JP3680515B2 - 内燃機関の燃料系診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料圧力を燃圧センサの検出値に基づいて目標燃料圧力にフィードバック制御する内燃機関の燃料系の診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガソリン機関等の火花点火式機関においても、燃料噴射弁の噴孔を燃焼室内に臨ませて設置し、該燃料噴射弁によって燃料を燃焼室内に直接噴射して部分負荷域で成層燃焼を行わせるようにしたものが出てきている。該火花点火式直噴内燃機関によれば、吸気ポートに燃料噴射弁を備えた予混合式の火花点火機関に比較して、燃料の輸送遅れによる過渡運転特性の悪化や排気組成の悪化を抑制できるという利点がある。
【０００３】
この種の直噴機関では、燃料の微粒化効果を高めるため燃料噴射圧力を高める方法として、燃料供給通路の途中に高圧用の燃料ポンプを備えると共に、該燃料ポンプから燃料噴射弁への燃料系に燃圧センサを備え、燃料圧力を運転状態に応じて最適な目標燃料圧力となるように燃料ポンプの吐出圧力をフィードバック制御している (特開平５−３２１７８３号等参照) 。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の燃圧フィードバック制御を行う燃料系の故障診断としては、燃圧センサ及び燃料ポンプ駆動用ソレノイドの断線，短絡といった決定的な故障のみを診断しており、燃圧センサの特性ずれや、燃料圧力制御系の異常（ハーネスの接触不良等を含む) などの機能的な異常を検出できるものではなかった。
【０００５】
この結果、前記のような異常発生時に運転性が悪化したり、修理時に故障部位特定のための時間が掛かるという問題があった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃料系の機能的な異常を異常箇所を特定して診断できるようにした内燃機関の燃料系診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
燃料ポンプから燃料噴射弁に至る燃料系内の燃料圧力を検出する燃圧センサを備え、該燃圧センサの検出値に基づいて燃料圧力を燃料圧力制御系により目標燃料圧力にフィードバック制御する内燃機関において、
前記燃圧センサで検出した燃料圧力が目標燃料圧力に収束しないときは、理論空燃比にフィードバック制御する均質燃焼ストイキ運転を行い、該均質燃焼ストイキ運転中の空燃比のずれが大きいときは前記燃圧センサに異常があると診断し、そうでない場合は前記燃圧センサ以外に異常があると診断することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、図１に示すように、
燃料ポンプから燃料噴射弁に至る燃料系内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、
前記燃圧センサの検出値に基づいて燃料圧力を燃料圧力制御系により目標燃料圧力にフィードバック制御する燃圧フィードバック制御手段と、
を備えた内燃機関において、
前記燃圧センサで検出した燃料圧力が目標燃料圧力に収束するか否かを判別する収束判別手段と、
前記燃料圧力が目標燃料圧力に収束しないときに、理論空燃比にフィードバック制御する均質燃焼ストイキ運転を行わせる均質ストイキ切換手段と、
前記均質ストイキ切換手段による均質燃焼ストイキ運転時、空燃比のずれが大きいときは前記燃圧センサに異常があると診断し、そうでない場合は前記燃圧センサ以外に異常があると診断する燃料系診断手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００８】
以上請求項１及び請求項２の発明によると、
燃料圧力が目標燃料圧力に収束しないときには、燃料センサか燃圧制御系に異常が発生したと判断し、均質燃焼ストイキ運転に切り換える。これにより、異常な状態で成層乃至均質リーン燃焼を継続した場合の不安定な燃焼状態を回避できる。
【０００９】
そして、均質燃焼ストイキ運転での空燃比のずれが大きい場合は、燃圧センサが異常であり、空燃比のずれが無い場合は、燃料圧力制御系に異常があると判別する。燃料センサの検出値が異常な場合は、該検出値に基づき設定される燃料噴射量が適正でないために空燃比のずれを生じ、そうでない場合は、空燃比のずれは生じないが燃圧制御系が異常であるため燃料圧力が目標圧力に収束しないと判断されるからである。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、
目標燃料圧力と検出した燃料圧力との差圧が、設定値以上の状態が所定時間以上継続したときに燃料圧力が収束しないと判別することを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
燃料圧力と目標燃料圧力とのずれが長時間たっても無くならない場合に収束しないと判別でき、また、一時的に差圧が増大した場合は除外されるので、収束しないとの判別つまり異常の有無の判別を正確に行える。
【００１１】
また、請求項４に係る発明は、
前記収束判定用の設定値が目標燃料圧力に応じて設定されていることを特徴とする。
目標燃料圧力が大きい場合は実際の燃料圧力との差圧が大きくなりやすいため設定値を大きめに設定し、目標燃料圧力が小さい場合は実際の燃料圧力との差圧が大きくなりにくいので設定値を小さめに設定することにより、異常に対応した収束の有無を精度良く判定することができる。
【００１２】
また、請求項５に係る発明は、
空燃比のずれを空燃比のフィードバック補正量によって検出し、該フィードバック補正量が上限値又は下限値に張りつくときは、燃圧センサが異常であり、そうでない場合は、燃料圧力制御系に異常があると診断することを特徴とする。
既述したように、燃料センサの検出値が異常な場合は、該検出値に基づき設定される燃料噴射量が適正でないために空燃比のずれを生じ、その結果、該空燃比のずれを修正する方向に空燃比のフィードバック補正量が増大又は減少して上限値又は下限値に張りつく。したがって、このような場合は、燃圧センサに異常があると診断し、そうでない場合は、燃圧制御系が異常であると診断する。
【００１３】
また、請求項６に係る発明は、
燃料を燃料噴射弁から機関の燃焼室内に直接噴射することを特徴とする。
直噴機関において、成層燃焼を行うためには圧縮行程で高圧の燃料を噴射する必要があり、また、運転状態によって適切な燃料圧力が異なるので、燃料圧力のフィードバック制御を行う必要があり、本発明を適用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態の全体システム構成を示す。
図２において、機関１は、電磁式の燃料噴射弁２を、その噴孔を燃焼室３内に臨ませて配置し、吸気ポート４及び吸気弁５を介して燃焼室３内に吸引した新気に対して前記燃料噴射弁２から燃料を噴射して混合気を形成させ、該混合気を点火栓６による火花点火によって着火させる火花点火式直噴機関である。なお、圧縮行程で燃料噴射して点火栓６周りに濃い層状の層混合気を形成して行う成層燃焼と、吸気行程で燃料噴射して均質な混合気を形成して行う均質燃焼とを、運転状態に応じて切り換えるようにしている。
【００１５】
前記機関１の排気は、排気弁７及び排気ポート８を介して燃料室３から排出され、図示しない排気浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。
燃料タンク９内の燃料は、第１の燃料ポンプ10により相対的に低圧で燃料が吐出され、低圧側燃料通路11Ａに介装されたフィルタ12によってろ過された後、フィルタ12下流側の低圧側燃料通路11Ｂにバイパスして設けられた低圧レギュレータ13により一定の低圧に調整された燃料が高圧用の第２の燃料ポンプ14に送られる。
【００１６】
この高圧用の第２の燃料ポンプ14は、機関１のクランク軸やカム軸により直接又はギアやベルトを介して間接的に駆動され、前記低圧の燃料を高圧に加圧して吐出する。該第２のポンプ14から高圧側燃料通路15に吐出した燃料は、第２の燃料ポンプ14と一体に設けられた燃圧制御系としての高圧レギュレータ16により可変な設定燃圧に調整される。該高圧レギュレータ16は、デューティソレノイドを備えデューティ比を制御することにより、設定圧力を調整できるようになっている。
【００１７】
そして、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット17から所定噴射タイミングで送られる機関運転状態に応じた所定幅のパルス信号に応じて、前記燃料噴射弁２が開制御され、前記所定燃圧に調整された燃料を燃焼室３内に噴射供給する。
前記コントロールユニット17には、前記燃料噴射制御のため、機関回転速度検出用であると共に、前記第２の燃料ポンプ14の回転速度検出用でもあるクランク角センサ18、吸入空気流量検出用のエアフローメータ19、前記高圧側燃料通路15内の燃料圧力を検出する燃圧センサ20、排気マニホールド下流に設けられて排気中の酸素の検出に基づいて空燃比を検出する空燃比センサ（酸素センサ) 21等の各種センサからの検出信号が入力されるようになっている。
【００１８】
ここで、コントロールユニット17は、前記噴射パルス信号のパルス幅を制御すると共に、前記噴射パルス信号の出力開始タイミング、即ち、燃料噴射弁２による燃料噴射期間を制御するようになっている。
このようなシステム構成において、前記コントロールユニット17により行われる燃料系の各種制御ルーチンを説明する。まず、燃圧フィードバック制御ルーチンを図３のフローチャートに従って説明する。
【００１９】
ステップ１では、機関回転速度Ｎｅと負荷例えば燃料噴射量ＴＩ等に基づいて目標燃料圧力ｔＦＰを算出する。
ステップ２では、燃圧センサ20によって検出された実際の燃料圧力ＦＰを読み込む。
ステップ３では、前記目標燃料圧力ｔＦＰと実燃料圧力ＦＰとの偏差に基づいてＰＩＤ制御等により、フィードバック制御量を算出する。
【００２０】
ステップ４では、フィードバック制御量により、燃料ポンプ14の高圧レギュレータ16のデューティソレノイドを駆動して燃料の吐出量を制御する。
次に、燃料系の診断ルーチンを、図４のフローチャートに従って説明する。
ステップ１１では、前記燃圧センサ20によって検出された燃料圧力ＦＰの目標燃料圧力ｔＦＰに対する偏差が設定値以上あるか否かを判定する。
【００２１】
ステップ１１で偏差が設定値以上あると判定された場合はステップ１２へ進み、この状態が所定時間以上継続したか否かを判定する。
所定時間以上継続したと判定された場合は、燃料系に異常があると判断してステップ１３へ進む。
ステップ１３では、前記空燃比センサ16からの検出値に基づいて空燃比を理論空燃比にフィードバック制御する均質燃焼ストイキ運転（以下均質ストイキという) を行う。ここで、均質ストイキを行うのは、後述する異常箇所の判別のためであると同時に、燃料系に異常がある場合に成層燃焼に与える影響が大きいため、均質ストイキによって安定した運転性を得るためである。
【００２２】
ステップ１４では、前記均質ストイキ時の空燃比のフィードバック補正量αをＩ制御，ＰＩ制御等により算出する。
ステップ１５では、前記フィードバック補正量αが、理論空燃比相当の基準値（100 ％) に対し、上限値（例えば125 ％) 又は下限値（例えば75％) に張りついた状態であるか否かを判定する。
【００２３】
そして、上限値又は下限値に張りついている場合には、ステップ１６へ進み、燃圧センサ20に異常があると診断する。すなわち、燃料センサの検出値が異常であると、該検出値に基づいて燃料噴射量を制御すると正常な燃料噴射量に制御できず、これを修正する方向にフィードバック補正量が増減して上限値又は下限値に張りついてしまうのである。
【００２４】
また、フィードバック補正量αが上限値又は下限値に張りつかず、中央値を挟んで振動する場合には、正常な空燃比フィードバック制御が行われているため、燃圧センサ20には異常がなく、ステップ17で高圧レギュレータ16の異常、その他ハーネスコネクタの接触不良等であると診断する。
このように、燃料系に異常があると診断された場合は、均質ストイキに制御することにより、成層燃焼や均質リーン燃焼に比較して安定した燃焼を行え、かつ、均質ストイキでの空燃比フィードバック補正量に基づいて燃料センサの異常と、それ以外の異常とを判別できるため、修理時間を短縮できる。
【００２５】
本実施形態において、前記収束判定用のステップ１１での設定値を目標燃料圧力に応じて設定する構成としてもよい。
すなわち、目標燃料圧力が大きい場合は実際の燃料圧力との差圧が大きくなる傾向があるため設定値を大きめに設定し、目標燃料圧力が小さい場合は実際の燃料圧力との差圧が大きくなりにくいので設定値を小さめに設定することにより、異常に対応した収束の有無を精度良く判定することができる。
【００２６】
また、燃料系診断の別の実施形態として、前記図３のステップ15以降において、目標燃圧ＴＦＰと燃料センサ20で検出された燃料圧力ＦＰとの偏差（ＴＦＰ−ＦＰ) の正負と、フィードバック補正量αと基準値１との偏差（α−１) の正負との組み合わせに基づいて、診断を行うようにしてもよい。この場合、燃圧のフィードバック制御は行うが、燃圧検出値に基づく基本燃料噴射量Ｔｐの補正は行わないこととする。
【００２７】
具体的には、燃圧センサ20に異常があって、検出値が上限値又は下限値に張りついたときは、前記偏差（ＴＦＰ−ＦＰ) は負又は正の値をとり、該誤った燃圧検出値に基づいて燃圧のフィードバック制御がなされる結果、検出値の上限値又は下限値に対応して実燃圧は減少又は増大する。この実燃圧の減少又は増大に対して、燃料噴射量の変化を抑制するように空燃比のフィードバック補正値αは、増大又は減少し、前記偏差（α−１) は正又は負の値をとる。そこで、偏差（ＴＦＰ−ＦＰ) が負で偏差（α−１) が正のときは、燃圧センサ20の検出値が上限値に張りつく異常を生じ、偏差（ＴＦＰ−ＦＰ) が正で偏差（α−１) が負のときは、燃圧センサ20の検出値が下限値に張りつく異常を生じたと診断する。
【００２８】
一方、高圧レギュレータ16の制御デューティＤＵＴＹが開弁側に固定されたときは実燃圧ＦＰは目標燃圧ＴＦＰより低下して偏差（ＴＦＰ−ＦＰ) は正となり、制御デューティＤＵＴＹが閉弁側に固定されたときは実燃圧ＦＰは目標燃圧ＴＦＰより増大して偏差（ＴＦＰ−ＦＰ) は負となる。この実燃圧の変化に対応して、基本燃料噴射量Ｔｐが前者では減少、後者では増大するため、空燃比のフィードバック補正値αは、前者では増大して偏差（α−１) は正となり、後者ではαが減少して偏差（α−１) は負となる。そこで偏差（ＴＦＰ−ＦＰ) が正で偏差（α−１) が正のときは、高圧レギュレータ16が開弁側に固定される異常を生じ、偏差（ＴＦＰ−ＦＰ) が負で偏差（α−１) が負のときは、高圧レギュレータ16が閉弁側に固定される異常を生じたと診断する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態の全体システム構成を示す図。
【図３】前記実施形態の燃料圧力フィードバック制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】同じく燃料系診断ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 燃料噴射弁
３ 燃焼室
14 第２の燃料ポンプ
15 高圧側燃料通路
16 高圧レギュレータ
17 コントロールユニット
18 クランク角センサ
20 燃圧センサ

Claims (6)

1. 燃料ポンプから燃料噴射弁に至る燃料系内の燃料圧力を検出する燃圧センサを備え、該燃圧センサの検出値に基づいて燃料圧力を燃料圧力制御系により目標燃料圧力にフィードバック制御する内燃機関において、
   前記燃圧センサで検出した燃料圧力が目標燃料圧力に収束しないときは、理論空燃比にフィードバック制御する均質燃焼ストイキ運転を行い、該均質燃焼ストイキ運転中の空燃比のずれが大きいときは前記燃圧センサに異常があると診断し、そうでない場合は前記燃圧センサ以外に異常があると診断することを特徴とする内燃機関の燃料系診断装置。
2. 燃料ポンプから燃料噴射弁に至る燃料系内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、
   前記燃圧センサの検出値に基づいて燃料圧力を燃料圧力制御系により目標燃料圧力にフィードバック制御する燃圧フィードバック制御手段と、
   を備えた内燃機関において、
   前記燃圧センサで検出した燃料圧力が目標燃料圧力に収束するか否かを判別する収束判別手段と、
   前記燃料圧力が目標燃料圧力に収束しないときに、理論空燃比にフィードバック制御する均質燃焼ストイキ運転を行わせる均質ストイキ切換手段と、
   前記均質ストイキ切換手段による均質燃焼ストイキ運転時、空燃比のずれが大きいときは前記燃圧センサに異常があると診断し、そうでない場合は前記燃圧センサ以外に異常があると診断する燃料系診断手段と、
   を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の燃料系診断装置。
3. 目標燃料圧力と検出した燃料圧力との差圧が、設定値以上の状態が所定時間以上継続したときに燃料圧力が収束しないと判別することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の燃料系診断装置。
4. 前記収束判定用の設定値が目標燃料圧力に応じて設定されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料系診断装置。
5. 空燃比のずれを空燃比のフィードバック補正量によって検出し、該フィードバック補正量が上限値又は下限値に張りつくときは、燃圧センサが異常であり、そうでない場合は、前記燃圧センサ以外に異常があると診断することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料系診断装置。
6. 燃料を燃料噴射弁から機関の燃焼室内に直接噴射することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料系診断装置。

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