JP2005121033A - 内燃機関の出力抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の出力抑制装置に関し、吸気調整手段が故障した場合にトルクショックを増大させることなく確実に機関の回転数及び機関の出力を抑制できるようにする。
【解決手段】内燃機関の燃焼室に供給される吸気量を調整する吸気調整手段と、燃焼室に供給される燃料量を調整する燃料調整手段と、運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段からの出力に基づいて、第１の運転領域では理論空燃比よりもリーン側の第１空燃比範囲で層状燃焼が行なわれるように吸気調整手段と第２空燃比範囲で予混合燃焼が行なわれるように吸気調整手段と燃料調整手段とを制御する制御手段と、吸気調整手段が吸気導通可能状態で異常と判定されたときに第２の運転領域においても層状燃焼が行なわれるように燃料調整手段を制御する異常時対応手段とをそなえるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路を流通する吸気調整手段の故障（異常）に伴う機関回転数の異常上昇や出力増大を防止しうる、内燃機関の出力抑制装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンという）の吸気通路には、スロットル弁が設置されるが、例えば図９に示すように、このスロットル弁の設置部分をバイパスして吸気通路に両端部を連通するようにしたバイパス通路を設けて、このバイパス通路にバイパスバルブをそなえるようにした吸気系が存在する。
なお、図９において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３はスロットル弁設置部分、４はエアクリーナ、５はバイパス通路、６はバイパスバルブである。吸気通路２は、上流側から吸気管７，サージタンク８，吸気マニホールド９の順で接続された構成になっており、バイパス通路５はサージタンク８の上流側に設けられている。

そして、排気通路と吸気通路との間には、排気通路１７内の排出ガス（排ガス）を吸気通路２のサージタンク８の上流部へ還流させる排ガス還流通路（ＥＧＲ通路）２９と、ＥＧＲ通路２９を通じた排ガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ３０とからなる排ガス還流装置がそなえられている。
この図９に示すようなバイパスバルブ（吸気調整手段）としては、例えばエンジンが所要のアイドリング回転速度を維持するように吸気量を調整するためのアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）として、スロットル弁をバイパスするバイパス通路にバイパスバルブ（ＩＳＣバルブ）を設けるようにしたものや、燃焼室へ供給する混合気の空燃比制御のために、ＩＳＣ用バイパス通路やＩＳＣバルブとは別個に、吸気通路のスロットル弁設置部分をバイパスするバイパス通路を設け、この通路にバイパスバルブ〔これをエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）という〕をそなえるようにしたものがある。

なお、このようなバイパスバルブでは、開度を微調整しうるように例えばステッパモータで駆動されるようになっている。
また、吸気調整手段としては、上述のバイパスバルブ以外に、スロットル弁を直接電気的に制御する電子スロットル弁がある。
ところで、このようなバイパスバルブや電子スロットル弁の駆動系が例えば開状態で故障（フェイル）してしまうと、吸気量を少量に抑制することができなくなって、エンジン出力が増大してしまったり、アイドルエンジン回転数が大幅に増加してしまうおそれがある。

これらは、吸気量を電子制御するエンジン、例えば、筒内噴射型内燃機関やポート噴射型内燃機関等に代表される希薄燃焼内燃機関（リーンバーンエンジン）において問題となる。
特に、予混合燃焼と層状燃焼（通常、層状リーン燃焼）とを行なう筒内噴射型内燃機関では、ポート噴射型の希薄燃焼内燃機関に比べて空燃比の大きい（例えば、空燃比２５以上）希薄領域で機関の運転が行なわれることにより、燃焼室内に導入される吸気量が多く必要なため、バイパスバルブ等が故障した場合、スロットル弁全閉又は全閉近傍のアイドル運転時におけるエンジン回転数が異常に増加してしまうという問題がある。

そこで、特開平２−３０９６８号公報（第１従来技術）に開示されているアイドル回転数制御装置のように、排ガス還流装置をそなえたものにおいて、エンジン回転数に異常が生じたら、排ガス還流を行なってエンジン出力を抑制することでアイドルエンジン回転数の増加を抑制するものが提案されている。また、特開平１−６９７５４号公報（第２従来技術）のように、補助空気制御装置が異常を検出されたときに、燃料供給を停止させてエンジンの暴走を防止するものも提案されている。

しかしながら、、第１従来技術のように、エンジン回転数に異常が生じたら排ガス還流を行ないエンジン出力を抑制する技術では、十分にエンジン回転数の異常増加を抑制することはできないという課題がある。また、第２従来技術のように、燃料供給を完全に停止する技術では、エンジン出力は抑制できるものの、トルクショックが非常に大きくなってしまうという課題がある。

本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、吸気調整手段（バイパスバルブや電子スロットル弁）が故障した場合に、トルクショックを増大させることなく確実にエンジン回転数及びエンジン出力を抑制できるようにした、内燃機関の出力抑制装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の内燃機関の出力抑制装置は、内燃機関の燃焼室に供給される吸気量を調整する吸気調整手段と、上記燃焼室に供給される燃料量を調整する燃料調整手段と、上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記運転状態検出手段からの出力に基づいて、第１の運転領域では理論空燃比よりもリーン側の第１空燃比範囲で層状燃焼が行なわれるように上記吸気調整手段と上記燃料調整手段とを制御し、第２の運転領域では第１空燃比範囲よりもリッチ側の第２空燃比範囲で予混合燃焼が行なわれるように上記吸気調整手段と上記燃料調整手段とを制御する制御手段と、上記吸気調整手段が吸気導通可能状態で異常となったことが判定されたときに上記第２の運転領域においても上記層状燃焼が行なわれるように上記燃料調整手段を制御する異常時対応手段とをそなえていることを特徴としている。

なお、上記内燃機関は、主として圧縮行程で筒内に直接燃料噴射を行ない層状リーン燃焼を成立しうる第１運転モードと、少なくとも主として吸気行程で筒内に直接燃料噴射を行ない予混合燃焼を成立しうる第２運転モードとを有し、各運転モードに基づいてエンジン制御を行なう筒内噴射型内燃機関であることが好ましい。
また、上記の異常判定について、給気調整手段が全閉又は全閉近傍になることを指示された状況下で実際に検出される実吸気量と、予め定められた設定吸気量とを比較して、実吸気量が設定吸気量以上であるときに吸気調整手段が異常であると判定することが好ましい。

請求項２記載の本発明の内燃機関の出力抑制装置は、請求項１記載の装置において、上記燃焼室で燃焼し排出された排ガスを該燃焼室に再び戻すための排ガス還流通路と、上記排ガス還流通路を通過する排ガス還流量を調整する排ガス還流量調整手段とをさらにそなえ、上記異常時対応手段が、上記異常が判定されたときに上記排ガス還流量を減少させるか又は還流停止させるように上記排ガス還流量調整手段を制御することを特徴としている。

本発明の内燃機関の出力抑制装置によれば、燃料供給の停止による大きなトルクショックを防止しながら、エンジン出力の増大を確実に防止することができるようになる利点がある。

以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図８は本発明の第１実施形態としての出力抑制装置及び本装置を有する内燃機関に関して示すものである。なお、本実施形態にかかる内燃機関（以下、エンジンという）は筒内噴射型ガソリンエンジンである。
まず、本実施形態にかかるエンジンの構成について、図２を参照しながら説明する。

図２において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３はスロットル弁設置部分、４はエアクリーナ、５はバイパス通路（第１バイパス通路）、６はバイパス通路５内を流通する空気量を調整しうる吸気調整手段としてのバイパスバルブ〔これを、エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）とよぶ〕である。吸気通路２は、上流側から吸気管７，サージタンク８，吸気マニホールド９の順で接続された構成になっており、バイパス通路５はサージタンク８の上流側に設けられている。バイパスバルブ６は、ステッパモータで所要の開度に駆動されるようになっているが、このバイパスバルブ６は、電磁弁によるデューティ制御を用いて開度調整を行なうようにしてもよい。

さらに、１２はアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）であり、バイパス通路（第２バイパス通路）１３とバイパスバルブとしてのＩＳＣバルブ１４とからなり、ＩＳＣバルブ１４は図示しないステッパモータで駆動されるようになっている。
また、１５はスロットルバルブであり、バイパス通路１３及びバイパス通路５は、吸気通路２のスロットルバルブ１５の装着部分をバイパスするようにしてそれぞれの上流端及び下流端を吸気通路２に接続されている。

そして、エアバイパスバルブ６，ＩＳＣバルブ１４の各開閉制御は、制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）１６を通じて行なわれるようになっている。
また、１７は排気通路、１８は燃焼室であり、吸気通路２及び排気通路１７の燃焼室１８への開口部、即ち吸気ポート２Ａ及び排気ポート１７Ａには、吸気弁１９及び排気弁２０が装備されている。さらに、２１は燃料調整手段としての燃料噴射弁（インジェクタ）であり、本実施形態では、インジェクタ２１が燃焼室１８へ直接燃料噴射するように配設されている。

さらに、２２は燃料タンク、２３Ａ〜２３Ｅは燃料供給路、２４は低圧燃料ポンプ、２５は高圧燃料ポンプ、２６は低圧レギュレータ、２７は高圧レギュレータ、２８はデリバリパイプであり、燃料タンク２２内の燃料を低圧燃料ポンプ２４で駆動して更に高圧燃料ポンプ２５で加圧して所定の高圧状態で燃料供給路２３Ａ，２３Ｂ，デリバリパイプ２８を通じてインジェクタ２１へ供給するようになっている。この際、低圧燃料ポンプ２４から吐出された燃料圧力は低圧レギュレータ２６で調圧され、高圧燃料ポンプ２５で加圧されてデリバリパイプ２８に導かれる燃料圧力は高圧レギュレータ２７で調圧されるようになっている。

また、２９はエンジン１の排気通路１７内の排出ガス（排ガス）を吸気通路２内に還流させる排ガス還流通路（ＥＧＲ通路）、３０はＥＧＲ通路２９を通じて吸気通路２内に還流する排ガスの還流量を調整する排ガス量調整手段としてのステッパモータ式のバルブ（ＥＧＲバルブ）であり、３１はブローバイガスを還元する流路であり、３２はクランク室積極換気用の通路、３３はクランク室積極換気用のバルブであり、３４はキャニスタであり、３５は排ガス浄化用触媒（ここでは、三元触媒）である。

ところで、ＥＣＵ１６では、図１，図２に示すように、エアバイパスバルブ６，ＩＳＣバルブ１４の開閉制御又は開度制御を行なうほか、インジェクタ２１や図示しない点火プラグのための点火コイルやＥＧＲバルブの制御や高圧レギュレータ２７による燃圧制御も行なうようになっている。これらの制御のために、図１，図２に示すように、エアフローセンサ４４，吸気温度センサ３６，スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）３７，アイドルスイッチ３８，エアコンスイッチ（図示略），変速ポジションセンサ（図示略），車速センサ（図示略），パワーステアリングの作動状態を検出するパワステスイッチ（図示略），スタータスイッチ（図示略），第１気筒検出センサ４０，クランク角センサ４１，エンジンの冷却水温を検出する水温センサ４２，排ガス中の酸素濃度を検出するＯ２ センサ４３等が設けられ、ＥＣＵ１６に接続されている。なお、クランク角センサ４１に基づいてエンジン回転数を算出でき、例えばＥＣＵ１６内にこのようなエンジン回転数演算機能がそなえられている。そこで、このクランク角センサ４１とエンジン回転数演算機能とからエンジン回転数センサが構成されるが、ここではクランク角センサ４１についても便宜上エンジン回転数センサとよぶ。
また、ここでは、Ｏ２ センサ４３にヒータが付設され、ＥＣＵ１６を通じたヒータ制御でＯ２ センサ温度が調整されるようになっている。

ここで、ＥＣＵ１６を通じたエンジンに関する制御内容について、図１，図３の制御ブロック図に基づいて説明する。
本エンジンでは、燃焼室１８内に均一に燃料を噴射することで成立しうる予混合燃焼と、燃焼室１８内に臨んだ図示しない点火プラグの周囲に噴射燃料を偏在させることで成立しうる層状リーン燃焼とを運転状態に応じて切り換えるエンジンである。そして、本エンジンは、エンジンの運転モードとして、詳細は後述するが後期リーン燃焼運転モード（後期リーンモード），前期リーン燃焼運転モード（前期リーンモード），ストイキオフィードバック運転燃焼運転モード（ストイキオ運転モード），オープンループ燃焼運転モードがあり、各モードにおいて、ＥＧＲを作動させる場合とＥＧＲを停止させる場合とが設定されており、エンジンの運転状態や車両の走行状態等に応じてこれらのモードの何れかが選択され、燃料の供給制御が行なわれる。

このため、ＥＣＵ１６には、図１に示すように、エンジンの運転状態を検出する機能（運転状態検出手段）１６１及び燃料の供給を制御する機能（燃料供給制御手段）１６２がそなえられている。運転状態検出手段１６１は、エンジンの負荷状態Ｐｅとエンジンの機関回転数Ｎｅとから内燃機関の現在の運転状態を検出する。また、燃料供給制御手段１６２は、後述のように運転状態検出手段１６１からの出力に応じた各モードに基づいた空燃比に応じて各気筒毎に設けられた燃料噴射弁による燃料供給を制御する。

なお、それぞれ設定されたモードに応じて空燃比が選択されるので、モード選択の機能は目標空燃比を設定する機能（通常時目標空燃比設定手段）１６３に相当する。
また、後述する異常時におけるエンジン制御機能（異常時対応手段）１７０と区別するために、ここで説明するエンジン制御にかかる機能については、通常時制御手段１６０とよぶ。

さて、上述のモードのうち、後期リーン燃焼運転モード（第１運転モード）は、最も希薄燃焼（第１空燃比：空燃比が２５〜４０程度）を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を圧縮行程後期のように極めて点火時期に近い段階で行ない、しかも燃料を点火プラグの近傍に集めて部分的にはリッチにし全体的にはリーンとしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつ節約運転を行なうようにしている。

また、前期リーン燃焼運転モード（第２運転モード）も希薄燃焼（第２空燃比：空燃比が１８〜２２程度）を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を後期リーン燃焼運転モードよりも前の吸気工程に行ない、燃料を燃焼室内に拡散させて全体空燃比をリーンにしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつある程度の出力を確保するようにして、節約運転を行なうようにしている。

ストイキオフィードバック燃焼運転モード（第２運転モード）は、Ｏ２ センサの出力に基づいて、空燃比をストイキオ又はストイキオ近傍の状態（第２空燃比）に維持しながら十分なエンジン出力を効率よく得られるようにしている。また、オープンループ燃焼運転モード（第２運転モード）では、加速時や発進時等に十分な出力が得られるように、オープンループ制御によりストイキオ又はリッチな空燃比での燃焼を行なう。

まず、各バルブ６，１４の開度制御から説明すると、ＥＣＵ１６にはエンジン運転状態に応じて要求空気量を設定する機能（要求空気量設定手段；図示略）がそなえられ、設定した要求空気量に応じて各バルブ６，１４の開度制御が行なわれる。
具体的には、図３に示すように、まず、スロットルセンサで検出されたスロットル開度θthとクランク角センサからの検出情報に基づいたエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて目標エンジン負荷（目標Ｐｅ）を設定する（ブロックＢ１）。

一方、エアコンスイッチからの情報に基づいてエアコンディショナがオンであればエンジン回転速度Ｎｅからマップに基づいてエアコン対応補正量ΔＰｅacを設定し（ブロックＢ２）、パワステスイッチからの情報に基づいてパワーステアリングがオンであればエンジン回転速度Ｎｅからマップに基づいてパワステ対応補正量ΔＰｅpsを設定し（ブロックＢ３）、インヒビタスイッチからの情報に基づいて始動時にはエンジン回転速度Ｎｅからマップに基づいてインヒビタ対応補正量ΔＰｅinh を設定する（ブロックＢ４）。

そして、適宜これらの対応補正量ΔＰｅac，ΔＰｅps，ΔＰｅinh によって、目標Ｐｅを補正する。そして、この補正後目標ＰｅをスイッチＳ１を通じて適宜フィルタリングし（ブロックＢ５）、このようにして得られた目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて要求空気量（又は、目標吸入空気量）Ｑに応じたバルブ開度に関する制御量Ｐｏｓを設定する。

この制御量Ｐｏｓの設定にあたっては、ブロックＢ７に示すように複数のマップからエンジンの運転状態に応じたものを選択して用いられ、スイッチＳ２，Ｓ３を通じて、エンジンの運転状態に応じて信号が出力される。ここでは、エンジンの運転状態として、最も希薄燃焼となる後期リーンモードと、これに次いだ希薄燃焼となる前期リーンモードと、ストイキオ運転モードの内のＥＧＲ作動中との３モードに関してマップが設けられ、これらのモードの場合にのみ要求空気量を設定する。

また、スイッチＳ４により、アイドル運転状態が成立した場合には、ブロックＢ８に示すようにエンジン回転数のフィードバックに基づいた要求空気量（又は、目標吸入空気量）ＩＳＣＱの制御量ＩＳＣＰｏｓ（この場合には、ＩＳＣバルブを主体とした目標開度となる）を設定する。
上述のブロックＢ７，Ｂ８を通じた要求空気量Ｑ，ＩＳＣＱに対応する量を設定する機能部分は、要求空気量設定手段（図示略）に相当する。

このようにして得られた制御量Ｐｏｓ又はＩＳＣＰｏｓに応じて、エアバイパスバルブ６の開度位置の設定又はデューティ比の設定（ブロックＢ１０）、ＩＳＣバルブ１４の開度位置の設定（ブロックＢ１１）が行なわれ、エアバイパスバルブ６，ＩＳＣバルブ１４が所要の状態に制御される。
さらに、図３に基づいて、インジェクタ，点火コイル，ＥＧＲの各制御について説明する。

インジェクタの駆動のためには、インジェクタの噴射開始時期と噴射終了時期とを設定する必要があるが、ここでは、インジェクタ駆動時間Ｔinj とインジェクタの噴射終了時期とを設定して、これに基づいて、インジェクタの噴射開始時期を逆算しながら、インジェクタの駆動のタイミングを決定している。これらの設定は、ＥＣＵ１６で エンジン運転状態に応じて行なわれる。

インジェクタ駆動時間Ｔinj の設定には、まず、フィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて空燃比Ａ／Ｆを設定する（ブロックＢ１２）。この場合の設定マップも、後期リーンモードでＥＧＲ作動中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止中と、前期リーンモードと、オープンループモードとの４モードに関して設けられており、エンジンの運転状態に応じたものを選択して用いられる。

こうして得られた空燃比Ａ／Ｆと、エアフロセンサで検出された吸気量Ｑpbとから、インジェクタ駆動時間Ｔinj を算出する（ブロックＢ１３）。
そして、このインジェクタ駆動時間Ｔinj に、気筒別インジェクタ不均率補正（ブロックＢ１４）及び気筒別デッドタイム補正（ブロックＢ１５）を施す。一方、目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから減速時用噴射時間ＴDEC を算出して（ブロックＢ１６）、減速時で且つ後期リーン運転時には、スイッチＳ５を通じて、ブロックＢ１３で得られたインジェクタ駆動時間Ｔinj とこの減速時用噴射時間ＴDEC とのうちの小さいほうを選択して（ブロックＢ１７）、これをインジェクタ駆動時間に決定する。

インジェクタの噴射終了時期の設定も、フィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて噴射終了時期を設定する（ブロックＢ１８）。この場合の設定マップも、後期リーンモードでＥＧＲ作動中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止中と、前期リーンモードと、オープンループ運転又はストイキオフィードバック運転のモードとの４モードに関して設けられており、エンジンの運転状態に応じたものを選択して用いられる。

こうして得られた噴射終了時期に後期リーンモードの場合には水温補正を施して噴射終了時期を得るようにしている。
このようにして得られたインジェクタ駆動時間Ｔinj 及び噴射終了時期に基づいて、インジェクタの駆動を行なう。
また、点火コイルによる点火プラグの点火時期についても、フィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいて点火時期を設定する（ブロックＢ２０）。この場合の設定マップは、後期リーンモードでＥＧＲ作動中と、後期リーンモードでＥＧＲ停止中と、前期リーンモードと、ストイキオフィードバック運転でＥＧＲ作動中と、オープンループ運転又はストイキオフィードバック運転でＥＧＲ停止中の５モードに関して設けられている。こうして得られた点火時期に各種リタード補正を施して（ブロックＢ２１）、これに基づいて点火コイルの制御を行なう。

また、ＥＧＲの流量制御についても、フィルタリング処理（ブロックＢ６）された補正後目標Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから、マップに基づいてＥＧＲの流量を設定する（ブロックＢ２２）。この場合の設定マップは、Ｄレンジでの後期リーンモードと、Ｎレンジでの後期リーンモードと、Ｄレンジでのストイキオフィードバック運転モードと、Ｎレンジでのストイキオフィードバック運転モードとの４モードに関して設けられている。

こうして得られたＥＧＲの流量を水温補正（ブロックＢ２３）を施して、開度に応じた制御量（デューティ比）を設定して（ブロックＢ２４）、ＥＧＲの流量制御を行なう。なお、水温補正（ブロックＢ２３）に関しても、エンジンの運転状態（ここでは、後期リーンモードとストイキオフィードバック運転モードとの２モード）に応じたマップが用いられている。

本内燃機関の出力抑制装置は、このように、エアバイパス通路５，エアバイパスバルブ（吸気調整手段）６，排ガス還流通路（ＥＧＲ通路）２９，排ガス量調整手段（ＥＧＲバルブ）３０，運転状態検出手段１６１，燃料供給制御手段１６２を有するエンジン１にそなえられており、図１に示すように構成されている。 つまり、吸気調整手段（エアバイパスバルブ）６が異常であると判定された時に排ガス量調整手段（ＥＧＲバルブ）３０及び燃料供給制御手段１６２の作動を制御する異常時対応手段１７０をそなえている。

この異常時対応手段１７０には、吸気調整手段即ちエアバイパスバルブ６が異常であるか否かを判定する異常判定手段１７１と、この異常判定手段１７１により吸気調整手段（エアバイパスバルブ）６が異常であると判定されるとこの異常判定時のエアバイパスバルブ６による空気量の調整状態を検出する異常時状態検出手段１７２と、異常判定後に、後期リーンモード（第１空燃比）に設定する異常時設定手段（異常時目標空燃比設定手段）１７３とがそなえられる。

そして、異常時対応手段１７０では、異常判定時に異常時設定手段１７３からの出力に応じて排ガス量調整手段（ＥＧＲバルブ）３０及び燃料供給制御手段１６２の作動を制御するようになっている。
ところで、異常判定手段１７１では、エアバイパスバルブ６の正常時においてこのエアバイパスバルブ６の開度に応じて得られると推定される吸入空気量又はは機関回転数を、エアフローセンサ４４やエンジン回転数センサ４１により実際に検出された吸入空気量又は機関回転数とを比較することでエアバイパスバルブ６の異常を判定することができる。

つまり、エアバイパスバルブ６の開度は、エンジンの運転状態に応じて設定されエアバイパスバルブ６に制御信号が出力される。エアバイパスバルブ６の通常時（正常時）には、この制御信号に応じた吸入空気量が得られる。したがって、エアバイパスバルブ６に制御信号に対応するようにして正常時の吸入空気量を算出するか、又はエアバイパスバルブ６に制御信号に吸入空気量を対応させたマップを用意してこのマップから正常時の吸入空気量を求めることができる。

エアバイパスバルブ６に異常が生じると、このエアバイパスバルブ６に制御信号に応じた吸入空気量を得ることができなくなり、正常時の吸入空気量とは異なる吸入空気量が実測されるようになる。したがって、このような正常時に得られるだろう吸入空気量と実際に測定される吸入空気量との間に所要量以上の差異が生じたら、エアバイパスバルブ６が異常であると判定することができる。

また、吸入空気量に応じたエンジン回転数が得られる領域では、正常時には、エアバイパスバルブ６への制御信号に対応したエンジン回転数が得られることになるので、正常時に得られるだろうと推定される、エアバイパスバルブ６への制御信号に対応したエンジン回転数と、実際に測定されるエンジン回転数との間に所要量以上の差異が生じたら、エアバイパスバルブ６が異常であると判定することもできる。

具体的には、本エンジンにおける故障判定では、後期リーンモードの運転モード時においてアイドルスイッチ３８がオンとなってアイドル状態が検出されたときに、エアフロセンサ４４により検出される実吸気量が予めＥＣＵ１６に記憶されている設定吸気量よりも大きいことが判定された場合に、エアバイパスバルブ６が開状態で故障していると判定する。また、後期リーンモード以外の運転モードでは、ＴＰＳ３７の出力電圧が所定電圧（スロットル弁が全閉又は全閉近傍での出力電圧）以下となったときに、エアフロセンサ４４により検出される実吸気量が予めＥＣＵ１６で記憶されている設定吸気量よりも大きいことが判定された場合に、エアバイパスバルブ６が開状態で故障していると判定する。

異常時状態検出手段１７２では、異常判定手段１７１によりエアバイパスバルブ６の異常が判定された際に、エアフローセンサ４４から得られる実際の吸入空気量に基づいて、異常判定時のエアバイパスバルブ６による空気量の調整状態を推定する。この異常時状態検出手段１７２では、異常判定手段１７１によりエアバイパスバルブ６の異常が判定された際、エアバイパスバルブ６への異常判定直前の制御信号に基づいて、エアバイパスバルブ６の異常状態を推定するようにしてもよい。

異常時設定手段１７３では、異常時状態検出手段１７１の出力に基づいてエンジン運転モードを後期リーンモード（第１空燃比）に設定し、さらに、ＥＧＲ量を減少又はＥＧＲ停止（ＥＧＲカット）させる。なお、エンジン出力を確実に抑制するためには、ＥＧＲをカットしてしまうことが好ましい。
つまり、異常時状態検出手段１７１で異常が判定された時、エンジン運転モードを後期リーンモードに設定することで、燃料噴射量を減少させて、また、本エンジンのように超リーン運転をする場合、ＥＧＲ内に余剰酸素が多量に含まれているため、ＥＧＲ量については減少せしめるようにさせて、燃焼室内に入る酸素量を減らすことでエンジン出力の増加を抑制している。

特に、エンジンのアイドリング時には、本来はアイドル回転数を所定回転域に止めておきたいが、吸入空気量（特に、新気の吸入空気量）が多過ぎるとアイドル回転数が過剰になる場合があり、これに対して後期リーンモード（第１空燃比）として大きな空燃比の値を設定することで、アイドル回転数を所定回転域に止められるようになっているのである。

なお、ここでは、後期リーンモードを設定するとともに、ＥＧＲ量を減少又はカットさせているが、これらのうちの一方のみを用いてエンジン出力の増加を抑制したり、また、フェイル発生時のＡＢＶ開度が小さい場合については、例えば異常時目標空燃比のみを設定するなど一方だけの異常時制御（異常時対応）を使うようにしてもよい。
本発明の第１実施形態としての内燃機関の出力抑制装置は、上述のように構成されているので、例えば図４に示すように、まず、運転状態検出手段１６１により、スロットルセンサやクランク角センサからの検出情報に基づいて求められたエンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転数Ｎｅから現在のエンジン運転状態を検出又は判定する（ステップＳ１０）。

そして、エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）やＥＧＲ等のアクチュエータを駆動する（ステップＳ２０）。このために、ＡＢＶに関しては、前述のブロックＢ７（図３参照）に示すように、この現在のエンジン運転状態からマップ等により要求空気量Ｑを求め、さらに、アイドル状態か否かの判定結果に基づいて、ＡＢＶの制御量Ｐｏｓを設定する。また、ＥＧＲに関しても、前述のブロックＢ２２〜Ｂ２４（図３参照）に示すように、マップ等からＥＧＲの制御量（デューティ比）を設定する。そして、これらの設定された制御量に基づいて、ＡＢＶやＥＧＲ等のアクチュエータを駆動する。

さらに、エアフローセンサ４４からの検出信号ＡＦＳ，スロットルポジションセンサ３７からの検出信号ＴＰＳ，クランク角センサ４１の検出信号に基づいて検出されたエンジン回転数信号Ｎｅ，ＡＢＶの開度制御信号，ＥＧＲの開度制御信号，空燃比Ａ／Ｆの制御信号等を読み込む（ステップＳ３０）。
そして、これらの各信号に基づいて、後期リーンモードでアイドルスイッチ３８がオン状態の場合、又は、後期リーンモード以外のモードでＴＰＳ３７の出力電圧が所定電圧以下の場合に、検出されるＡＢＶ正常時の実吸気量ＡＦＳと予めＥＣＵ１６内に記憶された設定吸気量とを照合して、ＡＢＶの故障（異常）を判定する（ステップＳ４０）。

そして、設定空気量と実際の空気量ＡＦＳとが照合する場合には、ＡＢＶが正常に作動していると判定でき、現在の運転状態に応じた通常時目標空燃比（Ａ／Ｆ）、即ち各運転モードの空燃比、を設定（ステップＳ５０）するとともに、空燃比やＥＧＲに関して通常時制御を行なう（ステップＳ６０）。
一方、設定吸気量と実吸気量ＡＦＳとが照合しない場合には、ＡＢＶがフェールしていると判定でき、ＥＣＵ１６からＩＳＣ１４，ＡＢＶ６に全閉（オフ）信号を出力した後、全運転域で後期リーン運転用の異常時目標空燃比（Ａ／Ｆ）、即ち後期リーンモードの第１空燃比、を設定して（ステップＳ７０）、空燃比やＥＧＲに関して異常時対応制御を行なう（ステップＳ８０）。

この異常時対応（異常時制御）に関しては、図５に示すように行なわれる。つまり、まず、異常判定手段１７１で、ＡＢＶフェールの異常判定が行なわれる（ステップＡ１０）。そして、異常時設定手段１７３では、異常判定手段１７１により異常が判定された場合、通常時目標空燃比よりも大きい異常時目標空燃比を設定し、さらに、全運転域で後期リーンとし、ＥＧＲ量を減少又はカットするように設定する（ステップＡ２０）。

そして、これらの設定したＥＧＲ量，異常時目標空燃比に応じて、ＥＧＲや燃料供給制御を行なう（ステップＡ３０）。
このようにして、エアバイパスバルブがフェイルした時には、このフェイル時の吸入空気量に応じて目標空燃比が大きくされるため燃料噴射量が減少するので、吸入空気量が多過ぎることによって生じやすいエンジン出力の増加を抑制し、さらに、ＥＧＲ量を減少又はカットすることで、ＥＧＲ内に含まれる余剰酸素が吸気通路２に導入され、燃焼室内に流入する酸素が増加し、混合気が極めてリーンになって、エンジン出力が増加するのを抑制する。これにより、エンジン回転数の過剰な増加が抑制されて、特に、エンジンのアイドリング時に、アイドル回転数を所定回転域に確実に止めておくことができるようになる。

ところで、本発明の内燃機関の出力抑制装置は、燃料噴射弁による燃料供給を部分的に休止するように構成されたエンジン、即ち休筒機構付きエンジンにも適用することができる。
ここで、本発明を休筒機構付きエンジンに適用した例を、第２実施形態として説明する。

つまり、休筒機構付きエンジンでは、エンジンへの要求出力が小さい場合に、複数の気筒のうちの一部について部分的に燃料供給を休止するように燃料噴射弁の作動を制御する機能（燃料供給休止手段）、又は、所定の間引き率で燃料噴射弁を間引き運転させる機能（燃料供給休止手段）をそなえている。
このようなエンジンに、第１実施形態の異常判定手段１７１に加えて、ＡＢＶのフェール状態を検出または推定する異常時状態検出手段１７２をそなえるようにして、異常判定手段１７１による異常判定後には、異常時状態検出手段１７２からの出力に基づいて燃料噴射弁による燃料供給を部分的に休止するように燃料噴射弁の作動を制御するように燃料供給休止手段を構成するのである。

例えば、ＡＢＶが大きな開度の状態でフェールしたら、例えば４気筒のうちの２気筒について休筒したり、ＡＢＶが比較的小さな開度の状態でフェールしたら、例えば４気筒のうちの１気筒についてのみ休筒するなど、フェール開度に応じて休筒割合を調整する。また、ＡＢＶが大きな開度の状態でフェールしたら、１サイクル中の燃料噴射弁を不作動させる、つまり、間引き運転させる頻度（即ち、間引き率）を大きくさせ、ＡＢＶが比較的小さな開度の状態でフェールしたら、間引き率を小さくさせるようにするなど、フェール開度に応じて間引き率を設定する。

このような構成によれば、異常時制御に関しては、図６に示すように行なうことができる。つまり、まず、異常時状態検出手段１７２で、ＡＢＶフェール開度、即ち、異常判定時のエアバイパスバルブ６による空気量の調整状態を求める（ステップＣ１０）。そして、異常時状態検出手段１７２の出力に基づいて燃料噴射弁による燃料供給を部分的に休止する（ステップＣ２０）。

例えば、ＡＢＶのフェール開度が大きいほど休筒割合又は間引き率を大きくすることで、エアバイパスバルブのフェイル時に、吸入空気量が多過ぎることによって生じやすいエンジン出力の増加を適切に抑制することができる。また、ＡＢＶのフェール開度が小さければ休筒割合又は間引き率を小さくすることで、エアバイパスバルブのフェイル時におけるエンジン出力の増加を適切に抑制することができる。

これにより、エンジン回転数の過剰な増加が抑制されて、特に、エンジンのアイドリング時に、アイドル回転数を所定回転域に確実に止めておくことができるようになるのである。
また、第２実施形態の変形例に相当するが、エンジンのアイドリング時に、異常判定手段１７１によりエアバイパスバルブが異常であると判定されるとエンジンのアイドル回転数が設定回転数以下になるように燃料噴射弁による燃料供給を部分的に休止するよう燃料供給制御手段の作動を制御するように、燃料供給休止手段を構成してもよい。

この場合には、図７に示すように、アイドリング時であるか否かを判定し（ステップＥ１０）、アイドリング時には、エンジン回転数Ｎｅが、予め設定されたアイドル回転数ＩＤに所定の回転数Ｎｅ０（例えばＮｅ０＝２５００ｒｐｍ）を加えた値（ＩＤ＋Ｎｅ０）を越えたか否かを判定して（ステップＥ２０）、エンジン回転数Ｎｅが、所定値（ＩＤ＋Ｎｅ０）を越えていたら、燃料噴射弁による燃料供給を部分的に休止する（ステップＥ３０）。

このステップＥ３０で、休筒割合又は間引き率を少しずつ増やすようにしていけば、エアバイパスバルブのフェール時にも、アイドリング時にエンジン出力の過剰な上昇が抑制されて、アイドリング時のエンジン回転数Ｎｅを、所定値（ＩＤ＋Ｎｅ０）未満に抑制することができるのである。
なお、第２実施形態及びその変形例に関し、第１実施形態の如く吸気調整手段の異常が判定された際に、全運転域を必ずしも後期リーンモードに設定しなくてもよい。

ここまで、後期リーンモードの運転モードを有する筒内噴射型内燃機関を前提に各実施形態を説明してきたが、本発明はこのような筒内噴射型内燃機関に限定されるものではなく、ストイキオフィードバックを行なう内燃機関や、後期リーンモードをもたない希薄燃焼内燃機関等の吸気系一般に広く適用しうるものである。
そこで、第１実施形態の変形例に相当するが、エンジンが後期リーンモード（圧縮行程で燃料噴射を行なうリーンモード）をもたない希薄燃焼内燃機関の場合において、エンジンのアイドリング時に、異常判定手段１７１によりエアバイパスバルブが異常であると判定されるとエンジンのアイドル回転数が設定回転数以下になるように燃料供給抑制及び排ガス還流量の増加を行なうように、異常時対応手段１７０を構成した実施形態について説明する。

この場合には、図８に示すように、アイドリング時であるか否かを判定し（ステップＤ１０）、アイドリング時には、エンジン回転数Ｎｅが、予め設定されたアイドル回転数ＩＤに所定の回転数Ｎｅ０（例えばＮｅ０＝２５００ｒｐｍ）を加えた値（ＩＤ＋Ｎｅ０）を越えたか否かを判定して（ステップＤ２０）、エンジン回転数Ｎｅが、所定値（ＩＤ＋Ｎｅ０）を越えていたら、ＥＧＲ量を所要量だけ上昇させる（ステップＤ３０）、そして、再び、エンジン回転数Ｎｅが所定値（ＩＤ＋Ｎｅ０）を越えたか否かを判定して（ステップＤ４０）、ここで、エンジン回転数Ｎｅが所定値（ＩＤ＋Ｎｅ０）を越えていたら、空燃比Ａ／Ｆを所要量だけ上昇させて、燃料供給量を抑制する（ステップＤ５０）。

アイドリング時のエンジン回転数Ｎｅが所定値（ＩＤ＋Ｎｅ０）未満になるまで、ＥＧＲ量やＡ／Ｆを所要量ずつ増加させるようにすれば、エアバイパスバルブのフェール時にも、アイドリング時にエンジン出力の過剰な上昇が抑制されて、アイドリング時のエンジン回転数Ｎｅを、所定値（ＩＤ＋Ｎｅ０）未満に抑制することができるのである。
なお、この実施形態では、ＥＧＲ量を増大させているが、これは上述した第１実施形態における筒内噴射とは異なりＥＧＲ内に余剰酸素量が少ないため、第１実施形態のように吸気通路内の吸気量が増大してエンジン出力が増大するということがなく、逆に、吸気通路内にＥＧＲ量を多量に還流させることで、燃焼を積極的に悪化させることができ、これによりエンジン出力を抑制することができるためである。

なお、エアバイパスバルブやＩＳＣバルブは、ステッパモータ式に限定されるものでなく、リニヤソレノイド式のものなど他の方式のものでもよい。
また、各実施形態では、ＡＢＶの故障時におけるエンジン出力抑制装置について説明したが、本発明はＡＢＶの故障対応に限定されるものではなく、スロットル弁を電子制御する電子スロットル弁の故障時にも適用できることは言うまでもない。特に、電子スロットル弁の場合には、開放状態で故障した場合、吸気量が故障した状態（故障時の開度量）で決まってしまうため、第２実施形態やその変形例を利用するとエンジン出力制御が可能となり有効である。

本発明の第１実施形態としての内燃機関の出力抑制装置を有する内燃機関の制御系の要部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての内燃機関の出力抑制装置を有する内燃機関の要部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての内燃機関の出力抑制装置を有する内燃機関の制御ブロック図である。 本発明の第１実施形態としての内燃機関の出力抑制装置の制御を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態としての内燃機関の出力抑制装置の制御を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態としての内燃機関の出力抑制装置の制御を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態の変形例の制御を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態の変形例の制御を説明するフローチャートである。 一般的なバイパス通路付き内燃機関を示す図である。

符号の説明

１ エンジン本体
２ 吸気通路
３ スロットル弁設置部分
４ エアクリーナ
５ バイパス通路（第１バイパス通路）
５Ａ バイパス通路５の上流部
５Ｂ バイパス通路５の中流部
５Ｃ バイパス通路５の下流部
６ 吸気調整手段としてのバイパスバルブ
７ 吸気管
８ サージタンク
９ 吸気マニホールド
１２ アイドルスピートコントローラ（ＩＳＣ）
１３ バイパス通路（第２バイパス通路）
１４ バイパスバルブとしてのＩＳＣバルブ
１５ スロットルバルブ
１６ 制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）
１７ 排気通路
１８ 燃焼室
２Ａ 吸気ポート
１７Ａ 排気ポート
１９ 吸気弁
２０ 排気弁
２１ 燃料調整手段としての燃料噴射弁（インジェクタ）
２２ 燃料タンク
２３Ａ〜２３Ｅ 燃料供給路
２４ 低圧燃料ポンプ
２５ 高圧燃料ポンプ
２６ 低圧レギュレータ
２７ 高圧レギュレータ
２８ デリバリパイプ
２９ 排ガス還流通路（ＥＧＲ通路）
３０ ＥＧＲバルブ
３１ ブローバイガス還元流路
３２ クランク室積極換気用通路
３３ クランク室積極換気用バルブ
３４ キャニスタ
３５ 排ガス浄化用触媒
３６ 吸気温度センサ
３７ スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）
３８ アイドルスイッチ
４０ 第１気筒検出センサ
４１ クランク角センサ
４２ 水温センサ
４３ Ｏ２ センサ
４４ エアフローセンサ
１６０ 通常時制御手段
１６１ 運転状態検出手段
１６２ 燃料供給制御手段
１６３ 通常時目標空燃比設定手段
１７０ 異常時対応手段
１７１ 異常判定手段
１７２ 吸気調整手段
１７３ 異常時目標空燃比設定手段

Claims (2)

1. 内燃機関の燃焼室に供給される吸気量を調整する吸気調整手段と、
   上記燃焼室に供給される燃料量を調整する燃料調整手段と、
   上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   上記運転状態検出手段からの出力に基づいて、第１の運転領域では理論空燃比よりもリーン側の第１空燃比範囲で層状燃焼が行なわれるように上記吸気調整手段と上記燃料調整手段とを制御し、第２の運転領域では第１空燃比範囲よりもリッチ側の第２空燃比範囲で予混合燃焼が行なわれるように上記吸気調整手段と上記燃料調整手段とを制御する制御手段と、
   上記吸気調整手段が吸気導通可能状態で異常となったことが判定されたときに上記第２の運転領域においても上記層状燃焼が行なわれるように上記燃料調整手段を制御する異常時対応手段とをそなえている
   ことを特徴とする、内燃機関の出力抑制装置。
2. 上記燃焼室で燃焼し排出された排ガスを該燃焼室に再び戻すための排ガス還流通路と、
   上記排ガス還流通路を通過する排ガス還流量を調整する排ガス還流量調整手段とをさらにそなえ、
   上記異常時対応手段が、上記異常が判定されたときに上記排ガス還流量を減少させるか又は還流停止させるように上記排ガス還流量調整手段を制御することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の出力抑制装置。

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