッターバルブ４、ＥＧＲ通路６、及びＥＧＲバルブ７を備えるディーゼルエンジンの制御装置において、キーポジションセンサ１６の検出信号に応じて燃料噴射の停止及び吸気シャッターバルブ４の閉弁を行うＥＣＵ１３と、を有し、ＥＣＵ１３は、吸気シャッターバルブ４を閉弁するのと略同時もしくはそれより前に、ＥＧＲバルブ７を閉弁するので、エンジン１が停止するまでの間、燃焼室１ａが窒息状態となる。そのため、ピストン８が上昇したときの燃焼室１ａの内圧の上昇を抑制されるので、エンジン振動を抑制することができる。

ＥＧＲバルブ７は、ＥＧＲ通路６を全閉にすることが可能なので、ＥＧＲ通路６からのＥＧＲガスの流入を確実に遮断することができる。そのため、より確実にエンジン振動を抑制することができる。

第２実施形態について説明する。

本実施形態は、システムの構成は第１実施形態と同様であるが、停止用制御の制御ルーチンが異なる。本実施形態では、図８のフローチャートに示す制御ルーチンを実行する。

イグニッションキーがオフ位置になったら、ステップＳ２１０で燃料カットを開始し、これと同時にステップＳ２２０でＥＧＲバルブ７を閉弁する。

次にステップＳ２３０で吸気シャッターバルブ４を閉弁する。

以下、ステップ２４０、Ｓ２５０は図３のステップＳ１４０、Ｓ１５０と同様なので説明を省略する。

このように、燃料カットとＥＧＲバルブ７の閉弁とを同時に行った後に吸気シャッターバルブ４を閉弁するようにしても、エンジン回転数が低下する間、燃焼室１ａを窒息状態にすることができる。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

第３実施形態について説明する。

本実施形態も、システムの構成は第１実施形態と同様であるが、停止用制御の制御ルーチンが異なる。本実施形態では、図９のフローチャートに示す制御ルーチンを実行する。

イグニッションキーがオフ位置になったら、ステップＳ３１０で燃料カットを開始する。

次にステップＳ３２０でＥＧＲバルブ７を閉弁する。そしてステップＳ３３０で吸気シャッターバルブ４を閉弁する。

ステップＳ３４０、Ｓ３５０は図３のステップＳ１４０、Ｓ１５０と同様なので説明を省略する。

このように、燃料カット、ＥＧＲバルブ７の閉弁、吸気シャッターバルブ４の閉弁を順次行うようにしても、エンジン回転数が低下する間、燃焼室１ａを窒息状態にすることができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

第４実施形態について説明する。

本実施形態もシステムの構成は第１実施形態と同様であるが、停止用制御の制御ルーチンが異なる。本実施形態では、図１０のフローチャートに示すような制御ルーチンを実行する。

図１０のステップＳ４１０〜Ｓ４４０は、図９のステップＳ３１０〜Ｓ３４０と同様なので説明を省略する。

ステップＳ４４０（停止判定段階）でエンジン１が停止したと判定したら、ステップＳ４５０（ＥＧＲ弁開弁段階）でＥＧＲバルブ７を開弁する。そして、ステップＳ４６０でエンジン制御用のシステムを停止する。

上記のように、エンジン停止後にＥＧＲバルブ７を開弁してからエンジン制御用のシステムを停止することにより、次回始動時、特にホットリスタート時のように早期始動が必要な場合に、ＥＧＲバルブ７が開弁するのを待つことなく、直ちに適正なＥＧＲガス量を確保することができる。

以上により本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加え、さらに、エンジン停止後にＥＧＲバルブ７を開弁するので、次回始動時に直ちに適正なＥＧＲガス量を確保することができる、という効果が得られる。

なお、ステップＳ４５０において、ＥＧＲバルブ７の開弁と同時に、吸気シャッターバルブ４も開弁するようにしてもよい。これによれば、次回始動時に吸気シャッターバルブ４が開弁するのを待つことなく、直ちに適正な吸気量を確保することができる。

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

第１実施形態を適用するシステムの概略構成図である。 機関運転中に制御ルーチンを表すフローチャートである。 エンジン停止用制御の制御ルーチンを表すフローチャートである（第１実施形態）。 第１実施形態の停止用制御を実行した場合のタイムチャートである。 従来の停止用制御を実行した場合のタイムチャートである。 第１実施形態の停止用制御を実行した場合の、車体の振動加速度のタイムチャートである。 従来の停止用制御を実行した場合の、車体の振動加速度のタイムチャートである。 エンジン停止用制御の制御ルーチンを表すフローチャートである（第２実施形態）。 エンジン停止用制御の制御ルーチンを表すフローチャートである（第３実施形態）。 エンジン停止用制御の制御ルーチンを表すフローチャートである（第４実施形態）。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（エンジン）
２ 吸気通路
３ コレクタタンク
４ 吸気シャッターバルブ
５ 排気通路
６ 排気還流用通路（ＥＧＲ通路）
７ 排気還流量調節用バルブ（ＥＧＲバルブ）
８ ピストン
９ 吸気バルブ
１０ 排気バルブ
１１ 燃料噴射弁
１２ グロープラグ
１３ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１４ 水温センサ
１５ クランク角センサ
１６ キーポジション検出センサ

Claims (6)

1. 吸入空気量を調節する吸気絞り弁と、
   排気の一部を前記吸気絞り弁下流の吸気通路に還流させるためのＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
   を備えるディーゼルエンジンの制御装置において、
   機関停止要求を検出する停止要求検出手段と、
   前記停止要求検出手段の検出信号に応じて燃料噴射の停止及び前記吸気絞り弁の閉弁を行う停止用制御手段と、
   を有し、
   前記停止用制御手段は、前記吸気絞り弁を閉弁するのと略同時もしくはそれより前に、前記ＥＧＲ弁を閉弁することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
2. 前記ＥＧＲ弁は、前記ＥＧＲ通路を全閉にすることが可能であることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
3. 機関が停止したか否かを判定する停止判定手段を備え、
   前記停止用制御手段は、前記停止判定手段により機関が停止したと判定したら前記ＥＧＲ弁を開弁することを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
4. 前記停止用制御手段は、前記判定手段により機関が停止したと判定したら前記吸気絞り弁を開弁することを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
5. 吸入空気量を調節する吸気絞り弁と、
   排気の一部を前記吸気絞り弁下流の吸気通路に還流させるためのＥＧＲ通路と、
   ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
   を備えるディーゼルエンジンの停止用制御方法において、
   機関停止要求を検出する停止要求検出段階と、
   前記機関停止要求が検出された後に燃料噴射を停止する燃料噴射停止段階と、
   前記吸気絞り弁を閉弁する吸気遮断段階と、
   前記吸気遮断段階と同時もしくはそれより前に前記ＥＧＲ弁を閉弁するＥＧＲガス遮断段階と、
   を有することを特徴とするディーゼルエンジンの停止用制御方法。
6. 機関が停止したか否かを判定する停止判定段階と、
   機関が停止した後に前記ＥＧＲ弁を開弁するＥＧＲ弁開弁段階と、
   を有することを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの停止用制御方法。

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