(57)【要約】【課題】  着火性に不利な低温環境にあるか否かに関わらず、また予想困難な車両の複合バラツキ要素に関わらず、一定の車両レベルの始動性能を維持することを可能にする。【解決手段】  燃料インジェクタの噴射タイミングを制御する方法は、エンジン始動運転において、始動用燃料噴射タイミングで燃料インジェクタを制御し、エンジンが着火せずにクランキングしていると判定されている間に、時間的に増加する進角補正値を算出し、進角補正値で始動用燃料噴射タイミングを進角補正する、各工程を備える。進角補正値は、エンジン温度の関数である所定の増加率で時間的に増加される。進角補正値を算出する工程では、エンジン速度が下限閾値と上限閾値との間の範囲となってから経過した時間が所定の時間閾値に達したとき前記進角補正値の算出を開始する。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料インジェクタの噴射タイミングを制御する方法であって、
エンジン始動運転において、始動用燃料噴射タイミングで燃料インジェクタを制御し、
エンジンが着火せずにクランキングしていると判定されている間に、時間的に増加する進角補正値を算出し、
前記進角補正値で前記始動用燃料噴射タイミングを進角補正する、各工程を備える、方法。
【請求項２】
前記進角補正値は、所定の増加率で時間的に増加される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定の増加率はエンジン温度の関数である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記進角補正値を算出する工程では、エンジン速度が下限閾値と上限閾値との間の範囲である間に、前記進角補正値を算出する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記進角補正値を算出する工程では、エンジン速度が下限閾値と上限閾値との間の範囲となってから経過した時間が所定の時間閾値に達したとき前記進角補正値の算出を開始する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記下限閾値、前記上限閾値及び前記時間閾値の少なくともいずれかは、エンジン温度の関数である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
エンジン速度が前記上限閾値を超えたときに、前記進角補正値をゼロに向けて減少させる、請求項４ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記ゼロに向けて減少される進角補正値は、所定の減少率で減少される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の減少率はエンジン温度の関数である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記進角補正値が所定の補正上限閾値を超えたとき、進角補正値の増加が停止される、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記エンジンが前記エンジン始動運転の状態から通常運転をするべき状態に移行したと判定したとき、前記進角補正値の算出を停止し、前記始動用燃料噴射タイミングを通常運転タイミングに切り替え、該通常運転タイミングで前記燃料インジェクタを制御する、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法を実行する、燃料インジェクタの噴射タイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン始動性能向上のための噴射タイミング制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの始動性能、特に極地環境条件下での始動性能は、常温領域での始動性能に比べて低下する。即ち、低温度下では、エンジンの着火が遅れたり若しくは着火できない可能性が高まる。
【０００３】
車両開発時は、このような着火遅れ、着火できないということが無いように車両開発を実施しており、エンジンの着火性を向上させるために燃料インジェクタの噴射タイミングを進角させるというのが周知の手法である。即ち、一定の進角値を要求タイミングに設定して上死点手前で噴射することにより、燃料がシリンダー内で満遍なく行き渡り、着火性に有利となる。例えば、下記特許文献１には、エンジンの冷却水の水温センサと、低温始動進角機構と、エンジン始動時に水温センサからの信号によって認識されるエンジンの冷却水温値が設定水温値未満となったときに低温始動進角機構を始動させて噴射タイミングを進角させるコントロールと、を備えた技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、適正な進角値は、エンジンの諸特性や燃焼系パラメータのバラツキ、劣化によって変化し、量産時にどのようなバラツキ要素が複合的に重なり合うかを全て考慮することはほぼ不可能である。また、このような複合的なバラツキを考慮した進角値で要求タイミングを進角させた場合、着火性に有利となる反面、進角値が大きくなるほど、ピストンを押し下げる方向でトルクを減少させることにつながるため、過剰な進角により初爆後から完爆までのトータルの始動時間としては不利となる可能性があり、また燃焼音が悪化することもある。
【特許文献１】特開２００５−２９１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記事実に鑑みて、本発明は、着火性に不利な低温環境にあるか否かに関わらず、また予想困難な車両の複合バラツキ要素に関わらず、一定の車両レベルの始動性能を維持することを可能にした、噴射タイミング制御方法及び装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の燃料インジェクタの噴射タイミングを制御する方法は、エンジン始動運転において、始動用燃料噴射タイミングで燃料インジェクタを制御し、エンジンが着火せずにクランキングしていると判定されている間に、時間的に増加する進角補正値を算出し、前記進角補正値で前記始動用燃料噴射タイミングを進角補正する、各工程を備えて構成したものである。
【０００７】
本発明によれば、通常用いられる始動用燃料噴射タイミングを時間的に増加する進角補正値で進角補正したタイミングによってエンジン始動時の噴射タイミングを制御するため、進角補正を固定値で実行する場合と比べて、可能な限り始動用燃料噴射タイミングに近い状態でエンジンを制御することが可能となる。かくして、着火性の有利さを達成しつつ、過剰な進角によるトルク減少を防止することができる。
【０００８】
好ましくは、前記進角補正値は、所定の増加率で時間的に増加される。この増加制御は、一定のランプ傾斜で連続的に進角補正値を漸次増加する制御は勿論のこと、一定時間間隔毎に一定の進角補正値を順次積算することによっても達成することができる。更に好ましくは、前記所定の増加率はエンジン温度の関数である。この関数は、エンジン温度が低温時ほど進角補正値の増加率を増加させるように、即ち、温度が上昇するにつれて増加率を低下させるように設定される。なお、エンジン温度としては、エンジン冷却水の温度、エンジンオイルの温度又は燃料温度をエンジン温度を代表するものとして検出してもよい。なお、前記進角補正値が所定の補正上限閾値を超えたとき、進角補正値の増大を停止させる制御を行うのが好ましい。進角させ過ぎると、燃料がシリンダ燃焼室内に噴射されず、ピストン上部に噴射されてしまうからである。
【０００９】
また、本発明は、エンジンが着火せずにクランキングしていると判定されている間に、時間的に増加する進角補正値を算出するため、着火のため進角補正が必要となる場合にのみ進角を行うことができる。例えば、この進角補正値を算出する工程では、エンジン速度が下限閾値と上限閾値との間の範囲である間に、進角補正値を算出する。即ち、エンジン速度が下限閾値と上限閾値との間の範囲である間の期間の少なくとも一部分を、エンジンが着火せずにクランキングしていると判定する。好ましくは、前記進角補正値を算出する工程では、エンジン速度が下限閾値と上限閾値との間の範囲となってから経過した時間が所定の時間閾値に達したとき前記進角補正値の算出を開始する。更に好ましくは、前記下限閾値、前記上限閾値及び前記時間閾値の少なくともいずれかは、エンジン温度の関数である。これによって、環境（温度）の変化に応じた適切な進角値を算出することができる。
【００１０】
また、好ましくは、エンジン速度が前記上限閾値を超えたときに、前記進角補正値をゼロに向けて減少させる。即ち、エンジン速度が前記上限閾値を超えたときをエンジンが着火したと判定する。タイミングの進角は着火性には有利であるが、エンジントルクやシリンダ内圧の観点では必ずしも有利とはならないため、着火後には通常の噴射タイミングを使用する。かくして、初爆するまで進角に注力を注ぎ、その後はトルクを確保することを可能にしている。なお、前記ゼロに向けて減少される進角補正値は、所定の減少率で減少され、所定の減少率はエンジン温度の関数であるのが好ましい。
【００１１】
前記エンジンが前記エンジン始動運転の状態から通常運転をするべき状態に移行したと判定したとき、前記進角補正値の算出を停止し、前記始動用燃料噴射タイミングを通常運転タイミングに切り替え、該通常運転タイミングで前記燃料インジェクタを制御する。
【００１２】
本発明の別の態様に係る噴射タイミング制御装置は、以上述べた燃料インジェクタの噴射タイミング制御方法を実行する。このような噴射タイミング制御装置は、燃料インジェクタを制御する制御ユニット、ＣＰＵ、ＥＣＵ等の形態で実現することができる。
【００１３】
本発明の噴射タイミング方法及び装置を使用することにより、予想困難な複合バラツキ要素の範疇内で、予想され得るエンジン挙動には影響を及ぼすことなく噴射タイミングの進角設定が可能となり、一定の車両レベルの始動性能を保つこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る噴射タイミング制御装置１の概要が示されている。図１に示されるように、噴射タイミング制御装置１は、図示しないエンジンに燃料を噴射する燃料インジェクタ１２（図中、矢印は燃料の流れを示す）の燃料噴射を制御する制御ユニット１０と、エンジン回転数等のエンジン速度を表す物理量を検出するエンジン速度センサ１４と、エンジン温度Ｔengineを検出するエンジン温度センサ１６と、を備えている。制御ユニット１０は、燃料インジェクタ１２の始動運転並びに通常運転における噴射タイミング制御の他、少なくともエンジン速度及びエンジン温度及び検出値に基づいて、燃料インジェクタ１２の噴射タイミングの進角補正を実行する。
【００１５】
なお、エンジン温度センサ１６は、例えばラジエータからエンジンに供給される冷却水の温度やエンジンオイルの温度、或いは燃料温度をエンジン温度Ｔengineを代表するものとして検出することができる。
【００１６】
ここで、噴射タイミング制御装置１によって実行される、エンジン始動運転からエンジンの通常運転に移行する際の処理について図２及び図３を用いて説明する。
図２には、始動状態から通常運転状態へのステータス移行の処理が示されている。同図に示すように、エンジン始動時に、通常運転認識閾値を算出する（ステップ１００）。この通常運転認識閾値は、検出されたエンジン温度Ｔengineの関数Ｆ（Ｔengine）として求められる。次に、検出されたエンジン回転数が閾値以上であるかを判定する（ステップ１０２）。エンジン回転数が閾値より小さい間は、エンジン回転数の監視を継続しながら始動運転を維持し、エンジン回転数が閾値以上となるときに、通常運転へと移行する（ステップ１０４）。このとき、メモリに記憶されているステータス情報を始動状態から通常運転状態へと変更する。
【００１７】
図３には、噴射タイミング算出方法が示されている。同図に示すように、始動時における要求値、即ち始動用の噴射タイミングを算出する（ステップ１１０）。ここで、要求値は、エンジン回転数及び燃料噴射量、又は、エンジン回転数及びエンジン温度の関数として算出することができる。
【００１８】
次に、ステータス情報を検索して始動運転から通常運転へ移行したか否かを判定する（ステップ１１２）。始動運転のままであるならば（ステップ１１２否定判定）、ステップ１１０に戻り、始動用噴射タイミングを算出し続ける。通常運転へ移行したと判定した場合（ステップ１１２肯定判定）、通常運転時における噴射タイミングの要求値の算出へと切り替える（ステップ１１４）。
【００１９】
図５（ａ）には、図３のステップ１１０で算出される始動用噴射タイミングの要求値の時間的変化が参照番号４０により示されている。同図に示すように、噴射タイミング値４０は、参照番号４８、５０、５２、５４及び５５に示されるように算出される。即ち、噴射タイミング値４０は、図５（ｂ）に示すようにエンジン回転数が後述する上限閾値ｆupperに達する時刻ｔ２まで、４８、５０に示されるように一定値を維持し、エンジン回転数が後述する上限閾値ｆupperを超える時刻ｔ２以降では、５２、５４に示されるように増加させ、エンジン回転数がほぼ一定になるときは５５に示されるように一定値を維持させる。
【００２０】
本発明の実施形態では、図３のステップ１１０で算出された始動用の噴射タイミングの要求値４０に進角補正を加えることによりエンジンの始動性能（着火性）を更に向上させることを目的としており、この目的を達成するため図４のフローチャートに示す処理を実行する。
【００２１】
図４に示すように、先ず、エンジンが動作開始すると、エンジン速度センサ１４により検出されたエンジン回転数が下限閾値ｆlowerから上限閾値ｆupperの範囲内となっているか否かを確認する（ステップ２００）。即ち、エンジンが着火せずにクランキング状態に到達したかが判定される。なお、下限閾値ｆlowerから上限閾値ｆupperは、検出されたエンジン温度Ｔengine（又は燃料温度）の関数ｆlower（Ｔengine）、ｆupper（Ｔengine）として各々求められる。閾値をエンジン温度の関数としたのは、エンジン温度Ｔengineの違いによるピストンとシリンダー内壁との間のフリクションの変動によって、クランキング回転数が異なってくるためである。
【００２２】
エンジン回転数が上下限閾値範囲になければ（ステップ２００否定判定）、本ルーチンによる進角補正制御を行うことなく、本ルーチンをリターンする。図４のルーチンは、始動運転が継続する限り、何度も呼び出されるため、例えばエンジン回転数が下限閾値ｆlowerに達せずに、一旦本ルーチンをリターンされたとしても、その後にエンジン回転数が上昇していけば、本ルーチンを再度実行するときにステップ２００で肯定され、進角補正制御を受けることができる。
【００２３】
エンジン回転数が上下限閾値範囲にあると判定された場合（ステップ２００否定判定）、始動運転状態であるか否かを判定する（ステップ２０２）。始動運転でない場合、即ち通常運転に移行している場合、本実施形態に係る進角補正制御を行う必要がないため、本ルーチンを終了する。
【００２４】
一方、始動運転状態であると判定された場合（ステップ２０２肯定判定）、ディレイ時間Ｔｄを決定する（ステップ２０４）。このディレイ時間Ｔｄは、例えば図５（ｂ）に示すように、エンジン回転数が上下限閾値範囲内となった時刻ｔ０から本発明の進角補正制御を開始するべき時刻を決定する際の時間閾値として与えられたものである。好ましくは、このディレイ時間Ｔｄは、エンジン温度又は燃料温度の減少関数として決定される。この関数は、エンジンが冷えているとき可能な限り早急に進角させたいが、エンジンが暖まっているときは早急には進角させたくないなどの要求に柔軟に対応することができるように設定される。
【００２５】
次に、エンジン回転数が上下限閾値範囲内であって、且つ、ステップ２０４で求めたディレイ時間Ｔｄを経過したか否かを判定する（ステップ２０６）。エンジン回転数が上下限閾値範囲内で且つディレイ時間Ｔｄを経過した場合、着火せずにクランキング状態が継続していることを意味している。よって、噴射タイミングを補正にて進角させるべき状態にあるとみなして噴射タイミング補正値計算を実行する（ステップ２０８）。このステップ２０８では、噴射タイミング補正（進角）をランプ制御により積算開始し、この補正値を要求値に足しこみ、トータルの噴射タイミング値として指示する。
【００２６】
算出される噴射タイミング補正値は、図５（ａ）の参照番号４２で示されている。即ち、時刻ｔ１以前では、参照番号６０に示されるように補正値ゼロを維持していたところ、時刻ｔ１以降は、参照番号６２に示されるように一定のランプ角度で増加する。かくして、トータルの要求タイミング値４０は、算出された補正値によって補正される。即ち、補正値が０であった場合には、時刻ｔ１以降でも参照番号５０に示されるように一定値を維持していたところ、参照番号５６で示されるように一定のランプ角度で増加する。
【００２７】
ステップ２０８の噴射タイミング補正値計算は、エンジン回転数が上限閾値ｆupperに達する時刻ｔ２まで（ステップ２１０の否定判定）実行される。エンジン回転数が上限閾値ｆupperを到達した場合（ステップ２１０の肯定判定）、エンジン着火したとみなして、補正値加算を停止する。次に始動状態であるか否かを判定する（ステップ２１２）。始動運転でない場合、即ち通常運転に移行している場合、本実施形態に係る進角補正制御を行う必要がないため、本ルーチンを終了する。
【００２８】
一方、始動運転状態であると判定された場合（ステップ２１２肯定判定）、噴射タイミング補正値を０に向けて減少させるように、一定のランプ角度で減少させる。即ち、補正値４２は、エンジン回転数が上限閾値ｆupperを超える時刻ｔ２以降では、参照番号６４に示されるように一定のランプ角度で減少する。一方、通常の要求タイミング値は、５２に示されるように増加されているので、補正値を加算したトータルの要求タイミング値は、５８に示されるように、略一定を維持する。この補正は、補正値が０に到達するまで（ステップ２１８否定判定）続けられる。補正値が０に到達すると（ステップ２１８肯定判定）、補正値の減少を停止する。即ち、６６に示されるように補正値はゼロに維持される。従って、トータルの要求タイミング値は、５４に示されるように増加していき、エンジン回転数が一定となるときには、５５に示されるように一定値が維持される。
【００２９】
一方、補正値の減少制御の間、始動状態であるか否かが判定される（ステップ２１６）。始動運転でない場合、即ち通常運転に移行している場合、本実施形態に係る進角補正制御を行う必要がないため、本ルーチンを終了する。
【００３０】
ステップ２０８の噴射タイミング補正値計算のランプ制御では、図６（ａ）に示されるように、一定時間間隔Δｔ毎に補正増分値ΔＰｈｉを積算することにより計算される。アナログ的に表すと、図６（ｂ）に示されるように、噴射タイミング補正値ＰＨｉは、ランプ速度（図６（ａ）のグラフの傾斜角度）に、ステップ２０８の進角補正値が開始されてからの時間ｔを乗じた値となる。このとき、ランプ速度は、エンジン温度Ｔengineの関数ｇ（Ｔengine）であるのが好ましい。この関数ｇは、例えば低温時ほどランプ速度が大きくなり、温度が上がるにつれてランプ速度が小さくなるように設定される。これによって、低温時において着火性を高めるため進角値を大きくすることができる一方で、比較的高温時には進角値を小さくすることによりエンジントルクの低下を防止することができる。
【００３１】
このようにランプにより段階的にタイミングを進角させていく理由は、なるべく要求値に近い状態でエンジンを制御したいので、必要以上の進角を回避するためである。また、この補正にはタイミング補正上限閾値を設定するのが好ましい。この場合、ステップ２１０、２１２を満たさない限り、補正値はこの上限閾値まで進角していき、補正値が上限に達すると、それ以上進角しないように制御される。進角させ過ぎると、燃料がシリンダ燃焼室内に噴射されず、ピストン上部に噴射されてしまうためである。このタイミング補正上限閾値もエンジン温度の関数として設定することができる。
【００３２】
また、ステップ２１４で、算出した補正値を０へ向けてランプによって減らしていく理由としては、タイミング進角は着火性には有利だが、トルク、シリンダ内圧の観点では必ずしも有利ではないからである。これによって、着火後は通常のタイミング要求値を使用することでトルクを確保することができる。
【００３３】
以上が本発明の実施形態であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではない。例えば、図５（ａ）に示した始動用の噴射タイミング４０（４８、５０、５２、５４、５５）は、この例に限らず、任意好適に変更可能である。また、図２、図３及び図４に示した処理の流れも本発明の範囲を逸脱しない限り任意好適に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る噴射タイミング制御装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る噴射タイミング制御装置における、始動状態から通常運転状態へのステータス移行の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る噴射タイミング制御装置における、噴射タイミング算出方法の主要な流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る噴射タイミング制御装置における、噴射タイミングの進角補正値を算出する方法の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る噴射タイミング制御装置で実行される噴射タイミング方法による進角補正を示すグラフであって、（ａ）は噴射タイミングの時間的な変化、（ｂ）はエンジン速度の時間的変化のグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る噴射タイミング方法による進角補正値のランプ制御を示すグラフであって、（ａ）は時間ｔに関する追加タイミング補正値の変化、（ｂ）は時間ｔに対する加算値ＰＨｉの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    燃料噴射タイミング制御装置
１０    制御ユニット
１２    燃料インジェクタ
１４    エンジン速度センサ
１６    エンジン温度センサ  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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