JP2000145516A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】筒内インジェクタ系の故障によるフェイルセー
フ時に筒外インジェクタからの燃料噴射のみで走行した
場合であっても空燃比を適正に保持し、適切な駆動力を
得る。 【解決手段】筒内インジェクタ系が故障した場合、筒内
インジェクタ１０からの燃料噴射を禁止すると共に筒外
インジェクタ１１のみの燃料噴射とし、目標吸入空気量
補正手段３６では、筒外インジェクタ１１からの燃料噴
射量と理論空燃比とに基づき目標吸入空気量を算出し、
スロットル通過空気量算出手段３７において目標吸入空
気量に基づきスロットル通過空気量を逆チャンバモデル
式により算出する。そして、スロットル開度指示値算出
手段３８においてスロットル通過空気量に対応するスロ
ットル開度指示値を算出し、スロットル弁駆動部３９を
介してスロットルアクチュエータ５ａへ出力して、スロ
ットル弁開度を制御する。スロットル弁開度が理論空燃
比に対応する値に制御されるため、空燃比が適正に保持
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内インジェクタ
の故障時に筒外インジェクタのみから燃料を供給するよ
うにしたエンジン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エンジン負荷に応じて、リー
ン空燃比による燃焼が可能な成層燃焼モードと、通常の
理論空燃比（ストイキオ）による均一燃焼モードとを選
択する空燃比制御が種々提案されている。

【０００３】例えば特開平７−２９３３０１号公報に
は、燃焼室へ直接噴射する筒内インジェクタと、吸気ポ
ートに燃料を噴射する筒外インジェクタとを備え、低中
負荷運転領域では成層燃焼モードを選択し、高負荷運転
領域では、通常の均一燃焼モードを選択し、低中負荷運
転領域と高負荷運転領域との間、即ち、燃焼モードを成
層燃焼モードと均一燃焼モードとの一方から他方へ切換
える過渡運転領域にある中間負荷運転領域では、２ゾー
ン燃焼モードを選択し、均一燃焼モードでは筒外インジ
ェクタのみの噴射とし、成層燃焼モード時は筒内インジ
ェクタのみの噴射とし、２ゾーン燃焼モード時はエンジ
ン負荷に応じて両インジェクタの噴射割合を可変する技
術が開示されている。

【０００４】この先行技術では、燃焼モードに応じて２
種のインジェクタを選択しているため、その過渡領域に
ある２ゾーン燃焼モードにおいては、トルク変動を防止
しつつ、２種のインジェクタの切換えをスムーズに行う
必要があるため、燃料噴射制御が極めて難しい。

【０００５】これに対処するに、高負荷運転領域からア
イドル運転までの広い範囲を筒内インジェクタのみで制
御することも考えられるが、例えば高負荷に見合う噴射
量を得ようとすれば、アイドル運転時の最小噴射量を安
定して供給することが困難となり、アイドル回転数が高
めに設定されてしまい、燃費が悪くなる。特に、筒内イ
ンジェクタと過給機を備えたエンジンでは、過給時のシ
リンダ内圧が上昇するため、高負荷運転時と低負荷運転
時とのシリンダ内圧力差が大きくなり、アイドル運転時
の燃料噴射制御が一層難しくなる。

【０００６】そのため、例えば実公平２−３８０４７号
公報には、筒内インジェクタの特性を低中負荷運転領域
に設定し、高負荷運転領域においては筒内インジェクタ
の不足分を筒外インジェクタにより補完する技術が開示
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】実公平２−３８０４７
号公報に開示されている技術によれば、筒外インジェク
タを筒内インジェクタの噴射量の不足分を補助する役割
として使用しているため、低中負荷運転領域から高負荷
運転領域へスムーズに移行させることが可能であるが、
筒内インジェクタ或いは該筒内インジェクタに燃料を供
給する燃料系（以下「筒内インジェクタ系」）に故障等
による作動不良が生じた場合には、燃料噴射制御が停止
してしまう。

【０００８】このような筒内インジェクタ系の作動不良
時のフェイルセーフとして、例えば特開平７−２９３３
０１号公報に開示されているように、筒内インジェクタ
からの燃料噴射を禁止し、且つ燃焼モードを均一燃焼モ
ードに固定し、筒外インジェクタのみのからの燃料噴射
により走行を確保することも可能であるが、筒外インジ
ェクタが筒内インジェクタの補助的役割として設定され
ているため、スロットル弁全開時等の吸入空気量に見合
うだけの燃料噴射量を供給することができず、フェイル
セーフ時の空燃比がリーン化してしまい、燃焼不良によ
るトルク不足が発生する。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑み、筒内インジェ
クタ系の作動不良によるフェイルセーフにおいて、筒外
インジェクタのみからの燃料噴射制御であっても、空燃
比を適正に保持することができ、適切な駆動力を得るこ
とのできるエンジン制御装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による第１のエンジン制御装置は、燃焼室に燃料
を直接噴射する筒内インジェクタと吸気系に燃料を噴射
する筒外インジェクタと電子制御式スロットル弁とを備
え、エンジン運転状態に基づいて設定した目標燃料噴射
量が上記筒内インジェクタの所定噴射量を越えていると
き、その不足分を上記筒外インジェクタからの燃料噴射
により補完するものにおいて、上記筒内インジェクタ及
び該筒内インジェクタに燃料を供給する燃料系の異常を
判定する異常判定手段と、異常と判定したとき上記筒外
インジェクタの最大噴射量と上記目標燃料噴射量とを比
較し、該目標燃料噴射量が上記最大噴射量を越えている
ときは該目標燃料噴射量を上記最大噴射量に固定する目
標燃料補正手段と、最大噴射量に固定された上記目標燃
料噴射量と目標空燃比とに基づき目標吸入空気量を算出
する目標吸入空気量補正手段と、上記目標吸入空気量に
基づき上記電子制御式スロットル弁に対するスロットル
開度指示値を算出するスロットル開度指示値算出手段と
を備えることを特徴とする。

【００１１】第２のエンジン制御装置は、第１のエンジ
ン制御装置において、前記異常判定手段で異常と判定し
たときは燃焼モードを均一燃焼モードに固定し、且つ前
記目標空燃比を理論空燃比に固定することを特徴とす
る。

【００１２】すなわち、第１のエンジン制御装置では、
筒内インジェクタ及び該筒内インジェクタに燃料を供給
する燃料系の異常が検出されたとき、筒外インジェクタ
の最大噴射量とエンジン運転状態に基づいて設定した目
標燃料噴射量とを比較し、目標燃料噴射量が最大噴射量
を越えているときは目標燃料噴射量を最大噴射量で固定
し、この固定された目標燃料噴射量と目標空燃比とに基
づき目標吸入空気量を算出し、この目標吸入空気量に基
づき上記電子制御式スロットル弁に対するスロットル開
度指示値を算出する。

【００１３】第２のエンジン制御装置では、第１のエン
ジン制御装置において、筒内インジェクタ或いは該筒内
インジェクタに燃料を供給する燃料系の異常が検出され
たときは燃焼モードを均一燃焼モードに固定すると共
に、目標空燃比を理論空燃比に固定する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施の形態を説明する。図３に空燃比制御装置の全体概
略図を示す。同図の符号１は、いわゆる燃料優先型エン
ジンで、エンジン運転状態に基づいて設定した燃料噴射
量と目標空燃比とに基づきスロットル開度を電子的に制
御する。

【００１５】エンジン１の吸気系を構成する吸気管２
に、その上流からエアークリーナ３、スロットル弁５が
順次配設され、又排気系を構成する排気管６に、触媒
７、マフラ８が順次配設されている。スロットル弁５は
電子制御式スロットル弁であり、スロットルアクチュエ
ータ５ａにより開度制御される。

【００１６】エンジン１には、燃焼室に高圧燃料を直接
噴射する筒内インジェクタ１０と、吸気管２内に低圧燃
料を噴射する筒外インジェクタ１１との２つのインジェ
クタが配設されていると共に、燃焼室内の燃焼圧を検出
する筒内圧センサ１２が配設されている。

【００１７】各インジェクタ１１，１２に対する燃料噴
射制御、及びスロットルアクチュエータ５ａに対するス
ロットル開度制御は電子制御装置１３によって行われ
る。

【００１８】電子制御装置１３は、ＣＰＵ１４、ＲＯＭ
１５、ＲＡＭ１６、入力ポート１７、出力ポート１８、
タイマ１９がバスラインを介して互いに接続されたマイ
クロコンピュータを中心に構成されている。入力ポート
１７には、クランク角センサ２０、及びＡ／Ｄ変換器２
１を介して筒内圧センサ１２、アクセルペダルの踏込み
量を検出するアクセル開度センサ２２等が接続されてい
る。又、出力ポート１８には駆動回路２３を介して各イ
ンジェクタ１０，１１、及びスロットルアクチュエータ
５ａ等のアクチュエータ類が接続されている。

【００１９】電子制御装置１３は、各センサ類によって
検出された運転状態に基づき、運転者のアクセル操作に
基づく要求出力に対応する必要燃料量、必要空気量等を
算出し、インジェクタ１０，１１、スロットルアクチュ
エータ５ａ等を相応の制御操作量で作動させ、必要燃料
量、必要空気量等を確保し、運転状態に対応する最適空
燃比を得る。

【００２０】図１の機能ブロック図に示すように、電子
制御装置１３は、目標トルク算出手段２６、目標燃料噴
射量算出手段２７、異常判定手段２８、目標燃料補正手
段２９、インジェクタ噴射量算出手段３０、筒内インジ
ェクタコントローラ部３１、筒内インジェクタ駆動部３
２、筒外インジェクタコントローラ部３３、筒外インジ
ェクタ駆動部３４、目標吸入空気量算出手段３５、目標
吸入空気量補正手段３６、スロットル通過空気量算出手
段３７、スロットル開度指示値算出手段３８、スロット
ル弁駆動部３９とから構成されている。

【００２１】目標トルク算出手段２６では、アクセル開
度センサ２２の出力信号に基づいて算出したアクセル開
度αとクランク角センサ２０から出力されるクランクパ
ルスの間隔時間に基づいて算出したエンジン回転数Ｎｅ
とに基づき、α−Ｎｅマップを補間計算付きで参照し
て、運転者の要求出力に応じる目標トルクＴｅｉを算出
する。

【００２２】そして、燃料噴射制御系は、先ず、目標燃
料噴射量算出手段２７において、目標トルクＴｅｉとエ
ンジン回転数Ｎｅとに基づき、Ｔｅｉ−Ｎｅマップを補
間計算付きで参照して目標燃料噴射量Ｇｆを算出する。

【００２３】次いで、インジェクタ噴射量算出手段３０
にて、目標燃料噴射量Ｇｆに基づき筒内インジェクタ１
０及び筒外インジェクタ１１の駆動量を算出する。本実
施の形態では筒外インジェクタ１１を筒内インジェクタ
１０の補助的役割として設定している。

【００２４】この関係を目標トルクＴｅｉと目標燃料噴
射量Ｇｆとの関係で示すと、図２に示すようになる。即
ち、目標トルクＴｅｉの増加に伴い筒内インジェクタ１
０の噴射量が所定噴射量Ｇｆｄに到達するまで一様に増
加し、所定噴射量Ｇｆｄに達したときは固定し、このと
きの目標燃料噴射量Ｇｆの不足分を、筒外インジェクタ
１１からの噴射量で補完する。尚、本実施の形態におけ
る所定噴射量は筒内インジェクタ１０における１燃焼サ
イクルでの噴射可能な最大量とする。

【００２５】従って、インジェクタ噴射量算出手段３０
では、先ず、目標燃料噴射量Ｇｆと筒内インジェクタ１
０の所定噴射量Ｇｆｄとを比較し、Ｇｆ＜Ｇｆｄのとき
は筒内インジェクタ１０からの噴射のみを許可し、その
駆動量を算出する。一方、Ｇｆ≧Ｇｆｄのときは、両イ
ンジェクタ１０，１１の噴射を許可し、各インジェクタ
１０，１１の駆動量を算出する。

【００２６】この駆動量は、筒内インジェクタ１０に対
しては、Ｇｆ＜Ｇｆｄの領域では、目標燃料噴射量Ｇｆ
をそのまま筒内流入燃料噴射量Ｇｆｃｌとして設定し、
Ｇｆ≧Ｇｆｄの領域では、所定噴射量Ｇｆｄを筒内流入
燃料噴射量Ｇｆｃｌ１として設定する。

【００２７】一方、筒外インジェクタ１１に対しては、
Ｇｆ＜Ｇｆｄの領域では、インジェクタ駆動を禁止し、
又、Ｇｆ≧Ｇｆｄの領域では、目標燃料噴射量Ｇｆと所
定噴射量Ｇｆｄとの差分に対して、燃料の壁面付着によ
る一次遅れ処理を行い、筒内流入燃料噴射量Ｇｆｃｌ２
を次式から算出する。 Ｇｆｃｌ２＝（ａ・Ｇｆｏｌｄ＋ｂ・Ｇｆ）／（ａ＋
ｂ） ここで、Ｇｆｏｌｄは過去の目標燃料噴射量、ａ，ｂは
定数である。

【００２８】そして、筒内インジェクタコントローラ部
３１において、筒内流入燃料噴射量Ｇｆｃｌ１に基づき
筒内インジェクタ制御量を算出し、筒内インジェクタ駆
動部３２を介して筒内インジェクタ１０へ筒内流入燃料
噴射量Ｇｆｃｌ１に対応する駆動信号を、所定タイミン
グで出力する。

【００２９】又、筒外インジェクタコントローラ部３３
では、筒内流入燃料噴射量Ｇｆｃｌ２に基づき筒外イン
ジェクタ駆動量を算出し、筒外インジェクタ駆動部３４
を介して筒外インジェクタ１１へ筒内流入燃料噴射量Ｇ
ｆｃｌ２に対応する駆動信号を、所定タイミングで出力
する。

【００３０】一方、吸気制御系では、先ず、目標吸入空
気量算出手段３５において、目標トルク算出手段２６で
算出した目標トルクＴｅｉとエンジン回転数Ｎｅとに基
づき、Ｔｅｉ−Ｎｅマップを補間計算付きで参照して、
目標吸入空気量Ｑａを算出する。尚、本実施の形態にお
ける目標吸入空気量Ｑａはシリンダに供給される吸気量
の目標値である目標シリンダ吸入空気量とする。

【００３１】次いで、スロットル通過空気量算出手段３
７において、先ず、目標吸入空気量Ｑａに基づき、以下
に示す逆チャンバモデル式（スロットルバルブを通過す
る空気量（スロットル通過空気量）は、スロットル弁下
流のチャンバとシリンダ内に流入するものとして、スロ
ットル通過空気量と吸入空気量（シリンダ吸入空気量）
との関係をモデル化し、目標吸入空気量からスロットル
通過空気量を算出する式）を用いて、スロットル通過空
気量Ｑａｉを算出する。 Ｑａｉ＝（２Ｎｅ・Ｑａ／６０）＋（Ｖ／Ｄ）・ｄＱａ
／ｄｔ ここで、上式は、４気筒エンジンに適用した式を示すも
ので、Ｖはチャンバ容積、Ｄは行程容積である。

【００３２】尚、右辺第一項の（２Ｎｅ／６０）をエン
ジン回転数Ｎｅに基づく変数Ａとし、右辺第２項の（Ｖ
／Ｄ）を定数Ｂとすると、上式は、 Ｑａｉ＝Ａ・Ｑａ＋Ｂ・ｄＱａ／ｄｔ と表すことができる。

【００３３】そして、スロットル通過空気量Ｑａｉと予
め設定した上限値Ｑａｍａｘ、及び下限値Ｑａｍｉｎと
を比較し、スロットル通過空気量Ｑａｉが、Ｑａｍａｘ
≧Ｑａｉ≧Ｑａｍｉｎの範囲に収まるように補正して、
実現可能スロットル通過空気量Ｑａｉｄを算出する。

【００３４】その後、スロットル開度指示値算出手段３
８において、実現可能スロットル通過空気量Ｑａｉｄに
基づきスロットル開度指示値をマップを用いて算出し、
対応する駆動信号をスロットル弁駆動部３９を介してス
ロットルアクチュエータ５ａへ出力し、スロットル弁５
の開度を制御する。

【００３５】尚、この場合、必要に応じて、スロットル
駆動量或いは目標空燃比への追従性を良好にするため
に、図示しない空燃比センサの出力信号に基づき、スロ
ットル開度量或いは燃料噴射量をフィードバック制御す
るようにしても良い。

【００３６】一方、その間、異常判定手段２８では、筒
内圧センサ１２で検出したシリンダ内圧に基づき、シリ
ンダ内圧の上昇ピーク値を検出し、この上昇ピーク値と
設定値とを比較する。

【００３７】そして、上昇ピーク値が設定値以下の場合
は、筒内インジェクタ１０の目詰まり等による故障、或
いは燃料ポンプの故障など筒内インジェクタ系に異常が
あると判定し、目標燃料補正手段２９へ異常判定信号を
出力する。

【００３８】尚、異常判定は筒内インジェクタコントロ
ーラ部、又は駆動部にある故障診断フラグを参照するこ
とで行っても良い。更には、筒内インジェクタ系に燃料
圧力センサを設け、燃料圧力の異常を検知させても良
い。

【００３９】目標燃料補正手段２９では、異常判定信号
が入力されると、筒外インジェクタ１１の１サイクルに
おける最大噴射量Ｇｆｉと目標燃料噴射量Ｇｆとを比較
し、Ｇｆ＞Ｇｆｉのときは、目標燃料噴射量Ｇｆを最大
噴射量Ｇｆｉで固定する（Ｇｆ＝Ｇｆｉ）。

【００４０】そして、インジェクタ噴射量算出手段３０
において、筒内インジェクタ１０の駆動を禁止すると共
に、筒外インジェクタ１１の駆動量を算出し、筒外イン
ジェクタコントローラ部３３へ出力する。

【００４１】尚、異常判定されたときの燃焼モードは均
一燃焼モードに固定し、又、目標空燃比は理論空燃比に
固定する。

【００４２】一方、目標吸入空気量補正手段３６では、
目標燃料補正手段２９で設定した目標燃料噴射量が入力
されると、この目標燃料噴射量と目標空燃比（理論空燃
比）とに基づき、目標吸入空気量Ｑａ’を算出する（Ｑ
ａ’＝目標燃料噴射量×目標空燃比）。

【００４３】そして、スロットル通過空気量算出手段３
７において、目標吸入空気量Ｑａ’に基づきスロットル
通過空気量Ｑａｉを、上述した逆チャンバモデル式を利
用して算出する。

【００４４】このように、本実施の形態では、筒内イン
ジェクタ１０の目詰まり、或いは筒内インジェクタ１０
に燃料を供給する燃料ポンプの故障などにより燃圧が設
定値以上確保することができない等の故障が生じた場
合、筒内インジェクタ１０からの燃料噴射を禁止し、筒
外インジェクタ１１のみからの燃料噴射とする。更に、
スロットル弁５の開度を、筒外インジェクタ１１の燃料
噴射量と目標空燃比（理論空燃比）とから求められるス
ロットル通過空気量に対応する値に設定するようにした
ので、例えば運転者がアクセルペダルを踏み込んでも、
筒外インジェクタ１１の最大噴射量Ｇｆｉと目標空燃比
に基づき算出されるスロットル通過空気量Ｑａｉを生成
させるスロットル開度量以上はスロットル弁５が開弁さ
れず、従って、フェイルセーフ時の空燃比が適正に保た
れ、燃焼不良等の発生を防止し、適切な駆動力を得るこ
とができる。

【００４５】尚、本発明は上記実施の形態に限るもので
はなく、例えば筒外インジェクタは筒外インジェクタに
限らず、スロットル弁直下流に配設した、いわゆるシン
グルポイントインジェクタ、或いはエンジン始動時に駆
動するコールドスタートインジェクタであっても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
筒内インジェクタ系の異常が検出されたとき、筒内イン
ジェクタからの燃料噴射を禁止し、筒外インジェクタの
みからの燃料噴射とし、このときの最大噴射量と目標空
燃比とに基づき目標吸入空気量を算出し、この目標吸入
空気量に基づき電子制御式スロットル弁に対するスロッ
トル開度指示値を算出するようにしたので、筒内インジ
ェクタ系の故障によるフェイルセーフにおいて、アクセ
ルペダルを踏み込んでも目標空燃比に対応するスロット
ル開度以上は開弁せず、空燃比が適正に保持され、適切
な駆動力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空燃比制御装置の機能ブロック図

【図２】目標トルクと目標燃料噴射量との関係を示す特
性図

【図３】エンジン制御系の概略構成図

【符号の説明】

１…エンジン ５…スロットル弁 ６ａ…スロットルアクチュエータ １０…筒内インジェクタ １１…筒外インジェクタ（筒外インジェクタ） ２８…異常判定手段 ３６…目標吸入空気量補正手段 ３８…スロットル開度指示値算出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｃ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｋ ３０１Ｅ Ｆターム(参考） 3G065 CA13 DA04 FA12 GA10 GA16 GA46 KA02 3G084 BA05 BA09 BA13 DA27 DA31 DA33 EA11 EB08 EB12 EB22 FA07 FA10 FA13 FA21 FA33 FA38 3G301 HA04 JB02 JB08 JB09 LA03 LB03 LB04 MA01 MA15 NA08 NC02 ND01 ND45 NE14 NE16 NE17 NE19 PA01A PB03Z PB10Z PC01Z PD03A PE01Z PE03Z PE06A PF03Z

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に燃料を直接噴射する筒内インジェ
   クタと吸気系に燃料を噴射する筒外インジェクタと電子
   制御式スロットル弁とを備え、 エンジン運転状態に基づいて設定した目標燃料噴射量が
   上記筒内インジェクタの所定噴射量を越えているとき、
   その不足分を上記筒外インジェクタからの燃料噴射によ
   り補完するエンジン制御装置において、 上記筒内インジェクタ及び該筒内インジェクタに燃料を
   供給する燃料系の異常を判定する異常判定手段と、 異常と判定したとき上記筒外インジェクタの最大噴射量
   と上記目標燃料噴射量とを比較し、該目標燃料噴射量が
   上記最大噴射量を越えているときは該目標燃料噴射量を
   上記最大噴射量に固定する目標燃料補正手段と、 最大噴射量に固定された上記目標燃料噴射量と目標空燃
   比とに基づき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量
   補正手段と、 上記目標吸入空気量に基づき上記電子制御式スロットル
   弁に対するスロットル開度指示値を算出するスロットル
   開度指示値算出手段とを備えることを特徴とするエンジ
   ン制御装置。
2. 【請求項２】前記異常判定手段で異常と判定したときは
   燃焼モードを均一燃焼モードに固定し、且つ前記目標空
   燃比を理論空燃比に固定することを特徴とする請求項１
   記載のエンジン制御装置。