JP4916867B2 - ディーゼルエンジンの停止制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン停止動作中の振動を低減させるようにしたディーゼルエンジンの停止制御装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンにおいては、イグニッションスイッチをＯＦＦした際に、燃焼室への燃料供給をカットさせることで、エンジンを停止させる技術が知られている。この技術によれば、イグニッションスイッチをＯＦＦした場合であっても、燃焼室に新気が供給され続けるため、圧縮行程時の圧縮圧の影響でエンジンを短時間で停止させることができる。しかし、エンジン回転数が急激に低下するため、その過程において振動が発生することが知られている。

この対策として、例えば特許文献１（特開昭６３−２６６１４５号公報）には、燃焼室への燃料供給量を徐々に減少させることで、エンジン回転数の急激な変動を抑制し、振動の発生を低減させる技術が開示されている。しかし、この文献に開示されている技術では、エンジンが最小回転数となるまで燃料が供給され続けるため、燃費が悪化してしまう問題がある。

そのため、例えば特許文献２（特開昭５８−１３１３３９号公報）には、イグニッションスイッチがＯＦＦされたとき、燃焼室に対して吸気と燃料との双方をカットする技術が開示されている。又、特許文献３（特開平１−４１６２４号公報）に開示されている技術では、イグニッションスイッチをＯＦＦすると、燃料の供給をカットし、又エンジン回転数が共振域を通過する際に吸気をカットすることで、振動を低減させるようにした技術が開示されている。
特開昭６３−２６６１４５号公報 特開昭５８−１３１３３９号公報 特開平１−４１６２４号公報

しかし、ディーゼルエンジンはエンジン本体慣性が大きく、フライホイールとダンパによる共振点、特に最近のＤＭＦ（デュアルマスフライホイール）では通常使用しない低回転数領域（おおよそ300〜400rpm）に共振域が設定されている。そのため、上述した各特許文献の何れにおいても、エンジン停止の際には、必ず共振域を通過することになる。

例えば、図６に示すように、イグニッションスイッチをＯＦＦしたときに、吸気通路に介装されている吸気遮断弁を全閉させて吸気をカットすると共に、インジェクタの駆動を停止させて燃料カットを行うことでエンジンを停止させる態様のディーゼルエンジンでは、ディーゼルエンジンがアイドル（ＩＤＬ）状態にあるときに、イグニッションスイッチをＯＦＦすると、吸気と燃料とが共にカットされるため、エンジン回転数はアイドル回転から次第に低下するが、共振域を通過する際にエンジン回転数の変化が不安定になる。その結果、エンジン振動が発生し、このエンジン振動により車両振動が増幅され、搭乗者に不快感を与えてしまうことになる。

本発明は、上記事情に鑑み、エンジン停止動作中においてエンジン回転数が共振域を通過する際の振動の発生を、燃費悪化を回避しながら大幅に抑制することができて、搭乗者に不快感を与えることのないディーゼルエンジンの停止制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明によるディーゼルエンジンの停止制御装置は、エンジン停止指令を検出する停止指令検出手段からエンジン停止指令が出力されたとき、少なくとも燃料カットにより停止動作させるディーゼルエンジンの停止制御装置において、停止動作中のエンジン回転数と平均エンジン回転数との差から回転変動量を算出する回転変動量算出手段と、前記回転変動量が共振域を通過する際に発生する回転変動を判定する変動許容しきい値を越えているとき、共振による変動と判定し該回転変動量に応じた燃料噴射量を求める停止動作時噴射量演算手段と、前記停止動作時噴射量演算手段で求めた前記燃料噴射量に対応する駆動信号を、前記エンジン回転数の落ち込む領域で圧縮上死点となる気筒のインジェクタへ出力する燃料噴射指示手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、エンジン停止動作中においてエンジン回転数が共振域を通過する際に大きな回転変動が発生した場合、エンジン回転数の落ち込む領域で圧縮上死点となる気筒のインジェクタから燃料を噴射させるようにしたので、エンジン回転数の落ち込みが抑制されて振動の発生が大幅に抑制され、搭乗者に不快感を与えることが無くなる。又、エンジン回転数の落ち込む領域で圧縮上死点となる気筒にのみ燃料を噴射させるようにしたので、燃料の無駄が無く燃費悪化を回避することができる。

以下、図１〜図５の図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１はエンジンの全体概略構成図である。

同図の符号１はディーゼルエンジンであり、このディーゼルエンジン１の燃焼室１ａにインジェクタ２が臨まされており、更に、この燃焼室１ａに吸気通路３と排気通路４とが連通されている。又、吸気通路３の上流側にエアクリーナ５が設けられており、その直下流に吸入空気量センサ６が配設され、その更に下流にターボ過給機７のコンプレッサ７ａが配設されている。ターボ過給機７は排気通路４に設けられる排気タービン７ｂを有し、ディーゼルエンジン１から排出される排ガスのエネルギを受けて排気タービン７ｂが回転すると、その排気タービン７ｂと同軸に連結されたコンプレッサ７ａが回転して吸入空気を加圧する。尚、図示しないが、ターボ過給機７は、排気タービン７ｂのスクロール入口に可変ノズル（ＶＮＴ）を有し、この可変ノズルの開度（ＶＮＴ開度）に応じて過給圧特性が変更される。

又、吸気通路３のコンプレッサ７ａの下流にインタークーラ８が介装されており、その更に下流に、エンジン停止動作中からエンジン停止時かけて全閉動作し、エンジン稼働中は全開状態となる吸気遮断弁９が介装されている。この吸気遮断弁９は通常は全開状態にあり、エンジン停止動作中にのみ全閉動作される。又、吸気通路３の吸気ポートに連通する下流側にスワール弁１０が配設されている。

一方、排気通路４の上流側に、上述したターボ過給機７の排気タービン７ｂが介装されており、その下流にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）１１と、排気ガス中に含まれる粒状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）１２とが介装されて、マフラ（図示せず）に連通されている。

吸気遮断弁９は、遮蔽弁駆動手段としての遮断弁アクチュエータ９ａに連設されており、この遮断弁アクチュエータ９ａが電子制御装置（ＥＣＵ）２１からの駆動信号に従って動作される。又、スワール弁１０が負圧アクチュエータ１０ａに連設されている。この負圧アクチュエータ１０ａは、スワール制御弁１０ｂを介してバキュームポンプ（図示せず）に連通されており、このスワール制御弁１０ｂがＥＣＵ２１からの駆動信号にて開閉動作される。スワール制御弁１０ｂが開動作されるとバキュームポンプの負圧が負圧アクチュエータ１０ａに導入されて、スワール弁１０が全閉動作される。一方、スワール制御弁１０ｂが閉動作されると負圧アクチュエータ１０ａに大気圧が導入されて、スワール弁１０が全開動作される。

ＥＣＵ２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース回路等を有する周知のマイクロコンピュータで構成されており、入力側に、エンジン停止指令を検出する停止指令検出手段としてのイグニッションスイッチ２２、吸入空気量センサ６、遮断弁アクチュエータ９ａ、クランク軸１ｂの回転からエンジン回転数を検出する回転数センサ２３、カム軸１ｃの回転から特定気筒の圧縮上死点を検出する気筒判別センサ２４、アクセルペダル２５の踏込み量であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２６、冷却水温を検出する水温センサ２７、ＤＯＣ１０とＤＰＦ１１との間に臨まされて、排気ガスの温度を検出する排気温度センサ２８、スワール制御弁１０ｂ等、エンジン制御に必要なセンサ・スイッチ類が接続されている。尚、気筒判別センサ２４で検出した特定気筒の圧縮上死点と、回転数センサ２３で検出したエンジン回転数とに基づいて、燃焼気筒が判別される。

又、ＥＣＵ２１の出力側に、インジェクタ２、遮断弁アクチュエータ９ａが接続されている。

イグニッションスイッチ２２をＯＮするとＥＣＵ２１が起動される。そして、ＥＣＵ２１において各種制御が実行される。通常走行時の燃料噴射制御に際しては、回転数センサ２３で検出したエンジン回転数、アクセル開度センサ２６で検出したアクセル開度、吸入空気量センサ６で検出した吸入空気量等に基づいて、１気筒当たりの燃料噴射量Ｔｅを求め、対応する燃料噴射信号を、圧縮上死点となる気筒のインジェクタ２に対し、所定タイミングで出力し、燃焼室１ａに燃料を噴射させる。尚、図示しないがＥＣＵ２１には、セルフシャットリレーが設けられており、ＥＣＵ２１はイグニッションスイッチ２２のＯＦＦによるエンジン停止指令を検出した後も、設定時間の間、ＥＣＵ２１に対して電源が投入されて、必要な制御が継続される。

イグニッションスイッチ２２をＯＦＦした後にＥＣＵ２１で実行される制御として、エンジン停止制御がある。エンジン停止制御では、イグニッションスイッチ２２をＯＦＦした後、吸気遮断弁９を全閉させて吸気をカットすると共に、インジェクタ２の駆動を停止させて燃料カットを行う。

又、停止動作中のディーゼルエンジン１のエンジン回転数を監視し、共振によりエンジン回転数が大きく変動した場合は、カウンタ噴射制御を実行し、共振の発生を抑制する。停止動作中にディーゼルエンジン１が共振すると、エンジン回転数は大きく上昇し、その後、急激に低下する。或いは急激に低下した後、大きく上昇する。従って、エンジン回転数の上昇が検出された場合、次の圧縮上死点となる気筒に対して燃料を微噴射（カウンタ噴射）させることで、当該気筒の回転数の落ち込みを防止することができる。

ＥＣＵ２１で実行されるエンジン停止制御は、具体的には、図２に示すフローチャートに従って処理される。

このルーチンは、イグニッションスイッチ２２がＯＮされた後、所定演算周期毎に実行される。先ず、ステップＳ１でイグニッションスイッチ２２の状態を調べ、イグニッションスイッチ２２がＯＮのときは、そのままルーチンを抜ける。一方、イグニッションスイッチ２２がＯＦＦとなり、エンジン停止指令信号が出力されたときは、ステップ２へ進み、インジェクタ２に対して燃料カット信号を出力し、燃料カット（Ｔｅ←０）を行う。

次いで、ステップＳ４へ進み、吸気遮断弁９を駆動する遮断弁アクチュエータ９ａに対して全閉信号を出力し、この遮断弁アクチュエータ９ａを介して吸気遮断弁９を全閉動作させる。尚、このステップＳ４での処理が遮蔽弁動作指示手段に対応している。

その結果、イグニッションスイッチ２２をＯＦＦすると、各気筒の燃焼室１ａに供給される燃料及び吸気がカットされるため、エンジンが停止動作し、エンジン回転数は次第に低下される。

そして、ステップＳ５へ進むと、平均区間エンジン回転数ＴＮｅａｖを読込む。この平均区間エンジン回転数ＴＮｅａｖは、直前の複数の区間エンジン回転数ＴＮｅの平均値から求める。区間エンジン回転数ＴＮｅは、ある特定区間のエンジン回転数であり、本実施形態では、図４に示すように、各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）を挟んで前後４５［°ＣＡ（クランク角度）］のエンジン回転数を区間エンジン回転数ＴＮｅとしている。

平均区間エンジン回転数ＴＮｅａｖが直前４回分の区間エンジン回転数ＴＮｅの平均値である場合、
ＴＮｅａｖ←（ＴＮｅ(n-1)＋ＴＮｅ(n-2)＋ＴＮｅ(n-3)＋ＴＮｅ(n-4)）／４
から求める。例えば図４に示すように、４気筒ディーゼルエンジン１で燃焼順が＃１→＃３→＃２→＃４に設定されている場合、最新の区間エンジン回転数ＴＮｅが気筒＃１であれば、平均区間エンジン回転数ＴＮｅａｖは、
ＴＮｅａｖ←（ＴＮｅ#4＋ＴＮｅ#2＋ＴＮｅ#3＋ＴＮｅ#１）／４ …（１）
となる。

次いで、ステップＳ６で、最新の区間エンジン回転数ＴＮｅと平均区間エンジン回転数ＴＮｅａｖとの差から回転変動量ΔＮｅを算出する（ΔＮｅ←ＴＮｅ−ＴＮｅａｖ）。このΔＮｅは、停止動作中の回転変動量を検出するもので、区間エンジン回転数ＴＮｅが平均区間エンジン回転数ＴＮｅａｖを上回れば＋（正値）の値となり、下回れば−（負値）の値となる。尚、ステップＳ６での処理が回転変動量算出手段に対応している。

その後、ステップＳ７へ進み、回転変動量ΔＮｅと変動許容しきい値Ｎαとを比較する。ディーゼルエンジン１の共振域は通常使用しない低回転数領域（約300〜400rpm）に設定されているため、ディーゼルエンジン１を停止動作させると、エンジン回転数は必ず共振域を通過する。その際、共振により大きな回転変動が生じる。変動許容しきい値Ｎαは、停止動作中における区間エンジン回転数ＴＮｅの変動が、共振によるものか否かを判定する値であり、予め実験或いはシミュレーションにより求めて設定されている。因みに、本実施形態では、Ｎα＝１０[rpm]に設定されている。

そして、ΔＮｅ＜Ｎαのときは、エンジン回転数の変動が共振ではないと判定し、そのままルーチンを抜ける。一方、ΔＮｅ≧Ｎαのときは、回転変動量ΔＮｅが共振による振動であると判定し、ステップＳ８へ進み、カウンタ噴射制御を実行する。このステップＳ８では、回転変動量ΔＮｅに定数ＱＭ（ＱＭ＝微小噴射量(例えば０．５)[mm³/st]）を乗算して、エンジン回転数の落ち込みを抑制する燃料噴射量であるカウンタ噴射量Ｔｃｕを設定する（Ｔｃ←ΔＮｅ・ＱＭ）。尚、ステップＳ８での処理が停止動作時噴射量演算手段に対応している。

次いで、ステップＳ９へ進み、カウンタ噴射量Ｔｃｕで燃料噴射量Ｔｅをセットする（Ｔｅ←Ｔｃｕ）。ＥＣＵ２１は、燃料噴射指示手段（図示せず）を有し、この燃料噴射指示手段が、圧縮上死点となる気筒のインジェクタ２に対して所定タイミングで燃料噴射量Ｔｅに対応する駆動信号を出力し、当該気筒の燃焼室１ａに燃料を微小噴射させる。

その後、プログラムはステップＳ５へ戻り、次の区間エンジン回転数ＴＮｅから停止動作中のエンジン回転数の上昇を監視する。そして、エンジンが停止すると、ΔＮｅは負値となるため、ステップＳ７からルーチンを抜け、実質的に制御が停止される。

次に、図２に示すエンジン停止制御ルーチンに従って実現されるカウンタ噴射制御の具体例を、図３、図４にに示すタイミングチャートに従って説明する。

アイドル運転からイグニッションスイッチ２２をＯＦＦすると、吸気遮断弁９が全閉動作して吸気カットし、且つインジェクタ２に対する燃料噴射信号が停止されて燃料カットが行われる（経過時間ｔ１）。

すると、エンジンは停止動作し、エンジン回転数Ｎｅが次第に低下する。ＥＣＵ２１は停止動作中の区間エンジン回転数ＴＮｅを監視し、区間エンジン回転数ＴＮｅと直前４回燃焼サイクル分の平均値である平均区間エンジン回転数ＴＮｅａｖとの差から回転変動量ΔＮｅ（ΔＮｅ←ＴＮｅ−ＴＮｅａｖ）を求める。そして、この回転変動量ΔＮｅが、変動許容しきい値Ｎαを越えた場合、回転変動量ΔＮｅに比例するカウンタ噴射量Ｔｃｕを求め、次の燃焼気筒のインジェクタ２からカウンタ噴射量Ｔｃｕを噴射させる。すると、当該燃焼気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）における区間エンジン回転数ＴＮｅの落ち込みが抑制され、共振域を通過する際の気筒間の回転変動が抑制される。その結果、車体振動の増幅が抑制され、搭乗者に与える不快感を軽減することができる。又、停止動作中のエンジン振動が抑制されるため、エンジンをスムーズに停止させることができる。

更に、この場合、共振の発生する領域でのみ、エンジン回転数の落ち込みを抑制するためのカウンタ噴射が行われるので、燃料を無駄なく噴射させることができ、燃費を改善することができる（経過時間ｔ２）。

次に、カウンタ噴射による振動抑制の原理について、図４に示すタイミングチャートを用いて説明する。図４には、燃焼順が＃１→＃３→＃２→＃４に設定されている４気筒ディーゼルエンジン１のタイミングチャートが示されている。

ディーゼルエンジン１の停止動作中における回転変動は、図４（ａ）に実線で示すように、圧縮上死点を通過する気筒で発生する。回転変動はエンジン回転数の上昇と落ち込みの繰り返しであるため、１つの圧縮上死点を通過する気筒のエンジン回転数が急上昇した場合、次の気筒が圧縮上死点を通過する際にはエンジン回転数が大きく落ち込む。

従って、例えば、図４（ｂ）に示すように、気筒＃１の区間エンジン回転数ＴＮｅ１と平均区間エンジン回転数ＴＮｅａｖとの差分である回転変動量ΔＮｅ１が、変動許容しきい値Ｎαを越えている場合、次の気筒＃３の圧縮上死点（ＴＤＣ）付近では、エンジン回転数Ｎｅは大きく落ち込むことになる。

本実施形態では、気筒＃１で区間エンジン回転数ＴＮｅ１の大きな上昇が検出された場合、次の気筒＃３に対し、図４（ｃ）に示すように、インジェクタ２からカウンタ噴射量Ｔｃｕに相当する噴射量を噴射させて燃焼させることで、図４（ａ）に破線で示すように、当該気筒＃３の区間エンジン回転数ＴＮｅ３の落ち込みを抑制することができる。

又、気筒＃３の区間エンジン回転数Ｎｅ３の落ち込みが防止されるので、次の気筒＃２の区間エンジン回転数ＴＮｅ２の上昇が抑制され、従って、その次の気筒＃４のインジェクタ２から供給するカウンタ噴射量Ｔｃｕに相当する噴射量が減少され、ディーゼルエンジン１をスムーズに停止させることができる。

その結果、図５に示すように、停止動作中のエンジン回転数が共振域を通過するに際し、共振によりエンジン回転数Ｎｅが大きく変動する場合であっても、エンジン回転数が落ち込む領域で圧縮上死点となる気筒に対して、カウンタ噴射を行うことでエンジン回転数Ｎｅの落ち込みが抑制され、それを繰り返すことで、エンジン回転数Ｎｅの変動を徐々に減衰させることができる。又、エンジン停止動作中は、吸気遮断弁９が全閉状態にあり、吸気カットされているため、エンジン回転数Ｎｅが共振域を通過する際に発生する回転変動も比較的小さく、従って、カウンタ噴射量Ｔｃｕは微量で良く燃費悪化を大幅に改善することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば３気筒以下、或いは５気筒以上のディーゼルエンジンに適用することが可能である。又、カウンタ噴射によりエンジン回転数が共振域を通過する際の振動を抑制するようにしたので、吸気遮断弁９を全閉動作させず、燃料カットのみでエンジンを停止させる場合であっても、共振による振動を効率よく抑制することができる。この場合、吸気遮断弁９が全開状態を維持しているため、気筒内に吸入される吸気によりディーゼルエンジン１を急速に停止させることができる。

エンジンの全体概略構成図 エンジン停止制御ルーチンを示すフローチャート エンジン停止動作時のカウンタ噴射制御を示すタイミングチャート カウンタ噴射制御の具体例を示すタイミングチャート エンジン回転変動とカウンタ噴射制御との関係を示すタイミングチャート エンジン停止動作状態を示すタイミングチャート

符号の説明

１…ディーゼルエンジン、
２…インジェクタ、
９…吸気遮断弁、
９ａ…遮断弁アクチュエータ、
２１…電子制御装置（ＥＣＵ）、
２３…回転数センサ、
２４…気筒判別センサ、
２６…アクセル開度センサ、
ΔＮｅ…回転変動量、
Ｎα…変動許容しきい値、
Ｎｅ…エンジン回転数、
ＴＮｅａｖ…平均区間エンジン回転数、
Ｔｃｕ…カウンタ噴射量、
Ｔｅ…燃料噴射量

Claims (6)

1. エンジン停止指令を検出する停止指令検出手段からエンジン停止指令が出力されたとき、少なくとも燃料カットにより停止動作させるディーゼルエンジンの停止制御装置において、
   停止動作中のエンジン回転数と平均エンジン回転数との差から回転変動量を算出する回転変動量算出手段と、
   前記回転変動量が共振域を通過する際に発生する回転変動を判定する変動許容しきい値を越えているとき、共振による変動と判定し該回転変動量に応じた燃料噴射量を求める停止動作時噴射量演算手段と、
   前記停止動作時噴射量演算手段で求めた前記燃料噴射量に対応する駆動信号を、前記エンジン回転数の落ち込む領域で圧縮上死点となる気筒のインジェクタへ出力する燃料噴射指示手段と
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの停止制御装置。
2. 前記回転変動量算出手段は、特定クランク角度の範囲で検出した区間エンジン回転数と、直前の複数の該区間エンジン回転数の平均値から求めた平均区間エンジン回転数との差から前記回転変動量を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの停止制御装置。
3. 前記区間エンジン回転数は、各気筒の圧縮上死点を挟んでその前後の設定クランク角度の区間において検出する
   ことを特徴とする請求項２記載のディーゼルエンジンの停止制御装置。
4. 前記燃料噴射指示手段は、前記区間エンジン回転数と前記平均区間エンジン回転数との差から求めた前記回転変動量が前記変動許容しきい値を越えているとき、次の圧縮上死点となる気筒の前記インジェクタに対して前記燃料噴射量に対応する駆動信号を出力する
   ことを特徴とする請求項２或いは３記載のディーゼルエンジンの停止制御装置。
5. 前記燃料噴射量は、前記回転変動量に比例した値に設定される
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のディーゼルエンジンの停止制御装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のディーゼルエンジンの停止制御装置であって、
   停止動作中は吸気通路に設けた吸気遮断弁を全閉動作させる遮断弁駆動手段に対して全閉信号を出力する遮蔽弁動作指示手段を備える
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの停止制御装置。

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