(57)【要約】【課題】高圧燃料系の故障を的確に検出する高圧燃料供給システムを提供する。【解決手段】本発明で提供する高圧燃料供給システムは、燃料タンクから燃料を送り出すためのフィードポンプと、フィードポンプから燃料を受け取る高圧燃料ポンプと、高圧燃料ポンプに連結され、燃料噴射装置に燃料を供給するデリバリパイプと、デリバリパイプ内の燃料の圧力を検出する燃料圧力センサと、圧力センサの出力に基づいて、デリバリパイプ内の燃料の圧力を所定の圧力になるようフィードバック制御する電子制御ユニットと、を備えている。電子制御ユニットは、フィードバック制御のフィードバック係数の状態に基づいて高圧燃料供給システムの異常を判定するよう構成されている。この発明によると、燃圧制御に用いるフィードバック係数の状態に基づいて高圧燃料供給システムの異常を検出することができるので、速やかに故障対策アクションをとることが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内直噴エンジンの高圧燃料供給システムであって、
燃料タンクから燃料を送り出すためのフィードポンプと、
前記フィードポンプから燃料を受け取る高圧燃料ポンプと、
前記高圧燃料ポンプに連結され、燃料噴射装置に燃料を供給するデリバリパイプと、
前記デリバリパイプ内の燃料の圧力を検出する燃料圧力センサと、
前記圧力センサの出力に基づいて、前記デリバリパイプ内の燃料の圧力を所定の圧力になるようフィードバック制御する電子制御ユニットと、
を備え、前記電子制御ユニットは、前記フィードバック制御のフィードバック係数の状態に基づいて前記高圧燃料供給システムの異常を判定するよう構成されている、高圧燃料供給システム。  
【請求項２】
前記異常が判定されることに応じて、前記高圧燃料ポンプを停止させるよう構成された、請求項１に記載の高圧燃料供給システム。
【請求項３】
前記異常が判定されることに応じて、成層燃焼を禁止するよう構成された、請求項２に記載の高圧燃料供給システム。
【請求項４】
前記異常が判定されることに応じて、比較的低いエンジン回転数で燃料カットを実行させるよう構成された、請求項２に記載の高圧燃料供給システム。
【請求項５】
前記デリバリパイプが、所定値以上の圧力を逃がすためのリリーフバルブを備える請求項１に記載の高圧燃料供給システム。
【請求項６】
前記フィードバック係数が前記燃料圧力センサの検出値と目標圧力値との偏差から算出される補正量であって、前記フィードバック係数が上限値または下限値付近にはりついたときに異常と判定する、請求項１に記載の高圧燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直噴エンジンにおいて、高圧燃料系の異常判別および対応処置が可能な高圧燃料供給システムに関する
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの分野では、省燃費の観点からリーンバーン（希薄燃焼）が注目を集めている。しかし、リーンバーンエンジンには、点火と燃焼が不安定なことと、出力トルクが小さいという問題点がある。このような問題解決の一手法として直噴エンジンが挙げられる。
【０００３】
直噴エンジンは、シリンダ内に燃料を直接噴射して点火プラグ周辺に燃焼しやすい混合気、それ以外は燃料の含まれない空気層を形成することにより、全体としては希薄な混合気でも安定した燃焼、いわゆる成層燃焼を実現する。この成層燃焼により、リーン状態でも確実な点火、燃焼と充分なトルク出力を実現すると共に、低燃費も実現することができる。
【０００４】
ただし、直噴エンジンにおいては、噴出する燃料の圧力を通常よりも高圧にする必要がある。ピストン圧縮行程時に燃料を噴出するので、シリンダ内部の圧縮された空気よりも高い圧力を与えなければ燃料を噴射できないからである。燃料の圧力を高圧にする方法としては、例えば、燃料タンクから送り出された燃料を高圧燃料ポンプで加圧する方法がある。
【０００５】
このように、直噴エンジンの安定した運転を実現するためには、高圧燃料ポンプなど高圧燃料供給システムの機能が不可欠である。もし高圧燃料供給システムに何らかの異常が発生した場合は、燃料圧力が充分に高くならない状況が発生する可能性がある。このとき、燃料噴出が不十分となってエンジンの成層燃焼に支障が生じてしまう。従って、高圧燃料供給システムに問題が発生した場合、異常を速やかに検知して対応処置を行わなければならない。従来技術において、例えば特許文献１では、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を検出し、検出された燃料圧力が所定の要求値よりも低いか否かを判断する。そして、燃料圧力が要求値より低いと判断されたとき、燃焼方式を均質燃焼に設定して成層燃焼を中止させている。
【特許文献１】特開2000-145517
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、燃圧センサの出力に基づいて燃料圧力を維持しているが、高圧燃料系の故障の検知に十分な対策がとられていない。この発明は、高圧燃料系の故障を的確に検出する高圧燃料供給システムを提供する。また、この発明は、高圧燃料系の故障の発生に応じた処置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明で提供する高圧燃料供給システムは、燃料タンクから燃料を送り出すためのフィードポンプと、フィードポンプから燃料を受け取る高圧燃料ポンプと、高圧燃料ポンプに連結され、燃料噴射装置に燃料を供給するデリバリパイプと、デリバリパイプ内の燃料の圧力を検出する燃料圧力センサと、圧力センサの出力に基づいて、デリバリパイプ内の燃料の圧力を所定の圧力になるようフィードバック制御する電子制御ユニットと、を備えている。電子制御ユニットは、フィードバック制御のフィードバック係数の状態に基づいて高圧燃料供給システムの異常を判定するよう構成されている。
【０００８】
この発明によると、燃圧制御に用いるフィードバック係数の状態に基づいて高圧燃料供給システムの異常を検出することができるので、速やかに故障対策アクションをとることが可能になる。
【０００９】
フィードバック係数は、燃料圧力センサの検出値と目標圧力値との偏差から算出される補正量である。一つの形態では、このフィードバック係数が上限値または下限値にはりついた場合に、電子制御ユニットは高圧燃料供給システムの異常を判定する。
【００１０】
この発明の一形態では、高圧燃料供給システムの異常が判定された場合、電子制御ユニットは、高圧燃料ポンプを停止させる、成層燃焼を禁止させる、または比較的低いエンジン回転数で燃料カットを実行させる、といった対応処置をとる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、高圧燃料供給システムの概略図である。このシステムは、燃料タンクから燃料を送り出すためのフィードポンプ４１と、フィードポンプ４１から燃料を受取る高圧燃料ポンプ４７と、高圧燃料ポンプに連結され、燃料噴射装置３５に燃料を供給するデリバリパイプ３１と、デリバリパイプ３１内の燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ３３と、燃料圧力センサ３３の出力に基づいて、デリバリパイプ３１内の燃料の圧力を所定の圧力になるようフィードバック制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０と、所定値以上の圧力を逃がすためのリリーフバルブ３７と、を備えている。
【００１２】
フィードポンプ４１から吐出される燃料は、プレッシャレギュレータ４３内に導入される。プレッシャレギュレータ４３は低圧燃料通路４４によって高圧ポンプ４７へ接続されており、プレッシャレギュレータ４３を通過した燃料は、低圧燃料通路４４によって高圧ポンプ４７へ導入される。低圧燃料通路４４内を通過する燃料の圧力は、プレッシャレギュレータ４３によってほぼ一定の圧力に調圧されている。
【００１３】
高圧燃料ポンプ４７は、カム５３の回転に基づき往復運動するプランジャ５１と、プランジャ５１の往復運動によって容積が変化する加圧室４９とを備えている。プランジャ５１が加圧室４９の容積を小さくする方向に移動することにより、加圧室内に導入された燃料を高圧に加圧する。
【００１４】
また、高圧燃料ポンプ４７は、ソレノイド４５への印可電圧によってスピル弁４６の開閉動作を行うソレノイドバルブ４８を備えている。ソレノイドバルブ４８は、低圧燃料通路４４と加圧室４９の間に配置され、両者間を連通・遮断する。ソレノイドバルブ４８は、加圧室４９の容積を大きくする方向にプランジャ５１が移動するとき、ソレノイド４５への通電が停止されてスピル弁４６が開き、低圧燃料通路４４と加圧室４９を連通する。また、ソレノイドバルブ４８は、加圧室４９の容積を小さくする方向にプランジャ５１が移動するとき、ソレノイド４５への通電が実行されてスピル弁４６が閉じ、低圧燃料通路４４と加圧室４９の間が遮断される。
【００１５】
高圧燃料ポンプ４７は、ソレノイドバルブ４８の開閉を制御することにより、燃料の圧力を制御することが可能となる。すなわち、高圧燃料通路５７およびデリバリパイプ３１内における燃料圧力の調整は、ソレノイドバルブ４８の開閉のタイミングを変更し、高圧燃料ポンプ４７からデリバリパイプ３１へ供給する燃料量を調節することによって行われる。具体的には、加圧室４９の容積が小さくなる方向にプランジャ５１が移動するとき、ソレノイドバルブ４８の弁を閉じるタイミングを遅らせるほど、デリバリパイプ３１へ供給される燃料の圧力が低くなり、燃料量も少なくなる。ソレノイドバルブ４８の開閉制御はＥＣＵ２０を用いて実行されており、詳細は後述する。
【００１６】
高圧燃料ポンプ４７により高圧化された燃料は、プレッシャレギュレータ５５を通過して高圧燃料通路５７を介し、デリバリパイプ３１へ導入される。高圧燃料通路５７およびデリバリパイプ３１内の燃料の圧力は、プレッシャレギュレータ５５によってほぼ一定に調圧されている。
【００１７】
デリバリパイプ３１は、高圧燃料をエンジン１０内部に噴射する燃料噴射装置３５、およびパイプ内の燃料圧力を検出する燃料圧力センサ３３を備えている。燃料圧力センサ３３の検出信号はＥＣＵ２０へ送られる。ＥＣＵ２０はこの検出信号を元に高圧ポンプの圧力補正を行い、最適な燃料圧力を実現するようなソレノイドバルブ４８の開閉制御のための制御入力を生成する。またデリバリパイプ３１は、リリーフバルブ３７をさらに備えており、パイプ内の圧力が所定値を超えると、リリーフバルブ３７を開いてパイプ内の圧力を所定値に下げる。リリーフバルブ３７から放出された高圧燃料は、通路３９を通過しながら圧力を下げ、燃料タンク４０へ戻される。
【００１８】
ＥＣＵ２０は、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、燃料圧力制御、および燃焼方式切り替え制御など、エンジン１０の運転状態を制御するための装置である。このＥＣＵ２０は、上述のような制御を行う中央演算装置や、関数データあるいは演算結果を記憶するためのメモリなどを備えて構成されている。本発明においては、このＥＣＵ２０は、デリバリパイプ３１内の圧力が目標値に近づくように補正量を算出してソレノイドバルブ４８をフィードバック制御する燃料圧力制御、およびフィードバック制御の補正量に基づいてシステム異常を判定するシステムを処理する。
【００１９】
図2は、本発明の高圧燃料供給システムの異常検知方法のフローチャートである。本発明のフィードバック制御は、デリバリパイプ内の燃料圧力センサの検出信号と目標圧力値との偏差に基づいたＰＩＤ制御を行っている。このＰＩＤ制御による入力信号の補正量、すなわちフィードバック量を「フィードバック係数」と定める。本発明の一実施形態では、このフィードバック係数の上限値、下限値を設定しておき、フィードバック係数が上限値または下限値付近にはりついた場合に異常と判定する。以下に図２のフローチャートに沿って詳説する。
【００２０】
ステップＳ１０１からＳ１０７は、エンジンが燃圧異常検知を実行するのに適当な状態であるかどうかを判断するためのステップである。各ステップで不適当と判断された場合はステップＳ１０２へと進み、異常検知処理の中核である処理ステップを外したループとなる。
【００２１】
ステップＳ１０１では、モニタ許可フラグが確認される。エンジンの運転状態が、燃圧異常を判断するためのフィードバック係数のモニタを許可する状態にない場合（フラグが０）は、ステップＳ１０２に進み、モニタが許可される場合（フラグが１）は、ステップ１０３に進む。
【００２２】
ステップＳ１０３では、故障検知実行済みフラグが確認される。故障検知実行済みフラグは、燃圧異常と判断されている場合に１となり、その他は０である。このフラグが一旦１（故障検知）になると、本発明の処理ルーチンでは０に戻ることはなく、故障箇所が修理される際サービス工場で０にリセットされることになる。故障検知が実行済みである場合（フラグが１）は、ステップＳ１０２に進み、故障検知がまだ無い場合（フラグが０）は、ステップＳ１０５へ進む。
【００２３】
ステップＳ１０５では、エンジン始動後に所定時間が経過したかどうかが確認される。始動時は負荷が大きく燃圧が不安定なため、異常判別を行わないためである。所定時間が経過していない場合はステップＳ１０２に進み、所定時間経過の場合はステップＳ１０７に進む。
【００２４】
ステップＳ１０７では、燃圧センサの検出値に基づいてＥＣＵが燃圧のフィードバック制御を実行しているかが確認される。フィードバック制御の処理が実行されていないと、フィードバック係数が変動せず異常判別ができないからである。フィードバック制御が実行されていない場合はステップＳ１０２へ進み、フィードバック制御が実行中の場合はステップＳ１０９へ進む。
【００２５】
ここでステップＳ１０１からＳ１０７において、燃圧異常検出に不適当な状態であると判断された場合に進むステップＳ１０２が含まれるループについて説明する。ステップＳ１０２では、ディレータイマーが所定値に戻される。ディレータイマーの値は、所定値から０まで逐次減算されていくものであり、減算方法は例えば本フローチャートに示す方法の1サイクル毎に一定数減算する方法や、実時間に従って減算する方法が挙げられる。つまり、ステップＳ１０７までのいずれかのステップで燃圧異常検知に不適当な状態と判断されると、毎サイクルディレータイマーの値は所定値に戻される。ステップＳ１０４では、高圧異常判定タイマー、低圧異常判定タイマー、正常判定タイマーが所定値に戻される。これらのタイマーの値もディレータイマーと同様に、所定値から０まで逐次減算されるものである。
【００２６】
元のループに戻り説明を続けると、ステップＳ１０９では、ディレータイマーの値が０であるかが確認される。これは、燃圧フィードバック制御が実行中と確認された後、所定時間が経過してから異常検知判別処理を実行するためである。値が０以外の場合は、ステップＳ１０４に進み、値が０の場合はステップＳ１１１に進む。
【００２７】
ステップＳ１１１では、燃圧システムの異常判定のためのフィードバック係数上限値をエンジン回転数ＮＥに基づいて決定する。上限値は事前に回転数毎にマップを作成しておいて、回転数に基づいてマップから検索する。次に、ステップＳ１１３において、フィードバック係数が上限値を超えているかどうかを確認する。上限値以下の場合はステップＳ１１５に進み、上限値超過の場合はステップＳ１２５に進む。
【００２８】
ここで、上限値超過の場合に進むステップＳ１２５が含まれるループについて説明する。フィードバック係数上限値を超過している状態とは、高圧ポンプによって高められる燃料圧力が目標圧力より低い状態である。圧力をフィードバック制御しているにも係わらず一定時間（低圧異常判定タイマの所定値）このような状態が続く場合は、燃圧システムに何らかの異常がある状態であると判断される。ステップＳ１２５では、高圧異常判定タイマーと正常判定タイマーが所定値に戻される。ステップＳ１２７では、低圧異常判定タイマーが０であるかが確認される。値が０以外の場合は、ループはそのまま終了し、次のサイクルに移る。低圧異常判定タイマーの所定時間分、ステップＳ１１３において毎サイクル上限リミット超過の判定を続けた場合に、低圧異常判定タイマーは０となり、ステップＳ１２９に進む。ステップＳ１２９では正常フラグが０となり、ステップＳ１３１では低圧異常フラグが１となり、ステップＳ１３３では故障検知実行済みフラグが１となる。ステップＳ１２９からＳ１３３までは、ＥＣＵが燃圧システムの低圧異常を検知したことを示している。
【００２９】
再び元のループに戻り説明を続けると、ステップＳ１１５では、燃圧システムの異常判定のためのフィードバック係数下限値を決定する。ステップＳ１１１と同様に、エンジン回転数に基づいて、マップから検索する。次に、ステップＳ１１７において、フィードバック係数が下限値を下回るかどうかを確認する。下限値以上の場合はステップＳ１１９に進み、下限値未満の場合はステップＳ１３５に進む。
【００３０】
ここで、下限値未満の場合に進むステップＳ１１９が含まれるループについて説明する。フィードバック係数下限値を下回っている状態とは、高圧ポンプによる燃料圧力が目標圧力よりも高圧な状態である。フィードバック量が小さいにも係わらず一定時間（高圧異常判定タイマの所定値）このような状態が続く場合は、高圧ポンプの作動を抑制しているにもかかわらず高圧が維持されていることを意味する。したがって、燃圧システムに何らかの異常がある状態であると判断される。以下の処理は上述のステップＳ１２５からＳ１３３の上限リミット通過ループと同様である。ステップＳ１３５では低圧異常判定タイマーと正常判定タイマーが所定値に戻される。ステップＳ１３７では、高圧異常判定タイマーが０であるかが確認される。値が０以外の場合は、ループはそのまま終了し、次のサイクルに移る。タイマーは０の場合、ステップＳ１３９に進む。ステップＳ１３９では正常フラグが０となり、ステップＳ１４１では高圧異常フラグが１となり、ステップＳ１４３では故障検知実行済みフラグが１となる。ステップＳ１３９からＳ１４３までは、ＥＣＵが燃圧システムの高圧異常を検知したことを示している。
【００３１】
再び元のループに戻り説明を続けると、ステップＳ１１９では、高圧異常判定タイマーと低圧異常判定タイマーが所定値に戻される。所定時間（正常判定タイマの所定値）経過後、ステップＳ１２１で正常判定タイマーの値が０の場合、ステップＳ１２３へ進む。ステップＳ１２３では、正常フラグが１となる。つまり、フィードバック係数が下限値と上限値の間にある状態であり、ＥＣＵが燃圧システムを正常と判断したことを示している。
【００３２】
以上、これまで説明した方法により、ＥＣＵは燃圧システムの異常検知を行う。そして、低圧または高圧異常フラグが１となってシステムが異常であると判別された場合に、対応処置としてのアクションを発生させる。
【００３３】
図３はアクションの一例として示される、高圧ポンプ停止アクションのフローチャートである。ステップＳ２０１ではクランク故障を確認する。故障が確認された場合はステップＳ２１５へ進み、故障がない場合にはステップＳ２０５へ進む。以下同様に、ステップＳ２０５では燃圧センサ特性異常、ステップＳ２０７では燃圧センサ異常、ステップＳ２０９ではスピル弁故障、ステップＳ２１１では燃圧システム異常を確認し、該当する場合にはステップＳ２１５へ進む。ステップＳ２１５では、高圧ポンプ停止フラグが１となる。これは、高圧ポンプのいずれかの箇所に故障が確認されたので、ポンプを停止させることを示している。一方、Ｓ２０１からＳ２１１のいずれの故障も確認できない場合には、ステップＳ２１３へ進み、高圧ポンプ停止フラグが０となる。これは、高圧ポンプに故障が無かったので、ポンプを停止させないことを示している。
【００３４】
アクションの別の一例として、異常判定に対応して成層燃焼を禁止させる方法も挙げられる。成層燃焼は、エンジンの圧縮行程時に点火プラグ周辺に混合気を形成することで、全体として希薄な混合気でも安定した燃焼を実現する方法である。圧縮行程時に行う手法なので、エンジン内部の圧縮空気よりも高圧な状態で燃料を噴射する必要がある。つまり、高圧ポンプの働きを弱め燃料の高圧化を抑えることにより、成層燃焼は実行されない。本発明による異常判別によって燃圧システムに何らかの異常が確認された場合には有効な処置といえる。
【００３５】
図４はアクションのさらに別の一例として示された、高圧燃料故障時の燃料カットアクションのフローチャートである。ステップＳ２３１では、高圧ポンプ故障フラグが確認される。高圧ポンプ故障フラグとは、図２のＳ１３１とＳ１４１で説明した、低圧異常フラグと高圧異常フラグのいずれかが１の場合に１となるフラグである。高圧ポンプ故障フラグが０である場合、ステップＳ２３７へ進み、フラグが１である場合、ステップＳ２３３へ進む。
【００３６】
ステップＳ２３３では、エンジン回転数ＮＥが所定値（たとえば1500rpm）より超過かどうかが確認される。所定値未満の場合、ステップＳ２３７へ進み、所定値以上の場合、ステップＳ２３５へ進む。
【００３７】
ステップＳ２３７では、故障時燃料カットフラグが０となる。これは、高圧ポンプに異常が確認されない状態、または高圧ポンプに故障が確認されたがエンジン回転数が低い状態の場合、この処理となる。これらの状態では燃料をカットすると走行に支障をきたすので、燃料カットアクションは実行されない。
【００３８】
ステップＳ２３５では、故障時燃料カットフラグが１となる。高圧ポンプに故障が確認されたときは、筒内直噴エンジンの正常な運転ができなくなっており、早急に修理することが望まれる。このため燃料カットを実行して車速が上昇しないようにして、エンジンの不具合を運転者に知らせる。
【００３９】
こうして、故障車両はサービス工場に持ち込まれて、修理を受けることになる。
【００４０】
以上、この発明を具体的な実施例について記述したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】高圧燃料供給システムの概略図。
【図２】高圧燃料供給システムの異常検知方法のフローチャート。
【図３】高圧ポンプ停止アクションのフローチャート
【図４】燃料カットアクションのフローチャート
【符号の説明】
【００４２】
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１  デリバリパイプ
３３  燃料圧力センサ
３５  燃料噴射装置
３７  リリーフバルブ
４０  燃料タンク
４１  フィードポンプ
４９  高圧燃料ポンプ
【図１】
2005155415.tif 000003
【図２】
2005155415.tif 000004
【図３】
2005155415.tif 000005
【図４】
2005155415.tif 000006