JP2019060329A - エンジン制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような高圧燃料システムにおいて、構成部品の故障等の異常が発生し、インジェクタに供給される燃料の圧力が低下すると、噴射時の筒内圧によっては燃料噴射が不可能となってエンジンストールが発生する可能性がある。このため、異常時にも燃料噴射を可能とするフェイルセーフ制御を行うことが求められる。
このようなフェイルセーフ制御の一つとして、過給エンジンの場合には、高圧燃料システムの故障時に、筒内圧がインジェクタに供給される燃圧より上昇することを避けるため、過給圧制御により吸入空気圧の制限を行うことが提案されている。
また、高圧燃料システムの診断手法として、インジェクタの通電状態に基づいて異常を検出する通電診断、及び、エンジン運転中の燃圧の推移が正常時から乖離することに基づいて異常を検出する特性診断がある。
特性診断は、通電診断に対して診断終了までに比較的長時間を要する。このため、通電診断により異常が検出されず、特性診断により異常が検出された場合に、異常診断の成立後にウェイストゲートバルブの開動作を開始しても筒内圧の抑制が間に合わず、エンジンストールが発生することが懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、高圧燃料システムに異常が発生した場合にエンジンストールを防止するエンジン制御装置を提供することである。
請求項1に係る発明は、排ガスにより駆動されるタービン及び前記タービンにより駆動されるコンプレッサを有するターボ過給機と、前記排ガスが前記タービンをバイパスするウェイストゲート流路に設けられたウェイストゲートバルブと、新気が前記コンプレッサをバイパスするエアバイパス流路に設けられたエアバイパスバルブと、フィードポンプから供給される燃料の圧力を昇圧する高圧燃料ポンプ、及び、前記高圧燃料ポンプが吐出する燃料を噴射するインジェクタを有する高圧燃料システムとを有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、前記エアバイパスバルブを制御するエアバイパスバルブ制御部と、前記高圧燃料システムの異常を検出する異常検出部を有し、前記エアバイパスバルブ制御部は、前記異常検出部による異常の検出に応じて、前記エアバイパスバルブの開度を増加させることを特徴とするエンジン制御装置である。
なお、本明細書、特許請求の範囲において、「開度の増加」とは、閉状態から開状態への推移、及び、開状態からより開度の大きい開状態(全開を含む)への推移を含むものとする。
これによれば、高圧燃料システムの異常時にエアバイパスバルブを開くことによって、ウェイストゲートバルブの開度を増加する従来技術に対して急激に過給圧を低下させ、吸入空気圧を抑制して筒内圧を低下させることができる。
これによって、高圧燃料システムの異常時であっても燃料噴射を可能としてエンジンストールを防止することができる。
これによれば、第1の診断により短時間で異常が検出された場合には、ウェイストゲートバルブのみを開くことによって、過給圧を穏やかに低下させ、急激な過給圧の低下によるエンジン出力トルクの急変やショックの発生を防止することができる。
一方、比較的長時間を要する第2の診断で異常が検出された場合には、エアバイパスバルブを開いて急激に過給圧を低下させ、エンジンストールの発生を防止することができる。
これによれば、各診断手法の診断に要する時間に応じて適切な過給圧抑制を行うことができ、上述した効果を確実に発揮できる。
実施形態のエンジン制御装置は、例えば乗用車等の自動車に、走行用動力源として搭載される直噴ターボ過給ガソリンエンジンに設けられるものである。
図1は、実施形態のエンジン制御装置を有するエンジンの構成を模式的に示す図である。
図1に示すように、エンジン1は、本体部10、吸気装置20、排気装置30、ターボチャージャ40、燃料供給装置50、蒸発燃料処理装置60、EGR装置70、エンジン制御ユニット(ECU)100等を有して構成されている。
本体部10は、クランクシャフト11、シリンダブロック12、シリンダヘッド13、吸気バルブ駆動系14、排気バルブ駆動系15、点火栓16等を有して構成されている。
シリンダブロック12は、各気筒のシリンダを有するブロック状の部材であって、クランクシャフト11を挟んで左右二分割されている。
シリンダブロック12における右半部(ここでいう左右は、縦置きでの車載状態における車体左右を指すものとする。)には、車両前方側から順に第1、第3気筒が設けられ、左半部には、第2、第4気筒が設けられている。
クランクシャフト11は、シリンダブロック12に設けられたメインベアリングによって、回転可能に支持されている。
シリンダブロック12には、クランクシャフト11の角度位置を検出するクランク角センサ11aが設けられている。
シリンダヘッド13は、燃焼室、吸気ポート、排気ポート、吸気バルブ、排気バルブ等を有して構成されている。
燃焼室は、図示しないピストンの冠面と対向して設けられた凹部であって、ピストンにより圧縮された混合気が燃焼する空間部の一部を構成するものである。
吸気ポートは、燃焼室内に燃焼用空気(新気)を導入する流路である。
排気ポートは、燃焼室から既燃ガス(排ガス)を排出する流路である。
吸気バルブ、排気バルブは、吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ所定のバルブタイミングで開閉するものである。
また、吸気バルブ駆動系14、排気バルブ駆動系15は、油圧アクチュエータによってカムスプロケットとカムシャフトとを回転中心軸回りに相対回動させるバルブタイミング可変機構を備えている。
吸気装置20は、インテークダクト21、エアクリーナ22、エアフローメータ23、エアバイパスバルブ24、インタークーラ25、スロットル26、インテークマニホールド27、タンブルジェネレータバルブ28等を有して構成されている。
インテークダクト21の中間部には、後述するようにターボチャージャ40のコンプレッサ41が設けられている。
エアフローメータ23は、エアクリーナ22の出口部に設けられ、通過する空気流量を測定するセンサである。
エアフローメータ23の出力は、ECU100に伝達され、燃料噴射量等の制御や、負荷状態の推定等に利用される。
エアバイパスバルブ24の開度(バイパスされる空気量)は、ECU100からの指令に応じて変更可能となっている。エアバイパスバルブ24は、例えば、その開度を全閉と全開とで切り替えるバルブであってもよいし、全閉と全開の間の任意の開度に制御可能なバルブであってもよい。
これによって、コンプレッサ41の上流側と下流側との差圧を低減することができる。
エアバイパスバルブ24は、例えば減速時におけるタービン42のブレード保護や、パージバルブ66の開固着故障時におけるパージガス流量抑制等のために開弁されるとともに、通常時には閉弁されている。
また、実施形態において、エアバイパスバルブ24は、高圧燃料システムの故障時に過給圧を急激に低下させるために開かれる。この点については、後に詳しく説明する。
スロットル26は、エンジン1の出力調整のため、吸入空気量を調整するスロットルバルブを備えている。
スロットルバルブは、ECU100からの指令に応じて電動アクチュエータによって所定の開度となるように開閉駆動される電動式のバタフライバルブである。
スロットル26は、インタークーラ25の出口に隣接して配置されている。
スロットル26の入口側(上流側)には、吸気管圧力を検出する図示しない圧力センサが設けられている。
圧力センサの出力は、ECU100に伝達される。
インテークマニホールド27には、スロットル26よりも下流側における吸気管圧力を検出する圧力センサ27aが設けられている。
圧力センサ27aの出力は、ECU100に伝達される。
TGV28は、隔壁の一方側の流路を実質的に閉塞する閉状態と、これを開放する開状態との間で推移する。
TGV28は、閉状態である場合に、シリンダ内のタンブル流を開状態に対して促進する機能を有する。
排気装置30は、エキゾーストマニホールド31、エキゾーストパイプ32、フロント触媒33、リア触媒34、サイレンサ35等を有して構成されている。
エキゾーストマニホールド31の途中には、タービン42側からフロント触媒33、リア触媒34が順次設けられている。
フロント触媒33の入口部、出口部には、排ガスの性状に基づいて空燃比(A/F)を検出するフロントA/Fセンサ33a、リアA/Fセンサ33bがそれぞれ設けられている。
フロントA/Fセンサ33a、リアA/Fセンサ33bの出力は、ECU100に伝達され、燃料噴射量の空燃比フィードバック制御や、フロント触媒33の劣化診断等に用いられる。
エキゾーストパイプ32は、出口部付近において例えば2本に分岐しており、サイレンサ35は分岐箇所よりも下流側の部分にそれぞれ設けられている。
ターボチャージャ40は、コンプレッサ41、タービン42、ベアリングハウジング43、ウェイストゲートバルブ44等を有して構成されている。
タービン42は、排ガスのエネルギを利用してコンプレッサ41を駆動するものである。
ベアリングハウジング43は、コンプレッサ41とタービン42との間に設けられている。
ベアリングハウジング43は、コンプレッサ41とタービン42のハウジング間を連結するとともに、コンプレッサホイルとタービンホイルとを連結するシャフトを回転可能に支持するベアリング及び潤滑装置等を有する。
ウェイストゲートバルブ44は、開閉駆動用の電動アクチュエータ、及び、開度位置検出用の図示しない開度センサを有し、ECU100によって開度を制御されている。
燃料供給装置50は、低圧ポンプ51、フィードライン52、高圧ポンプ53、高圧燃料ライン54、インジェクタ55等を有して構成されている。
燃料を吐出し、高圧ポンプ52に搬送するフィードポンプである。
フィードライン52は、低圧ポンプ51が吐出した燃料を、高圧ポンプ53に搬送する燃料流路である。
高圧ポンプ53は、カムシャフトの回転と連動してシリンダ内を往復し燃料を加圧するプランジャ、及び、電磁調量弁を備え、ECU100によって電磁調量弁のデューティ比を制御することによって、高圧燃料ライン54内の燃料圧力を調節可能となっている。
高圧燃料ライン54には、内部の燃料の圧力を検出する燃圧センサ54aが設けられている。
燃圧センサ54aの出力はECU100に伝達される。
インジェクタ55は、ECU100が発生する開弁信号に応じて生成される駆動電流に応じて開弁するとともに、この駆動電流は正常に通電されているか否か常時モニタされている。
蒸発燃料処理装置60は、キャニスタ61、パージライン62,63,64、パージバルブ65、エジェクタ66等を有して構成されている。
キャニスタ61は、燃料タンクから図示しない配管を介して燃料蒸発ガスが導入される。
パージライン62は、上流側の端部がキャニスタ61に接続され、下流側の端部がパージバルブ65の入側に接続されている。
パージライン63の中間部には、チェックバルブ63aが設けられている。
チェックバルブ63aは、インテークマニホールド27側からパージバルブ65側へのパージガスの逆流を防止する逆止弁である。
パージライン64は、パージライン63におけるパージバルブ65とチェックバルブ63aとの間の領域から分岐するとともに、下流側の端部はエジェクタ66におけるノズル66bよりも下流側の領域に接続されている。
パージライン64の中間部には、チェックバルブ64aが設けられている。
チェックバルブ64aは、エジェクタ66側からパージバルブ65側へのパージガスの逆流を防止する逆止弁である。
パージバルブ65は、ECU100からの開指令、閉指令に応じて開閉される。
エジェクタ66は、筒型容器状に形成され、導入管路66a、ノズル66b、吐出口66c等を有して構成されている。
導入管路66aは、エジェクタ66の上流側の端部に、インテークダクト21のコンプレッサ41よりも下流側の領域から抽出された空気を導入する管路である。
ノズル66bは、導入管路66aから導入されエジェクタ66内を流れる空気流を絞って流速を高め、ベンチュリ効果によって負圧を発生させるものである。
吐出口66cは、エジェクタ66の下流側の端部に設けられ、合流後の空気及びパージガスを、エジェクタ66の内部からインテークダクト21におけるコンプレッサ41よりも上流側の領域に導入する連通箇所である。
EGR装置70は、EGR流路71、EGRバルブ72等を備えている。
EGRバルブ72は、EGR流路71に設けられ、EGRガスの流量を調節する調量弁である。
EGRバルブ72は、ソレノイド等の電動アクチュエータによって駆動される弁体を有する。
EGRバルブ72は、定常時には、ECU100によって、所定の目標EGR率(EGRガス流量/吸気流量)に基づいて設定された開度マップを用いて開度を制御される。
また、EGR装置70は、EGRガスを冷却水との熱交換によって冷却する図示しないEGRクーラを備えている。
ECU100は、エンジン1に設けられた各種センサや、制御対象となる各種デバイスと直接に、あるいは、CAN通信システム等の車載LAN装置を介して間接的に接続されている。
ECU100は、例えばCPU等の情報処理手段、RAMやROM等の記憶手段、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を有して構成されている。
ECU100には、エンジン1に設けられた各センサの出力がそれぞれ伝送されるとともに、エンジン1に設けられた各アクチュエータ、バルブ類、点火栓、インジェクタ等の制御対象に対して制御信号を出力可能となっている。
また、ECU100は、エンジン1の運転状態に応じて、エアバイパスバルブ24、ウェイストゲートバルブ44を制御するエアバイパスバルブ制御部、ウェイストゲートバルブ制御部としての機能を有する。
燃料供給装置50の異常検出は、例えば、以下説明する通電診断、及び、特性診断が行われる。
通電診断は、比較的短時間(例えば数十msec)で診断が終了する、本発明にいう第1の診断である。
通常、燃料圧力は、ECU100によって設定される所定の目標燃圧付近まで昇圧され、いずれかの気筒のインジェクタ55において噴射が行われた場合には、一時的に低下した後に再び昇圧される。
異常が発生した場合には、このような燃料圧力の履歴が示すパターンが、通常時のパターンから乖離する。
ECU100は、燃料圧力の推移(履歴)をモニタするとともに、現在の燃料圧力推移パターンと予め設定された基準となる燃料圧力推移パターンとを比較し、所定値以上の乖離が連続的に検出された場合には異常診断を成立させる。
特性診断は、通電診断に対して比較的長時間(例えば数秒間)を診断に要する、本発明にいう第2の診断である。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
ECU100は、高圧燃料システムの診断を開始する。
高圧燃料システムの診断は、上述した通電診断及び特性診断をともに実行する。
その後、ステップS02に進む。
ECU100は、通電診断において高圧燃料システムの異常判定が成立したか否かを判別する。
異常判定が成立した場合はステップS03に進み、成立しない場合はステップS04に進む。
ECU100は、ウェイストゲートバルブ44の開度を増加させてタービン42に導入される排ガス流量を低減し、ターボチャージャ40の過給圧を低下させ、燃料噴射時の筒内圧が燃圧を超過しないようにする。
例えば、ウェイストゲートバルブ44を全開とする。
このとき、吸入空気量を絞って筒内圧を抑制するため、スロットル26の開度を制限してもよい。
なお、エアバイパスバルブ24の開度は維持される。通常、エアバイパスバルブ24は閉状態となっている。
その後、ステップS04に進む。
ECU100は、特性診断において高圧燃料システムの異常判定が成立したか否かを判別する。
異常判定が成立した場合はステップS05に進み、成立しない場合は一連の処理を終了(リターン)する。
ECU100は、ウェイストゲートバルブ44の開度を増加させるとともに、エアバイパスバルブ24の開度を増加させる。
例えば、ウェイストゲートバルブ44及びエアバイパスバルブ24をともに全開とする。
エアバイパスバルブ24を開くことにより、コンプレッサ41の下流側の過給された新気の一部はコンプレッサ41の上流側に環流される。ウェイストゲートバルブ44を開いたことによる過給圧抑制効果とも相まって、コンプレッサ41の下流側における吸気圧力は急激に低下し、燃料噴射時の筒内圧が燃圧を超過しない程度に抑制される。
このとき、吸入空気量を絞って筒内圧を抑制するため、スロットル26の開度を制限してもよい。
その後、一連の処理を終了(リターン)する。
(1)高圧燃料システムの異常時にエアバイパスバルブ24を全閉状態から全開状態まで開くことによって、ウェイストゲートバルブ44のみの開度を増加する従来技術に対して急激に過給圧を低下させ、吸入空気圧を抑制して筒内圧を低下させることができる。
これによって、高圧燃料システムの異常時であっても燃料噴射を可能としてエンジンストールを防止することができる。
(2)、通電診断により短時間で異常が検出された場合には、ウェイストゲートバルブ44の開度のみを増加させることによって、急激な過給圧の低下によるエンジン出力トルクの急変やショックの発生を防止することができる。
一方、比較的長時間を要する特性診断で異常が検出された場合には、エアバイパスバルブ24を開いて急激に過給圧を低下させ、エンジンストールの発生を防止することができる。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)エンジン制御装置及びエンジンの構成は、上述した実施形態に限定されることなく適宜変更することができる。
例えば、エンジンのシリンダレイアウト、気筒数、燃料噴射方式、動弁駆動方式、過給機の有無及び種類等は、実施形態の構成に限定されず適宜変更することができる。
(2)高圧燃料システムの異常を検出する手法は、実施形態のような通電診断、特性診断に限らず、適宜変更することができる。
(3)実施形態においては高圧燃料システムの異常時にウェイストゲートバルブ、エアバイパスバルブの開度を全開としているが、これに限らず、中間開度において開度を増加させることでエンジンストールを防止できる場合には、そのようにしてもよい。
10 本体部 11 クランクシャフト
11a クランク角センサ 12 シリンダブロック
13 シリンダヘッド 14 吸気バルブ駆動系
15 排気バルブ駆動系 16 点火栓
20 吸気装置 21 インテークダクト
22 エアクリーナ 23 エアフローメータ
24 エアバイパスバルブ 25 インタークーラ
26 スロットル 27 インテークマニホールド
27a 圧力センサ
28 タンブルジェネレータバルブ(TGV)
30 排気装置 31 エキゾーストマニホールド
32 エキゾーストパイプ 33 フロント触媒
33a フロントA/Fセンサ 33b リアA/Fセンサ
34 リア触媒 35 サイレンサ
40 ターボチャージャ 41 コンプレッサ
42 タービン 43 ベアリングハウジング
44 ウェイストゲートバルブ
50 燃料供給装置 51 低圧ポンプ
52 フィードライン 53 高圧ポンプ
54 高圧燃料ライン 54a 燃圧センサ
55 インジェクタ
60 蒸発燃料処理装置 61 キャニスタ
62 パージライン 63 パージライン
63a チェックバルブ 64 パージライン
64a チェックバルブ 65 パージバルブ
66 エジェクタ 66a 導入管路
66b ノズル 66c 吐出口
70 EGR装置 71 EGR流路
72 EGRバルブ
100 エンジン制御ユニット(ECU)
請求項1に係る発明は、排ガスにより駆動されるタービン及び前記タービンにより駆動されるコンプレッサを有するターボ過給機と、前記排ガスが前記タービンをバイパスするウェイストゲート流路に設けられたウェイストゲートバルブと、新気が前記コンプレッサをバイパスするエアバイパス流路に設けられたエアバイパスバルブと、フィードポンプから供給される燃料の圧力を昇圧する高圧燃料ポンプ、及び、前記高圧燃料ポンプが吐出する燃料を噴射するインジェクタを有する高圧燃料システムとを有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、前記エアバイパスバルブを制御するエアバイパスバルブ制御部と、前記高圧燃料システムの異常を検出する異常検出部を有し、前記エアバイパスバルブ制御部は、前記異常検出部による異常の検出に応じて、前記エアバイパスバルブの開度を増加させ、前記ウェイストゲートバルブを制御するウェイストゲートバルブ制御部を有し、前記異常検出部は、第1の診断、及び、前記第1の診断に対して長時間を要する第2の診断を実行し、前記第1の診断により前記異常が検出された場合は、前記ウェイストゲートバルブ制御部は前記ウェイストゲートバルブの開度を増加させるとともに前記エアバイパスバルブ制御部は前記エアバイパスバルブの開度を維持し、前記第2の診断により前記異常が検出された場合は、前記ウェイストゲートバルブ制御部は前記ウェイストゲートバルブの開度を増加させるとともに前記エアバイパスバルブ制御部は前記エアバイパスバルブの開度を増加させることを特徴とするエンジン制御装置である。
なお、本明細書、特許請求の範囲において、「開度の増加」とは、閉状態から開状態への推移、及び、開状態からより開度の大きい開状態(全開を含む)への推移を含むものとする。
これによれば、高圧燃料システムの異常時にエアバイパスバルブを開くことによって、ウェイストゲートバルブの開度を増加する従来技術に対して急激に過給圧を低下させ、吸入空気圧を抑制して筒内圧を低下させることができる。
これによって、高圧燃料システムの異常時であっても燃料噴射を可能としてエンジンストールを防止することができる。
一方、比較的長時間を要する第2の診断で異常が検出された場合には、エアバイパスバルブを開いて急激に過給圧を低下させ、エンジンストールの発生を防止することができる。
これによれば、各診断手法の診断に要する時間に応じて適切な過給圧抑制を行うことができ、上述した効果を確実に発揮できる。
Claims (3)
- 排ガスにより駆動されるタービン及び前記タービンにより駆動されるコンプレッサを有するターボ過給機と、
前記排ガスが前記タービンをバイパスするウェイストゲート流路に設けられたウェイストゲートバルブと、
新気が前記コンプレッサをバイパスするエアバイパス流路に設けられたエアバイパスバルブと、
フィードポンプから供給される燃料の圧力を昇圧する高圧燃料ポンプ、及び、前記高圧燃料ポンプが吐出する燃料を噴射するインジェクタを有する高圧燃料システムと
を有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
前記エアバイパスバルブを制御するエアバイパスバルブ制御部と、
前記高圧燃料システムの異常を検出する異常検出部を有し、
前記エアバイパスバルブ制御部は、前記異常検出部による異常の検出に応じて、前記エアバイパスバルブの開度を増加させること
を特徴とするエンジン制御装置。 - 前記ウェイストゲートバルブを制御するウェイストゲートバルブ制御部を有し、
前記異常検出部は、第1の診断、及び、前記第1の診断に対して長時間を要する第2の診断を実行し、
前記第1の診断により前記異常が検出された場合は、前記ウェイストゲートバルブ制御部は前記ウェイストゲートバルブの開度を増加させるとともに前記エアバイパスバルブ制御部は前記エアバイパスバルブの開度を維持し、
前記第2の診断により前記異常が検出された場合は、前記ウェイストゲートバルブ制御部は前記ウェイストゲートバルブの開度を増加させるとともに前記エアバイパスバルブ制御部は前記エアバイパスバルブの開度を増加させること
を特徴とする請求項1に記載のエンジン制御装置。 - 前記第1の診断は、前記インジェクタの通電特性に基づいて診断を行い、
前記第2の診断は、前記燃料の圧力の履歴に基づいて診断を行うこと
を特徴とする請求項2に記載のエンジン制御装置。
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