JP2010216382A - 燃料噴射装置の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射装置の異常を正しく判定することができ、かつ、その燃料噴射装置の異常の原因を判断することができる燃料噴射装置の異常判定装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射によって生じる燃料圧力の変化の１次微分値を基準値として予め設定する基準圧力変化設定手段と、基準圧力変化設定手段が設定した基準値を閾値として、燃料圧力検出手段が検出した燃料圧力の変化の１次微分値とのずれ量に基づいて、燃料噴射手段の異常を判定する異常判定手段と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、コモンレールを用いた内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置の異常を判定する異常判定装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンに適用される燃料噴射量制御装置においては、高圧にした燃料をコモンレール（蓄圧室）に供給するコモンレール方式が知られている。このコモンレール方式のディーゼルエンジンでは、コモンレール内に蓄えられた燃料の圧力によってコモンレールに接続された燃料噴射装置（以下、「燃料噴射弁（インジェクター）」ともいう）からエンジンの燃焼室（シリンダ）内に燃料を直接噴射する。

また、燃料噴射弁は、その応答性の改善により、燃料噴射弁から短い噴射時間で燃料を噴射することができるようになっている。この応答性のよい燃料噴射弁と高圧の燃料を蓄えられるコモンレールの組み合わせによって燃料を勢いよく噴射することができ、エンジンの燃焼室内に微細化された燃料が噴射されることによってエンジンの燃焼特性が改善されている。このようにエンジンの燃焼特性を改善することによって、エンジンの排出ガスのクリーン化が行われている。

また、ディーゼルエンジンでは、噴射される燃料の量によってエンジンの出力特性が変化するため、コモンレール方式の燃料噴射量制御装置では、燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射量を適切に制御する必要がある。
一般的にコモンレール方式の燃料噴射量制御装置における燃料噴射量の制御は、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって行われている。

このような燃料噴射量制御装置では、コモンレール内に蓄えられた燃料の圧力が高いことや、燃料噴射弁が短い時間で開弁と閉弁を繰り返していることもあり、燃料噴射弁の摺動部分が摩耗することによって燃料の噴射が正常に行われなくなってしまう場合がある。このような状況において、燃料噴射弁の異常を検出する技術が特許文献１で開示されている。

特開平１０−２９９５５７号公報

特許文献１で開示されている技術によれば、燃料噴射弁に指示した燃料噴射量から、燃料噴射弁がエンジンの燃焼室内に燃料を噴射する前と燃料を噴射した後のコモンレール内の燃料圧力差（理想値）を推定し、この推定した燃料圧力差と、実測した燃料圧力差との乖離から燃料噴射弁の故障を判断している。

しかしながら、特許文献１で開示されている技術では、噴射前後の燃料圧力差のみに基づいて燃料噴射弁の故障を判断しており、燃料圧力がどのように変化していくかの考慮がされていない。しかしながら、故障の有無や内容に応じて噴射時の燃料圧力の変化の仕方は異なるはずであるから、特許文献１のように燃料圧力の差のみに基づくかぎり、正しく故障判断をすることができないという問題がある。また、指示した燃料噴射量と実際に噴射される燃料噴射量とには乖離があるため、燃料噴射弁の故障判断の正確性に欠けるという問題がある。

本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、コモンレール方式の燃料噴射量制御装置における燃料噴射装置の異常判定装置において、燃料噴射装置の異常を正しく判定することができ、かつ、その燃料噴射装置に発生している異常が、どのような原因に起因するものであるかを判断（故障診断）することができる燃料噴射装置の異常判定装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載した発明の燃料噴射装置の異常判定装置（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ２）は、高圧の燃料を蓄える燃料蓄圧手段（例えば、実施の形態におけるコモンレール１３）と、前記燃料蓄圧手段に蓄えられた燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射する燃料噴射手段（例えば、実施の形態における燃料噴射弁６−１〜燃料噴射弁６−４）と、前記燃料蓄圧手段と前記燃料噴射手段との間に設けられ、前記燃焼室内に噴射する燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段（例えば、実施の形態における燃料圧力センサ３７−１〜燃料圧力センサ３７−４）と、を備え、前記燃料圧力検出手段により検出された燃料圧力（例えば、実施の形態における燃料圧力Ｐ）に基づいて前記燃料噴射手段の異常を判定する異常判定装置において、燃料噴射によって生じる燃料圧力の変化の１次微分値を基準値（例えば、実施の形態における基準圧力勾配Ｐｓ）として予め設定する基準圧力変化設定手段（例えば、実施の形態における基準圧力変化設定部２０１）と、前記基準圧力変化設定手段が設定した基準値を閾値として、前記燃料圧力検出手段が検出した燃料圧力の変化の１次微分値（例えば、実施の形態における実燃料圧力勾配Ｐａ）とのずれ量に基づいて、前記燃料噴射手段の異常を判定する異常判定手段（例えば、実施の形態における異常判定部２０３）と、を備えることを特徴とする。
このことにより、燃料噴射によって生じる燃料圧力の変化を１次微分することによって燃料圧力の変化を表す特定の値を予め基準値として設定し、この基準値を閾値とする。また、燃料圧力検出手段が検出した燃料圧力の変化を１次微分することによって燃料圧力の変化を表す特定の値とする。そして、設定した基準値と燃料圧力検出手段が検出した燃料圧力の変化の値とのずれ量に基づいて、燃料噴射手段の異常を判定する。

請求項２に記載した発明の前記基準圧力変化設定手段は、前記設定した基準値に対して予め定められた値を減少した小さい値である第１の基準値（例えば、実施の形態における下限基準値Ｐｓｍｉｎ）と、前記設定した基準値に対して予め定められた値を増加した大きい値である第２の基準値（例えば、実施の形態における上限基準値Ｐｓｍａｘ）と、を設定し、前記異常判定手段は、前記燃料圧力検出手段が検出した燃料圧力の変化の１次微分値が、前記第１の基準値と前記第２の基準値との範囲外である場合に、前記燃料噴射手段が異常であると判定する、ことを特徴とする。
このことにより、基準圧力変化設定手段が設定した基準値に対して、予め定められた範囲の値を閾値として設定する。

請求項１に記載した発明によれば、燃料噴射によって生じる燃料圧力の変化を１次微分することによって燃料圧力の変化を表す特定の値を予め基準値として設定し、この基準値を閾値とする。また、燃料圧力検出手段が検出した燃料圧力の変化を１次微分することによって燃料圧力の変化を表す特定の値とする。そして、設定した基準値と燃料圧力検出手段が検出した燃料圧力の変化の値とのずれ量に基づいて、燃料噴射手段の異常を判定するため、特別なセンサを追加することなく、燃料噴射手段の異常を判定（故障診断）することができる。
また、燃料噴射手段の異常を判定するための判断基準を明確にし、燃料圧力検出手段検出した燃料圧力の変化が閾値を超えているか否かによって燃料噴射手段の異常を判定することができる。
その結果、燃料噴射手段の異常を正しく判定することができる。

請求項２に記載した発明によれば、基準圧力変化設定手段が設定した基準値に対して、予め定められた範囲の値を閾値として設定するため、燃料圧力検出手段検出した燃料圧力の変化の値が閾値を超えたときに、どの方向に閾値を超えているのかを判断することができる。
その結果、燃料噴射手段の異常が、どのような原因に起因するものであるかを判断することができる。

本発明の実施形態による燃料噴射量制御装置の概略構成を示したブロック図である。 本実施形態における燃料噴射弁の断面構造の例を示した図である。 本実施形態における燃料噴射弁の制御信号と燃料圧力および噴射率の関係の例を示したグラフである。 本実施形態の燃料噴射弁の異常判定装置における異常判定の方法を説明するグラフである。 本実施形態の燃料噴射弁の異常判定装置における異常判定の処理手順を示したフローチャートである。 本実施形態の燃料噴射弁の異常判定装置における異常判定の処理ブロックを示したブロック図である。

図１を参照し本発明における実施形態の燃料噴射装置の異常判定装置を含む燃料噴射量制御装置１０について説明する。燃料噴射量制御装置１０は、図示されない車両に搭載されるディーゼルエンジン（以下、「エンジン１」という）に適応され、エンジン１の燃焼室に供給される燃料の圧力を制御する。

燃料タンク１１は、エンジン１に供給される燃料が収容される。その燃料タンク１１内には、低圧ポンプＰ１が設けられている。
低圧ポンプＰ１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２に接続されているモータＰ１−Ｍが設けられている。低圧ポンプＰ１は、ＥＣＵ２によってモータＰ１−Ｍが制御され、エンジン１の運転中に常時作動する電動ポンプであり、燃料タンク１１内の燃料を所定圧（例えば、０．５ＭＰａ（メガパスカル））まで増圧して吐出する。
低圧ポンプＰ１の吸入側にはフィルタ１７が設けられ、吐出側には燃料供給路１２が接続される。接続される燃料供給路１２には、ＥＣＵ２からの制御によって燃料の温度制御を行うヒータを備えるフィルタ１８と、同じくＥＣＵ２からの制御によって低圧ポンプＰ１から供給される燃料の流量を制御する電磁流量制御弁２１とが順次設けられている。

フィルタ１８と電磁流量制御弁２１の間の燃料供給路１２には、燃料タンク１１に燃料を戻す燃料戻し路１６が分岐接続される。燃料戻し路１６には、燃料供給路１２の圧力制御を行う圧力制御弁２２が介装されている。圧力制御弁２２は、燃料供給路１２の圧力が前述の所定圧を超えたときに開弁して燃料戻し路１６を介して燃料を燃料タンク１１内に戻す。
また、フィルタ１８と電磁流量制御弁２１の間の燃料供給路１２において、燃料戻し路１６の接続部と電磁流量制御弁２１との間には、燃料温度センサ３５が設けられている。燃料温度センサ３５は、低圧ポンプＰ１から吐出された燃料の温度を検出し、検出された温度を表す検出信号ＳｇＴｅｍｐをＥＣＵ２に出力する。

電磁流量制御弁２１の下流側には、高圧ポンプＰ２が接続され、高圧ポンプＰ２の吐出側には高圧配管１３ａを介してコモンレール１３が接続されている。高圧ポンプＰ２は、低圧ポンプＰ１から供給される燃料をさらに増圧してコモンレール１３に供給する。高圧ポンプＰ２によって吐出される燃料は、電磁流量制御弁２１において流量制御されることにより、その圧力が制御されることとなる。

コモンレール１３の戻し路側には、高圧配管１３ｄが接続され、この高圧配管１３ｄには、燃料戻し路１６が接続されている。高圧配管１３ｄには、電磁圧力制御弁２３が設けられ、電磁圧力制御弁２３から燃料戻し路１６までは、燃料戻し路１４で接続されている。
この電磁圧力制御弁２３は、機械的に動作する機能と、接続されるＥＣＵ２からの制御によって電気的に動作する機能を有している。機械的な動作では、高圧ポンプＰ２の運転により燃料圧力Ｐｒａｉｌが所定の設定圧Ｐｒａｉｌ＿ｍａｘ（例えば、２００ＭＰａ（メガパスカル））を超えたときに、開弁する。これにより、コモンレール１３内の燃料が燃料タンク１１内に戻され、燃料圧力Ｐｒａｉｌが所定の設定圧Ｐｒａｉｌ＿ｍａｘまで低減される。また、電気的動作では、必要に応じて出力されるＥＣＵ２からの減圧指示にしたがって弁が開放されることにより、コモンレール１３内に蓄圧された燃料を放出し減圧することができる。

また、コモンレール１３は、高圧ポンプＰ２によって加圧され供給される燃料の量と、電磁圧力制御弁２３などで放出され減圧される量とをバランスさせることによって、その内部空間を高圧の状態（例えば、２００ＭＰａ（メガパスカル））で蓄える燃料室となる。
このコモンレール１３には、エンジン１に燃料を噴射する４つの燃料噴射弁６−１〜６−４（以下、まとめて表すときには、「燃料噴射弁６」という。）に燃料を供給する高圧配管１３ｂ−１〜１３ｂ−４が接続されている。
燃料噴射弁６は、ＥＣＵ２からの制御信号などにより開弁してコモンレール１３から供給される燃料をエンジン１の燃焼室内に噴射する。

高圧配管１３ｂ−１〜１３ｂ−４のコモンレール１３への接続点付近には、オリフィス１３ｃ−１〜１３ｃ−４（以下、まとめて表すときには、「オリフィス１３ｃ」という。）がそれぞれ設けられる。このオリフィス１３ｃは、燃料噴射弁６からの燃料噴射によって生じる高圧配管１３ｂ−１〜１３ｂ−４（以下、まとめて表すときには、「高圧配管１３ｂ」という。）における燃料圧力の圧力変動によって起こる、コモンレール１３の圧力変動の影響を低減させることができる。
また、そのオリフィス１３ｃの下流側には、燃料圧力センサ３７−１〜３７−４（以下、まとめて表すときには、「燃料圧力センサ３７」という。）がそれぞれ取り付けられる。この燃料圧力センサ３７は、オリフィス１３ｃの下流側の燃料圧力を検出する。燃料圧力センサ３７は、検出された圧力を示す検出信号ＳｇＰをＥＣＵ２に出力する。

燃料戻し路１５は、それぞれの燃料噴射弁６からの燃料の戻り路を示し、並列に接続されるチェック弁２４と圧力制御バルブ２５を介して低圧ポンプＰ１とフィルタ１８との間の燃料供給路１２に接続されている。
この燃料戻し路１５の途中に設けられるチェック弁２４と圧力制御バルブ２５は、燃料噴射弁６からの排出油の圧力を一定に調整する。圧力制御バルブ２５は、エンジン１の運転開始時には、燃料供給路１２から燃料噴射弁６に至る燃料戻し路１５を燃料供給路１２に接続される低圧ポンプＰ１によって加圧させる働きも有する。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）およびＩ／Ｏ（Input/Output）インターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成される。
ＥＣＵ２は、エンジン１に設けられたクランク角センサ３３によって検出されるエンジン１のクランク角度情報ＳｇＤｅｇから、燃料噴射弁６での燃料噴射タイミングを制御する。また、ＥＣＵ２は、前述した燃料温度センサ３５からの検出信号ＳｇＴｅｍｐ、燃料圧力センサ３７からの検出信号ＳｇＰなどの検出信号に応じてエンジン１の運転状態を判断し、電磁流量制御弁２１、電磁圧力制御弁２３、低圧ポンプＰ１を制御することによりコモンレール１３の圧力を制御するとともに、燃料噴射弁６を開閉動作させることにより燃料噴射量制御を実行する。

ＥＣＵ２では、その検出された燃料圧力に基づいて、コモンレール１３内の燃料圧力である燃料圧力Ｐｒａｉｌ及び燃料噴射弁６による燃料噴射によって生じる燃料圧力変動を導く。
なお、燃料圧力センサ３７は、各高圧配管１３ｂ−１〜１３ｂ−４にそれぞれ独立に設けられる形態を例示し、それぞれの燃料圧力センサ３７が独立に燃料圧力を検出することとしたが、少なくとも高圧配管１３ｂ−１〜１３ｂ−４のうちいずれか１箇所に設けた燃料圧力センサ３７が、コモンレール１３及び各高圧配管１３ｂ−１〜１３ｂ−４の燃料圧力を検出することも可能である。その際、ＥＣＵ２は、１つの燃料圧力センサ３７によって検出された検出信号から、コモンレール１３及び他の高圧配管１３ｂの燃料圧力を導く処理を行う。

以上に示した構成により、この燃料噴射量制御装置１０では、電磁流量制御弁２１により流量制御される高圧ポンプＰ２の運転状態、電磁圧力制御弁２３の開閉状態、および燃料噴射弁６の開閉状態により、コモンレール１３の燃料圧力Ｐｒａｉｌが所定の設定値Ｐｒａｉｌ＿ｍａｘを上限とする範囲内で制御される。
なお、図１で示される実線での接続は、燃料系の配管を示し、一点鎖線での接続は、電気信号による制御線での接続を示すものとする。また、燃料タンク１１内に低圧ポンプＰ１が設けられていることとしたが、低圧ポンプＰ１を燃料タンク１１の外に配置したものでも良い。

次に、本実施形態の燃料噴射量制御装置１０における燃料の噴射動作について説明する。図２は、本実施形態において、コモンレール１３から供給される燃料をエンジン１の燃焼室内に噴射する燃料噴射弁６の断面構造の例を示した図である。図２において、燃料噴射弁６による燃料の噴射は、ＥＣＵ２からの制御信号に基づいてピエゾアクチュエータ６０１に印加電圧が印加され、この印加電圧に応じてピエゾアクチュエータ６０１が伸縮することによって行われる。この印加電圧の制御によって、燃料噴射弁６からエンジン１に噴射される燃料の噴射量が制御される。

燃料噴射弁６の上部は、ピエゾアクチュエータ６０１が配置され、このピエゾアクチュエータ６０１の下端部には、ピストン６０２が取り付けられている。ピストン６０２の下端部は、燃料戻し路１５へつながる低圧通路６２５と連絡する開口部６１１を貫通して、制御室６１２にまで突出している。開口部６１１を貫通したピストン６０２の先端には、下側部分が平面となっている半球状の制御弁６０３が取り付けられている。また、制御室６１２の底面には、コモンレール１３へつながる高圧通路６２１から分岐した連絡通路６２２が通じている。制御弁６０３の上部球面は、ピエゾアクチュエータ６０１が収縮することによってピストン６０２が上側方向に移動したときに開口部６１１を塞ぐことによって、制御室６１２から低圧通路６２５への燃料の経路を遮断する。また、制御弁６０３の下部平面部は、ピエゾアクチュエータ６０１が伸長することによってピストン６０２が下側方向に移動したときに連絡通路６２２を塞ぐことによって、高圧通路６２１から制御室６１２への燃料の経路を遮断する。

一方、燃料噴射弁６の下部には、円筒状の縦穴部６１４が設けられ、この縦穴部６１４内には、棒状のニードル６０４が配置されている。ニードル６０４の中央付近は、その径が他の部分よりも太く形成された大径部６０４ｂが設けられており、縦穴部６１４内で大径部６０４ｂの下側の空間を、燃料溜まり６１５としている。この燃料溜まり６１５には、高圧通路６２１を通じてコモンレール１３からの高圧燃料が常に供給されている。

また、ニードル６０４の先端６０４ａは円錐状の形状を有し、ニードル６０４が下降した際に、この先端６０４ａは燃料溜まり６１５の底面に形成された凹部６１６内へと進入する。この凹部６１６は、ニードル６０４の先端６０４ａの最大径よりも小さい径の開口部６１７を有している。また、凹部６１６には、燃料溜まり６１５に蓄積された燃料をエンジン１の燃焼室へ噴射するための噴射孔６１８が形成されている。

さらに、ニードル６０４の上部には、連絡通路６２３によって高圧通路６２１へ通じるとともに、連絡通路６２４によって制御室６１２へと通じる背圧室６１３が形成されている。この背圧室６１３の天井は、ニードル６０４の上側方向への動きを制限している。

このように構成された燃料噴射弁６において、ピエゾアクチュエータ６０１が収縮した状態では、ピストン６０２が上側方向に移動し、制御弁６０３の下部平面部が制御室６１２の底面から離れて制御室６１２と連絡通路６２２がつながるとともに、制御弁６０３の上部球面が開口部６１１を塞いで制御室６１２と低圧通路６２５とが遮断される。これにより、コモンレール１３からの高圧燃料が高圧通路６２１，連絡通路６２２，制御室６１２，連絡通路６２４を順次通って背圧室６１３へ供給され、また背圧室６１３に供給された燃料は低圧通路６２５へ漏れ出さないので、背圧室６１３の圧力は上昇する。この背圧室６１３にかかる圧力は、ニードル６０４を下方へ押す力として作用し、その圧力値がある所定値以上のときに、ニードル６０４は凹部６１６に接触して開口部６１７を塞ぎ、圧力の大きさに伴って、さらにニードルの先端６０４ａが開口部６１７に押し込まれる状態となることによって、噴射孔６１８からの燃料噴射が停止する（図２（Ａ）参照）。

上記の状態からピエゾアクチュエータ６０１が伸長して、ピストン６０２が下側方向に移動し、制御弁６０３の上部球面が開口部６１１から離れた状態になると、制御室６１２と低圧通路６２５がつながり、背圧室６１３内に蓄積されていた燃料が低圧通路６２５側へ漏れ出すことによって、背圧室６１３の圧力が低下する。するとニードル６０４は、背圧室６１３の圧力と燃料溜まり６１５の圧力とがバランスする位置に保持され、凹部６１６から離れた状態となる。これにより、燃料溜まり６１５に蓄積された燃料が、凹部６１６の開口部６１７と円錐状のニードルの先端６０４ａとの間に生じた隙間を通って凹部６１６側へ流出し、この隙間の大きさに応じた量の燃料が噴射孔６１８から噴射される（図２（Ｂ）参照）。

ピエゾアクチュエータ６０１が伸長するにつれて、燃料が低圧通路６２５へ漏れ出す量が多くなると、背圧室６１３の圧力はさらに低下し、ニードル６０４が保持されるバランス位置は上方に移動し、ニードルの先端部６０４ａが開口部６１７に押し込まれる量が少なくなり、開口部６１７とニードルの先端６０４ａとの隙間が大きくなる。これに伴って噴射孔６１８から噴射される燃料の量も多くなる。このように、ピエゾアクチュエータ６０１の伸縮を制御することにより、燃料噴射弁６が噴射する燃料の噴射量を制御することができる。

ピエゾアクチュエータ６０１がさらに伸長して、制御弁６０３の下部平面部が制御室６１２の底面に接触した状態になると、制御室６１２と連絡通路６２２とが遮断されて、コモンレール１３からの高圧燃料が高圧通路６２１，連絡通路６２２，制御室６１２，連絡通路６２４を順次通る経路によって背圧室６１３に供給されていた燃料の供給がなくなる。すると、背圧室６１３の圧力と燃料溜まり６１５の圧力との圧力バランスを維持することができなくなり、やがてニードル６０４の上部は背圧室６１３の天井と接触して、ニードル６０４はそれ以上、上側方向へ移動できなくなる。この状態が、上記した隙間の大きさ、すなわち、燃料噴射量が最大値となる状態である。

次に、本実施形態の燃料噴射量制御装置１０における燃料噴射量の制御について説明する。図３は、本実施形態における燃料噴射弁６に入力する噴射制御信号Ｔｉと高圧配管１３ｂの燃料圧力Ｐおよび噴射孔６１８から噴射される燃料の噴射率ｄＱ／ｄｔの関係を示したグラフである。なお、燃料噴射弁６による燃料の噴射は、ＥＣＵ２から噴射制御信号Ｔｉに応じた印加電圧をピエゾアクチュエータ６０１に印加することによって行われるが、図３の説明においては、噴射制御信号Ｔｉの波形がピエゾアクチュエータ６０１に印加する印加電圧の大きさ（電圧レベル）を表すものとする。また、燃料圧力Ｐの波形は、燃料圧力センサ３７が検出した高圧配管１３ｂの燃料圧力を表すものとする。

図３において、ピエゾアクチュエータ６０１への印加電圧の印加が開始される（タイミングｔ１）と、燃料噴射弁６が燃料の噴射を開始する。これによって、所定の遅れ時間をもって燃料圧力Ｐが低下し始める（タイミングｔ２）。
その後、ピエゾアクチュエータ６０１への印加電圧の印加を停止すると燃料噴射弁６が燃料の噴射を停止するとともに、所定の遅れ時間をもって燃料圧力Ｐが上昇する（タイミングｔ３）。

この燃料圧力Ｐの変化に対して、燃料噴射以外の要因で発生する燃料圧力Ｐの変化を除き、燃料噴射のみの変化を示した波形が燃料噴射率ｄＱ／ｄｔの波形である。この燃料噴射率ｄＱ／ｄｔの波形は、燃料噴射弁６による燃料の噴射量を表している。すなわち、燃料噴射率ｄＱ／ｄｔの波形において、タイミングｔ２からタイミングｔ３の区間の面積（積算値）が燃料噴射弁６による燃料噴射量に相当する。

このように、ＥＣＵ２がピエゾアクチュエータ６０１に印加する印加電圧を制御することにより、燃料噴射弁６の燃料噴射量を制御することができる。

次に、本実施形態の異常判定装置における異常判定方法について説明する。図４は、本実施形態の燃料噴射弁６の異常判定装置における異常判定の方法を説明するグラフである。図４の波形Ａ１は、燃料噴射弁６が正常に動作しているときの燃料噴射率ｄＱ／ｄｔを表し、波形Ｂ１はそのときの燃料圧力Ｐを表している。また、波形Ａ２は、燃料噴射弁６の動作が異常であるときの燃料噴射率ｄＱ／ｄｔを表し、波形Ｂ２はそのときの燃料圧力Ｐを表している。波形Ａ１や波形Ａ２と横軸で囲まれた部分の面積が、燃料噴射量に相当する。

図４においては、波形Ａ１による燃料噴射量と波形Ａ２による燃料噴射量とは、同じ燃料噴射量であるとする。すなわち、波形Ａ１はタイミングｔ２からタイミングｔ３−１の期間で所望の燃料噴射量を得ているのに対し、波形Ａ２はタイミングｔ２からタイミングｔ３−２の時間を要して同じ所望の燃料噴射量を得ている。ここで、エンジン１の運転に伴う噴射時間の制約がないのであれば、このように燃料噴射時間を長くすることによって、波形Ａ１による燃料噴射量と波形Ａ２による燃料噴射量とを同じ燃料噴射量とすることができるが、実際のエンジン１の運転においては、噴射時間の制約も発生するため、噴射時間を長くする制御のみでは、同じ燃料噴射量を確保することが不可能となる場合がある。

したがって、燃料圧力Ｐが波形Ａ２となる燃料噴射弁６は、同じ燃料噴射量を得るためにかかる時間が長いため、エンジン１における燃焼特性が悪く、異常と判定されなければならないものである。
この状況において、燃料噴射量が同じであることから、燃料噴射量のみに基づいて異常を判定することはできない。

そこで、本実施形態の燃料噴射弁６の異常判定装置では、燃料圧力Ｐの値を１次微分することによって燃料圧力Ｐの変化の傾きを求め、その傾きに基づいて燃料噴射弁６の異常を判定する。例えば、図４において、燃料噴射弁６が正常に動作しているときの波形Ｂ１の初期の傾きｃ１を予め求めておき、この傾きｃ１と、実際に燃料圧力センサ３７によって検出された燃料圧力Ｐから得られる波形Ｂ２の初期の傾きｃ２とを比較し、傾きｃ２が傾きｃ１以下の値であった場合を燃料噴射弁６の異常と判定する。

なお、上記の説明では、正常時の傾きｃ１と実際に検出された傾きｃ２との大小関係のみで異常を判定するとして説明したが、傾きｃ２が予め定められた傾きの範囲外にある場合を異常と判定するようにしてもよい。

なお、傾きｃ２が傾きｃ１以下の値であるときの燃料噴射弁６の異常の原因は、燃料噴射弁６内の摺動部分の劣化（摩耗）に伴って発生する燃料噴射弁６内の燃料の漏れなどがあげられる。例えば、ニードル６０４の大径部６０４ｂが摩耗（燃料を噴射することによって大径部６０４ｂは、常に上下運動をしているため、縦穴部６１４との間で摩擦がおこり摩耗する）すると、燃料を噴射するときに燃料溜まり６１５内の燃料が、大径部６０４ｂと縦穴部６１４との隙間から背圧室６１３側に漏れ出す量が多くなる。このことによって、燃料溜まり６１５の燃料圧力が低下し、噴射孔６１８から噴射される燃料の量が少なくなる。

また、傾きｃ２が傾きｃ１以上の値であるときの燃料噴射弁６の異常の原因は、燃料噴射弁６の外部の劣化（摩耗）に伴って発生する燃料噴射量の増加などがあげられる。例えば、燃料をエンジン１の燃焼室へ噴射するための噴射孔６１８が広がってしまうと、同じ制御を行った場合でも燃料の噴射量が増大する。このことによって、高圧配管１３ｂの燃料圧力の低下が急激なものとなる。

次に、本実施形態の異常判定装置における異常判定処理について説明する。図５は、本実施形態の燃料噴射弁６の異常判定装置における異常判定の処理手順を示したフローチャートである。なお、燃料噴射弁６に燃料の噴射を指示する噴射制御信号Ｔｉは、予め定められたタイミングで出力され、噴射制御信号Ｔｉに応じた印加電圧がピエゾアクチュエータ６０１に印加されることにより、要求する燃料噴射量は、予め定められているものとして説明をする。

まず、燃料噴射弁６に燃料噴射を要求する時に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１０において、要求する燃料噴射量から燃料圧力を、例えば、下式（１）に基づいて算出する。

上式（１）において、Ｑは燃料噴射量、Ｃは流量係数、Ａは燃料噴射弁６の開口面積、Ｐは燃料圧力値、ρは燃料の密度、Ｔは燃料噴射弁６の開口時間を示す。式（１）は、噴射制御信号Ｔｉによって制御される燃料噴射弁６の開口面積Ａ（図２の開口部６１７とニードルの先端６０４ａとの隙間の大きさ）と開口時間Ｔ（図２の開口部６１７とニードルの先端６０４ａに隙間が空いている時間）に応じた量の燃料を噴射することを示している。したがって、ＥＣＵ２は、要求する燃料噴射量Ｑと、その時の噴射制御信号Ｔｉとによって燃料圧力を求めることができる。なお、本発明においては、燃料圧力Ｐの詳細な算出方法に関しては規定しない。

そして、この算出した燃料圧力を１次微分して燃料圧力の勾配（基準圧力勾配Ｐｓ）を算出する。そして、算出した基準圧力勾配Ｐｓから予め定められた値を減算した下限基準値Ｐｓｍｉｎと、基準圧力勾配Ｐｓに予め定められた値を加算した上限基準値Ｐｓｍａｘとを決定する。

このステップＳ１０は、図示されない車両にエンジン１を搭載した初期の段階でのみ行われ、要求する燃料噴射量と、その要求に応じて燃料噴射弁６が実際に噴射する燃料噴射量とが同じ量になるように噴射制御信号Ｔｉを補正する。なお、本発明においては、噴射制御信号Ｔｉの補正方法に関しては規定しない。
また、燃料噴射弁６が実際に噴射する燃料噴射量は、燃料圧力センサ３７によって検出した高圧配管１３ｂの燃料圧力から、例えば、上式（１）に基づいて算出される。
その後、エンジン１の運転に応じて、ステップＳ２０以降の処理が繰り返し行われる。
なお、ステップＳ１０は、基準圧力勾配Ｐｓの算出を再度行うときにも実施される。

ステップＳ２０において、ＥＣＵ２は、燃料圧力センサ３７によって検出した高圧配管１３ｂの燃料圧力を読み込む。そして、ステップＳ３０において、読み込んだ燃料圧力を１次微分して燃料圧力の勾配（実燃料圧力勾配Ｐａ）を算出する。

続いて、ＥＣＵ２は、ステップＳ４０において、算出した実燃料圧力勾配Ｐａが下限基準値Ｐｓｍｉｎを超えているか否かを確認し、実燃料圧力勾配Ｐａが下限基準値Ｐｓｍｉｎを超えている場合は、ステップＳ５０に進む。また、ステップＳ４０において、実燃料圧力勾配Ｐａが下限基準値Ｐｓｍｉｎを超えていない場合は、ステップＳ４１に進む。

ステップＳ４０において、実燃料圧力勾配Ｐａが下限基準値Ｐｓｍｉｎを超えていない場合、ＥＣＵ２は、ステップＳ４１において、燃料噴射弁６の実燃料圧力勾配Ｐａが下限基準値Ｐｓｍｉｎを超えていないことを示す警告、例えば、燃料噴射弁６の内部に漏れがあることを示す内容を図示しない表示部に表示させ、処理を完了する。

一方、ステップＳ４０において、実燃料圧力勾配Ｐａが下限基準値Ｐｓｍｉｎを超えている場合、ＥＣＵ２は、ステップＳ５０において、算出した実燃料圧力勾配Ｐａが上限基準値Ｐｓｍａｘ未満であるか否かを確認し、実燃料圧力勾配Ｐａが上限基準値Ｐｓｍａｘ未満である場合は、ステップＳ６０に進む。また、ステップＳ５０において、実燃料圧力勾配Ｐａが上限基準値Ｐｓｍａｘ未満でない場合は、ステップＳ５１に進む。

ステップＳ５０において、実燃料圧力勾配Ｐａが上限基準値Ｐｓｍａｘ未満でない場合、ＥＣＵ２は、ステップＳ５１において、燃料噴射弁６の実燃料圧力勾配Ｐａが上限基準値Ｐｓｍａｘ未満でないことを示す警告、例えば、燃料噴射弁６の噴射孔６１８が広がったことにより、要求した噴射量以上の燃料が噴射されていることを示す内容を図示しない表示部に表示させ、処理を完了する。

一方、ステップＳ５０において、実燃料圧力勾配Ｐａが上限基準値Ｐｓｍａｘ未満である場合、ＥＣＵ２は、ステップＳ６０において、燃料噴射弁６の実燃料圧力勾配Ｐａが下限基準値Ｐｓｍｉｎと上限基準値Ｐｓｍａｘとの間の範囲（正常範囲）であることを、図示しない表示部に表示させ、処理を完了する。

次に、本実施形態の異常判定装置における異常判定処理ブロックについて説明する。図６は、燃料噴射量制御装置１０において燃料噴射弁６の異常判定を行う異常判定装置であるＥＣＵ２内の処理ブロックを示したブロック図である。

図６において、燃料噴射弁６の異常判定を行うＥＣＵ２内の処理ブロックは、基準圧力変化設定部２０１、燃料圧力算出部２０２、異常判定部２０３、表示制御部２０４、から構成される。

基準圧力変化設定部２０１は、本実施形態の燃料噴射量制御装置１０において指示する燃料噴射量に基づいて、燃料噴射弁６が燃料を噴射することによって変化する燃料圧力を算出し、その後、算出した燃料圧力を１次微分して燃料圧力の勾配（基準圧力勾配Ｐｓ）を算出し、図示しない記憶部に記憶する。そして、図示しない記憶部に記憶されている基準圧力勾配Ｐｓから、予め定められた値を減算した下限基準値Ｐｓｍｉｎと、予め定められた値を加算した上限基準値Ｐｓｍａｘとを決定し、異常判定部２０３に出力する。

なお、基準圧力勾配Ｐｓの記憶は、図示されない車両にエンジン１を搭載した初期の段階でのみ行われるが、その後のエンジン１の運転に応じて、新たな基準圧力勾配Ｐｓを記憶することもできる。

燃料圧力算出部２０２は、燃料圧力センサ３７からの検出信号ＳｇＰに基づいて、高圧配管１３ｂの燃料圧力、すなわち、現在の実燃料圧力（燃料圧力Ｐ）を算出し、算出した高圧配管１３ｂの燃料圧力の実燃料圧力の値を異常判定部２０３に出力する。

異常判定部２０３は、燃料圧力算出部２０２から入力された実燃料圧力を１次微分して燃料圧力の勾配（実燃料圧力勾配Ｐａ）を算出する。そして、算出した実燃料圧力勾配Ｐａと基準圧力変化設定部２０１から入力された下限基準値Ｐｓｍｉｎおよび上限基準値Ｐｓｍａｘとを比較し、その比較結果を表示制御部２０４に出力する。

表示制御部２０４は、異常判定部２０３から入力された基準値との比較結果に基づいて図示しない表示部に表示させるための表示制御信号を出力する。このことによって、図示しない表示部に、表示制御部２０４から入力された表示制御信号に応じた表示がなされ、燃料噴射弁６の異常判定結果が、例えば、図示しない車両の検査者に提示される。
なお、本発明においては、異常判定結果の提示方法に関しての規定はしない。

上記に述べたとおり、本実施形態によれば、燃料噴射弁６によって燃料が噴射されたときに変化する実燃料圧力の傾きに基づいて、燃料噴射弁６の異常を検出することができる。また、実燃料圧力の傾きと燃料圧力の基準の傾きに基づいて、燃料噴射弁６の異常の内容、すなわち、燃料噴射弁６の異常がどのような原因によって起こっているものであるかを判断（故障診断）することができる。
このことによって、エンジン１の運転したときのエンジンの出力特性や、エンジン１の燃焼室内の圧力変動などを確認する必要がなく、燃料供給系（高圧ポンプＰ２、コモンレール１３、燃料噴射弁６）以外の外乱要因に影響されずに、燃料噴射弁６の異常を正しく判定することができる。

なお、本実施形態において算出する基準圧力勾配Ｐｓは、要求した燃料噴射量の値から算出する構成を説明したが、例えば、図示しない記憶部に、要求する燃料噴射量と基準圧力勾配Ｐｓを対応付けて記憶しておき、図示しない記憶部に記憶されている基準圧力勾配Ｐｓを用いて燃料噴射弁６の異常判定を行う構成とすることもできる。

また、基準圧力勾配Ｐｓの算出および記憶は、図示されない車両にエンジン１を搭載した初期の段階でのみ行われることを基本として説明したが、その後のエンジン１の運転に応じて、例えば、前回正常と判定されたときの実燃料圧力を図示しない記憶部に記憶しておき、記憶されている前回の実燃料圧力値（正常値）から新たな基準圧力勾配Ｐｓの算出し、この算出した新たな基準圧力勾配Ｐｓを記憶する構成とすることもできる。

また、例えば、前回正常と判定されたときの実燃料圧力を定期的に図示しない記憶部に記憶しておくことによって、その後、エンジン１を搭載した図示されない車両を整備する際に、記憶している実燃料圧力を読み出すことによって、燃料噴射弁６が異常となる経過の把握に利用することができる。

なお、本実施形態において、要求した燃料噴射量の値から算出した燃料圧力を用いて、１次微分により燃料圧力の勾配（基準圧力勾配Ｐｓ）を算出する方法を説明したが、例えば、要求した燃料噴射量に応じて変化する燃料圧力変化の基準波形（例えば、図４の波形Ｂ１）を記憶する構成とすることもできる。そして、この記憶した基準波形と実際に燃料噴射弁６が燃料を噴射したときの燃料圧力変化を示す実噴射波形（例えば、図４の波形Ｂ２）とを比較することによって、燃料噴射弁６の異常を判定する。
また、例えば、燃料の噴射を要求してから燃料圧力が最低の値（ピーク値）を示すまでの時間を記憶し、記憶しているピーク値までの時間と、実際に燃料を噴射したとき得られるピーク値までの時間と比較することによって、燃料噴射弁６の異常を判定することもできる。
このような構成とすることにより、得られた異常判定結果をエンジン１の運転に応じて燃料噴射弁６に指示する噴射制御信号Ｔｉの出力タイミングの調整に使用することもできる。すなわち、実際の燃料噴射によって得られた燃料圧力のピーク値の値が、要求した変量噴射から算出したピークの値と同じで、燃料噴射の要求からピーク値までの時間が異なる場合は、燃料噴射弁６は正常であるが、燃料噴射を要求するタイミングがずれている可能性も考えられるので、燃料噴射要求のタイミング調整に使用することも可能となる。

なお、本実施形態では、燃料噴射弁６の数を４個、コモンレール１３の数を１個として説明しているが、それぞれ４個と１個に制限されるものではなく、エンジン１の構成によってその数量は任意に設定することができる。
なお、エンジン１はディーゼルエンジンであることとして説明したが、この燃料噴射量制御装置１０はガソリンエンジンに対する適応も可能である。

なお、発明は、船外機のような船舶推進機用の内燃機関を含む、様々な産業用の内燃機関に適用することができる。

２ ＥＣＵ（異常判定装置）
１３ コモンレール（燃料蓄圧手段）
６，６−１，６−２，６−３，６−４ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
３７，３７−１，３７−２，３７−３，３７−４ 燃料圧力センサ（燃料圧力検出手段）
２０１ 基準圧力変化設定部（基準圧力変化設定手段）
２０３ 異常判定部（異常判定手段）
Ｐ 燃料圧力
Ｐｓ 基準圧力勾配（基準値）
Ｐａ 実燃料圧力勾配（燃料圧力の変化）
Ｐｓｍｉｎ 下限基準値（第１の基準値）
Ｐｓｍａｘ 上限基準値（第２の基準値）

Claims (2)

1. 高圧の燃料を蓄える燃料蓄圧手段と、前記燃料蓄圧手段に蓄えられた燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射する燃料噴射手段と、前記燃料蓄圧手段と前記燃料噴射手段との間に設けられ、前記燃焼室内に噴射する燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、を備え、前記燃料圧力検出手段により検出された燃料圧力に基づいて前記燃料噴射手段の異常を判定する異常判定装置において、
   燃料噴射によって生じる燃料圧力の変化の１次微分値を基準値として予め設定する基準圧力変化設定手段と、
   前記基準圧力変化設定手段が設定した基準値を閾値として、前記燃料圧力検出手段が検出した燃料圧力の変化の１次微分値とのずれ量に基づいて、前記燃料噴射手段の異常を判定する異常判定手段と、
   を備えることを特徴とする異常判定装置。
2. 前記基準圧力変化設定手段は、
   前記設定した基準値に対して予め定められた値を減少した小さい値である第１の基準値と、
   前記設定した基準値に対して予め定められた値を増加した大きい値である第２の基準値と、
   を設定し、
   前記異常判定手段は、
   前記燃料圧力検出手段が検出した燃料圧力の変化の１次微分値が、前記第１の基準値と前記第２の基準値との範囲外である場合に、前記燃料噴射手段が異常であると判定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の異常判定装置。

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