JP6132092B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

ターボチャージャ等の過給機による過給圧を調整するウエストゲートバルブを備えるエンジンの制御装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止し、所定の再始動条件が成立したときに自動停止中のエンジンを再始動するアイドルストップ制御を実行する制御装置が実用化されている。

また一般的に、ターボチャージャ等の過給機を備えたエンジンには、過給圧を調整するためのウエストゲートバルブが設けられている。このウエストゲートバルブの開閉により過給圧の過度の上昇を抑制し、過給圧の安定性を図ると共に、エンジンや過給機自体の破損を抑制している。

そして、過給機を備えたエンジンにおいては、アイドルストップ制御を実行する際に、ウエストゲートバルブの開閉を制御することで、エンジンを停止・再始動の迅速化を図るようにした技術が知られている。例えば、アイドルストップ制御におけるエンジンの自動停止中にウエストゲートバルブを全開とすることで、筒内の掃気性を高め、エンジン停止後の再始動性の向上を図ったものがある。また例えば、アイドルストップ制御におけるエンジンの自動停止中にエンジンの運転再始動要求があった場合に、自立復帰可能か否かに基づいてウエストゲートバルブの開閉を制御するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第ＷＯ２０１２／１３７３４５号パンフレット

ところで、アイドルストップ制御によるエンジン停止中は、例えば、ブレーキ解放操作等による運転者の発進意志に応じてエンジンが再始動される他、運転者の発進意志が確認されない状態でも、例えば、電気負荷が所定値以上となった等の所定条件が成立した場合には、エンジンが強制的に再始動される。

このようなエンジンの再始動時には、運転者等の乗員に対して振動や車両の押し出し感を与えてしまう虞がある。具体的には、エンジン再始動時には、クランキングにより直にエンジンを始動させる必要がある。エンジン停止時はスロットルバルブを閉じていたとしても吸気マニホールド内は徐々に大気圧になる。このため、エンジン再始動直後は、筒内の空気量が多くエンジントルクが大きくなり、それに伴って、振動や車両の押し出し感に繋がる虞がある。

特に、運転者の発進意志に拘わらずに実行されるエンジンの強制再始動時には、運転者等の乗員が、振動や車両の押し出し感をより強く感じてしまう虞がある。またアイドルストップ制御以外によるエンジン停止中であっても、エンジンを再始動させる場合には同様の問題が生じる虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、エンジン再始動時の振動や車両の押し出し感を抑制することが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。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、過給機のタービンをバイパスさせる排気バイパス通路を開閉する電動式のウエストゲートバルブを有するエンジンの制御装置であって、所定の再始動条件が成立したときにエンジンを再始動させる再始動手段と、エンジンの運転状態に応じて前記ウエストゲートバルブの開閉動作を制御する開閉制御手段と、を備え、前記開閉制御手段は、前記再始動条件が成立すると前記ウエストゲートバルブを閉弁させ、前記再始動手段は、前記開閉制御手段によって前記ウエストゲートバルブが閉弁状態とされた後に、前記エンジンの再始動を開始することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンの制御装置において、前記再始動条件には、運転者による発進操作に基づく通常再始動条件と、運転者の発進操作に基づかない強制再始動条件と、が含まれ、前記開閉制御手段は、前記通常再始動条件が成立したときには前記ウエストゲートバルブを閉弁状態とせず、前記強制再始動条件が成立すると前記ウエストゲートバルブを閉弁状態とし、前記再始動手段は、前記開閉制御手段によって前記ウエストゲートバルブが閉弁状態とされた後に、前記エンジンの強制再始動を開始することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンの制御装置において、前記開閉制御手段は、前記再始動手段による前記エンジンの再始動が完了すると、前記ウエストゲートバルブを開弁させることを特徴とするエンジンの制御装置にある。

本発明の第４の態様は、第１から３の何れか一つの態様のエンジンの制御装置において、前記再始動手段が、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、前記再始動条件が成立したときに自動停止中のエンジンを再始動させるアイドルストップ制御手段であることを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる本発明によれば、エンジンを再始動させる際に、ウエストゲートバルブを閉弁状態としているため、ターボチャージャのタービンの駆動負荷が発生して、エンジン再始動時のエンジントルクが抑えられる。したがって、エンジン再始動時に運転者等の乗員が感じる振動や車両の押し出し感を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置を備えるエンジンの概略図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るウエストゲートバルブの制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

まずは本発明の一実施形態に係るエンジン１０の全体構成について説明する。図１に示すように、エンジン１０を構成するエンジン本体１１は、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを有し、シリンダブロック１３内には、ピストン１４が収容されている。ピストン１４は、コンロッド１５を介してクランクシャフト１６に接続されている。このピストン１４とシリンダヘッド１２及びシリンダブロック１３とで燃焼室１７が形成されている。

シリンダヘッド１２には吸気ポート１８が形成され、吸気ポート１８には吸気マニホールド１９を含む吸気管（吸気路）２０が接続されている。吸気管２０には、吸気圧を検出する吸気圧センサ（ＭＡＰセンサ）２１及び吸気の温度を検出する吸気温センサ２２が設けられている。また吸気ポート１８内には吸気弁２３が設けられ、この吸気弁２３によって吸気ポート１８が開閉されるようになっている。すなわち吸気弁２３は、エンジン回転に応じて回転する吸気カムシャフト２４の吸気カム２４ａに倣って作動して燃焼室１７と吸気ポート１８との連通・遮断を行うように構成されている。さらにシリンダヘッド１２には排気ポート２５が形成され、排気ポート２５内には、排気マニホールド２６を含む排気管（排気路）２７が接続されている。排気ポート２５には排気弁２８が設けられており、排気弁２８は、吸気ポート１８における吸気弁２３と同様に、排気カムシャフト２９の排気カム２９ａに倣って作動して燃焼室１７と排気ポート２５との連通・遮断を行うように構成されている。

またエンジン本体１１には、各気筒の燃焼室１７内に燃料を噴射する燃料噴射弁３０が設けられている。図示は省略するが、燃料噴射弁３０には高圧燃料分配配管から燃料が供給される。高圧燃料分配配管には燃料タンク内の低圧燃料ポンプから供給された燃料が高圧燃料ポンプにて所定圧まで加圧された状態で供給される。さらにシリンダヘッド１２には気筒毎に点火プラグ３１が取り付けられている。

また吸気管２０及び排気管２７の途中には、過給機であるターボチャージャ３２が設けられている。ターボチャージャ３２は、タービン３２ａと、コンプレッサ３２ｂとを有し、これらタービン３２ａとコンプレッサ３２ｂとはタービン軸３２ｃによって連結されている。ターボチャージャ３２内に排気ガスが流れ込むと、排気ガスの流れによってタービン３２ａが回転し、このタービン３２ａの回転に伴ってコンプレッサ３２ｂが回転する。そしてコンプレッサ３２ｂの回転によって加圧された空気（吸気）が、吸気管２０に送り出されて、各吸気ポート１８に供給される。

このターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ｂの下流側の吸気管２０には、インタークーラ３３が設けられ、インタークーラ３３の下流側にはスロットルバルブ３４が設けられている。またターボチャージャ３２を挟んだ排気管２７の上流側と下流側とは排気バイパス通路３５によって接続されている。つまり排気バイパス通路３５は、ターボチャージャ３２のタービン３２ａをバイパスさせる通路である。そして、この排気バイパス通路３５には、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３６が設けられている。ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３６は、弁体３６ａと弁体３６ａを駆動させる電動のアクチュエータ３６ｂとを備えており、弁体３６ａの開度によって排気バイパス通路３５を流れる排ガス量を調整できるようになっている。つまりウエストゲートバルブ３６は、その開度を調整することで、ターボチャージャ３２の過給圧を調整できるように構成されている。

またターボチャージャ３２を挟んだ吸気管２０の上流側と下流側とは吸気バイパス通路３７によって接続されている。つまり、吸気バイパス通路３７は、ターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ｂをパイパスさせる通路である。この吸気バイパス通路３７には、吸気バイパス通路３７を開閉する吸気バイパスバルブ３８が設けられている。吸気バイパスバルブ３８の構成は、特に限定されないが、本実施形態では、ウエストゲートバルブ３６と同様に、弁体とアクチュエータとを備えた構成となっている。

ターボチャージャ３２のタービン３２ａの下流側の排気管２７には、排ガス浄化用触媒である三元触媒３９が介装されている。三元触媒３９の出口側には、触媒通過後の排ガスのＯ_２濃度を検出するＯ_２センサ４０が設けられており、三元触媒３９の入口側には、触媒通過前の排ガスの空燃比（排気空燃比）を検出するリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）４１が設けられている。

またエンジン１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０を備えており、ＥＣＵ５０には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。そして、このＥＣＵ５０が、各種センサ類からの情報に基づいて、エンジン１０の総合的な制御を行っている。本実施形態に係るエンジンの制御装置は、このようなＥＣＵ５０によって構成され、以下に説明するように、エンジン１０（エンジン本体１１）の運転状態に応じてウエストゲートバルブ３６の開閉動作（開度）を制御する。

本発明に係るエンジンの制御装置は、例えば、アイドルストップ制御時におけるウエストゲートバルブ３６の開閉動作の制御に特徴を有するものであり、図２に示すように、ＥＣＵ５０は、運転状態検出手段５１と、アイドルストップ制御手段（再始動手段）５２と、ウエストゲートバルブの開閉制御手段５３とを備えている。

運転状態検出手段５１は、例えば、スロットルポジションセンサ５４、クランク角センサ５５等の各種センサ類からの情報に基づいてエンジン１０の運転状態を検出する。例えば、各種センサ類からの情報に基づいて、エンジン１０の回転数及び負荷を取得し、所定のマップを参照等することにより、エンジン１０の運転領域（運転状態）を特定する。

アイドルストップ制御手段５２は、運転状態検出手段５１の検出結果等に基づいてアイドルストップ制御を実行する。すなわちアイドルストップ制御手段５２は、所定のアイドルストップ条件（自動停止条件）が成立したときにエンジン１０を自動停止させ、所定の再始動条件が成立したときに自動停止中のエンジン１０を再始動させる。例えば、本実施形態では、アイドルストップ制御手段５２は、燃料噴射弁３０を制御し、アイドルストップ条件が成立すると燃焼室１７内への燃料供給を停止させ、再始動条件が成立すると燃焼室１７内への燃料供給を再開させると共にクランキングを開始する。

ここで、エンジン１０の再始動条件には、通常再始動条件と強制再始動条件とが含まれている。通常再始動条件とは、例えば、運転者によるブレーキ解放操作等の発進操作に基づいて成立する再始動条件である。また強制再始動条件とは、運転者による発進操作に拘わらず成立する再始動条件であり、例えば、アイドルストップ中に車両から要求される電気負荷が所定値以上となった場合や図示しないバッテリーのＳＯＣが所定値以下になった場合等、エンジンを強制的に始動させる必要がある場合に成立する。なおアイドルストップ制御によるエンジン停止状態で、通常再始動条件又は強制再始動条件が成立した場合にエンジンを再始動させること自体は既存の技術であるため、再始動条件の具体例等の説明は省略する。

開閉制御手段５３は、運転状態検出手段５１の検出結果に応じて、ウエストゲートバルブ３６の開閉動作を制御する。エンジン１０が回転している状態では、開閉制御手段５３は、運転状態検出手段５１によって検出されたエンジン１０の運転状態に応じて、ウエストゲートバルブ３６の開閉動作を適宜制御する。具体的には、アイドルストップ条件が成立していない通常運転時には、開閉制御手段５３は、運転状態検出手段５１によって検出されたエンジン１０の運転状態に応じて、ウエストゲートバルブ３６の開閉動作を適宜制御する。またアイドルストップ条件が成立した場合、つまりアイドルストップ制御手段５２によってアイドルストップ制御が実行される際には、開閉制御手段５３は、燃料噴射弁３０の作動状態に応じてウエストゲートバルブ３６の開閉動作を制御する。

例えば、本実施形態では、開閉制御手段５３は、アイドルストップ制御手段５２によって燃料噴射弁３０からの燃料供給が停止されてから所定期間経過後に、ウエストゲートバルブ３６が閉弁状態となるように、ウエストゲートバルブ３６の開閉状態を制御する。その後エンジン１０が完全に停止すると、開閉制御手段５３は、アイドルストップを実施している間は、アクチュエータ３６ｂへの通電を停止させる。ウエストゲートバルブ３６が閉弁状態を維持するためにアクチュエータ３６ｂは電力を消費しており、この電力消費を抑制しなければ、前述のバッテリーのＳＯＣが所定値を下回ったり、電気負荷が所定値を上回ったりすることで、エンジンが強制始動され、エンジン停止期間が減少し燃費の悪化を招くからである。なお、アクチュエータ３６ｂへの通電を停止させている間は、弁体３６ａに対し閉弁方向の力が作用していない状態となり完全な閉弁状態が維持されていない。また、例えばアクチュエータ３６ｂとして、内部などに弁体３６ａが開弁方向へ保持されるよう付勢する付勢手段（例えばコイルバネ）が備えられて作動時に付勢手段の反力に打ち勝ってウエストゲートバルブ３６を閉弁方向へ制御する開弁側へのリターン機構を有するものを用いた場合は、アクチュエータ３６ｂに通電しない状態でも、ウエストゲートバルブ３６は開弁状態に維持される。

そして、アイドルストップ制御が実行されてエンジン１０が停止している状態では、開閉制御手段５３は、再始動条件が成立した場合に、ウエストゲートバルブ３６の開閉動作を制御する。本実施形態では、開閉制御手段５３は、アイドルストップ制御手段５２によって上述した強制再始動条件が成立したと判定されると、アイドルストップ制御手段５２によるエンジン１０の始動再開に先立って、電動のアクチュエータ３６ｂに通電させて、ウエストゲートバルブ３６を、前述のウエストゲートバルブ３６に閉弁方向の力が作用していない状態または開弁状態から、閉弁状態とする。またこの状態でアイドルストップ制御手段５２によるエンジン１０の再始動が完了すると、開閉制御手段５３は、ウエストゲートバルブ３６を開弁させる。なおエンジン１０の再始動の完了の判定方法は特に限定されないが、例えば、エンジン回転数と負荷とで決まる運転領域（運転状態）等から判断すればよい。

このように、強制再始動条件が成立した際にウエストゲートバルブ３６を閉弁状態とすることで、エンジン１０の再始動時における振動や車両の押し出し感を抑制することができる。すなわち、ウエストゲートバルブ３６を閉弁させた状態でエンジン１０を再始動させると、ターボチャージャ３２のタービン３２ａの駆動負荷が発生することで排気ポート２５内の圧力が高くなり、排ガスの排気抵抗が大きくなることによってエンジントルクが減じられ、それに伴って振動や車両の押し出し感が抑制される。強制再始動条件が成立した際のエンジン再始動時には、乗員が振動や車両の押し出し感を特に強く感じやすいが、ウエストゲートバルブ３６が閉弁状態となっていることで、それらを効果的に抑制することができる。

特に、多気筒エンジンではウエストゲートバルブ３６が閉弁状態となっていることで、次気筒の排気弁２８が開弁した直後に勢いよく噴出する排気圧力が前気筒の排気工程後半の排気流出経路を塞ぐ排気干渉が発生する。この際に、前気筒に残留する内部ＥＧＲ量が増大し、前述の前気筒が次回燃焼する際に、内部ＥＧＲの影響で燃焼を緩慢にすることができる。これによってエンジンのトルクが減じられ、振動や車両の押し出し感が抑制される。

エンジン再始動後、開閉制御手段５３は、ウエストゲートバルブ３６を開弁させることで、排気ポート２５、排気マニホールド２６、排気管２７内の圧力を低下させ、排気のポンプ仕事を低減させることで燃費を向上させることができる。

なお通常再始動条件が成立した場合には、運転者によるアクセル操作が行われることでエンジン回転数が増加するため、ウエストゲートバルブ３６の開閉状態に拘わらず、運転者が振動や車両の押し出し感を意識することは少ない。このため、少なくとも強制再始動条件が成立した場合に開閉制御手段５３がウエストゲートバルブ３６の開閉状態を制御することで、乗員が受ける振動や車両の押し出し感を抑制することができるが、勿論、通常再始動条件が成立した場合にも、上述のようにウエストゲートバルブ３６の開閉状態を制御するようにしてもよい。

また、例えば、通常再始動条件でもアクセル踏み込み量が大きいときは本制御を使用し、ドライバーのアクセル踏み込み量が大きく、加速要求が強い場合、エンジン再始動条件成立時に、ウエストゲートバルブ３６を開弁とし、排気干渉を減らすことでエンジン始動時のトルクを高め、エンジン始動後はウエストゲートバルブ３６を閉弁して過給圧を高めるようにしてもよい。

次に、図３のフローチャートを参照してアイドルストップ制御時のウエストゲートバルブの開閉動作の制御の一例について説明する。

図３に示すように、アイドルストップ制御によりエンジン１０が停止されると（ステップＳ１）、アイドルストップ制御手段（再始動手段）５２は、運転状態検出手段５１の検出結果に基づいてエンジン１０の再始動条件が成立したか否かを適宜判定する（ステップＳ２）。ここでエンジン１０の再始動条件が成立していないと判定された場合には（ステップＳ２：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻り、エンジン停止状態が維持される。一方、エンジン１０の再始動条件が成立したと判定されると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進み、成立した再始動条件が強制再始動条件であるか否か、つまり強制再始動条件であるか通常再始動条件であるかをさらに判定する（ステップＳ３）。

ここで、強制再始動条件が成立していると判定された場合には（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進み、開閉制御手段５３がウエストゲートバルブ３６を閉弁状態とする。本実施形態では開弁状態であるウエストゲートバルブ３６を閉弁させる。なお、ウエストゲートバルブ３６が既に閉弁状態であれば、その状態を維持する。その後、アイドルストップ制御手段５２が、エンジン１０を再始動させ（ステップＳ５）、エンジン１０の再始動が完了すると、開閉制御手段５３がウエストゲートバルブ３６を再び開弁させて、一連の制御が終了する。またステップＳ３で成立した再始動条件が強制再始動条件ではないと判定された場合、つまり通常再始動条件であると判定された場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ５に進み、ウエストゲートバルブ３６を閉弁させることなく、エンジン１０を再始動させる。

このように、本実施形態に係るエンジンの制御装置では、アイドルストップ制御等によりエンジンが停止している際、エンジンの強制再始動に先立ってウエストゲートバルブ３６を閉弁させるようにした。これにより、再始動時に乗員が感じる振動や車両の押し出し感を効果的に抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

上述の実施形態では、アイドルストップ制御におけるエンジン再始動を一例として、本発明を説明したが、本発明は、アイドルストップ制御に拘わらず、停止しているエンジンを始動させる際にも適用することができる。

また上述の実施形態では、燃焼室内（筒内）に燃料を噴射する直噴型のエンジンを例示したが、本願発明は、例えば、吸気管内に燃料を噴射する吸気管噴射型のエンジン等、他のタイプのエンジンにも適用することができる。また上述の実施形態では、エンジンのみを例示したが、本願発明は、例えば、電気モータを備えるハイブリッド車両のエンジンにも、勿論、適用することができる。

１０ エンジン
１１ エンジン本体
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
１４ ピストン
１５ コンロッド
１６ クランクシャフト
１７ 燃焼室
１８ 吸気ポート
１９ 吸気マニホールド
２０ 吸気管
２１ 吸気圧センサ
２２ 吸気温センサ
２３ 吸気弁
２４ 吸気カムシャフト
２４ａ 吸気カム
２５ 排気ポート
２６ 排気マニホールド
２７ 排気管
２８ 排気弁
２９ 排気カムシャフト
２９ａ 排気カム
３０ 燃料噴射弁
３１ 点火プラグ
３２ ターボチャージャ（過給機）
３２ａ タービン
３２ｂ コンプレッサ
３２ｃ タービン軸
３３ インタークーラ
３４ スロットルバルブ
３５ 排気バイパス通路
３６ ウエストゲートバルブ
３７ 吸気バイパス通路
３８ 吸気バイパスバルブ
３９ 三元触媒
４０ Ｏ_２センサ
４１ ＬＡＦＳ
５０ ＥＣＵ
５４ スロットルポジションセンサ
５５ クランク角センサ

Claims (4)

1. 過給機のタービンをバイパスさせる排気バイパス通路を開閉する電動式のウエストゲートバルブを有するエンジンの制御装置であって、
   所定の再始動条件が成立したときにエンジンを再始動させる再始動手段と、
   エンジンの運転状態に応じて前記ウエストゲートバルブの開閉動作を制御する開閉制御手段と、を備え、
   前記開閉制御手段は、前記再始動条件が成立すると前記ウエストゲートバルブを閉弁させ、
   前記再始動手段は、前記開閉制御手段によって前記ウエストゲートバルブが閉弁状態とされた後に、前記エンジンの再始動を開始することを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記再始動条件には、運転者による発進操作に基づく通常再始動条件と、運転者の発進操作に基づかない強制再始動条件と、が含まれ、
   前記開閉制御手段は、前記通常再始動条件が成立したときには前記ウエストゲートバルブを閉弁状態とせず、前記強制再始動条件が成立すると前記ウエストゲートバルブを閉弁状態とし、
   前記再始動手段は、前記開閉制御手段によって前記ウエストゲートバルブが閉弁状態とされた後に、前記エンジンの強制再始動を開始することを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記開閉制御手段は、前記再始動手段による前記エンジンの再始動が完了すると、前記
   ウエストゲートバルブを開弁させることを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記再始動手段が、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、前記再始動条件が成立したときに自動停止中のエンジンを再始動させるアイドルストップ制御手段であることを特徴とするエンジンの制御装置。

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