JP2007032327A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタの両方を備えた内燃機関において、一方のインジェクタに噴射異常が発生した場合における排気系の温度上昇を防止する。
【解決手段】 エンジン１０の各気筒１１２には、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の両方が設けられる。エンジンＥＣＵ３００は、一方のインジェクタに噴射異常が発生した異常気筒では、両方のインジェクタを用いた燃料噴射を実行する運転領域において、当該異常インジェクタに加えて他方の正常インジェクタからの燃料噴射も禁止する。これにより、異常気筒での空燃比のリーン化による失火に伴って燃料未燃成分を含む排気が排出されることに起因する、排気系での温度上昇を防止できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関し、より特定的には、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、吸気通路および／または吸気ポート内に向けて燃料噴射する第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おける一方のインジェクタの噴射異常時における燃料噴射制御に関する。

内燃機関の各インジェクタは、一般的に、燃料噴射信号に応答した通電時に電磁石として作用するソレノイドコイルを含んで構成される。インジェクタからの燃料噴射期間は、内燃機関の運転状態に応じた燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量とするために精密に設定される必要がある。一般的な構成のインジェクタでは、ソレノイドコイルの非通電時には、プランジャコアの後方に配置されるスプリングの力で後方から押されるニードルによってインジェクタの燃料噴射口が塞がれた状態となる一方で、ソレノイドコイルの通電時には、磁力の発生によりプランジャコアが吸引され、プランジャコアの移動によってニードルが燃料噴射孔から抜けることによりこの燃料噴射孔から所定圧力の燃料が噴射される。

インジェクタでの断線故障の発生により、燃料噴射信号の発生時にソレノイドコイルの通電が行なわれない場合には、所望の燃料噴射を行なうことができなくなるため、エンジン出力、ひいては車両の運転状況に悪影響を及ぼす可能性がある。このため、インジェクタの断線故障については、故障したインジェクタの特定を含めて、速やかに故障診断して運転者に通知する必要がある。

このような観点から、複数気筒を有する内燃機関において、気筒毎の燃料噴射信号を伝送する信号線のそれぞれの断線を識別して検知する構成が特開２００４−１３７９３８号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示された内燃機関の断線検出装置では、主制御回路からの気筒毎に並列の燃料噴射信号を受信する際に、その受信の有無を表わす履歴フラグを発生してメモリにストアし、メモリにストアされた履歴フラグの状況を監視することによって、信号線の断線が発生した気筒を特定可能な構成としている。

また、内燃機関（エンジン）の一形式として、筒内に直接燃料噴射を行なう筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路および／または吸気ポート内に向けて燃料噴射する吸気通路噴射用インジェクタの両方を備えた構成が知られている。特に、特開２００２−３６４４０９号公報（特許文献２）には、このような内燃機関の均質燃焼運転時に、筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタの両者を使い分けて燃料噴射を実行することが開示されている。
特開２００４−１３７９３８号公報 特開２００２−３６４４０９号公報

上記のような筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタの両方を備えた内燃機関では、一方のインジェクタのみに断線等の噴射異常が発生するケースが起こり得る。このようなケースでは、両方のインジェクタを用いて燃料噴射量の一部ずつを噴射を実行する運転領域においては、一方の異常インジェクタからは燃料が噴射されない一方、他方の正常インジェクタからは当該気筒での燃料噴射量に両インジェクタ間での燃料噴射分担比率を乗じた所定量の燃料噴射が行なわれる。

この結果、当該異常気筒での空燃比がリーンとなって失火した場合には、正常インジェクタから噴射された燃料が未燃のまま排出されてしまう。これにより、他の正常気筒からの燃料未燃成分を含まない排気と、上記異常気筒からの燃料未燃成分を含む排気とが反応することによって、排気系での温度上昇、特にエキゾーストマニホールド下流に配置された触媒の過高温が発生する可能性がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタの両方を備えた内燃機関において、一方のインジェクタに噴射異常が発生した場合における排気系の温度上昇を防止することである。

この発明による内燃機関の制御装置は、複数の気筒を備え、かつ、各気筒に筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段および吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段が設けられた内燃機関を制御する。制御装置は、燃料噴射制御手段と、故障検出手段と、燃料噴射禁止手段とを備える。燃料噴射制御手段は、内燃機関の状態に基づいて、内燃機関での全燃料噴射量および、第１および第２の燃料噴射手段の間での燃料噴射量の分担比率を制御する。故障検出手段は、各第１の燃料噴射手段および各第２の燃料噴射手段の噴射異常を検知する。燃料噴射禁止手段は、燃料噴射制御手段によって第１および第２の燃料噴射手段の両方から燃料噴射を行なうように分担比率が設定された場合に、故障検出手段によって第１および第２の燃料噴射手段のいずれかの噴射異常が検知された異常気筒において、第１および第２の燃料噴射手段の両方からの燃料噴射を停止させる。

上記内燃機関の制御装置によれば、一方の燃料噴射手段（インジェクタ）に噴射異常が発生した異常気筒において、両方のインジェクタを用いた燃料噴射を実行する運転領域での燃料噴射を完全に停止できる。したがって、異常気筒から燃焼停止に伴って燃料未燃成分を含む排気が排出されて、他の正常気筒からの燃料未燃成分を含まない排気と反応することによる、排気系での温度上昇、特にエキゾーストマニホールド下流に配置された触媒の過高温の発生を防止できる。

好ましくは、この発明による内燃機関の制御装置では、燃料噴射禁止手段は、燃料噴射制御手段によって第１および第２の燃料噴射手段の両方から燃料噴射を行なうように分担比率が設定された場合に、異常気筒において第１および第２の燃料噴射手段からの燃料噴射を指示する制御信号の生成を停止する手段を含む。

上記内燃機関の制御装置によれば、燃料噴射手段（インジェクタ）からの燃料噴射制御に本来用いられる制御信号を利用して、新たなハード構成を追加することなく、一方の燃料噴射手段（インジェクタ）に噴射異常が発生した場合における排気系の温度上昇を防止できる。

また好ましくは、この発明による内燃機関の制御装置では、燃料噴射禁止手段は、燃料噴射制御手段によって第１および第２の燃料噴射手段の両方から燃料噴射を行なうように分担比率が設定された場合に、異常気筒における燃料噴射量を零に設定する手段を含む。

上記内燃機関の制御装置によれば、所定条件の成立時に燃料噴射量を零に設定する、いわゆるフューエルカット制御を流用して、新たなハード構成を追加することなく、一方の燃料噴射手段（インジェクタ）に噴射異常が発生した場合における排気系の温度上昇を防止できる。

この発明による内燃機関の制御装置によれば、筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタの両方を備えた内燃機関において、一方のインジェクタに噴射異常が発生した場合における排気系の温度上昇を防止できる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中における同一または相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は繰返さないものとする。

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）により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（内燃機関）１０は、複数の気筒１１２♯１〜１１２♯４を備える。なお、以下では、気筒１１２♯１〜１１２♯４を区別することなく総括的に表記する場合には、単に気筒１１２、あるいは各気筒１１２と記載することとする。

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。

図１に示すように、各筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されている。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。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。

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１９５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１９５に戻すように構成されている。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（エンジン冷却水温）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エンジン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。

また、インテークマニホールド２０、サージタンク３０および吸気ダクト４０に至る吸気経路のいずれかに大気温センサ４０５が設けられる。大気温センサ４０５は、吸入空気の温度に応じた出力電圧を発生する。大気温センサ４０５の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１５を介して入力ポート３５０に入力される。

クランク角センサ４８０は、エンジン１０のクランクシャフトに装着されたロータと、その近傍に配設されてロータの外周に設けられた突起の通過を検出する電磁ピックアップとを備えて構成されるものである。クランク角センサ４８０は、クランクシャフトの回転位相を検出するためのセンサであり、その出力は、上記突起の通過毎に発生されるパルス信号として、入力ポート３５０に与えられる。

エンジンＥＣＵ３００は、所定プログラムの実行により各センサからの信号に基づいて、エンジンシステムの全体動作を制御するための各種制御信号を生成する。これらの制御信号は、出力ポート３６０および駆動回路４７０を介して、エンジンシステムを構成する機器・回路群へ送出される。

本発明の実施の形態に係るエンジン１０では、各気筒１１２に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の両方が設けられているため、上記のように算出された必要な全燃料噴射量について、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の間での燃料噴射分担制御を行なう必要がある。

以下では、両インジェクタ間での燃料噴射分担比率を、全燃料噴射量に対する筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量の比率である、ＤＩ比率ｒで示すこととする。すなわち、「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ことを意味する。なお、筒内噴射用インジェクタ１１０は、気化潜熱効果による耐ノッキング性能の向上により、出力性能の上昇に寄与できる。また、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、混合気の均質性向上効果による回転（トルク）変動抑制により、出力性能の上昇に寄与できる。

次に、図２を用いてエンジンの構造をさらに説明する。
図２を参照して、各気筒は、シリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の上部に連結されるシリンダヘッド１０２とを備えるシリンダ１０８と、シリンダ１０８内を往復動するピストン１０３とを有して構成される。

シリンダ１０８内においては、シリンダブロック１０１およびシリンダヘッド１０２の内壁とピストンの頂面とによって混合気を燃焼するための燃焼室１０７が区画形成されている。シリンダヘッド１０２には、この燃焼室１０７に突出する態様で混合気に点火を行なう点火プラグ１１４と、燃焼室１０７に燃料を噴射供給する筒内噴射用インジェクタ１１０とが配設されている。さらに、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、インテークマニホールド、すなわち吸気通路２０と燃焼室１０７との連通部分である吸気ポート２２または／および吸気通路２０に燃料を噴射供給するように配設されている。

吸気通路２０および／または吸気ポート２２に噴射された燃料を含む混合気は、吸気弁２４の開弁期間に燃焼室１０７内へ導かれる。点火プラグ１１４による点火により燃料が燃焼された後の排気は、排気弁８４の開弁期間に排気通路８０を介して三元触媒コンバータ９０へ送られる。

燃焼室１０７での燃料燃焼により、ピストン１０３は、シリンダ１０８内の往復運動を行なう。このピストン１０３は、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト２００に、コンロッド１０６を介して連結される。クランクシャフト２００は、クランクピン２０５と、クランクアーム２１０と、クランクジャーナル２２０とを含む。

図３に示されるように、クランクシャフト２００は、エンジン１０の各気筒１１２に共通に設けられ、気筒１１２♯１〜１１２♯４の各々は、コンロッド１０６の一端がクランクピン２０５と連結されることによって、クランクシャフト２００と連結される。クランクジャーナル２２０は、クランクシャフト２００の主軸に相当する。クランクアーム２１０は、クランクピン２０５およびクランクジャーナル２２０を連結する。

これにより、順次点火される気筒１１２♯１〜１１２♯４でのピストン１０３の往復運動は、クランク回転軸２０２を中心軸とするクランクシャフト２００の回転運動に変換される。

図４に示されるように、各気筒１１２の１燃焼サイクルは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程から構成され、各行程は、クランク回転角１８０度に相当する。気筒１１２♯１〜１１２♯４は、たとえば♯１→♯２→♯４→♯３の順序で順次点火され、各行程が各気筒において順次実行されて、クランクシャフト２００の２回転（７２０度）がエンジンの１燃焼サイクルに対応する。図１に示したクランク角センサ４８０をクランクシャフト２００に装着することにより、クランクシャフト２００の位相すなわち回転角度（以下、「クランク回転角度（０〜７２０度）」と称する）を、０度〜７２０度の範囲内において突起の配置ピッチに対応する所定角度刻みで検知可能である。

吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間は、各気筒１１２において排気行程（吸気弁２４の閉時）または吸気行程に設けられる。一方、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射期間は、各気筒１１２において、運転状況に応じて吸気行程および圧縮行程の少なくとも一方に設けられる。なお、一般に、その時点で燃料噴射期間をいずれの行程に設けるかについては、エンジンＥＣＵ３００により各気筒１１２で共通に設定される。

図５は、本発明の実施の形態に従うエンジンシステムにおける各インジェクタの駆動回路構成を説明するブロック図である。

図５を参照して、筒内噴射用インジェクタ１１０に対応して、インジェクタ駆動部５００ｄが設けられ、吸気通路噴射用インジェクタ１２０に対してインジェクタ駆動部５００ｐが設けられる。

インジェクタ駆動部５００ｄは、エンジンＥＣＵ３００からの燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１〜Ｉｊｔ−ｄ４に応答して、ソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４への給電を制御する。ソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４は、気筒１１２♯１〜１２１♯４の筒内噴射用インジェクタ１１０にそれぞれ内蔵されている。

ソレノイドコイル１１１♯１は、ノードＣＯＭ−ｄｂおよびノードＩＮｊ−ｄ１の間に接続され、ソレノイドコイル１１１♯２は、ノードＣＯＭ−ｄａとノードＩＮｊ−ｄ２の間に接続される。ソレノイドコイル１１１♯３は、ノードＣＯＭ−ｄａおよびノードＩＮｊ−ｄ３の間に接続される。ソレノイドコイル１１１♯４は、ノードＣＯＭ−ｄｂおよびノードＩＮｊ−ｄ４の間に接続される。各ソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４の通電時に、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０は燃焼室内に向けて燃料を噴射する。

同様に、インジェクタ駆動部５００ｐは、エンジンＥＣＵ３００からの燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｐ１〜Ｉｊｔ−ｐ４に応答して、ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４への給電を制御する。ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４は、気筒１１２♯１〜１１２♯４の吸気通路噴射用インジェクタ１２０にそれぞれ内蔵されている。

ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４は、ノードＣＯＭ−ｐとノードＩＮｊ−ｐ１〜ＩＮｊ−ｐ４との間にそれぞれ接続される。各ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４の通電時に、対応の吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、吸気通路および／または吸気ポートに向けて燃料を噴射する。

燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１〜Ｉｊｔ−ｄ４は、気筒１１２♯１〜１１２♯４の筒内噴射用インジェクタ１１０にそれぞれ対応し、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射期間に生成されて、論理ハイレベル（以下、Ｈレベルと表記する）に設定される。燃料噴射期間以外では、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１〜Ｉｊｔ−ｄ４は、生成が停止されて、論理ローレベル（以下、Ｌレベルと表記する）に設定される。

同様に、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｐ１〜Ｉｊｔ−ｐ４は、気筒１１２♯１〜１１２♯４の吸気通路噴射用インジェクタ１２０にそれぞれ対応し、対応の吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間に生成されてＨレベルに設定され、燃料噴射期間以外ではその生成が停止されてＬレベルに設定される。

まず、インジェクタ駆動部５００ｄ，５００ｐによるインジェクタへの給電制御構成について説明する。

インジェクタ駆動部５００ｄは、高電圧発生回路５１０ｄと、駆動制御回路５２０ｄと、高電圧供給トランジスタＨＴｄａ，ＨＴｄｂと、給電制御トランジスタＴｄ１〜Ｔｄ４と、電圧供給トランジスタＫＴｄａ，ＫＴｄｂとを含む。

高電圧発生回路５１０ｄは、電源電圧＋Ｂを受けて高電圧ＶＨを発生する。高電圧供給トランジスタＨＴｄａおよびＨＴｄｂは、導通時にノードＣＯＭ−ｄａおよびＣＯＭ−ｄｂに高電圧ＶＨをそれぞれ供給するように配置される。電圧供給トランジスタＫＴｄａおよびＫＴｄｂは、導通時にノードＣＯＭ−ｄａおよびＣＯＭ−ｄｂに電源電圧＋Ｂをそれぞれ供給するように配置される。給電制御トランジスタＴｄ１〜Ｔｄ４は、ノードＩＮｊ−ｄ１〜ＩＮｊ−ｄ４と接地電圧ＧＮＤの間に抵抗素子Ｒｄ１４またはＲｄ２３を介して接続される。高電圧供給トランジスタＨＴｄａ，ＨＴｄｂ、電圧供給トランジスタＫＴｄａ，ＫＴｄｂ、および給電制御トランジスタＴｄ１〜Ｔｄ４の導通（オン）および非導通（オフ）は、駆動制御回路５２０ｄによって制御される。

インジェクタ駆動部５００ｐは、駆動制御回路５２０ｐと、給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４とを含む。インジェクタ駆動部５００ｐのノードＣＯＭ−ｐには、電源電圧＋Ｂが供給される。給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４は、ノードＩＮｊ−ｐ１〜ＩＮｊ−ｐ４と接地電圧ＧＮＤの間に抵抗素子Ｒｄを介して接続される。給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４の導通（オン）および非導通（オフ）は、駆動制御回路５２０ｐによって制御される。

インジェクタ駆動部５００ｄ，５００ｐによるインジェクタへの給電動作について、インジェクタ駆動部５００ｄによる、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１に応答したソレノイドコイル１１１♯１への給電動作を代表例として説明する。

燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１がＬレベルからＨレベルに変化すると、駆動制御回路５２０ｄは、高電圧供給トランジスタＨＴｄｂおよび給電制御トランジスタＴｄ１を導通させる。これにより、ノードＣＯＭ−ｄｂが高電圧ＶＨと接続されるとともに、ノードＩＮｊ−ｄ１が接地電圧ＧＮＤと接続される。この結果、ソレノイドコイル１１１♯１が高電圧ＶＨで駆動されることによりソレノイドコイル１１１♯１の通電が開始され、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射が開始される。

通電開始後には、駆動制御回路５２０ｄによって、高電圧供給トランジスタＨＴｄｂに代えて電圧供給トランジスタＫＴｄｂが導通される。一方、給電制御トランジスタＴｄ１の導通は維持される。これにより、ソレノイドコイル１１１♯１の通電が維持されて、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射が継続される。

燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１がＨレベルからＬレベルに変化して燃料噴射期間が終了されると、駆動制御回路５２０ｄは、高電圧供給トランジスタＨＴｄｂ、電圧供給トランジスタＫＴｄｂおよび通電制御トランジスタＴｄ１の各々を非導通とする。これにより、ソレノイドコイル１１１♯１での通電が終了し、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射も停止される。

その他のソレノイドコイル１１１♯２〜１１１♯４への給電動作も、ソレノイドコイル１１１♯１と同様に実行される。ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４への給電動作も、高電圧ＶＨでなく電源電圧＋Ｂがそのまま給電される点を除けば、ソレノイドコイル１１１♯１と同様に実行される。

次に、燃料噴射信号に応答して対応のソレノイドコイルが正常に通電されず、燃料噴射期間にインジェクタからの燃料噴射が行われない状態である「断線故障」の検出構成について説明する。

インジェクタ駆動部５００ｄは、気筒１１２♯２および１１２♯３に共通に設けられた断線検出回路５３０ｄと、気筒１１２♯１および１１２♯４に共通に設けられた断線検出回路５３５ｄとを含む。

筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射期間は、各気筒１１２において吸気行程および圧縮行程の少なくとも一方に設けられるので、同一行程間の位相差がクランク回転角度で３６０度である２個の気筒毎に断線検出回路を設けることにより、燃料噴射期間が時間的に重ならない筒内噴射用インジェクタ１１０間で断線検出回路を共有することができる。

断線検出回路５３０ｄは、給電制御トランジスタＴｄ２およびＴｄ３を介して、ソレノイドコイル１１１♯２および１１１♯３とそれぞれ接続される。すなわち、断線検出回路５３０ｄは、ソレノイドコイル１１１♯２および１１１♯３に対して共通に電気的に接続される。断線検出回路５３５ｄは、給電制御トランジスタＴｄ１およびＴｄ４を介して、ソレノイドコイル１１１♯１および１１１♯４とそれぞれ接続される。すなわち、断線検出回路５３０ｄは、ソレノイドコイル１１１♯１および１１１♯４に対して共通に電気的に接続される。

ソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４の各々は、駆動制御回路５２０ｄによる給電動作時に、対応の給電制御トランジスタＴｄ１〜Ｔｄ４の導通によって、対応の断線検出回路５３０ｄまたは５３５ｄと接続される。これにより、断線検出回路５３０ｄおよび５３５ｄの各々は、駆動制御回路５２０ｄによる給電対象であるソレノイドコイルと電気的に接続されるので、各ソレノイドコイルへの給電動作時におけるその電気的出力（たとえば逆起電圧の発生）を監視できる。

断線検出回路５３０ｄは、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ２およびＩｊｔ−ｄ３のＨレベル期間の各々において、接続されたソレノイドコイル１１１♯２または１１１♯３に正常通電時に発生すべき逆起電圧が発生したかどうかを監視し、逆起電圧が正常に検知されなかったときに故障検出信号ＩＪｆ−ｄａをＨレベルに設定する。同様に、断線検出回路５３５ｄは、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１およびＩｊｔ−ｄ４のＨレベル期間の各々において、接続されたソレノイドコイル１１１♯１または１１１♯４に正常通電時に発生すべき逆起電圧が発生したかどうかを監視し、逆起電圧が正常に検知されなかったときに故障検出信号ＩＪｆ−ｄｂをＨレベルに設定する。

逆起電圧が正常に検知された場合を含み、故障検出時以外には、故障検出信号ＩＪｆ−ｄａ，ＩＪｆ−ｄｂは、Ｌレベルに設定される。故障検出信号ＩＪｆ−ｄａ，ＩＪｆ−ｄｂは、断線検出回路５３０ｄおよび５３５ｄからエンジンＥＣＵ３００へ送出される。

したがって、気筒１１２♯２または１１２♯３の筒内噴射用インジェクタに断線故障が発生した場合には、故障検出信号ＩＪｆ−ｄａがＨレベルに設定される。同様に、気筒１１２♯１または１１２♯４の筒内噴射用インジェクタに断線故障が発生した場合には、故障検出信号ＩＪｆ−ｄｂがＨレベルに設定される。

一方、インジェクタ駆動部５００ｐは、気筒１１２♯１〜１１２♯４に共通に設けられた断線検出回路５３０ｐを有する。上記のように、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間は、各気筒１１２において排気行程または吸気行程に設けられる。また、概略的には筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射比率の上昇は高出力領域での出力性能上昇に寄与するので、断線故障の発生によるエンジン出力低下等が問題となるような運転領域では、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射が主となり吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量は少なくなる傾向にある。したがって、このような運転領域では、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射期間は短く設定されるため、複数の気筒♯１〜♯４間で吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間が連続する可能性は低い。

したがって、インジェクタ駆動部５００ｐを気筒１１２♯１〜１１２♯４に共通に設ける構成としても、燃料噴射期間が時間的に重ならない吸気通路噴射用インジェクタ１２０間で断線検出回路を共有することができる。

断線検出回路５３０ｐは、給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４を介して、ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４とそれぞれ接続される。すなわち、断線検出回路５３０ｐは、ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４に対して共通に電気的に接続される。ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４の各々は、駆動制御回路５２０ｄによる給電動作時に、対応の給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４の導通によって、断線検出回路５３０ｐと接続される。これにより、断線検出回路５３０ｐは、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｐ１〜Ｉｊｔ−ｐ４のＨレベル期間の各々において、接続されたソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４の各々に正常通電時に発生すべき逆起電圧が発生したかどうかを監視し、逆起電圧が検知されなかったときに故障検出信号ＩＪｆ−ｐをＨレベルに設定する。逆起電圧が正常に検知された場合を含み、故障検出時以外には、故障検出信号ＩＪｆ−ｐは、Ｌレベルに設定される。故障検出信号ＩＪｆ−ｐは、断線検出回路５３０ｐからエンジンＥＣＵ３００へ送出される。

したがって、各気筒１１２の吸気通路噴射用インジェクタ１２０のいずれかに断線故障が発生した場合には、故障検出信号ＩＪｆ−ｐがＨレベルに設定される。

エンジンＥＣＵ３００は、断線検出回路５３０ｄ，５３５ｄ，５３０ｐからの故障検出信号ＩＪｆ−ｄａ，ＩＪｆ−ｄｂ，ＩＪｆ−ｐと、クランク角センサ４８０によって検出されたクランク回転角度ＣＡとに基づいて、各気筒１１２の各インジェクタ１１０，１２０の断線故障を、異常インジェクタを特定した上で検出できる。

既に説明したように、エンジン１０において、ある気筒においてインジェクタ１１０，１２０の一方が断線により噴射異常を発生すると、図６に示すような問題点が発生する可能性がある。

図６を参照して、気筒１１２♯２においてインジェクタ１１０，１２０の一方に断線による噴射異常が発生すると、インジェクタ１１０，１２０の両方を用いて燃料噴射を実行する運転領域（すなわち、ＤＩ比率ｒ≠０％かつｒ≠１００％の領域）では、空燃比（Ａ／Ｆ）のリーン化による失火時に、正常なインジェクタから噴射された燃料が未燃のまま含まれた排気１１６がエキゾーストマニホールド８０へ排出されてしまう。

一方、その他の正常気筒１１２♯１、♯３および♯４からの排気１１５は、基本的に燃料未燃成分を含まない。

したがって、これらの排気１１５および１１６がエキゾーストマニホールド８０の下流で反応することによって、排気系での温度上昇、特に触媒９０で過高温が発生する可能性がある。

本発明の実施の形態による内燃機関の制御装置では、以下に説明するような噴射異常発生時のフェールセーフ制御を行なうことにより、図６で説明した排気系温度の上昇を防止する。

図７および図８は、本発明の実施の形態による内燃機関の制御装置による噴射異常発生時のフェールセーフ制御を説明するフローチャートである。図７および図８に示されたフェールセーフ制御は、エンジンＥＣＵ３００に予めプログラムされた一連の制御処理として、併せて実行される。

図７を参照して、エンジンＥＣＵ３００は、運転状態（代表的には、エンジン１０の付加率および回転数）に応じて、燃料噴射量およびＤＩ比率を設定する（ステップＳ１００）。

エンジンＥＣＵ３００は、いずれかの気筒で筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射異常を検知した場合（ステップＳ１１０でのＹＥＳ判定時）には、当該筒内噴射用インジェクタ１１０に対応する燃料噴射信号の生成を停止（Ｌレベルへ固定）することによって、異常インジェクタからの燃料噴射を禁止する（ステップＳ１２０）。

さらに、ステップＳ１１０により設定されたＤＩ比率に基づき、インジェクタ１１０，１２０の両方を用いて燃料噴射を実行する噴き分け領域、すなわち、ＤＩ比率ｒ≠０％かつｒ≠１００％の領域（ステップＳ１３０のＹＥＳ判定時）では、異常インジェクタと同一気筒の吸気通路噴射用インジェクタ１２０についても、対応する燃料噴射信号の生成を停止（Ｌレベルへ固定）することによって燃料噴射を禁止する（ステップＳ１４０）。

一方、噴き分け領域以外、すなわち、ＤＩ比率ｒ＝０％またはかつｒ＝１００％の場合（ステップＳ１３０のＮＯ判定時）には、異常インジェクタからの燃料噴射のみが禁止され、異常インジェクタと同一気筒の吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射は禁止されない。

これに対して、図８に示したフローチャートでは、図７のフローチャートでのステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１４０に代えて、ステップＳ１１０♯，Ｓ１２０♯，Ｓ１４０♯が実行される。

ステップＳ１１０♯では、エンジンＥＣＵ３００は、いずれかの気筒で吸気通路噴射用インジェクタ１２０の噴射異常を検知する。そして、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の噴射異常を検知した場合（ステップＳ１１０♯でのＹＥＳ判定時）には、当該吸気通路噴射用インジェクタ１２０に対応する燃料噴射信号の生成を停止（Ｌレベルへ固定）することによって、異常インジェクタからの燃料噴射を禁止する（ステップＳ１２０♯）。

ステップＳ１４０♯は、図７のステップＳ１４０と同様に、インジェクタ１１０，１２０の両方を用いて燃料噴射を実行する噴き分け領域（ステップＳ１３０のＹＥＳ判定時）、すなわち、ＤＩ比率ｒ≠０％かつｒ≠１００％の領域で実行される。ステップＳ１４０♯では、エンジンＥＣＵ３００は、異常インジェクタと同一気筒の筒内噴射用インジェクタ１１０についても、対応する燃料噴射信号の生成を停止（Ｌレベルへ固定）することによって燃料噴射を禁止する。

一方、噴き分け領域以外、すなわち、ＤＩ比率ｒ＝０％またはかつｒ＝１００％の場合（ステップＳ１３０のＮＯ判定時）には、異常インジェクタからの燃料噴射のみが禁止され、異常インジェクタと同一気筒の筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射は禁止されない。

図７および図８によるフェールセーフ制御を併せて実行することにより、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の一方に噴射異常が発生した異常気筒での燃料噴射を停止できる。したがって、図６で説明したような、空燃比のリーン化による失火に伴って異常気筒から燃料未燃成分を含む排気が排出されることによる排気系での温度上昇を、新たなハード構成を設けることなく防止できる。

図９には、本発明の実施の形態による噴射異常発生時のフェールセーフ制御の変形例が示される。

図９を参照して、エンジンＥＣＵ３００は、ステップＳ１００により、運転状態に応じて燃料噴射量およびＤＩ比率を設定すると、ステップＳ２００により、噴射異常が検知されたインジェクタの有無をチェックする。

さらに、エンジンＥＣＵ３００は、ステップＳ２１０により、インジェクタ１１０，１２０の両方を用いて燃料噴射を実行する噴き分け領域であるかどうかを判定する。そして、噴き分け領域、すなわち、ＤＩ比率ｒ≠０％かつｒ≠１００％の領域である場合には（ステップＳ１３０のＹＥＳ判定時）、エンジンＥＣＵ３００は、ステップＳ２２０により、異常インジェクタを含む気筒の燃料噴射量を零に設定するフューエルカットを行なう。

一方、噴き分け領域以外、すなわち、ＤＩ比率ｒ＝０％またはかつｒ＝１００％の場合（ステップＳ２１０のＮＯ判定時）には、図示しないが、ステップＳ１２０（図７）およびＳ１２０♯（図８）と同様の処理が実行されて、異常インジェクタからの燃料噴射が禁止される。

ステップＳ２２０は、フューエルカット制御におけるフューエルカット実行可否判定条件に上記ステップＳ２００およびＳ２１０での判定を加えることにより実現できる。したがって、図９に示したフェールセーフ制御によれば、新たなハード構成を追加することなく、既存のフューエルカット制御を流用して、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の一方に噴射異常が発生した場合における排気系の温度上昇を防止できる。

なお、図７〜図９に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１００は本発明における「燃料噴射制御手段」に対応し、ステップＳ１１０、Ｓ１１０♯およびＳ２００は、本発明での「故障検出手段」に対応する。また、ステップＳ１４０、Ｓ１４０♯およびＳ２２０は、本発明での「燃料噴射禁止手段」に対応する。

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内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵで制御されるエンジンシステムの概略構成図である。 図１に示したエンジンの構成を説明する図である。 各気筒が連結されるクランクシャフトの構成を説明する概略図である。 各気筒の燃焼サイクルを説明する図である。 本発明の実施の形態に従うエンジンシステムにおける各インジェクタの駆動回路構成を説明するブロック図である。 図１に示した構成のエンジンで一方のインジェクタに噴射異常が発生した場合の問題点を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による噴射異常発生時のフェールセーフ制御を説明する第１のフローチャートである。 本発明の実施の形態による噴射異常発生時のフェールセーフ制御を説明する第２のフローチャートである。 本発明の実施の形態による噴射異常発生時のフェールセーフ制御の変形例を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン、２０ 吸気通路（インテークマニホールド）、２２ 吸気ポート、２４ 吸気弁、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 排気通路（エキゾーストマニホールド）、８４ 排気弁、９０ 三元触媒コンバータ、１００ アクセルペダル、１０１ シリンダブロック、１０２ シリンダヘッド、１０３ ピストン、１０６ コンロッド、１０７ 燃焼室、１０８ シリンダ、１１０ 筒内噴射用インジェクタ、１１１♯１〜１１１♯４ ソレノイドコイル、１１２♯１〜１１２♯４ 気筒、１１４ 点火プラグ、１１５，１１６ 排気、１２０ 吸気通路噴射用インジェクタ、１２１♯１〜１２１♯４ ソレノイドコイル、１３０，１６０ 燃料分配管、１４０ 逆止弁、１５０ 高圧燃料ポンプ、１５２ 電磁スピル弁、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、１９５ 燃料タンク、２００ クランクシャフト、２０２ クランク回転軸、２０５ クランクピン、２１０ クランクアーム、２２０ クランクジャーナル、３８０ 水温センサ、４００ 燃料圧センサ、４０５ 大気温センサ、４２０ 空燃比センサ、４４０ アクセル開度センサ、４６０ 回転数センサ、４８０ クランク角センサ、５００ｄ，５００ｐ インジェクタ駆動部、５１０ｄ 高電圧発生回路、５２０ｄ，５２０ｐ 駆動制御回路、５３０ｄ，５３５ｄ，５３０ｐ 断線検出回路、＋Ｂ 電源電圧、ＧＮＤ 接地電圧、ＨＴｄａ，ＨＴｄｂ 高電圧供給トランジスタ、ＩＪｆ−ｄａ，ＩＪｆ−ｄｂ，ＩＪｆ−ｐ 故障検出信号、Ｉｊｔ−ｄ１〜Ｉｊｔ−ｄ４，Ｉｊｔ−ｐ１Ｉｊｔ−〜ｐ４ 燃料噴射信号、ＫＴｄａ，ＫＴｄｂ 電圧供給トランジスタ、ｒ ＤＩ比率、Ｔｄ１〜Ｔｄ４，Ｔｐ１〜Ｔｐ４ 給電制御トランジスタ、ＶＨ 高電圧。

Claims (3)

1. 複数の気筒を備え、かつ、各前記気筒に筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段および吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段が設けられた内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の状態に基づいて、前記内燃機関での全燃料噴射量および、前記第１および第２の燃料噴射手段の間での燃料噴射量の分担比率を制御する燃料噴射制御手段と、
   各前記第１の燃料噴射手段および各前記第２の燃料噴射手段の噴射異常を検知する故障検出手段と、
   前記燃料噴射制御手段によって前記第１および第２の燃料噴射手段の両方から燃料噴射を行なうように前記分担比率が設定された場合に、前記故障検出手段によって前記第１および第２の燃料噴射手段のいずれかの噴射異常が検知された異常気筒において、前記第１および第２の燃料噴射手段の両方からの燃料噴射を停止させる燃料噴射禁止手段とを備える、内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射禁止手段は、前記燃料噴射制御手段によって前記第１および第２の燃料噴射手段の両方から燃料噴射を行なうように前記分担比率が設定された場合に、前記異常気筒において前記第１および第２の燃料噴射手段からの燃料噴射を指示する制御信号の生成を停止する手段を含む、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料噴射禁止手段は、前記燃料噴射制御手段によって前記第１および第２の燃料噴射手段の両方から燃料噴射を行なうように前記分担比率が設定された場合に、前記異常気筒における前記燃料噴射量を零に設定する手段を含む、請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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