JP4134413B2 - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの気筒内燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたいわゆる直噴式ディーゼルエンジンに関し、特にそのエンジンの低温始動性を向上させるための燃料噴射制御に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の始動性は外気温度が低下すると悪化することが知られている。これは、例えば自動車用ディーゼルエンジンの場合、1)外気温度が低いとバッテリ電圧が低下するので、スタータモータの出力が十分でなくなり、2)エンジンオイルの粘度も高くなるので、クランキングに対する抵抗も大きくなり、そのため、エンジン回転数をなかなか高めることができないという理由や、3)低温状態では燃料の気化霧化状態が悪くなり、しかも、燃焼室や吸気そのものの温度が低いことから気筒の圧縮温度があまり高くならないので、燃料が自己着火し難くなるという理由によるものである。
【０００３】
このような低温時の始動性悪化に対して、従来より、例えば特開平６−１１７３１６号公報に開示されるもののように、低温始動時に通常の燃料噴射（メイン噴射）に加えて、追加の燃料噴射（プレ噴射）を行うようにすることが知られている。このものでは、メイン噴射に加えてプレ噴射を行うことで燃料の総量を増加させ、燃料の気化霧化状態が悪い低温時でも着火のために十分な量の混合気が得られるようにしている。また、前記プレ噴射をメイン噴射よりも早期に行うことで、そのプレ噴射により混合気の活性度が高まり、火種が早期に生成されるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、外気温度が極めて低い極寒状態においては、クランキング開始直後の気筒の圧縮温度が燃料の自己着火温度（例えば６００°Ｃくらい）に達しないことがあり、このような場合には、前記従来例のように燃料噴射量を増量してもその燃料が自己着火しないので、始動性は向上しない。この増量された燃料は、クランキングによって燃焼室の温度状態が高くなるまでの間は何らエンジン始動に寄与せず、未燃状態で大気中に排出されることになり、無駄になる燃料が多いだけでなく、環境保護の観点からも好ましくない。
【０００５】
しかも、そのように無駄になる燃料噴射のために燃料供給ポンプを駆動しているので、その余計な負荷がスタータモータの駆動力を消費する結果、エンジン回転数がなかなか高くならず、そのことによってエンジンの低温始動性がさらに悪化するという不具合もある。
【０００６】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ディーゼルエンジンの始動時の燃料噴射手順に工夫を凝らすことで、エンジンの低温始動性を向上させ、併せて、低温始動時における未燃燃料の排出をも抑制することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、エンジン始動時のクランキング中に、燃料が自己着火できる状態になったことを判別し、その上で初めて、始動のための燃料噴射を行うようにした。
【０００８】
具体的に、請求項１記載の発明は、図１に例示するように、エンジン１の気筒内燃焼室４に燃料を噴射する燃料噴射弁５と、エンジン１により機械的に駆動されて、前記燃料噴射弁５に対し高圧の燃料を供給する燃料供給ポンプ８と、エンジン始動時のクランキング中に、前記燃料噴射弁５により燃料を噴射させる始動噴射制御手段４０ｂとを備えたディーゼルエンジンの制御装置Ａを前提とする。そして、前記燃料噴射弁５により噴射された燃料が自己着火する着火可能状態であることを判別する着火判別手段４０ａを設け、前記始動噴射制御手段４０ｂは、前記着火判別手段４０ａにより着火可能状態であると判別されるまでは、その判別のために始動噴射量よりも少量の着火判別用燃料を気筒の圧縮行程で噴射させ、着火可能状態であると判別されたとき、エンジン１の始動に必要な始動噴射量の燃料を噴射させる構成とする。また、前記着火判別手段４０ａは、クランキング中にエンジン回転数が予め設定した基準回転数を超えたとき、前記着火判別用燃料が自己着火したことを検出して着火可能状態であると判別するように構成し、その基準回転数は、エンジンの温度状態が低いほど低回転になるように設定する。
【０００９】
前記の構成により、エンジン１の始動時には、着火判別手段４０ａにより着火可能状態であることが判別されたときに初めて、エンジン１の始動に必要な始動噴射量の燃料が燃料噴射弁５により噴射されて、その燃料が自己着火することにより、エンジン１が運転状態になる。すなわち、例えばエンジン１の低温始動時において、前記着火判別手段４０ａにより着火可能状態であると判別されるまで、燃料噴射量を前記始動噴射量よりも減らすようにすれば、そのことによって燃料供給ポンプ８の駆動負荷が減少するので、従来例の如く最初から始動噴射量の燃料を噴射させるようにしたものに比べて、クランキング時のエンジン回転数を早く高めることができ、このことで、エンジン１の低温始動性を向上できる。また、未燃状態で大気中に排出される燃料も減少する。
【００１０】
しかも、噴射された着火判別用燃料が実際に自己着火したことに基づいて、着火可能状態を確実に判定できるし、噴射された着火判別用燃料によりピストンと気筒内壁との間のシール性が高められるので、気筒の圧縮温度が高まり、そのことによってもエンジンの始動性を向上できる。
【００１１】
特に前記の構成では、着火判別用燃料が自己着火し、その燃焼によりクランク軸に回転力が作用して、クランキング中のエンジンの回転数が高まり、予め設定した基準回転数を超えたときに、燃料が自己着火したことを検出するようにしており、その基準回転数を、 エンジンの温度状態が低いほど低回転になるように設定している。
【００１２】
すなわち、一般に、クランキング中のエンジン回転数は、エンジンの温度状態によって変化するので、その変化に対応するように、自己着火の検出のための基準回転数をエンジンの温度状態が低いほど低回転に設定することで、検出の精度を高めることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明における着火判別用燃料の噴射量は、燃料噴射弁の実質的な最小開弁時間に対応するものとする。ここで、燃料噴射弁の実質的な最小開弁時間とは、燃料噴霧の微粒化が著しく損なわれることのない範囲での最小の開弁時間のことであり、こうすることで、燃料噴霧の微粒化を著しく損なうことなく、着火判別のための燃料噴射量を可及的に少なくできる。よって、燃料供給ポンプの駆動負荷や未燃状態の燃料の排出を最小に抑えることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明における着火判別用燃料の噴射量は、始動噴射量の１/１０以下とする。このことで、着火判別用燃料の噴射量が具体化される。
【００１５】
請求項４記載の発明では、請求項１記載の発明における着火判別用燃料の噴射量は、エンジンが実用運転領域にあるときの最小の燃料噴射量と同じとする。すなわち、着火判別用燃料の噴射量が少な過ぎる場合には、実際には着火可能状態であるにも拘わらずその燃料が自己着火しないこともあり得るが、前記のようにエンジンが実用運転領域にあるときの最小の燃料噴射量と同じ量の燃料を噴射するようにすれば、着火可能状態であることの判別を確実に行うことができる。つまり、着火判別の信頼性を安定確保しながら、燃料供給ポンプの駆動負荷や未燃燃料の排出を減らすことができる。
【００１６】
請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明の実用運転領域における最小の燃料噴射量とは、アイドル状態を除く低負荷低回転運転領域における最小の燃料噴射量とする。このことで、着火判別用燃料の噴射量が具体化される。
【００１７】
請求項６記載の発明では、請求項１記載の発明において、クランキングの開始から設定期間が経過するまでの間、燃料噴射弁による燃料の噴射を禁止する噴射禁止手段を設け、始動噴射制御手段は、前記設定期間の経過後に着火判別用燃料の噴射を開始する構成とする。前記設定期間は、例えばスタータモータが運転開始してからエンジンのクランク軸が所定数回転するまでの期間とすればよく、或いは、スタータモータが運転開始してから所定時間が経過するまでとしてもよい。
【００１８】
そのように、クランキング開始直後のクランキング抵抗が特に大きい期間だけ燃料の噴射を禁止して、燃料供給ポンプの駆動負荷をできるだけ少なくすることで、エンジンの低温始動性をさらに向上できる。
【００１９】
請求項７記載の発明では、請求項１記載の発明における始動噴射制御手段は、着火判別手段により着火可能状態であることが判別されたとき、直ちに着火判別のための燃料噴射を終了させる構成とする。このことで、燃料が自己着火する状態になれば、直ちに着火判別用燃料の噴射を終了させて、燃料噴射弁により始動噴射量の燃量を噴射させることで、エンジンの始動を速やかに完了できる。
【００２０】
請求項８記載の発明では、請求項１記載の発明における着火判別用燃料の噴射の時期をエンジン始動のための燃料噴射よりも早期に設定し、始動噴射制御手段は、着火判別手段により着火可能状態であると判別されたとき、前記着火判別用燃料の噴射とエンジン始動のための燃料噴射との両方を少なくとも１回、行う構成とする。
【００２１】
このことで、燃料が自己着火しない状態から着火可能状態へと移行した直後は、燃料噴射弁による始動噴射量の燃料噴射よりも早期に少なくとも１回、少量の着火判別用燃料を噴射し、その燃料を十分に気化霧化させて火種の形成を促すことで、万一の失火を回避することができる。
【００２２】
請求項９記載の発明では、請求項１記載の発明におけるエンジンは複数の気筒を有し、着火判別手段は、前記各気筒毎に着火可能状態であることを判別する構成とし、始動噴射制御手段は、前記着火判別手段による判別結果に応じて各気筒毎に燃料噴射弁の制御を行う構成とする。
【００２３】
すなわち、一般に、複数の気筒を有するエンジンでは、各気筒毎に温度状態や吸入空気量が微妙に異なるので、各気筒毎に着火可能状態であることを判別して、その判別結果に応じて各気筒毎に燃料噴射弁の制御を行うことにより、請求項１記載の発明による作用効果を十分に得ることができる。
【００２４】
請求項１０記載の発明では、請求項１記載の発明におけるエンジンは複数の気筒を有し、着火判別手段は、前記各気筒毎に着火可能状態であることを判別する構成とし、始動噴射制御手段は、前記着火判別手段によりいずれか１つの気筒について、着火可能状態であると判別されたとき、該気筒の次に燃料噴射を行う気筒からエンジン始動のための燃料噴射を開始させる構成とする。
【００２５】
このことで、複数の気筒を有するエンジンでは各気筒毎に温度状態や吸入空気量が微妙に異なるものの、そのうちのいずれか１つの気筒で着火可能状態になれば、それ以外の気筒でも着火可能状態になっている可能性が高いので、いずれか１つの気筒について着火可能状態であると判別されたときには、該気筒の次に燃料噴射を行う気筒から始動噴射量の燃料を噴射させることで、エンジンの始動を最短時間で完了することができる。
【００２６】
請求項１１記載の発明では、請求項１０記載の発明における着火判別用燃料の噴射時期をエンジン始動のための燃料噴射よりも早期に設定し、始動噴射制御手段は、着火判別手段により着火可能状態であると判別されたとき、前記着火判別用燃料の噴射とエンジン始動のための燃料噴射との両方を少なくとも１回、行う構成とする。
【００２７】
このことで、エンジンの複数の気筒のうち、いずれか１つの気筒で着火可能状態になり、該気筒の次に燃料噴射を行う気筒から始動噴射量の燃料を噴射させるときには、前記の着火可能状態になった気筒以外では失火の可能性がやや高いとも考えられるので、始動噴射量の燃料噴射よりも早期に少なくとも１回、少量の着火判別用燃料を噴射して失火を回避できることは、特に有効な作用を奏する。
【００２８】
請求項１２記載の発明では、請求項１記載の発明において、エンジンの吸気系に排気の一部を還流させる排気還流手段と、着火判別手段により着火可能状態であると判別されるまで、排気の還流量が零になるように前記排気還流手段を制御する排気還流制御手段とを設ける構成とする。
【００２９】
このことで、エンジンの低温始動時には、通常、燃焼が開始されるまで、排気温度が吸気温度よりも低くなるので、着火可能状態と判別されるまでは排気の還流量を零にして、冷たい排気による吸気温度の低下を防止できる。
【００３０】
請求項１３記載の発明では、請求項１記載の発明において、燃料を噴射圧以上の高圧状態で蓄える蓄圧室が燃料供給ポンプと燃料噴射弁との間に介設されたコモンレール式燃料噴射系を備えているものとする。このものでは、大容積の蓄圧室に燃料を高圧状態で蓄える必要があるので、エンジン始動時の燃料供給ポンプの駆動負荷は特に大きい。従って、請求項１記載の発明の如くクランキング中に燃料供給ポンプの駆動負荷を減らしてエンジンの低温始動性を向上できることが、特に有効な作用効果を奏する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００３２】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るディーゼルエンジンの制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は４つの気筒２，２，２，２を有し、その各気筒２内には軸線方向に往復動可能にピストン（図示せず）嵌装されていて、このピストンにより各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、その各燃焼室４の上面略中央部には、図には誇張して示すが、気筒２の軸線に沿って延びるようにインジェクタ（燃料噴射弁）５が配設されている。これらのインジェクタ５，５，…は、燃料を噴射圧以上の高圧状態で蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されており、各気筒毎に所定の噴射タイミングになると開閉作動されて、それぞれ先端部に設けられている複数の噴孔から高圧の燃料を燃焼室４に直接、噴射供給するようになっている。
【００３３】
前記コモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する燃料圧力センサ６ａが付設されている。また、コモンレール６は高圧燃料通路７を介して燃料供給ポンプ８に接続され、その燃料供給ポンプ８は燃料通路９を介して燃料タンク１０に接続されている。この燃料供給ポンプ８は、入力軸８ａがエンジン１のクランク軸に駆動連結されていて、そのクランク軸からの回転入力を受け入れて作動し、燃料タンク１０内の燃料を燃料通路９を介して、燃料フィルタ１１により濾過しながら吸い上げ、その燃料をジャーク式圧送系によりコモンレール６に圧送するようになっている。
【００３４】
また、前記燃料供給ポンプ８には、図示しないが、その圧送系により送り出される燃料の一部をリターン通路１２に逃がして、ポンプの吐出量を調節する電磁弁が設けられている。この電磁弁の開度は、前記燃料圧力センサ６ａによる検出値に応じて、後述のＥＣＵ４０からの制御信号により変更されるようになっており、これにより、コモンレール圧を所定値にフィードバック制御できる。また、同図において１３は、コモンレール圧が所定値以上になったときに、燃料をコモンレール６から排出させるプレッシャリミッタであり、このプレッシャリミッタから排出された燃料はリターン通路１４を流通して、燃料タンク１０に戻される。さらに、１５は余剰の燃料をインジェクタ５から燃料タンク１０に戻すためのリターン通路である。
【００３５】
このエンジン１には、詳細は図示しないが、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１６と、吸排気系カム軸の回転角度を検出するカム角センサ１７と、冷却水温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１８とが設けられている。前記クランク角センサ１６は、クランク軸の端部に設けた被検出用プレートと、その外周に相対向するように配置した電磁ピックアップとからなり、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って等間隔に形成された突起部の通過に対応して、パルス信号を出力するものである。また、前記カム角センサ１７は、同様にカム軸周面の所定箇所に設けた複数の突起部と、その各突起部が通過するときにパルス信号を出力する電磁ピックアップとからなる。尚、１９はカム軸により駆動されるバキュームポンプである。
【００３６】
また、２０はエンジン１の燃焼室４に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路であり、この吸気通路２０の下流端部はサージタンク２１を介して気筒毎に分岐していて、それぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されている。また、前記サージタンク２１には、後述のターボ過給機３１により過給された吸気の圧力を検出する過給圧センサ２２が設けられている。前記吸気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ２３と、後述のタービン２９により駆動されて吸気を圧縮するブロワ２４と、このブロワ２４により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ２５と、吸気通路２０の断面を絞る吸気絞り弁２６とが設けられている。この吸気絞り弁２６は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、図示しないアクチュエータにより開閉されるようになっている。
【００３７】
さらに、２８は各気筒２の燃焼室４から燃焼ガスを排出する排気通路で、この排気通路２８の上流端部は分岐してそれぞれ排気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２８には排気により回転されるタービン２９が配設され、その下流側に排気浄化用の触媒コンバータ３０が配設されている。この触媒コンバータ３０は、詳細は図示しないが、排ガスの流れる方向に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体を備え、その担体の各貫通孔壁面に複数の触媒層を形成したものであり、前記各貫通孔内を流通する排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ並びにパティキュレートを低減させる機能を有している。
【００３８】
また、前記タービン２９及びブロワ２４からなるターボ過給機３１は、タービン２９を収容するタービン室の入口に該入口の断面積を変化させるフラップが回動可能に設けられているバリアブルノズルターボであり、そのフラップを回動させてノズル断面積を小さくさせることで、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給効率を高めることができるものである。
【００３９】
さらに、前記排気通路２８は、タービン２９よりも排気上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）３３の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路３３の下流端は吸気絞り弁２６よりも吸気下流側の吸気通路２０に接続されており、そのＥＧＲ通路３３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）３４が配置されている。このＥＧＲ弁３４は、バキュームポンプ１９からの負圧により駆動される負圧駆動式のアクチュエータ３５により開閉作動されるように構成され、ＥＧＲ通路３３の通路断面積をリニアに変化させて、吸気通路２０に還流される排気の流量を調節するようになっている。
【００４０】
前記各インジェクタ５、燃料供給ポンプ８、吸気絞り弁２６，ＥＧＲ弁３４等はコントロールユニット（Electronic Contorol Unit：以下ＥＣＵという）４０からの制御信号によって作動するように構成されている。一方、このＥＣＵ４０には、前記燃料圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ１６及びカム角センサ１７からの出力信号と、エンジン水温センサ１８からの出力信号と、エアフローセンサ２３からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３６からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００４１】
そして、インジェクタ５の作動により燃料噴射量及び噴射時期がエンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧供給ポンプ８の作動によりコモンレール圧、即ち燃量噴射圧が制御される。また、吸気絞り弁２６の作動により吸入空気量が制御され、ＥＧＲ弁３４の作動により排気還流量が制御され、さらに、ターボ過給機３１のフラップの回転角度が制御されるようになっている。
【００４２】
本発明の特徴部分は、エンジン１の低温始動時における燃料噴射制御にある。すなわち、外気温度が低い低温状態（例えば零下２０°Ｃ以下）でエンジン１を始動するときには、まず、インジェクタ５により噴射した燃料が燃焼室４で自己着火する着火可能状態であることを着火判別手段４０ａにより判別し、着火可能状態であると判別されたときに初めて、始動噴射制御手段４０ｂにより、エンジン１の始動に必要な始動噴射量の燃料を噴射させるようにしている。また、前記着火判別手段４０ａにより着火可能状態であると判別されるまでは、排気還流制御手段４０ｃによりＥＧＲ弁３４を全閉状態に保持させて、排気の還流量を零にさせるようにしている。尚、前記着火判別手段４０ａ、始動噴射制御手段４０ｂ、及び排気還流制御手段４０ｃの機能は、いずれもＥＣＵ４０によりメモリ上の制御プログラムが実行されることによって実現される。
【００４３】
（エンジン始動時の制御）
以下、前記ＥＣＵ４０によるエンジン１の低温始動時の制御手順について、具体的に図２〜図４に示すフローチャート図に沿って説明する。
【００４４】
まず、図２に示すコモンレール圧の制御では、同図のステップＳＡ１において、燃料圧力センサ６ａからの出力信号、クランク角センサ１６からのクランク角信号、イグニッションスイッチからのスタータ信号等の各種信号を入力し、続いて、ステップＳＡ２において、エンジン始動時であるかどうか判定する。すなわち、前記クランク角信号に基づいて演算されたエンジン回転数Neが予め設定されている始動判定回転数（例えば５００rpm）よりも低く、かつスタータ信号が入力されているときには、エンジン始動時であるＹＥＳと判定してステップＳＡ３に進む一方、そうでないときにはエンジン始動時でないＮＯと判定して、詳細は省略するが、エンジン始動時以外の制御ルーチンへ進む。
【００４５】
ステップＳＡ３では、ＥＣＵ４０のメモリに記録されている始動時の目標コモンレール圧を読み出して、この読み出した値を始動時コモンレール圧としてセットする。続いて、ステップＳＡ４では、燃料供給ポンプ８の電磁弁へ制御信号を出力して、コモンレール６への圧送量を調節し、続くステップＳＡ５において、燃料圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧が、前記ステップＳＡ３でセットした値（セット値）以上になったかどうか判定する。この判定がＹＥＳであればリターンする一方、この判値がＮＯで、コモンレール圧がセット値に達していなければ、前記ステップＳＡ４に戻って、燃料供給ポンプ８からコモンレール６への燃料圧送を継続する。つまり、コモンレール圧がエンジン始動時の目標値になるまで燃料圧送を継続して、コモンレール圧を昇圧させる。
【００４６】
次に、図３に示す燃料噴射制御では、同図のステップＳＢ１において、クランク角信号、エンジン水温センサ１８からの出力信号、エアフローセンサ２３からの出力信号、アクセル開度センサ３６からの出力信号、スタータ信号等の各種信号を入力し、続くステップＳＢ２において、前記図２のステップＳＡ２と同様にエンジン始動時であるかどうか判定する。この判定がＮＯのときにはエンジン始動時以外の制御ルーチンへ進む一方、エンジン始動時であるＹＥＳと判定されたときには、ステップＳＢ３に進んで、低温始動時であるかどうか判定する。
【００４７】
すなわち、ステップＳＢ３では、エンジン水温センサ１８からの出力信号に基づいて、エンジン水温が設定値（例えば−２０°Ｃ）よりも低いかどうか判定し、この判定がＮＯであれば、低温始動時ではないのでステップＳＢ７に進み、各インジェクタ５により各気筒２の圧縮上死点近傍で、エンジン１の始動に必要な始動噴射量の燃料を噴射させる始動時メイン噴射を実行する。一方、エンジン水温が設定値よりも低くＹＥＳと判定すれば、テップＳＢ４へ進む。尚、エンジン１の低温始動時であるかどうかの判定は、エンジン水温だけでなく外気温度等も加味して行うようにしてもよい。
【００４８】
そして、ステップＳＢ４では、各気筒２の圧縮行程で前記始動時メイン噴射よりも早期に微小量の燃料（着火判別用燃料）を噴射させる微小噴射を実行し、続くステップＳＢ５において、前記微小噴射による燃料が自己着火したか否か、即ち着火可能状態であるか否かを判別する。尚、前記微小噴射の時期は、噴射した燃料が過度に広がることなくかつ十分に気化霧化できるように、エンジン水温が低いほど進角側に補正するようにしてもよい。
【００４９】
前記の自己着火の有無は、例えば図４に示すフローのステップＳＣ１において、クランキング中のエンジン回転数Neが予め設定されている基準回転数Ne*を越えたかどうかにより判別し、Ne＞Ne*でＹＥＳであれば燃料は自己着火したと判定してステップＳＣ２に進み、着火判別フラグＦをＦ＝１として、図３のフローのステップＳＢ６にリターンする。一方、Ne≦Ne*でＮＯであれば、燃料は自己着火していないと判定してステップＳＣ３に進み、着火判別フラグＦをＦ＝０として、図３のフローのステップＳＢ６にリターンする。
【００５０】
すなわち、クランキング中に燃料が自己着火すれば、その燃焼によりエンジン回転数Neが一段、高くなることから、図５に例示するように、スタータモータにより強制回転されるクランキング中のエンジン回転数Neが、通常のクランキング回転数（例えば、約１２０rpm）よりも高い基準回転数Ne*を越えたときに、燃料が自己着火したことを検出するようにしている。
【００５１】
尚、前記基準回転数Ne*はエンジン水温に応じて変更するようにしており、そうすることで、検出の精度を高めることができる。すなわち、一般に、クランキング中のエンジン回転数Neはエンジン１の温度状態が低いほど低回転になるので、例えばエンジン水温が低いほど、前記基準回転数Ne*が低回転になるように実験的に設定したテーブルを作成し、このテーブルをＥＣＵ４０のメモリに電子的に記録しておけばよい。
【００５２】
そして、前記自己着火判別の後、図３のステップＳＢ６では、前記着火判別フラグＦの値がＦ＝１か否か判別し、Ｆ＝１でないＮＯであれば前記ステップＳＢ４に戻る一方、Ｆ＝１でＹＥＳであれば、ステップＳＢ７に進んで、各気筒２毎に始動時メイン噴射を実行する。つまり、エンジン１の各気筒２毎に、圧縮行程で噴射した微小量の燃料が実際に自己着火したときにその気筒２が着火可能状態になったと判別して、そうなったときに初めて、燃料をエンジン１の始動に必要な量だけ噴射させるようにしている。
【００５３】
前記図４のフローに示すＳＣ１〜ＳＣ３の制御手順は、圧縮行程で噴射した微小量の燃料が実際に自己着火するか否かによって、着火可能状態であるか否かを判別する着火判別手段４０ａに対応している。また、前記図３のフローに示すＳＢ４〜ＳＢ７の制御手順は、エンジン始動時のクランキング中に前記着火判別手段４０ａにより着火可能状態と判別されるまで、その判別のために微少噴射を行う一方、前記着火判別手段４０ａにより着火可能状態であると判別されたときには、始動時メイン噴射を行う始動噴射制御手段４０ｂに対応している。
【００５４】
そして、この実施形態では、前記の着火判別のための微小噴射量は、エンジン１が実用運転領域にあるときの最小の燃料噴射量と同じにしている。これは、エンジン１がアイドル状態を除く低負荷低回転運転領域にあるとき、例えばエンジン回転数Ne＝１５００rpmであって燃料カットを行わない場合の最小の燃料噴射量と同じであり、エンジンの仕様によっても異なるが、具体例を挙げれば、１〜３mm^３である。このくらいの燃料を噴射すれば、その燃料は着火可能状態であるときには必ず自己着火して燃焼し、かつその燃焼によって必ずエンジン回転数Neが基準回転数Ne*よりも高くなるので、着火可能状態であることを確実に判別できる。尚、着火判別のための燃料噴射量は必ずしも前記のような微小量としなくてもよいが、始動時メイン噴射のときの１/１０以下とすることが好ましい。
【００５５】
したがって、この実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置Ａによれば、エンジン１の低温始動時にクランキングが開始されたとき、まず、図６（ａ）に示すように、始動噴射制御手段４０ｂにより、各気筒２毎に圧縮行程で（図例では、圧縮上死点前２０°ＣＡ）インジェクタ５から微小量の燃料が噴射されて、この燃料によりピストンと気筒内壁との間のシール性が高められる。そして、クランキングによってエンジン１の温度状態が徐々に高くなり、エンジンオイルの粘性低下によりクランキング抵抗が減少するのに従って、エンジン回転数Neが上昇し（図５参照）、気筒２の圧縮温度が燃料の自己着火温度に到達するようになる。
【００５６】
そうなると、前記の微小量の燃料が実際に自己着火して燃焼するので、その燃焼によりエンジン回転数が一段、高くなって基準回転数Ne*を越え、そのことによって、着火判別手段４０ａにより着火可能状態であることが判別される。そして、この着火可能状態との判別がなされた気筒２について、始動噴射制御手段４０ｂにより、図６（ｂ）に示すように圧縮上死点近傍で始動時メイン噴射が行われ、そのメイン噴射により噴射された燃料が自己着火して燃焼することにより、エンジン回転数Neが速やかに上昇して、エンジン始動が速やかに完了する。
【００５７】
このような低温始動時の始動噴射制御によれば、エンジン１の各気筒２において、着火可能状態になるまで、インジェクタ５からの燃料噴射量を微小量としているので、コモンレール６を介して各インジェクタ５へ燃料を圧送する燃料供給ポンプ８の駆動負荷を極めて小さくすることができる。このことで、低温状態でのクランキングであってもエンジン回転数Neを速やかに上昇させて、各気筒２の圧縮温度を燃料の自己着火温度に到達させることができ、よって、エンジン１の低温始動性を向上させることができる。また、未燃状態で大気中に排出される燃料も減らすことができる。
【００５８】
特に、この実施形態では、着火可能状態であるか否かを、実際に噴射した燃料の自己着火の有無に基づいて判別するようにしているので、着火可能状態の判別を確実に行える。しかも、その着火判別のための燃料噴射量は、着火判別のために必要な範囲でできるだけ少ない微小量としているので、燃料供給ポンプ８の駆動負荷と未燃燃料の排出とを最小限に抑えることができる。
【００５９】
また、この実施形態では、着火可能状態になるまで、排気還流制御手段４０ｃによりＥＧＲ弁２４を全閉状態に保持させて、吸気通路２０へ排気を還流させないようにしている。すなわち、一般に、エンジン１の低温始動時に燃焼室４に吸い込まれた吸気は、圧縮行程で高温状態になって気筒壁面に熱を奪われるので、燃焼が開始されるまでは排気温度が吸気温度よりも低くなる。そこで、クランキング開始から着火可能状態と判別されるまでは、ＥＧＲ弁２４を全閉状態として排気を還流させないようにしており、このことで、冷たい排気による吸気温度の低下を防止して、エンジン１の低温始動性をさらに向上させることができる。
【００６０】
尚、この実施形態では、上述の如く着火可能状態であると判別されたときに、直ちに微小噴射を終了して始動時メイン噴射を実行するようにしているが、これに限らず、着火可能状態と判別されたとき、図６（ｃ）に示すように、前記微小噴射及びメイン噴射の両方を少なくとも１回、行うようにしてもよい。そのようにすれば、微小噴射により早期に噴射された燃料が十分に気化霧化して、火種ができやすくなるので、着火可能状態になった直後であっても、万一の失火を回避できる。
（他の実施形態）
尚、本発明は前記実施形態１に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態１において、着火判別手段４０ａはエンジン１の各気筒毎に着火可能状態であるか否かを判別するものとし、かつその各気筒毎の着火判別結果に基づいて、始動噴射制御手段４０ｂにより各気筒毎に燃料噴射制御を行うようにしているが、これに限るものではない。
【００６１】
すなわち、着火判別手段４０ａによりエンジン１のいずれか１つの気筒について着火可能状態であると判別されたとき、始動噴射制御手段４０ｂにより、その次に燃料噴射を行う気筒から順に始動時メイン噴射を開始させるようにしてもよい。例えば図７に示すように、エンジン１の４つの気筒のうち、最初に第１気筒が着火可能状態と判別されたときには、その次の第３気筒から、第４気筒、第２気筒、第１気筒、…と順に始動時メイン噴射を行って、エンジン１の始動を完了させるようにすればよく、そのようにすれば、エンジン始動を最短時間で完了できる。
【００６２】
その際、同図に示すように、着火判別された第１気筒以外の３つの気筒では、微小噴射及び始動時メイン噴射の両方を行うようにしてもよい。そのようにすれば、仮に前記３つの気筒のいずれかが燃料の自己着火し難い状態だったとしても、メイン噴射よりも早期に微小噴射された燃料が十分に気化霧化して、火種ができやすくなることで、失火を回避することができる。
【００６３】
前記各実施形態では、本発明をコモンレール式燃料噴射系が装備されているディーゼルエンジン１に適用しているが、これに限らず、コモンレール式燃料噴射系の代わりに各気筒毎にユニットインジェクタが設けられているディーゼルエンジンにも適用できることはもちろん、それ以外にも電子制御化された燃料噴射ポンプを備えている種々のディーゼルエンジンに適用可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１記載の発明におけるディーゼルエンジンの制御装置によると、エンジン低温始動時に着火判別手段により着火可能状態であることを判別して、着火可能状態でなったときに初めてエンジンの始動に必要な始動噴射量の燃料を噴射させるようにしたので、前記着火可能状態になるまでは燃料噴射量を始動噴射量よりも少なくして、燃料供給ポンプの駆動負荷を減らすことで、エンジンの低温始動性を向上させることができる。また、エンジンの低温始動時における未燃燃料の排出も抑制できる。
【００６５】
しかも、着火判別用燃料の噴射により燃焼室のシール性を高めることができ、また、その燃料が実際に自己着火したことで着火可能状態を確実に判別できる。
【００６６】
さらに、クランキング中のエンジンの回転数が予め設定した基準回転数を超えたことで、着火判別用燃料の自己着火を検出でき、そのための基準回転数をエンジンの温度状態に応じて変更することで、検出の精度を高めることができる。
【００６７】
請求項２記載の発明によると、着火判別用燃料の噴射量を燃料噴射弁の実質的な最小開弁時間に対応するものとすることで、燃料供給ポンプの駆動負荷や未燃状態の燃料排出を最小に抑えることができる。
【００６８】
請求項４記載の発明によると、着火判別用燃料の噴射量をエンジンが実用運転領域にあるときの最小の燃料噴射量と同じにすることで、着火判別の信頼性を安定確保しながら、燃料供給ポンプの駆動負荷や未燃燃料の排出を減らすことができる。
【００６９】
請求項６記載の発明によると、クランキング開始直後の設定期間、噴射禁止手段により燃料の噴射を禁止することで、クランキング抵抗が特に大きいときに燃料供給ポンプの駆動負荷を最小として、エンジンの低温始動性をさらに向上できる。
【００７０】
請求項７記載の発明によると、着火可能状態になったと判別されたとき、直ちに着火判別用燃料の噴射を終了させて始動噴射量の燃量を噴射させることで、エンジンの始動を速やかに完了できる。
【００７１】
請求項８記載の発明によると、着火可能状態になったと判別されたとき、着火判別用燃料の噴射及びエンジン始動のための燃料噴射の両方を少なくとも１回、行うことで、万一の失火を回避できる。
【００７２】
請求項９記載の発明によると、着火判別及び燃料噴射制御を各気筒毎に行うことで、請求項１記載の発明による効果を十分に得ることができる。
【００７３】
請求項１０記載の発明によると、エンジンの複数の気筒のうちのいずれか１つが着火可能状態であると判別されたとき、該気筒の次に燃料噴射を行う気筒からエンジン始動のための燃料噴射を開始させることで、エンジンの始動を最短時間で完了できる。
【００７４】
請求項１１記載の発明によると、着火判別用燃料の噴射及びエンジン始動のための燃料噴射の両方を行うことにより失火を回避できることが、特に有効になる。
【００７５】
請求項１２記載の発明によると、着火可能状態であると判別されるまで排気を還流させないようにして、エンジン低温始動時に冷たい排気による吸気温度の低下を防ぎ、エンジンの低温始動性をさらに向上できる。
【００７６】
請求項１３記載の発明では、燃料供給ポンプの駆動負荷が特に大きいコモンレール式燃料噴射系を装備したエンジンにおいて、クランキング中に燃料供給ポンプの駆動負荷を減らすことが、低温始動性を向上させる上で特に有効になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係るディーゼルエンジンの制御装置の全体構成図である。
【図２】 エンジン始動時のコモンレール圧制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図３】 始動時燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図４】 自己着火判別の処理手順を示すフローチャート図である。
【図５】 クランキング中のエンジン回転数の変化を示すタイムチャート図である。
【図６】 微小噴射及び始動時メイン噴射の噴射時期を例示する説明図である。
【図７】 エンジンのいずれか１つの気筒について着火可能判別がなされたとき、次に燃料噴射する別の気筒から順に始動時メイン噴射を開始させるようにした他の実施形態における各気筒の燃料噴射形態を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ ディーゼルエンジンの制御装置
１ ディーゼルエンジン
２ 気筒
４ 燃焼室
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
６ コモンレール（蓄圧室）
８ 燃料供給ポンプ
３３ ＥＧＲ通路（排気還流手段）
４０ コントロールユニット
４０ａ 着火判別手段
４０ｂ 始動噴射制御手段
４０ｃ 排気還流制御手段
４０ｄ 着火不能期間推定手段

Claims (13)

1. エンジンの気筒内燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   エンジンにより機械的に駆動されて、前記燃料噴射弁に対し高圧の燃料を供給する燃料供給ポンプと、
   エンジン始動時のクランキング中に、前記燃料噴射弁により燃料を噴射させる始動噴射制御手段とを備えたディーゼルエンジンの制御装置において、
   前記燃料噴射弁により噴射された燃料が自己着火する着火可能状態であることを判別する着火判別手段が設けられ、
   前記始動噴射制御手段は、前記着火判別手段により着火可能状態であると判別されるまでは、その判別のために始動噴射量よりも少量の着火判別用燃料を気筒の圧縮行程で噴射させ、着火可能状態であると判別されたとき、エンジンの始動に必要な始動噴射量の燃料を噴射させるように構成され、
   前記着火判別手段は、クランキング中にエンジン回転数が予め設定した基準回転数を超えたとき、前記着火判別用燃料が自己着火したことを検出して着火可能状態であると判別するように構成され、
   前記基準回転数は、エンジンの温度状態が低いほど低回転になるように設定されている
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
2. 請求項１において、
   着火判別用燃料の噴射量は、燃料噴射弁の実質的な最小開弁時間に対応するものである ことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
3. 請求項１において、
   着火判別用燃料の噴射量は、始動噴射量の１ / １０以下であることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
4. 請求項１において、
   着火判別用燃料の噴射量は、エンジンが実用運転領域にあるときの最小の燃料噴射量と同じであることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
5. 請求項４において、
   実用運転領域における最小の燃料噴射量とは、アイドル状態を除く低負荷低回転運転領域における最小の燃料噴射量であることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
6. 請求項１において、
   クランキングの開始から設定期間が経過するまでの間、燃料噴射弁による燃料の噴射を禁止する噴射禁止手段が設けられ、
   始動噴射制御手段は、前記設定期間の経過後に着火判別用燃料の噴射を開始するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
7. 請求項１において、
   始動噴射制御手段は、着火判別手段により着火可能状態であると判別されたとき、直ちに着火判別用燃料の噴射を終了させるように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
8. 請求項１において、
   着火判別用燃料の噴射の時期は、エンジン始動のための燃料噴射よりも早期に設定され、
   始動噴射制御手段は、着火判別手段により着火可能状態であると判別されたとき、前記着火判別用燃料の噴射とエンジン始動のための燃料噴射との両方を少なくとも１回、行うように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
9. 請求項１において、
   エンジンは複数の気筒を有し、
   着火判別手段は、前記各気筒毎に着火可能状態であることを判別するように構成され、
   始動噴射制御手段は、前記着火判別手段による判別結果に応じて各気筒毎に燃料噴射弁 の制御を行うように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
10. 請求項１において、
    エンジンは複数の気筒を有し、
    着火判別手段は、前記各気筒毎に着火可能状態であることを判別するように構成され、
    始動噴射制御手段は、前記着火判別手段によりいずれか１つの気筒が着火可能状態であると判別されたとき、該気筒の次に燃料噴射を行う気筒からエンジン始動のための燃料噴射を開始させるように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
11. 請求項１０において、
    着火判別のための燃料噴射時期は、エンジン始動のための燃料噴射よりも早期に設定され、
    始動噴射制御手段は、着火判別手段により着火可能状態であると判別されたとき、前記着火判別用燃料の噴射とエンジン始動のための燃料噴射との両方を少なくとも１回、行うように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
12. 請求項１において、
    エンジンの吸気系に排気の一部を還流させる排気還流手段と、
    着火判別手段により着火可能状態であると判別されるまで、排気の還流量が零になるように前記排気還流手段を制御する排気還流制御手段とが設けられていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
13. 請求項１において、
    燃料を噴射圧以上の高圧状態で蓄える蓄圧室が燃料供給ポンプと燃料噴射弁との間に介設されたコモンレール式燃料噴射系を備えていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。

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