特許 5728926 エンジン制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5728926

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】エンジン制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 13/06 20060101AFI20150514BHJP

【ＦＩ】

   F02D13/06 D

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2010-280876(P2010-280876)

(22)【出願日】2010年12月16日

(65)【公開番号】特開2012-127296(P2012-127296A)

(43)【公開日】2012年7月5日

【審査請求日】2013年11月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】橘川 功

【審査官】 本庄 亮太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２９３４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１６０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２０１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７８３８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １３／００−２８／００

Ｆ０２Ｄ ４１／００−４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変動弁機構と前記可変動弁機構の制御をアクチュエータを介して実行するＥＣＵとを備えたエンジンの制御装置において、
複数の気筒のうち一部は燃料噴射を行い、前記一部の気筒が吸気行程の下死点近傍にあるとき圧縮行程の上死点近傍にある他の一部は燃料噴射を休止させる減気筒運転制御部と、
非休止気筒の吸気行程中、かつ、休止気筒の圧縮行程中の上死点近傍で、前記休止気筒の吸気弁を開弁させて前記非休止気筒の吸気温度を上昇させる吸気昇温制御部とを備え、
前記ＥＣＵは、前記非休止気筒の圧縮行程中、かつ、前記休止気筒の燃料噴射が休止されている燃焼行程中に、前記休止気筒の排気弁を開弁させることを特徴とするエンジン制御装置。

【請求項2】

前記減気筒運転制御部及び前記吸気昇温制御部は、大気温度があらかじめ設定された閾値より低いときに前記減気筒運転制御及び吸気昇温制御を実行することを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。

【請求項3】

前記減気筒運転制御部及び前記吸気昇温制御部は、エンジン始動時に前記減気筒運転制御及び吸気昇温制御を実行することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン制御装置。

【請求項4】

前記減気筒運転制御部及び前記吸気昇温制御部は、エンジン暖気運転時に前記減気筒運転制御及び吸気昇温制御を実行することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のエンジン制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置に係り、低温雰囲気での着火を確実にするエンジン制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジンは、吸気を圧縮して温度が高まったところで燃料を噴射をして着火させる。大気温度が低い低温雰囲気では、吸気される空気の温度が低くなるため、筒内の吸気を圧縮しても温度が十分に上がらず、着火が難しいことがある。これによって失火が起きたり、着火時期が遅れて不完全燃焼になると、未燃燃料が排出され、白煙の原因となる。

【0003】

また、低温ではバッテリ内部の化学反応が起きにくいため、低温雰囲気でのエンジン始動時に、セルモータの負荷電流によって電圧降下が顕著となり、セルモータの回転が上がらず始動が困難になる。

【0004】

さらに、低温雰囲気では、エンジン始動に成功しても暖気が十分になるまでは、吸気温度が低く着火が困難であるため、エンジンが振動してしまうことがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−２７８３８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

エンジンには、燃焼条件となるいくつかの要因がある。各々の要因について低温雰囲気でのエンジン始動、すなわち低温始動に適した条件と、常温雰囲気において継続される運転、すなわち常温運転に適した条件とを比較する。

【0007】

図１０に示されるように、燃料噴射圧は、低温始動では３５ＭＰａが適しているのに対し、常温運転では２５〜１００ＭＰａが適している。吸気による筒内渦は、低温始動では弱いほうが適しているのに対し、常温運転では強いほうが適している。燃料噴射のパターンも低温始動に適したパターンと常温運転に適したパターンは異なる。圧縮比は、低温始動では着火しやすい高温が得られる２０以上が適しているのに対し、常温運転では排気ガスが比較的清浄となる１５〜１８が適している。

【0008】

このように、低温始動と常温運転とでは適した条件が大きく異なる。このため、低温始動と常温運転を同じキャリブレーション（設定した燃焼条件）で運転するのは好ましくなく、それぞれ適した条件を設定したいところである。

【0009】

燃料噴射圧については、コモンレール内の燃料圧力で決まる。コモンレール内の燃料圧力は電子制御できる。噴射パターンについては、燃料噴射時期やマルチ噴射における噴射量の分割を行うのであるから、当然、電子制御できる。これに対し、筒内渦と圧縮比は、エンジンの構造に依存するので、固定のキャリブレーションとするしかない。例えば、筒内渦に関しては、吸気ポートの内面形状が、吸気行程で筒内に渦を発生させやすく圧縮行程でも渦が残りやすい形状に形成される。この渦により、噴射された燃料が小さい粒になると共に、空気とよく混ざる。しかし、低温始動と常温運転では燃焼に適する筒内渦の強さが異なるのである。

【0010】

このように、筒内渦や圧縮比などのエンジンの構造に依存する要因については、従来は低温始動の好適条件を優先してエンジンを製造している。なぜなら、常温運転の好適条件で製造されたエンジンを車両に搭載すると、寒冷地等において低温始動時に燃焼条件が不利となり不具合が起きやすいからである。しかしながら、低温始動の条件を有利にするために、圧倒的に長時間となる常温運転において燃焼条件が不利となるのは好ましくない。

【0011】

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低温雰囲気での着火を確実にするエンジン制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するために本発明は、可変動弁機構を備えたエンジンの制御装置において、複数の気筒のうち一部は燃料噴射を行い他の一部は燃料噴射を休止させる減気筒運転制御部と、非休止気筒の吸気行程中、かつ、休止気筒の圧縮行程中に、前記休止気筒の吸気弁を開弁させて前記非休止気筒の吸気温度を上昇させる吸気昇温制御部とを備えたものである。

【0013】

前記減気筒運転制御部及び前記吸気昇温制御部は、大気温度があらかじめ設定された閾値より低いときに前記減気筒運転制御及び吸気昇温制御を実行してもよい。

【0014】

前記減気筒運転制御部及び前記吸気昇温制御部は、エンジン始動時に前記減気筒運転制御及び吸気昇温制御を実行してもよい。

【0015】

前記減気筒運転制御部及び前記吸気昇温制御部は、エンジン暖気運転時に前記減気筒運転制御及び吸気昇温制御を実行してもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

【0017】

（１）低温雰囲気での着火を確実にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態を示すエンジン制御装置の主要部構成図である。

【図2】本発明のエンジン制御装置の動作切り替え手順を示すフローチャートである。

【図3】本発明における各気筒の行程ごとの動作を示す図である。

【図4】本発明における各気筒の行程ごとの動作を示す図である。

【図5】本発明における各気筒の行程ごとの動作を示す図である。

【図6】本発明における各気筒の行程ごとの動作を示す図である。

【図7】図３から図６に示した＃１気筒におけるＰＶ線図である。

【図8】図３から図６に示した＃２気筒におけるＰＶ線図である。

【図9】エンジン始動の実験データを示すグラフである。

【図10】エンジン各部についての燃焼条件を示すイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

【0020】

図１に示されるように、本発明に係るエンジン制御装置１は、可変動弁機構２を備えたエンジン３に適用される。エンジン制御装置１は、複数の気筒のうち一部は燃料噴射を行い他の一部は燃料噴射を休止させる減気筒運転制御部４と、非休止気筒の吸気行程中、かつ、休止気筒の圧縮行程中に、休止気筒の吸気弁を開弁させて非休止気筒の吸気温度を上昇させる吸気昇温制御部５とを備える。

【0021】

可変動弁機構２は、クランクシャフトと連動するカムによって開閉駆動される吸排気弁にアクチュエータを付加することにより、カムのタイミングに加えて電子制御によりカムとは別途のタイミングで吸排気弁を所望のリフト量で開閉駆動できるように構成されたものである。可変動弁機構２を利用したエンジン３の制御としては、圧縮上死点近傍で排気弁を開弁させて負の仕事を得る圧縮開放ブレーキが知られているが、本発明はこれとは異なり、圧縮行程中に吸気弁を開弁させて空気を吸気マニホールドに放出させる。

【0022】

減気筒運転制御部４は、例えば、４気筒エンジンにおいて、２つの気筒は燃料噴射を行い、残りの２つの気筒は燃料噴射を休止させて２気筒運転を行うようになっている。

【0023】

吸気昇温制御部５は、休止気筒の圧縮行程中、例えば、圧縮上死点の近傍にて、吸気弁がピストンに衝突しないリフト量、例えば、２〜３ｍｍで休止気筒の吸気弁を開弁させるようになっている。

【0024】

減気筒運転制御部４及び吸気昇温制御部５は、電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）が実行するソフトウェアで実現される。

【0025】

図２に示されるように、エンジン制御装置１は、大気温度があらかじめ設定された閾値より低いかどうか判定するステップＳ１と、エンジン始動時かどうか判定するステップＳ２と、エンジン暖気運転時かどうか判定するステップＳ３とを有し、大気温度があらかじめ設定された閾値より低いとき、すなわち低温雰囲気では、エンジン始動時あるいはエンジン暖気運転時に、減気筒運転制御及び吸気昇温制御を実行するようになっている。ここで、エンジン始動時とは、スタータスイッチがオンになってから完爆（図９に関する記載参照）までをいう。エンジン暖気運転時とは、完爆からエンジン温度（冷却水温）があらかじめ設定された閾値に達するまでをいう。

【0026】

以下、本発明のエンジン制御装置１の動作を説明する。

【0027】

図３に示されるように、４気筒エンジンの各気筒に＃１〜＃４の符号を与える。＃１気筒に対し＃２気筒はエンジンサイクルが１／４位相進んでいるとする。減気筒運転制御及び吸気昇温制御が実行され、＃１気筒は燃料噴射が行われる非休止気筒、＃２気筒は燃料噴射が休止される休止気筒となっている。

【0028】

図３では、＃１気筒は、吸気行程であるため、カム駆動の通りに排気弁が閉鎖、吸気弁が開放となり、吸気マニホールドから筒内へ空気が吸入される。＃２気筒は圧縮行程であるため、カム駆動では排気弁も吸気弁も閉鎖であるが、電子制御により圧縮上死点の近傍で微小リフト量だけ吸気弁が開放される。これにより、＃２気筒で圧縮されて３００〜４００℃の高温となった空気が吸気マニホールドに噴出し、吸気マニホールド内の吸気温度が、例えば、２００℃に急上昇する。この高温吸気が＃１気筒に吸入されるため、＃１気筒内の吸気温度が急上昇する。

【0029】

図４に示されるように、＃１気筒は、カム駆動の通りに排気弁も吸気弁も閉鎖され、圧縮行程が開始される。＃２気筒は、本来は燃焼行程であるが、燃料噴射が休止されていると共に、カム駆動では排気弁も吸気弁も閉鎖のところ、ポンピングロスを防ぐ目的で、電子制御により微小リフト量だけ排気弁が開放される。よって、＃２気筒には排気マニホールドから排気ガスが導入される。

【0030】

図５に示されるように、＃１気筒は、カム駆動の通りに排気弁も吸気弁も閉鎖され、燃焼行程に移行する。＃１気筒は、吸気行程で既に吸気温度が高まっているため、圧縮行程の終盤に吸気温度が十分に高くなる。これにより、燃料噴射したとき、確実に着火する。＃２気筒は、排気行程となっており、カム駆動の通りに排気弁が開放、吸気弁が閉鎖となる。これにより、前行程で＃２気筒に導入された排気ガスが排出される。

【0031】

図６に示されるように、＃１気筒は、カム駆動の通りに排気弁が開放、吸気弁が閉鎖され、排気行程となる。＃２気筒は、カム駆動の通りに排気弁が閉鎖、吸気弁が開放され、吸気行程となる。

【0032】

図７に示した＃１気筒の筒内容積と筒内圧力の軌跡は、＃１気筒が非休止気筒であるから、一般的に知られているエンジンサイクルにおける軌跡そのものである。すなわち、圧縮行程では筒内容積の縮小に反比例して筒内圧力が高まり、燃焼行程では筒内容積の拡大に伴い圧縮行程よりも高い筒内圧力で推移し、排気行程では低い筒内圧力を保って筒内容積が縮小し、吸気行程ではさらに低い筒内圧力を保って筒内容積が拡大する。

【0033】

図８に示した＃２気筒の筒内容積と筒内圧力の軌跡は、＃２気筒を休止気筒とする減気筒運転制御及び吸気昇温制御が実行されているため、図７のものとは大きく異なる。すなわち、圧縮行程では、＃１気筒と同様に筒内容積の縮小に反比例して筒内圧力が高まるが、圧縮上死点に至るより前に吸気弁が開放されるため、筒内圧力は急低下する。燃焼なしの膨張行程では低い筒内圧力を保って筒内容積が拡大し、排気行程では膨張行程よりもやや高い筒内圧力で筒内容積が縮小し、吸気行程では再び低い筒内圧力となり筒内容積が拡大する。

【0034】

次に、本発明のエンジン制御装置１による作用効果を説明する。

【0035】

エンジン始動時におけるエンジン回転の変動を観測することにより、着火が始まる様子が推定できる。図９は、横軸に時間、縦軸にエンジン回転速度をとり、２つの測定手段によるエンジン回転速度を示したものである。実線のグラフは、クランクシャフトと連動するセンサ歯車を電磁ピックアップで検出し、その信号の周波数からＥＣＵがエンジン回転速度を求めたもの（タコメータ信号）、すなわちＥＣＵが認識しているエンジン回転速度である。破線のグラフは、非車載の回転測定器をクランクシャフトに実験的に取り付けて測定したもの（測定器出力）である。

【0036】

図示のように、スタータスイッチがオンになると、スタータモータによってエンジンが強制的に回転される。このとき、破線で示されるように、回転速度はピストンの動きに応じて変動する。すなわち、回転速度は、いったん上昇するが、いずれかの気筒が圧縮行程に入ると抵抗が大きくなるため落ち込む。スタータオンから初爆までの、何エンジンサイクルの間、これが繰り返される。一方、タコメータ信号は、低回転では値が読めないときがある。初爆とは、数エンジンサイクルに１回の着火がある状態をいう。

【0037】

初爆後には、筒内温度が上昇し始めるため、着火が容易になり始め、エンジン回転速度が上昇し始め、やがて完爆となる。完爆とは、毎エンジンサイクルで着火する状態、すなわちエンジン始動が成功した状態をいう。

【0038】

図９のような振る舞いをするエンジン３に対し、スタータオンと同時に減気筒運転制御及び吸気昇温制御が実行されることになる。減気筒運転制御では、燃料噴射のない休止気筒があることで着火が起きる機会が減るが、着火が起きた気筒は温度が上昇して次エンジンサイクルにおける着火の期待が高くなる。気筒数が減る影響より、筒内温度が上昇する影響が大きいので、容易に完爆に至る。これに加え、吸気昇温制御により、休止気筒から非休止気筒に高温空気が供給されて吸気温度が上昇するので、いっそう着火が促進され、完爆が確実となる。

【0039】

完爆（エンジン始動成功）になったら、減気筒運転制御及び吸気昇温制御を停止して全気筒稼動に戻してもよい。実際には、完爆になったこと自体は検出困難であるため、エンジン回転速度があらかじめ設定した始動時目標回転速度に達したら完爆と判定するとよい。

【0040】

あるいは、完爆後も減気筒運転制御及び吸気昇温制御を継続してもよい。非休止気筒では筒内温度が上昇して暖気が促進される。これにより、白煙防止や燃費向上の効果が得られる。

【0041】

以上説明したように、本発明のエンジン制御装置１によれば、低温始動に際し、減気筒運転制御及び吸気昇温制御を実行するので、非休止気筒での着火が確実となり、低温始動が容易となる。したがって、筒内渦や圧縮比などの燃焼条件の要因について従来のように低温始動の好適条件を優先することなく、常温運転の好適条件でエンジンを製造しても、低温始動が確実となり、圧倒的に長時間となる常温運転において燃焼条件が有利となるため、低燃費、排気ガス清浄化に貢献することができる。

【0042】

本発明のエンジン制御装置１によれば、電子制御による排気弁、吸気弁のリフト量が非常に小さいので、可変動弁機構２には比較的構造が簡単なものが採用でき、可変動弁機構２に関するコストを抑えることができる。また、既に圧縮開放ブレーキ等のために可変動弁機構２を搭載している車両に対しては、ＥＣＵのプログラム変更のみで本発明を実現することができる。

【0043】

本実施形態では、本発明をディーゼルエンジンに適用したが、筒内昇温の効果はガソリンエンジンでも期待できるので、本発明はディーゼルエンジンのみならず、ガソリンエンジンにも適用することができる。

【符号の説明】

【0044】

１ エンジン制御装置
２ 可変動弁機構
３ エンジン
４ 減気筒運転制御部
５ 吸気昇温制御部

【図1】

【図2】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】