(57)【要約】【課題】ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止することができるエンジン制御システムを提供する。【解決手段】車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンのエンジン制御システムであって、エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移し、かつ所定の目標過給圧よりもターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きい場合に、低負荷領域への遷移から所定期間の間、エンジンの吸気弁を閉弁する時期を所定時間だけ遅らせる制御部を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンのエンジン制御システムであって、
前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移し、かつ所定の目標過給圧よりも前記ターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きい場合に、前記低負荷領域への遷移から所定期間の間、前記エンジンの吸気弁を閉弁する時期を所定時間だけ遅らせる制御部を有する、
エンジン制御システム。
【請求項２】
前記所定時間は、前記エンジンの圧縮行程の開始から終了までに要する時間未満の値である、
請求項１に記載のエンジン制御システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記実過給圧と前記目標過給圧との差分値と、前記エンジン回転数と、に基づいて、前記所定期間を決定する、
請求項２に記載のエンジン制御システム。
【請求項４】
車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンを制御するエンジン制御方法であって、
前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移したか否かを判定するステップと、
前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移したと判定された場合に、所定の目標過給圧よりも前記ターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きいか否かを判定するステップと、
前記目標過給圧より前記実過給圧の方が大きいと判定された場合に、前記低負荷領域への遷移から所定期間の間、前記エンジンの吸気弁を閉弁する時期を所定時間だけ遅らせるステップと、
を有するエンジン制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャを有するディーゼルエンジンのエンジン制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内で圧縮した空気に燃料を噴射して着火させるディーゼルエンジンは、排気ガスの流れを利用して吸気を圧縮するターボチャージャと相性がよい。一般に、ターボチャージャは、排気ガスの流れにより回転するタービンと、タービンに連動して回転する圧縮機と、を有し、排気ガスの流圧を利用して吸気を圧縮するものである。
【０００３】
ターボチャージャでは、エンジンの出力変化に伴って排気ガスの流量が変化しても、その重さのためにタービンの回転数がすぐには変化せず、過給圧の増減がエンジンの出力変化から遅れて生じる応答遅れが発生しうる。例えば減速時等、エンジンが高負荷状態から低負荷状態へと変化した場合にこの応答遅れが発生すると、エンジンが低負荷状態となって必要な過給圧が低下したとしても、タービンの回転速度はすぐに低下しないため、低負荷状態となってからしばらくの間は過給圧が高いままの状態が継続する。これにより、高い過給圧のまま過給が行われ、エンジンの気筒内の圧力が過上昇してしまう事態が生じることがある。
【０００４】
このようなターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止するための技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１８５５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、演算手段が、基本噴射タイミングＴａを、エンジン回転数が同一の条件下において、負荷が低いときは高いときに比べて進角側に設定し、噴射制御手段が、エンジン負荷が高負荷から低負荷へと移行すると、その移行から所定期間に限って、基本噴射タイミングＴａよりも遅角側に設定された安全噴射タイミングＴｂで燃料を噴射するセーフティ噴射制御を実行するディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。
【０００７】
しかしながら、噴射タイミングを特許文献１において設定される安全噴射タイミングＴｂで噴射することが、好ましくない場合がある。例えば、噴射タイミングを遅らせると、筒内圧力を低減することはできるが、排気温度が上昇してしまうことがあるので、ターボチャージャのタービン回転数が増大し、過給圧が過上昇してしまう事態が生じうる。このような事態を回避するためには、噴射タイミングを変更する以外の方法で、ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止する必要がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止することができるエンジン制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のエンジン制御システムは、車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンのエンジン制御システムであって、前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移し、かつ所定の目標過給圧よりも前記ターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きい場合に、前記低負荷領域への遷移から所定期間の間、前記エンジンの吸気弁を閉弁する時期を所定時間だけ遅らせる制御部を有する。
【００１０】
本発明のエンジン制御方法は、車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンを制御するエンジン制御方法であって、前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移したか否かを判定するステップと、前記エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移したと判定された場合に、所定の目標過給圧よりも前記ターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きいか否かを判定するステップと、前記目標過給圧より前記実過給圧の方が大きいと判定された場合に、前記低負荷領域への遷移から所定期間の間、前記エンジンの吸気弁を閉弁する時期を所定時間だけ遅らせるステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムの構成の一例を示す図
【図２】エンジンの構成の一例を示す図
【図３】ＥＣＭの制御について説明するためのフローチャート
【図４】ＥＣＭが吸気弁の閉弁時期を遅角化する制御を行った場合のタイムチャートの一例を示す図
【図５】加速状態および、減速状態にある車輌におけるエンジン出力、過給圧、最大筒内圧力、および吸気弁遅角期間の関係を示すタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システム１００の構成の一例を示す図である。エンジン制御システム１００は、例えば乗用車やトラック等の車両に搭載され、車輌に動力を供給するエンジンを制御するためのシステムである。
【００１４】
図１に示すように、エンジン制御システム１００は、吸気口１１、圧縮機１２、冷却器１３、吸気マニホールド１４、排気マニホールド１５、タービン１６、排気口１７、ブーストセンサ１８、エンジン２０、ＥＣＭ３０を有する。
【００１５】
吸気口１１から吸入された空気、すなわち吸気は、排気ガスの流れにより回転するタービン１６の回転力を動力として動作する圧縮機１２により圧縮される。これらの圧縮機１２およびタービン１６により、過給機１９が構成される。過給機１９は、本発明のターボチャージャに対応している。過給機１９により圧縮され高温となった吸気は、インタークーラやチャージエアクーラ等と称される冷却器１３により冷却され、吸気マニホールド１４からエンジン２０の各気筒に供給される。
【００１６】
エンジン２０の各気筒には、図１に図示しない燃料タンクから燃料が供給され、各気筒において高圧の吸気と燃料とが混合されて燃焼が行われる。エンジン２０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１５から排気口１７を経て車外へ放出される。この際、排気ガスの流圧によりタービン１６が回転する。
【００１７】
ブーストセンサ１８は、過給圧、すなわち過給機１９によって圧縮された吸気の圧力を計測するセンサである。ブーストセンサ１８の出力するセンサ値は、ＥＣＭ（Engine Control ModuleまたはElectronic Control Module）３０に出力される。
【００１８】
ＥＣＭ３０は、本発明の制御部に対応しており、例えば図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を有し、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された各種制御プログラムや制御マップに基づいて演算処理を実行することでエンジン２０の各種制御を行う。なお、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。また、バックアップＲＡＭはエンジン２０の停止中等に保存すべきデータ等を記憶する。
【００１９】
次に、エンジン２０の構成の一例について説明する。図２は、エンジン２０の構成の一例を示す図である。図２に示すように、エンジン２０は、吸気弁２１、吸気用可変動弁機構２２、排気弁２３、排気用可変動弁機構２４、吸気管２５、排気管２６、ピストン２７を有する。なお、図２はエンジン２０の気筒の１つを例示したものであり、エンジン２０が多気筒の場合は、エンジン２０は図２に示すような気筒を複数有する。
【００２０】
吸気弁２１は、ＥＣＭ３０が吸気用可変動弁機構２２を制御することにより開閉し、吸気管２５を介して送られてきた吸気をエンジン２０の気筒内に供給する。エンジン２０の気筒内で吸気が圧縮され、燃料が噴射されて燃焼が発生した後、排気弁２３がＥＣＭ３０の排気用可変動弁機構２４を制御することにより開閉し、排気管２６を介して気筒内の排気を排出する。このような動作に伴ってピストン２７が上下し、動力を取り出す。なお、吸気用可変動弁機構２２と排気用可変動弁機構２４の詳細な構造や動作については本発明では特に限定しないが、例えばＥＣＭ３０の制御に基づいて、図示しない電磁ソレノイドが作動弁を動作させることによって吸気弁２１あるいは排気弁２３の開閉を行うようにすればよい。
【００２１】
次に、ＥＣＭ３０による制御の詳細について説明する。図３は、ＥＣＭ３０の制御について説明するためのフローチャートである。図３に示すように、本実施の形態のエンジン制御システム１００は、ＥＣＭ３０がエンジンの挙動と過給圧とに基づいて、エンジン２０の吸気弁２１の閉弁時期を遅角側に制御するものである。
【００２２】
ステップＳ１において、ＥＣＭ３０は、図１に図示しない加速度センサからセンサ値を取得する。加速度センサが出力するセンサ値は、エンジン制御システム１００が搭載された車輌の加速度を計測したものである。
【００２３】
ステップＳ２において、ＥＣＭ３０は、車輌が減速しているか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１において加速度センサが取得した加速度に基づいて判定すればよい。すなわち、ＥＣＭ３０は、車輌の加速度がマイナスであった場合には車輌が減速していると判定し、そうでない場合は車輌が減速していないと判定する。ステップＳ２における判定の結果、車輌が減速している場合、処理はステップＳ３に進み、そうでない場合、ステップＳ１に戻る。
【００２４】
ステップＳ３において、ＥＣＭ３０は、図１に示すブーストセンサ１８からセンサ値を取得する。ブーストセンサ１８が出力するセンサ値は、過給機１９から吸気マニホールド１４へ供給される吸気の過給圧を計測したものである。
【００２５】
ステップＳ４において、ＥＣＭ３０は、ステップＳ３において取得したセンサ値（実過給圧と称する）と、目標過給圧とを比較する。比較の結果、実過給圧の方が目標過給圧より大きい場合、処理はステップＳ５に進み、そうでない場合、ステップＳ１に戻る。なお、目標過給圧は、ＥＣＭ３０が、例えば車輌のアクセルペダル開度やエンジンの回転数等に基づいて、メモリに予め記憶された目標過給圧マップを参照して決定した値である。
【００２６】
ステップＳ５において、ＥＣＭ３０は、吸気用可変動弁機構２２を制御して、吸気弁２１の閉弁時期を遅角側に制御する。
【００２７】
図４は、ＥＣＭ３０が吸気弁２１の閉弁時期を遅角化する制御を行った場合のタイムチャートの一例を示す図である。図４において、縦軸はバルブリフト量、横軸はエンジン２０のピストン２７のクランク角である。図４において、波形Ａは排気弁２１の動作を、波形Ｂは本発明のエンジン制御システム１００におけるＥＣＭ３０による遅角制御が行われない場合の動作の一例を、波形Ｂ’は本発明のエンジン制御システム１００におけるＥＣＭ３０による遅角制御が行われた場合の動作の一例を、それぞれ示している。
【００２８】
図４に示すように、ＥＣＭ３０は、図３のステップＳ１からＳ４において、車輌が減速状態、かつ実過給圧の方が目標過給圧より大きいと判定された場合には、そうでない場合と比較して、吸気弁２１の閉弁時期を所定時間だけ遅らせるように吸気用可変動弁機構２２を制御する。
【００２９】
このようなＥＣＭ３０の制御により、どのような効果が得られるか、について以下説明する。一般的に、ディーゼルエンジンは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、および排気行程の４つの行程を繰り返すことで動作している。このうちの吸気行程では、エンジン２０のピストン２７が下降すると共に吸気弁２１が開き、排気管２６を介して吸気が気筒内に供給される。本発明の実施の形態に係るエンジン制御システム１００においては、ＥＣＭ３０は、図４に示すように、吸気弁２１が最大に開いた状態で所定時間だけ待機するように吸気用可変動弁機構２２を制御する。
【００３０】
ＥＣＭ３０が吸気弁２１を開いた状態で待機している間もピストン２７は動作しており、下死点を過ぎたピストン２７は上昇を開始する。これにより吸気行程から圧縮行程に移行する。圧縮行程において、吸気弁２１が閉じていればピストン２７の上昇に伴って吸気の圧縮が行われるが、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システム１００では吸気弁２１が開いた状態が吸気行程から継続しているので、その間は圧縮が行われない。
【００３１】
吸気弁２１が最大に開いた状態から所定時間が経過すると、ＥＣＭ３０は吸気用可変動弁機構２２を制御して吸気弁２１を閉じる。ここで、所定時間は、ピストン２７が下死点から上昇を開始してから上死点に到達するまでの時間未満の値、すなわち圧縮行程に要する時間未満の値に設定される。このような制御によって、ピストン２７の上昇中に吸気弁２１が閉じられるので、その時点から気筒内の圧縮が開始されることになる。従って、圧縮開始時期が上記制御を行わない場合と比較して遅くなる。
【００３２】
これにより、圧縮行程において、上記制御を行わない場合と比較して、吸気の圧縮時間が短くなり、圧縮比が低下する。すると、圧縮行程に続く燃焼行程において、燃焼圧力が低下するので、気筒内の圧力を低下させることができる。
【００３３】
図５は、加速状態および、減速状態にある車輌におけるエンジン出力、過給圧、最大筒内圧力、および吸気弁遅角期間の関係を示すタイムチャートである。
【００３４】
図５に示すように、時間Ｔ１から時間Ｔ２までは加速状態であり、エンジン出力は時間の経過に伴い増大している。また、加速状態のように負荷が大きな状態では、燃料噴射タイミングは、ＥＣＭ３０によって遅角側へと移行される。その理由は、高いトルクが必要な高負荷領域において、エンジン２０の各気筒内の圧力が過上昇するのを防止しつつ、できるだけ多くの燃焼エネルギーを得るためである。ＥＣＭ３０による燃料噴射タイミングに関する制御は、例えば、予め作成されメモリに格納された、エンジン出力やアクセル開度等に基づく燃料噴射タイミングマップを参照して実行すればよい。
【００３５】
図５の過給圧の欄において、実線が実過給圧を、点線が目標過給圧を、それぞれ示している。図５に示すように、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの加速状態においては、ブーストセンサ１８による実測値である実過給圧より目標過給圧の方が大きくなっている。これは、加速操作（アクセルペダルの踏み込み等）によってエンジン出力の増大に伴う排気ガスの流量増加が始まっても、過給機１９のタービン１６の回転速度が上昇し圧縮機１２が機能し始めるまでに若干の時間がかかるからである。
【００３６】
最大筒内圧力を示す欄は、エンジン２０が有する気筒の１つの中の圧力の最大値を例示する欄である。筒内圧力が上昇しすぎると、エンジン２０の動作不良や故障等の恐れがあるので、予め安全な燃焼を行うための許容値が定められている。図５に示す例では、加速状態において、最大筒内圧力は許容値付近まで上昇している。
【００３７】
一方、時間Ｔ３からＴ４までの減速状態において、エンジン出力が時間の経過に伴い減少している。これに伴い、燃料噴射タイミングがＥＣＭ３０によって進角側へと移行される。
【００３８】
減速時において、過給圧は、実過給圧の方が目標過給圧よりも大きくなる。これは、加速時と同様に、減速操作が開始されてから、その操作を過給機１９が過給圧に反映させるまでに時間を要するからである。
【００３９】
このように、車輌の減速状態、すなわちエンジン２０が高負荷領域から低負荷領域に急速に遷移したような状態では、燃料噴射タイミングが急激に進角側に移行される一方で、過給圧は一時的に高い値のまま維持される。ここで、減速状態において時間の経過と共に燃料噴射圧力を低下させる制御が行われた場合、燃料噴射タイミングの進角側への移行によって、燃焼のピークが圧縮上死点に近づく上に、高い過給圧で供給された多量の吸気が筒内に導入されて圧縮されたのち、燃料が噴射されて気筒内で燃焼が生じるとき、高い過給圧で圧縮された吸気と発生した燃焼圧とによって、最大筒内圧力が過上昇してしまう場合がある。このような場合、図５の最大筒内圧力欄の波形Ａに示すように、最大筒内圧力が許容値を超えてしまう事態が生じうる。
【００４０】
本発明の実施の形態に係るエンジン制御システム１００は、このような事態を回避するため、上記した図３および図４に関連付けて説明したような処理を行うものである。すなわち、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システム１００において、図５に示すように、ＥＣＭ３０は、車輌が減速状態であり、かつ実過給圧が目標過給圧よりも大きい場合に、減速の開始から所定期間Ｐの間、吸気弁２１の閉弁時期を遅角化させる制御を行う。このような制御によって、実過給圧が高い値のままである間に、気筒内の圧縮行程における圧縮開始時期が通常より遅くなるので、気筒内の圧力が低下し、最大筒内圧力の過上昇を防止することができるようになる。
【００４１】
なお、ＥＣＭ３０が吸気弁２１の閉弁時期を遅角化させる所定期間Ｐの長さは、以下のように決定すればよい。すなわち、例えば目標過給圧と実過給圧との差分と、エンジンの回転数と、に基づく閉弁時期遅角化期間を実験等によって予め求め、閉弁時期遅角化期間マップとして予めＥＣＭ３０のメモリに格納しておく。ＥＣＭ３０は、車輌が減速状態であり、かつ実過給圧が目標過給圧よりも大きい場合には、目標過給圧と実過給圧との差分と、エンジンの回転数と、の値を取得し、閉弁時期遅角化期間マップを参照して所定期間Ｐの長さを決定する。なお、エンジン回転数は、図１に図示しない回転数センサ等によって取得されるようにすればよい。
【００４２】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムは、車輌に搭載され、ターボチャージャを備えたエンジンのエンジン制御システムであって、エンジンの運転状態が高負荷領域から低負荷領域に遷移し、かつ所定の目標過給圧よりもターボチャージャによる実際の過給圧である実過給圧の方が大きい場合に、低負荷領域への遷移から所定期間の間、エンジンの吸気弁を閉弁する時期を所定時間だけ遅らせる制御部を有する。
【００４３】
そして、所定時間は、エンジンの圧縮行程の開始から終了までに要する時間未満の値である。また、所定期間は、実過給圧と目標過給圧との差分値と、エンジン回転数と、に基づいて決定される。
【００４４】
このような構成により、本発明の実施の形態に係るエンジン制御システムによれば、ターボチャージャの応答遅れに起因する気筒内圧力の過上昇を好適に防止することができる。
【００４５】
また、上述した実施の形態にて説明したエンジン制御システム１００は、圧縮機１２とタービン１６を１つずつ有し、単段のターボチャージャを構成していたが、本発明はこれに限定されない。例えば複数の圧縮機とタービンとにより、多段のターボチャージャを構成していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ターボチャージャの応答遅れが生じうるエンジンを制御するためのエンジン制御システムに有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  エンジン制御システム
１１  吸気口
１２  圧縮機
１３  冷却器
１４  吸気マニホールド
１５  排気マニホールド
１６  タービン
１７  排気口
１８  ブーストセンサ
１９  過給機
２０  エンジン
２１  吸気弁
２２  吸気用可変動弁機構
２３  排気弁
２４  排気用可変動弁機構
２５  吸気管
２６  排気管
２７  ピストン
３０  ＥＣＭ
【図１】
2017137830.tif 000003
【図２】
2017137830.tif 000004
【図３】
2017137830.tif 000005
【図４】
2017137830.tif 000006
【図５】
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