JP4255945B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、筒内圧センサの自己診断機能を備えた内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関の燃焼状態を、シリンダの内圧を検出する筒内圧センサで監視し、燃料噴射量の補正制御や着火時期制御を行うことが知られている。ここで用いる筒内圧センサとしては、点火プラグの座金に圧電素子を組み込んだものが知られている。この圧電式センサは、シリンダの内圧を直接計測する圧力センサに比べ、製造コスト、耐久性、並びに信頼性の面に大きな優位性が得られる。しかしその反面、このセンサはシリンダヘッドの歪み量から筒内圧力を間接的に求めるものなので、例えば、シリンダヘッドに対するセンサの締め付けトルクのばらつきや、シリンダヘッドの気筒毎の歪み方のばらつきなどがあると、その影響によって高い測定精度を得にくくなるという不都合がある。

そこでセンサの自己診断を行うための手段として、機関の非燃焼状態を検出し、非燃焼時の筒内圧力検出値と燃焼時の筒内圧力検出値とを比較し、その差が所定割合以上であれば正常と判断する手法が提案されている（特許文献１を参照されたい）。
特開平８−９３５４３号公報

しかるに、文献１に開示された従来の技術によると、クランキング時あるいは燃料カット時は、吸気管内圧は負圧状態であり、単にセンサが出力するか否かの判別は行えるものの、各気筒のセンサ出力のばらつきの有無の判別は実質的に不可能である。

本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、筒内圧センサの個体差に起因する検出値のばらつきをも補正し得る筒内圧センサの自己診断機能を備えた内燃機関の制御装置を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、過給圧可変手段を備えた過給機１と、燃料カット制御手段と、吸気通路２の吸気圧力を検出する吸気圧センサ２３と、シリンダ内の圧力を検出する筒内圧センサ２５とを有する内燃機関の制御装置において、燃料カット制御の実行時に過給機の過給圧を強制的に高めることによってシリンダ内に供給される空気量を強制的に変化させ、所定期間における筒内圧センサの検出値の変化量と吸気圧センサの検出値の変化量との差を求め、この差を所定値と比較して前記筒内圧センサの正否判別並びに検出出力の較正を行うものとした。

このような本発明によれば、減速時の燃料カット時など、燃焼によらずにピストンが往復運動を行っている状態で過給圧を変化させ、その際における筒内圧センサ側と吸気圧センサ側との間での検出値の変化量の差に基づいて筒内圧センサの自己診断を行うので、筒内圧センサの個体差を含めた正否判別並びに出力誤差補正を容易に且つ高精度に行うことができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される内燃機関Ｅの基本的な構成図である。この内燃機関（ディーゼルエンジン）Ｅは、その機械的な構成自体は周知のものと何ら変わるところはなく、過給圧可変機構付きターボチャージャ１を備えるものであり、ターボチャージャ１のコンプレッサ側に吸気通路２が連結され、ターボチャージャ１のタービン側に排気通路３が連結されている。そして吸気通路２の上流端にエアクリーナ４が接続され、吸気通路２の適所に燃焼室に流入する新気の流量を調節するための吸気制御弁５と、低回転低負荷運転域で流路断面積を絞って吸気流速を高めるためのスワールコントロール弁６とが設けられている。また排気通路３の下流端には、三元触媒７と、煤などの粒子状物質を除去するフィルタ８と、リニアＮＯ_Ｘ触媒９とを、排気の流れに沿ってこの順に連設してなる排気浄化装置１０が接続されている。

スワールコントロール弁６と排気通路３における燃焼室の直後との間は、排出ガス再循環（以下、ＥＧＲと略称す）通路１１を介して互いに連結されている。このＥＧＲ通路１１は、切換弁１２を介して分岐されたクーラー通路１１ａとバイパス通路１１ｂとからなり、その合流部に、燃焼室に流入するＥＧＲ流量を調節するＥＧＲ制御弁１３が設けられている。

内燃機関Ｅのシリンダヘッドには、その先端を燃焼室に臨ませた燃料噴射弁１４が設けられている。この燃料噴射弁１４は、燃料を所定の高圧状態で蓄えるコモンレール１５に連結され、コモンレール１５には、クランク軸にて駆動されて燃料タンク１６から燃料を汲み上げる燃料ポンプ１７が接続されている。

これらのターボチャージャ１の過給圧可変機構１９、吸気制御弁５、ＥＧＲ通路切換弁１２およびＥＧＲ制御弁１３、燃料噴射弁１４、燃料ポンプ１７・・・等は、電子制御装置（以下、ＥＣＵと略称する）１８からの制御信号によって作動するように構成されている（図２参照）。

一方、ＥＣＵ１８には、図２に示すように、内燃機関Ｅの所定箇所に配置された吸気弁開度センサ２０、クランク軸回転角度センサ２１、吸気流量センサ２２、吸気圧（過給圧）センサ２３、ＥＧＲ弁開度センサ２４、筒内圧センサ２５、アクセルペダル操作量センサ２６、排気圧センサ２７、排気温度センサ２８、ＬＮＣ温度センサ２９・・・等からの出力信号が入力されている。

ＥＣＵ１８のメモリには、クランク軸回転速度および要求トルク（アクセルペダル操作量）に応じて実験等によって予め求めた最適燃料噴射量をはじめとする各制御対象の制御目標値を設定したマップが格納されており、内燃機関Ｅの負荷状況に応じて最適な燃焼状態が得られるように、各部の制御が行われる。

次に、図３を参照して本発明による筒内圧センサ２５の自己診断処理の過程について説明する。

先ず、イグニッションスイッチをオンし（ステップ１）、クランク軸回転速度がゼロ、つまりエンジンが起動していないことを確認し（ステップ２）、この状態で、筒内圧センサ２５の零点補正を行う（ステップ３）。

筒内圧センサ２５の零点補正が完了したならば、エンジンを起動し、通常のエンジンと同様に、ＥＣＵ１８のイニシャライズを行うと共に各センサーに異常が無いことを確認し、通常の運転状態に入る（ステップ４）。

このエンジンは、アクセルペダルを放した減速時には、燃料噴射弁１４への電流を遮断するなどして燃料カット制御を行うが、この燃料カット制御状態であるか否かを常時監視し（ステップ５）、燃料カット制御状態であると判別されたときは、ＥＧＲ制御弁１３を閉じると共に、過給機１のタービンノズルに設けられた可変ベーン等からなる過給圧可変機構１９並びに吸気制御弁５を制御して吸気流量（吸気圧）を強制的に増大させる（ステップ６）。

なお、本発明の処理は、ＥＧＲ制御弁１３が全閉で無くとも実行可能ではあるが、吸気制御弁５並びに過給圧可変機構１９の制御による吸気流量の変化幅を大きくする上にはＥＧＲ制御弁１３を閉じることが好ましく、少なくとも本発明制御の実行中はＥＧＲ制御弁１３を定開度に固定することが好ましい。

この時の筒内圧力ＣＰの変化量を筒内圧センサ２５にて検出し（ステップ７）、この値と吸気圧センサ２３の出力Ｐａに基づく期待値との差、
δＥ（θｘｔ）＝ｄＣＰ（θｘｔ）−ｄＰａ（θｘｔ）
を算出する（ステップ８）。

ここでステップ６にて変化させた同一クランク軸回転角度での筒内圧変化量ｄＣＰ（θｘ）と、吸気圧変化量ｄＰａ（θｘ）とは下式で表せる。即ち、
ｄＣＰ（θｘｔ）＝ＣＰ（θｘｔ−１）−ＣＰ（θｘｔ）
ｄＰａ（θｘｔ）＝Ｐａ（θｘｔ−１）−Ｐａ（θｘ）
但し、θｘはクランク軸回転角度を示し、θ０を上死点とし、＋側を上死点前、−側を上死点後と定義する。また、ｔはデータ採取タイミングであり、ｔ−１はｔより１サンプル前のデータを指す。例えば、Ｐａ（θ０ｔ−１）−Ｐａ（θ０ｔ）は、上死点におけるｔ時の吸気圧と、ｔ時より１サンプル前の吸気圧との差を示す(図４参照）。

このようにしてステップ８で求めたδＥ（θｘｔ）を所定のセンサ異常判断閾値と比較し（ステップ９）、δＥ（θｘｔ）が閾値より大きいと判別された場合は、センサ異常時のフェールセーフ処理を行う（ステップ１０）。

他方、δＥ（θｘｔ）が閾値を超えていないと判別された場合は、センサは正常と判断できるので、ステップ８で求めたδＥ（θｘｔ）の値に従って筒内圧センサの感度補正を行う（ステップ１１）。

このようにして、燃焼圧の発生しない燃料カット時に、吸入空気の圧力を強制的に高め、その時の吸気圧センサの検出値を基準にして筒内圧センサの正否を判断するので、スロットル弁が全閉の状態で判断する従来技術に比して、判断基準となる吸気圧値が高くなり、センサ感度が相対的に高いところでの判断が可能となり、センサの正否判別を容易にし、且つ判別精度を高めることができる。

本発明が適用される内燃機関の全体構成図である。 本発明が適用される制御装置のブロック図である。 本発明による制御フロー図である。 筒内圧と吸気圧との関係を示す線図である。

符号の説明

１ 過給機
２ 吸気通路
５ 吸気制御弁
１４ 燃料噴射弁
１９ 過給圧可変機構
２３ 吸気圧センサ
２５ 筒内圧センサ

Claims (1)

1. 過給圧可変手段を備えた過給機と、燃料カット制御手段と、吸気通路の吸気圧力を検出する吸気圧センサと、シリンダの内圧を検出する筒内圧センサとを有する内燃機関の制御装置であって、
   燃料カット制御の実行時に前記過給機の過給圧を強制的に高め、所定期間における筒内圧センサの検出値の変化量と吸気圧センサの検出値の変化量との差を求め、
   前記差を所定値と比較して前記筒内圧センサの正否判別並びに検出出力の較正を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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