JP5093890B2 - 蓄圧式燃料供給装置の異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄圧室内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関に供給する蓄圧式燃料供給装置（所謂コモンレール式燃料供給装置）の異常診断装置に関する。

近年、高圧で燃料を噴射供給可能であると共に、燃料の供給タイミングや供給期間などを比較的自由に制御可能であるため、内燃機関の出力性能や燃費性能の向上、排気有害物質の低減などに有利であることから、蓄圧室（所謂コモンレール）内に所定の高圧に調整された燃料（高圧燃料）を蓄えておいて、当該高圧燃料を電子制御式燃料噴射弁を介して内燃機関に供給する所謂蓄圧式燃料供給装置が採用されている。

かかる蓄圧式燃料供給装置において、何らかの異常が生じ、高圧燃料系にリークなどが生じた場合には、良好に燃料を内燃機関に供給することができず、燃焼を悪化させ、出力性能や燃費性能の低下や排気有害物質の排出量の増加を招く惧れがあると共に、内燃機関に損傷等を与える惧れがある。

このため、例えば、特許文献１では、内燃機関の運転中に、高圧燃料を供給する通路内の圧力を検出し、その圧力検出結果に基づいて異常診断を行っている。

また、特許文献２では、内燃機関の運転中に、高圧燃料を供給する通路に振動検出器を取り付け、当該振動検出器によって燃料噴射時に発生する振動を検出し、その振動レベルに基づいて異常診断を行っている。
実開平２−１３２８４９号公報 実開平３−２１５６５号公報

しかしながら、これらのものは、内燃機関の運転中に、燃料供給通路内の圧力変動や振動を検出して異常の有無を診断するものであるため、運転状態に応じて圧力変動レベルや振動レベルが比較的大きく変化するため、誤診断が生じ易いと共に、異常の有無を判定するための異常判定閾値の設定が煩雑になるなどの実情がある。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、精度良く蓄圧式燃料供給装置の異常を診断することができる蓄圧式燃料供給装置の異常診断装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る蓄圧式燃料供給装置の異常診断装置は、
蓄圧室内に所定の高圧状態で蓄えられる燃料を内燃機関に供給する蓄圧式燃料供給装置の異常診断装置であって、
運転停止後に、燃料圧力が所定値まで低下したときから計時を開始し、計時開始後所定時間経過後の燃料圧力と、異常判定値と、を比較して、蓄圧式燃料供給装置の異常を診断するものにおいて、
前記異常の診断は、内燃機関が所定運転状態で運転されていた状態から運転停止されたことを条件に実行されると共に、前記異常の診断において異常判定された場合に、出力制限モードでの運転を許可すると共に、次回以降の運転停止後に異常の診断を実行し正常判定された場合には、異常診断結果をリセットすると共に、通常運転を許可することを特徴とする。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、精度良く蓄圧式燃料供給装置の異常を診断することができる蓄圧式燃料供給装置の異常診断装置を提供することができる。

以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

本発明の一実施の形態に係る蓄圧式燃料供給装置１は、図１に示すように、例えばディーゼル燃焼機関等の内燃機関２の各燃焼室（図示せず）に電子制御式のインジェクタ（燃料噴射弁）３がそれぞれ配設されている。

当該インジェクタ３には、高圧燃料供給通路１３を介してコモンレール（蓄圧室）４が接続されおり、このコモンレール４内に所定圧力に調整されて蓄えられている高圧燃料が供給されるようになっている。

コモンレール４には、例えば内燃機関２により駆動される燃料供給ポンプ５に接続される燃料供給通路１２が接続されおり、この燃料供給通路１２を介して前記燃料供給ポンプ５により圧送される高圧燃料が供給されるようになっている。

電子制御装置（ＥＣＵ）６は、内燃機関２の回転速度を検出する回転速度センサ７、運転者等のアクセル操作を検出するアクセルセンサ８、内燃機関２の冷却水温度を検出する水温センサ１６等の検出信号に基づいて、内燃機関２の運転状態を検出し、当該運転状態に応じて目標燃料圧力（コモンレール内燃料圧力）を設定すると共に、コモンレール４内の実際の燃料圧力を検出するコモンレール圧センサ９の検出信号に基づいて、コモンレール４内の実際の燃料圧力が目標燃料圧力となるように、燃料供給ポンプ５の駆動をフィードバック制御可能に構成されている。

燃料供給ポンプ５は、ＥＣＵ６の制御指令に従って、燃料タンク１１内の燃料を低圧ポンプ１１を介して吸入して所定の高圧に昇圧し、この高圧燃料を前記コモンレール４に圧送供給する。これにより、コモンレール４及び前記高圧燃料供給通路１３などの高圧燃料系通路が所定の高圧燃料で満たされることになる。

インジェクタ３のコントロール弁１４は、ＥＣＵ６からの制御指令に従って所定のタイミングで所定期間開弁され、運転状態に応じた燃料供給量を所定の燃料供給タイミングで内燃機関２の燃焼室に噴射供給する。

なお、インジェクタ３は、図２に示すように、弁体３Ａの背後にコマンドピストン３Ｂが取り付けられており、弁体３Ａが臨む圧力室３Ｃと、コマンドピストン３Ｂの背面が臨む圧力室３Ｄには、高圧燃料供給通路１３及びインジェクタ３内の高圧燃料系通路を介してコモンレール４内の所定の高圧燃料が供給される構成となっている。

ここにおいて、圧力室３Ｃ内の高圧燃料が弁体３Ａに対して開弁方向に作用する表面積が、圧力室３Ｄ内の高圧燃料がコマンドピストン３Ｂに対して閉弁方向に作用する表面積より所定に小さく設定されており、これにより弁体３Ａは閉弁付勢されている。

このような状態において、コントロール弁１４がＥＣＵ６からの制御指令に基づいて電磁アクチュエータにより駆動されて図２中開弁方向に開弁されると、通路３Ｅが開路され、圧力室３Ｄが通路３Ｅを介してリーク通路１５に連通され、圧力室３Ｄ内の高圧燃料がリーク通路１５へと流出して圧力室３Ｄ内の燃料圧力が低下する。これにより、圧力室３Ｃ内の高圧燃料が弁体３Ａに対して開弁方向に作用する力が、弁体３Ａを閉弁方向へ付勢する力を上回ることとなって、弁体３Ａが図２中開弁方向に開弁されることになる。

そして、所定期間弁体３Ａが開弁され、噴孔を介して所定量の燃料が内燃機関２の燃焼室内に供給されると、コントロール弁１４はＥＣＵ６の制御指令に従って図２中閉弁方向に閉弁され、これに伴い通路３Ｅが閉路されて、再び圧力室３Ｄ内が高圧燃料で満たされ、弁体３Ａを閉弁方向へ付勢する力が、圧力室３Ｃ内の高圧燃料が弁体３Ａに対して開弁方向に作用する力を上回ることとなって、弁体３Ａが閉弁されることになる。

ここで、本発明者等は、何らかの原因により、例えば油密性等が低下して、高圧燃料が、圧力室３Ｃから燃焼室内へ漏洩してしまう現象や、圧力室３Ｄ側からリーク通路１５側に漏洩してしまうような現象が生じた場合には、コントロール弁１４による弁体３Ａの開閉弁動作を良好に制御することができなくなり、以って所定量の燃料を所定タイミングで良好に燃焼室に供給することができず、例えば燃焼を悪化させ、出力性能や燃費性能の低下や排気有害物質の排出量の増加を招く惧れがあると共に、内燃機関２に損傷等を与えてしまう惧れがあることに着目した。

そして、本発明者は、種々の実験・研究を行い、その結果、例えば油密性等が低下して、高圧燃料が、圧力室３Ｃから燃焼室内へ漏洩してしまう現象や、圧力室３Ｄ側からリーク通路１５側に漏洩してしまうような現象が生じた場合には、内燃機関２の運転を停止してからの高圧燃料コモンレール４内の燃料圧力の変化に、図７のタイムチャートに示すような正常の場合とは異なる特徴が顕れるという知見を得た。

すなわち、例えば異物付着、摩耗大、亀裂発生、破損等により油密性等が低下して、高圧燃料が圧力室３Ｃから燃焼室内へ漏洩してしまう現象や、圧力室３Ｄからリーク通路１５に漏洩してしまうような現象が生じた場合には、図７に示したように、内燃機関２の運転停止後、コモンレール４内の燃料圧力は、正常である場合に比べて、比較的急速に低下するため、かかる運転停止後の燃料圧力の低下度合いに基づけば、内燃機関２の運転中のような圧力変動等の影響もなく、高圧燃料系のリークに関する異常診断を信頼性高く行えるという知見を得た。
本発明者等は、かかる知見に基づいて、簡単かつ安価な構成でありながら、信頼性高く高圧燃料のリーク等の異常を診断することができる異常診断方法を得た。

以下に、当該異常診断方法について、図３、図４に基づいて説明する。
なお、本実施の形態に係る異常診断（故障判定）は、図５のタイムスケジュールに示したように、内燃機関２の運転停止（キーオフ）後に実行される。
すなわち、本実施の形態に係る異常診断方法は、図５のタイムスケジュールにおける内燃機関２の運転停止（キーオフ）後に、図３のフローチャートを実行する。

図３のフローチャートに示すように、
ステップ（以下、Ｓと称する）１において、コモンレール４内の燃料圧力Ｐｃを、コモンレール圧センサ９を介して検出し、Ｐｃが所定圧力（異常診断開始圧力）以下であるか否かを判定する。
Ｓ１で、ＮＯであれば、異常診断開始圧力までＰｃが低下していないとして、Ｓ７へ進み、キーオフからの経過時間がΔ秒（所定時間）となったか否かを判断する。Ｓ７で、ＹＥＳであれば、コモンレール４内の燃料圧力Ｐｃが所定以上に維持されており、コモンレール４内の高圧燃料がリーク等している惧れはないとして、Ｓ８へ進み、故障判定フラグを０にセットして正常判定する。その後、Ｓ６へ進み、故障検出完了フラグを１にセットして本フローを終了する。
一方、Ｓ７で、ＮＯであった場合には、Ｓ１へ戻る。

Ｓ１で、コモンレール４内の燃料圧力Ｐｃが異常診断開始圧力以下に低下し、ＹＥＳ判定されると、Ｓ２へ進み、タイマーによるカウントが開始され、所定期間（○秒）経過するのを待つ（図４参照）。

Ｓ３では、所定期間（○秒）経過したときのコモンレール４内の燃料圧力Ｐｃを検知し、Ｐｅにセットする（図４参照）。

Ｓ４では、Ｐｅと、判定値（異常診断判定値）と、を比較して、Ｐｅ＜所定の［判定値］であれば、Ｓ５へ進む。

Ｓ５では、コモンレール４内の高圧燃料がリーク等している惧れがあると判断して、異常であると判定し（図４参照）、故障判定フラグを１にセットした後、Ｓ６へ進み、故障検出完了フラグを１にセットして本フローを終了する。

これに対し、Ｓ４において、Ｐｅ≧［判定値］であれば、タイマーによる計時を開始してから所定時間経過しても、燃料圧力Ｐｃは［判定値］以上の状態が維持されており、コモンレール４内の高圧燃料がリーク等している惧れはないとして、Ｓ８へ進み、故障判定フラグを０にセットして正常判定（図４参照）した後、Ｓ６へ進み、故障検出完了フラグを１にセットして本フローを終了する。

このように、本実施の形態に係る異常診断方法によれば、内燃機関２の運転停止後、コモンレール４内の燃料圧力の経時的な変化度合い（診断開始から所定時間経過後のコモンレール４内の燃料圧力の絶対値、或いは診断開始からの燃料圧力の低下量、変化量、低下の傾きなど）に基づいて、蓄圧式燃料供給装置１の高圧燃料系のリークに関する異常診断を行う構成としたので、従来のように内燃機関２の運転中において異常診断を行う場合に比べて圧力変動等の影響もなく、信頼性の高い異常診断を行うことができる。
また、本実施の形態のように、Ｐｃが所定圧力（異常診断開始圧力）以下となるまで待ってから（Ｓ１参照）、異常診断を行う構成とすれば、内燃機関２の運転停止前の運転状態（燃料圧力の高低）に拘わらず、共通の異常判定閾値を用いることができるため、構成の簡略化を図りつつ、信頼性の高い診断が可能となる。

なお、本実施の形態に係る異常診断の実行は、図６に示した判定許可条件（異常診断実行許可条件）を満たす場合に許可されるように構成することができる。
具体的には、内燃機関２の運転停止（キーオフ）前における運転状態が、当該異常診断を実行するのに適したものであるか否かを判定し、適している場合にその実行を許可し、それ以外の場合には誤診断の惧れがあるため、異常診断の実行を禁止しようとするものである。

例えば、図６に示すように、「運転停止前の内燃機関２の冷却水温度が所定範囲（例えば５０°Ｃ〜１００°Ｃ程度の範囲）にあったこと」や、「水温センサ１６が故障等していないこと」などを条件とし、これにより、運転停止前においてＥＣＵ６により正常にコモンレール４内の燃料圧力が目標コモンレール圧に制御されていたことを確認するものである。始動後短期間で運転停止された場合や、コモンレール圧の制御に何らかの制限が掛けられていて、正常にコモンレール圧が上昇しておらず、良好にコモンレール圧の低下度合いによる異常診断が行えないような場合に異常診断が実行許可されるのを回避するものである。なお、冷却水温に替えて、或いは冷却水温に加えて、潤滑油温度を、異常診断実行許可条件の判定要素として用いることもできる。

また、燃料温度（高圧燃料の燃料温度）についても同様で、「運転停止前の燃料温度が所定範囲（例えば、２０°Ｃ〜５０°Ｃ程度の範囲）にあったこと」や、「燃温センサ１７が故障等していないこと」などを条件とし、これにより、運転停止前においてＥＣＵ６により正常にコモンレール４内の燃料圧力が目標コモンレール圧に制御されていたことを確認し、始動後短期間で運転停止された場合や、コモンレール圧の制御に何らかの制限が掛けられていて、正常にコモンレール圧が上昇しておらず、良好にコモンレール圧の低下度合いによる異常診断が行えないような場合に異常診断が実行許可されるのを回避するものである。

更に、運転停止前の内燃機関２の回転速度（エンジン回転数）が所定範囲（例えば５５０ｒ．ｐ．ｍ程度以上の範囲）内にあり、かつ所定期間その状態が継続していたこと」を条件とし、これにより、例えば冷却水温や燃料温度が所定範囲にある暖機状態において再始動し、当該再始動に失敗したときなどにおいて、正常にコモンレール圧が上昇しておらず、良好にコモンレール圧の低下度合いによる異常診断が行えないような場合に異常診断が実行許可されるのを回避するものである。
このように、図６に示したような判定許可条件（異常診断実行許可条件）を満たす場合に、図３に示した異常診断ルーチンの実行が許可されるようにすることで、異常診断における誤診断の発生を効果的に抑制することができる。

ところで、本実施の形態に係る異常診断は、既述したように、図５に示すタイムスケジュールに従って実行されることができる。
図５について説明すると、内燃機関２の通常運転後にキーオフされ、内燃機関２の運転が停止された状態で、図３のフローチャートで説明した故障判定（異常診断）Ａは実行される。そして、その診断結果（故障判定フラグ、故障検出完了フラグなど）をＥＣＵ６のＥＥＰＲＯＭに書き込み記憶する。その後、メインリレーがオフされＥＣＵ６の電源供給がシャットダウンされる。

次回、始動時におけるキーオンの際に、ＥＣＵ６内のＥＥＰＲＯＭに記憶されている前回の診断結果を参照し、正常判定（故障判定フラグが０）の場合には、そのまま通常運転を許可し、異常判定（故障判定フラグが１）の場合（図５では、かかる場合を示している）には、例えば出力制限モード（高圧燃料系のリークによる悪影響を最小に抑制しつつサービス工場等への移動を許可するために、出力を制限した状態で運転を許可するようなモード）にて運転を許可すると共に、運転者等に対して警告灯、警告音等により異常がある旨を報知する。なお、異常がある旨を報知のみで出力制限モードでの運転制限は設けないようにすることもできる。

そして、このような運転後にキーオフされると、再び、故障判定（異常診断）Ｂを実行する。そして、その診断結果（故障判定フラグ、故障検出完了フラグなど）をＥＣＵ６のＥＥＰＲＯＭに書き込み記憶する。その後、メインリレーがオフされＥＣＵ６の電源供給がシャットダウンされる。

次回、始動時におけるキーオンの際に、ＥＣＵ６内のＥＥＰＲＯＭに記憶されている前回の診断結果を参照し、正常判定（故障判定フラグが０）の場合には、通常運転を許可する一方、異常判定（故障判定フラグが１）の場合には、例えば出力制限モードにて運転を許可すると共に、運転者等に対して警告灯、警告音等により異常を報知する。

このように、内燃機関２の運転停止後における異常診断において一度異常判定がなされた場合でも、次回以降の運転停止後（毎回でなく所定回数毎でも良い）において異常診断を行うようにすると、例えば誤診断による不都合から復帰させることができると共に、例えばサービス工場等においてインジェクタ３の交換等が行なわれ高圧燃料系の漏洩が修復されたような場合には、前記異常判定を解除して正常判定（故障判定フラグが０）とすること（判定結果のリセット）が可能となるため、比較的面倒で特殊なツールや設備が必要となるＥＣＵ６のリセット操作等を行わなくても、自動的にリセットさせることが可能となり、ユーザーフレンドリーな異常診断装置を提供することが可能となる。

この場合において、異常判定（故障判定フラグが１）が維持されている間は、例えば出力制限モードにて運転を許可すると共に、運転者等に対して警告灯、警告音等により異常を報知するようにすることで、早急な修理等の措置を取ることを運転者等に促すことが可能となる。

ところで、本実施の形態に係る蓄圧式燃料供給装置１が適用される内燃機関２はディーゼル燃焼機関に限定されるものではなく、ガソリンその他の燃料を使用する内燃機関の他、外燃機関などとすることもでき、燃焼方式に拘わらず、蓄圧式燃料供給装置を備えたものであれば、あらゆる移動式・定置式の機関とすることができる。

以上で説明した一実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。

本発明の一実施の形態に係る蓄圧式燃料供給装置の異常診断装置の構成例を示す図である。 同上実施の形態に係るインジェクタの構成例を示す断面図である。 同上実施の形態に係る異常診断を説明するフローチャートである。 同上実施の形態に係る異常診断方法を説明するためのタイムチャートである。 同上実施の形態に係る異常診断を実行するタイミングを説明するタイムスケジュールである。 同上実施の形態に係る異常診断の実行を許可するための条件を説明するための図である。 運転停止後における燃料圧力の経時的な変化を、正常である場合と、異常である場合と、を比較して示した図である。

符号の説明

１ 蓄圧（コモンレール）式燃料供給装置
２ 内燃機関
３ インジェクタ
４ コモンレール（蓄圧室）
６ ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
９ コモンレール圧センサ

Claims (1)

1. 蓄圧室内に所定の高圧状態で蓄えられる燃料を内燃機関に供給する蓄圧式燃料供給装置の異常診断装置であって、
   運転停止後に、燃料圧力が所定値まで低下したときから計時を開始し、計時開始後所定時間経過後の燃料圧力と、異常判定値と、を比較して、蓄圧式燃料供給装置の異常を診断するものにおいて、
   前記異常の診断は、内燃機関が所定運転状態で運転されていた状態から運転停止されたことを条件に実行されると共に、前記異常の診断において異常判定された場合に、出力制限モードでの運転を許可すると共に、次回以降の運転停止後に異常の診断を実行し正常判定された場合には、異常診断結果をリセットすると共に、通常運転を許可することを特徴とする蓄圧式燃料供給装置の異常診断装置。