JP2010084645A

JP2010084645A - ディーゼルエンジンの制御装置及びディーゼルエンジンの制御方法

Info

Publication number: JP2010084645A
Application number: JP2008254949A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP5168065B2

Abstract

【課題】エンジン１０の再始動時におけるＮＯｘ排出量やＮＶＨを抑制し得るディーゼルエンジン１０の制御装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】制御方法は、自動停止条件が成立したときに燃料供給を停止する自動停止工程と、再始動条件が成立したときに燃料供給を再開することによって、自動停止したエンジン１０を再始動させる自動始動工程と、エンジン１０の再始動の際に、排気行程ないし吸気行程において吸気弁２６及び排気弁２７を共に閉じた状態する負のオーバーラップ期間を設けることにより、内部ＥＧＲ量を増量させる内部ＥＧＲ増量制御を行う工程と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに該ディーゼルエンジンを再始動させるようにしたディーゼルエンジンの制御装置及びその制御方法に関する技術分野に属する。

従来より、燃費低減およびＣＯ_２排出量抑制等を目的として、アイドル時にエンジンを自動で停止すると共に、所定の再始動条件が成立したときに自動停止させたエンジンを再始動させるようにしたエンジン制御システム（アイドルストップシステム）が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−１７６５６９号公報

ところで、燃焼温度を低下させてＮＯｘ排出量を低減させることを目的として、排気ガスの一部を排気側から吸気側に還流させるＥＧＲ通路を備えた排気還流装置がエンジンに設けられる場合があるが、エンジン始動時及びその直後には、ＥＧＲ通路を介して排気ガスを還流させることができない。

一方、アイドルストップシステムにおいては、比較的温度の高いエンジンが、自動停止、再始動を繰り返すことから、その再始動時の度に排気還流ができないことで、ＮＯｘ排出量が増大したり、ＮＶＨ（ノイズ、バイブレーション（振動）及びハーシュネス（練成振動））が増大したりすることになる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの再始動時におけるＮＯｘ排出量やＮＶＨを抑制し得るディーゼルエンジンの制御装置及びその制御方法を提供することにある。

本発明の一側面によると、制御方法は、気筒の吸気弁及び排気弁の作動状態を制御すると共に、ＥＧＲ通路上のＥＧＲ弁を制御することによって運転されるディーゼルエンジンの制御方法である。

この制御方法は、所定の自動停止条件が成立したときに前記気筒への燃料供給を停止することによって、前記ディーゼルエンジンを自動停止させる自動停止工程と、所定の再始動条件が成立したときに前記気筒への燃料供給を再開することによって、前記自動停止させたディーセルエンジンを再始動させる自動始動工程と、前記ディーゼルエンジンの再始動の際に、排気行程ないし吸気行程において前記吸気弁及び排気弁を共に閉じた状態する負のオーバーラップ期間を設けることにより、内部ＥＧＲ量を増量させる内部ＥＧＲ増量制御を行う工程と、を備える。

この構成によると、ディーゼルエンジンを自動停止させた後に再始動する自動始動工程では、負のオーバーラップ期間を設ける。こうして、負のオーバーラップ期間を設けることによって、燃焼室に残留する既燃ガス（いわゆる内部ＥＧＲ）の量が増えるから、ＥＧＲ通路を介した排気還流（いわゆる外部ＥＧＲ）を利用することができないエンジンの再始動時においても、燃焼温度の上昇が抑制され、ＮＯｘ排出量が低減されると共に、ＮＶＨが抑制される。

前記制御方法は、前記自動停止条件以外の所定条件が成立したときに前記ディーゼルエンジンを停止させる通常停止工程と、前記通常停止させたディーゼルエンジンを始動させる通常始動工程と、をさらに備え、前記自動始動工程における内部ＥＧＲ増量制御は、前記排気弁の閉弁タイミングを前記通常始動工程における排気弁の閉弁タイミングに比べて進角させると共に、前記吸気弁の開弁タイミングを前記通常始動工程における吸気弁の開弁タイミングに比べて遅角させることによって、前記負のオーバーラップ期間を拡大する、としてもよい。

ここで、負のオーバーラップ期間を拡大することには、通常始動させる場合の負のオーバーラップ期間に対して、自動始動させる場合の負のオーバーラップ期間を長くすることに加えて、通常始動させる場合には負のオーバーラップ期間を設けないのに対し、自動始動させる場合には負のオーバーラップ期間を設けることも含まれる。

ディーゼルエンジンを自動始動させるときには、相対的にエンジンが高温であるため、負のオーバーラップ期間を拡大しても燃焼安定性に影響が少ない一方、負のオーバーラップ期間を拡大することによって、内部ＥＧＲが確実に確保されるようになる。

前記負のオーバーラップ期間は、前記排気弁の閉弁タイミングを吸気上死点に対して進角させると共に、前記吸気弁の開弁タイミングを吸気上死点に対して遅角させることによって設ける、とすればよい。こうすることで、既燃ガスの一部を燃焼室に閉じこめて、内部ＥＧＲが確実に確保されるようになる。

前記制御方法は、前記自動始動工程において前記ディーゼルエンジンの温度に関するパラメータ値が所定値よりも低いときには、前記内部ＥＧＲ増量制御を行う前の最初の吸気行程時に、前記吸気弁を閉じかつ前記排気弁を開けることによって、前記ディーゼルエンジンの排気側から吸気をする工程をさらに備えてもよい。

エンジンの自動停止中は、それまでの排気熱によって排気側の温度が相対的に高い状態にある。このため、ディーゼルエンジンの排気側から吸気することにより、排気側で温められた空気が筒内に吸入される。そうして、エンジンの再始動時に、その温められた空気を圧縮することによって、筒内温度が十分に上昇し、燃料着火性が向上する。その結果、特にエンジン温度が比較的低いときのディーゼルエンジンの再始動性が向上する。

前記制御方法は、前記自動始動工程により前記ディーゼルエンジンが完爆した後に、前記ＥＧＲ弁の制御を開始することによって外部ＥＧＲ量を調整する工程をさらに備えてもよい。

ディーゼルエンジンの完爆後は外部ＥＧＲが利用可能になるため、ＥＧＲ弁の制御によって外部ＥＧＲ量を調整することにより、ＮＯｘ排出量が低減されると共に、ＮＶＨが抑制される。

前記制御方法は、前記ＥＧＲ弁の制御を開始して所定時間が経過した後に、前記内部ＥＧＲ増量制御を止めて、前記吸気弁及び排気弁の作動を通常制御に戻す工程をさらに備えてもよい。

ＥＧＲ弁の開弁から、ＥＧＲ通路を介して実際に排気ガスが還流するまでには時間差が生じるため、ＥＧＲ弁の制御を開始して直ちにＥＧＲ増量制御を止めるのではなく、ＥＧＲ弁の制御を開始して所定時間が経過した後にＥＧＲ増量制御を止めることが好ましい。

本発明の別の側面によると、ディーゼルエンジンの制御装置は、吸気弁及び排気弁が設けられた気筒を少なくとも１つ備え、当該吸気弁及び排気弁の作動状態を制御すると共に、ＥＧＲ通路上のＥＧＲ弁を制御することによって運転されるディーゼルエンジンと、所定の自動停止条件が成立したときに前記気筒への燃料供給を停止することによって前記ディーゼルエンジンを自動停止させると共に、所定の再始動条件が成立したときに前記気筒への燃料供給を再開することによって前記ディーゼルエンジンを再始動させる自動停止・再始動制御手段と、前記気筒の吸気弁及び排気弁を駆動する弁駆動手段と、前記弁駆動手段による前記吸気弁及び排気弁の作動状態を制御する弁作動制御手段と、を備え、前記弁作動制御手段は、前記自動停止・再始動制御手段により自動停止させたディーゼルエンジンを再始動させるときには、排気行程ないし吸気行程において前記吸気弁及び排気弁を共に閉じた状態する負のオーバーラップ期間を設けることにより、内部ＥＧＲ量を増量させる内部ＥＧＲ増量制御を実行する。

この構成によると、前述したように、ディーゼルエンジンを自動始動させるときに、負のオーバーラップ期間を設けることによって内部ＥＧＲの量が増えるから、外部ＥＧＲを利用することができないエンジンの再始動時においても、ＮＯｘ排出量が低減されると共に、ＮＶＨが抑制される。

以上説明したように、本発明によると、ディーゼルエンジンを自動停止させた後に再始動する自動始動工程では、負のオーバーラップ期間を設けることによって内部ＥＧＲを増量するから、外部ＥＧＲを利用することができないエンジンの再始動時においても、ＮＯｘ排出量を低減することができると共に、ＮＶＨ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。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は本発明の実施形態１に係る制御装置を備えた４サイクルディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という）の概略構成を示している。尚、本実施形態では、エンジン１０を手動変速機に連結した車両に搭載した例を示している。

図１を参照して、前記エンジン１０は、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２を有している。これらシリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２には、エンジン前側から順に４つの気筒１４Ａ〜１４Ｄが直列に配設されている。これら各気筒１４Ａ〜１４Ｄの内部には、図略のコネクティングロッドによってクランクシャフト１５に連結されたピストン１６が嵌挿されている。このピストン１６には、シリンダヘッド１１と共に燃焼室１７を区画するキャビティ１６ａが形成されている。各気筒１４Ａ〜１４Ｄに設けられたピストン１６は、所定の位相差をもってクランクシャフト１５の回転に伴い上下運動を行うように構成されている。ここで、４気筒４サイクルエンジンであるエンジン１０では、各気筒１４Ａ〜１４Ｄが所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、各サイクルが１番気筒１４Ａ、３番気筒１４Ｃ、４番気筒１４Ｄ、２番気筒１４Ｂの順にクランク角で１８０°(１８０°ＣＡ)の位相差をもって行われるように構成されている。

前記シリンダヘッド１１には、プラグ先端が燃焼室１７内に臨むように配置されたグロープラグ１８が気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に設けられている。また、シリンダヘッド１１には、燃料噴射弁１９が気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に設けられている。この燃料噴射弁１９は、燃料を当該燃料噴射弁１９の開弁圧(噴射圧)以上の高圧状態で蓄えて分配するコモンレール２０に対し、気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に配設された分岐管２１を介してそれぞれ接続されている。各燃料噴射弁１９は、通電により電磁力で燃料通路を開くことで燃料圧力により噴射ノズルの真弁が開き、コモンレール２０から供給される高圧の燃料を、噴射ノズル先端の複数の噴孔から燃焼室１７を区画するピストン１６のキャビティ１６ａに向けて気筒１４Ａ〜１４Ｄ内に直接噴射供給するものである。本実施形態においては、燃料圧力を検出するための燃圧センサＳＷ１がコモンレール２０に設けられている。燃料噴射弁１９の燃料噴射量は、通電時間で制御される。また、燃料噴射弁１９に燃料を供給するコモンレール２０は、高圧燃料供給管２２を介して燃料供給ポンプ２３に接続されている。

また、シリンダヘッド１１には、燃焼室１７に向かって開口する吸気ポート２４及び排気ポート２５が各気筒１４Ａ〜１４Ｄの上部に設けられている。そして、これらのポート２４，２５と燃焼室１７との連結部分には、吸気弁２６及び排気弁２７がそれぞれ装備されている。

上記吸気弁２６は、電磁式の吸気弁駆動手段２６Ａによって開閉駆動され、同様に、排気弁２７も、電磁式の排気弁駆動手段２７によって開閉駆動されるようになっている。これら吸気弁２６及び排気弁２７は共に、クランクシャフト１５との機械的な連係は採択されておらず、クランクシャフト１５の回転位置に関わらず、上記弁駆動手段２６Ａ，２７Ａの作動によって開閉される。すなわち、吸気弁駆動手段２６Ａが消磁されたときには、吸気弁２６が、図示省略のリターンスプリングによって閉弁される一方、吸気弁駆動手段２６Ａが励磁されたときには、吸気弁２６がリターンスプリングに抗して開弁されるようになっている。同様に、排気弁駆動手段２７Ａが消磁されたときには、排気弁２７が、図示省略のリターンスプリングによって閉弁される一方、排気弁駆動手段２７Ａが励磁されたときには、排気弁２７がリターンスプリングに抗して開弁されるようになっている。本実施形態では、吸気弁駆動手段２６Ａの励磁力を段階的又は無段階に調整することが可能であり、これにより、吸気弁２６の開度（リフト量）を変更できるようになっている。すなわち、エンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて吸気弁２６の開度を変更する。一方、排気弁駆動手段２７ＡはＯＮ・ＯＦＦ的に作動されるものとされて、排気弁２７の開度が常時一定となるように設定されている。尚、吸気弁２６及び排気弁２７両方の開度を変更できるようにしてもよく、常時一定となるように設定してもよい。

上記吸気弁２６の開弁時間は、吸気弁２６の開度に対応して予め決まっており、開度が大きいほど長い時間となる。この場合、吸気弁２６の開度（リフト量）の大小に拘わらず、クランク角に対する開弁開始時期は揃っている一方、閉弁完了時期は、吸気弁２６の開度が小さくなるに連れて早くなることが好ましい。これにより、ポンピングロスを低減することができるようになる。尚、吸気弁２６の開弁時間は、吸気弁２６の開度に関係なく一定になるようにしてもよい。

前記弁駆動手段２６Ａ，２７Ａは、後述するエンジン制御ユニット１００の吸排気弁作動制御部１０３からの指令を受けて作動するようになっており、この吸排気弁作動制御部１０３によって、弁駆動手段２６Ａ，２７Ａによる吸気弁２６及び排気弁２７の作動状態が制御されることになる。このことで、吸排気弁作動制御部１０３は、本発明の弁作動制御手段を構成することになる。

前記吸気ポート２４及び排気ポート２５には、吸気通路２８及び排気通路２９がそれぞれ接続されている。この吸気通路２８の下流側の部分は、気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に分岐した分岐吸気通路２８ａとされ、この各分岐吸気通路２８ａの上流端がそれぞれサージタンク２８ｂに連通している。このサージタンク２８ｂよりも上流側には共通吸気通路２８ｃが設けられている。図１では模式化されているが、前記共通吸気通路２８ｃには、吸気流通量を検出するエアフローセンサＳＷ２と、吸気圧力を検出する吸気圧センサＳＷ３と、吸気温度を検出する吸気温度センサＳＷ４とが設けられている。

また、排気通路２９における上流側の部分は、各気筒１４Ａ〜１４Ｄに分岐した分岐排気通路とされている。

前記エンジン１０には、タイミングベルト等によりクランクシャフト１５に連結されたオルタネータ３２が付設されている。このオルタネータ３２は、図略のフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路３３を内蔵し、このレギュレータ回路３３に入力されるエンジン制御ユニット１００からの制御信号に基づき、車両の電気負荷及び車載バッテリの電圧等に対応した発電量の制御が実行されるように構成されている。

また、エンジン１０には、当該エンジン１０を始動するためのスタータモータ３４が設けられている。このスタータモータ３４は、モータ本体３４ａとピニオンギア３４ｂとを有している。ピニオンギア３４ｂは、モータ本体３４ａの出力軸上にて相対回転不能な状態で往復移動する。また、クランクシャフト１５には、図略のフライホイールに固定されたリングギア３５が、回転中心に対して同心に設けられている。そして、このスタータモータ３４を用いてエンジン１０を再始動する場合には、このピニオンギア３４ｂが所定の噛合位置に移動してリングギア３５に噛合することにより、クランクシャフト１５が回転駆動されるようになっている。

さらに、エンジン１０には、クランクシャフト１５の回転角を検出する２つのクランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６が設けられ、一方のクランク角度センサＳＷ５から出力される検出信号(パルス信号)に基づいてエンジン回転速度が検出されるとともに、この両クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランクシャフト１５の回転角度が検出されるようになっている。また、エンジン１０には、冷却水温度を検出する水温センサＳＷ７と、車両のアクセルペダル３６の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ８と、車両のブレーキペダル３７の操作を検出するブレーキペダルセンサＳＷ９とが設けられている。

また、エンジン１０には、排気還流装置４０が設けられている。この排気還流装置４０は、排気ガスの一部を排気通路２９から吸気通路２８に還流するＥＧＲ通路４１と、このＥＧＲ通路４１の途中に設けられたＥＧＲ弁４２とを備えている。ＥＧＲ弁４２は、次に説明するエンジン制御ユニット１００のＥＧＲ制御部１０６によって、開閉制御されるようになっている。

尚、本実施形態では、吸気通路２８に吸気絞り弁は設けられておらず、吸気弁２６が吸気絞り弁と同様の役割を果たす。

前記エンジン１０は、エンジン制御ユニット１００によって運転制御される。

このエンジン制御ユニット１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成され、各センサＳＷ１〜ＳＷ９を初めとする入力要素からの検出信号に基づき、種々の演算を行うとともに、燃料噴射弁１９やスタータモータ３４、或いはグロープラグ１８等の各アクチュエータの制御信号を出力するものである。例えば、運転条件に応じた燃料の噴射量及び噴射時期を演算し、燃料噴射弁１９等に制御信号を出力している。また、エンジン１０の運転状態（エンジン回転速度及びエンジン負荷）に応じて、吸気弁２６の開度（リフト量）の目標値を演算し、その開度がこの目標値となるような制御信号を吸気弁駆動手段２６Ａに出力する。

前記エンジン制御ユニット１００は、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１０１と、この運転状態判定部１０１の判定に基づいてエンジン１０の燃料噴射を制御する燃料噴射制御部１０２と、前記弁駆動手段２６Ａ，２７Ａの作動を制御する吸排気弁作動制御部１０３と、前記運転状態判定部１０１の判定に基づいて再始動条件の成立時にエンジン１０のスタータモータ３４を駆動制御するスタータ制御部１０４と、グロープラグ１８を制御するグロープラグ制御部１０５と、排気還流装置４０のＥＧＲ弁４２を駆動制御するＥＧＲ制御部１０６とを論理的に構成している。

前記運転状態判定部１０１は、燃圧センサＳＷ１、エアフローセンサＳＷ２、吸気圧センサＳＷ３、吸気温度センサＳＷ４、クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６、水温センサＳＷ７、アクセル開度センサＳＷ８、ブレーキペダルセンサＳＷ９等からのセンサ信号に基づき、エンジン１０の自動停止条件や再始動条件の成立又は解除、及び、エンジン１０の運転状態が低負荷運転状態にあるか否か等を判定するモジュールである。この他にも、運転状態判定部１０１は、燃料圧力、ピストン１６の停止位置、筒内温度、或いはエンジン１０が正転しているか否か等、種々の運転状態を判定する。この運転状態判定部１０１は、エンジン１０が自動停止しているときにおけるピストン１６の停止位置の判定や、ピストン１６が停止すべき適正停止位置ＳＡの設定をするものでもある。本実施形態において、停止時圧縮行程気筒（エンジン１０の自動停止完了時に圧縮行程となる気筒）の適正停止位置ＳＡは、デフォルトでは、圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲に設定される。後述するように、ディーゼルエンジンにおいては、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射し、スタータモータ３４でピストン１６を駆動して、当該燃料が噴射された気筒内で混合気を自着火させる必要があるため、ピストン１６は、下死点側に停止しているのが好ましい。他方、ピストン１６が下死点近傍にある場合には、スタータモータ３４の駆動時間が長くなるので、確実な自着火とスタータモータ３４の駆動時間短縮とを両立させるために、デフォルトでは、圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲に設定される。但し、筒内温度が高い場合には、停止時圧縮行程気筒の有効圧縮比を小さく設定することができるので、適正停止位置ＳＡは、筒内温度によって上死点側に補正されるようになっている。筒内温度は、予めメモリに記憶されたデータに基づいて推定されるように構成されている。尚、本実施形態において、運転状態判定部１０１は、車両のブレーキペダル３７のＯＮ／ＯＦＦや車速等も判定できるように図略のセンサからの検出信号が入力されるようになっている。

前記燃料噴射制御部１０２は、運転状態判定部１０１の判定に基づき、エンジン１０の適正な空燃比に対応する燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを設定し、その設定に基づいて、燃料噴射弁１９を駆動制御するモジュールである。

前記吸排気弁作動制御部１０３は、前記運転状態判定部１０１の判定に基づいて吸気弁２６の開度（リフト量）の目標値を演算するとともに、その目標値と両クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６により検出されるクランクシャフト１５の回転角度とに応じて前記弁駆動手段２６Ａ，２７Ａの作動を制御するモジュールである。吸排気弁作動制御部１０３はまた、吸気弁２６及び排気弁２７の開度の制御を行うだけでなく、その開弁タイミング（及び閉弁タイミング）の制御を行うように構成されており、これによって後述するように、排気行程ないし吸気行程時に吸気弁２６及び排気弁２７を共に閉じた状態する負のオーバーラップ期間を設けることが可能とされている。

前記スタータ制御部１０４は、エンジン１０の始動時にスタータモータ３４に制御信号を出力し、スタータモータ３４を駆動するモジュールである。

前記グロープラグ制御部１０５は、エンジン冷間時や、エンジン再始動の際に、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が前記適正停止位置ＳＡよりも上死点側にあるときにグロープラグ１８の駆動を制御するモジュールである。

前記ＥＧＲ制御部１０６は、所定の部分負荷運転領域において、ＥＧＲ弁４２を開くことにより外部ＥＧＲ量を調整し、燃焼安定性を図るモジュールである。

前記エンジン制御ユニット１００は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジン１０を自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに、該自動停止させたエンジン１０を再始動させる自動停止・再始動制御手段を構成するものである。また、エンジン制御ユニット１００は、自動停止条件以外の条件、具体的にはイグニッションスイッチがオフされたときに、エンジン１０を停止させる（以下、通常停止ともいう）と共に、イグニッションスイッチ（始動スイッチ）がオンされたときに、エンジン１０を始動させる（以下、通常始動ともいう）。

このエンジン制御装置１００におけるエンジン１０の自動停止制御及び再始動制御について、その制御例を説明する。図２は、本実施形態に係る自動停止制御を中心とするフローチャートであり、図３は、本実施形態に係る、エンジン１０の自動停止完了後の再始動制御を中心とするフローチャートである。

図２を参照して、エンジン制御ユニット１００は、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立するのを待機する（ステップＳ２１）。具体的には、ブレーキペダル３７の作動状態が所定時間継続し、車速が所定値以下であるといった場合（つまりエンジン１０のアイドル運転状態が所定時間継続していると想定される場合）には、エンジン１０の自動停止条件が成立したと判定される。

ステップＳ２１において、自動停止条件が成立したと判定した場合には、燃料噴射弁１９からの燃料供給を停止し（ステップＳ２２）、エンジン停止過程に移行する。エンジン制御ユニット１００（吸排気弁作動制御部１０３）は、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの全行程で、吸気弁２６及び排気弁２７を全閉状態とする（ステップＳ２３）。すなわち、吸気行程でも吸気弁２６を全閉状態とし、排気行程でも排気弁２７を全閉状態とする。これにより、各気筒１４Ａ〜１４Ｄ内に新気が新たに吸入されることによる筒内温度の低下を抑制することができる。また、吸気弁２６及び排気弁２７の閉弁により、各気筒１４Ａ〜１４Ｄ内では極僅かな空気しか圧縮されず、エンジン停止時に気筒１４Ａ〜１４Ｄ内の空気の圧縮に伴って生じる停止振動を抑制することができる。

続くステップＳ２４で、クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６の検出値に基づいてエンジン１０が完全に停止するのを待機し、エンジン１０が完全に停止した場合には、エンジン制御ユニット１００は、クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６の検出によって運転状態判定部１０１が判定したピストン１６の停止位置を記憶する（ステップＳ２５）。

次に図３を参照して、エンジン制御ユニット１００によるエンジン１０の再始動制御について説明する。

先ずステップＳ３１では、再始動条件が成立するのを待ち、再始動条件が成立したときには、スタータ制御部１０４がスタータモータ３４を駆動する（ステップＳ３２）と共に、記憶しているピストン１６の停止位置に応じて、停止時圧縮行程気筒又は停止時吸気行程気筒に燃料を噴射して、エンジン１０の再始動を開始する。次いで、水温センサＳＷ７の検出値に基づきエンジン水温が所定値Ｔ以下であるか否かを判定し（ステップＳ３３）、エンジン水温が所定値Ｔ以下である、換言すればエンジン１０が比較的低温であるときには、ステップＳ３４において、再始動条件成立後の最初の吸気行程で吸気弁２６を閉弁しかつ、排気弁２７を開弁することにより、各気筒１４Ａ〜１４Ｄにおいて前記排気通路２９にある空気を吸入する。こうした吸気弁２６の閉弁及び排気弁２７の開弁により、前記排気通路２９にて温められた空気が吸入され、気筒１４Ａ〜１４Ｄ内の温度低下が抑制された状態で、エンジン１０を再始動することができる。一方、ステップＳ３３においてエンジン水温が所定値Ｔよりも高く、エンジン１０が比較的高温であるときには、ステップＳ３４に移行することなく、ステップＳ３５に移行する。

ステップＳ３５では、吸排気弁作動制御部１０３により吸気弁２６及び排気弁２７の開弁タイミングの制御を行うことによって、排気行程ないし吸気行程時に負のオーバーラップ期間を設ける。具体的には排気弁２７の閉弁タイミングが吸気上死点に対して進角すると共に、吸気弁２６の開弁タイミングが吸気上死点に対して遅角するように、吸気弁２６及び排気弁２７の開弁タイミングを調整する。ここで、前述したように排気弁２７の開度調整が可能に構成されているときには、排気弁２７の開弁タイミングに代えて、又はそれと共に、開度を制御することによって、排気弁２７の閉弁タイミングを吸気上死点に対して進角させるようにしてもよい。

こうして負のオーバーラップ期間を設けることによって、燃焼室１７に既燃ガスが残留する（いわゆる内部ＥＧＲ）ことになる。このときにＥＧＲ弁４２は、ＥＧＲ制御部１０６によって閉弁された状態にされる。

続くステップＳ３６において、クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６の検出値に基づいてエンジン回転数をモニタし、エンジン１０が完爆するまで待つ。完爆後は、ＥＧＲ制御部１０６によってＥＧＲ弁４２が通常制御、換言すれば開弁される（ステップＳ３７）。ＥＧＲ弁４２の開弁後、そのＥＧＲ応答遅れ期間が経過するまで待機して（ステップＳ３８）、外部ＥＧＲが実際に利用可能になれば、ステップＳ３９で、吸排気弁作動制御部１０３により吸気弁２６及び排気弁２７の開弁タイミングを制御することによって、負のオーバーラップ期間を設けない、通常制御に移行する。

したがって、本実施形態では、エンジン１０を自動停止させた後の再始動時において、吸気弁２６及び排気弁２７の開弁タイミングを制御することにより、負のオーバーラップ期間を設けるようにしたから、外部ＥＧＲを利用することのできないエンジン１０の再始動時及びその直後において、内部ＥＧＲ量を増大させることができ、それによって、ＮＯｘ排出量の低減及びＮＶＨの抑制を図ることができる。ここで、エンジン１０の再始動時は、イグニッションスイッチ（始動スイッチ）のオンによりエンジン１０を始動させる通常始動時に比べて、エンジン１０の温度が高い状態にあるため、負のオーバーラップ期間を設けて内部ＥＧＲ量を増大させても、着火性及び燃焼安定性への影響が小さい。従って、負のオーバーラップ期間を比較的長い期間に設定することが可能であり、そのことによって、内部ＥＧＲを確実に確保することができる。

また、エンジン１０の再始動に際し、エンジン１０の温度が比較的低いときには、吸気行程時に吸気弁２６を閉弁しかつ排気弁２７を開弁することで、排気側において温められた空気を気筒１４Ａ〜１４Ｄ内に吸入するようにしたので、気筒１４Ａ〜１４Ｄ内の温度低下が抑制されて、エンジン１０の再始動性を向上させることができる。

また、エンジン１０の完爆後は、ＥＧＲ弁４２を開弁することによって外部ＥＧＲ量を制御することで、ＮＯｘ排出量の低減や、ＮＶＨの抑制が図られる一方で、そのＥＧＲ弁４２の開弁後、ＥＧＲ応答遅れ期間が経過した後に、負のオーバーラップ期間を無くすことにより、内部ＥＧＲを利用する制御から外部ＥＧＲを利用する制御へと連続して移行することが可能になる。

尚、本発明は、４気筒ディーゼルエンジンに限らず、６気筒や８気筒等の複数気筒を有するディーゼルエンジンにも適用することができる。

本発明は、自動停止後のディーゼルエンジンの再始動時においてＮＯｘ排出量を低減したり、ＮＶＨを抑制したりすることができるから、例えば車両に搭載されるディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法として有用である。

本発明に係る制御装置を備えたエンジンを示す概略構成図である。エンジン制御装置における自動停止制御を示すフローチャートである。エンジン制御装置における再始動制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ディーゼルエンジン
１４Ａ〜１４Ｄ気筒
２６吸気弁
２６Ａ吸気弁駆動手段（弁駆動手段）
２７排気弁
２７Ａ排気弁駆動手段（弁駆動手段）
４１ＥＧＲ通路
４２ＥＧＲ弁
１００エンジン制御装置（自動停止・再始動制御手段）
１０３吸排気弁作動制御部（弁作動制御手段）

Claims

気筒の吸気弁及び排気弁の作動状態を制御すると共に、ＥＧＲ通路上のＥＧＲ弁を制御することによって運転されるディーゼルエンジンの制御方法であって、
所定の自動停止条件が成立したときに前記気筒への燃料供給を停止することによって、前記ディーゼルエンジンを自動停止させる自動停止工程と、
所定の再始動条件が成立したときに前記気筒への燃料供給を再開することによって、前記自動停止させたディーセルエンジンを再始動させる自動始動工程と、
前記ディーゼルエンジンの再始動の際に、排気行程ないし吸気行程において前記吸気弁及び排気弁を共に閉じた状態する負のオーバーラップ期間を設けることにより、内部ＥＧＲ量を増量させる内部ＥＧＲ増量制御を行う工程と、を備えた制御方法。
請求項１に記載の制御方法において、
前記自動停止条件以外の所定条件が成立したときに前記ディーゼルエンジンを停止させる通常停止工程と、
前記通常停止させたディーゼルエンジンを始動させる通常始動工程と、をさらに備え、
前記自動始動工程における内部ＥＧＲ増量制御は、前記排気弁の閉弁タイミングを前記通常始動工程における排気弁の閉弁タイミングに比べて進角させると共に、前記吸気弁の開弁タイミングを前記通常始動工程における吸気弁の開弁タイミングに比べて遅角させることによって、前記負のオーバーラップ期間を拡大する制御方法。
請求項１又は２に記載の制御方法において、
前記負のオーバーラップ期間は、前記排気弁の閉弁タイミングを吸気上死点に対して進角させると共に、前記吸気弁の開弁タイミングを吸気上死点に対して遅角させることによって設ける制御方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記自動始動工程において前記ディーゼルエンジンの温度に関するパラメータ値が所定値よりも低いときには、前記内部ＥＧＲ増量制御を行う前の最初の吸気行程時に、前記吸気弁を閉じかつ前記排気弁を開けることによって、前記ディーゼルエンジンの排気側から吸気をする工程をさらに備えた制御方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記自動始動工程により前記ディーゼルエンジンが完爆した後に、前記ＥＧＲ弁の制御を開始することによって外部ＥＧＲ量を調整する工程をさらに備えた制御方法。
請求項５に記載の制御方法において、
前記ＥＧＲ弁の制御を開始して所定時間が経過した後に、前記内部ＥＧＲ増量制御を止めて、前記吸気弁及び排気弁の作動を通常制御に戻す工程をさらに備えた制御方法。
吸気弁及び排気弁が設けられた気筒を少なくとも１つ備え、当該吸気弁及び排気弁の作動状態を制御すると共に、ＥＧＲ通路上のＥＧＲ弁を制御することによって運転されるディーゼルエンジンと、
所定の自動停止条件が成立したときに前記気筒への燃料供給を停止することによって前記ディーゼルエンジンを自動停止させると共に、所定の再始動条件が成立したときに前記気筒への燃料供給を再開することによって前記ディーゼルエンジンを再始動させる自動停止・再始動制御手段と、
前記気筒の吸気弁及び排気弁を駆動する弁駆動手段と、
前記弁駆動手段による前記吸気弁及び排気弁の作動状態を制御する弁作動制御手段と、を備え、
前記弁作動制御手段は、前記自動停止・再始動制御手段により自動停止させたディーゼルエンジンを再始動させるときには、排気行程ないし吸気行程において前記吸気弁及び排気弁を共に閉じた状態する負のオーバーラップ期間を設けることにより、内部ＥＧＲ量を増量させる内部ＥＧＲ増量制御を実行するディーゼルエンジンの制御装置。