JPWO2011067831A1 - 車載ディーゼル機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

電子制御装置５は、機関運転中に自動停止条件が成立することによって機関１の自動停止を行う一方、当該自動停止中に自動始動条件が成立することによって機関１の自動始動を行う。また、機関運転状態に基づき、筒内に存在すると推定される空気量である空気量推定値ｍｃｒｎｋを算出し、空気量推定値ｍｃｒｎｋに対応する酸素と燃料との混合気の燃焼による機関１の自動始動時における機関トルクの目標値であるトルク目標値ＴＲｔｒｇを空気量推定値ｍｃｒｎｋに基づき設定する。そして、機関の自動始動に際して、機関トルクが上記トルク目標値ＴＲｔｒｇとなるようにメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定する。

Description

本発明は、機関運転中に自動停止条件が成立することによって機関の自動停止を行う一方、当該自動停止中に自動始動条件が成立することによって機関の自動始動を行う車載ディーゼル機関の制御装置に関する。

この種の車載ディーゼル機関の制御装置としては、例えば特許文献１記載のものがある。特許文献１記載の技術も含めて、従来一般の車載ディーゼル機関の制御装置は、燃費節減等を目的として、車両が停止しブレーキペダルが踏込まれ且つアクセルペダルが踏込まれていないといった自動停止条件が成立することによって、機関を自動停止させる。また、機関の自動停止中において、ブレーキペダルの踏込が解除されるといった自動始動条件が成立することによって、機関を自動始動させる。ここで、機関の自動始動時には、例えば機関冷却水温度に基づき燃料噴射量を設定するとともに、所定燃料噴射時期に、前記燃料噴射量に相当する燃料を燃料噴射弁から筒内へ噴射供給する。

特開２００６‐３０７８６６号公報

ところで、機関の自動始動時における機関運転状態はその都度異なることから、従来の制御装置において、以下の問題が生じる虞がある。すなわち、例えば筒内に存在する空気量が多い場合、燃焼が進行しやすくなるため、機関トルクが大きくなり、始動時間が短くなる一方、排気に含まれる窒素酸化物の排出量が多くなる傾向にある。また、空気量が少ない場合、燃焼が進行しにくくなるため、機関トルクが小さくなり、始動時間が長くなり、排気に含まれる炭化水素の排出量が多くなる傾向にある。従って、機関の自動始動時における機関運転状態によっては、機関トルクを的確に制御しにくく、始動時間を好適に制御できなかったり、排気特性を好適に制御できなかったりするといった問題が生じる。

本発明の目的は、機関の自動始動時における機関運転状態にかかわらず、機関トルクを目標値に的確に制御できる車載ディーゼル機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に従う車載ディーゼル機関の制御装置は、機関運転中に自動停止条件が成立することによって機関の自動停止を行う一方、当該自動停止中に自動始動条件が成立することによって機関の自動始動を行うものであり、機関運転状態に基づき筒内に存在する空気量を推定する空気量推定手段と、前記空気量推定手段によって推定した空気量に基づき、前記空気量に対応する酸素と燃料との混合気の燃焼による機関の自動始動時における機関トルクの目標値を設定する機関トルク目標値設定手段と、機関の自動始動に際して機関トルクが前記機関トルク目標値設定手段によって設定した機関トルクの目標値となるように燃料噴射時期を設定する噴射時期設定手段と、を備える。

前記構成によれば、機関運転状態に基づき筒内に存在する空気量が推定され、この推定した空気量に基づき、前記空気量に対応する混合気の燃焼による機関の自動始動時における機関トルクの目標値が設定される。そして、機関の自動始動に際して、機関トルクが上記目標値となるように燃料噴射時期が設定される。従って、機関の自動始動時における機関運転状態にかかわらず、機関トルクを目標値に的確に制御できる。

ちなみに、例えば、空気量の推定値に対して設定した機関トルクの目標値を最大値とすると、燃焼が過度に進行することとなり、始動時間が大幅に短くなる一方、排気に含まれる窒素酸化物の排出量が過度に多くなる。また、空気量の推定値に対して設定した機関トルクの目標値を最小値とすると、燃焼の進行が緩慢となり、始動時間が過度に長くなるばかりか、排気に含まれる炭化水素の排出量が過度に多くなる。

そこで、空気量の推定値に対する機関トルクの目標値を、推定した空気量の燃焼によって発生し得る機関トルクの最大値と最小値の中間値とすることによって、始動時間を好適に短縮できるとともに、排気に含まれる窒素酸化物及び炭化水素の双方の排出量を好適に低減できる。

また、制御装置は、前記空気量推定手段によって推定した空気量に基づき、前記空気量に対応する酸素と所定噴射時期での燃料噴射によって供給した燃料との混合気の燃焼によって機関の自動始動時に生じる機関トルクを推定するトルク推定手段を更に備え、前記噴射時期設定手段は、前記機関トルク目標値設定手段によって設定した機関トルクの目標値と前記トルク推定手段によって推定した機関トルクの推定値との乖離度合に基づき前記所定噴射時期に対する噴射時期補正値を算出するとともに、前記所定噴射時期と前記噴射時期補正値に基づき燃料噴射時期を設定するといった態様が好ましい。

前記構成によれば、推定した空気量に対応する酸素と所定噴射時期での燃料噴射によって供給した燃料との混合気の燃焼によって機関の自動始動時に生じる機関トルクが、前記空気量の推定値に基づき推定される。そして、機関の自動始動に際して、機関トルクが上記目標値となるように前記目標値と機関トルクの推定値との乖離度合に基づき所定噴射時期に対する噴射時期補正値が算出され、前記噴射時期補正値によって所定噴射時期を補正することによって燃料噴射時期が設定される。そのため例えば、筒内に存在する空気量が多く、これに伴い所定噴射時期での燃料噴射を行うと機関トルクが目標値に対して大きくなると推定した場合には、噴射時期補正値による補正によって燃料噴射時期が上記所定噴射時期よりも遅角側に補正される。これによって、混合気の燃焼によって発生する機関トルクが低減されるため、機関トルクが上記目標値に制御される。また例えば、筒内に存在する空気量が少なく、これに伴い所定噴射時期での燃料噴射を行うと機関トルクが目標値に対して小さくなると推定した場合には、噴射時期補正値による補正によって燃料噴射時期が上記所定噴射時期よりも進角側に補正される。これによって、混合気の燃焼によって発生する機関トルクが増大するため、機関トルクが上記目標値に制御される。従って、機関の自動始動時における機関運転状態にかかわらず、機関トルクを目標値に的確に制御できる。

また、機関は、燃料圧力を検出する燃料圧力センサを更に備え、前記トルク推定手段は、機関の自動始動に際して前記燃料圧力センサによって検出した燃料圧力に基づき機関トルクを推定するといった態様が好ましい。

機関の自動停止期間が長くなるほど、燃料供給系に存在する燃料の圧力は低くなり、機関の自動始動時に燃料噴射によって供給される燃料圧力は低くなる。そのため、例えば推定した空気量にのみ基づき推定した機関トルクから直接、燃料噴射時期を設定するような構成において、機関の自動始動時における燃料圧力が予め想定している大きさに対して乖離する場合には、機関トルクに大きな影響を与える噴射燃料の微粒化度合や霧化度合を機関トルクの推定に反映できず、機関トルクを精度良く推定できない。そのため、そうした機関トルクの推定値を用いて設定した燃料噴射時期からでは機関トルクを目標値に的確に近づけることができない虞がある。

この点、上記構成によれば、推定した空気量と、検出した燃料圧力との双方に基づき、機関トルクが推定される。従って、例えば機関の自動始動時における燃料圧力が予め想定している大きさに対して乖離するような場合であれ、機関トルクを精度良く推定でき、機関トルクを目標値に的確に制御できる。

またこの場合、前記トルク推定手段は、基準燃料圧力にて燃料噴射した場合に生じる基準機関トルクを推定するとともに、前記燃料圧力センサによって検出した燃料圧力に基づき前記基準機関トルクを補正することによって前記機関トルクを推定するといった態様が好ましい。

また、前記トルク推定手段は、前記自動始動条件の成立後に前記燃料圧力センサによって検出した燃料圧力に基づき、自動始動時における最初の燃料噴射時期を設定するための機関トルクを推定するといった態様が好ましい。

上述したように、機関の自動停止期間が長くなるほど、燃料供給系に存在する燃料の圧力は低くなり、機関の自動始動時に燃料噴射によって供給した燃料圧力は低くなる。このため、自動始動時における最初の燃料噴射時期を設定するための機関トルクを推定する際には、最初の燃料噴射時期に近いタイミングで燃料圧力を検出することが好ましい。この点、上記構成によれば、自動始動条件の成立後に燃料圧力センサによって検出した燃料圧力に基づき、最初の燃料噴射時期を設定するための機関トルクが推定されることから、機関トルクを精度良く推定できる。

また、前記空気量推定手段は、機関冷却水温度に基づき筒内に存在する空気量を推定するといった態様が好ましい。
機関冷却水温度が低いときほど、その他の機関運転状態が同一であれば、自動始動時における筒内温度は低くなる。そして、筒内温度が低いときほど、筒内に存在する空気量は多くなる。上記構成によれば、機関冷却水温度に基づき筒内に存在する空気量を推定するようにしていることから、空気量の推定を精度良く行うことができる。

また、前記空気量推定手段は、外気温に基づき筒内に存在する空気量を推定するといった態様が好ましい。
外気温が低いときほど、その他の機関運転状態が同一であれば、自動始動時における筒内温度は低くなる。そして、筒内温度が低いときほど、筒内に存在する空気量は多くなる。上記構成によれば、外気温に基づき筒内に存在する空気量を推定するようにしていることから、空気量の推定を精度良く行うことができる。

また、外気温が高い場合であっても、機関冷却水温度が低い場合には機関冷却水温度が高い場合に比べて、自動始動時における筒内温度は低くなる。そこで、機関冷却水温度と外気温との双方に基づき筒内に存在する空気量を推定することとすれば、空気量の推定を一層精度良く行うことができる。

また、前記空気量推定手段は、大気圧に基づき筒内に存在する空気量を推定するといった態様が好ましい。
大気圧が低いときほど、その他の機関運転状態が同一であれば、自動始動時における筒内圧力は低くなる。そして、筒内圧力が高いときほど、筒内に存在する空気量は多くなる。上記構成によれば、大気圧に基づき筒内に存在する空気量を推定するようにしていることから、空気量の推定を精度良く行うことができる。

また、自動始動時における筒内圧力が高い場合であっても、筒内温度が高い場合には筒内温度が低い場合に比べて、筒内に存在する空気量は少なくなる。そこで、機関冷却水温度及び外気温の少なくとも一方と大気圧とに基づき筒内に存在する空気量を推定することとすれば、空気量の推定を一層精度良く行うことができる。また特に、機関冷却水温度、外気温、及び大気圧に基づき筒内に存在する空気量を推定することとすれば、空気量の推定をより一層精度良く行うことができる。

また、前記トルク推定手段は、前記自動停止条件が成立した後、所定期間の経過毎に前記機関トルクを推定するものであり、前記噴射時期設定手段は、前記自動始動条件が成立したときに、当該自動始動条件の成立の直前に推定した機関トルクに基づき、自動始動時における最初の燃料噴射時期を設定するといった態様が好ましい。

前記構成によれば、自動停止条件が成立して機関の自動停止が開始されると、所定期間の経過毎にそのときの機関運転状態に基づき機関トルクが推定される。そして、機関の自動停止中に自動始動条件が成立した場合、直前に推定した機関トルクに基づき、自動始動時における最初の燃料噴射時期が設定される。これによって、自動始動条件が成立した後に機関トルクの推定を開始する制御態様に比べて、自動始動時における最初の燃料噴射時期の設定を早期に完了でき、上記自動始動条件が成立してから自動始動が完了するまでに要する時間を短くできる。

本発明の一実施形態に係る車載ディーゼル機関の制御装置の概略構成図。 図１の機関の自動始動時における燃料噴射時期制御の処理手順を示すフローチャート。 図１の機関の空気量推定値と基準トルク推定値の関係を示すマップ。 図１の機関の燃料圧力と燃料圧力補正値の関係を示すマップ。 図１の機関の空気量推定値とトルク目標値の関係を示すマップ。 図１の機関のメイン噴射時期目標値と噴射時期補正値の関係を示すマップ。

以下、図１〜図６を参照して、本発明に係る車載ディーゼル機関の制御装置を、車両に搭載される直列多気筒ディーゼル機関の制御装置として具体化した一実施形態について説明する。

図１に、本実施形態のディーゼル機関（以下、「機関」）１及びこれを制御する制御装置としての電子制御装置５の概略構成を示す。尚、図１においては、１つの気筒の縦断面構造を模式的に示している。

図１に示すように、機関１は、機関本体１０、前記機関本体１０に吸気を供給する吸気通路２、及び前記機関本体１０から排気を排出する排気通路３を備えている。
吸気通路２には、吸気上流側から順に、吸気に含まれる異物を濾過するためのエアクリーナ２１及び吸気を調量するためのスロットルバルブ２２が設けられている。

機関本体１０は、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２を備えている。シリンダブロック１２には、複数の気筒１３が設けられており、前記気筒１３の内部（以下、筒内）には、ピストン１４が往復動可能に設けられている。気筒１３の内周面、ピストン１４の頂面、及びシリンダヘッド１１においてピストン１４の頂面に対向する面によって、燃焼室１５が区画形成される。燃焼室１５には、吸気通路２が接続されるとともに、排気通路３が接続されている。また、吸気通路２と燃焼室１５の間には、これらの連通及び遮断を行うための吸気バルブ（図示略）が設けられている。また、排気通路３と燃焼室１５の間には、これらの連通及び遮断を行うための排気バルブ（図示略）が設けられている。

シリンダヘッド１１には、燃焼室１５内に燃料を噴射供給するための燃料噴射弁７０が気筒１３毎に設けられている。燃料噴射弁７０は、燃料供給管７１を介してコモンレール７２に接続されている。このコモンレール７２内へは燃料ポンプ（図示略）から燃料が供給され、燃料ポンプからコモンレール７２内に供給された高圧燃料は各気筒１３の各燃料供給管７１を介して各燃料噴射弁７０に分配供給される。

ピストン１４には、コネクティングロッド（図示略）を介して機関出力軸であるクランクシャフト１７が駆動連結されている。また、機関始動時にクランキングを行うための電動モータからなるスタータ４１及び前記スタータ４１に給電するためのバッテリ４２が設けられている。

機関１には、冷却水を流通させるための冷却水通路が設けられており、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２に形成されるウォータジャケット１８は、この冷却水通路の一部を構成している。

こうした構成を備える機関１において、排気バルブが閉弁されている状態において、ピストン１４が下動するとともに吸気バルブが開弁することによって、吸気通路２を通じて燃焼室１５内に吸気が供給される（吸気行程）。その後、吸気バルブが閉弁するとともにピストン１４が上動することによって吸気が圧縮されたところに燃料噴射弁７０から燃料が噴射供給されると、吸気と燃料とが混合して混合気となる。そして、ピストン１４が更に上動することによって混合気が圧縮されて、混合気の温度及び圧力が更に上昇すると、混合気が自己着火することによって燃焼が開始する（圧縮行程）。その後、混合気の燃焼に伴い圧力上昇が生じると、ピストン１４が下動することによって、ピストン１４に駆動連結しているクランクシャフト１７が回転駆動される（膨張行程）。その後、排気バルブが開弁されるとともにピストン１４が上動することによって、燃焼後の混合気、すなわち排気が排気通路３に排出される（排気行程）。

車両には、マイクロコンピュータを有して構成される電子制御装置５が設けられている。電子制御装置５によって、機関１の燃料噴射制御等の機関制御を含む各種制御が行われる。電子制御装置５には、機関１又は車両に設けられた以下の各種センサ５１〜６３からの検出信号が入力される。

［５１］クランクシャフト１７の近傍に設けられて、クランクシャフト１７の回転速度である機関回転速度ＮＥを検出する機関回転速度センサ５１；
［５２］シリンダヘッド１１に設けられて、機関１の冷却水の温度（以下、「冷却水温ＴｈＷ」）を検出する水温センサ５２；
［５３］吸気通路２においてエアクリーナ２１とスロットルバルブ２２の間、より詳しくはエアクリーナ２１寄りに設けられて、エアクリーナ２１を通過した直後の吸気の温度である外気温ＴｈＳを検出する外気温センサ５３；
［５４］吸気通路２においてエアクリーナ２１とスロットルバルブ２２の間、より詳しくはエアクリーナ２１寄りに設けられて、吸気量ＧＡを検出する吸気量センサ５４；
［５５］吸気通路２においてエアクリーナ２１とスロットルバルブ２２の間、より詳しくはスロットルバルブ２２寄りに設けられて、スロットルバルブ２２を通過する吸気の温度である吸気温ＴｈＡを検出する吸気温センサ５５；
［５６］スロットルバルブ２２の近傍に設けられて、スロットルバルブ２２の開度であるスロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ５６；
［５７］吸気通路２においてスロットルバルブ２２の下流側に設けられて、吸気の圧力である吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ５７；
［５８］機関始動指令（ＩＧ＝「ＯＮ」）及び機関停止指令（ＩＧ＝「ＯＦＦ」）を切り替えるイグニッションスイッチ５８；
［５９］アクセルペダルの踏込量であるアクセル開度ＡＣＣＰを検出するアクセル開度センサ５９；
［６０］ブレーキペダルの踏込度合Ｂを検出するブレーキスイッチ６０；
［６１］車両の走行速度である車速Ｖを検出する車速センサ６１；
［６２］変速機（図示略）のシフトポジションＳＨＩＦＴを検出するシフトポジションセンサ６２；
［６３］コモンレール７２内の燃料圧力を検出する燃料圧力センサ７３。

また、電子制御装置５には、バッテリ電圧Ｖｂａｔｔ等の各種情報が入力される。
電子制御装置５は、イグニッションスイッチ５８が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に操作され（以下、「ＯＮ操作」）、機関始動指令が出力されると、スタータ４１への通電を行って前記スタータ４１を駆動し、燃料噴射弁７０からの燃料噴射を行うことによって、機関１の始動制御を行う。また、イグニッションスイッチ５８が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作され（以下、「ＯＦＦ操作」）、機関停止指令が出力されると、燃料噴射弁７０からの燃料噴射を停止することによって、機関１の停止制御を行う。

更に、電子制御装置５は、燃費節減等を目的として、イグニッションスイッチ５８のＯＦＦ操作が行われなくとも自動停止条件が成立すると、機関１に対して機関停止指令が出力されたとして燃料噴射弁７０からの燃料噴射を停止することによって、機関１を自動停止する自動停止制御を行う。

ここでは、例えば以下に示す（ａ）〜（ｄ）の条件が全て成立しているか否かに応じて、自動停止条件が成立しているか否か判断する。
（ａ）シフトポジションＳＨＩＦＴがニュートラルポジション又はドライブポジションである。

（ｂ）車速Ｖが所定値以下である。
（ｃ）アクセル開度ＡＣＣＰが「０」である。
（ｄ）ブレーキペダルが踏込まれている。

そして、上記（ａ）〜（ｄ）の条件が全て成立している場合には、自動停止条件が成立しているとして、機関１の自動停止を実行する。
また、機関１の自動停止中においてイグニッションスイッチ５８のＯＮ操作が行われなくとも自動始動条件が成立した場合、機関１に対して機関始動指令が出力されたとしてスタータ４１への通電を行うことによって、機関１を自動始動する自動始動制御を行う。

ここでは、上記（ａ）〜（ｄ）の条件のいずれか一つでも成立していない場合には、自動停止条件が成立していない、すなわち自動始動条件が成立しているとして、機関１の自動始動を実行する。

また、機関１の燃料噴射制御では、圧縮行程から膨張行程にかけて機関トルクを発生させるためのメイン噴射を行うほか、前記メイン噴射時における筒内温度を上昇させる目的のためにメイン噴射に先だってパイロット噴射を行う。

ところで、機関１の自動始動時における機関運転状態はその都度異なることから、従来の制御装置において、以下の問題が生じる虞がある。すなわち、例えば筒内に存在する空気量が多い場合、燃焼が進行しやすくなるため、機関トルクが大きくなり、始動時間が短くなる一方、排気に含まれる窒素酸化物の排出量が多くなる傾向にある。また、空気量が少ない場合、燃焼が進行しにくくなるため、機関トルクが小さくなり、始動時間が長くなり、排気に含まれる炭化水素の排出量が多くなる傾向にある。従って、機関１の自動始動時における機関運転状態によっては、機関トルクを的確に制御できず、始動時間を好適に制御できなかったり、排気特性を好適に制御できなかったりするといった問題が生じる虞が従来は存在し得た。

そこで、本実施形態では、機関運転状態に基づき筒内に存在する空気量を推定するとともに、推定した空気量に基づき、前記空気量に対応する酸素と燃料との混合気の燃焼による機関１の自動始動時における機関トルクの目標値を設定するようにしている。そして、機関１の自動始動に際して機関トルクが上記機関トルクの目標値となるように、燃料噴射時期を設定するようにしている。これによって、機関１の自動始動時における機関運転状態にかかわらず、機関トルクを目標値に的確に制御するようにしている。

次に、図２〜図６を参照して、自動始動時における燃料噴射時期制御について詳細に説明する。
図２は、自動始動時における燃料噴射時期制御の処理手順を示すフローチャートである。尚、このフローチャートに示される一連の処理は、機関１の自動停止制御によって機関１の運転が停止してから、機関１の自動始動制御によって機関１が完爆状態となるまでの期間内において、電子制御装置５によって所定期間毎に繰り返し実行される。尚、機関回転速度ＮＥが完爆判定速度ＮＥｔｈ以上であると判断されることによって、機関１が完爆状態であると判断される。

図２に示すように、この一連の処理では、まず電子制御装置５は、現在の冷却水温ＴｈＷ、外気温ＴｈＳ、及び吸気圧ＰＭを読み込む（ステップＳ１）。次に、読み込んだ冷却水温ＴｈＷ、外気温ＴｈＳ、及び吸気圧ＰＭに基づき、筒内に存在する空気の密度である空気密度Ｄｍを算出する（ステップＳ２）。ここでは、冷却水温ＴｈＷと外気温ＴｈＳに基づき筒内温度を推定する。具体的には、冷却水温ＴｈＷ及び外気温ＴｈＳと筒内温度との関係を規定したマップを参照して筒内温度を推定する。尚、マップは予め実験等によって設定されている。そして、筒内温度の推定値と筒内圧力である吸気圧ＰＭとに基づき、筒内の空気密度Ｄｍを周知の物理モデルを用いて推定する。すなわち、周知の物理モデルにおいては、空気密度Ｄｍは、筒内温度が低いほどが大きく、また筒内圧力が高いほど大きく算出される。尚、本実施形態における冷却水温ＴｈＷ、外気温ＴｈＳ、及び吸気圧ＰＭが、本発明に係る機関冷却水温度、外気温、及び大気圧にそれぞれ相当する。

そして、次に、算出した空気密度Ｄｍに基づき、機関回転速度ＮＥがクランキング回転速度ＮＥｃｒｎｋとなったときに筒内に存在する空気量（以下、空気量推定値）ｍｃｒｎｋを算出する（ステップＳ３）。本実施形態では、推定した空気密度Ｄｍと空気量推定値ｍｃｒｎｋとの関係を規定した演算式を用いて、空気密度Ｄｍから空気量推定値ｍｃｒｎｋを算出する。尚、マップは予め実験等によって設定されている。また、本実施形態における空気量推定値ｍｃｒｎｋの算出態様に代えて、冷却水温ＴｈＷ、外気温ＴｈＳ、及び吸気圧ＰＭと、空気量推定値ｍｃｒｎｋとの関係を直接的に規定したマップや演算式を用いて前記空気量推定値ｍｃｒｎｋを算出するようにしてもよい。

そして、次に、算出した空気量推定値ｍｃｒｎｋに基づき、基準噴射時期ＴＭ１において基準燃料圧力Ｐｂａｓｅにて燃料噴射を行った場合に生じる機関トルク（以下、基準トルク推定値）ＴＲｂａｓｅを算出する（ステップＳ４）。具体的には、図３に示すマップを参照することによって、基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅは空気量推定値ｍｃｒｎｋが大きいほど大きく算出される。尚、マップは予め実験等によって設定されている。

こうして基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅを算出すると、次に電子制御装置５は、自動始動条件が成立しているか否か、及び自動始動中であるか否か判断する（ステップＳ５）。ここで、自動始動条件が成立しておらず、自動始動中でもない場合（ステップＳ５：「ＮＯ」）には、未だメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定するタイミングではないとして、以前のステップＳ１に移行する。

一方、ステップＳ５において、自動始動条件が成立している、又は自動始動中である場合（ステップＳ５：「ＹＥＳ」）には、次に、現在の燃料圧力Ｐｃｒを読み込む（ステップＳ６）。そして、次に、燃料圧力Ｐｃｒに基づき燃料圧力補正値Ｋｐを設定する（ステップＳ７）。具体的には、図４に示すマップを参照することによって、燃料圧力Ｐｃｒが大きいほど燃料圧力補正値Ｋｐが大きく設定される。また、燃料圧力Ｐｃｒが基準燃料圧力Ｐｂａｓｅの場合、燃料圧力補正値Ｋｐは「１」に設定される。

そして、次に、基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅと燃料圧力補正値Ｋｐに基づき、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを算出する（ステップＳ８）。ここでは、以下の式（１）に示すように、基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅに燃料圧力補正値Ｋｐを乗じることによって、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを算出する。

ＴＲｅｓｔ ＝ ＴＲｂａｓｅ × Ｋｐ ・・・（１）

これによって、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔには、先のステップＳ６において読み込まれた燃料圧力Ｐｃｒが反映される。すなわち、燃料圧力補正値Ｋｐが大きいときほど、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔが大きく算出される。また、燃料圧力補正値Ｋｐが「１」である場合、すなわち燃料圧力Ｐｃｒが基準燃料圧力Ｐｂａｓｅである場合、基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅがそのまま補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔとして算出される。

ここで、基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅを燃料圧力補正値Ｋｐによって補正する理由、つまりトルク推定値を補正する理由について説明する。すなわち、機関１の自動停止期間が長くなるほど、コモンレール７２、燃料供給管７１、及び燃料噴射弁７０といった燃料供給系に存在する燃料の圧力は低くなり、機関１の自動始動時に燃料噴射によって供給される燃料圧力は低くなる。そのため、例えば推定した空気量ｍｃｒｎｋにのみ基づき算出したトルク推定値、すなわち基準トルク推定値から直接、メイン噴射時期目標値を設定するような構成では、以下の問題が生じる。すなわち、機関１の自動始動時における燃料圧力が、予め想定している大きさに対して乖離する場合には、機関トルクに大きな影響を与える噴射燃料の微粒化度合や霧化度合を、トルク推定値を算出する際に反映できず、トルク推定値を精度良く算出できない。そのため、そうしたトルク推定値を用いて設定されるメイン噴射時期目標値を用いても、機関トルクを目標値に近づけることができない虞がある。

また、機関１の自動停止期間が長くなるほど、燃料供給系に存在する燃料の圧力は低くなり、機関１の自動始動時に燃料噴射によって供給される燃料圧力は低くなる。このため、機関１の自動始動時における最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定するための補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを算出する際には、最初のメイン噴射時期に近いタイミングで燃料圧力を検出することが好ましい。

そこで、本実施形態では、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを精度良く算出するために、自動始動条件の成立後にコモンレール圧センサ６３によって検出した燃料圧力Ｐｃｒに基づき、最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定するためのトルク推定値ＴＲｅｓｔを算出するようにしている。

上記ステップＳ８において、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔが算出されると、次に、先のステップＳ３において算出した空気量推定値ｍｃｒｎｋに基づき、機関トルクの目標値（以下、トルク目標値）ＴＲｔｒｇを算出する（ステップＳ９）。具体的には、図５に実線にて示すマップを参照することによって、空気量推定値ｍｃｒｎｋに対応する混合気の燃焼による所定始動時間と所定排気特性を実現できるトルク目標値ＴＲｔｒｇが算出される。

ここで、例えば、図５に一点鎖線にて示すように、空気量推定値ｍｃｒｎｋに対して設定されるトルク目標値ＴＲｔｒｇを、空気量推定値ｍｃｒｎｋに相当する混合気の燃焼によって発生し得る機関トルクの最大値とすると、始動時間が大幅に短くなる一方、排気に含まれる窒素酸化物の排出量が過度に多くなる。また、例えば、図５に破線にて示すように、空気量推定値ｍｃｒｎｋに対して設定されるトルク目標値ＴＲｔｒｇを、空気量推定値ｍｃｒｎｋに相当する混合気の燃焼によって発生し得る機関トルクの最小値とすると、始動時間が過度に長くなるばかりか、排気に含まれる炭化水素の排出量が過度に多くなる。

そこで、本実施形態では、空気量推定値ｍｃｒｎｋに対するトルク目標値ＴＲｔｒｇを、空気量推定値ｍｃｒｎｋに相当する混合気の燃焼によって発生し得る機関トルクの最大値と最小値の中間値とすることによって、始動時間を好適に短縮するとともに、排気に含まれる窒素酸化物及び炭化水素の双方の排出量を好適に低減するようにしている。尚、マップは予め実験等によって設定されている。

そして、次に、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔとトルク目標値ＴＲｔｒｇに基づき噴射時期補正値Ｋｔｍを算出する（ステップＳ１０）。ここでは、以下の式（２）に示すように、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔをトルク目標値ＴＲｔｒｇにて除することによって、噴射時期補正値Ｋｔｍを算出する。

Ｋｔｍ ＝ ＴＲｅｓｔ ／ ＴＲｔｒｇ ・・・（２）

そして、次に、噴射時期補正値Ｋｔｍに基づきメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定する（ステップＳ１１）。具体的には、図６に示すマップを参照することによって、噴射時期補正値Ｋｔｍが大きいほどメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇが遅角側の時期に設定される。また、噴射時期補正値Ｋｔｍが「１」の場合、すなわち補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔがトルク目標値ＴＲｔｒｇと同一の場合、メイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇは基準噴射時期ＴＭ１に設定される。

こうしてメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定すると、次に、設定したメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇにてメイン噴射を実行して（ステップＳ１２）、この一連の処理を一旦終了する。

本実施形態の自動始動時における燃料噴射時期制御によれば、例えば、筒内に存在する空気量ｍｃｒｎｋが多く、これに伴い基準噴射時期ＴＭ１での燃料噴射を行うことによって補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔがトルク目標値ＴＲｔｒｇに対して大きくなると推定される場合には、噴射時期補正値Ｋｔｍが「１」よりも小さく設定される。よって、メイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇは、上記基準噴射時期ＴＭ１よりも遅角側に補正される。これによって、混合気の燃焼によって発生する機関トルクが低減されるため、機関トルクが上記トルク目標値ＴＲｔｒｇに制御される。また例えば、筒内に存在する空気量ｍｃｒｎｋが少なく、これに伴い基準噴射時期ＴＭ１での燃料噴射を行うことによって補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔがトルク目標値ＴＲｔｒｇに対して小さくなると推定される場合には、噴射時期補正値Ｋｔｍが「１」よりも大きく設定される。よって、メイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇは、上記基準噴射時期ＴＭ１よりも進角側に補正される。これによって、混合気の燃焼によって発生する機関トルクが増大されるため、機関トルクが上記トルク目標値ＴＲｔｒｇに制御される。

尚、本実施形態における電子制御装置５が、本発明に係る空気量推定手段、トルク目標値設定手段、噴射時期設定手段、及びトルク推定手段に相当する。
以上説明した本実施形態に係る車載ディーゼル機関の制御装置によれば、以下に示す作用効果が得られる。

（１）電子制御装置５は、機関運転中に自動停止条件が成立することによって機関１の自動停止を行う一方、当該自動停止中に自動始動条件が成立することによって機関１の自動始動を行うこととした。また、機関運転状態に基づき、筒内に存在すると推定される空気量である空気量推定値ｍｃｒｎｋを算出し、空気量推定値ｍｃｒｎｋに基づき、空気量推定値ｍｃｒｎｋに対応する酸素と燃料との混合気の燃焼による機関１の自動始動時における機関トルクの目標値であるトルク目標値ＴＲｔｒｇを設定することとした。そして、機関の自動始動に際して機関トルクが上記トルク目標値ＴＲｔｒｇとなるように、メイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定することとした。具体的には、前記空気量推定値ｍｃｒｎｋに対応する酸素と、所定噴射時期ＴＭ１での燃料噴射によって供給される燃料との混合気の燃焼によって機関１の自動始動時に生じると推定される機関トルクであるトルク推定値ＴＲｅｓｔを、空気量推定値ｍｃｒｎｋに基づき算出することとした。また、トルク目標値ＴＲｔｒｇからのトルク推定値ＴＲｅｓｔの乖離度合に基づき、所定噴射時期ＴＭ１に対する噴射時期補正値Ｋｔｍを算出するとともに、所定噴射時期ＴＭ１と噴射時期補正値Ｋｔｍに基づきメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定することとした。これによって、機関１の自動始動時における機関運転状態にかかわらず、機関トルクを目標値に的確に制御できる。

また、空気量推定値ｍｃｒｎｋに対するトルク目標値ＴＲｔｒｇを、空気量推定値ｍｃｒｎｋに相当する混合気の燃焼によって発生し得る機関トルクの最大値と最小値の中間値とすることによって、始動時間を好適に短縮できるとともに、排気に含まれる窒素酸化物及び炭化水素の双方の排出量を好適に低減できる。

（２）コモンレール７２内の燃料圧力Ｐｃｒを検出するコモンレール圧センサ６３を備え、機関１の自動始動に際してコモンレール圧センサ６３によって検出した燃料圧力Ｐｃｒに基づき、トルク推定値ＴＲｅｓｔを算出することとした。具体的には、基準燃料圧力Ｐｂａｓｅにて燃料噴射した場合に生じる基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅを推定するとともに、コモンレール圧センサ６３によって検出した燃料圧力Ｐｃｒに基づき基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅを補正することによって、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを算出することとした。これによって、空気量推定値ｍｃｒｎｋと燃料圧力Ｐｃｒの双方に基づき補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔが算出される。従って、例えば機関１の自動始動時における燃料圧力Ｐｃｒが予め想定している大きさに対して乖離するような場合であれ、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを精度良く算出でき、機関トルクを目標値に的確に制御できる。

（３）自動始動条件の成立後にコモンレール圧センサ６３によって検出した燃料圧力Ｐｃｒに基づき、自動始動時における最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定するための補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを算出することとした。これによって、トルク推定値ＴＲｅｓｔを精度良く算出できる。

（４）冷却水温ＴｈＷ、外気温ＴｈＳ、及び吸気圧ＰＭに基づき空気量推定値ｍｃｒｎｋを算出することとした。冷却水温ＴｈＷが低いときほど、また外気温ＴｈＳが低いときほど、その他の機関運転状態が同一であれば、自動始動時における筒内温度は低くなる。すなわち、外気温ＴｈＳが高い場合であっても、冷却水温ＴｈＷが低い場合には冷却水温ＴｈＷが高い場合に比べて、自動始動時における筒内温度は低くなる。そして、自動始動時における筒内温度が低いときほど、筒内に存在する空気量は多くなる。また、吸気圧ＰＭが低いときほど、その他の機関運転状態が同一であれば、自動始動時における筒内圧力は低くなる。そして、自動始動時における筒内圧力が高いときほど、筒内に存在する空気量は多くなる。すなわち、自動始動時における筒内圧力が高い場合であっても、筒内温度が高い場合には筒内温度が低い場合に比べて、筒内に存在する空気量は少なくなる。この点、上記実施形態によれば、冷却水温ＴｈＷ、外気温ＴｈＳ、及び吸気圧ＰＭに基づき空気量推定値ｍｃｒｎｋを算出するようにしていることから、空気量推定値ｍｃｒｎｋを精度良く算出できる。

（５）自動停止条件が成立した後、所定期間の経過毎に基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅを算出することとした。また、自動始動条件が成立したときに、当該自動始動条件の成立の直前に推定した基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅに基づき、自動始動時における最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定することとした。これによって、例えば自動始動条件が成立した後にトルク推定値の演算を開始するような制御態様に比べて、自動始動時における最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇの設定を早期に完了でき、上記自動始動条件が成立してから自動始動が完了するまでに要する時間を短くできる。

尚、本発明に係る車載ディーゼル機関の制御装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施形態によるように、自動停止条件が成立した後、所定期間の経過毎に基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅを算出するとともに、自動始動条件が成立したときに、当該自動始動条件の成立の直前に推定した基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅに基づき、自動始動時における最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定するようにすることが、最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇの設定を早期に完了する上では望ましい。しかしながら、最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇの設定に要する時間が問題とならないのであれば、自動始動条件が成立した後に、そのときの冷却水温ＴｈＷ、外気温ＴｈＳ、及び吸気圧ＰＭに基づき空気量推定値ｍｃｒｎｋを推定するとともに、前記空気量推定値ｍｃｒｎｋに基づき基準トルク推定値ＴＲｂａｓｅを算出するようにすることもできる。

・上記実施形態では、冷却水温ＴｈＷや外気温ＴｈＳに基づき筒内温度を推定するようにしているが、これに代えて、筒内温度を直接検出する温度センサを備えるようにしてもよい。

・上記実施形態では、筒内温度と筒内圧力に基づき、筒内に存在する空気量の密度Ｄｍを推定するようにしている。しかし、大気圧変化の無視できる環境下においてのみ使用される車両において、筒内圧力を一定値としてみなすことによって、筒内温度のみに基づき空気密度Ｄｍを推定するようにすることもできる。

・上記実施形態によるように、自動始動条件の成立後にコモンレール圧センサ６３によって検出した燃料圧力Ｐｃｒに基づき、自動始動時における最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定するための補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを算出することが、最初のメイン噴射のためのトルク推定値ＴＲｅｓｔを精度良く算出する上では望ましい。しかしながら、燃料圧力Ｐｃｒの検出タイミングはこれに限られるものではなく、他に例えば、自動停止条件が成立した後、所定期間の経過毎に燃料圧力Ｐｃｒを検出するとともに、前記燃料圧力Ｐｃｒに基づき補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを算出するようにしてもよい。そして、自動始動条件が成立したときに、当該自動始動条件の成立の直前に推定した補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔに基づき、最初のメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定するようにすることもできる。

またこの場合、空気量推定値ｍｃｒｎｋと燃料圧力Ｐｃｒとに基づき、一度に補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを算出できる。
・上記実施形態によるように、機関１の自動始動に際して、コモンレール圧センサ６３によって検出した燃料圧力Ｐｃｒに基づきトルク推定値ＴＲｅｓｔを算出することは、機関１の自動始動時における燃料圧力Ｐｃｒが予め想定している大きさに対して乖離する場合であれ、補正後トルク推定値ＴＲｅｓｔを精度良く算出する上では望ましい。しかしながら、機関１の自動停止期間が所定期間よりも短い場合には、燃料供給系に存在する燃料の圧力の低下を無視できる。そのため、例えば、自動停止期間が所定期間よりも短い場合には、燃料圧力Ｐｃｒを一定値とみなすことによって、空気量推定値ｍｃｒｎｋにのみ基づき機関トルクを推定するようにすることもできる。

・上記実施形態では、空気量推定値ｍｃｒｎｋに基づき、前記空気量推定値ｍｃｒｎｋに対応する酸素と所定噴射時期ＴＭ１での燃料噴射によって供給される燃料との混合気の燃焼によって機関１の自動始動時に生じる機関トルクであるトルク推定値ＴＲｅｓｔを算出するとともに、トルク目標値ＴＲｔｒｇとトルク推定値ＴＲｅｓｔとの乖離度合に基づき所定噴射時期ＴＭ１に対する噴射時期補正値Ｋｔｍを算出し、所定噴射時期ＴＭ１と噴射時期補正値Ｋｔｍとに基づきメイン噴射時期目標値ＴＭｔｒｇを設定するようにしている。しかしながら、本発明に係るメイン噴射時期目標値、すなわち燃料噴射時期の設定態様はこれに限られるものではない。

要するに、機関運転状態に基づき筒内に存在する空気量を推定するとともに、推定した空気量に基づき、前記空気量に対応する酸素と燃料との混合気の燃焼による機関の自動始動時における機関トルクの目標値を設定し、機関の自動始動に際して機関トルクが前記目標値となるように燃料噴射時期を設定するものであれば、燃料噴射時期の設定態様を任意に変更できる。

Claims (9)

1. 機関の運転中に自動停止条件が成立することによって前記機関を自動停止させる一方、当該自動停止中に自動始動条件が成立することによって前記機関を自動始動させる車載ディーゼル機関の制御装置であって、前記制御装置は、
   前記機関の運転状態に基づき、前記機関の筒内に存在すると推定される空気量である空気量推定値を算出する空気量推定手段と；
   前記機関の自動始動時において前記空気量推定値に対応する酸素と燃料の混合気が燃焼することによる機関トルクの目標値であるトルク目標値を、前記空気量推定値に基づき設定するトルク目標値設定手段と；
   前記機関の自動始動に際して、前記機関トルクが前記トルク目標値となるように前記燃料の噴射時期目標値を設定する噴射時期設定手段と
   を備えることを特徴とする、車載ディーゼル機関の制御装置。
2. 前記制御装置は更にトルク推定手段を備え、
   前記トルク推定手段は、前記空気量推定値に対応する酸素と、所定噴射時期での燃料噴射で供給される燃料との混合気の燃焼によって前記自動始動時に生じると推定される機関トルクであるトルク推定値を、前記空気量推定値に基づき算出し、
   前記噴射時期設定手段は、前記トルク目標値に対する前記トルク推定値の乖離度合に基づき、前記所定噴射時期に対する噴射時期補正値を算出し、前記所定噴射時期と前記噴射時期補正値に基づき前記噴射時期目標値を設定する、請求項１記載の車載ディーゼル機関の制御装置。
3. 前記機関は更に、燃料圧力を検出する燃料圧力センサを備え、
   前記トルク推定手段は、前記自動始動に際し、検出した前記燃料圧力に基づき前記トルク推定値を算出する、請求項２記載のディーゼル機関の制御装置。
4. 前記トルク推定手段は、基準燃料圧力にて燃料噴射した場合に生じると推定される基準トルク推定値を算出し、
   検出した前記燃料圧力に基づき前記基準トルク推定値を補正することによって、補正後トルク推定値を算出する、請求項３記載の車載ディーゼル機関の制御装置。
5. 前記トルク推定手段は、前記自動始動の条件成立後に検出した前記燃料圧力に基づき、前記自動始動時における最初の前記噴射時期目標値を設定するための補正後トルク推定値を算出する、請求項３又は請求項４記載の車載ディーゼル機関の制御装置。
6. 前記空気量推定手段は、機関冷却水温度に基づき前記空気量推定値を算出する、請求項１〜請求項５何れか一項記載の車載ディーゼル機関の制御装置。
7. 前記空気量推定手段は、外気温に基づき前記空気量推定値を算出する、請求項１〜請求項６何れか一項記載の車載ディーゼル機関の制御装置。
8. 前記空気量推定手段は、大気圧に基づき前記空気量推定値を算出する、請求項１〜請求項７何れか一項記載の車載ディーゼル機関の制御装置。
9. 前記トルク推定手段は、前記自動停止条件が成立した後、所定期間の経過毎に前記トルク推定値を算出し、
   前記噴射時期設定手段は、前記自動始動の条件成立時に、前記条件成立の直前の前記トルク推定値に基づき、前記自動始動時における最初の噴射時期目標値を設定する、請求項２〜請求項８何れか一項記載の車載ディーゼル機関の制御装置。

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