JP6149833B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気通路に燃料の噴射を行なうポート噴射弁を含む内燃機関の制御装置に関する。

特開２０１３−０６８１２７号公報（特許文献１）には、燃料ポンプと、燃料ポンプによるポート噴射弁への燃料の供給圧を検出する燃圧センサとを備えた内燃機関に適用され、燃圧センサの検出値に応じて燃料ポンプの操作量を出力する制御装置が開示されている。

この制御装置は、燃圧センサの診断のために、供給圧を上昇させる方向に燃料ポンプの操作量を変化させ、このときの燃圧センサの検出値に基づき、燃圧センサにおける故障の有無を判断する。

燃圧センサの故障診断においては、燃料ポンプの駆動デューティを診断用デューティにまで増大させることにより、燃圧をリリーフバルブの開弁圧にまで上昇させ、このときの燃圧センサが開弁圧付近を検出していない場合には、燃圧センサが異常状態であると判断する。

特開２０１３−０６８１２７号公報

上記文献に記載された制御装置は、空燃比のずれが大きくなったときに、燃圧センサの異常診断を実行する。しかし、実際に燃圧センサの異常により空燃比にずれが生じた状態が継続する前に、あらかじめ燃圧センサの異常を検出しておくことが望ましい。

また、上記文献に記載された制御装置は、燃圧センサがリリーフバルブの開弁圧付近の圧力を検出することは確認しているが、燃圧センサの機能をさらに詳しく精度良く確認するほうが好ましい。たとえば、燃圧センサの検出値が変化することを確認するためには、少なくとも燃圧センサの検出値を２点の圧力で確認する必要がある。このような燃圧センサの検出値が固定値となっていないことを確認する故障検出は、スタック検出と呼ばれる。

このように、実際の故障の影響が大きくなる前に、あらかじめスタック検出のような燃圧センサの診断を定期的に実施することが好ましい。ところが、本願発明者らの実験の結果、内燃機関の回転速度によっては燃圧センサの検出値が安定しない現象が発生し、燃圧センサの異常診断を行なう際に燃圧センサ異常判定の精度が低下することがわかった。

この発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、燃圧センサの異常判定の精度が改善された内燃機関の制御装置を提供することである。

この発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。制御対象の内燃機関は、吸気通路に噴射するための燃料を貯留する貯留部と、燃料を加圧して貯留部に供給するフィードポンプと、筒内に噴射するための燃料を貯留する高圧貯留部と、内燃機関の回転に応じて駆動され、燃料を加圧して高圧貯留部に供給する高圧ポンプと、貯留部に貯留される燃料の圧力を検出する燃圧センサとを含む。貯留部の圧力は高圧貯留部の圧力よりも低く設定される。制御装置は、燃圧センサの検出値に基づいてフィードポンプを制御し、燃圧センサの異常診断を実行する場合には、燃圧センサの異常診断を実行しない場合よりも、内燃機関の回転速度を上昇させる。

燃圧の共鳴現象は、共鳴周波数が燃料配管系の寸法や材質などで決まるが、エンジンのアイドル回転速度付近に共鳴周波数が一致する場合が多い。上記の構成によれば、たとえば、高圧ポンプに起因する燃圧の脈動の共鳴を引き起こしやすいアイドル回転速度付近では燃圧センサの異常診断を行なわず、共鳴が起こりにくい回転速度にしてから燃圧センサの異常診断を行なうので、診断の精度が向上する。

好ましくは、制御装置は、トルクおよび回転速度によって規定される動作線と、内燃機関に要求されるパワーとに基づいて内燃機関の目標回転速度と目標トルクとを決定する。制御装置は、燃圧センサの異常診断を実行しない場合には、目標回転速度および目標トルクが得られるように内燃機関を制御し、燃圧センサの異常診断を実行する場合には、目標回転速度よりも回転速度が高くなるように内燃機関を制御する。

このように制御を行なうことによって、通常時は、燃費が最適となるように目標回転速度と目標トルクとを定めて燃費を改善することができる一方で、ごく短時間のスタック検出などの燃圧センサの診断時には燃費にこだわることなく異常診断を精度よく実行できる。

より好ましくは、フィードポンプは、制御装置の指令に基づいて回転する電動式ポンプであり、高圧ポンプは、内燃機関の回転に伴って回転するカムによって駆動されるように構成される機械式ポンプである。制御装置は、燃圧センサにおいて検出される高圧ポンプの作動に起因する脈動成分を、目標回転速度よりも内燃機関の回転速度を上昇させることによって低減する。

好ましくは、制御装置は、あらかじめ定められた共鳴範囲に内燃機関の目標回転速度が属する場合には、共鳴範囲から外れるように内燃機関の回転速度を上昇させる。

このように制御することによって、燃圧センサの診断時に共鳴現象を起こさなくなるので、診断の精度が向上する。

この発明の他の局面では、内燃機関は、吸気通路に噴射するための燃料を貯留する貯留部と、燃料を加圧して貯留部に供給するフィードポンプと、筒内に噴射するための燃料を貯留する高圧貯留部と、燃料を加圧して高圧貯留部に供給する高圧ポンプと、貯留部に貯留される燃料の圧力を検出する燃圧センサとを含む。貯留部の圧力は高圧貯留部の圧力よりも低く設定される。制御装置は、燃圧センサの検出値に基づいてフィードポンプを制御し、燃圧センサの異常診断を実行する場合には、燃圧センサの異常診断を実行しない場合よりも、貯留部の圧力の目標値を高く設定する。

このように貯留部の圧力の目標値を高く設定するとフィードポンプは圧力を通常時よりも高める。燃圧が高いと脈動の振幅が小さくなるので、燃圧センサの異常診断を行なう際の診断の精度が向上する。

好ましくは、制御装置は、燃圧センサの異常診断を実行する場合において、内燃機関の目標回転速度があらかじめ定められた共鳴範囲に属さないときには、貯留部の圧力の目標値を第１の値に設定する。制御装置は、燃圧センサの異常診断を実行する場合において、内燃機関の目標回転速度があらかじめ定められた共鳴範囲に属するときには、貯留部の圧力の目標値を第１の値よりも高い第２の値に設定する。

このように制御することによって、燃圧の共鳴が発生しそうな場合に限定して燃圧を上げるので、不必要に燃圧を上げることによるエネルギロスを低減させることができる。

本発明が適用されるハイブリッド車両１の構成を示すブロック図である。 燃料供給に関するエンジン１０および燃料供給装置１５の構成を示した図である。 スタック検出処理が実行された場合の燃圧変化の一例を示した波形図である。 低圧燃圧センサ５３ａのスタック検出時の基本処理を説明するためのフローチャートである。 燃料タンクから高圧デリバリーパイプと低圧デリバリーパイプに至る経路を示した模式図である。 カムの回転と低圧デリバリーパイプの燃圧の脈動の起振源について説明するための図である。 実施の形態１におけるエンジン回転速度の制御について説明するための図である。 実施の形態１で実行されるエンジン目標回転速度決定の処理を説明するためのフローチャートである。 燃圧脈動の振幅と目標燃圧との関係を説明するための図である。 実施の形態２における燃圧センサのスタック検出時の目標燃圧の変化の様子を説明するための波形図である。 実施の形態２において実行される目標燃圧の設定処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
（基本構成の説明）
図１は、本発明が適用されるハイブリッド車両１の構成を示すブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド車両１は、エンジン１０と、燃料供給装置１５と、モータジェネレータ２０，３０と、動力分割機構４０と、リダクション機構５８と、駆動輪６２と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）６０と、バッテリ７０と、制御装置１００とを含む。

エンジン１０とモータジェネレータ２０とモータジェネレータ３０とは、動力分割機構４０を介して相互に連結されている。動力分割機構４０に連結されるモータジェネレータ３０の回転軸１６には、リダクション機構５８が接続される。回転軸１６は、リダクション機構５８を介して、駆動輪６２と連結されるとともに、動力分割機構４０を介して、エンジン１０のクランクシャフトに連結される。

動力分割機構４０は、エンジン１０の駆動力を、モータジェネレータ２０と回転軸１６とに分割することができる。モータジェネレータ２０は、動力分割機構４０を介してエンジン１０のクランクシャフトを回転させることにより、エンジン１０を始動するスタータとして機能することができる。

モータジェネレータ２０および３０は、いずれも発電機としても電動機としても作動しうる周知の同期発電電動機である。モータジェネレータ２０および３０は、ＰＣＵ６０に接続され、ＰＣＵ６０は、バッテリ７０に接続される。

制御装置１００は、パワーマネジメント用電子制御ユニット（Electronic Control Unit；以下、ＰＭ−ＥＣＵという）１４０と、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）１４１と、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）１４２と、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）１４３とを含む。

ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、エンジンＥＣＵ１４１と、モータＥＣＵ１４２と、バッテリＥＣＵ１４３とに、図示しない通信ポートを介して接続されている。ＰＭ−ＥＣＵ１４０は、エンジンＥＣＵ１４１と、モータＥＣＵ１４２と、バッテリＥＣＵ１４３と各種制御信号やデータのやり取りを行なう。

モータＥＣＵ１４２は、ＰＣＵ６０に接続され、モータジェネレータ２０および３０の駆動を制御する。バッテリＥＣＵ１４３は、バッテリ７０の充放電電流の積算値に基づいて、残容量（以下、ＳＯＣ（State of charge）という）を演算する。

エンジンＥＣＵ１４１は、エンジン１０および燃料供給装置１５に接続されている。エンジンＥＣＵ１４１は、エンジン１０の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するとともに、入力した信号に応じて燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量調節制御などの運転制御を行なう。また、エンジンＥＣＵ１４１は、燃料供給装置１５を制御して燃料をエンジン１０に供給する。

以上の構成を有するハイブリッド車両１において、エンジン１０および燃料供給装置１５の構成および制御についてより詳細に説明する。

図２は、燃料供給に関するエンジン１０および燃料供給装置１５の構成を示した図である。本実施の形態は、本発明が適用される車両を、内燃機関として筒内噴射とポート噴射とを併用するデュアル噴射タイプの内燃機関、例えば直列４シリンダのガソリンエンジンを採用するハイブリッド車両としている。

図２を参照して、エンジン１０は、吸気マニホールド３６と、吸気ポート２１と、シリンダブロックに設けられた４つのシリンダ１１とを含む。

吸入空気ＡＩＲは、シリンダ１１中の図示しないピストンが下降するときに、吸気口管から吸気マニホールド３６および吸気ポート２１を通って各シリンダ１１に流入する。

燃料供給装置１５は、低圧燃料供給機構５０と、高圧燃料供給機構８０とを含む。低圧燃料供給機構５０は、燃料圧送部５１と、低圧燃料配管５２と、低圧デリバリーパイプ５３と、低圧燃圧センサ５３ａと、ポート噴射弁５４とを含む。低圧デリバリーパイプ５３は、ポート噴射弁５４から噴射するための燃料を貯留する「貯留部」である。

高圧燃料供給機構８０は、高圧ポンプ８１と、チェック弁８２ａと、高圧燃料配管８２と、高圧デリバリーパイプ８３と、高圧燃圧センサ８３ａと、筒内噴射弁８４とを含む。
高圧デリバリーパイプ８３は、筒内噴射弁８４から噴射するための燃料を貯留する「高圧貯留部」である。

筒内噴射弁８４は、噴孔部８４ａを各シリンダ１１の燃焼室内に露出する筒内噴射用インジェクタである。筒内噴射弁８４が開弁動作するとき、高圧デリバリーパイプ８３内の加圧された燃料が筒内噴射弁８４の噴孔部８４ａから燃焼室１６内に噴射される。

高圧ポンプ８１は、低圧燃料配管５２と高圧燃料配管８２との間に接続される。チェック弁８２ａによって、高圧燃料配管８２から高圧ポンプ８１への燃料の逆流は防止されている。

高圧ポンプ８１は、上流側管９０と、下流側管９１と、パルセーションダンパ９２と、高圧ポンプ本体９３と、電磁スピル弁９４とを含む。高圧ポンプ８１の上流側管９０は、低圧燃料配管５２から分岐した低圧燃料配管５２ａに接続され、下流側管９１は、高圧燃料配管８２に接続される。

パルセーションダンパ９２は、上流側管９０に設けられるとともに、燃料圧力を受圧する弾性のダイヤフラムと、圧縮コイルばねとを有する。パルセーションダンパ９２は、ダイヤフラムの弾性変形により内部容積を変化させ、上流側管９０内の燃料の圧力脈動を抑制するように構成されている。

高圧ポンプ本体９３では、加圧室９３１ａが、プランジャ９３２の往復移動によって容積を変化させる。電磁スピル弁９４は、開弁時には、プランジャ９３２の変位に応じた加圧室９３１ａ内への燃料の吸入と加圧室９３１ａ内の燃料の低圧燃料配管５２への送出を許容し、閉弁時には、逆止弁として機能する。

フォロアリフタ９３４は、カム９３３ａに押圧されることによりプランジャ９３２を摺動させる。戻りばね９３５は、ポンプハウジング９３１とフォロアリフタ９３４との間に設けられた圧縮コイルばねを含み、フォロアリフタ９３４をカム９３３ａに付勢している。

カムシャフト９３３は、エンジン１０の排気カムシャフトの一端に設けられているとともに、端部にカム９３３ａを有している。エンジン１０の駆動中はカムシャフト９３３は常に回転しているため、高圧ポンプ本体９３はエンジン１０の駆動に連動して作動する。

高圧デリバリーパイプ８３は、シリンダ１１の直列配置方向の一端側で、高圧燃料配管８２に接続される。高圧デリバリーパイプ８３には、筒内噴射弁８４が連結される。高圧デリバリーパイプ８３には、内部の燃料圧力を検出する高圧燃圧センサ８３ａが装着される。

エンジンＥＣＵ１４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力インターフェース回路、出力インターフェース回路などを含んで構成される。エンジンＥＣＵ１４１は、図１のＰＭ−ＥＣＵからエンジン起動／停止指令を受けて、エンジン１０および燃料供給装置１５を制御する。

エンジンＥＣＵ１４１は、アクセル開度や吸入空気量やエンジン回転速度などに基づいて燃焼毎に必要な燃料噴射量を算出する。また、エンジンＥＣＵ１４１は、算出した燃料噴射量に基づいて、ポート噴射弁５４および筒内噴射弁８４への噴射指令信号などを適時に出力する。

エンジンＥＣＵ１４１は、エンジン１０の始動時に、ポート噴射弁５４による燃料噴射を最初に実施させる。そして、ＥＣＵ１４０は、高圧燃圧センサ８３ａにより検出される高圧デリバリーパイプ８３内の燃料圧力が予め設定された圧力値を超えたとき、筒内噴射弁８４への噴射指令信号の出力を開始する。

さらに、エンジンＥＣＵ１４１は、例えば筒内噴射弁８４からの筒内噴射を基本としながら、エンジン１０の始動暖機時や低回転高負荷時などのように筒内噴射では混合気形成が不十分となる特定の運転状態下では、ポート噴射を併用する。または、エンジンＥＣＵ１４１は、例えば筒内噴射弁８４からの筒内噴射を基本としながら、ポート噴射が有効な高回転高負荷時などにポート噴射弁５４からのポート噴射を実行する。

本実施の形態では、燃料供給装置１５は、低圧燃料供給機構５０の圧力が可変に制御可能である点が特徴的である。以下、燃料供給装置１５の低圧燃料供給機構５０についてより詳細に説明する。

燃料圧送部５１は、燃料タンク５１１と、フィードポンプ５１２と、サクションフィルタ５１３と、燃料フィルタ５１４と、リリーフ弁５１５と、これらを連結する燃料管５１６とを含む。

燃料タンク５１１は、エンジン１０で消費される燃料、例えばガソリンを貯留する。サクションフィルタ５１３は、異物の吸入を阻止する。燃料フィルタ５１４は、吐出燃料中の異物を除去する。

リリーフ弁５１５は、フィードポンプ５１２から吐出される燃料の圧力が上限圧力に達すると開弁し、燃料の圧力が上限圧力に満たない間は閉弁状態を維持する。

低圧燃料配管５２は、燃料圧送部５１から低圧デリバリーパイプ５３までを連結する。ただし、低圧燃料配管５２は、燃料パイプに限定されるものではなく、燃料通路が貫通形成される１つの部材や、互いの間に燃料通路が形成される複数の部材であってもよい。

低圧デリバリーパイプ５３は、シリンダ１１の直列配置方向の一端側で、低圧燃料配管５２に接続される。低圧デリバリーパイプ５３には、ポート噴射弁５４が連結される。低圧デリバリーパイプ５３には、内部の燃料圧力を検出する低圧燃圧センサ５３ａが装着されている。

ポート噴射弁５４は、噴孔部５４ａを各シリンダ１１に対応する吸気ポート２１内に露出するポート噴射用インジェクタである。ポート噴射弁５４が開弁動作するとき、低圧デリバリーパイプ５３内の加圧された燃料が、ポート噴射弁５４の噴孔部５４ａから吸気ポート２１内に噴射される。

フィードポンプ５１２は、エンジンＥＣＵ１４１から発信される指令信号に基づいて、駆動および停止される。

フィードポンプ５１２は、燃料タンク５１１内から燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を、例えば１［ＭＰａ：メガパスカル］未満の一定可変範囲内の圧力に加圧して吐出することが可能である。さらに、フィードポンプ５１２は、エンジンＥＣＵ１４１の制御により、単位時間当りの吐出量［ｍ^３／ｓｅｃ］や吐出圧［ｋＰａ：キロパスカル］を変化させることが可能である。

このようにフィードポンプ５１２を制御することは、以下の点で好ましい。まず、低圧デリバリーパイプ５３は、エンジンが高温となると内部の燃料が気化するのを防ぐため、気化しない程度に圧力をかけておく必要がある。しかし圧力を高くしすぎるとポンプの負荷が大きくエネルギロスが大きい。燃料の気化を防止するための圧力は温度によって変化するので必要な圧力を低圧デリバリーパイプ５３にかけることでエネルギロスを少なくすることができる。また、フィードポンプ５１２を適切に制御することによって、エンジンが消費した量に相当する分の燃料を送出するようにすれば、無駄に加圧するエネルギを節約することができる。したがって、一旦余分に加圧してからプレッシャレギュレータで圧力を一定にする構成よりも燃費を向上させる点で有利である。

フィードポンプ５１２による可変燃圧制御を行なうためには、ポート噴射を行なう燃料を貯留する低圧デリバリーパイプ５３に設けられた低圧燃圧センサ５３ａの検出値の信頼性を確保する必要がある。このため、低圧燃圧センサ５３ａの検出値のスタック検出が定期的に行なわれる。

（スタック検出制御の基本処理の説明）
スタック検出は、低圧燃圧センサ５３ａの検出値が固定値となっていないことを確認する故障検出であり、低圧燃圧センサ５３ａの検出値が変化することを確認するためには、少なくとも低圧燃圧センサ５３ａの検出値を２点の圧力で確認する必要がある。

このスタック検出は、低圧燃圧センサ５３ａに故障が生じた結果、空燃比にずれが生じるなどの状態が継続する前に、あらかじめ早期に実施しておくほうが好ましい。

一例では、次に示す図３の波形のように、エンジン始動後通常使用時よりも高圧に燃圧を昇圧させてから、燃圧を降圧させてスタック検出が行なわれる。

図３は、スタック検出処理が実行された場合の燃圧変化の一例を示した波形図である。
図３を参照して、時刻ｔ１において、エンジン１０が運転状態にある場合にＰＭ−ＥＣＵ１４０からエンジン停止指令が出力され、それに応じてエンジンＥＣＵ１４１はエンジンを停止させる。

続いて、時刻ｔ２においてＰＭ−ＥＣＵ１４０からエンジン起動指令が出力されると、それに応じてエンジンＥＣＵ１４１はエンジンの運転を開始するとともにスタック検出を行なうために燃圧の目標圧Ｐ０を以下の順で変化させる。

まず、時刻ｔ２〜ｔ３において目標燃圧を高く（５３０［ｋＰａ］）設定して検出値Ａを取得する処理を行ない、その後目標燃圧を低下させ、時刻ｔ４〜ｔ５において目標燃圧を低く（４００［ｋＰａ］）設定して検出値Ｂを取得する処理を行なう。

なお、時刻ｔ１〜ｔ２においては、目標燃圧Ｐ０は０［ｋＰａ］に設定されるが、エンジンが停止するとポート噴射弁からの噴射が発生せず、低圧デリバリーパイプの燃圧を下げることができないので、実燃圧は実線で示される目標燃圧Ｐ０には追従しない。さらに、低圧デリバリーパイプに密閉状態となった燃料がエンジンからの熱によって膨張し、図３の破線の実燃圧Ｐ１に示すように燃圧が上昇する場合もある。

この場合、低圧から高圧に目標燃圧を変化させてスタック検出を行なうと、一旦燃圧を下げないとスタック検出ができない。そのため、図３の時刻ｔ２に示すように、実燃圧Ｐ１［ｋＰａ］が５３０［ｋＰａ］よりも高くなっている場合には、燃圧の目標値を５３０［ｋＰａ］に設定する処理から開始することが好ましい。これによって、燃圧の目標値を４００［ｋＰａ］に設定する処理を先に行なうよりも、５３０［ｋＰａ］から４００［ｋＰａ］に燃圧が下がるのに要する時間分早期にスタック検出を開始することができる。

図４は、低圧燃圧センサ５３ａのスタック検出時の基本処理を説明するためのフローチャートである。図４のフローチャートは、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図３、図４を参照して、ステップＳ１において、エンジン始動要求がなくかつエンジンが運転中でない場合には（Ｓ１でＮＯ）、ステップＳ２に処理が進められる。その結果時刻ｔ１〜ｔ２の間は低圧デリバリーパイプ５３の目標燃圧が０［ｋＰａ］に設定される。

一方、ステップＳ１において、エンジン始動要求があった場合や、またはエンジンが運転中であった場合には（Ｓ１でＹＥＳ）、ステップＳ３に処理が進められる。ステップＳ３では、エンジン始動後、所定時間が経過したか否かが判断される。

その結果、所定時間が経過する前の時刻ｔ２〜ｔ４はステップＳ８において目標燃圧はＰＨ（たとえば、５３０［ｋＰａ］）に設定される。ＰＨは、燃圧センサのスタック検出のために、通常使用する燃圧よりも高く設定された診断用の燃圧を示す。そして、燃圧が安定する時間が経過した時点であるｔ３おいて燃圧センサ検出値Ａが記憶される（ステップＳ９，Ｓ１０）。

また、所定時間が経過した後の時刻ｔ４〜ｔ５はステップＳ４において目標燃圧はＰＬ（たとえば、４００［ｋＰａ］）に設定される。ＰＬはＰＨよりも低い燃圧を示す。なお、目標燃圧ＰＬは、ステップＳ８で設定された診断用の目標燃圧ＰＨよりも低く設定された燃圧であれば、通常の運転時の燃圧と同じでなくても良い。そして、燃圧が安定する時間が経過した時点であるｔ５おいて燃圧センサ検出値Ｂが記憶される（ステップＳ５，Ｓ６）。

そして、検出値Ａ，Ｂが揃うと、ステップＳ７においてスタック故障発生の有無の診断を実行する。ここで、検出値ＡがＰＨ（たとえば、５３０［ｋＰａ］）近辺の値を示し、検出値ＢがＰＬ（たとえば、４００［ｋＰａ］）近辺の値を示しておれば、低圧燃圧センサ５３ａは正常であると判断される。検出値ＡとＢが同じ値を示している場合には、エンジンＥＣＵ１４１は、低圧燃圧センサ５３ａにスタック故障が発生していると判断する。

ステップＳ７においてスタック故障の診断が完了するとステップＳ１１に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。

（スタック検出時の燃圧センサの検出値の悪化現象）
以上のようにスタック検出を行なう場合に、エンジンの回転速度がある範囲内であるときに燃圧センサの検出値の精度が悪化することがある。このような現象はスタック検出の誤判定を招く恐れがあり、避けることが好ましい。以下、燃圧センサの検出値の精度が悪化する原因について説明する。

図５は、燃料タンクから高圧デリバリーパイプと低圧デリバリーパイプに至る経路を示した模式図である。図５を参照して、燃料タンク５１１内のフィードポンプ５１２からは、低圧燃料配管５２が低圧デリバリーパイプ５３に向かって伸びており、低圧燃料配管５２ａが高圧デリバリーパイプ８３に向かって伸びている。低圧燃料配管５２ａの高圧デリバリーパイプ８３側の端には、高圧ポンプ８１が設けられている。

フィードポンプ５１２は、エンジンＥＣＵ１４１に制御される電気モータによって駆動され、燃圧を変更可能な電気式ポンプである。これに対して、高圧ポンプ８１は、エンジンの回転に応じて駆動される機械式ポンプである。

高圧ポンプ８１は、低圧燃料配管５２ａの燃料を吸い込み加圧して高圧デリバリーパイプ８３に送出する。このような高圧ポンプ８１の作動に起因する燃圧の脈動が、燃圧センサの検出値の精度を悪化させる原因の一つであることが、本願発明者らの実験によって分かった。

低圧燃料配管５２ａの高圧ポンプ８１の吸引側接続端には、カムの回転に起因する燃圧の脈動が生じる。この脈動の起振源は、高圧ポンプ８１のプランジャ９３２の燃料吸い込みである。

図６は、カムの回転と低圧デリバリーパイプの燃圧の脈動の起振源について説明するための図である。図６において横軸はクランク角を示し、縦軸は燃圧を示す。四気筒エンジンであれば、クランク角７２０°の間に各気筒に一度ずつ噴射タイミングがある。４ストローク１サイクルエンジンでは、エンジンのクランクシャフト２回転につきカムシャフトは１回転する。カム９３３ａは、図２に示されるように３つの山を有しており、その結果、カム９３３ａのリフト量の変化は図６に示したように変化する。

ここで、低圧燃料配管系に生じる共鳴現象について説明しておく。気柱の共鳴と同様に、低圧燃圧配管系の共鳴も、図５に示した低圧燃料配管５２および５２ａの合計配管長Ｌ等の寸法と、配管の材質（金属、樹脂など）とによって、固有の共鳴周波数が定まる。燃圧の脈動周波数とこの共鳴周波数とが一致すると、低圧燃圧センサ５３ａで検出される燃圧に増大した脈動成分が重畳される。

エンジンの低圧燃料系に共鳴現象が生じる脈動の周波数は、ある限られた範囲のエンジン回転速度に相当する。このエンジン回転速度の範囲を「共鳴範囲」と呼ぶことにする。脈動の周波数はカムの回転速度に伴って変化するが、カムの回転速度はエンジンの回転速度に比例している。結局、エンジンの回転速度の倍数が低圧燃料配管系の共鳴周波数と一致すると、燃圧に脈動成分に起因する変動が顕著に表れる。このため、低圧燃圧配管系に共鳴現象が生じると、この脈動が低圧燃圧センサ５３ａで増大されて検出される場合がある。

（スタック検出時の燃圧センサの検出値の精度向上処理）
図５で説明したように、低圧デリバリーパイプ５３は、共鳴現象が発生すると高圧ポンプ８１のカムのリフト量の変化に起因する燃圧の脈動の影響を大きく受ける。燃圧の脈動は、図２で示したパルセーションダンパ９２によってある程度緩和されるものの、完全には無くならない。低圧燃圧センサ５３ａの異常診断時に燃圧に顕著な脈動が生じると、燃圧センサの検出値が変動してしまうので、異常診断の精度が悪化する状態となり得る。

そこで、実施の形態１では、低圧燃圧センサ５３ａのチェック時の低圧デリバリーパイプ５３の燃圧の脈動を小さくするため、配管系から定まる「共鳴範囲」とならないようにエンジンの回転速度をシフトさせて共鳴の発生を抑制する。これによって、燃圧の脈動の大きさを減少させることができるので、低圧燃圧センサ５３ａの異常診断の精度を向上させることができる。

図７は、実施の形態１におけるエンジン回転速度の制御について説明するための図である。図１に示したハイブリッド車両は、モータジェネレータ２０，３０および動力分割機構４０を用いて無段変速を行なうことができる。したがって、車速に対してエンジン回転速度を比較的自由に設定することが可能である。

図７に示される燃費ラインＦは、エンジン回転速度ＮＥおよびエンジントルクＴＥをパラメータとしてエンジン１０が最も効率よく（すなわち最適な燃費で）運転可能な動作点を繋ぎ合わせた動作ラインである。横軸をエンジン回転速度ＮＥとし、縦軸をエンジントルクＴＥとすると、燃費ラインＦは図８に示すようになる。一方、エンジンパワーＰＥはエンジン回転速度ＮＥとエンジントルクＴＥとの積である（ＰＥ＝ＮＥ×ＴＥである）ことから、一定のＰＥを出力するエンジンの動作点を示す線は、図７に示すような反比例曲線で示される。

制御装置１００は、最適燃費ラインＦと等パワーラインを示す線ＰＥの交点から、最適燃費回転速度ＮｅＡおよび最適燃費トルクＴｅＡを算出する。このように算出された最適燃費回転速度ＮｅＡおよび最適燃費トルクＴｅＡを目標エンジン動作点に設定し、これを実現するように点火時期や燃料噴射量などの制御をすることによって、エンジン１０は最も効率よくエンジン要求パワーＰＥを出力することができる。

ここで、低圧燃圧センサ５３ａの異常診断をエンジン始動直後のアイドリング状態などで実行する場合について検討する。エンジン始動直後のアイドリング状態では、エンジン要求パワーが低く図７において破線で示されるラインＰＥ２となる。すると、最適燃費ラインＦとラインＰＥ２との交点で、エンジン回転速度ＮｅＡ２が定まる。しかし、回転速度ＮｅＡ２は、低圧デリバリーパイプ５３における燃圧の脈動が共鳴現象によって増大する回転速度範囲ＮＬ〜ＮＨの内に入っている。このため、このまま低圧燃圧センサ５３ａの異常診断を実行すると、共鳴現象によって増大された燃圧の脈動により検出値が影響されてしまい、結果として異常診断の精度が悪くなる。

そのため、低圧燃圧センサ５３ａの診断を行なう場合には、回転速度範囲ＮＬ〜ＮＨよりも高速側に外れているエンジン回転速度ＮｅＴを目標値に設定してエンジンを制御して共鳴現象を回避することによって、燃圧の脈動が低圧燃圧センサ５３ａの検出値に及ぼす影響を小さく抑えることができる。

図８は、実施の形態１で実行されるエンジン目標回転速度決定の処理を説明するためのフローチャートである。図８を参照して、まずステップＳ５１において制御装置１００は、エンジン要求パワーから、燃費最適となるエンジン目標回転速度ＮｅＡを算出する。このときは、図７の等パワーラインと最適燃費ラインの交点によって目標回転速度ＮｅＡが決定される。

続いて、ステップＳ５２において、車両の振動を回避するためのエンジン目標回転速度ＮｅＢを算出する。このエンジン目標回転速度ＮｅＢは、車両全体の剛性や部品の配置やサスペンションの剛性などによって車両ごとに定まる共鳴周波数に関連する値である。

そしてステップＳ５３においてエンジン目標回転速度ＮｅＡ，ＮｅＢのうちの最大値が、エンジン目標回転速度ＮｅＣとして定められる。

次に、ステップＳ５４において、低圧燃圧センサ５３ａのスタック検出中であるか否かが判断される。スタック検出は、図３および図４で説明したように目標燃圧を変化させて低圧燃圧センサ５３ａの検出値を確認する処理である。

ステップＳ５４において、燃圧センサのスタック検出中であった場合には（Ｓ５４でＹＥＳ）、ステップＳ５５に処理が進められる。ステップＳ５５では、エンジン目標回転速度ＮｅＣが所定範囲内（共鳴範囲内）であるか否かが判断される。所定範囲は、たとえば、燃料配管系の固有周波数に対応するエンジン回転速度（ここでは、脈動中心と呼ぶ）から±１５０ｒｐｍの回転速度範囲である。

ステップＳ５５において、目標回転速度ＮｅＣが所定範囲内であると判断された場合には（Ｓ５５でＹＥＳ）、ステップＳ５６に処理が進められ、所定範囲から外れるように目標回転速度ＮｅＴをシフトさせる処理が行なわれる。たとえば所定範囲が脈動中心±１５０ｒｐｍであった場合には、所定範囲の幅に相当する３００ｒｐｍだけエンジン目標回転速度ＮｅＴを高い方にシフトさせれば、エンジン目標回転速度ＮｅＴが所定範囲から外れる。これにより、低圧デリバリーパイプ５３における燃圧の脈動は増大されなくなるので、低圧燃圧センサ５３ａの検出値が安定し、低圧燃圧センサ５３ａのスタック故障の診断の精度が向上する。

なお、ステップＳ５４およびステップＳ５５においてＮＯと判断された場合には、ステップＳ５７に処理が進められ、エンジン目標回転速度ＮｅＴとしてＮｅＣがそのまま採用される。

ステップＳ５６またはＳ５７においてエンジン目標回転速度ＮｅＴが決定されるとステップＳ５８において制御はメインルーチンに戻される。その後、回転速度ＮｅＴとなるようにエンジンが制御される。

以上説明したように、実施の形態１では、燃圧センサの異常診断のために目標燃圧を定めて燃圧センサで実燃圧の測定をする際に、燃料配管系から定まるあらかじめ定められた範囲（共鳴範囲：図７のＮＬ〜ＮＨ）を避けるようにエンジンの回転速度をシフトさせる。特に、エンジン始動時などでは、通常であればアイドル運転の回転速度（アイドル回転速度という）が目標回転速度として設定されるが、
アイドル回転速度は共鳴を発生させる回転速度に近いので、燃圧センサの診断時にはアイドル回転速度よりも高い回転速度でエンジンが運転される。これによって、燃圧の脈動が顕著となる共鳴現象を避けて燃圧センサの異常診断を行なうことができるので、診断の精度が向上する。

なお、図７ではエンジンパワーを変えないようにしてエンジン回転速度をシフトさせる例を示したが、図７においてエンジンパワーをＰＥ２からＰＥに増加させることによってエンジン回転速度を燃費ラインＦ上でシフトさせて共鳴範囲から離脱させても良い。この場合、増加させたパワー分についてはバッテリ７０に充電を行なうようにしても良い。

［実施の形態２］
実施の形態１では、高圧ポンプを起振源とする燃圧の脈動の周波数を決めることとなるエンジン回転速度を、共鳴現象が発生しやすい範囲から外すように目標エンジン回転速度を設定する構成について説明した。実施の形態２では、フィードポンプの目標燃圧を高い方にシフトさせることにより脈動の振幅を低減させて、共鳴時の燃圧センサ検出値のノイズを抑制する構成について説明する。なお、実施の形態１の基本構成およびスタック検出の基本制御を示した図１、図２、図４は実施の形態２でも共通に適用されるが、ここでは説明は繰り返さない。

図９は、燃圧脈動の振幅と目標燃圧との関係を説明するための図である。図１０を参照して、横軸にはエンジン回転速度Ｎｅが示され、縦軸には燃圧脈動振幅［ｋＰａ］が示されている。

本願発明者らの実験によれば、目標燃圧ＰをＰ＝４００［ｋＰａ］，５３０［ｋＰａ］，６００［ｋＰａ］と変化させた場合、各エンジン回転速度で燃圧が高い方が燃圧脈動の振幅が小さくなることが分かった。

特に、低圧燃圧センサ５３ａのスタック検出を行なう時は、エンジン始動直後であるのでアイドル周波数ＮｅＸ付近に目標エンジン回転速度が設定される場合が多いが、アイドル周波数ＮｅＸ付近では目標燃圧を高く設定すると脈動の振幅が大きく低減される。

したがって、アイドル周波数ＮｅＸ付近で燃圧センサの異常診断を行なう際には、フィードポンプの目標燃圧を高い方にシフトさせることによって共鳴時の脈動の振幅低減が可能となる。

図１０は、実施の形態２における燃圧センサのスタック検出時の目標燃圧の変化の様子を説明するための波形図である。図１０において、実線で示した波形ＴＷ１は、図３で説明したスタック検出の場合と同様に目標燃圧を変化させた場合を示し、破線で示した波形ＴＷ２は、アイドル周波数ＮｅＸ付近で燃圧センサの異常診断を行なう際に、フィードポンプの目標燃圧を高い方にシフトさせた場合の一例を示している。

波形ＴＷ１では、目標燃圧は、時刻ｔ１１〜ｔ１２においてＰＨ＝５３０［ｋＰａ］に設定され、時刻ｔ１２〜ｔ１３においてＰＬ＝４００［ｋＰａ］に設定されている。これに対して、波形ＴＷ２では、目標燃圧は、時刻ｔ１１〜ｔ１２においてＰＨ＝６００［ｋＰａ］に設定され、時刻ｔ１２〜ｔ１３においてＰＬ＝５３０［ｋＰａ］に設定されており、ＰＨ、ＰＬとも波形ＴＷ１よりも高い方にシフトして設定されている。

図１１は、実施の形態２において実行される目標燃圧の設定処理を説明するためのフローチャートである。図１１を参照して、まずステップＳ７１において制御装置１００は、低圧燃圧センサ５３ａのスタック検出中であるか否かを判断する。スタック検出は、図３および図４で説明したように目標燃圧を変化させて低圧燃圧センサ５３ａの検出値を確認する処理である。

ステップＳ７１において、低圧燃圧センサ５３ａのスタック検出中でない場合には（Ｓ７１でＮＯ）、ステップＳ７２に処理が進められる。ステップＳ７２では、目標燃圧は通常運転を行なう場合の燃圧（たとえば４００［ｋＰａ］）に設定される。

ステップＳ７１において、低圧燃圧センサ５３ａのスタック検出中であった場合には（Ｓ７１でＹＥＳ）、ステップＳ７３に処理が進められる。ステップＳ７３では、エンジン目標回転速度ＮｅＣが所定範囲内であるか否かが判断される。ここでの所定範囲は、たとえば、燃料配管系の固有周波数に対応するエンジン回転速度（ここでは、脈動中心と呼ぶ）から±３００ｒｐｍの回転速度範囲であるが、範囲は適宜実験的に定めた値であれば良く、これに限定されない。

ステップＳ７３において、目標回転速度ＮｅＣが所定範囲内であると判断された場合には（Ｓ７３でＹＥＳ）、ステップＳ７４に処理が進められ、共鳴による燃圧の脈動が低減するように目標燃圧ＰＨ，ＰＬの各々をシフトさせる処理が行なわれる。たとえば所定範囲が脈動中心±３００ｒｐｍであった場合には、脈動が低減する燃圧、すなわち燃圧ＰＨ＝６００［ｋＰａ］、ＰＬ＝５３０［ｋＰａ］に目標燃圧が設定される。図４のスタック検出の基本処理が実行されると図１０の破線ＴＷ２で示すように目標燃圧が変化する。これにより、低圧デリバリーパイプ５３における燃圧の脈動の振幅は小さくなるので、エンジン回転速度が共鳴範囲内にあっても低圧燃圧センサ５３ａの検出値が安定し、低圧燃圧センサ５３ａの故障診断の精度が向上する。

なお、ステップＳ７３において目標回転速度ＮｅＣが所定範囲の外であると判断された場合には（Ｓ７３でＮＯ）、共鳴現象は起こらないので、ステップＳ７５に処理が進められ、目標燃圧がＰＨ＝５３０［ｋＰａ］、ＰＬ＝４００［ｋＰａ］に設定される。

ステップＳ７２，Ｓ７４，Ｓ７５のいずれかにおいて、目標燃圧が設定されると制御はメインルーチンに戻される。

以上説明したように、実施の形態２によれば、スタック検出を行なう場合にエンジン回転速度が燃圧の脈動の共鳴を起こしやすい所定範囲である場合には、燃圧を上げて脈動の振幅を小さくする。これにより燃圧センサの検出値の精度が向上するので、スタック検出の誤診断などの可能性を低減させることができる。

なお、図１で例示したハイブリッド車両１は、シリーズ・パラレル型のハイブリッド車両であり、エンジン１０およびモータジェネレータ３０の少なくとも一方を駆動源として走行可能に構成されるものであったが、他の方式のハイブリッド自動車であっても本発明は適用可能である。

また、図２では、筒内噴射弁とポート噴射弁とを有する内燃機関を例示したが、本発明は、筒内噴射弁が無くポート噴射弁のみを有する内燃機関に適用することも可能である。

また、実施の形態１のようにエンジン回転速度を変更する処理は、ハイブリッド自動車だけではなく、無段変速機（ＣＶＴ）を搭載した車両にも適用できる。

さらに、実施の形態１，２の脈動の共鳴を影響を少なくした状態でのスタック検出処理は、一度スタック検出で故障と診断された場合に、共鳴現象による誤検出でないことを確認するために行なっても良い。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ハイブリッド車両、１０ エンジン、１１ シリンダ、１５ 燃料供給装置、１６ 回転軸、２０，３０ モータジェネレータ、２１ 吸気ポート、３６ 吸気マニホールド、４０ 動力分割機構、５０ 低圧燃料供給機構、５１ 燃料圧送部、５２，５２ａ 低圧燃料配管、５３ 低圧デリバリーパイプ、５３ａ 低圧燃圧センサ、５４ ポート噴射弁、５４ａ，８４ａ 噴孔部、５８ リダクション機構、６２ 駆動輪、７０ バッテリ、８０ 高圧燃料供給機構、８１ 高圧ポンプ、８２ 高圧燃料配管、８２ａ チェック弁、８３ 高圧デリバリーパイプ、８３ａ 高圧燃圧センサ、８４ 筒内噴射弁、９０ 上流側管、９１ 下流側管、９２ パルセーションダンパ、９３ 高圧ポンプ本体、９４ 電磁スピル弁、１００ 制御装置、１４１ エンジンＥＣＵ、１４２ モータＥＣＵ、１４３ バッテリＥＣＵ、５１１ 燃料タンク、５１２ フィードポンプ、５１３ サクションフィルタ、５１４ 燃料フィルタ、５１５ リリーフ弁、５１６ 燃料管、９３１ ポンプハウジング、９３１ａ 加圧室、９３２ プランジャ、９３３ カムシャフト、９３３ａ カム、９３４ フォロアリフタ、９３５ ばね。

Claims (3)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、
   吸気通路に噴射するための燃料を貯留する貯留部と、
   燃料を加圧して前記貯留部に供給するフィードポンプと、
   筒内に噴射するための燃料を貯留する高圧貯留部と、
   前記内燃機関の回転に応じて駆動され、燃料を加圧して前記高圧貯留部に供給する高圧ポンプと、
   前記貯留部に貯留される燃料の圧力を検出する燃圧センサとを含み、
   前記貯留部の圧力は前記高圧貯留部の圧力よりも低く設定され、
   前記制御装置は、前記燃圧センサの検出値に基づいて前記フィードポンプを制御し、前記燃圧センサの異常診断を実行する場合には、前記燃圧センサの異常診断を実行しない場合よりも、前記内燃機関の回転速度を上昇させる、内燃機関の制御装置。
2. 前記制御装置は、トルクおよび回転速度によって規定される動作線と、前記内燃機関に要求されるパワーとに基づいて前記内燃機関の目標回転速度と目標トルクとを決定し、
   前記制御装置は、前記燃圧センサの異常診断を実行しない場合には、前記目標回転速度および前記目標トルクが得られるように前記内燃機関を制御し、前記燃圧センサの異常診断を実行する場合には、前記目標回転速度よりも回転速度が高くなるように前記内燃機関を制御する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記フィードポンプは、前記制御装置の指令に基づいて回転速度が可変な電動式ポンプであり、
   前記高圧ポンプは、前記内燃機関の回転に伴って回転するカムによって駆動されるように構成された機械式ポンプであり、
   前記制御装置は、前記燃圧センサにおいて検出される前記高圧ポンプの作動に起因する脈動成分を、前記目標回転速度よりも前記内燃機関の回転速度を上昇させることによって低減する、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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