JP4387851B2

JP4387851B2 - ディーゼルエンジンの始動制御装置

Info

Publication number: JP4387851B2
Application number: JP2004093480A
Authority: JP
Inventors: 博文妹尾
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP2005282381A

Description

本発明は、燃料圧力を目標値に制御して蓄圧し、この蓄圧した燃料をインジェクタを介して筒内に噴射するディーゼルエンジンの始動制御装置に関する。

一般に、ディーゼルエンジンは、吸入空気を圧縮して昇温させ、この圧縮した高温高圧空気中に燃料を噴射することで自己着火させる圧縮点火式のエンジンであることから、ガソリンエンジン等の火花点火エンジンに比較して、低温始動時等には圧縮空気の昇温が遅く、完爆までの時間が長くなる傾向にある。

このため、従来からディーゼルエンジンの始動性を向上させる技術が種々提案されており、例えば、特許文献１には、冷却水温度と燃料温度との少なくとも一方が所定温度未満であるとき、始動開始から完爆状態になるまで、必要な燃料噴射量を複数回に分割して噴射するスプリット噴射制御を実行することにより、低温始動性を向上する技術が開示されている。

また、特許文献２には、エンジン冷却水温とクランキング回転数とに応じて演算した基本始動燃料噴射量を、クランキング終了から完爆まで経過時間に応じて減少させることで、エンジン始動時のオーバーリッチを防止し、エンジンの立上がりを迅速化させて始動性の向上を図る技術が開示されている。
特開平１１−１３２０７８号公報特開２００１−１７３４９０号公報

上述の特許文献１や特許文献２は、何れも始動時の燃料噴射量を適正化して始動性を向上しようとするものであるが、燃料噴射量を適正化するためには、燃料圧力が適正であるという前提が必要となる。

一般に、燃料圧力は、エンジン回転数、冷却水温、吸気温等のエンジン条件に対して、最適値となるべく適合された値が予め設定されているが、エンジン本体や噴射系の部品の生産上のばらつき、燃料やオイルの性状等の条件により、予め適合設定された値が必ずしも最適な値であるとは限らない。

特に、極低温時においては、エンジンを始動可能な最適の燃料圧力の設定幅が狭くなることから、各種パラメータの僅かなばらつきが始動性に大きな影響を及ぼし、始動が困難となる虞がある。例えば、図５に示すように、実際の燃料圧力が予め設定した圧力値の許容範囲に適合している場合であっても、エンジン始動に最適な燃料圧力である要求燃料圧から外れている場合には、時刻Ｔ0でクランキングを開始した後、エンジン回転数が完爆回転数以下の低い回転数で上下して釣り合ってしまい、完爆に至らない虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジン始動時の燃料圧力をエンジン状態に見合った最適の燃料圧力として、始動性を向上することのできるディーゼルエンジンの始動制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるディーゼルエンジンの始動制御装置は、燃料圧力を目標値に制御して蓄圧し、この蓄圧した燃料をインジェクタを介して筒内に噴射するディーゼルエンジンの始動制御装置において、エンジン始動時、エンジン完爆状態に至る前にエンジン回転数が設定回転数以下の状態を設定時間以上継続する乱爆状態を検出する手段と、上記乱爆状態を検出したとき、上記燃料圧力の制御目標値を、エンジンが完爆するまでの間、エンジン回転数の変化に応じて漸次的に増加或いは減少させる手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によるディーゼルエンジンの始動制御装置は、エンジン始動時に、エンジン回転数が設定回転数以下の状態を設定時間以上継続する乱爆状態を検出したとき、燃料圧力の制御目標値を、エンジンが完爆するまでの間、エンジン回転数の変化に応じて漸次的に増加或いは減少させることによりエンジン状態に見合った最適の燃料圧力とし、始動性を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施の一形態に係り、図１はエンジン制御系の全体図、図２は始動時制御処理のフローチャート、図３は平均回転数の差分の説明図、図４はエンジン始動時のレール圧及びエンジン回転数の変化を示すタイムチャートである。

図１において、符号１は、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と記載する）であり、このエンジン１の吸排気系として、燃焼室２に、吸気弁３，排気弁４を介して吸気通路５，排気通路６が連通されている。

吸気通路５は、吸気弁３の近傍で二股状に分岐され、一方の分岐通路に、スワール流（横旋回流）やタンブル流（縦旋回流）等の渦流を発生させて筒内のガス流動を強化し、燃焼安定化を図るための吸気制御弁７が介装されている。吸気制御弁７には、負圧作動式のアクチュエータ８が連設されており、このアクチュエータ８の圧力導入管に、エンジン制御装置（ＥＣＵ）５０によって制御される負圧切換電磁弁９が接続されている。そして、この負圧切換電磁弁９により、アクチュエータ８に導入される圧力が図示しない負圧源からの負圧と大気圧とに切換えられ、吸気制御弁７の開閉動作が制御される。

また、各分岐通路が集合した吸気通路５の上流側には、スロットル弁１０が介装され、このスロットル弁１０に、ＥＣＵ５０からの制御信号によってスロットル弁１０の開度を調整し、吸気量を制御する吸気アクチュエータ１１が連設されている。スロットル弁１０の上流側には、インタークーラ１２が介装され、このインタークーラ１２の上流側に、ターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａが介装されている。更に、ターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａ上流側には、エアクリーナ１４が介装され、このエアクリーナ１４の下流側に、吸気温を検出する吸気温センサ１５を内蔵するエアフローメータ１６が介装されている。

一方、エンジン１の排気通路６には、ターボ過給機１３のタービン１３ｂが介装され、このタービン１３ｂを通過した排気が図示しない触媒で浄化されて排出される。タービン１３ｂ上流側の排気通路６は、排気ガス還流（ＥＧＲ）通路１７を介してスロットル弁１０下流側の吸気通路５に接続されており、ＥＧＲ通路１７に、ＥＣＵ５０からの制御信号によってＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御弁１８と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１９とが介装されている。

ターボ過給機１３は、例えば、可変ノズル式ターボ過給機であり、負圧作動式のアクチュエータ２０によってタービン側に導入される排気ガスのノズル開度が可変される。アクチュエータ２０の圧力導入管には、ＥＣＵ５０によって制御される負圧制御電磁弁２１が接続されており、図示しない負圧源からの負圧が負圧制御電磁弁２１で調圧されてアクチュエータ２０に導入される。これにより、ターボ過給機１３のタービン側のノズル開度が可変されてタービン回転数が可変され、過給圧が制御される。

次に、エンジン１の燃料噴射系について説明する、本エンジン１は、周知のコモンレール式燃料噴射システムを採用しており、燃焼室２に、ＥＣＵ５０によって制御されるインジェクタ２５が臨まされている。また、燃焼室２のインジェクタ２５の噴射ノズル近傍には、グローコントローラ２７によって通電が制御されるグロープラグ２６が臨まされている。

インジェクタ２５は、各気筒に分岐配管される燃料配管２８を介してコモンレール２９に接続されており、コモンレール２９には、図示しない燃料タンクから燃料を吸い上げて加圧するサプライポンプ３０が接続されている。そして、サプライポンプ３０によって高圧に昇圧された燃料がコモンレール２９に蓄圧され、各気筒への燃料配管２８を介して各気筒のインジェクタ２５に高圧燃料が供給される。

サプライポンプ３０は、例えばインナカム式の圧送系と電磁弁による吸入量の調量方式を備えるものであり、吸入量を調整する吸入調量電磁弁３１、燃料温度を検出する燃料温度センサ３２が本体内に組込まれている。サプライポンプ３０の燃料温度センサ３２からの信号は、コモンレール２９内の燃料圧力（レール圧）を検出する燃料圧力センサ３３からの信号と共にＥＣＵ５０に入力され、他のセンサ類からの信号と共に処理される。そして、ＥＣＵ５０により、サプライポンプ３０の吐出圧すなわちコモンレール２９の燃料圧力が、例えばエンジン回転数と負荷とに応じた最適値に、吸入調量電磁弁３１を介してフィードバック制御される。

次に、ＥＣＵ５０を中心とする電子制御系について説明する。ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータ及び周辺回路を含んで構成され、前述の吸気温センサ１５、エアフローメータ１６、燃料温度センサ３２、燃料圧力センサ３３、エンジン１のウォータジャケットに臨まされて冷却水の温度を検出する水温センサ３４、クランク軸１ａの回転位置を検出するクランク角センサ３５、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ３６、その他、図示しない各種センサ類やスイッチ類からの信号が入力される。ＥＣＵ５０は、これらのセンサ類やスイッチ類からの信号に基づいて、燃料圧力制御、燃料噴射制御、吸気制御、過給圧制御、ＥＧＲ制御等の各種エンジン制御を実行し、エンジン１の運転状態を最適状態に維持する。

また、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時、クランキングに伴うエンジン回転数の上昇を監視し、コモンレール２９のレール圧がエンジン始動に最適な燃料圧力である要求レール圧となるよう、サプライポンプ３０を介してコモンレール２９のレール圧を制御する。具体的には、エンジンがクランキングされてエンジン回転数が上昇する過程において、エンジン回転数が設定回転数（例えば３００ｒｐｍ）以下の状態が設定時間（例えば１０ｓｅｃ）以上継続する状態（以下、「乱爆状態」と称する）で釣り合ってしまい、順調に完爆に至らない虞のあるとき、燃料圧力の制御目標値を予めＥＣＵ５０内に格納されている値から変更し、エンジン回転数の変化に応じて漸次的に設定値ずつ増加或いは減少させる。

この始動時の燃料圧力を制御する処理は、図２に示すＥＣＵ５０のプログラム処理において実施される。以下、図２のフローチャートに基づいて説明する。

図２に示す始動時制御処理は、エンジン始動時、クランキングを経てエンジンが完爆するまでの間、実行される処理である。先ず、ステップＳ１において、図示しないスタータスイッチからのスタータ信号がＯＮになっているか否かを調べ、エンジンの始動状態を検出したか否かを判定する。

その結果、スタータ信号がＯＦＦであり、エンジン始動前のエンジン停止状態、或いは既にエンジンが完爆して通常の運転状態にある場合には、ステップＳ１で待機し、スタータ信号がＯＮの場合、すなわち、エンジンがクランキングされて始動状態にある場合には、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、エンジン回転数が設定回転数（例えば、３００ｒｐｍ）以下の状態が設定時間（例えば、１０ｓｅｃ）以上継続している乱爆状態にあるか否かを調べ、乱爆状態でないときには、ステップＳ１に戻り、乱爆状態であるとき、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、予め、ＥＣＵ５０内に格納されているコモンレール２９のレール圧に対する制御目標値（目標レール圧）を、設定値（例えば、２ＭＰａ）だけ増加させる。この目標レール圧の増加により、燃料圧力センサ３３で検出したコモンレール２９の実レール圧が目標レール圧となるようサプライポンプ３０の吸入調量電磁弁３１に対する制御指令値が変更され、レール圧が上昇方向に向かう。

そして、目標レール圧を増加させた後、ステップＳ４へ進み、一定時間のエンジン回転数の変化を調べる。このエンジン回転数の変化は、図３に示すように、一定時間におけるエンジン回転数ＮＥの平均値の差分ΔＡｖ.ＮＥを用いるようにしており、短時間での局所的な回転変動の影響を排除し、エンジン回転数の上昇または降下を的確に把握することができる。

目標レール圧の増加により、エンジン回転数が順調に上昇し、ΔＡｖ.ＮＥ≧０ｒｐｍになった場合には、ステップＳ４からステップＳ５へ進み、エンジン回転数ＮＥが完爆回転数Ｎｓ（例えば、７００ｒｐｍ）以上になったか否かを調べ、完爆状態検出を判定する。その結果、ＮＥ＜Ｎｓの場合には、ステップＳ３へ戻って、レール圧を要求レール圧に合致させるべく目標レール圧を増加させる処理を繰返し、ＮＥ≧Ｎｓで完爆に達したとき、処理を完了する。

一方、ステップＳ４において、ΔＡｖ.ＮＥ＜０ｒｐｍであり、エンジン回転数が順調に上昇していない場合には、ステップＳ４からステップＳ６へ分岐し、目標レール圧を設定値（例えば、２Ｍｐａ）だけ減少させ、ステップＳ７で、再度、一定時間におけるエンジン回転数ＮＥの平均値の差分ΔＡｖ.ＮＥを用いてエンジン回転数の上昇・降下を調べる。

ステップＳ７において、ΔＡｖ.ＮＥ＜０ｒｐｍであり、エンジン回転数が低下傾向にある状態が継続する場合には、ステップＳ３へ戻って目標レール圧を増加させ、ΔＡｖ.ＮＥ≧０ｒｐｍとなって、エンジン回転数が上昇に転じると、ステップＳ７からステップＳ８へ進んで、エンジン回転数ＮＥが完爆回転数Ｎｓ（例えば、７００ｒｐｍ）以上に上昇したか否かを調べ、完爆状態検出を判定する。その結果、ＮＥ＜Ｎｓの場合には、ステップＳ６へ戻って、再度、目標レール圧を設定値だけ減少させる。そして、この目標レール圧を増減する処理を繰返し、ステップＳ８においてＮＥ≧Ｎｓとなって完爆に達したとき、処理を完了する。

以上の処理によるレール圧及びエンジン回転数の変化を、図４を用いて説明する。時刻Ｔ0でクランキングが開始されると、クランキングによるエンジン回転数ＮＥの上昇の様子がＥＣＵ５０により監視される。そして、コモンレール２９の実レール圧が予め設定した目標レール圧に適合した圧力であるにも拘わらず、エンジン回転数ＮＥが順調に上昇せずに低い回転数で上下動を繰返して釣り合った乱爆状態になってしまうと、時刻Ｔ１で乱爆状態がＥＣＵ５０で検出され、目標レール圧が設定値ずつ増加或いは減少される（図４においては、目標レール圧の増加を示す）。

この目標レール圧の増減は、平均エンジン回転数の上昇又は下降に応じて行われ、この目標レール圧の増減を繰返すことにより、実レール圧をエンジン始動に最適な要求レールまで上昇させることができる。これにより、図４に破線で示すように、実レール圧が予め設定されてＥＣＵ５０内に格納されている目標レール圧に適合している場合であっても、乱爆状態から抜け出せずに完爆に至らないといった事態を回避し、エンジンを完爆させることができる。

以上のように、本実施の形態においては、エンジン始動時のクランキングによるエンジン回転数の上昇を監視し、乱爆状態を検出したときには、燃料圧力の制御目標値を予め設定された値からエンジン回転数の変化に応じて漸次的に設定値ずつ増加或いは減少させる制御を行っており、エンジン始動時の燃料圧力をエンジン状態に見合った最適の燃料圧力として、始動性を向上することができる。

エンジン制御系の全体図始動時制御処理のフローチャート平均回転数の差分の説明図エンジン始動時のレール圧及びエンジン回転数の変化を示すタイムチャート従来例に係わり、エンジン始動時のレール圧及びエンジン回転数の変化を示すタイムチャート

符号の説明

１ディーゼルエンジン
２５インジェクタ
２９コモンレール
３０サプライポンプ
３１吸入調量電磁弁
３３燃料圧力センサ
５０エンジン制御装置
ＮＥエンジン回転数
ΔＡｖ.ＮＥ一定時間におけるエンジン回転数の平均値の差分
代理人弁理士伊藤進

Claims

燃料圧力を目標値に制御して蓄圧し、この蓄圧した燃料をインジェクタを介して筒内に噴射するディーゼルエンジンの始動制御装置において、
エンジン始動時、エンジン完爆状態に至る前にエンジン回転数が設定回転数以下の状態を設定時間以上継続する乱爆状態を検出する手段と、
上記乱爆状態を検出したとき、上記燃料圧力の制御目標値を、エンジンが完爆するまでの間、エンジン回転数の変化に応じて漸次的に増加或いは減少させる手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの始動制御装置。
上記エンジン回転数の変化を、一定時間におけるエンジン回転数の平均値の差分とすることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの始動制御装置。