WO2013137320A1 - ディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法 - Google Patents

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西澤　透
秀一 飯尾
清史 大賀
竜太 中山
崇 山崎
佳宏 今岡
寧 大村
一将 上原
中野　雅彦
長谷川　学
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日産自動車株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a control device and control method for a diesel engine.
  • JP2001-263131A discloses a technique for injecting more fuel than in normal operation during idle operation immediately after cold start. If it does in this way, engine speed will rise and it will stabilize early.
  • the present invention was made paying attention to such a possibility.
  • the objective of this invention is providing the control apparatus and control method of a diesel engine which can stabilize combustion early.
  • One aspect of the control apparatus for a diesel engine according to the present invention includes a near temperature estimation unit that estimates the temperature in the vicinity of the glow plug that heats the inside of the cylinder at the time of starting. Further, a supercharging pressure control unit that controls the supercharging pressure based on the estimated temperature in the vicinity of the glow plug so as not to increase the engine rotation fluctuation is further included.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a control device for a diesel engine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a timing chart showing changes in glow plug temperature, engine rotation speed, and variable nozzle for four cases.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of the rotational speed fluctuation amount with respect to the elapsed time from the start.
  • FIG. 4 is a time chart showing changes in the glow plug temperature, the working gas amount, the engine rotational speed, and the fuel injection amount after the start of the cold start of the engine.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the setting of the start flag according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram of the variable nozzle full opening time.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the control until shifting to the idle operation immediately after the cold start and ending the afterglow in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the control until shifting to the idle operation immediately after the cold start and ending the afterglow in the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing the result of simulating the fuel distribution in the cylinder depending on the presence or absence of supercharging.
  • FIG. 10 is a diagram showing the results of an experiment in which engine rotation fluctuations with respect to the temperature near the glow plug and the supercharging pressure in an environment of ⁇ 25 ° C. are measured.
  • FIG. 11A is a diagram illustrating a control pattern of the opening degree of the variable nozzle.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating changes in the temperature near the glow plug and the supercharging pressure when the opening of the variable nozzle is controlled.
  • FIG. 12 is a control flowchart of the third embodiment.
  • FIG. 13A is a diagram illustrating the map search in step S105.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating the map search in step S105.
  • FIG. 14 is a diagram showing the target supercharging pressure set by the map rope.
  • FIG. 15 is a control flowchart of the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the map search in step S203.
  • FIG. 17A is a diagram for explaining a basic concept of the fifth embodiment.
  • FIG. 17B is a diagram illustrating the basic concept of the fifth embodiment.
  • FIG. 17C is a diagram for explaining a basic concept of the fifth embodiment.
  • FIG. 18 is a control flowchart of the fifth embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining operational effects according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a control device for a diesel engine according to a first embodiment of the present invention.
  • variable nozzle type turbocharger 3 includes an intake compressor 3A, an exhaust turbine 3B, and a shaft 3C that couples both.
  • the intake air is supercharged by an intake compressor 3A provided in an intake passage 2 of the diesel engine 1, cooled by an intercooler 4, passes through an intake throttle valve 5, and then flows into each cylinder through a collector 6.
  • the fuel is increased in pressure by the high-pressure fuel pump 7 and sent to the common rail 8, and directly injected into the cylinder from the fuel injection valve 9 of each cylinder.
  • the high-pressure fuel pump 7, the common rail 8, and the fuel injection valve 9 constitute a common rail fuel injection device.
  • the air flowing into the cylinder and the fuel injected from the fuel injection valve 9 are compressed, ignited and burned.
  • the exhaust after combustion flows out to the exhaust passage 10.
  • EGR gas A part of the exhaust gas flowing into the exhaust passage 10 is recirculated to the intake side by the EGR passage 11. This gas is referred to as EGR gas.
  • An EGR valve 12 is provided in the EGR passage. The EGR valve 12 controls the flow rate of EGR gas flowing through the EGR passage 11.
  • variable nozzle 3D is provided at the scroll inlet of the exhaust turbine 3B.
  • variable nozzle 3D When the variable nozzle 3D is throttled, that is, when the variable nozzle opening is reduced, the flow rate of the exhaust gas increases and the rotational speed of the exhaust turbine 3B increases. Then, the rotational speed of the intake compressor 3A coaxial with the exhaust turbine 3B increases, and the supercharging amount increases.
  • variable nozzle 3D When the variable nozzle 3D is opened, that is, when the variable nozzle opening is increased, the flow rate of the exhaust gas decreases and the rotational speed of the exhaust turbine 3B decreases. Then, the rotational speed of the intake compressor 3A decreases and the supercharging amount decreases.
  • variable nozzle type turbocharger 3 the working gas increases when the variable nozzle opening is reduced, and the working gas decreases when the variable nozzle opening is increased.
  • the “working gas” is air that is taken into the cylinder.
  • the variable nozzle 3D is driven by an actuator 3E.
  • the actuator 3E may be a hydraulic drive type or an electric drive type.
  • the controller 21 receives signals of an accelerator pedal operation amount APO from the accelerator sensor 22 and an engine rotational speed Ne from the crank angle sensor 23.
  • the controller 21 calculates the fuel injection timing and the fuel injection amount of the main injection based on the engine load (accelerator pedal operation amount and the like) and the engine rotation speed, and outputs a valve opening command signal to the fuel injection valve 9. Further, the controller 21 performs EGR control and supercharging pressure control in a coordinated manner so that the target EGR rate and the target intake air amount can be obtained.
  • the controller 21 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).
  • a diesel particulate filter (Diesel Particulate Filter (hereinafter referred to as “DPF”)) 13 that collects particulates in the exhaust is disposed in the exhaust passage 10 downstream of the exhaust turbine 3B.
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • the catalyst 14 is disposed upstream of the DPF 13.
  • the catalyst 14 is, for example, a noble metal oxidation catalyst.
  • the catalyst 14 may be a catalyst having an oxidation function, and may be, for example, a three-way catalyst.
  • the unburned fuel post-injected for the regeneration process of the DPF 13 is burned (oxidized) by the catalyst 14, whereby the temperature of the DPF 13 is increased and the combustion of the particulates in the DPF 13 is promoted.
  • the catalyst 14 may be coated on the carrier constituting the DPF 13 with an oxidation catalyst instead of being provided separately before the DPF 13. In this way, the oxidation reaction when the particulates are burned is promoted and the temperature of the DPF 13 is substantially increased, so that the burning of the particulates is promoted inside the DPF 13.
  • a cold start glow plug 31 is provided facing each cylinder.
  • the glow plug 31 raises the temperature in the cylinder and improves the startability of the engine 1.
  • FIG. 4 is a time chart showing changes in the glow plug temperature, the working gas amount, the engine rotational speed, and the fuel injection amount after the cold start of the engine 1 is started.
  • a thick solid line indicates a reference example.
  • a thin solid line indicates the first embodiment described later.
  • the cranking start timing is time t1.
  • the fuel injection amount is corrected to increase so that a rich air-fuel mixture with an excess air ratio of less than 1.0 is obtained.
  • energization of the glow plug 31 is started.
  • the engine 1 is determined to be started at a timing when the engine speed rapidly increases and exceeds a predetermined value (for example, 500 rpm).
  • a predetermined value for example, 500 rpm.
  • the variable nozzle 3D is fully open.
  • the fuel injection amount increase correction amount becomes zero after a predetermined time has elapsed. That is, the fuel increase correction is stopped. Thereafter, the fuel is injected so that a lean side air-fuel mixture having an excess air ratio larger than 1.0 is obtained.
  • variable nozzle 3D is switched from fully open to fully closed (thick solid line in FIG. 4C), and supercharging by the turbocharger 3 is started. Then, the amount of working gas increases (thick solid line in FIG. 4B).
  • FIG. 2 shows the result of an actual machine experiment conducted by the present inventor in view of such poor idle stability immediately after cold start.
  • the horizontal axis is the elapsed time from the start of cranking (engine start).
  • the second stage, the third stage, the fourth stage, and the fifth stage include changes in engine rotation speed and variable nozzle 3D in the following four cases from ⁇ 1> to ⁇ 4>. An operational change is shown.
  • variable nozzle remains fully open.
  • variable nozzle is fully closed from fully open after A seconds.
  • variable nozzle is fully closed from fully open after B seconds.
  • variable nozzle is fully closed from fully open after C seconds.
  • the engine speed fluctuates up and down in small increments, and the step change in the middle indicates the operating state of the variable nozzle. Indicates that the larger the value, the more unstable the combustion in the cylinder. Further, the variable nozzle has a step change timing at which it is switched from fully open to fully closed.
  • the inventor kept the variable nozzle 3D fully open even when the idle operation after the cold start was performed (in this state, the working gas amount was kept at a minimum), and looked at the state. This is case ⁇ 1> above.
  • the temperature of the glow plug 31 does not decrease if the working gas amount is kept at a minimum even during idle operation immediately after cold start. If the temperature drop of the glow plug 31 is suppressed, the occurrence of misfire is reduced and combustion is stabilized.
  • variable nozzle 3D is fully opened to fully closed at time t0 after the idle operation immediately after the cold start is continued for a while. After this switching, the fluctuation amount of the engine speed is small. The inventor found for the first time that the idling speed is stable.
  • the timing of switching the variable nozzle 3D from fully open to fully closed was gradually advanced from the case ⁇ 1>. That is, the case ⁇ 2> is switched after A seconds. Case ⁇ 3> is switched after B seconds. Case ⁇ 4> is switched after C seconds.
  • the idle rotation speed stabilizes immediately after switching, but in case ⁇ 4>, the switching timing is too early and the idle rotation speed (that is, the combustion state) is not correct immediately after switching. It is stable.
  • FIG. 3 is a diagram in which the fluctuation range of the engine rotation speed (represented by “Max-Min” in the figure) for each of eight equally spaced sampling times is plotted with respect to the experimental result shown in FIG.
  • a case case ⁇ 5>
  • the smaller the value on the vertical axis the more stable the engine speed.
  • the idle rotation speed is stabilized earlier when the timing for switching the variable nozzle from fully open to fully closed is advanced from A seconds to B seconds.
  • the switching timing is further advanced from B seconds to C seconds, it can be seen that the idle rotation speed is unstable.
  • the intake air amount is relatively reduced at the beginning of the cold start, and the intake air amount is relatively decreased when the idling operation is performed immediately after the cold start and a predetermined condition is reached. To increase. By doing so, excessive idle instability is not caused immediately after the cold start, and it is possible to shift to stable idle operation at an early stage.
  • FIG. 4 shows the first embodiment.
  • the variable nozzle is kept fully open after the time t2 when the engine 1 shifts to the idle operation immediately after the cold start, and the working gas amount remains at the minimum in the idle operation (FIGS. 4B and 4C).
  • Thin solid line In this way, the temperature of the glow plug 31 does not decrease as in the reference example during idling immediately after the cold start, and is kept constant (thin solid line in FIG. 4A). In this way, the temperature drop of the glow plug is prevented, so that the compression end temperature rises and the fuel in the working gas is easily ignited. And generation
  • This timing is obtained in advance by adaptation.
  • time t3 when time t3 is reached, it is determined that a predetermined condition has been reached, and the variable nozzle 3D is switched from fully open to fully closed. As a result, the amount of working gas is maximized in idle operation immediately after cold start, and the rotational speed fluctuation amount is smaller than before t3 after time t3 (thin solid line in FIG. 4D).
  • time t3 (that is, whether or not a predetermined condition has been reached) may be determined as follows.
  • T0 the time from the time t1 at which the cold start is started to the time t2 at which the idle operation is started immediately after the cold start is defined as “T0”.
  • T1 The time from time t2 to time t3 is “T1”.
  • the flowcharts of FIGS. 5 and 7 described later correspond to the latter case.
  • the control of the glow plug 31 from the cold start to the transition to the idle operation immediately after the cold start is called pre-glow.
  • the control of the glow plug 31 from the transition to the idle operation immediately after the cold start to the time t4 when the glow plug 31 is de-energized is called afterglow.
  • the working gas amount is adjusted by the turbocharger 3 having the variable nozzle 3D in the idle operation immediately after the cold start, but is not limited thereto. It may be adjusted by the intake throttle valve 5.
  • the variable nozzle 4D is fully opened from the beginning of cold start to the afterglow end timing (time t4).
  • the intake throttle valve 5 is closed so that the working gas amount decreases and the intake throttle valve 5 is fully opened at time t3 in FIG. 4, the working gas amount increases. In this way, the working gas amount is also adjusted by the intake throttle valve 5.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a start flag setting method. This flowchart is executed at regular time intervals (for example, every 10 ms).
  • step S1 the controller determines whether or not the key switch is ON this time when the engine is cold started. If the determination result is positive, the controller proceeds to step S2. If the determination result is negative, the controller exits the process.
  • step S3 the controller determines whether or not the key switch was turned on last time. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S4, and if the determination result is positive, the controller proceeds to step S9. If the current key switch is ON and the previous key switch is OFF, that is, when the key switch is switched from OFF to ON, the controller determines that there is a request to start the engine and proceeds to step S4. To do.
  • step S4 the controller moves the water temperature Tw [° C.] detected by the water temperature sensor 32 to the starting water temperature Twin [° C.].
  • step S5 the controller searches the table shown in FIG. 6 so that the variable nozzle 3D is fully opened in idle operation immediately after the cold start from the starting water temperature Twint (hereinafter referred to as “variable nozzle full open time”) T1 [seconds]. ].
  • the “cold” here is a temperature range below zero.
  • the variable nozzle full opening time T ⁇ b> 1 becomes longer as the starting water temperature Twin becomes lower in a temperature range where the starting water temperature Twint is below zero (a temperature range smaller than zero degrees Celsius).
  • the variable nozzle full opening time T1 is constant in the temperature range where the starting water temperature Twin is greater than zero degrees Celsius.
  • variable nozzle full opening time T1 is longer as the starting water temperature Twint is lower in the temperature range below zero.
  • the lower the starting water temperature Twint the longer the time until the rotational fluctuation stabilizes in idle operation immediately after the cold start. It is.
  • the starting oil temperature can be used in place of the starting water temperature Twint. Note that the variable nozzle full opening time T1 may be set to a constant value for simplicity.
  • step S6 the controller fully opens the variable nozzle 3D so that the amount of working gas is minimized.
  • step S7 the controller energizes the glow plug 31.
  • step S8 the controller corrects the fuel injection amount so that the excess air ratio of the air-fuel mixture is on the rich side smaller than 1.0.
  • the increase correction amount is gradually decreased with time and finally becomes zero.
  • step S9 the controller determines whether or not the engine rotation speed Ne [rpm] detected by the crank angle sensor 23 is larger than a predetermined value (for example, 500 rpm). If the determination result is affirmative, the controller proceeds to step S10. If the determination result is negative, the controller 1 has not yet started and the process proceeds to step S6.
  • a predetermined value for example, 500 rpm
  • FIG. 7 is a flowchart for controlling the variable nozzle 3D, the glow plug 31, and the fuel injection amount immediately after the cold start.
  • the flowchart of FIG. 7 is executed at regular intervals (for example, every 10 ms) following the flowchart of FIG.
  • the start flag is set in the flowchart of FIG. If the determination result is positive, the controller proceeds to step S12. If the determination result is negative, the controller exits the process.
  • step S13 the controller determines whether or not the vehicle speed VSP [km / h] detected by the vehicle speed sensor 33 is zero and the accelerator pedal operation amount APO [anonymous number] detected by the accelerator sensor 22 is zero. . If the determination result is affirmative, the controller proceeds to step S14. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S16.
  • the timer measures an elapsed time after shifting to the idle operation immediately after the cold start.
  • step S13 If the determination result in step S13 is negative, the vehicle speed VSP is not zero or the accelerator pedal operation amount APO is not zero. That is, it has not yet shifted to idle operation immediately after the cold start. Therefore, at this time, step S14 and step S15 are skipped, and the process proceeds to step S16.
  • step S16 the controller opens the variable nozzle 3D and keeps the working gas amount at a minimum.
  • step S17 the controller energizes the glow plug 31 (continues energization).
  • step S18 the controller supplies a normal fuel injection amount.
  • the “normal fuel injection amount” is a fuel injection amount given to the fuel injection valve 9 after the fuel increase correction amount becomes zero.
  • the excess air ratio of the air-fuel mixture obtained by the normal fuel injection amount is a lean value larger than 1.0.
  • step 14 If the idle flag is 1 in step 14, the process proceeds from step S12 to step S19 from the next time.
  • step S19 the controller determines whether or not the timer value tm1 is smaller than the variable nozzle full opening time T1 (calculated in step 5 in FIG. 5). If the determination result is positive, the controller proceeds to step S16, and if the determination result is negative, the controller proceeds to step S20.
  • step S20 the controller determines whether or not the timer value tm1 is smaller than a value obtained by adding the fixed time T2 to the variable nozzle full opening time T1. If the determination result is affirmative, the controller proceeds to step S21. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S22.
  • step S21 the controller fully closes the variable nozzle 3D so that the working gas amount becomes maximum in the idle operation immediately after the cold start. As a result, the fluctuation of the rotation speed is reduced in the idle operation immediately after the cold start, and the idle rotation is stabilized. Thereafter, Step S17 and Step S18 are executed.
  • step S22 the controller turns off the glow plug 31 and ends the afterglow.
  • step S23 the controller sets the opening of the variable nozzle according to the operating conditions.
  • the glow plug 31 is cooled by the working gas (intake air). It is hard to be done. Therefore, the fuel injected from the fuel injection valve 9 is easily ignited by the glow plug 31, and the occurrence of misfire is reduced.
  • the in-cylinder temperature environment such as the wall temperature is improved by the assistance of the glow plug 31, and the compression end temperature rises.
  • the working gas amount is increased (time t3 to t4 in FIG. 4B). Combustion with an increased amount of working gas will increase the combustion temperature and improve combustion stability at an early stage. Immediately after the cold start, excessive idling does not become unstable and is shifted to stable idling operation at an early stage.
  • variable nozzle full opening time T1 is longer as the cooling water temperature Twin at the start (engine temperature at the cold start) is lower (FIG. 6).
  • the intake air amount is adjusted by the variable nozzle 3D of the turbocharger 3. That is, at the beginning of the cold start, the variable nozzle 3D is fully open. Then, it is fully closed at the switching timing tM.
  • the intake air amount is adjusted by the variable nozzle 3D, the diesel engine 1 using the variable nozzle type turbocharger 3 can be applied without adding a new device, and the cost is increased. Is suppressed.
  • the opening of the variable nozzle is described as being fully opened at the beginning of the cold start and then fully closed, but this is not restrictive. It may be relatively small at the beginning of the cold start and then relatively large.
  • FIG. 8 is a flowchart of the second embodiment. The same step number is attached
  • step S31 is different from the first embodiment.
  • step S31 the controller determines whether or not the cooling water temperature Tw in the idle operation immediately after the cold start is smaller than a predetermined value [° C.].
  • This predetermined value is the lower limit value of the cooling water temperature at which the rotational fluctuation can be reduced early within a range that does not cause the rotational fluctuation in the idle operation immediately after the cold start. This predetermined value is determined in advance by adaptation. If the determination result is positive, the controller proceeds to step S16, and if the determination result is negative, the controller proceeds to step S20.
  • the engine is shifted to stable idling at an early stage without causing excessive idle instability immediately after the cold start.
  • variable nozzle and the like when the condition is satisfied, are step-changed so that the working gas amount increases. By doing in this way, immediately after the cold start, an excessive idle instability was not caused, and an early stable operation was shifted to.
  • the inventors focused on the fact that the ignitability has a correlation with the equivalent ratio and temperature near the glow plug.
  • the cylinder pressure may be increased by supercharging. Further, by increasing the in-cylinder pressure, the penetration force of the fuel is also decreased, and the equivalent ratio in the vicinity of the glow plug is increased. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing the result of simulating the fuel distribution in the cylinder according to the presence or absence of supercharging. The darker the color, the denser the fuel distribution.
  • 9 (A) and 9 (C) are longitudinal sectional views of the right half of the cylinder. The left end of FIGS. 9 (A) and 9 (C) is the center of the engine. 9A shows no supercharging, and FIG. 9C shows supercharging. Other conditions such as the fuel injection amount and fuel injection timing are the same.
  • FIGS. 9B and 9D are cross-sectional views as seen from above the cylinder, showing the fuel distribution to the edge of the cavity on the piston crown.
  • FIG. 9B corresponds to FIG. 9A without supercharging.
  • FIG. 9D corresponds to FIG. 9C with supercharging.
  • the arrow indicates the direction of the swirl.
  • 9 (B) and 9 (D) show the distribution of fuel injected from one of the eight injection holes of the fuel injection valve.
  • a cavity is formed on the crown surface of the piston 100.
  • the fuel injected from the fuel injection valve 9 passes near the glow plug 61 and reaches the edge portion of the cavity.
  • variable nozzle is step-changed and supercharged to increase the equivalence ratio in the vicinity of the glow plug and improve the cold startability.
  • FIG. 10 is a diagram showing the results of an experiment in which engine rotation fluctuations with respect to the temperature near the glow plug and the supercharging pressure in an environment of ⁇ 25 ° C. are measured.
  • the horizontal axis is the estimated temperature near the glow plug, and the vertical axis is the supercharging pressure.
  • the estimated temperature TGA in the vicinity of the glow plug is obtained by adding the glow plug surface temperature TG to the cooling water temperature TW multiplied by a coefficient K1 and the intake air temperature TI multiplied by a coefficient K2. . That is, there is a relationship of the following formula.
  • the coefficients K1 and K2 are set as appropriate.
  • the surface temperature TG of the glow plug is detected by a temperature sensor attached to the glow plug.
  • a target temperature is set in advance for the surface temperature of the glow plug, and the duty is controlled so as to be the target temperature. Therefore, the target temperature on the surface of the glow plug may be used.
  • the coolant temperature TW is detected by a temperature sensor attached to the coolant path.
  • the intake air temperature TI is detected by a temperature sensor attached to the collector 6.
  • Each coefficient is determined by conformance.
  • the black circle has a small rotational fluctuation, and the rotational fluctuation is large, that is, the combustion stability is poor as the white square ⁇ the black triangle ⁇ the cross.
  • white triangles, black triangles, and crosses are gathered in a specific area to some extent, and these areas are divided by lines L2 and L3.
  • the area delimited by each line is an equi-variable rotation area with the same rotation fluctuation.
  • the combustion stability is at the same level.
  • FIG. 11A is a diagram showing a control pattern of the opening degree of the variable nozzle.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating changes in the temperature near the glow plug and the supercharging pressure when the opening of the variable nozzle is controlled.
  • the pattern P1 in FIG. 11A is a pattern in which the variable nozzle is fully opened ⁇ fully closed at an early stage. This corresponds to case ⁇ 4> in FIG.
  • the opening of the variable nozzle was controlled as in this pattern P1, as shown in FIG. 11B, the temperature drop in the vicinity of the glow plug was great as the boost pressure increased. That is, the temperature near the glow plug is affected not only by the glow plug surface temperature but also by the cooling water temperature, but in the pattern P1 in which the supercharging pressure is raised in a state where the cooling water temperature is low, the glow plug accompanying the increase in the supercharging pressure. The temperature drop in the vicinity was great. For this reason, the engine once enters a region where the engine rotational fluctuation is larger than that at present (the region on the left of the line L3), and then stabilizes.
  • the pattern P2 in FIG. 11A is a pattern in which the variable nozzle is fully opened in a stepwise manner and then fully closed after a predetermined time. This corresponds to the case ⁇ 2> ⁇ 3> in FIG. 2 or an embodiment in which the valve is fully opened and fully closed at the timing tM.
  • the opening of the variable nozzle is controlled as in this pattern P2, as shown in FIG. 11B, the temperature in the vicinity of the glow plug decreases as the supercharging pressure increases, but the engine rotation fluctuation region is It remains the area between the same line L2 and line L3. Therefore, immediately after the opening of the variable nozzle is changed, the engine rotational fluctuation is about the same as that at the present time, and then becomes stable.
  • variable nozzle when the variable nozzle is fully opened in a stepwise manner and then fully closed, it is inevitable that low-temperature air flows in and the temperature near the glow plug decreases. If the variable nozzle is controlled at an early stage, the stability deteriorates. Even if the variable nozzle is controlled after a certain period of time, the engine rotation fluctuations that are comparable to the current level occur for a relatively long time.
  • variable nozzle remains fully open as in the pattern P5 of FIG. 11A, the temperature near the glow plug does not decrease and the stability increases as shown in FIG. 11B, but until the transition to the stable region. Takes time.
  • the temperature near the glow plug is affected not only by the cooling water temperature but also by the intake air temperature (the temperature of the air sucked into the cylinder). If the supercharging pressure rises and the amount of air introduced into the cylinder increases, the compression end temperature also rises and the glow plug vicinity temperature also rises.
  • the inventor gradually closed the variable nozzle after a predetermined time and gradually increased the supercharging pressure as shown in the pattern P3 in FIG. 11A.
  • the temperature in the vicinity of the glow plug decreases as the supercharging pressure increases, but the degree of decrease is less than that of the pattern P2. Therefore, the engine rotation can be stabilized earlier than the pattern P2.
  • variable nozzle was slowly closed at first as shown in the pattern P4 in FIG. 11A.
  • the temperature near the glow plug did not decrease in the region between the line L2 and the line L3. Therefore, the engine rotation could be stabilized at an early stage.
  • FIG. 12 is a control flowchart of the third embodiment.
  • step S101 the controller detects the water temperature TW, the intake air temperature TI, the supercharging pressure QA, and the outside air temperature TA based on the sensor signal.
  • step S102 the controller calculates the glow plug vicinity temperature TGA0 when not supercharging based on the following equation.
  • the blow plug surface target temperature TGT is set in advance as described above, and is duty controlled so as to be the target temperature, so that value is used.
  • step S103 the controller determines whether or not the glow plug vicinity temperature TGA0 is lower than the combustion stable glow plug vicinity temperature TGA1 when there is no supercharging. If the determination result is positive, the controller proceeds to step S103, and if the determination result is negative, the controller proceeds to step S107.
  • a negative determination means that the combustion is stable without supercharging. Therefore, at this time, the process proceeds to step S107, the target supercharging pressure QAT is set to zero, and supercharging is not performed. In other cases, combustion is not stable unless supercharging is performed. Therefore, the process proceeds to step S103, and the target supercharging pressure QAT is set.
  • step S104 the controller calculates a glow plug vicinity temperature TGA based on the following equation.
  • step S105 the controller sets the target boost pressure QAT from the glow plug vicinity temperature TGA and the boost pressure QA by using a map search. Specific contents will be described later.
  • step S106 the controller performs feedback control so that the supercharging pressure QA becomes the target supercharging pressure QAT.
  • FIGS. 13A and 13B are diagrams for explaining the map search in step S105. Note that the maps in FIGS. 13A and 13B are preset and are the same as, for example, FIG.
  • the initial state is A1.
  • the prediction line after predetermined time is calculated
  • the line L4 may be on the right of the line L4 or on the line LC1 instead of the intersection of the line L4 and the line LC1.
  • the prediction line after a predetermined time from that time is again obtained like LC2.
  • the intersection (or the vicinity thereof) between the line L3 and the line LC2 is set as the target supercharging pressure.
  • the target boost pressure is repeatedly set as shown in FIG.
  • the supercharging pressure is not increased stepwise but is controlled so that the temperature near the glow plug does not decrease.
  • FIG. 15 is a control flowchart of the fourth embodiment.
  • the target supercharging pressure is set while sequentially predicting the state after a predetermined time. That is, the target boost pressure is set while sequentially determining the details of the map.
  • the target boost pressure is set while sequentially determining the details of the map.
  • it is not limited to such a method.
  • a method using a map fixed in advance will be described.
  • step S201 the controller detects the water temperature TW and the intake air temperature TI based on the sensor signal.
  • step S202 the controller determines whether or not the water temperature TW and the intake air temperature TI are larger than a predetermined value set in advance. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S203, and if the determination result is positive, the controller proceeds to step S204.
  • step S203 the controller sets the target variable nozzle opening TVNT from the water temperature TW and the intake air temperature TI using a map line. Specific contents will be described later.
  • step S204 the controller sets the target variable nozzle opening TVNT to zero and does not supercharge.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the map search in step S203.
  • the target variable nozzle opening is set to zero (fully open) based on FIG.
  • the target variable nozzle opening is set to VNT1.
  • the target variable nozzle opening is set to VNT2.
  • the target variable nozzle opening is set to VNT3.
  • the opening of the variable nozzle is controlled using a map fixed in advance.
  • FIGS. 17A to 17C are diagrams for explaining the basic concept of the fifth embodiment.
  • the supercharging pressure is increased with time, and when the target supercharging pressure is reached, the supercharging pressure is maintained. At this time, the water temperature and the intake air temperature also rise with time.
  • the target temperature is set in advance for the glow plug. For example, it is set to 1200 ° C.
  • the duty ratio is controlled so that the duty ratio is initially high and gradually decreases. If this is not done, the surface temperature of the glow plug will rise too much and the life of the glow plug will be shortened.
  • the glow plug duty control is also devised. Specific contents will be described below.
  • FIG. 18 is a control flowchart of the fifth embodiment.
  • step S301 the controller detects the water temperature TW, the intake air temperature TI, and the supercharging pressure QA based on the sensor signal.
  • step S302 the controller calculates the glow plug vicinity temperature TGA based on the following equation.
  • TGT is a blow plug surface target temperature (for example, 1200 ° C.).
  • step S303 the controller obtains the combustion stable boost pressure QAT when the temperature is near the glow plug temperature TGA. Specifically, it may be obtained by referring to a preset table.
  • step S304 the controller determines whether or not the combustion is stable, specifically, whether or not the supercharging pressure QA is larger than the stable combustion supercharging pressure QAT. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S305, and if the determination result is positive, the controller proceeds to step S307.
  • step S305 the controller obtains the glow plug surface temperature decrease amount TGL. Specifically, for example, it is obtained based on the following equation.
  • the coefficients K3 and K4 are set as appropriate.
  • step S306 the controller corrects the energization amount GL0 set in advance so as to be the blow plug surface target temperature with the glow plug surface temperature decrease amount TGL.
  • the glow plug energization amount GL is set as in the following equation.
  • the coefficient K5 is set as appropriate.
  • step S307 the controller obtains the minimum value TGAMIN near the glow plug temperature at which combustion stabilizes from the supercharging pressure QA. Specifically, it may be obtained by referring to a preset table.
  • step S308 the controller corrects the energization amount GL0 set in advance so as to be the blow plug surface target temperature with the minimum temperature TGAMIN.
  • the glow plug energization amount GL is set as in the following equation.
  • the coefficient K6 is set as appropriate.
  • the glow plug energization amount (duty ratio) is decreased as shown in FIG. 17B. Thereby, the surface temperature of the glow plug is lowered, but the temperature near the glow plug that ensures stable combustion is ensured. Since the glow plug energization amount (duty ratio) is reduced after combustion is stabilized, the glow plug energization amount is reduced as a whole, the burden on the glow plug is reduced, and as a result, the life of the glow plug is extended.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining operational effects according to the fifth embodiment.
  • the glow plug energization amount (duty ratio) is increased and supercharging is performed at an early stage when the combustion is not stable, a decrease in the glow plug surface temperature is suppressed. Therefore, a solid line route such as route R1 in FIG. 19 is traced. After the combustion is stabilized, that is, after entering the combustion stable region on the right side of the line L1, control is performed along the line L1. By doing in this way, it shifts to the stable idle operation at an early stage.
  • the glow plug energization amount (duty ratio) is reduced, the glow plug energization amount is reduced as a whole, the burden on the glow plug is reduced, and as a result, the life of the glow plug is extended.
  • the temperature near the glow plug is calculated from the surface temperature of the glow plug, the cooling water temperature TW, and the intake air temperature TI.
  • Lubricating oil temperature, cylinder wall surface temperature, excess air ratio, intake air amount, air density, and supercharging pressure may be taken into consideration.
  • a coefficient may be appropriately determined and further added to Expression (1).
  • the temperature near the glow plug may be calculated based on any one parameter. It is only necessary to appropriately determine which parameter is adopted in consideration of the required accuracy and the cost of the controller.
  • the supercharging pressure is controlled by controlling the variable nozzle of the variable nozzle type turbocharger.
  • the supercharging pressure (cylinder pressure) may be controlled by adjusting the valve timing using a variable valve mechanism.

Abstract

　ディーゼルエンジンの制御装置であって、始動時に筒内を加熱するグロープラグの近傍の温度を推定する近傍温度推定部と、推定されたグロープラグの近傍の温度に基づいて、エンジンの回転変動が大きくならないように、過給圧を制御する過給圧制御部と、を含む。

Description

ディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法
　この発明は、ディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法に関する。
　冷間始動直後は、通常運転時に比べて燃焼安定性が悪い。すなわち、エンジンの回転変動が大きい。そこでＪＰ２００１－２６３１３１Ａは、冷間始動直後のアイドル運転中は、通常運転に比べて多めの燃料を噴射する技術を開示する。このようにすれば、エンジン回転速度が上昇して早期に安定することとなる。
　しかしながら、増量した燃料がグロープラグに付着すれば、グロープラグの温度上昇が妨げられる。またエンジン回転速度が上昇すれば、低温の外気(空気)の流入量が増え、これによってもグロープラグの温度上昇が抑制される。グロープラグの温度が上昇しなければ、燃焼安定性が悪い状態が継続する。また燃料を増量しては、燃費が悪化する。
　本発明は、このような可能性に着目してなされた。本発明の目的は、早期に燃焼を安定させることができるディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法を提供することである。
　本発明によるディーゼルエンジンの制御装置のひとつの態様は、始動時に筒内を加熱するグロープラグの近傍の温度を推定する近傍温度推定部を含む。そして、推定されたグロープラグの近傍の温度に基づいて、エンジンの回転変動が大きくならないように、過給圧を制御する過給圧制御部をさらに含む。
　本発明の実施形態、本発明の利点は、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
図１は、本発明の第１実施形態のディーゼルエンジンの制御装置の概略構成図である。 図２は、４つのケースについてグロープラグ温度、エンジン回転速度、可変ノズルの各変化を示すタイミングチャートである。 図３は、始動からの経過時間に対する回転速度変動量の特性図である。 図４は、エンジンの冷間始動開始後のグロープラグ温度、作動ガス量、エンジン回転速度、燃料噴射量の変化を示すタイムチャートである。 図５は、第１実施形態の始動フラグの設定を説明するためのフローチャートである。 図６は、可変ノズル全開時間の特性図である。 図７は、第１実施形態の冷間始動直後のアイドル運転に移行しアフターグローを終了するまでの制御を説明するためのフローチャートである。 図８は、第２実施形態の冷間始動直後のアイドル運転に移行しアフターグローを終了するまでの制御を説明するためのフローチャートである。 図９は、過給の有無による筒内の燃料分布をシミュレーションした結果を示す図である。 図１０は、－２５℃の環境におけるグロープラグ近傍温度と過給圧とに対するエンジン回転変動を測定した実験の結果を示す図である。 図１１Ａは、可変ノズルの開度の制御パターンを示す図である。 図１１Ｂは、可変ノズルの開度を制御したときのグロープラグ近傍温度及び過給圧の変化を示す図である。 図１２は、第３実施形態の制御フローチャートである。 図１３Ａは、ステップＳ１０５のマップ索について説明する図である。 図１３Ｂは、ステップＳ１０５のマップ索について説明する図である。 図１４は、マップ索によって設定された目標過給圧を示す図である。 図１５は、第４実施形態の制御フローチャートである。 図１６は、ステップＳ２０３のマップ索について説明する図である。 図１７Ａは、第５実施形態の基本的なコンセプトを説明する図である。 図１７Ｂは、第５実施形態の基本的なコンセプトを説明する図である。 図１７Ｃは、第５実施形態の基本的なコンセプトを説明する図である。 図１８は、第５実施形態の制御フローチャートである。 図１９は、第５実施形態による作用効果を説明する図である。
（第１実施形態）
　図１は本発明の第１実施形態のディーゼルエンジンの制御装置の概略構成図である。
　可変ノズル型のターボチャージャー３は、吸気コンプレッサー３Ａ、排気タービン３Ｂ、両者を連結する軸３Ｃを含む。
　吸入空気は、ディーゼルエンジン１の吸気通路２に備えられる吸気コンプレッサー３Ａによって過給され、インタークーラー４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクター６を経て各気筒へ流入する。
　燃料は、高圧燃料ポンプ７によって高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から筒内へ直接噴射される。高圧燃料ポンプ７、コモンレール８、燃料噴射弁９がコモンレール式燃料噴射装置を構成する。筒内に流入した空気と燃料噴射弁９から噴射された燃料は、圧縮されて着火し、燃焼する。燃焼後の排気は排気通路１０へ流出する。
　排気通路１０に流出した排気の一部は、ＥＧＲ通路１１により吸気側に再循環される。このガスがＥＧＲガスと称される。ＥＧＲ通路には、ＥＧＲ弁１２が設けられる。ＥＧＲ弁１２は、ＥＧＲ通路１１を流れるＥＧＲガスの流量を制御する。
　排気の残りは、排気タービン３Ｂを通り、排気タービン３Ｂを駆動する。排気タービン３Ｂのスクロール入口には、可変ノズル３Ｄが備えられる。
　可変ノズル３Ｄを絞ると、すなわち、可変ノズル開度を小さくすると、排気の流速が増えて、排気タービン３Ｂの回転速度が上がる。すると、排気タービン３Ｂと同軸の吸気コンプレッサー３Ａの回転速度が上昇して過給量が増える。
　可変ノズル３Ｄを開くと、すなわち、可変ノズル開度を大きくすると、排気の流速が減って、排気タービン３Ｂの回転速度が下がる。すると、吸気コンプレッサー３Ａの回転速度が下降して過給量が減る。
　つまり、可変ノズル型のターボチャージャー３では、可変ノズル開度を小さくすると作動ガスが増加し、可変ノズル開度を大きくすると作動ガスが減少する。ここで、「作動ガス」とは、気筒に吸入される空気のことである。可変ノズル３Ｄは、アクチュエータ３Ｅで駆動される。アクチュエータ３Ｅは、油圧駆動タイプであっても、電気駆動タイプであってもよい。
　コントローラー２１には、アクセルセンサー２２からのアクセルペダル操作量ＡＰＯ、クランク角センサー２３からのエンジン回転速度Ｎｅの各信号が入力されている。そしてコントローラー２１では、エンジン負荷（アクセルペダル操作量など）及びエンジン回転速度に基づいて、メイン噴射の燃料噴射時期及び燃料噴射量を算出し、開弁指令信号を燃料噴射弁９に出力する。また、コントローラー２１では、目標ＥＧＲ率と目標吸入空気量とが得られるようにＥＧＲ制御と過給圧制御を協調して行う。なお、コントローラー２１は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏインターフェース）を備えたマイクロコンピューターで構成されている。
　排気タービン３Ｂの下流の排気通路１０には、排気中のパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルター(Diesel Particulate Filter (以下「ＤＰＦ」と称す))１３が配置される。ＤＰＦ１３のパティキュレート堆積量が所定値（閾値）に達すると、メイン噴射直後の膨張行程又は排気行程でポスト噴射が行われる。これによって、ＤＰＦ１３に堆積するパティキュレートが燃焼除去されて、ＤＰＦ１３が再生される。すなわち、目標となる再生温度が得られるように、エンジンの運転条件(負荷及び回転速度)に応じて、ポスト噴射量とポスト噴射時期とが予め定められており、エンジンの運転条件に応じて適切なポスト噴射量・ポスト噴射時期になるようにポスト噴射が実行される。
　ＤＰＦ１３に堆積しているパティキュレートを全て燃焼除去するには、すなわち完全再生するには、再生処理時にＤＰＦ１３の許容温度を超えない範囲で、少しでもパティキュレートの燃焼温度を高めることが必要である。このためＤＰＦ１３の上流に、触媒１４が配置される。触媒１４は、たとえば、貴金属の酸化触媒である。なお触媒１４は、酸化機能を備える触媒であればよく、たとえば三元触媒でもよい。ＤＰＦ１３の再生処理のためにポスト噴射された未燃燃料が触媒１４で燃焼（酸化）することで、ＤＰＦ１３の温度が高められ、ＤＰＦ１３内のパティキュレートの燃焼が促進される。なお、触媒１４をＤＰＦ１３の手前に別体で設けるのでなくＤＰＦ１３を構成する担体に酸化触媒をコーティングしてもよい。このようにすれば、パティキュレートが燃焼する際の酸化反応が促進されてＤＰＦ１３の温度が実質的に上昇するので、ＤＰＦ１３の内部でパティキュレートの燃焼が促進される。
　さて、ディーゼルエンジン１は、冷間時に始動性がやや困難である。そこで、冷間始動用のグロープラグ３１が各気筒に臨んで設けられる。グロープラグ３１が筒内の温度を上昇させて、エンジン１の始動性を向上する。
　ここで、本実施形態に対する参照例が図４に基づいて説明される。図４は、エンジン１の冷間始動開始後のグロープラグ温度、作動ガス量、エンジン回転速度、燃料噴射量の変化を示すタイムチャートである。太実線が参照例を示す。細実線が後述する第１実施形態を示す。
　クランキングの開始タイミングが、時刻ｔ１である。このとき、冷間時には、空気過剰率が１．０よりも小さなリッチ側の混合気が得られるように、燃料噴射量が増量補正される。また、グロープラグ３１への通電が開始される。エンジン回転速度が急上昇して所定値（例えば５００ｒｐｍ）を超えたタイミングで、エンジン１の始動が判断される。冷間始動当初は可変ノズル３Ｄが全開である。燃料噴射量の増量補正量は、所定時間の経過後にゼロとなる。すなわち、燃料の増量補正が中止される。この後は、空気過剰率が１．０よりも大きなリーン側の混合気が得られるように、燃料が噴射される。時刻ｔ２で冷間始動直後のアイドル運転となり、可変ノズル３Ｄが全開から全閉へと切り替えられて(図４(Ｃ)の太実線)、ターボチャージャー３による過給が開始される。すると、作動ガス量が増える(図４(Ｂ)の太実線)。
　冷間始動直後のアイドル運転になった時刻ｔ２で即座に作動ガス量が増えては、増加した作動ガスでグロープラグ３１が冷やされ、グロープラグ３１の温度が低下する(図４(Ａ)の太実線)。この結果、燃焼が不安定になって、時刻ｔ２からエンジン回転速度（アイドル回転速度）の変動が大きい(図４(Ｄ)の太実線)。なお、一部の気筒では燃焼の不安定が原因で失火が生じる可能性がある。
　そこで、冷間始動直後のアイドル運転で通常時制限燃料噴射量と冷間時制限燃料噴射量とを比較して大きい方を制限燃料噴射量として設定する従来装置がある。この装置は、冷間始動直後のアイドル運転において燃料噴射量を少し多めにしてエンジン回転速度を上昇させて、早期にエンジン回転速度を安定化させるのである。
　しかしながら、増量した燃料がグロープラグに付着すれば、グロープラグの温度上昇が妨げられる。またエンジン回転速度が上昇すれば、低温の外気(空気)の流入量が増え、これによってもグロープラグの温度上昇が抑制される。グロープラグの温度が上昇しなければ、燃焼安定性が悪い状態が継続する。また燃料を増量しては、燃費が悪化する。昨今、ディーゼルエンジンでは低圧縮比化が進められている。この低圧縮比化に伴い、冷間始動直後のアイドル運転での燃焼安定性が悪化する傾向にある。
　こうした冷間始動直後のアイドル安定性の悪さに鑑みて本発明者が実施した実機実験の結果が図２に示される。横軸はクランキングの開始（エンジン始動）からの経過時間である。図２において第２段目、第３段目、第４段目、第５段目には、次の〈１〉から〈４〉までの４つのケースのエンジン回転速度の変化及び可変ノズル３Ｄの動作変化が示される。
　〈１〉可変ノズルが全開のまま。
　〈２〉可変ノズルがＡ秒後に全開から全閉される。
　〈３〉可変ノズルがＢ秒後に全開から全閉される。
　〈４〉可変ノズルがＣ秒後に全開から全閉される。
　ここで、上記ケース〈２〉～〈４〉においてＡ＞Ｂ＞Ｃ＞０である。図２において第２段目～第５段目において上下に小刻みに振れているのがエンジン回転速度、途中でステップ変化しているのが可変ノズルの動作状態を示すエンジン回転速度の上下の変動幅は、大きいほど筒内の燃焼が不安定であることを示す。また、可変ノズルはステップ変化したタイミングが、全開から全閉へと切り替えたタイミングである。
　図２の最上段には、上記ケース〈１〉及びケース〈２〉でのグロープラグ３１の温度変化が示される。
　まず、筒内での燃焼安定性を良くするには、グロープラグ３１を冷やさないことが望ましい。そこで、発明者は、可変ノズル３Ｄを冷間始動後のアイドル運転となっても全開のままにして（この状態では、作動ガス量が最小のまま）、様子を見た。これは上記ケース〈１〉である。
　図２の最上段に示されるように、本発明者の予想通り、冷間始動直後のアイドル運転でも作動ガス量が最小に維持されれば、グロープラグ３１の温度が低下しない。グロープラグ３１の温度の低下が抑制されれば、失火の発生が軽減され、燃焼が安定する。
　その一方で、ケース〈１〉においては、冷間始動直後のアイドル運転を暫く継続した後の時刻ｔ０で可変ノズル３Ｄを全開から全閉するが、この切替後に、エンジン回転速度の変動量が小さくなっている（アイドル回転速度が安定している）ことを、発明者が初めて見い出した。
　そこで次には、可変ノズル３Ｄを全開から全閉へ切替えるタイミングをケース〈１〉よりも徐々に早めた。すなわち、Ａ秒後に切替えたのがケース〈２〉である。Ｂ秒後に切替えたのがケース〈３〉である。Ｃ秒後に切替えたのがケース〈４〉である。ケース〈２〉及びケース〈３〉であれば、切替直後にアイドル回転速度が安定するものの、ケース〈４〉では、切替タイミングが早すぎ、切替直後にアイドル回転速度（つまり燃焼状態）が却って不安定になっている。このことは、冷間始動直後のアイドル運転において回転変動を招かない範囲で早期に回転変動を小さくすることができる最適な切替タイミングがＢ秒とＣ秒の間に存在することを暗示する。この最適な切替タイミングを「ｔＭ」秒後とすると、このｔＭ秒後に可変ノズルを全開から全閉に切替えたときに早期に安定したアイドル運転への移行を実現できることとなる。
　図３は、図２で示した実験結果について等間隔の８つのサンプリングタイムごとのエンジン回転速度の変動幅（図では「Ｍａｘ－Ｍｉｎ」で表す）をプロットした図である。比較のため、冷間時に始動当初から可変ノズルを全閉に保持したときのケース（ケース〈５〉）も示されている。図３では、縦軸の値が小さいほど、エンジン回転速度が安定している。図３においても可変ノズルを全開から全閉へと切替えるタイミングをＡ秒からＢ秒へと早めたほうが、早期にアイドル回転速度が安定することがわかる。一方、切替タイミングをＢ秒からさらにＣ秒へ早めると、却ってアイドル回転速度が不安定になっていることがわかる。
　そこで第１実施形態は、冷間始動当初は、吸入空気量を相対的に低減しておき、冷間始動直後のアイドル運転であって予め定まった条件に到達したときに吸入空気量を相対的に増加するようにした。このようにすることで、冷間始動直後に過度のアイドル不安定を招かず、早期に安定したアイドル運転へ移行できる。
　これについて、図４が参照されてさらに詳述される。図４の細実線が第１実施形態を示す。本実施形態では、エンジン１が冷間始動直後のアイドル運転に移行する時刻ｔ２以降も可変ノズルを全開に保ち、作動ガス量がアイドル運転で最小のままとする（図４(Ｂ)(Ｃ)の細実線）。このようにすると、冷間始動直後のアイドル運転でグロープラグ３１の温度が参照例のように低下することがなく一定に維持される（図４(Ａ)の細実線）。このようにして、グロープラグの温度低下が防止されることで、圧縮端温度が上昇して作動ガス中の燃料が着火しやすくなる。そして、失火の発生が軽減され、燃焼が安定する。そのため、実施形態は、参照例よりも冷間始動直後のアイドル回転速度の変動量が小さくなる（図４(Ｄ)の細実線）。
　時刻ｔ３（＝ｔＭ）は、冷間始動直後のアイドル運転において回転変動を招かない範囲で早期に回転変動を小さくすることができる最適な切替タイミングであり、本実施形態ではじめて導入されたものである。このタイミングは、適合によって予め求められる。本実施形態では時刻ｔ３となったときに、予め定まった条件に到達したと判断されて、可変ノズル３Ｄが全開から全閉へ切り替えられる。これによって、作動ガス量が冷間始動直後のアイドル運転において最大となり、時刻ｔ３以降には回転速度変動量がｔ３以前よりも小さくなっている（図４(Ｄ)の細実線）。
　時刻ｔ３となったか否か（つまり予め定まった条件に到達したか否か）は、次のようにして判断させればよい。図４において冷間始動を開始する時刻ｔ１から、冷間始動直後にアイドル運転となる時刻ｔ２までの時間を「Ｔ０」とする。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間を「Ｔ１」とする。時刻ｔ１で第１タイマーが起動され、第１タイマー値がＴ０＋Ｔ１に到達したら、時刻ｔ３になった（予め定まった条件に到達した）と判断させることができる。別の手法としては、時刻ｔ２で第２タイマーが起動され、第２タイマー値がＴ１に到達したら、時刻ｔ３になった（予め定まった条件に到達した）と判断させることもできる。後述する図５、図７のフローチャートは後者の場合に対応する。なお、冷間始動から冷間始動直後のアイドル運転に移行するまでのグロープラグ３１の制御がプリグローと呼ばれる。冷間始動直後のアイドル運転に移行してからグロープラグ３１を非通電とする時刻ｔ４までのグロープラグ３１の制御がアフターグローと呼ばれる。
　本実施形態では、可変ノズル３Ｄを有するターボチャージャー３によって、冷間始動直後のアイドル運転で作動ガス量が調整されているが、これには限られない。吸気絞り弁５によって、調整されてもよい。例えば、可変ノズル４Ｄは冷間始動当初からアフターグローの終了タイミング（時刻ｔ４）まで全開としておく。一方、冷間始動当初は、作動ガス量が減少するように吸気絞り弁５が閉じられて、図４の時刻ｔ３で吸気絞り弁５が全開されれば、作動ガス量が増える。このように、吸気絞り弁５によっても作動ガス量が調整される。
　次に、コントローラー２１が実行する、冷間始動から、冷間始動直後のアイドル運転に移行しアフターグローを終了するまでの制御内容が、図５、図７のフローチャートに基づいて詳述される。図５は、始動フラグの設定方法を示すフローチャートである。このフローチャートは、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行される。
　ステップＳ１においてコントローラーは、エンジンの冷間始動に際して今回キースイッチがＯＮであるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ２へ処理を移行し、判定結果が否であれば処理を抜ける。
　ステップＳ２においてコントローラーは、始動フラグ（前回エンジンを運転した後のエンジン停止時にゼロに設定）がゼロであるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ３へ処理を移行し、判定結果が否であれば処理を抜ける。ここでは始動フラグ＝０であるとしてステップＳ３に進む。
　ステップＳ３においてコントローラーは、前回キースイッチがＯＮであったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ４へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ９へ処理を移行する。今回キースイッチがＯＮであり前回キースイッチがＯＦＦであった、つまりキースイッチがＯＦＦからＯＮへ切り替えられたときは、コントローラーは、エンジンの始動要求があったと判断して、ステップＳ４へ処理を移行する。
　ステップＳ４においてコントローラーは、水温センサー３２によって検出される水温Ｔｗ［℃］を始動時水温Ｔｗｉｎｔ［℃］に移す。
　ステップＳ５においてコントローラーは、図６のテーブルを検索することによって、始動時水温Ｔｗｉｎｔから、冷間始動直後のアイドル運転で可変ノズル３Ｄを全開する時間（以下「可変ノズル全開時間」という）Ｔ１［秒］を求める。時間Ｔ１は、図４において、時刻ｔ２から時刻ｔ３（＝ｔＭ）までの時間である。なおここでいう「冷間」とは特に零下の温度域である。可変ノズル全開時間Ｔ１は、図６に示されるように、始動時水温Ｔｗｉｎｔが零下の温度域（ゼロ℃よりも小さい温度域）で始動時水温Ｔｗｉｎｔが低くなるほど長くなる。また、始動時水温Ｔｗｉｎｔがゼロ℃よりも大きい温度域では、可変ノズル全開時間Ｔ１は一定である。零下の温度域で始動時水温Ｔｗｉｎｔが低いほど可変ノズル全開時間Ｔ１が長いのは、始動時水温Ｔｗｉｎｔが低いほど冷間始動直後のアイドル運転で回転変動が安定するまでの時間が長引くことの対策である。始動時水温Ｔｗｉｎｔに代えて始動時油温を用いることができる。なお、簡単には可変ノズル全開時間Ｔ１を一定値としてもよい。
　ステップＳ６においてコントローラーは、作動ガス量が最小となるように可変ノズル３Ｄを全開する。
　ステップＳ７においてコントローラーは、グロープラグ３１に通電する。
　ステップＳ８においてコントローラーは、混合気の空気過剰率が１．０よりも小さなリッチ側となるように、燃料噴射量を増量補正する。この増量補正量は時間と共に漸減させて最終的にゼロとなる。
　今回、前回ともキースイッチがＯＮである、つまりキースイッチのＯＮ継続時にはステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ９に進む。
　ステップＳ９においてコントローラーは、クランク角センサー２３によって検出されるエンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］が所定値（例えば５００ｒｐｍ）よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１０へ処理を移行し、判定結果が否であれば、エンジン１がまだ始動しておらずステップＳ６へ処理を移行する。
　ステップＳ９の判定結果が肯であれば、エンジン１が始動（冷間始動）している。そこで、ステップＳ１０においてコントローラーは、始動フラグ＝１とする。この始動フラグ＝１によって次回以降はステップＳ２からステップＳ３に進まなくなる。
　図７は、冷間始動直後に可変ノズル３Ｄ、グロープラグ３１、燃料噴射量を制御するフローチャートである。図７のフローチャートは、図５のフローチャートに続いて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行される。
　ステップＳ１１においてコントローラーは、始動フラグ＝１であるか否かを判定する。なお始動フラグは図５のフローチャートで設定されている。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１２へ処理を移行し、判定結果が否であれば処理を抜ける。
　ステップＳ１２においてコントローラーは、アイドルフラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）＝０であるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１３へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１９へ処理を移行する。ここではアイドルフラグ＝０であるとしてステップＳ１３に進む。
　ステップＳ１３においてコントローラーは、車速センサー３３で検出される車速ＶＳＰ［ｋｍ／ｈ］がゼロでかつアクセルセンサー２２で検出されるアクセルペダル操作量ＡＰＯ［無名数］がゼロであるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１４へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１６へ処理を移行する。
　ステップＳ１３の判定結果が肯であれば、車速ＶＳＰがゼロでかつアクセルペダル操作量ＡＰＯがゼロである冷間始動直後のアイドル運転に移行した状態である。そこで、ステップＳ１４においてコントローラーは、アイドルフラグ＝１とする。
　ステップＳ１５においてコントローラーは、タイマー値ｔｍ１［秒］＝０として、タイマーを起動する。タイマーは、冷間始動直後のアイドル運転に移行してからの経過時間を計測する。
　ステップＳ１３の判定結果が否であれば、車速ＶＳＰがゼロでなかったりアクセルペダル操作量ＡＰＯがゼロでない。すなわち冷間始動直後にまだアイドル運転に移行していない。そこでこのときは、ステップＳ１４及びステップＳ１５がスキップされて、ステップＳ１６へ処理が移行される。
　ステップＳ１６においてコントローラーは、可変ノズル３Ｄを全開として、作動ガス量が最小であることを継続する。
　ステップＳ１７においてコントローラーは、グロープラグ３１に通電する（通電を継続する）。
　ステップＳ１８においてコントローラーは、通常の燃料噴射量を供給する。「通常の燃料噴射量」とは、燃料増量補正量がゼロとなった後に燃料噴射弁９に与える燃料噴射量のことである。通常の燃料噴射量によって得られる混合気の空気過剰率は、１．０より大きなリーン側の値である。
　ステップ１４でアイドルフラグ＝１となったら、次回からはステップＳ１２からステップＳ１９へ処理が移行される。
　ステップＳ１９においてコントローラーは、タイマー値ｔｍ１が可変ノズル全開時間Ｔ１（図５のステップ５で算出済み）よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１６へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ２０へ処理を移行する。
　ステップＳ１９の判定結果が否であれば、最適な切替タイミング（ｔＭ）になったと判定できる。そこでこのときは、ステップＳ２０においてコントローラーは、タイマー値ｔｍ１が、可変ノズル全開時間Ｔ１に一定時間Ｔ２を加算した値よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ２１へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ２２へ処理を移行する。時間Ｔ２は、図４において、最適な切替タイミングｔ３（＝ｔＭ）から、アフターグローを終了する時刻ｔ４までの時間である。この時間Ｔ２も適合によって予め定められる。タイマー値ｔｍ１がＴ１＋Ｔ２の時間よりも小さければ、最適な切替タイミング（ｔＭ）に到達している。そこでコントローラーは、ステップＳ２１において、作動ガス量が冷間始動直後のアイドル運転において最大となるように、可変ノズル３Ｄを全閉する。これによって、冷間始動直後のアイドル運転において回転速度の変動が小さくなり、アイドル回転が安定する。その後はステップＳ１７及びステップＳ１８が実行される。
　ステップＳ２２においてコントローラーは、グロープラグ３１を非通電として、アフターグローを終了する。
　ステップＳ２３においてコントローラーは、可変ノズルを運転条件に応じた開度とする。
　次に、本実施形態の作用効果が説明される。
　本実施形態によれば、冷間始動直後にアイドル運転に移行した当初は作動ガス量が少ないので（図４(Ｂ)の時刻ｔ２～ｔ３）、グロープラグ３１が作動ガス（吸入空気）によって冷やされにくい。そのため、燃料噴射弁９から噴射された燃料が、グロープラグ３１によって着火されやすく、失火の発生が軽減される。
　次に、冷間始動直後のアイドル運転に移行した後は、グロープラグ３１によるアシストよって、壁温等の筒内温度環境が改善されて、圧縮端温度が上昇する。圧縮端温度が上昇し、グロープラグ３１の燃焼への寄与が低減した環境になったら、作動ガス量が増やされる（図４(Ｂ)の時刻ｔ３～ｔ４）。作動ガス量が増えた状態で燃焼すれば、燃焼温度が上がり、早期に燃焼安定性が向上する。冷間始動直後に過度のアイドルが不安定にならずに早期に安定したアイドル運転へ移行される。
　また本実施形態によれば、始動時冷却水温Ｔｗｉｎｔ（冷間始動時のエンジン温度）が低いほど、可変ノズル全開時間Ｔ１が長い(図６)。これによって、冷間時に始動時冷却水温Ｔｗｉｎｔが相違しても、冷間始動直後に過度のアイドル不安定を招くことなく早期に安定したアイドル運転が実現される。
　また本実施形態によれば、ターボチャージャー３の可変ノズル３Ｄで吸入空気量が調整される。すなわち、冷間始動当初は、可変ノズル３Ｄが全開である。そして、切替タイミングｔＭで全閉される。このように、可変ノズル３Ｄで吸入空気量が調整されるので、可変ノズルタイプのターボチャージャー３を用いるディーゼルエンジン１であれば、新たなデバイスが追加されなくても、適用可能であり、コストアップが抑えられる。
　なお実施形態では、可変ノズルの開度が、冷間始動当初は全開し、その後全閉する場合で説明されたが、これには限られない。冷間始動当初は相対的に小さく、その後相対的に大きくなればよい。
　（第２実施形態）
　図８は、第２実施形態のフローチャートである。第１実施形態の図７と同一部分には同一のステップ番号が付される。
　第２実施形態は、ステップＳ３１が第１実施形態と相違する。
　ステップＳ３１においてコントローラーは、冷間始動直後のアイドル運転での冷却水温Ｔｗが所定値［℃］よりも小さいか否かを判定する。この所定値は、冷間始動直後のアイドル運転において回転変動を招かない範囲で早期に回転変動を小さくできる冷却水温の下限値である。この所定値は適合によって予め定められる。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１６へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ２０へ処理を移行する。
　この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、冷間始動直後に過度のアイドル不安定が引き起こされることなく早期に安定したアイドル運転へ移行される。
　（第３実施形態）
　上述したように、従来よりも圧縮比が低いディーゼルエンジンについて研究されている。圧縮比が低くなれば、圧縮端温度が下がるので、特に低温始動時の着火性や低温アイドルでの燃焼安定性が悪化する。そこで、アイドルアップすれば、早期に安定したアイドル運転へ移行しやすくなる。アイドルアップすれば、過給器を働かせることも可能である。過給器を働かせれば、後述のように燃料の貫徹力が小さくなり燃料がグロープラグへ付着しにくくなる。
　第１実施形態及び第２実施形態では、条件が成立したら、作動ガス量が増えるように、可変ノズルなどがステップ変化された。このようにすることで、冷間始動直後に過度のアイドル不安定が引き起こされることなく早期に安定したアイドル運転へ移行された。
　ところで発明者らは、さらなる研究を鋭意進めることで、図２のケース〈２〉〈３〉又はタイミングｔＭで全開→全閉すれば安定度が増すが、図２のケース〈４〉では却って安定度が悪化するメカズムを明らかにすることができた。そして、この知見に基づいて、さらに早期に安定したアイドル運転へ移行できる手法を開発したのである。この実施形態について理解を容易にするために、以下では発明者が得た知見について説明する。
　発明者は、着火性がグロープラグ近傍の当量比及び温度に相関があることに着目した。圧縮端温度を上げるには、過給して筒内圧を上げればよい。また筒内圧を上げることで、燃料の貫徹力も低下し、グロープラグ近傍での当量比が上がる。これについて図９が参酌されて説明される。
　図９は、過給の有無による筒内の燃料分布をシミュレーションした結果を示す図である。色が濃いところほど、燃料分布が密である。図９(Ａ)及び図９(Ｃ)は、シリンダーの右半分の縦断面図であり、図９(Ａ)及び図９(Ｃ)の左端がエンジンの中心になる。そして図９(Ａ)は、過給なし、図９(Ｃ)は、過給ありである。それ以外の燃料噴射量や燃料噴射タイミングなどの条件は同じである。図９(Ｂ)及び図９(Ｄ)は、シリンダーの上方から見た断面図であり、ピストン冠面のキャビティーのエッジまでの燃料分布が示されている。図９(Ｂ)は過給なしで図９(Ａ)に対応する。図９(Ｄ)は過給ありで図９(Ｃ)に対応する。矢印は、スワールの方向を示す。また図９(Ｂ)及び図９(Ｄ)では、燃料噴射弁の８つの噴口のうち１つの噴口から噴射された燃料の分布が示されている。
　ピストン１００の冠面には、キャビティーが形成されている。燃料噴射弁９から噴射された燃料は、グロープラグ６１の近傍を通過して、キャビティーのエッジ部分に到達する。
　過給なしのときは、図９(Ａ)から判るように、燃料の貫徹力が高く、キャビティーのエッジの外側に到達する燃料が多い。そのためグロープラグ近傍の燃料も少なめである。また図９(Ｂ)から判るように、キャビティー内の燃料分布が薄めになっている。
　過給ありのときは、図９(Ｃ)から判るように、燃料の貫徹力が小さく、キャビティーのエッジの外側の燃料が、図９(Ａ)に比べて少ない。そのためグロープラグ近傍の燃料が、図９(Ａ)に比べて多めである。また図９(Ｄ)から判るように、図９(Ｂ)に比べてキャビティー内の燃料分布が濃いめになっている。
　このように、過給することで、グロープラグ近傍の当量比が上がることが判る。そこで、第１実施形態や、第２実施形態のように、可変ノズルをステップ変化させて過給することで、グロープラグ近傍の当量比が上がって、冷間始動性を向上できている。しかしながら、過給することで、低温の空気が多量に流入することとなる。その空気によってグロープラグが冷却されてしまうことが発明者の研究によって明らかにされた。
　図１０は、－２５℃の環境におけるグロープラグ近傍温度と過給圧とに対するエンジン回転変動を測定した実験の結果を示す図である。横軸がグロープラグ近傍の推定温度、縦軸が過給圧である。なお、グロープラグ近傍の推定温度ＴＧＡは、グロープラグの表面温度ＴＧに、冷却水温ＴＷに係数Ｋ１を乗じたものと、吸気温ＴＩに係数Ｋ２を乗じたものと、を加算して求めている。すなわち次式の関係がある。なお係数Ｋ１，Ｋ２は適宜設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　グロープラグの表面温度ＴＧは、グロープラグに取り付けられた温度センサーで検出される。またグロープラグの表面温度は、予め目標温度が設定されており、その目標温度になるようにデューティー制御されている。そこでグロープラグ表面の目標温度を用いてもよい。冷却水温ＴＷは、冷却水経路に取り付けられた温度センサーで検出される。吸気温ＴＩは、コレクター６に取り付けられた温度センサーで検出される。各係数は適合によって定められる。黒円は回転変動が小さく、以下、白四角→黒三角→バツとなるにつれて、回転変動が大きい、すなわち燃焼安定性が悪い。
　各ポイントの分布を見ると、全くバラバラに存在するのではなく、ある程度特定の領域に集まっていることが判る。
　すなわち、黒円は右上のエリアに集まっている。そこで黒円が集まる領域を、右下がりのラインＬ１で区切る。ラインＬ１の右の領域が、回転変動の少ない安定領域である。
また、白三角、黒三角、バツもある程度特定の領域に集まっているそこで、これらの領域をラインＬ２及びラインＬ３で区切った。
　各ラインで区切られた領域は、回転変動が同程度の等変動回転領域である。等変動回転領域では、燃焼安定度が同レベルである。
　図９で説明したように、過給されているほうが、グロープラグ近傍の当量比が上がり、燃焼安定度が向上しそうであるが、過給することで、低温の空気が多量に流入することとなる。その空気によってグロープラグが冷却される。したがって、単純に過給圧を上げても、燃焼が安定しないということが、図１０の実験結果から明らかになったのである。
　図１１Ａは、可変ノズルの開度の制御パターンを示す図である。図１１Ｂは、可変ノズルの開度を制御したときのグロープラグ近傍温度及び過給圧の変化を示す図である。
　次に、図１１Ａ及び図１１Ｂを参酌して、可変ノズルの開度を制御したときのグロープラグ近傍温度及び過給圧の変化について説明される。
　図１１ＡのパターンＰ１は、早期に可変ノズルが全開→全閉されるパターンである。これは図２のケース〈４〉に相当する。このパターンＰ１のように可変ノズルの開度が制御されると、図１１Ｂに示されるように、過給圧の上昇に伴うグロープラグ近傍の温度の低下が大きかった。すなわち、グロープラグ近傍温度は、グロープラグ表面温度のみならず、冷却水温の影響も受けるが、冷却水温が低い状態で過給圧を上げてしまうパターンＰ１では、過給圧の上昇に伴うグロープラグ近傍の温度の低下が大きかったのである。そのため、一旦、現在よりもエンジンの回転変動が大きい領域(ラインＬ３の左の領域)に入ってしまい、その後、安定していくのである。
　図１１ＡのパターンＰ２は、所定時間をおいて可変ノズルがステップ的に全開→全閉されるパターンである。これは図２のケース〈２〉〈３〉又はタイミングｔＭで全開→全閉される実施形態に相当する。このパターンＰ２のように可変ノズルの開度が制御されると、図１１Ｂに示されるように、過給圧の上昇に伴ってグロープラグ近傍の温度の低下するものの、エンジン回転変動領域は現在と同じラインＬ２及びラインＬ３の間の領域のままである。そのため、可変ノズルの開度を変更直後は、現在と同程度のエンジン回転変動が生じ、その後、安定していくのである。
　このように、可変ノズルがステップ的に全開→全閉されると、低温の空気が流入してグロープラグ近傍の温度が低下することを避けられない。可変ノズルが早期に制御されれば、却って安定性が悪化し、時間をおいて制御されても、比較的長い時間、現在と同程度のエンジン回転変動が生じる。
　なお図１１ＡのパターンＰ５のように、可変ノズルが全開のままであれば、図１１Ｂに示されるように、グロープラグ近傍温度が下がらず、安定度が増していくものの、安定領域に移行するまでに時間がかかる。
　このように、グロープラグ近傍温度というパラメーターを導入することで、図２のように、可変ノズルの制御タイミングによって、燃焼安定性が変わる理由が明らかになったのである。
　グロープラグ近傍温度は、冷却水温の他にも、吸気温（筒内に吸入される空気の温度）の影響も受ける。過給圧が上がって筒内に導入される空気量が増えれば、圧縮端温度も上昇し、グロープラグ近傍温度も上昇する。
　そこで発明者は、図１１ＡのパターンＰ３のように、所定時間をおいて可変ノズルを徐々に閉じて、徐々に過給圧を上げた。この場合は、図１１Ｂに示されるように、過給圧の上昇に伴ってグロープラグ近傍の温度の低下するものの、パターンＰ２に比べて低下度合いが少ない。そのため、パターンＰ２よりも早期にエンジン回転を安定させることができたのである。
　また図１１ＡのパターンＰ４のように最初はゆっくりと可変ノズルを閉じた。この場合は、図１１Ｂに示されるように、ラインＬ２及びラインＬ３の間の領域では、グロープラグ近傍温度が低下しなかった。そのため、早期にエンジン回転を安定させることができたのである。
　可変ノズルがステップ的に全開→全閉されるのではなく、パターンＰ３やパターンＰ４のように、徐々に可変ノズルが制御されることで、エンジン回転の早期安定化が可能であることが判った。
　次に、可変ノズルの具体的な制御内容について、説明する。
　図１２は、第３実施形態の制御フローチャートである。
　ステップＳ１０１においてコントローラーは、水温ＴＷ，吸気温ＴＩ，過給圧ＱＡ，外気温ＴＡをセンサー信号に基づいて検出する。
　ステップＳ１０２においてコントローラーは、過給しないときのグロープラグ近傍温度ＴＧＡ０を次式に基づいて算出する。なおブロープラグ表面目標温度ＴＧＴは、上述のように予め設定されており、その目標温度になるようにデューティー制御されているので、その値を用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ステップＳ１０３においてコントローラーは、グロープラグ近傍温度ＴＧＡ０が、過給なし時の燃焼安定グロープラグ近傍温度ＴＧＡ１よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１０３へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１０７へ処理を移行する。判定結果が否というのは、過給なしで燃焼が安定することを意味する。そこで、このときは、ステップＳ１０７へ処理を移行して、目標過給圧ＱＡＴをゼロに設定し、過給しない。それ以外は、過給しなければ燃焼が安定しないので、ステップＳ１０３へ処理を移行して、目標過給圧ＱＡＴを設定する。
　ステップＳ１０４においてコントローラーは、次式に基づいてグロープラグ近傍温度ＴＧＡを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ステップＳ１０５においてコントローラーは、グロープラグ近傍温度ＴＧＡ及び過給圧ＱＡから、マップ索によって、目標過給圧ＱＡＴを設定する。なお具体的な内容は後述される。
　ステップＳ１０６においてコントローラーは、過給圧ＱＡが目標過給圧ＱＡＴになるようにフィードバック制御する。
　図１３Ａ及び図１３Ｂは、ステップＳ１０５のマップ索について説明する図である。なお、図１３Ａ及び図１３Ｂのマップは、予め設定されておりたとえば図１０と同じである。
　初期状態がＡ１であるとする。そして、所定時間後の予測ラインがＬＣ１のように求められる。このラインＬＣ１上であれば、いずれに制御することもできる。しかしながら、燃焼安定性を向上させるには、回転変動のエリアを区切るラインＬ４よりも右にしたい。またできるだけ過給圧を大きくしたい。過給圧を上げたほうがグロープラグ近傍温度が上昇するので、燃焼が早期に安定するからである。そこで、ラインＬ４とラインＬＣ１との交点を目標過給圧として設定する。なお精度バラツキなどを考慮して、ラインＬ４とラインＬＣ１との交点ではなく、ラインＬ４の右にしたり、ラインＬＣ１の上にしてもよい。
　そして、Ａ２になったら、再度、そのときから所定時間後の予測ラインがＬＣ２のように求められる。そして、同様に、ラインＬ３とラインＬＣ２との交点(又はその近傍)を目標過給圧として設定する。
　以上を逐次繰り返すことで、図１４のように、目標過給圧が繰り返し設定される。
　以上説明したように、本実施形態によれば、過給圧をステップ的に上げるのではなく、グロープラグ近傍温度が下がらないように制御する。このようにすることで、グロープラグ近傍の温度低下を抑制しつつ、グロープラグ近傍の当量比を高めることができ、早期に安定したアイドル運転へ移行できるようになったのである。
　（第４実施形態）
　図１５は、第４実施形態の制御フローチャートである。
　第３実施形態では、逐次、所定時間後の状態を予測しながら、目標過給圧を設定する。すなわちマップの詳細を逐次決定しながら、目標過給圧を設定する。しかしながらこのような手法には限定されない。この第４実施形態では、予め固定されたマップを用いる手法について説明する。
　ステップＳ２０１においてコントローラーは、水温ＴＷ，吸気温ＴＩをセンサー信号に基づいて検出する。
　ステップＳ２０２においてコントローラーは、水温ＴＷ及び吸気温ＴＩが、予め設定されている所定値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ２０３へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ２０４へ処理を移行する。
　ステップＳ２０３においてコントローラーは、水温ＴＷ及び吸気温ＴＩから、マップ索によって、目標可変ノズル開度ＴＶＮＴを設定する。なお具体的な内容は後述される。
　ステップＳ２０４においてコントローラーは、目標可変ノズル開度ＴＶＮＴをゼロに設定し、過給しない。
　図１６は、ステップＳ２０３のマップ索について説明する図である。
　初期の水温及び吸気温が－２０℃であるとする。このときは、図１６に基づき、目標可変ノズル開度をゼロ（全開）にする。
　水温が－１５℃に上昇したが、吸気温は依然として－２０℃のままであれば、目標可変ノズル開度をＶＮＴ１に設定する。
　水温が－１０℃になって、吸気温が－１５℃になったら、目標可変ノズル開度をＶＮＴ２に設定する。
　水温が０℃になって、吸気温が－１０℃になったら、目標可変ノズル開度をＶＮＴ３に設定する。
　このように、この第４実施形態では、予め固定されたマップを用いて、可変ノズルの開度を制御する。
　以上説明したように、本実施形態によっても、早期に安定したアイドル運転へ移行でき、しかも、予め固定されたマップを用いるので、制御を簡易に行える。
　（第５実施形態）
　図１７Ａ～１７Ｃは、第５実施形態の基本的なコンセプトを説明する図である。
　はじめに、この第５実施形態の理解を容易にするために、図１７Ａ～１７Ｃが参照されて、基本的なコンセプトが説明される。
　図１７Ａに示されるように、実施形態では、過給圧が時間の経過とともに上げられ、目標過給圧に達したら、その過給圧が維持される。このとき、水温及び吸気温も時間の経過とともに上昇する。
　グロープラグは、予め目標温度が設定されている。たとえば１２００℃などに設定されている。そして、それが達成されるように、通常は、図１７Ｂに示されるように、初期にデューティー比が高く、徐々に小さくなるように、デューティー制御される。このようにしなければ、グロープラグの表面温度が上がりすぎて、グロープラグの寿命が縮められてしまうからである。
　しかしながら、通常のデューティー制御では、過給圧の変化が考慮されていない。そのため、実際は、図１７Ｃに示されるように、過給圧の上昇にともない、グロープラグの表面温度が低下する。グロープラグの温度が低下すれば、その分、燃焼が安定するまでに時間を要する。
　そこで、この第５実施形態では、グロープラグのデューティー制御についても工夫したのである。以下では、具体的な内容が説明される。
　図１８は、第５実施形態の制御フローチャートである。
　ステップＳ３０１においてコントローラーは、水温ＴＷ，吸気温ＴＩ，過給圧ＱＡをセンサー信号に基づいて検出する。
　ステップＳ３０２においてコントローラーは、次式に基づいてグロープラグ近傍温度ＴＧＡを算出する。なお、ＴＧＴは、ブロープラグ表面目標温度(たとえば１２００℃)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ステップＳ３０３においてコントローラーは、グロープラグ近傍温度ＴＧＡであるときの燃焼安定過給圧ＱＡＴを求める。具体的には、予め設定されているテーブルを参照して求めるなどすればよい。
　ステップＳ３０４においてコントローラーは、燃焼が安定しているか否か、具体的には、過給圧ＱＡが燃焼安定過給圧ＱＡＴよりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ３０５へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ３０７へ処理を移行する。
　ステップＳ３０５においてコントローラーは、グロープラグ表面温度低下量ＴＧＬを求める。具体的には、たとえば次式に基づいて求める。なお係数Ｋ３，Ｋ４は適宜設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ステップＳ３０６においてコントローラーは、ブロープラグ表面目標温度になるように予め設定されている通電量ＧＬ０に対して、グロープラグ表面温度低下量ＴＧＬで補正する。具体的には、たとえば次式のように、グロープラグ通電量ＧＬを設定する。なお係数Ｋ５は適宜設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ステップＳ３０７においてコントローラーは、過給圧ＱＡから、燃焼安定するグロープラグ近傍温度の最低値ＴＧＡＭＩＮを求める。具体的には、予め設定されているテーブルを参照して求めるなどすればよい。
　ステップＳ３０８においてコントローラーは、ブロープラグ表面目標温度になるように予め設定されている通電量ＧＬ０に対して、最低温度ＴＧＡＭＩＮで補正する。具体的には、たとえば次式のように、グロープラグ通電量ＧＬを設定する。なお係数Ｋ６は適宜設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　このようにすれば、燃焼が安定していない初期には、図１７Ｂに示されるように、グロープラグ通電量(デューティー比)が上げられて、過給されていても、グロープラグ表面温度の低下が抑制される(図１７Ｃ)。
　燃焼が安定した後は、図１７Ｂに示されるように、グロープラグ通電量(デューティー比)が下げられる。これによって、グロープラグ表面温度が低くなるが、燃焼安定するグロープラグ近傍温度は確保される。そして、燃焼安定後にグロープラグ通電量(デューティー比)が下げられるので、トータルとしてグロープラグ通電量が小さくなり、グロープラグの負担が減り、結果として、グロープラグの寿命が延びる。
　図１９は、第５実施形態による作用効果を説明する図である。
　この第５実施形態によれば、燃焼が安定していない初期に、グロープラグ通電量(デューティー比)が上げられて、過給されていても、グロープラグ表面温度の低下が抑制される。そのため、図１９のルートＲ１のような実線経路を辿る。燃焼が安定した後、すなわち、ラインＬ１の右の燃焼安定領域に入った後は、ラインＬ１に沿うように制御する。このようにすることで、早期に安定したアイドル運転へ移行される。
　また燃焼安定後は、水温が上昇し、過給によって吸気温も上昇しているので、グロープラグ表面温度を下げてもグロープラグ近傍温度を維持でき、燃焼が安定する。そこで、本実施形態では、グロープラグ通電量(デューティー比)が下げられて、トータルとしてグロープラグ通電量が小さくなり、グロープラグの負担が減り、結果として、グロープラグの寿命が延びるのである。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　たとえば、上記においては、グロープラグの表面温度と、冷却水温ＴＷと、吸気温ＴＩとから、グロープラグ近傍温度が演算された。しかしこれには限られない。潤滑油の温度、シリンダー壁面温度、空気過剰率、吸入空気量、空気密度、過給圧を考慮してもよい。その場合は、係数を適宜定めて、式（１）にさらに加算すればよい。また簡易的には、いずれか１つのパラメーターに基づいて、グロープラグ近傍温度が演算されてもよい。要求される精度や、コントローラーのコストなどを考慮して、いずれのパラメーターを採用するかを適宜決定すればよい。
　また上記においては、可変ノズル型のターボチャージャーの可変ノズルを制御することで、過給圧を制御していた。しかしながら、他の過給器であってもよく、また可変動弁機構を用いて、バルブタイミングを調整することで過給圧(筒内圧)を制御してもよい。
　また上記した演算式も一例に過ぎない。
　上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
　本願は、２０１２年３月１４日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－５７７１３に基づく優先権を主張し、これらの出願の全ての内容は参照によって本明細書に組み込まれる。

Claims (12)

  1. 　始動時に筒内を加熱するグロープラグの近傍の温度を推定する近傍温度推定部と、
    　推定されたグロープラグの近傍の温度に基づいて、エンジンの回転変動が大きくならないように、過給圧を制御する過給圧制御部と、
    を含むディーゼルエンジンの制御装置。
  2. 　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、
    　前記過給圧制御部は、低温始動時に過給圧を制御する、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  3. 　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、
    　前記過給圧制御部は、等変動回転領域で過給圧が最も高くなるように制御する、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  4. 　請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
    　前記過給圧制御部は、回転変動が小さい安定領域に入るまでは、グロープラグの近傍の温度が下がらないように、過給圧を制御する、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  5. 　請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
    　回転変動が小さい安定領域に入るまでは、過給時に、非過給時に比べてグロープラグの通電量を上げるグロー通電制御部をさらに含む、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  6. 　請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
    　前記グロー通電制御部は、回転変動が小さい安定領域に入った後は、過給時に、非過給時に比べてグロープラグの通電量を下げる、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  7. 　請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
    　前記近傍温度推定部は、グロープラグ表面温度、冷却水温、吸気温、潤滑油温、シリンダー壁面温度、空気過剰率、吸入空気量、空気密度、過給圧のうち、少なくともひとつに基づいて、グロープラグの近傍の温度を推定する、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  8. 　請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
    　前記過給圧制御部は、始動当初は過給圧を低くしておき、始動直後のアイドル運転になってさらに予め定まった条件に到達したら過給圧を高くする、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  9. 　請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
    　前記過給圧制御部は、始動当初はターボチャージャーの可変ノズルを全開しておき、始動直後のアイドル運転になってさらに予め定まった条件に到達したら可変ノズルを全閉する、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  10. 　請求項８又は請求項９に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
    　前記予め定まった条件は、前記始動直後のアイドル運転となったタイミングから、所定時間が経過するまでの時間であって、エンジン温度が低いほど、長時間に設定される、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  11. 　請求項８又は請求項９に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
    　前記予め定まった条件は、エンジン温度が所定温度に到達することである、
    ディーゼルエンジンの制御装置。
  12. 　始動時に筒内を加熱するグロープラグの近傍の温度を推定する近傍温度推定工程と、
    　推定されたグロープラグの近傍の温度に基づいて、エンジンの回転変動が大きくならないように、過給圧を制御する過給圧制御工程と、
    を含むディーゼルエンジンの制御方法。
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