JP2005069003A - 内燃機関のオーバーラン防止装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関のオーバーラン状態を適切に判定してスロットル弁の閉側への制御を行い、不用意なスロットル弁の閉側への制御を行わず、内燃機関への悪影響を抑制することができる内燃機関のオーバーラン防止装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵが実行するディーゼルエンジンのオーバーラン状態の判定処理は、燃料噴射量が０であると判定されると、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差が基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいか否かが判定される（ステップ１１０）。肯定判定されると、オーバーラン状態であると判定され、スロットル弁のシャットオフ制御が実行される（ステップ１２０）。また、ステップ１１０で否定判定されると、オーバーラン状態でないと判定され、スロットル弁のシャットオフ制御は実行されない。
【選択図】 図３
【解決手段】ＥＣＵが実行するディーゼルエンジンのオーバーラン状態の判定処理は、燃料噴射量が０であると判定されると、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差が基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいか否かが判定される（ステップ１１０）。肯定判定されると、オーバーラン状態であると判定され、スロットル弁のシャットオフ制御が実行される（ステップ１２０）。また、ステップ１１０で否定判定されると、オーバーラン状態でないと判定され、スロットル弁のシャットオフ制御は実行されない。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のオーバーラン防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の吸気通路に駆動手段によって開閉駆動される電子制御スロットル弁が設けられ、アクセル操作量に基づいて該内燃機関に供給される燃料量が設定されるものが提案されている。このような内燃機関において、機関回転速度がオーバーラン（燃料噴射弁の開故障による燃料供給過多や潤滑油の燃焼により意図していない状況で機関回転速度が上昇する）になると、内燃機関を構成する部品が破損する等の不都合が生じる。そのため、このような内燃機関においてはアクセル操作がなされていないときにはスロットル弁を閉側に制御して吸入空気量を絞り、内燃機関の燃焼を行わせず、オーバーランを防止するようになっている。
【０００３】
なお、特許文献１には、エンジンが駆動軸に連結されておらず、かつアクセル操作量が基準値よりも小さい場合に、エンジン回転速度が基準回転速度以上に上昇したときに、吸気マニホルドに配設したスロットル弁を閉じることでエンジンを停止させる技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
実公平５−３６９９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記内燃機関において、アクセル操作がなされていないときには、スロットル弁を閉側に制御して吸入空気量を絞っているため、特に内燃機関の高回転時にはシリンダ内が過剰に低い圧力となる。その結果、シリンダ内を往復動するピストンに設けられているピストンリングによるシリンダの損傷を招く。また、内燃機関が吸入空気を過給するターボチャージャを備えたものである場合には、高過給状態から急激な負圧になることによるターボチャージャへの損傷を招いたり、過給された吸入空気がターボチャージャの内部を逆流することにより溜息音が発生したりするという問題がある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関のオーバーラン状態を適切に判定してスロットル弁の閉側への制御を行い、不用意なスロットル弁の閉側への制御を行わず、内燃機関への悪影響を抑制することができる内燃機関のオーバーラン防止装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の各気筒に燃焼用空気を導く吸気通路に、駆動手段によって開閉駆動されるスロットル弁が設けられた内燃機関において、前記内燃機関のそのときどきの回転速度を検出する検出手段と、各気筒の膨張行程において検出される前記内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いを算出する算出手段と、前記算出手段によって算出される乖離度合いが、前記各気筒に供給される燃料量に応じて決まる基準乖離度合いよりも大きい場合には前記内燃機関がオーバーラン状態であると判定する判定手段と、前記判定手段によってオーバーラン状態であると判定されたとき、前記スロットル弁を閉側に制御する制御手段と、を備える内燃機関のオーバーラン防止装置を要旨とする。
【０００８】
内燃機関の各気筒における燃焼は間欠的に行われるため、内燃機関の回転速度は常に変動している。そして、膨張行程における回転速度の変動幅は燃焼の程度、すなわち燃焼の有無、更には燃焼する燃料の量、及び潤滑油の燃焼の発生等によっても変化する。このため、燃料供給過多や潤滑油の燃焼等が発生した場合には、膨張行程における最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いが変化することとなる。
【０００９】
この点、上記構成によれば、各気筒の膨張行程において検出された最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いが燃料量に応じて決まる基準乖離度合いよりも大きい場合には内燃機関のオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁が閉側に制御される。ここで、基準乖離度合いとは、燃料供給過多や潤滑油の燃焼等が発生していない通常の燃焼状態において燃料量に応じて決まる最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いをいう。また、内燃機関のオーバーラン状態とは、燃料噴射弁の開故障による燃料供給過多や潤滑油の燃焼により意図していない状況で機関回転速度が上昇した状態をいう。
【００１０】
逆に、各気筒の膨張行程において検出された最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いが燃料量に応じた基準乖離度合い以下の場合には内燃機関のオーバーラン状態ではないと判定され、スロットル弁が閉側に制御されることはない。そのため、特に内燃機関が高回転時であっても、内燃機関がオーバーラン状態でないと判定されるとスロットル弁が閉側に制御されることはないため、シリンダ内が過剰に低い圧力となることはなくなり、内燃機関への悪影響を抑制することができる。
【００１１】
また、内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いとしては、例えば請求項２に記載の発明によるように、各気筒の膨張行程において検出される内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との回転速度偏差を用いることができる。この場合、平均回転速度の算出処理が不要になるため、制御を実行するにあたって電子制御装置等の演算負荷についてもこれを軽減することができるようになる。なお、内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いとしては、他にも各気筒の膨張行程において検出される内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との回転速度比を用いることもできる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、内燃機関の各気筒に燃焼用空気を導く吸気通路に、駆動手段によって開閉駆動されるスロットル弁が設けられた内燃機関において、前記内燃機関のそのときどきの回転速度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出されたそのときどきの機関回転速度に基づいて平均回転速度を算出し、各気筒の膨張行程において検出される前記内燃機関の最大回転速度又は最小回転速度と該平均回転速度との回転速度偏差を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出される回転速度偏差が、前記各気筒に供給される燃料量に応じて決まる基準回転速度偏差よりも大きい場合には前記内燃機関がオーバーラン状態であると判定する判定手段と、前記判定手段によってオーバーラン状態であると判定されたとき、前記スロットル弁を閉側に制御する制御手段と、を備える内燃機関のオーバーラン防止装置を要旨とする。
【００１３】
従って、上記構成によれば、各気筒の膨張行程において検出された最大回転速度又は最小回転速度と平均回転速度との回転速度偏差が燃料量に応じて決まる基準回転速度偏差よりも大きい場合には内燃機関のオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁が閉側に制御される。逆に、各気筒の膨張行程において検出された最大回転速度又は最小回転速度と平均回転速度との回転速度偏差が燃料量に応じた基準回転速度偏差以下の場合には内燃機関のオーバーラン状態ではないと判定され、スロットル弁が閉側に制御されることはない。そのため、特に内燃機関が高回転時であっても、内燃機関がオーバーラン状態でないと判定されるとスロットル弁が閉側に制御されることはないため、シリンダ内が過剰に低い圧力となることはなくなり、内燃機関への悪影響を抑制することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の内燃機関のオーバーラン防止装置において、前記判定手段は、前記算出手段によって算出された回転速度偏差又は前記燃料量に応じた基準回転速度偏差を前記内燃機関の温度に基づいて補正するものである。
【００１５】
従って、上記構成によれば、内燃機関の温度に基づいて回転速度偏差又は基準回転速度偏差を補正するようにしているので、内燃機関のオーバーラン状態をより正確に判定することができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のオーバーラン防止装置において、前記判定手段は、前記算出手段によって算出された回転速度偏差又は前記燃料量に応じた基準回転速度偏差をそのときの平均回転速度に基づいて補正するものである。
【００１７】
従って、上記構成によれば、内燃機関の平均回転速度に基づいて回転速度偏差又は基準回転速度偏差を補正するようにしているので、内燃機関のオーバーラン状態をより正確に判定することができるようになる。
【００１８】
請求項６に記載の発明のように、内燃機関を、ディーゼルエンジンとすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を、ディーゼルエンジンに具体化した第１実施形態について説明する。
【００２０】
車両には、図１に示すように、蓄圧式ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１１が搭載されている。エンジン１１は、シリンダヘッド１２と、複数の気筒（シリンダ）１３を有するシリンダブロック１４とを備えている。各シリンダ１３内にはピストン１５が往復動可能に収容されている。各ピストン１５はコネクティングロッド１６を介し、エンジン１１の出力軸であるクランク軸１７に連結されている。各ピストン１５の往復運動は、コネクティングロッド１６によって回転運動に変換された後、クランク軸１７に伝達される。クランク軸１７の回転は図示しない変速機等を介して自動車の車輪に伝達される。
【００２１】
エンジン１１には、シリンダ１３毎に燃焼室１８が設けられている。各燃焼室１８には、吸気通路１９及び排気通路２０が接続されている。シリンダヘッド１２には、シリンダ１３毎に吸気弁２１及び排気弁２２が設けられている。これらの吸・排気弁２１，２２は、クランク軸１７の回転に連動して往復動することにより、吸・排気通路１９，２０を開閉する。
【００２２】
吸気通路１９には、エアクリーナ２３、スロットル弁２４等が配置されている。そして、基本的にはエンジン１１の吸気行程において、排気弁２２が閉じられ、吸気弁２１が開かれた状態でピストン１５が下降すると、シリンダ１３内の気圧が外気より低い値（負圧）になり、同エンジン１１の外部の空気が吸気通路１９の各部を順に通過して燃焼室１８に取込まれる。
【００２３】
スロットル弁２４は、吸気通路１９内に回動可能に支持されており、同スロットル弁２４に連結されたステップモータ等のアクチュエータ２５により駆動される。吸気通路１９を流れる空気の量（吸入空気量）は、スロットル弁２４の開き具合（開度）に応じて変化する。
【００２４】
シリンダヘッド１２には、各燃焼室１８に燃料を噴射する燃料噴射ノズル２６が取付けられている。各燃料噴射ノズル２６は電磁弁（図示略）を備えており、この電磁弁により、燃料噴射ノズル２６から燃焼室１８への燃料噴射が制御される。燃料噴射ノズル２６は、蓄圧装置（共通の蓄圧配管）であるコモンレール２７に接続されており、電磁弁が開いている間、コモンレール２７内の燃料が燃料噴射ノズル２６から対応する燃焼室１８に噴射される。コモンレール２７には、燃料噴射圧に相当する比較的高い圧力が蓄積されている。この蓄圧を実現するために、コモンレール２７は、燃料ポンプであるサプライポンプ２８に接続されている。
【００２５】
サプライポンプ２８は燃料タンク（図示略）から燃料を吸入するとともに、エンジン１１の回転に同期するカムによってプランジャを往復動させ、燃料を所定圧に高めてコモンレール２７に供給する。
【００２６】
そして、吸気通路１９を通ってシリンダ１３内に導入され、かつピストン１５により圧縮された高温かつ高圧の吸入空気に対し、燃料噴射ノズル２６から燃料が噴射される。この噴射燃料は自己着火して燃焼する。このときに生じた燃焼ガスによりピストン１５が往復動され、クランク軸１７が回転されて、エンジン１１の駆動力（出力トルク）が得られる。燃焼ガスは、排気通路２０に設けられた触媒２９等を通ってエンジン１１の外部へ排出される。
【００２７】
エンジン１１には、過給機の一形態である可変ノズルターボチャージャ３０が設けられている。可変ノズルターボチャージャ３０は、排気通路２０を流れる排気ガスによって回転するタービンホイール３１と、吸気通路１９に配置され、かつロータシャフト３２を介してタービンホイール３１に連結されたコンプレッサホイール３３とを備えている。可変ノズルターボチャージャ３０では、タービンホイール３１に排気ガスが吹付けられて同ホイール３１が回転する。この回転は、ロータシャフト３２を介してコンプレッサホイール３３に伝達される。その結果、エンジン１１では、ピストン１５の移動にともなって燃焼室１８内に発生する負圧によって空気が燃焼室１８に送り込まれるだけでなく、その空気がコンプレッサホイール３３の回転によって強制的に燃焼室１８に送り込まれる（過給される）。このようにして、燃焼室１８への空気の充填効率が高められる。
【００２８】
また、可変ノズルターボチャージャ３０では、タービンホイール３１の外周を囲うように、そのホイール３１の回転方向に沿って排気ガス経路が形成され、排気ガスは排気ガス経路を通過し、タービンホイール３１の軸線に向かって吹付けられる。排気ガス経路には、リング状のノズルバックプレート３４に対して複数のノズルベーン（可変ノズル）３５を回動可能に設けた可変ノズル機構が設けられている。可変ノズル機構は、ＤＣモータ等のアクチュエータ３６の作動により全ノズルベーン３５が同期した状態で開閉動作させることで、排気ガス経路の排気ガス流通面積を変更し、タービンホイール３１に吹付けられる排気ガスの流速を可変とする。このように排気ガスの流速を可変とすることで、タービンホイール３１の回転速度が調整され、ひいては燃焼室１８への吸入空気が所定の過給圧にて供給される。
【００２９】
エンジン１１には、排気通路２０を流れる排気ガスの一部を、吸気通路１９に還流させる排気還流（以下「ＥＧＲ」という）装置４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、還流にともなって吸入空気に混合される排気ガス（ＥＧＲガス）により、混合気中の不活性ガスの割合を増やして燃焼最高温度を下げ、大気汚染物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を低減させるためのものである。
【００３０】
ＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ通路４１及びＥＧＲ弁４２を備えている。ＥＧＲ通路４１は、排気通路２０と、吸気通路１９においてスロットル弁２４よりも下流側の箇所とをつないでいる。ＥＧＲ弁４２はＥＧＲ通路４１の途中、例えば、ＥＧＲ通路４１の吸気通路１９との接続箇所に取付けられている。ＥＧＲ通路４１を流れるＥＧＲガスの流量は、ＥＧＲ弁４２の開き具合（開度）に応じて変化する。
【００３１】
上記のように構成されたディーゼルエンジン１１の制御を行うために電子制御装置（以下、ＥＣＵという）５０が設けられている。ＥＣＵ５０はディーゼルエンジン１１における燃料噴射量制御及び燃料噴射時期制御といった燃料噴射制御を行う。この燃料噴射量制御に付随してＥＣＵ５０はコモンレール２７内の燃料の噴射圧力制御及び可変ノズルターボチャージャ３０による過給圧制御を行う。又、ＥＣＵ５０はＥＧＲ弁４２の開度制御及びスロットル弁２４の開度制御を行う。
【００３２】
ＥＣＵ５０には、以下に示される各種信号が入力される。
・ 自動車の運転者によって操作されるアクセルペダル４３の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ４４からの検出信号。
【００３３】
・ クランク軸１７の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ４５からの検出信号。
・ ディーゼルエンジン１１の冷却水温を検出する水温センサ４６からの検出信号。
【００３４】
ディーゼルエンジン１１においては、ＥＣＵ５０による燃料噴射量制御によって出力トルクが調整される。こうした燃料噴射量制御は、アクセル踏込量ＡＣＣＰ及びエンジン回転速度ＮＥ等から算出される燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎに基づき燃料噴射ノズル２６を駆動制御することによって行われる。なお、アクセル踏込量ＡＣＣＰはアクセルポジションセンサ４４からの検出信号に基づき求められ、エンジン回転速度ＮＥはクランクポジションセンサ４５からの検出信号に基づき求められる。
【００３５】
上記のようにＥＣＵ５０を通じて燃料噴射ノズル２６を駆動制御することにより、燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎに対応した量の燃料が各燃焼室１８内に噴射されてディーゼルエンジン１１の出力トルクが調整されるようになる。燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎの算出に用いられるアクセル踏込量ＡＣＣＰは、運転者による自動車への走行要求、言い換えればディーゼルエンジン１１への出力要求を表すパラメータである。従って、燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎに基づき燃料噴射量を制御することで、運転者から要求される出力トルクが得られるようディーゼルエンジン１１の出力トルクが調整されることとなる。
【００３６】
また、ＥＣＵ５０は、サプライポンプ２８の吐出量を制御することによってコモンレール２７内の燃圧、すなわち噴射圧力を制御する。この噴射圧力については、噴射圧力を増加させるほど燃料噴射ノズル２６から噴射される燃料の微粒化を促進することができる。ただし、燃料噴射量が多い場合には噴射圧力が増加するように設定され、噴射された燃料の微粒化を促進して燃料粒子の燃え残りをなくして煤を主成分とする微粒子（パティキュレート）の生成を抑制するようにしている。
【００３７】
また、ＥＣＵ５０は、ディーゼルエンジン１１での燃焼状態が最適化されるように、燃料噴射量に応じて噴射時期を調整するようになっている。この噴射時期については、噴射時期を進角させるほど燃焼の開始時期を早めることができる。
【００３８】
更に、ＥＣＵ５０は、ディーゼルエンジン１１での燃焼状態が最適化されるように、アクチュエータ３６を駆動してノズルベーン３５の開度ＶＮＴを調整することによって可変ノズルターボチャージャ３０による過給圧を制御する。
【００３９】
また、ＥＣＵ５０は、クランクポジションセンサ４５によって検出されるディーゼルエンジン１１のエンジン回転速度ＮＥに基づいてディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であるかどうかを判定し、オーバーラン状態であると判定したときにはスロットル弁２４を閉側に制御するシャットオフ制御を行う。
【００４０】
このオーバーラン状態の判定は、ディーゼルエンジン１１のエンジン回転速度ＮＥを微視的に検出し、燃焼が影響しているかどうかを判定することによって行われる。
【００４１】
すなわち、図２はエンジン回転速度ＮＥとクランク角パルスとの状態を示している。エンジン回転速度ＮＥは微視的に見ると、各気筒の膨張行程における圧縮上死点ＴＤＣにて最小回転速度となり、圧縮上死点ＴＤＣ後９０度にて最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０となる。
【００４２】
図４は燃料噴射が行われておらず、燃焼がない場合のエンジン回転速度ＮＥの状況を示している。車両は坂道等を降坂していて、エンジン回転速度ＮＥは上昇している状態である。エンジン回転速度ＮＥが最大となる圧縮上死点ＴＤＣ後９０度における最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と圧縮上死点ＴＤＣにおける最小回転速度との平均によりディーゼルエンジン１１の平均回転速度ＮＥＡＶＥが算出される。この状況では、最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥはわずかであることが分かる。
【００４３】
それに対し、図５は意図しない燃焼がある場合のエンジン回転速度ＮＥの状況を示している。車両は意図しない燃焼により、エンジン回転速度ＮＥは上昇している状態である。この状況では、エンジン回転速度ＮＥが最大となる圧縮上死点ＴＤＣ後９０度における最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥは大きいことが分かる。
【００４４】
従って、ＥＣＵ５０は、各気筒の膨張行程における前記回転速度偏差ΔＮＥと、燃料噴射量が「０」であるときの平均回転速度に対応する基準回転速度偏差ΔＮＥ０との比較結果に基づいて、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であるか否かを判定する。すなわち、燃料噴射量が「０」であって、かつ、回転速度偏差ΔＮＥが、そのときの平均回転速度ＮＥＡＶＥに対応する基準回転速度偏差ΔＮＥ０よりも大きいときには、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であると判定される。また、燃料噴射量が「０」であって、かつ、回転速度偏差ΔＮＥがそのときの平均回転速度ＮＥＡＶＥに対応する基準回転速度偏差ΔＮＥ０以下であるときには、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態でないと判定される。
【００４５】
図３は、ＥＣＵ５０を通じて実行されるオーバーラン状態の判定手順である。このルーチンは、ＥＣＵ５０を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００４６】
本ルーチンにおいて、ステップ１００において燃料噴射量が０であるか否かが判定される。燃料噴射量が０でないと判定されると（ステップ１００：ＮＯ）、本処理を一旦終了する。逆に、燃料噴射量が０であると判定されると（ステップ１００：ＹＥＳ）、ステップ１１０に進む。
【００４７】
次に、クランクポジションセンサ４５にて検出されるエンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥがそのときの基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいか否かが判定される。この基準回転速度偏差ΔＮＥ０はＥＣＵ５０に予め記憶された図６に示す基準回転速度偏差のマップに基づいて算出される。この基準回転速度偏差ΔＮＥ０はそのときの平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の冷却水温（エンジン温度）とに基づいて算出される。
【００４８】
ここで、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいと判定されると（ステップ１１０：ＹＥＳ）、処理はステップ１２０に進む。ステップ１２０ではディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁２４を閉じる又は全閉とする等のシャットオフ制御が実行される。
【００４９】
また、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが基準回転速度偏差ΔＮＥ０以下であると判定されると（ステップ１１０：ＮＯ）、オーバーラン状態でないと判定され、スロットル弁２４のシャットオフ制御は実行されず、本ルーチンが終了する。
【００５０】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１） 各シリンダ１３の膨張行程における回転速度偏差ΔＮＥが、燃料噴射量０であるときの基準回転速度偏差ΔＮＥ０よりも大きい場合にはディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁２４のシャットオフ制御が行われる。その結果、ディーゼルエンジン１１のオーバーランが防止される。逆に、回転速度偏差ΔＮＥが燃料噴射量０であるときの基準回転速度偏差ΔＮＥ０以下の場合にはディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態ではないと判定され、スロットル弁２４のシャットオフ制御は行われない。そのため、特にディーゼルエンジン１１の高回転時であっても、スロットル弁２４が閉側に制御されることはないため、シリンダ１３内が過剰に低い圧力となることはなくなり、ピストン１５のピストンリングによるシリンダ１３の損傷を抑制することができる。また、可変ノズルターボチャージャ３０の高過給状態から急激な負圧になることによるターボチャージャ３０の損傷を招いたり、過給された吸入空気がターボチャージャ３０内を逆流することによる溜息音の発生を抑制することができ、ディーゼルエンジン１１への悪影響を抑制することができる。
【００５１】
（２） また、本実施形態においては、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であるか否かを判定するための基準回転速度偏差ΔＮＥ０を平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の温度に基づいて補正するようにしている。そのため、ディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態をより正確に判定することができるようになる。
【００５２】
（３） また、車両の減速時等のアクセルＯＦＦ時においてディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態でないと判定されるとスロットル弁２４のシャットオフ制御が行われないため、吸気が絞られることによって増大するポンピングロスを低減することもできる。これにより、原動機としてエンジンと電動モータとを備えたハイブリッドシステム車両等の回生ブレーキをより効率良く行うことができるようになる。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図７〜図９に従って説明する。
上記第１実施形態においては、ディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態の判定を燃料噴射量が０である場合に実施するようにしたが、ディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態は燃料噴射量が０でない場合、例えばアイドル運転状態のような場合にも起こりうる。
【００５４】
そこで本実施形態では、燃料噴射量に応じてディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を判定する制御を実行する。本実施形態において、ディーゼルエンジン１１及びその制御装置のシステム構成は第１実施形態と同様である。
【００５５】
本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するオーバーラン状態の判定制御処理を図７に示すフローチャートを参照して説明する。このルーチンは、ＥＣＵ５０を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５６】
本ルーチンにおいて、ステップ２００において所定の燃料噴射量に対して、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であるか否かを判定するための基準回転速度偏差ΔＮＥ０が算出される。この基準回転速度偏差ΔＮＥ０は、ＥＣＵ５０に予め記憶された図８に示す回転速度の基準偏差のマップに基づいて算出される基準偏差と、図９に示す補正係数のマップに基づいて算出される補正係数とに基づいて算出される。図８のマップから求められる基準偏差はそのときの燃料噴射量に応じた気筒の膨張行程において検出される最大回転速度と平均回転速度との回転速度偏差である。図９のマップから求められる補正係数はそのときの平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の冷却水温（エンジン温度）とに基づいて算出される。
【００５７】
次に、クランクポジションセンサ４５にて検出されるエンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが前記ステップ２００において算出された基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいか否かが判定される。
【００５８】
ここで、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいと判定されると（ステップ２１０：ＹＥＳ）、処理はステップ２２０に進む。ステップ２２０ではディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁２４を閉じる又は全閉とする等のシャットオフ制御が実行される。
【００５９】
また、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが基準回転速度偏差ΔＮＥ０以下であると判定されると（ステップ２１０：ＮＯ）、オーバーラン状態でないと判定され、スロットル弁２４のシャットオフ制御は実行されず、本ルーチンが終了する。
【００６０】
従って、本実施形態によれば、上記第１実施形態に記載の特徴に加えて、以下の効果が得られる。
（３）所定の燃料噴射量の運転状態において、ディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を判定することができ、その判定結果に基づいてスロットル弁２４を閉じる又は全閉とする等のシャットオフ制御を実行することができる。
【００６１】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
・ 上記各実施形態では、燃料量に応じた基準回転速度偏差ΔＮＥ０を平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の温度に基づいて補正するようにした。これに代えて、クランクポジションセンサ４５によって検出された最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥを平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の温度に基づいて補正するようにしてもよい。
【００６２】
・ 上記各実施形態では、クランクポジションセンサ４５によって検出された最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥを基準回転速度偏差ΔＮＥ０と比較することによりディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を判定するようにした。これに代えて、クランクポジションセンサ４５によって検出された最小回転速度と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差を基準回転速度偏差ΔＮＥ０と比較することによりディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を判定するようにしてもよい。あるいは、クランクポジションセンサ４５によって検出された最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との回転速度偏差を基準回転速度偏差と比較するようにすることもできる。この場合には、基準回転速度偏差として、最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との回転速度偏差に対応するものを用いればよい。このようにしてもディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を適切に判定することができる。しかも、平均回転速度ＮＥＡＶＥの算出処理が不要になるため、電子制御装置の演算負荷についてもこれを軽減することができるようになる。また、クランクポジションセンサ４５によって検出された最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との回転速度比をこれに対応する基準回転速度比と比較するようにしてもよい。要するに、ディーゼルエンジン１１の各気筒において燃料供給過多や潤滑油の燃焼等が発生した場合には、最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との乖離度合い（偏差及び比）が変化する。このため、この乖離度合いがそれに対応する基準乖離度合いよりも大きい場合には、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であると判定することができる。なお、最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との乖離度合いには、他にも最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度比、及び最小回転速度と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度比等も含まれる。
【００６３】
・ 上記各実施形態では、内燃機関としてディーゼルエンジン１１に具体化したが、アクセル操作量に基づいて吸入空気量が調整され、その吸入空気量を含む機関運転状態に基づいて燃料量が設定されるガソリンエンジンに具体化してもよい。この場合にも、上記各記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
次に、上記各実施形態から把握できる他の技術的思想を、以下に記載する。
・ 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関のオーバーラン防止装置において、前記内燃機関は、前記アクセル操作量に基づいて吸入空気量が調整され、その吸入空気量を含む機関運転状態に基づいて供給される燃料量が設定されるガソリンエンジンである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のオーバーラン防止装置が適用されるディーゼルエンジン全体を示す略図。
【図２】エンジン回転速度を微視的に見た状態を示すタイムチャート。
【図３】第１実施形態におけるオーバーラン状態の判定手順を示すフローチャート。
【図４】燃料噴射が行われておらず、燃焼がない場合のエンジン回転速度ＮＥを微視的に見た状態を示すタイムチャート。
【図５】燃料噴射が行われておらず、燃焼がある場合のエンジン回転速度ＮＥを微視的に見た状態を示すタイムチャート。
【図６】第１実施形態において、基準回転速度偏差の算出に用いられるマップ。
【図７】第２実施形態におけるオーバーラン状態の判定手順を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態における回転速度基準偏差の算出に用いられるマップ。
【図９】第２実施形態における回転速度基準偏差の補正値算出に用いられるマップ。
【符号の説明】
１１…ディーゼルエンジン、１３…気筒（シリンダ）、１５…ピストン、１６…コネクティングロッド、１７…クランク軸、１８…燃焼室、１９…吸気通路、２０…排気通路、２４…スロットル弁、２６…燃料噴射ノズル、２７…コモンレール（蓄圧装置）、３０…可変ノズルターボチャージャ（過給機）、４３…アクセルペダル、４４…アクセルポジションセンサ、４５…検出手段としてのクランクポジションセンサ、５０…算出手段、判定手段及び制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）、ＮＥＡＶＥ…平均回転速度、ＮＥＡＴＤＣ９０…最大回転速度、ΔＮＥ…回転速度偏差、ΔＮＥ０…基準回転速度偏差。
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のオーバーラン防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の吸気通路に駆動手段によって開閉駆動される電子制御スロットル弁が設けられ、アクセル操作量に基づいて該内燃機関に供給される燃料量が設定されるものが提案されている。このような内燃機関において、機関回転速度がオーバーラン（燃料噴射弁の開故障による燃料供給過多や潤滑油の燃焼により意図していない状況で機関回転速度が上昇する）になると、内燃機関を構成する部品が破損する等の不都合が生じる。そのため、このような内燃機関においてはアクセル操作がなされていないときにはスロットル弁を閉側に制御して吸入空気量を絞り、内燃機関の燃焼を行わせず、オーバーランを防止するようになっている。
【０００３】
なお、特許文献１には、エンジンが駆動軸に連結されておらず、かつアクセル操作量が基準値よりも小さい場合に、エンジン回転速度が基準回転速度以上に上昇したときに、吸気マニホルドに配設したスロットル弁を閉じることでエンジンを停止させる技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
実公平５−３６９９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記内燃機関において、アクセル操作がなされていないときには、スロットル弁を閉側に制御して吸入空気量を絞っているため、特に内燃機関の高回転時にはシリンダ内が過剰に低い圧力となる。その結果、シリンダ内を往復動するピストンに設けられているピストンリングによるシリンダの損傷を招く。また、内燃機関が吸入空気を過給するターボチャージャを備えたものである場合には、高過給状態から急激な負圧になることによるターボチャージャへの損傷を招いたり、過給された吸入空気がターボチャージャの内部を逆流することにより溜息音が発生したりするという問題がある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関のオーバーラン状態を適切に判定してスロットル弁の閉側への制御を行い、不用意なスロットル弁の閉側への制御を行わず、内燃機関への悪影響を抑制することができる内燃機関のオーバーラン防止装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の各気筒に燃焼用空気を導く吸気通路に、駆動手段によって開閉駆動されるスロットル弁が設けられた内燃機関において、前記内燃機関のそのときどきの回転速度を検出する検出手段と、各気筒の膨張行程において検出される前記内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いを算出する算出手段と、前記算出手段によって算出される乖離度合いが、前記各気筒に供給される燃料量に応じて決まる基準乖離度合いよりも大きい場合には前記内燃機関がオーバーラン状態であると判定する判定手段と、前記判定手段によってオーバーラン状態であると判定されたとき、前記スロットル弁を閉側に制御する制御手段と、を備える内燃機関のオーバーラン防止装置を要旨とする。
【０００８】
内燃機関の各気筒における燃焼は間欠的に行われるため、内燃機関の回転速度は常に変動している。そして、膨張行程における回転速度の変動幅は燃焼の程度、すなわち燃焼の有無、更には燃焼する燃料の量、及び潤滑油の燃焼の発生等によっても変化する。このため、燃料供給過多や潤滑油の燃焼等が発生した場合には、膨張行程における最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いが変化することとなる。
【０００９】
この点、上記構成によれば、各気筒の膨張行程において検出された最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いが燃料量に応じて決まる基準乖離度合いよりも大きい場合には内燃機関のオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁が閉側に制御される。ここで、基準乖離度合いとは、燃料供給過多や潤滑油の燃焼等が発生していない通常の燃焼状態において燃料量に応じて決まる最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いをいう。また、内燃機関のオーバーラン状態とは、燃料噴射弁の開故障による燃料供給過多や潤滑油の燃焼により意図していない状況で機関回転速度が上昇した状態をいう。
【００１０】
逆に、各気筒の膨張行程において検出された最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いが燃料量に応じた基準乖離度合い以下の場合には内燃機関のオーバーラン状態ではないと判定され、スロットル弁が閉側に制御されることはない。そのため、特に内燃機関が高回転時であっても、内燃機関がオーバーラン状態でないと判定されるとスロットル弁が閉側に制御されることはないため、シリンダ内が過剰に低い圧力となることはなくなり、内燃機関への悪影響を抑制することができる。
【００１１】
また、内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いとしては、例えば請求項２に記載の発明によるように、各気筒の膨張行程において検出される内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との回転速度偏差を用いることができる。この場合、平均回転速度の算出処理が不要になるため、制御を実行するにあたって電子制御装置等の演算負荷についてもこれを軽減することができるようになる。なお、内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いとしては、他にも各気筒の膨張行程において検出される内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との回転速度比を用いることもできる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、内燃機関の各気筒に燃焼用空気を導く吸気通路に、駆動手段によって開閉駆動されるスロットル弁が設けられた内燃機関において、前記内燃機関のそのときどきの回転速度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出されたそのときどきの機関回転速度に基づいて平均回転速度を算出し、各気筒の膨張行程において検出される前記内燃機関の最大回転速度又は最小回転速度と該平均回転速度との回転速度偏差を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出される回転速度偏差が、前記各気筒に供給される燃料量に応じて決まる基準回転速度偏差よりも大きい場合には前記内燃機関がオーバーラン状態であると判定する判定手段と、前記判定手段によってオーバーラン状態であると判定されたとき、前記スロットル弁を閉側に制御する制御手段と、を備える内燃機関のオーバーラン防止装置を要旨とする。
【００１３】
従って、上記構成によれば、各気筒の膨張行程において検出された最大回転速度又は最小回転速度と平均回転速度との回転速度偏差が燃料量に応じて決まる基準回転速度偏差よりも大きい場合には内燃機関のオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁が閉側に制御される。逆に、各気筒の膨張行程において検出された最大回転速度又は最小回転速度と平均回転速度との回転速度偏差が燃料量に応じた基準回転速度偏差以下の場合には内燃機関のオーバーラン状態ではないと判定され、スロットル弁が閉側に制御されることはない。そのため、特に内燃機関が高回転時であっても、内燃機関がオーバーラン状態でないと判定されるとスロットル弁が閉側に制御されることはないため、シリンダ内が過剰に低い圧力となることはなくなり、内燃機関への悪影響を抑制することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の内燃機関のオーバーラン防止装置において、前記判定手段は、前記算出手段によって算出された回転速度偏差又は前記燃料量に応じた基準回転速度偏差を前記内燃機関の温度に基づいて補正するものである。
【００１５】
従って、上記構成によれば、内燃機関の温度に基づいて回転速度偏差又は基準回転速度偏差を補正するようにしているので、内燃機関のオーバーラン状態をより正確に判定することができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のオーバーラン防止装置において、前記判定手段は、前記算出手段によって算出された回転速度偏差又は前記燃料量に応じた基準回転速度偏差をそのときの平均回転速度に基づいて補正するものである。
【００１７】
従って、上記構成によれば、内燃機関の平均回転速度に基づいて回転速度偏差又は基準回転速度偏差を補正するようにしているので、内燃機関のオーバーラン状態をより正確に判定することができるようになる。
【００１８】
請求項６に記載の発明のように、内燃機関を、ディーゼルエンジンとすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を、ディーゼルエンジンに具体化した第１実施形態について説明する。
【００２０】
車両には、図１に示すように、蓄圧式ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１１が搭載されている。エンジン１１は、シリンダヘッド１２と、複数の気筒（シリンダ）１３を有するシリンダブロック１４とを備えている。各シリンダ１３内にはピストン１５が往復動可能に収容されている。各ピストン１５はコネクティングロッド１６を介し、エンジン１１の出力軸であるクランク軸１７に連結されている。各ピストン１５の往復運動は、コネクティングロッド１６によって回転運動に変換された後、クランク軸１７に伝達される。クランク軸１７の回転は図示しない変速機等を介して自動車の車輪に伝達される。
【００２１】
エンジン１１には、シリンダ１３毎に燃焼室１８が設けられている。各燃焼室１８には、吸気通路１９及び排気通路２０が接続されている。シリンダヘッド１２には、シリンダ１３毎に吸気弁２１及び排気弁２２が設けられている。これらの吸・排気弁２１，２２は、クランク軸１７の回転に連動して往復動することにより、吸・排気通路１９，２０を開閉する。
【００２２】
吸気通路１９には、エアクリーナ２３、スロットル弁２４等が配置されている。そして、基本的にはエンジン１１の吸気行程において、排気弁２２が閉じられ、吸気弁２１が開かれた状態でピストン１５が下降すると、シリンダ１３内の気圧が外気より低い値（負圧）になり、同エンジン１１の外部の空気が吸気通路１９の各部を順に通過して燃焼室１８に取込まれる。
【００２３】
スロットル弁２４は、吸気通路１９内に回動可能に支持されており、同スロットル弁２４に連結されたステップモータ等のアクチュエータ２５により駆動される。吸気通路１９を流れる空気の量（吸入空気量）は、スロットル弁２４の開き具合（開度）に応じて変化する。
【００２４】
シリンダヘッド１２には、各燃焼室１８に燃料を噴射する燃料噴射ノズル２６が取付けられている。各燃料噴射ノズル２６は電磁弁（図示略）を備えており、この電磁弁により、燃料噴射ノズル２６から燃焼室１８への燃料噴射が制御される。燃料噴射ノズル２６は、蓄圧装置（共通の蓄圧配管）であるコモンレール２７に接続されており、電磁弁が開いている間、コモンレール２７内の燃料が燃料噴射ノズル２６から対応する燃焼室１８に噴射される。コモンレール２７には、燃料噴射圧に相当する比較的高い圧力が蓄積されている。この蓄圧を実現するために、コモンレール２７は、燃料ポンプであるサプライポンプ２８に接続されている。
【００２５】
サプライポンプ２８は燃料タンク（図示略）から燃料を吸入するとともに、エンジン１１の回転に同期するカムによってプランジャを往復動させ、燃料を所定圧に高めてコモンレール２７に供給する。
【００２６】
そして、吸気通路１９を通ってシリンダ１３内に導入され、かつピストン１５により圧縮された高温かつ高圧の吸入空気に対し、燃料噴射ノズル２６から燃料が噴射される。この噴射燃料は自己着火して燃焼する。このときに生じた燃焼ガスによりピストン１５が往復動され、クランク軸１７が回転されて、エンジン１１の駆動力（出力トルク）が得られる。燃焼ガスは、排気通路２０に設けられた触媒２９等を通ってエンジン１１の外部へ排出される。
【００２７】
エンジン１１には、過給機の一形態である可変ノズルターボチャージャ３０が設けられている。可変ノズルターボチャージャ３０は、排気通路２０を流れる排気ガスによって回転するタービンホイール３１と、吸気通路１９に配置され、かつロータシャフト３２を介してタービンホイール３１に連結されたコンプレッサホイール３３とを備えている。可変ノズルターボチャージャ３０では、タービンホイール３１に排気ガスが吹付けられて同ホイール３１が回転する。この回転は、ロータシャフト３２を介してコンプレッサホイール３３に伝達される。その結果、エンジン１１では、ピストン１５の移動にともなって燃焼室１８内に発生する負圧によって空気が燃焼室１８に送り込まれるだけでなく、その空気がコンプレッサホイール３３の回転によって強制的に燃焼室１８に送り込まれる（過給される）。このようにして、燃焼室１８への空気の充填効率が高められる。
【００２８】
また、可変ノズルターボチャージャ３０では、タービンホイール３１の外周を囲うように、そのホイール３１の回転方向に沿って排気ガス経路が形成され、排気ガスは排気ガス経路を通過し、タービンホイール３１の軸線に向かって吹付けられる。排気ガス経路には、リング状のノズルバックプレート３４に対して複数のノズルベーン（可変ノズル）３５を回動可能に設けた可変ノズル機構が設けられている。可変ノズル機構は、ＤＣモータ等のアクチュエータ３６の作動により全ノズルベーン３５が同期した状態で開閉動作させることで、排気ガス経路の排気ガス流通面積を変更し、タービンホイール３１に吹付けられる排気ガスの流速を可変とする。このように排気ガスの流速を可変とすることで、タービンホイール３１の回転速度が調整され、ひいては燃焼室１８への吸入空気が所定の過給圧にて供給される。
【００２９】
エンジン１１には、排気通路２０を流れる排気ガスの一部を、吸気通路１９に還流させる排気還流（以下「ＥＧＲ」という）装置４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、還流にともなって吸入空気に混合される排気ガス（ＥＧＲガス）により、混合気中の不活性ガスの割合を増やして燃焼最高温度を下げ、大気汚染物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を低減させるためのものである。
【００３０】
ＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ通路４１及びＥＧＲ弁４２を備えている。ＥＧＲ通路４１は、排気通路２０と、吸気通路１９においてスロットル弁２４よりも下流側の箇所とをつないでいる。ＥＧＲ弁４２はＥＧＲ通路４１の途中、例えば、ＥＧＲ通路４１の吸気通路１９との接続箇所に取付けられている。ＥＧＲ通路４１を流れるＥＧＲガスの流量は、ＥＧＲ弁４２の開き具合（開度）に応じて変化する。
【００３１】
上記のように構成されたディーゼルエンジン１１の制御を行うために電子制御装置（以下、ＥＣＵという）５０が設けられている。ＥＣＵ５０はディーゼルエンジン１１における燃料噴射量制御及び燃料噴射時期制御といった燃料噴射制御を行う。この燃料噴射量制御に付随してＥＣＵ５０はコモンレール２７内の燃料の噴射圧力制御及び可変ノズルターボチャージャ３０による過給圧制御を行う。又、ＥＣＵ５０はＥＧＲ弁４２の開度制御及びスロットル弁２４の開度制御を行う。
【００３２】
ＥＣＵ５０には、以下に示される各種信号が入力される。
・ 自動車の運転者によって操作されるアクセルペダル４３の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ４４からの検出信号。
【００３３】
・ クランク軸１７の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ４５からの検出信号。
・ ディーゼルエンジン１１の冷却水温を検出する水温センサ４６からの検出信号。
【００３４】
ディーゼルエンジン１１においては、ＥＣＵ５０による燃料噴射量制御によって出力トルクが調整される。こうした燃料噴射量制御は、アクセル踏込量ＡＣＣＰ及びエンジン回転速度ＮＥ等から算出される燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎに基づき燃料噴射ノズル２６を駆動制御することによって行われる。なお、アクセル踏込量ＡＣＣＰはアクセルポジションセンサ４４からの検出信号に基づき求められ、エンジン回転速度ＮＥはクランクポジションセンサ４５からの検出信号に基づき求められる。
【００３５】
上記のようにＥＣＵ５０を通じて燃料噴射ノズル２６を駆動制御することにより、燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎに対応した量の燃料が各燃焼室１８内に噴射されてディーゼルエンジン１１の出力トルクが調整されるようになる。燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎの算出に用いられるアクセル踏込量ＡＣＣＰは、運転者による自動車への走行要求、言い換えればディーゼルエンジン１１への出力要求を表すパラメータである。従って、燃料噴射量指令値Ｑｆｉｎに基づき燃料噴射量を制御することで、運転者から要求される出力トルクが得られるようディーゼルエンジン１１の出力トルクが調整されることとなる。
【００３６】
また、ＥＣＵ５０は、サプライポンプ２８の吐出量を制御することによってコモンレール２７内の燃圧、すなわち噴射圧力を制御する。この噴射圧力については、噴射圧力を増加させるほど燃料噴射ノズル２６から噴射される燃料の微粒化を促進することができる。ただし、燃料噴射量が多い場合には噴射圧力が増加するように設定され、噴射された燃料の微粒化を促進して燃料粒子の燃え残りをなくして煤を主成分とする微粒子（パティキュレート）の生成を抑制するようにしている。
【００３７】
また、ＥＣＵ５０は、ディーゼルエンジン１１での燃焼状態が最適化されるように、燃料噴射量に応じて噴射時期を調整するようになっている。この噴射時期については、噴射時期を進角させるほど燃焼の開始時期を早めることができる。
【００３８】
更に、ＥＣＵ５０は、ディーゼルエンジン１１での燃焼状態が最適化されるように、アクチュエータ３６を駆動してノズルベーン３５の開度ＶＮＴを調整することによって可変ノズルターボチャージャ３０による過給圧を制御する。
【００３９】
また、ＥＣＵ５０は、クランクポジションセンサ４５によって検出されるディーゼルエンジン１１のエンジン回転速度ＮＥに基づいてディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であるかどうかを判定し、オーバーラン状態であると判定したときにはスロットル弁２４を閉側に制御するシャットオフ制御を行う。
【００４０】
このオーバーラン状態の判定は、ディーゼルエンジン１１のエンジン回転速度ＮＥを微視的に検出し、燃焼が影響しているかどうかを判定することによって行われる。
【００４１】
すなわち、図２はエンジン回転速度ＮＥとクランク角パルスとの状態を示している。エンジン回転速度ＮＥは微視的に見ると、各気筒の膨張行程における圧縮上死点ＴＤＣにて最小回転速度となり、圧縮上死点ＴＤＣ後９０度にて最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０となる。
【００４２】
図４は燃料噴射が行われておらず、燃焼がない場合のエンジン回転速度ＮＥの状況を示している。車両は坂道等を降坂していて、エンジン回転速度ＮＥは上昇している状態である。エンジン回転速度ＮＥが最大となる圧縮上死点ＴＤＣ後９０度における最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と圧縮上死点ＴＤＣにおける最小回転速度との平均によりディーゼルエンジン１１の平均回転速度ＮＥＡＶＥが算出される。この状況では、最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥはわずかであることが分かる。
【００４３】
それに対し、図５は意図しない燃焼がある場合のエンジン回転速度ＮＥの状況を示している。車両は意図しない燃焼により、エンジン回転速度ＮＥは上昇している状態である。この状況では、エンジン回転速度ＮＥが最大となる圧縮上死点ＴＤＣ後９０度における最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥは大きいことが分かる。
【００４４】
従って、ＥＣＵ５０は、各気筒の膨張行程における前記回転速度偏差ΔＮＥと、燃料噴射量が「０」であるときの平均回転速度に対応する基準回転速度偏差ΔＮＥ０との比較結果に基づいて、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であるか否かを判定する。すなわち、燃料噴射量が「０」であって、かつ、回転速度偏差ΔＮＥが、そのときの平均回転速度ＮＥＡＶＥに対応する基準回転速度偏差ΔＮＥ０よりも大きいときには、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であると判定される。また、燃料噴射量が「０」であって、かつ、回転速度偏差ΔＮＥがそのときの平均回転速度ＮＥＡＶＥに対応する基準回転速度偏差ΔＮＥ０以下であるときには、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態でないと判定される。
【００４５】
図３は、ＥＣＵ５０を通じて実行されるオーバーラン状態の判定手順である。このルーチンは、ＥＣＵ５０を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００４６】
本ルーチンにおいて、ステップ１００において燃料噴射量が０であるか否かが判定される。燃料噴射量が０でないと判定されると（ステップ１００：ＮＯ）、本処理を一旦終了する。逆に、燃料噴射量が０であると判定されると（ステップ１００：ＹＥＳ）、ステップ１１０に進む。
【００４７】
次に、クランクポジションセンサ４５にて検出されるエンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥがそのときの基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいか否かが判定される。この基準回転速度偏差ΔＮＥ０はＥＣＵ５０に予め記憶された図６に示す基準回転速度偏差のマップに基づいて算出される。この基準回転速度偏差ΔＮＥ０はそのときの平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の冷却水温（エンジン温度）とに基づいて算出される。
【００４８】
ここで、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいと判定されると（ステップ１１０：ＹＥＳ）、処理はステップ１２０に進む。ステップ１２０ではディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁２４を閉じる又は全閉とする等のシャットオフ制御が実行される。
【００４９】
また、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが基準回転速度偏差ΔＮＥ０以下であると判定されると（ステップ１１０：ＮＯ）、オーバーラン状態でないと判定され、スロットル弁２４のシャットオフ制御は実行されず、本ルーチンが終了する。
【００５０】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１） 各シリンダ１３の膨張行程における回転速度偏差ΔＮＥが、燃料噴射量０であるときの基準回転速度偏差ΔＮＥ０よりも大きい場合にはディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁２４のシャットオフ制御が行われる。その結果、ディーゼルエンジン１１のオーバーランが防止される。逆に、回転速度偏差ΔＮＥが燃料噴射量０であるときの基準回転速度偏差ΔＮＥ０以下の場合にはディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態ではないと判定され、スロットル弁２４のシャットオフ制御は行われない。そのため、特にディーゼルエンジン１１の高回転時であっても、スロットル弁２４が閉側に制御されることはないため、シリンダ１３内が過剰に低い圧力となることはなくなり、ピストン１５のピストンリングによるシリンダ１３の損傷を抑制することができる。また、可変ノズルターボチャージャ３０の高過給状態から急激な負圧になることによるターボチャージャ３０の損傷を招いたり、過給された吸入空気がターボチャージャ３０内を逆流することによる溜息音の発生を抑制することができ、ディーゼルエンジン１１への悪影響を抑制することができる。
【００５１】
（２） また、本実施形態においては、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であるか否かを判定するための基準回転速度偏差ΔＮＥ０を平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の温度に基づいて補正するようにしている。そのため、ディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態をより正確に判定することができるようになる。
【００５２】
（３） また、車両の減速時等のアクセルＯＦＦ時においてディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態でないと判定されるとスロットル弁２４のシャットオフ制御が行われないため、吸気が絞られることによって増大するポンピングロスを低減することもできる。これにより、原動機としてエンジンと電動モータとを備えたハイブリッドシステム車両等の回生ブレーキをより効率良く行うことができるようになる。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図７〜図９に従って説明する。
上記第１実施形態においては、ディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態の判定を燃料噴射量が０である場合に実施するようにしたが、ディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態は燃料噴射量が０でない場合、例えばアイドル運転状態のような場合にも起こりうる。
【００５４】
そこで本実施形態では、燃料噴射量に応じてディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を判定する制御を実行する。本実施形態において、ディーゼルエンジン１１及びその制御装置のシステム構成は第１実施形態と同様である。
【００５５】
本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するオーバーラン状態の判定制御処理を図７に示すフローチャートを参照して説明する。このルーチンは、ＥＣＵ５０を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５６】
本ルーチンにおいて、ステップ２００において所定の燃料噴射量に対して、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であるか否かを判定するための基準回転速度偏差ΔＮＥ０が算出される。この基準回転速度偏差ΔＮＥ０は、ＥＣＵ５０に予め記憶された図８に示す回転速度の基準偏差のマップに基づいて算出される基準偏差と、図９に示す補正係数のマップに基づいて算出される補正係数とに基づいて算出される。図８のマップから求められる基準偏差はそのときの燃料噴射量に応じた気筒の膨張行程において検出される最大回転速度と平均回転速度との回転速度偏差である。図９のマップから求められる補正係数はそのときの平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の冷却水温（エンジン温度）とに基づいて算出される。
【００５７】
次に、クランクポジションセンサ４５にて検出されるエンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが前記ステップ２００において算出された基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいか否かが判定される。
【００５８】
ここで、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが基準回転速度偏差ΔＮＥ０より大きいと判定されると（ステップ２１０：ＹＥＳ）、処理はステップ２２０に進む。ステップ２２０ではディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であると判定され、スロットル弁２４を閉じる又は全閉とする等のシャットオフ制御が実行される。
【００５９】
また、エンジン回転速度ＮＥの最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥが基準回転速度偏差ΔＮＥ０以下であると判定されると（ステップ２１０：ＮＯ）、オーバーラン状態でないと判定され、スロットル弁２４のシャットオフ制御は実行されず、本ルーチンが終了する。
【００６０】
従って、本実施形態によれば、上記第１実施形態に記載の特徴に加えて、以下の効果が得られる。
（３）所定の燃料噴射量の運転状態において、ディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を判定することができ、その判定結果に基づいてスロットル弁２４を閉じる又は全閉とする等のシャットオフ制御を実行することができる。
【００６１】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
・ 上記各実施形態では、燃料量に応じた基準回転速度偏差ΔＮＥ０を平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の温度に基づいて補正するようにした。これに代えて、クランクポジションセンサ４５によって検出された最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥを平均回転速度ＮＥＡＶＥとディーゼルエンジン１１の温度に基づいて補正するようにしてもよい。
【００６２】
・ 上記各実施形態では、クランクポジションセンサ４５によって検出された最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差ΔＮＥを基準回転速度偏差ΔＮＥ０と比較することによりディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を判定するようにした。これに代えて、クランクポジションセンサ４５によって検出された最小回転速度と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度偏差を基準回転速度偏差ΔＮＥ０と比較することによりディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を判定するようにしてもよい。あるいは、クランクポジションセンサ４５によって検出された最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との回転速度偏差を基準回転速度偏差と比較するようにすることもできる。この場合には、基準回転速度偏差として、最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との回転速度偏差に対応するものを用いればよい。このようにしてもディーゼルエンジン１１のオーバーラン状態を適切に判定することができる。しかも、平均回転速度ＮＥＡＶＥの算出処理が不要になるため、電子制御装置の演算負荷についてもこれを軽減することができるようになる。また、クランクポジションセンサ４５によって検出された最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との回転速度比をこれに対応する基準回転速度比と比較するようにしてもよい。要するに、ディーゼルエンジン１１の各気筒において燃料供給過多や潤滑油の燃焼等が発生した場合には、最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との乖離度合い（偏差及び比）が変化する。このため、この乖離度合いがそれに対応する基準乖離度合いよりも大きい場合には、ディーゼルエンジン１１がオーバーラン状態であると判定することができる。なお、最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と最小回転速度との乖離度合いには、他にも最大回転速度ＮＥＡＴＤＣ９０と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度比、及び最小回転速度と平均回転速度ＮＥＡＶＥとの回転速度比等も含まれる。
【００６３】
・ 上記各実施形態では、内燃機関としてディーゼルエンジン１１に具体化したが、アクセル操作量に基づいて吸入空気量が調整され、その吸入空気量を含む機関運転状態に基づいて燃料量が設定されるガソリンエンジンに具体化してもよい。この場合にも、上記各記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
次に、上記各実施形態から把握できる他の技術的思想を、以下に記載する。
・ 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関のオーバーラン防止装置において、前記内燃機関は、前記アクセル操作量に基づいて吸入空気量が調整され、その吸入空気量を含む機関運転状態に基づいて供給される燃料量が設定されるガソリンエンジンである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のオーバーラン防止装置が適用されるディーゼルエンジン全体を示す略図。
【図２】エンジン回転速度を微視的に見た状態を示すタイムチャート。
【図３】第１実施形態におけるオーバーラン状態の判定手順を示すフローチャート。
【図４】燃料噴射が行われておらず、燃焼がない場合のエンジン回転速度ＮＥを微視的に見た状態を示すタイムチャート。
【図５】燃料噴射が行われておらず、燃焼がある場合のエンジン回転速度ＮＥを微視的に見た状態を示すタイムチャート。
【図６】第１実施形態において、基準回転速度偏差の算出に用いられるマップ。
【図７】第２実施形態におけるオーバーラン状態の判定手順を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態における回転速度基準偏差の算出に用いられるマップ。
【図９】第２実施形態における回転速度基準偏差の補正値算出に用いられるマップ。
【符号の説明】
１１…ディーゼルエンジン、１３…気筒（シリンダ）、１５…ピストン、１６…コネクティングロッド、１７…クランク軸、１８…燃焼室、１９…吸気通路、２０…排気通路、２４…スロットル弁、２６…燃料噴射ノズル、２７…コモンレール（蓄圧装置）、３０…可変ノズルターボチャージャ（過給機）、４３…アクセルペダル、４４…アクセルポジションセンサ、４５…検出手段としてのクランクポジションセンサ、５０…算出手段、判定手段及び制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）、ＮＥＡＶＥ…平均回転速度、ＮＥＡＴＤＣ９０…最大回転速度、ΔＮＥ…回転速度偏差、ΔＮＥ０…基準回転速度偏差。
Claims (6)
- 内燃機関の各気筒に燃焼用空気を導く吸気通路に、駆動手段によって開閉駆動されるスロットル弁が設けられた内燃機関において、
前記内燃機関のそのときどきの回転速度を検出する検出手段と、
各気筒の膨張行程において検出される前記内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との乖離度合いを算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出される乖離度合いが、前記各気筒に供給される燃料量に応じて決まる基準乖離度合いよりも大きい場合には前記内燃機関がオーバーラン状態であると判定する判定手段と、
前記判定手段によってオーバーラン状態であると判定されたとき、前記スロットル弁を閉側に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のオーバーラン防止装置。 - 内燃機関の各気筒に燃焼用空気を導く吸気通路に、駆動手段によって開閉駆動されるスロットル弁が設けられた内燃機関において、
前記内燃機関のそのときどきの回転速度を検出する検出手段と、
各気筒の膨張行程において検出される前記内燃機関の最大回転速度と最小回転速度との回転速度偏差を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出される回転速度偏差が、前記各気筒に供給される燃料量に応じて決まる基準回転速度偏差よりも大きい場合には前記内燃機関がオーバーラン状態であると判定する判定手段と、
前記判定手段によってオーバーラン状態であると判定されたとき、前記スロットル弁を閉側に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のオーバーラン防止装置。 - 内燃機関の各気筒に燃焼用空気を導く吸気通路に、駆動手段によって開閉駆動されるスロットル弁が設けられた内燃機関において、
前記内燃機関のそのときどきの回転速度を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出されたそのときどきの機関回転速度に基づいて平均回転速度を算出し、各気筒の膨張行程において検出される前記内燃機関の最大回転速度又は最小回転速度と該平均回転速度との回転速度偏差を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出される回転速度偏差が、前記各気筒に供給される燃料量に応じて決まる基準回転速度偏差よりも大きい場合には前記内燃機関がオーバーラン状態であると判定する判定手段と、
前記判定手段によってオーバーラン状態であると判定されたとき、前記スロットル弁を閉側に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のオーバーラン防止装置。 - 請求項２又は３に記載の内燃機関のオーバーラン防止装置において、 前記判定手段は、前記算出手段によって算出された回転速度偏差又は前記燃料量に応じた基準回転速度偏差を前記内燃機関の温度に基づいて補正する内燃機関のオーバーラン防止装置。
- 請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のオーバーラン防止装置において、
前記判定手段は、前記算出手段によって算出された回転速度偏差又は前記燃料量に応じた基準回転速度偏差をそのときの平均回転速度に基づいて補正する内燃機関のオーバーラン防止装置。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関のオーバーラン防止装置において、
前記内燃機関は、ディーゼルエンジンである内燃機関のオーバーラン防止装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010013961A (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-21 | Hino Motors Ltd | 内燃機関の燃焼状態判定装置 |
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-
2003
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