JP4374721B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、機関燃焼室に燃料を直接噴射するようにした内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関燃焼室に燃料を直接噴射するようにした、いわゆる筒内噴射式の内燃機関にあっては、吸気ポート式の内燃機関と比較して燃料噴射弁の噴射圧を高圧に設定する必要がある。このため、こうした筒内噴射式内燃機関では、フィードポンプと燃料噴射弁との間に高圧燃料ポンプを配設し、このポンプによって高圧に加圧された燃料を燃料噴射弁に供給するようにしている。
【０００３】
また、こうした高圧燃料ポンプ等、高圧燃料供給系の燃料供給圧は、例えばこれを一定の圧力に設定することもできるが、通常は、機関運転状態や、高圧燃料供給系の状態等、様々な要求に応じて変更される。
【０００４】
例えば、高圧燃料供給系においては、燃料配管の接続部分等、燃料洩れの懸念される部位にＯリング等のシール部材が配設されているが、同部材は極端な低温下に置かれると柔軟性が失われてそのシール性が低下する傾向がみられる。そこで、機関低温時等、シール部材の温度が極端に低いと推定されるときには、燃料洩れを防止するために、高圧燃料ポンプの燃料供給圧を一時的に低下させる制御が行われる（本出願人による特願平１１−１４２２９４号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように燃料の供給圧、即ち燃料噴射弁の噴射圧を低下させるようにすると以下に示すような問題も無視できないものとなる。
【０００６】
即ち、燃料供給圧が低下すると燃料噴射弁から単位時間当たりに噴射可能な燃料噴射量が減少する。このため、所定の空燃比となるように吸入空気量に応じて要求される燃料噴射量を確保する上では、燃料噴射時間を必然的に長く設定する必要が生じる。ところが筒内噴射式の内燃機関においては、燃料噴射可能なクランク角期間が筒内圧の低くなる期間、例えば吸気行程から圧縮行程の前半までの期間に制限されている。このため、燃料噴射時間が長くなると、このクランク角期間中に燃料噴射を完了させることができず、実際に噴射される燃料の量が要求量に対して不足するといった事態を招くようになる。特に、高負荷高回転時のように、要求燃料噴射量が多く、しかも燃料噴射可能なクランク角期間に相当する時間が短くなるような状況下においては、こうした傾向が一層顕著なものとなる。
【０００７】
そして、このように燃料噴射量が不足すると、同燃料噴射量に対して吸入空気量が過剰になり、空燃比が極端にリーンな状態になるため、その着火性が低下して失火の生じるおそれがある。更に、こうした失火時に排気系に排出された未燃焼の混合気が排気系の熱によって後燃えすると、排気浄化用の触媒コンバータの過熱や、ひいてはその損傷を招くこととなる。
【０００８】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる制御が行われる場合であれ、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生によって未燃焼の混合気が排気系に排出されるのを好適に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって高圧燃料を供給する高圧燃料供給系を備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されないように同吸入空気量を制限する制限手段を備える内燃機関の制御装置をその要旨としている。
【００１０】
上記構成によれば、吸入空気量の増大に伴って要求燃料噴射量が増大し、実際の燃料噴射量が上記最大燃料噴射量に制限されることで要求燃料噴射量に対して不足する場合であっても、吸入空気量はこの最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超えないように制限されているため、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生が抑えられ、未燃焼の混合気が排気系に排出されるのを好適に抑制することができるようになる。
【００１１】
ここで、上記最大燃料噴射量は高圧燃料供給系の燃料供給圧、即ち燃料噴射圧が低いときほど少なくなるため、この最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量についても燃料供給圧が低いときほど少なくなる傾向がある。また、こうした燃料供給圧に加え、上記最大燃料噴射量は機関回転速度に応じても変化し、同機関回転速度が高いときほど少なくなる。従って、失火発生限界量についても機関回転速度が高いときほど少なくなる傾向がある。
【００１２】
このため、請求項２に記載の発明によるように、請求項１に記載される内燃機関の制御装置において、前記制限手段は前記燃料供給圧が低いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである、といった構成や、
請求項３に記載の発明によるように、請求項２に記載される内燃機関の制御装置において、前記制限手段は機関回転速度が高いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである、といった構成を採用することにより、上記失火発生限界量を正確に把握した上で吸入空気量の制限を行うことができるようになるため、失火の発生に起因する未燃焼混合気の排気系への排出を一層好適に抑制することができるとともに、吸入空気量が不必要に制限されるのを極力回避することができるようになる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記制限手段は機関出力調整用のスロットルバルブの開度制限を通じて前記吸入空気量の制限を行うものであるとしている。
【００１４】
上記構成によれば、吸入空気量を制限するための機構を別途設けることなくその制限を行うことができるようになる。
更に、請求項５に記載の発明では、筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって高圧燃料を供給する高圧燃料供給系を備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されるときに前記燃料噴射弁の燃料噴射を禁止する禁止手段を備える内燃機関の制御装置をその要旨としている。
【００１５】
上記構成によれば、燃料噴射量を上記最大燃料噴射量にまで増大したとしても、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生が避けきれない状況下にあるときには、燃料噴射弁の燃料噴射が強制的に停止されるため、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生によって未燃焼の混合気が排気系に排出されるのを好適に抑制することができるようになる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記高圧燃料供給系の燃料シール部位での燃料洩れを抑制すべく同燃料シール部位の温度が低いときほど前記燃料供給圧を低下させる供給圧制御手段を更に備えるようにしている。
【００１７】
上記構成によれば、燃料シール部位に配設されるシール部材のシール性が低下する場合に、高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させることで同燃料シール部位における燃料洩れを防止することができる。しかもこうした燃料洩れを防止すべく高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる制御が行われる場合であっても、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生によって未燃焼の混合気が排気系に排出されるのを好適に抑制することができる。
【００１８】
尚、上記供給圧制御手段の具体的な構成としては、例えば燃料シール部位の温度を直接検出し、その検出温度が低いときほど高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させるようにした構成の他、機関温度（例えばこれは内燃機関の冷却水温により推定できる）が低いときほど高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる構成や、吸入空気の温度（吸気温）や外気温が低いときほど高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる構成、或いは燃料温度が低いときほど高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる構成、更にはこれら機関温度、吸気温、外気温等々、燃料シール部位の温度と相関を有する温度情報を適宜組み合わせて同燃料シール部位の温度を推定し、その推定温度が低いときほど同燃料供給圧を低下させるようにした構成を採用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、この発明を車載ガソリンエンジンの制御装置に適用するようにした第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
【００２０】
図１は、エンジン１０及びその制御装置の構成を概略的に示している。
エンジン１０には、各気筒に対応してその燃焼室（図示略）に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１が設けられている。この燃料噴射弁１１は、デリバリパイプ２０及び燃料配管２１を介して高圧燃料ポンプ２２に接続されている。高圧燃料ポンプ２２は、燃料タンク２３内に設けられたフィードポンプ２４に接続されている。このフィードポンプ２４の吐出圧は、高圧燃料ポンプ２２の燃料圧送圧よりも低く設定されている。
【００２１】
これらデリバリパイプ２０、燃料配管２１、並びに高圧燃料ポンプ２２により構成される高圧燃料供給系においては、燃料洩れの懸念される部位、例えばデリバリパイプ２０と燃料配管２１との接続部分、同燃料配管２１と高圧燃料ポンプ２２との接続部分、或いはデリバリパイプ２０と燃料噴射弁１１との接続部分等々に、Ｏリング等のシール部材（図示略）が配設されている。
【００２２】
こうした高圧燃料供給系にあって、フィードポンプ２４から高圧燃料ポンプ２２に供給される低圧の燃料は、同高圧燃料ポンプ２２によって高圧に加圧された後、燃料配管２１を通じてデリバリパイプ２０に圧送される。このようにして圧送された燃料は、更にデリバリパイプ２０から各気筒の燃料噴射弁１１に分配供給され、同デリバリパイプ２０内の燃料圧力と等しい噴射圧をもって燃料噴射弁１１から対応する気筒の燃焼室内に噴射される。
【００２３】
このように燃焼室に噴射された燃料は、吸気通路１２を通じて同燃焼室内に供給される吸入空気と混合される。更に、その混合気は点火プラグ（図示略）によって着火されて燃焼した後、燃焼室から排気通路１３に排出される。吸気通路１２には、吸入空気量をその開度（スロットル開度ＴＡ）に応じて調量するためのスロットルバルブ１４、及びこのスロットルバルブ１４を開閉駆動するスロットルモータ１７がそれぞれ設けられている。一方、排気通路１３には、排気を浄化するための触媒コンバータ１５が設けられている。
【００２４】
また、吸気通路１２には、同吸気通路１２内における吸入空気の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出する吸気圧センサ３２、吸入空気の温度（吸気温ＴＨＡ）を検出する吸気温センサ３３がそれぞれ設けられている。エンジン１０には、クランクシャフト（図示略）の回転速度（機関回転速度ＮＥ）及び同シャフトの回転角（クランク角ＣＡ）を検出するための回転速度センサ３４、機関冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出する水温センサ３５がそれぞれ設けられている。アクセルペダル１６の近傍には、その踏込量（アクセル開度ＰＡ）を検出するアクセルセンサ３６が設けられている。更に、デリバリパイプ２０には、その内部の燃料圧力（燃料圧ＰＦ）を検出する燃料圧センサ３７が設けられている。これら各センサ３２〜３７の検出信号は、電子制御装置３０に入力される。
【００２５】
電子制御装置３０は、エンジン１０の各種制御を統括して実行するものであり、入出力回路（図示略）や演算処理を実行するＣＰＵ（図示略）の他、その演算結果や各種制御に際して参照されるデータを記憶するメモリ３１を備えている。
【００２６】
例えば、この電子制御装置３０は、アクセル開度ＰＡ及び機関回転速度ＮＥ等、機関運転状態に基づいてエンジン１０の燃焼形態を切り替えるための制御を実行する。
【００２７】
この燃焼形態の切替制御では、機関運転状態が高負荷高回転領域に移行すると、エンジン１０の燃焼形態が均質燃焼に設定される。この場合、燃料噴射時期は例えば吸気行程中或いは同吸気行程から圧縮行程の前半までの期間に設定され、燃料は燃焼室内において吸入空気と略均等に混合された状態で燃焼されるようになる。更に、この均質燃焼時には、吸気圧ＰＭ及び機関回転速度ＮＥに応じて変化する吸入空気量ＧＡと要求燃料噴射量Ｑとの比、即ち空燃比が理論空燃比となるように、これら吸気圧ＰＭ及び機関回転速度ＮＥに基づいて同要求燃料噴射量Ｑが算出される。また、吸入空気量ＧＡは、スロットル開度ＴＡに応じて調量されることから、この均質燃焼時におけるエンジン１０の出力はスロットルバルブ１４により調節されるようになる。
【００２８】
一方、機関運転状態が低負荷低回転領域に移行すると、エンジン１０の燃焼形態が成層燃焼に設定される。この場合、燃料噴射時期は圧縮行程後期に設定され、燃料はその大部分が燃焼室内の点火プラグ近傍に偏在した状態で燃焼されるようになる。また、この成層燃焼時には、空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように、要求燃料噴射量Ｑがアクセル開度ＰＡ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される。
【００２９】
一方、こうした燃焼形態の切替制御に加え、電子制御装置３０は、高圧燃料供給系から燃料噴射弁１１に供給される燃料の供給圧、即ち燃料噴射圧を調整するための制御を実行する。
【００３０】
この燃料圧制御に際しては、まず機関運転状態に基づいて、燃料噴射圧の目標値、即ち上記燃料圧ＰＦについての目標圧ＰＦＴが設定される。そして、燃料圧ＰＦとこの目標圧ＰＦＴとの偏差に基づき高圧燃料ポンプ２２の燃料吐出量がフィードバック制御される。こうしたフィードバック制御が行われることにより、実際の燃料圧ＰＦは目標圧ＰＦＴと一致するようになり、燃料噴射圧が機関運転状態に応じた適切な圧力に制御されるようになる。
【００３１】
またここで、極低温での機関始動時等、高圧燃料供給系においてシール部材が配設されている部位の温度（シール部位温度ＴＨＫ）が極端な低温になり、同シール部材のシール性が低下するようなときには、燃料圧ＰＦを一時的に低下させる制御が行われる。この制御では、上記シール部位温度ＴＨＫが推定され、このシール部位温度ＴＨＫに基づいて目標圧ＰＦＴが設定される。
【００３２】
ここで、シール部位温度ＴＨＫは、水温センサ３５により検出される冷却水温ＴＨＷと相関を有して変化し、同冷却水温ＴＨＷが低いほど低くなる傾向がある。このため、この実施形態では、冷却水温ＴＨＷに基づいてシール部位温度ＴＨＫを推定するようにし、同冷却水温ＴＨＷに応じて目標圧ＰＦＴを設定するようにしている。
【００３３】
図３（ｂ）は、冷却水温ＴＨＷと目標圧ＰＦＴとの関係の一例を示しており、こうした関係は電子制御装置３０のメモリ３１に演算用マップとして予め記憶されている。同図に示されるように、目標圧ＰＦＴは、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１（例えば、「０℃」）以下の範囲にあるときには、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど低い圧力に設定される。
【００３４】
このように冷却水温ＴＨＷが低いとき、従ってシール部位温度ＴＨＫが低温であると推定されるときに、目標圧ＰＦＴを低く設定して高圧燃料供給系の燃料供給圧（燃料圧ＰＦ）を低下させることにより、各シール部位の燃料洩れが確実に防止されるようになる。
【００３５】
一方、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１を超える範囲にあるときには、上記のような燃料洩れの防止を目的とした目標圧ＰＦＴの設定は行われず、同目標圧ＰＦＴは機関運転状態に基づいて設定される。従って、機関運転状態に即した適切な燃料噴射圧に基づいて燃料噴射が行われるようになる。
【００３６】
また、電子制御装置３０は、こうした燃料圧制御の他にも、燃料噴射にかかる制御を実行する。
この燃料噴射制御に際しては、まず次の演算式（１）に基づいて燃料噴射時間τが算出される。
【００３７】
τ＝Ｑ・ＫＰＲ・Ａ ・・・（１）
Ｑ ：燃料噴射量
ＫＰＲ：燃圧補正係数
Ａ ：燃料噴射弁の噴射特性に応じて設定される定数
この演算式（１）において、燃圧補正係数ＫＰＲは、「１．０」を基準として燃料圧ＰＦの大きさに応じて設定される係数であり、同燃料圧ＰＦが低くなるほど大きい値に設定される。従って、要求燃料噴射量Ｑが同じであっても、燃料圧ＰＦが低い場合には、燃料噴射時間τが相対的に長い時間に設定されることになる。
【００３８】
そして、例えば均質燃焼時においては、図２（ａ）に示されるように、クランク角ＣＡが吸気上死点ＴＤＣａに一致する時期から燃料噴射が開始されるとともに、上記燃料噴射時間τが経過した時点で燃料噴射が終了される。その結果、要求燃料噴射量Ｑと等しい量の燃料が燃料噴射弁１１から燃焼室内に噴射されるようになる。
【００３９】
ここで、燃料噴射弁１１の燃料噴射は、クランク角ＣＡが圧縮上死点ＴＤＣｂ前の所定クランク角ＣＡＭＡＸ（以下、「最大燃料噴射角」という）に達すると、それ以降は実行できなくなる。これは、クランク角ＣＡがこの最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸよりも進んだ圧縮行程の後期にあっては、燃焼室内の圧力（筒内圧）が上昇するため、燃料噴射が正常に行われなくなり、また燃焼室内の空気が燃料噴射弁１１の内部に逆流する等の現象が発生するためである。
【００４０】
このため、クランク角ＣＡが上記最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸに達した時点で燃料噴射弁１１は閉弁駆動され、燃料噴射は強制的に停止される。従って、クランク角ＣＡが最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸに達した時点で燃料噴射時間τに基づく燃料噴射が未だ完了していない場合であっても（図２（ｂ））、その時点で燃料噴射は終了するようになる（図２（ｃ））。
【００４１】
また、このように燃料噴射期間が制限されると、燃料噴射弁１１から噴射することの可能な最大の燃料噴射量ＱＭＡＸ（以下、「最大燃料噴射量」という）についても制限されるようになる。従って、要求燃料噴射量Ｑがこの最大燃料噴射量ＱＭＡＸを超える量に設定されている場合には、実際の燃料噴射量が要求燃料噴射量Ｑに対して（要求燃料噴射量Ｑー最大燃料噴射量ＱＭＡＸ）分だけ不足するようになる。
【００４２】
以下、この最大燃料噴射量ＱＭＡＸについて説明する。
吸気上死点ＴＤＣａから最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸに至るまでのクランク角期間θ（以下、「噴射可能クランク角期間」という）は、以下の演算式（２）に基づいて時間τｍａｘ（以下、「最大燃料噴射時間」という）に換算することができる。
【００４３】
τｍａｘ＝Ｋ１・θ／ＮＥ ・・・（２）
Ｋ１ ：換算係数
一方、最大燃料噴射量ＱＭＡＸは、上記各演算式（１），（２）から導かれる以下の演算式（３）に基づいて算出することができる。
【００４４】
ＱＭＡＸ＝Ｋ１・θ／ＮＥ・ＫＰＲ・Ａ ・・・（３）
ここで、上記演算式（３）から明らかなように、最大燃料噴射量ＱＭＡＸは、燃圧補正係数ＫＰＲの大きさに応じて変化し、この燃圧補正係数ＫＰＲが大きいときほど少ない量になる。換言すれば、最大燃料噴射量ＱＭＡＸは、燃料圧ＰＦが低いときほど少ない量になる。また、こうした燃圧補正係数ＫＰＲに加えて、最大燃料噴射量ＱＭＡＸは、機関回転速度ＮＥに応じても変化し、同機関回転速度ＮＥが高いときほど少ない量になる。
【００４５】
従って、実際に噴射される燃料の量が要求燃料噴射量Ｑに対して不足するといった状況は、燃料圧ＰＦが低いときほど、また機関回転速度ＮＥが高いときほど発生し易いといえる。
【００４６】
そして、このように実際に噴射される燃料の量が最大燃料噴射量ＱＭＡＸに制限され、要求燃料噴射量Ｑに対して不足した状況下で均質燃焼が行われると、同要求燃料噴射量Ｑが吸入空気量ＧＡに応じて設定されたものであるため、同吸入空気量ＧＡが実際の燃料噴射量に対しては過剰になり、失火の発生や、それに起因する触媒コンバータ１５の過熱等を招くおそれがある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、最大燃料噴射量ＱＭＡＸに対する吸入空気量ＧＡとして失火が発生しない最大の量（以下、「失火発生限界量ＧＡＭＡＸ」という）を超える量の吸入空気がエンジン１０に供給されないように、吸入空気量を制限するようにしている。以下、このように吸入空気量を制限する際の処理について図３及び図４を参照して説明する。
【００４８】
図４は、吸入空気量を制限する際の処理手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は電子制御装置３０により所定の制御周期毎に繰り返し実行される。尚、成層燃焼時にあっては、上述したような過剰な吸入空気量のもとでの失火が発生せず、従って吸入空気量を制限する必要もない。このため、上記一連の処理は、エンジン１０の燃焼形態が均質燃焼に設定されていることを条件に行われる。
【００４９】
この一連の処理では、まずアクセル開度ＰＡ等に基づいてスロットル開度ＴＡについての目標値（目標開度ＴＡＲＢ）が算出される（ステップ１１０）。
次に、冷却水温ＴＨＷ及び機関回転速度ＮＥに基づいてスロットル開度ＴＡについての上限値（上限開度ＴＡＭＡＸ）が算出される（ステップ１２０）。ここで、この上限開度ＴＡＭＡＸは、スロットル開度ＴＡを制限して吸入空気量を失火発生限界量ＧＡＭＡＸ以下に制限するためのものである。
【００５０】
図３（ａ）は、この上限開度ＴＡＭＡＸと冷却水温ＴＨＷ及び機関回転速度ＮＥとの関係の一例を示しており、こうした関係は電子制御装置３０のメモリ３１に演算用マップとして予め記憶されている。
【００５１】
同図（ａ）に示されるように、冷却水温ＴＨＷが前記所定温度ＴＨＷ１を超える範囲にあるときには、上限開度ＴＡＭＡＸは全開に相当する開度に設定される。即ちこの場合には、スロットル開度ＴＡの開度制限は行われず、従って吸入空気量ＧＡの制限も行われない。
【００５２】
一方、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１以下の範囲にあるときには、上限開度ＴＡＭＡＸは冷却水温ＴＨＷが低くなるほど小さい開度に設定される。これは、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど目標圧ＰＦＴが低く設定され、この目標圧ＰＦＴ（ひいては燃料圧ＰＦ）に応じて最大燃料噴射量ＱＭＡＸが少なくなる結果、この最大燃料噴射量ＱＭＡＸに応じて失火発生限界量ＧＡＭＡＸも少なくなるからである。
【００５３】
更に、同じく冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１以下の範囲にあるときには、上限開度ＴＡＭＡＸは機関回転速度ＮＥが高くなるほど小さい開度に設定される。これは、機関回転速度ＮＥが高くなるほど最大燃料噴射量ＱＭＡＸが少なくなり、この最大燃料噴射量ＱＭＡＸに応じて失火発生限界量ＧＡＭＡＸも少なくなるからである。
【００５４】
このようにして上限開度ＴＡＭＡＸが算出されると、次にこの上限開度ＴＡＭＡＸと目標開度ＴＡＲＢとが比較される（ステップ１３０）。そして、目標開度ＴＡＲＢが上限開度ＴＡＭＡＸを上回っている場合には（ステップ１３０：ＹＥＳ）、目標開度ＴＡＲＢが上限開度ＴＡＭＡＸと等しく設定される（ステップ１４０）。即ち目標開度ＴＡＲＢが上限開度ＴＡＭＡＸに制限される。そして、こうしたスロットル開度ＴＡの開度制限を通じて吸入空気量ＧＡも失火発生限界量ＧＡＭＡＸ以下に制限されるようになる。
【００５５】
このように目標開度ＴＡＲＢが制限された後、或いは目標開度ＴＡＲＢが上限開度ＴＡＭＡＸ以下である場合には（ステップ１３０：ＮＯ）、この一連の処理は一旦終了される。
【００５６】
以上説明した制御態様をもって吸入空気量を制限するようにした本実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。
（１）均質燃焼時に、実際に噴射される燃料の量が最大燃料噴射量ＱＭＡＸに制限され、要求燃料噴射量Ｑに対して不足するようになっても、スロットル開度ＴＡの最大開度が上限開度ＴＡＭＡＸに制限され、吸入空気量が最大燃料噴射量ＱＭＡＸに応じた失火発生限界量ＧＡＭＡＸを超えないように制限されるため、過剰な吸入空気量のもとでの失火発生を抑えて未燃焼の混合気が排気通路１３に排出されるのを好適に抑制することができるようになる。その結果、排気性状の悪化はもとより、触媒コンバータ１５の過熱や、その熱による損傷を回避することができるようになる。更に、こうした失火の発生に起因した機関出力の変動により車両の走行性が低下するのも併せて抑制することができるようになる。
【００５７】
（２）また、冷却水温ＴＨＷが低いときほど、換言すれば高圧燃料供給系の燃料供給圧（燃料圧ＰＦ）が低いときほど、上限開度ＴＡＭＡＸを小さい開度に設定するようにしたため、失火発生限界量ＧＡＭＡＸを正確に把握した上で吸入空気量の制限を行うことができるようになる。その結果、失火の発生に起因する未燃焼混合気の排出を一層好適に抑制することができる。更に、吸入空気量が不必要に制限されるのを極力回避することができ、機関出力の低下も併せて抑制することができるようになる。
【００５８】
（３）更に、上記燃料供給圧の他、機関回転速度ＮＥが高いときほど上限開度ＴＡＭＡＸを小さい開度に設定するようにしている。従って、失火発生限界量ＧＡＭＡＸを更に正確に把握した上で吸入空気量の制限を行うことができ、未燃焼混合気の排出並びに吸入空気量の不必要な制限を一層好適に抑制することができるようになる。
【００５９】
（４）エンジン１０の出力調整を行う上で必須の機構であるスロットルバルブ１４の開度制限を通じて吸入空気量を制限するようにしたため、同吸入空気量を制限するための機構を別途設けることなくその制限を行うことができるようになる。
【００６０】
（５）高圧燃料供給系の燃料シール部位における温度（シール部位温度ＴＨＫ）を冷却水温ＴＨＷにより推定し、同冷却水温ＴＨＷが低いときほど、シール部位温度ＴＨＫが低いときほど目標圧ＰＦＴを低く設定して高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させるようにしたため、各シール部位の燃料洩れを確実に防止することができるようになる。
【００６１】
［第２の実施形態］
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態の制御装置が適用されるエンジンシステムには、図１に破線で示されるように、エンジン１０の本体に加熱装置５０が設けられている。この加熱装置５０は、極低温下での機関始動性を向上させるためのものであり、機関停止中に外部電源（図示略）から電力が供給され、その電力によって機関冷却水を所定温度以上に加熱するものである。
【００６２】
こうした加熱装置５０が設けられたエンジンシステムでは、機関冷却水の加熱により機関停止中に冷却水温ＴＨＷが所定温度以上に維持され、その状態で機関始動が行われるようになる。従って、例えば外気温が低く、高圧燃料供給系の燃料シール部位が極端に温度低下した状態で機関始動が行われるような場合等には、冷却水温ＴＨＷと上記シール部位温度ＴＨＫとの相関が低くなる。このため、シール部位温度ＴＨＫが常に冷却水温ＴＨＷに等しいものとしてこれを推定した場合には、その推定結果に誤差が生ずるようになる。
【００６３】
そこで、本実施形態では、第１の実施形態とは異なる方法を用いてシール部位温度ＴＨＫを推定するようにしている。以下、このシール部位温度ＴＨＫの推定方法について図５及び図６を参照して説明する。
【００６４】
図６は、シール部位温度ＴＨＫを推定する際の手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は電子制御装置３０により所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００６５】
この一連の処理では、機関始動時の吸気温ＴＨＡと、機関始動時からの経過時間、即ち機関運転時間Ｔとが読み込まれ、更に次の演算式（４）に基づいて推定冷却水温ＴＨＷＥが算出される（ステップ２１０）。この推定冷却水温ＴＨＷＥは、加熱装置５０による機関冷却水の加熱が行われていないと仮定した場合における同機関冷却水の温度である。
【００６６】
ＴＨＷＥ＝ＴＨＡ＋Ｋ２・Ｔ ・・・（４）
Ｋ２ ：補正係数
図５は、機関運転時間Ｔの経過に対する、冷却水温ＴＨＷ、推定冷却水温ＴＨＷＥ、並びに吸気温ＴＨＡの推移をそれぞれ示している。同図に一点鎖線で示されるように、推定冷却水温ＴＨＷＥは、吸気温ＴＨＡを初期温度とし、機関運転時間Ｔの経過とともに徐々に上昇する。また、推定冷却水温ＴＨＷＥは、機関始動後から所定時間ｔ１が経過するまでは、加熱装置５０の加熱による影響によって実際の冷却水温ＴＨＷが高くなるため、同冷却水温ＴＨＷよりも低くなる。
【００６７】
このようにして推定冷却水温ＴＨＷＥを算出した後、次に水温センサ３５により検出される冷却水温ＴＨＷとこの推定冷却水温ＴＨＷＥとが比較される（ステップ２２０）。ここで、推定冷却水温ＴＨＷＥが冷却水温ＴＨＷよりも低い場合には（ステップ２２０：ＹＥＳ）、シール部位温度ＴＨＫは推定冷却水温ＴＨＷＥと等しく設定される（ステップ２３０）。即ちこの場合には、加熱装置５０により機関冷却水が加熱され、冷却水温ＴＨＷが温度上昇しているため、その影響により同冷却水温ＴＨＷからシール部位温度ＴＨＫを正確に推定することができないものとして、推定冷却水温ＴＨＷＥに基づいてシール部位温度ＴＨＫが推定される（図５においてタイミングｔ１までの期間）。
【００６８】
一方、推定冷却水温ＴＨＷＥが冷却水温ＴＨＷ以上である場合には（ステップ２２０：ＮＯ）、シール部位温度ＴＨＫは冷却水温ＴＨＷと等しく設定される（ステップ２４０）。即ちこの場合には、加熱装置５０の加熱による影響が殆どないものとして、シール部位温度ＴＨＫが実際の冷却水温ＴＨＷに基づいて推定される（図５においてタイミングｔ１以降の期間）。
【００６９】
このようにしてシール部位温度ＴＨＫを設定した後（ステップ２３０，ステップ２４０）、この一連の処理は一旦終了される。
そして、先の図３（ｂ）に示した冷却水温ＴＨＷと目標圧ＰＦＴとの関係と同様の傾向、即ちシール部位温度ＴＨＫが所定温度以下であるときに、同シール部位温度ＴＨＫが低くなるほど目標圧ＰＦＴが低くなる傾向をもった演算用マップが参照され、同目標圧ＰＦＴがシール部位温度ＴＨＫに基づいて設定される。
【００７０】
更に、図４に示すステップ１２０の処理においても、先の図３（ａ）に示した上限開度ＴＡＭＡＸと冷却水温ＴＨＷ及び機関回転速度ＮＥとの関係と同様の傾向、即ちシール部位温度ＴＨＫが所定温度以下であるときに、同シール部位温度ＴＨＫが低くなるほど、また機関回転速度ＮＥが高くなるほど、上限開度ＴＡＭＡＸが小さくなる傾向をもった演算用マップが参照され、同上限開度ＴＡＭＡＸがシール部位温度ＴＨＫ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される。尚、こうした上限開度ＴＡＭＡＸとシール部位温度ＴＨＫ及び機関回転速度ＮＥとの関係を定義した演算用マップや、先の目標圧ＰＦＴとシール部位温度ＴＨＫとの関係を定義した演算用マップはいずれも、電子制御装置３０のメモリ３１に記憶されている。
【００７１】
このように本実施形態では、加熱装置５０を備えたエンジンシステムにあって、機関始動時の吸気温ＴＨＡ及び機関運転時間Ｔに基づいて機関冷却水の温度（推定冷却水温ＴＨＷＥ）を推定するとともに、この推定温度と実際の機関冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）とを比較しつつ、これら各温度温度からシール部位温度ＴＨＫを更に推定するようにしている。
【００７２】
従って、本実施形態によれば、
（６）加熱装置５０が備えたエンジンシステムであっても、シール部位温度ＴＨＫを正確に推定することができ、高圧燃料供給系の各シール部位における燃料洩れをより確実に防止することができるようになる。
【００７３】
［第３の実施形態］
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。
上記第１及び第２の実施形態では、吸入空気量ＧＡが失火発生限界量ＧＡＭＡＸを超えることがないように同吸入空気量ＧＡを制限することにより、失火の発生を抑え、それに起因する未燃焼混合気の排気通路１３への排出を抑制するようにしたが、本実施形態では、吸入空気量ＧＡが失火発生限界量ＧＡＭＡＸを超える場合に、燃料噴射弁１１による燃料噴射を強制的に停止させるようにしている。
【００７４】
以下、このように燃料噴射を強制的に停止させる際の処理手順について図７に示すフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示される一連の処理は電子制御装置３０により所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００７５】
この一連の処理では、まず上記演算式（３）に基づいて最大燃料噴射量ＱＭＡＸが算出される（ステップ３１０）。次に、この最大燃料噴射量ＱＭＡＸに基づいて失火発生限界量ＧＡＭＡＸが算出される（ステップ３２０）。この最大燃料噴射量ＱＭＡＸと失火発生限界量ＧＡＭＡＸとの関係は予め実験等によって求められており、基本的に、最大燃料噴射量ＱＭＡＸが多いときほど失火発生限界量ＧＡＭＡＸは多い量に設定される。また、こうした最大燃料噴射量ＱＭＡＸと失火発生限界量ＧＡＭＡＸとの関係は、電子制御装置３０のメモリ３１に演算用マップとして記憶されており、失火発生限界量ＧＡＭＡＸの算出に際してはこの演算用マップが参照される。
【００７６】
次に、吸気圧ＰＭ及び機関回転速度ＮＥに基づいて吸入空気量ＧＡが算出される（ステップ３３０）。電子制御装置３０のメモリ３１には、この吸入空気量ＧＡと吸気圧ＰＭ及び機関回転速度ＮＥとの関係を定義した演算用マップが記憶されており、この演算用マップを参照して吸入空気量ＧＡが算出される。
【００７７】
そして次に、この吸入空気量ＧＡと失火発生限界量ＧＡＭＡＸとが比較される（ステップ３４０）。ここで、吸入空気量ＧＡが失火発生限界量ＧＡＭＡＸを上回っていると判断された場合には（ステップ３４０：ＹＥＳ）、燃料噴射が禁止される（ステップ３５０）。即ち、燃料噴射弁１１が閉弁駆動されてその燃料噴射が強制的に停止される。そして、一連の処理が一旦終了される。
【００７８】
一方、吸入空気量ＧＡが失火発生限界量ＧＡＭＡＸ以下である場合には（ステップ３４０：ＮＯ）、燃料噴射が禁止されることなく一連の処理が一旦終了される。
【００７９】
このように、本実施形態では、最大燃料噴射量ＱＭＡＸに応じた失火発生限界量ＧＡＭＡＸを超える量の吸入空気が供給されるときには、燃料噴射弁１１の燃料噴射を禁止するようにしている。
【００８０】
従って、
（７）最大燃料噴射量ＱＭＡＸと等しい量の燃料が噴射されたとしても失火の発生が避けきれない状況下にあるときには、燃料噴射が強制的に停止されるため、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生によって未燃焼の混合気が排気通路１３に排出されるのを確実に抑制することができるようになる。その結果、排気性状の悪化はもとより、触媒コンバータ１５の過熱や、その熱による損傷を回避することができるようになる。更に、こうした失火の発生に起因した機関出力の変動により車両の走行性が低下するのも併せて抑制することができるようになる。
【００８１】
以上本発明の各実施形態について説明したが、これら各実施形態は以下に示すようにその構成を変更して実施することもできる。
・上記各実施形態では、均質燃焼時における燃料噴射開始時期が吸気上死点ＴＤＣａに設定される場合を例にして説明したが、この燃料噴射開始時期は機関運転状態に応じて適宜変更されるものであってもよい。このように燃料噴射開始時期を可変設定するようにすると、同燃料噴射開始時期に応じて噴射可能クランク角期間θが変化し、その変化に伴って最大燃料噴射量ＱＭＡＸ、更には失火発生限界量ＧＡＭＡＸが変化するようになる。従って、この場合には、燃料噴射開始時期が遅角側の時期に設定されるときほど、上限開度ＴＡＭＡＸを小さく設定するようにしたり、最大燃料噴射量ＱＭＡＸの算出に際して用いられる噴射可能クランク角期間θを小さく設定したりするのが望ましい。このようにすれば、燃料噴射開始時期の変更に応じてこれら上限開度ＴＡＭＡＸや最大燃料噴射量ＱＭＡＸをより正確に求めることができるようになる。
【００８２】
・上記各実施形態では、均質燃焼時においてクランク角ＣＡが固定値である最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸに達した時点で燃料噴射を強制的に停止させるようにしたが、燃料噴射を正常に実行できるか否かは主に燃料噴射圧と筒内圧との差圧によって決まることから、この最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸを燃料圧ＰＦに基づいて可変設定するようにしてもよい。更にこの場合、上述した燃料噴射開始時期を可変設定する場合と同様に、最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸが進角側の時期に設定されるときほど、上限開度ＴＡＭＡＸを小さく設定するようにしたり、最大燃料噴射量ＱＭＡＸの算出に際して用いられる噴射可能クランク角期間θを小さく設定したりすることで、燃料噴射開始時期の変更に応じてこれら上限開度ＴＡＭＡＸや最大燃料噴射量ＱＭＡＸをより正確に求めることができるようになる。
【００８３】
・上記各実施形態では、吸入空気量ＧＡを機関回転速度ＮＥ及び吸気圧センサ３２により検出される吸気圧ＰＭに基づいて求めるようにしたが、この吸気圧センサ３２に換えて吸入空気量を直接検出する吸気量センサを吸気通路１２に設け、同センサの検出信号に基づいて吸入空気量を求めるようにしてもよい。
【００８４】
・上記各実施形態では、冷却水温ＴＨＷや推定冷却水温ＴＨＷＥが所定温度以下であるときに、目標圧ＰＦＴをこれら冷却水温ＴＨＷや推定冷却水温ＴＨＷＥのみに基づいて設定するようにしたが、例えばこれら各温度情報ＴＨＷ，ＴＨＷＥに基づいて設定される目標圧と機関運転状態に基づいて設定される目標圧とを比較し、それらのうちで低圧であるほうを実際の目標圧として設定するようにしてもよい。
【００８５】
・上記第１及び第２の実施形態では、機関回転速度ＮＥの他、冷却水温ＴＨＷや推定冷却水温ＴＨＷＥに基づいて上限開度ＴＡＭＡＸを算出するようにしたが、機関回転速度ＮＥと燃料圧ＰＦ（或いは目標圧ＰＦＴ）とに基づいてこれを算出するようにしてもよい。また、燃料圧ＰＦ（或いは目標圧ＰＦＴ）のみ基づいて上限開度ＴＡＭＡＸを算出することもできる。この場合には、機関回転速度ＮＥをエンジン１０において想定される最も高い回転速度とした条件のもとで、図３（ａ）に示されるような、上限開度ＴＡＭＡＸと冷却水温ＴＨＷとの関係を設定しておくことが失火の発生を確実に回避する上では望ましい。
【００８６】
・第３の実施形態では、燃料圧ＰＦに基づいて最大燃料噴射量ＱＭＡＸを算出するようにしたが、例えば同最大燃料噴射量ＱＭＡＸを目標圧ＰＦＴに基づいて算出するようにしてもよい。
【００８７】
・第２の実施形態では、推定冷却水温ＴＨＷＥを推定するに際して、その初期温度を機関始動時の吸気温ＴＨＡにより、またその後の温度上昇分を機関運転時間Ｔによりそれぞれ推定するようにしたが、例えば初期温度についてはこれを外気温センサにより検出される外気温度により、また温度上昇分についてはこれを機関始動時からのエンジン１０の総回転数や総燃料噴射量に基づいて推定することもできる。或いは燃料の温度を検出する燃料温度センサを設け、同センサの検出温度に基づいてシール部位温度ＴＨＫを検出するようにしてもよい。また、これら機関温度（冷却水温ＴＨＷや推定冷却水温ＴＨＷＥ）、吸気温、外気温、燃料温度等々、燃料シール部位の温度と相関を有する温度情報を適宜組み合わせて同燃料シール部位の温度を推定することもできる。或いは、高圧燃料供給系における代表的なシール部位に温度センサを取り付け、このシール部位についてはシール部位温度ＴＨＫを直接検出し、それ以外のシール部位についてはこの温度センサの検出温度に基づいて推定するようにしてもよい。
【００８８】
以下、上記各実施形態から把握できる技術思想について記載する。
（イ）低圧燃料ポンプから供給される燃料を加圧して筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって供給する高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されないように同吸入空気量を制限する制限手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【００８９】
（ロ）前記制限手段は前記燃料供給圧が低いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである上記（イ）に記載の内燃機関の制御装置。
（ハ）前記制限手段は機関回転速度が高いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである上記（ハ）に記載の内燃機関の制御装置。
【００９０】
（ニ）前記制限手段は機関出力調整用のスロットルバルブの開度制限を通じて前記吸入空気量の制限を行うものである上記（イ）〜（ニ）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【００９１】
（ホ）低圧燃料ポンプから供給される燃料を加圧して筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって供給する高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されるときに前記燃料噴射弁の燃料噴射を禁止する禁止手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【００９２】
（ヘ）上記（イ）〜（ホ）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記高圧燃料ポンプから前記燃料噴射弁に至る燃料供給経路の燃料シール部位での燃料洩れを抑制すべく同燃料シール部位の温度が低いときほど前記燃料供給圧を低下させる供給圧制御手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかるエンジンシステム及びその制御装置の概略構成図。
【図２】クランク角と噴射時期との関係を示すタイミングチャート。
【図３】冷却水温ＴＨＷとスロットルバルブの上限開度及び燃料供給圧にかかる目標値との関係を定義した演算用マップを示すグラフ。
【図４】吸入空気量を制限する際の処理手順を示すフローチャート。
【図５】機関運転時間の経過に対する、冷却水温、推定冷却水温、並びに吸気温の推移を示すグラフ。
【図６】高圧燃料供給系におけるシール部位の温度を推定する際の処理手順を示すフローチャート。
【図７】吸入空気量と失火発生限界量との比較結果に基づき燃料噴射を禁止する際の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…エンジン、１１…燃料噴射弁、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…スロットルバルブ、１５…触媒コンバータ、１６…アクセルペダル、１７…スロットルモータ、２０…デリバリパイプ、２１…燃料配管、２２…高圧燃料ポンプ、２３…燃料タンク、２４…フィードポンプ、３０…電子制御装置、３１…メモリ、３２…吸気圧センサ、３３…吸気温センサ、３４…回転速度センサ、３５…水温センサ、３６…アクセルセンサ、３７…燃料圧センサ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、機関燃焼室に燃料を直接噴射するようにした内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関燃焼室に燃料を直接噴射するようにした、いわゆる筒内噴射式の内燃機関にあっては、吸気ポート式の内燃機関と比較して燃料噴射弁の噴射圧を高圧に設定する必要がある。このため、こうした筒内噴射式内燃機関では、フィードポンプと燃料噴射弁との間に高圧燃料ポンプを配設し、このポンプによって高圧に加圧された燃料を燃料噴射弁に供給するようにしている。
【０００３】
また、こうした高圧燃料ポンプ等、高圧燃料供給系の燃料供給圧は、例えばこれを一定の圧力に設定することもできるが、通常は、機関運転状態や、高圧燃料供給系の状態等、様々な要求に応じて変更される。
【０００４】
例えば、高圧燃料供給系においては、燃料配管の接続部分等、燃料洩れの懸念される部位にＯリング等のシール部材が配設されているが、同部材は極端な低温下に置かれると柔軟性が失われてそのシール性が低下する傾向がみられる。そこで、機関低温時等、シール部材の温度が極端に低いと推定されるときには、燃料洩れを防止するために、高圧燃料ポンプの燃料供給圧を一時的に低下させる制御が行われる（本出願人による特願平１１−１４２２９４号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように燃料の供給圧、即ち燃料噴射弁の噴射圧を低下させるようにすると以下に示すような問題も無視できないものとなる。
【０００６】
即ち、燃料供給圧が低下すると燃料噴射弁から単位時間当たりに噴射可能な燃料噴射量が減少する。このため、所定の空燃比となるように吸入空気量に応じて要求される燃料噴射量を確保する上では、燃料噴射時間を必然的に長く設定する必要が生じる。ところが筒内噴射式の内燃機関においては、燃料噴射可能なクランク角期間が筒内圧の低くなる期間、例えば吸気行程から圧縮行程の前半までの期間に制限されている。このため、燃料噴射時間が長くなると、このクランク角期間中に燃料噴射を完了させることができず、実際に噴射される燃料の量が要求量に対して不足するといった事態を招くようになる。特に、高負荷高回転時のように、要求燃料噴射量が多く、しかも燃料噴射可能なクランク角期間に相当する時間が短くなるような状況下においては、こうした傾向が一層顕著なものとなる。
【０００７】
そして、このように燃料噴射量が不足すると、同燃料噴射量に対して吸入空気量が過剰になり、空燃比が極端にリーンな状態になるため、その着火性が低下して失火の生じるおそれがある。更に、こうした失火時に排気系に排出された未燃焼の混合気が排気系の熱によって後燃えすると、排気浄化用の触媒コンバータの過熱や、ひいてはその損傷を招くこととなる。
【０００８】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる制御が行われる場合であれ、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生によって未燃焼の混合気が排気系に排出されるのを好適に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって高圧燃料を供給する高圧燃料供給系を備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されないように同吸入空気量を制限する制限手段を備える内燃機関の制御装置をその要旨としている。
【００１０】
上記構成によれば、吸入空気量の増大に伴って要求燃料噴射量が増大し、実際の燃料噴射量が上記最大燃料噴射量に制限されることで要求燃料噴射量に対して不足する場合であっても、吸入空気量はこの最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超えないように制限されているため、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生が抑えられ、未燃焼の混合気が排気系に排出されるのを好適に抑制することができるようになる。
【００１１】
ここで、上記最大燃料噴射量は高圧燃料供給系の燃料供給圧、即ち燃料噴射圧が低いときほど少なくなるため、この最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量についても燃料供給圧が低いときほど少なくなる傾向がある。また、こうした燃料供給圧に加え、上記最大燃料噴射量は機関回転速度に応じても変化し、同機関回転速度が高いときほど少なくなる。従って、失火発生限界量についても機関回転速度が高いときほど少なくなる傾向がある。
【００１２】
このため、請求項２に記載の発明によるように、請求項１に記載される内燃機関の制御装置において、前記制限手段は前記燃料供給圧が低いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである、といった構成や、
請求項３に記載の発明によるように、請求項２に記載される内燃機関の制御装置において、前記制限手段は機関回転速度が高いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである、といった構成を採用することにより、上記失火発生限界量を正確に把握した上で吸入空気量の制限を行うことができるようになるため、失火の発生に起因する未燃焼混合気の排気系への排出を一層好適に抑制することができるとともに、吸入空気量が不必要に制限されるのを極力回避することができるようになる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記制限手段は機関出力調整用のスロットルバルブの開度制限を通じて前記吸入空気量の制限を行うものであるとしている。
【００１４】
上記構成によれば、吸入空気量を制限するための機構を別途設けることなくその制限を行うことができるようになる。
更に、請求項５に記載の発明では、筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって高圧燃料を供給する高圧燃料供給系を備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されるときに前記燃料噴射弁の燃料噴射を禁止する禁止手段を備える内燃機関の制御装置をその要旨としている。
【００１５】
上記構成によれば、燃料噴射量を上記最大燃料噴射量にまで増大したとしても、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生が避けきれない状況下にあるときには、燃料噴射弁の燃料噴射が強制的に停止されるため、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生によって未燃焼の混合気が排気系に排出されるのを好適に抑制することができるようになる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記高圧燃料供給系の燃料シール部位での燃料洩れを抑制すべく同燃料シール部位の温度が低いときほど前記燃料供給圧を低下させる供給圧制御手段を更に備えるようにしている。
【００１７】
上記構成によれば、燃料シール部位に配設されるシール部材のシール性が低下する場合に、高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させることで同燃料シール部位における燃料洩れを防止することができる。しかもこうした燃料洩れを防止すべく高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる制御が行われる場合であっても、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生によって未燃焼の混合気が排気系に排出されるのを好適に抑制することができる。
【００１８】
尚、上記供給圧制御手段の具体的な構成としては、例えば燃料シール部位の温度を直接検出し、その検出温度が低いときほど高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させるようにした構成の他、機関温度（例えばこれは内燃機関の冷却水温により推定できる）が低いときほど高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる構成や、吸入空気の温度（吸気温）や外気温が低いときほど高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる構成、或いは燃料温度が低いときほど高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させる構成、更にはこれら機関温度、吸気温、外気温等々、燃料シール部位の温度と相関を有する温度情報を適宜組み合わせて同燃料シール部位の温度を推定し、その推定温度が低いときほど同燃料供給圧を低下させるようにした構成を採用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、この発明を車載ガソリンエンジンの制御装置に適用するようにした第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
【００２０】
図１は、エンジン１０及びその制御装置の構成を概略的に示している。
エンジン１０には、各気筒に対応してその燃焼室（図示略）に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１が設けられている。この燃料噴射弁１１は、デリバリパイプ２０及び燃料配管２１を介して高圧燃料ポンプ２２に接続されている。高圧燃料ポンプ２２は、燃料タンク２３内に設けられたフィードポンプ２４に接続されている。このフィードポンプ２４の吐出圧は、高圧燃料ポンプ２２の燃料圧送圧よりも低く設定されている。
【００２１】
これらデリバリパイプ２０、燃料配管２１、並びに高圧燃料ポンプ２２により構成される高圧燃料供給系においては、燃料洩れの懸念される部位、例えばデリバリパイプ２０と燃料配管２１との接続部分、同燃料配管２１と高圧燃料ポンプ２２との接続部分、或いはデリバリパイプ２０と燃料噴射弁１１との接続部分等々に、Ｏリング等のシール部材（図示略）が配設されている。
【００２２】
こうした高圧燃料供給系にあって、フィードポンプ２４から高圧燃料ポンプ２２に供給される低圧の燃料は、同高圧燃料ポンプ２２によって高圧に加圧された後、燃料配管２１を通じてデリバリパイプ２０に圧送される。このようにして圧送された燃料は、更にデリバリパイプ２０から各気筒の燃料噴射弁１１に分配供給され、同デリバリパイプ２０内の燃料圧力と等しい噴射圧をもって燃料噴射弁１１から対応する気筒の燃焼室内に噴射される。
【００２３】
このように燃焼室に噴射された燃料は、吸気通路１２を通じて同燃焼室内に供給される吸入空気と混合される。更に、その混合気は点火プラグ（図示略）によって着火されて燃焼した後、燃焼室から排気通路１３に排出される。吸気通路１２には、吸入空気量をその開度（スロットル開度ＴＡ）に応じて調量するためのスロットルバルブ１４、及びこのスロットルバルブ１４を開閉駆動するスロットルモータ１７がそれぞれ設けられている。一方、排気通路１３には、排気を浄化するための触媒コンバータ１５が設けられている。
【００２４】
また、吸気通路１２には、同吸気通路１２内における吸入空気の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出する吸気圧センサ３２、吸入空気の温度（吸気温ＴＨＡ）を検出する吸気温センサ３３がそれぞれ設けられている。エンジン１０には、クランクシャフト（図示略）の回転速度（機関回転速度ＮＥ）及び同シャフトの回転角（クランク角ＣＡ）を検出するための回転速度センサ３４、機関冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出する水温センサ３５がそれぞれ設けられている。アクセルペダル１６の近傍には、その踏込量（アクセル開度ＰＡ）を検出するアクセルセンサ３６が設けられている。更に、デリバリパイプ２０には、その内部の燃料圧力（燃料圧ＰＦ）を検出する燃料圧センサ３７が設けられている。これら各センサ３２〜３７の検出信号は、電子制御装置３０に入力される。
【００２５】
電子制御装置３０は、エンジン１０の各種制御を統括して実行するものであり、入出力回路（図示略）や演算処理を実行するＣＰＵ（図示略）の他、その演算結果や各種制御に際して参照されるデータを記憶するメモリ３１を備えている。
【００２６】
例えば、この電子制御装置３０は、アクセル開度ＰＡ及び機関回転速度ＮＥ等、機関運転状態に基づいてエンジン１０の燃焼形態を切り替えるための制御を実行する。
【００２７】
この燃焼形態の切替制御では、機関運転状態が高負荷高回転領域に移行すると、エンジン１０の燃焼形態が均質燃焼に設定される。この場合、燃料噴射時期は例えば吸気行程中或いは同吸気行程から圧縮行程の前半までの期間に設定され、燃料は燃焼室内において吸入空気と略均等に混合された状態で燃焼されるようになる。更に、この均質燃焼時には、吸気圧ＰＭ及び機関回転速度ＮＥに応じて変化する吸入空気量ＧＡと要求燃料噴射量Ｑとの比、即ち空燃比が理論空燃比となるように、これら吸気圧ＰＭ及び機関回転速度ＮＥに基づいて同要求燃料噴射量Ｑが算出される。また、吸入空気量ＧＡは、スロットル開度ＴＡに応じて調量されることから、この均質燃焼時におけるエンジン１０の出力はスロットルバルブ１４により調節されるようになる。
【００２８】
一方、機関運転状態が低負荷低回転領域に移行すると、エンジン１０の燃焼形態が成層燃焼に設定される。この場合、燃料噴射時期は圧縮行程後期に設定され、燃料はその大部分が燃焼室内の点火プラグ近傍に偏在した状態で燃焼されるようになる。また、この成層燃焼時には、空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように、要求燃料噴射量Ｑがアクセル開度ＰＡ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される。
【００２９】
一方、こうした燃焼形態の切替制御に加え、電子制御装置３０は、高圧燃料供給系から燃料噴射弁１１に供給される燃料の供給圧、即ち燃料噴射圧を調整するための制御を実行する。
【００３０】
この燃料圧制御に際しては、まず機関運転状態に基づいて、燃料噴射圧の目標値、即ち上記燃料圧ＰＦについての目標圧ＰＦＴが設定される。そして、燃料圧ＰＦとこの目標圧ＰＦＴとの偏差に基づき高圧燃料ポンプ２２の燃料吐出量がフィードバック制御される。こうしたフィードバック制御が行われることにより、実際の燃料圧ＰＦは目標圧ＰＦＴと一致するようになり、燃料噴射圧が機関運転状態に応じた適切な圧力に制御されるようになる。
【００３１】
またここで、極低温での機関始動時等、高圧燃料供給系においてシール部材が配設されている部位の温度（シール部位温度ＴＨＫ）が極端な低温になり、同シール部材のシール性が低下するようなときには、燃料圧ＰＦを一時的に低下させる制御が行われる。この制御では、上記シール部位温度ＴＨＫが推定され、このシール部位温度ＴＨＫに基づいて目標圧ＰＦＴが設定される。
【００３２】
ここで、シール部位温度ＴＨＫは、水温センサ３５により検出される冷却水温ＴＨＷと相関を有して変化し、同冷却水温ＴＨＷが低いほど低くなる傾向がある。このため、この実施形態では、冷却水温ＴＨＷに基づいてシール部位温度ＴＨＫを推定するようにし、同冷却水温ＴＨＷに応じて目標圧ＰＦＴを設定するようにしている。
【００３３】
図３（ｂ）は、冷却水温ＴＨＷと目標圧ＰＦＴとの関係の一例を示しており、こうした関係は電子制御装置３０のメモリ３１に演算用マップとして予め記憶されている。同図に示されるように、目標圧ＰＦＴは、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１（例えば、「０℃」）以下の範囲にあるときには、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど低い圧力に設定される。
【００３４】
このように冷却水温ＴＨＷが低いとき、従ってシール部位温度ＴＨＫが低温であると推定されるときに、目標圧ＰＦＴを低く設定して高圧燃料供給系の燃料供給圧（燃料圧ＰＦ）を低下させることにより、各シール部位の燃料洩れが確実に防止されるようになる。
【００３５】
一方、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１を超える範囲にあるときには、上記のような燃料洩れの防止を目的とした目標圧ＰＦＴの設定は行われず、同目標圧ＰＦＴは機関運転状態に基づいて設定される。従って、機関運転状態に即した適切な燃料噴射圧に基づいて燃料噴射が行われるようになる。
【００３６】
また、電子制御装置３０は、こうした燃料圧制御の他にも、燃料噴射にかかる制御を実行する。
この燃料噴射制御に際しては、まず次の演算式（１）に基づいて燃料噴射時間τが算出される。
【００３７】
τ＝Ｑ・ＫＰＲ・Ａ ・・・（１）
Ｑ ：燃料噴射量
ＫＰＲ：燃圧補正係数
Ａ ：燃料噴射弁の噴射特性に応じて設定される定数
この演算式（１）において、燃圧補正係数ＫＰＲは、「１．０」を基準として燃料圧ＰＦの大きさに応じて設定される係数であり、同燃料圧ＰＦが低くなるほど大きい値に設定される。従って、要求燃料噴射量Ｑが同じであっても、燃料圧ＰＦが低い場合には、燃料噴射時間τが相対的に長い時間に設定されることになる。
【００３８】
そして、例えば均質燃焼時においては、図２（ａ）に示されるように、クランク角ＣＡが吸気上死点ＴＤＣａに一致する時期から燃料噴射が開始されるとともに、上記燃料噴射時間τが経過した時点で燃料噴射が終了される。その結果、要求燃料噴射量Ｑと等しい量の燃料が燃料噴射弁１１から燃焼室内に噴射されるようになる。
【００３９】
ここで、燃料噴射弁１１の燃料噴射は、クランク角ＣＡが圧縮上死点ＴＤＣｂ前の所定クランク角ＣＡＭＡＸ（以下、「最大燃料噴射角」という）に達すると、それ以降は実行できなくなる。これは、クランク角ＣＡがこの最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸよりも進んだ圧縮行程の後期にあっては、燃焼室内の圧力（筒内圧）が上昇するため、燃料噴射が正常に行われなくなり、また燃焼室内の空気が燃料噴射弁１１の内部に逆流する等の現象が発生するためである。
【００４０】
このため、クランク角ＣＡが上記最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸに達した時点で燃料噴射弁１１は閉弁駆動され、燃料噴射は強制的に停止される。従って、クランク角ＣＡが最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸに達した時点で燃料噴射時間τに基づく燃料噴射が未だ完了していない場合であっても（図２（ｂ））、その時点で燃料噴射は終了するようになる（図２（ｃ））。
【００４１】
また、このように燃料噴射期間が制限されると、燃料噴射弁１１から噴射することの可能な最大の燃料噴射量ＱＭＡＸ（以下、「最大燃料噴射量」という）についても制限されるようになる。従って、要求燃料噴射量Ｑがこの最大燃料噴射量ＱＭＡＸを超える量に設定されている場合には、実際の燃料噴射量が要求燃料噴射量Ｑに対して（要求燃料噴射量Ｑー最大燃料噴射量ＱＭＡＸ）分だけ不足するようになる。
【００４２】
以下、この最大燃料噴射量ＱＭＡＸについて説明する。
吸気上死点ＴＤＣａから最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸに至るまでのクランク角期間θ（以下、「噴射可能クランク角期間」という）は、以下の演算式（２）に基づいて時間τｍａｘ（以下、「最大燃料噴射時間」という）に換算することができる。
【００４３】
τｍａｘ＝Ｋ１・θ／ＮＥ ・・・（２）
Ｋ１ ：換算係数
一方、最大燃料噴射量ＱＭＡＸは、上記各演算式（１），（２）から導かれる以下の演算式（３）に基づいて算出することができる。
【００４４】
ＱＭＡＸ＝Ｋ１・θ／ＮＥ・ＫＰＲ・Ａ ・・・（３）
ここで、上記演算式（３）から明らかなように、最大燃料噴射量ＱＭＡＸは、燃圧補正係数ＫＰＲの大きさに応じて変化し、この燃圧補正係数ＫＰＲが大きいときほど少ない量になる。換言すれば、最大燃料噴射量ＱＭＡＸは、燃料圧ＰＦが低いときほど少ない量になる。また、こうした燃圧補正係数ＫＰＲに加えて、最大燃料噴射量ＱＭＡＸは、機関回転速度ＮＥに応じても変化し、同機関回転速度ＮＥが高いときほど少ない量になる。
【００４５】
従って、実際に噴射される燃料の量が要求燃料噴射量Ｑに対して不足するといった状況は、燃料圧ＰＦが低いときほど、また機関回転速度ＮＥが高いときほど発生し易いといえる。
【００４６】
そして、このように実際に噴射される燃料の量が最大燃料噴射量ＱＭＡＸに制限され、要求燃料噴射量Ｑに対して不足した状況下で均質燃焼が行われると、同要求燃料噴射量Ｑが吸入空気量ＧＡに応じて設定されたものであるため、同吸入空気量ＧＡが実際の燃料噴射量に対しては過剰になり、失火の発生や、それに起因する触媒コンバータ１５の過熱等を招くおそれがある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、最大燃料噴射量ＱＭＡＸに対する吸入空気量ＧＡとして失火が発生しない最大の量（以下、「失火発生限界量ＧＡＭＡＸ」という）を超える量の吸入空気がエンジン１０に供給されないように、吸入空気量を制限するようにしている。以下、このように吸入空気量を制限する際の処理について図３及び図４を参照して説明する。
【００４８】
図４は、吸入空気量を制限する際の処理手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は電子制御装置３０により所定の制御周期毎に繰り返し実行される。尚、成層燃焼時にあっては、上述したような過剰な吸入空気量のもとでの失火が発生せず、従って吸入空気量を制限する必要もない。このため、上記一連の処理は、エンジン１０の燃焼形態が均質燃焼に設定されていることを条件に行われる。
【００４９】
この一連の処理では、まずアクセル開度ＰＡ等に基づいてスロットル開度ＴＡについての目標値（目標開度ＴＡＲＢ）が算出される（ステップ１１０）。
次に、冷却水温ＴＨＷ及び機関回転速度ＮＥに基づいてスロットル開度ＴＡについての上限値（上限開度ＴＡＭＡＸ）が算出される（ステップ１２０）。ここで、この上限開度ＴＡＭＡＸは、スロットル開度ＴＡを制限して吸入空気量を失火発生限界量ＧＡＭＡＸ以下に制限するためのものである。
【００５０】
図３（ａ）は、この上限開度ＴＡＭＡＸと冷却水温ＴＨＷ及び機関回転速度ＮＥとの関係の一例を示しており、こうした関係は電子制御装置３０のメモリ３１に演算用マップとして予め記憶されている。
【００５１】
同図（ａ）に示されるように、冷却水温ＴＨＷが前記所定温度ＴＨＷ１を超える範囲にあるときには、上限開度ＴＡＭＡＸは全開に相当する開度に設定される。即ちこの場合には、スロットル開度ＴＡの開度制限は行われず、従って吸入空気量ＧＡの制限も行われない。
【００５２】
一方、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１以下の範囲にあるときには、上限開度ＴＡＭＡＸは冷却水温ＴＨＷが低くなるほど小さい開度に設定される。これは、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど目標圧ＰＦＴが低く設定され、この目標圧ＰＦＴ（ひいては燃料圧ＰＦ）に応じて最大燃料噴射量ＱＭＡＸが少なくなる結果、この最大燃料噴射量ＱＭＡＸに応じて失火発生限界量ＧＡＭＡＸも少なくなるからである。
【００５３】
更に、同じく冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１以下の範囲にあるときには、上限開度ＴＡＭＡＸは機関回転速度ＮＥが高くなるほど小さい開度に設定される。これは、機関回転速度ＮＥが高くなるほど最大燃料噴射量ＱＭＡＸが少なくなり、この最大燃料噴射量ＱＭＡＸに応じて失火発生限界量ＧＡＭＡＸも少なくなるからである。
【００５４】
このようにして上限開度ＴＡＭＡＸが算出されると、次にこの上限開度ＴＡＭＡＸと目標開度ＴＡＲＢとが比較される（ステップ１３０）。そして、目標開度ＴＡＲＢが上限開度ＴＡＭＡＸを上回っている場合には（ステップ１３０：ＹＥＳ）、目標開度ＴＡＲＢが上限開度ＴＡＭＡＸと等しく設定される（ステップ１４０）。即ち目標開度ＴＡＲＢが上限開度ＴＡＭＡＸに制限される。そして、こうしたスロットル開度ＴＡの開度制限を通じて吸入空気量ＧＡも失火発生限界量ＧＡＭＡＸ以下に制限されるようになる。
【００５５】
このように目標開度ＴＡＲＢが制限された後、或いは目標開度ＴＡＲＢが上限開度ＴＡＭＡＸ以下である場合には（ステップ１３０：ＮＯ）、この一連の処理は一旦終了される。
【００５６】
以上説明した制御態様をもって吸入空気量を制限するようにした本実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。
（１）均質燃焼時に、実際に噴射される燃料の量が最大燃料噴射量ＱＭＡＸに制限され、要求燃料噴射量Ｑに対して不足するようになっても、スロットル開度ＴＡの最大開度が上限開度ＴＡＭＡＸに制限され、吸入空気量が最大燃料噴射量ＱＭＡＸに応じた失火発生限界量ＧＡＭＡＸを超えないように制限されるため、過剰な吸入空気量のもとでの失火発生を抑えて未燃焼の混合気が排気通路１３に排出されるのを好適に抑制することができるようになる。その結果、排気性状の悪化はもとより、触媒コンバータ１５の過熱や、その熱による損傷を回避することができるようになる。更に、こうした失火の発生に起因した機関出力の変動により車両の走行性が低下するのも併せて抑制することができるようになる。
【００５７】
（２）また、冷却水温ＴＨＷが低いときほど、換言すれば高圧燃料供給系の燃料供給圧（燃料圧ＰＦ）が低いときほど、上限開度ＴＡＭＡＸを小さい開度に設定するようにしたため、失火発生限界量ＧＡＭＡＸを正確に把握した上で吸入空気量の制限を行うことができるようになる。その結果、失火の発生に起因する未燃焼混合気の排出を一層好適に抑制することができる。更に、吸入空気量が不必要に制限されるのを極力回避することができ、機関出力の低下も併せて抑制することができるようになる。
【００５８】
（３）更に、上記燃料供給圧の他、機関回転速度ＮＥが高いときほど上限開度ＴＡＭＡＸを小さい開度に設定するようにしている。従って、失火発生限界量ＧＡＭＡＸを更に正確に把握した上で吸入空気量の制限を行うことができ、未燃焼混合気の排出並びに吸入空気量の不必要な制限を一層好適に抑制することができるようになる。
【００５９】
（４）エンジン１０の出力調整を行う上で必須の機構であるスロットルバルブ１４の開度制限を通じて吸入空気量を制限するようにしたため、同吸入空気量を制限するための機構を別途設けることなくその制限を行うことができるようになる。
【００６０】
（５）高圧燃料供給系の燃料シール部位における温度（シール部位温度ＴＨＫ）を冷却水温ＴＨＷにより推定し、同冷却水温ＴＨＷが低いときほど、シール部位温度ＴＨＫが低いときほど目標圧ＰＦＴを低く設定して高圧燃料供給系の燃料供給圧を低下させるようにしたため、各シール部位の燃料洩れを確実に防止することができるようになる。
【００６１】
［第２の実施形態］
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態の制御装置が適用されるエンジンシステムには、図１に破線で示されるように、エンジン１０の本体に加熱装置５０が設けられている。この加熱装置５０は、極低温下での機関始動性を向上させるためのものであり、機関停止中に外部電源（図示略）から電力が供給され、その電力によって機関冷却水を所定温度以上に加熱するものである。
【００６２】
こうした加熱装置５０が設けられたエンジンシステムでは、機関冷却水の加熱により機関停止中に冷却水温ＴＨＷが所定温度以上に維持され、その状態で機関始動が行われるようになる。従って、例えば外気温が低く、高圧燃料供給系の燃料シール部位が極端に温度低下した状態で機関始動が行われるような場合等には、冷却水温ＴＨＷと上記シール部位温度ＴＨＫとの相関が低くなる。このため、シール部位温度ＴＨＫが常に冷却水温ＴＨＷに等しいものとしてこれを推定した場合には、その推定結果に誤差が生ずるようになる。
【００６３】
そこで、本実施形態では、第１の実施形態とは異なる方法を用いてシール部位温度ＴＨＫを推定するようにしている。以下、このシール部位温度ＴＨＫの推定方法について図５及び図６を参照して説明する。
【００６４】
図６は、シール部位温度ＴＨＫを推定する際の手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は電子制御装置３０により所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００６５】
この一連の処理では、機関始動時の吸気温ＴＨＡと、機関始動時からの経過時間、即ち機関運転時間Ｔとが読み込まれ、更に次の演算式（４）に基づいて推定冷却水温ＴＨＷＥが算出される（ステップ２１０）。この推定冷却水温ＴＨＷＥは、加熱装置５０による機関冷却水の加熱が行われていないと仮定した場合における同機関冷却水の温度である。
【００６６】
ＴＨＷＥ＝ＴＨＡ＋Ｋ２・Ｔ ・・・（４）
Ｋ２ ：補正係数
図５は、機関運転時間Ｔの経過に対する、冷却水温ＴＨＷ、推定冷却水温ＴＨＷＥ、並びに吸気温ＴＨＡの推移をそれぞれ示している。同図に一点鎖線で示されるように、推定冷却水温ＴＨＷＥは、吸気温ＴＨＡを初期温度とし、機関運転時間Ｔの経過とともに徐々に上昇する。また、推定冷却水温ＴＨＷＥは、機関始動後から所定時間ｔ１が経過するまでは、加熱装置５０の加熱による影響によって実際の冷却水温ＴＨＷが高くなるため、同冷却水温ＴＨＷよりも低くなる。
【００６７】
このようにして推定冷却水温ＴＨＷＥを算出した後、次に水温センサ３５により検出される冷却水温ＴＨＷとこの推定冷却水温ＴＨＷＥとが比較される（ステップ２２０）。ここで、推定冷却水温ＴＨＷＥが冷却水温ＴＨＷよりも低い場合には（ステップ２２０：ＹＥＳ）、シール部位温度ＴＨＫは推定冷却水温ＴＨＷＥと等しく設定される（ステップ２３０）。即ちこの場合には、加熱装置５０により機関冷却水が加熱され、冷却水温ＴＨＷが温度上昇しているため、その影響により同冷却水温ＴＨＷからシール部位温度ＴＨＫを正確に推定することができないものとして、推定冷却水温ＴＨＷＥに基づいてシール部位温度ＴＨＫが推定される（図５においてタイミングｔ１までの期間）。
【００６８】
一方、推定冷却水温ＴＨＷＥが冷却水温ＴＨＷ以上である場合には（ステップ２２０：ＮＯ）、シール部位温度ＴＨＫは冷却水温ＴＨＷと等しく設定される（ステップ２４０）。即ちこの場合には、加熱装置５０の加熱による影響が殆どないものとして、シール部位温度ＴＨＫが実際の冷却水温ＴＨＷに基づいて推定される（図５においてタイミングｔ１以降の期間）。
【００６９】
このようにしてシール部位温度ＴＨＫを設定した後（ステップ２３０，ステップ２４０）、この一連の処理は一旦終了される。
そして、先の図３（ｂ）に示した冷却水温ＴＨＷと目標圧ＰＦＴとの関係と同様の傾向、即ちシール部位温度ＴＨＫが所定温度以下であるときに、同シール部位温度ＴＨＫが低くなるほど目標圧ＰＦＴが低くなる傾向をもった演算用マップが参照され、同目標圧ＰＦＴがシール部位温度ＴＨＫに基づいて設定される。
【００７０】
更に、図４に示すステップ１２０の処理においても、先の図３（ａ）に示した上限開度ＴＡＭＡＸと冷却水温ＴＨＷ及び機関回転速度ＮＥとの関係と同様の傾向、即ちシール部位温度ＴＨＫが所定温度以下であるときに、同シール部位温度ＴＨＫが低くなるほど、また機関回転速度ＮＥが高くなるほど、上限開度ＴＡＭＡＸが小さくなる傾向をもった演算用マップが参照され、同上限開度ＴＡＭＡＸがシール部位温度ＴＨＫ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される。尚、こうした上限開度ＴＡＭＡＸとシール部位温度ＴＨＫ及び機関回転速度ＮＥとの関係を定義した演算用マップや、先の目標圧ＰＦＴとシール部位温度ＴＨＫとの関係を定義した演算用マップはいずれも、電子制御装置３０のメモリ３１に記憶されている。
【００７１】
このように本実施形態では、加熱装置５０を備えたエンジンシステムにあって、機関始動時の吸気温ＴＨＡ及び機関運転時間Ｔに基づいて機関冷却水の温度（推定冷却水温ＴＨＷＥ）を推定するとともに、この推定温度と実際の機関冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）とを比較しつつ、これら各温度温度からシール部位温度ＴＨＫを更に推定するようにしている。
【００７２】
従って、本実施形態によれば、
（６）加熱装置５０が備えたエンジンシステムであっても、シール部位温度ＴＨＫを正確に推定することができ、高圧燃料供給系の各シール部位における燃料洩れをより確実に防止することができるようになる。
【００７３】
［第３の実施形態］
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。
上記第１及び第２の実施形態では、吸入空気量ＧＡが失火発生限界量ＧＡＭＡＸを超えることがないように同吸入空気量ＧＡを制限することにより、失火の発生を抑え、それに起因する未燃焼混合気の排気通路１３への排出を抑制するようにしたが、本実施形態では、吸入空気量ＧＡが失火発生限界量ＧＡＭＡＸを超える場合に、燃料噴射弁１１による燃料噴射を強制的に停止させるようにしている。
【００７４】
以下、このように燃料噴射を強制的に停止させる際の処理手順について図７に示すフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示される一連の処理は電子制御装置３０により所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００７５】
この一連の処理では、まず上記演算式（３）に基づいて最大燃料噴射量ＱＭＡＸが算出される（ステップ３１０）。次に、この最大燃料噴射量ＱＭＡＸに基づいて失火発生限界量ＧＡＭＡＸが算出される（ステップ３２０）。この最大燃料噴射量ＱＭＡＸと失火発生限界量ＧＡＭＡＸとの関係は予め実験等によって求められており、基本的に、最大燃料噴射量ＱＭＡＸが多いときほど失火発生限界量ＧＡＭＡＸは多い量に設定される。また、こうした最大燃料噴射量ＱＭＡＸと失火発生限界量ＧＡＭＡＸとの関係は、電子制御装置３０のメモリ３１に演算用マップとして記憶されており、失火発生限界量ＧＡＭＡＸの算出に際してはこの演算用マップが参照される。
【００７６】
次に、吸気圧ＰＭ及び機関回転速度ＮＥに基づいて吸入空気量ＧＡが算出される（ステップ３３０）。電子制御装置３０のメモリ３１には、この吸入空気量ＧＡと吸気圧ＰＭ及び機関回転速度ＮＥとの関係を定義した演算用マップが記憶されており、この演算用マップを参照して吸入空気量ＧＡが算出される。
【００７７】
そして次に、この吸入空気量ＧＡと失火発生限界量ＧＡＭＡＸとが比較される（ステップ３４０）。ここで、吸入空気量ＧＡが失火発生限界量ＧＡＭＡＸを上回っていると判断された場合には（ステップ３４０：ＹＥＳ）、燃料噴射が禁止される（ステップ３５０）。即ち、燃料噴射弁１１が閉弁駆動されてその燃料噴射が強制的に停止される。そして、一連の処理が一旦終了される。
【００７８】
一方、吸入空気量ＧＡが失火発生限界量ＧＡＭＡＸ以下である場合には（ステップ３４０：ＮＯ）、燃料噴射が禁止されることなく一連の処理が一旦終了される。
【００７９】
このように、本実施形態では、最大燃料噴射量ＱＭＡＸに応じた失火発生限界量ＧＡＭＡＸを超える量の吸入空気が供給されるときには、燃料噴射弁１１の燃料噴射を禁止するようにしている。
【００８０】
従って、
（７）最大燃料噴射量ＱＭＡＸと等しい量の燃料が噴射されたとしても失火の発生が避けきれない状況下にあるときには、燃料噴射が強制的に停止されるため、過剰な吸入空気量のもとでの失火の発生によって未燃焼の混合気が排気通路１３に排出されるのを確実に抑制することができるようになる。その結果、排気性状の悪化はもとより、触媒コンバータ１５の過熱や、その熱による損傷を回避することができるようになる。更に、こうした失火の発生に起因した機関出力の変動により車両の走行性が低下するのも併せて抑制することができるようになる。
【００８１】
以上本発明の各実施形態について説明したが、これら各実施形態は以下に示すようにその構成を変更して実施することもできる。
・上記各実施形態では、均質燃焼時における燃料噴射開始時期が吸気上死点ＴＤＣａに設定される場合を例にして説明したが、この燃料噴射開始時期は機関運転状態に応じて適宜変更されるものであってもよい。このように燃料噴射開始時期を可変設定するようにすると、同燃料噴射開始時期に応じて噴射可能クランク角期間θが変化し、その変化に伴って最大燃料噴射量ＱＭＡＸ、更には失火発生限界量ＧＡＭＡＸが変化するようになる。従って、この場合には、燃料噴射開始時期が遅角側の時期に設定されるときほど、上限開度ＴＡＭＡＸを小さく設定するようにしたり、最大燃料噴射量ＱＭＡＸの算出に際して用いられる噴射可能クランク角期間θを小さく設定したりするのが望ましい。このようにすれば、燃料噴射開始時期の変更に応じてこれら上限開度ＴＡＭＡＸや最大燃料噴射量ＱＭＡＸをより正確に求めることができるようになる。
【００８２】
・上記各実施形態では、均質燃焼時においてクランク角ＣＡが固定値である最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸに達した時点で燃料噴射を強制的に停止させるようにしたが、燃料噴射を正常に実行できるか否かは主に燃料噴射圧と筒内圧との差圧によって決まることから、この最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸを燃料圧ＰＦに基づいて可変設定するようにしてもよい。更にこの場合、上述した燃料噴射開始時期を可変設定する場合と同様に、最大燃料噴射角ＣＡＭＡＸが進角側の時期に設定されるときほど、上限開度ＴＡＭＡＸを小さく設定するようにしたり、最大燃料噴射量ＱＭＡＸの算出に際して用いられる噴射可能クランク角期間θを小さく設定したりすることで、燃料噴射開始時期の変更に応じてこれら上限開度ＴＡＭＡＸや最大燃料噴射量ＱＭＡＸをより正確に求めることができるようになる。
【００８３】
・上記各実施形態では、吸入空気量ＧＡを機関回転速度ＮＥ及び吸気圧センサ３２により検出される吸気圧ＰＭに基づいて求めるようにしたが、この吸気圧センサ３２に換えて吸入空気量を直接検出する吸気量センサを吸気通路１２に設け、同センサの検出信号に基づいて吸入空気量を求めるようにしてもよい。
【００８４】
・上記各実施形態では、冷却水温ＴＨＷや推定冷却水温ＴＨＷＥが所定温度以下であるときに、目標圧ＰＦＴをこれら冷却水温ＴＨＷや推定冷却水温ＴＨＷＥのみに基づいて設定するようにしたが、例えばこれら各温度情報ＴＨＷ，ＴＨＷＥに基づいて設定される目標圧と機関運転状態に基づいて設定される目標圧とを比較し、それらのうちで低圧であるほうを実際の目標圧として設定するようにしてもよい。
【００８５】
・上記第１及び第２の実施形態では、機関回転速度ＮＥの他、冷却水温ＴＨＷや推定冷却水温ＴＨＷＥに基づいて上限開度ＴＡＭＡＸを算出するようにしたが、機関回転速度ＮＥと燃料圧ＰＦ（或いは目標圧ＰＦＴ）とに基づいてこれを算出するようにしてもよい。また、燃料圧ＰＦ（或いは目標圧ＰＦＴ）のみ基づいて上限開度ＴＡＭＡＸを算出することもできる。この場合には、機関回転速度ＮＥをエンジン１０において想定される最も高い回転速度とした条件のもとで、図３（ａ）に示されるような、上限開度ＴＡＭＡＸと冷却水温ＴＨＷとの関係を設定しておくことが失火の発生を確実に回避する上では望ましい。
【００８６】
・第３の実施形態では、燃料圧ＰＦに基づいて最大燃料噴射量ＱＭＡＸを算出するようにしたが、例えば同最大燃料噴射量ＱＭＡＸを目標圧ＰＦＴに基づいて算出するようにしてもよい。
【００８７】
・第２の実施形態では、推定冷却水温ＴＨＷＥを推定するに際して、その初期温度を機関始動時の吸気温ＴＨＡにより、またその後の温度上昇分を機関運転時間Ｔによりそれぞれ推定するようにしたが、例えば初期温度についてはこれを外気温センサにより検出される外気温度により、また温度上昇分についてはこれを機関始動時からのエンジン１０の総回転数や総燃料噴射量に基づいて推定することもできる。或いは燃料の温度を検出する燃料温度センサを設け、同センサの検出温度に基づいてシール部位温度ＴＨＫを検出するようにしてもよい。また、これら機関温度（冷却水温ＴＨＷや推定冷却水温ＴＨＷＥ）、吸気温、外気温、燃料温度等々、燃料シール部位の温度と相関を有する温度情報を適宜組み合わせて同燃料シール部位の温度を推定することもできる。或いは、高圧燃料供給系における代表的なシール部位に温度センサを取り付け、このシール部位についてはシール部位温度ＴＨＫを直接検出し、それ以外のシール部位についてはこの温度センサの検出温度に基づいて推定するようにしてもよい。
【００８８】
以下、上記各実施形態から把握できる技術思想について記載する。
（イ）低圧燃料ポンプから供給される燃料を加圧して筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって供給する高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されないように同吸入空気量を制限する制限手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【００８９】
（ロ）前記制限手段は前記燃料供給圧が低いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである上記（イ）に記載の内燃機関の制御装置。
（ハ）前記制限手段は機関回転速度が高いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである上記（ハ）に記載の内燃機関の制御装置。
【００９０】
（ニ）前記制限手段は機関出力調整用のスロットルバルブの開度制限を通じて前記吸入空気量の制限を行うものである上記（イ）〜（ニ）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【００９１】
（ホ）低圧燃料ポンプから供給される燃料を加圧して筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって供給する高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されるときに前記燃料噴射弁の燃料噴射を禁止する禁止手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【００９２】
（ヘ）上記（イ）〜（ホ）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記高圧燃料ポンプから前記燃料噴射弁に至る燃料供給経路の燃料シール部位での燃料洩れを抑制すべく同燃料シール部位の温度が低いときほど前記燃料供給圧を低下させる供給圧制御手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかるエンジンシステム及びその制御装置の概略構成図。
【図２】クランク角と噴射時期との関係を示すタイミングチャート。
【図３】冷却水温ＴＨＷとスロットルバルブの上限開度及び燃料供給圧にかかる目標値との関係を定義した演算用マップを示すグラフ。
【図４】吸入空気量を制限する際の処理手順を示すフローチャート。
【図５】機関運転時間の経過に対する、冷却水温、推定冷却水温、並びに吸気温の推移を示すグラフ。
【図６】高圧燃料供給系におけるシール部位の温度を推定する際の処理手順を示すフローチャート。
【図７】吸入空気量と失火発生限界量との比較結果に基づき燃料噴射を禁止する際の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…エンジン、１１…燃料噴射弁、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…スロットルバルブ、１５…触媒コンバータ、１６…アクセルペダル、１７…スロットルモータ、２０…デリバリパイプ、２１…燃料配管、２２…高圧燃料ポンプ、２３…燃料タンク、２４…フィードポンプ、３０…電子制御装置、３１…メモリ、３２…吸気圧センサ、３３…吸気温センサ、３４…回転速度センサ、３５…水温センサ、３６…アクセルセンサ、３７…燃料圧センサ。
Claims (6)
- 筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって高圧燃料を供給する高圧燃料供給系を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されないように同吸入空気量を制限する制限手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記制限手段は前記燃料供給圧が低いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである
請求項１記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制限手段は機関回転速度が高いときほど前記吸入空気量を少ない量に制限するものである
請求項２記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制限手段は機関出力調整用のスロットルバルブの開度制限を通じて前記吸入空気量の制限を行うものである
請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。 - 筒内噴射用の燃料噴射弁に所定の燃料供給圧をもって高圧燃料を供給する高圧燃料供給系を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記燃料供給圧にて前記燃料噴射弁から噴射可能な最大燃料噴射量に応じた失火発生限界量を超える量の吸入空気が前記内燃機関に供給されるときに前記燃料噴射弁の燃料噴射を禁止する禁止手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
前記高圧燃料供給系の燃料シール部位での燃料洩れを抑制すべく同燃料シール部位の温度が低いときほど前記燃料供給圧を低下させる供給圧制御手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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