JP2009138593A

JP2009138593A - 蓄圧式燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2009138593A
Application number: JP2007314598A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Takashima; 祥光高島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2009-06-25
Also published as: DE102008044360A1

Abstract

【課題】圧力調量弁の異常を検出できる蓄圧式燃料噴射装置を得る。
【解決手段】高圧に蓄圧された燃料を保持しインジェクタ５に供給するコモンレール２と、コモンレール２に高圧燃料を供給する高圧燃料供給ポンプ４と、入力される制御電流に応じて高圧燃料供給ポンプ４からの吐出を制御する圧力調量弁１４と、コモンレール２の燃料圧を検出する燃料圧センサ７とを備える。燃料圧センサ７により検出した燃料圧と目標圧とに基づく制御電流に応じて圧力調量弁１４を制御してコモンレール２の燃料圧を制御する。減速運転中か否かを判断し（Ｓ１００）、減速運転中と判断したときに、目標圧に基づく圧力調量弁１４への制御電流を変更して圧力調量弁１４に出力する（Ｓ１２０〜Ｓ１６０）。制御電流を出力した後に燃料圧センサ７により検出される燃料圧の変化がないとき、圧力調量弁１４が異常であると判断する（Ｓ１８０〜Ｓ２２０）。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧燃料が蓄圧されたコモンレールからインジェクタに燃料を供給する蓄圧式燃料噴射装置に関し、特に、高圧燃料供給ポンプからの吐出を制御する圧力調量弁の異常を判断する蓄圧式燃料噴射装置に関する。

従来より、特許文献１にあるように、コモンレールからインジェクタに燃料を供給する蓄圧式燃料噴射装置では、高圧燃料供給ポンプからコモンレールに高圧燃料を供給すると共に、圧力調量弁により高圧燃料供給ポンプへの吸入量を調節して高圧燃料供給ポンプからの吐出量を変更して、コモンレールの燃料圧を制御している。

その際、センサによりコモンレールの燃料圧を検出し、検出した燃料圧と目標圧とに基づいて、燃料圧と目標圧との差が小さくなるように、圧力調量弁に出力する制御電流をフィードバック制御している。また、高圧燃料供給ポンプ等の機差ばらつきを補正するために、機差ばらつき学習を実施して、機差のばらつきを吸収した安定性ある装置を構成している。
特開２００４−２２５５５５号公報

しかしながら、こうした従来の装置では、例えば、圧力調量弁が入力される制御電流に応じて弁体を摺動させて高圧燃料供給ポンプへの吸入量を調節している。圧力調量弁の弁体の摺動面への異物のかみ込みや粘性の高い燃料の付着が発生すると、圧力調量弁の弁体の摺動抵抗が一時的に増加し、圧力調量弁の弁体が動きにくくなる場合がある。

この場合、圧力調量弁に入力される制御電流が小さく、この増加した摺動抵抗よりも小さい変化出力を与えても、圧力調量弁の弁体は動かない。摺動抵抗に打ち勝つ制御電流値の電流に応じた変化出力を与えた場合に圧力調量弁が動き出す。

この状態でコモンレールの燃料圧のフィードバック制御を実施した場合、小さな制御電流では圧力調量弁の弁体が動かず、高圧燃料供給ポンプの吸入量が変化しない。このため、高圧燃料供給ポンプの吐出制御が遅れて、燃料圧と目標圧との差が大きくなり、例えば、通常よりも大きな制御電流を出力する過補正した状態になって、圧力調量弁が動き出した後に燃料圧がオーバーシュートしてしまうという問題があった。経時変化、異物、粘性の高い燃料等により応答性が悪くなった場合、コモンレールの燃料圧制御不良が発生し、ハンチング、エンストが発生するという問題があった。また、通常走行中では、運転状態による圧力応答遅れか、圧力調量弁の摺動不良による圧力応答遅れかの区別ができないという問題があった。

本発明の課題は、圧力調量弁の異常を検出できる蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するインジェクタと、高圧に蓄圧された燃料を保持し前記インジェクタに供給するコモンレールと、該コモンレールに高圧燃料を供給する高圧燃料供給ポンプと、入力される制御電流に応じて前記高圧燃料供給ポンプからの吐出を制御する圧力調量弁と、前記コモンレールの燃料圧を検出する燃料圧検出手段とを備え、前記燃料圧検出手段により検出した前記燃料圧と目標圧とに基づく制御電流に応じて前記圧力調量弁を制御して前記コモンレールの燃料圧を制御する蓄圧式燃料噴射装置において、減速運転中か否かを判断する減速判断手段と、前記減速判断手段により減速運転中と判断したときに、前記目標圧に基づく前記圧力調量弁への前記制御電流を変更して前記圧力調量弁に出力する変更駆動手段と、前記変更駆動手段により前記制御電流を出力した後に挙動の変化がないとき、前記圧力調量弁が異常であると判断する異常判断手段とを備えたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置がそれである。

前記異常判断手段は、前記制御電流を出力した後に前記燃料圧検出手段により検出される前記燃料圧の変化がないとき、前記圧力調量弁が異常であると判断してもよい。その際、前記異常判断手段は、前記制御電流を出力した後、予め設定した期間内に、前記燃料圧検出手段により検出される前記燃料圧の変化がないとき、前記圧力調量弁が異常であると判断してもよい。

また、前記減速判断手段により減速運転中と判断した後に、更に、前記高圧燃料供給ポンプの無吐出状態から、前記目標圧に基づく前記圧力調量弁への制御電流の出力を開始したか否かを判断する吐出制御中判断手段を備え、
前記変更駆動手段は、前記吐出制御中判断手段により前記圧力調量弁への制御電流の出力を開始した後に、前記目標圧に基づく前記圧力調量弁への前記制御電流を変更して前記圧力調量弁に出力する構成としてもよい。

本発明の蓄圧式燃料噴射装置は、減速運転中に、圧力調量弁の制御電流値を変更し、挙動の変化がないときに、圧力調量弁が異常と判断するので、経時変化、異物、粘性の高い燃料等による圧力調量弁の異常を的確に検出できるという効果を奏する。

コモンレールの燃料圧を検出して、燃料圧の変化により挙動の変化があったか否かを判断することにより、容易に挙動の変化を検出できる。また、予め設定した期間内に燃料圧の変化がないときに異常と判断することにより、遅れ時間があっても正確に判断できる。

吐出制御中判断手段により圧力調量弁への制御電流の出力を開始した後に、目標圧に基づく圧力調量弁への制御電流を変更して圧力調量弁に出力することにより、挙動の変化の検出を確実に行うことができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態としての蓄圧式燃料噴射装置を示す全体構成図である。
図１に示すように、本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置は、例えば、４気筒のディーゼル機関としての内燃機関１に適用されており、高圧燃料を蓄えるコモンレール２と、燃料タンク３から汲み上げた燃料を加圧してコモンレール２に供給する高圧燃料供給ポンプ４と、コモンレール２より供給される高圧燃料を内燃機関１の気筒内の燃焼室２１に噴射するインジェクタ５と、インジェクタ５等を電子制御する電子制御ユニット（以下ＥＣＵ６と呼ぶ）とを備えている。

コモンレール２は、ＥＣＵ６により運転状態等に基づいて目標圧が設定され、高圧燃料供給ポンプ４から供給された高圧燃料を目標圧に蓄圧する。このコモンレール２には、蓄圧された燃料圧を検出してＥＣＵ６に出力する燃料圧検出手段としての燃料圧センサ７と、燃料圧が予め設定された上限値を超えないように制限するプレッシャリミッタ８が取り付けられている。

高圧燃料供給ポンプ４は、内燃機関１に駆動されて回転するカム軸９と、このカム軸９に駆動されて燃料タンク３から燃料を汲み上げるフィードポンプ１０と、カム軸９の回転に同期してシリンダ１１内を往復運動するプランジャ１２とを備えている。また、高圧燃料供給ポンプ４の図示しない本体と一体に、フィードポンプ１０からシリンダ１１内の加圧室１３に吸入される燃料量を調節する圧力調量弁１４が設けられている。

この高圧燃料供給ポンプ４は、プランジャ１２がシリンダ１１内を上死点から下死点に向かって移動する際に、フィードポンプ１０より送り出された燃料が圧力調量弁１４で調節され、吸入弁１５を押し開いて加圧室１３に吸入される。その後、プランジャ１２がシリンダ１１内を下死点から上死点へ向かって移動する際に、プランジャ１２によって加圧室１３の燃料が加圧され、その加圧された燃料が、吐出弁１６を押し開いてコモンレール２に圧送される。

圧力調量弁１４は、入力される制御電流に応じて図示しない弁体を摺動させて、フィードポンプ１０より送り出された燃料を調節し、高圧燃料供給ポンプ４の加圧室１３からコモンレール２に吐出される吐出量を変更する。本実施形態では、圧力調量弁１４に入力される制御電流値が大きい程、加圧室１３に吸入される燃料量が小さくなる構成である。

インジェクタ５は、内燃機関１の気筒毎に搭載され、それぞれ高圧配管１７を介してコモンレール２に接続されている。このインジェクタ５は、ＥＣＵ６の指令に基づいて作動する電磁弁２２と、この電磁弁２２への通電時に燃料を噴射するノズル２３とを備える。

電磁弁２２は、例えば、コモンレール２の高圧燃料が印加される圧力室（図示せず）から低圧側に通じる低圧通路（図示せず）を開閉するもので、通電時に低圧通路を開放し、通電停止時に低圧通路を遮断する。

ノズル２３は、噴孔を開閉するニードル（図示せず）を内蔵し、圧力室の燃料圧がニードルを閉弁方向（噴孔を閉じる方向）に付勢している。従って、電磁弁２２への通電により低圧通路が開放されて圧力室の燃料圧が低下すると、ニードルがノズル２３内を上昇して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレール２より供給された高圧燃料を噴孔より噴射する。一方、電磁弁２２への通電停止により低圧通路が遮断されて、圧力室の燃料圧が上昇すると、ニードルがノズル２３内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する。

ＥＣＵ６は、内燃機関１の回転数を検出する回転数センサ１８と、アクセルペダル１９の踏込量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２０、及びコモンレール２内の燃料圧を検出する燃料圧センサ７等が接続され、これらのセンサで検出されたセンサ情報に基づいて、コモンレール２の目標圧と、内燃機関１の運転状態に適した噴射時期及び噴射量等を演算し、その演算結果に従って、圧力調量弁１４及びインジェクタ５の電磁弁２２を電子制御する。

次に、ＥＣＵ６により実行される異常判断処理について図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、減速運転中か否かを判断する（ステップ１００。以下Ｓ１００という。以下同様。）。アクセル開度センサ２０により検出されるアクセル開度が０で、かつ、ＥＣＵ６の制御によるインジェクタ５からの燃料噴射量が０であるときに、減速運転中であると判断する。

アクセル開度が０と検出されると、ＥＣＵ６はインジェクタ５からの燃料噴射量を０とし、インジェクタ５から燃料が無吐出の状態になり、燃料噴射に伴うコモンレール２内の燃料圧の変化がない。

減速運転中であると判断すると（Ｓ１００：ＹＥＳ）、圧力調量弁１４へ出力する制御電流を制御して、高圧燃料供給ポンプ４からコモンレール２に吐出される燃料の吐出量を制御中か否かを判断する（Ｓ１１０）。

ＥＣＵ６は、アクセル開度が０とされたとき、コモンレール２の燃料圧を低い圧力の目標圧に設定する。図３に示すように、アクセル開度が０とされたとき、圧力調量弁１４には大きな制御電流が出力されて、加圧室１３に吸入される燃料量をほぼ０に調節して、高圧燃料供給ポンプ４からコモンレール２への燃料量を無吐出の状態にする。そして、圧力調量弁１４への制御電流を徐々に小さくして、高圧燃料供給ポンプ４からコモンレール２への吐出量を徐々に回復させ、コモンレール２の燃料圧が目標圧となるように制御する。

この高圧燃料供給ポンプ４からの燃料吐出が、無吐出から燃料吐出の状態になったとき（図３中ではＳ２のとき）からを、本実施形態では、燃料吐出制御中としている。燃料吐出制御中と判断したときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、異常判断ロジック作動フラグをＯＮにする（Ｓ１２０）。

一方、Ｓ１００の処理の実行により、減速運転中ではないと判断したとき（Ｓ１００：ＮＯ）、または、Ｓ１１０の処理の実行により、燃料吐出制御中ではないと判断したときは（Ｓ１１０：ＮＯ）、異常判断ロジック作動フラグをＯＦＦにする（Ｓ１２５）。その後、本制御処理を繰り返す。減速運転中でないときや、燃料吐出制御中でないときは、燃料噴射や高圧燃料供給ポンプ４からの燃料供給に伴ってコモンレール２内の燃料圧が変動し、以下の圧力調量弁１４の異常判断に適さない。

Ｓ１２０の処理の実行により、異常判断ロジック作動フラグをＯＮにした後は、圧力調量弁１４の制御電流値を算出する（Ｓ１３０）。図５に示すように、圧力調量弁１４に出力する制御電流値とコモンレール２の圧力変化量とは比例し、コモンレール２の圧力を目標圧に制御するための制御電流値を算出する。コモンレール２内の燃料圧が徐々に目標圧となるように、本実施形態では、本制御処理を繰り返し実行する間に、制御電流値を徐々に小さくする。

次に、異常判断ロジック作動フラグがＯＦＦからＯＮに切り換えられたか否かを判断する（Ｓ１４０）。異常判断ロジック作動フラグがＯＦＦからＯＮに切り換えられていれば（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、圧力調量弁１４を微小駆動するための制御電流値を算出する（Ｓ１５０）。

例えば、図５に示すように、コモンレール２内の燃料圧に圧力変化を与えるために、圧力変化量に応じた制御電流値を算出する。この制御電流値は、圧力調量弁１４の弁体の摺動面への異物のかみ込みや粘性の高い燃料が付着することによる増加した摺動抵抗に打ち勝つ大きな制御電流値ではない。コモンレール２の燃料圧のフィードバック制御に大きな影響を与えない圧力変化量に応じた微少な制御電流値である。

この微小駆動するための制御電流値を算出した後、Ｓ１３０の処理の実行により算出した制御電流値と、Ｓ１５０の処理により算出した制御電流値とを加算して、最終の制御電流値を算出し（Ｓ１６０）、その制御電流値の制御電流を圧力調量弁１４に出力する。

この最終の制御電流値は、Ｓ１３０の処理により算出した目標圧に基づく制御電流値に対して、圧力調量弁１４の弁体を微小駆動するための制御電流値を加算、あるいは減算して変更した値であればよい。図３に示すように、Ｓ１３０の処理により算出した目標圧に基づく制御電流値に、Ｓ１５０の処理により算出した制御電流値を加算して、最終の制御電流値を算出してもよい。その際、高圧燃料供給ポンプ４からは吐出量が減少するように制御される。また、図４に示すように、Ｓ１３０の処理により算出した目標圧に基づく制御電流値に、Ｓ１５０の処理により算出した制御電流値を減算して、最終の制御電流値を算出してもよい。その際、高圧燃料供給ポンプ４からは吐出量が増加するように制御される。

次に、最終の制御電流値を圧力調量弁１４に出力した後、予め設定した第１所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する（Ｓ１７０）。第１所定時間Ｔ１が経過するまで（Ｓ１７０：ＮＯ）、Ｓ１００以下の処理を繰り返し実行し、Ｓ１４０の処理の実行では、異常判断ロジック作動フラグはＯＮのままで切り換えられていないと判断して（Ｓ１４０：ＮＯ）、Ｓ１３０の処理により算出された目標圧に基づく制御電流値をそのまま最終の制御電流値として算出し、圧力調量弁１４に出力する。

第１所定時間Ｔ１が経過（図３中ではＳ６のとき）したときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、燃料圧センサ７により検出されるコモンレール２内の燃料圧の変化量を算出する（Ｓ１８０）。圧力調量弁１４に制御電流値を出力してから、実際にコモンレール２内の燃料圧が変化して、燃料圧センサ７により検出されるまでには、遅れ時間がある。前述した第１所定時間Ｔ１はこの遅れ時間に応じており、制御電流値を圧力調量弁１４に出力してから、コモンレール２内の燃料圧が変化する前の時間を第１所定時間Ｔ１として設定している。第１所定時間Ｔ１は実験等により定めるとよい。

次に、算出した燃料圧の変化量が、予め設定した所定値以上か否かを判断する（Ｓ１９０）。燃料圧センサ７は本制御処理を繰り返し実行する所定時間毎にコモンレール２内の燃料圧を検出しており、その各検出した燃料圧の変化量を所定時間毎に算出する。燃料圧の変化量が、所定値以上であるときには（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、圧力調量弁１４の弁体は正常に摺動したと判断して、圧力調量弁１４は正常とする（Ｓ２００）。例えば、故障診断装置等に、圧力調量弁１４は正常である旨の信号を出力する。燃料圧の変化量は、Ｓ１５０の処理により算出した微小駆動制御電流値に比例するので、比較する所定値を微小駆動制御電流値に応じて変えるようにしてもよい。

このように、減速運転中に、異常判断ロジック作動フラグがＯＦＦからＯＮに切り換えられた直後に、制御電流値を一瞬変化させ、燃料圧が変化したら圧力調量弁１４が正常に動作していると判断する。

一方、燃料圧の変化量が所定値以上でないと判断したときには（Ｓ１９０：ＮＯ）、微小駆動の制御電流値の出力から第２所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する（Ｓ２１０）。第２所定時間Ｔ２が経過していないときには、第２所定時間Ｔ２が経過するまで、本制御処理を繰り返し実行し、Ｓ１８０、Ｓ１９０の処理により、燃料圧センサ７により検出されるコモンレール２内の燃料圧の変化量が所定値以上か否かを判断する。

第２所定時間Ｔ２が経過するまでの間に、Ｓ１９０の処理の実行により燃料圧の変化量が所定値以上あると判断されていないと、第２所定時間Ｔ２が経過したときに（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、圧力調量弁１４の弁体が正常に摺動せず、圧力調量弁１４は異常とする（Ｓ２２０）。例えば、故障診断装置等に、圧力調量弁１４は異常である旨の信号を出力する。

減速運転中に、異常判断ロジック作動フラグがＯＦＦからＯＮに切り換えられた直後に、制御電流値を一瞬変化させ、燃料圧が変化しないときには圧力調量弁１４が異常と判断する。圧力調量弁１４が異常であると判断としたときには、フィードバック制御の制御ゲインを変更、圧力調量弁１４が異常である旨の表示、圧力低下によるエンストを防止するためにアイドル回転数を増加、圧力低下によるエンストを防止するために目標圧を高くする等の処理を実施してもよい。

尚、Ｓ１００の処理の実行が減速判断手段として働き、Ｓ１１０の処理の実行が吐出制御中判断手段として働き、Ｓ１２０〜Ｓ１６０の処理の実行が変更駆動手段として働き、Ｓ１７０〜Ｓ１９０及びＳ２１０，Ｓ２２０の処理の実行が異常判断手段として働く。

また、本実施形態では、燃料圧センサ７により検出される燃料圧の変化量が所定値以上か否かにより、圧力調量弁１４が正常か、異常かを判断しているが、燃料圧の変化量に限らず、内燃機関１の回転数の変化量を検出して、回転数の変化量が所定値以上か否かにより、圧力調量弁１４が正常か、異常かを判断してもよく、圧力調量弁１４の制御電流値を変更した際に変化する挙動を検出して判断するようにすればよい。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としての蓄圧式燃料噴射装置を示す全体構成図である。本実施形態の電子制御ユニットにより実行される異常判断処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態のアクセル開度、制御電流値、燃料圧の関係を示すタイミングチャートである。別の実施形態のアクセル開度、制御電流値、燃料圧の関係を示すタイミングチャートである。本実施形態の制御電流と圧力変化量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…内燃機関２…コモンレール
３…燃料タンク４…高圧燃料供給ポンプ
５…インジェクタ７…燃料圧センサ
８…プレッシャリミッタ
９…カム軸１０…フィードポンプ
１１…シリンダ１２…プランジャ
１３…加圧室１４…圧力調量弁
１７…高圧配管１８…回転数センサ
１９…アクセルペダル
２０…アクセル開度センサ
２１…燃焼室

Claims

内燃機関の気筒内に燃料を噴射するインジェクタと、
高圧に蓄圧された燃料を保持し前記インジェクタに供給するコモンレールと、
該コモンレールに高圧燃料を供給する高圧燃料供給ポンプと、
入力される制御電流に応じて前記高圧燃料供給ポンプからの吐出を制御する圧力調量弁と、
前記コモンレールの燃料圧を検出する燃料圧検出手段とを備え、
前記燃料圧検出手段により検出した前記燃料圧と目標圧とに基づく制御電流に応じて前記圧力調量弁を制御して前記コモンレールの燃料圧を制御する蓄圧式燃料噴射装置において、
減速運転中か否かを判断する減速判断手段と、
前記減速判断手段により減速運転中と判断したときに、前記目標圧に基づく前記圧力調量弁への前記制御電流を変更して前記圧力調量弁に出力する変更駆動手段と、
前記変更駆動手段により前記制御電流を出力した後に挙動の変化がないとき、前記圧力調量弁が異常であると判断する異常判断手段とを備えたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
前記異常判断手段は、前記制御電流を出力した後に前記燃料圧検出手段により検出される前記燃料圧の変化がないとき、前記圧力調量弁が異常であると判断することを特徴とする請求項１に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
前記異常判断手段は、前記制御電流を出力した後、予め設定した期間内に、前記燃料圧検出手段により検出される前記燃料圧の変化がないとき、前記圧力調量弁が異常であると判断することを特徴とする請求項２に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
前記減速判断手段により減速運転中と判断した後に、更に、前記高圧燃料供給ポンプの無吐出状態から、前記目標圧に基づく前記圧力調量弁への制御電流の出力を開始したか否かを判断する吐出制御中判断手段を備え、
前記変更駆動手段は、前記吐出制御中判断手段により前記圧力調量弁への制御電流の出力を開始した後に、前記目標圧に基づく前記圧力調量弁への前記制御電流を変更して前記圧力調量弁に出力することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蓄圧式燃料噴射装置。