JP2009085165A - 内燃機関の制御装置、及び圧力制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ポンプ４４から圧送されデリバリパイプ７２内で高圧状態にて蓄えられる燃料が燃料噴射弁２０を介して噴射供給される内燃機関１０について、デリバリパイプ７２内の圧力が過度に高くなる異常に簡易且つ適切に対処することが困難なこと。
【解決手段】上記異常が生じると、燃料噴射弁２０の噴射量が増量することから、空燃比がリッチ側にずれる。このため、空燃比フィードバック制御によって、燃料噴射量が減量される。しかし、燃料噴射弁２０には開弁時間の下限値があるため、最小噴射量にも下限がある。デリバリパイプ７２内の燃圧が上昇することで最小噴射量が増量すると、アイドル回転速度制御時において実空燃比が目標空燃比よりもリッチとなる。このため、目標回転速度を上昇させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料ポンプから圧送され蓄圧容器内で高圧状態にて蓄えられる燃料が燃料噴射弁を介して噴射供給される内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置、及びこれを備える圧力制御システムに関する。

筒内噴射式内燃機関にあっては、フィードポンプによって汲み上げられた燃料タンク内の燃料が高圧燃料ポンプによってデリバリパイプに加圧供給(圧送)され、デリバリパイプ内に高圧状態にて蓄えられた燃料が燃料噴射弁を介して内燃機関の燃焼室に噴射供給される。この際、例えば下記特許文献１に見られるように、デリバリパイプ内の圧力が異常に高くなる場合、フィードポンプを停止することも提案されている。これにより、デリバリパイプ内の圧力を低下させることができる。詳しくは、上記特許文献１記載のものにあっては、車両の走行時にあっては、デリバリパイプ内の圧力に応じてフィードポンプをオン・オフ操作することで、デリバリパイプ内の圧力を所定の圧力領域内に制御するようにしている。また、上記特許文献１記載の燃料供給システムにあっては、フィードポンプの停止時であっても、アイドル回転速度制御に必要な少量の燃料が高圧燃料ポンプによってデリバリパイプに供給可能となっている。
特許第３２３７５６７号公報

上記燃料供給システムにあっては、フィードポンプの停止時であっても高圧燃料ポンプによってデリバリパイプに少量の燃料を圧送可能な構成とすることで、異常時においてデリバリパイプ内の圧力を確実に低下させつつもアイドル運転が可能となっている。しかし、このような構成とすることで、構成の複雑化や部品点数の増加も無視できない。更に、上記のものにあっては、車両の走行時にデリバリパイプ内の圧力に応じてフィードポンプをオン・オフ操作することでデリバリパイプ内の圧力を制御しているものの、このようなフィードバック制御によっては、圧力の変動も大きくなることから、微視的なタイムスケールで見た際には、燃料噴射量が過大となったり、過小となったりして、内燃機関の排気特性やトルクが適切な値から過度にずれるおそれもある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料ポンプから圧送され蓄圧容器内で高圧状態にて蓄えられる燃料が燃料噴射弁を介して噴射供給される内燃機関について、蓄圧容器内の圧力が過度に高くなる異常に簡易且つ適切に対処することのできる内燃機関の制御装置、及びこれを備える圧力制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、燃料ポンプから圧送され蓄圧容器内で高圧状態にて蓄えられる燃料が燃料噴射弁を介して噴射供給される内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置において、前記燃料ポンプに、前記蓄圧容器内の圧力を上昇させる側の異常が生じたことを検出する検出手段と、前記異常が検出される場合、前記内燃機関の燃焼制御のためのアクチュエータを操作することで燃料の燃焼と相関を有する物理量の前記異常に起因する変化を補償する補償手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、補償手段によって上記物理量（空燃比、トルク等）の変化が補償されるために、蓄圧容器内の圧力が過度に上昇する場合であっても、これに適切に対処することができる。しかも、燃焼制御のためのアクチュエータの操作によって対処するために、燃料ポンプ等の構造を複雑化したりする必要もなく、簡易な対処が可能となる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記内燃機関の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御するフィードバック制御手段を更に備え、前記補償手段は、前記異常に起因する前記フィードバック制御の制御性の低下を補償することを特徴とする。

蓄圧容器の圧力が過度に高くなる異常が生じる場合、燃料噴射弁を介して内燃機関に噴射供給される燃料量が増加するおそれがある。そして、燃料噴射弁の最小噴射量が増量する場合には、最小噴射量としても実空燃比が目標空燃比よりもリッチとなる事態が生じ得るため、空燃比のフィードバック制御性が低下するおそれがある。この点、上記発明では、フィードバック制御の制御性の低下を補償するために、実空燃比と目標空燃比とのずれを抑制することができ、ひいては排気特性の悪化を好適に抑制することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記補償手段は、前記異常が検出される場合、前記内燃機関のアイドル回転速度制御時における目標回転速度を上昇させる回転速度上昇手段を備えることを特徴とする。

蓄圧容器の圧力が過度に高くなる異常が生じる場合、燃料噴射弁を介して内燃機関に噴射供給される燃料量が増加するおそれがある。そして、燃料噴射弁の最小噴射量が増量する場合には、トルクが増大するおそれがあり、ひいては回転速度が上昇するおそれがある。ここで、アイドル回転速度制御がされている場合、回転速度の上昇を抑制すべく吸入空気量が低減される。これは、実空燃比を目標空燃比よりもリッチ側に制御することとなるため、空燃比の制御性が低下する。この点、上記発明では、目標回転速度を上昇させることで、アイドル回転速度制御によって吸入空気量を増量させることができ、ひいては空燃比の制御性を回復することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記回転速度上昇手段は、前記目標回転速度を漸増させることを特徴とする。

上記発明では、目標回転速度を漸増させるために、一気に上昇させる場合と比較して、極力ユーザに体感される事態を回避することができる。

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記回転速度上昇手段は、前記蓄圧容器内の圧力に応じて前記目標回転速度を設定することを特徴とする。

蓄圧容器内の圧力が高いほど、燃料噴射弁から噴射可能な最小噴射量が増量する傾向にある。このため、実空燃比と目標空燃比との乖離を抑制するために要求される目標回転速度は、圧力が高いほど大きくなる傾向にある。上記発明では、この点に鑑み、圧力に応じて目標回転速度を設定することで、空燃比のフィードバック制御性の低下を好適に補償することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記補償手段は、前記異常に起因する前記内燃機関のトルクの増大を抑制すること特徴とする。

蓄圧容器の圧力が過度に高くなる異常が生じる場合、燃料噴射弁を介して内燃機関に噴射供給される燃料量が増加し、内燃機関のトルクが増大するおそれがある。この点、上記発明では、トルクの増大を抑制することで、燃料ポンプの異常に好適に対処することができる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記内燃機関は、火花点火式内燃機関であり、前記補償手段は、前記異常が検出される場合、点火時期を遅角させる遅角手段を備えることを特徴とする。

蓄圧容器の圧力が過度に高くなる異常が生じる場合、燃料噴射弁を介して内燃機関に噴射供給される燃料量が増加し、内燃機関のトルクが増大するおそれがある。また、燃料噴射弁の最小噴射量が増量する場合には、最小噴射量としても実空燃比が目標空燃比よりもリッチとなる事態が生じ得るため、空燃比のフィードバック制御をしている場合には、その制御性が低下するおそれもある。

ここで、点火時期を遅角操作する場合には、内燃機関のトルクが低下するために、上記トルクの増大を抑制することができる。更に、トルクの低下が吸入空気量の増量につながる場合には、遅角操作によって実空燃比をリーン側とすることができるため、上記フィードバック制御の制御性の低下を補償することもできる。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記遅角手段は、前記内燃機関の排気温度が所定温度以下となる範囲で前記点火時期を遅角させることを特徴とする。

点火時期を遅角させる場合、燃焼タイミングが排気行程側に移行するために、排気温度が上昇する。一方、排気温度の過度の上昇は、内燃機関の排気系の信頼性の低下につながるおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、排気温度が所定温度以下となる範囲で遅角操作を行うために、排気系の信頼性の低下を好適に回避することができる。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記内燃機関は、多気筒内燃機関であり、前記補償手段は、前記異常が検出される場合、前記内燃機関の気筒の一部について燃焼制御を停止させることを特徴とする。

蓄圧容器の圧力が過度に高くなる異常が生じる場合、燃料噴射弁を介して内燃機関に噴射供給される燃料量が増加し、内燃機関のトルクが増大するおそれがある。また、燃料噴射弁の最小噴射量が増量する場合には、最小噴射量としても実空燃比が目標空燃比よりもリッチとなる事態が生じ得るため、空燃比のフィードバック制御をしている場合には、その制御性が低下するおそれもある。

ここで、燃焼制御を行う気筒を低減するなら、内燃機関のトルクが低下するために、上記トルクの増大を抑制することができる。更に、トルクの低下が単位気筒当たりの吸入空気量の増量につながる場合には、実空燃比をリーン側とすることができるため、上記フィードバック制御の制御性の低下を補償することもできる。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記蓄圧容器内の圧力を減圧する手段が、前記蓄圧容器内の圧力が規定圧を超えて上昇しようとする場合に前記蓄圧容器内の圧力を前記規定圧に機械的に調節する手段と、前記燃料噴射弁とからなることを特徴とする。

上記発明では、燃料ポンプの上記異常時において、蓄圧容器内の圧力が規定圧に制御される。このため、蓄圧容器内の圧力が、蓄圧容器の信頼性の低下を招くほど上昇することを回避することができる。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の制御装置と、前記蓄圧容器及び前記燃料ポンプを備えることを特徴とする圧力制御システムである。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置を車載ガソリン機関の制御装置に適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態のシステム構成を示す。図示される内燃機関１０は、筒内噴射式内燃機関である。本実施形態では、８気筒内燃機関を想定しているが、ここでは、便宜上１気筒のみを図示する。内燃機関１０のシリンダブロック１２及びピストン１４によって区画される燃焼室１６には、点火プラグ１８及び燃料噴射弁２０が突出している。燃焼室１６は、吸気バルブ２２の開動作によって吸気通路２４と連通され、これにより、燃焼室１６に燃料が吸入される。一方、燃料噴射弁２０は、燃料（ガソリン燃料）を燃焼室１６に噴射する。そして、燃焼室１６内の空気と燃料との混合気が点火プラグ１８の点火によって燃焼することで、その燃焼エネルギがクランク軸２６の回転エネルギとして取り出される。その後、燃焼室１６は、排気バルブ２８の開動作によって排気通路３０と連通し、燃焼室１６において燃焼に供された混合気が、排気として排気通路３０に排出される。

上記燃焼噴射弁２０を介して燃焼室１６内に噴射供給される燃料は、燃料タンク４０に蓄えられているものである。燃料タンク４０内の燃料は、電動式のフィードポンプ４２によって汲み上げられ、燃料ポンプ４４に供給される。燃料ポンプ４４は、シリンダ４６と、シリンダ４６内で往復動するプランジャ４８と、シリンダ４６の内周壁面及びプランジャ４８によって区画形成される加圧室５０と、低圧室５２と、加圧室５０及び低圧室５２間を連通及び遮断するスピル弁５４とを備えている。

このように構成される燃料ポンプ４４において、プランジャ４８の下端に取り付けられたタペット６０は、スプリング６２によって駆動軸６４に連結されたカム６６に押し付けられている。駆動軸６４は、クランク軸２６と直接機械的に連結されるか吸気カム軸又は排気カム軸のいずれかに機械的に連結されるかすることで、クランク軸２６の回転によって機械的に回転するものである。一方、カム６６は、駆動軸６４と外周との距離が変化する形状を有しており、これにより、駆動軸６４の回転に同期してプランジャ４８がシリンダ４６内を往復動することとなる。そして、プランジャ４８の往復動によって、加圧室５０内の容積が変化する。

上記加圧室５０には、スピル弁５１の開弁時において、低圧室５２を介してフィードポンプ４２からの燃料が供給される。低圧室５２には、スピル弁５４を閉弁方向に吸引する電磁ソレノイド５６と、スピル弁５４に対して開弁方向に力を加えるスプリング５８とが設けられている。このため、電磁ソレノイド５６に対する通電がなされない場合には、スピル弁５４は、スプリング５８によって開弁状態とされ、電磁ソレノイド５６に対する通電がなされる場合には、その吸引力によって閉弁状態とされる。このように、スピル弁５４は、ノーマリーオープンタイプの弁体である。

上記加圧室５０には、逆止弁７４及び吐出通路７０を介して、燃料を高圧状態で蓄えて且つ各気筒の燃料噴射弁２０に供給する蓄圧容器（デリバリパイプ７２）が接続されている。デリバリパイプ７２は、リリーフ弁７６、リリーフ通路７８を介して燃料タンク４０に接続されている。リリーフ弁７６は、デリバリパイプ７２内の圧力が規定圧（例えば「２０〜３０ＭＰａ」）を越えて上昇しようとすることで機械的に開弁し、デリバリパイプ７２内の圧力を規定圧に機械的に調節するレギュレータである。なお、規定圧は、デリバリパイプ７２の信頼性を維持することのできる上限値以下に設定されている。

低圧室５２及びフィードポンプ４２間は、リリーフ弁８０、リリーフ通路８２を介して燃料タンク４０に接続されている。リリーフ弁８０は、低圧室５２及びフィードポンプ４２間の通路内の圧力が所定以上となることで開弁する。これにより、低圧室５２及びフィードポンプ４２間の通路内の圧力が所定圧に維持される。

燃料タンク４０は、ベーパ通路９０を介して、燃料タンク４０内で発生した燃料蒸気を捕集するキャニスタ９２に接続されている。キャニスタ９２は、燃料蒸気を吸着する吸着剤９２ａを備えている。また、キャニスタ９２は、キャニスタ９２内の圧力が大気圧よりも高い所定圧以上となることで開弁し、キャニスタ９２内の余分な空気を逃すための大気弁９２ｂを備えている。更に、キャニスタ９２は、キャニスタ９２内に大気を導入するための電子制御式の大気導入弁９２ｃを備えている。そして、キャニスタ９２は、パージ通路９４、及び電子制御式のパージバルブ９６を介して吸気通路２４に接続されている。こうした構成によれば、大気導入弁９２ｃ及びパージバルブ９６が開弁されることでキャニスタ９２内が減圧されると、吸着剤９２ａに吸着された燃料蒸気が再離脱し、吸気通路２４に吸引される。

電子制御装置（ＥＣＵ１００）は、内燃機関１０を制御対象とする制御装置である。ＥＣＵ１００は、デリバリパイプ７２内の圧力を検出する燃圧センサ１０２や、クランク軸２６の回転角度を検出するクランク角センサ１０４、排気通路３０の排気の成分に基づき燃焼室１６の空燃比を検出する空燃比センサ１０６、排気通路３０内の排気温度を検出する排気温度センサ１０８、吸入空気量を検出するエアーフローメータ１１０等の各種センサの検出値を取り込む。そして、ＥＣＵ１００は、これら検出値に基づき、点火プラグ１８や燃料噴射弁２０、電磁ソレノイド５６、大気導入弁９２ｃ、パージバルブ９６等の各種アクチュエータを操作することで、内燃機関１０の燃焼制御を行う。具体的には、例えば吸入空気量と回転速度とに基づき算出される噴射量の基本値ＦＦを、空燃比センサ１０６の検出する実空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）にフィードバック制御するためのフィードバック補正量Ａ／ＦＦＢにて補正することで、燃料噴射弁２０の開弁時間を操作する空燃比フィードバック制御などを行う。なお、ＥＣＵ１００は、所定の演算結果を外部に通知する手段として、同演算結果を視覚情報として出力する表示器１２０に電気的に接続されている。

ここで、ＥＣＵ１００による燃料ポンプ４４の操作について、図２に基づき更に説明する。図２（ａ）に示すプランジャ４８の下降行程においては、電磁ソレノイド５６への通電を行わず、スピル弁５４を開弁状態とする。これにより、上記フィードポンプ４２によって燃料タンク４０から汲み上げられた燃料は、加圧室５０に吸入される。これに対し、図２（ｂ）に示すように、プランジャ４８の上昇行程においても、電磁ソレノイド５６の通電がなされないなら、スピル弁５４は開弁状態となる。このため、加圧室５０内の燃料は低圧室５２を介して燃料タンク４０へと戻される。一方、図２（ｃ）に示されるように、電磁ソレノイド５６に対する通電によってスピル弁５４が閉弁状態となる場合には、加圧室５０内の燃料は吐出通路７０を介して上記デリバリパイプ７２へと圧送される。ＥＣＵ１００では、デリバリパイプ７２内の燃圧を所定圧（例えば「５〜１５Ｍｐａ」）に制御すべく、燃圧センサ１０２の検出値に基づき電磁ソレノイド５６に対する通電タイミングを決定する。ちなみに、上記所定圧は、アイドル回転速度制御時等を除く内燃機関１０の通常運転時には、固定値としてもよい。

ところで、例えば電磁ソレノイド５６の通電経路がバッテリの正極とショートするなどする場合には、電磁ソレノイド５６に常時通電がなされることとなる。この場合、スピル弁５４は、プランジャ４８の上昇行程の略全期間に渡って閉弁状態を維持する。ただし、プランジャ４８の下降行程にあっては、加圧室５０内の圧力が低下することでスピル弁５４が開弁側に吸引され、この吸引力とスプリング５８の弾性力との合力が電磁ソレノイド５６の吸引力に打ち勝つことでスピル弁５４が開弁する。このため、プランジャ４８が下降するたびに加圧室５０内に燃料が吸引され、プランジャ４８が上昇する略全期間に渡って燃料がデリバリパイプ７２へと吐出される。したがって、デリバリパイプ７２には、燃料ポンプ４４の略最大の吐出能力によって燃料が圧送されることとなり、その圧力が過度に高くなるおそれがある。そして、上記リリーフ弁７６を開弁させる規定圧以上とする燃料量が圧送されると、リリーフ弁７６によってデリバリパイプ７２内の燃圧が規定圧に機械的に制御される。

この状態においては、上記吸入空気量や回転速度に応じて算出される噴射量の基本値ＦＦに応じた燃料噴射弁２０の開弁時間によっては、基本値ＦＦよりも過度に多量の燃料が噴射されるおそれがある。これは、噴射量は、噴射期間が長いほど、また燃焼室１６内の燃圧に対するデリバリパイプ７２内の燃圧が高いほど多くなることによる。このため、同一の開弁時間であったとしても、燃料ポンプ４４の異常のためにデリバリパイプ７２内の燃圧が過度に高い場合には、噴射量が過大となる。この場合、実際の空燃比（実空燃比）が目標空燃比よりもリッチ側となるために、空燃比フィードバック制御によって噴射量（又は燃料噴射弁２０の開弁時間）が低減される。ただし、燃料噴射弁２０には、噴射量の制御性の信頼性が維持できる開弁時間の最小値があるため、開弁時間の下限値が設定されているのが常である。このため、空燃比フィードバック制御による開弁時間のフィードバック補正は、開弁時間の下限値による制約を受ける。すなわち、開弁時間が下限値となると、実空燃比が未だリッチ状態である場合であっても開弁時間の補正はできなくなる。

こうした事態は、内燃機関１０に要求されるトルクが小さい領域において特に生じやすい。すなわち、この場合、吸入空気量が少量であるために、噴射量が過大となると実空燃比がリッチ化しやすい。逆に、ある程度要求トルクが大きい運転領域にあっては、目標空燃比への制御性を維持することができる。すなわち、この場合、デリバリパイプ７２の異常高圧に起因して噴射量が増量すると生成トルクが増大し、ユーザによるトルク低減要求に応じて吸入空気量が低減される。この際、実空燃比は噴射量の増量や吸入空気量の減量に起因してリッチ側にずれるものの、空燃比フィードバック制御によって目標空燃比への制御が可能となる。

以上から、燃料ポンプ４４の吐出量が過大となる異常に際しては、特にアイドル時の空燃比制御の制御性が低下する懸念がある。すなわち、デリバリパイプ７２内の圧力がリリーフ弁７６によって制御される状況下において燃料噴射弁２０の開弁時間を下限値とする際の噴射量がアイドル回転速度制御によって通常要求される噴射量よりも大きくなる場合には、空燃比制御の制御性が低下するおそれがある。

そこで本実施形態では、上記異常時においては、ＥＣＵ１００から表示器１２０を通じてユーザにその旨を通知する処理を行う一方で、空燃比フィードバック制御の制御性の低下を補償するフェールセーフ処理を行うことで、通常時に準じた内燃機関１０の稼動を維持し、ひいては車両の走行性能を維持する。

図３に、本実施形態にかかるフェールセーフ処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ１００により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、アイドル回転速度制御時であるか否かを判断する。ここで、アイドル回転速度制御時とは、内燃機関１０の回転状態を安定に維持することのできる目標回転速度に自動的に制御する処理がなされているときのことである。この制御は、実回転速度を目標回転速度に制御すべく、吸入空気量を操作するものである。そして、アイドル回転速度制御時であると判断される場合には、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２においては、燃料ポンプ４４のプランジャ４８の上昇行程において常時スピル弁５４が閉弁状態となる閉固着異常が生じているか否かを判断する。この処理は、例えば燃圧センサ１０２の検出値に基づき、デリバリパイプ７２内の燃圧がリリーフ弁７６を開弁させる規定圧となっていると判断される場合に異常と判断するものであってもよい。また、これに代えて、電磁ソレノイド５６の通電状態を監視することで判断するものであってもよい。

ステップＳ１２において肯定判断される場合には、ステップＳ１４において、パージバルブ９６の開弁を禁止する。これは、上記異常時には燃料噴射量が増量されるため空燃比がリッチ化しやすいにもかかわらず、パージバルブ９６が開弁されるなら、空燃比のリッチ化が助長されると考えられるためである。一方、ステップＳ１６においては、実空燃比が目標空燃比よりも所定量α以上リッチか否かを判断する。この処理は、空燃比フィードバック制御の制御性の低下の有無を判断するためのものである。そして、ステップＳ１６において肯定判断される場合には、ステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１８においては、目標回転速度が上限速度β以下であるか否かを判断する。この処理は、目標回転速度を上昇させることができるか否かを判断するものである。ここで上限速度βは、例えば車両がオートマティックトランスミッション車（ＡＴ車）である場合、クリープトルクが過度に大きくならない値に設定される。そして、ステップＳ１８において肯定判断される場合には、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０においては、目標回転速度を所定速度γだけ上昇させる。この処理は、空燃比フィードバック制御の制御性の低下を補償するための処理である。すなわち、目標回転速度が上昇すれば吸入空気量も増量するため、これにより、実空燃比をリーン側に移行させることができる。

なお、上記ステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１６，Ｓ１８において否定判断される場合や、ステップＳ２０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

こうした処理によれば、目標回転速度を上限速度βを上限として上昇させることで、吸入空気量を増量することができ、ひいては実空燃比の目標空燃比への追従性を高めることができる。なお、上限速度βは、デリバリパイプ７２内の燃圧（リリーフ弁７６の規定圧）に応じて可変設定される。上限速度βを可変設定可能な処理（プログラム等）を搭載しておくことで、エンジンシステムの仕様（リリーフ弁７６の仕様）に応じて規定圧が変化しても、これに適切に対処することができる。ここで、上限速度βは、アイドル回転速度制御による内燃機関１０のトルクが過度に大きくならないとの制約の下、デリバリパイプ７２内の燃圧（レギュレート圧）が高いほど大きくなるようにする。すなわち、目標回転速度の増大は、例えばＡＴ車の場合、まず第１にドライブレンジへのシフト時にショックとして生じるが、過度なリッチ化が失火の原因となることに鑑みれば、上記ショックよりも失火の回避を優先させることが望ましい。このため、アイドル回転速度時のトルクが過大となりクリープ時の車両の操作性に支障が生じることがない範囲で、燃圧が高いほど上限速度βを大きくする。

同様に、所定速度γについても、デリバリパイプ７２内の燃圧に応じて可変設定する。詳しくは、デリバリパイプ７２内の燃圧が高いほど所定速度γを大きくする。これは、燃圧が高いほど実空燃比がよりリッチとなるために、燃圧にかかわらず所定速度γを同一としたのでは燃圧が高いほど目標回転速度への追従が遅れることに鑑みた設定である。

図４に、本実施形態にかかるフェールセーフ処理の態様を示す。詳しくは、図４（ａ）に、燃料ポンプ４４の操作信号の推移を示し、図４（ｂ）に、デリバリパイプ７２内の燃圧の推移を示し、図４（ｃ）に燃料噴射弁２０の開指令時間の推移を示し、図４（ｄ）に、空燃比の推移を示し、図４（ｅ）に、目標回転速度の推移を示す。

燃料ポンプ４４の正常時にあっては、図４（ｂ）に実線にて示す燃圧が、１点鎖線にて示す目標燃圧に追従している。ここで、燃料ポンプ４４の電磁ソレノイド５６の常時通電状態となる異常が生じると、燃料ポンプ４４の吐出量が増大することから、燃圧が目標燃圧を上回って上昇する。この際、燃料噴射弁２０の噴射量が増大することから、図４（ｄ）に実線にて示す実空燃比が１点鎖線にて示す目標空燃比よりもリッチとなる。実空燃比がリッチとなると、空燃比フィードバック制御により燃料噴射弁２０の噴射量や開指令期間が低減される。その後、燃圧が規定圧Ｐｔｈ以上となることに基づき（又は、燃料ポンプ４４の常時通電状態が所定時間継続することに基づき）、時刻ｔ１において燃料ポンプ４４の異常が検出される。

これにより、目標回転速度が上昇する。このため、実際の回転速度を上昇させるべくトルクを上昇させる必要から、アイドル回転速度制御により吸入空気量が増量し、実空燃比が目標空燃比に追従するようになる。これに対し、図４（ｅ）に２点鎖線にて示すように、目標回転速度の上昇処理を行わない場合には、図４（ｄ）に示すように、実空燃比はリッチのままとなる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）燃料ポンプ４４に、デリバリパイプ７２内の圧力を上昇させる側の異常が生じた場合、空燃比フィードバック制御の制御性の低下を補償する処理を行った。これにより、噴射量の増量によって実空燃比が目標空燃比よりもリッチとなる事態が生じたとしても、実空燃比と目標空燃比とのずれを抑制することができ、ひいては排気特性の悪化を好適に抑制することができる。

（２）内燃機関１０のアイドル回転速度制御時における目標回転速度を上昇させた。これにより、吸入空気量を増量させることができ、ひいては空燃比の制御性を回復することができる。

（３）燃料ポンプ４４の異常時において、目標回転速度を漸増させた。これにより、一気に上昇させる場合と比較して、極力ユーザに体感される事態を回避することができる。

（４）デリバリパイプ７２内の圧力に応じて目標回転速度の上限速度βを設定した。これにより、実空燃比と目標空燃比との乖離を抑制するために要求される目標回転速度が、圧力が高いほど大きくなる傾向を考慮して、圧力に見合った上限速度βを設定することができ、ひいては空燃比のフィードバック制御性の低下を好適に補償することができる。

（５）デリバリパイプ７２内の圧力を減圧する手段として、燃料噴射弁２０に加えて、デリバリパイプ７２内の圧力が規定圧を超えて上昇しようとする場合にその圧力を規定圧に機械的に調節する手段を備えた。これにより、デリバリパイプ７２内の圧力が、デリバリパイプ７２の信頼性の低下を招くほど上昇することを回避することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に、本実施形態にかかるフェールセーフ処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ１００により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図５に示す処理において、先の図３に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１４の処理が完了すると、ステップＳ２２において、排気温度が閾値温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判断する。この処理は、点火時期の遅角操作を行うことができるか否かを判断するためものである。ここで、閾値温度Ｔｔｈは、排気通路３０や排気浄化装置からなる排気系の信頼性の低下を招くことのない上限温度に応じて設定されている。そして、ステップＳ２２において肯定判断される場合、点火時期遅角操作が可能と判断し、ステップＳ２４において、点火時期を単位量だけ遅角し、ステップＳ２２に戻る。こうした処理によれば、排気温度が所定温度（＜「閾値温度Ｔｔｈ＋単位量」）以下となる範囲で点火時期を遅角させることができる。ここで、所定温度は、上記上限温度以下に設定されるものである。なお、点火時期を遅角させることで、内燃機関１０に異音（こもり音）が生じる懸念があることに鑑みれば、排気温度を異音発生のパラメータとして利用し、上記所定温度の設定に際し、更に異音の発生を抑制することのできる温度以下との条件を課してもよい。そして、ステップＳ２２において否定判断される場合には、もはや点火時期を遅角させることができないとして、ステップＳ１６に移行する。

このように点火時期を遅角させることで、燃料ポンプ４４の異常に起因する噴射量の増量によって内燃機関１０のトルクが増大したとしても、これを抑制することができる。更に、こうした処理の後に実空燃比を目標空燃比に追従させるべく目標回転速度を上昇させるために、目標回転速度の上昇量を先の第１の実施形態と比較して低減することができる。すなわち、点火時期の遅角によって内燃機関１０のトルクが低下するために、目標回転速度とするために必要な吸入空気量が増大する。このため、目標回転速度の上昇量が小さくても実空燃比を目標空燃比とすることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）異常に起因する内燃機関１０のトルクの増大を抑制する処理を行った。これにより、燃料ポンプ４４の異常に好適に対処することができる。

（７）燃料ポンプ４４の異常が検出される場合、点火時期を遅角させた。これにより、トルクの増大を抑制したり、空燃比フィードバック制御の制御性の低下を補償するための目標回転速度の上昇量を低減したりすることができる。

（８）排気温度が所定温度以下となる範囲で点火時期を遅角させた。これにより、排気系の信頼性の低下を好適に回避することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図６に、本実施形態にかかるフェールセーフ処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ１００により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図６に示す処理において、先の図３に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１４の処理が完了すると、ステップＳ２６において、燃焼制御を行う気筒数を低減する。そして、その後ステップＳ１６に移行する。これにより、単位期間（４ストロークの整数倍の期間）あたりの内燃機関１０のトルクの平均値や燃焼エネルギ量を低減することができる。このため、燃料ポンプ４４の異常に起因した噴射量の増量による内燃機関１０のトルクの増大を抑制することができる。更に、こうした処理の後に実空燃比を目標空燃比に追従させるべく目標回転速度を上昇させるために、目標回転速度の上昇量を先の第１の実施形態と比較して低減することができる。すなわち、燃料制御の気筒数の低減によって内燃機関１０のトルクが低下するために、目標回転速度とするために必要な単位気筒当たりの吸入空気量が増大する。このため、目標回転速度の上昇量が小さくても実空燃比を目標空燃比とすることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（９）燃料ポンプ４４の異常が検出される場合、内燃機関１０の気筒の一部について燃焼制御を停止させた。これにより、トルクの増大を抑制したり、空燃比フィードバック制御の制御性の低下を補償するための目標回転速度の上昇量を低減したりすることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第２の実施形態では、排気温度が閾値温度Ｔｔｈとなるまで点火時期を遅角させていき、排気温度が閾値温度Ｔｔｈとなった時点で、未だ実空燃比が目標空燃比よりもリッチ側である場合に目標回転速度を変更したがこれに限らない。例えば、燃料ポンプ４４の異常時に点火時期をフェールセーフ用の点火時期に一気に遅角させ、その後、排気温度が閾値温度Ｔｔｈとなると点火時期を進角補正してもよい。この場合、点火時期を一気に遅角させた後に速やかに実空燃比と目標空燃比との乖離度合いに応じて目標回転速度を上昇させる処理に移行することができるため、実空燃比をより迅速に目標空燃比に制御することができる。

また、上記第２の実施形態において、目標回転速度が上限速度β以上となっても未だ実空燃比が目標空燃比よりもリッチである場合には、燃焼制御を行う気筒数を低減してもよい。更に、上記第２の実施形態において、目標回転速度の変更を行わなくてもよい。この場合であっても、点火時期の遅角操作によって内燃機関１０のトルクが低下することから、燃料ポンプ４４の異常に起因するトルクの増大を補償することはできる。更に、トルクの低下によってアイドル回転速度制御時の実回転速度が低下するなら、アイドル回転速度制御によって吸入空気量が増量補正されるため、実空燃比を目標空燃比へと近づけることも可能である。

・上記第３の実施形態において、目標回転速度が上限速度β以上となっても未だ実空燃比が目標空燃比よりもリッチである場合には、燃焼制御を行う気筒数を更に低減するようにしてもよい。換言すれば、燃料カット制御を行う気筒数を増加させてもよい。また、目標回転速度が上限速度β以上となっても未だ実空燃比が目標空燃比よりもリッチである場合には、点火時期を遅角補正してもよい。

更に、上記第３の実施形態において、目標回転速度の変更を行わなくてもよい。この場合であっても、燃焼制御を行う気筒数を低減することによって内燃機関１０のトルクが低下することから、燃料ポンプ４４の異常に起因するトルクの増大を補償することはできる。更に、トルクの低下によってアイドル回転速度制御時の実回転速度が低下するなら、アイドル回転速度制御によって単位気筒当たりの吸入空気量が増量補正されるため、実空燃比を目標空燃比へと近づけることも可能である。

・上記第１の実施形態において、目標回転速度を上昇させる前に、点火時期遅角操作及び燃焼制御気筒の低減処理の双方を行ってもよい。また、これに代えて、目標回転速度が上限速度β以上となっても未だ実空燃比が目標空燃比よりもリッチである場合に、点火時期遅角操作及び燃焼制御気筒の低減処理の双方を行ってもよい。

・上記各実施形態では、アイドル回転速度制御時に、目標回転速度を漸増させる処理を行ったが、これに代えて、フェールセーフ処理で目標回転速度の上昇処理を一旦行った後には、補正された目標回転速度を学習値として常時記憶保持装置に記憶しておき、アイドル回転速度制御に移行するたびに、目標回転速度を初めから学習値に設定するようにしてもよい。ここで、常時記憶保持装置とは、エンジン制御システムの起動スイッチ（制御装置（ＥＣＵ１００）の主電源）の状態にかかわらず、常時記憶を保持する記憶装置のことである。具体的には、例えば上記起動スイッチの状態にかかわらず常時給電状態が維持されるバックアップＲＡＭや、給電の有無にかかわらず常時記憶を保持するＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリなどである。

・燃料ポンプ４４の異常時、ユーザによる要求トルクが最低となる場合にアイドル回転速度制御を行う代わりに、吸入空気量を目標吸入空気量とするフェールセーフ処理を行ってもよい。ここで、目標吸入空気量は、実空燃比を目標空燃比に追従させるためのフィードフォワード量である。ただし、空燃比フィードバック制御において噴射量が最小噴射量となった後は、目標吸入空気量をフィードバック補正対象としてもよい。

・上記各実施形態では、燃料ポンプ４４に異常が生じる場合、アイドル回転速度制御時にフェールセーフ処理を行った。この場合、減速時の燃料カット制御を除けば、アイドル回転速度制御時の内燃機関１０のトルクを下限として、トルクを連続的に調節可能であるものの、アイドル回転速度制御への移行直前のトルクが正常時のものと比較して増大するために、トルクの調節可能範囲の低下を招いてしまう。これに対し、アイドル回転速度制御時よりも高トルク運転領域において、燃焼制御に用いる気筒数を低減したり点火時期を遅角補正したりする手段を備えるなら、高トルク領域から低トルク領域までトルクを十分に調節可能となる。

・燃料ポンプ４４としては、ノーマリーオープンタイプのスピル弁５４を備えるものに限らない。ノーマリークローズタイプのスピル弁を備えるものにあっても、例えばソレノイドコイルに対する通電経路が断線する場合等にあっては、プランジャの上昇行程の初めからスピル弁が閉弁状態となる。このため、プランジャの下降行程における加圧室５０内の負圧によってスピル弁が機械的に開弁してしまう場合には、毎回最大吐出量の燃料が吐出されることとなり、デリバリパイプ７２が異常な高圧となる。したがって、本発明の適用は有効である。更に、燃料ポンプとしては、吐出調量弁を備えるものにかぎらず、吸入調量弁を備えるものであってもよい。

・上記実施形態では、デリバリパイプ７２に、その内部の圧力が規定圧Ｐｔｈを超えて上昇する場合にこれを規定圧Ｐｔｈに機械的に制御するリリーフ弁７６を備えたが、これに代えて又はこれとともに、吐出通路７０に、その内部の圧力が規定圧Ｐｔｈを超えて上昇する場合にこれを規定圧Ｐｔｈに機械的に制御するリリーフ弁を設けてもよい。更に、こうしたリリーフ弁を備えないものであってもよい。

・内燃機関の気筒数は任意に変更してもよい。また、筒内噴射式の火花点火式内燃機関に限らない。例えば、ディーゼル機関等、筒内噴射式の圧縮着火式内燃機関であってもよい。この場合であっても、例えば、コモンレール式のディーゼル機関において、コモンレール内の圧力が異常な高圧になる際に燃焼制御を行う気筒数を低減することでトルクの増大を抑制することはできる。

第１の実施形態にかかるシステム構成を示す図。 同実施形態にかかる燃料ポンプの吸入吐出動作を示す断面図。 同実施形態にかかる燃料ポンプの異常時の処理手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる空燃比制御態様を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかる燃料ポンプの異常時の処理手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかる燃料ポンプの異常時の処理手順を示す流れ図。

符号の説明

１０…内燃機関、２０…燃料噴射弁、４４…燃料ポンプ、７２…デリバリパイプ、１００…ＥＣＵ（内燃機関の制御装置の一実施形態）。

Claims (11)

1. 燃料ポンプから圧送され蓄圧容器内で高圧状態にて蓄えられる燃料が燃料噴射弁を介して噴射供給される内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置において、
   前記燃料ポンプに、前記蓄圧容器内の圧力を上昇させる側の異常が生じたことを検出する検出手段と、
   前記異常が検出される場合、前記内燃機関の燃焼制御のためのアクチュエータを操作することで燃料の燃焼と相関を有する物理量の前記異常に起因する変化を補償する補償手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御するフィードバック制御手段を更に備え、
   前記補償手段は、前記異常に起因する前記フィードバック制御の制御性の低下を補償することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記補償手段は、前記異常が検出される場合、前記内燃機関のアイドル回転速度制御時における目標回転速度を上昇させる回転速度上昇手段を備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記回転速度上昇手段は、前記目標回転速度を漸増させることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記回転速度上昇手段は、前記蓄圧容器内の圧力に応じて前記目標回転速度を設定することを特徴とする請求項３又は４記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記補償手段は、前記異常に起因する前記内燃機関のトルクの増大を抑制すること特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関は、火花点火式内燃機関であり、
   前記補償手段は、前記異常が検出される場合、点火時期を遅角させる遅角手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記遅角手段は、前記内燃機関の排気温度が所定温度以下となる範囲で前記点火時期を遅角させることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記内燃機関は、多気筒内燃機関であり、
   前記補償手段は、前記異常が検出される場合、前記内燃機関の気筒の一部について燃焼制御を停止させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記蓄圧容器内の圧力を減圧する手段が、前記蓄圧容器内の圧力が規定圧を超えて上昇しようとする場合に前記蓄圧容器内の圧力を前記規定圧に機械的に調節する手段と、前記燃料噴射弁とからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
11. 請求項１０記載の制御装置と、
    前記蓄圧容器及び前記燃料ポンプを備えることを特徴とする圧力制御システム。

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