JP4891177B2

JP4891177B2 - ディーゼルエンジンの制御装置

Info

Publication number: JP4891177B2
Application number: JP2007208046A
Authority: JP
Inventors: 美典中島
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2027-08-09
Also published as: JP2009041471A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置に関し、特にエンジンの個体差に関わらず低温始動時のプリグロー時間を最適化するものに関する。

ディーゼルエンジンは、低温時の始動性が低いことから、所定の始動可能温度までエンジン燃焼室を予熱する始動補助装置が設けられる。このような低温始動補助デバイスとして、グロープラグが一般的である。グロープラグは、イグニッションスイッチがオンされた際に通電され、その先端部を昇温する抵抗ヒータを備えている。グロープラグがエンジンを始動させるのに必要な温度まで昇温するのに必要な予熱時間は、一般にプリグロー時間と称される。

プリグロー時間が短いと、グロープラグの先端は十分に温度が上昇せず、エンジンの始動性が低下する。これに対し、プリグロー時間が必要以上に長いと、車両のユーザがプリグロー終了までの長時間エンジン始動を待たされることになり、不満を感じることになる。また、プリグロー時間が長すぎると、グロープラグの寿命が短くなってしまうことから、常に最適なプリグロー時間を設定することが求められる。
従来、プリグロー時間は、エンジン冷却水温に応じて制御することが一般的である。また、グロープラグの予熱制御状態を示すグローランプを最適なタイミングで点灯させるため、水温及びバッテリ電圧を考慮してプリグローの終了タイミングを算出するグローランプ制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平９−５３５５６号公報

しかし、個々のエンジンには、例えば圧縮時の圧縮漏れの差等に起因する始動クランキング時の圧縮圧力のばらつきや、クランキング時の圧縮上死点における圧縮温度のばらつき等の個体差があり、こうした個体差は低温環境下でより顕著となる。従来はこのような個体差に対処するため、各水温に対応したプリグロー時間を十分に長く設定していたが、このようなプリグロー時間の設定は、始動性が良く、あるいは標準的なエンジン個体にとっては必要以上に長いものとなってしまう。プリグロー時間はユーザにとってはエンジン始動を待たされている状態であり、特に、例えば０℃以下のような低温環境下においては、プリグロー時間が長くなるため、できるだけ短く設定することが好ましい。
本発明の課題は、エンジンの個体差に応じてプリグロー時間を適切に設定するディーゼルエンジンの制御装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、エンジンの温度を検出する温度検出手段の出力に応じて、該エンジンの始動時におけるスタータ作動前にプリグローを行うグロープラグのプリグロー時間を設定し、前記プリグロー時間にわたって前記グロープラグに通電させるディーゼルエンジンの制御装置であって、前記エンジンのスタータ作動から始動までに要した実始動時間を予め定められた参照始動時間と比較し、比較結果に応じて次回始動時の前記プリグロー時間を補正することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、前記実始動時間が前記参照始動時間よりも長い場合には次回始動時の前記プリグロー時間を延長し、前記実始動時間が前記参照始動時間よりも短い場合には次回始動時の前記プリグロー時間を短縮する補正を行うことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、前記実始動時間と前記参照始動時間との比較結果に応じた前記プリグロー時間の補正は、始動時のエンジンの温度に応じて異なった補正量が用いられることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置である。

本発明によれば、エンジンの実始動時間と予め求めた参照始動時間との比較結果に応じてプリグロー時間を補正することによって、個体差により始動性が低いエンジンの場合にはプリグロー時間を長くして始動性を改善することができる。一方、始動性が高いエンジンの場合にはプリグロー時間を短くして無駄なプリグローを行わず、早期のエンジン始動を可能にするとともに、グロープラグの長寿命化、車両の省電力化を図ることができる。このように、本発明によれば、エンジンの個体差に応じてプリグロー時間を適切に設定するディーゼルエンジンの制御装置を提供することができる。
また、プリグロー時間の補正に、始動時のエンジンの温度に応じて異なった補正量を用いることによって、始動時の各エンジン温度に応じた適切なプリグロー時間を設定することができる。

本発明は、エンジンの個体差に応じてプリグロー時間を適切に設定するディーゼルエンジンの制御装置を提供する課題を、エンジンの実始動時間と始動時エンジン水温毎に設定された所定値とを比較し、この比較結果に応じてプリグロー時間を増減させることによって解決した。

以下、本発明を適用した制御装置を備えたディーゼルエンジンの実施例について説明する。
図１は、実施例のディーゼルエンジンのシステム構成図である。このディーゼルエンジンは、例えば乗用車等の自動車に搭載されるコモンレール式のものである。
ディーゼルエンジン１は、エンジン本体１０、インテークシステム３０、エキゾーストシステム４０、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０等を備えて構成されている。

エンジン本体１０は、シリンダ１１、ピストン１２、インテークポート１３、エキゾーストポート１４、インテークバルブ１５、エキゾーストバルブ１６、インジェクタ１７、ウォータジャケット１８、水温センサ１９、グロープラグ２０等を備えて構成されている。
シリンダ１１は、エンジンブロックに形成され、ピストン１２が挿入される筒状部である。シリンダ１１の上部とピストン１２の冠面との間には燃焼室１１ａが形成される。
ピストン１２は、コンロッドを介して図示しないクランクシャフトに接続されている。

インテークポート１３は、シリンダ１１内に燃焼用空気（新気）を導入する流路である。
エキゾーストポート１４は、シリンダ１１から燃焼済みガス（排気）を排出する流路である。
インテークバルブ１５及びエキゾーストバルブ１６は、図示しないカムシャフト等の駆動機構によって駆動され、インテークポート１３及び排気ポート１４を開閉する。

インジェクタ１７は、図示しない高圧ポンプによって図示しないコモンレール内に蓄圧された燃料を、燃焼室１１ａ内に噴射するものである。インジェクタ１７は、ＥＣＵ５０からの噴射制御信号に応じてインジェクタニードルを駆動するソレノイドバルブを備えている。

ウォータジャケット１８は、シリンダ１１が形成されたエンジンブロックや、シリンダヘッド等の内部に設けられたエンジン冷却水路である。
水温センサ１９は、ウォータジャケット１８に設けられ、エンジン冷却水の水温を検出し、ＥＣＵ５０に伝達する。

グロープラグ２０は、エンジンの冷間始動時に始動性を向上する低温始動補助デバイスである。グロープラグ２０は、例えば、チューブ状のヒータエレメントを有するシース型グロープラグである。グロープラグ２０は、ＥＣＵ５０の制御に応じて、図示しないバッテリからの給電を受けて発熱する。
グロープラグ２０は、エンジンのスタータ作動に先立ち、その先端部を始動可能温度（例えば約１０００℃）まで予熱するプリグロー、及び、スタータ作動後にエンジンの運転が安定するまで発熱を継続するアフターグローを行う。このプリグロー時間の設定については、後に詳しく説明する。

インテークシステム３０は、インテークダクト３１、エアクリーナ３２、エアフローメータ３３、インテークチャンバ３４等を備えて構成されている。
インテークダクト３１は、外気をエンジン本体１０のインテークポート１３に導入する管路である。
エアクリーナ３２は、インテークダクト３１の入口部に設けられ、インテークダクト３１に導入される空気を濾過してダスト等を取り除くものである。
エアフローメータ３３は、エアクリーナ３２の出側における空気流量を測定するものである。エアフローメータ３３の出力は、ＥＣＵ５０に伝達される。
インテークチャンバ３４は、インテークダクト３１の中間部分に設けられた容器状の気室であって、例えば共鳴過給効果等によってエンジン本体１０の充填効率を向上するものである。

エキゾーストシステム４０は、エキゾーストパイプ４１、酸化触媒４２、酸化触媒入り側温度センサ４３、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４４、ＤＰＦ入り側温度センサ４５、ＤＰＦ出側温度センサ４６、差圧センサ４７等を備えて構成されている。
エキゾーストパイプ４１は、エンジン本体の排気ポート１４から出た排気を外部へ放出する管路である。
酸化触媒４２は、排気中の過剰空気等を用いて排気に含まれるＣＯ、ＨＣを酸化処理する触媒コンバータである。酸化触媒４２は、エキゾーストパイプ４１の途中でありかつエンジン本体１０の近傍に設けられている。
酸化触媒入り側温度センサ４３は、酸化触媒４２に流入する排気の温度を検出する。

ＤＰＦ４４は、例えばセラミック製のフィルタによって、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集し、処理するものである。
ＤＰＦ入り側温度センサ４５、及び、ＤＰＦ出側温度センサ４６は、ＤＰＦ４４に流入する排気、及び、ＤＰＦ４４から流出する排気の温度をそれぞれ検出する。
差圧センサ４７は、ＤＰＦ４４の入り側と出側の排気圧力の差圧を検出する。

ＥＣＵ５０は、上述したディーゼルエンジンシステムの各構成要素を統括的に制御する情報処理装置である。ＥＣＵ５０は、運転者のスロットル操作等の出力要求、及び、各センサ類の出力等に応じて、燃料の噴射量、噴射時期等を制御し、またその他の補器類の制御も行う。
また、ＥＣＵ５０は、エンジンの始動時に、以下説明するグロープラグ１７のプリグロー時間を設定する機能、及び、エンジンの実始動時間に応じて、次回始動時以降のプリグロー時間を増減する学習機能を備えている。この点について以下詳しく説明する。
ＥＣＵ５０は、この学習機能を発揮するため、後述する表１から表４までの各テーブルに含まれるデータ、及び、従前のエンジン始動時における実始動時間及びエンジン冷却水温を保持するメモリを備えている。このメモリは、後述する学習機能によって補正された後のプリグロー時間に関するデータを有する学習加算ＲＡＭテーブルが格納される。この点については後に詳しく説明する。

図２は、実施例におけるプリグロー時間の設定動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ１０：ＩＧＮスイッチオン＞
図示しないイグニッション（ＩＧＮ）スイッチを運転者等のユーザが操作すると、これに応じた始動要求信号がＥＣＵ５０に要求され、以下のプリグロー時間設定が開始される。ステップＳ２０に進む。
＜ステップＳ２０：エンジン水温読込＞
ＥＣＵ５０は、水温センサ１９の出力を読み込み、この出力に基づいてエンジンの冷却水温を求める。ステップＳ３０に進む。

＜ステップＳ３０：プリグロー学習終了判断＞
ＥＣＵ５０は、プリグロー時間の学習制御が終了しているか否かを判定する。
図３は、プリグロー時間学習制御の終了判定を示すフローチャートである。以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ３１：学習制御終了判断＞
ＥＣＵ５０は、従前のプリグロー時間に関するデータの修正履歴等を参照し、プリグロー時間の学習値設定が終了しているか否かを判断する。具体的には、後述するプリグロー時間学習加算ＲＡＭテーブルへのプリグロー時間加算値の格納が終了している場合はステップＳ３２に進み、未終了の場合はステップＳ３３に進む。
＜ステップＳ３２：学習制御の終了＞
ＥＣＵ５０は、プリグロー時間学習制御の終了判定を終了し、図２のステップＳ５０に進む。
＜ステップＳ３３：学習制御の未終了＞
ＥＣＵ５０は、プリグロー時間学習制御の終了判定を終了し、図２のステップＳ４０に進む。

＜ステップＳ４０：プリグロー時間をベースプリグローの時間に設定＞
ＥＣＵ５０は、以下説明するベースプリグロー時間算出を行う。
図４は、ベースプリグロー時間算出を示すフローチャートである。以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ４１：ベースプリグロー時間算出＞
ＥＣＵ５０は、水温センサ１９によって検出されたエンジン冷却水温と、以下説明するベースプリグロー時間テーブルとを用いて、ベースプリグロー時間を補間計算によって算出する。
表１は、ベースプリグロー時間テーブルである。

ベースプリグロー時間テーブルは、例えば、始動時エンジン水温が最高８０℃から最低−３０℃程度までの範囲にわたって、各水温に対応するプリグロー時間が予め設定されているテーブルである。このベースプリグロー時間テーブルに含まれるデータは、例えば、エンジン水温差１０℃ごとに設定された離散的なものであるため、始動時エンジン水温がその中間に含まれる場合には、例えば線形補間によってプリグロー時間が求められる。
例えば始動時エンジン水温（センサ値）が−１５℃である場合には、ベースプリグロー時間ＢＰｒｅは、（６秒＋１２秒）／２＝９秒となる。
ベースプリグロー時間算出が終了後、これを実際のプリグロー時間として設定し、図２のステップＳ７０に進む。

＜ステップＳ５０：学習値の設定＞
ＥＣＵ５０は、学習値の設定を行う。
図５は、学習値の設定を示すフローチャートである。以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ５１：実始動時間（ＲＥＡＬＴ）の読込＞
ＥＣＵ５０は、前回エンジン始動時における実始動時間をメモリから読み込む。ここで、実始動時間（ＲＥＡＬＴ）とは、エンジンに設けられたスタータの起動から、エンジン回転数が所定の回転数（例えば、５００ｒｐｍ）まで上昇するまでの時間である。
＜ステップＳ５２：ベース始動時間判定値読込＞
ＥＣＵ５０は、実始動時間（ＲＥＡＬＴ）に対応した当該エンジン始動時の始動時エンジン水温と、以下説明するベース始動時間判定値テーブルとを用いて、ベース始動時間判定値（参照始動時間）を補間計算によって算出する。このベース始動時間判定値は、標準的なエンジンにおけるスタータ作動からエンジン回転数が５００ｒｐｍに達するまでの所要時間を想定したものである。
表２は、ベース始動時間判定値テーブルである。

ベース始動時間判定値テーブルは、例えば、始動時エンジン水温が最高８０℃から最低−３０℃程度までの範囲にわたって、各水温に対応する始動時間が予め設定されているテーブルである。このベース始動時間判定値テーブルに含まれるデータも、上述したベースプリグロー時間と同様に離散的であるため、必要に応じて線形補間を行う。
例えば、始動時エンジン水温（センサ値）が−１５℃である場合には、ベース始動時間判定値（Ｔａｒｇｅｔ１）は、（２秒＋４秒）／２＝３秒となる。
ステップＳ５３に進む。

＜ステップＳ５３：実始動時間とベース始動時間判定値との差（Ｄｉｆｆ１）算出＞
ＥＣＵ５０は、ステップＳ５１で読込んだ実始動時間（ＲＥＡＬＴ）とステップＳ５２で読込んだベース始動時間判定値（Ｔａｒｇｅｔ１）とを用いて、以下の通りこれらの差（Ｄｉｆｆ１）を算出する。

Ｄｉｆｆ１＝ＲＥＡＬＴ−Ｔａｒｇｅｔ１

例えば、始動時エンジン水温（センサ値）が−１５℃、実始動時間（ＲＥＡＬＴ）が５秒である場合、ベース始動時間判定値（Ｔａｒｇｅｔ１）は上述したとおり３秒であるから、差（Ｄｉｆｆ１）は、５秒−３秒＝２秒となる。
Ｄｉｆｆ１の算出後、ステップＳ５４に進む。

＜ステップＳ５４：プリグロー時間加算値選定＞
ＥＣＵ５０は、ステップＳ５３において算出した差（Ｄｉｆｆ１）と、以下説明するプリグロー時間加算テーブルとを用いて、プリグロー時間加算値（ＰｒｅＡｄ）を選定する。
表３は、プリグロー時間加算テーブルである。

プリグロー時間加算テーブルは、実始動時間（ＲＥＡＬＴ）とベース始動判定時間（Ｔａｒｇｅｔ１）との差（Ｄｉｆｆ１）に応じて、始動時エンジン水温１０℃毎にプリグロー時間の加算値（ＰｒｅＡｄ）が設定されているテーブルである。
そして、ステップＳ５３において算出された差（Ｄｉｆｆ１）に対応する行のデータが、プリグロー時間加算値（ＰｒｅＡｄ）として選定される。
ステップＳ５５に進む。

＜ステップＳ５５：プリグロー時間加算値をＲＡＭテーブルに格納＞
ＥＣＵ５０は、ステップＳ５４において選定された８０℃から−３０℃までのプリグロー時間加算値（ＰｒｅＡｄ）を、プリグロー時間学習加算ＲＡＭテーブルに書き込み、格納する。
表４は、格納終了後のプリグロー時間学習加算ＲＡＭテーブルの一例を示す図である。

格納処理が終了後、一連の学習値設定処理は終了し、図２のステップＳ７０に進む。
なお、この格納処理の終了をもって、上述したステップＳ３１における学習制御の終了判断では、学習制御が終了したと判定されるようになる。

＜ステップＳ６０：最終プリグロー時間設定＞
ＥＣＵ５０は、最終プリグロー時間（ＦｉｎａｌＴ）を算出して設定する。
図６は、最終プリグロー時間の設定を示すフローチャートである。以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ６１：プリグロー時間加算値（ＰｒｅＡｄ）読込＞
ＥＣＵ５０は、現在の始動時エンジン水温に対応したプリグロー時間加算値（ＰｒｅＡｄ）をプリグロー時間学習加算ＲＡＭテーブル（表４）から読込み、必要に応じて補間値を求めて、ステップＳ６２に進む。

＜ステップＳ６２：ベースプリグロー時間（ＢＰｒｅＴ）読込＞
ＥＣＵ５０は、現在の始動時エンジン水温に対応したベースプリグロー時間（ＢＰｒｅＴ）をベースプリグロー時間テーブル（表１）から読込み、必要に応じて補間値を求めて、ステップＳ６３に進む。
＜ステップＳ６３：最終プリグロー時間算出＞
ＥＣＵ５０は、以下の式１に従ってグロープラグ２０が実際に予熱を行うプリグロー時間（最終プリグロー時間）（ＦｉｎａｌＴ）を算出する。

最終プリグロー時間（ＦｉｎａｌＴ）の算出式
ＦｉｎａｌＴ＝ＢＰｒｅＴ＋ＰｒｅＡｄ１・・（式１）

ここで
ＢＰｒｅＴ：
ベースプリグロー時間テーブル（表１）より読込まれるベースプリグロー時間
ＰｒｅＡｄ１：
プリグロー時間学習加算ＲＡＭテーブル（表４）より読込まれる加算値（学習値）

＜ステップＳ７０：プリグロー実施＞
ＥＣＵ５０は、スタータの作動前に、ステップＳ４０又はステップＳ６０において設定されたプリグロー時間にわたってグロープラグ２０に通電するプリグローを行ない、一連の処理を終了する。このプリグロー時間の経過後、図示しないスタータが作動し、エンジンの始動が開始される。

以上説明した実施例によると、ディーゼルエンジン１の実始動時間（ＲＥＡＬＴ）と、始動時エンジン水温に応じて求められるベース始動判定時間（Ｔａｒｇｅｔ１）との比較結果に応じて、プリグロー時間加算値（ＰｒｅＡｄ）を求め、これをベースプリグロー時間（ＢＰｒｅＴ）に対して加算し、最終プリグロー時間（ＦｉｎａｌＴ）を得ることによって、個体差により始動性が低いエンジンの場合には、プリグロー時間を長くして始動性を改善することができる。
本実施例の場合には、基準となるベースプリグロー時間を設定する際に、エンジンの個体差を考慮して長くする必要がなく、さらに延長が必要な場合であっても必要以上の延長を行わないことから、例えば−２０℃でのエンジン始動時におけるプリグロー時間を、従来のシステムに対して例えば約１２秒から平均４秒程度短縮することができる。
また、このプリグロー学習は、エンジン始動時の各水温に応じて行われるため、それぞれのエンジン水温に応じて最適なプリグロー時間を設定することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）ディーゼルエンジン及びその補器類の構成は上述した実施例のものに限定されず、適宜変更することができる。
（２）実施例では、ベースプリグロー時間に対して所定の加算値を加算してプリグロー時間を延長しているが、本発明はこのような形態には限定されない。例えば、参照始動時間に対して実始動時間が短い（始動性のよい）エンジンの場合には、もとのプリグロー時間を短縮してもよい。また、プリグロー時間の延長、短縮を、このような加減算ではなく、所定の係数を用いた乗算、除算によって行ってもよい。

本発明を適用した制御装置を有するディーゼルエンジンの実施例におけるシステム構成図である。図１のディーゼルエンジンにおけるプリグロー時間設定を示すフローチャートである。図１のディーゼルエンジンにおけるプリグロー時間学習制御の終了判定を示すフローチャートである。図１のディーゼルエンジンにおけるベースプリグロー時間算出を示すフローチャートである。図１のディーゼルエンジンにおける学習値の設定を示すフローチャートである。図１のディーゼルエンジンにおける最終プリグロー時間の設定を示すフローチャートである。

符号の説明

１ディーゼルエンジン１０エンジン本体
１１シリンダ１２ピストン
１３インテークポート１４エキゾーストポート
１５インテークバルブ１６エキゾーストバルブ
１７インジェクタ１８ウォータジャケット
１９水温センサ２０グロープラグ
３０インテークシステム３１インテークダクト
３２エアクリーナ３３エアフローメータ
３４インテークチャンバ４０エキゾーストシステム
４１エキゾーストパイプ４２酸化触媒
４３酸化触媒入り側温度センサ４４ＤＰＦ
４５ＤＰＦ入り側温度センサ４６ＤＰＦ出側温度センサ
４７差圧センサ５０ＥＣＵ

Claims

エンジンの温度を検出する温度検出手段の出力に応じて、該エンジンの始動時におけるスタータ作動前にプリグローを行うグロープラグのプリグロー時間を設定し、前記プリグロー時間にわたって前記グロープラグに通電させるディーゼルエンジンの制御装置であって、
前記エンジンのスタータ作動から始動までに要した実始動時間を予め定められた参照始動時間と比較し、比較結果に応じて次回始動時の前記プリグロー時間を補正すること
を特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記実始動時間が前記参照始動時間よりも長い場合には次回始動時の前記プリグロー時間を延長し、前記実始動時間が前記参照始動時間よりも短い場合には次回始動時の前記プリグロー時間を短縮する補正を行うこと
を特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記実始動時間と前記参照始動時間との比較結果に応じた前記プリグロー時間の補正は、始動時のエンジンの温度に応じて異なった補正量が用いられること
を特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。