JP2008309081A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 噴孔におけるデポジットの発生状態をより正確に取得ないし推定することで、内燃機関の動作制御をより適切に行い得る、内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 本発明の内燃機関の制御装置は、燃料噴射装置を備えた前記内燃機関の動作を制御するように構成されている。前記燃料噴射装置は、噴孔を備えていて、当該噴孔から燃焼室内に向けて燃料を噴射するように構成されている。前記制御装置は、実噴射量出力部(実噴射量出力手段)と、噴射量偏差出力部(噴射量偏差出力手段)と、異常処理司令部(異常処理指令手段)と、を備えている。前記噴射量偏差出力部は、指令燃料噴射量と実噴射量との偏差に対応する出力を生じるように構成されている。前記異常処理司令部は、前記偏差が所定値を超える場合に、異常処理のための出力を生じるように構成されている。
【選択図】 図4

Description

本発明は、噴孔から燃焼室内に向けて燃料を噴射するように構成された燃料噴射装置を備えた内燃機関の動作を制御するように構成された、内燃機関の制御装置(以下、単に「制御装置」と称することがある。)に関する。
特に、本発明は、前記燃料噴射装置が、前記噴孔としての第一噴孔及び第二噴孔を備えていて、且つ第一燃料噴射の実施と第二燃料噴射の実施とが切り換えられ得るように構成されている場合の、前記制御装置に関する。
ここで、前記第一燃料噴射とは、前記燃焼室内に向けての前記燃料の噴射が前記第一噴孔のみから行われることをいう。また、前記第二燃料噴射とは、前記燃焼室内に向けての前記燃料の噴射が前記第一噴孔及び前記第二噴孔から行われることをいう。
この種の装置として、例えば、特開2002−310042号公報(特許文献1)や、特開2005−201113号公報(特許文献2)に開示されたものが知られている。
この種の装置において、前記噴孔の出口付近や内部に、デポジットが発生することがある。ここで、「デポジット」とは、炭化物や酸化物等の堆積物をいう。このデポジットは、前記燃焼室内での前記燃料の燃焼に基づく火炎や高熱の発生に伴って、未燃焼の燃料の炭化等が起こることによって発生する。
このようなデポジットによる前記噴孔の詰まりは、燃料噴射量の制御の外乱因子となる。よって、このような詰まりが生じた場合、何らかの処理(例えば当該詰まりを解消するための強制的な燃料噴射等)が必要となる。
例えば、特開2002−310042号公報(特許文献1)に開示された装置は、前記第一噴孔と前記第二噴孔とを備えている。この装置においては、前記第二噴孔からの前記燃料の噴射が行われない状態(前記第一燃料噴射)が或る程度継続すると、前記第二噴孔にて前記デポジットが発生する。そこで、この装置は、前記第一燃料噴射の実施に伴ってカウンタをインクリメントし、このカウンタが所定値に達した場合に前記第二噴孔からの強制的な燃料噴射が行われるように構成されている。
すなわち、この特開2002−310042号公報(特許文献1)に開示された装置においては、前記第一燃料噴射の実施に伴ってインクリメントされる前記カウンタを用いて前記第二噴孔の詰まり状態が推定され、この推定結果に基づいて前記第二噴孔からの強制的な燃料噴射が行われる。
一方、特開2005−201113号公報(特許文献2)に開示された装置は、前記噴孔における前記デポジットの発生により燃料噴射量が減少した場合に、デポジット焼失処理を行うように構成されている。
具体的には、この装置においては、前記噴孔にて前記デポジットが発生すると、目標燃料噴射量と実際の燃料噴射量(実噴射量)との間に差が生じる。この場合、空燃比センサを用いた空燃比フィードバック制御によって、吸入空気量が調整される。そこで、この吸入空気量が所定量以上減少された場合に、EGR(排気ガス再循環:exhaust gas recirculation)におけるEGRガス量の低下によって燃焼温度が高温化される。これにより、前記デポジットが焼失する。
特開2002−310042号公報 特開2005−201113号公報
この種の装置においては、前記デポジットの発生状態をより正確に取得ないし推定することが、内燃機関の動作制御をより適切に行うために必要である。本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、前記噴孔における前記デポジットの発生状態をより正確に取得ないし推定することで、内燃機関の動作制御をより適切に行い得る前記制御装置を提供するものである。
本発明の制御装置は、燃料噴射装置を備えた内燃機関の動作を制御するように構成されている。前記燃料噴射装置は、噴孔を備えていて、当該噴孔から燃焼室内に向けて燃料を噴射するように構成されている。
具体的には、前記噴孔が前記燃焼室に露出するように、前記燃料噴射装置が配置され得る。すなわち、前記噴孔によって前記燃焼室内に前記燃料が直接的に噴射されるように、前記燃料噴射装置が構成及び配置され得る。
また、前記燃料噴射装置は、前記噴孔としての第一噴孔と第二噴孔とを備え得る。この場合、当該制御装置及び当該燃料噴射装置は、前記第一噴孔のみから前記燃焼室内に向けて前記燃料を噴射する第一燃料噴射と、前記第一噴孔及び前記第二噴孔から前記燃焼室に向けて前記燃料を噴射する第二燃料噴射と、を切り換えて実施し得るように構成されている。
本発明の特徴は、前記制御装置が、実噴射量出力部(実噴射量出力手段)と、噴射量偏差出力部(噴射量偏差出力手段)と、異常処理司令部(異常処理指令手段)と、を備えたことにある。
ここで、前記実噴射量出力部は、例えば前記第二燃料噴射の際に、実噴射量に対応する出力を生じるように構成されている。この実噴射量とは、前記燃料噴射装置から実際に噴射された前記燃料の量である。
また、前記噴射量偏差出力部は、指令燃料噴射量と前記実噴射量との偏差に対応する出力を生じるように構成されている。この指令燃料噴射量とは、前記燃料噴射装置に所定の目標燃料噴射量の前記燃料を噴射させるために当該燃料噴射装置に入力される燃料噴射量(あるいはこれに相当する信号)である。前記目標燃料噴射量は、運転条件に応じて設定され得る。前記指令燃料噴射量は、前記目標燃料噴射量と同一とされ得る。あるいは、前記指令燃料噴射量は、前記目標燃料噴射量に対して所定の補正を施すことによって生成され得る。
さらに、前記異常処理司令部は、前記偏差が所定値を超える場合の前記噴射量偏差出力部の出力に基づいて、異常処理出力を生じるように構成されている。この異常処理出力とは、通常時とは異なる異常時の処理を行うための出力である。この異常時の処理としては、例えば、前記(第二)噴孔からの強制的な前記燃料の噴射や、前記燃料噴射装置の故障判定が行われ得る。ここで、前記異常処理司令部は、前記目標燃料噴射量又は前記指令燃料噴射量が所定量より大きい場合に、前記噴射量偏差出力部の出力に基づいて前記異常処理出力を生じるように構成されていてもよい。
かかる構成においては、前記実噴射量出力部にて、前記実噴射量に対応する出力が生じる。この出力と、前記指令燃料噴射量と、に基づいて、前記噴射量偏差出力部にて、前記偏差に対応する出力が生じる。そして、前記偏差が前記所定値を超える場合に、前記異常処理司令部にて、前記異常処理出力が生じる。この異常処理出力に基づいて、前記異常時の所定の処理が行われる。
かかる構成を有する本発明の前記制御装置によれば、前記偏差に基づいて、前記デポジットの発生状態が、より正確に取得ないし推定され得る。これにより、前記(第二)噴孔からの強制的な前記燃料の噴射や、前記燃料噴射装置の故障判定等の、前記異常時の処理が、より適切に行われ得る。したがって、本発明の前記制御装置によれば、前記内燃機関の動作制御が、より適切に行われ得る。
以下、本発明の実施形態(本願の出願時点において取り敢えず出願人が最良と考えている実施形態)について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件(記述要件・実施可能要件)を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更(modification)は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
<システムの全体構成>
図1は、本発明の一実施形態の構成が適用されたエンジン制御システム1の全体構成を示す概略図である。図1を参照すると、エンジン制御システム1は、エンジン本体2と、燃料噴射装置3と、吸排気装置4と、エンジン制御装置5と、を備えている。本実施形態においては、エンジン本体2には、複数の燃焼室21が直列に配列されている。
<<燃料噴射装置>>
燃料噴射装置3は、燃焼室21と同数の複数のノズル31を備えている。本実施形態のノズル31は、周知のピエゾ式燃料噴射ノズルである。各ノズル31は、各燃焼室21に対応するように配置されている。
図2Aないし図2Cは、図1に示されているノズル31の先端部を拡大した側断面図である。図2Aを参照すると、ノズル31の本体部を構成するハウジング31aは、先端部が閉じられた筒状の部材によって構成されている。この先端部は、略逆円錐形状に形成されている。この先端部が各燃焼室21(図1参照)に向けて露出することで、燃焼室21内に燃料を直接噴射し得るように、燃料噴射装置3(ノズル31)が構成されている。
ハウジング31aの内側には、シート部31a1及びサック室31a2が形成されている。シート部31a1は、切頭円錐凹部(truncated conical depression)における内側面として形成されている。サック室31a2は、シート部31a1の図中下端部と接続されている。このサック室31a2は、図中上方に開口する凹部を形成するように設けられている。
ハウジング31aの前記先端部には、第一噴孔31b及び第二噴孔31cが設けられている。第一噴孔31b及び第二噴孔31cは、ハウジング31aの内側の空間とその外側の空間とを連通させ得る貫通孔として形成されている。
本実施形態においては、第一噴孔31bは、第二噴孔31cよりも、ハウジング31aにおけるより先端寄り(図中下端寄り)の位置に設けられている。すなわち、第一噴孔31bは、サック室31a2に対応する位置に設けられている。また、第二噴孔31cは、シート部31a1に対応する位置に設けられている。
本実施形態においては、複数の第一噴孔31bが、ハウジング31aの図中上下方向に沿った中心軸線から、平面視にて放射状に、且つそれぞれが等角度となるように形成されている。同様に、複数の第二噴孔31cが、放射状且つ等角度に複数形成されている。
ハウジング31aの内側には、インナーニードル弁31dが、軸方向(図中上下方向)に沿って移動可能に収容されている。インナーニードル弁31dは、細長い棒状の部材によって構成されている。インナーニードル弁31dは、その中心軸がハウジング31aの中心軸と一致するように配置されている。
インナーニードル弁31dの先端部は、その中腹にて外側に突出する略円錐状に形成されている。具体的には、インナーニードル弁31dの前記先端部は、円錐角の大きな逆円錐と、円錐角の小さな逆円錐台と、円柱と、を、この順に接合した形状に形成されている。
インナーニードル弁31dの前記先端部における、前記逆円錐と前記逆円錐台とが接続する位置には、シート当接部31d1が設けられている。シート当接部31d1は、外側に突出するように形成された円環状のエッジ部分であって、その全周がシート部31a1と液密的に接合し得るように形成されている。
ハウジング31aの内側であって、インナーニードル弁31dの外側には、アウターニードル弁31eが、軸方向(図中上下方向)に沿って移動可能に収容されている。アウターニードル弁31eは、細長い円筒状の部材から構成されている。アウターニードル弁31eは、その中心軸がハウジング31a及びインナーニードル弁31dの中心軸と一致するように配置されている。すなわち、本実施形態においては、ハウジング31a、インナーニードル弁31d、及びアウターニードル弁31eが、互いに中心軸方向(図中上下方向)に沿って相対移動し得るように、燃料噴射装置3が構成されている。
アウターニードル弁31eの先端部は、その中腹にて外側に突出する切頭円錐形状に形成されている。具体的には、アウターニードル弁31eの前記先端部には、第一シート当接部31e1、第二シート当接部31e2、及び凹部31e3が形成されている。
第一シート当接部31e1及び第二シート当接部31e2は、外側に突出するように形成された円環状のエッジ部分であって、その全周がシート部31a1と液密的に接合し得るように形成されている。第一シート当接部31e1は、第二シート当接部31e2よりも、アウターニードル弁31eの先端側に設けられている。
第一シート当接部31e1と第二シート当接部31e2との間には、環状の凹部31e3が形成されている。この凹部31e3は、アウターニードル弁31eの前記先端部(第一シート当接部31e1及び第二シート当接部31e2)がシート部31a1に密着した状態で、第二噴孔31cと連通するように設けられている。
アウターニードル弁31eの内側の円筒面であるインナーニードル収容部31e4は、インナーニードル弁31dの外側円筒面と所定のギャップを隔てて設けられている。すなわち、インナーニードル弁31dとアウターニードル弁31eとの間には、燃料が通過可能な空間である内側燃料通路31fが形成されている。
また、アウターニードル弁31eとハウジング31aとの間には、燃料が通過可能な空間である外側燃料通路31gが形成されている。
図2Bに示されているように、本実施形態のノズル31は、インナーニードル弁31dの上昇によってシート当接部31d1がシート部31a1から離隔して、高圧の燃料が内側燃料通路31fを介してサック室31a2に供給されることで、第一噴孔31bから燃料が噴射されるように構成されている。そして、インナーニードル弁31dのリフト状態(リフト量)に応じて、第一噴孔31bからの燃料噴射量が調整され得るようになっている。
また、図2Cに示されているように、本実施形態のノズル31は、アウターニードル弁31eの上昇によって第一シート当接部31e1及び第二シート当接部31e2がシート部31a1から離隔して、高圧の燃料が内側燃料通路31f及び外側燃料通路31gを介して第二噴孔31cに供給されることで、第二噴孔31cから燃料が噴射されるように構成されている。そして、アウターニードル弁31eのリフト状態(リフト量)に応じて、第二噴孔31cからの燃料噴射量が調整され得るようになっている。
さらに、本実施形態におけるノズル31は、インナーニードル弁31d及びアウターニードル弁31eのリフト状態に応じて、第一噴孔31bと内側燃料通路31fとが連通し第二噴孔31cと内側燃料通路31f及び外側燃料通路31gとの連通が遮断される状態(図2B参照)と、第一噴孔31b及び第二噴孔31cと内側燃料通路31f及び外側燃料通路31gとが連通する状態(図2C参照)と、をとり得るように構成されている。
すなわち、本実施形態においては、負荷(これは後述のアクセル開度センサ57の出力に基づいて得られる)や燃料噴射量等の運転条件に応じて、第一噴孔31bを使用して第二噴孔31cを使用しない第一燃料噴射(図2B参照)と、第一噴孔31b及び第二噴孔31cを使用する第二燃料噴射(図2C参照)とを切り換えて実施し得るように、燃料噴射装置3(ノズル31)が構成されている。
再び図1を参照すると、燃料噴射装置3は、周知のコモンレール式燃料噴射装置であって、各ノズル31は、コモンレール32と、燃料供給管33を介して接続されている。また、コモンレール32と燃料タンク34との間の燃料供給通路には、燃料ポンプ35が介装されている。
<<吸排気装置>>
吸排気装置4は、エンジン本体2の燃焼室21への空気(再循環された排気ガスを含む)の供給と、燃焼室21からの排気ガスの排出と、当該排気ガスの浄化を行い得るように、以下のように構成されている。
吸気マニホールド41は、各燃焼室21に空気を供給し得るように、エンジン本体2に装着されている。吸気マニホールド41は、エアクリーナ42と、吸気管43を介して接続されている。吸気管43には、スロットル弁44が介装されている。
本発明の排気通路を構成する排気マニホールド45は、各燃焼室21からの排気ガスを受容し得るように、エンジン本体2に装着されている。排気マニホールド45は、排気管46と接続されている。本発明の排気通路を構成する排気管46には、触媒フィルタ47が介装されている。
吸気管43と排気管46との間には、ターボチャージャ48が介装されている。すなわち、吸気管43は、ターボチャージャ48のコンプレッサ48a側と接続されていて、排気管46は、ターボチャージャ48のタービン48b側と接続されている。
吸気マニホールド41と排気マニホールド45との間には、EGR装置49が介装されている。EGR装置49は、EGR通路49aと、制御弁49bと、EGRクーラ49cと、を備えている。
EGR通路49aは、EGRガス(再循環排気ガス)の通路であって、吸気マニホールド41と排気マニホールド45とを接続するように設けられている。
EGR通路49aには、制御弁49b及びEGRクーラ49cが介装されている。制御弁49bは、EGRガスの吸気マニホールド41への供給量を制御し得るように構成及び配置されている。EGRクーラ49cは、エンジン本体2の冷却水によってEGRガスを冷却し得るように構成されている。
<<エンジン制御装置>>
本発明の制御装置としてのエンジン制御装置5は、燃料噴射装置3を備えたエンジン制御システム1の動作を制御するように、以下のように構成されている。
エンジン制御装置5は、電子制御ユニット(ECU)51を備えている。ECU51は、CPU(マイクロプロセッサ)51aと、RAM(ランダムアクセスメモリ)51bと、ROM(リードオンリメモリ)51cと、入力ポート51dと、A/D変換器51eと、出力ポート51fと、ドライバ51gと、双方向バス51hと、を備えている。
本発明の噴射量偏差出力部(噴射量偏差出力手段)及び異常処理司令部(異常処理司令手段)としてのCPU51aは、エンジン制御システム1における各部の動作を制御するためのルーチン(プログラム)を実行するように構成されている。RAM51bは、CPU51aによるルーチン実行の際に、必要に応じてデータを一時的に格納し得るように構成されている。ROM51cには、上述のルーチン(プログラム)や、ルーチン実行の際に参照されるテーブル(ルックアップテーブル、マップ)及びパラメータ等が予め記憶されている。
入力ポート51dは、エンジン制御システム1における後述の各種のセンサと、A/D変換器51eを介して接続されている。出力ポート51fは、エンジン制御システム1における各部(ノズル31等)と、ドライバ51gを介して接続されている。CPU51a,RAM51b,ROM51c,入力ポート51d,及び出力ポート51fは、双方向バス51hによって互いに接続されている。
ECU51における入力ポート51dには、エアフローメータ52、レール圧センサ53、上流側空燃比センサ54、下流側空燃比センサ55、クランク角センサ56、及びアクセル開度センサ57が、それぞれ、A/D変換器51eを介して接続されている。
エアフローメータ52は、吸気管43内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量(吸入空気流量Ga)に応じた出力電圧を発生するように構成されている。
本発明の実噴射量出力部(実噴射量出力手段)としてのレール圧センサ53は、コモンレール32に介装されている。このレール圧センサ53は、コモンレール32内の圧力(コモンレール圧P)に対応する出力電圧を生じるように構成されている。すなわち、レール圧センサ53からの出力によって得られた燃料噴射の際のコモンレール圧Pの減少量に基づいて、気筒毎の実際の燃料噴射量(実噴射量Qr)が得られるように、本実施形態のエンジン制御装置5が構成されている。
上流側空燃比センサ54は、触媒フィルタ47よりも排気ガスの流動方向における上流側にて、排気管46に介装されている。上流側空燃比センサ54は、広範囲にわたる空燃比を精度良く検出することができる限界電流式の酸素濃度センサからなり、空燃比に対応した出力電圧を生じるように構成されている。
下流側空燃比センサ55は、触媒フィルタ47よりも排気ガスの流動方向における下流側にて、排気管46に介装されている。下流側空燃比センサ55は、起電力式(濃淡電池式)の酸素濃度センサからなり、理論空燃比近傍において出力電圧が急変するように構成されている。
クランク角センサ56は、エンジン本体2のクランクシャフト(図示せず)が所定角度(例えば10°)回転する毎に幅狭のパルスを出力するとともに、当該クランク軸が360°回転する毎に幅広のパルスを出力するように構成されている。このクランク角センサ56の出力によって、機関回転数NEが得られるようになっている。
アクセル開度センサ57は、運転者によって操作されるアクセルペダル61の操作量(踏み込み量)に応じた出力電圧を発生するように構成されている。
<実施形態におけるデポジット発生状態検知動作の概要>
図3は、図1に示されている本実施形態のエンジン制御装置5による、デポジットの発生状態の検知の概要を示す概念図である。図4は、図1に示されているエンジン制御装置5によって実行されるデポジット異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
以下、本実施形態における、デポジットの発生状態の検知(取得又は推定)動作の概要について、図1ないし図4を参照しつつ説明する。なお、図4のフローチャートの各ステップの説明においては、適宜、図1、図2A、図2B、及び図2Cに示されている符号が引用され、また、「ステップ」は“S”と略記されている(後述する他のフローチャートにおいても同様である)。
図3における横軸は指令燃料噴射量Qcであり、縦軸は噴射量偏差ΔQである。ここで、噴射量偏差ΔQは、指令燃料噴射量Qcと実噴射量Qrとの偏差である。ΔQ0は、デポジットによる第二噴孔31cの閉塞がない場合の、指令燃料噴射量Qcと実噴射量Qrとの偏差である。本実施形態においては、便宜上、ΔQ0は、0としている。
図3における曲線β及び曲線θは、デポジットにより第二噴孔31cの有効断面積の所定割合が閉塞された場合の、指令燃料噴射量Qcと噴射量偏差ΔQとの関係を示すものである。ここで、曲線βにおける閉塞割合は10%程度であり、曲線θにおける閉塞割合は40%程度である。
曲線βよりも下側の領域Iにおいては、デポジットによる第二噴孔31cの閉塞が少量であるため、第二燃料噴射の際、あるいは、第一燃料噴射が所定回数継続した後に行われる強制的な第二燃料噴射(以下、「通常時強制燃料噴射」と称する。)の際に、デポジットが良好に除去され得る。よって、本実施形態では、この領域Iにおいては、特段の異常処理は行われない。
曲線βよりも上側の領域IIにおいては、デポジット発生量は、上述のような第二燃料噴射や通常時強制燃料噴射の際にデポジットが良好に除去され得る程度の少なさではない。よって、本実施形態では、曲線βよりも上側の領域IIや領域IIIにおいて、所定の異常処理が行われる。
ここで、図3に示されているように、デポジットによる第二噴孔31cの閉塞が生じると、指令燃料噴射量Qcの増加に伴って噴射量偏差ΔQが増加する。逆に、指令燃料噴射量Qcが小さい領域においては、デポジットによる第二噴孔31cの閉塞が生じていても、これが噴射量偏差ΔQの有意な差としては発現し難い。
具体的には、デポジットにより第二噴孔31cの有効断面積の10%程度が閉塞された場合の曲線βにおいては、指令燃料噴射量Qcが小さい領域における、噴射量偏差ΔQの変化割合がきわめて小さい。よって、指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きくないと、噴射量偏差ΔQによる第二噴孔31cの閉塞の検知が行われ難い。
これは、以下の理由による。アウターニードル弁31eのリフト量が小さい領域においては、第二噴孔31cのデポジットによる閉塞よりも、第一シート当接部31e1及び第二シート当接部31e2とシート部31a1との隙間の狭さの方が、より強い流路抵抗となる。よって、かかる領域においては、デポジット量の変動による実噴射量Qrの変動が非常に小さくなり、したがって噴射量偏差ΔQによるデポジット量の検知が精度よく行われにくい。
そこで、本実施形態のエンジン制御装置5は、図4のフローチャートに示されているように、指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きい場合に、噴射量偏差ΔQが所定レベルΔQβを超えているか否を判断し、この判断結果に基づいて、異常時の処理を行う。
ECU51におけるCPU51aは、図4に示されているデポジット異常判定ルーチン400を、所定のタイミング(クランク角)毎に繰り返し実行する。
デポジット異常判定ルーチン400が実行されると、まず、S410において、指令燃料噴射量Qcが取得される。次に、S420において、指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きいか否かが判定される。指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きい場合(S420=Yes)、処理がS430以降に進行する。一方、指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きくない場合(S420=No)、S430以降の処理がスキップされる。
S430においては、レール圧センサ53の出力に基づいて、実噴射量Qrが取得される。次に、S440において、噴射量偏差ΔQが取得される。すなわち、CPU51aによる噴射量偏差ΔQの取得及びこの取得値の出力という、S440の処理が、本発明の噴射量偏差出力手段に対応するものである。
続いて、S450において、今回取得された噴射量偏差ΔQが所定レベルΔQβを超えているか否かが判定される。ここで、ΔQβは、指令燃料噴射量Qcとコモンレール圧Pとをパラメータとする関数あるいはマップによって求められる。
具体例としては、例えば、指令燃料噴射量QcをパラメータとするΔQβのマップをMapΔQβ(Qc)、当該マップ作成時のコモンレール圧をPbaseとすると、
ΔQβ=(P/Pbase)1/2×MapΔQβ(Qc)
によって、ΔQβが求められ得る。
噴射量偏差ΔQがΔQβを超えている場合(S450=Yes)、処理がS460に進行して所定の異常時処理(上述の通常時強制燃料噴射とは異なる条件の異常時強制燃料噴射、あるいはエラー警告等)が行われる。すなわち、上述の異常時処理のためのCPU51aによる各種の信号の出力という、S460の処理が、本発明の異常処理指令手段に対応するものである。
噴射量偏差ΔQがΔQβを超えていない場合(S450=No)、S460の処理がスキップされる。その後、本ルーチンが一旦終了される(S495)。
<実施形態におけるデポジット発生状態検知動作の具体例>
図5は、図1に示されている本実施形態のエンジン制御装置5による、デポジットの発生状態の検知の具体例を示す概念図である。
図6A及び図6Bは、図1に示されているエンジン制御装置5によって実行されるデポジット量推定ルーチンの一例を示すフローチャートである(図6Bは図6Aのフローの続きを示している)。図7A及び図7Bは、図1に示されているエンジン制御装置5によって実行されるデポジット異常処理ルーチンの一例を示すフローチャートである(図7Bは図7Aのフローの続きを示している)。
以下、本実施形態における、デポジットの発生状態の検知(取得又は推定)の具体例について、図5ないし図7Bを参照しつつ説明する。
図5における横軸はサイクル数であり、縦軸はデポジットカウンタDCの値である。ここで、デポジットカウンタDCは、第二噴孔31cにおけるデポジットの発生量を推定するためにソフトウエア的に操作されるカウンタであって、運転条件(燃料噴射条件)に応じてインクリメントあるいはデクリメントされるようになっている。
本具体例においては、第一燃料噴射の実施によりデポジットカウンタDCがインクリメントされ、第二燃料噴射の実施によりデポジットカウンタDCがデクリメントされる。そして、デポジットカウンタDCの値がインクリメント上限値ULに達すると、上述の通常時強制燃料噴射が行われる。この通常時強制燃料噴射に伴って、デポジットカウンタDCがデクリメントされる。
また、本具体例においては、指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きい場合に、噴射量偏差ΔQに基づいて、デポジット発生状態が取得される。そして、噴射量偏差ΔQが所定レベルΔQβを超えている場合、異常時の処理が行われる。具体的には、ΔQβ<ΔQ<ΔQθの場合に上述の異常時強制燃料噴射が行われ、ΔQθ≦ΔQの場合にエラー警告が行われる。ここで、ΔQβは図5におけるXLに対応し、ΔQθは図5におけるFLに対応する。
すなわち、指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きい場合に取得された噴射量偏差ΔQに基づくデポジット発生量(以下、「取得デポジット量」と称する)が、デポジットカウンタDCの値FLに対応する量を超えた場合に、エラー警告が行われる。また、上述の取得デポジット量が、デポジットカウンタDCの値FLに対応する量を超えず、且つデポジットカウンタDCの値XLに対応する量を超えた場合に、上述の異常時強制燃料噴射が行われる。
ECU51におけるCPU51aは、図6Aに示されているデポジット量検知ルーチン600を、所定のタイミング(クランク角)毎に繰り返し実行する。
デポジット量検知ルーチン600が実行されると、まず、S610において、アクセル開度センサ57の出力に基づいて得られたアクセル開度accpf等に基づいて、所定のマップにより指令燃料噴射量Qcが取得される。
次に、S615において、今回の燃料噴射が第一燃料噴射であるか否かが判定される。今回の燃料噴射が第一燃料噴射である場合(S615=Yes)、処理がS618に進行して、強制燃料噴射フラグkがリセットされているか否かが判定される。強制燃料噴射フラグkがリセットされている場合(S618=Yes)、処理がS620に進行し、強制燃料噴射フラグkがセットされている場合(S618=No)、図中(X)に処理が進行する(後述するS665に処理が進行して通常時強制燃料噴射が行われる)。
S620においては、カウンタインクリメント値Ciが取得される。このカウンタインクリメント値Ciは、ノズル温度Tnz、指令燃料噴射量Qc、機関回転数NE、及びコモンレール圧P等に基づいて、マップ等によって取得される。その後、S625にてデポジットカウンタDCが値Ciだけインクリメントされ、図中(6B)に処理が進行する。
今回の燃料噴射が第一燃料噴射でない場合(S615=No)、すなわち、今回の燃料噴射が第二燃料噴射である場合、S618、S620、及びS625の処理がスキップされ、処理がS630に進行する。S630においては、指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きいか否かが判定される。
指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きくない場合(S630=No)、処理がS635に進行してカウンタデクリメント値Cdが取得される。このカウンタデクリメント値Cdは、指令燃料噴射量Qc、機関回転数NE、及びコモンレール圧P等に基づいて、マップ等によって取得される。その後、S640にてデポジットカウンタDCが値Cdだけデクリメントされ、図中(6B)に処理が進行する。
指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きい場合(S630=Yes)、S635及びS640の処理がスキップされ、処理がS645に進行して噴射量偏差ΔQが取得される。その後、S650にて、今回取得された噴射量偏差ΔQが所定レベルΔQβを超えているか否かが判定される。
噴射量偏差ΔQがΔQβを超えていない場合(S650=No)、S635及びS640の処理を経て、図中(6B)に処理が進行する。一方、噴射量偏差ΔQがΔQβを超えている場合(S650=Yes)、処理がS655に進行して、異常フラグAFがセットされる。その後、図中(6B)に処理が進行する。
図6Bを参照すると、図中(6B)に処理が進行すると、S660が実行される。このS660においては、強制燃料噴射フラグkがセットされているか否かが判定される。
強制燃料噴射フラグkがセットされている場合(S660=Yes)、所定の燃料噴射パターン(クランク角及び噴射圧力)にて通常時強制燃料噴射が行われる(S665)。具体的には、例えば、通常時強制燃料噴射は、ポスト噴射時に行われる。次に、当該通常時強制燃料噴射における燃料噴射条件に基づいて上述のS635と同様にして得られたカウンタデクリメント値Cdを用いてデポジットカウンタDCがデクリメントされる(S670)。
続いて、S675にて、デポジットカウンタDCが値LL以下であるか否かが判定される。デポジットカウンタDCが値LL以下である場合(S675=Yes)、S680にて強制燃料噴射フラグkがリセットされ、デポジットカウンタDCが値LL以下でない場合(S675=No)はこのS680の処理がスキップされる。その後、本ルーチンが一旦終了される(S695)。
強制燃料噴射フラグkがセットされてない場合(S660=No)、処理がS685に進行する。S685においては、デポジットカウンタDCが値ULより大きいか否かが判定される。デポジットカウンタDCが値ULより大きい場合(S685=Yes)、S690にて強制燃料噴射フラグkがセットされ、デポジットカウンタDCが値ULより大きくない場合(S685=No)、S690の処理がスキップされ、本ルーチンが一旦終了される(S695)。
異常フラグAFがセットされている場合、図7Aに示されているデポジット異常処理ルーチン700が実行される。
デポジット異常処理ルーチン700が実行されると、まず、S705において、噴射量偏差ΔQが所定レベルΔQθより小さいか否かが判定される。
噴射量偏差ΔQが所定レベルΔQθより小さい場合(S705=Yes)、処理がS710に進行し、指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きいか否かが判定される。
指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きい場合(S710=Yes)、処理がS715に進行する。そして、S715にて、異常時強制燃料噴射が行われる。この場合の異常時強制燃料噴射は、通常時強制燃料噴射とは異なる燃料噴射パターンで行われる。具体的には、この場合の異常時強制燃料噴射は、通常時強制燃料噴射と同じクランク角(本具体例ではポスト噴射時)にて、通常時強制燃料噴射よりも高い噴射圧力で行われる。その後、S720にて噴射量偏差ΔQが取得され、この噴射量偏差ΔQがΔQβを超えているか否かが判定される(S725)。
噴射量偏差ΔQがΔQβを超えている場合(S725=Yes)、当該噴射量偏差ΔQに基づいて異常カウンタACが設定され(S730)、本ルーチンが一旦終了する(S795)。噴射量偏差ΔQがΔQβを超えてない場合(S725=No)、S730の処理がスキップされて、処理がS735及びS740に進行し、本ルーチンが一旦終了される(S795)。S735においては、異常フラグAFがリセットされ、S740にてデポジットカウンタDCの値が所定値XLに設定される。
指令燃料噴射量Qcが所定値Qαより大きくない場合(S710=No)、処理がS745に進行する。S745においては、上述のS715の場合とは異なる(よりデポジットの剥離を促進するような)燃料噴射パターンで異常時強制燃料噴射が行われる。
具体的には、この場合の異常時強制燃料噴射においては、通常時強制燃料噴射の噴射タイミング(上述の具体例ではポスト噴射時)とは異なる別のタイミングと、通常時強制燃料噴射の噴射タイミングとが併用される。その後、S750にて異常カウンタACがデクリメントされ、S755にて異常カウンタACが0であるか否かが判定される。
異常カウンタACが0である場合(S755=Yes)、処理がS735に進行して異常フラグAFがリセットされ、S740にてデポジットカウンタDCの値が所定値XLに設定される。その後、本ルーチンが一旦終了される(S795)。異常カウンタACが0でない場合(S755=No)、本ルーチンが一旦終了される(S795)。
噴射量偏差ΔQが所定レベルΔQθ以上である場合(S705=No)、処理が図7BにおけるS760に進行して、エラー警告カウンタECがインクリメントされる。その後、処理がS765に進行して、エラー警告カウンタECが所定値EC1を超えたか否かが判定される。
エラー警告カウンタECが所定値EC1を超えた場合(S765=Yes)、処理がS770に進行して、エラー警告がなされる。このエラー警告は、所定のランプ等を用いて行われる。その後、本ルーチンが一旦終了される(S795)。エラー警告カウンタECが所定値EC1を超えていない場合(S765=No)、S770の処理はスキップされ、本ルーチンが一旦終了される(S795)。
すなわち、CPU51aによる噴射量偏差ΔQの取得及びこの取得値の出力という、S645及びS720の処理が、本発明の噴射量偏差出力手段に対応するものである。また、ΔQが所定値ΔQβあるいはΔQθを超えた場合の上述の各種の異常処理のための、CPU51aによる各種の処理(デポジット異常ルーチン700あるいはS655ないしS680の処理)が、本発明の異常処理指令手段に対応するものである。
<実施形態の構成による効果>
本実施形態の構成においては、実噴射量出力部(実噴射量出力手段)としてのレール圧センサ53の出力に基づいて、実噴射量Qrが取得される。この実噴射量Qrと、指令燃料噴射量Qcと、に基づいて、噴射量偏差出力部(噴射量偏差出力手段)としてのCPU51aによって、噴射量偏差ΔQが取得・出力される。そして、この噴射量偏差ΔQが所定値ΔQβあるいはΔQθを超えた場合に、異常処理司令部(異常処理指令手段)としてのCPU51aによって、異常時の所定の処理のための各種の信号の出力が行われる。
また、本実施形態の構成においては、実噴射量Qrが所定量Qαより大きい場合に、噴射量偏差ΔQに基づいて異常時の処理が行われる。すなわち、第二燃料噴射における燃料噴射量が比較的多量の場合に、噴射量偏差ΔQに基づくデポジット量取得が行われる。一方、第一燃料噴射の場合、及び第二燃料噴射における燃料噴射量が少量の場合には、カウンタによるデポジット量推定が行われる。
かかる本実施形態の構成によれば、第二噴孔31cにおけるデポジットの発生状態が、より正確に取得ないし推定され得る。そして、第二噴孔31cからの強制的な燃料噴射(通常時強制燃料噴射あるいは異常時強制燃料噴射)や、エラー警告等の、異常時の所定の処理が、より適切に行われ得る。したがって、本実施形態の構成によれば、エンジン制御がより適切に行われ得る。
本実施形態の構成においては、実噴射量Qrが、レール圧センサ53からの出力によって得られた燃料噴射の際のコモンレール圧Pの減少量に基づいて、気筒毎に取得される。
かかる構成によれば、気筒毎に対応する各ノズル31におけるデポジットの発生状況を個別に特定することが可能となる。これにより、デポジット発生量の増加や多量のデポジット発生による異常が発生した特定のノズル31に対してのみ、上述のような異常時の各種の処理を行うことが可能となる。よって、異常に関係のない他のノズル31に対しての強制燃料噴射等の処理が行われずに済み、したがって燃費の低下が抑制される。
<変形例の例示列挙>
なお、上述の実施形態及び具体例は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態等を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態等に何ら限定されるものではない。
したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態等に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたもの限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
本発明(特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの)は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、(先願主義の下で出願を急ぐ)出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
(A)本エンジン制御システム1及びエンジン制御装置5は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他任意のタイプのエンジンに適用可能である。気筒数や気筒配列方式(直列、V型、水平対抗)も、特に限定はない。
(B)エンジン負荷の検知に際しては、アクセル開度センサ57に代えて、スロットル弁44の開度に応じた信号を出力するスロットルポジションセンサが用いられてもよい。
(C)実噴射量Qrの取得に際して、レール圧センサ53の出力に代えて、上流側空燃比センサ54の出力が用いられてもよい。すなわち、上流側空燃比センサ54及びエアフローメータ52の出力と、EGR率マップと、に基づいて、全気筒の平均の実噴射量Qrを取得するように、エンジン制御装置5(ECU51)が構成されていてもよい。
(D)指令燃料噴射量Qc、及び各種のカウンタ操作値の取得方法も、上述の実施形態や具体例に何ら限定されない。例えば、マップ、テーブル、及び関数は、互いに互換され得る。
また、指令燃料噴射量Qcは、所定の目標燃料噴射量Qtに所定の補正を加えることで取得され得る。
具体的には、例えば、(ディーゼルエンジンの場合)目標燃料噴射量Qtが上述のS610のようにしてアクセル開度accpfに基づいて所定のマップにより取得され、この目標燃料噴射量Qtに対して過給圧Pb,吸入空気流量Ga,大気圧Pa等に応じた補正を施すことで指令燃料噴射量Qcが取得されるようになっていてもよい。
あるいは、例えば、(ガソリンエンジンの場合)吸入空気流量Ga,機関回転数NE,目標空燃比afr等に基づいて目標燃料噴射量Qtが取得され、上流側空燃比センサ54及び下流側空燃比センサ55の出力に基づくフィードバック補正量Qfbで目標燃料噴射量Qtを補正することによって指令燃料噴射量Qcが取得され得る。ここで、目標空燃比afrは、アクセル開度センサ57等の出力に基づいて得られる。
使用されるパラメータも、上述の実施形態や具体例にて用いられているものに何ら限定されない。
具体的には、例えば、吸入空気流量Gaに代えて、筒内吸入空気量Mcが用いられてもよい。この場合、今回吸気行程を迎える気筒の筒内吸入空気量Mcは、吸入空気流量Gaや、アクセル開度センサ57の出力(アクセルペダル61の操作量)に基づいて得られる目標機関回転数N等のパラメータと、ROM51cが記憶しているテーブル等とに基づいて求められ得る。
(E)噴射量偏差ΔQの算出の基準として、指令燃料噴射量Qcに代えて、目標燃料噴射量Qtが用いられ得る。
(F)ノズル31の構成も、上述の実施形態の構成に限定されない。例えば、第二噴孔31cのみからの燃料噴射が可能な構成であってもよい。あるいは、1つのニードル弁で第一噴孔31b及び第二噴孔31cからの燃料噴射状態を制御し得るように構成されていてもよい。
特に、本発明によれば、第一噴孔31bにおけるデポジット発生状態の取得あるいは推定も、同様に行い得る。よって、本発明は、第二噴孔31cがないタイプのノズル31を備えた燃料噴射装置3に対しても、良好に適用され得る。
(G)その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。
本発明の一実施形態の構成が適用されたエンジン制御システムの全体構成を示す概略図である。 図1に示されているノズルの先端部を拡大した側断面図である。 図1に示されているノズルの先端部を拡大した側断面図である。 図1に示されているノズルの先端部を拡大した側断面図である。 図1に示されている本実施形態のエンジン制御装置による、デポジットの発生状態の検知の概要を示す概念図である。 図1に示されているエンジン制御装置によって実行されるデポジット異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 図1に示されている本実施形態のエンジン制御装置による、デポジットの発生状態の検知の具体例を示す概念図である。 図1に示されているエンジン制御装置によって実行されるデポジット量推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 図1に示されているエンジン制御装置によって実行されるデポジット量推定ルーチンの一例を示すフローチャートである(図6Bは図6Aのフローの続きを示している)。 図1に示されているエンジン制御装置によって実行されるデポジット異常処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 図1に示されているエンジン制御装置によって実行されるデポジット異常処理ルーチンの一例を示すフローチャートである(図7Bは図7Aのフローの続きを示している)。
符号の説明
1…エンジン制御システム 2…エンジン本体 21…燃焼室
3…燃料噴射装置 31…ノズル
31a…ハウジング 31a1…シート部
31b…第一噴孔 31c…第二噴孔
31d…インナーニードル弁 31d1…シート当接部
31e…アウターニードル弁 31e1…第一シート当接部
31e2…第二シート当接部 31e3…凹部
31f…内側燃料通路 31g…外側燃料通路 32…コモンレール
4…吸排気装置 43…吸気管 46…排気管
5…エンジン制御装置 51…電子制御ユニット(ECU)
51a…CPU 51c…ROM
52…エアフローメータ 53…レール圧センサ 54…上流側空燃比センサ
55…下流側空燃比センサ 56…クランク角センサ 57…アクセル開度センサ
61…アクセルペダル

Claims (8)

  1. 第一噴孔のみから燃焼室内に向けて燃料を噴射する第一燃料噴射と、前記第一噴孔及び第二噴孔から前記燃焼室に向けて前記燃料を噴射する第二燃料噴射と、を切り換えて実施し得るように構成された燃料噴射装置を備えた内燃機関の動作を制御するように構成された、内燃機関の制御装置において、
    前記第二燃料噴射の際に前記燃料噴射装置から実際に噴射された前記燃料の量である実噴射量に対応する出力を生じるように構成された、実噴射量出力部と、
    前記燃料噴射装置に所定の目標燃料噴射量の前記燃料を噴射させるために当該燃料噴射装置に入力される指令燃料噴射量と、前記実噴射量と、の偏差に対応する出力を生じるように構成された、噴射量偏差出力部と、
    前記偏差が所定値を超える場合の前記噴射量偏差出力部の出力に基づいて、通常時とは異なる異常時の処理を行うための出力である異常処理出力を生じるように構成された、異常処理司令部と、
    を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
  2. 請求項1に記載の、内燃機関の制御装置であって、
    前記異常処理司令部は、前記目標燃料噴射量又は前記指令燃料噴射量が所定量より大きい場合に、前記噴射量偏差出力部の出力に基づいて前記異常処理出力を生じるように構成されたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の、内燃機関の制御装置であって、
    前記異常時の処理として、前記第二噴孔からの強制的な前記燃料の噴射が行われるように構成されたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の、内燃機関の制御装置であって、
    前記異常時の処理として、前記燃料噴射装置の故障判定が行われるように構成されたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
  5. 噴孔から燃焼室内に向けて燃料を噴射するように構成された燃料噴射装置を備えた内燃機関の動作を制御するように構成された、内燃機関の制御装置において、
    前記燃料噴射装置から実際に噴射された前記燃料の量である実噴射量に対応する出力を生じるように構成された、実噴射量出力部と、
    前記燃料噴射装置に所定の目標燃料噴射量の前記燃料を噴射させるために当該燃料噴射装置に入力される指令燃料噴射量と、前記実噴射量と、の偏差に対応する出力を生じるように構成された、噴射量偏差出力部と、
    前記偏差が所定値を超える場合の前記噴射量偏差出力部の出力に基づいて、通常時とは異なる異常時の処理を行うための出力である異常処理出力を生じるように構成された、異常処理司令部と、
    を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
  6. 請求項5に記載の、内燃機関の制御装置であって、
    前記異常処理司令部は、前記目標燃料噴射量又は前記指令燃料噴射量が所定量より大きい場合に、前記噴射量偏差出力部の出力に基づいて前記異常処理出力を生じるように構成されたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
  7. 請求項5又は請求項6に記載の、内燃機関の制御装置であって、
    前記異常時の処理として、前記噴孔からの強制的な前記燃料の噴射が行われるように構成されたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
  8. 請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の、内燃機関の制御装置であって、
    前記異常時の処理として、前記燃料噴射装置の故障判定が行われるように構成されたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
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