JPH0968086A

JPH0968086A - 燃料ポンプ

Info

Publication number: JPH0968086A
Application number: JP7224283A
Authority: JP
Inventors: Atsuhiro Sakamoto; 篤弘坂本; Shunichi Oshitari; 俊一忍足; Iwane Inokuchi; 岩根井之口; Shigeru Kamegaya; 茂亀ケ谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1997-03-11
Also published as: US5770796A

Abstract

(57)【要約】【課題】ベローズ式等の燃料ポンプにおいて、ベロー
ズ破損等を要因とするポンプ故障を安価な方法で検知す
る技術を提供することを課題とする。【解決手段】ベローズの破損等によりポンプ室の１つ
が燃料吐出不能となった場合に、燃料ポンプの固有吐出
量が機関が必要とする最大燃料噴射量を満たせなくなる
ように設定したベローズ式燃料ポンプにおいて、検出さ
れた各気筒毎の出力に基づき必要に応じて出力補正量を
計算し（Ｓ１〜Ｓ３）、機関が高負荷運転状態であると
きには、機関の全気筒の出力補正量が所定のしきい値よ
りも大きいときにポンプに故障が発生していると判断す
る（Ｓ５〜Ｓ６）。また、機関が低負荷運転状態である
ときには、特定の気筒の出力補正量が所定のしきい値よ
りも大きいときにポンプに故障が発生していると判断す
る（Ｓ５、Ｓ７）。かかる判断は、少なくともポンプ室
の１つが燃料吐出不能となったときの、機関運転状態毎
の燃料噴射特性を利用している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料供
給装置等に用いられるベローズ式等の燃料ポンプに関
し、特に、ポンプ故障検知技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】インジェクタを用いて燃料を噴射供給す
る内燃機関においては、燃料噴射の微粒化や燃料通路内
のベーパ発生防止等を考慮すると、燃料圧が高い方が有
利な場合が多い。また、一般的には燃料の粘度は低く漏
れやすく、潤滑性が低い等の問題がある。

【０００３】そこで、比較的高い圧力を容易に得られ、
かつ、ポンプ室に伸縮自由なベローズやダイヤフラムを
備えることで燃料の漏れをなくし、また、摺動部の潤滑
を潤滑油によって確保した燃料ポンプとして、特開平４
−１９１４６１号公報（特にその第１図）に示されるよ
うなベローズ列型ポンプがある。これは、ポンプ室を構
成するベローズを複数設け、これらの軸線を互いに平行
にして直線上に配置する一方、これらのベローズの一端
側にカムシャフトを配置して、これに取り付けられた複
数のカムにより各ベローズを伸縮させるようにしたもの
であり、フィードポンプにより低圧加圧された燃料を更
に加圧して内燃機関に供給し得るものである。

【０００４】しかし、列型にベローズを配置すると、構
造上ポンプのサイズが大きくなる等の問題があるので、
ポンプをコンパクトにするため、実開平２−７３８５号
公報（特にその第１図）に示されるような、複数のベロ
ーズをこれらの軸線が互いに平行にして円周上に配置
し、揺動運動する斜板により駆動するものもある。ま
た、かかる燃料ポンプのベローズが破損して燃料が漏れ
た場合には、そのポンプ室からの燃料吐出ができなくな
るため、燃料ポンプ全体としての燃料吐出量が減り、燃
料ポンプとしての機能が十分果たせなくなるおそれがあ
る。そこで、このようなベローズの破損等のポンプ故障
を検知するために、静電容量センサを用いてポンプ室内
の燃料容量を検出することで、ポンプ故障を検知する方
法が考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、静電容
量センサ等の専用センサは高価であり、かつ、センサが
故障した場合には、ベローズの破損等のポンプ故障を検
知することができなくなる。そこで、本発明は以上のよ
うな従来の問題点に鑑み、ベローズ式等の燃料ポンプに
おいて、ベローズ等の破損等を要因とするポンプ故障を
安価な方法で検知する技術を提供することを課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明は、伸縮自在なシール部材により構成されるポン
プ室を複数有し、燃料が噴射供給される内燃機関の回転
を駆動源として、機関回転と１対１に同期してシール部
材を伸縮させることでポンプ作用を行わせる燃料ポンプ
において、燃料ポンプの固有吐出量を、機関が必要とす
る最大燃料噴射量が前記ポンプ室の１つが燃料吐出不能
となった場合に満たせなくなるように設定し、機関の各
気筒毎に機関出力を検出する出力検出手段と、検出され
た機関出力に基づいて機関出力の補正を行う出力補正量
を演算する出力補正量演算手段と、演算された出力補正
量に基づいて機関出力制御要素によって機関出力の補正
を行う出力補正手段と、前記出力検出手段によって機関
出力が検出される気筒を判別する気筒判別手段と、演算
された出力補正量及び検出された回転角度位置に基づい
て燃料ポンプの故障の有無判断を行う故障判断手段と、
を備えた。

【０００７】請求項２記載の発明は、伸縮自在なシール
部材により構成されるポンプ室を複数有し、燃料が噴射
供給される内燃機関の回転を駆動源として、シール部材
を伸縮させることでポンプ作用を行わせる燃料ポンプに
おいて、ポンプ室の数をＭp、機関の気筒数をＭe 、燃
料ポンプの回転数をＮp 、機関の回転数をＮe 、任意の
１以上の整数をｎ、ｍとした場合に、Ｎp ＝ｎ＊０．５
＊Ｎe ＊Ｍe ／Ｍp 、かつ、Ｎp ≠ｍ＊０．５＊Ｎe と
設定し、機関の各気筒毎に機関出力を検出する出力検出
手段と、検出された機関出力に基づいて機関出力の補正
を行う出力補正量を演算する出力補正量演算手段と、演
算された出力補正量に基づいて機関出力制御要素によっ
て機関出力の補正を行う出力補正手段と、前記出力検出
手段によって機関出力が検出される気筒を判別する気筒
判別手段と、演算された出力補正量及び検出された回転
角度位置に基づいて燃料ポンプの故障の有無判断を行う
故障判断手段と、を備えた。

【０００８】請求項３記載の発明は、前記ポンプ室の数
を奇数とした。請求項４記載の発明は、前記燃料ポンプ
の駆動力は、機関のカムシャフト或いはクランクシャフ
トから剛的に伝達される構成とした。ここで、剛的に伝
達とは、駆動トルクの損失を極力抑えた状態で伝達され
ることを意味し、具体的には、ベルト或いはチェーンで
はなくギヤ等のような手段によって達成することができ
る。

【０００９】請求項５記載の発明は、前記気筒判別手段
を、機関の回転角度位置を検出する角度位置検出手段か
ら構成した。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明の実施の形態を詳述する。先ず、図７に基づい
て、本発明に係る燃料ポンプ（ベローズ式ポンプ）を適
用した内燃機関の燃料噴射システムを説明する。この図
において、燃料タンク１から電動モータ２にて駆動され
るフィードポンプ３で燃料ポンプ４の吸入側に燃料が圧
送される。尚、低圧レギュレータ５にて燃料ポンプ４の
吸入側の圧力は略一定に保持される。

【００１１】燃料ポンプ４により高圧化された燃料は高
圧配管を通ってインジェクタ６に圧送され、インジェク
タ６により内燃機関の吸入空気中に噴射される。尚、高
圧レギュレータ７にて燃料ポンプ４の吐出側の高圧配管
内の圧力は略一定に保持される。又、インジェクタ６に
は、燃料ポンプ４の脈動及び燃料噴射時の圧力変動の平
滑化を目的としてアキュムレータ（図示せず）が備え付
けられている。このアキュムレータは、その容量を大き
くすると始動時の圧力上昇に時間を要するため、１〜２
噴射分程度（０．１ｃｃ程度）の容量を有している。

【００１２】又、燃料ポンプ４の故障を検知するシステ
ムは、内燃機関の気筒毎の出力を検出する出力センサ８
ａ（出力検出手段）、クランクシャフトの角度位置を検
出する角度位置センサ８ｂ（気筒判別手段）、マイクロ
コンピュータからなるコントロールユニット９及び燃料
ポンプ４の故障発生を運転者等に報知する警報ランプ等
の警報装置１０を含んで構成される。出力センサ８ａ及
び角度位置センサ８ｂの出力は、コントロールユニット
９に入力され、これらの入力信号に基づいて、後述する
ように内燃機関の出力補正量の演算及び燃料ポンプ４の
故障判断を行う。そして、コントロールユニット９は、
出力補正量に基づきインジェクタ６（機関出力制御要
素）の燃料噴射時間を調整することで出力補正を行い、
また、燃料ポンプ４の故障発生を検知した場合は警報装
置１０を動作させる。なお、コントロールユニット９
は、出力補正量演算手段、出力補正手段及び故障判断手
段としての機能を有している。

【００１３】図８は、前記燃料ポンプ４を配置した内燃
機関のシリンダヘッド１５を示しており、燃料ポンプ４
の外形は、ポンプヘッド１１、ポンプハウジング１２及
びケーシング１３により定められ、ケーシング１３がボ
ルト１４にてシリンダヘッド１５の外壁に固定される。
そして、燃料ポンプ４の回転軸１６は軸方向に自由な継
手部１７ａにより吸気側カムシャフト１８の端部に結合
され、このカムシャフト１８により動力を伝達される。

【００１４】尚、図８において、１９はカム、２０はブ
ラケットである。一方、前記ポンプヘッド１１からは吸
入ポートに取り付けられる吸入側継手２１と吐出ポート
に取り付けられる吐出側継手２２とが突出している。次
に、図１〜図６に基づいて、燃料ポンプ４の構成を詳述
する。図１において、燃料ポンプ４の外形を定めるポン
プヘッド１１、ポンプハウジング１２及びケーシング１
３は、ボルト２３により結合されている。又、ポンプヘ
ッド１１とポンプハウジング１２との接合面間には、リ
ード弁板２４が挟み込まれて固定されている。

【００１５】ポンプハウジング１２には、その中心軸周
りに３個のベローズ収納孔（シリンダ）２５が形成さ
れ、これらのベローズ収納孔２５は、ケーシング１３側
の端面にて開口している。そして、各ベローズ収納孔２
５には、円筒状のベローズ２６（シール部材）が収納さ
れ、更に摺動ガイド３３が摺動自由に嵌合されている。

【００１６】ベローズ２６の先端（図１では下端）に
は、これを閉止する円板状の端板２７が溶接され、基端
（図１では上端）には、フランジ２８が溶接されて、ベ
ローズ２６の内部にポンプ室２９が形成されている。ベ
ローズ２６のフランジ２８はボス部３０を有しており、
このボス部３０に連通孔が形成されている。そして、こ
のボス部３０とベローズ収納孔２５底面の凹部に嵌合
し、この嵌合部にはＯリング３１が介装されて、ポンプ
室２９外部への燃料の漏洩を防止している。

【００１７】前記ボス部３０の外径はベローズ２６の有
効径より小さく構成されており、ポンプ室２９の内圧は
フランジ２８の上下面に作用するが、下側の受圧面の方
が大きく、ポンプ室２９の内圧が全体としては上方に作
用するため、フランジ２８はベローズ２６自身のばね作
用に加えてポンプ室２９の内圧によってポンプハウジン
グ１２のベローズ収納孔２５に安定的に保持される。

【００１８】尚、本燃料噴射システムでは、燃料ポンプ
４の上流側にフィードポンプ３を備えており、運転中は
ポンプ室２９に常時圧力が印加される。フランジ２８は
ベローズ２６より外側に張り出しており、この張出部３
２に、ベローズ２６の外径よりも内径の大きい環状の治
具等を作用させることで、ベローズ２６に圧縮による過
大な負荷をかけることなく、ベローズ収納孔２５にベロ
ーズ２６を装着可能である。

【００１９】摺動ガイド３３は、ベローズ２６の端部
（端板２７）に被さるようにキャップ状に形成されてお
り、外周面にてベローズ収納孔２５に摺動自由に嵌合し
ている。そして、先端面は球面状に形成してある。ベロ
ーズ２６の端板２７は、摺動ガイド３３の凹部内に位置
し、その先端面で摺動ガイド３３の内面に平面同士で当
接している。

【００２０】そして、キャップ状の摺動ガイド３３の内
周部とベローズ２６の端部（端板２７）の外周部との間
には、ベローズ２６に対する端板２７及びフランジ２８
の溶接の位置ずれ等の加工組立上の誤差を吸収する隙間
が設けられている。ケーシング１３には、その中心軸上
に、ブッシュメタル３４を介して、回転軸１６を回転自
在に支持している。

【００２１】回転軸１６は、その外側の端部にてカムシ
ャフトと結合されて回転するが、内側の端部には鍔部３
６を形成してある。ここで、鍔部３６のケーシング１３
側の面（図１で下側の面）は、スラストワッシャ３７を
介してケーシング１３に回転自在に支持させてあり、ポ
ンプハウジング１２側の面（図１で上側の面）は傾斜さ
せてある。

【００２２】そして、回転軸１６の鍔部３６の傾斜面上
に、軌道輪３７、転動体３８及び軌道輪３９により構成
されるスラストベアリングの一方の軌道輪３７を固定
し、他方の軌道輪３９を３個の摺動ガイド３３に当接さ
せてある。これにより、回転軸１６（鍔部３６）が回転
すると、スラストベアリングにより回転を遮断しつつ、
前記他方の軌道輪３９を揺動運動、即ち、その各部を軸
方向に前後動させて、摺動ガイド３３を介してベローズ
２６を伸縮させるようになっている。

【００２３】ここで、鍔部３６が斜板をなし、軌道輪３
９が斜板に対して相対回転自由に取り付けられたベアリ
ング部材をなすが、このベアリング部材をなす軌道輪３
９が実質的に斜板としての押動作用を行うため、以下で
は軌道輪３９を「斜板」と呼称して説明する。即ち、斜
板３９には、外周部の２か所に突起４０を有し、これら
の突起４０はケーシング１３に設けられた係止溝４１と
嵌合することで斜板３９の回転を防止している。従っ
て、突起４０及び係止溝４１が回り止め手段を構成して
いる。

【００２４】又、斜板３９は、その先端中央に半球状の
突起４２を有しており、この突起４２はポンプハウジン
グ１２の端面に相対している。よって、組み付け時等に
回転軸１６及び斜板３９がベローズ２６側に押されて
も、ベローズ２６が過大に圧縮されないようになってい
る。次に、燃料ポンプの吸入部及び吐出部の構造につい
て説明する。

【００２５】図２は、ポンプヘッド側から見た平面図、
図３は図２のＸ−Ｘ矢視断面図（ポンプヘッドの要部断
面図）、図４はポンプハウジングの平面図、図５は図４
のＹ−Ｙ矢視断面図（ポンプハウジングの要部断面図）
である。図１〜図５を同時に参照し、ポンプハウジング
１２の上面（ポンプヘッド１１との接合面）には隣合う
ベローズ収納孔２５間に位置させて３つの凹部を形成
し、これらを吸入側リード弁動作空間４３としてある。

【００２６】又、ポンプヘッド１１の下面（ポンプハウ
ジング１２との接合面）には、ポンプハウジング１２側
の各ベローズ収納孔２５の略直上に位置させて３つの凹
部を形成し、これらを吐出側リード弁動作空間４４とし
てある。一方、ポンプヘッド１１の上面には吸入ポート
４５と吐出ポート４６とが形成されている。

【００２７】ポンプヘッド１１内には吸入ポート４５に
連なって３つに分岐する油路４７が形成され、これらの
油路４７はポンプヘッド１１下面にてポンプハウジング
１２上面の各吸入側リード弁動作空間４３に向かって開
口している。そして、ポンプハウジング１２内には各吸
入側リード弁動作空間４３から斜め方向に延び、フラン
ジ・ボス部３０内の連通孔を介してベローズ２６内のポ
ンプ室２９に連通する油路４８が形成されている。

【００２８】又、ベローズ２６内のポンプ室２９にフラ
ンジ・ボス部３０内の連通孔を介して連通して上方に延
びる油路４９が設けられ、これらの油路４９はポンプハ
ウジング１２上面にてポンプヘッド１１下面の各吐出側
リード弁動作空間４４に向かって開口している。そし
て、ポンプヘッド１１の下面には各吐出側リード弁動作
空間４４から中心に向かって合流する３つの油溝５０が
形成され、合流後は油路５１により吐出ポート４６に連
通している。

【００２９】ここで、ポンプヘッド１１とポンプハウジ
ング１２との接合面間にはリード弁板２４が挟み込まれ
るが、次にこれについて説明する。図６はリード弁板２
４の平面図である。この図において、リード弁板２４は
１枚の金属板にて構成され、前記各吸入側リード弁動作
空間４３及び各吐出側リード弁動作空間４４の夫々に対
応させて、複数の馬蹄形状の切込みが入れられ、これに
より吸入側リード弁５２（５２−１〜５２−３）と吐出
側リード弁５３（５３−１〜５３−３）とがベローズ２
６配置方向（略円周方向）に互い違いに形成される。こ
のような配置とすることで、ポンプ径が増大するのを極
力抑えている。

【００３０】ここで、吸入側リード弁５２は、ポンプヘ
ッド１１側の各油路４７の開口端とポンプハウジング１
０側の各吸入側リード弁動作空間４３との間にあって、
吐出時は各油路４７の開口端を閉止し、吸入時には各動
作空間４３側に変形して、各油路４７の開口端を開くよ
うになっている。又、吐出側リード弁５３は、ポンプヘ
ッド１１側の各吐出側リード弁動作空間４４とポンプハ
ウジング１２側の各油路４９の開口端との間にあって、
吸入時は各油路４９の開口端を閉止し、吐出時には各動
作空間４４側に変形して、各油路４９の開口端を開くよ
うになっている。

【００３１】尚、ケーシング１３内は潤滑油で満たされ
ており、潤滑油により各摺動部の摺動抵抗や摩耗の進行
度合いを低減している。又、ケーシング１３はボルト１
４により、内燃機関のシリンダヘッド１５に固定される
が、接合面にはＯリング５２を介在してある。次に、か
かる構成の作用について説明する。

【００３２】内燃機関のカムシャフトにより継手部を介
して、回転軸１６が回転すると、斜板３９は回転軸１６
に対して傾斜して支持されているため、斜板３９は揺動
運動を行い、キャップ状の摺動ガイド３３を介して、ベ
ローズ２６を伸縮させる。ここで、あるベローズ２６に
対し、斜板３９が摺動ガイド３３から離れる方向に移動
するときは、ポンプ室２９の容積がベローズ２６自体の
バネ力により拡大し、ポンプ室２９内の圧力が低下す
る。これに伴い、燃料が吸入ポート４５から油路４７を
介して導かれ、吸入側リード弁５２を押し開いて、吸入
側リード弁動作空間４３及び油路４８を介してポート室
２９に吸入される。

【００３３】又、斜板３９が摺動ガイド３３側に移動し
てこれを押すと、ベローズ２６が圧縮されて、ポンプ室
２９の容積が縮小され、ポンプ室２９内の圧力が上昇す
る。これに伴い、燃料が油路４９を介して吐出側リード
弁５３に作用し、これを押し開いて、吐出側リード弁動
作空間４４、油溝５０及び油路５１を介して吐出ポート
４６に至り、吐出される。

【００３４】ここで、本発明特有の構成及び作用・効果
について説明する。先ず、図８に示すように、カムシャ
フト１８と燃料ポンプ４の回転軸１６との回転を１対１
に同期させたベローズ式燃料ポンプにおいて、例えば、
ベローズ２６が破損してポンプ室２９が１つ吐出不能と
なった場合に、燃料ポンプ４の固有吐出量を機関が必要
とする最大燃料噴射量を満たせなくなるように設定す
る。具体的には、以下のようにして固有吐出量を設定す
る。

【００３５】燃料ポンプのポンプ室の数をＭp ＝３、機
関の気筒数をＭe ＝４、機関１回転１気筒当たりの最大
噴射量をＶi ＝０．０５〔cc〕、燃料ポンプの漏れ量を
Ｑ₁＝５〔cc/min〕、最低噴射保証回転数をＮemin＝１
５０〔rpm 〕、燃料噴射量をＱi 〔cc/min〕、燃料ポン
プ吐出量をＱp 〔cc/min〕、燃料ポンプの固有吐出量を
Ｖpi〔cc/min〕、機関回転数をＮe 〔rpm 〕とすると、
機関回転数Ｎe が最低噴射保証回転数Ｎemin（Ｎe ＝Ｎ
emin）のときには、燃料ポンプ吐出量Ｑp 及び燃料噴射
量Ｑi は、Ｑi ＝Ｖi ＊Ｍe ＊Ｎe ＊０．５〔cc/min〕Ｑp ＝Ｖpi＊Ｎe ＊０．５−Ｑ₁〔cc/min〕となり、この場合燃料ポンプ吐出量Ｑp は最低でも燃料
噴射量Ｑi は必要であるから、最大噴射量を満たせなく
するためには、Ｑi ＞Ｑp という関係を満たせば良く、以上の関係式より燃料ポン
プの固有吐出量Ｖpiを求めると、Ｖpi＜０．２７〔cc/min〕となる。すなわち、燃料ポンプ４の固有吐出量を０．２
７〔cc/min〕未満に設定すればよい。

【００３６】ここで、燃料ポンプ４の固有吐出量を、例
えばＶpi＝０．２６〔cc/min〕と設定した場合の、機関
回転数Ｎe と燃料ポンプ吐出量Ｑp 、燃料噴射量Ｑi 及
びベローズが１つ破損し、ポンプ室が１つ燃料吐出不能
となった場合の燃料ポンプ吐出量Ｑp'＝（Ｍp −１）／
Ｍp ＊Ｑp との関係を図９に示す。燃料ポンプ吐出量Ｑ
p を表す直線は、ベローズには漏れがないが、リード弁
板２４から吸入側への漏れＱ₁があるため、原点を通る
直線より漏れ量分だけ（図９では下側に）シフトしてお
り、このため、低回転域では余裕がなく、高回転域では
余裕のある特性となっている。この図９によれば、ポン
プ室が１つ燃料吐出不能となった場合には、極低回転域
を除いて、略回転数全域に渡りポンプ吐出量Ｑp'（ポン
プ室１気筒故障時）が燃料噴射量Ｑi を下回るようにな
る。つまり、略回転数全域に渡り必要とされる燃料噴射
量Ｑi を満足させられなくなる。

【００３７】また、図１０は、図９において示した各種
特性を別の観点（機関１回転当たりの特性）から見たも
ので、機関回転数Ｎe と機関１回転当たりの燃料ポンプ
吐出量Ｑp ／Ｎe 及びベローズが１つ破損し、ポンプ室
が１つ燃料吐出不能となった場合の燃料ポンプ吐出量
（Ｍp −１）／Ｍp ＊Ｑp ／Ｎe との関係を示してい
る。また、点線で示した直線は、燃料の最大燃料噴射量
（Ｍe ＊Ｖi ）を示している。すなわち、ポンプ室が１
つ燃料吐出不能となった場合には、略機関回転数全域に
渡りポンプ吐出量（ポンプ室１気筒故障時）が最大燃料
噴射量を下回るようになる。要するに、この図より、ポ
ンプ室が１つ燃料吐出不能となった場合には、高負荷運
転域において必要とされる燃料噴射量を満足させられな
くなることが確認できる。

【００３８】次に、かかる燃料ポンプ（Ｍp ＝３、Ｍe
＝４）のベローズが１つ破損し、ポンプ室の１つが燃料
吐出不能となった場合の燃料噴射パターンを図１１及び
１２に示す。図１１は、機関が高負荷で運転されている
ときの燃料噴射パターンを示している。この場合には、
高負荷運転域において必要とされる燃料噴射量が満足さ
れないので、つまり、燃料噴射量Ｑi に対して燃料ポン
プ吐出量Ｑp が少ないため、燃料噴射量Ｑi が全体的に
不足し、かつ、燃料吐出不能となったポンプ室の作動と
同期する燃料噴射量が不足するという特性がある。

【００３９】これに対し、図１２は、機関が低負荷で運
転されているときの燃料噴射パターンを示している。こ
の場合には、全体的に燃料噴射量Ｑi に対して燃料ポン
プ吐出量Ｑp は余裕があるため、燃料吐出不能となった
ポンプ室の作動と同期する燃料噴射量のみが不足すると
いう特性がある。以上説明した燃料噴射特性に基づいて
燃料ポンプのベローズ破損等の故障を検出する処理を、
図１３のフローチャートに示し、以下説明する。

【００４０】ステップ１（図では、Ｓ１と略記する。以
下同様。）では、出力センサ８ａ及び角度位置センサ８
ｂより、各気筒毎の出力及びクランクシャフトの角度信
号を読み込む。ステップ２では、読み込んだ各気筒毎の
出力が所定出力（予定出力）以上であるか否か判断す
る。出力が所定出力以上であればステップ１へと進み、
出力が所定出力に満たなければステップ３へと進む。つ
まり、ステップ２では、出力補正又は燃料ポンプの故障
検知を行う必要があるか否かを、各気筒毎の出力に基づ
いて判断している。

【００４１】ステップ３では、各気筒毎の出力が所定出
力に満たなかったので、所定出力に満たない気筒の出力
を増加すべくインジェクタの燃料噴射時間を延長する出
力補正量を演算する。この処理が、本発明の出力補正量
演算手段に相当する。ステップ４では、演算された出力
補正量に基づきインジェクタの燃料噴射時間を延長し、
所定出力に満たない気筒の出力補正を行う。この処理
が、本発明の出力補正手段に相当する。

【００４２】ステップ５では、機関が高負荷運転中であ
るか否か判断する。そして、高負荷運転状態であればス
テップ６へと進み、低負荷運転状態であればステップ７
へと進む。つまり、ステップ５では、機関運転状態に基
づき、図１１の高負荷運転時、または、図１２の低負荷
運転時のどちらの特性に適合するかの判断を行ってい
る。

【００４３】ステップ６では、機関の高負荷運転時にお
ける燃料ポンプの故障判断を行う。この判断方法は、図
１１で説明したように、高負荷運転時には、燃料噴射量
に対して燃料ポンプ吐出量が少ないため、燃料噴射量が
全体的に不足しているという特性を利用する。つまり、
機関の全気筒の出力補正量が所定しきい値を越えている
か否かを判断し、所定しきい値を越えていた場合には、
例えば、燃料ポンプのベローズが破損等により故障して
いると判断する。そして、燃料ポンプが故障していると
判断したらステップ８へと進み、故障していないと判断
したらステップ１へと進む。

【００４４】ステップ７では、機関の低負荷運転時にお
ける燃料ポンプの故障判断を行う。この判断方法は、図
１２で説明したように、低負荷運転時には、全体的に燃
料噴射量に対して燃料ポンプ吐出量は余裕があるため、
燃料吐出不能となったポンプ室の作動と同期する燃料噴
射量のみが不足するという特性を利用する。つまり、ク
ランクシャフトの角度位置から判断される特定の気筒の
出力補正量が、所定しきい値を越えているか否かを判断
し、所定しきい値を越えていた場合には、例えば、燃料
ポンプのベローズが破損等により故障していると判断す
る。そして、燃料ポンプが故障していると判断したらス
テップ８へと進み、故障していないと判断したらステッ
プ１へと進む。

【００４５】すなわち、ステップ５〜７の処理で、燃料
ポンプが故障しているか否かの判断を行っており、この
処理が本発明の故障判断手段に相当する。ステップ８で
は、ステップ６及び７で燃料ポンプの故障と判断された
ので、これを運転者等に報知すべく警報ランプ等の警報
装置を起動し、ステップ１へと戻る。

【００４６】すなわち、本実施例の故障判断方法によれ
ば、高価な静電容量センサを使用しなくとも、燃料ポン
プのベロース破損等の故障検知を行うことができる。ま
た、静電容量センサと併用した場合には、ベローズ破損
等の故障検知の精度をさらに向上させることができる。
なお、本実施例では、各気筒毎の出力を検出する出力セ
ンサ８ａとして、角度位置センサ８ｂによって検出され
たクランクシャフトの角度信号を微分して求める構成と
したが、この他にも、Ｏ₂センサを用い空燃比算出する
ことで求める構成としても良い。

【００４７】インジェクタ、Ｏ₂センサ等の故障が全気
筒で起こることはかなり確率が低いので、以上の故障検
出は、インジェクタ、Ｏ₂センサ等の故障とは区別可能
である。図１４には、本発明に係る他の実施例における
燃料噴射パターンを示す。この実施例では、以上説明し
た一実施例における機関の回転数と燃料ポンプの回転の
関係を変更している。ここでは、ポンプ室の数をＭp ＝
３，機関の気筒数をＭe ＝４、燃料ポンプの回転数をＮ
p 、機関の回転数をＮe とした場合に、Ｎp ＝４／３＊
Ｎe ＊０．５となるように、機関のカムシャフト１８と
燃料ポンプ４の回転軸１６とをギヤ１７ｂ等を用いて連
結している（図１５参照）。また、インジェクタ６に設
けられたアキュムレータは脈動吸収に最低必要な容量を
確保した小容量に設定してある。

【００４８】かかる構成では、燃料ポンプの燃料吐出と
インジェクタの燃料噴射時期とが同期し、例えば、燃料
ポンプのベローズの１つが破損した場合には、図１４の
噴射パターンのように、機関出力が低下した気筒が規則
的にずれていく。そのため、出力補正量が所定しきい値
を越えた気筒も規則的にずれていくので、この現象を検
出することで燃料ポンプのベローズ破損等の故障を判断
することができる。なお、他の部品（例えば、インジェ
クタ等）の故障では、このような現象は起こらないの
で、燃料ポンプの故障を特定できる。

【００４９】また、この実施例のように燃料ポンプのポ
ンプ室の数を奇数とすると、その奇数に隣接する偶数の
気筒数（例えば、ポンプ室の数をＭp ＝３気筒とした場
合の、２又は４気筒）の燃料ポンプよりポンプ自体の脈
動が低くなり、音・振動の低減を図ることもできる。こ
の他にも、燃料ポンプをギヤを介して駆動する構成を採
ったことで、駆動トルクの増大を極力抑えることがで
き、また、燃料ポンプの配置の自由度を向上させること
もできる。つまり、余分なトルク損失を抑え、燃費の悪
化を極力抑えることができるようになる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、シール部材が破損してポンプ室の１つが燃
料吐出不能となった場合には、燃料ポンプの固有吐出量
を機関が必要とする最大燃料噴射量を満たせなくなるよ
うに設定したので、例えば、燃料ポンプのベローズの１
つが破損した場合には、燃料噴射量が不足する現象が発
生するため、この現象を検知することで高価な静電容量
センサを用いることなく、安価な燃料ポンプの故障検知
を行うことができる。また、機関の運転負荷によって燃
料噴射パターン特性が変化するため、他の部品故障と区
別することもできる。

【００５１】請求項２記載の発明によれば、ポンプ室の
数をＭp ，機関の気筒数をＭe 、燃料ポンプの回転数を
Ｎp 、機関の回転数をＮe 、任意の１以上の整数をｎ、
ｍとした場合に、Ｎp ＝ｎ＊０．５＊Ｎe ＊Ｍe ／Ｍp
、かつ、Ｎp ≠ｍ＊０．５＊Ｎe と設定することで、
燃料ポンプの燃料吐出とインジェクタの燃料噴射時期と
が同期し、例えば、燃料ポンプのベローズの１つが破損
した場合には、機関出力が低下した気筒が規則的に変化
するため、他の部品故障と区別することができる。ま
た、燃料ポンプの脈動による燃料噴射量のばらつきを低
減することもできる。

【００５２】請求項３記載の発明によれば、ポンプ室の
数を奇数とすることで、ポンプ自体の脈動を低減するこ
とができ、音・振動の低減を図ることができる。請求項
４記載の発明によれば、燃料ポンプの駆動力が機関のカ
ムシャフト或いはクランクシャフトから剛的に伝達され
る構成としたので、例えば、ベルトやチェーンに比べて
余分なトルク損失が抑えられ、燃費悪化を極力抑えるこ
とができる。

【００５３】請求項５記載の発明によれば、気筒判別手
段を、機関の回転角度位置を検出する角度位置検出手段
から構成したので、回転角度位置に対応する気筒が判別
でき、もって機関出力を検出している気筒の判別を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す燃料ポンプの正面
縦断面図

【図２】ポンプヘッド側から見た平面図

【図３】図２におけるＸ−Ｘ矢視断面図

【図４】ポンプハウジングの平面図

【図５】図４におけるＹ−Ｙ矢視断面図

【図６】リード弁板の平面図

【図７】内燃機関の燃料噴射システムを示す図

【図８】内燃機関のシリンダヘッドの一部を示す図

【図９】機関回転数と燃料ポンプ吐出量，噴射量等と
の関係を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）におけ
るＡ部拡大図

【図10】機関回転数と機関１回転当たりの燃料ポンプ
吐出量等との関係を示す図

【図11】高負荷運転時における燃料噴射パターンを示
す図

【図12】低負荷運転時における燃料噴射パターンを示
す図

【図13】燃料ポンプの故障を検出する処理を示すフロ
ーチャート

【図14】本発明の他の実施形態における燃料噴射パタ
ーンを示す図

【図15】他の実施形態における内燃機関のシリンダヘ
ッドの一部を示す図

【符号の説明】

４燃料ポンプ６インジェクタ８ａ出力センサ８ｂ角度位置センサ９コントロールユニット１７ｂギヤ１８カムシャフト２６ベローズ２９ポンプ室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者亀ケ谷茂神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】伸縮自在なシール部材により構成されるポ
ンプ室を複数有し、燃料が噴射供給される内燃機関の回
転を駆動源として、機関回転と１対１に同期してシール
部材を伸縮させることでポンプ作用を行わせる燃料ポン
プにおいて、燃料ポンプの固有吐出量を、機関が必要とする最大燃料
噴射量が前記ポンプ室の１つが燃料吐出不能となった場
合に満たせなくなるように設定し、機関の各気筒毎に機
関出力を検出する出力検出手段と、検出された機関出力
に基づいて機関出力の補正を行う出力補正量を演算する
出力補正量演算手段と、演算された出力補正量に基づい
て機関出力制御要素によって機関出力の補正を行う出力
補正手段と、前記出力検出手段によって機関出力が検出
される気筒を判別する気筒判別手段と、演算された出力
補正量及び検出された回転角度位置に基づいて燃料ポン
プの故障の有無判断を行う故障判断手段と、を備えたこ
とを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】伸縮自在なシール部材により構成されるポ
ンプ室を複数有し、燃料が噴射供給される内燃機関の回
転を駆動源として、シール部材を伸縮させることでポン
プ作用を行わせる燃料ポンプにおいて、ポンプ室の数をＭp 、機関の気筒数をＭe 、燃料ポンプ
の回転数をＮp 、機関の回転数をＮe 、任意の１以上の
整数をｎ、ｍとした場合に、Ｎp ＝ｎ＊０．５＊Ｎe ＊
Ｍe ／Ｍp 、かつ、Ｎp ≠ｍ＊０．５＊Ｎe と設定し、
機関の各気筒毎に機関出力を検出する出力検出手段と、
検出された機関出力に基づいて機関出力の補正を行う出
力補正量を演算する出力補正量演算手段と、演算された
出力補正量に基づいて機関出力制御要素によって機関出
力の補正を行う出力補正手段と、前記出力検出手段によ
って機関出力が検出される気筒を判別する気筒判別手段
と、演算された出力補正量及び検出された回転角度位置
に基づいて燃料ポンプの故障の有無判断を行う故障判断
手段と、を備えたことを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項３】前記ポンプ室の数を奇数とすることを特徴
とする請求項１又は２に記載の燃料ポンプ。
【請求項４】前記燃料ポンプの駆動力は、機関のカムシ
ャフト或いはクランクシャフトから剛的に伝達されるこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃
料ポンプ。
【請求項５】前記気筒判別手段は、機関の回転角度位置
を検出する角度位置検出手段から構成されることを特徴
とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料ポン
プ。