JP5024119B2

JP5024119B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP5024119B2
Application number: JP2008051958A
Authority: JP
Inventors: 宗広田畑
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-03-03
Also published as: JP2009209724A

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、温間始動時にプレイグニッション等の異常燃焼を防止する技術に関する。

特許文献１に記載のエンジンでは、吸気弁の開閉時期を変更する可変動弁機構を備え、温間始動時に、シリンダ内の温度上昇を抑制してプレイグニッション等の異常燃焼を回避するため、吸気バルブの閉時期を遅角側に補正して、シリンダ内で圧縮される吸気量を減少させている。

また、特許文献２に記載のエンジンでは、良好な温間始動性を確保するため、温間始動時に排気の少なくとも一部を吸気系に還流させて燃焼室の温度を高め、燃料噴霧の気化を促進し、着火性を向上させている。
特開２００７−１１３４４０号公報特開２００３−２６９２０２号公報

特許文献１に記載のようなエンジンでより確実にプレイグニッション等の異常燃焼を回避するためには、排気還流を、温間始動の初爆から行うことが望ましい。
しかしながら、特許文献２に記載のエンジンでは、初爆からシリンダへ排気を供給することはできなかった。

本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、温間始動の初爆から排気をシリンダへ供給し、プレイグニッション等の異常燃焼を確実に防止できるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

このため請求項１に係る発明は、エンジンにおける各気筒の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方のリフト量を変更する可変動弁機構と、排気の一部を吸気通路へ環流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に介装され、ＥＧＲ通路のガス流量を制御するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲ通路の吸気側端部より上流側の吸気通路に設けられ、該吸気通路を開閉する第１開閉手段と、エンジンの燃焼を停止する停止指令後、前記第１開閉手段を閉じ、所定期間前記ＥＧＲバルブを開いた後、該ＥＧＲバルブ閉じ、前記第１開閉手段の下流側にＥＧＲガスを供給するＥＧＲ制御手段と、前記所定期間の経過後、前記第１開閉手段の下流側に設けられた第２開閉手段を閉じて、前記第１開閉手段と下流側の第２開閉手段との間の閉空間にＥＧＲガスを保持するＥＧＲガス保持手段と、を含み、前記ＥＧＲガス保持手段によるＥＧＲガスの保持中、エンジンの温度状態に応じて、ＥＧＲガスの保持を解除する。

請求項５に係る発明は、エンジンの排気通路に設けられた排気シャッタと、エンジン停止指令による燃焼停止後、前記排気シャッタを閉じると共に、所定期間の経過後、吸気通路に設けられた第３開閉手段を閉じて、前記第３開閉手段と排気シャッタとの間の閉空間にＥＧＲガスを保持するＥＧＲガス保持手段と、を含み、前記ＥＧＲガス保持手段によるＥＧＲガスの保持中、エンジンの温度状態に応じて、ＥＧＲガスの保持を解除する。

請求項７に係る発明は、エンジンにおける各気筒の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更する第１可変動弁機構と、前記各気筒の吸気バルブ及び排気バルブのリフト量を変更し、かつ、最小リフト量で吸気バルブ及び排気バルブを閉弁状態に維持することが可能な第２可変動弁機構と、エンジン停止指令による燃焼停止後、前記第１可変動弁機構を介して、所定期間、吸気バルブ及び排気バルブ夫々のバルブタイミングに基づく内部ＥＧＲ量を所定量以上とするＥＧＲ制御手段と、前記所定期間の経過後、前記第２可変動弁機構を介して、前記吸気バルブ及び排気バルブを閉じて、気筒内に内部ＥＧＲガスを保持するＥＧＲガス保持手段と、を含み、前記ＥＧＲガス保持手段によるＥＧＲガスの保持中、エンジンの温度状態に応じて、ＥＧＲガスの保持を解除する。

以上の構成によって、エンジンの始動時、停止中のエンジン内に保持されていた排気が十分に気筒へ吸入されるか、又は、気筒内の排気濃度が十分高い状態で始動されるため、温間からのエンジンの始動であっても、初爆時のプレイグニッション等を確実に回避することができる。

以下に、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るシステム構成を示す。
図１において、エンジン１の吸気は、吸気通路３のエアクリーナ５を通過後、エアフローメータ７で流量を計測され、電子制御式のスロットルバルブ９を介してコレクタ１１に入り、各気筒の吸気マニホールド１３を経て気筒毎に設けられた吸気バルブ１５からシリンダ１７内へ導かれる。

そして、シリンダ１７の燃焼室１７ａの例えば側部へ先端部を臨ませた燃料噴射弁１９から燃料が噴射され、混合気は、シリンダ１７内を往復するピストン２１にて圧縮された後、シリンダ１７の上面中心部に設けられた点火プラグ２３により着火燃焼せしめられる。

燃焼後の排気は、気筒毎に設けられた排気バルブ２５を開いて排気通路２７の排気マニホールド２９へ排出され、その後、排気通路２７に介装された触媒３１によって浄化され、大気中に放出される。

また、触媒３１より下流側の排気通路２７と、コレクタ１１より下流側かつ吸気バルブ１５より上流側の吸気通路３と、を結んで排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路３へ環流させるＥＧＲ通路３３が設けられ、ＥＧＲ通路３３にはＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ３５が介装されている。

ＥＧＲ通路３３の吸気側端部より上流側の吸気通路３には、気筒毎に対応して、吸気流を制御する吸気流制御弁（スワール制御弁又はタンブル制御弁）４９が設けられている。
吸気バルブ１５及び排気バルブ２５は、夫々、可変動弁機構（ＶＥＬ）３７，３９により、リフト量を可変制御される。なお、吸気バルブ１５及び排気バルブ２５は、リフト量が０（最小値）のとき、閉弁状態に維持されるようになっている。

コレクタ１１には、その内部の圧力を検出する圧力センサ４１が設けられている。
エアフローメータ７で計測された吸入空気流量Ｑａ、クランク角センサ４３で検出されたエンジン回転速度Ｎｅ、水温センサ４５で検出された冷却水温度Ｔｗ等の諸信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４７へ送られ、ＥＣＵ４７は、これらを参照してスロットルバルブ９の開度、燃料噴射量、点火時期など基本的なエンジン１の制御を行うと共に、エンジン１の運転状態に応じて、ＶＥＬ３７，３９を介して夫々吸気バルブ１５，排気バルブ２５のリフト量の制御を行い、また、吸気流制御弁４９の開度の制御を行う。

また、ＥＣＵ４７は、圧力センサ４１で検出されたコレクタ１１内の圧力Ｐｍに応じて、ＥＧＲバルブ３５の開度を制御し、ＥＧＲ通路３３を介して吸気通路３へ環流されるＥＧＲガスの量を制御する。

ところで、吸気バルブ又は排気バルブのリフト量やバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構を備えたエンジンでは、エンジンを停止したときの可変動弁機構のリフト量やバルブタイミングによっては、エンジンを再始動したときにシリンダへ多量の新気が吸入される。これが温間始動の場合、シリンダは多量の新気の圧縮によって高温となり、初爆時に異常燃焼が起きやすくなる。したがって、このような異常燃焼（以下、プレイグニッションとして説明する）を回避すべく、温間始動の初爆からシリンダ１７へ排気を供給したい。

そこで、本実施形態では、温間始動を待機した状態で、全閉としたスロットルバルブ９とリフト量を０にした排気バルブ２５との間、及び、ＥＧＲバルブ３５より吸気側のＥＧＲ通路３３、へ排気を閉じ込め、排気をエンジン１内に保持するようになっている。

図２は、本実施形態に係るＥＣＵによる排気保持制御のタイミングチャートの例を示す。
図２において、イグニッションキーのオフ後、スロットルバルブ９の開度を減少させ、これによりスロットルバルブ９より下流側の吸気通路３の圧力（コレクタ１１内の圧力Ｐｍ）を、略大気圧の状態から低下させる。これと共に、ＥＧＲバルブ３５を開弁する。

ここで、スロットルバルブ９より下流側の吸気通路３が負圧となり、かつ、ＥＧＲバルブ３５が開弁されているため、ＥＧＲ通路３３を介して吸気通路３へ排気の一部が環流される。

吸気通路３へ環流された排気のうち一部は、吸気バルブ１５を介して、シリンダ１７内へ流入する。
そして、燃料噴射弁１９の燃料噴射及び点火プラグ２３の点火の停止（以下、燃焼停止とする）から所定期間の経過後（おおよそエンジン回転速度Ｎｅが０となるころ）、ＥＧＲバルブ３５及びスロットルバルブ９を全閉とすると共に、ＶＥＬ３９の制御により排気バルブ２５のリフト量を０とする。

これにより、エンジン１の回転停止後に、スロットルバルブ９より下流側の吸気通路３と、シリンダ１７と、ＥＧＲバルブ３５より吸気側のＥＧＲ通路３３と、へ排気を閉じ込めて、排気をエンジン１内に保持することができる。

なお、図２のようにＥＧＲバルブ３５の閉弁状態でイグニッションキーがオフにされたときは、該オフ時の吸気通路３は排気が環流されていないことから、吸気通路３へ排気を十分に環流させるための時間を確保する必要がある。したがって、イグニッションキーのオフ後、即座に燃焼停止させず、エンジン１をしばらく回転（例えば数回転）させるようにするのがよい。

一方、図示はしないが、既にＥＧＲバルブ３５が開弁されかつスロットルバルブ９が全閉とされた状態でイグニッションキーがオフにされたときは、吸気通路３やシリンダ１７内などが既に十分に高い排気濃度となっているため、イグニッションキーのオフ後、即座に燃焼停止させてもよい。

図３は、本実施形態に係るＥＣＵによる排気保持完了後の制御のフローチャートを示す。
図３では、プレイグニッション発生条件を満たすエンジン１の温間始動時のみ、初爆からシリンダ１７へ排気を供給し、プレイグニッションを確実に回避するようにしている。一方、回転停止後のエンジン１が放熱等によってプレイグニッション発生条件を満たさなくなったときは、前記吸気通路３，シリンダ１７及びＥＧＲ通路３３に保持されている排気を排出し、始動時により多くの新気をシリンダ１７へ吸入して、始動性を確保するようにしている。

なお、イグニッションキーのオフに伴ってＥＣＵ４７が通電停止する構成では、図３の制御は、例えば常時通電されている他のコントローラ等によって行うのがよい。
図３において、ステップＳ１では、エンジン１の回転停止状態において、水温センサ４５によって冷却水温度Ｔｗを検出し、これを読み込み、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、冷却水温度Ｔｗが所定温度以上であるか、即ち、エンジン１がプレイグニッション発生条件を満たしているか判定する。
この所定温度は、例えば、エンジン１がプレイグニッションを確実に回避可能な冷却水温度の範囲で、できるだけ高く設定するとよい。

なお、冷却水温度Ｔｗに代えて、エンジンオイルの温度，外気温度又は吸気温度などに基づいて判定を行うこともできる。
ステップＳ２で冷却水温度Ｔｗが前記所定温度以上であると判定したときは、エンジン１がプレイグニッション発生条件を満たしていると判断し、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、エンジン１の温間始動に備えて、スロットルバルブ９の全閉を維持し、吸気通路３，シリンダ１７及びＥＧＲ通路３３での排気の保持を継続し、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、フラグＦを０にセットし、ステップＳ５へ進む。
一方、ステップＳ２で冷却水温度Ｔｗが前記所定温度未満であると判定したときは、エンジン１がプレイグニッション発生条件を満たしていないと判断し、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、スロットルバルブ９を開放（例えば全開）し、吸気通路３，シリンダ１７及びＥＧＲ通路３３で保持していた排気を、スロットルバルブ９を介して大気中に排出する。これにより、始動時に、より多くの新気をシリンダ１７へ吸入し、始動性を確保することができる。

なお、ＥＧＲバルブ３５を開放するか、又は、ＶＥＬ３９を制御して排気バルブ２５のリフト量を増加させるなどして、排気を大気中に排出することもできる。
ステップＳ６の処理後は、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、フラグＦを１にセットし、ステップＳ５へ進む。
ステップＳ５では、フラグＦが１であるか、即ち、スロットルバルブ９が開放されているか判定する。

ステップＳ５でフラグＦが１であると判定したときは、既にスロットルバルブ９を開放して排気を排出した状態であると判断し、フローチャートを終了する。
一方、ステップＳ５でフラグＦが１でない（０である）と判定したときは、スロットルバルブ９が開放されておらず、エンジン１の温間始動に備えて吸気通路３，シリンダ１７及びＥＧＲ通路３３への排気の保持を継続していると判断し、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、エンジン１の始動要求があるか判定する。
ステップＳ８でエンジン１の始動要求がないと判定したときは、ステップＳ１へ戻り、始動要求があると判定したときは、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９では、エンジン１を温間始動する（フローチャート終了）。
これにより、吸気バルブ１５の最初の開弁時に、吸気通路３及びＥＧＲ通路３３に保持されていた排気の少なくとも一部が、新気と共にシリンダ１７内へ吸入され、シリンダ１７内に保持されていた排気と混合し、シリンダ１７内の排気の濃度が十分に高い状態となる。したがって、エンジン１が温間始動しても、初爆時のプレイグニッションを確実に回避することができる。

このようなエンジン１の回転停止後の排気保持、及び、プレイグニッション発生条件を満たさなくなったときの排気排出は、上記説明に限られず、以下のような制御によっても行うことができる。

まず、排気バルブ２５に代えて吸気バルブ１５のリフト量をＶＥＬ３７により制御すること、又は、スロットルバルブ９に代えて各吸気流制御弁４９の開度を制御すること、によって、排気保持及び排出を行うことができる。

また、図４に示すように、ＥＧＲ通路３３の排気側端部より下流側の排気通路２７に排気シャッタ５３を設けた構成では、ＶＥＬ３９により排気バルブ２５のリフト量を制御するのに代えて、排気シャッタ５３の開度をＥＣＵ４７により制御することで、排気保持及び排出を行うことができる。

さらに、図５に示すように、エアクリーナ５の上流側の吸気通路３に上流バルブ５１を設けた構成では、スロットルバルブ９に代えて上流バルブ５１の開度をＥＣＵ４７により制御することで、排気保持及び排出を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態では、図６に示すように、ＥＧＲ通路３３及びＥＧＲバルブ３５が省略され、触媒３１より下流側の排気通路２７に、ＥＣＵ４７により開度を制御される排気シャッタ５３が介装されている。

かかる構成において、図７のＥＣＵによる排気保持制御のタイミングチャートに示すように、イグニッションキーのオフ後、排気シャッタ５３の開度を減少させ、排気バルブ２５のリフト量を所定リフト量以上とする。

なお、前記所定リフト量は、排気通路２７からシリンダ１７へ排気が支障なく流入可能な範囲で設定するのがよい。
排気シャッタ５３の開度減少により排気通路２７の排気圧が高まり、排気通路２７から排気バルブ２５を介してシリンダ１７へ排気が流入し、シリンダ１７内の排気濃度が高まる。

そして、燃焼停止から所定期間の経過後（おおよそエンジン回転速度Ｎｅが０となるころ）、排気シャッタ５３を全閉とし、ＶＥＬ３７を介して吸気バルブ１５のリフト量を０とする。

これにより、エンジン１の回転停止後に、リフト量が０とされた吸気バルブ１５と、全閉とされた排気シャッタ５３と、の間の閉空間に、十分に濃度の高い排気が保持される。
したがって、その後のエンジン１の温間始動時には、初爆時からシリンダ１７内の排気の濃度が高い状態であるため、初爆時のプレイグニッションを回避することができる。

なお、吸気バルブ１５のリフト量を制御するのに代えて、スロットルバルブ９又は吸気流制御弁４９の開度を制御することによっても、スロットルバルブ９又は吸気流制御弁４９と、排気シャッタ５３と、の間の閉空間に、十分に濃度の高い排気を保持できると共に、プレイグニッション発生条件を満たさなくなったときには保持されている排気を排出できる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態では、図８に示すように、ＶＥＬ３７，３９のほか、吸気バルブ１５，排気バルブ２５のバルブタイミングを変更するようにＥＣＵ４７によって制御される可変動弁機構（ＶＴＣ）５７，５９が設けられている。

かかる構成において、図９のＥＣＵ４７による排気保持制御のタイミングチャートに示すように、イグニッションキーのオフ後、例えば、吸気バルブ１５の開弁タイミングと、排気バルブ２５の閉弁タイミングと、をいずれも進角させるようにＶＴＣ５７，５９を制御し、内部ＥＧＲ量を所定量以上とする。

なお、該所定量は、例えば、エンジン１の温間始動時に、シリンダ１７内で初爆時のプレイグニッションを確実に回避できる排気濃度を得られるように設定するのがよい。
そして、燃焼停止から所定期間の経過後（おおよそエンジン回転速度Ｎｅが０となるころ）、ＶＥＬ３７，３９の制御により吸気バルブ１５及び排気バルブ２５のリフト量を０とする。

これにより、エンジン１の回転停止後に、シリンダ１７内に十分に濃度の高い排気が保持され、その後のエンジン１の温間始動時には、初爆時のプレイグニッションを回避することができる。

なお、ＶＴＣ５７，５９は、これらのうち少なくとも一方を備えて構成すればよく、吸気バルブ１５の開弁タイミング又は排気バルブ２５の閉弁タイミングの少なくとも一方を制御して、内部ＥＧＲ量を前記所定量以上としてもよい。

また、本実施形態では、前記第１，第２実施形態に係るＥＧＲ通路３３，ＥＧＲバルブ３５，上流バルブ５１及び排気シャッタ５３は必ずしも備える必要はなく、この点では部品点数を削減でき、コスト面で有利である。

さらに、ＶＥＬ３７，３９のいずれもが、吸気バルブ１５又は排気バルブ２５の最小リフト量が０でない（吸気バルブ１５又は排気バルブ２５をクランク角によらず全閉に維持することができない）構成とした場合であっても、各気筒で吸気バルブ１５又は排気バルブ２５の少なくとも一方が全閉となるようなクランク角でエンジン１を停止させれば、回転停止後のシリンダ１７に排気を保持することができる。

例えば特開２００４−２６３５６６号公報に記載のものでは、エンジン回転速度を一定に制御しエンジンの慣性エネルギーを一定とした状態から、エンジンを停止させることで、所望のクランク角でエンジンを停止させているが、これに倣って、各気筒で吸気バルブ１５又は排気バルブ２５の少なくとも一方が全閉となるクランク角で、エンジン１を停止させるとよい。

本発明の第１実施形態に係るシステム構成を示す図本発明の第１実施形態に係るＥＣＵによる排気保持制御のタイミングチャートの例を示す図本発明の第１実施形態に係るＥＣＵによる排気保持完了後の制御のフローチャートを示す図本発明の第１実施形態に係るシステム構成の変形形態を示す図本発明の第１実施形態に係るシステム構成の変形形態を示す図本発明の第２実施形態に係るシステム構成を示す図本発明の第２実施形態に係るＥＣＵによる排気保持制御のタイミングチャートの例を示す図本発明の第３実施形態に係るシステム構成を示す図本発明の第３実施形態に係るＥＣＵによる排気保持制御のタイミングチャートの例を示す図

符号の説明

１エンジン
３吸気通路
９スロットルバルブ
１５吸気バルブ
１７シリンダ
２５排気バルブ
２７排気通路
３３ＥＧＲ通路
３５ＥＧＲバルブ
３７ＶＥＬ
３９ＶＥＬ
４５水温センサ
４７ＥＣＵ
４９吸気流制御弁
５１上流バルブ
５３排気シャッタ
５７ＶＴＣ
５９ＶＴＣ

Claims

エンジンにおける各気筒の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方のリフト量を変更する可変動弁機構と、
排気の一部を吸気通路へ環流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に介装され、ＥＧＲ通路のガス流量を制御するＥＧＲバルブと、
前記ＥＧＲ通路の吸気側端部より上流側の吸気通路に設けられ、該吸気通路を開閉する第１開閉手段と、
前記エンジンの燃焼を停止するエンジン停止指令後、前記第１開閉手段を閉じ、所定期間前記ＥＧＲバルブを開いた後、該ＥＧＲバルブを閉じ、前記第１開閉手段の下流側にＥＧＲガスを供給するＥＧＲ制御手段と、
前記所定期間の経過後、前記第１開閉手段の下流側に設けられた第２開閉手段を閉じて、前記第１開閉手段と下流側の第２開閉手段との間の閉空間にＥＧＲガスを保持するＥＧＲガス保持手段と、を含み、
前記ＥＧＲガス保持手段によるＥＧＲガスの保持中、エンジンの温度状態に応じて、ＥＧＲガスの保持を解除する
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
前記第１開閉手段は、スロットルバルブ又は吸気流制御弁であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記第２開閉手段は、
前記所定期間の経過後、前記可変動弁機構により最小リフト量に制御されることにより閉弁状態に維持される前記吸気バルブ又は排気バルブ
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの制御装置。
前記第２開閉手段は、前記ＥＧＲ通路の排気側端部よりも下流側の排気通路に設けられた排気シャッタであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの制御装置。
エンジンの排気通路に設けられた排気シャッタと、
エンジン停止指令による燃焼停止後、前記排気シャッタを閉じると共に、所定期間の経過後、吸気通路に設けられた第３開閉手段を閉じて、前記第３開閉手段と排気シャッタとの間の閉空間にＥＧＲガスを保持するＥＧＲガス保持手段と、を含み、
前記ＥＧＲガス保持手段によるＥＧＲガスの保持中、エンジンの温度状態に応じて、ＥＧＲガスの保持を解除する
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
前記第３開閉手段は、
スロットルバルブ、
吸気流制御弁、
又は、前記所定期間の経過後、可変動弁機構により最小リフト量に制御されることにより閉弁状態に維持される前記吸気バルブ、
のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの制御装置。
エンジンにおける各気筒の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更する第１可変動弁機構と、
前記各気筒の吸気バルブ及び排気バルブのリフト量を変更し、かつ、最小リフト量で吸気バルブ及び排気バルブを閉弁状態に維持することが可能な第２可変動弁機構と、
エンジン停止指令による燃焼停止後、前記第１可変動弁機構を介して、所定期間、吸気バルブ及び排気バルブ夫々のバルブタイミングに基づく内部ＥＧＲ量を所定量以上とするＥＧＲ制御手段と、
前記所定期間の経過後、前記第２可変動弁機構を介して、前記吸気バルブ及び排気バルブを閉じて、気筒内に内部ＥＧＲガスを保持するＥＧＲガス保持手段と、を含み、
前記ＥＧＲガス保持手段によるＥＧＲガスの保持中、エンジンの温度状態に応じて、ＥＧＲガスの保持を解除する
ことを特徴とするエンジンの制御装置。