JP3798615B2

JP3798615B2 - 高圧燃料供給系の異常検出装置

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Publication number: JP3798615B2
Application number: JP2000329448A
Authority: JP
Inventors: 元一村上; 辰優杉山; 英嗣竹本
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: EP1201905A3; EP1201905A2; ES2252131T3; DE60115812D1; EP1201905B1; JP2002130023A; DE60115812T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧燃料供給系の異常検出装置に関し、詳細には内燃機関の高圧燃料噴射系統からの燃料洩れ等の異常を検出する異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧燃料ポンプから共通の蓄圧室（コモンレール）に燃料を供給し、この蓄圧室に各気筒毎の燃料噴射弁を接続して蓄圧室内の高圧燃料を各気筒に噴射する、いわゆるコモンレール式の燃料噴射装置が知られている。
コモンレール式の燃料噴射装置においては極めて高い圧力の燃料が使用されるため、各部からの燃料洩れ等の異常を確実に検出する必要があり、このため、燃料洩れ等の異常検出方法が種々提案されている。
【０００３】
この種の異常検出方法としては、例えば特開平１０−２９９５７号公報に記載されたものがある。同公報の装置では、コモンレール内の燃料圧力を検出する圧力センサを設け、燃料噴射弁からの燃料噴射開始前と終了後のコモンレール内燃料圧力の差、すなわち燃料噴射によるコモンレール内の圧力降下を実測するとともに、機関運転状態から定まる燃料噴射量と燃料の体積弾性係数の温度、圧力による変化とに基づいて燃料噴射開始前と終了後のコモンレール内の燃料圧力を推定し、上記圧力降下の実測値と圧力降下の推定値との間の偏差が予め定めた判定値より大きいときに燃料噴射系統に異常が生じたと判定する異常検出手段を備えている。
【０００４】
すなわち、上記装置では、内燃機関の運転状態（負荷）から１回の燃料噴射における噴射量Ｑを算出し、この燃料噴射量Ｑを用いて燃料噴射前後のコモンレール内燃料圧力降下推定値ΔＰを、ΔＰ＝（Ｋ／Ｖ）×Ｑとして算出する。ここで、上記式中のＫは燃料の体積弾性係数であり、Ｖはコモンレール容積、コモンレールまでの高圧供給配管容積、コモンレールから燃料噴射弁までの配管容積を含む高圧部容積でありＶは一定値とされる。また、上記体積弾性係数Ｋは、例えば燃料噴射開始前または終了後の圧力センサで検出した実際の燃料圧力と温度とに基いて決定される。コモンレール式燃料噴射装置では、一般に燃料圧力は運転条件に応じて極めて広い範囲(例えば、１０ＭＰａから１５０ＭＰａ）で変化するため、洩れ判定時の実際の燃料圧力と温度とに基いて体積弾性係数を決定する事により、正確な洩れ検出が可能となる。
【０００５】
燃料噴射前後のコモンレール圧力降下は圧力降下検出期間（判定期間）内にコモンレールから流出する燃料量に比例することになる。従って、実際に燃料噴射前後にコモンレールから流出した燃料量がＱに等しければ、燃料噴射前後のコモンレール圧力降下実測値は上記推定値ΔＰに等しくなるはずである。このため、コモンレール内圧力降下の実測値と推定値ΔＰとの差が所定の判定値以上である場合、例えば実際の圧力降下が推定値ΔＰよりある程度以上大きい場合には、実際には燃料噴射量の指令値Ｑより多くの量の燃料がコモンレールから流出しているため、燃料系（コモンレール、燃料噴射弁等）から燃料の漏れが生じていると判定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記特開平１０−２９９５５７号公報のように、燃料噴射前後のコモンレール圧力変化に基いて燃料洩れ等の異常を検出する場合には、燃料噴射期間と燃料ポンプからの燃料圧送期間とが重複していないことが必要となる。
すなわち、燃料噴射と燃料圧送期間とが重複している場合には、燃料噴射により燃料がコモンレールから流出すると同時に、コモンレールに燃料ポンプから燃料が流入する場合が生じる。このため、燃料噴射による圧力降下と燃料の流入による圧力上昇とが相殺され、実際には洩れが生じていても燃料噴射前後のコモンレール圧力変化が小さくなる場合が生じる。この場合にも、燃料噴射期間中に燃料ポンプからコモンレールに供給される燃料量が正確に算出できれば、洩れの判定は可能となる。しかし、実際には、燃料は燃料ポンプの圧送期間中全体にわたって連続的にコモンレールに供給されるわけではなく、燃料噴射期間中に実際にコモンレールに供給される燃料量を正確に算出する事は困難である。例えば、吸入調量式の吐出量制御を行う燃料ポンプでは、ポンプの圧送行程開始後実際にコモンレールに燃料の供給が開始されるまでのタイミングを調節する事によりコモンレールへの燃料供給量を機関運転状態に応じて制御している。また、燃料ポンプからコモンレールへの正確な燃料供給開始時期と開始後の単位時間当たりの燃料供給量(燃料圧送率）はポンプ製品毎の公差によるばらつきがあり、ある特定の期間(例えば燃料噴射前後の圧力検出期間)にコモンレールに流入する燃料量を正確に算出する事は困難である。
【０００７】
上記特開平１０−２９９５５７号の燃料噴射装置は４気筒内燃機関において機関１回転当たり２回圧送を行うポンプを使用しているため、燃料噴射期間とコモンレールへの燃料供給とが重複しないように燃料圧送期間を設定する事が可能となっている。しかし、例えば機関１回転当たり１回の燃料噴射を行う燃料ポンプを使用するような場合には、４気筒内燃機関では１回の燃料圧送期間中に２回の燃料噴射が行われるため、燃料噴射中にコモンレールに燃料が供給される事態が生じてしまう。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑み、燃料圧送期間が長い燃料ポンプを使用する場合にも判定期間中にコモンレールに流入する燃料の影響を最小限に抑制して正確な燃料系の異常検出を行うことが可能な高圧燃料供給系の異常検出装置を提供する事を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関に所定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁が接続される、加圧燃料を貯留する蓄圧室と、該蓄圧室内の燃料圧力が所定値になるように所定のタイミングで蓄圧室に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧室内の実際の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、を備え、前記圧力検出手段により検出した、予め定めた判定期間内の前記蓄圧室内の実際の燃料圧力変動と、機関運転条件に基いて算出される前記判定期間内の前記蓄圧室内の燃料圧力変動推定値とを比較することにより、燃料噴射系統の異常を検出する高圧燃料供給系統の異常検出装置において、前記燃料噴射弁からの燃料噴射は、前記燃料ポンプからの燃料圧送中に行われ、前記判定期間は前記燃料ポンプからの燃料圧送中の、実際に蓄圧室に流入する燃料量が最も少なくなると予測される期間に設定され、、前記判定期間の開始時期は前記燃料ポンプの燃料圧送行程開始時に設定され、前記判定期間の終了時期は判定期間の長さの関数として表される判定可能燃料洩れ流量と、前記燃料ポンプの燃料圧送開始後の期間の長さの関数として表される燃料圧送量期待値との和が最小となる時期に設定される、高圧燃料供給系の異常検出装置が提供される。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明では蓄圧室内の圧力変動に基いて異常の有無を判定する際に、燃料ポンプから蓄圧室への燃料の流入が最も少なくなると予測される期間に圧力変動を検出する。燃料ポンプの燃料圧送中には常に蓄圧室に燃料が流入しているわけではなく、通常、蓄圧室への燃料供給量制御のためポンプの燃料圧送行程中蓄圧室への燃料供給が行われない期間が生じる。この燃料供給を行わない期間は機関負荷、回転数等の機関運転状態に応じて変化するが、例えば燃料ポンプ流量調節（調量)方式により、ポンプの燃料圧送行程の前半に設定される場合と後半に設定される場合とがある。本発明では、燃料ポンプの調量方式等から見て最も蓄圧室供給される燃料量が少なくなると予測される期間、すなわち燃料ポンプから蓄圧室への燃料供給が休止される確率の高い期間に蓄圧室内の圧力変動を検出する事により異常の判定を行う。これにより、燃料ポンプの燃料圧送期間が長いポンプを使用した場合にも、圧送期間中に蓄圧室に流入する燃料の影響を最小限に抑制して精度の高い異常判定を行うことが可能となる。
【００１１】
更に本発明では、燃料ポンプの燃料圧送行程開始とともに圧力変動を計測する判定期間が開始される。圧力変動の計測に基いて燃料洩れの有無を判定する場合には、判定期間中の圧力変動の大きさと、判定期間中に燃料ポンプから蓄圧室に流入する燃料量とにより異常判定精度が定まる。例えば、判定期間中に同一の大きさの圧力変動があった場合でも、実際の蓄圧室からの燃料洩れ（流量）の大きさは判定期間が短いほど大きく、長いほど小さくなる。従って、判定可能な洩れ流量の下限値は判定期間が長いほど小さくなり、判定精度が向上する。一方、燃料ポンプの圧送行程開始とともに判定期間を開始する場合には、判定期間が長くなるほど実際に燃料ポンプから蓄圧室に燃料が流入する確率が高くなる。この場合、実際に蓄圧室に流入する燃料量が多くなるほど判定精度は低下することになる。すなわち、判定期間を長く設定するほどポンプから蓄圧室に流入する燃料により判定精度が低下し、逆に判定期間が長くなるほど圧力変動検出により検出可能な洩れ下限値は小さく ( 判定精度が良く）なる。そこで、本発明では、判定の誤差要因となる、蓄圧室に流入すると予測される燃料量 ( 流入燃料の期待値）が出来るだけ小さく、かつ、判定可能な洩れ流量下限値ができるだけ小さくなるように、流入燃料の期待値と判定可能な洩れ流量との両方を判定期間長さの関数として表し、これらの和が最小になる期間を判定期間として設定している。これにより、判定期間は最も判定誤差が小さくなるように設定され流入燃料の影響を最小限に抑制した精度の高い判定が行われる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記燃料ポンプは、燃料ポンプの燃料圧送行程開始後、機関運転状態に応じて定められた期間燃料ポンプからの吐出燃料の前記蓄圧室への供給を停止する吸入調量式吐出量制御装置を備え、前記判定期間は前記燃料ポンプからの燃料圧送期間の前半に設定された、請求項１に記載の異常検出装置が提供される。
【００１３】
すなわち請求項２の発明では、燃料ポンプは吸入調量式の吐出量制御装置を備えている。吸入調量式吐出制御装置を有するポンプでは、ポンプの吸入行程時に要求される吐出量だけの燃料しかポンプに吸入させないため圧送行程初期にはポンプから燃料が吐出されない燃料供給の休止期間が生じる。休止期間は機関負荷等の機関運転条件により定まるため一定しないが、吸入調量式の場合には圧送行程の前半には休止期間が生じている確率が高く、最も蓄圧室に流入する燃料流量が小さくなる。そこで、本発明では燃料ポンプ圧送行程の前半に判定期間を設定する事により、判定期間中に蓄圧室に流入する燃料の影響を最小限に抑制して精度の高い異常判定を行うことを可能としている。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、前記判定可能洩れ流量は、前記圧力検出手段の圧力検出精度と前記蓄圧室の容積とに基いて算出される、請求項２に記載の異常検出装置が提供される。
すなわち、請求項３の発明では請求項２の判定可能洩れ流量は、圧力検出手段の圧力検出精度(検出可能な圧力変動の最小値)と蓄圧室容積とに基いて算出される。圧力変動に基いて洩れ流量の大きさを推定する場合には、例えば洩れの大きさが同一であっても蓄圧室の容積が大きいほど圧力変動は小さくなる。また、検出可能な洩れ流量は、圧力検出手段で検出可能な最小圧力変動の大きさが小さいほど、すなわち圧力検出手段の検出精度が高いほど小さくなる。このため、判定可能な洩れ流量は、圧力検出手段の検出精度から定まる検出可能な圧力変動と、蓄圧室の容積との積に比例するようになる。一般に、蓄圧室にアナログ出力の圧力センサを設けて、センサ出力をＡＤ変換して判定に用いるような場合には、検出可能な圧力変動最小値はＡＤ変換誤差（分解能）により定まる。本発明では、圧力検出手段の検出精度と蓄圧室容積とに基いて判定可能洩れ流量を設定する事により、検出誤差の影響を最小に抑制した精度の高い判定が行われる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、前記燃料圧送量期待値は、前記燃料ポンプ燃料圧送開始後の燃料ポンプの理論吐出量に等しい、請求項２に記載の異常検出装置が提供される。
すなわち、請求項４に記載の発明では、請求項２の燃料圧送量期待値としては燃料ポンプの燃料ポンプの理論吐出量が使用される。判定期間中に燃料ポンプから蓄圧室に流入する燃料量は機関負荷等に応じて制御されるため一定しないが、ポンプの理論吐出量（容積型ポンプにおいては、圧送行程中のプランジャ移動距離とシリンダ断面積との積として表される幾何学的圧送量）より大きくなる事はない。すなわち、蓄圧室への燃料流入により生じうる最大誤差は判定期間内の燃料ポンプの理論吐出量になる。本発明では、この最大誤差が生じる場合を想定して燃料圧送量期待値を設定した事により、例えば機関負荷が極めて大きく実際に蓄圧室に供給される燃料量が燃料ポンプの理論圧送量に近づいたような場合にも正確な異常判定を行うことが可能となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、前記燃料圧送量期待値は、燃料圧送開始後の各時点において前記燃料ポンプから前記蓄圧室への燃料供給が実際に行われる確率と、各時点における燃料ポンプの理論吐出量から算出される燃料流量とに基いて算出される、請求項２に記載の異常検出装置が提供される。
すなわち、請求項５の発明では、請求項２の発明において燃料圧送量期待値が実際に蓄圧室に燃料供給が行われる確率に基いて算出される。例えば、判定期間中の各時点において、燃料ポンプから蓄圧室に実際に燃料が供給される確率を考えると、判定期間開始直後（例えば、燃料ポンプの圧送行程開始直後）から蓄圧室に燃料が供給されるのは極めて機関負荷が高い場合のみであるため、判定期間開始直後に蓄圧室に実際に燃料が供給されるようになる確率は低い。また、燃料ポンプの圧送行程開始後時間が経過すると、機関負荷が低い場合でも燃料ポンプから蓄圧室に燃料が供給されるようになるため、判定期間の終了近くの時期では実際に燃料ポンプから蓄圧室に燃料が供給される確率が高くなる。本発明では、例えば通常の機関の運転履歴などに基いて、判定期間開始後の期間長さと実際に蓄圧室への燃料供給が行われる確率とを実験などにより予め求めてあり、各時点の上記確率と燃料ポンプの理論吐出量（幾何学的圧送量）に上記確率を乗じた値をその時点の燃料圧送量期待値として算出する。判定期間中における燃料圧送量期待値は、上記各時点の燃料圧送量期待値を積算することにより算出される。これにより、より精度の高い判定期間の設定が可能となり、蓄圧室に流入する燃料の影響を最小に抑制した精度の高い判定が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
図１において、１は内燃機関１０（本実施形態では４気筒ディーゼル機関）の各気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁、３は各燃料噴射弁１が接続される共通の蓄圧室（コモンレール）を示す。コモンレール３は、後述する高圧燃料供給ポンプ５（以下「燃料ポンプ」という）から供給される加圧燃料を貯留し、各燃料噴射弁１に分配する機能を有する。
【００２１】
また、図１において７は機関１０の燃料（本実施形態では軽油）を貯留する燃料タンク、９は燃料ポンプに低圧配管１３を介して燃料を供給する低圧フィードポンプを示している。
また、燃料ポンプ５から吐出された燃料は、高圧配管１７を通ってコモンレール３に供給され、コモンレール３から各燃料噴射弁１を介して内燃機関の各気筒内に噴射される。
【００２２】
図１に２０で示すのは、機関の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ２０は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ２０は、後述するように燃料ポンプ５の吸入調量弁５ａの開閉動作を制御してポンプ５からコモンレール３に圧送される燃料量を調整し、コモンレール３内の燃料圧力を機関負荷、回転数等に応じて制御する燃料圧力制御を行う。また、ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１の開弁時間を制御して気筒内に噴射される燃料量を制御する燃料噴射制御を行う。
【００２３】
上記制御のため、ＥＣＵ２０の入力ポートには、コモンレール３に設けた燃料圧力センサ３１からコモンレール３内の燃料圧力に対応する電圧信号がＡＤ変換器３４を介して入力されている他、機関アクセルペダル（図示せず）に設けたアクセル開度センサ３５からアクセルペダルの操作量（踏み込み量）に対応する信号が同様にＡＤ変換器３４を介して入力されている。
【００２４】
更に、ＥＣＵ２０の入力ポートには、機関のクランク軸近傍（図示せず）に設けたクランク角センサ３７から、クランク軸が基準回転位置（例えば第１気筒の上死点）になったときに発生する基準パルス信号と、クランク軸一定回転角毎に発生する回転パルス信号との２つの信号が入力されている。
ＥＣＵ２０は、上記の回転パルス信号の間隔からクランク軸回転速度を算出するとともに、基準パルス信号入力後に入力する回転パルス信号を計数することによりクランク軸の回転角（位相）ＣＡを検出する。
【００２５】
また、ＥＣＵ２０の出力ポートは、駆動回路４０を介して燃料噴射弁１に接続され、各燃料噴射弁１の作動を制御している他、駆動回路４０を介して燃料ポンプ５の吸入調量弁５ａの開閉を制御するソレノイドアクチュエータに接続され、ポンプ５の圧送量を制御している。
本実施形態では、燃料ポンプ５は２つのシリンダを有するプランジャポンプの形式とされている。ポンプ５の各シリンダ内のプランジャは、ポンプ内のプランジャ駆動軸に形成されたカムに押圧されてシリンダ内を往復運動する。また、各シリンダの吸入ポートには、ソレノイドアクチュエータにより開閉駆動される吸入調量弁が設けられている。本実施形態ではプランジャ駆動軸は機関１０のクランク軸（図示せず）により駆動され、クランク軸と同期してクランク軸の２分の１の速度で回転する。また、ポンプ５のプランジャ駆動軸には、それぞれのプランジャと係合する部分にリフト部を１つ持つカムが形成されており、ポンプ５のプランジャは機関１０の各気筒のストロークに同期して燃料を吐出するようになっている。本実施形態では、ポンプ１０の２つのシリンダはクランク軸が７２０度回転する間にそれぞれ１回、機関回転に同期してコモンレール３に燃料を圧送する。すなわち、本実施形態では機関１０のクランク軸が７２０度回転する間に燃料ポンプ５から２回の燃料圧送が行われ、１回の燃料圧送で２気筒分（２回の）燃料噴射が行われることになる。
【００２６】
また、本実施形態では、いわゆる吸入調量式の燃料ポンプ吐出量制御が行われれており、ＥＣＵ２０はポンプの各シリンダのプランジャの下降（吸入）行程における吸入調量弁５ａの閉弁時期を変化させることにより燃料ポンプ５の圧送行程における燃料油吐出流量を制御する。すなわち、本実施形態ではＥＣＵ２０は各シリンダがカムリフト頂部を通過して吸入行程が開始されると、吸入行程開始後所定の期間吸入調量弁５ａのソレノイドアクチュエータに通電を行い、吸入調量弁５ａを開弁保持する。これにより、プランジャの下降とともに燃料がシリンダに流入する。また、ＥＣＵ２０は上記所定期間が経過するとソレノイドアクチュエータの通電を停止して吸入調量弁５ａを閉弁する。これにより、その後の吸入行程中はシリンダには燃料が供給されなくなり、プランジャは下降を停止したまま保持され、カムとプランジャとは離間する。そして、再度圧送行程が開始されて上記により下降停止位置に保持されたプランジャに接触する位置まで回転するとプランジャがカムに押動されるようになり、実際に燃料ポンプ５から燃料が吐出され、逆止弁１５を通ってコモンレール３に供給される。この場合、各シリンダからは吸入行程でポンプ室に吸入された量だけの燃料しかコモンレール３には圧送されないため、吸気弁５ａの開弁時間を制御することによりコモンレール３に供給する燃料量を制御する事が可能となる。このように吸入調量式の燃料ポンプ吐出量制御を行う場合には、燃料ポンプの圧送行程が開始されてから燃料供給量に応じた期間だけコモンレール３への燃料供給が停止される。
【００２７】
本実施形態では、ＥＣＵ２０は機関負荷、回転数に応じて予めＲＯＭに格納した関係に基づいて目標コモンレール燃料圧力を設定するとともに、燃料圧力センサ３１で検出したコモンレール燃料圧力が設定した目標コモンレール燃料圧力になるようにポンプ５の吐出量をフィードバック制御する。また、ＥＣＵ２０は機関負荷、回転数に応じて予めＲＯＭに格納した関係に基づいて燃料噴射弁１の開弁時間（燃料噴射時間）を制御する。
【００２８】
本実施形態ではコモンレール３の燃料圧力を機関運転条件に応じて変化させることにより、燃料噴射弁１の噴射率を運転条件に応じて調節し、燃料圧力と燃料噴射時間とを変化させることにより燃料噴射量を運転条件に応じて調節している。このため、本実施形態のようなコモンレール式燃料噴射装置では、コモンレール内の燃料圧力は機関の運転条件（負荷、回転数）に応じて極めて広い範囲で（例えば、１０ＭＰａから１５０ＭＰａ程度までの範囲で）変化することになる。
【００２９】
次に、本実施形態における燃料噴射系統の異常検出原理について説明する。
図２は、燃料ポンプ５の幾何学的送油率（プランジャの単位クランク角当たり移動量とシリンダ断面積との積、すなわち吸入調量を行わない場合に燃料ポンプから単位クランク角当たりに吐出される燃料の体積）と燃料洩れがない場合のコモンレール３の圧力変動とを示すタイミング図であり、図２の横軸はクランク角ＣＡで表してある。
【００３０】
図２は燃料ポンプ５の１行程サイクル（機関１０のクランク回転角で７２０度）における変化を示しており、この期間では燃料ポンプ５の２つのシリンダ（＃１及び＃２シリンダ）では各１回の燃料圧送行程が行われる。また、本実施形態では４気筒機関が使用されているため、合計４回の燃料噴射が行われる。このため、燃料ポンプ５の各圧送行程では２回の燃料噴射が行われ、圧送行程中に燃料噴射が行われるようになる。図２にＦＪ１、ＦＪ２、及びＦＪ３、ＦＪ４で示すのは各圧送行程における燃料噴射タイミングである。図２に示すように、燃料噴射は各シリンダ＃１、＃２のそれぞれの圧送行程の前半（ＦＪ１、ＦＪ３）と後半（ＦＪ２、ＦＪ４）にそれぞれ１回ずつ行われる。
【００３１】
本実施形態では、燃料供給系の洩れ等の異常の有無をある一定期間（判定期間）におけるコモンレール圧力変動に基いて検出する。
すなわち、コモンレール３を含む高圧燃料供給系の全容積をＶＰＣ、コモンレール３内の燃料圧力、温度における燃料油の体積弾性係数をＫ、判定期間中にコモンレール３から外部に流出する燃料体積をＱＯＵＴ、判定期間中にコモンレール３に流入する燃料体積をＱＩＮとすると、判定期間開始時と終了時とにおけるコモンレール圧力の差ＤＰＤは以下の式で表される。
【００３２】
ＤＰＤ＝（Ｋ/ＶＰＣ）×（ＱＩＮ−ＱＯＵＴ）…（１）
ここで、コモンレール３から外部に流出する燃料量ＱＯＵＴは、例えば判定期間中に行われた燃料噴射の噴射量、燃料噴射弁からの定常リーク料等の合計、コモンレール３に流入する燃料量ＱＩＮは、燃料ポンプ５からコモンレール３に供給される燃料量であり、いずれも標準圧力（例えば０．１ＭＰａ）に換算した体積で表される。本実施形態では、上記（１）式により算出した判定期間中の圧力変動ＤＰＤと、圧力センサ３１で検出した判定期間開始時と終了時とにおける実際のコモンレール圧力ＣＰ１とＣＰ２（図２）との差ＤＰＤＡ（＝ＣＰ２−ＣＰ１）とを比較することによりコモンレール３の異常の有無を算出する。すなわち、実際のコモンレール圧力変動ＤＰＤＡが、（１）式で算出した圧力変動推定値ＤＰＤより小さい場合（ＤＰＤＡ＜ＤＰＤ＜０）には、コモンレールから流出する燃料の量が予測した値ＱＯＵＴより大きいことを意味し、燃料噴射弁１やコモンレール３等を含む高圧燃料供給系に洩れが生じたと判定することができる。
【００３３】
ところが、このように圧力変動推定値ＤＰＤに基いて洩れの有無を判定するためには、ＱＯＵＴとＱＩＮとを正確に予測する必要がある。ここで、燃料噴射量はＥＣＵ２０により精密に制御されているため、正確に予測が可能である。また、燃料噴射弁からの定常リーク量も比較的正確に予測することができるため、ＱＯＵＴは正確に予測することができる。ところが、ある特定の期間内に燃料ポンプ５からコモンレール３に供給される燃料量を正確に予測することは困難である。
【００３４】
燃料ポンプ５の圧送行程中の各時点における送油率は、は、製品毎に公差内でばらつきが生じている。燃料ポンプ５の１回の圧送行程でコモンレール３に供給される燃料の量の合計はコモンレール３の圧力に基いてフィードバック制御されているため、圧送行程全体で見ればコモンレール３に供給される燃料量は正確に制御されている。ところが、圧送期間中の一部の特定の期間だけを選択してこの期間内に燃料ポンプ５からコモンレール３に流入する燃料量を正確に算出することは、上記送油率の製品毎のばらつきのために困難となる。このため、上記（１）式を用いて正確に洩れを判定するためには、燃料ポンプ５の製品毎の公差管理を厳しくして製品毎の送油率のばらつきを極めて小さくする必要があり、燃料ポンプ５のコストアップが生じる。
【００３５】
そこで、本実施形態では燃料ポンプ５の圧送行程中であっても実際にコモンレールに燃料が供給されない確率の大きい圧送行程前半に判定期間を設定することにより燃料ポンプ５の製品毎の公差を小さく設定することなく正確な判定を行なっている。
前述したように、吸入調量式の吐出量制御を行なう場合には、燃料ポンプ５の圧送行程が開始されてから所定の休止期間経過後にコモンレール３に燃料が供給される期間（実圧送期間）が開始される（図２）。また、休止期間はコモンレール３への燃料供給量が大きくなるほど、すなわち機関負荷が増大するほど短くなり、極めて負荷の大きい状態では休止期間はほとんど存在しなくなる。しかし、通常運転条件下では、必ず燃料ポンプ５の圧送行程前半には休止期間が存在する。この休止期間では燃料ポンプ５からコモンレール３には燃料が供給されないため、燃料ポンプ５の圧送行程中の送油率のばらつきにかかわらずＱＩＮ＝０と置くことができる。
【００３６】
そこで、本実施形態ではコモンレール３の圧力変動を計測する判定期間を図２に示すように燃料ポンプ５の圧送行程開始とともに開始（図２、ａ点）するようにして、圧送行程前半の休止期間中に圧力変動の計測が行なわれる確率が高くなるようにしている。
すなわち、本実施形態では燃料ポンプ５の圧送行程前半に判定期間を設定することにより、（１）式において、ＱＩＮ＝０とおいて、ＤＰＤを、
ＤＰＤ＝−（Ｋ/ＶＰＣ）×ＱＯＵＴ…（２）
として算出し、圧力センサ３１で検出した判定期間開始時（図２、ａ点）と終了時（図２、ｂ点）とのコモンレール３内の圧力ＣＰ１、ＣＰ２から算出される実際の圧力変動ＤＰＤＡ＝ＣＰ２−ＣＰ１を用いて、
ＤＰＤＡ＜ＤＰＤ（ＤＰＤは負の値）であるときに高圧燃料供給系に洩れ等の異常が生じたと判定する。
【００３７】
なお、上記（２）式のＱＯＵＴは、燃料噴射弁からの燃料噴射量とその他の定常的リークとの和であるが、判定期間と燃料噴射時期とが重複していない場合には、ＱＯＵＴの値を定常リークのみとして同様な判定が可能である。
ここで、上記のように燃料圧送行程前半の判定期間内のコモンレール圧力変動の推定値と実測値とに基いて洩れの有無を判定する場合には判定期間の長さ、すなわち判定期間の終了時期（図２、ｂ点）の設定が問題となる。
【００３８】
実際のコモンレール圧力検出では圧力センサ３１で検出可能な圧力変動の最小値（圧力検出精度）は、通常、圧力センサ３１のアナログ出力をＡＤ変換する際の誤差（分解能）により定まる。今、ＡＤ変換の際の分解能がＤ（Ｐａ）とした場合、仮に判定期間中に洩れによるコモンレール圧力の低下の幅（ＤＰＤＡ−ＤＰＤ）がＤ以下であった場合には、圧力センサ３１では圧力変化を検出できない。すなわち、この場合には実際には判定期間中にコモンレール３から、Ｄ×（ＶＰＣ／Ｋ）の量の燃料が洩れていた場合でも洩れが生じていないと判定されてしまうことになる。通常、洩れの大きさＱＬは単位時間にコモンレールから洩出する燃料量で表すため、この場合、検出可能な洩れの大きさ、すなわち洩れの検出誤差ＱＬ１は、ＱＬ１＝Ｄ×（ＶＰＣ／Ｋ）／Ｔで表されることになる。ここで、圧力センサ３１の圧力検出精度Ｄは一定であるため、圧力センサ３１により検出可能な洩れの大きさは判定期間の長さＴに反比例して小さくなる。すなわち、圧力センサ３１の検出精度に基く洩れの検出誤差ＱＬ１は判定期間が長くなるほど、すなわち図２の判定期間終了時期ｂ点が遅くなるほど小さくなる。
【００３９】
一方、図２のように燃料ポンプ５の圧送行程開始と同時に判定期間を開始する場合には、判定期間が長くなるにつれて判定期間中に実圧送期間が始まる可能性が高くなる。本実施形態では、ＱＩＮ＝０と仮定しているため判定期間中に燃料ポンプの実圧送期間が開始すると、判定期間中にコモンレールに流入した燃料の量がそのまま洩れ検出誤差になる。すなわち、判定期間中に仮に量Ｑの燃料がコモンレールに流入したとすると、判定期間中にＱ以上の量の燃料がコモンレールから流出しない限り洩れは検出することができない。従って、判定期間中に量Ｑだけの燃料が流入した場合には、検出できる洩れの大きさ、すなわち洩れの検出誤差はＱＬ２は、ＱＬ２＝Ｑ／Ｔとなる。
【００４０】
本実施形態では、圧力センサ３１の検出精度に基く洩れ検出誤差とコモンレールに流入する燃料量に基く洩れ検出誤差との両方が同時に生じ得る。このため、本実施形態における洩れ検出誤差ＱＥは、ＱＥ＝ＱＬ１＋ＱＬ２＝（Ｄ×（ＶＰＣ／Ｋ）／Ｔ）＋（Ｑ／Ｔ）となる。ここで、判定期間Ｔは時間（秒）で表してあるが、これをクランク角（図２、ａ点からｂ点までのクランク回転角）ＴＣＡに換算すると、本実施形態における洩れ検出誤差ＱＥは、ＱＥ＝Ｃ×（（Ｄ×（ＶＰＣ／Ｋ）／ＴＣＡ）＋（Ｑ／ＴＣＡ））となる。ここで、Ｃは機関回転数により定まる換算定数である。
【００４１】
上述のＱＥの計算式から判るように、洩れ検出誤差ＱＥは判定期間ＴＣＡの関数となり、判定期間の長さに応じて変化する。このため、洩れ検出精度を向上させるためには、洩れ検出誤差ＱＥが最小となるように判定期間ＴＣＡを設定する必要がある。
ところで、上記の洩れ検出誤差ＱＥの計算式中のＱは燃料ポンプの実圧送期間が開始されてからコモンレールに判定期間中に流入する燃料の量である。実際には、燃料ポンプの実圧送期間は期間運転条件（負荷）に応じて変化するため一定せず、また、仮に実圧送期間が同一であっても燃料ポンプ５の製品毎の公差によるばらつきのため判定期間内にコモンレール３に流入する燃料量Ｑにはばらつきを生じており、実際上Ｑを正確に算出することは困難である。そこで、Ｑの値として実際に生じ得る値（期待値）を仮定して、誤差ＱＥが最小になるように判定期間を設定する。
【００４２】
本実施形態ではＱの期待値としてＱが最大になる場合を考えることとする。これは、Ｑが最大になった場合でも検出誤差ＱＥができる限り小さくなるように判定期間を設定するためである。
燃料ポンプ５からコモンレール３に流入する燃料量Ｑが最大になるのは燃料ポンプからの燃料供給の休止期間が全くない場合、すなわち燃料ポンプ５の圧送行程開始と同時に（図２のａ点から）実圧送期間が開始される場合（いわゆる全圧送の状態）であり、このときＱは判定期間中の燃料ポンプ５の幾何学的圧送量に等しくなる。燃料ポンプ５の幾何学的圧送量はクランク角の関数となり、圧送行程前半ではＱＬ２＝Ｑ／ＴＣＡの値も判定期間ＴＣＡが長くなるほど大きくなる。本実施形態では、Ｑの量が最大になる場合を考慮した上で、検出誤差ＱＥが最小になるように判定期間の終了時期（図２、ｂ点）を設定する。
【００４３】
図３は、上述した圧力センサの検出精度に基く洩れ検出誤差ＱＬ１と燃料ポンプ５の幾何学的圧送量に基く洩れ検出誤差ＱＬ２と判定期間（クランク角）ＴＣＡとの関係を示すグラフである。
図３に示すように、圧力センサの検出精度に基く洩れ検出誤差ＱＬ１は判定期間ＴＣＡにほぼ反比例して小さくなるのに対して、燃料ポンプ５の幾何学的圧送量に基く洩れ検出誤差ＱＬ２は判定期間ＴＣＡが長くなるにつれて増大する。このため、図３に示すように、全体としての洩れ検出誤差ＱＥ＝ＱＬ１＋ＱＬ２が最小となる判定期間長さＴＣＡ０が必ず存在するようになる。本実施形態では、予めポンプの幾何学的圧送量と、圧力センサ３１の検出精度（ＡＤ変換誤差）とに基いて、判定期間長さＴＣＡの関数としてＱＬ１とＱＬ２とを算出し、これらの和ＱＥが最小になる判定期間長さＴＣＡ０を決定してある。そして、判定期間開始時（図２、ａ点）を燃料ポンプ５の圧送行程開始時に一致させ、判定期間長さがＴＣＡ０になるように判定期間の終了時点（図２、ｂ点）を設定している。
【００４４】
これにより、本実施形態では判定期間中にコモンレールに流入する燃料量の影響を最小に抑制して精度の高い異常判定を行なうことが可能となっている。
次に、本発明の別の実施形態について説明する。本実施形態では、判定期間ＴＣＡを設定する際の基礎となる、判定期間中にコモンレールに流入する燃料量の期待値Ｑの算出方法が上記実施形態と異なっているだけで、判定方法の他の部分は上記実施形態と同一である。
【００４５】
上述の実施形態では、燃料量Ｑの期待値としてＱが最大になる燃料ポンプ５の全圧送時の幾何学的圧送量を用いている。しかし、実際の運転では燃料ポンプ５が全圧送の状態になるのは極めて機関負荷が高いような特殊な条件下のみであり、通常は燃料ポンプが全圧送の状態になることはほとんどない。そこで、本実施形態では燃料量Ｑの期待値として、燃料ポンプ５の圧送期間の各点で実際の運転上実圧送期間が開始される頻度（確率）を考慮して燃料量Ｑを算出することにより、燃料量Ｑの期待値の算出精度を向上させている。
【００４６】
図４（Ａ）から図４（Ｃ）は、本実施形態の燃料量Ｑの期待値の算出方法を説明する図である。
図４（Ａ）は、燃料ポンプ５の１つのシリンダの圧送行程中の幾何学的送油率（単位クランク回転角当たりに燃料ポンプから吐出される燃料量）の変化を模式的に示す図であり、縦軸は送油率を、横軸はクランク角を表している。また、説明を簡単にするために横軸（クランク角）ｘは、シリンダの圧送行程開始時（プランジャ下死点）を０、圧送行程終了時（プランジャ上死点）をＳで表している。圧送行程開始（ｘ＝０）からクランク角ｘまでの間にシリンダから吐出される燃料量をＱＧ（ｘ）とおくと、ＱＧ（ｘ）は、図の斜線の領域の面積に等しくなる。従って、判定期間の終了時期（図２、ｂ点）のクランク角をＸＢとすると、仮に燃料ポンプが全圧送状態であった場合に判定期間中にコモンレールに流入する燃料量はＱＧ（ＸＢ）で表される。
【００４７】
次に、図４（Ｂ）は、シリンダの圧送行程中にクランク角ｘの時点で実圧送期間が開始される確率を表す確率密度関数Ｆ（ｘ）の値のクランク角ｘによる変化を示している。確率密度関数Ｆ（ｘ）の値は、機関の負荷、回転数を実際の使用状態と同じ変化をさせて運転し、それぞれのクランク角で実圧送期間が開始される回数を計測し、その回数を全体の計測回数で除することにより求められる。なお、Ｆ（ｘ）をｘについて０からＳまで積分した値、０ΣＳ（Ｆ（ｘ））ｄｘの値は１になる。（以下の説明では、記号ＡΣＢ（Ｃ（ｘ））ｄｘは、関数Ｃ（ｘ）をｘについてＡからＢまで積分した値を表すものとする。）
図４（Ｂ）に示すように、確率密度関数Ｆ（ｘ）は、圧送行程初期に近づくほど小さな値となり、圧送行程中央付近で最も大きく、圧送行程終期に近づくほど小さくなる。
【００４８】
今、判定期間の終期をＸＢとすると、ポンプの実圧送期間がクランク角ｘ（ｘ≦ＸＢ）で開始されたとすると、クランク角ｘまではコモンレールには燃料が供給されないため、判定期間中にコモンレールに実際に流入する燃料量は、全圧送時の流入量ＱＧ（ＸＢ）からシリンダのクランク角ｘまでの幾何学的圧送量ＱＧ（ｘ）を引いた値、すなわち、ＱＧ（ＸＢ）−ＱＧ（ｘ）になる。つまり、判定期間の終了時点をＸＢとした時に判定期間内にコモンレールに流入する燃料量は実圧送期間開始点ｘの関数として、ＱＧ（ＸＢ）−ＱＧ（ｘ）として表される。
【００４９】
また、実際の運転中にクランク角ｘからポンプの実圧送期間が開始される確率は、図４（Ｂ）の確率密度関数であらわされるため、実圧送期間がｘで開始されるときのコモンレール流入燃料量の期待値をＱ（ｘ）と置くと、Ｑ（ｘ）は、クランク角ｘからポンプの実圧送期間が開始されたときにコモンレールに流入する燃料量ＱＧ（ＸＢ）−ＱＧ（ｘ）に、クランク角ｘからポンプの実圧送期間が開始される確率Ｆ（ｘ）を乗じた値になる。すなわち、Ｑ（ｘ）＝Ｆ（ｘ）×（ＱＧ（ＸＢ）−ＱＧ（ｘ））となる。
【００５０】
また、上記の流入流量Ｑ（ｘ）は実圧送期間がクランク角ｘで開始されたときの流入燃料量であり、実際には実圧送期間は判定期間（クランク角が０からＸＢまでの期間）の各点で開始される可能性がある。このため、判定期間終了時点をＸＢとしたときの全体としての流入燃料量の期待値Ｑは、Ｑ（ｘ）をｘについて０からＸＢまで積分した値になる。すなわち、
Ｑ＝０ΣＸＢ（Ｑ（ｘ））ｄｘ＝０ΣＸＢ（Ｆ（ｘ）×（ＱＧ（ＸＢ）−ＱＧ（ｘ）））ｄｘ
すなわち、この場合も流入流量の期待値Ｑは判定期間終了時期ＸＢの関数となり、例えば、図４（Ｃ）のように表される。
【００５１】
本実施形態では、上記により求めた流入燃料量の期待値Ｑ（図４（Ｃ））を用いて、前述の実施形態と同様に流入燃料に基く洩れ検出誤差ＱＬ２を算出し、圧力センサの検出精度に基く洩れ検出誤差ＱＬ１とＱＬ２との和ＱＥが最小になる判定期間終了時期ＴＣＡ０を算出する（図５）。
本実施形態によれば、判定期間中にコモンレールに流入する燃料量の期待値をより実際の運転に即した値として算出することが可能となるため、洩れ検出精度を更に向上させることが可能となっている。
【００５２】
なお、上述の各実施形態では吸入調量式の燃料ポンプを使用した場合を例にとって説明したが、本発明は吐出調量式の燃料ポンプを使用する場合にも適用可能である。吐出調量式の燃料ポンプでは、ポンプの吐出側に接続したスピル弁をポンプの圧送行程中に開弁することによりコモンレールへの燃料供給を停止する。スピル弁が開弁されると、燃料ポンプ吐出圧が低下するため、ポンプの吐出逆止弁１５ａが閉弁し、スピル弁開弁後はコモンレールに燃料が到達しなくなる。このため、吐出調量式の燃料ポンプでは、ポンプの圧送行程後半に燃料供給の休止期間が生じることになる。
【００５３】
従って、吐出調量式の燃料ポンプを使用する場合には、ポンプの圧送行程後半に判定期間を置き、例えば判定期間の終了時点をポンプの圧送行程終了時期に一致させて、洩れ検出誤差が最小になるように判定期間の開始時点を設定すればよい。洩れ検出誤差が最小になる判定期間（判定期間の開始時期）の設定方法については、上述の各実施形態と全く同様な方法で決定可能であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００５４】
なお、上述の各実施形態では燃料ポンプの吐出量調整のために燃料の実圧送期間が圧送行程中のどの時点で開始されるかが一定していないが、例えば燃料ポンプのカムプロフィールを調節することにより、燃料ポンプ圧送行程初期に必ず燃料供給の休止期間が生じるようにすることも可能である。図６は、燃料ポンプのカムプロフィール設定の際に圧送行程初期に所定期間だけカムリフトがゼロとなる区間を設けた場合の燃料ポンプ送油率を示す図である。このように、圧送行程中（圧送行程初期または後期）に燃料供給の休止期間が生じるようにポンプのカムプロフィールを設定すれば。この期間は必ずコモンレールに流入する燃料量Ｑは０になるため、この休止期間中に判定期間を設定することにより、正確な洩れ検出が可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、燃料ポンプの圧送期間が長く、判定期間中にもコモンレールに燃料が流入する可能性がある場合においても、コモンレールに流入する燃料の影響を最小限に抑制した正確な高圧燃料供給系の異常検出を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用ディーゼル機関の高圧燃料供給系に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】燃料ポンプの幾何学的送油率と燃料洩れがない場合のコモンレールの圧力変動とを示すタイミング図である。
【図３】判定期間の設定方法を説明する図である。
【図４】図３とは異なる判定期間の設定方法を説明する図である。
【図５】図４の方法に基く判定期間の設定を示す図である。
【図６】燃料ポンプのカムプロフィルを変更して洩れ判定精度を向上させる場合を示す図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
３…コモンレール
５…燃料ポンプ
２０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１…コモンレール圧力センサ

Claims

内燃機関に所定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射弁と、
該燃料噴射弁が接続される、加圧燃料を貯留する蓄圧室と、
該蓄圧室内の燃料圧力が所定値になるように所定のタイミングで蓄圧室に燃料を圧送する燃料ポンプと、
前記蓄圧室内の実際の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、を備え、
前記圧力検出手段により検出した、予め定めた判定期間内の前記蓄圧室内の実際の燃料圧力変動と、機関運転条件に基いて算出される前記判定期間内の前記蓄圧室内の燃料圧力変動推定値とを比較することにより、燃料噴射系統の異常を検出する高圧燃料供給系統の異常検出装置において、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射は、前記燃料ポンプからの燃料圧送中に行われ、前記判定期間は前記燃料ポンプからの燃料圧送中の、実際に蓄圧室に流入する燃料量が最も少なくなると予測される期間に設定され、前記判定期間の開始時期は前記燃料ポンプの燃料圧送行程開始時に設定され、前記判定期間の終了時期は判定期間の長さの関数として表される判定可能燃料洩れ流量と、前記燃料ポンプの燃料圧送開始後の期間の長さの関数として表される燃料圧送量期待値との和が最小となる時期に設定される、高圧燃料供給系の異常検出装置。
前記燃料ポンプは、燃料ポンプの燃料圧送行程開始後、機関運転状態に応じて定められた期間燃料ポンプからの吐出燃料の前記蓄圧室への供給を停止する吸入調量式吐出量制御装置を備え、前記判定期間は前記燃料ポンプからの燃料圧送期間の前半に設定された、請求項１に記載の異常検出装置。
前記判定可能洩れ流量は、前記圧力検出手段の圧力検出精度と前記蓄圧室の容積とに基いて算出される、請求項２に記載の異常検出装置。
前記燃料圧送量期待値は、前記燃料ポンプ燃料圧送開始後の燃料ポンプの理論吐出量に等しい、請求項２に記載の異常検出装置。
前記燃料圧送量期待値は、燃料圧送開始後の各時点において前記燃料ポンプから前記蓄圧室への燃料供給が実際に行われる確率と、各時点における燃料ポンプの理論吐出量から算出される燃料流量とに基いて算出される、請求項２に記載の異常検出装置。