JP2016205157A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関に設けられた燃圧センサのスタック検出を精度高く行なう。【解決手段】エンジンECUは、エンジンが間欠停止中であって、かつ、実燃圧がしきい値よりも高い場合には(S100にてYES)、エンジンの次回の間欠始動時のスタック検出用目標燃圧として高実燃圧時診断用である目標燃圧Aを設定するステップ(S102)と、エンジンが間欠停止中でないか、あるいは、実燃圧がしきい値以下である場合には(S100にてNO)、エンジンの次回の間欠始動時のスタック検出用目標燃圧として低実燃圧時診断用である目標燃圧Bを設定するステップ(S104)とを含む、制御処理を実行する。【選択図】図4

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁を含む内燃機関の制御装置に関する。
ポート噴射タイプのエンジンとして、ポート噴射弁から噴射するための燃料を貯留するデリバリーパイプと、燃料を加圧してデリバリーパイプに供給するフィードポンプと、デリバリーパイプに貯留される燃料の圧力を検出する燃圧センサとを備える構成が知られている。このようなエンジンにおいて、燃圧センサに異常が生じる場合がある。そのため、燃圧センサの異常の有無を判定するための構成が提案されている。たとえば特開2013−068127号公報(特許文献1)は、燃料の供給圧を上昇させる方向に燃料ポンプの操作量を変化させ、このときの燃圧センサの検出値に基づき、燃圧センサにおける異常の有無を判断するエンジンの制御装置を開示する。
特開2013−068127号公報
燃圧センサの異常として、燃圧センサの検出値が固定値となる故障が知られている。本明細書では、この故障をスタック故障と称する。スタック故障が生じていないこと、言い換えると燃圧センサの検出値が実際の燃圧に応じて変化し得ることを確認するためには、目標燃圧を2段階で設定して、各目標燃圧における燃圧センサの検出値を比較することが考えられる。2つの検出値の各々が目標燃圧に近い値を示している場合、燃圧センサは正常と判定され、2つの検出値が互いにほぼ等しい値を示している場合には、燃圧センサは異常(スタック故障)と判定される。以下、このようにスタック故障の有無を診断することをスタック検出とも称する。
スタック故障は、たとえば、エンジン始動時に実行される。この場合、スタック検出の実行前にはエンジンは停止されている。しかしながら、たとえば、エンジンの間欠停止中においては、フィードポンプが停止した状態であっても、エンジンの周囲部品からの受熱の影響により燃圧が上昇する場合がある。そして、実燃圧が目標燃圧よりも高くなる場合には、フィードポンプによって実燃圧を目標燃圧に変化させることができない場合がある。そのため、燃圧センサの異常を精度高く判定できない場合がある。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、内燃機関に設けられた燃圧センサのスタック検出を精度高く行なう内燃機関の制御装置を提供することである。
この発明のある局面に係る内燃機関の制御装置において、内燃機関は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、ポート噴射弁から噴射するための燃料を貯留する貯留部と、燃料を加圧して貯留部に供給するフィードポンプと、貯留部に貯留される燃料の圧力を検出する燃圧センサとを含む。制御装置は、内燃機関の間欠始動時に、貯留部に貯留される燃料の圧力の目標値を変化させたときの燃圧センサの検出値に基づいて、燃圧センサの異常診断を実行し、内燃機関の間欠始動時に燃圧センサの検出値が目標値よりも大きい場合には、目標値を間欠始動時の燃圧センサの検出値よりも高い値に設定して、異常診断を実行する。
この発明によると、異常診断の開始時の実燃圧よりも高い値を目標値として設定することによりフィードポンプを用いて実燃圧を目標値に上昇させることができるため、異常診断を精度高く実行することができる。したがって、内燃機関に設けられた燃圧センサのスタック検出を精度高く行なう内燃機関の制御装置を提供することができる。
本発明が適用される車両の構成を概略的に示す図である。 エンジンおよび燃料供給装置の構成を詳細に説明するための図である。 エンジンの間欠停止中の実燃圧の変化を示すタイミングチャートである。 本実施の形態におけるスタック検出用目標燃圧の設定処理を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態における制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
<車両構成>
以下に説明する実施の形態では、本発明に係るエンジンの制御装置がハイブリッド車両に適用される構成について説明する。しかし、本発明に係る制御装置を適用可能な車両はハイブリッド車両に限定されるものではなく、エンジンの間欠的な駆動/停止が行なわれるのであれば、駆動源としてエンジンのみを備える車両であってもよい。
図1は、本発明が適用される車両1の構成を示すブロック図である。図1を参照して、車両1は、エンジン100と、燃料供給装置110と、第1モータジェネレータ(MG:Motor generator)10と、第2MG20と、動力分割機構30と、リダクション機構40と、パワーコントロールユニット(PCU:Power Control Unit)200と、バッテリ250と、電子電制御装置(ECU:Electronic Control Unit)300とを備える。車両1は、シリーズ・パラレル型のハイブリッド車両であり、エンジン100および第2MG20の少なくとも一方を駆動源として走行可能に構成される。
エンジン100は、たとえばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関を含んで構成される。本実施の形態では、筒内噴射とポート噴射とを併用するデュアル噴射タイプのガソリンエンジンをエンジン100として採用する例について説明する。ただし、筒内噴射は必須ではなく、エンジン100はポート噴射のみを行なうポート噴射タイプであってもよい。
燃料供給装置110はエンジン100に燃料を供給する。エンジン100および燃料供給装置110の詳細な構成については図2を参照して説明する。
エンジン100と第1MG10と第2MG20とは、動力分割機構30を介して互いに連結されている。動力分割機構30に連結される第2MG20の回転軸22には、リダクション機構40が接続されている。回転軸22は、リダクション機構40を介して駆動輪350に連結されるとともに、動力分割機構30を介してエンジン100のクランクシャフトに連結される。動力分割機構30は、たとえば、遊星歯車機構であり、エンジン100の駆動力を第1MG10と第2MG20の回転軸22とに分割可能に構成される。
第1MG10および第2MG20の各々は、発電機としても電動機としても作動しうる周知の同期発電電動機である。第1MG10は、動力分割機構30を介してエンジン100のクランクシャフトを回転させることにより、エンジン100を始動するスタータとして機能することができる。第1MG10および第2MG20は、PCU200に電気的に接続されている。
PCU200は、ECU300からの制御信号に応じて第1MG10および第2MG20を駆動するための駆動装置である。PCU200はバッテリ250に電気的に接続される。バッテリ250は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池もしくはリチウムイオン電池等の二次電池、または電気二重層キャパシタ等のキャパシタを含んで構成される。
ECU300は、パワーマネージメント(PM:Power Management)用電子制御ユニット(PM−ECU)310と、エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)320と、モータ用電子制御ユニット(モータECU)330と、バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)340とを含む。各ECUは、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入力インターフェース回路、および、出力インターフェース回路等を含んで構成される。
PM−ECU310は、エンジンECU320と、モータECU330と、バッテリECU340とに通信ポート(図示せず)を介して接続されている。PM−ECU310は、エンジンECU320、モータECU330、および、バッテリECU340と各種制御信号およびデータのやり取りを行なう。
エンジンECU320は、エンジン100および燃料供給装置110に接続されている。エンジンECU320は、PM−ECU310からのエンジン起動指令または停止指令(図2参照)に応答して、エンジン100および燃料供給装置110を制御する。より具体的には、エンジンECU320は、アクセル開度、吸入空気量、および、エンジン回転速度などに基づいて、燃焼毎に必要な燃料噴射量を算出する。エンジンECU320は、算出した燃料噴射量に基づいて、筒内噴射弁450およびポート噴射弁550(いずれも図2参照)への噴射指令信号を適時に出力する。
モータECU330は、PCU200に接続され、第1MG10および第2MG20の駆動を制御する。バッテリECU340は、バッテリ250に接続され、バッテリ250の充放電を制御する。
図2は、エンジン100および燃料供給装置110の構成を詳細に説明するための図である。図1および図2を参照して、エンジン100は、たとえば、直列4気筒のガソリンエンジンであり、吸気マニホールド120と、吸気ポート130と、4つのシリンダ140とを含む。各シリンダ140はシリンダブロックに設けられている。エンジン100への吸入空気AIRは、シリンダ140中のピストン(図示せず)が下降するときに、吸気口管から吸気マニホールド120および吸気ポート130を通って各シリンダ140に流入する。
燃料供給装置110は、高圧燃料供給機構400と、低圧燃料供給機構500とを含む。
高圧燃料供給機構400は、高圧ポンプ410と、チェック弁420と、高圧燃料配管430と、高圧デリバリーパイプ440と、4つの筒内噴射弁450と、高圧燃圧センサ460とを含む。
高圧燃料配管430は、高圧ポンプ410と高圧デリバリーパイプ440とをチェック弁420を介して連結する。高圧デリバリーパイプ440は、筒内噴射弁450から噴射するための燃料を貯留する。
4つの筒内噴射弁450の各々は、対応するシリンダ140の燃焼室内に噴孔部452を露出する筒内噴射用インジェクタである。筒内噴射弁450が開弁されると、高圧デリバリーパイプ440内の加圧された燃料が噴孔部452から燃焼室内に噴射される。
高圧燃圧センサ460は、高圧デリバリーパイプ440に貯留される燃料の圧力を検出して、その検出結果をエンジンECU320に出力する。
低圧燃料供給機構500は、燃料圧送部510と、低圧燃料配管530と、低圧デリバリーパイプ540と、4つのポート噴射弁550と、低圧燃圧センサ560とを含む。
低圧燃料配管530は、燃料圧送部510と低圧デリバリーパイプ540とを連結する。低圧デリバリーパイプ540は、ポート噴射弁550から噴射するための燃料を貯留する。低圧デリバリーパイプ540は、本発明に係る「貯留部」に対応する。
4つのポート噴射弁550の各々は、対応するシリンダ140に連通する吸気ポート130内に噴孔部552を露出するポート噴射用インジェクタである。ポート噴射弁550が開弁されると、低圧デリバリーパイプ540内の加圧された燃料が噴孔部552から吸気ポート130内に噴射される。
低圧燃圧センサ560は、低圧デリバリーパイプ540に貯留される燃料の圧力(燃圧)を検出して、その検出結果をエンジンECU320に出力する。低圧燃圧センサ560は、本発明に係る「燃圧センサ」に対応する。
燃料圧送部510は、燃料タンク511と、フィードポンプ512と、サクションフィルタ513と、燃料フィルタ514と、リリーフ弁515とを含む。
燃料タンク511は、筒内噴射弁450およびポート噴射弁550に供給するための燃料を貯留する。
フィードポンプ512は、燃料タンク511内から燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を加圧して低圧燃料配管530および低圧デリバリーパイプ540に供給する。フィードポンプ512は、エンジンECU320から出力される指令信号に応答して、単位時間当りの吐出量(単位:m/sec)および吐出圧(単位:kPa)を変化させることが可能である。これにより、低圧デリバリーパイプ540内の燃圧を、たとえば1MPa(メガパスカル)未満の範囲内で設定することができる。
このようにフィードポンプ512を制御する構成は下記の点で好ましい。すなわち、フィードポンプ512を適切に制御することによって、エンジン100により消費された量に相当する分の燃料を送出するようにすれば、燃料の加圧に要するエネルギーを節約することができる。したがって、一旦余分に加圧してからポート噴射弁550の噴孔部552で圧力を一定にする構成と比べて、燃費を向上させることができる。
サクションフィルタ513は燃料中への異物の吸入を阻止する。燃料フィルタ514は吐出燃料中の異物を除去する。リリーフ弁515は、フィードポンプ512から吐出される燃料の圧力が上限圧力に達すると開弁される一方で、燃料の圧力が上限圧力に満たない間は閉弁状態を維持する。
エンジンECU320は、エンジン100の始動時に、ポート噴射弁550による燃料噴射を最初の実行させる。エンジンECU320は、高圧燃圧センサ460により検出される高圧デリバリーパイプ440内の燃圧が予め設定された値を超えたとき、筒内噴射弁450への噴射指令信号の出力を開始する。さらに、エンジンECU320は、たとえば筒内噴射弁450からの筒内噴射を基本としながら、筒内噴射では混合気形成が不十分となる特定の運転状態下(たとえばエンジン100の始動暖機時または低回転高負荷時)ではポート噴射を併用する。あるいは、エンジンECU320は、たとえば筒内噴射弁450からの筒内噴射を基本としながら、ポート噴射が有効な高回転高負荷時などにポート噴射弁550からのポート噴射を実行する。
<スタック検出>
フィードポンプ512による可変燃圧制御には、低圧燃圧センサ560の検出値の信頼性を確保することが望ましい。そのため、低圧燃圧センサ560の検出値が固定値となるスタック故障が生じていないかどうかを診断するスタック検出(異常診断)が定期的に行なわれる。スタック検出においては、低圧燃圧センサ560の検出値が実際の燃圧に応じて変化し得ることを確認するために、目標燃圧(目標値)を2段階で設定して、各目標燃圧における低圧燃圧センサ560の検出値が比較される。
図2および図3を参照して、時刻t1まではエンジン100は運転状態である。低圧デリバリーパイプ540内の目標燃圧は、たとえば400kPaに設定される。本実施の形態において、400kPaは、スタック検出が行なわれない通常運転時の燃圧と等しい燃圧である。
時刻t1において、PM−ECU310は、エンジン停止指令をエンジンECU320に出力する。エンジンECU320は、エンジン停止指令に応答してエンジン100を停止する。低圧デリバリーパイプ540内の目標燃圧は0kPaに設定される。
時刻t2において、PM−ECU310は、エンジン起動指令をエンジンECU320に出力する。エンジンECU320は、エンジン起動指令に応答して、図3の波形P0に示すように目標燃圧をたとえば530kPaに設定する。実際の燃圧が目標燃圧に到達して安定するのに要する時間(燃圧安定時間)が経過した後、エンジンECU320は、低圧デリバリーパイプ540内の燃圧を検出する。
エンジンECU320は、時刻t2以降に目標燃圧を400kPに変更する。そして、エンジンECU320は、低圧デリバリーパイプ540内の燃圧を検出する。エンジンECU320は、異なる時点で検出された2つの検出結果に基づいて、低圧燃圧センサ560のスタック故障の有無を判定する。エンジンECU320は、2つの検出値の各々が目標燃圧に近い値を示している場合、低圧燃圧センサ560は正常と判定し、2つの検出値が互いにほぼ等しい値を示している場合には、低圧燃圧センサ560は異常(スタック故障)と判定する。
このようなスタック故障は、たとえば、エンジン100の始動時に実行される。この場合、スタック検出の実行前にはエンジン100は停止されている。しかしながら、時刻t1から時刻t2のエンジン100の間欠停止中においては、フィードポンプ512が停止した状態であっても、図3の波形P1(破線)に示すように、エンジン100の周囲部品からの受熱の影響により実燃圧が上昇する場合がある。そして、実燃圧が目標燃圧(530kPa)よりも高くなる場合には、フィードポンプ512によって実燃圧を目標燃圧に変化させることができない場合がある。そのため、低圧燃圧センサ560の異常を精度高く判定できない場合がある。
そこで、本実施の形態においては、エンジンECU320が、エンジン100の間欠始動時に低圧燃圧センサ560の検出値が目標燃圧よりも大きい場合には、目標燃圧を間欠始動時の低圧燃圧センサ560の検出値よりも高い値に設定して、異常診断を実行する点を特徴とする。
本実施の形態においては、エンジンECU320は、エンジン100の間欠停止中に低圧燃圧センサ560の検出値がしきい値よりも大きい場合に、エンジン100の次回の間欠始動時において、高実燃圧時の診断用の目標燃圧として目標燃圧Aを設定する。しきい値は、低実燃圧時の診断用の目標燃圧Bであって、たとえば、530kPaである。目標燃圧Aは、エンジン100の間欠始動の直前の実燃圧に予め定められた値(たとえば、100kPaあるいは200kPa等)を加算した値である。
このようにすると、異常診断の開始時の実燃圧よりも高い値を目標燃圧として設定することができるため異常診断であるスタック故障の検出精度を向上させることができる。
図4を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるECU320で実行される制御処理について説明する。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)100にて、エンジンECU320は、エンジン100が間欠停止中であって、かつ、実燃圧の検出値がしきい値よりも大きいか否かを判定する。しきい値は、上述したとおり、たとえば、530kPaである。
エンジンECU320は、たとえば、PM−ECU310から停止指令信号を受信した場合に間欠停止中であることを示すフラグをオン状態にし、PM−ECU310から起動指令信号を受信した場合にフラグをオフ状態にする。そのため、エンジンECU320は、このフラグがオフ状態であればエンジン100が間欠停止中であると判定する。エンジン100が間欠停止中であって、かつ、実燃圧の検出値がしきい値よりも高いと判定される場合(S100にてYES)、処理はS102に移される。もしそうでない場合(S100にてNO)、処理はS104に移される。
S102にて、エンジンECU320は、次回の間欠始動時におけるスタック検出用目標燃圧として目標燃圧Aを設定する。目標燃圧Aは、実燃圧の検出値に予め定められた値を加算した値であって、高実燃圧時のスタック検出用目標燃圧である。
S104にて、エンジンECU320は、次回の間欠始動時におけるスタック検出用目標燃圧として目標燃圧Bを設定する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンECU320の動作について図5を参照しつつ説明する。
たとえば、エンジン100が間欠停止中である場合を想定する。エンジン100が間欠停止中であるため、図5の波形P0(実線)に示すように目標燃圧として0kPaが設定されている。また、図5の波形P1(破線)に示すように、実燃圧は、エンジン100の周囲部品からの受熱の影響によって目標燃圧Bよりも高いPaである場合を想定する。
エンジン100の間欠停止中であって、かつ、実燃圧がしきい値よりも高いPaであるため(S100にてYES)、エンジン100の次回の間欠始動時のスタック検出用目標燃圧として目標燃圧Aを設定する(S102)。具体的には、Paに予め定められた値が加算された値Pbが目標燃圧Aとして設定される。
時刻t5において、PM−ECU310は、エンジン起動指令をエンジンECU320に出力する。エンジンECU320は、エンジン起動指令に応答して、目標燃圧を0kPaからPbに変更する。目標燃圧の変更に応じてフィードポンプ512が作動し、時間の経過とともに実燃圧が上昇する。そして、実燃圧が目標燃圧Aに到達して安定するのに要する時間(燃圧安定時間)が経過した後の時刻t6において、エンジン100が始動される。エンジンECU320は、時刻t6の後に低圧デリバリーパイプ540内の燃圧を検出して、第1検出値を取得する。エンジンECU320は、その後に、目標燃圧をPbよりも低い値Pc(たとえば、530kPaあるいは400kPa)に変更し、目標燃圧を変更してから燃圧安定時間が経過した後に低圧デリバリーパイプ540内の燃圧を検出して、第2検出値を取得する。
エンジンECU320は、取得された第1検出値と第2検出値とを用いて、低圧燃圧センサ560のスタック検出を実行する。第1検出値がPbに近い値(たとえば、第1検出値とPbとの差の大きさがしきい値よりも小さい)を示し、第2検出値がPcに近い値(たとえば、第2検出値とPcとの差の大きさがしきい値よりも小さい)を示していれば、低圧燃圧センサ560は正常と判定される。第1検出値がPbに近い値でなかったり、第2検出値がPcに近い値でなかったり、あるいは、第1検出値と第2検出値との差の大きさがしきい値よりも小さい状態(すなわち、第1検出値と第2検出値とがほぼ等しい値である状態)である場合には、低圧燃圧センサ560にスタック故障が発生していると判定される。
以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置によると、異常診断の開始時の実燃圧よりも高い値を目標燃圧として設定することによりフィードポンプ512を用いて実燃圧を目標燃圧に上昇させることができるため、異常診断を精度高く実行することができる。したがって、内燃機関に設けられた燃圧センサのスタック検出を精度高く行なう内燃機関の制御装置を提供することができる。
以下、変形例について説明する。
本実施の形態において目標燃圧Aは、エンジン100の間欠停止中に検出された実燃圧に予め定められた値を加算した値であるとして説明したが、たとえば、目標燃圧Aは、予め定められた値であってもよい。予め定められた値は、実燃圧がエンジン100の周囲部品からの受熱の影響により燃圧が上昇する場合の上限値よりも高い値であることが望ましい。このようにしても、目標燃圧を実燃圧よりも高くすることができるため、異常診断を精度高く実行することができる。
さらに、本実施の形態において、目標燃圧Bを530kPaである場合を一例として説明したが、特に530kPaに限定されるものではない。目標燃圧Bは、たとえば、スタック検出が行なわれない通常運転時の燃圧(400kPa)以上の燃圧であればよい。
なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 車両、10,20 モータジェネレータ、22 回転軸、30 動力分割機構、40 リダクション機構、100 エンジン、110 燃料供給装置、120 吸気マニホールド、130 吸気ポート、140 シリンダ、250 バッテリ、300 電子制御装置、310 PM−ECU、320 エンジンECU、330 モータECU、340 バッテリECU、350 駆動輪、400 高圧燃料供給機構、410 高圧ポンプ、420 チェック弁、430 高圧燃料配管、440 高圧デリバリーパイプ、450 筒内噴射弁、452,552 噴孔部、460 高圧燃圧センサ、500 低圧燃料供給機構、510 燃料圧送部、511 燃料タンク、512 フィードポンプ、513 サクションフィルタ、514 燃料フィルタ、515 リリーフ弁、530 低圧燃料配管、540 低圧デリバリーパイプ、550 ポート噴射弁、560 低圧燃圧センサ。

Claims (1)

  1. 内燃機関の制御装置であって、
    前記内燃機関は、
    吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、
    前記ポート噴射弁から噴射するための燃料を貯留する貯留部と、
    燃料を加圧して前記貯留部に供給するフィードポンプと、
    前記貯留部に貯留される燃料の圧力を検出する燃圧センサとを含み、
    前記制御装置は、前記内燃機関の間欠始動時に、前記貯留部に貯留される燃料の圧力の目標値を変化させたときの前記燃圧センサの検出値に基づいて、前記燃圧センサの異常診断を実行し、
    前記内燃機関の前記間欠始動時に前記燃圧センサの検出値が前記目標値よりも大きい場合には、前記目標値を前記間欠始動時の前記燃圧センサの検出値よりも高い値に設定して、前記異常診断を実行する、内燃機関の制御装置。
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