JP5161354B2

JP5161354B2 - コモンレールシステムの異常判定装置

Info

Publication number: JP5161354B2
Application number: JP2011203925A
Authority: JP
Inventors: 孝治岡安; 裕二佐々木; 宏征大西
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-02-25
Also published as: JP2011252502A

Description

本発明は、コモンレールシステムの異常判定装置に係り、寒冷時における誤判定等を抑制する技術に関する。

近年、自動車等に搭載されるディーゼルエンジンでは、有害排出ガス成分の低減や燃費の向上等を実現すべく、燃料の噴射圧力や噴射時期、噴射期間（噴射量）を高精度に制御可能な電子制御燃料噴射システムを適用したものが多くなっている。一般に、ディーゼルエンジン用の電子制御燃料噴射システムとしては、燃料タンク内の燃料を電動式の低圧ポンプ（フィードポンプ）によって吸い上げ、この燃料を機械式（エンジン駆動）の高圧ポンプ（サプライポンプ）で加圧してコモンレールに蓄えた後、コモンレールから各気筒の燃料噴射弁に燃料を供給するコモンレールシステムが採用されている。

コモンレールシステムでは、コモンレール内の圧力（レール圧）が一定値となるようにサプライポンプの吐出量をフィードバック制御しているため、サプライポンプから燃料噴射弁に至る経路で燃料のリークが起きた場合、レール圧を維持すべくサプライポンプの吐出量が増大して燃料のリーク量が更に多くなる等の問題があった。そこで、コモンレールシステムには、例えば、サプライポンプの吐出量を制御する燃料吐出制御弁の目標制御量（あるいは、圧力補正量）を所定の基準値と比較し、その比較結果に基づいて燃料を判定する異常判定装置が設けられている（特許文献１参照）。なお、この異常判定装置では、燃料供給系の圧力が急変するエンジンの運転状態においては、目標制御量や圧力補正量の変動による誤判定を防止すべく、燃料リークの判定を一時的に禁止している。
特許３１４７４６０号公報

上述した特許文献１の異常判定装置においても、燃料である軽油に潤滑用のパラフィンが含まれていることに起因して、寒冷時においては正常な判定が行えないことがあった。すなわち、外気温の低下によって燃料供給系内でワキシング（Ｗａｘｉｎｇ：パラフィン成分の固化）が生じ、エンジン始動直後等に燃料配管が部分的に閉塞した場合、燃料のリークが起きていないにも拘わらずレール圧が規定値まで上昇し難くなり、異常判定装置が燃料のリークが起きたと誤判定してしまうことがある。異常判定装置によってこの種の誤判定がなされた場合、運転者は、燃料漏れ警告灯の点灯により不安感を憶え、自動車を整備工場に預ける等の不要な処置をとらされる虞があった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、寒冷時における誤判定等を抑制したコモンレールシステムの異常判定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、燃料を所定の圧力に加圧するサプライポンプと、前記サプライポンプで加圧された燃料を蓄えるコモンレールと、前記コモンレール内の燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射弁と、前記コモンレール内の圧力をレール圧として検出するレール圧検出手段と、前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との比較結果に応じて前記サプライポンプの吐出量を制御する吐出量制御手段とを有するコモンレールシステムに設けられるコモンレールシステムの異常判定装置において、前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との差が所定のレール圧低下判定閾値を超えた場合、前記吐出量制御手段に前記サプライポンプの吐出量を低減させる吐出量低減手段と、燃料の温度を検出する燃温検出手段と、燃料リークが生じたか否かを判定する燃料リーク判定手段とを備え、前記燃料リーク判定手段は、前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との差が前記レール圧低下判定閾値を超えていない場合には燃料リークが生じていないと判定し、前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との差が前記レール圧低下判定閾値を超え、かつ前記燃温検出手段の検出結果が所定のワキシング判定閾値を超えた場合には燃料リークが生じたと判定し、前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との差が所定のレール圧低下判定閾値を超え、かつ前記燃温検出手段の検出結果が前記ワキシング判定閾値を超えていない場合、その状態が所定時間が継続していなければ燃料リークが生じていないと判定し、その状態が所定時間が継続した場合には燃料リークが生じたと判定することを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば燃料供給系内でワキシングが生じてレール圧が規定値まで上昇し難くなるような寒冷時には、レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との差がレール圧低下判定閾値を超えても燃料リークが生じたと判定されなくなり、燃料漏れ警告灯の点灯によって運転者に不安を与える等の事態が回避される。

第１実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。第１実施形態に係る各機器とエンジンＥＣＵとの接続状態を示すブロック図である。第１実施形態に係る異常判定部の概略構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る燃料リーク判定処理の手順を示すフローチャートである。第２実施形態に係る燃料リーク判定処理の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明を自動車用ディーゼルエンジンのコモンレールシステムに適用した２つの実施形態を詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図であり、図２は第１実施形態に係る各機器とエンジンＥＣＵとの接続状態を示すブロック図であり、図３は第１実施形態に係る異常判定部の概略構成を示すブロック図である。

≪第１実施形態の構成≫
図１に示すように、第１実施形態のエンジンシステム１は、直列４気筒ディーゼルエンジン（内燃機関：以下単にエンジンと記す）Ｅを中核に、エアクリーナ２や吸気管３、吸気マニホールド４等からなる吸気系と、排気マニホールド５や排気管６等からなる排気系と、コモンレール７や電子制御式の燃料噴射弁８等からなる燃料供給・噴射系（コモンレールシステム）とを備えている。本実施形態の自動車では、車室内にエンジンシステム１を統括制御するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit：以下、単にＥＣＵと記す）９が設置され、運転席には運転者によって操作されるアクセルペダル１０が設置されている。また、エンジンＥには、冷機時にシリンダヘッドを加熱するグロープラグ４８が装着されている。

＜吸排気系の構成＞
吸気管３と排気管６との間には可変容量型ターボチャージャ（Variable Geometry Turbocharger:以下、ＶＧターボと記す）１１が設置され、排気ガスのエネルギーによって加圧された空気がエンジンＥに供給される。吸気管３に管路には、ＶＧターボ１１で加圧されて高温となった空気を冷却するインタクーラ１２と、所定の運転領域でエンジンＥの吸気量を絞る電動式のインテークシャッタ１３とが設置されてる。また、吸気管３と吸気マニホールド４との間には、低回転低負荷運転域等で流路断面積を絞って吸気流速を高める電動式のスワールコントロール弁１４が設けられている。

吸気マニホールド４と排気マニホールド５とは、高温の排気ガスを燃焼室に導くべく、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと記す）通路２１を介して連結されている。ＥＧＲ通路２１は切換弁２２を介して分岐されたＥＧＲクーラー２１ａとバイパス通路２１ｂとからなっており、切換弁２２の上流には燃焼室に流入される排気ガス（ＥＧＲガス）の量を調節するＥＧＲ制御弁２３が設けられている。

一方、排気管６の管路には、排気浄化手段であるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）３１とＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３２とＬＮＣ（リーンＮＯｘ触媒）３３とを排気の流れに沿って連設してなる排気浄化装置３４が設置されている。

エンジンＥには、そのクランク角度を検出するクランク角センサ４１や、冷却水温を検出する水温センサ４２等が設置されている。また、アクセルペダル１０には、その踏込量を検出するアクセルペダルセンサ４３が付設されている。

吸気系には、エアクリーナ２の直後に吸気量センサ４４と外気温センサ４５とが設置され、ＶＧターボ１１とインテークシャッタ１３との間に上流側吸気圧センサ４６と上流側吸気温センサ４７とが設置されている。また、図示はしないが、吸気系には、インテークシャッタ１３の開度を検出するシャッタ開度センサの他、インテークシャッタ１３の下流における吸気圧力を検出する下流側吸気圧センサ、インテークシャッタ１３の下流における吸気温度を検出する下流側吸気温センサ等が設置されている。

排気系には、ＶＧターボ１１の直後に第１排気温センサ５１と第１ＬＡＦ（Linear Air Fuel ratio）センサ５２とが設置され、ＤＯＣ３１とＤＰＦ３２との間に第２排気温センサ５３が設置され、ＤＰＦ３２とＬＮＣ３３との間に第２ＬＡＦセンサ５４が設置され、ＬＮＣ３３の下流に第３排気温センサ５５と第３ＬＡＦセンサ５６とが設置されている。

＜コモンレールシステムの構成＞
コモンレールシステムは、燃料タンク６１内に設置されたフィードポンプ６２と、燃料中の水分や不純物を分離する燃料フィルタ６４と、燃料を加圧するエンジン駆動式のサプライポンプ（２気筒プランジャポンプ）６５と、高圧の燃料を蓄えるコモンレール７とを主要構成要素としている。

燃料フィルタ６４には、低温時に燃料を加熱する燃料ヒータ７１が付設されている。また、サプライポンプ６５には、吐出量を制御する吐出量制御弁７２と、燃料温度を検出する燃温センサ７３とが装着されている。また、コモンレール７には、レール圧を制御するレール圧制御弁７４と、レール圧を検出するレール圧センサ（レール圧検出手段）７５とが装着されている。

フィードポンプ６２と燃料フィルタ６４とサプライポンプ６５とはフィードパイプ８１，８２によって接続され、サプライポンプ６５とコモンレール７とはサプライパイプ８３，８４によって接続され、コモンレール７と燃料噴射弁８とはデリバリパイプ８５によって接続されている。また、吐出量制御弁７２とレール圧制御弁７４とはドレインパイプ８６によって燃料タンク６１に接続されており、余剰な燃料が燃料タンク６１に還流する。

＜エンジンＥＣＵ＞
エンジンＥＣＵ９は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されている。図２に示すように、エンジンＥＣＵ９には上述した各センサからの検出信号が入力する一方、エンジンＥＣＵ９からは上述した各制御機器（燃料噴射弁８やＶＧターボ１１、サプライポンプ６５等）への駆動信号が出力される。なお、エンジンＥＣＵ９には、上述したもの以外にも多数のセンサやエンジン制御機器が接続されているが、説明が煩雑になることを避けるためにそれらについての記載を省略する。

＜異常判定部＞
エンジンＥＣＵ９には、図３にその概略構成を示す異常判定部（異常判定手段）９１が収容されている。同図に示すように、異常判定部９１は、レール圧低下判定部９２と、ワキシング判定部（判定無効化手段）９３と、レール圧低下判定部９２およびワキシング判定部９３の判定結果に基づいて燃料のリーク判定を行う燃料リーク判定部９４とを有している。なお、レール圧低下判定部９２は、目標レール圧とレール圧検出値との差圧が大きい場合にレール圧低下信号を出力する。ワキシング判定部９３は、燃料温度が低い場合にワキシング判定信号を燃料リーク判定部９４に出力するとともに吐出量低減フラグを吐出量制御部に出力する。

≪第１実施形態の作用≫
エンジンシステム１が起動されると、エンジンＥＣＵ９は、運転者のキー操作に応じてエンジンＥを始動した後、上述した各種センサの検出信号等に基づき、図示しないマップから目標燃料噴射量や目標過給圧、目標レール圧を検索／設定した後、燃料噴射弁８やＶＧターボ１１、サプライポンプ６５を駆動することでエンジンＥを運転制御する。そして、本実施形態のエンジンＥＣＵ９は、エンジンＥの始動や運転制御と並行して、図４のフローチャートにその手順を示す燃料リーク判定処理を所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）で繰り返し実行する。

＜燃料リーク判定処理＞
異常判定部９１は、燃料リーク判定処理を開始すると、先ず、図４のステップＳ１で、図示しないレール圧設定部から入力した目標レール圧Ｐｒｔｇｔと、レール圧センサ７５から入力したレール圧検出値Ｐｒｒとの差圧ΔＰｒを算出した後、ステップＳ２で差圧ΔＰｒが所定のレール圧低下判定閾値（異常判定閾値）Ｐｒｔｈを超えているか否かを判定する。そして、この判定がＮｏであれば、異常判定部９１は、燃料系に異常が発生していないとして、ステップＳ３で初期値０の吐出量低減フラグＦｆｃ（後述）を０にリセットし、ステップＳ４で初期値０の燃料リークフラグＦｆｌ（後述）を０にリセットし（この場合、ステップＳ３，Ｓ４では、実際には何ら処理を行わない）、スタートに戻る。

また、ステップＳ２の判定がＹｅｓであった場合、異常判定部９１は、ステップＳ５で異常コードＣｅｒｒを１とし、ステップＳ６で吐出量低減フラグＦｆｃを１とした後、ステップＳ７で燃温センサ７３から入力した燃料温度Ｔｆがワキシング判定閾値Ｔｆｔｈを超えているか否かを判定する。異常コードＣｅｒｒは、燃料系にリークが生じた虞があることを示すコードであり、エンジンＥＣＵ９内の図示しない記憶手段に記憶される。また、吐出量低減フラグＦｆｃはエンジンＥＣＵ９内の吐出量制御部（図示せず）に出力されるフラグであり、その値が１となった場合、吐出量制御部から吐出量制御弁７２に対して吐出量低減指令が送られ、ワキシングによる燃料配管の閉塞が生じていたような場合においても、サプライポンプ６５の負荷が過大となること等が抑制される。

燃料温度Ｔｆが比較的高く、ステップＳ７の判定がＹｅｓとなった場合、異常判定部９１は、燃料系にリークが生じたとして、ステップＳ８で燃料リークフラグＦｆｌを１とする。燃料リークフラグＦｆｌは、エンジンＥＣＵ９内の燃料リーク時処理部（図示せず）に出力されるフラグであり、その値が１となった場合、異常時処理（料漏れ警告灯の点灯やリーク時レール圧制御等）が実行される。これにより、運転者は、インストルメントパネル内の燃料漏れ警告灯の点灯によって異常を認識し、自動車を整備工場に預ける等の処置をとることができる。

一方、寒冷時等において燃料温度Ｔｆが低く、ステップＳ７の判定がＮｏとなった場合、異常判定部９１は、ワキシングによる燃料配管（フィードパイプ８１，８２やサプライパイプ８３）の閉塞が生じている可能性があるとして、誤判定を防止すべくステップＳ４で燃料リークフラグＦｆｌを０としてスタートに戻る。

（燃料温度の上昇）
エンジンＥの運転に伴ってフィードポンプ６２からサプライポンプ６５に送給された燃料は、コモンレール７から燃料噴射弁８に供給された分を除いて、吐出量制御弁７２やレール圧制御弁７４からドレインパイプ８６を経由して燃料タンク６１に還流する。還流した燃料は、燃料フィルタ６４に付設された燃料ヒータ７１等によって加熱されているため、エンジンＥの運転が継続されると燃料温度Ｔｆは次第に上昇してくる。

燃料温度Ｔｆの上昇によってワキシングが解消され、差圧ΔＰｒが小さくなってステップＳ２の判定がＮｏになると、異常判定部９１は、ステップＳ３で吐出量低減フラグＦｆｃを０にリセットしてスタートに戻る。これにより、吐出量制御弁７２に対する吐出量低減指令の出力が中止され、サプライポンプ６５が目標レール圧Ｐｒｔｇｔ等に応じた燃料の吐出を行うようになる。なお、異常コードＣｅｒｒは、この際にリセットされないため、エンジンＥが停止されるまでエンジンＥＣＵ９内の記憶手段に記憶される。

一方、燃料温度Ｔｆがワキシング判定閾値Ｔｆｔｈを超えた時点でもレール圧検出値Ｐｒｒが低いままで推移し、差圧ΔＰｒがレール圧低下判定閾値Ｐｒｔｈを超えた場合、ステップＳ２，Ｓ７の判定がともにＹｅｓとなるため、異常判定部９１は、ステップＳ８で燃料リークフラグＦｆｌを１とする。これにより、運転者は、インストルメントパネル内の燃料漏れ警告灯の点灯によって異常を認識し、自動車を整備工場に預ける等の処置をとることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態については、燃料リーク判定処理の手順の一部を除いて上述した第１実施形態と同様の構成を採っているため、燃料リーク判定処理におけるフラグ等を含めて重複する説明を省略する。

＜燃料リーク判定処理＞
異常判定部９１は、燃料リーク判定処理を開始すると、先ず、図５のステップＳ１１で、目標レール圧Ｐｒｔｇｔとレール圧検出値Ｐｒｒとの差圧ΔＰｒを算出する。次に、異常判定部９１は、ステップＳ２で差圧ΔＰｒが所定のレール圧低下判定閾値（異常判定閾値）Ｐｒｔｈを超えているか否かを判定し、この判定がＮｏであれば、ステップＳ１３で吐出量低減フラグＦｆｃを０にリセットし、ステップＳ１４で燃料リークフラグＦｆｌも０にリセットしてスタートに戻る。

また、ステップＳ１２の判定がＹｅｓであった場合、異常判定部９１は、ステップＳ１５で異常コードＣｅｒｒを１とし、ステップＳ１６で吐出量低減フラグＦｆｃを１とした後、ステップＳ１７で燃料温度Ｔｆがワキシング判定閾値Ｔｆｔｈを超えているか否かを判定する。そして、ステップＳ１７の判定もＹｅｓとなった場合、異常判定部９１は、ステップＳ１８で燃料リークフラグＦｆｌを１とする。これにより、運転者は、インストルメントパネル内の燃料漏れ警告灯の点灯によって異常を認識し、自動車を整備工場に預ける等の処置をとることができる。

一方、寒冷時等において燃料温度Ｔｆが低く、ステップＳ１７の判定がＮｏとなった場合、異常判定部９１は、ワキシングによる燃料配管の閉塞が生じている可能性があるとして、誤判定を防止すべくステップＳ１４で燃料リークフラグＦｆｌを０としてスタートに戻る。

（燃料温度の上昇）
燃料温度Ｔｆの上昇によってワキシングが解消され、差圧ΔＰｒが小さくなってステップＳ１２の判定がＮｏになると、異常判定部９１は、ステップＳ１３で吐出量低減フラグＦｆｃを０にリセットしてスタートに戻る。これにより、吐出量制御弁７２に対する吐出量低減指令の出力が中止され、サプライポンプ６５が目標レール圧Ｐｒｔｇｔ等に応じた適切な燃料の吐出を行うようになる。

一方、差圧ΔＰｒがレール圧低下判定閾値Ｐｒｔｈを超え、燃料温度Ｔｆがワキシング判定閾値Ｔｆｔｈを超えない場合、ステップＳ１２の判定がＹｅｓ、ステップＳ１７の判定がＮｏとなるため、異常判定部９１は、ステップＳ１９で初期値０の判定遅延タイマＴｄを１だけインクリメントした後、ステップＳ２０で判定遅延タイマＴｄの値がカウントアップ値Ｔｄｍａｘに達したか否かを判定する。なお、カウントアップ値Ｔｄｍａｘは、エンジンＥの運転によって燃料の温度が十分に高くなる値に設定されている。ステップＳ２０の初回の判定はＮｏとなるため、異常判定部９１は、ステップＳ１４で燃料リークフラグＦｆｌを０としてスタートに戻る。

エンジンＥの始動後に所定時間が経過してもレール圧検出値Ｐｒｒが低く、差圧ΔＰｒがレール圧低下判定閾値Ｐｒｔｈを超えたままの状態で推移した場合、ステップＳ１２，Ｓ２０の判定がともにＹｅｓとなるため、異常判定部９１は、ステップＳ１８で燃料リークフラグＦｆｌを１とする。これにより、運転者は、インストルメントパネル内の燃料漏れ警告灯の点灯によって異常を認識し、自動車を整備工場に預ける等の処置をとることができる。

両実施形態では、上述した構成を採ったことにより、ワキシングによって燃料配管が部分的に閉塞した場合においても燃料のリーク判定が高精度に行われるようになり、誤判定によって運転者が不安感を憶えて自動車を整備工場に預ける等の不要な処置をとらされる虞が少なくなる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、内燃機関として直列４気筒ディーゼルエンジンを例示したが、本発明は、他の形式のディーゼルエンジンを始め、他種のエンジン等にも適用可能である。その他、エンジンシステムや異常判定部の具体的構成や燃料リーク判定処理の具体的手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

１エンジンシステム
７コモンレール
８燃料噴射弁
９エンジンＥＣＵ
６５サプライポンプ
７１燃料ヒータ
７２吐出量制御弁
７３燃温センサ
９１常判定部（異常判定手段）
９２レール圧低下判定部
９３ワキシング判定部（判定無効化手段）
９４燃料リーク判定部
Ｅエンジン

Claims

燃料を所定の圧力に加圧するサプライポンプと、前記サプライポンプで加圧された燃料を蓄えるコモンレールと、前記コモンレール内の燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射弁と、前記コモンレール内の圧力をレール圧として検出するレール圧検出手段と、前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との比較結果に応じて前記サプライポンプの吐出量を制御する吐出量制御手段とを有するコモンレールシステムに設けられるコモンレールシステムの異常判定装置において、
前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との差が所定のレール圧低下判定閾値を超えた場合、前記吐出量制御手段に前記サプライポンプの吐出量を低減させる吐出量低減手段と、
燃料の温度を検出する燃温検出手段と、
燃料リークが生じたか否かを判定する燃料リーク判定手段と
を備え、
前記燃料リーク判定手段は、
前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との差が前記レール圧低下判定閾値を超えていない場合には燃料リークが生じていないと判定し、
前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との差が前記レール圧低下判定閾値を超え、かつ前記燃温検出手段の検出結果が所定のワキシング判定閾値を超えた場合には燃料リークが生じたと判定し、
前記レール圧検出手段の検出結果と目標レール圧との差が所定のレール圧低下判定閾値を超え、かつ前記燃温検出手段の検出結果が前記ワキシング判定閾値を超えていない場合、その状態が所定時間が継続していなければ燃料リークが生じていないと判定し、その状態が所定時間が継続した場合には燃料リークが生じたと判定することを特徴とするコモンレールシステムの異常判定装置。