JP4635929B2

JP4635929B2 - エンジンの燃焼制御方法及び燃焼制御装置

Info

Publication number: JP4635929B2
Application number: JP2006085094A
Authority: JP
Inventors: 惠夫関山
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007262902A

Description

本発明は、エンジンの排気通路と上記エンジンの吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を備え、該ＥＧＲ通路によって上記排気通路内の排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させる燃焼制御方法及び燃焼制御装置に関する。

エンジンの燃焼制御装置は、例えば、エンジンの排気管（或いは排気マニフォールド）と吸気管（或いは吸気マニフォールド）とを連通し、排気管からＥＧＲガス（排気ガス）を抜き出す排気還流管（ＥＧＲ管）と、排気還流管の途中に設けられ、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、エンジン回転速度、エンジン負荷、吸入空気量（ＭＡＦ値）及びアクセル開度等を検出する検出手段と、排気還流管の途中に設けられ、検出手段により検出される検出値に応じて排気還流量（ＥＧＲ量）或いは排気還流率（ＥＧＲ率）を調節するためにガス流路面積（開口面積）が可変とされる排気還流量制御弁（ＥＧＲ弁）と、ＥＧＲ弁のガス流路面積を調節するためにＥＧＲ弁の開度を制御するコンピュータとから構成される。

例えば、エンジン回転速度及びエンジン負荷を検出し、設定されたＥＧＲ率になるようにコンピュータの指示に基づきＥＧＲ弁の開度を制御することで、目標とするＥＧＲ率を得ようとする。或いは、エンジン回転速度、エンジン負荷及びＭＡＦ値を検出し、設定されたＭＡＦ値になるようにコンピュータの指示に基づきＥＧＲ弁の開度を制御することで、目標とするＥＧＲ率を得ようとする。

なお、特許文献１には、エンジンのエンジン負荷が軽負荷又は中負荷である場合は、燃焼形態を予混合燃焼（ＰＣＩ燃焼）とすると共に、予混合燃焼における着火時期をＥＧＲ量によって制御し、エンジンのエンジン負荷が高負荷である場合は、燃焼形態を拡散燃焼（従来燃焼）とする燃焼制御装置であって、予混合燃焼及び／又は拡散燃焼の実施中においてＥＧＲガスの一部を所定箇所に貯蔵し、予混合燃焼の実施中において、エンジンが、燃料噴射が停止されることにより減速した後、燃料噴射が再開されることにより加速する場合、燃料噴射が再開された後の所定期間においては、上記所定箇所に貯蔵されたＥＧＲガスをエンジンに供給する燃焼制御方法及び燃焼制御装置が記載されている。この燃焼制御方法及び燃焼制御装置においては、上記ＥＧＲガスの一部は、ＥＧＲ通路に接続された貯蔵タンクに貯蔵される。

特開２００５−３２５８１１号公報

ところで、シフトチェンジ等によりエンジンが急減速される場合（アクセルペダルが離される場合）、エンジンは燃料噴射を行わないモータリング状態となり、このモータリング状態の間は吸気管及び排気管内に既燃焼ガスを含まない空気（新気）が流れる。そのため、エンジンのモータリング状態が長時間持続されると、ＥＧＲ経路内（ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラ内）が新気に置換される。その後、エンジンが急加速されるとエンジン負荷が急速に増大するため、エンジンからの排出ＮＯｘ（窒素酸化物）が増えるので大量にＥＧＲが必要になる。このとき、ＥＧＲ弁を開いても上記ＥＧＲ経路内（ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラ内）は新気に置換されているため、瞬間的にＥＧＲが掛からない状態となり、ＮＯｘが大量に発生する。

また、主としてエンジンの軽負荷運転領域で用いられる予混合燃焼（ＰＣＩ燃焼）においては、ＥＧＲが予混合気の過早着火やノッキングを防止する重要な要素である。しかし、上記ＥＧＲ経路内（ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラ内）が新気に置換されていると、上記ＥＧＲ経路内（ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラ内）がＥＧＲガスに置換されるまでのエンジン数サイクルの間、ＥＧＲが掛からない状態となり、ノッキングやノッキング燃焼音を生じる。

近年、排気ガス規制に対応するため、ＥＧＲクーラが大型化し上記ＥＧＲ経路（ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラ）の容積が増しているため、ＥＧＲガスが置換されるまでの間に生ずるＮＯｘの大量発生、ノッキングやノッキング燃焼音等の発生の抑制が重要な課題となっている。

そこで、本発明の目的は、エンジンがモータリング状態を脱して加速された際に、ＮＯｘの大量発生、ノッキングやノッキング燃焼音等の発生を抑制することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、エンジンの排気通路と上記エンジンの吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を備え、該ＥＧＲ通路によって上記排気通路内の排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させる燃焼制御方法であって、上記ＥＧＲ通路の両端に、それぞれ上記ＥＧＲ通路を開閉可能な閉塞弁を設け、上記エンジンの運転状態を検出する検出手段で検出された検出値に基づいて、上記エンジンがモータリング状態となるときに、上記閉塞弁を閉じて上記ＥＧＲ通路内に排気ガスを閉じ込め、上記エンジンがモータリング状態を脱するときに、上記閉塞弁を開放制御して上記ＥＧＲ通路内に閉じ込めた排気ガスを上記吸気通路側に供給することを特徴とするエンジンの燃焼制御方法である。

請求項２の発明は、上記検出手段として、エンジン回転速度を検出するエンジン回転センサ及びアクセル開度を検出するアクセル開度センサを用い、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度の検出値及び上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度の検出値に基づいて、上記閉塞弁を開閉する請求項１に記載のエンジンの燃焼制御方法である。

請求項３の発明は、上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度が０であり、且つ、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度が所定値よりも大きいときに、上記閉塞弁を閉じ、上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度が０よりも大きいとき、或いは、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度が上記所定値以下であるときに、上記閉塞弁を開放制御する請求項２に記載のエンジンの燃焼制御方法である。

請求項４の発明は、エンジンの排気通路と上記エンジンの吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を備え、該ＥＧＲ通路によって上記排気通路内の排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させる燃焼制御装置であって、上記ＥＧＲ通路の両端にそれぞれ設けられ、上記ＥＧＲ通路を開閉可能な閉塞弁と、上記エンジンの運転状態を検出する検出手段と、該検出手段で検出された検出値に基づいて、上記エンジンがモータリング状態となるときに、上記閉塞弁を閉じ、上記エンジンがモータリング状態を脱するときに、上記閉塞弁を開放制御する弁制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置である。

請求項５の発明は、上記検出手段として、エンジン回転速度を検出するエンジン回転センサ及びアクセル開度を検出するアクセル開度センサを備え、上記弁制御手段は、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度の検出値及び上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度の検出値に基づいて、上記閉塞弁を開閉する請求項４に記載のエンジンの燃焼制御装置である。

請求項６の発明は、上記弁制御手段は、上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度が０であり、且つ、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度が所定値よりも大きいときに、上記閉塞弁を閉じ、上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度が０よりも大きいとき、或いは、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度が上記所定値以下であるときに、上記閉塞弁を開放制御する請求項５に記載のエンジンの燃焼制御装置である。

本発明によれば、エンジンがモータリング状態を脱して加速された際に、ＮＯｘの大量発生、ノッキングやノッキング燃焼音等の発生を抑制することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃焼制御装置を備えたエンジンの概略図である。

本実施形態は、車両用等のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）に適用したものである。

まず、エンジンについて説明する。

図１中、１がエンジン本体、２がエンジン本体１に接続され吸入空気が流通する吸気通路としての吸気管（或いは吸気マニフォールド）、３がエンジン本体１に接続され排気ガスが流通する排気通路としての排気管（或いは排気マニフォールド）である。

吸気管２には、ターボチャージャ４のコンプレッサ５が接続される。排気管３には、ターボチャージャ４のタービン６が接続される。

燃焼制御装置は、排気管３内の排気ガスの一部を吸気管２に還流させるための排気再循環手段（ＥＧＲ装置）７を備えている。

ＥＧＲ装置７は、排気管３と吸気管２とを連通し、排気管３からＥＧＲガス（排気ガス）を抜き出すＥＧＲ通路としての排気還流管８（以下、ＥＧＲ管という）と、ＥＧＲ管８の途中に設けられ、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ９と、ＥＧＲ管８の両端部にそれぞれ設けられ、ＥＧＲ管８を開閉可能な閉塞弁１０ａ、１０ｂと、閉塞弁１０ａ、１０ｂを制御するコンピュータ（弁制御手段）１１とを有している。

閉塞弁１０ａと閉塞弁１０ｂとは、ＥＧＲクーラ９に前後させて配置される。

ＥＧＲ管８におけるＥＧＲガスの下流側（吸気管２側）の端部に設けられた閉塞弁１０ａは、排気還流量（以下、ＥＧＲ量という）或いは排気還流率（以下、ＥＧＲ率という）を調節するためにガス流路面積（開口面積）が可変とされるＥＧＲ弁（流量制御弁）である。

コンピュータには各種センサ類が接続されている。各種センサ類としては、エンジン回転速度を検出するエンジン回転検出手段としてのエンジン回転センサ１２、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段としてのエンジン負荷センサ１３、吸入空気量（以下、ＭＡＦ値という）を検出する吸入空気量検出手段としての吸入空気量センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段としてのアクセル開度センサ１５等が含まれ、センサ１２、１３、１４、１５からの検出信号がコンピュータ１１に入力される。

コンピュータ１１は、上記各種センサ類から実際のエンジン運転状態を検出し、このエンジン運転状態に基づいてＥＧＲ率（或いはＥＧＲ量）を決定し、決定したＥＧＲ率（或いはＥＧＲ量）となるようにＥＧＲ弁１０ａの開度を制御する。

本実施形態の燃焼制御装置は、エンジンが燃料噴射を行わないモータリング状態を脱して加速された際に、ＮＯｘの大量発生、ノッキングやノッキング燃焼音等の発生を抑制すべく工夫がなされている。以下この点について図３に基づいて説明する。

まず、コンピュータ１１は、キースイッチがＯＮされると（ステップＳ１）、イニシャライズ（初期化）を行い（ステップＳ２）、閉塞弁１０ｂを開く（全開とする）（ステップＳ３）。

次いで、コンピュータ１１は、センサ１２、１３、１４、１５から実際のエンジン運転状態を検出し、センサ１２、１３、１４、１５で検出された検出値に基づいて、エンジンがモータリング状態となるときに、ＥＧＲ弁１０ａ及び閉塞弁１０ｂを閉じて（全閉として）、ＥＧＲ管８及びＥＧＲクーラ９内にＥＧＲガス（排気ガス）を閉じ込める。

詳しくは、コンピュータ１１は、エンジン回転センサ１２、エンジン負荷センサ１３、吸入空気量センサ１４及びアクセル開度センサ１５から信号を検出することで、エンジン回転速度Ｎ、エンジン負荷Ｑ、ＭＡＦ値及びアクセル開度Ａを測定し（ステップＳ４からＳ７）、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度Ａが０であり（ステップＳ８）、且つ、エンジン回転センサ１２により検出されたエンジン回転速度Ｎが所定値Ｎｅよりも大きいときに（ステップＳ９）、エンジンがモータリング状態となる（或いはエンジンがモータリング状態である）と判定し、ＥＧＲ弁１０ａ及び閉塞弁１０ｂを閉じる（全閉とする）（ステップＳ１０）。上記所定値Ｎｅは、アクセル開度が０のときに燃料噴射量Ｑが０となるようなエンジン回転速度である（図２参照）。

即ち、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度Ａが０であり、且つ、エンジン回転センサ１２により検出されたエンジン回転速度Ｎが所定値Ｎｅよりも大きい場合（この条件が成立したときはまだ、排気管３内のガスは既燃焼ガスであり、排気管３内は正圧である）にＥＧＲ弁１０ａ及び閉塞弁１０ｂを閉じ、ＥＧＲ管８及びＥＧＲクーラ９内にＥＧＲガス（排気ガス）を閉じ込めることで、エンジンのモータリング状態が長時間持続されることによりＥＧＲ管８及びＥＧＲクーラ９内のガスが新気に置換されることを防止することができる。

そして、コンピュータ１１は、ＥＧＲ弁１０ａ及び閉塞弁１０ｂを閉じつつ（全閉としつつ）、センサ１２、１３、１４、１５から実際のエンジン運転状態を検出し、センサ１２、１３、１４、１５で検出された検出値に基づいて、エンジンがモータリング状態を脱したときに、ＥＧＲ弁１０ａ及び閉塞弁１０ｂを開放制御して、ＥＧＲ管８及びＥＧＲクーラ９内に閉じ込めていたＥＧＲガス（排気ガス）を開放して吸気管２側及びエンジン本体１へと供給する。

詳しくは、コンピュータ１１は、エンジン回転センサ１２、エンジン負荷センサ１３、吸入空気量センサ１４及びアクセル開度センサ１５から信号を検出することで、エンジン回転速度Ｎ、エンジン負荷Ｑ、ＭＡＦ値及びアクセル開度Ａを測定し（ステップＳ４からＳ７）、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度Ａが０よりも大きいとき（ステップＳ８）、或いは、エンジン回転センサ１２により検出されたエンジン回転速度Ｎが所定値Ｎｅ以下であるときに（ステップＳ９）、エンジンがモータリング状態を脱したと判定し、エンジン回転センサ１２により検出されたエンジン回転速度Ｎ、エンジン負荷センサ１３により検出されたエンジン負荷Ｑに応じたＥＧＲ弁１０ａの開度を要求ＥＧＲマップから読み込み（ステップＳ１１）、閉塞弁１０ｂを開き（全開とし）（ステップＳ１２）、求めた開度となるようにＥＧＲ弁１０ａを開度制御する（ステップＳ１３）。

即ち、ＥＧＲ弁１０ａ及び閉塞弁１０ｂを開いたとき、ＥＧＲ管８及びＥＧＲクーラ９内にはＥＧＲガス（排気ガス）が充満されているため、エンジンがモータリング状態を脱した直後であっても、ＥＧＲ管８及びＥＧＲクーラ９内に閉じ込めておいたＥＧＲガス（排気ガス）をエンジン本体１に供給してＥＧＲを行うことが可能となる。したがって、ＥＧＲ管８及びＥＧＲクーラ９内を新気から既燃焼ガスに置換するための時間遅れが発生せず、エンジンがモータリング状態を脱した後に加速された際に、ＮＯｘの大量発生、ノッキングやノッキング燃焼音等の発生を抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

本発明の一実施形態に係る燃焼制御装置を備えたエンジンの概略図である。エンジン回転速度及びアクセル開度と燃料噴射量との関係を示すグラフである。コンピュータによる処理フローチャートである。

符号の説明

２吸気管（吸気通路）
３排気管（排気通路）
８ＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）
９ＥＧＲクーラ
１０ａ閉塞弁（ＥＧＲ弁）
１０ｂ閉塞弁
１１コンピュータ（弁制御手段）
１２エンジン回転センサ（検出手段）
１５アクセル開度センサ（検出手段）

Claims

エンジンの排気通路と上記エンジンの吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を備え、該ＥＧＲ通路によって上記排気通路内の排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させる燃焼制御方法であって、上記ＥＧＲ通路の両端に、それぞれ上記ＥＧＲ通路を開閉可能な閉塞弁を設け、上記エンジンの運転状態を検出する検出手段で検出された検出値に基づいて、上記エンジンがモータリング状態となるときに、上記閉塞弁を閉じて上記ＥＧＲ通路内に排気ガスを閉じ込め、上記エンジンがモータリング状態を脱するときに、上記閉塞弁を開放制御して上記ＥＧＲ通路内に閉じ込めた排気ガスを上記吸気通路側に供給することを特徴とするエンジンの燃焼制御方法。
上記検出手段として、エンジン回転速度を検出するエンジン回転センサ及びアクセル開度を検出するアクセル開度センサを用い、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度の検出値及び上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度の検出値に基づいて、上記閉塞弁を開閉する請求項１に記載のエンジンの燃焼制御方法。
上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度が０であり、且つ、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度が所定値よりも大きいときに、上記閉塞弁を閉じ、上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度が０よりも大きいとき、或いは、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度が上記所定値以下であるときに、上記閉塞弁を開放制御する請求項２に記載のエンジンの燃焼制御方法。
エンジンの排気通路と上記エンジンの吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を備え、該ＥＧＲ通路によって上記排気通路内の排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させる燃焼制御装置であって、上記ＥＧＲ通路の両端にそれぞれ設けられ、上記ＥＧＲ通路を開閉可能な閉塞弁と、上記エンジンの運転状態を検出する検出手段と、該検出手段で検出された検出値に基づいて、上記エンジンがモータリング状態となるときに、上記閉塞弁を閉じ、上記エンジンがモータリング状態を脱するときに、上記閉塞弁を開放制御する弁制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
上記検出手段として、エンジン回転速度を検出するエンジン回転センサ及びアクセル開度を検出するアクセル開度センサを備え、上記弁制御手段は、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度の検出値及び上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度の検出値に基づいて、上記閉塞弁を開閉する請求項４に記載のエンジンの燃焼制御装置。
上記弁制御手段は、上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度が０であり、且つ、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度が所定値よりも大きいときに、上記閉塞弁を閉じ、上記アクセル開度センサで検出されたアクセル開度が０よりも大きいとき、或いは、上記エンジン回転センサで検出されたエンジン回転速度が上記所定値以下であるときに、上記閉塞弁を開放制御する請求項５に記載のエンジンの燃焼制御装置。