JP2020033918A - 内燃機関システム - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の始動性の低下を抑制する技術を提供する。【解決手段】内燃機関システムは、イグニッションスイッチ４０がオンとなった場合、イグニッションスイッチ４０がオンとなる前よりも、スロットル１２２と開閉弁１４４との少なくとも一方の開度を大きくした状態において、ピストン１１９を往復運動させることによって、燃焼室１１０内の気体を排出するオン制御を行う。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関システムに関する。
従来より、内燃機関の排気再循環流路に設けられる弁として、二重偏心弁を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１）。
国際公開第２０１６／００２５９９号
しかし、排気再循環流路に設けられる弁として二重偏心弁を用いた場合、内燃機関が駆動していない状態では二重偏心弁が完全には閉まっていない状態となる。このため、排気ガスが意図せず二重偏心弁を通過する虞があり、この結果として、排気ガスが排気再循環流路を通って燃焼室に混入してしまう虞があった。そして、このような場合、燃焼室に混入した排気ガスに起因して内燃機関の始動性の低下が生じる虞があった。また、このような課題は、異物の噛み込みや閉動作不良によっても生じるため、二重偏心弁に限らず、開閉弁に共通する課題だった。
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
本開示の一形態によれば、内燃機関システム（１０）が提供される。この内燃機関システムは、燃料を燃焼させる燃焼室（１１０）と、往復運動することにより前記燃焼室の容量を変更可能なピストン（１１９）と、前記燃焼室へ空気を供給する吸気管（１２０）と、前記吸気管に設けられ、前記燃焼室への前記空気の供給量を制御するスロットル（１２２）と、前記燃焼室から排出された排気ガスの一部を前記吸気管まで循環させる排気再循環管（１４０）と、前記排気再循環管に設けられ、前記燃焼室への前記排気ガスの供給量を制御する開閉弁（１４４）と、前記ピストンと、前記スロットルと、前記開閉弁とを制御する制御部（２００）と、を備え、前記制御部は、イグニッションスイッチがオンとなった場合、前記イグニッションスイッチがオンとなる前よりも、前記スロットルと前記開閉弁との少なくとも一方の開度を大きくした状態において、前記ピストンを往復運動させることによって、前記燃焼室内の気体を排出するオン制御を行う。
この形態の内燃機関システムによれば、排気制御を行うことにより、排気ガスが意図せず燃焼室内に混入した場合においても、内燃機関の始動性の低下を抑制できる。
第１実施形態における内燃機関システムを搭載する車両を示す図である。 本実施形態における排気制御のフローチャートを示す図である。 本実施形態における排気制御のフローチャートを示す図である。 第３実施形態における内燃機関システムを搭載する車両を示す図である。 本実施形態における噴射量調整制御のフローチャートを示す図である。
Ａ．第１実施形態
図１に示すように、本実施形態の内燃機関システム１０は、内燃機関１００と、制御部２００と、イグニッションスイッチ４０と、を備える。イグニッションスイッチ４０は、利用者が内燃機関１００の起動および停止を行うためのスイッチである。本実施形態では、内燃機関システム１０は、車両５０に搭載されている。
内燃機関１００は、ガソリンや軽油などの燃料を燃焼させることによって動力を発生させる。内燃機関１００は、複数の燃焼室１１０および複数の燃料噴射弁１１２を備え、各燃焼室１１０には吸気管１２０を介して空気が供給される。図１では、技術の理解を容易にするため、燃焼室１１０、燃料噴射弁１１２は一つずつ記載されている。吸気管１２０には、上流側から順に、エアクリーナ１２１と、スロットル１２２と、吸気管圧力センサ１２３と、バッファタンク１２４とが設けられている。
各燃焼室１１０に燃料噴射弁１１２から燃料が噴射されると、燃焼室１１０内で燃焼が発生する。燃焼によって生じた排気ガスは、排気管１３０を通過して大気中に排出される。排気管１３０には、上流側から順に、空燃比センサ１３３と、触媒コンバータ１３２とが設けられている。排気管１３０と吸気管１２０は、排気再循環管１４０で互いに接続されており、排気再循環管１４０には排気再循環クーラー１４２と排気再循環弁としての開閉弁１４４が設けられている。本実施形態では、開閉弁１４４として、二重偏心弁を用いる。
内燃機関１００には、点火プラグ１１１と、燃料噴射弁１１２と、吸気弁１２５と、排気弁１３１と、ノックセンサ１１５と、クランク角センサ１１６とが設けられている。ノックセンサ１１５は、内燃機関１００の振動を検出する振動センサとして機能する。クランク角センサ１１６は、内燃機関１００の回転数を検出する回転数センサとして機能する。クランク角センサ１１６の下方側には、ブローバイガス流路１１７が形成されている。ブローバイガス流路１１７は、上述のブローバイガスを吸気管１２０に還流させる。ブローバイガス流路１１７は、排気再循環管１４０と吸気管１２０との接続部分よりも下流側で吸気管１２０に接続している。
また、燃焼室１１０を構成する面の一部は、ピストン１１９で形成されている。ピストン１１９は、往復運動することにより燃焼室の容量を変更可能な部材であり、コネクティングロッド１１８を介してクランクシャフト１１４に連結されている。コネクティングロッド１１８は、ピストン１１９の往復運動をクランクシャフト１１４の回転運動に変換する。クランクシャフト１１４は、スタータ１１３により始動時に回転駆動（クランキング）される。
内燃機関１００は、ピストン１１９が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うと共に、圧縮行程および膨張行程の間に火花点火が行われる。つまり、本実施形態の内燃機関１００は、いわゆる４サイクルエンジンである。なお、図１に示す各種の部品は一例であり、これ以外の種々の部品を内燃機関１００に設けてもよい。
内燃機関１００の出力は、車両５０の備える変速機によって変速され、所望の回転数・トルクとして、ディファレンシャルギアを介して駆動輪に伝達される。また、内燃機関１００の動力は、駆動機構によって図示しないモータジェネレータに伝達される。
制御部２００は、車両５０の動力源である内燃機関１００を制御することにより、車両５０の制御を行う。本実施形態では、制御部２００は、車速、アクセル開度及びブレーキ開度等に基づき、インジェクタによる内燃機関１００への燃料噴射量や、スロットル１２２の開度等を調整することにより、内燃機関１００の出力を制御する。また、制御部２００は、排気制御を行う。本実施形態では、排気制御として後述するオン制御を行う。以下、図２を用いてオン制御を説明する。
まず、制御部２００は、イグニッションスイッチ４０がオンとなったか否かを判定する（工程Ｓ１１０）。イグニッションスイッチ４０がオンとなっていないと判定した場合（工程Ｓ１１０：ＮＯ）、制御部２００はオン制御を行わず、フローは終了する。
一方、イグニッションスイッチ４０がオンとなったと判定した場合（工程Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御部２００は、オン制御を行い（工程Ｓ１２０）、フローは終了する。具体的には、制御部２００は、イグニッションスイッチ４０がオンとなる前よりも、スロットル１２２と開閉弁１４４との少なくとも一方の開度を大きくした状態において、スタータ１１３を駆動してピストン１１９を往復運動させることにより、燃焼室１１０内の気体を排出する制御を行う。本実施形態では、制御部２００は、スロットル１２２と開閉弁１４４との両方の開度を、イグニッションスイッチ４０がオンとなる前よりも大きくする。その後、制御部２００は、点火プラグ１１１、燃料噴射弁１１２を駆動することにより、内燃機関１００内での燃焼を開始する。
一般に、内燃機関１００が駆動していない時、吸気管１２０側から開閉弁１４４へ圧力がかからないため、二重偏心弁である開閉弁１４４が完全には閉まっていない状態となる。このような状態は、二重偏心弁以外の開閉弁であっても、異物の噛み込みや閉動作不良によっても生じる。そして、このような状態において、排気管１３０の外部から排気管１３０の内部へ空気が侵入することがあり、侵入した空気により、排気再循環管１４０内の排気ガスが開閉弁１４４を通過して吸気管１２０に到達することがある。このような時に内燃機関１００が駆動された場合、吸気管１２０に到達した排気ガスが燃焼室１１０に取り込まれることにより、内燃機関１００の始動性の低下の原因となることがある。
しかし、本実施形態の内燃機関システム１０によれば、イグニッションスイッチ４０がオンとなった場合に、イグニッションスイッチ４０がオンとなる前よりも、スロットル１２２と開閉弁１４４との少なくとも一方の開度を大きくした状態とする。そして、この状態において、ピストン１１９を往復運動させることにより、燃焼室１１０内の気体を排出する。このようにすることにより、吸気管１２０に到達した排気ガスを燃焼室１１０を経由して排気管１３０に送ることができる。この結果として、内燃機関１００の始動性の低下を抑制できる。なお、オン制御と燃焼の開始との間や、オン制御前に、各種センサの学習制御などを実施してもよい。
Ｂ．第２実施形態
第２実施形態では、第１実施形態と比較して、排気制御としてオン制御ではなくオフ制御を行う点で異なるが、それ以外は同じである。なお、排気制御として、オン制御とオフ制御との両方を行ってもよい。以下、図３を用いてオフ制御を説明する。
制御部２００は、まず、イグニッションスイッチ４０がオフとなったか否かを判定する（工程Ｓ２１０）。イグニッションスイッチ４０がオフとなっていないと判定した場合（工程Ｓ１１０：ＮＯ）、制御部２００はオフ制御を行わず、フローは終了する。
一方、イグニッションスイッチ４０がオフとなったと判定した場合（工程Ｓ２１０：ＹＥＳ）、制御部２００は、オフ制御を行い（工程Ｓ２２０）、フローは終了する。具体的には、制御部２００は、イグニッションスイッチ４０がオフとなる前よりも、スロットル１２２と開閉弁１４４との少なくとも一方の開度を大きくした状態において、ピストン１１９の往復運動により、燃焼室１１０内の気体を排出する制御を行う。本実施形態では、制御部２００は、スロットル１２２と開閉弁１４４との両方の開度を、イグニッションスイッチ４０がオフとなる前よりも大きくする。また、本実施形態では、ピストン１１９の惰性運動により燃焼室１１０内の気体を排出するが、スタータ１１３によってピストン１１９を積極的に往復運動させることにより燃焼室１１０内の気体を排出してもよい。また、オフ制御の後に、各種センサの学習制御などを実施してもよい。
本実施形態によれば、オフ制御を行うことにより、吸気管１２０に到達した排気ガスを燃焼室１１０を経由して排気管１３０に送ることができるため、内燃機関１００の始動性の低下を抑制できる。
Ｃ．第３実施形態
図４に示すように、第３実施形態の内燃機関システム１０Ａは、第１実施形態の内燃機関システム１０と比較して、さらに、酸素濃度を測定する酸素センサ１２７を備える点が異なる。酸素センサ１２７は、吸気管に設けられている。そして、第３実施形態では、第１実施形態と比較して、排気制御の代わりに噴射量調整制御を行う点で異なるが、それ以外は同じである。以下、図５を用いて、噴射量調整制御を説明する。
制御部２００は、まず、イグニッションスイッチ４０がオンとなったか否かを判定する（工程Ｓ３１０）。イグニッションスイッチ４０がオンとなっていないと制御部２００が判定した場合（Ｓ３１０：ＮＯ）、フローは終了する。
一方、イグニッションスイッチ４０がオンとなったと判定した場合（工程Ｓ３１０：ＹＥＳ）、制御部２００は、酸素センサ１２７により吸気管１２０内の酸素濃度を測定する（工程Ｓ３２０）。そして、制御部２００は、測定した酸素濃度により燃料噴射弁１１２から噴射される燃料の噴射量を調整し（工程Ｓ３３０）、フローは終了する。フロー終了後は、調整された噴射量にて燃料を噴射する。燃料の噴射量は、測定した酸素濃度が小さいほど、小さくする。このようにすることにより、イグニッションスイッチがオフの状態において、排気ガスが意図せず吸気管１２０に到達したとしても、燃料の噴射量が調整されることにより、内燃機関１００の始動性の低下を抑制できる。なお、酸素濃度が予め定められた値以下の場合、燃料の噴射を行わず、スタータ１１３によるクランキングを行うことによって酸素濃度が上昇するのを待ってから燃料の噴射を行ってもよい。
Ｄ．他の実施形態
上述の実施形態では、排気再循環管１４０に設けられる開閉弁として二重偏心弁を用いたが、これに限られない。排気再循環管１４０に設けられる開閉弁として、アイドルスピードコントロールバルブなどの他の開閉弁を用いてもよい。
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する本実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０、１０Ａ 内燃機関システム、４０ イグニッションスイッチ、５０ 車両、１００ 内燃機関、１１０ 燃焼室、１１１ 点火プラグ、１１２ 燃料噴射弁、１１３ スタータ、１１４ クランクシャフト、１１５ ノックセンサ、１１６ クランク角センサ、１１７ ブローバイガス流路、１１８ コネクティングロッド、１１９ ピストン、１２０ 吸気管、１２１ エアクリーナ、１２２ スロットル、１２３ 吸気管圧力センサ、１２４ バッファタンク、１２５ 吸気弁、１２７ 酸素センサ、１３０ 排気管、１３１ 排気弁、１３２ 触媒コンバータ、１３３ 空燃比センサ、１４０ 排気再循環管、１４２ 排気再循環クーラー、１４４ 開閉弁、２００ 制御部、

Claims (3)

  1. 内燃機関システム（１０）であって、
    燃料を燃焼させる燃焼室（１１０）と、
    往復運動することにより前記燃焼室の容量を変更可能なピストン（１１９）と、
    前記燃焼室へ空気を供給する吸気管（１２０）と、
    前記吸気管に設けられ、前記燃焼室への前記空気の供給量を制御するスロットル（１２２）と、
    前記燃焼室から排出された排気ガスの一部を前記吸気管まで循環させる排気再循環管（１４０）と、
    前記排気再循環管に設けられ、前記燃焼室への前記排気ガスの供給量を制御する開閉弁（１４４）と、
    前記ピストンと、前記スロットルと、前記開閉弁とを制御する制御部（２００）と、を備え、
    前記制御部は、イグニッションスイッチがオンとなった場合、前記イグニッションスイッチがオンとなる前よりも、前記スロットルと前記開閉弁との少なくとも一方の開度を大きくした状態において、前記ピストンを往復運動させることによって、前記燃焼室内の気体を排出するオン制御を行う、内燃機関システム。
  2. 内燃機関システムであって、
    燃料を燃焼させる燃焼室と、
    往復運動することにより前記燃焼室の容量を変更可能なピストンと、
    前記燃焼室へ空気を供給する吸気管と、
    前記吸気管に設けられ、前記燃焼室への前記空気の供給量を制御するスロットルと、
    前記燃焼室から排出された排気ガスの一部を前記吸気管まで循環させる排気再循環管と、
    前記排気再循環管に設けられ、前記燃焼室への前記排気ガスの供給量を制御する開閉弁と、
    前記ピストンと、前記スロットルと、前記開閉弁とを制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、イグニッションスイッチがオフとなった場合、前記イグニッションスイッチがオフとなる前よりも、前記スロットルと前記開閉弁との少なくとも一方の開度を大きくした状態において、前記ピストンを往復運動させることによって、前記燃焼室内の気体を排出するオフ制御を行う、内燃機関システム。
  3. 内燃機関システム（１０Ａ）であって、
    燃料を燃焼させる燃焼室と、
    前記燃焼室に設けられ、前記燃料を噴射する燃料噴射弁と、
    前記燃焼室へ空気を供給する吸気管と、
    前記吸気管に設けられ、酸素濃度を測定する酸素センサ（１２７）と、
    前記燃焼室から排出された排気ガスの一部を前記吸気管まで循環させる排気再循環管と、
    前記排気再循環管に設けられ、前記燃焼室への前記排気ガスの供給量を制御する開閉弁と、
    イグニッションスイッチがオンとなった状態における前記酸素濃度を用いて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量を調整する制御部と、を備える、内燃機関システム。
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