WO2000025010A1

WO2000025010A1 - Device and method for engine control

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Publication number: WO2000025010A1
Application number: PCT/JP1999/005445
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Mizuno; Zenichiro Mashiki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2001-04-27
Also published as: DE69926784D1; JP2000130232A; US20010027769A1; KR20010080229A; EP1132598A1; ES2245134T3; US6446609B2; JP3233112B2; CN1091216C; BR9915096A; EP1132598A4; KR100399083B1; CN1324434A; EP1132598B1; DE69926784T2

Description

明細書一エンジンの制御装置及び制御方法技術分野

本発明は、燃焼室に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁を備えたエンジンの制御装置及び制御方法に関するものである。背景技術

近年では、燃費を向上させること及び十分なエンジン出力を得ることの両立を図るために、エンジンの運転状態に応じて燃焼方式を切り換えるタイプの自動車用エンジンが、提案されて実用化されている。このようなエンジンは、燃焼室に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁を備えている。高出力が要求されるエンジンの高回転高負荷時には、十分なエンジン出力が発揮されるよう、燃料が空気に対して均等に混合された状態で燃焼される。このような燃焼方式を均質燃焼という。均質燃焼を実行するためには、エンジンの吸気行程時に燃料が燃焼室内に噴射される。噴射燃料は燃焼室内の空気と均等に混ぜ合わされ、その空気と燃料との均質混合気に点火プラグによって点火がなされる。一方、高出力が要求されないエンジンの低回転低負荷時には、燃費を向上させるため、成層燃焼が実行される。成層燃焼時には、点火プラグ周りの燃料濃度が高められて着火性が向上されるとともに、燃焼室内における混合気の平均空燃比が理論空燃比よりも大きくされた状態で燃焼が行われる。成層燃焼を実行するためには、エンジンの圧縮行程時に燃料が燃焼室内に噴射される。噴射燃料は、ピストンの頂面に設けられた窪みに当たって点火プラグ周りに集められる。その集められた燃料と燃焼室内の空気との混合気に点火プラグによって点火がなされる,: 上記のようにエンジンの燃焼方式を、エンジンの運転状態に応じて均質燃焼と成層燃焼との間で切り換えることにより、燃費を向上させることができるとともに十分なエンジン出力が得られる。 ―

このようなエンジンでは、高圧の燃焼室に燃料が直接噴射されるので、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を比較的高くする必要がある。例えば特開平 1 0— 1 7 6 5 8 7号公報は、高圧燃料を燃料噴射弁に供給する装置を開示している。この装置では、燃料タンクから低圧ポンプによって送り出された燃料が、高圧ポンプによって加圧される。加圧された燃料が燃料嘖射弁に供給される。そのため、燃料噴射弁は高圧の燃焼室内に燃料を直接噴射することができる。上記の装置では、高圧ポンブ及び同ポンプのための制御機器を含む高圧燃料供給システムに異常が発生した場合、高圧ポンプの駆動が停止され、低圧ポンプから送り出される燃料の圧力に基づき燃料噴射弁から燃料噴射が行われる。しかし、低圧ポンプから送り出される燃料の圧力は、高圧ポンプから送り出される燃料の圧力よりも低い。そのため、所要の燃料噴射量を得るためには、燃料の圧力が低い分だけ燃料噴射時間を長くする必要がある。しかしながら、燃焼室内に燃料を噴射できる期間（噴射可能期間）は限定されている。従って、燃料噴射時間が長くなると、限られた噴射可能期間内に燃料噴射を完了することが困難になる。特に、エンジンが高回転高負荷の状態にあるときには、エンジン回転数の増大に伴い噴射可能期間が一層短くなり、またェンジン負荷の増大に伴い燃料噴射時間を一層長くする必要が生じる。そのため、噴射可能期間中に燃料噴射を完了することが一層困難になる。噴射可能期間中に燃料噴射を完了することができないと、燃焼室内の燃料量が所要値に達しなくなって、混合気の空燃比が適正値よりも大きくなる。この場合には、燃焼室内の混合気が確実に着火せず、失火が生じる可能性がある。失火が生じた場合には、未燃焼の混合気が燃焼室からエンジンの排気通路に送り出される。排気通路の熱によって混合気が燃焼すると、排気通路に設けられた排気浄化触媒が過熱されて損傷する。発明の概要

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料供給装置に異常が発生したときに、失火の発生を防止できるエンジンの制御装置及び制御方法を提供することにある。上記の目的を達成するため、本発明は、燃焼室内において空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を得るエンジンの制御装置を提供する。その制御装置は、燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁と、燃料を燃料噴射弁に供給するための燃料供給装置とを備える。燃料供給装置は、一次供給装置及び二次供給装置を含む。二次供給装置は、一次供給装置から所定の圧力で送り出された燃料を更に加圧して燃料噴射弁に供給する。制御手段は、燃料供給装置を制御する。二次供給装置に異常が発生したとき、制御手段は、燃料噴射弁が一次供給装置から送り出される燃料の圧力で燃料噴射を行うように、二次供給装置の駆動を停止させる。制限手段は、二次供給装置の駆動が停止されているとき、失火を誘発しない混合気のみが燃焼室内に形成されるように、燃料噴射弁の駆動又は燃焼室に吸入される空気の量を制限する。本発明はまた、燃焼室内において空気と燃料との混合気を燃焼させることによつて動力を得るエンジンの制御方法を提供する。その制御方法は、燃料を燃料供給装置から燃料噴射弁に供給する工程を備える。燃料供給装置は、一次供給装置及び二次供給装置を含む。二次供給装置は、一次供給装置から所定の圧力で送り出された燃料を更に加圧して燃料噴射弁に供給する。制御方法はさらに、加圧された燃料を燃料噴射弁から燃焼室内に直接噴射する工程と、二次供給装置に異常が発生したとき、燃料噴射弁が一次供給装置から送り出される燃料の圧力で燃料噴射を行うように、二次供給装置の駆動を停止させる工程と、二次供給装置の駆動が停止されているとき、失火を誘発しない混合気のみを燃焼室内に形成するェ程とを備える。二次供給装置の駆動が停止されているとき、失火を誘発しない混合気のみが！^ 焼室内に形成され、失火を誘発するような混合気は燃焼室内に形成されない。従つて、燃焼室内の混合気に確実に着火が行われ、未燃焼の混合気が燃焼室から排出されることはなレ、。図面の簡単な説明

図 1は、本発明を具体化した第 1実施形態におけるエンジンを示す断面図である。

図 2は、図 1のエンジンに備えられた燃料供給装置を示す概略構成図である。図 3は、図 1のエンジンに備えられたシリンダを拡大して示す断面図である。図 4は、図 1のエンジンに備えられた制御装置の電気的構成を示すプロック図である。

図 5は、 E C Uによって実行されるフューエル力ット要求手順を示すフローチヤートである。

図 6は、エンジン回転数の変化に対する許容最大噴射量の推移を示すグラフである。

図 7は、本発明の第 2実施形態において、スロットル開度の上限値を算出する際に参照されるマップである。

図 8は、 E Cし ^τによって実行されるスロットル開度の設定手順を示すフローチヤートである。

図 9は、本発明の更なる実施形態において、許容最大噴射量を算出する際に参照されるマツブである。発明を実施するための最良の形態

(第 1実施形態）

以下、本発明を直列 4気筒の自動車用ガソリンエンジンに適用した第 1実施形態について、図 1〜図 6に従って説明する。図 1に示すように、エンジン 1 1は、四つのシリンダ（一つのみ図示）を備えたシリンダブ口ック 1 1 aを有する。各シリンダにそれぞれ対応して設けら tiこピストン 1 2は、シリンダブ口ック 1 1 a内を往復動する。各ピストン 1 2は、コンロッド 1 3を介して出力軸であるクランクシャフト 1 4に連結される。ビストン 1 2の往復運動は、コンロッド 1 3によってクランクシャフト 1 4の回転運動に変換される。ピストン 1 2の頂面には、成層燃焼を実行するために必要な窪み 1 2 aが形成される。クランクシャフト 1 4の一端にはシグナルロータ 1 4 aが取り付けられる。このシグナルロータ 1 4 aの外周面には、複数の突起 1 4 bがクランクシャフト 1 4の軸線を中心として等角度間隔で設けられる。シグナルロータ 1 4 aの外周面と対向するように、クランクポジションセンサ 1 4 cが設けられる。クランクシャフト 1 4の回転に伴い、シグナルロータ 1 4 a上の各突起 1 4 bがクランクポジションセンサ 1 4 cと対向する位置を順次通過する。クランクポジションセンサ 1 4 cは、突起 1 4 bの通過に応じて、パルス状の検出信号を出力する。シリンダブ口ック 1 1 aの上端にはシリンダへッド 1 5が装着される。シリンダへッド 1 5と各ピストン 1 2との間には燃焼室 1 6が形成される。図 1及び図

3に示すように、各燃焼室 1 6には、シリンダへッド 1 5に設けられた一対の吸気ポート 1 7 a， 1 7 bと、一対の排気ポート 1 8 a， 1 8 bとが接続される。図 3に示すように、吸気ポート 1 7 aは湾曲するヘリカルポートであり、吸気ポート 1 7 bはほぼ直線状に延びるストレートポートである。ヘリカル吸気ポート

1 7 aから燃焼室 1 6に空気が吸入されると、その燃焼室 1 6内に矢印 Sで示す方向へ旋回するスワールが発生する。一対の吸気ポート 1 7 a， 1 7 bにそれぞれ対応して、一対の吸気バルブ 1 9が設けられる。同様に、一対の排気ポート 1

8 a , 1 8 bにそれぞれ対応して、一対の排気バルブ 2 0が設けられる。図 1に示すように、シリンダへッド 1 5には、吸気バルブ 1 9を駆動するための吸気カムシャフト 2 1が回転可能に支持される。シリンダへッド 1 5にはまた、排気バルブ 2 0を駆動するための排気カムシャフト 2 2が回転可能に支持される _c これら吸気及び排気カムシャフト 2 1， 2 2は、タイミングベルト及びギヤ ¾ に図示せず）を含む駆動伝達機構を介してクランクシャフト 1 4に連結される。吸気カムシャフト 2 1がクランクシャフト 1 4によって回転されると、吸気ポート 1 7 a， 1 7 bを燃焼室 1 6に対して選択的に接続及び遮断するように、吸気バルブ 1 9が駆動される。排気カムシャフト 2 2がクランクシャフト 1 4によつて回転されると、排気ポ一ト 1 8 a， 1 8 bを燃焼室 1 6に対して選択的に接続及び遮断するように、排気バルブ 2 0が駆動される。シリンダへッド 1 5には、吸気カムシャフト 2 1の一端の外周面と対向するように、カムポジションセンサ 2 1 bが設けられる。吸気カムシャフト 2 1の一端の外周面には、一つ又は複数（図 1では二つ）の突起 2 1 aが設けられる。吸気カムシャフト 2 1の回転に伴い、突起 2 1 aがカムボジションセンサ 2 1 bと对向する位置を通過する。カムポジションセンサ 2 1 bは、突起 2 1 aの通過に応じて、パルス状の検出信号を出力する。吸気ボ一ト 1 7 a， 1 7 bには吸気管 3 0が接続される。排気ポート 1 8 a， 1 8 bには排気管 3 1が接続される。吸気管 3 0及び吸気ボート 1 7 a， 1 7 b は吸気通路 3 2を構成し、排気管 3 1及び排気ポート 1 8 a， 1 8 bは排気通路 3 3を構成する。排気通路 3 3の途中には、排気ガスを浄化するための二つの触媒 3 3 aが設けられる。吸気通路 3 2の途中には、スロットルバルブ 2 3が設けられる。このスロットルバルブ 2 3は、吸気通路 3 2の開放量を調整すべく、スロットル用モ一タ 2 4によって駆動される。スロットルバルブ 2 3の開度は、ス口ットルポジションセンサ 4 4によって検出される。スロットル用モータ 2 4は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル 2 5の踏込量に基づき制御される。自動車の運転者がアクセルペダル 2 5を踏み込むと、アクセルペダル 2 5の踏込量がアクセルポジションセンサ 2 6によって検出され、その検出結果に基づきスロットル用モータ 2 4が制御される。このスロットル用モータ 2 4によってスロットルバルブ 2 3の開度が調節される。スロッブ 2 3の開度に応じて、吸気通路 3 2から燃焼室 1 6へ吸入される空気の量が ϋ 整される。スロットルバルブ 2 3の下流側には、吸気通路 3 2の内部圧力を検出するバキユームセンサ 3 6が設けられる。バキュームセンサ 3 6は、吸気通路 3 2の内部圧力に対応した検出信号を出力する。バキュームセンサ 3 6の下流側には、各ストレート吸気ポート 1 7 bにそれぞれ対応するように、スヮ一ルコントロールバルブ（S C V ) 3 4が設けられる。各 S C V 3 4は、対応するストレート吸気ボート 1 7 bの開放量を調整すべく、スワール用モータ 3 5によって駆動される。 S C V 3 4の開度が小さくなるほど、言い換えればストレート吸気ポート 1 7 b を通過する空気の量が減少するほど、図 3に示されるヘリカル吸気ボート 1 7 a を通過する空気の量が多くなり、燃焼室 1 6内に生じるスワールが強くなる。図 1に示すように、シリンダへッド 1 5には、燃焼室 1 6内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁 4 0力各燃焼室 1 6にそれぞれ対応するように設けられる。シリンダへッド 1 5にはまた、燃焼室 1 6内に充填される燃料と空気との混合気に対して点火を行う点火プラグ 4 1力各燃焼室 1 6にそれぞれ対応するように設けられる。点火ブラグ 4 1が点火動作を行う時期は、点火プラグ 4 1の上部に設けられたィグナイタ 4 1 aによって調整される。燃料噴射弁 4 0カゝら燃焼室 1 6内へ噴射された燃料は、吸気通路 3 2から燃焼室 1 6に吸入された空気と混ぜ合わされ、燃焼室 1 6内で空気と燃料との混合気が形成される。燃焼室 1 6内の混合気は点火プラグ 4 1によって点火されて燃焼し、燃焼によって生じたガスが排気ガスとして排気通路 3 3に送り出される。上記のエンジン 1 1では、高圧の燃焼室 1 6内に燃料を直接噴射するために、燃料噴射弁 4 0に供給される燃料の圧力を比較的高くする必要がある。そのため、エンジン 1 1には、高圧燃料を燃料噴射弁 4 0に供給するための燃料供給装置が接続される。その燃料供給装置の詳細について、図 2を参照して説明する。図 2に示すように、燃料供給装置は、一次供給装置としてのフィードポンフ 6と、二次供給装置としての加圧ボンブ 4 7とを備える。フィードポンプ 4 6は、燃料タンク 4 5内から燃料を所定の圧力で送り出す。加圧ポンプ 4 7は、フィードポンプ 4 6から送り出された燃料を更に加圧して燃料噴射弁 4 0に供給する。フィ一ドポンプ 4 6カゝら送り出される燃料の圧力は、例えば 0 . 3 M P aである。加圧ポンプ 4 7は、排気カムシャフト 2 2によって往復駆動されるプランジャ

4 8と、同プランジャ 4 8の往復動によって容積が変化する加圧室 4 9とを備える。この加圧室 4 9は、低圧燃料通路 5 0を介してフィードポンプ 4 6に接続される。加圧室 4 9はまた、リターン通路 5 1を介して燃料タンク 4 5に接続される。加圧室 4 9はさらに、高圧燃料通路 5 2を介してデリバリパイプ 5 3に接続される。デリバリパイプ 5 3には燃料噴射弁 4 0が接続される。デリバリパイプ

5 3には、燃料噴射弁 4 0に供給される燃料の圧力を検出するための燃圧センサ 5 5が設けられる。加圧ポンァ 4 7は、低圧燃料通路 5 0及びリターン通路 5 1を加圧室 4 9に対して選択的に接続及び遮断するソレノィドバルブ 5 4を有する。このソレノィドバルブ 5 4は電磁ソレノィド 5 4 aを備える。電磁ソレノイド 5 4 aへの印加電圧が制御されることによって、. ソレノィドバルブ 5 4が開閉動作する。加圧室 4 9の容積が増大する方向にプランジャ 4 8が移動するとき、ソレノィドバルブ 5 4を開放すべく、電磁ソレノイド 5 4 aに対する通電が停止される。加圧室 4 9 の容積が減少する方向にプランジャ 4 8が移動するとき、ソレノィドバルブ 5 4 を閉鎖すべく、電磁ソレノィド 5 4 aに対する通電が実行される。上記のようにソレノィドバルブ 5 4が選択的に開放及び閉鎖されることによつて、加圧ポンプ 4 7はフィードポンプ 4 6から送り込まれた燃料を例えば 1 2 M P aまで加圧する。加圧ポンプ 4 7は、その加圧燃料を高圧燃料通路 5 2及びデリバリパイプ 5 3を介して燃料噴射弁 4 0に供給する。ソレノィドバルブ 5 4の閉鎖タイミングが変更されると、加圧ボンブ 4 7から高圧燃料通路 5 2へ圧送される燃料の量が変化する。それに応じて、高圧燃料通路 5 2及びデリバリパイ^ 5 3内の燃料圧力、言い換えれば燃料噴射弁 40へ供給される燃料の圧力も変化する。具体的には、加圧室 4 9の容積が減少する方向にプランジャ 48が移動するとき、ソレノイドバルブ 54の閉鎖タイミングを遅らせるほど、加圧ポンプ 4 7から高圧燃料通路 5 2へ圧送される燃料の量が少なくなって、燃料噴射弁 40に供給される燃料の圧力が低下する。これは、ソレノイドバルブ 54の閉鎖タイミングを遅らせるほど、加圧ポンプ 4 7からリターン通路 5 1を介して燃料タンク 4 5に戻される燃料の量が多くなるためである。次に、エンジン 1 1の制御装置の電気的構成を図 4に基づいて説明する。図 4 に示すように、制御装置は、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、スロットル開度制御及び燃料圧力制御など、エンジン 1 1の運転状態を制御するための電子制御ユニット（以下「ECU」とレ、う） 9 2を備える。この ECU 9 2は、 ROM 93、 C PU 94、 RAM 9 5及びバックアップ RAM 96を含む論理演算回路として構成される。

ROM9 3は、各種制御ブログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等を記憶したメモリである。 C PU 94は、 ROM9 3に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。 RAM 9 5は、 C P U 94での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップ RAM96は、エンジン 1 1の停止時に保存すべきデータを記憶する不揮発性のメモリである。 ROM9 3、 C PU 94、 RAM 9 5及びバックァップ RAM9 6は、ノくス 9 7を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路 98及び外部出力回路 9 9と接続される。外部入力回路 9 8には、クランクポジションセンサ 1 4 c、カムポジションセンサ 2 1 b、アクセルポジションセンサ 26、バキュームセンサ 3 6、スロットルポジションセンサ 44及び燃圧センサ 5 5が接続される。外部出力回路 9 9には、スロットル用モータ 24、スワール用モータ 3 5、燃料噴射弁 40、ィダナイタ 4 1 a及びソレノィドバルブ 54が接続される。

ECU 9 2は、バキュームセンサ 3 6からの検出信号に基づき、吸気通路 3 2 の内部圧力（吸気圧 PM) を求める。 ECU 92は、アクセルポジションセンサ 26からの検出信号に基づき、アクセル踏込量 AC C Pを求める。更に、 ECU 92は、クランクポジションセンサ 1 4 cからの検出信号に基づき、エンジン回転数 NEを求める。 ECU 9 2は、吸気圧 PMとエンジン回転数 N E、若しくはアクセル踏込量 AC C Pとエンジン回転数 NEとに基づき、周知のマップを参照して燃料噴射量 Qを求める。算出される燃料噴射量 Qは、エンジン回転数 NEが高くなるほど大きい値になり、吸気圧 PM若しくはアクセル踏込量 AC C Pが大きくなるほど大きい値になる。燃料噴射量 Qは、エンジン 1 1にかかる負荷を反映する。

ECU 9 2は、エンジン 1 1が高回転且つ高負荷の状態にあるときに、ェンジン 1 1の燃焼方式を均質燃焼にする。 E CU 9 2は、エンジン 1 1が低回転且つ低負荷の状態にあるときに、エンジン 1 1の燃焼方式を成層燃焼にする。ェンジン 1 1に高出力が要求される高回転高負荷時には、均質燃焼が実行されることにより、混合気の空燃比が比較的小さくされて、エンジン出力が高められる。ェンジン 1 1に高出力が要求されない低回転低負荷時には、成層燃焼が実行されることにより、混合気の空燃比が比較的大きくされて、燃費の向上が図られる。均質燃焼が実行されるとき、 ECU 9 2は、吸気圧 PMとエンジン回転数 NE とに基づき燃料噴射量 Qを求める。 ECU 92は、求められた燃料噴射量 Qに対応した量の燃料を、エンジン 1 1の吸気行程中に燃料噴射弁 40から噴射させる。このとき、燃焼室 1 6内の混合気の空燃比は、理論空燃比若しくはそれよりも小さくなる。 ECU 92はまた、スロットル開度、点火時期及び S CV 34の開度が均質燃焼に適した値になるように、スロットル用モータ 24、ィグナイタ 4 1 a及びスワール用モータ 3 5を制御する。成層燃焼が実行されるとき、 E C U 9 2は、アクセル踏込量 A C C Pとェンジン回転数 N Eとに基づき燃料噴射量 Qを求める。 E C U 9 2は、求められた燃料噴射量 Qに対応した量の燃料を、エンジン 1 1の圧縮行程中に燃料噴射弁 4 0から噴射させる。このとき、燃焼室 1 6内の混合気の空燃比は、均質燃焼時の空燃比よりも大きくなる。 E C U 9 2はまた、スロットル開度、点火時期及び S C V 3 4の開度が成層燃焼に適した値になるように、スロットル用モータ 2 4、イダナイタ 4 1 a及びスワール用モータ 3 5を制御する。成層燃焼の実行時において、燃料噴射弁 4 0から噴射された燃料は、ピストン 1 2の頂部に設けられた窪み 1 2 a (図 1参照）に入り込む。また、 S C V 3 4 の開度調節に基づき燃焼室 1 6内にスワールが発生し、そのスワール及びビストン 1 2の移動により噴射燃料が点火プラグ 4 1の周りに集められる。そのため、燃焼室 1 6内の混合気全体の平均空燃比が均質燃焼時より大きくても、点火ブラグ 4 1周りの混合気の空燃比は着火に適した値になり、その結果、混合気への着火が良好に行われる。次に、 E C U 9 2を通じて実行される燃料圧力制御、及び二次供給装置の異常時におけるフューエルカット制御の概要を説明する。なお、二次供給装置の異常とは、加圧ポンプ 4 7自身の異常のみならず、加圧ポンプ 4 7のための制御機器等、加圧ポンプ 4 7の制御に関わる周辺機器の異常をも含む _c

E C U 9 2は、燃圧センサ 5 5からの検出信号に基づき、燃料噴射弁 4 0に供給される実際の燃料圧力（燃圧）を求め、その実際の燃圧が予め定められた目標値（例えば 1 2 M P a ) になるようにソレノィドバルブ 5 4を制御する。し力、し、二次供給装置では、電磁ソレノィド 5 4 aや燃圧センサ 5 5での断線ゃショートといった電気的な異常や、加圧ボンブ 4 7での異物の嚙み込みといった機械的な異常が発生することがある。これらの異常が発生した場合、上記のようにソレノイドバルブ 54を制御しても、実際の燃圧を目標値にすることができず、エン^ ン 1 1の運転状態が悪化する。そこで、 ECじ 92は、二次供給装置に異常が生じたときには、ソレノイドバルブ 54の電磁ソレノィド 54 aに対する印加電圧のデューティ比を 0%にして、ソレノィドバルブ 54を開放状態で維持する。この状態では、加圧ポンプ 47の駆動に基づく燃料の加圧が行われず、フィードポンプ 46による燃料供給圧力（0. 3MP a ) にて燃料噴射弁 40からの燃料噴射が行われる。このとき ECU 92 は、エンジン 1 1の燃焼方式を強制的に均質燃焼にする。成層燃焼を実行するためには、燃焼室 1 6内の圧力が最も高くなるエンジン 1 1の圧縮行程中に燃料嘖射を行う必要がある。しかし、エンジン 1 1の圧縮行程中に、フィードポンプ 4 6による低い燃料供給圧力にて燃料噴射を行うことは困難である。そのため、燃焼室 1 6内の圧力が低いエンジン 1 1の吸気行程中に燃料噴射が行われて、均質燃焼が実行される。二次供給装置の異常発生時には、上述したように強制的に均質燃焼が実行されて、エンジン 1 1が二次供給装置の正常時とは異なる運転状態、言い換えれば退避運転状態に移行する。エンジン 1 1の退避運転中においては、燃圧がほぼ 0. 3MP a という通常よりも低い値に固定される。そのため、要求される燃料噴射量 Qを得るためには、燃料噴射時間てを二次供給装置の正常時よりも長くする必要が生じる。こ二で、燃料噴射量 Qと燃料噴射時間 τ との関係を下記の式（ 1 ) に示す。 r =QXKP RXA ··· ( 1 )

て：燃料噴射時間

Q ：燃料噴射量

K P R ：燃圧補正係数

A ：燃料噴射弁によって決まる定数上記燃圧補正係数 K P Rは燃圧に応じて増減する値であって、燃圧が低いほど大きい値になる。従って、エンジン 1 1の退避運転時のよに、燃圧が低い条件下においては、燃料嘖射時間 τが長くなる。また、燃料噴射量 Qが大きくなるほど燃料噴射時間てが長くなる。エンジン 1 1が退避運転に移行した状態で、要求される燃料噴射量 Qの増大に伴い燃料噴射時間てが過度に長くなると、燃焼室 1 6内に燃料を嘖射可能な期間 (噴射可能期間）中に燃料噴射を完了することができなくなる。噴射可能期間は、例えば、ビストン 1 2が吸気行程の上死点から圧縮行程の中間の位置まで移動する期間、言い換えればビストン 1 2が吸気行程の上死点にある状態からクランクシャフト 1 4が 2 7 0° 回転するまでの期間である。すなわち、噴射可能期間は、例えば 2 7 0° C Αのクランク角に相当する。ここで、フィードポンプ 4 6による燃料供給圧力にて燃料噴射を実行する際の最大燃料噴射時間て max について、下記の式（2) を参照して説明する。最大燃料噴射時間 rmax は嘖射可能期間に相当し、許容でき得る燃料噴射時間 τの最大値である。 τ max = (6 00 0 0/NE) X ( θ /3 6 0° ) … （2)

て max ：最大燃料噴射時間 [msec]

NE ：エンジン回転数 [rpm]

Θ ：噴射可能期間に相当するクランク角（例えば 2 7 0° CA) 上記式（2) において、 6 0 0 0 0ZN Eは、クランクシャフト 1 4がー回転するのに要する時間（msec)を表す。 Θは固定値である。従って、この式（2) は、最大燃料噴射時間て max がエンジン回転数 N Eによって決まることを示す。この式（2) における最大燃料噴射時間 r max を上記式（ 1 ) の燃料噴射時間 τに代入すると、下記の式（3) が得られる。なお、この式（3) においては、式（ 1 ) における燃料噴射量 Qが、最大燃料噴射時間 rmax に対応する許容最大噴射量 Q maxとして表される。すなわち、許容最大噴射量 Qmaxは、最大燃料噴射時間 τ max 内において、フィ一ドボンァ 4 6による燃料供給圧力にて噴射することのできる燃料噴射量 Qの最大許容値である。一

Qmax= (6 0000/N E) X (θΖ36 0° ) Z (KP R XA)

= C/N E ··· (3) エンジン 1 1の退避運転時には、燃圧がほぼ 0. 3MP aに固定されるので、燃圧に応じて変化する燃圧補正係数 K P Rは固定値として考えることができる。また、 A及び Θのいずれも固定値である。そのため、上記式（3) の右辺において、エンジン回転数 N E以外の値の全ては、固定値としての Cに置き換えることができる。つまり、式（3) は、許容最大噴射量 Qmax がエンジン回転数 NEに応じて決定されることを示す。エンジン回転数 NEの変化に対する許容最大噴射量 Qmax の推移を、図 6のグラフに示す。この図 6から明らかなように、エンジン回転数 N Eが増大するほど許容最大噴射量 Qmax が小さくなる。これは、エンジン回転数 N Eが増大するほど最大燃料噴射時間て max が小さくなるためである。エンジン 1 1の退避運転中において、吸気圧 PM及びエンジン回転数 NEに基づき算出される燃料噴射量 Qが、図 6に実線で示す許容最大噴射量 Qmax よりも小さい場合には、燃焼室 1 6内における混合気の空燃比を理論空燃比にできる。一方、エンジン 1 1の退避運転中において、吸気圧 PM及びエンジン回転数 N Eに基づき算出される燃料噴射量 Qが、図 6に実線で示す許容最大噴射量 Qmax よりも大きい場合には、燃料噴射時間てが最大燃料噴射時間 r max を越える。これは、噴射可能期間に相当するクランク角 Θの範囲内で燃料噴射を完了することができないことを意味する。このような場合には、燃焼室 1 6内に供給される燃料の量が所要値に達せず、燃焼室 1 6内における混合気の空燃比が適正値よりも大きくなる。そのため、混合気が確実に着火せず、失火が生じる可能性がある。失火が生じた場合には、未燃焼の混合気が燃焼室 1 6から排気通路 3 3に送り出される。排気通路 3 3の熱によって混合気が燃焼すると、排気通路 3 3に設けられた触媒 3 3 aが過熱されて損傷する。そこで本実施形態では、エンジン 1 1の退避運転中において、燃料噴射量 Qが許容最大噴射量 Qmax よりも大きいときには、燃料噴射弁 40からの燃料噴射が禁止される、つまりフューエルカットが実行される。従って、失火が生じることが未然に防止され、当然、未燃焼の混合気が燃焼室 1 6から排気通路 3 3に送り出されること及びその送り出される混合気の燃焼に起因して触媒 3 3 aが過熱されることはなレ、。図 5は、 ECU 9 2によって実行されるフューエルカツト要求ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。先ずステップ S 1 0 1において、 ECU 9 2は、 RAM 9 5に設定されるフエィルセーフ実行フラグ Ffs が " 1 " であるか否かを判断する。このフェイルセーフ実行フラグ Ffs は、二次供給装置の異常、具体的には、加圧ポンプ 4 7及び同ポンプ 4 7の制御に関わる周辺機器における異常の有無を判断するためのも

E CU 9 2は、図示しない別のルーチンによって、電磁ソレノィド 54 a及び燃圧センサ 5 5に対し入出力される電流値や電圧値に基づき、断線やショートといった電気的な異常を検出する。また、 ECU 9 2は、燃圧センサ 5 5に異常がないことを条件に、その燃圧センサ 5 5からの検出信号に基づき求められる燃圧、及び電磁ソレノィド 54 aに対する印加電圧のデューティ比から、加圧ポンプ 4 7での異物の嚙み込みといった機械的な異常を検出する。

ECじ 92は、上記のような異常の発生を検出したとき、フェイルセーフ実行フラグ Ffs を " 1 " に設定する。 E CU 9 2は、上記のような異常の発生を検出しないとき、フェイルセーフ実行フラグ Ffsを "0" に設定する。上記ステップ S 1 0 1において Ffs= 0である場合には、 ECU 9 2は、二次供給装置に異常が無いものとして、ステップ S 1 0 7に進む。 ECU 9 2は、ステツプ S 1 07において、 RAM 9 5に設定されるフューエル力ット要求フラグ F fc を "0" にして、処理を一旦終了する。フューエルカット要求フラグ Ffc は、フューエルカットを実行するか否かを決定するためのものである。 ECU 9 2は、フューエルカット要求フラグ Ffc 力； "0" である場合には、フューエルカットを実行しなレ、。 ECU 9 2は、フューエルカット要求フラグ Ffc 力； " 1 " である場合には、図示しない別のルーチンに従って燃料嘖射弁 40を制御して、フューェノレカットを実行する。一方、上記ステップ S 1 0 1において Ffs= 1である場合には、 E CU 9 2は、二次供給装置に異常があるものとして、ステップ S 1 02に進む。 ECU 92は、ステップ S 1 0 2において、ソレノィドバルブ 54の電磁ソレノィド 54 aに対する印加電圧のデューティ比を 0%に固定する。従って、ソレノイドバルブ 54 が開放状態で維持され、加圧ポンプ 4 7の駆動に基づく燃料の加圧が停止される。この状態では、フィードポンプ 46による燃料供給圧力（0. 3MP a ) にて燃料噴射弁 40からの燃料嘖射が行われる。続くステップ S 1 03において、 ECU 9 2は、エンジン 1 1の燃焼方式を強制的に均質燃焼にして、エンジン 1 1に退避運転を行わせる。次に、ステップ S 1 04において、 ECU 9 2は、エンジン回転数 N Eに基づき、上記式（3) に従って許容最大噴射量 Qmax を算出する。

ECU 9 2は、ステップ S 1 05において、図示しない別のルーチンで求められる燃料噴射量 Qが許容最大噴射量 Qmax よりも大きいか否か、言い換えればェンジン 1 1の退避運転中において、算出された燃料噴射量 Qに基づく燃料噴射が、噴射可能期間に相当するクランク角 Θの範囲内で完了できるか否かを判断する。 E CU 9 2は、 Q〉Qmax が成立しない場合には、フユ一エルカットが不要であると判断して、前記ステツブ S 1 0 7に進む。 ECU 92は、 Q>Qmax が成立する場合には、フューエルカットが必要であると判断して、ステップ S 1 06に進む。 ECU 9 2は、ステップ S 1 06において、フューエルカット要求フラグ Ffcを " 1 " に設定して、処理をー且終了する。

E CU 9 2は、フューエル力ット要求フラグ Ffc 力； " 1 " である場合には、図示しない別のル一チンに従ってフューエルカットを実行する。従って、ェンジン 1 1の退避運転中において、求められた燃料噴射量 Qが許容最大噴射量 Qmax よりも大きくて、その燃料噴射量 Qに基づく燃料噴射が噴射可能期間に完了できない場合には、燃料噴射が実行されない。そのため、前述したように、失火が生じることが未然に防止され、未燃焼の混合気の排出及び触媒 3 3 aの過熱が防止される。フューエルカツ卜の実行に伴いエンジン回転数 N Eが低下すると、その低下したエンジン回転数 NEに基づき求められる許容最大噴射量 Qmax が大きくなる。そして、算出される燃料噴射量 Qが許容最大噴射量 Qmax 以下になれば、 ECU 9 2は、上記ステップ S 1 0 5において否定判定して、ステップ S 1 07に進む。従って、フユ一エルカツト要求フラグ Ffc "0" に設定され、フューエル力ットが停止される。

(第 2実施形態）

次に、本発明における第 2実施形態を、図 1〜図 6の実施形態との相違点を中心に、図 7及び図 8に基づき説明する。本実施形態では、フユ一エルカットを実行することに代えて、エンジン 1 1の退避運転時において、算出される燃料噴射量 Qが許容最大噴射量 Qmax よりも大きくならないように、燃焼室 1 6に吸入される空気の量（吸入空気量）が制限される。吸入空気量は、スロットルバルブ 2 3の開度（スロットル開度）を制御することによって調整される。先ず、 E CU 9 2を通じて実行されるスロットル開度制御の概要を説明する。 E CU 9 2は、アクセル踏込量 AC C Pやエンジン回転数 N Eを含むエンジン 1 1の運転状態に基づき基本ス口ットル開度 T RT Bを求め、その基本スロットル開度 T RT Bを目標スロットル開度 T RTとして設定する。 E CU 9 2は、スロットルポジションセンサ 44からの検出信号に基づき実際のスロットル開度を求め、その実際のスロットル開度が目標ス口ットル開度 T RTと一致するようにスロットル用モータ 24を制御する。このスロットル開度制御では、アクセル踏込量 AC C Pが大きくなるほどスロットル開度が大きくなって、吸入空気量が増加する。二次供給装置に異常が発生してエンジン 1 1が退避運転に移行すると、 E CU 9 2は、算出される燃料噴射量 Qが許容最大噴射量 Qmax よりも大きくならないように、吸入空気量を制限する。具体的には、 E CU 9 2は、エンジン回転数 N Eに基づき図 7に示すマップを参照して、スロットル開度の上限値 Gを設定する。図 7に示すように、上限値 Gは、エンジン回転数 NEが大きくなるほど小さくなる。 E CU 9 2は、この上限値 Gを越えない範囲で、目標スロットル開度 TRT を設定する。これによりスロットル開度が制限されて、吸入空気量が制限される。スロットル開度、言い換えれば吸入空気量が制限されると、吸気圧 PMが小さい値に抑制される。エンジン 1 1の退避運転時には均質燃焼が実行されるが、均質燃焼の実行時には、吸気圧 PM及びエンジン回転数 NEに基づき燃料噴射量 Q が算出される。算出される燃料噴射量 Qは、吸入圧 PMが小さくなるほど小さい値になる。従って、吸入空気量を制限して吸気圧 PMを小さい値に抑制すれば、算出される燃料噴射量 Qが許容最大噴射量 Qmax よりも大きくならないように制限される。図 Ίに示すように、スロットル開度の上限値 Gはエンジン回転数 N Eが大きくなるほど小さくなるので、エンジン回転数 NEが大きくなるほど、吸入空気量、言い換えれば吸気圧 PV1はより一層制限される。そのため、エンジン回転数 NE が大きくなつても、結果的に算出される燃料噴射量 Qは抑制されて、許容最大 i 射量 Qmax よりも大きくならない。従って、算出された燃料噴射量 Qに基づく燃料噴射を、噴射可能期間内に確実に完了できる。そのため、エンジン 1 1の退避運転時に空燃比が適正値よりも大きくならず、燃焼室 1 6内の混合気に確実に着火が行われる。図 8は、目標スロットル開度 TRTを設定するためのスロットル開度設定ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、 ECU 9 2によって例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。先ずステップ S 20 1において、 E CU 9 2は、フェイルセーフ実行フラグ F fsが " 1 " であるか否かを判断する。 Ffs= 0である場合には、 ECU 9 2は、二次供給装置に異常が無いものとして、ステップ S 2 0 7に進む。 E CU 9 2は、ステップ S 20 7において、図示しない別のルーチンで求められる基本スロットル開度 T RT Bを目標ス口ットル開度 T RTとして設定し、処理を一且終了する。一方、上記ステップ S 20 1において Ffs= 1である場合には、 ECU 92は、二次供給装置に異常があるものとして、ステップ S 202に進む。 E CU 92は、ステツァ S 20 2において、電磁ソレノィド 54 aに対する印加電圧のデューティ比を 0%に固定する.：従って、加圧ポンプ 4 7の駆動に基づく燃料の加圧が停止されて、フィードポンプ 46による低い燃料供給圧力にて燃料噴射が行われる。続くステップ S 203において、 E CU 9 2は、エンジン 1 1の燃焼方式を強制的に均質燃焼にして、エンジン 1 1に退避運転を行わせる。次に、ステップ S 204において、 £じし： 9 2は、エンジン回転数 N Eに基づき、図 7のマップを参照してスロットル開度の上限値 Gを求める。

ECU 9 2は、ステップ S 205において、図示しない別のルーチンで求められる基本ス口ットル開度 T RT Bが上限値 Gよりも大きいか否かを判断する。 T RT B〉Gが成立しない場合には、 E CU 9 2は、前記ステップ S 20 7に進む。 TRTB〉Gが成立する場合には、 ECU 9 2は、ステップ S 206に進む。 E CU 9 2は、ステップ S 206において、上限値 Gを目標スロットル開度 T RT として設定し、処理を一旦終了する。エンジン 1 1の退避運転時において、ステップ S 206或いはステップ S 20 7で設定された目標スロットル開度 TRTは上限値 Gを越えない。そのため、燃料噴射量 Qが許容最大噴射量 Qmax よりも大きくならないように吸入空気量が制限され、算出された燃料噴射量 Qに基づく燃料噴射を、噴射可能期間内に確実に完了できる。従って、空燃比が適正値よりも大きくならず、燃焼室 1 6内の混合気に確実に着火が行われて、失火及び失火に起因する触媒 3 3 aの過熱が防止される。なお、上記の各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。図 1〜図 6の実施形態では、許容最大噴射量 Qmax を式（3) に従って求めたが、これに代えて図 9に示すマップの実線で示される値を参照して許容最大噴射量 Qmax を求めてもよい。このマップは、エンジン回転数 N Eの変化に対する許容最大噴射量 Qraax の推移を設定したものである。式（3) に基づき求められる許容最大噴射量 Qmax は、図 9のマップ上においては二点鎖線で示すように推移する。実線で示される許容最大噴射量 Qmax は、エンジン 1 1の低回転時及び高回転時には二点鎖線で示される許容最大噴射量 Qmax よりも小さくなり、ェンジン 1 1の中回転時には二点鎖線で示される許容最大噴射量 Qmax よりも大きくなる。混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きくても、失火が生じないエンジン回転数 NEの領域が存在する。また、エンジン 1 1の低回転域及び高回転域では、比較的失火が生じ易い。これらのことを考慮して、実線で示される許容最大噴射量 Qmax が設定される: この図 9のマップに従って許容最大噴射量 Qmax を設定すれば、失火が生じない状況で不要にフューエルカットが行われたり、或いは失^" が生じる状況でフユ一エルカツ卜が行われないことが確実に防止され、フユ一ェルカットが一層適正に行われる。これは、エンジン 1 1 の運転性能が不要に低下するのを防止する。図 1〜図 6の実施形態と図 7及び図 8の実施形態を組み合わせて、フューエルカット及び吸入空気量の制限の両方を実行するようにしてもよい。この場合、フユーエルカツ卜が実行されるエンジン 1 1の運転領域と吸入空気量の制限が実行されるエンジン 1 1の運転領域とを区別してもよい。

Claims

請求の範囲一

1. 燃焼室（ 1 6) 内において空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を得るエンジンの制御装置であって、

燃料を燃焼室（ 1 6) 内に直接噴射する燃料噴射弁（4 0) と、

燃料を燃料噴射弁（4 0) に供給するための燃料供給装置であって、その燃料供給装置は一次供給装置（4 6) 及び二次供給装置（4 7) を含み、二次供給装置（4 7) は、一次供給装置（4 6 ) から所定の圧力で送り出された燃料を更に加圧して燃料噴射弁（4 0) に供給することと、

燃料供給装置を制御するための制御手段（9 2) であって、二次供給装置（4 7) に異常が発生したとき、制御手段（9 2) は、燃料噴射弁（4 0) がー次供給装置（4 6) から送り出される燃料の圧力で燃料嘖射を行うように、二次供給装置（4 7) の駆動を停止させることと、

二次供給装置（4 7) の駆動が停止されているとき、失火を誘発しない混合気のみが燃焼室（ 1 6) 内に形成されるように、燃料噴射弁（4 0) の駆動又は燃焼室（ 1 6) に吸入される空気の量を制限する制限手段（9 2) と

を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。

2. エンジンの運転状態に基づき燃料噴射弁（4 0)から噴射すべき燃料の量（Q) を算出する算出手段（9 2) を更に備え、前記制限手段（9 2) は、算出された燃料噴射量（Q) が所定の許容値（Qmax) よりも大きいときに、燃料噴射弁（4 0) に燃料噴射を禁止させることを特徴とする請求項 1に記載の制御装置。

3.エンジンの運転状態に基づき燃料噴射弁（4 0)から噴射すべき燃料の量（Q) を算出する算出手段（9 2) を更に備え、前記制限手段（9 2) は、算出される燃料噴射量（Q) が所定の許容値（Qmax) を越えないように、燃焼室（ 1 6) に吸入される空気の量を制限することを特徴とする請求項 1に記載の制御装置。

4. 燃焼室（ 1 6 ) に空気を供給するための吸気通路（3 2) が燃焼室（ 1 6) に接続され、吸気通路（3 2) の開放量を調整するスロットルバルブ（2 3) が吸気通路（32) 中に設けられ、前記制限手段（9 2) は、スロットルバルブ（2 3) の開度を所定の上限値（G) 以下に制限することを特徴とする請求項 3に記載の制御装置。

5. 前記上限値（G) は、エンジン回転数（NE) を含むエンジンの運転状態に応じて決定されることを特徴とする請求項 4に記載の制御装置。

6. 前記上限値（G) は、エンジン回転数（NE) が増大するほど小さくなることを特徴とする請求項 5に記載の制御装置。

7. エンジンの運転サイクル中において、燃焼室（ 1 6) 内に燃料を噴射することのできる期間が噴射可能期間として予め定められており、前記許容値（Qmax) は、噴射可能期間内において、一次供給装置（46) から送り出される燃料の圧力にて燃料噴射弁（40) から噴射することのできる燃料嘖射量の最大値であることを特徴とする請求項 2〜 6の何れか一項に記載の制御装置。

8. 前記許容値（Qmax) は、エンジン回転数（NE) を含むエンジンの運転状態に応じて決定されることを特徴とする請求項 2〜 7の何れか一項に記載の制御

9. 前記許容値（Qmax) は、エンジン回転数（NE) が増大するほど小さくなることを特徴とする請求項 8に記載の制御装置。

1 0. エンジンは複数の燃焼方式から選択された燃焼方式を実施可能であり、その燃焼方式は、混合気を燃焼室（ 1 6) 内に偏在させた状態で燃焼を行う成層燃焼と、混合気を燃焼室（ 1 6) 内に均質に存在させた状態で燃焼を行う均質燃焼とを含み、二次供給装置（4 7) の駆動が停止されているときには、燃焼方式が均質燃焼に固定されることを特徴とする請求項 2〜 9の何れか一項に記載の制御

1 1. エンジンの圧縮行程時に燃料嘖射弁（40) が燃料を噴射することによつて成層燃焼が行われ、エンジンの吸気行程時に燃料噴射弁（40) が燃料を噴射することによって均質燃焼が行われることを特徴とする請求項 1 0に記載の制御

1 2. 均質燃焼が実行されているとき、前記算出手段（9 2) は、燃焼室（ 1 6) に吸入される空気の圧力（PM) とエンジン回転数（NE) とに基づき、燃料噴射量（Q) を算出することを特徴とする請求項 1 0又は 1 1に記載の制御装置。

1 3. 燃焼室（ 1 6) 内において空気と燃料との混合気を燃焼させることによつて動力を得るエンジンの制御方法であって、

燃料を燃料供給装置から燃料噴射弁（40) に供給する工程であって、燃料供給装置は一次供給装置（46) 及び二次供給装置（4 7) を含み、二次供給装置 (47) は、一次供給装置（46) から所定の圧力で送り出された燃料を更に加圧して燃料噴射弁（40) に供給することと、

加圧された燃料を燃料噴射弁（40) から燃焼室（ 1 6) 内に直接噴射するェ程と、

二次供給装置（47) に異常が発生したとき、燃料噴射弁（40) がー次供給装置（46) から送り出される燃料の圧力で燃料噴射を行うように、二次供給装置（47) の駆動を停止させる工程と、

二次供給装置（47) の駆動が停止されているとき、失火を誘発しない混合気のみを燃焼室（ 1 6) 内に形成する工程と

を備えることを特徴とするエンジンの制御方法。

1 4. エンジンの運転状態に基づき燃料噴射弁（40) から噴射すべき燃料の量 (Q) を算出する工程と、

二次供給装置（47) の駆動が停止されている状態において、算出された燃料噴射量（Q) が所定の許容値（Qmax) よりも大きいときには、燃料噴射弁（Γ 0) に燃料噴射を禁止させる工程と

を備えることを特徴とする請求項 1 3に記載の制御方法。

1 5. エンジンの運転状態に基づき燃料噴射弁（4 0) から噴射すべき燃料の量 (Q) を算出する工程と、

二次供給装置（4 7)の駆動が停止されているとき、算出される燃料噴射量（Q) が所定の許容値（Qmax) を越えないように、燃焼室（ 1 6 ) に吸入される空気の量を制限する工程と

を備えることを特徴とする請求項 1 3に記載の制御方法。