JPWO2014132508A1 - 燃料フィルタの診断装置及び診断方法 - Google Patents

Abstract

燃料フィルタの診断装置は、燃料タンクと燃料ポンプとを連通する燃料配管に配設された燃料フィルタの下流側における燃料負圧を検出する負圧センサと、大気圧を検出する大気圧センサと、負圧センサ及び大気圧センサの出力信号を夫々読み込み、燃料フィルタに目詰まりが発生したか否かを診断するコントロールユニットと、を有する。そして、コントロールユニットが、大気圧に応じた第１の閾値を設定し、燃料負圧と大気圧とを加算した燃料圧力が第１の閾値以下になったときに、燃料フィルタに目詰まりが発生したと診断する。

Description

本発明は、燃料フィルタに目詰まりが発生したか否かを診断する、燃料フィルタの診断装置及び診断方法に関する。

エンジンの燃料供給システムにおいて、燃料タンクと燃料ポンプとを連通する燃料配管には、燃料に混入した異物を除去する燃料フィルタが配設されている。燃料フィルタに目詰まりが発生すると、エンジンへの燃料供給が円滑に行えなくなってしまう。このため、特開２０１０−２５５５１７号公報（特許文献１）に記載されるように、燃料フィルタの下流側の燃料圧力が所定の閾値（固定値）よりも低くなったときに、燃料フィルタに目詰まりが発生したと診断する技術が提案されている。

特開２０１０−２５５５１７号公報

ところで、車両が走行する標高が変化した場合、燃料フィルタの下流側における燃料の相対圧力が一定であっても、大気圧の変化に伴って燃料の絶対圧力が変化してしまう。このため、燃料フィルタに目詰まりが発生しているか否かを診断する所定の閾値が固定値であると、燃料フィルタに目詰まりが発生していないにもかかわらず、目詰まりが発生していると誤診断してしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、大気圧が変化しても誤診断が起こり難くした、燃料フィルタの診断装置及び診断方法を提供することを目的とする。

燃料フィルタの診断装置は、燃料タンクと燃料ポンプとを連通する燃料配管に配設された燃料フィルタの下流側における燃料負圧を検出する負圧センサと、大気圧を検出する大気圧センサと、負圧センサ及び大気圧センサの出力信号を夫々読み込み、燃料フィルタに目詰まりが発生したか否かを診断するコントロールユニットと、を有する。そして、コントロールユニットは、大気圧に応じて閾値を設定し、燃料負圧と大気圧とを加算した燃料圧力が閾値以下になったときに、燃料フィルタに目詰まりが発生したと診断する。

本発明によれば、大気圧に応じて閾値が切り替わるので、大気圧が変化しても誤診断が起こり難くすることができる。

コモンレールシステムの一例を示す概要図である。 診断許可ロジックの一例を示すブロック図である。 閾値設定ロジックの一例を示すブロック図である。 フィルタ診断ロジックの一例を示すブロック図である。 診断許可処理の一例を示すフローチャートである。 閾値設定処理の一例を示すフローチャートである。 フィルタ診断処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、燃料フィルタの診断装置を備えたコモンレールシステムの一例を示す。

燃料タンク１００に貯蔵される燃料（軽油）は、２つの燃料フィルタ１１０が配設された低圧燃料配管１２０を介して、ディーゼルエンジンＥＮＧにより駆動されるサプライポンプ１３０に供給される。サプライポンプ１３０に供給された燃料は、サプライポンプ１３０によって規定圧力まで昇圧され、高圧燃料配管１４０を介してコモンレール１５０に供給される。また、サプライポンプ１３０において何らかの理由で規定圧力以上まで昇圧した燃料は、内蔵されたリリーフバルブが開弁することで、燃料戻し配管１６０を介して燃料タンク１００へと戻される。

ここで、低圧燃料配管１２０及びサプライポンプ１３０が、夫々、燃料配管及び燃料ポンプの一例として挙げられる。また、低圧燃料配管１２０に配設される燃料フィルタ１１０は、２つに限らず、他の個数であってもよい。

コモンレール１５０に供給された燃料は、例えば、４気筒のディーゼルエンジンＥＮＧの場合、各気筒のシリンダヘッドに取り付けられたインジェクタ１７０へと分流され、ディーゼルエンジンＥＮＧの運転状態に応じた燃料噴射量及び燃料噴射タイミングで燃焼室内へと噴射される。また、インジェクタ１７０から噴射されなかった燃料は、燃料戻し配管１６０を介して燃料タンク１００へと戻される。

コモンレール１５０には、ここに蓄圧される燃料の圧力（燃圧）を検出する燃圧センサ１８０が取り付けられ、その出力信号がコンピュータを内蔵したコントロールユニット１９０へと入力される。コントロールユニット１９０は、燃圧センサ１８０により検出された燃圧が規定圧力になるように、サプライポンプ１３０に内蔵された流量制御弁を電子制御する。また、コモンレール１５０には、燃圧が許容上限値に達すると開弁するリリーフバルブ２００が取り付けられる。リリーフバルブ２００から流出した燃料は、燃料戻し配管１６０を介して燃料タンク１００へと戻される。さらに、コントロールユニット１９０は、ディーゼルエンジンＥＮＧの運転状態に応じた燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを決定し、所定タイミングでインジェクタ１７０に対して作動信号を出力する。

燃料フィルタ１１０の下流側、即ち、燃料フィルタ１１０とサプライポンプ１３０との間に位置する低圧燃料配管１２０には、燃料負圧を検出する負圧センサ２１０が取り付けられる。従って、負圧センサ２１０は、サプライポンプ１３０の作動に伴って、燃料フィルタ１１０を経由して燃料タンク１００から吸い上げられる燃料負圧を検出することとなる。負圧センサ１２０の出力信号は、コントロールユニット１９０へと入力される。また、コントロールユニット１９０には、大気圧を検出する大気圧センサ２２０、ディーゼルエンジンＥＮＧの回転速度（エンジン回転速度）を検出する回転速度センサ２３０、ディーゼルエンジンＥＮＧの冷却水の温度（水温）を検出する水温センサ２４０の各出力信号が入力される。なお、大気圧、エンジン回転速度及び水温は、大気圧センサ２２０、回転速度センサ２３０及び水温センサ２４０で直接検出する構成に限らず、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークを介して接続されたエンジンコントロールユニット（図示せず）などから読み込むようにしてもよい。

さらに、コントロールユニット１９０には、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生したことを車両運転者などに報知すべく、例えば、運転席の前方に位置するインストルメントパネルに取り付けられた警報装置の一例としての警告灯２５０が接続されている。

そして、コントロールユニット１９０は、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリに書き込まれた制御プログラムを実行することで、次のようなロジックによって、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生したか否かを診断する。ここで、燃料フィルタ診断ロジックとして、診断許可ロジック、閾値設定ロジック及びフィルタ診断ロジックが挙げられる。

図２は、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生しているか否かを診断する条件が成立しているか否かを診断する、診断許可ロジックの一例を示す。

コントロールユニット１９０は、大気圧が所定圧力以上である大気圧条件（第１の条件）、エンジン回転速度が所定範囲内にある回転速度条件（第２の条件）、水温が所定温度以上である水温条件（第３の条件）、及び、負圧センサ２１０に故障などの異常が発生していないセンサ条件（第４の条件）のすべてが成立したときに、診断許可が成立したと判定する。即ち、車両が極端に標高の高い地点を走行している場合、大気圧が低くなって誤診断の可能性が高くなるので、診断許可条件として、大気圧が所定圧力以上である大気圧条件が適用される。エンジン回転速度が極低速域又は極高速域の場合、燃料タンク１００からサプライポンプ１３０へと供給される燃料流量が極少量又は極多量であるため、誤診断の可能性が高くなるので、診断許可条件として、エンジン回転速度が所定範囲内にある回転速度条件が適用される。また、ディーゼルエンジンＥＮＧの始動直後などの暖機運転中には、ディーゼルエンジンＥＮＧが安定して作動していないことから誤診断の可能性が高くなるので、診断許可条件として、水温が所定温度以上である水温条件が適用される。さらに、負圧センサ２１０に故障などの異常が発生している場合、燃料フィルタ１１０の下流側の燃料負圧を正確に検出できないため、診断許可条件として、負圧センサ２１０に異常が発生していないことが適用される。ここで、負圧センサ２１０に異常が発生しているか否かは、例えば、公知の診断機能により診断することができる。

従って、診断許可条件として、大気圧条件、回転速度条件、水温条件及びセンサ条件を適用することで、誤診断がなされる可能性が高い状態において、燃料フィルタ１１０の目詰まり診断が実行されることを抑制し、その診断精度を向上させることができる。なお、診断許可条件として、大気圧条件、回転速度条件、水温条件及びセンサ条件の少なくとも１つの条件が成立していることを適用することもできる。

図３は、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生しているか否かを判定するための第１の閾値を設定する、閾値設定ロジックの一例を示す。

コントロールユニット１９０は、大気圧が閾値Ｈｉ以上であれば、燃料フィルタ１１０の目詰まり診断に支障がない標準的な標高を走行していると判定し、大気圧が閾値Ｌｏ以下であれば、燃料フィルタ１１０の目詰まり診断に支障がある高地を走行していると判定する。ここで、車両が走行している地点を判定する際に、２つの閾値Ｈｉ及びＬｏを使用している理由は、例えば、車両が山道などを走行して低地と高地とを頻繁に行き来する場合などを考慮し、制御のハンチングを抑制するためである。また、コントロールユニット１９０は、エンジン回転速度に適合した制御値が設定された、標準用のテーブルと高地用のテーブルとを不揮発性メモリに持ち、車両が走行している地点の判定結果に応じてテーブルを切り替え、エンジン回転速度に応じた第１の閾値を設定する。

従って、標高と密接に関連する大気圧に応じて、標準用又は高地用のテーブルを適宜切り替えると共に、そのテーブルを参照してエンジン回転速度に応じた第１の閾値を設定することで、大気圧が変化しても誤診断が起こり難くすることができる。

図４は、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生しているか否かを診断する、フィルタ診断ロジックの一例を示す。

コントロールユニット１９０は、大気圧と燃料負圧とを加算した燃料圧力（絶対圧力）を算出し、これが第１の閾値（可変値）以下、又は、第１の閾値よりも小さい第２の閾値（固定値）以下であるか否かを判定する。そして、コントロールユニット１９０は、燃料圧力が第１の閾値であると判定すれば、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生したと判断し、インストルメントパネルに取り付けられた警告灯２５０をゆっくりとした間隔で点滅させる。ここで、コントロールユニット１９０は、警告灯２５０をゆっくりとした間隔で点滅させるために、第１の作動信号を出力する。

また、コントロールユニット１９０は、燃料圧力が第２の閾値以下であると判定すれば、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生したにもかかわらず、車両運転者などがこれを無視して車両を運転し続けたと判断し、警告灯２５０を早い間隔で点滅させると共に、エンジンコントロールユニットに対して出力トルクを制限する制御信号を出力する。ここで、コントロールユニット１９０は、警告灯２５０の作動状態を変更して早い間隔で点滅させるために、第２の作動信号を出力する。また、第２の閾値としては、例えば、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生してディーゼルエンジンＥＮＧがストールしてしまう限界圧力から多少の余裕を持たせた値とすることができる。

次に、コントロールユニット１９０が、ディーゼルエンジンＥＮＧの始動又は電源投入を契機として所定時間ごとに繰り返し実行する、診断許可処理、閾値設定処理及びフィルタ診断処理について説明する。

図５は、診断許可処理の一例を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、コントロールユニット１９０が、大気圧センサ２２０から大気圧を読み込む。

ステップ２では、コントロールユニット１９０が、大気圧が所定圧力以上であるか否か、要するに、車両が極端に標高の高い地点を走行しているか否かを判定する。ここで、所定圧力としては、例えば、負圧センサ２１０の出力特性などを考慮し、誤診断が行われる可能性がある限界圧力よりも若干余裕を持った値とすることができる。そして、コントロールユニット１９０は、大気圧が所定圧力以上であると判定すれば処理をステップ３へと進める一方（Ｙｅｓ）、大気圧が所定圧力未満であると判定すれば処理をステップ９へと進める（Ｎｏ）。

ステップ３では、コントロールユニット１９０が、回転速度センサ２３０からエンジン回転速度を読み込む。

ステップ４では、コントロールユニット１９０が、エンジン回転速度が所定範囲内であるか否かを判定する。そして、コントロールユニット１９０は、エンジン回転速度が所定範囲内であると判定すれば処理をステップ５へと進める一方（Ｙｅｓ）、エンジン回転速度が所定範囲を逸脱していると判定すれば処理をステップ９へと進める（Ｎｏ）。

ステップ５では、コントロールユニット１９０が、水温センサ２４０から水温を読み込む。

ステップ６では、コントロールユニット１９０が、水温が所定温度以上であるか否か、要するに、ディーゼルエンジンＥＮＧの暖機運転が終了しているか否かを判定する。そして、コントロールユニット１９０は、水温が所定温度以上であると判定すれば処理をステップ７へと進める一方（Ｙｅｓ）、水温が所定温度未満であると判定すれば処理をステップ９へと進める（Ｎｏ）。

ステップ７では、コントロールユニット１９０が、例えば、センサの自己診断機能を利用し、負圧センサ２１０に故障などの異常が発生しているか否かを判定する。そして、コントロールユニット１９０は、負圧センサ２１０に異常が発生していないと判定すれば処理をステップ８へと進める一方（Ｙｅｓ）、負圧センサ２１０に異常が発生していると判定すれば処理をステップ９へと進める（Ｎｏ）。

ステップ８では、コントロールユニット１９０が、不揮発性メモリに格納されている診断許可フラグを１（許可）に設定する。

ステップ９では、コントロールユニット１９０が、不揮発性メモリに格納されている診断許可フラグを０（禁止）に設定する。

かかる診断許可処理によれば、大気圧条件、回転速度条件、水温条件及びセンサ条件のすべてが成立したときには、診断許可フラグが１に設定される。一方、大気圧条件、回転速度条件、水温条件及びセンサ条件の少なくとも１つが成立しないときには、診断許可フラグが０に設定される。

図６は、閾値設定処理の一例を示す。
ステップ１１では、コントロールユニット１９０が、大気圧センサ２２０から大気圧を読み込む。

ステップ１２では、コントロールユニット１９０が、大気圧が閾値Ｈｉ以上であるか否かを判定する。そして、コントトールユニット１９０は、大気圧が閾値Ｈｉ以上であると判定すれば処理をステップ１３へと進める一方（Ｙｅｓ）、大気圧が閾値Ｈｉ未満であると判定すれば処理をステップ１４へと進める（Ｎｏ）。

ステップ１３では、コントロールユニット１９０が、エンジン回転速度に応じた第１の閾値を決定するためのテーブルを、標準用のテーブルに切り替える。

ステップ１４では、コントロールユニット１９０が、大気圧が閾値Ｈｉよりも小さい閾値Ｌｏ以下であるか否かを判定する。そして、コントロールユニット１９０は、大気圧が閾値Ｌｏ以下であると判定すれば処理をステップ１５へと進める一方（Ｙｅｓ）、大気圧が閾値Ｌｏより高いと判定すれば処理をステップ１７へと進める（Ｎｏ）。

ステップ１５では、コントロールユニット１９０が、エンジン回転速度に応じた第１の閾値を決定するためのテーブルを、高地用のテーブルに切り替える。

ステップ１６では、コントロールユニット１９０が、回転速度センサ２３０からエンジン回転速度を読み込む。

ステップ１７では、コントロールユニット１９０が、現在選択されているテーブルを参照し、エンジン回転速度に応じた第１の閾値を設定する。

かかる閾値設定処理によれば、大気圧が閾値Ｈｉ以上になると、第１の閾値を決定するためのテーブルが標準用のテーブルに切り替えられ、大気圧が閾値Ｌｏ以下になると、第１の閾値を決定するためのテーブルが高地用のテーブルに切り替えられる。また、大気圧が閾値Ｌｏより高く、かつ、閾値Ｈｉ未満である場合には、現在選択されているテーブルがそのまま利用される。そして、現在選択されているテーブルが参照され、エンジン回転速度に応じた第１の閾値が設定される。

図７は、フィルタ診断処理の一例を示す。
ステップ２１では、コントロールユニット１９０が、不揮発性メモリから診断許可フラグを読み出し、診断許可フラグが１であるか否か、要するに、燃料フィルタ１１０の目詰まりを診断する診断許可条件が成立しているか否かを判定する。そして、コントロールユンユニット１９０は、診断許可フラグが１（許可）であると判定すれば処理をステップ２２へと進める一方（Ｙｅｓ）、診断許可フラグが０（禁止）であると判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ２２では、コントロールユニット１９０が、負圧センサ２１０から燃料負圧を読み込む。

ステップ２３では、コントロールユニット１９０が、大気圧センサ２２０から大気圧を読み込む。

ステップ２４では、コントロールユニット１９０が、燃料負圧と大気圧とを加算することで、燃料フィルタ１１０とサプライポンプ１３０との間に位置する低圧燃料配管１２０の燃料圧力（絶対圧力）を算出する。

ステップ２５では、コントロールユニット１９０が、燃料圧力が第２の閾値以下であるか否か、要するに、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生し、ディーゼルエンジンＥＮＧがもうすぐストールする状態であるか否かを判定する。そして、コントロールユニット１９０は、燃料圧力が第２の閾値以下であると判定すれば処理をステップ２６へと進める一方（Ｙｅｓ）、燃料圧力が第２の閾値より高いと判定すれば処理をステップ２８へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２６では、コントロールユニット１９０が、インストルメントパネルに取り付けられた警告灯２５０を早い間隔で点滅させる。

ステップ２７では、コントロールユニット１９０が、エンジンコントロールユニットに対して、ディーゼルエンジンＥＮＧの出力トルクを制限する制御信号を出力する。

ステップ２８では、コントロールユニット１９０が、燃料圧力が第１の閾値以下であるか否か、要するに、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生したか否かを判定する。そして、コントロールユニット１９０は、燃料圧力が第１の閾値以下であると判定すれば処理をステップ２９へと進める一方（Ｙｅｓ）、燃料圧力が第１の閾値より高いと判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ２９では、コントロールユニット１９０が、インストルメントパネルに取り付けられた警告灯２５０をゆっくりとした間隔で点滅させる。

かかるフィルタ診断処理によれば、診断許可フラグが１であるとき、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生しているか否かが診断されるので、誤診断がなされる可能性が高い状態での診断が実行されず、その診断精度を向上させることができる。また、燃料圧力と大気圧とを加算した燃料圧力が第１の閾値まで低下すると、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生したと判断される。これは、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生すると、サプライポンプ１３０に供給可能な燃料が少なくなり、燃料フィルタ１１０の下流側における燃料負圧が低下する現象を利用したものである。そして、燃料フィルタ１１０に目詰まりが発生したときには、これを車両運転者などに報知すべく、警告灯２５０がゆっくりとした間隔で点滅される。従って、警告灯２５０がゆっくりと点滅していることを認識した車両運転者などは、例えば、燃料フィルタ１１０のエレメントを交換することで、その目詰まりを解消することができる。

また、警告灯２５０がゆっくりと点滅しているにもかかわらず、これを無視して車両の運転を続行すると、燃料フィルタ１１０の目詰まりがさらに進行して、その下流側における燃料負圧がさらに低下する。そして、燃料負圧と大気圧とを加算した燃料圧力が第２の閾値以下になると、もうすぐディーゼルエンジンＥＮＧがストールする状態となると判断し、警告灯２５０を早い間隔で点滅させる。このため、車両運転者などは、警告灯２５０の点滅状態が変化することで、ディーゼルエンジンＥＮＧがストールする危険性を察知でき、迅速な対応をとることができる。また、警告灯２５０の点滅状態の変化と共に、エンジンコントロールユニットに対して出力トルクを制限する制御信号が出力されるので、低圧燃料配管１２０を流れる燃料の流量が減って圧力損失が小さくなることから、ディーゼルエンジンＥＮＧがストールするまでの時間を長くすることができる。このため、車両をサービス工場などに搬送することが可能となり、例えば、車両が路上で停車してしまうことを抑制することができる。出力トルクの制限は、一般道路における走行に支障がない程度で走行可能なものとすればよい。

以上説明した燃料フィルタの診断装置は、コモンレールシステムを備えたディーゼルエンジンに限らず、他のディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなどにも適用することができる。また、第１の閾値を設定するためのテーブルは、大気圧に応じた２つに限らず、３つ以上であってもよい。

１００ 燃料タンク
１１０ 燃料フィルタ
１２０ 低圧燃料配管
１３０ サプライポンプ
１９０ コントロールユニット
２１０ 負圧センサ
２２０ 大気圧センサ
２３０ 回転速度センサ
２４０ 水温センサ
２５０ 警告灯
ＥＮＧ ディーゼルエンジン

Claims (7)

1. 燃料タンクと燃料ポンプとを連通する燃料配管に配設された燃料フィルタの下流側における燃料負圧を検出する負圧センサと、
   大気圧を検出する大気圧センサと、
   前記負圧センサ及び前記大気圧センサの出力信号を夫々読み込み、前記燃料フィルタに目詰まりが発生したか否かを診断するコントロールユニットと、
   を有し、
   前記コントロールユニットが、
   前記大気圧に応じた第１の閾値を設定し、
   前記燃料負圧と前記大気圧とを加算した燃料圧力が前記第１の閾値以下になったときに、前記燃料フィルタに目詰まりが発生したと診断する、
   ことを特徴とする燃料フィルタの診断装置。
2. エンジンの回転速度を検出する回転速度センサを更に有し、
   前記コントロールユニットが、大気圧ごとにエンジンの回転速度に適合した制御値が設定されたテーブルを参照し、前記大気圧及び前記回転速度に応じた第１の閾値を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料フィルタの診断装置。
3. エンジンの冷却水の温度を検出する水温センサを更に有し、
   前記コントロールユニットが、前記大気圧が所定圧力以上である第１の条件、前記エンジンの回転速度が所定範囲内にある第２の条件、前記冷却水の温度が所定温度以上である第３の条件、かつ、前記負圧センサに異常が発生していない第４の条件の少なくとも１つの条件が成立したときに、前記燃料フィルタに目詰まりが発生しているか否かを診断する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃料フィルタの診断装置。
4. 前記コントロールユニットが、前記燃料圧力が前記第１の閾値以下になったときに、警報装置を作動させる第１の作動信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料フィルタの診断装置。
5. 前記コントロールユニットが、前記燃料圧力が前記第１の閾値より小さい第２の閾値以下になったときに、前記警報装置の作動状態を変更した第２の作動信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の燃料フィルタの診断装置。
6. 前記コントロールユニットが、前記燃料圧力が前記第１の閾値より小さい第２の閾値以下になったときに、エンジンの出力トルクを制限する制御信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の燃料フィルタの診断装置。
7. コントロールユニットが、
   大気圧に応じて閾値を設定し、
   燃料タンクと燃料ポンプとを連通する燃料配管に配設された燃料フィルタの下流側における燃料負圧と前記大気圧とを加算した燃料圧力が、前記閾値以下になったときに、前記燃料フィルタに目詰まりが発生したと診断する、
   ことを特徴とする燃料フィルタの診断方法。

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