JP2010203330A - 燃料供給経路の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンレール式燃料噴射システムにおいて、低圧通路１６上に設けられるフィルタ２２の目詰まりや低圧通路１６からの燃料漏れといった低圧系異常の有無を誤診すること。
【解決手段】燃圧センサ５４の検出値に基づきコモンレール１８内の実燃圧の低下速度が燃料噴射弁２８へと流出する燃料量に対応した規定速度となる時点（燃料ポンプ１０の吐出量が０になると想定される時点）のＳＣＶ２０の駆動電流値を学習する。学習されたＳＣＶ２０の駆動電流値に基づき、ＳＣＶ２０の駆動電流値の経時変化量が閾値α以上であると判断された場合、フィルタ２２の目詰まりや低圧通路１６からの燃料漏れといった低圧系異常が生じている旨診断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料を高圧状態で蓄える蓄圧容器と、燃料供給経路を介して燃料タンク内の燃料を汲み上げて且つ汲み上げられる燃料を前記蓄圧容器に圧送供給する燃料ポンプと、前記蓄圧容器内から供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器の燃圧を検出する検出手段と、前記検出される燃圧を目標値に制御すべく前記燃料ポンプを操作する操作手段とを備えて構成される内燃機関の燃料噴射システムに適用される燃料供給経路の異常診断装置に関する。

ディーゼル機関の各気筒の燃料噴射弁に高圧の燃料を供給する共通の蓄圧容器（コモンレール）を備えるコモンレール式燃料噴射システムが周知である。上記燃料噴射システムでは、燃料タンク内の燃料を汲み上げるとともに汲み上げられる燃料をコモンレールに圧送供給する燃料ポンプが設けられている。こうしたシステムでは、燃料噴射システムの信頼性が低下する事態に対処すべく、下記特許文献１〜４に見られるように、様々な制御が提案されている。

また、燃料噴射システムの信頼性の低下を回避するためのハードウェア面での対策としては、燃料タンクと燃料ポンプとを接続する燃料通路（低圧系通路）上にフィルタを設けることも周知である。フィルタは、燃料中の異物を濾過すべく設けられるものであり、燃料タンク内の燃料に異物等が混入する場合であっても、フィルタによりこれを濾過することで、燃料ポンプや燃料噴射弁の異物噛み込み等に起因して燃料噴射システムの信頼性が低下する事態を回避することができる。

ところで、上記燃料噴射システムが使用されることでフィルタの目詰まりが生じる場合、同フィルタを交換することが望まれる。そこで従来は、フィルタ出入口部の差圧を検出する手段（差圧センサ）によって検出された差圧が閾値以上となる場合にフィルタの目詰まりが生じている旨診断する診断手段を備え、目詰まりが生じている旨診断されることによってフィルタを交換したり、一定期間毎にフィルタを交換したりしていた。

特開平０８−３２６６１７号公報 特開２００５−１４７００５号公報 特開２００５−３０７９１１号公報 特開２００８−２９１８０８号公報

しかしながら、フィルタ出入口部の差圧は、低圧系通路を流れる燃料の流量によって変化し得る。このため、上記閾値が小さく設定される場合、実際にはフィルタの目詰まりが生じていないにもかかわらず、目詰まりが生じている旨診断されるおそれがあった。これに対し、このような誤診断を回避すべく上記閾値が大きく設定される場合は、実際にはフィルタの目詰まりが生じているにもかかわらず、目詰まりが生じてない旨診断されるおそれがあった。

なお、上記フィルタの目詰まりに限らず、低圧系通路の異常については、これを高精度に検出することが困難なこうした事情も概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低圧系通路の異常の有無を高精度に診断することのできる異常診断装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、燃料を高圧状態で蓄える蓄圧容器と、燃料供給経路を介して燃料タンク内の燃料を汲み上げて且つ汲み上げられる燃料を前記蓄圧容器に圧送供給する燃料ポンプと、前記蓄圧容器内から供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器の燃圧を検出する検出手段と、前記検出される燃圧を目標値に制御すべく前記燃料ポンプを操作する操作手段とを備えて構成される内燃機関の燃料噴射システムに適用され、前記検出手段の検出値に基づき、前記蓄圧容器への燃料圧送量が所定量になると想定される時点を特定する特定手段と、前記特定された時点の前記燃料ポンプの操作量を学習する学習手段と、前記学習された前記燃料ポンプの操作量の経時変化量を検出する学習値変化量検出手段と、前記検出された前記経時変化量が前記燃料ポンプの燃料圧送量の減少に対応する変化量であることに基づき、前記燃料供給経路に異常がある旨診断する診断手段とを備えることを特徴とする。

燃料供給経路に何らかの異常が生じた場合、燃料ポンプの操作量に対する蓄圧容器への燃料圧送量が減少する。このため、上記燃料圧送量が所定量になると想定される時点における燃料ポンプの操作量が変化し得る。上記発明では、この点に鑑み、蓄圧容器への燃料圧送量が所定量になると想定される時点を特定し、この時点の燃料ポンプの操作量の経時変化量が、同燃料ポンプの燃料圧送量の減少に対応する変化量であることに基づき、燃料供給経路に異常がある旨診断する。これにより、燃料供給経路の異常の有無を診断することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記蓄圧容器への燃料圧送量が減少する方向に前記燃料ポンプの操作量を強制的に変更する強制変更手段を更に備え、前記特定手段は、前記燃料ポンプの操作量が強制的に変更されることで前記蓄圧容器への燃料圧送量が０になると想定される時点を特定することを特徴とする。

燃料ポンプの操作量の経時変化量には、燃料供給経路の異常に起因する変化量（経路異常変化量）に加えて、燃料ポンプの機差（個体差）に起因する変化量（機差変化量）や、燃料ポンプの経時劣化に起因する変化量（経時劣化変化量）も含まれ得る。このため、燃料ポンプの操作量の経時変化量に基づき燃料供給経路の異常の有無を診断するに際し、これら機差変化量や経時劣化変化量が燃料ポンプの操作量に大きく影響を及ぼす場合には、上記経路異常変化量を精度よく把握することができず、燃料供給経路の異常の有無を誤診するおそれがある。この点、上記発明では、蓄圧容器への燃料圧送量が０になると想定される時点の燃料ポンプの操作量の経時変化量に基づき燃料供給経路の異常の有無を診断する。燃料ポンプの燃料圧送量を少なくすると、上記機差変化量及び上記経時劣化変化量のばらつきを小さくすることができるため、上記機差変化量や上記経時劣化変化量が異常診断の結果に及ぼす影響を極力抑制することができ、ひいては燃料供給経路の異常の有無を高精度に診断することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記特定手段は、前記蓄圧容器への燃料圧送量が０になると想定される時点を、前記検出手段により検出される燃圧の低下速度が予め定められた速度となる時点として特定することを特徴とする。

蓄圧容器の燃圧は、同蓄圧容器から燃料噴射弁へと流出する燃料量と、燃料ポンプの燃料圧送量によって変化する。このため、燃料ポンプの燃料圧送量が０となる場合、蓄圧容器から燃料噴射弁へと流出する燃料量に対応した速度で同蓄圧容器の燃圧が低下することとなる。上記発明では、この点に鑑み、燃料ポンプの燃料圧送量が０になると想定される時点を、蓄圧容器の燃圧の低下速度が上記予め定められた速度、すなわち蓄圧容器から燃料噴射弁へと流出すると想定される燃料量によって定まる速度となる時点として特定する。これにより、燃料圧送量が０になると想定される時点を簡素な構成で且つ高精度に特定することができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記強制変更手段は、前記内燃機関の要求トルクが減少すると判断された場合、前記燃料ポンプの操作量を強制的に変更することを特徴とする。

上記発明において燃料供給経路の異常の有無を診断する場合には、燃料ポンプの燃料圧送量が減少する方向に同燃料ポンプの操作量が強制的に変更される。このため、蓄圧容器に蓄えられる燃料量が減少し、燃料噴射弁に対する燃料供給量が減少することで、内燃機関の発生トルクが減少したり、内燃機関のストールが生じたりする等、不都合を生じるおそれがある。この点、上記発明では、内燃機関の要求トルクが減少すると判断された場合、すなわち蓄圧容器に圧送される燃料量が減少すると判断された場合、燃料ポンプの操作量を強制的に変更するため、上記不都合が生じる事態を極力抑制することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記燃料噴射システムは、前記内燃機関の要求トルクが減少すると判断された場合、燃料カット制御を行う手段を更に備え、前記学習手段は、前記燃料カット制御がなされる際の前記燃料ポンプの操作量を学習することを特徴とする。

燃料噴射弁の噴射特性等の経時変化によって蓄圧容器から燃料噴射弁へと流出する燃料量が変化し得る。そして、この流出燃料量の変化は、蓄圧容器内の燃圧を変化させる要因となる。このため、流出燃料量が変化すると、上記検出手段によって検出される燃圧に基づき燃料ポンプの燃料圧送量を精度よく把握できなくなるおそれがある。この点、上記発明では、燃料噴射が実施されない燃料カット制御が行われる状況を利用して燃料ポンプの操作量を学習するため、燃料ポンプの燃料圧送量が０となる時点の操作量をより高精度に学習することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記燃料ポンプから前記蓄圧容器を介して前記燃料噴射弁に至るまでの燃料通路及び同燃料噴射弁の異常の有無を診断する噴射系診断手段を更に備え、前記学習値変化量検出手段は、前記噴射系診断手段により前記燃料通路及び前記燃料噴射弁に異常が無い旨診断された場合、前記経時変化量を検出することを特徴とする。

上記燃料通路及び燃料噴射弁に何らかの異常が生じた場合、燃料ポンプから蓄圧容器へと供給される燃料量及び同蓄圧容器から燃料噴射弁へと流出する燃料量が変化し、燃料ポンプの燃料圧送量を高精度に把握できなくなるおそれがある。この点、上記発明では、噴射系診断手段を備えることで、上記燃料通路及び燃料噴射弁に異常が無い旨診断された場合、燃料ポンプの操作量の経時変化量を検出する。これにより、燃料ポンプの燃料圧送量をより高精度に把握することができ、ひいては燃料供給経路の異常の有無をより高精度に診断することができる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記燃料の物性を変化させるパラメータの値を取得する取得手段を更に備え、前記学習値変化量検出手段は、前記取得手段の出力値に基づき前記燃料の物性が所定範囲内であると判断された場合、前記経時変化量を検出することを特徴とする。

燃料の物性が変化すると、燃料ポンプの燃料圧送量に対する同ポンプの操作量が変化する。燃料ポンプの操作量の変化は、上記学習手段により学習される燃料ポンプの操作量のばらつきを生じさせ、上記経時変化量が変化する要因となる。このため、燃料の物性が変化すると、上記経時変化量に対する燃料供給経路の異常に起因する変化量の割合が変化し、この経路異常変化量を高精度に把握することができず、燃料供給経路の異常の有無を誤診するおそれがある。この点、上記発明では、燃料の物性が所定範囲内であると判断された場合、上記経時変化量を検出する。これにより、燃料の物性の変化が異常診断の結果に及ぼす影響を除去することができ、ひいては燃料供給経路の異常の有無をいっそう高精度に診断することができる。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記燃料の物性を変化させるパラメータは、燃料温度、大気温度、大気圧のうち少なくとも１つであることを特徴とする。

上記発明では、燃料の物性を変化させるパラメータとして燃料温度、大気温度、大気圧のうち少なくとも１つを用いることで、燃料の物性を適切に把握することができる。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記燃料供給経路上には、燃料を濾過するフィルタが設けられることを特徴とする。

燃料供給経路上にフィルタが設けられる燃料噴射システムでは、燃料中の異物が濾過されることでフィルタの目詰まりといった燃料供給経路の異常が生じやすい。フィルタの目詰まりが生じると、燃料がフィルタを通過する際に生じる燃料の圧力損失が大きくなることに起因して燃料中に気泡（エア）が生じるおそれがある。この場合、このエアが燃料とともに燃料ポンプに吸入され、同燃料ポンプ内でエアが加圧されることに起因して燃料温度が上昇し、燃料が劣化（酸化）するおそれがある。このため、フィルタの目詰まりを高精度に検出することが望まれる。この点、上記発明では、診断手段によって、上記目詰まりを燃料供給経路の異常として診断することができる。

一実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる燃料ポンプの吐出特性の経時変化を示す図。 同実施形態にかかる燃料ポンプ吐出量が０になる時点の推定原理を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる低圧系異常診断の手順を示すフローチャート。

以下、本発明にかかる燃料供給経路の異常診断装置を車載ディーゼル機関のコモンレール式燃料噴射システムに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示されるように、燃料ポンプ１０は、ディーゼル機関の出力軸（クランク軸１２）の回転に伴って駆動される機関駆動式のポンプである。燃料ポンプ１０は、低圧通路１６を介して燃料タンク１４内の燃料（軽油）を汲み上げるトロコイド式のフィードポンプと、汲み上げられる燃料をコモンレール１８に加圧供給（圧送）するプランジャ式の高圧ポンプとを備えて構成されている。

燃料ポンプ１０には、更に吸入調量弁（以下、ＳＣＶ２０）が備えられている。ＳＣＶ２０は、高圧ポンプに吸入される燃料量を調節することで、燃料ポンプ１０の吐出量を調節する電子制御式の弁体である。ちなみに、本実施形態では、ＳＣＶ２０としては、非通電時は閉弁状態となって高圧ポンプへ燃料が供給されないノーマリクローズ型のものを想定している。

低圧通路１６上には、燃料中の異物を濾過するフィルタ２２と、電動ポンプ２４とが設けられている。フィルタ２２としては、濾過効率の十分に高いものを用いている。一方、電動ポンプ２４は、フィルタ２２の濾過効率を向上させることに起因して、燃料がフィルタ２２を通過する際に生じる圧力損失が増大することを補償すべく設けられるものである。つまり、燃料の質が悪化（燃料中の異物量が増大）する等に起因して燃料噴射システムの信頼性が低下する事態を回避すべく、フィルタ２２の濾過効率を向上させると、燃料がフィルタ２２を通過する際に生じる圧力損失が増大するおそれがある。この場合、燃料中に気泡（エア）が生じ、このエアが燃料とともにフィードポンプによって汲み上げられ、高圧ポンプによって加圧されることで、燃料温度が上昇し、燃料が劣化（酸化）する事態が生じるおそれがある。このため、電動ポンプ２４を設けることで、上記圧力損失の増大の抑制を図っている。

コモンレール１８は、燃料ポンプ１０によって圧送される燃料を高圧状態で蓄える蓄圧容器である。コモンレール１８は、高圧燃料通路２６を介して各気筒の燃料噴射弁２８に高圧燃料を供給する。

燃料噴射弁２８は、その噴射口３０がディーゼル機関の燃焼室３１に突出するようにして配置されている。燃料噴射弁２８は、噴射口３０を開閉するノズルニードル３２を備えている。ノズルニードル３２には、コモンレール１８から高圧燃料通路２６を介して供給される高圧燃料の燃圧が開弁方向及び閉弁方向の双方に印加される。ここで、ノズルニードル３２の閉弁方向に圧力を印加すべく燃料を充填する背圧室３４は、電磁ソレノイド３６によって駆動されるバルブ３８の開弁によって、低圧系(燃料タンク１４側)に連通される。こうした構成によれば、バルブ３８の開閉によって背圧室３４の圧力を調節することで噴射口３０を開閉させ、燃料噴射弁２８から燃料を噴射したり燃料噴射を停止したりすることができる。

燃料噴射弁２８からのリーク燃料は、燃料還流通路３９を介して燃料タンク１４に戻される。このリーク燃料には、静リークによる燃料と、動リークによる燃料とがある。静リークによる燃料は、噴射口３０付近や背圧室３４の燃料が燃料噴射弁２８内の各摺動部の隙間を介して燃料還流通路３９へと常時流出する燃料である。また、動リークによる燃料は、燃料噴射時のバルブ３８の開弁に起因して背圧室３４の燃料が燃料還流通路３９へと流出する燃料である。なお、上記リーク燃料に加えて、プレッシャリミッタ２９により放出される燃料及び燃料ポンプ１０の余剰燃料も、燃料還流通路３９を介して燃料タンク１４に戻される。

燃料噴射弁２８によって、燃焼室３１に燃料が噴射されると、燃焼室３１の圧縮によって燃料が自己着火し、燃焼によってエネルギが発生する。このエネルギは、クランク軸１２の回転エネルギとして取り出される。ちなみに、クランク軸１２近傍には、クランク軸１２の回転角度を検出するクランク角度センサ４０が設けられている。

電子制御装置（ＥＣＵ４６）は、コモンレール式燃料噴射システムの各種制御に必要な各種アクチュエータを操作する制御装置である。ＥＣＵ４６は、ユーザのアクセル操作量を検出するアクセルセンサ４８や、大気温を検出する大気温センサ５０、大気圧を検出する大気圧センサ５２、コモンレール１８内の燃圧（実燃圧）を検出する燃圧センサ５４、燃料ポンプ１０内の燃料の温度を検出する燃温センサ５６、更にはクランク角度センサ４０の検出信号を逐次入力する。ＥＣＵ４６は、これらの入力信号に基づき燃料噴射弁２８やＳＣＶ２０等を操作することでディーゼル機関の燃焼制御等を行う。

ここで、燃料噴射弁２８は、クランク角度センサ４０の検出値に基づく機関回転速度と、アクセルセンサ４８の検出値に基づくアクセル操作量とから算出される噴射量の指令値（指令噴射量）に応じた電磁ソレノイド３６への通電によって操作される。

また、ＳＣＶ２０は、指令噴射量と機関回転速度とに基づき算出される燃圧の目標値（目標燃圧）に、実燃圧を制御すべく操作される。本実施形態では、この目標燃圧への制御を、フィードフォワード制御とフィードバック制御とに基づき行う。

ここで、フィードフォワード制御は、実燃圧を目標燃圧に制御するための要求燃料量を推定し、燃料ポンプ１０の吐出量を上記要求燃料量とするようにＳＣＶ２０の操作量を算出することで行われる。ここで、上記要求燃料量は、静リークによる燃料量と、動リークによる燃料量と、燃料噴射弁２８の燃料噴射量と、目標燃圧が変化した際に実燃圧をこの変化に追従させるための燃料量（目標燃圧変化燃料量）との加算値である。上記静リークによる燃料量は、燃温センサ５６の検出値に基づく燃料温度と、機関回転速度と、実燃圧とから算出される。また、動リークによる燃料量は、燃料噴射弁２８の噴射時間と、実燃圧とから算出される。更に、上記目標燃圧変化燃料量は、燃料ポンプ１０からコモンレール１８までの間の燃料通路の容積とコモンレール１８の容積との和Ｖで、燃料の体積膨張係数Ｅを除算した値「Ｅ／Ｖ」を、目標燃圧の変化量に乗算することで算出される。そして、算出された目標燃圧変化燃料量、上記静リークによる燃料量、上記動リークによる燃料量及び上記指令噴射量の加算値として、フィードフォワード操作量（フィードフォワード制御のための燃料ポンプ１０の吐出量）が算出される。

一方、フィードバック制御は、実燃圧と上記目標燃圧との偏差に基づくＰＩＤ制御（比例積分微分制御）に基づき行われる。すなわち、上記偏差に基づく比例積分微分の各要素の出力の加算値として、フィードバック操作量（フィードバック制御のための燃料ポンプ１０の吐出量）が算出される。

上記フィードバック操作量と、上記フィードフォワード操作量との加算値は、燃料ポンプ１０に対する最終的な吐出量の指令値（指令吐出量）となる。そして、上記指令吐出量を、燃料ポンプ１０から吐出するために要求されるＳＣＶ２０の駆動電流値に換算し、換算される駆動電流値に基づきＳＣＶ２０が操作される。この換算に際しては、ＳＣＶ２０の操作量（駆動電流値）に対する燃料ポンプ１０の基準吐出量についての情報を用いる。ここで、基準吐出量についての情報は、基準となる燃料ポンプ１０の吐出特性についての情報であり、ＥＣＵ４６のメモリ内に予め記憶されている。なお、基準となる吐出特性は、燃料ポンプ１０を量産した場合に吐出特性が中央特性となるもの（機差中央品）の吐出特性とすることが望ましい。

こうした態様にて実燃圧を制御することで、燃料ポンプ１０の機械的な個体差（機差）や経時劣化に起因して同ポンプの吐出特性が基準となる特性からずれた場合であっても、このずれをフィードバック制御によって吸収することができるため、実燃圧を目標燃圧に追従させることができる。

次に、本実施形態にかかるフィルタ２２の目詰まりや低圧通路１６からの燃料漏れ（低圧系異常）の診断手法について詳述する。

フィルタ２２に目詰まりが生じると、燃料がフィルタ２２を通過する際に生じる圧力損失が増大することに起因してＳＣＶ２０の駆動電流値に対する燃料ポンプ１０の実際の吐出量が減少し、燃料ポンプ１０の吐出特性に経時変化が生じる。また、低圧通路１６における燃料漏れが生じる場合にも、ＳＣＶ２０の駆動電流値に対する燃料ポンプ１０の実際の吐出量が減少し、上記吐出特性に経時変化が生じる。図２に、燃料ポンプ１０の吐出特性の経時変化の一例を示す。詳しくは、図中一点鎖線で、低圧系異常が生じていない場合（例えば、製品出荷時）における燃料ポンプ１０の吐出特性Ａを示し、図中点線で、低圧系異常が生じた場合における吐出特性Bを示す。図示されるように、燃料ポンプ１０の吐出量Qを所定量ｑに維持するために要求されるＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉは、低圧系異常の発生に起因した変化量ΔＩｆだけ変化（増大）する。このことから、基本的には、上記ＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉの経時変化量が所定の閾値以上となることで低圧系異常が生じている旨診断することが可能である。

しかしながら、燃料ポンプ１０の吐出量Qを所定量ｑに維持するために要求されるＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉの経時変化量には、上記低圧系異常の発生に起因した変化量ΔIｆに加えて、上述した燃料ポンプ１０の機差及び経時劣化に起因するものも含まれ得る。この場合、燃料ポンプ１０の実際の吐出特性が図中実線で示す吐出特性Cとなることで、ＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉの経時変化量は、上記変化量ΔIｆに加えて、燃料ポンプ１０の機差及び経時劣化に起因する変化量ΔＩｑを含むこととなる。ここで、変化量ΔＩｑが大きくばらつく可能性があるため、ＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉの経時変化量を検出しても、上記低圧系異常に起因する変化量ΔＩｆを精度よく把握できなくなることが懸念される。特に、燃料ポンプ１０の機差及び経時劣化に起因する変化量ΔＩｑの絶対値が大きくなる場合には、上記低圧系異常に起因する変化量ΔＩｆの把握精度の低下が顕著となることが懸念される。

ただし、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが減少すると、燃料ポンプ１０の機差や経時劣化に起因する変化量ΔIｑのばらつきが小さくなるとともに、上記変化量ΔＩｑの絶対値が小さくなる傾向にある。本実施形態では、この点に鑑み、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０となる時点におけるＳＣＶ２０の駆動電流値I０の経時変化量ΔI（＝I２−I１）を用いることで、低圧系異常の有無を診断する。

ここで、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０になる時点は、コモンレール１８内の実燃圧に基づき推定把握することが可能である。すなわち、実燃圧は、コモンレール１８から高圧燃料通路２６を介して燃料噴射弁２８へと流出する燃料量と、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑによって変化する。このため、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０となる場合、コモンレール１８から燃料噴射弁２８へと流出する燃料量によって定まる速度（規定速度）で実燃圧が低下することとなる。このため、実燃圧の低下速度が上記規定速度となる時点を、燃料ポンプ１０の吐出量が０になると想定される時点として特定することができる。

図３に、燃料ポンプ１０の吐出量が０になると想定される時点の特定手法の一例を示す。図示されるように、時刻ｔ１からＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉを減少させることで、実燃圧が低下し始める。その後、実燃圧の低下速度（＝ΔＰ／Δｔ）が上記規定速度（＝ΔＰ０／Δｔ０）となる時点である時刻ｔ２を、燃料ポンプ１０の吐出量が０になると想定される時点として特定する。

図４に、本実施形態にかかる低圧系異常診断処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ４６によって、例えば車両の走行距離が所定の走行距離毎（数千ｋｍ〜数万ｋｍ毎）になることをトリガとして所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、基本診断実行条件が成立するか否かを判断する。この処理は、燃料の物性が変化することで、ＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０の経時変化量ΔＩを高精度に把握できなくなる事態を回避すべく設けられるものである。本実施形態では、基本診断実行条件を以下の（ア）〜（ウ）の論理積条件とする。

（ア）燃料温度Ｔｆｕｅｌが所定範囲内（β１≦Ｔｆｕｅｌ≦β２）であるとの条件：燃料温度Ｔｆｕｅｌが変化すると、燃料の密度及び動粘度が変化することに起因して、燃料ポンプ１０の吐出特性が変化する。吐出特性が変化すると、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０になると想定される時点のＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０がばらつくおそれがある。これを回避するための条件が条件（ア）である。ちなみに、燃料温度Tｆｕｅｌは、燃温センサ５６の出力値に基づき算出すればよい。

（イ）大気温Ｔａｉｒが所定範囲内（γ１≦Ｔａｉｒ≦γ２）であるとの条件：車両の使用環境における温度（大気温Ｔａｉｒ）は、ディーゼル機関の運転状態に影響を与える要因となる。大気温Tａｉｒが変化すると、燃料噴射システム内の燃料通路を流通する燃料の温度挙動等が変化し、コモンレール１８から燃料噴射弁２８へと流出する燃料量や燃料ポンプ１０の吐出特性等が変化し得る。この場合、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０になると想定される時点のＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０がばらつくおそれがある。これを回避するための条件が条件（イ）である。ちなみに、大気温Tａｉｒは、大気温センサ５０の出力値に基づき算出すればよい。

（ウ）大気圧Ｐａｉｒ：大気圧Ｐａｉｒが変化すると、燃料の密度が変化することで単位体積当たりの燃料量が変化する。このため、燃料ポンプ１０の吐出特性が変化することに起因して、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０になると想定される時点のＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０がばらつくおそれがある。これを回避するための条件が条件（ウ）である。ちなみに、大気圧Ｐａｉｒは、大気圧センサ５２の出力値に基づき算出すればよい。

ステップＳ１０において基本診断実行条件が成立すると判断された場合には、ステップＳ１２に進み、噴射系異常が無いか否かを判断する。この処理は、燃料ポンプ１０の吐出口からコモンレール１８までの燃料通路、コモンレール１８及び高圧燃料通路２６（高圧系通路）や、燃料噴射弁２８に何らかの異常が生じることで、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０になると想定される時点を高精度に把握できなくなる事態を回避すべく設けられるものである。すなわち、高圧系通路に異常（例えば、燃料漏れ）が生じることで、コモンレール１８へ供給される燃料量や、コモンレール１８から流出する燃料量が変化するおそれがある。また、燃料噴射弁２８に異常（例えば、異物噛み込み）が生じることによっても、コモンレール１８から流出する燃料量が変化するおそれがある。この場合、実燃圧の低下速度が変化し、実燃圧の低下速度が先の図３に示した規定速度（＝ΔＰ０／Δｔ０）となる時点のＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０を高精度に把握することができなくなるおそれがある。

ここで、本実施形態では、上記噴射系異常の有無の診断をアイドル運転時における燃料ポンプ１０の機差学習処理を利用して行う。詳しくは、アイドル運転時において実燃圧を目標燃圧に制御する際に要求されるＳＣＶ２０の駆動電流値と、噴射系異常が生じていない場合に想定されるＳＣＶ２０の駆動電流値との差の絶対値が所定の閾値を超える場合、噴射系異常が生じている旨診断する。ちなみに、燃料ポンプ１０の機差学習処理は、ＥＣＵ４６のメモリ内に予め記憶されているアイドル時の燃料ポンプ１０の基準吐出特性と、実際の燃料ポンプ１０の吐出特性とのずれを学習補正し、同ポンプの機差や経時劣化による燃料ポンプ１０の吐出特性のばらつきを極力抑制すべく行われるものである。

ステップＳ１２において噴射系異常がないと判断された場合には、ステップＳ１４に進み、燃料カットがオンされたか否かを判断する。この処理は、低圧系異常診断時において、ディーゼル機関の運転を維持すべく設けられるものである。すなわち、燃料ポンプ１０の吐出量を０にすべくＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉを減少させると、コモンレール１８に蓄えられる燃料量が減少し、燃料噴射弁２８への燃料供給量が減少することで、ディーゼル機関の発生トルクが減少したりストールが生じたりする等、不都合が生じるおそれがある。このため、燃料カットが行われる、すなわち燃料噴射弁２８からの燃料噴射が停止されることを低圧系異常の有無を診断するための条件とする。ちなみに、燃料カットが行われるか否かは、アクセル操作量と、機関回転速度とに基づき判断すればよい。

ステップＳ１４において燃料カットが行われないと判断された場合には、ステップＳ１０へ戻る。一方、上記ステップＳ１４において燃料カットが行われると判断された場合には、ステップＳ１６に進み、先の図３に示した規定速度（＝ΔＰ０／Δｔ０）を算出する。この処理は、燃料ポンプの吐出量Ｑが０になると想定される時点を特定すべく設けられるものである。ここで、本実施形態では、燃料カットが行われる状況下において低圧系異常の有無を診断するため、コモンレール１８から燃料噴射弁２８へと流出する燃料量は、静リークによる燃料量のみとなる。このため、上記規定速度を静リークによる燃料量のみに基づき算出することで、上記規定速度を算出する際の誤差要因（燃料噴射量及び動リークによる燃料量の推定誤差）を除去することができる。

ステップＳ１６の処理の完了後、ステップＳ１８に進み、ＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉの減少制御を行う。この処理は、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑを０にすべく行われるものである。

続くステップＳ１９では、燃圧センサ５４の検出値に基づき、コモンレール１８内の燃圧の低下速度（＝ΔＰ／Δｔ）を算出する。そして、ステップＳ２０において、上記燃圧の低下速度（＝ΔＰ／Δｔ）が、上記規定速度（＝ΔＰ０／Δｔ０）となる時点のＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０を検出する。

ステップＳ２０の処理の完了後、ステップＳ２２に進み、初期学習完了フラグＦが「１」に設定されているか否かを判断する。この処理は、低圧系異常診断において、基準となるＳＣＶ２０の駆動電流値（先の図２のＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ１に対応）が学習されているか否かを判断するためのものである。ここで、初期学習完了フラグＦは、「０」によって初期学習が完了していないことを示し、「１」によって初期学習が完了していることを示す。

ステップＳ２２において初期学習完了フラグＦが「１」に設定されていないと判断された場合には、ステップＳ２４に進み、検出したＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０をＥＣＵ４６のメモリ内に「Ｉ１」（初期学習値）として格納し、続くステップＳ２６において初期学習完了フラグＦを「１」に設定する。これにより、製品出荷前（製品出荷検査時）又は製品出荷直後の吐出特性に対応するＳＣＶ２０の駆動電流値を記憶することができる。なお、初期学習値Ｉ１及び初期学習完了フラグＦは、常時記憶保持メモリ内に記憶される。ここで、常時記憶保持メモリとは、ＥＣＵ４６と給電手段（バッテリ、発電機）との間の主接続（イグニッションスイッチ）の状態にかかわらず常時記憶を保持するメモリのことである。常時記憶保持メモリとしては、例えば、給電の有無にかかわらず常時記憶を保持するＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリや、ＥＣＵ４６の主接続の状態にかかわらず常時給電状態が維持されるバックアップＲＡＭ等がある。

一方、上記ステップＳ２２において初期学習完了フラグＦが「１」に設定されていると判断された場合には、ステップＳ２８に進み、検出したＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０をＥＣＵ４６のメモリ内に「Ｉ２」（経時学習値）として格納する。

続くステップＳ３０では、上記ステップＳ２４、Ｓ２８の処理で格納された経時学習値Ｉ２と初期学習値Ｉ１との差であるＳＣＶ２０の駆動電流値の経時変化量ΔＩが閾値α以上であるか否かを判断する。この処理は、低圧系異常が生じているか否かを判断するためのものである。すなわち、ＳＣＶ２０がノーマリクローズ型のものであるため、低圧系異常が生じると、先の図２に示したように燃料ポンプ１０の吐出量Ｑに対するＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉが増大する。このため、低圧系異常の発生に起因して、経時学習値Ｉ２が初期学習値Ｉ１よりも大きくなることを利用して低圧系異常の有無を判断することができる。なお、上記閾値αは、低圧系異常が発生した場合を想定して予め実験等によって求められたＳＣＶ２０の駆動電流値の経時変化量に基づき設定すればよい。

ステップＳ３０において上記経時変化量ΔＩが閾値αよりも小さいと判断された場合には、ステップＳ３２に進み、低圧系異常が生じていない旨診断する。一方、上記ステップＳ３０において上記経時変化量ΔＩが閾値α以上であると判断された場合には、ステップＳ３４に進み、低圧系異常が生じている旨診断する。そして、エンジンチェックランプを点灯させ、異常の発生をドライバに知らせる。ちなみに、上記ステップＳ１２において噴射系異常があると判断された場合にも、上記ステップＳ３４に進む。そして、エンジンチェックランプを点灯させ、異常の発生をドライバに知らせる。

なお、上記ステップＳ２６、Ｓ３２，Ｓ３４の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０になると想定される時点のＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０の経時変化量ΔＩが所定の閾値α以上であると判断された場合、低圧系異常が生じている旨診断した。これにより、低圧系異常に起因する変化量ΔＩｆを高精度に把握することができ、ひいては低圧系異常の有無を高精度に診断することができる。しかも、差圧センサを設けることなく低圧系異常（フィルタ２２の目詰まり）の有無を診断するため、部品点数の増大を回避することができ、ひいてはコストの増大を抑制することができる。また、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０になると想定される時点の上記経時変化量ΔＩに基づき低圧系異常の有無を診断するため、低圧系異常が生じている旨診断するための閾値設定の適合工数の増大を好適に抑制することができる。

（２）燃料カット制御が行われる状況を利用して低圧系異常の有無を診断した。これにより、ディーゼル機関の発生トルクが減少する等の不都合が生じる事態を回避することができる。更に、燃料噴射弁２８の燃料噴射が実施されない状況下で低圧系異常の有無を診断するため、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０となる時点をより高精度に特定することができ、ひいては低圧系異常の有無をより高精度に診断することができる。

（３）基本診断実行条件が成立して且つ噴射系異常が無いと判断された場合、低圧系異常の有無を診断した。これにより、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０になると想定される時点をいっそう高精度に特定することができ、ひいては低圧系異常の有無をいっそう高精度に診断することができる。

（４）低圧通路１６上にフィルタ２２が設けられる構成とした。この場合、フィルタ２２の目詰まりに起因して燃料が劣化（酸化）しやすく、フィルタ２２の目詰まりを高精度に検出することが望まれる。このため、低圧通路１６上にフィルタ２２が設けられる本実施形態は、低圧系異常診断処理の利用価値が高い。

（５）低圧系異常の有無を所定走行距離毎に診断した。これにより、低圧系異常の有無を適切な頻度で診断することができ、ひいては燃料噴射システムの信頼性が低下した状態で車両の運転が継続される状態を好適に回避することができる。
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記実施形態では、ＳＣＶ２０の駆動電流値の初期学習時と経時学習時とで同じ基本診断実行条件を用いたがこれに限らない。例えば燃料の物性を変化させるパラメータ（燃料温度、大気温、大気圧）の所定範囲（β１、β２、γ１、γ２、δ１、δ２）を、初期学習時と経時学習時とで異なる設定にしてもよい。具体的には、初期学習時の上記所定範囲（例えば、燃料温度についてβ１＝―２℃、β２＝＋２℃）を、経時学習時の上記所定範囲（例えば、β１＝―５℃、β２＝＋５℃）よりも狭く設定してもよい。これは、上記各パラメータの変動が小さいと考えられる工場内において、製品出荷時の検査として初期学習が行われる場合を想定した設定である。これにより、初期学習値Ｉ１を高精度に検出することができる。

また、初期学習時と経時学習時とで上記所定範囲を相違させてもよい。この場合、上記各パラメータの変化を燃料ポンプ１０の吐出特性の変化に換算するためのマップ等を予め実験等で求めておき、これに基づき経時学習時のＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０を補正すればよい。

・基本診断実行条件としては、上記（ア）〜（ウ）の論理積条件に限らない。例えば基本診断実行条件から上記（ウ）の条件を除外し、上記（ア）、（イ）の論理積条件でもよい。これは、大気圧Ｐａｉｒの変化に起因して生じる燃料ポンプ１０の吐出特性の変化度合いが、燃料温度Ｔｆｕｅｌ及び大気温Ｔａｉｒの変化に起因して生じるものよりも小さいことに基づくものである。これにより、低圧系異常診断処理の簡略化を図ることができる。

・上記実施形態では、基本診断実行条件における燃料温度に関する条件を、燃温センサ５６の検出値（Ｔｆｕｅｌ）に関する条件としたが、これに限らない。例えばディーゼル機関を冷却する冷却水の温度が燃料温度と相関を有することに鑑み、冷却水の温度が所定範囲内となるとの条件を用いてもよい。

・燃料の物性を変化させるパラメータとしては、燃料温度Ｔｆｕｅｌ、大気温Tａｉｒ、大気圧Ｐａｉｒの３つに限らず、燃料温度Ｔｆｕｅｌ（又は上記冷却水の温度）、大気温Tａｉｒ、大気圧Ｐａｉｒのうち少なくとも１つであってもよい。

・上記実施形態では、低圧系異常診断を所定走行距離毎に行ったがこれに限らない。例えば所定時間毎に行ってもよい。

・上記実施形態では、燃料カットが行われると判断された場合、低圧系異常の有無を診断したがこれに限らない。例えばディーゼル機関の要求トルクが減少すると判断された場合には、燃料カットが行われなくても低圧系異常の有無を診断してもよい。この場合、コモンレール１８から燃料噴射弁２８へと流出する燃料量は、静リークによる燃料量に加えて、燃料噴射弁２８の燃料噴射量及び動リークによる燃料量も含まれる。このため、上記規定速度は、静リークによる燃料量に加えて、上記燃料噴射量（指令噴射量）及び動リークによる燃料量に基づき算出すればよい。

・上記実施形態では、燃料噴射弁２８からのリーク燃料が燃料還流通路３９を介して燃料タンク１４へと戻される燃料噴射システムを対象としたがこれに限らない。例えば燃料還流通路３９を介して燃料噴射弁２８からのリーク燃料が戻されない（リターンレス）燃料噴射システムを対象としてもよい。この場合、コモンレール１８から燃料噴射弁２８へと流出する燃料量は、燃料噴射量のみとなる。このため、上記規定速度は、燃料噴射量のみに基づき算出すればよい。

・上記実施形態では、低圧通路１６上に電動ポンプ２４が設けられる燃料噴射システム（正圧システム）を対象としたがこれに限らない。同通路上に電動ポンプ２４が設けられない燃料噴射システム（負圧システム）を対象としてもよい。

・上記実施形態では、ＳＣＶ２０をノーマリクローズ型のものとしたがこれに限らない。例えばＳＣＶ２０を、非通電時は開弁状態となって高圧ポンプに燃料が供給されるノーマリオープン型のものとしてもよい。この場合、先の図４に示したステップＳ１８で燃料ポンプ１０の吐出量Ｑを０にすべく、ＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉの増大制御を行い、先の図４に示したステップＳ３０でＳＣＶ２０の駆動電流値の経時変化量ΔＩ（＝Ｉ１−Ｉ２）が閾値α以上であるか否かを判断すればよい。

・燃料ポンプ１０としては、高圧ポンプに吸入される燃料量を調節する吸入調量弁（ＳＣＶ２０）を備えるものに限らない。例えば高圧ポンプから吐出される燃料量を調節する吐出調量弁を備えるものでもよい。

・上記実施形態では、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑが０になると想定される時点のＳＣＶ２０の駆動電流値Ｉ０の経時変化量ΔＩに基づき、低圧系異常の有無を診断したがこれに限らない。例えば、燃料ポンプ１０の吐出量Qがアイドル回転速度制御時において想定される量となる時点のＳＣＶ２０の駆動電流値の経時変化量に基づき、低圧系異常の有無を診断してもよい。ここで、上記想定される時点は、アイドル回転速度制御が安定している期間の任意の時点となる。このため、この期間内の任意の１点における駆動電流値や、１度のアイドル回転速度制御時の複数の時点における駆動電流値の平均値を、上記初期学習値や経時学習値として学習してもよい。

・内燃機関としては、ディーゼル機関のような圧縮着火式内燃機関に限らず、例えば筒内噴射式ガソリン機関等の火花点火式内燃機関であってもよい。

１０…燃料ポンプ、１４…燃料タンク、１６…低圧通路、１８…コモンレール、２２…フィルタ、２６…高圧燃料通路、２８…燃料噴射弁、４６…ＥＣＵ（燃料供給経路の異常診断装置の一実施形態）、５０…大気温センサ、５２…大気圧センサ、５４…燃圧センサ、５６…燃温センサ。

Claims (9)

1. 燃料を高圧状態で蓄える蓄圧容器と、燃料供給経路を介して燃料タンク内の燃料を汲み上げて且つ汲み上げられる燃料を前記蓄圧容器に圧送供給する燃料ポンプと、前記蓄圧容器内から供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器の燃圧を検出する検出手段と、前記検出される燃圧を目標値に制御すべく前記燃料ポンプを操作する操作手段とを備えて構成される内燃機関の燃料噴射システムに適用され、
   前記検出手段の検出値に基づき、前記蓄圧容器への燃料圧送量が所定量になると想定される時点を特定する特定手段と、
   前記特定された時点の前記燃料ポンプの操作量を学習する学習手段と、
   前記学習された前記燃料ポンプの操作量の経時変化量を検出する学習値変化量検出手段と、
   前記検出された前記経時変化量が前記燃料ポンプの燃料圧送量の減少に対応する変化量であることに基づき、前記燃料供給経路に異常がある旨診断する診断手段とを備えることを特徴とする燃料供給経路の異常診断装置。
2. 前記蓄圧容器への燃料圧送量が減少する方向に前記燃料ポンプの操作量を強制的に変更する強制変更手段を更に備え、
   前記特定手段は、前記燃料ポンプの操作量が強制的に変更されることで前記蓄圧容器への燃料圧送量が０になると想定される時点を特定することを特徴とする請求項１記載の燃料供給経路の異常診断装置。
3. 前記特定手段は、前記蓄圧容器への燃料圧送量が０になると想定される時点を、前記検出手段により検出される燃圧の低下速度が予め定められた速度となる時点として特定することを特徴とする請求項２記載の燃料供給経路の異常診断装置。
4. 前記強制変更手段は、前記内燃機関の要求トルクが減少すると判断された場合、前記燃料ポンプの操作量を強制的に変更することを特徴とする請求項２又は３記載の燃料供給経路の異常診断装置。
5. 前記燃料噴射システムは、前記内燃機関の要求トルクが減少すると判断された場合、燃料カット制御を行う手段を更に備え、
   前記学習手段は、前記燃料カット制御がなされる際の前記燃料ポンプの操作量を学習することを特徴とする請求項４記載の燃料供給経路の異常診断装置。
6. 前記燃料ポンプから前記蓄圧容器を介して前記燃料噴射弁に至るまでの燃料通路及び同燃料噴射弁の異常の有無を診断する噴射系診断手段を更に備え、
   前記学習値変化量検出手段は、前記噴射系診断手段により前記燃料通路及び前記燃料噴射弁に異常が無い旨診断された場合、前記経時変化量を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料供給経路の異常診断装置。
7. 前記燃料の物性を変化させるパラメータの値を取得する取得手段を更に備え、
   前記学習値変化量検出手段は、前記取得手段の出力値に基づき前記燃料の物性が所定範囲内であると判断された場合、前記経時変化量を検出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料供給経路の異常診断装置。
8. 前記燃料の物性を変化させるパラメータは、燃料温度、大気温度、大気圧のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項７記載の燃料供給経路の異常診断装置。
9. 前記燃料供給経路上には、燃料を濾過するフィルタが設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料供給経路の異常診断装置。

Images