JP6438508B2

JP6438508B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP6438508B2
Application number: JP2017036903A
Authority: JP
Inventors: 祥太戸邊
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: US10550763B2; CN108506093A; US20180245510A1; JP2018141428A; CN108506093B

Description

本発明は、吸気系のデポジットを洗浄するエンジン制御装置に関する。

エンジンの吸気ポートや吸気バルブには、燃料やエンジンオイル等の炭化物や酸化物であるデポジットが堆積する。このデポジットが吸気ポート等に多く堆積することは、エンジンの運転状態に影響を及ぼす要因であるため、吸気系からデポジットを除去することが求められている。そこで、所定の走行距離毎に燃料の噴射タイミングを変更することにより、燃焼室から吸気ポートに燃料を吹き返すようにした制御装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の制御装置においては、吸気系に対して燃料を積極的に付着させることにより、燃料によって吸気系のデポジットを洗浄している。

特開２００１−２８９０９７号公報

ところで、吸気系のデポジットを洗浄するため、燃料タンク内の燃料に混ぜて使用される洗浄液が開発されている。この洗浄液を含んだ燃料を吸気系に吹き返した場合には、吸気系のデポジットを除去することが可能であるが、洗浄液を含まない燃料を吸気系に吹き返した場合には、吸気系のデポジットを増加させてしまう要因となっていた。すなわち、ガソリン等の燃料もデポジットの生成源であることから、洗浄液を含まない燃料を吸気系に吹き返すことは、生成源を増やしてデポジットを増加させる要因であった。このため、吸気系のデポジットを増加させることが無いように、洗浄モードを適切に実行することが求められている。

本発明の目的は、洗浄モードを適切に実行することにある。

本発明のエンジン制御装置は、吸気系のデポジットを洗浄する洗浄モードを備え、燃焼室に燃料を噴射する直噴エンジンを制御するエンジン制御装置であって、燃料タンクからインジェクタまでの燃料系に設けられ、燃料に含まれる洗浄成分を検出する洗浄成分センサと、燃料に含まれる洗浄成分が閾値を上回る状態のもとで、前記燃焼室から吸気ポートに吹き返す混合気を増加させる前記洗浄モードを実行するモード制御部と、を有し、前記モード制御部は、燃料に含まれる洗浄成分が前記閾値を下回る場合に、前記洗浄モードの実行を禁止する。

本発明によれば、燃料に含まれる洗浄成分が閾値を上回る状態のもとで、燃焼室から吸気ポートに吹き返す混合気を増加させる洗浄モードが実行される。これにより、洗浄モードを実行する際には、洗浄成分を含んだ燃料を吹き返すことができ、洗浄モードを適切に実行することができる。

本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置が適用されるエンジンを示す概略図である。（ａ）は通常モードおよび洗浄モードにおける吸気バルブの作動状況を示す説明図であり、（ｂ）は通常モードおよび洗浄モードにおけるインジェクタの作動状況を示す説明図である。（ａ）は通常モードにおけるエンジンの作動状況を示す説明図であり、（ｂ）は洗浄モードにおけるエンジンの作動状況を示す説明図である。洗浄モードの実行手順の一例を示すフローチャートである。洗浄液濃度の推移と洗浄モードの許可との関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置１０が適用されるエンジン１１を示す概略図である。図１に示すように、エンジン１１は、ピストン１２が収容されるシリンダブロック１３と、シリンダブロック１３に搭載されるシリンダヘッド１４と、を有している。シリンダヘッド１４には、燃焼室１５に連通する吸気ポート１６が形成されており、燃焼室１５に連通する排気ポート１７が形成されている。また、シリンダヘッド１４には、吸気ポート１６を開閉する吸気バルブ１８が組み付けられており、排気ポート１７を開閉する排気バルブ１９が組み付けられている。さらに、シリンダヘッド１４には、吸気バルブ１８を駆動する吸気カム軸２０が設けられており、排気バルブ１９を駆動する排気カム軸２１が設けられている。このように、エンジン１１には、吸気ポート１６や吸気バルブ１８等からなる吸気系２２が設けられており、排気ポート１７や排気バルブ１９等からなる排気系２３が設けられている。なお、吸気ポート１６には吸気管２４が接続されており、排気ポート１７には排気管２５が接続されている。

エンジン１１は、吸気バルブ１８および排気バルブ１９の開閉タイミングを制御する可変動弁機構３０を有している。可変動弁機構３０は、吸気カム軸２０と吸気スプロケット３１との間に設けられる吸気アクチュエータ３２と、排気カム軸２１と排気スプロケット３３との間に設けられる排気アクチュエータ３４と、を有している。吸気アクチュエータ３２を駆動して吸気カム軸２０と吸気スプロケット３１とを相対的に回動させることにより、吸気バルブ１８の開閉タイミングを進角側や遅角側に制御することができる。同様に、排気アクチュエータ３４を駆動して排気カム軸２１と排気スプロケット３３とを相対的に回動させることにより、排気バルブ１９の開閉タイミングを進角側や遅角側に制御することができる。なお、吸気および排気アクチュエータ３２，３４としては、油圧アクチュエータであっても良く、電動アクチュエータであっても良い。

エンジン１１は、燃焼室１５に燃料を供給する燃料系４０を有している。燃料系４０は、ガソリン等の燃料を貯留する燃料タンク４１と、燃焼室１５に燃料を噴射するインジェクタ４２と、を有している。また、燃料系４０は、燃料タンク４１内に設けられる低圧ポンプ４３と、インジェクタ４２のデリバリーパイプ４４に接続される高圧ポンプ４５と、を有している。低圧ポンプ４３と高圧ポンプ４５とは燃料配管４６を介して互いに接続されており、燃料タンク４１内の燃料は低圧ポンプ４３および高圧ポンプ４５を経てインジェクタ４２に供給される。このように、図示するエンジン１１は、燃焼室１５に燃料を噴射する筒内噴射エンジンつまり直噴エンジンである。また、インジェクタ４２にはノズルを開閉する図示しないソレノイドバルブが組み込まれており、ソレノイドバルブを駆動することで燃料の噴射タイミングが制御される。なお、デリバリーパイプ４４には、レギュレータバルブ４７ａを備えた戻し配管４７が接続されており、燃料配管４６には、レギュレータバルブ４８ａを備えた分岐配管４８が接続されている。

［デポジットの洗浄］
図１に示すように、吸気系２２を構成する吸気ポート１６や吸気バルブ１８には、燃料やエンジンオイル等の炭化物や酸化物であるデポジットＤが堆積している。このデポジットＤを洗浄して吸気系２２から除去するため、ディーラーや整備工場等においては、矢印Ｘで示すように、定期的に燃料タンク４１には給油口４１ａからデポジット用の洗浄液Ｃが注入される。これにより、燃料タンク４１内の燃料Ｆに洗浄液Ｃを混ぜることができ、燃料Ｆと共に洗浄液Ｃをインジェクタ４２から噴射させることができるため、デポジットＤに洗浄液Ｃを浸透させて除去することができる。なお、洗浄液Ｃとしては、ポリイソブテンアミン（ＰＩＢＡ）、ポリエーテルアミン（ＰＥＡ）、界面活性剤（アニオン、カチオン、両性、ノニオン）、ジエチルグリコール、モノブチルエーテル、ポリオキシエチレン、ノニルフェニルエーテル等の洗浄成分を含む洗浄液が用いられる。

ところで、図示するエンジン１１は直噴エンジンであることから、吸気系２２のデポジットＤを効果的に除去するためには、燃焼室１５内に噴射された燃料を吸気ポート１６に導くことが重要である。つまり、燃焼室１５から吸気ポート１６に吹き返す混合気の量（以下、吹き返し量と記載する。）を増加させることにより、吸気系２２のデポジットＤに多くの洗浄液を付着させることが求められている。そこで、エンジン制御装置１０は、吹き返し量を増加させてデポジットＤを洗浄する洗浄モードを実行するため、マイコン等からなる制御ユニット５０を有している。モード制御部として機能する制御ユニット５０は、後述するように、各種センサからの検出信号に基づき洗浄モードの実行条件を判定し、実行条件の成立時には通常モードから洗浄モードに切り替えてエンジン１１を制御する。

制御ユニット５０に接続されるセンサとして、燃料タンク４１内の燃料に含まれる洗浄成分の濃度（洗浄液濃度）を検出する洗浄成分センサ５１、車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ５２、吸気管２４内の吸入空気圧力（吸気管圧力）を検出する吸気圧力センサ５３等がある。また、制御ユニット５０には、ディーラー等で使用される端末機器５４を接続するための入力ポート５５が設けられている。なお、後述するように、ディーラー等において燃料タンク４１に洗浄液が注入された場合には、燃料タンク４１に洗浄液を注入した状況であることが、端末機器５４を使用して制御ユニット５０に書き込まれる。

［通常モードおよび洗浄モード］
図２（ａ）は通常モードおよび洗浄モードにおける吸気バルブ１８の作動状況を示す説明図であり、図２（ｂ）は通常モードおよび洗浄モードにおけるインジェクタ４２の作動状況を示す説明図である。なお、図２（ａ）および（ｂ）には、吸気行程から圧縮行程に移行する状況が示されている。図２（ａ）および（ｂ）において、ＢＤＣはピストン１２の下死点を意味し、ＴＤＣはピストン１２の上死点を意味している。また、図３（ａ）は通常モードにおけるエンジン１１の作動状況を示す説明図であり、図３（ｂ）は洗浄モードにおけるエンジン１１の作動状況を示す説明図である。なお、図３（ａ）および（ｂ）には、吸気行程が終了する直前の状況が示されている。

図２（ａ）に示すように、通常モードが実行された場合には、吸気バルブ１８がタイミングＴａ１で閉じられるのに対し、洗浄モードが実行された場合には、吸気バルブ１８がＴａ１よりも遅いタイミングＴａ２で閉じられる。つまり、符号αで示すように、洗浄モードにおける吸気バルブ１８の閉じタイミングＴａ２は、通常モードにおける閉じタイミングＴａ１よりも遅れるように、制御ユニット５０および可変動弁機構３０によって制御されている。このように、洗浄モードを実行して吸気バルブ１８の閉じタイミングを遅らせた場合には、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、吸気行程の終盤において通常モードよりも吸気バルブ１８を大きく開くことができるため、洗浄モードでの吹き返し量を通常モードよりも増加させることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、通常モードが実行された場合には、インジェクタ４２による燃料噴射がタイミングＴｂ１で開始されるのに対し、洗浄モードが実行された場合には、インジェクタ４２による燃料噴射がＴｂ１よりも早いタイミングＴｂ２で開始される。つまり、符号βで示すように、洗浄モードにおける燃料噴射の開始タイミングＴｂ２は、通常モードにおける開始タイミングＴｂ１よりも早まるように、制御ユニット５０およびインジェクタ４２によって制御されている。このように、洗浄モードを実行して燃料噴射の開始タイミングを早めた場合には、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、吸気行程の終盤において通常モードよりも混合気を早く吸気ポート１６に到達させることができるため、洗浄モードでの吹き返し量を通常モードよりも増加させることができる。

このように、洗浄モードにおいては、吸気バルブ１８の閉じタイミングを遅らせたり、燃料噴射の開始タイミングを早めたりすることにより、吸気ポート１６に向かう混合気の吹き返し量を増加させることができ、燃焼室１５から吸気ポート１６に向かう燃料を増加させることができる。これにより、直噴エンジン１１であっても、洗浄液を吸気ポート１６や吸気バルブ１８に導くことができるため、吸気系２２のデポジットＤに多くの洗浄液を付着させることができ、効率良く吸気系２２からデポジットＤを洗浄して除去することができる。

［フローチャート］
前述した洗浄モードの実行手順をフローチャートに沿って説明する。図４は洗浄モードの実行手順の一例を示すフローチャートである。図４に示すように、ステップＳ１０では、洗浄液フラグがＯＮであるか否かが判定される。ここで、洗浄液フラグとは、端末機器５４を用いて制御ユニット５０に書き込まれるフラグであり、ディーラー等において燃料タンク４１に洗浄液を注入した際に書き込まれるフラグである。ステップＳ１０において、洗浄液フラグがＯＮであると判定された場合、つまり燃料タンク４１に洗浄液が注入されている場合には、ステップＳ１１に進み、車速、吸気管圧力および洗浄液濃度等の検出データが制御ユニット５０に読み込まれる。

ステップＳ１２では、洗浄モードの実行条件の１つとして、車速に基づき車両が加速中であるか否かが判定される。ステップＳ１２において、車両加速中であると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、洗浄モードの実行条件の１つとして、吸気管圧力が負圧であるか否かが判定される。前述したように、洗浄モードを実行することは、燃焼室１５から吸気ポート１６への吹き返し量を増加させることであり、エンジン１１の出力低下等を招く要因であった。このため、乗員に違和感を与えることが無いように、エンジン１１が安定駆動された状態のもとで、洗浄モードを実行するようにしている。

つまり、ステップＳ１２において車両加速中であると判定され、かつステップＳ１３において吸気管圧力が負圧であると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、洗浄モードを実行するために更なる実行条件が判定される。一方、ステップＳ１２において車両加速中ではないと判定された場合や、ステップＳ１３において吸気管圧力が正圧であると判定された場合には、ステップＳ１４に進むことなくステップＳ１１に戻り、車速、吸気管圧力および洗浄液濃度等の検出データが新たに読み込まれる。

ステップＳ１４では、洗浄モードの実行条件の１つとして、洗浄液濃度に基づき燃料タンク４１内に洗浄液が存在するか否かが判定される。洗浄液濃度が所定の閾値を上回る場合には、燃料タンク４１内に洗浄液が存在すると判定される一方、洗浄液濃度が所定の閾値を下回る場合には、燃料タンク４１内に洗浄液が存在しないと判定される。ステップＳ１４において、燃料タンク４１内に洗浄液が存在すると判定された場合には、ステップＳ１５に進み、吸気バルブ１８の閉じタイミングを遅らせ、かつ燃料噴射の開始タイミングを早めることにより、エンジン１１の制御モードが通常モードから洗浄モードに切り替えられる。これにより、燃焼室１５から吸気ポート１６への吹き返し量が増加するため、吸気系２２のデポジットを洗浄して除去することができる。

続いて、ステップＳ１６では、デポジットの洗浄完了条件が成立したか否かが判定される。ステップＳ１６において、洗浄完了条件が成立する場合とは、例えば、洗浄モード実行中の燃焼回数が所定値を上回る場合や、洗浄モード実行中の燃料噴射量が所定値を上回る場合である。ステップＳ１６において、洗浄完了条件が成立したと判定された場合には、ステップＳ１７に進み、洗浄液フラグがＯＦＦに書き換えられてルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１６において、洗浄完了条件が不成立であると判定された場合には、ステップＳ１１に戻り、車速、吸気管圧力および洗浄液濃度等の検出データが更新され、前述した各ステップに沿って洗浄モードの実行が継続される。

一方、ステップＳ１４において、燃料タンク４１内に洗浄液が存在しないと判定された場合には、ステップＳ１７に進み、洗浄液フラグがＯＦＦに書き換えられてルーチンを抜ける。つまり、燃料タンク４１内に洗浄液が存在しない場合には、洗浄液フラグがＯＮであったとしても、洗浄モードを実行せずに通常モードを維持したままルーチンを抜ける。このように、燃料タンク４１内に洗浄液が存在しない場合には、洗浄モードの実行が禁止されることから、洗浄液を含まない燃料だけが吸気系２２に吹き付けられることを防止することができる。これにより、吸気系２２に対する燃料の付着を抑制することができるため、吸気系２２におけるデポジットの堆積を抑制することができる。

ここで、図５は洗浄液濃度の推移と洗浄モードの許可との関係を示す説明図である。図５に示すように、燃料タンク４１内の燃料に洗浄液が注入されることにより、洗浄液濃度が閾値Ｚを上回る場合には（符号ａ１）、洗浄モードの実行が許可される（符号ｂ１）。その後、燃料タンク４１内に新たな燃料が補給されることにより、洗浄液濃度が閾値Ｚを下回る場合には（符号ａ２）、洗浄モードの実行が禁止される（符号ｂ２）。このように、燃料タンク４１内に洗浄液が存在している状態、つまり燃料に含まれる洗浄成分が閾値を上回る状態のもとで、洗浄モードの実行を許可するようにしたので、適切に洗浄モードを実行することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、吸気バルブ１８の閉じタイミングを遅らせ、かつ燃料噴射の開始タイミングを早めることにより、洗浄モードを実行しているが、これに限られることはない。例えば、吸気バルブ１８の閉じタイミングを遅らせるだけで洗浄モードを実行しても良く、燃料噴射の開始タイミングを早めるだけで洗浄モードを実行しても良い。また、図２（ｂ）に示した例では、通常モードと洗浄モードとにおいて、燃料噴射の停止タイミングを互いに一致させているが、これに限られることはなく、燃料噴射の停止タイミングを互いにずらしても良い。

図１に示した例では、洗浄成分センサ５１を燃料タンク４１内に設置しているが、これに限られることはなく、燃料系４０を構成するデリバリーパイプ４４や燃料配管４６等に洗浄成分センサ５１を設置しても良い。また、図５に示す例では、洗浄液の有無を判定する閾値Ｚとして、０よりも大きな値を設定しているが、これに限られることはなく、閾値Ｚを０に設定しても良い。また、洗浄成分センサ５１としては、洗浄液濃度を検出するセンサに限られることはなく、洗浄成分の有無を検出するセンサであっても良い。

前述の説明では、端末機器５４を用いて制御ユニット５０に洗浄液フラグを書き込んでいるが、これに限られることはなく、洗浄成分センサ５１の検出データに基づいて洗浄液フラグを設定しても良く、洗浄液フラグを用いることなく洗浄モードを実行しても良い。また、前述の説明では、洗浄モードの実行条件として、車両加速中であることや吸気管圧力が負圧であることを挙げているが、これに限られることはなく、エンジン回転数やエンジン出力等に基づいて洗浄モードを実行するか否かを判定しても良い。

１０エンジン制御装置
１１エンジン（直噴エンジン）
１５燃焼室
１６吸気ポート
１８吸気バルブ
２２吸気系
４０燃料系
４１燃料タンク
４２インジェクタ
５０制御ユニット（モード制御部）
５１洗浄成分センサ
Ｄデポジット
Ｆ燃料

Claims

吸気系のデポジットを洗浄する洗浄モードを備え、燃焼室に燃料を噴射する直噴エンジンを制御するエンジン制御装置であって、
燃料タンクからインジェクタまでの燃料系に設けられ、燃料に含まれる洗浄成分を検出する洗浄成分センサと、
燃料に含まれる洗浄成分が閾値を上回る状態のもとで、前記燃焼室から吸気ポートに吹き返す混合気を増加させる前記洗浄モードを実行するモード制御部と、
を有し、
前記モード制御部は、燃料に含まれる洗浄成分が前記閾値を下回る場合に、前記洗浄モードの実行を禁止する、
エンジン制御装置。
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記モード制御部は、吸気バルブの閉じタイミングを遅らせることで前記洗浄モードを実行する、
エンジン制御装置。
請求項１または２に記載のエンジン制御装置において、
前記モード制御部は、燃料噴射の開始タイミングを早めることで前記洗浄モードを実行する、
エンジン制御装置。