(57)【要約】【課題】  パイロット噴射とメイン噴射との噴射量及び噴射時期を適切に設定でき、もって低温始動時の白煙低減を確実に達成できるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】  メイン噴射及びパイロット噴射の総噴射量（Ｑmain＋Ｑpilot）に対するパイロット噴射量（Ｑpilot）の比率が白煙を低減可能な１５〜２５％の範囲内となり、パイロット噴射の終了からメイン噴射の開始までの噴射間隔（Ｔintvl）が同じく白煙を低減可能な５〜１１°CAの範囲内となるように、燃料噴射弁を駆動制御してパイロット噴射及びメイン噴射を実施する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射制御手段により燃料噴射手段を駆動制御して圧縮上死点近傍で主噴射を実施すると共に、該主噴射に対して先行するタイミングで前噴射を実施し、該噴射燃料を圧縮着火するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記主噴射及び上記前噴射の総噴射量に対する該前噴射の噴射量の比率が１５〜２５％の範囲内となるよう、低音始動時に上記燃料噴射手段を駆動制御することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
上記燃料噴射制御手段は駆動パルスに基づいて上記燃料噴射手段を駆動制御し、上記前噴射の終了に対応する上記駆動パルスの立下がりから上記主噴射の開始に対応する上記駆動パルスの立上がりまでの間隔を５〜１１°CAの範囲内で設定することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低温始動時に主噴射に先行して前噴射を実施するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低温始動時にディーゼルエンジンから排出される白煙には水蒸気等の他に多量の未燃ＨＣが含まれており、この低温始動時に排出される未燃ＨＣはその後の運転中を含めた未燃ＨＣの総排出量に対して大きな割合を占めるため、従来から低温始動時の白煙を低減する対策が要望されていた。このような要望に対して、例えばメイン噴射に先行してパイロット噴射を実施する所謂分割噴射が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
当該特許文献１に開示された技術では、低温始動時にメイン噴射に先行して少量のパイロット噴射を実施し、このパイロット噴射の予備的な燃焼によりメイン噴射燃料の予混合を促進し、これにより燃焼状態を活発化して始動性の改善、始動時の白煙・騒音の低減を図っている。
【特許文献１】特開２００１−２０７９６号公報（図１，４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１は始動時の様々な問題を同時に解決しようとしており、特に本発明が問題とする低温始動時に着目した最適なパイロット噴射量や噴射時期については何ら開示されていない。
通常、ディーゼルエンジンの場合、騒音低減を主目的としてパイロット噴射が行われており、このパイロット噴射の噴射量は、総噴射量に対して５〜１０％程度に設定されている。しかし、このパイロット噴射量は、冷温始動時の白煙を低減するには最適な値ではなかった。
【０００５】
本発明の目的は、パイロット噴射とメイン噴射との噴射量や噴射時期を適切に設定でき、もって低温始動時の白煙低減を確実に達成することができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、燃料噴射制御手段により燃料噴射手段を駆動制御して圧縮上死点近傍で主噴射を実施すると共に、主噴射に対して先行するタイミングで前噴射を実施し、噴射燃料を圧縮着火するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、燃料噴射制御手段が、主噴射及び前噴射の総噴射量に対する前噴射の噴射量の比率が１５〜２５％の範囲内となるよう、低音始動時に燃料噴射手段を駆動制御するものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、燃料噴射制御手段が駆動パルスに基づいて燃料噴射手段を駆動制御し、前噴射の終了に対応する駆動パルスの立下がりから主噴射の開始に対応する駆動パルスの立上がりまでの間隔を５〜１１°CAの範囲内で設定するものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように請求項１の発明のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、前噴射と主噴射との噴射量を適切に設定でき、もって低温始動時の白煙低減を確実に達成することができる。
請求項２の発明のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、請求項１に加えて、前噴射と主噴射との噴射時期を適切に設定でき、もって低温始動時の白煙を一層低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明をコモンレール式ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を示す全体構成図であり、図中のディーゼルエンジン１は例えば直列４気筒エンジンとして構成され、その各気筒には燃料噴射弁２が設けられている。各燃料噴射弁２は燃料管路３を介して共通のコモンレール４に接続され、コモンレール４は燃料供給装置５に接続されている。燃料供給装置５から供給された燃料はコモンレール４内に蓄圧されて燃料噴射弁２の開弁に伴って各気筒の筒内に噴射され、圧縮上死点近傍で着火・燃焼して機関トルクを発生し、燃焼後の排ガスは排気通路６を経て排出される。
【００１０】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）１１が設置されている。ＥＣＵ１１の入力側には、アクセル開度θaccを検出するアクセルセンサ１２、エンジン１の回転に伴ってクランク角信号を出力するクランク角センサ１３、冷却水温Ｔwを検出する水温センサ１４等の各種センサ類が接続され、出力側には前記燃料噴射弁２や燃料供給装置５等の各種アクチュエータ類が接続されている。
【００１１】
そして、ＥＣＵ１１は燃料供給装置５を駆動制御してコモンレール４内の燃料圧を調整する一方、エンジン１の運転状態に基づいて燃料噴射弁２を駆動制御して筒内への燃料噴射を実施する。燃料噴射弁２の燃料噴射はＥＣＵ１１から出力される駆動パルスに基づいて制御され、駆動パルスの立上がりに応じて燃料噴射弁２の開弁により燃料噴射が開始され、駆動パルスの立下がりに応じて燃料噴射弁２の閉弁により燃料噴射が終了され、これにより所期の噴射量及び噴射時期が達成される。
【００１２】
燃料噴射弁２の燃料噴射は、圧縮上死点近傍で実施されるメイン噴射（主噴射）に加えて、当該メイン噴射に先行するパイロット噴射（前噴射）、或いはメイン噴射の後のポスト噴射等がそれぞれ所定の噴射量、噴射時期、噴射回数をもって適宜実施される。本実施形態では、エンジン１の運転状態に対して最適な燃料噴射の組み合わせが予め燃料噴射モードとして設定されており、例えばエンジン始動時には始動モード、アイドル運転時にはアイドルモード、通常走行時にはドライブモード、エンジンストール時にはエンストモードが選択されて、各燃料噴射モードにおいてメイン噴射に加えて上記パイロット噴射やポスト噴射が適宜実施される。
【００１３】
従って、エンジン始動後にアイドル運転が継続される場合、燃料噴射モードはクランキング中の始動モードからアイドル運転への移行に伴ってアイドルモードに切換えられるが、本実施形態では、これらの始動モード及びアイドルモードの制御内容を低温始動時とそれ以外の通常始動時とで異にし、低温始動時には特に白煙低減のために好適な制御を実施しており、以下、当該エンジン始動時の燃料噴射制御について詳述する。
【００１４】
図２はＥＣＵ１１が始動モード及びアイドルモードで実行する燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ１１は当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。まず、ＥＣＵ１１はステップＳ２で現在の燃料噴射モードを判定し、続くステップＳ４で燃料噴射モードが始動モード又はアイドルモードであるか否かを判定する。ステップＳ４の判定がＮＯ（否定）のときにはＥＣＵ１１はルーチンを終了し、図示しない別ルーチンでドライブモード又はエンストモードに対応する燃料噴射制御を実行する。
【００１５】
又、ＥＣＵ１１は上記ステップＳ４の判定がＹＥＳ（肯定）のときにはステップＳ６に移行し、水温センサ１４から冷却水温Ｔwの検出情報を取込み、続くステップＳ８で冷却水温Ｔwが予め設定された所定値Ｔw0未満であるか否かを判定する。所定値Ｔw0は、エンジン始動時に排出される白煙が許容できる下限の冷却水温Ｔwであり、例えば０℃に設定されている。判定がＮＯのときにはステップＳ１０に移行して通常時に対応する噴射量及び噴射時期を設定し、続くステップＳ１２でこれらの噴射量及び噴射時期に基づいて燃料噴射弁２を駆動制御して燃料噴射を実施した後、ルーチンを終了する。
【００１６】
詳細は説明しないが、ステップＳ１０，１２の処理により実施される燃料噴射制御は一般的なものであり、例えば、始動モードでは始動性等を重視して設定された噴射量や噴射時期に基づいてパイロット噴射及びメイン噴射が実施され、アイドルモードではアイドル安定性等を重視して設定された噴射量や噴射時期に基づいてメイン噴射が実施される。
一方、上記ステップＳ８の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１４に移行して低温始動時に対応する噴射量及び噴射時期を設定し、続くステップＳ１６でこれらの噴射量及び噴射時期に基づいて燃料噴射弁２を駆動制御して燃料噴射を実施した後、ルーチンを終了する。ステップＳ１４では、低温始動時にエンジン１から排出される白煙を低減するために最適な値として燃料噴射弁２による噴射量及び噴射時期を設定しており、以下、当該設定処理の詳細を述べる。
【００１７】
本実施形態では、低温始動時に始動モードとアイドルモードとで共通の制御内容を設定し、共にメイン噴射に先行してパイロット噴射を１回実施している。よって、以下に説明する制御内容は、始動モードとアイドルモードとの何れにも適用される。
まず、噴射量に関しては、アクセルセンサ１２により検出されたアクセル開度θaccとクランク角センサ１３のクランク角信号から求めたエンジン回転速度Ｎeとに基づき、予め設定されたマップからパイロット噴射とメイン噴射との総噴射量Ｑtotalを算出する。ここで、本実施形態では、総噴射量Ｑtotalに対するパイロット噴射量Ｑpilotの割合として分割噴射量率Ｑratioが予め２０％に設定されており、当該分割噴射量率Ｑratioに基づいて総噴射量Ｑtotalからパイロット噴射量Ｑpilotを算出する一方、求めたパイロット噴射量Ｑpilotを総噴射量Ｑtotalから減算してメイン噴射量Ｑmainを算出する。
【００１８】
又、噴射時期に関しては、まず、アクセル開度θaccとエンジン回転速度Ｎeとに基づき、予め設定されたマップからメイン噴射の開始タイミングとしてメイン噴射時期Ｔmainを算出する。ここで、本実施形態では、パイロット噴射の終了からメイン噴射の開始までの噴射間隔Ｔintvlとして予め９°CAが設定されている。よって、パイロット噴射の開始タイミングであるパイロット噴射時期Ｔpilotは、メイン噴射時期Ｔmainに対して噴射間隔Ｔintvl及びパイロット噴射量Ｑpilotに相当する開弁期間だけ先行したタイミングとして算出する。
【００１９】
以上のステップＳ１４で設定された噴射量Ｑpilot，Ｑmain及び噴射時期Ｔpilot，Ｔmainに基づき、ステップＳ１６では図３のタイムチャートに示す駆動パルスに基づいて燃料噴射弁２が駆動制御されて燃料噴射が実施される。即ち、クランク角センサ１３からのクランク角信号に基づいて、エンジン１の各気筒がパイロット噴射時期Ｔpilotに到達する度に燃料噴射弁２の駆動パルスが立上げられ、その後、パイロット噴射量Ｑpilotに相当する開弁期間が経過した後に駆動パルスが立下げられ、この駆動パルスに応じた燃料噴射弁２の開弁によりパイロット噴射が実施される。その後、駆動パルスが立下げから噴射間隔Ｔintvlが経過してメイン噴射時期Ｔmainに到達すると駆動パルスが再び立上げられ、メイン噴射量Ｑmainに相当する開弁期間が経過した後に駆動パルスが立下げられ、この駆動パルスに応じた燃料噴射弁２の開弁によりメイン噴射が実施される。
【００２０】
以上の低温始動時の燃料噴射制御は、燃料噴射モードが始動モードからアイドルモードに移行し、更にステップＳ８の判定がＮＯ（Ｔw≧Ｔw0）になって白煙の排出量が許容レベルに低下するまで継続され、ステップＳ８の判定がＮＯになると、上記ステップＳ１０，１２の通常時のアイドルモードに対応する燃料噴射制御に切換えられる。
ここで、本発明者は、分割噴射量率Ｑratio及び噴射間隔ＴintvlがオパシティＲ（白煙排出量）に及ぼす影響を調査すべく試験を実施した。図４は噴射間隔Ｔintvlを９°CAに固定した上で、分割噴射量率Ｑratioを増減したときのオパシティＲの測定結果を示しており、分割噴射量率Ｑratioを２０％前後に設定したときにオパシティＲを最も低減できることが判る。この分割噴射量率Ｑratioの増減に応じてオパシティＲが変化する現象は、以下の要因によるものと推測される。
【００２１】
パイロット噴射による白煙低減は、パイロット噴射の予備的な燃焼によりメイン噴射燃料の予混合を促進することで実現されることから、予混合を促進可能な燃焼を生起するためにメイン噴射量Ｑmainに対してある程度以上のパイロット噴射量Ｑpilotを必要とする。よって、過小な分割噴射量率Ｑratioによりメイン噴射量Ｑmainに対してパイロット噴射量Ｑpilotが不足した場合には、上記予混合の促進が望めなくなって不完全燃料により白煙が増大してしまう。逆に、過大な分割噴射量率Ｑratioによりメイン噴射量Ｑmainに対してパイロット噴射量Ｑpilotが過剰になると、筒内に残存するパイロット噴射の多量の燃料によりメイン噴射の燃料が着火し難くなり、着火遅れにより白煙が増大してしまうのである。
【００２２】
一方、図５は分割噴射量率Ｑratioを２０％に固定した上で、噴射間隔Ｔintvlを増減したときのオパシティＲの測定結果を示しており、噴射間隔Ｔintvlを９°CA前後に設定したときにオパシティＲを最も低減できることが判る。この噴射間隔Ｔintvlの増減に応じてオパシティＲが変化する現象は、以下の要因によるものと推測される。
パイロット噴射によりメイン噴射の予混合を促進するには、メイン噴射に対してパイロット噴射をある程度先行させて、パイロット噴射の燃焼が生起された状態でメイン噴射を開始させる必要がある。よって、過小な噴射間隔Ｔintvlによりメイン噴射の直前でパイロット噴射が行われた場合には、パイロット噴射の燃焼開始前にメイン噴射が開始されるため、上記予混合の促進が望めなくなって白煙が増大してしまう。逆に、過大な噴射間隔Ｔintvlによりメイン噴射に対してパイロット噴射が先行し過ぎると、パイロット噴射の燃料がピストン頂部やライナ内壁に付着し易くなって白煙が増大してしまう。尚、白煙排出とは直接関係ないが、ピストン頂部やライナ内壁への燃料付着はオイルダイリューション増加の要因にもなる。
【００２３】
以上の試験結果から、分割噴射量率Ｑratioに関しては図４に示すように１５〜２５％の範囲内であれば、メイン噴射量Ｑmainに対してパイロット噴射量Ｑpilotを適切に設定してオパシティＲを十分低減でき、本実施形態では、その範囲内でもオパシティＲが最小値となる２０％に分割噴射量率Ｑratioを設定している。又、噴射間隔Ｔintvlに関しては図５に示すように５〜１１°CAの範囲内であれば、メイン噴射時期Ｔmainに対してパイロット噴射時期Ｔpilotを適切に設定してオパシティＲを十分低減でき、本実施形態では、その範囲内でもオパシティＲが最小値となる９°CAに噴射間隔Ｔintvlを設定している。
【００２４】
そして、このように白煙排出が懸念される低温始動時には、分割噴射量率Ｑratio及び噴射間隔Ｔintvlとして白煙低減のための最適値が適用されるため、これらの値から求めた噴射量Ｑpilot，Ｑmain及び噴射時期Ｔpilot，Ｔmainに基づいてパイロット噴射とメイン噴射とを常に適切に実施でき、もって低温始動時の白煙を大幅に低減することができる。
【００２５】
図６は低温始動時のオパシティＲの変化を従来例と本実施形態とで比較した試験結果であり、図中の破線は一般的な噴射量及び噴射時期（例えば、本実施形態の通常時のステップＳ１０，１２に相当するもの）を適用した従来例を示し、実線はステップＳ１４，１６の低温始動時の噴射量Ｑpilot，Ｑmain及び噴射時期Ｔpilot，Ｔmainを適用した本実施形態を示す。この図に示すように、従来例では始動直後にオパシティＲが急増してしまうのに対し、本実施形態ではオパシティＲを大幅に低減できることが判る。
【００２６】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では前噴射としてパイロット噴射を実施したが、メイン噴射に先行して実施される燃料噴射であれば、その呼称はパイロット噴射でもプレ噴射でも前噴射に該当するものとする。
又、上記実施形態ではメイン噴射に先行してパイロット噴射を１回実施したが、１燃焼当たり複数回実施してもよい。この場合、メイン噴射の直前の前噴射を上記分割噴射量率Ｑratio及び噴射間隔Ｔintvlに基づいて実施すればよい。
【００２７】
更に、上記実施形態では分割噴射量率Ｑratioを最適値の２０％に設定し、噴射間隔Ｔintvlを最適値の９°CAに設定したが、上記のように分割噴射量率Ｑratioについては１５〜２５％の範囲内、噴射間隔Ｔintvlについては５〜１１°CAの範囲内であれば，十分にオパシティＲを低減可能であることから、これらの範囲内で分割噴射量率Ｑratio及び噴射間隔Ｔintvlを設定してもよい。更に、分割噴射量率Ｑratio及び噴射間隔Ｔintvlに対する条件を共に満足する必要はなく、分割噴射量率Ｑratioのみを上記オパシティＲを低減可能な範囲内に設定し、噴射間隔Ｔintvlについては上記範囲を外れて設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが始動モード及びアイドルモードで実行する燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】低温始動時の燃料噴射弁の駆動パルスを示すタイムチャートである。
【図４】分割噴射量率Ｑratioを増減したときのオパシティＲの測定結果を示す図である。
【図５】噴射間隔Ｔintvlを増減したときのオパシティＲの測定結果を示す図である。
【図６】低温始動時のオパシティＲの変化を従来例と本実施形態とで比較した試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    エンジン
２    燃料噴射弁（燃料噴射手段）
１１  ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）
【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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