JP4222097B2 - 内燃機関の燃料系診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁からの要求燃料噴射量に応じて燃料ポンプの燃料吐出量を可変制御しつつ燃料吐出圧をフィードバック制御する内燃機関の燃料系における異常の有無を診断する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のように燃料ポンプの燃料吐出量を可変制御しつつ燃料吐出圧（以下単に燃圧という）をフィードバック制御する可変容量型高圧燃料ポンプを有した燃料系として、特開平１０−１７６５８７号公報に開示されたものがある。
【０００３】
かかる燃料系の異常を診断する場合、燃料吐出量と燃圧との対応に基づいた従来の診断方式を採用し、燃料吐出量に対して燃圧が正常領域から外れたときに異常があると診断することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の診断方式では、燃料ポンプからの燃料吐出量と燃料噴射弁からの燃料噴射量との流量収支で燃圧が定まるため、通常使用する流量範囲から定まる燃圧範囲が非常に広くなり、異常と診断できる燃圧範囲が非常に狭められるので、良好な診断精度が得られなかった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、上記のように燃料ポンプの燃料吐出量を可変制御しつつ燃圧をフィードバック制御する燃料系を高精度に診断できる診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、上記のように燃料吐出圧をフィードバック制御する内燃機関の燃料系に対する異常の有無の診断において、燃料ポンプからの燃料吐出量と燃料噴射弁からの燃料噴射量との差が、要求燃料噴射量が大きいほど大きく設定される所定値以上のときに、異常があると診断する構成とした。
【０００７】
このようにすれば、燃料ポンプの燃料吐出量の正常範囲と異常範囲とを弁別する判定値を、機関運転状態（要求燃料噴射量）毎に、切り分けて設定することができるので、診断精度が向上する。
また、前記所定値が、燃料噴射量が大きいほど大きく設定されることにより、容易かつ高精度な診断を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る高圧燃料ポンプを備えた筒内直噴式内燃機関の燃料系システムの構成を示す。
【０００９】
燃料タンク１内に配置される電動式の低圧燃料ポンプ（フィードポンプ）２より吐出された燃料は、燃料フィルタ３、低圧プレッシャレギュレータ４を経て、所定の低圧（０．３〜０．５ＭＰａ程度）に調整された後、低圧燃料通路５を通じて高圧燃料ポンプ６に圧送され、機関駆動される高圧燃料ポンプ６により高圧に加圧され、高圧燃料通路７を通じて燃料噴射弁８に供給される。前記高圧燃料通路７には、燃圧センサ９が介装され、該燃圧センサ９によって検出された燃圧信号は、コントロールユニット１０に出力される。該コントロールユニット１０には、この他、機関回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ１１からの信号、気筒判別信号センサ１２からの気筒判別信号、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１３、機関の吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ１４からの信号が入力される。
【００１０】
前記高圧燃料ポンプ６は、前記コントロールユニット１０からの信号により、電磁制御弁６ａでポンプ本体６ｂからの吐出量が可変制御され、任意の高圧（３〜１５ＭＰａ程度）に調整される。
【００１１】
本燃料系システムにおいては、高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量と燃料噴射弁８の燃料噴射量の流量収支で燃圧がフィードバック制御されるので、該燃圧フィードバック制御の制御因子は、高圧燃料ポンプ６の吐出量となる。目標燃圧より前記燃圧センサ９によって検出される実燃圧が低い場合は、高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量を増やして目標燃圧となるまで燃圧を上げる方向に制御し、目標燃圧よりも実燃圧が高い場合は、逆に高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量を減らして目標燃圧となるまで燃圧を下げる方向に制御する。
【００１２】
実際は、上記高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量、燃料噴射弁８の燃料噴射量の他に、燃料の体積弾性率、高圧燃料通路（配管）７の剛性、高圧部の容積によって、高圧系の燃圧が定まる。
【００１３】
高圧燃料ポンプ６の吸入／吐出は、機関のカムシャフトに連結されているポンプ駆動カムで行われ、カム１回転につき、機関気筒数または気筒数の半分の回数で駆動される。
【００１４】
高圧燃料ポンプ６の吸入行程において、燃料タンク１から圧送されてきた低圧燃料をポンプ行程容積分吸入した後、吐出行程において任意のタイミングで電磁弁６ａを閉作動させてポンプ室を低圧な上流側と遮断することにより、燃料の加圧を開始して高圧燃料通路７に圧送する。
【００１５】
高圧燃料ポンプ６の必要吐出量は、目標燃圧および燃料噴射量により計算され、クランク角センサ１１により検出される機関回転速度、気筒判別センサ１２からの気筒判別信号により検出されるポンプ駆動カム位相により、電磁制御弁６ａの閉作動タイミングが制御される。
【００１６】
図２は、高圧燃料ポンプ６の必要吐出量Ｑを算出するルーチンのフローチャートを示す。
ステップ１１では、機関運転状態の各種信号を読み込む。具体的には、前記クランク角センサ１１によって検出される機関回転速度Ｎｅ、エアフローメータ１４によって検出される吸入空気流量Ｑａ、燃圧センサ９によって検出される実燃圧Ｐ、アクセル開度センサ１３によって検出されるアクセル開度Ａｃｃその他高圧燃料ポンプ６の必要吐出量Ｑの算出に必要な値を読み込む。
【００１７】
ステップ１２では、前記アクセル開度Ａｃｃなどから機関負荷（目標トルク）Ｔを算出する。
ステップ１３では、機関回転速度Ｎｅと前記機関負荷Ｔとに基づいて、図３に示したマップから高圧燃料ポンプ６の目標燃圧Ｐｔを算出する。具体的には、機関回転速度Ｎｅ、機関負荷Ｔが高いほど目標燃圧Ｐｔが高圧に設定される。
【００１８】
ステップ１４では、機関回転速度Ｎｅと前記機関負荷Ｔとに基づいて、図４に示したマップから燃料噴射弁８の燃料噴射量Ｑｉを算出する。具体的には、機関回転速度Ｎｅ、機関負荷Ｔが高いほど燃料噴射量Ｑｉが大きい値に設定される。
【００１９】
ステップ１５では、ステップ１３で算出した目標燃圧Ｐｔと燃圧センサ９によって検出された実燃圧Ｐとの差Ｐｃａｌを次式のように算出する。
Ｐｃａｌ＝Ｐｔ−Ｐ
ステップ１６では、上記圧力差Ｐｃａｌに基づいて、高圧燃料ポンプ６の吐出量補正値Ｑｈを次式のように算出する。
【００２０】
Ｑｈ＝Ｐｃａｌ・Ｋ
Ｋ：燃圧フィードバックゲイン（定数）
ステップ１７では、機関回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｉとに基づいて図５に示したマップから算出した高圧燃料ポンプ６の基本吐出量Ｑｂａｓに、前記吐出量補正値Ｑｈを加算して、必要吐出量Ｑを次式のように算出する。
【００２１】
Ｑ＝Ｑｂａｓ＋Ｑｈ
このようにして高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量を前記必要吐出量Ｑとなるように可変制御しつつ燃圧をフィードバック制御する。
【００２２】
さらに、前記コントロールユニット１０は、上記燃料系システムの異常（故障）を精度良く診断する本発明にかかる診断を実行する。
以下に、本発明にかかる診断の実施形態を、図６に示したフローチャートに従って説明する。
【００２３】
ステップ１では、診断開始条件に成立時に診断を開始する。ここで、診断開始条件について説明する。
既述のように、燃料フィードバック制御は、目標燃圧と要求燃料噴射量から計算される必要燃料供給量に対し、高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量を可変に調整して行っている。すなわち、燃料噴射量と燃料吐出量とが１：１の場合、流量収支がバランスし、燃圧は一定に保たれる。燃圧を上げる場合は、一時的に高圧燃料ポンプ６の吐出量を増加させ、目標燃圧に到達した時点で流量収支＝１：１に戻すように吐出量を制御する。燃圧を下げる場合はその逆である。
【００２４】
ここで、燃圧センサ９、クランク角センサ１１、気筒判別センサ１２などの高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量を計算するための信号系統の異常時や、機関始動直後の燃圧不安定状態などにおいては、正常な燃圧制御ができないため、燃圧フィードバック制御は中止される。
【００２５】
よって、本発明に係る流量収支による診断開始条件としては、燃圧フィードバック制御中であることを前提とし、診断開始条件が満たされたときに、ステップ２へ進んで、流量収支による第１の診断を開始する。
【００２６】
前記流量収支による第１の診断は、高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量と燃料噴射弁８の燃料噴射量とに基づいて、図７に示すようにＮＧ領域とＯＫ領域とを設定したマップを参照し、ＮＧ領域とＯＫ領域のいずれに属しているかを判別することにより行う。ここで、ＮＧ領域とＯＫ領域とは、流量収支による第１の診断が可能なように、通常の燃料吐出量の増減範囲で、実燃圧を目標燃圧へ収束させて要求燃料噴射量を確保できる場合にＯＫ領域とし、そうでない場合にＮＧ領域とするように、部品バラツキ、性能劣化、環境条件変化（燃料性状、燃料温度など）を考慮して決定される。
【００２７】
ステップ３では、ステップ２での第１の診断によりＮＧ領域に属しているかを判定し、ＮＧ領域に属していると判定された場合は、ステップ４で第１の診断が異常であると診断を下した後、ステップ６へ進む。
【００２８】
また、ステップ３で第１の診断によるＮＧ領域に属しておらずＯＫ領域に属していると判定された場合は、ステップ５で高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量が最小値ＭＩＮまたは最大値ＭＡＸに張り付いたかを判定し、いずれの張り付きもないと判定された場合は、現在の状態は第１の診断結果が正常（ＯＫ）、つまり、燃料系は正常であるので、ステップ２に戻って運転状態の変化に備えて第１の診断を継続する。
【００２９】
ステップ５で高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量が最小値ＭＩＮまたは最大値ＭＡＸに張り付いていると判定された場合は、ステップ６へ進む。
ステップ６では、燃圧による第２の診断を開始する。具体的には、目標燃圧と実燃圧とを比較し、両者の偏差（絶対値）に基づいて診断する。
【００３０】
すなわち、ステップ７で、目標燃圧Ｐｔと実燃圧Ｐとの偏差（絶対値）が所定値ΔＰ以上あるかを判定する。ここで、該判定用の所定値ΔＰは、前記燃料吐出圧の可変制御における不感帯幅より大きい値に設定され、具体的には、±０．３〜０．５ＭＰａ程度に設定される。
【００３１】
そして、偏差が所定値ΔＰ未満と判定されたときは、ステップ２に戻って、第１の診断を継続し、偏差が所定値ΔＰ以上と判定されたときは、ステップ８へ進んで、上記偏差が所定値ΔＰ以上の状態が所定時間Ｔ以上継続したかを判定する。
【００３２】
ステップ８で、所定値ΔＰ以上の状態が所定時間Ｔ以上継続していないときは、ステップ７へ戻って第２の診断を継続し、所定時間Ｔ以上継続したと判定されたときは、ステップ９へ進んで、燃圧による第２の診断結果が異常（ＮＧ）であると確定してこのフローを終了する。
【００３３】
ここで、ステップ３からステップ４を経た後、ステップ９に至った場合、つまり、第１の診断結果が異常（ＮＧ）であって第２の診断結果も異常（ＮＧ）である場合は、高圧燃料ポンプ６の流量制御では、燃圧を目標値に収束できない場合であるから、レベルが大きい異常を有していると診断することができる。これに対し、第１の診断結果が異常（ＮＧ）であるが第２の診断結果は異常（ＮＧ）と判定されていない状態は、正常範囲の流量制御では燃圧を目標値に収束させることができないが、正常範囲から外れた流量制御によって燃圧を目標値に収束させることができる相対的にレベルが小さい異常を有していると診断される。
【００３４】
一方、ステップ５を経て、ステップ９に至った場合、つまり、高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量が最小値ＭＩＮまたは最大値ＭＡＸに張り付いたときに、第２の診断結果が異常（ＮＧ）と判定された場合は、流量収支による第１の診断では、診断できないので、燃圧による第２の診断を行い、その結果、異常（ＮＧ）と判定された場合である。この場合は、現状の最小値ＭＩＮまたは最大値ＭＡＸに張り付いた状態で、燃圧を目標燃圧に収束させることはできないが、要求燃料噴射量が中間値である運転状態に移行した場合は、目標燃圧に収束することができるか否かは不明である。つまり、異常の程度の判別は行えないが、少なくとも正常範囲の流量制御では燃圧を目標値に収束させることができない異常を有していると診断することができる。
【００３６】
上記実施形態の効果をまとめて以下に列挙する。
燃料噴射弁８からの要求燃料噴射量に応じて高圧燃料ポンプ６の燃料吐出量を可変制御しつつ燃料吐出圧をフィードバック制御する内燃機関の燃料系に対し、前記燃料ポンプ６の燃料吐出量と燃料噴射弁８からの燃料噴射量とに基づいて異常の有無を診断する第１の診断を行う構成としたことにより、診断の判定値（ＮＧ領域）を運転状態（要求燃料噴射量）毎に、切り分けて設定することができるので、診断精度が向上する。
【００３７】
具体的には、前記第１の診断を、図７に示すようにＮＧ領域とＯＫ領域とを設定して、高圧燃料ポンプ６からの燃料吐出量と燃料噴射弁８からの燃料噴射量との差が、所定値以上のときに燃料系に異常があると診断するように構成することにより、容易に第１の診断を行うことができる。
【００３８】
また、同じく図７に示すようにＮＧ領域とＯＫ領域との割合（ＯＫ領域の幅）を運転状態（要求燃料噴射量）毎に異ならせて設定し、前記第１診断における判定用の所定値が、機関の運転状態（要求燃料噴射量）に応じて可変に設定されるように構成したことにより、容易かつ高精度な診断を行うことができる。
【００３９】
また前記高圧燃料ポンプの制御値が上限近傍または下限近傍に維持されたとき（前記燃料吐出量が最小値ＭＩＮまたは最大値ＭＡＸに張り付いたとき）は、前記第１の診断と相違する第２の診断によって前記燃料系の異常の有無を診断する構成としたことにより、第１の診断では診断できない状態で第２の診断に切り換えて診断することができ、診断可能を領域を広げることができる。
【００４０】
また、前記第２の診断を、実燃料圧力と目標燃料圧力との差が所定値（ΔＰ）以上のときに燃料系に異常があると診断する構成としたことにより、高圧燃料ポンプの制御値が上限近傍または下限近傍に維持されたときは、前記燃料噴射量と燃料吐出量とに基づく第１の診断では異常があってもが正常と診断されてしまうが、第２の診断では、異常時には実燃料圧力と目標燃料圧力との差が所定値（ΔＰ）以上となって、正しく異常有りと診断することができる。
【００４１】
また、前記第２の診断の所定値（ΔＰ）は、前記燃料吐出圧の可変制御における不感帯幅より大きい値に設定するように構成したことにより、確実に異常を診断することができ、また、不感帯幅より大きい程度の大きさ（±０．３〜０．５ＭＰａ）に設定すればよいので、従来の燃料ポンプの燃料吐出量と燃料吐出圧とで診断する場合の燃料吐出圧の判定値（±５ＭＰａ程度）に比較して十分小さいな判定値でよく、拡大された診断領域においても高い診断精度が得られる。
【００４２】
また、前記第２の診断を、異常状態を所定時間Ｔ以上検出しつづけたときに、異常があると診断する構成としたことにより、過渡的な燃圧変動による誤診断を防止でき、信頼性の高い診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料系システムを示す図。
【図２】同上実施形態の高圧燃料ポンプの必要吐出量を算出するルーチンのフローチャート。
【図３】同上の高圧燃料ポンプの目標燃圧を算出するためのマップ。
【図４】同上実施形態の燃料噴射弁の燃料噴射量を算出するためのマップ。
【図５】同上の高圧燃料ポンプの基本吐出量を算出するためのマップ。
【図６】同上実施形態の異常診断のフローチャート。
【図７】上記異常診断に用いる第１の診断用のマップ。
【符号の説明】
６…高圧燃料ポンプ ７…高圧燃料通路 ８…燃料噴射弁 ９…燃料センサ １０…コントロールユニット １１…クランク角センサ １２気筒判別センサ １３…アクセル開度センサ １４…エアフローメータ

Claims (2)

1. 燃料噴射弁からの要求燃料噴射量に応じて燃料ポンプの燃料吐出量を可変制御しつつ燃料吐出圧をフィードバック制御する内燃機関の燃料系において、
   前記燃料ポンプからの燃料吐出量と燃料噴射弁からの燃料噴射量との差が、前記燃料噴射量が大きいほど大きく設定される所定値以上のときに、前記燃料系に対して異常があると診断する第１の診断を行い、
   前記第１の診断により異常があると診断されなかった場合でも、前記燃料ポンプの制御値が上限近傍または下限近傍に維持された場合には、実燃料圧力と目標燃料圧力との差が所定値以上となる状態が所定時間以上継続したときに燃料系に異常があると診断する第２の診断を行うことを特徴とする内燃機関の燃料系診断装置。
2. 前記第２の診断の所定値は、前記燃料吐出圧の可変制御における不感帯幅より大きい値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料系診断装置。

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