JP2006348826A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 エンジン20の複数気筒に燃料噴射制御を行う燃料噴射制御方法において、エンジン停止操作認識手段17と、特定気筒認識手段16と、燃料噴射制御手段15と、を有する燃料噴射制御装置により、該燃料噴射制御手段15において、エンジン停止操作認識手段17によるエンジン停止操作の認識後、特定気筒認識手段16により認識される特定気筒への燃料噴射の後に燃料噴射を停止する。そして、特定のエンジンの燃料噴射に対して、他のエンジンの燃料噴射に位相差を設けて、燃料噴射制御を行う。
【選択図】 図3
Description
このように、電気的に燃料噴射気筒の判別を行うものの主なものは、第1番気筒のTDCと第1番気筒の爆発工程を示す信号が入力されたとき、第1番気筒に噴射開始を行うもので、始動は必ず第1番気筒における燃料噴射で行われる。その他の例として、各気筒の爆発工程信号により、判別時間を短縮させる方式がある。
そして、各気筒の爆発工程信号により判別時間を短縮させて、エンジン始動時の時間を短縮するものでは、センサの個数が増加したり、ホール素子などの高価なセンサが必要となったりする。また、センサの増加による電気的な故障の可能性が増加する。
また、特許文献1に記載された技術においても同様の問題がある。
さらに、エンジン始動時における始動タイミングを制御して、複数エンジンの駆動において、エンジン間の振動の打ち消しにより、全体としてのエンジン振動を低減する。
なお、エンジン停止操作認識手段はキースイッチやセンサなどにより構成でき、特定気筒認識手段としては、クランクセンサやカムセンサ、特定気筒に装着されるシリンダセンサ、もしくはエンジンコントロールユニット内の記憶部とセンサとの組み合わせなどにより構成できる。燃料噴射制御手段としては、インジェクタに接続したエンジンコントロールユニットなどを利用できる。
なお、複数のエンジンにおいて、均等に位相差を生じさせて、振動を低減できる。そして、複数の内の2つのエンジン間において振動を低減する位相差を設定し、エンジンが奇数個である場合には、3つのエンジンで位相差を均等に生じさせて振動を低減できる。
さらに、複数のエンジンを駆動する構成においては、エンジンの2次振動を大幅に低減することが可能となる。
図1はコモンレールを有する燃料噴射制御機構を示す模式図。
第1実施例において、燃料噴射制御機構は、主に、燃料ポンプ13、コモンレール11、インジェクタ12・12・12・12、コントローラ15、エンジン回転センサ16、キースイッチ17より構成される。この燃料噴射制御機構により、燃料をコモンレール11において蓄圧し、エンジン各気筒への燃料噴射制御を行う。
燃料ポンプ13は、フィルタを介して燃料タンク14より燃料をコモンレール11に圧送する。コモンレール11は燃料を高圧で蓄えてインジェクタ12に高圧の燃料を供給するものであり、コモンレール11には、複数のインジェクタ12が接続される。
インジェクタ12により、エンジン気筒内への燃料噴射が行われる。インジェクタ12はコントローラ15により電子的に制御され、エンジン回転に対する燃料噴射タイミングが調節される。
コントローラ15は、キースイッチ17のON/OFF状態を認識可能となっており、キースイッチ17のONからOFFへの操作により操縦者のエンジン停止操作を認識可能としている。
図2はエンジン停止時の制御構成を示す模式図。図2に示す構成においては、エンジン20には4つのシリンダ21・22・23・24が配設されている。シリンダ内にはピストンが配設され、インジェクタ12が装着されている。4つのシリンダは、それぞれ、吸入・圧縮・爆発・排気の工程を繰り返し、燃料噴射は圧縮工程において行われる。なお、図2において、図2(a)、図2(b)、図2(c)とエンジン20の経時的変化を示す。
本実施例において、特定のシリンダにおける燃料噴射よりエンジン始動を行うものであり、エンジンを、特定シリンダの前に燃料噴射が行われるシリンダにおいて、停止させる。図2において、エンジン始動時に燃料噴射を開始する特定シリンダをシリンダ23としている。
コントローラ15には、インジェクタ12・・、エンジン回転センサ16、図示しないキースイッチ17が接続されている。そして、コントローラ15には情報を記憶保持する記憶部が設けられており、この記憶部に特定シリンダとしてシリンダ23が記憶されている。コントローラ15において特定シリンダは、シリンダ23に装着されたインジェクタとして認識されており、エンジン回転センサ16の入力値(もしくは入力波形)に応じてシリンダ23に装着されたインジェクタ12への燃料噴射制御を行う。
エンジンはキースイッチ17がON状態にある間はエンジンの運転を維持するように制御され、キースイッチ17がOFF状態となるとエンジン停止の制御が行われる。エンジン停止の制御において、エンジン20の特定シリンダであるシリンダ23の圧縮工程前もしくは燃料噴射前までエンジン20が駆動される。これにより、エンジン始動時に初の燃料噴射をシリンダ23に対して行うことができる。すなわち、エンジン停止制御により、シリンダ23を始動噴射気筒にする。
図2に示すエンジン20において、爆発気筒は、23・24・22・21・23・・の順となる。シリンダ21をエンジン停止時の爆発気筒(最終噴射気筒)とすることにより、シリンダ21の次に爆発工程となるシリンダ23が始動噴射気筒となる。
コントローラ15は、図2(b)に示すごとく、キースイッチ17がOFFとなった後にも、シリンダ21に対して燃料噴射を行い、シリンダ23が始動噴射気筒となるようにエンジンを制御する。なお、燃料噴射量は、シリンダ23が爆発工程の少なくとも1工程前の状態(圧縮工程もしくは吸入工程)となるように、コントローラ15において調節される。また、エンジン回転速度などを判断して、エンジンの慣性などによりシリンダ21における燃料噴射が不要である場合には、燃料噴射は行われない。
すなわち、キースイッチ17がOFFとなった後も、コントローラ15によるエンジン制御が行われ、エンジン始動に備えて、シリンダ23が始動噴射気筒となる様にする。
これにより、燃料噴射を開始するシリンダが予め解るとともに、エンジン始動にかかる時間を短縮させる構成になっている。
コントローラ15には、各シリンダの死点位置を示す信号41とキースイッチ17のON/OFF状態を示す信号42とが入力され、各インジェクションを制御する信号43が出力される。図3においては、シリンダ24への燃料噴射が行われた後に、キースイッチ17がONからOFFに切換えられている。この状況において、コントローラ15は、シリンダ23を特定シリンダ(始動噴射気筒)として認識しており、シリンダ23の爆発工程より前でエンジンを停止させるために、シリンダ22・23について燃料噴射を行う。すなわち、キースイッチ17がOFFになった後に、燃料噴射により特定シリンダを始動噴射気筒にする。
これにより、エンジン始動時において、シリンダ23を爆発工程の1工程前とすることができ、エンジン始動時の応答性を向上できる。
コントローラ15の燃料噴射制御について、図4のフローチャートを用いて説明する。
まず、処理31において、特定シリンダの設定が行われる。図3に示す例においては、シリンダ23が特定シリンダとして設定される。この後に、判別32においてキースイッチ17のON/OFFが認識される。キースイッチ17がONである場合に、判別32を反復し、キースイッチ17がOFFとなると、判別33において、燃料噴射工程にあるシリンダの次に燃料噴射工程となるシリンダの判別を行う。次のシリンダが特定気筒でない場合には、処理34において燃料噴射位置にあるシリンダへの燃料噴射を行う。そして、次のシリンダが特定気筒である場合には、燃料噴射を行わず終了する。
これにより、特定シリンダが次に爆発工程となる状態で、エンジンを停止させることができる。そして、エンジンの始動に係る時間を短くできる。
図5は第2実施例におけるコントローラの制御構成を示す図。
第2実施例においては、キースイッチ17がOFFになった後にエンジン停止気筒となったシリンダを認識して、エンジン停止気筒の次に爆発工程となるシリンダを始動噴射気筒とする。そして、エンジン始動時に始動噴射気筒より燃料噴射を開始する。
爆発気筒は、23・24・22・21の順となっている。図5に示すように、シリンダ24への燃料噴射の後にキーシリンダ17がOFFとなり、エンジンが停止した場合には、シリンダ24の次に爆発工程となるシリンダ22が始動噴射気筒としてコントローラ15に認識、この情報が保持される。コントローラ15は燃料噴射を行うシリンダを認識しており、コントローラにおいては燃料噴射ごとに燃料噴射を行ったシリンダの情報を保持している。燃料噴射の後に一定時間、シリンダの上死点への移動により検出される信号(TDC)が検出されない場合に、コントローラ15がエンジンの停止を認識し、保持されている最終気筒の次に燃料噴射を行うシリンダ24を始動噴射気筒として認識保持し、エンジン始動時にはシリンダ24から燃料噴射を行う。これにより、始動時にかかる時間を短縮することができる。
すなわち、キースイッチ17のOFFの後に任意に設定されるコントローラ15の作動期間に最終気筒を認識き、最終気筒より始動噴射気筒を算出する。これにより、エンジン始動時の時間を短縮する。
例えば、シリンダ23が爆発工程を終了した後に、キースイッチ17がOFFされた場合、始動噴射気筒となるのは、シリンダ24が5%、シリンダ22が85%、シリンダ21が10%とすると、キーOFF直前に認識されたシリンダ23から、2工程先のシリンダ22を始動噴射気筒として設定すると、多くの場合にエンジンの始動時間を短縮できる。
このように、キースイッチ17のOFFの直前シリンダと、始動噴射気筒との関係をコントローラ15において学習させることにより、コントローラ15における初期の学習過程を終了した後には、キースイッチOFF後のコントローラ15の作動期間を短く、もしくは無くすことができる。
すなわち、コントローラ15によりキースイッチ17のOFFの直前のシリンダを認識することにより、最終気筒が算出され、この最終気筒より始動噴射気筒を算出することが可能となり、キースイッチ17のOFF後のコントローラ15の作動時間を短くできる。
コントローラ15には、予め、各シリンダがOFF直前のシリンダと場合の始動噴射気筒までの差が記憶保持されている。コントローラ15においては、燃料噴射を行うシリンダが認識されており、キースイッチ17がONからOFFになった場合に、コントローラ15において、直前に燃料噴射を行ったシリンダに対応する「差」の値より始動噴射気筒が算出される。これにより、エンジン制御を簡便な構成とすることができる。
第3実施例においては、エンジンのシリンダにおいて始動噴射気筒となる特定シリンダを予め決定して、特定シリンダが始動噴射気筒となるようにキースイッチ17OFF後に行う燃料噴射制御方法と、キースイッチOFF直前のシリンダより学習値もしくは既定の「差」を用いて始動噴射気筒を算出してエンジン始動を行う燃料噴射制御方法との二つの制御とを用いる。そして、これらの燃料噴射制御方法を状況に応じて選択する。
一方の燃料噴射制御方法によりエンジン始動が効果的でない場合に、他方の燃料噴射制御を選択する。
エンジン始動の容易性は、セルモータ回転開始よりエンジンの燃焼による駆動開始(回転速度の上昇)までの時間を認識することにより判断することができる。コントローラ15に予め基準時間を記憶させ、エンジン始動時に始動にかかる時間を測定し、基準時間と比較することにより、始動の容易性をコントローラ15において判別する。
これは、セルモータの起動スイッチであるもキースイッチ17とエンジン回転センサとがコントローラ15に接続していることから、コントローラ15において判断可能となっている。
このように、エンジン始動の状況に応じて、制御方法を選択可能とするので、様々なエンジンに対して汎用的に対応可能な燃料噴射制御方法を提供することができる。
第4実施例は、複数のエンジンを駆動する上で、エンジン振動の低減を燃料噴射制御により行うものである。複数エンジンの構成例として、二つのエンジン20a・20bを駆動する2機2軸の構成について説明する。
図6はエンジンとコントローラの接続構成を示す模式図。図6(a)は2つのコントローラを接続する構成を示す図。図6(b)は1つのコントローラにより2つのエンジンを制御する構成を示す図。図7はクランク軸信号による位相差制御の構成を示す模式図。
エンジン始動時の燃料噴射制御において、一方の燃料噴射タイミングに対して、他方の燃料噴射タイミングを制御することにより、エンジン20aとエンジン20bとの二次振動を打ち消して、2つのエンジンにおけるトータルの振動を低減することができる。
コントローラ101にはエンジン20a・20bのクランク信号が入力され、コントローラ101において、エンジン20a・20b間の位相差を認識可能としている。
コントローラ101において、エンジン20aの燃料噴射を開始するとともに、コントローラ102においてエンジン20aの燃料噴射タイミングを認識して、コントローラ101より伝達される二次振動の半波長遅れたタイミングで、エンジン20bの燃料噴射を開始する。これにより、2つのエンジン間において、二次振動が打ち消される。2機のエンジンにおいて、気筒数による等間隔爆発位相差を与えることにより、エンジン振動を低減できる。
すなわち、図7に示すごとく、2つのエンジン間において、エンジン間の振動低減に最適な位相差dθを算出し、この位相差dθを与えてエンジン振動の低減を図る。例えば、直列4気筒エンジンの場合には、180°の位相差を与えることにより、互いの振動が打ち消し合う構成にできる。
また、コントローラ101により、エンジン20a・20bを制御することも可能である。コントローラ101により、エンジン20a・20bの始動タイミングを調節することにより、1つのコントローラにより2つのエンジン制御が可能であり、コントローラ102を予備のコントローラとして、エンジン制御の信頼性を向上できる。
なお、コントローラ101にエンジン20a・20bのクランク信号を入力する他に、コントローラ101においてエンジン20a・20bの位相差を認識可能であればよく、エンジン間の位相差を認識する任意の手段によりエンジンの位相差を制御することができる。
このように、1つのコントローラ100に複数のエンジンのクランク角度信号を入力することにより、複数エンジン全体での振動を低減することができる。なお、エンジン20a・20bには、個々にコントローラ101・102が接続されており、コントローラ100が破損した場合や、一方のエンジンを単独で駆動する際には個々のエンジンに接続するコントローラを用いることができる。
図8はアイドル回転数の制御構成を示す図。縦軸はエンジン回転数を示し、横軸は時間を示す。
上述のコントローラ100もしくは101は、複数のエンジンの振動が低減されるように、各エンジン間の位相差を設定した後に、エンジンのアイドル回転数が減少するように制御を行う。まず、所定のエンジン回転数において、振動が低減されるように位相差を決定し、この後にアイドル回転数が低減するようにエンジン制御を行う。図8においては、エンジン回転数R1において時間T1に位相差を決定した後に、徐々にアイドル回転数を減少させて、エンジン回転数R2をアイドル回転数とする。
例えば、2機のエンジンを制御する構成において、エンジン爆発次数がエンジン振動を低減する様に、任意の位相差に設定された時、アイドル回転数を減少方向に作動させる制御を行う。具体的には、2機2軸の船舶に搭載されるエンジン構成において、始動時にエンジン回転数900rpmにおいて2機のエンジンにおける振動が低減されるように位相差を設定した後に、エンジン回転数を500rpmとする。
これにより、エンジン振動を低減するための設定を算出しやすく、アイドル回転を低減することにより、アイドル時の静粛性を向上でき、消費燃料を低減できる。
まず、エンジンの温度を認識する手段を用いて位相差を調節する構成について説明する。エンジンはその温度により特性が変化する。特にエンジンオイルは温度によりその粘度が変化することが知られている。ここにおいて、エンジン温度に応じてエンジン間の位相制御を行うことにより、より実際のエンジン特性に応じたエンジン振動の低減を行うことができる。エンジン温度の検出手段としては各エンジンに装着された温度センサや非接触型の温度センサを用いることができる。
図9はエンジン温度による位相差制御の構成を示す図。縦軸は位相差の絶対値を示し、横軸はエンジン温度を示す。
エンジン温度による位相差の制御構成の例を、図9を用いて、説明する。エンジン間の位相差は温度Tw1までは一定であり、温度Tw1から温度Tw2まで温度に応じて減少し、温度Tw2以上は一定となっている。このように、温度に応じてエンジン間の位相差を制御することにより、実際のエンジン特性に近い状態で、エンジンの振動低減を実現できる。
図10は振動と位相差との関係を示す図。図10において縦軸は振動量であり、横軸は位相差の絶対値である。振動検出手段を用いたエンジン振動低減構成においては、振動センサなどにより振動量を認識して、エンジン間の位相差を調節し、エンジン振動を低減する。
エンジン制御を行うコントローラ101もしくはコントローラ100においては、エンジン振動低減のための位相差の初期値がエンジン特性の数値情報より算出される。そして、初期設定の位相差によりエンジンの始動が開始される。エンジン始動後には振動センサによりエンジンの実際の振動を認識しながら、位相差を調節して実際に最も振動が小さくなる位相差αへと設定する。
位相差αへの調節は、初期設定の位相差より位相差を増減させ、これにより測定されるエンジン振動数が減少する方向に位相差を調節する。例えば、初期設定が位相差α1に設定されている場合には、位相差が増大する方向に位相差を変化させて、位相差変化前と位相差変化後との振動を比較する。そして、位相差変化後の振動が、位相差変化前よりも大きくなると、位相差変化前の位相差が位相差αとして記憶される。そして、エンジン間の位相差を位相差αとして、エンジン制御が行われる。
12 インジェクタ
13 燃料ポンプ
14 燃料タンク
15 コントローラ
16 エンジン回転数センサ
17 キースイッチ
Claims (8)
- エンジンの複数気筒に燃料噴射制御を行う燃料噴射制御方法において、
エンジン停止操作認識手段と、特定気筒認識手段と、燃料噴射制御手段と、を有する燃料噴射制御装置により、
該燃料噴射制御手段において、エンジン停止操作認識手段によるエンジン停止操作の認識後、特定気筒認識手段により認識される特定気筒への燃料噴射の後に燃料噴射を停止することを特徴とする燃料噴射制御方法。 - エンジン停止操作認識手段によるエンジン停止操作の認識後に、一定時間、クランク信号を認識し、
最後に燃料噴射が行われた最終噴射気筒を特定する情報を記憶し、エンジン始動時に該情報により特定される気筒の少なくとも1工程後の気筒を特定し、該気筒より燃料噴射を開始することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射制御方法。 - 最後に燃料噴射が行われた最終噴射気筒と、エンジン停止時に燃料噴射タイミングの後となっているエンジン停止気筒との差を、認識し、エンジン停止気筒が、エンジン始動時に燃料噴射を開始する特定気筒の少なくとも1工程前の爆発工程とならない場合に、
該エンジン停止気筒が1工程前の爆発気筒となるように、最終噴射気筒を決定することを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射制御方法。 - 最後に燃料噴射が行われた最終噴射気筒と、エンジン停止時に燃料噴射タイミングの後となっているエンジン停止気筒との差に一定の傾向が見られない場合、もしくは最終噴射気筒とエンジン停止気筒との差を認識させない場合に、
既定の値を、最後に燃料噴射が行われた最終噴射気筒と、エンジン停止時に燃料噴射タイミングの後となっているエンジン停止気筒との差として、最終噴射気筒を決定することを特徴とする請求項3に記載の燃料噴射制御方法。 - 固有のクランク軸を有するエンジンを複数個駆動する構成において、任意のエンジンを基準エンジンとし、該基準エンジンにおける燃料噴射開始に対して、他のエンジンの燃料噴射との間に位相差を設けて、燃料噴射制御を行うことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料噴射制御方法。
- 数個のエンジン振動による合成振動が低減されるように、燃料噴射開始に位相差を設けることを特徴とする請求項5に記載の燃料噴射制御方法。
- エンジン間の噴射時期位相差を、
任意のエンジン温度を検出手段、もしくは、始動開始よりの時間設定、もしくは、振動を検知する手段により、決定することを特徴とする請求項5に記載の燃料噴射制御方法。 - 複数のエンジンのクランク角度信号を、1つの燃料噴射制御手段に送信し、該燃料噴射制御手段により、複数エンジンのクランク信号の相対関係を認識することを特徴とする請求項5から7いずれか一項に記載の燃料噴射制御方法。
Priority Applications (9)
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