JP2018053847A

JP2018053847A - エンジン制御装置

Info

Publication number: JP2018053847A
Application number: JP2016192526A
Authority: JP
Inventors: 健一郎緒方; Kenichiro Ogata; 儀信有原; Yoshinobu Arihara; 隆樹板谷; Takaki Itaya; 大場　久浩; Hisahiro Oba; 久浩大場
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05

Abstract

【課題】燃焼室内にガソリンより自着火し易いエンジン潤滑油が流入し着火し、エンジンにおけるプレイグニッションが発生しエンジンが損傷する。【解決手段】エンジンの吸気管に備えられた第一の湿度計測部と、車両の任意の位置に備えられた第二の湿度計測部と、を有する車両のエンジンを制御するエンジン制御装置において、前記第一の湿度計測部の計測値と第二の湿度検出部の計測値に応じて、制御指令値を変更する。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関する。

環境保全と省エネルギの観点から自動車に搭載される動力源であるエンジンは、高効率化と排気清浄化を要求されている。前記高効率化の手段には、エンジンのダウンサイジング、低回転化（ダウンスピーディング）、高圧縮比化が有効である。しかしながら、これらの高効率手段は、燃焼室内部の混合気を高温化するため、燃料、あるいは可燃物質が着火し易い環境となる。その様な状態であると、比較的自着火温度の低い潤滑油が混入した際に極めて突発的に過早着火（プレイグニッション）が発生する。

そのため、例えば特開２０１３−２０４４４７公報には、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁と、前記内燃機関の１サイクル当たりの行程容積に対する、１サイクル中に筒内に供給された燃料がすべて燃焼に寄与したとした場合に１サイクル中に筒内に吸入される理想空気の容積の比である理想体積効率と、前記内燃機関の１サイクル当たりの行程容積に対する、１サイクル中に筒内に実際に吸入される空気の容積の比である実体積効率との差として定義される燃料希釈率を算出する希釈率算出手段と、前記希釈率算出手段により算出される前記燃料希釈率が所定の閾値よりも高い場合に、プレイグニッションの発生が抑制されるように前記内燃機関を制御するプレイグニッション抑制制御手段と、
を備えることが記載されている。これにより、筒内に飛散した潤滑油を着火源とするプレイグニッションの発生を効果的に抑制することができることが開示されている。

しかしながらプレイグニッション発生源となる潤滑油は上記筒内に飛散した潤滑油のみではなく、エンジンシステム全体においてはその他の潤滑油混入源がありプレイグニッションを完全に抑制することはできない。

特開２０１３−２０４４４７公報

上記特許文献１に記載の構成では、燃焼室内にガソリンより自着火し易いエンジン潤滑油が流入し着火し、エンジンにおけるプレイグニッションが発生しエンジンが損傷する。

上記課題を解決するために本発明のエンジン制御装置は、エンジンの吸気管に備えられた第一の湿度計測部と、車両の任意の位置に備えられた第二の湿度計測部と、を有する車両のエンジンを制御するエンジン制御装置において、前記第一の湿度計測部の計測値と第二の湿度検出部の計測値に応じて、制御指令値を変更する。

エンジンにおけるプレイグニッションの発生を抑止し、エンジンの損傷を防止可能なエンジン制御装置を提供できる。

本実施形態による自動車用エンジンシステムのシステム構成図。本実施形態による自動車用エンジンシステムにおける潤滑油混入メカニズム。本発明の実施形態によるＥＣＵにおける制御内容を示すフローチャート。

本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は本実施形態による自動車用エンジンシステムのシステム構成図である。エンジン１００は、火花点火理論空燃比燃焼、または火花点火ＥＧＲ燃焼、火花点火リーン燃焼を実施する自動車用エンジンである。吸入空気量を計測するエアフロセンサ３と、吸気管圧力を調整するコンプレッサ３４とスロットル５と、吸入空気温度および湿度検出器の一態様であって吸入空気の温度および湿度を計測する吸気温湿度センサ４と、吸気管内の面積を可変にするタンブル弁６が吸気管１１の各々の適宜位置に備えられている。

エアフロセンサ３は吸入空気圧力センサとしてもよい。またエンジン１００、あるいはエンジン１００を具備する自動車に湿度センサ３３が備えられている。またエンジン１００には燃焼室１７の中に燃料を噴射する燃料噴射装置（以下インジェクタ）７と、点火エネルギを供給する点火プラグ１９が備えられ、燃焼室１７に流入する吸入空気と排出する排気を調整する可変動弁１２がエンジン１００の各々の適宜位置に備えられている。可変動弁１２は吸気弁と排気弁の開いている期間、あるいは開閉時期を可変とすることが可能であり、吸気弁のみ可変動弁を備えても良い。また、吸気弁の閉じ時期を変更することにより実圧縮比が変更可能であり、燃焼室内圧力、温度を可変とすることができる。

上記インジェクタ７と連結することで燃料を供給するコモンレール９と該コモンレール９に燃料を圧送するための燃料ポンプ８と該燃料ポンプ８に燃料を供給する燃料配管１０がエンジン１００の各々の適宜位置に備えられている。また燃料圧力検出器の一態様であって燃料の圧力を計測する燃料圧力センサがコモンレール９の適宜位置に備えられている。ここで燃料圧力センサは燃料温度センサであってもよい。上記点火プラグ１９は点火コイル２０と接続され点火コイル２０によって点火エネルギを制御される。点火コイル２０は別体の制御装置により制御されても良い。

さらに排気バイパス量を可変とせしめる流量可変タービン３５と排気を浄化する三元触媒２３と、排気温検出器が一態様であって三元触媒２３の上流側にて排気の温度を計測する排気温センサ２４と、空燃比検出器の一態様であって三元触媒２３の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ２５と前記吸気管１１へ連結される排気還流管２８とが排気管２２の各々の適宜位置に備えられている。空燃比センサ２５は酸素濃度センサとしてもよい。

また排気還流率を調整するＥＧＲ弁２６と還流ガス温度を検出する還流ガス温度検出器の一態様であって還流ガス温度を調整するＥＧＲクーラ２７が排気還流管２８の適宜位置に備えられている。またＥＧＲクーラ２７は還流ガス温度の温度調整を実施するための冷却水の出入口を有し、該冷却水の流量を制御するための冷却水ポンプ２９と冷却水流路切替弁３０がエンジン１００の各々の適宜位置に備えられている。またクランクシャフト１４はメインシャフトとサブシャフトにより構成され、サブシャフトはコネクティングロッドを介してピストン１３に連結されている。ここでメインシャフトとサブシャフトの距離、あるいはコネクティングロッドの長さを可変とするコントロールシャフト３１を備えている。

この機構を備えることにより、ピストンのストローク量を変更することが可能となり、燃焼室内圧力と温度を可変とすることができる。また、ピストンストローク量を可変とせしめる機構は上記の限りではない。クランクシャフト１４には該クランクシャフト１４の角度および回転速度およびピストン１３の移動速度を検出するためのクランク角センサ１５が備えられている。またエンジン１００には該エンジン１００の振動を加速度として検出するためのノックセンサ１６が備えられている。また燃焼室内部の圧力を検出する圧力センサ２１がエンジン１００の適宜位置に備えられている。該圧力センサ２１はエンジン内部のイオン量を検出するイオン電流センサであってもよい。

またエンジン１００内部の冷却水温度を検出する冷却水温センサ１８がエンジン１００の適宜位置に備えられている。エアフロセンサ３と吸気温湿度センサ４とクランク角センサ１５とノックセンサ１６と冷却水温センサ１８と圧力センサ２１と排気温センサ２４と空燃比センサ２５と還流ガス温度検出器の一態様であって還流ガス温度を調整するＥＧＲクーラ２７から得られる信号は、ＥＵＣ１に送られる。アクセルペダル開度センサ２から得られる信号はＥＣＵ１に送られる。アクセルペダル開度センサ２はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセルペダル開度を検出する。ＥＣＵ１はアクセルペダル開度センサ２の出力信号に基づいて要求トルクを演算する。

すなわちアクセルペダル開度センサ２はエンジン１００への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。ＥＣＵ１はクランク角センサ１５の出力信号に基づいてクランクシャフト１４の角度および回転速度およびピストン１３の移動速度を演算する。ＥＣＵ１は前記各種センサの出力から得られるエンジン１００の運転状態に基づいてスロットル５の開度とタンブル弁６の開度とインジェクタ７の噴射信号と燃料ポンプ８の駆動信号と可変動弁１２の弁開閉時期と点火コイル２０点火制御信号とＥＧＲ弁２６の開度と冷却水制御として冷却水ポンプ２９と冷却水切替弁駆動信号とピストンストローク量を制御するコントロールシャフト３１などのエンジン１００の主要な作動量を好適に演算する。

ＥＣＵ１で演算されたスロットル開度はスロットル駆動信号としてスロットル５へ送られる。ＥＣＵ１で演算されたタンブル弁開度はタンブル弁駆動信号としてタンブル弁６へ送られる。ＥＣＵ１で演算された噴射信号はインジェクタ開弁パルス信号に変換されインジェクタ７に送られる。ＥＣＵ１で演算された燃料ポンプ駆動信号は燃料ポンプ８へ送られる。ＥＣＵ１で演算された弁開閉時期は可変動弁駆動信号として可変動弁１２へ送られる。ＥＣＵ１で演算された点火時期で点火されるように１回あるいは複数回の点火を指令する点火制御信号として点火コイル２０に送られる。ＥＣＵ１で演算されたＥＧＲ弁開度はＥＧＲ弁駆動信号としてＥＧＲ弁２６へ送られる。

ＥＣＵ１で演算された冷却水制御信号は冷却水制御駆動信号として冷却水ポンプ２９と冷却水流路切替弁３０へ送られる。吸気管１１から吸気弁を経て燃焼室１７内に流入した空気と排気管２２からＥＧＲ弁２６とＥＧＲクーラ２７を経て再循環する再循環ガスとの混合気に対し燃料が噴射され可燃混合気を形成する。可燃混合気は所定の点火時期で点火コイル２０により点火エネルギを供給された点火プラグ１９から発生される火花により燃焼し、その燃焼圧によりピストン１３を押し下げてエンジン１００の駆動力となる。

爆発後の排気は排気管２２を経て三元触媒２３に送られ排気成分は三元触媒２３内で浄化された後排出される。ＥＣＵ１で演算された目標ピストンストローク信号はコントロールシャフト３１へ送られる。該エンジン１００は自動車に搭載されており、自動車の走行状態に関する情報、または走行環境に関する通信情報はＥＣＵ１に送られる。また、ＥＣＵ１へは該エンジンを搭載する車体あるいは車輪に取り付けられた車速センサと加速度または角度などを計測するセンサ（以下Ｇセンサ）と、該エンジンを搭載する車体に取り付けられた変速機を制御するためのシフトレバーの位置を検出するシフトレバー位置センサとの信号が直接あるいはＥＣＵ１に直接、または異なる制御装置から入力されている。

図２は本実施形態による自動車用エンジンシステムにおける潤滑油混入メカニズムである。エンジン潤滑油はコンプレッサ軸からリークして流入する、またエンジン潤滑油はブローバイ吸入により流入することで、燃焼室内にガソリンより自着火し易いエンジン潤滑油が流入し（１）、着火する。それによって、エンジンにおけるプレイグニッションが発生（２）しエンジンが損傷することが発生する。本発明は、コンプレッサ下流の湿度センサＡの値と車両具備湿度センサＢの二つに応じてプレイグ抑制制御を指令し、プレイグ抑制制御とは、噴射時期を遅角、スロットル閉め、過給圧低減、ＥＧＲ率増加電動ウェストゲート開きを指令する。これにより、エンジンにおけるプレイグニッションの発生を抑止し、エンジンの損傷を防止可能となる。

図３は本発明の実施形態によるＥＣＵにおける制御内容を示すフローチャートである。制御内容はＥＣＵ１によって所定の周期で繰り返し実行される。ＥＣＵ１内ではステップＳ１０１において各種センサの信号、ＥＣＵ１内のＲＯＭに書き込まれた値などを読み込む。次にステップＳ１０２においてアクセルペダル開度、エンジン回転数などを読み込む。ステップＳ１０３においてエンジン運転を行う。次にステップＳ１０４では、第一の湿度センサ信号、第二の湿度センサ信号を読み込む。次にステップＳ１０５では、潤滑油混入量を算出する。

次にステップＳ１０６では、潤滑油混入量がＥＣＵ１に予め書き込まれた閾値、または学習値、または外部通信により得られた閾値より大きいか否かを判定する。ＮＯである場合ステップＳ１０６へ進み標準制御ｍｏｄｅを実施する。ＹＥＳである場合ステップＳ１０７へ進みプレイグニッション抑制制御ｍｏｄｅを起動する。ステップＳ１０８では噴射時期を遅角する制御を行い、ステップＳ１０９ではスロットル開度を制約する制御を行い、ステップＳ１１０では過給圧を制約する制御を行い、ステップＳ１１１ではＥＧＲ弁開度を開く制御を行い、ステップＳ１１２では流量可変タービンの排気バイパス量を増加する制御を行う。

以上のように本実施例のエンジン制御装置（ＥＣＵ１）はエンジン１００の吸気管１１に備えられた第一の湿度計測部（吸気温湿度センサ４）と、車両の任意の位置に備えられた第二の湿度計測部（湿度センサ３３）と、を有する車両のエンジン１００を制御する。そして、エンジン制御装置（ＥＣＵ１）は第一の湿度計測部（吸気温湿度センサ４）の計測値と第二の湿度計測部（湿度センサ３３）の計測値に応じて、制御指令値を変更する。

また、第一の湿度計測部（吸気温湿度センサ４）はコンプレッサ３４とエンジン１００をつなぐ吸気管１１の任意の位置に取り付けられる。本実施例のエンジン制御装置（ＥＣＵ１）は第一の湿度計測部（吸気温湿度センサ４）の計測値と第二の湿度計測部（湿度センサ３３）の計測値が設定値を超える場合に、噴射時期を遅角、スロットル開度を閉塞、過給圧を低下、ＥＧＲ弁開度を開放、又は電動ウェストゲートを開放する様に制御指令値を変更して制御する。

これによりエンジンにおけるプレイグニッションの発生を抑止し、エンジンの損傷を防止可能となる。

１ＥＣＵ
２アクセルペダル開度センサ
３エアフロセンサ
４吸気温湿度センサ
５スロットル
６タンブル弁
７インジェクタ
８燃料ポンプ
９コモンレール
１０燃料配管
１１吸気管
１２可変吸気排気動弁
１３ピストン
１４クランクシャフト
１５クランク角センサ
１６ノックセンサ
１７燃焼室
１８冷却水温センサ
１９点火プラグ
２０点火コイル
２１圧力センサ（イオン電流センサ）
２２排気管
２３三元触媒
２４排気温センサ
２５空燃比センサ
２６ＥＧＲ弁
２７ＥＧＲクーラ
２８排気還流管
２９冷却水ポンプ
３０冷却水流路切替弁
３１コントロールシャフト
３２Ｇセンサ
３３湿度センサ
３４コンプレッサ
３５流量可変タービン
１００エンジン

Claims

エンジンの吸気管に備えられた第一の湿度計測部と、
車両の任意の位置に備えられた第二の湿度計測部と、を有する車両のエンジンを制御するエンジン制御装置において、
前記第一の湿度計測部の計測値と第二の湿度検出部の計測値に応じて、制御指令値を変更することを特徴とするエンジン制御装置。
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記第一の湿度計測部はコンプレッサと前記エンジンをつなぐ吸気管の任意の位置に取り付けられることを特徴とするエンジン制御装置。
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記第一の湿度計測部の計測値と前記第二の湿度検出部の計測値が設定値を超える場合に、噴射時期を遅角、スロットル開度を閉塞、過給圧を低下、ＥＧＲ弁開度を開放、又は電動ウェストゲートを開放する様に制御指令値を変更して制御することを特徴とするエンジン制御装置。