JP4330280B2 - エンジンの燃料噴射制御方法及びその制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン、主に建設機械用の過給器付きディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法及びその制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設機械用エンジンでは、アクセルレバーをハイアイドル位置にしてエンジンを始動することが多く、この場合潤滑油がエンジンの各部に完全に廻らないうちにエンジンは高速回転になってしまう。そのために潤滑が不充分となり焼付が生ずる恐れがある。特に過給機付きエンジンにおいては、エンジン本体とともに過給機も高速回転になり、過給機の軸受に焼付が生じやすい。なぜなら過給機の軸受は、通常エンジンの潤滑油圧源から隔離した位置にあるためにエンジン始動後の潤滑油の廻りが遅く、かつエンジン本体よりも高速で回転するためである。
【０００３】
その問題点の解決として、過給機付きエンジンの始動時の回転速度の制御装置及びその制御方法が特開平６−２１２９３５号公報で知られている。これは、エンジンの潤滑油圧を測定し、潤滑油圧が所定値以下のときにはアクセルレバーの位置によらずエンジンの回転速度をローアイドル回転に規制し、潤滑油圧が所定値を超えたときには所定時間の経過を待って回転速度の規制を解除する制御である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の制御装置及び制御方法では、以下の問題がある。
例えばアクセルレバーをハイアイドル位置にしてエンジンを始動した場合は、始動直後のエンジン回転速度はローアイドル回転に規制される。しかし、潤滑油圧が所定値を超え、さらに所定時間が経過した後にはエンジン回転速度が規制を解除されてローアイドル回転からハイアイドル回転へと急変する。このために走行速度や作業機速度が急変して操作性が悪化する。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点に着目し、エンジン回転速度の規制によって始動時の焼付を防止する上記従来技術と、これも周知の技術であるスプリット燃料噴射とを組み合わせ、規制解除時の回転速度急変を抑え、操作性が向上する始動時のエンジンの制御方法及びその制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用効果】
上記目的を達成するために本発明は、エンジン完爆からの所定時間での燃料噴射をスプリット燃料噴射とし、所定時間経過後の燃料噴射を外部からの燃料増減信号に基く通常燃料噴射とする、エンジンの燃料噴射制御方法において、
前記所定時間をエンジンの冷却水温が低いほど長くなる前期と、前期に引き続く後期とに予め分けると共に、エンジンの冷却水温ごとに所定のエンジン回転速度を予め定め、
前期でのスプリット燃料噴射を、所定のエンジン回転速度以下に維持する噴射とし、
後期でのスプリット燃料噴射を、外部からの燃料増減信号に基く噴射とすることを特徴とする。
【０００７】
また、エンジン完爆からの所定時間での燃料噴射をスプリット燃料噴射とし、所定時間経過後の燃料噴射を外部からの燃料増減信号に基く通常燃料噴射とするエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記所定時間をエンジンの冷却水温が低いほど長くなる前期と、前期に引き続く後期とに予め分けてなる当該前期及び後期と、さらにエンジンの冷却水温ごとに予め定めた所定のエンジン回転速度とを記憶し、
エンジン完爆時又は完爆直前のエンジンの冷却水温を受け、この冷却水温に対応する長さの前期と、後期と、所定のエンジン回転速度とを記憶から読み出し、
読み出した前期には、燃料噴射ノズルから、所定のエンジン回転速度以下を維持するスプリット燃料噴射を行い、
読み出した後期には、燃料噴射ノズルから、外部からの燃料増減信号に基くスプリット燃料噴射を行い、
所定時間経過後噴射には、燃料噴射ノズルから、外部からの燃料増減信号に基く通常燃料噴射を行うことを特徴とする。
【０００８】
さらに上記エンジンの燃料噴射制御方法またはその制御装置において、
エンジンの冷却水温は、エンジンの潤滑油温であってもよい。
【０００９】
上記の制御方法または制御装置によれば、エンジンの始動時に所定時間スプリット燃料噴射を行い、スプリット燃料噴射を行う時間の前期に回転速度の規制を行い、後期には回転速度の規制を解除する。したがって回転速度の規制を解除する時点で、エンジンの高速度回転を要求するアクセル操作がなされても、この時点ではまだスプリット燃料噴射が行なわれているため、回転速度急変を抑えることができ、操作性が向上する。
また、冷却水温または潤滑油温が低いほど、規制されるエンジンの回転速度の上限値が低く、規制される時間が長くなるので、エンジン各部に潤滑油が廻りにくくなる低温下であればあるほど、エンジンがより長い間、より低回転速度で暖機運転され、軸受の焼き付きなどのトラブルからより厳重に保護される。
【００１０】
ここで補足すると、スプリット燃料噴射は、多量の燃料を噴射する（メイン噴射）に先立ち微量の燃料を複数回予噴射（パイロット噴射）することで、先に噴射する微量の燃料で気筒内に火種をおこし、後に噴射する多量の燃料の着火を助けるもので、特に寒冷時のエンジン始動を容易にする技術として知られる。
但しスプリット燃料噴射は、理由不詳ながらエンジンの効率を低下させてアクセル操作に対する回転速度の応答性を鈍らせるものとされ、通常運転時にはあまり用いられない。しかるに上記の制御方法または制御装置によれば、この応答性を鈍らせる性質を利用することで、回転速度の規制を解除したときの回転速度の急上昇を防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
まず、第１実施形態による制御装置の図を図１に示す。
エンジン１は、エンジン１の回転速度Ｎを測定する回転センサ２と、エンジン１の冷却水温Ｔを測定する水温センサ３と、回転センサ２の測定したエンジン１の回転速度Ｎと水温センサ３の測定したエンジン１の冷却水温Ｔとに応じて信号を出力するコントローラ４と、コントローラ４の出力する信号を入力し、この信号に応じてエンジン１の各気筒１ａへの燃料噴射を調整自在とする燃料噴射機５とを備えている。
【００１２】
燃料噴射機５は、高圧の燃料を蓄積するコモンレール５ａと、各気筒１ａへコモンレール５ａからの燃料をそれぞれ導入して各気筒１ａ内へそれぞれ噴射するノズル５ｂと、コモンレール５ａからノズル５ｂまでの間を開閉自在とする電磁弁５ｃとを有する。電磁弁５ｃはコントローラ４の出力する信号を入力し、この信号に応じてコモンレール５ａからノズル５ｂまでの間を断続することで、ノズル５ｂの噴射する燃料の噴射量及び噴射パターンを調整自在としている。
【００１３】
コントローラ４は、燃料噴射機５に信号を与えて各電磁弁５ｃをそれぞれ開閉することで燃料噴射量と燃料噴射パターンとを制御する。これにより、完爆時からの経過時間ｔがエンジン１の水温Ｔに応じた第１所定時間ｔ１となるまでの間、エンジンの回転速度をエンジンの水温Ｔに応じた第１所定エンジン回転速度Ｎ１以下に規制するように燃料噴射量が調整される。とともに、完爆時からの経過時間ｔがエンジンの水温Ｔに応じた第２所定時間ｔ２となるまでの間、燃料噴射パターンがスプリット燃料噴射とされ、第２所定時間ｔ２経過後はメイン噴射のみの燃料噴射パターンとされる。
コントローラ４はこの他にアクセル操作手段１０を有しており、通常はこのアクセル操作手段１０の操作を受け、所望のエンジン回転速度が得られるように燃料噴射機５に信号を与えて燃料噴射量を調整する制御を行う。
しかし、完爆時から第１所定時間ｔ１が経過するまでは、回転速度を規制する上記の制御がアクセル操作手段１０の操作による制御に優先する。
具体的な処理手順は以下の通り。
【００１４】
第１実施形態におけるコントローラ４の処理手順を、図２に示す制御フローチャートに基づいて説明する。
初期状態となるステップＳ１では、コントローラ４は燃料噴射機５に信号を与えて、エンジン１の回転速度Ｎを規制せず（アクセル操作のみの制御）、燃料噴射パターンもメイン噴射のみとするようにしてステップＳ２へ移行する。
次にステップＳ２で、回転速度センサ２が検出した回転速度Ｎを、ゼロと比較する。数式「Ｎ＞０」が真ならばエンジン１が通常運転中であると判断して初期状態を維持することで制御を終了し、数式「Ｎ＞０」が偽ならばエンジン１が停止中であると判断してステップＳ３へ移行する。
【００１５】
ステップＳ３で、コントローラ４は、この時点でのエンジン１の水温Ｔに応じた第１所定時間ｔ１、第２所定時間ｔ２及び第１所定エンジン回転速度Ｎ１を算出するとともに、経過時間ｔの値をゼロにリセットする。
ここで水温Ｔに応じた第１所定時間ｔ１、第２所定時間ｔ２及び第１所定エンジン回転速度Ｎ１の値は、例えばコントローラ４内に制御マップの形で記憶しておくものとする。そして水温Ｔが高いほど、第１所定時間ｔ１及び第２所定時間ｔ２は短く、第１所定エンジン回転速度Ｎ１は高くなるように設定し、第２所定時間ｔ２が第１所定時間ｔ１よりも長くなるように設定する。
さらにコントローラ４はステップＳ３で、燃料噴射機５に信号を与えて、エンジン１の回転速度Ｎを第１所定回転速度Ｎ１以下に規制するとともに、燃料噴射パターンをスプリット燃料噴射とする。かかる後、ステップＳ４へ移行する。ステップＳ４では回転速度Ｎを予め記憶した第２所定エンジン回転速度Ｎ２と比較する。数式「Ｎ＞Ｎ２」が真ならばエンジン１が完爆したと判断してステップＳ５へ移行し、数式「Ｎ＞Ｎ２」が偽ならばエンジン１がいまだ完爆していないと判断してステップＳ３へ戻り、数式「Ｎ＞Ｎ２」が真になるまでステップＳ３，Ｓ４の行程を繰り返す。
【００１６】
ステップＳ５では経過時間ｔの値に１を加えて、ステップＳ６へ移行する。ステップＳ６では経過時間ｔを第１所定時間ｔ１と比較する。数式「ｔ＞ｔ１」が偽ならばステップＳ５に戻り、数式「ｔ＞ｔ１」が真になるまでステップＳ５，Ｓ６の行程を繰り返す（タイマ機能）。数式「ｔ＞ｔ１」が真ならばステップＳ７へ移行し、ここでコントローラ４は、燃料噴射機５に信号を与えてエンジンの回転速度Ｎを第１所定回転速度Ｎ１以下にする規制を解除する。かかる後、ステップＳ８へ移行する。
【００１７】
ステップＳ８では経過時間ｔを第２所定時間ｔ２と比較する。数式「ｔ＞ｔ２」が偽ならばステップＳ５に戻り、数式「ｔ＞ｔ２」が真になるまでステップＳ５，Ｓ６の行程を繰り返す（タイマ機能）。数式「ｔ＞ｔ２」が真ならばステップＳ９へ移行し、ここでコントローラ４は、燃料噴射機５に信号を与えてスプリット燃料噴射を中止し、メイン噴射のみの燃料噴射パターンとする。かかる後、制御を終了する。
【００１８】
かかる第１実施形態の制御によれば、エンジン１の始動時にコントローラ４は、エンジン１の回転速度Ｎがゼロから上昇して第２所定回転速度Ｎ２を超えた時点をもってエンジン１の完爆時とみなす。そして、完爆時から数えて第１所定時間ｔ１が経過する時点まで、ノズル５ｂからの燃料噴射は、エンジン回転速度Ｎを第１所定エンジン回転速度Ｎ１以下に規制するようなスプリット燃料噴射となる。そして、第１所定時間ｔ１が経過する時点から第２所定時間ｔ２が経過する時点まで、ノズル５ｂからの燃料噴射は、アクセル操作手段１０の操作に応じたスプリット燃料噴射となる。すなわち、回転速度の規制の解除よりもスプリット燃料噴射の終了が後になる。
完爆時の冷却水温Ｔが低いほど、第１所定エンジン回転速度Ｎ１が低く、第１所定時間ｔ１が長くなるので、エンジン各部に潤滑油が廻りにくくなる低温下であればあるほど、エンジン１がより長い間、より低回転速度で暖機運転される。
【００１９】
次に第２実施形態につき、図を参照し、第１実施形態との相違部分に絞って説明する。第２実施形態による制御装置の図を図３に示す。
第１実施形態との相違は、エンジン１の潤滑油圧（例えば軸受部に潤滑油を供給する油路内の油圧）Ｐを測定する油圧センサ６（油圧スイッチでもよい）をエンジン１が備え、油圧センサ６の測定したエンジン１の潤滑油圧Ｐと水温センサ３の測定したエンジン１の冷却水温Ｔとに応じてコントローラ４が信号を出力することである。
具体的な処理手順は以下の通り。
【００２０】
第２実施形態におけるコントローラ４の処理手順を、図４に示す制御フローチャートに基づいて説明する。
初期状態となるステップＳ１では、コントローラ４は燃料噴射機５に信号を与えて、エンジン１の回転速度Ｎを規制せず（アクセル操作のみの制御）、燃料噴射パターンもメイン噴射のみとするようにしてステップＳ２ａへ移行する。
次にステップＳ２ａで、油圧センサ６が検出した潤滑油圧Ｐを、ゼロすなわち大気圧と比較する。数式「Ｐ＞０」が真ならばエンジン１が通常運転中であると判断して初期状態を維持することで制御を終了し、偽ならばエンジン１が停止中であると判断してステップＳ３ａへ移行する。
【００２１】
ステップＳ３ａで、コントローラ４は、この時点でのエンジン１の水温Ｔに応じた第１所定時間ｔ１、第２所定時間ｔ２及び第１所定エンジン回転速度Ｎ１を算出するとともに、経過時間ｔの値をゼロにリセットする。ここで水温Ｔに応じた第１所定時間ｔ１、第２所定時間ｔ２及び第１所定エンジン回転速度Ｎ１の値は、例えばコントローラ４内に制御マップの形で記憶しておくものとする。そして水温Ｔが高いほど、第１所定時間ｔ１及び第２所定時間ｔ２は短く、第１所定エンジン回転速度Ｎ１は高くなるように設定し、第２所定時間ｔ２が第１所定時間ｔ１よりも長くなるように設定する。
さらにコントローラ４はステップＳ３ａで、燃料噴射機５に信号を与えてエンジンの回転速度Ｎを第１所定回転速度Ｎ１以下に規制するとともに、燃料噴射パターンをスプリット燃料噴射とする。かかる後、ステップＳ４ａへ移行する。ステップＳ４ａでは潤滑油圧Ｐを予め記憶した所定エンジン潤滑油圧Ｐ１と比較する。数式「Ｐ＞Ｐ１」が真ならばエンジン１が完爆したと判断してステップＳ５へ移行し、偽ならばエンジン１がいまだ完爆していないと判断してステップＳ３ａへ戻る。
ステップＳ５から先の制御は第1実施形態と同じなので、説明を省略する。
【００２２】
かかる第２実施形態の制御によれば、エンジン１の始動時にコントローラ４は、エンジン１の潤滑油圧Ｐがゼロから上昇して所定エンジン潤滑油圧Ｐ１を超えた時点をもってエンジン１の完爆時とみなす。そして、完爆時から数えて第１所定時間ｔ１が経過する時点まで、ノズル５ｂからの燃料噴射は、エンジン回転速度Ｎを第１所定エンジン回転速度Ｎ１以下に規制するようなスプリット燃料噴射となる。そして、第１所定時間ｔ１が経過する時点から第２所定時間ｔ２が経過する時点まで、ノズル５ｂからの燃料噴射は、アクセル操作手段１０の操作に応じたスプリット燃料噴射となる。すなわち、回転速度の規制の解除よりもスプリット燃料噴射の終了が後になる。
完爆時の冷却水温Ｔが低いほど、第１所定エンジン回転速度Ｎ１が低くなるので、エンジン各部に潤滑油が廻りにくくなる低温下であればあるほど、エンジン１はより低回転速度で暖機運転される。
【００２３】
なお第１及び第２実施形態において、制御のデータとして、冷却水温の代わりに潤滑油温を用いてもよい。この場合、冷却水温を測定する水温センサの代わりに潤滑油温を測定する油温センサを設けることになる。
また燃料噴射機は、スプリット燃料噴射が自在であれば、コモンレール式に限らずどのようなものでもよい。
【００２４】
以上２つの実施形態を挙げて述べた通り、本発明によれば、回転速度の規制とスプリット燃料噴射とを併用するエンジンの始動時の暖機運転において、暖機終了後、回転速度の規制の解除よりもスプリット燃料噴射の終了が後に行なわれる。したがって回転速度の規制が解除される時点での、アクセル操作による回転速度の急上昇がスプリット燃料噴射によって抑えられ、操作性が向上する。
また、冷却水温または潤滑油温などの温度が低いほど、規制されるエンジンの回転速度の上限値が低く、規制される時間が長くなるので、エンジン各部に潤滑油が廻りにくくなる低温下であればあるほど、エンジンがより長い間、より低回転速度で暖機運転され、軸受の焼き付きなどのトラブルからより厳重に保護される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る制御装置の図である。
【図２】第１実施形態に係るフローチャートである。
【図３】第２実施形態に係る制御装置の図である。
【図４】第２実施形態に係るフローチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、２…回転速度センサ、３…水温センサ、４…コントローラ、５…燃料噴射機、５ｂ…ノズル、６…油圧センサ。

Claims (4)

1. エンジン完爆からの所定時間での燃料噴射をスプリット燃料噴射とし、所定時間経過後の燃料噴射を外部からの燃料増減信号に基く通常燃料噴射とする燃料噴射制御方法において、
   前記所定時間をエンジンの冷却水温が低いほど長くなる前期と、前期に引き続く後期とに予め分けると共に、エンジンの冷却水温ごとに所定のエンジン回転速度を予め定め、
   前期でのスプリット燃料噴射を、所定のエンジン回転速度以下に維持する噴射とし、
   後期でのスプリット燃料噴射を、外部からの燃料増減信号に基く噴射とすることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方法。
2. エンジンの冷却水温は、エンジンの潤滑油温である請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御方法。
3. エンジン完爆からの所定時間での燃料噴射をスプリット燃料噴射とし、所定時間経過後の燃料噴射を外部からの燃料増減信号に基く通常燃料噴射とする燃料噴射制御装置において、
   前記所定時間をエンジンの冷却水温が低いほど長くなる前期と、前期に引き続く後期とに予め分けてなる当該前期及び後期と、さらにエンジンの冷却水温ごとに予め定めた所定のエンジン回転速度とを記憶し、
   エンジン完爆時又は完爆直前のエンジンの冷却水温を受け、この冷却水温に対応する長さの前期と、後期と、所定のエンジン回転速度とを記憶から読み出し、
   読み出した前期には、燃料噴射ノズル(5b)から、所定のエンジン回転速度以下を維持するスプリット燃料噴射を行い、
   読み出した後期には、燃料噴射ノズル(5b)から、外部からの燃料増減信号に基くスプリット燃料噴射を行い、
   所定時間経過後噴射には、燃料噴射ノズル(5b)から、外部からの燃料増減信号に基く通常燃料噴射を行うことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
4. エンジンの冷却水温は、エンジンの潤滑油温である請求項３に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。

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