JP3910669B2

JP3910669B2 - 燃料ラインの残留ガス検出装置

Info

Publication number: JP3910669B2
Application number: JP30967996A
Authority: JP
Inventors: 年一岩永
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JPH10148163A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン近傍の燃料ライン中に残留する気体成分の有無を検出する燃料ラインの残留ガス検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの燃料供給系では、インジェクタに燃料を分配するデリバリパイプに近接してプレッシャレギュレータを配置し、このプレッシャレギュレータで燃料圧力を調圧する際の余剰燃料をリターン配管を介して燃料タンクにリターンする方式が採用されているが、最近では、燃料ポンプとプレッシャレギュレータとを燃料タンク内に設置し、燃料ポンプから圧送された燃料を設定圧力でリリーフして燃料タンク内で循環させることにより、長い配管長を要する燃料タンク外のリターン配管を廃止するとともに構成を簡素化し、燃料供給系のコスト低減を図ったシステムの提案がなされている。
【０００３】
このような燃料リターン配管を廃止したシステムでは、エンジン近傍のデリバリパイプ内に空気や燃料蒸気等の気体成分が滞留しやすく、この気体成分によって燃料噴射量が減少して空燃比がリーン化し、始動性悪化やドライバビリティの悪化を招くといった問題がある。これに対処するため、例えば、特開平７−３３２１９５号公報には、加圧燃料中の液体成分と気体成分とを分離して気泡を排出する機構を有するデリバリパイプが開示されており、このデリバリパイプでは、デリバリパイプ内を上室と下室とに区画し、端部の燃料噴射弁（インジェクタ）が装着される部位にのみ、上室と下室とを連通する貫通管を設けるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような特定気筒のインジェクタから燃料中の気体成分をパージする機構をデリバリパイプに設けても、燃料切れ等によってデリバリパイプ内へ混入したエアや、高温再始動時あるいは高温状態の運転中に発生したベーパガスが完全にパージされず、デリバリパイプ内にいつまでも残留してエンジン不調となった場合、従来、デリバリパイプ内の残留ガスを検出するような手段は特にないため、残留ガスによる影響と他の要因による影響とを区別することができず、原因究明が困難となる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジン近傍の燃料ライン中に残留する気体成分を特別なセンサを要することなく検出し、エンジン不調時の原因究明を確実なものとすることができる燃料ラインの残留ガス検出装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、エンジン近傍の燃料ラインに、この燃料ライン内の気体成分を特定気筒のインジェクタからパージさせるための機構を備え、エンジン運転状態が設定条件を満足するとき、上記特定気筒のインジェクタのみから設定量の燃料を噴射させる手段と、上記特定気筒のインジェクタからの燃料噴射による空燃比センサの出力変化に基づいて、上記燃料ライン内に残留する気体成分の有無を判断する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記燃料ラインが燃料タンク近傍のプレッシャレギュレータによって調圧された燃料をリターンさせることなく複数のインジェクタに分配するデリバリパイプであることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、上記設定条件を、全気筒燃料カット条件が成立して全気筒の燃料カット実施後に設定時間が経過する条件とすることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明では、エンジン運転状態が設定条件を満足するとき、エンジン近傍の燃料ライン内の気体成分をパージする特定気筒のインジェクタのみから設定量の燃料を噴射させ、この燃料噴射による空燃比センサの出力変化に基づいて燃料ライン内に残留する気体成分の有無を判断する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図面は本発明の実施の一形態を示し、図１は残留ガス検出ルーチンのフローチャート、図２は燃料噴射及びＯ2センサ出力のタイムチャート、図３は残留ガス判定の説明図、図４はエンジン制御系の概略構成図、図５は燃料供給系の概略図、図６は図５のＡ−Ａ断面図である。
【００１１】
図４において、符号１はエンジン（図においては、直列４気筒型エンジン）であり、このエンジン１のシリンダヘッド２に形成された各吸気ポート２ａにインテークマニホルド３が連通され、このインテークマニホルド３に各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ４を介して吸気管５が連通されている。
【００１２】
上記吸気管５の吸入空気取入れ口側には、エアクリーナ６が取付けられており、上記吸気管５の中途に、スロットルバルブ７が設けられ、このスロットルバルブ７に、スロットル開度を検出するスロットル開度センサとスロットルバルブ全閉でＯＮするアイドルスイッチとを内蔵したスロットルセンサ８が連設されている。
【００１３】
また、上記スロットルバルブ７の上流側と下流側とを連通するバイパス通路９に、アイドル空気量を調整するためのアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）バルブ１０が介装され、さらに、上記エアチャンバ４にスロットルバルブ７下流の吸気管圧力を絶対圧で検出する吸気管圧力センサ１１が取付けられている。
【００１４】
また、上記インテークマニホルド３の各気筒の各吸気ポート２ａ直上流側にインジェクタ１２が臨まされている（以下、＃１〜＃４気筒のインジェクタ１２#1〜１２#4をインジェクタ１２で総称する）。さらに、上記シリンダヘッド２には、先端を燃焼室に露呈する点火プラグ１３が各気筒毎に取付けられている。さらに、上記エンジン１のシリンダヘッド２に設けられた冷却水通路１４に冷却水温センサ１５が臨まされている。
【００１５】
上記インジェクタ１２は燃料配管１６を介して燃料タンク１７内の燃料ポンプ１８に連通されており、上記燃料タンク１７内には、タンク底面側の燃料吸入口にストレーナ１９を装着した上記燃料ポンプ１８、及び、この燃料ポンプ１８の吐出口に接続されるプレッシャレギュレータ２０が設けられている。そして、このプレッシャレギュレータ２０によって調圧された燃料が上記燃料配管１６に介装された燃料フィルタ２１から＃１〜＃４気筒のインジェクタ１２#1〜１２#4が装着されるデリバリパイプ２２に圧送され、このデリバリパイプ２２から各気筒のインジェクタ１２#1〜１２#4に分配されるようになっている。
【００１６】
ここで、上記インジェクタ１２の燃料供給系について説明する。図５に示すように、上記燃料タンク１７内の燃料ポンプ１８の吐出口に接続されるプレッシャレギュレータ２０は、上記燃料ポンプ１８から吐出される燃料を上記燃料配管１６に導く導管部と、チェックバルブ２０ａが介装された燃料リターン用の分岐部とを有する構成で、燃料タンク内部で燃料を循環させるタンク内リターン方式のレギュレータとなっている。
【００１７】
すなわち、上記プレッシャレギュレータ２０では、上記燃料ポンプ１８の燃料吐出圧力が上記チェックバルブ２０ａの設定圧力を越えると、上記チェックバルブ２０ａが開弁して燃料ポンプ１８からの吐出燃料の一部を燃料タンク１７内にリターンし、インジェクタ１２に供給する燃料の圧力を燃料タンク１７の内圧に対して一定の圧力に保つ。
【００１８】
尚、燃料タンク内圧は、大気圧と見なして差し支えなく、上記プレッシャレギュレータ２０は、大気圧を基準圧力として一定の相対圧力に燃料圧力を制御することになる。従って、上記プレッシャレギュレータ２０は、燃料タンク内でなく、燃料タンク近傍に設置し、同様に大気圧を基準として燃料圧力を調圧するようにしても良い。
【００１９】
上記プレッシャレギュレータ２０によって設定圧力に調圧された燃料は、燃料フィルタ２１を経てデリバリパイプ２２内に導かれる。このデリバリパイプ２２は、例えば、鋼管２３の長手方向に、各インジェクタ１２#1〜１２#4を装着するためのボス２４#1〜２４#4を固着して形成され、燃料入口側に圧力脈動を吸収するためのパルセーションダンパ２５が取付けられるとともに末端部が閉塞されている。そして、上記デリバリパイプ２２の燃料入口側から、例えば、＃４，＃３，＃２，＃１気筒の順にインジェクタ１２#4〜１２#1が装着され、ブラケット２６を介してエンジン１に固定される。
【００２０】
上記デリバリパイプ２２の燃料入口側に対して末端に位置する＃１気筒のインジェクタ１２が装着されるボス２４#1には、図６に示すように、上記デリバリパイプ２２内に溜まったガス（空気あるいは燃料蒸気）をパージするためのガスパージパイプ２７が立設されている。このガスパージパイプ２７は、上記デリバリパイプ２２をエンジンに取り付けた状態で、重力方向に対して上方向の端部が上記デリバリ２２内壁に所定の間隙をもって開口され、側面に燃料供給用の孔２７ａが開口されている。尚、この側面の孔２７ａは、デリバリパイプ２２内に燃料が満たされていないときには、ガス抜き用の孔としても機能する。
【００２１】
すなわち、デリバリパイプに近接してプレッシャレギュレータを配置し、このプレッシャレギュレータから余剰燃料をリターンする方式に比較し、タンク内リターン方式では燃料ラインに溜まったガスが抜けにくいため、＃１気筒をパージ気筒としてデリバリパイプ２２内のガスを＃１気筒のインジェクタ１２#1を介してパージするようにしている。
【００２２】
次に、図４のエンジン制御系の説明に戻ると、上記シリンダヘッド２の各排気ポート２ｂに連通するエグゾーストマニホールド３０には、各気筒からの排気が合流して排気通路を構成する排気管３１が連通されている。この排気管３１には、中途に触媒コンバータ（触媒）３２が介装され、この触媒コンバータ３２の上流側に空燃比センサとしてのＯ2センサ３３が臨まされ、さらに、終端側にマフラ３４が配設されている。
【００２３】
また、上記エンジン１のカムシャフトに、各気筒の点火プラグ１３が接続されるディストリビュータ３５が連設され、このディストリビュータ３５内に、上記カムシャフトに連設するシグナルロータ３６と、このシグナルロータ３６に対設されるカム角センサ３７とが内蔵されている。
【００２４】
以上のエンジン系における各センサ・スイッチ類及び各アクチュエータ類は、エンジン１を電子的に制御するマイクロコンピュータからなる電子制御装置（ＥＣＵ）５０に接続されており、このＥＣＵ５０には、さらに、図示しない各センサ・スイッチ類及び各アクチュエータ類が接続されるとともに、メイン電源リレー４０、燃料ポンプリレー４１、イグナイタ４２が接続されている。上記イグナイタ４２は、点火コイル４３の一次側に接続され、この点火コイル４３の二次側に発生する高電圧が上記ディストリビュータ３５を介して点火対象気筒の点火プラグ１３に配電される。
【００２５】
上記ＥＣＵ５０では、イグニッションスイッチ（図４においてはＩＧで示す）がＯＮされると、メモリに格納されている制御プログラムを実行し、メイン電源リレー４０を介して燃料ポンプリレー４１をＯＮし、上記燃料ポンプ１８を駆動するとともに、各センサ・スイッチ類からの検出信号等を処理し、メモリに格納される各種固定データ等に基づき、燃料噴射量を定める燃料噴射パルス幅、点火時期、ＩＳＣバルブ１０に対する駆動信号のデューティ比等の各種制御量を演算し、各種アクチュエータ類を駆動して燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転数制御等の各種エンジン制御を行う。
【００２６】
この場合、前述したように、本エンジン１の燃料供給系では、燃料タンク１７外部の燃料リターン配管の廃止や構成の簡略化によるコスト低減を達成するため、タンク内リターン方式のプレッシャレギュレータ２０を採用しており、工場での組み立て出荷時には、デリバリパイプ２２内のガス（空気）を＃１気筒のインジェクタ１２#1を介してパージするようにしている。
【００２７】
しかしながら、市場においては、高温再始動時や高温状態での運転中のベーパガス発生、燃料切れやエンジン点検・調整時の空気混入等によりデリバリパイプ２２内に入り込んだガスが完全にパージされずに残留し、燃料噴射量の減少により空燃比がリーンとなって原因不明のエンジン不調となる虞がある。
【００２８】
このため、上記ＥＣＵ５０では、減速時等の燃料カット時、パージ機能を有する＃１気筒からのみ少量の燃料を噴射してＯ2センサ３３の出力をモニタし、デリバリパイプ２２内の残留ガスの有無を検出するようにしており、残留ガスを検出した場合、図示しないチェックランプを点灯して運転者に警告を発するとともに、エンジン不調の自己診断データの一部として記憶・保持するようにしている。以下、上記ＥＣＵ５０によるデリバリパイプ２２内の残留ガス検出処理について、図１のフローチャートに従って説明する。
【００２９】
図１は、所定時間毎に実行される残留ガス検出ルーチンであり、本形態においては、通常の燃料噴射制御ルーチンと独立して実行される定期処理ルーチンである。尚、通常の燃料噴射制御については周知の技術が適用されるため、その説明は省略する。
【００３０】
このルーチンでは、ステップS101で、燃料カット条件が成立しているか否かを調べる。この燃料カット条件は、吸入管圧力あるいはスロットル開度等により低負荷状態と判定され、且つ、所定のエンジン回転数より高い回転数で減速時と判定される条件であり、燃料カット条件が成立しないときには、ステップS110へ分岐して後述する＃１気筒噴射済みフラグＦをクリアして（Ｆ←０）ルーチンを抜け、燃料カット条件が成立しているとき、ステップS102で燃料カット条件成立後の経過時間が設定時間に達するまでの待ちループとなる。
【００３１】
上記設定時間は、図２に示すように、通常の燃料噴射によってＯ2センサ３３の出力がリッチ・リーンを繰り返している状態から、アクセルＯＦＦによる燃料カット条件が成立して全気筒燃料カットが実施された後、リーン側の一定値に安定するまでの時間であり、燃料カット条件成立後に上記設定時間が経過すると、上記ステップS102からステップS103へ進み、＃１気筒噴射済みフラグＦの値を参照する。
【００３２】
上記＃１気筒噴射済みフラグＦは、本形態では、燃料カット条件成立後にデリバリパイプ２２内の残留ガス検出のために＃１気筒から１回だけ燃料を噴射するためのチェック用フラグであり、Ｆ＝１で＃１気筒から燃料噴射済みであることを示す。そして、上記ステップS103においてＦ＝１であり、既に＃１気筒からの燃料噴射済みであるときにはルーチンを抜け、Ｆ＝０のとき、上記ステップS103からステップS104へ進む。
【００３３】
ステップS104では、＃１気筒のインジェクタ１２#1に設定噴射パルス幅の燃料噴射パルス信号を出力し、＃１気筒にのみ設定量の燃料を噴射する。この＃１気筒に噴射する燃料量は、燃料カット中の運転状態に与える影響や燃費を考慮し、できるだけ少ない方が望ましいが、微小燃料量に対応する排気ガスの存在を検出するＯ2センサ３３の検出能力や、後述するスライスレベルＳＬとの兼ね合いで設定される。
【００３４】
尚、本形態のエンジン１では、ストイキオへの空燃比制御のためＯ2センサ３３を使用しているが、広域空燃比センサを使用する場合には、＃１気筒への燃料噴射量を更に少なくすることができる。
【００３５】
続くステップS105では、上記ステップS104での燃料噴射後に設定時間が経過するまでの待ちループとなる。このステップS105における設定時間（待ち時間）は、上記ステップS104での燃料噴射後、排気ガスが排気系（Ｏ2センサ３３上流部）に達するまでの遅延時間に該当し、例えば、現在のエンジン回転数等から設定される。
【００３６】
そして、＃１気筒の燃料噴射後、設定時間が経過すると、上記ステップS105からステップS106へ進んでＯ2センサ３３の出力電圧ＶＯ２を所定期間サンプリングし、ステップS107でＯ2センサ３３の出力電圧ＶＯ２を予め設定したスライスレベルＳＬと比較する。このスライスレベルＳＬは、図３に示すように、同じ噴射パルス幅（噴射時間）で＃１気筒のインジェクタ１２#1を駆動したとき、デリバリパイプ２２内が燃料で完全に満たされて残留ガスが無い状態、デリバリパイプ２２内に少量のエアが混入した状態、デリバリパイプ２２内に多量のエアが混入した状態でのＯ2センサ３３の出力を予め実験などにより確認し、設定パルス幅に対応した燃料が噴射されたとみなせるＯ2センサ出力値をスライスレベルＳＬとして設定する。
【００３７】
従って、上記ステップS107でＶＯ２＞ＳＬのときには、設定パルス幅に相当する量の燃料が＃１気筒に噴射されており、デリバリパイプ２２内には残留ガスが無いと判断されるため、ステップS109へ進んで＃１気筒噴射フラグＦをセットして（Ｆ←１）ルーチンを抜ける。
【００３８】
一方、上記ステップS107でＶＯ２≦ＳＬのときには、＃１気筒に噴射された燃料が設定パルス幅に相当する量よりも相対的に少ないため、上記ステップS107からステップS108へ進み、デリバリパイプ２２内に残留ガスが存在すると判断し、例えば残留ガス有りを示す診断コードをメモリに記憶・保持した後、前述のステップS109を経てルーチンを抜ける。そして、以上のルーチンにより、ｎ回（１〜数回）連続してデリバリパイプ２２内に残留ガスが存在すると判断されたときには、チェックランプを点灯して運転者に警告を発する。
【００３９】
これにより、特別なセンサを要することなく、デリバリパイプ２２内の残留ガスの有無を検出することができ、残留ガスによるエンジン不調が発生した場合においても、運転者に異常を知らせて適切な対応を実施させることができ、確実に原因を究明することができる。
【００４０】
尚、本実施の形態では、燃料カット時、通常の燃料噴射制御とは独立して＃１気筒のインジェクタ１２#1から強制的に燃料を噴射させているが、通常の燃料噴射制御において、燃料カット条件成立時、＃１気筒のみ燃料カットを行わないようにしても良い。但し、その場合、各気筒への燃料噴射がシーケンシャル噴射であると、燃料カット時のタイミングによっては必ずしも＃１気筒の燃料噴射が実行されるとは限らない。
【００４１】
また、本発明は、デリバリパイプに近接してプレッシャレギュレータを配置し、このプレッシャレギュレータから余剰燃料をリターンする燃料供給系を有するシステムに対しても適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、エンジン運転状態が設定条件を満足するとき、エンジン近傍の燃料ライン内の気体成分をパージする特定気筒のインジェクタのみから設定量の燃料を噴射させ、この燃料噴射による空燃比センサの出力変化に基づいて燃料ライン内に残留する気体成分の有無を判断するため、燃料ライン中に残留する気体成分を特別なセンサを要することなく検出することができ、残留気体成分によるエンジン不調時の原因究明を確実なものとすることができる等優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】残留ガス検出ルーチンのフローチャート
【図２】燃料噴射及びＯ2センサ出力のタイムチャート
【図３】残留ガス判定の説明図
【図４】エンジン制御系の概略構成図
【図５】燃料供給系の概略図
【図６】図５のＡ−Ａ断面図
【符号の説明】
１ …エンジン
１２…インジェクタ
２２…デリバリパイプ
３３…Ｏ2センサ

Claims

エンジン近傍の燃料ラインに、この燃料ライン内の気体成分を特定気筒のインジェクタからパージさせるための機構を備え、
エンジン運転状態が設定条件を満足するとき、上記特定気筒のインジェクタのみから設定量の燃料を噴射させる手段と、
上記特定気筒のインジェクタからの燃料噴射による空燃比センサの出力変化に基づいて、上記燃料ライン内に残留する気体成分の有無を判断する手段とを備えたことを特徴とする燃料ラインの残留ガス検出装置。
上記燃料ラインが燃料タンク近傍のプレッシャレギュレータによって調圧された燃料をリターンさせることなく複数のインジェクタに分配するデリバリパイプであることを特徴とする請求項１記載の燃料ラインの残留ガス検出装置。
上記設定条件を、全気筒燃料カット条件が成立して全気筒の燃料カット実施後に設定時間が経過する条件とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料ラインの残留ガス検出装置。