JP6837940B2 - 内燃機関駆動制御方法及び内燃機関駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の駆動制御に係り、特に、コモンレール式燃料噴射制御装置を用いた内燃機関駆動制御装置における非常時の内燃機関の駆動制御の安定性、信頼性の向上等を図ったものに関する。

ディーゼルエンジンなどの内燃機関の燃料噴射制御装置としては、高圧ポンプによって燃料を加圧して蓄圧器であるコモンレールに圧送して蓄圧し、蓄圧された高圧燃料をインジェクタへ供給することにより、インジェクタによる内燃機関への高圧燃料の噴射を可能としたコモンレール式燃料噴射制御装置が、燃費やエミッション特性等に優れるものとして実用に供されていることは良く知られている通りである。

かかるコモンレール式燃料噴射制御装置において、レール圧を制御する構成としては、例えば、高圧ポンプの流入側に燃料流入量を調整するための電磁式調量弁を設けて間接的にレール圧制御を可能とすると共に、所定圧で開弁状態となる圧力制限弁をコモンレールの燃料戻し通路側に設け、レール圧が不用意に所定圧に達した場合に、コモンレール内の燃料をリターン側へ放出可能として、装置の安全が確保できるようにした構成などが提案、実用化されている（例えば、特許文献１等参照）。

このような構成のコモンレール式燃料噴射制御装置にあって、圧力センサはレール圧制御、燃料噴射制御等に必須のレール圧を検出する素子として重要な素子の一つである。
このため、上述の構成を有するコモンレール式燃料噴射制御装置にあっては、圧力センサが故障であると故障診断処理により判断された場合、安全な走行の確保等の観点から、通常、電磁式調量弁が強制的に全開状態とされ、それによってレール圧を昇圧させて圧力制限弁を意図的に開弁をさせて、次述するように燃料噴射制御を行って最低限の走行が維持できるような方策が採られている。

すなわち、圧力制限弁が開弁した場合、通常、レール圧は圧力制御弁の開弁後に表れる所定の圧力、いわゆる２次圧と称される圧力に収束する。そこで、この２次圧を実際のレール圧と想定して、そのレール圧に対応する燃料噴射量を算出し、燃料噴射制御を実行することで、一般にリンプホームモードと称される必要最小限の走行状態を確保可能として、車両の安全確保を図っている。

特開２０１４−８４８１０号公報

しかしながら、上述のリンプホームモードは、圧力制限弁が正常に開弁することを前提としているが、如何に故障率が最小となるよう製造された部品であっても、可能性として故障発生を否定することはできず、圧力制限弁にあっても同様である。
すなわち、圧力制限弁が何らかの原因により本来の開弁状態に至らない状態となる可能性を全く否定することはできず、この場合、レール圧は２次圧まで低下しない可能性がある。

ところが、圧力制限弁の開弁状態が不十分であっても、高圧ポンプは全圧送状態とされるため、レールへは圧力制限弁が正常に開弁した場合と同様の燃料が供給されるため、必要以上の燃料噴射がなされることとなる。その結果、エンジンは高負荷状態となり、最悪時にはエンジン故障に至る虞が考えられる。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、圧力センサ故障の際に、圧力制限弁の故障の有無に拘わらず、最低限の走行を確保可能とする内燃機関駆動制御方法及び内燃機関駆動制御装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関駆動制御方法は、
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介して内燃機関へ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、前記高圧ポンプの上流側に電磁式調量弁が、前記高圧ポンプの下流側に圧力制限弁が、それぞれ設けられ、電子制御ユニットによる前記電磁式調量弁の駆動制御により、前記コモンレールのレール圧が制御可能に構成されてなる内燃機関駆動制御装置における内燃機関駆動制御方法であって、
圧力センサの故障が検出された場合に、アイソクロナス制御を開始し、前記内燃機関が所望の動作状態となった際に、予め設定された前記燃料噴射弁の通電時間とレール圧との相関関係に基づいて、この時点の前記燃料噴射弁の通電時間に対するレール圧を推定レール圧として求め、前記推定レール圧が所定基準圧を下回っている場合、リンプホームモードでの運転を許容するよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関駆動制御装置は、
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介して内燃機関へ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、前記高圧ポンプの上流側に電磁式調量弁が、前記高圧ポンプの下流側に圧力制限弁が、それぞれ設けられ、電子制御ユニットによる前記電磁式調量弁の駆動制御により、前記コモンレールのレール圧が制御可能に構成されてなる内燃機関駆動制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
圧力センサの故障が検出された場合に、アイソクロナス制御を開始し、前記内燃機関が所望の動作状態となったと判定された際に、予め設定された前記燃料噴射弁の通電時間とレール圧との相関関係に基づいて、この時点の前記燃料噴射弁の通電時間に対するレール圧を推定レール圧として求め、前記推定レール圧が所定基準圧を下回っている場合、リンプホームモードでの運転を許容可能に構成されてなるものである。

本発明によれば、圧力センサ故障の場合に、アイソクロナス制御において用いられる燃料噴射弁の通電時間とレール圧の相関関係から求められるレール圧を推定値として、所定の条件が満たされた場合に、リンプホームホームモードに用いることで、圧力制限弁が故障であっても、リンプホームモードでの車両の運転が確保、維持されるため、従来に比して、より信頼性、安全性の高い内燃機関の運転状態を確保できるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態における内燃機関駆動制御方法が適用されるコモンレール式燃料噴射制御装置の構成例を示す構成図である。 図１に示されたコモンレール式燃料噴射制御装置において実行される本発明の実施の形態における内燃機関駆動制御処理の手順の内、前半部分の手順を示すサブルーチンフローチャートである。 図１に示されたコモンレール式燃料噴射制御装置において実行される本発明の実施の形態における内燃機関駆動制御処理の手順の内、後半部分の手順を示すサブルーチンフローチャートである。 燃料噴射弁の通電時間とレール圧との相関関係の一例を示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における内燃機関駆動制御方法が適用される内燃機関に用いられる燃料噴射制御装置の構成例について、図１を参照しつつ説明する。

図１に示された内燃機関の燃料噴射制御装置は、具体的には、コモンレール式燃料噴射制御装置の例であり、かかるコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧燃料の圧送を行う高圧ポンプ装置５０と、この高圧ポンプ装置５０により圧送された高圧燃料を蓄えるコモンレール１と、このコモンレール１から供給された高圧燃料を、内燃機関としてのエンジン３の気筒へ噴射供給する複数の燃料噴射弁２−１〜２−ｎと、燃料噴射制御処理や後述する内燃機関駆動制御処理などを実行する電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）４を主たる構成要素として構成されたものとなっている。この構成自体は、従来から良く知られているこの種の燃料噴射制御装置の基本的な構成と同一のものである。

高圧ポンプ装置５０は、供給ポンプ５と、調量弁６と、高圧ポンプ７とを主たる構成要素として構成されてなる公知・周知の構成を有してなるものである。
かかる構成において、燃料タンク９の燃料は、供給ポンプ５により汲み上げられ、調量弁６を介して高圧ポンプ７へ供給されるようになっている。調量弁６には、電磁式比例制御弁が用いられ、その通電量が電子制御ユニット４により制御されることで、高圧ポンプ７への供給燃料の流量、換言すれば、高圧ポンプ７の吐出量が調整されるものとなっている。
コモンレール１には、高圧ポンプ７により加圧された燃料が圧送されるものとなっている。

なお、供給ポンプ５の出力側と燃料タンク９との間には、戻し弁８が設けられており、供給ポンプ５の出力側の余剰燃料を燃料タンク９へ戻すことができるようになっている。
また、供給ポンプ５は、高圧ポンプ装置５０の上流側に高圧ポンプ装置５０と別体に設けるようにしても、また、燃料タンク９内に設けるようにしても、いずれでも良いものである。

燃料噴射弁２−１〜２−ｎは、エンジン３の気筒毎に設けられており、それぞれコモンレール１から高圧燃料の供給を受け、電子制御ユニット４による噴射制御によって燃料噴射を行うようになっている。

本発明の実施の形態におけるコモンレール１には、余剰燃料をタンク９へ戻すリターン通路（図示せず）に、いわゆる機械式の圧力制限弁１０が設けられており、コモンレール１内のレール圧が、圧力制限弁１０において設定された所定圧（開弁圧）を越えると、圧力制限弁１０が開弁状態となり、コモンレール１の燃料を低圧側のリターン通路（図示せず）を介してタンク９へ排出することで、レール圧の不用意な上昇が制限されるようになっている。

電子制御ユニット４は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁２−１〜２−ｎを通電駆動するための回路（図示せず）や、調量弁６等を通電駆動するための回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されたものとなっている。

かかる電子制御ユニット４には、コモンレール１の圧力を検出する圧力センサ１１の検出信号が入力される他、エンジン回転数、アクセル開度、燃料温度などの各種の検出信号が、エンジン３の燃料噴射制御処理や後述する本発明の実施の形態における内燃機関駆動制御処理などに供するために入力されるようになっている。

図２及び図３には、本発明の実施の形態における内燃機関駆動制御処理の手順がフローチャートに示されおり、以下、同図を参照しつつ、その内容について説明する。
電子制御ユニット４による処理が開始されると、故障診断処理が実行される（図２のステップＳ１０２参照）。
故障診断処理は、この種の装置において従来から行われているもので、車両の走行制御に大きな影響を与える各種センサの故障の有無や、各種の制御データの異常の有無等の所定の診断を行うものである。

本発明の実施の形態における内燃機関駆動制御処理は、故障診断処理において何らかの故障発生と判定がなされるまで待機状態となり（図２のステップＳ１０４参照）、故障発生との判定が生ずると、それが圧力センサ故障か否かが判定される（図２のステップＳ１０６参照）。圧力センサ故障発生であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１０８の処理へ進む一方、圧力センサ故障の発生ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、後述するステップＳ１３０の処理へ進むこととなる。

ステップＳ１０８においては、アイソクロナス制御が開始される。
アイソクロナス制御は、それ自体、本発明特有のものではなく、従来から、例えば、農耕用車両や建築用車両等において実行されるエンジン回転制御の一つとして実用に供されているものである。以下、アイソクロナス制御について概括的に説明する。

アイソクロナス制御において、通常、アクセル開度を一定に保った場合、エンジン回転数はアクセル開度に応じた回転数にほぼ維持されて、要求トルクに応じて燃料噴射量が調整されるものとなっている。すなわち、アイソクロナス制御においては、エンジン回転数を一定に保ちながら負荷変動に対してエンジン出力が調整されるようになっている。

なお、アイソクロナス制御が開始されるまでは、通常のエンジン回転制御が実行されていることを前提とする。
すなわち、実エンジン回転数、アクセル開度、実レール圧等に基づいて目標燃料噴射量や目標レール圧等のエンジン回転制御に必要なデータが演算され、得られたデータに基づいて、それぞれの目標値が達成されるようフィードバック制御やフィードフォワード制御等が適宜用いられて燃料噴射が行われ、所望のエンジン回転状態が達成されるようになっている。

次いで、高圧ポンプ７が全圧送状態とされる（図２のステップＳ１１０参照）。すなわち、調量弁６が全開状態とされ、高圧ポンプ７は最大吐出量で燃料をコモンレール１へ圧送する状態（全圧送状態）となる。

次いで、車速の計測が行われ（図２のステップＳ１１２参照）、車速Ｖが零、すなわち、停車状態にあるか否かが判定される（図２のステップＳ１１４参照）。
ステップＳ１１４において、車速は零であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１１６の処理へ進む一方、車速は零ではないと判定された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１１２へ戻ることとなる。

すなわち、車速が零と判定されるまでは、ステップＳ１１６以降の処理が実行されないようになっている。これは、ステップＳ１１６以降の処理を、アイドリング状態のような車両が比較的安定した状態で実行することで、信頼性のある処理結果を得るためである。

ステップＳ１１６においては、エンジン回転数Ｎeの計測が行われる。
次いで、エンジン回転数Ｎeが所定の回転数の範囲（Ｎe1＜Ｎe＜Ｎe2）にあるか否かが判定される（図２のステップＳ１１８参照）。
ここで、所定の回転数の範囲は、アイソクロナス制御が適用されるエンジン回転数の範囲である。

このようなエンジン回転数の範囲とするのは、後述するようにアイソクロナス制御における燃料噴射弁２−１〜２−ｎの通電時間とレール圧との相関関係に基づいてレール圧の推定値を求める処理を実行可能とするためである。

ステップＳ１１８において、エンジン回転数Ｎeが所定の回転数の範囲にあると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１２０（図３参照）の処理へ進む一方、エンジン回転数Ｎeは所定の回転数の範囲にはないと判定された場合（ＮＯの場合）には、先のステップＳ１１２へ戻り、ステップＳ１１２以降の一連の処理が繰り返されることとなる。

ステップＳ１２０においては、この時点の燃料噴射弁２−１〜２−ｎの通電時間ＥＴの計測が行われる。
なお、通常、通電時間ＥＴは、従来同様、通常時のエンジン制御処理において取得されるようになっているため、ステップＳ１２０においては、独自に通電時間の計測を実行する必要はなく、この図２及び図３に示された処理とは別個に実行されているエンジン制御処理で取得されたものを流用すれば足りるものである。

次いで、推定レール圧Ｐrの取得が行われる（図３のステップＳ１２２参照）。
推定レール圧Ｐrの取得は、アイソクロナス制御のために予め電子制御ユニット４の適宜な記憶領域に記憶されている通電時間・レール圧マップが用いられる。

この通電時間・レール圧マップは、アイソクロナス制御が実行される際の燃料噴射弁２−１〜２−ｎの通電時間ＥＴと、その際に維持されるレール圧との相関関係を表したもので、図４には、それをグラフ化した一例が示されている。
通電時間・レール圧マップは、主要な複数の通電時間ＥＴと、通電時間ＥＴに対応するレール圧が、通電時間ＥＴを入力パラメータとして、レール圧が読み出し可能に構成されたものである。なお、通電時間・レール圧マップに記憶されている通電時間と対応するレール圧は、離散的であるため、記憶されている通電時間に対するレール圧は補間法により算出するのが好適である。

次いで、上述のようにして取得された推定レール圧Ｐrが所定基準圧Ｐtargetを上回っているか否かが判定され（図３のステップＳ１２４参照）、所定基準圧Ｐtargetを上回っていると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、走行を行う状態ではないとしてエンジン停止を行い一連の処理が終了されることとなる（図３のステップＳ１２６参照）。

ここで、所定基準圧Ｐtargetは、車両の具体的な仕様等を考慮しつつ試験結果やシミュレーション結果等に基づいて個々の車両毎に定めるのが好適である。
先に、図４に示した通電時間・レール圧マップには、一例として、エンジン停止（Engine stop）となる領域、及び、エンジン運転維持（keep driving）となる領域が、それぞれ矢印で示されている。

一方、ステップＳ１２４において、推定レール圧Ｐrが所定基準圧Ｐtargetを上回っていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、エンジン制御は通常制御に基づく運転状態に復帰し（図３ステップＳ１２８参照）、いわゆるリンプホームモード運転に移行（リンプホームモード運転許容）することとなる（図３のステップＳ１３０参照）。

なお、ステップＳ１０６において、圧力センサ１１の故障は発生してないと判定されて、リンプホームモード運転が実行される場合、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの通電時間は、圧力センサ１１により検出された実レール圧に基づいて決定されるようになっている。

圧力センサが故障した場合に、圧力制限弁の故障の有無に拘わらず、最低限の走行状態の確保が所望される内燃機関駆動制御装置に適用できる。

１…コモンレール
２−１〜２−ｎ…燃料噴射弁
３…エンジン
４…電子制御ユニット
６…調量弁
１０…圧力制限弁
１１…圧力センサ
５０…高圧ポンプ装置

Claims (6)

1. 燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介して内燃機関へ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、前記高圧ポンプの上流側に電磁式調量弁が、前記高圧ポンプの下流側に圧力制限弁が、それぞれ設けられ、電子制御ユニットによる前記電磁式調量弁の駆動制御により、前記コモンレールのレール圧が制御可能に構成されてなる内燃機関駆動制御装置における内燃機関駆動制御方法であって、
   圧力センサの故障が検出された場合に、アイソクロナス制御を開始し、前記内燃機関が所望の動作状態となった際に、予め設定された前記燃料噴射弁の通電時間とレール圧との相関関係に基づいて、この時点の前記燃料噴射弁の通電時間に対するレール圧を推定レール圧として求め、前記推定レール圧が所定基準圧を下回っている場合、リンプホームモードでの運転を許容することを特徴とする内燃機関駆動制御方法。
2. 前記高圧ポンプの吐出量を最大とし、車速零で、かつ、前記内燃機関の回転数が所定の範囲にある場合に、前記内燃機関が前記所望の動作状態にあるとすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関駆動制御方法。
3. 前記推定レール圧が所定基準圧を上回っている場合に、前記内燃機関を動作停止とすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関駆動制御方法。
4. 燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介して内燃機関へ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、前記高圧ポンプの上流側に電磁式調量弁が、前記高圧ポンプの下流側に圧力制限弁が、それぞれ設けられ、電子制御ユニットによる前記電磁式調量弁の駆動制御により、前記コモンレールのレール圧が制御可能に構成されてなる内燃機関駆動制御装置であって、
   前記電子制御ユニットは、
   圧力センサの故障が検出された場合に、アイソクロナス制御を開始し、前記内燃機関が所望の動作状態となったと判定された際に、予め設定された前記燃料噴射弁の通電時間とレール圧との相関関係に基づいて、この時点の前記燃料噴射弁の通電時間に対するレール圧を推定レール圧として求め、前記推定レール圧が所定基準圧を下回っている場合、リンプホームモードでの運転を許容可能に構成されてなることを特徴とする内燃機関駆動制御装置。
5. 前記電子制御ユニットは、前記高圧ポンプの吐出量を最大とし、車速零で、かつ、前記内燃機関の回転数が所定の範囲にある場合に、前記内燃機関が前記所望の動作状態にあると判定するよう構成されてなることを特徴とする請求項４記載の内燃機関駆動制御装置。
6. 前記電子制御ユニットは、前記推定レール圧が所定基準圧を上回っている場合に、前記内燃機関を動作停止とするよう構成されてなることを特徴とする請求項５記載の内燃機関駆動制御装置。

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