(57)【要約】【課題】コモンレール式ディーゼルエンジンにおいて、エンジン始動時における始動性向上のための着火性の改善と、特に低温始動時における始動性向上のためのパイロット噴射量の減少防止について改善を行う。【解決手段】コモンレール１０を搭載したディーゼルエンジンであって、エンジンの始動時における始動モード時間ｓの間においては、コモンレール１０の目標レール圧ｔに対する実レール圧ｐの昇圧を緩やかに行うレール圧調整手段を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの構成とする。また、コモンレール１０を搭載したディーゼルエンジンでの低温始動時におけるパイロット噴射量を、温度が低下するほど増量を行う噴射量調整手段を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレール（１０）を搭載したディーゼルエンジンであって、エンジンの始動時における始動モード時間（ｓ）の間においては、コモンレール（１０）の目標レール圧（ｔ）に対する実レール圧（ｐ）の昇圧を緩やかに行うレール圧調整手段を設けたことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記コモンレール（１０）を搭載したディーゼルエンジンでの低温始動時におけるパイロット噴射量を、温度が低下するほど増量を行う噴射量調整手段を設けた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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルエンジンに関する。特に、エンジン始動時の始動援助装置に関し、コモンレールを搭載したディーゼルエンジンの始動時において、始動を援助するためコモンレール圧やパイロット噴射量等について補正制御を行うもの等の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジン等へ燃料を供給噴射する燃料噴射装置の一つとして、高圧にした燃料をコモンレールと称される燃料通路に一旦蓄え、その後、このコモンレールに接続された複数の噴射ノズルを制御して同時噴射が行えるようにしたコモンレール式燃料噴射装置が種々提案されており公知・周知となっている。（例えば、特許文献１参照）
ところで、このようなコモンレール式燃料噴射装置においては、コモンレール内の圧力を如何に安定、且つ確実に目標圧力とするかが噴射特性の良否に大きく影響するが、従来では、燃料噴射の開始を許可する噴射開始圧力の条件が、外気温が低温時の始動であっても常温時の始動であっても一定値となっているため、低温始動時にはエンジン温度に対応した最適な噴射圧力（目標圧力）よりも、可成り低い圧力値（噴射開始圧力）でエンジンの燃焼室内への燃料噴射の開始が許可される。
【０００３】
この結果、燃料噴射がエンジンの燃焼室の温度を低下させる等の悪影響を及ぼし、エンジンの空気圧縮熱で燃料が着火不良となって始動が困難となったり、有効な燃焼が得られるまでに時間が掛かって、初爆を得るまでの時間が延びて完爆するまでの始動時間が長時間になるという不具合を生じていた。
【０００４】
このため、エンジン始動時、特に低温始動時に燃料噴射弁を開弁して燃料噴射を開始する噴射開始圧力を、冷却水温等によるエンジン温度に応じた最適な噴射開始圧力とすることで、燃料噴射を開始してから有効な燃焼が行えるまでの時間を短縮することが可能な蓄圧式燃料噴射装置等が提供されている。（例えば、特許文献２参照）
【特許文献１】特開平１０−５４３１８号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、通常、コモンレールのレール圧作用を制御するレール圧マップは作業等の運転時を想定して高いレール圧域で作られるが、エンジン始動時は高いレール圧では着火性が悪くなるため、作業性に重点をおいたレール圧マップでは始動性が悪化してしまうという難点があった。
【０００６】
また、低温時は常温時と比べ燃料の粘性が大きくなるため、インジェクタの通電時間によって燃料噴射量を制御するコモンレール式エンジンでは、低温時に常温時と同じ通電時間にすると、低温始動性に大きく影響するパイロット噴射量が減少して始動性が悪化するという難点があった。
【０００７】
そこで本発明は、コモンレール式ディーゼルエンジンにおいて、エンジン始動時における始動性向上のための着火性の改善と、特に低温始動時における始動性向上のためのパイロット噴射量の減少防止について改善を行う。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、コモンレール（１０）を搭載したディーゼルエンジンであって、エンジンの始動時における始動モード時間（ｓ）の間においては、コモンレール（１０）の目標レール圧（ｔ）に対する実レール圧（ｐ）の昇圧を緩やかに行うレール圧調整手段を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンとしたものである。
【０００９】
このような構成により、エンジンの始動時において、エンジン回転数が低回転領域である始動モード時間（ｓ）の間は、コモンレールの実レール圧（ｐ）を、レール圧調整手段により目標レール圧（ｔ）に従い急上昇させることなく、低いレール圧状態に緩慢制御を行うことによって、着火性が良好となり始動性を向上させることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、前記コモンレール（１０）を搭載したディーゼルエンジンでの低温始動時におけるパイロット噴射量を、温度が低下するほど増量を行う噴射量調整手段を設けた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としたものである。
【００１１】
このような構成により、エンジンの低温始動時において、エンジンの温度が低温になるほど噴射量調整手段により、パイロット噴射量を増量補正させることによって、燃料の粘性が大きくなり燃料噴射量が減少する低温時においても、パイロット噴射量の減少を防止することができ、始動性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明では、上記作用の如く、エンジンの始動時において、エンジン回転数が低回転領域である始動モード時間（ｓ）の間は、通常、作業等の運転時を想定して設定されるコモンレールの高いレール圧を、レール圧調整手段により低いレール圧状態に緩慢制御を行うので、低いレール圧により着火性が良好となり始動性を向上させることができる。また、作業等の運転時においてはレール圧調整手段の解除により、通常の高いレール圧によって良好な運転制御を行わせることができる。このように、レール圧調整手段による始動援助装置を用いることにより、始動から運転状態へ最適レール圧で移行することができるようになる。
【００１３】
請求項２の発明では、上記作用の如く、エンジンの低温始動時において、エンジンの温度が低温になるほど噴射量調整手段により、パイロット噴射量を増量補正させることによって、常温時と同じ条件では燃料の粘性が大きくなるためパイロット噴射量が減少傾向となる低温時に、始動性に大きく影響するパイロット噴射量の減少を防止することができる。このように、低温始動時に噴射量調整手段による始動援助装置を用いて、パイロット噴射量を増量補正して減少を防止することにより始動性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
コモンレール方式のディーゼルエンジンにおいて、エンジンの始動時における始動モードｓの間は、コモンレールの目標レール圧ｔに対する実レール圧ｐの昇圧を緩慢に行うレール圧調整手段を設けた始動援助装置。また、コモンレール方式のディーゼルエンジンにおいて、エンジンの低温始動時におけるパイロット噴射量を、温度が低下するほど増量を行う噴射量調整手段を設けた始動援助装置。
【００１５】
以下に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
コモンレール式ディーゼルエンジンＥについて、図３のシステム図によりその概要を示す如く、コモンレール式（蓄圧式燃料噴射方式）とは、各気筒への燃料噴射を要求圧力に調整して供給するコモンレール１０（蓄圧室）を介して行うものである。
【００１６】
燃料タンク１１内の燃料は吸入通路により燃料フィルタ１２を介して該エンジンＥで駆動される高圧ポンプ１３に吸入され、この高圧ポンプ１３によって加圧された高圧燃料は吐出通路１４によりコモンレール１０に導かれ蓄えられる。
【００１７】
該コモンレール１０内の高圧燃料は各高圧燃料供給通路１６により気筒数分のインジェクタ１７に供給され、エンジンコントロールユニット１８（以下ＥＣＵという）からの指令に基づき、各気筒毎にインジェクタ１７が開弁作動して、高圧燃料が該エンジンＥの各燃焼室内に噴射供給され、各インジェクタ１７での余剰燃料（リターン燃料）は各リターン通路１９により共通のリターン通路２０へ導かれ、このリターン通路２０によって燃料タンク１１へ戻される。
【００１８】
また、コモンレール１０内の燃料圧力（コモンレール圧）を制御するため高圧ポンプ１３に圧力制御弁２１が設けられており、この圧力制御弁２１はＥＣＵ１８からのデューティ信号によって、高圧ポンプ１３から燃料タンク１１への余剰燃料のリターン通路２０の流路面積を調整するものであり、これによりコモンレール１０側への燃料吐出量を調整してコモンレール圧を制御することができる。
【００１９】
具体的には、エンジン運転条件に応じて目標コモンレール圧を設定し、レール圧センサ２２により検出されるコモンレール圧が目標コモンレール圧と一致するよう、圧力制御弁２１を介してコモンレール圧をフィードバック制御する。
【００２０】
農作業機におけるコモンレール式ディーゼルエンジンＥのＥＣＵ１８は、図４に示す如く、回転数と出力トルクの関係において走行モードＭ１と通常作業モードＭ２及び重作業モードＭ３の三種類の制御モードを設けている。
【００２１】
走行モードＭ１は、回転数の変動で出力も変動するドループ制御として、農作業を行わず移動走行する場合に使用するものであり、例えば、ブレーキを掛けて走行速度を減速したり停止したりすると、この走行負荷の増大に伴ってエンジン回転数が低下するため走行速度の減速や停止を安全に行うことができる。
【００２２】
通常作業モードＭ２は、負荷が変動しても回転数が一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御として、通常の農作業を行う場合に使用するものであり、例えば、トラクターであれば耕耘作業時に耕地が固く耕耘刃に抵抗が掛かるとき、コンバインであれば収穫作業時に収穫物が多く負荷が増大したときでも、出力が変動して回転数を維持するのでオペレータが楽に操縦できる。
【００２３】
重作業モードＭ３は、通常作業モードＭ２と同様に負荷が変動しても回転数一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御に、負荷限界近くになると回転数を上昇させて出力を上げる重負荷制御を加えた制御で、特に、負荷限界近くで農作業を行う場合に使用するものであり、例えば、トラクターで耕耘作業を行っている際に、特に、固い耕地に遭遇してもエンジン出力が通常の限界を越えて増大するので作業を中断することがない。
【００２４】
これらの作業モードＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、作業モード切替スイッチの操作、又は走行変速レバーの変速操作、作業クラッチの入り切り操作等によって切り替わるように構成する。
【００２５】
従来、ディーゼルエンジンでは、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、着火遅れを短縮してディーゼルエンジン特有の、所謂ノック音を低減することが知られている。
【００２６】
このパイロット噴射は、メイン噴射の前に１回乃至２回に固定して行われるものであったが、前記コモンレール１０のシステムを用いることで、エンジンの状況に応じてパイロット噴射の状態を変化させ、騒音の低減や不完全燃焼による白煙又は黒煙の発生を抑制できる。
【００２７】
コモンレール式多気筒ディーゼルエンジンＥは、図５の全体構成に示す如く、クランク軸２３を前後方向に軸支したシリンダブロック２４の上部にシリンダヘッド２５を、下部にオイルパン２６を配設すると共に、前部にギヤトレーンを内装したギヤケース２７と冷却ファン２８を、後部にフライホイル２９を配設して構成させる。
【００２８】
該シリンダブロック２４の吸気側近傍に前記コモンレール１０を装着配置し、このコモンレール１０の下方にギヤケース２７により駆動される前記高圧ポンプ１３を配置して設け、シリンダヘッド２５に前記インジェクタ１７を嵌着配設して構成させる。
【００２９】
コモンレール式ディーゼルエンジンＥにおいて始動を行う際には、図１（ａ）のフローチャートに示す如く、エンジンＥの適宜個所に設けた回転検出センサ等によりエンジン回転数の確認を行い、この回転数が凡そ１０００ｒｐｍ以下の場合では、図１（ｂ）の線図に示す如く、始動モードｓの領域として、コモンレールの実レール圧ｐを、前記ＥＣＵ１８内のレール圧調整手段により、目標レール圧ｔに従い急上昇させることなく低いレール圧状態に維持する緩慢制御を行うと共に、再度エンジン回転数の確認を行い１０００ｒｐｍ以上となっている場合は、レール圧調整手段による低いレール圧状態の緩慢制御を解除させる。
【００３０】
このような作用により、エンジンＥの始動時において、エンジン回転数が低回転領域である始動モードｓの間は、通常、作業等の運転時を想定して設定されるレール圧マップによるコモンレールの高いレール圧を、レール圧調整手段により低いレール圧に維持することができるから、この低いレール圧により着火性が良好となり始動性を向上させることができると共に、作業等の運転時においては、レール圧調整手段による低いレール圧の解除により、通常の高いレール圧によって良好な運転制御を行わせることができる。
【００３１】
また、コモンレール式ディーゼルエンジンＥにおいて低温始動を行う際には、図２の線図に示す如く、エンジンＥの適宜個所に設けた水温検出センサ等によりエンジン冷却水の水温検出を行い、この水温が凡そ６０度から低温側へ下がれば下がる程、ＥＣＵ１８内の噴射量調整手段により、低温時は燃料の粘性が大きく、常温時と同じ条件下では燃料噴射量が制限されるパイロット噴射量を増量補正することによって、始動性に大きく影響するパイロット噴射量の減少傾向抑制が可能となり、始動性を向上させることができる。
【００３２】
また、コモンレール式ディーゼルエンジンＥを搭載したトラクターＴは、図６の全体構成に示す如く、機体の前後部に前輪３１と後輪３２を備え、機体の前部に搭載したエンジンＥの回転動力をトランスミッションケースＭの変速装置によって適宜変速して、これら前輪３１と後輪３２に伝えるように構成している。
【００３３】
機体中央であってキャビン３３内のハンドルポスト３４にはステアリングハンドル３５が支持され、その後方にはシート３６が設けられており、該ハンドル３５の下方には、機体の進行方向を前後方向に切り替える前後進レバー３７が設けられている。この前後進レバー３７を前側に移動させると機体は前進し、後方へ移動させると後進する構成である。ロータリ装置３８は機体後方にリンク３９で連結構成されている。
【００３４】
このようなトラクターＴの路上走行において、従来では、負荷の高い状態からアクセルをオフにすると、指示燃料噴射量がゼロになりレール圧が無負荷の領域を読みに行くためどうしてもレール圧が低くなる。次に、大きくアクセルを踏み込んだ際に、急激な負荷変化に対してレール圧が追従できずエンジン回転数の低下又はスモークの発生が起こっていた。
【００３５】
このため、これらの障害を防止するため、路上走行の際に、図７のフローチャートに示す如く、アクセル開度５０％以上における指示噴射量が所定値以上となったときのレール圧を記憶し、この状態からアクセル開度が０％になったときは、記憶したレール圧を必要とする短時間維持させる制御を行うことにより、急激な負荷に対してレール圧が追従することが可能となり、エンジンＥの応答性が良好になると共に、スモークの発生を抑えることができる。なお、アクセル開度が０％以外の条件のときはレール圧の維持制御を解除させる。
【００３６】
また、前記トラクターＴにおいて増速を行う際、従来では、図８（ａ）の線図に示す如く、クラッチが切れている間は動力が切断されエンジンＥの負荷が軽くなるため、レール圧はレール圧マップの軽負荷部を読みに行くことになる。しかし、クラッチ接続時に急激な負荷が掛かるとレール圧が追従できないため、応答性不足による不具合が発生してしまう。
【００３７】
このため、これらの不具合を防止するため、自動変速により増速を行う際に、図８（ｂ）の線図に示す如く、クラッチ切り信号を前記ＥＣＵ１８が受け取るとレール圧をそのまま維持させる制御を行うことにより、クラッチ切り時のレール圧維持により、クラッチ接続時のエンジンＥの応答性が良好になると共に、急激な負荷に対してもレール圧の応答遅れを防止できるため、スモークの発生を抑えることができる。
【００３８】
また、前記の如く、トラクターＴにおいて自動変速により増速を行う際に、図９（ａ）のフローチャートに示す如く、クラッチ切り信号をＥＣＵ１８が受け取ると、アクセル開度５０％以上において、図９（ｂ）の線図に示す如く、数秒後にアクセル開度０％の指示を行い、続いて短時間アクセル開度０％の状態を維持した後、再びアクセル開度を元の状態に復帰させる制御を行う。
【００３９】
このような制御を行わせることにより、クラッチ切り後も一定時間アクセル開度を維持することで、エンジン回転数を一時的に上昇させクラッチ接続の際にエンジン回転数が落ち過ぎないよう、クラッチが切れた際のアクセル制御を行わせることにより増速の過程で逆に減速するようなことがなく、円滑な変速が可能となり、オペレータはアクセルを踏みっぱなしでもよいから操作が容易である。
【００４０】
また、従来では、前記トラクターＴにおいてロータリ装置３８を下降して耕耘作業に入る際、無負荷から一気に大きな負荷が掛かりエンジン回転数の低下やスモークの発生が起こっていた。
【００４１】
このため、これらの不具合を防止するため、図１０の線図に示す如く、旋回時において、エンジン回転数を低下させる制御を行い、旋回終了と同時にエンジン回転数を復帰させる作用を行わせるが、この際、機体に設けた位置センサによりロータリ装置３８が耕耘開始位置にあると認識したときは、エンジン回転数の増加率を判別してロータリ装置３８の回転数を大きくする制御を行うことにより、エンジン回転数の低下防止が可能であると共に、スモーク発生を低減することも可能である。
【００４２】
また、前記図１０の線図に示す如く、旋回時において、エンジン回転数を低下させる制御を行い、旋回終了と同時にエンジン回転数を復帰させる作用を行わせるものにおいて、図１１の線図に示す如く、エンジン回転数の増加率を判別して車速を、例えば、自動で中速の１速から２速，３速と順次に増速制御を行うことにより、エンジン回転数の低下防止が可能であると共に、スモーク発生を低減することも可能である。
【００４３】
また、前記トラクターＴにおいて、ロータリ装置３８による耕耘作業時に圃場端（枕地）で旋回するときには、一旦ロータリ装置３８を上昇させると共に旋回が終了した時点で再びロータリ装置３８を下降させて耕耘を始めるが、ロータリ装置３８を下降させたとき、エンジンＥに急激な負荷が掛かるためスモークが発生することがある。
【００４４】
このため、機体に設けたロータリ装置３８の下降操作を行う下降用レバーが下げ側に操作されたときは、この下げ側に操作されたことを車両ＣＰＵからＥＣＵ１８にＣＡＮにより通信を行い、この通信指示を受けたＥＣＵ１８により予め設定された時間だけ噴射タイミングを進角させる制御を行うことにより、枕地での旋回終了後にロータリ装置３８を下降させて耕耘を開始したときに、スモークの吐出を防止することができる。
【００４５】
また、コモンレール式ディーゼルエンジンＥを搭載したコンバインにおいて、作業時にアイソクロナス制御から瞬間的な負荷を受けエンジン回転数の低下が発生したときは、図１２の線図に示す如く、瞬間的にレール圧をこの回転低下を乗り切るに必要な量だけ上昇させことにより、エンジン回転数の早期回復を支援することができる。これにより、基本性能を崩すことなく、常に回転数を定格付近に維持するよう制御を行うことが可能となる。
【００４６】
また、コモンレール式ディーゼルエンジンＥに配置した酸化触媒とＤＰＦ触媒にて構成される触媒において、ＤＰＦ内の温度及び圧力を計測制御可能な構成とすることにより、図１３（ａ）のフローチャートに示す如く、ＤＰＦ内の温度の確認によりＤＰＦの温度が低温域のときは、図１３（ｂ）の作用図に示す如く、燃焼後期に燃料を微量噴射することで排気温度を制御するポスト噴射を行うかどうかの判断と、ポスト噴射の期間を決定するもので、触媒の詰まりが発生し易い状態を直接ＤＰＦの温度により判断して、効率良く触媒の再生を行うことが可能である。なお、従来では、触媒内の温度によりポスト噴射の制御を行うもの等は見当らない。
【００４７】
また、従来、触媒再生として連続再生が不可能となり強制再生が急務の場合、エンジン特性をバックアップ値に置き換える手段が考えられるが、このような手段により突然、再生モードに移行すると作業性が低下する恐れがある。
【００４８】
このため、触媒再生の必要性が高まったときのエンジン制御について、特に、コンバイン等における触媒再生の必要性に応じ、図１４の線図に示す如く、エンジン最高回転数を作業領域ｗの下限に自律的、且つ徐々に変更することにより、一定時間の作業可能期間が明確に設けられて、オペレータに触媒再生の必要性が高まっていることを報知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
トラクターやコンバイン等の農作業機を始め一般車両にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】（ａ）エンジンの始動時にレール圧の緩慢制御を行う手順を示すフローチャート。（ｂ）始動モード時に目標レール圧に対し実レール圧の緩慢制御状態を示す線図。
【図２】低温時の始動においてパイロット噴射量を増量補正させる状態を示す線図。
【図３】コモンレールによる蓄圧式燃料噴射ディーゼルエンジンを示すシステム図。
【図４】三種類の制御モードによるエンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図。
【図５】コモンレール式多気筒ディーゼルエンジンにおける全体構成を示す側面図。
【図６】トラクターにおける全体構成を示す側面図。
【図７】トラクターの路上走行時にアクセル開度に対するレール圧の維持制御を行う手順を示すフローチャート。
【図８】（ａ）従来の、トラクター増速時にクラッチ入切の際のレール圧状態を示す線図。（ｂ）本案の、トラクター増速時にクラッチ入切の際のレール圧状態を示す線図。
【図９】（ａ）トラクターの自動変速による増速時にクラッチ切りによるアクセル開度を一定時間維持する手順を示すフローチャート。（ｂ）増速時クラッチ切り時のアクセル開度を一定時間維持する状態を示す線図。
【図１０】トラクター旋回後の耕耘再開時にエンジンとロータリ装置との回転数の関係を示す線図。
【図１１】トラクター旋回後の耕耘再開時にエンジン回転数と車速との関係を示す線図。
【図１２】コンバイン作業時の瞬間的な負荷に対しレール圧を瞬間的に上昇させる状態を示す線図。
【図１３】（ａ）ＤＰＦ触媒の温度によりポスト噴射の実施と期間を決定する手順を示すフローチャート。（ｂ）ＤＰＦ触媒の温度によりポスト噴射を実施する噴射時期を示す作用図。
【図１４】触媒再生の必要時にエンジンの最高回転数と作業領域の関係を示す線図。
【符号の説明】
【００５１】
ｓ    始動モード
ｔ    目標レール圧
ｐ    実レール圧
Ｅ    コモンレール式ディーゼルエンジン
１０    コモンレール
１１    燃料タンク
１２    燃料フィルタ
１３    高圧ポンプ
１７    インジェクタ
１８    ＥＣＵ
２１    圧力制御弁
２２    レール圧センサ
２３    クランク軸
２４    シリンダブロック
２５    シリンダヘッド
２６    オイルパン
２７    ギヤケース
２８    冷却ファン
２９    フライホイル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2009209685.tif 000012
【図１１】
2009209685.tif 000013
【図１２】
2009209685.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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