JP2024094929A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パーシャルリフト噴射の学習機会を多くする。【解決手段】エンジン装置は、ＥＧＲシステムが取り付けられた筒内噴射弁を有するエンジンと、エンジンを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、ＥＧＲ率が値０より大きく且つエンジンの負荷率とエンジンの回転数とが所定閾値範囲内であるときにも、筒内噴射弁を半開状態として燃料噴射するパーシャルリフト噴射の学習を許可する。これにより、ＥＧＲ率が値０のときだけパーシャルリフト噴射の学習を行なうものに比して、パーシャルリフト噴射の学習機会を多くすることができる。【選択図】図２

Description

本開示は、エンジン装置に関し、詳しくは、ＥＧＲシステムが取り付けられた筒内噴射弁を有するエンジンを備えるエンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを有するエンジンを備え、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を実行していないことを筒内噴射弁を半開状態として燃料噴射を行なうパーシャルリフト噴射の学習を実行する条件とするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、排気を浄化する浄化装置の触媒を急速暖機するときには、吸気行程において筒内噴射弁を用いたフルリフト噴射を実行した後、圧縮行程においてパーシャルリフト噴射を実行している。

特開２０１８－１１５６３７号公報

しかしながら、上述のエンジン装置では、パーシャルリフト噴射を行なうためには燃料の圧力を高くする必要があり、筒内噴射弁からの最小噴射量を確保するためには、エンジンの負荷率がある程度大きくなる。このため、ＥＧＲを実行していないことをパーシャルリフト噴射の学習を実行するための条件とすると、パーシャルリフト噴射の学習を実行できる機会が少なくなり、より適正なパーシャルリフト噴射を行なうことができなくなってしまう。

本開示のエンジン装置は、パーシャルリフト噴射の学習機会を多くすることを主目的とする。

本開示のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示のエンジン装置は、
ＥＧＲシステムが取り付けられた筒内噴射弁を有するエンジンと、前記エンジンを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、ＥＧＲ率が値０より大きく且つ前記エンジンの負荷率と前記エンジンの回転数とが所定閾値範囲内であるときにも、前記筒内噴射弁を半開状態として燃料噴射するパーシャルリフト噴射の学習を許可する、
ことを特徴とする。

本開示のエンジン装置では、ＥＧＲ率が値０のときだけでなく、ＥＧＲ率が値０より大きく且つエンジンの負荷率とエンジンの回転数とが所定閾値範囲内であるときにも、筒内噴射弁を半開状態として燃料噴射するパーシャルリフト噴射の学習を許可する。これは、ＥＲＧ率が値０より大きくてもエンジンの負荷率とエンジンの回転数とが所定閾値範囲内であれば爆発燃焼に対するＥＧＲの効果は小さいため、パーシャルリフト噴射の学習を行なってもよいと考えられることに基づく。これにより、パーシャルリフト噴射の学習機会を多くすることができる。

本開示のエンジン装置において、前記所定閾値範囲は、前記筒内噴射弁から最小燃料噴射量の燃料噴射が可能な前記エンジンの負荷率の下限値としての下限閾値以上であると共に前記エンジンの回転数が大きいほど前記エンジンの負荷率が大きくなる上限閾値以下の範囲であるものとしてもよい。これは、エンジン回転数が大きいほどエンジンの負荷率が大きくなってもＥＧＲの効果は小さいと考えられることに基づく。

エンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。 エンジンＥＣＵ１４により実行されるパーシャルリフト噴射学習許否処理の一例を示すフローチャートである。 所定範囲の一例を示す説明図である。

次に、本開示を実施するための形態（実施形態）について説明する。図１は、本開示の一実施形態としてのエンジン装置の構成の概略を示す構成図である。図１は、本発明の一実施形態としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。実施形態のエンジン装置１０は、図示するように、エンジン１２と、排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システム」という）６０と、エンジン１２およびＥＧＲシステム６０を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０とを備える。なお、このエンジン装置１０は、エンジン１２からの動力だけを用いて走行する自動車や、エンジン１２に加えてモータを備えるハイブリッド自動車、エンジン１２からの動力を用いて作動する建設設備などに搭載される。

エンジン１２は、例えばガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気、圧縮、膨張（爆発燃焼）、排気の４行程により動力を出力する６気筒の内燃機関として構成されている。図２に示すように、エンジン１２は、吸気ポートに燃料供給装置５０から低圧供給管５３を介して供給される燃料を噴射するポート噴射弁２６と、筒内に燃料供給装置５０から高圧供給管５８を介して供給される燃料を噴射する筒内噴射弁２７とを有する。筒内噴射弁２７は、燃焼室２９の頂部の略中央に配置されており、弁を全開状態として燃料噴射するフルリフト噴射と弁を半開状態として燃料をスプレー状に噴射するパーシャルリフト噴射とにより燃料噴射する。点火プラグ３０は、筒内噴射弁２７からスプレー状に噴霧される燃料に点火できるように筒内噴射弁２７の近傍に配置されている。エンジン１２は、ポート噴射弁２６と筒内噴射弁２７とを有することにより、ポート噴射モードと筒内噴射モードと共用噴射モードとのうちの何れかで運転可能となっている。ポート噴射モードでは、エアクリーナ２２により清浄された空気を吸気管２３に吸入してスロットルバルブ２４やサージタンク２５を通過させると共に、吸気管２３のサージタンク２５よりも下流側のポート噴射弁２６から燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ２８を介して燃焼室２９に吸入し、点火プラグ３０による電気火花によって爆発燃焼させて、シリンダボア内でそのエネルギにより押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１３の回転運動に変換する。筒内噴射モードでは、ポート噴射モードと同様に空気を燃焼室２９に吸入し、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁２７から燃料を噴射し、点火プラグ３０による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト１３の回転運動を得る。共用噴射モードでは、空気を燃焼室２９に吸入する際にポート噴射弁２６から燃料を噴射すると共に吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁２７から燃料を噴射し、点火プラグ３０による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト１３の回転運動を得る。これらの噴射モードは、エンジン１２の運転状態に基づいて切り替えられる。燃焼室２９から排気バルブ３３を介して排気管３４に排出される排気は、浄化装置３５を介して外気に排出される。浄化装置３５は、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）３５ａを有する。この排気管３４の排気は、外気に排出されるだけでなく、排気を吸気に還流するＥＧＲシステム６０を介して吸気管２３に供給される。

燃料供給装置５０は、燃料タンク５１内の燃料をエンジン１２のポート噴射弁２６や筒内噴射弁２７に供給する装置として構成されている。燃料供給装置５０は、燃料タンク５１と、フィードポンプ５２と、低圧供給管５３と、逆止弁５４と、リリーフ管５５と、リリーフバルブ５６と、高圧ポンプ５７と、高圧供給管５８とを備える。

フィードポンプ５２は、図示しないバッテリからの電力の供給を受けて作動する電動ポンプとして構成されており、燃料タンク５１内に配置されている。このフィードポンプ５２は、燃料タンク５１内の燃料を低圧供給管５３に供給する。低圧供給管５３は、ポート噴射弁２６に接続されている。逆止弁５４は、低圧供給管５３に設けられており、フィードポンプ５２側からポート噴射弁２６側の方向の燃料の流れを許容すると共に逆方向の燃料の流れを規制する。

リリーフ管５５は、低圧供給管５３と燃料タンク５１とに接続されている。リリーフバルブ５６は、リリーフ管５５に設けられ、低圧供給管５３内の燃圧が閾値Ｐｆｌｏｌｉｍ未満のときには閉弁すると共に低圧供給管５３内の燃圧が閾値Ｐｆｌｏｌｉｍ以上のときには開弁する。リリーフバルブ５６が開弁すると、低圧供給管５３内の燃料の一部がリリーフ管５５を介して燃料タンク５１に戻される。このようにして、低圧供給管５３内の燃圧が過剰になるのを抑制する。

高圧ポンプ５７は、エンジン１２からの動力（実施形態では、吸気バルブ２８を開閉するインテークカムシャフトの回転）により駆動されると共に低圧供給管５３の燃料を加圧して高圧供給管５８に供給するポンプとして構成されている。高圧ポンプ５７は、その吸入口に接続されて燃料を加圧する際に開閉する電磁バルブ５７ａと、その吐出口に接続されて燃料の逆流を規制すると共に高圧供給管５８内の燃圧を保持するチェックバルブ５７ｂと、エンジン１２の回転（インテークカムシャフトの回転）により作動する（図１における上下方向に移動する）プランジャ５７ｃとを有する。この高圧ポンプ５７は、エンジン１２の運転中に、電磁バルブ５７ａが開弁されたときに、低圧供給管５３の燃料を吸入し、電磁バルブ５７ａが閉弁されたときに、プランジャ５７ｃによって圧縮した燃料をチェックバルブ５７ｂを介して高圧供給管５８に断続的に送り込むことにより、高圧供給管５８に供給する燃料を加圧する。

ＥＧＲシステム６０は、ＥＧＲ管６２とＥＧＲバルブ６４とを備える。ＥＧＲ管６２は、排気管３４の浄化装置３５よりも下流側と吸気管２３のサージタンク２５とを連絡する。ＥＧＲバルブ６４は、ＥＧＲ管６２に設けられており、ステッピングモータ６３によって駆動される。このＥＧＲシステム６０は、ＥＧＲバルブ６４の開度を調節することにより、不燃焼ガスとしての排気の還流量を調節して吸気側に還流する。エンジン１２は、こうして空気と排気と燃料との混合気を燃焼室２９に吸引することができる。以下、排気管３４から吸気管２３に排気を還流することを「ＥＧＲ」といい、排気管３４から吸気管２３に還流する排気を「ＥＧＲガス」といい、ＥＧＲガスの量を「ＥＧＲ量」という。

エンジン１２は、エンジンＥＣＵ１４により運転制御されている。エンジンＥＣＵ１４は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。

エンジンＥＣＵ１４には、エンジン１２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ１４に入力される信号としては、例えば、エンジン１２のクランクシャフト１３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ４０からのクランク角θｃｒや、エンジン１２の冷却水の温度を検出する水温センサ４２からの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。吸気バルブ２８を開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ３３を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ４４からのカム角θｃｉ，θｃｏも挙げることができる。スロットルバルブ２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ２４ａからのスロットル開度ＴＨや、吸気管２３のスロットルバルブ２４よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａ、吸気管２３のスロットルバルブ２４よりも上流側に取り付けられた温度センサ２３ｔからの吸気温Ｔａ、サージタンク２５に取り付けられた圧力センサ２５ａからのサージ圧Ｐｓも挙げることができる。排気管３４の浄化装置３５よりも上流側に取り付けられたフロント空燃比センサ３７からのフロント空燃比ＡＦ１や、排気管３４の浄化装置３５の後段に取り付けられたリヤ空燃比センサ３８からのリヤ空燃比ＡＦ２も挙げることができる。燃料タンク５１に取り付けられた燃温センサ５１ｔからの燃温Ｔｆｔｎｋや、フィードポンプ５２に取り付けられた回転数センサ５２ａからのフィードポンプ５２の回転数Ｎｐ、低圧供給管５３のポート噴射弁２６付近（例えば、低圧デリバリパイプ）に取り付けられた燃圧センサ５３ｐからの低圧燃圧（ポート噴射弁２６に供給する燃料の圧力）ＰＬ、高圧供給管５８の筒内噴射弁２７付近（例えば、高圧デリバリパイプ）に取り付けられた燃圧センサ５８ｐからの高圧燃圧（筒内噴射弁２７に供給する燃料の圧力）ＰＨ、ＥＧＲバルブ６４の開度を検出するＥＧＲバルブ開度センサ６５からのＥＧＲバルブ６４の開度ＥＶも挙げることができる。

エンジンＥＣＵ１４からは、エンジン１２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ１４から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ２４への制御信号や、ポート噴射弁２６への制御信号、筒内噴射弁２７への制御信号、点火プラグ３０への制御信号を挙げることができる。燃料供給装置５０のフィードポンプ５２への制御信号や、高圧ポンプ５７の電磁バルブ５７ａへの制御信号、ＥＧＲバルブ６４の開度を調整するステッピングモータ６３への制御信号も挙げることができる。

エンジンＥＣＵ１４は、クランクポジションセンサ４０からのエンジン１２のクランク角θｃｒに基づいてエンジン１２の回転数Ｎｅを演算している。また、エンジンＥＣＵ１４は、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて負荷率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算している。エンジンＥＣＵ１４は、吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅと図示しないＥＧＲバルブ開度センサからのＥＧＲバルブ６４の開度ＥＶとに基づいてＥＧＲ量ＶｅやＥＧＲ率も演算している。

エンジンＥＣＵ１４は、エンジン１２の目標運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊）に基づいて運転されるように、エンジン１２の運転制御、例えば、吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御、開閉タイミング制御などを行なう。吸入空気量制御は、スロットルバルブ２４の開度を制御することにより行なわれる。燃料噴射制御は、ポート噴射モードや筒内噴射モード、共用噴射モードでポート噴射弁２６や筒内噴射弁２７からの燃料噴射量を制御することにより行なわれる。点火制御は、点火プラグ３０の点火時期を制御することにより行なわれる。

次に、こうして構成された実施形態のエンジン装置１０の動作、特に、パーシャルリフト噴射の学習の許否を判定する際の動作について説明する。パーシャルリフト噴射の学習は、基本的には、エンジン１２の負荷率ＫＬが小さい領域で吸気行程で筒内噴射弁２７からフルリフト噴射により１回だけ噴射しているときに実行され、同一の燃料噴射の開始タイミングでパーシャルリフト噴射を短く１回噴射し、その後フルリフト噴射で残余の燃料噴射量を噴射することにより行なわれる。図２は、エンジンＥＣＵ１４により実行されるパーシャルリフト噴射学習許否処理の一例を示すフローチャートである。この処理は所定時間毎に繰り返し実行される。

パーシャルリフト噴射学習許否処理が実行されると、エンジンＥＣＵ１４は、エンジン１２の回転数Ｎｅやエンジン１２の負荷率ＫＬを入力する（ステップＳ１００）。本実施形態では、エンジン１２の回転数Ｎｅについてはクランクポジションセンサ４０からのエンジン１２のクランク角θｃｒに基づいて演算されたもの、エンジン１２の負荷率ＫＬについてはエアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて演算されたものを入力するものとした。

続いてエンジン１２の回転数Ｎｅとエンジン１２の負荷率ＫＬが所定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。所定範囲の一例を図３に示す。図中、一点鎖線は筒内噴射弁２７からの燃料噴射における最小噴射量となる下限値としての負荷率ＫＬを示し、破線はＥＧＲ率が値０（ＥＧＲ量が値０）となる負荷率ＫＬを示し、実線はパーシャルリフト噴射の学習が可能か否かを判定する閾値を示す。領域Ａ（図３中の一点鎖線より下方の領域）は、筒内噴射弁２７からの燃料噴射量が最小噴射量未満となるため、パーシャルリフト噴射の学習は困難な領域である。領域Ｂ（図３中の一点鎖線と破線との間の領域）は、ＥＧＲ率が値０（ＥＧＲ量が値０）の領域であると共に筒内噴射弁２７からの燃料噴射量が最小噴射量以上となる領域であり、パーシャルリフト噴射の学習が可能な領域である。領域Ｃ（図３中の破線と実線との間の領域）は、ＥＧＲ率が値０ではないが比較的小さい（ＥＧＲ量が値０ではないが比較的少ない）ため、パーシャルリフト噴射の学習が可能となる領域である。本実施形態では、領域Ｃの上限となる閾値（実線）はエンジン１２の回転数Ｎｅが大きくなるほどエンジン１２の負荷率ＫＬが大きくなるように設定されている。なお、この領域Ｃが所定閾値範囲である。領域Ｄ（図３中の実線より上方の領域）は、負荷率ＫＬが大きいことによりＥＧＲ率が大きいため、パーシャルリフト噴射の学習が不適な領域である。したがって、パーシャルリフト噴射の学習が可能な範囲（所定範囲）は、筒内噴射弁２７からの燃料噴射量が最小噴射量以上となる領域であってＥＧＲ率が値０の領域（領域Ｂ）およびＥＧＲ率が小さい値の領域（領域Ｃ：所定閾値範囲）となる。

ステップＳ１１０でエンジン１２の回転数Ｎｅとエンジン１２の負荷率ＫＬが所定閾値範囲内であると判定したときには、パーシャルリフト噴射の学習を許可して（ステップＳ１２０）、本処理を終了する。一方、ステップＳ１１０でエンジン１２の回転数Ｎｅとエンジン１２の負荷率ＫＬが所定閾値範囲外であると判定したときには、パーシャルリフト噴射の学習を禁止して（ステップＳ１３０）、本処理を終了する。

以上説明した実施形態のエンジン装置１０では、エンジン１２の回転数Ｎｅとエンジン１２の負荷率ＫＬが、筒内噴射弁２７からの燃料噴射量が最小噴射量以上となる領域であってＥＧＲ率が値０の領域（領域Ｂ）だけでなく、筒内噴射弁２７からの燃料噴射量が最小噴射量以上となる領域であってＥＧＲ率が値０よりは大きいが比較的小さい領域（領域Ｃの所定閾値範囲）である場合にも、パーシャルリフト噴射の学習を許可する。これにより、エンジン１２の回転数Ｎｅとエンジン１２の負荷率ＫＬが筒内噴射弁２７からの燃料噴射量が最小噴射量以上となる領域であってＥＧＲ率が値０の領域（領域Ｂ）のときにだけパーシャルリフト噴射の学習を許可する場合に比して、パーシャルリフト噴射の学習の機会を多くすることができる。

実施例のエンジン装置１０では、エンジン１２として、筒内噴射弁２７が燃焼室２９の頂部の略中央に配置されているものを用いたが、筒内噴射弁２７が燃焼室２９の側壁（サイド）に配置されているエンジンを用いるものとしてもよい。

実施例のエンジン装置１０では、エンジン１２として、ポート噴射弁２６と筒内噴射弁２７とを有するものを用いたが、ポート噴射弁２７を備えずに筒内噴射弁２７のみを備えるエンジンを用いるものとしてもよい。

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、ＥＧＲシステム６０が「ＥＧＲシステム」に相当し、筒内噴射弁２７が「筒内噴射弁」に相当し、エンジン１２が「エンジン」に相当し、エンジンＥＣＵ１４が「制御装置」に相当する。

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

１０ エンジン装置、１２ エンジン、１３ クランクシャフト、１４ エンジンＥＣＵ、２２ エアクリーナ、２３ 吸気管、２３ａ エアフローメータ、２３ｔ 温度センサ、２４ スロットルバルブ、２４ａ スロットルバルブポジションセンサ、２５ サージタンク、２５ａ 圧力センサ、２６ ポート噴射弁、２７ 筒内噴射弁、２８ 吸気バルブ、２９ 燃焼室、３０ 点火プラグ、３２ ピストン、３３ 排気バルブ、３４ 排気管、３５ 浄化装置、３５ａ 浄化触媒、３７ フロント空燃比センサ、３８ リヤ空燃比センサ、４０ クランクポジションセンサ、４２ 水温センサ、４４ カムポジションセンサ、５０ 燃料供給装置、５１ 燃料タンク、５１ｔ 燃温センサ、５２ フィードポンプ、５２ａ 回転数センサ、５３ 低圧供給管、５３ｐ 燃圧センサ、５４ 逆止弁、５５ リリーフ管、５６ リリーフバルブ、５７ 高圧ポンプ、５７ａ 電磁バルブ、５７ｂ チェックバルブ、５７ｃ プランジャ、５８ 高圧供給管、５８ｐ 燃圧センサ、６０ ＥＧＲシステム、６２ ＥＧＲ管、６３ ステッピングモータ、６４ ＥＧＲバルブ、６５ ＥＧＲバルブ開度センサ。

Claims (2)

1. ＥＧＲシステムが取り付けられた筒内噴射弁を有するエンジンと、前記エンジンを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置であって、
   前記制御装置は、ＥＧＲ率が値０より大きく且つ前記エンジンの負荷率と前記エンジンの回転数とが所定閾値範囲内であるときにも、前記筒内噴射弁を半開状態として燃料噴射するパーシャルリフト噴射の学習を許可する、
   ことを特徴とするエンジン装置。
2. 請求項１記載のエンジン装置であって、
   前記所定閾値範囲は、前記筒内噴射弁から最小燃料噴射量の燃料噴射が可能な前記エンジンの負荷率の下限値としての下限閾値以上であると共に前記エンジンの回転数が大きいほど前記エンジンの負荷率が大きくなる上限閾値以下の範囲である、
   エンジン装置。

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