(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンの始動時において回転もたつき異常が発生する時に、適当な対処を可能とするための異常要因判定方法を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジンの始動時において回転もたつき異常が発生した時に（ステップ２０１、２０２）、回転もたつき異常の要因が燃焼悪化であるか不適当な燃焼時期であるのかを判定する判定段階（ステップ２０３、２０４）を有する。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの始動時において回転もたつき異常が発生した時に、前記回転もたつき異常の要因が燃焼悪化であるか不適当な燃焼時期であるのかを判定する判定段階を有することを特徴とするディーゼルエンジンの異常要因判定方法。
【請求項２】
前記判定段階は、前記回転もたつき異常が発生したか否かを判断する回転もたつき異常判断段階と、前記回転もたつき異常判断手段によって前記回転もたつき異常が発生したと判断された時に、燃焼悪化が発生しているか否かを判断する燃焼悪化判断段階とを有することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法。
【請求項３】
前記燃焼悪化判断段階によって燃焼悪化が発生していると判断された時には、前記回転もたつき異常の要因は燃焼悪化であると判定し、前記燃焼悪化判断段階によって燃焼悪化が発生していないと判断された時には、前記回転もたつき異常の要因は不適当な燃焼時期であると判定することを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法により、前記回転もたつき異常の要因が燃焼悪化であると判定された時に、燃焼悪化に対して適当な対処を実施する燃焼悪化対処手段を具備することを特徴とするディーゼルエンジンの異常対処装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法により、前記回転もたつき異常の要因が不適当な燃焼時期であると判定された時に、不適当な燃焼時期に対して適当な対処を実施する不適当燃焼時期対処手段を具備することを特徴とするディーゼルエンジンの異常対処装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジンの異常要因判定方法及び異常対処装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの始動時において、機関回転数が意図するように上昇しない異常（以下、回転もたつき異常）が発生することがある。その異常要因の一つは失火であり、失火発生時には燃料噴射時期を遅角することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このディーゼルエンジンは、始動時における機関回転数の吹き上がりを確保するために、始動時の機関回転数の上昇に伴って噴射燃料をかなり増量すると共に、この噴射燃料の増量を可能とするように燃料噴射時期を進角するものである。それにより、失火発生時には、燃料噴射時期を遅角して対応する燃料噴射量を減少させている。
【０００４】
一般的には、燃料噴射時期を進角した方が失火防止に有効であり、燃料噴射時期と燃料噴射量とが対応せずに独立して制御される場合には、失火発生気筒において、燃料噴射時期を進角して対処することとなる。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−５０６４８号公報
【特許文献２】
特開平８−１１４１３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧縮上死点前において燃焼が起こると、ピストンの上昇を妨げることとなり、爆発エネルギを十分に機関トルクとして利用することができない。また、圧縮上死点直後において燃焼が起こると、筒内温度が非常に高まり、特に機関始動時のように機関温度が低い時には熱損失が大きくなり、やはり、爆発エネルギを十分に機関トルクとして利用することができない。このような不適当な燃焼時期によって機関トルクの低下が発生すると、失火していないにもかかわらずに、回転もたつき異常が発生する。
【０００７】
このように、回転もたつき異常の要因は、失火を含む燃焼悪化だけでなく不適当な燃焼時期であることもあり、それぞれの要因に対しての対処が異なる場合には、実際の異常要因に対して不適当な対処がなされ、回転もたつき異常を反って悪化させることがある。特に低温始動時は、通常でも、完爆、すなわち、始動完了までに要する時間が長くなるために、回転もたつき異常を抑制しないと、この時間がさらに長くなり、運転者はかなりの違和感を有することとなる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、ディーゼルエンジンの始動時において回転もたつき異常が発生する時に、適当な対処を可能とするための異常要因判定方法と、適当な対処を実施する異常対処装置とを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法は、ディーゼルエンジンの始動時において回転もたつき異常が発生した時に、前記回転もたつき異常の要因が燃焼悪化であるか不適当な燃焼時期であるのかを判定する判定段階を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項２に記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法は、請求項１に記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法において、前記判定段階は、前記回転もたつき異常が発生したか否かを判断する回転もたつき異常判断段階と、前記回転もたつき異常判断手段によって前記回転もたつき異常が発生したと判断された時に、燃焼悪化が発生しているか否かを判断する燃焼悪化判断段階とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項３に記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法は、請求項２に記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法において、前記燃焼悪化判断段階によって燃焼悪化が発生していると判断された時には、前記回転もたつき異常の要因は燃焼悪化であると判定し、前記燃焼悪化判断段階によって燃焼悪化が発生していないと判断された時には、前記回転もたつき異常の要因は不適当な燃焼時期であると判定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による請求項４に記載のディーゼルエンジンの異常対処装置は、請求項１から３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法により、前記回転もたつき異常の要因が燃焼悪化であると判定された時に、燃焼悪化に対して適当な対処を実施する燃焼悪化対処手段を具備することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による請求項５に記載のディーゼルエンジンの異常対処装置は、請求項１から３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの異常要因判定方法により、前記回転もたつき異常の要因が不適当な燃焼時期であると判定された時に、不適当な燃焼時期に対して適当な対処を実施する不適当燃焼時期対処手段を具備することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ディーゼルエンジンの始動時において、機関回転数の上昇がもたつくことがあり、この回転もたつき異常の要因を判定して、要因に対して適当な対処を実施することが必要である。図１及び２は、そのための異常要因判定方法と異常対処方法とを示す第一フローチャートである。
【００１５】
先ず、ステップ１０１においては、設定クランク間隔毎又は設定時間毎に回転センサによって検出される機関回転数Ｎが、前回検出された機関回転数Ｎ’より低いか否かが判断される。機関始動時において、正常時であれば機関回転数は上昇し続けるために、ステップ１０１における判断が否定され、そのまま終了する。しかしながら、回転もたつき異常が発生すれば、ステップ１０１における判断は肯定され、ステップ１０２へ進む。
【００１６】
ディーゼルエンジンは、例えば、四気筒であり、気筒毎に燃焼圧を検出する燃焼圧センサが設けられており、サイクル毎に各気筒内の最大圧力を検出するようになっている。ステップ１０２では、ステップ１０１の判断が肯定された直前における＃１気筒の最大圧力Ｐ１が設定圧力Ｐ以上であるか否かが判断される。設定圧力Ｐは正常燃焼時の最低筒内圧であり、最大筒内圧が設定圧力Ｐより低い時には、失火しているか又は失火しないまでも燃焼が悪化していることとなる。それにより、ステップ１０２における判断が否定される時には、＃１気筒において燃焼悪化が発生していると判断され、ステップ１０４において＃１気筒燃焼悪化フラグＦ１は１とされる。一方、ステップ１０２における判断が肯定される時には、＃１気筒において燃焼悪化は発生していないと判断され、ステップ１０３において＃１気筒燃焼悪化フラグＦ１は０とされる。
【００１７】
次いで、ステップ１０５においては、ステップ１０１の判断が肯定された直前における＃２気筒の最大圧力Ｐ２が設定圧力Ｐ以上であるか否かが判断される。その結果として、前述同様に、ステップ１０７において＃２気筒燃焼悪化フラグＦ２は１とされるか、又は、ステップ１０６において＃２気筒燃焼悪化フラグＦ２は０とされる。
【００１８】
次いで、ステップ１０８においては、ステップ１０１の判断が肯定された直前における＃３気筒の最大圧力Ｐ３が設定圧力Ｐ以上であるか否かが判断される。その結果として、前述同様に、ステップ１１０において＃３気筒燃焼悪化フラグＦ３は１とされるか、又は、ステップ１０９において＃３気筒燃焼悪化フラグＦ３は０とされる。
【００１９】
次いで、ステップ１１１においては、ステップ１０１の判断が肯定された直前における＃４気筒の最大圧力Ｐ４が設定圧力Ｐ以上であるか否かが判断される。その結果として、前述同様に、ステップ１１３において＃４気筒燃焼悪化フラグＦ４は１とされるか、又は、ステップ１１２において＃４気筒燃焼悪化フラグＦ４は０とされる。
【００２０】
こうして、全気筒に関して燃焼悪化が発生しているか否かを判断した後に、ステップ１１４では、＃１気筒燃焼悪化フラグＦ１が１とされているか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのままステップ１１６へ進むこととなるが、ステップ１１４における判断が肯定される時には、＃１気筒で燃焼悪化が発生しており、これが、回転もたつき異常の要因であるために、ステップ１１５において、燃焼を改善するために＃１気筒において燃料噴射時期の進角が実施されて、ステップ１１６へ進む。燃料噴射時期が進角されれば、着火までに十分な時間が確保され、この時間で確実に噴射燃料を気化させることができ、燃料の着火性及び燃焼性を改善することができる。
【００２１】
ステップ１１６では、＃２気筒燃焼悪化フラグＦ２が１とされているか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのままステップ１１８へ進むこととなるが、ステップ１１６における判断が肯定される時には、＃２気筒で燃焼悪化が発生しており、これが、回転もたつき異常の要因であるために、ステップ１１７において、燃焼を改善するために＃２気筒において燃料噴射時期の進角が実施されて、ステップ１１８へ進む。
【００２２】
ステップ１１８では、＃３気筒燃焼悪化フラグＦ３が１とされているか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのままステップ１２０へ進むこととなるが、ステップ１１８における判断が肯定される時には、＃３気筒で燃焼悪化が発生しており、これが、回転もたつき異常の要因であるために、ステップ１１９において、燃焼を改善するために＃３気筒において燃料噴射時期の進角が実施されて、ステップ１２０へ進む。
【００２３】
ステップ１２０では、＃４気筒燃焼悪化フラグＦ４が１とされているか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのままステップ１２２へ進むこととなるが、ステップ１２０における判断が肯定される時には、＃４気筒で燃焼悪化が発生しており、これが、回転もたつき異常の要因であるために、ステップ１２１において、燃焼を改善するために＃４気筒において燃料噴射時期の進角が実施されて、ステップ１２２へ進む。
【００２４】
ステップ１２２では、全ての燃焼悪化フラグＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が０であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、いずれの気筒でも燃焼悪化は発生していない。それにより、回転もたつき異常の要因は、燃料噴射時期の過進角によって、燃焼時期が圧縮上死点前となって爆発エネルギが上昇中のピストンを押し下げるように作用し、爆発エネルギを十分に機関トルクとして利用することができなかったか、又は、燃焼時期が圧縮上死点直後の筒内温度が高い時となって爆発により気筒内温度がさらに高められると、気筒内温度に比例して大きくなる熱損失が非常に大きくなったことにより、機関トルクが低下したことであると考えられる。従って、このような不適当な燃焼時期に対しては、ステップ１２３において、全気筒で燃料噴射時期を遅角することにより対処している。
【００２５】
図３は、回転もたつき異常の要因が不適当な燃焼時期による機関トルクの低下である場合を示しており、時刻ｔの直後に機関回転数Ｎが低下している。この機関回転数Ｎの低下がステップ１０１において判断されれば、ステップ１０２からステップ１１３において各気筒での燃焼悪化を発生が判断されることとなるが、この場合には、いずれの気筒でも燃焼悪化は発生しておらず、各燃焼悪化フラグは０とされる。それにより、ステップ１１４からステップ１２０の判断はいずれも否定され、ステップ１２２において、回転もたつき異常の要因は、過進角に伴う不適当な燃焼時期であると判断され、全気筒で燃料噴射時期を遅角することにより、燃焼時期を圧縮上死点直後より遅くしている。こうして、そのままでは、点線のように推移する機関回転数を実線にように高めることができ、回転もたつき異常を適当に対処することができる。
【００２６】
図４は、回転もたつき異常の要因が燃焼悪化による機関トルクの低下である場合を示しており、時刻ｔの直後に機関回転数Ｎが低下している。この機関回転数Ｎの低下がステップ１０１において判断されれば、ステップ１０２からステップ１１３において各気筒での燃焼悪化を発生が判断されることとなり、燃焼悪化が発生している気筒が把握される。この場合には、燃焼悪化が発生している気筒の燃焼悪化フラグは１とされ、ステップ１１４からステップ１２０の判断によって燃焼悪化が発生している気筒に対して燃料噴射時期が進角され、燃焼悪化を改善している。こうして、そのままでは、点線のように推移する機関回転数を実線にように高めることができ、回転もたつき異常を適当に対処することができる。この場合においては、少なくとも一つの燃焼悪化フラグが１とされるために、ステップ１２２における判断は否定され、全気筒で燃料噴射時期が遅角されることはない。
【００２７】
第一フローチャートにおいて、回転もたつき異常の要因が燃焼悪化である場合には、燃焼悪化が発生している気筒だけに対して燃料噴射時期を進角するようにしたが、燃料噴射時期は当初全気筒同じに制御しており、他気筒においても、そのままの燃料噴射時期では燃焼悪化が発生する可能性が高いために、少なくとも一気筒で燃焼悪化が発生した時には全気筒において燃料噴射時期を進角するようにしても良い。
【００２８】
前述のフローチャートでは各気筒の燃焼圧センサが必要であるが、次に、燃焼圧センサを設けることなく、回転もたつき異常の要因を判定して、要因毎の対処を実施する方法を説明する。
【００２９】
図５及び６は、機関始動時における機関回転数の変化を詳細に示すタイムチャートである。本ディーゼルエンジンにおいては、＃１気筒、＃４気筒、＃３気筒、＃２気筒の順番で燃焼が実施されるが、これは本発明を限定するものではない。機関回転数は、＃１気筒での燃焼直後（例えば、膨張行程中期）にピーク値ＮＥ１となり、その後は、＃４気筒の燃焼開始までは低下してボトム値ＮＥ１’となり、＃４気筒での燃焼直後にピーク値ＮＥ４となり、その後は、＃３気筒の燃焼開始までは低下してボトム値ＮＥ４’となり、＃３気筒での燃焼直後にピーク値ＮＥ３となり、その後は、＃２気筒の燃焼開始までは低下してボトム値ＮＥ３’となり、＃２気筒での燃焼直後にピーク値ＮＥ２となり、通常であれば、各ピーク値及び各ボトム値はいずれも徐々に高まることとなる。
【００３０】
図５に示す例では、＃１気筒で失火が発生し、膨張行程中期の時刻ｔ２における機関回転数ＮＥ１は、ボトム値ＮＥ２’から全く上昇せず、直前の＃２気筒の膨張行程中期の時刻ｔ１における機関回転数ＮＥ２より低くなる。その後、機関回転数は、＃４気筒の燃焼開始まで低下してボトム値ＮＥ１’となり、＃４の燃焼直後にはピーク値ＮＥ４となり、＃３気筒での燃焼直後にはピーク値ＮＥ３となり機関回転数は徐々に高められるが、失火発生による機関回転数の低下が回転もたつき異常となる。
【００３１】
図６に示す例では、＃１気筒で不適当な燃焼時期により機関トルクが低下し、膨張行程中期の時刻ｔ２における機関回転数のピーク値ＮＥ１は、直前の＃２気筒の膨張行程中期の時刻ｔ１における機関回転数ＮＥ２より低下している。その後は、図５と同様に＃４気筒及び＃３気筒での燃焼によって機関回転数は徐々に高められるが、失火発生による機関回転数の低下が回転もたつき異常となる。
【００３２】
図７は、異常要因判定方法と異常対処方法とを示す第二フローチャートである。先ず、ステップ２０１においては、例えば、各気筒の膨張行程中期の特定クランク角度で回転センサによって検出される現在の機関回転数ＮＥｎ、すなわち、今回の燃焼気筒での燃焼直後のピーク値ＮＥｎと、前回の機関回転数ＮＥｎ−１、すなわち、前回の燃焼気筒での燃焼直後のピーク値ＮＥｎ−１との差をΔＮＥ１として算出する。
【００３３】
次いで、ステップ２０２において、ステップ１０１で算出された差ΔＮＥ１が負であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、機関回転数は徐々に高まっており、回転もたつき異常は発生していないためにそのまま終了する。しかしながら、図５及び図６において説明したように、燃焼悪化又は不適当な燃焼時期によって機関トルクが低下すると回転もたつき異常が発生し、今回の燃焼気筒での燃焼直後のピーク値ＮＥｎは、前回の燃焼気筒での燃焼直後のピーク値ＮＥｎ−１より低くなるために、ステップ２０２における判断は肯定される。
【００３４】
この時にはステップ２０３に進み、現在の機関回転数ＮＥｎと、その後の、例えば、各気筒の圧縮行程中期の特定クランク角度で回転センサによって検出される機関回転数ＮＥｎ’、すなわち、次回の燃焼気筒における燃焼開始直前のボトム値ＮＥｎ’との差ΔＮＥ２が算出される。図５及び６において説明したように、失火等の燃焼悪化が発生した場合には、この差ΔＮＥ２は僅かであり、一方、不適当な燃焼時期での燃焼の場合には、燃焼としては良好な燃焼が実施されているために、この差ΔＮＥ２はある程度大きくなっている。
【００３５】
それにより、ステップ２０４において、この差ＮＥ２が設定値ａより大きいか否かが判断され、この判断が肯定される時には、＃ｎ気筒において燃焼時期が不適当となって機関トルクが低下したことによって回転もたつき異常が発生したと判定され、ステップ２０５において、現在の燃焼気筒である＃ｎ気筒において燃料噴射時期を遅角する。一方、ステップ２０４における判断が否定される時には、＃ｎ気筒において燃焼悪化が発生して回転もたつき異常が発生したと判定され、ステップ２０６において、現在の燃焼気筒である＃ｎ気筒において燃料噴射時期を進角する。
【００３６】
本フローチャートでは、回転もたつき異常の発生時に、その要因が発生した気筒だけにおいて、要因に応じて燃料噴射時期を遅角又は進角するようにしたが、もちろん、他の気筒に関しても同様に燃料噴射時期を遅角又は進角させるようにしても良い。
【００３７】
前述した第一及び第二フローチャートにおいて、回転もたつき異常の要因が失火等の燃焼悪化である場合には、燃料噴射時期を進角して対処したが、これは本発明を限定するものではなく、例えば、燃料噴射圧を高めて対処しても良い。それにより、噴射燃料の微粒化及び気化が促進されるために、燃料の着火性及び燃焼性を改善することができる。また、主燃料噴射に先立ってパイロット燃料噴射が実施される場合には、パイロット燃料噴射量を増加させて対処しても良い。それにより、パイロット燃料噴射により噴射された比較的多量の燃料は、着火までの十分な時間で確実に気化し、燃料の着火性及び燃焼性を改善することができる。
【００３８】
前述した第一及び第二フローチャートにおいて、回転もたつき異常の要因が燃料噴射時期の過進角に伴う不適当な燃焼時期である場合には、燃料噴射時期を遅角して対処したが、これは本発明を限定するものではなく、例えば、燃料噴射圧を低くして対処しても良い。それにより、噴射燃料の微粒化及び気化が悪化して燃料の着火性及び燃焼性も悪化することとなり、燃焼時期を遅角することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によるディーゼルエンジンの異常要因判定方法は、ディーゼルエンジンの始動時において回転もたつき異常が発生した時に、回転もたつき異常の要因が燃焼悪化であるか不適当な燃焼時期であるのかを判定する判定段階を有している。それにより、ディーゼルエンジンの始動時において回転もたつき異常が発生した時には、要因に対して適当な対処を実施することができる。
【００４０】
また、本発明によるディーゼルエンジンの異常対処装置は、前述の異常要因判定方法により、回転もたつき異常の要因が燃焼悪化であると判定された時に、燃焼悪化に対して適当な対処を実施する燃焼悪化対処手段を具備しているために、この時に、不適当な燃焼時期に対して適当であるが燃焼悪化に対しては不適当な対処が実施されて、回転もたつき異常が悪化するようなことはない。
【００４１】
また、本発明によるもう一つのディーゼルエンジンの異常対処装置は、前述の異常要因判定方法により、回転もたつき異常の要因が不適当な燃焼時期であると判定された時に、不適当な燃焼時期に対して適当な対処を実施する不適当燃焼時期対処手段を具備するために、この時に、燃焼悪化に対して適当であるが不適当な燃焼時期に対しては不適当な対処が実施されて、回転もたつき異常が悪化するようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるディーゼルエンジンの異常要因判定方法及び異常対処方法を示す第一フローチャートの一部である。
【図２】図１のフローチャートの残り一部である。
【図３】始動時において燃焼時期が不適当となった場合における機関回転数の変化を示すタイムチャートである。
【図４】始動時において燃焼悪化が発生した場合における機関回転数の変化を示すタイムチャートである。
【図５】始動時において燃焼悪化が発生した場合における機関回転数の詳細変化を示すタイムチャートである。
【図６】始動時において燃焼時期が不適当となった場合における機関回転数の詳細変化を示すタイムチャートである。
【図７】本発明によるディーゼルエンジンの異常要因判定方法及び異常対処方法を示す第二フローチャートである。
【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７】
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