JP2012145019A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁が噴き放し異常に陥った場合の、内燃機関の損傷回避を図った内燃機関制御装置を提供する。
【解決手段】吸気バルブの開閉弁時期を可変制御するＶＶＴ（バルブ制御機構）が備えられた、圧縮自着火式の内燃機関に適用され、燃料噴射弁が燃料噴射を停止できない噴き放し異常に陥っていることを検出する異常検出手段と、前記噴き放し異常が検出された場合には、吸気バルブの開弁時期を遅角させて内燃機関の圧縮行程中に吸気バルブを開弁させるよう、ＶＶＴの作動を制御する圧縮抑制制御手段Ｓ２１と、を備える。これによれば、噴き放し異常が検出されると吸気バルブを圧縮行程中に開弁させるので、圧縮行程による圧力上昇を抑制させることができる。そのため、燃料が噴き放されてもその燃料が自着火燃焼することを迅速に回避できる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、圧縮自着火式の内燃機関を制御する装置に関する。

内燃機関に備えられる燃料噴射弁は、噴孔が形成されたボデーと、ボデー内部に摺動可能に収容された弁体とを備えて構成されるのが一般的である。そして、ボデーに形成されたシート面から弁体を離座させると噴孔から燃料が噴射され、着座させると燃料噴射が停止される。

しかし、ボデーと弁体との摺動面に異物が噛み込んで弁体が摺動不能になった場合等、噴射を停止できなくなり燃料が噴き放しになる異常（噴き放し異常）に陥る場合がある。そして、特許文献１〜３等には、このような噴き放し異常を検出する手段が開示されている。

特開２００３−１６６４５１号公報 特開平９−１７７５８６号公報 特開平５−６５８４１号公報

本発明者は、上述した噴き放し異常を検出した場合に、燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料ポンプを、その供給量がゼロになるように停止制御して、噴き放しの回避を図ることを検討した。

しかしながら、このように供給量をゼロにするよう燃料ポンプを停止制御しても、燃料噴射弁への燃料供給を直ぐにゼロにできるものではなく、燃料ポンプが停止されるまでの間に燃焼室へ噴き放される燃料が圧縮行程時に自着火燃焼してしまう。その結果、燃焼室内が過剰に高圧となって内燃機関が損傷するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料噴射弁が噴き放し異常に陥った場合の、内燃機関の損傷回避を図った内燃機関制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉弁時期を可変制御するバルブ制御機構が備えられた、圧縮自着火式の内燃機関に適用され、前記内燃機関で燃焼させる燃料を噴射する燃料噴射弁が、燃料噴射を停止できない噴き放し異常に陥っていることを検出する異常検出手段と、前記噴き放し異常が検出された場合には、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方を前記内燃機関の圧縮行程中に開弁させるよう、前記バルブ制御機構の作動を制御する圧縮抑制制御手段と、を備えることを特徴とする。

これによれば、燃料噴射弁が噴き放し異常に陥ると、吸排気バルブを圧縮行程中に開弁させるので、圧縮行程による圧力上昇を抑制させることができる。そのため、燃料が噴き放されてもその燃料が自着火燃焼することを迅速に回避できる。或いは、自着火燃焼したとしてもその燃焼を抑制できる。よって、燃焼室内が過剰に高圧となって内燃機関が損傷するおそれを低減できる。

請求項２記載の発明では、前記内燃機関が備える燃料噴射システムは、前記燃料噴射弁へ供給する燃料を蓄圧する蓄圧容器と、前記蓄圧容器の吐出口から前記燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に配置され、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、を有しており、前記異常検出手段は、前記燃圧センサにより検出された燃圧変化に基づき、前記噴き放し異常を検出することを特徴とする。

ここで、燃料噴射弁へ供給する高圧燃料の圧力（供給圧）は、噴孔からの燃料噴射開始に伴い下降し始め、噴射終了に伴い上昇し始めるのが通常である。これに対し、噴き放し異常になっている場合には、開弁指令又は閉弁指令を燃料噴射弁へ出力したか否かに拘わらず、供給圧の波形には先述のような下降及び上昇の波形は現れない。よって、供給圧の波形に、開弁指令又は閉弁指令に伴う下降及び上昇の波形が現れるか否かを検出すれば、噴き放し異常を検出できる。

しかしながら、供給圧を検出する燃圧センサを蓄圧容器又はその上流側に配置すると、前記下降及び上昇の波形が蓄圧容器内で緩衝するので、噴き放し異常を精度よく検出できない。特に、多気筒の内燃機関において蓄圧容器から複数の燃料噴射弁へ分配供給している場合には、複数の燃料噴射弁で生じた下降及び上昇の波形が、蓄圧容器内で互いに干渉し合うので、噴き放し異常の検出精度が悪い。

これに対し上記発明では、蓄圧容器の吐出口から燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に燃圧センサを配置するので、噴孔で生じた下降及び上昇の波形が蓄圧容器に到達する前の燃圧に基づき噴き放し異常を検出するので、その異常検出の精度を向上できる。

請求項３記載の発明では、前記内燃機関は多気筒の内燃機関であり、前記燃料噴射弁から燃料を噴射させている気筒を噴射気筒、この噴射気筒が燃料を噴射しているときに燃料噴射させていない気筒を非噴射気筒とし、かつ、前記噴射気筒に備えられた燃料噴射弁への前記燃料通路に配置された前記燃圧センサを噴射時燃圧センサ、前記非噴射気筒に備えられた燃料噴射弁への前記燃料通路に配置された前記燃圧センサを非噴射時燃圧センサとした場合において、前記異常検出手段は、前記噴射時燃圧センサによる検出燃圧が異常に低下し、かつ、前記非噴射時燃圧センサによる検出燃圧の変化が正常である場合に、前記噴き放し異常であると判定して当該異常を検出することを特徴とする。

ところで、噴き放し異常が生じた場合には、噴射終了を指令しているにも拘わらず噴射時燃圧センサによる検出燃圧が低下したままで所定値まで上昇しなくなる。つまり、噴射時燃圧センサによる検出燃圧が異常に低下する。しかし、蓄圧容器や配管等が損傷して燃料が漏れ出る異常（漏れ異常）が生じている場合にも、噴射時燃圧センサによる検出燃圧が異常に低下することとなる。そのため、噴射時燃圧センサにより検出された燃圧変化だけでは、噴き放し異常と漏れ異常との判別が困難となる。

そして、漏れ異常の場合には、噴き放し異常の場合に比べて内燃機関を緊急停止させる必要性が低く、内燃機関の出力を所定値以下に制限したまま内燃機関の運転を継続させることが望ましい場合がある。

そこで上記発明では、噴射時燃圧センサに加え非噴射時燃圧センサによる検出燃圧の変化をも参照すれば、噴き放し異常と漏れ異常と次のように判別できる点に着目した。すなわち、漏れ異常が生じた場合には、噴射時燃圧センサによる検出燃圧、及び非噴射時燃圧センサによる検出燃圧のいずれもが所定値まで上昇しなくなる（異常に低下する）。一方、噴き放し異常が生じた場合には、噴射時燃圧センサによる検出燃圧が所定値まで上昇しなくなる（異常に低下する）ものの、非噴射時燃圧センサによる検出燃圧が異常に低下することはない。

この点を鑑みた上記発明では、噴射時燃圧センサによる検出燃圧が異常に低下し、かつ、非噴射時燃圧センサによる検出燃圧の変化が正常である場合に、噴き放し異常であると判定するので、漏れ異常とは判別して噴き放し異常を検出できる。よって、漏れ異常発生時に、噴き放し異常であると誤検出して圧縮抑制制御手段により内燃機関を緊急停止させることを回避できる。

請求項４記載の発明では、前記バルブ制御機構は、前記吸気バルブを開閉駆動させるカム軸の、前記内燃機関の出力軸に対する回転位相を制御することで、前記吸気バルブの開閉弁時期を可変制御する機構であり、前記圧縮抑制制御手段は、前記噴き放し異常が検出された場合に、前記圧縮行程における前記吸気バルブの閉弁時期を最大限に遅角させることを特徴とする。

これによれば、バルブ制御機構が出力軸に対するカム軸の回転位相を制御するものである場合において、圧縮行程中に吸気バルブを開弁させる期間が最大限に長くなるように制御されるので、圧縮行程による圧力上昇の抑制を促進できる。

なお、排気バルブについては、本来、圧縮行程の前後の行程（吸気行程及び燃焼行程）で閉弁させるものである。そのため、バルブ制御機構が、排気バルブを開閉駆動させるカム軸の出力軸に対する回転位相を制御する機構である場合には、圧縮行程中に排気バルブを開弁させることは困難である。これに対し吸気バルブは、本来、圧縮行程の前行程（吸気行程）で開弁させるものであるため、その開弁期間を長くするだけで圧縮行程中の開弁を実現できる。

ちなみに、上記発明のバルブ制御機構では、吸気バルブをカム軸で駆動させることを前提としているが、吸排気バルブを駆動させる電磁アクチュエータを備える内燃機関において、その電磁アクチュエータの作動を制御することで、吸排気バルブの開閉弁時期を可変制御するバルブ制御機構に、請求項１記載の発明を適用させてもよい。この場合には、圧縮行程中に排気バルブを開弁させることを容易に実現でき、また、吸排気バルブを開弁させる期間を容易に長くすることができるので、圧縮行程での圧力上昇の抑制を促進できる。

請求項５記載の発明では、前記内燃機関が備える吸気システムは、電動アクチュエータにより駆動する電動スロットルバルブを有しており、前記噴き放し異常が検出された場合には、前記電動スロットルバルブを強制的に全閉作動させることを特徴とする。

上記発明によれば、噴き放し異常が検出された場合には電動スロットルバルブを強制的に全閉作動させるので、燃焼室への吸気を断つことで内燃機関の緊急停止に要する時間を短縮できる。

但し、このように電動スロットルバルブを全閉させても、直ぐに吸気をゼロにできるものではないため、圧縮抑制制御手段による制御を実施して自着火燃焼の迅速な回避を図ることが必須である。要するに、上記発明は、自着火燃焼の迅速な回避を図る圧縮抑制制御と、迅速な緊急停止を図る電動スロットルバルブの全閉制御とを協調して実施するものである。

ちなみに、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ循環させるＥＧＲシステムを備える内燃機関においては、上記発明により電動スロットルバルブを全閉させてもＥＧＲガスが燃焼室へ流入するので、吸気を完全にゼロにすることができない。そこで、上記発明の如く電動スロットルバルブを全閉制御する場合には、ＥＧＲガスの循環を停止させるよう、ＥＧＲバルブを全閉作動させることが望ましい。

また、上記発明による電動スロットルバルブの全閉制御とは別に、噴き放し異常発生時には、蓄圧容器へ燃料を圧送する燃料ポンプの吐出量（圧送量）をゼロにして、噴き放しの停止を図ることが望ましい。但し、このように圧送量をゼロにしても直ぐに噴き放しをゼロにできるものではないため、圧縮抑制制御手段による制御を実施して自着火燃焼の迅速な回避を図ることが必須である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関制御装置が適用される、燃料噴射システムの概略を示す図である。 噴射指令信号に対応する噴射率および燃圧の変化を示す図である。 噴射率パラメータの学習及び噴射指令信号の設定等の概要を示すブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関制御装置が適用される、吸排気系の概略を示す図である。 本発明の一実施形態において、噴き放し異常を検出する処理手順を説明するフローチャートである。 図５の判定処理で用いる各種閾値を示す図である。 本発明の一実施形態において、フェールセーフ制御の処理手順を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係る制御装置を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。以下に説明する制御装置は、車両用のエンジン（内燃機関）に搭載されたものであり、当該エンジンには、複数の気筒＃１〜＃４について高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させるディーゼルエンジンを想定している。

図１は、上記エンジンの各気筒に搭載された燃料噴射弁１０、各々の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０、及び車両に搭載された電子制御装置であるＥＣＵ３０等を示す模式図である。

先ず、燃料噴射弁１０を含むエンジンの燃料噴射システムについて説明する。燃料タンク４０内の燃料は、燃料ポンプ４１によりコモンレール４２（蓄圧容器）に圧送されて蓄圧され、各気筒の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）へ分配供給される。複数の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）は、予め設定された順番で燃料の噴射を順次行う。

なお、燃料ポンプ４１にはプランジャポンプが用いられているため、プランジャの往復動に同期して燃料は圧送される。また、燃料タンク４０から燃料ポンプ４１（プランジャ）への燃料供給量を調量弁４１ａが調節する。したがって、調量弁４１ａによる供給量をゼロに調節するようＥＣＵ３０が調量弁４１ａの作動を制御すれば、燃料ポンプ４１からコモンレール４２への燃料圧送量はゼロとなる。

燃料噴射弁１０は、以下に説明するボデー１１、ニードル形状の弁体１２及びアクチュエータ１３等を備えて構成されている。ボデー１１は、内部に高圧通路１１ａを形成するとともに、燃料を噴射する噴孔１１ｂを形成する。弁体１２は、ボデー１１内に収容されて噴孔１１ｂを開閉する。

ボデー１１内には弁体１２に背圧を付与する背圧室１１ｃが形成されており、高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄは背圧室１１ｃと接続されている。高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄと背圧室１１ｃとの連通状態は制御弁１４により切り替えられており、電磁コイルやピエゾ素子等のアクチュエータ１３へ通電して制御弁１４を図１の下方へ押し下げ作動させると、背圧室１１ｃは低圧通路１１ｄと連通して背圧室１１ｃ内の燃料圧力は低下する。その結果、弁体１２へ付与される背圧力が低下して弁体１２はリフトアップ（開弁作動）する。これにより、弁体１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面１１ｅから離座して、噴孔１１ｂから燃料が噴射される。

一方、アクチュエータ１３への通電をオフして制御弁１４を図１の上方へ作動させると、背圧室１１ｃは高圧通路１１ａと連通して背圧室１１ｃ内の燃料圧力は上昇する。その結果、弁体１２へ付与される背圧力が上昇して弁体１２はリフトダウン（閉弁作動）する。これにより、弁体１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面１１ｅに着座して、噴孔１１ｂからの燃料噴射が停止される。

したがって、ＥＣＵ３０がアクチュエータ１３への通電を制御することで、弁体１２の開閉作動が制御される。これにより、コモンレール４２から高圧通路１１ａへ供給された高圧燃料は、弁体１２の開閉作動に応じて噴孔１１ｂから噴射される。

燃圧センサ２０は、各々の燃料噴射弁１０に搭載されており、以下に説明するステム２１（起歪体）及び圧力センサ素子２２等を備えて構成されている。ステム２１はボデー１１に取り付けられており、ステム２１に形成されたダイヤフラム部２１ａが高圧通路１１ａを流通する高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する。圧力センサ素子２２はダイヤフラム部２１ａに取り付けられており、ダイヤフラム部２１ａで生じた弾性変形量に応じて圧力検出信号をＥＣＵ３０へ出力する。

ＥＣＵ３０は、アクセルペダルの操作量やエンジン負荷、エンジン回転速度ＮＥ等に基づき目標噴射状態（例えば噴射段数、噴射開始時期、噴射終了時期、噴射量等）を算出する。例えば、エンジン負荷及びエンジン回転速度に対応する最適噴射状態を噴射状態マップにして記憶させておく。そして、現状のエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づき、噴射状態マップを参照して目標噴射状態を算出する。そして、算出した目標噴射状態に対応する噴射指令信号ｔ１、ｔ２、Ｔｑ（図２（ａ）参照）を、後に詳述する噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘに基づき設定し、燃料噴射弁１０へ出力することで燃料噴射弁１０の作動を制御する。

ここで、噴孔１１ｂの磨耗や目詰まり等、燃料噴射弁１０の経年劣化に起因して、噴射指令信号に対する実際の噴射状態は変化していく。そこで、燃圧センサ２０の検出値に基づき、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を燃圧波形（図２（ｃ）参照）として検出し、検出した燃圧波形に基づき燃料の噴射率変化を表した噴射率波形（図２（ｂ）参照）を演算して噴射状態を検出する。そして、検出した噴射率波形（噴射状態）を特定する噴射率パラメータＲα，Ｒβ，Ｒｍａｘを学習するとともに、噴射指令信号（パルスオン時期ｔ１、パルスオフ時期ｔ２及びパルスオン期間Ｔｑ）と噴射状態との相関関係を特定する噴射率パラメータｔｄ，ｔｅを学習する。

具体的には、燃圧波形のうち、噴射開始に伴い燃圧降下を開始する変曲点Ｐ１から降下が終了する変曲点Ｐ２までの降下波形を、最小二乗法等により直線に近似した近似直線Ｌαを算出する。そして、近似直線Ｌαのうち基準値Ｂαとなる時期（ＬαとＢαの交点時期ＬＢα）を算出する。この交点時期ＬＢαと噴射開始時期Ｒ１とは相関が高いことに着目し、交点時期ＬＢαに基づき噴射開始時期Ｒ１を算出する。例えば、交点時期ＬＢαよりも所定の遅れ時間Ｃαだけ前の時期を噴射開始時期Ｒ１として算出すればよい。

また、燃圧波形のうち、噴射終了に伴い燃圧上昇を開始する変曲点Ｐ３から降下が終了する変曲点Ｐ５までの上昇波形を、最小二乗法等により直線に近似した近似直線Ｌβを算出する。そして、近似直線Ｌβのうち基準値Ｂβとなる時期（ＬβとＢβの交点時期ＬＢβ）を算出する。この交点時期ＬＢβと噴射終了時期Ｒ４とは相関が高いことに着目し、交点時期ＬＢβに基づき噴射終了時期Ｒ４を算出する。例えば、交点時期ＬＢβよりも所定の遅れ時間Ｃβだけ前の時期を噴射終了時期Ｒ４として算出すればよい。

次に、近似直線Ｌαの傾きと噴射率増加の傾きとは相関が高いことに着目し、図２（ｂ）に示す噴射率波形のうち噴射増加を示す直線Ｒαの傾きを、近似直線Ｌαの傾きに基づき算出する。例えば、Ｌαの傾きに所定の係数を掛けてＲαの傾きを算出すればよい。同様にして、近似直線Ｌβの傾きと噴射率減少の傾きとは相関が高いので、噴射率波形のうち噴射減少を示す直線Ｒβの傾きを、近似直線Ｌβの傾きに基づき算出する。

次に、噴射率波形の直線Ｒα，Ｒβに基づき、噴射終了を指令したことに伴い弁体１２がリフトダウンを開始する時期（閉弁作動開始時期Ｒ２３）を算出する。具体的には、両直線Ｒα，Ｒβの交点を算出し、その交点時期を閉弁作動開始時期Ｒ２３として算出する。また、噴射開始時期Ｒ１の噴射開始指令時期ｔ１に対する遅れ時間（噴射開始遅れ時間ｔｄ）を算出する。また、閉弁作動開始時期Ｒ２３の噴射終了指令時期ｔ２に対する遅れ時間（噴射終了遅れ時間ｔｅ）を算出する。また、燃圧波形の最大落込量ΔＰと最大噴射率Ｒｍａｘとは相関が高いことに着目し、燃圧波形から最大落込量ΔＰを算出し、算出した最大落込量ΔＰに基づき最大噴射率Ｒｍａｘを算出する。

以上により、燃圧波形から噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出することができる。そして、これらの噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘに基づき、噴射指令信号（図２（ａ）参照）に対応した噴射率波形（図２（ｂ）参照）を算出することができる。なお、このように算出した噴射率波形の面積（図２（ｂ）中の網点ハッチ参照）は噴射量に相当するので、噴射率パラメータに基づき噴射量を算出することもできる。ちなみに、噴射指令期間Ｔｑが十分に長く、最大噴射率に達した以降も開弁状態を継続させる場合においては、噴射率波形は図２（ｂ）に示すように台形となる。一方、最大噴射率に達する前に閉弁作動を開始させるような小噴射の場合には、噴射率波形は三角形となる。

図３は、これら噴射率パラメータの学習及び噴射指令信号の設定等の概要を示すブロック図であり、ＥＣＵ３０により機能する各手段３１，３２，３３について以下に説明する。噴射率パラメータ算出手段３１は、燃圧センサ２０により検出された燃圧波形に基づき噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出する。

学習手段３２は、算出した噴射率パラメータをＥＣＵ３０のメモリに記憶更新して学習する。なお、噴射率パラメータは、その時の供給燃圧（コモンレール４２内の圧力）に応じて異なる値となるため、供給燃圧又は後述する基準圧Ｐbase（図２（ｃ）参照）と関連付けて学習させることが望ましい。図３の例では、燃圧に対応する噴射率パラメータの値を噴射率パラメータマップＭに記憶させている。

設定手段３３（制御手段）は、現状の燃圧に対応する噴射率パラメータ（学習値）を、噴射率パラメータマップＭから取得する。そして、取得した噴射率パラメータに基づき、目標噴射状態に対応する噴射指令信号ｔ１、ｔ２、Ｔｑを設定する。そして、このように設定した噴射指令信号にしたがって燃料噴射弁１０を作動させた時の燃圧波形を燃圧センサ２０で検出し、検出した燃圧波形に基づき噴射率パラメータ算出手段３１は噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出する。

要するに、噴射指令信号に対する実際の噴射状態（つまり噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘ）を検出して学習し、その学習値に基づき、目標噴射状態に対応する噴射指令信号を設定する。そのため、実際の噴射状態に基づき噴射指令信号がフィードバック制御されることとなり、先述した経年劣化が進行しても、実噴射状態が目標噴射状態に一致するよう燃料噴射状態を高精度で制御できる。

次に、本実施形態におけるエンジンの吸排気系について図４を用いて説明する。

当該エンジンは、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ循環させるＥＧＲシステムを備える。具体的には、排気系から吸気系に排気を還流させるＥＧＲ配管５２を備えており、排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気管５１に戻すことで、燃焼温度を下げてＮＯＸ低減等を図っている。ＥＧＲ配管５２には、ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ量）を調整するＥＧＲバルブ５２ａが備えられている。ＥＧＲバルブ５２ａは電動アクチュエータ５２ｂにより開閉作動し、全開作動時にＥＧＲ量は最大となり、全閉作動時にＥＧＲ量はゼロとなる。

吸気管５１のうち、ＥＧＲ配管５２が接続される部分の上流側には、燃焼室５０ａに流入する吸気のうち新気の流量を調整する電動のスロットルバルブ５１ａが備えられている。スロットルバルブ５１ａは電動モータ等の電動アクチュエータ５１ｂにより開閉作動し、全開作動時に新気量は最大となり、全閉作動時に新気量はゼロとなる。

吸気管５１と排気管５３との間にはターボチャージャ５４（過給機）が配設されている。ターボチャージャ５４は、吸気管５１に設けられたコンプレッサインペラ５４ａと、排気管５３に設けられたタービンホイール５４ｂとを有し、それらがシャフト５４ｃにて連結されている。ターボチャージャ５４では、排気管５３を流れる排気によってタービンホイール５４ｂが回転し、その回転力がシャフト５４ｃを介してコンプレッサインペラ５４ａに伝達される。そして、コンプレッサインペラ５４ａにより、吸気管５１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。

ＥＣＵ３０は、ＥＧＲバルブ５２ａの電動アクチュエータ５２ｂ、及びスロットルバルブ５１ａの電動アクチュエータ５１ｂの駆動を制御することで、ＥＧＲ量、及び新気流量を制御する。例えば、Ａ／Ｆセンサにより検出された実空燃比、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷等のエンジン運転状態に基づき目標ＥＧＲ量を算出し、その目標ＥＧＲ量となるようＥＧＲバルブ５２ａの開度を制御する。また、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷等のエンジン運転状態に基づき目標吸気量（新気量）を算出し、その目標吸気量となるようスロットルバルブ５１ａの開度を制御する。

次に、吸気バルブ５５ｉｎの開閉タイミングを可変調節するバルブタイミング調整装置（バルブ制御機構）について、図４を用いて説明する。

図４に示すように、エンジンのクランク軸５６（出力軸）の動力は、ベルト５６ａ、バルブタイミング調整装置（以下、ＶＶＴ６０と記載）を介して、吸気バルブ５５ｉｎを駆動させるカム軸５７に伝達される。ＶＶＴ６０は、クランク軸５６と機械的に連結される第１回転体６１（ハウジング）と、カム軸５７と機械的に連結される第２回転体６２（ベーンロータ）とを備えている。そして、第２回転体６２が備える複数の突起部６２ａ（ベーン）と第１回転体６１の内壁とによって、クランク軸５６に対するカム軸５７の相対的な回転角度（回転位相）を遅角させるための遅角室６３と、同相対回転位相を進角させるための進角室６４とが区画形成されている。

ＶＶＴ６０は、遅角室６３と進角室６４との間の作動油の流出入によって油圧駆動される油圧アクチュエータである。この作動油は、クランク軸５６により駆動する油圧ポンプ７８から吐出され、吐出された作動油の供給先は、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ７０）によって制御される。なお、ＶＶＴ６０及びＯＣＶ７０が、吸気バルブ５５ｉｎの開閉弁時期を可変制御する「バルブ制御機構」に相当する。

ＯＣＶ７０は、油圧ポンプ７８から供給経路７１及び遅角経路７２又は進角経路７３を介して遅角室６３又は進角室６４へと作動油を供給する。また、ＯＣＶ７０は、遅角室６３又は進角室６４から遅角経路７２又は進角経路７３及び排出経路７４を介して図示しないオイルパンへと作動油を流出させる。

スプール７５は、スプリング７６によって図中右側に押されており、かつ、電磁ソレノイド７７によって図中左側に向かう力が付与される。このため、電磁ソレノイド７７に付与する制御電流（制御指令値）のデューティを調節することで、スプール７５の位置を操作することが可能となり、ひいては、遅角経路７２又は進角経路７３と、供給経路７１又は排出経路７４との流路面積がスプール７５によって調節されることとなる。

例えば、図示される位置よりも右側へスプール７５を変位させると、油圧ポンプ７８から供給経路７１、遅角経路７２を介して遅角室６３に作動油が供給され、且つ進角室６４から進角経路７３及び排出経路７４を介してオイルパンへ作動油が排出される。これにより、第１回転体６１に対して反時計周りに第２回転体６２は相対回転して、クランク軸５６に対するカム軸５７の相対回転位相は遅角側へと変化する。

ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷等のエンジン運転状態に基づき、前記相対回転位相の目標（目標位相）を算出し、その目標位相となるよう電磁ソレノイド７７へ付与する制御電流のデューティを調節して、ＶＶＴ６０の作動を制御する。その結果、吸気バルブ５５ｉｎの開閉タイミングが調節され、排気行程から吸気行程にかけてのオーバラップ期間（吸気バルブ５５ｉｎと排気バルブ５５ｅｘを同時に開弁させる期間）が調節されることとなる。

ちなみに、本実施形態では、上記構成のＶＶＴ６０を、吸気バルブ５５ｉｎを駆動させるカム軸５７に搭載させており、排気バルブ５５ｅｘを駆動させるカム軸には搭載させていないが、同様のＶＶＴ６０を排気バルブ５５ｅｘのカム軸に搭載させて、両バルブ５５ｉｎ，５５ｅｘの開閉タイミングを調節するようにしてもよい。

ところで、燃料噴射弁１０に関し、弁体１２が開弁したままで閉弁できなくなる異常（噴き放し異常）に陥る場合がある。例えば、ボデー１１と弁体１２との摺動部１１ｆに異物が噛み込んで弁体１２が摺動不能になり、ボデー１１のシート面１１ｅに弁体１２が着座できなくなる場合がある。また、シート面１１ｅ，１２ａが損傷して、弁体１２が着座しているにも拘わらず損傷箇所から燃料が漏れ出る場合がある。

そして、このような噴き放し異常が生じると、目標量を大幅に超えた大量の燃料が１燃焼サイクル中に噴射されることとなる。すると、その大量の燃料が燃焼して燃焼室５０ａ内が過剰に高圧となり、場合によっては、エンジンを構成するピストン５０ｂ、コンロッド５０ｃ、シリンダブロック５０ｄ等が損傷するおそれが生じる。

そこで本実施形態では、後述する図５の処理により噴き放し異常を検出するとともに、この噴き放し異常を検出した場合には、後述する図７の処理により各種フェールセーフ制御を実施することで、燃焼室５０ａ内が過剰に高圧になることの回避を図っている。

図５は、噴き放し異常を検出する処理手順を説明するフローチャートであり、ＥＣＵ３０が有するマイコンにより、噴射指令が出力される毎に繰り返し実行される。

なお、以下の説明では、燃料噴射弁１０から燃料を噴射させている気筒を噴射気筒、この噴射気筒が燃料を噴射しているときに燃料噴射させていない気筒を非噴射気筒（裏気筒）とし、かつ、噴射気筒の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０を噴射時燃圧センサ、非噴射気筒の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０を非噴射時燃圧センサと呼ぶ。

噴射時燃圧センサにより検出された燃圧波形である噴射時燃圧波形Ｗａ（図６（ａ）参照）は、噴射による影響のみを表しているわけではなく、以下に例示する噴射以外の影響で生じた波形成分をも含んでいる。すなわち、燃料タンク４０の燃料をコモンレール４２へ圧送する燃料ポンプ４１がプランジャポンプの如く間欠的に燃料を圧送するものである場合には、燃料噴射中にポンプ圧送が行われると、そのポンプ圧送期間中における噴射時燃圧波形Ｗａは全体的に圧力が高くなった波形となる。つまり、噴射時燃圧波形Ｗａ（図６（ａ）参照）には、噴射による燃圧変化を表した燃圧波形である噴射波形Ｗｂ（図６（ｃ）参照）と、ポンプ圧送による燃圧上昇を表した燃圧波形（図６（ｂ）中の実線Ｗｕ参照）とが含まれていると言える。

また、このようなポンプ圧送が燃料噴射中に行われなかった場合であっても、燃料を噴射した直後は、その噴射分だけ噴射システム内全体の燃圧が低下する。そのため、噴射時燃圧波形Ｗａは全体的に圧力が低くなった波形となる。つまり、噴射時燃圧波形Ｗａには、噴射による燃圧変化を表した噴射波形Ｗｂの成分と、噴射システム内全体の燃圧低下を表した燃圧波形（図６（ｂ）中の点線Ｗｕ’参照）の成分とが含まれていると言える。

図５による噴き放し異常検出処理では、噴射時燃圧波形Ｗａ（又は噴射波形Ｗｂ）と、非噴射時燃圧波形Ｗｕ（Ｗｕ’）との両波形に基づき、漏れ異常と噴き放し異常とを判別しつつ、噴き放し異常を検出する。上記「漏れ異常」とは、コモンレール４２、高圧配管４２ｂ、燃料ポンプ４１等の損傷や、これらの接続部位の損傷により、燃料が漏れ出る異常のことである。

図５の説明に戻り、先ずステップＳ１０（異常検出手段）において、噴射終了指令時期ｔ２から所定時間が経過したか否かを判定する。この所定時間は、噴射終了指令に伴い検出圧力が上昇を開始して所定の閾値Ｐｔｈ（図２（ｃ）参照）に達するのに要する時間、例えば変曲点Ｐ５又は基準値Ｂβに達するのに要する時間となるように設定されている。

噴射終了指令時期ｔ２から所定時間が経過したと判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）には、続くステップＳ１１（異常検出手段）において、噴射時燃圧波形Ｗａが異常に低下する波形となっているか否かを判定する。具体的には、噴射終了指令時期ｔ２から所定時間が経過しているにも拘わらず、噴射時燃圧波形Ｗａの燃圧が閾値ＴＨａにまで上昇しなかった場合、或いは、噴射波形Ｗｂの燃圧が閾値ＴＨｂにまで上昇しなかった場合に低下異常と判定する。要するに、漏れ異常又は噴き放し異常が発生すると、噴射終了指令時期ｔ２から所定時間が経過しているにも拘わらず、閾値ＴＨａ，ＴＨｂにまで燃圧が上昇しなくなる低下異常となる（図６（ａ）（ｃ）中の点線Ｗａｆ，Ｗｂｆ参照）。

次のステップＳ１２（異常検出手段）では、非噴射時燃圧波形Ｗｕ（Ｗｕ’）が異常に低下する波形となっているか否かを判定する。具体的には、ポンプ圧送時の非噴射時燃圧波形Ｗｕが閾値ＴＨｕにまで上昇しなかった場合、或いは、ポンプ圧送していない時の非噴射時燃圧波形Ｗｕ’が閾値ＴＨｕ’にまで上昇しなかった場合に低下異常と判定する。要するに、漏れ異常が発生すると、閾値ＴＨｕ，ＴＨｕ’にまで燃圧が上昇しなくなる低下異常となる（図６（ｂ）中の点線Ｗｕｆ，Ｗｕ’ｆ参照）。

そして、噴射時燃圧波形Ｗａ（又は噴射波形Ｗｂ）及び非噴射時燃圧波形Ｗｕ（Ｗｕ’）のいずれについても低下異常と判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ、Ｓ１２：ＮＯ）には、ステップＳ１３に進み、漏れ異常が発生していると判定して漏れ異常フラグをオンに設定する。

噴射時燃圧波形Ｗａ（又は噴射波形Ｗｂ）について低下異常と判定され、非噴射時燃圧波形Ｗｕ（Ｗｕ’）については正常と判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ、Ｓ１２：ＹＥＳ）には、ステップＳ１４に進み、噴き放し異常が発生していると判定して噴き放し異常フラグをオンに設定する。

噴射時燃圧波形Ｗａ（又は噴射波形Ｗｂ）及び非噴射時燃圧波形Ｗｕ（Ｗｕ’）のいずれについても正常と判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ、Ｓ１２：ＹＥＳ）には、ステップＳ１５に進んで正常であると判定し、漏れ異常フラグ又は噴き放し異常フラグがオンに設定されていた場合には、そのフラグをオフに設定する。

図７は、先述したフェールセーフ制御の処理手順を説明するフローチャートであり、ＥＣＵ３０が有するマイコンにより繰り返し実行される。

先ずステップＳ２０において、図５の処理により噴き放し異常が検出されたか否かを、噴き放し異常フラグの状態に基づき判定する。噴き放し異常が生じていると判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、以降のステップＳ２１〜Ｓ２４において、噴き放し異常に対するフェールセーフ制御を実施する。

ステップＳ２１（圧縮抑制制御手段）では、吸気バルブ５５ｉｎの開弁時期を最大限に遅角させるようにＯＣＶ７０の作動を制御する。すなわち、エンジン運転状態に基づき算出した目標位相とは無関係に最遅角位相となるようにＯＣＶ７０を制御（ＶＶＴ最遅角制御）する。この時、遅角経路７２の流路面積を最大にして遅角室６３への作動油の供給量を最大にするよう、電磁ソレノイド７７に付与する制御電流を出力して、迅速に最遅角位相にすることが望ましい。

続くステップＳ２２では、燃料ポンプ４１の圧送を停止させて燃料噴射弁１０への燃料供給を停止させるように、調量弁４１ａを制御（ポンプ圧送停止制御）する。続くステップＳ２３では、スロットルバルブ５１ａを全閉作動させて燃焼室５０ａへ新気が流入することを停止させるよう、電動アクチュエータ５１ｂを制御（スロットル全閉制御）する。続くステップＳ２４では、ＥＧＲバルブ５２ａを全閉作動させて燃焼室５０ａへＥＧＲガスが流入することを停止させるよう、電動アクチュエータ５２ｂを制御（ＥＧＲ全閉制御）する。

そして、上記フェールセーフ制御の実施中に噴き放し異常フラグがオフに切り替わったとしても、ステップＳ２５においてエンジン停止が実際に検出されるまでは、ステップＳ２１〜Ｓ２４によるフェールセーフ制御を継続させる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）噴き放し異常が検出されるとＶＶＴ最遅角制御（Ｓ２１）を実施するので、吸気行程中に開弁させている吸気バルブ５５ｉｎの閉弁時期を圧縮行程にまで遅角させることができ、圧縮行程中に吸気バルブ５５ｉｎが開弁されるようになる。そのため、噴き放し異常により大量の燃料が噴き放されても、その燃料を含む混合気の圧縮が抑制されるので、その混合気が自着火燃焼することを迅速に回避できる。或いは、自着火燃焼したとしてもその燃焼を抑制できる。よって、燃焼室５０ａ内が過剰に高圧となってエンジンの構成部品が損傷するおそれを低減できる。

（２）噴き放し異常が検出されるとポンプ圧送停止制御（Ｓ２２）を実施するので、ＶＶＴ最遅角制御の実施を開始した後において、噴き放し異常が生じている燃料噴射弁１０へ燃料を供給することを停止できる。よって、エンジンの緊急停止に要する時間の短縮を図ることができる。

（３）噴き放し異常が検出されると、スロットル全閉制御（Ｓ２３）及びＥＧＲ全閉制御（Ｓ２４）を実施するので、ＶＶＴ最遅角制御の実施を開始した後において、燃焼室５０ａへ新気及びＥＧＲガスが流れ込むことを回避できる。よって、エンジンの緊急停止に要する時間の短縮を図ることができる。

（４）噴射時燃圧波形Ｗａ（又は噴射波形Ｗｂ）についての燃圧の低下異常と、非噴射時燃圧波形Ｗｕ（Ｗｕ’）についての燃圧の低下異常との判定結果に基づいて、噴き放し異常を検出するので、漏れ異常発生時に噴き放し異常と誤判定してエンジンを緊急停止させてしまうことを回避できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態では、クランク軸５６（エンジン出力軸）とともに回転するカム軸５７により吸気バルブ５５ｉｎを開閉駆動させるエンジンにおいて、ＶＶＴ６０を最遅角制御することで、吸気バルブ５５ｉｎを圧縮行程中に開弁させている。

これに対し、電磁ソレノイドや電動モータ等のアクチュエータにより吸気バルブ５５ｉｎを開閉駆動させるエンジンにおいて、圧縮行程中に吸気バルブ５５ｉｎを開弁させるように前記アクチュエータを制御してもよい。この場合には、圧縮行程の全期間において吸気バルブ５５ｉｎを開弁させることができるので、噴き放し異常時に混合気の圧縮を抑制することを促進できる。

・電磁ソレノイドや電動モータ等のアクチュエータにより排気バルブ５５ｅｘを開閉駆動させるエンジンにおいては、圧縮行程中に排気バルブ５５ｅｘを開弁させることも可能になる。よって、吸気バルブ５５ｉｎ及び排気バルブ５５ｅｘの両方を圧縮行程中に開弁させることができるので、噴き放し異常時に混合気の圧縮を抑制することをさらに促進できる。

・図１に示す上記実施形態では、燃圧センサ２０を燃料噴射弁１０に搭載しているが、本発明にかかる燃圧センサはコモンレール４２の吐出口４２ａから噴孔１１ｂに至るまでの燃料供給経路内の燃圧を検出するよう配置された燃圧センサであればよい。よって、例えばコモンレール４２と燃料噴射弁１０とを接続する高圧配管４２ｂに燃圧センサを搭載してもよい。つまり、コモンレール４２及び燃料噴射弁１０を接続する高圧配管４２ｂと、ボデー１１内の高圧通路１１ａとが「燃料通路」に相当する。

・上記実施形態では、コモンレール４２の吐出口４２ａよりも下流側に配置された燃圧センサ２０の検出値に基づき、噴き放し異常を検出しているが、コモンレール４２の吐出口４２ａの上流側に配置された燃圧センサ、例えばコモンレール４２内の燃圧を検出するレール圧センサの検出値に基づき、噴き放し異常を検出してもよい。

すなわち、レール圧センサにより検出される燃圧は、いずれかの気筒で燃料を噴射することに伴い、図６（ａ）に示す噴射時燃圧波形Ｗａと同様の傾向で変化する。よって、レール圧センサによる燃圧波形について、図５のステップＳ１１と同様にして低下異常が判定された場合に、噴き放し異常が生じている可能性があると判定して、図７に示す各種フェールセーフ制御を実施すればよい。但しこの場合には、漏れ異常との判別ができないため、漏れ異常時にもフェールセーフ制御を実施してエンジンを緊急停止させることになる。

・上記実施形態では、燃料噴射弁１０に供給する燃料の圧力に基づき噴き放し異常を検出しているが、燃焼室５０ａ内の圧力を筒内圧センサで検出し、その検出した筒内圧が、噴射指令期間Ｔｑに応じて設定される閾値よりも高くなっている場合に、噴き放し異常が生じている可能性があると判定してもよい。或いは、エンジン回転速度等に基づきエンジン出力を検出し、その検出したエンジン出力が、噴射指令期間Ｔｑに応じて設定される閾値よりも高くなっている場合に、噴き放し異常が生じている可能性があると判定してもよい。

２０…燃圧センサ、５１ａ…電動スロットルバルブ、６０…ＶＶＴ（バルブ制御機構）、７０…ＯＣＶ（バルブ制御機構）、Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２…異常検出手段、Ｓ２１…圧縮抑制制御手段。

Claims (5)

1. 吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉弁時期を可変制御するバルブ制御機構が備えられた、圧縮自着火式の内燃機関に適用され、
   前記内燃機関で燃焼させる燃料を噴射する燃料噴射弁が、燃料噴射を停止できない噴き放し異常に陥っていることを検出する異常検出手段と、
   前記噴き放し異常が検出された場合には、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方を前記内燃機関の圧縮行程中に開弁させるよう、前記バルブ制御機構の作動を制御する圧縮抑制制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記内燃機関が備える燃料噴射システムは、
   前記燃料噴射弁へ供給する燃料を蓄圧する蓄圧容器と、
   前記蓄圧容器の吐出口から前記燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に配置され、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、
   を有しており、
   前記異常検出手段は、前記燃圧センサにより検出された燃圧変化に基づき、前記噴き放し異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記内燃機関は多気筒の内燃機関であり、
   前記燃料噴射弁から燃料を噴射させている気筒を噴射気筒、この噴射気筒が燃料を噴射しているときに燃料噴射させていない気筒を非噴射気筒とし、かつ、前記噴射気筒に備えられた燃料噴射弁への前記燃料通路に配置された前記燃圧センサを噴射時燃圧センサ、前記非噴射気筒に備えられた燃料噴射弁への前記燃料通路に配置された前記燃圧センサを非噴射時燃圧センサとした場合において、
   前記異常検出手段は、前記噴射時燃圧センサによる検出燃圧が異常に低下し、かつ、前記非噴射時燃圧センサによる検出燃圧の変化が正常である場合に、前記噴き放し異常であると判定して当該異常を検出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記バルブ制御機構は、前記吸気バルブを開閉駆動させるカム軸の、前記内燃機関の出力軸に対する回転位相を制御することで、前記吸気バルブの開閉弁時期を可変制御する機構であり、
   前記圧縮抑制制御手段は、前記噴き放し異常が検出された場合に、前記圧縮行程における前記吸気バルブの閉弁時期を最大限に遅角させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
5. 前記内燃機関が備える吸気システムは、電動アクチュエータにより駆動する電動スロットルバルブを有しており、
   前記噴き放し異常が検出された場合には、前記電動スロットルバルブを強制的に全閉作動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。

Images