JP4434099B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

この発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、より特定的には、インジェクタの噴射異常発生時における燃料噴射制御に関する。

内燃機関の各インジェクタは、一般的に、燃料噴射信号に応答した通電時に電磁石として作用するソレノイドコイルを含んで構成される。インジェクタからの燃料噴射期間は、内燃機関の運転状態に応じた燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量とするために精密に設定される必要がある。一般的な構成のインジェクタでは、ソレノイドコイルの非通電時には、プランジャコアの後方に配置されるスプリングの力で後方から押されるニードルによってインジェクタの燃料噴射口が塞がれた状態となる一方で、ソレノイドコイルの通電時には、磁力の発生によりプランジャコアが吸引され、プランジャコアの移動によってニードルが燃料噴射孔から抜けることによりこの燃料噴射孔から所定圧力の燃料が噴射される。

インジェクタでの断線故障の発生により、燃料噴射信号の発生時にソレノイドコイルの通電が行なわれない場合には、所望の燃料噴射を行なうことができなくなるため、エンジン出力、ひいては車両の運転状況に悪影響を及ぼす可能性がある。このため、インジェクタの断線故障については、故障したインジェクタの特定を含めて、速やかに故障診断して運転者に通知する必要がある。

このような観点から、複数気筒を有する内燃機関において、気筒毎の燃料噴射信号を伝送する信号線のそれぞれの断線を識別して検知する構成が特開２００４−１３７９３８号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示された内燃機関の断線検出装置では、主制御回路からの気筒毎に並列の燃料噴射信号を受信する際に、その受信の有無を表わす履歴フラグを発生してメモリにストアし、メモリにストアされた履歴フラグの状況を監視することによって、信号線の断線が発生した気筒を特定可能な構成としている。
特開２００４−１３７９３８号公報

内燃機関での燃料噴射量は、基本的には、内燃機関の状態（代表的には負荷）に応じて理論空燃比に従って算出される。しかし、内燃機関の運転領域によっては、空燃比をリッチ化して出力を増大させるため、あるいは、燃料の気化潜熱による冷却効果を得るために、理論空燃比に従った燃料噴射量よりも多い燃料噴射量を設定する燃料増加制御（以下、「増量制御」とも称する）が行なわれることがある。必然的に、この増量制御の際には、各気筒からの排気中に燃料未燃成分が含まれることになる。

この際に、一部の気筒でインジェクタに断線等の噴射異常が発生して燃料噴射が停止されると、この異常気筒からの燃料未燃成分を含まない排気と、他の増量制御中の正常気筒からの燃料未燃成分を含む排気とが反応することによって、排気系での温度上昇、特にエキゾーストマニホールド下流に配置された触媒の過高温が発生するおそれがある。

このため、いずれかの気筒でインジェクタに断線等の噴射異常が発生して燃料噴射が停止された場合には、本来増量制御を行なうべき運転領域では燃料噴射量を零にする燃料カット制御を行なう必要が生じるため、運転領域が狭くなってしまっていた。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、インジェクタの噴射異常発生時において排気系の温度上昇を回避した上で、内燃機関の運転領域を確保することである。

この発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は、各気筒に対応して燃焼噴射手段を備えた内燃機関の燃料噴射を制御する。燃料噴射制御装置は、異常検知手段と、第１の燃料増量手段と、第２の燃料増量手段と、燃料カット手段と、増量中止手段とを備える。異常検知手段は、燃料噴射手段の異常を検知する。第１の燃料増量手段は、各燃料噴射手段が正常である場合に、内燃機関の状態が第１の運転領域内であることに応じて燃料噴射量を理論空燃比に対応した量よりも増量する。第２の燃料増量手段は、各燃料噴射手段が正常である場合に、内燃機関の状態が第２の運転領域内であることに応じて燃料噴射量を理論空燃比に対応した量よりも増量する。燃料カット手段は、異常検知手段によっていずれかの燃料噴射手段の異常が検知された場合に、内燃機関の状態が第１の運転領域内であることに応じて各燃料噴射手段からの燃料噴射を停止させる。増量中止手段は、内燃機関の状態が第２の運転領域内であり、かつ、異常検知手段によっていずれかの燃料噴射手段の異常が検知された場合に、燃料噴射量を理論空燃比に対応した量に設定する。

上記内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射手段の正常時に燃料噴射量を理論空燃比に対応した量よりも増量する増量制御を行なう運転領域の全てについて燃料噴射手段の異常発生時に燃料カットを行なうのではなく、一部の領域（第２の運転領域）については、増量制御を中止して理論空燃比に対応した燃料噴射量を設定する。したがって、燃料噴射手段の異常発生時に、排気系の温度上昇を回避した上で運転領域を拡大できる。

好ましくは、この発明による内燃機関の燃料噴射制御装置では、第１の運転領域内における内燃機関の回転数は、第２の運転領域内における回転数よりも高い。

上記内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射手段の異常発生により増量制御が不能となった場合には、増量制御を行なわないと高温となる可能性がある高回転数領域（第１の運転領域）を運転不能とする一方で、そのような可能性が小さい相対的な低回転数領域（第２の運転領域）では、増量制御を中止することで運転可能として運転領域を拡大できる。

また好ましくは、この発明による内燃機関の燃料噴射制御装置では、第１の運転領域は、内燃機関の温度上昇が懸念される運転状態に対応して設定される。

上記内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射手段の異常発生により増量制御が不能となった場合には、温度面から増量制御が必要とされる領域（第１の運転領域）では燃料カット制御を行なって運転不能とする。これにより、燃料噴射手段の異常発生時に増量制御を行なうことによる過高温の発生を防止できる。

あるいは好ましくは、この発明による内燃機関の燃料噴射制御装置では、内燃機関の出力不足が懸念される運転状態に対応して設定される。

上記内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射手段の異常発生により増量制御が不能となった場合には、温度面からの懸念ではなく出力増加のために増量制御を行なう領域（第２の運転領域）では増量制御を中止して運転可能とする。この結果、上記運転領域について、燃料噴射手段の正常時には増量制御により内燃機関の出力を増大させるとともに、燃料噴射手段の異常発生時には排気系の温度上昇を回避した上で運転そのものは可能することができる。

この発明による内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、インジェクタの噴射異常発生時において排気系の温度上昇を回避した上で、内燃機関の運転領域を確保することである。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中における同一または相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は繰返さないものとする。

図１に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）により制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図
１には、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。

図１に示すように、エンジン（内燃機関）１０は、複数の気筒１１２♯１〜１１２♯４を備える。なお、以下では、気筒１１２♯１〜１１２♯４を区別することなく総括的に表記する場合には、単に気筒１１２、あるいは各気筒１１２と記載することとする。

各気筒１１２はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。

各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。

図１に示すように、各筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されている。この燃料分配管１３０は、燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク１９５に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク１９５に戻すように構成されている。したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。

エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ（Read Only Memory）３２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３３０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３４０、入力ポート３５０および出力ポート３６０を備えている。

エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温（エンジン冷却水温）に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。

燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。

本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ₂センサを用いてもよい。

アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値やエンジン冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。

また、インテークマニホールド２０、サージタンク３０および吸気ダクト４０に至る吸気経路のいずれかに大気温センサ４０５が設けられる。大気温センサ４０５は、吸入空気の温度に応じた出力電圧を発生する。大気温センサ４０５の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１５を介して入力ポート３５０に入力される。

クランク角センサ４８０は、エンジン１０のクランクシャフトに装着されたロータと、その近傍に配設されてロータの外周に設けられた突起の通過を検出する電磁ピックアップとを備えて構成されるものである。クランク角センサ４８０は、クランクシャフトの回転位相を検出するためのセンサであり、その出力は、上記突起の通過毎に発生されるパルス信号として、入力ポート３５０に与えられる。

エンジンＥＣＵ３００は、所定プログラムの実行により各センサからの信号に基づいて、エンジンシステムの全体動作を制御するための各種制御信号を生成する。これらの制御信号は、出力ポート３６０および駆動回路４７０を介して、エンジンシステムを構成する機器・回路群へ送出される。

次に、図２を用いて、各インジェクタの駆動回路構成を説明する。
図２を参照して、筒内噴射用インジェクタ１１０に対応して、インジェクタ駆動部５００ｄが設けられ、吸気通路噴射用インジェクタ１２０に対してインジェクタ駆動部５００ｐが設けられる。

インジェクタ駆動部５００ｄは、エンジンＥＣＵ３００からの燃料噴射信号ＩＪｔ−ｄ１〜ＩＪｔ−ｄ４に応答して、ソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４への給電を制御する。ソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４は、気筒１１２♯１〜１２１♯４の筒内噴射用インジェクタ１１０にそれぞれ内蔵されている。

ソレノイドコイル１１１♯１は、ノードＣＯＭ−ｄｂおよびノードＩＮｊ−ｄ１の間に接続され、ソレノイドコイル１１１♯２は、ノードＣＯＭ−ｄａとノードＩＮｊ−ｄ２の間に接続される。ソレノイドコイル１１１♯３は、ノードＣＯＭ−ｄａおよびノードＩＮｊ−ｄ３の間に接続される。ソレノイドコイル１１１♯４は、ノードＣＯＭ−ｄｂおよびノードＩＮｊ−ｄ４の間に接続される。各ソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４の通電時に、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０は燃焼室内に向けて燃料を噴射する。

同様に、インジェクタ駆動部５００ｐは、エンジンＥＣＵ３００からの燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｐ１〜Ｉｊｔ−ｐ４に応答して、ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４への給電を制御する。ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４は、気筒１１２♯１〜１１２♯４の吸気通路噴射用インジェクタ１２０にそれぞれ内蔵されている。

ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４は、ノードＣＯＭ−ｐとノードＩＮｊ−ｐ１〜ＩＮｊ−ｐ４との間にそれぞれ接続される。各ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４の通電時に、対応の吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、吸気通路および／または吸気ポートに向けて燃料を噴射する。

燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１〜Ｉｊｔ−ｄ４は、気筒１１２♯１〜１１２♯４の筒内噴射用インジェクタ１１０にそれぞれ対応し、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射期間に生成されて、論理ハイレベル（以下、Ｈレベルと表記する）に設定される。燃料噴射期間以外では、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１〜Ｉｊｔ−ｄ４は、生成が停止されて、論理ローレベル（以下、Ｌレベルと表記する）に設定される。

同様に、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｐ１〜Ｉｊｔ−ｐ４は、気筒１１２♯１〜１１２♯４の吸気通路噴射用インジェクタ１２０にそれぞれ対応し、対応の吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間に生成されてＨレベルに設定され、燃料噴射期間以外ではその生成が停止されてＬレベルに設定される。

まず、インジェクタ駆動部５００ｄ，５００ｐによるインジェクタへの給電制御構成について説明する。

インジェクタ駆動部５００ｄは、高電圧発生回路５１０ｄと、駆動制御回路５２０ｄと、高電圧供給トランジスタＨＴｄａ，ＨＴｄｂと、給電制御トランジスタＴｄ１〜Ｔｄ４と、電圧供給トランジスタＫＴｄａ，ＫＴｄｂとを含む。

高電圧発生回路５１０ｄは、電源電圧＋Ｂを受けて高電圧ＶＨを発生する。高電圧供給トランジスタＨＴｄａおよびＨＴｄｂは、導通時にノードＣＯＭ−ｄａおよびＣＯＭ−ｄｂに高電圧ＶＨをそれぞれ供給するように配置される。電圧供給トランジスタＫＴｄａおよびＫＴｄｂは、導通時にノードＣＯＭ−ｄａおよびＣＯＭ−ｄｂに電源電圧＋Ｂをそれぞれ供給するように配置される。給電制御トランジスタＴｄ１〜Ｔｄ４は、ノードＩＮｊ−ｄ１〜ＩＮｊ−ｄ４と接地電圧ＧＮＤの間に抵抗素子Ｒｄ１４またはＲｄ２３を介して接続される。高電圧供給トランジスタＨＴｄａ，ＨＴｄｂ、電圧供給トランジスタＫＴｄａ，ＫＴｄｂ、および給電制御トランジスタＴｄ１〜Ｔｄ４の導通（オン）および非導通（オフ）は、駆動制御回路５２０ｄによって制御される。

インジェクタ駆動部５００ｐは、駆動制御回路５２０ｐと、給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４とを含む。インジェクタ駆動部５００ｐのノードＣＯＭ−ｐには、電源電圧＋Ｂが供給される。給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４は、ノードＩＮｊ−ｐ１〜ＩＮｊ−ｐ４と接地電圧ＧＮＤの間に抵抗素子Ｒｄを介して接続される。給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４の導通（オン）および非導通（オフ）は、駆動制御回路５２０ｐによって制御される。

インジェクタ駆動部５００ｄ，５００ｐによるインジェクタへの給電動作について、インジェクタ駆動部５００ｄによる、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１に応答したソレノイドコイル１１１♯１への給電動作を代表例として説明する。

燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１がＬレベルからＨレベルに変化すると、駆動制御回路５２０ｄは、高電圧供給トランジスタＨＴｄｂおよび給電制御トランジスタＴｄ１を導通させる。これにより、ノードＣＯＭ−ｄｂが高電圧ＶＨと接続されるとともに、ノードＩＮｊ−ｄ１が接地電圧ＧＮＤと接続される。この結果、ソレノイドコイル１１１♯１が高電圧ＶＨで駆動されることによりソレノイドコイル１１１♯１の通電が開始され、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射が開始される。

通電開始後には、駆動制御回路５２０ｄによって、高電圧供給トランジスタＨＴｄｂに代えて電圧供給トランジスタＫＴｄｂが導通される。一方、給電制御トランジスタＴｄ１の導通は維持される。これにより、ソレノイドコイル１１１♯１の通電が維持されて、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射が継続される。

燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１がＨレベルからＬレベルに変化して燃料噴射期間が終了されると、駆動制御回路５２０ｄは、高電圧供給トランジスタＨＴｄｂ、電圧供給トランジスタＫＴｄｂおよび給電制御トランジスタＴｄ１の各々を非導通とする。これにより、ソレノイドコイル１１１♯１での通電が終了し、対応の筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射も停止される。

その他のソレノイドコイル１１１♯２〜１１１♯４への給電動作も、ソレノイドコイル１１１♯１と同様に実行される。ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４への給電動作も、高電圧ＶＨでなく電源電圧＋Ｂがそのまま給電される点を除けば、ソレノイドコイル１１１♯１と同様に実行される。

次に、燃料噴射信号に応答して対応のソレノイドコイルが正常に通電されず、燃料噴射期間にインジェクタからの燃料噴射が行われない状態である「断線故障」の検出構成について説明する。

インジェクタ駆動部５００ｄは、気筒１１２♯２および１１２♯３に共通に設けられた断線検出回路５３０ｄと、気筒１１２♯１および１１２♯４に共通に設けられた断線検出回路５３５ｄとを含む。

筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射期間は、各気筒１１２において吸気行程および圧縮行程の少なくとも一方に設けられるので、同一行程間の位相差がクランク回転角度で３６０度である２個の気筒毎に断線検出回路を設けることにより、燃料噴射期間が時間的に重ならない筒内噴射用インジェクタ１１０間で断線検出回路を共有することができる。

断線検出回路５３０ｄは、給電制御トランジスタＴｄ２およびＴｄ３を介して、ソレノイドコイル１１１♯２および１１１♯３とそれぞれ接続される。すなわち、断線検出回路５３０ｄは、ソレノイドコイル１１１♯２および１１１♯３に対して共通に電気的に接続される。断線検出回路５３５ｄは、給電制御トランジスタＴｄ１およびＴｄ４を介して、ソレノイドコイル１１１♯１および１１１♯４とそれぞれ接続される。すなわち、断線検出回路５３０ｄは、ソレノイドコイル１１１♯１および１１１♯４に対して共通に電気的に接続される。

ソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４の各々は、駆動制御回路５２０ｄによる給電動作時に、対応の給電制御トランジスタＴｄ１〜Ｔｄ４の導通によって、対応の断線検出回路５３０ｄまたは５３５ｄと接続される。これにより、断線検出回路５３０ｄおよび５３５ｄの各々は、駆動制御回路５２０ｄによる給電対象であるソレノイドコイルと電気的に接続されるので、各ソレノイドコイルへの給電動作時におけるその電気的出力（たとえば逆起電圧の発生）を監視できる。

断線検出回路５３０ｄは、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ２およびＩｊｔ−ｄ３のＨレベル期間の各々において、接続されたソレノイドコイル１１１♯２または１１１♯３に正常通電時に発生すべき逆起電圧が発生したかどうかを監視し、逆起電圧が正常に検知されなかったときに故障検出信号ＩＪｆ−ｄａをＨレベルに設定する。同様に、断線検出回路５３５ｄは、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｄ１およびＩｊｔ−ｄ４のＨレベル期間の各々において、接続されたソレノイドコイル１１１♯１または１１１♯４に正常通電時に発生すべき逆起電圧が発生したかどうかを監視し、逆起電圧が正常に検知されなかったときに故障検出信号ＩＪｆ−ｄｂをＨレベルに設定する。

逆起電圧が正常に検知された場合を含み、故障検出時以外には、故障検出信号ＩＪｆ−ｄａ，ＩＪｆ−ｄｂは、Ｌレベルに設定される。故障検出信号ＩＪｆ−ｄａ，ＩＪｆ−ｄｂは、断線検出回路５３０ｄおよび５３５ｄからエンジンＥＣＵ３００へ送出される。

したがって、気筒１１２♯２または１１２♯３の筒内噴射用インジェクタに断線故障が発生した場合には、故障検出信号ＩＪｆ−ｄａがＨレベルに設定される。同様に、気筒１１２♯１または１１２♯４の筒内噴射用インジェクタに断線故障が発生した場合には、故障検出信号ＩＪｆ−ｄｂがＨレベルに設定される。

一方、インジェクタ駆動部５００ｐは、気筒１１２♯１〜１１２♯４に共通に設けられた断線検出回路５３０ｐを有する。一般的に、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間は、各気筒１１２において吸気行程に設けられる。したがって、インジェクタ駆動部５００ｐを気筒１１２♯１〜１１２♯４に共通に設ける構成としても、燃料噴射期間が時間的に重ならない吸気通路噴射用インジェクタ１２０間で断線検出回路を共有することができる。

断線検出回路５３０ｐは、給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４を介して、ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４とそれぞれ接続される。すなわち、断線検出回路５３０ｐは、ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４に対して共通に電気的に接続される。ソレノイドコイル１２１♯１〜１２１♯４の各々は、駆動制御回路５２０ｄによる給電動作時に、対応の給電制御トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４の導通によって、断線検出回路５３０ｐと接続される。これにより、断線検出回路５３０ｐは、燃料噴射信号Ｉｊｔ−ｐ１〜Ｉｊｔ−ｐ４のＨレベル期間の各々において、接続されたソレノイドコイル１１１♯１〜１１１♯４の各々に正常通電時に発生すべき逆起電圧が発生したかどうかを監視し、逆起電圧が検知されなかったときに故障検出信号ＩＪｆ−ｐをＨレベルに設定する。逆起電圧が正常に検知された場合を含み、故障検出時以外には、故障検出信号ＩＪｆ−ｐは、Ｌレベルに設定される。故障検出信号ＩＪｆ−ｐは、断線検出回路５３０ｐからエンジンＥＣＵ３００へ送出される。

したがって、各気筒１１２の吸気通路噴射用インジェクタ１２０のいずれかに断線故障が発生した場合には、故障検出信号ＩＪｆ−ｐがＨレベルに設定される。

エンジンＥＣＵ３００は、断線検出回路５３０ｄ，５３５ｄ，５３０ｐからの故障検出信号ＩＪｆ−ｄａ，ＩＪｆ−ｄｂ，ＩＪｆ−ｐと、クランク角センサ４８０によって検出されたクランク回転角度ＣＡとに基づいて、各気筒１１２の各インジェクタ１１０，１２０の断線故障を、異常インジェクタを特定した上で検出できる。

次に、エンジンの運転領域と増量制御との関係について図３を用いて説明する。
図３を参照して、エンジンの運転領域は、一般的に、回転数および負荷（負荷率）による二次元平面上に示される。エンジンの運転可能な領域は、フルスロットル特性線(ＷＯＴ）６００の内側領域である。ここで、均質燃焼運転時での各気筒での燃料噴射量ｆｑは、基本的に下記（１）式で示される。

ｆｑ＝ｆ（ｅｃ）・Ａｆｂ・ｋ …（１）
（１）式中において、ｆ（ｅｃ）は、エンジン状態ｅｃに応じて、理論空燃比に対応して計算される基本的な燃料量である。Ａｆｂは、空燃比センサ４２０の検出値に基づくフィードバック制御により設定される燃料量の修正比（基本的な燃料量ｆ（ｅｃ）により、空燃比センサ４２０の検出値が理論空燃比と一致する場合には、Ａｆｂ＝１．０）である。また、ｋは、増量制御による増量係数であり、理論空燃比に従った燃料噴射を行なう場合にはｋ＝１．０に設定される一方で、燃料噴射量を理論空燃比に対応した量よりも増量する場合にはｋ＞１．０に設定される。

増量係数ｋは、エンジン１０の状態に応じて、図３に示した運転領域に従って設定され、パワー増量領域６５０および高温回避領域６６０において、ｋ＞１．０に設定される。高温回避領域６６０は、高回転数・高負荷域に対応し、エンジン１０の温度上昇が懸念される運転領域である。したがって、この運転領域では、燃料噴射量を増量して燃料の気化潜熱による冷却効果を得るために、増量制御が必要とされる。また、パワー増量領域６５０は、低／中回転・高負荷域に対応し、エンジン１０の温度上昇は懸念されないものの、空燃比をリッチ化してエンジン出力を増大させる目的で、増量制御が行なわれる。このように、領域６５０，６６０は、本来増量制御が行なわれるべき増量領域として定義される。

図２に示した故障検出回路群により、一部の気筒でインジェクタに断線等の噴射異常が発生したことが検知されると、当該気筒で燃料噴射を禁止することがフェールセーフ制御の面から好ましい。しかしながら、この際に増量制御を実行すると、以下のような問題点が発生する。

図４を参照して、気筒１１２♯２においていずれかのインジェクタに断線による噴射異常が発生し、燃料噴射が停止されると、この気筒からは、燃料成分が含まれないエアーのみの排気１１５が排出される。

これに対して、増量制御中には、その他の正常気筒１１２♯１、♯３および♯４からの排気１１６には、理論空燃比からの超過分に相当する未燃燃料が含まれる。したがって、異常気筒からの排気（エアー）１１５と、正常気筒からの排気１１６中の未燃燃料とがエキゾーストマニホールド８０の下流で反応することによって、排気系での温度上昇、特に三元触媒コンバータ９０で過高温が発生する可能性がある。

本発明の実施の形態による内燃機関の制御装置では、以下に説明するような増量制御の設定とすることにより、図４で説明した排気系温度の上昇を防止する。

図５は、本発明の実施の形態による内燃機関の燃料噴射制御装置による増量制御を説明するフローチャートである。図５に示されたフローチャートに従う増量制御の設定は、エンジンＥＣＵ３００に予めプログラムされた一連の制御処理として実行される。

図５を参照して、エンジンＥＣＵ３００は、各気筒の各インジェクタ１２０について噴射異常が検出されていない場合（ステップＳ１００でのＮＯ判定時）には、ステップＳ１１０により、図３に従った増量制御が実行される。すなわち、領域６５０，６６０ではｋ＞１．０に設定され、それ以外の運転領域では、ｋ＝１．０に設定される。

一方、エンジンＥＣＵ３００は、いずれかの気筒でインジェクタ１１０,１２０の噴射異常を検知した場合（ステップＳ１００でのＹＥＳ判定時）には、図６に従った増量制御を実行する。

具体的には、ステップＳ１２０，１２５により、現在のエンジンの運転領域が、ｉ）領域６５０，６６０以外、ｉｉ）領域６５０内（パワー増量領域）、ｉｉｉ）領域６６０内（高温回避領域）のいずれであるかを判定する。エンジンＥＣＵ３００は、領域６５０，６６０以外では、ステップＳ１３０により、増量係数ｋ＝１．０に設定し増量制御を実行しない。

一方、領域６５０では、増量制御を行なうと排気系の温度上昇を招くものの、一方増量しなければエンジンの温度上昇が懸念される。このため、エンジンＥＣＵ３００は、ステップＳ１３０により、増量係数ｋ＝０に設定して、（１）式の燃料噴射量ｆｑ＝０とすることにより燃料カット制御を行なう。これにより、インジェクタ異常時には、エンジン過高温を招く可能性のあるこの運転領域での運転が禁止される。なお、燃料カット制御については、図２に示した各燃料噴射制御信号の生成を停止（Ｌレベルに固定）することによっても実現可能である。

また、領域６６０では、エンジンの出力確保の観点から空燃比をリッチ化する増量が望ましいものの、理論空燃比に従った燃料噴射としてもエンジン１０の温度上昇は特に懸念されない。したがって、エンジンＥＣＵ３００は、ステップＳ１４０により、この領域では、増量係数ｋ＝１．０に設定して増量制御を中止する。すなわち、運転者要求に見合ったエンジン出力を確保できずに加速性の遅れ等、運転快適性を若干損なうケースが生じる可能性はあるものの、この運転領域でのエンジンの運転は可能とされる。

この結果、図６に示されるように、インジェクタの噴射異常発生時におけるエンジンの運転領域を拡大できる。詳細には、増量制御を実行すると排気系の温度上昇を招いてしまうインジェクタ噴射異常の発生時において、本来の増量制御実行領域について一律に燃料カット制御を行なった場合には、運転可能領域が点線６１０の内側領域に大幅に縮小されるのと比較して、図５に示した増量制御の設定とすることにより、領域６５０での運転が可能とされて運転可能領域を実線６２０の内側領域に拡大することができる。

すなわち、図３，６において、領域６６０（高温回避領域）は、本発明での「第１の運転領域」に対応し、領域６５０（パワー増量領域）は、本発明での「第２の運転領域」に対応する。

また、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１１０は本発明における「第１の燃料増量手段」および「第２の燃料増量手段」に対応し、ステップＳ１４０は、本発明での「燃料カット手段」に対応し、ステップＳ１５０は、本発明での「増量中止手段」に対応する。

なお、本実施の形態では、各気筒に筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の両方を備えたエンジン１０を例示したが、本願発明の適用は、このような形式のエンジンに限定されるものではない。すなわち、図５のステップＳ１００においてインジェクタの種類を特定していなことからも明らかなとおり、本願発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は、筒内噴射用インジェクタ１１０のみ、あるいは吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを各気筒に備えるエンジン等に、インジェクタの配置形式を限定することなく適用可能である。

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。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置であるエンジンＥＣＵで制御されるエンジンシステムの概略構成図である。 各インジェクタの駆動回路構成を説明するブロック図である。 エンジンの運転領域に対する増量制御の一般的な設定を説明する概念図である。 図１に示した構成のエンジンでのインジェクタの噴射異常発生時に増量制御を行なった場合の問題点を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による噴射異常発生時の増量制御を説明するフローチャートである。 図４と比較される本発明の実施の形態による噴射異常発生時の増量制御の設定を説明する概念図である。

符号の説明

１０ エンジン、２０ インテークマニホールド（吸気通路）、３０ サージタンク、４０ 吸気ダクト、４２ エアフローメータ、５０ エアクリーナ、６０ 電動モータ、７０ スロットルバルブ、８０ エキゾーストマニホールド、９０ 三元触媒コンバータ、１００ アクセルペダル、１１０ 筒内噴射用インジェクタ、１１１♯１〜１１１♯４ ソレノイドコイル（筒内噴射用インジェクタ）、１１２ 気筒、１１５ 排気（エアーのみ）、１１６ 排気（未燃燃料含む）、１２０ 吸気通路噴射用インジェクタ、１２１♯１〜１２１♯４ ソレノイドコイル（吸気通路噴射用インジェクタ）、１３０，１６０ 燃料分配管、１４０ 逆止弁、１５０ 高圧燃料ポンプ、１５２ 電磁スピル弁、１７０ 燃料圧レギュレータ、１８０ 低圧燃料ポンプ、１９０ 燃料フィルタ、１９５ 燃料タンク、３００ エンジンＥＣＵ、３８０ 水温センサ、４００ 燃料圧センサ、４０５ 大気温センサ、４６０ 回転数センサ、４２０ 空燃比センサ、４４０ アクセル開度センサ、４８０ クランク角センサ、５００ｄ インジェクタ駆動部（筒内噴射用インジェクタ）、５００ｐ インジェクタ駆動部（吸気通路噴射用インジェクタ）、５２０ｄ，５２０ｐ 駆動制御回路、５３０ｄ，５３５ｄ，５３０ｐ 断線検出回路、６００ フルスロットル特性線（ＷＯＴ）、６１０，６２０ 運転可能領域線（インジェクタ噴射異常発生時）、６５０ パワー増量領域、６６０ 高温回避領域、＋Ｂ 電源電圧、ＣＡ クランク回転角度、ＧＮＤ 接地電圧、ＨＴｄａ，ＨＴｄｂ 高電圧供給トランジスタ、ＩＪｆ−ｄａ，ＩＪｆ−ｄｂ，ＩＪｆ−ｐ 故障検出信号、Ｉｊｔ−ｄ１〜Ｉｊｔ−ｄ４，Ｉｊｔ−ｐ１〜Ｉｊｔ−ｐ４ 燃料噴射信号、ＫＴｄａ，ＫＴｄｂ 電圧供給トランジスタ、Ｔｄ１〜Ｔｄ４、Ｔｐ１〜Ｔｐ４ 給電制御トランジスタ、ＶＨ 高電圧。

Claims (4)

1. 各気筒に対応して燃焼噴射手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記燃料噴射手段の異常を検知する異常検知手段と、
   各前記燃料噴射手段が正常である場合に、前記内燃機関の状態が第１の運転領域内であることに応じて前記燃料噴射量を理論空燃比に対応した量よりも増量する第１の燃料増量手段と、
   各前記燃料噴射手段が正常である場合に、前記内燃機関の状態が第２の運転領域内であることに応じて前記燃料噴射量を理論空燃比に対応した量よりも増量する第２の燃料増量手段と、
   前記異常検知手段によっていずれかの前記燃料噴射手段の異常が検知された場合に、前記内燃機関の状態が前記第１の運転領域内であることに応じて各前記燃料噴射手段からの燃料噴射を停止させる燃料カット手段と、
   前記内燃機関の状態が前記第２の運転領域内であり、かつ、前記異常検知手段によっていずれかの前記燃料噴射手段の異常が検知された場合に、前記燃料噴射量を理論空燃比に対応した量に設定する増量中止手段とを備える、内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記第１の運転領域内における前記内燃機関の回転数は、前記第２の運転領域内における回転数よりも高い、請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記第１の運転領域は、前記内燃機関の温度上昇が懸念される運転状態に対応して設定される、請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記第２の運転領域は、前記内燃機関の出力不足が懸念される運転状態に対応して設定される、請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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