JP7115210B2

JP7115210B2 - 燃料供給制御装置

Info

Publication number: JP7115210B2
Application number: JP2018196142A
Authority: JP
Inventors: 顕岩井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2038-10-17
Also published as: JP2020063701A

Description

本発明は、燃料供給制御装置に関する。

従来、内燃機関の燃料供給装置として、燃料ポンプ（フィードポンプ）により燃料タンクから汲み上げられる燃料を燃料通路を介してデリバリパイプに供給し、燃料噴射弁によりデリバリパイプ内に貯留された燃料を内燃機関の吸気通路に噴射するものがある（例えば、特許文献１）。

特開２０１８－９６２３０号公報

ところで、燃料供給装置では、燃料通路に異物が詰まることがある。しかし、上記特許文献１には、こうした異常を検出する構成については開示されておらず、燃料通路の異常を検出する技術の開発が求められていた。

上記課題を解決する燃料供給制御装置は、燃料タンク内の燃料を汲み上げる燃料ポンプと、前記燃料ポンプから供給される燃料が流通する燃料通路と、前記燃料通路から供給される燃料を貯留するデリバリパイプと、前記デリバリパイプ内に貯留される燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記デリバリパイプ内の燃圧を検出する燃圧センサとを備えた内燃機関の燃料供給装置を制御対象とし、前記燃圧及び機関回転数に基づいて、前記燃圧が極大値となる機関回転数である共鳴回転数を検出し、該共鳴回転数が予め設定された所定回転数範囲外である場合に、前記燃料通路に異常が発生したと判定する。

デリバリパイプ内の燃料圧力（燃圧）は、例えば燃料噴射弁から燃料を噴射することによって脈動する。こうした燃圧の脈動は、燃料通路内を伝搬し、その端部等で反射することでデリバリパイプ内を往復する。そのため、燃料噴射のタイミング、すなわち単位時間あたりの燃料噴射回数によっては共鳴現象が生じることで、燃圧が大きくなる。共鳴現象が起きる単位時間あたりの燃料噴射回数は、デリバリパイプや燃料通路の長さ等によって決まるため、燃料通路に異常がなければ、燃料供給装置の仕様等に応じて決まった回数となる。そして、内燃機関に燃料供給を行う際における単位時間あたりの燃料噴射回数は、機関回転数に応じて決まるため、共鳴現象により燃圧が極大値（ピーク）となる機関回転数は、燃料供給装置の仕様に応じた所定回転数範囲の値となる。

一方、例えば燃料通路に異物の詰まりが生じ始めると、燃料通路の同位置で脈動する燃料の一部が反射ことで、異なる燃料噴射回数でも共鳴現象が生じるようになる。したがって、上記構成のように燃圧が極大値となる共鳴回転数を検出し、該共鳴回転数が予め設定された所定回転数範囲外であれば、燃料通路に異常が生じたと判定できる。

内燃機関の燃料供給装置の概略構成図。正常時における機関回転数と燃圧との関係の一例を示すグラフ。異常発生時における機関回転数と燃圧との関係の一例を示すグラフ。

以下、燃料供給制御装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、燃料供給制御装置１の制御対象となる内燃機関の燃料供給装置２は、燃料が貯留されている燃料タンク１１と、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する複数の直噴用燃料噴射弁１２と、内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁としての複数のポート用燃料噴射弁１３とを備えている。また、燃料供給装置２には、燃料タンク１１内の燃料を汲み上げる燃料ポンプとしての電動の低圧燃料ポンプ（フィードポンプ）１４と、低圧燃料ポンプ１４から供給された燃料が流通する燃料通路としての低圧通路１５とが設けられている。

低圧通路１５は、下流側で２つに分岐しており、一方の第１分岐通路２１は高圧燃料ポンプ１６に接続され、他方の第２分岐通路２２はデリバリパイプとしてのポート用デリバリパイプ２３に接続されている。高圧燃料ポンプ１６は、第１分岐通路２１から供給された燃料を加圧し、直噴用デリバリパイプ２４に供給する。直噴用デリバリパイプ２４に貯留されている燃料は、各直噴用燃料噴射弁１２から噴射される。ポート用デリバリパイプ２３に貯留されている燃料は、各ポート用燃料噴射弁１３から噴射される。

高圧燃料ポンプ１６は、低圧通路１５に接続されている吸入通路３１と、直噴用デリバリパイプ２４に接続されている吐出通路３２と、吸入通路３１及び吐出通路３２と連通する加圧室３３を有する加圧部３４とを備えている。吐出通路３２内には、加圧室３３側から直噴用デリバリパイプ２４側への燃料の流通は許容する一方で、直噴用デリバリパイプ２４側から加圧室３３側への燃料の流通は規制する吐出逆止弁３５が設けられている。また、高圧燃料ポンプ１６には、開弁時には吸入通路３１を通じた低圧通路１５と加圧室３３との間での燃料の流通を許容する一方、閉弁時には吸入通路３１を通じた低圧通路１５と加圧室３３との間での燃料の流通を規制する電動の吸入弁３６が設けられている。なお、吸入弁３６の開閉動作は、燃料供給制御装置１によって制御される。

加圧部３４は、加圧室３３に流入した燃料を加圧して吐出通路３２に吐出する。具体的には、加圧部３４は、シリンダ４１と、シリンダ４１内でその軸方向に沿って往復運動するプランジャ４２とを有しており、シリンダ４１とプランジャ４２とによって加圧室３３が区画されている。プランジャ４２は、内燃機関のカム軸４３と一体回転するカムピース４４の回転に連動して往復運動する。このようにプランジャ４２が往復運動することで、加圧室３３の容積が変わる。そして、加圧部３４は、プランジャ４２の往復運動と吸入弁３６の開閉動作とを連動させることにより、低圧通路１５側から加圧室３３内に燃料を吸入し、当該燃料を加圧して直噴用デリバリパイプ２４に供給する。

燃料供給制御装置１は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えており、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行する。燃料供給制御装置１には、各種センサが接続されており、これらのセンサから取得する状態量に基づいて各種の制御を実行する。各種センサの一として、燃料供給制御装置１には、クランク角センサ５１が電気的に接続されている。クランク角センサ５１は、クランク軸の回転角度（クランク角θ）を検出する。そして、燃料供給制御装置１は、検出されるクランク角θに同期して直噴用燃料噴射弁１２及びポート用燃料噴射弁１３から燃料噴射を行い、内燃機関に燃料を供給する。

次に、燃料供給制御装置１による低圧通路１５の異常検出について説明する。
燃料供給制御装置１は、クランク角θに基づいて機関回転数（機関回転速度）Ｎｅを演算する。また、燃料供給制御装置１には、ポート用デリバリパイプ２３内の燃圧（燃料圧力）Ｐｄを検出する燃圧センサ５２が接続されている。そして、燃料供給制御装置１は、機関回転数Ｎeと燃圧Ｐｄとの関係に基づいて低圧通路１５の異物の詰まりを検出する。

ここで、ポート用デリバリパイプ２３内の燃圧は、例えばポート用燃料噴射弁１３から燃料を噴射することによって脈動する。こうした燃圧の脈動は、低圧通路１５内を伝搬し、高圧燃料ポンプ１６等で反射することでポート用デリバリパイプ２３内を往復する。そのため、ポート用燃料噴射弁１３からの燃料噴射のタイミング、すなわち単位時間あたりの燃料噴射回数によっては共鳴現象が生じることで、燃圧Ｐｄが大きくなる。こうした共鳴現象が起きる単位時間あたりの燃料噴射回数は、ポート用デリバリパイプ２３や低圧通路１５の長さ等によって決まるため、低圧通路１５に異物が詰まる等の異常がなければ、燃料供給装置２の仕様等に応じて決まった回数となる。そして、内燃機関に燃料供給を行う際における単位時間あたりの燃料噴射回数は、機関回転数Ｎeによって一義的に決まるため、図２に示すように、共鳴現象により燃圧Ｐｄが極大値（ピーク）となる機関回転数Ｎeは、燃料供給装置２の仕様に応じた所定回転数範囲Ｒｔｈの値となる。一方、例えば低圧通路１５に異物の詰まりが生じ始めると、低圧通路１５の同位置で脈動する燃料の一部が反射ことで、異なる燃料噴射回数でも共鳴現象が生じるようになる。

上記の点を踏まえ、本実施形態の燃料供給制御装置１には、燃料供給装置２の仕様に応じた所定回転数範囲Ｒｔｈが予め記憶されている。また、燃料供給制御装置１は、燃圧Ｐｄの機関回転数Ｎeに対する変化を検出し、燃圧Ｐｄが極大値（ピーク）となる機関回転数Ｎeである共鳴回転数Ｎｒを取得する。なお、共鳴回転数Ｎｒの取得方法としては、例えば燃圧Ｐｄの機関回転数Ｎeに対する変化量（微分値）を演算し、変化量の符号が反転して該変化量がゼロになる機関回転数Ｎeを共鳴回転数Ｎｒとする方法を採用できるが、他の方法も適宜採用可能である。そして、燃料供給制御装置１は、共鳴回転数Ｎｒが所定回転数範囲Ｒｔｈ内の値であれば異常が発生していないと判定し、共鳴回転数Ｎｒが所定回転数範囲Ｒｔｈ外の値であれば異常が発生したと判定する。

次に、一例として第１分岐通路２１に異物が詰まり始めた状態を想定する。
この場合、図３において実線で示すように、燃圧Ｐｄは２つの機関回転数Ｎeで極大値となるため、燃料供給制御装置１は、共鳴回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２を取得する。このうち、共鳴回転数Ｎｒ１は所定回転数範囲Ｒｔｈ内の値であるため、燃料供給制御装置１は、共鳴回転数Ｎｒ１を取得した時点では、異常が発生したと判定しない。一方、共鳴回転数Ｎｒ２は所定回転数範囲Ｒｔｈ外の値であるため、燃料供給制御装置１は、共鳴回転数Ｎｒ２を取得した時点で、異常が発生したと判定する。

なお、共鳴回転数Ｎｒ２での燃圧Ｐｄは、第１分岐通路２１に異物が詰まることで、該第１分岐通路２１の内径が小さくなり、同位置が絞り部（オリフィス）として機能するようになるため、圧力降下が生じる。その結果、共鳴回転数Ｎｒ１付近での燃圧Ｐｄは、図３において破線で示す正常時の燃圧Ｐｄと比較して小さくなる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）燃料供給制御装置１は、上記のように正常時には共鳴回転数Ｎｒが所定回転数範囲Ｒｔｈとなることを踏まえ、燃圧Ｐｄ及び機関回転数Ｎeに基づいて検出した共鳴回転数Ｎｒが予め設定された所定回転数範囲Ｒｔｈ外である場合には、低圧通路１５に異常が発生したと判定できる。さらに、こうした共鳴現象は低圧通路１５に詰まりが生じ始めることで起こるため、燃料供給制御装置１は、異物により低圧通路１５が閉塞されて燃圧Ｐｄが異常に高い値となるよりも早い段階で低圧通路１５の異常を検出できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、燃料供給制御装置１に所定回転数範囲Ｒｔｈを１つだけ設定したが、これに限らない。燃圧Ｐｄの脈動は、ポート用燃料噴射弁１３からの燃料噴射に以外にも、例えば高圧燃料ポンプ１６の作動等によっても生じるため、燃料供給装置２の仕様に応じて共鳴現象が生じる機関回転数Ｎeが複数ある場合には、複数の所定回転数範囲Ｒｔｈを設定してもよい。

Ｎｅ…機関回転数、Ｎｒ…共鳴回転数、Ｐｄ…燃圧、Ｒｔｈ…所定回転数範囲、１…燃料供給制御装置、２…燃料供給装置、１１…燃料タンク、１２…直噴用燃料噴射弁、１３…ポート用燃料噴射弁（燃料噴射弁）、１４…低圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）、１５…低圧通路（燃料通路）、１６…高圧燃料ポンプ、２３…ポート用デリバリパイプ（デリバリパイプ）、２４…直噴用デリバリパイプ、５１…クランク角センサ、５２…燃圧センサ。

Claims

燃料タンク内の燃料を汲み上げる燃料ポンプと、
前記燃料ポンプから供給される燃料が流通する燃料通路と、
前記燃料通路から供給される燃料を貯留するデリバリパイプと、
前記デリバリパイプ内に貯留される燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記デリバリパイプ内の燃圧を検出する燃圧センサとを備えた内燃機関の燃料供給装置を制御対象とし、
前記燃圧及び機関回転数に基づいて、前記燃圧が極大値となる機関回転数である共鳴回転数を検出し、該共鳴回転数が予め設定された所定回転数範囲外である場合に、前記燃料通路に異常が発生したと判定する燃料供給制御装置。