JP2008019833A - 燃料供給装置の診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ポンプから燃料噴射弁へ供給される燃料供給量を制御すると共に、リリーフ弁から燃料タンクへのリリーフ量を制御して燃料圧力を制御するシステムにおいて、リリーフ弁の動作不安定な異常の有無を診断する。
【解決手段】燃料供給通路内に配設された電磁リリーフ弁が開制御され、燃料システム系の絶対的な故障がなく、燃料ポンプの通電デューティの変動がない状態で、実燃圧が実質的に減少しない状態が所定時間継続したときに、電磁リリーフ弁が動作不安定な異常であると診断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料タンク内の燃料を、燃料ポンプにより燃料供給通路を介して燃料噴射弁に供給する一方、燃料供給通路内の燃料をリリーフ弁の制御によって燃料タンクへの戻し量を制御しつつ燃料圧力を調整する燃料供給装置において、リリーフ弁の異常を診断する装置に関する。

上記のようにリリーフ弁を用いて燃料圧力を調整する燃料供給装置としては、特許文献１に記載されたものがある。
特開２００６−０２２６７７号公報

ところで、この種の燃料供給装置では、リリーフ弁に完全な固着ではない中間的な固着（以下、中間固着という）、動作遅れ等、動作不安定の異常が生じた場合、この異常現象が目標燃圧に対するフィードバック制御に吸収されてしまい、明瞭な動作異常の圧力状態となりにくいことから、迅速な判断が行えない場合がある。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、リリーフ弁の中間固着等の動作不安定な異常を診断できる燃料供給装置の診断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、
内燃機関の燃料タンク内の燃料を、燃料ポンプにより燃料供給通路を介して燃料噴射弁に供給する一方、燃料供給通路内の余剰燃料を燃料タンクへ戻すリリーフ弁を備え、前記燃料ポンプ及びリリーフ弁の制御によって燃料圧力を可変制御する燃料供給装置の診断装置であって、
前記燃料ポンプ及びリリーフ弁の制御状態と、該制御状態における燃料供給通路内の燃料圧力状態と、に基づいて、リリーフ弁の異常の有無を診断することを特徴とする。

請求項１に係る発明によると、
リリーフ弁と燃料ポンプの制御状態とによって、リリーフ弁が正常に動作するときのリリーフ弁下流側燃料供給通路内の燃料圧力状態は、予め推定できるので、リリーフ弁および燃料ポンプの制御状態に基づいて推定される燃料圧力状態と、実際の燃料圧力状態とが相違したときに、リリーフ弁が動作不安定な異常であると診断することができる。

また、診断のため特別な運転を行うことなく、通常運転の中で判定した診断条件下において診断できる。
また、請求項２に係る発明は、
前記リリーフ弁が開制御され、かつ、前記燃料ポンプからの燃料吐出量の変動が小さい制御状態で、燃料圧力が減少しない状態が継続したときに、前記リリーフ弁が異常であると診断することを特徴とする。

請求項２に係る発明によると、
燃料ポンプからの燃料吐出量の変動が小さく、該燃料吐出量の変動に起因する燃料圧力変化の影響が除去された状態であれば、リリーフ弁の開弁時は、燃料圧力は減少するはずであるから、燃料圧力が減少しない状態が継続したときは、リリーフ弁が動作不安定な異常であると診断することができる。

また、請求項３に係る発明は、
前記リリーフ弁が閉制御され、かつ、前記燃料ポンプからの燃料吐出量の変動が小さい制御状態で、燃料圧力が減少する状態が継続したとき、前記リリーフ弁が異常であると診断することを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
燃料ポンプからの燃料吐出量の変動が小さく、該燃料吐出量の変動に起因する燃料圧力変化の影響が除去された状態であれば、リリーフ弁の閉弁時は、燃料圧力は減少しないはずであるから、この状態で燃料圧力が減少するのはリリーフ弁から燃料がリリーフされているためと考えられるから、リリーフ弁が動作不安定な異常であると診断することができる。

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、電磁リリーフ弁１３が介装されている。

前記電磁リリーフ弁１３が開弁すると、前記リリーフパイプ１２を介して前記燃料ギャラリーパイプ８内の燃料が前記燃料タンク１内に排出され、前記燃料ギャラリーパイプ８内の燃料圧力が減少する。
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（駆動電圧）を変化させ、燃料ポンプ４の吐出量を制御すると共に、前記電磁リリーフ弁１３の通電のオン・オフをデューティ制御することで前記電磁リリーフ弁１３の開度を制御して、前記燃料ギャラリーパイプ８内からの燃料の排出量を制御する。

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、前記燃圧制御システム（燃圧センサ２４、燃料ポンプ４、リリーフ弁１３）の絶対的な故障を診断すると共に、電磁リリーフ弁１３の中間固着等による動作不安定な異常を診断する。
図２のフローチャートは、前記電磁リリーフ弁１３の動作不安定の異常を診断する第１実施形態を示す。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、電磁リリーフ弁１３が開制御中（通電中）であるかを判定する。
電磁リリーフ弁１３が開制御中と判定されたときは、ステップＳ１０２へ進んで、燃圧制御システム（燃圧センサ２４、燃料ポンプ４、電磁リリーフ弁１３）が故障（電気系統の断線、短絡や完全な固着などの絶対的な故障）しているかを判定する。

燃圧制御システムが故障していないと判定されたときは、ステップＳ１０３へ進み、燃料ポンプ４の通電デューティの変化量（前回デューティ値との偏差）が、設定値（絶対値）以内であるか、つまり、燃料ポンプ４からの燃料吐出量が安定しているかを判定する。
ステップＳ１０３で燃料ポンプ４の通電デューティの変化量が設定値以内であると判定されたときは、ステップＳ１０４へ進み、前記燃圧センサ２４によって検出された実燃圧の、前回検出された実燃圧から今回検出された実燃圧を差し引いた差圧が誤差を見込んで設定された設定値以下であるか、つまり、実燃圧が実質的に減少していないかを判定する。

ステップＳ１０４で、実燃圧が減少していないと判定されたときは、ステップＳ１０５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Ｓ１０５で、前記実燃圧が減少しない状態が所定時間経過したと判定されたときは、電磁リリーフ弁１３が正常であれば燃圧が減少すべき状態で減少していないので、電磁リリーフ弁１３が、中間固着、動作遅れ等の動作不安定な異常であると診断する。

図３のフローチャートは、上記第１実施形態の一部を変更した第２実施形態を示す。
図３のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３は、第１実施形態のステップＳ１０１〜ステップＳ１０３と同様であるが、この後第１実施形態では、実燃圧が低下していないかを判定したのに対し、本実施形態では、ステップＳ２０４で実燃圧から目標燃圧を差し引いた差圧が設定値以上であるかを判定する。

そして、ステップＳ２０４で前記差圧が設定値以上と判定されたときは、ステップＳ２０５へ進んで、この状態が所定時間継続したかを判定し、所定時間経過したと判定されたときは、実燃圧が目標燃圧近傍まで減圧せず、目標燃圧に収束しないか収束に遅れがあると判断し、ステップＳ２０６へ進んで、電磁リリーフ弁１３が、中間固着、動作遅れ等の動作不安定な異常であると診断する。

以上の実施形態は、電磁リリーフ弁が開制御中の条件で診断するものを示したが、図４及び図５のフローチャートは、電磁リリーフ弁が閉弁されている条件で診断する第３実施形態を示す。
ステップＳ３０１では、電磁リリーフ弁１３が閉弁中（通電デューティ＝０）であるかを判定する。

電磁リリーフ弁１３が閉弁中と判定されたときは、ステップＳ３０２へ進んで、燃圧制御システムが故障していないかを判定する。
燃圧制御システムが故障していないと判定されたときは、ステップＳ３０３へ進み、エンジン回転速度が設定値以上であるか（エンジン運転中であるか）を判定する。エンジン回転速度が低くまたはエンジン停止中で燃料消費が少なく又は０である場合は、安定した燃圧制御条件でなく、電磁リリーフ弁１３の異常を正確に判定することが難しいので診断条件から排除するため、この判定を行う。

エンジン回転速度が設定値以上と判定されたときは、ステップＳ３０４へ進み、燃料タンク１内の燃料残量が設定値以上であるかを判定する。燃料残量が設定値未満で少なすぎる場合は、燃料ポンプ４の燃料吸い込み口が燃料面から露出して駆動量に見合った燃料吐出量が得られないことによって燃圧が減少するときがあり、電磁リリーフ弁１３が正常であっても異常と誤診断してしまう可能性があるので、これも診断条件から排除するため、この判定を行う。

エンジン回転速度が設定値以上と判定されたときは、ステップＳ３０５へ進み、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。要求燃料流量が変動している場合は、そのために燃圧が変動して電磁リリーフ弁１３の診断を正確に行うことができないので、この判定を行う。

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Ｓ３０６へ進み、燃料ポンプ４の通電デューティの変化量（前回デューティ値との偏差の絶対値）が、設定値以下であるか、つまり、燃料ポンプ４から吐出される実燃料流量も変動せず安定しているかを判定する。
燃料ポンプ４の通電デューティの変化量が設定値以下と判定されたときは、ステップＳ３０７へ進み、目標燃圧から実燃圧を差し引いた差圧が設定値以上、つまり、燃圧が低すぎる状態であるかを判定する。

前記差圧が設定値以上と判定されたときは、ステップＳ３０８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Ｓ３０８で、前記実燃圧が低すぎる状態が所定時間経過したと判定されたときは、要求燃料流量及び実燃料流量が安定し、電磁リリーフ弁１３も閉じているので、電磁リリーフ弁１３が正常であれば、燃圧が減少せず目標燃圧に収束するはずであるにも関わらず、燃圧が所定時間継続して低すぎる状態にあるので、ステップＳ３０９へ進み、電磁リリーフ弁１３が中間固着、動作遅れ等の動作不安定な異常であると診断する。

また、ステップＳ３０６で燃料ポンプ４の通電デューティの変化量が設定値を上回り、実燃料流量が増大していると判定されたときも、ステップＳ３０８へ進んで、この状態が所定時間継続したかを判定する。
そして、所定時間経過したと判定されたときは、前記要求燃料流量が略一定であるにもかかわらず、燃料ポンプ４から吐出される実燃料流量が増大し続けるのは、電磁リリーフ弁１３から燃料がリリーフされていることによると判断し、ステップＳ３０９へ進み、電磁リリーフ弁１３が中間固着、動作遅れ等の動作不安定な異常であると診断する。

以上の実施形態によれば、特別に診断用の運転を行うことなく、通常運転の中で判定した診断条件下において、電磁リリーフ弁の制御状態と燃圧の状態を比較しながら、電磁リリーフ弁の動作不安定な異常を高精度に診断できる。
なお、本実施形態では、燃圧センサが故障した場合は、故障前の検出値を初期値とし、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で消費する燃料量などを考慮しつつ推定した燃圧を用いることもできる。

また、燃圧減少の判定を、燃圧減少率、燃圧減少速度、燃圧減少加速度などを用いて行うこともできる。
また、燃料ポンプからの実燃料流量の要求燃料流量に対する時間遅れを、燃料供給装置の劣化レベルとして判定し、該劣化レベルに応じて、燃料ポンプの制御量（通電デューティ）を補正するような構成としてもよい。

次に、上記の実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料供給装置の診断装置において、
前記リリーフ弁が閉弁に維持され、かつ、前記燃料ポンプからの燃料吐出量が増大している状態が継続したときに、前記リリーフ弁が異常であると診断することを特徴とする。

かかる構成によると、
リリーフ閉弁時に燃料ポンプからの燃料吐出量が増大する場合は、リリーフ弁から燃料がリリーフされているためと考えられるから、リリーフ弁が動作不安定な異常であると診断することができる。
（ロ）上記（イ）、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料供給装置の診断装置において、
前記燃料圧力の減少の判定を、実燃料圧力の減少変化量に基づいて行うことを特徴とする
請求項５に係る発明によると、
実燃料圧力の減少変化量が大きいときに、燃料圧力が減少し、そうでないときは、減少していないと判定することができる。
（ハ）上記（イ）、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料供給装置の診断装置において、
前記燃料圧力の減少の判定を、実燃料圧力と目標圧力との偏差に基づいて行うことを特徴とする。

実燃料圧力と目標圧力との偏差が大きいときに、燃料圧力が減少し、そうでないときは、減少していないと判定することができる。

実施形態における燃料供給装置のシステム図。 リリーフ弁の動作不安定異常を診断する第１の実施形態を示すフローチャート。 リリーフ弁の動作不安定異常を診断する第２の実施形態を示すフローチャート。 リリーフ弁の動作不安定異常を診断する第３の実施形態の前段を示すフローチャート。 上記第３の実施形態の後段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

Claims (3)

1. 内燃機関の燃料タンク内の燃料を、燃料ポンプにより燃料供給通路を介して燃料噴射弁に供給する一方、燃料供給通路内の余剰燃料を燃料タンクへ戻すリリーフ弁を備え、前記燃料ポンプ及びリリーフ弁の制御によって燃料圧力を可変制御する燃料供給装置の診断装置であって、
   前記燃料ポンプ及びリリーフ弁の制御状態と、該制御状態における燃料供給通路内の燃料圧力状態と、に基づいて、リリーフ弁の異常の有無を診断することを特徴とする燃料供給装置の診断装置。
2. 前記リリーフ弁が開制御され、かつ、前記燃料ポンプからの燃料吐出量の変動が小さい制御状態で、燃料圧力が減少しない状態が継続したときに、前記リリーフ弁が異常であると診断することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置の診断装置。
3. 前記リリーフ弁が閉制御され、かつ、前記燃料ポンプからの燃料吐出量の変動が小さい制御状態で、燃料圧力が減少する状態が継続したとき、前記リリーフ弁が異常であると診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料供給装置の診断装置。

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