(57)【要約】【課題】コストを抑えつつエンジンの始動性を向上させる。【解決手段】圧縮行程で排気弁２９を開弁させる圧縮開放ブレーキ３を具備したエンジン２の制御装置１は、温度判定部１１と回転判定部１２と制御部１３とを備えている。温度判定部１１は、エンジン２の始動時に、エンジン２を冷却する冷却水の温度Tが所定の水温閾値Tth以下であるか否かを判定する。回転判定部１２は、エンジン２のクランキング中に、エンジン２の回転数Nが所定の回転閾値Nth以上であるか否かを判定する。制御部１３は、温度判定部１１で温度Tが水温閾値Tth以下であると判定された場合、圧縮開放ブレーキ３を作動させ、回転判定部１２で回転数Nが回転閾値Nth以上であると判定されたら圧縮開放ブレーキ３を解除する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程で排気弁を開弁させる圧縮開放ブレーキを具備したエンジンの制御装置であって、
前記エンジンの始動時に、前記エンジンを冷却する冷却水の温度が所定の水温閾値以下であるか否かを判定する温度判定部と、
前記エンジンのクランキング中に、前記エンジンの回転数が所定の回転閾値以上であるか否かを判定する回転判定部と、
前記温度判定部で前記温度が前記水温閾値以下であると判定された場合、前記圧縮開放ブレーキを作動させ、前記回転判定部で前記回転数が前記回転閾値以上であると判定されたら前記圧縮開放ブレーキを解除する制御部と、
を備えたことを特徴とする、エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温状態での始動性を高めるための、エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低温状態におけるエンジンの始動性を高めるための種々の技術が開発されている。例えば、可変動弁システムを備える圧縮着火エンジンにおいて、始動時のエンジン温度が低い場合に可変動弁システムを遅角状態に制御することで有効圧縮比を低下させるようにした技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術によれば、圧縮仕事を減少させ、クランキング回転数を高め、始動を容易にすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2006-342677号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述したように可変動弁システムを用いてエンジンの有効圧縮比を低下させる技術は、可変動弁システムを備えたエンジンには適用できるものの、可変動弁システムを備えないエンジンに対しては、可変動弁システムを新たに加えない限り適用できない。このように、エンジンの始動性を向上させるために既存のエンジンに対して新たな機構や装置を追加する場合、大幅なコスト増を招く虞がある。
【０００５】
本件のエンジンの制御装置は、前述したような課題に鑑み創案されたものであり、コストを抑えつつエンジンの始動性を向上させることを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここで開示するエンジンの制御装置は、圧縮行程で排気弁を開弁させる圧縮開放ブレーキを具備したエンジンの制御装置であって、前記エンジンの始動時に、前記エンジンを冷却する冷却水の温度が所定の水温閾値以下であるか否かを判定する温度判定部と、前記エンジンのクランキング中に、前記エンジンの回転数が所定の回転閾値以上であるか否かを判定する回転判定部と、前記温度判定部で前記温度が前記水温閾値以下であると判定された場合、前記圧縮開放ブレーキを作動させ、前記回転判定部で前記回転数が前記回転閾値以上であると判定されたら前記圧縮開放ブレーキを解除する制御部と、を備えている。
【０００７】
このように、補助ブレーキとして装備されている圧縮開放ブレーキを利用してクランキング時の圧縮圧を開放させることで、新たな装置を追加しなくても、エンジンの低温状態における始動時にエンジンの回転数が上昇しやすくなる。
【発明の効果】
【０００８】
開示のエンジンの制御装置によれば、コストを抑えつつエンジンの始動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態としてのエンジンの制御装置をエンジンの模式図と共に示すブロック図である。
【図２】図１のエンジンに適用された圧縮開放ブレーキの油圧回路の模式図であり、（ａ）は圧縮開放ブレーキの作動状態を示し、（ｂ）は圧縮開放ブレーキの停止状態を示している。
【図３】図１の制御装置で実施される始動制御の手順を例示したフローチャートである。
【図４】図３のサブフローチャートであり、（ａ）は低温制御の手順を示し、（ｂ）は通常制御の手順を示している。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、図１の制御装置で実施される低温制御の作用を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、実施形態としてのエンジンの制御装置について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１１】
［１．装置構成］
本実施形態のエンジンの制御装置１（以下、単に「制御装置１」という）は、図１に示すエンジン２に適用されている。エンジン２は、4ストローク式ディーゼルエンジンであって、図示しない車両に搭載され、走行用の動力源として機能する。なお、図１には、エンジン２に設けられる複数の気筒２１のうちの一つを示す。
【００１２】
各気筒２１内には、ピストン２２が摺動可能に配置されている。ピストン２２は、コンロッド２３を介してクランク軸２４と連結されている。エンジン２の稼働中は、ピストン２２が気筒２１内を摺動することに連動してクランク軸２４が回転する。各気筒２１内のうち、ピストン２２よりも上方の空間は、燃焼室２５として機能する。各気筒２１の上方には、燃焼室２５に燃料を噴射する噴射弁４が設けられている。噴射弁４の作動状態（燃料の噴射タイミング，噴射量）は、制御装置１で制御される。
【００１３】
燃焼室２５には、吸気の通路である吸気ポート２６と、排気の通路である排気ポート２７とのそれぞれが連通している。吸気ポート２６と燃焼室２５との間には吸気弁２８が配置され、排気ポート２７と燃焼室２５との間には排気弁２９が配置されている。吸気弁２８及び排気弁２９は、エンジン２の行程（吸気行程，圧縮行程，膨張行程，排気行程）に応じて適宜開閉される。
【００１４】
エンジン２は、補助ブレーキとしての圧縮開放ブレーキ３を備えている。圧縮開放ブレーキ３は、エンジン２の圧縮行程で排気弁２９を強制的に開弁させるものである。圧縮開放ブレーキ３が作動すると、燃焼室２５から圧縮空気が排出されるため、燃焼室２５の圧力が低下する（圧力が開放される）。エンジン２の稼働中（例えば車両の走行中）に圧縮開放ブレーキ３が作動すると、燃焼室２５から排気ポート２７に排出された圧縮空気の分だけエネルギー損失が生じることから、エンジン２に制動力（エンジンブレーキ）が作用する。
【００１５】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、圧縮開放ブレーキ３は、油圧回路３０を備えており、油圧回路３０内の油圧に応じて作動するように構成されている。本実施形態の油圧回路３０には、油圧を切り替えるための電磁弁３１と、油圧を制御する常時閉の制御弁３２と、カム３３の回転に同期して往復運動するマスタピストン３４と、排気弁２９に連結されたスレーブピストン３５とが設けられている。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、電磁弁３１がオフ状態からオン状態に切り替えられると、電磁弁３１のプランジャが供給路３６を開放するとともに第一排出路３７を閉鎖する位置に移動するため、供給路３６を通じて油圧回路３０に油（作動油）が供給される。これにより、制御弁３２が第二排出路３８を閉鎖する位置に移動するとともに油圧で開弁するため、制御弁３２からマスタピストン３４にかけての油圧が上昇する。その後、制御弁３２が閉弁することで、マスタピストン３４の往復運動に伴う油圧の変化がスレーブピストン３５に伝達される。この結果、スレーブピストン３５がカム３３の回転に同期して往復運動する。
【００１７】
したがって、電磁弁３１がオン状態である場合には、スレーブピストン３５がカム３３の回転に同期して排気弁２９を開閉駆動する。本実施形態では、エンジン２の圧縮行程において、ピストン２２が上死点に到達する直前に排気弁２９が開弁し、ピストン２２が上死点を通過した直後に排気弁２９が閉弁するように、カム３３の形状（カムプロフィール）が設定されている。
【００１８】
一方、図２（ｂ）に示すように、電磁弁３１がオン状態からオフ状態に切り替えられると、電磁弁３１のプランジャが供給路３６を閉鎖するとともに第一排出路３７を開放する位置に移動するため、第一排出路３７を通じて油圧回路３０から油が排出される。これにより、制御弁３２が第二排出路３８を開放する位置に移動するため、マスタピストン３４及びスレーブピストン３５に作用していた油圧が開放される。この結果、スレーブピストン３５が通常の位置に戻される。したがって、電磁弁３１がオフ状態である場合には、スレーブピストン３５が排気弁２９を開閉駆動しない。
【００１９】
このように、本実施形態の圧縮開放ブレーキ３は、電磁弁３１がオン状態である場合に作動し、電磁弁３１がオフ状態である場合には作動しない。図１に示すように、圧縮開放ブレーキ３の作動状態（電磁弁３１のオン，オフ状態）は、制御装置１によって制御される。
【００２０】
本実施形態の制御装置１の入力側には、水温センサ６，速度センサ７及びイグニッションスイッチ８が接続されている。水温センサ６は、エンジン２を冷却する冷却水の温度T（以下、「エンジン水温T」という）を検出する。速度センサ７は、エンジン２の回転数N（以下、「エンジン回転数N」という）を検出する。水温センサ６及び速度センサ７で検出された各種情報は、制御装置１に伝達される。イグニッションスイッチ８は、エンジン２を始動または停止させるためのスイッチであって、例えば運転席の近傍に設けられる。イグニッションスイッチ８のオン，オフ状態は、制御装置１に伝達される。
【００２１】
なお、制御装置１の出力側には、前述した噴射弁４及び電磁弁３１に加えて、エンジン２を始動させるためのスタータ５が接続されている。スタータ５は、図示しないバッテリを電源とする電動モータであって、クランク軸２４に連結されている。スタータ５は、オン状態である場合にクランク軸２４を回転させる。スタータ５のオン，オフ状態は、制御装置１で制御される。
【００２２】
制御装置１は、周知のマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスや組み込みデバイスとして構成された電子制御装置である。本実施形態の制御装置１は、エンジン２が搭載された車両に設けられ、車載ネットワークの通信ラインに接続されている。本実施形態の制御装置１は、エンジン２を始動させる始動制御を実施する。
【００２３】
［２．制御構成］
始動制御は、イグニッションスイッチ８がオフ状態からオン状態に切り替えられた場合に開始され、エンジン２の始動が完了した場合に終了する。始動制御では、スタータ５によってエンジン２がクランキングさせられた後、燃焼室２５内の圧縮空気に噴射弁４から燃料が噴射され、この燃料が自己発火することでエンジン２が駆動される。エンジン２は、スタータ５によらず作動する状態（アイドリング状態）になったら、始動が完了したといえる。
【００２４】
ところで、一般にエンジンは、低温状態になると始動性が低下する傾向にある。特にディーゼルエンジンは、吸気が燃焼室で圧縮されることに伴い十分に温度上昇しないと、燃料の自己発火が起こらないため、低温状態での始動性を確保しにくいことが知られている。そこで、本実施形態の始動制御では、エンジン２が低温状態である場合に、圧縮開放ブレーキ３を利用して始動性を高める低温制御が実施される。
【００２５】
低温制御は、スタータ５に加えて圧縮開放ブレーキ３を作動させることにより、エンジン２の圧縮行程で燃焼室２５を開放し、ピストン２２の往復運動に抗する抵抗力を低減させるものである。圧縮開放ブレーキ３は、前述したようにエンジン２の稼働中は（エンジン回転数Nが比較的高い状態では）、エンジン２に制動力を与えるように作用するのに対し、エンジン２の始動時は（エンジン回転数Nが比較的低い状態では）、エンジン２にかかる抵抗を低減するデコンプのように作用する。低温制御は、このような圧縮開放ブレーキ３の作用を利用して、エンジン２の始動時にエンジン回転数Nを上昇しやすくするものである。なお、本実施形態の始動制御において、エンジン２が低温状態でない場合には、通常どおり圧縮開放ブレーキ３を作動させずにエンジン２を始動させる通常制御が実施される。
【００２６】
制御装置１は、前述した始動制御を実施するための要素として、温度判定部１１，回転判定部１２及び制御部１３を備えている。本実施形態では、これらの要素１１〜１３がいずれもソフトウェアで実現されるものとする。なお、これらの要素１１〜１３は、ハードウェア（電子回路）で実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとが併用されて実現されてもよい。
【００２７】
温度判定部１１は、エンジン２の始動時に、エンジン２が低温状態であるか否かを判定する。具体的には、温度判定部１１は、イグニッションスイッチ８がオフ状態からオン状態に切り替えられた際に、水温センサ６から伝達されるエンジン水温Tが所定の水温閾値Tth以下（T≦Tth）であるか否かを判定する。
【００２８】
ここで、水温閾値Tthは、通常制御によりエンジン２を支障なく始動させられるエンジン水温Tの最低値（又はそれに近い値）に予め設定される。したがって、エンジン水温Tが水温閾値Tth以下（T≦Tth）である場合は、エンジン２が低温状態であり、通常制御ではエンジン２を始動させられない可能性が高いといえる。反対に、エンジン水温Tが水温閾値Tthよりも高い（Tth＜Tである）場合は、エンジン２が低温状態ではなく、通常制御によりエンジン２を支障なく始動させられる可能性が高いといえる。
【００２９】
回転判定部１２は、エンジン２のクランキングが完了しか否かを判定する。具体的には、回転判定部１２は、エンジン２のクランキング中（すなわち、スタータ５の作動中）に、速度センサ７で検出されたエンジン回転数Nが所定の回転閾値Nth以上（Nth≦N）であるか否かを判定する。
【００３０】
ここで、回転閾値Nthは、スタータ５の作動によって得られるエンジン回転数Nの最大値（又はそれに近い値）に予め設定される。したがって、エンジン回転数Nが回転閾値Nth以上（Nth≦N）である場合は、エンジン２のクランキングが完了しており、噴射弁４から燃料を噴射すれば自己発火が起こる可能性が高いといえる。反対に、エンジン回転数Nが回転閾値Nth未満（N＜Nth）である場合は、スタータ５によるエンジン２のクランキングが完了しておらず、噴射弁４から燃料を噴射しても自己発火が起こらない可能性が高いといえる。
【００３１】
制御部１３は、イグニッションスイッチ８のオン，オフ状態と、温度判定部１１及び回転判定部１２による各判定結果とに応じて、噴射弁４，スタータ５及び電磁弁３１を制御する。具体的には、制御部１３は、イグニッションスイッチ８がオフ状態からオン状態に切り替わった場合に、スタータ５をオン状態に切り替えてエンジン２のクランキングを開始させる。また、制御部１３は、温度判定部１１でエンジン水温Tが水温閾値Tth以下であると判定された場合に、前述した低温制御を実施し、温度判定部１１でエンジン水温Tが水温閾値Tthよりも高いと判定された場合に、前述した通常制御を実施する。
【００３２】
制御部１３は、低温制御では、電磁弁３１をオン状態に切り替えて圧縮開放ブレーキ３を作動させ、回転判定部１２でエンジン回転数Nが回転閾値Nth以上であると判定されたら電磁弁３１をオフ状態に切り替えて圧縮開放ブレーキ３を解除する。このように制御部１３は、低温制御では、エンジン回転数Nが回転閾値Nth以上となるまで圧縮開放ブレーキ３を作動させる。また、本実施形態の制御部１３は、低温制御において圧縮開放ブレーキ３を解除する（作動を停止させる）のに合わせて、スタータ５をオフ状態に切り替えるとともに噴射弁４による燃料噴射を開始させる。
【００３３】
なお、制御部１３は、通常制御では、電磁弁３１をオフ状態に維持して圧縮開放ブレーキ３を作動させないまま、スタータ５によるクランキングを実施する。そして、制御部１３は、回転判定部１２でエンジン回転数Nが回転閾値Nth以上であると判定されたら、低温制御と同様に、スタータ５をオフ状態に切り替えるとともに噴射弁４による燃料噴射を開始させる。
【００３４】
［３．フローチャート］
図３は、制御装置１で実施される始動制御の手順を例示したフローチャートであり、図４（ａ），（ｂ）は、図３のサブフローチャートである。図３のフローは、イグニッションスイッチ８がオフ状態からオン状態に切り替えられた場合に開始され、低温制御と通常制御とのいずれか一方が実施されることでエンジン２の始動が完了した場合に終了する。
【００３５】
図３に示すように、始動制御では、まず温度判定部１１によりエンジン水温Tが水温閾値Tth以下（T≦Tth）であるか否かが判定される（ステップＳ１）。ここでエンジン水温Tが水温閾値Tth以下であると判定された場合は低温制御が実施され（ステップＳ２）、エンジン水温Tが水温閾値Tthよりも高いと判定された場合は通常制御が実施されて（ステップＳ３）、始動制御を終了する。
【００３６】
図４（ａ）に示すように、低温制御では、制御部１３によってスタータ５がオン状態に切り替えられるとともに圧縮開放ブレーキ３が作動させられる（ステップＳ２１）。そして、回転判定部１２によりエンジン回転数Nが回転閾値Nth以上（Nth≦N）であると判定される（ステップＳ２２のYESルートに進む）まで、圧縮開放ブレーキ３を作動させた状態のまま、スタータ５によるクランキングが継続される。
【００３７】
ステップＳ２２でエンジン回転数Nが回転閾値Nth以上であると判定されたら、スタータ５がオフ状態に切り替えられるとともに圧縮開放ブレーキ３が解除され、更に噴射弁４から燃料が噴射される（ステップＳ２３）。これによりエンジン２の始動が完了するため、低温制御を終了する。
【００３８】
一方、図４（ｂ）に示すように、通常制御では、圧縮開放ブレーキ３を作動させることなく、制御部１３によってスタータ５がオン状態に切り替えられる（ステップＳ３１）。そして、回転判定部１２によりエンジン回転数Nが回転閾値Nth以上（Nth≦N）であると判定される（ステップＳ３２のYESルートに進む）まで、圧縮開放ブレーキ３を作動させない状態のまま、スタータ５によるクランキングが継続される。
【００３９】
ステップＳ３２でエンジン回転数Nが回転閾値Nth以上であると判定されたら、スタータ５がオフ状態に切り替えられるとともに噴射弁４から燃料が噴射される（ステップＳ３３）。これによりエンジン２の始動が完了するため、通常制御を終了する。
【００４０】
［４．作用，効果］
図５（ａ）〜（ｅ）を参照して、制御装置１で前述した低温制御が実施される場合の作用を時間軸に沿って説明する。図５（ａ）〜（ｄ）の縦軸は、それぞれイグニッションスイッチ８，圧縮開放ブレーキ３，スタータ５，噴射弁４の作動状態を示しており、図５（ｅ）の縦軸は、エンジン回転数Nを示している。なお、図５（ａ）〜（ｅ）の横軸はいずれも時間を示している。
【００４１】
時刻t1にイグニッションスイッチ８がオフ状態からオン状態に切り替わると、スタータ５がオン状態に切り替わるとともに圧縮開放ブレーキ３が作動を開始する。これにより、時刻t1以降はエンジン回転数Nが上昇していく。そして、時刻t2にエンジン回転数Nが回転閾値Nthを超えると、スタータ５がオフ状態に切り替わるとともに圧縮開放ブレーキ３が解除される（作動を停止する）。
【００４２】
また、これと同時に噴射弁４からの燃料噴射が開始される。このため、時刻t2以降はスタータ５によらずエンジン回転数Nが上昇し、エンジン２の始動が完了する。なお、図５（ｄ）では便宜上、時刻t2以降に噴射弁４がオン状態に維持される例を示しているが、噴射弁４からの燃料噴射は断続的であってもよい。
【００４３】
前述した制御装置１では、エンジン２の始動時にエンジン水温Tが水温閾値Tth以下である場合、圧縮開放ブレーキ３を作動させるため、エンジン２の圧縮行程で排気弁２９が開弁されることにより、燃焼室２５から排気ポート２７へ圧力を逃がすことができる。この結果、ピストン２２にかかる抵抗が低減されることから、エンジン回転数Nを上昇しやすくすることができる。
【００４４】
したがって、エンジン２が低温状態であっても、圧縮開放ブレーキ３の作用によって、図５（ｅ）に示すようにスタータ５が作動する時刻t1からスタータ５によるクランキングが完了する時刻t2までの時間tcを短縮することができる。また、制御装置１では、エンジン回転数Nが回転閾値Nth以上となったら圧縮開放ブレーキ３を解除するため、エンジン２のクランキング完了後は通常どおりエンジン２を作動させることができる。
【００４５】
このように、前述した制御装置１によれば、補助ブレーキとして設けられている既存の圧縮開放ブレーキ３を利用して、エンジン２の低温始動時にエンジン回転数Nの上昇を促進することができる。よって、グロープラグやインテークエアヒータ等の装置を設けなくても、エンジン２の低温始動時にエンジン回転数Nを早期に高めることができる。したがって、コストを抑えつつ、エンジン２の始動性を向上させることができる。
【００４６】
なお、一般に油は温度が低くなるほど粘性が高くなることから、エンジン水温Tが水温閾値Tth以下である場合、エンジン水温Tが水温閾値Tthよりも高い場合と比べて、圧縮開放ブレーキ３の作動油の粘性が高くなる。このため、圧縮開放ブレーキ３が前述したように油圧に応じて作動するものであれば、エンジン水温Tが水温閾値Tth以下である場合に圧縮開放ブレーキ３の応答性を確保することができる。
【００４７】
また、圧縮開放ブレーキ３の作動時は、前述したように燃焼室２５から圧力が開放されるため、エンジン２の圧縮比を低減することができる。よって、制御装置１によれば、圧縮開放ブレーキ３を作動させることで、エンジン２の排気量の低減にも寄与することができる。
【００４８】
［５．変形例］
前述した実施形態では、圧縮開放ブレーキ３として、カム３３の回転に同期して排気弁２９が開閉駆動される同期式のものを例示したが、エンジン２に備えられる圧縮開放ブレーキ３の種類は特に限定されない。例えば、前述した排気弁２９とは別に圧縮開放ブレーキ専用の排気弁（第三弁）を設けて、この排気弁を制御弁のオン，オフ状態に応じて開閉駆動する常開式のものを適用してもよい。
【００４９】
また、温度判定部１１は、前述したエンジン水温Tの判定処理において、水温センサ６で検出されたエンジン水温Tの代わりに、外気温から推定したエンジン水温Tを用いてもよい。ただし、エンジン２が作動を停止した直後にエンジン２を再び始動させる場合は、外気温が低くてもエンジン水温Tが高い可能性があるため、前述したように水温センサ６で検出されたエンジン水温Tを用いれば、外気温から推定したエンジン水温Tを用いる場合よりも、温度判定部１１における判定精度を高めることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  制御装置
２  エンジン
３  圧縮開放ブレーキ
１１  温度判定部
１２  回転判定部
１３  制御部
２９  排気弁
N  エンジン回転数
Nth  回転閾値
T  エンジン水温（冷却水の温度）
tc  時間
Tth  水温閾値
【図１】
2020084835.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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