(57)【要約】      （修正有）【課題】筒内直接噴射式の内燃機関のインジェクタの状態を適切に判定できるようにする。【解決手段】車両に搭載される筒内直接噴射式の内燃機関を制御するものであって、燃料カット条件が成立して気筒１への燃料噴射を一時停止するべき燃料カット期間中に、内燃機関の車体に対する相対的な変位を検出し、その変位を参照して内燃機関のクランクシャフト１３に作用しているトルクの大きさを推測するとともに、燃料を噴射するインジェクタ１１の状態を判定する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図１
2015101963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される筒内直接噴射式の内燃機関を制御するものであって、
燃料カット条件が成立して気筒への燃料噴射を一時停止するべき燃料カット期間中に、内燃機関の車体に対する相対的な変位を検出し、その変位を参照して内燃機関のクランクシャフトに作用しているトルクの大きさを推測するとともに、燃料を噴射するインジェクタの状態を判定する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に直接燃料を噴射する方式の内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内直接噴射式の内燃機関（例えば、下記特許文献を参照）では、気筒内にインジェクタが設置される。そのインジェクタは、常に高温かつ空燃比リッチの雰囲気に曝され続ける。
【０００３】
高温はカルボン酸塩によるバインダ生成につながり、リッチ雰囲気はＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）の生成につながる。これらに起因したデポジットが、インジェクタの先端部において発生し、インジェクタの噴孔に付着して燃料の通り道を狭め、燃料噴射量の減少や噴射方向の非適正化をもたらす。さすれば、燃費性能や環境性能（有害物質の排出量）に悪影響が及ぶ。
【０００４】
インジェクタにデポジットが堆積する問題に対しては、従来より、燃料噴射量を増量（インジェクタの開弁時間を延長）補正したり、燃料噴射のタイミングを遅角化したりする方策がとられている。だが、それらを実施する前提として、現在のインジェクタの状態を把握する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１５５６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、筒内直接噴射式の内燃機関のインジェクタの状態を適切に判定できるようにすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するべく、本発明では、車両に搭載される筒内直接噴射式の内燃機関を制御するものであって、燃料カット条件が成立して気筒への燃料噴射を一時停止するべき燃料カット期間中に、内燃機関の車体に対する相対的な変位を検出し、その変位を参照して内燃機関のクランクシャフトに作用しているトルクの大きさを推測するとともに、燃料を噴射するインジェクタの状態を判定する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、筒内直接噴射式の内燃機関のインジェクタの状態を適切に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の構成を示す図。
【図２】エンジンマウント装置を用いた内燃機関の支持構造を示す正面図。
【図３】同実施形態におけるエンジンマウント装置の側断面図。
【図４】車体に対する内燃機関の変位の模様を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関Ｍ１の概要を示す。本実施形態における内燃機関Ｍ１は、火花点火式の直噴ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の燃焼室内には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。各気筒１のインジェクタ１１は、燃料ポンプ（図示せず）から燃料の供給を受ける。燃料ポンプは、内燃機関Ｍ１のクランクシャフト、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトから回転トルクの伝達を受けて稼働し、燃料タンクに貯えられた燃料を吸引して吐出する。
【００１１】
また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１４】
さらに、排気通路４における触媒４１の上流及び／または下流に、排気通路を流通する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置してある。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。
【００１５】
図２に、内燃機関Ｍ１及び駆動系Ｍ２、Ｍ３をエンジンマウント装置Ｍ５を介して車体Ｍ４にマウントする支持構造の一例を示す。図２に示している支持構造は、いわゆる横置きのＦＦ（Ｆｒｏｎｔ−ｅｎｇｉｎｅ  Ｆｒｏｎｔ−ｄｒｉｖｅ）式のものである。つまり、内燃機関Ｍ１を、クランクシャフトが車両の左右方向に沿って延伸するように横向きにして、車両の前方に配置している。内燃機関Ｍ１の側方には、駆動系を構成するトルクコンバータＭ２やミッションケースＭ３等が組み付けられており、それらが内燃機関Ｍ１と一体化したユニットとなっている。そして、当該ユニットの左右両側部（一方は内燃機関Ｍ１の側部、他方はミッションケースＭ３の側部）を、エンジンマウント装置Ｍ５を介して車体Ｍ４の一部であるサブフレームＭ４１に取り付けるとともに、同ユニットの後部（トルクコンバータＭ２）を、トルクロッドＭ６を介して車体Ｍ４の一部であるフロントサスペンションメンバＭ４２に接続している。上記のユニットの両側部は、エンジンマウントブラケットＭ７を介してエンジンマウント装置Ｍ５に載置する。
【００１６】
図３に示すように、エンジンマウント装置Ｍ５は、エンジンマウントブラケットＭ７に締結される内燃機関Ｍ１側の取付金具Ｍ５１と、サブフレームＭ４１に締結される車体Ｍ４側の取付金具Ｍ５２と、これら取付金具Ｍ５１、Ｍ５２間に介在して両者を接合する防振部材Ｍ５３と、防振部材Ｍ５３内に成形された小室に封入される緩衝液体Ｍ５４とを主要な要素とする。
【００１７】
防振部材Ｍ５３は、弾性変形可能なゴム等を主体とする。防振部材Ｍ５３及び封入された緩衝液体Ｍ５４は、内燃機関Ｍ１から車体Ｍ４に伝わる振動を低減する防振作用、並びに、トルク反力や路面からの入力等に起因した内燃機関Ｍ１の揺動を抑制する制振作用を営む。
【００１８】
その上で、本実施形態では、上記ユニットの一方側の側部（内燃機関Ｍ１の側部）を車体Ｍ４にマウントするエンジンマウント装置Ｍ５の内部に、車体Ｍ４に対する内燃機関Ｍ１の相対的な変位を検出するための機構を実装することとしている。
【００１９】
具体的には、図３に示しているように、当該エンジンマウント装置Ｍ５に、内燃機関Ｍ１側の取付金具Ｍ５１に対して固定した永久磁石Ｍ５５（または、磁界検出素子Ｍ５６）と、車体Ｍ４側の取付金具Ｍ５２に対して固定した磁界検出素子Ｍ５６（または、磁石Ｍ５５）とを設けている。磁界検出素子Ｍ５６は、典型的にはホール効果を利用して磁界を検出するホール素子であるが、その他の態様の素子、例えばコイルや、フラックスゲート磁界センサ、ウィーガントワイヤ等を磁界検出素子Ｍ５６として採用することを妨げるものではない。
【００２０】
内燃機関Ｍ１が車体Ｍ４に対して相対的に変位すると、磁石Ｍ５５が磁界検出素子Ｍ５６に対して相対的に変位する。磁界検出素子Ｍ５６によれば、その磁石Ｍ５５の変位量及び変位の方向を検出することができる。ひいては、車体Ｍ４に対する内燃機関Ｍ１の変位量及び変位の方向を知得することが可能である。この磁界検出素子Ｍ５６は、内燃機関Ｍ１及び／または駆動系の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０に接続しておく。
【００２１】
本エンジンマウント装置Ｍ５の変位検出機構は、例えば、内燃機関Ｍ１の気筒における混合気の燃焼状態の推定（失火またはノッキングの有無の検知）、内燃機関Ｍ１の出力トルクの変動の計測、車両の重心の変動の計測等に応用できる。
【００２２】
図４に、車体Ｍ４に対する内燃機関Ｍ１の相対的な変位の例を示す。図４（Ａ）に表すように、内燃機関Ｍ１は車体Ｍ４に対して前後方向に揺動し得る。車両が加速しているときや、車両が登坂走行しているときには、図４（Ｂ）に表すように、内燃機関Ｍ１が車体Ｍ４に対して後傾するように相対的に後方に変位する。車両が減速しているときや、車両が降坂走行しているときには、図４（Ｃ）に表すように、内燃機関Ｍ１が車体Ｍ４に対して前傾するように相対的に前方に変位する。
【００２３】
本実施形態の内燃機関Ｍ１の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２４】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、機関Ｍ１の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｈ、変位検出機構を構成する磁界検出素子Ｍ５６から出力される変位信号ｍ等が入力される。
【００２５】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、燃料ポンプのスピルバルブに対して開弁信号ｌ等を出力する。
【００２６】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関Ｍ１の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関Ｍ１の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｍを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。
【００２７】
本実施形態のＥＣＵ０は、運転状況に応じて、インジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による点火）を一時的に停止する燃料カットを実行する。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとする。
【００２８】
燃料カット条件成立後、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立した暁には、燃料カットを終了することとし、燃料噴射（及び、点火）を再開する。
【００２９】
しかして、本実施形態では、燃料カット条件が成立してから燃料カット終了条件が成立するまでの燃料カット期間中に、インジェクタ１１の状態の判定を行うこととしている。
【００３０】
インジェクタ１１の状態判定では、燃料カット期間中に気筒に微少量の燃料をインジェクタ１１から噴射し、これを気筒１の燃焼室内で燃焼させ、その結果生じる正のエンジントルクの大きさから、実際にインジェクタ１１から噴射された燃料の量を推定する。
【００３１】
燃料カット期間中であることから、気筒１内には比較的少量の新気のみが充填される。その新気の量は、平常の運転中と同様、エンジン回転数及びサージタンク３３内吸気圧等に基づいて推算することが可能である。因みに、内燃機関にエアフローメータが実装されている場合には、このエアフローメータを介して気筒１に充填される新気量を実測することができる。ＥＣＵ０は、燃料カット期間中において、気筒１に充填される新気量に応じた量の燃料をインジェクタ１１から噴射し、点火プラグ１２により火花点火して燃焼させる。
【００３２】
混合気を燃焼させたときに内燃機関Ｍ１のクランクシャフトに作用する正のエンジントルク、即ちクランクシャフトの回転を加速させようとするトルクの大きさは、エンジンマウント装置Ｍ５に実装された変位検出機構を利用して推測することができる。クランクシャフトが加速しようとするとき、内燃機関Ｍ１の本体には、クランクシャフトの回転方向と逆方向の力が作用する。つまり、内燃機関Ｍ１の本体は、車体Ｍ４に対して相対的に後方に変位する。その変位量は、クランクシャフトに作用する正のエンジントルクが大きいほど大きくなる。
【００３３】
従って、ＥＣＵ０は、磁界検出素子Ｍ５６が出力する変位信号ｍを参照することで、内燃機関Ｍ１の車体Ｍ４に対する変位量を知得し、これに基づいて現在クランクシャフトに作用している正のエンジントルクの大きさを推測する。
【００３４】
そして、燃料カット期間中に燃料を噴射して燃焼させた結果発生する正のエンジントルクは、インジェクタ１１から実際に噴射された燃料の量を示唆していると言える。ＥＣＵ０は、このエンジントルクの大きさを基に、気筒１の燃焼室内で燃焼した燃料の量、即ちインジェクタ１１から実際に噴射された燃料の量を推測する。
【００３５】
ＥＣＵ０は、インジェクタ１１からの実際の燃料噴射量が想定（ＥＣＵ０から指令した開弁時間に見合った量）の範囲内にあれば、インジェクタ１１が正常であると判定する。翻って、インジェクタ１１からの実際の燃料噴射量が想定の範囲内になければ、インジェクタ１１が異常であると判定する。
【００３６】
さらに、ＥＣＵ０は、実際の燃料噴射量と想定の燃料噴射量との差（この差は、インジェクタ１１の状態の指標値であると言える）に応じて、以後の内燃機関の運転制御におけるインジェクタ１１からの燃料噴射量（インジェクタ１１の開弁時間）の補正量を決定することができる。この方法によれば、空燃比センサ４３、４４が活性化していなくとも、インジェクタ１１の状態の判定を行い得る。また、空燃比センサ４３、４４の出力信号ｆ、ｇの遅延による判定精度の低下が生じない。
【００３７】
本実施形態によれば、車両に搭載される筒内直接噴射式の内燃機関Ｍ１を制御するものであって、燃料カット条件が成立して気筒１への燃料噴射を一時停止するべき燃料カット期間中に、内燃機関Ｍ１の車体Ｍ４に対する相対的な変位を検出し、その変位を参照して内燃機関Ｍ１のクランクシャフトに作用しているトルクの大きさを推測するとともに、燃料を噴射するインジェクタ１１の状態を判定する制御装置０を構成したため、筒内直接噴射式の内燃機関Ｍ１のインジェクタ１１の状態を適切に判定できるようになる。
【００３８】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。以降では、インジェクタ１１の状態を判定するための別の手法を述べる。
【００３９】
本変形例においては、燃料カット期間中に気筒に微少量の燃料をインジェクタ１１から噴射し、これを気筒１の燃焼室内で燃焼させ、その結果得られる排気ガスの空燃比を、空燃比センサ４３、４４を介して検出する。燃料カット期間中であることから、気筒１内には比較的少量の新気のみが存在している、即ち残存燃料成分やＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガス分は存在していないと考えられる。
【００４０】
そこに既知の量（所定量、または気筒１に充填された新気の量に応じて定められる量）の燃料を噴射するようにインジェクタ１１を操作すれば、ある（予想される）空燃比のガスが発生するはずである。ＥＣＵ０は、燃料カット中に燃料を噴射して燃焼させた結果発生したガスの実際の空燃比を計測し、計測した空燃比が予想される空燃比に近ければ、インジェクタ１１が正常であると判定する。翻って、実施の空燃比が予想される空燃比よりも高く（即ち、インジェクタ１１から実際に噴射された燃料が想定よりも少なく）、両者の差が所定以上である場合には、インジェクタ１１が異常であると判定する。
【００４１】
さらに、燃料カット中に燃料を噴射して燃焼させた結果発生したガスの実際の空燃比と、予想される空燃比との差（この差は、インジェクタ１１の状態の指標値であると言える）に応じて、以後の内燃機関の運転制御におけるインジェクタ１１からの燃料噴射量（インジェクタ１１の開弁時間）の補正量を決定するようにしてもよい。
【００４２】
尤も、燃料カット期間中であるにもかかわらず燃料を噴射して燃焼させるということは、運転者が車両の減速ないし惰性走行を要求しているにもかかわらず正のエンジントルクを発生させてしまうことを意味する。燃料カット期間中において、内燃機関Ｍ１のクランクシャフトに作用しているトルク（クランクシャフト自体の慣性トルク、及び／または、惰性走行中に車軸（駆動輪）側から内燃機関Ｍ１側に伝わるトルク）が比較的大きいときに燃料を噴射して燃焼させたとしても、それにより発生する正のエンジントルクはこれまでクランクシャフトに作用していたトルクに対して相対的に小さく、車両の挙動に大きな影響は及ばない。しかしながら、クランクシャフトに作用しているトルクが比較的小さいときに燃料を噴射して燃焼させたならば、それにより発生する正のエンジントルクがこれまでクランクシャフトに作用していたトルクに対して相対的に大きくなるため、運転者の意に反して車両が加速するかのようなショックが発生し、ドライバビリティの悪化につながる懸念がある。
【００４３】
故に、本変形例におけるＥＣＵ０は、燃料カット期間中に、内燃機関Ｍ１のクランクシャフトに作用しているトルクの大きさを推測するとともに、推測したトルクの大きさに応じて、気筒１に燃料を噴射して燃焼させるインジェクタ１１の状態判定の可否を判断する。即ち、推測したトルクの大きさが所定以上であればインジェクタ１１の状態判定を許可し、所定未満であればインジェクタ１１の状態判定を禁止する。
【００４４】
また、インジェクタ１１の状態判定が許可され、これを執り行うとしても、先に推測したトルクが大きいほど、インジェクタ１１の状態判定のために噴射する燃料の量を多くするというように、燃料噴射量を調整することが考えられる。
【００４５】
燃料を噴射していない状況下で内燃機関Ｍ１のクランクシャフトに作用しているトルクの大きさは、エンジンマウント装置Ｍ５に実装された変位検出機構を利用して推測することができる。クランクシャフトの回転トルクにより、内燃機関Ｍ１の本体には、クランクシャフトの回転方向と同じ方向の力が作用する。つまり、内燃機関Ｍ１の本体は、車体Ｍ４に対して相対的に前方に変位する。そして、その変位量は、現在クランクシャフトに作用しているトルクが大きいほど大きくなる。従って、ＥＣＵ０は、磁界検出素子Ｍ５６が出力する変位信号ｍを参照することで、内燃機関Ｍ１の車体Ｍ４に対する変位量を知得し、これに基づいて現在クランクシャフトに作用しているトルクの大きさを推測する。
【００４６】
本変形例における内燃機関Ｍ１の制御装置０は、車両に搭載される筒内直接噴射式の内燃機関Ｍ１を制御するものであって、燃料カット条件が成立して気筒１への燃料噴射を一時停止するべき燃料カット期間中に、内燃機関Ｍ１の車体Ｍ４に対する相対的な変位を検出し、その変位を参照して内燃機関Ｍ１のクランクシャフトに作用しているトルクの大きさを推測するとともに、推測したトルクの大きさに応じて、燃料カット期間中に気筒１に燃料を噴射してこれを燃焼させ、その結果得られるガスの空燃比に基づいて燃料を噴射するインジェクタ１１の状態を判定する。
【００４７】
本変形例によれば、筒内直接噴射式の内燃機関Ｍ１のインジェクタ１１の状態を適切に判定できる。さらに、その判定の際、車両のドライバビリティの悪化を招かずに済む。
【００４８】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、筒内直接噴射式の内燃機関の制御に適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
４３、４４…空燃比センサ
Ｍ１…内燃機関
Ｍ４…車体
Ｍ５…エンジンマウント装置
Ｍ５５…磁石
Ｍ５６…磁界検出素子
【図１】
2015101963.tif 000003
【図２】
2015101963.tif 000004
【図３】
2015101963.tif 000005
【図４】
2015101963.tif 000006