JP2010151095A - 圧縮自己着火式エンジンの制御方法及びその装置 - Google Patents

圧縮自己着火式エンジンの制御方法及びその装置 Download PDF

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Abstract

【課題】自動再始動を確実に行えるようにする。
【解決手段】圧縮自己着火式エンジンEが、EGRクーラ23が接続された排気還流用のEGR通路22を有する。エンジン出力を必要としないときであって、あらかじめ設定された停止条件が満足されたときにエンジンEが自動停止され、エンジンの自動停止後にあらかじめ設定された再始動条件が満足されたときにエンジンEが自動始動される。再始動条件が満足されてエンジンEを自動再始動するときに、EGR通路22を通して排気ガスを吸気通路11に還流させると共に、EGRクーラ23による排気ガスの冷却度合が低減される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、圧縮自己着火式エンジンの制御方法及びその装置に関するものである。
エンジン、特に自動車用のエンジンにあっては、燃費向上等のために、あらかじめ設定された停止条件が満足されたときにエンジンを自動停止させ、エンジンの自動停止後にあらかじめ設定された再始動条件が満足されたときにエンジンを自動始動するようにしたものがある。自動停止が行われる状況としては、例えば交差点での信号待ちのとき(アイドルストップ)や、ハイブリッド車において、エンジンによって走行するモードからモータのみによって走行するモードへと移行した場合等がある。
特許文献1には、ディーゼルエンジンのように断熱圧縮による高熱を利用して自己着火を行う圧縮自己着火式エンジンにおいて、エンジン停止時に、圧縮行程にある気筒をグロープラグで加熱して、再始動を容易にすることが提案されている。特許文献2には、エンジンの自動再始動時に、所定サイクル数に渡って燃料噴射を遅角させる制御を行い、その後、EGRガスが筒内に導入された後は通常の燃料噴射時期に復帰させて、燃焼騒音を低減するものが提案されている。
特開2004−176569号公報 特開2006−063832号公報
ところで、圧縮自己着火式エンジン等のエンジンにあっては、EGR通路を介して排気ガスを吸気系つまり筒内に還流させることも多く行われており、このEGR通路に、排気ガス冷却用のEGRクーラを接続することも多く行われている。そして、このEGRクーラを水冷式として、エンジン冷却水によって水冷式EGRクーラでの冷却を行うことも行われている。
圧縮自己着火式エンジンにおいて、自動停止と自動再始動とを行う場合に、自動停止時にエンジン特に燃焼室回りの温度が低下すると、再始動しにくいものとなる。この一方、自動停止後の自動再始動を確実に行うことが強く要請されることになるが、自動停止時にはエンジン温度が少なからず低下されるので、自動再始動を確実に行うという点において改善の予知がある。
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、自動再始動を確実に行えるようにした圧縮自己着火式エンジンの制御方法及びその装置を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明における制御方法にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項1に記載のように、
EGRクーラが接続された排気還流用のEGR通路を有し、エンジン出力を必要としないときであって、あらかじめ設定された停止条件が満足されたときにエンジンを自動停止させ、エンジンの自動停止後にあらかじめ設定された再始動条件が満足されたときにエンジンを自動始動するようにした圧縮自己着火式エンジンの制御方法であって、
前記再始動条件が満足されてエンジンを自動再始動するときに、前記EGR通路を通して排気ガスを吸気通路に還流させると共に、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合を低減する、
ようにしてある。
上記解決手法によれば、エンジンの自動再始動時には、EGR通路を通して筒内に排気ガスが還流されるので、排気ガスの有する高温を利用して圧縮自己着火性を高めて、自動再始動を確実にしかもすみやかに行うことができる。そして、自動再始動に筒内に還流される排気ガスは、EGRクーラによる冷却度合が弱められているので、つまりより高温の排気ガスが筒内に還流されるようにしてあるので、自動再始動をより確実にしかもよりすみやかに行うことができる。
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項2〜請求項4に記載のとおりである。
エンジンが自動停止されてからの停止時間があらかじめ設定された所定時間以上のときは、該所定時間未満のときに比して、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合をより低減する、ようにしてある(請求項2対応)。この場合、自動停止後の停止時間が長くなるほど、筒内温度が低下して圧縮自己着火性が悪化するが、この停止時間が長いときは短いときに比してEGRクーラによる排気ガスの冷却度合をより低減させて、つまりより高温の排気ガスが筒内に還流されるようにして、自動再始動を確実に行うことができる。
自動再始動によってエンジンが完爆した後も、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合の低減を継続して行う、ようにしてある(請求項3対応)。この場合、エンジンの完爆後も、筒内に還流される排気ガスの温度が高くなるように維持して、完爆直後に不用意にエンジンが停止してしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。
前記所定時間が、エンジン冷却水温度が高いきは低いときに比して短くされる、ようにしてある(請求項4対応)。この場合、エンジン冷却水温度つまり燃焼室回りの温度が高いほど、同じ停止時間経過後であっても筒内がより高温になっているので、その分所定時間を短くして、排気ガスの冷却度合を低減する制御を行う期間を短くする上で好ましいものとなる。
前記目的を達成するため、本発明における制御装置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項5に記載のように、
EGRバルブおよびEGRクーラが接続された排気還流用のEGR通路を有し、エンジン出力を必要としないときであって、あらかじめ設定された停止条件が満足されたときにエンジンを自動停止させ、エンジンの自動停止後にあらかじめ設定された再始動条件が満足されたときにエンジンを自動始動する制御手段を備えた圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、
前記制御手段は、前記再始動条件が満足されてエンジンを自動再始動するときに、前記EGRバルブを開弁させて前記EGR通路を通して排気ガスを吸気通路に還流させるように制御すると共に、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合を低減するように制御する、
ようにしてある。上記解決手法によれば、請求項1に対応した制御方法を実行するための制御装置が提供される。
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項6以下に記載のとおりである。
前記EGR通路に、前記EGRクーラをバイパスするバイパス通路が設けられ、
前記制御手段は、エンジンの自動再始動時に、前記バイパス通路を流れる排気ガス量を増大させるように制御して、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合を低減する、
ようにしてある(請求項6対応)。この場合、バイパス通路を流れる排気ガス量を増大させることによって、その分EGRクーラを流れる排気ガス量を低減して、EGRクーラによる排気ガスの冷却度合を低減することができる。特に、排気ガスの全量をバイパス通路を流すことにより(EGRクーラを流れる排気ガス量が0)、EGRクーラによる排気ガスの冷却を実質的になくして、冷却度合を大幅に低減することが可能になる。
前記制御手段は、エンジンが自動停止されてからの停止時間があらかじめ設定された所定時間以上のときは、該所定時間未満のときに比して、前記バイパス通路を流れる排気ガス量をより増大させるように制御する、ようにしてある(請求項7対応)。この場合、請求項2に対応した制御方法を実現するための制御装置が提供される。
前記EGRクーラは、エンジン冷却水によって排気ガスの冷却を行う水冷式の熱交換器とされ、
前記制御手段は、前記EGRクーラを流れるエンジン冷却水量が低減するように制御することで、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合を低減をする、
ようにしてある(請求項8対応)。この場合、エンジン冷却水を、EGRクーラによる冷却用媒体として利用した制御装置が提供される。
前記制御手段は、エンジンが自動停止されてからの停止時間があらかじめ設定された所定時間以上のときは、該所定時間未満のときに比して、前記EGRクーラを流れるエンジン冷却水量をより減少させるように制御する、 ようにしてある(請求項9対応)。この場合、EGRクーラそのものの冷却性能を低下させて、EGRクーラによる排気ガスの冷却度合の低減を行うことができる。
本発明によれば、圧縮自己着火式エンジンを自走停止した後の自動再始動を確実に行うことができる。
図1において、Eは、自動車用とされた圧縮自己着火式エンジン(ディーゼルエンジン)で、1はシリンダ、2はシリンダヘッド、3はピストンであり、ピストン3の上方に燃焼室4が構成される。燃焼室4には、吸気ポート5および排気ポート6が開口されている。この吸気ポート5は吸気弁7によって開閉され、排気ポート6は排気弁8によって開閉される。そして、燃焼室4に対しては、燃料噴射弁9から、高圧の燃料が直接噴射される。このようなエンジンEは、例えば直列4気筒とされて、吸気ポート5および排気ポート6は、各気筒毎にそれぞれ2つづつ設けられている。
吸気通路11は、その途中にサージタンク12を有する。このサージタンク12と各気筒毎の吸気ポート5とが、分岐吸気通路13によって個々独立して接続されている。また、サージタンク12に吸気を供給する共通吸気通路14には、図示を略すエアクリーナが配設されると共に、エアクリーナの下流側においてスロットル弁15が配設されている。
排気ポート6には、排気通路21が接続されている。この排気通路21と吸気通路11とがEGR通路22によって接続されている。すなわち、EGR通路22の上流側端が、排気通路21のうち各気筒毎の排気ガスが集合される部分よりも下流側に開口され、EGR通路22の下流側端は、スロットル弁15とサージタンク12との間の共通吸気通路14に開口されている。そして、このEGR通路22には、上流側(排気通路21側)から下流側へ順次、水冷式EGRクーラ23,EGRバルブ24が接続されている。
上記EGR通路22には、バイパス通路25が設けられている。このバイパス通路25は、EGRクーラ23をバイパスするもので、その上流端はEGRクーラ23の上流側においてEGR通路22に開口され、その下流端は、EGRクーラ23の下流側でかつEGRバルブ24の上流側においてEGR通路22に開口されている。そして、バイパス通路25の下流側端部には、切換弁26が配設されている。
上記切換弁26は、EGRガス(排気ガス)が、EGRクーラ23を流通する図中実線で示す開状態と、EGRクーラ23を通らないでバイパス通路25を流通する図中破線で示す閉状態とを選択的にとり得るようになっている。つまり、切換弁26が開状態のときは、EGRバルブ24に対して、EGRクーラ23が連通される一方、バイパス通路25が遮断される。また、上記閉状態のときは、EGRバルブ24に対して、バイパス通路25が連通される一方、EGRクーラ23が遮断される。
スロットル弁15は、基本的に全開とされるが、適宜閉弁方向に制御される。例えば、空燃比(EGR率)調整のためにスロットル弁15の開度が適宜変更される。また、アイドル運転時には、スロットル弁15が閉弁方向に制御されて、充填量低下によるエンジンEの振動抑制が行われる。さらに、排気通路21に配設されたDPF(排気ガス中のすすを吸着する装置)の再生時にもスロットル弁15が閉弁方向に制御され、さらにエンジンEを停止させる際には、振動抑制のために全閉とされる。そして、エンジンEの始動時にはスロットル弁15は全開とされる。
図2は、エンジンEに対する冷却水経路の一例が示される。この図2において、31は、エンジンEのシリンダヘッド2内(燃焼室4回り)のウオータジャケット、32はラジエタ、33はラジエタへ冷却風を送風するための電動式ファンである。
上記ウオータジャケット31の出口端とラジエタ32の入口端とが、供給経路41によって接続され、ウオータジャケット31の入口端とラジエタ32の出口端とが戻り経路42によって接続されている。この供給経路41と戻り経路42とが、ラジエタ32をバイパスするバイパス経路43によって接続されている。供給経路41とバイパス経路43との接続部位には、サーモスタット式の切換バルブ35が配設されている。また、戻り経路42には、バイパス経路43との合流部よりもウオータジャケット31側において、ウオータポンプ36が配設され、このウオータポンプ36は実施形態では電動式とされている。
ウオータポンプ36を運転することにより、エンジン冷却水は、ウオータジャケット31を通って、切換バルブ35へと流れる。切換バルブ35は、基本的に、ウオータジャケット31からのエンジン冷却水を、その温度が所定温度(例えば80度C)以上の場合はラジエタ32側に流し、エンジン冷却水温度が所定温度未満のときはバイパス経路43側に流すようになっている。そして、上記所定温度は変更(調整)可能となっている。
上記供給経路41のうち切換バルブ35よりもウオータジャケット31側とバイパス経路43とが、第2バイパス経路44によって接続されている。この第2バイパス経路44には、前述した水冷式EGRクーラ23が接続されている。ウオータポンプ36を運転する限り、エンジン冷却水は、ウオータジャケット31およびEGRクーラ23を流通するようになっており、ウオータポンプ36の運転を停止することによりこの流通がそれぞれ停止される。そして、ウオータポンプ36よりも下流側(ウオータジャケット31側)の戻り経路42に、冷却水温度を検出する温度センサS4が配設されている。なお、この温度センサS4は、ウオータジャケット31の出口側での供給経路41内の温度を検出するものであってもよい。
図3は、制御系統例を示すもので、図中Uは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラである。このコントローラUによって、後述のように、燃料噴射弁9,スロットル弁15,EGRバルブ24,切換弁26,ウオータポンプ36およびエンジンEを始動するためのスタータモータ51等が制御される。また、コントローラUには、後述する制御のために、各種センサあるいはスイッチS1〜S11からの信号が入力される。センサS1は、車速を検出するものである。スイッチS2は、パーキングブレーキあるいは車両を停止あるいは減速させるためのフットブレーキの少なくとも一方が操作されているときにONとされるブレーキスイッチである。スイッチS3は、アクセルが踏み込み操作されているときにONとなるアクセルスイッチである。センサS4は、既述のように、エンジン冷却水温度を検出するものである。センサS5はバッテリ容量を検出する容量センサである。センサS6は、車両を減速あるいは停止させるための負圧式ブレーキの負圧室の負圧の大きさを検出するものである。センサS7は、ハンドル操作されているときにONとなるハンドルスイッチである(舵角センサでもよい)。センサS8は、エアコンの作動による負荷(消費電力)を検出するものである。センサS9は、エンジンEのクランク角を検出するものである。センサS10は、エンジン回転数を検出するものである。センサS11は、路面の傾斜角度を検出するものである。
次に、コントローラUによるエンジンEの自動停止と自動再始動の制御について説明する。まず、自動停止条件が、例えば次のa〜 の全ての条件を満足したときとして設定されている。
条件a:車速が0であること(所定車速以下の低車速としてもよい)。
条件b:ブレーキ操作されていること。
条件c:アクセルが踏み込み操作されていないこと。
条件d:エンジン冷却水温度が所定温度(例えば85度C)以上の温間時であること。
条件e:バッテリ容量が所定値(例えば95%)以上であること(自動再始動が不能になることの防止用)。
条件f:車両を減速あるいは停止させるための負圧式ブレーキ用の負圧室に所定値以上大きな負圧が確保されていること(ブレーキの確実な確保)。
条件g:ハンドル操作されていないこと(パワーステアリングによる操舵補助の確実な確保)。
条件h:エアコンの負荷が所定値以下の小さいこと(バッテリの容量低下防止)
条件i:路面の傾斜が、所定角度以上の上り坂でないこと。
エンジンEの自動再始動の条件は、上記自動停止条件のうちのいずれか1つの条件が満足されなくなったときとして設定される。
次に、図4以下に示すフローチャートを参照しつつ、コントローラUによる自動再始動の制御例について説明する。なお、以下の説明でQはステップを示し、また各種センサあるいはスイッチS1〜S11からの信号は、制御開始時あるいは適宜の割り込みタイミングでもって読み込まれる。さらに、図4のフローチャートは、エンジンEが自動停止されていることを前提に制御が開始されるものとなっている。
まず、図4のQ1において、自動再始動の条件が満足されたか否かが判別される。このQ1の判別でNOのときはQ1の判別が繰り返される。Q1の判別でYESのときは、自動再始動を行うときである。このときは、まずQ2において、EGRバルブ24が開弁されると共に、バイパス通路25が開とされる(切換弁26が図1一点鎖線で示す閉位置とされる)。これにより、開弁されているEGRバルブ24に対して、バイパス通路25が連通される一方、EGRクーラ23は遮断されて、排気ガスは、その全量が、EGRクーラ23を通ることなくバイパス通路25を通過して、吸気系(筒内)へ還流される状態とされる。
Q2の後、Q3において、自動停止からの停止時間(経過時間)とエンジン冷却水温度とから、バイパス通路25を開いておく「開時間」が算出される。算出される開時間は、停止時間が長いほど、またエンジン冷却水温度が低いほど、長くされる。この後、Q4において、スタータモータ51を駆動することによって、エンジンが自動再始動される(燃料噴射も当然にあり)。
Q4の後、Q5において、エンジン回転数が完爆したか否かが判別される。このQ5での判別は、エンジン回転数例えば500rpm以上になったか否かの判別となる。このQ5の判別でNOのときは、Q5の判別が繰り返される。Q5の判別でYESのときは、Q6において、Q5での判別がYESとなった時点からQ3で算出された開時間が経過されたか否かが判別される。このQ6の判別でNOのときは、Q6の判別が繰り返される。Q6の判別でYESのときは、Q7において、バイパス通路25が閉じられる(切換弁26が図1実線で示す閉位置とされて、排気ガスは、全量EGRクーラ23を通って(十分に冷却されて)、筒内に還流されることになる。
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。EGRクーラ23による排気ガスの冷却度合の低減は、例えば、切換弁26を全開位置と全閉位置との間の位置をとり得るようにして、一部の排気ガスがEGRクーラ23を通る一方、残りの排気ガスがバイパス通路25を通るようにして、EGRクーラ23による排気ガスの冷却度合を段階的あるいは連続可変式に調整するようにしてもよい(圧縮自己着火性が悪くなる状態ほど、バイパス通路25を流れる排気ガス量の割合が増大される)。ウオータポンプ36の駆動能力を調整して(ウオータポンプ36の運転停止も含む)、EGRクーラ23を流れる冷却水量を低減することによって、EGRクーラ23による排気ガスの冷却度合(冷却能力)を低減するようにしてもよく、この場合、バイパス通路25を無くすこともできる。
EGRクーラ23は、空冷式であってもよく、この場合空冷のための送風用の電動ファンを有する場合は、この電動ファンの駆動能力を調整することによって、EGRクーラの冷却度合(冷却能力)を変更することができる(バイパス通路25を利用した冷却度合の変更を行うこともできる)。自動停止からの停止時間があらかじめ設定した所定時間以上のときは、所定時間未満のときに比して、EGRクーラ23による排気ガスの冷却度合をより低減させるようにしてもよく、この場合上記所定時間は、自動再始動時のエンジン冷却水温度が低いほどあるいは自動停止されてからの停止時間が長いほど、長くするのが好ましい。自動停止と自動再始動との制御は、アイドルストップの場合に限らず、ハイブリッド車におけるエンジンの自動停止と自動再始動との制御においても同様に適用し得るものである。自動停止の条件や自動再始動の条件は、適宜設定できるものである。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
本発明が適用されたエンジンの一例を示す簡略側面図。 図1に示すエンジンの冷却系統例を示す図。 本発明の制御系統例を示す図。 本発明の制御例を示すフローチャート。
符号の説明
U:コントローラ
E:エンジン
3:ピストン
4:燃焼室
9:燃料噴射弁
11:吸気通路
21:排気通路
22:EGR通路
23:EGRクーラ
24:EGRバルブ
26:切換弁
36:ウオータポンプ

Claims (9)

  1. EGRクーラが接続された排気還流用のEGR通路を有し、エンジン出力を必要としないときであって、あらかじめ設定された停止条件が満足されたときにエンジンを自動停止させ、エンジンの自動停止後にあらかじめ設定された再始動条件が満足されたときにエンジンを自動始動するようにした圧縮自己着火式エンジンの制御方法であって、
    前記再始動条件が満足されてエンジンを自動再始動するときに、前記EGR通路を通して排気ガスを吸気通路に還流させると共に、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合を低減する、
    ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御方法。
  2. 請求項1において、
    エンジンが自動停止されてからの停止時間があらかじめ設定された所定時間以上のときは、該所定時間未満のときに比して、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合をより低減する、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御方法。
  3. 請求項1において、
    自動再始動によってエンジンが完爆した後も、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合の低減を継続して行う、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御方法。
  4. 請求項2において、
    前記所定時間が、エンジン冷却水温度が高いきは低いときに比して短くされる、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御方法。
  5. EGRバルブおよびEGRクーラが接続された排気還流用のEGR通路を有し、エンジン出力を必要としないときであって、あらかじめ設定された停止条件が満足されたときにエンジンを自動停止させ、エンジンの自動停止後にあらかじめ設定された再始動条件が満足されたときにエンジンを自動始動する制御手段を備えた圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、
    前記制御手段は、前記再始動条件が満足されてエンジンを自動再始動するときに、前記EGRバルブを開弁させて前記EGR通路を通して排気ガスを吸気通路に還流させるように制御すると共に、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合を低減するように制御する、
    ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
  6. 請求項5において、
    前記EGR通路に、前記EGRクーラをバイパスするバイパス通路が設けられ、
    前記制御手段は、エンジンの自動再始動時に、前記バイパス通路を流れる排気ガス量を増大させるように制御して、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合を低減する、
    ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
  7. 請求項6において、
    前記制御手段は、エンジンが自動停止されてからの停止時間があらかじめ設定された所定時間以上のときは、該所定時間未満のときに比して、前記バイパス通路を流れる排気ガス量をより増大させるように制御する、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
  8. 請求項5において、
    前記EGRクーラは、エンジン冷却水によって排気ガスの冷却を行う水冷式の熱交換器とされ、
    前記制御手段は、前記EGRクーラを流れるエンジン冷却水量が低減するように制御することで、前記EGRクーラによる排気ガスの冷却度合を低減をする、
    ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
  9. 請求項8において、
    前記制御手段は、エンジンが自動停止されてからの停止時間があらかじめ設定された所定時間以上のときは、該所定時間未満のときに比して、前記EGRクーラを流れるエンジン冷却水量をより減少させるように制御する、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
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