JP2006307671A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 異常判定のための圧力センサを別個に設けることなく、燃料圧力センサの異常を適切に診断することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 蓄圧室７に貯蔵された高圧の燃料を噴射するインジェクタ８から噴射すべき目標燃料噴射量ＱＩＮＪを設定する手段（ＥＣＵ２）と、蓄圧室７内の燃料の圧力ＲＰを検出する燃料圧力センサ３１と、目標燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料の圧力ＲＰに基づいて、燃料噴射時間ＴＩＮＪを設定する手段（ＥＣＵ２）と、燃料の圧力ＲＰを制御する手段（高圧ポンプ９，リリーフ弁１１）と、燃料の圧力ＲＰを変化させたときの目標燃料噴射量ＱＩＮＪと実際に噴射された実燃料噴射量ＴＩＮＪＡＣＴとのずれに起因して変動するパラメータΔＱＦ／Ｂに基づいて、燃料圧力センサ３１を含む燃料噴射系２０の異常を診断する手段（ＥＣＵ２）と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料を燃焼室に噴射する内燃機関の燃料噴射装置に関し、特に、燃料噴射系の異常を診断する燃料噴射装置に関する。

従来の燃料噴射装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この燃料噴射装置は、ディーゼルエンジンに設けられており、高圧ポンプによって昇圧された高圧の燃料を貯蔵するコモンレールと、コモンレール内の燃料の圧力（以下、単に「燃料圧力」という）を制御するコモンレール圧制御弁と、エンジンの複数の燃焼室にコモンレール内の燃料をそれぞれ噴射するための複数のインジェクタを備えている。また、コモンレールには、燃料圧力を検出する第１および第２の燃料圧力センサが設けられている。この燃料噴射装置では、両燃料圧力センサによって検出された燃料圧力の平均値が算出され、この平均値は、コモンレール圧制御弁の開弁時間、およびインジェクタの開弁時間の設定に用いられる。

また、この燃料噴射装置では、燃料圧力センサの異常の判定が、次のようにして行われる。すなわち、コモンレール圧制御弁の開弁時間が所定時間よりも長いときには、少なくとも１つの燃料圧力センサの異常であると推定され、また、第１燃料圧力センサの検出値と第２燃料圧力センサの検出値とを比較し、検出値の大きい方の燃料圧力センサが異常であると判定される。また、コモンレール圧制御弁の開弁時間が所定時間以下で、且つ第１と第２圧力センサの検出値の差の絶対値が、所定値よりも大きいときにも、少なくとも１つの圧力センサの異常であると推定され、上述した方法と同様に、両圧力センサの異常が判定される。

しかし、この燃料噴射装置では、上述したように、燃料圧力センサの異常を判定するのに、少なくとも２つの燃料圧力センサを用いなければならないため、その分、製造コストが増大してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、異常判定のための圧力センサを別個に設けることなく、燃料圧力センサの異常を適切に診断することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。

特開平８−６１１３３号公報 （第６，７頁、第１，４，６図）

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、高圧の燃料を貯蔵する蓄圧室（コモンレール７）と、蓄圧室に貯蔵された燃料を噴射するインジェクタ８と、インジェクタ８から噴射すべき目標燃料噴射量ＱＩＮＪを設定する目標燃料噴射量設定手段（ＥＣＵ２，図２のステップ４）と、蓄圧室内の燃料の圧力（レール圧ＲＰ）を検出する燃料圧力センサ３１と、設定された目標燃料噴射量ＱＩＮＪおよび検出された燃料の圧力に基づいて、インジェクタ８の燃料噴射時間ＴＩＮＪを設定する燃料噴射時間設定手段（ＥＣＵ２，図２のステップ５）と、蓄圧室内の燃料の圧力を制御する燃料圧力制御手段（高圧ポンプ９，リリーフ弁１１）と、燃料圧力制御手段により蓄圧室内の燃料の圧力を変化させるとともに、燃料の圧力を変化させたときの、目標燃料噴射量ＱＩＮＪとインジェクタ８から実際に噴射された実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴとのずれに起因して変動するパラメータ（Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂ）に基づいて、燃料圧力センサ３１およびインジェクタ８を含む燃料噴射系２０の異常を診断する燃料噴射系異常診断手段（ＥＣＵ２，図５のステップ３１）と、を備えていることを特徴とする。

この内燃機関の燃料噴射装置によれば、インジェクタから噴射すべき目標燃料噴射量が、目標燃料噴射量設定手段によって設定されるとともに、この目標燃料噴射量と燃料圧力センサで検出された蓄圧室内の燃料の圧力に基づき、燃料噴時間設定手段によって、インジェクタの燃料噴射時間が設定される。そして、この燃料噴射時間に基づいて、インジェクタによる燃料の噴射が行われる。また、燃料圧力制御手段によって蓄圧室内の燃料の圧力を変化させたときの、目標燃料噴射量とインジェクタから実際に噴射された実燃料噴射量とのずれに起因して変動するパラメータに基づき、燃料噴射系異常診断手段によって、燃料圧力センサおよびインジェクタを含む燃料噴射系の異常が診断される。

以上のように、この燃料噴射装置では、目標燃料噴射量と蓄圧室内の燃料の圧力に基づいて燃料噴射時間を設定し、設定した燃料噴射時間に基づいて、インジェクタから燃料を噴射するので、蓄圧室内の燃料の圧力を検出する燃料圧力センサおよびインジェクタを含む燃料噴射系が正常であれば、インジェクタから実際に噴射される実燃料噴射量は目標燃料噴射量とほぼ一致する。一方、燃料噴射系に異常が生じた場合、例えば燃料圧力センサに異常がある場合には、その検出値が実際の燃料圧力に対してずれるため、この検出値に基づいて設定された燃料噴射時間が、適正値からずれることによって、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に対してずれてしまう。また、例えばインジェクタに異常がある場合には、燃料噴射時間が正しく設定されても、やはり実燃料噴射量が目標燃料噴射量に対してずれてしまう。

したがって、燃料圧力が変化した場合、燃料噴射系が正常であれば、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に対してほぼ一致する状態に保たれる一方、燃料圧力センサまたはインジェクタが異常であれば、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に対してずれることになる。このような観点から、本発明によれば、圧力制御手段によって燃料圧力を変化させるとともに、そのときの実燃料噴射量と目標燃料噴射量とのずれに起因して変動するパラメータに基づいて、燃料噴射系の異常を診断するので、この診断を適切に行うことができる。また、蓄圧室に異常判定のための圧力センサを別個に設ける必要がなくなるので、それにより、製造コストを削減することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置１において、内燃機関のアイドル運転時に、内燃機関の回転数（エンジン回転数ＮＥ）が、目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤになるように目標燃料噴射量ＱＩＮＪを補正するための補正量（Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂ）を算出するアイドルフィードバック補正手段（ＥＣＵ２，図２のステップ３）をさらに備え、パラメータは、アイドル運転時において、燃料圧力制御手段により蓄圧室内の燃料の圧力を変化させたときに、アイドルフィードバック補正手段によって算出された補正量であることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関のアイドル運転時には、アイドルフィードバック補正手段によって補正量が算出され、この補正量により目標燃料噴射量が補正されることによって、内燃機関の回転数が目標アイドル回転数になるように制御される。

アイドル運転時に、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に対してずれると、アイドル回転数もまた、目標アイドル回転数に対してずれるため、アイドルフィードバック補正手段は、このずれを補償するように補正量を算出する。したがって、この補正量を、実燃料噴射量の目標燃料噴射量に対するずれに起因して変動するパラメータとして用いることができ、燃料圧力制御手段により燃料圧力を変化させたときに算出された補正量に基づいて、燃料噴射系の異常診断を適切に行うことができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射装置１において、インジェクタ８の異常を診断するインジェクタ異常診断手段（ＥＣＵ２，図８のステップ４１）をさらに備え、燃料噴射系異常診断手段は、燃料噴射系２０が異常であると診断（図５のステップ３１：ＹＥＳ）し、且つインジェクタ異常診断手段によりインジェクタ８が正常であると診断したとき（図８のステップ４１：ＹＥＳ）に、燃料圧力センサ３１が異常であると診断する（図５のステップ３５）ことを特徴とする。

この構成によれば、インジェクタ異常診断手段によって燃料噴射系のうちのインジェクタの異常が診断される。また、燃料噴射系異常診断手段によって燃料噴射系が異常であると判定され、且つインジェクタが正常であると判定されたときには、燃料噴射系のうちの燃料圧力センサが異常であると特定することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態による内燃機関の燃料噴射装置について説明する。図１は、本発明を適用した燃料噴射装置１を備える内燃機関（以下「エンジン」という）３、およびエンジン３を制御するＥＣＵ２などを概略的に示している。

エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。エンジン３の各気筒６のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されており、シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５がそれぞれ接続されている。燃料噴射装置１は、コモンレール７（蓄圧室）および燃料噴射系２０などを備えており、コモンレール７は、４つの気筒６の並び方向に延びる管状に形成され、高温・高圧に耐え得るように構成されている。

コモンレール７には燃料タンク１０が接続されており、両者７，１０の間には、高圧ポンプ９が設けられている。高圧ポンプ９は、ＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることによって、燃料タンク１０の燃料を昇圧し、コモンレール７に供給する。それにより、コモンレール７内には高圧の燃料が貯蔵される。

また、コモンレール７にはリリーフ弁１１が設けられており、このリリーフ弁１１は、燃料タンク１０に接続されている。リリーフ弁１１は、ＥＣＵ２による制御により、コモンレール７内の燃料の圧力（以下「レール圧」という）ＲＰが過大にならないように適宜、開弁され、それにより、燃料がコモンレール７から燃料タンク１０に還流する。また、上記の高圧ポンプ９およびリリーフ弁１１は、レール圧ＲＰが目標レール圧ＲＰＣＭＤになるようにそれぞれ制御され、この目標レール圧ＲＰＣＭＤは、通常の運転状態では所定レール圧ＲＰＲＥＦに設定される。この所定レール圧ＲＰＲＥＦは、エンジン３の回転数ＮＥや負荷に応じて、例えば、３０〜１６０ＭＰａの範囲に設定され、特にアイドル運転状態では、３０〜３５Ｍｐａの範囲の一定値に設定され、本実施形態においては３５Ｍｐａに設定される。

また、燃料噴射系２０は、４つのインジェクタ８および燃料圧力センサ３１によって構成されている。インジェクタ８は、気筒６ごとに設けられており、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置され、燃焼室３ｃに臨んでいる。また、各インジェクタ８は、コモンレール７に接続されている。インジェクタ８の燃料噴射時間（開弁時間）ＴＩＮＪは、ＥＣＵ２によって算出され、インジェクタ８は、ＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることによって、コモンレール７内の高圧の燃料を燃焼室３ｃ内に噴射する。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ３０ａが取り付けられており、このマグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂによって、クランク角センサ３０が構成されている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

また、コモンレール７には、例えば歪みゲージ型の燃料圧力センサ３１が設けられており、この燃料圧力センサ３１は、レール圧ＲＰを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。また、各気筒６には筒内圧センサ３２が設けられており、この筒内圧センサ３２は、気筒６内の圧力（以下「筒内圧」という）ＳＰを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２にはさらに、水温センサ３３からエンジン３のシリンダブロック（図示せず）内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が、アクセル開度センサ３４から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、車速センサ３５から、車両の速度（以下「車速」という）ＶＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。

ＥＣＵ２は、本実施形態において、目標燃料噴射量設定手段、燃料噴射時間設定手段、燃料噴射系異常診断手段、アイドルフィードバック補正手段、およびインジェクタ異常診断手段を構成するものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている（いずれも図示せず）。前述した各種センサ３０〜３５からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、以下に述べるように、アイドル運転時に、インジェクタ８の燃料噴射時間ＴＩＮＪを算出するアイドル時ＴＩＮＪ算出処理や、燃料噴射系２０の異常を判定する異常判定処理などを含むエンジン３の制御を実行する。

図２は、このアイドル時ＴＩＮＪ算出処理を示している。本処理は、所定の時間ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、アイドルフラグＦ＿ＩＤＬＥが「１」であるか否かを判別する。このアイドルフラグＦ＿ＩＤＬＥは、エンジン３がアイドル運転状態にあるか否かを表すものであり、例えば、アクセル開度ＡＰがほぼ値０であり、且つエンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＲＥＦ以下のときには、エンジン３がアイドル運転状態にあるとして「１」にセットされる。なお、この所定回転数ＮＥＲＥＦは、後述するように実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴに増大側ずれが生じ、目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤを上回ったときのエンジン回転数ＮＥのピーク値よりも大きな値に設定されている。

上記ステップ１の答がＮＯで、エンジン３がアイドル運転状態にないときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１の答がＹＥＳで、エンジン３がアイドル運転状態にあるときには、目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤから、そのときのエンジン回転数ＮＥを減算することによって、回転数偏差ΔＮＥを算出する（ステップ２）。

次に、上記ステップ２で算出した回転数偏差ΔＮＥに基づいて、フィードバック補正量（以下「Ｆ／Ｂ補正量」という）ΔＱＦ／Ｂ（パラメータ）を算出する（ステップ３）。このＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂは、エンジン回転数ＮＥが目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤになるように、アイドル運転時用の基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥを補正するためのものであり、回転数偏差ΔＮＥに基づき、ＰＩＤフィードバック制御によって算出される。

次いで、基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥに、上記ステップ３で算出したＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂを加算することによって、目標燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する（ステップ４）。

次に、上記ステップ４で算出した目標燃料噴射量ＱＩＮＪ、および燃料圧力センサ３１によって検出されたレール圧ＲＰに基づき、図３に示すＱＩＮＪ−ＴＩＮＪマップを検索することによって、燃料噴射時間ＴＩＮＪを算出する（ステップ５）。このＱＩＮＪ−ＴＩＮＪマップでは、燃料噴射時間ＴＩＮＪは、基本的には目標燃料噴射量ＱＩＮＪが増大するのに応じて、より大きな値に設定される。また、燃料噴射時間ＴＩＮＪは、燃料噴射量ＱＩＮＪが同じ場合、レール圧ＲＰが大きいほど、より小さな値に設定される。インジェクタ８は、算出された燃料噴射時間ＴＩＮＪに基づいて駆動されることにより、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴが、算出された燃料噴射量ＱＩＮＪになるように制御される。

図４および５は、燃料噴射系２０の異常判定処理を示している。本処理は所定の時間ごとに実行される。まず、ステップ９では、インジェクタ異常フラグＦ＿ＩＮＪＮＧが「１」であるか否かを判別する。このインジェクタ異常フラグＦ＿ＩＮＪＮＧは、後述するインジェクタ異常判定処理において、インジェクタ８が異常と判定されたときに「１」にセットされるものである。

この答がＹＥＳで、インジェクタ８が異常と判定されているときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ９の答がＮＯで、インジェクタ８が正常と判定されているときには、ステップ１０に進む。このステップ１０では、エンジン水温ＴＷ、エアコン（図示せず）の運転状態、燃料噴射時間ＴＩＮＪや車速ＶＰなどについて、燃料噴射系２０の異常判定の実行条件が成立しているか否かを判別する。この実行条件は、エンジン水温ＴＷおよび燃料噴射時間ＴＩＮＪについてはそれぞれ所定の範囲内にあり、且つ車速ＶＰについては値０であり、且つエアコンの負荷が小さいときに、成立していると判別される。

この答がＮＯで、異常判定の実行条件が成立していないときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１０の答がＹＥＳのときには、アイドルフラグＦ＿ＩＤＬＥが「１」であるか否かを判別する（ステップ１１）。

この答がＮＯで、エンジン３がアイドル運転状態にないときには、そのまま本処理を終了する。一方、この答がＹＥＳのときには、第１補正量算出許可フラグＦ＿ＲＰ１ＯＫが「１」であるか否かを判別する（ステップ１２）。

この答がＹＥＳのときには、第１補正量算出中フラグＦ＿ＲＰ１が「１」であるか否かを判別する（ステップ１３）。

この答がＮＯで、今回が第１補正量ΔＱ１の算出が許可された直後のループに相当するときには、エアコンの動作が判定の結果に影響を及ぼさないようにするために、エアコンを停止する（ステップ１４）。

次いで、目標レール圧ＲＰＣＭＤを、アイドル運転時の所定レール圧ＲＰＲＥＦ（３５Ｍｐａ）よりも大きな所定の第１レール圧ＲＰ１に設定し（ステップ１５）、この設定値に基づいて高圧ポンプ９を制御することによりレール圧ＲＰを上昇させ、第１レール圧ＲＰ１に変化させる。なお、このときの第１レール圧ＲＰ１としては、例えば、１００〜１６０Ｍｐａの範囲が好ましく、本実施形態では、レール圧ＲＰの上限値に近い１６０ＭＰａに設定されている。

次に、ダウンカウント式の第１タイマＴＭ１のタイマ値を、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１（例えば２〜５秒）にセットする（ステップ１６）。次いで、第１補正量ΔＱ１の算出中であることを表すために、第１補正量算出中フラグＦ＿ＲＰ１を「１」にセットし（ステップ１７）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ１３の答がＹＥＳで、第１補正量ΔＱ１の算出中であるときには、上記ステップ１６でセットした第１圧力安定化タイマＴＭ１のタイマ値が、値０であるか否かを判別する（ステップ１８）。この答がＮＯで、第１レール圧ＲＰ１へのレール圧ＲＰの制御を開始した後、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１がまだ経過していないときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１８の答がＹＥＳのときには、レール圧ＲＰの第１レール圧ＲＰ１への制御開始後、レール圧ＲＰの変更に伴って前述したアイドル時ＴＩＮＪ算出処理のステップ３で算出されるＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂが安定した状態になったとして、そのときのＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂを、第１補正量ΔＱ１として記憶する（ステップ１９）。次に、第１補正量算出中フラグＦ＿ＲＰ１および第１補正量算出許可フラグＦ＿ＲＰ１ＯＫを、ともに「０」にリセットする（ステップ２０および２１）。

上記ステップ２１の後にはステップ２２に進む。また、このステップ２１の実行により、前記ステップ１２の答がＮＯになり、この場合にもステップ２２に進む。このステップ２２では、第２補正量算出中フラグＦ＿ＲＰ２が「１」であるか否かを判別する。

この答がＮＯで、今回が第１補正量Δ１の算出を終了した直後のループに相当するときには、目標レール圧ＲＰＣＭＤを、アイドル運転時の所定レール圧ＲＰＲＥＦよりも小さな所定の第２レール圧ＲＰ２設定し（ステップ２３）、この設定値に基づいて、リリーフ弁１１を制御することによってレール圧ＲＰを低下させ、第２レール圧ＲＰ２に変化させる。なお、このときの第２レール圧ＲＰ２としては、例えば、２５〜３０Ｍｐａの範囲が好ましく、本実施形態では、レール圧ＲＰの下限値に近い２５ＭＰａに設定されている。次に、ダウンカウント式の第２タイマＴＭ２のタイマ値を、第２所定時間ＴＭＲＥＦ２（例えば２〜５秒）にセットする（ステップ２４）。

次いで、第２補正量ΔＱ２の算出中であることを表すために、第２補正量算出中フラグＦ＿ＲＰ２を「１」にセットし（ステップ２５）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ２２の答がＹＥＳで、第２補正量ΔＱ２の算出中であるときには、上記ステップ２４でセットした第２タイマＴＭ２のタイマ値が値０であるか否かを判別する（ステップ２６）。この答がＮＯで、第２レール圧ＲＰ２へのレール圧ＲＰの制御を開始した後、第２所定時間ＴＭＲＥＦ２がまだ経過していないときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ２６の答がＹＥＳのときには、レール圧ＲＰの第２レール圧ＲＰ２への制御開始後、レール圧ＲＰの変更に伴って算出されるＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂが安定した状態になったとして、そのときのＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂを、第２補正量ΔＱ２として記憶する（ステップ２７）。

次に、第２補正量算出中フラグＦ＿ＲＰ２を「０」にリセットする（ステップ２８）とともに、第１補正量算出許可フラグＦ＿ＰＲ１ＯＫを「１」にセットする（ステップ２９）。

次いで、前記ステップ１９で記憶した第１補正量ΔＱ１から、前記ステップ２７で記憶した第２補正量ΔＱ２を減算した値を、両者ΔＱ１，ΔＱ２間の補正量偏差ΔＱとして算出する（ステップ３０）。以上のように、この補正量偏差ΔＱは、レール圧ＲＰを第１レール圧ＲＰ１から第２レール圧ＲＰ２に変化させたときのＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂの変化量を表す。

次に、補正量偏差ΔＱの絶対値｜ΔＱ｜が、所定偏差ΔＱＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ３１）。この答がＮＯで、補正量偏差ΔＱが所定の範囲内にあるときには、燃料圧力センサ３１およびインジェクタ８を含む燃料噴射系２０が正常であるとして、そのことを表すために、燃料噴射系異常フラグＦ＿ＮＧを「０」にセットする（ステップ３２）。次いで、燃料圧力センサ３１が正常であるとして、そのことを表すために、燃料圧力センサ異常フラグＦ＿ＲＰＳＮＧを「０」にセットし（ステップ３３）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ３１の答がＹＥＳで、｜ΔＱ｜≧ΔＱＲＥＦのとき、すなわち、補正量偏差ΔＱが所定の範囲内にないときには、燃料噴射系２０に異常が発生しているとして、そのことを表すために、燃料噴射系異常フラグＦ＿ＮＧを「１」にセットする（ステップ３４）。また、インジェクタ８については、すでに正常と判定されていることから、燃料圧力センサ３１に異常が発生しているとして、燃料圧力センサ異常フラグＦ＿ＲＰＳＮＧを「１」にセットする（ステップ３５）。

次いで、補正量偏差ΔＱが値０よりも大きいか否かを判別する（ステップ３６）。この答がＹＥＳで、ΔＱ＞０のときには、目標燃料噴射量ＱＩＮＪが増大側に補正されており、すなわち、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴが、目標燃料噴射量ＱＩＮＪに対して減少側にずれているとして、燃料噴射系２０の減少側異常フラグＦ＿ＮＧＳを「１」にセットするとともに、増大側異常フラグＦ＿ＮＧＬを「０」にセットし（ステップ３７）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ３６の答がＮＯで、ΔＱ≦０のときには、目標燃料噴射量ＱＩＮＪが減少側に補正されており、すなわち、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴが、目標燃料噴射量ＱＩＮＪに対して増大側にずれているとして、減少側異常フラグＦ＿ＮＧＳを「０」にセットするとともに、増大側異常フラグＦ＿ＮＧＬを「１」にセットし（ステップ３８）、本処理を終了する。

以上のように、補正量偏差ΔＱに基づいて燃料噴射系２０の異常を判定するのは、以下の理由による。図６は、燃料圧力センサ３１の出力特性を、正常および異常な場合について示している。同図に実線（ａ）で示すように、燃料圧力センサ３１が正常な場合には、その検出値（電圧値）は、レール圧ＲＰに対して所定の傾きでリニアに変化する。これに対し、燃料圧力センサ３１が異常な場合、その検出値は、正常時とは異なる傾きで変化する。すなわち、検出値が、実際のレール圧ＲＰに対して大きな値を示す側にずれているときは、例えば破線（ｂ）で示すように、その傾きは正常時よりも小さくなり、小さな値を示す側にずれているときは、例えば破線（ｃ）で示すように、その傾きは正常時よりも大きくなる。

前述したように、燃料噴射時間ＴＩＮＪは、目標燃料噴射量ＱＩＮＪおよびレール圧ＲＰに基づいて算出され（ステップ５）、算出された燃料噴射時間ＴＩＮＪに基づいてインジェクタ８が駆動されることによって、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴが目標燃料噴射量ＱＩＮＪになるように制御される。したがって、燃料圧力センサ３１が正常であれば、図７（ａ）に示すように、目標レール圧ＲＰＣＭＤが所定レール圧ＲＰＲＥＦから第１レール圧ＲＰ１に変化しても、それに応じて燃料噴射時間ＴＩＮＪが適正に算出されることにより、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴが目標燃料噴射量ＱＩＮＪにほぼ一致する状態に保たれる。その結果、エンジン回転数ＮＥが目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤに維持されることによって、Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂがほぼ値０になり、目標燃料噴射量ＱＩＮＪは、アイドル運転時用の基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥにほぼ等しい状態で推移する。

これに対し、燃料圧力センサ３１に異常が発生し、その出力特性が変化したときには、実際とは異なるレール圧ＲＰが検出され、このレール圧ＲＰに基づいて燃料噴射時間ＴＩＮＪが算出されてしまう。具体的には、図６の破線（ｂ）のように検出値が実際のレール圧ＲＰよりも大きい側にずれている場合には、燃料噴射時間ＴＩＮＪが適正値よりも小さな値に設定されるため、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴが、目標燃料噴射量ＱＩＮＪよりも小さい側にずれてしまう（以下「減少側ずれ」という）。

その結果、目標レール圧ＲＰＣＭＤを第１レール圧ＲＰ１に設定すると、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴの減少側ずれにより、図７（ｂ）に示すように、エンジン回転数ＮＥが目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤを下回るようになる。ＥＣＵ２は、この回転数の差を補償するようにＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂを算出する（ステップ３）ことにより、目標燃料噴射量ＱＩＮＪを増大させることによって、エンジン回転数ＮＥを目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤに収束させる。

一方、図６の破線（ｃ）のように、検出値が実際のレール圧ＲＰよりも小さい側にずれている場合には、燃料噴射時間ＴＩＮＪが適正値よりも大きな値に設定されるため、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴが、目標燃料噴射量ＱＩＮＪよりも大きい側にずれてしまう（以下「増大側ずれ」という）。

その結果、目標レール圧ＲＰＣＭＤを第１レール圧ＲＰ１に設定すると、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴの増大側ずれにより、図７（ｃ）に示すように、エンジン回転数ＮＥが目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤを上回るようになる。ＥＣＵ２は、この回転数の差を補償するようにＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂを算出する（ステップ３）ことにより、目標燃料噴射量ＱＩＮＪを減少させることによって、エンジン回転数ＮＥを目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤに収束させる。

また、インジェクタ８の噴射特性が変化した場合、燃料圧力センサ３１が正常で、燃料噴射時間ＴＩＮＪが目標燃料噴射量ＱＩＮＪおよびレール圧ＲＰに基づいて正しく設定されたとしても、目標燃料噴射量ＱＩＮＪに対する実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴの減少側ずれまたは増大側ずれが同様に生じるおそれがある。その場合も、燃料圧力センサ３１が異常の場合と同様、このようなずれに応じて、Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂが算出され、目標燃料噴射量ＱＩＮＪが増大側または減少側に補正される。

したがって、図４および５の燃料噴射系異常判定処理において、ステップ３１の答がＮＯで、補正量偏差ΔＱの絶対値｜ΔＱ｜が所定の範囲内にあるときには、レール圧ＲＰを変化させたときのＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂの変化量が小さく、燃料噴射系２０は正常であると判定することができる。一方、補正量偏差ΔＱが所定の範囲内にないとき（ステップ３１：ＹＥＳ）には、Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂの変化量が大きく、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴに増大側または減少側ずれが生じており、インジェクタ８の噴射特性および燃料圧力センサ３１の出力特性の少なくとも一方が大きくずれていて、燃料噴射系２０に異常が発生していると判定することができる。また、ステップ３５の判別により、補正量偏差ΔＱの正負に応じて、燃料噴射系２０に増大側ずれおよび減少側ずれのいずれが発生しているかを判定することができる。

また、前述したように、第１レール圧ＲＰ１および第２レール圧ＲＰ２は、レール圧ＲＰの上限付近および下限付近の値にそれぞれ設定されている。これにより、両者ＲＰ１，ＲＰ２間の差を最大限、大きくすることにより、図６の破線（ｂ）および（ｃ）に示すように、燃焼圧力センサ３１に異常が生じた場合、検出値の正常時に対するずれ幅をより大きくすることができ、それにより補正量偏差ΔＱがより明確に現れることによって、燃料圧力センサ３１の異常をより正確に判別することができる。

図８は、インジェクタ８の異常判定処理を示している。本処理は、前述した燃料噴射系２０の異常判定処理に先立ち、所定の時間ごとに実行される。まず、ステップ４０では、アイドルフラグＦ＿ＩＤＬＥが「１」であるか否かを判別する。

この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、この答がＹＥＳで、エンジン３がアイドル運転状態にあるときには、インジェクタ８が正常であるか否かを判定する（ステップ４１）。この判定は、例えば、筒内圧センサ３２の出力波形と、インジェクタ８が正常であるときに得られる所定の波形とを比較することによって行われ、両者間の差異が小さいときには正常と判定し、差異が大きいときには異常と判定する。

例えば、インジェクタ８につまりなどの異常が発生しているときには、燃料の噴射方向、広がりや霧化の度合いなどが正常時と異なるため、それに伴って燃焼状態が変化することにより、筒内圧センサ３２の出力波形も正常時と異なる。したがって、上記の手法によってインジェクタ８の異常を適切に判定することができる。

このステップ４１の答がＮＯで、インジェクタ８が異常と判定されたときには、そのことを表すために、インジェクタ異常フラグＦ＿ＩＮＪＮＧを「１」にセットする（ステップ４２）とともに、燃料噴射系異常フラグＦ＿ＮＧを「１」にセットし（ステップ４３）、本処理を終了する。一方、前記ステップ４１の答がＹＥＳで、インジェクタ８が正常と判定されたときには、インジェクタ異常フラグＦ＿ＩＮＪＮＧを「０」にセットし（ステップ４４）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、レール圧ＲＰを第１レール圧ＲＰ１および第２レール圧ＲＰ２に変化させたときの補正量偏差ΔＱの絶対値｜ΔＱ｜が所定の範囲内にあるときには、Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂの変化量が小さく、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴが目標燃料噴射量ＱＩＮＪにほぼ一致しており、燃料噴射系２０は正常であると判定することができる。一方、補正量偏差ΔＱ絶対値｜ΔＱ｜が所定の範囲内にないときには、Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂの変化量が大きく、実燃料噴射量ＱＩＮＪＡＣＴに増大側または減少側ずれが生じており、インジェクタ８の噴射特性および燃料圧力センサ３１の出力特性の少なくとも一方が大きくずれていて、燃料噴射系２０に異常が発生していると判定することができる。また、補正量偏差ΔＱの正負に応じて、燃料噴射系２０に増大側ずれおよび減少側ずれのいずれが発生しているかを判定することができる。

また、上述したように、１つの燃料圧力センサ３１のみで燃料圧力系２０の異常を診断をすることができ、コモンレール７に異常判定のための圧力センサを別個に設ける必要がなくなるので、製造コストを削減することができる。

さらに、図８のインジェクタ異常判定処理によって、筒内圧ＳＰに基づき、インジェクタ８の異常を判定する。この判定を行うアイドル運転時においては、レール圧ＲＰが低い一定値（例えば３５Ｍｐａ）に維持されるため、燃料圧力センサ３１が異常であったとしても、その検出値の正常時に対するずれ量が小さく、燃料圧力センサ３１の異常が筒内圧ＳＰに及ぼす影響は小さい。一方、インジェクタ８が異常であるときには、その影響が通常、筒内圧ＳＰの波形に明確に現れるため、筒内圧ＳＰの波形からインジェクタ８の異常を適切に判定することができる。そして、このようなインジェクタ８の判定を先に実行するとともに、インジェクタ８が正常と判定されているときに燃料噴射系異常判定処理によって燃料噴射系２０の異常を判定するので、その結果、燃料噴射系２０が異常であると判定されたときに、燃料圧力センサ３１が異常であると特定することができる。以上により、インジェクタ８の異常と燃料圧力センサ３１の異常を切り分けることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、補正量偏差ΔＱの絶対値｜ΔＱ｜を所定偏差ΔＱＲＥＦと比較しているが、これに限定されることなく、補正量偏差ΔＱの正負に応じて異なるしきい値を設定してもよい。また、レール圧ＲＰを、第１レール圧ＲＰ１に変化させた場合と、第２レール圧ＲＰ２に変化させた場合とで、互いに異なるしきい値を設定してもよい。

また、実施形態では、燃料噴射系２０の異常を診断する際のパラメータとして、Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂを用いているが、これに限定されることなく、例えば、アイドルフィードバック制御中のエンジン回転数ＮＥをパラメータとして用いてもよい。この場合、例えば、所定レール圧ＲＰＲＥＦのときのエンジン回転数ＮＥと、レール圧ＲＰを変化させたときのエンジン回転数ＮＥとのずれのピーク値を算出し、その結果に基づいて燃料噴射系２０の異常を判定することができる。ただし、Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂは、エンジン回転数ＮＥがフィードバック制御により目標アイドル回転数ＮＥＣＭＤに収束した状態で得られる値であるため、実施形態で説明したようにＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂをパラメータとして診断する方が、燃料噴射系２０の異常診断をより精度良く行うことができる。

また、実施形態では、目標レール圧ＲＰＲＥＦの変更後、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１または第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過したときに、Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂが安定したと判定しているが、これに限定されることなく、そのときのエンジン回転数ＮＥに基づき、その変化量が所定値以下に収束したときに、Ｆ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂが安定したと判定してもよい。

また、実施形態では、レール圧ＲＰを、所定レール圧ＲＰＲＥＦよりも大きな第１レール圧ＲＰ１と小さな第２レール圧ＲＰ１とに変化させることによって、補正量偏差ΔＱが明確に現れるようにしているが、これに限定されることなく、レール圧ＲＰを、所定レール圧ＲＰＲＥＦから他の１つの値に変化させ、そのときのＦ／Ｂ補正量ΔＱＦ／Ｂの値の大きさおよび符号に応じて、燃料噴射系２０の異常を診断してもよい。

さらに、本発明は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに限らず、直噴式のガソリンエンジンなどにも適用することができる。また、本発明は、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明による燃料噴射装置１を含むエンジン３などの概略構成を示す図である。 アイドル時ＴＩＮＪ算出処理を示すフローチャートである。 ＱＩＮＪ−ＴＩＮＪマップの一例である。 燃料噴射系の異常判定処理のフローチャートの一部である。 図４のフローチャートの残りの部分を示すフローチャートである。 レール圧と燃料圧力センサの検出値との関係を示す図である。 目標レール圧を所定レール圧から第１レール圧に変化させたときのエンジン回転数および目標燃料噴射量を、燃料噴射系の正常時および異常時について、経時的に示す図である。 インジェクタの異常判定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
２ ＥＣＵ（目標燃料噴射量設定手段，燃料噴射時間設定手段，燃料噴射系 異常診断手段，アイドルフィードバック補正手段，インジェク タ異常診断手段）
３ エンジン（内燃機関）
７ コモンレール（蓄圧室）
８ インジェクタ
９ 高圧ポンプ（燃料圧力制御手段）
１１ リリーフ弁（燃料圧力制御手段）
２０ 燃料噴射系
３１ 燃料圧力センサ
ＲＰ レール圧（燃料圧力）
ΔＱＦ／Ｂ Ｆ／Ｂ補正量（パラメータ）
ＱＩＮＪ 目標燃料噴射量
ＴＩＮＪ 燃料噴射時間

Claims (3)

1. 高圧の燃料を貯蔵する蓄圧室と、
   当該蓄圧室に貯蔵された燃料を噴射するインジェクタと、
   当該インジェクタから噴射すべき目標燃料噴射量を設定する目標燃料噴射量設定手段と、
   前記蓄圧室内の燃料の圧力を検出する燃料圧力センサと、
   前記設定された目標燃料噴射量および前記検出された燃料の圧力に基づいて、前記インジェクタの燃料噴射時間を設定する燃料噴射時間設定手段と、
   前記蓄圧室内の燃料の圧力を制御する燃料圧力制御手段と、
   当該燃料圧力制御手段により前記蓄圧室内の燃料の圧力を変化させるとともに、当該燃料の圧力を変化させたときの、前記目標燃料噴射量と前記インジェクタから実際に噴射された実燃料噴射量とのずれに起因して変動するパラメータに基づいて、前記燃料圧力センサおよび前記インジェクタを含む燃料噴射系の異常を診断する燃料噴射系異常診断手段と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記内燃機関のアイドル運転時に、当該内燃機関の回転数が、目標アイドル回転数になるように前記目標燃料噴射量を補正するための補正量を算出するアイドルフィードバック補正手段をさらに備え、
   前記パラメータは、前記アイドル運転時において、前記燃料圧力制御手段により前記蓄圧室内の燃料の圧力を変化させたときに、前記アイドルフィードバック補正手段によって算出された補正量であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記インジェクタの異常を診断するインジェクタ異常診断手段をさらに備え、
   前記燃料噴射系異常診断手段は、前記燃料噴射系が異常であると診断し、且つ前記インジェクタ異常診断手段により前記インジェクタが正常であると診断したときに、前記燃料圧力センサが異常であると診断することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

Images