JP4616818B2

JP4616818B2 - 内燃機関の制御方法

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Publication number: JP4616818B2
Application number: JP2006310807A
Authority: JP
Inventors: 豪朝井; 仁足立; 功高川; 貴志宮本
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: CN101535614B; US8096286B2; JP2008128016A; CN101535614A; US20100063710A1

Description

本発明は、エンジンが冷えた状態での始動、所謂、コールドスタート直後における白煙排出を低減させることができる内燃機関の制御方法に関する。

従来より、直噴式ディーゼル機関等においては低温時に始動した場合、刺激臭を伴う白煙が排出するため、この対策として、始動時に燃料噴射を行う気筒を減筒して、燃料噴射される気筒では燃料噴射量を増やして燃焼室内の燃焼温度を上昇させて白煙を低減させる、いわゆる減筒運転と呼ばれる技術が公知となっている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。また、始動時に白煙が生じる原因として、例えば直噴式ディーゼルエンジンからの白煙排出傾向については燃焼室の壁面温度が強く関与している。具体的には以下のようなメカニズムが考えられている。燃焼室壁面温度が負荷運転時に比べ低いため、燃料噴射によって燃焼室壁面に付着した一部燃料が十分に蒸発せず、燃焼に寄与することなく白煙として排出される。また、圧縮端のガス温度・圧力も熱損失により低くなることから燃焼温度が低下し、付着しなかった燃料も一部は未燃のまま排出される。これら不完全燃焼となった燃料分が排気とともに煙道より出る際に刺激臭を伴う白煙となる。従って、白煙を防止するためには（１）燃料を壁面に衝突させない（２）燃焼ガス温度を上げて完全燃焼させるの２つの対策が重要になる。昨今の電子制御化によって燃料噴射の自由度が増し、上記対策を用いた白煙低減が可能となっている。これは冷却水温度を測定することで燃焼室壁面温度を推定し、暖機状態に対して冷却水温度が低いときには該温度に応じて噴射時期を進角するなどの所作（水温補正）を行うことができるためである。このように冷却水温度と燃焼室壁面温度の間に比例関係が成立する場合は上記水温補正制御が有効である。
特開昭６１−２５８９５０号公報実公平７−３５８３５号公報

しかし、コールドスタート直後（冷態始動直後）数分間においては、上記平衡状態が成立せず、燃焼室壁面温度は始動前の冷却水温度と同等レベルから急速に暖められる一方、冷却水温度はほとんど増加しない。すなわち始動直後から一定時間は上記平衡状態が成立しないのである。したがって、この期間の燃料噴射制御を従来法である上記水温補正のみで行った場合は不適切な噴射諸元を選択することとなり、白煙の抑制が困難となる。さらに、この条件は燃料の圧縮着火に対して極端に悪条件であるため、特に低セタン燃料を使用している場合などは市場クレームを起こす大きな要因となる場合がある。本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、エンジン始動後アイドル回転に応じて減筒運転の制御を行うことによりコールドスタート直後の温度平衡タイムラグ時の白煙排出を抑制することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、コモンレール式直噴ディーゼル内燃機関の制御方法において、該内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、該内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記冷却水温度と回転数に応じて内燃機関の動作を制御する制御手段とを具備し、前記内燃機関が冷えた状態で始動を開始するコールドスタートにあると判定された場合には、始動初期は全気筒噴射による始動とし、前記内燃機関始動後、所定回転数となった時より、所定の期間燃料噴射させる気筒を減じる減筒運転モードで運転を行い、前記内燃機関の冷却水温度に対応して、前記減筒運転モードによる運転の終了時温度を設定した減筒運転終了時温度マップを有し、該冷却水温度が該減筒運転終了時温度マップに予め設定された温度となるまでの間、前記減筒運転モードで運転を行い、前記減筒運転モードによる運転時には、通常運転時の燃料噴射マップと異なる減筒運転時専用の減筒燃料噴射マップを有し、前記減筒運転モードによる運転時の減筒燃料噴射マップは、少なくとも２段以上の多段燃料噴射で構成し、メインの燃料噴射前に少量の燃料を噴射し、それらが可燃状態となったときにメイン燃料を噴射し、該メイン燃料噴射開始時期を、通常の運転である通常運転モードによる運転時より遅らせるものである。

請求項２においては、前記内燃機関が負荷運転に相当する状態となった場合は、該減筒運転モードによる運転を速やかに通常運転モードによる運転に復帰するものである。

請求項３においては、前記内燃機関の減筒運転モードによる運転時に、内燃機関が一定回転以上に増速した場合は、前記通常運転モードに復帰するものである。

請求項４においては、前記内燃機関の燃焼室内での失火を検出する失火検出手段を有し、減筒運転モードによる運転終了時に依然として失火あるいは遅延燃焼が発生していると判定した場合には、一定期間減筒運転モードによる運転を継続するものである。

請求項５においては、前記内燃機関の燃焼室内に導入される吸気を加熱する吸気加熱装置を装備し、該吸気加熱装置は減筒運転モードによる運転時に運転される気筒に対して作動するようにしたものである。

請求項６においては、前記内燃機関への吸気量を制御する吸気絞り弁、または排気量を制御する排気絞り弁で構成される絞り機構を装備し、前記減筒運転モードによる運転時には絞り機能を作動させずに、前記減筒運転モードによる運転終了後から絞り機能を作動させるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、コモンレール式直噴ディーゼル内燃機関の制御方法において、該内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、該内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記冷却水温度と回転数に応じて内燃機関の動作を制御する制御手段とを具備し、前記内燃機関が冷えた状態で始動を開始するコールドスタートにあると判定された場合には、始動初期は全気筒噴射による始動とし、前記内燃機関始動後、所定回転数となった時より、所定の期間燃料噴射させる気筒を減じる減筒運転モードで運転を行い、前記内燃機関の冷却水温度に対応して、前記減筒運転モードによる運転の終了時温度を設定した減筒運転終了時温度マップを有し、該冷却水温度が該減筒運転終了時温度マップに予め設定された温度となるまでの間、前記減筒運転モードで運転を行うので、当該期間に燃料噴射する気筒の数を減じることにより、１気筒あたり噴射量が増し（等量比が上がり）、燃焼温度が高くなるため燃焼が改善し、始動時ならびに始動直後の白煙を防止することができる。

また、温度マップにより白煙が問題となる始動直後を重点的に改善するため、効率的に白煙を防止することができる。

また、前記減筒運転モードによる運転時には、通常運転時の燃料噴射マップと異なる減筒運転時専用の減筒燃料噴射マップを有し、前記減筒運転モードによる運転時の減筒燃料噴射マップは、少なくとも２段以上の多段燃料噴射で構成し、メインの燃料噴射前に少量の燃料を噴射し、それらが可燃状態となったときにメイン燃料を噴射し、該メイン燃料噴射開始時期を、通常の運転である通常運転モードによる運転時より遅らせるので、燃料噴射の際に燃料が燃焼室壁面に付着するのを抑制し、低壁面温度状態で噴射燃料を着実に着火させることによって白煙の発生を低減できる。

また、前記減筒運転時には通常の運転である通常運転マップと異なる減筒運転専用の減筒噴射マップを有するので、減筒運転の際の最適な噴射パターンを選択できる。

また、前記内燃機関の減筒運転モードは、メイン燃料噴射開始時期を、通常の運転である通常運転モード時より遅らせているので、メイン噴射を遅らせることにより騒音が低減できる。

請求項２においては、前記内燃機関が負荷運転に相当する状態となった場合は、該減筒運転モードによる運転を速やかに通常運転モードによる運転に復帰するので、白煙発生の要因が無くなり次第、減筒運転を通常運転に切り換えて正規のエンジン仕様を発揮できる。

請求項３においては、前記内燃機関の減筒運転モードによる運転時に、内燃機関が一定回転以上に増速した場合は、前記通常運転モードに復帰するので、減筒運転を通常運転に切り換えて正規のエンジン仕様を速やかに発揮できる。

請求項４においては、前記内燃機関の燃焼室内での失火を検出する失火検出手段を有し、減筒運転モードによる運転終了時に依然として失火あるいは遅延燃焼が発生していると判定した場合には、一定期間減筒運転モードによる運転を継続するので、燃料性状に起因する制御移行時のハンチングや白煙増大を抑制し、エンジンが全気筒噴射に十分耐えうるレベルまで暖機した後に減筒運転を解除することができる。

請求項５においては、前記内燃機関の燃焼室内に導入される吸気を加熱する吸気加熱装置を装備し、該吸気加熱装置は減筒運転モードによる運転時に運転される気筒に対して作動するようにしたので、休止気筒に割り当てられる加熱エネルギーを運転気筒に廻す事ができるため消費電力は一定で高い効果を得ることができる。

請求項６においては、前記内燃機関への吸気量を制御する吸気絞り弁、または排気量を制御する排気絞り弁で構成される絞り機構を装備し、前記減筒運転モードによる運転時には絞り機能を作動させずに、前記減筒運転モードによる運転終了後から絞り機能を作動させるので、黒煙の発生を抑えることが出来るのである。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係る直噴式ディーゼル機関の制御システムの概略構成図、図２はエンジン制御フローを示す図である。

図３は通常運転時の白煙の発生挙動を示す図、図４は減筒運転制御の一例を示す図、図５は始動前冷却水温度と白煙濃度の関係を示す図である。

図６は減筒運転時の白煙の発生挙動を示す図、図７は燃焼室内の温度の時間変化を示す図である。

図８は単発噴射により燃料を噴射した際の燃料の到達距離と時間の関係を示す図、図９は多段噴射により燃料を噴射した際の燃料の到達距離と時間の関係を示す図である。

図１０は減筒噴射のマップ例を示す図、図１１は噴射時期と騒音・白煙の関係を示す図である。

図１２は失火検知による減筒運転再導入を示す図、図１３は６気筒エンジンで１・２・３群のみ運転する場合の実施例を示す図、図１４は吸気絞り弁・排気絞り弁の配置例を示す図、図１５は排気絞り弁を用いた減筒運転時の燃焼悪化事例を示す図、図１６は従来のエンジン制御フローを示す図である。

まず、本発明を適用した内燃機関の一例である直噴式ディーゼル機関１の制御システムの概略構成について説明する。図１に示すように、直噴式ディーゼル機関（以下、「エンジン」という）の制御システムは、主にエンジン１、サプライポンプ、アクセルレバー６、始動スイッチ４及びＥＣＵ５等から構成されている。

エンジン１には、サプライポンプ、コモンレール３、インジェクタ７、ピストン９、セルモータ（図示せず）、冷却水温度検出手段である冷却水温度センサ１０、吸気温度センサ１１、エンジン１の回転数検出手段の一例であるピックアップセンサ１２、クラッチの「入」「切」を検知するクラッチセンサ１３が配設されている。セルモータはエンジン始動時に、エンジン１のフライホイルを介してクランク軸８を回転するものである。該クランク軸８はシリンダブロックに回転自在に支持されコンロッドを介してピストン９に連結される軸であり、ピストン９の往復運動により回転運動する。ピストン９は燃焼室２の内周面に気密的に摺動することにより往復運動する部材である。インジェクタ７を介して燃焼室２に供給された燃料が燃焼し、膨張することによりピストン９は下方（燃焼室２の体積が大きくなる方）に摺動する。サプライポンプが駆動されることによりコモンレール３に燃料が高圧で蓄圧され、該コモンレール３内の圧力はセンサにより検知されＥＣＵ５に入力される。ＥＣＵ５はピックアップセンサ１２を介してエンジン回転速度を認識して、ＥＣＵ５内に記憶されているエンジン回転数と燃料噴射量とのマップに基づいてインジェクタ７を制御する。インジェクタ７は、クランク軸８の回転に同期して燃料を所定量噴射するものであり、内装される電子ガバナやアクセルレバー６等により燃料噴射量が調整される。そして、ピックアップセンサ１２はクランク軸８の回転速度を認識するものであり、これによりエンジン１がクランキング状態か運転状態かも認識できる。冷却水温度センサ１０はエンジン１の冷却水温度を認識する。ＥＣＵ５は始動スイッチ４、コモンレール３の圧力センサ、ピックアップセンサ１２、冷却水温度センサ１０、アクセルレバー６の回動角センサ、クラッチセンサ１３等に接続している。そして、始動スイッチ４の入・切およびクランク軸８の回転速度を認識可能となっており、インジェクタ７を制御可能としている。始動スイッチ４はエンジン１の運転状態と停止状態を設定するものであり、「ＯＦＦ（停止）」、「ＯＮ（運転）」、「始動」の位置が設定されている。始動スイッチ４を「始動」位置に入れることにより、セルモータを駆動しクランク軸８に駆動力を伝達してクランキング（エンジン始動）を行う。始動スイッチ４は「始動」位置おいて、「ＯＮ」位置に自動復帰する構成となっており、エンジン１が運転状態になった後にキースイッチから手を離した後、始動スイッチ４は「ＯＮ」位置に保持されてエンジン１の運転状態が維持される。この始動スイッチ４「ＯＮ」位置で、冷却水温度センサ１０により、ＥＣＵ５においてエンジン１の冷却水温度が随時認識できる構成となっている。そして、ＥＣＵ５において、始動スイッチ３６の「始動」位置での保持時間を認識して、セルモータの通電時間として認識する構成となっている。

エンジン１の回転数検出手段であるピックアップセンサ１２はクランク軸８の回転数、すなわちエンジン１の回転数や角速度等を検出するものである。なお、回転数検出手段としては本実施例では磁気ピックアップ式の回転数センサを使用しているが、ロータリエンコーダ等による回転数検出手段を用いてもかまわない。

次に、本発明に係るエンジン始動時のエンジン１の制御フローについて説明する。図２は、エンジン制御フローを示す図であり、図１６は従来のエンジン制御フローを示す図である。まず、キースイッチをＯＮした状態で制御回路は、ステップＳ１０においてエンジン１がストップしているかどうか判断される。エンジン１がストップしていない場合には、エンジン１が回転している状態と判断して後述するステップ４０に移行する。エンジン１がストップしている状態では、ステップＳ２０において、始動スイッチ４が「始動」に入っていない場合には、セルモータを回転させないスタンバイの状態と判断して元に戻る。始動スイッチ４が「始動」に入っている（ＥＣＵ５においてスタート信号がＯＮとなっている）場合には、ステップＳ３０において、冷却水温（ＴＷ０）検出が行われる。この検出された水温（ＴＷ０）が設定温度ｔ０と比較され（Ｓ３１）、設定温度ｔ０よりも高い場合には、エンジン始動時に白煙等が生じることなく通常に始動できるため、減筒運転は行われず、全ての気筒に燃料が噴射されて始動される。水温（ＴＷ０）が設定温度ｔ０以下の場合には、減筒運転とされる（Ｓ３２）。そして、ステップＳ１０において、エンジンが始動されて運転状態のとき、前記冷却水温（ＴＷ０）に基づいて減筒運転が行われているかどうかがＥＣＵ５において判断される。ステップＳ４０において減筒運転をＯＮしないと判断された場合は、ＥＣＵ５に記憶されている通常制御噴射諸元マップ（ステップＳ７０）が参照されて噴射諸元（ステップＳ７５）が決定される。またステップＳ４０において減筒運転と判断された場合は、続いてステップＳ５０において始動後経過時間ｔが予め設定されている所定時間ｔｓｉｃと比較されて、所定時間以下である場合は、ＥＣＵ５に記憶されている減筒噴射マップ（ステップＳ６０）が参照されて噴射諸元（ステップＳ６５）が決定されて運転される。また、前記始動後経過時間ｔが予め設定されている所定時間ｔｓｉｃを超えて経過した場合には、減筒運転を解除して（Ｓ５１）通常制御噴射諸元マップ（ステップＳ７０）が参照されて噴射諸元が決定されて運転される。

図３は通常運転時の白煙の発生挙動を示す図である。図３において、縦軸は白煙濃度または冷却水温度または燃焼室壁面温度を示す。横軸はエンジン１の始動後の経過時間を示す。図３に示すように、燃焼室壁面温度は経過時間に応じて上昇していくが、冷却水温度は始動直後熱が伝わるまでのしばらくの間ほぼ一定温度で推移し、燃焼室壁面温度とはある程度の時間差をおいて温度上昇を開始する。このように、通常コールドスタート直後数分間においては冷却水温度と燃焼室壁面温度との間の平衡関係が成立せず、燃焼室壁面温度は始動前の冷却水温度と同等レベルから急速に暖められる一方、冷却水温度はほとんど増加しない。すなわち始動直後から一定時間は上記平衡状態が成立しない。

図１６に示すように、従来のエンジンの制御フローは、ステップＳ１００において始動かエンジンストップかどうかが判断される。エンジンストップでない場合には、冷却水温度が検出されて（ステップＳ２００）、ＥＣＵ５に記憶されている通常制御噴射諸元マップ（水温補正、ステップＳ３００）が参照されて噴射諸元が決定される（ステップＳ４００）。具体的には、検出された冷却水温度により燃焼室壁面温度を推定し、暖機状態に対して冷却水温度が低いときには該温度に応じて噴射時期を進角すること（水温補正）で白煙低減を可能であるが、上記のように平衡状態が成立しない場合においてはこの水温補正が有効ではないのである。

図４は減筒運転制御の一例を示す図である。上記に鑑み、本実施例では、図４に示すように減筒運転はエンジン始動直後から壁面温度−冷却水温度平衡状態が形成されるごくわずかの時間にのみ減筒運転を適用すればよく、その後は速やかに通常制御へ移行するものである。つまり、エンジン始動時の冷却水温度を検出し、その温度が一定値以下の場合はコールドスタートであると判定し、該冷却水温度に基づいて所定時間・所定の噴射諸元にて減筒運転を実施する。また、運転状態が所定の値（図２の場合、所定時間が経過）となると、速やかに通常噴射に戻す。

次に、本発明の制御方法を適用する状況について説明する。図５は始動前冷却水温度と白煙濃度の関係を示す図である。縦軸は白煙濃度を示し、横軸は始動前冷却水温度を示す。図６は減筒運転時の白煙の発生挙動を示す図であり、縦軸は白煙濃度または冷却水温度または燃焼室壁面温度を示す。横軸はエンジン１の始動後経過時間を示す。図５に示すように、ある冷却水温度（変曲点温度）ｔ０以上では始動時の白煙レベルは通常運転時の白煙濃度と殆ど変わらず、変曲点温度ｔ０以下では水温が低いほど白煙濃度が高いことが分かる。従ってコールドスタートか否かは白煙特性の変曲点温度を指標として用いると良い。つまり、前記水温（ＴＷ０）の設定温度ｔ０とする。本発明の制御方法においては始動時においてピックアップセンサ１２によりエンジン回転数をモニターし、エンジン回転数がアイドル回転の５０〜１００％に達したとＥＣＵ５より判断された時から減筒運転を開始する。白煙低減の観点からはイグニッションＯＮ時より減筒運転する方が理想であるが、始動に要する時間が長くなってしまう。また、始動を早めるために燃料噴射量を増すと黒煙を排出してしまう。従って、始動初期は全気筒噴射とし、所定のエンジン回転数（アイドル回転に対して５０％以上）になった時点で減筒運転にシフトして一定期間継続する。そうすることで減筒運転の本来の効果であるところの、１気筒あたりの燃料噴射量を上げて燃焼温度を高くして、燃焼室壁面の速やかな昇温が可能となり、白煙低減が図れるのである（図６参照）。また、上記一定期間とは、休止側気筒の燃焼室壁面温度が白煙を生成しないレベルまで十分暖まるまでの時間である。

このように、エンジン１がコールドスタートにあると判定された場合には機関始動後所定回転数となった時より、一定期間燃料噴射させる気筒を減じる減筒運転を行うことにより、１気筒あたり噴射量が増し（等量比が上がり）、燃焼温度が高くなるため燃焼が改善し、始動時ならびに始動直後の白煙を防止することができる。

次に、減筒運転から通常運転（全気筒運転）に切り替えるタイミングについて説明する。図２で示すように、減筒運転がＯＮされた場合、ＥＣＵ５に記憶されている減筒運転マップ（ステップＳ６０）が参照される。該減筒運転マップ内においては減筒運転から通常運転に切り替えるタイミングの基準となる、例えば後述する減筒運転継続時間マップや減筒運転終了時温度マップ等が収められており、該マップに基づいて一定期間減筒運転を行うものである。

＜減筒運転継続時間マップの作成＞
エンジン１の始動スイッチ４（スタータ）をＯＮした時の冷却水温度（ＴＷ０）を冷却水温度センサ１０を介してサンプルし、該水温で始動した際に必要な減筒運転継続時間を求める。これは冷却水温度（ＴＷ０）をＸ軸に、減筒運転継続時間（τｒｃ）をＹ軸にとったテーブル等から算出する。

＜減筒運転終了時温度マップの作成＞
エンジン１の始動スイッチ４（スタータ）をＯＮした時の冷却水温度（ＴＷ０）を冷却水温度センサ１０を介してサンプルし、該水温で始動した際に必要な減筒運転目標水温上昇量を求める。これは冷却水温度（ＴＷ０）をＸ軸に、目標水温（ＴＷｔ）をＹ軸にとったテーブル等から算出する。あるいは始動時の冷却水温度（ＴＷ０）に対し一律ΔＴＷを足した値を目標水温ＴＷｔとしても良い。この場合のΔＴＷは２０℃以内の値とすることが望ましい。ただし、サーモスタットや温度センサ等の設置位置や停止前の運転状態によってはエンジン１は準暖機状態にあっても冷却水温が低く読み取られている可能性もある。この場合は始動後速やかに水温が上昇するため、該水温が一定値を超えたときに通常制御に戻すように設定する。上記いずれかの条件を考慮することにより減筒運転を終了する目標冷却水温を設定し、減筒運転終了時温度マップを作成する。

このように、機関始動時の冷却水温度に対応して前記減筒運転の継続時間を設定した減筒運転継続時間マップを有し、該減筒運転継続時間マップに基づいて、機関始動時の冷却水温度に応じた減筒運転継続時間を設定して、一定期間前記減筒運転を行うことにより、当該期間をマップにより適切な値に条件設定できるため、効率的に白煙を防止することができる。また、前記エンジン１の冷却水温度に対応して減筒運転終了時温度を設定した減筒運転終了時温度マップを有し、冷却水温度が該減筒運転終了時温度マップに予め設定された温度となるまでの間、前記減筒運転を行うことにより、必要最低限の減筒運転によって、白煙の発生を抑制することができる。

次に、減筒運転時の燃料噴射の構成について図７、図８及び図９を用いて説明する。図７は燃焼室内の温度の時間変化を示す図であり、図７（ａ）は単発噴射の場合であり、図７（ｂ）は多段噴射の場合である。図８は単発噴射により燃料を噴射した際の燃料の到達距離と時間の関係を示す図、図９は多段噴射により燃料を噴射した際の燃料の到達距離と時間の関係を示す図である。図８及び図９の縦軸は噴霧の到達距離を示し、横軸τｉｄは燃料が燃焼室２内で圧縮されて着火するのに要する時間（以下、着火遅れ時間という）を示す。図８においては、単発噴射の場合では着火時刻に達する前に燃料は壁面に到達する。エンジン１の温度が高い場合は、壁面に付着した燃料は蒸発し易いため燃焼へと進むが、エンジン始動時の減筒運転の場合は、壁面温度が低く蒸発し難い。具体的には、コールドスタート直後のような圧縮端温度・圧力が極端に低いときに（減筒運転することで）通常運転の倍に相当する大量の燃料をインジェクタ７から燃焼室２内に一度に噴射すると、壁面に付着する燃料が増加し、それらの蒸発潜熱で大幅に筒内圧・温度が低下し失火する可能性がある。一方、コモンレール３からインジェクタ７に高圧の燃料を供給する構成では、多段噴射が可能であり、この場合、メインの燃料噴射前に少量の燃料を噴射し、それらが可燃状態となったときにメイン燃料を噴射し確実に着火させる方法が有効である（図７参照）。また、一噴射あたりの時間が長くなると燃焼室壁面に衝突する燃料量が増すため、メイン噴射前のプレ噴射は可能な限り少量多段（本実施例では２段噴射）に分割するほうが白煙低減には望ましいのである。（図９参照）。つまり、多段噴射にすることで、一噴射あたりの噴霧力が小さくなるため壁面に到達しにくくなるのである。

このように、前記減筒運転は常に少なくとも２段以上の燃料噴射で構成したことにより、燃料噴射の際に燃料が燃焼室壁面に付着するのを抑制し、低壁面温度状態で噴射燃料を着実に着火させることによって白煙の発生を低減できる。また、同時に、多段噴射によって、着火遅れを短縮できるので、燃焼騒音も減じる事が可能である。

図１０は、減筒噴射のマップ例を示す図である。本発明においては減筒運転の効果をさらに高めるため、通常運転時の燃料の噴射パターンと減筒運転時の噴射パターンを分けて構成している。具体的には減筒運転モードにあると判定した際には通常運転と異なる噴射時期、噴射圧、プレ噴射などのマップを参照させる。特に始動直後の白煙低減を狙いとしているため、該マップは図１０の例のように冷却水温度に対して噴射パターンを設定できる形が望ましい。なお、基本的な考えとしては、水温が低いほどメイン噴射前のプレ噴射量を増し、かつ噴射間隔を広げると白煙抑制に効果的であるが、燃焼騒音等他の因子も考慮する必要があるため、詳細な値は適合試験にて求めるべきである。

このように、前記減筒運転時には通常運転マップと異なる減筒運転専用の噴射マップを有することにより、減筒運転の際の最適な噴射パターンを選択できる。

図１１は噴射時期と騒音・白煙の関係を示す図である。縦軸は燃焼騒音、白煙濃度を示し、横軸はメイン噴射時期を示す。減筒運転時は通常制御（全気筒噴射）に比べて噴射量が多いため、燃焼騒音は高くなる。一般的に燃焼騒音と白煙吐出傾向は図１１のような関係にあるため、通常制御時と同等か、よりリタード側にメイン噴射タイミングを設定し、白煙排出を抑制しつつ騒音対策を講じることが可能である。

このように、前記エンジン１の減筒運転モードはメイン燃料噴射開始時期を通常運転モード時より遅らせていることにより、騒音が低減できる。

また、減筒運転時にエンジン負荷がかかるとクランク折損等のトラブルを発生する恐れがある。そのため、負荷運転となる前段階で速やかに減筒運転モードから通常モードに戻す制御、つまり減筒運転を途中終了するように制御している。前記負荷を検知する方法としては、例えば主クラッチ検出位置や作業レバー操作位置を検出する方法が考えられるが、その他にも、電子ガバナのラック位置検出や、要求噴射量検出値から負荷を検出する方法も有効である。

このように、エンジン１が負荷運転に相当する状態に変化した場合は、減筒運転モードが速やかに通常運転モードに復帰することにより、白煙発生の要因が無くなり次第、減筒運転を通常運転に切り換えて正規のエンジン仕様を発揮できる。

また、エンジン回転数を増速した場合にも速やかに通常制御に戻すようにしている。エンジンの増速を検出する手段としては、エンジン回転数やアクセル開度等が有効である。例えば図１のようにピックアップセンサ１２によりエンジン回転数を検出している場合は所定の機関回転数を超えた場合に、また、アクセル開度を検出する場合は所定のアクセル量を超えた場合にそれぞれ通常制御に戻す。

このように、前記エンジン１の減筒運転モードは、エンジン１が一定回転以上に増速した場合は速やかに通常運転モードに復帰することにより、減筒運転を通常運転に切り換えて正規のエンジン仕様を速やかに発揮できる。

図１２は、失火検知による減筒運転再導入を示す図である。縦軸は白煙温度、要求噴射量（ＱＦＩＮ）を示し、横軸は始動後経過時間を示す。本発明においては、低セタン燃料を使用する場合減筒運転継続時間は通常の高セタン燃料を使用した場合に比べ長く設定する必要がある。これは水温すなわち燃焼室壁面温度がより高く昇温した状態でないと通常制御に戻った際に失火を発生するためである。このような場合に備えて通常制御移行（減筒運転ＯＦＦ）直後に一部気筒が失火している、すなわち要求噴射量（ＱＦＩＮ）が所定時間内において不安定（失火によるハンチング発生）であるとＥＣＵ５が判定した場合は、速やかに減筒運転に復帰させて（減筒運転再ＯＮ）、白煙濃度を下げることが求められる。つまり、要求噴射量（ＱＦＩＮ）をＥＣＵ５においてモニターすることで燃焼室内での失火検出を可能としている。

このように、前記エンジン１の燃焼室２内での失火を検出する失火検出手段を有し、減筒運転終了時に依然として失火あるいは遅延燃焼が発生していると判定した場合には、一定期間減筒運転を継続することにより、燃料性状に起因する制御移行時のハンチングや白煙増大を抑制し、エンジン１が全気筒噴射に十分耐えうるレベルまで暖機した後に減筒運転を解除することができる。なお、エンジン１の失火検出手段としては本実施例のようにＥＣＵにおける要求噴射量（ＱＦＩＮ）またはエンジン回転数（角速度・角加速度）等が考えられるが、排気中のＴＨＣやＣＯ、排気温度等を用いることも可能である。

図１３は６気筒エンジンで１・２・３群（気筒Ｎｏ１・Ｎｏ２・Ｎｏ３）のみ運転する場合の実施例を示す図である。図１３（ａ）の実施例の６気筒エンジンは、シリンダが一列に配置され、吸気マニホールドの長手方向一側に吸気ポートが設けられ、該吸気ポートにエアヒータが配置されている。図１３（ｂ）の実施例の６気筒エンジンは一列にシリンダを並べ、吸気マニホールドの長手方向中央に吸気ポートを配置し、該吸気ポートには左右を仕切る仕切り板を配置し、左右位置側へ吸気する側にエアヒータを配置している。吸気加熱装置であるエアヒータやグローヒータはコールドスタート時に吸入空気温度を上昇させることで、圧縮端の吸気エア温度を高くし、燃料の蒸発・着火を促進するのが狙いとして用いられる。減筒運転を採用する場合は極端に白煙の悪化するコールドスタート直後に着火運転をする気筒に対し選択的に上記昇温手段を実行することで、その効果を高めることができる。具体的な実施方法としては、例えばＶ型機関において片バンクのみ減筒運転させる場合は、片バンクの減筒運転させる側（燃料噴射側）のバンクのエアクリーナから吸気マニホールドへの連絡部に設置したエアヒータ（吸気加熱装置）を作動することが考えられる。また、直列６気筒エンジンでは、吸気マニホールドとシリンダヘッドが６気筒一体的に取り付けられているため、例えば、図１３（ａ）に示すように吸気ポートに近い側の１・２・３群（気筒Ｎｏ１・Ｎｏ２・Ｎｏ３）のみ減筒運転するようにして、エアクリーナからの連絡管を１・２・３群気筒近くに接続し、該連絡部にエアヒータ（吸気加熱装置）を設置することで吸気エアを温めて選択的に昇温が可能である。また、図１３（ｂ）に示すように、１・２・３群と４・５・６群（気筒Ｎｏ４・Ｎｏ５・Ｎｏ６）との間の吸気マニホールドに間仕切り板を設置し、その後流側にエアヒータを設置して一側の吸気エアを温めて始動性を高め白煙を減少することも可能である。これらは、運転気筒に対してのみ吸気加熱装置を働かせる構造であれば上述の例以外でも実現可能である。また、グローヒータを用いる内燃機関の場合はシリンダ内に直接挿入されているものであるため、始動時に減筒運転する気筒のみ通電することで上記目的を達することが可能である。上記方法は、特にＶ型機関において片バンクのみ減筒運転させる場合や直列機関において特定気筒のみ減筒運転させる場合に適する方法である。この場合、燃焼させる気筒はクランク軸８の回転がアンバランスとならないように考慮して選択される。例えば、クランク軸８の回転時に等角度ごとに燃焼して、できるだけ接近した気筒（シリンダ）が選択される。

このように、前記エンジン１の燃焼室２内に導入される吸気を加熱する吸気加熱装置を装備し、コールドスタート時に減筒運転する気筒側の吸気加熱装置がＯＮとなるようにし、水温が設定温度以上となると（または、減筒運転終了後、または、エンジン始動一定時間後）吸気加熱装置を停止して、消費電力は一定で高い効果を得ることができる。なお、低温で減筒運転後も吸気エアを加熱する場合は、全気筒のグローヒータを加熱させる。

図１４は吸気絞り弁・排気絞り弁の配置例を示す図である。図１４に示すように、エンジンは吸入空気を圧縮して供給する過給機２０を有しており、該過給機２０から出た吸入空気が、吸気絞り弁２１を介して吸気マニホールド２３へと入り、該吸気マニホールド２３を介してシリンダヘッドＨに設けられた６本のシリンダの各気筒へと供給される。そして、燃焼後の排気は、シリンダに取り付けられる排気マニホールド２４を介して排出され、該排気は過給機２０及び排気管を介して排出される。該排気管には排気絞り弁２２が設けられている。このような構成において、吸気絞り弁２１は、特にローアイドルにおいて吸入空気量を減少させることで筒内ガスの等量比を増し、これによって燃焼温度を上げることを狙いとして装着される。また、排気絞り弁２２はいったん排出された高温の既燃ガスの一部を背圧増加により再度シリンダ内に導入することで等量比アップとシリンダ内ガスの予熱を図るものである。また、両者ともにポンピングロスを招くことから、サイクルあたりの噴射量を増す効果もある。これらの手段は通常燃焼の場合には有効であるが、減筒運転との併用は等量比が過大となり黒煙を発生することから不適当である（図１５参照）。従って、減筒運転時にはこれらの機能をキャンセルすべきである。

このように、前記エンジン１への吸気量を制御する吸気絞り弁２１または排気量を制御する排気絞り弁２２で構成される絞り機構を装備し、減筒運転時には作動させずに、減筒運転終了後から有効とすることにより、黒煙の発生を抑える。

本発明に係る直噴式ディーゼル機関の制御システムの概略構成図。エンジン制御フローを示す図。通常運転時の白煙の発生挙動を示す図。減筒運転制御の一例を示す図。始動前冷却水温度と白煙濃度の関係を示す図。減筒運転時の白煙の発生挙動を示す図。燃焼室内の温度の時間変化を示す図。単発噴射により燃料を噴射した際の燃料の到達距離と時間の関係を示す図。多段噴射により燃料を噴射した際の燃料の到達距離と時間の関係を示す図。減筒噴射のマップ例を示す図。噴射時期と騒音・白煙の関係を示す図。失火検知による減筒運転再導入を示す図。６気筒エンジンで１・２・３群のみ運転する場合の実施例を示す図。吸気絞り弁・排気絞り弁の配置例を示す図。排気絞り弁を用いた減筒運転時の燃焼悪化事例を示す図。従来のエンジン制御フローを示す図。

１エンジン
５ＥＣＵ
１０冷却水温度センサ
１２ピックアップセンサ
２１吸気絞り弁
２２排気絞り弁

Claims

コモンレール式直噴ディーゼル内燃機関の制御方法において、該内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、該内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記冷却水温度と回転数に応じて内燃機関の動作を制御する制御手段とを具備し、前記内燃機関が冷えた状態で始動を開始するコールドスタートにあると判定された場合には、始動初期は全気筒噴射による始動とし、前記内燃機関始動後、所定回転数となった時より、所定の期間燃料噴射させる気筒を減じる減筒運転モードで運転を行い、前記内燃機関の冷却水温度に対応して、前記減筒運転モードによる運転の終了時温度を設定した減筒運転終了時温度マップを有し、該冷却水温度が該減筒運転終了時温度マップに予め設定された温度となるまでの間、前記減筒運転モードで運転を行い、前記減筒運転モードによる運転時には、通常運転時の燃料噴射マップと異なる減筒運転時専用の減筒燃料噴射マップを有し、前記減筒運転モードによる運転時の減筒燃料噴射マップは、少なくとも２段以上の多段燃料噴射で構成し、メインの燃料噴射前に少量の燃料を噴射し、それらが可燃状態となったときにメイン燃料を噴射し、該メイン燃料噴射開始時期を、通常の運転である通常運転モードによる運転時より遅らせることを特徴とする内燃機関の制御方法。
前記内燃機関が負荷運転に相当する状態となった場合は、該減筒運転モードによる運転を速やかに通常運転モードによる運転に復帰することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
前記内燃機関の減筒運転モードによる運転時に、内燃機関が一定回転以上に増速した場合は、前記通常運転モードに復帰することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
前記内燃機関の燃焼室内での失火を検出する失火検出手段を有し、減筒運転モードによる運転終了時に依然として失火あるいは遅延燃焼が発生していると判定した場合には、一定期間減筒運転モードによる運転を継続することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
前記内燃機関の燃焼室内に導入される吸気を加熱する吸気加熱装置を装備し、該吸気加熱装置は減筒運転モードによる運転時に運転される気筒に対して作動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
前記内燃機関への吸気量を制御する吸気絞り弁、または排気量を制御する排気絞り弁で構成される絞り機構を装備し、前記減筒運転モードによる運転時には絞り機能を作動させずに、前記減筒運転モードによる運転終了後から絞り機能を作動させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御方法。