JP2022167348A - Stop control device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒と、気筒での燃焼のエネルギーを受けて回転する出力軸と、気筒に導入される吸気が流通する吸気通路と、気筒から排出される排気ガスが流通する排気通路と、吸気通路と排気通路とを接続するEGR通路とを備えたエンジンに適用されるものであって、所定の自動停止条件が成立した場合にエンジンを停止させる停止制御装置に関する。 The present invention includes a cylinder, an output shaft that rotates by receiving energy of combustion in the cylinder, an intake passage through which intake air introduced into the cylinder flows, an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the cylinder flows, and an intake air. The present invention relates to a stop control device that is applied to an engine having an EGR passage that connects the passage and an exhaust passage, and that stops the engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied.
上記停止制御装置の一例として、下記特許文献1のものが知られている。この特許文献1に記載のエンジンの停止制御装置は、吸気通路に設けられたスロットル弁と、EGR通路に設けられたEGR弁(EGRコントロールバルブ)と、スロットル弁およびEGR弁を制御するコントロールユニットを備える。エンジンを自動停止させる要求があると、コントロールユニットは、EGR弁を開きつつ気筒への燃料噴射を停止するとともに、当該噴射停止(燃料カット)によりエンジンが停止した時点でスロットル弁およびEGR弁を閉じる。このような制御により、特許文献1では、エンジンが停止する前にEGR通路を通じてEGRガス(排気ガス)が吸気通路に導入されるとともに、エンジンの停止後は吸気通路内にEGRガスが封じ込められる。
As an example of the stop control device, the one disclosed in
上記特許文献1に記載のエンジンの停止制御装置によれば、停止したエンジンを始動させる再始動時に、EGRガスを含む吸気が気筒に導入されることにより、再始動時の燃焼によるNOx生成量が抑制されるという効果が期待される。しかしながら、燃料カットが行われる直前の運転状態によっては、過度に多くのEGRガスが吸気通路内に封じ込められた状態でエンジンが停止することが想定される。このような場合、再始動時に気筒に導入される新気の割合が低くなり過ぎて、燃料の着火性を確保できなくなるおそれがある。
According to the engine stop control device described in
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、再始動時の着火性を確保しつつNOxの生成量を抑制することが可能なエンジンの停止制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an engine stop control device capable of suppressing the amount of NOx generated while ensuring ignitability at restart. and
前記課題を解決するためのものとして、本発明は、気筒と、気筒での燃焼のエネルギーを受けて回転する出力軸と、気筒に導入される吸気が流通する吸気通路と、気筒から排出される排気ガスが流通する排気通路と、吸気通路と排気通路とを接続するEGR通路とを備えたエンジンに適用される停止制御装置であって、前記気筒に燃料を供給するインジェクタと、前記EGR通路に開閉可能に設けられたEGR弁と、前記EGR通路と前記吸気通路との接続部よりも上流側の吸気通路に開閉可能に設けられたスロットル弁と、エンジンを自動的に停止させる自動停止条件が成立したか否かを判定する判定部と、前記インジェクタ、前記スロットル弁、および前記EGR弁を含むエンジンの各部を制御する制御部とを備え、前記判定部により前記自動停止条件が成立したことが確認された場合、前記制御部は、前記インジェクタによる燃料の供給を停止する燃料カットを実行するとともに、当該燃料カットが実行されてから前記出力軸の回転が停止するまでの間に、前記接続部よりも下流側の吸気通路内の酸素濃度が所定の目標値になるように前記スロットル弁および前記EGR弁を制御する酸素濃度調整制御を実行し、前記酸素濃度調整制御は、前記酸素濃度が上昇するように前記スロットル弁を開弁状態にする第1の制御と、前記酸素濃度が前記目標値まで上昇した時点で前記スロットル弁を閉じる第2の制御とを含む、ことを特徴とするものである(請求項1)。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a cylinder, an output shaft that receives the energy of combustion in the cylinder and rotates, an intake passage through which the intake air introduced into the cylinder flows, and an intake air that is discharged from the cylinder. A stop control device applied to an engine having an exhaust passage through which exhaust gas flows and an EGR passage connecting the intake passage and the exhaust passage, the injector supplying fuel to the cylinder and the EGR passage. An EGR valve provided to be openable and closable, a throttle valve provided to be openable and closable in an intake passage upstream of a connecting portion between the EGR passage and the intake passage, and an automatic stop condition for automatically stopping the engine. A determination unit that determines whether or not the automatic stop condition is satisfied, and a control unit that controls each part of the engine including the injector, the throttle valve, and the EGR valve, wherein the determination unit determines whether the automatic stop condition is satisfied. When it is confirmed, the control unit executes a fuel cut to stop the supply of fuel by the injector, and during a period from the execution of the fuel cut to the stop of the rotation of the output shaft, the connection unit executing oxygen concentration adjustment control for controlling the throttle valve and the EGR valve so that the oxygen concentration in the intake passage on the downstream side reaches a predetermined target value, and the oxygen concentration adjustment control increases the oxygen concentration and a second control that closes the throttle valve when the oxygen concentration reaches the target value. There is (claim 1).
本発明によれば、燃料カット後にスロットル弁が開弁状態とされるので(第1の制御)、酸素を豊富に含んだ新気がスロットル弁よりも下流側の吸気通路に流入することにより、EGR通路との接続部よりも下流側の吸気通路内の酸素濃度(以下、これを最終吸気酸素濃度ともいう)が上昇する。また、当該最終吸気酸素濃度が目標値まで上昇した時点でスロットル弁が閉弁されるので(第2の制御)、スロットル弁を通じた新気の導入が停止される結果、前記最終吸気酸素濃度を実質的に目標値に維持することができる。このことは、エンジン再始動時の最終吸気酸素濃度を、自動停止条件成立時の濃度よりも高く、かつ大気中に含まれる酸素濃度よりも低い値に調整できることを意味する。 According to the present invention, since the throttle valve is opened after the fuel cut (first control), fresh oxygen-rich air flows into the intake passage on the downstream side of the throttle valve, The oxygen concentration in the intake passage on the downstream side of the connecting portion with the EGR passage (hereinafter also referred to as the final intake oxygen concentration) increases. Further, since the throttle valve is closed when the final intake oxygen concentration rises to the target value (second control), the introduction of fresh air through the throttle valve is stopped. It can be maintained substantially at the target value. This means that the final intake oxygen concentration when the engine is restarted can be adjusted to a value higher than the concentration when the automatic stop condition is established and lower than the oxygen concentration contained in the atmosphere.
ここで、自動停止条件の成立前は、EGR通路を通じた排気ガスの還流(EGR操作)が行われることにより、前記最終吸気酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも有意に低くなっている。このため、仮にスロットル弁を一時的に開弁状態にする前記第1の制御が行われなかった場合には、最終吸気酸素濃度が有意に低いままエンジンが再始動されることになり、再始動時の燃料の着火性が損なわれるおそれがある。これに対し、本発明では、燃料カット後にスロットル弁が開弁状態とされるので、最終吸気酸素濃度を上昇させて再始動時の着火性を確保することができる。 Here, before the automatic stop condition is satisfied, the final intake oxygen concentration is significantly lower than the atmospheric oxygen concentration due to the exhaust gas recirculation (EGR operation) through the EGR passage. Therefore, if the first control for temporarily opening the throttle valve is not performed, the engine is restarted while the final intake oxygen concentration is significantly low. There is a risk that the ignitability of the fuel at that time will be impaired. On the other hand, in the present invention, the throttle valve is opened after the fuel cut, so that the final intake oxygen concentration can be increased to ensure ignitability at restart.
ただし、最終吸気酸素濃度をむやみに上昇させると、不活性ガスであるEGRガスが非常に少ない状態で気筒での燃焼が行われる結果、燃焼温度が上昇し、当該燃焼により生じるNOx量が増大するおそれがある。これに対し、本発明では、最終吸気酸素濃度が適切な濃度(目標値)まで上昇した時点でスロットル弁が閉弁されるので(第2の制御)、最終吸気酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低い濃度に維持する(換言すれば吸気中にEGRガスが含有される状態を維持する)ことができ、燃焼によるNOx生成量を効果的に抑制することができる。 However, if the final intake oxygen concentration is unreasonably increased, combustion is performed in the cylinder with an extremely small amount of EGR gas, which is an inert gas. There is a risk. In contrast, in the present invention, the throttle valve is closed when the final intake oxygen concentration reaches an appropriate concentration (target value) (second control). (In other words, the state in which EGR gas is contained in the intake air) can be maintained, and the amount of NOx produced by combustion can be effectively suppressed.
好ましくは、前記第1の制御は、前記スロットル弁だけでなく前記EGR弁も開弁状態にする制御である(請求項2)。 Preferably, the first control is control to open not only the throttle valve but also the EGR valve (claim 2).
この構成によれば、EGR弁を開弁しなかった場合と比べて新気の流入量を減らすことができ、最終吸気酸素濃度が急上昇するのを回避することができる。これにより、最終吸気酸素濃度が目標値に達した時点を精度よく特定することができ、濃度調整の精度を高めることができる。 According to this configuration, the inflow amount of fresh air can be reduced compared to the case where the EGR valve is not opened, and a rapid increase in the final intake oxygen concentration can be avoided. As a result, the point in time when the final intake oxygen concentration reaches the target value can be specified with high accuracy, and the accuracy of concentration adjustment can be improved.
前記構成において、より好ましくは、前記第1の制御は、前記出力軸の回転数であるエンジン回転数の低下に応じて前記スロットル弁の開度を低減する制御を含む(請求項3)。 In the above configuration, more preferably, the first control includes control for reducing the opening of the throttle valve according to a decrease in engine speed, which is the speed of the output shaft (claim 3).
この構成によれば、吸気圧の安定を図りつつ最終吸気酸素濃度の上昇率の変動を抑制することができる。すなわち、燃料カット後にエンジン回転数が低下すると、ピストンの往復スピードが低下して吸気行程中の吸い込み力が減少し、気筒への吸入吸気量が減少する。このため、仮に開弁後のスロットル弁の開度を固定したままでは、気筒から吐き出されるガス量とバランスしない多くの新気が気筒に導入される可能性が高くなり、吸気圧の上昇や、最終吸気酸素濃度の上昇率の変動を招くおそれがある。これに対し、前記構成では、燃料カット後に低下するエンジン回転数に合わせるようにスロットル弁の開度が漸減されるので、気筒から吐き出されるガス量とバランスし得る適切な量の新気を導入することができ、吸気圧の安定を図りつつ最終吸気酸素濃度の上昇率の変動を抑制することができる。 According to this configuration, fluctuations in the increase rate of the final intake oxygen concentration can be suppressed while stabilizing the intake pressure. That is, when the engine speed decreases after the fuel cut, the reciprocating speed of the piston decreases, the suction force during the intake stroke decreases, and the amount of intake air into the cylinder decreases. For this reason, if the opening of the throttle valve after opening is fixed, there is a high possibility that a large amount of fresh air will be introduced into the cylinder that is out of balance with the amount of gas discharged from the cylinder. This may lead to fluctuations in the rate of increase of the final inspired oxygen concentration. On the other hand, in the configuration described above, the opening of the throttle valve is gradually reduced so as to match the engine speed that decreases after the fuel cut, so that an appropriate amount of fresh air that can be balanced with the amount of gas discharged from the cylinder is introduced. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in the increase rate of the final intake oxygen concentration while stabilizing the intake pressure.
前記構成において、より好ましくは、前記第1の制御は、前記エンジン回転数の低下に応じて前記EGR弁の開度を低減する制御を含む(請求項4)。 In the above configuration, more preferably, the first control includes control for reducing the degree of opening of the EGR valve according to a decrease in the engine speed (claim 4).
このように、スロットル弁と併せてEGR弁の開度も漸減させるようにした場合には、最終吸気酸素濃度の上昇率の変動を十分に抑制することができ、最終吸気酸素濃度が目標値に達した時点をより精度よく特定することができる。 In this manner, when the opening degree of the EGR valve is also gradually decreased together with the opening of the throttle valve, fluctuations in the increase rate of the final intake oxygen concentration can be sufficiently suppressed, and the final intake oxygen concentration reaches the target value. The time point reached can be specified with higher accuracy.
好ましくは、前記制御部は、前記酸素濃度が前記目標値まで上昇した時点よりも遅くかつ前記出力軸の回転停止よりも早いタイミングで前記EGR弁を閉じる(請求項5)。 Preferably, the control unit closes the EGR valve at a timing later than when the oxygen concentration rises to the target value and earlier than when the output shaft stops rotating (Claim 5).
このように、スロットル弁の閉弁よりも遅れてEGR弁を閉弁させるようにした場合には、EGR弁の閉弁からエンジンの完全停止までの間に吸気圧が過度な負圧になるのを防止することができ、エンジンが完全停止したときに生じ得るショックを軽減できる等の利点がある。 In this way, when the EGR valve is closed after the closing of the throttle valve, the intake pressure becomes excessively negative during the period from the closing of the EGR valve to the complete stop of the engine. This has the advantage of reducing the shock that may occur when the engine is completely stopped.
以上説明したように、本発明のエンジンの停止制御装置によれば、再始動時の着火性を確保しつつNOxの生成量を抑制することができる。 As described above, according to the engine stop control device of the present invention, it is possible to suppress the amount of NOx generated while ensuring ignitability at restart.
<エンジンの全体構成>
図1は、本発明の停止制御装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示す概略システム図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される4サイクルのディーゼルエンジンである。エンジンは、軽油を含有する燃料の供給を受けて駆動されるエンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30と、エンジン本体1から排出された排気ガスが流通する排気通路40と、排気通路40を通過する排気ガスにより駆動される過給機50と、排気通路40を流通する排気ガスの一部を吸気通路30に還流させる高圧EGR装置60および低圧EGR装置70とを備える。
<Overall configuration of the engine>
FIG. 1 is a schematic system diagram showing a preferred embodiment of an engine to which the stop control device of the present invention is applied. The engine shown in this figure is a 4-cycle diesel engine mounted on a vehicle as a power source for running. The engine includes an engine
エンジン本体1は、図1の紙面に直交する方向に並ぶ複数の気筒2(図1ではそのうちの一つのみを示す)を有する直列多気筒型のものである。エンジン本体1は、複数の気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、各気筒2の上端開口を塞ぐようにシリンダブロック3の上面に取り付けられたシリンダヘッド4と、各気筒2にそれぞれ往復摺動可能に収容された複数のピストン5とを備える。なお、本実施形態では、シリンダブロック3からシリンダヘッド4に向かう側を上、その逆を下として扱うが、これは説明の便宜のためであって、エンジンの据付姿勢を限定する趣旨ではない。
The
各気筒2のピストン5の上方には、それぞれ燃焼室6が形成されている。各燃焼室6は、シリンダヘッド4の下面と、気筒2の側周面(シリンダライナ)と、ピストン5の冠面5aとによって画成された空間である。燃焼室6には、後述するインジェクタ15からの噴射によって燃料が供給される。供給された燃料と空気との混合気が燃焼室6で燃焼され、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動する。
A
シリンダブロック3の下部(ピストン5の下方)には、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸7が設けられている。クランク軸7は、各気筒2のピストン5とコネクティングロッド8を介して連結され、ピストン5の往復運動(上下運動)に応じて中心軸回りに回転する。
A
シリンダブロック3には、クランク角センサSN1および水温センサSN2が取り付けられている。クランク角センサSN1は、クランク軸7の回転角度であるクランク角と、クランク軸7の回転数であるエンジン回転数とを検出する。水温センサSN2は、シリンダブロック3およびシリンダヘッド4の内部を流通する冷却水の温度つまりエンジン水温を検出する。
A crank angle sensor SN1 and a water temperature sensor SN2 are attached to the cylinder block 3 . The crank angle sensor SN1 detects the crank angle, which is the rotation angle of the
シリンダヘッド4には、燃焼室6と連通する吸気ポート9および排気ポート10が、それぞれ気筒2ごとに形成されている。また、シリンダヘッド4には、吸気弁11、排気弁12、およびインジェクタ15の組合せが、それぞれ気筒2ごとに装備されている。吸気弁11は、吸気ポート9の燃焼室6側の開口を開閉するバルブである。排気弁12は、排気ポート10の燃焼室6側の開口を開閉するバルブである。インジェクタ15は、燃焼室6に燃料(軽油)を噴射する噴射弁であり、例えば燃焼室6の天井面中央からピストン5の冠面5aに向かって燃料を噴射するようにシリンダヘッド4に取り付けられる。
An
シリンダヘッド4には、吸気弁11を開閉駆動する動弁機構13と、排気弁12を開閉駆動する動弁機構14とが組み付けられている。これら動弁機構13,14の組合せは、例えばクランク軸7に連係された一対のカムシャフトを含み、クランク軸7の回転に連動して各気筒2の吸気弁11および排気弁12を開閉駆動する。
A
吸気通路30は、各気筒2の燃焼室6に導入される吸気の流通路を形成する管状部材である。吸気通路30は、エンジン本体1に近い下流側の部分に、複数の気筒2に対応して分岐した(図1の紙面に直交する方向に並ぶ複数の分岐管を含む)吸気マニホールド30aを有している。この吸気マニホールド30aは、各気筒2の吸気ポート9と連通するようにシリンダヘッド4に接続されている。なお、吸気通路30における吸気マニホールド30a以外の部分は、当該吸気マニホールド30aに連なる共通の通路を形成する単管状の部材とされる。
The
吸気通路30には、その上流側から順に、エアクリーナ31、スロットル弁32、インタークーラ33、およびサージタンク34が配置されている。エアクリーナ31は、吸気中の異物を除去するフィルターである。スロットル弁32は、吸気通路30を流通する吸気の流量を調整可能な電動式のバタフライ弁である。インタークーラ33は、過給機50(詳しくは後述するコンプレッサ51)により圧縮された吸気を冷却する熱交換器である。サージタンク34は、各気筒2に吸気を均等に配分するための空間を提供するタンクであり、吸気マニホールド30aの上流端に接続されている。
An
吸気通路30には、エアフローセンサSN3および吸気圧センサSN4が配置されている。エアフローセンサSN3は、吸気通路30におけるエアクリーナ31よりも下流側の部分に配置され、当該部分を通過する吸気の流量つまり吸気流量を検出する。吸気圧センサSN4は、サージタンク34に配置され、当該サージタンク34を通過する吸気の圧力つまり吸気圧を検出する。
An airflow sensor SN3 and an intake pressure sensor SN4 are arranged in the
排気通路40は、各気筒2の燃焼室6から排出された排気ガスの流通路を形成する管状部材である。排気通路40は、エンジン本体1に近い上流側の部分に、複数の気筒2に対応して分岐した(図1の紙面に直交する方向に並ぶ複数の分岐管を含む)排気マニホールド40aを有している。この排気マニホールド40aは、各気筒2の排気ポート10と連通するようにシリンダヘッド4に接続されている。なお、排気通路40における排気マニホールド40a以外の部分は、当該排気マニホールド40aに連なる共通の通路を形成する単管状の部材とされる。
The
排気通路40には、排気ガスを浄化する触媒装置41が設けられている。触媒装置41は、排気ガス中のCOおよびHCを酸化して無害化する酸化触媒42と、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)43とを内蔵している。
The
排気通路40には、排気O2センサSN5が取り付けられている。排気O2センサSN5は、排気通路40におけるタービン52と触媒装置41との間の部分に設けられ、当該部分を通過する排気ガスに含まれる酸素の濃度つまり排気酸素濃度を検出する。
An exhaust O2 sensor SN5 is attached to the
過給機50は、吸気通路30に配置されたコンプレッサ51と、排気通路40に配置されたタービン52と、コンプレッサ51とタービン52とを連結するタービン軸53とを備える。
The
タービン52は、排気通路40を流れる排気ガスのエネルギーを受けて回転する羽根車である。タービン52は、排気マニホールド40aの下流端(排気集合部)と触媒装置41との間の排気通路40に配置されている。タービン52の回転は、タービン軸53を介してコンプレッサ51に伝達される。
The
コンプレッサ51は、タービン52の回転に連動して回転することにより吸気を圧縮しつつ送り出す(過給する)羽根車である。コンプレッサ51は、エアクリーナ31とスロットル弁32との間の吸気通路30に配置されている。
The
高圧EGR装置60は、タービン52に流入する前の比較的圧力の高い排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路30に還流するための還流装置である。高圧EGR装置60は、排気通路40と吸気通路30とを接続する第1EGR通路61と、第1EGR通路61に設けられた第1EGR弁62および第1EGRクーラ63とを備える。第1EGR弁62は、第1EGR通路61を流通するEGRガスの流量を調整可能な電動式のバルブである。第1EGRクーラ63は、第1EGR通路61を流通するEGRガスを冷却する熱交換器である。なお、第1EGR通路61および第1EGR弁62は、それぞれ本発明における「EGR通路」「EGR弁」に相当する。
The high-
第1EGR通路61の上流側(排気通路40側)の端部が排気通路40に接続される箇所を第1EGR入口部61a、第1EGR通路61の下流側(吸気通路30側)の端部が吸気通路30に接続される箇所を第1EGR出口部61bとする。この場合、第1EGR入口部61aは、排気通路40におけるタービン52と排気マニホールド40aの下流端(排気集合部)との間に位置している。また、第1EGR出口部61bは、吸気通路30におけるスロットル弁32とサージタンク34との間に位置している。言い換えると、第1EGR通路61は、タービン52よりも上流側の排気通路40と、スロットル弁32よりも下流側の吸気通路30とを互いに接続している。なお、第1EGR出口部61bは、本発明における「EGR通路と吸気通路との接続部」に相当する。
A first
低圧EGR装置70は、タービン52を通過した後の比較的圧力の低い排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路30に還流するための還流装置である。低圧EGR装置70は、排気通路40と吸気通路30とを接続する第2EGR通路71と、第2EGR通路71に設けられた第2EGR弁72および第2EGRクーラ73とを備える。第2EGR弁72は、第2EGR通路71を流通するEGRガスの流量を調整可能な電動式のバルブである。第2EGRクーラ73は、第2EGR通路71を流通するEGRガスを冷却する熱交換器である。
The low-
第2EGR通路71の上流側(排気通路40側)の端部が排気通路40に接続される箇所を第2EGR入口部71a、第2EGR通路71の下流側(吸気通路30側)の端部が吸気通路30に接続される箇所を第2EGR出口部71bとする。この場合、第2EGR入口部71aは、排気通路40におけるタービン52および触媒装置41よりも下流側に位置している。また、第2EGR出口部71bは、吸気通路30におけるエアクリーナ31とスロットル弁32との間(より詳しくはエアクリーナ31とコンプレッサ51との間)に位置している。言い換えると、第2EGR通路71は、タービン52よりも下流側の排気通路40と、スロットル弁32よりも上流側の吸気通路30とを互いに接続している。
A second
<制御系統>
図2は、エンジンの制御系統を示す機能ブロック図である。本図に示されるECU100は、エンジンを統括的に制御するための装置であり、各種演算処理を行うプロセッサ(CPU)と、ROMおよびRAM等のメモリーと、各種の入出力バスとを含むマイクロコンピュータにより構成されている。
<Control system>
FIG. 2 is a functional block diagram showing an engine control system. The
ECU100には、エンジンの各センサによる検出情報が入力される。例えば、ECU100は、上述したクランク角センサSN1、水温センサSN2、エアフローセンサSN3、吸気圧センサSN4、および排気O2センサSN5と電気的に接続されている。ECU100には、当該各センサSN1~SN5によって検出された情報、つまりクランク角、エンジン回転数、エンジン水温、吸気流量、吸気圧、排気酸素濃度等の情報が逐次入力される。
Information detected by each sensor of the engine is input to the
また、ECU100には、車両に備わる各種センサによる検出情報も入力される。本実施形態において、車両には、車速センサSN6、アクセルセンサSN7、およびブレーキセンサSN8が設けられている。車速センサSN6は、車両の走行速度である車速を検出するセンサであり、アクセルセンサSN7は、車両に備わるアクセルペダルの開度であるアクセル開度を検出するセンサであり、ブレーキセンサSN8は、車両に備わるブレーキペダルの操作(ブレーキ操作)の有無を検出するセンサである。ECU100には、当該各センサSN6~SN8による検出情報(車速、アクセル開度、およびブレーキ操作の情報)も逐次入力される。
The
ECU100は、上記各センサSN1~SN8からの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。例えば、ECU100は、インジェクタ15、スロットル弁32、第1EGR弁62、および第2EGR弁72と電気的に接続されており、上記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
The
上述した制御を実現するための要素として、ECU100は、判定部101、自動停止制御部102、および再始動制御部103を機能的に有している。なお、自動停止制御部102は本発明における「制御部」に相当する。
The
自動停止制御部102は、特定の条件成立に応じて稼働中のエンジンを自動的に停止させる制御モジュールである。再始動制御部103は、自動停止制御部102により停止されたエンジンを再始動する制御モジュールである。判定部101は、自動停止制御部102および再始動制御部103による制御を実行するのに必要な種々の判定や演算を行う制御モジュールである。
The automatic
<自動停止制御>
次に、稼働中のエンジンを自動的に停止させる自動停止制御の詳細について説明する。図3および図4は、当該自動停止制御の具体的手順を示すフローチャートである。このフローチャートによる制御がスタートすると、ECU100の判定部101は、予め定められた自動停止条件が成立したか否かを判定する(ステップS1)。自動停止条件は、エンジンの自動停止を許可する条件のことであり、車両の形式等によって種々の条件が設定され得る。
<Automatic stop control>
Next, the details of the automatic stop control for automatically stopping the running engine will be described. 3 and 4 are flowcharts showing specific procedures of the automatic stop control. When the control according to this flowchart starts, the
例えば、走行用の動力源が実質的にエンジンのみである車両(いわゆるエンジン車)では、(i)車両が実質的に停止していること、(ii)アクセルペダルがオフ状態であること、(iii)プレーキペダルがオン状態であること、を含む複数の条件が全て揃った場合に、自動停止条件が成立し得る。この場合、判定部101は、車速センサSN6、アクセルセンサSN7、およびブレーキセンサSN8から入力される情報に基づいて、車速が実質的にゼロであるか否か、アクセル開度が実質的にゼロであるか否か、ブレーキペダルが踏み込み操作されているか否かをそれぞれ判定する。そして、これらの判定が全てYESであった場合(つまり上記(i)~(iii)の条件が全て成立した場合)に、自動停止条件が成立したと判定する。
For example, in a vehicle whose power source for running is substantially only an engine (so-called engine vehicle), (i) the vehicle is substantially stopped, (ii) the accelerator pedal is off, ( iii) The automatic stop condition can be met when a plurality of conditions are all met, including that the brake pedal is in an ON state. In this case,
一方、走行用の動力源としてモータが併用される車両、すなわちモータのみによるEV走行が可能ないわゆるハイブリッド車両では、車両の走行中であってもエンジンの駆動力が不要になる場合があり、このような状況が生じたときに自動停止条件が成立し得る。この場合、判定部101は、車速センサSN6により検出される車速や、アクセルセンサSN7により検出されるアクセル開度等から、エンジンおよびモータを含む駆動源の目標トルクを算出し、算出した目標トルクを含む各種条件からエンジン出力(走行に寄与する正の出力トルク)が必要か否かを判定する。そして、エンジン出力が不要と判定された場合に、自動停止条件が成立したと判定する。
On the other hand, in a vehicle that also uses a motor as a power source for running, i.e., a so-called hybrid vehicle that is capable of EV running using only the motor, the driving force of the engine may not be necessary even while the vehicle is running. An automatic stop condition can be satisfied when such a situation occurs. In this case, the
上記いずれのパターンによる自動停止条件であっても、これが成立する直前のエンジンの負荷は高くない。この状態において、エンジンは、第1EGR弁62および第2EGR弁72の少なくとも一方が開いた状態で運転される。すなわち、自動停止条件が成立する前提として、エンジンは、排気通路40から吸気通路30に排気ガスを還流させるEGRの実行中にあり、しかもそのEGR率(吸気中に占めるEGRガスの割合)は比較的高い。このため、自動停止条件が成立するとき、吸気通路30内の酸素濃度は、少なくともエンジン本体1の近傍(詳しくは第1EGR出口部61bよりも下流側の部分)において大気中の酸素濃度に対し有意に低下しており、その値は後述するステップS9で用いられる酸素濃度の目標値Dxよりも低くなっている。
The engine load is not high immediately before the automatic stop condition is established in any of the above patterns. In this state, the engine is operated with at least one of the
上記ステップS1でYESと判定されて自動停止条件が成立したことが確認された場合、ECU100の自動停止制御部102は、スロットル弁32を閉じる(ステップS2)。すなわち、自動停止制御部102は、スロットル弁32の開度が全閉(0%)相当まで低下するようにスロットル弁32を閉駆動する。なお、第1EGR弁62および第2EGR弁72の開度は、自動停止条件が成立する以前の運転条件に応じて異なり得るが、少なくとも第1EGR弁62については、自動停止条件の成立時に開弁状態(全閉以外の状態)にあり、かつその状態が当該ステップS2においても維持されるものとする。言い換えると、当該ステップS2では、第1EGR弁62を開弁状態に維持しつつスロットル弁32を閉じる制御が実行される。
If it is determined YES in step S1 and it is confirmed that the automatic stop condition is satisfied, the automatic
次いで、自動停止制御部102は、各気筒2のインジェクタ15からの燃料噴射を停止する燃料カットを実行する(ステップS3)。この燃料カットが実行されて以降は、各気筒2での燃焼が停止されることにより、エンジン回転数が徐々に低下していく。
Next, the automatic
次いで、判定部101は、酸素濃度調整制御の許可条件が成立するか否かを判定する(ステップS4)。酸素濃度調整制御とは、第1EGR通路61と吸気通路30との接続部である第1EGR出口部61bよりも下流側の吸気通路30(主にサージタンク34および吸気マニホールド30a)に存在する吸気中の酸素濃度を所定の目標値に調整する制御のことであり、ここでは後述のステップS5~S10の制御のことを指す。また、酸素濃度調整制御の許可条件とは、このような酸素濃度の目標値への調整の可否を左右する条件のことである。なお、以下では、調整の対象となる酸素濃度、つまり第1EGR出口部61bよりも下流側の吸気通路30に存在する吸気中の酸素濃度(換言すれば第1EGR通路61からEGRガスが還流された後の吸気中の酸素濃度)のことを、「最終吸気酸素濃度」ともいう。
Next, the
具体的に、上記ステップS4では、酸素濃度調整制御の許可条件の成否が、エンジン水温および大気圧に基づき判定される。例えば、判定部101は、水温センサSN2により検出されるエンジン水温が所定の閾値以上であるという第1の条件と、吸気圧センサSN4の検出値から推定される大気圧が所定の閾値以上であるという第2の条件との双方が成立した場合に、上記許可条件が成立したと判定する。すなわち、判定部101は、後述するステップS5以降の酸素濃度調整制御の実行を許可する。
Specifically, in step S4, it is determined whether or not the condition for permitting the oxygen concentration adjustment control is satisfied based on the engine coolant temperature and the atmospheric pressure. For example, the
逆に、上記第1および第2の条件のいずれかが非成立であった場合、つまりエンジン水温が低いかまたは大気圧が低い条件のときは、再始動時に必要な着火性が確保できない可能性があり、酸素濃度の調整よりも燃料の着火性を優先する必要がある。そこで、このような場合、判定部101は、上記ステップS4において上記許可条件が成立していないと判定し、酸素濃度調整制御を禁止する。この場合、自動停止制御部102は、酸素濃度を大きく上昇させつつエンジンを停止させる制御を実行する(ステップS22)。詳細は省略するが、このステップS22では、上述した最終吸気酸素濃度が着火性を十分確保し得る値まで上昇するように、燃料カット以降のいずれかのタイミングでスロットル弁32の開度を比較的高い値まで増大させる等の制御を実行する。
Conversely, if either the first or second condition is not satisfied, that is, if the engine water temperature is low or the atmospheric pressure is low, there is a possibility that the ignitability required for restarting cannot be ensured. Therefore, it is necessary to give priority to the ignitability of the fuel over the adjustment of the oxygen concentration. Therefore, in such a case, the
上記ステップS4でYESと判定されて酸素濃度調整制御が許可されたことが確認された場合、自動停止制御部102は、スロットル弁32の開度および第1EGR弁62の開度がそれぞれ予め定められた中間開度になるように各弁32,62を制御する(ステップS5)。中間開度とは、全閉(0%)でも全開(100%)でもない開度のことであり、ガスの流通を許容しながら流路を実質的に絞るような開度のことである。当該ステップS5の制御により、スロットル弁32は全閉状態から開弁状態へと変化する。このようなスロットル弁32の開弁は、吸気中の酸素濃度を上昇させる作用をもたらす。
If the determination in step S4 is YES and it is confirmed that the oxygen concentration adjustment control is permitted, the automatic
具体的に、上記ステップS5では、スロットル弁32および第1EGR弁62の開度が略同一の値に設定される。例えば、スロットル弁32および第1EGR弁62の各開度は、それぞれ30%程度に設定され得る。なお、第2EGR弁72の開度は適宜の値に設定し得るが、例えばスロットル弁32および第1EGR弁62とは別に定められた特定の中間開度に設定することができる。
Specifically, in step S5, the opening degrees of the
次いで、判定部101は、現在の酸素濃度条件が予め定められた想定濃度条件に該当するか否かを判定する(ステップS6)。具体的に、判定部101は、下記の条件(x)(y)の双方が成立した場合に、酸素濃度条件が想定濃度条件に該当すると判定する。
(x)最終吸気酸素濃度の推定値が予め定められた第1閾値D1以上である。
(y)排気酸素濃度の検出値が予め定められた第2閾値D2以上である。
Next, the
(x) the estimated value of the final intake oxygen concentration is greater than or equal to a predetermined first threshold value D1;
(y) the detected value of the exhaust oxygen concentration is equal to or greater than a predetermined second threshold value D2;
上記条件(x)において、最終吸気酸素濃度の推定値とは、第1EGR出口部61bよりも下流側の吸気通路30における特定箇所(例えばサージタンク34)に存在する吸気中の酸素濃度の推定値のことであり、例えば、排気O2センサSN5により検出される排気酸素濃度と、エンジンの運転履歴(例えば直近の特定期間における第1・第2EGR弁62,72の開度データ等)とを含む諸条件から演算により推定される。上記条件(y)において、排気酸素濃度の検出値とは、排気O2センサSN5により検出される排気酸素濃度のことである。また、上記条件(x)で用いられる第1閾値D1は、後述するステップS9で用いられる酸素濃度の目標値Dxよりも小さい値に設定され(D1<Dx)、上記条件(y)で用いられる第2閾値D2は、上記第1閾値D1よりもさらに小さい値に設定される(D2<D1)。
In the above condition (x), the estimated value of the final intake oxygen concentration is the estimated value of the oxygen concentration in the intake air present at a specific location (for example, the surge tank 34) in the
上記ステップS6でYESと判定されて現在の酸素濃度条件が想定濃度条件に該当することが確認された場合、つまり最終吸気酸素濃度の推定値と排気酸素濃度の検出値とがいずれも閾値(D1,D2)以上であることが確認された場合、自動停止制御部102は、スロットル弁32および第1EGR弁62の各開度がエンジン回転数と連動して変化するように各弁32,62を制御する(ステップS7)。具体的に、自動停止制御部102は、燃料カット後にエンジン回転数が漸減するのに応じてスロットル弁32および第1EGR弁62の各開度もそれぞれ漸減するように、各弁32,62を制御する。エンジン回転数の低下量に対する各弁32,62の開度低下量の割合を開度変化率とすると、当該開度変化率は、最終吸気酸素濃度の急変を招かずかつ吸気圧を安定させ得る適宜の値になるように予め定められている。なお、本実施形態において、スロットル弁32および第1EGR弁62の各開度は、それぞれ同一の開度変化率をもって低下するように制御される。言い換えると、当該ステップS7において、スロットル弁32および第1EGR弁62の各開度は、略同一の値に維持されつつ漸減される。
If the determination in step S6 is YES and it is confirmed that the current oxygen concentration condition corresponds to the assumed concentration condition, that is, both the estimated value of the final intake oxygen concentration and the detected value of the exhaust oxygen concentration are threshold values (D1 , D2), the automatic
一方、上記ステップS6でNOと判定されて現在の酸素濃度条件が想定濃度条件に該当しないことが確認された場合、つまり最終吸気酸素濃度の推定値と排気酸素濃度の検出値との少なくとも一方が閾値(D1またはD2)未満であることが確認された場合、自動停止制御部102は、第1EGR弁62の開度よりもスロットル弁32の開度が大きくなるようにスロットル弁32および第1EGR弁62を制御する(ステップS8)。このステップS8において、スロットル弁32の開度は、仮に現在の酸素濃度条件が想定濃度条件に該当するとした場合におけるスロットル弁32の開度(つまり上記ステップS7で設定される開度)よりも大きく、かつ第1EGR弁62の開度よりも大きい値に設定される。例えば、上記ステップS7の開始時点におけるスロットル弁32および第1EGR弁62の開度がともに30%程度であるとすると、このステップS8では、スロットル弁32の開度を50%程度まで増大させるとともに、第1EGR弁62の開度を30%もしくはこれをやや下回る値に設定することが可能である。すなわち、酸素濃度が想定よりも低い条件で実行される当該ステップS8の制御では、そうでない条件で実行される上記ステップS7の制御のときと比較して、スロットル弁32の開度が増大される。一方、第1EGR弁62の開度は増大されず、略同一の開度(同一もしくはやや低めの開度)に維持される。
On the other hand, if the determination in step S6 is NO and it is confirmed that the current oxygen concentration condition does not correspond to the assumed concentration condition, that is, if at least one of the estimated value of the final intake oxygen concentration and the detected value of the exhaust oxygen concentration is If it is confirmed that the threshold value (D1 or D2) is less than the threshold value (D1 or D2), the automatic
上記ステップS7,S8のいずれかの制御が開始された後、判定部101は、最終吸気酸素濃度の推定値が予め定められた目標値Dx以上まで上昇したか否かを判定する(ステップS9)。ここで用いられる最終吸気酸素濃度の目標値Dxは、上述した第1閾値D1よりも大きい値に設定されるが、大気中の酸素濃度、つまり吸気が全て新気で占められた場合の吸気酸素濃度よりは小さい値に設定される。
After the control in either step S7 or S8 is started, the
上記ステップS9でYESと判定されて最終吸気酸素濃度が目標値Dx以上になったことが確認された場合、自動停止制御部102は、スロットル弁32を閉じる(ステップS10)。すなわち、自動停止制御部102は、スロットル弁32の開度が全閉相当まで低下するようにスロットル弁32を閉駆動する。
If the determination in step S9 is YES and it is confirmed that the final intake oxygen concentration has reached or exceeded the target value Dx, the automatic
次いで、自動停止制御部102は、吸気圧が所定の基準圧力Px(図5(d)参照)を下回らないように第1EGR弁62の開度を調整する(ステップS11)。ここで用いられる基準圧力Pxは、吸気圧センサSN4により検出されるサージタンク34内の圧力つまり吸気圧の基準値であって、大気圧をやや下回るような弱い負圧に相当する値に設定される。基準圧力Pxがこのような値(弱い負圧)であることから、当該ステップS11が開始されると、第1EGR弁62の開度はその直前の開度よりも増大させられる。すなわち、上記ステップS10でのスロットル弁32の閉弁により、新たな吸気の導入が基本的に停止されるので、この状態で吸気圧を弱い負圧に留めるには、第1EGR弁62の開度を増大させて第1EGR通路61を通じたEGRガスの還流を促進する必要がある。そこで、当該ステップS11において、自動停止制御部102は、第1EGR弁62を開方向に駆動し、それによって吸気圧が基準圧力Pxを下回らないように(弱い負圧に留まるように)調整する。具体的に、自動停止制御部102は、第1EGR弁62の基本開度をエンジン回転数からマップ等を参照しつつ決定するとともに、決定した基本開度を、吸気圧センサSN4による検出圧力を用いて補正することにより、第1EGR弁62の目標開度を算出する。ステップS11では、このように算出される目標開度に従って第1EGR弁62の開度が制御されることにより、サージタンク34内の吸気圧が基準圧力Pxを下回らないように(弱い負圧に)調整される。
Next, the automatic
次いで、判定部101は、エンジン回転数が予め定められた基準回転数Nx未満まで低下したか否かを判定する(ステップS12)。基準回転数Nxは、上記ステップS3の燃料カット時のエンジン回転数よりも小さい値であって、今後の吸気圧の負圧化を適切なレベルに調整し得るような値に設定される。具体的に、基準回転数Nxは、後述するステップS13以降に大きく負圧化する吸気圧の最小値Py(図5(d)参照)が予め定められた目標範囲Zに収まるような値に設定される。なお、目標範囲Zは、例えば50kPaを含むように設定することができ、基準回転数Nxは、例えば700~800rpm程度に設定することができる。
Next, the
上記ステップS12でYESと判定されてエンジン回転数が基準回転数Nx未満になったことが確認された場合、自動停止制御部102は、第1EGR弁62を閉じる(ステップS13)。すなわち、自動停止制御部102は、第1EGR弁62の開度が全閉相当まで低下するように第1EGR弁62を閉駆動する。ここで、スロットル弁32は上記ステップS10の制御を経て既に全閉状態にある。このため、当該ステップS13以降は、スロットル弁32と第1EGR弁62との双方が全閉状態とされ、これによって吸気圧の負圧化が進行する。
If it is determined YES in step S12 and it is confirmed that the engine speed has become less than the reference speed Nx, the automatic
次いで、判定部101は、エンジンが完全停止したか否かを判定する(ステップS14)。すなわち、判定部101は、クランク角センサSN1により検出されるエンジン回転数が実質的にゼロまで低下したか否かを判定し、実質的にゼロまで低下した時点(つまりクランク軸7の回転が停止した時点)でエンジンが完全停止したと判定する。
Next, the
上記ステップS14でYESと判定されてエンジンが完全停止したことが確認された場合、自動停止制御部102は、スロットル弁32を全閉状態に維持しつつ第1EGR弁62を中間開度もしくは全開に近い開度まで開く(ステップS15)。これは、エンジンの再始動に備えた準備制御であって、エンジンの再始動にクランキング抵抗が過大になるのを避ける等の目的で行われるものである。
If the determination in step S14 is YES and it is confirmed that the engine has completely stopped, the automatic
上述したステップS9以降の制御の流れから理解されるように、本実施形態のエンジンでは、通常、最終吸気酸素濃度が目標値Dx以上まで上昇する現象と、エンジン回転数が基準回転数Nx未満まで低下する現象とがこの順で起きるようになっている。しかしながら、例えば自動停止条件(S1)の成立時のエンジン回転数が想定よりもかなり低かった場合や、自動停止条件の成立時の吸気酸素濃度が想定よりもかなり低かった場合等には、前者の現象よりも後者の現象が先に起きることがあり得る。次に、このような特殊なケースで行われる制御の内容について説明する。 As can be understood from the flow of control after step S9 described above, in the engine of the present embodiment, normally, the phenomenon that the final intake oxygen concentration rises to the target value Dx or higher, and the phenomenon that the engine speed drops below the reference speed Nx A decrease phenomenon occurs in this order. However, for example, when the engine speed when the automatic stop condition (S1) is satisfied is considerably lower than expected, or when the intake oxygen concentration when the automatic stop condition is satisfied is considerably lower than expected, the former The latter phenomenon may occur before the phenomenon. Next, the content of control performed in such a special case will be described.
上記のような特殊ケースの発生の有無を確認するため、判定部101は、上記ステップS9でNOと判定された場合(最終吸気酸素濃度が目標値Dx未満の場合)において、さらに、エンジン回転数が基準回転数Nx未満まで低下したか否かを判定する(ステップS17)。
In order to confirm whether or not a special case as described above has occurred, the
上記ステップS17でYESと判定されてエンジン回転数が基準回転数Nx未満に低下したことが確認された場合、つまり、最終吸気酸素濃度が目標値Dx以上になるよりも前にエンジン回転数が基準回転数Nx未満まで低下するという特殊ケースが発生したことが確認された場合、自動停止制御部102は、スロットル弁32および第1EGR弁62の双方を閉じる(ステップS18)。すなわち、自動停止制御部102は、スロットル弁32および第1EGR弁62の各開度がそれぞれ全閉相当まで低下するようにスロットル弁32および第1EGR弁62を閉駆動する。
If the determination in step S17 is YES and it is confirmed that the engine speed has decreased below the reference speed Nx, that is, before the final intake oxygen concentration reaches the target value Dx or more, the engine speed reaches the reference speed. When it is confirmed that a special case has occurred in which the engine speed drops below Nx, the automatic
次いで、判定部101は、エンジンが完全停止したか否か、つまりエンジン回転数が実質的にゼロまで低下したか否かを判定する(ステップS19)。
Next, the
上記ステップS19でYESと判定されてエンジンが完全停止したことが確認された場合、自動停止制御部102は、スロットル弁32を所定の中間開度まで開く(ステップS20)。これは、エンジンの再始動に備えた準備制御であって、エンジンの再始動時に着火性が不十分になるのを避ける等の目的で行われるものである。すなわち、上記特殊ケースでは、最終吸気酸素濃度が目標値Dxまで上昇する前にスロットル弁32が閉じられるので、この状態のままエンジンを再始動すると必要な着火性が確保されない可能性が高い。そこで、当該ステップS20において事前にスロットル弁32を開いておくことにより、再始動時の着火性を確保するようにしている。
If the determination in step S19 is YES and it is confirmed that the engine has completely stopped, the automatic
<自動停止制御による各部の動作例>
図5は、図3および図4に示した自動停止制御が実行された場合の各状態量の時間変化の一例を示すタイムチャートであり、チャート(a)は自動停止条件の成否を示すフラグの時間変化を、チャート(b)はインジェクタ15からの燃料噴射の要否を示すフラグの時間変化を、チャート(c)はエンジン回転数の時間変化を、チャート(d)はサージタンク34内の吸気圧の時間変化を、チャート(e)はスロットル弁32および第1EGR弁62の各開度の時間変化を、チャート(f)はサージタンク34内の吸気酸素濃度(つまり最終吸気酸素濃度)の時間変化を、それぞれ示している。
<Operation example of each part by automatic stop control>
FIG. 5 is a time chart showing an example of the change over time of each state quantity when the automatic stop control shown in FIGS. 3 and 4 is executed. Chart (b) shows the time change of the flag indicating the necessity of fuel injection from the
図5では、自動停止条件(図3のステップS1)が成立した時点をt0としている。この時点t0における自動停止条件の成立を受けて、まずスロットル弁32の開度が0%(全閉)まで低減される(チャート(e))。これは、図3のステップS2の制御に対応している。
In FIG. 5, t0 is the time when the automatic stop condition (step S1 in FIG. 3) is met. In response to the establishment of the automatic stop condition at time t0, first, the opening of the
自動停止条件の成立時点t0から遅れた時点t1において、燃料噴射を停止する燃料カットが実行される(チャート(b))。これは、図3のステップS3の制御に対応している。さらに、この燃料カットの直後において、スロットル弁32の開度が0%からα%まで増大されるとともに、第1EGR弁62の開度が同じくα%に設定される(チャート(e))。これは、図3のステップS5の制御に対応している。α%は、0%でも100%でもない所定の中間開度(例えば30%程度)に設定される。このように、スロットル弁32が中間開度まで開かれることにより、時点t1以降、最終吸気酸素濃度は徐々に増大していく(チャート(f))。また、スロットル弁32だけでなく第1EGR弁62も開かれるので、最終吸気酸素濃度はそれほど急激には上昇せず、比較的安定した上昇率をもって上昇する。なお、図5の例では、自動停止条件が成立する時点t0よりも前において、第1EGR弁62の開度がα%よりも大きい値に設定されている。このため、燃料カットに伴い、第1EGR弁62の開度は、α%よりも大きい開度からα%まで低減されることになる。
At time t1, which is delayed from time t0 when the automatic stop condition is satisfied, fuel cut is executed to stop fuel injection (chart (b)). This corresponds to the control of step S3 in FIG. Furthermore, immediately after this fuel cut, the opening of the
燃料カットの実行時点t1から遅れた時点t2において、エンジン回転数が実際に低下し始める(チャート(c))。これを受けて、時点t2以降、スロットル弁32および第1EGR弁62の各開度が徐々に低減される(チャート(e))。これは、図3のステップS7の制御に対応している。ここで、当該ステップS7の制御が実行されるということは、その前のステップS4,S6の判定がいずれもYESであったことを意味する。言い換えると、図5のタイムチャートは、酸素濃度調整制御の許可条件が成立しかつ酸素濃度条件が想定濃度条件に該当する場合の動作例を示すものである。この場合、最終吸気酸素濃度は閾値D1以上であるから、特に急いで最終吸気酸素濃度を上昇させる必要はない。そこで、図5では、最終吸気酸素濃度の上昇率を適度に抑えるべく、時点t2以降、エンジン回転数に連動してスロットル弁32および第1EGR弁62の各開度を漸減させる上記制御が実行される。
At time t2, which is delayed from fuel cut execution time t1, the engine speed actually begins to decrease (chart (c)). In response to this, the opening degrees of the
エンジン回転数の低下開始時点t2から遅れた時点t3において、最終吸気酸素濃度が目標値Dxまで上昇する(チャート(f))。これを受けて、スロットル弁32の開度が0%まで低減されるとともに、第1EGR弁62の開度がβ%(>α%)まで増大される(チャート(e))。これは、図4のステップS10,S11の制御に対応している。スロットル弁32が全閉状態とされることにより、最終吸気酸素濃度の上昇が実質的に停止し、その値が目標値Dxの近傍に維持される(チャート(f))。また、第1EGR弁62の開度が増大されることにより、吸気圧が大きく低下しないように調整され、その値が基準圧力Pxを下回らない値に維持される(チャート(d))。
At time t3, which is delayed from time t2 when the engine speed starts to decrease, the final intake oxygen concentration rises to the target value Dx (chart (f)). In response to this, the opening degree of the
目標値Dxの達成時点t3から遅れた時点t4において、エンジン回転数が基準回転数Nxまで低下する(チャート(c))。これを受けて、第1EGR弁62の開度が0%まで低減される(チャート(e))。これは、図4のステップS13の制御に対応している。当該制御により、第1EGR弁62およびスロットル弁32の双方が全閉状態とされるので、時点t4以降、吸気圧は急激に低下していき、サージタンク34および吸気マニホールド30a内に比較的強い負圧が生成されるようになる(チャート(d))。このような負圧の生成は、エンジンのポンピングロスを増大させるので、仮にスロットル弁32または第1EGR弁62を開弁させた場合と比べてエンジン回転数の低下スピードを速めることになる。
At time t4, which is later than time t3 when the target value Dx is achieved, the engine speed decreases to the reference speed Nx (chart (c)). In response to this, the opening degree of the
時点t4からしばらくして(ここではエンジン完全停止の直前に)、吸気圧は最小値Pyまで低下し、それ以上は低下しなくなる。チャート(d)には、この吸気圧の最小値Pyが目標範囲Zに適切に収まった例が示されている。このことは、基準回転数Nxへの低下をトリガーとした第1EGR弁62の閉弁が、吸気圧の最小値Pyが目標範囲Zに収まるような適切なタイミングで実行されたことを意味する。
After a while from time t4 (here, just before the engine is completely stopped), the intake pressure drops to the minimum value Py and stops dropping any further. Chart (d) shows an example in which the minimum value Py of the intake pressure is appropriately within the target range Z. As shown in FIG. This means that the closing of the
基準回転数Nxへの低下時点t4から遅れた時点t5において、エンジン回転数がゼロまで低下し、エンジンが完全停止に至る。すると、その後の時点t6において、第1EGR弁62が0%からγ%まで増大される。これは、図4のステップS15の制御に対応している。図5の例において、γ%は、上述したα%およびβ%のいずれよりも大きい高開度(例えば全開に近い開度)に設定される。
At time t5 after the time t4 at which the engine speed drops to the reference speed Nx, the engine speed drops to zero and the engine comes to a complete stop. Then, at time t6 thereafter, the
なお、以上説明した図5の動作例において、時点t1から時点t3までの間にスロットル弁32および第1EGR弁62を共に開弁状態にする制御は、本発明における「第1の制御」に相当する。また、時点t3でスロットル弁32を閉じる制御は、本発明における「第2の制御」に相当する。
In the operation example of FIG. 5 described above, the control to open both the
次に、図3のステップS6の判定がNOであった場合、つまり酸素濃度条件が想定濃度条件に該当しなかった場合の動作例を、図6を用いて説明する。この図6のタイムチャートにおける時点t0~t6は、上述した図5のタイムチャートにおける時点t0~t6と同じ意味をもつものとする。ただし、図6の例では、燃料カットの実行時点t1における最終吸気酸素濃度が、図5におけるそれよりも低く、かつ第1閾値D1を下回っている。これにより、図6の例では、上記ステップS6での判定がNOとなり、スロットル弁32を比較的大きく開弁させるステップS8の制御が実行される。図6において、時点t1から時点t3までの間のスロットル弁32の開度が、図5におけるそれよりも大きいのはそのためである。具体的に、図6では、時点t1以降にスロットル弁32の開度が0%からα1%まで増大されるとともに、この増大後の開度α1が、時点t1の直後に設定される第1EGR弁62の開度α2%よりも大きくされる。
Next, an operation example when the determination in step S6 in FIG. 3 is NO, that is, when the oxygen concentration condition does not correspond to the assumed concentration condition will be described with reference to FIG. Time points t0 to t6 in the time chart of FIG. 6 have the same meanings as time points t0 to t6 in the time chart of FIG. However, in the example of FIG. 6, the final intake oxygen concentration at the fuel cut execution time t1 is lower than that in FIG. 5 and below the first threshold value D1. As a result, in the example of FIG. 6, the determination in step S6 is NO, and the control in step S8 for opening the
上述した時点t1以降のスロットル弁32の開弁は、最終吸気酸素濃度を比較的大きい上昇率で上昇させる。これにより、時点t1から遅れた時点t3において、当該最終吸気酸素濃度が目標値Dxまで上昇し、これに応じてスロットル弁32が全閉状態とされる。一方、第1EGR弁62は、時点t3において一旦開方向に駆動されるとともに、その後の時点t4において全閉状態とされる。
Opening the
<作用効果>
以上説明したとおり、本実施形態では、エンジンの自動停止条件の成立に応じて、インジェクタ15からの燃料噴射を停止する燃料カット(図3のステップS3)が実行されるとともに、当該燃料カットからエンジンの完全停止までの間に、第1EGR出口部61bよりも下流側の吸気通路30に存在する吸気中の酸素濃度である最終吸気酸素濃度が目標値Dxになるようにスロットル弁32等が制御される。具体的には、燃料カットの直後にスロットル弁32を開弁状態にする制御(図3のステップS4等)と、最終吸気酸素濃度が目標値Dxまで上昇した時点でスロットル弁32を閉じる制御(図4のステップS10)とが実行される。このような構成によれば、自動停止したエンジンを始動させる再始動時に、着火性を確保しつつNOxの生成量を抑制できるという利点がある。
<Effect>
As described above, in the present embodiment, fuel cut (step S3 in FIG. 3) for stopping the fuel injection from the
すなわち、本実施形態では、燃料カット後にスロットル弁32が開弁状態とされるので、酸素を豊富に含んだ新気がスロットル弁32よりも下流側の吸気通路30に流入し、それによって最終吸気酸素濃度が上昇する。また、最終吸気酸素濃度が目標値Dxまで上昇した時点でスロットル弁32が閉弁される(全閉状態とされる)ので、スロットル弁32を通じた新気の導入が停止される結果、最終吸気酸素濃度を実質的に目標値Dxに維持することができる。このことは、エンジン再始動時の最終吸気酸素濃度を、自動停止条件成立時の濃度よりも高く、かつ大気中に含まれる酸素濃度よりも低い値に調整できることを意味する。
That is, in the present embodiment, the
ここで、自動停止条件の成立前は、EGR通路61,71を通じた排気ガスの還流(EGR操作)が行われることにより、最終吸気酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも有意に低くなっている。このため、仮にスロットル弁32を一時的に開弁状態にする上記制御が行われなかった場合には、最終吸気酸素濃度が有意に低いままエンジンが再始動されることになり、再始動時の燃料の着火性が損なわれるおそれがある。これに対し、本実施形態では、燃料カット後にスロットル弁32が開弁状態とされるので、最終吸気酸素濃度を上昇させて再始動時の着火性を確保することができる。
Here, before the automatic stop condition is established, the final intake oxygen concentration is significantly lower than the oxygen concentration in the atmosphere by recirculating the exhaust gas through the
ただし、最終吸気酸素濃度をむやみに上昇させると、不活性ガスであるEGRガスが非常に少ない状態で各気筒2での燃焼が行われる結果、燃焼温度が上昇し、当該燃焼により生じるNOx量が増大するおそれがある。これに対し、本実施形態では、最終吸気酸素濃度が適切な濃度(目標値Dx)まで上昇した時点でスロットル弁32が閉弁されるので、最終吸気酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低い濃度に維持する(換言すれば吸気中にEGRガスが含有される状態を維持する)ことができ、燃焼によるNOx生成量を効果的に抑制することができる。
However, if the final intake oxygen concentration is unreasonably increased, combustion is performed in each
また、本実施形態では、燃料カットの直後にスロットル弁32を開弁状態にする制御の際に、第1EGR弁62も開弁状態とされるので(図3のステップS4)、第1EGR弁62を開弁状態とせずに閉じた場合に比べて新気の流入量を減らすことができ、最終吸気酸素濃度が急上昇するのを回避することができる。これにより、最終吸気酸素濃度の推定が容易になるので、当該最終吸気酸素濃度が目標値Dxに達した時点を精度よく特定することができ、濃度調整の精度を高めることができる。
Further, in the present embodiment, when the
また、本実施形態では、燃料カット後に開弁状態とされたスロットル弁32および第1EGR弁62の各開度が、燃料カット後のエンジン回転数に連動して漸減されるので(図3のステップS7)、吸気圧の安定を図りつつ最終吸気酸素濃度の上昇率の変動を抑制することができる。すなわち、燃料カット後にエンジン回転数が低下すると、ピストン5の往復スピードが低下して吸気行程中の吸い込み力が減少し、各気筒2への吸入吸気量が減少する。このため、仮に開弁後のスロットル弁32の開度を固定したままでは、各気筒2から吐き出されるガス量とバランスしない多くの新気が各気筒2に導入される可能性が高くなり、吸気圧の上昇や、最終吸気酸素濃度の上昇率の変動を招くおそれがある。これに対し、本実施形態では、燃料カット後に低下するエンジン回転数に合わせるようにスロットル弁32の開度が漸減されるので、各気筒2から吐き出されるガス量とバランスし得る適切な量の新気を導入することができ、吸気圧の安定を図りつつ最終吸気酸素濃度の上昇率の変動を抑制することができる。さらに、スロットル弁32と併せて第1EGR弁62の開度も漸減されるので、最終吸気酸素濃度の上昇率の変動を十分に抑制することができ、最終吸気酸素濃度が目標値Dxに達した時点をより精度よく特定することができる。
Further, in the present embodiment, the opening degrees of the
また、本実施形態では、最終吸気酸素濃度が目標値Dxに達したときに、上記のようにスロットル弁32が閉弁される一方で、第1EGR弁62の開度は増大方向に制御される(図4のステップS11)。その後、第1EGR弁62は、しばらく開弁状態に維持された上で、エンジン回転数が基準回転数Nx未満になった時点で閉弁される(図4のステップS13)。このように、スロットル弁32の閉弁よりも遅れて第1EGR弁62を閉弁させるようにした場合には、第1EGR弁62の閉弁からエンジンの完全停止までの間に吸気圧が過度な負圧になるのを防止することができる。例えば、図5のチャート(d)に示した吸気圧の最小値Pyが過度に小さくなるのを防止でき、当該最小値Pyが目標範囲Zに収まる確率を高めることができる。仮に吸気圧の最小値Pyが目標範囲Zを下回った場合、つまり吸気圧が過度に強い負圧まで低下した場合には、エンジン回転数の低下スピードが過度に速くなる結果、エンジンが完全停止したときに生じるショック(急停止の反動により車体に伝わるショック)が増大し易くなり、乗員が違和感を覚えるおそれがある。これに対し、本実施形態では、第1EGR弁62の閉時期が相対的に遅く(スロットル弁32の閉時期よりも遅く)されるので、吸気圧の低下量を適切な範囲に収めることができ、エンジン停止時のショックを軽減することができる。
Further, in this embodiment, when the final intake oxygen concentration reaches the target value Dx, the
また、エンジンによっては、各気筒2のピストン5の停止位置を再始動に有利な位置に調整する停止位置制御が行われることがある。このようなエンジンにおいて、本実施形態のように第1EGR弁62の閉弁を相対的に遅らせる制御を採用した場合には、エンジン回転数の低下スピードを適切な範囲に調整できるので、上述したピストン5の停止位置制御の精度が低下するのを防止でき、エンジンの再始動性を向上させることができる。
Also, depending on the engine, stop position control may be performed to adjust the stop position of the
<変形例>
上記実施形態では、第1EGR出口部61bよりも下流側の吸気通路30に存在する吸気中の酸素濃度(第1EGR通路61からEGRガスが還流された後の吸気中の酸素濃度)である最終吸気酸素濃度を演算により推定し、推定した最終吸気酸素濃度が目標値Dxまで上昇した時点でスロットル弁32を閉じるようにしたが、最終吸気酸素濃度をセンサにより直接検出するようにしてもよい。例えば、酸素濃度を検出可能なセンサをサージタンク34に取り付け、当該センサにより最終吸気酸素濃度を検出してもよい。
<Modification>
In the above-described embodiment, the oxygen concentration in the intake air present in the
上記実施形態では、タービン52よりも上流側の排気通路40とスロットル弁32よりも下流側の吸気通路30とを互いに接続する第1EGR通路61を含む高圧EGR装置60に加えて、タービン52よりも下流側の排気通路40とスロットル弁32よりも上流側の吸気通路30とを互いに接続する第2EGR通路71を含む低圧EGR装置70をエンジンに設けたが、低圧EGR装置70は必須ではなく、省略してもよい。
In the above embodiment, in addition to the high-
上記実施形態では、軽油を含有する燃料を圧着着火により燃焼させるディーゼルエンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明を適用可能なエンジンは、排気通路から吸気通路に排気ガスを還流するEGR操作が可能なエンジンであればよく、ディーゼルエンジン以外のエンジンに本発明を適用してもよい。例えば、ガソリンを含有する燃料を火花点火により燃焼させることが可能でかつEGR装置を備えたガソリンエンジンに本発明を適用することも可能である。 In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a diesel engine that burns fuel containing light oil by pressure ignition is described, but an engine to which the present invention can be applied recirculates exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage. The present invention may be applied to any engine other than a diesel engine as long as the engine is capable of EGR operation. For example, it is possible to apply the present invention to a gasoline engine capable of combusting gasoline-containing fuel by spark ignition and having an EGR device.
1 :エンジン本体
2 :気筒
7 :クランク軸(出力軸)
15 :インジェクタ
30 :吸気通路
32 :スロットル弁
40 :排気通路
61 :第1EGR通路(EGR通路)
61b :第1EGR出口部(EGR通路と吸気通路との接続部)
62 :第1EGR弁(EGR弁)
101 :判定部
102 :自動停止制御部(制御部)
1: Engine body 2: Cylinder 7: Crankshaft (output shaft)
15: Injector 30: Intake passage 32: Throttle valve 40: Exhaust passage 61: First EGR passage (EGR passage)
61b: First EGR outlet (connection between EGR passage and intake passage)
62: 1st EGR valve (EGR valve)
101: Determination unit 102: Automatic stop control unit (control unit)
Claims (5)
前記気筒に燃料を供給するインジェクタと、
前記EGR通路に開閉可能に設けられたEGR弁と、
前記EGR通路と前記吸気通路との接続部よりも上流側の吸気通路に開閉可能に設けられたスロットル弁と、
エンジンを自動的に停止させる自動停止条件が成立したか否かを判定する判定部と、
前記インジェクタ、前記スロットル弁、および前記EGR弁を含むエンジンの各部を制御する制御部とを備え、
前記判定部により前記自動停止条件が成立したことが確認された場合、前記制御部は、前記インジェクタによる燃料の供給を停止する燃料カットを実行するとともに、当該燃料カットが実行されてから前記出力軸の回転が停止するまでの間に、前記接続部よりも下流側の吸気通路内の酸素濃度が所定の目標値になるように前記スロットル弁および前記EGR弁を制御する酸素濃度調整制御を実行し、
前記酸素濃度調整制御は、前記酸素濃度が上昇するように前記スロットル弁を開弁状態にする第1の制御と、前記酸素濃度が前記目標値まで上昇した時点で前記スロットル弁を閉じる第2の制御とを含む、ことを特徴とするエンジンの停止制御装置。 A cylinder, an output shaft that rotates with the energy of combustion in the cylinder, an intake passage through which the intake air introduced into the cylinder flows, an exhaust passage through which the exhaust gas discharged from the cylinder flows, an intake passage and an exhaust passage. A stop control device applied to an engine comprising an EGR passage connecting the
an injector that supplies fuel to the cylinder;
an EGR valve provided in the EGR passage so as to be openable and closable;
a throttle valve provided in an intake passage on the upstream side of a connecting portion between the EGR passage and the intake passage so as to be openable and closable;
a determination unit that determines whether an automatic stop condition for automatically stopping the engine is satisfied;
a control unit that controls each part of the engine including the injector, the throttle valve, and the EGR valve;
When the judgment unit confirms that the automatic stop condition is satisfied, the control unit executes a fuel cut to stop the supply of fuel by the injector, and after the fuel cut is executed, the output shaft until the rotation of the engine stops, oxygen concentration adjustment control is executed to control the throttle valve and the EGR valve so that the concentration of oxygen in the intake passage on the downstream side of the connecting portion reaches a predetermined target value. ,
The oxygen concentration adjustment control includes a first control that opens the throttle valve so that the oxygen concentration rises, and a second control that closes the throttle valve when the oxygen concentration rises to the target value. An engine stop control device comprising:
前記第1の制御は、前記スロットル弁だけでなく前記EGR弁も開弁状態にする制御である、ことを特徴とするエンジンの停止制御装置。 In the engine stop control device according to claim 1,
The engine stop control device, wherein the first control is a control to open not only the throttle valve but also the EGR valve.
前記第1の制御は、前記出力軸の回転数であるエンジン回転数の低下に応じて前記スロットル弁の開度を低減する制御を含む、ことを特徴とするエンジンの停止制御装置。 In the engine stop control device according to claim 2,
The engine stop control device, wherein the first control includes control for reducing the opening of the throttle valve in response to a decrease in engine speed, which is the speed of the output shaft.
前記第1の制御は、前記エンジン回転数の低下に応じて前記EGR弁の開度を低減する制御を含む、ことを特徴とするエンジンの停止制御装置。 In the engine stop control device according to claim 3,
The engine stop control device, wherein the first control includes control for reducing the degree of opening of the EGR valve in accordance with a decrease in the engine speed.
前記制御部は、前記酸素濃度が前記目標値まで上昇した時点よりも遅くかつ前記出力軸の回転停止よりも早いタイミングで前記EGR弁を閉じる、ことを特徴とするエンジンの停止制御装置。 In the engine stop control device according to any one of claims 1 to 4,
The engine stop control device, wherein the control unit closes the EGR valve at a timing later than a point in time when the oxygen concentration rises to the target value and earlier than a timing at which the rotation of the output shaft is stopped.
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