JP2007198214A - 内燃機関の高圧燃料供給装置および部品状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧燃料供給装置の燃料噴射弁、圧力調整弁の動作状態を精度よく検出する。
【解決手段】燃圧センサ５６によってコモンレール（蓄圧室）の燃圧を検出し、検出された燃圧の変化状況より当該高圧燃料供給装置を構成する構成部品を特定してその構成部品の状態を検出する。
【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関の高圧燃料供給装置および部品状態検出方法に係り、特に、自動車等に搭載される内燃機関の高圧燃料ポンプを備えた高圧燃料供給装置および部品状態検出方法に関する。

現在の自動車は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排出ガス物質の削減が求められており、これらの削減を目的として、筒内噴射エンジンの開発が行われている。

筒内噴射エンジンは、燃料噴射弁による燃料噴射を気筒の燃焼室内に直接行うものであり、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくすることによって噴射燃料の燃焼を促進し、排出ガス物質の削減及びエンジン出力の向上等を図っている。

筒内噴射エンジンにおいては、高圧燃料供給装置が必要となり、高圧燃料供給装置の各構成部品の動作状態の把握が重要となる。

従来技術として、燃料ポンプ制御装置の入出力信号、燃料ポンプの制御量、燃料ポンプの動作状態、内燃機関の運転状態、燃料噴射弁への燃料供給状態のうち少なくとも一つに基づいて燃料供給システムの異常の有無を判定するものがある（例えば、特許文献１）。
特開２００１−３４２８８１号公報

従来技術における燃料供給システムの異常検出は、燃料系全体（高圧ポンプ、燃料噴射弁、圧力調整弁、蓄圧室）のどこかに異常があることを検出しており、具体的な異常部品の特定にはいたっていない。

このため、高圧燃料システム故障時の故障箇所特定に手間がかかり、フェールセーフ制御についても、高圧燃料ポンプを停止するなど、制御選択肢が限定されていた。高圧燃料ポンプが停止されると、最適な燃焼を実現するために目標とする燃料圧力が得られず、燃焼の安定性および排出ガス性能の悪化を招く。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高圧燃料供給装置の構成部品（例えば、燃料噴射弁、圧力調整弁）の状態を検出し、最適な制御方法を選択することにより、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善に貢献する内燃機関の高圧燃料供給装置およびおよび部品状態検出方法を提供することである。

前記目的を達成すべく、本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置は、高圧燃料ポンプにより燃料を蓄圧室に加圧供給し、前記蓄圧室内の燃料を内燃機関の燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁へ供給する高圧燃料供給系と、前記蓄圧室内の圧力が所定値以上に上昇した際には燃料を低圧側に戻すことによって前記蓄圧室の圧力調整を行う圧力調整弁と、前記蓄圧室内の燃圧を検出する圧力検出手段と、前記高圧燃料ポンプを制御する高圧燃料ポンプ制御装置とを備えた内燃機関の高圧燃料供給装置であって、前記圧力検出手段によって検出される燃圧の変化状況より当該高圧燃料供給装置を構成する構成部品を特定してその構成部品の状態を検出する構成部品状態検出手段を有している。

本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置は、好ましくは、前記構成部品は、前記燃料噴射弁と前記圧力調整弁の少なくとも何れか一方である。

本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置は、好ましくは、前記構成部品状態検出手段は、前記圧力検出手段によって検出される燃圧の変化量に基づいて前記構成部品を特定してその構成部品の状態を検出する。

本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置は、好ましくは、前記構成部品状態検出手段は、前記圧力検出手段によって検出される燃圧の周波数解析結果に基づいて前記構成部品を特定してその構成部品の状態を検出する。

本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置は、好ましくは、前記構成部品状態検出手段による状態検出結果を記憶保持する記憶手段を有する。

本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置は、好ましくは、前記高圧燃料ポンプ制御装置は、前記圧力検出手段によって検出される燃圧が前記蓄圧室の圧力目標値になるようにフィードバック式に前記高圧燃料ポンプの作動を制御するものであり、前記構成部品状態検出手段による状態検出結果に応じて前記蓄圧室の圧力目標値と前記高圧燃料ポンプ制御装置のフィードバック分の少なくとも何れか一方を変更する。

本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置は、好ましくは、前記構成部品状態検出手段による状態検出結果に応じて一気筒当りの出力を変更する。

また、前記目的を達成すべく、本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置の部品状態検出方法は高圧燃料ポンプにより燃料を蓄圧室に加圧供給し、前記蓄圧室内の燃料を内燃機関の燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁へ供給する高圧燃料供給系と、前記蓄圧室内の圧力が所定値以上に上昇した際には燃料を低圧側に戻すことによって前記蓄圧室の圧力調整を行う圧力調整弁と、前記蓄圧室内の燃圧を検出する圧力検出手段と、前記高圧燃料ポンプを制御する高圧燃料ポンプ制御装置とを備えた内燃機関の高圧燃料供給装置の部品状態検出方法であって、前記圧力検出手段によって検出される燃圧の変化状況より当該高圧燃料供給装置を構成する構成部品を特定してその構成部品の状態を検出する。

本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置によれば、高圧燃料供給装置の各部品状態（例えば、燃料噴射弁の開閉弁状態、圧力調整弁の開閉弁状態）を検出し、最適な制御方法を選択することが可能となるので、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。

本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置の一つの実施形態を、図を参照して説明する。

図１は、本発明による高圧燃料供給装置が適用される筒内噴射エンジン５０７の全体構成を示している。

筒内噴射エンジン５０７は、多気筒エンジン、例えば、４気筒エンジンであり、ピストン５０７ａ、シリンダブロック５０７ｂ等によって燃焼室５０７ｃを形成している。

各燃焼室５０７ｃには、空気が、エアクリーナ５０２の入口部より、空気流量計（エアフロセンサ）５０３、吸気流量を制御する電制スロットル弁５０５ａが収容されたスロットルボディ５０５、コレクタ５０６を通り、各燃焼室５０７ｃに接続されている吸気管５０１によって分配供給される。

エアフロセンサ５０３は吸気流量を表す信号をエンジン制御装置（コントロールユニット）５１５に出力する。

スロットルボディ５０５には電制スロットル弁５０５ａの開度を検出するスロットルセンサ５０４が取り付けられている。スロットルセンサ５０４はスロットル開度を表す信号をコントロールユニット５１５に出力する。

ガソリン等の燃料は、燃料タンク５０から供給されて電動式の燃料ポンプ（低圧燃料ポンプ）５１によって一次加圧され、燃圧レギュレータ５２により一定の圧力（例えば、３ｋｇ／ｃｍ^２ ）に調圧され、更に、カム駆動式の高圧燃料ポンプ１によって高い圧力（例えば、５０ｋｇ／ｃｍ^２ ）に２次加圧される。

２次加圧された高圧燃料は、コモンレール５３に供給され、各燃焼室５０７ｃ毎に設けられている燃料噴射弁５４から燃焼室５０７ｃ内に直接噴射される。

燃焼室５０７ｃに噴射された燃料は、吸入空気とで混合気を形成し、点火コイル５２２で高電圧化された点火信号により点火プラグ５０８によって着火される。

エンジン５０７のクランク軸５０７ｄにはクランク角センサ(以下、ポジションセンサと呼ぶ)５１６が取り付けられている。ポジションセンサ５１６は、クランク軸５０７ｄの回転位置を表す信号をコントロールユニット５１５に出力する。コントロールユニット５１５はポジションセンサ５１６の出力信号により、エンジン回転数を算出する。

排気弁５２６のカム軸５２６ａにはもう一つのクランク角センサ(以下、フェーズセンサと呼ぶ）が取り付けられてる。フェーズセンサ５１１は、カム軸５２６ａの回転位置を表す角度信号をコントロールユニット５１５に出力する。

排気弁５２６のカム軸５２６ａには高圧燃料ポンプ１のポンプ駆動カム１００が設けられているから、カム軸５２６ａの回転位置を表す角度信号は、高圧燃料ポンプ１のポンプ駆動カム１００の回転位置を表す角度信号としてもコントロールユニット５１５に入力される。

シリンダブロック５０７ｂには水温センサ５１７が取り付けられている。水温センサ５１７は、エンジン５０７の冷却水温度を表す水温信号をコントロールユニット５１５に出力する。

高圧燃料ポンプ１を備えた高圧燃料供給系の全体構成の詳細を、図２を参照して説明する。

高圧燃料ポンプ１は、高圧の燃料をコモンレール５３に圧送するものである。コモンレール５３は、所要の内容積を備え、高圧燃料の蓄圧室をなす。

コモンレール５３には、エンジン５０７の気筒数にあわせた個数の燃料噴射弁５４が設けられていると共に、圧力調整弁（以下リリーフ弁と呼ぶ）５５、燃圧センサ（圧力検出手段）５６が備えられている。リリーフ弁５５は、コモンレール５３内の燃料の圧力が所定値を超えた場合に開弁し、燃料を低圧側に戻すことにより圧力を調整する圧力調整弁であり、配管系破損の防止を図っている。

燃圧センサ５６は、コモンレール５３内の燃料の圧力を検出し、燃料圧力を表す燃圧信号をコントロールユニット５１５に出力する。

高圧燃料ポンプ１は、図３に示されているように、シリンダ部７と、ポンプ部８と、ソレノイド部９とを有する。シリンダ部７はポンプ部８の下方に配置され、ソレノイド部９はポンプ部８の吸入側に配置されている。

シリンダ部７は、プランジャ２、リフタ３、プランジャ下降ばね４を有している。プランジャ２は、エンジン５０７における排気弁５２６のカム軸５２６ａの回転に伴って回転するポンプ駆動カム１００に圧接されたリフタ３を介して往復動し、ポンプ部８の加圧室１２の容積を変化させる。

ポンプ部８は、低圧燃料の吸入通路１０、加圧室１２、高圧燃料の吐出通路１１から構成され、吸入通路１０と加圧室１２との間には吸入弁５が設けられている。

吸入弁５は、閉弁ばね５ａのばね力によってポンプ部８からソレノイド部９に向かって閉弁方向に付勢され、燃料の流通方向を制限する逆止弁である。なお、閉弁ばね５ａは、プランジャ２による加圧室１２内の容積変化により、吸入弁５を挟んで、加圧室１２側の圧力が流入通路１０側の圧力に対して同等、又はそれ以上になった場合には、吸入弁５を閉弁させるように付勢するものである。

加圧室１２と吐出通路１１との間には吐出弁６が設けられている。吐出弁６は、閉弁ばね６ａのばね力によりポンプ部８からソレノイド部９に向かって閉弁方向に付勢され、加圧室１２より吐出通路１１へ向かう燃料の流れのみを許す、燃料の流通方向を制限する逆止弁である。

ソレノイド部９は、アクチュエータであるソレノイド２００、吸入弁係合ロッド２０１、開弁ばね２０２から構成されている。吸入弁係合ロッド２０１は、吸入弁５に相対する位置に配設され、その先端が吸入弁５に接離自在に当接し、ソレノイド２００の通電によって吸入弁５を閉弁させる方向に移動する。これに対し、ソレノイド２００の通電が解かれている状態では、吸入弁係合ロッド２０１は、開弁ばね２０２のばね力によって吸入弁５を開弁させる方向に移動し、吸入弁５を開弁状態にする。

燃料タンク５０から燃料ポンプ５１及び燃圧レギュレータ５２を介して一定圧力に調圧された燃料は、ポンプ部８の吸入通路１０に導かれ、その後、ポンプ部８内の加圧室１２においてプランジャ２の往復動により加圧され、ポンプ部８の吐出通路１１からコモンレール５３に圧送される。

コントロールユニット５１５は、図４に示されているように、ＭＰＵ６０３、ＥＰ−ＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０４及びＡ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ６０１等で構成されたマイクロコンピュータ式のものであり、ソフトウェア処理により、高圧燃料ポンプ制御装置を具現化する。

コントロールユニット５１５は、エアフロセンサ５０３、スロットルセンサ５０４、ポジションセンサ５１６、フェーズセンサ５１１、水温センサ５１７、燃圧センサ５６、アクセルペダル９９の踏み込み量を検出するアクセルセンサ５２０、イグニションスイッチ５１９等の各種のセンサ、スイッチ類からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を、高圧燃料ポンプ１のソレノイド２００、燃料噴射弁５４及び点火コイル５２２に出力し、高圧燃料ポンプ１の燃料吐出量制御、燃料噴射弁５４の燃料噴射量制御及び点火時期制御を実行する。

コントロールユニット５１５による高圧燃料ポンプ１の燃料吐出制御は、入力される各センサ検出信号（ポジションセンサ５１６、フェーズセンサ５１１、燃圧センサ５６）に基づいてソレノイド２００へ駆動信号を出力することにより行われる。

図５は、高圧燃料ポンプ１の動作タイミングチャートを示している。なお、ポンプ駆動カム１００で駆動するプランジャ２の実際のストローク（実位置）は、図６に示すような曲線になるが、上死点と下死点の位置を分かり易くするために、以下、プランジャ２のストロークを直線的に表すこととする。

プランジャ２が、カム１００の回転により、プランジャ下降ばね４の付勢力に応じて上死点側から下死点側に移動することにより、ポンプ部８の吸入行程が行われる。

吸入行程では、吸入弁係合ロッド２０１が開弁ばね２０２の付勢力に応じて吸入弁５と係合し（ロッド位置・開）、吸入弁５を開弁方向に移動させており、加圧室１２内の圧力が低下する。

次に、プランジャ２が、カム１００の回転により、プランジャ下降ばね４の付勢力に抗して下死点側から上死点側に移動すると、ポンプ部８の圧縮行程が行われる。

圧縮行程では、所定期間に亘ってコントロールユニット５１５からソレノイド２００の駆動信号（ＯＮ信号）が出力される。ソレノイド２００が通電（ＯＮ状態）されると、吸入弁係合ロッド２０１が開弁ばね２０２の付勢力に抗して後退移動することにより、吸入弁５との係合を解かれる（ロッド位置・閉）。これにより、吸入弁５が閉弁ばね５ａの付勢力に応じて閉弁方向に移動することにより、加圧室１２内の圧力が上昇する。

そして、吸入弁係合ロッド２０１がソレノイド２００側に最も吸引され、プランジャ２の往復動に同期する吸入弁５が閉弁して加圧室１２内の圧力が高くなると、加圧室１２内の燃料が吐出弁６を押圧することにより、吐出弁６が閉弁ばね６ａの付勢力に抗して開弁し、加圧室１２の容積減少分の高圧燃料がコモンレール５３側に吐出される。

なお、ソレノイド２００の駆動信号は、吸入弁５がソレノイド２００側で閉弁されると、その通電が停止（ＯＦＦ状態）されるが、上記のように、加圧室１２内の圧力が高いため、吸入弁５は閉弁状態で維持されてコモンレール５３側への燃料の吐出が行われる。

また、プランジャ２が、カム１００の回転により、プランジャ下降ばね４の付勢力に応じて上死点側から下死点側に移動すると、ポンプ部８の吸入行程が行われ、加圧室１２内の圧力低下に伴って、吸入弁係合ロッド２０１が開弁ばね２０２の付勢力に応じて吸入弁５と係合されて開弁方向に移動するとともに、吸入弁５がプランジャ２の往復動に同期して開弁し、入弁５の開弁状態が保持される。そして、加圧室１２内は圧力の低下が生じていることにより吐出弁６の開弁が行われない。以後、上記動作を繰り返す。

よって、プランジャ２が上死点に達する前の圧縮工程の途中で、ソレノイド２００がＯＮ状態にされる場合には、このときから、コモンレール５３への燃料圧送が行われ、また、燃料圧送が一度始まれば、加圧室１２内の圧力は上昇しているので、その後に、ソレノイド２００をＯＦＦ状態にしても、吸入弁５は閉塞状態を維持する一方で、吸入工程の始まりに同期して自動開弁することができ、ソレノイド２００のＯＮ信号の出力タイミングにより、コモンレール５３側への燃料の吐出量を調節することができる。

さらに、燃圧センサ５６の信号に基づき、コントロールユニット５１５にて適切な通電ＯＮタイミングを演算し、ソレノイド２００をコントロールすることにより、コモンレール５３の圧力を目標値にフィードバック制御させることができる。

これにより、燃料タンク５０から燃料ポンプ５１及び燃圧レギュレータ５２を介して一定圧力に調圧された燃料は、ポンプ部８の吸入通路１０に導かれ、その後、ポンプ部８内の加圧室１２にてプランジャ２の往復動により加圧され、ポンプ部８の吐出通路１１からコモンレール５３に圧送される。

図７は、コントロールユニット５１５による高圧燃料ポンプ制御装置の一つの実施形態を示している。

高圧燃料ポンプ制御装置は、基本角度算出手段２００１と、目標燃料圧力算出手段２００２と、燃料圧力入力処理手段２００３と、ソレノイド２００の駆動信号を算出する手段の一態様であるポンプ制御信号算出手段２００４から構成され、ポンプ制御信号算出手段２００４よりソレノイド２００の通電を制御するソレノイド駆動手段２００９へポンプ制御信号を出力する。

基本角度算出手段２００１は、エアフロセンサ５０３、スロットルセンサ５０４、ポジションセンサ５１６、フェーズセンサ５１１、アクセルセンサ５２０の出力信号より求められるエンジン負荷とエンジン回転数より、高圧燃料ポンプ１のソレノイドＯＮ信号出力の基本角度ＢＡＳＡを算出する。

目標燃料圧力算出手段２００２は、エアフロセンサ５０３、スロットルセンサ５０４、ポジションセンサ５１６、フェーズセンサ５１１、アクセルセンサ５２０の出力信号より求められるエンジン負荷とエンジン回転数より、高圧燃料ポンプ１の目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔを算出する。

ポンプ制御信号算出手段２００４は、図８に示されているように、ソレノイド２００のＯＮ信号のタイミングを演算する基準角度演算手段２００８と、そのＯＮ信号の幅、つまりポンプ信号通電時間を算出するポンプ信号通電時間算出手段２００６とを基本的な構成としている。

基準角度演算手段２００８は、目標燃料圧力算出手段２００２が出力する目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔと燃料圧力入力処理手段２００３が出力する燃圧センサ５６による計測燃料圧力Ｐｒｅａｌとを入力して目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔに対する計測燃料圧力Ｐｒｅａｌの偏差を算出する偏差演算器２０１０と、偏差演算器２０１０による偏差より燃圧制御のフィードバック項（比例分（Ｐ分）・積分分（Ｉ分））を算出するＦ／Ｂ補償値算出部２００７と、基本角度算出手段２００１が出力する基本角度ＢＡＳＡＮＧにＦ／Ｂ補償値算出部２００７よりのＦ／Ｂ補償値（フィードバック項）を加算してソレノイドＯＮ信号の出力開始の基準となる基準角度ＲＥＦＡＮＧを演算する加算器２０１１とを有する。

ポンプ制御信号算出手段２００４は、更に、ソレノイド作動遅れ補償手段２００５を有する。ソレノイド作動遅れ補償手段２００５は、高圧燃料ポンプ１のソレノイド２００の電源電圧（バッテリ電圧）に基づいてソレノイド作動遅れ分（角度）ＰＵＭＲＥを算出する。

ポンプ制御信号算出手段２００４は、加算器２０１２によって、加算器基準角度ＲＥＦＡＮＧに、ソレノイド作動遅れ補正手段２００５による作動遅れ補正分ＰＵＭＲＥを加えてソレノイド２００のＯＮ信号の出力開始角度ＳＴＡＮＧを計算し、これをソレノイド２００のＯＮ信号のタイミングとしてソレノイド駆動手段２００９に出力する。

ポンプ信号通電時間算出手段２００６は、運転条件（バッテリ電圧とエンジン回転数）に基づいて高圧燃料ポンプ１のソレノイド２００の通電要求時間ＴＰＵＭＫＥを演算し、これをソレノイド駆動手段２００９に出力する。通電要求時間ＴＰＵＭＫＥの値は、バッテリ電圧が低くソレノイド抵抗が大きい、ソレノイド吸引力発生最悪条件においても、ポンプ室２の圧力によって吸入弁５が閉じられるようになるまで吸入弁係合ロッド２０１を保持し、確実に吸入弁５を閉弁できる値に設定される。

上述の如く、出力開始角度ＳＴＡＮＧと通電時間ＴＰＵＭＫＥに関する指令信号がソレノイド駆動手段２００９へ出力されることにより、出力開始角度ＳＴＡＮＧと通電時間ＴＰＵＭＫＥをもってソレノイド２００の駆動が行われる。

本実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置は、要約すると、燃圧センサ５６によって検出される燃圧が目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔ（蓄圧室の圧力目標値）になるように、フィードバック式に高圧燃料ポンプ１の作動を制御する。

本実施形態の高圧燃料供給装置は、図９に示されているように、構成部品状態検出手段として、リリーフ弁開閉状態判定手段７０３と、噴射弁閉固着判定手段７０４とを有する。

リリーフ弁開閉状態判定手段７０３は、基本的には、燃圧センサ５６の出力信号（燃圧センサ信号）よりコモンレール（蓄圧室）５３の圧力変化を検出し、その圧力変化量、圧力（燃圧）の周波数解析結果の少なくとも何れか一方より、リリーフ弁５５の開閉状態の判定を行い、リリーフ弁開弁フラグ＃ＦＲＥＬＯＰＥＮのオン・オフを行う。リリーフ弁開弁フラグ＃ＦＲＥＬＯＰＥＮは、リリーフ弁開閉状態情報として、リリーフ弁開閉状態情報メモリ７０５に記憶保持される。リリーフ弁開閉状態情報メモリ７０５は、コントロールユニット５１５のＲＡＭ６０４に割り付けられる。

図１０（ａ）はリリーフ弁閉弁時の燃圧挙動を、図１０（ｂ）はリリーフ弁開弁時の燃圧挙動を示している。リリーフ弁開弁時は、弁特性の影響を受けるため、リリーフ弁閉弁時と比較して燃圧の振幅が大きくなり、振動の様態も異なる。リリーフ弁開閉状態判定手段７０３は、この燃圧特性を利用して開閉弁状態判定を行う。

噴射弁閉固着判定手段７０４は、基本的には、燃圧センサ５６の出力信号（燃圧センサ信号）よりコモンレール（蓄圧室）５３の圧力変化を検出し、その圧力変化量、圧力（燃圧）の周波数解析結果の少なくとも何れか一方より、燃料噴射弁５４の閉固着判定を行い、噴射弁閉固着フラグ＃ＦＩＮＪＣＬＯＳＥのオン・オフを行う。噴射弁閉固着フラグ＃ＦＩＮＪＣＬＯＳＥは、噴射弁閉固着情報として、噴射弁閉固着情報メモリ７０６に記憶保持される。噴射弁閉固着情報メモリ７０６は、コントロールユニット５１５のＲＡＭ６０４に割り付けられる。

図１１（ａ）は４気筒エンジンにおける燃料噴射弁５４が正常に動作している場合の燃圧挙動を、図１１（ｂ）は燃料噴射弁５４が１気筒閉固着した場合の燃圧挙動を示している。燃圧脈動は、高圧燃料ポンプ１が吐出領域と非吐出領域を持ち、吐出領域のみ燃圧が上昇すること、および非吐出領域中に燃料が噴射され燃圧が降下することにより発生する。燃料噴射弁５４が閉固着している場合、燃圧降下分がないため、正常時と比較して燃圧の挙動が異なる。噴射弁閉固着判定手段７０４は、この燃圧特性を利用して閉固着状態判定を行う。

次に、リリーフ弁開閉状態判定手段７０３によるリリーフ弁５５の開閉弁状態判定の具体例１を、図１２に示されているフローチャートを参照して説明する。図１２に示されているリリーフ弁５５の開閉弁状態判定ルーチンは、割込み処理として、例えば、１０ｍｓ毎の時間同期により実行される。

まず、燃圧センサ５６により検出された燃圧を読込む（ステップ８０１）。ついで、エンジン回転数と燃料噴射量を読込む（ステップ８０２、８０３）。エンジン回転数と燃料噴射量を読込む目的は、エンジン回転数に比例する特性を持つ燃圧の脈動周期、および燃料噴射量に比例する特性を持つ脈動幅を把握するためである。

つぎに、読み込んだ燃圧より燃圧偏差（定常運転時における一定期間の燃圧上下限値の差分）が規定値以上であるか判定する（ステップ８０４）。燃圧偏差が規定値以上である場合には、リリーフ弁５５が開いていると判定し、リリーフ弁開弁フラグ：＃ＦＲＥＬＯＰＥＮ＝１とする（ステップ８０６）。燃圧偏差の規定値は、エンジン回転数・燃料噴射量における燃圧脈動幅をマップで設定する。

燃圧偏差が規定値以上でない場合には、つぎに、定常運転において一定期間の燃圧変化量（燃圧脈動の傾き）、つまり燃圧上昇率が規定値以上であるか判定する（ステップ８０５）。燃圧上昇率が規定値以上である場合には、リリーフ弁５５が開いていると判定し、リリーフ弁開弁フラグ：＃ＦＲＥＬＯＰＥＮ＝１とする（ステップ８０６）。燃圧上昇率の規定値は、エンジン回転数・燃料噴射量における燃圧上昇率をマップで設定する。

燃圧偏差が規定値以上でなく、且つ燃圧上昇率の規定値以上でない場合には、リリーフ弁５５が閉じていると判定し、リリーフ弁開弁フラグ：＃ＦＲＥＬＯＰＥＮ＝０とする（ブロック８０７）。

つぎに、リリーフ弁開弁フラグ：＃ＦＲＥＬＯＰＥＮをリリーフ弁開閉状態情報メモリ７０５に書き込む（記憶）処理を行う（ステップ８０８）。

リリーフ弁開閉状態情報メモリ７０５のフラグ情報ＦＲＥＬＯＰＥＮは、リリーフ弁開閉状態情報として機能し、この情報により高圧燃料システム故障修理時における故障箇所特定が速やかに行えるようになる。

次に、リリーフ弁開閉状態判定手段７０３によるリリーフ弁５５の開閉弁状態判定の具体例２を、図１３に示されているフローチャートを参照して説明する。図１３に示されているリリーフ弁５５の開閉弁状態判定ルーチンも、割込み処理として、例えば、１０ｍｓ毎の時間同期により実行される。

まず、燃圧センサ５６により検出された燃圧を読込む（ステップ９０１）。ついで、エンジン回転数を読込む（ステップ９０２）。エンジン回転数を読込む目的は、エンジン回転数に比例する特性を持つ燃圧の脈動周期を把握するためである。

つぎに、読み込んだ燃圧の周波数解析を実施する（ステップ９０３）。この周波数解析はコントロールユニット５１５の演算負荷を少なくするため、演算量が少ないことが特徴である高速フーリエ変換を実施する。

つぎに、燃圧の周波数解析結果（スペクトル）と予め記憶しておいたリリーフバルブ開弁時の周波数解析値（スペクトル）とを比較する（ステップ９０４）。燃圧の周波数解析結果と予め記憶しておいたリリーフバルブ開弁時の周波数解析値とが同じである場合には、リリーフ弁５５が開いていると判定し、リリーフ弁開弁フラグ：＃ＦＲＥＬＯＰＥＮ＝１とする（ステップ９０５）。

これに対し、燃圧の周波数解析結果と予め記憶しておいたリリーフバルブ開弁時の周波数解析値とが異なる場合には、リリーフ弁５５が閉じていると判定し、リリーフ弁開弁フラグ：＃ＦＲＥＬＯＰＥＮ＝０とする（ブロック９０６）。

つぎに、リリーフ弁開弁フラグ：＃ＦＲＥＬＯＰＥＮをリリーフ弁開閉状態情報メモリ７０５に書き込む（記憶）処理を行う（ステップ９０７）。

この場合も、リリーフ弁開閉状態情報メモリ７０５のフラグ情報ＦＲＥＬＯＰＥＮは、リリーフ弁開閉状態情報として機能し、この情報により高圧燃料システム故障修理時における故障箇所特定が速やかに行えるようになる。

また、リリーフ弁開閉状態情報メモリ７０５のフラグ情報に基づいて、目標燃料圧力算出手段２００２が出力する目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔの変更と、Ｆ／Ｂ補償値算出部２００７のフィードバック項（比例分（Ｐ分）・積分分（Ｉ分））の変更の少なくと何れ一方を行い、燃圧制御の適正化を図ることが行われる。

次に、この燃圧制御の適正化処理を、図１４に示されているフローチャートを参照して説明する。この適正化処理ルーチンは、所定時間毎の割込みルーチンとして実行される。

まず、リリーフ弁開閉状態情報メモリ７０５に書き込まれているリリーフ弁開弁フラグ：＃ＦＲＥＬＯＰＥＮを読込む（ステップ１００１）。

つぎに、リリーフ弁開弁フラグ：＃ＦＲＥＬＯＰＥＮ＝１であるか否かを判別する（ステップ１００２）。

＃ＦＲＥＬＯＰＥＮ＝１であれば、リリーフ弁５５が開いているかと判定し、リリーフ弁開時用の高圧燃料ポンプ制御に切換える（ステップ１００３）。

これに対し、＃ＦＲＥＬＯＰＥＮ＝１でなければ、リリーフ弁５５が閉じていると判定し、通常ポンプ制御を続行する（ステップ１００４）。

リリーフ弁開時用の高圧燃料ポンプ制御は、図１５に示されているように、まず、目標燃料圧力算出手段２００２が出力する目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔを変更する（ステップ１１０１）。つぎに、Ｆ／Ｂ補償値算出部２００７による燃圧制御のフィードバック項（比例分（Ｐ分）・積分分（Ｉ分））を変更する（ステップ１１０２）。

リリーフ弁開時には、目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔを通常ポンプ制御時より下げることにより、リリーフ弁を再閉弁し、脈動を抑えること、制御可能な範囲に目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔを設定することによりフィードバック項の発散を防止することができる。また、フィードバック項のゲインを小さくすることにより、脈動の助長を防止することができる。

なお、リリーフ弁開閉状態判定手段７０３は、上述の具体例１と具体例２との組み合わせ、ＯＲ論理あるいはＡＮＤ論理によってリリーフ弁５５の開閉弁状態判定を行ってもよい。

次に、噴射弁閉固着判定手段７０４による燃料噴射弁５４の閉固着判定の具体例を、図１６に示されているフローチャートを参照して説明する。図１６に示されている燃料噴射弁５４の閉固着判定ルーチンは、割込み処理として、例えば、１０ｍｓ毎の時間同期により実行される。

まず、燃圧センサ５６により検出された燃圧を読込む（ステップ１２０１）。
つぎに、読込んだ燃圧が、燃料噴射弁５４が閉固着しているときの燃圧挙動であるか判定する（ステップ１２０２）。

つぎに、判定した閉固着判定情報（噴射弁閉固着フラグ：＃ＦＩＮＪＣＬＯＳＥ）を噴射弁閉固着情報メモリ７０６に記憶する（ステップ１２０３）。

噴射弁閉固着情報メモリ７０６のフラグ情報ＦＩＮＪＣＬＯＳＥは、噴射弁閉固着状態情報として機能し、この情報により高圧燃料システム故障修理時における故障箇所特定が速やかに行えるようになる。

次に、ステップ１２０２における噴射弁閉固着判定の詳細を、図１７に示されているフローチャートを参照して説明する。

まず、エンジン回転数を読込む（ステップ１３０１）。エンジン回転数を読込む目的は、エンジン回転数に比例する特性を持つ燃圧の脈動周期を把握するためである。

つぎに、読み込んだ燃圧の周波数解析を実施する（ステップ１３０２）。この周波数解析はコントロールユニット５１５の演算負荷を少なくするため、演算量が少ないことが特徴である高速フーリエ変換を実施する。

つぎに、燃圧の周波数解析結果（スペクトル）と予め記憶しておいた噴射弁閉固着時の周波数解析値（スペクトル）とを比較する（ステップ１３０３）。燃圧の周波数解析結果と予め記憶しておいた噴射弁閉固着時の周波数解析値とが同じである場合には、燃料噴射弁５４が閉固着していると判定し、噴射弁閉固着フラグ：＃ＦＩＮＪＣＬＯＳＥ＝１とする（ステップ１３０４）。

これに対し、燃圧の周波数解析結果と予め記憶しておいた噴射弁閉固着時の周波数解析値とが異なる場合には、燃料噴射弁５４が閉固着していないと判定し、噴射弁閉固着フラグ：＃ＦＩＮＪＣＬＯＳＥ＝０とする（ステップ１３０５）。

図１８は、４気筒エンジンでのステップ１２０２における噴射弁閉固着判定ルーチンの詳細を示している。

この判定ルーチンでも、まず、エンジン回転数を読込む（ステップ１３０１）。エンジン回転数を読込む目的は、エンジン回転数に比例する特性を持つ燃圧の脈動周期を把握するためである。

つぎに、読み込んだ燃圧の周波数解析を実施する（ステップ１３０２）。この周波数解析はコントロールユニット５１５の演算負荷を少なくするため、演算量が少ないことが特徴である高速フーリエ変換を実施する。

つぎに、燃圧の周波数解析結果（スペクトル）と予め記憶しておいた各気筒毎の噴射弁閉固着時の周波数解析値（スペクトル）とを比較する（ステップ１３０３〜１３０６）。
燃圧の周波数解析結果と予め記憶しておいた該当気筒の噴射弁閉固着時の周波数解析値とが同じである場合には、その気筒の燃料噴射弁５４が閉固着していると判定し、噴射弁閉固着情報メモリ７０６の噴射弁閉固着ＲＡＭ：ＩＮＪＣＬＯＳＥに気筒番号を書き込む（ステップ１３０７〜１３１０）。たとえば、＃３気筒の燃料噴射弁５４が閉固着していると判定した場合には、ＩＮＪＣＬＯＳＥ＝Ｈ’０３を書き込む。

何れの気筒の燃料噴射弁５４も閉固着していないと判定した場合には、ＩＮＪＣＬＯＳＥ＝Ｈ’００を書き込む（ステップ１３１１）。

噴射弁閉固着情報メモリ７０６の噴射弁閉固着情報ＩＮＪＣＬＯＳＥにより高圧燃料システム故障修理時における故障箇所特定が速やかに行えるようになる。

上述したリリーフ弁開閉状態情報メモリ７０５のフラグ情報ＦＩＮＪＣＬＯＳＥや噴射弁閉固着情報ＩＮＪＣＬＯＳＥに基づいて、一気筒当たりの出力の変更を行い、燃料噴射の適正化を図ることが行われる。

次に、この燃料噴射の適正化処理を、図１９に示されているフローチャートを参照して説明する。この適正化処理ルーチンは、所定時間毎の割込みルーチンとして実行される。

まず、噴射弁閉固着情報メモリ７０６に書き込まれている噴射弁閉固着フラグ：＃ＦＩＮＪＣＬＯＳＥを読込む（ステップ１４０１）。

つぎに、噴射弁閉固着フラグ：＃ＦＩＮＪＣＬＯＳＥ＝１であるか否かを判別する（ステップ１４０２）。

＃ＦＩＮＪＣＬＯＳＥ＝１であれば、燃料噴射弁５４が閉固着していると判定し、燃料噴射弁閉固着時用制御に切換える（ステップ１４０３）。

これに対し、＃ＦＩＮＪＣＬＯＳＥ＝１でなければ、燃料噴射弁５４が閉固着していないと判定し、通常制御を続行する（ステップ１４０４）。

燃料噴射弁閉固着時用制御は、図２０に示されているように、まず、目標燃料圧力算出手段２００２が出力する目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔを変更する（ステップ１５０１）。つぎに、Ｆ／Ｂ補償値算出部２００７による燃圧制御のフィードバック項（比例分（Ｐ分）・積分分（Ｉ分））を変更する（ステップ１５０２）。

燃料噴射弁閉固着時には、目標燃圧Ｐｔａｒｇｅｔを通常制御時より上げることにより噴射流量を確保し、フィードフォワード分を適正値に修正してフィードバック項の発散を防止することができる。また、フィードバックゲインを小さくすることにより脈動の助長を防止することができる。

さらに、燃料噴射弁５４の開弁時間、スロットル開度、点火時期を変更する（ステップ１５０３〜１５０５）。これにより、燃料噴射弁５４の閉固着後において、閉固着していない燃料噴射弁５４によって噴射弁固着前の出力を維持することができる。

本実施形態は、上記の構成によって次の機能を奏するものである。
本実施形態では、燃料噴射弁５４、リリーフ弁５５等の高圧燃料供給系の構成部品の状態を特定して検出し、その検出結果に応じて最適な制御方法を選択することが可能となるので、燃料供給システム異常時においても、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善を図ることができる。

図２１は、本発明による高圧燃料供給装置の効果を示すタイムチャートである。本実施形態ではリリーフ弁異常開弁時に、高圧燃料ポンプ制御を禁止することなくリリーフ開弁時用制御に変更するので、コモンレール５３内の燃料の圧力を確保することが可能となる。燃料圧力を確保することにより、失火を防ぎ、燃焼状態を安定することが可能となるので、排出ガスの低減に貢献する。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく設計において種々の変更ができるものである。

本発明による高圧燃料供給装置が適用される筒内噴射エンジンの全体構成を示す構成図。 本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置の一つの実施形態を示す構成図。 本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置に用いられる高圧燃料ポンプの構成図。 本発明による高圧燃料供給装置が適用される筒内噴射エンジンのコントロールユニットのブロック図。 本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置に用いられる高圧燃料ポンプの動作タイミングを示すタイミングチャート。 動作タイミングチャートの補足説明図。 本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置が含む高圧燃料ポンプ制御装置の一つの実施形態を示すブロック図。 本実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置のポンプ制御信号算出手段の詳細を示すブロック図。 本発明による内燃機関の高圧燃料供給装置が含む構成部品状態検出手段の一つの実施形態を示すブロック図。 （ａ）はリリーフ弁閉弁時のコモンレール内の燃圧挙動を示すグラフ、（ｂ）はリリーフ弁開弁時のコモンレール内の燃圧挙動を示すグラフ。 （ａ）は燃料噴射弁正常時の燃圧挙動を示すグラフ、（ｂ）は燃料噴射弁閉固着時のコモンレール内の燃圧挙動を示すグラフ。 本実施形態のリリーフ弁開閉状態判定手段によるリリーフ弁開閉弁状態判定の具体例１を示すフローチャート。 本実施形態のリリーフ弁開閉状態判定手段によるリリーフ弁開閉弁状態判定の具体例２を示すフローチャート。 本実施形態の燃圧制御の適正化処理理ルーチンを示すフローチャート。 本実施形態の燃圧制御の適正化処理理ルーチンにおけるリリーフ弁閉時ポンプ制御のフローチャート。 本実施形態の噴射弁閉固着判定手段による燃料噴射弁の閉固着判定の具体例を示すフローチャート。 本実施形態の噴射弁閉固着判定手段による燃料噴射弁閉固着判定ルーチンのフローチャート。 ４気筒エンジンでの噴射弁閉固着判定ルーチンのフローチャート。 本実施形態の燃料噴射の適正化処理ルーチンを示すフローチャート。 本実施形態の燃料噴射の適正化処理理ルーチンにおける噴射弁閉固着時制御のフローチャート。 本発明による高圧燃料供給装置の効果を示すタイムチャート。

符号の説明

１ 高圧燃料ポンプ
５３ コモンレール
５４ 燃料噴射弁
５５ リリーフ弁
５６ 燃圧センサ
５０７ 筒内噴射エンジン
５１５ コントロールユニット
７０３ リリーフ弁開閉状態判定手段
７０４ 噴射弁閉固着判定手段
７０５ リリーフ弁開閉状態情報メモリ
７０６ 噴射弁閉固着情報メモリ

Claims (8)

1. 高圧燃料ポンプにより燃料を蓄圧室に加圧供給し、前記蓄圧室内の燃料を内燃機関の燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁へ供給する高圧燃料供給系と、前記蓄圧室内の圧力が所定値以上に上昇した際には燃料を低圧側に戻すことによって前記蓄圧室の圧力調整を行う圧力調整弁と、前記蓄圧室内の燃圧を検出する圧力検出手段と、前記高圧燃料ポンプを制御する高圧燃料ポンプ制御装置とを備えた内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
   前記圧力検出手段によって検出される燃圧の変化状況より当該高圧燃料供給装置を構成する構成部品を特定してその構成部品の状態を検出する構成部品状態検出手段を有していることを特徴とする内燃機関の高圧燃料供給装置。
2. 前記構成部品は、前記燃料噴射弁と前記圧力調整弁の少なくとも何れか一方であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置。
3. 前記構成部品状態検出手段は、前記圧力検出手段によって検出される燃圧の変化量に基づいて前記構成部品を特定してその構成部品の状態を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置。
4. 前記構成部品状態検出手段は、前記圧力検出手段によって検出される燃圧の周波数解析結果に基づいて前記構成部品を特定してその構成部品の状態を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置。
5. 前記構成部品状態検出手段による状態検出結果を記憶保持する記憶手段を有することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置。
6. 前記高圧燃料ポンプ制御装置は、前記圧力検出手段によって検出される燃圧が前記蓄圧室の圧力目標値になるようにフィードバック式に前記高圧燃料ポンプの作動を制御するものであり、前記構成部品状態検出手段による状態検出結果に応じて前記蓄圧室の圧力目標値と前記高圧燃料ポンプ制御装置のフィードバック分の少なくとも何れか一方を変更することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置。
7. 前記構成部品状態検出手段による状態検出結果に応じて一気筒当りの出力を変更することを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置。
8. 高圧燃料ポンプにより燃料を蓄圧室に加圧供給し、前記蓄圧室内の燃料を内燃機関の燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁へ供給する高圧燃料供給系と、前記蓄圧室内の圧力が所定値以上に上昇した際には燃料を低圧側に戻すことによって前記蓄圧室の圧力調整を行う圧力調整弁と、前記蓄圧室内の燃圧を検出する圧力検出手段と、前記高圧燃料ポンプを制御する高圧燃料ポンプ制御装置とを備えた内燃機関の高圧燃料供給装置の部品状態検出方法であって、
   前記圧力検出手段によって検出される燃圧の変化状況より当該高圧燃料供給装置を構成する構成部品を特定してその構成部品の状態を検出することを特徴とする部品状態検出方法。

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