JP2012112266A

JP2012112266A - 内燃機関の加熱制御装置

Info

Publication number: JP2012112266A
Application number: JP2010260436A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kurata; 和郎倉田; Kisao Kuroda; 喜佐夫黒田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-11-22
Also published as: JP5375800B2

Abstract

【課題】加熱手段への電気負荷を軽減させて耐久性を図りつつも安定した始動後の燃焼を確保することができる内燃機関の加熱制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１の各気筒１Ａ〜１Ｄに配置され、通電されることで発熱するグロープラグ４Ａ〜４Ｄによって、内燃機関の始動前及び始動後に各気筒を加熱可能な内燃機関の加熱制御装置であって、各気筒の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段１５Ａ〜１５Ｄと、燃焼状態検出手段により検出された各気筒の燃焼状態に基づいて各気筒のロープラグ４Ａ〜４Ｄによる加熱量を制御する加熱制御手段２０と、グロープラグへの制御によって変動する内燃機関の出力変動を補正する出力補正手段３０を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の加熱制御装置に係り、詳しくは始動後のアフターグローの制御技術に関する。

気筒内に高圧な燃料を燃料噴射弁から噴射する内燃機関であるディーゼルエンジンでは、各気筒の燃焼室に加熱手段となるグロープラグを備えている。そして、始動前にグロープラグに通電することで予熱するとともに、始動後にグロープラグに通電するアフターグローをすることで、始動性と始動直後の燃焼安定を確保している。しかし、グロープラグへの通電時間は電気負荷の増加や耐久性の問題から、不要であれば短い方が好ましい。

特許文献１には、気筒の排気温度を検出し、アフターグロー終了後の排気温度が所定温度以下まで低下した場合には、グロープラグに再通電してアフターグローを再開する構成が開示されている。

特開昭５８−２０００８０号公報

ディーゼルエンジンでは、気筒毎の燃料噴射量、フリクションおよび圧縮比などのバラツキにより、始動後の暖機過程が異なる。そのため、暖機が早い気筒にとってのアフターグローは、無駄な電気負荷をグロープラグへかけ続けることになり、反対に暖機が遅い気筒に対しては、グロープラグへの通電を早く切られると燃焼が不安定になり未燃炭化水素の排出量増加や失火に至る事につながる。また、始動後のグロープラグへの通電時間、暖機完了を判断して通電を切るのが好ましいが、各気筒の暖機状態の判断を一般的に行われている冷却水温から判断することは難しい。その点、特許文献１では各気筒の始動後の排気温度を検出し、排気温度が低い場合にはアフターグローを再開しているので、気筒の運転状態に応じたグロープラグの通電制御は行えるが、気筒の運転状態の安定をグロープラグへの通電で行っている以上、通電時間を低減することにはならず、グロープラグの耐久性の面では不利である。
本発明は、加熱手段への電気負荷を軽減させて耐久性を図りつつも安定した始動後の燃焼を確保することができる内燃機関の加熱制御装置を提供することを、その目的とする。

本発明に係る内燃機関の加熱制御装置は、内燃機関の各気筒に配置され、通電されることで発熱する加熱手段によって内燃機関の始動前及び始動後に各気筒を加熱可能であって、各気筒の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、燃焼状態検出手段により検出された各気筒の燃焼状態に基づいて各気筒の加熱手段による加熱量を制御する加熱制御手段と、加熱手段への制御によって変動する内燃機関の出力変動を補正する出力補正手段を有することを特徴としている。

本発明に係る内燃機関の加熱制御装置において、各気筒に配置され、各気筒内に燃料をそれぞれ噴射供給する燃料噴射弁を有し、出力補正手段は、燃焼状態検出手段により検出された気筒の燃焼状態が所定値を超え、加熱手段に対する通電を停止された気筒以外の気筒に対する、燃料噴射弁からの燃料噴射量を増大するように燃料噴射弁を制御することを特徴としている。

本発明に係る内燃機関の加熱制御装置において、各気筒に配置され、各気筒内に燃料をそれぞれ噴射供給する燃料噴射弁を有し、出力補正手段は、燃焼状態検出手段により検出された気筒の燃焼状態が所定値を超え、加熱手段に対する通電を停止された気筒に対する燃料噴射弁からの燃料噴射時期を進角補正するように燃料噴射弁を制御することを特徴としている。

本発明に係る内燃機関の加熱制御装置において、燃焼状態検出手段は、各気筒から排出される排気の温度を検出する温度検出手段であり、加熱制御手段は、温度検出手段により検出された気筒の排気温度が所定値を超えている場合には、加熱手段に対する通電を停止し、気筒の排気温度が所定値を超えていない場合には、加熱手段に対する通電を継続して加熱手段による加熱量を制御することを特徴としている。

本発明によれば、始動後も燃焼安定のため加熱手段への通電を継続する加熱制御を行なうに際し、燃焼状態検出手段により検出された各気筒の燃焼状態に応じて気筒毎に加熱手段の通電を制御することができ、電気負荷を軽減させつつ安定した始動後の燃焼を確保することができる。また、加熱手段への制御によって変動する内燃機関の出力変動を出力補正手段で補正するので、加熱手段に対して始動後に通電を停止して内燃機関に出力変動が生じる場合でも、加熱手段による通電制御ではなく、出力変動を抑制することができるため、より加熱手段への電気的負荷を低減して耐久性を図りながら、安定した始動後の燃焼を確保することができる。
本発明によれば、燃焼状態検出手段により検出された気筒の燃焼状態が所定値を超え、加熱手段に対する通電を停止された気筒以外の気筒に対する、燃料噴射弁からの燃料噴射量を増大するように燃料噴射弁を制御するので、加熱手段への通電を停止した気筒の出力が加熱手段への通電時と比べて低下した場合でも、加熱手段へ通電されている別な気筒、すなわち、未暖機の気筒の熱発生量が増加し、低下した出力を加熱手段による通電制御ではなく、燃料噴射量増大により補うことができるので、全体として暖機が促進されるとともに、より加熱手段への電気的負荷を低減して耐久性を図りながら、安定した始動後の燃焼を確保することができる。
本発明によれば、燃焼状態検出手段により検出された気筒の燃焼状態が所定値を超え、加熱手段に対する通電を停止された気筒に対する燃料噴射弁からの燃料噴射時期を進角補正するように燃料噴射弁を制御するので、加熱手段への通電を停止した気筒に、加熱手段への通電時と比べて着荷遅れが発生して燃焼が遅れるような場合でも、加熱手段による通電制御ではなく、燃料噴射時期の進角補正により燃焼の安定化を図れるため、より加熱手段への電気的負荷を低減して耐久性を図りながら、安定した始動後の燃焼を確保することができる。

本発明に係る車両に搭載された内燃機関の加熱制御装置の概略構成図である。図１に示す加熱制御装置による第１の実施形態を示すフローチャートである。図１に示す加熱制御装置による第２の実施形態を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の加熱制御について説明する。
図１において、内燃機関は筒内噴射自然着火式エンジンである４気筒直列のディーゼルエンジン１（以下、単に「エンジン１」と記す）とする。気筒数は４気筒に限定されるものではなく、直列ではなくＶ型であってもよい。

図１おいては、エンジン１の燃料供給系は、例えばコモンレールシステムから構成されている。コモンレールシステムでは、符号１Ａ〜１Ｄで示す各気筒に、電磁開閉式の燃料噴射弁となるインジェクタ３Ａ〜３Ｄが設けられている。これらインジェクタ３Ａ〜３Ｄは燃料を安定的に高圧に保持するコモンレール５にそれぞれ燃料噴射管を介して接続されている。このようなコモンレールシステムは公知であり、当該コモンレールシステムの構成の詳細についてはここでは説明を省略する。

インジェクタ３Ａ〜３Ｄは、制御手段となるＥＣＵ２０に接続されており、ＥＣＵ２０からの燃料噴射指令に基づいて高速で電磁弁を開閉し、コモンレール４内の高圧な燃料を所望のタイミングで各気筒の燃焼室に噴射可能に構成されている。本形態において、インジェクタ３Ａ〜３Ｄは、主燃焼用のメイン噴射の他に、メイン噴射の前に、燃焼促進等のためにメイン噴射時の噴射量よりも少量の燃料を燃焼室内に供給するプレ噴射と、メイン噴射の後に燃料を噴射して、ＮＯｘと煤のトレードオフを改善する周知のアフタ噴射の多段噴射を実施可能に構成されている。

気筒１Ａ〜１Ｄの上部には、通電されることで発熱する加熱手段としてのグロープラグ４Ａ〜４Ｄとなるグロープラグ４Ａ〜４Ｄが配置されている。これらグロープラグ４Ａ〜４Ｄは、エンジン１の始動前及び始動後に通電されることで、各気筒を加熱可能に構成されている。

エンジン１にはターボチャージャ１２が装着されている。エンジン１の燃焼室内につながり吸気弁によって開閉される吸気ポートには、吸気マニホールド６を介して吸気管８が接続されている。吸気管８にはターボチャージャ１２のコンプレッサが連結されている。吸気マニホールド６とコンプレッサの間の吸気管８には、吸気を冷却するインタークーラー７とスロットル弁９が配置されている。

燃焼室内につながり、排気弁によって開閉される排気ポートには、排気マニホールド１０を介して排気管１１が接続されている。排気管１２にはターボチャージャ１２のタービン、排気後処理装置、消音器等が介装されるが、ここでは説明を省略する。排気マニホールド１０と吸気管８は、周知の排気再循環のための排気再循環通路１３で接続されている。排気再循環通路１３には、排気再循環量を調節するための電磁式の排気再循環弁１４が介装されている。この排気再循環弁１４は、ＥＣＵ２０はよってエンジン１の運転状態に応じてその開閉が制御されることで、排気再循環量を制御するように構成されている。排気マニホールド１０には、各気筒１Ａ〜１Ｄから排出される排気の温度を検出する温度検出手段となる排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄが配置されている。これら排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄは、各気筒１Ａ〜１Ｄの燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段として機能する。

ＥＣＵ２０は、エンジン１の総合的な制御を行うための制御手段であり、コンピュータで構成されていて、本形態では加熱制御手段としても機能する。ＥＣＵ２０の入力側には、各種センサ類とともに、排気温度Ｈｔを検出する排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄと、エンジン回転情報Ｎｅを検出する回転検出手段となるクランク角センサ２１、エンジン負荷情報θを検出する負荷検出手段となるアクセル開度センサ２２が接続されている。ＥＣＵ２０の出力側には、各種デバイスや排気再循環弁１４とともに、各インジェクタ３Ａ〜３Ｄとグロープラグ４Ａ〜４Ｄが接続されている。

ＥＣＵ２０の図示しないＲＯＭには、プレ噴射とメイン噴射とアフタ噴射の噴射時期と各噴射時の噴射期間（噴射量）がエンジン回転情報Ｎｅと負荷情報θから得られるエンジン運転状態に応じてそれぞれ設定されている。

ＥＣＵ２０の図示しないＲＯＭにはグロープラグ４Ａ〜４Ｄへの通電時間Ｔを判定するための所定時間Ｔ１と各気筒の燃焼状態を判断するための所定値となる所定温度Ｈｔ１が設定されている。ＥＣＵ２０の図示しないＲＯＭにはグロープラグ４Ａ〜４Ｄによる加熱時間Ｔが、予め設定された所定時間Ｔ１を経過し、排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄにより検出された各気筒の排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１を超えている場合には、グロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電を停止し、排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１を超えていない場合には、グロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電を継続してグロープラグ４Ａ〜４Ｄによる加熱量を制御するルーチンが記憶されている。すなわち、ＥＣＵ２０は、排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄにより検出された各気筒の燃焼状態に基づいて各気筒のグロープラグ４Ａ〜４Ｄによる加熱量を制御する。
（第１の制御形態）
本形態に係る加熱制御装置は、グロープラグ４Ａ〜４Ｄへの制御によって変動するエンジン１の出力変動を補正する出力補正手段３０を備えている。この出力補正手段３０は、排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄにより検出された気筒の燃焼状態となる排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１を超え、グロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電を停止された気筒以外の気筒に対する、インジェクタからの燃料噴射量を増大するように各インジェクタ３Ａ〜３Ｄを制御する機能を備えている。出力補正手段３０はＥＣＵ２０内に設定されている。

以下、加熱制御装置による制御内容を、図２に示すフローチャートに沿って説明する。なお、この制御は、エンジン１が始動してグロープラグ４Ａ〜４Ｄに通電するアフターグロー制御に適用している。

図２のステップＳＴ１では、排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄからの排気温度とエンジン始動後からのグロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電時間Ｔとを読込む。グロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電時間情報Ｔは、ＥＣＵ２０が備えている周知のタイマーによって計測された値を用いる。

ステップＳＴ２では、通電時間Ｔが所定時間Ｔ１を経過したか否かを判断する。この所定時間Ｔ１はアフターグローに対する基準時間である。通電時間Ｔが所定時間Ｔ１を経過していなければ、ステップＳＴ５に進んで各グロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電はオン状態のまま継続し、通電時間Ｔが所定時間Ｔ１を経過している場合には、ステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３では、各気筒の排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１を超えているか否かを判定する。所定温度Ｈｔ１とは、アフターグロー時において燃焼が不安定にならず、かつグロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する耐久性を考慮した排気温度である。ここで、排気温度Ｈｔ＞所定温度Ｈｔ１でなければ、アフターグローは可能であるとしてステップＳＴ５に進んでグロープラグ４Ａ〜４Ｄへの通電はオン状態とし、排気温度Ｈｔ＞所定温度Ｈｔ１の場合にはステップＳＴ４に進んでグロープラグ４Ａ〜４Ｄへの通電をオフ（停止）する。

グロープラグ４Ａ〜４Ｄへの通電をオフ（停止）すると、ステップＳＴ６において、従来のように、再度グロープラグに対する通電制御をするものではなく、通電オン状態のグロープラグの気筒への燃料噴射量を増大すべくインジェクタを制御する。例えば、気筒１Ａのグロープラグ４Ａへの通電をオフ（停止）し、気筒１Ｂ〜１Ｄに対応するグロープラグ４Ｂ〜４Ｄには通電が行われている場合、気筒１Ｂ〜１Ｄに対応したインジェクタ３Ｂ〜３Ｄから噴射される燃料噴射量を基準噴射量に対して増大補正して噴射する。

このような構成によると、始動後も燃焼安定のためグロープラグ４Ａ〜４Ｄへの通電を継続する加熱制御を行なうに際し、加熱制御期間となるアフターグローの経過時間Ｔが所定時間Ｔ１以上で、温度検知センサ１５Ａ〜１５Ｄにより検出された気筒の排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１を超えている場合には、所定温度Ｈｔ１を超えている気筒に対応したグロープラグに対する通電を停止するので、気筒毎にグロープラグの通電を制御することができ、電気負荷を軽減させつつ安定した始動後の燃焼を確保することができる。

また、温度検知センサ１５Ａ〜１５Ｄにより検出された気筒の排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１値を超え、グロープラグ４Ａ〜４Ｄのうち、通電を停止された気筒以外の気筒に対する、インジェクタからの燃料噴射量を増大するようにインジェクタを制御するので、グロープラグへの通電を停止した気筒の出力がグロープラグへの通電時と比べて低下した場合でも、グロープラグ４へ通電されている別な気筒、すなわち、未暖機の気筒の熱発生量が増加する。このため、低下した出力をグロープラグ４Ａ〜４Ｄによる通電制御ではなく、燃料噴射量増大という別な補正手法により補うことができるので、全体として暖機が促進されるとともに、よりグロープラグ４Ａ〜４Ｄへの電気的負荷を低減して耐久性を図りながら、安定した始動後の燃焼を確保することができる。
（第２の制御形態）
本形態に係る加熱制御装置は、グロープラグ４Ａ〜４Ｄへの制御によって変動するエンジン１の出力変動を補正する出力補正手段４０を備えている（図１参照）。この出力補正手段４０は、排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄにより検出された気筒の燃焼状態となる排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１を超え、グロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電を停止された気筒に対するインジェクタからの燃料噴射時期を進角補正するようにインジェクタ３Ａ〜３Ｄを制御す機能を備えている。出力補正手段４０はＥＣＵ２０内に設定されている。

以下、加熱制御装置による制御内容を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。なお、この制御は、エンジン１が始動してグロープラグ４Ａ〜４Ｄに通電するアフターグロー制御に適用している。

図３のステップＳＴ１１では、排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄからの排気温度とエンジン始動後からのグロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電時間Ｔとを読込む。グロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電時間情報Ｔは、ＥＣＵ２０が備えている周知のタイマーによって計測された値を用いる。

ステップＳＴ１２では、通電時間Ｔが所定時間Ｔ１を経過したか否かを判断する。この所定時間Ｔ１はアフターグローに対する基準時間である。通電時間Ｔが所定時間Ｔ１を経過していなければ、ステップＳＴ１５に進んで各グロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する通電はオン状態のまま継続し、通電時間Ｔが所定時間Ｔ１を経過している場合には、ステップＳＴ１３に進む。ステップＳＴ１３では、各気筒の排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１を超えているか否かを判定する。所定温度Ｈｔ１とは、アフターグロー時において燃焼が不安定にならず、かつグロープラグ４Ａ〜４Ｄに対する耐久性を考慮した排気温度である。ここで、排気温度Ｈｔ＞所定温度Ｈｔ１でなければ、アフターグローは可能であるとしてステップＳＴ１５に進んでグロープラグ４Ａ〜４Ｄへの通電はオン状態とし、排気温度Ｈｔ＞所定温度Ｈｔ１の場合にはステップＳＴ１４に進んでグロープラグ４Ａ〜４Ｄへの通電をオフ（停止）する。

グロープラグ４Ａ〜４Ｄへの通電をオフ（停止）すると、ステップＳＴ１６において、気筒毎の排気温度Ｈｔと所定温度Ｈｔ１とを比較して排気温度Ｈｔ＜所定温度Ｈｔ１であるか否かを判断する。ここで排気温度Ｈｔ＜所定温度Ｈｔ１の場合には、グロープラグへの通電停止により通電停止した気筒の燃焼が不安定なったものと判断し、従来のように、再度グロープラグに対する通電制御をするものではなく、燃焼が不安定になった気筒への燃料噴射時期を基本噴射時期に対して進角補正する。また、排気温度Ｈｔ＜所定温度Ｈｔ１でない場合には、グロープラグへの通電が停止されても燃焼は気安定している、あるいは燃料噴射時期の進角補正により安定したものと判断し、噴射時期補正をリセットする。

例えば気筒１Ｂに対応したグロープラグ４Ｂに対する通電が停止された場合には、通電停止後の排気温度センサ１８Ｂからの排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１以下の場合には、インジェクタ３Ｂからの燃料噴射時期を基本噴射時期に対して進角補正する。

このような構成によると、温度検知センサ１５Ａ〜１５Ｄにより検出された気筒の排気温度Ｈｔが所定温度Ｈｔ１値を超え、グロープラグ４Ａ〜４Ｄのうち、通電を停止された気筒に対するインジェクタからの燃料噴射時期を進角補正するようにインジェクタを制御するので、グロープラグへの通電を停止した気筒に、グロープラグへの通電時と比べて着荷遅れが発生して燃焼に遅れが発生した場合でも、従来のようにグロープラグによる通電制御ではなく、燃料噴射時期の進角補正という別な補正手法により燃焼の安定化を図れるため、よりグロープラグ４Ａ〜４Ｄへの電気的負荷を低減して耐久性を図りながら、安定した始動後の燃焼を確保することができる。

上記各形態において、燃焼状態検出手段として各気筒１Ａ〜１Ｄに対して個別な排気温度センサ１５Ａ〜１５Ｄを設置して各気筒の排気温度Ｈｔを検出するようにしたが、例えば、排気間にホールド１０の集合部に、排気温度センサを１つ配置し、各気筒の排気バルブの開弁しているときに、排気温度センサで検知される温度を、排気弁が開弁している気筒の排気温度と見なすようにしてもよい。このようにすると、排気温度センサの個数を低減することができる。

１内燃機関
１Ａ〜１Ｄ各気筒
３Ａ〜３Ｄ燃料噴射弁
４Ａ〜４Ｄ加熱手段
１５Ａ〜１５Ｄ燃焼状態検出手段（温度検出手段）
２０加熱制御手段
３０出力補正手段
Ｔ１所定時間
Ｈｔ１所定値（所定温度）

Claims

内燃機関の各気筒に配置され、通電されることで発熱する加熱手段によって、前記内燃機関の始動前及び始動後に前記各気筒を加熱可能な内燃機関の加熱制御装置において、
前記各気筒の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記燃焼状態検出手段により検出された各気筒の燃焼状態に基づいて各気筒の前記加熱手段による加熱量を制御する加熱制御手段と、
前記加熱手段への制御によって変動する前記内燃機関の出力変動を補正する出力補正手段を有することを特徴とする内燃機関の加熱制御装置。
請求項１記載の内燃機関の加熱制御装置において、
前記各気筒に配置され、各気筒内に燃料をそれぞれ噴射供給する燃料噴射弁を有し、
前記出力補正手段は、前記燃焼状態検出手段により検出された気筒の燃焼状態が所定値を超え、前記加熱手段に対する通電を停止された気筒以外の気筒に対する、前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を増大するように前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする内燃機関の加熱制御装置。
請求項１または２に記載の内燃機関の加熱制御装置において、
前記各気筒に配置され、各気筒内に燃料をそれぞれ噴射供給する燃料噴射弁を有し、
前記出力補正手段は、前記燃焼状態検出手段により検出された気筒の燃焼状態が所定値を超え、前記加熱手段に対する通電を停止された気筒に対する前記燃料噴射弁からの燃料噴射時期を進角補正するように前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする内燃機関の加熱制御装置。
請求項１ないし３の何れか１つに記載の内燃機関の加熱制御装置において、
前記燃焼状態検出手段は、各気筒から排出される排気の温度を検出する温度検出手段であり、
前記加熱制御手段は、前記温度検出手段により検出された気筒の排気温度が所定値を超えている場合には、前記加熱手段に対する通電を停止し、前記気筒の排気温度が所定値を超えていない場合には、前記加熱手段に対する通電を継続して前記加熱手段による加熱量を制御することを特徴とする内燃機関の加熱制御装置。