JP2008190342A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料の供給圧の低下による燃料供給不足を改善する。
【解決手段】燃料噴射弁に実際に供給される燃料の圧力である実燃圧Pfが、エンジンの運転に応じて必要な燃料噴射弁に供給される燃料の圧力である目標燃圧Pfobjより低く、かつその差が所定圧P1より大きい場合に(ステップS16)、ウエィストゲートバルブを全開させるとともに(ステップS18)、スロットル弁の開度を制限する(ステップS20)。
【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、詳しくは、吸気量を制御する技術に関する。
筒内噴射型の内燃機関(エンジン)では、燃料ポンプにより供給された高圧の燃料を燃料噴射弁により筒内に直接噴射供給することで、筒内で混合気を生成している。このようなエンジンにおいて、燃料ポンプ等の燃料供給系の故障により燃料噴射弁への燃料の供給圧が低下したときに、燃料噴射弁を制御して燃料噴射時間(1回の燃料噴射当たりの噴射時間)を増加させて筒内への燃料供給量を確保する技術が知られている(特許文献1)。
特開2003−254072号公報
しかしながら、上記のように燃料噴射時間を増加させることで燃料の供給量を確保しようとしても、適正なタイミングでの燃料噴射を考慮すると、この燃料噴射時間は限定されるので、燃料の供給量を大幅に増加させることは困難である。特に、ターボチャージャ等の過給器を備えたエンジンでは、高負荷時には多量の燃料を供給する必要があるので、広い範囲で精度良く燃料の供給量制御を実現するために、燃料ポンプ等の燃料供給系をその供給能力の上限付近まで使用するよう設定する場合がある。したがって、このように過給器を備えた内燃機関では、燃料供給系での供給能力の点からも燃料供給量を大幅に増加することが困難である。そして、燃料供給量が必要量に達しない場合には、空燃比のリーン化によりノッキングが発生して内燃機関が破損したり、エンジンの排気系に設けられた排気浄化触媒が許容以上に昇温して劣化や溶損したりする虞がある。
本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、その目的とするところは、燃料の供給圧の低下による燃料供給不足を回避して、内燃機関等の破損、劣化を防止する内燃機関の制御装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項1の発明では、筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、内燃機関の運転に応じて燃料噴射弁に供給される燃料の圧力の目標値である目標燃圧を設定する目標燃圧設定手段と、燃料噴射弁に実際に供給される燃料の圧力である実燃圧を検出する実燃圧検出手段と、内燃機関の吸気量を調整する吸気量調整手段と、実燃圧検出手段により検出された実燃圧が目標燃圧設定手段により設定された目標燃圧より低い場合に、吸気量が低下するよう吸気量調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項2の発明では、請求項1において、内燃機関はターボチャージャを備え、吸気量調整手段は、ターボチャージャによる過給圧を調整するウエィストゲートバルブであることを特徴とする。
また、請求項3の発明では、請求項1において、吸気量調整手段は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁であることを特徴とする。
また、請求項4の発明では、請求項1〜3のいずれかにおいて、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を更に備え、制御手段は、回転速度検出手段により検出された回転速度が所定速度以上であるときのみ、実燃圧が目標燃圧より低い場合に吸気量が低下するよう吸気量調整手段を制御することを特徴とする。
また、請求項5の発明では、請求項1〜4のいずれかにおいて、制御手段は、実燃圧が目標燃圧より低くかつその差が所定圧より大きい場合にのみ、吸気量が低下するよう吸気量調整手段を制御することを特徴とする。
また、請求項6の発明では、請求項5において、制御手段は、更に、実燃圧が目標燃圧より低くかつその差が所定圧以下である場合には、筒内への燃料噴射時間が増加するよう燃料噴射弁を制御することを特徴とする。
本発明の請求項1の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧が目標燃圧より低い場合に吸気量が低下することで、筒内への燃料の必要供給量が低下するので、実燃圧の低下時における燃料供給不足を回避することができる。したがって、燃料供給不足を原因とするノッキングの発生による内燃機関の損傷を防止するとともに、排気系に設けられた排気浄化触媒の許容以上の昇温を回避して排気浄化触媒の劣化や溶損を防止することができる。
また、請求項2に記載の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧が目標燃圧より低い場合には、ウエィストゲートバルブにより過給圧を調整して吸気量を低下させるので、実燃圧の低下時における燃料供給不足を回避することができる。
また、請求項3に記載の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧が目標燃圧より低い場合にスロットル弁を補正制御して吸気量を低下させるので、実燃圧の低下時における燃料供給不足を回避することができる。
また、請求項4に記載の内燃機関の制御装置によれば、回転速度が所定速度未満であるときには、実燃圧が目標燃圧より低くとも吸気量が低下するよう制御されないので、低回転時における燃焼安定性を確保することができる。
また、請求項5に記載の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧と目標燃圧との差が所定圧以内であるときには、実燃圧が目標燃圧より低くとも吸気量が低下するよう制御されないので、内燃機関の出力低下を抑制することができる。
また、請求項6に記載の内燃機関の制御装置によれば、実燃圧が目標燃圧より低くかつその差が所定圧以下である場合に燃料噴射時間が増加するので、筒内への燃料供給量が増加し、燃料供給不足を回避することができる。
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るエンジン及びその給排気系の構成図である。
図1に示すように、エンジン1としては、例えば、筒内噴射型の直列多気筒のガソリンエンジンが採用される。エンジン1のシリンダヘッド2には、気筒毎に、点火を行う点火プラグ3と、燃料を燃焼室4内に直接噴射可能な燃料噴射弁5とが設けられている。燃料噴射弁5には燃料の供給経路である燃料ライン6が接続されている。燃料ライン6は図示しない燃料ポンプにより高圧化された燃料を燃料噴射弁5に導入する機能を有する。燃料ライン6には、燃料噴射弁5に供給される燃料の圧力(実燃圧)Pfを検出する燃圧センサ(実燃圧検出手段)7が設けられている。
シリンダヘッド2には、気筒毎に吸気ポート10及び排気ポート11が形成されているとともに、吸気ポート10を開閉する吸気バルブ12、排気ポート11を開閉する排気バルブ13が設けられている。吸気バルブ12及び排気バルブ13は、図示しないカムシャフトにより、エンジン1の回転駆動に伴って駆動される。
吸気ポート10には吸気マニホールドを14介して吸気管15が接続されており、一方、排気ポート11には排気マニホールド16を介して排気管17が接続されている。
エンジン1には、ターボチャージャ20が備えられている。ターボチャージャ20は、吸気管15に介装されたコンプレッサ21と、排気管17に介装されたタービン22と、を含んで構成されており、エンジン1の排気によって駆動されたタービン22の回転力を利用して、コンプレッサ21を駆動して吸気を圧縮することで、吸気流量を増加させて、エンジン1の出力を向上させる機能を有している。
コンプレッサ21の上流側の吸気管15には、吸気中の塵埃を捕集するエアクリーナ23が介装されている。また、コンプレッサ21と吸気マニホールド14との間の吸気管15には、インタークーラ24が介装されている。インタークーラ24は、コンプレッサ21により圧縮されて昇温した吸気を冷却することにより、エンジン1の体積効率を向上させる機能を有している。また、インタークーラ24より下流側の吸気管15には、吸気流量を調節する電磁式のスロットル弁(吸気量調整手段)25が介装されている。更に、スロットル弁25の下流側の吸気管15には、高圧となった吸気を貯留するサージタンク26が設けられている。
一方、排気管17には、タービン22をバイパスするバイパス路30が設けられている。更に、バイパス路30には、ウエィストゲートバルブ(WGV:吸気量調整手段)31が設けられている。WGV31は、WGVアクチュエータ32により駆動されてバイパス路30を開閉する機能を有している。タービン22の下流側の排気管17には、排気中のNOx等を除去する三元触媒(排気浄化触媒)33が介装されている。
ECU(電子コントロールユニット)40は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)等を含んで構成されている。
ECU40の入力側には、エンジン1の回転速度Neを検出する回転速度センサ(回転速度検出手段)41、アクセル開度APを検出するアクセル開度センサ42、及び図示しない吸気流量センサ、空燃比センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ECU40の出力側には、図示しない高圧コイルを介して点火プラグ3が接続されるとともに、燃料噴射弁5、スロットル弁25及びWGVアクチュエータ32等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきECU40において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、WGV開度等がそれぞれ出力され、これにより、適正なタイミングでスロットル弁25及びWGV31が開閉操作され、燃料噴射弁5から適正量の燃料が適正なタイミングで適正な時間噴射されるとともに、点火プラグ3により適正なタイミングで火花点火が実施される。
更に、本実施形態では、ECU40は、燃圧センサ7から実燃圧Pfを入力し、この実燃圧Pfと、回転速度センサ41から入力した回転速度Neと、アクセル開度センサから入力したアクセル開度APとに基づいても、WGV31、スロットル弁25、燃料噴射弁5の作動を制御する(制御手段)。
図2は、ECU40におけるWGV31等の制御手順を示すフローチャートである。以下同フローチャートに沿い本発明に係るWGV31等の制御について説明する。
本ルーチンはエンジン1の作動開始に伴い実行が開始される。
ステップS10では、燃圧センサ7から実燃圧Pfを、回転速度センサ41から回転速度Neを、アクセル開度センサ42からアクセル開度APを入力する。そしてステップS12に進む。
ステップS12では、ステップS10において入力した回転速度Ne及びアクセル開度APに基づいて目標燃圧Pfobjを設定する(目標燃圧設定手段)。この目標燃圧Pfobjは、エンジンの運転に応じた流量の燃料を燃料噴射弁から噴射するために必要な、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力の目標値であって、例えばあらかじめ実験等により確認して設定したマップから読み出すことによって求めればよい。そして、ステップS14に進む。
ステップS14では、ステップS10において入力した回転速度Neが所定速度N1以上であるか否かを判別する。回転速度Neが所定速度N1以上である場合は、ステップS16に進む。なお、所定速度N1は、後述する吸気量の補正制御による吸気量の低下によりエンジンの運転状態が不安定とならないように適宜設定すればよく、例えばアイドリング状態での回転速度より若干高めに設定すればよい。
ステップS16では、ステップS12において設定した目標燃圧Pfobjから、ステップ10において入力した実燃圧Pfを減算し、その差が所定圧P1より大きいか否かを判別する。この差が所定圧P1より大きい場合は、ステップS18に進む。なお、所定圧P1は、0より大きく、かつ目標燃圧Pfobjと実燃圧Pfとの差圧の許容上限値以下に設定すればよく、特に、目標燃圧Pfobjと実燃圧Pfとの差の許容上限値に設定するとよい。
ステップS18では、WGV31が全開状態となるように、WGVアクチュエータ32を作動制御する。そして、ステップS20に進む。
ステップS20では、スロットル弁25の開度制限を行う。詳しくは、スロットル弁25の開度が所定開度θth1以上にならないように、スロットル弁25の開作動を規制する。この所定開度θth1は、実燃圧Pfが目標燃圧Pfobjより低下した場合に燃料供給不足とならないように適宜設定すればよい。そして、本ルーチンを終了する。
一方、ステップS16において、目標燃圧Pfobjと実燃圧Pfとの差が所定圧P1以下であると判定した場合は、ステップS30に進む。
ステップS30では、ステップS12において設定した目標燃圧Pfobjから、ステップ10において入力した実燃圧Pfを減算し、その差が0より大きいか否かを判別する。この差が0より大きい場合は、ステップS32に進む。
ステップS32では、燃料噴射弁5からの燃料噴射1回当たりの燃料噴射時間Pwが増加するように、燃料噴射時間Pwの補正制御を行う。そして、ステップS34に進む。
ステップS34では、ステップS18において実行開始したWGV全開及びステップS20において実行開始したスロットル弁開度制限を解除する。そして、本ルーチンを終了する。
ステップS14において回転速度Neが所定速度N1以上であると判定した場合、またはステップS30において目標燃圧Pfobjと実燃圧Pfとの差が0以下である場合は、ステップS40に進む。
ステップS40では、ステップS18において実行開始したWGV全開、ステップS20において実行開始したスロットル弁開度制限及びステップS32において実行開始した燃料噴射時間補正を解除する。そして、本ルーチンを終了する。
以上の構成により、本実施形態では、実燃圧Pfが目標燃圧Pfobjより所定圧P1以上低い場合に、WGV31の開度が強制的に全開になるとともに、スロットル弁25の開度が制限される。これにより、燃焼室4内に供給される吸気量が低下し、燃料の必要供給量が低下するので、例えば燃料ポンプの故障により燃圧の確保が困難な場合でも、燃料供給不足を回避することができる。
また、本実施形態では、実燃圧Pfと目標燃圧Pfobjとの差が所定圧P1以内であって、実燃圧Pfが目標燃圧Pfobjより低い場合には、WGV31の全開制御やスロットル弁25の開度制限といった吸気量が低下する方向への補正制御が行われず、燃料噴射時間が増加する方向に補正制御される。この場合、実燃圧Pfと目標燃圧Pfobjとの差が所定圧P1以内であることから、燃料供給量を低流量増加すれば燃料供給不足が回避されるので、上記のような燃料噴射時間の増加補正のみによって燃料供給量の確保が可能である。また、このとき、WGV31の全開制御やスロットル弁25の開度制限が実行されないので、吸気量の低下に伴うエンジン1の出力低下を回避することができる。
また、上記のようなWGV31の全開制御やスロットル弁25の開度制限といった吸気量を低下させる補正制御は、回転速度Neが所定速度N1以下であるときには実施されないので、吸気量の低下に伴う出力低下が回避され、低回転時における燃焼安定性を確保することができる。
なお、本実施形態では、吸気量を低下させる補正制御として、WGV31を全開させるとともに、スロットル弁25の開度制限を行うが、このうちの少なくとも一方を実施すればよい。また、実燃圧Pfが目標燃圧Pfobjより低い場合に吸気量が低下する方向への補正制御を行ってもよく、このように制御した場合でも少なくとも実燃圧の低下による燃料供給不足を回避することができる。
本発明に係るエンジン及びその給排気系の構成図である。 ECUにおけるWGV等の制御手順を示すフローチャートである。
符号の説明
1 エンジン
5 燃料噴射弁
7 燃圧センサ
20 ターボチャージャ
25 スロットル弁
31 WGV
40 ECU
41 回転速度センサ

Claims (6)

  1. 筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、
    前記内燃機関の運転に応じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力の目標値である目標燃圧を設定する目標燃圧設定手段と、
    前記燃料噴射弁に実際に供給される燃料の圧力である実燃圧を検出する実燃圧検出手段と、
    前記内燃機関の吸気量を調整する吸気量調整手段と、
    前記実燃圧検出手段により検出された実燃圧が前記目標燃圧設定手段により設定された目標燃圧より低い場合に、前記吸気量が低下するよう前記吸気量調整手段を制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記内燃機関はターボチャージャを備え、
    前記吸気量調整手段は、前記ターボチャージャによる過給圧を調整するウエィストゲートバルブであることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記吸気量調整手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を更に備え、
    前記制御手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が所定速度以上であるときのみ、前記実燃圧が前記目標燃圧より低い場合に前記吸気量が低下するよう前記吸気量調整手段を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記制御手段は、前記実燃圧が前記目標燃圧より低くかつその差が所定圧より大きい場合にのみ、前記吸気量が低下するよう前記吸気量調整手段を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記制御手段は、更に、前記実燃圧が前記目標燃圧より低くかつその差が前記所定圧以下である場合には、前記筒内への燃料噴射時間が増加するよう前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の制御装置。
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