JP2008115869A - エンジン冷間始動補助手段の故障中におけるディーゼルパティキュレートフィルタによるｈｃ捕集の減少 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルパティキュレートフィルタの表面における炭化水素の捕集が無効状態のグロープラグに起因して増大しないようにする。
【解決手段】エンジン（１０）及び冷間始動の際及びその後の稼働中に冷間始動補助手段、例えばグロープラグ制御装置（２４）及びグロープラグ（２２）を用いてエンジンを作動させる方法が提供される。グロープラグ制御装置（２４）は、有効状態にあるグロープラグと無効状態にあるグロープラグを識別するために全てのグロープラグをモニタする。一グロープラグが無効であることが判明すると、エンジン制御システム（１４）は、それぞれのグロープラグが有効であったとした場合に導入される燃料の量と比較してそれぞれの燃焼室（１２）内に導入される燃料の量を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室が低温状態にあるときにエンジンの始動を補助する冷間始動（コールドスタート）補助手段、例えばグロープラグを備えた圧縮着火エンジンに関する。本発明は、特に、無効状態のグロープラグが検出されたときに排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量を減少させ、それにより始動直後の排気ガス処理後システム中のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）内のＨＣ膜の堆積を減少させるシステム及び方法に関する。

或る種の自動車に搭載されたディーゼルエンジンは、特に寒い天候の際にエンジン始動を行おうとするとき、始動の補助手段を用いる場合が多い。始動補助手段は、圧縮着火による噴射ディーゼル燃料の燃焼を保証するのに十分な熱が燃焼室内に生じるまで用いられる。冷間始動中に始動補助手段を用いなければ、シリンダ内燃焼は、不完全であり又は全く生じず、これが原因となって、エンジンを始動させることができ、そしてエンジンが稼働を続行した場合でも排気ガス中の炭化水素尾筒エミッションが増大する。

公知の冷間始動補助手段としては、エーテル注入、ブロック加熱及びグロープラグが挙げられる。グロープラグは、燃焼室を加熱して噴射ディーゼル燃料の燃焼を補助するために電気的に付勢される。グロープラグの付勢は、エンジンの初期作動の際、所望の燃焼室温度に達するまで続けられる場合がある。

グロープラグ始動補助システムは、典型的には、各燃焼室と関連した１つ又は２つ以上のグロープラグ及び自動車バッテリ又はバッテリバンクからのグロープラグへの電流の給送を制御する或る形態の制御装置又は制御システムを有している。制御システムは、１つ又は２つ以上のスイッチング素子、例えば継電器（リレー）又はソリッドステートパワースイッチを有するのが良く、バッテリ電流は、このスイッチング素子を通ってグロープラグに導かれる。

エンジンを冷間始動させようとする場合、１つ又は２つ以上のスイッチング素子をターンオンしてグロープラグをバッテリに接続し、電流は、グロープラグを加熱するよう作用し、すると、グロープラグは、燃焼室を加熱する。しかる後、エンジンを、回転して自力で作動するまでクランキングする。

ディーゼルエンジンの冷間始動及び初期作動時には、その後に生じるよりも著しく多量のＨＣが排気ガス中に生じる。エンジンがその排気系統中にＤＰＦを有している場合、ＤＰＦは、相当な量のＤＰＦを捕捉するのに有効であり、捕捉した物質が大気に入らないようにする。低温燃焼室内の不完全燃焼の結果として生じたＨＣは、ＤＰＦの表面上に集まる場合がある。この結果、ＤＰＦをしばしば再生しなければならない場合がある。

ディーゼルエンジンに適用可能な或る特定の政府規制によれば、例えばインストルメントパネルの灯を照明することにより無効なグロープラグが分かるようにすることを義務付けている。グロープラグは、それ自体誤動作を起こす場合がある。電気をグロープラグに送るスイッチングデバイスは、正しく機能しない場合がある。グロープラグ制御装置及び（又は）関連の配線に故障がある場合がある。

インストルメントパネル灯のような故障表示器を設けることで期待できることとして、是正行為が自動車オペレータにより迅速に行われるが、是正行為の実施が遅れる場合がある。

本発明者は、グロープラグを無効であるようにする誤動作が、エンジンの冷間始動を補助するためにグロープラグシステムを用いることが必要になった場合にエンジン排気ガス中に生じているＨＣの量に相当な影響を及ぼす場合があるという知見を得た。ＤＰＦ表面上に集まるＨＣが増加すると、ＤＰＦの再生をしばしば行う必要のある場合が生じる。

頻繁なＤＰＦ再生を必要とする原因となるＨＣの捕集の増大を回避するため、単にインストルメントパネル灯を照明することによること以外に、冷間始動補助手段の誤動作の問題に取り組むことが望ましくなっている。本発明は、かかる誤動作が例えばインストルメントパネル灯の照明のような信号により判明した場合に、誤動作を是正するために自動車のオペレータの努力に頼らないで、かかる誤動作に起因するＤＰＦ表面上のＨＣの捕集の増大を回避しようとするものである。

公知のグロープラグシステムは、グロープラグシステムが用いられているときに無効になっているグロープラグを突き止める機能を備えている。本発明は、この機能を利用してエンジン制御システムに組み込まれたソフトウェアにより解決策を実施する。ソフトウェアは、冷間始動補助手段が用いられているときに有効であると判明したグロープラグを有するエンジンシリンダとは区別して、各エンジンシリンダに燃料供給するために、どのグロープラグが無効であるかが分かるということを利用している。

燃料供給は、種々の仕方のうち任意の仕方で加減される。グロープラグが無効であると判明したエンジンシリンダ内に導入される燃料の量は、暖まったエンジンに適したこれよりも少ない量に等しくなるようにするのが良い。さもなければ、グロープラグが有効であったとした場合に導入される量を計算するために用いられる乗数の値を減少させるのが良い。さもなければ、燃料供給を禁止するのが良い。

本発明の属概念としての一特徴は、多数の燃焼チャンバ及び内燃エンジンを冷間始動させ、始動すると内燃エンジンが作動し続けるとき、燃焼チャンバ内における燃料の燃焼を補助する冷間始動補助手段を有する内燃エンジンに関する。

冷間始動補助手段は、各々が燃焼チャンバの各々とそれぞれ関連し、冷間始動補助手段を用いた場合に各燃焼チャンバ内における燃焼を補助する多数個の始動補助装置を含む。

燃焼を補助する始動補助装置の各々の有効性と無効性を識別する各信号が、各始動補助装置とそれぞれ関連している。

燃料供給システムが、各々が燃焼チャンバの各々とそれぞれ関連し、燃料をそれぞれの燃焼チャンバ内に導入する多数の燃料供給装置を有する。

信号の各々により燃焼を補助する始動補助装置の各々の無効性がそれぞれ判明した場合、制御システムが、信号の各々により燃焼を補助する始動補助装置の各々の有効性がそれぞれ判明した場合に各燃焼チャンバ内にそれぞれ導入される燃料の量と比較して、各燃焼チャンバ内にそれぞれ導入される燃料の量を減少させる。

別の特徴は、冷間始動の際及びその後の稼働中に冷間始動補助手段を用いて内燃エンジンを作動させる方法に関し、前記冷間始動補助手段は、各々が前記内燃エンジンの燃焼室の各々のそれぞれと関連し、各燃焼室内における燃焼を補助する多数の始動補助装置を含む。

この方法は、各冷間始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であるか無効であるかを識別するステップを有する。各始動補助装置が燃焼を補助するのに無効であることが判明すると、各始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であると判明した場合に各燃焼室内に導入される燃料の量と比較して、各燃焼室内に導入される燃料の量を減少させる。

更に別の特徴は、低温状態の燃焼室をそれぞれ加熱するためのエンジン冷間始動補助手段の始動補助装置の無効に起因する、エンジン冷間始動の際及びその後の稼働中における圧縮着火エンジンの排気系統中に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタの表面上への炭化水素の堆積を減少させる方法に関する。

エンジンは、各々エンジンの燃焼室の各々とそれぞれ関連し、低温時にそれぞれの燃焼室内における燃焼を補助する、かかる始動補助装置を多数個有する。

この方法は、各冷間始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であるか無効であるかを識別するステップと、各始動補助装置が燃焼を補助するのに無効であることが判明すると、各始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であると判明した場合に各燃焼室内に導入される燃料の量と比較して、各燃焼室内に導入される燃料の量を減少させるステップとを有する。

上述のことは、本発明の別の特徴及び利点と共に、現時点において本発明を実施するのに考えられる最適態様を示す本発明の現時点において好ましい実施形態についての以下の開示で理解されよう。本願は、以下に簡単に説明する図面を含む。

図１は、本発明の原理に適した圧縮着火エンジン１０及び関連システムを示している。エンジン１０は、エンジン１０がトラックのような自動車のパワープラント（動力装置）として用いられた場合に、多数の、代表的には６つ又は８つの燃焼室１２を有する。図には、燃焼室が４つしか示されていない。ディーゼル燃料が、燃料噴射システムにより燃焼室１２内に噴射されてエンジンシリンダ内で往復動するピストンによる圧縮に起因した熱で着火し、それにより、エンジンを回転させ自動車を推進する。

燃料噴射システムは、エンジン制御システム１４で制御され、このエンジン制御システムは、インジェクタ駆動装置１６を介して作用し、エンジンサイクルに対して正しいタイミングで、燃焼室１２のための個々の燃料インジェクタ１８を作動させ、燃料をシリンダ内に噴射する。インジェクタ駆動装置は、別個のインジェクタ駆動装置モジュールであるのが良く、或いは、変形例として、エンジン制御システム１４の一部であっても良い。

シリンダ内燃焼により生じた排気ガスは、排気系統を通して運ばれ、この排気系統は、処理後装置、例えばディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２０を有している。ＤＰＦ２０は、ディーゼル粒状物を排気ガスから濾過して除去し、その後、排気ガスが周囲大気中に入ることができるようにするが、燃焼室が低温状態にあるときに生じる不完全燃焼によるＨＣを捕集し易い。

エンジン冷間始動を補助するため、エンジン１０は、燃焼室１２と関連した個々のグロープラグ２２及び自動車の電気系統と一体であるか電気系統内に接続された別個のユニット又はモジュールであるかのいずれかであるグロープラグ制御装置２４を備えたグロープラグシステムを有する。

運転手がアクセスできるよう自動車の運転室内に設けられたイグニッションスイッチ２８は、始動時にエンジン１０をクランキングし、エンジンが始動すると、スイッチが切られるまで、エンジンを作動させ続けさせる。

グロープラグシステムは、イグニッションスイッチ２８がグロープラグ２２を付勢するためのＯＮ位置に配置しなければならないようにエンジン制御システム１４と関連しているのが良いが、グロープラグは、他の制御入力に応じて他の仕方で付勢できる。

公知のグロープラグ制御装置２４は、１つ又は２つ以上のスイッチング素子を有し、バッテリの電流は、かかるスイッチング素子を介して個々のグロープラグ２２に送られる。正しい入力条件が満足されると、スイッチング素子をターンオンし、それによりグロープラグを１つ又は複数個のバッテリに接続する。グロープラグに送られたバッテリ電流はグロープラグを加熱し、熱は燃焼室に伝達される。

所定の加熱時間（これは、制御装置２４及び（又は）運転手の判断によって定められる場合がある）後、エンジン１０に燃料供給してクランキングするのが良い。十分な加熱がグロープラグシステムによって与えられていれば、エンジンは、過度にクランキングすることなく始動する。

しかしながら、グロープラグシステムに何らかの故障があると、１つ又は２つ以上の燃焼室１２の十分な加熱が行われず、クランキングを繰り返し行っても、エンジンを始動させるのには有効でない場合がある。

故障がいくつかの燃焼室にしか悪影響を及ぼさない場合には、エンジンが始動する場合がある。しかしながら、エンジンは、大ざっぱに稼働する場合があり、燃焼は、不完全であり、場合によっては、影響を受けた燃焼室では燃焼が生じないことがある。

制御装置２４中のスイッチング素子の故障は、かかる望ましくない結果をもたらす場合のある故障の一種である。グロープラグの故障は、もう一つの故障である。

無効なグロープラグの数を制限した状態でエンジンを始動させ、次に稼働させた結果として、影響を受けたシリンダ内での燃焼が不完全であり又は燃焼が生じないことにより、排気ガス中に追加のＨＣが生じ、かかるＨＣは、ＤＰＦ２０の表面上にねばねばした膜として集まる傾向がある。クランキングがエンジンの始動に功を奏するが、制限された数のグロープラグが無効である場合に排気ガス中のＨＣの量を減少させるため、本発明は、影響を受けたシリンダ内に導入される燃料の量を減少させる。換言すると、各グロープラグが、原因が何であれ燃焼を補助するのに無効であることが判明すると、対応の燃焼室内に導入される燃料の量を、各グロープラグが燃焼を補助するのに有効であると判明した場合に導入される燃料の量と比較して、減少させる。

グロープラグが無効であると判明したシリンダ内に導入される燃料の量を幾つかの手法のうちの任意のもので求めることができる。一手法に関し、例えば低温時混合ガス濃厚化コンポーネントを無くすことにより、燃料の量を暖められた状態のエンジンについて適当な量に等しくするのが良い。別の手法は、グロープラグが有効であると判明した場合に導入される量を計算するために用いられる乗数の値を小さくすることである。更に別の手法は、燃料供給を禁止することである。

制御装置２４は、動作すべきときに動作していないグロープラグを識別する機能、即ち、既に施行中の或る幾つかの規制又は規則により義務化されている機能を有する。グロープラグが無効であると識別されると、制御装置２４は、この情報をエンジン制御システム１４に伝え、エンジン制御システムは、次に、それぞれの燃料インジェクタ１８のための適正な燃料供給調節を行う。変形例として、制御装置２４に代えて故障検出方式を制御システム１４に格納しても良い。

エンジンが稼働し続けると、エンジンは暖まり始めることになる。影響を受けたシリンダへの燃料供給の減少は、エンジンが或る特定の温度まで暖まると、中断されるのが良い。中断は又、エンジンが実質的に低アイドル速度で作動していること又はドライブトレインを介してエンジンに結合されている自動車の駆動輪がトルクをエンジンから取り出すのを止めていることを条件として、行われても良い。かかる条件付けにより、通常の燃料供給の再開が運転手にとって明白になる。

本発明の有効性を種々の試験条件下で試験することにより立証した。一試験では、有効性が減少しているが、完全に無効ではない劣化した状態の単一のグロープラグは、エンジン冷間始動時にＨＣ発生効果をそれほど示さないことが判明した。別の試験では、無効である単一のグロープラグは、エンジン冷間始動時にＨＣ発生に関してかなり悪い影響を示すことが判明しており、その結果、影響を受けたシリンダの燃料供給を減少させなかった場合にはＨＣが増大した。さらに別の試験では、無効である単一のグロープラグは、エンジン冷間始動時にＨＣ発生に対してかなり良い影響を示すことが判明しており、その結果、影響を受けたシリンダ燃料供給を遮断すると、ＨＣが減少した。

無効なグロープラグを有するシリンダへの燃料供給を減少させることができるようにしたことにより、本発明は、適用される冷間始動補助手段に関する規制又は規則へのエンジンの適合を容易にすることができる。

本発明の現時点において好ましい実施形態を図示すると共に説明したが、本発明の原理は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に属する全ての実施形態に当てはまることがわかる。

本発明の原理による自動車エンジン及び冷間始動補助手段を含む関連システムを部分的に示す図面である。

Claims (17)

1. 内燃エンジンであって、
   多数の燃焼チャンバを有し、
   前記内燃エンジンを冷間始動させ、始動すると前記内燃エンジンが作動し続けているとき、前記燃焼チャンバ内における燃料の燃焼を補助する冷間始動補助手段であって、各々が燃焼チャンバの各々とそれぞれ関連し前記冷間始動補助手段が使用されるとき各燃焼チャンバ内における燃焼を補助する多数個の始動補助装置を含む冷間始動補助手段と、
   各始動補助装置と関連し、燃焼を補助する前記始動補助装置の各々の有効性と無効性を識別する信号と、
   各々が前記燃焼チャンバの各々とそれぞれ関連し、燃料をそれぞれの燃焼チャンバ内に導入する多数の燃料供給装置を有する燃料供給システムと
   前記信号の各々により、燃焼を補助する前記始動補助装置の各々の無効性が判明した場合には、各燃焼チャンバ内に導入される燃料の量を、前記信号の各々により燃焼を補助する前記始動補助装置の各々の有効性が判明した場合に各燃焼チャンバ内に導入される燃料の量と比較して減少させる制御システムを有する、
   ことを特徴とする内燃エンジン。
2. 前記始動補助装置は、電気的に付勢されると、燃焼を補助するために前記燃焼室内に熱を発生させるグロープラグを有し、
   前記制御システムは、前記信号の各々によりそれぞれの前記グロープラグが電気的に付勢されていないことが判明すると、それぞれの燃焼室内に導入される燃料の量を減少させる、
   請求項１記載の内燃エンジン。
3. 前記制御システムは、前記信号の各々によりそれぞれの始動補助装置が燃焼を補助するのには無効であることが判明すると、それぞれの燃料供給装置が燃料をそれぞれの燃焼室内に導入するのを阻止する、
   請求項１記載の内燃エンジン。
4. 前記制御システムは、各信号によりそれぞれの始動補助装置が燃焼を補助するのに無効であることが判明すると、それぞれの燃料供給装置が暖められた状態のエンジンに適した量に等しい量の燃料をそれぞれの燃焼室内に導入するようにさせる、
   請求項１記載の内燃エンジン。
5. 前記信号の各々によりそれぞれの始動補助装置が燃焼を補助するのに無効であることが判明すると、前記制御システムは、それぞれの燃料供給装置が、各信号によりそれぞれの始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であることが判明した場合に導入される量を計算するのに用いられる乗数の値を減少させることにより所与の量の燃料をそれぞれの燃焼室内に導入するようにさせる、
   請求項１記載の内燃エンジン。
6. 排気ガス中の粒状物の大部分が大気に達するのを阻止するための排気ガス処理後装置を含む排気系統を更に有する、
   請求項１記載の内燃エンジン。
7. 前記排気ガス処理後装置は、粒状物を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタから成る、
   請求項６記載の内燃エンジン。
8. 冷間始動の際及びその後の作動中に冷間始動補助手段を用いて内燃エンジンを作動させる方法であって、前記冷間始動補助手段は、各々が前記内燃エンジンの燃焼室の各々のそれぞれと関連し、各燃焼室内における燃焼を補助する多数の始動補助装置を含み、前記方法は、
   各冷間始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であるか無効であるかを識別するステップと、
   各始動補助装置が燃焼を補助するのに無効であることが判明すると、各燃焼室内に導入される燃料の量を、各始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であると判明した場合に各燃焼室内に導入される燃料の量と比較して減少させるステップとを有する、
   ことを特徴とする方法。
9. 各冷間始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であるか無効であるかを識別する前記ステップは、各始動補助装置が電気的に付勢されているか電気的に付勢されていないかを識別するステップから成る、
   請求項８記載の方法。
10. 各燃焼室内に導入される燃料の量を減少させる前記ステップは、各燃料供給装置が各燃焼室内にそれぞれ燃料を導入するのを阻止するステップから成る、
    請求項８記載の方法。
11. 各燃焼室内に導入される燃料の量を減少させる前記ステップは、十分に暖められたエンジンに適した量に等しい量の燃料を各燃焼室内に導入するステップから成る、
    請求項８記載の方法。
12. 各燃焼室内に導入される燃料の量を減少させる前記ステップは、各始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であることが判明した場合に導入される量を計算するのに用いられる乗数の値を減少させるステップから成る、
    請求項８記載の方法。
13. 前記内燃エンジンが或る特定の温度まで暖められると、各燃焼室内に導入される燃料の量を減少させるステップを中断するステップを有する、
    請求項８記載の方法。
14. 前記内燃エンジンが実質的に低アイドル速度で作動していることを条件として、各燃焼室内に導入される燃料の量の減少の中断を行うステップを更に有する、
    請求項１３記載の方法。
15. ドライブトレインを介して前記内燃エンジンに結合されている自動車の被駆動輪がトルクを前記内燃エンジンから取り出すのを止めていることを条件として、各燃焼室内に導入される燃料の量の減少の中断を行うステップを更に有する、
    請求項１３記載の方法。
16. 低温状態の燃焼室をそれぞれ加熱するためのエンジン冷間始動補助手段の始動補助装置の無効に起因する、エンジン冷間始動の際及びその後の稼働中における圧縮着火エンジンの排気系統中に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタの表面上への炭化水素の堆積を減少させる方法であって、前記エンジンは、各々前記エンジンの燃焼室の各々とそれぞれ関連し、低温時にそれぞれの燃焼室内における燃焼を補助する前記始動補助装置を多数個有し、前記方法は、
    各冷間始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であるか無効であるかを識別するステップと、
    各始動補助装置が燃焼を補助するのに無効であることが判明すると、各燃焼室内に導入される燃料の量を、各始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であると判明した場合に各燃焼室内に導入される燃料の量と比較して減少させるステップとを有する、
    ことを特徴とする方法。
17. 各冷間始動補助装置が燃焼を補助するのに有効であるか無効であるかを識別する前記ステップは、各始動補助装置が電気的に付勢されているか電気的に付勢されていないかを識別するステップから成る、
    請求項１６記載の方法。

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