JP4657170B2 - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射する燃料噴射弁に対する燃料供給圧を目標値とするように電動式の燃料ポンプを操作して燃料供給量を制御するエンジンの燃料供給装置に関する。

この種の燃料供給装置として、特許文献１に示される燃料供給装置では、燃料ポンプのフィードバック補正量を目標燃圧と実燃圧との偏差に基づいて積分して設定し、この積分量が所定範囲外となったときに燃料ポンプ等に故障があると診断している。
特開平８−３２６６１７号公報

しかし、上記特許文献１の診断では、故障判定までに時間が掛かるという問題がある。
また、一般に、この種の燃料供給装置においては、燃圧に基づく診断では、燃料ポンプに特性劣化等の異常が生じた場合、目標燃圧に対するフィードバック制御で吸収されて実燃圧上の異常とはなり難いことから迅速な判断が行えない。また、任意に制御量を変更して診断した場合は、エンジン状態と不整合な燃圧となることから、運転性や排気性状を悪化させてしまうことがある。

また、燃圧センサが故障した場合には、異常診断を行うことができない。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃圧を可変とする燃料供給装置において、燃料ポンプの特性劣化等の異常を、迅速に、かつ、運転性や排気性状を悪化させることなく診断でき、さらに、燃圧センサが故障した場合でも診断できる機能を備えたエンジンの燃料供給装置を提供することを目的とする。

このため請求項１に係る発明は、
エンジンに燃料を噴射する燃料噴射弁が接続された燃料ギャラリーと、
前記燃料ギャラリーに燃料を加圧して供給する機械的構成部を有する燃料ポンプと、
前記燃料ギャラリーに設けられ、加圧された燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
を備えた内燃機関の燃料供給装置に用いられ、前記燃料ギャラリーに送られる燃料の供給圧を目標燃料供給圧に設定すると共に、前記燃料圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記燃料ギャラリーの燃料圧力が前記目標燃料供給圧力に近づくように、前記燃料ポンプの作動をフィードバック制御するエンジンの制御装置において、
前記エンジン制御装置は、
前記燃料ポンプ制御信号として、デューティ制御信号を生成すると共に、前記燃料ポンプの実際の通電量を検出し、所定の通電デューティＤ１以上のデューティ信号が前記燃料ポンプに供給されているとき、前記実際の通電量が、前記通電デューティＤ１のときにとり得るべき通電量より小さい状態が所定時間以上継続するとき、前記燃料ポンプの電気系統が異常と判断する第１の電気系統診断手段と、
所定の通電デューティＤ２以下のデューティ信号が前記燃料ポンプに供給されているとき、前記実際の通電量が、前記通電デューティＤ２のときにとり得るべき通電量より大きい状態が所定時間以上継続するときは、前記燃料ポンプの電気系統が異常と判断する第２の電気系統診断手段と、
また、エンジン制御装置が前記目標燃料供給圧力に近づくように前記燃料ポンプを制御している状態で、前記燃料圧力検出手段が所定時間以上継続して前記目標燃料供給圧から所定範囲内である燃料圧力検出信号を検出しなかったときに、前記燃料ポンプの機械的構成部の異常を有していると診断する機械的構成部診断手段と、
を備えたことを特徴とする。
請求項１に係る発明によると、
機関運転状態に応じて回転位相の目標値を算出しつつ、該目標値の変化状態をリミット値に基づいて判定しながら、異常診断手段による診断の許否を判定する。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における車両用エンジンの燃料供給装置を示す図である。
図１において、燃料タンク１は、エンジン（内燃機関）１０の燃料（ガソリン）を貯留するタンクであり、例えば車両の後部座席の下などに配置される。
前記燃料タンク１には、給油キャップ２で閉塞される給油口３が開口されており、給油キャップ２を外して前記給油口３から燃料が補給される。

前記燃料タンク１内には、図示省略したブラケットによって電動式の燃料ポンプ４が設置されている。
前記燃料ポンプ４は、燃料タンク１内のガソリンを吸い込み口から吸い込んで吐出口から吐き出す、例えばタービン式のポンプであり、前記吐出口には、燃料パイプ５ａの一端が接続されている。

前記燃料パイプ５ａの他端には、燃料ポンプ４から後述する燃料噴射弁９に向かう燃料の流れを通過させ、前記燃料噴射弁９から燃料ポンプ４に向かう流れ（逆流）を阻止する逆止弁７の入口側が接続される。
前記燃料パイプ５ａ、燃料パイプ５ｂ、燃料ギャラリーパイプ８によって、燃料ポンプ４から燃料噴射弁９に向けた燃料供給通路が形成される。

前記燃料ギャラリーパイプ８には、その延設方向に沿って気筒数（本実施形態は４気筒）と同じ数の噴射弁接続部８ａが設けられ、各噴射弁接続部８ａには、燃料噴射弁９の燃料取り入れ口がそれぞれ接続される。
前記燃料噴射弁９は、電磁コイルへの通電によって磁気吸引力が発生すると、スプリングによって閉弁方向に付勢されている弁体がリフトして燃料を噴射する、電磁式燃料噴射弁である。

前記燃料噴射弁９は、エンジン１０の各気筒の吸気ポート部にそれぞれ設置され、各気筒に燃料をそれぞれ噴射供給する。
また、前記燃料ギャラリーパイプ８内と燃料タンク１内とを連通させるリリーフパイプ１２が設けられて、前記リリーフパイプ１２の途中には、リリーフ弁１３が介装されている。

前記リリーフ弁１３は、弾性体により閉弁方向に付勢されており、燃料ギャラリーパイプ８内の燃料を燃料タンク１内にリリーフする機械式のチェックバルブであり、燃料ギャラリーパイプ８内の燃力が前記開弁圧（許容上限圧）を超えて大きくなることを阻止するために設けてある。
マイクロコンピュータを内蔵する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１は、前記燃料噴射弁９それぞれに対して個別に開弁制御パルス信号を出力して、各燃料噴射弁９による燃料噴射量及び噴射時期を制御する。

更に、前記電子制御ユニット１１は、前記燃料ポンプ４への通電のオン・オフをデューティ制御することで駆動電流を変化させ、燃料ポンプ４の吐出量を制御する。
前記電子制御ユニット１１には、各種センサからの検出信号が入力される。
前記各種センサとしては、エンジン１０の吸入空気流量を検出するエアフローメータ２１、所定クランク角位置毎に検出信号を出力するクランク角センサ２２、エンジン１０の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ２３、前記燃料ギャラリーパイプ８内における燃料の圧力を検出する燃圧センサ２４、前記燃料ギャラリーパイプ８内における燃料の温度を検出する燃温センサ２５、エンジン１０の空燃比に相関する排気中の酸素濃度を検出する空燃比センサ２６などが設けられ、さらに、後述する燃料ポンプ４の診断のため燃料ポンプ４の通電電流値を検出する電流センサ２７が設けられている。

そして、前記電子制御ユニット１１は、目標空燃比の混合気を形成させることができる燃料量に見合う噴射パルス幅を、前記エアフローメータ２１，クランク角センサ２２，水温センサ２３，空燃比センサ２６などからの検出信号に基づき演算し、前記噴射パルス幅の開弁制御パルス信号を、各燃料噴射弁９に出力する。
また、前記電子制御ユニット１１は、前記燃圧センサ２４で検出される実際の燃圧が目標燃圧に近づくように、前記燃料ポンプ４及び電磁リリーフ弁１３の通電デューティ（操作量）をフィードバック制御する。

ここで、前記電子制御ユニット１１は、前記燃料ポンプ４の異常を診断する。
図２以下のフローチャートは、前記燃料ポンプ４の異常を診断するフローを示す。なお、以下に示す全てのルーチンは、全て微小時間毎に実行されるものとする。
図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１では、燃料ポンプ４の操作量である通電デューティＤが設定値Ｄ１以上であるかを判定する。

通電デューティＤが設定値Ｄ１以上と判定されたときは、ステップＳ１０２へ進んで、前記電流センサ２７によって検出される燃料ポンプ４の実際の電流値Ｉが、設定値Ｉ１以下であるかを判定する。ここで、該電流値の設定値Ｉ１は、燃料ポンプ４が正常である場合に、通電デューティが設定値Ｄ１のときに取りうるべき電流値より許容誤差以上小さい値に設定される。

ステップＳ１０２で電流値が設定値Ｉ１以下と判定されたときは、ステップＳ１０３へ進んで、この状態が所定時間継続したかを判定する。
ステップＳ１０３で、電流値Ｉが設定値Ｉ１以下の状態が所定時間経過したと判定されたときは、電流値Ｉが通電デューティＤに比較して異常に小さい状態が継続しているから、燃料ポンプ４が駆動力不足な動作不良であるためと考えられるので、ステップＳ１０４へ進んで、燃料ポンプ４が異常であると判定する。

図３のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１では、燃料ポンプ４の通電デューティＤが設定値Ｄ２以下であるかを判定する。
通電デューティが設定値Ｄ２以下と判定されたときは、ステップＳ２０２へ進んで、燃料ポンプ４の電流値Ｉが、設定値Ｉ２以下であるかを判定する。ここで、該電流値の設定値Ｉ２は、通電デューティが設定値Ｄ２のときに取りうるべき電流値より許容誤差以上大きい値に設定される。

ステップＳ２０２で電流値が設定値Ｉ２以上と判定されたときは、ステップＳ１０３へ進んで、この状態が所定時間継続したかを判定する。
ステップＳ２０３で、電流値Ｉが設定値Ｉ２以上の状態が所定時間経過したと判定されたときは、電流値Ｉが通電デューティＤに比較して異常に大きい状態が継続しているから、燃料ポンプ４が過剰に駆動される動作不良であるためと考えられるので、ステップＳ２０４へ進んで、燃料ポンプ４が異常であると判定する。

以上示した実施形態によれば、燃料ポンプ４の操作量（通電デューティ）に対して、通電量が設定範囲を外れている（燃料ポンプ４の制御に応じた設定範囲から外れている）ため燃料ポンプ４を劣化等による異常を診断することができ、また、燃圧を必要としないため、燃圧センサが故障している場合でも、診断することができる。
また、電流値の設置値（設定範囲）を通電デューティに応じた値として設定したが、この他、燃料供給量の目標値、燃圧の目標値等を用いて設定してもよい。

また、電流値の設定範囲のデータをテーブルに設定し、テーブルの検索により設定する構成としてもよい。
次に、図１及び図２の診断と組み合わせることにより、燃料ポンプの診断精度を高めることができるフローを、図４に示したフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ３０１では、要求燃料流量の変化量（前回流量値との偏差の絶対値）が、設定値以下であるか、つまり、要求燃料流量が変動せず安定しているかを判定する。ここで、要求燃料流量は、燃料噴射弁７からの要求燃料噴射量とエンジン回転速度の積に比例した値として算出される。
ステップＳ３０１で、要求燃料流量の変化量が、設定値以下と判定されたときは、ステップＳ３０２へ進み、実燃圧と目標燃圧との差圧（絶対値）が設定値以上であるか、つまり、燃圧が目標燃圧に収束していないかを判定する。

前記差圧が設定値以上と判定されたときは、ステップＳ３０３へ進んで、燃料ポンプ４が全開運転されている（通電デューティが１００％）かを判定する。
ステップＳ３０３で全開運転されていると判定されたときは、ステップＳ３０４へ進んで、この状態が所定時間継続したかを判定する。
ステップＳ３０４で、前記燃料ポンプが全開運転されているのに、目標燃圧に収束しない状態が所定時間継続していると判定されたときは、ステップＳ３０５へ進んで燃料ポンプが異常であると判定する。

このようにすれば、実際の燃圧に基づいて、燃料ポンプ４の操作量と電流値との関係が正常である場合の異常（モータが正常に駆動されているが、機械的な異常等で吐出量が異常）も診断することができる。
なお、上記のフローでは目標燃圧に収束しないことと、燃料ポンプが全開運転されていることの２つの状態が所定時間継続した場合に異常と判定したが、これら２つの状態のいずれかが所定時間継続しただけでも異常であると判断できるので、目標燃圧に収束しない状態が所定時間継続しただけで異常と判定する方式、または、燃料ポンプの全開運転が所定時間継続しただけで異常と判定する診断方式としてもよい。

また、実燃圧が目標燃圧に収束するまでの時間に基づいて、燃料ポンプの劣化レベルを判定するようにしてもよい。
また、燃料ポンプの駆動回路にリレーを備えたものでは、リレーＯＦＦ時は、燃料ポンプの異常診断を行わないようにするのが望ましい。

実施形態における燃料供給装置のシステム図。 燃料ポンプの異常を診断する実施形態を示すフローチャート。 燃料ポンプの異常を診断する実施形態を示すフローチャート。 燃料ポンプの異常を診断する実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

１…燃料タンク、４…燃料ポンプ、５ａ，５ｂ…燃料パイプ、７…逆止弁、８…燃料ギャラリーパイプ、９…燃料噴射弁、１０…内燃機関、１１…電子制御ユニット、１２…リリーフパイプ、１３…電磁リリーフ弁、２４…燃圧センサ、２６…電流センサ

Claims (1)

1. エンジンに燃料を噴射する燃料噴射弁が接続された燃料ギャラリーと、
   前記燃料ギャラリーに燃料を加圧して供給する機械的構成部を有する燃料ポンプと、
   前記燃料ギャラリーに設けられ、加圧された燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
   を備えた内燃機関の燃料供給装置に用いられ、前記燃料ギャラリーに送られる燃料の供給圧を目標燃料供給圧に設定すると共に、前記燃料圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記燃料ギャラリーの燃料圧力が前記目標燃料供給圧力に近づくように、前記燃料ポンプの作動をフィードバック制御するエンジンの制御装置において、
   前記エンジン制御装置は、
   前記燃料ポンプ制御信号として、デューティ制御信号を生成すると共に、前記燃料ポンプの実際の通電量を検出し、
   所定の通電デューティＤ１以上のデューティ信号が前記燃料ポンプに供給されているとき、前記実際の通電量が、前記通電デューティＤ１のときにとり得るべき通電量より小さい状態が所定時間以上継続するとき、前記燃料ポンプの電気系統が異常と判断する第１の電気系統診断手段と、
   所定の通電デューティＤ２以下のデューティ信号が前記燃料ポンプに供給されているとき、前記実際の通電量が、前記通電デューティＤ２のときにとり得るべき通電量より大きい状態が所定時間以上継続するときは、前記燃料ポンプの電気系統が異常と判断する第２の電気系統診断手段と、
   エンジン制御装置が前記目標燃料供給圧力に近づくように前記燃料ポンプを制御している状態で、前記燃料圧力検出手段が所定時間以上継続して前記目標燃料供給圧から所定範囲内である燃料圧力検出信号を検出しなかったときに、前記燃料ポンプの機械的構成部の異常を有していると診断する機械的構成部診断手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。

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