(57)【要約】  ディーゼルエンジンの制御装置であって、始動時に筒内を加熱するグロープラグの近傍の温度を推定する近傍温度推定部と、推定されたグロープラグの近傍の温度に基づいて、エンジンの回転変動が大きくならないように、過給圧を制御する過給圧制御部と、を含む。
2013137320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動時に筒内を加熱するグロープラグの近傍の温度を推定する近傍温度推定部と、
推定されたグロープラグの近傍の温度に基づいて、エンジンの回転変動が大きくならないように、過給圧を制御する過給圧制御部と、
を含むディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記過給圧制御部は、低温始動時に過給圧を制御する、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記過給圧制御部は、等変動回転領域で過給圧が最も高くなるように制御する、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記過給圧制御部は、回転変動が小さい安定領域に入るまでは、グロープラグの近傍の温度が下がらないように、過給圧を制御する、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
回転変動が小さい安定領域に入るまでは、過給時に、非過給時に比べてグロープラグの通電量を上げるグロー通電制御部をさらに含む、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記グロー通電制御部は、回転変動が小さい安定領域に入った後は、過給時に、非過給時に比べてグロープラグの通電量を下げる、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記近傍温度推定部は、グロープラグ表面温度、冷却水温、吸気温、潤滑油温、シリンダー壁面温度、空気過剰率、吸入空気量、空気密度、過給圧のうち、少なくともひとつに基づいて、グロープラグの近傍の温度を推定する、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記過給圧制御部は、始動当初は過給圧を低くしておき、始動直後のアイドル運転になってさらに予め定まった条件に到達したら過給圧を高くする、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記過給圧制御部は、始動当初はターボチャージャーの可変ノズルを全開しておき、始動直後のアイドル運転になってさらに予め定まった条件に到達したら可変ノズルを全閉する、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記予め定まった条件は、前記始動直後のアイドル運転となったタイミングから、所定時間が経過するまでの時間であって、エンジン温度が低いほど、長時間に設定される、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項１１】
請求項８又は請求項９に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記予め定まった条件は、エンジン温度が所定温度に到達することである、
ディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項１２】
始動時に筒内を加熱するグロープラグの近傍の温度を推定する近傍温度推定工程と、
推定されたグロープラグの近傍の温度に基づいて、エンジンの回転変動が大きくならないように、過給圧を制御する過給圧制御工程と、
を含むディーゼルエンジンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間始動直後は、通常運転時に比べて燃焼安定性が悪い。すなわち、エンジンの回転変動が大きい。そこでＪＰ２００１−２６３１３１Ａは、冷間始動直後のアイドル運転中は、通常運転に比べて多めの燃料を噴射する技術を開示する。このようにすれば、エンジン回転速度が上昇して早期に安定することとなる。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、増量した燃料がグロープラグに付着すれば、グロープラグの温度上昇が妨げられる。またエンジン回転速度が上昇すれば、低温の外気(空気)の流入量が増え、これによってもグロープラグの温度上昇が抑制される。グロープラグの温度が上昇しなければ、燃焼安定性が悪い状態が継続する。また燃料を増量しては、燃費が悪化する。
【０００４】
本発明は、このような可能性に着目してなされた。本発明の目的は、早期に燃焼を安定させることができるディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法を提供することである。
【０００５】
本発明によるディーゼルエンジンの制御装置のひとつの態様は、始動時に筒内を加熱するグロープラグの近傍の温度を推定する近傍温度推定部を含む。そして、推定されたグロープラグの近傍の温度に基づいて、エンジンの回転変動が大きくならないように、過給圧を制御する過給圧制御部をさらに含む。
【０００６】
本発明の実施形態、本発明の利点は、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態のディーゼルエンジンの制御装置の概略構成図である。
【図２】図２は、４つのケースについてグロープラグ温度、エンジン回転速度、可変ノズルの各変化を示すタイミングチャートである。
【図３】図３は、始動からの経過時間に対する回転速度変動量の特性図である。
【図４】図４は、エンジンの冷間始動開始後のグロープラグ温度、作動ガス量、エンジン回転速度、燃料噴射量の変化を示すタイムチャートである。
【図５】図５は、第１実施形態の始動フラグの設定を説明するためのフローチャートである。
【図６】図６は、可変ノズル全開時間の特性図である。
【図７】図７は、第１実施形態の冷間始動直後のアイドル運転に移行しアフターグローを終了するまでの制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】図８は、第２実施形態の冷間始動直後のアイドル運転に移行しアフターグローを終了するまでの制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、過給の有無による筒内の燃料分布をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１０】図１０は、−２５℃の環境におけるグロープラグ近傍温度と過給圧とに対するエンジン回転変動を測定した実験の結果を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、可変ノズルの開度の制御パターンを示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、可変ノズルの開度を制御したときのグロープラグ近傍温度及び過給圧の変化を示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態の制御フローチャートである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、ステップＳ１０５のマップ索について説明する図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、ステップＳ１０５のマップ索について説明する図である。
【図１４】図１４は、マップ索によって設定された目標過給圧を示す図である。
【図１５】図１５は、第４実施形態の制御フローチャートである。
【図１６】図１６は、ステップＳ２０３のマップ索について説明する図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、第５実施形態の基本的なコンセプトを説明する図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、第５実施形態の基本的なコンセプトを説明する図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、第５実施形態の基本的なコンセプトを説明する図である。
【図１８】図１８は、第５実施形態の制御フローチャートである。
【図１９】図１９は、第５実施形態による作用効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のディーゼルエンジンの制御装置の概略構成図である。
【０００９】
可変ノズル型のターボチャージャー３は、吸気コンプレッサー３Ａ、排気タービン３Ｂ、両者を連結する軸３Ｃを含む。
【００１０】
吸入空気は、ディーゼルエンジン１の吸気通路２に備えられる吸気コンプレッサー３Ａによって過給され、インタークーラー４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクター６を経て各気筒へ流入する。
【００１１】
燃料は、高圧燃料ポンプ７によって高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から筒内へ直接噴射される。高圧燃料ポンプ７、コモンレール８、燃料噴射弁９がコモンレール式燃料噴射装置を構成する。筒内に流入した空気と燃料噴射弁９から噴射された燃料は、圧縮されて着火し、燃焼する。燃焼後の排気は排気通路１０へ流出する。
【００１２】
排気通路１０に流出した排気の一部は、ＥＧＲ通路１１により吸気側に再循環される。このガスがＥＧＲガスと称される。ＥＧＲ通路には、ＥＧＲ弁１２が設けられる。ＥＧＲ弁１２は、ＥＧＲ通路１１を流れるＥＧＲガスの流量を制御する。
【００１３】
排気の残りは、排気タービン３Ｂを通り、排気タービン３Ｂを駆動する。排気タービン３Ｂのスクロール入口には、可変ノズル３Ｄが備えられる。
【００１４】
可変ノズル３Ｄを絞ると、すなわち、可変ノズル開度を小さくすると、排気の流速が増えて、排気タービン３Ｂの回転速度が上がる。すると、排気タービン３Ｂと同軸の吸気コンプレッサー３Ａの回転速度が上昇して過給量が増える。
【００１５】
可変ノズル３Ｄを開くと、すなわち、可変ノズル開度を大きくすると、排気の流速が減って、排気タービン３Ｂの回転速度が下がる。すると、吸気コンプレッサー３Ａの回転速度が下降して過給量が減る。
【００１６】
つまり、可変ノズル型のターボチャージャー３では、可変ノズル開度を小さくすると作動ガスが増加し、可変ノズル開度を大きくすると作動ガスが減少する。ここで、「作動ガス」とは、気筒に吸入される空気のことである。可変ノズル３Ｄは、アクチュエータ３Ｅで駆動される。アクチュエータ３Ｅは、油圧駆動タイプであっても、電気駆動タイプであってもよい。
【００１７】
コントローラー２１には、アクセルセンサー２２からのアクセルペダル操作量ＡＰＯ、クランク角センサー２３からのエンジン回転速度Ｎｅの各信号が入力されている。そしてコントローラー２１では、エンジン負荷（アクセルペダル操作量など）及びエンジン回転速度に基づいて、メイン噴射の燃料噴射時期及び燃料噴射量を算出し、開弁指令信号を燃料噴射弁９に出力する。また、コントローラー２１では、目標ＥＧＲ率と目標吸入空気量とが得られるようにＥＧＲ制御と過給圧制御を協調して行う。なお、コントローラー２１は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏインターフェース）を備えたマイクロコンピューターで構成されている。
【００１８】
排気タービン３Ｂの下流の排気通路１０には、排気中のパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルター(Diesel Particulate Filter (以下「ＤＰＦ」と称す))１３が配置される。ＤＰＦ１３のパティキュレート堆積量が所定値（閾値）に達すると、メイン噴射直後の膨張行程又は排気行程でポスト噴射が行われる。これによって、ＤＰＦ１３に堆積するパティキュレートが燃焼除去されて、ＤＰＦ１３が再生される。すなわち、目標となる再生温度が得られるように、エンジンの運転条件(負荷及び回転速度)に応じて、ポスト噴射量とポスト噴射時期とが予め定められており、エンジンの運転条件に応じて適切なポスト噴射量・ポスト噴射時期になるようにポスト噴射が実行される。
【００１９】
ＤＰＦ１３に堆積しているパティキュレートを全て燃焼除去するには、すなわち完全再生するには、再生処理時にＤＰＦ１３の許容温度を超えない範囲で、少しでもパティキュレートの燃焼温度を高めることが必要である。このためＤＰＦ１３の上流に、触媒１４が配置される。触媒１４は、たとえば、貴金属の酸化触媒である。なお触媒１４は、酸化機能を備える触媒であればよく、たとえば三元触媒でもよい。ＤＰＦ１３の再生処理のためにポスト噴射された未燃燃料が触媒１４で燃焼（酸化）することで、ＤＰＦ１３の温度が高められ、ＤＰＦ１３内のパティキュレートの燃焼が促進される。なお、触媒１４をＤＰＦ１３の手前に別体で設けるのでなくＤＰＦ１３を構成する担体に酸化触媒をコーティングしてもよい。このようにすれば、パティキュレートが燃焼する際の酸化反応が促進されてＤＰＦ１３の温度が実質的に上昇するので、ＤＰＦ１３の内部でパティキュレートの燃焼が促進される。
【００２０】
さて、ディーゼルエンジン１は、冷間時に始動性がやや困難である。そこで、冷間始動用のグロープラグ３１が各気筒に臨んで設けられる。グロープラグ３１が筒内の温度を上昇させて、エンジン１の始動性を向上する。
【００２１】
ここで、本実施形態に対する参照例が図４に基づいて説明される。図４は、エンジン１の冷間始動開始後のグロープラグ温度、作動ガス量、エンジン回転速度、燃料噴射量の変化を示すタイムチャートである。太実線が参照例を示す。細実線が後述する第１実施形態を示す。
【００２２】
クランキングの開始タイミングが、時刻ｔ１である。このとき、冷間時には、空気過剰率が１．０よりも小さなリッチ側の混合気が得られるように、燃料噴射量が増量補正される。また、グロープラグ３１への通電が開始される。エンジン回転速度が急上昇して所定値（例えば５００ｒｐｍ）を超えたタイミングで、エンジン１の始動が判断される。冷間始動当初は可変ノズル３Ｄが全開である。燃料噴射量の増量補正量は、所定時間の経過後にゼロとなる。すなわち、燃料の増量補正が中止される。この後は、空気過剰率が１．０よりも大きなリーン側の混合気が得られるように、燃料が噴射される。時刻ｔ２で冷間始動直後のアイドル運転となり、可変ノズル３Ｄが全開から全閉へと切り替えられて(図４(Ｃ)の太実線)、ターボチャージャー３による過給が開始される。すると、作動ガス量が増える(図４(Ｂ)の太実線)。
【００２３】
冷間始動直後のアイドル運転になった時刻ｔ２で即座に作動ガス量が増えては、増加した作動ガスでグロープラグ３１が冷やされ、グロープラグ３１の温度が低下する(図４(Ａ)の太実線)。この結果、燃焼が不安定になって、時刻ｔ２からエンジン回転速度（アイドル回転速度）の変動が大きい(図４(Ｄ)の太実線)。なお、一部の気筒では燃焼の不安定が原因で失火が生じる可能性がある。
【００２４】
そこで、冷間始動直後のアイドル運転で通常時制限燃料噴射量と冷間時制限燃料噴射量とを比較して大きい方を制限燃料噴射量として設定する従来装置がある。この装置は、冷間始動直後のアイドル運転において燃料噴射量を少し多めにしてエンジン回転速度を上昇させて、早期にエンジン回転速度を安定化させるのである。
【００２５】
しかしながら、増量した燃料がグロープラグに付着すれば、グロープラグの温度上昇が妨げられる。またエンジン回転速度が上昇すれば、低温の外気(空気)の流入量が増え、これによってもグロープラグの温度上昇が抑制される。グロープラグの温度が上昇しなければ、燃焼安定性が悪い状態が継続する。また燃料を増量しては、燃費が悪化する。昨今、ディーゼルエンジンでは低圧縮比化が進められている。この低圧縮比化に伴い、冷間始動直後のアイドル運転での燃焼安定性が悪化する傾向にある。
【００２６】
こうした冷間始動直後のアイドル安定性の悪さに鑑みて本発明者が実施した実機実験の結果が図２に示される。横軸はクランキングの開始（エンジン始動）からの経過時間である。図２において第２段目、第３段目、第４段目、第５段目には、次の〈１〉から〈４〉までの４つのケースのエンジン回転速度の変化及び可変ノズル３Ｄの動作変化が示される。
【００２７】
〈１〉可変ノズルが全開のまま。
〈２〉可変ノズルがＡ秒後に全開から全閉される。
〈３〉可変ノズルがＢ秒後に全開から全閉される。
〈４〉可変ノズルがＣ秒後に全開から全閉される。
【００２８】
ここで、上記ケース〈２〉〜〈４〉においてＡ＞Ｂ＞Ｃ＞０である。図２において第２段目〜第５段目において上下に小刻みに振れているのがエンジン回転速度、途中でステップ変化しているのが可変ノズルの動作状態を示すエンジン回転速度の上下の変動幅は、大きいほど筒内の燃焼が不安定であることを示す。また、可変ノズルはステップ変化したタイミングが、全開から全閉へと切り替えたタイミングである。
【００２９】
図２の最上段には、上記ケース〈１〉及びケース〈２〉でのグロープラグ３１の温度変化が示される。
【００３０】
まず、筒内での燃焼安定性を良くするには、グロープラグ３１を冷やさないことが望ましい。そこで、発明者は、可変ノズル３Ｄを冷間始動後のアイドル運転となっても全開のままにして（この状態では、作動ガス量が最小のまま）、様子を見た。これは上記ケース〈１〉である。
【００３１】
図２の最上段に示されるように、本発明者の予想通り、冷間始動直後のアイドル運転でも作動ガス量が最小に維持されれば、グロープラグ３１の温度が低下しない。グロープラグ３１の温度の低下が抑制されれば、失火の発生が軽減され、燃焼が安定する。
【００３２】
その一方で、ケース〈１〉においては、冷間始動直後のアイドル運転を暫く継続した後の時刻ｔ０で可変ノズル３Ｄを全開から全閉するが、この切替後に、エンジン回転速度の変動量が小さくなっている（アイドル回転速度が安定している）ことを、発明者が初めて見い出した。
【００３３】
そこで次には、可変ノズル３Ｄを全開から全閉へ切替えるタイミングをケース〈１〉よりも徐々に早めた。すなわち、Ａ秒後に切替えたのがケース〈２〉である。Ｂ秒後に切替えたのがケース〈３〉である。Ｃ秒後に切替えたのがケース〈４〉である。ケース〈２〉及びケース〈３〉であれば、切替直後にアイドル回転速度が安定するものの、ケース〈４〉では、切替タイミングが早すぎ、切替直後にアイドル回転速度（つまり燃焼状態）が却って不安定になっている。このことは、冷間始動直後のアイドル運転において回転変動を招かない範囲で早期に回転変動を小さくすることができる最適な切替タイミングがＢ秒とＣ秒の間に存在することを暗示する。この最適な切替タイミングを「ｔＭ」秒後とすると、このｔＭ秒後に可変ノズルを全開から全閉に切替えたときに早期に安定したアイドル運転への移行を実現できることとなる。
【００３４】
図３は、図２で示した実験結果について等間隔の８つのサンプリングタイムごとのエンジン回転速度の変動幅（図では「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」で表す）をプロットした図である。比較のため、冷間時に始動当初から可変ノズルを全閉に保持したときのケース（ケース〈５〉）も示されている。図３では、縦軸の値が小さいほど、エンジン回転速度が安定している。図３においても可変ノズルを全開から全閉へと切替えるタイミングをＡ秒からＢ秒へと早めたほうが、早期にアイドル回転速度が安定することがわかる。一方、切替タイミングをＢ秒からさらにＣ秒へ早めると、却ってアイドル回転速度が不安定になっていることがわかる。
【００３５】
そこで第１実施形態は、冷間始動当初は、吸入空気量を相対的に低減しておき、冷間始動直後のアイドル運転であって予め定まった条件に到達したときに吸入空気量を相対的に増加するようにした。このようにすることで、冷間始動直後に過度のアイドル不安定を招かず、早期に安定したアイドル運転へ移行できる。
【００３６】
これについて、図４が参照されてさらに詳述される。図４の細実線が第１実施形態を示す。本実施形態では、エンジン１が冷間始動直後のアイドル運転に移行する時刻ｔ２以降も可変ノズルを全開に保ち、作動ガス量がアイドル運転で最小のままとする（図４(Ｂ)(Ｃ)の細実線）。このようにすると、冷間始動直後のアイドル運転でグロープラグ３１の温度が参照例のように低下することがなく一定に維持される（図４(Ａ)の細実線）。このようにして、グロープラグの温度低下が防止されることで、圧縮端温度が上昇して作動ガス中の燃料が着火しやすくなる。そして、失火の発生が軽減され、燃焼が安定する。そのため、実施形態は、参照例よりも冷間始動直後のアイドル回転速度の変動量が小さくなる（図４(Ｄ)の細実線）。
【００３７】
時刻ｔ３（＝ｔＭ）は、冷間始動直後のアイドル運転において回転変動を招かない範囲で早期に回転変動を小さくすることができる最適な切替タイミングであり、本実施形態ではじめて導入されたものである。このタイミングは、適合によって予め求められる。本実施形態では時刻ｔ３となったときに、予め定まった条件に到達したと判断されて、可変ノズル３Ｄが全開から全閉へ切り替えられる。これによって、作動ガス量が冷間始動直後のアイドル運転において最大となり、時刻ｔ３以降には回転速度変動量がｔ３以前よりも小さくなっている（図４(Ｄ)の細実線）。
【００３８】
時刻ｔ３となったか否か（つまり予め定まった条件に到達したか否か）は、次のようにして判断させればよい。図４において冷間始動を開始する時刻ｔ１から、冷間始動直後にアイドル運転となる時刻ｔ２までの時間を「Ｔ０」とする。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間を「Ｔ１」とする。時刻ｔ１で第１タイマーが起動され、第１タイマー値がＴ０＋Ｔ１に到達したら、時刻ｔ３になった（予め定まった条件に到達した）と判断させることができる。別の手法としては、時刻ｔ２で第２タイマーが起動され、第２タイマー値がＴ１に到達したら、時刻ｔ３になった（予め定まった条件に到達した）と判断させることもできる。後述する図５、図７のフローチャートは後者の場合に対応する。なお、冷間始動から冷間始動直後のアイドル運転に移行するまでのグロープラグ３１の制御がプリグローと呼ばれる。冷間始動直後のアイドル運転に移行してからグロープラグ３１を非通電とする時刻ｔ４までのグロープラグ３１の制御がアフターグローと呼ばれる。
【００３９】
本実施形態では、可変ノズル３Ｄを有するターボチャージャー３によって、冷間始動直後のアイドル運転で作動ガス量が調整されているが、これには限られない。吸気絞り弁５によって、調整されてもよい。例えば、可変ノズル４Ｄは冷間始動当初からアフターグローの終了タイミング（時刻ｔ４）まで全開としておく。一方、冷間始動当初は、作動ガス量が減少するように吸気絞り弁５が閉じられて、図４の時刻ｔ３で吸気絞り弁５が全開されれば、作動ガス量が増える。このように、吸気絞り弁５によっても作動ガス量が調整される。
【００４０】
次に、コントローラー２１が実行する、冷間始動から、冷間始動直後のアイドル運転に移行しアフターグローを終了するまでの制御内容が、図５、図７のフローチャートに基づいて詳述される。図５は、始動フラグの設定方法を示すフローチャートである。このフローチャートは、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行される。
【００４１】
ステップＳ１においてコントローラーは、エンジンの冷間始動に際して今回キースイッチがＯＮであるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ２へ処理を移行し、判定結果が否であれば処理を抜ける。
【００４２】
ステップＳ２においてコントローラーは、始動フラグ（前回エンジンを運転した後のエンジン停止時にゼロに設定）がゼロであるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ３へ処理を移行し、判定結果が否であれば処理を抜ける。ここでは始動フラグ＝０であるとしてステップＳ３に進む。
【００４３】
ステップＳ３においてコントローラーは、前回キースイッチがＯＮであったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ４へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ９へ処理を移行する。今回キースイッチがＯＮであり前回キースイッチがＯＦＦであった、つまりキースイッチがＯＦＦからＯＮへ切り替えられたときは、コントローラーは、エンジンの始動要求があったと判断して、ステップＳ４へ処理を移行する。
【００４４】
ステップＳ４においてコントローラーは、水温センサー３２によって検出される水温Ｔｗ［℃］を始動時水温Ｔｗｉｎｔ［℃］に移す。
【００４５】
ステップＳ５においてコントローラーは、図６のテーブルを検索することによって、始動時水温Ｔｗｉｎｔから、冷間始動直後のアイドル運転で可変ノズル３Ｄを全開する時間（以下「可変ノズル全開時間」という）Ｔ１［秒］を求める。時間Ｔ１は、図４において、時刻ｔ２から時刻ｔ３（＝ｔＭ）までの時間である。なおここでいう「冷間」とは特に零下の温度域である。可変ノズル全開時間Ｔ１は、図６に示されるように、始動時水温Ｔｗｉｎｔが零下の温度域（ゼロ℃よりも小さい温度域）で始動時水温Ｔｗｉｎｔが低くなるほど長くなる。また、始動時水温Ｔｗｉｎｔがゼロ℃よりも大きい温度域では、可変ノズル全開時間Ｔ１は一定である。零下の温度域で始動時水温Ｔｗｉｎｔが低いほど可変ノズル全開時間Ｔ１が長いのは、始動時水温Ｔｗｉｎｔが低いほど冷間始動直後のアイドル運転で回転変動が安定するまでの時間が長引くことの対策である。始動時水温Ｔｗｉｎｔに代えて始動時油温を用いることができる。なお、簡単には可変ノズル全開時間Ｔ１を一定値としてもよい。
【００４６】
ステップＳ６においてコントローラーは、作動ガス量が最小となるように可変ノズル３Ｄを全開する。
【００４７】
ステップＳ７においてコントローラーは、グロープラグ３１に通電する。
【００４８】
ステップＳ８においてコントローラーは、混合気の空気過剰率が１．０よりも小さなリッチ側となるように、燃料噴射量を増量補正する。この増量補正量は時間と共に漸減させて最終的にゼロとなる。
【００４９】
今回、前回ともキースイッチがＯＮである、つまりキースイッチのＯＮ継続時にはステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ９に進む。
【００５０】
ステップＳ９においてコントローラーは、クランク角センサー２３によって検出されるエンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］が所定値（例えば５００ｒｐｍ）よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１０へ処理を移行し、判定結果が否であれば、エンジン１がまだ始動しておらずステップＳ６へ処理を移行する。
【００５１】
ステップＳ９の判定結果が肯であれば、エンジン１が始動（冷間始動）している。そこで、ステップＳ１０においてコントローラーは、始動フラグ＝１とする。この始動フラグ＝１によって次回以降はステップＳ２からステップＳ３に進まなくなる。
【００５２】
図７は、冷間始動直後に可変ノズル３Ｄ、グロープラグ３１、燃料噴射量を制御するフローチャートである。図７のフローチャートは、図５のフローチャートに続いて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行される。
【００５３】
ステップＳ１１においてコントローラーは、始動フラグ＝１であるか否かを判定する。なお始動フラグは図５のフローチャートで設定されている。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１２へ処理を移行し、判定結果が否であれば処理を抜ける。
【００５４】
ステップＳ１２においてコントローラーは、アイドルフラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）＝０であるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１３へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１９へ処理を移行する。ここではアイドルフラグ＝０であるとしてステップＳ１３に進む。
【００５５】
ステップＳ１３においてコントローラーは、車速センサー３３で検出される車速ＶＳＰ［ｋｍ／ｈ］がゼロでかつアクセルセンサー２２で検出されるアクセルペダル操作量ＡＰＯ［無名数］がゼロであるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１４へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１６へ処理を移行する。
【００５６】
ステップＳ１３の判定結果が肯であれば、車速ＶＳＰがゼロでかつアクセルペダル操作量ＡＰＯがゼロである冷間始動直後のアイドル運転に移行した状態である。そこで、ステップＳ１４においてコントローラーは、アイドルフラグ＝１とする。
【００５７】
ステップＳ１５においてコントローラーは、タイマー値ｔｍ１［秒］＝０として、タイマーを起動する。タイマーは、冷間始動直後のアイドル運転に移行してからの経過時間を計測する。
【００５８】
ステップＳ１３の判定結果が否であれば、車速ＶＳＰがゼロでなかったりアクセルペダル操作量ＡＰＯがゼロでない。すなわち冷間始動直後にまだアイドル運転に移行していない。そこでこのときは、ステップＳ１４及びステップＳ１５がスキップされて、ステップＳ１６へ処理が移行される。
【００５９】
ステップＳ１６においてコントローラーは、可変ノズル３Ｄを全開として、作動ガス量が最小であることを継続する。
【００６０】
ステップＳ１７においてコントローラーは、グロープラグ３１に通電する（通電を継続する）。
【００６１】
ステップＳ１８においてコントローラーは、通常の燃料噴射量を供給する。「通常の燃料噴射量」とは、燃料増量補正量がゼロとなった後に燃料噴射弁９に与える燃料噴射量のことである。通常の燃料噴射量によって得られる混合気の空気過剰率は、１．０より大きなリーン側の値である。
【００６２】
ステップ１４でアイドルフラグ＝１となったら、次回からはステップＳ１２からステップＳ１９へ処理が移行される。
【００６３】
ステップＳ１９においてコントローラーは、タイマー値ｔｍ１が可変ノズル全開時間Ｔ１（図５のステップ５で算出済み）よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１６へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ２０へ処理を移行する。
【００６４】
ステップＳ１９の判定結果が否であれば、最適な切替タイミング（ｔＭ）になったと判定できる。そこでこのときは、ステップＳ２０においてコントローラーは、タイマー値ｔｍ１が、可変ノズル全開時間Ｔ１に一定時間Ｔ２を加算した値よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ２１へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ２２へ処理を移行する。時間Ｔ２は、図４において、最適な切替タイミングｔ３（＝ｔＭ）から、アフターグローを終了する時刻ｔ４までの時間である。この時間Ｔ２も適合によって予め定められる。タイマー値ｔｍ１がＴ１＋Ｔ２の時間よりも小さければ、最適な切替タイミング（ｔＭ）に到達している。そこでコントローラーは、ステップＳ２１において、作動ガス量が冷間始動直後のアイドル運転において最大となるように、可変ノズル３Ｄを全閉する。これによって、冷間始動直後のアイドル運転において回転速度の変動が小さくなり、アイドル回転が安定する。その後はステップＳ１７及びステップＳ１８が実行される。
【００６５】
ステップＳ２２においてコントローラーは、グロープラグ３１を非通電として、アフターグローを終了する。
【００６６】
ステップＳ２３においてコントローラーは、可変ノズルを運転条件に応じた開度とする。
【００６７】
次に、本実施形態の作用効果が説明される。
【００６８】
本実施形態によれば、冷間始動直後にアイドル運転に移行した当初は作動ガス量が少ないので（図４(Ｂ)の時刻ｔ２〜ｔ３）、グロープラグ３１が作動ガス（吸入空気）によって冷やされにくい。そのため、燃料噴射弁９から噴射された燃料が、グロープラグ３１によって着火されやすく、失火の発生が軽減される。
【００６９】
次に、冷間始動直後のアイドル運転に移行した後は、グロープラグ３１によるアシストよって、壁温等の筒内温度環境が改善されて、圧縮端温度が上昇する。圧縮端温度が上昇し、グロープラグ３１の燃焼への寄与が低減した環境になったら、作動ガス量が増やされる（図４(Ｂ)の時刻ｔ３〜ｔ４）。作動ガス量が増えた状態で燃焼すれば、燃焼温度が上がり、早期に燃焼安定性が向上する。冷間始動直後に過度のアイドルが不安定にならずに早期に安定したアイドル運転へ移行される。
【００７０】
また本実施形態によれば、始動時冷却水温Ｔｗｉｎｔ（冷間始動時のエンジン温度）が低いほど、可変ノズル全開時間Ｔ１が長い(図６)。これによって、冷間時に始動時冷却水温Ｔｗｉｎｔが相違しても、冷間始動直後に過度のアイドル不安定を招くことなく早期に安定したアイドル運転が実現される。
【００７１】
また本実施形態によれば、ターボチャージャー３の可変ノズル３Ｄで吸入空気量が調整される。すなわち、冷間始動当初は、可変ノズル３Ｄが全開である。そして、切替タイミングｔＭで全閉される。このように、可変ノズル３Ｄで吸入空気量が調整されるので、可変ノズルタイプのターボチャージャー３を用いるディーゼルエンジン１であれば、新たなデバイスが追加されなくても、適用可能であり、コストアップが抑えられる。
【００７２】
なお実施形態では、可変ノズルの開度が、冷間始動当初は全開し、その後全閉する場合で説明されたが、これには限られない。冷間始動当初は相対的に小さく、その後相対的に大きくなればよい。
【００７３】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態のフローチャートである。第１実施形態の図７と同一部分には同一のステップ番号が付される。
【００７４】
第２実施形態は、ステップＳ３１が第１実施形態と相違する。
【００７５】
ステップＳ３１においてコントローラーは、冷間始動直後のアイドル運転での冷却水温Ｔｗが所定値［℃］よりも小さいか否かを判定する。この所定値は、冷間始動直後のアイドル運転において回転変動を招かない範囲で早期に回転変動を小さくできる冷却水温の下限値である。この所定値は適合によって予め定められる。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１６へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ２０へ処理を移行する。
【００７６】
この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、冷間始動直後に過度のアイドル不安定が引き起こされることなく早期に安定したアイドル運転へ移行される。
【００７７】
（第３実施形態）
上述したように、従来よりも圧縮比が低いディーゼルエンジンについて研究されている。圧縮比が低くなれば、圧縮端温度が下がるので、特に低温始動時の着火性や低温アイドルでの燃焼安定性が悪化する。そこで、アイドルアップすれば、早期に安定したアイドル運転へ移行しやすくなる。アイドルアップすれば、過給器を働かせることも可能である。過給器を働かせれば、後述のように燃料の貫徹力が小さくなり燃料がグロープラグへ付着しにくくなる。
【００７８】
第１実施形態及び第２実施形態では、条件が成立したら、作動ガス量が増えるように、可変ノズルなどがステップ変化された。このようにすることで、冷間始動直後に過度のアイドル不安定が引き起こされることなく早期に安定したアイドル運転へ移行された。
【００７９】
ところで発明者らは、さらなる研究を鋭意進めることで、図２のケース〈２〉〈３〉又はタイミングｔＭで全開→全閉すれば安定度が増すが、図２のケース〈４〉では却って安定度が悪化するメカズムを明らかにすることができた。そして、この知見に基づいて、さらに早期に安定したアイドル運転へ移行できる手法を開発したのである。この実施形態について理解を容易にするために、以下では発明者が得た知見について説明する。
【００８０】
発明者は、着火性がグロープラグ近傍の当量比及び温度に相関があることに着目した。圧縮端温度を上げるには、過給して筒内圧を上げればよい。また筒内圧を上げることで、燃料の貫徹力も低下し、グロープラグ近傍での当量比が上がる。これについて図９が参酌されて説明される。
【００８１】
図９は、過給の有無による筒内の燃料分布をシミュレーションした結果を示す図である。色が濃いところほど、燃料分布が密である。図９(Ａ)及び図９(Ｃ)は、シリンダーの右半分の縦断面図であり、図９(Ａ)及び図９(Ｃ)の左端がエンジンの中心になる。そして図９(Ａ)は、過給なし、図９(Ｃ)は、過給ありである。それ以外の燃料噴射量や燃料噴射タイミングなどの条件は同じである。図９(Ｂ)及び図９(Ｄ)は、シリンダーの上方から見た断面図であり、ピストン冠面のキャビティーのエッジまでの燃料分布が示されている。図９(Ｂ)は過給なしで図９(Ａ)に対応する。図９(Ｄ)は過給ありで図９(Ｃ)に対応する。矢印は、スワールの方向を示す。また図９(Ｂ)及び図９(Ｄ)では、燃料噴射弁の８つの噴口のうち１つの噴口から噴射された燃料の分布が示されている。
【００８２】
ピストン１００の冠面には、キャビティーが形成されている。燃料噴射弁９から噴射された燃料は、グロープラグ６１の近傍を通過して、キャビティーのエッジ部分に到達する。
【００８３】
過給なしのときは、図９(Ａ)から判るように、燃料の貫徹力が高く、キャビティーのエッジの外側に到達する燃料が多い。そのためグロープラグ近傍の燃料も少なめである。また図９(Ｂ)から判るように、キャビティー内の燃料分布が薄めになっている。
【００８４】
過給ありのときは、図９(Ｃ)から判るように、燃料の貫徹力が小さく、キャビティーのエッジの外側の燃料が、図９(Ａ)に比べて少ない。そのためグロープラグ近傍の燃料が、図９(Ａ)に比べて多めである。また図９(Ｄ)から判るように、図９(Ｂ)に比べてキャビティー内の燃料分布が濃いめになっている。
【００８５】
このように、過給することで、グロープラグ近傍の当量比が上がることが判る。そこで、第１実施形態や、第２実施形態のように、可変ノズルをステップ変化させて過給することで、グロープラグ近傍の当量比が上がって、冷間始動性を向上できている。しかしながら、過給することで、低温の空気が多量に流入することとなる。その空気によってグロープラグが冷却されてしまうことが発明者の研究によって明らかにされた。
【００８６】
図１０は、−２５℃の環境におけるグロープラグ近傍温度と過給圧とに対するエンジン回転変動を測定した実験の結果を示す図である。横軸がグロープラグ近傍の推定温度、縦軸が過給圧である。なお、グロープラグ近傍の推定温度ＴＧＡは、グロープラグの表面温度ＴＧに、冷却水温ＴＷに係数Ｋ１を乗じたものと、吸気温ＴＩに係数Ｋ２を乗じたものと、を加算して求めている。すなわち次式の関係がある。なお係数Ｋ１，Ｋ２は適宜設定されている。
【００８７】
【数１】
2013137320.tif 000003
【００８８】
グロープラグの表面温度ＴＧは、グロープラグに取り付けられた温度センサーで検出される。またグロープラグの表面温度は、予め目標温度が設定されており、その目標温度になるようにデューティー制御されている。そこでグロープラグ表面の目標温度を用いてもよい。冷却水温ＴＷは、冷却水経路に取り付けられた温度センサーで検出される。吸気温ＴＩは、コレクター６に取り付けられた温度センサーで検出される。各係数は適合によって定められる。黒円は回転変動が小さく、以下、白四角→黒三角→バツとなるにつれて、回転変動が大きい、すなわち燃焼安定性が悪い。
【００８９】
各ポイントの分布を見ると、全くバラバラに存在するのではなく、ある程度特定の領域に集まっていることが判る。
【００９０】
すなわち、黒円は右上のエリアに集まっている。そこで黒円が集まる領域を、右下がりのラインＬ１で区切る。ラインＬ１の右の領域が、回転変動の少ない安定領域である。
【００９１】
また、白三角、黒三角、バツもある程度特定の領域に集まっているそこで、これらの領域をラインＬ２及びラインＬ３で区切った。
【００９２】
各ラインで区切られた領域は、回転変動が同程度の等変動回転領域である。等変動回転領域では、燃焼安定度が同レベルである。
【００９３】
図９で説明したように、過給されているほうが、グロープラグ近傍の当量比が上がり、燃焼安定度が向上しそうであるが、過給することで、低温の空気が多量に流入することとなる。その空気によってグロープラグが冷却される。したがって、単純に過給圧を上げても、燃焼が安定しないということが、図１０の実験結果から明らかになったのである。
【００９４】
図１１Ａは、可変ノズルの開度の制御パターンを示す図である。図１１Ｂは、可変ノズルの開度を制御したときのグロープラグ近傍温度及び過給圧の変化を示す図である。
【００９５】
次に、図１１Ａ及び図１１Ｂを参酌して、可変ノズルの開度を制御したときのグロープラグ近傍温度及び過給圧の変化について説明される。
【００９６】
図１１ＡのパターンＰ１は、早期に可変ノズルが全開→全閉されるパターンである。これは図２のケース〈４〉に相当する。このパターンＰ１のように可変ノズルの開度が制御されると、図１１Ｂに示されるように、過給圧の上昇に伴うグロープラグ近傍の温度の低下が大きかった。すなわち、グロープラグ近傍温度は、グロープラグ表面温度のみならず、冷却水温の影響も受けるが、冷却水温が低い状態で過給圧を上げてしまうパターンＰ１では、過給圧の上昇に伴うグロープラグ近傍の温度の低下が大きかったのである。そのため、一旦、現在よりもエンジンの回転変動が大きい領域(ラインＬ３の左の領域)に入ってしまい、その後、安定していくのである。
【００９７】
図１１ＡのパターンＰ２は、所定時間をおいて可変ノズルがステップ的に全開→全閉されるパターンである。これは図２のケース〈２〉〈３〉又はタイミングｔＭで全開→全閉される実施形態に相当する。このパターンＰ２のように可変ノズルの開度が制御されると、図１１Ｂに示されるように、過給圧の上昇に伴ってグロープラグ近傍の温度の低下するものの、エンジン回転変動領域は現在と同じラインＬ２及びラインＬ３の間の領域のままである。そのため、可変ノズルの開度を変更直後は、現在と同程度のエンジン回転変動が生じ、その後、安定していくのである。
【００９８】
このように、可変ノズルがステップ的に全開→全閉されると、低温の空気が流入してグロープラグ近傍の温度が低下することを避けられない。可変ノズルが早期に制御されれば、却って安定性が悪化し、時間をおいて制御されても、比較的長い時間、現在と同程度のエンジン回転変動が生じる。
【００９９】
なお図１１ＡのパターンＰ５のように、可変ノズルが全開のままであれば、図１１Ｂに示されるように、グロープラグ近傍温度が下がらず、安定度が増していくものの、安定領域に移行するまでに時間がかかる。
【０１００】
このように、グロープラグ近傍温度というパラメーターを導入することで、図２のように、可変ノズルの制御タイミングによって、燃焼安定性が変わる理由が明らかになったのである。
【０１０１】
グロープラグ近傍温度は、冷却水温の他にも、吸気温（筒内に吸入される空気の温度）の影響も受ける。過給圧が上がって筒内に導入される空気量が増えれば、圧縮端温度も上昇し、グロープラグ近傍温度も上昇する。
【０１０２】
そこで発明者は、図１１ＡのパターンＰ３のように、所定時間をおいて可変ノズルを徐々に閉じて、徐々に過給圧を上げた。この場合は、図１１Ｂに示されるように、過給圧の上昇に伴ってグロープラグ近傍の温度の低下するものの、パターンＰ２に比べて低下度合いが少ない。そのため、パターンＰ２よりも早期にエンジン回転を安定させることができたのである。
【０１０３】
また図１１ＡのパターンＰ４のように最初はゆっくりと可変ノズルを閉じた。この場合は、図１１Ｂに示されるように、ラインＬ２及びラインＬ３の間の領域では、グロープラグ近傍温度が低下しなかった。そのため、早期にエンジン回転を安定させることができたのである。
【０１０４】
可変ノズルがステップ的に全開→全閉されるのではなく、パターンＰ３やパターンＰ４のように、徐々に可変ノズルが制御されることで、エンジン回転の早期安定化が可能であることが判った。
【０１０５】
次に、可変ノズルの具体的な制御内容について、説明する。
【０１０６】
図１２は、第３実施形態の制御フローチャートである。
【０１０７】
ステップＳ１０１においてコントローラーは、水温ＴＷ，吸気温ＴＩ，過給圧ＱＡ，外気温ＴＡをセンサー信号に基づいて検出する。
【０１０８】
ステップＳ１０２においてコントローラーは、過給しないときのグロープラグ近傍温度ＴＧＡ０を次式に基づいて算出する。なおブロープラグ表面目標温度ＴＧＴは、上述のように予め設定されており、その目標温度になるようにデューティー制御されているので、その値を用いる。
【０１０９】
【数２】
2013137320.tif 000004
【０１１０】
ステップＳ１０３においてコントローラーは、グロープラグ近傍温度ＴＧＡ０が、過給なし時の燃焼安定グロープラグ近傍温度ＴＧＡ１よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１０３へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１０７へ処理を移行する。判定結果が否というのは、過給なしで燃焼が安定することを意味する。そこで、このときは、ステップＳ１０７へ処理を移行して、目標過給圧ＱＡＴをゼロに設定し、過給しない。それ以外は、過給しなければ燃焼が安定しないので、ステップＳ１０３へ処理を移行して、目標過給圧ＱＡＴを設定する。
【０１１１】
ステップＳ１０４においてコントローラーは、次式に基づいてグロープラグ近傍温度ＴＧＡを算出する。
【０１１２】
【数３】
2013137320.tif 000005
【０１１３】
ステップＳ１０５においてコントローラーは、グロープラグ近傍温度ＴＧＡ及び過給圧ＱＡから、マップ索によって、目標過給圧ＱＡＴを設定する。なお具体的な内容は後述される。
【０１１４】
ステップＳ１０６においてコントローラーは、過給圧ＱＡが目標過給圧ＱＡＴになるようにフィードバック制御する。
【０１１５】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、ステップＳ１０５のマップ索について説明する図である。なお、図１３Ａ及び図１３Ｂのマップは、予め設定されておりたとえば図１０と同じである。
【０１１６】
初期状態がＡ１であるとする。そして、所定時間後の予測ラインがＬＣ１のように求められる。このラインＬＣ１上であれば、いずれに制御することもできる。しかしながら、燃焼安定性を向上させるには、回転変動のエリアを区切るラインＬ４よりも右にしたい。またできるだけ過給圧を大きくしたい。過給圧を上げたほうがグロープラグ近傍温度が上昇するので、燃焼が早期に安定するからである。そこで、ラインＬ４とラインＬＣ１との交点を目標過給圧として設定する。なお精度バラツキなどを考慮して、ラインＬ４とラインＬＣ１との交点ではなく、ラインＬ４の右にしたり、ラインＬＣ１の上にしてもよい。
【０１１７】
そして、Ａ２になったら、再度、そのときから所定時間後の予測ラインがＬＣ２のように求められる。そして、同様に、ラインＬ３とラインＬＣ２との交点(又はその近傍)を目標過給圧として設定する。
【０１１８】
以上を逐次繰り返すことで、図１４のように、目標過給圧が繰り返し設定される。
【０１１９】
以上説明したように、本実施形態によれば、過給圧をステップ的に上げるのではなく、グロープラグ近傍温度が下がらないように制御する。このようにすることで、グロープラグ近傍の温度低下を抑制しつつ、グロープラグ近傍の当量比を高めることができ、早期に安定したアイドル運転へ移行できるようになったのである。
【０１２０】
（第４実施形態）
図１５は、第４実施形態の制御フローチャートである。
【０１２１】
第３実施形態では、逐次、所定時間後の状態を予測しながら、目標過給圧を設定する。すなわちマップの詳細を逐次決定しながら、目標過給圧を設定する。しかしながらこのような手法には限定されない。この第４実施形態では、予め固定されたマップを用いる手法について説明する。
【０１２２】
ステップＳ２０１においてコントローラーは、水温ＴＷ，吸気温ＴＩをセンサー信号に基づいて検出する。
【０１２３】
ステップＳ２０２においてコントローラーは、水温ＴＷ及び吸気温ＴＩが、予め設定されている所定値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ２０３へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ２０４へ処理を移行する。
【０１２４】
ステップＳ２０３においてコントローラーは、水温ＴＷ及び吸気温ＴＩから、マップ索によって、目標可変ノズル開度ＴＶＮＴを設定する。なお具体的な内容は後述される。
【０１２５】
ステップＳ２０４においてコントローラーは、目標可変ノズル開度ＴＶＮＴをゼロに設定し、過給しない。
【０１２６】
図１６は、ステップＳ２０３のマップ索について説明する図である。
【０１２７】
初期の水温及び吸気温が−２０℃であるとする。このときは、図１６に基づき、目標可変ノズル開度をゼロ（全開）にする。
【０１２８】
水温が−１５℃に上昇したが、吸気温は依然として−２０℃のままであれば、目標可変ノズル開度をＶＮＴ１に設定する。
【０１２９】
水温が−１０℃になって、吸気温が−１５℃になったら、目標可変ノズル開度をＶＮＴ２に設定する。
【０１３０】
水温が０℃になって、吸気温が−１０℃になったら、目標可変ノズル開度をＶＮＴ３に設定する。
【０１３１】
このように、この第４実施形態では、予め固定されたマップを用いて、可変ノズルの開度を制御する。
【０１３２】
以上説明したように、本実施形態によっても、早期に安定したアイドル運転へ移行でき、しかも、予め固定されたマップを用いるので、制御を簡易に行える。
【０１３３】
（第５実施形態）
図１７Ａ〜１７Ｃは、第５実施形態の基本的なコンセプトを説明する図である。
【０１３４】
はじめに、この第５実施形態の理解を容易にするために、図１７Ａ〜１７Ｃが参照されて、基本的なコンセプトが説明される。
【０１３５】
図１７Ａに示されるように、実施形態では、過給圧が時間の経過とともに上げられ、目標過給圧に達したら、その過給圧が維持される。このとき、水温及び吸気温も時間の経過とともに上昇する。
【０１３６】
グロープラグは、予め目標温度が設定されている。たとえば１２００℃などに設定されている。そして、それが達成されるように、通常は、図１７Ｂに示されるように、初期にデューティー比が高く、徐々に小さくなるように、デューティー制御される。このようにしなければ、グロープラグの表面温度が上がりすぎて、グロープラグの寿命が縮められてしまうからである。
【０１３７】
しかしながら、通常のデューティー制御では、過給圧の変化が考慮されていない。そのため、実際は、図１７Ｃに示されるように、過給圧の上昇にともない、グロープラグの表面温度が低下する。グロープラグの温度が低下すれば、その分、燃焼が安定するまでに時間を要する。
【０１３８】
そこで、この第５実施形態では、グロープラグのデューティー制御についても工夫したのである。以下では、具体的な内容が説明される。
【０１３９】
図１８は、第５実施形態の制御フローチャートである。
【０１４０】
ステップＳ３０１においてコントローラーは、水温ＴＷ，吸気温ＴＩ，過給圧ＱＡをセンサー信号に基づいて検出する。
【０１４１】
ステップＳ３０２においてコントローラーは、次式に基づいてグロープラグ近傍温度ＴＧＡを算出する。なお、ＴＧＴは、ブロープラグ表面目標温度(たとえば１２００℃)である。
【０１４２】
【数４】
2013137320.tif 000006
【０１４３】
ステップＳ３０３においてコントローラーは、グロープラグ近傍温度ＴＧＡであるときの燃焼安定過給圧ＱＡＴを求める。具体的には、予め設定されているテーブルを参照して求めるなどすればよい。
【０１４４】
ステップＳ３０４においてコントローラーは、燃焼が安定しているか否か、具体的には、過給圧ＱＡが燃焼安定過給圧ＱＡＴよりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ３０５へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ３０７へ処理を移行する。
【０１４５】
ステップＳ３０５においてコントローラーは、グロープラグ表面温度低下量ＴＧＬを求める。具体的には、たとえば次式に基づいて求める。なお係数Ｋ３，Ｋ４は適宜設定されている。
【０１４６】
【数５】
2013137320.tif 000007
【０１４７】
ステップＳ３０６においてコントローラーは、ブロープラグ表面目標温度になるように予め設定されている通電量ＧＬ０に対して、グロープラグ表面温度低下量ＴＧＬで補正する。具体的には、たとえば次式のように、グロープラグ通電量ＧＬを設定する。なお係数Ｋ５は適宜設定されている。
【０１４８】
【数６】
2013137320.tif 000008
【０１４９】
ステップＳ３０７においてコントローラーは、過給圧ＱＡから、燃焼安定するグロープラグ近傍温度の最低値ＴＧＡＭＩＮを求める。具体的には、予め設定されているテーブルを参照して求めるなどすればよい。
【０１５０】
ステップＳ３０８においてコントローラーは、ブロープラグ表面目標温度になるように予め設定されている通電量ＧＬ０に対して、最低温度ＴＧＡＭＩＮで補正する。具体的には、たとえば次式のように、グロープラグ通電量ＧＬを設定する。なお係数Ｋ６は適宜設定されている。
【０１５１】
【数７】
2013137320.tif 000009
【０１５２】
このようにすれば、燃焼が安定していない初期には、図１７Ｂに示されるように、グロープラグ通電量(デューティー比)が上げられて、過給されていても、グロープラグ表面温度の低下が抑制される(図１７Ｃ)。
【０１５３】
燃焼が安定した後は、図１７Ｂに示されるように、グロープラグ通電量(デューティー比)が下げられる。これによって、グロープラグ表面温度が低くなるが、燃焼安定するグロープラグ近傍温度は確保される。そして、燃焼安定後にグロープラグ通電量(デューティー比)が下げられるので、トータルとしてグロープラグ通電量が小さくなり、グロープラグの負担が減り、結果として、グロープラグの寿命が延びる。
【０１５４】
図１９は、第５実施形態による作用効果を説明する図である。
【０１５５】
この第５実施形態によれば、燃焼が安定していない初期に、グロープラグ通電量(デューティー比)が上げられて、過給されていても、グロープラグ表面温度の低下が抑制される。そのため、図１９のルートＲ１のような実線経路を辿る。燃焼が安定した後、すなわち、ラインＬ１の右の燃焼安定領域に入った後は、ラインＬ１に沿うように制御する。このようにすることで、早期に安定したアイドル運転へ移行される。
【０１５６】
また燃焼安定後は、水温が上昇し、過給によって吸気温も上昇しているので、グロープラグ表面温度を下げてもグロープラグ近傍温度を維持でき、燃焼が安定する。そこで、本実施形態では、グロープラグ通電量(デューティー比)が下げられて、トータルとしてグロープラグ通電量が小さくなり、グロープラグの負担が減り、結果として、グロープラグの寿命が延びるのである。
【０１５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１５８】
たとえば、上記においては、グロープラグの表面温度と、冷却水温ＴＷと、吸気温ＴＩとから、グロープラグ近傍温度が演算された。しかしこれには限られない。潤滑油の温度、シリンダー壁面温度、空気過剰率、吸入空気量、空気密度、過給圧を考慮してもよい。その場合は、係数を適宜定めて、式（１）にさらに加算すればよい。また簡易的には、いずれか１つのパラメーターに基づいて、グロープラグ近傍温度が演算されてもよい。要求される精度や、コントローラーのコストなどを考慮して、いずれのパラメーターを採用するかを適宜決定すればよい。
【０１５９】
また上記においては、可変ノズル型のターボチャージャーの可変ノズルを制御することで、過給圧を制御していた。しかしながら、他の過給器であってもよく、また可変動弁機構を用いて、バルブタイミングを調整することで過給圧(筒内圧)を制御してもよい。
【０１６０】
また上記した演算式も一例に過ぎない。
【０１６１】
上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【０１６２】
本願は、２０１２年３月１４日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−５７７１３に基づく優先権を主張し、これらの出願の全ての内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【図１】
2013137320.tif 000010
【図２】
2013137320.tif 000011
【図３】
2013137320.tif 000012
【図４】
2013137320.tif 000013
【図５】
2013137320.tif 000014
【図６】
2013137320.tif 000015
【図７】
2013137320.tif 000016
【図８】
2013137320.tif 000017
【図９】
2013137320.tif 000018
【図１０】
2013137320.tif 000019
【図１１Ａ】
2013137320.tif 000020
【図１１Ｂ】
2013137320.tif 000021
【図１２】
2013137320.tif 000022
【図１３Ａ】
2013137320.tif 000023
【図１３Ｂ】
2013137320.tif 000024
【図１４】
2013137320.tif 000025
【図１５】
2013137320.tif 000026
【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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