JP2006132336A

JP2006132336A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2006132336A
Application number: JP2004319116A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Shibagaki; 信之柴垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-25
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: EP1807619B1; JP4375201B2; EP2151566A3; CN101576015B; EP2151566A2; CN100497914C; WO2006049230A1; US7150265B2; US20060090732A1; EP2151566B1; CN101576015A; DE602005022335D1; EP1807619A1; CN101031712A

Abstract

【課題】低圧燃料系の故障時に、エンジンの正常運転を維持する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、低圧燃料系が異常であるか否かを判断するステップ（Ｓ１００）と、低圧燃料系が異常であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、吸気通路噴射用インジェクタを停止するステップ（Ｓ１１０）と、エンジンの運転状態が筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの噴き分け状態であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、目標パージ率を上昇させるステップ（Ｓ１３０）と、ＶＶＴオーバラップ量を小さくするステップ（Ｓ１４０）と、点火時期を遅角するステップ（Ｓ１５０）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、筒内に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）と吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備えた内燃機関に関し、特に、燃料噴射を分担している領域で第１の燃料噴射手段のみにより燃料噴射しなければならない状態におけるトルク変動を抑制する技術に関する。

機関吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタと、機関燃焼室内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタとを具備し、機関回転数と機関負荷とに基づいて吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの燃料噴射比率を決定する内燃機関が公知である。

筒内噴射用インジェクタあるいは筒内噴射用インジェクタに燃料を供給する燃料系（以下においては高圧燃料供給系と記載する）に故障等による作動不良が生じた場合には、筒内噴射用インジェクタの燃料噴射が停止してしまう。

このような作動不良時のフェイルセーフとして、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を禁止し、かつ燃焼モードを均一燃焼モードに固定し、吸気通路噴射用インジェクタのみ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、吸気通路噴射用インジェクタが筒内噴射用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場合がある。

特開２０００−１４５５１６号公報（特許文献１）は、筒内噴射用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、吸気通路噴射用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ができるエンジン制御装置を開示する。この公報に開示されたエンジン制御装置は、燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気系に燃料を噴射する吸気通路噴射用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筒内噴射用インジェクタの所定噴射量を越えているとき、その不足分を吸気通路噴射用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であって、筒内噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタに燃料を供給する高圧燃料供給系の異常を判定する異常判定部と、異常と判定したとき吸気通路噴射用インジェクタの最大噴射量と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に固定する目標燃料補正部と、最大噴射量に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する目標吸入空気量補正部と、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スロットル開度指示値算出部とを含む。

このエンジン制御装置によると、筒内噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタに燃料を供給する高圧燃料供給系の異常が検知されたとき、吸気通路噴射用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。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ系の異常が検知されたとき、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を禁止し、吸気通路噴射用インジェクタのみからの燃料噴射として、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て、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。これにより、筒内噴射用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。
特開２０００−１４５５１６号公報

特許文献１に開示されたエンジン制御装置においては、高圧燃料供給系に異常が発生すると筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を停止させて吸気通路噴射用インジェクタからのみ燃料を噴射している。しかしながら、吸気通路噴射用インジェクタの故障や吸気通路噴射用インジェクタに燃料を供給している燃料供給系の故障については、なんら開示がない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とで噴射燃料を分担する内燃機関において、第２の燃料噴射手段側に故障が発生した場合であっても内燃機関の正常運転を維持する、内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と、吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段と、第１の燃料噴射手段に燃料を供給するための第１の燃料供給手段と、第２の燃料噴射手段に燃料を供給するための第２の燃料供給手段とを備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段の一方の噴射停止を含んで、燃料を分担して噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、第２の燃料供給手段の異常の有無を判断するための異常判断手段とを含む。この制御手段は、異常判断手段により第２の燃料供給手段に異常があると判断された場合、第１の燃料噴射手段から燃料噴射を行ない、第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわないように、制御するための手段を含む。

第１の発明によると、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）と、吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備えた内燃機関において、吸気通路噴射用インジェクタに異常があると判断された場合、筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射して、吸気通路噴射用インジェクタから燃料を噴射しないようにする。このようにすると、たとえば、吸気通路噴射用インジェクタと制御装置とを接続するハーネス等の断線等の故障があった場合、筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射して内燃機関の通常運転を維持することができる。その結果、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とで噴射燃料を分担する内燃機関において、第２の燃料噴射手段側に故障が発生した場合であっても内燃機関の正常運転を維持する、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置は、第１の発明の構成に加えて、異常判断手段により第２の燃料供給手段に異常があると判断され第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合、第２の燃料供給手段に異常があると判断されていない場合に比べて、パージ率を上昇させるように、内燃機関に設けられたパージ機構を制御するための手段をさらに含む。

第２の発明によると、異常が検知された吸気通路噴射用インジェクタからの燃料量の減量分を、パージ率を上昇させて、見かけ上、吸気系からの燃料量を補う。これにより、吸入空気と燃料とのミキシング状態が良好な吸気系からの燃料を補うことができるので、吸気通路噴射用インジェクタから燃料を噴射できない場合において、燃焼変動を抑制することができる。

第３の発明に係る制御装置は、第１または２の発明の構成に加えて、異常判断手段により第２の燃料供給手段に異常があると判断され第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合、第２の燃料供給手段に異常があると判断されていない場合に比べて、吸排気バルブのオーバーラップが小さくなるように、内燃機関に設けられた可変バルブタイミング機構を調整するための調整手段をさらに含む。

第３の発明によると、吸排気バルブのオーバーラップを小さくして、燃焼室からの吸気の吹き返しを抑制することができる。このようにすると、吹き返しに含まれるＰＭ（Particulate Matter）により吸気通路噴射用インジェクタや吸気ポートにデポジットが堆積することを抑制できる。したがって、吸気通路噴射用インジェクタそのものの故障でなければ、吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射を行なわない時にデポジットが堆積しない状態を維持できるので、たとえばハーネスの修理後、その吸気通路噴射用インジェクタをそのまま使用することができる。さらに、吸排気バルブのオーバーラップを小さくすると内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）率が低下するので燃焼状態が良好となりトルク変動が抑制される。

第４の発明に係る制御装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、異常判断手段により第２の燃料供給手段に異常があると判断され第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合、第２の燃料供給手段に異常があると判断されていない場合に比べて、点火時期を遅角させるように、内燃機関に設けられた点火時期可変機構を調整するための調整手段をさらに含む。

第４の発明によると、点火時期を遅角させて、燃焼温度を下げて、ＮＯｘの発生を抑制することができる。これは、点火時期をＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque）付近に設定した場合（最も燃焼圧力が高く燃焼温度も高い）に比べて点火時期を遅角するに従い燃焼圧力が低下し燃焼温度も低下してＮＯｘの発生を抑制することができる。燃焼温度の低下およびＮＯｘの抑制により、筒内噴射用インジェクタの噴口にデポジットが堆積することを抑制できる。したがって、本来は燃料噴射を分担している領域で、吸気通路噴射用インジェクタから燃料を噴射しないで筒内噴射用インジェクタからのみ燃料噴射をする場合においても、筒内噴射用インジェクタの先端部の噴口へのデポジットの堆積を抑制できる。

第５の発明に係る制御装置は、第１または２の発明の構成に加えて、異常判断手段により第２の燃料供給手段に異常があると判断され第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合の第１の燃料噴射手段の先端部に付着物が付着する条件が、同じ運転条件の下で第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担している場合の第１の燃料噴射手段の先端部に付着物が付着する条件よりも悪くならないように、可変バルブタイミング機構または点火時期可変機構を調整するための調整手段をさらに含む。

第５の発明によると、調整手段が可変バルブタイミング機構または点火時期可変機構を調整する。このときに、調整手段は、吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとで分担している場合に比べて筒内噴射用インジェクタのみから燃料噴射を行なう場合の方が、筒内噴射用インジェクタの先端部に付着物が付着する条件がよりも悪くならないように調整する。たとえば、点火時期を遅角させる。また、バルブオーバラップを小さくして内部ＥＧＲ率が低下させて燃焼状態が良好として、点火時期を遅角させる。このようにして、燃焼温度の低下およびＮＯｘの抑制する。これにより、筒内噴射用インジェクタの噴口にデポジットが堆積することを抑制できる。

第６の発明に係る制御装置においては、第５の発明の構成に加えて、条件は、第１の燃料噴射手段の先端部の温度についての条件である。

第６の発明によると、筒内噴射用インジェクタの先端部の温度についての条件（たとえば、吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとで燃料噴射を分担している場合と筒内噴射用インジェクタのみで燃料を噴射している場合とで、筒内噴射用インジェクタの先端部の温度が略同じかそれ以下という条件）に基づいて、点火時期を遅角させて、燃焼温度を低下させて、筒内噴射用インジェクタの噴口にデポジットが堆積することを抑制できる。

第７の発明に係る制御装置は、第１または２の発明の構成に加えて、異常判断手段により第２の燃料供給手段に異常があると判断され第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合の第２の燃料噴射手段またはその近傍に付着物が付着する条件が、同じ運転条件の下で第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担している場合の第２の燃料噴射手段の先端部またはその近傍に付着物が付着する条件よりも悪くならないように、可変バルブタイミング機構または点火時期可変機構を調整するための調整手段をさらに含む。

第７の発明によると、調整手段が可変バルブタイミング機構または点火時期可変機構を調整する。このときに、調整手段は、吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとで分担している場合に比べて筒内噴射用インジェクタのみから燃料噴射を行なう場合の方が、吸気通路噴射用インジェクタの先端部またはその近傍に付着物が付着する条件がよりも悪くならないように調整する。たとえば、バルブオーバラップを小さくする。また、バルブオーバラップを小さくして内部ＥＧＲ率が低下させて燃焼状態が良好として、点火時期を遅角させる。このようにして、吸排気バルブのオーバーラップを小さくして、燃焼室からの吸気の吹き返しを抑制することができる。このようにすると、吹き返しに含まれるＰＭにより吸気通路噴射用インジェクタや吸気ポートにデポジットが堆積することを抑制できる。

第８の発明に係る制御装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである。

第８の発明によると、第１の燃料噴射手段である筒内噴射用インジェクタと第２の燃料噴射手段である吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担する内燃機関において、制御装置と吸気通路噴射用インジェクタとを接続するハーネスが断線する故障等の場合であっても、筒内噴射用インジェクタから燃料噴射を行なうとともに、吸気通路噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタにおけるデポジットの堆積を回避しつつ、トルク変動を抑制することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図１には、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。

図１に示すように、エンジン１０は、４つの気筒１１２を備え、各気筒１１２はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。

各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、この燃料分配管１３０は燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。なお、本実施の形態においては、２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。

図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。

より詳しくは、カムシャフトに取り付けられたカムによりポンププランジャーが上下することにより燃料を加圧する高圧燃料ポンプ１５０における、ポンプ吸入側に設けられた電磁スピル弁１５２を、加圧行程中に閉じるタイミングを、燃料分配管１３０に設けられた燃料圧センサ４００を用いて、エンジンＥＣＵ３００でフィードバック制御することにより、燃料分配管１３０内の燃料圧力（燃圧）が制御される。すなわち、エンジンＥＣＵ３００により電磁スピル弁１５２を制御することにより、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への供給される燃料量および燃料圧力が制御される。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。

エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポー
ト３６０を備えている。

エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。

燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。

本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ₂センサを用いてもよい。

アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。

一方、燃料タンク２００に発生する燃料蒸発ガスを捕集する捕集容器であるキャニスタ２３０が、ペーパ通路２６０を介して燃料タンク２００に接続されており、さらにキャニスタ２３０はそこに捕集された燃料蒸発ガスをエンジン１０の吸気系に供給するためのパージ通路２８０に接続されている。そして、パージ通路２８０は、吸気ダクト４０のスロットルバルブ７０下流に開口されたパージポート２９０に連通されている。キャニスタ２３０の内部には、周知のように、燃料蒸発ガスを吸着する吸着剤（活性炭）が充填されており、パージ中にキャニスタ２３０内に逆止弁を介して大気を導入するための大気通路２７０が設けられている。さらに、パージ通路２８０には、パージ量を制御するパージ制御弁２５０が設けられており、このパージ制御弁２５０の開度がエンジンＥＣＵ３００によりデューティ制御されることで、キャニスタ２３０内でパージ処理される燃料蒸発ガス量、ひいてはエンジン１０に導入される燃料量（以下、パージ燃料量と記載する。）が制御されるように構成されている。なお、このパージ燃料量に基づいてパージ率が算出できる。逆に、目標パージ率からパージ燃料量を算出して、エンジンＥＣＵ３００は、そのパージ燃料量を実現できるように、パージ制御弁２５０の開度をデューティ制御する。

図２を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、このフローチャートは、予め定められた時間間隔や、予め定められたエンジン１０のクランク角度の時に実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ３００は、低圧燃料系の異常を検知したか否かを判断する。たとえば、吸気通路噴射用インジェクタ１２０とエンジンＥＣＵ３００とを接続するハーネスが切断されて、吸気通路噴射用インジェクタ１２０側のフィードバック制御において偏差がなくならないこと等により、低圧燃料系の異常を検知する。なお、この低圧燃料系の異常には、低圧燃料ポンプ１８０が作動しないという異常を含まない。低圧燃料系の異常を検知すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ２００へ移される。

Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射を停止する。Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ３００は、現在のエンジン１０の運転状態が、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け領域内であるか否かを判断する。これは後述するマップに基づいて判断される。現在のエンジン１０の運転状態が、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け領域内であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１６０へ移される。

Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ３００は、目標パージ率を上昇させる。その目標パージ率を実現できるように（その目標パージ率に対応するそのパージ燃料量を実現できるように）、パージ制御弁２５０の開度をデューティ制御する。これにより、パージ量が上昇して、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射される燃料量を補う。吸気系から燃料は、吸入空気と十分にミキシングされるので、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射を停止した場合のトルク変動を抑制できる。

Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ３００は、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）により吸排気バルブのオーバラップ量を小さくする。吸排気バルブのオーバーラップが小さくなるので、燃焼室からの吸気の吹き返しを抑制することができる。このようにすると、吹き返しに含まれるＰＭにより吸気通路噴射用インジェクタや吸気ポートにデポジットが堆積することを抑制できる。また、吸排気バルブのオーバーラップを小さくすると内部ＥＧＲ率が低下するので燃焼状態が良好となりトルク変動が抑制される。

Ｓ１５０にて、エンジンＥＣＵ３００は、点火時期を遅角する。これにより、燃焼温度の低下およびＮＯｘの低減を実現でき、筒内噴射用インジェクタ１１０の先端温度を低下させることができ、筒内噴射用インジェクタ１１０の先端部の噴口へのデポジットの堆積を抑制することができる。

Ｓ１６０にて、エンジンＥＣＵ３００は、通常通りの目標パージ率を実現できるように（その目標パージ率に対応するそのパージ燃料量を実現できるように）、パージ制御弁２５０の開度をデューティ制御する。

Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ３００は通常運転を実行するようにエンジン１０を制御する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ３００により制御されるエンジン１０の動作について説明する。

低圧燃料系に異常が発生すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、吸気通路噴射用インジェクタ１２０が停止される（Ｓ１１０）。現在のエンジン１０の運転状態が筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け領域内であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ），目標パージ率が上昇されて（Ｓ１３０）、吸入空気と状態が良好な吸気系からの燃料を補うことができるので、吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射が停止された場合でも、燃焼変動に伴うトルク変動を抑制できる。

さらに、ＶＶＴオーバラップ量が小さくなるように制御される（Ｓ１４０）。吸排気バルブのオーバーラップが小さくなると、燃焼室からの吸気の吹き返しを抑制して、吸気通路噴射用インジェクタや吸気ポートにデポジットが堆積することを抑制できる。さらに、吸排気バルブのオーバーラップを小さくすると内部ＥＧＲ率が低下して燃焼状態が良好となりトルク変動が抑制される。

さらに、点火時期が遅角するように制御される（Ｓ１５０）。点火時期が遅角されると、燃焼温度が下がり、ＮＯｘの発生を抑制することができる。燃焼温度の低下およびＮＯｘの抑制により筒内噴射用インジェクタの噴口にデポジットが堆積することを抑制できる。

このように、ＶＶＴオーバラップが小さくなるように制御されたり、点火時期が遅角されたりするが、双方とも、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口のデポジット堆積の抑制する効果、吸気通路噴射用インジェクタ１１０の噴口および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の近傍のデポジット堆積の抑制する効果、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の停止によるトルク変動を抑制する効果を相乗的に発現するものである。このときに、筒内噴射用インジェクタ１１０の先端温度を例とすると、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射を分担している場合において筒内噴射用インジェクタの噴口にデポジットが堆積しない先端温度の上限値に到達しないように、点火時期の遅角量や、ＶＶＴによる吸排気バルブのオーバラップ量が決定される。さらに、吸気通路噴射用インジェクタ１２０またはその近傍のデポジットを例とすると、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射を分担している場合において吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料により洗い流されるデポジットを考慮して吸気通路噴射用インジェクタ１２０またはその近傍にデポジットが堆積しないように、点火時期の遅角量や、ＶＶＴによる吸排気バルブのオーバラップ量が決定される。

このようなことが、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から燃料噴射を行なわない場合の筒内噴射用インジェクタ１１０の先端部に付着物が付着する条件が、同じ運転条件の下で筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで分担している場合の筒内噴射用インジェクタ１１０の先端部に付着物が付着する条件よりも悪くならないように、可変バルブタイミング機構または点火時期可変機構を調整するということである。また、これと同じように、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から燃料噴射を行なわない場合の吸気通路噴射用インジェクタ１２０またはその近傍に付着物が付着する条件が、同じ運転条件の下で筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで分担している場合の吸気通路噴射用インジェクタ１２０の先端部またはその近傍に付着物が付着する条件よりも悪くならないように、可変バルブタイミング機構または点火時期可変機構を調整するということである。

以上のようにして、低圧燃料系に異常が発生すると吸気通路噴射用インジェクタを停止させるが、パージ量を増加させてミキシング性の良好な吸気系からの燃料を補う。ＶＶＴにより吸排気バルブのオーバラップを小さくして吹き返しを減らして、吸気通路噴射用インジェクタやその近傍への、吹き返しに含まれるＰＭによるデポジットの生成を抑制できる。また、点火時期を遅角して燃焼温度を低下させるとともにＮＯｘの発生を抑制して、筒内噴射用インジェクタのデポジットの生成を抑制できる。

＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）について説明する。

図３および図４を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率（r）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図３は、エンジン１０の温間用マップであって、図４は、エンジン１０の冷間用マップである。

図３および図４に示すように、これらのマップは、エンジン１０の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。

図３および図４に示すように、エンジン１０の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、ＤＩ比率ｒが設定されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを、エンジン１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン１０が通常運転状態（たとえば、アイドル時の触媒暖気時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる）である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。

さらに、これらの図３および図４に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＤＩ分担率ｒを規定した。エンジン１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン１０の温度を検知して、エンジン１０の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図３の温間時のマップを選択して、そうではないと図４に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、エンジン１０の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。

図３および図４に設定されるエンジン１０の回転数と負荷率について説明する。図３のＮＥ（１）は２５００〜２７００ｒｐｍに設定され、ＫＬ（１）は３０〜５０％、ＫＬ（２）は６０〜９０％に設定されている。また、図４のＮＥ（３）は２９００〜３１００ｒｐｍに設定されている。すなわち、ＮＥ（１）＜ＮＥ（３）である。その他、図３のＮＥ（２）や、図４のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。

図３および図４を比較すると、図３に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図４に示す冷間用マップのＮＥ（３）の方が高い。これは、エンジン１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、エンジン１０が冷えている状態であるので、（たとえ、筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。

図３および図４を比較すると、エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射しても、エンジン１０の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

図３に示す温間マップでは、負荷率ＫＬ（１）以下では、筒内噴射用インジェクタ１１０のみが用いられる。これは、エンジン１０の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１１０を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ１１０を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた領域としている。

図３および図４を比較すると、図４の冷間用マップにのみ「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域が存在する。これは、エンジン１０の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域（ＫＬ（３）以下）では吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみが使用されるということを示す。これはエンジン１０が冷えていてエンジン１０の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを用いる。

また、通常運転時以外の場合、エンジン１０がアイドル時の触媒暖気時の場合（非通常運転状態であるとき）、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ１１０が制御される。このような触媒暖気運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖気を促進させ、排気エミッションの向上を図る。

＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）について説明する。なお、以下のエンジン（その２）の説明において、エンジン（その１）と同じ説明については、ここでは繰り返さない。

図５および図６を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図５は、エンジン１０の温間用マップであって、図６は、エンジン１０の冷間用マップである。

図５および図６を比較すると、以下の点で図３および図４と異なる。エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用される領域が多いことを示す。しかしながら、低回転数領域の高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される混合気のミキシングが良好ではなく、燃焼室内の混合気が不均質で燃焼が不安定になる傾向を有する。このため、このような問題が発生しない高回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタの噴射比率を増大させるようにしている。また、このような問題が発生する高負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させるようにしている。これらのＤＩ比率ｒの変化を図５および図６に十字の矢印で示す。このようにすると、燃焼が不安定であることに起因するエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。なお、これらのことは、予め定められた低回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させることや、予め定められた低負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を増大させることと、略等価であることを確認的に記載する。また、このような領域（図５および図６で十字の矢印が記載された領域）以外の領域であって筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射している領域（高回転側、低負荷側）においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

なお、図３〜図６を用いて説明したエンジンにおいては、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、以下のような理由により、圧縮行程で行なうことが好ましい。筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮工程中とすることで、筒内温度がより高い時期において、燃料噴射により混合気が冷却される。冷却効果が高まるので、対ノック性を改善することができる。さらに、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮工程中とすると、燃料噴射から点火時期までの時間が短いことから噴霧による気流の強化を実現でき、燃焼速度を上昇させることができる。これらの対ノック性の向上と燃焼速度の上昇とから、燃焼変動を回避して、燃焼安定性を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。

符号の説明

１０エンジン、２０インテークマニホールド、３０サージタンク、４０吸気ダクト、４２エアフローメータ、５０エアクリーナ、６０電動モータ、７０スロットルバルブ、８０エキゾーストマニホールド、９０三元触媒コンバータ、１００アクセルペダル、１１０筒内噴射用インジェクタ、１１２気筒、１２０吸気通路噴射用インジェクタ、１３０燃料分配管、１４０逆止弁、１５０高圧燃料ポンプ、１５２電磁スピル弁、１６０燃料分配管（低圧側）、１７０燃料圧レギュレータ、１８０低圧燃料ポンプ、１９０燃料フィルタ、２００燃料タンク、３００エンジンＥＣＵ、３１０双方向性バス、３２０ＲＯＭ、３３０ＲＡＭ、３４０ＣＰＵ、３５０入力ポート、３６０出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４５０Ａ／Ｄ変換器、３８０水温センサ、４００燃料圧センサ、４２０空燃比センサ、４４０アクセル開度センサ、４６０回転数センサ。

Claims

筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と、吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段と、前記第１の燃料噴射手段に燃料を供給するための第１の燃料供給手段と、前記第２の燃料噴射手段に燃料を供給するための第２の燃料供給手段とを備えた内燃機関の制御装置であって、
前記第１の燃料噴射手段および前記第２の燃料噴射手段の一方の噴射停止を含んで、燃料を分担して噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
前記第２の燃料供給手段の異常の有無を判断するための異常判断手段とを含み、
前記制御手段は、前記異常判断手段により前記第２の燃料供給手段に異常があると判断された場合、前記第１の燃料噴射手段から燃料噴射を行ない、前記第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわないように、制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記異常判断手段により前記第２の燃料供給手段に異常があると判断され前記第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合、前記第２の燃料供給手段に異常があると判断されていない場合に比べて、パージ率を上昇させるように、前記内燃機関に設けられたパージ機構を制御するための手段をさらに含む、請求項１に記載の制御装置。
前記制御装置は、前記異常判断手段により前記第２の燃料供給手段に異常があると判断され前記第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合、前記第２の燃料供給手段に異常があると判断されていない場合に比べて、吸排気バルブのオーバーラップが小さくなるように、前記内燃機関に設けられた可変バルブタイミング機構を調整するための調整手段をさらに含む、請求項１または２に記載の制御装置。
前記制御装置は、前記異常判断手段により前記第２の燃料供給手段に異常があると判断され前記第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合、前記第２の燃料供給手段に異常があると判断されていない場合に比べて、点火時期を遅角させるように、前記内燃機関に設けられた点火時期可変機構を調整するための調整手段をさらに含む、請求項１または２に記載の制御装置。
前記制御装置は、前記異常判断手段により前記第２の燃料供給手段に異常があると判断され前記第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合の前記第１の燃料噴射手段の先端部に付着物が付着する条件が、同じ運転条件の下で前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担している場合の前記第１の燃料噴射手段の先端部に付着物が付着する条件よりも悪くならないように、可変バルブタイミング機構または点火時期可変機構を調整するための調整手段をさらに含む、請求項１または２に記載の制御装置。
前記条件は、前記第１の燃料噴射手段の先端部の温度についての条件である、請求項５に記載の制御装置。
前記制御装置は、前記異常判断手段により前記第２の燃料供給手段に異常があると判断され前記第２の燃料噴射手段から燃料噴射を行なわない場合の前記第２の燃料噴射手段またはその近傍に付着物が付着する条件が、同じ運転条件の下で前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担している場合の前記第２の燃料噴射手段の先端部またはその近傍に付着物が付着する条件よりも悪くならないように、可変バルブタイミング機構または点火時期可変機構を調整するための調整手段をさらに含む、請求項１または２に記載の制御装置。
前記第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、
前記第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである、請求項１〜７のいずれかに記載の制御装置。