(57)【要約】【課題】  エンジン１の運転状態に応じて吸気や燃料の制御を行うようにした制御装置Ａにおいて、高圧燃料ポンプ２１の径時的な劣化に起因する燃料供給不足の発生を未然に防止する。【解決手段】  エンジン１の運転中、高圧燃料ポンプ２１の吐出量をスピル弁２１ｄの閉作動タイミング（スピル角）により調整して、燃圧をフィードバック制御する（ＳＡ４〜ＳＡ６）。実燃圧が略目標燃圧に一致している状態で（ＳＡ８でＹＥＳ）、目標スピル角の基準スピル角からの進角補正量が劣化判定量αを超えたとき（ＳＡ９でＹＥＳ）、ポンプ劣化によって高負荷域等で燃料の供給不足が発生すると予測して、過給圧の制御マップにおける高負荷側の目標過給圧を燃料の不足分に見合うように減少補正する（ＳＡ１０）。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
エンジンの吸気量を調整する吸気量調整手段と、
少なくとも前記検出されたエンジン運転状態に応じて、予め設定した目標吸気量特性になるように前記吸気量調整手段を制御する吸気量制御手段と、
燃料ポンプから吐出されてエンジンの燃料噴射弁に供給される燃料の燃圧を検出する燃圧検出手段と、
前記燃料ポンプから燃料噴射弁への燃料供給量を調整する燃料供給量調整手段と、
少なくとも前記燃圧の検出値に基づいて、該検出値が目標燃圧に近づくように前記燃料供給量調整手段を制御する燃料供給量制御手段と、
を備えたエンジンの制御装置において、
前記燃圧の検出値が目標燃圧に略一致しているときに、前記燃料供給量調整手段の作動状態が予め設定した標準状態からどの程度ずれているか判定し、この判定したずれの程度に基づいて、所定運転状態で燃料の供給不足が発生することを予測する予測手段と、
前記予測手段により燃料供給不足の発生が予測されたとき、前記目標吸気量特性を少なくとも前記所定運転状態で目標吸気量が減少するように補正する目標吸気量補正手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
吸気量調整手段には過給機が含まれ、
吸気量制御手段は、少なくとも前記過給機による吸気の過給圧を制御するものであり、
目標吸気量補正手段は、前記過給機の目標過給圧を補正するものであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
吸気量調整手段には、エンジンの吸気通路に配設されて電動アクチュエータにより作動する電気式スロットル弁が含まれ、
吸気量制御手段は、少なくとも前記スロットル弁の開度を制御するものであり、
目標吸気量補正手段は、前記スロットル弁の目標開度を補正するものであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
目標吸気量補正手段は、エンジンの目標吸気量特性において高負荷域に対応する目標吸気量のみを補正するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
燃圧検出手段による燃圧の検出値に基づいて、燃圧が所定以上の変化率で低下したことを判定する燃圧低下判定手段と、
前記燃圧低下判定手段による燃圧低下の判定を受けて、エンジンの吸気量が減少するように吸気量調整手段を制御する吸気量補正制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
燃圧低下判定手段による燃圧低下の判定を受けて、エンジンの点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
エンジンの吸気量を調整する吸気量調整手段と、
少なくとも前記検出されたエンジン運転状態に応じて、予め設定した目標吸気量特性になるように前記吸気量調整手段を制御する吸気量制御手段と、
燃料ポンプから吐出されてエンジンの燃料噴射弁に供給される燃料の燃圧を検出する燃圧検出手段と、
前記燃料ポンプから燃料噴射弁への燃料供給量を調整する燃料供給量調整手段と、
少なくとも前記燃圧の検出値に基づいて、該検出値が目標燃圧に近づくように前記燃料供給量調整手段を制御する燃料供給量制御手段と、
を備えたエンジンの制御装置において、
前記燃圧の検出値が目標燃圧に略一致しているときに、前記燃料供給量調整手段の作動状態が予め設定した標準状態からどの程度ずれているか判定し、この判定したずれの程度に基づいて所定運転状態で燃料の供給不足が発生することを予測する予測手段と、
前記予測手段により燃料供給不足の発生が予測されたとき、前記目標吸気量特性を少なくとも前記所定運転状態で目標吸気量が減少するように補正する目標吸気量補正手段と、
前記燃圧検出手段による燃圧の検出値に基づいて、この検出値が所定以上の変化率で低下したことを判定する燃圧低下判定手段と、
前記燃圧低下判定手段による燃圧低下の判定を受けて、エンジンの点火時期を遅角側に補正する一方、前記予測手段により燃料供給不足が予測されても、この予測に応じた点火時期の補正は行わない点火時期補正手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に筒内直噴式エンジンのように燃料噴射弁に高圧の燃料を供給する燃料ポンプを備えたものにおいて、経時劣化等による燃料ポンプの吐出量不足に起因する不具合に対応するための補正制御の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のエンジンの制御装置として、例えば特許文献１に開示されるように、過給機を備えた筒内直噴式エンジンにおいて、特に過給機が駆動される高負荷域で燃料要求が増大することに対応して短時間に多くの燃料を噴射できるように、ノズル径の大きなインジェクタを備えたものが公知である。このものでは、過給機はコントローラによりエンジンの運転状態に応じて制御される。
【０００３】
また、例えば特許文献２に開示されるように、筒内直噴式エンジンにおいて高負荷側での燃料要求の増大に対応して短時間に多くの燃料を噴射できるように、エンジンの運転状態に応じて高圧燃料ポンプから供給する燃料の燃圧を高めるようにした燃料供給装置も公知である。このものでは、燃圧センサからの信号に基づいて燃料ポンプからの燃料供給量をフィードバック補正することで、燃圧をエンジンの運転状態に対応する目標燃圧になるように制御している。
【特許文献１】特開平１０−２７４０７２号公報
【特許文献２】特開２０００−２４９０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的に、エンジンの燃料噴射弁へ高圧の燃料を供給するポンプの容量（吐出能力）は、必要な最大吐出量に対してある程度の余裕を持たせた上で、できるだけ小容量に設定することが好ましい。これは省スペース化とポンプ駆動ロスの低減のためであり、また、アイドル運転時のように燃料要求が非常に小さいときには、小容量のポンプの方が制御性に優れるという面もある。
【０００５】
しかしながら、そのようにして設定した燃料ポンプの容量は、結果としてエンジンの燃料要求に対してあまり余裕がないことがある。例えば、自動車用エンジンの場合は元々、前記の省スペース化や駆動ロス低減の要請が強く、また、運転状態の変化が大きくて、燃料要求の最小量と最大量との差がかなり大きいこともあり、燃料ポンプの最大吐出量に十分な余裕を持たせることが難しい。この傾向は特に過給機付エンジンの場合に顕著なものとなる。
【０００６】
そして、そのように燃料ポンプ容量がエンジンの燃料要求に対しあまり余裕のないものである場合には、経時劣化等によるポンプ能力の低下に伴い、例えば燃料要求の最も大きくなる全負荷運転時等に燃料の供給不足が生じて、空燃比が過度にリーンな状態になってしまい、これによりエミッションが悪化するという問題がある。また、全負荷域での燃料不足はエンジンの耐久信頼性を損なう虞れもある。
【０００７】
特に前記従来例（特許文献１、２）の如く、燃料噴射弁に対して高圧の燃料を供給するようにした筒内噴射式エンジンでは、高圧の燃料を送出する機構部分において経時劣化等により漏れが増大し易く、前記のような問題を生じ易い。
【０００８】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの運転状態に応じて吸気や燃料の制御を行うようにした制御装置において、経時的な燃料ポンプ能力の低下に着目し、主にこのことに起因する燃料供給不足の発生を未然に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明の解決手段では、エンジンの運転中に燃料供給量の調整によって燃圧を略目標燃圧に維持しながら、その燃料の調整量が初期の標準的な分量からどの程度ずれているかによってポンプ能力の低下を判定し、この判定結果に基づいて燃料供給不足の発生を予測したときに、予めその不足分に見合うように目標吸気量を減少補正するようにした。
【００１０】
具体的に、請求項１に係る発明は、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジンの吸気量を調整する吸気量調整手段と、少なくとも前記検出されたエンジン運転状態に応じて、予め設定した目標吸気量特性になるように前記吸気量調整手段を制御する吸気量制御手段と、燃料ポンプから吐出されてエンジンの燃料噴射弁に供給される燃料の燃圧を検出する燃圧検出手段と、前記燃料ポンプから燃料噴射弁への燃料供給量を調整する燃料供給量調整手段と、少なくとも前記燃圧の検出値に基づいて、該検出値が目標燃圧に近づくように前記燃料供給量調整手段を制御する燃料供給量制御手段と、を備えたエンジンの制御装置を前提とする。
【００１１】
そして、前記燃圧の検出値が目標燃圧に略一致しているときに、前記燃料供給量調整手段の作動状態が予め設定した標準状態からどの程度ずれているか判定し、この判定したずれの程度に基づいて所定運転状態で燃料の供給不足が発生することを予測する予測手段と、該予測手段により燃料供給不足の発生が予測されたとき、前記目標吸気量特性を少なくとも前記所定運転状態で目標吸気量が減少するように補正する目標吸気量補正手段と、を備える構成とする。
【００１２】
前記の構成により、まず、エンジンの運転中には、その運転状態等に応じて予め設定された目標吸気量特性になるように、吸気量調整手段の制御が行われる。また、燃料ポンプから吐出されて燃料噴射弁に供給される燃料の燃圧が目標燃圧に近づくように、その燃圧の検出値に応じて燃料供給量調整手段により燃料の供給量が調整される。そして、そのようにして燃圧が略目標燃圧に維持されている状態で、前記燃料供給量調整手段の作動状態が予め設定した標準状態からどの程度ずれているかの判定がなされる。すなわち、燃圧を目標値に維持するためには所期の燃料供給量が必要であり、このときに、仮に燃料ポンプの能力に経時的な劣化等がないとすれば、燃料供給量調整手段の作動状態は予め設定した標準的なものとなるはずである。一方、経時劣化等によりポンプ能力が低下していれば、それによる吐出量の低下を補うべく、燃料供給量調整手段の作動状態は燃料の増量側に変化しているはずなので、その作動状態の前記標準状態からのずれの程度がポンプ能力の低下を表すことになる。
【００１３】
そこで、前記燃料供給量調整手段の作動状態のずれの程度、即ちポンプ能力の低下の度合いに基づいて、予測手段により、吸気量の多くなる高負荷域等の所定運転状態で燃料の供給不足が発生することを正確に予測することができる。そして、その予測結果応じて、目標吸気量補正手段によりエンジンの目標吸気量特性の中で少なくとも前記所定運転状態における目標吸気量が減少するように補正される。これにより、エンジンが実際に前記所定運転状態になったときに、燃料ポンプの能力の低下による燃料供給量の不足が生じても、その不足分に見合うだけ吸気量が減らされていることから、空燃比のリーン化が防止される。
【００１４】
請求項２の発明では、吸気量調整手段に過給機を含み、吸気量制御手段は、少なくとも前記過給機による吸気の過給圧を制御するものとし、また、目標吸気量補正手段は、前記過給機の目標過給圧を補正するものとする。このことで、過給機付エンジンにおいて吸気量の多いときの燃料不足が予測されると、その燃料の不足分に見合うように目標過給圧が補正されるので、実際に吸気量の多い運転状態になったときにも、その吸気量は当初の（補正前の）目標空気量よりも少なくなり、空燃比のリーン化が防止される。
【００１５】
請求項３の発明では、吸気量調整手段には、エンジンの吸気通路に配設されて電動アクチュエータにより作動する電気式スロットル弁を含み、吸気量制御手段は、少なくとも前記スロットル弁の開度を制御するものとし、また、目標吸気量補正手段は、少なくとも前記スロットル弁の目標開度を補正するものとする。
【００１６】
このことで、例えばアクセルペダルの操作量やエンジン運転状態等に基づいて電気式スロットル弁の開度を制御する場合に、吸気量の多いときの燃料不足が予測されると、その燃料の不足分に見合うようにスロットル弁の目標開度が補正されるので、実際に吸気量の多い運転状態になったときにも、その吸気量は当初の（補正前の）目標空気量よりも少なくなり、空燃比のリーン化が防止される。
【００１７】
請求項４の発明では、目標吸気量補正手段を、エンジンの目標吸気量特性において高負荷域に対応する目標吸気量のみを補正するものとする。こうすることで、燃料ポンプの能力が低下していても、元々の制御特性において設定された吸気量が比較的少なくて、燃料不足の起きる虞れのない低負荷域及び中負荷域では、いずれも目標吸気量の補正が行われず、従って、吸気量の無用の補正によって徒にエンジン出力が低下することがない。
【００１８】
請求項５の発明では、前記請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、燃圧検出手段による燃圧の検出値に基づいて、燃圧が所定以上の変化率で低下したことを判定する燃圧低下判定手段と、該燃圧低下判定手段による燃圧低下の判定を受けて、エンジンの吸気量が減少するように吸気量調整手段を制御する吸気量補正制御手段と、をさらに備える構成とする。
【００１９】
このことで、例えば予測の誤りによって、燃料ポンプの能力が低下しているにも拘わらず、目標吸気量の補正が行われないまま、エンジンが吸気量の多い所定運転状態になったとしても、そのときには燃圧低下判定手段による燃圧急低下の判定を受けて、吸気量補正制御手段により直ちにエンジンの吸気量が減少させられる。これにより、燃料不足による空燃比のリーン化の程度が比較的小さなものとなり、また、リーン化する期間も極めて短くなる。
【００２０】
請求項６の発明では、前記請求項５に記載のエンジンの制御装置において、燃圧低下判定手段による燃圧低下の判定を受けて、エンジンの点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段をさらに備えるものとする。このことで、吸気量の多い運転状態で燃料不足により空燃比がリーン化したとしても、点火時期補正手段により点火時期が遅角されることでノッキングの防止が図られる。
【００２１】
また、請求項７の発明は、前記請求項１の発明と同じ前提構成において、燃圧検出手段による燃圧の検出値が目標燃圧に略一致しているときに、燃料供給量調整手段の作動状態が予め設定した標準状態からどの程度ずれているか判定し、この判定したずれの程度に基づいて所定運転状態で燃料の供給不足が発生することを予測する予測手段と、該予測手段により燃料供給不足の発生が予測されたとき、前記目標吸気量特性を少なくとも前記所定運転状態で目標吸気量が減少するように補正する目標吸気量補正手段と、前記燃圧検出手段による燃圧の検出値に基づいて、この検出値が所定以上の変化率で低下したことを判定する燃圧低下判定手段と、該燃圧低下判定手段による燃圧低下の判定を受けて、エンジンの点火時期を遅角側に補正する一方、前記予測手段により燃料供給不足が予測されても、これに応じた点火時期の補正は行わない点火時期補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
前記の構成により、前記請求項１〜４に記載の発明と同様の作用が得られ、また、前記請求項６の発明と同様に、誤って空燃比のリーン化という事態を招いたとしても、点火時期の遅角補正によってノッキングの防止が図られる。一方、燃料供給不足が予測された段階で点火時期の遅角補正が行われることはないから、不要な点火時期の遅角によって燃費が悪化することもない。
【発明の効果】
【００２３】
以上、説明したように、請求項１の発明に係るエンジンの制御装置によると、吸気量の多い所定運転状態で燃料ポンプの経時劣化に起因する燃料の供給不足が実際に発生する前に、燃圧フィードバックによる燃料供給の調整量に基づいて燃料ポンプの能力の低下度合いを判定し、この判定に応じて吸気量制御の特性を補正することにより、実際に吸気量の多い運転状態になったときに、不足する燃料に見合うように吸気量を減少させて、空燃比のリーン化を防止することができる。つまり、ポンプ能力の低下に起因する空燃比の過度のリーン化を未然に防止して、エミッションや耐久信頼性の問題を解消することができる。
【００２４】
請求項２の発明によると、過給機付エンジンにおいては目標過給圧の補正によって、前記請求項１の発明の効果が得られる。
【００２５】
請求項３の発明によると、電気式スロットル弁を備えたエンジンにおいては該スロットル弁の目標開度の補正によって、前記請求項１の発明の効果が得られる。
【００２６】
請求項４の発明によると、燃料不足の生じ得る高負荷域のみで目標吸気量を補正することにより、低負荷域及び中負荷域では無用の吸気量補正によりエンジン出力が低下することを防止できる。
【００２７】
請求項５の発明によると、例えば予測ミスや突発的な故障等により、吸気量の多い運転状態で急な燃料供給不足が生じたとしても、直ちに吸気量を減少させることで、空燃比のリーン化によるエミッションや信頼性の問題を極小化できる。
【００２８】
請求項６の発明によると、請求項５の発明の効果に加えて、さらに、空燃比がリーン化したときには点火時期の遅角補正によってノッキングを防止することで、信頼性を確保することができる。
【００２９】
また、請求項７の発明に係るエンジンの制御装置によると、前記請求項１〜４、６の発明と同様の効果が得られるとともに、不要な点火時期の遅角によって燃費の悪化を招くことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る多気筒直列型筒内噴射式エンジン１（本発明を限定するものではない）の構成を示す。このエンジン１は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示）が直列に設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置されたシリンダヘッド４とを有し、各気筒２内にはそれぞれピストン５が往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン５の冠面とシリンダヘッド４の下面との間に燃焼室６が区画形成されている。当該燃焼室６における燃焼に伴うピストン５の往復動はコネクティングロッド７を介してクランク軸８の回転運動に変替され、このクランク軸８により出力される。シリンダブロック３には、クランク軸８の回転角度を検出する電磁式のクランク角センサ９と、燃焼圧の変動からノッキングを検出するためのノックセンサ１０と、図示しないウオータジャケットの内部に臨んで冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサ１１と、がそれぞれ配設されている。
【００３２】
前記シリンダヘッド４には、各気筒２毎に燃焼室６の天井面に臨んで開口するように吸気ポート１２及び排気ポート１３が形成されていて、その各ポート開口部を開閉するようにポペット弁である吸気及び排気弁１４，１５がそれぞれ配置されている。これら吸気弁１４及び排気弁１５は、それぞれがシリンダヘッド４に軸支された吸気側及び排気側カム軸（図示せず）によって、前記クランク軸８の回転に同期して開作動されるようになっている。その吸気側のカム軸にはクランク軸８に対する回転位相を所定範囲で連続的に変化させる位相可変型の可変動弁機構１６（以下、ＶＶＴという）が配設されている。尚、ＶＶＴは位相可変型のものに限らないし、本発明に必須のものでもない。
【００３３】
また、前記シリンダヘッド４には、各気筒２毎の軸心に沿うようにして貫通孔が形成されて、点火プラグ１７が配設されている。この点火プラグ１７の先端の電極は燃焼室６の天井面から当該燃焼室６を臨むように配置され、一方、該点火プラグ１７の基端部は、前記シリンダヘッド４の貫通孔に上方から挿入された筒状の点火コイル１８に接続されている。この点火コイル１８には１次側への電流のオン・オフを行うＩＣイグナイタ１９が一体的に設けられており、後述のＥＣＵ５０から入力される点火信号を受けて、点火プラグ１７の電極間に火花放電を行わせるようになっている。
【００３４】
さらに、前記シリンダヘッド４には、各気筒２毎の燃焼室６の吸気側周縁部に噴口を臨ませて、インジェクタ（燃料噴射弁）２０が配設されている。このインジェクタ２０は、例えば、燃焼室６に臨む先端部の噴口から燃料を円錐状に噴射する公知のスワールタイプのものとすればよく、また、例えばスリットタイプや多噴口タイプのものとしてもよいし、或いは芯弁を圧電素子によって動作させる構造のもの（ピエゾ素子タイプ）を用いてもよい。これら各気筒２のインジェクタ２０は気筒列方向に伸びる燃料分配管（図示せず）を介して燃料供給管２２に接続されており、これにより、高圧燃料ポンプ２１から吐出された高圧の燃料が各インジェクタ２０に分配供給される。
【００３５】
図の例では、高圧燃料ポンプ２１は、燃料通路２４により燃料タンク２３に接続されていて、この燃料通路２４の上流側から下流側に向かって順番に低圧燃料ポンプ２５、低圧レギュレータ２６、フィルタ２７等が配設されている。前記低圧燃料ポンプ２５は燃料タンク２３内で燃料に浸るように配置されており、燃料を吸い上げて燃料通路２４に送出する。この燃料は低圧レギュレータ２６により調圧され、フィルタ２７により濾過されて高圧燃料ポンプ２１に供給され、該高圧燃料ポンプ２１により昇圧されて燃料供給管２２へ吐出される。このように吐出されてインジェクタ２０へ供給される燃料の圧力状態は燃料供給管２２（或いは燃料分配管）に配設された燃圧検出手段としての燃圧センサ２８により検出される。一方、余剰の燃料は低圧側へ戻されて、リターン通路２９により燃料タンク２３に還流される。
【００３６】
前記高圧燃料ポンプ２１の概略構造及び作動について図２を参照して説明すると、同図に模式的に示すように、高圧燃料ポンプ２１は、エンジン１の吸気側カムにより駆動されて往復動作するプランジャ２１ａと、このプランジャ２１ａの往復動に伴い容積の変化するプランジャ室２１ｂとを備え、そのプランジャ室２１ｂを燃料の吐出側（高圧側）である燃料供給管２２と接続する通路にチェック弁２１ｃが配設される一方、プランジャ室２１ｂを燃料の吸入側（低圧側）である燃料通路２４に連通する通路にもチェック弁２１ｄ（以下、スピル弁という）が配設されている。このスピル弁２１ｄは弁体が電磁ソレノイド２１ｅにより駆動されて開閉するようになっている。
【００３７】
そして、まず吸入行程では、電磁ソレノイド２１ｅが非作動（オフ）で、スピル弁２１ｄが開状態とされていて、プランジャ２１ａの下降に伴い燃料が低圧側からプランジャ室２１ｂに吸入される。その後、下死点を過ぎてプランジャ２１ａが上昇するときにも途中まではスピル弁２１ｄが開いたままとされ（スピル行程）、プランジャ室２１ｂから低圧側へ燃料が流出（リターン）する。そうして、所定のタイミングでソレノイド２１ｅに通電し（オン）、燃料の吐出量に見合ったストロークを残してスピル弁２１ｄを閉じると、低圧側への燃料の流出が遮断されてプランジャ室２１ｂの燃料が昇圧することにより、吐出側のチェック弁２１ｃが開かれて、燃料が吐出される。
【００３８】
つまり、前記高圧燃料ポンプ２１におけるプランジャ２１ａの有効なストロークは、スピル弁２１ｄを閉じるタイミングによって変化し、このスピル弁２１ｄの閉タイミングを変えることで、燃料の吐出量（燃料供給量）を調節することができる。従って、該スピル弁２１ｄ及び電磁ソレノイド２１ｅにより、インジェクタ２０への燃料供給量を調整する燃料供給量調整手段が構成されている。
【００３９】
前記図１に示すように、エンジン１の一側面には、各気筒２の吸気ポート１２に連通するように吸気通路３０が接続されている。この吸気通路３０は、エンジン１の燃焼室６に対しエアクリーナ３１で濾過した空気を供給するものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される空気（吸気）の流量を検出するエアフローセンサ３２と、後述のタービン４２により駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサ３３と、このコンプレッサ３３により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ３４と、吸気通路３０の断面積を弁体により調節する電気式スロットル弁３５（その弁体の位置を検出するスロットルセンサ３６を内蔵する）と、サージタンク３７とがそれぞれ配設されている。
【００４０】
前記電気式スロットル弁３５は、図外のアクセルペダルに対し機械的には連結されておらず、たとえばサーボモータ等のアクチュエータにより弁体の位置が変更されて、吸気の流量を調整するもの（吸気量調整手段）である。また、前記サージタンク３７には、スロットル弁３５よりも下流の吸気通路３０の圧力を検出するブーストセンサ３８が配設されている。サージタンク３７よりも下流側の吸気通路３０は各気筒２毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端部がそれぞれ吸気ポート１２に連通している。各独立通路には、気筒内流動の強さを調節するための開閉弁３９（吸気流動調整弁）が配設され、例えばステッピングモータ等のアクチュエータによって開閉されるようになっている。
【００４１】
一方、エンジン１の他側面には、燃焼室６から既燃ガス（排気）を排出する排気通路４０が接続されている。この排気通路４０の上流端は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１３に連通する排気マニホルドであり、該排気マニホルドの集合部には排気中の酸素濃度を検出するセンサ４１が配設されている。また、排気マニホルドの集合部よりも下流側の排気通路４０には、排気流を受けて回転されるタービン４２と、排気ガス中の有害成分を浄化するための触媒コンバータ４３とが配設されている。
【００４２】
前記タービン４２は、吸気通路３０のコンプレッサ３３と共にターボ過給機４５を構成するものであり、排気流によりタービン４２が回転されると、このタービン４２と一体に回転するコンプレッサ３３が吸気を圧縮して過給するようになっている。また、この過給機４５には、前記タービン４２をバイパスして排気通路４０のタービン上流側からタービン下流側へ排気を流通させるウエストゲート通路４６と、このウエストゲート通路４６を流通する排気の流量を調整するウエストゲート弁４７とが設けられている。
【００４３】
詳しくは、前記ウエストゲート弁４７の弁体は、ダイヤフラム４８内のコイルバネ（図示せず）によって通路４６を閉じる側に付勢されるとともに、このダイヤフラム４８に導かれるタービン３３下流の過給圧によって反対側に押圧されるようになっていて、この過給圧による押圧力と前記コイルバネの付勢力とのバランスによって保持されている。このため、過給圧が予め設定した目標最高過給圧に達すると、ウエストゲート弁４７が開かれて排気の一部がウエストゲート通路４６を流れるようになり、これにより、それ以上の過給圧の上昇が抑えられる。
【００４４】
また、前記ダイヤフラム４８へ導かれる過給圧の一部は電磁ソレノイド弁４９を介してタービン３３上流の吸気通路３０に逃がされるようになっており、該電磁ソレノイド弁４９の開度の調整によって過給機４５の目標最高過給圧を調整することができる。換言すれば、この実施形態の過給機４５は、前記ウエストゲート通路４６及びウエストゲート弁４７により最高過給圧を調整可能なものであって、エンジン１の吸気量を調整する吸気量調整手段に含まれるものである。尚、過給機４５としては前記のものの他に、例えばタービン４２へ導かれる吸気の流路面積を調整して過給効率を変更できるようにした可変ターボを用いてもよく、この場合には過給効率の変更によって過給圧を調整することにより、吸気量を調整することができる。また、過給機４５はターボ過給機に限らず、機械式過給機であってもよい。
【００４５】
図示は省略するが、前記排気通路４０におけるタービン４２よりも上流側の部位には、排気の一部を吸気側に還流させるＥＧＲ通路のの上流端が分岐接続されている。このＥＧＲ通路の下流端は前記サージタンク３７に接続され、その近傍には開度調節可能な電気式のＥＧＲ弁が配設されていて、ＥＧＲ通路による排気の還流量を調節できるようになっている。
【００４６】
図３に模式的に示すように、前記エンジン１の少なくともイグナイタ１９、インジェクタ２０、高圧燃料ポンプ２１、電気式スロットル弁３５、過給機４５等は、エンジンコントロールユニット５０（以下、ＥＣＵという）からの制御信号を受けて作動するようになっている。また、該ＥＣＵ５０には、図示の如く、少なくとも前記クランク角センサ９、燃圧センサ２８、エアフローセンサ３２、スロットルセンサ３６等からの出力信号がそれぞれ入力され、さらに、アクセルペダルの操作量（以下、アクセル開度という）を検出するアクセル開度センサ５１からの出力信号が入力される。
【００４７】
すなわち、前記ＥＣＵ５０は、上述の如くセンサから入力する信号に基づいてエンジン１の運転状態（例えば目標負荷やエンジン回転数）を検出し、これに応じて、主に各気筒２への吸気及び燃料の供給量や混合気への点火時期等を制御する。このためにＥＣＵ５０には少なくとも、目標負荷及びエンジン回転数に基づいてエンジン１の運転状態を検出する運転状態検出部５０ａと、その検出されたエンジン運転状態に応じて、予め設定した目標吸気量特性になるように主にスロットル弁３５を制御するとともに、ＶＶＴ１６及び過給機４５のソレノイド弁４９を制御する吸気量制御部５０ｂと、エアフローセンサ３２からの信号に応じて目標空燃比になるようにインジェクタ２０の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部５０ｃと、前記検出したエンジン運転状態に応じて各気筒２の点火時期を制御する点火時期制御部５０ｄと、燃圧を目標燃圧に維持すべく高圧燃料ポンプ２１の燃料吐出量を制御する燃圧制御部５０ｅ（燃料供給量制御手段）と、がソフトウェアルーチン（プログラム）の形態で備えられている。
【００４８】
ここで、前記燃圧制御部５０ｅによる制御について説明すると、基本的には、各気筒２のインジェクタ２０により燃料の噴射が行われるタイミングに同期して、その噴射に必要な分量の燃料を高圧燃料ポンプ２１から吐出させることにより、燃料供給管２２及び燃料分配管内の平均的な燃圧（燃料の噴射に伴う脈動を平滑化したもの）を目標燃圧に維持する、というものである。そのために、この実施形態では、まず、検出したエンジン運転状態、或いはインジェクタ２０への燃料噴射パルス幅に対応付けて、高圧燃料ポンプ２１からの燃料の基本的な吐出量を制御するようにしている。すなわち、前記エンジン運転状態又は燃料噴射パルス幅のいずれかに対応付けて、高圧燃料ポンプ２１のプランジャ２１ａの有効ストロークに対応するスピル弁２１ｄの最適な閉タイミング（クランク角位置であり、以下、基準スピル角という）を予め実験等により決定し、これをスピル弁２１ｄの制御マップとしてＥＣＵ５０のメモリに電子的に格納しておく。そして、エンジン１の運転中に運転状態検出部５０ａにより検出したエンジン運転状態、或いは燃料噴射制御部５０ｃにより決定した燃料噴射量（噴射パルス巾）に基づいて、前記制御マップから基準スピル角を読み出し、これを基本的な制御量とする。
【００４９】
併せて、前記高圧燃料ポンプ２１から吐出される燃料の圧力状態、即ち燃料供給管２２乃至燃料分配管内の燃圧を燃圧センサ２８により検出し、この検出値（実燃圧）をＥＣＵ５０にフィードバックして、実燃圧が目標燃圧に近付くように前記基本的なスピル角の制御量を補正する。すなわち、実燃圧が目標燃圧よりも高ければ、プランジャ２１ａの有効ストロークが減少するようにスピル角を遅角側に補正する一方、実燃圧が目標燃圧よりも低ければ、プランジャ２１ａの有効ストロークが大きくなるようにスピル角を進角側に補正する。そうしてフィードバック補正した後のスピル弁２１ｄの制御量（以下、目標スピル角という）に基づいて、スピル弁２１ｄを開閉する電磁ソレノイド２１ｅに駆動パルスを出力する（図２参照）。
【００５０】
尚、前記目標燃圧については特に限定するのもではなく、エンジン運転状態に拠らず略一定としてもよいし、エンジン運転状態に応じて変更するようにしてもよいが、エンジン回転数が高いほど、インジェクタ２０により燃料を噴射可能な時間が短くなることから、短時間で多量の燃料を噴射できるように目標燃圧を相対的に高くするのが好ましく、同様に、目標負荷が高いときほど目標燃圧を高くするのが好ましい、といえる。
【００５１】
ところで、前記のような燃圧のフィードバック補正を行う主な理由は、高圧燃料ポンプ２１の吐出量に個体差によるばらつきがあることに加えて、主に経時的な部品摺動部の摩耗やシール材の劣化等に起因して、プランジャ２１ａのストロークに対する燃料の吐出量が徐々に減少することによる。つまり、図４(a)に示すように、プランジャ２１ａのストローク（即ちスピル角）に対応するポンプ吐出量は、図に実線で示す初期の状態から比較的長い時間をかけて次第に低下してゆき（図に破線で示す）、この結果として、所要の燃料吐出量を得るために必要なプランジャ２１ａの有効ストロークが徐々に長くなって、スピル角は徐々に進角側に補正されるようになる。このことは、この実施形態のように高圧の燃料噴射が必要な筒内噴射式エンジンにおいて、特に顕著なものである。
【００５２】
そして、そのような高圧燃料ポンプ２１の劣化が進行すると、同図(b)に破線で示すように、プランジャ２１ａのストロークを全て使い切った全吐出状態でも、エンジン１の最大の燃料要求に対応する吐出量が得られなくなることがある。こうなると、例えば過給機４５による吸気の過給が最大限に行われて燃料要求の最も大きくなる全負荷時等において、吸気に対する燃料の供給が不足して空燃比が目標値よりもリーン側にずれてしまい、これによりエミッションが大幅に悪化するという不具合を生じるばかりか、燃焼温度の過度の上昇によってエンジンの耐久信頼性を損なう虞れもある。
【００５３】
斯かる問題点に対し、この実施形態に係るエンジン制御装置Ａでは、本発明の特徴部分として、エンジン１の運転中に未だあまり燃料要求が多くないうちに、前記燃圧制御部５０ｅによる燃料吐出量の制御によって燃圧が目標燃圧に維持されている状態で、そのための燃料の調整量が所期の標準的ものからどの程度ずれているかによって、即ち具体的には高圧燃料ポンプ２１の制御における目標スピル角の基準スピル角に対する進角補正量に基づいて、当該燃料ポンプ２１の経時的な劣化の度合いを検出し、その進角補正量が前記図４(b)に符号αを付して示す所定量（以下、劣化判定量という）よりも大きくなって、全吐出状態でも燃料の燃料の供給不足が起こり得ると予測されるときには、斯かる燃料供給不足の予測される所定運転状態に対応する過給機４５の目標最高過給圧を予め低下させて、その運転状態での吸気量を減少させるようにたものである。
【００５４】
（目標過給圧の補正）
以下に、前記の如く燃料供給不足の予測に応じて目標過給圧を補正する場合の制御手順を図５のフローチャート図に基づいて説明する。尚、このフローチャートに示す制御手順は主に過給圧及び燃圧に関するものであるが、これと並行してＥＣＵ５０によりインジェクタ２０の燃料噴射制御やスロットル弁３５の制御等が行われる。
【００５５】
図示のフローにおいて、スタート後のステップＳＡ１では、クランク角センサ９、燃圧センサ２８、エアフローセンサ３２、スロットルセンサ３６、アクセル開度センサ５１等からの信号を入力し、さらにＥＣＵ５０のＲＡＭに一時的に記憶されているデータを読み込む。続くステップＳＡ２ではエンジン１の運転状態（例えば目標負荷、エンジン回転数等）を検出し、続くステップＳＡ３でエンジン運転状態に対応する目標最高過給圧を決定する。これは、例えば目標負荷、エンジン回転数等に対応する目標最高過給圧の値を予め実験等により決定して過給圧の制御マップとしてＥＣＵ５０のメモリに電子的に格納しておき、このマップから読み出すようにすればよい。尚、過給機４５として可変ターボや機械式過給機を用いる場合には、エンジン運転状態に対応する目標過給圧を決定するようにしてもよい。
【００５６】
続いて、ステップＳＡ４において、この実施形態ではエンジン運転状態に対応する目標燃圧を例えばそのための制御マップから読み込んで決定し、続くステップＳＡ５において、エンジン運転状態に対応する高圧燃料ポンプ２１の基準スピル角をそのための制御マップから読み込んで決定し、続くステップＳＡ６では、上述したように、その基準スピル角を燃圧の検出値に基づいてフィードバック補正して、目標スピル角を決定する。例えば、燃圧センサ２８による検出値（実燃圧）を目標燃圧から減算し、その燃圧偏差に所定の制御ゲインを乗算してフィードバック補正量を求め、これを基準スピル角に加えて目標スピル角を決定すればよい。また、燃圧偏差に対応するフィードバック補正量を予め設定したマップを設けておくようにしてもよい。また、ステップＳＡ７では、エンジン運転状態に対応する目標点火時期を例えばそのための制御マップから読み込んで決定する。
【００５７】
そして、ステップＳＡ８において、前記前記燃圧偏差の絶対値が所定値よりも小さいかどうか、即ち実燃圧が目標燃圧に略一致しているかどうか判定し、この判定がＮＯであれば後述のステップＳＡ１３に進む一方、判定がＹＥＳであればステップＳＡ９に進んで、今度は前記ステップＳＡ７にて決定した目標スピル角と前記ステッップＳＡ５にて決定した標準スピル角との偏差量、即ちスピル角の進角補正量が劣化判定量α（図４参照）よりも大きいかどうか判定する。すなわち、実燃圧が略目標燃圧であるということは高圧燃料ポンプ２１から所要の燃料吐出量が得られているということであり、この状態では、前記スピル角の進角補正量が高圧燃料ポンプ２１の劣化の度合いを表すものとなる。
【００５８】
従って、前記ステップＳＡ９の判定がＹＥＳで、スピル角の進角補正量が劣化判定量αよりも大きいときには、少なくとも全負荷域を含む所定運転状態で燃料の供給不足が予測されるので、ステップＳＡ１０に進んで過給圧の制御マップを補正し、所定運転状態における最高過給圧を低下させて、燃料供給不足に見合うように吸気量を減少させるようにする。そして、ステップＳＡ１１に進んで、前記補正後の過給圧マップから読み出した目標最高過給圧のデータに基づいて過給機４５の電磁ソレノイド４９を制御し、続くステップＳＡ１２において目標点火時期になるようにイグナイタ１９を制御して、しかる後にリターンする。
【００５９】
一方、前記ステップＳＡ９の判定がＮＯでスピル角の進角補正量が劣化判定量α以下であれば、燃料の供給不足は起こり得ないので、過給圧マップの補正は行わずに前記ステップＳＡ１１、ＳＡ１２に進み、過給機４５の電磁ソレノイド４９やイグナイタ１９の制御を行って、しかる後にリターンする。
【００６０】
つまり、スピル角の進角補正量（燃料供給量調整手段の作動状態の標準状態からのずれの程度）が所定以上に大きいときには、このことに基づいて高負荷域側の所定運転状態で燃料の供給不足が発生することを予測し、その所定運転状態における目標最高過給圧を予め低減補正しておくことで、エンジン１が実際に前記所定運転状態になったときに、吸気量を燃料の供給不足に見合うように減らして、空燃比のリーン側へのずれを防止することができる。
【００６１】
また、前記ステップＳＡ８において、実燃圧と目標燃圧との間の燃圧偏差量が所定値以上であると判定して進んだステップＳＡ１３では、今度は、検出した実燃圧の変化率（低下率）が所定率よりも大きいかどうか、即ち燃圧急低下かどうか判定する。この判定がＹＥＳであれば、燃圧が異常低下していることから、高圧燃料ポンプ２１からの燃料の吐出量が不足していると判断し、ステップＳＡ１４に進んで過給圧の制御マップを補正し、そのときの運転状態における目標最高過給圧を大幅に低下させることにより、直ちに過給圧を低下させて、燃料の供給不足に見合うように吸気量を減少させる。このときの過給圧の低下幅は前記ステップＳＡ１０における予測時のもの以上とする。また、目標点火時期を遅角側に補正（リタード）する。そして、前記ステップＳＡ１１，ＳＡ１２に進んで、過給機４５のソレノイド４９及びイグナイタ１９の制御を行い、しかる後にリターンする。
【００６２】
一方、前記ステップＳＡ１３においてＮＯ、すなわち燃圧急低下ではないと判定したときには、燃料の吐出量不足が起きているわけではないので、直ちに過給圧を下げる必要はない。しかし、前記ステップＳＡ８にて実燃圧が目標燃圧に収束していないと判定していることから、このときには前記ステップＳＡ９におけるポンプ劣化の判定が未だ行われておらず、高圧燃料ポンプ２１の劣化が進んでいる可能性もある。そこで、このときには、ステップＳＡ１５において念のために過給圧の制御マップを補正して、所定運転状態における目標過給圧をやや下げておくようにする。このときの過給圧の低下幅は前記ステップＳＡ１０における予測時のものよりも小さい。そして、前記ステップＳＡ１１，ＳＡ１２に進んで、しかる後にリターンする。
【００６３】
前記図５のフローに示すステップＳＡ２は、エンジン１の運転状態を検出するＥＣＵ５０の運転状態検出部５０ａに対応し、ステップＳＡ３は、エンジン運転状態に応じて予め設定した目標吸気量特性になるように過給機４５による吸気の過給圧を制御する、という吸気量制御部５０ｂの制御手順に対応している。また、前記ステップＳＡ４〜ＳＡ６は、実燃圧が目標燃圧に近づくように高圧燃料ポンプ２１のスピル弁２１ｄを制御する燃圧制御部５０ｅに対応している。
【００６４】
そして、前記フローのステップＳＡ８からステップＳＡ９に進んでＹＥＳと判定する制御手順は、実燃圧が目標燃圧に略一致しているときに、スピル角の進角補正量に基づいて所定運転状態で燃料の供給不足が発生することを予測する予測手段５０ｆに対応し、また、ステップＳＡ１０が、前記燃料供給不足の予測を受けて、エンジン１の目標吸気量特性を少なくとも前記所定運転状態で目標吸気量が減少するように補正する目標吸気量補正手段５０ｇに対応している。この実施形態では、目標吸気量補正手段５０ｇは、高負荷域に対応する前記所定運転状態のみにおいて目標最高過給圧を低下させるように構成されている。
【００６５】
さらに、前記フローのステップＳＡ１３は、実燃圧が所定以上の変化率で低下したことを判定する燃圧低下判定手段５０ｈに対応し、ステップＳＡ１４は、その燃圧急低下の判定を受けて、エンジン１の吸気量が減少するように過給圧を低下させる吸気量補正制御手段５０ｉと、そのときに点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段５０ｊとの両方に対応している。
【００６６】
したがって、この実施形態１に係るエンジンの制御装置Ａによると、エンジン１の運転中に高圧燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を調整して、燃圧を略目標燃圧に維持しながら、そのための燃料の調整量、即ちスピル角の進角補正量に基づいて高圧燃料ポンプ２１の劣化を判定し、この判定結果に基づいて燃料供給不足の発生を予測するようにしたので、吸気量の多くなる高負荷域等で燃料供給不足が発生することを正確に予測できる。
【００６７】
そして、その予測結果応じて予め過給圧の制御マップを補正し、前記高負荷域等における目標最高過給圧を減少させることにより、吸気量を減少させるようにしたので、エンジン１が実際に高負荷域等で運転されるときに燃料の供給不足に見合うように吸気量を減少させて、空燃比のリーン化を防止することができる。
【００６８】
これにより、燃料供給不足の生じ得る高負荷域において空燃比の過度のリーン化を未然に防止して、エミッションや耐久信頼性の問題を解消することができるとともに、燃料供給不足の生じ得ない低負荷、中負荷域では無用の補正を行わないので、エンジン出力が低下することもない。
【００６９】
また、仮に、例えば予測ミスや突発的な故障等により、急な燃料不足が生じたとしても、このときには直ちに吸気量を減少させるようにしているので、空燃比のリーン化によるエミッションや信頼性の問題は極小化できるし、その際に点火時期のリタードを行うことでノッキングも防止できる。
【００７０】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係る補正制御の手順を示す。この実施形態２に係るエンジン１は、図示しないが、前記実施形態１のものとは異なり過給機４５を備えないものであり、図示の補正制御においては、目標過給圧の低減補正に代えて電気式スロットル弁３５の目標開度を補正することで、燃料供給不足に見合うように吸気量を減少させるようにしたものである。尚、この実施形態２のエンジン１及びその制御システムの全体構成は、過給機４５及びそれに付随するインタークーラ３４等の装備を搭載していないことを除けば前記実施形態１のものと同様なので、以下、同一部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００７１】
そして、図示のフローによれば、全体として前記実施形態１のもの（図５参照）と同様の手順で制御を行うのであるが、実施形態１のフローのステップＳＡ３に相当するステップＳＢ３では、目標過給圧ではなく目標スロットル開度を決定し、同様にステップＳＢ１０ではその目標スロットル開度を決定するための制御マップにおいて、所定運転状態における設定値をスロットル開度が小さくなるように補正し、そして、ステップＳＢ１１ではスロットル弁３５の開度を制御する。また、同様にステップＳＢ１４，ＳＢ１５においてそれぞれ目標過給圧の代わりに目標スロットル開度の補正を行う。
【００７２】
したがって、この実施形態２のエンジン制御装置Ａによっても前記実施形態１のものと同様の作用効果が得られる。
【００７３】
尚、前記実施形態１、２では、それぞれ、目標過給圧又は目標スロットル開度のいずれか一方のみを補正するようにしているが、これに限らず、例えば前記実施形態１のように過給機４５を備えたエンジン１において目標過給圧を補正するとともに、前記実施形態２のようなスロットル開度の補正を併せて行うようにしてもよい。
【００７４】
また、前記各実施形態のようにＶＶＴ１６や吸気流動調整弁３９を装備したエンジン１であれば、それらを吸気量の調整のために利用することもできる。この場合、本発明の吸気量調整手段には、前記ＶＶＴ１６や吸気流動調整弁３９が含まれることになる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態１に係るエンジンの構成を示す図である。
【図２】高圧燃料ポンプの概略構成及び作動を模式的に示す説明図である。
【図３】エンジン制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】(a)は、ポンプの劣化に対応するスピル角の進角補正を模式的に示す説明図であり、(b)は、全吐出状態でも最大燃料要求に対応できないような劣化状態を示す。
【図５】目標過給圧の補正の手順を示すフローチャート図である。
【図６】過給圧に代えてスロットル開度を補正するようにした実施形態２の図５相当図である。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ      エンジン制御装置
１      エンジン
２１    高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）
２１ｄ  スピル弁（燃料供給量調整手段）
２１ｅ  ソレノイド弁（燃料供給量調整手段）
２８    燃圧センサ（燃圧検出手段）
３５    スロットル弁（吸気量調整手段）
４５    過給機（吸気量調整手段）
５０ａ  運転状態検出部（運転状態検出手段）
５０ｂ  吸気量制御部（吸気量制御手段）
５０ｄ  点火時期制御部（点火時期制御手段）
５０ｅ  燃圧制御部（燃料供給量制御手段）
５０ｆ  予測手段
５０ｇ  目標吸気量補正手段
５０ｈ  燃圧低下判定手段
５０ｉ  吸気量補正制御手段
５０ｊ  点火時期補正手段
【図１】
2005036721.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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