JP2008190342A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の供給圧の低下による燃料供給不足を改善する。
【解決手段】燃料噴射弁に実際に供給される燃料の圧力である実燃圧Ｐfが、エンジンの運転に応じて必要な燃料噴射弁に供給される燃料の圧力である目標燃圧Ｐfobjより低く、かつその差が所定圧Ｐ1より大きい場合に（ステップＳ１６）、ウエィストゲートバルブを全開させるとともに（ステップＳ１８）、スロットル弁の開度を制限する（ステップＳ２０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、詳しくは、吸気量を制御する技術に関する。

筒内噴射型の内燃機関（エンジン）では、燃料ポンプにより供給された高圧の燃料を燃料噴射弁により筒内に直接噴射供給することで、筒内で混合気を生成している。このようなエンジンにおいて、燃料ポンプ等の燃料供給系の故障により燃料噴射弁への燃料の供給圧が低下したときに、燃料噴射弁を制御して燃料噴射時間（１回の燃料噴射当たりの噴射時間）を増加させて筒内への燃料供給量を確保する技術が知られている（特許文献１）。
特開２００３−２５４０７２号公報

しかしながら、上記のように燃料噴射時間を増加させることで燃料の供給量を確保しようとしても、適正なタイミングでの燃料噴射を考慮すると、この燃料噴射時間は限定されるので、燃料の供給量を大幅に増加させることは困難である。特に、ターボチャージャ等の過給器を備えたエンジンでは、高負荷時には多量の燃料を供給する必要があるので、広い範囲で精度良く燃料の供給量制御を実現するために、燃料ポンプ等の燃料供給系をその供給能力の上限付近まで使用するよう設定する場合がある。したがって、このように過給器を備えた内燃機関では、燃料供給系での供給能力の点からも燃料供給量を大幅に増加することが困難である。そして、燃料供給量が必要量に達しない場合には、空燃比のリーン化によりノッキングが発生して内燃機関が破損したり、エンジンの排気系に設けられた排気浄化触媒が許容以上に昇温して劣化や溶損したりする虞がある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料の供給圧の低下による燃料供給不足を回避して、内燃機関等の破損、劣化を防止する内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、内燃機関の運転に応じて燃料噴射弁に供給される燃料の圧力の目標値である目標燃圧を設定する目標燃圧設定手段と、燃料噴射弁に実際に供給される燃料の圧力である実燃圧を検出する実燃圧検出手段と、内燃機関の吸気量を調整する吸気量調整手段と、実燃圧検出手段により検出された実燃圧が目標燃圧設定手段により設定された目標燃圧より低い場合に、吸気量が低下するよう吸気量調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明では、請求項１において、内燃機関はターボチャージャを備え、吸気量調整手段は、ターボチャージャによる過給圧を調整するウエィストゲートバルブであることを特徴とする。
また、請求項３の発明では、請求項１において、吸気量調整手段は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁であることを特徴とする。

また、請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれかにおいて、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を更に備え、制御手段は、回転速度検出手段により検出された回転速度が所定速度以上であるときのみ、実燃圧が目標燃圧より低い場合に吸気量が低下するよう吸気量調整手段を制御することを特徴とする。
また、請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれかにおいて、制御手段は、実燃圧が目標燃圧より低くかつその差が所定圧より大きい場合にのみ、吸気量が低下するよう吸気量調整手段を制御することを特徴とする。

また、請求項６の発明では、請求項５において、制御手段は、更に、実燃圧が目標燃圧より低くかつその差が所定圧以下である場合には、筒内への燃料噴射時間が増加するよう燃料噴射弁を制御することを特徴とする。

本発明の請求項１の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧が目標燃圧より低い場合に吸気量が低下することで、筒内への燃料の必要供給量が低下するので、実燃圧の低下時における燃料供給不足を回避することができる。したがって、燃料供給不足を原因とするノッキングの発生による内燃機関の損傷を防止するとともに、排気系に設けられた排気浄化触媒の許容以上の昇温を回避して排気浄化触媒の劣化や溶損を防止することができる。

また、請求項２に記載の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧が目標燃圧より低い場合には、ウエィストゲートバルブにより過給圧を調整して吸気量を低下させるので、実燃圧の低下時における燃料供給不足を回避することができる。
また、請求項３に記載の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧が目標燃圧より低い場合にスロットル弁を補正制御して吸気量を低下させるので、実燃圧の低下時における燃料供給不足を回避することができる。

また、請求項４に記載の内燃機関の制御装置によれば、回転速度が所定速度未満であるときには、実燃圧が目標燃圧より低くとも吸気量が低下するよう制御されないので、低回転時における燃焼安定性を確保することができる。
また、請求項５に記載の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧と目標燃圧との差が所定圧以内であるときには、実燃圧が目標燃圧より低くとも吸気量が低下するよう制御されないので、内燃機関の出力低下を抑制することができる。

また、請求項６に記載の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧が目標燃圧より低くかつその差が所定圧以下である場合に燃料噴射時間が増加するので、筒内への燃料供給量が増加し、燃料供給不足を回避することができる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るエンジン及びその給排気系の構成図である。
図１に示すように、エンジン１としては、例えば、筒内噴射型の直列多気筒のガソリンエンジンが採用される。エンジン１のシリンダヘッド２には、気筒毎に、点火を行う点火プラグ３と、燃料を燃焼室４内に直接噴射可能な燃料噴射弁５とが設けられている。燃料噴射弁５には燃料の供給経路である燃料ライン６が接続されている。燃料ライン６は図示しない燃料ポンプにより高圧化された燃料を燃料噴射弁５に導入する機能を有する。燃料ライン６には、燃料噴射弁５に供給される燃料の圧力（実燃圧）Ｐfを検出する燃圧センサ（実燃圧検出手段）７が設けられている。

シリンダヘッド２には、気筒毎に吸気ポート１０及び排気ポート１１が形成されているとともに、吸気ポート１０を開閉する吸気バルブ１２、排気ポート１１を開閉する排気バルブ１３が設けられている。吸気バルブ１２及び排気バルブ１３は、図示しないカムシャフトにより、エンジン１の回転駆動に伴って駆動される。
吸気ポート１０には吸気マニホールドを１４介して吸気管１５が接続されており、一方、排気ポート１１には排気マニホールド１６を介して排気管１７が接続されている。

エンジン１には、ターボチャージャ２０が備えられている。ターボチャージャ２０は、吸気管１５に介装されたコンプレッサ２１と、排気管１７に介装されたタービン２２と、を含んで構成されており、エンジン１の排気によって駆動されたタービン２２の回転力を利用して、コンプレッサ２１を駆動して吸気を圧縮することで、吸気流量を増加させて、エンジン１の出力を向上させる機能を有している。

コンプレッサ２１の上流側の吸気管１５には、吸気中の塵埃を捕集するエアクリーナ２３が介装されている。また、コンプレッサ２１と吸気マニホールド１４との間の吸気管１５には、インタークーラ２４が介装されている。インタークーラ２４は、コンプレッサ２１により圧縮されて昇温した吸気を冷却することにより、エンジン１の体積効率を向上させる機能を有している。また、インタークーラ２４より下流側の吸気管１５には、吸気流量を調節する電磁式のスロットル弁（吸気量調整手段）２５が介装されている。更に、スロットル弁２５の下流側の吸気管１５には、高圧となった吸気を貯留するサージタンク２６が設けられている。

一方、排気管１７には、タービン２２をバイパスするバイパス路３０が設けられている。更に、バイパス路３０には、ウエィストゲートバルブ（ＷＧＶ：吸気量調整手段）３１が設けられている。ＷＧＶ３１は、ＷＧＶアクチュエータ３２により駆動されてバイパス路３０を開閉する機能を有している。タービン２２の下流側の排気管１７には、排気中のＮＯx等を除去する三元触媒（排気浄化触媒）３３が介装されている。

ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ４０の入力側には、エンジン１の回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ（回転速度検出手段）４１、アクセル開度ＡPを検出するアクセル開度センサ４２、及び図示しない吸気流量センサ、空燃比センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ４０の出力側には、図示しない高圧コイルを介して点火プラグ３が接続されるとともに、燃料噴射弁５、スロットル弁２５及びＷＧＶアクチュエータ３２等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ４０において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、ＷＧＶ開度等がそれぞれ出力され、これにより、適正なタイミングでスロットル弁２５及びＷＧＶ３１が開閉操作され、燃料噴射弁５から適正量の燃料が適正なタイミングで適正な時間噴射されるとともに、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施される。

更に、本実施形態では、ＥＣＵ４０は、燃圧センサ７から実燃圧Ｐfを入力し、この実燃圧Ｐfと、回転速度センサ４１から入力した回転速度Ｎeと、アクセル開度センサから入力したアクセル開度ＡPとに基づいても、ＷＧＶ３１、スロットル弁２５、燃料噴射弁５の作動を制御する（制御手段）。
図２は、ＥＣＵ４０におけるＷＧＶ３１等の制御手順を示すフローチャートである。以下同フローチャートに沿い本発明に係るＷＧＶ３１等の制御について説明する。

本ルーチンはエンジン１の作動開始に伴い実行が開始される。
ステップＳ１０では、燃圧センサ７から実燃圧Ｐfを、回転速度センサ４１から回転速度Ｎeを、アクセル開度センサ４２からアクセル開度ＡPを入力する。そしてステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、ステップＳ１０において入力した回転速度Ｎe及びアクセル開度ＡPに基づいて目標燃圧Ｐfobjを設定する（目標燃圧設定手段）。この目標燃圧Ｐfobjは、エンジンの運転に応じた流量の燃料を燃料噴射弁から噴射するために必要な、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力の目標値であって、例えばあらかじめ実験等により確認して設定したマップから読み出すことによって求めればよい。そして、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、ステップＳ１０において入力した回転速度Ｎeが所定速度Ｎ1以上であるか否かを判別する。回転速度Ｎeが所定速度Ｎ1以上である場合は、ステップＳ１６に進む。なお、所定速度Ｎ1は、後述する吸気量の補正制御による吸気量の低下によりエンジンの運転状態が不安定とならないように適宜設定すればよく、例えばアイドリング状態での回転速度より若干高めに設定すればよい。

ステップＳ１６では、ステップＳ１２において設定した目標燃圧Ｐfobjから、ステップ１０において入力した実燃圧Ｐfを減算し、その差が所定圧Ｐ1より大きいか否かを判別する。この差が所定圧Ｐ1より大きい場合は、ステップＳ１８に進む。なお、所定圧Ｐ1は、０より大きく、かつ目標燃圧Ｐfobjと実燃圧Ｐfとの差圧の許容上限値以下に設定すればよく、特に、目標燃圧Ｐfobjと実燃圧Ｐfとの差の許容上限値に設定するとよい。

ステップＳ１８では、ＷＧＶ３１が全開状態となるように、ＷＧＶアクチュエータ３２を作動制御する。そして、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、スロットル弁２５の開度制限を行う。詳しくは、スロットル弁２５の開度が所定開度θth1以上にならないように、スロットル弁２５の開作動を規制する。この所定開度θth1は、実燃圧Ｐfが目標燃圧Ｐfobjより低下した場合に燃料供給不足とならないように適宜設定すればよい。そして、本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１６において、目標燃圧Ｐfobjと実燃圧Ｐfとの差が所定圧Ｐ1以下であると判定した場合は、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、ステップＳ１２において設定した目標燃圧Ｐfobjから、ステップ１０において入力した実燃圧Ｐfを減算し、その差が０より大きいか否かを判別する。この差が０より大きい場合は、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２では、燃料噴射弁５からの燃料噴射１回当たりの燃料噴射時間Ｐwが増加するように、燃料噴射時間Ｐwの補正制御を行う。そして、ステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４では、ステップＳ１８において実行開始したＷＧＶ全開及びステップＳ２０において実行開始したスロットル弁開度制限を解除する。そして、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１４において回転速度Ｎeが所定速度Ｎ1以上であると判定した場合、またはステップＳ３０において目標燃圧Ｐfobjと実燃圧Ｐfとの差が０以下である場合は、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、ステップＳ１８において実行開始したＷＧＶ全開、ステップＳ２０において実行開始したスロットル弁開度制限及びステップＳ３２において実行開始した燃料噴射時間補正を解除する。そして、本ルーチンを終了する。

以上の構成により、本実施形態では、実燃圧Ｐfが目標燃圧Ｐfobjより所定圧Ｐ1以上低い場合に、ＷＧＶ３１の開度が強制的に全開になるとともに、スロットル弁２５の開度が制限される。これにより、燃焼室４内に供給される吸気量が低下し、燃料の必要供給量が低下するので、例えば燃料ポンプの故障により燃圧の確保が困難な場合でも、燃料供給不足を回避することができる。

また、本実施形態では、実燃圧Ｐfと目標燃圧Ｐfobjとの差が所定圧Ｐ1以内であって、実燃圧Ｐfが目標燃圧Ｐfobjより低い場合には、ＷＧＶ３１の全開制御やスロットル弁２５の開度制限といった吸気量が低下する方向への補正制御が行われず、燃料噴射時間が増加する方向に補正制御される。この場合、実燃圧Ｐfと目標燃圧Ｐfobjとの差が所定圧Ｐ1以内であることから、燃料供給量を低流量増加すれば燃料供給不足が回避されるので、上記のような燃料噴射時間の増加補正のみによって燃料供給量の確保が可能である。また、このとき、ＷＧＶ３１の全開制御やスロットル弁２５の開度制限が実行されないので、吸気量の低下に伴うエンジン１の出力低下を回避することができる。

また、上記のようなＷＧＶ３１の全開制御やスロットル弁２５の開度制限といった吸気量を低下させる補正制御は、回転速度Ｎeが所定速度Ｎ1以下であるときには実施されないので、吸気量の低下に伴う出力低下が回避され、低回転時における燃焼安定性を確保することができる。
なお、本実施形態では、吸気量を低下させる補正制御として、ＷＧＶ３１を全開させるとともに、スロットル弁２５の開度制限を行うが、このうちの少なくとも一方を実施すればよい。また、実燃圧Ｐfが目標燃圧Ｐfobjより低い場合に吸気量が低下する方向への補正制御を行ってもよく、このように制御した場合でも少なくとも実燃圧の低下による燃料供給不足を回避することができる。

本発明に係るエンジン及びその給排気系の構成図である。 ＥＣＵにおけるＷＧＶ等の制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
５ 燃料噴射弁
７ 燃圧センサ
２０ ターボチャージャ
２５ スロットル弁
３１ ＷＧＶ
４０ ＥＣＵ
４１ 回転速度センサ

Claims (6)

1. 筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の運転に応じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力の目標値である目標燃圧を設定する目標燃圧設定手段と、
   前記燃料噴射弁に実際に供給される燃料の圧力である実燃圧を検出する実燃圧検出手段と、
   前記内燃機関の吸気量を調整する吸気量調整手段と、
   前記実燃圧検出手段により検出された実燃圧が前記目標燃圧設定手段により設定された目標燃圧より低い場合に、前記吸気量が低下するよう前記吸気量調整手段を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関はターボチャージャを備え、
   前記吸気量調整手段は、前記ターボチャージャによる過給圧を調整するウエィストゲートバルブであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記吸気量調整手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が所定速度以上であるときのみ、前記実燃圧が前記目標燃圧より低い場合に前記吸気量が低下するよう前記吸気量調整手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記実燃圧が前記目標燃圧より低くかつその差が所定圧より大きい場合にのみ、前記吸気量が低下するよう前記吸気量調整手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御手段は、更に、前記実燃圧が前記目標燃圧より低くかつその差が前記所定圧以下である場合には、前記筒内への燃料噴射時間が増加するよう前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。

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