JP4780137B2 - 高圧燃料制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばディーゼルエンジンのコモンレール式燃料供給システムとして具体化される高圧燃料供給システムに適用される高圧燃料制御装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの燃料噴射システムとして、燃料を高圧化し吐出する燃料ポンプと、該燃料ポンプから吐出される高圧燃料を蓄えるコモンレール（蓄圧配管）とを備え、該コモンレール内に蓄圧した高圧燃料を燃料噴射弁を介してエンジンに噴射供給するコモンレール式燃料噴射システムが実用化されている。このコモンレール式燃料噴射システムでは、例えば燃料ポンプにて燃料の異常圧送が行われると、コモンレール内の燃圧が過剰に上昇し、コモンレールやその他の高圧配管部にて損傷が生じるおそれがある。燃料の異常圧送の原因としては、高圧燃料ポンプの調量弁（吸入調量弁）における弁体固着や回路断線・短絡等の故障が考えられる。そこで、コモンレールに、同コモンレール内の燃圧が所定の開弁圧に達すると開弁状態となるプレッシャリミッタ（圧力開放弁）を設けたシステムが提案されている。

また、コモンレール式燃料噴射システムにおける信頼性及び安全性に関する先行技術として、例えば特許文献１では、燃料ポンプからコモンレールを経て燃料噴射弁までの高圧配管経路における燃料の漏れ量を算出し、その燃料漏れ量に基づいて、フェイルセーフ処理としてエンジン出力を制限するか又はエンジンの運転を停止するかを判定する。これにより、プレッシャリミッタの開弁に伴う燃料抜けの場合にもフェイルセーフ処理を好適に実施できるとしている。
特開２００３−１５５９４８号公報

上記特許文献１を含め既存の技術では、プレッシャリミッタが一旦開弁すると、燃圧変化や燃料漏れ量に基づくプレッシャリミッタの開弁判定をもって異常発生とし、その後フェイルセーフ処理が実施される。つまり、プレッシャリミッタは一般に圧力レギュレート機能を有しており、開弁状態になるとその後はコモンレール内の燃圧とプレッシャリミッタ閉弁圧との関係でその開弁状態のままとなる。したがって、異常診断が複数回繰り返し実施されることなく、プレッシャリミッタの開弁判定後にフェイルセーフ処理が開始される。

上記従来の構成では、プレッシャリミッタ開弁時の一度のみ異常診断が行われることとなり、異常診断の信頼性の点で改善の余地があると考えられる。

また、プレッシャリミッタは、高圧燃料ポンプの調量弁が故障した場合など、復帰不可能な異常が発生した場合以外に、何らかの一時的な要因により開弁することが考えられる。例えば、調量弁の摺動不良が一時的に生じた場合や、高圧燃料ポンプのエア吸い込み等に伴う燃料吐出量フィードバックの過剰反応が生じた場合には、コモンレール内の燃圧が過剰に上昇してプレッシャリミッタの開弁に至るが、その後正常な状態に復帰する。

こうして一時的な要因によりプレッシャリミッタが開弁する場合であっても、換言すれば部品交換などを行わなくても正常状態に復帰できる場合であっても、既存の技術では故障発生であるとしてフェイルセーフ処理が実施される。かかる場合、修理工場などで再診断を受けても故障原因が見つからず、結果としてＮＴＦ（良品返品）となるという不都合が生じる。また、不要なフェイルセーフ処理が実施されることで、排気浄化装置などにおいて悪影響（二次故障）が懸念される。

フェイルセーフ処理の実施に伴う二次故障について補足する。上述したようにプレッシャリミッタが圧力レギュレート機能を有している場合、プレッシャリミッタ開弁後は、退避走行可能な程度の圧力（例えば５０ＭＰａ程度）で燃圧がレギュレートされ、燃料噴射量も制限される。しかしながら、排気浄化装置として排気管にＤＰＦ（ＰＭ捕集フィルタ）やＬＮＴ（ＮＯｘ吸蔵触媒）等が設けられている場合、燃料噴射量の制限に伴い排気浄化装置の再生制御等に悪影響が及ぶことが考えられる。つまり、燃料噴射量が制限されている状況では、ＤＰＦの再生制御（ＰＭ燃焼）が適正に実施されず、ＰＭ過堆積や異常燃焼が懸念される。また、同じく燃料噴射量が制限されている状況では、ＬＮＴの再生制御（ＮＯｘ還元や硫黄再生）が適正に実施されず、触媒劣化や浄化率低下などが懸念される。

本発明は、高圧燃料供給システムにおける信頼性を高め、しかもプレッシャリミッタ（圧力開放弁）の開弁時における適正なる異常診断を実施することができる高圧燃料制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明の高圧燃料制御装置は、燃料を高圧化し吐出する燃料ポンプと、該燃料ポンプから吐出される高圧燃料を蓄える蓄圧配管と、該蓄圧配管に設けられ蓄圧配管内の燃圧が所定の開弁圧に達すると開弁する圧力開放弁とを備える高圧燃料供給システムに適用されるものである。そして、圧力開放弁が開弁状態になったことを判定し、その圧力開放弁の開弁が判定された場合に燃料ポンプの燃料吐出量の低減を指令する。また、吐出量低減指令後の蓄圧配管内の燃圧を検出し、その燃圧の検出結果に基づいて高圧燃料供給システムの異常診断を実行する。

要するに、何らかの原因により燃圧が圧力開放弁の開弁圧まで上昇すると、圧力開放弁が開弁する。かかる場合、圧力開放弁の開弁の原因は、燃料ポンプにおける復帰不可能な異常（調量弁の固着、回路断線・短絡等）と、その他復帰可能な一時的な異常とのいずれかであると考えられる。この点、本発明では、圧力開放弁が開弁した旨判定されるとポンプ吐出量を強制的に低減させる指令がなされるため、圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常か復帰可能な異常かで各々異なる燃圧変化の挙動を検出できる。つまり、圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常であれば、ポンプ吐出量の低減指令に応ずる燃圧変化が生じないのに対し、圧力開放弁の開弁原因が復帰可能な異常であれば、その原因解消（正常復帰）に伴いポンプ吐出量の低減指令に応ずる燃圧変化が生じる。したがって、圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常かその他復帰可能な異常かの特定が可能となる。これにより、不要なフェイルセーフ処理の実施を抑制できる、又はフェイルセーフ処理の実施に伴う二次故障の発生を抑制できる等の効果が得られる。その結果、高圧燃料供給システムにおける信頼性を高め、しかも圧力開放弁の開弁時における適正なる異常診断を実施することができるようになる。

圧力開放弁は、燃圧上昇に伴い開弁した後、蓄圧配管内の圧力を所定のレギュレート圧に維持することが可能な圧力レギュレート機能を有し、かつ前記レギュレート圧よりも低圧側に、閉弁状態に戻るための閉弁圧が定められている。また、蓄圧配管内の燃圧の目標値を設定し、その目標値に基づいて燃料ポンプの吐出量を制御する高圧燃料制御装置において、圧力開放弁の開弁が判定された場合に、前記目標値を圧力開放弁の閉弁圧よりも低い値に設定する。この目標値設定がポンプ吐出量の低減指令に相当する。

何らかの原因により圧力開放弁が開弁した場合、圧力開放弁は燃圧をレギュレート圧に調整しつつ開弁状態のまま保持される。かかる状態において、燃圧の目標値が圧力開放弁の閉弁圧よりも低い値に設定されることで、圧力開放弁を機械的に強制閉弁させることが可能となる。この場合、圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常であれば、燃圧目標値が変更されても実際の燃圧がそれに追従しないのに対し、復帰可能な異常であれば、燃圧目標値の変更に実際の燃圧が追従する。これにより、圧力開放弁の開弁後における燃圧変化に応じて適正なる異常診断が実施できる。

また、圧力開放弁が一旦開弁した後にも、同圧力開放弁を閉弁状態に復帰させることが可能となるため、異常診断を繰り返し実施することが可能となる。ゆえに、故障診断の信頼性を大いに向上させることができる。

圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常か復帰可能な一時的な異常かを、吐出量低減指令後における蓄圧配管内の燃圧変化に基づいて判別するとよい。この場合、圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常か、復帰可能な一時的な異常かに応じて各々異なる対応処理を実施することができる。例えば、圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常であれば、故障発生していると判定して警告等を行わせ、復帰可能な一時的な異常であれば、故障発生の可能性有りとみなして圧力開放弁の開弁の履歴をメモリに記憶する。

圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常か復帰可能な一時的な異常かの判別手法として、吐出量低減指令後における燃圧変化が、同吐出量低減指令に追従するかどうかを判定し、吐出量低減指令に追従していなければ圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常であるとし、吐出量低減指令に追従していれば圧力開放弁の開弁原因が復帰可能な一時的な異常であるとするとよい。目標値を変更する場合には、その目標値に対して実燃圧が追従するかどうかを判定するとよい。

圧力開放弁の開弁原因が復帰不可能な異常であれば所定のフェイルセーフ処理を実行し、復帰可能な異常であれば前記フェイルセーフ処理を実行しないようにするとよい。これにより、不要なフェイルセーフ処理の実行を抑制できる。

圧力開放弁の開弁が判定された場合に、その開弁の履歴を記憶するとよい。そして、その記憶した圧力開放弁の開弁履歴に基づいて高圧燃料供給システムの異常診断を実行する。これにより、圧力開放弁の開弁原因が復帰可能な一時的な異常であり、かつその開弁が繰り返し発生する場合にも、その履歴から、故障が発生していることの判定が可能となる。

例えば、車両用内燃機関に採用される場合には、イグニッションスイッチのオン時からオフ時までの期間、すなわち１ドライビングサイクル（１トリップ）内における開弁回数を履歴として記憶しておき、その開弁回数が所定値以上であれば、故障発生である旨を判定する。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、車両用ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムとして本発明を具体化しており、その詳細な構成を以下に説明する。

図１は、コモンレール式燃料噴射システムの概要を示す構成図である。図１において、燃料タンク１０と燃料ポンプ１１とは燃料配管１２を通じて接続されており、燃料ポンプ１１は、エンジン（図示略）の回転に伴い駆動されて燃料の吸入及び吐出を繰り返し実行する。図中の符号１３は燃料フィルタである。燃料ポンプ１１の燃料吸入部には電磁駆動式の吸入調量弁（ＳＣＶ）１４が設けられており、燃料タンク１０から汲み上げられた低圧燃料は吸入調量弁１４を介して当該ポンプ１１の燃料加圧室に吸入される。そして、燃料ポンプ１１では、エンジン回転に同期してプランジャが往復動することにより燃料加圧室内の燃料が高圧化され、その高圧燃料が吐出される。

吸入調量弁１４の構成について簡単に説明する。吸入調量弁１４は、電磁ソレノイドの非通電時に開放状態（全開状態）で保持される常開弁として構成されており、電磁ソレノイドへの指示電流値を増加させることにより燃料吸入通路の開口面積が減少する。これにより、燃料ポンプ１１の燃料吸入量が減り、結果として燃料ポンプ１１による燃料吐出量が減少するようになっている。このとき、燃料吐出量の増減は、ハウジング内を摺動状態で往復動する弁体の位置に応じて行われ、具体的には、ソレノイドに対する指示電流値に応じて弁体位置が調整されるとともにその弁体位置に応じて燃料吐出量が増減調整される。なお、吸入調量弁１４として、常閉弁の電磁弁を用いることも可能である。

燃料ポンプ１１には、燃料吐出配管１８を介してコモンレール２０が接続されている。燃料ポンプ１１から吐出される高圧燃料は燃料吐出配管１８を通じてコモンレール２０に逐次給送され、それによりコモンレール２０内の燃料が高圧状態に保持されるようになっている。コモンレール２０にはレール圧センサ２１が設けられており、このレール圧センサ２１によりコモンレール２０内の燃圧（以下、実レール圧ともいう）が検出される。

また、エンジン（図示略）には気筒ごとに電磁駆動式のインジェクタ２３が設けられており、該インジェクタ２３には高圧燃料配管２４を通じてコモンレール２０から高圧燃料が供給される。インジェクタ２３の駆動によりエンジンの各気筒に燃料が噴射供給される。ただし、インジェクタ２３に供給される高圧燃料の一部はリターン配管２５を通じて燃料タンク１０に戻されるようになっている。なお、燃料噴射弁として、電磁駆動式インジェクタに代えてピエゾ駆動式インジェクタを用いることも可能である。

コモンレール２０には圧力開放弁として常閉式のプレッシャリミッタ２７が設けられている。プレッシャリミッタ２７は、基本的には機械式のチェック弁（逆止弁）構造を有しており、レール圧（コモンレール内圧）が過剰に上昇しプレッシャリミッタ２７の開弁圧を上回ると開弁する。プレッシャリミッタ２７が開弁することで、リターン配管２５を通じて高圧燃料が燃料タンク１０に戻され、レール圧が減圧されるようになっている。これにより、高圧配管やコモンレールなど高圧部品の破損を抑制できる。

プレッシャリミッタ２７の構造例を図２を用いて説明する。図２に示すように、プレッシャリミッタ２７は、コモンレール２０とリターン配管２５とに液密的に取り付けられるハウジング３１、このハウジング３１の入口側（コモンレール２０側）に固定されたバルブボディ（弁本体）３２、このバルブボディ３２に形成された弁孔３３を開閉するバルブニードル（弁体）３４、このバルブニードル３４を閉弁側（弁座に着座する側）に所定の付勢力で付勢するスプリング３５等から構成されている。

ハウジング３１の内部には、燃料通路３７が形成されている。また、バルブボディ３２において弁孔３３よりも下流側には、バルブニードル３４の軸状部３４ａを摺動自在に支持する摺動孔３８が形成されている。なお、摺動孔３８の内周面には、バルブニードル３４の軸状部３４ａが離座（リフト）した際に、燃料が軸状部３４ａと摺動孔３８との間を通過することができるように軸方向溝（又は切欠き部）が２箇所以上等間隔、あるいは対称的な位置に形成されている。バルブニードル３４において軸状部３４ａよりも図示右方側にはフランジ部３４ｂが形成されており、このフランジ部３４ｂの後端面にスプリング３５が設けられている。そして、バルブニードル３４のシート径とスプリング３５のセット荷重とでプレッシャリミッタ２７の開弁圧が決定されている。

プレッシャリミッタ２７の開弁圧と閉弁圧とにはヒステリシスが設定されており、レール圧が異常高圧になると開弁し、その後レール圧がある一定の圧力まで低下することで閉弁する。その作動特性を図３に示す。図３によれば、プレッシャリミッタ２７が閉弁状態にある場合には、レール圧が所定の開弁圧Ｐ１（異常高圧レベル）を超えるとプレッシャリミッタ２７が開弁し、プレッシャリミッタ２７の開弁後には、開弁圧Ｐ１よりも低い圧力の閉弁圧Ｐ２までレール圧が低下することでプレッシャリミッタ２７が閉弁状態に復帰する。開弁圧Ｐ１は、コモンレール２０の限界設定圧力（本実施形態では２００ＭＰａ）に基づいて定められており、例えばＰ１＝１８０ＭＰａ程度である。また、閉弁圧Ｐ２は４０ＭＰａ程度である。なお、プレッシャリミッタ閉弁時の特性は、図３のように圧力低下に伴い徐々に閉弁するもの以外に、閉弁圧Ｐ２で一気に閉弁するものであってもよい。

また、プレッシャリミッタ２７は圧力レギュレート機能を有している。この圧力レギュレート機能は、プレッシャリミッタ２７の開弁後において車両の退避走行（リンプホーム）を目的として車両を継続走行させるのに必要な圧力（レギュレート圧）を維持できるようにレール圧を規制するものであり、このレギュレート圧はプレッシャリミッタ２７の閉弁圧（図３のＰ２）よりも高圧側に設定されている。例えば、レギュレート圧＝５０ＭＰａである。なお、レギュレート圧は、バルブニードル３４の軸状部３４ａの外径寸法とスプリング３５の付勢力とで定められる。すなわち、プレッシャリミッタ２７の開弁圧を決めるバルブニードル３４の軸状部３４ａのシート径の二乗比で閉弁圧が規制される。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた電子制御ユニットであり、ＥＣＵ５０には、上記したレール圧センサ２１の検出信号の他に、エンジンの回転速度を検出するための回転速度センサ５１、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ５２、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ５３、ドライバによるアクセル操作量を検出するためのアクセルセンサ５４などの各種センサから検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度やアクセル操作量等のエンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号をインジェクタ２３に出力する。これにより、各気筒においてインジェクタ２３から燃焼室への燃料噴射が制御される。

また、ＥＣＵ５０は、その時々のエンジン回転速度及び燃料噴射量に基づいてコモンレール圧（噴射圧）の目標値を算出するとともに、レール圧センサ２１により検出された実レール圧ＮＰＣが目標レール圧ＰＦＩＮとなるように燃料ポンプ１１の燃料吐出量をフィードバック制御する。実際には、実レール圧ＮＰＣと目標レール圧ＰＦＩＮとの偏差に基づいて燃料ポンプ１１の燃料吐出量Ｑｐを決定し、その燃料吐出量Ｑｐに応じて吸入調量弁１４の開度を制御する。このとき、吸入調量弁１４の電磁ソレノイドに対する指示電流値（駆動電流）が制御されることにより吸入調量弁１４の開度が増減され、それに伴い燃料ポンプ１１から吐出される燃料量が適宜調整される。フィードバック制御の演算手法について補足すると、本実施形態では、レール圧偏差に基づいて比例項、積分項及び微分項を算出し、それら各項を用いてＰＩＤ制御又はＰＩ制御を実施する。

ところで、上記のようなコモンレールシステムにおいて、例えば吸入調量弁１４では、長期の使用に伴うデポジットの堆積や異物の噛み込み、摺動部の焼き付き等に起因して弁体が摺動不可となることが考えられる。そして、こうした摺動不可となる故障が生じ、弁体が全開位置又はその付近で不動になると、燃料ポンプ１１からコモンレール２０に対して燃料が過剰圧送され、レール圧（コモンレール内圧）が過剰に上昇する。かかる場合、レール圧がプレッシャリミッタ２７の開弁圧Ｐ１に達することでプレッシャリミッタ２７が開弁され、その開弁によりレール圧低減が行われて高圧部品の保護が図られる。また、プレッシャリミッタ２７の開弁時には、レール圧変化等に基づいてプレッシャリミッタ開弁状態であることが検出され、所定のフェイルセーフ処理等が実行される。

フェイルセーフ処理としては、例えば、燃料噴射量の制限やアイドルアップ（アイドル性能の確保）など、退避走行制御が行われる。その他、プレッシャリミッタ２７の開弁時には、故障警告灯（ＭＩＬ）の点灯や故障診断データ（ダイアグデータ）のバックアップメモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）への記憶等が行われる。

ここで、上記のようにプレッシャリミッタ２７が開弁する場合、その開弁の原因が吸入調量弁１４の摺動不可故障（弁体固着などの機械的異常、回路断線・短絡等の電気的異常、いずれにしても復帰不可の異常）であることが考えられるが、その摺動不可故障以外に、他の一時的要因が原因であることも考えられる。その一時的な要因としては、
（１）吸入調量弁１４における一時的な摺動不良（復帰可能な調量弁異常）
（２）燃料ポンプ１１へのエア混入
（３）アクセルＯＦＦ時におけるフィードバック制御量の過上昇
が考えられる。上記（１）〜（３）を図４の（ａ）〜（ｃ）により説明する。

図４（ａ）は、吸入調量弁１４の一時的な摺動不良により生じるレール圧上昇を示している。つまり、吸入調量弁１４の摺動不良が生じると、実レール圧が目標レール圧に追従できなくなり、図示のように目標レール圧が増加した場合においてポンプ吐出量制御の積分項が過積算されてしまいフィードバック制御量（Ｆ／Ｂ制御量）が過大となる。そして、吸入調量弁１４が摺動可能な状態に復帰した時点で過剰にフィードバック補正が行われることで、実レール圧がプレッシャリミッタ開弁圧まで一気に上昇し、プレッシャリミッタ２７が開弁状態になる。

また、図４（ｂ）は、燃料ポンプ１１へのエア混入により生じるレール圧上昇を示している。つまり、例えば、燃料タンク１０内の燃料残量が少ない時などに、車両が傾斜面で傾き燃料ポンプ１１が大量のエアを吸ってしまった場合、図示のように目標レール圧に対して実レール圧が一時的に低下する。これにより、ポンプ吐出量制御の積分項が過積算されてしまいフィードバック制御量が過大となる。そして、エア混入状態が解消された後（エア抜けした後）、過剰にフィードバック補正が行われることで、実レール圧がプレッシャリミッタ開弁圧まで一気に上昇し、プレッシャリミッタ２７が開弁状態になる。

また、図４（ｃ）は、アクセルＯＦＦ時におけるフィードバック制御量の過上昇により生じるレール圧上昇を示している。つまり、アクセル踏み込み状態からアクセル踏み込みを解除した場合には、アクセル操作量が急減し、それに伴い燃料噴射量の低減（或いは燃料カット）及び目標レール圧の低減が行われるが、そのアクセルＯＦＦ直後においてポンプ吐出量とコモンレール２０における燃料消費量（噴射量）とのバランスが崩れると、実レール圧がプレッシャリミッタ開弁圧まで上昇することがあり、そのレール圧上昇によりプレッシャリミッタ２７が開弁状態になる。補足すると、燃料ポンプ１１においてアクセルＯＦＦのタイミングで既に燃料吸入が完了していると、その後の吐出行程で余剰な燃料吐出が行われてしまい、レール圧が過上昇する。

ちなみに、プレッシャリミッタ開弁圧は、そもそも机上及び実機にて検討した圧力オーバーシュート上限（制御マージン＋各種バラツキ）が考慮され、正常な燃料圧送状態では上昇し得ない領域に設定されているが、かかる場合にも、上記のような過剰なレール圧上昇が生じることにより、プレッシャリミッタ開弁に至る可能性があると考えられる。

上述したように、レール圧が過上昇するとプレッシャリミッタ２７が開弁するが、それは、吸入調量弁１４における復帰不可の異常を原因とする場合と、一時的に発生し復帰可能な異常を原因とする場合とがあり、後者の場合には、プレッシャリミッタ２７が開弁したとしても直ちにフェイルセーフ処理を実行するのではなく、一時的な原因によるものかどうかを確認することが望ましい。

そこで本実施形態では、プレッシャリミッタ２７が開弁状態になったことを判定し、その開弁が判定された場合に、燃料ポンプ１１の燃料吐出量を低減させる旨を指令する。具体的には、目標レール値ＰＦＩＮをプレッシャリミッタ２７の閉弁圧よりも低い値に設定することで、ポンプ吐出量低減を指令する。そして、吐出量低減指令後のレール圧を検出し、その検出結果に基づいて高圧燃料供給システムの異常診断を実行する。上記のようにプレッシャリミッタ開弁後において目標レール圧ＰＦＩＮを変更することで、機械的にプレッシャリミッタ２７を強制閉弁させることが可能となり、その際、実レール圧が目標レール圧ＰＦＩＮに追従するかどうかで、プレッシャリミッタ２７の開弁原因が復帰不可能な異常か復帰可能な一時的な異常かを判定できる。

図５は、本コモンレールシステムにおける異常診断処理の手順を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ５０により所定の時間周期で繰り返し実行される。

図５において、ステップＳ１１では、プレッシャリミッタ２７の開弁判定処理を実行する。この開弁判定処理は、プレッシャリミッタ２７が開弁しているかどうかを判定する処理であり、本実施形態では、燃料ポンプ１１からコモンレール２０を経て各気筒のインジェクタ２３までの高圧配管経路における燃料収支（燃料吸入量と燃料消費量との比較）に基づいて開弁判定を実施する。

具体的には、燃料ポンプ１１の燃料吐出量Ｑｐをコモンレール２０における燃料吸入量として算出するとともに、インジェクタ２３の燃料噴射量ＱＦＩＮとインジェクタ作動時の燃料リーク量ＱＬとの和をコモンレール２０における燃料消費量として算出する。なお、燃料リーク量ＱＬは、高圧配管経路における燃料の漏れ量であり、例えば、エンジン回転速度、燃料噴射量、実レール圧、燃料温度等に基づいて算出される。このとき、プレッシャリミッタ２７が開弁していなければ、燃料吸入量と燃料消費量とは釣り合う（すなわち、Ｑｐ≒ＱＦＩＮ＋ＱＬとなる）。これに対し、プレッシャリミッタ２７が開弁すると、燃料吸入量＞燃料消費量（すなわち、Ｑｐ＞ＱＦＩＮ＋ＱＬ）となり、高圧配管経路における燃料収支が吸入過多となる。ここで、燃料吸入量と燃料消費量との差分がプレッシャリミッタ２７を通じて排出される燃料排出量Ｑｏであり（Ｑｏ＝Ｑｐ−（ＱＦＩＮ＋ＱＬ））、その燃料排出量Ｑｏが所定値よりも大きくなり、かつ実レール圧がプレッシャリミッタ開弁圧を超過した履歴がある場合に、プレッシャリミッタ２７が開弁したと判定する。

その後、ステップＳ１２では、開弁判定処理の結果に基づいて、プレッシャリミッタ２７が開弁状態にあるか否かを判定する。開弁していなければそのまま本処理を一旦終了し、開弁していれば、後続のステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、目標レール圧ＰＦＩＮを強制的に低減させる処理を実行する。このとき、目標レール圧ＰＦＩＮを、プレッシャリミッタ２７の閉弁圧以下に設定する。また、続くステップＳ１４では、圧力追従カウンタＣ１のカウントを開始する。この圧力追従カウンタＣ１は、目標レール圧ＰＦＩＮをプレッシャリミッタ閉弁圧以下に設定しその目標レール圧ＰＦＩＮでのポンプ吐出量制御を開始してからの経過時間を計測するための計時手段である。

その後、ステップＳ１５では、目標レール圧ＰＦＩＮと実レール圧ＮＰＣとの差の絶対値が所定の判定値Ｐｔｈ以下であるか否か、すなわち｜ＰＦＩＮ−ＮＰＣ｜≦Ｐｔｈであるか否かを判定する。このステップＳ１５は、目標レール圧ＰＦＩＮの変更に追従して実レール圧ＮＰＣが変化したかどうかを判定するための処理であり、追従していればステップＳ１５がＹＥＳとなってステップＳ１６に進み、追従していなければステップＳ１５がＮＯとなってステップＳ１９に進む。

｜ＰＦＩＮ−ＮＰＣ｜＞ＰｔｈとなりステップＳ１９に進んだ場合、そのステップＳ１９では、圧力追従カウンタＣ１が所定の判定値Ｋ１よりも大きくなったか否かを判定する。判定値Ｋ１は、圧力追従が生じるかどうかを判定するための追従判定期間に相当する判定値である。目標レール圧ＰＦＩＮの変更当初は、｜ＰＦＩＮ−ＮＰＣ｜＞ＰｔｈでかつＣ１≦Ｋ１となるため、そのまま本処理を終了する。そして、時間経過に伴い、｜ＰＦＩＮ−ＮＰＣ｜＞ＰｔｈのままＣ１＞Ｋ１になると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、吸入調量弁１４において復帰不可能な異常が発生したとみなし、故障発生を示す故障診断データをＥＥＰＲＯＭ等に記憶する。さらにその後、ステップＳ２２では、所定のフェイルセーフ処理を実行する。このとき、フェイルセーフ処理として、例えば燃料噴射量の制限、アイドルアップ等が実行される。ステップＳ２３では、異常警告灯（ＭＩＬ）を点灯させ、異常発生の旨をドライバ（ユーザ）に通知する。

また、｜ＰＦＩＮ−ＮＰＣ｜≦ＰｔｈとなりステップＳ１６に進んだ場合、そのステップＳ１６では、復帰回数カウンタＣ２を１インクリメントする。なお、復帰回数カウンタＣ２は、１ドライビングサイクル（ＩＧオン〜ＩＧオフの１トリップ期間）内におけるプレッシャリミッタ２７の閉弁復帰回数をカウントするものであり、これがプレッシャリミッタ開弁時の履歴データに相当する。

その後、ステップＳ１７では、復帰回数カウンタＣ２が所定の判定値Ｋ２未満であるか否かを判定する。そして、Ｃ２＜Ｋ２であればステップＳ１８に進み、通常のポンプ吐出量制御に復帰する。ステップＳ１８について詳しくは、所定の時間経過を待って目標レール圧ＰＦＩＮの強制低減を解除し、通常の目標レール圧ＰＦＩＮの設定に戻す。このとき、急激な目標レール圧ＰＦＩＮの変化を抑制すべく、目標レール圧ＰＦＩＮを徐変させつつ通常設定値に切り替えることが望ましい。

また、プレッシャリミッタ２７の開弁が繰り返し生じる場合には、ステップＳ１７でＣ２≧Ｋ２となり、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、吸入調量弁１４の故障が発生したとみなし、故障発生を示す故障診断データをＥＥＰＲＯＭ等に記憶する。なお、このステップＳ２１と前述のステップＳ２０とではいずれも吸入調量弁１４の故障発生の旨が判定されるが、故障診断データが異なるものとなっている。すなわち、ステップＳ２０では、吸入調量弁１４の弁体固着や回路断線等、復帰不可能な異常が発生していることを表す故障診断データがＥＥＰＲＯＭ等に記憶され、ステップＳ２１では、吸入調量弁１４の一時的な摺動不良や圧縮燃料へのエア混入等、復帰可能な異常が繰り返し発生していることを表す故障診断データがＥＥＰＲＯＭ等に記憶される。

さらにステップＳ２１の後、ステップＳ２０での故障判定時と同様に、所定のフェイルセーフ処理を実行するとともに、異常警告灯（ＭＩＬ）を点灯させて異常発生の旨をドライバ（ユーザ）に通知する（ステップＳ２２，Ｓ２３）。

次に、異常診断処理に関する作用を図６〜図８のタイムチャートを用いてより具体的に説明する。図６は、一時的な要因（例えば復帰可能な吸入調量弁１４の摺動不良）が生じた場合におけるプレッシャリミッタ開弁時の挙動を示し、図７は、復帰不可能な吸入調量弁１４の故障が生じた場合におけるプレッシャリミッタ開弁時の挙動を示している。また、図８は、一時的な要因（例えば復帰可能な吸入調量弁１４の摺動不良）によるプレッシャリミッタ開弁が繰り返し生じる場合の挙動を示す。図６〜図８において、（ａ）はレール圧の推移を、（ｂ）はプレッシャリミッタ２７の開閉挙動を、（ｃ）は圧力追従カウンタＣ１の推移を、（ｄ）は復帰回数カウンタＣ２の推移を、（ｅ）はフェイルセーフ処理の実行／停止の推移を、それぞれ示している。

まずは図６について説明する。図６において、タイミングｔ１では、何らかの一時的な要因で実レール圧（実線）が急上昇し、プレッシャリミッタ２７が開弁する。このとき、プレッシャリミッタ２７の開弁に伴い実レール圧がレギュレート圧ＰＲＥＧまで低下する。そして、プレッシャリミッタ２７の開弁判定が行われることに伴い、タイミングｔ２では、目標レール圧ＰＦＩＮ（二点鎖線）が強制的に所定の低圧力値（図のＰＡ）に変更される。このとき、目標値ＰＡは、図示のとおりレギュレート圧ＰＲＥＧよりも低い圧力値であり、さらに言うとプレッシャリミッタ閉弁圧よりも低い圧力値である。同タイミングｔ２では、圧力追従カウンタＣ１のカウントアップが開始される。

その後、プレッシャリミッタ２７の開弁要因が解消されると、実レール圧が目標レール圧ＰＦＩＮに向けて変化し始め、タイミングｔ３では、実レール圧の低下に伴いプレッシャリミッタ２７が閉弁状態に復帰する。また、タイミングｔ３以降、ポンプ吐出量のフィードバック制御により実レール圧が目標レール圧ＰＦＩＮに対して追従変化し、タイミングｔ４では、実レール圧≒目標レール圧ＰＦＩＮとなったことが判定される。これにより、圧力追従カウンタＣ１のカウントアップが停止されるとともに、復帰回数カウンタＣ２が１インクリメントされる。このとき、Ｃ１≦Ｋ１でかつＣ２＜Ｋ２であるため、吸入調量弁１４が故障していると判定されることはなく、フェイルセーフ処理も実行されない。

そして、タイミングｔ４から所定時間が経過したタイミングｔ５では、通常制御への復帰処理が行われる。すなわち、目標レール圧ＰＦＩＮが通常設定値に向けて徐変される。図のｔ５〜ｔ６が目標値徐変期間であり、タイミングｔ６以降には通常のポンプ吐出量制御が実行される。また、タイミングｔ６では、圧力追従カウンタＣ１が０にリセットされる。

次に、図７について説明する。図７において、タイミングｔ１１では、吸入調量弁１４の故障発生（復帰不可能な異常）に伴い実レール圧が急上昇し、プレッシャリミッタ２７が開弁する。このとき、図６と同様、プレッシャリミッタ２７の開弁に伴い実レール圧がレギュレート圧ＰＲＥＧまで低下する。そして、プレッシャリミッタ２７の開弁判定が行われることに伴い、タイミングｔ１２では、目標レール圧ＰＦＩＮが強制的に所定の低圧力値（図のＰＡ）に変更される。同タイミングｔ２では、圧力追従カウンタＣ１のカウントアップが開始される。

その後、本事例ではプレッシャリミッタ２７の開弁要因が解消されず、実レール圧が目標レール圧ＰＦＩＮに対して追従変化しないため、タイミングｔ１３では、圧力追従カウンタＣ１の値が判定値Ｋ１を超える。これにより、タイミングｔ１３では、吸入調量弁１４が故障していると判定され、フェイルセーフ処理が実行される。

次に、図８について説明する。なお、図８のプレッシャリミッタ開弁動作は、基本的に図６で説明した開弁動作（一時的な要因に伴う開弁）が繰り返し行われるものとなっており、ここでは個々の開弁動作について簡単に説明する。

図８では、タイミングｔ２１，ｔ２３，ｔ２５において、それぞれ何らかの一時的な要因でプレッシャリミッタ２７が開弁し、それに伴い目標レール圧ＰＦＩＮの変更が行われる。このとき、上記各タイミングのいずれにおいても異常発生が一時的なものであり、正常状態への復帰がなされるため、実レール圧が目標レール圧ＰＦＩＮに対して追従変化し、実レール圧≒目標レール圧ＰＦＩＮであると判定される都度、復帰回数カウンタＣ２が１ずつインクリメントされる（タイミングｔ２２，ｔ２４，ｔ２６）。そして、Ｃ２≧Ｋ２となるタイミングｔ２６では、吸入調量弁１４が故障していると判定され、フェイルセーフ処理が実行される。要するに、プレッシャリミッタ２７の開弁後に正常状態への復帰がなされても異常高圧によりプレッシャリミッタ２７が開弁したことは事実であり、この異常高圧が繰り返される場合には、吸入調量弁１４の摺動不良等の不具合が考えられる。したがって、正常状態への復帰が可能であっても故障発生であると判定している。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

プレッシャリミッタ２７が開弁した旨判定されるとポンプ吐出量を強制的に低減させ（すなわち、目標レール圧を低減させ）、その時の実レール圧の変化に基づいて異常診断を実行する構成としたため、プレッシャリミッタ２７の開弁原因が復帰不可能な異常かその他復帰可能な異常かの特定が可能となる。これにより、不要なフェイルセーフ処理の実施を抑制できる、又はフェイルセーフ処理の実施に伴う二次故障の発生を抑制できる等の効果が得られる。その結果、高圧燃料供給システムにおける信頼性を高め、しかもプレッシャリミッタ２７の開弁時における適正なる異常診断を実施することができるようになる。

プレッシャリミッタ２７の開弁後においてポンプ吐出量を低減させる際、目標レール圧ＰＦＩＮをプレッシャリミッタ２７の閉弁圧よりも低い圧力としたため、プレッシャリミッタ２７を機械的に強制閉弁させることが可能となる。これにより、プレッシャリミッタ２７の開弁後におけるレール圧変化に応じて適正なる異常診断が実施できる。

また、プレッシャリミッタ２７が一旦開弁した後にも、同プレッシャリミッタ２７を閉弁状態に復帰させることが可能となるため、異常診断を複数回繰り返し実施することが可能となる。ゆえに、故障診断の信頼性を大いに向上させることができる。

故障診断の信頼性向上に伴い、修理工場への持ち込みや、燃料供給系、噴射系の部品交換等が必要かどうかを適正に判断できるようになり、不要な修理作業や部品交換を抑制できる。また、修理工場などでの再診断に際し、故障原因が見つからずＮＴＦ（良品返品）となるという不都合を抑制できる。

プレッシャリミッタ２７の開弁後において目標レール圧ＰＦＩＮ（変更後ＰＦＩＮ）に対して実レール圧ＮＰＣが追従するかどうかにより、プレッシャリミッタ２７の開弁原因が復帰不可能な異常か復帰可能な一時的な異常かを判別する構成としたため、フェイルセーフ処理や警告処理等を実行するか否かなどを好適に判断できる。

プレッシャリミッタ２７の開弁原因が復帰不可能な異常であれば所定のフェイルセーフ処理を実行し、復帰可能な異常であれば同フェイルセーフ処理を実行しない構成としたため（ただし、Ｃ２≧Ｋ２の場合を除く）、不要なフェイルセーフ処理の実行を抑制できる。

不要なフェイルセーフ処理を抑制できることに伴い、排気浄化装置で生じる悪影響（二次故障）を抑制できる。つまり、排気浄化装置としてＤＰＦが設けられている場合、フェイルセーフ処理として燃料噴射量が制限されている状況では、ＤＰＦの再生制御（ＰＭ燃焼）が適正に実施されず、ＰＭ過堆積や異常燃焼が懸念される。また、排気浄化装置としてＬＮＴが設けられている場合、同じく燃料噴射量が制限されている状況では、ＬＮＴの再生制御（ＮＯｘ還元や硫黄再生）が適正に実施されず、触媒劣化や浄化率低下などが懸念される。この点、本実施形態によれば、ＤＰＦやＬＮＴへの悪影響を最小限に抑えることができる。

プレッシャリミッタ２７の開弁が判定された場合に、その開弁の履歴を復帰回数カウンタＣ２にて記憶する構成としたため、プレッシャリミッタ開弁原因が復帰可能な一時的な異常であり、かつその開弁が繰り返し発生する場合にも、復帰回数カウンタＣ２（履歴データ）から故障発生を判定できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、燃料ポンプ１１からコモンレール２０を経て各気筒のインジェクタ２３までの高圧配管経路における燃料収支（燃料吸入量と燃料消費量との比較）に基づいて開弁判定を実施する構成としたが（図５のステップＳ１１参照）、これを他の構成に変更することも可能である。例えば、高圧配管経路における燃料収支を算出することなく、実レール圧がプレッシャリミッタ開弁圧を超過した履歴がある場合に、プレッシャリミッタ２７が開弁したと判定する構成であってもよい。

また、プレッシャリミッタ２７に、弁体リフトセンサ等のリフト検出手段を設け、同検出手段の検出結果からプレッシャリミッタ２７の開弁判定を行う構成してもよい。

・上記実施形態では、プレッシャリミッタ２７の開弁判定後において目標レール圧ＰＦＩＮを所定の低圧力値に変更することで、ポンプ吐出量の低減を指令する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、ポンプ吐出量の上限値を制限することでポンプ吐出量の低減を指令する構成としたり、ポンプ吐出量制御のフィードバック制御量を減補正することでポンプ吐出量の低減を指令する構成としたりしてもよい。

・上記実施形態では、プレッシャリミッタ２７の開弁原因が復帰不可能な異常である場合には、異常診断後直ちにフェイルセーフ処理を実行し（図５のＳ１９→Ｓ２０→Ｓ２２）、復帰可能な一時的な異常である場合には、１ドライビングサイクル内の開弁回数に応じて同様のフェイルセーフ処理を実行する構成としたが（図５のＳ１７→Ｓ２１→Ｓ２２）、これを変更する。例えば、上記２つの場合で、異なる内容のフェイルセーフ処理を実行する構成としてもよい。また、１ドライビングサイクル内の開弁回数でなく、ＩＧスイッチのオン／オフにかかわらず積算した開弁累積回数に応じてフェイルセーフ処理を実行する構成であってもよい。

・上記実施形態では、プレッシャリミッタ２７の開弁履歴データとして開弁回数（復帰回数カウンタＣ２）を記憶し、その開弁回数に基づいて異常診断を実行したが、これを変更する。例えば、プレッシャリミッタ開弁ごとに閉弁復帰までの所要時間（吐出量低減指令〜圧力追従確認までの時間）の積算値を開弁履歴データとして記憶し、その積算値に基づいて異常診断を実行する。

・制御対象とするエンジンの種類やシステム構成を、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば上記実施形態では、ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について言及したが、例えば火花点火式のガソリンエンジン（特に直噴エンジン）等についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射システムでは、燃料（ガソリン）を高圧状態で蓄えるデリバリパイプを備えており、このデリバリパイプに対して燃料ポンプから燃料が圧送されるとともに、同デリバリパイプ内の高圧燃料がインジェクタからエンジン燃焼室内に噴射供給される。なお、かかるシステムでは、デリバリパイプが蓄圧配管に相当する。

発明の実施の形態におけるコモンレール式燃料噴射システムの概要を示す構成図。 プレッシャリミッタの構造を示す断面図。 プレッシャリミッタの動作特性を示す図。 プレッシャリミッタが一時的に開弁する要因を説明するためのタイムチャート。 異常診断処理の手順を示すフローチャート。 異常診断処理に関する作用を説明するためのタイムチャート。 異常診断処理に関する作用を説明するためのタイムチャート。 異常診断処理に関する作用を説明するためのタイムチャート。

符号の説明

１１…燃料ポンプ、１４…吸入調量弁、１８…燃料吐出配管、２０…コモンレール（蓄圧配管）、２１…レール圧センサ、２３…インジェクタ、２７…プレッシャリミッタ（圧力開放弁）、５０…ＥＣＵ（開弁判定手段、吐出量低減指令手段、燃圧検出手段、異常診断手段、判別手段及び記憶手段）。

Claims (1)

1. 燃料を高圧化し吐出する燃料ポンプと、該燃料ポンプから吐出される高圧燃料を蓄える蓄圧配管と、該蓄圧配管に設けられ蓄圧配管内の燃圧が所定の開弁圧に達すると開弁する圧力開放弁とを備える高圧燃料供給システムに適用され、前記蓄圧配管内の燃圧の目標値を設定し、その目標値に基づいて前記燃料ポンプの吐出量を制御する高圧燃料制御装置であって、
   前記圧力開放弁は、燃圧上昇に応じて開弁し、その後前記蓄圧配管内の圧力を所定のレギュレート圧に維持することが可能な圧力レギュレート機能を有し、かつ前記レギュレート圧よりも低圧側に、閉弁状態に戻るための閉弁圧が定められたものであり、
   前記圧力開放弁が開弁状態になったことを判定する開弁判定手段と、
   前記開弁判定手段により圧力開放弁の開弁が判定された場合に、前記目標値を前記圧力開放弁の閉弁圧よりも低い値に設定することで前記燃料ポンプの燃料吐出量の低減を指令する吐出量低減指令手段と、
   前記吐出量低減指令手段による吐出量低減指令後の前記蓄圧配管内の実燃圧を検出する燃圧検出手段と、
   前記開弁判定手段により圧力開放弁の開弁が判定された場合に、前記燃圧検出手段により検出した実燃圧に基づいて、前記圧力開放弁の開弁の原因が復帰不可能な異常か復帰可能な異常かを判別する異常診断手段と、
   前記異常診断手段による診断結果に基づいて所定のフェイルセーフ処理を実行するフェイルセーフ実行手段と、
   を備え、
   前記異常診断手段は、
   前記吐出量低減指令手段による吐出量低減の指令後において所定時間の経過後も前記燃圧検出手段により検出した実燃圧が吐出量低減指令に対して追従変化していなければ、前記復帰不可能な異常が生じている旨判別する第１判別手段と、
   前記吐出量低減指令手段による吐出量低減の指令後において前記所定時間の経過前に前記燃圧検出手段により検出した実燃圧が吐出量低減指令に対して追従変化していれば、前記復帰可能な異常が生じている旨判別するとともに、その復帰可能な異常の発生回数を算出する第２判別手段と、
   を有し、
   前記フェイルセーフ実行手段は、
   前記第１判別手段により前記復帰不可能な異常が生じている旨判別された場合、及び前記第２判別手段により算出された前記発生回数が所定回数に達した場合に、前記フェイルセーフ処理を実行し、前記第２判別手段により前記復帰可能な異常が生じている旨判別されても、前記発生回数が前記所定回数に達していない場合に、前記フェイルセーフ処理を実行しないことを特徴とする高圧燃料制御装置。

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