JP6690522B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関に燃料を噴射するインジェクタに加圧した燃料を供給する高圧ポンプが故障したときの燃料噴射制御装置に関する。

低圧ポンプから供給される燃料を高圧ポンプで加圧し、高圧ポンプから供給される燃料をインジェクタから内燃機関に噴射する燃料噴射システムが知られている。このような燃料噴射システムでは、高圧ポンプが故障すると、インジェクタからの燃料噴射をカットすることがある。しかし、インジェクタからの燃料噴射をカットすると、車両を安全な場所まで退避させる退避走行ができなくなる。

そこで、特許文献１に開示されている技術では、高圧ポンプが供給する燃料をコモンレールで蓄圧してインジェクタに供給する燃料噴射システムにおいて、低圧ポンプから高圧ポンプを迂回してコモンレールに燃料を供給する迂回通路を設置している。迂回通路には、コモンレール内の燃料圧力が低圧ポンプの吐出圧力よりも低下すると開弁し、低圧ポンプから迂回通路を経てコモンレールへの燃料供給を許可するチェック弁が設置されている。

この構成により、特許文献１に開示されている技術では、高圧ポンプが故障してコモンレールに燃料を供給できないためにコモンレール内の燃料圧力が低下すると、低圧ポンプから迂回通路を通ってコモンレールに燃料を供給しようとしている。

特開平８−３１９８７１号公報

高圧ポンプが故障すると高圧ポンプで加圧されない燃料がインジェクタに供給されるので、インジェクタに供給される燃料圧力は低下する。高圧ポンプの出力側に設置された高圧用の圧力センサによる燃料圧力の検出範囲では、低い燃料圧力を高精度に検出することは困難である。その結果、高圧ポンプの故障時に、圧力センサが検出する燃料圧力に基づいて、インジェクタに対する燃料噴射制御を高精度に実行することは困難である。

本開示は、高圧ポンプの故障時にインジェクタに供給される燃料圧力を高精度に検出する技術を提供する。

本開示の一態様は、低圧ポンプ（２０）から供給される燃料を高圧ポンプ（３０）で加圧し、高圧ポンプから供給される燃料をインジェクタ（６０）から内燃機関（２、４）に噴射する噴射系統を少なくとも備える燃料噴射システム（１０、８０）に適用される燃料噴射制御装置（７０）において、判定部（Ｓ４００）と、制御部（Ｓ４１２、Ｓ４１４）と、を備える。

判定部は、高圧ポンプが正常か故障かを判定する。制御部は、高圧ポンプが故障であると判定部が判定すると、インジェクタに供給される燃料圧力を検出するための圧力センサ（５０、５２）から取得する燃料の検出範囲を低圧側に切り替える。

この構成によれば、高圧ポンプの故障のためにインジェクタに供給される燃料の圧力が低下しても、圧力センサから取得する燃料圧力の検出範囲を低圧側に切り替えるので、インジェクタに供給される燃料圧力をできるだけ高精度に検出できる。これにより、高圧ポンプの故障時に、圧力センサが検出する燃料圧力に基づいて、インジェクタに対する燃料噴射制御を高精度に実行できる。

尚、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態による燃料噴射システムを示す構成図。 第１実施形態による燃料噴射制御処理を示すフローチャート。 センサ出力と燃料圧力との関係を示す特性図。 第２実施形態による燃料噴射システムを示す構成図。 センサ出力と燃料圧力との関係を示す特性図。

以下、図面を参照しながら本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す燃料噴射システム１０は、例えば、内燃機関として自動車用のガソリンエンジン２に燃料を噴射するためのものである。以下、ガソリンエンジンを単にエンジンとも言う。燃料噴射システム１０は、低圧ポンプ２０と、高圧ポンプ３０と、デリバリパイプ４０と、圧力センサ５０と、インジェクタ６０と、ＥＣＵ７０とを備えている。ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である。

低圧ポンプ２０は、モータで駆動される電動ポンプである。低圧ポンプ２０は、図示しない燃料タンク内の燃料を吸い上げて低圧配管１００により高圧ポンプ３０に燃料を供給する。

高圧ポンプ３０は、低圧ポンプ２０から加圧室に供給される燃料をカムにより駆動される図示しないプランジャの往復移動で加圧する。加圧室から高圧配管１１０によりデリバリパイプ４０に燃料を供給する燃料出口側には、デリバリパイプ４０から高圧ポンプ３０側に燃料が逆流することを防止する逆止弁が設置されている。逆止弁が開弁すると、加圧室の燃料がデリバリパイプ４０に供給される。

低圧ポンプ２０から燃料を供給される高圧ポンプ３０の加圧室の燃料入り口側には、高圧ポンプ３０の吐出量を調量する調量弁３２が設置されている。調量弁３２は、通電されると閉弁し、通電が遮断されると開弁する電磁駆動式の弁である。調量弁３２への通電は、ＥＣＵ７０が制御する。

ＥＣＵ７０は、プランジャが下降して低圧ポンプ２０から供給される燃料を加圧室に吸入する高圧ポンプ３０の吸入行程では、調量弁３２を開弁させる。ＥＣＵ７０は、プランジャが上昇する高圧ポンプ３０の加圧行程では、所定タイミングで調量弁３２を閉弁する。加圧行程において調量弁３２が閉弁することにより加圧室の燃料が加圧され、高圧ポンプ３０から高圧燃料が吐出される。調量弁３２を閉弁するタイミングを制御することにより、高圧ポンプ３０の吐出量が調量される。

デリバリパイプ４０は、高圧ポンプ３０から供給される燃料を蓄圧してインジェクタ６０に供給する中空の部材である。圧力センサ５０は、デリバリパイプ４０に設置されており、デリバリパイプ４０内の燃料圧力を検出する。

インジェクタ６０は、エンジン２の各気筒に設置されており、燃料吸入口をデリバリパイプ４０に挿入されている。インジェクタ６０は、通電を制御されることにより、デリバリパイプ４０から供給される燃料をエンジン２の気筒内に直接噴射する。

ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ７４とを備えるマイクロコンピュータを中心に構成されている。以下、半導体メモリを単にメモリとも言う。尚、ＥＣＵ７０を構成するマイクロコンピュータの数は一つでも複数でもよい。

ＥＣＵ７０の各種機能は、ＣＰＵ７２が非遷移的実体的記録媒体に記憶されているプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ７４が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。このプログラムをＣＰＵ７２が実行することで、プログラムに対応する方法が実行される。

ＥＣＵ７０の各種機能を実現する手法は、ソフトウェアに限るものではなく、その一部または全部の要素を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いてもよい。

ＥＣＵ７０は、圧力センサ５０を含む各種センサから取り込んだ検出信号に基づき、燃料噴射システム１０の各種制御を実行する。例えば、ＥＣＵ７０は、インジェクタ６０の噴射量と噴射タイミングとを制御する。さらに、ＥＣＵ７０は、圧力センサ５０から取得するデリバリパイプ４０内の圧力が目標圧力となるように、調量弁３２を制御して高圧ポンプ３０の吐出量を制御する。

［１−２．処理］
ＥＣＵ７０のＣＰＵ７２が実行する燃料噴射制御処理を、図２のフローチャートに基づいて説明する。図２のフローチャートは常時実行される。

Ｓ４００においてＣＰＵ７２は、高圧ポンプ３０が故障であるか、故障ではなく正常であるかを判定する。例えば、ＣＰＵ７２は、圧力センサ５０の出力から検出するデリバリパイプ４０の燃料圧力が、継続してＣＰＵ７２による圧力制御範囲よりも低圧または高圧である場合、高圧ポンプ３０の吐出量が異常であるから高圧ポンプ３０の故障と判定する。

Ｓ４００において高圧ポンプ３０は正常であると判定されると、Ｓ４０２においてＣＰＵ７２は、インジェクタ６０に供給される燃料圧力を検出するセンサとして、高圧用の圧力センサ５０を使用する。Ｓ４０２の実行後、処理はＳ４１６に移行する。

Ｓ４００において高圧ポンプ３０は故障であると判定されると、Ｓ４０４においてＣＰＵ７２は、高圧ポンプ３０の調量弁３２への通電を遮断し、加圧行程においても調量弁３２を開弁する。これにより、低圧ポンプ２０が供給する燃料は高圧ポンプ３０で加圧されずにデリバリパイプ４０に供給され、インジェクタ６０から噴射される。

Ｓ４０６においてＣＰＵ７２は、高圧ポンプ３０の故障時にエンジン回転数を低回転数に制限するか否かを判定する。エンジン回転数を低回転数に制限するのは、高圧ポンプ３０の故障のために低圧ポンプ２０が供給する低圧燃料をインジェクタ６０が噴射する場合、吸気行程の時間を長くし吸気行程中に燃料の噴射を終了させるためである。エンジン回転数を低回転数に制限することにより、車両は退避走行を行う。

これに対し、エンジン回転数を低回転数に制限する制御がない場合、高圧ポンプ３０の故障のために低圧ポンプ２０が供給する低圧燃料をインジェクタ６０が噴射しても、吸気行程の時間が短いために吸気行程中に噴射を完了できないエンジン回転数の領域が存在する。この場合、ＣＰＵ７２は、退避走行をすることは困難であると判断し、フューエルカットを行う。つまり、ＣＰＵ７２は、Ｓ４０６においてＮｏと判定する。

Ｓ４０６の判定がＮｏであり、エンジン回転数を低回転数に制限する制御がない場合、Ｓ４０８においてＣＰＵ７２は、フューエルカットを実行し、インジェクタ６０からの燃料噴射を停止し、本処理を終了する。

Ｓ４０６の判定がＹｅｓであり、エンジン回転数を低回転数に制限する場合、ＣＰＵ７２は、例えばエンジン回転数をアイドル回転数よりもやや高い低回転数に制限する。
Ｓ４１０においてＣＰＵ７２は、燃料噴射システム１０において、エンジン２に燃料を噴射する噴射系統として、直噴用のインジェクタ６０から高圧燃料を噴射する高圧噴射系統の１系統だけであるか、あるいは、高圧燃料を噴射する高圧噴射系統と、ポート噴射用のインジェクタから低圧燃料を噴射する低圧噴射系統との２系統であるかを判定する。

第１実施形態では、直噴用のインジェクタ６０から高圧燃料を噴射する高圧噴射系統の１系統だけであるから、Ｓ４１０の判定で１系統が選択される。Ｓ４１０の判定で２系統が選択されＳ４１４が実行される場合については、第２実施形態で説明する。

ここで、デリバリパイプ４０に設置された圧力センサ５０の出力は、高圧ポンプ３０が正常であれば、例えば図３の上段に示すように、５Ｖでデリバリパイプ４０内の最大の燃料圧力である３２ＭＰａに対応している。高圧ポンプ３０が故障した場合、高圧ポンプ３０の調量弁３２を常時開弁させることにより低圧ポンプ２０から高圧ポンプ３０で加圧されずにデリバリパイプ４０に燃料が供給されるので、デリバリパイプ４０の最大の燃料圧力は、第１実施形態では７２０ｋＰａである。

７２０ｋＰａ以下の燃料圧力では、検出範囲が３２ＭＰａまでの圧力センサ５０の分解能は低いので、圧力センサ５０の出力に基づいてインジェクタ６０に供給される燃料の圧力を高精度に検出することは困難である。

そこで、Ｓ４１２においてＣＰＵ７２は、図３の下段に示すように、７２０ｋＰａに対応する圧力センサ５０の出力が５Ｖになるように圧力センサ５０の出力を増幅し、圧力センサ５０から取得する燃料圧力の検出範囲を低圧側の圧力範囲に切り替える。つまり、ＣＰＵ７２は、圧力センサ５０から取得する燃料圧力の検出範囲を、低圧ポンプ２０から供給される燃料の圧力範囲に切り替える。ＣＰＵ７２は、Ｓ４１４の実行後、処理をＳ４１６に移行する。

Ｓ４１６においてＣＰＵ７２は、Ｓ４１２で検出範囲を低圧側の圧力範囲に切り替えられた後の圧力センサ５０の出力に基づいてインジェクタ６０に供給される燃料圧力を検出し、検出した燃料圧力に基づいて、インジェクタ６０に対する燃料噴射制御を実行する。

［１−３．効果］
以上説明した第１実施形態では、以下の効果を得ることができる。
（１）高圧ポンプ３０の故障時に、圧力センサ５０から取得する燃料圧力の検出範囲を低圧側の圧力範囲に切り替えるので、インジェクタ６０に供給される低圧の燃料圧力を高圧用の圧力センサ５０を使用して極力高精度に検出できる。

（２）高圧ポンプ３０の故障時に、インジェクタ６０に供給される低圧の燃料圧力を高圧用の圧力センサ５０を使用して検出できるので、インジェクタ６０に対する燃料噴射制御を継続し、車両を走行させることができる。

（３）高圧ポンプ３０が故障しても高圧用の圧力センサ５０をそのまま使用できるので、低圧用の圧力センサに切り替えて燃料圧力を検出する必要がない。したがって、高圧ポンプ３０が故障するときに備えて低圧用の圧力センサを設置する必要がない。

上記第１実施形態において、エンジン２が内燃機関に対応し、低圧ポンプ２０が低圧ポンプに対応し、高圧ポンプ３０が高圧ポンプに対応し、圧力センサ５０が高圧用センサに対応し、インジェクタ６０がインジェクタに対応し、ＥＣＵ７０が燃料噴射制御装置に対応する。

また、上記実施形態において、Ｓ４００が判定部の処理に対応し、Ｓ４１２が制御部の処理に対応する。
［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
次に、第２実施形態の燃料噴射システムについて説明する。尚、第１実施形態と同じ構成部分については同一符号を用いる。第１実施形態と同一符号については、先行する説明を参照する。

図４に示す第２実施形態の燃料噴射システム８０は、直噴用のインジェクタ６０から高圧燃料を噴射する高圧噴射系統に加え、ポート噴射用のインジェクタ９０からエンジン４の吸気ポート２００に低圧燃料を噴射する低圧噴射系統を備える点で第１実施形態と異なる。エンジン４は、直噴とポート噴射との両方に対応している。

低圧ポンプ２０からポート噴射用のインジェクタ９０に燃料を供給する低圧配管１００には、図５に示すように、７２０ｋＰａに対応する出力が５Ｖである圧力センサ５２が設置されている。

第２実施形態のＥＣＵ７０の構成は、高圧噴射系統と低圧噴射系統との２個の噴射系統を備えているために、メモリ７４に記憶されている燃料噴射制御プログラムが異なる以外は、第１実施形態のＥＣＵ７０と実質的に同一である。直噴用のインジェクタ６０またはポート噴射用のインジェクタ９０のいずれを使用して燃料を噴射するかは、エンジン運転状態に基づいた公知技術により決定される。

ＣＰＵ７２は、ポート噴射用のインジェクタ９０が噴射する燃料圧力をエンジン運転状態に基づいて設定される目標圧力にするために、圧力センサ５２が検出する低圧配管１００の燃料圧力に基づいて、低圧ポンプ２０のモータを駆動する駆動電流を制御する。これにより、低圧ポンプ２０のモータの回転数が制御されるので、低圧ポンプ２０が吐出する燃料圧力が可変制御される。

［２−２．処理］
第２実施形態においても、高圧ポンプ３０が故障したときのインジェクタ６０に対する燃料噴射制御処理については、第１実施形態で説明した図２のフローチャートを使用する。

第１実施形態と異なるのは、図２のＳ４１０の判定により、噴射系統として２系統が選択される点である。Ｓ４１０の判定において噴射系統として２系統が選択されると、Ｓ４１４においてＣＰＵ７２は、インジェクタ６０に供給される燃料圧力を、低圧配管１００に設置された低圧用の圧力センサ５２を使用して検出する。

したがって、Ｓ４１６においてＣＰＵ７２は、高圧ポンプ３０の故障時において、高圧用のインジェクタ６０から燃料を噴射するエンジン運転状態であれば、低圧用の圧力センサ５２の出力に基づいて、高圧用のインジェクタ６０に対する燃料噴射制御を実行する。

［２−３．効果］
以上説明した第２実施形態では、以下の効果を得ることができる。
（１）高圧ポンプ３０の故障時に、低圧ポンプ２０から高圧用のインジェクタ６０に供給される燃料圧力を低圧用の圧力センサ５２を使用して検出するので、高圧用のインジェクタ６０から噴射される燃料圧力を高精度に検出できる。

（２）低圧用のインジェクタ９０が故障しているときに高圧ポンプ３０が故障しても、低圧燃料を噴射する高圧用のインジェクタ６０に対する燃料噴射制御を、低圧用の圧力センサ５２の出力に基づいて高精度に実行できる。

（３）高圧ポンプ３０の故障時に低圧用のインジェクタ９０からの噴射に切り替える燃料噴射制御プログラムを搭載していない場合に、低圧燃料を噴射する高圧用のインジェクタ６０に対する燃料噴射制御を、低圧用の圧力センサ５２の出力に基づいて高精度に実行できる。

上記第２実施形態において、エンジン４が内燃機関に対応し、圧力センサ５２が低圧用センサに対応する。
［３．他の実施形態］
（１）低圧ポンプから供給される燃料を高圧ポンプで加圧し、高圧ポンプから供給される燃料をインジェクタから内燃機関に噴射するのであれば、高圧噴射系統は直噴式に限るものではない。

（２）上記第１実施形態において低圧配管１００に低圧用の圧力センサ５２が設置されている構成であれば、高圧ポンプ３０の故障時に、低圧ポンプ２０から高圧用のインジェクタ６０に供給される燃料圧力を低圧用の圧力センサ５２を使用して検出してもよい。

（３）上記第２実施形態において、高圧ポンプ３０の故障時に、低圧用の圧力センサ５２を使用せず、第１実施形態と同様に、高圧用の圧力センサ５０の出力を増幅して圧力センサ５０から取得する燃料圧力の検出範囲を低圧ポンプ２０の出力側の圧力範囲に切り替えてもよい。

（４）上記実施形態における一つの構成要素が有する複数の機能を複数の構成要素によって実現したり、一つの構成要素が有する一つの機能を複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を一つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素が有する一つの機能を一つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（５）上述した燃料噴射制御装置の他、当該燃料噴射制御装置を構成要素とする燃料噴射システム、当該燃料噴射制御装置としてコンピュータを機能させるための燃料噴射制御プログラム、この燃料噴射制御プログラムを記録した記録媒体、燃料噴射制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

２、４：エンジン（内燃機関）、１０、８０：燃料噴射システム、２０：低圧ポンプ、３０：高圧ポンプ、５０：圧力センサ（高圧用センサ）、５２：圧力センサ（低圧用センサ）、６０：インジェクタ、７０：ＥＣＵ（燃料噴射制御装置）

Claims (1)

1. 低圧ポンプ（２０）から供給される燃料を高圧ポンプ（３０）で加圧し、前記高圧ポンプから供給される燃料をインジェクタ（６０）から内燃機関（２）に噴射する高圧噴射系統を備える燃料噴射システム（１０）に適用される燃料噴射制御装置（７０）において、
   前記高圧ポンプが正常か故障かを判定する判定部（Ｓ４００）と、
   前記高圧ポンプが故障であると前記判定部が判定すると、前記インジェクタに供給される前記高圧ポンプの出力側の燃料圧力を検出するための高圧用の圧力センサ（５０）から取得する燃料圧力の出力を増幅する制御部（Ｓ４１２）と、
   を備える燃料噴射制御装置。

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