JP2015086812A - コモンレールシステムの故障診断システム及びその故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンレール式ディーゼルエンジンにおいて、コモンレールのレール圧の異常現象が発生した時に、速やかに異常の原因となる部位を特定することができるコモンレールシステムの故障診断システム及びその故障診断方法を提供する。【解決手段】コモンレールシステム１の燃料供給部位１０と燃料加圧部位２０のいずれに異常が発生しているかを判定する制御装置４１で、燃料の流量Ｖｍが予め設定された判定用流量Ｖｃ以上で、かつ、コモンレール２２の測定レール圧Ｐｃｍが目標レール圧Ｐｃｔよりも低い場合に、圧力検出装置３０の検出値Ｐｍが予め設定された正常圧値Ｐｃより低いときは、燃料供給部位１０に異常が発生していると判定し、圧力検出装置３０の検出値Ｐｍが正常圧値Ｐｃ以上のときは、燃料加圧部位２０に異常が発生していると判定する。【選択図】図４

Description

本発明は、コモンレール式ディーゼルエンジンにおいて、コモンレールのレール圧の異常現象が発生した時に、速やかに異常の原因となる部位を特定することができるコモンレールシステムの故障診断システム及びその故障診断方法に関する。

ディーゼルエンジンの燃料噴射システムでは、電子制御で燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射量（噴射期間）をきめ細かく制御するため、高圧化した燃料をコモンレールに蓄え、内燃機関の各気筒内に設けた各燃料噴射弁へ均一に供給するコモンレールシステムが採用されている。このコモンレールシステムにより、高圧化した燃料を複数回に分けて高精度な制御で各気筒（シリンダ）内に燃料噴射することで、排気ガス内のＰＭ（Particulate Matter：微粒子状物質）やＮＯｘが低減する燃焼を実現したり、排気通路に設けた排気ガス浄化装置の浄化性能を向上させたり、浄化能力の回復を図っている。

このコモンレールシステムは、大きく分けて２つの系の部位に分かれる、一つは、燃料タンクに貯留した低圧燃料を、低圧ポンプにより、燃料フィルタを経由して、高圧ポンプに供給する燃料供給部位である。もう一つは、この燃料供給系に続く部位で、低圧燃料を高圧ポンプで加圧して高圧燃料とし、この高圧燃料を蓄圧するコモンレールを介して、内燃機関の各気筒内に設けた各燃料噴射弁に供給する燃料加圧部位である。

これに関連して、直噴式エンジンの高圧燃料ポンプを含む高圧燃料系統の異常を的確に判定するために、目標燃圧と実際の燃圧との差である燃圧差が、要求吐出量が最小吐出量であるときに、しきい値以下であるときがある時間継続していると高圧燃料系統の低圧側異常であり、要求吐出量が最大吐出量であるときに、しきい値以上であるときがある時間継続していると高圧燃料系統の高圧側異常であるとする内燃機関の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この内燃機関の制御装置を含めて、従来技術のコモンレールシステムでは、コモンレールのレール圧の異常現象が発生した時に、その異常原因が燃料供給部位と燃料加圧部位のどの部位で発生しているかを特定することができず、修理に時間を要しているという問題がある。

特開２００７−３２３３２号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、コモンレール式ディーゼルエンジンにおいて、コモンレールのレール圧の異常現象が発生した時に、速やかに異常の原因となる部位を特定することができるコモンレールシステムの故障診断システム及びその故障診断方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明のコモンレールシステムの故障診断システムは、燃料タンクに貯留した燃料を低圧ポンプにより、燃料フィルタを経由して、高圧ポンプに供給する、前記燃料タンクから前記高圧ポンプ入口までの燃料供給部位と、前記低圧ポンプにより供給された燃料を前記高圧ポンプで加圧してコモンレール経由で気筒内に設けた燃料噴射弁に供給する、前記高圧ポンプから前記燃料噴射弁までの燃料加圧部位を備えた内燃機関におけるコモンレールシステムの故障診断システムにおいて、前記燃料供給部位と前記燃料加圧部位のいずれに異常が発生しているかを判定する制御装置を備えると共に、前記燃料供給部位に圧力検出装置を備え、前記制御装置を、燃料の流量が予め設定された判定用流量以上で、かつ、前記コモンレールの測定レール圧が目標レール圧よりも低い場合に、前記圧力検出装置の検出値が、予め設定された正常圧値より低いときは、前記燃料供給部位に異常が発生していると判定し、前記圧力検出装置の検出値が、前記正常圧値以上のときは、前記燃料加圧部位に異常が発生していると判定する制御を行うように構成する。

この構成によれば、高圧化された燃料の流量が十分確保されているにもかかわらず、コモンレールの測定レール圧が目標レール圧にならず、異常が発生していると判定される場合に、高圧ポンプに流入する前の燃料供給部位における燃料の圧力の検出値と正常圧値を比較することで、異常原因がある部位を速やかに、かつ、正確に特定することができるため、異常部位の迅速な修理を行うことができ、早期復旧を図ることができる。

上記のコモンレールシステムの故障診断システムにおいて、前記圧力検出装置として、前記内燃機関の排気通路に設けた排気管用燃料噴射装置より噴射される燃料の圧力を検出する圧力センサを用いると、燃料フィルタと高圧ポンプとの間に圧力検出装置を新たに設ける必要がないので、コストの抑制を図ることができる。

そして、上記の目的を達成するための本発明のコモンレールシステムの故障診断方法は、燃料タンクに貯留した燃料を低圧ポンプにより、燃料フィルタを経由して、高圧ポンプに供給する、前記燃料タンクから前記高圧ポンプ入口までの燃料供給部位と、前記低圧ポンプにより供給された燃料を前記高圧ポンプで加圧してコモンレール経由で気筒内に設けた燃料噴射弁に供給する、前記高圧ポンプから前記燃料噴射弁までの燃料加圧部位を備えた内燃機関におけるコモンレールシステムの故障診断方法において、燃料の流量が予め設定された判定用流量以上で、かつ、前記コモンレールの測定レール圧が目標レール圧よりも低い場合に、前記燃料供給部位に備えた圧力検出装置の検出値が、予め設定された正常圧値より低いときは、前記燃料供給部位に異常が発生していると判定し、前記圧力検出装置の検出値が、前記正常圧値以上のときは、前記燃料加圧部位に異常が発生していると判定することを特徴とする方法である。

上記のコモンレールシステムの故障診断方法において、前記圧力検出装置の検出値として、前記内燃機関の排気通路に設けた排気管用燃料噴射装置より噴射される燃料の圧力を検出する圧力センサの検出値を用いる。

これらの方法によれば、上記のコモンレールシステムの故障診断システムと同様の効果をそれぞれ奏することができる。

本発明のコモンレールシステムの故障診断システム及びその故障診断方法によれば、高圧化された燃料の流量が十分確保されているにもかかわらず、コモンレールの測定レール圧が目標レール圧にならず、異常が発生していると判定される場合に、高圧ポンプに流入する前の燃料供給部位における燃料の圧力の検出値と正常圧値を比較することで、異常原因がある部位を速やかに、かつ、正確に特定することができるため、異常部位の迅速な修理を行うことができ、早期復旧を図ることができる。

本発明に係る実施の形態のコモンレールシステムの故障診断システムを備えたコモンレールシステムの構成を示す図である。 燃料供給部位を示すコモンレールシステムの部分拡大図である。 燃料加圧部位を示すコモンレールシステムの部分拡大図である。 本発明に係る実施の形態のコモンレールシステムの故障診断方法の制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態のコモンレールシステムの故障診断システム及びその故障診断方法について、図面を参照しながら、説明する。図１に示すように、本発明に係る実施の形態のコモンレールシステム１は、燃料供給部位１０と燃料加圧部位２０を備えている。

図１及び図２に示すように、燃料供給部位１０は、燃料タンク１１に貯留した燃料Ｆを低圧ポンプ１２により、燃料フィルタ１３を経由して、高圧ポンプ２１に供給する部位であり、燃料タンク１１から高圧ポンプ２１の入口までの部位である。この燃料供給部位１０では、燃料Ｆの供給用の圧力は比較的低く、−３０ｋＰａ〜２０ｋＰａ（ゲージ圧）程度である。

この燃料供給部位１０においては、燃料タンク１１と低圧ポンプ１２の間に、コモンレールシステム１の始動時に燃料Ｆの圧力上昇のために使用する始動ポンプ１４を備えたり、燃料フィルタ１３と高圧ポンプ２１の間に、高圧ポンプ２１へ流入する燃料Ｆの流量を調整するサクションバルブ１５を備えたりする。

また、低圧ポンプ１２を通過する燃料Ｆの流量を調整すべく、始動ポンプ１４を通過した後の燃料Ｆの一部を低圧ポンプ１２を迂回して逆止弁を経由して燃料フィルタ１３に供給する流路１６（点線で示す）を設け、高圧ポンプ２１へ供給する燃料Ｆの流量を調整すべく、サクションバルブ１５に流入する直前の燃料Ｆの一部を逆止弁を経由して低圧ポンプ１２より上流側に戻す流路１７（点線で示す）を設ける。さらに、低圧ポンプ１２を通過した後の燃料Ｆの一部を逆止弁を経由して低圧ポンプ１２より上流側に戻す流路１８（点線で示す）を設ける。この流路１７は、下流にて、流路１６と合流する。

また、図１、図３に示すように、燃料加圧部位２０は、低圧ポンプ１２により供給された燃料Ｆを高圧ポンプ２１で加圧して、燃料Ｆを蓄圧するコモンレール２２経由で、気筒内に設けた燃料噴射弁２３に供給する部位であり、高圧ポンプ２１から燃料噴射弁２３までの部位である。この燃料加圧部位２０では、燃料Ｆの圧力は高圧ポンプ２１で加圧されており、燃料Ｆの噴射用の圧力は比較的高く、３０ＭＰａ〜２００Ｍｐａ（ゲージ圧）程度である。

また、コモンレール２２に蓄圧した燃料Ｆの一部を燃料タンク１１に戻す流路２４（点線で示す）を設け、また、燃料噴射弁２３からの燃料噴射に使用されなかった燃料Ｆを燃料タンク１１に戻す流路２５（点線で示す）を設ける。この流路２４、２５は、下流にて、燃料フィルタ１３から漏れた燃料Ｆを燃料タンク１１に戻す流路１９（点線で示す）と合流して燃料タンク１１に接続する流路２６に接続している。なお、図１、図３では、便宜上、燃料噴射弁２３を２個示しているが、実際は、エンジンの各気筒毎に燃料噴射弁２３が設けられる。

本発明においては、燃料供給部位１０と燃料加圧部位２０のいずれに異常が発生しているかを判定する制御装置４１を備える。この制御装置４１は、通常は、エンジンの全般の制御やエンジンを搭載した車両の全般の制御を行う全体システム制御装置４０に組み込まれて構成される。

それと共に、燃料供給部位１０に圧力センサ（圧力検出装置）３０を備えて構成する。この圧力センサとしては、エンジンの排気通路に設けた排気管用燃料噴射装置４より噴射される燃料Ｆの圧力を検出する圧力センサを用いると、燃料フィルタ１３と高圧ポンプ２１との間に圧力センサを新たに設ける必要がないので、コストの抑制を図ることができる。

そして、この制御装置４１は、燃料の流量Ｖｍが予め設定された判定用流量Ｖｃ以上で、かつ、コモンレール２２の測定レール圧Ｐｃｍが目標レール圧Ｐｃｔよりも低い場合に、圧力センサ３０の検出値Ｐｍが、予め設定された正常圧値Ｐｃより低いときは、燃料供給部位１０に異常が発生していると判定し、圧力センサ３０の検出値Ｐｍが、正常圧値Ｐｃ以上のときは、燃料加圧部位２０に異常が発生していると判定する制御を行うように構成される。ここで、燃料の判定用流量Ｖｃ及び正常圧値Ｐｃは、予め実験等により設定され、制御装置４１に記憶されている値である。

次に、上記の構成のコモンレールシステムの故障診断システム２におけるコモンレールシステムの故障診断方法について、図４の制御フローを参照しながら、説明する。図４の制御フローは、エンジンが運転開始されると共に、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、コモンレールシステム１に異常が発生しているか否かを判定し、異常が発生している場合は、その異常が発生している部位を検出することを繰り返し、エンジンが停止すると、割り込みが生じて、リターンして上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローの終了と共に終了する制御フローとして示してある。

この図４の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、燃料Ｆの流量Ｖｍが予め設定された判定用流量Ｖｃ以上であるかどうかを判定する。燃料Ｆの流量Ｖｍが判定用流量Ｖｃ未満である場合（ＮＯ）は、異常か否かの判断に適していないとして、予め設定した時間（ステップＳ１１の判定のインターバルに関係する時間）を経過した後、ステップＳ１１に戻る。燃料Ｆの流量Ｖｍが判定用流量Ｖｃ以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２で、コモンレール２２の燃料Ｆの圧力の測定レール圧Ｐｃｍが、エンジンの運転で必要とされる目標レール圧Ｐｃｔよりも低いか否かを判定する。この判定で、測定レール圧Ｐｃｍが、目標レール圧Ｐｃｔよりも低くない場合は（ＮＯ）、異常ではないとして、予め設定した時間（ステップＳ１１、Ｓ１２の判定のインターバルに関係する時間）を経過した後、ステップＳ１１に戻る。一方、測定レール圧Ｐｃｍが、目標レール圧Ｐｃｔよりも低い場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、コモンレールシステム１に異常があるとの診断を下し、必要な表示や信号を発生する。その後、ステップＳ１４に行き、圧力センサ３０の検出値Ｐｍが、予め設定された正常圧値Ｐｃより低いか否かを判定する。

そして、ステップＳ１４の判定で、検出値Ｐｍが正常圧値Ｐｃより低いときは（ＹＥＳ）、燃料供給部位１０に異常が発生していると判定し、ステップＳ１５に行き、燃料供給部位１０に異常が発生しているとの診断を下し、必要な表示や信号を発生する。その後、ステップＳ１１に戻る。

また、ステップＳ１４の判定で、検出値Ｐｍが正常圧値Ｐｃより低くないときは（ＮＯ）、燃料加圧部位２０に異常が発生していると判定し、ステップＳ１６に行き、燃料加圧部位２０に異常が発生しているとの診断を下し、必要な表示や信号を発生する。その後、ステップＳ１１に戻る。

その後は、ステップＳ１１〜Ｓ１５又はステップＳ１１〜Ｓ１６を繰り返し、エンジンが停止すると、割り込みが生じて、リターンして上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローの終了と共に終了する。

上記のコモンレールシステムの故障診断システム２及びその故障診断方法によれば、高圧化された燃料の流量Ｖｍが十分確保されているにもかかわらず、コモンレール２２の測定レール圧Ｐｃｍが目標レール圧Ｐｃｔにならず、異常が発生していると判定される場合に、高圧ポンプ２１に流入する前の燃料供給部位１０における燃料Ｆの圧力の検出値Ｐｍと正常圧値Ｐｃを比較することで、異常原因がある部位を速やかに、かつ、正確に特定することができるため、異常部位の迅速な修理を行うことができ、早期復旧を図ることができる。

１ コモンレールシステム
２ 故障診断システム
４ 排気管用燃料噴射装置
１０ 燃料供給部位
１１ 燃料タンク
１２ 低圧ポンプ
１３ 燃料フィルタ
１４ 始動ポンプ
１５ サクションバルブ
１６、１７、１８、１９ 流路
２０ 燃料加圧部位
２１ 高圧ポンプ
２２ コモンレール
２３ 燃料噴射弁
２４、２５、２６ 流路
３０ 圧力センサ（圧力検出装置）
４０ 全体システム制御装置
４１ 制御装置
Ｆ 燃料
Ｐｃ 正常圧値
Ｐｃｍ 測定レール圧
Ｐｃｔ 目標レール圧
Ｐｍ 圧力センサの検出値
Ｖｃ 判定用流量
Ｖｍ 燃料の流量（測定値）

Claims (4)

1. 燃料タンクに貯留した燃料を低圧ポンプにより、燃料フィルタを経由して、高圧ポンプに供給する、前記燃料タンクから前記高圧ポンプ入口までの燃料供給部位と、前記低圧ポンプにより供給された燃料を前記高圧ポンプで加圧してコモンレール経由で気筒内に設けた燃料噴射弁に供給する、前記高圧ポンプから前記燃料噴射弁までの燃料加圧部位を備えた内燃機関におけるコモンレールシステムの故障診断システムにおいて、
   前記燃料供給部位と前記燃料加圧部位のいずれに異常が発生しているかを判定する制御装置を備えると共に、前記燃料供給部位に圧力検出装置を備え、
   前記制御装置を、
   燃料の流量が予め設定された判定用流量以上で、かつ、前記コモンレールの測定レール圧が目標レール圧よりも低い場合に、
   前記圧力検出装置の検出値が、予め設定された正常圧値より低いときは、前記燃料供給部位に異常が発生していると判定し、前記圧力検出装置の検出値が、前記正常圧値以上のときは、前記燃料加圧部位に異常が発生していると判定する制御を行うように構成したことを特徴とするコモンレールシステムの故障診断システム。
2. 前記圧力検出装置として、前記内燃機関の排気通路に設けた排気管用燃料噴射装置より噴射される燃料の圧力を検出する圧力センサを用いることを特徴とする請求項１に記載のコモンレールシステムの故障診断システム。
3. 燃料タンクに貯留した燃料を低圧ポンプにより、燃料フィルタを経由して、高圧ポンプに供給する、前記燃料タンクから前記高圧ポンプ入口までの燃料供給部位と、前記低圧ポンプにより供給された燃料を前記高圧ポンプで加圧してコモンレール経由で気筒内に設けた燃料噴射弁に供給する、前記高圧ポンプから前記燃料噴射弁までの燃料加圧部位を備えた内燃機関におけるコモンレールシステムの故障診断方法において、
   燃料の流量が予め設定された判定用流量以上で、かつ、前記コモンレールの測定レール圧が目標レール圧よりも低い場合に、
   前記燃料供給部位に備えた圧力検出装置の検出値が、予め設定された正常圧値より低いときは、前記燃料供給部位に異常が発生していると判定し、前記圧力検出装置の検出値が、前記正常圧値以上のときは、前記燃料加圧部位に異常が発生していると判定することを特徴とするコモンレールシステムの故障診断方法。
4. 前記圧力検出装置の検出値として、前記内燃機関の排気通路に設けた排気管用燃料噴射装置より噴射される燃料の圧力を検出する圧力センサの検出値を用いることを特徴とする請求項３に記載のコモンレールシステムの故障診断方法。

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