JP3827814B2 - 筒内噴射式燃料制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用ガゾリン内燃機関等の燃料室内（筒内）に直接燃料を噴射する方式の燃料供給系の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発明の背景．
内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式の燃料制御装置においては、下記に示す様に大きく４つの効果が期待できる。
【０００３】
（１）排気中に含まれる有害物質の低減
従来の吸気管内（筒外）で燃料を噴射する方式では、燃料室内（筒内）に吸入される以前に噴射燃料の一部が吸気弁や吸気管内部に付着して筒内への燃料供給遅れが発生するため、燃料が気化しにくい低温時の始動運転時および高速応答が必要な過度運転時には有害物質（ＣＯ，ＨＣ）を排出しやすい。
一方、筒内噴射方式では、直接燃料を燃料室内（筒内）に噴射するので、前述のような燃料の供給遅れがなく、高精度な空燃比制御が達成できるため、理想的な燃焼によって排気ガス中に含まれる有害物質を低減できる。
【０００４】
（２）燃費低減
筒内に燃料を噴射する場合、点火時に点火プラグ周辺に可燃燃料を形成させる成層燃焼が可能となるため、筒内に吸入される空気量に対して理論空燃比よりも少ない燃料費で燃焼させることができる。
また、成層燃焼の実現により排気ガス環流（ＥＧＲ）による燃焼悪化への影響が小さくなるため、多量のＥＧＲの導入が可能となり、これによるポンピングロスの低減が加わって燃費の向上を図ることができる。
【０００５】
（３）出力向上
成層燃焼により点火プラグ周辺に可燃燃料が集まることで、ノッキングの原因となるエンドガス（燃焼遅延により残留する混合気）が少なく、耐ノック性能が向上するため、圧縮比を大きくすることができ出力が向上する。
また、筒内に噴射された燃料が気化することによって吸入された空気の熱を奪うため、筒内の体積密度の上昇による体積効率向上が図れ、その結果出力が向上する。
【０００６】
（４）ドライバビリティ（運転性）向上
筒内に直接燃料を噴射するため、燃料を供給してから点火され燃焼し出力が発生するまでの一連の遅れが、従来の筒外燃料噴射方式のエンジンと比べて短いため、運転者の操作（要求）に対してレスポンスの速いエンジンを実現できる。
【０００７】
従来の技術．
従来より筒内噴射式の燃料制御装置において、直接噴射式火花点火機関の発明が種々提案されている。
【０００８】
特開昭６０−３０４２０号公報には、負荷の増大に伴って燃料噴射時期を早めるようにした筒内直接噴射式火花点火機関が開示されている。この機関では、低負荷運転時には圧縮行程後半に燃料を点火栓付近に噴射し、点火栓付近に燃焼可能な混合気を形成して良好な着火と燃焼とを得られるようにし、一方、高負荷運転時には吸気行程前半に燃料を噴射し、燃料を筒内に十分拡散させることによって空気利用率を高め、出力の向上を図るようにしている。
【０００９】
特開平２−１６９８３４号公報には、機関運転状態に応じた要求燃料噴射量を、吸気行程と圧縮行程に分割して噴射可能な筒内直接噴射式火花点火機関の発明が開示され、要求燃料噴射量が、点火栓により着火可能な混合気を形成し得る最小限圧縮行程燃料噴射量と、筒内に均質に拡散した際に着火火炎が伝播可能な最小限吸気行程燃料噴射量との和である第１の噴射量以下の場合には、要求燃料噴射量の全量が圧縮行程において噴射され、着火及び燃焼可能な成層化された混合気が形成される。また要求燃料量が、点火栓により着火可能な均質混合気を筒内全体に形成可能な最小限燃料噴射量である第２の噴射量より小さく、かつ第１の噴射量以上である第３の噴射量以上の場合には、要求噴射量を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射し、吸気行程において噴射された燃料により火炎伝播用の希薄混合気が筒内全体に形成され、圧縮行程において噴射された燃料により点火栓近傍に比較的濃い点火用の混合気を形成する。
【００１０】
図１０は上記特開平２−１６９８３４号公報に示された内燃機関の構成図を示すものであり、１１は機関本体、１２はサージタンク、１３はエアクリーナ、１４はサージタンク１２とエアクリーナ１３とを連結する吸気管、１５は各気筒内に燃料噴射する電歪式の燃料噴射弁、６５は点火栓、１６は高圧用リザーバタンク、１７は高圧導管１８を介して高圧燃料をリザーバタンク１６に圧送するための吐出圧制御可能な高圧燃料ポンプ、１９は燃料タンク、２０は導管２１を介して燃料タンク１９から高圧燃料ポンプ１７に燃料を供給する低圧燃料ポンプ、２２は燃料噴射弁１５のピエゾ圧電素子を冷却するための圧電素子冷却用導入管、２３は圧電素子冷却用返戻管、２４は高圧燃料噴射弁１５を高圧用リザーバタンク１６に接続する枝管である。
【００１１】
電子制御ユニット４０は双方向性バスにより接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有し、入力ポート２５、出力ポート２６を備えている。この電子制御ユニット４０には、高圧用リザーバタンク１６内の圧力を検出する圧力センサ２７の検出信号、機関回転数Ｎｅに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ２９の出力パルス、アクセルペダルの開度θAに応じて発生するアクセル開度センサ３０の出力電圧がそれぞれ入力されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の筒内噴射式燃料制御装置は以上のように構成されており、燃料供給系統、特に高圧燃料ポンプ１７，高圧導管１８等の高圧燃料系統に故障が発生した場合、内燃機関が正常に動作しないという問題があった。
【００１３】
また、低圧燃料系統と高圧燃料系統を有し、始動が完了した時点で低圧制御モードから高圧制御モードに切り換えて制御する筒内噴射式燃料制御装置も提案されているが、始動後の高圧制御モードで燃料の圧力が高圧にならない場合−例えば高圧燃料ポンプや燃圧切換ソレノイドなど燃料系の故障の場合−には、燃料圧力に対して開弁時間が短いため燃料量が不足して機関が正常に動作しない、走行できないという問題点があった。
【００１４】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、筒内噴射式燃料制御装置において、特に高圧の燃料供給系統が故障した場合でも、機関が正常に動作しない又は走行できないという事態を回避することができる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の概要は、始動後の燃料圧力が高圧になっていないことを検出し、燃料供給系の故障を認識した場合は正常な低圧供給側を使用して始動後も強制的に低圧制御モードにすることによって機関の運転の確保を実現するものである。そして、故障検出手段としては、始動後所定時間経過した後に起こる機関停止（エンスト）が所定回数繰り返された場合、燃料が高圧に維持されていないとする方法と、高圧燃料ポンプの吐出側より下流に設けた圧力センサで検出方法の２通りを採用した。
【００１６】
そして、請求項１の発明は、吸入空気量又はこれに該当するパラメータや機関回転速度等の内燃機関の各種情報を基に該内燃機関への燃料供給量を演算する電子制御ユニットと、この電子制御ユニットの演算結果に基づく出力信号によって駆動され上記内燃機関の各気筒に燃料を供給するインジェクタと、上記燃料を上記インジェクタに供給する高圧燃料供給系を備え、上記内燃機関の始動後所定時間経過した後に起こるエンストが所定回数繰り返されることによって高圧燃料供給系の故障を判定した場合には、燃料圧力が低圧の燃料制御に切り換えて内燃機関を運転することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２の発明は、吸入空気量又はこれに該当するパラメータや機関回転速度等の内燃機関の各種情報を基に該内燃機関への燃料供給量を演算する電子制御ユニットと、この電子制御ユニットの演算結果に基づく出力信号によって駆動され上記内燃機関の各気筒に燃料を供給するインジェクタと、始動時等において上記燃料を上記インジェクタに供給する低圧燃料供給系と、上記燃料を上記インジェクタに供給する高圧燃料供給系と、上記低圧燃料供給系と上記高圧燃料供給系とを切換える手段を備え、上記内燃機関の始動後所定時間経過した後に起こるエンストが所定回数繰り返されることによって高圧燃料供給系の故障を判定した場合には、低圧燃料供給系に切り換えて内燃機関を運転することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
まず、この発明の前提となる筒内噴射式燃料制御装置の概略構成を図１に基づいて説明する。図において、電子制御ユニット１は相互に双方向性バスにより接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを基本構成としたディジタルコンピュータであり、各種センサからの信号を入力するための入力ポートと各種制御対象を駆動するための出力ポートを備えている。この電子制御ユニット１は、機関の吸入空気量又はこれに該当するパラメータや機関回転速度、クランク角度位置、Ｏ2センサ信号等の各種情報２に基づいて燃料供給量を演算する。機関の各気筒に燃料を噴射供給するインジェクタ３は、電子制御ユニット１の演算結果に基づいて出力された信号によって駆動され、高圧燃料ポンプ４はインジェクタ３に対して高圧に加圧した燃料を圧送する役割を果す。高圧レギュレータ５は高圧燃料ポンプ４から吐出された燃料の圧力を調整する。燃料ポンプ６は燃料タンク９内の燃料をフィルタを介して高圧燃料ポンプ４に供給する。更に、この燃料制御装置は、高圧燃料ポンプ４に供給される燃料の圧力を調整するための低圧レギュレータ７と、高圧レギュレータ５をバイパス（Ａ）するために燃料通路を切り換える燃圧切換ソレノイド８を備え、高圧燃料ポンプ４は機関により駆動され、燃料ポンプ６は電気的に駆動される。
【００１９】
次に、図１の筒内噴射式燃料制御装置により、この発明の前提となる燃料制御の一般的な動作について説明する。
【００２０】
（低圧制御モード）
機関を始動する場合、電子制御ユニット１は機関の各種情報２を用いて始動を判断してインジェクタ３を駆動するが、機関によって駆動される高圧燃料ポンプ４はこの時点では加圧動作ができないために、燃料の通路を燃圧切換ソレノイド８を操作してバイパス通路（Ａ）に切り換える。従ってインジェクタ３には電気的に駆動される燃料ポンプ６によってバイパス通路を経由して低圧レギュレータ７で調圧された低圧の燃料が供給される。ここで、筒内（燃焼室）に供給される燃料量は燃料の圧力とインジェクタ３の開弁時間によって決まるため、電子制御ユニット１は燃料の圧力（低圧）に見合った開弁時間になるような駆動信号をインジェクタ３に出力する。また、駆動のタイミングは燃料の圧力が低いため筒内圧力が低い機関の吸気行程で噴射され、吸入空気と混合された可燃材料が次の圧縮行程で点火される。
【００２１】
（高圧制御モード）
次に、電子制御ユニット１は機関の各種情報２によって始動の完了を検出し、以降の制御を低圧制御モードから高圧制御モードに切り換える。高圧制御モードでは、燃圧切換ソレノイド８を操作して燃料の供給通路を始動バイパス（Ａ）から高圧レギュレータ側（Ｂ）に切り換えて、燃料ポンプ６から供給される燃料を加圧した高圧の燃料が、高圧燃料ポンプ４からインジェクタ３に供給される。この高い燃料圧力を利用して機関の圧縮行程でインジェクタ３を駆動して燃焼室内に噴射し成層燃焼を行う。高圧制御モードでのインジェクタ３の開弁時間は低圧時のそれと比べて燃料圧力が高い分短くなる。
【００２２】
以上のような燃料制御では、始動が完了した時点で低圧制御モードから高圧制御モードに切り換えて制御しているため、始動後の高圧制御モードにおいて燃料の圧力が高圧にならない場合−例えば高圧燃料ポンプや燃圧切換ソレノイドなど燃料系の故障の場合−には、燃料圧力に対して開弁時間が短いため燃料量が不足して機関が正常に動作しない、走行できないという問題が生じる。
【００２３】
そこで、この発明は、始動後において燃料圧力が高圧になっていないことを検出し燃料供給系の故障を認識した場合は、正常な低圧供給側を使用して始動後も強制的に低圧制御モードにすることによって機関の運転の確保を実現するものである。
【００２４】
燃料供給系の故障を検出する手段として、実施の形態１では始動後所定時間経過した後に起こる機関停止（エンスト）が所定回数繰り返された場合、燃料が高圧に維持されていないとする方法を採用する。
【００２５】
次に、実施の形態１の燃料供給系の制御を図２の電子制御ユニット１の制御フローチャートに基づいて説明する。
【００２６】
まずＳ１０１において機関の電源が投入されたことを検出する。次に、Ｓ１０２で各種機関情報２によって機関の始動を検出し、燃料通路を始動用バイパス側（Ａ）に切り換えるためにＳ１０３で燃圧切換ソレノイド８を駆動し、Ｓ１０４において低圧制御モードで機関の燃料供給系の制御を行う。なお、ここでの低圧制御モード時の動作は前述した通りである。
【００２７】
次に、Ｓ１０５において各種機関情報２に基づいて始動が終了したかどうかを判定した後、Ｓ１０６で燃圧切換ソレノイド８を開放して高圧燃料ポンプ４に燃料を供給し、Ｓ１０７の高圧制御モードに移行する。この高圧制御モード時の動作は前述した通りである。
【００２８】
高圧制御モードに移行した後、機関が安定して運転している場合、つまりエンストしていない場合は、Ｓ１０７〜Ｓ１０８によって高圧制御モードを維持し成層燃焼が保たれる。なお、各種機関情報２を用いた各種検出および判定についてはすでに公知であるため特に記述しない。また、以上の制御の流れは一般的な制御である。
【００２９】
実施の形態１では、Ｓ１０７において高圧制御モードに切り換えた後、Ｓ１０８にてエンスト判定を行い、エンストしていない場合はＳ１０７の高圧制御モードを継続する。エンストと判定した場合は、Ｓ２０１にて始動判定（Ｓ１０５）から所定時間経過しているかどうかを比較する。Ｓ２０１における所定経過時間は通常のエンストと燃料系故障でのエンストを区別することが可能な値に設定される。例えば、運転者が始動を失敗した場合は始動判定から早い時間でエンストに至り、燃料系の故障の場合は比較的時間が経過した後にエンストするといった挙動を利用するものである。Ｓ２０１で始動後所定時間経過したエンストと判断した場合は、Ｓ２０２でエンスト回数Ｎsに１を加算し、所定時間経過しないエンストと判断した場合はＳ２０３でエンスト回数Ｎsをリセット（Ｎs＝０）する。Ｓ２０２およびＳ２０３はエンストの連続性を計算するものである。連続したエンスト回数Ｎsは、一過性の通常の始動失敗と区別するために燃料系故障の特徴を利用してその検出の確率を上げる値に設定される。
【００３０】
通常エンストした場合運転者は再度始動操作を行うため、Ｓ１０２に戻ることになりＳ１０４で低圧制御モードで始動時の制御を行うと共に、Ｓ２０４でエンスト回数Ｎsが所定値を超えているかどうかを比較して、超えていない場合は前述の通常の制御シーケンスに戻り、超えている場合はＳ２０５で低圧制御モードで運転を継続する。
【００３１】
実施の形態２．
実施の形態１では、燃料供給系の故障を検出する手段として、機関始動後所定時間経過した後に起こる機関停止（エンスト）が所定回数繰り返された場合、燃料が高圧に維持されていないと判断するようにしたが、実施の形態２では、高圧燃料ポンプの吐出側の下流に設けた圧力センサにより燃料の圧力を検出し燃料供給系の故障を判断する。
【００３２】
図３は実施の形態２の燃料供給系の制御フローチャートを示したものであり、図３のＳ１０１からＳ１０８までは基本的に図２の燃料制御（一般的な制御）と同様である。
【００３３】
実施の形態２では、Ｓ１０７により高圧制御モードでの制御中、Ｓ１０８でエンストかどうかを判定して、エンストでない場合はＳ３０１で高圧燃料ポンプ４の吐出口より下流側に設けた燃料の圧力を検出する圧力センサ（図示しない）の指示値が所定の値以下かどうかを比較し、所定値以上確保している場合は高圧制御モードＳ１０７を継続し、Ｓ３０２で所定の圧力値を設定された所定時間を下回っていると判定した場合は、燃料系の故障としてＳ３０３の低圧制御モードに切り換えて制御する。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態２は、機関始動後の通常運転状態において燃料系が故障した場合の制御の一例であるが、始動直後に燃料系の故障を判定する方法を図４を用いて説明する。図４のＳ１０１からＳ１０８の動作は実施の形態１の一般的制御の流れと同様である。
【００３５】
Ｓ１０５で始動が完了したことを検出した後、Ｓ１０６で燃圧切換ソレノイド８を開放して燃料のバイパス通路を閉じる操作を行う。この後、Ｓ４０１で高圧燃料ポンプ４の吐出口より下流側に設けた燃料の圧力を検出する圧力センサ（図示しない）の指示値が所定の値以下かどうかを比較し、所定値以上確保している場合は、通常通りＳ１０７で高圧制御モードとするが、Ｓ４０１で検出された燃料圧力が所定の値を下回っている場合は、燃料系の故障としてＳ４０２で燃圧切換ソレノイド８を駆動して再びバイパス通路（Ａ）に切り換えて、Ｓ４０３の低圧制御モードで制御する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明は、燃料系の故障を検出する手段を設けるとともに、燃料系統の故障を検出した場合に低圧制御モードで制御するように構成したものであり、特に高圧の燃料系統の故障が発生しても従来のような走行不能を回避でき運転を継続することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の前提となる筒内噴射式燃料制御装置を示す概略構成図である。
【図２】 実施の形態１の燃料供給系の制御を示すフローチャートである。
【図３】 実施の形態２の燃料供給系の制御の一部を示すフローチャートである。
【図４】 実施の形態３の燃料供給系の制御の一部を示すフローチャートである。
【図５】 従来の筒内噴射式燃料制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 電子制御ユニット、２ 入力情報、３ インジェクタ、４ 高圧燃料ポンプ、
５ 高圧レギュレータ、６ 燃料ポンプ、７ 低圧レギュレータ、
８ 燃圧切換ソレノイド、９ 燃料タンク。
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用ガゾリン内燃機関等の燃料室内（筒内）に直接燃料を噴射する方式の燃料供給系の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発明の背景．
内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式の燃料制御装置においては、下記に示す様に大きく４つの効果が期待できる。
【０００３】
（１）排気中に含まれる有害物質の低減
従来の吸気管内（筒外）で燃料を噴射する方式では、燃料室内（筒内）に吸入される以前に噴射燃料の一部が吸気弁や吸気管内部に付着して筒内への燃料供給遅れが発生するため、燃料が気化しにくい低温時の始動運転時および高速応答が必要な過度運転時には有害物質（ＣＯ，ＨＣ）を排出しやすい。
一方、筒内噴射方式では、直接燃料を燃料室内（筒内）に噴射するので、前述のような燃料の供給遅れがなく、高精度な空燃比制御が達成できるため、理想的な燃焼によって排気ガス中に含まれる有害物質を低減できる。
【０００４】
（２）燃費低減
筒内に燃料を噴射する場合、点火時に点火プラグ周辺に可燃燃料を形成させる成層燃焼が可能となるため、筒内に吸入される空気量に対して理論空燃比よりも少ない燃料費で燃焼させることができる。
また、成層燃焼の実現により排気ガス環流（ＥＧＲ）による燃焼悪化への影響が小さくなるため、多量のＥＧＲの導入が可能となり、これによるポンピングロスの低減が加わって燃費の向上を図ることができる。
【０００５】
（３）出力向上
成層燃焼により点火プラグ周辺に可燃燃料が集まることで、ノッキングの原因となるエンドガス（燃焼遅延により残留する混合気）が少なく、耐ノック性能が向上するため、圧縮比を大きくすることができ出力が向上する。
また、筒内に噴射された燃料が気化することによって吸入された空気の熱を奪うため、筒内の体積密度の上昇による体積効率向上が図れ、その結果出力が向上する。
【０００６】
（４）ドライバビリティ（運転性）向上
筒内に直接燃料を噴射するため、燃料を供給してから点火され燃焼し出力が発生するまでの一連の遅れが、従来の筒外燃料噴射方式のエンジンと比べて短いため、運転者の操作（要求）に対してレスポンスの速いエンジンを実現できる。
【０００７】
従来の技術．
従来より筒内噴射式の燃料制御装置において、直接噴射式火花点火機関の発明が種々提案されている。
【０００８】
特開昭６０−３０４２０号公報には、負荷の増大に伴って燃料噴射時期を早めるようにした筒内直接噴射式火花点火機関が開示されている。この機関では、低負荷運転時には圧縮行程後半に燃料を点火栓付近に噴射し、点火栓付近に燃焼可能な混合気を形成して良好な着火と燃焼とを得られるようにし、一方、高負荷運転時には吸気行程前半に燃料を噴射し、燃料を筒内に十分拡散させることによって空気利用率を高め、出力の向上を図るようにしている。
【０００９】
特開平２−１６９８３４号公報には、機関運転状態に応じた要求燃料噴射量を、吸気行程と圧縮行程に分割して噴射可能な筒内直接噴射式火花点火機関の発明が開示され、要求燃料噴射量が、点火栓により着火可能な混合気を形成し得る最小限圧縮行程燃料噴射量と、筒内に均質に拡散した際に着火火炎が伝播可能な最小限吸気行程燃料噴射量との和である第１の噴射量以下の場合には、要求燃料噴射量の全量が圧縮行程において噴射され、着火及び燃焼可能な成層化された混合気が形成される。また要求燃料量が、点火栓により着火可能な均質混合気を筒内全体に形成可能な最小限燃料噴射量である第２の噴射量より小さく、かつ第１の噴射量以上である第３の噴射量以上の場合には、要求噴射量を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射し、吸気行程において噴射された燃料により火炎伝播用の希薄混合気が筒内全体に形成され、圧縮行程において噴射された燃料により点火栓近傍に比較的濃い点火用の混合気を形成する。
【００１０】
図１０は上記特開平２−１６９８３４号公報に示された内燃機関の構成図を示すものであり、１１は機関本体、１２はサージタンク、１３はエアクリーナ、１４はサージタンク１２とエアクリーナ１３とを連結する吸気管、１５は各気筒内に燃料噴射する電歪式の燃料噴射弁、６５は点火栓、１６は高圧用リザーバタンク、１７は高圧導管１８を介して高圧燃料をリザーバタンク１６に圧送するための吐出圧制御可能な高圧燃料ポンプ、１９は燃料タンク、２０は導管２１を介して燃料タンク１９から高圧燃料ポンプ１７に燃料を供給する低圧燃料ポンプ、２２は燃料噴射弁１５のピエゾ圧電素子を冷却するための圧電素子冷却用導入管、２３は圧電素子冷却用返戻管、２４は高圧燃料噴射弁１５を高圧用リザーバタンク１６に接続する枝管である。
【００１１】
電子制御ユニット４０は双方向性バスにより接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有し、入力ポート２５、出力ポート２６を備えている。この電子制御ユニット４０には、高圧用リザーバタンク１６内の圧力を検出する圧力センサ２７の検出信号、機関回転数Ｎｅに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ２９の出力パルス、アクセルペダルの開度θAに応じて発生するアクセル開度センサ３０の出力電圧がそれぞれ入力されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の筒内噴射式燃料制御装置は以上のように構成されており、燃料供給系統、特に高圧燃料ポンプ１７，高圧導管１８等の高圧燃料系統に故障が発生した場合、内燃機関が正常に動作しないという問題があった。
【００１３】
また、低圧燃料系統と高圧燃料系統を有し、始動が完了した時点で低圧制御モードから高圧制御モードに切り換えて制御する筒内噴射式燃料制御装置も提案されているが、始動後の高圧制御モードで燃料の圧力が高圧にならない場合−例えば高圧燃料ポンプや燃圧切換ソレノイドなど燃料系の故障の場合−には、燃料圧力に対して開弁時間が短いため燃料量が不足して機関が正常に動作しない、走行できないという問題点があった。
【００１４】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、筒内噴射式燃料制御装置において、特に高圧の燃料供給系統が故障した場合でも、機関が正常に動作しない又は走行できないという事態を回避することができる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の概要は、始動後の燃料圧力が高圧になっていないことを検出し、燃料供給系の故障を認識した場合は正常な低圧供給側を使用して始動後も強制的に低圧制御モードにすることによって機関の運転の確保を実現するものである。そして、故障検出手段としては、始動後所定時間経過した後に起こる機関停止（エンスト）が所定回数繰り返された場合、燃料が高圧に維持されていないとする方法と、高圧燃料ポンプの吐出側より下流に設けた圧力センサで検出方法の２通りを採用した。
【００１６】
そして、請求項１の発明は、吸入空気量又はこれに該当するパラメータや機関回転速度等の内燃機関の各種情報を基に該内燃機関への燃料供給量を演算する電子制御ユニットと、この電子制御ユニットの演算結果に基づく出力信号によって駆動され上記内燃機関の各気筒に燃料を供給するインジェクタと、上記燃料を上記インジェクタに供給する高圧燃料供給系を備え、上記内燃機関の始動後所定時間経過した後に起こるエンストが所定回数繰り返されることによって高圧燃料供給系の故障を判定した場合には、燃料圧力が低圧の燃料制御に切り換えて内燃機関を運転することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２の発明は、吸入空気量又はこれに該当するパラメータや機関回転速度等の内燃機関の各種情報を基に該内燃機関への燃料供給量を演算する電子制御ユニットと、この電子制御ユニットの演算結果に基づく出力信号によって駆動され上記内燃機関の各気筒に燃料を供給するインジェクタと、始動時等において上記燃料を上記インジェクタに供給する低圧燃料供給系と、上記燃料を上記インジェクタに供給する高圧燃料供給系と、上記低圧燃料供給系と上記高圧燃料供給系とを切換える手段を備え、上記内燃機関の始動後所定時間経過した後に起こるエンストが所定回数繰り返されることによって高圧燃料供給系の故障を判定した場合には、低圧燃料供給系に切り換えて内燃機関を運転することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
まず、この発明の前提となる筒内噴射式燃料制御装置の概略構成を図１に基づいて説明する。図において、電子制御ユニット１は相互に双方向性バスにより接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを基本構成としたディジタルコンピュータであり、各種センサからの信号を入力するための入力ポートと各種制御対象を駆動するための出力ポートを備えている。この電子制御ユニット１は、機関の吸入空気量又はこれに該当するパラメータや機関回転速度、クランク角度位置、Ｏ2センサ信号等の各種情報２に基づいて燃料供給量を演算する。機関の各気筒に燃料を噴射供給するインジェクタ３は、電子制御ユニット１の演算結果に基づいて出力された信号によって駆動され、高圧燃料ポンプ４はインジェクタ３に対して高圧に加圧した燃料を圧送する役割を果す。高圧レギュレータ５は高圧燃料ポンプ４から吐出された燃料の圧力を調整する。燃料ポンプ６は燃料タンク９内の燃料をフィルタを介して高圧燃料ポンプ４に供給する。更に、この燃料制御装置は、高圧燃料ポンプ４に供給される燃料の圧力を調整するための低圧レギュレータ７と、高圧レギュレータ５をバイパス（Ａ）するために燃料通路を切り換える燃圧切換ソレノイド８を備え、高圧燃料ポンプ４は機関により駆動され、燃料ポンプ６は電気的に駆動される。
【００１９】
次に、図１の筒内噴射式燃料制御装置により、この発明の前提となる燃料制御の一般的な動作について説明する。
【００２０】
（低圧制御モード）
機関を始動する場合、電子制御ユニット１は機関の各種情報２を用いて始動を判断してインジェクタ３を駆動するが、機関によって駆動される高圧燃料ポンプ４はこの時点では加圧動作ができないために、燃料の通路を燃圧切換ソレノイド８を操作してバイパス通路（Ａ）に切り換える。従ってインジェクタ３には電気的に駆動される燃料ポンプ６によってバイパス通路を経由して低圧レギュレータ７で調圧された低圧の燃料が供給される。ここで、筒内（燃焼室）に供給される燃料量は燃料の圧力とインジェクタ３の開弁時間によって決まるため、電子制御ユニット１は燃料の圧力（低圧）に見合った開弁時間になるような駆動信号をインジェクタ３に出力する。また、駆動のタイミングは燃料の圧力が低いため筒内圧力が低い機関の吸気行程で噴射され、吸入空気と混合された可燃材料が次の圧縮行程で点火される。
【００２１】
（高圧制御モード）
次に、電子制御ユニット１は機関の各種情報２によって始動の完了を検出し、以降の制御を低圧制御モードから高圧制御モードに切り換える。高圧制御モードでは、燃圧切換ソレノイド８を操作して燃料の供給通路を始動バイパス（Ａ）から高圧レギュレータ側（Ｂ）に切り換えて、燃料ポンプ６から供給される燃料を加圧した高圧の燃料が、高圧燃料ポンプ４からインジェクタ３に供給される。この高い燃料圧力を利用して機関の圧縮行程でインジェクタ３を駆動して燃焼室内に噴射し成層燃焼を行う。高圧制御モードでのインジェクタ３の開弁時間は低圧時のそれと比べて燃料圧力が高い分短くなる。
【００２２】
以上のような燃料制御では、始動が完了した時点で低圧制御モードから高圧制御モードに切り換えて制御しているため、始動後の高圧制御モードにおいて燃料の圧力が高圧にならない場合−例えば高圧燃料ポンプや燃圧切換ソレノイドなど燃料系の故障の場合−には、燃料圧力に対して開弁時間が短いため燃料量が不足して機関が正常に動作しない、走行できないという問題が生じる。
【００２３】
そこで、この発明は、始動後において燃料圧力が高圧になっていないことを検出し燃料供給系の故障を認識した場合は、正常な低圧供給側を使用して始動後も強制的に低圧制御モードにすることによって機関の運転の確保を実現するものである。
【００２４】
燃料供給系の故障を検出する手段として、実施の形態１では始動後所定時間経過した後に起こる機関停止（エンスト）が所定回数繰り返された場合、燃料が高圧に維持されていないとする方法を採用する。
【００２５】
次に、実施の形態１の燃料供給系の制御を図２の電子制御ユニット１の制御フローチャートに基づいて説明する。
【００２６】
まずＳ１０１において機関の電源が投入されたことを検出する。次に、Ｓ１０２で各種機関情報２によって機関の始動を検出し、燃料通路を始動用バイパス側（Ａ）に切り換えるためにＳ１０３で燃圧切換ソレノイド８を駆動し、Ｓ１０４において低圧制御モードで機関の燃料供給系の制御を行う。なお、ここでの低圧制御モード時の動作は前述した通りである。
【００２７】
次に、Ｓ１０５において各種機関情報２に基づいて始動が終了したかどうかを判定した後、Ｓ１０６で燃圧切換ソレノイド８を開放して高圧燃料ポンプ４に燃料を供給し、Ｓ１０７の高圧制御モードに移行する。この高圧制御モード時の動作は前述した通りである。
【００２８】
高圧制御モードに移行した後、機関が安定して運転している場合、つまりエンストしていない場合は、Ｓ１０７〜Ｓ１０８によって高圧制御モードを維持し成層燃焼が保たれる。なお、各種機関情報２を用いた各種検出および判定についてはすでに公知であるため特に記述しない。また、以上の制御の流れは一般的な制御である。
【００２９】
実施の形態１では、Ｓ１０７において高圧制御モードに切り換えた後、Ｓ１０８にてエンスト判定を行い、エンストしていない場合はＳ１０７の高圧制御モードを継続する。エンストと判定した場合は、Ｓ２０１にて始動判定（Ｓ１０５）から所定時間経過しているかどうかを比較する。Ｓ２０１における所定経過時間は通常のエンストと燃料系故障でのエンストを区別することが可能な値に設定される。例えば、運転者が始動を失敗した場合は始動判定から早い時間でエンストに至り、燃料系の故障の場合は比較的時間が経過した後にエンストするといった挙動を利用するものである。Ｓ２０１で始動後所定時間経過したエンストと判断した場合は、Ｓ２０２でエンスト回数Ｎsに１を加算し、所定時間経過しないエンストと判断した場合はＳ２０３でエンスト回数Ｎsをリセット（Ｎs＝０）する。Ｓ２０２およびＳ２０３はエンストの連続性を計算するものである。連続したエンスト回数Ｎsは、一過性の通常の始動失敗と区別するために燃料系故障の特徴を利用してその検出の確率を上げる値に設定される。
【００３０】
通常エンストした場合運転者は再度始動操作を行うため、Ｓ１０２に戻ることになりＳ１０４で低圧制御モードで始動時の制御を行うと共に、Ｓ２０４でエンスト回数Ｎsが所定値を超えているかどうかを比較して、超えていない場合は前述の通常の制御シーケンスに戻り、超えている場合はＳ２０５で低圧制御モードで運転を継続する。
【００３１】
実施の形態２．
実施の形態１では、燃料供給系の故障を検出する手段として、機関始動後所定時間経過した後に起こる機関停止（エンスト）が所定回数繰り返された場合、燃料が高圧に維持されていないと判断するようにしたが、実施の形態２では、高圧燃料ポンプの吐出側の下流に設けた圧力センサにより燃料の圧力を検出し燃料供給系の故障を判断する。
【００３２】
図３は実施の形態２の燃料供給系の制御フローチャートを示したものであり、図３のＳ１０１からＳ１０８までは基本的に図２の燃料制御（一般的な制御）と同様である。
【００３３】
実施の形態２では、Ｓ１０７により高圧制御モードでの制御中、Ｓ１０８でエンストかどうかを判定して、エンストでない場合はＳ３０１で高圧燃料ポンプ４の吐出口より下流側に設けた燃料の圧力を検出する圧力センサ（図示しない）の指示値が所定の値以下かどうかを比較し、所定値以上確保している場合は高圧制御モードＳ１０７を継続し、Ｓ３０２で所定の圧力値を設定された所定時間を下回っていると判定した場合は、燃料系の故障としてＳ３０３の低圧制御モードに切り換えて制御する。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態２は、機関始動後の通常運転状態において燃料系が故障した場合の制御の一例であるが、始動直後に燃料系の故障を判定する方法を図４を用いて説明する。図４のＳ１０１からＳ１０８の動作は実施の形態１の一般的制御の流れと同様である。
【００３５】
Ｓ１０５で始動が完了したことを検出した後、Ｓ１０６で燃圧切換ソレノイド８を開放して燃料のバイパス通路を閉じる操作を行う。この後、Ｓ４０１で高圧燃料ポンプ４の吐出口より下流側に設けた燃料の圧力を検出する圧力センサ（図示しない）の指示値が所定の値以下かどうかを比較し、所定値以上確保している場合は、通常通りＳ１０７で高圧制御モードとするが、Ｓ４０１で検出された燃料圧力が所定の値を下回っている場合は、燃料系の故障としてＳ４０２で燃圧切換ソレノイド８を駆動して再びバイパス通路（Ａ）に切り換えて、Ｓ４０３の低圧制御モードで制御する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明は、燃料系の故障を検出する手段を設けるとともに、燃料系統の故障を検出した場合に低圧制御モードで制御するように構成したものであり、特に高圧の燃料系統の故障が発生しても従来のような走行不能を回避でき運転を継続することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の前提となる筒内噴射式燃料制御装置を示す概略構成図である。
【図２】 実施の形態１の燃料供給系の制御を示すフローチャートである。
【図３】 実施の形態２の燃料供給系の制御の一部を示すフローチャートである。
【図４】 実施の形態３の燃料供給系の制御の一部を示すフローチャートである。
【図５】 従来の筒内噴射式燃料制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 電子制御ユニット、２ 入力情報、３ インジェクタ、４ 高圧燃料ポンプ、
５ 高圧レギュレータ、６ 燃料ポンプ、７ 低圧レギュレータ、
８ 燃圧切換ソレノイド、９ 燃料タンク。
Claims (2)
- 吸入空気量又はこれに該当するパラメータや機関回転速度等の内燃機関の各種情報を基に該内燃機関への燃料供給量を演算する電子制御ユニットと、この電子制御ユニットの演算結果に基づく出力信号によって駆動され上記内燃機関の各気筒に燃料を供給するインジェクタと、上記燃料を上記インジェクタに供給する高圧燃料供給系を備え、上記内燃機関の始動後所定時間経過した後に起こるエンストが所定回数繰り返されることによって高圧燃料供給系の故障を判定した場合には、燃料圧力が低圧の燃料制御に切り換えて内燃機関を運転することを特徴とする筒内噴射式燃料制御装置。
- 吸入空気量又はこれに該当するパラメータや機関回転速度等の内燃機関の各種情報を基に該内燃機関への燃料供給量を演算する電子制御ユニットと、この電子制御ユニットの演算結果に基づく出力信号によって駆動され上記内燃機関の各気筒に燃料を供給するインジェクタと、始動時等において上記燃料を上記インジェクタに供給する低圧燃料供給系と、上記燃料を上記インジェクタに供給する高圧燃料供給系と、上記低圧燃料供給系と上記高圧燃料供給系とを切換える手段を備え、上記内燃機関の始動後所定時間経過した後に起こるエンストが所定回数繰り返されることによって高圧燃料供給系の故障を判定した場合には、低圧燃料供給系に切り換えて内燃機関を運転することを特徴とする筒内噴射式燃料制御装置。
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