JP3789298B2 - 負荷差動式始動時燃料加熱制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車輌のエンジンに係り、特にその燃料の加熱に関する制御の改良に係る。
【０００２】
【従来の技術】
上記用途のエンジンに於いて、エンジン燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁に電気式ヒータを設け、かかるヒータにて燃料噴射弁を加熱することにより燃料を加熱しつつ噴射することは、既に古くから行なわれており、またかかるヒータの過熱を防いでその耐久性を改善し、また、かかるヒータによる燃料の加熱を大気やエンジンの温度状態或は燃料の燃焼状態等に基づいて制御する発明も種々提案されている。そのような発明の例は、特開平５−２８８１３１号公報、特開平１１−１４８４４１号公報等に示されている。
【０００３】
これらの従来よりなされている諸提案は、専ら、ヒータの燃料加熱性能やその耐久性の改善、或は、ヒータによる燃料の加熱によりエンジンの始動性をよくするには、その加熱態様は大気やエンジンの温度状態或は燃料の燃焼状態等に応じて何の様に制御されるべきかに関する発明である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
燃料噴射弁加熱用ヒータを備えたエンジンに於いては、従来より一般にエンジン始動に当たって、エンジン始動用モータと燃料加熱用ヒータの両方への通電が同時に開始されている。これは、かかるヒータによる燃料の加熱がエンジン冷温時の始動性をよくし、またエンジン冷温始動時の排気性状を改善することであってみれば、当然のことと思われる。確かに、ヒータ作動の目的と効果の観点から言えば、その作動開始の時点はエンジンの作動開始と同時であるべきであろう。
【０００５】
しかし、かかる燃料噴射弁加熱用ヒータは、その作動にかなりの電力を消費し、その消費電力は、限られた容量の蓄電装置にとってはかなりの負担である。そのため、エンジン始動用モータによるエンジンの駆動開始と同時に燃料加熱用ヒータを作動させるのは、限られた容量の蓄電装置に二つの大負荷を同時に掛けることになり、各負荷に対する電力供給を相対的に低下させ、一方でエンジン始動用駆動回転数が低下することによりエンジンの自爆への立ち上がりを遅らせ、他方でもまたヒータによる燃料の加熱度が低下することによりエンジン自爆の立ち上がりを遅らせると共に始動時未燃焼成分の排出を長引かせ、エンジン始動性の向上と始動時未燃焼成分の排出を抑制せんとすることに対し、却って相乗的逆効果を来す虞れがある。この虞れは蓄電装置の蓄電状態が低下しているとき特に注意を要するであろう。
【０００６】
本発明は、エンジンの燃料加熱用ヒータには、その作動時期の如何によってはその目的および作用効果に逆の結果をもたらす虞れがあることに着目し、そのような観点から、かかるヒータをその作動時期制御の局面から改良することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく、本発明は、始動用モータにより駆動されて始動するエンジンの燃料を加熱するヒータの作動を制御する方法にして、
エンジン始動時に前記始動用モータの作動が実質的に終了してから前記ヒータを作動させることを特徴とする方法を提案するものである。
【０００８】
上記の燃料加熱用ヒータ作動制御方法に於いて、前記始動用モータの実質的作動終了は前記始動用モータの通電回路の開閉器が開かれたことであることされてよい。
【０００９】
或いはまた、上記の燃料加熱用ヒータ作動制御方法に於いて、前記始動用モータの実質的作動終了はエンジンが自爆を開始したことであるとされてよい。
【００１０】
更にまた、上記の燃料加熱用ヒータ作動制御方法に於いて、前記ヒータの作動は、全てのシリンダに対する複数のヒータが前記始動用モータの実質的作動終了に伴って同時に作動開始される態様にて行われてよいが、複数のヒータが群分けされているときには、前記始動用モータの実質的作動終了に伴って群毎に段階的に作動開始される態様にて開始されてもよい。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
ヒータによる燃料加熱によってエンジン冷温始動時の始動性がよくなることは確かである。しかし、この燃料加熱によるエンジン始動性の向上についてより詳細に検討すれば、燃料加熱が実際に効果を発揮しはじめるのはエンジンが既に自爆を開始し、暖機によってその作動を安定化させて行くときであることが理解される。エンジン始動に当たってのエンジン始動用モータ作動指令信号、同モータの消費電力、エンジン回転数のそれぞれの時間的経過は、一般に図１に示す通りであり、通常の正常なエンジン始動では、エンジンはモータによる駆動開始後１秒に満たない時点ｔ１にて自爆を開始し、その後は自らの力で回転数を増大させて行く。一方、ヒータによる燃料の加熱については、ヒータが燃料の噴射端に最も近い燃料噴射弁に設けられているときでさえも、ヒータ自身および燃料噴射弁にはかなりの熱容量があることによって、その通電によって発生した熱が燃料に実質的に伝わるには、１秒を越える時間遅れが伴う。従って、たとえモータへの通電開始と同時にヒータへの通電が開始されても、エンジンの自爆開始までに噴射される燃料は殆ど加熱されていない筈である。
【００１２】
これより推測されることは、エンジンは冷えていても所定の回転数以上で或る回数まで駆動されれば、そのとき燃料が特に加熱されていなくても、自爆を始めるということである。そしてエンジンが自爆を始めた後こそ、燃料が加熱されていれば、よりよい燃爆が得られ、より迅速且つ滑らかにエンジンが立ち上がり、またその間燃料が加熱されていれば、燃焼室壁面への燃料の付着も抑制され、理論空燃比によるエンジン立上げ運転も可能となって、エンジン始動時に於ける排気性状も改善されるというものである。そうであれば、モータによるエンジン駆動時には、ヒータへの通電は控え、できるだけモータへの通電量を多くし、モータによるエンジン駆動回転数を高め、エンジンをより早期且つ確実に自爆開始させるのが得策である。
【００１３】
ヒータへの通電を開始するための、始動用モータの実質的作動が終了したときを、図１に於ける時点ｔ３の如く始動用モータへの通電回路の開閉器が開かれたときとすれば、蓄電装置にモータ負荷とヒータ負荷が同時に掛かることが確実に回避される。ただ、この場合には、モータへの通電が必要以上に長く行われた場合には、ヒータの作動開始が必要以上に遅れるという問題はある。
【００１４】
この点に於いて、始動用モータの実質的作動終了はエンジンが自爆を開始したことであるとされれば、上記の如くモータへの通電が必要以上に長く行われることにより、ヒータの作動開始が必要以上に遅れるという問題は回避される。この場合、エンジン自爆開始の判定を、図１に於ける時点ｔ２の如くエンジンの自爆が確実となるよう或る程度進み、またそれによってモータにかかるエンジン駆動負荷が大きく低下し、その作動がまだ完全には終了していないが実質的に終了したときとしておけば、たとえヒータへの通電を開始したときモータ通電回路の開閉器はまだ閉じており、モータとヒータの負荷が同時に蓄電装置に掛かる状態が生じても、モータの負荷は既に大きく低下しており、ヒータは直ちに蓄電装置より強力な電流を得て作動することができる。
【００１５】
また、この場合、特に全シリンダに対するヒータが複数の群に分けられていて、ヒータの作動が群毎に段階的に開始できるようになっていれば、上記の如くモータの作動がまだ完全には終了していないときヒータの作動が開始される場合にも、ヒータを群毎に段階的に作動開始させることにより、負荷重なりによる負荷増大をよりよく回避することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明によるエンジン始動時燃料加熱制御方法の第一の実施例を制御過程の流れとして示すフローチャートである。この制御が開始されると、先ずステップ１０にて、エンジン冷却水温度等によるエンジン温度、エンジン回転数、エンジン始動用モータに対する作動指令、その他のデータの読込みが行われる。次いで制御はステップ２０へ進み、フラグＦ１が１であるか否かが判断される。この種のフラグは通常制御の始動時に０にリセットされるので、制御が最初にステップ２０にきた時にはＦ１は０であり、制御はステップ３０へ進む。
【００１７】
ステップ３０にては、ステップ１０にて読み込まれたエンジン温度Ｔｅが所定のしきい値Ｔ１より高いか否かが判断される。このしきい値Ｔ１は、エンジン始動に当たってエンジンはヒータの作動を要しないような暖機状態にあることを示すエンジンの温度値である。答えがイエスのときには、ヒータの作動は不要なので、制御は直ちにステップ１０の前に戻り、ヒータ作動の必要が生ずるまで、データの読込みを繰り返しつつ待機する。答えがノーのときには、制御はステップ４０へ進み、エンジン始動用モータに対する作動指令が出された（モータオン）か否かが判断される。答えがノーである限り制御はやはりステップ１０の前に戻る。
【００１８】
ステップ４０の答えがイエスに転ずると、制御はステップ５０へ進み、フラグＦ１が１にセットされ、制御はステップ１０の前に戻り、これ以後制御はステップ２０よりステップ６０へ進むようになる。ステップ６０にては、フラグＦ２が１であるか否かが判断される。フラグＦ２も制御開始時に０にリセットされているので、最初ステップ６０の答えはノーであり、制御はステップ７０へ進み、ここでエンジン始動用モータに対する作動指令が解除された（モータオフ）か否かが判断される。答えがノーである限り、制御はステップ１０の前に戻り、そのままモータによるエンジンのクランキングが続けられる。
【００１９】
そのうちエンジン始動用モータに対する作動指令が解除され、ステップ７０の答えがイエスに転ずると、制御はステップ８０へ進み、燃料加熱用ヒータへの通電が開始（ヒータオン）される。従来一般に、エンジン始動用モータをオフにする制御は、エンジン回転数に基づいて行われており、それは通常、図１に例示する如くエンジン回転数がアイドル回転数より幾分高い回転数Ｎ１２に達したときである。尚、このようにモータ駆動によってエンジンが自爆を始めたとき一旦アイドル回転数以上に吹き上がるのは、エンジンの自力回転に加えてモータの駆動力が加わるからであるが、モータよりエンジンに加えられる駆動トルクはエンジンの自爆による回転数の上昇につれて急速に低下し、駆動回転数の増大にも拘わらず、トルクと回転数の積であるモータの電力負荷は、図１に例示する如くエンジンの自爆進行に伴って急速に低下する。
【００２０】
ステップ８０に於けるヒータオンは、エンジン始動用モータの通電回路の開閉器が開かれることを以って始動用モータの実質的作動終了とするものであり、図１で見て時点ｔ３をヒータ作動開始時点をするものである。ヒータがオンとされたときは、ステップ９０にてタイマがセットされる。かかるタイマは、コンピュータを備え、ここでの始動用モータやヒータを含む種々の装置の作動を制御する車輌の電気式車輌運転制御装置の一部に設けられていてよい。次いでステップ１００にてフラグＦ２が１にセットされ、ステップ１０へ戻った制御はその後ステップ２０よりステップ６０を経てステップ１１０へ進む。ステップ１１０にては、タイマにてセットされたヒータ作動の所定時間が経過した（タイムアウト）か否かが判断され、所定時間だけヒータの作動が続けられる。そして所定時間ヒータが作動されたところで、ステップ１１０の答えはイエスに転じ、制御はステップ１２０へ進み、ヒータの作動は停止（ヒータオフ）され、その後ステップ１３０にてフラグＦ１とＦ２を０にリセットして、一回のエンジン始動時燃料加熱制御が終わる。
【００２１】
図３は、本発明によるエンジン始動時燃料加熱制御方法の第二の実施例を示す図２と同様のフローチャートである。図３に於いて、図２に於けるステップに対応するステップは図２に於けると同じステップ番号により示されている。この実施例に於いては、図２の実施例のステップ７０に代わるステップ７５に於いて、エンジン回転数Ｎｅが所定のしきい値Ｎ１以上に上昇したか否かが判断される。このしきい値Ｎ１の値は、図１に於けるＮ１２の如くエンジン始動用モータの作動を停止させるエンジン回転数とされてもよいが、それより低く、エンジン回転数が自爆により既に確実に上昇しつつあることを示すＮ１１の如き値とされてもよく、これによってヒータの作動開始はｔ３−ｔ２だけ早められる。この場合、ヒータをオンとしたときモータはまだオフとされていないが、モータは既にその作動を実質的に終了しており、蓄電装置に対するその負荷も大きく低減しているので、このときヒータがオンとされても、それは蓄電装置に大負荷を重ねて掛けることにはならず、上述のエンジン始動性の向上と始動時未燃焼成分の排出の抑制に対する相乗的逆効果を招く虞れはない。
【００２２】
図４は、本発明によるエンジン始動時燃料加熱制御方法の第三の実施例を示す図３に類似のフローチャートである。図４に於いて、図３に於けるステップに対応するステップは図３に於けると同じステップ番号により示されている。この実施例に於いては、図３のステップ８０に於いて全シリンダに対する複数のヒータの全てが同時にオンとされるのに代えて、ステップ８５に於いてヒータ群１のヒータのみがオンとされる。
【００２３】
この場合、全シリンダに対する複数のヒータは、図５〜７に例示する如く複数のヒータ群に分けられており、各ヒータ群はそれぞれ個別のリレーにより通電を制御されるようになっている。図５は４気筒エンジンについての例であるが、この例では第１および第４気筒の燃料噴射弁に対するヒータが互いに並列に接続され、また第２及び第３気筒の燃料噴射弁に対するヒータが互いに並列に接続されて、それぞれがヒータリレー１および２により電気式車輌運転制御装置ＥＣＵからの指令に基づいて一括して蓄電装置Ａからの電流を選択的に供給されるヒータ群を構成している。図６および図７はそれぞれ６気筒および８気筒のエンジンについてのヒータ群の構成例を図５と同じ要領にて幾分簡略化して示している。上記および下記のヒータ群１および２はこれらの二つに群分けされたいづれの一方でもよい。
【００２４】
そしてステップ１００にてフラグＦ２が１にセットされた後は、制御はステップ６０よりステップ１０１へ進み、フラグＦ３が１であるか否かが判断され、最初の判断の答えがノーであることにより制御はステップ１０２へ進む。そしてステップ１０２にてはエンジン回転数ＮｅがＮ１より大きい第二のしきい値Ｎ２以上に上昇したか否かが判断される。この実施例に於いては、図３の実施例のステップ７５に対応するステップ７５にてエンジン回転数Ｎｅがしきい値Ｎ１と比較されるとき、Ｎ１は図３の実施例に於けると同じく図１のＮ１２またはＮ１１に相当する値とされてよいが、特にＮ１がＮ１１の如き値とされ、またＮ２がＮ１２の如き値とされるときには、エンジン回転数がＮ１１の如き値まで上昇したところでヒータ群１のヒータの作動が開始され、その後エンジン回転数がＮ１２の如き値まで上昇したところでヒータ群２の作動がされる。このように全シリンダに対する複数のヒータが複数の群に分けられ、それらが段階的に作動されれば、ヒータ作動が図１に示す時点ｔ２の如くモータへの通電がまだ停止されていないときから始められるときにも、モータ作動よりヒータ作動への負荷の転換をよりよく調和させることができる。
【００２５】
ステップ１０３にてヒータ群２の作動を開始させた後は、ステップ１０４にてフラグＦ３が１にセットされ、その後制御はステップ１０１からステップ１１０へ進み、先の実施例に於けると同じくタイマのタイムアウトによって制御を終了する。
【００２６】
以上に於いては本発明をいくつかの実施例について詳細に説明したが、これらの実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン始動時のエンジン始動用モータに対する作動指令と、同モータの負荷と、エンジン回転数の立ち上がりの一般的例を示すグラフ。
【図２】本発明によるエンジン始動時燃料加熱制御方法の第一の実施例を制御過程の流れとして示すフローチャート。
【図３】本発明によるエンジン始動時燃料加熱制御方法の第二の実施例を示す図２と同様のフローチャート。
【図４】本発明によるエンジン始動時燃料加熱制御方法の第三の実施例を示す図３と同様のフローチャート。
【図５】全シリンダに対する複数のヒータが複数のヒータ群に分けられ、各ヒータ群がそれぞれ個別のリレーにより通電を制御される一例を示す解図。
【図６】全シリンダに対する複数のヒータが複数のヒータ群に分けられ、各ヒータ群がそれぞれ個別のリレーにより通電を制御される他の一例を示す解図。
【図７】全シリンダに対する複数のヒータが複数のヒータ群に分けられ、各ヒータ群がそれぞれ個別のリレーにより通電を制御される他の一例を示す解図。

Claims (2)

1. 始動用モータにより駆動されて始動するエンジンの燃料を加熱する複数のヒータの作動を制御する方法にして、前記複数のヒータを群分けし、エンジン始動時に、該エンジンの自爆開始後前記ヒータを群毎に段階的に作動開始して前記始動用モータの通電終了前までに少なくとも１つの群の前記ヒータを作動し前記始動用モータの通電終了後には全てのヒータが作動した状態とすることを特徴とする方法。
2. 請求項１のエンジンの燃料を加熱する複数のヒータの作動を制御する方法であって、前記ヒータを群毎に段階的に作動開始する際、前記エンジンの回転数が第一の所定のしきい値に達したことに応答して前記複数のヒータの第一の群の作動を開始し、前記エンジンの回転数が前記第一の所定しきい値よりも高い第二の所定のしきい値に達したことに応答して前記複数のヒータの第二の群の作動を開始することを特徴とする方法。

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