(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの低温始動時にパイロット噴射とメイン噴射とを実行するディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、低温始動時にエンジンが所定回転以下のとき、パイロットインターバルを一定値に固定し、パイロット噴射量を水温に応じて変化させると共に水温が低い程増加させ、エンジンが上記所定回転を越えたとき、パイロットインターバルをエンジン回転速度に応じて変化させ、パイロット噴射量を水温及びエンジン回転速度に応じて変化させると共に水温が低い程、かつエンジン回転速度が低い程増加させる制御を行うことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
上記パイロットインターバルを変化させる制御が、水温及びエンジン回転速度をパラメータとするパイロットインターバルマップに従って行われ、該マップが水温が低い程、またエンジン回転速度が高い程、パイロットインターバルを増加させるものである請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【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燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直噴式ディーゼルエンジンにおいては、燃料噴射量や噴射時期等について設定自由度の高いコモンレール式燃料噴射装置が用いられる。この場合、寒冷時における低温始動に際してパイロット噴射とメイン噴射とを実行するものが知られている。つまり、シリンダ内での着火が困難な低温始動時に、メイン噴射に先立って少量のパイロット噴射を行い、これを火種としてメイン噴射による主燃焼を行わせる。パイロット噴射とメイン噴射との時間的間隔をパイロットインターバルという。
【０００３】
パイロット噴射量とパイロットインターバルとは通常エンジンの冷却水温に応じて決められる。即ち、図９に示す如き低温マップと高温マップとを二つ用意し、水温ＴｗがＴｗL 以下のときは低温マップを、水温ＴｗがＴｗH 以上のときは高温マップを使用し、パイロット噴射量とパイロットインターバルとを決定する。ＴｗL ＜Ｔｗ＜ＴｗH のときは低温マップと高温マップとを直線補間してそれらの値を決定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来低温側の制御は常温（20℃程度）を想定しており、より低温時（例えば−10℃程度）に始動が困難であった。即ち、図１０は常温時の始動状況を示すが、このときは運転手がスタータON（クランキング）している最中にエンジンがかかり、スタータをOFF してもエンジンが自力運転し、回転速度を上昇させていく。低温時にもこのような状況になればよいのだが、図１１に示すように低温だと運転手がスタータONの最中にエンジンがかかったと判断しても、実際にはエンジンが着火と失火とを繰り返しており、エンジン回転速度が大きく変動した状態となっている。よって運転手がスタータをOFF しても失火サイクルの発生によりエンスト、回転不安定、吹き上がり不良等が生じる。なお、最近ではグロープラグ等の始動補助装置が廃止される傾向にあり、このような始動性不良の改善は必須となっている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの低温始動時にパイロット噴射とメイン噴射とを実行するディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、低温始動時にエンジンが所定回転以下のとき、パイロットインターバルを一定値に固定し、パイロット噴射量を水温に応じて変化させると共に水温が低い程増加させ、エンジンが上記所定回転を越えたとき、パイロットインターバルをエンジン回転速度に応じて変化させ、パイロット噴射量を水温及びエンジン回転速度に応じて変化させると共に水温が低い程、かつエンジン回転速度が低い程増加させる制御を行うものである。
【０００６】
ここで、上記パイロットインターバルを変化させる制御が、水温及びエンジン回転速度をパラメータとするパイロットインターバルマップに従って行われ、このマップが水温が低い程、またエンジン回転速度が高い程、パイロットインターバルを増加させるものであるのが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【０００９】
図８は車両等に搭載される直噴ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置を示す。エンジンの各気筒毎にインジェクタ１が設けられ、各インジェクタ１には、高圧管７３を通じ、コモンレール７２に貯留されたコモンレール圧（数10〜数100MPa）の高圧燃料が常時供給されている。コモンレール７２への燃料圧送は主に高圧ポンプ７８によって行われる。即ち、燃料タンク７４の常圧程度の燃料が燃料フィルタ７５を通じてフィードポンプ７６に吸引され、これにより燃料がフィード管７７を通じて高圧ポンプ７８に送られる。ここで燃料が高圧に加圧され、高圧管７９を通じてコモンレール７２に送られる。インジェクタ１からリークされた燃料がリーク管８１を通じて燃料タンク７４に戻される。高圧ポンプ７８が出口圧を制御するための圧力制御部を有しているため、高圧ポンプ７８から排出された燃料が戻り管８０を通じて燃料タンク７４に戻されるようになっている。
【００１０】
かかる燃料噴射装置には燃料噴射制御を司る電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）８２が設けられる。これはエンジンの運転状態（エンジン回転速度、エンジン負荷等）に基づき、所定タイミングで所定長さの駆動パルスをインジェクタ１の電磁ソレノイド８５に送出し、インジェクタ１を開閉制御する。駆動パルスの送出時間の長短に応じて燃料噴射量が増減される。またＥＣＵ８２はエンジン運転状態に応じてコモンレール圧をフィードバック制御する。即ち、コモンレール２にコモンレール圧センサ８３が設けられ、この値に基づき高圧ポンプ７８の出口圧を制御する。
【００１１】
ＥＣＵ８２にはエンジン回転速度センサ８６、アクセル開度センサ８７、スタータスイッチ８８及び水温センサ８９が接続される。これらの出力に基づきＥＣＵ８２は、エンジン回転速度Ｎｅ(rpm) 、アクセル開度Ａｃｃ(%) （エンジン負荷に相当）、スタータのON/OFF及びエンジン冷却水温Ｔｗ (℃) （エンジン温度に相当）を検知する。
【００１２】
特にエンジン回転速度センサ８６は、所定のクランク位相毎（例えば６°CA毎）に回転パルス（クランクパルス）を発生するようになっている。ＥＣＵ８２は所定時間当たりの回転パルス数をカウントし、エンジン回転速度Ｎｅを決定するようになっている。
【００１３】
さて、この燃料噴射装置では主にＥＣＵ８２により以下の如きエンジン始動制御が実行される。図３にインジェクタ１の電磁ソレノイド８５に送出される駆動パルスの様子を示す。図示するように、エンジン始動時には少量のパイロット噴射と多量のメイン噴射とが実行される。そしてここでは始動時の状況に応じて (a)〜(C) に示す三種類の噴射モードが選択される。
【００１４】
(a) の噴射形態は通常モードと称し、パイロット噴射量Ｑpiがほぼ一定、パイロットインターバルＴint がエンジン回転速度Ｎｅに応じた所定値とされるモードである。ここでのパイロット噴射量Ｑpi、パイロットインターバルＴint は比較的小さい値である。なおパイロットインターバルＴint とはパイロット噴射終了からメイン噴射開始までの無噴射期間をいう。
【００１５】
(b) の噴射形態は固定モードと称する。ここではパイロット噴射量Ｑpiが水温Ｔｗに応じた所定値とされ、パイロットインターバルＴint が一定値に固定される。ここでのパイロット噴射量Ｑpi及びパイロットインターバルＴint は通常モードのときより大きい値とされる。
【００１６】
(c) の噴射形態は寒冷時始動モードと称する。ここではパイロット噴射量ＱpiとパイロットインターバルＴint とが水温Ｔｗ及びエンジン回転速度Ｎｅに応じて変化される。ここでのパイロット噴射量Ｑpi及びパイロットインターバルＴint も通常モードのときより大きい値とされる。
【００１７】
なお、全噴射モードにおいて、メイン噴射量とメイン噴射時期とはエンジン運転状態に応じて定められる。
【００１８】
この始動制御は図１のフローチャートに従って行われる。なお図２に実際のエンジン始動状況を示すので適宜参照されたい。
【００１９】
図１に示すように、このフローはイグニッションONと同時に開始される。ＥＣＵ８２はまずステップ１でスタータスイッチ８８の出力から現在スタータがONか否かを判断する。始動当初はスタータONなので、ステップ６に進み噴射モードを固定モードとする。
【００２０】
この後ステップ７に進み、アクセル開度センサ８７の出力に基づく現在のアクセル開度Ａｃｃと、所定の始動時判定アクセル開度Ａｃｃstとを比較する。Ａｃｃ≦Ａｃｃstならステップ９に進んで始動制御を終了するが、始動中は通常アクセルオンでＡｃｃ＞Ａｃｃstなので、ステップ８に進み、エンジン回転速度センサ８６の出力に基づく現在のエンジン回転速度Ｎｅと、所定の始動制御終了判定速度Ｎｅend とを比較する。ここではＮｅend が1000(rpm) ≦Ｎｅend ≦2000(rpm) を満たす一定値とされる。Ｎｅ≧Ｎｅend ならステップ９に進んで始動制御を終了するが、始動初期はエンジン回転が未だ十分上昇しておらず、Ｎｅ＜Ｎｅend なので、始動制御を終了せずステップ１に戻る。
【００２１】
このループを繰り返すうちにエンジン回転がある程度高まると、運転手はエンジンがかかったと判断し、スタータをOFF する。するとステップ１からステップ２に移行する。ステップ２では現在のエンジン回転速度Ｎｅと切換回転速度Ｎｅstとを比較する。Ｎｅ≦Ｎｅstならステップ６に進んで固定モードを選択する。Ｎｅ＞Ｎｅstならステップ３に進む。
【００２２】
ここで、ステップ２ではヒステリシスを伴う判断がなされる。図２を参照して、切換回転速度Ｎｅstは二種類のヒステリシス速度、即ち高速側切換値Ｎｅst1 と低速側切換値Ｎｅst2 とからなっている。図中実線で示すように、エンジン回転速度Ｎｅが一律に上昇するような場合、エンジン回転速度Ｎｅが高速側切換値Ｎｅst1 を初めて越えたときＮｅ≦ＮｅstからＮｅ＞Ｎｅstに切り換わり、以降この状態が持続する。しかし、一点鎖線で示すように、着火・失火サイクルによりエンジン回転変動の大きい始動時では、エンジン回転速度Ｎｅが高速側切換値Ｎｅst1 を越えても再び下降して高速側切換値Ｎｅst1 を下回るときがある。そこで、このようなときは制御の安定性を考え、高速側切換値Ｎｅst1 より低い低速側切換値Ｎｅst2 以下にならなければＮｅ＞ＮｅstからＮｅ≦Ｎｅstに切り換わらないようにしている。Ｎｅ≦Ｎｅstに切り換わった後は再度Ｎｅ＞Ｎｅst1 を満たすまで、Ｎｅ≦Ｎｅstが成立する。
【００２３】
ここではＮｅst1 が600(rpm)≦Ｎｅst1 ≦650(rpm)を満たす一定値とされ、低速側切換値Ｎｅst2 がＮｅst2 ＝Ｎｅst1 −ΔＮｅを満たす一定値とされている。ここではΔＮｅ＝200(rpm)に設定されている。
【００２４】
さて、図１に戻って、エンジン回転速度Ｎｅが高まってＮｅ＞Ｎｅstとなると、ステップ２からステップ３に進む。ステップ３では、水温センサ８９の出力に基づく現在の水温Ｔｗと、予め設定された寒冷時判定水温Ｔｃとを比較する。ここではＴｃ＝０℃に設定されている。Ｔｗ≦Ｔｃのときは、ステップ４に進んで寒冷時始動モードを選択する。一方Ｔｗ＞Ｔｃのときは、ステップ５に進んで通常モードを選択する。
【００２５】
ここで、大抵の場合、寒冷時始動モードか通常モードかはエンジン始動前の水温によって一義的に決まる。水温上昇によりモードが切り替わる前に、エンジン回転が上昇してステップ８のＮｅ≧Ｎｅend が満たされ、始動制御が終了するからである。よって始動前にＴｗ≦Ｔｃのときは常に寒冷時始動モードが選択され、途中で通常モードに移行することはないといえる。
【００２６】
こうして、ステップ７でＡｃｃ≦Ａｃｃstとなるまで、或いはステップ８でＮｅ≧Ｎｅend となるまで、本制御のループが繰り返され、いずれか一方の条件が満たされたときステップ９で始動制御が終了する。
【００２７】
以下各モードについて詳述する。概説したように、通常モードでは、パイロット噴射量ＱpiとパイロットインターバルＴint とが比較的小さく、パイロット噴射量Ｑpiが３ (mm3 /st)、パイロットインターバルＴint が３ (°CA) 程度である。このモードはエンジンの温間始動（所謂ホットスタート）を想定したものである。筒内温度が十分高いので、パイロット噴射量ＱpiやパイロットインターバルＴint をそれほど大きくしなくて済む。
【００２８】
これに対し、固定モードでは通常モードに比べパイロット噴射量Ｑpi、パイロットインターバルＴint ともに大きい。パイロット噴射量Ｑpiは図４の水温／パイロット噴射量マップに従って決定され、水温Ｔｗに応じて変化される。パイロットインターバルＴint は一定値、ここではＴint0＝１５ (°CA) 程度に固定される。このモードは始動直後、着火・失火サイクルを繰り返しエンジン回転変動の著しいときに選択されるため、毎回正確なタイミングで燃料噴射するため、所定の回転パルス発生と同時にパイロット、メイン噴射を行うようにしたものである。
【００２９】
図４から分かるように、パイロット噴射量ＱpiはＴｗ＞Ｔｃ（Ｔｃ＝０℃）のとき一定値３ (mm3 /st)に固定され、Ｔｗ≦Ｔｃのとき水温Ｔｗが減少する程比例的に増加される。例えばＴｗ＝−15℃のときＱpi＝10 (mm3 /st)である。
【００３０】
寒冷時始動モードでは、パイロット噴射量Ｑpiが固定モードと同様図４の水温／パイロット噴射量マップに従って決定されるほか、図５のエンジン回転速度／パイロット噴射量マップに従って決定される。一方、パイロットインターバルＴint が、図６の水温／パイロットインターバルマップに従って決定されるほか、図７のエンジン回転速度／パイロットインターバルマップに従って決定される。つまりパイロット噴射量ＱpiとパイロットインターバルＴint とが、水温Ｔｗとエンジン回転速度Ｎｅとに応じて適宜変えられる。なお実際には図４と図５のマップ、図６と図７のマップが各一組とされ、それぞれ三次元マップを構成している。前者を単にパイロット噴射量マップ、後者を単にパイロットインターバルマップという。
【００３１】
図５から分かるように、パイロット噴射量Ｑpiはエンジン回転速度Ｎｅが低くなる程増加される。ただしエンジン回転速度Ｎｅの変化に対するパイロット噴射量Ｑpiの変化率は少ない。図４と図５のマップから得られるパイロット噴射量Ｑpiは主に水温Ｔｗによって値が増減され、エンジン回転速度Ｎｅはその水温Ｔｗに基づいて定められた値に数％程度の補正を与えるにすぎない。
【００３２】
図６から分かるように、パイロットインターバルＴint は、Ｔｗ＞Ｔｃ（０℃）のとき一定値３ (°CA) に固定され、Ｔｗ≦Ｔｃのとき水温Ｔｗが減少する程比例的に増加される。例えばＴｗ＝−15℃のときＴint ＝15 (°CA) である。水温Ｔｗが低くなるほどにパイロット噴射時期はどんどん先行していく。
【００３３】
また図７から分かるように、パイロットインターバルＴint は、Ｎｅ≦Ｎｅst1 のとき一定値、Ｎｅ＞Ｎｅst1 のときエンジン回転速度Ｎｅが上昇する程比例的に増加される。ただしここでもエンジン回転速度Ｎｅの変化に対するパイロットインターバルＴint の変化率は少ない。図６と図７のマップから得られるパイロットインターバルＴint は主に水温Ｔｗによって増減され、エンジン回転速度Ｎｅはその水温Ｔｗに基づいて定められた値に数％程度の補正を与えるにすぎない。なおＮｅst1 をこの付近の値に変更することも可能である。
【００３４】
次に、上記制御内容を図２に示す実際のエンジン始動状況に即して説明する。なおここではＴｗ≦Ｔｃを前提とする。
【００３５】
運転手がスタータONしている間、エンジンは着火と失火とを繰り返し回転変動が大きい。この間はＮｅ≦Ｎｅstとなっている。よって噴射モードは固定モードとし、パイロットインターバルＴint を固定し、回転変動に伴う噴射時期の変化を防止する。なおパイロット噴射量Ｑpiは水温Ｔｗに応じて定まる一定値である。
【００３６】
やがて運転手がエンジンがかかったと判断し、スタータをOFF する。しかしながらこのときもエンジンに少ないながら失火サイクルが発生し、回転変動が生じている。よってこのときも噴射モードは固定モードとし、パイロットインターバルＴint を固定する。
【００３７】
こうして失火サイクルがなくなり、エンジン回転が上昇し始めＮｅ＞Ｎｅstとなったなら、パイロット噴射量及びパイロットインターバルＱpi，Ｔint を水温Ｔｗとエンジン回転速度Ｎｅ、特にエンジン回転速度Ｎｅに応じて変化させる。このときは既に回転変動がなくなっているから、パイロットインターバルを固定する必要はなく、逆にパイロットインターバルをエンジン回転速度Ｎｅに応じて変化させるのが好ましい。そしてエンジン回転の上昇に合わせてパイロット噴射量も変化させていくのが好ましい。そこで図４〜図７のマップに従ってＱpi，Ｔint を変化させるようにしたものである。
【００３８】
このような制御を行うことによって、回転変動大（Ｎｅ≦Ｎｅst）のときは失火を少なくするような制御が行え、回転変動小（Ｎｅ＞Ｎｅst）のときは速やかにエンジン回転を立ち上がらせる制御を行えるようになる。これによって始動性、特に低温・極低温時の始動性を大幅に向上することができる。この結果、グロープラグのような始動補助装置を廃止できる利点もある。
【００３９】
上記説明から分かるように、Ｎｅstは回転変動がなくなるような値とするのが好ましく、さらにはスタータONの最中のクランキング回転速度より大きい値にするのが好ましい。
【００４０】
なお、図２に一点鎖線で示すように、始動後エンジン回転が一旦落ち込んで復帰するような場合、噴射モードはかっこ書のように変化する。
【００４１】
従来のパイロット噴射始動制御では騒音低減を主眼に置き、パイロット噴射量は３ (mm3 /st)程度に、パイロットインターバルは３ (°CA) 程度に固定されていた。本発明では適宜それらを変化させるので、低温始動性を確実に向上できる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態はほかにも種々考えられる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば以下の如き優れた効果が発揮される。
【００４４】
(1) 低温始動性が向上する。
【００４５】
(2) グロープラグ等の始動補助装置を廃止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本装置の始動制御の内容を示すフローチャートである。
【図２】本装置によるエンジンの始動状況を示す線図である。
【図３】インジェクタ駆動パルスの発生状況を示し、(a) は通常モード、(b) は固定モード、(c) は寒冷時始動モードである。
【図４】水温／パイロット噴射量マップである。
【図５】エンジン回転速度／パイロット噴射量マップである。
【図６】水温／パイロットインターバルマップである。
【図７】エンジン回転速度／パイロットインターバルマップである。
【図８】コモンレール式燃料噴射装置のシステム図である。
【図９】従来のパイロット噴射量・インターバルマップである。
【図１０】エンジンの常温始動時の状況を示す線図である。
【図１１】従来のエンジンの低温始動時の状況を示す線図である。
【符号の説明】
１  インジェクタ
７２  コモンレール
８２  電子制御ユニット
８５  電磁弁
８６  エンジン回転速度センサ
８７  アクセル開度センサ
８８  スタータスイッチ
８９  水温センサ
Ｎｅ  エンジン回転速度
Ｎｅst  切換回転速度
Ｎｅst1   高速側切換値
Ｎｅst2   低速側切換値
Ｔｃ  寒冷時判定水温
Ｔint   パイロットインターバル
Ｔｗ  水温
Ｑpi  パイロット噴射量
【図１】
0003864630.tif 000002
【図２】
0003864630.tif 000003
【図３】
0003864630.tif 000004
【図４】
0003864630.tif 000005
【図５】
0003864630.tif 000006
【図６】
0003864630.tif 000007
【図７】
0003864630.tif 000008
【図８】
0003864630.tif 000009
【図９】
0003864630.tif 000010
【図１０】
0003864630.tif 000011
【図１１】
0003864630.tif 000012