JP5512299B2

JP5512299B2 - エンジン

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Publication number: JP5512299B2
Application number: JP2010011453A
Authority: JP
Inventors: 知広大谷
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: JP2011149335A

Description

本発明は、エンジンに関し、特に燃料噴射制御に関する。

従来、コモンレールに蓄圧した燃料を、インジェクタによって多段噴射する燃料噴射装置を具備するエンジンの技術は公知となっている。このようなエンジンは、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、多段噴射有無等を含む燃料噴射装置の「燃料噴射パターン」を、制御手段により決定して、その決定した燃料噴射パターンで燃料噴射制御を行う。

通常制御とは異なった燃料噴射パターンを行う「始動制御」も公知となっている。「始動制御」とは、エンジン始動時間中であって、エンジン状態温度が冷態であるときに行われる燃料噴射パターンを決定する制御である。「始動時間」とは、エンジン回転数が始動開始からアイドル回転数に至るまでの時間をいう。特許文献１の始動制御に代表されるように、従来の始動制御においては、エンジン回転数および冷却水温度（エンジン状態温度）のみに基づいて燃料噴射パターンが決定されていた。

また、エンジンは、出力軸に接続される作業機によって連れ回りトルクが異なる。「連れ回りトルク」とは、広義の意味では、伝達機構において、回転数差がゼロの状態となるために要求される駆動側のトルクである。本発明における狭義の意味として「連れ回りトルク」とは、エンジンに作業機が接続された状態において、エンジンが始動時間に要求されるトルクをいう。

図８を用いて、前記従来の始動制御が行われる際の、連れ回りトルクの大きさと始動時間の関係について説明する。図８の実線は、例えば、エンジンに接続されている作業機が油圧ポンプによって駆動されるものであって、油圧ポンプの容量が小さい場合、すなわち、エンジンの連れ回りトルクが小さい場合における始動時のエンジン回転数Ｎｅの変化を表している。一方、図８の破線は、例えばエンジンに接続されている作業機が油圧ポンプによって駆動されるものであって、油圧ポンプの容量が大きい場合、すなわち、エンジンの連れ回りトルクが大きい場合における始動時のエンジン回転数Ｎｅの変化を表している。図８の実線および破線から明らかのように、燃料噴射パターンがエンジン回転数および冷却水温度のみに基づいて決定されると、連れ回りトルクが大きい場合には、始動時間が無駄に長くなるという問題が生じていた。一方、連れ回りトルクが小さい場合には、燃料過多により青白煙が発生するという問題が生じていた。

特開２００１−１２２７７号公報

解決しようとする課題は、連れ回りトルクの大きさに対応した最適な燃料噴射パターンを決定できるエンジンを提供することである。

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、作業機に接続されるエンジンであって、コモンレールに蓄圧した燃料をインジェクタによって多段噴射する燃料噴射装置と、エンジンの状態温度を検出する冷却水温度センサーと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記燃料噴射装置の燃料噴射を制御する制御手段とを具備し、エンジンに作業機が接続された状態において、エンジン始動時に要求されるトルクである連れ回りトルクの大きさを、所定時間におけるエンジン回転数の上昇率であるエンジン回転数上昇率、又は、エンジン始動開始からエンジン回転数が所定エンジン回転数に到達したときの経過時間に基づいて推定し、前記推定した連れ回りトルクの大きさを用いて、燃料噴射パターンを算出して決定し、該連れ回りトルクが小さい場合には、燃料噴射時期が進角する燃料噴射パターンとなるように決定するものである。

請求項２においては、作業機に接続されるエンジンであって、コモンレールに蓄圧した燃料をインジェクタによって多段噴射する燃料噴射装置と、エンジンの状態温度を検出する冷却水温度センサーと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記燃料噴射装置の燃料噴射を制御する制御手段とを具備し、エンジンに作業機が接続された状態において、エンジン始動時に要求されるトルクである連れ回りトルクの大きさを、所定時間におけるエンジン回転数の上昇率であるエンジン回転数上昇率、又は、エンジン始動開始からエンジン回転数が所定エンジン回転数に到達したときの経過時間に基づいて推定し、前記推定した連れ回りトルクの大きさを用いて、燃料噴射パターンを算出して決定し、該連れ回りトルクが大きい場合には、燃料噴射時期が遅角する燃料噴射パターンとなるように決定するものである。

本発明のエンジンによれば、連れ回りトルクの大きさに対応した最適な燃料噴射パターンを決定できるのである。

本発明の一実施形態であるエンジンの全体的な構成を示した模式図。同じく始動制御のフローを示すフロー図。別実施形態である始動制御のフローを示すフロー図。本発明の一実施形態である始動制御による燃料噴射パターンの一例を示したグラフ図。図４の燃料噴射パターンによるエンジン回転数の変化を示したグラフ図。本発明の一実施形態である始動制御による燃料噴射パターンの一例を示したグラフ図。図６の燃料噴射パターンによるエンジン回転数の変化を示したグラフ図。従来の始動制御によるエンジン回転数の変化を示したグラフ図。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態であるエンジンの全体的な構成を示した模式図、図２は同じく始動制御のフローを示すフロー図、図３は別実施形態である始動制御のフローを示すフロー図である。図４は本発明の一実施形態である始動制御による燃料噴射パターンの一例を示したグラフ図、図５は図４の燃料噴射パターンによるエンジン回転数の変化を示したグラフ図、図６は本発明の一実施形態である始動制御による燃料噴射パターンの一例を示したグラフ図である。図７は図６の燃料噴射パターンによるエンジン回転数の変化を示したグラフ図、図８は従来の始動制御によるエンジン回転数の変化を示したグラフ図である。

図１を用いて、本発明の一実施形態であるエンジン１００について説明する。エンジン１００は、４気筒４サイクルのディーゼルエンジンであって、エンジン本体１０と、燃料噴射装置２０と、制御手段としてのＥＮＧＩＮＥＣＯＮＴＲＯＬＵＮＩＴ（以下ＥＣＵ）５０と、エンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサー６０と、エンジン状態温度検出手段としての冷却水温度センサー７０と、操作部（図示略）に配置されるキースイッチ８０と、フライホィール１８の近傍に配置されるセルモータ９０と、を具備している。

エンジン本体１０は、４つの気筒として気筒１１・１２・１３・１４と、クランクシャフト１９と、クランクシャフト１９に設けられるフライホィール１８と、を具備している。

燃料噴射装置２０は、コモンレール式の燃料噴射装置であって、高圧の燃料を蓄圧するコモンレール２１と、コモンレール２１と燃料タンク（図示なし）とを接続する配管を介して設けられコモンレール２１の圧力を制御する圧力制御弁２３と、エンジン本体１０の各気筒１１・１２・１３・１４に設けられ、電磁弁２２ａを開閉することで燃料噴射量等を調整するインジェクタ２２と、を具備している。

ＥＣＵ５０は、制御プログラムや後述するマップを記憶している。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサー６０と、エンジン状態温度検出手段としての冷却水温度センサー７０と、燃料噴射装置２０におけるインジェクタ２２の電磁弁２２ａと、燃料噴射装置２０における圧力制御弁２３と、キースイッチ８０と、セルモータ９０と接続されている。

ＥＣＵ５０は、エンジン回転数センサー６０から随時検出されるエンジン回転数Ｎｅを取得し、冷却水温度センサー７０からエンジン状態温度として随時検出される冷却水温度Ｔｗを取得する。そして、ＥＣＵ５０は、所定時間におけるエンジン回転数Ｎｅの上昇率であるエンジン回転数上昇率Ｒｅを算出して、燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を算出し、この燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に従って燃料噴射装置２０による燃料の噴射を制御する。

「燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）」とは、燃料噴射圧力Ｑｐ、燃料噴射時期Ｑｔ、燃料噴射量Ｑｑ、およびパイロット噴射ＩＮＪｐを含む多段噴射の有無からなる燃料噴射の形態である。なお、本実施形態では、多段噴射を、パイロット噴射ＩＮＪｐとメイン噴射ＩＮＪｍとからなる２段噴射としているが、２以上の段数を有する多段噴射とすることもできる。

なお、燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）は、燃料の多段噴射が行われる場合に、パイロット噴射ＩＮＪｐおよびメイン噴射ＩＮＪｍのそれぞれの燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を含むものとする。

以下に、本発明の実施形態であるエンジン１００の始動制御について説明する。「始動制御」とは、エンジン１００の始動時間中に、エンジン１００の状態が冷態であるときに行われる燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を決定する制御である。「始動時間」とは、エンジン始動開始後にエンジン回転数Ｎｅが０から基準エンジン回転数としてのアイドル回転数Ｎｅｉに至るまでの時間をいう。「冷態」とは、エンジン１００のエンジン状態温度が所定温度よりも低い状態であることをいう。本実施形態では、エンジン状態温度は、冷却水温度Ｔｗで代用される。

「連れ回りトルク」とは、広義の意味では、伝達機構において、回転数差がゼロの状態となるために要求される駆動側のトルクである。本実施形態における狭義の意味では、「連れ回りトルク」とは、エンジン１００の出力軸に作業機が接続された状態において、エンジン始動時間中にエンジン１００が要求されるトルクをいう。本実施形態の作業機は、油圧ポンプによって駆動されるものとしている。例えば、連れ回りトルクは、エンジン１００に接続されて駆動される油圧ポンプの容量や油温や油の種類等によって異なる。

図２を用いて、始動制御Ｓ１００の流れについて説明する。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１０において、始動制御を実行する始動制御モードにあるか判断し、始動制御モードになければ、通常制御を実行し、始動制御モードであれば以下の始動制御を実行する。「始動制御モード」とは、エンジン１００において、キースイッチ３０の操作によって、セルモータ３１が作動しており、エンジン回転数Ｎｅがアイドル回転数Ｎｅｉ以下、かつ、エンジン状態温度、すなわち冷却水温度Ｔｗが所定温度以下である状態をいう。

ＥＣＵ５０は、始動制御モードにあれば、次のステップＳ１２０において、エンジン回転数センサー６０から検出されたエンジン回転数Ｎｅを取得し、冷却水温度センサー７０から検出された冷却水温度Ｔｗを取得する。そして、ＥＣＵ５０は、所定時間におけるエンジン回転数上昇率Ｒｅを取得したエンジン回転数Ｎｅに基づいて算出する。ここでの所定時間については、特に限定しない。

ＥＣＵ５０は、続いてステップＳ１３０において、燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を、エンジン回転数Ｎｅ、冷却水温度Ｔｗおよびエンジン回転数上昇率Ｒｅに基づいて、燃料噴射マップｆ１（Ｎｅ、Ｔｗ、Ｒｅ）により算出して決定する。ＥＣＵ５０は、この算出した燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に従って、インジェクタ２２および電磁弁２２ａに制御信号を送信して、燃料噴射装置２０による燃料の噴射を制御する。

図３を用いて、別実施形態である始動制御Ｓ２００について説明する。ステップＳ２１０は前記ステップＳ１１０と同じ制御となるので、説明は省略する。ＥＣＵ５０は、始動制御モードにあれば、次のステップＳ２２０において、エンジン回転数センサー６０から検出されたエンジン回転数Ｎｅを取得して、取得したエンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数Ｎｅｆに到達したかどうかを判断する。その結果、エンジン回転数Ｎｅが所定エンジン回転数Ｎｅｆに到達したならば、ＥＣＵ５０は以下の始動制御を実行する。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ２３０において、エンジン始動開始後にエンジン回転数Ｎｅが０から所定エンジン回転数Ｎｅｆに到達するまでに要した経過時間ｔｆを算出する。ＥＣＵ５０は、ステップＳ２４０において、エンジン回転数センサー６０から検出されたエンジン回転数Ｎｅを取得し、冷却水温度センサー７０から検出された冷却水温度Ｔｗを取得する。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ２５０において、燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を、エンジン回転数Ｎｅ、経過時間ｔｆおよび冷却水温度Ｔｗに基づいて、燃料噴射マップｆ２（Ｎｅ、Ｔｗ、ｔｆ）により、燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を算出して決定する。ＥＣＵ５０は、この算出した燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に従って、インジェクタ２２および電磁弁２２ａに制御信号を送信して、燃料噴射装置２０による燃料の噴射を制御する。なお、経過時間ｔｆは、一度決定されれば、Ｓ２００において変化することがないものとする。

このような流れによって、ＥＣＵ５０は、始動制御を行う。そして、この際には、ＥＣＵ５０は、エンジン１００に接続されている作業機の油圧ポンプの容量等によって変化する連れ回りトルクの大きさを、エンジン回転数上昇率Ｒｅ又は経過時間ｔｆに基づいて推定し、その推定した連れ回りトルクの大きさを用いて、燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を算出して決定するようになっている。このようにして、エンジン１００は、燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を接続される作業機に対応した、すなわち、連れ回りトルクの大きさに対応した最適なものに設定することができる。

図４を用いて、連れ回りトルクが小さい場合の燃料噴射パターンＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）の一例について説明する。図４において、実線は、本実施形態の始動制御Ｓ１００、Ｓ２００の際に決定された燃料噴射パターンＩＮＪ１（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に従って燃料噴射制御が行われる場合の燃料噴射量Ｑｑおよび筒内圧力Ｐｃの変化を示している。破線は、従来の始動制御の際に決定された従来燃料噴射パターンＩＮＪ０（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に従って燃料噴射制御が行われる場合の燃料噴射量Ｑｑおよび筒内圧力Ｐｃの変化を示している。ここで、始動制御Ｓ１００、Ｓ２００による燃料噴射パターンＩＮＪ１（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）は、例えば連れ回りトルクが小さい場合には、従来燃料噴射パターンＩＮＪ０（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に対してパイロット噴射ＩＮＪｐおよびメイン噴射ＩＮＪｍのそれぞれについて燃料噴射時期Ｑｔが進角するような燃料噴射パターンＩＮＪ１（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）となるように決定される。

図５を用いて、連れ回りトルクが小さい場合の始動制御Ｓ１００、Ｓ２００による燃料噴射パターンＩＮＪ１（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）の効果について説明する。図５において、実線は始動制御Ｓ１００、Ｓ２００が行われる場合の時間に対するエンジン回転数Ｎｅの変化を示し、破線は従来の始動制御が行われる場合の時間に対するエンジン回転数Ｎｅの変化を示している。従来の始動制御によれば、燃料噴射パターンＩＮＪ０（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）は、エンジン回転数Ｎｅおよび冷却水温度Ｔｗのみに基づいて決定されていたため、連れ回りトルクが小さい場合には、筒内圧力Ｐｃが十分に上昇しない状況で、メイン噴射ＩＮＪｍが行われ、メイン噴射ＩＮＪｍの着火不良が発生し、燃料過多により青白煙が発生していた（図５のＸ部分）。

しかし、始動制御Ｓ１００、Ｓ２００によれば、ＥＣＵ５０が連れ回りトルクが小さい状況を認識して、最適な燃料噴射パターンＩＮＪ１（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を決定し、その燃料噴射パターンＩＮＪ１（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に従って燃料噴射時期Ｑｔを進角させることによって、筒内圧力Ｐｃをパイロット噴射ＩＮＪｐにより早い段階で上昇させた状況で、メイン噴射ＩＮＪｍが行われる。したがって、メイン噴射ＩＮＪｍの着火不良を防止できる。

図６を用いて、連れ回りトルクが大きい場合の燃料噴射パターンＩＮＪ２（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）の一例について説明する。図６において、実線は本実施形態の始動制御Ｓ１００、Ｓ２００の際に決定された燃料噴射パターンＩＮＪ２（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に従って燃料噴射制御が行われる場合の燃料噴射量Ｑｑおよび筒内圧力Ｐｃの変化を示している。破線は従来の始動制御の際に決定された燃料噴射パターンＩＮＪ０（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に従って燃料噴射制御が行われる場合の燃料噴射量Ｑｑおよび筒内圧力Ｐｃの変化を示している。ここで、始動制御Ｓ１００、Ｓ２００による燃料噴射パターンＩＮＪ２（Ｑｐ、ｔ、Ｑｑ）は、例えば連れ回りトルクが大きい場合には、従来燃料噴射パターンＩＮＪ０（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に対してパイロット噴射ＩＮＪｐおよびメイン噴射ＩＮＪｍのそれぞれについて燃料噴射時期Ｑｔが遅角するような燃料噴射パターンＩＮＪ２（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）となるように決定される。

図７を用いて、連れ回りトルクが大きい場合の始動制御Ｓ１００、Ｓ２００による燃料噴射パターンＩＮＪ２（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）の効果について説明する。図７において、実線は始動制御Ｓ１００、Ｓ２００が行われる場合の時間に対するエンジン回転数Ｎｅの変化を示し、破線は従来の始動制御が行われる場合の時間に対するエンジン回転数Ｎｅの変化を示している。従来の始動制御によれば、燃料噴射パターンＩＮＪ０（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）は、エンジン回転数Ｎｅおよび冷却水温度Ｔｗのみに基づいて決定されていたため、連れ回りトルクが大きい場合には、筒内圧力Ｐｃが最も高くなる直前付近で、パイロット噴射が行われていたので、メイン噴射ＩＮＪｍによる燃料が完全燃焼できずに未燃ガス（青白煙）として排出され、燃焼効率が悪く、無駄に始動時間を要する問題が発生していた。

しかし、始動制御Ｓ１００、Ｓ２００によれば、ＥＣＵ５０が連れ回りトルクが大きい状況を認識して、最適な燃料噴射パターンＩＮＪ２（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）を決定し、その燃料噴射パターンＩＮＪ２（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）に従ってパイロット噴射ＩＮＪｐおよびメイン噴射ＩＮＪｍの各燃料噴射時期Ｑｔを遅角することによって、筒内圧力Ｐｃを確実に上昇させ状況で、パイロット噴射ＩＮＪｐおよびメイン噴射ＩＮＪｍが行われる。したがって、エンジン回転数Ｎｅを早期に上昇させて、始動時間が無駄に長くなるのを防止することができ、エンジン１００の始動性が向上する。

２０燃料噴射装置
２１コモンレール
２２インジェクタ
５０ＥＣＵ（制御手段）
６０エンジン回転数センサー（エンジン回転数検出手段）
７０冷却水温度センサー（エンジン状態温度検出手段）
１００エンジン
Ｓ１００始動制御
Ｓ２００始動制御
ｔｆ経過時間
Ｔｗ冷却水温度
Ｎｅエンジン回転数
Ｎｅｉアイドル回転数
Ｎｅｆ所定エンジン回転数
Ｒｅエンジン回転数上昇率
Ｑｔ燃料噴射時期
Ｑｐ燃料噴射圧力
Ｑｑ燃料噴射量
ＩＮＪ（Ｑｐ、Ｑｔ、Ｑｑ）燃料噴射パターン
ｆ１（Ｎｅ、Ｔｗ、Ｒｅ）燃料噴射マップ
ｆ２（Ｎｅ、Ｔｗ、ｔｆ）燃料噴射マップ

Claims

作業機に接続されるエンジンであって、
コモンレールに蓄圧した燃料をインジェクタによって多段噴射する燃料噴射装置と、エンジンの状態温度を検出する冷却水温度センサーと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記燃料噴射装置の燃料噴射を制御する制御手段とを具備し、
エンジンに作業機が接続された状態において、エンジン始動時に要求されるトルクである連れ回りトルクの大きさを、所定時間におけるエンジン回転数の上昇率であるエンジン回転数上昇率、又は、エンジン始動開始からエンジン回転数が所定エンジン回転数に到達したときの経過時間に基づいて推定し、
前記推定した連れ回りトルクの大きさを用いて、燃料噴射パターンを算出して決定し、
該連れ回りトルクが小さい場合には、燃料噴射時期が進角する燃料噴射パターンとなるように決定する
ことを特徴とするエンジン。
作業機に接続されるエンジンであって、
コモンレールに蓄圧した燃料をインジェクタによって多段噴射する燃料噴射装置と、エンジンの状態温度を検出する冷却水温度センサーと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記燃料噴射装置の燃料噴射を制御する制御手段とを具備し、
エンジンに作業機が接続された状態において、エンジン始動時に要求されるトルクである連れ回りトルクの大きさを、所定時間におけるエンジン回転数の上昇率であるエンジン回転数上昇率、又は、エンジン始動開始からエンジン回転数が所定エンジン回転数に到達したときの経過時間に基づいて推定し、
前記推定した連れ回りトルクの大きさを用いて、燃料噴射パターンを算出して決定し、
該連れ回りトルクが大きい場合には、燃料噴射時期が遅角する燃料噴射パターンとなるように決定する
ことを特徴とするエンジン。