JP6427993B2 - 内燃機関の始動補助装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の始動補助装置に関し、特に、低温始動時の始動補助に関する。
圧縮着火式の内燃機関であるディーゼルエンジンにおいては、低圧縮比化を図ることによって、最高筒内圧の低減や排ガス中の有害物質であるＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制することが可能である。一方、低圧縮比化に伴い圧縮端温度が下がるため、特に低温始動時は燃焼室内に噴射した燃料が着火しにくくなり、始動性を悪化させる課題がある。低温環境下においては、吸入空気やエンジン自体の温度が低いこと、さらに低圧縮比化によって燃焼室内が圧縮行程で十分に昇温できないことが始動性悪化の要因と考えられる。
このような始動性の悪化を改善する技術として、例えば特許文献１には、冷間始動時に電動過給機を駆動させて燃焼室内の温度を上昇させることで、燃料の着火性を向上させることが開示されている。
ところで、外気温度が氷点下（例えば、−２０℃以下等）となる極寒環境下では、電動過給機による過給のみでは燃焼室を十分に昇温することができず、確実な始動を担保できない可能性がある。また、近年、グロープラグの高温化によって着火性の向上が図られているが、低温環境下においては、バッテリの内部抵抗が大きくなり、グロープラグに十分な電力を供給することができず、始動を確実に成功できない可能性もある。
本発明の目的は、低温環境下においても始動性を効果的に向上することができる内燃機関の始動補助装置を提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明のセンサ出力値推定装置は、圧縮着火式内燃機関の燃焼室に吸気を導入する吸気通路と、前記燃焼室から排気を導出する排気通路と、前記排気通路から分岐して前記吸気通路に合流する排気再循環通路と、前記排気再循環通路に設けられて排気再循環量を調整可能な第１バルブと、前記排気再循環通路との分岐部よりも下流側の前記排気通路に設けられて排気流量を調整可能な第２バルブと、前記排気再循環通路との合流部よりも上流側の前記吸気通路に設けられて吸気流量を調整可能な第３バルブと、前記内燃機関の排気バルブの開閉時期を任意に調整可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の始動時に、前記第１バルブの開度を大きくし、前記第２及び第３バルブの開度を小さくし、且つ前記可変動弁機構により前記排気バルブの開弁開始時期を進角させる制御部とを備える。
また、前記制御部は、前記内燃機関の始動時に、前記第１バルブの開度を全開にすることが好ましい。
また、前記制御部は、前記内燃機関の始動時に、前記第２及び第３バルブの開度を全閉にすることが好ましい。
本発明の内燃機関の始動補助装置によれば、低温環境下においても始動性を効果的に向上することができる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の始動補助装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１は、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンとう）１０の吸排気系の一例を示す概略構成図である。図１中において、符号ＣＢはシリンダブロック、符号ＣＨはシリンダヘッド、符号ＩＪはインジェクタ、符号ＩＶは吸気バルブ、符号ＥＶは排気バルブをそれぞれ示している。
吸気マニホールド１０Ａには、燃焼室内に吸気を導入する吸気通路１１が接続されている。この吸気通路１１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１３、吸気絞り弁１４、過給機のコンプレッサ１５Ａ、インタークーラ１６等が設けられている。吸気絞り弁１４は、本発明の第３バルブの一例として好ましい。
排気マニホールド１０Ｂには、燃焼室内から排気を導出する排気通路１２が接続されている。この排気通路１２には、排気上流側から順に、過給機のタービン１５Ｂ、排気シャッタ１７等が設けられている。排気シャッタ１７は、本発明の第２バルブの一例として好ましい。
排気再循環装置２０は、排気ガスの一部を吸気通路１１に環流するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲバルブ２３とを備えている。ＥＧＲバルブ２３は、本発明の第１バルブの一例として好ましい。
本実施形態のエンジン１０は、排気バルブＥＶの開閉時期を任意の時期に設定可能な可変バルブタイミング機構３０を備えている。可変バルブタイミング機構３０としては、例えば、排気バルブＥＶの開閉時期を油圧調整によって連続的に可変にする公知のベーン式可変バルブタイミング機構を用いることができる。なお、可変バルブタイミング機構３０はベーン式に限定されず、他の公知の可変動弁機構を用いてもよい。
冷却水温センサ３１は、図示しない冷却水循環路を流れる冷却水の温度を検出する。エンジン回転センサ３２は、図示しないクランク軸の回転数（エンジン回転数）を検出する。外気温センサ３３は、外気温度を検出する。これら各種センサ３１〜３３で検出されるセンサ値は、電気的に接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）４０に送信される。
ＥＣＵ４０は、エンジン１０の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、ＥＣＵ４０は、低温始動時にエンジン１０の始動を補助する始動補助制御を実行する。具体的には、冷却水温センサ３１（又は、外気温センサ３３）のセンサ値が所定の低温状態を示す場合に、スタータモータ（不図示）によるクランキングと同時に、ＥＧＲバルブ２３を全開、排気シャッタ１７及び吸気絞り弁１４を全閉に制御する。これにより、圧縮行程で昇温された燃焼室内の未燃ガスが排気行程で排気通路１２に排出され、さらにＥＧＲ通路２１から吸気通路１１を介して吸気行程で燃焼室内に再度導入される排気再循環が行われる。
ただし、この排気再循環のみでは、圧縮行程で昇温された未燃ガスが膨張行程で降温されるため、インジェクタＩＪから燃焼室内に燃料を噴射しても着火しない可能性がある。そこで、ＥＣＵ４０は、図２に示すように、可変バルブタイミング機構３０に排気バルブＥＶの開弁時期を通常時よりも圧縮上死点ＴＤＣ側（例えば、膨張行程の中間位置）に進角させる指示信号を送信する。これにより、圧縮行程で昇温された未燃ガスは、膨張行程で温度が下がりきる前に排気通路１２に排出されると共に、ＥＧＲ通路２１から吸気通路１１を介して燃焼室内に再度導入されるようになる。その結果、燃焼室の昇温が効果的に促進されて、エンジン１０の始動を確実に成功させることが可能になる。
なお、排気バルブＥＶの進角量は固定値に限定されず、例えば、外気温センサ３３又は冷却水温センサ３１のセンサ値に応じて、これらセンサ値が低くなるほど進角量を大きくするように構成してもよい。
次に、図３に基づいて、本実施形態に係る始動補助装置による制御フローを説明する。なお。本制御は、図示しないエンジンスイッチがイグニッションオン位置に操作されるとスタートする。
ステップＳ１０では、冷却水温センサ３１（又は、外気温センサ３３）のセンサ値に基づいて冷間始動時であるか否かが判定される。冷間始動時であれば（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ２０に進む。一方、冷間始動時でない場合（Ｎｏ）は、通常の始動制御、すなわち、スタータオンに応じて図示しないスタータモータによりクランキングを行うと共に、インジェクタＩＪから燃料噴射を開始する通常制御に移行する。
ステップＳ２０では、エンジンスイッチがスタータオン位置に操作されたか否かが判定される。スタータオン（Ｙｅｓ）であれば、ステップＳ３０に進みスタータモータによるクランキングが開始される。
ステップＳ４０では、ＥＧＲバルブ２３が全開、排気シャッタ１７及び吸気絞り弁１４が全閉にされ、さらに、ステップＳ５０では、排気バルブＥＶの開弁時期が通常時よりも圧縮上死点側に進角される。これらステップＳ３０〜５０は同時に行われる。燃焼室内の温度が燃料着火温度まで上昇すると、本制御はステップＳ６０に進みインジェクタＩＪによる燃料噴射を開始して、その後リターンされる。
次に、本実施形態に係る始動補助装置の作用効果を説明する。
本実施形態の始動補助装置は、低温始動時にＥＧＲバルブ２３を全開、排気シャッタ１７及び吸気絞り弁１４を全閉にすると共に、排気バルブＥＶの開弁時期を通常時よりも進角させる。すなわち、圧縮行程で昇温された未燃ガスを膨張行程で温度が低下するよりも前に排気通路１２に排出し、ＥＧＲ通路２１から吸気通路１１を介して燃焼室内に再度導入することで、高温状態のガスを燃焼室に連続的に供給するように構成されている。したがって、本実施形態の始動補助装置によれば、低温環境下においても燃焼室の昇温が効果的に促進されることになり、エンジン１０の始動を確実に行うことが可能になる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
１０ ディーゼルエンジン
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
１４ 吸気絞り弁（第３バルブ）
１７ 排気シャッタ（第２バルブ）
２１ ＥＧＲ通路
２３ ＥＧＲバルブ（第１バルブ）
３０ 可変バルブタイミング機構
４０ ＥＣＵ
１１ 吸気通路
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Claims (1)
- 圧縮着火式内燃機関の燃焼室に吸気を導入する吸気通路と、
前記燃焼室から排気を導出する排気通路と、
前記排気通路から分岐して前記吸気通路に合流する排気再循環通路と、
前記排気再循環通路に設けられて排気再循環量を調整可能な第１バルブと、
前記排気再循環通路との分岐部よりも下流側の前記排気通路に設けられて排気流量を調整可能な第２バルブと、
前記排気再循環通路との合流部よりも上流側の前記吸気通路に設けられて吸気流量を調整可能な第３バルブと、
前記内燃機関の排気バルブの開閉時期を任意に調整可能な可変動弁機構と、
外気温度を検出するセンサと、
前記内燃機関の始動時に、前記第１バルブの開度を大きくし、前記第２及び第３バルブの開度を小さくし、且つ前記可変動弁機構により前記排気バルブの開弁開始時期を進角させると共に膨張行程上死点より後であって膨張行程下死点より前の時期に設定し、前記センサの値が低くなるほど前記排気バルブの開弁開始時期の進角量を大きくする制御部と、を備える内燃機関の始動補助装置。
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