JP2005098145A

JP2005098145A - ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JP2005098145A
Application number: JP2003330286A
Authority: JP
Inventors: Koji Sakumoto; 弘司作本; Kazuyoshi Narita; 和義成田; Shigenobu Nagata; 重信永田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: US6923159B2; EP1517031A3; EP1517031A2; US20050061298A1; CN1601077A; CN100430587C; EP1517031B1; JP4046056B2

Abstract

【課題】燃欠後のエンジン再始動時などに必要とされるプライミング作業を自動的に行えるようにしたディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】エンジンＥにより駆動され、燃料タンク２内の燃料をコモンレール３に供給する高圧ポンプ５と、燃料タンク２から高圧ポンプ５へと延びる燃料通路１５に設けられた電動プライミングポンプ１３と、電動プライミングポンプ１３を制御する制御装置１０とを備え、制御装置１０は、エンジンの始動に際して、エンジン回転速度Ｎｅが第一設定回転速度Ｎ１よりも高く、かつ、コモンレール圧Ｃｐが第一設定圧力Ｃ１よりも低い状態が、第一設定期間Ｔ１以上続いたときに、電動プライミングポンプ１３を駆動するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに係り、特に燃欠後のエンジン再始動時などに必要とされるプライミング作業を自動的に行えるようにしたディーゼルエンジンに関するものである。

ディーゼルエンジンでは、燃料切れ（燃欠）やフューエルフィルタの交換などにより燃料通路にエアが混入した場合、エンジンを再始動するためには、プライミング作業を行って混入エアを燃料通路から除去する必要がある。

通常のディーゼルエンジンでは、燃料タンクと、燃料タンク内の燃料をインジェクタへ供給する高圧ポンプ（インジェクションポンプ）との間に、手動のプライミングポンプを設け、ドライバ等の作業者がプライミングポンプを手動操作することにより、プライミング作業を行えるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような従来のディーゼルエンジンでは、作業者が手作業によりプライミングポンプを操作する必要があるため、作業者に対する負担が大きかった。例えば、プライミングポンプの種類によっては、混入エアを燃料通路から完全に除去するために、プライミングポンプを数百回程度上下動させる必要が生じることもある。また、混入エアが燃料通路から完全に除去されたことを作業者の感覚により判断する必要があるため、これも作業者の負担を増大させていた。

そこで、燃料タンクと高圧ポンプとの間に電動ポンプを設け、この電動ポンプにより燃料タンク内の燃料を高圧ポンプへと自動的に送り込んで、混入エアを除去できるようにしたディーゼルエンジンが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２５２５９９号公報特公平７−１０３８３６号公報

しかしながら、このディーゼルエンジンでは、プライミング作業の必要性の判断（燃料通路内にエアが混入していることの判断）や、電動ポンプの停止タイミングの判断（燃料通路から混入エアが除去されたことの判断）を自動的に行うことができず、プライミング作業を完全に自動化するには至っていなかった。

具体的に説明すると、特許文献２のディーゼルエンジンは、上記判断を自動的に行うことができないため、電動プライミングポンプを定期的に駆動するようにしている。この結果、プライミング作業を必要としない場合にも電動プライミングポンプを駆動してしまうことになり、効率が悪かった。また、特許文献２のディーゼルエンジンは、作業者がスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることにより、電動プライミングポンプの駆動／停止を切り換えられるようにしている。つまり、この場合、上記判断を作業者にゆだねるものであり、依然として作業者の負担が存在していた。

このように、電動プライミングポンプを設置してもプライミング作業を完全に自動化できていないのが現状であった。しかしながら、近年急速に採用が進められているコモンレール式燃料噴射装置を搭載したディーゼルエンジンでは、制御系全般の電子制御化（自動化）が進められているため、プライミング作業についても自動化することが強く望まれていた。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、燃欠後のエンジン再始動時などに必要とされるプライミング作業を自動的に行えるようにしたディーゼルエンジンを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンにより駆動され、燃料タンク内の燃料をコモンレールに供給する高圧ポンプと、上記燃料タンクから上記高圧ポンプへと延びる燃料通路に設けられた電動プライミングポンプと、該電動プライミングポンプを制御する制御装置と、上記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、上記コモンレール内の圧力を検出するコモンレール圧検出手段とを備え、上記制御装置は、エンジンの始動に際して、上記エンジン回転速度検出手段により検出されたエンジン回転速度が第一設定回転速度よりも高く、かつ、上記コモンレール圧検出手段により検出されたコモンレール圧が第一設定圧力よりも低い状態が、第一設定期間以上続いたときに、上記電動プライミングポンプを駆動するようにしたものである。

ここで、上記制御装置は、上記電動プライミングポンプを駆動した後、上記エンジン回転速度検出手段により検出されたエンジン回転速度が第二設定回転速度以上となるか、上記コモンレール圧検出手段により検出されたコモンレール圧が第二設定圧力以上となるか、あるいは上記電動プライミングポンプが第二設定期間以上駆動されたときに、上記電動プライミングポンプを停止するようにしても良い。

本発明によれば、プライミング作業を自動的に行えるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本実施形態のディーゼルエンジンの概略図である。

本実施形態のディーゼルエンジンはコモンレール式燃料噴射装置を搭載したものであり、燃料タンク２と、燃料タンク２内の燃料をコモンレール３に供給する高圧ポンプ５（インジェクションポンプ）とを備える。高圧ポンプ５はエンジン本体Ｅのクランク軸Ｃにギア等を介して接続されており、クランク軸Ｃの回転により駆動される。

エンジン本体Ｅの各気筒にはインジェクタ６が設けられており、各インジェクタ６はコモンレール３にそれぞれ接続される。

燃料タンク２内の燃料は高圧ポンプ５によって吸引されてコモンレール３へと送られ、蓄圧される。各インジェクタ６には、コモンレール３内の高圧燃料が供給される。

高圧ポンプ５には余剰分の燃料を燃料タンク２へと戻すオーバフロー通路７が接続され、コモンレール３にはリリーフ弁８から排出された余剰分の燃料を燃料タンク２へと戻すオーバフロー通路９が接続されている。

このディーゼルエンジンを電子制御する制御装置１０（以下ＥＣＵという）が設けられる。ＥＣＵ１０には各種検出手段が接続されており、ＥＣＵ１０はこれら検出手段の検出値に基づいて各制御対象を制御する。

具体的には、ＥＣＵ１０には、エンジン本体Ｅのクランク軸Ｃの回転速度を検出するエンジン回転速度センサー（エンジン回転速度検出手段）１１、及びコモンレール３内の圧力を検出するコモンレール圧センサー（コモンレール圧検出手段）１２等が接続される。ＥＣＵ１０は、これらセンサー１１，１２などの検出値に応じて高圧ポンプ５に対する流入燃料量を調節することにより吐出量を変化させ、コモンレール圧を制御する。また、ＥＣＵ１０は、センサー１１，１２などの検出値に応じてインジェクタ６を開閉制御し、燃料噴射量や燃料噴射時期などを制御する。

更に、本実施形態のディーゼルエンジンは、燃欠後のエンジン再始動時などに必要とされるプライミング作業を自動的に行うための電動プライミングポンプ１３を備えている。電動プライミングポンプ１３は、燃料タンク２から高圧ポンプ５へと延びる燃料吸込通路１５の途中に設けられる。電動プライミングポンプ１３はＥＣＵ１０により制御される。

電動プライミングポンプ１３は通常時は停止（非駆動）され、後述するエンジン始動時の制御により、プライミング作業の必要ありと判断されたときに駆動される。電動プライミングポンプ１３が駆動されると、燃料タンク２内の燃料が高圧ポンプ５へと送り込まれ、燃料吸込通路１５内の混入エアがオーバフロー通路７，９等を介して燃料タンク２へと強制的に排出される。従って、燃料通路からエアが除去される。

図２のフローチャートを用いて、本実施形態のディーゼルエンジンによるエンジン始動時の制御について説明する。この制御はＥＣＵ１０により実行される。

まず、一般的なディーゼルエンジンでは、スターターがＯＮされると、始動モードと称される制御モードが実行され、その後、通常モード（走行モード）に移行する。始動モードとは、スターターがＯＮされた後、エンジンの燃焼が完全に行われて、スターターモータの助け無しにエンジンが回転できるようになるまでの間実行されるものである。具体的には、始動モードでは、通常モードよりも多くの燃料が噴射され、エンジン回転速度が所定値（例えば９００ｒｐｍ）に達すると通常モードに移行する。

本実施形態のディーゼルエンジンは、スターターがＯＮされたときに、始動モードに先立って、図２に示すプライミング作業判定モードを実行する。

まず、スターターがＯＮされることによりこの制御がスタートし、ステップＳ１において、エンジン回転速度センサー１１により検出された現在のエンジン回転速度Ｎｅと、コモンレール圧センサー１２により検出された現在のコモンレール圧Ｃｐとを読み込む。

次に、ステップＳ２に進み、電動プライミングポンプ１３が停止している（ＯＦＦ）か否かを判定する。スターターがＯＮされて始めてこの制御が実行されたときは、通常、電動プライミングポンプ１３はＯＦＦである。

電動プライミングポンプ１３がＯＦＦである場合、ステップＳ３に進み、ステップＳ１で読み取ったエンジン回転速度Ｎｅが、予めＥＣＵ１０に入力された第一設定回転速度Ｎ１よりも高いか否かを判定する。第一設定回転速度Ｎ１は、エンジン本体Ｅのクランク軸Ｃがスターターモータにより正常に回転されているかを判断するための値である。言い換えれば、エンジンＥのクランク軸Ｃにより高圧ポンプ５が正常に駆動されているかを判断するための値であり、ここでは、６０ｒｐｍに設定される。エンジン回転速度Ｎｅが第一設定回転速度Ｎ１以下である場合、ステップＳ１に戻り上記制御を繰り返し行う。

ステップＳ３においてエンジン回転速度Ｎｅが第一設定回転速度Ｎ１よりも高い（Ｎｅ＞Ｎ１）と判定された場合、ステップＳ４に進み、ステップＳ１で読み取ったコモンレール圧Ｃｐが、予めＥＣＵ１０に入力された第一設定圧力Ｃ１よりも低いか否かを判定する。第一設定圧力Ｃ１は、通常モード時の最低コモンレール圧（例えば、アイドル時のコモンレール圧）よりも低い値に設定される。ここでは、第一設定圧力Ｃ１は６ＭＰａである。

ステップＳ４において、コモンレール圧Ｃｐが第一設定圧力Ｃ１よりも低い（Ｃｐ＜Ｃ１）と判定された場合、ステップＳ５に進み、ＥＣＵ１０に内蔵されている第一タイマーがＯＮされているか否かを判定する。スターターがＯＮされて始めてこの制御が実行されたときは、通常、第一タイマーはＯＦＦである。

第一タイマーがＯＦＦである場合、ステップＳ６に進み、第一タイマーをＯＮして時間計測を開始する。

次に、ステップＳ７に進み、第一タイマーの計測値Ｔａが予めＥＣＵ１０に入力された第一設定期間Ｔ１以上であるか否かを判定する。第一タイマーの計測値Ｔａが第一設定期間Ｔ１よりも小さい間は、ステップＳ１に戻り、上述した制御を繰り返し実行する。

第一タイマーの計測値Ｔａが第一設定期間Ｔ１以上であると判定された場合、ステップＳ８に進み、電動プライミングポンプ１３をＯＮ（駆動）する。つまり、プライミング作業を開始する。

ここで、第一設定期間Ｔ１は、燃料通路内にエアが混入していない通常の状態であれば、コモンレール圧が上述した第一設定圧力Ｃ１に充分達することができるような期間に設定される。ここでは、第一設定期間Ｔ１は４ｓである。

燃欠後の再始動時など燃料通路内にエアが混入している場合、燃料通路から燃料が抜けているため、高圧ポンプ５を駆動してもコモンレール圧は上昇しない。そこで、本実施形態のディーゼルエンジンは、この現象を利用してプライミング作業の必要性を自動的に判断するようにしたものである。つまり、高圧ポンプ５が正常に駆動されているにも関わらず、本来であればコモンレール圧が所定の値Ｃ１に達していると見なせる期間Ｔ１を経過しても、コモンレール圧が依然として所定の値Ｃ１よりも低いときに、プライミング作業の必要ありと判断し、電動プライミングポンプ１３を駆動する。言い換えれば、エンジンＥの始動に際して、エンジン回転速度センサー１１により検出されたエンジン回転速度Ｎｅが第一設定回転速度Ｎ１よりも高く（ステップＳ３で判定）、かつ、コモンレール圧センサー１２により検出されたコモンレール圧Ｃｐが第一設定圧力Ｃ１よりも低い（ステップＳ４で判定）状態が、第一設定期間Ｔ１以上続いたとき（ステップＳ７で判定）に電動プライミングポンプ１３を駆動する。逆に、所定期間Ｔ１を経過する前に、コモンレール圧が所定の値Ｃ１に達した場合（ステップＳ４でＮｏと判定された場合）、プライミング作業は必要なしと判断し、ステップＳ１１に進んで上述した始動モードへ移行する。

さて、ステップＳ８では、電動プライミングポンプ１３をＯＮすると同時に、第一タイマーをリセット、第二タイマーをＯＮする。本実施形態では、第一タイマーと第二タイマーとは実質的に同一のものである。従って、ステップＳ８では、タイマーをリセットした後直ちに時間計測を再開する。第二タイマーは電動プライミングポンプ１３の駆動期間を測定するためのものである。

ステップＳ８まで進んだならば、再度ステップＳ１に戻るのであるが、この場合、既に電動プライミングポンプ１３がＯＮであるため、ステップＳ２でＮｏと判定され、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、ステップＳ１で読み取ったエンジン回転速度Ｎｅが、予めＥＣＵ１０に入力された第二設定回転速度Ｎ２以上であるか否か、ステップＳ１で読み取ったコモンレール圧Ｃｐが、予めＥＣＵ１０に入力された第二設定圧力Ｃ２以上であるか否か、第二タイマーの計測値Ｔｂが予めＥＣＵ１０に入力された第二設定期間Ｔ２以上であるか否か、を判定する。

このステップＳ９の各条件は、プライミング作業の終了の可否（燃料通路から混入エアが除去されたかどうか）を判断するための条件である。

まず、第二設定回転速度Ｎ２については、エンジンが完全に燃焼したと見なせる値に設定される。エンジンが完全に燃焼したということは、コモンレール３及びインジェクタ６に充分な量の燃料が供給されていることを意味しており、混入エアが燃料通路から除去されたと判断できるからである。本実施形態では、第二設定回転速度Ｎ２は９００ｒｐｍであり、上述した始動モードから通常モードへと移行するときの回転速度と同じに設定される。なお、第二設定回転速度Ｎ２と、始動モードから通常モードへと移行するときの回転速度とを異なる値に設定しても良いことは勿論である。通常、第二設定回転速度Ｎ２は上記第一設定回転速度Ｎ１よりも大きな値に設定される。

次に、第二設定圧力Ｃ２については、燃料通路から混入エアが除去されたと見なせる値に設定される。プライミング作業により燃料通路内の混入エアが除去されると、燃料がコモンレール３に供給され、コモンレール圧が上昇する。このコモンレール圧の上昇を検出したときに、プライミング作業の必要がなくなったと判断するのである。ここでは、第二設定圧力Ｃ２は６ＭＰａであり、上記第一設定圧力Ｃ１と同じに設定される。なお、第一設定圧力Ｃ１と第二設定圧力Ｃ２とを異なる値に設定しても良いことは勿論である。通常、第二設定圧力Ｃ２は第一設定圧力Ｃ１以上の値に設定される。

次に、第二設定期間Ｔ２については、電動プライミングポンプ１３によるプライミング作業により燃料通路内の混入エアが充分に除去されたと見なせる値に設定される。つまり、第二設定期間Ｔ２は、燃料通路の容量や、電動プライミングポンプ１３の性能などを考慮して、電動プライミングポンプ１３をこの期間Ｔ２だけ駆動すれば混入エアをほぼ完全に除去できると見なせる値に設定される。ここでは、第二設定期間Ｔ２は３００ｓである。

さて、ステップＳ９において、三つの条件（Ｎｅ≧Ｎ２，Ｃｐ≧Ｃ２、Ｔｂ≧Ｔ２）全てを満たさない場合、ステップＳ１に戻る。つまり、三つの条件が全て否定されている間は、電動プライミングポンプ１３を継続して駆動する。

一方、ステップＳ９において、三つの条件のうち、いずれか一つでも満たした場合、ステップＳ１０に進み、電動プライミングポンプ１３を停止（ＯＦＦ）し、第二タイマーをリセットする。つまり、プライミング作業を終了する。そして、ステップＳ１１へと進み、始動モードへと移行する。

このように、本実施形態のディーゼルエンジンによれば、プライミング作業の必要性の判断や、電動ポンプの停止タイミングの判断をＥＣＵ１０が自動的に行うため、プライミング作業を完全に自動化できる。つまり、作業者にはいっさい負担をかけずに、プライミング作業を行うことができる。

本発明は上述した実施形態に限定はされず、様々な変形例が考えられるものである。

例えば、上述した各設定値Ｎ１，Ｎ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｔ１，Ｔ２の値は一例として示したものであり、本発明を限定するものではない。

また、ステップＳ９の三つの条件（Ｎｅ≧Ｎ２，Ｃｐ≧Ｃ２，Ｔｂ≧Ｔ２）のうち、いずれか一つでも満たした場合、ステップＳ１０，Ｓ１１へと進んで始動モードへ移行すると説明したが、上記実施形態のように、ステップＳ９の第二設定回転速度Ｎ２と、始動モードから通常モードへと移行する回転速度とが同じである場合、ステップＳ９でエンジン回転速度の判定条件（Ｎｅ≧Ｎ２）が成立したときに、ステップＳ１０に進んだ後、通常モードへと移行するようにしても良い。

また、ステップＳ９において、上述した三つの判定条件を全てを設ける必要は必ずしもなく、いずれか一つ、又はいずれか二つを選択して設定しても良い。

本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの概略図である。図１のディーゼルエンジンのＥＣＵが実行するエンジン始動時の制御フロー図である。

符号の説明

２燃料タンク
３コモンレール
５高圧ポンプ
６インジェクタ
１０制御装置（ＥＣＵ）
１１エンジン回転速度検出手段（エンジン回転速度センサー）
１２コモンレール圧検出手段（コモンレール圧センサー）
１３電動プライミングポンプ
１５燃料吸込通路
Ｃクランク軸
Ｅエンジン本体

Claims

エンジンにより駆動され、燃料タンク内の燃料をコモンレールに供給する高圧ポンプと、上記燃料タンクから上記高圧ポンプへと延びる燃料通路に設けられた電動プライミングポンプと、該電動プライミングポンプを制御する制御装置と、上記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、上記コモンレール内の圧力を検出するコモンレール圧検出手段とを備え、
上記制御装置は、エンジンの始動に際して、上記エンジン回転速度検出手段により検出されたエンジン回転速度が第一設定回転速度よりも高く、かつ、上記コモンレール圧検出手段により検出されたコモンレール圧が第一設定圧力よりも低い状態が、第一設定期間以上続いたときに、上記電動プライミングポンプを駆動することを特徴とするディーゼルエンジン。
上記制御装置は、上記電動プライミングポンプを駆動した後、上記エンジン回転速度検出手段により検出されたエンジン回転速度が第二設定回転速度以上となるか、上記コモンレール圧検出手段により検出されたコモンレール圧が第二設定圧力以上となるか、あるいは上記電動プライミングポンプが第二設定期間以上駆動されたときに、上記電動プライミングポンプを停止する請求項１記載のディーゼルエンジン。