JP2013064378A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃圧センサに故障が発生してから退避運転に移行するまでの排気性状の低下を抑制する。
【解決手段】燃料供給配管中の燃圧を検出する燃圧センサに故障が発生したときには、故障発生から退避運転に移行するまでの間、燃料ポンプに併設されているリリーフバルブのリリーフ圧に応じた規範燃圧となるようにポンプ操作量を変化させると共に、燃料噴射制御用の燃圧を規範燃圧とする。そして、燃料供給配管における実際の燃圧（実燃圧）と燃料噴射制御用の燃圧との偏差を小さくし、空燃比の変動抑制を通して排気性状の低下を抑制する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給制御装置に関する。

燃料噴射弁に供給される燃料圧力が目標燃料圧力に近づくように、目標燃料圧力とセンサにより検出した実際の燃料圧力とに基いて、燃料ポンプを制御する燃料圧力制御装置が知られている。燃料ポンプには、燃料吐出側における燃料圧力が所定圧力（リリーフ圧）に到達すると開弁して圧力を逃す、リリーフバルブが併設されている。

かかる燃料圧力制御装置においては、センサに故障が発生すると、燃料ポンプを制御することができなくなってしまう。このため、センサに故障が発生したときには、燃料ポンプを最大操作量で作動させることで、燃料噴射弁に供給される燃料圧力をリリーフ圧まで昇圧し、このリリーフ圧に基いて燃料噴射を制御する、退避（リンプホーム）運転を実現させることが考えられる。

燃料ポンプを最大操作量で作動させ始めても、実際の燃料圧力がリリーフ圧に到達するまでにある程度の時間を要するため、燃料噴射制御に用いる燃料圧力と実際の燃料圧力との偏差が大きくなり、内燃機関の運転性が低下してしまうおそれがある。そこで、センサに故障が発生したときには、何らかの方法で燃料圧力を推定し、この燃料圧力に応じて燃料噴射を制御する必要がある。このため、特開２００５−３３７１８２号公報（特許文献１）に記載されるように、空燃比（Ａ／Ｆ）に基いて燃料圧力を推定する技術が提案されている。

特開２００５−３３７１８２号公報

しかしながら、従来技術では、空燃比が変化するまで燃料圧力を推定することができないため、燃料圧力が変化する過渡状態における推定遅れにより、燃料噴射弁への燃料供給量が不足して排気性状が低下するおそれがあった。

そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、センサに故障が発生してから退避運転に移行するまでの排気性状の低下を抑制した、内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを目的とする。

センサにより検出された燃料供給配管中の燃料圧力が目標燃料圧力に近づくように燃料ポンプを制御する内燃機関の燃料供給制御装置は、目標燃料圧力に制御するための燃料ポンプの作動応答特性に応じた燃料ポンプの操作量に基いて燃料ポンプを制御する。燃料供給制御装置は、センサに故障が発生していないときには、内燃機関の運転状態に応じた燃料圧力を目標燃料圧力に設定すると共に、センサにより検出された燃料圧力を燃料噴射制御用の燃料圧力に設定する。また、燃料供給制御装置は、センサに故障が発生したときには、故障時用の所定圧力を目標燃料圧力に設定すると共に、作動応答特性を燃料噴射制御用の燃料圧力に設定する。

センサに故障が発生してから退避運転に移行するまでの排気性状の低下を抑制することができる。

燃料供給システムの一例を示す概要図である。 ポンプモジュールの一例を示す構造図である。 燃料圧力制御の概要を説明するブロック図である。 燃料圧力制御処理の一例を示すメインルーチンのフローチャートである。 燃料圧力制御処理の一例を示すサブルーチンのフローチャートである。 燃料噴射制御処理の一例を示すフローチャートである。 燃料供給システムの効果を説明する説明図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、本実施形態に係る燃料供給制御装置を備えた燃料供給システムの一例を示す。
燃料タンク１０は、エンジン（内燃機関）１２に供給されるガソリンなどの燃料を貯蔵するタンクであって、例えば、車両の後部座席の下などに配置されている。燃料タンク１０には、着脱可能な給油キャップ１４により閉塞される給油口１０Ａが形成されており、給油キャップ１４を取り外して給油口１０Ａから燃料が補給される。

燃料タンク１０の内部には、図示省略するブラケットを介して、ポンプモジュール１６が取り付けられている。ポンプモジュール１６は、図２に示すように、電動式の燃料ポンプ１６Ａと、燃料ポンプ１６Ａの燃料吸込側と燃料吐出側とを連通する連通路１６Ｂと、連通路１６Ｂに配設されたリリーフバルブ１６Ｃと、を有する。燃料ポンプ１６Ａは、燃料を吸込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る。リリーフバルブ１６Ｃは、燃料ポンプ１６Ａの吐出側の燃料圧力（燃圧）が所定圧力（既知のリリーフ圧）に到達すると開弁し、連通路１６Ｂを介して吐出側の燃料を吸込側へと戻すことで、燃料供給系の燃圧をリリーフ圧以下に規制するものである。ポンプモジュール１６の燃料吸込口には、燃料タンク１０に貯蔵された燃料を吸い込むとき、燃料に混入している異物を濾過するストレーナ１８が接続されている。また、ポンプモジュール１６の燃料吐出口には、燃料パイプ２０の一端が接続されている。

燃料パイプ２０の他端は、燃料ギャラリーパイプ２２に接続されている。燃料パイプ２０には、ポンプモジュール１６から燃料ギャラリーパイプ２２へと向かう燃料の流れを通過させる一方、燃料ギャラリーパイプ２２からポンプモジュール１６へと向かう燃料の流れ（逆流）を阻止する逆止弁２４が配設されている。燃料ギャラリーパイプ２２には、その延設方向に沿って気筒数（図示する燃料供給システムでは４気筒）と同数の噴射弁接続部２２Ａが形成されており、各噴射弁接続部２２Ａに燃料噴射弁２６の燃料取入口が接続されている。

燃料噴射弁２６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開弁し、燃料を噴射する、電磁式の噴射弁である。燃料噴射弁２６は、例えば、エンジン１２の各気筒の吸気ポートに夫々設置され、各吸気ポート内に燃料を夫々噴射供給する。

ここで、燃料パイプ２０及び燃料ギャラリーパイプ２２は、燃料ポンプ１６Ａから燃料噴射弁２６に燃料を供給する燃料供給配管の一例として挙げられる。
マイクロコンピュータを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）２８には、エンジン１２の運転状態を検出する各種センサからの検出信号が入力される。各種センサとしては、負荷を検出する負荷センサ３０、回転速度を検出する回転速度センサ３２、冷却水温度（水温）を検出する水温センサ３４、燃料ギャラリーパイプ２２における燃圧を検出する燃圧センサ３６などが設けられている。エンジン１２の負荷としては、例えば、吸気流量、吸気負圧、スロットル開度、過給圧力など、エンジン１２のトルクと密接に関連する状態量を用いることができる。また、燃圧センサ３６は、燃料ギャラリーパイプ２２に限らず、燃料供給配管の任意箇所に設置されていればよい。

電子制御ユニット２８は、燃圧センサ３６により検出される実際の燃圧（検出燃圧）が目標燃圧に近づくように、燃料ポンプ１６Ａの通電制御デューティ（操作量）をフィードフォワード制御及びフィードバック制御することで、燃料ギャラリーパイプ２２における燃圧を可変制御する。

即ち、電子制御ユニット２８は、図３に示すように、目標燃圧に対して規範モデルを適用して求めた規範燃圧（作動応答特性）について、制御モデルを適用してフィードフォワード操作量を演算すると共に、検出燃圧との偏差に応じたフィードバック操作量を演算する。そして、電子制御ユニット２８は、フィードフォワード操作量とフィードバック操作量とを加算したポンプ操作量に応じて、燃料ポンプ１６Ａを制御する。

ここで、規範燃圧とは、現在の実燃圧が目標燃圧へと変化するときの時間的な燃圧の変化特性、要するに、時間経過と燃圧との関係を示したものである。また、規範燃圧としては、通常制御時に目標燃圧から求められたものを使用すればよく、この場合には、特別な演算処理を行うことなく容易かつ高精度に規範燃圧を準備することができる。

また、電子制御ユニット２８は、負荷センサ３０、回転速度センサ３２、水温センサ３４及び燃圧センサ３６などからの各出力信号に基いて、目標空燃比の混合気を形成する燃料に見合った噴射パルス幅を演算する。そして、電子制御ユニット２８は、各燃料噴射弁２６に対して個別に、噴射パルス幅に相当する開弁制御パルスを適宜出力することで、燃料噴射弁２６による燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する。このとき、電子制御ユニット２８は、燃圧センサ３６の検出燃圧において要求燃料量が噴射されるように、噴射パルス幅（噴射時間）を補正する。

なお、電制制御ユニット２８は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに格納された制御プログラムを実行することで、応答特性演算手段、操作量演算手段、制御手段、診断手段、設定手段、燃料噴射量演算手段及び補正手段を夫々具現化する。

図４は、イグニッションスイッチがオンになったことを契機として、電子制御ユニット２８が第１の所定時間ごとに繰り返し実行する燃料圧力制御処理の一例を示す。なお、燃料圧力制御処理が実行される前に、例えば、先行する初期化処理によって、エンジン１２を始動するための目標燃圧が設定されているものとする。

ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、電子制御ユニット２８が、目標燃圧に対してデジタルフィルタ、例えば、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを適用することで、燃料ポンプ１６Ａを所定の特性で応答させるための規範燃圧を演算する。規範燃圧を演算する理由としては、規範燃圧によって燃圧変化速度を規定することが可能となり、燃圧変化による空燃比の変化が抑制されることから、排気性状の低下を抑制できるためである。ここで、ステップ１における処理が、応答特性演算手段の一例として挙げられる。

ステップ２では、電子制御ユニット２８が、規範燃圧に対してデジタルフィルタを適用することで、高応答性を発揮するフィードフォワード操作量を演算する。
ステップ３では、電子制御ユニット２８が、燃圧センサ３６から検出燃圧を読み込み、規範燃圧と検出燃圧との偏差（規範燃圧―検出燃圧）に対してＰＩ制御を施すことで、偏差がなくなるようにするためのフィードバック操作量を演算する。ここで、ステップ２及び３における処理が、操作量演算手段の一例として挙げられる。

ステップ４では、電子制御ユニット２８が、目標燃圧、ポンプ操作量及び噴射制御用燃圧（燃料噴射制御用の燃圧）を設定するためのサブルーチン（図５参照）を実行する。
ステップ５では、電子制御ユニット２８が、ステップ４で設定したポンプ操作量に基いて、ポンプモジュール１６の燃料ポンプ１６Ａを制御する。ここで、ステップ５における処理が、制御手段の一例として挙げられる。

図５は、電子制御ユニット２８が実行するサブルーチンの一例を示す。
ステップ１１では、電子制御ユニット２８が、例えば、燃圧センサ３６から読み込んだ検出燃圧が所定範囲を逸脱しているか否かを介して、燃圧センサ３６が正常であるか否かを判定する。所定範囲は、燃圧センサ３６が正常に動作しているか否かを判定するための閾値であって、例えば、燃圧センサ３６が正常であれば採り得る値の上限値及び下限値により画定される。そして、電子制御ユニット２８は、燃圧センサ３６が正常であると判定すれば処理をステップ１２へと進める一方（Ｙｅｓ）、燃圧センサ３６が異常であると判定すれば処理をステップ１５へと進める（Ｎｏ）。ここで、ステップ１１における処理が、診断手段の一例として挙げられる。

ステップ１２では、電子制御ユニット２８が、負荷センサ３０、回転速度センサ３２及び水温センサ３４から負荷、回転速度及び水温を読み込み、例えば、制御マップを参照することで、負荷、回転速度及び水温に応じた燃圧（機関運転状態に応じた燃圧）を演算する。そして、電子制御ユニット２８は、負荷、回転速度及び水温に応じた燃圧を、目標燃圧に設定する。

ステップ１３では、電子制御ユニット２８が、フィードバック操作量とフィードバック操作量とを加算した値を、ポンプ操作量に設定する。ここで、ステップ１３における処理が、操作量演算手段の一例として挙げられる。

ステップ１４では、電子制御ユニット２８が、燃圧センサ３６の検出燃圧を、噴射制御用燃圧に設定する。ここで、ステップ１２及び１４における処理が、設定手段の一例として挙げられる。

ステップ１５では、電子制御ユニット２８が、例えば、燃圧センサ３６が異常であると判定された状態が所定時間持続しているか否かを介して、燃圧センサ３６が故障しているか否かを判定する。燃圧センサ３６が異常であると判定された状態が所定時間持続したときに、燃圧センサ３６が故障していると判定する理由は、例えば、燃圧センサ３６からの検出信号にノイズが重畳する可能性があるためである。そして、電子制御ユニット２８は、燃圧センサ３６が故障していると判定すれば処理をステップ１６へと進める一方（Ｙｅｓ）、燃圧センサ３６が故障していないと判定すれば処理をステップ２３へと進める（Ｎｏ）。ここで、ステップ１５における処理が、診断手段の一例として挙げられる。

ステップ１６では、電子制御ユニット２８が、ステップ１で演算した規範燃圧がリリーフ圧に到達したか否かを判定する。そして、電子制御ユニット２８は、規範燃圧がリリーフ圧に到達したと判定すれば処理をステップ１７へと進める一方（Ｙｅｓ）、規範燃圧がリリーフ圧に到達していないと判定すれば処理をステップ２０へと進める（Ｎｏ）。

ステップ１７では、電子制御ユニット２８が、ポンプモジュール１６におけるリリーフバルブ１６Ｃのリリーフ圧を、目標燃圧に設定する。
ステップ１８では、電子制御ユニット２８が、ポンプモジュール１６における燃料ポンプ１６Ａの最大操作量（燃料ポンプ１６Ａを駆動可能な最大操作量）を、ポンプ操作量に設定する。

ステップ１９では、電子制御ユニット２８が、ポンプモジュール１６におけるリリーフバルブ１６Ｃのリリーフ圧を、噴射制御用燃圧に設定する。
ステップ２０では、電子制御ユニット２８が、ポンプモジュール１６におけるリリーフバルブ１６Ｃのリリーフ圧を、目標燃圧に設定する。

ステップ２１では、電子制御ユニット２８が、フィードフォワード操作量を、ポンプ操作量に設定する。ここで、ステップ２１における処理が、操作量演算手段の一例として挙げられる。

ステップ２２では、電子制御ユニット２８が、規範燃圧を、噴射制御用燃圧に設定する。ここで、ステップ２０及び２２における処理が、操作量演算手段の一例として挙げられる。

ステップ２３では、電子制御ユニット２８が、燃圧センサ３６の異常検知直前の目標燃圧、即ち、ステップ１１で燃圧センサ３６が異常であると判定される直前の目標燃圧を、目標燃圧に設定する。

ステップ２４では、電子制御ユニット２８が、フィードフォワード操作量を、ポンプ操作量に設定する。ここで、ステップ２４における処理が、操作量演算手段の一例として挙げられる。

ステップ２５では、電子制御ユニット２８が、燃圧センサ３６の異常検知直前の検出燃圧を、噴射制御用燃圧に設定する。ここで、ステップ２３及び２５における処理が、設定手段の一例として挙げられる。

図６は、イグニッションスイッチがオンになったことを契機として、電子制御ユニット２８が第２の所定時間ごとに繰り返し実行する燃料噴射制御処理の一例を示す。なお、第２の所定時間としては、燃料圧力制御処理における第１の所定時間と同一にしてもよい。

ステップ３１では、電子制御ユニット２８が、負荷センサ３０及び回転速度センサ３２から読み込んだ負荷及び回転速度に応じた燃料噴射量を演算する。なお、電子制御ユニット２８は、空燃比フィードバック補正係数、空燃比学習制御係数及び各種補正係数に基いて、燃料噴射量を補正してもよい。空燃比フィードバック補正係数は、基本空燃比と理論空燃比とのずれを補正するための補正係数である。空燃比学習制御補正係数は、学習機能により学習された補正係数である。各種補正係数は、各種条件下で円滑な運転を可能とするため、始動時（クランキング時）、暖機時、高負荷時などの条件に応じて燃料噴射量を補正する補正係数である。ここで、ステップ３１における処理が、燃料噴射量演算手段の一例として挙げられる。

ステップ３２では、電子制御ユニット２８が、噴射制御用燃圧に基いて燃料噴射量を補正する。即ち、燃料噴射弁２６から噴射供給される燃料噴射量は、実燃圧に応じて変化するため、この変化を打ち消すように燃料噴射量が補正される。ここで、ステップ３２における処理が、補正手段の一例として挙げられる。

ステップ３３では、電子制御ユニット２８が、補正された燃料噴射量に基いて燃料噴射弁２６を制御する。
かかる燃料供給システムによれば、燃圧センサ３６が正常であれば、燃圧センサ３６の検出燃圧が機関運転状態に応じた目標燃圧に近づくように、燃料ポンプ１６Ａが制御されると共に、検出燃圧に基いて燃料噴射が制御される。このため、機関運転状態に応じた燃料噴射を実現しつつ、燃料ポンプ１６Ａで消費される電力を軽減することができる。

また、燃圧センサ３６の異常検知から故障発生までの間、燃圧センサ３６の検出燃圧が正しくない可能性があるため、異常検知直前の目標燃圧に応じたフィードフォワード操作量に基いて燃料ポンプ１６Ａが制御されると共に、異常検知直前の検出燃圧に基いて燃料噴射が制御される。このため、燃料ポンプ１６Ａに故障が発生している可能性があるときには、異常検知直前の目標燃圧及び検出燃圧に基いてエンジン１２に燃料供給が行われ、いわゆるフェールセイフ運転を実現することができる。なお、燃圧センサ３６の異常検知から故障発生までの時間は、ノイズ重畳による誤判定を防止する観点から短時間であるため、エンジン１２の運転性には影響が少ない。

燃圧センサ３６が故障した後、規範燃圧がリリーフ圧に到達するまでの間、リリーフ圧に応じたフィードフォワード操作量に基いて燃料ポンプ１６Ａが制御されると共に、規範燃圧に基いて燃料噴射が制御される。このため、燃圧センサ３６が故障して退避運転へと移行するまでの間、図７に示すように、噴射制御用燃圧が規範燃圧となるようにポンプ操作量が増減、要するに、実燃圧が規範燃圧より小さければポンプ操作量が増加される一方、実燃圧が規範燃圧より大きければポンプ操作量が減少され、実燃圧と噴射制御用燃圧との偏差が小さくなることから、空燃比の変動を抑制することができる。そして、空燃比の変動抑制を通して、排気性状の低下を抑制することができる。また、規範燃圧は、簡素化された規範モデルを流用するため、追加コストが発生することなく、実装が容易である。さらに、規範燃圧の推定精度は、規範モデルのモデル精度に依存するため、規範モデル設計時に所望の精度を確保することができる。

燃圧センサ３６が故障した後、規範燃圧がリリーフ圧に到達すると、ポンプ操作量を最大操作量として燃料ポンプ１６Ａが制御されると共に、リリーフ圧に基いて燃料噴射が制御される。このため、燃料ギャラリーパイプ２２には最大圧力の燃料が供給されることとなり、退避運転を実現することができる。ここで、最大操作量及び最大圧力における「最大」とは、操作量又は圧力が最大である状態のみではなく、その均等状態とみなせる幅を持った状態のことを意味する。

１２ エンジン
１６ ポンプモジュール
１６Ａ 燃料ポンプ
１６Ｂ 連通路
１６Ｃ リリーフバルブ
２０ 燃料パイプ
２２ 燃料ギャラリーパイプ
２６ 燃料噴射弁
２８ 電子制御ユニット
３０ 負荷センサ
３２ 回転速度センサ
３４ 水温センサ
３６ 燃圧センサ

Claims (3)

1. 燃料ポンプから燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給配管中の燃料圧力を検出し、検出した燃料圧力が目標燃料圧力に近づくように前記燃料ポンプを制御する内燃機関の燃料供給制御装置において、
   前記目標燃料圧力に制御するための前記燃料ポンプの作動応答特性を演算する応答特性演算手段と、
   前記応答特性演算手段により演算された作動応答特性に応じた前記燃料ポンプの操作量を演算する操作量演算手段と、
   前記操作量演算手段により演算された操作量に基いて前記燃料ポンプを制御する制御手段と、
   前記燃料供給配管内の燃料圧力を検出するセンサの故障を診断する診断手段と、
   前記診断手段によりセンサに故障が発生していないと診断されたときに、内燃機関の運転状態に応じた燃料圧力を前記目標燃料圧力に設定すると共に、前記センサにより検出された燃料圧力を燃料噴射制御用の燃料圧力に設定する一方、前記診断手段によりセンサに故障が発生したと診断されたときに、故障時用の所定圧力を前記目標燃料圧力に設定すると共に、前記作動応答特性を前記燃料噴射制御用の燃料圧力に設定する設定手段と、
   を有する内燃機関の燃料供給制御装置。
2. 燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、
   前記燃料噴射制御用の燃料圧力に基いて前記燃料噴射量を補正する補正手段と、
   を更に有する請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
3. 前記診断手段は、前記センサにより検出された燃料圧力が所定範囲を逸脱したときに、前記センサに異常が発生したと診断すると共に、前記センサに異常が発生したと診断した後その状態が所定時間持続したときに、前記センサに故障が発生したと診断する構成であって、
   前記設定手段は、前記診断手段によりセンサに異常が発生したと診断されてから故障が発生したと診断されるまでの間、前記センサに異常が発生したと診断される直前の目標燃料圧力を前記目標燃料圧力に設定すると共に、前記センサに異常が発生したと診断される直前に該センサにより検出された燃料圧力を前記燃料噴射制御用の燃料圧力に設定する、
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。