(57)【要約】【課題】増圧機構が劣化したときの増圧比の変動を適切に補償して所期の噴射圧を達成できる増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置を提供する。【解決手段】増圧機構の劣化に伴って増圧ピストンの動きが円滑でなくなり移動開始時の遅れ時間が延長化する現象に着目し、予め設定された正常時の遅れ時間から正常時の噴射圧Ｐinj1を算出する一方、位置センサで検出した増圧ピストンの位置から実遅れ時間を求めて実際の噴射圧Ｐinj2を算出し、正常噴射圧Ｐinj1と実噴射圧Ｐinj2との比として求めたレール圧補正係数Ｋｗを乗算することで目標レール圧Ｐcrを増加補正すると共に、補正後の目標レール圧（太い破線）がコモンレールの耐圧許容値を越えるときには耐圧許容値に制限する。【選択図】図３
2007255307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、該コモンレールの燃料を直接的に機関の筒内に噴射するレール圧噴射モードと、上記コモンレールの燃料を増圧機構によりさらに加圧して上記筒内に噴射する増圧噴射モードとを上記機関の運転状態に応じて切換可能な増圧コモンレール式燃料噴射装置において、
上記機関の運転状態から設定された目標レール圧に基づき上記レール圧噴射モードで上記コモンレール内の燃料圧を制御すると共に、上記増圧噴射モードでは上記レール圧噴射モードに比較して上記増圧機構の増圧比に応じて減少側に設定された目標レール圧に基づいて上記コモンレール圧を制御するレール圧制御手段と、
上記増圧機構の劣化度合と相関する劣化度合相関値を検出する劣化度合相関値検出手段と、
上記劣化度合相関値検出手段により検出された劣化度合相関値と上記増圧機構の正常時に対応して予め設定された上記劣化度合相関値とに基づいてレール圧補正係数を算出し、該レール圧補正係数に基づき上記増圧噴射モードで適用される目標レール圧を補正するレール圧補正手段と
を備えたことを特徴とする増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置。
【請求項２】
上記レール圧補正手段は、上記補正後の目標レール圧が上記コモンレールの耐圧許容値以下のときには、該補正後の目標レール圧を上記レール圧制御手段のレール圧制御に適用し、上記補正後の目標レール圧が上記耐圧許容値を越えるときには、該補正後の目標レール圧を上記耐圧許容値以下に制限して上記レール圧制御手段のレール圧制御に適用することを特徴とする請求項１記載の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置。
【請求項３】
上記劣化度合相関値検出手段は、上記増圧機構に設けられた増圧ピストンの移動状態を検出する位置センサであり、
上記レール圧補正手段は、上記位置センサにより検出された増圧ピストンの移動状態と上記劣化度合相関値として予め設定された正常時の増圧ピストンの移動状態とに基づいてレール圧補正係数を算出することを特徴とする請求項１または２記載の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコモンレールから供給される高圧燃料を増圧機構により増圧して噴射可能な増圧コモンレール式燃料噴射装置に係り、詳しくは増圧機構の劣化時を想定したフェイルセーフ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加圧ポンプから圧送される高圧燃料をコモンレールに蓄圧し、エンジンの運転状態に応じた所定時期に燃料噴射弁から機関の筒内に噴射するコモンレール式燃料噴射装置が実用化されている。この種の燃料噴射装置は噴射圧力と噴射時期とを独立制御できることから、車両用ディーゼルエンジンの主流となりつつある。一方、ディーセルエンジンでも高出力化のために過給が行われる場合があり、過給圧に応じた燃料噴射量の確保などを目的としてコモンレール式燃料噴射装置には燃料噴射圧の高圧化が要求されている。しかしながら、噴射圧の高圧化のためには加圧ポンプの吐出圧増大、或いはコモンレールやデリバリ配管の耐圧性向上などが必要となり、重量増加やコストアップを引き起こすという問題があった。
【０００３】
そこで、加圧ポンプやコモンレールなどの仕様を変更することなく各気筒の燃料噴射弁に増圧機構を設け、この増圧機構によりコモンレールからの高圧燃料をさらに加圧するようにした増圧コモンレール式燃料噴射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の燃料噴射装置では、通常のコモンレールシステムに比較して燃料加圧のための構成が複雑化するため、燃料噴射特性に異常が発生したときの対策が講じられる場合があり、特許文献１の技術では、増圧機構の作動時の燃料圧力の変化に基づいて燃料噴射特性の異常を判定し、異常判定時には燃料噴射時期や燃料噴射量、或いは増圧機構による増圧遅れ時間や増圧期間を補正している。
【特許文献１】特開２００５−２４８７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料噴射特性の異常はさまざまな要因により発生し、その要因の一つとして増圧機構の劣化により所定の増圧比が得られない状況が考えられる。即ち、増圧機構は増圧ピストンの往復動により燃料増圧作用を得ていることから、増圧ピストンの動きが円滑さを欠いたり増圧ピストンの摩耗によりリーク量が増加したりすると実際の増圧比が低下してしまう。そして、レール圧制御側では増圧機構により所期の増圧比が達成されている前提の下でレール圧を制御しているため、増圧機構の増圧比の低下に伴って必然的に燃料噴射圧が不足して出力低下や排ガス特性悪化などを引き起こすという問題がある。なお、増圧機構の劣化は増圧比の低下のみならず劣化部位によっては増圧比の増加を引き起こすときもあるが、この場合も過剰な増圧比により所期の噴射圧が達成されずに上記と同様の問題が生じる。
【０００５】
特許文献１の技術では燃料噴射特性の異常判定時に補正処理を実行しているものの、増圧機構が劣化したときの増圧比の変動に着目した補正処理は行っておらず、結果として変動した増圧比を適切に補償して所期の燃料噴射圧を達成することができなかった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、増圧機構が劣化したときの増圧比の変動を適切に補償して所期の噴射圧を達成でき、もって不適切な噴射圧に起因する出力低下や排ガス特性悪化などを防止することができる増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ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】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、コモンレールの燃料を直接的に機関の筒内に噴射するレール圧噴射モードと、コモンレールの燃料を増圧機構によりさらに加圧して筒内に噴射する増圧噴射モードとを機関の運転状態に応じて切換可能な増圧コモンレール式燃料噴射装置において、機関の運転状態から設定された目標レール圧に基づきレール圧噴射モードでコモンレール内の燃料圧を制御すると共に、増圧噴射モードではレール圧噴射モードに比較して増圧機構の増圧比に応じて減少側に設定された目標レール圧に基づいてコモンレール圧を制御するレール圧制御手段と、増圧機構の劣化度合と相関する劣化度合相関値を検出する劣化度合相関値検出手段と、劣化度合相関値検出手段により検出された劣化度合相関値と増圧機構の正常時に対応して予め設定された劣化度合相関値とに基づいてレール圧補正係数を算出し、レール圧補正係数に基づき増圧噴射モードで適用される目標レール圧を補正するレール圧補正手段とを備えたものである。
【０００７】
従って、加圧ポンプにより加圧された燃料がコモンレールに貯留され、コモンレール圧の燃料がレール圧噴射モードでは直接的に機関の筒内に噴射され、増圧噴射モードでは増圧機構によりさらに加圧されて筒内に噴射される。コモンレール圧は目標レール圧に基づいてレール圧制御手段により制御されるが、レール圧噴射モードに比較して増圧噴射モードでは増圧機構の増圧比に応じて減少側に設定された目標レール圧に基づいてコモンレール圧が制御される。
【０００８】
一方、増圧機構の劣化度合と相関する劣化度合相関値が劣化度合相関値検出手段により検出され、検出された劣化度合相関値と増圧機構の正常時の劣化度合相関値とに基づいてレール圧補正手段によりレール圧補正係数が算出される。増圧噴射モードではレール圧補正係数により目標レール圧が補正されてレール圧制御に適用され、結果として増圧噴射モードでは増圧機構の劣化度合に応じてコモンレール圧が増加または減少され、これにより増圧機構の劣化に伴う増圧比の低下または増加が補償され、増圧機構の劣化に拘わらず所期の燃料噴射圧が達成される。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、レール圧補正手段が、補正後の目標レール圧がコモンレールの耐圧許容値以下のときには、補正後の目標レール圧をレール圧制御手段のレール圧制御に適用し、補正後の目標レール圧が耐圧許容値を越えるときには、補正後の目標レール圧を耐圧許容値以下に制限してレール圧制御手段のレール圧制御に適用するものである。
【００１０】
従って、レール圧補正手段による補正後の目標レール圧がコモンレールの耐圧許容値以下のときには、補正後の目標レール圧がレール圧制御手段のレール圧制御に適用され、補正後の目標レール圧が耐圧許容値を越えるときには、耐圧許容値以下に制限された目標レール圧がレール圧制御手段のレール圧制御に適用される。その結果、増圧機構の劣化度合に応じた補正により目標レール圧がコモンレールの耐圧許容値を越える事態が未然に防止される。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２において、劣化度合相関値検出手段が、増圧機構に設けられた増圧ピストンの移動状態を検出する位置センサであり、レール圧補正手段が、位置センサにより検出された増圧ピストンの移動状態と劣化度合相関値として予め設定された正常時の増圧ピストンの移動状態とに基づいてレール圧補正係数を算出するものである。
【００１２】
従って、増圧機構の増圧ピストンの移動状態が位置センサにより検出され、この移動状態と増圧機構の正常時の移動状態とに基づいてレール圧補正手段によりレール圧補正係数が算出されてレール圧制御に適用される。例えば増圧機構の劣化により増圧比が低下する要因としては、増圧ピストンの動きが円滑さを欠いた場合が挙げられるが、この現象は、増圧ピストンの移動状態、具体的には増圧ピストンに対する移動指令から実際の移動開始までの遅れ時間、停止指令から実際の停止までの遅れ時間、或いは増圧ピストンの移動速度などと相関して生じる。よって、現在の増圧ピストンの移動状態と正常時の増圧ピストンの移動状態との比較により増圧機構の増圧比の変動と対応するレール圧補正係数（即ち、増圧比の変動を補償できる適切なレール圧補正係数）を算出可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように請求項１の発明の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置によれば、増圧機構が劣化したときの増圧比の変動を適切に補償して所期の噴射圧を達成でき、もって不適切な噴射圧に起因する出力低下や排ガス特性悪化などを防止することができる。
請求項２の発明の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置によれば、請求項１に加えて、コモンレールの耐圧許容値を越えた目標レール圧の設定を防止し、コモンレールの破損などのトラブルを未然に回避することができる。
【００１４】
請求項３の発明の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置によれば、請求項１及び２に加えて、増圧ピストンの移動状態に基づいて増圧機構の増圧比の変動に対応するレール圧補正係数を算出でき、もって、増圧比の変動を適切に補償することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置を示す全体構成図である。車両に設置された燃料タンク１はタンク燃料路２を介してフィードポンプ３と接続され、フィードポンプ３はフィルタ４及び電磁式の燃料吸入量調整弁５を備えたフィード燃料路６を介してサプライポンプ７（加圧ポンプ）と接続されている。サプライポンプ７は逆止弁８を備えた一対のサプライ燃料路９を介してコモンレール１０と接続されている。図ではフィードポンプ３及びサプライポンプ７を分離して表示しているが、実際のこれらのポンプ３，７は一体化されており、共通の駆動軸１１を介して図示しないエンジンにより駆動される。
【００１６】
燃料タンク１内の燃料はフィードポンプ３により汲み上げられてタンク燃料路２及びフィード燃料路６を経てサプライポンプ７に供給され、サプライポンプ７により更に加圧されてサプライ燃料路９を経てコモンレール１０に供給される。燃料吸入量調整弁５の開度に応じてサプライポンプ７の燃料吸入量が制限され、それに応じてサプライポンプ７の燃料吐出量が制御されてコモンレール１０内の燃料圧が調整される。
【００１７】
コモンレール１０にはエンジンの各気筒に設けられた燃料噴射弁２１がそれぞれコモンレール燃料路２２を介して接続され、燃料噴射弁２１は先端（下側）を各気筒の筒内に臨ませた姿勢で配設されている。燃料噴射弁２１の構成は、エンジンの筒内への燃料噴射を制御する燃料噴射機構３１、及び燃料噴射機構３１に供給される燃料を事前に増圧する増圧機構５１に大別される。
【００１８】
まず、燃料噴射機構３１の構成を説明すると、燃料噴射弁２１のボディ２１ａには先端側から噴孔部３２、燃料溜り３３、ばね室３４、圧力室３５が連続して形成されている。噴孔部３２及び燃料溜り３３内にはニードル弁３６の先端部３６ａが配設され、ばね室３４内にはニードル弁３６の鍔部３６ｂが配設され、圧力室３５内にはニードル弁３６のピストン部３６ｃが配設され、これらの先端部３６ａ、鍔部３６ｂ、ピストン部３６ｃはそれぞれが組合わされて形成されている。ばね室３４内においてニードル弁３６の鍔部３６ｂの上面とばね室３４の上壁との間にはばね３７が介装され、このばね３７の付勢力によりニードル弁３６は下方に付勢されている。
【００１９】
上記コモンレール燃料路２２は燃料噴射弁２１のボディ２１ａ内に形成された燃料供給路３８の一端に接続され、燃料供給路３８には逆止弁３９が設けられている。燃料供給路３８の他端は燃料噴射機構３１の燃料溜り３３に接続され、コモンレール燃料路２２からの燃料は燃料供給路３８及び燃料溜り３３を経て噴孔部３２まで導かれている。
燃料供給路３８の逆止弁３９より下流側（燃料溜り３３側）の箇所にはオリフィス４０を備えた圧力路４１の一端が接続され、圧力路４１の他端は上記圧力室３５の上部と接続されている。従って、燃料供給路３８の燃料圧が圧力路４１を経て圧力室３５内に位置するニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する一方、ニードル弁３６には燃料溜り３３の箇所において上方への燃料圧が作用している。ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面に作用する燃料圧とばね３７の付勢力との合力は燃料溜り３３に作用する燃料圧を上回るため、ニードル弁３６は下方に付勢されて先端部３６ａを噴孔部３２に圧接させた閉弁状態に保持されている。
【００２０】
圧力室３５の上部にはオリフィス４２を介して電磁式の噴射制御弁４３が接続され、噴射制御弁４３はリターン路４４を介して上記燃料タンク１と接続されている。噴射制御弁４３の開弁に伴って圧力室３５内の上部の燃料がリターン路４４を経て燃料タンク１に回収されて、ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、上記燃料圧の大小関係が逆転して、ニードル弁３６は上方に付勢されて開弁状態に切換えられる。
【００２１】
一方、増圧機構５１は燃料噴射機構３１の上側に設けられている。燃料噴射弁２１のボディ２１ａには増圧機構５１のシリンダ５２が形成され、シリンダ５２内には増圧ピストン５３が上下動可能に配設されてばね６０により上方に付勢されている。増圧ピストン５３は上側の大径部５３ａ及び下側の小径部５３ｂからなり、増圧ピストン５３の大径部５３ａによりシリンダ５２内は上側シリンダ室５２ａ及び下側シリンダ室５２ｂに区画されると共に、増圧ピストン５３の小径部５３ｂの下側には加圧室５２ｃが区画されている。
【００２２】
上記燃料供給路３８の逆止弁３９より上流側の箇所は、上側供給路５４を介して上側シリンダ室５２ａと接続されると共に、オリフィス５５を備えた下側供給路５６を介して下部シリンダ室５２ｂと接続され、それぞれのシリンダ５２ａ，５２ｂ内に燃料が導入されている。また、燃料供給路３８の逆止弁３９より下流側の箇所は加圧路５７を介して加圧室５２ｃに接続され、加圧室５２ｃ内にも燃料が導入されている。増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧とばね６０の付勢力との合力は大径部５３ａの上面に作用する燃料圧を上回るため、増圧ピストン５３は上方に付勢されて加圧室５２ｃを最大容積に保持している。
【００２３】
増圧機構５１の下側シリンダ室５２ｂには電磁式の増圧制御弁５８が接続され、増圧制御弁５８はリターン路５９を介して上記燃料タンク１と接続されている。増圧制御弁５８の開弁に伴って下部シリンダ室５２ｂ内の燃料がリターン路５９を経て燃料タンク１に戻されて、増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、上記燃料圧の大小関係が逆転して、増圧ピストン５３は下方に付勢されて加圧室５２ｃの容積を縮小する。
【００２４】
一方、燃料噴射弁２１のボディ２１ａ内には増圧ピストン５３の近接位置に位置センサ７０（劣化度合相関値検出手段）が配設され、この位置センサ７０により増圧ピストン５３の位置が検出される。本実施形態ではホール素子を利用した非接触型のギャップセンサを位置センサ７０として用いているが、これに限ることはなく増圧ピストン５３の位置、ひいては増圧ピストン５３の移動状態を検出可能であれば任意に変更可能である。
【００２５】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ９１（電子制御ユニット）が設置されている。ＥＣＵ９１の入力側には、位置センサ７０、コモンレール１０内の燃料圧を検出するレール圧センサ９２、図示しないアクセル操作量を検出するアクセルセンサ、各気筒を判別するための気筒判別センサ、エンジンの回転に同期したクランク角信号を出力するクランク角センサ等のセンサ類が接続されている。また、ＥＣＵ９１の出力側には、燃料吸入量調整弁５、各気筒の燃料噴射弁２１の噴射制御弁４３、増圧制御弁５８等のデバイス類が接続されている。
【００２６】
ＥＣＵ９１はアクセルセンサにより検出されたアクセル操作量（機関負荷）やクランク角センサからのクランク角信号から算出したエンジン回転速度等のエンジン運転状態に関する各種情報に基づいて、コモンレール圧、燃料噴射量、燃料噴射時期、増圧機構５１の作動の有無や作動時期などの目標値を設定し、これらの目標値に基づいて燃料吸入量調整弁５、噴射制御弁４３、増圧制御弁５８を駆動制御しながら燃料噴射を実行してエンジンを運転している。
【００２７】
次に、ＥＣＵ９１の処理に基づくコモンレール式燃料噴射装置の作動、特に増圧機構５１の作動状況について説明する。
エンジンに駆動されるフィードポンプ３により燃料タンク１内の燃料が汲み上げられ、タンク燃料路２及びフィード燃料路６を経てフィルタ４により鉄粉を除去された後にサプライポンプ７に供給され、サプライポンプ７により更に加圧されてサプライ燃料路９を経てコモンレール１０に供給される。ＥＣＵ９１は燃料吸入量調整弁５の開度制御によりサプライポンプ７の燃料吸入量を制限して燃料吐出量を調整し、レール圧センサ９２により検出された実コモンレール圧を目標レール圧にフィードバック制御する（レール圧制御手段）。
【００２８】
一方、コモンレール１０の燃料はコモンレール燃料路２２により各気筒の燃料噴射弁２１に供給され、各燃料噴射弁２１のボディ２１ａ内で燃料噴射機構３１の燃料供給路３８及び燃料溜り３３を経て噴孔部３２まで導かれる一方、圧力路４１を経て圧力室３５の上部まで導かれている。そして、噴射制御弁４３の閉弁時には、ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧により、ニードル弁３６は下方に付勢されて閉弁状態に保持されている。
【００２９】
また、コモンレール燃料路２２からの燃料は上側供給路５４を経て増圧機構５１の上側シリンダ室５２ａ内に導入されると共に、下側供給路５６を経て下側シリンダ室５２ｂ内に導入され、加圧路５７を介して加圧室５２ｃ内にも導入されている。これにより、増圧ピストン５３の大径部５３ａの上面及び下面には燃料圧が作用している。そして、増圧制御弁５８の閉弁時には、増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧により、増圧ピストン５３は上方に付勢されて加圧室５２ｃを最大容積に保持している。
【００３０】
上記状態からＥＣＵ９１により噴射制御弁４３が開弁されると、圧力室３５内の上部の燃料がリターン路４４を介して燃料タンク１側に戻されて、ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、ニードル弁３６が上方に付勢されて開弁状態に切換えられ、噴孔部３２から燃料噴射が開始される。その後、噴射制御弁４３が閉弁されると、燃料タンク１への燃料流通が中止されてピストン部３６ｃの上部の燃料圧が回復するため、再びニードル弁３６が下方に付勢されて閉弁状態に復帰し燃料噴射が中止される。即ち、コモンレール１０の燃料がそのまま直接的にエンジンの筒内に噴射されることから、コモンレール圧と略等しい燃料噴射圧となり、以下、このときの燃料噴射弁２１の作動状況をレール圧噴射モードと称する。
【００３１】
以上は増圧機構５１による燃料増圧を行わずに、コモンレール圧の燃料をそのまま噴射した場合であり、増圧機構５１による燃料増圧を実施する場合には、噴射制御弁４３の開閉に対して所定のタイミングでＥＣＵ９１により増圧制御弁５８が開閉駆動される。増圧制御弁５８の開弁に伴って下部シリンダ室５２ｂ内の燃料がリターン路５９を経て燃料タンク１に戻され、増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、増圧ピストン５３は下方に付勢されて加圧室５２ｃの容積を縮小する。
【００３２】
即ち、増圧ピストン５３の大径部５３ａに作用する燃料圧を利用して小径部５３ｂ側で加圧室５２ｃ内の燃料が加圧されることになり、燃料供給路３８の逆止弁３９より下流側（加圧室５２ｃ、燃料供給路３８、燃料溜り３３、噴孔部３２）に存在する燃料が元々のコモンレール圧に相当する燃料圧から更に増加する。従って、その後にＥＣＵ９１により噴射制御弁４３が開弁されたときには、噴射圧力が噴射初期から急激に立上がってコモンレール圧より高圧に保持され、その後、噴射制御弁４３及び増圧制御弁５８が相前後して閉弁されると燃料噴射が中止される。増圧機構５１による燃料増圧は増圧ピストン５３の大径部５３ａと小径部５３ｂとの面積比で定まる固有の増圧比に基づいて行われるため、コモンレール圧に対して増圧機構５１の増圧比を乗算した燃料噴射圧となり、以下、このときの燃料噴射弁２１の作動状況を増圧噴射モードと称する。
【００３３】
一方、ＥＣＵ９１はエンジンの運転領域に応じてレール圧噴射モードと増圧噴射モードとを切換えており、以下、ＥＣＵ９１により行われる噴射モードの切換について説明する。
図２はエンジン運転領域に対するレール圧噴射モードと増圧噴射モードとの設定状況を示す制御マップである。エンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccの増加に応じて燃料噴射圧を増加させる必要があることから、ＥＣＵ９１はエンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccが比較的低い領域ではレール圧噴射モードを設定し、エンジン回転速度Ｎe或いはアクセル操作量Ａccが増加して図中の破線を越えると増圧噴射モードに切換える。増圧の有無に応じた噴射圧の変動を抑制すべく、ＥＣＵ９１は燃料吸入量調整弁５によるレール圧制御で増圧機構５１の増圧比による影響を考慮した目標レール圧の設定を行っており、以下、当該目標レール圧の設定処理について述べる。
【００３４】
本実施形態では目標レール圧を主体として燃料噴射の制御系が構築されており、エンジン台上試験に基づき運転領域毎に最適噴射圧を実現可能な値として目標レール圧が制御マップとして設定され、エンジン運転中には制御マップからエンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccに応じた目標レール圧を求め、この目標レール圧をレール圧制御に適用することで上記最適噴射圧を達成している。
【００３５】
図３は噴射モードに応じた目標レール圧の設定状況を示す特性図である。ここで、図３の横軸はエンジン回転速度Ｎeまたはアクセル操作量Ａccと共にエンジンの運転領域が変化した状況を表し、縦軸は運転領域に応じた最適噴射圧を１点鎖線で、増圧機構５１の正常時の目標レール圧を細い破線で、増圧機構５１の劣化時の噴射圧を細い実線で、劣化時の補正後の目標レール圧を太い破線で、劣化時の補正後の噴射圧を太い実線で表している。
【００３６】
最適噴射圧はエンジン回転速度Ｎeやアクセル操作量Ａccの増加と共に要求噴射量を確保すべく増加し、ある領域（コモンレール圧がコモンレール１０の耐圧許容値に制限される領域）で一定値となる特性が想定されている。まず、正常時の目標レール圧の設定状況を述べると、図中のＡ以下の領域ではレール圧噴射モードが選択され、最適噴射圧と同一の目標レール圧が設定される。当該レール圧噴射モードではコモンレール１０の燃料がそのまま筒内に噴射されることから、結果として最適噴射圧が達成される。
【００３７】
また、Ａを越えた領域では増圧噴射モードに切換えられ、最適噴射圧に対して増圧機構５１による増圧を見込んで増圧比に基づいて目標レール圧が設定される。但し、目標レール圧の上限はコモンレール１０の耐圧許容値に制限され、この制限が上記最適噴射圧の上限値として反映される。当該増圧噴射モードではコモンレール１０の燃料が増圧機構５１により増圧されて筒内に噴射されることから、結果として最適噴射圧が達成される。
【００３８】
一方、ＥＣＵ９１は位置センサ７０の検出情報に基づき増圧機構５１の劣化度合を常に監視し、その劣化度合に応じて増圧噴射モードによる運転中には目標レール圧を補正しており、以下、当該処理について詳述する。
本実施形態では増圧機構５１の劣化度合と相関する指標として増圧ピストン５３の移動開始時の遅れ時間（劣化度合相関値）を適用している。遅れ時間は、増圧制御弁５８の開弁から増圧ピストン５３の移動開始までの所要時間であり、増圧機構５１の劣化に伴って増圧ピストン５３の動きが円滑さを欠くほど延長化されることから、増圧機構５１の劣化度合、即ち増圧ピストン５３による増圧比の低下と相関する指標と見なすことができる（劣化度合相関値検出手段）。なお、増圧制御弁５８の閉弁に対する増圧ピストン５３の停止の遅れ時間も同様に増圧比と相関する性質を有し、また、増圧ピストン５３の移動速度も増圧比と相関する性質を有するため、移動開始時の遅れ時間に代えて、これらの増圧ピストン５３の停止遅れ時間や移動速度を適用してもよい。
【００３９】
遅れ時間に基づく目標レール圧の補正処理のために、ＥＣＵ９１には予めレール圧補正係数Ｋを設定するための図４に示すマップが記憶されている。基本的に当該マップでは、増圧機構５１の正常時に発生する遅れ時間（以下、正常遅れ時間Ｔdly1と称する）から推定した正常噴射圧Ｐinj1（上記最適噴射圧に相当する）と位置センサ７０の検出値に基づく遅れ時間（以下、実遅れ時間Ｔdly2と称する）から推定した実噴射圧Ｐinj2との比としてレール圧補正係数Ｋを設定するために利用される。移動開始の遅れ時間Ｔdly1,Ｔdly2は増圧ピストン５３に作動する油圧、具体的には上側シリンダ室５２ａ、下側シリンダ室５２ｂ、加圧室５２ｃの油圧の影響を受け、これらの油圧はエンジンの運転状態に応じて異なることから、まず、予め運転領域毎に増圧ピストン５３の正常遅れ時間Ｔdly1が設定された図示しないマップから、現在のエンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccに対応する正常遅れ時間Ｔdly1を求め、図４にマップに従って正常遅れ時間Ｔdly1に対応する正常噴射圧Ｐinj1を求める一方、位置センサ７０の検出値から算出した実遅れ時間Ｔdly2から実噴射圧Ｐinj2を求める。
【００４０】
例えば図３のＤの運転領域において、正常噴射圧Ｐinj1とコモンレール圧Ｐcrとの比Ｋ1（＝Ｐinj1/Ｐcr）は達成されるべき正常時の増圧機構５１の増圧比であり、実噴射圧Ｐinj2とコモンレール圧Ｐcrとの比Ｋ2（＝Ｐinj2/Ｐcr）は実際の増圧機構５１の増圧比である。よって、正常時増圧比Ｋ1に対して増圧機構５１の劣化により実増圧比Ｋ2が低下している場合であっても、正常時増圧比Ｋ1と実増圧比Ｋ2との比（Ｋ1/Ｋ2＝レール圧補正係数Ｋ）をコモンレール圧に乗算すれば正常噴射圧Ｐinj1、即ち最適噴射圧を達成可能となる（レール補正手段）。なお、実際のレール圧補正係数Ｋの算出には、Ｋ1/Ｋ2に代えてＰinj1/Ｐinj2が適用される。
【００４１】
以上の観点の下に、ＥＣＵ９１はエンジンの運転中は常に図５に示すレール圧補正ルーチンを所定の制御インターバルで実行しており、まず、ステップＳ２で増圧噴射モードであるか否かを判定し、レール圧噴射モードであるとしてＮｏ（否定）の判定を下したときにはルーチンを終了する。また、ステップＳ２の判定がＹｅｓ（肯定）のときにはステップＳ４で位置センサ７０の検出値を読み込み、続くステップＳ６で図示しないマップから現在の運転領域に対応する正常遅れ時間Ｔdly1を求めると共に、位置センサ７０の検出値から実遅れ時間Ｔdly2を求める。その後、ステップＳ８で正常遅れ時間Ｔdly1及び実遅れ時間Ｔdly2から図４のマップに従って正常噴射圧Ｐinj1及び実噴射圧Ｐinj2を求め、続くステップＳ１０でこれらの正常噴射圧Ｐinj1及び実噴射圧Ｐinj2からレール圧補正係数Ｋ（＝Ｐinj1/Ｐinj2）を算出する。
【００４２】
次いでステップＳ１２で上記のようにマップから設定された目標レール圧にレール圧補正係数Ｋを乗算し、続くステップＳ１４で補正後の目標レール圧を予め設定されたコモンレールの耐圧許容値に制限した後にルーチンを終了する。従って、このようにして補正された後の目標レール圧がレール圧制御に適用される。
以上のＥＣＵ９１による目標レール圧の補正処理により、例えば図３のＤの運転領域において増圧機構５１が正常であり、細い破線のコモンレール圧が増圧されて太い実線で示す最適噴射圧が達成されているときには、位置センサ７０の検出値に基づいて正常遅れ時間Ｔdly1にほぼ等しい実遅れ時間Ｔdly2が算出されるため、図４のマップからほぼ等しい正常噴射圧Ｐinj1及び実噴射圧Ｐinj2が求められる。従って、この場合にはレール圧補正係数Ｋとして１に近い値が算出されることから、目標レール圧に対する補正は実質的に行われない。
【００４３】
また、図３のＤの運転領域において増圧機構５１の劣化に伴って増圧比が低下すると、最適噴射圧より低い細い実線で示す噴射圧しか得られなくなる。このときには位置センサ７０の検出値に基づいて正常遅れ時間Ｔdly1より長い実遅れ時間Ｔdly2が算出されるため、図４のマップから正常噴射圧Ｐinj1より小さな値として実噴射圧Ｐinj2が求められる。よって、この場合には１を越えたレール圧補正係数Ｋが算出されることから目標レール圧が増加補正され、結果として上記増圧比の低下が補償されて太い実線で示す最適噴射圧が達成される。
【００４４】
従って、増圧機構５１の劣化時において増圧噴射モードに切換えられた場合でも、補正後の目標レール圧がコモンレール１０の耐圧許容値に達する以前のＡ〜Ｂの運転領域では最適噴射圧がほぼ完全に達成され、補正後の目標レール圧が耐圧許容値に達した後でも補正前の目標レール圧が耐圧許容値に達するまでのＢ〜Ｃの領域では、補正前に比較してより高い目標レール圧に従って最適噴射圧に近い噴射圧が達成される。これにより増圧機構５１の劣化時においても増圧噴射モードのＡ〜Ｂの領域では噴射圧が不足する現象を解消でき、Ｂ〜Ｃの領域では噴射圧が不足する現象を軽減でき、噴射圧の不足による不具合、例えばエンジン出力の低下や排ガス特性の悪化などを確実に防止することができる。
【００４５】
なお、増圧機構５１の劣化は増圧比の増加に伴って最適噴射圧より過剰な噴射圧を引き起こす場合もあり得るが、このときには上記と逆に１未満のレール圧補正係数Ｋが算出されて目標レール圧が減少補正されることで最適噴射圧が達成される。よって、本実施形態のフェイルセーフ装置によればこのような増圧比が増加する劣化状態に対しても対応可能である。
【００４６】
ところで、上記実施形態の増圧コモンレール式燃料噴射装置では制御マップから目標レール圧を直接的に設定したが、本発明のフェイルセーフ装置はこれに限らず種々の形式の燃料噴射制御系に適用可能である。例えば目標噴射圧を主体とした燃料噴射の制御系にも適用可能であり、以下、図６に基づいてその概要を説明する。
当該制御系では、エンジン台上試験に基づき運転領域毎に目標噴射圧（上記実施形態の最適噴射圧に相当する）が制御マップとして設定されており、エンジン運転中には制御マップからエンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccに応じた目標噴射圧が求められ、レール圧噴射モードが選択されるＡ以下の領域では目標噴射圧が目標レール圧として設定される。また、Ａを越えた増圧噴射モードの領域では、増圧機構５１による増圧を見込んで目標レール圧が減少設定される。具体的には目標噴射圧を増圧機構５１の増圧比Ｒにより除算して目標レール圧が求められる（目標レール圧＝目標噴射圧／Ｒ）。この目標レール圧をレール圧制御に適用することでレール圧噴射モード及び増圧噴射モードの何れの場合でも上記目標噴射圧が達成される。
【００４７】
以上のような燃料噴射の制御系でも、上記実施形態と同様に図４のフローチャートに従って増圧ピストン５３の遅れ時間Ｔdly1,Ｔdly2に応じたレール圧補正係数Ｋに基づき目標レール圧を補正することにより、重複する説明はしないが上記実施形態と全く同様の作用効果を得ることができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、車両用エンジンのコモンレール式燃料噴射装置に具体化したが、適用対象は車両用のエンジンに限ることはなく、例えば定置型エンジンに適用してもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では劣化度合相関値として増圧ピストン５３の移動開始時の遅れ時間Ｔdly1,Ｔdly2を適用したが、劣化度合相関値はこれに限ることはなく、増圧機構５１の増圧比の低下と相関する指標であれば任意に変更可能である。例えば増圧機構５１の劣化に伴う噴射圧の低下はエンジンの排ガス特性を変化させ（上記のように多くは悪化傾向となる）、ＮＯxに関しては噴射圧の低下と共に減少方向に変化することが確認されている。従って、エンジンの排気系に設けたＮＯxセンサ（劣化度合相関値検出手段）により検出されたＮＯx排出量を劣化度合相関値と見なし、図４のマップと同様に、増圧機構５１の正常時のＮＯx排出量から正常噴射圧Ｐinj1を求めると共に、ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx排出量から実噴射圧Ｐinj2を求めるようにマップを設定し、これらの正常噴射圧Ｐinj1と実噴射圧Ｐinj2とからレール圧補正係数Ｋを算出して目標レール圧の補正に適用するようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、増圧機構５１の劣化度合に関係なく共通のコモンレールの耐圧許容値を適用したが、例えば劣化度合に応じて耐圧許容値を変更するようにしてもよい。即ち、上記実施形態でも図３のＢ以上の運転領域では最適噴射圧を達成不能となるため、多少でも目標レール圧を増加させたい要請がある一方、この種の耐圧許容値には十分な安全率が見込まれているためコモンレール圧を通常の耐圧許容値より若干増加させる余地が存在する。そこで、例えば増圧機構５１が劣化して大きなレール圧補正係数Ｋが設定されるほど（目標レール圧の増加幅が拡大するほど）耐圧許容値を次第に増加補正し、これにより図３中のＢ点を右方の高域側にシフトさせてより最適噴射圧に近い噴射圧を達成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置を示す全体構成図である。
【図２】エンジン運転領域に対するレール圧噴射モードと増圧噴射モードとの設定状況を示す制御マップである。
【図３】噴射モードに応じた目標レール圧の設定状況を示す特性図である。
【図４】増圧ピストンの遅れ時間から噴射圧を推定するためのマップを示す図である。
【図５】ＥＣＵが実行するレール圧補正ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】別の燃料噴射制御系に適用したときの目標レール圧の設定状況を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５１】
７    サプライポンプ（加圧ポンプ）
５    燃料吸入量調整弁（レール圧制御手段）
１０  コモンレール
５１  増圧機構
５３  増圧ピストン
７０  位置センサ（劣化度合相関値検出手段）
９１  ＥＣＵ（レール圧制御手段、劣化度合相関値検出手段、レール圧補正手段）
【図１】
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【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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