JP2020067001A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーのロスを抑えてデポジットを除去する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関のバルブシートの上流に配置された電動過給機と、前記電動過給機を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記内燃機関が始動しない場合、前記電動過給機を駆動させることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

吸気バルブの最大リフト量、及び吸気バルブの開弁に関わる吸気カムの作用角の少なくとも一方のバルブ特性を可変とするバルブ特性可変機構を備える内燃機関が知られている。また、このような内燃機関において、吸気バルブの開弁に伴い吸気通路から気筒内へ流入する空気の流速を増大させ、その空気によって、吸気通路の気筒における開口部に付着するデポジットを吹き飛ばす技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２９１７４７号公報

ところで、上述した技術は内燃機関運転中の技術である。このため、ピストンやクランクシャフトといった部品が動いている必要がある。一方、内燃機関の始動時にはこれらの部品が動いていない。このため、例えば上記開口部に設けられたバルブシートに付着するデポジットを吹き飛ばすために上述した技術を採用できない。仮に、内燃機関の始動時に上述した技術を採用する場合、これらの部品を動かすための燃料の燃焼エネルギーが必要となるため、部品を動かす分のエネルギーがロスするという問題がある。

本発明では、エネルギーのロスを抑えてデポジットを除去する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関のバルブシートの上流に配置された電動過給機と、前記電動過給機を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記内燃機関が始動しない場合、前記電動過給機を駆動させることを特徴とする。

本発明によれば、エネルギーのロスを抑えてデポジットを除去することができる。

図１は内燃機関の制御装置の概略構成の一例を示す図である。 図２はデポジットの除去の一例を説明するための図である。 図３はＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本件を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１は内燃機関の制御装置の概略構成の一例を示す図である。内燃機関（以下、エンジンという。）１００には吸気マニホールド３の一端が接続されている。吸気マニホールド３の他端には吸気管２が接続されている。したがって、エンジン１００には吸気マニホールド３を介して吸気管２が接続されている。吸気管２の途中にはメインスロットル１２が配置されている。メインスロットル１２はスロットルの開度を調整することにより気筒１内に吸入する新気の吸入量を変更する。

メインスロットル１２よりも上流側にはエアクリーナ１０が設けられている。エアクリーナ１０はエアフロメータ１１を備えている。エアフロメータ１１は新気の吸入量を計測する。メインスロットル１２よりも下流側にはインタークーラ２６が設けられている。インタークーラ２６は新気の温度を安定させる。また、吸気管２はメインスロットル１２とインタークーラ２６の間にコンプレッサホイール２８を収容している。コンプレッサホイール２８は過給機（以下、ターボという。）を構成する部品である。吸気管２と吸気マニホールド３の接続部分にはサージタンク２３が形成されている。サージタンク２３は吸気圧力センサ２４を備えている。吸気圧力センサ２４は吸気圧力を検出する。

また、エンジン１００には排気マニホールド４の一端が接続されている。排気マニホールド４の他端には排気管６が接続されている。したがって、エンジン１００には排気マニホールド４を介して排気管６が接続されている。排気マニホールド４はタービンホイール２７を収容している。タービンホイール２７もターボを構成する部品である。排気管６がタービンホイール２７を収容していてもよい。排気マニホールド４と排気管６との接続部分には三元触媒１９が形成されている。三元触媒１９は排気を浄化する。

タービンホイール２７とコンプレッサホイール２８はタービンシャフト２９を介して接続されている。タービンシャフト２９もターボを構成する部品である。したがって、タービンホイール２７が排気により回転すると、排気の排気エネルギーによってタービンシャフト２９が回転する。タービンシャフト２９にはコンプレッサホイール２８が接続されているため、結果的にタービンホイール２７とコンプレッサホイール２８は一体的に回転する。これにより、コンプレッサホイール２８は新気を過給する。

ここで、タービンシャフト２９は電動モータ２９Ａを備えている。電動モータ２９Ａはタービンシャフト２９の回転駆動をアシストする。すなわち、タービンホイール２７、コンプレッサホイール２８、タービンシャフト２９、及び電動モータ２９Ａによって電動ターボ２０が構成される。電動モータ２９Ａはコンプレッサホイール２８が新気を過給するときの回転方向と同じ回転方向にタービンシャフト２９を回転駆動する。

さらに、エンジン１００の詳細について説明する。

エンジン１００は気筒１に直接通じる吸気ポート３Ａを備えている。上述した吸気マニホールド３の一端は吸気ポート３Ａに接続される。吸気ポート３Ａには吸気バルブ３Ｂが設けられている。吸気バルブ３Ｂが開弁することにより新気が気筒１内へ供給される。また、エンジン１００は気筒１に直接通じる排気ポート４Ａを備えている。上述した排気マニホールド４の一端は排気ポート４Ａに接続される。排気ポート４Ａには排気バルブ４Ｂが設けられている。排気バルブ４Ｂが開弁することにより燃焼後の排気が排気マニホールド４を介して排気管６へ排出される。尚、排気ポート４Ａはスワールコントロールバルブ８を備えている。一方で、本実施形態に係るエンジン１００はバルブ特性可変機構を備えていないが、バルブ特性可変機構を備えていてもよい。

吸気バルブ３Ｂ及び排気バルブ４Ｂには、それぞれの弁の開閉時期（バルブタイミング）を変更可能とするバルブ駆動アクチュエータ７Ａ，７Ｂが設けられている。バルブ駆動アクチュエータ７Ａ，７Ｂで吸気バルブ３Ｂ及び排気バルブ４Ｂの開閉時期を制御することにより、排気行程から吸気行程にかけての期間中において、吸気バルブ３Ｂ及び排気バルブ４Ｂの両方を閉弁させた期間を作り出すことができる。

エンジン１００の気筒１の斜め上側にはインジェクタ１５が配置されている。インジェクタ１５は気筒１内に燃料を直接噴射する。インジェクタ１５には燃料パイプを介して燃料タンクから燃料が供給される。エンジン１００の気筒１上側には点火プラグ１６が配置されている。点火プラグ１６には点火コイル１７を通じて点火タイミングに高電圧が印加され、点火プラグ１６の対向電極に向けて火花放電が発生し、燃料に着火されて燃焼が行われる。

エンジン１００の気筒１下側には、ピストンＰが配置されている。エンジン１００の気筒１の周囲には水路Ｗが形成されている。水路Ｗには冷却水が流通する。エンジン１００のクランクシャフトＣＳには回転角センサ２５が配置されている。回転角センサ２５はクランクシャフトＣＳから回転角パルス信号を検出し、回転角パルス信号からエンジン回転数を算出する。

エンジン１００には、マイクロコンピュータ等からなるＥＣＵ（Engine Control Unit）３０が制御手段として併設されている。ＥＣＵ３０には回転角センサ２５が電気配線を介して接続されている。回転角センサ２５から出力された信号がＥＣＵ３０に入力される。一方、ＥＣＵ３０には電動モータ２９Ａが電気配線を介して接続されている。ＥＣＵ３０は入力された信号に基づいて、電動モータ２９Ａの動作を制御する。すなわち、ＥＣＵ３０は電動ターボ２０の動作を制御する。

尚、ＥＣＵ３０にはエアフロメータ１１、吸気圧力センサ２４、その他、エンジン１００に配置された各種のセンサとも電気配線を介して接続されている。また、ＥＣＵ３０にはインジェクタ１５や点火コイル１７といった制御対象とも電気配線を介して接続されている。ＥＣＵ３０はこれらのセンサから入力された信号に基づいて、制御対象を制御する。

図２はデポジットＤＰの除去の一例を説明するための図である。

図２に示すように、吸気ポート３Ａの出口にはバルブシート３Ｃが設けられている。すなわち、吸気管２や吸気マニホールド３といった吸気通路の気筒１における開口部にバルブシート３Ｃが設けられている。一方、上述したように、吸気管２はコンプレッサホイール２８を収容している。すなわち、バルブシート３Ｃの上流に電動ターボ２０の一部（具体的にはコンプレッサホイール２８）が配置されている。

ここで、図２に示すように、吸気バルブ３Ｂの傘部にデポジットＤＰが付着した状態で吸気バルブ３Ｂが閉弁を試みると、吸気バルブ３Ｂは自身の傘部とバルブシート３ＣによってデポジットＤＰを噛み込む。すなわち、吸気バルブ３Ｂの閉弁がデポジットＤＰにより阻害される。また、デポジットＤＰを噛み込むことにより、デポジットＤＰがバルブシート３Ｃに付着する。吸気バルブ３Ｂが正常な状態で閉弁しないと（又は異常な状態で閉弁すると）、気筒１（図１参照）内の圧縮抜けが発生する。この結果、失火等の不具合が起こり、エンジン１００が始動しなくなる。

しかしながら、電動モータ２９Ａがタービンシャフト２９及びコンプレッサホイール２８を回転駆動すると、図２に示すように、新気が吸気管２及び吸気マニホールド３を流通し、吸気ポート３Ａの入口から吸気ポート３Ａの内部に流入する。吸気ポート３Ａの内部に流入した新気は吸気ポート３Ａの出口から流出して気筒１内に流入するが、吸気ポート３Ａの出口から流出して気筒１内に流入する過程でデポジットＤＰを吹き飛ばす。これにより、バルブシート３Ｃ及び吸気バルブ３Ｂの傘部に付着したデポジットＤＰが除去される。この結果、吸気バルブ３Ｂは正常な状態で閉弁することができ、エンジン１００を始動することができる。

続いて、図３を参照して、ＥＣＵ３０の動作について説明する。

図３はＥＣＵ３０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。まず、図３に示すように、ＥＣＵ３０はイグニッション電源のオンを検出すると（ステップＳ１０１）、エンジン１００が始動したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。例えば、ＥＣＵ３０は回転角センサ２５から出力された信号に基づいて、クランクシャフトＣＳが動作していると判断した場合、エンジン１００が始動したと判断する（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）。この場合、ＥＣＵ３０は後続の処理をスキップし、処理を終える。

一方、ＥＣＵ３０は回転角センサ２５から出力された信号に基づいて、クランクシャフトＣＳが静止していると判断した場合、エンジン１００が始動しなかったと判断する（ステップＳ１０２：ＮＯ）。この場合、ＥＣＵ３０は電動ターボ２０を駆動する（ステップＳ１０３）。すなわち、ＥＣＵ３０はタービンシャフト２９を回転駆動してコンプレッサホイール２８を回転させ、新気を過給する。これにより、新気が吸気ポート３Ａを介して気筒１内に流入し、その過程でデポジットＤＰが吹き飛ばされて除去される。

ステップＳ１０３の処理が完了すると、再び、ＥＣＵ３０はエンジン１００が始動したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。ＥＣＵ３０の判断手法はステップＳ１０２の処理と同様である。したがって、ＥＣＵ３０はクランクシャフトＣＳが動作していると判断した場合、エンジン１００が始動したと判断し（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、電動ターボ２０を停止する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の処理が完了すると、ＥＣＵ３０は処理を終了する。

一方、ＥＣＵ３０はクランクシャフトＣＳが静止していると判断した場合、エンジン１００が始動しなかったと判断し（ステップＳ１０４：ＮＯ）、電動ターボ２０の回転数を増加させる（ステップＳ１０６）。すなわち、ステップＳ１０３の処理で電動ターボ２０を駆動しても、クランクシャフトＣＳが依然として静止している場合、ＥＣＵ３０はデポジットＤＰが除去されていないと判断する。この場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１０３の処理で実行された電動ターボ２０の回転数より高い回転数で電動ターボ２０を駆動する。これにより、デポジットＤＰを吹き飛ばす新気の気流が強力になる。

ステップＳ１０６の処理が完了すると、再び、ＥＣＵ３０はエンジン１００が始動したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。ＥＣＵ３０の判断手法はステップＳ１０２，Ｓ１０４の処理と同様である。したがって、ＥＣＵ３０はクランクシャフトＣＳが動作していると判断した場合、エンジン１００が始動したと判断し（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５の処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ３０は電動ターボ２０を停止して、処理を終了する。

一方、ＥＣＵ３０はクランクシャフトＣＳが静止していると判断した場合、エンジン１００が始動しなかったと判断し（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ダイアグを点灯する（ステップＳ１０８）。すなわち、ステップＳ１０６の処理で電動ターボ２０を高回転で駆動しても、クランクシャフトＣＳが依然として静止している場合、デポジットＤＰを除去できなかった又はデポジットＤＰ以外の原因であると判断する。この場合、ＥＣＵ３０はダイアグを点灯して、ドライバにエンジン１００の異常を通知する。

尚、本実施形態では、ＥＣＵ３０はエンジン１００が始動しない原因がデポジットＤＰに起因していても起因していなくても、エンジン１００が始動しなければ、デポジットＤＰが原因であると推定して、電動ターボ２０を駆動する。仮に、エンジン１００が始動しない原因がデポジットＤＰに起因していなくても、電動ターボ２０の駆動による悪影響はないと想定される。

以上、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は電動ターボ２０とＥＣＵ３０を備えている。電動ターボ２０はエンジン１００のバルブシート３Ｃの上流に配置されており、ＥＣＵ３０はその電動ターボ２０を制御する。特に、ＥＣＵ３０はエンジン１００が始動しない場合、電動ターボ２０を駆動させることを特徴とする。これにより、ピストンＰやクランクシャフトＣＳといった部品を動かすための燃料の燃焼エネルギーロスを抑えてデポジットＤＰを除去することができる。

特に、バルブ特性可変機構を採用したエンジンの場合、バルブ特性可変機構により吸気バルブの開口面積を絞って空気の流速を増大させるが、開口面積を絞ってもデポジットを除去するのに十分な流速を得られない可能性がある。また、吸気バルブの開口面積を絞るためにはピストンやクランクシャフトといった部品が動いている必要がある。

しかしながら、本実施形態では、エンジン１００にバルブ特性可変機構を利用していない。本実施形態では、ピストンＰやクランクシャフトＣＳといった部品が静止した状態で電動ターボ２０が新気の流速を強制的に向上させる。この結果、流速が向上した新気が吸気ポート３Ａから気筒１に流れ込み、その過程でデポジットＤＰが除去される。このように、ピストンＰやクランクシャフトＣＳといった部品を動かさなくても、電動ターボ２０を利用することにより、デポジットＤＰを除去することができる。また、本実施形態は、バルブ特性可変機構を採用しないため、バルブ特性可変機構を採用する場合に要する種々のコストが発生しないで済む。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、ＥＣＵ３０はエンジン１００の運転状態に基づきデポジットＤＰの堆積量を推定する公知の技術を利用してデポジットＤＰの堆積量を推定して記憶しておき、エンジン１００が始動しなかった場合、記憶した堆積量を利用して、電動ターボ２０を駆動するか否かを判断してもよい。仮に、ＥＣＵ３０が記憶した堆積量が所定量以上の場合に、エンジン１００が始動しない原因がデポジットＤＰに起因すると判断して、電動ターボ２０を駆動すれば、デポジットＤＰに起因しない無駄な電動ターボ２０の駆動を回避することができる。

２ 吸気管
３ 吸気マニホールド
３Ａ 吸気ポート
３Ｂ 吸気バルブ
３Ｃ バルブシート
２０ 電動ターボ
２８ コンプレッサホイール
２９ タービンシャフト
２９Ａ 電動モータ
３０ ＥＣＵ
１００ エンジン

Claims (1)

1. 内燃機関のバルブシートの上流に配置された電動過給機と、
   前記電動過給機を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関が始動しない場合、前記電動過給機を駆動させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
   

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