JP2019168295A - 異常診断装置および異常診断方法 - Google Patents

異常診断装置および異常診断方法 Download PDF

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Abstract

【課題】分解の必要なく異常発生箇所を特定すること。【解決手段】異常診断装置１００は、燃料タンク２から汲み上げられた燃料の流量を調整する流量調整弁６と、流量調整後の燃料を加圧してコモンレール８へ吐出する高圧ポンプ７とを備えた燃料ポンプ５の異常を診断する。異常診断装置１００は、コモンレール８内の圧力の検出値を受け取る入力部１１０と、検出値が目標コモンレール圧未満である場合、それらの差圧と、燃料ポンプ５からの吐出量とを算出する算出部１２０と、差圧が第１閾値以上、第２閾値未満であり、かつ、吐出量が第３閾値以上、第４閾値未満である状態で、設定時間が経過したか否かを判定する判定部１３０と、を有する。判定部１３０は、設定時間が経過した場合、高圧ポンプ７の異常発生と判定し、設定時間が経過しなかった場合、流量調整弁６の異常発生と判定する。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料ポンプの異常を診断する異常診断装置および異常診断方法に関する。
従来、燃料タンクに貯留されている燃料を内燃機関側（例えば、コモンレール）へ供給する燃料供給システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、燃料供給システムでは、フィードポンプによって燃料タンクから汲み上げられた燃料は、燃料フィルタを通過し、流量調整弁によって流量を調整された後、高圧ポンプによって加圧されて内燃機関側へ吐出される。
特開２００９−０５７９２８号公報
しかしながら、上述した燃料ポンプにおいて異常が発生した場合、異常発生箇所を特定するためには、燃料ポンプを分解して調べる必要があるという問題があった。
本開示の目的は、分解の必要なく、異常発生箇所を特定することができる異常診断装置および異常診断方法を提供することである。
本開示の一態様に係る異常診断装置は、貯留部から汲み上げられた燃料の流量を調整する流量調整弁と、流量が調整された前記燃料を加圧して蓄圧部へ吐出する高圧ポンプとを備えた燃料ポンプの異常を診断する異常診断装置であって、前記蓄圧部内の前記燃料の圧力の検出値を受け取る入力部と、前記検出値が前記圧力の目標値未満である場合、前記目標値と前記検出値との差圧と、前記燃料ポンプから吐出される前記燃料の吐出量とを算出する算出部と、前記差圧が第１閾値以上、第２閾値未満であり、かつ、前記吐出量が第３閾値以上、第４閾値未満である状態で、予め設定された時間が経過したか否かを判定する判定部と、を有し、前記判定部は、前記時間が経過した場合、前記高圧ポンプに異常が発生したと判定し、前記時間が経過しなかった場合、前記流量調整弁に異常が発生したと判定する。
本開示の一態様に係る異常診断方法は、貯留部から汲み上げられた燃料の流量を調整する流量調整弁と、流量が調整された前記燃料を加圧して蓄圧部へ吐出する高圧ポンプとを備えた燃料ポンプの異常を診断する異常診断方法であって、前記蓄圧部内の前記燃料の圧力の検出値を受け取るステップと、前記検出値が前記圧力の目標値未満である場合、前記目標値と前記検出値との差圧と、前記燃料ポンプからの前記燃料の吐出量とを算出するステップと、前記差圧が第１閾値以上、第２閾値未満であり、かつ、前記吐出量が第３閾値以上、第４閾値未満である状態で、予め設定された時間が経過したか否かを判定するステップと、前記時間が経過した場合、前記高圧ポンプに異常が発生したと判定する一方、前記時間が経過しなかった場合、前記流量調整弁に異常が発生したと判定するステップと、を含む。
本開示によれば、分解の必要なく、異常発生箇所を特定することができる。
本開示の実施の形態に係る燃料供給システムおよび異常診断装置の構成の一例を示す図 本開示の実施の形態に係る設定範囲の一例を示す図 本開示の実施の形態に係る異常診断装置の動作の一例を示す図
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本開示の実施の形態に係る燃料供給システム１および異常診断装置１００の構成について、図１を用いて説明する。
図１は、燃料供給システム１および異常診断装置１００の構成の一例を示す図である。図１において、実線の矢印は燃料の流れを示しており、破線の矢印は電気信号の流れを示している。
図１に示す燃料供給システム１および異常診断装置１００は、燃料（例えば、軽油）により駆動する内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）を備えた車両に搭載される。燃料供給システム１は、内燃機関に燃料を供給するシステムであり、異常診断装置１００は、燃料供給システム１の燃料ポンプ５における異常の発生、および、異常発生箇所を特定する装置である。
まず、燃料供給システム１の構成について説明する。
燃料供給システム１は、燃料を貯留する燃料タンク２（貯留部の一例）、燃料タンク２から燃料を汲み上げるフィードポンプ３、燃料に含まれる異物を捕集する燃料フィルタ４、燃料をコモンレール８へ吐出する燃料ポンプ５を有する。
燃料ポンプ５は、燃料の流量を調整する流量調整弁６、および、燃料を高圧に加圧する高圧ポンプ７を有する。
流量調整弁６の開度は、コモンレール８に蓄えられた燃料の圧力（コモンレール圧）が運転状況（例えば、内燃機関の回転数およびアクセル開度）に基づいて決まる目標コモンレール圧となるように、図示しない制御装置（例えば、ＥＣＵ：Electric Control Unit）によって制御される。
高圧ポンプ７は、ポンプシリンダ内を往復移動する複数のプランジャ（図示略）を備える。
コモンレール８（蓄圧部の一例）には、随時、上述したコモンレール圧を検出し、検出されたコモンレール圧を示す値（以下、検出圧力値という）を異常診断装置１００へ出力する圧力センサ９が設けられている。
なお、図１では、フィードポンプ３が燃料フィルタ４の上流側に設けられる場合を図示したが、これに限定されず、フィードポンプ３は、例えば燃料ポンプ５に設けられてもよい。
また、図１において、燃料フィルタ４の上流側（例えば、燃料タンク２とフィードポンプ３との間）に、燃料フィルタ４とは別の燃料フィルタが設けられてもよい。
このように構成された燃料供給システム１では、燃料タンク２に貯留された燃料は、フィードポンプ３により汲み上げられ、燃料フィルタ４により異物が捕集された後、燃料ポンプ５へ流入する。そして、燃料は、流量調整弁６により内燃機関の運転状況に基づいた流量に調整され、高圧ポンプ７により高圧に加圧されてから、コモンレール８へ吐出される。コモンレール８に蓄えられた燃料は、内燃機関のインジェクタ（図示略）に供給され、インジェクタにより燃焼室へ噴射される。
次に、異常診断装置１００の構成について説明する。
異常診断装置１００は、入力部１１０、算出部１２０、および判定部１３０を有する。
図示は省略するが、異常診断装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路を有する。後述する算出部１２０および判定部１３０の機能は、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
入力部１１０は、圧力センサ９から検出圧力値を随時受け取る。
また、入力部１１０は、クランク角度センサ１０から検出角度値を随時受け取る。検出角度値は、クランク角度センサ１０により検出された内燃機関のクランク軸（図示略）の角度を示す値である。
また、入力部１１０は、アクセル開度センサ１１から検出開度値を随時受け取る。検出開度値は、アクセル開度センサ１１により検出されたアクセルペダル（図示略）の踏み込み量を示す値である。
算出部１２０は、後述する判定部１３０により検出圧力値が目標コモンレール圧未満であると判定された場合に、目標コモンレール圧と検出圧力値との差圧（以下、単に、差圧という）差圧、および、燃料ポンプ５から吐出される燃料の量（以下、吐出量という）を算出する。
なお、目標コモンレール圧は、入力部１１０が他の装置（例えばＥＣＵ）から受け取ってもよいし、算出部１２０が算出してもよい。後者の場合、例えば、算出部１２０は、検出角度値に基づいて内燃機関の回転数を算出し、内燃機関の回転数およびアクセル開度に応じて目標コモンレール圧が定められたマップから、算出された内燃機関の回転数および検出されたアクセル開度に対応する目標コモンレール圧を特定する。
また、吐出量の算出処理は、次のように行われる。例えば、まず、算出部１２０は、検出開度値に基づいて内燃機関の回転数を算出する。次に、内燃機関の回転数およびアクセル開度に応じて目標噴射量が定められたマップから、上述したように算出された内燃機関の回転数および検出開度値に対応する目標噴射量（単位は、例えば、ｍｍ３／ｓｔ）を特定する。次に、算出部１２０は、（目標噴射量）×（内燃機関の回転数）によって吐出量（単位は、例えば、ｍｍ３／ｓｅｃ）を算出する。
以下では、算出部１２０により算出された差圧を「算出差圧」といい、算出部１２０により算出された吐出量を「算出吐出量」という。
判定部１３０は、検出圧力値が目標コモンレール圧未満であるか否かを判定する。検出圧力値が目標コモンレール圧未満である場合、判定部１３０は、差圧および吐出量の算出を算出部１２０に指示する。
また、判定部１３０は、算出差圧および算出吐出量が予め定められた範囲（以下、設定範囲という）内にある状態で、予め定められた時間（以下、設定時間という）が経過したか否かを判定する。
ここで、図２を用いて、設定範囲の例について説明する。図２は、設定範囲の一例を示す図である。図２において、横軸は吐出量であり、縦軸は差圧である。
図２に示した設定範囲Ｒは、差圧が閾値ＴＨ１（第１閾値の一例）以上、閾値ＴＨ２（第２閾値の一例）未満であり、かつ、吐出量が閾値ＴＨ３（第３閾値の一例）以上、閾値ＴＨ４（第４閾値の一例）未満の範囲である。
閾値ＴＨ１は、例えば、高圧ポンプに備えられた複数のプランジャの全部が正常に動作している場合の差圧の上限値である。
閾値ＴＨ２は、例えば、複数のプランジャのうち、少なくとも１つが正常に動作しており、かつ、少なくとも１つが故障している場合の差圧の上限値である。
閾値ＴＨ３は、例えば、複数のプランジャのうち、少なくとも１つが正常に動作しており、かつ、少なくとも１つが故障している場合の高圧ポンプの最大吐出可能量の下限値である。
閾値ＴＨ４は、例えば、複数のプランジャの全部が正常に動作している場合の高圧ポンプの最大吐出可能量の下限値である。
上述した閾値ＴＨ１〜ＴＨ４は、予め実施された実験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。
以上、設定範囲について説明した。以下、図１の説明に戻る。
判定部１３０は、算出差圧および算出吐出量が設定範囲内にある状態で設定時間が経過した場合、燃料ポンプ５の高圧ポンプ７に異常が発生したと判定する。ここで、高圧ポンプ７の異常とは、高圧ポンプ７の複数のプランジャのうち、少なくとも１つのプランジャが故障することである。
一方、判定部１３０は、算出差圧および算出吐出量が設定範囲内にある状態で設定時間が経過しなかった場合、燃料ポンプ５の流量調整弁６に異常が発生したと判定する。
そして、判定部１３０は、異常が発生した箇所（流量調整弁６または高圧ポンプ７）を示す診断結果情報を、所定の装置へ出力または無線送信する。
所定の装置は、例えば、車両に搭載された表示装置や記憶装置でもよいし、車両外に設置されたサーバ装置であってもよい。
記憶装置またはサーバ装置に出力された診断結果情報は、例えば、異常が発生したデバイスの製造者や、異常が発生したデバイスを修理または交換する修理者によって、利用される。例えば、所定の装置がサーバ装置である場合、そのサーバ装置から修理者の端末装置へ診断結果情報が送信されることにより、修理者は、車両の修理が持ち込まれる前に、異常発生箇所を把握することができる。
以上、燃料供給システム１および異常診断装置１００の構成について説明した。
次に、異常診断装置１００の動作について、図３を用いて説明する。図３は、異常診断装置１００の動作の一例を示す図である。
まず、入力部１１０は、各種検出値を受け取る（ステップＳ１１）。上述したとおり、例えば、入力部１１０は、圧力センサ９から検出圧力値を受け取り、クランク角度センサ１０から検出角度値を受け取り、アクセル開度センサ１１から検出開度値を受け取る。
次に、判定部１３０は、検出圧力値が目標コモンレール圧未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
検出圧力値が目標コモンレール圧以上である場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、フローは終了する。
一方、検出圧力値が目標コモンレール圧未満である場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、判定部１３０は、差圧および吐出量を算出するように算出部１２０に指示する。
次に、算出部１２０は、目標コモンレール圧と検出圧力値との差圧を算出する（ステップＳ１３）。
次に、算出部１２０は、目標噴射量および内燃機関の回転数に基づいて、吐出量を算出する（ステップＳ１４）。
なお、ここでは、差圧の算出の後に吐出量の算出が行われる場合を例に挙げたが、吐出量の算出の後に差圧の算出が行われてもよい。
次に、判定部１３０は、算出差圧および算出吐出量が設定範囲内である状態で設定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１５）。
算出差圧および算出吐出量が設定範囲内である状態で設定時間が経過した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、判定部１３０は、高圧ポンプ７に異常が発生したと判定する（ステップＳ１６）。上述したとおり、高圧ポンプ７の異常とは、少なくとも１つのプランジャの故障を意味する。
一方、判定部１３０は、算出差圧および算出吐出量が設定範囲内である状態で設定時間が経過しなかった場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、流量調整弁６に異常が発生したと判定する（ステップＳ１７）。
その後、判定部１３０は、判定結果を示す診断結果情報を、所定の装置へ出力または無線送信する。
以上、異常診断装置１００の動作について説明した。
ここまで詳述したように、本実施の形態の異常診断装置１００は、目標コモンレール圧と検出圧力値との差圧が第１閾値以上、第２閾値未満であり、かつ、燃料ポンプの吐出量が第３閾値以上、第４閾値未満である状態で設定時間が経過したか否かを判定する。そして、異常診断装置１００は、上記状態で時間が経過した場合、高圧ポンプに異常が発生したと判定し、上記状態で時間が経過しなかった場合、流量調整弁に異常が発生したと判定する。よって、燃料ポンプ５おいて異常が発生した場合に、燃料ポンプ５を分解して調べる必要がないので、時間や費用をかけずに、燃料ポンプ５における異常発生箇所を特定することができる。
なお、本開示は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、変形例について説明する。
実施の形態では、異常診断装置１００が車両に搭載される場合を例に挙げて説明したが、異常診断装置１００は、車両の外部に備えられてもよい。
その場合、例えば、車両に搭載された無線通信装置（例えば、テレマティクスで用いられる装置）が、各種検出値（例えば、検出圧力値、検出角度値、検出開度値）を、所定のネットワークを介して、異常診断装置１００へ無線送信する。そして、異常診断装置１００は、各種検出値を受信し、それらを用いて、上述した算出処理および判定処理を行う。
本開示の異常診断装置および異常診断方法は、燃料ポンプにおける異常発生箇所の特定に有用である。
１ 燃料供給システム
２ 燃料タンク
３ フィードポンプ
４ 燃料フィルタ
５ 燃料ポンプ
６ 流量調整弁
７ 高圧ポンプ
８ コモンレール
９ 圧力センサ
１０ クランク角度センサ
１１ アクセル開度センサ
１００ 異常診断装置
１１０ 入力部
１２０ 算出部
１３０ 判定部

Claims (4)

  1. 貯留部から汲み上げられた燃料の流量を調整する流量調整弁と、流量が調整された前記燃料を加圧して蓄圧部へ吐出する高圧ポンプとを備えた燃料ポンプの異常を診断する異常診断装置であって、
    前記蓄圧部内の前記燃料の圧力の検出値を受け取る入力部と、
    前記検出値が前記圧力の目標値未満である場合、前記目標値と前記検出値との差圧と、前記燃料ポンプから吐出される前記燃料の吐出量とを算出する算出部と、
    前記差圧が第１閾値以上、第２閾値未満であり、かつ、前記吐出量が第３閾値以上、第４閾値未満である状態で、予め設定された時間が経過したか否かを判定する判定部と、を有し、
    前記判定部は、
    前記時間が経過した場合、前記高圧ポンプに異常が発生したと判定し、
    前記時間が経過しなかった場合、前記流量調整弁に異常が発生したと判定する、
    異常診断装置。
  2. 前記第１閾値は、前記高圧ポンプに備えられた複数のプランジャの全部が正常に動作している場合の前記差圧の上限値であり、
    前記第２閾値は、前記複数のプランジャのうち、少なくとも１つが正常に動作しており、かつ、少なくとも１つが故障している場合の前記差圧の上限値であり、
    前記第３閾値は、前記複数のプランジャのうち、少なくとも１つが正常に動作しており、かつ、少なくとも１つが故障している場合の前記高圧ポンプの最大吐出可能量の下限値であり、
    前記第４閾値は、前記複数のプランジャの全部が正常に動作している場合の前記高圧ポンプの最大吐出可能量の下限値である、
    請求項１記載の異常診断装置。
  3. 前記算出部は、
    前記蓄圧部から供給された前記燃料の噴射を行うインジェクタの目標噴射量と、内燃機関の回転数とに基づいて、前記吐出量を算出する、
    請求項１または２に記載の異常診断装置。
  4. 貯留部から汲み上げられた燃料の流量を調整する流量調整弁と、流量が調整された前記燃料を加圧して蓄圧部へ吐出する高圧ポンプとを備えた燃料ポンプの異常を診断する異常診断方法であって、
    前記蓄圧部内の前記燃料の圧力の検出値を受け取るステップと、
    前記検出値が前記圧力の目標値未満である場合、前記目標値と前記検出値との差圧と、前記燃料ポンプからの前記燃料の吐出量とを算出するステップと、
    前記差圧が第１閾値以上、第２閾値未満であり、かつ、前記吐出量が第３閾値以上、第４閾値未満である状態で、予め設定された時間が経過したか否かを判定するステップと、
    前記時間が経過した場合、前記高圧ポンプに異常が発生したと判定する一方、前記時間が経過しなかった場合、前記流量調整弁に異常が発生したと判定するステップと、を含む、
    異常診断方法。
JP2018055187A 2018-03-22 2018-03-22 異常診断装置および異常診断方法 Active JP7091757B2 (ja)

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