JP2012092788A - エンジン異常燃焼時の停止制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常燃焼によってエンジン回転数が制御できなくなった場合にエンジンの停止を行うことができるエンジン異常燃焼時の停止制御方法を提供する。
【解決手段】エンジン１０の吸気系に電動過給器１１が接続された車両で、燃焼室１８内にオイルや燃料が異常流入して異常燃焼が生じ、エンジン回転数が制御できなくなった際にエンジン１０の停止を行うエンジン異常燃焼時の停止制御方法であって、異常燃焼が生じたとき、電動過給器１１のモータ１４をブレーキ制御してタービン回転を停止するエンジン停止制御を行う方法である。
【選択図】図５

Description

本発明は、電動過給器を備えた車両で、異常燃焼によってエンジン回転数が制御できなくなった場合にエンジンの停止を行うエンジン異常燃焼時の停止制御方法に関するものである。

自動車において、異常燃焼によってエンジン回転数の制御ができなくなり、アクセル開度が０％であるにもかかわらず、エンジン回転数が定格回転数以上に上昇し、しばらくエンジン回転数が下がらないといった現象が生じる場合がある。

その原因は、エンジン筒内の燃焼室にオイル（エンジンオイルなど）や燃料が溜まり、その溜まったオイルや燃料が燃焼し続けるためである。その要因として以下の（１）〜（７）に示す場合が考えられる。

（１）オイルミストを大量に含むブローバイガスが吸入空気路に戻され、これがエンジン筒内に吸入される場合。

（２）過給器の潤滑油が軸シール不良などで吸入空気経路に漏れ、これがエンジン筒内に吸引される場合。

（３）エンジンオイルがヘッド側よりバルブステムシールを通して燃焼室内に漏れてくる場合。

（４）過回転や排気ブレーキの使用によりクランクケース内圧が上がり、オイルが筒内に進入してくる場合。

（５）燃料噴射インジェクタの故障などにより大量の燃料がエンジン筒内に噴射される場合。

（６）後処理添加剤用に多量の燃料を膨張行程中間から終了付近に噴射し、それが排気されずエンジン筒内に残留した場合。

（７）規定量以上のエンジンオイルを入れてしまい、そのエンジンオイルが燃焼室に流入してきた場合。

これらを要因として燃焼室内にオイルや燃料が溜まった結果、異常燃焼が起こり、燃料無噴射にもかかわらずエンジン回転数が上昇してしまうことがある。燃焼室内に溜まったオイルや燃料に一旦火がつくと、その燃料が無くなるか、燃焼に必要な酸素が無くなるまでエンジンは異常燃焼を続け、エンジン回転数は下がらない。このとき、エンジンの破損を最小限にし、車両暴走を抑えるためには、エンジン回転数を速やかに下げなくてはならない。

そのため、異常燃焼を判定する方法やエンジンを停止させる方法などが提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１０７４５８号公報

しかしながら、従来の過給器搭載エンジンでは、異常燃焼時に排気温度が上昇し、その排気エネルギにより過給器のタービンが仕事をしてしまい、新規吸入空気が更に増加して異常燃焼が停止しにくい状態になってしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、異常燃焼によってエンジン回転数が制御できなくなった場合にエンジンの停止を行うことができるエンジン異常燃焼時の停止制御方法を提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、エンジンの吸気系に電動過給器が接続された車両で、燃焼室内にオイルや燃料が異常流入して異常燃焼が生じ、エンジン回転数が制御できなくなった際にエンジンの停止を行うエンジン異常燃焼時の停止制御方法であって、異常燃焼が生じたとき、電動過給器のモータをブレーキ制御してタービン回転を停止するエンジン停止制御を行うエンジン異常燃焼時の停止制御方法である。

異常燃焼が生じているか否かの判定は、指示燃料噴射量、エンジン回転数、電動過給器のタービン回転数、新規吸入空気量、排気温度をそれぞれ設定した閾値と比べて行うと良い。

異常燃焼が一定時間以上継続したときにエンジン停止制御を行うと良い。

エンジン停止制御では、更に、燃料噴射を停止し、噴射圧力を０ＭＰａにし、吸気弁を閉じ、ＶＧＴベーンの開度を閉じると良い。

エンジン停止制御後、エンジンの停止を判定し、エンジンが停止した場合は通常制御に移行し、エンジンが停止していない場合はエンジン停止制御を継続すると良い。

本発明によれば、異常燃焼によってエンジン回転数が制御できなくなった場合にエンジンの停止を行うことができる。

本発明の対象となるエンジンの一例を示す概略図である。 本発明の対象となる燃料噴射系の一例を示す概略図である。 本発明の対象となるエンジン回転数領域を示す図である。 異常燃焼の判定を説明する図である。 本発明に係るエンジン異常燃焼時の停止制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の対象となるエンジンの一例を示す概略図であり、図２は、本発明の対象となる燃料噴射系の一例を示す概略図である。

図１に示すように、本発明の対象となるエンジン１０は、吸気系に電動過給器１１が接続されており、排気エネルギにより電動過給器１１のタービン（排気タービン）１２を駆動させてコンプレッサ（吸気コンプレッサ）１３により過給するようになっている。

電動過給器１１は、モータ１４によって同一軸上のタービン１２とコンプレッサ１３を回転させることができ、排ガスの流速によらず任意の回転が得られるものである。

コンプレッサ１３で圧縮され高温となった空気は、チャージエアクーラ１５にて一気に冷却され、吸気スロットル１６で吸気量が調整された後、吸気弁１７を介して燃焼室１８に供給されて燃焼に使用される。未燃焼の混合ガス、即ち、ブローバイガスは、リターンパス１９を通じて吸気側に環流される。

その後、燃焼に使用された排ガスは、排気弁２０を介して排気され、その排気エネルギによってタービン１２を駆動する。タービン１２の前段には、エンジン回転数に応じてタービンブレードの開口面積を可変させることで排ガスの流量を変化させ、過給効率や排気圧力を調節するＶＧＴベーン２１が設けられている。

排気の際には、排気の一部を吸気に戻すことにより、排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うようになっている。ＥＧＲを行うことでＮＯ_Xの排出量を低減することができる。

ＥＧＲでは、高温の排気を直接吸気すると吸気温度が上昇して、吸気充填効率の低下を招いてしまうことから、排ガスはＥＧＲクーラ２２で一旦冷却されてから吸気に投入される。ＥＧＲクーラ２２の後段には、ＥＧＲバルブ２３が設けられており、その開度を制御することにより、ＥＧＲ量を調節できるようになっている。

エンジン１０の制御を行うためのＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２４には、吸気流量を検出するためのエアフローセンサ２５、吸気スロットル１６、燃焼室１８に燃料を噴射するための燃料インジェクタ２６、ＶＧＴベーン２１、排気温度を検出するための排気温度センサ２７、ピストン２８に接続されたクランクシャフト２９のクランク角度を検出するクランク角度センサ３０、電動過給器１１のモータ１４などが接続されている。

図２に示すように、本発明の対象となる燃料噴射系は、複数気筒のコモンレール噴射系であり、エンジン回転数によらず任意の噴射圧力を得られるものである。

コモンレール３１に蓄圧した燃料を噴射ノズルである各燃料インジェクタ２６に供給するようになっている。そのため、コモンレール３１に燃料を所定の圧力に加圧して圧送する高圧ポンプ３２が設けられている。つまり、このコモンレール噴射系では、噴射圧力はコモンレール３１に蓄えられる圧力に依存する。

通常はコモンレール３１の実圧力を圧力センサ３３によってモニタ（フィードバック）しながら、高圧ポンプ３２の吐出量制御バルブ３４を制御してその吐出量を制御している。

さて、本発明は、エンジン１０の吸気系に電動過給器１１が接続された車両で、燃焼室１８内にオイルや燃料が異常流入して異常燃焼が生じ、エンジン回転数が制御できなくなった際にエンジン１０の停止を行うエンジン異常燃焼時の停止制御方法である。

具体的には、異常燃焼が生じたとき、電動過給器１１のモータ１４をブレーキ制御してタービン回転を停止することで、排気圧力を増加させてポンピング損失を増やし、これにより新規吸入空気量を少なくして異常燃焼を抑える方法である。

このエンジン異常燃焼時の停止制御方法を実行するに際し、異常燃焼を判定する必要がある。異常燃焼の判定について図３を用いて説明する。

図３は、エンジン停止制御を実行する運転領域のイメージを示す図である。

図３に示すように、エンジン始動により燃料噴射量が一気に上昇した後、燃料噴射量が落ち着くアイドル運転領域Ａに突入し、次いで、通常運転領域Ｂに突入する。この図は、全負荷燃料ラインを示す図であり、平地を走行している場合においては、ここで示す回転数ａ（例えば、４６００ｒｐｍ）が設計上、設定上限のエンジン回転数となる。そのため、エンジン回転数が回転数ａより大きくなったときを異常燃焼と判定する。

ところが、車両重量が大きい場合や下り坂をエンジンブレーキで降りるときはエンジン回転数が回転数ａよりも大きくなることがあり、この場合異常燃焼は生じていないのでエンジン停止制御を行う必要がない。

そこで、本発明においては、異常燃焼が生じているか否かの判定は、エンジン回転数に加えて、指示燃料噴射量、電動過給器のタービン回転数、新規吸入空気量をそれぞれ設定した閾値と比べて行うようにし、異常燃焼時とそれ以外の状態とを区別できるようにした。なお、これらの検出値は、ＥＣＵ２４によって参照される。

つまり、図４に示すように、異常燃焼時には、指示燃料噴射量が０ｍｍ³／ｓｔであるにもかかわらず、電動過給器１１のタービン回転数や新規吸入空気量、排気温度が上昇するため、これらの検出値が全て異常燃焼の検出閾値を超えたときに異常燃焼と判定するようにした。

以下、エンジン異常燃焼時の停止制御方法の詳細を図５のフローチャートを用いて説明する。

図５に示すように、エンジン停止制御を行うに先立ち、異常燃焼が発生しているか否かの判定を行う（Ｓ１０１）。この判定は、（１）指示燃料噴射量、（２）エンジン回転数、（３）電動過給器のタービン回転数、（４）新規吸入空気量、（５）排気温度の各条件を参照して行う。

指示燃料噴射量は、ドライバーが燃料噴射を意図しているか否かを確認するためのパラメータであり、その検出値が０ｍｍ³／ｓｔとなっているときに条件（１）を満たす。

エンジン回転数は、過回転やエンジンブレーキで下り坂を降りている状態か否かを確認するためのパラメータであり、その検出値が前述の回転数ａより大きいときに条件（２）を満たす。

電動過給器のタービン回転数は、エンジン負荷の確認、即ち、タービン１２の仕事量を大まかに推定するためのパラメータであり、その検出値が設定した検出閾値より大きいときに条件（３）を満たす。

新規吸入空気量は、エンジン負荷の確認、即ち、筒内で燃焼しているか否かを確認するためのパラメータであり、その検出値が設定した検出閾値より大きいときに条件（４）を満たす。

排気温度は、エンジン負荷の確認、即ち、筒内で燃焼しているか否かを確認するためのパラメータであり、その検出値が設定した検出閾値より大きいときに条件（５）を満たす。

これら（１）〜（５）の全ての条件を満たしたときに異常燃焼が発生していると判定する。

ここで異常燃焼が発生していないと判定された場合には、通常制御に移行し（Ｓ１０５）、エンジン異常燃焼時の停止制御を終了する。

一方、異常燃焼が発生していると判定された場合には、異常燃焼が一定時間継続されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。この判定により、データハンチングによる誤検出を防止することができる。継続時間として、数秒（例えば、５秒）程度の検出閾値を設定すると良い。

ここで継続時間が検出閾値以下の場合には、データハンチングによる誤検出のおそれがあるので、通常制御に移行し（Ｓ１０５）、エンジン異常燃焼時の停止制御を終了する。

一方、継続時間が検出閾値より長い場合には、エンジン停止制御を行う（Ｓ１０３）。異常燃焼時にエンジン１０を停止させるには、燃焼に必要な新規吸入空気量を減らし、失火させる手段が有効である。そのため、エンジン停止制御においては、燃料噴射を停止して制御的に燃料噴射をストップさせ、噴射圧力を０ＭＰａにして物理的に燃料噴射をできないようにし、吸気スロットル１６を閉じて燃焼に必要な酸素量を減らす。更に、電動過給器１１のモータ１４をブレーキ制御してタービン回転を停止させ、異常燃焼で電動過給器１１が仕事をしないようにして、新規吸入空気量を下げ、ＶＧＴベーン２１の開度を閉じてＥＧＲバルブ２３の開度を閉じ排気圧力を上げてポンピング損失を大きくして新規吸入空気量を更に下げる。

そして、このエンジン停止制御後、エンジン回転数を参照してエンジン１０が停止したか否かを判定する（Ｓ１０４）。ここでは、エンジン回転数が０ｒｐｍとなっているときにエンジン１０が停止したと判定する。

エンジン１０が未だ停止していない場合には、エンジン停止制御を継続し（Ｓ１０３）、エンジン１０が停止した場合には、エンジン停止制御を終了して通常制御に移行し（Ｓ１０５）、エンジン異常燃焼時の停止制御を終了する。

このようにエンジン異常燃焼時の停止制御方法では、異常燃焼時であってもタービン回転数を任意に設定、即ち、停止させることができる電動過給器１１を利用することによって、排気圧力を増加させてポンピング損失を増やし、これにより新規吸入空気量を少なくして異常燃焼を抑えることができる。

以上要するに、本発明によれば、エンジン異常燃焼時の停止制御方法の実施により素早く新規吸入空気量を少なくすることができ、異常燃焼を速やかに止めることができる。これにより、エンジン停止までの時間を大幅に短縮することができる。

１０ エンジン
１１ 電動過給器
１２ タービン
１３ コンプレッサ
１４ モータ
１５ チャージエアクーラ
１６ 吸気スロットル
１７ 吸気弁
１８ 燃焼室
１９ リターンパス
２０ 排気弁
２１ ＶＧＴベーン
２２ ＥＧＲクーラ
２３ ＥＧＲバルブ
２４ ＥＣＵ
２５ エアフローセンサ
２６ 燃料インジェクタ
２７ 排気温度センサ
２８ ピストン
２９ クランクシャフト
３０ クランク角度センサ
３１ コモンレール
３２ 高圧ポンプ
３３ 圧力センサ
３４ 吐出量制御バルブ

Claims (5)

1. エンジンの吸気系に電動過給器が接続された車両で、燃焼室内にオイルや燃料が異常流入して異常燃焼が生じ、エンジン回転数が制御できなくなった際にエンジンの停止を行うエンジン異常燃焼時の停止制御方法であって、異常燃焼が生じたとき、電動過給器のモータをブレーキ制御してタービン回転を停止するエンジン停止制御を行うことを特徴とするエンジン異常燃焼時の停止制御方法。
2. 異常燃焼が生じているか否かの判定は、指示燃料噴射量、エンジン回転数、電動過給器のタービン回転数、新規吸入空気量、排気温度をそれぞれ設定した閾値と比べて行う請求項１に記載のエンジン異常燃焼時の停止制御方法。
3. 異常燃焼が一定時間以上継続したときにエンジン停止制御を行う請求項１又は２に記載のエンジン異常燃焼時の停止制御方法。
4. エンジン停止制御では、更に、燃料噴射を停止し、噴射圧力を０ＭＰａにし、吸気弁を閉じ、ＶＧＴベーンの開度を閉じる請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン異常燃焼時の停止制御方法。
5. エンジン停止制御後、エンジンの停止を判定し、エンジンが停止した場合は通常制御に移行し、エンジンが停止していない場合はエンジン停止制御を継続する請求項１〜４のいずれかに記載のエンジン異常燃焼時の停止制御方法。

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