JP2018080604A

JP2018080604A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2018080604A
Application number: JP2016222034A
Authority: JP
Inventors: 隆永吉; Takashi Nagayoshi; 公博臼井; Kimihiro Usui; 郁司藤川; Ikuji Fujikawa; 寛内潟; Hiroshi Uchigata; 泰雄岡本; Yasuo Okamoto; 勉村本; Tsutomu Muramoto
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-05-24

Abstract

【課題】エンジン停止後のグロープラグの作動時間を適切に設定することで、燃料噴射装置の温度が他の周辺部品よりも低温となるのを抑制して、燃料噴射装置への結露を防止し、燃料噴射装置の腐食を防止できる内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関１の燃焼室５に燃料Ｆを噴射する燃料噴射装置１０とグロープラグ１１をシリンダヘッド２に備える内燃機関において、この内燃機関１を制御する制御装置４０が、内燃機関１の停止後、グロープラグ１１を予め設定した設定回数Ｃ作動させるとともに、この設定回数Ｃの各回におけるグロープラグ１１の作動時間ｔｋと設定回数Ｃを、内燃機関１の停止直前のエンジン回転数、燃料噴射量、吸気温度、燃料温度及び冷却媒体Ｗの温度の内の１つ以上のパラメータに基づいて算出する制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関では、気筒（シリンダ）内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置がガスケット等の密封部材を介してシリンダヘッドに配置されている。密封部材には高熱伝導率の部材が使用されることが多いため、内燃機関の停止時には、燃料噴射装置が有する熱が密封部材を介してシリンダヘッドに容易に伝導してしまい、燃料噴射装置の温度がピストン等の他の周辺部品の温度よりも大きく低下することがある。その結果、気筒内に滞留したガスが燃料噴射装置に接触することにより、ガスに含まれる水蒸気成分が燃料噴射装置に結露して、この結露水が燃料噴射装置を腐食させる虞があった。

また、これに関連して、エンジン停止後に、グロープラグを目標通電時間だけ通電させて、インジェクタの噴孔が凝縮水によって腐食されるのを抑えるグロープラグの制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１９６８５３号公報

ところで、上記のグロープラグの制御装置では、イグニッションオフ時のグロープラグの目標通電時間を、インジェクタの先端近傍の温度が他の部位の温度よりも後に露点ＤＰに到達するように設定するが、このようにインジェクタの先端近傍の温度を制御するためのグロープラグの目標通電時間の具体的な設定手段については未だ検討段階にあった。

本発明の目的は、エンジン停止後のグロープラグの作動時間（通電時間）を適切に設定することで、燃料噴射装置の温度が他の周辺部品よりも低温となるのを抑制して、燃料噴射装置への結露を防止し、燃料噴射装置の腐食を防止できる内燃機関を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置とグロープラグをシリンダヘッドに備える内燃機関において、該内燃機関を制御する制御装置が、前記内燃機関の停止後、前記グロープラグを作動させるとともに、この作動時間を前記内燃機関の停止直前のエンジン回転数、燃料噴射量、吸気温度、燃料温度及び冷却媒体の温度の内の１つ以上のパラメータに基づいて算出する制御を行うように構成される。

本発明の内燃機関によれば、エンジン回転数等のエンジンの運転状態に関連するパラメータを用いることにより、エンジン停止後のグロープラグの作動時間を適切に設定することができる。その結果、燃料噴射装置の温度が他の周辺部品よりも低温となるのを抑制することができるので、燃料噴射装置への結露を防止し、燃料噴射装置の腐食を防止できる。

本発明の内燃機関の燃料噴射装置周辺の構成を示す図である。本発明の内燃機関を制御するための制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明のエンジン（内燃機関）１は、シリンダヘッド２に燃料噴射装置１０とグロープラグ１１を備える。

燃料噴射装置１０は、シリンダヘッド２と気筒（シリンダ）３とピストン４の間に形成された空間である燃焼室５に噴射口１０ａより燃料Ｆを噴射する装置である。噴射口１０ａは、燃料噴射装置１０のスリーブ１０ｂの先端に備わり、シリンダヘッド２より燃焼室５に向って突出している。なお、燃料噴射装置１０とシリンダヘッド２は、ガスケット（密封部材）（図示しない）を介して接続されている。

グロープラグ１１は、エンジン１の始動時等で、燃焼室５内のガス（新気＋ＥＧＲガス）の温度が低く、気筒３内での圧縮着火が起こりづらいときに、燃焼室５内のガスを圧縮着火が可能な温度まで加熱部１１ａにより加熱して昇温させる着火補助装置である。

加熱部１１ａは、グロープラグ１１の先端に備わり、後述する制御装置４０の制御信号に基づいて、グロープラグ１１に接続されるバッテリ（図示しない）より供給された電気エネルギーを熱エネルギーに変換するヒーターコイル（図示しない）を備えた部位である。また、加熱部１１ａは、シリンダヘッド２より突出しており、その一部は燃料噴射装置１０の噴射口１０ａに対向している。

なお、図１に示すように、シリンダヘッド２より燃焼室５に向って突出した一部の加熱部１１ａが、噴射口１０ａに近い位置で面していればよく、必ずしも、加熱部１１ａの軸線上に噴射口１０が位置する必要はない。また、加熱部１１ａの最先端部と噴射口１０ａの間の距離は、エンジン１の種類にもよるが、４ｍｍ〜５ｍｍ程度である。また、グロープラグ１１の作動時には、加熱部１１ａは７００℃〜８００℃程度まで昇温される。また、グロープラグ１１を作動させた場合、このグロープラグ１１からの放熱により、燃料噴射装置１０だけでなく、シリンダヘッド２やシリンダブロック等の周辺部品も昇温するが、シリンダヘッド２やシリンダブロックは熱容量が大きい上に、これらのシリンダヘッド２やシリンダブロックの内部を流れるエンジン冷却水Ｗによる冷却もあるため、温度が上がり難い。これに対して、燃料噴射装置１０の噴射口１１ａの熱容量は小さく、シリンダヘッド２内のエンジン冷却水Ｗの流通路（図示しない）からも離れているので、温度が上がり易い。すなわち、エンジン１の停止時等にグロープラグ１１を作動させると、グロープラグ１１からの熱放射により、燃料噴射装置１０はシリンダヘッド２等の他の周辺部品よりも高温となる。

また、本発明のエンジン１を制御する制御装置４０を備える。この制御装置４０は、より詳細には、エンジン回転数や燃料噴射量等のエンジン運転状態を表すパラメータ等に基づいて、燃料噴射装置１０からの燃料Ｆの噴射時期や噴射量、グロープラグ１１の加熱時期や加熱量等を制御する装置である。

本発明のエンジン１では、この制御装置４０が、エンジン１の停止後、グロープラグ１１を作動させるとともに、この作動時間ｔをエンジン１の停止直前のエンジン回転数、燃料噴射量、吸気温度、燃料温度及びエンジン冷却水（冷却媒体）Ｗの温度の内の１つ以上のパラメータに基づいて算出する制御を行うように構成する。

このように構成することで、エンジン回転数等のエンジンの運転状態に関連するパラメータを用いることにより、エンジン１停止後のグロープラグ１１の作動時間ｔを適切に設定することができる。その結果、燃料噴射装置１０の温度が他の周辺部品よりも低温となるのを抑制することができるので、燃料噴射装置１０への結露を防止し、燃料噴射装置１０の腐食を防止できる。

また、本発明のエンジン１では、制御装置４０が、エンジン１停止後にグロープラグ１１の作動を必要に応じて複数の回数（設定回数）Ｃに分けて行うように構成してもよい。このように構成することで、グロープラグ１１の作動と停止を交互に繰り返すこととなるので、燃料噴射装置１０の過昇温を抑制して、燃料噴射装置１０の耐久性を維持することができる。

すなわち、この場合は、より詳細には、制御装置４０が、エンジン１の停止後、グロープラグ１１を予め設定した設定回数Ｃ作動させるとともに、この設定回数Ｃの各回におけるグロープラグ１１の作動時間ｔｋ（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）と設定回数Ｃを、エンジン１の停止直前のエンジン回転数、燃料噴射量、吸気温度、燃料温度及びエンジン冷却水（冷却媒体）Ｗの温度の内の１つ以上のパラメータに基づいて算出する制御を行うように構成することとなる。

言い換えれば、エンジン１の停止直前における、エンジン１の運転状態を表すパラメータである、エンジン回転数、燃料噴射量、吸気温度、燃料温度及びエンジン冷却水Ｗの温度の内の１つ以上のパラメータに基づいて、エンジン１の停止後に必要となるグロープラグ１１の作動回数（設定回数）Ｃと各回の作動時間ｔｋを算出して、エンジン１の停止後にこの算出した設定回数Ｃと作動時間ｔｋだけグロープラグ１１を作動させる。

このエンジン停止時はエンジン回転数がゼロになった時点や、シフトレバーがパーキングに入った時点などで確定することができる。一方、このエンジン停止直前の時点は、このエンジン停止の時刻から予め設定された時間分遡った時点として定義される。このエンジン停止直前の時点は、燃料噴射装置１０の噴射口１０ａの温度低下の傾向を決定づける時点に設定され、具体的な時間は予め行われた実験の結果等により設定される。

なお、エンジン回転数はエンジン回転数検出センサ（図示しない）により計測される。また、燃料噴射量はエンジン回転数や吸気流量等のパラメータを基に算出される。また、吸気温度はエンジン１の吸気通路に備えた吸気温度センサ（図示しない）により計測される。また、燃料温度は燃料温度センサ（図示しない）により計測される。これらの計測または算出は周知の技術であるので、ここでは詳細な説明を省略する。これらのパラメータの値を、ある程度の時間の長さ分を逐次記憶して置き換えていくことで、エンジン１の停止後に、予め設定された時間分遡った時点のパラメータのデータを呼び出すことで、エンジン停止直前の時点のパラメータのデータを容易に入手できる。

また、設定回数Ｃと作動時間ｔｋは、それぞれ、実験等により最適値に設定されるが、例えば、設定回数Ｃは数回、作動時間ｔｋは数秒〜数十秒に設定するのが好ましい。

この制御装置４０が行う制御を制御フローの形で表すと、図２に示す制御フローのようになる。この制御フローは、エンジン１の運転中に予め設定した制御時間が経過する度に上級の制御フローより呼ばれてスタートする制御フローである。

図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、エンジン１が現時点から予め設定した停止猶予時間閾値ｔｅ内に停止するか否か、すなわち、エンジン１が近時中に停止するか否かを判定する。エンジン１が近時中に停止すると判定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２０に進み、ステップＳ２０にて、エンジン１の停止後に必要となるグロープラグ１１の作動回数（設定回数）Ｃと作動時間ｔｋを算出する。算出後、ステップＳ３０に進む。一方、エンジン１が近時中に停止しないと判定した場合（ＮＯ）には、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

ステップＳ１０からステップＳ２０を経由してステップＳ３０に進んだ場合、ステップＳ３０にて、エンジン１が停止したか否かを判定する。エンジン１が停止していない場合（ＮＯ）は、その後、再度ステップＳ３０の判定を行う。一方、エンジン１が停止した場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ４０に進み、ステップＳ４０にて、グロープラグ１１を作動させる。このグロープラグ１１の作動は、ステップＳ２０で算出した設定回数Ｃと作動時間ｔｋだけ行う。グロープラグ１１の作動後、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０にて、グロープラグ１１の作動がステップＳ２０で算出した設定回数Ｃと作動時間ｔｋ分完了したか否かを判定する。グロープラグ１１の作動が完了していない場合（ＮＯ）は、その後、再度ステップＳ５０の判定を行う。一方、グロープラグ１１の作動が完了した場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ６０に進み、ステップＳ６０にて、グロープラグ１１の作動を停止させる。作動停止後は、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

なお、グロープラグ１１の作動時間が設置回数Ｃを経過する前に、エンジン１０が運転を開始した場合には、グロープラグ１１の作動を停止して、エネルギーの効率的な利用を図ってもよい。

この構成によれば、エンジン回転数等のエンジン運転状態を表すパラメータにより、エンジン停止直前のエンジン運転状態を基にして、エンジン１の停止後に、燃料噴射装置１０への結露を防止するために必要な熱量を供給することが可能となるグロープラグ１１の作動時間ｔｋ及び設定回数Ｃを算出するので、燃料噴射装置１０の温度を他の周辺部品よりも高温に維持することができ、燃料噴射装置１０への結露を防止し、燃料噴射装置１０の腐食を防止できる。

なお、エンジン１の停止後のグロープラグ１１の各回の作動時間ｔｋは、常時一定（ｔ１＝ｔ２＝・・・＝ｔｎ）でもよいし、回数を重ねるにつれて短くなる（ｔ１＞ｔ２＞・・・＞ｔｎ）等変動するようにしてもよい。各回の作動時間ｔｋを常時一定とする場合は、制御が簡素化されて、制御装置４０への負担が少なくなる。また、各回の作動時間ｔｋを変動させる場合は、燃料噴射装置１０の温度を緻密に制御するため、良好なエネルギー効率で、燃料噴射装置１０の温度を他の周辺部品よりも高温に確実に維持することができる。その結果、燃料噴射装置１０への結露を確実に防止し、燃料噴射装置１０の腐食を確実に防止できる。

また、上記の制御では、エンジン１の停止後にグロープラグ１１の作動を断続的に行うが、グロープラグ１１の停止後から次の作動までの間隔、すなわち、グロープラグ１１の作動間隔Δｔｌ（ｌ＝１、２、・・・、ｎ−１）は、常時一定（Δｔ１＝Δｔ２＝・・・＝Δｔ（ｎ−１））でもよいし、回数を重ねるにつれて長くなる（Δｔ１＜Δｔ２＜・・・＜Δｔ（ｎ−１））等変動するようにしてもよい。作動間隔Δｔｌを常時一定とする場合は、制御が簡素化されて、制御装置４０への負担が少なくなる。また、作動間隔Δｔｌを変動させる場合は、燃料噴射装置１０への温度を緻密に制御するため、燃料噴射装置１０の温度を他の周辺部品よりも高温に確実に維持することができる。その結果、燃料噴射装置１０への結露を確実に防止し、燃料噴射装置１０の腐食を確実に防止できる。

１エンジン（内燃機関）
２シリンダヘッド
５燃焼室
１０燃料噴射装置
１１グロープラグ
４０制御装置
Ｃ設定回数
Ｆ燃料
ｔグロープラグの作動時間
ｔｋグロープラグの各回の作動時間
Ｗエンジン冷却水（冷却媒体）

Claims

内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置とグロープラグをシリンダヘッドに備える内燃機関において、
該内燃機関を制御する制御装置が、
前記内燃機関の停止後、前記グロープラグを作動させるとともに、この作動時間を前記内燃機関の停止直前のエンジン回転数、燃料噴射量、吸気温度、燃料温度及び冷却媒体の温度の内の１つ以上のパラメータに基づいて算出する制御を行うように構成されている内燃機関。
前記制御装置が、
前記内燃機関の停止後、前記グロープラグを予め設定した設定回数作動させるとともに、該設定回数の各回における前記グロープラグの作動時間と前記設定回数を、前記内燃機関の停止直前のエンジン回転数、燃料噴射量、吸気温度、燃料温度及び冷却媒体の温度の内の１つ以上のパラメータに基づいて算出する制御を行うように構成されている請求項１に記載の内燃機関。