JP3890703B2

JP3890703B2 - ディーゼル機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法、記録媒体

Info

Publication number: JP3890703B2
Application number: JP28686897A
Authority: JP
Inventors: 弘山本; 圭司大嶋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2017-10-20
Also published as: JPH11117796A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼル機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法、その燃料噴射制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開昭６２−２５８１６０号公報記載のものなど、各種のディーゼル機関において、エンジン回転速度やアクセル開度などの種々の条件に基づいて燃料噴射量や燃料噴射時期が決定されている。この内、燃料噴射時期は、クランク角度として演算されるが、現実には図１８に示す様に、ある基準角度までクランク軸が回転した時点からの経過時間（図示ＴＴ）により時間制御でコントロールされている。このため、特に低温始動時において以下の様な問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、エンジンクランキング状態では、エンジンの回転変動が極めて大きいため、従来の時間制御では大きな制御誤差を生じることとなり、低温時の様な燃料が着火しずらい状況においては、このような制御誤差が失火につながり、始動性を悪化させるという問題があった。
【０００４】
この理由を図１７，図１８を用いて説明する。今、図１７の［ＰＨＡＳＥＡ］で燃料が着火、つまり爆発したとする。この時は、図１８の［ＰＨＡＳＥＡ］にＴＦＩＮで示す目標燃料噴射時期での燃料噴射が着火につながったわけである。この着火（爆発）により、図１７に示す様に、エンジン回転数は変動しながらも上昇してゆく。この結果、［ＰＨＡＳＥＢ］に至ったとする。この時の所望の燃料噴射時期ＴＦＩＮは、図１８の［ＰＨＡＳＥＢ］に破線で示す通りである。この燃料噴射時期ＴＦＩＮ［゜ＣＡ］は、上述の様に基準クランク角度からの通電開始時期ＴＴ［μｓｅｃ］による時間制御で実現される。この通電開始時期ＴＴ［μｓｅｃ］は、開弁遅延時間ＴＤ［μｓｅｃ］とエンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］とを考慮しつつ目標燃料噴射時期ＴＦＩＮ［°ＣＡ］を実現する様に算出されるが、この際に必要となってくるエンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｎ］は、ＣＰＵの能力上、前気筒での値を使用せざるを得ない。加速状態にある場合は、実際に燃料を噴射しようとするタイミングの回転数に比べ、前気筒時の回転数は相当に低い。従って、必然的に、本来あるべき通電開始時期ＴＴに比べ実際制御に使う通電開始時期ＴＴ’は大きな値として算出される。この結果、図１７の［ＰＨＡＳＥＢ］に示すように、目標噴射時期ＴＦＩＮより時間ＩＤだけおくれたタイミングで燃料が噴射されることになる。従って、所望の時期に燃料が噴射されずに失火し、再びエンジン回転数は低下してゆき、良い始動性が得られないことになる。
【０００５】
この様な失火は、特に低温始動時に顕著である。図１９に示すように、低温時（図示Ｌ）は吸入空気自体の温度が低いため、圧縮行程に入って燃焼室内の空気の温度が上昇したとしても、燃料が着火可能な温度に上昇する期間ＴＵＰＬはきわめて短くなり、この短い期間ＴＵＰＬ内に精度よく、燃料噴射を開始しないとならないからである。なお、図示Ｈは高温時の燃焼室内温度を表し、その着火可能温度上昇期間はＴＵＰＨと長くなる。
【０００６】
このような問題を解決する手段として、一つには燃料噴射時期を精度良く実施できる様に、時間制御でなく、角度制御で燃料噴射時期をコントロールする対策が考えられる。しかしこの場合、基準角度パルサを例えば０．５°ＣＡ程度のものにするなど、クランク角度検出精度の向上が必要である。この様なパルサをクランク軸上に設置したと仮定すると、実に７２０パルス用のパルサを用意しなければならず、パルサの製作量等の上昇により工数的に不適であるとともに、このパルスを入力し、数々の演算処理を実施する電子制御装置（ＥＣＵ）にとっても回転同期割込み処理が過大となり、他の種々の制御等への影響も多大となるという問題があった。
【０００７】
また、ポイント的に精度よく燃料噴射が実行できたとしても、一気に大量の燃料が気化することとなり、その気化熱により、かえって気筒内の温度を低下させるおそれもある。これでは低温始動時の失火防止対策とはならない。
ところで、エンジンが低温始動状態にあるか否かを判定する方法としては、スタータスイッチがＯＮになっているときに、冷却水温センサの検出したエンジンの冷却水の温度が所定値以下であるか否かを判定する方法が用いられている。従って、冷却水温センサが故障した場合には、エンジンが低温始動状態にあるか否かを判定することができないため、適切な失火防止対策をとることが難しく、良い始動性が得られないことになる。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、低温状態にあるか否かが不明の場合であっても、低温クランキング状態の良好な始動性を確保し、さらにはその後のアイドル安定前の失火によるエンジン停止をも防止して、低温始動状態に確実かつ安定的な燃焼制御を行うことが可能なディーゼル機関の燃料噴射制御を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、運転状態検出手段、燃料噴射条件演算手段、燃料噴射手段、始動状態判定手段、低温状態判定手段、信用判定手段、スプリット噴射指示手段、燃料噴射量配分手段、スプリット噴射時期設定手段を備える。運転状態検出手段は、ディーゼル機関の運転状態を検出する。燃料噴射条件演算手段は、当該運転状態検出手段にて検出された運転状態に基づいて、必要な燃料噴射量及び燃料噴射時期を含んだ燃料噴射条件を演算する。燃料噴射手段は、当該燃料噴射条件演算手段にて演算された燃料噴射条件に基づいて燃料噴射を行う。始動状態判定手段は、ディーゼル機関が始動状態にあるか否かを判定する。低温状態判定手段は、ディーゼル機関が低温状態にあるか否かを判定する。信用判定手段は、当該低温状態判定手段の判定結果が信用できるか否かを判定する。スプリット噴射指示手段は、信用判定手段にて低温状態判定手段の判定結果が信用できると判定された際には、始動状態判定手段にて始動状態であると判定され且つ低温状態判定手段にて低温状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示し、信用判定手段にて低温状態判定手段の判定結果が信用できないと判定された際には、低温状態判定手段の判定結果に拘わらず、始動状態判定手段にて始動状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示する。燃料噴射量配分手段は、当該スプリット噴射指示手段にてスプリット噴射の実行が指示された場合には、前記燃料噴射条件演算手段にて演算された燃料噴射量をスプリット噴射の各燃料噴射に配分する。スプリット噴射時期設定手段は、当該燃料噴射量配分手段にて燃料噴射量の配分がなされた場合には、前記燃料噴射条件演算手段にて演算された燃料噴射時期に代えて、上死点前の設定時期とその後の設定時期とからなるスプリット噴射の各噴射時期を設定する。
【００１０】
従って、本発明によれば、低温始動時において、複数回に分けて、特に最初の燃料噴射については上死点前の設定時期に燃料噴射が実行される。燃料噴射が複数回に分けられることから、気筒内で一気に大量の燃料が気化するということがなく、気化熱による気筒内温度の低下を避けつつ必要な量の燃料を噴射することができる。また、最初の燃料噴射により、気筒内の空気は活性度の高い状態となり、気筒内に火種ができた状態になる。その結果、低温クランキング状態の良好な始動性を確保し、さらにはその後のアイドル安定前のレーシングなどによる失火の発生をも防止して、低温始動状態に確実かつ安定的な燃焼制御を行うことができる。
【００１１】
また、スプリット噴射指示手段は、ディーゼル機関が始動状態で且つ低温状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示するが、低温状態判定手段の判定結果が信用できないと判定された際には、低温状態判定手段の判定結果に拘わらず、ディーゼル機関が始動状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示する。従って、低温状態判定手段の判定結果が信用できずディーゼル機関が低温状態にあるか否かが不明の場合でも、上記した作用により、低温始動状態の確実かつ安定的な燃焼制御を行うことができる。
【００１２】
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射制御装置において、前記スプリット噴射時期設定手段が、前記スプリット噴射時期として少なくとも最初の燃料噴射を回転角に同期した時期に設定する。
従って、本発明によれば、急激な回転変動による影響を避けて安定した制御を確実に実行することができる。
【００１３】
次に、請求項３に記載の発明は、運転状態検出処理、燃料噴射条件演算処理、燃料噴射処理、始動状態判定処理、低温状態判定処理、信用判定処理、スプリット噴射指示処理、燃料噴射量配分処理、スプリット噴射時期設定処理を備える。運転状態検出処理は、ディーゼル機関の運転状態を検出する。燃料噴射条件演算処理は、当該運転状態検出処理にて検出された運転状態に基づいて、必要な燃料噴射量及び燃料噴射時期を含んだ燃料噴射条件を演算する。燃料噴射処理は、当該燃料噴射条件演算処理にて演算された燃料噴射条件に基づいて燃料噴射を行う。始動状態判定処理は、ディーゼル機関が始動状態にあるか否かを判定する。低温状態判定処理は、ディーゼル機関が低温状態にあるか否かを判定する。信用判定処理は、当該低温状態判定処理の判定結果が信用できるか否かを判定する。スプリット噴射指示処理は、信用判定処理にて低温状態判定処理の判定結果が信用できると判定された際には、始動状態判定処理にて始動状態であると判定され且つ低温状態判定処理にて低温状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示し、信用判定処理にて低温状態判定処理の判定結果が信用できないと判定された際には、低温状態判定処理の判定結果に拘わらず、始動状態判定処理にて始動状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示する。燃料噴射量配分処理は、当該スプリット噴射指示処理にてスプリット噴射の実行が指示された場合には、前記燃料噴射条件演算処理にて演算された燃料噴射量をスプリット噴射の各燃料噴射に配分する。スプリット噴射時期設定処理は、当該燃料噴射量配分処理にて燃料噴射量の配分がなされた場合には、前記燃料噴射条件演算処理にて演算された燃料噴射時期に代えて、上死点前の設定時期とその後の設定時期とからなるスプリット噴射の各噴射時期を設定する。
【００１４】
従って、本発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用により同様の効果を得ることができる。
次に、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のディーゼル機関の燃料噴射制御方法において、前記スプリット噴射時期設定処理が、前記スプリット噴射時期として少なくとも最初の燃料噴射を回転角に同期した時期に設定する。
【００１５】
従って、本発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の作用により同様の効果を得ることができる。
次に、請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載のディーゼル機関の燃料噴射制御方法をコンピュータシステムに実行させるためのプログラムが記憶されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供するものである。
【００１６】
つまり、請求項３または請求項４に記載の燃料噴射制御方法を実行する機能は、コンピュータシステムで実行されるプログラムとして備えることができる。このようなプログラムの場合、例えば、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録し、必要に応じてコンピュータシステムにロードして起動することにより用いることができる。この他、ＲＯＭやバックアップＲＡＭをコンピュータで読み取り可能な記録媒体として前記プログラムを記録しておき、このＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭをコンピュータシステムに組み込んで用いてもよい。
【００１７】
尚、以下に述べる発明の実施の形態において、特許請求の範囲または課題を解決するための手段に記載の「運転状態検出手段」はＣＰＵ４１におけるＳ１０，Ｓ２０の各処理およびクランク角センサ５３，アクセル開度センサ５５に該当し、同じく「燃料噴射条件演算手段」はＣＰＵ４１におけるＳ３０，Ｓ４０の各処理に該当し、同じく「燃料噴射手段」はＣＰＵ４１におけるＳ２１０〜Ｓ２６０の各処理およびインジェクタ３，コモンレール５，燃料タンク７，高圧ポンプ９に該当し、同じく「始動状態判定手段」はＣＰＵ４１におけるＳ１１５，Ｓ１３０，Ｓ１４０，Ｓ１５０の各処理およびスタータスイッチ５９に該当し、同じく「低温状態判定手段」はＣＰＵ４１におけるＳ１２５，Ｓ１４５の各処理および冷却水温センサ６１に該当し、同じく「信用判定手段」はＣＰＵ４１におけるＳ１７０，Ｓ１７５の各処理および冷却水温センサ６１に該当し、同じく「スプリット噴射指示手段」はＣＰＵ４１におけるＳ１３５，Ｓ１６０の各処理に該当し、同じく「燃料噴射量配分手段」はＣＰＵ４１におけるＳ２１０，Ｓ２２０の各処理およびコモンレール圧センサ２７に該当し、同じく「スプリット噴射時期設定手段」はＣＰＵ４１におけるＳ２７０の処理に該当する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明をコモンレール式の燃料噴射制御装置に具体化した第１実施形態を図面と共に説明する。
【００１９】
図１は可変吐出量高圧ポンプを備えるコモンレール式燃料噴射制御装置の構成図である。
このコモンレール式燃料噴射制御装置１は、６気筒ディーゼルエンジン用のものであって、各気筒に配設される６個のインジェクタ３と、各インジェクタ３に供給する高圧燃料を蓄圧するコモンレール５と、コモンレール５に燃料タンク７から燃料を圧送する可変吐出量の高圧ポンプ９と、これらを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１１とを備える。ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路を有する公知のマイクロコンピュータから構成され、車載バッテリ（図示略）から電源が供給される。
【００２０】
燃料タンク７に蓄えられた燃料は、フィードポンプ１３により吸い上げられ、高圧ポンプ９へ低圧状態にて圧送される。低圧で圧送された燃料は、図２に示す様に、高圧ポンプ９内に設置された燃料ギャラリー１５に蓄えられ、チェック弁１７の設定開弁圧により一定圧に維持されている。この設定開弁圧以上に燃料ギャラリー１５内の燃料圧が上昇した場合には、チェック弁１７が開弁され、燃料は燃料タンク７へと戻される。
【００２１】
一方、燃料ギャラリー１５は、電磁制御弁１９を介して燃料加圧用のチャンバー２１と連通・遮断される。チャンバー２１には、プランジャー２３が嵌合されている。このプランジャー２３が上昇する際に電磁制御弁１９を閉ざすと、チャンバー２１内で燃料が加圧される。この圧力がチェック弁２５の開弁圧以上になると、チャンバー２１内の燃料がコモンレール５に圧送されることになる。従って、加圧圧送の開始時期は電磁制御弁１９の閉弁時期により定まる。圧送終了時期は、プランジャー２３の上死点到達時期に対応して一定であるため、圧送開始時期を早めれば、圧送量が増すことになる。このような機構を用い、ＥＣＵ１１は目標とするコモンレール圧を得るため、この電磁制御弁１９の閉弁時期を制御する。
【００２２】
なお、以上の高圧ポンプ系の作動詳細は本発明と直接的に関与しないため、これ以上詳細な説明を省略する。詳細説明については、特開平２−１４６２５６号公報に記載されているのでそちらを参照されたい。
上述のように燃料は、高圧ポンプ９により加圧圧送されてコモンレール５に蓄えられる。その時の燃料圧力はコモンレール５に設置されたコモンレール圧センサ２７にて検出され、ＥＣＵ１１へ電気信号として送られる。ＥＣＵ１１は前述したようにこのコモンレール圧が目標値となるように電磁制御弁１９の閉弁時期をコントロールする。なお、コモンレール５にはプレッシャリミッタ２９が配設され、内圧が高くなり過ぎない様にも対処されている。
【００２３】
こうしてコモンレール５に蓄えられた高圧の燃料は、図３に示す様に、フローリミッタ３１を介してディーゼルエンジン３３の各気筒毎に設置されたインジェクタ３に送られる。燃料は、インジェクタ３内で二方向に分岐する。その一方は、オリフィスαを介してコマンドピストン３７の背面に流れ込んでいる。また他方は、コマンドピストン３７に連結されたニードル３９の下端の油溜り４１に流入している。即ち、インジェクタ３内で分岐した燃料は、ニードル３９を押し下げる力と押し上げる力に分かれている。このとき、コマンドピストン３７の背面の面積の方が大きいため、全体としては下向きの力、つまりニードル３９を閉弁維持する力の方が勝っている。従って、二方弁３５が図示の開弁状態にある場合には燃料は噴射されない。
【００２４】
燃料噴射に当たっては、ＥＣＵ１１が、後述する演算結果に基づく所定のタイミングにて所定期間に渡ってＣＰＵ４１の出力ポート４３をＯＮにすることにより実行される。ＣＰＵ４１の出力ポート４３がＯＮとなると、トランジスタ４５が導通状態に切り換えられ、二方弁３５に付設された電磁コイル４７に通電がなされる。この結果、二方弁３５が開きオリフィスβとタンク７とが連通する状態に切り換わり、オリフィスβはオリフィスαよりも大径に設定されているため、コマンドピストン３７の背面に流れ込んでいた高圧燃料は流れ込む量より燃料タンク７へ逃げる量の方が多くなる。この結果、コマンドピストン３７の背圧は下がり、ニードル３９を上方向へ押し上げる力の方が勝ることになり、ノズルが開弁し、燃料の噴射が開始される。
【００２５】
なお、こうした燃料噴射や各種制御を行うため、図１に示す様に、ＥＣＵ１１にはコモンレール圧センサ２７の他、気筒判別センサ５１，クランク角センサ５３，アクセル開度センサ５５，アイドルスイッチ５７，スタータスイッチ５９，エンジン３３の冷却水の温度を検出する冷却水温センサ６１などからの信号も入力されている。
【００２６】
また、図３に示す様に、バッテリ＋Ｂから電磁コイル４７への回路中には、該電磁コイル４７の高速駆動用のコンデンサ６３が介装されている。つまり、トランジスタがＯＮとなった直後は電磁コイル４７にはピーク電流Ｉｐが通電され、その後バッテリ電圧に基づいて一定電流Ｉｈが通電される様に構成されている（図４の（Ａ）参照）。
【００２７】
なお、後述する目標通電期間ＴＱの経過後に、電磁コイル４７への通電を停止することにより、再び二方弁３５が開弁し、コマンドピストン３７に高い背圧を加えてニードル３９を閉弁方向へ移動させ、燃料噴射を終了させる。
次に、前述したインジェクタ３の電磁コイル４７への通電制御について説明する。
【００２８】
ＥＣＵ１１が起動すると、ＣＰＵ４１はＥＣＵ１１に内蔵されたＲＯＭやＲＡＭに予め記憶されたプログラムに従い、コンピュータによる各種演算処理によって、図５，図７，図８に示すフローチャートの各ステップの処理を実行する。
尚、前記プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体（フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスクなど）に記録しておき、必要に応じてＥＣＵ１１にロードして起動することにより用いるようにしてもよい。
【００２９】
ＣＰＵ４１は、図５に示すメインルーチンにて、まずアクセル開度Ａｃｃｐをアクセル開度センサ５５の出力値より算出する（Ｓ１０）。次に、クランク角センサ５３から１５°ＣＡ毎に入力されるＮｅパルスに基づいてエンジン回転数Ｎｅを求める（Ｓ２０）。具体的には、１５°ＣＡ間のパルス経過時間を計測すれば公知の算出方法にて算出できる。次にアクセル開度Ａｃｃｐとエンジン回転数Ｎｅを用いて図６に示すようなガバナパターンマップ１０１を参照し、目標燃料噴射量ＱＦＩＮを求める（Ｓ３０）。次にエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量ＱＦＩＮを用いてタイミングマップ１０２を参照し、目標燃料噴射時期ＴＦＩＮを求める（Ｓ４０）。次にエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量ＱＦＩＮを用いて圧力マップ１０３を参照し、目標コモンレール圧ＰＦＩＮを求める（Ｓ５０）。そして、本実施形態の特徴である燃料噴射モード判定処理（Ｓ６０）に移行する。
【００３０】
燃料噴射モード判定処理は、図７に示す手順で進行し、通常の燃料噴射を実行すべき状態にあるか、それとも噴射回数を２回に分けたスプリット噴射を実行すべき状態にあるかを判定し、燃料噴射モード設定を行う処理である。
この処理においては、まず、現在すでにスプリット噴射モードとなっているか否かを判定する（Ｓ１１０）。スプリット噴射モードがＯＦＦなら、スタータスイッチ５９の信号からスタータがＯＮとなっているか否かを判定する（Ｓ１１５）。「ＮＯ」と判定されたら、スプリット噴射モードをそのままＯＦＦに維持する（Ｓ１２０）。一方、「ＹＥＳ」と判定された場合は、冷却水温センサ６１が正常か否かを判定する（Ｓ１７０）。
【００３１】
このＳ１７０においては、冷却水温センサ６１の出力信号のレベルが通常取り得る範囲内にあり、且つ、冷却水温センサ６１の出力信号の時間変化がエンジン３３の冷却水温が通常取り得る時間変化の範囲内にある場合に、冷却水温センサ６１が正常であると判定する。すなわち、冷却水温センサ６１の出力信号のレベルが通常取り得る範囲を越えて異常に高いか又は低い場合、その出力信号はエンジン３３の冷却水温に対応したものではなく、冷却水温センサ６１の故障により生じたものであると考えられる。また、冷却水温センサ６１の出力信号の時間変化がエンジン３３の冷却水温が通常取り得る時間変化の範囲を越えて大幅に変化する場合、その出力信号はエンジン３３の冷却水温に対応したものではなく、冷却水温センサ６１の故障により生じたものであると考えられる。
【００３２】
このＳ１７０にて「ＮＯ」と判定された場合は、後述するように、エンジン回転数Ｎｅに関する条件を判定する（Ｓ１３０）。一方、「ＹＥＳ」と判定された場合は、冷却水温センサ６１の検出したエンジン３３の冷却水温ＴＨＷに関する条件を判定する（Ｓ１２５）。
【００３３】
このＳ１２５の判定には、制御が不安定とならないように、ヒステリシスを有する条件が使用される。なお、最初の判定においては、冷却水温ＴＨＷが０℃以下であれば判定「０」が採用され、０℃を越えるときにのみ判定「１」が採用される。この判定結果は次回の判定まで記憶される。そして、２回目以降の判定では、前回の判定結果との関係から「０」のライン上にあるのか「１」のライン上にあるのかを考慮して判定を「０」とすべきか「１」とすべきかを決定する。このＳ１２５の判定が「１」となった場合は、Ｓ１２０に移行してスプリット噴射モードをＯＦＦに維持する。一方、「０」と判定された場合は、エンジン回転数Ｎｅに関する条件を判定する（Ｓ１３０）。このＳ１３０の判定においても、Ｓ１２５と同様にヒステリシスを有する条件が使用される。従って、最初はエンジン回転数Ｎｅが６００ｒｐｍ以下であるか否かで判定をし、２回目以降はヒステリシスに基づいた判定がなされる。このＳ１３０の判定が「１」となった場合は、Ｓ１２０に移行してスプリット噴射モードをＯＦＦに維持する。そして、「０」と判定された場合は、スプリット噴射モードをＯＦＦからＯＮに切り換える（Ｓ１３５）。
【００３４】
一方、Ｓ１１０の判定において、スプリット噴射モードがＯＮとなっていた場合も、スタータの状況（Ｓ１４０）、冷却水温センサ６１が正常か否かの判定（Ｓ１７５）、冷却水温ＴＨＷの条件（Ｓ１４５）、及びエンジン回転数Ｎｅの条件（Ｓ１５０）に応じてスプリット噴射モードのＯＮを維持すべきか、ＯＦＦに切り換えるべきかを決定し、燃料噴射モード設定を行う（Ｓ１５５，Ｓ１６０）。
【００３５】
なお、Ｓ１４０においてスタータがＯＦＦであると判定された場合には、直ちにスプリット噴射モードをＯＦＦに切り換えるのではなく、１秒の遅延条件を加味する処理を挿入している（Ｓ１６５）。このＳ１６５の処理を採用することによって、冷却水温ＴＨＷやエンジン回転数Ｎｅの判定条件においてヒステリシスを設けたのと同様に、制御の不安定化を防止している。この処理によって、エンジン始動時及び始動直後１秒間において、冷却水温センサ６１が正常な場合で且つ冷却水温ＴＨＷが低い場合で且つエンジン回転数Ｎｅが低い場合、または、冷却水温センサ６１が異常な場合で且つエンジン回転数Ｎｅが低い場合には、スプリット噴射モードが設定され、それ以外の場合には通常噴射モードが設定されることになる。
【００３６】
また、Ｓ１７５において冷却水温センサ６１が正常ではないと判定された場合には（Ｓ１７５：ＮＯ）、Ｓ１５０へ移行する。なお、Ｓ１７５における判定条件はＳ１７０におけるそれと同じである。
次に、燃料噴射制御について説明する。燃料噴射制御は図８に示すルーチンに従って実行される。
【００３７】
この処理は、回転同期割り込みで実行され、まず、コモンレール圧センサ２７の検出信号よりコモンレール５内の実際の燃料圧力（実コモンレール圧）ＮＰＣを入力する（Ｓ２１０）。次に、目標燃料噴射量ＱＦＩＮと実コモンレール圧ＮＰＣを用いて図９に示す通電期間マップ１０４を参照し、目標通電期間ＴＱを算出する（Ｓ２２０）。そして、スプリット噴射モードがＯＮに設定されているか否かを判定する（Ｓ２３０）。スプリット噴射モードがＯＦＦの場合には、実コモンレール圧ＮＰＣの下でインジェクタ駆動信号がＯＮとされた時点から現実にノズルが開弁するまでのインジェクタ作動遅れ時間ＴＤを、図１０に示すインジェクタ特性マップ１０５より求める（Ｓ２４０）。そして、図４の（Ａ）に示す様に、ＮｅパルスＮｏ．０を基準にしたときの目標インジェクタ通電開始時期ＴＴを数１にて算出し（Ｓ２５０）、この目標インジェクタ通電開始時期ＴＴと目標通電期間ＴＱとから駆動パルスをセットする（Ｓ２６０）。
【００３８】
【数１】

【００３９】
一方、Ｓ２３０にてスプリット噴射モードがＯＮとなっていると判定された場合は、まず、プレ噴射用の通電期間（プレ噴射通電期間）ＴＱｐを求める（Ｓ２７０）。本発明者らの実験結果によると、プレ噴射と主噴射の比は１：３が最良であったため、本実施形態ではプレ噴射通電期間ＴＱｐはＳ２２０にて算出した目標通電期間ＴＱの１／４とした。
【００４０】
次に、主噴射通電期間ＴＱｍを求める（Ｓ２８０）。前述したように主噴射はプレ噴射の３倍が最良であったから「ＴＱｍ＝３*ＴＱｐ」とすればよい訳である。従って、プレ噴射通電期間ＴＱｐ及び主噴射通電期間ＴＱｍは数２，数３にて算出される。
【００４１】
【数２】

【００４２】
【数３】

【００４３】
このように求めた各噴射期間ＴＱｐ、ＴＱｍに基づいて、図４の（Ｂ）に示すように、それぞれＮｅパルスＮｏ．１（ＢＴＤＣ１５°ＣＡ），ＮｅパルスＮｏ．２（ＴＤＣ）に同期して駆動信号を発生させる様に、駆動パルスがセットされる（Ｓ２５０）。
【００４４】
こうして、低温始動時には、スプリット噴射がセットされる結果、図１１に示す様に、少量のプレ噴射燃料により、気筒内の空気温度を気化熱等で下げることなく、着火が行われ、その後の主噴射による燃焼のための火種が形成される。そして、ひきつづき噴射する主噴射燃料がこの火種と接触することにより、確実に着火燃焼することができ、以後急激な回転上昇にもかかわらず失火することなく安定した燃焼を得ることができ、始動性を向上させることができる。
【００４５】
この様な良好な作用効果を奏することができるのは、単に低温始動時にスプリット噴射をするのみならず、その１回目であるプレ噴射を上死点前の所定時期に実行する構成を採用したからである。また、実施形態では、これを回転同期により実行することとしたから、エンジンクランキング時の様な急激な回転変動がある状態においても、的確な時期に、安定的にスプリット噴射を実行することができる。この結果、常に安定して始動性を向上することができる。
【００４６】
また、冷却水温センサ６１が正常でない場合（Ｓ１７０，Ｓ１７５：ＮＯ）には、冷却水温ＴＨＷの条件（Ｓ１２５，Ｓ１４５）に関係なく、エンジン回転数Ｎｅの条件（Ｓ１３０，Ｓ１５０）に応じて、燃料噴射モード設定を行う（Ｓ１２０，Ｓ１３５，Ｓ１５５，Ｓ１６０）。従って、冷却水温センサ６１が故障してエンジン３３が低温状態にあるか否かが不明の場合でも、上記した作用により、低温クランキング状態の良好な始動性を確保し、さらにはその後のアイドル安定前の失火によるエンジン停止をも防止して、低温始動状態の確実かつ安定的な燃焼制御を行うことができる。
【００４７】
（第２実施形態）
上記した第１実施形態は、エンジンクランキング時での始動性を問題とする実施形態であったが、エンジンクランキング後も、始動性が悪化する場合がある。そこで、エンジンクランキング時及びその後を含む低温始動時の始動性を向上することが可能な第２実施形態について説明する。
【００４８】
第２実施形態は、第１実施形態とシステム、メインルーチン、回転割り込みルーチンなどを同一にし、異なるのは、燃料噴射モード判定処理のロジックの一部である。
図１２に、第２実施形態における燃料噴射モード判定処理のロジックを示す。尚、図１２において、図７および図８に示した第１実施形態の燃料噴射モード判定処理のロジックと同じ処理についてはステップ番号を等しくしてその説明を省略する。
【００４９】
図１２に示すフローチャートは、図７に示したフローチャートからＳ１１５およびＳ１４０の各処理を削除したものである。
この結果、エンジンクランキング時だけでなく、その後のアイドル安定前の低温始動状態においてエンジン回転数が低下した場合には再度スプリット噴射が実行されることになり、図１７にて指摘した様な急激な回転変動時の失火によるエンジン停止を防止することができる。
【００５０】
以上本発明の各実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内の種々なる態様を採用することができる。
上記各実施形態ではスプリット噴射モード判定条件を、スタータ信号、エンジン回転数，冷却水温のみで判定したが、それ以外にも吸気温あるいは吸気圧力を判定パラメータに加えてもよい。
【００５１】
また、図７および図１２において、Ｓ１２５，Ｓ１３０，Ｓ１４５，Ｓ１５０の各処理における判定「０」「１」の切替条件は、適合定数（または変数）としてもよい。
ところで、上記各実施形態ではスプリット噴射の分割を２回に分けて説明したが、３回あるいはそれ以上に分けて噴射しても同様の効果が得られると考えられる。また、分割比も１：３で説明したがエンジンによってはそれ以外の分割比が良い場合も考えられる。
【００５２】
そこで、次の様に変形を加えることもできる。
第１の変形例は分割比を可変とするものである。この変形例は、図１３に示す様に、エンジンパラメータ、例えば冷却水温に応じて、プレ噴射燃料量Ｑｐと主噴射燃料量Ｑｍとの分割比α＝Ｑｐ／Ｑｍを変化させることとするものである。制御的には、図１４に示す様に、回転同期割り込みルーチンのステップＳ２７０の前に、分割比αを算出するためのステップＳ３００を追加し、この分割比αに基づいてプレ噴射通電期間ＴＱｐ及び主噴射通電期間ＴＱｍを算出することとすればよい。
【００５３】
第２の変形例は、分割噴射の回数を可変とするものである。この変形例は、図１５に示す様に、エンジンパラメータ（例えば、冷却水温）に応じて、全くプレ噴射を行わない分割数ｎ＝１から、プレ噴射を１回，２回，３回に分ける分割数ｎ＝２，３，４までを可変とするものである。制御的には、図１６に示す様に、回転同期割り込みルーチンのステップＳ２７０の前に、分割数ｎを算出するためのステップＳ４００を追加すればよい。その後のプレ噴射通電期間ＴＱｐ及び主噴射通電期間ＴＱｍの算出に当たっては、分割数ｎ＝２，３，４に対して予め実験的に求めておいた比率による演算を実行することとすればよい。もちろん、第１の変形例と組み合わせて、分割数ｎ及び分割比αを可変として両者を所定のエンジンパラメータにて演算する構成としてもよい。
【００５４】
各変形例における分割比αや分割数ｎは、冷却水温に限らず、吸気温，エンジン回転数，燃焼室圧，燃焼室温，排気温などにより決定することとしてもよい。
また、こうした変形例および上記各実施形態において、駆動回路に複数の高電圧チャージ用のコンデンサを配設して、スプリット回数分の回路をもって制御する構成としてもよい。
【００５５】
さらに、上記各実施形態ではプレ噴射、主噴射ともＮｅパルスに同期して噴射するようにしているが、プレ噴射あるいは主噴射いずれか一方のみをＮｅパルス同期にしてもかなり効果が上げられる。特に、主噴射については、燃料のプレ噴射により気筒内の状態が活性化された後の燃料噴射であるから、着火可能範囲が広がることによりその最適噴射タイミングは範囲が広がることになるから、Ｎｅパルスに同期させなくても十分に精度のよい制御を実行することができる。
【００５６】
加えて、コモンレール式の装置に限らず、他のタイプの電子制御式の装置に適用しても構わない。また、メカニカルな燃料噴射制御装置にも本発明を適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１および第２実施形態のシステムを示す構成図。
【図２】第１および第２実施形態における高圧ポンプの構成を示す模式図。
【図３】第１および第２実施形態におけるインジェクタの構成を示す模式図。
【図４】第１および第２実施形態における通常噴射モード及びスプリット噴射モードによる燃料噴射制御の状態を示すタイミングチャート。
【図５】第１および第２実施形態においてＥＣＵの実施するメインルーチンのフローチャート。
【図６】図５に示すメインルーチンで使用するマップ同士の関係を示す説明図。
【図７】第１実施形態における燃料噴射モード判定処理のフローチャート。
【図８】第１および第２実施形態における燃料噴射のための回転割り込みルーチンのフローチャート。
【図９】第１および第２実施形態における目標通電期間算出用のマップ。
【図１０】第１および第２実施形態における目標インジェクタ通電開始時期算出用のマップ。
【図１１】第１および第２実施形態におけるスプリット噴射による燃料噴射と気筒内圧の関係を示すタイミングチャート。
【図１２】第２実施形態における燃料噴射モード判定処理のフローチャート。
【図１３】第１の変形例におけるスプリット噴射分割比算出用のマップ。
【図１４】第１の変形例の燃料噴射のための回転割り込みルーチンのフローチャート。
【図１５】第２の変形例におけるスプリット噴射分割数算出用のマップ。
【図１６】第２の変形例の燃料噴射のための回転割り込みルーチンのフローチャート。
【図１７】低温始動時の着火・失火の状態を示す説明図。
【図１８】従来の燃料噴射制御の状態を示すタイミングチャート。
【図１９】吸入空気温度と燃焼室内温度の関係を示す説明図。
【符号の説明】
１…コモンレール式燃料噴射制御装置３…インジェクタ
５…コモンレール７…燃料タンク９…高圧ポンプ１１…ＥＣＵ
２７…コモンレール圧センサ３３…エンジン４１…ＣＰＵ
５３…クランク角センサ５５…アクセル開度センサ
５９…スタータスイッチ６１…冷却水温センサ

Claims

ディーゼル機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
当該運転状態検出手段にて検出された運転状態に基づいて、必要な燃料噴射量及び燃料噴射時期を含んだ燃料噴射条件を演算する燃料噴射条件演算手段と、
当該燃料噴射条件演算手段にて演算された燃料噴射条件に基づいて燃料噴射を行う燃料噴射手段と、
ディーゼル機関が始動状態にあるか否かを判定する始動状態判定手段と、
ディーゼル機関が低温状態にあるか否かを判定する低温状態判定手段と、
当該低温状態判定手段の判定結果が信用できるか否かを判定する信用判定手段と、
前記信用判定手段にて前記低温状態判定手段の判定結果が信用できると判定された際には、前記始動状態判定手段にて始動状態であると判定され且つ前記低温状態判定手段にて低温状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示し、前記信用判定手段にて前記低温状態判定手段の判定結果が信用できないと判定された際には、前記低温状態判定手段の判定結果に拘わらず、前記始動状態判定手段にて始動状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示するスプリット噴射指示手段と、
当該スプリット噴射指示手段にてスプリット噴射の実行が指示された場合には、前記燃料噴射条件演算手段にて演算された燃料噴射量をスプリット噴射の各燃料噴射に配分する燃料噴射量配分手段と、
当該燃料噴射量配分手段にて燃料噴射量の配分がなされた場合には、前記燃料噴射条件演算手段にて演算された燃料噴射時期に代えて、上死点前の設定時期とその後の設定時期とからなるスプリット噴射の各噴射時期を設定するスプリット噴射時期設定手段と
を備えたことを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射制御装置。
前記スプリット噴射時期設定手段が、前記スプリット噴射時期として少なくとも最初の燃料噴射を回転角に同期した時期に設定することを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射制御装置。
ディーゼル機関の運転状態を検出する運転状態検出処理と、
当該運転状態検出処理にて検出された運転状態に基づいて、必要な燃料噴射量及び燃料噴射時期を含んだ燃料噴射条件を演算する燃料噴射条件演算処理と、
当該燃料噴射条件演算処理にて演算された燃料噴射条件に基づいて燃料噴射を行う燃料噴射処理と、
ディーゼル機関が始動状態にあるか否かを判定する始動状態判定処理と、
ディーゼル機関が低温状態にあるか否かを判定する低温状態判定処理と、
当該低温状態判定処理の判定結果が信用できるか否かを判定する信用判定処理と、
前記信用判定処理にて前記低温状態判定処理の判定結果が信用できると判定された際には、前記始動状態判定処理にて始動状態であると判定され且つ前記低温状態判定処理にて低温状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示し、前記信用判定処理にて前記低温状態判定処理の判定結果が信用できないと判定された際には、前記低温状態判定処理の判定結果に拘わらず、前記始動状態判定処理にて始動状態であると判定された場合に、燃料噴射を複数回に分けたスプリット噴射の実行を指示するスプリット噴射指示処理と、
当該スプリット噴射指示処理にてスプリット噴射の実行が指示された場合には、前記燃料噴射条件演算処理にて演算された燃料噴射量をスプリット噴射の各燃料噴射に配分する燃料噴射量配分処理と、
当該燃料噴射量配分処理にて燃料噴射量の配分がなされた場合には、前記燃料噴射条件演算処理にて演算された燃料噴射時期に代えて、上死点前の設定時期とその後の設定時期とからなるスプリット噴射の各噴射時期を設定するスプリット噴射時期設定処理と
を備えたことを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射制御方法。
前記スプリット噴射時期設定処理が、前記スプリット噴射時期として少なくとも最初の燃料噴射を回転角に同期した時期に設定することを特徴とする請求項３に記載のディーゼル機関の燃料噴射制御方法。
請求項３または請求項４に記載の燃料噴射制御方法をコンピュータシステムに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。