内燃机的控制装置 【技术领域】
本发明涉及一种具备供应高压燃料的高压燃料泵合燃料喷射阀的内燃机，尤其涉及一种能够可靠地使高压燃料配管的燃料压力下降的内燃机的控制装置。
背景技术
公知有一种将高压燃料直接喷射向缸内的缸内喷射内燃机。利用装备在车辆的燃料箱上的低压燃料泵将燃料压送向内燃机。在内燃机上安装高压燃料泵，将内燃机作为驱动力，将压送来的燃料进一步升压到高压，并压送向安装有燃料喷射阀的高压燃料配管。
近年来要求提高高压燃料泵的喷出效率并且要求低摩擦化、小型化、轻量化。为了满足该要求，开发出一种通过调整燃料的吸入量来调整喷出量的高压燃料泵。在该类型的高压燃料泵中，通过从内燃机的控制装置对进行吸入阀的驱动的螺线管通驱动电流来进行吸入量的调整。
在这样的高压燃料泵中，在向吸入阀供应驱动电流的电气配线断线的情况下，假想会出现无法对吸入阀进行控制、由内燃机驱动旋转的高压燃料泵向高压燃料配管过度压送的事态。但是，由于在高压燃料泵或高压燃料配管上装备有安全阀，所以只要安全阀处于正常状态，则燃料压力就不会上升到安全阀的开阀压力以上。
如上述安全阀那样，在具备高压燃料泵的系统中，在产生某种异常情况时需要迅速控制燃料压力的上升，确保安全性。
另一方面，在异常高压状态持续规定时间时，检测出燃料供应泵的异常故障，其中异常高压状态是公共轨道(common rail)内的燃料压力超过与泵允许使用区域对应的第一判定值的状态、或者是公共轨道内的燃料压力超过第二判定值的状态，所述第二判定值高于所述第一判定值，会给燃料供应泵的性能劣化带来影响。而且，在从检测出燃料供应泵的异常故障的时刻起经过规定时间后停止发动机的运转(例如参考专利文献1)。
另外，用燃压传感器检测出高压燃料泵下游侧的高压燃料配管的内部的压力，在该压力成为规定压力异常的异常压力时，使作为低压燃料泵的进给泵(feed pump)停止工作，因此，能够可靠地使高压燃料配管内部的压力下降(例如参考专利文献2)。
专利文献1：日本特许第3972823号公报
专利文献2：日本特许第3237567号公报
但是，假想安全阀由于某种原因，其功能下降，即使是开阀压力以上的状态也无法放出燃料的状态(安全阀的固着故障(固着故障))。进而在该状态下，在由于驱动高压燃料泵的吸入阀的电气配线断路等原因使得无法控制吸入阀时，由于安全阀不工作，所以假想燃料压力成为异常高压的事态。
对于这样的事态，在专利文献1记载的内容中，通过使内燃机停止工作，防止异常高压状态继续，但是由于无法行驶，所以从使用者的立场看，无法将车辆退避到安全场所。或者无法走到经销商那样进行修理，可能有损便利性。
另外，在专利文献2所述的内容中，由于在低压燃料泵停止后，从低压燃料泵到高压燃料泵连接的燃料配管内残存有燃料，所以有时由内燃机强制旋转驱动的高压燃料泵继续向高压燃料配管喷出燃料，无法避免异常高压。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种在安全阀不工作的状态下，还有在无法控制高压燃料泵的喷出量的情况下，都能够避免异常高压的内燃机的控制装置。
为了解决上述问题，本发明提供一种内燃机的控制装置，其具有：高压燃料泵，其向内燃机供应高压的燃料；低压燃料泵，其向所述高压燃料泵供应燃料；一个以上的燃料喷射阀，其向所述内燃机的气缸内直接喷射燃料；燃料喷射控制装置，其驱动所述高压燃料泵和所述燃料喷射阀；高压燃料配管，其连接所述高压燃料泵和燃料喷射阀；以及燃料压力检测机构，其装配在所述高压配管上，在所述燃料喷射控制装置正常动作地范围内，安装在内燃机上的燃料喷射阀的最大喷射量的合计被设计成超过高压燃料泵的最大喷出量，其特征在于，在由所述燃料压力检测机构检测的燃料压力在某个阈值P_a以上时，控制所述开阀期间，使得所述燃料喷射阀喷射的每单位时间的喷射量的合计大于所述高压燃料泵喷出的每单位时间的燃料喷出量。
发明效果
根据本发明，即使在二重故障的情况下，也能够在避免异常高压的同时继续内燃机的运转，其中所谓二重故障是指同时产生无安全阀或安全阀不工作的状态(固着故障)与调整高压燃料泵的燃料吸入量的吸入阀发生故障而无法控制喷出量的状态。
【附图说明】
图1是搭载本发明的实施方式的控制装置的内燃机系统的构成图；
图2是本发明的实施方式的燃料喷射系统的构成图；
图3是在二重故障时假想的燃料压力的推移；
图4是在二重故障时假想的燃料压力的推移；
图5是按照燃料压力的差异表示本发明的实施方式的高压燃料喷射泵的最大喷出量和燃料喷射阀的最大喷射量的图表；
图6是表示本发明的实施方式的在二重故障时假想的燃料压力的推移和燃料喷射阀的喷射期间、低压燃料泵的喷出量的图表；
图7是本发明的实施方式的控制装置的控制流程图；
图8是本发明的实施方式的控制装置的控制流程图；
图9是本发明的实施方式的控制装置的控制流程图；
图10是本发明的实施方式的燃料喷射阀的驱动电流；
图中：
1-发动机
2-活塞
3-吸气阀
4-排气阀
5-燃料喷射阀
6-点火火花塞
7-点火线圈
8-水温传感器
9-ECU(发动机控制单元)
10-吸气管
11-排气管
12-三元催化剂
13-氧传感器
14-EGR阀
15-收集器
16-曲轴角传感器
18-EGR通路
19-节流阀
20-AFM
21-燃烧室
22-油门开度传感器
23-燃料箱
24-低压燃料泵
25-高压燃料泵
26-燃料压力传感器
27-燃料喷射控制装置
28-低压燃料配管
29-高压燃料配管
30-安全阀
31-吸入阀
32-吸入阀螺线管
33-喷出阀
34-缓冲器(ダンパ)
35-泵驱动凸轮
36-柱塞
37-弹簧
38-螺线管控制电气配线
【具体实施方式】
作为用于实施本发明的最佳方式，有一种内燃机的控制装置，其具有：高压燃料泵，其向内燃机供应高压的燃料；低压燃料泵，其向高压燃料泵供应燃料；一个以上的燃料喷射阀，其向内燃机的气缸内直接喷射燃料；燃料喷射控制装置，其驱动高压燃料泵和燃料喷射阀；高压燃料配管，其连接高压燃料泵和燃料喷射阀；以及燃料压力检测机构，其装配在高压配管上，在燃料喷射控制装置正常动作的范围内，安装在内燃机上的燃料喷射阀的最大喷射量的合计被设计成超过高压燃料泵的最大喷出量，其特征在于，在由燃料压力检测机构检测的燃料压力在某个阈值P_a以上时，控制所述开阀期间，使得所述燃料喷射阀喷射的每单位时间的喷射量的合计大于高压燃料泵喷出的每单位时间的燃料喷出量。
根据这样的结构，即使在二重故障的情况下，也能够在避免异常高压的同时继续内燃机的运转，其中所谓二重故障是指同时产生无安全阀或安全阀不工作的状态(固着故障)与调整高压燃料泵的燃料吸入量的吸入阀发生故障而无法控制喷出量的状态。
另外，在由燃料压力检测机构检测的燃料压力在某个阈值P_a以上时，通过禁止从燃料喷射阀停止喷射燃料，能够将积蓄在高压燃料配管内的燃料可靠地从燃料喷射阀排出。结果是能够迅速地降低高压燃料配管内的压力。
另外，通过停止低压燃料泵，能够断绝供应向高压燃料泵的燃料，能够减少喷出到高压配管内的燃料。结果是能够迅速地使高压燃料配管内的压力下降。
另外，在由燃料压力检测机构检测的燃料压力变成阈值P_a以下的规定值以下时，停止低压燃料泵。在停止低压燃料泵方面，以迅速降低高压配管内的压力为目的，在高压配管内的压力超过阈值P_a时最好停止低压燃料泵。但是，在连接低压燃料泵和高压燃料泵的配管在设计上无法耐受停止低压燃料泵之际的负压时，为了将该影响限制为最小，最好在等到高压配管内的压力变成规定值后停止低压燃料泵。
另外，在由燃料压力检测机构检测的燃料压力小于阈值P_a以下的某个阈值P_b时，使燃料喷射阀的开阀期间返回到通常的值。这是因为若燃料压力下降到P_b，即使使燃料喷射阀为正常时的开阀期间也能够防止高压配管损伤。另外，通过在燃料喷射阀正常时的开阀期间来运转内燃机，能够进行会让行驶(待避走行)或虽然很困难但还是能够不依靠牵引车等而依靠自身行驶走到经销商等的修理工厂。在停止低压燃料泵后，在经过规定时间后，可以使所述燃料喷射阀的开阀期间返回到通常值即可。
另外，在由燃料压力检测机构检测的燃料压力小于阈值P_a以下的某个阈值P_c时，基于由所述燃料压力检测机构检测的燃料压力与目标燃料压力的差，通过切换所述低压燃料泵的运转、停止，能够继续从燃料箱向高压配管供应燃料，能够延伸前述的会让行驶距离。
另外，在具有安全阀的情况下，通过使阈值P_a高出安全阀的开阀压力规定值以上，能够产生正常时的安全阀的能力，同时在异常时能够迅速降低高压配管内的燃料压力。
另外，在检测出安全阀的故障时，通过使低压燃料泵的喷出量小于通常时的量，从而降低高压配管内的燃料压力变成异常高压的风险。
另外，在检测出安全阀的故障时，通过将所述阈值P_a变更为所述安全阀的开阀压力以下，进一步降低高压配管内的燃料压力变成异常高压的风险。
以下，使用图1～图10对于本发明的实施方式的内燃机的控制装置的结构及动作进行进一步具体说明。
首先结合图1对搭载本实施方式的控制装置的内燃机系统的结构进行说明。
发动机1具有活塞2、吸气阀3、排气阀4。吸入空气通过空气流量计(AFM)20进入节流阀19，由作为分支部的收集器15并通过吸气管10、吸气阀3供应给发动机1的燃烧室21。燃料由低压燃料泵24从燃料箱23供应向内燃机，进而由高压燃料泵25提高到喷射燃料所需的压力。由高压燃料泵25升压了的燃料从燃料喷射阀5被喷射供应给发动机1的燃烧室21，被点火线圈7、点火火花塞6点火。燃料的压力由燃料压力传感器26测量。
燃烧后的废气通过排气阀4被排出到排气管11。在排气管11具有用于净化废气的三元催化剂12。ECU(发动机控制单元)9中内置有燃料喷射控制装置27，向ECU9输入发动机1的曲轴角度传感器16的信号、AFM20的空气量信号、检测废气中的氧浓度的氧传感器13的信号、油门开度传感器22的油门开度、燃料压力传感器16等的信号。ECU9具有根据曲轴角度传感器16的信号计算发动机转速的转速检测机构以及根据从水温传感器8得到的内燃机的水温和发动机起动后的经过时间等判断三元催化剂12是否是被暖机的状态的暖气判定机构。
另外，ECU9算出发动机1所需的吸入空气量，将与其吻合的开度信号输出给节流阀19。另外，ECU9的燃料喷射控制装置27算出与吸入空气量对应的燃料量，向燃料喷射阀5输出燃料喷射信号，向点火火花塞6输出点火信号。
排气管11和收集器15之间由EGR通路18连接。EGR通路18的途中具有EGR阀14。EGR阀14的开度由ECU9控制，根据需要，使排气管11中的废气环流到吸气管10。
图2表示从燃料箱到燃料喷射阀的燃料配管，以泵为中心的燃料系系统的模式图。由低压燃料泵24压送的燃料在缓冲器34的作用下，其压力脉动被衰减。通过弹簧37使柱塞36下降，从吸入阀31侧的燃料通路吸入低压燃料。利用由内燃机驱动的泵驱动凸轮35使柱塞36上升，对燃料进行加压。燃料压力上升，当超过高压燃料配管29内的燃料压力与喷出阀33的开阀压力时，喷出阀开阀，燃料被压送向高压燃料配管29。
内燃机的控制装置调节高压燃料泵25的燃料喷出量，使得由燃料压力传感器26传感到的高压燃料配管29内的燃料压力追随于计算的目标燃料压力。喷出量的调整可以利用内置有燃料喷射控制装置27的控制装置9对吸入阀31的开闭时机、即向吸入阀的螺线管控制电气配线38通电的时机进行控制来进行。
在高压燃料泵25中内置有安全阀30，其压力成为规定压力以上时开阀。此时，燃料返回向低压燃料配管28，防止高压燃料配管29陷入异常高压状态。另外，安全阀30装备在高压燃料配管29上的情况下也会起到同样的效果。
下面，结合图3说明燃料系系统尤其是高压燃料泵25、安全阀30的功能受损时的燃料压力的举动。在燃料系系统的功能正常的时刻0开始到T1中，高压燃料配管29的燃料压力被控制为目标燃料压力(b)。在时刻T1，吸入阀31、吸入阀螺线管32、螺线管控制电气配线38、喷出阀33由于某种原因正常功能下降时，控制装置9变得无法控制高压燃料泵25的喷出量。在高压燃料泵25无法进行升压时，高压燃料配管29内的燃料压力几乎下降成低压燃料泵压送的压力(a)。或者，在高压燃料泵始终持续升压时，安全阀开阀，高压燃料配管29内部的燃料压力保持成开阀压力(c)。或者燃料压力在(a)到(c)的范围内如(d)所示那样不确定。
接下来说明在时刻T2安全阀的功能下降的、所谓成为二重故障的状态时的燃料压力举动。当安全阀的功能下降时，释放高压燃料泵25持续压送的燃料的路径丢失。已经陷入高压燃料泵始终持续升压的故障状态，在燃料压力始终不离安全阀的开阀压力(c)的情况下、且高压燃料泵喷出的燃料量超过燃料喷射阀喷射的燃料量时，高压燃料配管29的燃料压力有可能陷入异常高压状态(e)。
图4表示另外的二重故障时的燃料压力的状态。在时刻T1安全阀30的功能下降的情况下，只要其他的燃料系系统部件正常，与通常时同样，高压燃料配管29内的燃料压力被控制为目标燃料压力(b)。
进而在时刻T2，在引起变成高压燃料泵持续常时升压的状态这样的功能下降的情况下，由于安全阀30的功能下降，所以释放高压燃料泵25持续压送的燃料的路径消失。此时，在高压燃料泵喷出的燃料量超过燃料喷射阀喷射的燃料量的情况下，高压燃料配管28的燃料压力有可能陷入异常高压状态(e)。
如前所述，在燃料系系统中在单一功能受损时，不会陷入异常高压的状态。但是，在变成与安全阀的故障同时产生的二重故障的状态时，存在陷入异常高压的状态的可能性，因此需要采取对策。以下，结合图5到图10说明本发明中二重故障时的应对方法。
图5表示本发明前提的燃料系系统中高压燃料泵25的最大喷出量与在内燃机上安装的多个燃料喷射阀5喷射的最大喷射量的合计值进行比较的图表。在此，所谓燃料喷射阀5的最大喷射量是指在燃料喷射控制装置27、燃料喷射阀5正常动作的范围内，给燃料喷射阀5提供不会导致各部件破损的通电期间的情况。而且，燃料喷射阀5的喷射量不依存于发动机转速是因为燃料喷射控制装置27正常动作的范围的通电期间由发动机的曲轴角度规定。
在高压燃料配管29内的燃料压力在通常的压力P_n以下时，如图5(1)所示，在发动机转速高的区域中，高压燃料泵的最大喷出量超过燃料喷射阀5的最大喷射量的合计值。当燃料压力增加时，由于高压燃料泵25的喷出阀33的开阀滞后，所以高压燃料泵25的喷出效果(喷出量)下降。另一方面，燃料喷射阀的喷射量只要开阀时间相等则依存于燃料压力和内燃机的缸内压力之差，因此，当燃料压力增加时，喷射量也增加。因此，与通常相比，燃料压力高于通常的压力P_n时，如(2)所示，即使在发动机转速高的区域，高压燃料泵25的最大喷出量与燃料喷射阀5的最大喷射量相对抗。在燃料压力进一步增加时，例如在变成图3、图4所示的安全阀的压力时，如(3)所示，在发动机转速的整个区域中，燃料喷射阀5的最大喷射量超过高压燃料泵25的最大喷出量。
图6表示在由本发明的内燃机的控制装置进行避免异常升压的控制时的、二重故障时的燃料压力的举动与燃料喷射阀5的燃料喷射期间以及低压燃料泵24的喷出量。当在时刻T1发生二重故障时，高压燃料配管29内的燃料压力上升。此时由于安全阀的功能也下降，所以燃料压力超过安全阀的开阀压力(c)并上升。
利用图7、图8、图9所示的流程图说明本发明的控制装置中二重故障时的控制方法。在图6的时刻T2，当控制装置识别了由燃料压力传感器26探测到的燃料压力超过某一阈值P_a这一情况时，在S30判定为二重故障。在判定为二重故障之后，在步骤S75禁止在不踩油门(アクセルオフ)等时进行的燃料断开控制。在步骤S70判断为燃料压力大于图6所示的阈值P_b时，在步骤S90使对燃料喷射阀5通电的期间相比于平时增大。另外，对燃料喷射阀5的通电期间是在燃料喷射控制装置27、燃料喷射阀5正常动作的范围内不会导致各部件破损的值。
另外，可以取代以燃料压力为基准进行判定的步骤S70，而在二重故障判定成立后使用步骤S71，即判定图8或图9的步骤S230所示的、从低压燃料泵停止起算的时间是否大于某一值Tf。
在图6的时刻T4通过步骤S70或S71使燃料喷射期间返回为通常的控制(S40、50、60)。从时刻T2到T4相比于可燃性优先从燃料喷射阀5喷射最大燃料，因此不发生燃烧，产生转矩下降，伴随与此发动机转速下降。在时刻T4通过返回到通常的喷射量控制而产生转矩，以防止发动机失速(engine stall)为目的。
在燃料系系统正常的状态下，基于在图7的步骤S10、S40利用空气流量计(AFM)20测量的吸入空气量，计算对燃料喷射阀5通电的期间。进而在步骤S20、S50、S60进行燃料压力等的修正，对通电的期间进行修正以喷射适当的燃料量。通过以上控制，导入内燃机的燃烧室内的空气和燃料的质量比率被保持在适当的范围，确保可燃性。
另一方面，在本发明中在判定为二重故障的情况下，在步骤S90，不考虑上述可燃性，从高压燃料配管29减少燃料，有限使燃料压力降低。因此，对燃料喷射阀5通电的期间不取决于由空气流量计(AFM)20测量的吸入空气量，而是预先设定的、比通常长的期间。
在高压燃料配管29的燃料压力上升为安全阀的开阀压力以上时，高压燃料泵25的最大喷出量与在内燃机上安装的所有燃料喷射阀5的最大喷射量如图5(3)所示。即，由于燃料喷射阀5的喷射量超过高压燃料泵25的喷出量，所以在图6的T2以后，能够使高压燃料配管内的燃料减少，使燃料压力降低。
图10表示施加给燃料喷射阀5的驱动电流。由控制装置9计算驱动脉冲宽度Ti。通常，从内置于控制装置9中的燃料喷射控制装置27供应的电流波形由开阀用的Ipeak_A和用于保持打开的阀的Ihold_A构成。在根据来自控制装置9的指令使从燃料喷射控制装置27供应的电流波形可变的系统中，如前所述，在由于二重故障而使得燃料压力变高的状态下，使开阀和保持电流增大到Ipeak_B、Ihold_B，使燃料喷射阀5的开阀、保持力上升，在燃料压力高的状态下也能够可靠地喷射燃料。
当由于燃料喷射阀5的燃料喷射使得燃料压力下降时，如图5(b)所示，高压燃料泵25的喷出效率上升，喷出量增加，燃料喷射阀5的喷射量减少。因此，尤其在发动机转速高的区域，在燃料压力高的状态下喷出量和喷射量平衡，高压燃料配管29内的燃料压力大致一定，无法减少燃料。
为了避免上述现象，在图8的步骤S30进行二重故障判定时，在步骤S230使低压燃料泵24的运转停止。其目的在于通过停止从燃料箱23向高压燃料泵25供应新的燃料，使高压燃料泵25的喷出量下降，减少新流入高压燃料配管内的燃料。结果是图6的时刻T3或者T4以后，燃料喷射阀5的喷射量也大于高压燃料泵25的喷出量，可使燃料压力下降。
当停止低压燃料泵24的运转时，从燃料箱的燃料供应被急剧切断。二重故障后，在高压燃料泵25处于满喷出状态时，连接低压燃料泵和高压燃料泵的低压燃料配管28内部的压力急剧下降，可能产生低压燃料配管28的变形或破损等。
因此，也可以考虑在图9的步骤S220中判定燃料压力是否小于图6的阈值P_a(图6所示的时刻T3)，在步骤S230中使低压燃料泵24的运转停止。
在图8、图9任一个流程图中，在步骤S240判定燃料压力是否下降到图6的阈值P_c，在时刻T5以后顺次切换低压燃料泵24的运转、停止。或者在低压燃料泵24的喷出量可变的情况下使喷出量变化。这是因为高压燃料泵25处于无法进行喷出量控制的状态，由低压燃料泵24进行二重故障时的对目标燃料压力的反馈控制。
以上叙述了产生二重故障时的避免异常升压的方法。一方面叙述了通过预先实施安全阀30的故障诊断，更迅速地避免异常升压的方法。首先，对于安全阀30的故障诊断方法考虑了各种方法。例如使由控制装置9计算的高压燃料配管29内部的目标燃料压力暂时比安全阀30的开阀压力大。只要安全阀30正常，由燃料压力传感器26检测的燃料压力不会达到目标燃料压力，显示为安全阀30的开阀压力。另一方面在安全阀30的功能下降的情况下，燃料压力超过安全阀30的开阀压力成为目标燃料压力。
在检测到安全阀产生故障的情况下，通过使低压燃料泵24的喷出量比通常时低，在难以控制高压燃料泵25的喷出量的产生故障的情况下，也能够迅速地使高压燃料配管29的燃料压力下降。
另外，通过同时使上述阈值P_a变成安全阀30的开阀压力以下，能够迅速地使高压燃料配管29的燃料压力下降。
以上对于本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。另外，只要无损于本发明的特征性功能，各构成要素不限定于上述结构。