JP2014227954A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドルストップ制御中にエンジンを良好に再始動させることができると共に、燃費の向上を図ることができるエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】アイドルストップ制御が実行され、所定の自動停止条件が成立してエンジンを自動停止させる際、燃料噴射弁からの燃料供給が停止されてから所定期間経過後であり且つエンジンが停止する前に、ウエストゲートバルブを閉弁状態とする。
【選択図】図３

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、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が実行されるのは、一般的に過給機の過給圧は低い状態でありウエストゲートバルブは開弁されている。一方で、アイドリングストップ制御が実行されてエンジンが自動停止する直前はスロットルバルブで吸気が絞られているため、吸気マニホールド内は負圧となりやすい。このため、アイドリングストップ制御中、前記負圧によって排気管から排ガス（既燃ガス）が逆流して筒内（燃焼室内）には排ガスが残りやすい。すなわち、エンジンの再始動時に燃焼室内の酸素不足が起こりやすい。

例えば、吸気バルブと排気バルブの開閉タイミングにバルブオーバーラップが設定された状態で、このような状況が特に起こりやすい。具体的には、吸気行程の上死点付近でエンジンが停止すると、排気ポートから燃焼室を通じて吸気マニホールド内に排ガスが逆流する虞がある。このため、次回始動時に吸気内の酸素が不足し、迅速な再始動ができない虞がある。

なお、バルブオーバーラップは仕様上設定されていない場合でも、バルブクリアランスの経時変化等によるばらつきで、このような状況が起こる場合もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、アイドルストップ制御中にエンジンを良好に再始動させることができると共に、燃費の向上を図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、エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、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ウエストゲートバルブと、を有するエンジンの制御装置であって、所定の自動停止条件が成立したときに前記エンジンを自動停止させ、所定の再始動条件が成立したときに自動停止中の前記エンジンを再始動させるアイドルストップ制御手段と、前記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、前記アイドルストップ制御手段は、前記自動停止条件が成立した際に前記燃料噴射弁からの燃料供給を停止させ、前記開閉制御手段は、前記アイドルストップ制御手段によって前記燃料噴射弁からの燃料供給が停止されてから所定期間経過後に、前記ウエストゲートバルブを閉弁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、前記開閉制御手段は、前記アイドルストップ制御手段によって前記燃料噴射弁からの燃料供給が停止される前に、前記ウエストゲートバルブを開弁状態とし、燃料供給停止後に閉弁状態と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、前記アイドルストップ制御手段によって前記燃料噴射弁からの燃料供給が停止されると、前記エンジンの燃焼室から既燃ガスが排出された後に、前記ウエストゲートバルブを閉弁状態と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４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンの制御装置において、吸気バルブと排気バルブの開閉タイミングにバルブオーバーラップが設定されてい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５の態様は、第１〜４の何れか一つの態様のエンジンの制御装置において、前記開閉制御手段は前記エンジンが停止する前に前記ウエストゲートバルブを閉弁することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる本発明では、ウエストゲートバルブを開弁状態とすることで排気抵抗が抑えられ各筒内（燃焼室内）を良好に掃気することができる。またエンジンが完全に停止する前にウエストゲートバルブを閉弁状態とすることで、燃焼室内への排気の逆流を抑制することができる。したがって、エンジン再始動時には、燃焼室内に十分な酸素量が確保されるため、アイドルストップ制御におけるエンジンの再始動性が向上する。

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には高圧燃料デリバリー配管から燃料が供給される。高圧燃料デリバリー配管には、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を通過することなく排ガスを排気管２７へ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。弁体３６ａの開度は、例えば図示しないセンサなどによって検知し、検知された弁体３６ａ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を通過することなく吸気を吸気管へ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、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５２と、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。

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。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。一方、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。具体的には、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後に、ウエストゲートバルブ３６が閉弁となるように、ウエストゲートバルブ３６を制御する。

ここで、アイドルストップ制御が実行されるエンジン１０の運転領域（運転状態）は、一般的には、低回転低負荷領域であり、ウエストゲートバルブ３６は開弁状態となっている。この場合には、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た後の所定のタイミングで、開閉制御手段５３が、開弁状態であるウエストゲートバルブ３６を閉弁させる（閉弁状態とする）。

この所定のタイミング（所定期間）とは燃料停止後の回転によって吸気側の空気が燃焼せずに排気管２７に送られ、空気が少なくともタービン３２ａ手前もしくはタービン３２ａより下流の範囲に満たされるまでの期間である。なお、この期間は排気ポート２５とタービン３２ａ間の容積および吸気ポート１８とスロットルバルブ３４間の容積に依存する。すなわち、排気ポート２５とタービン３２ａ間の容積が吸気ポート１８とスロットルバルブ３４間の容積より小さければ小さいほど、上記期間は短い時間となる。例えば、排気ポート２５から排気マニホールド２６までをシリンダヘッド１２に内臓することにより、排気ポート２５とタービン３２ａ間の容積が抑えられる。したがって、別体式の排気マニホールド２６を装着したエンジンに比べて、上記期間を短く設定できる。これにより、例えばエンジン１０が停止する前にウエストゲートバルブ３６を閉弁することができる。

一方、アイドルストップ条件が成立した際にウエストゲートバルブ３６が閉弁状態である場合には、ウエストゲートバルブ３６を、いったん開弁させた後（開弁状態に保持した後）、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ると、開閉制御手段５３は、ウエストゲートを再び閉弁させる（閉弁状態とする）。

このように、ウエストゲートバルブ３６が開弁状態であるか閉弁状態であるかに拘わらず、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ると、開閉制御手段５３は、ウエストゲートバルブ３６が開弁状態を経て閉弁状態となるように、ウエストゲートバルブ３６の開閉状態を適宜制御する。あるいはアイドルストップ開始条件のひとつにＷＧＶ開弁状態であることを含め、燃料供給を停止した後に、ウエストゲートバルブ３６を閉弁となるように制御するものである。

またアイドルストップ制御が実行される際に、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を閉弁することで、エンジン１０の再始動性を向上することができる。具体的には、ウエストゲートバルブ３６を開弁状態とすることで、排気抵抗が抑えられ、各燃焼室１７内を良好に掃気することができる。特に、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であり且つエンジンが完全に停止する前にウエストゲートバルブ３６を閉弁状態とすることで、掃気後における燃焼室１７、吸気ポート１８、吸気マニホールド１９内への排気の逆流を抑制することができる。例えば、エンジン１０が備える連続可変バルブタイミング装置がバルブオーバーラップを設定している状態であっても、ウエストゲートバルブ３６を閉弁状態とすることで、排ガスがタービンを通過して排気抵抗が増加し、排ガスの逆流が抑えられる。

その結果エンジン１０の再始動時には、燃焼室１７、吸気ポート１８、吸気マニホールド１９内に十分な酸素量が確保される。したがって、アイドルストップ制御におけるエンジン１０の再始動性を向上することができる。また、燃料停止後の回転によって吸気が排気管２７に送られた空気がタービン３２ａの手前まで充満していれば逆流が生じても同様に吸気側に十分な酸素量が確保される。

ここで、図３のフローチャートを参照して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、通常運転時には、運転状態検出手段５１の検出結果に応じて、すなわちエンジン１０の運転状態に応じて、開閉制御手段５３がウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３６の開閉動作を適宜制御する（ステップＳ１）。このような通常運転中には、アイドルストップ制御手段５２が、運転状態検出手段５１の検出結果に基づいてアイドルストップ条件が成立したか否かの判定を行う（ステップＳ２）。

ここで、アイドルストップ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）、本制御を終了する。一方、ステップＳ２で、アイドルストップ条件が成立したと判定された場合には（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進み、開閉制御手段５３がウエストゲートバルブ３６を開弁させる。なおアイドルストップ条件が成立した際にウエストゲートバルブ３６が開弁状態である場合には、開弁状態がそのまま維持されることになる。その後、アイドルストップ制御手段５２が燃料噴射弁３０から燃焼室１７内への燃料供給が停止し（ステップＳ４）、ステップＳ５で開閉制御手段５３がウエストゲートバルブ３６を閉弁させる。これにより、アイドルストップ制御によるエンジン１０の自動停止時におけるウエストゲートバルブ３６の開閉動作の制御が終了する。

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ると、ウエストゲートバルブ３６が開弁状態を経て閉弁状態となるように、開閉制御手段５３がウエストゲートバルブ３６の開閉状態を適宜制御する。すなわち燃料供給停止前は、ウエストゲートバルブ３６を開弁状態とする。

これによりタービン３２ａの駆動負荷を減らし、燃料消費を低減することができる。またこのとき、タービン３２ａの駆動負荷が減ることで、排気ポート２５とターボチャージャ３２のタービン３２ａとの間の正圧は小さくなる。したがって、ウエストゲートバルブ３６を開弁させた状態で、燃料供給を停止することで、燃焼室１７内から既焼ガスが良好に排出される。その後、ウエストゲートバルブ３６を閉弁することで、掃気後における燃焼室１７、吸気ポート１８、吸気マニホールド１９内への排気の逆流を抑制することができる。その結果、再始動条件が成立した際に、迅速にエンジン１０を再始動することができる。

またウエストゲートバルブ３６を閉弁状態とすることで、排気マニホールドや排気管を含む排気系における排ガスの移動が制限される。このため、触媒温度も維持され易く、アイドルストップ制御を比較的長期間実行しても、エンジン１０を良好に再始動することができる。

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。

例えば、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 (5)

1. エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   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ウエストゲートバルブと、
   を有するエンジンの制御装置であって、
   所定の自動停止条件が成立したときに前記エンジンを自動停止させ、所定の再始動条件が成立したときに自動停止中の前記エンジンを再始動させるアイドルストップ制御手段と、
   前記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、
   前記アイドルストップ制御手段は、前記自動停止条件が成立した際に前記燃料噴射弁からの燃料供給を停止させ、
   前記開閉制御手段は、前記アイドルストップ制御手段によって前記燃料噴射弁からの燃料供給が停止されてから所定期間経過後に、前記ウエストゲートバルブを閉弁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、
   前記開閉制御手段は、前記アイドルストップ制御手段によって前記燃料噴射弁からの燃料供給が停止される前に、前記ウエストゲートバルブを開弁状態とし、燃料供給停止後に閉弁状態と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、前記アイドルストップ制御手段によって前記燃料噴射弁からの燃料供給が停止されると、前記エンジンの燃焼室から既燃ガスが排出された後に、前記ウエストゲートバルブを閉弁状態とすることを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの制御装置において、
   吸気バルブと排気バルブの開閉タイミングにバルブオーバーラップが設定されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記開閉制御手段は前記エンジンが停止する前に前記ウエストゲートバルブを閉弁することを特徴とするエンジンの制御装置。

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