JP2018197510A - エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】補助ブレーキの制動力を効果的に向上させる。【解決手段】エンジン１０の吸排気バルブ１２，１４の開閉タイミングを任意に調整可能な可変バルブタイミング機構５１，５２を含む補助ブレーキ装置５０と、補助ブレーキ装置５０を作動させるか否かのオン／オフ操作を取得するブレーキ操作取得部９５と、車両がエンジン１０の燃料噴射を停止させて減速走行する減速走行状態にあるか否かを取得する減速走行取得部９０，９１と、可変バルブタイミング機構５１，５２の作動を制御して、吸気バルブ１２を上死点近傍から下死点近傍に亘って開弁させると共に、排気バルブ１４を閉弁状態に維持させる補助ブレーキ制御を実施する制御部１００とを備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンシステムに関し、特に、補助ブレーキ装置を備えたエンジンシステムに関する。

この種の補助ブレーキ装置として、エンジンブレーキ力（以下、制動力）を高める圧縮開放ブレーキが広く実用化されている。圧縮開放ブレーキは、圧縮上死点付近で排気バルブを開弁することで圧縮圧力を開放し、ピストンが上死点を通過した後に排気バルブを閉弁して膨張行程時に筒内を負圧にすることにより、制動力が得られるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１１２２８１号公報

ところで、圧縮開放ブレーキの制動力を効果的に高めるには、筒内に吸入される吸気の圧力を高めることが望ましい。しかしながら、圧縮開放ブレーキを作動させる車両減速時は、燃料噴射が停止（燃料カット）されるため、排気エネルギの減少に伴い過給機の稼働も次第に低下する。このため、筒内に吸入される吸気の圧力が減少し、膨張行程時の筒内の負圧も弱められることにより、制動力を効果的に維持できない課題がある。

本開示の技術は、車両減速時に作動する補助ブレーキの制動力を効果的に向上させることを目的とする。

本開示の技術は、車両に搭載されたエンジンの吸排気バルブの開閉タイミングを任意に調整可能な可変バルブタイミング機構を含む補助ブレーキ装置と、前記補助ブレーキ装置を作動させるか否かのオン／オフ操作を取得するブレーキ操作取得手段と、前記車両がエンジンの燃料噴射を停止させて減速走行する減速走行状態にあるか否かを取得する減速走行取得手段と、前記ブレーキ操作取得手段によりオン操作が取得され、且つ、前記減速走行取得手段により減速走行状態が取得されると、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御して、前記吸気バルブを上死点近傍から下死点近傍に亘って開弁させると共に、前記排気バルブを閉弁状態に維持させる補助ブレーキ制御を実施する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記エンジンの排気通路に設けられて排気により駆動するタービン及び、前記エンジンの吸気通路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサを含む過給機と、前記エンジンの吸気状態量を取得する状態量取得手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記補助ブレーキ制御の実施中に、前記状態量取得手段により取得される前記吸気状態量が前記過給機にサージ現象を生じさせ得る所定のサージ領域になると、閉弁状態に維持されている前記排気バルブを開弁作動させることが好ましい。

また、本開示の技術は、車両に搭載されたエンジンの吸排気バルブの開閉タイミングを任意に調整可能な可変バルブタイミング機構を含む補助ブレーキ装置と、前記補助ブレーキ装置を作動させるか否かのオン／オフ操作を取得するブレーキ操作取得手段と、前記車両がエンジンの燃料噴射を停止させて減速走行する減速走行状態にあるか否かを取得する減速走行取得手段と、前記ブレーキ操作取得手段によりオン操作が取得され、且つ、前記減速走行取得手段により減速走行状態が取得されると、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御して、前記吸気バルブを上死点近傍から下死点近傍に亘って開弁させると共に、前記排気バルブを上死点近傍のみで開弁させる補助ブレーキ制御を実施する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本開示の技術によれば、車両減速時に作動する補助ブレーキの制動力を効果的に向上させることができる。

本実施形態に係るエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。 本実施形態に係る電子制御ユニットの機能ブロック図である。 本実施形態に係る補助ブレーキ制御の吸排気バルブの開閉タイミングを説明する図である。 本実施形態に係るコンプレッサ特性マップの一例を示す模式図である。 本実施形態に係る補助ブレーキ制御を説明するフローチャート図である。 他の実施形態に係る補助ブレーキ制御の吸排気バルブの開閉タイミングを説明する図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムについて説明する。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は、本実施形態に係るエンジン１０の吸排気系を示す模式的な全体構成図である。エンジン１０のシリンダヘッド１１には、吸気ポート１１Ａ、排気ポート１１Ｂ、吸気バルブ１２、排気バルブ１４、筒内インジェクタ１６等が設けられている。また、吸気ポート１１Ａには吸気マニホールド１３が接続され、排気ポート１１Ｂには排気マニホールド１５が接続されている。シリンダヘッド１１の下部には、シリンダブロックＣＢが設けられ、シリンダブロックＣＢのシリンダボア内にはピストンＰが往復移動自在に収容されている。また、ピストンＰには、コネクティングロッドＣＲを介してクランクシャフトＣＳが連結されている。なお、図示の関係上、図１にはエンジン１０の複数気筒のうち１気筒のみを示し、他の気筒については図示を省略している。

吸気マニホールド１３には吸気を導入する吸気通路２０が接続され、排気マニホールド１５には排気を大気に放出する排気通路２１が接続されている。吸気通路２０には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２２、吸入空気流量センサ（以下、ＭＡＦセンサ）９３、過給機３０のコンプレッサ３２、インタークーラ２３、吸気スロットルバルブ２４、ブースト圧センサ９４等が設けられている。排気通路２１には、排気上流側から順に、過給機３０のタービン３１、排気後処理装置２５等が設けられている。

過給機３０は、排気により駆動するタービン３１と、タービン３１と回転軸で連結されて吸気を圧送するコンプレッサ３２とを備えている。なお、過給機３０は、図示例のコンベンショナルタイプに限定されず、可変翼を備える可変容量型タイプであってもよい。

本実施形態のエンジン１０は、吸気バルブ１２の開閉タイミングを任意の時期に調整可能な第１可変バルブタイミング機構５１と、排気バルブ１４の開閉タイミングを任意の時期に調整可能な第２可変バルブタイミング機構５２とを含む補助ブレーキ装置５０を備えている。第１及び第２可変バルブタイミング機構５１，５２としては、例えば、カムプロフィールの異なる複数のカム（不図示）を選択的に切り替え可能なカム切替式バルブタイミング機構や、電磁ソレノイドの電磁力により吸気バルブ１２及び排気バルブ１４を直接的に開閉動作させる電磁駆動式バルブタイミング機構を用いることができる。第１及び第２可変バルブタイミング機構５１，５２は、ＥＣＵ１００から入力される指示信号に応じて制御される。

エンジン回転数センサ９０は、エンジン１０のクランクシャフトＣＳからエンジン回転数Ｎｅを取得する。アクセル開度センサ９１は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量からエンジン１０の燃料噴射量Ｑを取得する。車速センサ９２は、図示しないプロペラシャフト又は変速機の出力シャフトから車両の車速Ｖを取得する。ＭＡＦセンサ９３は、エアクリーナ２２から吸気通路２０に導入される吸入空気流量ｑを取得する。ブースト圧センサ９４は、コンプレッサ３２により圧送される吸気の圧力（以下、ブースト圧Ｐ）を取得する。ブレーキスイッチ９５は、図示しない車両運転室に設けられており、補助ブレーキ機構５０を作動させるか否かのオン／オフ操作を取得する。これら各種センサ類９０〜９５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵ１０１やＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ１００には、各種センサ類９０〜９５のセンサ値が入力される。

また、ＥＣＵ１００は、図２に示すように、補助ブレーキ作動判定部１１０と、補助ブレーキ作動制御部１２０と、サージ防止制御部１３０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ１００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。

補助ブレーキ作動判定部１１０は、補助ブレーキを作動させるか否かを判定する。具体的には、補助ブレーキ作動判定部１１０は、（１）ブレーキスイッチ９５がオン、（２）アクセル開度センサ９１により取得されるアクセル開度が略全閉の燃料噴射停止状態、且つ、（３）エンジン回転数センサ９０により取得されるエンジン回転数Ｎｅが所定回転数以上となっている車両の減速走行時に、補助ブレーキを作動させると判定する。

補助ブレーキ作動制御部１２０は、補助ブレーキ作動判定部１１０が補助ブレーキを作動させると判定すると、補助ブレーキ装置５０（第１及び第２可変バルブタイミング機構５１，５２）に指示信号を出力して吸排気バルブ１２，１４の開閉タイミングを調整し、車両に制動力を付与する補助ブレーキ制御を実施する。

具体的には、図３に示すように、補助ブレーキ作動制御部１２０は、第１可変バルブタイミング機構５１にピストンＰが上死点ＴＤＣよりも僅かに進角側（例えば、上死点ＴＤＣ前約５°）の所定進角位置に達した時から下死点ＢＤＣ近傍に移動するまでの期間に亘って吸気バルブ１２を開弁させる指示信号を出力すると共に、第２可変バルブタイミング機構５２に排気バルブ１４を全閉状態に維持させる指示信号を出力し、さらに、吸気スロットルバルブ２４に全閉指示信号を出力する。すなわち、１サイクル中に「吸気行程」及び「圧縮行程」がそれぞれ２回ずつ交互に繰り返されるようになる。これにより、ピストンＰが所定進角位置から上死点ＴＤＣに達するまでの間に、シリンダ内の高圧吸気が吸気側に戻され、さらに、ピストンＰが上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに移動するまでの間に、吸気側の高圧吸気を再びシリンダ内に戻すことが可能となり、従前の圧縮開放ブレーキよりも約２倍の制動力が得られるようになる。

サージ防止制御部１３０は、補助ブレーキ制御により吸気マニホールド１３内の圧力が上昇すると、閉弁状態に維持されている排気バルブ１４を開弁作動させて過給機３０のサージ現象を防止するサージ防止制御を実施する。より詳しくは、ＥＣＵ１００のメモリには、図４に示すような、コンプレッサ特性マップＭが予め記憶されている。コンプレッサ特性マップＭには、縦軸にコンプレッサ３２の入口圧力と出口圧力との比である圧力比、横軸に吸気流量が設定されている。さらに、コンプレッサ特性マップＭには、過給機３０にサージ現象を生じさせ得るサージ領域Ｓが設定されている。サージ防止制御部１３０は、補助ブレーキ制御の実施中にブースト圧センサ９４等により取得される吸気マニホールド１３内の吸気状態量がコンプレッサ特性マップＭのサージ領域Ｓに入ると、第２可変バルブタイミング機構５２に排気バルブ１４を開弁作動させる指示信号を出力する。これにより、補助ブレーキ制御の実施により上昇した吸気マニホールド１３内の圧力が速やかに下げられるようになり、サージ現象を効果的に防止することが可能になる。なお、コンプレッサ特性マップＭは、必ずしも図形化する必要はなく、数値データとして記憶させてもよい。

次に、図５に基づいて、本実施形態に係る補助ブレーキ制御のフローを説明する。

ステップＳ１００では、補助ブレーキの作動条件が成立しているか否かが判定される。具体的には、（１）ブレーキスイッチ９５がオン、（２）アクセル開度センサ９１により取得されるアクセル開度が略全閉の燃料噴射停止状態、且つ、（３）エンジン回転数センサ９０により取得されるエンジン回転数Ｎｅが所定回転数以上となっている車両の減速走行時であれば、補助ブレーキの作動条件が成立していると判定し、本制御はステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、ピストンＰが上死点ＴＤＣよりも僅かに進角側（例えば、上死点ＴＤＣ前約５°）の所定進角位置に達した時から下死点ＢＤＣ近傍に移動するまでの期間に亘って吸気バルブ１２を開弁させると共に、排気バルブ１４を全閉状態に維持させ、１サイクル中に「吸気行程」及び「圧縮行程」をそれぞれ２回ずつ交互に繰り返させる補助ブレーキ制御が実施される。

ステップＳ１２０では、ブースト圧センサ９４等により取得される吸気マニホールド１３内の吸気状態量がコンプレッサ特性マップＭのサージ領域Ｓにあるか否かが判定される。肯定の場合、本制御はサージ現象を防止すべくステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、補助ブレーキ制御により閉弁状態に維持されている排気バルブ１４を開弁作動させるサージ防止制御が実施される。

ステップＳ１４０では、ブースト圧センサ９４等により取得される吸気マニホールド１３内の吸気状態量が、依然としてコンプレッサ特性マップＭのサージ領域Ｓにあるか否かが判定される。肯定の場合は、サージ防止制御の実施を継続させるべく、本制御はステップＳ１３０に戻される。一方、否定の場合、すなわち、吸気マニホールド１３内の吸気状態量がサージ領域Ｓから脱していれば、本制御はステップＳ１５０に進み、サージ防止制御を解除する。

ステップＳ１６０では、補助ブレーキの作動条件が依然として成立しているか否かが判定される。（１）ブレーキスイッチ９５がオン、（２）アクセル開度センサ９１により取得されるアクセル開度が略全閉の燃料噴射停止状態、且つ、（３）エンジン回転数センサ９０により取得されるエンジン回転数Ｎｅが所定回転数以上となる（１）〜（３）の各条件が成立している場合には、補助ブレーキ制御を継続させるべく、本制御はステップＳ１１０に戻される。一方、これら（１）〜（３）の何れかの条件が不成立の場合には、本制御は、ステップＳ１７０に進み、補助ブレーキ制御を解除して、その後リターンされる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、補助ブレーキの作動条件が成立すると、ピストンＰが上死点ＴＤＣよりも僅かに進角側の所定進角位置に達した時から下死点ＢＤＣ近傍に移動するまでの期間に亘って吸気バルブ１２を開弁させると共に、排気バルブ１４を全閉状態に維持し、１サイクル中に「吸気行程」及び「圧縮行程」をそれぞれ２回ずつ交互に繰り返す補助ブレーキ制御が実施される。これにより、ピストンＰが所定進角位置から上死点ＴＤＣに達するまでの間に、シリンダ内の高圧吸気が吸気側に戻され、さらに、ピストンＰが上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに移動するまでの間に、吸気側の高圧吸気が再びシリンダ内に戻されるようになり、従前の圧縮開放ブレーキよりも約２倍の制動力を得ることが可能になる。

また、補助ブレーキ制御の実施中に吸気マニホールド１３内の吸気状態量がコンプレッサ特性マップＭのサージ領域Ｓに入ると、閉弁状態に維持されている排気バルブ１４を開弁作動させるサージ防止制御が実施されるようになっている。これにより、補助ブレーキ制御の実施により上昇した吸気マニホールド１３内の圧力を速やかに下げることが可能となり、過給機３０のサージ現象を効果的に防止することができる。

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、上記実施形態において、補助ブレーキ制御は、排気バルブ１４を全閉状態に維持するものとして説明したが、図６に示すように、排気バルブ１４をピストンＰが上死点ＴＤＣよりも僅かに進角側（例えば、上死点ＴＤＣ前約５°）の所定進角位置に達した時から上死点ＴＤＣ近傍に達するまでの短い期間に亘って開弁させてもよい。このように、補助ブレーキ制御の実施中に排気バルブ１４を微小に開弁作動させると、シリンダ内の高圧吸気の一部が排気側に放出されて、タービン３１の回転が維持されるようになり、その後の再加速時にエンジン１０の出力応答性を効果的に向上させることが可能になる。

また、エンジン１０の気筒数は、単気筒又は複数気筒の何れであってもよい。

１０ エンジン
１２ 吸気バルブ
１４ 排気バルブ
２０ 吸気通路
２１ 排気通路
５０ 補助ブレーキ機構
５１ 第１可変バルブタイミング機構
５２ 第２可変バルブタイミング機構
９４ ブースト圧センサ
９５ ブレーキスイッチ
１００ ＥＣＵ
１１０ 補助ブレーキ作動判定部
１２０ 補助ブレーキ作動制御部
１３０ サージ防止制御部

Claims (3)

1. 車両に搭載されたエンジンの吸排気バルブの開閉タイミングを任意に調整可能な可変バルブタイミング機構を含む補助ブレーキ装置と、
   前記補助ブレーキ装置を作動させるか否かのオン／オフ操作を取得するブレーキ操作取得手段と、
   前記車両がエンジンの燃料噴射を停止させて減速走行する減速走行状態にあるか否かを取得する減速走行取得手段と、
   前記ブレーキ操作取得手段によりオン操作が取得され、且つ、前記減速走行取得手段により減速走行状態が取得されると、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御して、前記吸気バルブを上死点近傍から下死点近傍に亘って開弁させると共に、前記排気バルブを閉弁状態に維持させる補助ブレーキ制御を実施する制御手段と、を備える
   ことを特徴とするエンジンシステム。
2. 前記エンジンの排気通路に設けられて排気により駆動するタービン及び、前記エンジンの吸気通路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサを含む過給機と、
   前記エンジンの吸気状態量を取得する状態量取得手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記補助ブレーキ制御の実施中に、前記状態量取得手段により取得される前記吸気状態量が前記過給機にサージ現象を生じさせ得る所定のサージ領域になると、閉弁状態に維持されている前記排気バルブを開弁作動させる
   請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 車両に搭載されたエンジンの吸排気バルブの開閉タイミングを任意に調整可能な可変バルブタイミング機構を含む補助ブレーキ装置と、
   前記補助ブレーキ装置を作動させるか否かのオン／オフ操作を取得するブレーキ操作取得手段と、
   前記車両がエンジンの燃料噴射を停止させて減速走行する減速走行状態にあるか否かを取得する減速走行取得手段と、
   前記ブレーキ操作取得手段によりオン操作が取得され、且つ、前記減速走行取得手段により減速走行状態が取得されると、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御して、前記吸気バルブを上死点近傍から下死点近傍に亘って開弁させると共に、前記排気バルブを上死点近傍のみで開弁させる補助ブレーキ制御を実施する制御手段と、を備える
   ことを特徴とするエンジンシステム。

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