JP2010185309A - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラフアイドルや白煙を低減できるディーゼルエンジンの制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明のディーゼルエンジンの制御装置３は、コモンレール９において蓄圧された燃料を供給されるディーゼルエンジン１の回転数における変動幅を検出する回転数変動幅検出手段２１と、前記回転数変動幅検出手段２１により検出した前記変動幅に応じて、前記コモンレール９の圧力を上昇させる圧力上昇手段１５と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明はディーゼルエンジンの制御装置に関する。

ディーゼルエンジンには、コモンレールを備えた燃料噴射システムにより、燃料が供給される。すなわち、燃料タンクから供給された燃料は、コモンレールにおいて蓄圧され、その蓄圧された高圧燃料が、燃料噴射弁から各気筒の燃焼室に噴射される。そして、コモンレールにおける圧力（以下、コモンレール圧力とする）を含め、燃料噴射システムは、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）により制御される（特許文献１参照）。
特開平１１−９３７３５号公報

ディーゼルエンジンの始動後、暖気するまでの間、いわゆるラフアイドル（アイドル回転不安定による不快な振動発生）や、排気中の白煙が生じることがある。これらは、燃料噴射系のばらつき（噴射精度のばらつき、噴霧劣化、コモンレール圧力の変動）や、ディーゼルエンジン本体外における圧縮のばらつきにより生じると考えられる。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、ラフアイドルや白煙を低減できるディーゼルエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

（１）請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、コモンレールにおいて蓄圧された燃料を供給されるディーゼルエンジンの回転数における変動幅を検出し、その変動幅に応じて、コモンレールの圧力を上昇させる。そのことにより、ラフアイドルを低減することができる。

本発明では、例えば、回転数における変動幅が所定の基準値を超える場合は、コモンレールの圧力を通常の圧力（例えば、ISC（アイドルスピードコントロール）制御により設定される圧力）よりも上昇させ、回転数における変動幅が所定の基準値未満の場合は、コモンレールの圧力を前記通常の圧力とすることができる。
（２）請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、ディーゼルエンジンの回転数を測定する回転数センサの測定値に基づき、回転数における変動幅を検出する。このことにより、回転数における変動幅を正確に検出することができる。
（３）請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、ディーゼルエンジンのノッキングを検出するノックセンサの検出結果に基づき回転数における変動幅を検出する。このことにより、回転数における変動幅を正確に検出することができる。

例えば、ノックセンサの検出結果と、回転数における変動幅との相関を表すマップを予め作成しておき、ノックセンサの検出結果をそのマップにあてはめ、回転数における変動幅を検出することができる。
（４）請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、コモンレールにおいて蓄圧された燃料を供給されるディーゼルエンジンの排気におけるＡ／Ｆ値を測定し、そのＡ／Ｆ値に応じて、コモンレールの圧力を上昇させる。そのことにより、排気中に過剰の未燃燃料が含まれることを防止することができる。

本発明では、例えば、Ａ／Ｆ値が所定の基準値以下である場合は、コモンレールの圧力を通常の圧力（例えば、ISC（アイドルスピードコントロール）制御により設定される圧力）よりも上昇させ、Ａ／Ｆ値が所定の基準値を超える場合は、コモンレールの圧力を前記通常の圧力とすることができる。
（５）請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、Ａ／Ｆ値が、排気に白煙を生じさせる値である場合に、前記コモンレールの圧力を上昇させる。そのことにより、排気中に白煙が生じることを防止できる。
（６）請求項６に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、ディーゼルエンジンの温度、又はディーゼルエンジンの冷却媒体の温度に基づき、コモンレールの圧力における上昇幅を設定する。

そのことにより、ディーゼルエンジンの状態に応じて、好適な上昇幅を設定することができる。すなわち、上昇幅が足らずに、ラフアイドルや白煙を十分に低減できなかったり、上昇幅が過剰となり、必要以上に燃焼音や燃費が悪化してしまうようなことがない。

ディーゼルエンジンの温度、又はディーゼルエンジンの冷却媒体の温度が低いほど、コモンレールの圧力における上昇幅を大きくすることが好ましい。こうすることにより、ラフアイドルや白煙を低減する効果が高くなる。

前記冷却媒体としては、例えば、ディーゼルエンジンが水冷式の場合は水、空冷式の場合は空気、油冷式の場合は油が挙げられる。
（７）請求項７に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、ディーゼルエンジンが始動したときからの経過時間に基づき、コモンレールの圧力における上昇幅を設定する。

そのことにより、ディーゼルエンジンの状態に応じて、好適な上昇幅を設定することができる。すなわち、上昇幅が足らずに、ラフアイドルや白煙を十分に低減できなかったり、上昇幅が過剰となり、必要以上に燃焼音や燃費が悪化してしまうようなことがない。

ディーゼルエンジンが始動したときからの経過時間が短いほど、コモンレールの圧力における上昇幅を大きくすることが好ましい。こうすることにより、ラフアイドルや白煙を低減する効果が高くなる。

ディーゼルエンジンの制御装置３の構成を表すブロック図である。 ディーゼルエンジンの制御装置３が実行する処理を表すフローチャートである。 ディーゼルエンジンの制御装置３が実行する処理を表すロジック図である。 ディーゼルエンジンの制御装置３が奏する効果を表すグラフである。

１．ディーゼルエンジンの制御装置３の構成
自動車用のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンともいう）１を制御するディーゼルエンジンの制御装置３の構成を図１に基づいて説明する。

ディーゼルエンジンの制御装置３は、エンジン１に燃料を供給するためのものであり、燃料タンク５と、燃料タンク５の燃料を加圧する高圧ポンプ７と、高圧ポンプ７から供給される高圧燃料を蓄圧するコモンレール９と、コモンレール９より供給される高圧燃料をエンジン１の各気筒１１の燃焼室に噴射する燃料噴射弁１３と、本装置を制御するＥＣＵ１５とを備える。

高圧ポンプ７には、燃料タンク５から燃料を汲み上げるフィードポンプが内蔵されている。高圧ポンプ７は、カムシャフトのカムの回転に伴いプランジャが往復移動することにより加圧室に吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。そして、この高圧ポンプ７には、吸入行程でフィードポンプから吸入する燃料量を調量するための図示しない調量弁が設けられている。

燃料噴射弁１３は、例えば、噴孔を開閉するノズルニードルのリフトを制御室の圧力で制御する公知の電磁駆動式の噴射弁である。

ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等を中心とするマイクロコンピュータにて構成されている。ＥＣＵ１５は、コモンレール９の内部の燃料圧力（コモンレール圧力）を検出する圧力センサ１７、エンジンスタートのオン、オフを検出するスタートスイッチ１９、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ２１、エンジン１の冷却水温を検出する冷却水温センサ２３、エンジン１の排気中のＡ／Ｆ値を検出するＡ／Ｆ値センサ２５等の各種センサから検出信号を取り込み、高圧ポンプ７の吐出量、燃料噴射弁１３からの燃料噴射量および燃料噴射時期等の各種制御を実施する。特に、高圧ポンプ７の吐出量を制御することにより、コモンレール圧力を所定の値に設定することができる。

また、ＥＣＵ１５は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリに記憶された制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、後述する各処理を実行する。
２．ディーゼルエンジンの制御装置３が実行する処理を図２のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、自動車のイグニッションがＯＮとなった後、所定時間ごとに繰り返し実行される。
ステップ１０では、エンジン１が始動したか否かを、スタートスイッチ１９からの検出信号に基づき判断する。エンジン１が始動している場合はステップ２０に進み、エンジン１が始動していない場合はステップ１０に留まる。
ステップ２０では、回転数センサ２１により、エンジン１の回転数を所定時間測定し、その所定時間における回転数の変動幅ΔＮＥを検出する。そして、その変動幅ΔＮＥが、所定の基準値であるＫ_NEを超えるか否かを判断する。Ｋ_NEを超える場合はステップ３０に進み、Ｋ_NE以下である場合はステップ４０に進む。
ステップ３０では、コモンレール圧力を通常の値Ｐよりも、ΔＰだけ高く設定する。ここで、通常の圧力Ｐとは、公知のＩＳＣ制御により設定された値である。ΔＰの設定方法については後述する。
前記ステップ２０でＮＯと判断された場合はステップ４０に進み、Ａ／Ｆ値センサ２５で測定した排気中のＡ／Ｆ値が、所定の基準値Ｋ_AF未満であるか否かを判断する。Ｋ_AF未満である場合はステップ３０に進み、Ｋ_AF以上である場合はステップ５０に進む。なお、Ｋ_AFは、それ以上Ａ／Ｆ値が低くなると、排気中に白煙が生じるという境界値である。
ステップ５０では、コモンレール圧力を、通常の値Ｐに設定する。
３．ディーゼルエンジンの制御装置３が実行する処理を図３のロジック図に基づき、さらに補足して説明する。
まず、図２のフローチャートにおけるステップ３０の処理にて、コモンレール圧力（Ｐ＋ΔＰ）を設定する処理を説明する。
図３におけるＲ１の工程では、冷却水温センサ２３が検出したエンジン冷却水温に基づき、ΔＰ₁を設定する。具体的には、エンジン冷却水温と、ΔＰ₁との相関を表すマップにおいて、冷却水温センサ２３が検出したエンジン冷却水温に対応するΔＰ₁を設定する。上記のマップでは、エンジン冷却水温が低いほど、ΔＰ₁が大きく設定されるようになっている。上記のマップは、ＥＣＵ１５のＲＯＭに記憶されている。
また、Ｒ２の工程では、エンジン１が始動してからの経過時間（以下、エンジン始動後経過時間とする）に基づき、ΔＰ₂を設定する。具体的には、エンジン始動後経過時間と、ΔＰ₂との相関を表すマップにおいて、スタートスイッチ１９がエンジン１のスタートを検出してからの経過時間（すなわちエンジン始動後経過時間）に対応するΔＰ₂を設定する。上記のマップでは、エンジン始動後経過時間が短いほど、ΔＰ₂が大きく設定されるようになっている。上記のマップは、ＥＣＵ１５のＲＯＭに記憶されている。
次に、Ｒ３の工程では、ΔＰ₁とΔＰ₂を乗算して、ΔＰを算出する。
Ｒ４の工程では、公知のＩＳＣ制御により通常の圧力Ｐを設定する。
Ｒ５の工程では、上記Ｒ３の工程で算出したΔＰと、上記Ｒ４の工程で設定したＰとを加算し、コモンレール圧力として、Ｐ＋ΔＰを設定する。
なお、図２のフローチャートにおけるステップ３０の処理は、ΔＮＥ＞Ｋ_NE、又は、Ａ／Ｆ値＜Ｋ_AFであることが前提となっている（ステップ２０又はステップ４０でＹＥＳと判断されている）。この場合、図３のＳＷにおいてＢ−Ｃが接続し、上記Ｒ３の工程で算出したΔＰと、上記Ｒ４の工程で設定したＰとが加算される。
次に、図２のフローチャートにおけるステップ５０の処理にて、コモンレール圧力Ｐを設定する処理を説明する。この場合は、上記Ｒ４の工程で設定されたＰが、そのまま、コモンレール圧力として設定される。なお、図２のフローチャートにおけるステップ５０の処理は、ΔＮＥ≦Ｋ_NE、且つ、Ａ／Ｆ値≧Ｋ_AFであることが前提となっている（ステップ２０及びステップ４０でＮＯと判断されている）。この場合、図３のＳＷにおいてＡ−Ｃが接続し、上記Ｒ４の工程で設定したＰに対し、ΔＰは加算されない。
４．ディーゼルエンジンの制御装置３が奏する効果を説明する。
（１）ディーゼルエンジンの制御装置３は、エンジン１の回転数の変動幅ΔＮＥを検出し、その変動幅ΔＮＥに応じて、コモンレールの圧力を上昇させる。そのことにより、ラフアイドルを低減することができる。
（２）ディーゼルエンジンの制御装置３は、エンジン１の排気におけるＡ／Ｆ値を測定し、そのＡ／Ｆ値に応じて、コモンレールの圧力を上昇させる。そのことにより、排気中に過剰の未燃燃料が含まれることを防止することができる。
（３）ディーゼルエンジンの制御装置３は、エンジン冷却水温が低いほど、コモンレールの圧力における上昇幅ΔＰを大きく設定する。

そのことにより、エンジン１の状態に応じて、好適な上昇幅ΔＰを設定することができる。すなわち、上昇幅ΔＰが足らずに、ラフアイドルや白煙を十分に低減できなかったり、上昇幅ΔＰが過剰となり、必要以上に燃焼音や燃費が悪化してしまうようなことがない。
（４）ディーゼルエンジンの制御装置３は、エンジン始動後経過時間が短いほど、コモンレールの圧力における上昇幅ΔＰを大きく設定する。

そのことにより、エンジン１状態に応じて、好適な上昇幅ΔＰを設定することができる。すなわち、上昇幅ΔＰが足らずに、ラフアイドルや白煙を十分に低減できなかったり、上昇幅ΔＰが過剰となり、必要以上に燃焼音や燃費が悪化してしまうようなことがない。
５．ディーゼルエンジンの制御装置３が奏する効果を確かめるために行った試験について、図４を用いて説明する。
コモンレールの圧力を、公知のＩＳＣ制御により設定した圧力Ｐｘとした場合（図４では、「Ｐｃ＝Ｐｘ：従来制御まま」と表示）と、コモンレールの圧力を、Ｐｘよりも１０ＭＰａ高い圧力Ｐｙとした場合（図４では、「Ｐｃ＝Ｐｙ：従来制御＋１０ＭＰａ」と表示）とのそれぞれについて、コモンレール圧力の変動（ΔＰＣ）と、回転数の変動幅ΔＮＥとの相関を測定した。測定条件は、停車アイドル時、冷却水温度５〜１５℃にて始動とした。なお、低温環境、部品や制御のばらつきによりコモンレール圧力の変動が発生し、それを起因として、回転数の変動幅ΔＮＥが大きくなると考えられる。
測定結果を図４に示す。図４から明らかなように、コモンレール圧力を高く設定した方が、回転数の変動幅ΔＮＥが顕著に小さくなる。この結果は、ディーゼルエンジンの制御装置３において、コモンレール圧力にΔＰを加算することで、回転数の変動幅ΔＮＥや白煙を低減できることを裏付けている。

尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、エンジン１の回転数における変動幅ΔＮＥは、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサの検出結果に基づき検出してもよい。

１・・・エンジン、３・・・制御装置、５・・・燃料タンク、７・・・高圧ポンプ、
９・・・コモンレール、１３・・・燃料噴射弁、１５・・・ＥＣＵ、
１７・・・圧力センサ、１９・・・スタートスイッチ、２１・・・回転数センサ、
２３・・・冷却水温センサ、２５・・・Ａ／Ｆ値センサ

Claims (7)

1. コモンレールにおいて蓄圧された燃料を供給されるディーゼルエンジンの回転数における変動幅を検出する回転数変動幅検出手段と、
   前記回転数変動幅検出手段により検出した前記変動幅に応じて、前記コモンレールの圧力を上昇させる圧力上昇手段と、
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
2. 前記ディーゼルエンジンの回転数を測定する回転数センサを備え、
   前記回転数変動幅検出手段は、前記回転数センサの測定値に基づき前記変動幅を検出することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置。
3. 前記ディーゼルエンジンのノッキングを検出するノックセンサを備え、
   前記回転数変動幅検出手段は、前記ノックセンサの検出結果に基づき前記変動幅を検出することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置。
4. コモンレールにおいて蓄圧された燃料を供給されるディーゼルエンジンの排気におけるＡ／Ｆ値を測定するＡ／Ｆ値測定手段と、
   前記Ａ／Ｆ値測定手段が測定した前記Ａ／Ｆ値に応じて、前記コモンレールの圧力を上昇させる圧力上昇手段と、
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
5. 前記圧力上昇手段は、前記Ａ／Ｆ値が、前記排気に白煙を生じさせる値である場合に、前記コモンレールの圧力を上昇させることを特徴とする請求項４記載のディーゼルエンジンの制御装置。
6. 前記ディーゼルエンジンの温度、又は前記ディーゼルエンジンの冷却媒体の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記圧力上昇手段は、前記圧力の上昇幅を、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
7. 前記ディーゼルエンジンが始動したときからの経過時間を計測する経過時間計測手段を備え、
   前記圧力上昇手段は、前記圧力の上昇幅を、前記経過時間計測手段が計測した前記経過時間に基づいて設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のディーゼルエンジンの制御装置。