JP2018127898A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両減速時に燃料カット制御が行われるエンジンにおいて、インジェクタに燃料を供給する燃料供給系内の実燃圧が下がり切らない状況を回避する。【解決手段】車両減速度が閾値を上回った時刻ｔ５において、高圧燃料ポンプからの燃料の吐出を強制的に停止させる。よって、時刻ｔ５以降に、燃料タンクから燃料分配管に新たな燃料が供給されることはない。また、時刻ｔ５は、燃料カット制御が開始される時刻ｔ２よりも早い。そのため、時刻ｔ５から時刻ｔ２までの間は、インジェクタからの燃料の噴射が継続されることになる。従って、時刻ｔ２において燃料カット制御が開始されたとしても、それまでの間に燃料分配管からインジェクタを経由して筒内に燃料を噴射して、緩減速の場合と同等の圧力まで実燃圧を十分に下げておくことができる。【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特開２０１３−２２７９２７号公報には、ディーゼルエンジンの筒内に噴射される燃料の圧力を、エンジン負荷に応じて変更する内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置は、インジェクタに燃料を供給する蓄圧容器内の燃料の圧力（燃圧）の目標値をエンジン負荷に応じて設定する。また、この制御装置は、蓄圧容器に設けたレール圧センサの検出信号を用いて実際の燃料の圧力（実燃圧）をモニタしながら、燃料タンクから汲み上げた燃料を高圧にして蓄圧容器に供給するサプライポンプを駆動する。

特開２０１３−２２７９２７号公報

上記制御装置を搭載した車両の減速時にエンジン負荷が低下すると、サプライポンプの駆動が停止される。サプライポンプの駆動が停止されると、サプライポンプから蓄圧容器への燃料の供給が止まる。一方、インジェクタからは燃料が噴射され続けるので、実燃圧が下がる。しかし、このような減速時に、サプライポンプの駆動停止とは別に燃料カット制御が行われる場合は、次のような問題が生じる可能性がある。燃料カット制御は、エンジン回転速度、車速やスロットル開度から車両減速状態を検出してインジェクタからの燃料噴射量を減らし、またはインジェクタからの燃料噴射そのものを停止する制御である。

車両減速状態の検出時期は、減速度が大きい場合ほど、つまり、急減速の場合ほど早くなる。そのため、急減速の場合は緩減速の場合に比べ、燃料カット制御が早期に開始されることになる。燃料カット制御が早期に開始されれば、急減速中に蓄圧容器からインジェクタを経由して筒内に噴射される燃料量が減ることになる。ここで、上述したサプライポンプの駆動の停止は、急減速中においても行われる。そのため、燃料カット制御中に燃料タンクから蓄圧容器に新たな燃料が供給されることはない。しかし、燃料カット制御の実行によって蓄圧容器外に噴射される燃料量が減っているので、蓄圧容器内に燃料が多く残ってしまうことになり、実燃圧が高い状態のままとなる。

一方、吸入空気量は急減速中に低下して、アイドル運転時相当量まで減少する。そして、上述した高い実燃圧と低い吸入空気量の状況下で車両が加速に転じると、アイドル運転時相当量に応じて設定される少ない要求噴射量を上回る量の燃料が、インジェクタから噴射される可能性がある。そうすると、筒内空燃比が目標空燃比よりもリッチ側にずれて、エミッションが悪化してしまう。

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものである。即ち、車両減速時に燃料カット制御が行われるエンジンにおいて、インジェクタに燃料を供給する燃料供給系内の実燃圧が下がり切らない状況を回避することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するため、筒内に燃料を直接噴射するインジェクタと、前記インジェクタに燃料を供給する燃料供給系と、燃料タンクから汲み上げられた燃料を高圧にして前記燃料供給系に供給する高圧燃料ポンプと、を備える車載エンジンを制御する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、
所定の車両減速条件の成否判定を行い、前記車両減速条件の成立時には前記インジェクタからの燃料噴射量を減らし、または、前記インジェクタからの燃料噴射を停止する燃料カット制御を実行し、
前記車両減速条件の成否判定の前に所定の車両急減速条件の成否判定を行い、前記車両急減速条件の成立時には前記高圧燃料ポンプの駆動を停止するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、所定の車両減速条件の成否判定の前に、所定の車両急減速条件の成否判定を行い、所定の車両急減速条件の成立時には高圧記料ポンプの駆動を停止することができる。つまり、燃料カット制御の実行の要否に関する判定を行う前に、高圧燃料ポンプの駆動の停止に関する判定を行って、高圧燃料ポンプの駆動を停止することができる。そのため、燃料カット制御の実行が必要と判定される場合であっても、この判定よりも前に行われる高圧燃料ポンプの駆動の停止によって、燃料分配管内の燃料の圧力を予め下げておくことができる。従って、車両急減速時の燃料カット制御の実行によって燃料分配管内の燃料の圧力が下がり切らない状態を回避することが可能となる。また、燃料カット制御からの復帰時におけるエミッションの悪化を抑えることも可能となる。

本発明の実施の形態に係るシステムの構成例を示す概略図である。 燃料カット制御が行われる車両減速時の問題点を説明する図である。 本発明の実施の形態における制御内容を説明する図である。 本発明の実施の形態において、ＥＣＵが実行する始動時制御に関する処理ルーチンの一例を示す図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［システム構成例の説明］
図１は、本発明の実施の形態に係るシステムの構成例を示す概略図である。図１に示すシステムは、車両に搭載されるガソリンエンジンの燃料噴射システムである。このシステムは、燃料を貯留する燃料タンク１０を備えている。燃料タンク１０内には、燃料を濾過するフィルタ１２と、フィルタ１２を介して燃料タンク１０内の燃料を汲み上げる低圧フィードポンプ１４とが設けられている。低圧フィードポンプ１４は、燃料タンク１０内の燃料を所定圧力（例えば、数百ｋＰａ程度）まで加圧して、低圧燃料供給管１６に送り出すように構成されている。低圧燃料供給管１６には、低圧燃料戻し管１８が分岐して設けられている。低圧燃料戻し管１８には、低圧調整弁２０が設けられている。低圧調整弁２０は、低圧燃料供給管１６内の燃料の圧力が所定圧力よりも高くなった場合に開かれる。低圧調整弁２０が開かれると、低圧フィードポンプ１４から吐出された低圧燃料の一部が燃料タンク１０に戻される。

また、低圧燃料供給管１６には、高圧燃料ポンプ２２が接続されている。高圧燃料ポンプ２２は、クランクシャフト（図示しない）の回転により駆動され、加圧室２４内の燃料を所定圧力（例えば、数十ＭＰａ程度）まで加圧して、高圧燃料供給管２６に送り出すように構成されている。高圧燃料供給管２６には、吐出弁２８が設けられている。吐出弁２８は、後述する加圧室２４内の燃料の圧力が所定圧力（例えば、数十ＭＰａ程度）まで上昇した場合に開かれる。吐出弁２８が開かれると、高圧燃料ポンプ２２から送り出された燃料が高圧燃料供給管２６を流れて燃料分配管（デリバリパイプ）３０に供給される。

高圧燃料ポンプ２２は、シリンダ３２と、シリンダ３２内に配設されたプランジャ３４と、を備えている。プランジャ３４は、カムシャフト３６に設けられたカム３８により、シリンダ３２内を往復運動するように構成されている。シリンダ３２内には、プランジャ３４の先端部によって加圧室２４が区画形成されている。加圧室２４の吸入口４０には、スピル弁４２が設けられている。スピル弁４２は常開式の電磁弁であり、ソレノイド４４への通電に応じて閉弁する。ソレノイド４４の非通電時、スピル弁４２は、スプリング４６によりプランジャ３４側に付勢されて開弁状態となる。ソレノイド４４の通電時、スピル弁４２は、ソレノイド４４側に吸引されて閉弁状態となる。スピル弁４２が閉弁状態になると、吸入口４０を介した燃料の吸入、流出が遮断される。

加圧室２４は、プランジャ３４の往復運動に応じて容積が変化する。プランジャ３４の往復運動は、吸入行程と圧送行程とから構成される。吸入行程では、プランジャ３４がカム３８側に移動して加圧室２４の容積が増大する。このとき、スピル弁４２が開弁状態であると、吸入口４０から加圧室２４に燃料が流入する。圧送行程では、プランジャ３４がスピル弁４２側に移動して加圧室２４の容積が減少する。このとき、スピル弁４２が閉弁状態であると、加圧室２４内の燃料の圧力が上昇する。そして、加圧室２４内の燃料の圧力が吐出弁２８が開かれる所定圧力まで高まると、吐出弁２８が開かれる。これにより、加圧室２４内の燃料が、高圧燃料供給管２６に吐出される。

高圧燃料ポンプ２２では、プランジャ３４の往復周期におけるソレノイド４４の通電期間の比である通電デューティー比が変更されている。これにより、高圧燃料ポンプ２２から燃料分配管３０に吐出される燃料量が調整されている。燃料分配管３０には、筒内に燃料を直接噴射するインジェクタ４８が接続されている。インジェクタ４８は、常閉式の電磁弁であり、ソレノイド（図示しない）への通電に応じて開弁する。ソレノイドの通電時、インジェクタの弁体（図示しない）が開弁位置に移動し、燃料噴射が行われる。ソレノイドの非通電時、弁体が元の閉弁位置に戻り、燃料噴射が停止される。燃料分配管３０には、燃料分配管３０内の燃料の圧力を検出する燃圧センサ５２が設けられている。

図１に示すシステムは、制御装置としてのＥＣＵ５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等を備えている。ＥＣＵ５０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込んで処理する。各種センサには、上述した燃圧センサ５２の他に、スロットルセンサ５４、アクセルセンサ５６、クランク角センサ５８、エアフローメータ６０が少なくとも含まれる。スロットルセンサ５４は、スロットル弁（図示しない）の開度に応じた信号を出力する。アクセルセンサ５６は、アクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力する。クランク角センサ５８は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力する。エアフローメータ６０は、エンジンの吸入空気量に応じた信号を出力する。ＥＣＵ５０は、各種センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。各種アクチュエータには、上述した低圧フィードポンプ１４、高圧燃料ポンプ２２、インジェクタ４８が少なくとも含まれている。

ＥＣＵ５０は、クランク角センサ５８の出力からエンジン回転速度を演算する。ＥＣＵ５０は、演算したエンジン回転速度と、エアフローメータ６０の出力とからエンジン負荷を演算する。また、ＥＣＵ５０は、演算したエンジン回転数、エンジン負荷、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射圧力の目標値（以下、「要求燃圧」ともいう。）を設定する。また、ＥＣＵ５０は、設定した要求燃圧と、燃圧センサ５２の検出圧力値（以下、「実燃圧」ともいう。）が一致するように、高圧燃料ポンプ２２からの燃料吐出量をフィードバック制御（燃圧制御）する。また、ＥＣＵ５０は、吸入空気量、エンジン回転速度、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて、インジェクタ４８からの燃料噴射量と噴射時期を制御する。この燃料噴射制御は、具体的に、インジェクタ４８が有するソレノイドの通電期間と、このソレノイドへの通電開始タイミングとを設定することにより行われる。この通電期間は、実燃圧に基づいて設定される。

［実施の形態の制御の特徴］
ＥＣＵ５０は、上述した燃圧制御や燃料噴射制御に加えて、燃料カット制御（以下、「Ｆ／Ｃ制御」ともいう。）を行う。Ｆ／Ｃ制御は、エンジン回転速度、車速やスロットル開度から減速状態を検出してインジェクタ４８からの燃料噴射量を減らし、またはインジェクタ４８からの燃料噴射そのものを停止する制御である。但し、このようなＦ／Ｃ制御が車両減速時に行われる場合、次のような問題が生じる可能性がある。図２は、Ｆ／Ｃ制御が行われる車両減速時の問題点を説明する図である。

図２では、略全開状態にあるスロットル弁が時刻ｔ_１において閉じ側に操作され、その後に全閉状態となる。急減速（実線）の場合は、時刻ｔ_２においてスロットル弁が全閉状態となる。緩減速（一点鎖線）の場合は、時刻ｔ_３においてスロットル弁が全閉状態となる。スロットル開度に関する条件が成立し、更に、エンジン回転速度や車速に関する条件が成立すると、Ｆ／Ｃ制御が開始される。急減速の場合は時刻ｔ_２において、緩減速の場合は時刻ｔ_２よりも遅い時刻ｔ_３において、それぞれＦ／Ｃ制御が開始される。急減速の場合にＦ／Ｃ制御の開始が早くなるのは、エンジン負荷の低下率が大きく、上述した条件がより早く成立するためである。

問題となるのは、Ｆ／Ｃ制御が開始されると、燃料分配管からインジェクタを経由して筒内に噴射される燃料量が減ることである。時刻ｔ_１以降はエンジン負荷の低下に伴って要求燃圧が下がることから、上述した燃圧制御に従い高圧燃料ポンプが有するソレノイドの通電期間が短くされ、最終的にはこの高圧燃料ポンプからの燃料の吐出が停止される。急減速の場合は時刻ｔ_２において、緩減速の場合は時刻ｔ_３において、それぞれ燃料の吐出が停止される。よって、時刻ｔ_２または時刻ｔ_３以降に、燃料タンクから燃料分配管に新たな燃料が供給されることはない。しかし、Ｆ／Ｃ制御が実行されると燃料分配管外に噴射される燃料量が減るので、早い時刻ｔ_２においてＦ／Ｃ制御が開始される急減速の場合は、燃料分配管内に燃料が多く残ってしまい、実燃圧が高い状態のままとなる。

時刻ｔ_２以降または時刻ｔ_３以降のスロットル弁は全閉状態となっており、吸入空気量はアイドル運転時相当量まで減少している。そのため、時刻ｔ_４においてスロットル開度が増加に転じたときには、Ｆ／Ｃ制御が終了し、このアイドル運転時相当量に応じた少ない要求噴射量が設定される。ここで、既に説明したように、上述した燃料噴射制御では、実燃圧に基づいてインジェクタのソレノイドの通電期間が設定される。そのため、少ない要求噴射量に対しては、インジェクタのソレノイドの通電期間が相応の期間に設定されることになる。しかし、このソレノイドの応答性には限界がある。そのため、ソレノイドの通電期間には、最小噴射期間限界τがある。故に、実燃圧が高い状態の急減速の場合は、少ない要求噴射量を上回る量の燃料がインジェクタから噴射される可能性がある。そうすると、時刻ｔ_４以降に示すように、筒内空燃比が目標空燃比よりもリッチ側にずれて、エミッションが悪化してしまう。

そこで、本実施の形態においては、アクセル開度の変化量に基づいて車両減速度に関する判定を行う。そして、車両減速度が大きい、つまり、車両が急減速状態にあると判定した場合は、高圧燃料ポンプからの燃料の吐出を停止する。つまり、上述した燃圧制御に従うことなく、高圧燃料ポンプからの燃料の吐出を強制的に停止させる。図３は、本発明の実施の形態における制御内容を説明する図である。図３に示す時刻ｔ_１〜ｔ_４は、それぞれ図２で説明した時刻ｔ_１〜ｔ_４に相当する時刻である。すなわち、時刻ｔ_１以降においては、減速に伴うエンジン負荷の低下に伴ってインジェクタからの燃料噴射量が減らされる。また、急減速（実線）の場合は時刻ｔ_２において、緩減速（一点鎖線）の場合は時刻ｔ_２よりも遅い時刻ｔ_３において、それぞれＦ／Ｃ制御が開始される。また、時刻ｔ_４においてスロットル開度が増加に転じ、Ｆ／Ｃ制御からの復帰がなされている。

車両減速度は、急減速の場合ほど大きくなる。本実施の形態では、車両減速度が閾値を上回った時刻ｔ_５において、高圧燃料ポンプからの燃料の吐出を強制的に停止させる。よって、この時刻ｔ_５以降に、燃料タンクから燃料分配管に新たな燃料が供給されることはない。また、この時刻ｔ_５は、Ｆ／Ｃ制御が開始される時刻ｔ_２よりも早い。そのため、時刻ｔ_５から時刻ｔ_２までの間は、インジェクタからの燃料の噴射が継続されることになる。従って、時刻ｔ_２においてＦ／Ｃ制御が開始されたとしても、それまでの間に燃料分配管からインジェクタを経由して筒内に燃料を噴射して、緩減速の場合と同等の圧力まで実燃圧を十分に下げておくことができる。故に、本実施の形態によれば、時刻ｔ_４における少ない要求噴射量と略等しい量の燃料をインジェクタから噴射することができる。故に、時刻ｔ_４以降の筒内空燃比を目標空燃比と略等しくして、エミッションの悪化を抑えることができる。

［具体的処理］
図４は、本発明の実施の形態において、ＥＣＵが実行する減速時の制御に関する処理ルーチンの一例を示す図である。本ルーチンは、所定の制御ルーチンごとに繰り返し実行されるものとする。

図４に示すルーチンにおいて、ＥＣＵは、先ず、各種センサの出力値を取得する（ステップＳ１０）。各種センサの出力値には、クランク角センサの出力値、アクセルセンサの出力値、スロットルセンサの出力値、エアフローメータの出力値が少なくとも含まれる。ＥＣＵは、本ステップＳ１０で取得した出力値を用いて、エンジン回転速度、エンジン負荷等の運転状態に関するパラメータを演算する。

ステップＳ１０に続いて、ＥＣＵは、ステップＳ１０で演算したパラメータを用いて、エンジンの運転状態に関する判定（減速要求の有無に関する判定）を行う（ステップＳ１２）。ＥＣＵは、アクセル開度（またはスロットル開度）の変化量（または変化速度）を用いて、減速要求の有無を判定する。減速要求が無いと判定した場合、ＥＣＵはこれ以降の処理をスキップする。

ステップＳ１２において減速要求が有ると判定した場合、ＥＣＵは、車両減速度（すなわち、アクセル開度の変化量）が閾値を上回るか否かを判定する（ステップＳ１４）。車両減速度が閾値を下回ると判定した場合、ＥＣＵはこれ以降の処理をスキップする。

ステップＳ１４において車両減速度が閾値を上回ると判定した場合、ＥＣＵは、車両が急減速状態にあると判断し、高圧燃料ポンプの駆動を停止させる（ステップＳ１６）。本ステップの処理が行われることで、燃料タンクから燃料分配管への新たな燃料の供給が停止される。

ステップＳ１６に続いて、ＥＣＵは、ステップＳ１０で演算したパラメータを用いて、Ｆ／Ｃ制御の開始条件の成否を判定する（ステップＳ１８）。ＥＣＵは、スロットル開度、エンジン回転速度および車速を用いて、上述した開始条件の成否を判定する。上述した開始条件が成立しないと判定した場合、ＥＣＵはこれ以降の処理をスキップする。

ステップＳ１８において上述した開始条件が成立すると判定した場合、ＥＣＵは、インジェクタの駆動を停止させる（ステップＳ２０）。本ステップの処理が行われることで、Ｆ／Ｃ制御が開始され、インジェクタからの燃料噴射量が減らされ、またはインジェクタからの燃料噴射そのものが停止される。

以上、図４に示したルーチンによれば、車両減速度が閾値を上回る場合に、Ｆ／Ｃ制御の開始条件の判定処理よりも前に高圧燃料ポンプの駆動を停止させることができる。よって、仮に、判定処理の結果、Ｆ／Ｃ制御が開始されたとしても、それまでの間に実燃圧を十分に下げておくことができる。よって、Ｆ／Ｃ制御からの復帰時の実燃圧を適正な燃圧にして、筒内空燃比を適切な範囲に収めることができる。故に、Ｆ／Ｃ制御からの復帰時のエミッションの悪化を抑えることができる。

なお、上記実施の形態においては、図１に示した吐出弁２８よりも下流側の高圧燃料供給管２６、および燃料分配管３０が本発明の「燃料供給系」に相当し、Ｆ／Ｃ制御の開始条件の判定処理が本発明の「所定の車両減速条件の成否判定」に相当し、アクセル開度の変化量を用いた車両減速度に関する判定が本発明の「所定の車両急減速条件の成否判定」に相当している。

その他の実施の形態．
ところで、上記実施の形態では、アクセル開度の変化量を用いて車両減速度に関する判定を行った。しかし、車両駆動源としてエンジンの他にモータを備えるハイブリッド車両の場合には、アクセル開度の変化量の代わりに要求トルクの変化量を用いて車両減速度に関する判定を行ってもよい。この場合は、要求トルクの減少度が閾値を上回った場合に、車両減速度が閾値を上回ると判定してもよい。また、車両が停止に向けて減速中にエンジンを自動停止させる減速Ｓ＆Ｓ制御や、ある程度以上の車速で走行中にエンジンを自動停止させるフリーランＳ＆Ｓ制御の場合は、所定のエンジン停止条件の成立をもって、車両減速度が閾値を上回ると判定してもよい。

１０ 燃料タンク
２２ 高圧燃料ポンプ
２６ 高圧燃料供給管
２８ 吐出弁
３０ 燃料分配管
４８ インジェクタ
５０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 筒内に燃料を直接噴射するインジェクタと、前記インジェクタに燃料を供給する燃料供給系と、燃料タンクから汲み上げられた燃料を高圧にして前記燃料供給系に供給する高圧燃料ポンプと、を備える車載エンジンを制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、
   所定の車両減速条件の成否判定を行い、前記車両減速条件の成立時には前記インジェクタからの燃料噴射量を減らし、または、前記インジェクタからの燃料噴射を停止する燃料カット制御を実行し、
   前記車両減速条件の成否判定の前に所定の車両急減速条件の成否判定を行い、前記車両急減速条件の成立時には前記高圧燃料ポンプの駆動を停止するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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