JP2007255306A - 増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】増圧機構が完全に作動不能となったときでも増圧噴射モードで噴射圧が不足する現象を軽減でき、もって噴射圧不足に起因する出力低下や排ガス特性悪化などを防止できる増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置を提供する。
【解決手段】増圧機構を作動させないレール圧噴射モードでは目標レール圧を最適噴射圧に設定し、増圧機構を作動させる増圧噴射モードでは増圧を見込んで目標レール圧を減少設定して増圧により最適噴射圧を達成する。増圧機構が故障判定されると、増圧噴射モードでは増圧機構の増圧比に基づいて目標レール圧を増加補正すると共に、補正後の目標レール圧がコモンレールの耐圧許容値を越えるときには耐圧許容値に制限する。
【選択図】図３

Description

本発明はコモンレールから供給される高圧燃料を増圧機構により増圧して噴射可能な増圧コモンレール式燃料噴射装置に係り、詳しくは増圧機構の故障時を想定したフェイルセーフ装置に関するものである。

加圧ポンプから圧送される高圧燃料をコモンレールに蓄圧し、エンジンの運転状態に応じた所定時期に燃料噴射弁から機関の筒内に噴射するコモンレール式燃料噴射装置が実用化されている。この種の燃料噴射装置は噴射圧力と噴射時期とを独立制御できることから、車両用ディーゼルエンジンの主流となりつつある。一方、ディーセルエンジンでも高出力化を目的として過給が行われ、過給圧に応じた燃料噴射量を確保するためにコモンレール式燃料噴射装置には燃料噴射圧の高圧化が要求されている。しかしながら、噴射圧の高圧化のためには加圧ポンプの吐出圧増大、或いはコモンレールやデリバリ配管の耐圧性向上などが必要となり、重量増加やコストアップを引き起こすという問題があった。

そこで、加圧ポンプやコモンレールなどの仕様を変更することなく各気筒の燃料噴射弁に増圧機構を設け、この増圧機構によりコモンレールからの高圧燃料をさらに加圧するようにした増圧コモンレール式燃料噴射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の燃料噴射装置では、通常のコモンレールシステムに比較して燃料加圧のための構成が複雑化するため、燃料噴射特性に異常が発生したときの対策が講じられる場合があり、特許文献１の技術では、増圧機構の作動時の燃料圧力の変化に基づいて燃料噴射特性の異常を判定し、異常判定時には異常原因に応じて増圧機構または燃料噴射弁の少なくとも一方の作動状態を調整している。
特開２００５−２４８７２２号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術は増圧機構が異常を生じながらも作動している場合を想定した対策であるため、その対処も単に増圧機構の作動状態を調整するものに過ぎない。このため増圧機構が完全に作動不能となった場合には、以下に述べる不具合が発生する。
図５は噴射モードに応じた目標レール圧の設定状況を示す特性図である。増圧機構の作動は機関回転速度Ｎeやアクセル操作量Ａcc（機関負荷）に応じて切換えられ、コモンレール圧で最適噴射圧を達成可能な低回転低負荷域では増圧機構を停止保持してレール圧の燃料をそのまま噴射し（レール圧噴射モード）、機関回転速度Ｎeやアクセル操作量Ａccの増加に伴って最適噴射圧がレール圧を上回ると増圧分を見込んで目標レール圧を減少させると共に増圧機構を作動させて燃料増圧を開始する（増圧噴射モード）。増圧機構はその構造上増圧比を変更不能なため、増圧機構により増圧される増圧噴射モードでは増圧機構による増圧を見込んで増圧比に基づきレール圧を減少させ、これによりモード切換による噴射圧の変動を抑制している。

従って、レール圧制御が行われている状態で増圧機構が故障して増圧作用が得られなくなると、増圧噴射モードでもレール圧により燃料噴射が行われることから、燃料噴射圧が不足する事態を引き起こしてしまう。このように増圧機構が完全に作動不能となった場合には特許文献１の増圧機構の作動状況を調整する対策は実行不能であり、結果として噴射圧の不足により出力低下や排ガス特性悪化などを引き起こすという問題が生じた。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、増圧機構が完全に作動不能となったときでも増圧噴射モードで噴射圧が不足する現象を軽減でき、もって噴射圧不足に起因する出力低下や排ガス特性悪化などを防止することができる増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、コモンレールの燃料を直接的に機関の筒内に噴射するレール圧噴射モードと、コモンレールの燃料を増圧機構によりさらに加圧して筒内に噴射する増圧噴射モードとを機関の運転状態に応じて切換可能な増圧コモンレール式燃料噴射装置において、機関の運転状態に基づいてコモンレールの目標レール圧を設定すると共に、レール圧噴射モードに比較して増圧噴射モードでは増圧機構による増圧を見込んで増圧比に基づき目標レール圧を減少設定する目標レール圧設定手段と、目標レール圧設定手段により設定された目標レール圧に基づいてコモンレール内の燃料圧を制御するレール圧制御手段と、増圧機構の故障を判定する故障判定手段と、故障判定手段により故障判定が下されたとき、増圧噴射モードでは目標レール圧設定手段により設定された目標レール圧を増圧機構の増圧比に基づいて増加補正する故障時レール圧補正手段とを備えたものである。

従って、加圧ポンプにより加圧された燃料がコモンレールに貯留され、コモンレール圧は目標レール圧設定手段により設定された目標レール圧に基づいてレール圧制御手段により制御される。そして、コモンレール圧の燃料がレール圧噴射モードでは直接的に機関の筒内に噴射され、増圧噴射モードでは増圧機構によりさらに加圧されて筒内に噴射される。目標レール圧設定手段では機関の運転状態に基づいて目標レール圧が設定されるが、レール圧噴射モードに比較して増圧噴射モードでは増圧機構による増圧を見込んで増圧比に基づき目標レール圧が減少設定される。

一方、故障判定手段により増圧機構の故障判定が下されると、増圧噴射モードでは故障時レール圧補正手段により増圧機構の増圧比に基づいて目標レール圧が増加補正される。この増圧補正は目標レール圧設定手段による増圧を見込んだ目標レール圧の減少設定を相殺する方向に作用し、結果として増圧噴射モードでも増圧を見込まないレール圧噴射モードと略同様にコモンレール圧が制御されるため、増圧機構による増圧作用が得られない状況でも噴射圧が不足する現象が軽減される。

請求項２の発明は、加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、コモンレールの燃料を直接的に機関の筒内に噴射するレール圧噴射モードと、コモンレールの燃料を増圧機構によりさらに加圧して筒内に噴射する増圧噴射モードとを機関の運転状態に応じて切換可能な増圧コモンレール式燃料噴射装置において、機関の運転状態に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料の目標噴射圧を設定する目標噴射圧設定手段と、目標噴射圧設定手段により設定された目標噴射圧に基づき、レール圧噴射モードでは目標噴射圧を目標レール圧として設定し、増圧噴射モードでは増圧機構による増圧を見込んで増圧比に基づき目標噴射圧に対して目標レール圧を減少設定する目標レール圧設定手段と、目標レール圧設定手段により設定された目標レール圧に基づいてコモンレール内の燃料圧を制御するレール圧制御手段と、増圧機構の故障を判定する故障判定手段と、故障判定手段により故障判定が下されたとき、増圧噴射モードでは目標レール圧を目標噴射圧に補正する故障時レール圧補正手段とを備えたものである。

従って、加圧ポンプにより加圧された燃料がコモンレールに貯留され、コモンレール圧は目標レール圧設定手段により設定された目標レール圧に基づいてレール圧制御手段により制御される。そして、コモンレール圧の燃料がレール圧噴射モードでは直接的に機関の筒内に噴射され、増圧噴射モードでは増圧機構によりさらに加圧されて筒内に噴射される。目標レール圧設定手段では、目標噴射圧設定手段により機関の運転状態から設定された目標噴射圧に基づき目標レール圧が設定されるが、レール圧噴射モードでは目標噴射圧が目標レール圧として設定され、一方、増圧噴射モードでは増圧機構による増圧を見込んで増圧比に基づき目標噴射圧に対して目標レール圧が減少設定される。

一方、故障判定手段により増圧機構の故障判定が下されると、増圧噴射モードでは故障時レール圧補正手段により目標レール圧が目標噴射圧に補正される。結果として目標レール圧設定手段による増圧を見込んだ目標レール圧の減少設定が中止されて、増圧噴射モードでもレール圧噴射モードと同様にコモンレール圧が目標噴射圧に制御されるため、増圧機構による増圧作用が得られない状況でも噴射圧が不足する現象が軽減される。

請求項３の発明は、請求項１，２において、故障時レール圧補正手段が、補正後の目標レール圧がコモンレールの耐圧許容値以下のときには、補正後の目標レール圧をレール圧制御手段のレール圧制御に適用し、補正後の目標レール圧が耐圧許容値を越えるときには、補正後の目標レール圧を耐圧許容値以下に制限してレール圧制御手段のレール圧制御に適用するものである。

従って、故障時レール圧補正手段による補正後の目標レール圧がコモンレールの耐圧許容値以下のときには、補正後の目標レール圧がレール圧制御手段のレール圧制御に適用され、補正後の目標レール圧が耐圧許容値を越えるときには、耐圧許容値以下に制限された目標レール圧がレール圧制御手段のレール圧制御に適用される。その結果、目標レール圧が増圧機構の増圧比に基づいて増加補正されたり（請求項１）、或いは目標レール圧が目標噴射圧に補正されたり（請求項２）することにより、目標レール圧がコモンレールの耐圧許容値を越える事態が未然に防止される。

以上説明したように請求項１，２の発明の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置によれば、増圧機構が完全に作動不能となったときでも増圧噴射モードで噴射圧が不足する現象を軽減でき、もって噴射圧不足に起因する出力低下や排ガス特性悪化などを防止することができる。
請求項３の発明の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置によれば、請求項１,２に加えて、コモンレールの耐圧許容値を越えた目標レール圧の設定を防止し、コモンレールの破損などのトラブルを未然に回避することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明を具体化した増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置の第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置を示す全体構成図である。車両に設置された燃料タンク１はタンク燃料路２を介してフィードポンプ３と接続され、フィードポンプ３はフィルタ４及び電磁式の燃料吸入量調整弁５を備えたフィード燃料路６を介してサプライポンプ７（加圧ポンプ）と接続されている。サプライポンプ７は逆止弁８を備えた一対のサプライ燃料路９を介してコモンレール１０と接続されている。図ではフィードポンプ３及びサプライポンプ７を分離して表示しているが、実際のこれらのポンプ３，７は一体化されており、共通の駆動軸１１を介して図示しないエンジンにより駆動される。

燃料タンク１内の燃料はフィードポンプ３により汲み上げられてタンク燃料路２及びフィード燃料路６を経てサプライポンプ７に供給され、サプライポンプ７により更に加圧されてサプライ燃料路９を経てコモンレール１０に供給される。燃料吸入量調整弁５の開度に応じてサプライポンプ７の燃料吸入量が制限され、それに応じてサプライポンプ７の燃料吐出量が制御されてコモンレール１０内の燃料圧が調整される。

コモンレール１０にはエンジンの各気筒に設けられた燃料噴射弁２１がそれぞれコモンレール燃料路２２を介して接続され、燃料噴射弁２１は先端（下側）を各気筒の筒内に臨ませた姿勢で配設されている。燃料噴射弁２１の構成は、エンジンの筒内への燃料噴射を制御する燃料噴射機構３１、及び燃料噴射機構３１に供給される燃料を事前に増圧する増圧機構５１に大別される。

まず、燃料噴射機構３１の構成を説明すると、燃料噴射弁２１のボディ２１ａには先端側から噴孔部３２、燃料溜り３３、ばね室３４、圧力室３５が連続して形成されている。噴孔部３２及び燃料溜り３３内にはニードル弁３６の先端部３６ａが配設され、ばね室３４内にはニードル弁３６の鍔部３６ｂが配設され、圧力室３５内にはニードル弁３６のピストン部３６ｃが配設され、これらの先端部３６ａ、鍔部３６ｂ、ピストン部３６ｃはそれぞれが組合わされて形成されている。ばね室３４内においてニードル弁３６の鍔部３６ｂの上面とばね室３４の上壁との間にはばね３７が介装され、このばね３７の付勢力によりニードル弁３６は下方に付勢されている。

上記コモンレール燃料路２２は燃料噴射弁２１のボディ２１ａ内に形成された燃料供給路３８の一端に接続され、燃料供給路３８には逆止弁３９が設けられている。燃料供給路３８の他端は燃料噴射機構３１の燃料溜り３３に接続され、コモンレール燃料路２２からの燃料は燃料供給路３８及び燃料溜り３３を経て噴孔部３２まで導かれている。
燃料供給路３８の逆止弁３９より下流側（燃料溜り３３側）の箇所にはオリフィス４０を備えた圧力路４１の一端が接続され、圧力路４１の他端は上記圧力室３５の上部と接続されている。従って、燃料供給路３８の燃料圧が圧力路４１を経て圧力室３５内に位置するニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する一方、ニードル弁３６には燃料溜り３３の箇所において上方への燃料圧が作用している。ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面に作用する燃料圧とばね３７の付勢力との合力は燃料溜り３３に作用する燃料圧を上回るため、ニードル弁３６は下方に付勢されて先端部３６ａを噴孔部３２に圧接させた閉弁状態に保持されている。

圧力室３５の上部にはオリフィス４２を介して電磁式の噴射制御弁４３が接続され、噴射制御弁４３はリターン路４４を介して上記燃料タンク１と接続されている。噴射制御弁４３の開弁に伴って圧力室３５内の上部の燃料がリターン路４４を経て燃料タンク１に回収されて、ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、上記燃料圧の大小関係が逆転して、ニードル弁３６は上方に付勢されて開弁状態に切換えられる。

一方、増圧機構５１は燃料噴射機構３１の上側に設けられている。燃料噴射弁２１のボディ２１ａには増圧機構５１のシリンダ５２が形成され、シリンダ５２内には増圧ピストン５３が上下動可能に配設されてばね６０により上方に付勢されている。増圧ピストン５３は上側の大径部５３ａ及び下側の小径部５３ｂからなり、増圧ピストン５３の大径部５３ａによりシリンダ５２内は上側シリンダ室５２ａ及び下側シリンダ室５２ｂに区画されると共に、増圧ピストン５３の小径部５３ｂの下側には加圧室５２ｃが区画されている。

上記燃料供給路３８の逆止弁３９より上流側の箇所は、上側供給路５４を介して上側シリンダ室５２ａと接続されると共に、オリフィス５５を備えた下側供給路５６を介して下部シリンダ室５２ｂと接続され、それぞれのシリンダ５２ａ，５２ｂ内に燃料が導入されている。また、燃料供給路３８の逆止弁３９より下流側の箇所は加圧路５７を介して加圧室５２ｃに接続され、加圧室５２ｃ内にも燃料が導入されている。増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧とばね６０の付勢力との合力は大径部５３ａの上面に作用する燃料圧を上回るため、増圧ピストン５３は上方に付勢されて加圧室５２ｃを最大容積に保持している。

増圧機構５１の下側シリンダ室５２ｂには電磁式の増圧制御弁５８が接続され、増圧制御弁５８はリターン路５９を介して上記燃料タンク１と接続されている。増圧制御弁５８の開弁に伴って下部シリンダ室５２ｂ内の燃料がリターン路５９を経て燃料タンク１に戻されて、増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、上記燃料圧の大小関係が逆転して、増圧ピストン５３は下方に付勢されて加圧室５２ｃの容積を縮小する。

一方、燃料噴射弁２１のボディ２１ａ内には増圧ピストン５３の近接位置に位置センサ７０（故障判定手段）が配設され、この位置センサ７０により増圧ピストン５３の位置が検出される。本実施形態ではホール素子を利用した非接触型のギャップセンサを位置センサ７０として用いているが、これに限ることはなく増圧ピストン５３の位置を検出可能であれば任意に変更可能である。

一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ９１（電子制御ユニット）が設置されている。ＥＣＵ９１の入力側には、位置センサ７０、コモンレール１０内の燃料圧を検出するレール圧センサ９２、図示しないアクセル操作量を検出するアクセルセンサ、各気筒を判別するための気筒判別センサ、エンジンの回転に同期したクランク角信号を出力するクランク角センサ等のセンサ類が接続されている。また、ＥＣＵ９１の出力側には、燃料吸入量調整弁５、各気筒の燃料噴射弁２１の噴射制御弁４３、増圧制御弁５８等のデバイス類が接続されている。

ＥＣＵ９１はアクセルセンサにより検出されたアクセル操作量（機関負荷）やクランク角センサからのクランク角信号から算出したエンジン回転速度等のエンジン運転状態に関する各種情報に基づいて、コモンレール圧、燃料噴射量、燃料噴射時期、増圧機構５１の作動の有無や作動時期などの目標値を設定し、これらの目標値に基づいて燃料吸入量調整弁５、噴射制御弁４３、増圧制御弁５８を駆動制御しながら燃料噴射を実行してエンジンを運転している。

次に、ＥＣＵ９１の処理に基づくコモンレール式燃料噴射装置の作動、特に増圧機構５１の作動状況について説明する。
エンジンに駆動されるフィードポンプ３により燃料タンク１内の燃料が汲み上げられ、タンク燃料路２及びフィード燃料路６を経てフィルタ４により鉄粉を除去された後にサプライポンプ７に供給され、サプライポンプ７により更に加圧されてサプライ燃料路９を経てコモンレール１０に供給される。ＥＣＵ９１は燃料吸入量調整弁５の開度制御によりサプライポンプ７の燃料吸入量を制限して燃料吐出量を調整し、レール圧センサ９２により検出された実コモンレール圧を目標レール圧にフィードバック制御する（レール圧制御手段）。

一方、コモンレール１０の燃料はコモンレール燃料路２２により各気筒の燃料噴射弁２１に供給され、各燃料噴射弁２１のボディ２１ａ内で燃料噴射機構３１の燃料供給路３８及び燃料溜り３３を経て噴孔部３２まで導かれる一方、圧力路４１を経て圧力室３５の上部まで導かれている。そして、噴射制御弁４３の閉弁時には、ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧により、ニードル弁３６は下方に付勢されて閉弁状態に保持されている。

また、コモンレール燃料路２２からの燃料は上側供給路５４を経て増圧機構５１の上側シリンダ室５２ａ内に導入されると共に、下側供給路５６を経て下側シリンダ室５２ｂ内に導入され、加圧路５７を介して加圧室５２ｃ内にも導入されている。これにより、増圧ピストン５３の大径部５３ａの上面及び下面には燃料圧が作用している。そして、増圧制御弁５８の閉弁時には、増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧により、増圧ピストン５３は上方に付勢されて加圧室５２ｃを最大容積に保持している。

上記状態からＥＣＵ９１により噴射制御弁４３が開弁されると、圧力室３５内の上部の燃料がリターン路４４を介して燃料タンク１側に戻されて、ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、ニードル弁３６が上方に付勢されて開弁状態に切換えられ、噴孔部３２から燃料噴射が開始される。その後、噴射制御弁４３が閉弁されると、燃料タンク１への燃料流通が中止されてピストン部３６ｃの上部の燃料圧が回復するため、再びニードル弁３６が下方に付勢されて閉弁状態に復帰し燃料噴射が中止される。即ち、コモンレール１０の燃料がそのまま直接的にエンジンの筒内に噴射されることから、コモンレール圧と略等しい燃料噴射圧となり、以下、このときの燃料噴射弁２１の作動状況をレール圧噴射モードと称する。

以上は増圧機構５１による燃料増圧を行わずに、コモンレール圧の燃料をそのまま噴射した場合であり、増圧機構５１による燃料増圧を実施する場合には、噴射制御弁４３の開閉に対して所定のタイミングでＥＣＵ９１により増圧制御弁５８が開閉駆動される。増圧制御弁５８の開弁に伴って下部シリンダ室５２ｂ内の燃料がリターン路５９を経て燃料タンク１に戻され、増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、増圧ピストン５３は下方に付勢されて加圧室５２ｃの容積を縮小する。

即ち、増圧ピストン５３の大径部５３ａに作用する燃料圧を利用して小径部５３ｂ側で加圧室５２ｃ内の燃料が加圧されることになり、燃料供給路３８の逆止弁３９より下流側（加圧室５２ｃ、燃料供給路３８、燃料溜り３３、噴孔部３２）に存在する燃料が元々のコモンレール圧に相当する燃料圧から更に増加する。従って、その後にＥＣＵ９１により噴射制御弁４３が開弁されたときには、噴射圧力が噴射初期から急激に立上がってコモンレール圧より高圧に保持され、その後、噴射制御弁４３及び増圧制御弁５８が相前後して閉弁されると燃料噴射が中止される。増圧機構５１による燃料増圧は増圧ピストン５３の大径部５３ａと小径部５３ｂとの面積比で定まる固有の増圧比に基づいて行われるため、コモンレール圧に対して増圧機構５１の増圧比を乗算した燃料噴射圧となり、以下、このときの燃料噴射弁２１の作動状況を増圧噴射モードと称する。

一方、ＥＣＵ９１はエンジンの運転領域に応じてレール圧噴射モードと増圧噴射モードとを切換えており、以下、ＥＣＵ９１により行われる噴射モードの切換について説明する。
図２はエンジン運転領域に対するレール圧噴射モードと増圧噴射モードとの設定状況を示す制御マップである。エンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccの増加に応じて燃料噴射圧を増加させる必要があることから、ＥＣＵ９１はエンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccが比較的低い領域ではレール圧噴射モードを設定し、エンジン回転速度Ｎe或いはアクセル操作量Ａccが増加して図中の破線を越えると増圧噴射モードに切換える。増圧の有無に応じた噴射圧の変動を抑制すべく、ＥＣＵ９１は燃料吸入量調整弁５によるレール圧制御で増圧機構５１の増圧比による影響を考慮した目標レール圧の設定を行っており、以下、当該目標レール圧の設定処理について述べる。

本実施形態では目標レール圧を主体として燃料噴射の制御系が構築されており、エンジン台上試験に基づき運転領域毎に最適噴射圧を実現可能な値として目標レール圧が制御マップとして設定され、エンジン運転中には制御マップからエンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccに応じた目標レール圧を求め、この目標レール圧をレール圧制御に適用することで上記最適噴射圧を達成している。

図３は噴射モードに応じた目標レール圧の設定状況を示す特性図である。ここで、図３の横軸はエンジン回転速度Ｎeまたはアクセル操作量Ａccと共にエンジンの運転領域が変化した状況を表し、縦軸は運転領域に応じた最適噴射圧を１点鎖線で、増圧機構５１の正常時の目標レール圧を破線で、故障時の目標レール圧を実線で表している。
最適噴射圧はエンジン回転速度Ｎeやアクセル操作量Ａccの増加と共に要求噴射量を確保すべく増加し、ある領域（コモンレール圧がコモンレール１０の耐圧許容値に制限される領域）で一定値となる特性が想定されている。まず、正常時の目標レール圧の設定状況を述べると、図中のＡ以下の領域ではレール圧噴射モードが選択され、最適噴射圧と同一の目標レール圧が設定される。当該レール圧噴射モードではコモンレール１０の燃料がそのまま筒内に噴射されることから、結果として最適噴射圧が達成される。

また、Ａを越えた領域では増圧噴射モードに切換えられ、最適噴射圧に対して増圧機構５１による増圧を見込んで増圧比（なお、後述する定数αのように、増圧機構のリーク量やエンジン回転速度Ｎe及び噴射量の影響を考慮してもよい）に基づいて目標レール圧が設定される（目標レール圧設定手段）。但し、目標レール圧の上限はコモンレール１０の耐圧許容値に制限され、この制限が上記最適噴射圧の上限値として反映される。当該増圧噴射モードではコモンレール１０の燃料が増圧機構５１により増圧されて筒内に噴射されることから、結果として最適噴射圧が達成される。

一方、ＥＣＵ９１は位置センサ７０の検出情報に基づき増圧ピストン５３の作動状況を常に監視しており、増圧制御弁５８の開閉に対して増圧ピストン５３の動きが整合しないとき（増圧制御弁５８の開弁にも拘わらず増圧ピストン５３が下降しないとき、逆に閉弁にも拘わらず上昇しないとき）には、増圧機構５１の故障判定を下す（故障判定手段）。増圧噴射モードによる運転中には、この判定に呼応してＥＣＵ９１は目標レール圧に係数Ｋを乗算し、乗算後の値を目標レール圧としてレール圧制御に適用する（故障時レール圧補正手段）。係数Ｋは次式(1)で求められる。

Ｋ＝Ｒ＋α………(1)
ここに、Ｒは増圧機構５１の増圧比、αは増圧機構５１のリーク量やエンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量に応じて定まる定数である。
係数Ｋに基づく目標レール圧の補正は、コモンレール１０の耐圧限度を配慮して増圧噴射モードの一部領域で適用される。即ち、係数Ｋの乗算により目標レール圧は最適噴射圧と同一特性で増加するが、係数Ｋによる補正後の目標レール圧がコモンレール１０の耐圧許容値に達するまでは補正後の目標レール圧をレール圧制御に適用し、補正後の目標レール圧がコモンレールの耐圧許容値を越えると、目標レール圧を耐圧許容値に制限する。

従って、増圧機構５１の故障判定時の目標レール圧は、図３に実線で示すようにレール圧噴射モードから増圧噴射モードへの切換後も最適噴射圧に従って増加し、コモンレール１０の耐圧許容値に達したＢの時点で一定値に保持される。結果として増圧機構５１の故障中に増圧噴射モードに切換えられた場合でも、補正後の目標レール圧がコモンレール１０の耐圧許容値に達する以前のＡ〜Ｂの運転領域では最適噴射圧がほぼ完全に達成され、目標レール圧が耐圧許容値に達した後でも補正前のコモンレール圧１０が耐圧許容値に達するまでのＢ〜Ｃの領域では、補正前に比較してより高い目標レール圧に従って最適噴射圧に近い噴射圧が達成される。これにより増圧機構５１による増圧作用が得られない状況でも増圧噴射モードのＡ〜Ｂの領域では噴射圧が不足する現象を解消でき、Ｂ〜Ｃの領域では噴射圧が不足する現象を軽減でき、噴射圧の不足による不具合、例えばエンジン出力の低下や排ガス特性の悪化などを確実に防止することができる。

また、上記増圧機構５１の故障時をリンプホームモードとして設定し、例えば警告灯の点灯表示などにより運転者にディーラでの修理を促す場合もあるが、出力低下や排ガス特性悪化の抑制によりリンプホームモードの設定領域を拡大できることからモード設定を容易に実行できるという利点もある。
［第２実施形態］
次に、本発明を別の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置に具体化した第２実施形態を説明する。

本実施形態の増圧コモンレール式燃料噴射装置は、第１実施形態のものと比較して燃料噴射の制御系を異にしており、それに起因して増圧機構５１の故障時の目標レール圧に対する補正処理が異なっており、その他の全体的なシステム構成や燃料噴射弁２１の構造などに関しては第１実施形態と同様である。従って、共通の構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。

本実施形態では目標噴射圧を主体として燃料噴射の制御系が構築されており、エンジン台上試験に基づき運転領域毎に目標噴射圧が制御マップとして設定され、エンジン運転中には制御マップからエンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccに応じた目標噴射圧を求めると共に（目標噴射圧設定手段）、目標噴射圧に基づき増圧機構５１による増圧比などを前提として目標レール圧を設定し（目標レール圧設定手段）、この目標レール圧をレール圧制御に適用することで上記目標噴射圧を達成している。

図４は噴射モードに応じた目標レール圧の設定状況を示す特性図である。まず、正常時の目標レール圧の設定状況を述べると、レール圧噴射モードが選択されるＡ以下の領域では、目標噴射圧が目標レール圧として設定される。レール圧噴射モードではコモンレール１０の燃料がそのまま筒内に噴射されることから、結果として目標噴射圧が達成される。
また、Ａを越えた増圧噴射モードの領域では、増圧機構５１による増圧を見込んで増圧比に基づき目標噴射圧に対して目標レール圧が減少設定される。具体的には、上式(1)の係数Ｋを用いて次式(2)に従って目標レール圧が設定される。

目標レール圧＝目標噴射圧／Ｋ………(2)
増圧噴射モードではコモンレール１０の燃料が増圧機構５１により増圧されて筒内に噴射されることから、結果として最適噴射圧が達成される。
一方、位置センサ７０の検出情報に基づき増圧機構５１の故障判定を下すと（故障判定手段）、増圧噴射モードによる運転中には、上式(2)の係数Ｋとして１を設定する（故障時レール圧補正手段）。但し、この係数Ｋの設定は、第１実施形態と同じくコモンレール１０の耐圧限度を配慮して増圧噴射モードの一部領域で適用される。即ち、係数Ｋ＝１の設定により目標レール圧は目標噴射圧と同一特性で増加するが、Ｋ＝１に基づく目標レール圧がコモンレール１０の耐圧許容値に達するまではＫ＝１の目標レール圧をレール圧制御に適用し、Ｋ＝１の目標レール圧がコモンレールの耐圧許容値を越えると、目標レール圧を耐圧許容値に制限する。

従って、増圧機構５１の故障判定時の目標レール圧は第１実施形態と同様に設定され、図４に実線で示すように増圧噴射モードへの切換後も目標噴射圧に従って増加し、コモンレール１０の耐圧許容値に達したＢの時点で一定値に保持される。結果としてＡ〜Ｂの運転領域では目標噴射圧がほぼ完全に達成され、Ｂ〜Ｃの領域でも補正前に比較してより高い目標レール圧に従って目標噴射圧に近い噴射圧が達成される。これにより増圧機構５１による増圧作用が得られない状況でも増圧噴射モードのＡ〜Ｂの領域では噴射圧が不足する現象を解消でき、Ｂ〜Ｃの領域では噴射圧が不足する現象を軽減でき、噴射圧の不足による不具合を確実に防止することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、車両用エンジンのコモンレール式燃料噴射装置に具体化したが、適用対象は車両用のエンジンに限ることはなく、例えば定置型エンジンに適用してもよい。
また、上記実施形態では、増圧機構５１の正常時と故障時とで共通のコモンレール１０の耐圧許容値を適用したが、例えば異なる耐圧許容値を用いるようにしてもよい。即ち、増圧機構５１による増圧が期待できない故障時には多少でもコモンレール圧を増加させたい要請がある一方、この種の耐圧許容値には十分な安全率が見込まれているため、増圧機構５１の故障に伴うリンプホームモードなどの短時間の稼動に対してはコモンレール圧を通常の耐圧許容値より若干増加させる余地が存在する。そこで、増圧機構５１の故障時のみはコモンレール１０の耐圧許容値を増加補正し、補正後の耐圧許容値に基づいて若干高圧側にコモンレール圧を制限するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、位置センサ７０により検出した増圧ピストン５３の動きと増圧制御弁５８の開閉とを比較して増圧機構５１の故障判定を行ったが、故障判定手段はこれに限るものではない。例えば、増圧機構５１より下流側（噴孔部３２側）の燃料圧を圧力センサで検出し、増圧噴射モードであるにも拘わらず検出した検出燃料圧がレール圧センサ９２により検出された実コモンレール圧に満たないときには増圧機構５１の故障と判定するようにしてもよい。

実施形態の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置を示す全体構成図である。 エンジン運転領域に対するレール圧噴射モードと増圧噴射モードとの設定状況を示す制御マップである。 第１実施形態の噴射モードに応じた目標レール圧の設定状況を示す特性図である。 第２実施形態の噴射モードに応じた目標レール圧の設定状況を示す特性図である。 先行技術の噴射モードに応じた目標レール圧の設定状況を示す特性図である。

符号の説明

７ サプライポンプ（加圧ポンプ）
５ 燃料吸入量調整弁（レール圧制御手段）
１０ コモンレール
５１ 増圧機構
７０ 位置センサ（故障判定手段）
９１ ＥＣＵ（目標レール圧設定手段、レール圧制御手段、故障判定手段、故障時レール圧補正手段）

Claims (3)

1. 加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、該コモンレールの燃料を直接的に機関の筒内に噴射するレール圧噴射モードと、上記コモンレールの燃料を増圧機構によりさらに加圧して上記筒内に噴射する増圧噴射モードとを上記機関の運転状態に応じて切換可能な増圧コモンレール式燃料噴射装置において、
   上記機関の運転状態に基づいて上記コモンレールの目標レール圧を設定すると共に、上記レール圧噴射モードに比較して上記増圧噴射モードでは上記増圧機構による増圧を見込んで増圧比に基づき上記目標レール圧を減少設定する目標レール圧設定手段と、
   上記目標レール圧設定手段により設定された目標レール圧に基づいて上記コモンレール内の燃料圧を制御するレール圧制御手段と、
   上記増圧機構の故障を判定する故障判定手段と、
   上記故障判定手段により故障判定が下されたとき、上記増圧噴射モードでは上記目標レール圧設定手段により設定された目標レール圧を上記増圧機構の増圧比に基づいて増加補正する故障時レール圧補正手段と
   を備えたことを特徴とする増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置。
2. 加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、該コモンレールの燃料を直接的に機関の筒内に噴射するレール圧噴射モードと、上記コモンレールの燃料を増圧機構によりさらに加圧して上記筒内に噴射する増圧噴射モードとを上記機関の運転状態に応じて切換可能な増圧コモンレール式燃料噴射装置において、
   上記機関の運転状態に基づいて上記燃料噴射弁から噴射される燃料の目標噴射圧を設定する目標噴射圧設定手段と、
   上記目標噴射圧設定手段により設定された目標噴射圧に基づき、上記レール圧噴射モードでは目標噴射圧を目標レール圧として設定し、上記増圧噴射モードでは上記増圧機構による増圧を見込んで増圧比に基づき上記目標噴射圧に対して目標レール圧を減少設定する目標レール圧設定手段と、
   上記目標レール圧設定手段により設定された目標レール圧に基づいて上記コモンレール内の燃料圧を制御するレール圧制御手段と、
   上記増圧機構の故障を判定する故障判定手段と、
   上記故障判定手段により故障判定が下されたとき、上記増圧噴射モードでは上記目標レール圧を上記目標噴射圧に補正する故障時レール圧補正手段と
   を備えたことを特徴とする増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置。
3. 上記故障時レール圧補正手段は、上記補正後の目標レール圧が上記コモンレールの耐圧許容値以下のときには、該補正後の目標レール圧を上記レール圧制御手段のレール圧制御に適用し、上記補正後の目標レール圧が上記耐圧許容値を越えるときには、該補正後の目標レール圧を上記耐圧許容値以下に制限して上記レール圧制御手段のレール圧制御に適用することを特徴とする請求項１または２記載の増圧コモンレール式燃料噴射装置のフェイルセーフ装置。

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