JP2008031989A - 燃料電池内の構成要素の故障を検出して同定するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃エンジン内のレール燃料供給システムのユニットポンプの異常発生を検出する。
【解決手段】燃料システムで１つ以上の燃料ポンプの動作状態を検出するための検出器８０は、前記燃料システムが、高圧燃料を格納するためのアキュムレータ体積４と、該アキュムレータ体積と流体連通して配置された１つ以上のインジェクタと、高圧燃料を供給するようにアキュムレータ体積と流体連通して配置された１つ以上の高圧燃料ポンプ６とを備え、該１つ以上の燃料ポンプの動作は制御手段２２からの充填パルス信号により制御され、前記検出器は、少なくとも１つの現在のシステムパラメータを表すデータを受信するための入力部と、１つ以上の燃料ポンプ６の動作状態を同定するため少なくとも１つの現在のシステムパラメータを１つ以上の所定のシステムパラメータに対して比較するように配置された処理手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池内の構成要素の故障を検出して同定するための装置に関する。より詳しくは、本発明は、圧縮点火内燃エンジン内の共通のレール燃料供給システムのユニットポンプの異常発生を検出して同定する方法に関するが、これだけに限定するものではない。また、本発明は、前記した装置を実施するための方法にも関する。

共通のレール技術に基づく燃料噴射システムは、エンジン及び車両の製造業者にとって重要な利点を提供する。該製造業者には、エンドユーザーに提供される車両の性能を改善しつつ環境調整ボディによりエンジンにより引き起こされた汚染を減少させるという連続的なプレッシャーがかけられている。

原理的には、共通のレール技術が、高い圧力噴射及び可撓的な噴射タイミングを提供しつつ、エンジンの内燃シリンダーに分配される燃料の量を正確に制御することを可能にしている。かくして、重要な利点は、燃費及び排気物の観点で得られる。しかし、効率的に動作させるため、システムに引き起こされ得る外乱に関わらず、共通レール内の燃料の圧力が、所望の圧力レベルへと正確に制御されることが重要である。

使用中には、高圧供給ポンプにより共通レール内にポンプ出力される燃料の量に応答した共通レール内の燃料圧力（以下では、「レール圧力」と称す）の間の関係は、動的システムのそれとなる。従って、典型的には、高圧燃料ポンプは、（i）噴射品質の変化の間に所望のレール圧力を維持し、（ii）迅速且つ正確に要求された圧力変化に応答してレール圧力を変化させ、（iii）温度及び燃料のグレードのばらつきに起因した燃料の粘性率における変化等のシステム攪乱に弾力的であるという機能的な要求を充足させるため、開ループ及び閉ループ制御の組み合わせによって制御される。

典型的な燃料システムは、複数の燃料インジェクタに高圧下で燃料を供給する共通レールの形態にあるアキュムレータ体積を備えている。燃料は、多数のユニットポンプの形態で、高圧レール供給ポンプから共通レールへと供給される。各々のユニットポンプは、ポンプ輸送チャンバーを備え、該チャンバー内では、燃料がピンプランジャープランジャーによって加圧されている。プランジャーは、カム構成部によって往復運動で駆動される。ユニットポンプには、伝達ポンプから比較的低い圧力の燃料が供給される。

任意のユニットポンプの異常発生は、燃料電池システムの性能を影響を与え、その結果、車両の性能に影響を及ぼす。ユニットポンプの異常発生に続いて、エンジンは、エンジン構成部品に発生する損傷を防止するため停止されるか又は減少動作モードで運転される必要があり得る。従って、例えばポンプ輸送プランジャーに異常が発生したが故に、ユニットポンプの異常発生を検出することができるようになることが非常に望ましい。

異常なエンジンの挙動を検出する既知のシステム（例えば、米国特許番号６０７６０４号又はＥＰ１０３６９２３号）は、通常のエンジンの挙動からの逸れを検出することによって動作する。そのようなシステムは、異常な挙動を検出するかなり基本的な方法を表しており、ある種の典型的なエンジン条件が存在しているという表示を単に反映させているだけである。故障の種類に関連した詳細な情報は、そのようなシステムの下で検出可能ではない。

従って、本発明の目的は、燃料電池システム内の異常な挙動を検出するための検出装置を提供することである。

第１の態様によれば、本発明は、車両の燃料システムにおいて１つ以上の燃料ポンプの動作状態を検出するための検出装置を提供し、前記燃料システムは、高圧燃料を格納するためのアキュムレータ体積と、該アキュムレータ体積と流体連通して配置された１つ以上のインジェクタと、高圧燃料を供給するように前記アキュムレータ体積と流体連通して配置された１つ以上の高圧燃料ポンプと、を備え、該１つ以上の燃料ポンプの動作は制御手段からの充填パルス信号により制御され、前記検出装置は、少なくとも１つの現在のシステムパラメータを表すデータを受信するための入力部と、前記１つ以上の燃料ポンプの動作状態を同定するため、前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータを１つ以上の所定のシステムパラメータに対して比較するように配置された処理手段と、を備える。

燃料システム、例えば内燃エンジン内の燃料システムは、アキュムレータ体積、しばしば「共通レール」と称されるものから燃料が供給される多数の燃料インジェクタを備える。燃料は高圧でインジェクタに供給される。

アキュムレータ体積は、多数の高圧ユニットポンプから高圧燃料が供給される。ユニットポンプの数は、燃料インジェクタの数と等しくてもよいが、必ずしもそうでなくてもよい。これらのユニットポンプの動作は、制御手段を介して制御され、該制御手段の機能は、しばしばエンジン制御ユニットの一部を形成する。

任意のユニットポンプの異常発生又は故障はエンジン性能に影響を及ぼす。本発明は、ユニットポンプの状態を検出するための検出装置を提供する。検出装置は、エンジン内の現在の動作条件に関連したデータを受信するための入力手段を備える。このデータは、１つ以上の現在のシステムパラメータに関している。

検出装置は、受信データを分析するための処理手段を更に備える。処理手段は、測定された現在のシステムパラメータと比較する際に使用するための１つ以上の所定のシステムパラメータに関するデータを備えている。現在のシステムデータを所定のシステム情報と比較することによって、処理手段はユニットポンプの動作状態を決定することができる。

本発明の要旨において、所定のシステムパラメータは、故障したシステムを示すシステムパラメータに関連している。例えば、エンジン内のエンジン構成要素が故障した場合、故障した部品に関する機械的特徴は、測定された現在のシステムパラメータにおいてそれ自身を明瞭に示す（例えば、エンジンシステム内で測定された圧力は、故障した構成要素に関連し、該要素を同定可能な圧力変動を示し得る）。

このようにして、本発明は、本質的に、公称の通常エンジン動作条件からの逸脱を見るというよりも、故障した部品又は構成要素に関連した特徴／パラメータに関して車両の燃料システムを分析する。

更に詳細を後述するように、故障したシステムに関連したパラメータの存在を見ることによって、本発明の検出装置は、従来技術のシステムよりも故障検出をより明白に識別することができる。

ユニットポンプの一つが故障した場合、多数の可能な結果が存在している。制御手段は、故障したポンプを補償することができる充填パルス信号を分配することができない。この場合には、充填パルスは飽和し得る。代替例として、制御手段は、故障したポンプを完全に補償する充填パルス信号を分配することができる。しかし、そのような場合には、充填パルス信号は、ユニットポンプから通常送られるであろう信号から逸脱する。更なる代替例では、制御手段は、故障したポンプを完全に補償することはできないが、飽和することもない。

従って、ポンプの故障の検出は、アキュムレータ体積内の圧力及び／又は制御手段により出力される充填パルス信号を監視することによって、便利に、検出することができる。
従って、便利には、入力部によって受信されたデータは、アキュムレータ体積内の圧力であってもよい。代替例として、受信したデータは、ユニットポンプに送られた、制御手段により決定された充填パルス信号であってもよい。更には、検出装置は、アキュムレータ体積内の圧力及び充填パルス信号の両方に関連したデータを受信してもよい。

高圧ポンプは、一般に、ポンプ輸送チャンバーを持っていてもよく、該チャンバー内では、燃料がプランジャーにより加圧される。プランジャーは、通常、カム構成部と連通している。カムが回転するとき、駆動運動は、与えられたユニットポンプのプランジャーに分与される。プランジャーに分与された往復運動は、カム構成部の形状を反映している。プランジャーの位置が時間（又は代替例としてエンジンクランク角度）に亘ってプロットされた場合、カム構成部の駆動プロフィールが明らかとなる。

プランジャーに異常が発生した場合、カム構成部の駆動プロフィールは、アキュムレータ圧力におけるばらつき、又は、制御手段からプランジャーに送られた充填パルス信号におけるばらつきのいずれかにおいて、それ自身を明瞭に示すと予想される。換言すれば、所定のシステムパラメータ（カム構成部の駆動プロフィール）は、測定された現在のシステムパラメータ（充填パルス信号又は測定されたアキュムレータ圧力）上に重ね合わされる。

従って、便利には、処理手段は、少なくとも１つの現在のシステムパラメータをカム構成部の駆動運動と比較する。現在のシステムパラメータ上に重ね合わされた駆動運動の存在は、ユニットポンプの一つの故障（即ち動作状態における減少）を示している。

１つより多いユニットポンプを備える燃料システムでは、ポンプの運動は、互いに関して位相が定められている。従って、便利には、処理手段は、少なくとも１つの現在のシステムパラメータを、燃料システム内の各ポンプに印加されたときの駆動運動と比較する。駆動運動の重ね合わせは、位相が定められた駆動運動と相関し、従って、処理手段がユニットポンプの各々の動作状態を決定することを可能とする。

処理手段により実行されるシステムパラメータの比較は、便利には時間に関する。しかし、当該比較は、エンジンクランク角度に関して実行されてもよい。処理が時間に関して実行された場合、データは、エンジン動作条件における変化によって影響を及ぼされる。処理がエンジン角度に関して実行された場合、データ処理の要求を減少させることができる。

処理手段内で実行されるデータ比較のための多数のオプションが存在している。
処理手段は、現在のシステムパラメータを所定のシステムパラメータと比較するため使用することができるパターン認識アルゴリズムを備えていてもよい。これは、曲線適合関数を備えていてもよい。

代替例として、処理手段は、受信したデータを高速フーリエ変換し、変化された成分を所定のシステムパラメータと比較してもよい。そのようなフーリエ変換は、時間に関してなされてもよく、或いは、その代わりに、エンジンクランク角度等の人工変数に関してなされてもよい。

便利には、フーリエ変換データは、周波数内容情報及び位相情報を含んでいる。周波数内容情報と、位相情報の要素とは、故障が燃料システム内に存在するか否かを決定するため使用されてもよい。周波数内容情報内の基本周波数の位相情報を、故障がどこに位置しているかを決定するため便利に使用することができる。

検出装置がカムプロフィールの存在のために現在のシステムパラメータを分析している場合には、処理手段は、便利には、少なくとも１つの現在のシステムパラメータの変換成分をカム駆動構成部によりプランジャーに分与された駆動運動の変換成分と比較する。

従って、便利には、処理手段は、どのポンプが異常発生したかを決定するため次の工程を実行するように構成されていてもよい。
(i) 処理手段は、現在のシステムパラメータを測定し、該測定された現在のシステムパラメータのフーリエ変換を得るように配置され、該フーリエ変換は前記測定された現在のシステムパラメータの周波数内容及び位相情報を含み、
(ii) 処理手段は、前記測定された現在のシステムパラメータの前記フーリエ変換を前記燃料ポンプの各々における前記カム構成部の駆動運動に関する所定のフーリエ変換情報と比較するように配置され、該所定のフーリエ変換情報は前記カム構成部の駆動運動の周波数内容情報と該周波数内容情報に対応する位相情報とを含み、
(iii) 処理手段は、前記現在のシステムパラメータの前記周波数内容情報が前記所定のフーリエ変換周波数内容情報と合致するか又は実質的に合致し、前記現在のシステムパラメータの前記周波数内容情報の該周波数内容情報内の基本周波数成分に対する位相情報が前記所定のフーリエ変換位相情報と合致するか又は実質的に合致する場合、ポンプが故障したか否かを決定するように配置され、
(iv) 処理手段は、前記所定の変換情報及び現在の変換情報に関して、前記周波数内容情報内の基本周波数成分の前記位相情報を比較することによって、どのポンプが故障したかを決定するように配置されている。

燃料／ポンプシステムは、入力に対するシステムの特徴的な応答を画定する３つの特定のパラメータを有する遅延された１次関数であり、該３つのパラメータは、定常状態ゲイン値（Ｋ）、システム時定数値（Ｔ）、及び、システム時間遅延値（Ｌ）である。ユニットポンプの一つの異常は、システムの伝達関数を変化させる。従って、更なる代替例では、処理手段は、異常の発生したプランジャー動作条件の下で予め決定されたときの伝達関数に対して、現在の伝達関数を監視してもよい。

便利には、検出装置は、所定のシステムパラメータに関連するデータを格納するための格納手段を更に備える。好ましくは、変動するエンジン条件に関するシステムパラメータのためのデータは、格納手段内で格納される。

便利には、格納手段は、異なるエンジン条件に対して１つ以上の所定のシステムパラメータに関するデータを格納するルックアップテーブルを備える。
好ましくは、検出装置は、処理手段により決定されたときの応答信号を出力するように構成された出力手段を更に備える。例えば、処理手段は、ユニットポンプに異常が発生したと決定したならば、通知信号がインジケータ手段に出力され、これにより、システムのユーザーに問題が存在することを通知することができる。

本発明は、車両にも拡張することができ、該車両は、内燃エンジンと、高圧燃料を格納するためのアキュムレータ体積と、該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上のインジェクタと、高圧燃料を前記アキュムレータ体積に供給するため該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上の高圧燃料ポンプと、を備え、前記１つ以上の燃料ポンプの動作は、制御手段からの充填パルス信号と本発明の第１の態様に係る検出装置とによって制御される。

代替例として、応答信号は、車両の速度を制限する（例えば、車両を「のろのろ運転ホーム」モードに制限する）ためエンジン制御信号の形態にあってもよい。
本発明は、更には、アキュムレータ体積に供給される燃料の体積を制御するように高圧燃料ポンプを制御するための制御ユニットに拡張することができ、該制御ユニットは、本発明の第１の態様に係る検出装置を備える。

本発明は、エンジン制御ユニット及び燃料システムに拡張することもできる。
本発明は、車両の燃料システムにおいて１つ以上の燃料ポンプの動作状態を検出するための方法としても表現することができ、前記システムは、高圧燃料を格納するためのアキュムレータ体積と、該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上のインジェクタと、高圧燃料を前記アキュムレータ体積に供給するため該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上の高圧燃料ポンプと、を備え、前記１つ以上の燃料ポンプの動作は、制御手段からの充填パルス信号によって制御され、前記方法は、少なくとも１つの現在のシステムパラメータを表すデータを受信し、前記１つ以上の燃料ポンプの動作状態を同定するため、前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータを１つ以上の所定のシステムパラメータに対して比較する、各工程を備える。

なお、本発明の方法に関する好ましい特徴は、本発明の第１の態様に関連して上述されている。
本発明は、本発明の方法を実施するためコンピュータプログラムを備えるデータ媒体として表現されてもよい。

本発明をより容易に理解するため、添付図面を参照するが、これらの図面は単なる例を示すためにのみ用いられる。

同様の参照番号が図面を通して同様の特徴を指し示すため使用される。
図１は、この特定の説明の目的のため簡単化され、本発明が内部に組み込まれた燃料噴射システム２の概略図である。燃料噴射システム２には、高圧燃料パイプ７を介してユニットポンプ６の形態で、高圧レール供給ポンプから加圧燃料が供給される。なお、ユニットポンプ６は、本発明の理解にとって本質的ではなく、そのようなユニットポンプ６の構成は、当業者には十分に知られているので、図１には詳細に示されていない。共通レール４は、各々の高圧燃料供給パイプ１０によって４つの燃料インジェクタ８に流体的に接続されている。燃料インジェクタは、エンジンの連係する燃焼シリンダー（図示せず）に燃料を分配するため電気的に制御される。

ユニットポンプ６は、ポンプ輸送チャンバー（図示せず）を画定するポンプモジュール１２を備え、該ポンプ輸送チャンバー内では、燃料が連係するポンプ輸送プランジャー１４によって加圧される。ポンプ輸送プランジャー１４は、内側のポンピングストロークと外側の戻りストロークとをカム駆動構成１６によって実行するように往復運動で駆動される。既知の態様で、カム駆動構成１６は、カム表面を有する駆動カムシャフト１７を備え、該カム表面は、ポンプ輸送プランジャー１４と連係するローラー／シュー構成１９上で作用する。一つだけのユニットポンプ６が簡単さのため図１に示されているが、そのようなポンプの一つ以上がエンジン設置の要求に応じて提供されてもよい。

ユニットポンプ６のポンプ輸送チャンバーには、低圧供給パイプ２０及び非戻りバルブ２１を介して輸送ポンプ１８から比較的低圧燃料が供給される。従って、低圧燃料は、ポンプ輸送プランジャー１４が燃料加圧のために用意された戻りストロークを実行するとき、ポンプ輸送チャンバーを充填することができる。カム駆動構成１６がポンプストロークでポンプ輸送プランジャー１４を駆動するとき、ポンプ輸送プランジャー１４は、ポンプ輸送チャンバーの体積を減少させ、その結果、内部に捕捉された燃料が加圧される。

ポンプモジュール１２には、ポンプ輸送チャンバーが共通レール４と連通し、かくして、そこからの加圧燃料の流れを制御するか否かを制御するレール制御バルブ２３が設けられている。共通レール４に供給された燃料の体積を制御するため、ユニットポンプコントローラ２２の形態にある制御手段（以下で「コントローラ」という）が設けられ、その機能がエンジン制御ユニット２４（以下、「ECU」をいう）の一部を形成する。コントローラ２２は、ユニットポンプ６に電気的に接続され、レール制御バルブ２３に電気信号を供給している。

共通レール４に加圧燃料を供給するため、コントローラ２２は、プランジャーの戻りストロークの間にレール制御バルブ２３を開状態から閉状態へと遷移させ、かくしてポンプ輸送チャンバーと共通レール４との間を連通させないようにする。従って、相対真空は、ポンプ輸送チャンバー内で吸引され、燃料が伝達圧力でポンプ輸送チャンバーを充填することを可能とするように非戻りバルブ２１を開放させる。プランジャー戻りストロークの終了時には、非戻りバルブ２１は閉じ、かくして、燃料がポンプ輸送チャンバーからの圧力を伝達するため逆流することを防止する。この時点では、レール制御バルブが開放される。レール制御バルブがポンプ輸送プランジャー１４の戻りストロークの間に開放する時点を制御することによって、コントローラ２２は、加圧燃料がユニットポンプ６から共通レール４へと供給されるところの、ポンプ輸送プランジャー１４の有効ストロークを決定する。レール制御バルブ２３を制御するため必要となる電気信号は、「充填パルス信号」として知られており、エンジンクランクシャフトの回転の度数として測定される。

「充填パルス」は、各エンジンサイクルを通してエンジン管理システムにより常に計算される値である。この値は、充填パルス信号を発生するため、エンジンサイクルの幾つかの時点で利用される（即ち４ストロークエンジンサイクル６シリンダーにおいて６回）。

燃料噴射システムの動作中には、共通レール４内の燃料の圧力がＥＣＵ２４により設定された特別に要求されたレール圧力に可能な限り近い状態を維持することが重要となる。これを達成するため、コントローラ２２は、実際のレール圧力が、システムに影響を及ぼし得る外乱にも関わらず要求されたレール圧力に等しいことを確実にするように、充填パルスを適切に調整するように負のフィードバック制御を利用する。コントローラ２２が要求されたレール圧力で共通のレール４内に燃料圧力を維持するプロセスを、図２を参照して説明する。

図２では、ＥＣＵ２４は、エンジンの支配的な動作条件に基づいて決定されたレール圧力要求信号３０を、総和接続部３６を介してコントローラ２２へと出力する。例えば、ＥＣＵ２４は、エンジンが高いエンジン負荷／速度条件の下で動作するとき、エンジンがアイドル動作条件にあるときの比較的低いレール圧力要求信号３０と比較して、比較的高いレール圧力要求信号３０を出力する。

共通レール４に取り付けられた圧力センサ３２は、共通レール４内の燃料の実際の圧力を測定し、総和接続部３６でレール圧力要求信号３０から減算されたフィードバック信号３４を出力する。総和接続部３６の出力信号は、コントローラ２２への入力として提供され、要求された共通レール圧力と実際の共通レール圧力との間の差異を表している。以下、総和接続部３６の出力が圧力誤差信号３８と称される。コントローラ２２の機能は、圧力誤差信号３８が実質的にゼロに等しくなるように、共通レール４内の燃料の圧力を要求されたレール圧力に実質的に対応させるように、ユニットポンプ６のレール制御バルブ２３を制御するため充填パルス信号を計算することである。

図２は簡単化されたシステムを表しているが、実際の実施例では、結果に影響を及ぼす追加の充填パルス入力をユニットポンプ６に送るということが、この時点で言及されるべきである。現在噴射されている燃料の量などの燃料システムの損失を補償するため、例えば開ループ又はフィードフォワード機能を介して、更なる充填パルス信号の成分も提供される。システムからの一般的な燃料漏れに対しても補償が提供されてもよい。

図１に関して上記したように、燃料システム内で１つより多いユニットポンプが存在し得る。例えば、図１の燃料システムは、燃料インジェクタ８当たりにして１つのユニットポンプを備えていてもよい。図３ａは、そのような構成の一部を示し、同様の参照番号は、図１、図２及び図３ａの間の同様の特徴を指し示すために使用された。図３ａは、４つのユニットポンプ６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄを示し、これらのユニットポンプは、位置６０、６２、６４及び６６で各々延長されたカムドライブ構成１６と連通している。

各々のユニットポンプは、制御バルブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄに電気制御信号を供給するコントローラ２２と連通している。
なお、通常の作動中に各制御バルブに供給された「充填パルス」のプロフィールは同じである。しかし、１つのユニットポンプから別のユニットポンプにかけて充填パルスの位相の相違が存在している。

ユニットポンプのプランジャーの運動は、カム構成部の形状によって決定される。カムが、その長さに沿って特別の変動するプロフィールを有するように形状が定められている場合、インジェクタが噴射せず、制御バルブ２３ａ〜ｄが開放されている期間に亘って、燃料システムの体積（即ち、ユニットポンプのポンプ輸送チャンバー、高圧燃料ライン７、例―ル４及びインジェクタ８により画定されるシステムの体積）が一定となるように構成することができる。

上記のような通常の動作の期間の間の燃料システムの体積は、幾つかのプランジャーが上方に移動している間、他のプランジャーが下方に移動していることを確実にすることによって、便利に、一定に保つことができる。

図３ｂは、図３ａに示される位置（６０、６２、６４及び６６）におけるカムプロフィールを示している。カムは偏心して形成され、カムの長さに沿った位置に依存して、任意の与えられた瞬間におけるローブ６８の位置が変動することを理解することができる。

なお、図３ｂに表されたカムプロフィールは、単なる一例にしか過ぎず、本発明は、一般的な任意のカム形状を包含する。
図３ｂに示されたカム構成部における燃料システムの体積は、実際には、一定の体積の状態を維持している。しかし、カムローブを適切に形成することによって、プランジャーを、燃料システムの体積を一定に維持する態様で移動するように構成することができる。図３ｂに示されたカム構成部は、明瞭にするため、後述される図５、６及び７に示されたカムプロフィールに対応していないことも明記される。

上記したように、レール圧力を所望の値に調整するため燃料システムに適用されるべき充填パルスは、コントローラ２２によって決定され、実際のレール圧力と要求されたレール圧力の値との差異である、圧力誤差信号３８に作用する。

便利には、コントローラは、レール圧力を所望の値に維持するため燃料システムに適用される必要がある充填パルスを詳細に記載するルックアップテーブルを含むデータ格納手段を備える（又は代替例として、データ格納手段に連係される）。充填パルスのマッピングへのこの燃料の要求は、更に、例えばエンジン速度、エンジン温度及び噴射された燃料の値等の他の因子を考慮に入れている。

定常状態のエンジン作動の間、レール圧力は一定であり、このことは充填パルスも一定であることを意味する。
図４は、本発明の一実施例に係る検出器と、図２の燃料システムへのその関係を示している。図４を参照すると、図２にも示された、コントローラ２２、レールシステム４０及びレール圧力センサ３２が示されている。

コントローラ２２及びセンサ３２は、更に、本発明の一実施例に係る検出器８０と連通している。
使用中には、レール圧力センサ３２は、共通レール内で燃料の実際の圧力を測定している。フィードバック信号３４と同様に、圧力読み取り値は、検出器８０への更なる信号８２に出力される。

上述されたように、コントローラ２２は、レール制御バルブ２３を制御するためポンプ／レールシステム４０に電気制御信号を出力する。この制御信号、又は充填パルス信号８４は、検出器８０への入力として更に提供される。

要求されたレール圧力３０は、電子制御ユニット（図４では図示されていない）からコントローラ２２へと出力され、更に検出器８０へと出力される。検出器への更なる入力には、エンジン速度８８、及び、燃料温度９０が含まれている。

検出器８０は、異常発生検出アルゴリズムを運転するプロセッサ９２を備えている。当該プロセッサは、様々なデータ入力（８２、８４、３０、８８、９０）を受け取り、レールシステム４０内のユニットポンプのアレイ（図４には図示されていない）のいずれかが故障したかを決定するための異常発生検出アルゴリズムを使用している。

検出器８０は、応答信号９４を出力することができる。この出力信号９４は、インジケータ手段（図示せず）に出力される通知信号の形態を取り得るか、又は、代替例として、エンジン制御信号（例えば、エンジン制御ユニットへと送られる）の形態を取り得る。

燃料システムの通常の動作中には、ポンプとインジェクタとの間のシステムの体積は、インジェクタ８が噴射せず、制御バルブ２３ａ〜２３ｄが開放されている期間に亘って、一定である。これは、カム構成部が、幾つかのプランジャーが上方に移動しているとき、他のプランジャーが（特別の「一定体積」カムプロフィールの結果として）これを補償するため下方に移動するように形成されているからである。

しかし、インジェクタに異常が発生したとき、これらの期間の間のシステムの体積は、もはや一定ではなくなる。異常発生したユニットポンプに応答して、当該システムは、次に続く３種類の挙動の一つを示している。
（１）第１のシナリオでは、コントローラ２２は、異常発生したユニットポンプを完全に補償することができ、レール圧力を一定レベルに維持することができる。この場合には、コントローラ２２から燃料システム４０に送られる充填パルス信号は、カムプロフィールの鏡像となる。図５は、この第１のシナリオで、検出器８０内に入力されたデータに従った、時間に関するレール圧力と充填パルス信号とのプロットを示している。
（２） 充填パルスを燃料システムにどの程度の大きさで適用することができるかに関する上限値が存在している。この値は、約１５０カム度である（エンジンクランク角度の３００度）。計算された充填パルスがこの値に到達したとき、それは「飽和状態」であると云われている。

従って、異常発生したユニットポンプを補償しようとする際に、コントローラがその最大の限界値に到達し、充填パルスが飽和したとき、第２種の挙動が発生する。この場合には、アキュムレータ体積内の燃料圧力は、残りのユニットポンプを駆動するカムのプロフィールに従って変動する。この場合が、最も起こりそうなものとみなされる。

図６は、測定され／検出器８０に入力されたレール圧力と充填パルスとの時間に関するプロットを示している。グラフの左側の垂直軸は、アキュムレータ体積の圧力に関連し、グラフの右側の垂直軸は、クランクシャフト回転の角度で測定された充填パルス信号に関連する。グラフから理解することができるように、充填パルスは、エンジンクランク角度の３００度で飽和した。レール圧力のトレースは、カムのプロフィールを仮定した（図から理解することができるように、この場合には、階段が付けられたカム構成部）。
（３） 最終的なシナリオでは、コントローラ２２は、異常発生したユニットポンプを完全に補償することができないが、その飽和ポイントには到達しない。この場合には、レール圧力トレースは、カムのプロフィールを仮定し、充填パルス信号は、カムのプロフィールの鏡像を仮定している。図７は、この第３のシナリオにおいて検出器８０内に入力されたデータに従った、時間に関するレール圧力と充填パルス信号とのプロットを示している。

なお、図５、図６及び図７は、検出器８０により実際に受信されたデータの簡単化されたバージョンである。受信された実際のデータは、最初にフィルター処理されるべき一定量のノイズを含んでいる。

なお、データは、表された時間よりも、エンジンクランク角度に関連付けて、より便利に分析することができる。エンジン条件が変動するとき、エンジン角度に関してプロットの形状は変化しないままであるのに対し、時間に関してプロットされた場合にはプロットのスケーリングは変動してしまうからである。データをエンジン角度に関してプロットすることによって、検出器８０に関するプロセッシング要求を減少することができる。

検出器は、圧力センサ３２、コントローラ２２、エンジン制御ユニット２４等から受信したデータを分析し、このデータを、カム構成部から予想されるプロフィールと比較する。カムプロフィールが測定された現在のシステムパラメータ内で検出された場合には、検出器は、ユニットポンプが故障したと演繹することができる。

当該比較は、多数の方法で達成することができる。
例えば、検出器は、現在のシステムパラメータを、既知の所定のカムプロフィールに対して分析するパターン認識アルゴリズムを備えることができる。パターン認識は、現在のデータと所定のデータとの間の曲線の適合と同じ程度簡単である。

代替例として、検出器８０は、その入力において受信される現在のシステムパラメータの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、変換された成分をカムプロフィールの高速フーリエ変換と比較する。

カムプロフィールが知られており、その周波数及び位相成分がエンジン速度に関係しているので、検出器８０は、他の現象が、周波数領域において同じ形状を与えないとき、測定された（即ち現在の）システムパラメータのＦＦＴプロットからポンプの異常発生を演繹することができる。

時間に関してＦＦＴを実行することの代わりとして、ＦＦＴは、人工の「時間」変数、例えば、エンジン角度に関して実行されてもよい。
図８は、３つの異なるエンジンシリンダー（１００、１０２及び１０４）に対する、カムプロフィールの相対位相と充填パルスとを示している。なお、明瞭にするため、３つのシリンダーだけが示されているが、エンジンは、図示のものよりも多くのシリンダーを含んでいてもよい（例えば、６個のシリンダーが普通である）。

各シリンダーに対して、カムプロフィール（１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ）がカム度数に関して（即ち、有効に時間に関して）示されている。各シリンダーに適用される充填パルス（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）も示されている。

カムプロフィールトレース（１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ）の水平軸上の各マーク１１２は、６０カム度に等価である。
なお、充填パルスは、０度程度であるか又はローブの全落下部分と合致するのに十分に大きい（上記したように、約１５０カム度である）かのいずれかとすることができる。

シリンダー１００、１０２、１０４のカムプロフィールが互いに関して位相が定められていることを理解することができる。シリンダー１０２のカムプロフィールは、シリンダー１００のカムプロフィールの後のその上方ストローク６０カム度で開始する。同様に、シリンダー１０４のカムプロフィールは、シリンダー１０２のカムプロフィールの背後に６０カム度、遅延する。

３つのシリンダーのための充填パルスは、カムプロフィールと同じ態様で位相が定められている。
なお、充填パルスの終了時は、カムプロフィールの終了時、即ちユニットポンプのプランジャーがその引き込みを完了したときと合致する。充填パルスが完了したとき、ポンプはレールに再接続される。再接続の時点では、ポンプは約３バールの伝達圧力を有し、レールは数百バールの圧力を有する。その結果、再接続時に実質的な圧力波がレールからポンプへと伝播する。充填パルスの終了は、形成される圧力波を最小にするため、プランジャーがその引き込みを完了したとき終了するように構成されている。これは、ユニットポンプの動作寿命を延長するのに役立つ。

図９は、３つのカムプロフィール（図９ａ、図９ｂ及び図９ｃ）、２つの異なるシナリオに対するシステム内のレール圧力（図９ｄ及び図９ｅ）、並びに、グラフ４及び５のレール圧力トレースの高速フーリエ変換（図９ｆ及び図９ｇ）を別々に示している。

なお、図９ａ、図９ｂ及び図９ｃは、図８に示されたカムプロフィールと対応している（及び、従って、参照番号は、同様の特徴を示すため使用されている）。
図９ｄは、第２のシリンダー内のユニットポンプに異常が発生した場合にレール内で測定されたレール圧力を示している。図９ｆは、このレール圧力トレースの対応する高速フーリエ変換である。図９ｆは、レール圧力トレースのＦＦＴの、振幅対周波数並びに位相対周波数を示している。

図９ｅは、最初にレール圧力が上昇し始める前に一定レベルにあったシステム内においてレールで測定されたときのレール圧力を示している（図示の例では、レール圧力は図９ｅを通して中途から上昇している）。この場合において、全てのユニットポンプ輸送プランジャーは、通常通り、作動している。増大したレール圧力は、遮断されたインジェクタ又はエンジン管理ユニットにより計画された圧力増大の結果である。

なお、図９ｄ及び図９ｅは、エンジンに同期した圧力スパイク１１４を示している。これらは、噴射に関連した外乱から生じている。しかし、後述されるように、ＦＦＴ分析は、これらとユニットポンプの異常発生との間を区別する。（なお、圧力スパイク１１４は、定期的な均一間隔のインターバルで発生する。図９ｅにおけるそのようなインターバルからのばらつきは、単に図面の製作上のものであり、無視されるべきである）
図９ｄを参照すると、カムプロフィールの形状がレール圧力信号において与えられていることを理解することができる。更に、この重ね合わせられたカムプロフィールは、第２のシリンダーのカムプロフィール（図９ｂ）と位相が一致している。従って、検出器は、最初に、カムプロフィールがレール圧力トレース内で与えられているという事実によってユニットポンプが異常発生したプランジャーを有するということを決定し、次に、レール圧力信号内に与えられるカム形状の位相が第２のシリンダー１０２のカムプロフィールと合致するが故に第２のシリンダーが異常発生したプランジャーを有するということを決定することができる。

上記したように、検出器８０は、測定された（即ち、現在の）システムパラメータのＦＦＴプロットからユニットポンプの異常発生を演繹することができる。
図９ｄ及び図９ｅに示されたレール圧力トレースのＦＦＴの結果は、図９ｆ及び図９ｇに各々示されている。

この説明の目的のために、カムプロフィールは、ＦＦＴにより変換されたとき、２つの周波数成分を有すると仮定されている。実際には、より多くの周波数成分が存在しそうである。なお、エンジンと同期していない他の任意のノイズは、検出器へと通過されるサンプルの数が十分に大きい場合にはＦＦＴ内には現れない。

図９ｆは、図９ｄのＦＦＴである。周波数Ｂにおける周波数成分は、カムの回転周波数である。カムローブの基本的周波数は周波数Ｂであり、カムプロフィールが図９ｄのレール圧力トレース内に与えられているので、周波数Ｂにおける周波数成分は図９ｆで与えられる。

周波数Ｃにおける周波数成分は、カム周波数の６倍に対応している。これは、シリンダー当たり噴射サイクル当たりで一度発生する噴射スパイク（圧力スパイク１１４）の基本周波数であるが故に、図９ｆで与えられる。

周波数Ｄ及びＥにおける周波数成分は、カムプロフィール上で与えられた他の周波数である。
周波数Ｅ付近の周波数成分は、レールの共鳴周波数等の他の源からのものであり、検出器によって無視することができる。

周波数Ｂ、Ｄ及びＥにおける周波数成分は、カムプロフィールから計算することができ、レール圧力トレースのＦＦＴにおけるそれらの存在は、検出器に対する異常発生したユニットポンプの確証となる。

周波数Ｂにおける周波数成分のための位相値は、ＦＦＴサンプリング窓の開始からカムプロフィールの開始までの角度であることを意味している。検出器は、周波数Ｂ、Ｄ及びＥにおける周波数成分の間の相対位相を知っているので、同じ相対位相を有する周波数成分を検出した場合、これを、ユニットポンプに異常が発生したことを確認するために使用することができる。

図９ｇは、図９ｅのＦＦＴであり、このレール圧力信号が周波数Ｂ、Ｄ及びＥにおける周波数成分を持っていないことを理解することができる。周波数Ｃにおける噴射スパイク関連周波数成分が、他の源からの高周波数成分（周波数Ｆ）が存在するように図９ｇに与えられる。しかし、周波数Ｂ、Ｄ及びＥにおける周波数成分の欠如は、この場合には異常が発生していないことを示している。

なお、たとえ周波数Ｂ、Ｄ及びＥにおける周波数成分が存在していたとしても、これは必ずしもユニットポンプの異常を示しているわけではない。例えば、周波数Ｂ、Ｄ及びＥにおける周波数成分が存在しているが、相対位相情報がどのカムローブとも合致していないか又は相対振幅がカムプロフィールの特徴ではなかった場合、このことは、故障が発生していなかったことを示している。

周波数Ａにおける周波数成分は、上記された圧力における漸次的な増大から生じる。噴射と関連する周波数成分も存在しているが、これらを無視することができる。
本発明に係る検出器は、ユニットポンプが正確に動作しているかを同定するため、所定のシステムパラメータに対して測定されたシステムパラメータを比較する。角度（又は時間）に関してカムの変位をサンプリングすることによって、当該変位をその構成要素の正弦波へと分解することが可能となる。過度に簡単化された例では、当該角度領域におけるカムプロフィールを、特定の振幅及び位相を有する４つの異なる正弦波によって表すことができる。この分析は、「オフライン」を実行することができ、所定のシステムパラメータを備えることができる。

エンジンが動作しているとき、レール圧力を、格納されている所定のデータ及びＦＦＴ実行「オンライン」と同じフォーマットでサンプリングすることができる。オンラインＦＦＴは、カムに関連していない多数の正弦波を持っているが、プランジャーの故障が存在し、カムプロフィールがレール圧力信号内に現れる場合には、関連されていない周波数成分の中に、カムプロフィール周波数成分が、計算されたオフラインと同じ相対振幅及び位相で与えられる。

図１０ａ乃至図１０ｄは、測定された圧力信号へのカム構成部の駆動運動の重ね合わせから如何にプランジャーの故障を検出することができるかの特定の例を示している。図１０ａ乃至図１０ｄは、４つのグラフを含んでおり、図１０ａは、エンジンの３つのシリンダーのポンプと連係したローブ上のカムリフトを示し、図１０ｂは、図１０ａの波形の周波数の内容を示し、図１０ｃは、図１０ｂの周波数内容に対応する位相情報を示し、図１０ｄは、ポンプ輸送プランジャーの故障の後の圧力センサにより記録される変形された圧力信号の例を示している（なお、図１０ｄは、３つの例のトレースを示し、いずれか１つの特定のポンプが故障した後に記録される圧力トレースを表していない）。

図１０ａは、６個のシリンダーエンジンのうち３個のシリンダーのポンプと連係するローブ（カムローブＡ、カムローブＢ、及び、カムローブＣ）上のカムリフトを示している。なお、図示の効果を減少させることを回避するため、３つのシリンダーのみが図１０ａに表されている。

図１０ａでは、水平軸が時間（秒単位）であり、２．４秒の間に、４つのカム回転の完了が存在している。時間軸上のゼロは、例えば、カムの既知の位置、例えば「圧縮ストローク上のシリンダー１に関する上死点」と合致している。

カムローブＡはカムローブＢよりも、６０カム度、進角していることが更に明記される。カムローブＢはカムローブＣよりも、６０カム度、進角している。これらのカムローブはカムローブＡ、カムローブＢ、及び、カムローブＣであり、駆動ポンプは、ポンプＡ、ポンプＢ、ポンプＣである。

前述したように、
（ｉ） ポンプＡが故障した場合、カムローブＡのリフトに比例する圧力外乱は、圧力センサを使用して測定される。
（ｉｉ）ポンプＢが故障した場合、カムローブＢのリフトに比例する圧力外乱は、圧力センサを使用して測定される。
（ｉｉｉ）ポンプＣが故障した場合、カムローブＣのリフトに比例する圧力外乱は、圧力センサを使用して測定される。

図１０ｂは、図１０ａの波形をフーリエ変換することによって導出された、カムローブＡ、カムローブＢ、及び、カムローブＣに関する波形の周波数の内容を示す３つのラインを有している。なお、図１０ｂの水平軸は周波数であり、図１０ａの水平軸は時間である。図１０ｂの垂直軸は、周波数の大きさに比例している。

カムローブＡ、カムローブＢ、及び、カムローブＣに関する波形の周波数の内容は同一である。これは、３つの信号の形状が同じだからである。
なお、図１０ｂでは、１．６６Ｈｚの周波数で大きなピークが存在している。波形の期間が６００ｍｓであるので、この１．６６Ｈｚの周波数は、当該波形の基本周波数である。

図１０ｃは、図１０ｂに示された周波数成分情報に対応する位相情報を示している。明瞭にするため、有意な振幅を持っていない周波数内容情報に対応する位相情報は、決定されず、図１０ｃには含まれていない。

なお、カムローブＡ〜Ｃの周波数内容は同一であるが（図１０ｂにより示されるように）、位相情報は同一ではない。これは、カムローブＡの周波数成分の位相が、図１０ａのカムローブＡの波形の開始とグラフの原点との間の位相差の関数であるからである。

また、グラフの原点と、与えられたエンジン位置、例えば「上死点」に対するカムの角度位置との間の固定された関係が存在しているので、周波数成分の位相情報は、与えられたエンジン位置に対するカムローブ信号の角度位置の関数としてみなすこともできる。例えば、「上死点、シリンダー１、圧縮ストローク」において、カムローブＡの周波数成分の位相情報は、シリンダー１の上死点に関するカムローブＡの信号の角度位置の関数である。

かくして、図１０ｃから、１．６６Ｈｚの基本周波数は、カムローブＡに対して１２０度、カムローブＢに対して１８０度、カムローブＣに対して１２０度の位相値を持っていることを理解することができる。これは、カムローブＡに対して２４０度、カムローブＢに対して１８０度、カムローブＣに対して１２０度に等しい。

従って、カムローブに対する波形の基本周波数の位相を見ることによって、それらは６０カム度だけ分離されていることを確認することができる。
ポンプが故障しているか否かを検出するために、次の処置が実行される。
（１） 任意のポンプに異常が存在しているか否かを確かめるためエンジンを分析する前に、図１０ａ乃至図１０ｃと等価なグラフが発生され、現在のエンジン速度において、カムリフトと使用される特定のカムに対する角度とのテーブルに基づいて、全てのカムローブに対して格納される。この情報は、上述された所定のシステムパラメータ情報に対応している。
（２） 図１０ａの原点に対応する時点で開始して、圧力信号がサンプリングされる。この情報は、上述された現在のシステムパラメータ情報に対応している。
（３） サンプリングされた圧力信号は、サンプリングされた信号に関する周波数及び位相情報を与えるためフーリエ変換で処理される。この情報は、所定のシステムパラメータのための図１０ｂ及び図１０ｃに含まれる周波数／位相情報に対応している。
（４） 所定の現在のシステムパラメータのための周波数情報が比較される。現在のシステムの基本周波数の位相に対する現在のシステムパラメータの位相情報は、所定のシステムパラメータと比較される。（ｉ）図１０ｂからのＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４における周波数が圧力測定値から導出された周波数情報内で与えられ、それらの相対振幅が図１０ｂのものと同じである場合、（ｉｉ）現在のシステムパラメータにおける（Ｆ２、Ｆ３及びＦ４に対応する）周波数の位相がＦ１に対するＦ２、Ｆ３及びＦ４の位相と合致している場合、ポンプのうち１つに異常が発生したと結論することができる。
（５）所定の現在のシステムパラメータに関する位相情報が比較される。測定された位相情報に関する位相情報を所定の位相情報と比較することによって、どのポンプに異常が発生したかを決定することができる。基本周波数（エンジン回転速度）に対応する測定位相情報が、図１０ｃのカムローブの一つに関する位相情報と同じである場合には、どのポンプに異常が発生したかを決定することができる。

なお、本システム及び上記処置は、上記ステップ１において圧力波形上で燃料噴射の測定された効果を上記計算された図１０ａに加えることによって、更に改善することができる。

前述されたように、処理手段によって実行されたシステムパラメータの比較は、時間に関して便利になすことができる（上述された図１０の場合のように）。しかし、当該比較は、エンジンクランク角度に関して実行されてもよい。当該処理が時間に関して実行された場合、データは、エンジン作動条件の変化によって影響を及ぼされる。当該処理がエンジン角度に関して実行された場合、データ処理の要求量を減少させることができる。

更なる代替例として、検出器８０は、燃料システムの伝達関数の変化を監視してもよい。
は、ユニットポンプの一つの異常発生は、システムの伝達関数を変えさせる。この変化は、システムの公称の伝達関数に作用するカムプロフィールに比例する外乱信号としてモデル化することができる。

ユニットポンプ６及び共通レール４は共に、時間の関数としてシステムの状態を記述する変数を確定する数学的モデルを導出するためエンジン設置前に最初にモデル化された動的ポンプ／レールシステムを構成する。このような数学的モデルは、「伝達関数」と称され、当業者に十分に知られている。伝達関数は、エンジンが最初の時間に対して作動されたときポンプ／レールシステム４０が受容可能に制御されるようにエンジン設置前にＰ、Ｉ及びＤコントローラを計算するため使用される。

説明された実施例では、コントローラ２２は、比例ゲイン値「Ｐ」、積分ゲイン値「Ｉ」及び微分ゲイン値「Ｄ」を有する３項コントローラである。このような３項のコントローラは、典型的には、ＰＩＤコントローラと称され、その機能については当業者には精通されている。

本実施例では、ポンプ／レールシステムの伝達関数は、入力に対するシステムの特徴的な応答を画定させる３つの特殊なパラメータ、即ち、定常状態ゲイン値「Ｋ」、時定数値「Ｔ」及び遅延値「Ｌ」を有する遅延された１次関数である。説明のために、出力（実際のレール圧力「Ａ」）が入力における階段的変化（充填パルス）「Ｂ」に応答する特徴的な１次システムの応答は、図１１に示されている。定常状態ゲインＫは、定常状態における実際のレール圧力Ａの充填パルス入力Ｂに対する比率である。時定数Ｔは、要求されたレール圧力における階段的変化に続いて実際のレール圧力が要求されたレール圧力の６３％に到達するため費やされた時間である。遅延時間Ｌは、段階的変化の入力の開始時点と、共通レール圧力の上昇開始時点との間の時間である。

図２をもう一度参照すると、ポンプ／レールシステム４０の特徴的なパラメータがエンジン設置の前に最初にモデル化されるが、本発明は、ポンプ／レールシステム４０の応答特徴における変化を補償するため、システム同定モジュール４２の形態にあるオンラインシステム同定手段と、コントローラ２２のオンラインのパラメータを変更するためのコントローラパラメータ計算モジュール４４（以下、「計算モジュール」という）の形態にあるコントローラパラメータ計算手段と、を提供する。

システム同定手段４２は、オンラインで実施され、即ち、エンジンの通常の作動の間、コントローラ２４によりポンプ／レールシステム４０に入力される充填パルスの偽ランダムバイナリ入力シーケンス（以下、「ＰＲＢＳ」という）と同期して所定の周期で連続的に実施される。当業者は、入力信号として偽ランダムバイナリ入力シーケンスをシステムに適用する原理に通暁しており、それにより本明細書では更なる説明を省略する。

ポンプ／レールシステム４０の特徴的パラメータを計算するため、システム同定モジュール４２は、ユニットポンプ６に入力されるＰＲＢＳ信号と、レール圧力センサ３２により測定される実際のレール圧力と、を監視する。ＰＲＢＳ入力信号が１組の既知の入力励振を含んでいるので、システム同定モジュール４２は、実際の共通レール燃料圧力の応答を既知の励振と比較し、ポンプ／レールシステム４０に関するＫ、Ｔ及びＬの修正された特徴パラメータを計算する。

システム同定モジュール４２は、コントローラパラメータ計算モジュール４４と電気的に連通しており、該計算モジュールはコントローラ２２と連通している。
計算モジュール４４は、修正された特徴パラメータ値Ｋ、Ｔ及びＬをシステム同定モジュール４２から受信し、コントローラ２２のための新たなＰ、Ｉ及びＤ値を計算する。

計算モジュール４４と連通することに加えて、システム同定モジュール４２は、図４に示された検出器８０に、新たな特徴パラメータ値Ｋ、Ｔ及びＬを伝達する。
検出器８０は、システム同定モジュール４２から入ってくるデータの流れ、即ち特徴パラメータＫ、Ｔ及びＬを監視し、システムと連係する幾つかの現象を同定するため計算を実行する。本明細書で説明した本発明の実施例は、例えばポンプ輸送プランジャーの故障によるユニットポンプの異常発生の同定に関している。前記した現象の検出は、図１１を参照して以下で説明される。

図１２は、ユニットポンプの異常発生の一般的な場合についての、時間に関するレール圧力１２０と充填パルス１２２とのプロットを示している（即ち、コントローラ２２は、故障したユニットポンプを完全に補償することができないが、その飽和ポイントに到達しない。上記した図７も参照のこと）。通常の作動条件の下（全てのユニットポンプが通常通り作動している）での公称のレール圧力１２４も、図の頂部における水平ラインとして図１１に示されている。

簡単にするため一つだけのユニットポンプ（６つのユニットポンプを備えるエンジン内のもの）に異常が発生したということを仮定すると、結果として生じる平均圧力は、インジェクタの一つが充填されないので、公称圧力よりも小さくなる。新たな平均レール圧力は、水平ライン１２６として示されている。システムの新たな伝達関数の新しいゲインＫは、その元々の値の対応する比率となる。

充填パルス１２２とレール圧力１２０の信号との間にも位相遅延が存在する。ユニットポンプの一つが故障したとき、遅延は、６０カム度（要求変化が作動ポンプの前に発生した場合）となるか、又は、１２０カム度（当該変化が壊れたポンプの前に発生した場合）のいずれかとなる。従って、（６０×５＋１２０）／６＝７０カム度の平均遅延が存在する。

なお、上記した検出方法（パターン認識、ＦＦＴ及び伝達関数分析）は、圧力要求が一定あり、他の関連するエンジン作動条件（例えば、噴射された燃料品質、エンジン速度、燃料温度）も一定であるとき、最も有効となる。

しかし、ポンプ異常発生の検出は、燃料システムが変動する条件を経験するときの期間の間にも可能となる。
検出器がパターン認識アルゴリズムを利用する場合には、カムにより生成されたパターンは、レール圧力又は充填パルス中に存在する他の任意の外乱とは形態が異なっている。従って、温度、レール圧力要求及び噴射された燃料品質が変動するときでさえ、そのようなパターンを区別することが可能となる。検出器８０は、変化するレール圧力要求の効果を、圧力誤差信号３８上のその効果が予測可能であるので、更に補償することができる。

検出器がＦＦＴモジュールを利用することにより受信されたデータを分析する場合には、遷移作動条件は、レール圧力及び充填パルス信号のＦＦＴの余剰周波数成分を生成する。これらの余剰成分の中には、ポンプの故障を示す成分と合致するものがあり得る。しかし、周波数ではなく合成変数の観点で変換された結果を生成するため、ＦＦＴが時間ではなく、エンジン角度に関して信号を処理する場合には、これは、変動する作動条件の効果を緩和することになる。

検出器がシステムの伝達関数を分析する場合には、変動する温度、エンジン速度及び噴射された燃料量の効果を、システムのゲイン上でのそのような変数の効果が知られているので、補償することができる。

本発明の実施者並びに当業者によって、請求の範囲により画定された本発明の範囲から逸脱すること無く、本発明に対して様々な変更及び改善をなし得ることが理解されよう。
例えば、上記説明は、一定体積の燃料システムを参照して与えられたが、燃料システムが一定体積を持つべきであることは、必ずしも本発明の不可避の特徴ではない。システムの体積が既知の又は予測可能な態様で変動する場合、検出器は、これらの根底にある変動を補償し、所定のシステムパラメータに対して測定されたシステムパラメータを分析することができる。

燃料噴射システム２は、本発明の作用のための背景を提供しているが、本請求の範囲を制限することを意図したものではないことが認められるべきである。代替例として、例えば、共通レール４は、等価なポンプ手段、例えば遠心高圧燃料ポンプによって高圧燃料が供給されてもよい。

また、共通レール４は、４つの燃料インジェクタ８に高圧燃料を供給するものとして記述されたが、典型的には、そのようなエンジンは、６個、８個又は１０個の燃料インジェクタを備えていてもよいことが認められるべきである。

図１は、本発明が適用される燃料噴射システムの概略図である。 図２は、図１に示された燃料システムとこれに連係するレール圧力制御システムの機能ブロック図である。 図３ａは、４つのユニットポンプを表す図１に示されたシステムの一部の概略図である。 図３ｂは、図３ａのカム構成部の概略図である。 図４は、本発明の実施例に係る検出器の図である。 図５は、図３ａの燃料噴射システムにおけるユニットポンプの故障に続く、時間に関する、レール圧力及び充填パルス信号のグラフ表現である。 図６は、図３ａの燃料噴射システムにおけるユニットポンプの故障に続く、時間に関する、レール圧力及び充填パルス信号の更なるグラフ表現である。 図７は、図３ａの燃料噴射システムにおけるユニットポンプの故障に続く、時間に関する、レール圧力及び充填パルス信号の更なるグラフ表現である。 図８は、エンジンシステム内の３つのシリンダーのためのカムプロフィールと充填パルスとの間の関係を示す。 図９ａ乃至図９ｇは、図８の３つのカムプロフィールと、２つの異なるエンジンシナリオのためのエンジンシステム内のレール圧力と、これらのエンジンシナリオと連係して追跡されたレール圧力の高速フーリエ変換とを示している。 図１０ａは、図３aの燃料噴射システムにおけるプランジャー異常発生の検出の詳細な例を示す。 図１０ｂは、図３aの燃料噴射システムにおけるプランジャー異常発生の検出の詳細な例を示す。 図１０ｃは、図３aの燃料噴射システムにおけるプランジャー異常発生の検出の詳細な例を示す。 図１０ｄは、図３aの燃料噴射システムにおけるプランジャー異常発生の検出の詳細な例を示す。 図１１は、階段変化入力に応答する第１次伝達関数の出力のグラフ表現である。 図１２は、システムの伝達関数上でユニットポンプの故障の効果を示したグラフである。

Claims (31)

1. 車両の燃料システムにおいて１つ以上の燃料ポンプの動作状態を検出するための検出装置（８０）であって、
   前記燃料システムは、高圧燃料を格納するためのアキュムレータ体積（４）と、該アキュムレータ体積と流体連通して配置された１つ以上のインジェクタ（８）と、高圧燃料を供給するように前記アキュムレータ体積と流体連通して配置された１つ以上の高圧燃料ポンプ（６）と、を備え、該１つ以上の燃料ポンプの動作は制御手段（２２）からの充填パルス信号（８４）により制御され、
   前記検出装置は、
   少なくとも１つの現在のシステムパラメータを表すデータを受信するための入力部（３０、８２、８４、８８、９０）と、
   前記１つ以上の燃料ポンプ（６）の動作状態を同定するため、前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータを１つ以上の所定のシステムパラメータに対して比較するように配置された処理手段（９２）と、
   を備える、検出装置。
2. 前記１つ以上の所定のシステムパラメータは、１つ以上の故障した燃料システムの構成要素を表すデータに対応している、請求項１に記載の検出装置。
3. 前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータは、前記アキュムレータ体積内の圧力である、請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータは、充填パルス信号（８４）である、請求項１又は２に記載の検出装置。
5. 前記入力部により受信されたデータは、前記アキュムレータ体積内の圧力及び前記充填パルス信号に関連している、請求項１又は２に記載の検出装置。
6. 前記燃料ポンプの各々は、ポンプ輸送チャンバーを備え、該ポンプ輸送チャンバー内では、連係するポンプ輸送プランジャー（１４）により燃料が加圧され、該ポンプ輸送プランジャーは、カム駆動構成部（１６）により駆動され、該カム駆動構成部により前記ポンプ輸送プランジャーに分与される駆動運動は、前記処理手段（９２）が前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータを前記カム駆動構成部の駆動運動と比較する前記システムの特徴であり、現在のシステムパラメータ上に重ね合わされた駆動運動の存在が前記１つ以上の燃料ポンプ（６）の動作状態において減少を示している、上記請求項のうちいずれか１項に記載の検出装置。
7. 前記燃料システムは、複数の燃料ポンプ（６）を備え、該ポンプの各々は、前記カム構成部（１６）によって駆動され、第１の燃料ポンプに印加される駆動運動は、隣接する燃料ポンプに印加される駆動運動に対して位相が定められ、前記処理手段は、各燃料ポンプの動作状態を決定するため、前記現在のシステムパラメータを、前記複数の燃料ポンプに印加された駆動運動と比較する、請求項６に記載の検出装置。
8. 前記処理手段（９２）は、前記入力部により受信されたデータを時間に関して分析するように配置されている、上記請求項のうちいずれか１項に記載の検出装置。
9. 前記処理手段（９２）は、前記入力部により受信されたデータをエンジンクランク角度に関して分析するように配置されている、上記請求項のうちいずれか１項に記載の検出装置。
10. 前記処理手段はパターン認識手段を備え、該処理手段は、該パターン認識手段を使用して前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータを前記１つ以上の所定のシステムパラメータと比較するように配置されている、上記請求項のうちいずれか１項に記載の検出装置。
11. 前記処理手段は高速フーリエ変換手段を備え、該処理手段は、前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータ及び前記１つ以上の所定のシステムパラメータを変換し、該変換された成分を比較するように配置されている、上記請求項のうちいずれか１項に記載の検出装置。
12. 前記変換成分は、周波数内容情報を含み、前記処理手段は、前記現在のシステムパラメータの周波数内容情報を前記所定のシステムパラメータの周波数内容情報と比較することによって、前記燃料システム内に故障が存在するか否かを判定するように配置されている、請求項１１に記載の検出装置。
13. 前記変換成分は、位相情報を更に含み、前記処理手段は、前記現在のシステムパラメータの位相情報を前記所定のシステムパラメータの位相情報と比較することによって、前記故障の位置を同定するように配置されている、請求項１２に記載の検出装置。
14. 前記変換は時間に関する、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の検出装置。
15. 前記変換はエンジンクランク角度に関する、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の検出装置。
16. 前記処理手段は、前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータの変換成分を前記カム駆動構成部により前記プランジャーに分与された駆動運動の変換成分と比較する、請求項６に従属したときの請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の検出装置。
17. 前記処理手段は、
    (i) 現在のシステムパラメータを測定し、該測定された現在のシステムパラメータのフーリエ変換を得るように配置され、該フーリエ変換は前記測定された現在のシステムパラメータの周波数内容及び位相情報を含み、
    (ii) 前記測定された現在のシステムパラメータの前記フーリエ変換を前記燃料ポンプの各々における前記カム構成部の駆動運動に関する所定のフーリエ変換情報と比較するように配置され、該所定のフーリエ変換情報は前記カム構成部の駆動運動の周波数内容情報と該周波数内容情報に対応する位相情報とを含み、
    (iii) 前記現在のシステムパラメータの前記周波数内容情報が前記所定のフーリエ変換周波数内容情報と合致するか又は実質的に合致し、前記現在のシステムパラメータの前記周波数内容情報の該周波数内容情報内の基本周波数成分に対する位相情報が前記所定のフーリエ変換位相情報と合致するか又は実質的に合致する場合、ポンプが故障したか否かを決定するように配置され、
    (iv) 前記所定の変換情報及び現在の変換情報に関して、前記周波数内容情報内の基本周波数成分の前記位相情報を比較することによって、どのポンプが故障したかを決定するように配置されている、請求項７又は１６に記載の検出装置。
18. 前記１つ以上の所定のシステムパラメータは、(i)比例ゲイン値（Ｐ）、(ii)積分ゲイン値（Ｉ）、及び、(iii)微分ゲイン値（Ｄ）のうち１つ以上を含む、上記請求項のうちいずれか１項に記載の検出装置。
19. 前記１つ以上の所定のシステムパラメータは、(i)定常状態ゲイン値（Ｋ）、(ii)システム時定数値（Ｔ）、及び、(iii)システム時間遅延値（Ｌ）のうち１つ以上を含む、上記請求項のうちいずれか１項に記載の検出装置。
20. 所定のシステムパラメータを格納するための格納手段を更に備える、上記請求項のうちいずれか１項に記載の検出装置。
21. 前記格納手段は、様々なエンジン条件に関して、前記１つ以上の所定のパラメータを格納している、請求項２０に記載の検出装置。
22. 前記格納手段は、前記１つ以上の所定のパラメータを格納するためのルックアップテーブルを備える、請求項２０又は２１に記載の検出装置。
23. 前記処理手段（９２）により決定されたとき応答信号（９４）を出力するための出力手段を更に備える、上記請求項のうちいずれか１項に記載の検出装置。
24. 前記応答信号には、前記燃料ポンプの動作状態に関してユーザーを警告するためのインジケータ手段に出力される通知信号が含まれる、請求項２３に記載の検出装置。
25. 内燃エンジンと、高圧燃料を格納するためのアキュムレータ体積（４）と、該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上のインジェクタ（８）と、高圧燃料を前記アキュムレータ体積に供給するため該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上の高圧燃料ポンプ（６）と、を備える車両であって、前記１つ以上の燃料ポンプの動作は、制御手段からの充填パルス信号（８４）と請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の検出装置とによって制御される、車両。
26. 前記１つ以上の燃料ポンプ（６）が故障した場合、前記検出装置（８０）は、応答信号（９４）を出力し、該応答信号は前記車両の速度を制限するためエンジン制御信号を含んでいる、請求項２５に記載の車両。
27. アキュムレータ体積に供給される燃料の体積を制御するように高圧燃料ポンプを制御するための制御ユニットであって、請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の検出装置を備える、制御ユニット。
28. 請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の検出装置を備える、エンジン制御ユニット。
29. 高圧燃料を格納するためのアキュムレータ体積と、該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上のインジェクタと、高圧燃料を前記アキュムレータ体積に供給するため該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上の高圧燃料ポンプと、を備える燃料システムであって、前記１つ以上の燃料ポンプの動作は、制御手段からの充填パルス信号と請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の検出装置とによって制御される、燃料システム。
30. 車両の燃料システムにおいて１つ以上の燃料ポンプ（６）の動作状態を検出するための方法であって、
    前記システムは、高圧燃料を格納するためのアキュムレータ体積（４）と、該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上のインジェクタ（８）と、高圧燃料を前記アキュムレータ体積に供給するため該アキュムレータ体積と流体連通するように配置された１つ以上の高圧燃料ポンプ（６）と、を備え、前記１つ以上の燃料ポンプの動作は、制御手段からの充填パルス信号（８４）によって制御され、
    前記方法は、
    少なくとも１つの現在のシステムパラメータを表すデータを受信し、
    前記１つ以上の燃料ポンプの動作状態を同定するため、前記少なくとも１つの現在のシステムパラメータを１つ以上の所定のシステムパラメータに対して比較する、各工程を備える、方法。
31. 請求項３０に記載の方法を実施するため検出装置を構成するように画定されたコンピュータプログラムを備えるデータ媒体。

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