JP2011256740A - ディーゼルエンジンの始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時の燃料噴射時期を過進角若しくは過遅角を生じることなく最適な噴射時期に制御し、エンジン回転速度を速やかに上昇させて始動性を向上する。
【解決手段】エンジン回転が上昇せずに停滞又は降下していると判断される場合、燃料噴射時期のマップ値ＴＦＩＮmapに所定の補正値Δｔを加算して燃料噴射時期ＴＦＩＮを進角させ（Ｓ３）、進角後の回転速度傾きが進角前の回転速度傾きより大きくなった（(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ＞０）か否かを判定する（Ｓ５）。エンジン回転が上昇した場合、燃料噴射時期を更に進角させ（Ｓ６）、前の回転速度傾きよりも悪化した場合、燃料噴射時期を補正値Δｔだけ遅角させる（Ｓ８）。これにより、燃料噴射時期の過進角や過遅角を防止してエンジン回転速度を速やかに上昇させ、始動性を向上することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、エンジン始動時の燃料噴射時期を最適に制御して始動性向上を図るディーゼルエンジンの始動制御装置に関する。

一般に、ディーセルエンジンの始動は、グロープラグにより事前に暖気された後、クランキング及び燃料噴射が開始され、エンジン回転速度が上昇してアイドル運転へと至る。しかしながら、エンジン仕様のばらつきや環境条件の違い等により燃料噴射時期が適切なタイミングとならず、エンジン回転速度の停滞・降下を招く場合がある。

これに対処するに、特許文献１には、燃料噴射時期の過進角に起因するエンジン回転速度（エンジン回転数）の低下又は停滞が起こる場合には、エンジン回転数の変化量に基づいて燃料噴射時期を遅角し、着火時期を圧縮行程上死点近傍とすることで、円滑なエンジン回転速度の上昇を図る技術が開示されている。

特開２００４−２４５１９６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、燃料噴射時期を遅角させた場合に過遅角による失火が発生して燃焼が不安定となる虞があり、エンジン回転速度の低下又は停滞を引き起こす可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジン始動時の燃料噴射時期を過進角若しくは過遅角を生じることなく最適な噴射時期に制御し、エンジン回転速度を速やかに上昇させて始動性を向上することのできるディーゼルエンジンの始動制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるディーゼルエンジンの始動制御装置は、エンジン始動時に燃料噴射時期を制御してエンジン回転速度の上昇を促進するディーゼルエンジンの始動制御装置であって、始動時のエンジン回転速度を検出し、エンジン回転速度の傾きからエンジン回転速度の停滞又は降下を判断するエンジン回転判断部と、上記エンジン回転判断部でエンジン回転速度が停滞又は降下したと判断されたとき、エンジン回転速度の傾きが目標値となるよう燃料噴射時期を進角側又は遅角側に補正する始動時燃料噴射時期制御部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明によるディーゼルエンジンの始動制御装置は、エンジン始動時に燃料噴射時期を制御してエンジン回転速度の上昇を促進するディーゼルエンジンの始動制御装置であって、エンジン始動時の燃焼サイクル毎に筒内の熱発生率が最大となるクランク角度位置を、最大熱発生位置として検出する最大熱発生位置検出部と、上記最大熱発生位置が圧縮上死点後の設定位置となるよう燃料噴射時期を制御する始動時燃料噴射時期制御部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明によるディーゼルエンジンの始動制御装置は、エンジン始動時に燃料噴射時期を制御してエンジン回転速度の上昇を促進するディーゼルエンジンの始動制御装置であって、エンジン始動時の燃焼サイクル毎に筒内の圧力上昇率が最大となるクランク角度位置を、最大圧力上昇位置として検出する最大圧力上昇位置検出部と、上記最大圧力上昇位置が圧縮上死点後の設定位置となるよう燃料噴射時期を制御する始動時燃料噴射時期制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、エンジン始動時の燃料噴射時期を過進角若しくは過遅角を生じることなく最適な噴射時期に制御することができ、エンジン回転速度を速やかに上昇させて始動性を向上することができる。

本発明の実施の第１形態に係り、エンジン制御系の構成図 同上、エンジン始動時の筒内の熱発生率を示す説明図 同上、エンジン始動時の回転速度を示す説明図 同上、始動時燃料噴射時期制御に係る機能ブロック図 同上、燃料噴射時期制御ルーチンのフローチャート 本発明の実施の第２形態に係り、始動時燃料噴射時期制御に係る機能ブロック図 同上、燃料噴射時期制御ルーチンのフローチャート 同上、最大熱発生位置検出ルーチンのフローチャート 同上、圧力上昇率算出ルーチンのフローチャート 本発明の実施の第３形態に係り、始動時燃料噴射時期制御に係る機能ブロック図 同上、燃料噴射時期制御ルーチンのフローチャート 同上、最大圧力上昇位置検出ルーチンのフローチャート

先ず、本発明の実施の第１形態について説明する。
図１において、符号１はディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と記載する）であり、このエンジン１の燃焼室２に、吸気弁３，排気弁４を介して吸気通路５，排気通路６が連通されている。吸気通路５の上流側には吸気チャンバ４０が形成され、この吸気チャンバ４０の上流に、スロットル弁１０が介装されている。吸気チャンバ４０には、スロットル弁１０下流の空気圧を絶対圧で検出する吸気圧センサ３７が臨まされている。

スロットル弁１０は、電子制御装置（ＥＣＵ）５０からの制御信号によってスロットル弁１０の開度を調整し、吸気量（新気量）を制御する吸気アクチュエータ１１に連設されている。また、スロットル弁１０の上流側には、インタークーラ１２が介装され、このインタークーラ１２の上流側に、周知の可変ノズル式ターボ過給機（Variable Geometory Turbosupercharger：ＶＧＴ）等からなるターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａが介装されている。更に、ターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａ上流側には、エアクリーナ１４が介装され、このエアクリーナ１４の下流側に、吸気温を検出する吸気温センサ１５を内蔵する吸入空気量センサ１６が介装されている。

一方、エンジン１の排気通路６には、ターボ過給機１３のタービン１３ｂが介装されている。タービン１３ｂの周囲には可変ノズルのベーンが設けられ、リンク機構（図示せず）を介して負圧作動式のアクチュエータ２０に連設されている。アクチュエータ２０の圧力導入管には、ＥＣＵ５０によって制御される負圧制御電磁弁２１が接続され、図示しない負圧源からの負圧が負圧制御電磁弁２１で調圧されてアクチュエータ２０に導入される。これにより、ターボ過給機１３の可変ノズルのベーン開度が可変されてタービン１３ｂに吹き付けられる排気ガスの流速が調整され、タービン回転数が可変されて過給圧が制御される。

タービン１３ｂ上流側の排気通路６は、排気ガス還流（ＥＧＲ）通路１７を介してスロットル弁１０下流側の吸気通路５にバイパス接続されている。ＥＧＲ通路１７には、ＥＣＵ５０からの制御信号によってＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁１８と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１９とが介装されている。また、タービン１３ｂ下流側の排気通路６は、主として排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）を触媒反応により酸化させるディーゼル用酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst;DOC）２２に連通されている。

また、ＤＯＣ２２の下流側には、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Lean NOx Trap catalyst;LNT）２３が配設されている。更に、ＬＮＴ２３の下流側に、排気ガス中の煤やカーボンスート（Ｓｏｏｔ），可溶性有機成分（Soluble Organic Fraction;SOF），サルフェート（sulfate;SO4）等の粒子状物質（Particulate Matter;PM）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter;DPF）２４が配設されている。

次に、エンジン１の燃料噴射系について説明する。エンジン１は、周知のコモンレール式燃料噴射システムを採用しており、燃焼室２に、ＥＣＵ５０によって駆動制御されるインジェクタ２５が臨まされている。また、燃焼室２のインジェクタ２５の噴射ノズル近傍には、グローコントローラ２７によって通電制御されるグロープラグ２６が臨まされている。

インジェクタ２５は、各気筒に分岐配管される燃料配管２８を介してコモンレール２９に接続されており、コモンレール２９には、図示しない燃料タンクから燃料を吸い上げて加圧するサプライポンプ３０が接続されている。そして、サプライポンプ３０によって高圧に昇圧された燃料がコモンレール２９に蓄圧され、各気筒への燃料配管２８を介して各気筒のインジェクタ２５に高圧燃料が供給される。

サプライポンプ３０は、例えばインナカム式の圧送系と電磁弁による吸入量の調量方式を備えるものであり、吸入量を調整する吸入調量電磁弁３１、燃料温度を検出する燃料温度センサ３２が本体内に組込まれている。サプライポンプ３０の燃料温度センサ３２からの信号は、コモンレール２９内の燃料圧力（レール圧）を検出する燃料圧力センサ３３からの信号と共にＥＣＵ５０に入力され、他のセンサ類からの信号と共に処理される。そして、ＥＣＵ５０により、サプライポンプ３０の吐出圧すなわちコモンレール２９の燃料圧力が、例えばエンジン回転数と負荷とに応じた最適値に、吸入調量電磁弁３１を介してフィードバック制御される。

次に、ＥＣＵ５０を中心とする電子制御系について説明する。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェイス等からなるマイクロコンピュータを中心として、その他、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を含んで構成されている。ＥＣＵ５０には、吸気温センサ１５、吸入空気量センサ１６、燃料温度センサ３２、燃料圧力センサ３３、エンジン１の冷却水通路に臨まされて冷却水温を検出する水温センサ３４、クランク軸１ａの回転位置を検出するクランク角センサ３５、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ３６、吸気チャンバ４０に臨まされている吸気圧センサ３７、その他、図示しない各種センサ類やスイッチ類からの信号が入力される。

尚、ＥＣＵ５０は、更に、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信プロトコルに基づく車内ネットワーク（図示せず）に接続されている。この車内ネットワークには、ＥＣＵ５０の他、変速機を制御するトランスミッションＥＣＵ、ブレーキを制御するブレーキＥＣＵ等の複数のＥＣＵが接続されており、互いにデータを送受信して各種情報を共有する。

ＥＣＵ５０は、エンジン運転状態を検出する上述の各種センサ類からの信号、車内ネットワークを介して入力される各種制御情報に基づいて、燃料圧力制御、燃料噴射制御、吸気制御、過給圧制御、ＥＧＲ制御等の各種エンジン制御を実行し、エンジン１の運転状態を最適状態に維持する。このエンジン制御においては、通常走行時、クランク角センサ３５からの信号に基づくエンジン回転速度（所定時間当たりのエンジン回転数）とアクセルペダルセンサ３６からの信号に基づくアクセル開度とに応じて、マップ参照等により燃料噴射量や噴射時期を決定し、ピストン上死点前後の多段噴射でインジェクタ２５から高圧燃料を噴射させ、燃焼安定化及び排気エミッションの低減を図っている。

また、ＥＣＵ５０は、グロープラグ２６による事前暖機を経てクランキングが開始されるエンジン始動時に、筒内への燃料の始動時噴射の噴射時期を最適に制御することで、燃料噴射時期の過進角や過遅角に起因する回転上昇の停滞や低下を防止し、エンジン回転速度が迅速且つ円滑に上昇するよう制御する。

例えば、図２に示すように、筒内の状態を熱量の生成速度を表す熱発生率（ROHR;Rate of Heat Release、「熱発生速度」とも称される）で表すと、燃料噴射時期が過度に進角されてしまった場合、図２（ａ）に示すように、圧縮上死点（ＴＤＣ）前に熱炎が立ち上がり、圧縮行程から燃焼が進行するような状態となる。尚、図２においては、細線で示す熱発生率がエンジン回転３００ｒｐｍ程度での線図、太線で示す熱発生率がエンジン回転６００ｒｐｍ程度での線図を示している。

このような圧縮行程での燃焼の進行により、エンジンの逆トルクが発生し、図３（ａ）に示すように、エンジン回転の上昇が停滞してしまう。逆に、噴射時期の進角が不十分（過遅角）の場合には、失火等が生じて燃焼が不安定となり、エンジン回転速度の停滞・降下を招いてしまう。

このため、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時、燃料噴射時期の過進角若しくは過遅角を考慮し、図２（ｂ）に示すように、ＴＤＣ付近で急激に熱炎が立ち上がり、ＴＤＣ後に主燃焼が進行するような燃焼状態となるよう、燃料噴射時期を制御する。これにより、燃料噴射時期の過進角による上死点前の着火・燃焼、過遅角による失火を生じることなく、図３（ｂ）に示すようにエンジン回転速度を迅速且つ円滑に上昇させることができる。

この始動時燃料噴射時期制御に係るＥＣＵ５０の機能は、図４のブロック図に示される。図４に示すように、ＥＣＵ５０は、始動時燃料噴射時期制御に係る機能として、エンジン回転速度の停滞又は降下を判断するエンジン回転判断部５１、エンジン回転速度の傾きが目標値となるよう燃料噴射時期を進角側又は遅角側に補正する始動時燃料噴射時期制御部５２を有している。

エンジン回転判断部５１は、クランク角センサ３５からの信号に基づいてエンジン回転速度を検出し、このエンジン回転速度の傾きから始動時の回転速度の上昇具合を判断する。具体的には、燃焼サイクル間のエンジン回転速度の変化率（傾き）を求め、このエンジン回転速度の傾きが増加しない場合、エンジン回転速度が停滞又は降下していると判断する。

始動時燃料噴射時期制御部５２は、エンジン回転判断部５１でエンジン回転速度が停滞又は降下したと判断されたとき、燃料噴射時期を進角側又は遅角側に補正し、エンジン回転速度の傾きが目標値となるよう制御する。この燃料噴射時期の補正に際しては、進角補正した後のエンジン回転速度の傾きが進角前のエンジン回転速度の傾きより悪化した場合、燃料噴射時期を遅角側に補正し、燃料噴射時期を遅角補正した後のエンジン回転速度の傾きが遅角前のエンジン回転速度の傾きより悪化した場合には、燃料噴射時期を進角側に補正する処理を繰り返し、最終的にエンジン回転速度の傾きが目標値に達したとき、補正を終了する。

以上の始動時燃料噴射時期制御に係るＥＣＵ５０の機能は、図５のフローチャートに示す燃料噴射時期制御ルーチンのソフトウエア処理として実行される。

図５の燃料噴射時期制御ルーチンは、エンジン始動時、グロープラグ２６による暖機を経てクランキングが開始された後、エンジン回転が所定の回転数以上を所定時間継続して始動時制御が終了するまで実行される。この燃料噴射時期制御ルーチンでは、先ず、最初のステップＳ１において、クランク角センサ３５からの信号に基づいて算出されるエンジン回転速度ＮＥを読み込む。

次に、ステップＳ２へ進み、今回の燃焼サイクルにおける回転速度の変化率（回転速度傾き）を、現在の回転速度ＮＥ0と今回の回転速度ＮＥとから算出し、算出した回転速度傾き(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔを所定の回転速度傾きＡと比較する。その結果、(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ＞Ａでエンジン回転が正常に上昇している場合には、本ルーチンを抜ける。

一方、(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ≦Ａであり、エンジン回転が上昇せずに停滞又は降下していると判断される場合には、ステップＳ２からステップＳ３へ進んで、マップから設定された燃料噴射時期ＴＦＩＮmapを読み込む。燃料噴射時期ＴＦＩＮmapは、例えば、燃料噴射量Ｑとエンジン回転速度ＮＥとを軸として形成される２次元マップを参照して得られるマップ値である。この燃料噴射時期のマップにより、エンジンの暖機進行に伴って噴射時期が進角側に推移するような補正制御が実行される。

続くステップＳ４では、読み込んだ燃料噴射時期ＴＦＩＮmapに、所定の補正値Δｔを加算し、燃料噴射時期ＴＦＩＮを変化させる（ＴＦＩＮ＝ＴＦＩＮmap＋Δｔ）。燃料噴射時期を変化させる補正値Δｔは、例えば、クランク角度で０．５ｄｅｇ程度の値であり、この補正値Δｔにより、インジェクタ２５の現在の燃料噴射タイミングが進角側に変更される。

その後、ステップＳ５へ進み、燃料噴射時期進角後の回転速度傾きが進角前の回転速度傾きより大きくなったか否かを判定する（(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ＞０）。燃料噴射時期の進角によりエンジン回転が上昇した場合（(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ＞０）、失火による燃焼不安定でエンジン回転が停滞していたと判断し、ステップＳ５からステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、燃料噴射時期を更に進角させ（ＴＦＩＮ＝ＴＦＩＮ＋Δｔ）、ステップＳ７で、噴射時期進角後の回転速度傾き(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔが回転速度傾きの目標値Ｂを超えたか否かを判定する。そして、噴射時期進角後の回転速度傾き(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔが目標値Ｂを超えていない場合（(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ≦Ｂ）、ステップＳ５へ戻り、噴射時期進角後の回転速度傾き(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔが目標値Ｂを超えた場合（(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ＞Ｂ）、燃焼状態が良好で順当にエンジン回転速度が上昇していると判断して本ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ５において、燃料噴射時期の進角によってエンジン回転が上昇せず、前の回転速度傾きよりも悪化した場合（(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ≦０）、過進角による逆トルク発生でエンジン回転が停滞したと推定し、ステップＳ５からステップＳ８へ進んで燃料噴射時期を補正値Δｔだけ遅角させる（ＴＦＩＮ＝ＴＦＩＮ−Δｔ）。そして、ステップＳ９で、噴射時期遅角後の回転速度傾きが改善したか否かを判定する（(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ＞０）。

その結果、(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ≦０の場合には、ステップＳ９からルーチンを抜け、(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ＞０の場合、すなわち燃料噴射時期の遅角によってエンジン回転が上昇に転じた場合、ステップＳ９からステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では、燃料噴射時期を更に遅角させ（ＴＦＩＮ＝ＴＦＩＮ−Δｔ）、ステップＳ１１で噴射時期遅角後の回転速度傾き(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔが目標値Ｂを超えたか否かを判定する。

その結果、回転速度傾き(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔが目標値Ｂを超えた場合には（(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ＞Ｂ）、燃焼状態が良好と判断して本ルーチンを抜ける。遅角後の回転速度傾き(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔが目標値Ｂを超えていない場合（(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔ≦Ｂ）には、ステップＳ９へ戻って回転速度傾き(ＮＥ−ＮＥ0)／ｄｔの変化を調べ、その結果に応じた処理を継続する。

このように本実施の形態においては、始動時のエンジン回転速度の傾きからエンジン回転速度の停滞や降下を迅速に検知して、燃料噴射時期の過進角による逆トルクの発生や過遅角による失火発生（燃焼不安定）を防止して最適な噴射時期に制御することができ、エンジン回転速度を速やかに上昇させて始動性を向上することができる。

尚、本実施の形態においては、ステップＳ２でエンジン回転が停滞又は降下していると判断した場合、燃料噴射時期を最初に進角（ステップＳ４）するようにしているが、ステップＳ４で燃料噴射時期を最初に遅角し、ステップＳ８で燃料噴射時期を進角させるようにしても良い。その場合、ステップＳ６では燃料噴射時期を遅角させ、ステップＳ１０では燃料噴射時期を進角させる。

次に、本発明の実施の第２形態について説明する。
第２形態は、筒内の燃焼で発生する熱量が最大となるクランク角度位置（「最大熱発生位置」と記載する）が圧縮上死点（ＴＤＣ）後の設定クランク角度位置となるように燃料噴射時期を最適に制御することで、エンジン回転速度を速やかに上昇させて始動性を向上させるものである。すなわち、第２形態は、エンジントルクの発生源となる実質的な熱量の生成速度を表す熱発生率を筒内の圧力を計測して算出し、この熱発生率が最大となるクランク角度位置を最大熱発生位置として検出する。

このため、第２形態では、エンジン１に図示しない筒内圧センサを備える共に、ＥＣＵ５０の始動時燃料噴射時期制御に係る機能を、図６に示すような機能構成とする。すなわち、ＥＣＵ５０は、始動時燃料噴射時期制御に係る機能として、最大熱発生位置を検出する最大熱発生位置検出部５３、最大熱発生位置が圧縮上死点後の設定位置となるよう燃料噴射時期を制御する始動時燃料噴射時期制御部５４を有している。

最大熱発生位置検出部５３は、エンジン始動時の燃焼サイクル毎に、単位クランク角度当たりの筒内圧の圧力上昇率と単位クランク角度当たりのシリンダ容積の容積変化速度とに基づいて熱発生率を算出し、この熱発生率が最大となるクランク角度位置を最大熱発生位置として検出する。

始動時燃料噴射時期制御部５４は、安定した燃焼状態でエンジン回転の円滑な上昇が期待できる圧縮上死点後のクランク角度位置を設定し、この設定クランク角度位置と最大熱発生位置を比較する。そして、最大熱発生位置が設定クランク角度位置よりも後の場合、燃料噴射時期を進角側に補正し、最大熱発生位置が設定クランク角度位置よりも前の場合には、燃料噴射時期を遅角側に補正することで、最終的に最大熱発生位置が圧縮上死点後の設定位置となるよう燃料噴射時期を制御する。

次に、第２形態における最大熱発生位置検出部５３及び始動時燃料噴射時期制御部５４の機能を実現するソフトウエア処理について説明する。

図７は、最大熱発生位置に基づく燃料噴射時期制御ルーチンであり、エンジンのクランキングが開始された後、始動時制御が終了するまでの燃焼サイクル毎のジョブであり、各燃焼サイクル内で所定時間毎に実行される。

この燃料噴射時期制御ルーチンでは、先ず、最初のステップＳ２１において、後述する図８の最大熱発生位置検出ルーチンによって検出された最大熱発生位置θmaxを読み込む。次に、ステップＳ２２へ進み、燃料噴射時期のマップ値ＴＦＩＮmapを読み込む。マップ値ＴＦＩＮmapは、第１形態と同様、例えば冷却水温ＴＷとエンジン回転速度ＮＥとを軸として形成される２次元マップを参照して設定される噴射時期であり、エンジンの暖機進行に伴って噴射時期が進角側に推移するようなマップ値に設定されている。

続くステップＳ２３では、最大熱発生位置θmaxが設定位置θsetか否かを調べる。設定位置θsetは、安定した燃焼状態でエンジン回転の円滑な上昇が期待でき、良好な始動性が得られるクランク角度位置である。具体的には、エンジン特性等を考慮してシミュレーション或いは実験等により決定され、例えば、ＡＴＤＣ３〜７ｄｅｇのクランク角度位置に設定されている。

ステップＳ２３において、θmax＝θsetの場合には、良好な燃焼状態が確保されていると判断して本ルーチンを抜ける。一方、θmax＞θsetの場合には、ステップＳ２４で燃料噴射時期ＴＦＩＮ（初回はマップ値ＴＦＩＮmap）に所定の補正値Δｔを加算（ＴＦＩＮ＝ＴＦＩＮ＋Δｔ）してルーチンを抜け、θmax＜θsetの場合、ステップＳ２５で燃料噴射時期ＴＦＩＮ（初回はマップ値ＴＦＩＮmap）から所定の補正値Δｔを減算（ＴＦＩＮ＝ＴＦＩＮ−Δｔ）してルーチンを抜ける。

燃料噴射時期の補正値Δｔは、第１形態と同様、例えばクランク角度で０．５ｄｅｇ程度の値である。この補正値Δｔにより、インジェクタ２５の現在の燃料噴射タイミングが進角側或いは遅角側に変更され、最大熱発生位置θmaxが設定位置θsetとなるように燃料噴射時期が制御される。

次に、上述のステップＳ２１で読み込む最大熱発生位置θmaxの検出処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。

この最大熱発生位置検出ルーチンでは、先ず、最初のステップＳ３１において、現在のクランク角度θを読み込む。ここで、クランク角度θは、圧縮上死点（ＴＤＣ）を０とし、−３５９〜＋３６０［ｄｅｇ］の値で表現されるものとする。

次に、ステップＳ３２へ進み、読み込んだクランク角度θがθ＝３６０であるか否かを調べる。θ＝３６０である場合、ステップＳ３２からステップＳ３３へ進み、ワークメモリに記憶されている最大熱発生位置θmax_workを、次の燃焼サイクルの燃料噴射時期を制御するための最大熱発生位置θmaxとしてセットする（θmax＝θmax_work）。そして、ステップＳ３４でワークメモリの最大熱発生位置θmax_workをクリアし（θmax_work＝０）、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ３２においてθ≠３６０である場合には、ステップＳ３２からステップＳ３５へ進み、クランク角度θが−３０＜θ＜３０の範囲内にあるか否かを調べる。その結果、−３０＜θ＜３０の範囲外である場合には、本ルーチンを抜け、−３０＜θ＜３０の範囲内である場合、ステップＳ３６へ進む。

ステップＳ３６では、筒内圧センサから出力される筒内圧の検出値Ｐθを読み込み、ステップＳ３７でクランク角度θに応じて変化するシリンダ容積Ｖθを読み込む。シリンダ容積Ｖθは、クランク角度θ、コネクティングロッドの長さ、クランクアームの長さ、ピストンストローク等を用いて算出することができる。

次に、ステップＳ３８へ進んで単位クランク角度当たりの筒内圧の圧力上昇率ｄＰ／ｄθを読み込み、更に、ステップＳ３９で単位クランク角度当たりのシリンダ容積の容積変化速度ｄＶ／ｄθを読み込む。筒内圧の圧力上昇率ｄＰ／ｄθは、図９に示す圧力上昇率算出ルーチンによって算出され、また、シリンダ容積の容積変化速度ｄＶ／ｄθは、図９の圧力上昇率算出ルーチンと同様の処理によって算出される。

図９の圧力上昇率算出ルーチンでは、最初のステップＳ５１でクランク角度θが−３０＜θ＜３０の範囲内にあるか否かを調べる。−３０＜θ＜３０の範囲外である場合、ステップＳ５１からルーチンを抜け、−３０＜θ＜３０の範囲内である場合、ステップＳ５１からステップＳ５２へ進んで、現在のクランク角度θにおける筒内圧センサの圧力検出値Ｐθを圧力検出値Ｐθ-1として一旦メモリに記憶する（Ｐθ-1＝Ｐθ）。

次に、ステップＳ５３で所定時間後のクランク角度θを読み込み、読み込んだクランク角度θに対応する圧力検出値ＰθをステップＳ５４で読み込む。そして、ステップＳ５５で、圧力検出値Ｐθ，Ｐθ-1の差分を圧力上昇率ｄＰ／ｄθとして算出する（ｄＰ／ｄθ＝Ｐθ−Ｐθ-1）。

また、シリンダ容積の容積変化速度ｄＶ／ｄθは、上述と同様の処理で算出することができる。すなわち、図９のフローチャートにおけるＰをＶと読み替えることで、容積変化速度ｄＶ／ｄθを算出することができる。

図８の最大熱発生位置検出ルーチンに戻ると、最大熱発生位置検出ルーチンでは以上の処理によって算出された圧力上昇率ｄＰ／ｄθ，容積変化速度ｄＶ／ｄθを読み込んだ後、ステップＳ４０へ進み、単位クランク角度当たりの熱発生率ｄＱ／ｄθを算出する。熱発生率ｄＱ／ｄθは、以下の式に示すように、筒内圧の圧力上昇率ｄＰ／ｄθ，シリンダ容積の容積変化速度ｄＶ／ｄθ、比熱比ｋを用いて求めることができる。
ｄＱ／ｄθ＝(１／(ｋ−１))・Ｖθ・ｄＰ／ｄθ＋(ｋ／(ｋ−１))・Ｐθ・ｄＶ／ｄθ

次に、ステップＳ４１へ進み、ステップＳ４０で算出した熱発生率ｄＱ／ｄθを、現時点で得られている最大熱発生位置θmaxでの熱発生率ｄＱ／ｄθmaxと比較する。その結果、ｄＱ／ｄθ≦ｄＱ／ｄθmaxの場合には、そのままルーチンを抜け、ｄＱ／ｄθ＞ｄＱ／ｄθmaxの場合、ステップＳ４２で現在の熱発生率ｄＱ／ｄθmaxを新たに算出した熱発生率ｄＱ／ｄθで更新する（ｄＱ／ｄθmax＝ｄＱ／ｄθ）。

その後、ステップＳ４３で熱発生率ｄＱ／ｄθに対応するクランク角度を最大熱発生位置θmax_workとしてワークメモリに記憶し、ルーチンを抜ける。この最大熱発生位置θmax_workは、θ＝３６０のとき、１燃焼サイクル中で熱発生率ｄＱ／ｄθが最大となるクランク角度位置（最大熱発生位置）θmaxとして与えられ、図７の燃料噴射時期制御ルーチンで読み込まれる（ステップＳ２１）。そして、最大熱発生位置θmaxが圧縮上死点後の設定位置となるよう燃料噴射時期が制御される。

このように第２形態においては、エンジン始動時の筒内の最大熱発生率が圧縮上死点後の最適位置となるように燃料噴射時期を制御する。これにより、過進角による逆トルクの発生や過遅角による失火発生（燃焼不安定）を防止してエンジン回転速度の停滞や降下を防止することができ、エンジン回転速度を速やかに上昇させて始動性を向上することができる。

次に、本発明の実施の第３形態について説明する。
第３形態は、第２形態に対して、最大熱発生位置に代えて筒内の圧力上昇率が最大となるクランク角度位置（「最大圧力上昇位置」と記載する）を用いるものである。最大熱発生位置と最大圧力上昇位置とは、例えば極低温時で着火遅れが極めて大きい場合等のように、エンジンの運転状態によっては必ずしも一致しない場合もあるが、通常の状態では、燃焼によって熱発生率が最大となるときに圧力上昇率が最大になると考えることができる。従って、第３形態では、筒内の最大圧力上昇位置が最大燃発生位置に対応する圧縮上死点後の設定位置となるように燃料噴射時期を制御することで、始動性向上を図る。

このため、第３形態では、ＥＣＵ５０の始動時燃料噴射時期制御に係る機能を、図１０に示すような機能構成とする。すなわち、ＥＣＵ５０は、始動時燃料噴射時期制御に係る機能として、最大圧力上昇位置検出部５５と始動時燃料噴射時期制御部５６とを有し、最大圧力上昇位置検出部５５でエンジン始動時の燃焼サイクル毎に最大圧力上昇位置を検出し、始動時燃料噴射時期制御部５６で最大圧力上昇位置が圧縮上死点後の設定位置となるよう燃料噴射時期を制御する。

以下、第３形態における最大圧力上昇位置検出部５５及び始動時燃料噴射時期制御部５６の機能を実現するソフトウエア処理について説明する。

図１１は、最大圧力上昇位置に基づく燃料噴射時期制御ルーチンであり、エンジンのクランキングが開始された後、始動時制御が終了するまでの燃焼サイクル毎のジョブであり、各燃焼サイクル内で所定時間毎に実行される。

この燃料噴射時期制御ルーチンがスタートすると、先ず、最初のステップＳ６１において、図１２の最大圧力上昇位置検出ルーチンによって検出された最大圧力上昇位置θ_ΔＰmaxを読み込む。次に、ステップＳ６２へ進み、燃料噴射時期のマップ値ＴＦＩＮmapを読み込む。

続くステップＳ６３では、最大圧力上昇位置θ_ΔＰmaxが設定位置θset'か否かを調べる。設定位置θset'は、安定した燃焼状態でエンジン回転の円滑な上昇が期待でき、良好な始動性が得られるクランク角度位置である。具体的には、エンジン特性等を考慮してシミュレーション或いは実験等により決定され、例えば、第２形態と同様のＡＴＤＣ３〜７ｄｅｇのクランク角度位置に設定されている。

ステップＳ６３において、θ_ΔＰmax＝θset'の場合には、良好な燃焼状態が確保されていると判断して本ルーチンを抜ける。一方、θ_ΔＰmax＞θset'の場合には、ステップＳ６４で燃料噴射時期ＴＦＩＮ（初回はマップ値ＴＦＩＮmap）に所定の補正値Δｔを加算（ＴＦＩＮ＝ＴＦＩＮ＋Δｔ）してルーチンを抜け、θ_ΔＰmax＜θset'の場合、ステップＳ６５で燃料噴射時期ＴＦＩＮ（初回はマップ値ＴＦＩＮmap）から所定の補正値Δｔを減算（ＴＦＩＮ＝ＴＦＩＮ−Δｔ）してルーチンを抜ける。

燃料噴射時期の補正値Δｔは、例えばクランク角度で０．５ｄｅｇ程度の値である。この補正値Δｔにより、インジェクタ２５の現在の燃料噴射タイミングが進角側或いは遅角側に変更され、最大圧力上昇位置θ_ΔＰmaxが設定位置θset'となるように燃料噴射時期が制御される。

次に、最大圧力上昇位置θ_ΔＰmaxを検出する図１２の最大圧力上昇位置検出ルーチンについて説明する。

この最大圧力上昇位置検出ルーチンは、エンジンのクランキングが開始された後、燃焼サイクル毎のジョブとして実行され、最初のステップＳ７１において、現在のクランク角度θを読み込む。第２形態と同様、クランク角度θは、圧縮上死点（ＴＤＣ）を０とし、−３５９〜＋３６０［ｄｅｇ］の値で表現されるものとする。

次に、ステップＳ７２へ進み、読み込んだクランク角度θがθ＝３６０であるか否かを調べる。θ＝３６０である場合、ステップＳ７２からステップＳ７３へ進み、ワークメモリに記憶されている最大圧力上昇位置θ_ΔＰmax_workを、次の燃焼サイクルの燃料噴射時期を制御するための最大圧力上昇位置θ_ΔＰmaxとしてセットする（θ_ΔＰmax＝θ_ΔＰmax_work）。そして、ステップＳ７４でワークメモリの最大圧力上昇位置θ_ΔＰmax_workをクリアし（θmax_work＝０）、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ７２においてθ≠３６０である場合には、ステップＳ７２からステップＳ７５へ進み、クランク角度θが−３０＜θ＜３０の範囲内にあるか否かを調べる。その結果、−３０＜θ＜３０の範囲外である場合には、本ルーチンを抜け、−３０＜θ＜３０の範囲内である場合、ステップＳ７６へ進む。

ステップＳ７６では、筒内圧センサの圧力検出値Ｐθに対して、単位クランク角度当たりの筒内圧の圧力上昇率ｄＰ／ｄθを読み込む。尚、この圧力上昇率ｄＰ／ｄθは、第２形態で説明した圧力上昇率算出ルーチン（図９参照）によって算出される。

その後、ステップＳ７７へ進み、圧力上昇率ｄＰ／ｄθを、現時点で得られている最大の圧力上昇率ｄＰ／ｄθmaxと比較する。その結果、ｄＰ／ｄθ≦ｄＰ／ｄθmaxの場合には、そのままルーチンを抜け、ｄＰ／ｄθ＞ｄＰ／ｄθmaxの場合、ステップＳ７９でｄＰ／ｄθmaxに対応するクランク角度を、最大圧力上昇位置θ_ΔＰmax_workとしてワークメモリに記憶し、ルーチンを抜ける。

ワークメモリの最大圧力上昇位置θ_ΔＰmax_workは、θ＝３６０のとき、１燃焼サイクル中で圧力上昇速度が最大となるクランク角度位置（最大圧力上昇位置）θ_ΔＰmaxとして与えられ、図１１の燃料噴射時期制御ルーチンで読み込まれる（ステップＳ６１）。そして、最大圧力上昇位置θ_ΔＰmaxが圧縮上死点後の設定位置となるよう燃料噴射時期が制御される。

これにより、第３形態では、第２形態に対して、最大熱発生率の算出に要する負荷を削減しつつ燃料噴射時期を最適に制御することができ、過進角による逆トルクの発生や過遅角による失火発生（燃焼不安定）を防止してエンジン回転速度の停滞や降下を防止し、エンジン回転速度を速やかに上昇させて始動性を向上することができる。

１ エンジン
５０ 電子制御装置
５１ エンジン回転判断部
５２ 始動時燃料噴射時期制御部
５３ 最大熱発生位置検出部
５４ 始動時燃料噴射時期制御部
５５ 最大圧力上昇位置検出部
５６ 始動時燃料噴射時期制御部
θ クランク角度
ＮＥ エンジン回転速度
ＴＦＩＮ 燃料噴射時期
ｄＱ／ｄθ 熱発生率
θ_ΔＰmax 最大圧力上昇位置

Claims (5)

1. エンジン始動時に燃料噴射時期を制御してエンジン回転速度の上昇を促進するディーゼルエンジンの始動制御装置であって、
   始動時のエンジン回転速度を検出し、エンジン回転速度の傾きからエンジン回転速度の停滞又は降下を判断するエンジン回転判断部と、
   上記エンジン回転判断部でエンジン回転速度が停滞又は降下したと判断されたとき、エンジン回転速度の傾きが目標値となるよう燃料噴射時期を進角側又は遅角側に補正する始動時燃料噴射時期制御部と
   を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの始動制御装置。
2. 上記始動時燃料噴射時期制御部は、燃料噴射時期を進角補正した後のエンジン回転速度の傾きが進角前のエンジン回転速度の傾きより悪化した場合、燃料噴射時期を遅角側に補正し、燃料噴射時期を遅角補正した後のエンジン回転速度の傾きが遅角前のエンジン回転速度の傾きより悪化した場合、燃料噴射時期を進角側に補正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始動制御装置。
3. エンジン始動時に燃料噴射時期を制御してエンジン回転速度の上昇を促進するディーゼルエンジンの始動制御装置であって、
   エンジン始動時の燃焼サイクル毎に筒内の熱発生率が最大となるクランク角度位置を、最大熱発生位置として検出する最大熱発生位置検出部と、
   上記最大熱発生位置が圧縮上死点後の設定位置となるよう燃料噴射時期を制御する始動時燃料噴射時期制御部と
   を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの始動制御装置。
4. エンジン始動時に燃料噴射時期を制御してエンジン回転速度の上昇を促進するディーゼルエンジンの始動制御装置であって、
   エンジン始動時の燃焼サイクル毎に筒内の圧力上昇率が最大となるクランク角度位置を、最大圧力上昇位置として検出する最大圧力上昇位置検出部と、
   上記最大圧力上昇位置が圧縮上死点後の設定位置となるよう燃料噴射時期を制御する始動時燃料噴射時期制御部と
   を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの始動制御装置。
5. 上記設定位置は、圧縮上死点後３〜７°のクランク角度位置であることを特徴とする請求項３又は４記載のディーゼルエンジンの始動制御装置。

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