JP6090595B2 - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関に適用される内燃機関用制御装置に関する。

特許文献１には、気筒内に燃料を直接噴射する第１の燃料噴射弁と、吸気通路内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを気筒毎に備えた内燃機関が記載されている。こうした内燃機関に適用される制御装置では、気筒間での空燃比のばらつきを検出するインバランス診断を実施するようにしている。

すなわち、まず始めに、第１の燃料噴射弁からの燃料噴射のみでの機関運転時に第１のインバランス診断が実施される。そして、第１のインバランス診断が終了した後では、第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁の双方からの燃料噴射での機関運転時に第２のインバランス診断が実施される。こうした第２のインバランス診断によって気筒間で空燃比がばらついていることが検出されたときには、第２の燃料噴射弁からの燃料噴射のみでの機関運転時に第３のインバランス診断が実施される。これにより、第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁の異常を精度よく検出することが可能とされている。

特開２０１４−３１７２３号公報

ところで、内燃機関には、排気通路内を流れる排気の一部を吸気通路内に還流させる排気還流装置が設けられているものがある。こうした内燃機関にあっては、インバランス診断の実施時でも吸気通路内に排気が還流されることがある。

なお、第２の燃料噴射弁において燃料を噴射する噴射口は、吸気通路内に位置している。そのため、上記第１のインバランス診断の実施時では、燃料噴射を行っていない第２の燃料噴射弁の噴射口に、吸気通路内に還流された排気に含まれる成分に由来するデポジットが付着して堆積することがある。このように第２の燃料噴射弁の噴射口にデポジットが堆積すると、噴射口の開口面積が狭くなり、第２の燃料噴射弁からの燃料噴射量が減少しやすくなる。そのため、第２の燃料噴射弁から燃料噴射を実施する際に、同第２の燃料噴射弁からの実際の燃料噴射量が目標燃料噴射量よりも少なくなってしまうおそれがある。

本発明の目的は、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁へのデポジットの付着を抑制しつつ、気筒間での空燃比のばらつきを検出するインバランス診断を実施することができる内燃機関用制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するための内燃機関用制御装置は、気筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、吸気通路内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、排気通路内を流れる排気の一部を吸気通路内に還流させる排気還流装置と、を備える多気筒内燃機関に適用される装置であって、気筒間での空燃比のばらつきを検出するインバランス診断を実施する装置を前提としている。この内燃機関用制御装置は、第１の燃料噴射弁のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断を行うときには、第２の燃料噴射弁からの燃料噴射を伴う機関運転時にインバランス診断を行うときよりも排気還流装置による吸気通路内への排気の還流を制限する制限処理を実施する。

第２の燃料噴射弁から燃料が噴射されている場合、吸気通路内に排気を還流させても、同排気に含まれる成分に由来するデポジットが、第２の燃料噴射弁において燃料を噴射する噴射口に付着しにくい。一方、第１の燃料噴射弁のみから燃料が噴射されている場合、第２の燃料噴射弁からは燃料が噴射されていないため、吸気通路内を流れる排気に含まれる成分に由来するデポジットが第２の燃料噴射弁の噴射口に付着しやすい。

上記構成によれば、第１の燃料噴射弁のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断を行う場合には、第２の燃料噴射弁からの燃料噴射を伴う機関運転時にインバランス診断を行う場合と比較して、制限処理が実施される分、吸気通路内に排気が還流されにくくなる。その結果、第１の燃料噴射弁のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断を行う場合であっても、吸気通路内に還流される排気の量自体が減少されるため、吸気通路内を流れる排気に含まれる成分に由来するデポジットが第２の燃料噴射弁の噴射口に付着しにくくなる。すなわち、上記デポジットの堆積に起因する噴射口の開口面積の減少が抑制され、第２の燃料噴射弁からの燃料噴射量の減少が生じにくくなる。したがって、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁へのデポジットの付着を抑制しつつ、気筒間での空燃比のばらつきを検出するインバランス診断を実施することができるようになる。

例えば、制限処理は、排気還流装置による吸気通路内への排気の還流を禁止する処理であることが好ましい。この構成によれば、制限処理の実施によって、吸気通路内に排気が還流されなくなる。したがって、第１の燃料噴射弁のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断を行うに際して、第２の燃料噴射弁の噴射口へのデポジットの付着を好適に抑制することができるようになる。

また、制限処理は、排気還流装置を制御することにより吸気通路内への排気の還流量を、第２の燃料噴射弁からの燃料噴射を伴う機関運転時にインバランス診断を行うときよりも少なくする処理としてもよい。こうした構成であっても、制限処理の実施により、吸気通路内への排気の還流量が少なくされる。そのため、第１の燃料噴射弁のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断を行うに際して、第２の燃料噴射弁の噴射口へのデポジットの付着を抑制することができるようになる。

内燃機関用制御装置の一実施形態である制御装置を備える多気筒内燃機関の概略を示す構成図。 同実施形態の制御装置において、インバランス診断の実行条件が成立した際の処理手順を説明するフローチャート。 （ａ）はインバランス診断の実施の推移を示すタイミングチャート、（ｂ）はＤＩ比の推移を示すタイミングチャート、（ｃ）は吸気通路内への排気の還流量と相関するＥＧＲ開度の推移を示すタイミングチャート。

以下、多気筒内燃機関に適用される内燃機関用制御装置を具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１には、本実施形態の内燃機関用制御装置である制御装置１００を備える多気筒の内燃機関１０が図示されている。この内燃機関１０は複数の気筒を有するものであるが、図１では１つの気筒のみを図示している。

図１に示すように、内燃機関１０の気筒１１の内部には、往復運動するピストン１２が収容されている。このピストン１２の往復運動が、コネクティングロッド１３によって回転運動に変換されてクランク軸１４に伝達される。そして、クランク軸１４の回転速度が、クランクポジションセンサ１１１によって検出される。

気筒１１の内周面、ピストン１２の頂面及びシリンダーヘッド１５によって燃焼室１６が区画形成されている。燃焼室１６の上部には、ピストン１２と対向するように点火プラグ１７が設けられている。また、気筒１１には、その内部、すなわち燃焼室１６内に燃料を直接噴射する第１の燃料噴射弁１８が設けられている。

また、燃焼室１６には、吸入空気を燃焼室１６に導くための吸気通路２０と、燃焼室１６から排出された排気が流れる排気通路３０とが接続されている。
吸気通路２０には、燃焼室１６への吸入空気の導入量である吸入空気量を調整するスロットルバルブ２１が設けられている。このスロットルバルブ２１は、モータ２２によって駆動される。また、スロットルバルブ２１よりも吸気下流側の吸気通路２０には、吸気通路２０内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁２３が設けられている。第２の燃料噴射弁２３において燃料を噴射する噴射口２３ａは、吸気通路２０内に位置している。さらに、スロットルバルブ２１よりも吸気上流側の吸気通路２０には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１１２が設けられている。

排気通路３０には、排気通路３０内を流れる排気の酸素濃度を検出する空燃比センサ１１３が設けられている。この空燃比センサ１１３によって検出された排気の酸素濃度に基づき、燃焼室１６で燃焼された混合気の空燃比を推定することができる。

また、内燃機関１０には、排気通路３０内を流れる排気の一部を吸気通路２０内に還流させる排気還流装置４０が設けられている。排気還流装置４０は、一端が排気通路３０に接続されているとともに、他端が吸気通路２０に接続されている還流通路４１を備えている。還流通路４１は、第２の燃料噴射弁２３よりも吸気上流側の吸気通路２０に接続されている。そして、還流通路４１における吸気通路２０との接続部分には、吸気通路２０内への排気の還流量を調整するための調整バルブ４２が設けられている。また、調整バルブ４２よりも排気通路３０側の還流通路４１には、還流通路４１内を流れる高温の排気を冷却するための冷却装置４３が設けられている。

内燃機関１０を制御する制御装置１００には、クランクポジションセンサ１１１、エアフローメータ１１２及び空燃比センサ１１３に加え、スロットル開度センサ１１４及びアクセル開度センサ１１５などが電気的に接続されている。スロットル開度センサ１１４は、スロットルバルブ２１の開度を検出する。アクセル開度センサ１１５は、車両の運転者によるアクセルペダル５０の操作量であるアクセル開度を検出する。そして、制御装置１００は、こうした各種の検出系によって検出された情報に基づき、燃料噴射制御などの各種制御を実施するようになっている。

例えば、制御装置１００は、内燃機関１０の運転状態に応じてＤＩ比を決定するようにしている。このＤＩ比とは、第１の燃料噴射弁１８からの燃料噴射量と第２の燃料噴射弁２３からの燃料噴射量との和である燃料噴射総量に対する第１の燃料噴射弁１８からの燃料噴射量の比率である。そして、制御装置１００は、ＤＩ比が「１」である場合、第２の燃料噴射弁２３から燃料を噴射させず、第１の燃料噴射弁１８のみから燃料を噴射させる。また、制御装置１００は、ＤＩ比が「０（零）」である場合、第１の燃料噴射弁１８から燃料を噴射させず、第２の燃料噴射弁２３のみから燃料を噴射させる。また、制御装置１００は、ＤＩ比が「α（αは０よりも大きく且つ１よりも小さい値）」である場合、第１の燃料噴射弁１８及び第２の燃料噴射弁２３の双方から燃料を噴射させる。

また、本実施形態の制御装置１００では、気筒間での空燃比のばらつきを検出するインバランス診断を、燃料噴射態様毎に実施するようにしている。具体的には、制御装置１００は、ＤＩ比が「１」である場合、すなわち第１の燃料噴射弁１８のみからの燃料噴射による機関運転時に、インバランス診断を実施する。また、制御装置１００は、ＤＩ比が「α」である場合、すなわち第１の燃料噴射弁１８及び第２の燃料噴射弁２３の双方からの燃料噴射による機関運転時にも、インバランス診断を実施する。さらに、制御装置１００は、ＤＩ比が「０（零）」である場合、すなわち第２の燃料噴射弁２３のみからの燃料噴射による機関運転時にも、インバランス診断を実施する。なお、ＤＩ比が「１」よりも小さい場合の機関運転が、「第２の燃料噴射弁２３からの燃料噴射を伴う機関運転」に相当する。

ここで、インバランス診断の一例について説明する。気筒間で空燃比がばらつく要因の１つは、気筒間での燃料噴射量のばらつきである。例えば、複数の気筒のうち１つの気筒を特定気筒とし、同特定気筒に対する燃料噴射量を、特定気筒以外の他の気筒に対する燃料噴射量よりも多くしたとする。この場合、特定気筒での燃焼工程時にあっては、他の気筒での燃焼工程時よりもクランク軸１４の回転速度が速くなる。すなわち、内燃機関１０の１サイクル内において、クランク軸１４の回転速度が変動することとなる。

そこで、インバランス診断時にあっては、内燃機関１０の１サイクルでのクランク軸１４の回転速度のばらつきを観察する。そして、１サイクルでの回転速度の最大値と最小との差分が所定の閾値以上であるときには、気筒間で空燃比がばらついている可能性有りと診断する一方、上記の差分が閾値未満であるときには、気筒間で空燃比がばらついていないと診断することができる。なお、こうした診断は、予め設定された一定期間で行われる。そして、例えば、一定期間内において、上記差分が閾値以上となるサイクルが複数回連続した場合に、気筒間で空燃比がばらついていると診断することができる。

ちなみに、気筒間での空燃比のばらつき度合いを検出する技術は、既に公知である。例えば、クランク軸１４の回転速度のばらつきを観察する方法以外に、空燃比センサ１１３によって検出される酸素濃度のばらつき、すなわち酸素濃度に基づき算出される空燃比のばらつきを観察する方法なども知られている。

ところで、排気還流装置４０によって排気が吸気通路２０内に還流され、且つＤＩ比が「１」である状態でインバランス診断を行う場合、第２の燃料噴射弁２３からは燃料が噴射されていないため、吸気通路２０内に位置している第２の燃料噴射弁２３の噴射口２３ａには、吸気通路２０内に還流された排気に含まれる成分に由来するデポジットが付着することがある。そこで、本実施形態では、第１の燃料噴射弁１８のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断を行うときには、第２の燃料噴射弁２３からの燃料噴射を伴う機関運転時にインバランス診断を行うときよりも排気還流装置４０による吸気通路２０内への排気の還流を制限する制限処理を実施するようにしている。具体的には、第１の燃料噴射弁１８のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断を行うときには、制限処理の実施によって、排気還流装置４０による吸気通路２０内への排気の還流を禁止するようにしている。

一方、ＤＩ比が「１」ではないときにインバランス診断が実施される際には、第２の燃料噴射弁２３から燃料が噴射されているため、吸気通路２０内に排気を還流させても、同排気に含まれる成分に由来するデポジットが第２の燃料噴射弁２３の噴射口２３ａに付着しにくい。そのため、第２の燃料噴射弁２３からの燃料噴射を伴う機関運転時にインバランス診断を行うときには、制限処理を実施せず、排気還流装置４０によって吸気通路２０内に排気を還流させるようにしている。

次に、図２に示すフローチャートを参照し、インバランス診断の実施条件が成立したときに制御装置１００が実行する処理手順について説明する。
図２に示すように、本処理において、制御装置１００は、現時点のＤＩ比が「１」であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。すなわち、ステップＳ１１では、現時点の機関運転が、筒内噴射用の第１の燃料噴射弁１８のみからの燃料噴射による機関運転であるか否かが判定される。そして、ＤＩ比が「１」である場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御装置１００は、制限処理を開始する（ステップＳ１２）。この場合、制御装置１００は、排気還流装置４０の調整バルブ４２を閉弁させることにより、吸気通路２０内への排気の還流を禁止する。その後、制御装置１００は、その処理を次のステップＳ１３に移行する。

一方、ＤＩ比が「１」ではない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御装置１００は、制限処理（ステップＳ１２）を実施することなく、その処理を次のステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３において、制御装置１００は、インバランス診断を実施する。そして、制御装置１００は、インバランス診断が開始されてからの経過時間が所定の実施期間に達したか否かを判定する（ステップＳ１４）。この実施期間は、インバランス診断に要する時間である。インバランス診断が開始されてからの経過時間が実施期間に未だ達していない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御装置１００は、インバランス診断（ステップＳ１３）を継続する。一方、インバランス診断が開始されてからの経過時間が実施期間に達した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御装置１００は、インバランス診断を終了する。そして、制御装置１００は、制限処理が実施中であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。制限処理が実施中である場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、制御装置１００は、制限処理を終了し（ステップＳ１６）、その後、本処理を終了する。一方、制限処理が実施中ではない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ１６を実施することなく、本処理を終了する。

次に、図３に示すタイミングチャートを参照し、インバランス診断時における作用について説明する。
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ＤＩ比が「１」である第１のタイミングｔ１でインバランス診断の実行条件が成立し、インバランス診断を行うときには、排気還流装置４０の調整バルブ４２の開度であるＥＧＲ開度が「０％」となり、吸気通路２０内への排気の還流が禁止される。すなわち、吸気通路２０内への排気の還流量が、インバランス診断の開始直前よりも少なくなる。そして、第１の燃料噴射弁１８のみからの燃料噴射による機関運転時では、このように吸気通路２０内への排気の還流が禁止された状態でインバランス診断が実施される。その後の第２のタイミングｔ２でインバランス診断が終了されると、上記制限処理もまた終了される。すなわち、吸気通路２０内への排気の還流の禁止が解除され、吸気通路２０内に排気が還流されるようになる。例えば、第２のタイミングｔ２では、ＥＧＲ開度がインバランス診断の開始直前の開度に戻される。このとき、吸気通路２０内への排気の還流の禁止が解除されるのであれば、ＥＧＲ開度を、インバランス診断の開始直前の開度に戻さなくてもよい。

一方、ＤＩ比が「α（０＜α＜１）」である第３のタイミングｔ３でインバランス診断の実行条件が成立し、インバランス診断を行うときには、ＤＩ比が「１」であるときとは異なり、吸気通路２０内への排気の還流が制限されない。すなわち、第１の燃料噴射弁１８及び第２の燃料噴射弁２３の双方からの燃料噴射による機関運転時では、吸気通路２０内に排気が還流されている状態でインバランス診断が実施される。そして、こうしたインバランス診断は、その後の第４のタイミングｔ４で終了される。

同様に、ＤＩ比が「０（零）」である第５のタイミングｔ５でインバランス診断の実行条件が成立し、インバランス診断を行うときにも、吸気通路２０内への排気の還流が制限されない。すなわち、第２の燃料噴射弁２３のみからの燃料噴射による機関運転時でも、吸気通路２０内に排気が還流されている状態でインバランス診断が実施される。そして、こうしたインバランス診断は、その後の第６のタイミングｔ６で終了される。

以上、上記構成及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）第１の燃料噴射弁１８のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断を行う場合には、第２の燃料噴射弁２３からの燃料噴射を伴う機関運転時にインバランス診断を行う場合とは異なり、制限処理が実施される。その結果、第１の燃料噴射弁１８のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断を行う場合であっても、排気に含まれる成分に由来するデポジットが第２の燃料噴射弁２３の噴射口２３ａに付着しにくくなる。これにより、デポジットが噴射口２３ａに付着することに起因する同噴射口２３ａの開口面積の減少が抑制され、第２の燃料噴射弁２３からの燃料噴射量の不足、すなわち目標燃料噴射量と実際の燃料噴射量との乖離が生じにくくなる。したがって、第２の燃料噴射弁２３へのデポジットの付着を抑制しつつ、インバランス診断を実施することができる。

（２）本実施形態では、制限処理の実施によって、吸気通路２０内に排気が還流されなくなる。したがって、第１の燃料噴射弁１８のみからの燃料噴射による機関運転時にインバランス診断の実施時であっても、排気に含まれる成分に由来するデポジットの第２の燃料噴射弁２３の噴射口２３ａへの付着を好適に抑制することができる。

（３）一方、第２の燃料噴射弁２３からの燃料噴射を伴う機関運転時にインバランス診断を行う場合には、制限処理が実施されないため、吸気通路２０内に排気が還流される。そのため、第２の燃料噴射弁２３からの燃料噴射を伴う機関運転時にインバランス診断を行う場合でも制限処理を実施する場合と比較して、吸気通路２０内への排気の還流が制限される期間を短くすることができる分、内燃機関１０の燃料消費効率を高めることができる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・制限処理は、吸気通路２０内への排気の還流量と相関するＥＧＲ開度をＤＩ比が「１」ではない状況下でのインバランス診断の実施時よりも小さくすることができるのであれば、ＥＧＲ開度を「０（零）％」よりも大きい値に設定するようにしてもよい。この場合であっても、ＤＩ比が「１」である状況下でのインバランス診断の実施時に制限処理を行うことにより、吸気通路２０内への排気の還流量を、ＤＩ比が「１」ではない状況下でのインバランス診断の実施時よりも少なくすることができる。その結果、排気に含まれる成分に由来するデポジットの第２の燃料噴射弁２３の噴射口２３ａへの付着を抑制することができる。

・ＤＩ比が「１」である状況下でインバランス診断の実施条件が成立した場合、制限処理によって吸気通路２０内への排気の還流が禁止されてから規定時間が経過した後に、インバランス診断を開始するようにしてもよい。このようにインバランス診断の開始を制限処理の開始よりも遅らせることにより、排気に由来するデポジットの第２の燃料噴射弁２３の噴射口２３ａへの付着の抑制効果をさらに高めることができる。

・ＤＩ比が「１」ではない状況下でインバランス診断を実施する場合であっても、ＥＧＲ開度を、インバランス診断の開始直前よりもＥＧＲ開度を小さくするようにしてもよい。ただし、この場合、ＤＩ比が「１」ではないときのＥＧＲ開度の制限値を、ＤＩ比が「１」であるときよりも大きくすることが好ましい。これにより、ＤＩ比が「１」である状況下でインバランス診断を実施する場合の吸気通路２０内への排気の還流量を、ＤＩ比が「１」ではない状況下でインバランス診断を実施する場合の吸気通路２０内への排気の還流量よりも少なくすることができる。

・気筒１１内の燃焼室１６に排気を還流させる方法としては、排気還流装置４０を介して吸気通路２０内に排気を還流させる方法の他、吸気工程時にも排気バルブが開弁しているように排気バルブの開弁タイミングを調整することにより、排気通路３０内の排気を燃焼室１６に逆流させる方法も知られている。この方法であっても、排気通路３０内から燃焼室１６内に逆流された排気の一部が、吸気通路２０内に流入することがある。そのため、このように排気通路３０内の排気を燃焼室１６に逆流させる方法を用いる場合の制限処理として、例えば排気バルブの開弁タイミングを調整することにより、吸気工程時に排気通路３０内から排気が燃焼室１６に逆流する量を少なくする処理、又は、吸気工程時には排気バルブの閉弁を維持させる処理を実施することが好ましい。

１０…内燃機関、１１…気筒、１８…第１の燃料噴射弁、２０…吸気通路、２３…第２の燃料噴射弁、３０…排気通路、４０…排気還流装置、１００…内燃機関用制御装置の一例である制御装置。

Claims (3)

1. 気筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、吸気通路内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、排気通路内を流れる排気の一部を前記吸気通路内に還流させる排気還流装置と、を備える多気筒内燃機関に適用され、
   気筒間での空燃比のばらつきを検出するインバランス診断を実施する内燃機関用制御装置であって、
   前記第１の燃料噴射弁のみからの燃料噴射による機関運転時に前記インバランス診断を行うときには、前記第２の燃料噴射弁からの燃料噴射を伴う機関運転時に前記インバランス診断を行うときよりも前記排気還流装置による前記吸気通路内への排気の還流を制限する制限処理を実施する
   ことを特徴とする内燃機関用制御装置。
2. 前記制限処理は、前記排気還流装置による前記吸気通路内への排気の還流を禁止する処理である
   請求項１に記載の内燃機関用制御装置。
3. 前記制限処理は、前記排気還流装置を制御することにより前記吸気通路内への排気の還流量を、前記第２の燃料噴射弁からの燃料噴射を伴う機関運転時に前記インバランス診断を行うときよりも少なくする処理である
   請求項１に記載の内燃機関用制御装置。