JP2016037921A

JP2016037921A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2016037921A
Application number: JP2014162428A
Authority: JP
Inventors: 悠樹美才治; Yuki Misaiji; 三宅　照彦; Teruhiko Miyake; 照彦三宅
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2016-03-22

Abstract

【課題】炭化水素供給装置又は炭化水素供給弁からの炭化水素の漏洩を正確に判別する。
【解決手段】内燃機関において、機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁（14）と炭化水素供給弁（14）に炭化水素を供給するための炭化水素供給装置（15）とを具備している。機関運転中は炭化水素供給弁（14）から噴射される炭化水素の燃料圧が目標燃料圧範囲内に制御される。炭化水素供給装置（15）又は炭化水素供給弁（14）からの炭化水素の漏洩を検出するときには、機関運転停止後において炭化水素供給弁（14）からの炭化水素の燃料圧を上述の目標燃料圧範囲よりも高い燃料圧まで増大させ、燃料圧増大後における燃料圧の低下度合いから漏洩の有無を判別する。
【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

各燃料噴射弁に燃料を分配するためのコモンレールと、コモンレール内に高圧燃料を圧送するための高圧ポンプとを具備しており、機関運転中はコモンレール内の燃料圧が予め定められた目標燃料圧に維持されており、機関運転停止後における目標燃料圧からの燃料圧の低下度合いから燃料の漏洩の有無を判別するようにした内燃機関が公知である（特許文献１を参照）。

ＷＯ２０１０/０２９７９１Ａ１

ところで、このように燃料圧の低下度合いから燃料の漏洩の有無を判別するようにした場合には、燃料圧が高いほど燃料圧の低下度合いが大きくなる。従って燃料圧の低下度合いから燃料の漏洩の有無を判別するようにした場合において、燃料の漏洩の有無を精度よく判別するには、燃料の漏洩の有無を判別するときの燃料圧を高めることが好ましいことになる。

そこで、本発明では、機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁と、炭化水素供給弁に炭化水素を供給するための炭化水素供給装置とを具備しており、機関運転中は炭化水素供給装置によって炭化水素供給弁から噴射される炭化水素の燃料圧が予め定められた目標燃料圧範囲内に制御される内燃機関の制御装置において、炭化水素供給装置又は炭化水素供給弁からの炭化水素の漏洩を検出するときには、機関運転停止後において炭化水素供給弁からの炭化水素の燃料圧を予め定められた目標燃料圧範囲よりも高い燃料圧まで増大させ、燃料圧増大後における燃料圧の低下度合いから炭化水素供給装置又は炭化水素供給弁からの炭化水素の漏洩の有無を判別するようにしている。

炭化水素供給装置又は炭化水素供給弁からの炭化水素の漏洩を検出するときには、機関運転停止後において炭化水素供給弁からの炭化水素の燃料圧が増大せしめられるので、炭化水素の漏洩の有無を精度よく判別することができる。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。図２は昇圧ポンプの断面図である。図３は炭化水素供給弁に供給される燃料の燃料圧ＰＸ等の変化を示す図である。図４は故障診断を行うためのフローチャートである。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁10が配置され、吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置11が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置11内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気管12を介して排気浄化触媒13に連結される。排気浄化触媒13上流の排気管12内には圧縮着火式内燃機関の燃料として用いられる軽油その他の燃料からなる炭化水素を供給するための炭化水素供給弁14が配置され、この炭化水素供給弁14には炭化水素供給装置15から炭化水素が供給される。各燃料噴射弁３は燃料供給管16を介してコモンレール17に連結され、このコモンレール17は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ18を介して燃料タンク19に連結される。燃料タンク19内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ18によってコモンレール17内に供給され、コモンレール17内に供給された燃料は各燃料供給管16を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM（リードオンリメモリ）32、RAM（ランダムアクセスメモリ）33、CPU（マイクロプロセッサ）34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。排気浄化触媒13の出口には排気ガスの温度を検出するための温度センサ20と、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ21とが配置されている。これら温度センサ20、空燃比センサ21および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁３、スロットル弁10の駆動用アクチュエータ、炭化水素供給弁14、炭化水素供給装置15 および燃料ポンプ21に接続される。

なお、図１に示される内燃機関では、車両の運転中に機関の運転が停止される場合がある。代表的な一つの例としては、機関の運転状態がアイドリング状態になると機関の運転が停止される、いわゆるアイドリングストップがある。このアイドリングストップは、スロットル弁10の開度、機関回転数等からアイドリング状態になったと判断されたときに実行され、アクセルペダル40が踏込まれると解除される。代表的な別の例としては、内燃機関が図１において破線で示すように電気モータ２２を具備しているハイブリッドエンジンからなり、車両を電気モータ２２の出力のみにより駆動するときに機関の運転が停止される。

さて、図１に示される炭化水素供給装置15は、炭化水素供給弁14から噴射される炭化水素の噴射圧を昇圧させるための昇圧ポンプを具備しており、図２は、この昇圧ポンプ50の断面図を示している。図２に示されるように、昇圧ポンプ50は加圧炭化水素、即ち加圧燃料で満たされたポンプ室51と、ポンプ室51内の燃料を加圧するための加圧ピストン52と、加圧ピストン52を駆動するためのアクチュエータ53と、蓄圧ピストン54により画定されかつ加圧燃料で満たされた蓄圧室55と、蓄圧ピストン54を蓄圧室55に向けて付勢するばね部材56とを具備する。ポンプ室51は、一方では低圧燃料供給ポンプからポンプ室51に向けてのみ流通可能な逆止弁57を介して低圧燃料供給ポンプの燃料吐出口に連結されており、他方ではポンプ室51から蓄圧室55に向けてのみ流通可能な逆止弁58を介して蓄圧室55に連結されている。また、蓄圧室55は加圧燃料流出通路59を介して炭化水素供給弁14に連結されており、加圧燃料流出通路59内の燃料圧が圧力センサ60により検出されている。

アクチュエータ53により加圧ピストン52が図２において右方に移動せしめられると低圧燃料供給ポンプから吐出された燃料が逆止弁57を介してポンプ室51内に送り込まれ、アクチュエータ53により加圧ピストン52が図２において左方に移動せしめられるとポンプ室51内の燃料が加圧されて逆止弁58を介し蓄圧室55内に送り込まれ、次いで加圧燃料流出通路59を介して炭化水素供給弁14に供給される。炭化水素供給弁14に供給された燃料、即ち炭化水素は炭化水素供給弁14のノズル口から排気ガス中に噴射される。

図３は、機関の運転状態と、炭化水素供給弁14からの炭化水素の噴射作用と、昇圧ポンプ50の駆動作用と、炭化水素供給弁14に供給される燃料の燃料圧ＰＸの変化とを示している。なお、炭化水素供給弁14に供給される燃料の燃料圧ＰＸは加圧燃料流出通路59内の燃料圧と等しく、従って圧力センサ60により検出された燃料圧が燃料圧ＰＸとして示されている。なお、図３に示されるように、燃料圧ＰＸに対して目標燃料圧ＰＸＡと、この目標燃料圧ＰＸＡよりも若干低圧の許容下限燃料圧ＰＸＢとが予め設定されており、機関の運転時には通常、炭化水素供給弁14に供給される燃料の燃料圧ＰＸは目標燃料圧ＰＸＡと許容下限燃料圧ＰＸＢとの間に維持されている。

図３の時刻ｔ₁ におけるように、機関の運転が行われているときに炭化水素供給弁14からの炭化水素の噴射要求が発せられると炭化水素供給弁14が開弁せしめられ、それによって燃料、即ち炭化水素が炭化水素供給弁14から噴射される。炭化水素供給弁14から炭化水素が噴射されると、図３において実線で示されるように、炭化水素供給弁14に供給される燃料の燃料圧ＰＸは急激に低下する。次いで、噴射が完了すると、昇圧ポンプ50の駆動が開始され、その結果、燃料圧ＰＸが徐々に上昇する。次いで、燃料圧ＰＸが目標燃料圧ＰＸＡに達すると図３に示されるように、昇圧ポンプ60の駆動が停止される。

一方、蓄圧室55内の燃料は蓄圧ピストン54の周囲を通って漏洩する。従って、昇圧ポンプ50の駆動が停止されると図３において実線で示されるように、燃料圧ＰＸが少しずつ低下する。次いで、図３の時刻ｔ_２において、燃料圧ＰＸが許容下限燃料圧ＰＸＢまで低下すると、燃料圧ＰＸが目標燃料圧ＰＸＡに達するまで昇圧ポンプ60が駆動される。このようにこの昇圧ポンプ50では、昇圧ポンプ50が正常であったとしても、燃料の漏洩が生じ、燃料圧ＰＸが低下する。

さて、昇圧ポンプ50を具備した炭化水素供給装置15或いは炭化水素供給弁14において、何らかの損傷等により異常な燃料の漏洩が生じると、燃料圧ＰＸが低下する。一方、上述したように、昇圧ポンプ50を具備した炭化水素供給装置15および炭化水素供給弁14が正常であったとしても、燃料の漏洩が生じるために、燃料圧ＰＸが低下する。この場合、異常な燃料の漏洩が生じた場合には、正常な燃料の漏洩が生じている場合に比べて、燃料圧ＰＸの低下度合いが大きくなる。従って、燃料圧ＰＸの低下度合いから異常な燃料の漏洩が生じているのか、或いは正常な燃料の漏洩が生じているのかを判別できることになる。

この場合、異常な燃料の漏洩が生じているのか、或いは正常な燃料の漏洩が生じているのかを精度よく判別するには、燃料圧ＰＸの低下度合いができる限り外部要因の影響を受けないようにすること、および異常な燃料の漏洩が生じているときと正常な燃料の漏洩が生じているときとで燃料圧ＰＸの低下度合いの差が大きく現れることが必要である。そこで本発明では、燃料圧ＰＸの低下度合いができる限り外部要因の影響を受けないようにするために、機関の運転停止時に燃料圧ＰＸの低下度合いを検出するようにし、異常な燃料の漏洩が生じているときと正常な燃料の漏洩が生じているときとで燃料圧ＰＸの低下度合いの差が大きく現れるように、燃料圧ＰＸの低下度合いを検出するときには、燃料圧ＰＸを増大させるようにしている。

即ち、図３において期間ｔＡは、アイドリングストップにより機関の運転が停止されているとき、或いは車両を電気モータ２２により駆動するために機関の運転が停止されているときを示しており、この期間ｔＡの間に、異常な燃料の漏洩が生じているのか、或いは正常な燃料の漏洩が生じているのかが判別される。具体的にいうと、図３に示されるように、時刻ｔ_３において、機関の運転が停止されると、昇圧ポンプ50が駆動され、燃料圧ＰＸの増大作用が開始される。次いで、燃料圧ＰＸが、目標燃料圧ＰＸＡに比べて高い異常判定用燃料圧ＰＸＯに達すると、昇圧ポンプ50が停止され、昇圧ポンプ50が停止されると燃料圧ＰＸが低下し始める。なお、図３には、一例として、正常な燃料の漏洩が生じているときの燃料圧ＰＸの変化が実線で示されており、異常な燃料の漏洩が生じているときの燃料圧ＰＸの変化が破線で示されている。

次いで、昇圧ポンプ50の駆動が停止されたときから、予め定められた一定時間ｔＦを経過したときの燃料圧ＰＸが検出され、このときの燃料圧ＰＸが異常判定基準圧ＰＸＺよりも高ければ正常な燃料の漏洩が生じていると判別され、このときの燃料圧ＰＸが異常判定基準圧ＰＸＺよりも低ければ異常な燃料の漏洩が生じていると判別される。次いで、機関の運転が再開され、炭化水素供給弁14からの炭化水素の噴射作用が行われると、燃料圧ＰＸは再び、目標燃料圧ＰＸＡと許容下限燃料圧ＰＸＢとの間に維持される。

このように、本発明によれば、機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁14と、炭化水素供給弁14に炭化水素を供給するための炭化水素供給装置15とを具備しており、機関運転中は炭化水素供給装置15によって炭化水素供給弁14から噴射される炭化水素の燃料圧ＰＸが予め定められた目標燃料圧範囲内に制御される内燃機関の制御装置において、炭化水素供給装置15又は炭化水素供給弁14からの炭化水素の漏洩を検出するときには、機関運転停止後において炭化水素供給弁14からの炭化水素の燃料圧ＰＸを予め定められた上述の目標燃料圧範囲よりも高い燃料圧まで増大させ、燃料圧増大後における燃料圧の低下度合いから炭化水素供給装置15又は炭化水素供給弁14からの炭化水素の漏洩の有無が判別される。

次に、図４を参照しつつ、本発明による故障診断方法について説明する。図４は、本発明による故障診断ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図４を参照すると、まず初めに、ステップ80において、空燃比センサ21により検出された空燃比、或いは温度センサ20により検出された排気浄化触媒13の温度に基づいて、炭化水素供給弁14から炭化水素が噴出し続ける炭化水素供給弁14の開弁異常が生じているか否か判別される。炭化水素供給弁14から炭化水素が噴出し続けると空燃比がリッチとなり続けるので空燃比センサ21の出力信号から炭化水素供給弁14の開弁異常が生じているか否かを判別することができ、炭化水素供給弁14から炭化水素が噴出し続けると排気浄化触媒13の温度が上昇するので温度センサ20の出力信号から炭化水素供給弁14の開弁異常が生じているか否かを判別することができる。ステップ80において、炭化水素供給弁14から炭化水素が噴出し続けていると判別されたときにはステップ89に進んで、炭化水素供給弁14に開弁異常が生じていると判別される。

一方、ステップ80において、炭化水素供給弁14に開弁異常が生じていないと判別されたときには、ステップ81に進んで機関運転中であるか否か判別される。機関運転中であるときには処理サイクルを完了する。これに対し、機関運転中でないときにはステップ82に進んで、機関の暖機運転中であるか否か判別される。機関の暖機運転中であるときには燃料温が変動するために燃料圧ＰＸが変動し、その結果、誤判断をする可能性がある。従って、機関の暖機運転中であるときには処理サイクルを完了する。これに対し、機関の暖機運転中でないときにはステップ8３に進んで、昇圧ポンプ50が駆動され、次いで処理サイクルを完了する。次いで、燃料圧ＰＸが異常判定用燃料圧ＰＸＯに達するとステップ85に進んで昇圧ポンプ50が停止される。

次いで、ステップ86では、昇圧ポンプ50が停止されてから、予め定められた一定時間ｔＦが経過したか否か判別される。予め定められた一定時間ｔＦが経過していないときには処理サイクルを完了する。これに対し、予め定められた一定時間ｔＦ経過したときには、ステップ87に進んで、燃料圧ＰＸが異常判定基準圧ＰＸＺよりも低いか否か判別される。燃料圧ＰＸが異常判定基準圧ＰＸＺよりも高いときには、正常な燃料の漏洩が生じていると判別され、処理サイクルを完了する。これに対し、燃料圧ＰＸが異常判定基準圧ＰＸＺよりも低いときには異常な燃料の漏洩が生じていると判別され、ステップ88に進んで、燃料の漏洩異常が生じていると判別される。

４吸気マニホルド
５排気マニホルド
12 排気管
14 炭化水素供給弁
15 炭化水素供給装置
50 昇圧ポンプ

Claims

機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁と、炭化水素供給弁に炭化水素を供給するための炭化水素供給装置とを具備しており、機関運転中は該炭化水素供給装置によって炭化水素供給弁から噴射される炭化水素の燃料圧が予め定められた目標燃料圧範囲内に制御される内燃機関の制御装置において、炭化水素供給装置又は炭化水素供給弁からの炭化水素の漏洩を検出するときには、機関運転停止後において炭化水素供給弁からの炭化水素の燃料圧を該予め定められた目標燃料圧範囲よりも高い燃料圧まで増大させ、該燃料圧増大後における燃料圧の低下度合いから炭化水素供給装置又は炭化水素供給弁からの炭化水素の漏洩の有無を判別する内燃機関の制御装置。