JP2011144763A

JP2011144763A - 内燃機関用制御装置

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Publication number: JP2011144763A
Application number: JP2010006728A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Oshima; 智巳大島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-15
Also published as: JP5310574B2

Abstract

【課題】高精度な噴射量診断が可能な内燃機関用制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン回転速度および指示噴射量が一定値となって、エンジンの運転状態が安定状態になったとき（時刻ｔ１）、所定期間、ＥＧＲ量を所定量で一定として、エンジンの吸入空気量および排気ガス中の酸素濃度を安定な状態に設定し、Ａ／Ｆセンサおよびエアフロメータの出力値を安定させるセンサ出力の安定状態を作り出す。そして、このセンサ出力の安定状態のときに推定実噴射量を算出し、推定実噴射量と指定噴射量とを比較することで、燃料噴射弁の実噴射量と指示噴射量との間のずれの有無を診断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸入空気量および排気ガス中の酸素濃度を用いて推定した実噴射量と、制御目標である指示噴射量とを比較して、噴射量診断を行う内燃機関用制御装置に関するものである。

ディーゼルエンジン車に搭載されたエンジン用制御装置であって、エンジン（内燃機関）の吸入空気量（吸気量）および排気ガス中の酸素濃度に基づいて燃料噴射弁の実噴射量の推定値である推定実噴射量を算出し、この推定実噴射量と指示噴射量とを比較して、燃料噴射弁の実噴射量と指示噴射量との間のズレを診断するものが、公然実施されている。なお、推定実噴射量は、特許文献１に開示のように、少なくとも吸気量センサの検出結果に基づいてエンジンの吸気量を算出し、排気流路中に設置された酸素濃度センサの検出結果に基づいて空燃比を算出した後、エンジンの吸気量を空燃比で除することで算出される。

特許第３４９０４７５号公報（段落００１０−００１１参照）

上記の噴射量診断は、指示噴射量が一定となるエンジン安定状態時に実施するものであるが、エンジン用制御装置が、エンジン安定状態時に、エンジンの吸気量と排気ガス中の酸素濃度とが変動するような制御をしてしまうと、推定実噴射量が一定ではなく変動するため、実噴射量が正常であっても、実噴射量と指示噴射量との間にズレが生じていると誤診断される恐れがある。

ここで、図５に、実噴射量の正常時における指示噴射量と推定実噴射量のタイミングチャートを示す。具体的には、図５に示すように、時刻ｔ１で、エンジン回転速度および指示噴射量が一定であるエンジン安定状態となっても、排気ガス中の酸素濃度に基づくＥＧＲフィードバック制御によって、エンジンに供給されるＥＧＲ量（排気ガス循環量）が変動すると、酸素濃度センサが検出する酸素濃度および吸気量センサが検出する吸気量が変動するため、推定実噴射量が一定ではなく変動する。このため、実噴射量が正常であっても、推定実噴射量と指示噴射量との間に差分ＱＸが生じてしまうので、高精度な噴射量診断ができない。

なお、上述の課題は、エンジン内部に噴射される実噴射量を直接測定するのではなく、エンジンから離れた位置に設置された吸気量センサおよび酸素濃度センサの検出結果に基づいて、実噴射量を推定するために生じる課題である。

本発明は上記点に鑑みて、高精度な噴射量診断が可能な内燃機関用制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内燃機関（１１）の運転状態が安定状態の場合に、所定期間、内燃機関（１１）の吸入空気量および内燃機関（１１）の排気ガス中の酸素濃度を安定させる安定モードに設定する安定モード設定手段（Ｓ５）と、
安定モード時における吸気量センサ（１４）の検出結果と酸素濃度センサ（１７）の検出結果とに基づいて、燃料噴射弁（１５）からの燃料噴射量の推定値である推定実噴射量を算出する推定実噴射量算出手段（Ｓ４）と、
推定実噴射量と、燃料噴射弁（１５）からの燃料噴射量の制御目標値である指示噴射量とに基づいて、燃料噴射弁（１５）からの燃料噴射量と指示噴射量との間にずれが生じているか否かを診断する診断手段（Ｓ６）とを備えることを特徴としている。

これによると、内燃機関の運転状態が安定状態になった場合、すなわち、指示噴射量および内燃機関回転速度が一定になった場合に、所定期間、吸入空気量および排気ガス中の酸素濃度を安定させる安定モードを実行するので、吸気量センサと酸素濃度センサの検出結果を安定させることができる。この結果、安定モード時の推定実噴射量は一定となり、実噴射量が正常であれば、実噴射量と指示噴射量とが同程度となるので、噴射量診断の精度を高められる。

請求項１に記載の発明においては、例えば、請求項２に記載の発明のように、安定モード設定手段（Ｓ５）は、内燃機関（１１）の吸入空気量を調整するスロットル弁（１３）の開度と、内燃機関（１１）に再循環される排気ガス循環量を調整するＥＧＲ弁（２３）の開度とを、それぞれ、所定開度に固定する構成を採用できる。なお、ここでいう所定開度には、全閉、全開、それら以外の開度が含まれる。

また、例えば、請求項３に記載の発明のように、安定モード設定手段（Ｓ５）は、酸素濃度センサ（１７）の検出結果に基づいて排気ガス循環量を調整するＥＧＲフィードバック制御を停止するとともに、排気ガス循環量を０よりも多い所定量で一定とする構成を採用できる。

このように、フィードバック制御を停止して、排気ガス循環量を所定量で一定とするように、スロットル弁の開度とＥＧＲ弁の開度とを、それぞれ、所定開度に固定することが好ましい。

また、請求項２または３に記載の発明においては、請求項４に記載のように、安定モード設定手段（Ｓ５）は、内燃機関（１１）の運転状態に応じて、スロットル弁（１３）の開度とＥＧＲ弁（２３）の開度とを設定することが好ましい。ちなみに、内燃機関（１１）の運転状態とは、例えば、指示噴射量および内燃機関の回転速度である。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態におけるディーゼルエンジン用制御システムの全体構成を示す図である。第１実施形態における燃料噴射量の診断制御時の指示噴射量と推定実噴射量のタイミングチャートである。第１実施形態における燃料噴射量の診断制御のフローチャートである。第１実施形態におけるエンジン１１の運転状態に応じたＥＧＲ弁２３の開度およびスロットル弁１３の開度の特性図である。発明が解決しようとする課題を説明するための指示噴射量と推定実噴射量のタイミングチャートである。

（第１実施形態）
図１に、本実施形態のディーゼルエンジン用制御システムの全体構成を示す。図１に示すように、車両用内燃機関としてのディーゼルエンジン１１の吸気管１２にはスロットル弁１３が設けられ、このスロットル弁１３の上流側に、吸入空気量を検出する吸気量センサとしてのエアフロメータ１４が設けられている。また、エンジン１１の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁１５が取り付けられている。

一方、エンジン１１の排気流路を構成する排気管１６には、排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサとしてのＡ／Ｆセンサ１７が設けられている。Ａ／Ｆセンサ１７は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度に応じた電流値等の電気信号を出力する。なお、酸素濃度センサとしてＯ_２センサを用いても良い。

また、排気管１６のうちのＡ／Ｆセンサ１７の近傍には、排気ガスの温度を検出する排気温センサ１８が設置されている。

また、排気管１６のうちのＡ／Ｆセンサ１７の上流側には、ターボ過給機のタービン２０が設置され、このタービン２０と連結されたコンプレッサ２１が、吸気管１２のうちのスロットル弁１３の上流側に設置されている。さらに、排気管１６のうちのタービン２０の上流側と吸気管１２のうちのスロットル弁１３の下流側との間には、排気ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管２２が接続され、このＥＧＲ配管２２の途中に排気ガス還流量を制御するＥＧＲ弁２３が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ２４や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２５が取り付けられている。また、アクセルペダル２６の取付部には、アクセルペダル２６の踏み込み量を検出するアクセルセンサ２７が取り付けられている。

上述した各種センサの出力は、ディーゼルエンジン用制御装置（以下、ＥＣＵという）２８に入力される。このＥＣＵ２８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭに記憶された燃料噴射制御、酸素濃度に基づくＥＧＲフィードバック制御、燃料噴射量の診断制御等の各種制御プログラムを実行する。

具体的には、ＥＣＵ２８は、燃料噴射制御プログラムを実行することにより、エンジンの運転状態（例えば、エンジン回転速度、アクセルペダル２６の踏み込み量）に基づいて、運転状態に応じた燃料噴射量（制御目標値である指示噴射量）を算出し、算出した指示噴射量となるように、燃料噴射弁１５等を制御する。

また、ＥＣＵ２８は、ＥＧＲフィードバック制御プログラムを実行することにより、エンジンの運転状態（例えば、エンジン回転速度、アクセルペダル２６の踏み込み量、排気ガス中の酸素濃度）に基づいて、運転状態に応じたＥＧＲ量を算出し、排気ガス中の酸素濃度に基づいて、スロットル弁１３、ＥＧＲ弁２３の開度をフィードバック制御する。

また、ＥＣＵ２８は、燃料噴射量の診断制御プログラムを実行することにより、燃料噴射弁１５の実噴射量の推定値である推定実噴射量を算出し、算出した推定実噴射量とＥＣＵ２８の制御目標値である指示噴射量とを比較して、燃料噴射弁１５の実噴射量と指示噴射量との間のずれの有無を診断する。

以下、このＥＣＵ２８が実行する燃料噴射量の診断制御について説明する。

まず、燃料噴射量の診断制御内容について説明する。図２に、燃料噴射量の診断制御を実行したときのタイミングチャートを示す。なお、図２は、燃料噴射弁１５の実噴射量が正常である場合を示しており、図２中のエンジン回転速度、酸素濃度および吸気量は各種センサの検出結果を示し、ＥＧＲ量はＥＧＲ弁２３のリフト量から算出した結果を示している。

図２に示すように、エンジン回転速度および指示噴射量が一定値となって、エンジンの運転状態が安定状態のとき（時刻ｔ１以降のとき）、所定期間、ＥＧＲ量を所定量で一定として、エンジンの吸入空気量および排気ガス中の酸素濃度を安定な状態に設定し、Ａ／Ｆセンサ１７およびエアフロメータ１４の出力値を安定させるセンサ出力の安定状態を作り出す。そして、このセンサ出力の安定状態のときに推定実噴射量を算出し、同時刻における推定実噴射量と指定噴射量とを比較することで、燃料噴射弁１５の実噴射量と指示噴射量との間のずれの有無を診断する。

このように、センサ出力の安定状態のときに推定実噴射量を算出することで、燃料噴射弁１５の実噴射量が正常の場合、過渡時を除いて、図２の時刻ｔ１以降に示す通り、推定実噴射量と指示噴射量とが同程度となるので、高精度な噴射量診断が可能となる。

次に、この燃料噴射量の診断制御を図３を用いて具体的に説明する。図３は、この燃料噴射量の診断制御のフローチャートである。なお、この診断制御は、エンジン１１が始動して、ＥＣＵ２８に電源が供給されたときに開始し、エンジン１１の停止と共に終了する。

ステップＳ１では、各種センサからの出力信号が入力される。

続く、ステップＳ２では、各種センサからの出力信号に基づいて、エンジンの運転状態が安定状態であるか否かを判定する。具体的には、クランク角センサ２５で検出したエンジン回転速度と、ＥＣＵ２８が燃料噴射制御で算出した指示噴射量との両方が、一定期間、安定であるか否かを判定する。この安定とは、増減値（変化幅）が所定値よりも小さいことを意味する。そして、エンジン安定状態でなければ、ＮＯ判定して、ステップＳ１に戻り、エンジン安定状態であれば、ＹＥＳ判定して、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、エンジン安定状態のときのＡ／Ｆセンサ１７の出力値と、エアフロメータ１４の出力値との両方が、一定期間、安定であるか否かを判定する。この安定とは、増減値（変化幅）が所定値よりも小さいことを意味する。このとき、両方の出力値が安定していれば、燃料噴射量の診断が可能なので、ＹＥＳ判定して、ステップＳ４に進む。一方、出力値が安定でなければ、ＮＯ判定して、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、ＥＧＲ弁２３およびスロットル弁１３の開度を所定開度で、所定期間、固定とする固定モードに設定する。この所定開度は、図２に示すように、ＥＧＲ量が所定量となる開度であり、エンジン１１の運転状態に応じて設定される。また、この固定モードを設定するとき、ＥＣＵ２８は、ＥＧＲフィードバック制御を停止し、ＥＧＲ量を０よりも多い所定量に固定する。このときのＥＧＲ量は、エンジン１１の運転状態に応じて決定された狙い値であり、ＥＧＲフィードバック制御による微小補正がされずに固定される。

ここで、図４に、エンジン１１の運転状態に応じたＥＧＲ弁２３の開度およびスロットル弁１３の開度の特性図を示す。この図４の特性図は、所望のＥＧＲ量を確保するために、エンジン１１の吸気側と排気側との差圧が生じるように、実験的に予め求められたものである。図４に示すように、ＥＧＲ弁２３の開度およびスロットル弁１３の開度は、それぞれ、エンジン安定状態時の指示噴射量とエンジン回転速度に応じて決定される。図４では、一例として、エンジン回転速度が低速、中速の場合の２つを示しているが、実際は、所定のエンジン回転速度毎に指示噴射量と各開度との関係が定められる。

エンジン回転速度が低速（例えば、アイドル運転時）の場合、ＥＧＲ弁２３の開度を、指示噴射量にかかわらず全開とし、スロットル弁１３の開度を、指示噴射量がＱ１よりも少ない範囲では、所定の小開度とし、指示噴射量がＱ１からＱ２まで増大するに伴って開度を増大させ、指示噴射量がＱ２よりも多い範囲では、所定の大開度とする。

また、エンジン回転速度が中速（例えば、１５００〜２０００ｒｐｍ）の場合、ＥＧＲ弁２３の開度を、指示噴射量がＱ５よりも少ない範囲では指示噴射量が増大するに伴い増大させ、指示噴射量がＱ５よりも多い範囲では全開とし、スロットル弁１３の開度を、指示噴射量がＱ３よりも少ない範囲では、所定の中開度とし、指示噴射量がＱ３からＱ４まで増大するに伴って開度を増大させ、指示噴射量がＱ４よりも多い範囲では、所定の大開度とする。

なお、エンジン回転速度が低速、中速のどちらの場合においても、スロットル弁１３の開度は、所望のＥＧＲ量が確保できれば、所定の大開度で固定しても良い。この場合、所望のＥＧＲ量となるように、ＥＧＲ弁２３の開度を設定する。また、図４では、指示噴射量とエンジン回転速度に応じて、スロットル弁１３、ＥＧＲ弁２３の開度を設定したが、指示噴射量の代わりに、エンジンの駆動トルクの制御目標である指示トルクを用いても良い。

このような固定モードに設定することで、所定期間、ＥＧＲ量およびエンジン１１の吸空量をそれぞれ所定量で一定として、エンジン１１の各気筒内での燃料の燃焼状態を安定させ、排気ガス中の酸素濃度を安定させる安定モードに設定する。したがって、このステップＳ５が本発明の安定モード設定手段に相当する。

ステップＳ５の後、再度、ステップＳ１〜Ｓ３を行うが、ステップＳ３では、固定モードの実行期間中、Ａ／Ｆセンサ１７の出力値と、エアフロメータ１４の出力値との両方が安定するので、ＹＥＳ判定して、ステップＳ４に進む。

そして、ステップＳ４では、推定実噴射量を算出する。このステップＳ４が本発明の推定実噴射量算出手段に相当する。具体的には、上述の固定モードが実行されているときのＡ／Ｆセンサ１７の出力値（検出結果）とエアフロメータ１４の出力値（検出結果）とに基づいて、推定実噴射量を算出する。推定実噴射量の算出方法としては、従来の算出方法を採用することができる。例えば、エアフロメータ１４の出力値に基づいてエンジンの吸気量を算出し、Ａ／Ｆセンサ１７の出力値に基づいて空燃比を算出した後、エンジンの吸気量を空燃比で除することで推定実噴射量を算出する。

続いて、ステップＳ６では、燃料噴射量の診断を行う。このステップＳ６が本発明の診断手段に相当する。具体的には、ステップＳ４で算出した推定実噴射量と同時刻の指定噴射量とを比較して、燃料噴射弁１５の実噴射量と指示噴射量との間のずれの有無を診断する。この比較では、推定実噴射量と指定噴射量との差や、一方に対する他方の比率を算出して、算出値から両者のずれの有無を判定する。

その結果、算出値が両者のずれを示す値に達したときに、燃料噴射弁１５の実噴射量にずれ有りを決定し、算出値が両者のずれを示す値に達していなければ、燃料噴射弁１５の実噴射量にずれ無しを決定する。なお、燃料噴射制御では、燃料噴射弁１５の実噴射量と指示噴射量とのずれを考慮して、指示噴射量を補正しているが、燃料噴射弁１５に劣化等の異常が生じている場合に、ずれ有りと診断される。この場合、燃料噴射弁１５の交換を促すために、警告灯等の警告手段によって乗員に警告したり、ダイアグコードとして記憶する。このようにして、燃料噴射量の診断を行った後、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、ステップＳ５による固定モードを実行している場合、固定モードを解除し、ＥＧＲフィードバック制御を再開する。その後、ステップＳ１に戻る。このようにして、燃料噴射量の診断制御が実行される。

（他の実施形態）
（１）上述の実施形態では、ステップＳ５で実行する固定モード時のＥＧＲ量を、０よりも多い所定量に設定したが、ＥＧＲ量を０（ＥＧＲカット）に設定しても良い。すなわち、ＥＧＲ弁２３を、開いた状態の所定開度としたり、全閉としたりしても良い。

（２）上述の実施形態では、ＥＣＵ２８が、エンジン安定状態時に、酸素濃度に基づくＥＧＲフィードバック制御を実施すると、エンジン１１の吸気量と排気ガス中の酸素濃度とが変動するので、ＥＧＲフィードバック制御を停止して、ＥＧＲ弁２３およびスロットル弁１３の開度を固定とする固定モードを実施していたが、ＥＧＲフィードバック制御に限らず、エンジン安定状態時に吸気量と酸素濃度が変動する他の制御（例えば、過給圧フィードバック制御）を実施する場合に、その制御を停止して、スロットル弁１３の開度を固定とする固定モードを実施しても良い。

（３）上述の実施形態では、ディーゼルエンジン用制御システムの制御装置に本発明を適用したが、排気ガスの一部をエンジンの吸気側に再循環させるＥＧＲシステムを備えるガソリンエンジン用制御システムの制御装置に本発明を適用しても良い。

１１ディーゼルエンジン（内燃機関）
１３スロットル弁
１４エアフロメータ（吸気量センサ）
１５燃料噴射弁
１７Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度センサ）
２３ＥＧＲ弁
２８ＥＣＵ（内燃機関用制御装置、安定モード設定手段、推定実噴射量算出手段、診断手段）

Claims

内燃機関（１１）の吸入空気量を検出する吸気量センサ（１４）と、
前記内燃機関（１１）の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（１７）と、
前記内燃機関（１１）の運転状態が安定状態の場合に、所定期間、前記内燃機関（１１）の吸入空気量および前記内燃機関（１１）の排気ガス中の酸素濃度を安定させる安定モードに設定する安定モード設定手段（Ｓ５）と、
前記安定モード時における前記吸気量センサ（１４）の検出結果と前記酸素濃度センサ（１７）の検出結果とに基づいて、燃料噴射弁（１５）からの燃料噴射量の推定値である推定実噴射量を算出する推定実噴射量算出手段（Ｓ４）と、
前記推定実噴射量と、前記燃料噴射弁（１５）からの燃料噴射量の制御目標値である指示噴射量とに基づいて、前記燃料噴射弁（１５）からの燃料噴射量と前記指示噴射量との間にずれが生じているか否かを診断する診断手段（Ｓ６）とを備えることを特徴とする内燃機関用制御装置。
前記安定モード設定手段（Ｓ５）は、前記内燃機関（１１）の吸入空気量を調整するスロットル弁（１３）の開度と、前記内燃機関（１１）に再循環される排気ガス循環量を調整するＥＧＲ弁（２３）の開度とを、それぞれ、所定開度に固定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用制御装置。
前記安定モード設定手段（Ｓ５）は、前記酸素濃度センサ（１７）の検出結果に基づいて前記排気ガス循環量を調整するＥＧＲフィードバック制御を停止するとともに、前記排気ガス循環量を０よりも多い所定量で一定とすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用制御装置。
前記安定モード設定手段（Ｓ５）は、前記内燃機関（１１）の運転状態に応じて、前記スロットル弁（１３）の開度と前記ＥＧＲ弁（２３）の開度とを設定することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関用制御装置。