特許 6435984 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6435984

(24)【登録日】2018年11月22日

(45)【発行日】2018年12月12日

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/06 20060101AFI20181203BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20181203BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20181203BHJP

   F02D 41/14 20060101ALI20181203BHJP

   F02D 41/02 20060101ALI20181203BHJP

【ＦＩ】

   F02D19/06 B

   F02D45/00 368H

   F02D41/04 325Z

   F02D41/14 310D

   F02D41/02 301K

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-99362(P2015-99362)

(22)【出願日】2015年5月14日

(65)【公開番号】特開2016-217160(P2016-217160A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2017年7月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100549

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 嘉之

(74)【代理人】

【識別番号】100085006

【弁理士】

【氏名又は名称】世良 和信

(74)【代理人】

【識別番号】100113608

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 明

(74)【代理人】

【識別番号】100123319

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 武彦

(74)【代理人】

【識別番号】100123098

【弁理士】

【氏名又は名称】今堀 克彦

(74)【代理人】

【識別番号】100143797

【弁理士】

【氏名又は名称】宮下 文徳

(72)【発明者】

【氏名】中島 俊哉

(72)【発明者】

【氏名】谷口 聡

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 雅紀

【審査官】 佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１３６３８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０３６０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２０２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０２０９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２４６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１９０３１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １９／０６

Ｆ０２Ｄ ４１／０２

Ｆ０２Ｄ ４１／０４

Ｆ０２Ｄ ４１／１４

Ｆ０２Ｄ ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガソリン用燃料噴射弁及びガス燃料用燃料噴射弁と、排気系に配設された空燃比センサとを備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関にガソリンを供給せずにガス燃料を供給した場合における目標空燃比と前記空燃比センサにより検出された実空燃比との差が第１規定値を超え、且つ、前記内燃機関にガス燃料を供給せずにガソリンを供給した場合における目標空燃比と前記空燃比センサにより検出された実空燃比との差が第２規定値を超えない状態となることを検知する検知手段と、
前記検知手段により前記状態となったことが検知されたときに、ガス燃料にオイルが混入した旨の警告を発する警告手段と、
前記検知手段により前記状態となったことが検知された後、ガス燃料を供給せずにガソリンを供給している場合であるガソリン運転中において、前記内燃機関へのガソリン供給が前記内燃機関のクランクシャフトの回転中に停止されるときに、前記ガス燃料用燃料噴射弁を空打ちすることにより前記ガス燃料用燃料噴射弁を掃気する掃気手段と、
を含むことを特徴と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、内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料としてＣＮＧとガソリンとを使用可能なエンジンの燃焼状態が正常か異常かを、空燃比フィードバック量に基づき、燃料切替の前後において判定し、双方の判定結果から、エンジンの異常部位を特定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１３６３８７号

【特許文献2】特開２０１３−２２４６４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＣＮＧ等のガス燃料を車両に充填するスタンドでは、ガス燃料をコンプレッサで加圧するため、車両内のガス燃料タンク内にコンプレッサオイル（以下、単にオイルと表記する）が混入することがある。従って、燃料としてガス燃料とガソリンとを使用可能なエンジンでは、ガス燃料に混入したオイルがインジェクタに流入することにより、インジェクタがつまる恐れがある。

【0005】

そこで、本発明の課題は、ガソリン用燃料噴射弁とガス燃料用燃料噴射弁とを備えた内燃機関におけるガス燃料用燃料噴射弁のつまりを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の、ガソリン用燃料噴射弁及びガス燃料用燃料噴射弁と、排気系に配設された空燃比センサとを備えた内燃機関の制御装置は、前記内燃機関にガソリンを供給せずにガス燃料を供給した場合における目標空燃比と前記空燃比センサにより検出された実空燃比との差が第１規定値を超え、且つ、前記内燃機関にガス燃料を供給せずにガソリンを供給した場合における目標空燃比と前記空燃比センサにより検出された実空燃比との差が第２規定値を超えない状態となることを検知する検知手段と、前記検知手段により前記状態となったことが検知されたときに、ガス燃料にオイルが混入した旨の警告を発する警告手段と、前記検知手段により前記状態となったことが検知された後、ガス燃料を供給せずにガソリンを供給している場合であるガソリン運転中において、前記内燃機関へのガソリン供給が前記内燃機関のクランクシャフトの回転中に停止されると
きに、前記ガス燃料用燃料噴射弁を空打ちすることにより前記ガス燃料用燃料噴射弁を掃気する掃気手段と、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ガス燃料用燃料噴射弁が空打ちされるため、ガス燃料用燃料噴射弁のつまりを抑制することができる。また、本発明によれば、ガス燃料にオイルが混入したことをユーザに通知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関システムの概略構成図である。

【図2A】図２Ａは、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵが行うオイル混入検出処理の流れ図である。

【図2B】図２Ｂは、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵが行うオイル混入対応処理の流れ図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵが行うオイル混入検出処理及びオイル混入対応処理の内容の説明図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵが行うオイル混入検出処理の流れ図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵが行うオイル混入検出処理及びオイル混入対応処理の内容の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0010】

《第１実施形態》
図１に、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関システムの概略構成を示す。

【0011】

まず、図１に示した内燃機関システムの構成を説明する。この内燃機関システムは、車両に搭載されるシステムである。図示してあるように、内燃機関システムは、内燃機関１０、ガソリンタンク２０、ＣＮＧタンク３０、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵ(Electronic Control Unit）４０等を、備える。

【0012】

内燃機関１０は、各気筒に点火プラグ１１が取り付けられている４気筒の内燃機関である。内燃機関１０の各吸気ポート１０ａには、フィードポンプ２１により送られてくるガソリンタンク２０内のガソリンを吸気ポート１０ａ内に噴射するためのガソリン用インジェクタ２５が設けられている。

【0013】

内燃機関１０の各吸気ポート１０ａは、インテークマニホールド（以下、インマニとも表記する）１３を介して吸気通路１５と接続されている。吸気通路１５には、エアクリーナ４１、空気量センサ５１、スロットルバルブ４２が、この順に上流側から配設されている。

【0014】

インマニ１３には、インマニ１３の温度を検出するための温度センサ５２と、インマニ１３内の圧力を検出するための圧力センサ５３とが取り付けられている。また、インマニ１３の各枝管１３ａには、ＣＮＧタンク３０からのＣＮＧを吸気ポート１０ａに向けて噴射するＣＮＧ用インジェクタ３５が設けられている。

【0015】

各ＣＮＧ用インジェクタ３５は、ＣＮＧ用デリバリ３２及びガス配管３１を介してＣＮＧタンク３０と接続されている。ガス配管３１の途中には、ＣＮＧ用デリバリ３２に供給するＣＮＧの圧力を調整するためのレギュレータ３３が配設されている。尚、このレギュレータ３３は、ＣＮＧ用デリバリ３２側へのＣＮＧの供給を遮断するためのＣＮＧ遮断弁、及び、レギュレータ３３を通過するＣＮＧからオイルを除去するためのオイルフィルターを備えたものである。

【0016】

ガス配管３１のレギュレータ１３よりも上流側（ＣＮＧタンク３０側）の部分には、それぞれ、ガス配管３１内のＣＮＧの圧力、温度を測定するための圧力センサ５４、温度センサ５５が設けられている。

【0017】

内燃機関１０の各排気ポート（図示略）には、エキゾーストマニホールド（以下、エキマニとも表記する）１７を介して排気通路１８が接続されている。エキマニ１７のコレク
ター部１７ａには、空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するための空燃比センサ５６が設けられている。また、排気通路１８の途中には、内燃機関１０の排気を浄化するための触媒４４が設けられている。

【0018】

ＥＣＵ４０は、上記したセンサ５１〜５６やアクセル開度センサ５８等からの信号に基づき、内燃機関システムの各部（インジェクタ２５，２６等）を統合的に制御するユニットである。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory；本実施形態では、フラッシュＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成
されており、ＥＣＵ４０のＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム（ファームウェア）が記憶されている。また、ＥＣＵ４０には、内燃機関システムを搭載した車両のインストルメント・パネルに設けられているエンジン警告灯４６、オイルオーバーフロー警告灯４７等も電気的に接続されており、ＥＣＵ４０は、各警告灯４６、４７の制御も行う。

【0019】

以下、ＥＣＵ４０の機能を具体的に説明する。

【0020】

ＥＣＵ４０は、基本的には、状況に応じて燃料を切り替えつつ、空燃比センサ５６により検知される空燃比（以下、実空燃比とも表記する）を目標空燃比とする空燃比フィードバック制御を行うユニットである。尚、“状況”とは、暖機が完了しているか否か、ユーザ（ドライバ）がガソリン運転を希望しているか否か、要求負荷がＣＮＧ運転可能な負荷（低中負荷）であるか否か等の状況のことである。

【0021】

ただし、ＥＣＵ４０は、ＣＮＧ運転時、図２Ａに示した手順のオイル混入検出処理を繰り返すように構成（プログラミング）されている。

【0022】

オイル混入検出処理の実行を開始したＥＣＵ４０は、図示してあるように、まず、定常時における空燃比センサ５６の振れ幅ΔＡＦを検出する（ステップＳ１０１）。尚、定常時とは、目標空燃比の時間変化量が予め定められている変化量閾値以下である期間（時間帯）のことである。また、空燃比センサ５６の振れ幅ΔＡＦとは、空燃比センサ５６の出力（実空燃比を示す値）の振れ幅のことである。

【0023】

その後、ＥＣＵ４０は、検出した振れ幅ΔＡＦが、第１規定値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、第１規定値とは、振れ幅ΔＡＦが、その値より大きな場合、ＣＮＧ用インジェクタ３５にオイルが流入し、その結果として気筒内にオイルが供給されている（又は、空燃比センサ５６及び／又はＥＣＵ４０に何らかの故障が生じている）と判断できるように予め設定される値（例えば、１．０）のことである。

【0024】

尚、既に説明したように、ＥＣＵ４０は、実空燃比を目標空燃比とする空燃比フィードバック制御を行うユニットである。従って、振れ幅ΔＡＦを規定する値が大きな方の空燃比は、通常、目標空燃比とほぼ一致する。そのため、上記内容の判断で、内燃機関１０にガソリンを供給せずにＣＮＧを供給した場合における目標空燃比と空燃比センサ５６により検出された実空燃比との差が第１規定値を超えるか否かを判断できることになる。

【0025】

振れ幅ΔＡＦが第１規定値を超えていなかった場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、ＥＣＵ４０は、このオイル混入検出処理を終了する。

【0026】

一方、振れ幅ΔＡＦが第１規定値を超えていた場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、図２Ｂに示した手順のオイル混入対応処理を開始して、まず、ガソリン運転に切り替える処理（ステップＳ１１０）を行う。すなわち、ＥＣＵ４０は、このステップＳ１１０にて、内燃機関１０に供給する燃料を、ＣＮＧからガソリンに変更するための処理を行う。

【0027】

尚、流れ図（図２Ａ）への表記は省略してあるが、ＥＣＵ４０は、上記したオイル混入検出処理の実行中に、“ΔＡＦ＞第１規定値”とは異なるガソリン運転への切り替え条件が満たされた場合（ユーザがガソリン運転を要求した場合、要求負荷が高負荷となった場合等）には、オイル混入検出処理を終了して、内燃機関１０のガソリン運転を開始する。

【0028】

ステップＳ１１０にて、ＥＣＵ４０は、所定時間の経過を待機する処理も行う。ここで、所定時間とは、燃料をＣＮＧからガソリンへ切り替えた後、振れ幅ΔＡＦが安定するまでに要する時間として予め定められている時間のことである。

【0029】

そして、所定時間の経過を待機したＥＣＵ４０は、ステップＳ１１０の処理を終了して、定常時における空燃比センサ５６の振れ幅ΔＡＦを検出する（ステップＳ１１１）。

【0030】

次いで、ＥＣＵ４０は、検出した振れ幅ΔＡＦが、第２規定値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１１２）。ここで、第２規定値とは、振れ幅ΔＡＦが、その値より大きな場合、空燃比センサ５６及び／又はＥＣＵ４０に何らかの故障が生じていると判断できるように予め設定される値のことである。尚、この第２規定値は、上記した第１規定値と同じ値であっても良い。

【0031】

振れ幅ΔＡＦが第２規定値を超えていた場合（ステップＳ１１２；ＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、エンジン警告灯４６を点灯させて（ステップＳ１１３）から、このオイル混入対応処理を終了する。

【0032】

すなわち、ＣＮＧ運転中の振れ幅ΔＡＦが第１規定値を超えており（図２Ａ：ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、ガソリン運転中の振れ幅ΔＡＦが第２規定値を超えている場合（図２Ｂ：ステップＳ１１２；ＹＥＳ）、空燃比センサ５６及び／又はＥＣＵ４０に何らかの故障が生じていると判断することが出来る。そのため、この場合、修理が必要である旨をユーザ（ドライバ）に通知するために、エンジン警告灯４６が点灯される。

【0033】

以下、振れ幅ΔＡＦが第２規定値以下である場合（ステップＳ１１２；ＮＯ）におけるＥＣＵ４０の制御内容を、図３も用いて説明する。

【0034】

振れ幅ΔＡＦが第２規定値以下である場合（ステップＳ１１２；ＮＯ）、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１１４にて、オイルオーバーフロー警告灯４７を点灯させる処理と、ＣＮＧ運転を禁止する処理とを行う。さらに、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１１４において、後述するステップＳ１１５におけるＣＮＧ用インジェクタの空打ちを可能とするために、レギュレータ３３のＣＮＧ遮断弁を閉じる処理も行う。

【0035】

すなわち、図３（Ａ）に模式的に示したように、ＣＮＧ運転中の振れ幅ΔＡＦが第１規定値を超えており、ガソリン運転への切り替え後の振れ幅ΔＡＦが第２規定値以下である場合、レギュレータ３３のオイルフィルターがオーバフローしてオイルがＣＮＧ用インジェクタ３５に流入したと判断することが出来る。そのため、オイルオーバーフロー警告灯４６を点灯させることにより、図３（Ｂ）に示してあるように、ユーザに、ＣＮＧにオイルが混入した旨（オイルフィルターからオイルがオーバフローした旨、オイルフィルター内のオイルを排出すべき旨）の警告がなされる。また、オイルフィルターによりオイルが除去できない状態でＣＮＧ運転が行われることは好ましいことではない。そのため、ＣＮＧ運転を禁止する処理（ＣＮＧ運転が禁止されていることを記憶する処理）も行われる。

【0036】

ステップＳ１１４（図２Ｂ）の処理を終えたＥＣＵ４０は、ステップＳ１１５にて、内燃機関１０へのガソリン供給が内燃機関１０のクランクシャフトの回転中に停止されると
き（図２Ｂでは、“ガソリン供給停止時”）に、ＣＮＧ用インジェクタ３５を空打ちすることによって、ＣＮＧ用インジェクタ３５を掃気する処理を行う。

【0037】

具体的には、このステップＳ１１５にて、ＥＣＵ４０は、実行中の他処理により燃料カットが開始されるのを待機（監視）する。燃料カットが開始された場合、ＥＣＵ４０は、レギュレータ３３のＣＮＧ遮断弁から各ＣＮＧ用インジェクタ３５までのデッドボリュームを吹き切れる時間として予め設定されている時間（例えば、５サイクル分の時間）だけ、ＣＮＧ用インジェクタ３５を空打ちする（図３（Ｂ）、（Ｃ）参照）。

【0038】

そして、上記内容の空打ちを終えたＥＣＵ４０は、ステップＳ１１５の処理及びこのオイル混入対応処理（図２Ｂの処理）を終了する。

【0039】

以上、説明したように、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０にガソリンを供給せずにＣＮＧを供給した場合におけるΔＡＦが第１規定値を超え、内燃機関１０にＣＮＧを供給せずにガソリンを供給した場合におけるΔＡＦが第２規定値を超えない状態となったことを検知した場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ、Ｓ１１２；ＮＯ）、ＣＮＧにオイルが混入した旨の警告を発する（ステップＳ１１４）。また、ＥＣＵ４０は、その後、内燃機関１０へのガソリン供給が内燃機関１０のクランクシャフトの回転中に停止されるときに、ＣＮＧ用インジェクタ３５を空打ちする（ステップＳ１１５）ことによって、ＣＮＧ用インジェクタ３５を掃気する。

【0040】

従って、ＥＣＵ４０によれば、ＣＮＧ用インジェクタ３５のつまりを抑制することができると共に、ＣＮＧにオイルが混入したことをユーザに通知することができる。

【0041】

《第２実施形態》
以下、第１実施形態の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵ４０について、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵ４０と異なる部分を中心に説明する。尚、以下では、第１、第２実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵ４０のことを、それぞれ、第１、第２ＥＣＵ４０と表記する。

【0042】

第２ＥＣＵ４０は、上記したオイル混入検出処理（図２Ａ；以下、第１オイル混入検出処理とも表記する）の代わりに、図４に示した手順のオイル混入検出処理（以下、第２オイル混入検出処理とも表記する）を実行するように、第１ＥＣＵ４０を変形したユニットである。

【0043】

この第２オイル混入検出処理のステップＳ２０１の処理は、第１オイル混入検出処理（図２Ａ）のステップＳ１０１の処理と同じ処理である。

【0044】

続くステップＳ２０２では、『ΔＡＦ＞第１規定値』が成立しているか否かではなく、単位時間（例えば、３０００サイクル分の時間）当たりの『ΔＡＦ＞第１規定値』の成立回数が、閾値（例えば、１０）を超えているかが判断される。

【0045】

そして、第２ＥＣＵ４０は、単位時間当たりの『ΔＡＦ＞第１規定値』の成立回数が、閾値を超えていなかった場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）には、第２オイル混入検出処理を終了する。また、第２ＥＣＵ４０は、単位時間当たりの『ΔＡＦ＞第１規定値』の成立回数が、閾値を超えていた場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）には、上記したものと同内容のオイル混入対応処理（図２Ｂ）を実行する。

【0046】

『ΔＡＦ＞第１規定値』が成立しているか否かで、ＣＮＧ用インジェクタ３５にオイル
が流入しているか否かを判断する第１オイル混入検出処理では、空燃比センサ５６の出力に一時的に大きなノイズが載ってしまった場合等に誤判定がなされることが考えられる。一方、単位時間当たりの『ΔＡＦ＞第１規定値』の成立回数が閾値を超えているか否かでＣＮＧ用インジェクタ３５にオイルが流入しているか否かを判断するようにしておけば、図５に示してあるような状況となった場合に限り、ＣＮＧにオイルが混入したと判定されるようにすることが出来る。従って、第２ＥＣＵ４０によれば、誤判定が殆どない形で、ＣＮＧにオイルが混入したことをユーザに通知することができることになる。

【0047】

《変形形態》
上記した技術は、各種の変形を行うことが出来るものである。例えば、各実施形態に係るＥＣＵ４０を、上記したものと同様の判断を、ガソリン運転からＣＮＧ運転への切り替え時に行うユニットに変形しても良い。また、オイル混入対応処理（図２Ｂ）を、オイルが混入したことをユーザに音声等で通知する処理に変形しても良い。また、ＥＣＵ４０により制御される内燃機関１０が、インジェクタ２５、３５の取り付け位置が上記したものとは異なる内燃機関、ＣＮＧの供給系にオイルフィルターが設けられていない内燃機関、ＣＮＧではないガス燃料（例えば、水素）が使用される内燃機関、船舶用の内燃機関等であっても良いことは、当然のことである。

【符号の説明】

【0048】

１０・・・内燃機関
１０ａ・・・吸気ポート
１１・・・点火プラグ
１３・・・インテークマニホールド
１３ａ・・・枝管
１５・・・吸気通路
１７・・・エキゾーストマニホールド
１７ａ・・・コレクター部
１８・・・排気通路
２０・・・ガソリンタンク
２１・・・フィードポンプ
２５・・・ガソリン用インジェクタ
３０・・・ＣＮＧタンク
３１・・・ガス配管
３２・・・ＣＮＧ用デリバリ
３３・・・レギュレータ
３５・・・ＣＮＧ用インジェクタ
４０・・・ＥＣＵ
４１・・・エアクリーナ
４２・・・スロットルバルブ
４４・・・触媒
４６・・・エンジン警告灯
４７・・・オイルオーバーフロー警告灯
５１・・・空気量センサ
５２，５５・・・温度センサ
５３，５４・・・圧力センサ
５６・・・空燃比センサ
５８・・・アクセル開度センサ

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】