JP2013194701A

JP2013194701A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2013194701A
Application number: JP2012065945A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Ito; 朝幸伊藤
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP5970894B2

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置に関し、冷間始動時に白煙の発生を効果的に抑止する。
【解決手段】エンジン１０の吸気系に高圧気体を供給する高圧気体供給装置２０と、エンジン１０の運転状態が白煙を発生させる所定の冷間始動状態にあるか否かを判定する冷間始動判定部と、冷間始動判定部がエンジン１０の運転状態を所定の冷間始動状態と判定したときに、高圧気体供給装置２０により高圧気体を供給させて過給圧を上昇させる過給圧制御部とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、冷間始動時に電動過給機を駆動して、シリンダ内への吸入空気量を増加させることで、シリンダ内の圧縮端圧力を上昇させるディーゼルエンジンが開示されている。

また、特許文献２には、可変容量型のターボ過給機を備えるエンジンにおいて、冷間始動時に可変ノズルの開度を絞り、背圧を高めることで圧縮端温度を上昇させる始動制御装置が開示されている。

特開２００８−２１５２３１号公報特開２００７−１００６０７号公報

上述の従来装置のように、冷間始動時に吸入空気量を増加させて圧縮端温度を上昇させれば、白煙の排出を効果的に低減することができる。しかしながら、これら従来装置のように、冷間始動時における白煙の排出を低減のために、可変容量型や電動式のターボ過給機を用いた場合は、装置全体のコストの増加や重量の増加を招く可能性がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素な構成で冷間始動時に白煙の発生を効果的に抑止することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気系に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、前記内燃機関の運転状態が白煙を発生させる所定の冷間始動状態にあるか否かを判定する冷間始動判定手段と、前記冷間始動判定手段が前記内燃機関の運転状態を所定の冷間始動状態と判定したときに、前記高圧気体供給手段により高圧気体を供給させて過給圧を上昇させる過給圧制御手段とを備えることを特徴とする。

また、前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて冷間始動時に白煙の発生を抑制するのに必要となる過給圧を推定する必要過給圧推定手段とをさらに備え、前記過給圧制御手段は、前記過給圧検出手段の検出値が前記必要過給圧推定手段により推定された過給圧になるまで、前記高圧気体供給手段に高圧気体を供給させるようにしてもよい。

また、前記高圧気体供給手段が、前記内燃機関により駆動されて気体を加圧するエアーポンプと、該エアーポンプにより加圧された高圧気体を貯留するエアータンクと、該エアータンクと前記内燃機関の吸気通路とを接続する高圧気体供給路と、該高圧気体供給路に設けられて前記過給圧制御手段により開閉制御される開閉バルブとを備えるものであってもよい。

また、前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気環流路に流量調整バルブを有する排気環流装置をさらに備え、前記過給圧制御手段は、前記高圧気体供給手段により高圧気体を供給させて過給圧を上昇させるときに前記流量調整バルブを全閉に制御してもよい。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、簡素な構成で冷間始動時に白煙の発生を効果的に抑止することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係るＥＣＵを示す機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係る制御内容を示すフローチャートである。

以下、図１〜３に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０と、高圧気体供給手段としての高圧気体供給装置２０と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）４０とを備えている。

エンジン１０は、複数の気筒（本実施形態では６気筒）を備えている。また、エンジン１０には、図示しない吸気バルブの開閉により気筒内に新気を導入する吸気マニホールド１１と、図示しない排気バルブの開閉により気筒内から排気を排出する排気マニホールド１２とが設けられている。

吸気マニホールド１１には、吸気通路１３が接続されている。この吸気通路１３には、吸気上流側から順に、エアーフィルタ（不図示）と、ＭＡＦセンサ（不図示）と、後述するターボチャージャ１５の一部を構成するコンプレッサ１５ｂと、ＥＣＵ４０に電気的に接続されたブースト圧センサ６３とが設けられている。

排気マニホールド１２には、排気通路１４が接続されている。この排気通路１４には、排気上流側から順に、後述するターボチャージャ１５の一部を構成するタービン１５ａと、図示しない排気浄化装置とが設けられている。

さらに、本実施形態のエンジン１０は、ターボチャージャ１５と、排気の一部を吸気系に環流する排気環流装置（以下、ＥＧＲ装置という）５０とを備えている。

ターボチャージャ１５は、排気により駆動するタービン１５ａと、吸気を圧送供給するコンプレッサ１５ｂとを備えている。また、これらタービン１５ａとコンプレッサ１５ｂとは、回転軸１５ｃを介して連結されている。

ＥＧＲ装置５０は、排気通路１４と吸気通路１３とを接続するＥＧＲ通路５１と、このＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲバルブ５２と、環流排気を冷却するＥＧＲクーラ５３とを備えている。このＥＧＲ装置５０による排気の環流量は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じてＥＧＲバルブ５２の開度が制御されることで調整される。

高圧気体供給装置２０は、気体を加圧するエアーポンプ２１と、このエアーポンプ２１により加圧された高圧気体を貯留するエアータンク２２と、このエアータンク２２と吸気通路１３とを接続する高圧気体供給路２３と、この高圧気体供給路２３を開閉可能な開閉バルブ２４とを備えている。エアーポンプ２１は、その回転軸（不図示）をエンジン１０のクランクシャフトに機械的に連結されており、エンジン１０の動力で駆動される。高圧気体供給路２３は、コンプレッサ１５ｂよりも吸気下流側の吸気通路１３に接続されている。開閉バルブ２４は、ＥＣＵ４０と電気的に接続されており、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて開閉作動する。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うため、ＥＣＵ４０には、エンジン回転数センサ６０、アクセル開度センサ６１、外気温センサ６２、ブースト圧センサ６３等の各種センサの出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。

また、ＥＣＵ４０は、図２に示すように、冷間始動判定部４１と、必要過給圧推定部４２と、過給圧制御部４３とを一部の機能要素として備えている。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

冷間始動判定部４１は、外気温センサ６２から入力される外気温度Ｔ及び、エンジン回転数センサ６０から入力されるエンジン回転数Ｎとアクセル開度センサ６１から入力される燃料噴射量Ｑとに応じたエンジン１０の運転状態に基づいて、エンジン１０の運転状態が白煙を発生させる所定の冷間始動状態にあるか否かを判定する。

例えば、この冷間始動判定部４１は、外気温度Ｔが低い場合において、エンジン回転数Ｎが低く、かつ、燃料噴射量Ｑが微量となる低負荷運転領域のときに、エンジン１０の運転状態を所定の冷間始動状態にあると判定する。なお、この冷間始動状態の判定に、何れも図示しない冷却水温センサや油温センサの検出値を用いてもよい。

必要過給圧推定部４２は、エンジン１０の運転状態に基づいて、白煙の発生を防止するのに必要となる過給圧を推定する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等で作成したエンジン回転数Ｎと、燃料噴射量Ｑと、白煙の発生を防止することができる必要過給圧Ｐ_Nとの関係を示す過給圧設定マップ（不図示）が記憶されている。必要過給圧推定部４２は、この過給圧設定マップからエンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑとに対応する必要過給圧Ｐ_Nを読み取ることで、白煙の発生を防止するのに必要となる過給圧を推定する。

過給圧制御部４３は、開閉バルブ２４の開閉作動を制御して、エアータンク２２から高圧気体供給路２３を介してエンジン１０の吸気系に高圧気体を供給させる。より詳しくは、冷間始動判定部４１によりエンジン１０が所定の冷間始動状態にあると判定された場合に、過給圧制御部４３は開閉バルブ２４に全開指示信号を出力する。これにより、エアータンク２２内の高圧気体がエンジン１０の吸気系に供給されて、エンジン１０の過給圧が上昇される。さらに、過給圧制御部４３は、開閉バルブ２４への全開指示信号の出力と同時に、ＥＧＲバルブ５２に全閉指示信号を出力する。

そして、過給圧制御部４３は、必要過給圧推定部４２により推定された必要過給圧Ｐ_Nと、ブースト圧センサ６３から入力される実過給圧Ｐ_Aとが等しくなるまで、開閉バルブ２４への全開指示信号と、ＥＧＲバルブ５２への全閉指示信号とを維持する。すなわち、エンジン１０の実過給圧Ｐ_Aが必要過給圧Ｐ_Nに到達して、圧縮端温度が白煙の発生を防止できる温度まで上昇するまで、高圧気体がエアータンク２２からエンジン１０の吸気系に供給される。

その後、過給圧制御部４３は、必要過給圧Ｐ_Nと実過給圧Ｐ_Aとが等しくなると、開閉バルブ２４に全閉指示信号を出力すると共に、ＥＧＲバルブ５２の開度をエンジン１０の運転状態に応じた通常制御に切り替えるように構成されている。

次に、図３に基づいて、本実施形態に係る内燃機関の制御装置による制御フローを説明する。本制御はエンジン１０の始動（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）と同時にスタートする。

ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、冷間始動判定部４１により、エンジン１０の運転状態が白煙を発生させる所定の冷間始動状態にあるか否かが判定される。外気温度Ｔが低く、かつ、運転状態が低負荷運転領域にあるときは、所定の冷間始動状態にあると判定してＳ１１０に進む。

一方、外気温度Ｔが高い場合や、運転状態が高負荷運転領域にあるときは、所定の冷間始動状態に該当しないためリターンされる。

Ｓ１１０では、必要過給圧推定部４２により、過給圧設定マップからエンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑとに対応する必要過給圧Ｐ_Nが読み取られて、白煙の発生を防止することができる必要過給圧Ｐ_Nが推定される。

Ｓ１２０では、過給圧制御部４３により、開閉バルブ２４に全開指示信号が出力される。すなわち、エアータンク２２内の高圧気体が高圧気体供給路２３を介してエンジン１０の吸気系に供給される。また、開閉バルブ２４への全開指示信号の出力と同時に、ＥＧＲバルブ５２に全閉指示信号が出力される。

Ｓ１３０では、過給圧制御部４３により、ブースト圧センサ６３で検出される実過給圧Ｐ_Aが、前述のＳ１１０で推定された必要過給圧Ｐ_Nに到達、すなわち実過給圧Ｐ_Aと必要過給圧Ｐ_Nとが等しくなったか否かが確認される。実過給圧Ｐ_Aと必要過給圧Ｐ_Nとが等しくなった場合はＳ１４０へと進む。

一方、実過給圧Ｐ_Aが必要過給圧Ｐ_Nに到達していない場合は、さらに高圧気体の供給を継続させるべくＳ１２０へと戻される。すなわち、開閉バルブ２４への全開指示信号の出力は維持される。

Ｓ１４０では、過給圧制御部４３により、開閉バルブ２４に全閉指示信号が出力されると共に、ＥＧＲバルブ５２の開度をエンジン１０の運転状態に応じた通常制御に切り替えて本制御はリターンされる。

次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置による作用効果を説明する。

エンジン１０の運転状態が白煙を発生させる所定の冷間始動状態にあるときは、エアータンク２２内の高圧気体が高圧気体供給路２３を介してエンジン１０の吸気系に供給される。すなわち、供給される高圧気体によりエンジン１０の過給圧が高められ、圧縮端温度は速やかに上昇される。

したがって、本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、冷間始動時にエンジン１０の圧縮端温度が低下することで引き起こされる白煙の発生を効果的に抑止することができる。

また、エアータンク２２内からの高圧気体の供給は、ブースト圧センサ６３で検出される実過給圧Ｐ_Aが白煙の発生を防止できる必要過給圧Ｐ_Nに到達するまで継続される。

したがって、本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、エンジン１０の圧縮端温度を白煙の発生が防止できる温度まで確実に上昇させることが可能となり、冷間始動時における白煙の発生を確実に防止することができる。

また、冷間始動時にのみ高圧気体を供給するので、エンジン１０全体として低圧縮比化を図ることが可能となり、結果として筒内圧力を低く抑えることができる。したがって、エンジン１０の各部品の強度を高圧縮比に耐えうる強度にする必要がなくなり、各部品のコストを抑えることが可能になる。

また、トラック等の大型車両でエアータンク２２が既設されている場合、この既設のエアータンク２２内に貯留されている高圧気体をエンジン１０の吸気系に供給すればよい。したがって、エアータンク２２が既設されている車両においては、冷間始動時に過給圧を高めるためにターボチャージャ１５を電動式や可変容量型にする必要がなくなり、装置全体のコストや重量の増加を効果に抑制することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、本発明はアクセルオフ時の燃料カットにより気筒内の温度が低下した後に、再加速を行う場合など、白煙が発生しうる冷間始動時以外の他の運転条件にも広く適用することが可能である。

また、本発明はディーゼルエンジンに限られず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも適用することが可能である。

１０エンジン
１３吸気通路
２０高圧気体供給装置（高圧気体供給手段）
２１エアーポンプ
２２エアータンク
２３高圧気体供給路
２４開閉バルブ
４０ＥＣＵ
４１冷間始動判定部（冷間始動判定手段）
４２必要過給圧推定部（必要過給圧推定手段）
４３過給圧制御部（過給圧制御手段）
５０ＥＧＲ装置（排気環流装置）
５２ＥＧＲバルブ（流量調整バルブ）
６０エンジン回転数センサ
６１アクセル開度センサ
６２外気温センサ
６３ブースト圧センサ

Claims

内燃機関の吸気系に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、
前記内燃機関の運転状態が白煙を発生させる所定の冷間始動状態にあるか否かを判定する冷間始動判定手段と、
前記冷間始動判定手段が前記内燃機関の運転状態を所定の冷間始動状態と判定したときに、前記高圧気体供給手段により高圧気体を供給させて過給圧を上昇させる過給圧制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて冷間始動時に白煙の発生を抑制するのに必要となる過給圧を推定する必要過給圧推定手段と、をさらに備え、
前記過給圧制御手段は、前記過給圧検出手段の検出値が前記必要過給圧推定手段により推定された過給圧になるまで、前記高圧気体供給手段に高圧気体を供給させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記高圧気体供給手段が、
前記内燃機関により駆動されて気体を加圧するエアーポンプと、該エアーポンプにより加圧された高圧気体を貯留するエアータンクと、該エアータンクと前記内燃機関の吸気通路とを接続する高圧気体供給路と、該高圧気体供給路に設けられて前記過給圧制御手段により開閉制御される開閉バルブと、を備えている請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気環流路に流量調整バルブを有する排気環流装置をさらに備え、
前記過給圧制御手段は、前記高圧気体供給手段により高圧気体を供給させて過給圧を上昇させるときに前記流量調整バルブを全閉に制御する請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の制御装置。