JP2005069237A

JP2005069237A - 燃料噴射装置の制御方法

Info

Publication number: JP2005069237A
Application number: JP2004359316A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sakasai; 隆逆井
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】ディ−ゼルエンジンに用いられる電子制御式ユニットインジェクタの各気筒ごとに燃料噴射時期、噴射量を変えて、始動直後に発生する白煙の排出量を低減させる燃料噴射の制御方法の改良を目的とする。
【解決手段】低温時、始動直後に発生する白煙の排出量を低減させるため、各気筒に順次燃料を供給し、各気筒の噴射時期、噴射量を制御するディ−ゼルエンジンの燃料噴射装置の制御方法において、気筒着火順序により所定の２グル−プを形成し、かつ未着火気筒を判別し、着火しない気筒のグル−プへの燃料の供給を停止することを特徴とする燃料噴射装置の制御方法。。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料噴射装置の制御方法に係わり、特にはディ−ゼルエンジンに用いられる電子制御式ユニットインジェクタの各気筒ごとに燃料噴射時期、噴射量を変えることの出来る燃料噴射装置で、始動直後に発生する白煙の排出量を制御する燃料噴射装置の制御に関する。

従来、ディ−ゼルエンジンに用いられている電子制御式ユニットインジェクタ燃料噴射制御装置を説明する。図７はエンジンの電子制御式ユニットインジェクタ燃料噴射装置の全体システム図を示す。図１において、ユニットインジェクタ１０への燃料供給回路は、フィ−ドポンプ１１により、燃料を図示されてない燃料タンクより吸い上げ、燃料送り回路１２を通り、各気筒に配設されたユニットインジェクタ１０に圧送される。ユニットインジェクタ１０に入つた燃料はカム軸３０で加圧され、エンジンに必要な量だけ燃焼室内に噴射し、残つた燃料は燃料戻り回路１３を通り、図示されてない燃料タンクに戻る。

各気筒のユニットインジェクタ１０にはソレノイドバルブ１０ａが取着されている。ソレノイドバルブ１０ａの開閉により燃料噴射量および燃料噴射時期が決まる、燃料噴射量および燃料噴射時期の制御はクランクシャフト回転速度センサ５０、気筒判別センサ５１、エンジン水温センサ５３およびアクセクセルペダル４３の開度らの、それぞれの信号をコントロ−ルユニット４０で処理し制御する。例えば、４サイクル、直列６気筒、着火順序１，５，３，６，２，４のエンジンの制御を図８で説明する。

図８はクランク軸およびカム軸から発生するパルス波形の関係を説明する図である。４サイクルなので、クランク軸１回転（３６０度）に対し、カム軸は１／２回転（１８０度）回転する関係にある、クランク軸の第１気筒が上死点（圧縮）にある時、第６気筒は上死点（排気）にある。気筒の判別はカム軸で行い、着火順序に従つている。即ちクランク軸の第１気筒が上死点（圧縮）にある時、カム軸が第１気筒のパルス波形と合わせているので気筒の判別が出来るようになつている。なおクランク軸には１回転（３６０度）の間に３６のパルス波形（１パルス波形あたり１０度）が等間隔に発生するようにしている。クランク軸のパルス波形はエンジン回転速度の検出と同時に、クランク軸の角度位置も検出している。

カム軸には１回転（３６０度）で６個のパルス波形が等間隔に、また何気筒目か判断出来るように、基準信号のパルス波形がついている。

クランク軸の回転速度および角度位置、カム軸の気筒の判別のパルス波形の信号により燃料噴射時期、噴射量の制御がおこなわれる。燃料噴射時期はクランク軸の角度位置およびカム軸の気筒の判別の信号で各気筒の噴射時期が決まる。又噴射量はアクセルペダル４３の開度、クランク軸の回転速度の信号により、コントロ−ルユニット４０の内部の図示されない電源供給装置からユニットインジェクタ１０のソレノイドバルブ１０ａへの通電時間により決まる。

従来の電子制御式ユニットインジェクタの燃料噴射時期、噴射量は各気筒共、変えることなく、同じ制御でおこなつている。また、このような、順次着火する気筒への燃料噴射を変化させる燃料噴射装置の制御方法には、例えば、特許文献１のようなものがある。

特開平３−１８５２３９号公報

エンジンの高出力化および排気ガスＮＯx の低減対策として、燃焼ガス圧力、燃焼温度を下げるための有効な手段として、圧縮比を下げたり、噴射時期遅延を行うことが多い。しかしながら、始動性の悪化および始動白煙の排出の問題を伴うことが多い。

特に低温時の始動はスタ−タで始動後、初めに着火した気筒に引続き、着火順序の通り正確に着火しないことが多く、未着火気筒もあれば、着火気筒もあり不規則で、これを繰り返すため、全気筒完爆の吹き上がり迄に時間がかかる。また初爆後未着火気筒が多い場合には、始動操作を繰り返すことになる。

白煙は始動時および始動直後に排出し、燃焼室が低温の状態での燃焼のため、不完全燃焼を起しアセトアルデヒドやホルムアルデヒドが発生し、強い刺激臭を伴う。また未着火気筒の燃料は油滴の状態で排気ガスに混って排出されるため白煙発生の原因となる。白煙はないことが理想であるが、あつても消失までの時間をより短くすることが課題である。

本発明は上記従来の問題点の燃料噴射装置の制御方法に係わり、特にはディ−ゼルエンジンに用いられる電子制御式ユニットインジェクタの各気筒ごとに燃料噴射時期、噴射量を変えて、始動直後に発生する白煙の排出量を低減させる燃料噴射の制御方法の改良を目的とする。

上記目的を達成するために、燃料噴射装置の制御方法の発明では、低温時、始動直後に発生する白煙の排出量を低減させるため、各気筒に順次燃料を供給し、各気筒の噴射時期、噴射量を制御するディ−ゼルエンジンの燃料噴射装置の制御方法において、気筒着火順序により所定の２グル−プを形成し、かつ未着火気筒を判別し、着火しない気筒のグル−プへ燃料の供給を停止することにしている。

上記の制御方法によれば、低温時、始動直後に発生する白煙の排出量の低減は、各気筒に順次燃料を供給し、各気筒の噴射時期、噴射量を制御するディ−ゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、気筒着火順序により所定の２グル−プを形成し、かつ未着火気筒を判別し、着火しない気筒のグル−プへの燃料の供給を停止する。これにより着火しない気筒のグル−プへの燃料の供給が停止されているので、未燃の燃料がなくなるとともに、他の着火している気筒のグル−プは、気筒あたりの燃料噴射量が、略２倍となるので、燃焼温度も高くなる。その結果未燃の燃料が少なくり、白煙の排出量を低減することができるとともに、水温の上昇も速くなるため燃焼が安定し白煙の消失までの時間をより短くするこことが出来る。

以下に、本発明に係わるエンジンの燃料噴射装置の制御方法につき図面を参照して説明する。なお、エンジンの燃料噴射量装置の構成は従来例の図７と同一のため説明は省略する。以下一実施例として、直列６気筒エンジンの始動および始動直後の制御方法を図１のフロ−チャ−ト図で説明する。

本発明の理解を容易にするために、まずエンジンの始動から完爆、自立運転を図２において説明する。まず始動から完爆の吹き上がり迄に至るまで過程を説明すると、始動Ｓ１はスタ−タで始動後、エンジンのクランキンで回転速度が上がり初爆Ｓ２に至る、初爆で着火した気筒に引続き、直列６気筒の着火順序１，５，３，６，２，４で着火する。その際エンジン回転速度の変動があるが、時間経過と共に少なくなり、完爆の吹き上がりＳ３迄に至る。目標回転速度はローアイドルとして、当初より設定している。また、図中のＮ１：始動可能回転速度，Ｎ２：始動用目標回転速度，Ｎ３：自立運転用目標回転速度下限値，Ｎ４：自立運転用目標回転速度上限値は制御の判断値として、当初より設定し、対象エンジン毎にテスト結果から設定する。

次に本発明のエンジンの始動の作動を図１のフロ−チャ−ト図に従い説明する。ステップ１ではスタ−トＳＷを入力する。ステップ２ではエンジン水温センサ５３から水温（ＴＷ）をコントロ−ルユニット４０に入力する。ステップ３では水温に応じて、噴射時期，噴射量の初期設定をする。なお水温と噴射時期，噴射量の関係は、例えば、図３に示す通り縦軸に噴射時期、横軸に水温をとり、水温と噴射時期との関係は、点線の通り水温が低くなれば、噴射時期を進ませる。同様に縦軸に噴射量、横軸に水温をとり、水温と噴射量との関係は、実線の通り水温が低くなれば、噴射量は多くする事を制御の判断値として、当初より対象エンジン毎にテスト結果から設定しコントロ−ルユニット４０の図示しない、記憶装置に記憶させておく。

次にステップ４ではエンジン回転速度（ＮＥ）をクランク軸回転速度センサ５０より入力する。ステップ５ではエンジン回転速度の変動（角速度）により初めに着火した気筒を認識する、例えば図５に示す通り縦軸に回転速度変動（角速度）、横軸に経過時間をとり、着火順序１，５，３，６，２，４に従つて回転速度変動を見ると、２気筒目および４気筒目は圧縮によるエンジンクランキングの回転速度変動Ｎａがある。経過時間Ｓ１の時、１気筒目が初めて着火すると、燃焼による回転速度変動がＮｂまで大きくなる。この時カム軸３０の気筒判別センサ５１およびクランク軸回転速度センサ−５０の回転速度変動の変化（ＮａからＮｂへ）の信号がコントロ−ルユニット４０に送られ、１気筒目が初めて着火したことが認識される。その後５気筒目および６気筒目が引き続き着火した時には実線Ｂの通りになるが、着火しない時には点線のＣの通りになる。

ステップ６では、その後に続く気筒の噴射時期と噴射量を各水温ＴＷ，エンジン回転速度ＮＥより制御する。噴射時期と水温および噴射量と水温との関係は前記図３の通り行い、噴射時期および噴射量と回転速度との関係は、例えば、図４に示す通り縦軸に噴射時期、横軸に回転速度をとり、噴射時期と回転速度との関係は、点線の通り回転速度を高くなれば、噴射時期を進ませる。同様に縦軸に噴射量、横軸に回転速度をとり、噴射量と回転速度との関係は、実線の通り回転速度が高くなれば、噴射量を多くする事を制御の判断値として、当初より対象エンジン毎にテスト結果から設定しコントロ−ルユニット４０の図示しない、記憶装置に記憶させておく。この記憶に応じて制御する。

ステップ７では、エンジン回転速度ＮＥが始動可能回転速度Ｎ１より多いか、否かを判定している。この判定は例えば始動可能回転速度Ｎ１が３００ｒｐｍを超えた時は次のステップ８に進み、３００ｒｐｍ以下の時は再びステップ６に戻る。始動可能回転速度Ｎ１は制御の判断値として、当初より対象エンジン毎にテスト結果から設定しコントロ−ルユニット４０の図示しない、記憶装置に記憶させておく。

ステップ８では、全筒エンジン回転速度ＮＥ，水温ＴＷにより噴射時期と噴射量により制御する。全気筒について、前記の図３および図４により制御する。ステップ９は、エンジン回転速度ＮＥが始動用目標回転速度Ｎ２より多いか、否かを判定している。この判定は例えばエンジン回転速度が始動回転速度Ｎ２が６７５ｒｐｍを超えた時は次のステップ１０に進み、６７５ｒｐｍ以下の時は再びステップ８に戻る。始動用目標回転速度Ｎ２は制御の判断値として、当初より、対象エンジン毎にテスト結果から設定しコントロ−ルユニット４０の図示しない、記憶装置に記憶させておく。以上が始動から完爆の吹き上がり迄の制御方法である。

次に本発明の燃料噴射装置の制御方法の白煙の排出量低減の作動を図６のフロ−チャ−ト図に従い説明する。ステップ１０では、実測水温ＴＷが設定水温ＴＷ１より高いか、否かを判定している。この判定は例えば設定温度ＴＷ１が１０℃を超えた時は次のステップ１１Ｂに進み、１０℃以下の時は次のステップ１１Ａに進む。設定温度ＴＷ１の１０℃は白煙対策の制御の判断値として、当初より、対象エンジン毎にテスト結果から設定しコントロ−ルユニット４０の図示しない、記憶装置に記憶させておく。

ステップ１１Ａでは減筒運転しているか、否かを判定してる。減筒運転とは例えば６気筒エンジンで、３気筒着火し、残り３気筒は着火しないで運転する事をいう。減筒運転している場合には、ステップ１６へ、減筒運転してない場合にはステップ１２Ａへ、進む。ステップ１２Ａではエンジン回転速度ＮＥ変動により着火してない気筒があるか、否かを判定してる。前述の始動時のステップ５と同様、カム軸３０の気筒判別センサ５１およびクランク軸回転速度センサ−５０の回転速度の変動の大きさで判断する。即ち着火していない気筒があれば、回転速度の変動は小さく、着火している気筒は回転速度の変動は大きくなる。着火していない気筒がある場合はステップ１３Ａへ進み、着火してない気筒がない場合、即ち全気筒着火の場合はステップ１９へ進む。

ステップ１３Ａでは未着火気筒番号を確認する、気筒別判別センサ５１の検出信号で、どの気筒かを判別、確認する。ステップ１４Ｂは未着火気筒を含む前３気筒又は後３気筒の噴射を停止、例えば１気筒目が未着火気筒の時、１気筒目，２気筒目，３気筒目の噴射を停止、前３気筒が噴射を停止したことになる。ステップ１９ではステップ１２Ａより着火してない気筒がない場合、即ち全気筒着火の場合は前３気筒又は後３気筒あらかじめ設定した側の噴射を停止し、次のステップ１６へ進む。

ステップ１６では実測のエンジン回転速度ＮＥが自立運転用目標回転速度下限値Ｎ３と同じか、下限値以下か、否かを判定してる。下限値以下の時はステップ１５に進み、下限値を超えいる時はステップ１７へ進む。ステップ１５は噴射指令値を上げる、噴射量を多くして、回転速度を上げる指令を出し、再びステップ１６に進む。ステップ１７では実測のエンジン回転速度ＮＥが自立運転用目標回転速度上限値Ｎ４と同じか、上限値以下か、否かを判定してる。上限値以下の時は再びステップ１０に進み、上限値を超えいる時はステップ１８へ進む。ステップ１８では噴射指令値を下げる、噴射量を少なくして、回転速度を下げる指令を出し、再びステップ１７に進む。

ステップ１１Ｂは減筒運転しているか、否かを判定してる。減筒運転している場合にはステップ１２Ｂへ、減筒運転してない場合にはステップ１３Ｂへ進む。ステップ１２Ｂは噴射を停止している気筒の噴射開始する。ステップ１３Ｂは通常制御、全気筒噴射し通常の制御をする。ステップ２０で終了。

以上説明したように、本発明によれば、始動時、水温に応じて噴射時期、噴射量を初期設定し、エンジン回転速度入力後、初めに着火した気筒を検出するとともに、その後に続く気筒の噴射時期、噴射量を各気筒毎に水温、エンジン回転速度により制御するので、初めに着火した気筒に引続き、着火順序が確実、正確になり、全気筒完爆の吹き上がり迄の時間が短くなり、かつ始動操作を繰り返すことがなくなるので、始動性が改善できる。また、低温時、始動直後に発生する白煙の排出量の低減は、各気筒に順次燃料を供給し、各気筒の噴射時期、噴射量を制御するディ−ゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、気筒着火順序により所定の２グル−プを形成し、かつ未着火気筒を判別し、着火しない気筒のグル−プへの燃料の供給を停止する。これにより着火しない気筒のグル−プへの燃料の供給が停止されるので、未燃の燃料がなくなり、他の着火している気筒のグル−プは、気筒あたりの燃料噴射量が、略２倍となるので、燃焼温度も高くなり、その結果未燃の燃料が少なくり、白煙の排出量を低減することができ、白煙の消失までの時間をより短くするという優れた効果が得られる。

本発明の燃料噴射装置の制御方法の始動のフロ−チャ−ト図をしめす。エンジンの始動から完爆および自立運転を説明する図である。水温と噴射量、噴射時期の関係を説明する図である。回転速度と噴射量、噴射時期の関係を説明する図である。時間と回転速度変動の関係を説明する図である。本発明の燃料噴射装置の制御方法の白煙の排出量低減のフロ−チャ−ト図をしめす。エンジンの電子制御式ユニットインジェクタ燃料噴射装置の全体システム図をしめす。クランク軸およびカム軸から発生するパルス波形の関係を説明する図である。

符号の説明

１０ユニットインジェクタ、１０ａ
ソレノイドバルブ、１１フィ−ドポンプ、１２燃料送り回路、１３燃料戻り回路、２０クランク軸、３０
カム軸、４０コントロ−ルユニット、４３アクセルペダル、５０クランクシャフト回転速度センサ、５１気筒判別センサ、５３エンジン水温センサ。

Claims

低温時、始動直後に発生する白煙の排出量を低減させるため、各気筒に順次燃料を供給し、各気筒の噴射時期、噴射量を制御するディ−ゼルエンジンの燃料噴射装置の制御方法において、気筒着火順序により所定の２グル−プを形成し、かつ未着火気筒を判別し、着火しない気筒のグル−プへの燃料の供給を停止することを特徴とする燃料噴射装置の制御方法。