JP2016138533A

JP2016138533A - 燃料フィルタの目詰まり検出装置

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Publication number: JP2016138533A
Application number: JP2015015309A
Authority: JP
Inventors: 隆弘清水; Takahiro Shimizu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: JP6314860B2; DE102015122669A1

Abstract

【課題】燃料フィルタの上流側に配置される圧力センサの検出値（フィルタ前圧）を基に、燃料フィルタの目詰まりを精度良く検出できる燃料フィルタの目詰まり検出装置を提供する。【解決手段】エンジンの燃料供給システムは、燃料フィルタ１５から高圧ポンプ３に至るまでの燃料経路内の燃料圧力を一定圧に調整する調圧弁１８を備える。ＥＣＵ６は、燃料フィルタ１５の初期状態で検出されるフィルタ前圧と燃料フィルタ１５の圧損初期値とから調圧弁１８の調整圧初期値を算出し、アイドル運転時などの安定した運転状態の下で検出されるフィルタ前圧と調整圧初期値との差から燃料フィルタ１５の詰まり量を推定する。この推定される詰まり量が閾値より大きいと判定される状態が複数回継続した場合に燃料フィルタ１５が目詰まりした状態であると判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料タンクから高圧ポンプに至るまでの燃料経路に配置される燃料フィルタの目詰まりを検出する目詰まり検出装置に関する。

従来、エンジンの燃料供給システムでは、燃料タンクから高圧ポンプに至るまでの燃料経路に燃料フィルタが配置される。燃料フィルタは、燃料に含まれる異物を取り除くために使用されるが、燃料フィルタに異物が詰まった状態（目詰まりした状態）で使用を続けると、燃料フィルタを通過する燃料の流量低下あるいは燃料経路内へのエア混入によりエンジンの出力不足を招く。また、燃料フィルタの前後差圧が増大するため、フィルタエレメントがダメージを受けることがある。このため、燃料フィルタの目詰まりを検出する必要が生じる。例えば、特許文献1に係る従来技術では、燃料圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力センサの検出圧力が設定圧力を超えた場合に燃料フィルタが目詰まりしていると判定する方法が開示されている。

特開２０１３−６８１９５号公報

ところが、上記の従来技術では、燃料フィルタの入口側と出口側とで圧力が大きく変動する側にのみ圧力センサを配置している。例えば、フィードポンプの下流側に燃料フィルタを配置する構成、言い換えるとフィードポンプより送られる燃料が燃料フィルタを通過して高圧ポンプに供給される構成では、燃料フィルタの出口側より入口側の方が圧力変動が大きいため、燃料フィルタの入口側にのみ圧力センサを配置している。しかし、燃料フィルタの入口側と比較して出口側の圧力変動が小さいとしても、出口側の燃料圧力が変動しない訳ではない。このため、燃料フィルタの入口側圧力だけを検出して設定圧力と比較しても、燃料フィルタの目詰まりを精度良く検出することは困難である。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、燃料フィルタの上流側に配置される圧力センサの検出値を基に燃料フィルタの目詰まりを精度良く検出できる燃料フィルタの目詰まり検出装置を提供することにある。

本発明は、吸入した燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、燃料タンク内から汲み上げた燃料を前記高圧ポンプへ送るフィードポンプと、前記燃料タンクから前記高圧ポンプに至るまでの燃料経路に配置されて燃料をろ過する燃料フィルタと、この燃料フィルタから前記高圧ポンプに至るまでの燃料経路内の燃料圧力を一定圧に調整する調圧弁とを備えるエンジンの燃料供給システムに適用されて、前記燃料フィルタの目詰まりを検出する目詰まり検出装置であって、前記燃料フィルタより上流側の燃料圧力（以下、フィルタ前圧と呼ぶ）を検出する圧力センサと、前記燃料フィルタの初期状態で検出される前記フィルタ前圧と前記燃料フィルタの圧損初期値とから前記調圧弁の調整圧初期値を算出する調整圧初期値算出手段と、前記エンジン停止時あるいは安定した運転状態の下で検出される前記フィルタ前圧と前記調整圧初期値との差から前記燃料フィルタの詰まり量を推定する詰まり量推定手段と、この詰まり量推定手段により推定される詰まり量を閾値と比較して前記燃料フィルタの目詰まりの有無を判定する目詰まり判定手段とを有することを特徴とする。

上記の構成によれば、燃料フィルタから高圧ポンプに至るまでの燃料経路内の燃料圧力が調圧弁によって一定圧に調整される。但し、調圧弁の調整圧は、燃料フィルタの許容圧損に対して初期ばらつきが大きいため、調整圧初期値を把握することが重要である。本発明では、燃料フィルタの初期状態で検出されるフィルタ前圧と燃料フィルタの圧損初期値とから調圧弁の調整圧初期値を算出する。燃料フィルタの圧損初期値は、例えば、フィルタ仕様から定数として設定できる。
調圧弁の調整圧初期値を算出することで、調整圧の初期ばらつきによる影響を排除できるため、燃料フィルタより下流側の燃料圧力を調圧弁によって一定圧に維持できる。これにより、圧力センサで検出されるフィルタ前圧と調圧弁の調整圧初期値との差（フィルタ前圧−調整圧初期値）から燃料フィルタの詰まり量を推定し、その詰まり量を基に燃料フィルタの目詰まりの有無を精度良く判定できる。

実施例1に係る蓄圧式燃料供給システムの構成図である。実施例1に係る燃料フィルタの目詰まりを検出するＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。実施例1に係る調圧弁の特性図である。実施例1に係る燃料フィルタの前後差圧と詰まり量との関係を示すグラフである。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
実施例１は、エンジンの燃料供給システムにおける燃料フィルタの目詰まり検出装置について説明する。
燃料供給システムは、図１に示すように、フィードポンプ１より送られる低圧の燃料を高圧化してコモンレール２へ吐出する高圧ポンプ３を備える。
コモンレール２には、高圧配管４を介してインジェクタ５が接続され、コモンレール２に蓄圧される高圧燃料がインジェクタ５へ供給される。インジェクタ５は、エンジン（例えばディーゼル機関）の各気筒にそれぞれ取り付けられ、エンジンの燃焼室へ噴射される燃料の噴射時期および噴射量等がＥＣＵ６によって電子制御される。コモンレール２からインジェクタ５へ供給される燃料のうちインジェクタ５から噴射されない余剰燃料は、燃料タンク７へ戻される。

フィードポンプ１は、例えば電動式ポンプであり、燃料タンク７より燃料を汲み上げて高圧ポンプ３へ送る。
高圧ポンプ３は、エンジンに駆動されて回転するカム軸８と、このカム軸８に設けられるカム９に駆動されてシリンダ内を上死点と下死点との間で往復動するプランジャ１０とを有する。シリンダの一端側（反カム側）には、プランジャ１０の移動に応じて容積が変化する加圧室１１が形成され、シリンダの他端側がカム室１２に通じている。加圧室１１には、燃料が流入する入口側に吸入弁１３が配設され、燃料が流出する出口側に吐出弁１４が配設される。
フィードポンプ１の下流側には、フィードポンプ１より吐出される燃料をろ過して異物を除去する燃料フィルタ１５が配置される。
また、フィードポンプ１から燃料フィルタ１５に至るまでの燃料経路には、燃料フィルタ１５より上流側の燃料圧力（以下、フィルタ前圧と呼ぶ）を検出する圧力センサ１６が配置される。

燃料フィルタ１５の下流側では、燃料経路が二方向に分岐して設けられ、一方の燃料経路が吸入弁１３を介して加圧室１１に接続され、他方の燃料経路が高圧ポンプ３のカム室１２に接続される。
一方の燃料経路には、加圧室１１に送られる燃料流量を調量する吸入調量弁１７が配設される。この吸入調量弁１７は、例えば、ＥＣＵ６によって弁開度が制御される電磁比例弁である。他方の燃料経路には、燃料フィルタ１５より下流側の燃料圧力を一定圧に調整する調圧弁１８が接続される。また、他方の燃料経路を通ってカム室１２に流入する燃料は、カム９の回転運動をプランジャ１０に伝達するタペット機構の潤滑油として利用される。調圧弁１８より流出する燃料およびカム室１２より溢流する燃料は、前述のインジェクタ５から噴射されない余剰燃料と共に燃料タンク７へ戻される。

上記の高圧ポンプ３は、プランジャ１０がカム９に駆動されてシリンダ内を上死点から下死点へ向かって移動すると、加圧室１１の圧力が低下して吸入弁１３が開弁することにより、吸入調量弁１７によって調量された燃料が加圧室１１に流入する。
プランジャ１０が下死点に到達した後、シリンダ内を下死点から上死点へ向かって移動すると、加圧室１１の燃料が加圧されて燃料圧力が上昇する。この燃料圧力が吐出弁１４の開弁圧を上回るまで上昇すると、吐出弁１４が開弁することにより、加圧室１１より高圧化された燃料が流出してコモンレール２へ圧送される。
ＥＣＵ６は、圧力センサ１６の検出情報（フィルタ前圧）を基に燃料フィルタ１５の目詰まりを検出するための目詰まり検出処理を実行する。

以下、ＥＣＵ６による燃料フィルタ１５の目詰まり検出処理の具体的な手順を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、以下に記載するステップＳ１〜Ｓ９は、図２に示すフローチャートの各処理毎に付したＳ１〜Ｓ９に該当する。
ステップＳ１（本発明のフィルタ状態判定手段）…燃料フィルタ１５が初期状態であるか否かを判定する。燃料フィルタ１５の初期状態とは、燃料フィルタ１５が未使用の状態（例えば工場出荷時の状態）および未使用に近い状態も含まれる。具体的には、燃料フィルタ１５が未使用の状態から積算されるエンジンの運転時間あるいは車両の走行距離を基に燃料フィルタ１５の初期状態を判定する。このステップＳ１の判定結果がＹＥＳの場合、つまり燃料フィルタ１５が初期状態であると判定された場合は、次のステップＳ２へ進み、判定結果がＮＯの場合はステップＳ４へ飛ぶ。

ステップＳ２…燃料フィルタ１５の初期状態でフィルタ前圧を検出し、その検出値をＥＣＵ６のメモリに記憶する。このステップＳ２の処理は、エンジンを停止した状態でフィードポンプ１（電動式ポンプ）を作動させて実施する。
ステップＳ３（本発明の調整圧初期値算出手段）…ステップＳ２で検出したフィルタ前圧と燃料フィルタ１５の圧損初期値とから調圧弁１８の調整圧初期値を算出してメモリに記憶する。調圧弁１８の調整圧は、図３に示すように、初期ばらつきが数十ｋＰａ（中央値±５０〜１００ｋＰａ程度）あり、燃料フィルタ１５の許容圧損（ｍａｘ５０ｋＰａ程度）と比較して大きいため、調整圧の初期値を把握しておくことは重要である。なお、燃料フィルタ１５の圧損初期値は、フィルタ仕様から定数として設定できる。

ステップＳ４…燃料のＷＡＸ化懸念条件を判定する。燃料のＷＡＸ化懸念条件とは、燃料フィルタ１５に流入する燃料の温度、あるいは燃料温度に相関するエンジン冷却水温または外気温などであり、これらの温度が一定値以下の場合は燃料のワックス化が懸念される。燃料フィルタ１５に流入する燃料の温度が低い時は、燃料がワックス化して粘度が高くなるため、燃料フィルタ１５を正常に通過し難くなることがある。この場合、燃料フィルタ１５に異物が堆積したことによる目詰まりではないので、ステップＳ４の判定結果がＹＥＳの場合、つまり燃料のワックス化が懸念される条件が成立する場合は、以降の処理を実施しないで終了する。判定結果がＮＯの場合は次のステップＳ５へ進む。

ステップＳ５（本発明の詰まり量推定手段）…燃料フィルタ１５の前後差圧より詰まり量を推定する。図４に示すように、燃料フィルタ１５の前後差圧が大きくなる程、燃料フィルタ１５に堆積する異物の詰まり量が増大するため、燃料フィルタ１５の前後差圧より燃料フィルタ１５の詰まり量を推定できる。具体的には、エンジン停止時あるいはアイドル運転時などの安定した運転状態の下で検出されるフィルタ前圧と、ステップＳ３で算出した調整圧初期値との差から燃料フィルタ１５の詰まり量を推定する。
ステップＳ６（本発明の目詰まり判定手段）…ステップＳ５で推定した詰まり量が閾値（図４に示す差圧許容値）より大きいか否かを判定する。判定結果がＹＥＳの場合、つまり詰まり量が閾値より大きい場合は、次のステップＳ７へ進み、判定結果がＮＯの場合は、以降の処理を実施しないで終了する。

ステップＳ７（本発明の目詰まり判定手段）…ステップＳ６で詰まり量が閾値より大きいと判定される状態が複数回継続したか否かを判定する。判定結果がＹＥＳの場合、つまり詰まり量が閾値より大きいと判定される状態が複数回継続した場合は、次のステップＳ８へ進み、判定結果がＮＯの場合は、以降の処理を実施しないで終了する。
ステップＳ８（本発明の目詰まり判定手段）…燃料フィルタ１５が目詰まりした状態であると判定する。この場合、燃料のワックス化ではなく、燃料フィルタ１５への異物の堆積による目詰まりであると判断できる。
ステップＳ９…燃料フィルタ１５が目詰まりした状態であることを運転席のメータに警告表示して、運転者に燃料フィルタ１５の交換を促す。

〔実施例１の作用効果〕
実施例1の燃料供給システムは、燃料フィルタ１５より下流側の燃料圧力が調圧弁１８によって一定圧に維持されるため、圧力センサ１６で検出される燃料圧力（フィルタ前圧）と調圧弁１８の調整圧とから燃料フィルタ１５の前後差圧を求めることができる。但し、調圧弁１８の調整圧は、燃料フィルタ１５の許容圧損に対して初期ばらつきが大きいため、調整圧の初期値を把握することが重要である。これに対し、実施例１では、燃料フィルタ１５の初期状態で検出されるフィルタ前圧と燃料フィルタ１５の圧損初期値とから調圧弁１８の調整圧初期値を算出するので、調整圧の初期ばらつきによる影響を排除できる。

上記の結果、圧力センサ１６で検出されるフィルタ前圧と調圧弁１８の調整圧初期値との差（フィルタ前圧−調整圧初期値）から燃料フィルタ１５の詰まり量を推定し、その詰まり量を基に燃料フィルタ１５の目詰まりの有無を精度良く判定できる。また、燃料フィルタ１５より下流側の燃料圧力を調圧弁１８によって一定圧に維持できるので、燃料フィルタ１５より下流側の燃料圧力を検出するための圧力センサ１６が不要であり、燃料フィルタ１５の前後に圧力センサ１６を設置する構成と比較した場合にコストを抑えることができる。

〔変形例〕
実施例１では、電動式のフィードポンプ１を例示したが、例えば、高圧ポンプ３のカム軸８によって駆動されるメカ式のトロコイドポンプを採用することもできる。

１フィードポンプ
３高圧ポンプ
６ＥＣＵ（燃料フィルタの目詰まり検出装置）
７燃料タンク
１５燃料フィルタ
１６圧力センサ
１８調圧弁
Ｓ１フィルタ状態判定手段
Ｓ３調整圧初期値算出手段
Ｓ５詰まり量推定手段
Ｓ７目詰まり判定手段

Claims

吸入した燃料を加圧して吐出する高圧ポンプ（３）と、
燃料タンク（７）内から汲み上げた燃料を前記高圧ポンプ（３）へ送るフィードポンプ（１）と、
前記燃料タンク（７）から前記高圧ポンプ（３）に至るまでの燃料経路に配置されて燃料をろ過する燃料フィルタ（１５）と、
この燃料フィルタ（１５）から前記高圧ポンプ（３）に至るまでの燃料経路内の燃料圧力を一定圧に調整する調圧弁（１８）とを備えるエンジンの燃料供給システムに適用されて、前記燃料フィルタ（１５）の目詰まりを検出する目詰まり検出装置（６）であって、
前記燃料フィルタ（１５）より上流側の燃料圧力（以下、フィルタ前圧と呼ぶ）を検出する圧力センサ（１６）と、
前記燃料フィルタ（１５）の初期状態で検出される前記フィルタ前圧と前記燃料フィルタ（１５）の圧損初期値とから前記調圧弁（１８）の調整圧初期値を算出する調整圧初期値算出手段（Ｓ３）と、
前記エンジン停止時あるいは安定した運転状態の下で検出される前記フィルタ前圧と前記調整圧初期値との差から前記燃料フィルタ（１５）の詰まり量を推定する詰まり量推定手段（Ｓ５）と、
この詰まり量推定手段（Ｓ５）により推定される詰まり量を閾値と比較して前記燃料フィルタ（１５）の目詰まりの有無を判定する目詰まり判定手段（Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）とを有することを特徴とする燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置。
請求項１に記載した燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置（６）において、
前記燃料フィルタ（１５）が初期状態であるか否かを判定するフィルタ状態判定手段（Ｓ１）を有し、このフィルタ状態判定手段（Ｓ１）で前記燃料フィルタ（１５）が初期状態ではないと判定された場合に前記調整圧初期値算出手段（Ｓ３）を実行することを特徴とする燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置。
請求項２に記載した燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置（６）において、
前記フィルタ状態判定手段（Ｓ１）は、前記燃料フィルタ（１５）が未使用の状態から積算される前記エンジンの運転時間あるいは車両の走行距離を基に前記燃料フィルタ（１５）の初期状態を判定することを特徴とする燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載した燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置（６）において、
前記フィードポンプ（１）は電動式ポンプであり、
前記詰まり量推定手段（Ｓ５）は、前記エンジンの停止時に前記フィードポンプ（１）を作動させた状態で前記燃料フィルタ（１５）の詰まり量を推定することを特徴とする燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載した燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置（６）において、
前記詰まり量推定手段（Ｓ５）は、前記エンジンのアイドル運転時に前記燃料フィルタ（１５）の詰まり量を推定することを特徴とする燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載した燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置（６）において、
前記目詰まり判定手段（Ｓ７）は、前記燃料フィルタ（１５）の詰まり量が前記閾値より大きいと判定される状態が複数回継続した時に前記燃料フィルタ（１５）が目詰まりしていると判定することを特徴とする燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載した燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置（６）において、
前記目詰まり判定手段（Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）は、前記燃料タンク（７）から前記燃料フィルタ（１５）に至るまでの燃料経路を流れる燃料の温度、あるいは燃料の温度に相関する冷却水温や外気温が所定値より大きい場合に前記燃料フィルタ（１５）の目詰まりの有無を判定することを特徴とする燃料フィルタ（１５）の目詰まり検出装置。