JPH10148163A - 燃料ラインの残留ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン近傍の燃料ライン中に残留する気体
成分を特別なセンサを要することなく検出し、エンジン
不調時の原因究明を確実なものとする。 【解決手段】 燃料カット条件が成立して全気筒燃料カ
ットが実施された後、設定時間が経過すると、＃１気筒
のインジェクタに設定噴射パルス幅の燃料噴射パルス信
号を出力して設定量の燃料を噴射し、Ｏ2センサの出力
電圧ＶＯ２を所定期間サンプリングしてスライスレベル
ＳＬと比較する。そして、ＶＯ２＞ＳＬのときには、デ
リバリパイプ内には残留ガスが無いと判断し、ＶＯ２≦
ＳＬのとき、＃１気筒に噴射された燃料が設定パルス幅
に相当する量よりも相対的に少なく、デリバリパイプ内
に残留ガスが存在すると判断する。これにより、特別な
センサを要することなくデリバリパイプ内の残留ガスの
有無を検出することができ、残留ガスによるエンジン不
調が発生した場合においても、確実に原因を究明するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン近傍の燃
料ライン中に残留する気体成分の有無を検出する燃料ラ
インの残留ガス検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの燃料供給系では、イン
ジェクタに燃料を分配するデリバリパイプに近接してプ
レッシャレギュレータを配置し、このプレッシャレギュ
レータで燃料圧力を調圧する際の余剰燃料をリターン配
管を介して燃料タンクにリターンする方式が採用されて
いるが、最近では、燃料ポンプとプレッシャレギュレー
タとを燃料タンク内に設置し、燃料ポンプから圧送され
た燃料を設定圧力でリリーフして燃料タンク内で循環さ
せることにより、長い配管長を要する燃料タンク外のリ
ターン配管を廃止するとともに構成を簡素化し、燃料供
給系のコスト低減を図ったシステムの提案がなされてい
る。

【０００３】このような燃料リターン配管を廃止したシ
ステムでは、エンジン近傍のデリバリパイプ内に空気や
燃料蒸気等の気体成分が滞留しやすく、この気体成分に
よって燃料噴射量が減少して空燃比がリーン化し、始動
性悪化やドライバビリティの悪化を招くといった問題が
ある。これに対処するため、例えば、特開平７−３３２
１９５号公報には、加圧燃料中の液体成分と気体成分と
を分離して気泡を排出する機構を有するデリバリパイプ
が開示されており、このデリバリパイプでは、デリバリ
パイプ内を上室と下室とに区画し、端部の燃料噴射弁
（インジェクタ）が装着される部位にのみ、上室と下室
とを連通する貫通管を設けるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような特定気筒のインジェクタから燃料中の気体成分
をパージする機構をデリバリパイプに設けても、燃料切
れ等によってデリバリパイプ内へ混入したエアや、高温
再始動時あるいは高温状態の運転中に発生したベーパガ
スが完全にパージされず、デリバリパイプ内にいつまで
も残留してエンジン不調となった場合、従来、デリバリ
パイプ内の残留ガスを検出するような手段は特にないた
め、残留ガスによる影響と他の要因による影響とを区別
することができず、原因究明が困難となる。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、エンジン近傍の燃料ライン中に残留する気体成分を
特別なセンサを要することなく検出し、エンジン不調時
の原因究明を確実なものとすることができる燃料ライン
の残留ガス検出装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
エンジン近傍の燃料ラインに、この燃料ライン内の気体
成分を特定気筒のインジェクタからパージさせるための
機構を備え、エンジン運転状態が設定条件を満足すると
き、上記特定気筒のインジェクタのみから設定量の燃料
を噴射させる手段と、上記特定気筒のインジェクタから
の燃料噴射による空燃比センサの出力変化に基づいて、
上記燃料ライン内に残留する気体成分の有無を判断する
手段とを備えたことを特徴とする。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記燃料ラインが燃料タンク近傍のプレッ
シャレギュレータによって調圧された燃料をリターンさ
せることなく複数のインジェクタに分配するデリバリパ
イプであることを特徴とする。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の発明において、上記設定条件を、全気筒燃
料カット条件が成立して全気筒の燃料カット実施後に設
定時間が経過する条件とすることを特徴とする。

【０００９】すなわち、本発明では、エンジン運転状態
が設定条件を満足するとき、エンジン近傍の燃料ライン
内の気体成分をパージする特定気筒のインジェクタのみ
から設定量の燃料を噴射させ、この燃料噴射による空燃
比センサの出力変化に基づいて燃料ライン内に残留する
気体成分の有無を判断する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図面は本発明の実施の一形態を示
し、図１は残留ガス検出ルーチンのフローチャート、図
２は燃料噴射及びＯ2センサ出力のタイムチャート、図
３は残留ガス判定の説明図、図４はエンジン制御系の概
略構成図、図５は燃料供給系の概略図、図６は図５のＡ
−Ａ断面図である。

【００１１】図４において、符号１はエンジン（図にお
いては、直列４気筒型エンジン）であり、このエンジン
１のシリンダヘッド２に形成された各吸気ポート２ａに
インテークマニホルド３が連通され、このインテークマ
ニホルド３に各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ
４を介して吸気管５が連通されている。

【００１２】上記吸気管５の吸入空気取入れ口側には、
エアクリーナ６が取付けられており、上記吸気管５の中
途に、スロットルバルブ７が設けられ、このスロットル
バルブ７に、スロットル開度を検出するスロットル開度
センサとスロットルバルブ全閉でＯＮするアイドルスイ
ッチとを内蔵したスロットルセンサ８が連設されてい
る。

【００１３】また、上記スロットルバルブ７の上流側と
下流側とを連通するバイパス通路９に、アイドル空気量
を調整するためのアイドルスピードコントロール（ＩＳ
Ｃ）バルブ１０が介装され、さらに、上記エアチャンバ
４にスロットルバルブ７下流の吸気管圧力を絶対圧で検
出する吸気管圧力センサ１１が取付けられている。

【００１４】また、上記インテークマニホルド３の各気
筒の各吸気ポート２ａ直上流側にインジェクタ１２が臨
まされている（以下、＃１〜＃４気筒のインジェクタ１
２#1〜１２#4をインジェクタ１２で総称する）。さら
に、上記シリンダヘッド２には、先端を燃焼室に露呈す
る点火プラグ１３が各気筒毎に取付けられている。さら
に、上記エンジン１のシリンダヘッド２に設けられた冷
却水通路１４に冷却水温センサ１５が臨まされている。

【００１５】上記インジェクタ１２は燃料配管１６を介
して燃料タンク１７内の燃料ポンプ１８に連通されてお
り、上記燃料タンク１７内には、タンク底面側の燃料吸
入口にストレーナ１９を装着した上記燃料ポンプ１８、
及び、この燃料ポンプ１８の吐出口に接続されるプレッ
シャレギュレータ２０が設けられている。そして、この
プレッシャレギュレータ２０によって調圧された燃料が
上記燃料配管１６に介装された燃料フィルタ２１から＃
１〜＃４気筒のインジェクタ１２#1〜１２#4が装着され
るデリバリパイプ２２に圧送され、このデリバリパイプ
２２から各気筒のインジェクタ１２#1〜１２#4に分配さ
れるようになっている。

【００１６】ここで、上記インジェクタ１２の燃料供給
系について説明する。図５に示すように、上記燃料タン
ク１７内の燃料ポンプ１８の吐出口に接続されるプレッ
シャレギュレータ２０は、上記燃料ポンプ１８から吐出
される燃料を上記燃料配管１６に導く導管部と、チェッ
クバルブ２０ａが介装された燃料リターン用の分岐部と
を有する構成で、燃料タンク内部で燃料を循環させるタ
ンク内リターン方式のレギュレータとなっている。

【００１７】すなわち、上記プレッシャレギュレータ２
０では、上記燃料ポンプ１８の燃料吐出圧力が上記チェ
ックバルブ２０ａの設定圧力を越えると、上記チェック
バルブ２０ａが開弁して燃料ポンプ１８からの吐出燃料
の一部を燃料タンク１７内にリターンし、インジェクタ
１２に供給する燃料の圧力を燃料タンク１７の内圧に対
して一定の圧力に保つ。

【００１８】尚、燃料タンク内圧は、大気圧と見なして
差し支えなく、上記プレッシャレギュレータ２０は、大
気圧を基準圧力として一定の相対圧力に燃料圧力を制御
することになる。従って、上記プレッシャレギュレータ
２０は、燃料タンク内でなく、燃料タンク近傍に設置
し、同様に大気圧を基準として燃料圧力を調圧するよう
にしても良い。

【００１９】上記プレッシャレギュレータ２０によって
設定圧力に調圧された燃料は、燃料フィルタ２１を経て
デリバリパイプ２２内に導かれる。このデリバリパイプ
２２は、例えば、鋼管２３の長手方向に、各インジェク
タ１２#1〜１２#4を装着するためのボス２４#1〜２４#4
を固着して形成され、燃料入口側に圧力脈動を吸収する
ためのパルセーションダンパ２５が取付けられるととも
に末端部が閉塞されている。そして、上記デリバリパイ
プ２２の燃料入口側から、例えば、＃４，＃３，＃２，
＃１気筒の順にインジェクタ１２#4〜１２#1が装着さ
れ、ブラケット２６を介してエンジン１に固定される。

【００２０】上記デリバリパイプ２２の燃料入口側に対
して末端に位置する＃１気筒のインジェクタ１２が装着
されるボス２４#1には、図６に示すように、上記デリバ
リパイプ２２内に溜まったガス（空気あるいは燃料蒸
気）をパージするためのガスパージパイプ２７が立設さ
れている。このガスパージパイプ２７は、上記デリバリ
パイプ２２をエンジンに取り付けた状態で、重力方向に
対して上方向の端部が上記デリバリ２２内壁に所定の間
隙をもって開口され、側面に燃料供給用の孔２７ａが開
口されている。尚、この側面の孔２７ａは、デリバリパ
イプ２２内に燃料が満たされていないときには、ガス抜
き用の孔としても機能する。

【００２１】すなわち、デリバリパイプに近接してプレ
ッシャレギュレータを配置し、このプレッシャレギュレ
ータから余剰燃料をリターンする方式に比較し、タンク
内リターン方式では燃料ラインに溜まったガスが抜けに
くいため、＃１気筒をパージ気筒としてデリバリパイプ
２２内のガスを＃１気筒のインジェクタ１２#1を介して
パージするようにしている。

【００２２】次に、図４のエンジン制御系の説明に戻る
と、上記シリンダヘッド２の各排気ポート２ｂに連通す
るエグゾーストマニホールド３０には、各気筒からの排
気が合流して排気通路を構成する排気管３１が連通され
ている。この排気管３１には、中途に触媒コンバータ
（触媒）３２が介装され、この触媒コンバータ３２の上
流側に空燃比センサとしてのＯ2センサ３３が臨まさ
れ、さらに、終端側にマフラ３４が配設されている。

【００２３】また、上記エンジン１のカムシャフトに、
各気筒の点火プラグ１３が接続されるディストリビュー
タ３５が連設され、このディストリビュータ３５内に、
上記カムシャフトに連設するシグナルロータ３６と、こ
のシグナルロータ３６に対設されるカム角センサ３７と
が内蔵されている。

【００２４】以上のエンジン系における各センサ・スイ
ッチ類及び各アクチュエータ類は、エンジン１を電子的
に制御するマイクロコンピュータからなる電子制御装置
（ＥＣＵ）５０に接続されており、このＥＣＵ５０に
は、さらに、図示しない各センサ・スイッチ類及び各ア
クチュエータ類が接続されるとともに、メイン電源リレ
ー４０、燃料ポンプリレー４１、イグナイタ４２が接続
されている。上記イグナイタ４２は、点火コイル４３の
一次側に接続され、この点火コイル４３の二次側に発生
する高電圧が上記ディストリビュータ３５を介して点火
対象気筒の点火プラグ１３に配電される。

【００２５】上記ＥＣＵ５０では、イグニッションスイ
ッチ（図４においてはＩＧで示す）がＯＮされると、メ
モリに格納されている制御プログラムを実行し、メイン
電源リレー４０を介して燃料ポンプリレー４１をＯＮ
し、上記燃料ポンプ１８を駆動するとともに、各センサ
・スイッチ類からの検出信号等を処理し、メモリに格納
される各種固定データ等に基づき、燃料噴射量を定める
燃料噴射パルス幅、点火時期、ＩＳＣバルブ１０に対す
る駆動信号のデューティ比等の各種制御量を演算し、各
種アクチュエータ類を駆動して燃料噴射制御、点火時期
制御、アイドル回転数制御等の各種エンジン制御を行
う。

【００２６】この場合、前述したように、本エンジン１
の燃料供給系では、燃料タンク１７外部の燃料リターン
配管の廃止や構成の簡略化によるコスト低減を達成する
ため、タンク内リターン方式のプレッシャレギュレータ
２０を採用しており、工場での組み立て出荷時には、デ
リバリパイプ２２内のガス（空気）を＃１気筒のインジ
ェクタ１２#1を介してパージするようにしている。

【００２７】しかしながら、市場においては、高温再始
動時や高温状態での運転中のベーパガス発生、燃料切れ
やエンジン点検・調整時の空気混入等によりデリバリパ
イプ２２内に入り込んだガスが完全にパージされずに残
留し、燃料噴射量の減少により空燃比がリーンとなって
原因不明のエンジン不調となる虞がある。

【００２８】このため、上記ＥＣＵ５０では、減速時等
の燃料カット時、パージ機能を有する＃１気筒からのみ
少量の燃料を噴射してＯ2センサ３３の出力をモニタ
し、デリバリパイプ２２内の残留ガスの有無を検出する
ようにしており、残留ガスを検出した場合、図示しない
チェックランプを点灯して運転者に警告を発するととも
に、エンジン不調の自己診断データの一部として記憶・
保持するようにしている。以下、上記ＥＣＵ５０による
デリバリパイプ２２内の残留ガス検出処理について、図
１のフローチャートに従って説明する。

【００２９】図１は、所定時間毎に実行される残留ガス
検出ルーチンであり、本形態においては、通常の燃料噴
射制御ルーチンと独立して実行される定期処理ルーチン
である。尚、通常の燃料噴射制御については周知の技術
が適用されるため、その説明は省略する。

【００３０】このルーチンでは、ステップS101で、燃料
カット条件が成立しているか否かを調べる。この燃料カ
ット条件は、吸入管圧力あるいはスロットル開度等によ
り低負荷状態と判定され、且つ、所定のエンジン回転数
より高い回転数で減速時と判定される条件であり、燃料
カット条件が成立しないときには、ステップS110へ分岐
して後述する＃１気筒噴射済みフラグＦをクリアして
（Ｆ←０）ルーチンを抜け、燃料カット条件が成立して
いるとき、ステップS102で燃料カット条件成立後の経過
時間が設定時間に達するまでの待ちループとなる。

【００３１】上記設定時間は、図２に示すように、通常
の燃料噴射によってＯ2センサ３３の出力がリッチ・リ
ーンを繰り返している状態から、アクセルＯＦＦによる
燃料カット条件が成立して全気筒燃料カットが実施され
た後、リーン側の一定値に安定するまでの時間であり、
燃料カット条件成立後に上記設定時間が経過すると、上
記ステップS102からステップS103へ進み、＃１気筒噴射
済みフラグＦの値を参照する。

【００３２】上記＃１気筒噴射済みフラグＦは、本形態
では、燃料カット条件成立後にデリバリパイプ２２内の
残留ガス検出のために＃１気筒から１回だけ燃料を噴射
するためのチェック用フラグであり、Ｆ＝１で＃１気筒
から燃料噴射済みであることを示す。そして、上記ステ
ップS103においてＦ＝１であり、既に＃１気筒からの燃
料噴射済みであるときにはルーチンを抜け、Ｆ＝０のと
き、上記ステップS103からステップS104へ進む。

【００３３】ステップS104では、＃１気筒のインジェク
タ１２#1に設定噴射パルス幅の燃料噴射パルス信号を出
力し、＃１気筒にのみ設定量の燃料を噴射する。この＃
１気筒に噴射する燃料量は、燃料カット中の運転状態に
与える影響や燃費を考慮し、できるだけ少ない方が望ま
しいが、微小燃料量に対応する排気ガスの存在を検出す
るＯ2センサ３３の検出能力や、後述するスライスレベ
ルＳＬとの兼ね合いで設定される。

【００３４】尚、本形態のエンジン１では、ストイキオ
への空燃比制御のためＯ2センサ３３を使用している
が、広域空燃比センサを使用する場合には、＃１気筒へ
の燃料噴射量を更に少なくすることができる。

【００３５】続くステップS105では、上記ステップS104
での燃料噴射後に設定時間が経過するまでの待ちループ
となる。このステップS105における設定時間（待ち時
間）は、上記ステップS104での燃料噴射後、排気ガスが
排気系（Ｏ2センサ３３上流部）に達するまでの遅延時
間に該当し、例えば、現在のエンジン回転数等から設定
される。

【００３６】そして、＃１気筒の燃料噴射後、設定時間
が経過すると、上記ステップS105からステップS106へ進
んでＯ2センサ３３の出力電圧ＶＯ２を所定期間サンプ
リングし、ステップS107でＯ2センサ３３の出力電圧Ｖ
Ｏ２を予め設定したスライスレベルＳＬと比較する。こ
のスライスレベルＳＬは、図３に示すように、同じ噴射
パルス幅（噴射時間）で＃１気筒のインジェクタ１２#1
を駆動したとき、デリバリパイプ２２内が燃料で完全に
満たされて残留ガスが無い状態、デリバリパイプ２２内
に少量のエアが混入した状態、デリバリパイプ２２内に
多量のエアが混入した状態でのＯ2センサ３３の出力を
予め実験などにより確認し、設定パルス幅に対応した燃
料が噴射されたとみなせるＯ2センサ出力値をスライス
レベルＳＬとして設定する。

【００３７】従って、上記ステップS107でＶＯ２＞ＳＬ
のときには、設定パルス幅に相当する量の燃料が＃１気
筒に噴射されており、デリバリパイプ２２内には残留ガ
スが無いと判断されるため、ステップS109へ進んで＃１
気筒噴射フラグＦをセットして（Ｆ←１）ルーチンを抜
ける。

【００３８】一方、上記ステップS107でＶＯ２≦ＳＬの
ときには、＃１気筒に噴射された燃料が設定パルス幅に
相当する量よりも相対的に少ないため、上記ステップS1
07からステップS108へ進み、デリバリパイプ２２内に残
留ガスが存在すると判断し、例えば残留ガス有りを示す
診断コードをメモリに記憶・保持した後、前述のステッ
プS109を経てルーチンを抜ける。そして、以上のルーチ
ンにより、ｎ回（１〜数回）連続してデリバリパイプ２
２内に残留ガスが存在すると判断されたときには、チェ
ックランプを点灯して運転者に警告を発する。

【００３９】これにより、特別なセンサを要することな
く、デリバリパイプ２２内の残留ガスの有無を検出する
ことができ、残留ガスによるエンジン不調が発生した場
合においても、運転者に異常を知らせて適切な対応を実
施させることができ、確実に原因を究明することができ
る。

【００４０】尚、本実施の形態では、燃料カット時、通
常の燃料噴射制御とは独立して＃１気筒のインジェクタ
１２#1から強制的に燃料を噴射させているが、通常の燃
料噴射制御において、燃料カット条件成立時、＃１気筒
のみ燃料カットを行わないようにしても良い。但し、そ
の場合、各気筒への燃料噴射がシーケンシャル噴射であ
ると、燃料カット時のタイミングによっては必ずしも＃
１気筒の燃料噴射が実行されるとは限らない。

【００４１】また、本発明は、デリバリパイプに近接し
てプレッシャレギュレータを配置し、このプレッシャレ
ギュレータから余剰燃料をリターンする燃料供給系を有
するシステムに対しても適用可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ンジン運転状態が設定条件を満足するとき、エンジン近
傍の燃料ライン内の気体成分をパージする特定気筒のイ
ンジェクタのみから設定量の燃料を噴射させ、この燃料
噴射による空燃比センサの出力変化に基づいて燃料ライ
ン内に残留する気体成分の有無を判断するため、燃料ラ
イン中に残留する気体成分を特別なセンサを要すること
なく検出することができ、残留気体成分によるエンジン
不調時の原因究明を確実なものとすることができる等優
れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】残留ガス検出ルーチンのフローチャート

【図２】燃料噴射及びＯ2センサ出力のタイムチャート

【図３】残留ガス判定の説明図

【図４】エンジン制御系の概略構成図

【図５】燃料供給系の概略図

【図６】図５のＡ−Ａ断面図

【符号の説明】

１ …エンジン １２…インジェクタ ２２…デリバリパイプ ３３…Ｏ2センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３３０Ｓ 45/00 ３６４ 45/00 ３６４Ｋ Ｆ０２Ｍ 55/00 Ｆ０２Ｍ 55/00 Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン近傍の燃料ラインに、この燃料
   ライン内の気体成分を特定気筒のインジェクタからパー
   ジさせるための機構を備え、 エンジン運転状態が設定条件を満足するとき、上記特定
   気筒のインジェクタのみから設定量の燃料を噴射させる
   手段と、 上記特定気筒のインジェクタからの燃料噴射による空燃
   比センサの出力変化に基づいて、上記燃料ライン内に残
   留する気体成分の有無を判断する手段とを備えたことを
   特徴とする燃料ラインの残留ガス検出装置。
2. 【請求項２】 上記燃料ラインが燃料タンク近傍のプレ
   ッシャレギュレータによって調圧された燃料をリターン
   させることなく複数のインジェクタに分配するデリバリ
   パイプであることを特徴とする請求項１記載の燃料ライ
   ンの残留ガス検出装置。
3. 【請求項３】 上記設定条件を、全気筒燃料カット条件
   が成立して全気筒の燃料カット実施後に設定時間が経過
   する条件とすることを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の燃料ラインの残留ガス検出装置。