JP2022010427A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】浄化装置を暖機する際に圧縮行程噴射暖機を行なうか膨張行程噴射暖機を行なうかの選択をより適正に行なう。【解決手段】エンジン装置は、浄化装置の暖機として、筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を圧縮行程で行なうと共に次の膨張行程で点火する圧縮行程噴射暖機と、筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を膨張行程で行なうと共にその膨張行程における燃料噴射に同期して点火する膨張行程噴射暖機とを切り替えて実行する。この際、エンジンの始動時の水温とシフトポジションとのうち少なくとも一方に基づいて圧縮行程噴射暖機を実行するか膨張行程噴射暖機を実行するかを決定する。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、燃焼室の内部に燃料を噴射する筒内噴射弁と燃焼室の頂部付近に設置された点火プラグとを有するエンジンを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このエンジン装置では、圧縮行程において筒内噴射弁から燃料噴射を行ない、点火プラグ近傍に成層混合気を形成して成層燃焼を行う燃焼モード運転中にノッキング発生が検出されると、点火時期を遅角する。また、点火時期に応じた燃料噴射時期の遅角量が、基準量より小さい場合には、遅角量に応じて遅角した噴射時期において圧縮行程における燃料噴射を実行する。

特開２０１８－１３１９４８号公報

上述のエンジン装置では、一般的に、排気を浄化する触媒を有する浄化装置を暖機するときには点火時期を遅角し、より多くの熱を浄化装置側に供給することが行なわれ、点火時期として膨張行程が選択される場合もある。この場合、エンジンの負荷率などから定まる燃料噴射量の過半を吸気行程や圧縮行程で１回または複数回に分けて燃料噴射し、最後の燃料噴射を圧縮行程や膨張行程で行なうことも考えられている。この際、最後の燃料噴射を圧縮行程で行なう圧縮行程噴射暖機を行なうか最後の燃料噴射を膨張行程で行なう膨張行程噴射暖機を行なうかの選択が不適正なときには、エミッションが悪化したり、迅速な暖機が行なわれない場合が生じる。

本発明のエンジン装置は、浄化装置を暖機する際に圧縮行程噴射暖機を行なうか膨張行程噴射暖機を行なうかの選択をより適正に行なうことを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンと、
前記エンジンの排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
前記筒内噴射弁による複数回の燃料噴射と前記点火プラグによる点火とを制御する制御装置と、
を備える車載用のエンジン装置であって、
前記制御装置は、
前記浄化装置の暖機として、前記筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を圧縮行程で行なうと共に前記圧縮行程の次の膨張行程で前記点火プラグにより点火する圧縮行程噴射暖機と、前記筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を膨張行程で行なうと共に前記膨張行程における燃料噴射に同期して前記点火プラグにより点火する膨張行程噴射暖機とを切り替えて実行する際に、
前記エンジンの始動時の水温とシフトポジションとのうち少なくとも一方に基づいて前記圧縮行程噴射暖機を実行するか前記膨張行程噴射暖機を実行するかを決定する、
ことを特徴とするエンジン装置。

本発明のエンジン装置では、浄化装置の暖機として、筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を圧縮行程で行なうと共に圧縮行程の次の膨張行程で点火プラグにより点火する圧縮行程噴射暖機と、筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を膨張行程で行なうと共に膨張行程における燃料噴射に同期して点火プラグにより点火する膨張行程噴射暖機と、を切り替えて実行する。その際、エンジンの始動時の水温とシフトポジションとのうち少なくとも一方に基づいて圧縮行程噴射暖機を実行するか膨張行程噴射暖機を実行するかを決定する。例えば、エンジンの冷却水の温度が低いときには、迅速に暖機を行なう必要から、膨張行程噴射暖機を選択し、冷却水の温度が高いときには、エミッションを良好に保つために、圧縮行程噴射暖機が選択する。シフトポジションが非走行用ポジションのときには、走行用のパワーを出力する必要がないため、より点火時期を遅角することができることから、走行用ポジションのときに比して、膨張行程噴射暖機が選択されやすいようにすることができる。

具体的には、以下のようにしてもよい。シフトポジションが非走行用ポジションのときには、冷却水の温度が第１閾値未満のときに膨張行程噴射暖機を選択し、冷却水の温度が第１閾値以上のときに圧縮行程噴射暖機を選択する。シフトポジションが走行用ポジションのときには、冷却水の温度が第１閾値より小さい第２閾値未満のときに膨張行程噴射暖機を選択し、冷却水の温度が第２閾値以上のときに圧縮行程噴射暖機を選択する。

本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。 ＥＣＵ７０により実行される急速暖機選択処理の一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジン装置１０は、図示するように、エンジン１２と、エンジン１２を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０とを備える。なお、このエンジン装置１０は、エンジン１２からの動力だけを用いて走行する自動車や、エンジン１２に加えてモータを備えるハイブリッド自動車に搭載される。

エンジン１２は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気・圧縮・膨張・排気の４行程によって動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン１２は、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁２６と、点火プラグ３０とを有する。筒内噴射弁２６は燃焼室２９の頂部の略中央に配置されており、燃料をスプレー状に噴射する。点火プラグ３０は、筒内噴射弁２６からスプレー状に噴霧される燃料に点火できるように筒内噴射弁２６の近傍に配置されている。エンジン１２は、エアクリーナ２２によって清浄された空気を吸気管２５を介して燃焼室２９に吸入し、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁２６から１回又は複数回に亘って燃料を噴射し、点火プラグ３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギによって押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１６の回転運動に変換する。

エンジン１２の燃焼室２９から排気管３３に排出される排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）３４ａを有する浄化装置３４を介して外気に排出される。

ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポートを備える。ＥＣＵ７０には、エンジン１２を制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、クランクシャフト１６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ４０からのクランク角θｃｒや、エンジン１２の冷却水の温度を検出する水温センサ４２からの冷却水温Ｔｗ、吸気バルブ２８を開閉するインテークカムシャフトの回転位置および排気バルブ３１を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ４４からのカム角θｃｉ，θｃｏを挙げることができる。また、吸気管２５に設けられたスロットルバルブ２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ４６からのスロットル開度ＴＨや、吸気管２５に取り付けられたエアフローメータ４８からの吸入空気量Ｑａ、吸気管２５に取り付けられた温度センサ４９からの吸気温Ｔａ、吸気管２５内の圧力を検出する吸気圧センサ５８からの吸気圧Ｐｉｎも挙げることができる。更に、浄化装置３４の浄化触媒３４ａの温度を検出する温度センサ３４ｂからの触媒温度Ｔｃや、排気管３３に取り付けられた空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦ、排気管３３に取り付けられた酸素センサ３５ｂからの酸素信号Ｏ２、シリンダブロックに取り付けられてノッキングの発生に伴って生じる振動を検出するノックセンサ５９からのノック信号Ｋｓも挙げることができる。

ＥＣＵ７０からは、エンジン１２を制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。ＥＣＵ７０から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ２４のポジションを調節するスロットルモータ３６への駆動制御信号や、筒内噴射弁２６への駆動制御信号、点火プラグ３０への駆動制御信号を挙げることもできる。

ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ４０からのクランク角θｃｒに基づいて、クランクシャフト１６の回転数、即ち、エンジン１２の回転数Ｎｅを演算している。また、ＥＣＵ７０は、エアフローメータ４８からの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて、エンジン１２の負荷としての体積効率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬも演算している。

こうして構成されるエンジン装置１０では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに基づいて運転されるようにエンジン１２の吸入空気量制御や、燃料噴射制御、点火制御を行なう。吸入空気量制御では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２の目標トルクＴｅ＊に基づいて目標空気量Ｑａ＊を設定し、吸入空気量Ｑａが目標空気量Ｑａ＊となるように目標スロットル開度ＴＨ＊を設定し、スロットルバルブ２４のスロットル開度ＴＨが目標スロットル開度ＴＨ＊となるようにスロットルモータ３６を制御する。燃料噴射制御では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２の回転数Ｎｅと体積効率ＫＬとに基づいて空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦ＊（例えば理論空燃比）となるように筒内噴射弁２６の目標燃料噴射量Ｑｆｄ＊を設定し、筒内噴射弁２６から目標燃料噴射量Ｑｆｄ＊の燃料が１回又は複数回に亘って噴射されるように筒内噴射弁２６を制御する。点火制御では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて目標点火時期Ｔｆ＊を設定し、点火プラグ３０の点火を制御する。

次に、こうして構成された実施例のエンジン装置１０の動作、特に、浄化装置３４の浄化触媒（三元触媒）３４ａを急速暖機する際の動作について説明する。浄化装置３４の急速暖機は、触媒温度Ｔｃが活性化する温度未満の所定温度以下の条件やアクセルオフの条件が成立しているときに行なわれる。急速暖機は、吸気行程や圧縮行程で１回～３回の燃料噴射を行ない、最終の燃料噴射を膨張行程で行なうと共にこの膨張行程における燃料噴射と同期して点火する膨張行程噴射暖機と、最終の燃料噴射を圧縮行程で行なうと共にこの圧縮行程の後の膨張行程で点火する圧縮行程噴射暖機と、のうちの一方を選択して行なわれる。

こうした急速暖機では、できる限り点火時期Ｔｆを遅角するように制御される。点火時期Ｔｆを遅角すると、燃焼効率が低下するため、吸入空気量を増やすことによってエンジン１２の回転数Ｎｅを維持する。この結果として、燃焼ガス量が増え、エミッション成分の絶対量も増えるが、触媒暖機は促進される。なお、圧縮行程噴射暖機では、エミッションを良好に保持しながら触媒暖機を行なうため、点火時期Ｔｆの遅角量は膨張行程噴射暖機のときに比して小さくなる。

次に、浄化装置３４の浄化触媒（三元触媒）３４ａを急速暖機する際に膨張行程噴射暖機を実行するか圧縮行程噴射暖機を実行するかの選択手法について説明する。図２は、ＥＣＵ７０により実行される急速暖機選択処理の一例を示すフローチャートである。この急速暖機選択処理は、エンジン１２が始動され、浄化装置３４の暖機が要請されたときに実行される。

急速暖機選択処理が実行されると、水温センサ４２により検出されるエンジン１２の始動時の冷却水の温度ＴｗとシフトポジションＳＰとを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。シフトポジションＳＰは、図示しないシフトレバーの位置を検出するシフトポジションセンサにより検出されたものを入力するものとした。

続いて、シフトポジションＳＰが非走行用ポジションであるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。シフトポジションＳＰは、例えば、非走行用ポジションとしてＰポジションやＮポジション、走行用ポジションとしてＤポジションやＲポジションがある。

ステップＳ１１０でシフトポジションＳＰが非走行用ポジションであると判定したときには、冷却水の温度Ｔｗが第１閾値Ｔｗｒｅｆ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。第１閾値Ｔｗｒｅｆ１としては、例えば３５度や４０度などを用いることができる。冷却水の温度Ｔｗが第１閾値Ｔｗｒｅｆ１未満であるときには膨張行程噴射暖機を選択して（ステップＳ１４０）、本処理を終了する。一方、冷却水の温度Ｔｗが第１閾値Ｔｗｒｅｆ１以上であるときには圧縮行程噴射暖機を選択して（ステップＳ１５０）、本処理を終了する。

ステップＳ１１０でシフトポジションＳＰが非走行用ポジションではない（走行用ポジションである）と判定したときには、冷却水の温度Ｔｗが第１閾値Ｔｗｒｅｆ１より温度の低い第２閾値Ｔｗｒｅｆ２未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。第２閾値Ｔｗｒｅｆ１としては、第１閾値Ｔｗｒｅｆ１より温度が低ければよく、例えば３０度や３５度などを用いることができる。冷却水の温度Ｔｗが第２閾値Ｔｗｒｅｆ２未満であるときには膨張行程噴射暖機を選択して（ステップＳ１４０）、本処理を終了する。一方、冷却水の温度Ｔｗが第２閾値Ｔｗｒｅｆ２以上であるときには圧縮行程噴射暖機を選択して（ステップＳ１５０）、本処理を終了する。

こうした制御により、シフトポジションＳＰが非走行用ポジションのときには、走行用のパワーを出力する必要がないため、より点火時期を遅角することができることから、走行用ポジションのときに比して、膨張行程噴射暖機が選択されやすいようにしている。一方、シフトポジションＳＰが走行用ポジションのときには、点火遅角が小さく、迅速に点火時期を進角することができる圧縮行程噴射暖機が選択されやすいようにしている。エンジン１２の冷却水の温度Ｔｗが低いときには、迅速に暖機を行なう必要から、膨張行程噴射暖機を選択し、冷却水の温度Ｔｗが高いときには、エミッションを良好に保つために、圧縮行程噴射暖機を選択していることになる。

以上説明した実施例のエンジン装置１０では、シフトポジションＳＰが非走行用ポジションであるときには、エンジン１２の冷却水の温度Ｔｗが第１閾値Ｔｗｒｅｆ１未満のときに膨張行程噴射暖機を選択し、冷却水の温度Ｔｗが第１閾値Ｔｗｒｅｆ１以上であるときに圧縮行程噴射暖機を選択する。シフトポジションＳＰが非走行用ポジションではないとき（走行用ポジションであるとき）には、エンジン１２の冷却水の温度Ｔｗが第１閾値Ｔｗｒｅｆ１より温度の低い第２閾値Ｔｗｒｅｆ２未満のときに膨張行程噴射暖機を選択し、冷却水の温度Ｔｗが第２閾値Ｔｗｒｅｆ２以上であるときに圧縮行程噴射暖機を選択する。即ち、シフトポジションＳＰが非走行用ポジションのときには、走行用のパワーを出力する必要がないため、より点火時期を遅角することができることから、走行用ポジションのときに比して、膨張行程噴射暖機が選択されやすいようにする。一方、シフトポジションＳＰが走行用ポジションのときには、点火遅角が小さく、迅速に点火時期を進角することができる圧縮行程噴射暖機が選択されやすいようにする。エンジン１２の冷却水の温度Ｔｗが低いときには、迅速に暖機を行なう必要から、膨張行程噴射暖機が選択されやすいようにし、冷却水の温度Ｔｗが高いときには、エミッションを良好に保つために、圧縮行程噴射暖機が選択されやすいようにするのである。これにより、浄化装置３４を暖機する際に圧縮行程噴射暖機を実行するか膨張行程噴射暖機を実行するかの選択をより適正に行なうことができる。

実施例の実施例のエンジン装置１０では、エンジン１２の冷却水の温度ＴｗとシフトポジションＳＰとに基づいて圧縮行程噴射暖機を実行するか膨張行程噴射暖機を実行するかの選択を行なった。しかし、エンジン１２の冷却水の温度Ｔｗだけに基づいて圧縮行程噴射暖機を実行するか膨張行程噴射暖機を実行するかの選択を行なってもよい。例えば、エンジン１２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときに膨張行程噴射暖機を選択し、冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上であるときに圧縮行程噴射暖機を選択するものとしてもよい。また、シフトポジションＳＰだけに基づいて圧縮行程噴射暖機を実行するか膨張行程噴射暖機を実行するかの選択を行なってもよい。例えば、シフトポジションＳＰが非走行用ポジションであるときに膨張行程噴射暖機を選択し、シフトポジションＳＰが非走行用ポジションではないとき（走行用ポジションであるとき）に圧縮行程噴射暖機を選択するものとしてもよい。また、エンジン１２の冷却水の温度Ｔｗに他のパラメータを考慮して圧縮行程噴射暖機を実行するか膨張行程噴射暖機を実行するかの選択を行なってもよいし、シフトポジションＳＰに他のパラメータを考慮して圧縮行程噴射暖機を実行するか膨張行程噴射暖機を実行するかの選択を行なってもよい。さらに、エンジン１２の冷却水の温度ＴｗとシフトポジションＳＰに他のパラメータを考慮して圧縮行程噴射暖機を実行するか膨張行程噴射暖機を実行するかの選択を行なってもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン１２が「エンジン」に相当し、浄化装置３４が「浄化装置」に相当し、ＥＣＵ７０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

１０ エンジン装置、１２ エンジン、１６ クランクシャフト、２２ エアクリーナ、２４ スロットルバルブ、２５ 吸気管、２６ 筒内噴射弁、３４ｂ 温度センサ、２８ 吸気バルブ、２９ 燃焼室、３０ 点火プラグ、３１ 排気バルブ、３２ ピストン、３３ 排気管、３４ 浄化装置、３４ａ 浄化触媒、３５ａ 空燃比センサ、３５ｂ 酸素センサ、３６ スロットルモータ、３８ イグニッションコイル、４０ クランクポジションセンサ、４２ 水温センサ、４４ カムポジションセンサ、４６ スロットルバルブポジションセンサ、４８ エアフローメータ、４９ 温度センサ、５８ 吸気圧センサ、５９ ノックセンサ、７０ 電子制御ユニット。

Claims (1)

1. 燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンと、
   前記エンジンの排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
   前記筒内噴射弁による複数回の燃料噴射と前記点火プラグによる点火とを制御する制御装置と、
   を備える車載用のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、
   前記浄化装置の暖機として、前記筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を圧縮行程で行なうと共に前記圧縮行程の次の膨張行程で前記点火プラグにより点火する圧縮行程噴射暖機と、前記筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を膨張行程で行なうと共に前記膨張行程における燃料噴射に同期して前記点火プラグにより点火する膨張行程噴射暖機とを切り替えて実行する際に、
   前記エンジンの始動時の水温とシフトポジションとのうち少なくとも一方に基づいて前記圧縮行程噴射暖機を実行するか前記膨張行程噴射暖機を実行するかを決定する、
   ことを特徴とするエンジン装置。

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