(57)【要約】【課題】低温始動直後に作業回転数に上昇させたときや、低温状態のアイドリング回転数から作業回転数に上昇させたときに、失火による騒音の発生をなくすようにする。【解決手段】コモンレール６に蓄圧した燃料をインジェクター２により多段噴射可能な燃料噴射装置と、エンジン１の冷却水の温度を検知する水温検知手段となる冷却水温度センサー２６と、エンジン１の排気温度を検知する排気温度検知手段となる排気温度センサー２４と、制御装置となるエンジンコントロールユニット１３とを備え、制御装置は、エンジン始動時において、冷却水温度が所定の水温Ｔ度以上で、多段噴射を続行させる失火回避モードを実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレールに蓄圧した燃料をインジェクターにより多段噴射可能な燃料噴射装置と、エンジンの冷却水の温度を検知する水温検知手段と、エンジンの排気温度を検知する排気温度検知手段と、制御装置とを備え、制御装置は、エンジン始動時において、冷却水温度が所定の水温以上で、多段噴射を続行させる失火回避モードを実行することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記失火回避モードは排気温度が第一設定温度以上となってから第一設定時間後に無効とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、排気温度が第一設定温度以上となってから、第一設定温度よりも低い第二設定温度未満に低下すると、タイマを作動し、第二設定時間を経過すると失火回避モードを有効とすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記制御装置には、大気圧センサーを接続するとともに、大気圧補正マップを記憶させ、前記第一設定時間を大気圧に応じて補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関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、内燃機関の燃料噴射制御装置、特に、多段噴射可能な蓄圧（コモンレール）式燃料噴射装置を備えるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からＰＭ（粒子状物質）とＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に低減させ、また騒音等も低減させるために、多段噴射可能な蓄圧式の燃料噴射方式が採用されている。このような多段噴射可能な蓄圧式の燃料噴射装置を備えるエンジンにおいて、エンジンにかかる負荷が比較的、低い低負荷状態のときに、メイン噴射に先行する前噴射を実施することで安定した燃焼が得られることが一般的に知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９３７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年低燃費化を図るために、作業機において作業を中断した状態が継続した場合、自動的にエンジンを停止させるための機能が設けられている。この機能を搭載した作業機で、作業されない状態が一定時間経過するとエンジンが停止する。その後、作業開始とともにエンジンが始動され、作業回転数までエンジンの回転数を高めると、エンジンの使用状況によっては、燃焼が不安定な状況が発生し、回転変動が生じたり、作業性が阻害されたりする恐れがある。この現象は運転を継続し、エンジンが暖まることで改善するする傾向にある。
本発明者らは、上記現象を鋭意検討した結果、図７に示すように、エンジン再始動時、またはアイドル運転で放置した後に、作業回転までエンジン回転数を上昇させると、冷却水温度Ｔ度近辺を境に、それ温度以上の水温で運転を行うと、このような燃焼が不安定な状況が発生する条件があることを見出した。上記知見に基づいて、本発明は次のような手段を用いるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、コモンレールに蓄圧した燃料をインジェクターにより多段噴射可能な燃料噴射装置と、エンジンの冷却水の温度を検知する水温検知手段と、エンジンの排気温度を検知する排気温度検知手段と、制御装置とを備え、制御装置は、エンジン始動時において、冷却水温度が所定の水温以上で、多段噴射を続行させる失火回避モードを実行するものである。
【０００６】
請求項２においては、前記失火回避モードは排気温度が第一設定温度以上となってから第一設定時間後に無効とするものである。
【０００７】
請求項３においては、前記制御装置は、排気温度が第一設定温度以上となってから、第一設定温度よりも低い第二設定温度未満に低下すると、タイマを作動し、第二設定時間を経過すると失火回避モードを有効とするものである。
請求項４においては、前記制御装置には、大気圧センサーを接続するとともに、大気圧補正係数を記憶させ、前記第一設定時間を大気圧に応じて補正手段により補正するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
作業機での作業中断（エンジン停止）後のエンジン再起動直後に作業回転数に上昇させたときや、長時間のアイドリング回転数から作業回転数に上昇させたときに、燃焼が不安定となる現象が発生することをなくし、それに伴う回転数の変動、作業性の悪化などを防止することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が適用される内燃機関の概略図。
【図２】制御モードの切替条件を示す図。
【図３】条件１の制御フローチャートを示す図。
【図４】条件２の制御フローチャートを示す図。
【図５】条件３の制御フローチャートを示す図。
【図６】多段噴射を示す図。
【図７】温度と失火の発生の関係を示す図。
【図８】本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置を搭載した掘削作業機の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１において、エンジン１は多気筒内燃機関であり、本実施形態では４気筒のディーゼルエンジンとしている。エンジン１の各気筒にはそれぞれ燃料噴射用のインジェクター２・２・・・が設けられており、各インジェクター２・２・・・の先端のノズルが燃焼室内に挿入され、他端には燃料入口３と電磁弁（ソレノイド）４が設けられている。燃料入口３は高圧配管５を介してコモンレール（蓄圧管）６と接続されている。コモンレール６には、燃料入口６ａと戻り出口６ｂが設けられ、燃料入口６ａは燃料供給配管７を介してサプライポンプ８と接続し、サプライポンプ８の吸い込み口はフィードポンプ９を介して燃料タンク１０と接続している。コモンレール６の戻り出口６ｂはオーバーフローバルブ１１及び余剰配管１２を介して燃料タンク１０と接続されている。また、前記余剰配管１２には、各インジェクター２の余剰出口（図示せず）及びサプライポンプ８の余剰出口とも接続している。
【００１１】
前記各インジェクター２・２・・・の電磁弁４・４・・・は、それぞれエンジンコントロールユニット（制御装置・ＥＣＵ）１３と電気的に接続しており、エンジンコントロールユニット１３からの開閉指示信号により、各インジェクター２を所定の開閉時期で開閉し、高圧の燃料を気筒内に噴射できるようになっている。
【００１２】
エンジンコントロールユニット１３には、カム軸またはクランク軸に設けられた気筒を判別する回転センサー２１、回転数センサー２２、アクセルセンサー２３、排気温度センサー２４、油温センサー２５、冷却水温度センサー２６及び燃料温度センサー２７等が電気的に接続されて、エンジン１の状態を検出できるようにしている。また、コモンレール６の燃料入口６ａの付近にはレール圧（蓄圧）を検出するための圧力センサー２９が設けられ、エンジンコントロールユニット１３と電気的に接続されている。
【００１３】
前記エンジンコントロールユニット１３は各種演算処理や制御プログラムを実行するＣＰＵや、記憶装置として各種プログラムやマップ等を記憶するＲＯＭや、各種プログラムやデータを一時的に記憶するＲＡＭやタイマや入出力インターフェース等を有している。これらエンジン１やエンジンコントロールユニット１３は図８に示す掘削作業機１００に搭載される。
【００１４】
前記インジェクター２の電磁弁４の開閉制御はエンジンコントロールユニット１３により行われる。従来、冷却水温度がＴ度未満においては、エンジンの始動性・燃焼安定性の確保を目的に運転領域全域で多段噴射が行われ、エンジンの運転継続に伴い暖機が進み、冷却水温度がＴ度以上になった際に、エンジン性能・エミッション性能を満足させるためにある運転領域において単段噴射を採用する噴射マップに切り替えられている。ただし、図７に示すように、冷却水温度がＴ度以上であっても、エンジンの使用される条件によってはエンジンが完全に暖機されるまでの間、エンジンの燃焼が不安定となる状況が発生し、回転変動や作業性の悪化などが発生する。このように、冷却水温度Ｔ度を境界として単段噴射含む噴射マップに切り替える条件において、燃焼の不安定現象が発生しやすいことがわかっているため、当該運転領域において、運転モード切替手段を設けて、失火回避モードとして、冷却水温度Ｔ度を越えても燃焼不安定な状況が発生する可能性がある状況においては、全域多段噴射から単段噴射含む噴射マップに切り替えることなく多段噴射を続行させ、エンジンが安定して運転できる条件が成立した段階で、通常運転モードとしての単段噴射含む噴射マップに切り替えることで、エンジンの燃焼安定性の確保と、排ガスエミッションの低下とエンジン性能向上の両立を図ることを可能とする。
【００１５】
多段噴射としては、１燃焼サイクルあたり２段以上の噴射であればよい。例えば、図６に示すように、多段噴射として１燃焼サイクルあたり５回の場合、パイロット噴射５１はメイン噴射５０に対して大きく進角した時期に噴射され、予混合燃焼によりＰＭを低減させ、燃焼騒音を低下させる。プレ噴射５２はメイン噴射５０に先立ち噴射させてＮＯｘの低減や燃焼騒音を低下させる。アフタ噴射５３はメイン噴射５０に対して近接した時期に噴射させて、拡散燃焼を活発化させることでＰＭを低減させる。ポスト噴射５４はメイン噴射５０に対して大きく遅角した時期に噴射され、排気ガス温度を上昇させて排ガスフィルターの触媒を活性化させたる。このような多段噴射はＰＭやＮＯｘや騒音を低減させるために行われるが、その段数は２段以上であれば限定するものではない。
【００１６】
つぎに、本発明の失火回避モード切替について説明する。
前記エンジンコントロールユニット１３は、モード切替手段４０を備える。モード切替手段４０は以下の条件が成立すると、各モードに遷移する。
【００１７】
図２において、エンジン停止モードはインジェクター２から燃料を噴射させず、クランク軸が回転していない状態となっている。キー操作によりセルモータが作動されてクランキングが行われ、フィードポンプ９及びサプライポンプ８から燃料がコモンレール６に送油され、所定の燃料圧となりインジェクター２から所定のタイミングで噴射されてエンジン１が始動され、かつ、冷却水温度が所定の水温Ｔ度以上となっていれば、遷移条件１が成立し、モード切替手段４０により始動後失火回避モードとなる。始動後失火回避モードにおいては、エンジンコントロールユニット１３の記憶装置（ＲＯＭ）に記憶された失火回避モード噴射マップから噴射タイミングが読み込まれて、インジェクター２が噴射制御される。
【００１８】
始動後失火回避モードにおいて、排気温度Ｂが第一設定温度ｂ１以上となり、かつ、エンジンコントロールユニット１３に備える第一タイマ３１が有効時間ｄ１を経過すると、遷移条件２が成立し、通常運転モードとなる。通常運転モードでは失火回避モードは無効となり失火回避モード噴射マップから噴射タイミングが読み込まれず、通常運転の噴射タイミングで噴射制御される。
【００１９】
通常運転モードにおいて、排気温度Ｂが第二設定温度ｂ２未満となり、かつ、エンジンコントロールユニット１３に備える第二タイマ３２が有効時間ｄ２を経過すると、遷移条件３が成立し、アイドル放置後失火回避モードとなる。アイドル放置後失火回避モードでは失火回避モード噴射マップから噴射タイミングが読み込まれて、インジェクター２が噴射制御される。
アイドル放置後失火回避モードにおいて、遷移条件２が成立すると通常運転モードとなる。
【００２０】
前記制御を具体的に、図３乃至図５のフローチャートより説明する。
【００２１】
図３に示すように、エンジン１が始動されると（Ｓ１）、冷却水温度センサー２６よりエンジン冷却水温度Ａが取得される。エンジン冷却水温度Ａが前記偏移境界温度となる所定の水温Ｔ度と比較され（Ｓ２）、所定の水温Ｔ度未満の低い温度では通常運転モード（Ｓ３）として従来と同様に運転される。エンジン冷却水温度Ａが所定の水温Ｔ度以上の温度となると（遷移条件１成立）、始動後失火回避モードが有効とされ（Ｓ４）、失火回避モードの噴射マップへ切り替わる。
【００２２】
そして、図４に示すように、エンジンが失火回避モード有効状態（Ｓ５）で続行運転されることでエンジンの温度が上昇し、排気温度センサー２４から検出された排気温度Ｂが、エンジンが暖まった温度とする第一設定温度ｂ１より高くなったか判断される（Ｓ６）。排気温度Ｂが第一設定温度ｂ１未満の場合運転が続行され、第一設定温度ｂ１を越えると、第一タイマ３１がスタートされる（Ｓ７）。第一タイマ３１がスタートされることでカウントされ、その第一タイマカウント時間Ｄ１が第一設定時間ｄ１を経過したか判断される（Ｓ８）。この第一設定時間ｄ１はエンジン１を運転した場合十分暖まる時間である。
【００２３】
前記第一タイマカウント時間Ｄ１が第一設定時間ｄ１を経過すると（遷移条件２成立）、第一タイマ３１がリセットされ（Ｓ９）、失火回避モードが無効とされる。つまり、第一設定時間ｄ１を経過すると、エンジンは暖まっている状態となっているので通常運転モードとなる。
【００２４】
図５に示すように、エンジンが通常運転されている場合（Ｓ１１）、排気温度Ｂと第二設定温度ｂ２が比較され（Ｓ１２）、排気温度Ｂが第二設定温度ｂ２未満となると第二タイマ３２をスタートさせる（Ｓ１３）。第二設定温度ｂ２は第一設定温度よりも低い温度（ｂ１＞ｂ２）であり失火の可能性のある温度である。第二タイマカウント時間Ｄ２が第二設定時間ｄ２を経過したか判断され（Ｓ１４）、第二タイマカウント時間Ｄ２が第二設定時間ｄ２を経過すると（遷移条件３成立）、第二タイマ３２がリセットされ（Ｓ１５）アイドル放置後失火回避モードが有効とされ（Ｓ１６）、失火回避モード噴射マップへ切替わり、前記制御が繰り返される。
【００２５】
つまり、エンジンを始動してからすぐに回転数を上昇させ、その運転時間が短い間にエンジン回転数を低下させると、エンジンが十分暖まっていいないので失火の可能性があるため、失火回避モードを有効とするのである。
【００２６】
以上のように、コモンレール６に蓄圧した燃料をインジェクター２により多段噴射可能な燃料噴射装置と、エンジン１の冷却水の温度を検知する水温検知手段となる冷却水温度センサー２６と、エンジン１の排気温度を検知する排気温度検知手段となる排気温度センサー２４と、制御装置となるエンジンコントロールユニット１３とを備え、制御装置となるエンジンコントロールユニット１３は、エンジン始動時において、冷却水温度が所定の水温Ｔ度以上で、多段噴射を続行させる失火回避モードを実行するので、低温始動直後に作業回転数に上昇させたとき失火が発生することがなく、騒音の発生もなくすことができる。
【００２７】
また、前記失火回避モードは排気温度Ｂが第一設定温度ｂ１以上となってから第一設定時間ｄ１後に無効とするので、エンジン１が暖まってから、通常の制御に戻すことになり、失火回避モードを続けて効率が悪くなることを防止できる。
【００２８】
また、前記エンジンコントロールユニット１３は、排気温度Ｂが第一設定温度ｂ１以上となってから、第一設定温度ｂ１よりも低い第二設定温度ｂ２未満に低下すると、第二タイマ３２を作動し、第二設定時間ｄ２を経過すると失火回避モードを有効とするので、低温状態のアイドリング回転数から作業回転数に上昇させたときに、失火の発生がなく、騒音の発生もなくすことができる。
【００２９】
また、高地では大気圧が低くなり、エンジンに導入できる酸素量などが減少するため、燃焼状態を安定的に保つ（失火を防止する）ためには、平地以上に厳密にエンジン運転モードを管理する必要がある。そこで、大気圧センサー２８をエンジンコントロールユニット１３に接続し、エンジンコントロールユニット１３には補正手段４１を設けて、第一設定時間ｄ１を大気圧に応じて補正する大気圧補正係数を予め記憶装置に記憶させておく。こうして、大気圧センサー２８により大気圧を検知し、検知した大気圧に応じて第一設定時間ｄ１が補正手段４１により変更される。例えば、標高の高い高地で作業する場合では、大気が低くなるため、エンジンが暖まる時間は長くなるため、第一設定時間ｄ１も長く設定されることになる。但し、前記大気圧補正係数の代わりに大気圧補正マップを用いることも可能である。
【００３０】
以上のように、前記制御装置となるエンジンコントロールユニット１３には、大気圧センサー２８を接続するとともに、大気圧補正係数を記憶させ、前記第一設定時間ｄ１を補正手段４１により大気圧に応じて補正するので、高地等の大気圧が低い場所での作業であっても、失火回避モードが有効に作用して、失火を防止して、騒音を低減することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１    エンジン
２    インジェクター
６    コモンレール
１３  エンジンコントロールユニット（制御装置）
２４  排気温度センサー
２６  冷却水温度センサー
２８  大気圧センサー
【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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【図８】
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【図７】
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