JP6888378B2 - エンジンシステム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンシステムに関し、特に、排気再循環装置を備えたエンジンシステムの制御に関する。

従来、エンジンから排出される排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置）が広く実用化されている。この種のＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムにおいて、吸気バルブ、スロットルバルブ、ＥＧＲバルブ等の各種バルブの開度を制御することで、ＥＧＲ通路内を掃気する技術が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０１０−７１１９３号公報

ところで、ＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムにおいては、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラに冷却されて露点温度（例えば、約５５℃）以下となると、ＥＧＲガス中の水蒸気が水となり、ＥＧＲ通路内に凝結水が発生する。発生した凝結水には硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）や硝酸（ＨＮＯ_３）等の酸性物質が含まれているため、凝結水がＥＧＲ通路内やＥＧＲクーラに付着・残存等することによりＥＧＲ通路内やＥＧＲクーラが腐食等するおそれがある。

本開示の技術は、ＥＧＲ装置を掃気して凝結水を効果的に除去することを目的とする。

本開示の技術は、エンジンの吸気バルブの開閉動作を任意の時期に休止可能な可変バルブタイミング機構と、前記エンジンの排気通路に設けられて排気により駆動するタービン及び、前記タービンに連結されると共に、前記エンジンの吸気通路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサを含む過給機と、前記排気通路から分岐して前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路に合流する排気再循環通路に、排気再循環ガスを冷却する排気再循環クーラ及び、排気再循環量を調整可能な排気再循環バルブが設けられた排気再循環装置と、前記エンジンが無負荷で車両が走行している無負荷走行状態を検出する無負荷走行状態検出手段と、前記無負荷走行状態が検出された場合に、前記吸気バルブ及び前記排気再循環バルブを閉弁させることで、前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路内に吸気を蓄圧させる蓄圧制御を実施する第１制御手段と、前記蓄圧制御の実施から所定の閾値時間が経過すると、前記吸気バルブを閉弁維持しつつ、前記排気再循環バルブを開弁させることで、蓄圧された吸気を前記排気再循環通路に開放させる開放制御を実施する第２制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記エンジンは複数の気筒を有する多気筒エンジンであり、前記エンジンの過給圧を取得する過給圧取得手段と、前記蓄圧制御の実施により前記過給圧が所定の上限閾値に達すると、前記吸気バルブのうち少なくとも一部の気筒の吸気バルブを開弁させて過給圧を低下させる第３制御手段と、をさらに備えることが好ましい。

さらに、前記排気再循環クーラに供給される冷却水温度を取得する冷却水温度取得手段をさらに備え、前記第１制御手段は、前記冷却水温度が排気再循環ガスの露点温度以下の場合に前記蓄圧制御を実施することが好ましい。

本開示の技術によれば、ＥＧＲ装置を掃気して凝結水を効果的に除去することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る電子制御ユニットの機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るＥＧＲ掃気制御処理を説明するフローチャートである。 本発明の他実施形態に係るＥＧＲ掃気制御処理を説明するフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンシステムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称およ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。

[エンジン吸排気系]
図１に示すように、車両に搭載されたエンジン１０のシリンダヘッド１１には、吸気ポート１１Ａ、排気ポート１１Ｂ、吸気バルブ１２、排気バルブ１４、インジェクタ１６等が設けられている。また、吸気ポート１１Ａには吸気マニホールド１３が接続され、排気ポート１１Ｂには排気マニホールド１５が接続されている。シリンダヘッド１１の下部には、シリンダブロックＣＢが設けられ、シリンダブロックＣＢのシリンダボア内にはピストンＰが往復移動自在に収容されている。また、ピストンＰには、コンロッドを介してクランクシャフトＣＳが連結されている。なお、図示の関係上、図１にはエンジン１０の複数気筒のうち１気筒のみを示し、他の気筒については図示を省略している。

吸気マニホールド１３には吸気を導入する吸気通路２０が接続され、排気マニホールド１５には排気を大気に放出する排気通路２１が接続されている。吸気通路２０には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２２、吸入空気流量センサ（以下、ＭＡＦセンサ）９３、過給機３０のコンプレッサ３２、インタークーラ２３、ブースト圧センサ９４等が設けられている。排気通路２１には、排気上流側から順に、過給機３０のタービン３１、排気後処理装置２４等が設けられている。

過給機３０は、排気により駆動するタービン３１と、タービン３１と回転軸で連結されて吸気を圧送するコンプレッサ３２とを備える所謂コンベンショナルタイプの過給機である。

高圧ＥＧＲ装置４０は、タービン３１よりも上流側の排気通路２１とコンプレッサ３２よりも下流側の吸気通路２０とを接続する高圧ＥＧＲ通路４１と、高圧ＥＧＲガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ４２と、高圧ＥＧＲ量を調整可能な高圧ＥＧＲバルブ４３とを備えている。高圧ＥＧＲバルブ４３は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００から入力される指示信号に応じて制御される。

本実施形態のエンジン１０は、吸気バルブ１２の開閉動作を任意の時期に休止（閉弁状態に維持）可能な可変バルブタイミング機構５０を備えている。可変バルブタイミング機構５０としては、例えば、主カム（不図示）と零リフトカムである副カム（不図示）とを選択的に切り替え可能なカム切替式バルブ休止機構や、ピンの挿抜によりカムの回転力伝達をロッカーアーム（不図示）から選択的に切り離し可能なピン挿抜式バルブ休止機構等の機械式バルブタイミング機構、或は電磁ソレノイドの電磁力により吸気バルブ１２を直接的に開閉動作させる電磁駆動式バルブタイミング機構を用いることができる。可変バルブタイミング機構５０は、ＥＣＵ１００から入力される指示信号に応じて制御される。

エンジン回転数センサ９０は、エンジン１０のクランクシャフトＣＳからエンジン回転数Ｎｅを取得する。アクセル開度センサ９１は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量からエンジン１０の燃料噴射量Ｑを取得する。車速センサ９２は、図示しないプロペラシャフト又は変速機の出力シャフトから車両の車速Ｖを取得する。ＭＡＦセンサ９３は、エアクリーナ２２から吸気通路２０に導入される吸入空気流量ｑを取得する。ブースト圧センサ９４は、コンプレッサ３２により圧送される吸気の圧力（以下、ブースト圧Ｐ）を取得する。これら各種センサ類９０〜９４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

[制御部]
次に、図２に基づいて、本実施形態のＥＣＵ１００の詳細について説明する。ＥＣＵ１００は、エンジン１０等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。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ１００には、各種センサ類９０〜９４のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ１００は、無負荷走行状態検出部１１０と、吸気蓄圧制御部１２０と、蓄圧吸気開放制御部１３０と、過給圧調整制御部１４０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

無負荷走行状態検出部１１０は、エンジン回転数センサ９０から入力されるエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度センサ９１から入力される燃料噴射量Ｑ、車速センサ９２から入力される車速Ｖ等に基づいて、減速走行時や下り坂走行時・シフトアップ時等におけるエンジン１０が無負荷（燃料供給停止）で車両が走行している運転状態（以下、「無負荷走行状態」）を検出する。「無負荷走行状態」にあるか否かは、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づく要求駆動力に応じて検出すればよい。減速走行時における「無負荷走行状態」については、要求駆動力が負の場合に検出され、下り坂走行時における「無負荷走行状態」については、要求駆動力が一定であり、かつ、車速Ｖが増加している場合に検出される。また、シフトアップ時における「無負荷走行状態」については、図示しないシフトポジションセンサのセンサ値、或は車両が自動変速機を搭載していれば該自動変速機の変速制御に用いられるシフトアップマップに基づいて検出される。

吸気蓄圧制御部１２０は、本発明の第１制御手段の一例であって、無負荷走行状態検出部１１０により「無負荷走行状態」が検出されると、全気筒の吸気バルブ１２の開閉動作を休止させて閉弁状態に維持させると共に、高圧ＥＧＲバルブ４３を全閉状態に維持させることで、コンプレッサ３２と吸気ポート１１Ａとの間の吸気系に吸気を蓄圧させる「吸気蓄圧制御」を実施する。車両の減速走行等にエンジン１０が燃料噴射をカット（停止）する所謂モータリング状態になると、車両駆動系からクランクシャフトＣＳに動力が伝達されてピストンＰを往復運動させ、さらに、排気バルブ１４が開閉動作することで、過給機３０の駆動は維持される。この状態で、全気筒の吸気バルブ１２を閉弁状態、且つ、高圧ＥＧＲバルブ４３を全閉状態にする「吸気蓄圧制御」を実施すると、コンプレッサ３２により圧送される吸気がエンジン１０の燃焼室及び高圧ＥＧＲ通路４１の何れにも流入することができずに、コンプレッサ３２と吸気ポート１１Ａとの間に蓄圧された状態で保持されるようになる。

以下、本実施形態の「吸気蓄圧制御」の詳細につき、電磁駆動式バルブタイミング機構を用いた場合、カム切替式バルブ休止機構を用いた場合及び、ピン挿抜式バルブ休止機構を用いた場合についてそれぞれ説明する。

電磁駆動式バルブタイミング機構の場合には、吸気蓄圧制御部１２０は、全気筒の吸気バルブ１２を全閉動作させる指示信号を可変バルブタイミング機構５０に出力するとともに、全閉指示信号を高圧ＥＧＲバルブ４３に出力する。また、カム切替式バルブ休止機構の場合には、吸気蓄圧制御部１２０は、カムを主カムから零リフトカムである副カムに切り替えさせる指示信号を可変バルブタイミング機構５０に出力するとともに、全閉指示信号を高圧ＥＧＲバルブ４３に出力する。さらに、ピン挿抜式バルブ休止機構の場合には、吸気蓄圧制御部１２０は、ピンの抜去によりカムの回転力伝達をロッカーアームから切り離させる指示信号を可変バルブタイミング機構５０に出力するとともに、全閉指示信号を高圧ＥＧＲバルブ４３に出力する。

蓄圧吸気開放制御部１３０は、本発明の第２制御手段の一例であって、吸気蓄圧制御部１２０により「吸気蓄圧制御」が実施されると、全気筒の吸気バルブ１２を閉弁状態に維持しつつ、高圧ＥＧＲバルブ４３を開弁させることで、コンプレッサ３２と吸気ポート１１Ａとの間の吸気系に蓄圧された吸気（以下、蓄圧吸気）を開放する「蓄圧吸気開放制御」を実施する。より具体的には、「蓄圧吸気開放制御」は、ＥＣＵ１００内蔵のタイマにより、「吸気蓄圧制御」が実施されてからの時間を計時し、所定の閾値時間（例えば、数秒）が経過すると、高圧ＥＧＲバルブ４３に開弁指示信号（好ましくは、全開指示）を出力することで行われる。このように、コンプレッサ３２と吸気ポート１１Ａとの間の吸気系に蓄圧吸気が保持された状態で高圧ＥＧＲバルブ４３のみを開弁させると、蓄圧吸気が高圧ＥＧＲ通路４１に勢いよく流入する。蓄圧吸気が高圧ＥＧＲ通路４１（高圧ＥＧＲクーラ４２を含む）を逆流すると、高圧ＥＧＲ装置４０が掃気され、高圧ＥＧＲ通路４１内及び高圧ＥＧＲクーラ４２に発生した凝結水が排気通路２１側に戻されるようになっている。なお、「吸気蓄圧制御」の実施により即時に吸気が蓄圧される場合には、所定の閾値時間の経過を経ずに、即時に「蓄圧吸気開放制御」を実施してもよい。

過給圧調整制御部１４０は、本発明の第３制御手段の一例であって、吸気蓄圧制御部１２０により「吸気蓄圧制御」が実施されると、ブースト圧センサ９４から入力されるブースト圧Ｐに基づいて、可変バルブタイミング機構５０の作動を制御して、休止されている全気筒の吸気バルブ１２のうち、少なくとも一部の気筒の吸気バルブ１２を開弁させることで、吸気通路２０内の過給圧を調整する「過給圧調整制御」を実施する。一部の気筒の吸気バルブ１２が開弁すると、コンプレッサ３２と吸気ポート１１Ａとの間の吸気系に保持された蓄圧吸気が、吸気側からエンジン１０を通って排気側に流出するため、ブースト圧Ｐが上限閾値より低下し、過給圧の上昇が抑止されることとなる。なお、「過給圧調整制御」の実施により吸気バルブ１２を開弁する気筒数や気筒番号（位置）については特に限定されず、任意の気筒数や気筒番号であってよい。

以下、本実施形態の「過給圧調整制御」の詳細につき、電磁駆動式バルブタイミング機構を用いた場合、カム切替式バルブ休止機構を用いた場合及び、ピン挿抜式バルブ休止機構を用いた場合についてそれぞれ説明する。

電磁駆動式バルブタイミング機構の場合には、過給圧調整制御部１４０は、ブースト圧Ｐが、過給機３０がサージ領域に入るおそれのある所定の上限閾値以上となると、ブースト圧Ｐが上限閾値より低下させるように、一部の気筒の吸気バルブ１２を開弁動作させる指示信号を可変バルブタイミング機構５０に出力する。また、カム切替式バルブ休止機構の場合には、過給圧調整制御部１４０は、カムを零リフトカムである副カムから主カムに切り替えさせる指示信号を可変バルブタイミング機構５０に出力する。ピン挿抜式バルブ休止機構の場合には、過給圧調整制御部１４０は、ピンの挿入によりカムの回転力をロッカーアームに伝達させる指示信号を可変バルブタイミング機構５０に出力する。

次に、図３のフローチャートに基づいて、本実施形態に係るＥＧＲ掃気制御処理について説明する。

ステップＳ１００では、エンジン回転数センサ９０、アクセル開度センサ９１、車速センサ９２等のセンサ値に基づいて、「無負荷走行状態」が検出されたか否かが判定される。「無負荷走行状態」が検出されれば（肯定）、本制御はステップＳ１１０に進む。一方、否定の場合、すなわち、「無負荷走行状態」が検出されなければ、本制御はリターンされる。

ステップＳ１１０では、全気筒の吸気バルブ１２の開閉動作を休止させて閉弁状態に維持させると共に、高圧ＥＧＲバルブ４３を全閉状態に維持させることで、コンプレッサ３２と吸気ポート１１Ａとの間の吸気系に吸気を蓄圧させる「吸気蓄圧制御」が実施される。

ステップＳ１２０では、ブースト圧センサ９４のセンサ値に基づいて、ブースト圧Ｐが上限閾値以上であるか否かが判定される。上限閾値以上であれば（肯定）、本制御はステップＳ１３０に進む。一方、否定の場合、すなわち、上限閾値より低ければ、本制御はステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１３０では、休止されている全気筒の吸気バルブ１２のうち、少なくとも一部の気筒の吸気バルブ１２を開弁させることで、吸気通路２０内の過給圧を調整する「過給圧調整制御」が実施される。

ステップＳ１４０では、所定の閾値時間が経過したか否かが判定される。所定の閾値時間が経過すれば（肯定）、本制御はステップＳ１５０に進む。一方、否定の場合、すなわち、所定の閾値時間が経過していなければ、本制御はステップＳ１２０に戻される。

ステップＳ１５０では、全気筒の吸気バルブ１２を閉弁状態に維持しつつ、高圧ＥＧＲバルブ４３を開弁させることで、コンプレッサ３２と吸気ポート１１Ａとの間の吸気系に蓄圧された蓄圧吸気を開放する「蓄圧吸気開放制御」が実施される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、吸気バルブ１２の開閉動作を任意の時期に休止可能な可変バルブタイミング機構５０と、タービン３１及びコンプレッサ３２を含む過給機３０とを備えており、「無負荷走行荷状態」が検出されると、全気筒の吸気バルブ１２の開閉動作を休止させて閉弁状態に維持させると共に、高圧ＥＧＲバルブ４３を全閉状態に維持させ、所定の閾値時間経過後に、全気筒の吸気バルブ１２を閉弁状態に維持しつつ、高圧ＥＧＲバルブ４３を開弁させる。これにより、コンプレッサ３２と吸気ポート１１Ａとの間の吸気系に保持された蓄圧吸気が吸気側から高圧ＥＧＲ通路４１に勢いよく流入して高圧ＥＧＲ通路４１（高圧ＥＧＲクーラ４２を含む）を逆流することで、高圧ＥＧＲ装置４０が掃気される。したがって、高圧ＥＧＲ通路４１内及び高圧ＥＧＲクーラ４２に発生した凝結水が高温の排気通路２１側に戻されることとなり、高圧ＥＧＲ通路４１内及び高圧ＥＧＲクーラ４２に発生した凝結水を効果的に除去することができる。

また、ブースト圧Ｐが上限閾値以上となる場合に、休止されている全気筒の吸気バルブ１２のうち、少なくとも一部の気筒の吸気バルブ１２を開弁させる。これにより、ブースト圧Ｐが上限閾値以上となる場合に過給圧の上昇が抑止されるため、過給機３０がサージ領域に入りサージ状態となるのを未然に防止することができる。

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。

例えば、図４に示すように、図３のステップＳ１００の処理の前にエンジン冷却水の温度を判定するステップＳ９０の処理を実施してもよい。この場合は、エンジン冷却水回路から高圧ＥＧＲクーラ４２に供給されるエンジン冷却水の冷却水温度を取得する冷却水温度センサのセンサ値に基づき、該センサ値が露点温度（例えば、約５５℃）以下の場合のみステップＳ１００〜Ｓ１５０の処理を実施するようにすればよい。これにより、凝結水が発生する温度領域においてのみ「吸気蓄圧制御」及び「蓄圧吸気開放制御」が実施されるため、制御処理の簡素化を図ることができる。

また、「蓄圧吸気開放制御」は、「吸気蓄圧制御」が実施されてから所定の閾値時間が経過した場合に実施されるものに限定されず、「吸気蓄圧制御」が実施された後にブースト圧Ｐが所定の閾値以上となった場合に実施されてもよい。

さらに、過給機は、コンベンショナルタイプの過給機に限定されず、可変翼を有する可変容量型過給機であってもよい。

１０ エンジン
１２ 吸気バルブ
２０ 吸気通路
２１ 排気通路
３０ 過給機
３１ タービン
３２ コンプレッサ
４０ 高圧ＥＧＲ装置
４１ 高圧ＥＧＲ通路
４２ 高圧ＥＧＲクーラ
４３ 高圧ＥＧＲバルブ
５０ 可変バルブタイミング機構
９４ ブースト圧センサ（過給圧取得手段）
１００ ＥＣＵ
１１０ 無負荷走行状態検出部
１２０ 吸気蓄圧制御部（第１制御手段）
１３０ 蓄圧吸気開放制御部（第２制御手段）
１４０ 過給圧調整制御部（第３制御手段）

Claims (2)

1. エンジンの吸気バルブの開閉動作を任意の時期に休止可能な可変バルブタイミング機構と、
   前記エンジンの排気通路に設けられて排気により駆動するタービン及び、前記タービンに連結されると共に、前記エンジンの吸気通路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサを含む過給機と、
   前記排気通路から分岐して前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路に合流する排気再循環通路に、排気再循環ガスを冷却する排気再循環クーラ及び、排気再循環量を調整可能な排気再循環バルブが設けられた排気再循環装置と、
   前記エンジンが無負荷で車両が走行している無負荷走行状態を検出する無負荷走行状態検出手段と、
   前記無負荷走行状態が検出された場合に、前記吸気バルブ及び前記排気再循環バルブを閉弁させることで、前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路内に吸気を蓄圧させる蓄圧制御を実施する第１制御手段と、
   前記蓄圧制御の実施から所定の閾値時間が経過すると、前記吸気バルブを閉弁維持しつつ、前記排気再循環バルブを開弁させることで、蓄圧された吸気を前記排気再循環通路に開放させる開放制御を実施する第２制御手段と、を備え、
   前記エンジンは複数の気筒を有する多気筒エンジンであり、
   前記エンジンの過給圧を取得する過給圧取得手段と、
   前記蓄圧制御の実施により前記過給圧が所定の上限閾値に達すると、前記吸気バルブのうち少なくとも一部の気筒の吸気バルブを開弁させて過給圧を低下させる第３制御手段と、をさらに備える
   ことを特徴とするエンジンシステム。
2. 前記排気再循環クーラに供給される冷却水温度を取得する冷却水温度取得手段をさらに備え、
   前記第１制御手段は、前記冷却水温度が排気再循環ガスの露点温度以下の場合に前記蓄圧制御を実施する
   請求項１に記載のエンジンシステム。

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