(57)【要約】【課題】コモンレール内の燃料圧の追従性異常を好適に検出し、排気エミッションやドライバビリティの改善を図る。【解決手段】コモンレール１３にはエンジン１０に噴射供給するための高圧燃料が蓄圧されている。ＥＣＵ３０は分割したエンジン運転領域ごとに、コモンレール１３内の燃料圧の追従性異常を検出し、その異常発生運転領域で目標燃料圧を減圧側に補正する。そして、実際の燃料圧と減圧側に補正した目標燃料圧との偏差に基づいて燃料圧フィードバック制御を実施することにより、コモンレール１３内の燃料圧を制御する。【選択図】      図１
2007100626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに噴射供給するための高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、前記コモンレールに燃料を圧送する燃料供給ポンプと、前記コモンレール内の燃料圧を検出する燃料圧センサと、前記コモンレールに接続され高圧燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備えた燃料噴射システムに適用され、前記燃料圧センサにより検出した実際の燃料圧が目標燃料圧に一致するように前記燃料供給ポンプによる燃料吐出量をフィードバック制御する燃料噴射システムの制御装置において、
エンジンの運転領域を複数の運転領域に分割し、実際の燃料圧が目標燃料圧に追従することができない追従性異常の発生を、前記分割した運転領域毎に判定する異常判定手段と、
前記異常判定手段により追従性異常が発生したと判定された場合に、その異常発生運転領域内でフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射システムの制御装置。
【請求項２】
前記エンジンの回転速度をパラメータとして運転領域を複数に分割したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システムの制御装置。
【請求項３】
前記異常判定手段は、前記燃料吐出量のフィードバック制御中において、実際の燃料圧と目標燃料圧との偏差が所定値以上であり、且つその状態が所定時間以上継続している場合に、追従性異常であると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射システムの制御装置。
【請求項４】
前記フェイルセーフ手段は、前記目標燃料圧を減圧側に補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料噴射システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射システムの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの燃料噴射システムとして、燃料の噴射圧に相当する高圧の燃料をコモンレール内に蓄圧するとともに、そのコモンレール内に蓄圧した高圧燃料を、燃料噴射弁を介してエンジンに噴射供給するコモンレール式燃料噴射システムが実用化されている。このコモンレール式燃料噴射システムでは、燃料噴射弁による燃料噴射が行われるとコモンレール内の燃料圧が低下するが、その際燃料供給ポンプからコモンレールに対して高圧燃料が吐出供給されることによりコモンレール内が所定の高圧状態で保持される。
【０００３】
ここで、コモンレール内の燃料圧を所定の高圧状態で保持するために、目標燃料圧が設定される。そして、実際の燃料圧が目標燃料圧に一致するように、燃料供給ポンプからの燃料吐出量がフィードバック制御される。目標燃料圧は、エンジン回転速度、アクセル開度センサ及びその他各種センサから検出されたデータに基づいて、電子制御ユニットによって演算される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、コモンレール式燃料噴射システムでは、コモンレール内の実際の燃料圧が目標燃料圧に追従することができない追従性異常が発生する場合がある。追従性異常は経時変化に起因する燃料噴射弁からのリーク燃料の増加や燃料供給ポンプからの燃料吐出量の減少によって発生する。例えば、ノズルボデー内をノズルニードルが摺動し、その摺動に伴い燃料が噴射される燃料噴射弁において、ノズルニードル等の磨耗によって摺動部のクリアランスが広がることがあり、それに伴い燃料噴射弁からのリーク燃料が増加する。また、燃料供給ポンプでは、高圧燃料を送出する機構部分で生じる燃料漏れが経時変化により増大すると、燃料吐出量が減少する。故に、目標燃料圧に対して実際の燃料圧の追従性が低下し、追従性異常が発生する。上記のように追従性異常が発生すると、コモンレール内の燃料圧の制御性が悪化する。これによりドライバビリティや排気エミッションが悪化するといった問題が生じる。
【０００５】
また、追従性異常は、全てのエンジン運転領域で均等に現れるものではなく、例えば異常発生の初期段階などにおいて、特定の運転領域に限って現れることもあると考えられる。故に、追従性異常が発生した状況に適応して燃料圧を制御する必要がある。
【特許文献１】特開昭６３−３１０６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、コモンレール内の燃料圧の追従性異常を好適に検出し、排気エミッションやドライバビリティの改善を図ることができる燃料噴射システムの制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明において、燃料噴射システムでは、高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、コモンレールに燃料を圧送する燃料供給ポンプと、コモンレール内の燃料圧を検出する燃料圧センサと、コモンレールに接続されて高圧燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備えている。そして、燃料圧センサによって検出した実際の燃料圧が目標燃料圧に一致するように燃料供給ポンプによる燃料吐出量をフィードバック制御する。
【０００８】
コモンレール内の燃料圧は、燃料圧フィードバック制御により目標値に追従する形で制御される。ここで、経時変化に伴い燃料噴射弁からの燃料リーク量が増加したり、燃料供給ポンプからの燃料吐出量が減少したりすると、それに起因して実際の燃料圧が目標燃料圧に追従することができない追従性異常が発生する。また、この追従性異常は、全てのエンジン運転領域で均等に現れるものではなく、例えば異常発生の初期段階などにおいて、特定の運転領域に限って現れることもあると想定できる。
【０００９】
そこで、エンジンの運転領域を複数の運転領域に分割し、該分割した運転領域ごと追従性異常の発生を判定する。そして、追従性異常が発生したと判定された場合に、その異常発生運転領域でフェイルセーフ処理を実施する。この場合、追従性異常が発生した状態を放置しておくと燃料圧の制御性の悪化によりドライバビリティや排気エミッションが悪化するが、追従性異常の発生時にフェイルセーフ処理を実施することにより、ドライバビリティや排気エミッションの悪化を抑制できる。この場合特に、フェイルセーフ処理が異常発生運転領域に限定して実施されるため、追従性異常が発生した状況に適応して燃料圧を制御することができる。また、過度な出力制限などによるドライバビリティの悪化を抑制できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、エンジン運転領域をエンジンの回転速度をパラメータとして複数の運転領域に分割している。一般に、目標燃料圧はエンジンの回転速度をパラメータとして設定され、それにより、追従性異常の発生の状況はエンジンの回転速度によって異なる。エンジンの回転速度をパラメータとして運転領域を分割することにより、特定のエンジン回転域に限って発生する追従性異常に対してフェイルセーフ処理を実施できる。
【００１１】
燃料圧の追従性異常の発生時には、燃料圧の偏差が解消されない状態が比較的長い時間継続される。故に、請求項３に記載したようにフィードバック制御中に実際の燃料圧と目標燃料圧との差である燃料圧の偏差が所定の判定値以上であって、且つその状態が所定の判定時間以上継続している状態ならば、追従性異常が発生したと判定すると良い。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、フェイルセーフ処理として目標燃料圧を減圧側に補正する。この場合、エンジンの出力が制限されるため、制御性が低下した状態でエンジンが高出力制御されるといった事態が解消される。また、積分動作を含む手法にて燃料圧フィードバック制御が実施される場合には、追従性異常により偏差が解消されずそれに伴い積分項が過剰に大きくなると、異常発生運転領域から正常領域へ移動した際に、異常発生運転領域で算出された積分項の影響を受けて正常領域での燃料圧の制御性が低下する。これに対し、異常発生運転領域において目標燃料圧を減圧側に補正することにより、当該異常発生運転領域での積分項が小さくなり、それにより正常領域に移行したときの燃料圧の制御性低下を抑制することができる。
【００１３】
追従性異常が発生した場合、例えば全てのエンジン運転領域で一律に目標燃料圧が減圧側に補正されると、正常領域でも目標燃料圧が下げられてしまう。すると、正常領域で必要のないエンジン出力の低下が発生し、ドライバビリティの悪化に繋がる。目標燃料圧の減圧補正を異常発生運転領域に限定して実施することにより過剰なエンジン出力の制限がされなくなり、ドライバビリティの悪化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、車両ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムとして本発明を具体化しており、その詳細な構成を以下に説明する。
【００１５】
図１はコモンレール式燃料噴射システムの概要を示す構成図である。図１において、多気筒ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１０には気筒毎に電磁式インジェクタ１１が配設され、これらインジェクタ１１は燃料伝送配管１２を介して多気筒共通のコモンレール（蓄圧配管）１３に接続されている。インジェクタ１１は例えば三方電磁弁を用いた構成となっており、ノズルボデー内をノズルニードルが摺動することに伴い燃料が噴射される。インジェクタ１１の動作に伴って発生するリーク燃料は、リーク管１４を介して燃料タンク１５へ排出される。コモンレール１３には高圧燃料配管１６を介して燃料供給ポンプとしての高圧ポンプ２０が接続され、高圧ポンプ２０の駆動に伴い噴射圧相当の高圧燃料がコモンレール１３に連続的に蓄圧される。高圧ポンプ２０は、エンジン１０の回転に伴い駆動され、エンジン回転に同期して燃料の吸入及び吐出が繰り返し行われる。高圧ポンプ２０には、その燃料吸入部に電磁駆動式の吸入調量弁（ＳＣＶ）２１が設けられており、フィードポンプ２３は低圧燃料配管２２を介して燃料タンク１５に接続されている。また、フィードポンプ２３によって燃料タンク１５からくみ上げられた低圧燃料は、吸入調量弁２１を介して当該ポンプ２０の燃料室に吸入される。
【００１６】
なお実際には、高圧ポンプ２０、吸入調量弁２１及びフィードポンプ２３は一体化され、ポンプユニットとして構成されている。その構成については周知であるため、図示による詳細な説明は割愛し、ここでは構成を簡単に説明する。つまり、ポンプユニットにおいて、ハウジング部材には低圧燃料経路と高圧燃料経路とが形成され、そのうち低圧燃料経路にフィードポンプ２３及び吸入調量弁２１が設けられている。そして、吸入調量弁２１の開弁に伴い低圧燃料経路を介して供給される低圧燃料が高圧ポンプ２０にて高圧化され、その高圧燃料が高圧燃料経路を介して吐出される。
【００１７】
コモンレール１３には燃料圧センサ２４が設けられており、この燃料圧センサ２４によりコモンレール１３内の燃料圧が検出される。コモンレール１３には電磁駆動式（又は機械式）の減圧弁２５が設けられており、燃料圧が過剰に上昇した場合にはこの減圧弁２５が開放され、リーク管１４を介して燃料が燃料タンク１５に排出されることにより減圧が行われるようになっている。
【００１８】
ＥＣＵ３０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた電子制御ユニットであり、ＥＣＵ３０には、燃料圧センサ２４の検出信号の他、回転速度センサやアクセル開度センサなどの各種センサから検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度やアクセル開度等のエンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号をインジェクタ１１に出力する。これにより、各気筒においてインジェクタ１１から燃焼室への燃料噴射が制御される。
【００１９】
また、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の運転状態に基づいてコモンレール１３内の燃料圧（噴射圧）の目標値を算出するとともに、実際の燃料圧が目標燃料圧と一致するように高圧ポンプ２０の燃料吐出量を制御する。この制御はＰＩＤ制御の手法を用いた燃料圧フィードバック制御であり、実際の燃料圧が目標燃料圧に追従する形となる。ＰＩＤ制御は比例動作、積分動作及び微分動作による制御方法であり、燃料圧の偏差に基づいて、比例項、積分項及び微分項が算出される。燃料圧の偏差とは実際の燃料圧と目標燃料圧との差である。
【００２０】
実際には、燃料圧の偏差に基づいて高圧ポンプ２０への燃料吐出量指令値を決定するとともにその燃料吐出量指令値を吸入調量弁２１の指示電流値に変換する。そして、指示電流値に基づいて吸入調量弁２１の開度を制御する。これにより、吸入調量弁２１の開度が調節され、それに伴い高圧ポンプ２０による燃料吐出量が調整される。
【００２１】
図２は、コモンレール１３内の目標燃料圧とエンジンの回転速度とアクセル開度との関係を示す図である。図２によると、目標燃料圧はエンジンの回転速度が遅い低回転域では低い値とされ、回転速度の上昇とともに高い数値とされる。中回転域では目標燃料圧が最も高い数値を示し、エンジン回転速度が高回転域に入ると、目標燃料圧が下げられる。また、目標燃料圧はアクセル開度が小さいと低い値とされ、アクセル開度が大きくなるにつれて、大きい値とされる。
【００２２】
ところで、インジェクタ１１を長期に使用すると経時変化によりノズルボデーとノズルニードルとの摺動部のクリアランスが広がり、燃料リーク量が増加する可能性がある。また、高圧ポンプ２０では、高圧燃料を吐出する機構部分の経時変化により燃料吐出量が減少する可能性がある。故に、実際の燃料圧が目標燃料圧に追従できない追従性異常が生じることがある。
【００２３】
ＥＣＵ３０は燃料圧フィードバック制御中に、燃料圧の偏差が所定の判定値以上であり、且つその状態が所定の判定時間以上継続している場合、追従性異常であると判定する。
【００２４】
また、追従性異常は、全てのエンジン運転領域で均等に現れるものではなく、例えば異常発生の初期段階などにおいて、特定のエンジン運転領域に限って現れることもあると考えられる。
【００２５】
そこで、本システムでは、エンジン運転領域をエンジン１０の回転速度をパラメータとして複数の領域に分割するとともに、それらの運転領域毎に追従性異常の発生を判定する。そして、追従性異常が発生した場合にはフェイルセーフ処理として、その追従性異常が発生した運転領域である異常発生運転領域内で目標燃料圧を減圧側に補正する減圧補正を行う。減圧補正を実施することにより燃料圧の偏差が小さくなり、燃料圧フィードバック制御による実際の燃料圧の追従性が向上する。一方、追従性異常が発生していない運転領域である正常領域では、目標燃料圧の減圧補正を実施しない。
【００２６】
ちなみに、低回転域では追従性異常が発生した場合、目標燃料圧も低いため追従性異常によって受ける影響が少ない。また、高回転域ではエンジン１０によって駆動される高圧ポンプ２０も高回転となり、燃料吐出回数が増加し、燃料吐出量を充分に得ることができる。さらに、目標燃料圧が中程度であるため、高回転域で追従性異常が発生した場合、追従性異常によって受ける影響が少ない。これに対し、中回転域では高圧ポンプ２０の燃料吐出回数が充分ではなく、他の領域に比べて目標燃料圧が高い値となっている。このため、中回転域で追従性異常が発生した場合、追従性異常の問題が顕著になる。
【００２７】
次に、実際の燃料圧を目標燃料圧に追従させる制御方法について説明する。図３は、追従性異常判定処理を示すフローチャートであり、その追従性異常判定処理はＥＣＵ３０により所定の時間周期で繰り返し実行される。
【００２８】
図３において、ステップＳ１０１では、今回の判定対象である追従性異常以外の異常の発生が既に判定されているか否かを判定する。具体的には、別の異常判定処理により、燃料配管の割れなどによる燃料漏れ異常の発生があるか否かを判定しておき、その判定結果を参照することで、追従性異常以外の異常の発生を判定する。次に、ステップＳ１０２では、燃料圧の偏差△Ｐｃが、所定の判定値Ｔｈ以上であるか否かを判定する。ここで、実際の燃料圧と目標燃料圧との差が燃料圧の偏差△Ｐｃであり、偏差△Ｐｃは燃料圧の変化とともに変動する。続くステップＳ１０３では、燃料吐出量指令値が所定の判定値以上であるか否かを判定し、ステップＳ１０４では、今現在の運転領域が前回処理と同じ運転領域であるか否かを判定する。前回から引き続いて同じ運転領域であればステップＳ１０４をＮＯ判定し、エンジンの回転速度が変化して別の運転領域に移っていればステップＳ１０４をＹＥＳ判定する。
【００２９】
そして、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４が全てＹＥＳ判定の場合、ステップＳ１０５に進み、追従性異常カウンタを１インクリメントする。一方、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４のいずれかがＮＯ判定の場合は、ステップＳ１１０に進み、追従性異常カウンタを０にクリアする。
【００３０】
ステップＳ１０６では、追従性異常カウンタの値が所定の判定値Ｋ以上であるか否かを判定し、ＹＥＳの場合はステップＳ１０７に進み、追従性異常が発生していると判定する。そして、ステップＳ１０８に進み、今現在の運転領域に対応させてスタンバイＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等のバックアップ用メモリに追従性異常データを記憶し、その後本処理を終了する。ステップＳ１０６がＮＯ判定の場合、追従性異常は発生していないとし、その後本処理を終了する。
【００３１】
以上の追従性異常判定処理を、図４のタイミングチャートに基づいてより具体的に説明する。タイミングｔ１では、例えば運転者によるアクセル操作などにより、破線で示す目標燃料圧が上昇し、その目標圧に応じて実際の燃料圧が上昇していく。このとき、燃料圧の偏差△Ｐｃが所定の判定値Ｔｈ以上であるため、追従性異常カウンタが増加していく。そして、追従性異常カウンタが所定の判定値Ｋ以上の値となったタイミングｔ２で、追従性異常が発生していると判定される。なおその後、燃料圧の偏差△Ｐｃが所定の判定値Ｔｈ未満となったとき、追従性異常カウンタが０にクリアされる。
【００３２】
図５に、燃料圧フィードバック制御処理のフローチャートを示す。
【００３３】
まず、ステップＳ２０１では、エンジン回転速度、アクセル開度、燃料圧等を各種センサから読み込む。続くステップＳ２０２では、図２の関係に基づき作成した目標燃料圧マップを参照し、エンジン回転速度やアクセル開度から目標燃料圧を算出する。ステップＳ２０３では、図３の追従性異常判定処理の異常判定結果である追従性異常データに基づいて今現在の運転領域が異常発生運転領域であるか否かを判定する。そして、今現在の運転領域が異常発生運転領域であれば、ステップＳ２０４で目標燃料圧を減圧側に補正した後、ステップＳ２０５に進み、今現在の運転領域が異常発生運転領域でなければ、そのまま（すなわち目標燃料圧を減圧側に補正することなく）ステップＳ２０５に進む。
【００３４】
最後に、ステップＳ２０５では、目標燃料圧と実際の燃料圧との偏差に基づいて高圧ポンプ２０の燃料吐出量指令値を算出するとともに、該吐出量指令値に基づいて吸入調量弁２１の指示電流値を算出する。
【００３５】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００３６】
複数に分割した運転領域ごとに追従性異常の発生を判定するとともに、異常判定領域ではフェイルセーフ処理を実施するようにしたため、ドライバビリティや排気エミッションの悪化を抑制できる。また、運転領域を分割したことにより異常発生運転領域に限定してフェイルセーフ処理を実施することができるため、過度な出力制限によるドライバビリティの悪化を抑制できる。
【００３７】
エンジン運転領域をエンジンの回転速度をパラメータとして分割したため、異なる傾向をもった運転領域ごとに追従性異常判定を好適に実施することができる。これにより、例えば、追従性異常の問題が顕著な中回転域で追従性異常の発生を判定し、フェイルセーフを好適に実施できる。
【００３８】
追従性異常発生時のフェイルセーフ処理として目標燃料圧を減圧側に補正するようにしたため、制御性が低下した状態でエンジンが高出力制御されるといった事態を解消することができる。
【００３９】
また、追従性異常の発生時において、目標燃料圧の減圧補正に伴い燃料圧の偏差が小さくなると、燃料圧フィードバック制御での積分項が過剰に大きくならない。そのため、運転領域が異常発生運転領域から正常領域へ移動した場合において、制御性の悪化を抑制することができる。すなわち、追従性異常が発生した運転領域では燃料圧の偏差が大きい状態が継続され、それに伴い積分項が大きくなるため、その異常発生運転領域から正常領域に移行した場合に、異常発生運転領域で算出された積分項の影響を受けて正常領域での燃料圧の制御性が低下する。これに対し、異常発生運転領域において目標燃料圧を減圧側に補正することにより、当該異常発生運転領域での積分項が小さくなり、それにより正常領域に移行したときの燃料圧の制御性低下を抑制することができる。
【００４０】
追従性異常が発生した場合、全ての運転領域で一律に目標燃料圧を減圧側に補正すると、正常領域でも目標燃料圧を下げてしまい必要のないエンジン出力の低下が発生する。ここで、異常発生運転領域のみで燃料圧の減圧側に補正を実施することにより過剰なエンジン出力の制限がされず、ドライバビリティの悪化を抑制できる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００４２】
上記実施の形態では、運転領域をエンジンの回転速度の違いにより低回転域、中回転域及び高回転域の３つに分割したが、これを変更し、より多くの運転領域に分割してもよい。さらに、回転速度に加えて、又はこれに替えてアクセル開度などをパラメータとし、そのパラメータに基づいて運転領域を分割してもよい。これにより、追従性異常の発生を判定する分割した運転領域を小さくすることができ、よりきめの細かい燃料圧フィードバック制御を実施することができる。
【００４３】
上記実施の形態では、目標燃料圧とエンジンの回転速度とアクセル開度との関係により目標燃料圧マップを規定したが、これを変更し、他のパラメータにより目標燃料圧マップを規定してもよい。例えば、アクセル開度ではなくインジェクタによる燃料噴射量としてもよい。
【００４４】
上記実施の形態では、燃料圧の偏差が解消されない状態が継続しているとき、追従性異常が発生したと判定したが、これを変更し、燃料圧の偏差の積算値が所定の判定値以上となったとき、追従性異常が発生したと判定してもよい。
【００４５】
上記実施の形態では、フェイルセーフ処理として目標燃料圧を減圧側に補正したが、これを変更し、インジェクタ１１による燃料噴射量を減量してもよい。つまり、燃料圧の追従性異常はコモンレールシステム（インジェクタ１１、コモンレール１３、高圧ポンプ２０等）の総燃料消費量を抑えることで改善されるため、インジェクタ１１による燃料噴射量を抑えることでも効果があると考えられる。この場合、フェイルセーフ処理として燃料噴射量を減量することにより、目標燃料圧の上昇時において目標燃料圧に対する追従性が改善される。また、フェイルセーフ処理として燃料吐出量に上限値を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】発明の実施の形態におけるコモンレール式燃料噴射システムの概略を示す構成図である。
【図２】運転領域を示す目標燃料圧マップである。
【図３】追従性異常判定処理を示すフローチャートである。
【図４】追従性異常判定処理を示すタイムチャートである。
【図５】燃料圧フィードバック制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１０…エンジン、１１…燃料噴射弁としてのインジェクタ、１３…コモンレール、２０…燃料供給ポンプとしての高圧ポンプ、２４…燃料圧センサ、３０…異常判定手段，フェイルセーフ手段としてのＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
2007100626.tif 000004
【図３】
2007100626.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007100626.tif 000007