(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料供給ポンプから燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給経路中に規定量以上の燃料が流れると前記燃料供給経路を遮断する燃料遮断弁を有する燃料供給装置であって、
前記燃料遮断弁は、前記燃料供給経路中の燃料流量に応じて変位する弁部材を有し、かつ前記弁部材の位置を検出する位置検出手段を有することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記燃料供給ポンプと前記燃料遮断弁との間に前記燃料供給ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧室を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記位置検出手段から前記弁部材の位置検出信号を入力し、フェイルセイフ処理および診断処理の少なくともいずれか一方を行う電子制御装置を備えることを特徴とする請求項１または２記載の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料遮断弁を有する内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特開昭６０−１５９３６６号公報に開示されているように、一定圧の高圧燃料を燃料噴射弁から噴射する燃料供給装置において、燃料噴射弁への燃料供給経路中において規定量以上の燃料が流れた場合に燃料供給経路を遮断する安全装置としての燃料遮断弁を燃料供給経路中に設け、燃料供給経路に過度の燃料が流れることを防止する燃料供給装置が知られている。このような燃料遮断弁を図８に示す。
【０００３】
燃料遮断弁１００は、例えば蓄圧管（以下、「蓄圧管」をコモンレールという）の燃料吐出口に接続されている。燃料遮断弁１００のハウジング１０１にはハウジング１０１を貫通する燃料通路１０１ａが形成されており、この燃料通路１０１ａにコモンレール側からピストン１０２、ボール弁１０３がこの順番で収容されている。ボール弁１０３はスプリング１０４によりピストン１０２に向けて付勢されている。ピストン１０２にはコモンレール側とボール弁１０３側とを連通するオリフィス１０２ａが設けられており、オリフィス１０２ａの図８の上側である燃料上流側と図８の下側である燃料下流側との差圧から受ける力とスプリング１０４の付勢力との大小関係によりによりピストン１０２は燃料通路１０１ａ内を往復移動する。
【０００４】
例えば燃料供給ポンプや燃料噴射弁の故障等により燃料噴射弁からの燃料噴射時において規定量以上の過度の燃料が燃料通路１０１ａを流れると、ピストン１０２は差圧から受ける力によりスプリング１０４の付勢力に抗して図８の下方に移動する。ピストン１０２の移動に伴いボール弁１０３も図８の下方に移動しボール弁１０３の燃料下流側の燃料通路１０１ａを遮断する。これにより規定量以上の燃料が燃料噴射弁に供給されることを防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図８に示すような燃料遮断弁１００では、燃料遮断弁１００の作動点、すなわち燃料通路１０１ａを遮断する規定流量は、少なくとも燃料噴射弁からの最大噴射量と燃料噴射弁開閉時のスイッチングリーク（低圧通路への燃料漏れ）と燃料噴射弁内部の摺動部位からのリーク（低圧通路への燃料漏れ）とを合わせた値以上に設定されている。このため、例えばエンジンのアイドリング時においては燃料噴射弁からの噴射量が少ないため、燃料供給経路からの燃料漏れや燃料噴射弁の異常によりアイドリング時において所定の燃料流量よりも多くの燃料が燃料通路１０１ａを流れても、燃料通路１０１ａを遮断すべき規定の燃料流量にならないと燃料遮断弁１００による燃料通路１０１ａの遮断は行われない。
【０００６】
燃料遮断弁１００はピストン１０２の位置を検出する手段をもたないため、燃料漏れにより燃料通路１０１ａを流れる燃料流量が所定量より増加していても燃料流量の増加を検知することができないので、▲１▼例えばエンジン回転数を制限することにより燃料漏れを抑えながら退避走行をするフェイルセイフ処理が行えない、▲２▼燃料漏れを運転者等に知らせる診断処理ができないという問題がある。さらに、燃料遮断弁１００が燃料通路１０１ａを遮断してもそれを検出することができない。逆に、燃料噴射弁の異常により所定量よりも少ない噴射が行われても燃料流量異常を検出することができない。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、燃料供給経路中の燃料流量異常を検出する燃料供給装置を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、燃料流量異常に対するフェイルセイフ処理または診断処理の可能な燃料供給装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料供給装置によると、規定量以上の燃料が燃料供給経路を流れると燃料供給経路を遮断する燃料遮断弁が燃料流量に応じて変位する弁部材を有し、かつこの弁部材の位置を検出する位置検出手段を有することにより、燃料供給経路を遮断すべき規定流量に達しない燃料流量の異常を検出することができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の燃料供給装置によると、燃料供給ポンプと燃料遮断弁との間に燃料供給ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧室を備えているので、蓄圧室と燃料噴射弁間の燃料供給経路に一定の高圧が加わることにより蓄圧室と燃料噴射弁間の燃料供給経路中に燃料漏れが発生している場合多量の燃料が漏出する可能性がある。このため、弁部材の位置を検出することにより燃料漏れを検出できることがより効果的になる。
【００１０】
本発明の請求項３記載の燃料供給装置によると、位置検出手段から弁部材の位置検出信号を入力し、フェイルセイフ処理および診断処理の少なくともいずれか一方を行う電子制御装置を備えることにより、高精度なフェイルセイフ処理または診断処理を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の燃料供給装置を適用した燃料供給システムの一実施例を図２に示す。燃料供給ポンプ１の燃料吐出制御弁２で燃料供給量を調整される高圧燃料はコモンレール３内の蓄圧室で蓄圧され、遮断弁本体３０を介してディーゼルエンジン５の各気筒に配設された燃料噴射弁４から各気筒の燃焼室に噴射される。電子制御装置（以下、「電子制御装置」をＥＣＵという）１０は、コモンレール３内の圧力を検知する圧力検出部７、遮断弁本体３０内の後述するピストンの位置を検出する位置検出手段としての位置検出部４０、ディーゼルエンジン５のエンジン回転数等を検出する運転状態検出部８から検出信号を入力し、これらの検出信号に基づき燃料吐出制御弁２および燃料噴射弁４に電磁弁を開閉する制御信号を送出する。
【００１２】
図３に示すように、ＥＣＵ１０は、圧力検出部７、運転状態検出部８、位置検出部４０から検出信号を入力している。圧力検出部７から送出される検出信号はＡ／Ｄ変換回路１２によりＡ／Ｄ変換され、位置検出部４０から送出される検出信号は信号電圧が低いために増幅回路１１を介してＡ／Ｄ変換されてからＣＰＵ１３に入力される。ＣＰＵ１３では入力した検出信号に基づき演算処理を行い燃料噴射弁４の電磁弁駆動回路１４および燃料吐出制御弁２の電磁弁駆動回路１５を介して燃料噴射弁４の電磁弁４ａおよび燃料吐出制御弁２の電磁弁２ａにそれぞれ駆動信号を送出する。
【００１３】
図１に示すように、燃料遮断弁２０の遮断弁本体３０および位置検出部（以下、「位置検出部」をピストン位置センサと言う）４０はハウジング２１を共有して形成されている。遮断弁本体３０は燃料流れ方向にハウジング２１を貫通する燃料通路２１ａを有し、燃料通路２１ａの燃料流入口２１ｂが蓄圧室と接続し、燃料通路２１ａの燃料流出口２１ｃが燃料噴射弁４の燃料入口側と接続している。燃料通路２１ａ内には燃料流入口２１ｂ側から弁部材としてのピストン３１、ボール弁３２がこの順番で収容されている。ボール弁３２はスプリング３３によりピストン３１の底部外壁に当接するように付勢されている。
【００１４】
ピストン３１は燃料流入口２１ｂ側に開口する有底円筒状に形成され、底部にオリフィス３１ａが形成されている。燃料流入口２１ｂから流入する燃料はピストン３１の外周壁とハウジング２１の内周壁との摺動部により遮断されているが、オリフィス３１ａを介してボール弁３２側に流出することができる。ピストン３１の外周壁の軸方向中央部分はボール弁３２側に行くに従い径が小さくなるテーパ状に形成されており、このテーパ状の外周壁に後述するロッド４１が当接している。燃料通路２１ａを流れる燃料流量によりオリフィス３１ａの燃料上流側と燃料下流側との間に差圧が発生し、ピストン３１はこの差圧により燃料下流側に向けて力を受ける。差圧から受ける力とスプリング３３の付勢力との大小関係によりピストン３１は燃料通路２１ａ内を図１の上下方向に移動する。燃料通路２１ａを流れる燃料流量が増加するほどピストン３１はスプリング３３の付勢力に抗して燃料下流側に移動する。
【００１５】
ボール弁３２は、ピストン３１とともに図１の上下方向に移動する。燃料通路２１ａ内の燃料流量が設定最大量以上になるとボール弁３２はハウジング２１の内壁に設けられた弁座２１ｄに着座し燃料通路２１ａは遮断される。
ピストン位置センサ４０は遮断弁本体３０に対して垂直方向に配設されており、ロッド４１およびホール素子４４がハウジング２１内に収容されている。ロッド４１はピストン３１に対して垂直方向に往復移動可能にハウジング２１に支持されており、一方の端部先端がピストン３１のテーパ状の外周壁に当接している。ロッド４１の他方の端部にはホール素子４４と対向するようにマグネット４２が取付けられている。スプリング４３はロッド４１の一方の端部がピストン３１のテーパ状の外周壁に当接するようにロッド４１を付勢している。ロッド４１はピストン３１の図１の上下方向の往復移動に伴いピストン３１のテーパ状の外周壁に追随して図１の左右方向に往復移動する。このロッド４１の往復移動によりマグネット４２とホール素子４４との間のエアギャップが変化することによりホール素子４４に発生するホール電圧が変化する。ロッド４１の往復移動によりホール素子４４に発生したホール電圧はＥＣＵ１０に送出され、このホール電圧の値によりピストン３１の位置を検出することができる。本実施例の構成ではピストン３１の最大変位量は数mmから十数mm程度であり、ホール素子４４を用いたピストン位置センサ４０の検出可能最大変位量は２mm程度であるため、ロッド４１の変位量はピストン３１の変位量の５分の１から１０分の１になるように設定されている。
【００１６】
ホール素子４４はGaAsを用いた場合数十mV、InSbを用いた場合数百mVのホール電圧しか得られないため、図３に示すように増幅回路１１を介してＡ／Ｄ変換回路１２によりＡ／Ｄ変換をしてからＣＰＵ１３に入力される。
次に燃料遮断弁２０の作動について説明する。
燃料通路２１ａを通過する燃料の定常流量とピストン３１の位置との関係を示す特性図を図４に示す。オリフィス３１ａを流れる燃料流れによりピストン３１の燃料上流側と燃料下流側との間で次式(1) に示す差圧△Ｐが生じる。
【００１７】
△Ｐ＝Ｑ2 ×(1／（ｃ×ａ) 2 ）×（ρ／２）  ・・・(1)
Ｑ：流量、ｃ：流量係数、ａ：オリフィス断面積、ρ：燃料密度
この差圧△Ｐとピストン３１の受圧面積との積はピストン３１を図１の下方向に移動させる力Ｆp となる。スプリング３３の付勢力をＦR とするとＦP ＝ＦR ではピストン３１は停止状態であり、ＦP ＞ＦR ならばピストン３１は燃料下流側へ動き、ＦP ＜ＦR ならばピストン３１は燃料上流側に動く。ただし、スプリング３３のセット荷重をＦS とするとＦP ≦ＦS であるため、ＦP ＞ＦS にならないとピストン３１は燃料下流側に動かない。スプリング３３のセット荷重ＦS は、燃料噴射弁４内部の摺動部位からの燃料リークにより燃料通路２１ａ内に発生する燃料流量程度ではピストン３１が動かないように設定されている。
【００１８】
ピストン３１は、図４に示すように燃料通路２１ａ内を流れる燃料流量が増加するに伴い図１の下方に移動し規定量以上の燃料が流れるとボール弁３２が弁座２１ｄに着座することにより燃料通路２１ａが遮断される。本発明では、ボール弁よりも燃料下流側の燃料通路を形成するハウジングの内壁にボール弁が圧入することにより燃料通路を遮断する構成にすることも可能である。
【００１９】
図５に、(1) 燃料流れの正常時、(2) 燃料遮断時、(3) 燃料漏れ時、(4) 過大噴射時、(5) 過少噴射時の噴射率とピストン位置との関係を示す。図５に示す上限リフトしきい値ＬMTU と下限リフトしきい値ＬMTL は本実施例では固定値としているが、本発明では特に固定値とする必要はなく蓄圧室の燃料圧力等をパラメータとした可変値として設定することも可能である。図５に示すフラグ用ワードＫは、後述する異常判定処理で詳細に説明する。
【００２０】
(1) 燃料流れの正常時、燃料噴射弁４が開弁し燃料噴射弁４から燃料が噴射されると燃料通路２１ａを燃料が流れ、オリフィス３１ａの燃料上流側と燃料下流側との間に差圧が生じるのでピストン３１がリフトつまり図１の下方に移動し、噴射終了後ピストン３１は原点位置に戻る。
(2) 燃料通路２１ａが遮断された状態つまりボール弁３２が弁座２１ｄに着座した状態ではピストン３１は最大変位位置に位置しており、ピストン３１の最小リフトｌmin と最大リフトｌmax とが等しくなっている。ＥＣＵ１０内の処理でではｌmin が上限リフトしきい値ＬMTU を越えたときに燃料遮断状態と判断する。
【００２１】
(3) 蓄圧室から燃料噴射弁４への燃料供給経路中に燃料漏れが発生すると、燃料が常に燃料通路２１ａを流れるので、ピストン３１の最小リフトｌmin が原点に戻らなくなる。最小リフトｌmin が下限リフトしきい値ＬMTL 以下にならない場合、燃料漏れが発生していると判断する。
(4) 燃料噴射弁４の異常により噴射量が所定噴射量を上回ると、通常の噴射と比較して実ストロークＳa ＝ｌmax −ｌmin が大きくなる。そして実ストロークＳa が上限ストロークしきい値ＳTUを超えると過大噴射と判断する。
【００２２】
(5) 燃料噴射弁４の異常により噴射量が設定噴射量を下回ると、通常の噴射と比較して実ストロークＳa が小さくなる。そして実ストロークＳa が下限ストロークしきい値ＳTLよりも小さくなると過少噴射と判断する。
次に本実施例の異常判定処理および目標制御量算出処理をそれぞれ図６および図７に基づいて説明する。
【００２３】
図６に示す異常判定処理において、まず最小リフトｌmin と上限リフトしきい値ＬMTU との大小判定を行い（ステップ２００）、最小リフトｌmin が上限リフトしきい値ＬMTU 以上の場合燃料遮断状態と判断してステップ３１０に移行し、最小リフトｌmin が上限リフトしきい値ＬMTU よりも小さい場合ステップ２１０に移行する。ステップ３１０ではＫbit3＝１（Ｋ＝８）としこのルーチンを終了する。ここでＫは４ビットのフラグ用ワードである。
【００２４】
ステップ２１０では最小リフトｌmin と下限リフトしきい値ＬMTL との大小関係が判定され、最小リフトｌmin が下限リフトしきい値ＬMTL よりも大きい、つまり燃料漏れがある場合ステップ２８０に移行し、最小リフトｌmin が下限リフトしきい値ＬMTL 以下の場合ステップ２２０に移行する。ステップ２８０ではＫbit2＝１（Ｋ＝４）とした後ステップ２２０に移行する。
【００２５】
ステップ２２０では正常時のピストンストロークＳS を最終目標噴射量ＱＦをパラメータとして求め、次のステップ２３０では最大リフトｌmax と最小リフトｌmin との差から実ピストンストロークＳa ＝ｌmax −ｌmin を求める。上限ストロークしきい値をＳTU、正常時のピストンストロークをＳS 、マージン量をＭa とするとＳTU＝ＳS ＋Ｍa と表すことができるので、ステップ２４０において、実ピストンストロークＳa と上限ストロークしきい値ＳTU＝ＳS ＋Ｍa との大小を判定する。実ピストンストロークＳa が上限ストロークしきい値ＳTUよりも大きい、つまり過大噴射の場合ステップ２９０に移行し、実ピストンストロークＳa が上限ストロークしきい値ＳTU以下の場合ステップ２５０に移行する。ステップ２９０ではＫbit1＝１（Ｋ＝２）とし、本ルーチンを終了する。
【００２６】
ステップ２５０では、下限ストロークしきい値ＳTL＝ＳS −Ｍa と実ピストンストロークＳa との大小を判定し、実ピストンストロークＳa が下限ストロークしきい値ＳTLよりも小さい、つまり過少噴射の場合ステップ３００に移行し、実ピトンストロークＳa が下限ストロークしきい値ＳTL以上の場合次のステップ２６０に移行する。ステップ３００ではＫbit0＝１（Ｋ＝１）とし本ルーチンを終了する。
【００２７】
ステップ２６０ではＫbit2＝１（Ｋ＝４）か否かを判定する。これはつまり燃料漏れであるかどうかを判定し、Ｋbit2＝１（Ｋ＝４）つまり燃料漏れがある場合本ルーチンを終了する。Ｋbit2≠１（Ｋ≠４）の場合は正常噴射であると認識し、次のステップ２７０においてフラグ用ワードＫを０クリアして本ルーチンを終了する。
【００２８】
図６に示す異常判定処理ルーチでは、燃料噴射異常の有無を判定し、噴射異常が発生した場合、該当するフラグ用ワードＫのビットをオンにしているだけであるが、本発明では、フラグ用ワードの情報に基づき、ランプの点灯またはブザーを鳴らすことにより燃料遮断、燃料漏れ等の噴射異常を運転者に知らせる診断処理（ダイアグノシス）を行うこともできる。また診断処理としては、ピストン位置センサからのホール電圧により燃料遮断弁内を流れる燃料流量の計測装置として燃料遮断弁を用いることも可能である。
【００２９】
図７に示すフェイル処理としての目標制御量算出処理は、正常噴射時または異常噴射時の最終目標燃料噴射量および蓄圧室の最終目標圧力を設定する処理ルーチンである。
本ルーチンの導入部ではまずステップ４００、４１０およびステップ４２０においてそれぞれ回転速度ＮＥの算出、アクセル開度ＡＣＣの算出、目標燃料噴射量ＱＳを算出する。次のステップ４３０においてフラグ用ワードＫが１以上であるか否かを判定し、Ｋ≧１つまり異常噴射である場合ステップ４５０に移行し、Ｋ＝０つまり正常噴射の場合ステップ４４０に移行する。ステップ４５０では目標燃料噴射量ＱＳと噴射量制限値ＱＬの大小を判定し、小さい方の値を最終目標燃料噴射量ＱＦと設定してステップ４６０に移行する。ステップ４４０では、目標燃料噴射量ＱＳを最終目標燃料噴射量ＱＦとして設定しステップ４６０に移行する。
【００３０】
次に蓄圧室から燃料噴射弁４に供給される燃料圧力の目標圧力ＰＳを算出し（ステップ４６０）、次のステップ４７０においてフラグ用ワードＫ≧１か否かを判定する。Ｋ≧１つまり異常噴射の場合ステップ４９０に移行し、Ｋ＝０つまり正常噴射の場合ステップ４８０に移行する。ステップ４９０では目標圧力ＰＳと圧力制限値ＰＬとの大小を判定し小さい方の値を最終目標圧力ＰＦとして設定しステップ５００に移行する。ステップ４８０では目標圧力ＰＳを最終目標圧力ＰＦとして設定しステップ５００に移行する。ステップ５００では、燃料噴射時期ＴＳを算出して本ルーチンを終了する。
【００３１】
目標制御量算出処理ルーチンにおいて、噴射量制限値ＱＬは固定値でもよいし、ｌmin 、ＳS −Ｓa 、ｌmax の少なくとも一つをパラメータとした可変値としてもよい。また、ＱL1＝ｆ1 （ｌmin ）、ＱL2＝ｆ2 （ＳS −Ｓa ）、ＱL3＝ｆ3 （ｌmax ）で表される各噴射量制限値ＱL1、ＱL2、ＱL3をパラメータとして次式(2) に示すように独立した制限値としてもよい。
【００３２】
ＱＦ＝Ｍin（ＱS 、ＱL1、ＱL2、ＱL3）・・・(2)
圧力制限値ＰL も噴射量制限値ＱL と同様に固定値でも良いし、独立した制限値としてもよい。
このように最終目標燃料噴射量および最終目標圧力を設定することにより、燃料流量の異常が発生した場合、エンジンの過度の回転を抑制して一定の低速回転とし退避走行させるフェイルセイフ処理を実現可能である。フェイルセイフは本実施例の他にも、エンジン回転数のフィードバック制御に切り換えたり、回転数の上限を制限したり種々の方法があり本実施例に示した制御方法に限定されるものではない。
【００３３】
以上説明した本発明の実施例では、ピストン３１の位置検出信号をＥＣＵ１０に入力し、この位置検出信号に基づきＥＣＵ１０において高精度なフェイルセイフ処理および診断処理を行ったが、本発明では、ピストンの位置検出信号を回路処理することによりフェイルセイフ処理および診断処理を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による燃料遮断弁を示す断面図である。
【図２】本発明の燃料供給装置を用いた燃料供給システムの一実施例を示す模式的構成図である。
【図３】本実施例によるＥＣＵの入出力信号を示すブロック図である。
【図４】本実施例における燃料の定常流量とピストン位置との関係を示す特性図である。
【図５】本実施例における燃料噴射正常時および燃料噴射異常時のピストン位置を示す特性図である。
【図６】本実施例の異常判定処理を示すフローチャートである。
【図７】本実施例の目標制御量算出処理を示すフローチャートである。
【図８】従来の燃料遮断弁を示す断面図である。
【符号の説明】
１      燃料供給ポンプ
４      燃料噴射弁
１０      ＥＣＵ（電子制御装置）
２０      燃料遮断弁
２１ａ    燃料通路（燃料供給経路）
３０      遮断弁本体
３１      ピストン（弁部材）
３２      ボール弁
４０      ピストン位置センサ（位置検出手段）
４１      ロッド（位置検出手段）
４２      マグネット（位置検出手段）
４４      ホール素子（位置検出手段）
【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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【図７】
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【図８】
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