JP2016109058A - 排気管内燃料噴射系統の故障検出システム、内燃機関及び排気管内燃料噴射系統の故障検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に燃料を噴射する排気管内燃料噴射装置へ燃料を供給する経路における２つの開閉弁の故障の有無及び故障している開閉弁を特定することが容易にでき、排気ガス浄化装置の浄化処理能力の低下した状態の放置を防止できる排気管内燃料噴射系統の故障検出システム、内燃機関及び排気管内燃料噴射系統の故障検出方法を提供する。【解決手段】シャットオフバルブ（第１開閉弁）３１、ドージングバルブ（第２開閉弁）３２の開閉状態の組み合わせに基づく、第１圧力Ｐ１と、第２圧力Ｐ２の両方の圧力Ｐ１、Ｐ２を、正常時の圧力ＰＮ１、ＰＮ２と比較することで、シャットオフバルブ３１またはドージングバルブ３２のいずれか一方または両方が開固着故障又は閉固着故障しているか否かを判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に燃料を噴射する排気管内燃料噴射装置へ燃料を供給する経路における２つ開閉弁の故障の有無及び故障している開閉弁を特定することが容易にできる排気管内燃料噴射系統の故障検出システム、内燃機関及び排気管内燃料噴射系統の故障検出方法に関する。

一般に、内燃機関の排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び微粒子状物質（ＰＭ）等の浄化対象成分を浄化する排気ガス浄化装置には、その浄化処理を行うために、未燃燃料（軽油）を排気通路内に直接噴射して、この噴射された燃料を酸化触媒などにより酸化することにより排気ガスの温度が上昇して、これにより、微粒子状物質捕集装置のＰＭ再生やＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生が行われている。

ここで、従来技術における、燃料を排気通路内に噴射する排気管内燃料噴射装置への燃料供給方法について説明する。この排気管内燃料噴射装置への燃料供給経路には、上流側より順に、燃料を貯留する燃料タンク、低圧ポンプ（フィードポンプ）、高圧ポンプ、コモンレール、シャットオフバルブ（第１開閉弁）、ドージングバルブ（第２開閉弁）が配設されている。

そして、燃料タンクに貯留した燃料を、低圧ポンプで吸い上げ、この吸い上げた燃料を高圧ポンプで高圧化してコモンレールに圧送して蓄圧し、エンジンの運転状態に応じて、シャットオフバルブの開閉状態とドージングバルブの開閉状態を制御してコモンレールに蓄圧した燃料を排気管内燃料噴射装置に供給している。

しかしながら、このシャットオフバルブとドージングバルブのいずれか一方または両方が開状態のままの固着である開固着したり、閉状態のままの固着である閉固着したりする等の故障が発生して正常動作ができない場合には、エンジンの運転状態に応じて必要な量の燃料がコモンレールから排気管内燃料噴射装置に供給されず、排気ガス浄化装置の浄化処理能力が低下してしまうという問題がある。

これに関連して、還元剤を排気管内に噴射するための還元剤経路の詰まり判定装置ではあるが、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを還元するための還元剤を圧送するためのポンプが所望の駆動ＤＵＴＹを示していないときにテストモードに移行させ、ポンプを停止するとともに還元剤噴射弁を全開したときの、ポンプから還元剤噴射弁に通じる第１の供給経路（第１還元剤経路）内の圧力変化を検知することにより、第１の供給経路のいずれかの箇所で詰まりを生じているか否かを推定する還元剤経路の詰まり判定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この還元剤経路の詰まり判定装置では、第１の供給経路の詰まりか、循環経路の詰まりであるかの判定はおこなえるが、第１の供給経路のいずれかの箇所で詰まりを生じていることは判定できるが、どこの箇所が故障しているかまでは判定できない。

特開２００８−２２３７７０号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に燃料を噴射する排気管内燃料噴射装置へ燃料を供給する経路における２つの開閉弁の故障の有無及び故障している開閉弁を特定することが容易にでき、排気ガス浄化装置の浄化処理能力の低下した状態の放置を防止できる排気管内燃料噴射系統の故障検出システム、内燃機関及び排気管内燃料噴射系統の故障検出方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の排気管内燃料噴射系統の故障検出システムは、内燃機関の排気通路に燃料を噴射する排気管内燃料噴射装置を備えるとともに、該排気管内燃料噴射装置への燃料供給経路に上流側より順に、第１開閉弁、第２開閉弁を備えた排気管内燃料噴射系統の故障検出システムにおいて、前記燃料供給経路の前記第１開閉弁と前記第２開閉弁の間の燃料の圧力を検出する第１圧力センサと、前記第２開閉弁と前記排気管内燃料噴射装置の間の燃料の圧力を検出する第２圧力センサを配設すると共に、該故障検出システムを制御する制御装置が、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁が正常状態における、前記第１開閉弁の開閉状態と前記第２開閉弁の開閉状態の組み合わせに対する、第１圧力センサで検出される第１圧力と、第２圧力センサで検出される第２圧力の組み合わせを正常時の圧力状態として予め記憶する正常時圧力記憶手段と、前記内燃機関の運転状態が予め設定されたテスト条件を満たしてテストモードに入ったときに、前記第１開閉弁の開閉状態と前記第２開閉弁の開閉状態の組み合わせに対する、第１圧力センサで検出される第１圧力と、第２圧力センサで検出される第２圧力の組み合わせをテストモード時の圧力状態として検出するテスト圧力検出手段と、該テスト圧力検出手段で検出された前記テストモード時の圧力状態を、前記正常時圧力記憶手段により記憶された正常時の圧力状態と比較して、前記第１開閉弁の故障の有無と前記第２開閉弁の故障の有無を判定する故障判定手段とを備えて構成される。

この構成によれば、燃料供給経路に備えた第１開閉弁と第２開閉弁の両方の開閉弁の開閉状態の組み合わせに基づく、第１開閉弁と第２開閉弁の間の燃料供給経路を通過する燃料の第１圧力と、第２開閉弁と排気管内燃料噴射装置の間の燃料供給経路を通過する燃料の第２圧力の両方の圧力の組み合わせを、両方の開閉弁が正常に開閉動作するときにおける両方の圧力と比較することで、すなわち、両方の圧力が、両方の開閉弁の開閉状態に応じて、正常状態に比べて大きいか小さいかを判定するという簡単な判定制御で、第１開閉弁と第２開閉弁のいずれか一方または両方が開状態のまま固着（開固着）したり、閉状態のまま固着（閉固着）する等の故障をしているか否かを検出でき、故障の有無と故障部位を特定することが容易にできる。その結果、特定した故障部位に対して迅速な修理対応を行うことができるので、排気ガス浄化装置の浄化処理能力が低下したまま放置されることを防止することができる。

また、上記の排気管内燃料噴射系統の故障検出システムにおいて、前記制御装置が、前記テストモードにおいて、前記第１開閉弁が開弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第１状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が開弁状態の第２状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第３状態、前記第１開閉弁が開弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第４状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第５状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が開弁状態の第６状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第７状態に順次移行したときに、前記第１状態から前記第７状態まで第１圧力と第２圧力の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも小さいときには、前記第１開閉弁が閉状態で固着していると判定し、前記第１状態、前記第４状態、前記第５状態の第１圧力と前記第２状態、前記第６状態の第２圧力との差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第２状態と前記第６状態で第２圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、前記第１状態と前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第１開閉弁が開状態で固着していると判定し、前記第１状態、前記第４状態、前記第５状態の第１圧力と第２圧力との差が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、前記第１状態と前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第２開閉弁が閉状態で固着していると判定し、前記第２状態と前記第３状態と前記第６状態と前記第７状態の第１圧力と第２圧力の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第１状態と前記第４状態で第２圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第２開閉弁が開状態で固着していると判定する制御を行うように構成される。

この構成によれば、比較的簡単な制御で、第１開閉弁または第２開閉弁が故障しているか否かを検出できるので、故障部位を特定することが容易にできる。

そして、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、上記の排気管内燃料噴射系統の故障検出システムを備えて構成され、上記の排気管内燃料噴射系統の故障検出システムと同様の効果を奏することができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の排気管内燃料噴射系統の故障検出方法は、内燃機関の排気通路に燃料を噴射する排気管内燃料噴射装置を備えるとともに、該排気管内燃料噴射装置への燃料供給経路に上流側より順に、第１開閉弁、第２開閉弁を備えた排気管内燃料噴射系統の故障検出方法において、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁が正常状態における、前記第１開閉弁の開閉状態と前記第２開閉弁の開閉状態の組み合わせに対する、前記燃料供給経路の前記第１開閉弁と前記第２開閉弁の間に配置された第１圧力センサで検出される第１圧力と、前記第２開閉弁と前記排気管内燃料噴射装置の間に配置された第２圧力センサで検出される第２圧力の組み合わせを正常時の圧力状態として予め記憶する正常時圧力記憶ステップと、前記内燃機関の運転状態が予め設定されたテスト条件を満たしてテストモードに入ったときに、前記第１開閉弁の開閉状態と前記第２開閉弁の開閉状態の組み合わせに対する、第１圧力センサで検出される第１圧力と、第２圧力センサで検出される第２圧力の組み合わせをテストモード時の圧力状態として検出するテスト圧力検出ステップと、該テスト圧力検出ステップで検出された前記テストモード時の圧力状態を、前記正常時圧力記憶ステップにより記憶された正常時の圧力状態と比較して、前記第１開閉弁の故障の有無と前記第２開閉弁の故障の有無を判定する故障判定ステップとを備えて構成されることを特徴とする方法である。

また、上記の排気管内燃料噴射系統の故障検出方法において、前記テストモードにおいて、前記第１開閉弁が開弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第１状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が開弁状態の第２状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第３状態、前記第１開閉弁が開弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第４状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第５状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が開弁状態の第６状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第７状態に順次移行したときに、前記第１状態から前記第７状態まで第１圧力と第２圧力の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも小さいときには、前記第１開閉弁が閉状態で固着していると判定し、前記第１状態、前記第４状態、前記第５状態の第１圧力と前記第２状態、前記第６状態の第２圧力との差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第２状態と前記第６状態で第２圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、前記第１状態と前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第１開閉弁が開状態で固着していると判定し、前記第１状態、前記第４状態、前記第５状態の第１圧力と第２圧力との差が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、前記第１状態と前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第２開閉弁が閉状態で固着していると判定し、前記第２状態と前記第３状態と前記第６状態と前記第７状態の第１圧力と第２圧力の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第１状態と前記第４状態で第２圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第２開閉弁が開状態で固着していると判定する。

これらの方法によれば、上記の排気管内燃料噴射系統の故障検出システムと同様の作用効果を奏することができる。

本発明の排気管内燃料噴射系統の故障検出システム、内燃機関及び排気管内燃料噴射系統の故障検出方法によれば、内燃機関の排気通路に燃料を噴射する排気管内燃料噴射装置へ燃料を供給する経路における２つの開閉弁の故障の有無及び故障している開閉弁を特定することが容易にでき、排気ガス浄化装置の浄化処理能力が低下した状態での放置を防止できる。

本発明に係る実施の形態の排気管内燃料噴射系統の故障検出システムを備えた内燃機関の構成を模式的に示す図である。 図１の排気管内燃料噴射系統の故障検出システムを拡大した図である。 排気管内燃料噴射系統の故障検出システムを制御する制御装置の構成を示した図である。 シャットオフバルブ（第１開閉弁）の閉固着時における燃料供給経路を通過する燃料の圧力を、正常時の圧力と比較して示す図である。 シャットオフバルブ（第１開閉弁）の開固着時における燃料供給経路を通過する燃料の圧力を、正常時の圧力と比較して示す図である。 ドージングバルブ（第２開閉弁）の閉固着時における燃料供給経路を通過する燃料の圧力を、正常時の圧力と比較して示す図である。 ドージングバルブ（第２開閉弁）の開固着時における燃料供給経路を通過する燃料の圧力を、正常時の圧力と比較して示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の排気管内燃料噴射系統の故障検出システム、内燃機関及び排気管内燃料噴射系統の故障検出方法について図面を参照しながら説明する。なお、この排気管内燃料噴射系統の故障検出システム１を備えてエンジン（内燃機関）１０を構成すると、後述する本発明の排気管内燃料噴射系統の故障検出システム１が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

最初に、図１を参照しながら、本発明に係る実施の形態の排気管内燃料噴射系統の故障検出システム１を備えたエンジン（内燃機関）１０について説明する。このエンジン１０では、外部から導入された新気Ａは、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ｂにより加圧され、必要に応じて、ＥＧＲ通路（図示しない）から吸気通路１２に流入する排気ガス（ＥＧＲガス）を伴って、エンジン本体１１の気筒１１ａに送られる。

また、この気筒１１ａで発生した排気ガスＧは、排気通路１３に流出し、その一部はＥＧＲ通路にＥＧＲガスとして流れ、残りの排気ガスＧは、タービン１４ａを経由してから、排気ガス浄化装置２０に流入して、浄化された後、浄化された排気ガスＧｃとしてマフラー（図示しない）を経由して大気中へ放出される。この排気ガス浄化装置２０は、この図１の構成では、酸化触媒装置（ＤＯＣ）２１、微粒子捕集装置２２、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）２３等で構成される。

選択還元型触媒装置２３の上流側に配設された尿素水噴射装置２６は、尿素水供給経路２７を経由して供給されたＮＯｘ還元用の尿素水Ｕを排気通路１３内に噴射する装置であり、噴射された尿素水Ｕは分解してアンモニアを生成し、このアンモニアを用いて選択還元型触媒装置２３で排気ガスＧ中のＮＯｘを水と窒素に還元して無害化する。

そして、排気管内燃料噴射装置２４が酸化触媒装置２１の上流側に配設され、この排気管内燃料噴射装置２４は、高圧ポンプ（図示しない）やコモンレール（図示しない）からの高圧の未燃燃料（軽油）Ｆｓを排気通路１３内に噴射する装置であり、微粒子捕集装置２２のＰＭ再生のときに、排気通路１３内に燃料Ｆｓを噴射し、これにより、酸化触媒装置２１で酸化された燃料Ｆｓの酸化熱により排気ガスＧを昇温して微粒子捕集装置２２をＰＭ燃焼可能な温度域まで昇温させて捕集されたＰＭを燃焼除去する。

また、この排気管内燃料噴射装置２４への燃料供給経路２５には、図示しないが、上流側から順に、燃料Ｆｓを貯留する燃料タンク、低圧ポンプ（フィードポンプ）、高圧ポンプ、コモンレールが配設され、更に、図１及び図２に示すように、シャットオフバルブ（第１開閉弁）３１、ドージングバルブ（第２開閉弁）３２が配設されている。

そして、燃料タンクに貯留した燃料Ｆｓを、低圧ポンプで吸い上げ、この吸い上げた燃料Ｆｓを高圧ポンプで高圧化してコモンレールに圧送して蓄圧し、エンジン１０の運転状態に応じて、シャットオフバルブ３１の開閉状態を制御したり、ドージングバルブ３２の開閉状態を制御したりしながら、コモンレールに蓄圧した燃料Ｆｓをシャットオフバルブ３１及びドージングバルブ３２を経由して排気管内燃料噴射装置２４に供給する。

なお、ドージングバルブ３２と排気管内燃料噴射装置２４の間の燃料供給経路２５にポペットバルブ（機械式のバルブ、弾性部材の弾性力等により閉弁方向に付勢されている）（図示しない）が通常配設され、このポペットバルブに一定以上の燃料Ｆｓの圧力が加わったときに、閉弁方向に付勢する弾性力等に抗して、ポペットバルブが開弁して、排気管内燃料噴射装置２４に燃料を供給している。

また、図２に示すように、シャットオフバルブ３１とドージングバルブ３２の間の燃料供給経路２５に、第１圧力センサ３３を配設して、この第１圧力センサ３３により、シャットオフバルブ３１とドージングバルブ３２の間の燃料供給経路２５を通過する燃料Ｆｓの第１圧力Ｐ１を検出する。また、ドージングバルブ３２と排気管内燃料噴射装置２４の間の燃料供給経路２５に、第２圧力センサ３４を配設して、この第２圧力センサ３４により、ドージングバルブ３２と排気管内燃料噴射装置２４の間の燃料供給経路２５を通過する燃料Ｆｓの第２圧力Ｐ２を検出する。

なお、上記のシャットオフバルブ３１、ドージングバルブ３２、第１圧力センサ３３及び第２圧力センサ３４を一つのユニット内に収納して一体化させ、燃料Ｆｓを、このユニット内でシャットオフバルブ３１、第１圧力センサ３３、ドージングバルブ３２、第２圧力センサ３４を順に通過させて燃料噴射装置２４に供給するように構成してもよい。

また、排気管内燃料噴射系統の故障検出システム１を制御する制御装置４０を設ける。この制御装置４０は、エンジン１０全般の運転状態を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込んでもよいし、独立して設けてもよい。

そして、本発明の排気管内燃料噴射系統の故障検出システム１では、図３に示すように、この排気管内燃料噴射系統の故障検出システム１を制御する制御装置４０が、正常時圧力記憶手段４１と、テスト圧力検出手段４２と、故障判定手段４３とを備えた構成される。

この正常時圧力記憶手段４１は、シャットオフバルブ３１とドージングバルブ３２が正常状態における、シャットオフバルブ３１の開閉状態とドージングバルブ３２の開閉状態の組み合わせに対する、第１圧力センサ３３で検出される第１圧力Ｐ１と、第２圧力センサ３４で検出される第２圧力Ｐ２の組み合わせを正常時の圧力状態として予め記憶する手段である。

また、テスト圧力検出手段４２は、エンジン１０の運転状態が予め設定されたテスト条件を満たしてテストモードに入ったときに、シャットオフバルブ３１の開閉状態とドージングバルブ３２の開閉状態の組み合わせに対する、第１圧力センサ３３で検出される第１圧力Ｐ１と、第２圧力センサ３４で検出される第２圧力Ｐ２の組み合わせをテストモード時の圧力状態として検出する手段である。

そして、故障判定手段４３は、テスト圧力検出手段４２で検出されたテストモード時の圧力状態を、正常時圧力記憶手段４１で記憶された正常時の圧力状態と比較して、シャットオフバルブ３１の故障の有無とドージングバルブ３２の故障の有無を判定する手段である。

なお、このテストモードへの移行は、例えば、予め設定したテストモード移行周期が経過したときで、かつ、エンジン１０の運転状態等が、予め設定したテストモードへの移行条件が成立したときにして行う。

この構成によれば、燃料供給経路２５に備えたシャットオフバルブ３１とドージングバルブ３２の両方の開閉弁の開閉状態の組み合わせに基づく、シャットオフバルブ３１とドージングバルブ３２の間の燃料供給経路２５を通過する燃料Ｆｓの第１圧力Ｐ１と、ドージングバルブ３２と排気管内燃料噴射装置２４の間の燃料供給経路２５を通過する燃料Ｆｓの第２圧力Ｐ２の両方の圧力Ｐ１、Ｐ２を、両方の開閉弁３１、３２が正常に開閉動作するときにおける両方の正常時の圧力ＰＮ１、ＰＮ２と比較するという簡単な判定で、シャットオフバルブ３１とドージングバルブ３２のいずれか一方または両方が開状態のまま固着（開固着）したり、閉状態のまま固着（閉固着）したりする故障の有無を容易に特定することができる。その結果、特定した故障に対して迅速な修理対応を行うことができるので、排気ガス浄化装置２０の浄化処理能力が低下した状態での放置を防止することができる。

ここで、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２の両方の圧力Ｐ１、Ｐ２（太点線部）を、正常時の圧力推移ＰＮ１、ＰＮ２（細点線部）と比較した例を、シャットオフバルブ３１またはドージングバルブ３２の故障状況に応じて、図４〜図７を参照しながら説明する。

このテストモードでは、シャットオフバルブ３１が開弁状態でかつドージングバルブ３２が閉弁状態の第１状態Ｓ１、シャットオフバルブ３１が閉弁状態でかつドージングバルブ３２が開弁状態の第２状態Ｓ２、シャットオフバルブ３１が閉弁状態でかつドージングバルブ３２が閉弁状態の第３状態Ｓ３、シャットオフバルブ３１が開弁状態でかつドージングバルブ３２が閉弁状態の第４状態Ｓ４、シャットオフバルブ３１が閉弁状態でかつドージングバルブ３２が閉弁状態の第５状態Ｓ５、シャットオフバルブ３１が閉弁状態でかつドージングバルブ３２が開弁状態の第６状態Ｓ６、シャットオフバルブ３１が閉弁状態でかつドージングバルブ３２が閉弁状態の第７状態Ｓ７に順次移行したときの第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２を正常時と比較する。

図４に示すように、シャットオフバルブ（第１開閉弁）３１が閉固着して故障しているとき（ケース１）には、シャットオフバルブ３１より下流側の燃料供給経路２５には、燃料Ｆｓが圧送されないので、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２の両方とも、常時低圧側を推移する。なお、このとき、第１圧力Ｐ１と、第２圧力Ｐ２の偏差は正常時と比較して小さくなる。

従って、第１状態Ｓ１から第７状態Ｓ７まで第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、第４状態Ｓ４と第５状態Ｓ５で第１圧力Ｐ１が正常時の圧力状態のときよりも小さいときには、シャットオフバルブ３１が閉状態で固着していると判定する。

つまり、正常時には、シャットオフバルブ３１が開状態に移行することにより、高圧側に移行していたにもかかわらず低圧側を推移している第１圧力Ｐ１の変動領域（図４に示す、ＡＣ１、ＡＣ２及びＡＣ３の領域）や、ドージングバルブ（第２開閉弁）３２が開状態に移行することにより、高圧側に移行していたにもかかわらず低圧側を推移している第２圧力Ｐ２の変動領域（図４に示す、ＡＣ４、ＡＣ５及びＡＣ６の領域）を制御装置４０が認識したときに、シャットオフバルブ３１が閉固着して故障が発生していると判定して、シャットオフバルブ３１の故障を検出する。

また、図５に示すように、シャットオフバルブ（第１開閉弁）３１が開固着して故障しているとき（ケース２）には、シャットオフバルブ３１とドージングバルブ（第２開閉弁）３２の間の燃料供給経路２５には、常時燃料Ｆｓが圧送されるので、第１圧力Ｐ１は、常時高圧側を推移し、第２圧力Ｐ２は、ドージングバルブ３２が開状態に移行することに伴う、高圧側への移行継続時間が長くなる。なお、このとき、第１圧力Ｐ１と、高圧側に移行しているときの第２圧力Ｐ２の偏差は正常時と比較して小さくなる。

従って、第１状態Ｓ１、第４状態Ｓ４、第５状態Ｓ５の第１圧力Ｐ１と第２状態Ｓ２、第６状態Ｓ６の第２圧力Ｐ２との差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、第２状態Ｓ２と第６状態Ｓ６で第２圧力Ｐ２が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、第１状態と第４状態と第５状態で第１圧力Ｐ１が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、シャットオフバルブ３１が開状態で固着していると判定する。

つまり、正常時には、シャットオフバルブ３１が閉状態に移行することにより、低圧側に移行していたにもかかわらず高圧側を推移している第１圧力Ｐ１の変動領域（図５に示す、ＡＣ７、ＡＣ８及びＡＣ９の領域）や、ドーシングバルブ３２が開状態に移行することに伴う、高圧側への移行継続時間が長期化した第２圧力Ｐ２の変動領域（図５に示す、ＡＣ１０及びＡＣ１１の領域）を制御装置４０が認識したときに、シャットオフバルブ３１が開固着して故障が発生していると判定して、シャットオフバルブ３１の故障を検出する。

また、図６に示すように、ドージングバルブ（第２開閉弁）３２が閉固着して故障しているとき（ケース３）には、ドージングバルブ３２と排気管内燃料噴射装置２４の間の燃料供給経路２５には、燃料Ｆｓが圧送されず、ドージングバルブ３２より上流側で燃料Ｆｓが滞留するので、第１圧力Ｐ１は、常時高圧側を推移して、シャットオフバルブ３１が開状態になる度に高圧化し、第２圧力Ｐ２は、常時低圧側を推移する。なお、このとき、第１圧力Ｐ１と、第２圧力Ｐ２の偏差は正常時と比較して大きくなる。

従って、第１状態Ｓ１、第４状態Ｓ４、第５状態Ｓ５の第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との差が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、第１状態Ｓ１と第４状態Ｓ４と第５状態Ｓ５で第１圧力Ｐ１が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、ドーシングバルブ３２が閉状態で固着していると判定する。

つまり、正常時には、シャットオフバルブ（第１開閉弁）３１が閉状態に移行することにより、低圧側に移行していたにもかかわらず高圧側を推移している第１圧力Ｐ１の変動領域（図６に示す、ＡＣ１２及びＡＣ１３の領域）や、ドージングバルブ３２が開状態に移行することにより、高圧側に移行していたにもかかわらず低圧側を推移している第２圧力Ｐ２の変動領域（図６に示す、ＡＣ１４、ＡＣ１５及びＡＣ１６の領域）を制御装置４０が認識したときに、ドージングバルブ３２が閉固着して故障が発生していると判定して、ドージングバルブ３２の故障を検出する。

また、図７に示すように、ドージングバルブ（第２の開閉弁）３２が開固着して故障しているとき（ケース４）には、ドージングバルブ３２より下流側の燃料供給経路２５に常時燃料Ｆｓが圧送されるので、第１圧力Ｐ１は、シャットオフバルブ３１が開状態に移行することに伴う、高圧側への移行継続時間が短くなり、第２圧力Ｐ２は、シャットオフバルブ３１が開状態に移行した直後に高圧側に推移したり、ドーシングバルブ３２が開状態に移行した直後に低圧側に推移したりする。なお、このとき、低圧側に移行しているときの第１圧力Ｐ１と、低圧側に移行しているときの第２圧力Ｐ２の偏差は正常時と比較して小さくなる。

従って、第２状態Ｓ２と第３状態Ｓ３と第６状態Ｓ６と第７状態Ｓ７の第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、第４状態Ｓ４と第５状態Ｓ５で第１圧力Ｐ１が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、第１状態Ｓ１と第４状態Ｓ４で第２圧力Ｐ２が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、ドージングバルブ３２が開状態で固着していると判定する。

つまり、シャットオフバルブ３１が開状態に移行することに伴う、高圧側への移行継続時間が短期化した第１圧力Ｐ１の変動領域（図７に示す、ＡＣ１７の領域）や、シャットオフバルブ３１が開状態に移行した直後に高圧側に推移した第２圧力Ｐ２の変動領域（図７に示す、ＡＣ１８、ＡＣ１９の領域）や、ドージングバルブ３２が開状態に移行した直後に低圧側に推移した第２圧力Ｐ２の変動領域（図７に示す、ＡＣ２０の領域）を制御装置４０が認識したときに、ドージングバルブ３２が開固着して故障が発生していると判定して、ドージングバルブ３２の故障を検出する。

なお、上記したシャットオフバルブ３１またはドージングバルブ３２の故障（図４〜図７参照）を検出したときには、エンジンコントロールユニットにより、エンジン１０の気筒内への燃料の噴射量を制限する等のエンジン出力の制限を行ったり、ドライバに故障情報を通知したりする。

次の本発明の実施の形態の排気管内燃料噴射系統の故障検出方法について説明する。この排気管内燃料噴射系統の故障検出方法は、エンジン１０の排気通路１３に燃料Ｆｓを噴射する排気管内燃料噴射装置２４を備えるとともに、この排気管内燃料噴射装置２４への燃料供給経路２５に上流側より順に、シャットオフバルブ（第１開閉弁）３１、ドーシングバルブ（第２開閉弁）３２を備えた方法である。

この方法は、正常時圧力記憶ステップと、テスト圧力検出ステップと、故障判定ステップとを備えて構成されることを特徴とする方法である。

この正常時圧力記憶ステップは、シャットオフバルブ３１とドーシングバルブ３２が正常状態における、シャットオフバルブ３１の開閉状態とドーシングバルブ３２の開閉状態の組み合わせに対する、燃料供給経路２５のシャットオフバルブ３１とドーシングバルブ３２の間に配置された第１圧力センサ３３で検出される第１圧力Ｐ１と、ドーシングバルブ３２と排気管内燃料噴射装置２４の間に配置された第２圧力センサ３４で検出される第２圧力Ｐ２の組み合わせを正常時の圧力状態として予め記憶するステップである。

また、テスト圧力検出ステップは、エンジン１０の運転状態が予め設定されたテスト条件を満たしてテストモードに入ったときに、シャットオフバルブ３１の開閉状態とドーシングバルブ３２の開閉状態の組み合わせに対する、第１圧力センサ３３で検出される第１圧力Ｐ１と、第２圧力センサ３４で検出される第２圧力Ｐ２の組み合わせをテストモード時の圧力状態として検出するステップである。

また、故障判定ステップは、テスト圧力検出ステップで検出されたテストモード時の圧力状態を、正常時圧力記憶ステップにより記憶された正常時の圧力状態と比較して、シャットオフバルブ３１の故障の有無とドーシングバルブ３２の故障の有無を判定するステップである。

上記の構成の排気管内燃料噴射系統の故障検出システム、内燃機関及び排気管内燃料噴射系統の故障検出方法によれば、エンジン１０の排気通路１３に燃料Ｆｓを噴射する排気管内燃料噴射装置２４へ燃料Ｆｓを供給する経路２５におけるシャットオフバルブ３１とドーシングバルブ３２の故障の有無を特定することが容易にでき、排気ガス浄化装置２０の浄化処理能力が低下した状態での放置を防止できる。

１ 排気管内燃料噴射系統の故障検出システム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１１ａ 気筒
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ ターボチャージャ
１４ａ タービン
１４ｂ コンプレッサ
２０ 排気ガス浄化装置
２１ 酸化触媒装置（ＤＯＣ）
２２ 微粒子捕集装置
２３ 選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）
２４ 排気管内燃料噴射装置
２５ 燃料供給経路
２６ 尿素水噴射装置
３１ シャットオフバルブ（第１開閉弁）
３２ ドージングバルブ（第２開閉弁）
３３ 第１圧力センサ
３４ 第２圧力センサ
４０ 制御装置
４１ 正常時圧力記憶手段
４２ テスト圧力検出手段
４３ 故障判定手段
Ａ 新気
Ｆｓ 燃料、未燃燃料（軽油）
Ｇ 発生した排気ガス
Ｇｃ 浄化処理された排気ガス
Ｕ 尿素水
ＰＮ１ 正常時の第１圧力
ＰＮ２ 正常時の第２圧力
Ｐ１ 第１圧力
Ｐ２ 第２圧力

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に燃料を噴射する排気管内燃料噴射装置を備えるとともに、該排気管内燃料噴射装置への燃料供給経路に上流側より順に、第１開閉弁、第２開閉弁を備えた排気管内燃料噴射系統の故障検出システムにおいて、
   前記燃料供給経路の前記第１開閉弁と前記第２開閉弁の間の燃料の圧力を検出する第１圧力センサと、前記第２開閉弁と前記排気管内燃料噴射装置の間の燃料の圧力を検出する第２圧力センサを配設すると共に、
   該故障検出システムを制御する制御装置が、
   前記第１開閉弁と前記第２開閉弁が正常状態における、前記第１開閉弁の開閉状態と前記第２開閉弁の開閉状態の組み合わせに対する、第１圧力センサで検出される第１圧力と、第２圧力センサで検出される第２圧力の組み合わせを正常時の圧力状態として予め記憶する正常時圧力記憶手段と、
   前記内燃機関の運転状態が予め設定されたテスト条件を満たしてテストモードに入ったときに、前記第１開閉弁の開閉状態と前記第２開閉弁の開閉状態の組み合わせに対する、第１圧力センサで検出される第１圧力と、第２圧力センサで検出される第２圧力の組み合わせをテストモード時の圧力状態として検出するテスト圧力検出手段と、
   該テスト圧力検出手段で検出された前記テストモード時の圧力状態を、前記正常時圧力記憶手段により記憶された正常時の圧力状態と比較して、前記第１開閉弁の故障の有無と前記第２開閉弁の故障の有無を判定する故障判定手段とを備えて構成されることを特徴とする排気管内燃料噴射系統の故障検出システム。
2. 前記制御装置が、
   前記テストモードにおいて、前記第１開閉弁が開弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第１状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が開弁状態の第２状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第３状態、前記第１開閉弁が開弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第４状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第５状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が開弁状態の第６状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第７状態に順次移行したときに、
   前記第１状態から前記第７状態まで第１圧力と第２圧力の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも小さいときには、前記第１開閉弁が閉状態で固着していると判定し、
   前記第１状態、前記第４状態、前記第５状態の第１圧力と前記第２状態、前記第６状態の第２圧力との差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第２状態と前記第６状態で第２圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、前記第１状態と前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第１開閉弁が開状態で固着していると判定し、
   前記第１状態、前記第４状態、前記第５状態の第１圧力と第２圧力との差が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、前記第１状態と前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第２開閉弁が閉状態で固着していると判定し、
   前記第２状態と前記第３状態と前記第６状態と前記第７状態の第１圧力と第２圧力の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第１状態と前記第４状態で第２圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第２開閉弁が開状態で固着していると判定する制御を行うように構成される請求項１に記載の排気管内燃料噴射系統の故障検出システム。
3. 請求項１又は２に記載の排気管内燃料噴射系統の故障検出システムを備えたことを特徴とする内燃機関。
4. 内燃機関の排気通路に燃料を噴射する排気管内燃料噴射装置を備えるとともに、該排気管内燃料噴射装置への燃料供給経路に上流側より順に、第１開閉弁、第２開閉弁を備えた排気管内燃料噴射系統の故障検出方法において、
   前記第１開閉弁と前記第２開閉弁が正常状態における、前記第１開閉弁の開閉状態と前記第２開閉弁の開閉状態の組み合わせに対する、前記燃料供給経路の前記第１開閉弁と前記第２開閉弁の間に配置された第１圧力センサで検出される第１圧力と、前記第２開閉弁と前記排気管内燃料噴射装置の間に配置された第２圧力センサで検出される第２圧力の組み合わせを正常時の圧力状態として予め記憶する正常時圧力記憶ステップと、
   前記内燃機関の運転状態が予め設定されたテスト条件を満たしてテストモードに入ったときに、前記第１開閉弁の開閉状態と前記第２開閉弁の開閉状態の組み合わせに対する、第１圧力センサで検出される第１圧力と、第２圧力センサで検出される第２圧力の組み合わせをテストモード時の圧力状態として検出するテスト圧力検出ステップと、
   該テスト圧力検出ステップで検出された前記テストモード時の圧力状態を、前記正常時圧力記憶ステップにより記憶された正常時の圧力状態と比較して、前記第１開閉弁の故障の有無と前記第２開閉弁の故障の有無を判定する故障判定ステップとを備えて構成されることを特徴とする排気管内燃料噴射系統の故障検出方法。
5. 前記テストモードにおいて、前記第１開閉弁が開弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第１状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が開弁状態の第２状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第３状態、前記第１開閉弁が開弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第４状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第５状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が開弁状態の第６状態、前記第１開閉弁が閉弁状態でかつ前記第２開閉弁が閉弁状態の第７状態に順次移行したときに、
   前記第１状態から前記第７状態まで第１圧力と第２圧力の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも小さいときには、前記第１開閉弁が閉状態で固着していると判定し、
   前記第１状態、前記第４状態、前記第５状態の第１圧力と前記第２状態、前記第６状態の第２圧力との差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第２状態と前記第６状態で第２圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、前記第１状態と前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第１開閉弁が開状態で固着していると判定し、
   前記第１状態、前記第４状態、前記第５状態の第１圧力と第２圧力との差が正常時の圧力状態のときよりも大きく、且つ、前記第１状態と前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第２開閉弁が閉状態で固着していると判定し、
   前記第２状態と前記第３状態と前記第６状態と前記第７状態の第１圧力と第２圧力の差が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第４状態と前記第５状態で第１圧力が正常時の圧力状態のときよりも小さく、且つ、前記第１状態と前記第４状態で第２圧力が正常時の圧力状態のときよりも大きいときには、前記第２開閉弁が開状態で固着していると判定する請求項３に記載の排気管内燃料噴射系統の故障検出方法。

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