JP2009024553A - 内燃機関の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、筒内圧センサの故障判定精度を高めることを課題とする。
【解決手段】本発明は、筒内圧センサを備えた内燃機関の制御システムにおいて、フューエルカット運転時に圧縮行程中の第１クランク位置ｃｒｎｋ１における筒内圧センサの測定値Ｐとシリンダ容積Ｖ１の累乗との積ＰＶ１^γを第１の積として演算する第１演算手段と、前記圧縮行程中の前記第１クランク位置ｃｒｎｋ１と異なる第２クランク位置ｃｒｎｋ２における筒内圧センサの測定値Ｐとシリンダ容積Ｖ２の累乗との積ＰＶ２^γを第２の積として演算する第２演算手段と、前記第１の積と前記第２の積との差の絶対値が所定値αより大きい場合に筒内圧センサが故障していると判定する判定手段と、を備えるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、筒内圧センサを備えた内燃機関の制御システムに関する

従来、燃料カット時の筒内圧センサの検出値がモータリング圧力の推定値と等しくなるように筒内圧センサの検出値を補正する内燃機関において、補正量が所定範囲から逸脱する場合に筒内圧センサが故障していると判定する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００６−２８４５３３号公報

ところで、モータリング圧力の推定値および／または筒内圧センサの検出値には誤差が含まれる。このため、上記補正量が所定範囲から逸脱した要因が誤差にあるか或いは筒内圧センサの故障にあるかを区別することができない場合が考えられる。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒内圧センサの故障判定精度を高めることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、圧縮行程中の気筒（以下、「圧縮気筒」と称する）における気体の断熱圧縮変化を求め、その変化量に基づいて筒内圧センサの故障を判定するようにした。

詳細には、本発明は、筒内圧センサを備えた内燃機関の制御システムにおいて、フューエルカット運転時に圧縮行程中の第１クランク位置における筒内圧センサの測定値とシリンダ容積の累乗との積を第１の積として演算する第１演算手段と、前記圧縮行程（第１の積が演算された時の圧縮行程と同じ圧縮行程）中の前記第１クランク位置と異なる第２クランク位置における筒内圧センサの測定値とシリンダ容積の累乗との積を第２の積として演算する第２演算手段と、前記第１の積と前記第２の積との差に基づいて前記筒内圧センサの故障を判定する判定手段と、を備えるようにした。

本発明は、圧縮行程中の相違する２つのクランク位置における気体の断熱圧縮変化（第１の積と第２の積との差）に基づいて筒内圧センサの故障判定を行うことにより特徴づけられる。

内燃機関がフューエルカット運転（モータリング）されている場合は、圧縮気筒の内部気体が断熱圧縮変化する。このため、ポアッソンの式（Ｐ＊Ｖ^κ＝一定（Ｐは筒内圧、Ｖはシリンダ容積、κは比熱比））が成立する。

よって、筒内圧センサが正常な時は、第１の積と第２の積は同等の値になる。これに対し、筒内圧センサが故障している時は、第１の積と第２の積が異なる値を示す。

ところで、第１の積と第２の積には、誤差（筒内圧やクランク位置の測定後差など）が含まれる場合がある。しかしながら、第１の積と第２の積は略同等の誤差を含むと考えられる。このため、第１の積と第２の積との差は、上記した誤差が相殺された値となる。よって、誤差に起因した判定精度の低下が回避される。

また、内燃機関が実際に運転される時には、圧縮行程中の気筒内で圧縮漏れや燃焼室壁面を介した熱の授受が発生する。このため、筒内圧センサが正常であっても第１の積と第２の積は同等にならない場合がある。

これに対し、第１クランク位置と第２クランク位置を圧縮漏れ等の影響を受け難いクランク位置に設定するととともに、比熱比κの代わりに予め実験的に求められた適合値γを用いるようにしてもよい。更に、第１の積と第２の積との差が圧縮漏れ等の影響を包含した許容値より大きくなったことを条件に筒内圧センサの故障が判定されるようにしてもよい。

このような方法により筒内圧センサの故障判定が行われると、誤差に起因した故障判定精度の低下に加え、圧縮漏れ等に起因した故障判定精度の低下も抑制される。その結果、筒内圧センサの故障を精度良く判定することが可能となる。

次に、本発明に係る内燃機関の制御システムは、筒内圧センサの検出値を利用して燃料のセタン価を推定する推定手段を更に備える場合に、前記判定手段により前記筒内圧センサの故障が判定されると、前記推定手段は現在の燃料セタン価が規定の最低セタン価と等しいと仮定してもよい。

ここでいう「最低セタン価」は、内燃機関が使用し得る燃料のセタン価のうち、最も低いセタン価であってもよい。

このように筒内圧センサの故障時の燃料セタン価が最低セタン価に等しいと仮定されると、筒内圧センサの故障判定後に燃料のセタン価が低下しても失火やエンジンストールの発生を回避することができる。

尚、筒内圧センサの故障判定時から燃料の給油が行われるまで期間、又は筒内圧センサの故障判定時から内燃機関の運転が停止されるまでの期間は、前記推定手段により最後に推定された燃料セタン価が現時点の燃料セタン価であると仮定されてもよい。この場合、内燃機関は、少なくとも上記した期間において実際の燃料セタン価と等しい燃料セタン価に基づいて運転されることになる。

但し、内燃機関の始動時から筒内圧センサの故障判定時までの期間に燃料セタン価の推定が一度も行われていない場合は、推定手段は現在の燃料セタン価が最低セタン価に等しいと仮定することが好ましい。

本発明によれば、筒内圧センサを備えた内燃機関の制御システムにおいて、筒内圧センサの故障判定精度を高めることが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図２に基づいて説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、４ストローク・サイクルの圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１は、複数の気筒２を有している。各気筒２には、ピストン
３が摺動自在に嵌挿されている。

各気筒２内においてピストン３より上方に形成された燃焼室４には、吸気ポート５と排気ポート６とが連通している。吸気ポート５は、吸気通路５０と接続されている。排気ポート６は、排気通路６０と接続されている。燃焼室４における吸気ポート５の開口端と排気ポート６の開口端は、吸気弁７と排気弁８によって各々開閉される。

内燃機関１は、各気筒２の燃焼室４に燃料を噴射する燃料噴射弁９と、各気筒２内の圧力（以下、「筒内圧」と称する）を測定する筒内圧センサ１０とを備えている。尚、筒内圧センサ１０は、全ての気筒２に設けられる必要はなく、少なくとも一つの気筒２に設けられていればよい。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定する水温センサ１１や図示しないクランクシャフトの回転位置を測定するクランクポジションセンサ１２等の各種センサが取り付けられている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１３が併設されている。ＥＣＵ１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。

ＥＣＵ１３には、前述した筒内圧センサ１０、水温センサ１１、クランクポジションセンサ１２等の各種センサの測定値が入力されるようになっている。更に、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁９等を電気的に制御することが可能となっている。

ＥＣＵ１３は、燃料噴射制御等の既知の制御に加え、本発明の要旨となる筒内圧センサ１０の故障判定制御を実行する。以下、本実施例における筒内圧センサ１０の故障判定制御について述べる。

以下、本実施例における故障判定制御の実行手順について図２に沿って説明する。図２は、本実施例における故障判定制御ルーチンを示すフローチャートである。この故障判定制御ルーチンは、予めＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１３によって周期的に実行される。

故障判定制御ルーチンでは、ＥＣＵ１３は、先ずＳ１０１において内燃機関１がフューエルカット運転状態にあるか否かを判別する。Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１３は、クランクポジションセンサ１２の測定値（クランク位置）ｃｒｎｋを読み込む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０２で測定されたクランク位置ｃｒｎｋにおける筒内圧センサ１０の測定値（筒内圧）Ｐを読み込む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０２で読み込まれたクランク位置ｃｒｎｋが第１クランク位置ｃｒｎｋ１と等しいか否かを判別する。第１クランク位置ｃｒｎｋ１は、筒内圧センサ１０が取り付けられた気筒（以下、「特定気筒」と称する）２が圧縮行程となるクランク位置範囲に含まれるクランク位置である。

前記Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０５へ進む。Ｓ１０５
では、ＥＣＵ１３は、第１クランク位置ｃｒｎｋ１におけるシリンダ容積Ｖ１と前記Ｓ１０３で測定された筒内圧Ｐとに基づいてＰ＊Ｖ１^γ（第１の積）を演算する。このようにＥＣＵ１３がＳ１０５の処理を行うことにより、本発明に係る第１演算手段が実現される。尚、第１クランク位置ｃｒｎｋ１におけるシリンダ容積Ｖ１は予め実験的に求めておくものとする。

また、前記Ｓ１０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０６へ進む。Ｓ１０６では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０２で読み込まれたクランク位置ｃｒｎｋが第２クランク位置ｃｒｎｋ２と等しいか否かを判別する。第２クランク位置ｃｒｎｋ２は、特定気筒２が圧縮行程となるクランク位置範囲に含まれるクランク位置であって、前記第１クランク位置ｃｒｎｋ１と異なるクランク位置である。

前記Ｓ１０６において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０７へ進む。Ｓ１０７では、ＥＣＵ１３は、第２クランク位置ｃｒｎｋ２におけるシリンダ容積Ｖ２と前記Ｓ１０３で測定された筒内圧Ｐとに基づいてＰ＊Ｖ２^γ（第２の積）を演算する。このようにＥＣＵ１３がＳ１０７の処理を行うことにより、本発明に係る第２演算手段が実現される。尚、第２クランク位置ｃｒｎｋ２におけるシリンダ容積Ｖ２も、前述したシリンダ容積Ｖ１と同様に予め実験的に求めておくものとする。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０５で算出されたＰ＊Ｖ^γ１と前記Ｓ１０７で算出されたＰ＊Ｖ２^γとの差の絶対値（＝｜Ｐ＊Ｖ１^γ−Ｐ＊Ｖ２^γ｜）が所定値αより大きいか否かを判別する。

ここで、内燃機関１がフューエルカット運転（モータリング）されている時は、圧縮気筒の内部気体は断熱圧縮変化する。このため、ポアッソンの式（Ｐ＊Ｖ^κ＝一定（Ｐは筒内圧、Ｖはシリンダ容積、κは比熱比））が成立する。

よって、筒内圧センサ１０が正常である時は、前記ＰＶ１^κと前記ＰＶ２^κとは等しくなるはずである。しかしながら、内燃機関１が実際に運転される時には、圧縮行程中の気筒２において圧縮漏れや燃焼室壁面を介した熱の授受が発生する。このため、筒内圧センサ１０が正常であっても前記ＰＶ１^κと前記ＰＶ２^κとが同等にならない場合が多い。

これに対し、本実施例の故障判定制御では、第１クランク位置と第２クランク位置とは、圧縮漏れ等の影響を受け難いクランク位置（例えば、圧縮上死点前４０°ＣＡ〜０°ＣＡの範囲）に設定されるようにした。

更に、比熱比κの代わりに予め実験的に求められた適合値γが用いられるようにした。すなわち、適合値γは、筒内圧センサ１０が正常である時にＰ＊Ｖ^γ１とＰ＊Ｖ２^γとが略等しくなるように適合された値である。更に、前記した所定値αは、圧縮漏れ等の影響を包含した値に設定されるとよい。

このように第１クランク位置ｃｒｎｋ１、第２クランク位置ｃｒｎｋ２、適合値γ、及び所定値αが定められると、筒内圧センサ１０が正常である時はＰ＊Ｖ^γ１とＰ＊Ｖ２^γとの差の絶対値（＝｜Ｐ＊Ｖ１^γ−Ｐ＊Ｖ２^γ｜）が所定値α以下になるとともに、筒内圧センサ１０が故障した時はＰ＊Ｖ^γ１とＰ＊Ｖ２^γとの差の絶対値（＝｜Ｐ＊Ｖ１^γ−Ｐ＊Ｖ２^γ｜）が所定値αより大きくなる。

従って、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０８において肯定判定された場合（｜Ｐ＊Ｖ１^γ−Ｐ＊Ｖ２^γ｜＞α）は筒内圧センサ１０が故障していると判定し、前記Ｓ１０８において否定判定された場合（｜Ｐ＊Ｖ１^γ−Ｐ＊Ｖ２^γ｜≦α）は筒内圧センサ１０が正常である
と判定する。このようにＥＣＵ１３がＳ１０８の処理を実行することにより本発明に係る判定手段が実現される。

ＥＣＵ１３は、筒内圧センサ１０が故障していると判定した場合（Ｓ１０８において肯定判定した場合）は、Ｓ１０９において故障判定フラグに“１”を記憶させる。故障判定フラグは、ＥＣＵ１３のバックアップＲＡＭ等に設定された記憶領域である。この故障判定フラグには、筒内圧センサ１０が故障していると判定された時に“１”が記憶され、筒内圧センサ１０が故障していないと判定された時に“０”が記憶される

ＥＣＵ１３は、筒内圧センサ１０が正常であると判定した場合（Ｓ１０８において否定判定された場合）は、Ｓ１１０において故障判定フラグに“０”を記憶させる。

以上述べたような故障判定制御ルーチンに従って筒内圧センサ１０の故障判定が行われると、圧縮漏れ等に起因した故障判定精度の低下が可及的に抑制される。更に、Ｐ＊Ｖ^γ１とＰ＊Ｖ２^γとの差は、筒内圧センサ１０やクランクポジションセンサ１２の測定誤差等が相殺された値となるため、測定誤差等に起因した故障判定精度の低下も防止することができる。

尚、筒内圧センサ１０が複数の気筒２に取り付けられる場合は、それら複数の気筒２の各々について上記した故障判定制御を行えばよい。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図３に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

筒内圧センサを備えた内燃機関では、筒内圧センサの測定値に基づいて燃料の着火時期を判定するとともに、判定された着火時期に基づいて燃料セタン価を推定する場合がある。このような場合は、燃料セタン価の推定値に基づいて燃料噴射パラメータ（例えば、燃料噴射時期）が調整される。

筒内圧センサの測定値に基づいて燃料セタン価を推定する内燃機関において、筒内圧センサが故障すると、燃料セタン価を正確に推定することができない。このため、燃料噴射パラメータが実際の燃料セタン価に対して不適切になる可能性がある。

例えば、燃料セタン価が低くなった場合は着火遅れ期間が長くなるため、燃料噴射時期を進角させる必要がある。しかしながら、筒内圧センサの故障により燃料セタン価の低下を検出することができない場合は、燃料が失火して排気エミッションの悪化やエンジンストールを招く可能性がある。

そこで、本実施例の内燃機関の制御システムでは、ＥＣＵ１３は、筒内圧センサ１０が故障していると判定された場合に、燃料セタン価を予め定められた最低セタン価と仮定して燃料噴射パラメータの制御を行うようにした。ここでいう最低セタン価は、内燃機関１が使用し得る燃料のセタン価のうち最も低いセタン価に相当する。

燃料セタン価が最低セタン価に定められると、少なくとも失火の発生を防止することができる。その結果、排気エミッションの悪化やエンジンストールの発生を免れることができる。

尚、燃料セタン価が最後に推定された時点から現時点までに燃料の給油が行われていない場合は、最後に推定された燃料セタン価を現時点の燃料セタン価と仮定してもよい。こ
のように燃料セタン価が定められると、筒内圧センサ１０が故障した後の暫くの間（内燃機関１の運転が停止されるまでの期間、或いは燃料の給油が行われるまでの期間）は、実際の燃料セタン価に基づいて燃料噴射パラメータを調整することができる。

以下、燃料セタン価の推定手順について図３に沿って説明する。図３は、燃料セタン価推定ルーチンを示すフローチャートである。この燃料セタン価推定ルーチンは、予めＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１３によって周期的に実行される。

燃料セタン価推定ルーチンでは、ＥＣＵ１３は先ずＳ２０１において故障フラグに“１”が記憶されているか否かを判別する。故障判定フラグは、前述した第１の実施例で述べた故障フラグと同じフラグである。

Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ２０２へ進む。Ｓ２０２では、ＥＣＵ１３は、セタン価推定フラグに“１”が記憶されているか否かを判別する。セタン価推定フラグは、予めＲＡＭやバックアップＲＡＭに設定された記憶領域である。このセタン価推定フラグは、燃料セタン価の推定処理が終了した時に“１”が記憶され、内燃機関１の運転が停止された時（或いは、燃料の給油が行われた時）に“０”が記憶される。

Ｓ２０２において肯定判定された場合（セタン価推定フラグ＝１）は、燃料セタン価推定処理の前回の実行時から現時点までに内燃機関１の運転が停止されていない（燃料の給油が行われていない）ことになる。

そこで、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０３において、燃料セタン価推定処理の前回の実行時に推定されたセタン価（前回推定値）を現時点の燃料セタン価ＣＮと仮定する。

また、Ｓ２０３において否定判定された場合（セタン価推定フラグ＝０）は、燃料セタン価推定処理の前回の実行時から現時点までに内燃機関１の運転が停止されたことになる。これは、燃料が給油された可能性があることを意味する。よって、実際の燃料セタン価が前回推定値より低くなっている可能性がある。

そこで、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０４において、最低セタン価ＣＮｍｉｎを現時点の燃料セタン価ＣＮと仮定する。

尚、Ｓ２０１において否定判定された場合（故障フラグ＝０）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０５〜Ｓ２０６において通常通りに燃料セタン価を推定する。すなわち、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０５において筒内圧センサ１０の測定値に基づいて燃料セタン価推定処理を行う。続いて、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０６において前記Ｓ２０５で推定された燃料セタン価（推定値）を現時点の燃料セタン価ＣＮとして設定する。更に、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０７においてセタン価推定フラグに“１”を記憶させる。

ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２０３と前記Ｓ２０４と前記Ｓ２０７の何れかを実行し終えると、Ｓ２０８へ進む。Ｓ２０８では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２０３と前記Ｓ２０４と前記Ｓ２０７の何れかにおいて設定された燃料セタン価ＣＮに基づいて燃料噴射パラメータを調整する。

このようにＥＣＵ１３が図３の燃料セタン価推定ルーチンを実行することにより、本発明に係る推定手段が実現される。よって、筒内圧センサ１０が故障した場合に、燃料セタン価の推定値が実際の燃料セタン価より高くなることがないため、燃料セタン価の推定値
に基づいて燃料噴射パラメータが調整されても失火の発生を抑制することができる。その結果、排気エミッションの悪化やエンジンストールの発生が抑制される。

内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。 筒内圧センサの故障判定制御ルーチンを示すフローチャートである。 燃料セタン価推定ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・ピストン
４・・・・・燃焼室
５・・・・・吸気ポート
６・・・・・排気ポート
７・・・・・吸気弁
８・・・・・排気弁
９・・・・・燃料噴射弁
１０・・・・筒内圧センサ
１１・・・・水温センサ
１３・・・・ＥＣＵ

Claims (3)

1. 筒内圧センサを備えた内燃機関の制御システムにおいて、
   前記内燃機関のフューエルカット運転時に、圧縮行程の第１クランク位置における筒内圧センサの測定値とシリンダ容積の累乗との積を第１の積として演算する第１演算手段と、
   前記圧縮行程の前記第１クランク位置と異なる第２クランク位置における筒内圧センサの測定値とシリンダ容積の累乗との積を第２の積として演算する第２演算手段と、
   前記第１の積と前記第２の積との差に基づいて前記筒内圧センサの故障を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
2. 請求項１において、前記判定手段は、前記第１の積と前記第２の積との差が許容値より大きい時に、前記筒内圧センサが故障していると判定することを特徴とする内燃機関の制御システム。
3. 請求項１又は２において、筒内圧センサの検出値を利用して燃料のセタン価を推定する推定手段を更に備え、
   前記推定手段は、前記判定手段により前記筒内圧センサが故障していると判定された場合は、燃料セタン価が規定の最低セタン価と等しいと仮定することを特徴とする内燃機関の制御システム。

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