(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンが始動モードであるか否かをその判定条件の一つとしてエンジン回転数が所定の閾回転数以下であることを用いて検出する始動検出手段と、エンジン始動時の燃料噴射量を黒煙発生が問題とならない小噴射量に設定する始動時燃料噴射量決定手段と、燃料噴射量を所定量ずつ増量し続ける始動時燃料噴射量増量手段と、これら始動検出手段、始動時燃料噴射量決定手段及び始動時燃料噴射量増量手段を統合し始動時の燃料噴射量を制御する電子制御ユニットとを備え、
該電子制御ユニットは、上記始動検出手段が始動モードを検出した状態においては、原則として、上記始動時燃料噴射量決定手段で設定された噴射量で燃料の噴射を実行し、例外として、エンジン始動開始から所定時間が経過したにも拘わらずエンジン回転数が自力運転可能な、上記閾回転数よりも小さな所定エンジン回転数に達していない場合には、上記始動時燃料噴射量増量手段により、燃料噴射量をエンジン回転数が上記所定エンジン回転数に達するまで所定量ずつ増量し続ける燃料増量制御を実行し、上記所定エンジン回転数に達した後には、上記始動モードが解除されるまでは、上記原則通り、上記始動時燃料噴射量決定手段で設定された噴射量に戻して燃料噴射を実行することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
上記始動時燃料噴射量増量手段は、水温・吸気温が高いとき上記所定量を小とし、水温・吸気温が低いとき上記所定量を大とする第１補正手段を有する請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
上記始動時燃料噴射量増量手段は、水温が高いとき上記所定エンジン回転数を小とし、水温が低いとき上記所定エンジン回転数を大とする第２補正手段を有する請求項１又は２に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、始動時の黒煙発生を抑えつつ始動性を良好にできるエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
始動性を向上（エンジンストール防止、アイドル振動防止等）し、且つ始動時のスモーク（黒煙）の発生を防止する燃料噴射制御装置として、特開平８−１５８９１２号公報等に記載された技術が知られている。
【０００３】
この技術は、図５に示すように、アイドル回転以下において、エンジンストール・アイドル振動等を回避すべくエンジン回転数の低下に応じて燃料噴射量を増量する通常時ガバナマップＶ１と、スタート時（イグニションスイッチオン時）の黒煙発生を抑制すべく一定の燃料噴射量に保持するスタート時ガバナマップＶ２と、エンジン回転数の低下に応じて燃料噴射量をマップＶ１よりも低い割合で増量する始動時ガバナマップＶ３とを有する。
【０００４】
そして、スタート時には最も噴射量が少ないスタート時ガバナマップＶ２を用いて燃料噴射を行い、その後エンジン回転数が目標アイドル回転数以下の場合には始動時ガバナマップＶ３を用いて燃料噴射を行い、エンジン回転数が目標アイドル回転数に達したならば通常時ガバナマップＶ１を用いて燃料噴射を行う。これにより、始動時の黒煙の大量発生を防止できると共にエンジンストールを防止できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この場合、始動を確保するために用いられる始動時ガバナマップＶ３は１本のみであり、エンジンの始動を確保できる噴射量に設定する必要があるため、黒煙の発生を最小にはできない。すなわち、始動時ガバナマップＶ３は、エンジンストールを確実に回避する都合上、黒煙の発生を最小にする噴射量よりも多少濃い目に設定する必要があり、黒煙の発生を最小にするという理想を追及できない。
【０００６】
また、エンジンを大量生産する場合、燃料噴射量を制御する部品、例えば燃料噴射ノズルの全てを同じ噴射特性にすることは不可能であり、製造公差の範囲で必ずバラツキが生じてしまう。このため、各噴射ノズルを同一の始動時ガバナマップＶ３に基いて噴射制御したとしても、噴射ノズルごとに燃料噴射量が多くなったり或いは少なくなったりする可能性があり、始動時黒煙悪化エンジンや始動性悪化エンジンが生産される虞がある。
【０００７】
また、エンジンの始動性や始動時の黒煙発生は、始動時の水温や吸気温等によって変化する。このため、始動時の水温や吸気温等とは無関係に上記始動時ガバナマップＶ３に基いて求めた燃料噴射量では、そのときの水温や吸気温等にマッチした最適噴射量に対して過剰または過少となる可能性があり、エンジンの始動性向上と始動時の黒煙発生防止とを満足させることができない。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、始動時の黒煙発生の抑制と良好な始動性の確保とを確実に両立できるエンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るエンジンの燃料噴射制御装置は、エンジンが始動モードであるか否かをその判定条件の一つとしてエンジン回転数が所定の閾回転数以下であることを用いて検出する始動検出手段と、エンジン始動時の燃料噴射量を黒煙発生が問題とならない小噴射量に設定する始動時燃料噴射量決定手段と、燃料噴射量を所定量ずつ増量し続ける始動時燃料噴射量増量手段と、これら始動検出手段、始動時燃料噴射量決定手段及び始動時燃料噴射量増量手段を統合し始動時の燃料噴射量を制御する電子制御ユニットとを備え、
該電子制御ユニットは、上記始動検出手段が始動モードを検出した状態においては、原則として、上記始動時燃料噴射量決定手段で設定された噴射量で燃料の噴射を実行し、例外として、エンジン始動開始から所定時間が経過したにも拘わらずエンジン回転数が自力運転可能な、上記閾回転数よりも小さな所定エンジン回転数に達していない場合には、上記始動時燃料噴射量増量手段により、燃料噴射量をエンジン回転数が上記所定エンジン回転数に達するまで所定量ずつ増量し続ける燃料増量制御を実行し、上記所定エンジン回転数に達した後には、上記始動モードが解除されるまでは、上記原則通り、上記始動時燃料噴射量決定手段で設定された噴射量に戻して燃料噴射を実行するものである。
【００１０】
本発明によれば、始動時燃料噴射量決定手段が、始動時の燃料噴射量を黒煙発生が問題とならない小噴射量に設定するので、始動時の黒煙発生が抑制される。そして、始動時燃料噴射量増量手段が、始動後エンジンが自力運転可能な所定エンジン回転数に達するまでの間、燃料噴射量を所定量ずつ増量するので、良好な始動性を確保できる。
【００１１】
また、上記始動時燃料噴射量増量手段は、水温・吸気温が高いとき上記所定量を小とし、水温・吸気温が低いとき上記所定量を大とする第１補正手段を有することが好ましい。これによれば、第１補正手段が、始動時の水温・吸気温に応じて最適な燃料増量（所定量）を設定するので、「黒煙発生」と「始動性」とを高いレベルで両立できる。
【００１２】
また、上記始動時燃料噴射量増量手段は、水温が高いとき上記所定エンジン回転数を小とし、水温が低いとき上記所定エンジン回転数を大とする第２補正手段を有することが好ましい。これによれば、第２補正手段が、始動時の水温に応じて最適な所定エンジン回転数（自力運転可能な回転数）を設定するので、「黒煙発生」と「始動性」とを高いレベルで両立できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１４】
図４は、本実施形態にかかるエンジンの燃料噴射制御装置が適用されたコモンレール式燃料噴射システムの概要図である。図示するように、このシステムにあっては、燃料タンク１内の燃料は、フィルタ２およびフィードポンプ３を介して高圧ポンプ４に供給され、高圧ポンプ４によって高圧（数十〜数百ＭＰａ）に昇圧された後、通路５を介してコモンレール６と呼ばれる蓄圧容器に供給される。コモンレール６内の燃料は、通路７を介して各インジェクタ（噴射ノズル）８に供給される。
【００１５】
各噴射ノズル８に供給された高圧の燃料は、電子制御ユニット９（以下ＥＣＵという）からの信号に応じて各噴射ノズル８が開閉制御されるに伴って、夫々噴孔から各シリンダ内の燃焼室に噴射される。そして、余剰な燃料は、通路１０を介して燃料タンク１内に戻る。また、ＥＣＵ９は、コモンレール６に取り付けられた圧力センサ１１で検出されたコモンレール圧に基いて高圧ポンプ４の出口圧力を制御し、コモンレール圧すなわち噴射ノズル８の噴射圧力をフィードバック制御する。
【００１６】
ＥＣＵ９には、エンジンの回転速度センサ１２、水温センサ１３、吸気温センサ１４、スタータスイッチセンサ１５、タイマー１６などが接続されている。回転速度センサ１２は、エンジンのクランク軸またはカム軸の回転数（ＮＥ：ＲＰＭ）を検出する。水温センサ１３は、ラジエータの出口部の水温ＴＨＷを検出する。吸気温センサ１４は、吸気管内の温度ＴＨＡを検出する。スタータスイッチセンサ１５は、スタータスイッチのオンオフを検出する。タイマー１６は、スタータスイッチオンからの経過時間Ｔを検出する。
【００１７】
ＥＣＵ９内には、仮に噴射ノズル８が製造公差の上限値であっても、始動時の燃料噴射量ＱＳＴを黒煙発生が問題とならない小噴射量に設定する始動時燃料噴射量決定手段１７が、プログラムとして内蔵されている。始動時の黒煙発生は、始動時の水温ＴＨＷおよびエンジン回転数ＮＥによって変動する。このため、始動時燃料噴射量決定手段１７は、図１のステップ４および図３に示すように、始動時燃料噴射量ＱＳＴをエンジン回転数ＮＥと水温ＴＨＷとによって求めるマップ１８を有する。マップ１８には、水温ＴＨＷの低・高に応じて始動時燃料噴射量ＱＳＴを大・小と変化させ、エンジン回転数ＮＥの低・高に応じて始動時燃料噴射量ＱＳＴを大・小と変化させる特性が書き込まれている。
【００１８】
ＥＣＵ９内には、始動後エンジンが自力運転可能な所定エンジン回転数ＮＥ１に達するまでの間、燃料噴射量ＱＳＴを所定量ΔＱＳＴずつ増量し続ける始動時燃料噴射量増量手段１９が、プログラムとして内蔵されている。「始動後エンジンが自力運転可能な所定エンジン回転数ＮＥ１」とは、スタータによるクランキング回転からエンジンに火が入り自力運転と判断できる回転(400〜500rpm程度) のことをいう。
【００１９】
上記所定量ΔＱＳＴは、始動時の水温ＴＨＷおよび吸気温ＴＨＡによって変動させることが望ましい。このため、始動時燃料噴射量増量手段１９は、図１のステップ８に示すように、上記所定量ΔＱＳＴを吸気温ＴＨＡと水温ＴＨＷとによって決定する第１補正手段２０を有する。第１補正手段２０は、吸気温ＴＨＡの低・高に応じて所定量ΔＱＳＴを大・小と変化させ、水温ＴＨＷの低・高に応じて所定量ΔＱＳＴを大・小と変化させる特性が書き込まれたマップ（図示せず）を有する。
【００２０】
上記所定エンジン回転数ＮＥ１（始動後エンジンが自力運転可能となる回転数）は、始動時の水温ＴＨＷによって変動する。このため、始動時燃料噴射量増量手段１９は、図１のステップ６に示すように、上記所定エンジン回転数ＮＥ１を水温ＴＨＷによって決定する第２補正手段２１を有する。第２補正手段２１は、水温ＴＨＷの低・高に応じて所定エンジン回転数ＮＥ１を大・小と変化させる特性が書き込まれたマップ（図示せず）を有する。
【００２１】
ＥＣＵ９内には、エンジンの始動を検出する始動検出手段２２が、プログラムとして書き込まれている。始動検出手段２２は、図２に示すように、水温ＴＨＷが始動時モード突入水温ＫＴＷＱＳＴＬより小さいこと、スタータスイッチＳＴ／ＳＷがオンであること、エンジン回転数ＮＥが500rpm以下であること、の３要件が満たされたときに始動モードであると判断し、いずれかの要件が満たされないときは始動モードではないと判断する（図１ステップ２参照）。
【００２２】
以上の構成からなる本実施形態を図１に基いて説明する。
【００２３】
図１に示すフローチャートは、ＥＣＵ９内にプログラムとして書き込まれたものである。まず、ステップ１にて、イグニッションキーによりスタータスイッチがオンされてスタートすると、ステップ２にて、始動検出手段２２が図２に基き始動モードであるか否かを判断する。始動モードであればステップ３に向かい、始動モードでなければステップ１０に向かう。ステップ１０では、通常運転モードによる噴射量Ｑの演算が行われ、その噴射量Ｑで燃料が噴射される。
【００２４】
始動モードであると判定された場合に向かうステップ３では、スタータスイッチがオンされてから所定時間Ｔ１が経過したか否かが、タイマー１６の出力に基いて判断される。所定時間Ｔ１は、例えば 0.5〜2 秒程度が設定される。そして、所定時間Ｔ１が経過してなければステップ４に向かい、所定時間Ｔ１が経過していればステップ６（後述）に向かう。ステップ４では、図３に示すマップ１８により、始動時燃料噴射量ＱＳＴが水温ＴＨＷとエンジン回転数ＮＥとに基いて決定される。
【００２５】
始動時燃料噴射量ＱＳＴは、前述したように、噴射ノズル８が製造公差の上限値であっても始動時の黒煙発生が問題とならない小噴射量（例えば 100〜 150mm3 ／st）に設定されている。そして、噴射量ＱＳＴは、水温ＴＨＷの低・高またはエンジン回転数ＮＥの低・高に応じ、大・小と補正される。この補正により、黒煙の発生が的確に抑制される。この噴射量ＱＳＴで燃料が噴射される。そして、ステップ５にて、今回の始動時燃料噴射量ＱＳＴが前回の始動時燃料噴射量ＱＳＴ(-1)と置き換えられ、ステップ２に戻る。
【００２６】
そして、ステップ２にて、図２に示す始動検出手段２２に基き、エンジン回転数ＮＥが500rpm以上の場合には、ステップ１０に向かい、通常運転モードによる噴射量Ｑの燃料噴射が行われ、エンジン回転数ＮＥが500rpm未満の場合には、ステップ３に向かう。そして、ステップ３、４、５、２のループが所定時間Ｔ１まで繰り返される間に、ステップ２にて、始動検出手段２２がエンジン回転数ＮＥ＝500rpm以上を検出しなければ、ステップ３からステップ６に向かう。
【００２７】
ステップ６では、始動後エンジンが自力運転可能となる所定エンジン回転数ＮＥ１を、水温ＴＨＷに基いて決定する。所定エンジン回転数ＮＥ１は、前述したように、例えば400 〜500rpm程度が設定され、水温ＴＨＷの低・高に応じ、大・小と補正される。この補正により、エンスト・アイドル振動等が的確に防止される。そして、ステップ７に向かう。ステップ７では、実際のエンジン回転数ＮＥが所定エンジン回転数ＮＥ１以上であるか否かを判断する。
【００２８】
ステップ７にて、ＮＥ≧ＮＥ１がイエスであれば、エンジンの始動が適正に完了したことを意味する。よって、この場合、後述する燃料噴射量の増量は行わず、ステップ４に向かい、噴射量ＱＳＴで燃料が噴射される。次に、ステップ５およびステップ２に向かい、ステップ２（図２参照）にて始動モード判定がＮＯとなるまで噴射量ＱＳＴの燃料噴射が行われ、始動モード判定がＮＯとなればステップ１０に向かい、以降ステップ１０とステップ２とを循環し、ステップ１０における通常運転モードによる噴射量Ｑの燃料噴射が行われる。
【００２９】
他方、ステップ７にて、ＮＥ≧ＮＥ１がノオであれば（ＮＥ＜ＮＥ１であれば）、エンジンは始動せずクランキング状態であることを意味する。この場合、ステップ８に向かう。ステップ８では、燃料噴射量増量（所定量）ΔＱＳＴを吸気温ＴＨＡと水温ＴＨＷとに基いて決定する。所定量ΔＱＳＴは、例えば 0.2〜1mm 3 ／stが設定され、吸気温ＴＨＡの低・高または水温ＴＨＷの低・高に応じ、大・小と補正される。この補正により、黒煙発生の防止と始動時間の短縮とが的確に防止される。
【００３０】
そして、ステップ９に向かう。ステップ９では、前回の始動時燃料噴射量ＱＳＴ(-1)に上記所定量ΔＱＳＴを加算し、今回の始動時燃料噴射量ＱＳＴを算出する。詳しくは、単位時間（サンプリングインターバル）当たり、ＱＳＴ(-1)にΔＱＳＴを加えてＱＳＴを算出し、そのＱＳＴによって燃料噴射を行う。単位時間には、例えば16msec（固定）が用いられる。そして、ステップ５を介してステップ２に向かい、始動モード判定（図２参照）がなされる。ここでエンジン回転数が500rpm以上であれば、ノオ判定となってステップ１０に向かい、以降通常運転モードによる噴射量Ｑの噴射が行われる。
【００３１】
他方、ステップ２にて、エンジン回転数が500rpm未満であれば、イエス判定となってステップ３に向かい、前回すでにＴ１を越えているのでステップ６に向かい、再び、水温ＴＨＷから所定エンジン回転数ＮＥ１を求める。そして、ステップ７にて、再び、実際のエンジン回転数ＮＥが所定エンジン回転数ＮＥ１以上であるか否かを判断する（ＮＥ≧ＮＥ１）。これがイエスなら、エンジンの始動は適正に完了したことを意味するので、この場合、所定量ΔＱＳＴによる増量は行わずステップ４に向かい、噴射量ＱＳＴで燃料が噴射される。次に、ステップ５およびステップ２に向かい、ステップ２（図２参照）にて始動モード判定がＮＯとなるまで噴射量ＱＳＴの燃料噴射が行われ、始動モード判定がＮＯとなればステップ１０に向かい、以降通常運転モードによる噴射量Ｑの噴射が行われる。
【００３２】
ステップ７にて、ＮＥ≧ＮＥ１がノオなら（ＮＥ＜ＮＥ１なら）、エンジンは未だ始動せずクランキング状態であることを意味するので、この場合、ステップ８に向かい、再び燃料噴射量増量（所定量）ΔＱＳＴ（ 0.2〜1mm 3 ／st）を吸気温ＴＨＡと水温ＴＨＷとに基いて決定する。そして、ステップ９にて、再び前回の始動時燃料噴射量ＱＳＴ(-1)に上記所定量ΔＱＳＴを加算し、今回の始動時燃料噴射量ＱＳＴを算出し、そのＱＳＴによって燃料噴射を行う。そして、ステップ５を介してステップ２に向かい、始動モード判定（図２参照）がなされる。ここでエンジン回転数が500rpm以上であれば、ノオ判定となってステップ１０に向かい、以降通常運転モードによる噴射量Ｑの噴射が行われる。
【００３３】
ステップ２にて、エンジン回転数が500rpm未満であれば、イエス判定となってステップ３に向かい、前回すでにＴ１を越えているので再びステップ６に向かい、以降、ステップ７、８、９、５、２、３、６のループが、ステップ２にて始動モード判定がノオとなるか又はステップ７にてＮＥ≧ＮＥ１がイエスとなるまで繰り返される。これにより、エンジンが始動するまで、ステップ９に則って燃料噴射量ＱＳＴが前回噴射量ＱＳＴ(-1)に所定量ΔＱＳＴが加算され続ける。このため、最終的には、必ずエンジンが始動可能な燃料噴射量となる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＥＣＵ９内の始動時燃料噴射量決定手段１７が、始動時の燃料噴射量ＱＳＴを黒煙発生が問題とならない小噴射量に設定するので、噴射ノズル８の製造公差内のバラツキに拘らず、始動時の黒煙発生が抑制される。そして、ＥＣＵ９内の始動時燃料噴射量増量手段１９が、始動後エンジンが自力運転可能な所定エンジン回転数ＮＥ１に達するまでの間、燃料噴射量ＱＳＴを所定量ΔＱＳＴずつ増量するので、噴射ノズル８の製造公差内のバラツキに拘らず、良好な始動性を確保できる。すなわち、本実施形態によれば、従来両立させることが困難であった、「始動時の黒煙発生が抑制」と「始動性の良好化」とを、噴射ノズル８の製造公差内のバラツキに拘らず、確実に両立させることができる。
【００３５】
また、上記始動時燃料噴射量増量手段１９は、水温ＴＨＷ・吸気温ＴＨＡが高いとき上記所定量ΔＱＳＴを小とし、水温ＴＨＷ・吸気温ＴＨＡが低いとき上記所定量ΔＱＳＴを大とする第１補正手段２０を有するので、始動時の水温ＴＨＷ・吸気温ＴＨＡに応じて最適な燃料増量（所定量）ΔＱＳＴを設定でき、前記  「黒煙発生」と「始動性」とを高いレベルで両立できる。すなわち、水温ＴＨＷ・吸気温ＴＨＡが低いときには、所定量ΔＱＳＴを大とすることにより、エンジンの始動時間の短縮化を図り、水温ＴＨＷ・吸気温ＴＨＡが高いときには、所定量ΔＱＳＴを小とすることにより、始動時の黒煙発生の抑制を図ることができる。
【００３６】
また、上記始動時燃料噴射量増量手段１９は、水温ＴＨＷが高いとき上記所定エンジン回転数ＮＥ１を小とし、水温ＴＨＷが低いとき上記所定エンジン回転数ＮＥ１を大とする第２補正手段２１を有するので、始動時の水温ＴＨＷに応じて最適な所定エンジン回転数ＮＥ１（自力運転可能な回転数）を設定でき、前記  「黒煙発生」と「始動性」とを高いレベルで両立できる。すなわち、水温ＴＨＷが低いときには、所定エンジン回転数ＮＥ１を大とすることにより、冷間スタート時のアイドル安定性を高めることができ、水温ＴＨＷが高いときには、所定エンジン回転数ＮＥ１を小とすることにより、温間スタート時の黒煙発生を抑制できる。
【００３７】
なお、本発明は、図４に示すコモンレール式燃料噴射システムに限定されることはなく、分配式のディーゼル又はガソリンエンジンの燃料噴射システムにも適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るエンジンの燃料噴射制御装置によれば、始動時の黒煙発生の抑制と良好な始動性の確保とを、噴射ノズルの製造公差内のバラツキに拘らず、確実に両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンの燃料噴射制御装置による燃料噴射の手順を示す流れ図である。
【図２】上記燃料噴射制御装置の始動検出手段の概要図である。
【図３】上記燃料噴射制御装置の始動時燃料噴射量ＱＳＴを決定するマップを示す図である。
【図４】上記燃料噴射制御装置が適用されるコモンレール式燃料噴射システムを示す概要図である。
【図５】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１７  始動時燃料噴射量決定手段
１９  始動時燃料噴射量増量手段
２０  第１補正手段
２１  第２補正手段
ＱＳＴ  始動時燃料噴射量
ΔＱＳＴ  燃料噴射増量（所定量）
ＮＥ  エンジン回転数
ＮＥ１  所定エンジン回転数
ＴＨＷ  水温
ＴＨＡ  吸気温
ＳＴ／ＳＷ  スタータスイッチ
Ｔ  タイマー
【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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