JP2011122460A

JP2011122460A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2011122460A
Application number: JP2009278242A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Masubuchi; 匡彦増渕
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】未燃燃料の排出を抑制する。
【解決手段】圧縮着火燃料を燃焼させることで非圧縮着火燃料を燃焼させる内燃機関の制御装置において、非圧縮着火燃料を供給する複数の主噴射弁と、圧縮着火燃料を供給する複数の補助噴射弁と、補助噴射弁から圧縮着火燃料が供給されない故障が発生したことを判定すると共に該故障が発生した補助噴射弁を特定する判定手段と、判定手段により故障が発生したと特定された補助噴射弁が圧縮着火燃料を供給していた気筒に対して非圧縮着火燃料を供給している主噴射弁からの非圧縮着火燃料の供給を停止させる停止手段と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

圧縮行程時の温度の上昇により圧縮着火燃料を燃焼させることで、その周りに存在する非圧縮着火燃料を燃焼させることができる。そうすると、圧縮比を高めたり希薄燃焼を行なったりすることが可能となり、内燃機関の効率を向上させることができる。ここで、非圧縮着火燃料として天然ガスを用い、圧縮着火燃料として軽油を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、圧縮着火燃料を供給する補助噴射弁が故障して該圧縮着火燃料が供給されなくなると、非圧縮着火燃料を主噴射弁から供給しても、該非圧縮着火燃料は燃焼せずに内燃機関から排出されてしまう。そうすると、多量の未燃ＨＣが排出されることになる。また、未燃ＨＣが高温の触媒を通過するときに燃焼すると、所謂アフターファイアが発生する虞もある。

特開平０８−１５８９８０号公報特開平１１−０１３６１９号公報特開２００６−２５０１４１号公報特開２００８−１８４９６９号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、未燃燃料の排出を抑制することにある。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
複数の気筒を有し、各気筒に圧縮着火燃料及び非圧縮着火燃料を供給し、圧縮着火燃料を燃焼させることで非圧縮着火燃料を燃焼させる内燃機関の制御装置において、
前記非圧縮着火燃料を供給する複数の主噴射弁と、
前記圧縮着火燃料を供給する複数の補助噴射弁と、
前記補助噴射弁から前記圧縮着火燃料が供給されない故障が発生したことを判定すると共に該故障が発生した補助噴射弁を特定する判定手段と、
前記判定手段により故障が発生したと特定された補助噴射弁が圧縮着火燃料を供給していた気筒に対して前記非圧縮着火燃料を供給している主噴射弁からの非圧縮着火燃料の供給を停止させる停止手段と、
を備えることを特徴とする。

主噴射弁及び補助噴射弁は、気筒毎に備えられていても良く、複数の気筒を有する気筒群毎に備えられていても良い。また、主噴射弁及び補助噴射弁は、それぞれ吸気通路内に燃料を供給しても良く、気筒内に燃料を供給しても良い。さらに、主噴射弁と補助噴射弁とが、同数である必要はない。

ここで、非圧縮着火燃料が燃焼するためには、圧縮着火燃料が燃焼しなければならない。従って、何れかの補助噴射弁に故障が生じて圧縮着火燃料が供給されないと、該圧縮着火燃料が供給されるはずであった気筒では、非圧縮着火燃料を燃焼させることができなくなる。

これに対し本発明では、補助噴射弁に故障が発生していると判定されると、該補助噴射弁から圧縮着火燃料が供給されるはずであった気筒への非圧縮着火燃料の供給を停止している。つまり、非圧縮着火燃料を燃焼させることができなくなった気筒へは燃料の供給を行わないようにしている。これにより、非圧縮着火燃料が未燃のまま排出されることを抑制できる。

また、本発明においては、前記補助噴射弁に接続され燃料が流通する燃料通路内の圧力を検出する検出手段を備え、
前記判定手段は、前記補助噴射弁から圧縮着火燃料を供給させる前後で前記検出手段により検出される圧力が変化しないときに、該補助噴射弁に故障が発生していると判定することができる。

検出手段は、例えばコモンレール内の圧力を検出する。ここで、補助噴射弁から燃料が供給されると、その分、燃料通路内の圧力が低下する。そして、この燃料の低下を補うように、ポンプから燃料が圧送される。ポンプから燃料が圧送されるときには、燃料通路内の圧力が上昇する。すなわち、補助噴射弁から燃料を供給する時期と、ポンプから燃料が圧送される時期と、に燃料通路内の圧力が変化する。検出手段により検出される燃料通路内の圧力が、この関係に従っていなければ、補助噴射弁に故障が発生していると判定できる。補助噴射弁から燃料を供給するときに燃料通路内の圧力が低下しない場合に、該補助噴射弁に故障が発生していると判定しても良い。

なお、内燃機関の回転変動を検出することで補助噴射弁の故障を判定することもできる。すなわち、補助噴射弁から圧縮着火燃料が供給されなくなることで、主噴射弁から供給される非圧縮着火燃料が燃焼しなくなるので、この気筒ではトルクが発生しないことにより瞬時機関回転数が低下する。この瞬時機関回転数が低下するタイミングを検出することで、何れの補助噴射弁に故障が発生しているのか判定することができる。

本発明によれば、未燃燃料の排出を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。ＥＣＵから出力される補助噴射弁を開くための信号（噴射信号）、副燃料ポンプの作動状態、コモンレール内の圧力の推移を示したタイムチャートである。クランクカウンタの推移を示したタイムチャートである。実施例に係る故障診断のフローを示したフローチャートである。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、４つの気筒２を有する４サイクルディーゼル機関である。

内燃機関１には、吸気管３が接続されている。吸気管３は、内燃機関１に接続される前に４つに分岐して各気筒２へ夫々通じている。また、内燃機関１には、排気管４が接続されており、該排気管４の途中には触媒５が設けられている。

また、内燃機関１の近傍であって４つに分岐している夫々の吸気管３には、該吸気管３内に燃料を噴射する主噴射弁６が取り付けられている。主噴射弁６には、４つに分岐した主燃料通路７の一端が夫々接続されており、該主燃料通路７の他端は主燃料タンク８に接続されている。主燃料通路７の途中には、燃料を圧送する主燃料ポンプ９が設けられている。主燃料タンク８には、内燃機関１の圧縮行程において自着火しない燃料（非圧縮着火燃料）が給油される。すなわち、主噴射弁６からは、非圧縮着火燃料が噴射される。この非圧縮着火燃料には、例えば、ガソリン、天然ガス、又はアルコール等を用いることができる。

さらに、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する補助噴射弁１０が夫々の気筒２毎に取り付けられている。補助噴射弁１０は、分配管１１を介してコモンレール１２に接続されている。このコモンレール１２は、副燃料ポンプ１３に接続されている。副燃料ポンプ１３は、内燃機関１の回転トルクを駆動源として作動する。副燃料ポンプ１３には、副燃料通路１４の一端が接続されており、該副燃料通路１４の他端は副燃料タンク１５に接続されている。副燃料タンク１５には、内燃機関１の圧縮行程において自着火する燃料（圧縮着火燃料）が給油される。すなわち、補助噴射弁１０からは、圧縮着火燃料が噴射される。圧縮着火燃料には、例えば、軽油等を用いることができる。

このように、主噴射弁６及び補助噴射弁１０は、各気筒２にそれぞれ１つ設けられている。

さらに、コモンレール１２には、該コモンレール１２内の圧力を測定する圧力センサ１６が取り付けられている。また、内燃機関１には、該内燃機関１の回転数を検出するためのクランクポジションセンサ１７が取り付けられている。なお、本実施例では圧力センサ１６が、本発明における検出手段に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。

ＥＣＵ２０には、上記センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ２０には、主噴射弁６及び補助噴射弁１０が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ２０によりこれらの機器が制御される。

例えばＥＣＵ２０は、主噴射弁６及び補助噴射弁１０の開時期及び閉時期を制御することで、燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御している。この燃料噴射量及び燃料噴射時期は、機関回転数及び機関負荷に応じて決定される。これらの関係は、予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップをＥＣＵ２０に記憶させておく。

主噴射弁６から供給される非圧縮着火燃料は、主に内燃機関１のトルクを発生させるための燃料である。主噴射弁６から供給される非圧縮着火燃料は、吸気通路３を流通し吸気行程で気筒２内に吸入されることで、該気筒２内の広い範囲に分散する。また、補助噴射弁１０から供給される圧縮着火燃料は、非圧縮着火燃料を燃焼させるために補助的に供給される燃料であり、その供給量は必要最低限に抑えられる。圧縮行程で高温高圧となった気筒２内へ補助噴射弁１０から圧縮着火燃料を供給することにより、該圧縮着火燃料が拡
散燃焼する。この燃焼による熱で、非圧縮着火燃料を燃焼させることができる。そして、主噴射弁６及び補助噴射弁１０から供給される燃料の総量により要求トルクを発生させる。

このように、主噴射弁６から供給される燃料を気筒２内で燃焼させるためには、補助噴射弁１０からの燃料の供給が必須となる。このため、補助噴射弁１０から燃料を供給することができなくなると、主噴射弁６から供給される燃料は、気筒２内で燃焼せずに排気管４へ排出される。この未燃燃料は、触媒５で燃焼することにより該触媒５を過熱させたり、アフターファイアを発生させたりする。

そこで本実施例では、補助噴射弁１０から燃料が供給されない気筒２では、主噴射弁６からの燃料の供給を停止させる。なお、補助噴射弁１０から燃料が供給されない故障のことを閉故障と称する。補助噴射弁１０の閉故障は、圧力センサ１６により得られるコモンレール１２内の圧力に基づいて判定することができる。

図２は、ＥＣＵ２０から出力される補助噴射弁１０を開くための信号（噴射信号）、副燃料ポンプ１３の作動状態（圧送状態）、コモンレール１２内の圧力の推移を示したタイムチャートである。なお、コモンレール１２内の圧力で実線は、補助噴射弁１０に閉故障が生じていない場合を示し、一点鎖線は、補助噴射弁１０に閉故障が生じている場合を示している。なお、一点鎖線は、３番気筒の補助噴射弁１０に閉故障が生じている場合を示している。

噴射信号は、燃料を噴射させようとするときにＥＣＵ２０から信号が出力される。この信号が出力されたときを「ＯＮ」で表し、信号が出力されていないとき、すなわち燃料の噴射を停止させるようとするときを「ＯＦＦ」で表している。噴射信号がＯＮとされる時間は、圧縮着火燃料の必要量に応じて決定される。また、噴射信号は、１番気筒（＃１）、３番気筒（＃３）、４番気筒（＃４）、２番気筒（＃２）の順にＯＮとなる。

副燃料ポンプ１３の作動状態では、燃料が圧送されるときを「ＯＮ」で表し、燃料を圧送していないときを「ＯＦＦ」で表している。副燃料ポンプ１３は、噴射信号が２回ＯＮとなった後に、２回分の燃料噴射により低下した燃料の圧力を元に戻すように燃料を圧送する。

つまり、補助噴射弁１０に閉故障が生じていない場合には、まず、１番気筒の補助噴射弁１０から燃料が供給されたときに、コモンレール１２内の圧力が低下し、次に、３番気筒の補助噴射弁１０から燃料が供給されたときに、さらにコモンレール１２内の圧力が低下する。そして、そのすぐ後に副燃料ポンプ１３から燃料が圧送され、コモンレール１２内の圧力が１番気筒から燃料が供給される前の圧力に戻される。

一方、３番気筒の補助噴射弁１０に閉故障が生じている場合には、１番気筒の補助噴射弁１０から燃料が供給されたときにコモンレール１２内の圧力が低下するが、次の３番気筒の補助噴射弁１０からは燃料が供給されない。このため、３番気筒の補助噴射弁１０から燃料を供給する時期には、コモンレール１２内の圧力は低下しない（変化しない）。その後、副燃料ポンプ１３から燃料が圧送されるが、このときには、１番気筒および３番気筒の補助噴射弁１０から燃料が供給されたものとして、これに応じた量の燃料が圧送されるため、１番気筒の補助噴射弁１０から燃料が供給される前よりもコモンレール１２内の圧力が高くなる。このときの圧力の異常は圧力センサ１６により検出されるため、その後は、コモンレール１２内の圧力が過剰に高くならないように副燃料ポンプ１３から圧送される燃料量が調節される。

このように、補助噴射弁１０が正常であれば、夫々の気筒２における噴射信号がＯＮとなった直後にコモンレール１２内の圧力が低下するが、何れかの気筒２の補助噴射弁１０に閉故障が生じると、該気筒２における噴射信号がＯＮとなった直後であってもコモンレール１２内の圧力は変化しない。従って、何れかの気筒２における噴射信号がＯＮとなった後にコモンレール１２内の圧力が変化しないときに、該気筒２の補助噴射弁１０に閉故障が生じていると判定することができる。

また、内燃機関１の回転変動に基づいて、何れの補助噴射弁１０に閉故障が生じているのか特定することもできる。図３は、クランクカウンタの推移を示したタイムチャートである。図３（Ａ）は補助噴射弁１０が正常の場合を示しており、図３（Ｂ）は３番気筒の補助噴射弁１０に閉故障が生じている場合を示している。なお、図３は、機関回転数が一定の定常運転時（例えばアイドル運転時）の場合を示している。ここで、クランクカウンタとは、クランクポジションセンサ１７からの電圧パルス数を積算した値である。このクランクカウンタは、１番気筒のピストンが圧縮上死点に位置するときにリセットされて０となる。また、クランクアングルが３０度進む毎にクランクカウンタは１つ増加する。

補助噴射弁１０に閉故障が生じていない場合には、クランクカウンタは規則正しく上昇する。すなわち、クランクカウンタが１つ増加するのに要する時間は一定となる。しかし、例えば３番気筒の補助噴射弁１０に閉故障が生じていると、該３番気筒では燃焼によるトルクが発生しないため、機関回転数が低下する。このため、クランクアングルが３０度進むのに要する時間が長くなるため、クランクカウンタが１つ増加する時間が長くなり、クランクカウンタの上昇が緩慢となる。その後、４番気筒で正常な燃焼が行われると、機関回転数が元に戻るため、クランクカウンタの上昇度合いも元に戻る。

このように、補助噴射弁１０が正常であれば、クランクカウンタは一定の上昇率で増加していくが、何れかの気筒２の補助噴射弁１０に閉故障が生じると、該気筒２における圧縮上死点後のクランクカウンタの上昇率がそれまでよりも低くなる。従って、何れかの気筒２における圧縮上死点後のクランクカウンタの上昇率がそれまでと比べて低下したときに、該気筒２の補助噴射弁１０に閉故障が生じていると判定することができる。

なお、補助噴射弁１０への配線の断線を検出することにより該補助噴射弁１０に閉故障が生じているか否か判定することもできる。

図４は、本実施例に係る故障診断のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０により所定の時間毎に実行される。

ステップＳ１０１では、補助噴射弁１０に閉故障が生じているか否か判定される。本ステップでは、上記手法により、何れの補助噴射弁１０に閉故障が生じているのか特定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。なお、本実施例ではステップＳ１０１を処理するＥＣＵ２０が、本発明における判定手段に相当する。

ステップＳ１０２では、閉故障が生じている補助噴射弁１０が備わる気筒２の主噴射弁６からの燃料の供給を停止させる。なお、本実施例ではステップＳ１０２を処理するＥＣＵ２０が、本発明における停止手段に相当する。

ステップＳ１０３では、例えば警告灯を点灯させ。これにより、補助噴射弁１０に閉故障が生じていることを運転者等に警告する。

以上説明したように本実施例によれば、補助噴射弁１０に閉故障が生じている場合には
、該補助噴射弁１０が備わる気筒２において主噴射弁６からの燃料の供給を停止させているので、未燃燃料が排気管４に排出されることを抑制できる。これにより、触媒５の過熱やアフターファイアの発生を抑制できる。

１内燃機関
２気筒
３吸気管
４排気管
５触媒
６主噴射弁
７主燃料通路
８主燃料タンク
９主燃料ポンプ
１０補助噴射弁
１１分配管
１２コモンレール
１３副燃料ポンプ
１４副燃料通路
１５副燃料タンク
１６圧力センサ
１７クランクポジションセンサ
２０ＥＣＵ

Claims

複数の気筒を有し、各気筒に圧縮着火燃料及び非圧縮着火燃料を供給し、圧縮着火燃料を燃焼させることで非圧縮着火燃料を燃焼させる内燃機関の制御装置において、
前記非圧縮着火燃料を供給する複数の主噴射弁と、
前記圧縮着火燃料を供給する複数の補助噴射弁と、
前記補助噴射弁から前記圧縮着火燃料が供給されない故障が発生したことを判定すると共に該故障が発生した補助噴射弁を特定する判定手段と、
前記判定手段により故障が発生したと特定された補助噴射弁が圧縮着火燃料を供給していた気筒に対して前記非圧縮着火燃料を供給している主噴射弁からの非圧縮着火燃料の供給を停止させる停止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記補助噴射弁に接続され燃料が流通する燃料通路内の圧力を検出する検出手段を備え、
前記判定手段は、前記補助噴射弁から圧縮着火燃料を供給させる前後で前記検出手段により検出される圧力が変化しないときに、該補助噴射弁に故障が発生していると判定す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。