JP2018105181A - スロットルバルブ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イグニッションのオフ操作にともなうオイル上がりをより確実に抑えられるスロットルバルブ制御装置を提供する。【解決手段】スロットルバルブ３６の開度を制御するＥＣＵ５０は、イグニッション４６のオフ操作を検出すると、オフ操作の検出時のエンジン回転数が設定回転数よりも小さい場合、スロットルバルブ３６を閉状態に制御する第１閉弁制御を行い、オフ操作の検出時にエンジン回転数が設定回転数以上である場合、スロットルバルブ３６を開状態に維持したのちに閉状態に制御する第２開弁制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、吸気通路に配設されたスロットルバルブの開度を制御するスロットルバルブ制御装置に関する。

例えば特許文献１のように、天然ガスを燃料とするエンジンを備えた天然ガス自動車が知られている。天然ガス自動車では、ガソリンエンジンと同様、イグニッションをオン操作すると、燃焼室に混合気が供給され、その供給された混合気が点火プラグによって点火されることでエンジンが始動する。そして、エンジンの吸気通路に配設されたスロットルバルブの開度が制御されることによりその時々の最適な空燃比が実現されるように吸入空気量が制御される。

特開２００８−１５７１２７号公報

ところで、イグニッションのオフ操作の直後は、慣性によってピストンが上下動することで燃焼室が負圧になりやすい。そのため、シリンダーとピストンとの間の隙間を通じて燃焼室にエンジンオイルが侵入する所謂オイル上がりが生じやすい。こうしたオイル上がりによって燃焼室に侵入したエンジンオイルが点火プラグに付着してしまうと次のエンジン始動時に混合気が点火しにくくなる。特に大型車や貨物自動車においては、一般的な乗用車に比べてエンジンの排気量が大きいため、上述したオイル上がりが生じやすい。

本発明は、イグニッションのオフ操作にともなうオイル上がりをより確実に抑えられるスロットルバルブ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するスロットルバルブ制御装置は、イグニッションのオフ操作を検出する検出部と、エンジン回転数を取得する取得部と、スロットルバルブの開度を制御する制御部とを備え、前記取得部は、前記オフ操作の検出後も前記エンジン回転数を取得可能に構成されており、前記制御部は、前記オフ操作の検出時に前記エンジン回転数が設定回転数よりも小さい場合、前記スロットルバルブを閉状態に制御する第１閉弁制御を行い、前記オフ操作の検出時に前記エンジン回転数が前記設定回転数以上である場合、前記スロットルバルブを開状態に維持したのちに閉状態に制御する第２閉弁制御を行う。

上記構成によれば、イグニッションのオフ操作時にエンジン回転数が設定回転数以上である場合、燃料の噴射や点火プラグによる混合気への点火の停止後にピストンが慣性で上下動したとしても、燃焼室に吸入空気が導入されやすくなる。その結果、燃焼室が負圧になりにくくなることから、オイル上がりを抑えることができる。

上記スロットルバルブ制御装置において、前記設定回転数がアイドル回転数であることが好ましい。
上記構成によれば、イグニッションのオフ操作時におけるエンジン回転数がオイル上がりの生じにくいアイドル回転数よりも小さい場合に第１閉弁制御が行われる。その結果、オフ操作時の直後にスロットルバルブを閉状態に制御してもオイル上がりを抑えることができる。

上記スロットルバルブ制御装置では、前記第２閉弁制御において、前記制御部は、前記エンジン回転数が前記設定回転数よりも小さくなってから前記スロットルバルブを閉弁することが好ましい。
上記構成によれば、エンジン回転数が十分に小さくなってからスロットルバルブが閉弁される。その結果、オイル上がりをより確実に抑えることができる。

上記スロットルバルブ制御装置では、前記第２閉弁制御において、前記制御部は、前記エンジン回転数が０になる直前まで前記スロットルバルブを開状態に維持するとよい。
上記構成によれば、エンジン回転数が十分小さくなり、エンジン回転数が０になる直前までスロットルバルブが開状態に維持されることから、ピストンの上下動によって燃焼室が負圧になることをより確実に抑えることができる。

上記スロットルバルブ制御装置では、前記第２閉弁制御において、前記制御部は、前記エンジン回転数が小さくなるにつれて前記スロットルバルブを閉方向に制御するとよい。
上記構成によれば、エンジン回転数が小さくなるにつれて、すなわち燃焼室に発生する負圧が小さくなるにつれてスロットルバルブが閉状態に近づくこととなる。これにより、エンジン回転数が大きいときほど燃焼室に導入可能な空気量が増えることとなる。その結果、オイル上がりをより確実に抑えることができる。また、エンジン回転数が０になる直前までスロットルバルブが開状態に維持される場合には、エンジン回転数が十分に小さくなった状態でスロットルバルブが閉状態に制御されることから、ピストンの上下動の停止にともなう振動を抑えることができる。

スロットルバルブ制御装置の一実施形態を搭載したエンジンシステムの一例を示す概略構成図。 エンジン停止処理の一例を示すフローチャート。

図１および図２を参照してスロットルバルブ制御装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、エンジンシステムを構成するエンジン１０は、天然ガスを燃料とするガスエンジンである。エンジン１０は、複数のシリンダー１２を有するエンジンである。各シリンダー１２には、ピストン１３が上下動可能に収容されており、このピストン１３は、コネクションロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。

エンジン１０は、シリンダー１２の各々に対応する吸気分岐管２０ａを有するインテークマニホールド２０と、シリンダー１２の各々に対応する排気分岐管２２ａを有するエキゾーストマニホールド２２とを有している。また、エンジン１０は、シリンダー１２ごとに吸気バルブ１６および排気バルブ１７を有している。吸気バルブ１６は、吸気分岐管２０ａに対してシリンダー１２を開閉するバルブであり、排気バルブ１７は、排気分岐管２２ａに対してシリンダー１２を開閉するバルブである。これら吸気バルブ１６および排気バルブ１７の各々は、クランクシャフト１５に対して機械的に連結されたカムシャフトによって駆動され、クランクシャフト１５の角度であるクランク角度に応じて開閉するように構成されている。また、エンジン１０は、燃焼室１８内の混合気を点火する点火プラグ１９を有している。点火プラグ１９は、例えば、電気的に火花を発生させるスパークプラグである。

インテークマニホールド２０に接続される吸気通路２１には、吸気通路２１に燃料を供給する燃料供給装置３０の供給ノズル３１が配設されている。燃料供給装置３０は、天然ガスを貯留するガスタンク３２を有する。ガスタンク３２と供給ノズル３１とを接続する配管３３には、燃料遮断弁３４が配設され、配管３３における燃料遮断弁３４の下流側にインジェクター３５が配設されている。燃料遮断弁３４は、エンジン１０の停止時に閉状態に制御されることでエンジン１０の停止中における吸気通路２１への燃料の供給を遮断する。インジェクター３５は、供給ノズル３１へ向けて燃料を噴射する噴射弁である。インジェクター３５から噴射された燃料は、供給ノズル３１を通じて吸気通路２１へと流入して混合気を生成する。

また、吸気通路２１には、供給ノズル３１の下流側に吸気通路２１の流路断面積を変更可能なスロットルバルブ３６が配設されている。スロットルバルブ３６は、その開度が大きいほど吸気通路２１の流路断面積を大きくし、その開度が小さいほど吸気通路２１の流路断面積を小さくする。

こうした構成のエンジン１０においては、ピストン１３の上下動にともなって吸気通路２１に空気が吸入される。そして、吸気通路２１を流れる空気に対して燃料供給装置３０が燃料を供給することにより混合気が生成される。生成された混合気は、吸気バルブ１６が開弁状態、排気バルブ１７が閉弁状態、および、ピストン１３が下動状態にある燃焼室１８に導入される。燃焼室１８に導入された混合気は、ピストン１３の上動によって圧縮されたのち点火プラグ１９によって点火され、燃焼にともなう膨張によってピストン１３を下動させる。そして、吸気バルブ１６が閉弁状態、および、排気バルブ１７が開弁状態にあるときにピストン１３が上動することにより燃焼後の混合気である排気ガスがエキゾーストマニホールド２２を通じて排気通路２５へと排気される。

エンジンシステムは、エンジン１０の状態量を検出するセンサーとして、ブースト圧センサー４１、回転数センサー４２、空燃比センサー４３、アクセル開度センサー４４を備える。ブースト圧センサー４１は、インテークマニホールド２０に流入する混合気の圧力であって、エンジン１０が吸入する吸気の圧力であるブースト圧Ｐｂを検出する。回転数センサー４２は、クランクシャフト１５の回転数であるエンジン回転数Ｎｅを検出する。空燃比センサー４３は、排気通路２５を流れる排気ガスに含まれる酸素濃度に基づいて空燃比Ａ／Ｆを検出する。アクセル開度センサー４４は、アクセルペダル４５の踏み込み量であるアクセル開度ＡＣＣを検出する。各種センサー４１〜４４の出力した信号は、エンジンシステムを統括制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０に入力される。また、ＥＣＵ５０には、イグニッション４６からオン操作を示す操作信号、および、オフ操作を示す操作信号が入力される。

ＥＣＵ５０は、プロセッサ５１、メモリ５２、入力インターフェース５３、および、出力インターフェース５４等がバス５５を介して互いに接続されたマイクロコントローラーを中心に構成される。ＥＣＵ５０は、取得部および検出部として、各種センサー４１〜４４およびイグニッション４６が出力した各種の情報を入力インターフェース５３を介して取得する。そしてＥＣＵ５０は、その取得した各種の情報、および、メモリ５２に記憶したプログラムや各種のデータに基づいて各種の処理を実行し、これらの各種の処理を通じて、点火プラグ１９、燃料遮断弁３４、インジェクター３５、および、スロットルバルブ３６といった制御対象を制御する。ＥＣＵ５０は、各種の処理の１つとして、イグニッション４６からオフ操作を示す操作信号が入力されるとエンジン停止処理を実行する。

図２を参照してエンジン停止処理について説明する。
図２に示すように、エンジン停止処理において、ＥＣＵ５０は、まず、インジェクター３５を閉弁状態、点火プラグ１９を停止状態、燃料遮断弁３４を閉弁状態に制御する（ステップＳ１０１）。これにより、混合気の生成および混合気の燃焼が停止する。

次に、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅを取得し、その取得したエンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｓよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１０２）。設定回転数Ｎｓは、イグニッション４６のオフ操作後にピストン１３が慣性で上下動したとしてもシリンダー１２とピストン１３との間の隙間を通じて燃焼室１８にエンジンオイルが侵入することを十分に抑えられるエンジン回転数Ｎｅである。本実施形態の設定回転数Ｎｓには、アイドル回転数Ｎｅｉｄｌが設定されている。

エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｓよりも小さい場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ３６をすぐさま閉弁状態に制御する第１閉弁制御を実行し（ステップＳ１０３）、一連の処理を終了する。一方、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｓ以上である場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、第２閉弁制御（ステップＳ１０４）を実行して一連の処理を終了する。

ステップＳ１０４の第２閉弁制御において、ＥＣＵ５０は、例えば、オフ操作の検出時におけるスロットルバルブ３６の開度を基準としてエンジン回転数Ｎｅの減少とともにスロットルバルブ３６の開度を小さく制御する。そしてＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅが０になる直前、すなわちエンジン回転数Ｎｅが十分小さくなってからスロットルバルブ３６を閉弁状態に制御する。なお、０になる直前のエンジン回転数Ｎｅを閉弁回転数Ｎｅｃとすると、この閉弁回転数Ｎｅｃは、例えば、アイドル回転数Ｎｅｉｄｌの１０％以下のエンジン回転数である。また、閉弁回転数Ｎｅｃは、イグニッション４６のオフ操作時におけるエンジン回転数Ｎｅが高いほど高い回転数に設定される構成であってもよい。こうした構成によれば、エンジン回転数Ｎｅが十分小さいときのエンジン回転数Ｎｅの変化率に応じて閉弁回転数Ｎｅｃを設定することが可能である。

上記実施形態のＥＣＵ５０によれば、以下に列挙する作用効果が得られる。
（１）上述した構成によれば、イグニッション４６のオフ操作後もエンジン回転数Ｎｅが０になる直前、すなわちエンジン回転数Ｎｅが十分小さくなるまではスロットルバルブ３６が開状態に維持される。そのため、ピストン１３が慣性で上下動していたとしても、燃焼室１８には、吸気通路２１およびインテークマニホールド２０を通じて空気が導入される。これにより、燃焼室１８が負圧になりにくくなることから、シリンダー１２とピストン１３との間の隙間を通じて燃焼室１８にエンジンオイルが侵入することを抑えることができる。

（２）また、インジェクター３５から噴射された未燃焼の燃料を掃気することができる。これにより、エンジン１０の停止中に燃焼室１８に残存する燃料を低減することができる。その結果、点火プラグ１９に対する燃料の付着が抑えられることから、始動時における点火プラグ１９の駆動を円滑に行うことができる。なお、未燃焼の燃料は、排気通路２５に配設される排気浄化装置において酸化される。

（３）オフ操作後にスロットルバルブ３６をすぐさま閉状態に制御してもオイル上がりが十分に抑えられるアイドル回転数Ｎｅｉｄｌが設定回転数Ｎｓに設定されていることで、オイル上がりをより確実に抑えることが可能である。

（４）エンジン回転数Ｎｅが小さくなるほどスロットルバルブ３６の開度が小さくなることで、例えば、エンジン回転数Ｎｅが０になるまでスロットルバルブ３６の開度を検出時の開度に維持する場合に比べて、慣性によるピストン１３の上下動を早期に停止させることができる。その結果、第１閉弁制御に要する時間と第２閉弁制御に要する時間との差を小さくすることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・ステップＳ１０４の第２閉弁制御において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｓに低下するまでオフ操作の検出時におけるスロットルバルブ３６の開度を維持してもよい。そしてＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅの減少とともにスロットルバルブ３６の開度を小さくしてもよい。

・ステップＳ１０４の第２閉弁制御において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅが０になるまでオフ操作の検出時におけるスロットルバルブ３６の開度を維持し、エンジン回転数Ｎｅが０に到達してからスロットルバルブ３６を閉弁状態に制御してもよい。

・設定回転数Ｎｓは、スロットルバルブ３６を閉弁してもオイル上がりが抑えられる値であればよく、アイドル回転数に限られるものではない。
・エンジン１０は、スロットルバルブ３６を備えたエンジンであればよく、ガスエンジンに限らず、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。

・ターボチャージャーを備えるエンジンシステムにおいては、エンジン１０の停止後も慣性によってターボチャージャーが駆動している期間が存在する。そのため、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４の第２閉弁制御において、上述したスロットルバルブ３６の開度を基本開度とするとき、以下のような補正を行ってもよい。

すなわち、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ３６が閉弁状態になるまでブースト圧Ｐｂを検出し、その検出したブースト圧Ｐｂが低いときほどスロットルバルブ３６の開度を基本開度よりも大きくする補正を行ってもよい。こうした構成によれば、エンジン回転数Ｎｅが同じであってもブースト圧Ｐｂが低いときほどスロットルバルブ３６の開度が大きくなることで燃焼室１８に空気が導入されやすくなる。これにより、オイル上がりをより確実に抑えることができる。

１０…エンジン、１２…シリンダー、１３…ピストン、１４…コネクションロッド、１５…クランクシャフト、１６…吸気バルブ、１７…排気バルブ、１８…燃焼室、１９…点火プラグ、２０…インテークマニホールド、２０ａ…吸気分岐管、２１…吸気通路、２２…エキゾーストマニホールド、２２ａ…排気分岐管、２４…燃料供給装置、３０…燃料供給装置、３１…供給ノズル、３２…ガスタンク、３３…配管、３４…燃料遮断弁、３５…インジェクター、３６…スロットルバルブ、４１…ブースト圧センサー、４２…回転数センサー、４３…空燃比センサー、４４…アクセル開度センサー、４５…アクセルペダル、４６…イグニッション、５０…ＥＣＵ、５１…プロセッサ、５２…メモリ、５３…入力インターフェース、５４…出力インターフェース、５５…バス。

Claims (5)

1. イグニッションのオフ操作を検出する検出部と、
   エンジン回転数を取得する取得部と、
   スロットルバルブの開度を制御する制御部とを備え、
   前記取得部は、
   前記オフ操作の検出後も前記エンジン回転数を取得可能に構成されており、
   前記制御部は、
   前記オフ操作の検出時に前記エンジン回転数が設定回転数よりも小さい場合、前記スロットルバルブを閉状態に制御する第１閉弁制御を行い、
   前記オフ操作の検出時に前記エンジン回転数が前記設定回転数以上である場合、前記スロットルバルブを開状態に維持したのちに閉状態に制御する第２閉弁制御を行う
   スロットルバルブ制御装置。
2. 前記設定回転数がアイドル回転数である
   請求項１に記載のスロットルバルブ制御装置。
3. 前記第２閉弁制御において、前記制御部は、前記エンジン回転数が前記設定回転数よりも小さくなってから前記スロットルバルブを閉弁する
   請求項１または２に記載のスロットルバルブ制御装置。
4. 前記第２閉弁制御において、前記制御部は、前記エンジン回転数が０になる直前まで前記スロットルバルブを開状態に維持する
   請求項３に記載のスロットルバルブ制御装置。
5. 前記第２閉弁制御において、前記制御部は、前記エンジン回転数が小さくなるにつれて前記スロットルバルブを閉方向に制御する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のスロットルバルブ制御装置。