JP3242596B2

JP3242596B2 - 内燃機関の燃料噴射弁異常検出装置

Info

Publication number: JP3242596B2
Application number: JP12580897A
Authority: JP
Inventors: 公孝斎藤; 時男小浜; 武郷野
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 2001-12-25
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: JPH10318027A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料噴射式の内
燃機関において、燃料噴射弁の異常をノックセンサや燃
圧センサ等により検出される内燃機関の振動状態によっ
て検出するようにした燃料噴射弁の異常検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射弁を直接に機関の燃焼室に開口
するように装着し、燃料ポンプによって加圧された燃料
を直接に筒内へ噴射する筒内直接噴射式内燃機関が知ら
れている。筒内直接噴射式内燃機関では、乗用車用ガソ
リン機関において多く採用されている吸気管に燃料噴射
弁を装着する吸気管噴射式内燃機関と比較して、燃料圧
力を２０〜５０倍まで高く設定する必要があるので、燃
料噴射弁にはこの高い燃料圧力に耐えて油密を得るため
の強いスプリングとか、燃料噴射弁を高応答にするため
の強力な電磁力を得ることが可能な高電圧回路が採用さ
れている。また、燃料噴射弁は燃焼室内に直接突き出す
ように装着されていて、燃焼による高圧、高熱、強振動
の環境条件下で使用されている。従って、筒内直接噴射
式内燃機関の燃料噴射弁においては、従来多く採用され
ている吸気管噴射式内燃機関の燃料噴射弁と比較して、
カーボンの詰まりなどによる機能劣化や、異常の発生が
起こりやすい。燃料噴射弁の機能が劣化したり異常が発
生すると内燃機関の正常な運転が困難になり、出力の低
下や有害排出ガス成分の増加などの問題が生じるおそれ
がある。

【０００３】燃料噴射弁の異常をチェックする通常の方
法としては、燃料噴射弁を内燃機関から取り外して噴射
特性を診断するのが普通であるが、これは作業に手間を
要するし、内燃機関の運転中に常時異常を診断すること
はできない。燃料噴射弁の動作異常診断を、燃料噴射弁
を内燃機関に装着した状態のままで行うために、実開昭
６１−１４７３６９号公報には、燃料噴射弁の振動を振
動センサによって検出し、その検出信号における特定の
周波数域の成分を抽出・整流することによりその包絡線
信号を得た後に、この包絡線信号と正常時の代表的包絡
線信号とを比較し、燃料噴射弁の正常又は異常の判断を
するようにしたものが提案されている。即ち、この方法
は、燃料噴射弁の開閉によって内燃機関に振動が加えら
れるが、燃料噴射弁の詰まりなどの異常によって燃料噴
射弁の開閉信号による振動波形が異なってくるため、こ
れを検出することにより異常の判別を行うという技術思
想の上に立つものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】実開昭６１−１４７３
６９号公報に記載された方法では、燃料噴射弁の振動を
振動センサによって検出し、検出された信号における特
定周波数域の成分の包絡線信号を基準包絡線信号と比較
している。即ち、この場合は、燃料噴射の全期間におけ
る振動を検出しているため、異常状態の特定の精度が低
い。燃料噴射の異常には、カーボンの詰まりにより噴射
が全く行われなくなる異常だけではなく、噴射時期が本
来の噴射時期よりずれるような異常もある。前者の異常
は、従来技術の方法では包絡線信号のレベルの変化とし
て現れるため検出可能である。しかしながら、後者の異
常が起きたときでも包絡線信号のレベルそのものは変わ
らないため、それを異常として検出することができな
い。

【０００５】この発明は、従来技術に見られるこのよう
な問題点に鑑み、燃料噴射弁の開閉時期がずれるような
異常をも検出することが可能な異常検出装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するため請求項１の技術手段を採用する。この技術手
段による内燃機関の燃料噴射弁異常検出装置において
は、内燃機関の作動サイクルにおける燃料噴射弁の開閉
に関連した特定の期間において内燃機関の振動状態に応
じた信号を検出する信号検出手段を設けると共に、燃料
噴射弁の異常を判別する手段を設けて、燃料噴射弁の正
常な作動状態において燃料噴射のＯＮ信号が発生した時
刻から燃料噴射弁のニードルが最大リフト位置に達した
ことが信号検出手段の検出する振動状態に応じた信号か
ら把握される時刻までのＯＮ判定期間、及び燃料噴射弁
の正常な作動状態において燃料噴射のＯＦＦ信号が発生
した時刻からニードルが着座位置に達したことが信号検
出手段の検出する振動状態に応じた信号から把握される
時刻までのＯＦＦ判定期間を設定することにより、燃料
噴射弁の動作が正常か否かを的確に判定することができ
る。

【０００７】請求項２に記載の技術手段では、内燃機関
の振動を既存のノックセンサを利用して検出することに
より、余分な部品を設置する必要がないので、コストの
低減を図ることができる。請求項３に記載の技術手段で
は、内燃機関の振動を既存の燃圧センサを利用して検出
することにより、余分な部品の設置の必要がないので、
コストの低減を図ることができる。

【０００８】請求項４に記載の技術手段では、燃料噴射
弁が異常と判別されたときに、内燃機関の運転制御因子
を変更することにより内燃機関の異常動作を未然に防止
し、フェイルセーフを実現することができる。

【０００９】請求項５に記載の技術手段では警報手段を
設けることにより、運転者に異常を報知して迅速な対応
を促すことができる。更に、請求項６に記載の技術手段
のように、本発明を筒内直接燃料噴射式内燃機関に適用
するのが好適である。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の筒内噴射内燃機
関の全体概略図、図２は図１の燃焼室付近の拡大図であ
る。図１及び図２において、１０はシリンダブロック、
１２はシリンダヘッド、１４はピストン、１５はクラン
ク軸、１６は燃焼室、１８は吸気弁、１９は点火栓、２
０は燃料噴射弁、２２は吸気ポート、２４は排気弁、２
６は排気ポート、２８は吸気マニホルド、３０はスロッ
トル弁、３２はアクセルペダル、３３は燃圧制御回路で
ある。燃料噴射弁２０はその噴口５０が燃焼室１６に直
接開口しており、噴口から噴射された燃料は燃焼室１６
内へ直接に噴射される。燃料噴射弁２０の燃料供給側の
端部にはコモンレール３６が設けられ、燃料供給配管３
８上の燃料ポンプ４０を介して燃料タンク４１に接続さ
れる。燃料ポンプ４０はその回転軸４０−１上のプーリ
４０−２と、ベルト（図示しない）によってクランク軸
１５上のプーリ（図示しない）に連結されているので、
クランク軸１５の回転運動が燃料ポンプ４０に伝達され
て、燃料ポンプ４０が回転駆動される。そのため、高圧
燃料は燃料噴射弁２０へ供給され、所定のタイミングに
おいて燃料噴射弁２０から燃焼室１６内に噴射される。
なお、補助燃料噴射弁４２は吸気ポート２２付近に設け
られる。

【００１１】燃圧制御回路３３は燃料ポンプ４０の電磁
弁のオン・オフ信号を形成して、燃料ポンプの燃料圧力
を制御する。図３は燃料噴射弁２０の詳細構造を示して
いる。即ち、燃料噴射弁２０の本体４４の下端にノズル
ボディ４６がスペーサ４７を介してノズルホルダ４８に
よって固定される。ノズルボディ４６はその下端に噴口
５０を形成しており、ノズルボディ４６内にニードル５
２が上下可動に配置される。ニードル５２の上端は本体
４４内を摺動自在なコア５４に当接しており、スプリン
グ５６はコア５４を介してニードル５２を下向きに付勢
している。それによって、ニードル５２はノズルボディ
４６の内周シート面４６−１に着座し、常態では噴口５
０を閉鎖している。本体４４の上端にはスリーブ５７が
挿入固定される。スリーブ５７内には燃料通路５８が形
成され、燃料通路５８の下端側は本体４４内の通路を介
してノズルボディ４６の内部まで連通しているので、ニ
ードル５２のリフト時に燃料が噴口５０から噴射され
る。燃料通路５８は上端側ではフィルタ６０を介して燃
料導入口６２に接続され、この燃料導入口６２は図１に
示されたコモンレール３６に接続される。電磁ソレノイ
ド６４は本体４４内においてスリーブ５７の下端部を包
囲するように配置される。ソレノイド６４の通電時には
コア５４がスプリング５６に抗して上昇し、燃料圧がニ
ードル５２を押し上げて噴口５０を開放させるので燃料
噴射が実行される。ソレノイド６４は絶縁ハウジング６
５内のワイヤ６６に接続され、開弁のための電気信号を
受け取ることができる。

【００１２】図１において制御回路６８はマイクロコン
ピュータシステムとして構成され、各センサからの運転
状態信号により必要な演算を行い、燃料噴射弁２０への
燃料噴射信号及び点火栓１９への点火信号及び燃料ポン
プ４０の燃圧制御信号の形成を行う。センサとしては以
下のものが設けられる。まず、スロットル弁３０の上流
に吸入空気量を計測するためのエアーフローメータ７０
が設けられる。スロットル弁３０の回転軸にはスロット
ル弁３０の開度を検出するためのスロットルセンサ７２
が設けられる。また、クランク軸１５に近接してクラン
ク軸１５の回転に応じたパルス信号を発生するためのク
ランク角度センサ７４が配置される。空燃比センサ７５
は排気管に接続され、混合気の空燃比に応じた信号を発
生する。更に、内燃機関本体１０の機械的な振動を検出
するためのノックセンサ７６がエンジン本体１０に取り
付けられる。

【００１３】制御回路６８はこれらの信号から所望の演
算を行い、燃料噴射信号を燃料噴射弁駆動回路７７を介
して燃料噴射弁２０へ出力すると共に、点火信号を点火
栓１９の電極部へ出力する。燃料噴射制御においては周
知のように設定空燃比に応じた基本燃料噴射量が負荷・
回転数に応じて算出され、空燃比センサ７５により現実
の空燃比の計測が行われ、計測された空燃比の設定空燃
比に対する偏差に応じて燃料噴射弁２０への燃料噴射信
号の制御が行われる。点火制御においては、ノックセン
サ７６からの信号がノック処理回路７８によって処理さ
れ、ノッキングに応じた点火時期の修正が行われる（所
謂ノックフィードバックシステム）。この制御自体は周
知のものであるが、ノックセンサ７６からの信号により
ノッキングの有無を判定し、ノッキング有りとの判定の
ときは点火時期を基本点火時期よりも遅角させる。ノッ
キング無しとの判定のときは点火時期を基本点火時期側
に向けて進角させる。このようなフィードバック制御に
よって、ノッキングを起こさない限度において点火時期
をなるべく進角側に制御するように作動させる。また、
この実施形態ではノックセンサ７６が内燃機関の振動
（図２において振動の波面をＷで示す）を検出するため
の検出器として機能する。この発明に従って、燃料噴射
弁の開閉に関連した特定の期間においてノックセンサ７
６からの信号が取り込まれて、燃料噴射弁２０の作動が
正常か異常かの判断が行われる。異常と判断された場合
は異常信号が警報ランプ７８に出力されるようになって
いる。警報ランプ８０は車両の運転操作パネルに設けら
れていて、燃料噴射弁２０の作動異常があったと判定さ
れた場合に点灯され、運転者に報知することにより燃料
噴射弁２０の修理・交換を促すのに役立つ。

【００１４】次に、信号処理回路（ノック処理回路）７
８について図４によって説明する。この回路７８は、本
来はノックフィードバックシステムであって、ノッキン
グ判定期間において内燃機関の振動を検出するために設
けられたものであるが、この発明の実施例では燃料噴射
弁２０の動作診断において燃料噴射弁の作動に伴う内燃
機関の振動検出のためにも利用するようにしている。従
って、内燃機関がノックフィードバックシステムを持た
ない場合には専用の回路を設ける必要がある。回路７８
はバッファアンプ８０と、ゲインアンプ８２と、サブ電
子制御ユニット（ＥＣＵ）８４とから構成される。制御
回路（メインＥＣＵ）６８からの指令によりサブ電子制
御ユニット８４はバッファアンプ８０を介してノックセ
ンサ７６からの信号の取り込みを行う。一方、ゲインア
ンプ８２は、ノックセンサ７６の信号の強度が内燃機関
の運転状態によって異なるので、運転状態にかかわらず
ノッキングの検出を可能とする必要から、増幅感度を任
意に設定可能にするために設けられたものである。次
に、ノックフィードバックシステムにおけるノッキング
検出について簡単に説明する。図５において（イ）はク
ランク角度位置に対する筒内圧力の変化を示している。
圧縮行程の開始により筒内圧力は増加を開始し、圧縮上
死点の手前の位置で点火火花が点火栓１９の電極部に形
成され、混合気の燃焼により上死点を幾分すぎた位置に
おいて筒内圧力は最大を呈し、以後筒内圧力は低下す
る。その低下の過程でノッキングＮが発生しうる。一
方、図５の（ロ）はノックセンサ７６による圧力の計測
波形を示しており、ノッキングＮの発生により圧力検出
波形の振幅ｐ−ｐは大きくなる。ノックフィードバック
システムにおいてはノッキングが生じうるクランク角度
区間Ｌ_１を設定し、この区間におけるノックセンサの検
出信号の振幅ｐ−ｐが所定値よりも大きいか否かにより
ノッキングの有無の判別を行っている。即ち、図４に示
すように、メイン電子制御ユニット６８のポート６８−
１からノッキング判定区間Ｌ_１の設定がサブ電子制御ユ
ニット８４に対して行われ、それによりサブ電子制御ユ
ニット８４はノッキング検出波形における振幅ｐ−ｐを
演算し、メイン電子制御ユニット６８はポート６８−２
より振幅の読み取りを行い、ノッキングの有無を判定す
る。

【００１５】次に、ノックフィードバックシステムにお
けるノックセンサ７６からの信号を処理する信号処理回
路７８を利用した、この発明の燃料噴射弁２０の動作異
常の診断について説明する。図６において、（イ）は制
御回路６８からの燃料噴射弁２０の駆動信号、（ロ）は
ニードル５２のリフト、（ニ）はノックセンサ７６から
の信号を示している。燃料噴射弁の駆動信号がＯＮとな
ることによりソレノイド６４は励磁され、コア５４がス
プリング５６に抗して吸引される。ニードル５２は駆動
信号のＯＮから幾分遅れてリフトを開始し（図６（ロ）
のａ）、ニードル５２のフランジ部分５２−１がスペー
サ４７に当接する位置Ａまでニードル５２はリフトす
る。それによって噴口５０が開いて、燃料が燃焼室１６
内へ噴射されたのちに、駆動信号がＯＦＦとなることに
より電磁吸引力が消失し、スプリング５６がコア５４を
押し戻すので、駆動信号のＯＦＦから幾分遅れてニード
ル５２は下降を開始し（図６（ロ）のｂ）、最終的には
ニードル５２がシート面４６−１に当接する位置Ｂまで
下降する。ノックセンサからは（ニ）に示すように内燃
機関本体の振動に応じた信号が得られるが、ニードル５
２の最大リフト位置Ａに達した時点ではフランジ５２−
１がスペーサ４７に衝突するため、これから幾分の遅れ
をもってノックセンサの振幅が大きくなる（Ａ′）。ま
た、ニードル５２が最小リフト位置Ｂに達した時点にお
いてはニードル５２がシート面４６−１に衝突するた
め、これから幾分の遅れをもって再び大きな振幅が生じ
る（Ｂ′）。即ち、（ハ）のように検出期間Ｌ_２，Ｌ_３
を設定すると、燃料噴射弁２０の開弁・閉弁動作が正常
に行われていれば、駆動信号ＯＮが出力されてから所定
の遅延時間が経過した時点において所定の大きなレベル
の振幅が得られ、ＯＦＦ信号が出力されてから所定の遅
延時間が経過した時点において再び大きなレベルの振幅
が得られる。逆に、このようなパターンの振幅がノック
センサの信号中に見られないときは燃料噴射弁２０の動
作に異常があると診断することができる。

【００１６】ここに、燃料噴射弁２０の動作不良の態様
について列挙すると、以下のような態様を挙げることが
できる。（１）制御回路６８の側の異常により、燃料噴射弁２０
への駆動電力の供給が全く行われない。（２）制御回路６８から燃料噴射弁２０までの配線に断
線やリークがあった場合には、制御回路６８から駆動信
号は出力されるが、駆動信号のＯＮ，ＯＦＦに対してニ
ードル５２が応答しない。

【００１７】（３）ニードル５２がノズルボディ４６に
対して固着した場合。この場合は、燃料噴射弁２０の駆
動信号に対してニードル２０が全く応答しないか、応答
しても遅れ時間内にはニードル２０が動かず、計算どお
りの燃料噴射時期が得られなくなる。（４）ニードル５２のフランジ部５２−１とスペーサ４
７との間の隙間への異物の噛み込み。

【００１８】以上のように、燃料噴射弁２０の異常な動
作には様々の形態があり、異常が一つの原因によるもの
ではなく、複合された原因による場合もある。従って、
燃料噴射弁２０の動作異常に対して、それが、ノックセ
ンサ７６が検出するシリンダブロック１０の振動に如何
に反映するかということは一概にはいえないが、図６に
示す本来の形態からは外れたものになることに相違はな
い。例えば、図６の（ニ）−１は燃料噴射弁２０への配
線に断線が生じた場合であって、制御回路６８から出力
されるＯＮ，ＯＦＦ信号にニードル５２が全然応答しな
いことから、ノックセンサ７６はバックグラウンド信号
のみを検出する。ニードル５２の噛み込みによってニー
ドル５２の動きがスムースでなくなった場合は、ニード
ル５２は制御回路６８からのＯＮ，ＯＦＦ信号に応答は
するが、正規の遅延時間Ｌ_２，Ｌ_３よりも遅れて応答
し、図６の（ニ）−２のようになるだろう。その他、燃
料噴射弁２０の動作が異常となった場合に各種の異常波
形が検出されるだろうが、いずれの異常においても、制
御回路６８からのＯＮ，ＯＦＦ信号に対して所定期間Ｌ
_２，Ｌ_３内に所定の振幅の信号がノックセンサ信号に出
現しないときは、燃料噴射弁２０の動作異常と判定する
ことが可能である。

【００１９】ノックセンサ７６を使用した異常診断を行
うために、メインＥＣＵ６８はそのポート６８−３より
ＯＮ判定期間Ｌ_２及びＯＦＦ判定期間Ｌ_３の設定をサブ
ＥＣＵ６４に対して指令する。ここに言うＯＮ判定期間
Ｌ_２とは、燃料噴射弁２０の動作が正常な場合における
ＯＮ信号の発生時刻からニードル５２が最大リフト位置
に達したとノックセンサ７６の最大振幅により把握され
る時刻までの遅延時間に相当する。一方、ＯＦＦ判定期
間Ｌ_３とは、燃料噴射弁２０の動作が正常な場合におけ
るＯＦＦ信号の発生時刻からニードル５２が着座位置に
達したとノックセンサ７６の最大振幅により把握される
時刻までの遅延時間に相当する。そして、サブＥＣＵ６
４は、ＯＮ判定期間Ｌ_２における最大振幅Ｗｏと、その
最大振幅が得られるＯＮ信号発生時刻よりの経過時間Ｔ
ｏをホールドし、メインＥＣＵのポート６８−４，６８
−５にそれぞれ出力する。また、サブＥＣＵ６４は、Ｏ
ＦＦ判定期間Ｌ_３における最大振幅Ｗｃと、その最大振
幅が得られるＯＦＦ信号発生時刻よりの経過時間Ｔｃを
ホールドし、メインＥＣＵのポート６８−６，６８−７
にそれぞれ出力する。

【００２０】次に、制御回路６８による燃料噴射・点火
時期制御及び異常診断の動作について図７〜図９のフロ
ーチャート及び図１０のタイミングチャートによって説
明する。制御回路６８への電源投入によって処理は開始
され、ステップ１００ではイニシャライズ処理が実行さ
れる。このイニシャライズ処理ではプログラム実行に必
要となる各種の初期設定等が行われる。ステップ１０２
では各センサからの内燃機関の運転状態のデータ（例え
ば、内燃機関回転速度、スロットル弁開度、空燃比、水
温など）の読み込みが行われ、次のステップ１０４では
ステップ１０２において読み込まれた各種データをもと
にして、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期などの演
算が実行される。これらの演算そのものは周知のもので
あるし、この発明の要部ではないため、ここでは詳細な
説明を省略する。

【００２１】ステップ１０６においては、ノックセンサ
７６からの信号によって点火時期の修正を行うノックフ
ィードバック条件が成立するか否かの判定が行われる。
ノックフィードバック条件が成立した場合はステップ１
０８に進み、ノック判定期間（図５の（ロ）のＬ_１）の
設定が行われる。このノック判定期間は図５に関連して
説明した通り、圧縮上死点後のノッキングが出現するク
ランク角度領域に存在する。図１０の（ロ）では吸気−
圧縮−爆発−排気の各行程よりなる内燃機関の１サイク
ルにおけるノック判定期間Ｌ_１の位置を示している。ス
テップ１０８において設定されたノック判定期間は、図
４に示すポート６８−１よりノック信号処理回路７８の
サブＥＣＵに指令される。ステップ１１０においては、
ノック判定期間Ｌ_１におけるノックセンサ７６の最大振
幅Ｐ−Ｐの読み込みがポート６８−２より行われる。ス
テップ１１２では最大振幅Ｐ−Ｐの値が所定値よりも大
きいか否かによりノッキングの有無が判定される。ノッ
キング有り（最大振幅Ｐ−Ｐ≧所定値）と判定されたと
きはステップ１１４に進み、点火時期の遅角処理が実行
される。即ち、ステップ１１４ではステップ１０４にお
いて演算された基本点火時期よりも点火時期が遅角方向
の修正が行われる。これに対して、ステップ１１２にお
いてノッキング無し（最大振幅Ｐ−Ｐ＜所定値）と判定
されたときはステップ１１６に進み、点火時期の進角処
理が実行される。即ち、ステップ１１６ではステップ１
０４において演算された基本点火時期に向かって点火時
期が進角方向の修正が行われる。

【００２２】図８に示すステップ１２０では、燃料噴射
弁２０の作動状態を検出するためのＯＮ判定期間Ｌ_２及
びＯＦＦ判定期間Ｌ_３の設定が行われる。ＯＮ判定期間
Ｌ_２は、前述のように、燃料噴射弁２０の動作が正常な
場合におけるＯＮ信号の発生時刻から、ニードル５２が
最大リフト位置に達したとノックセンサの最大振幅によ
り把握される時刻までの遅延時間に相当し、ＯＦＦ判定
期間Ｌ_３は、燃料噴射弁２０の動作が正常な場合におけ
るＯＦＦ信号の発生時刻から、ニードル５２が着座位置
に達したとノックセンサの最大振幅により把握される時
刻までの遅延時間に相当する。図１０の（ハ）及び
（ニ）にそれぞれ示すように、ＯＮ判定期間Ｌ_２及びＯ
ＦＦ判定期間Ｌ_３は吸気行程に位置しており、爆発行程
に位置するノック判定期間Ｌ_１と重複することはないた
め、１個のノックセンサ７６だけを使用して、それをノ
ッキング判定と燃料噴射弁の異常診断の双方に兼用する
ことが可能である。ＯＮ判定期間Ｌ_２及びＯＦＦ判定期
間Ｌ_３は、メインＥＣＵ６８のポート６８−３よりノッ
クセンサ信号処理回路７８のサブＥＣＵ８４に指令され
る。ＯＮ判定期間Ｌ_２においては、ノック信号処理回路
７８において、最大振幅Ｗｏ及び最大振幅を生ずるＯＮ
時刻後の経過時間Ｔｏのホールドが行われる。また、Ｏ
ＦＦ判定期間Ｌ_３においては、最大振幅Ｗｃ及び最大振
幅を生ずるＯＮ時刻後の経過時間Ｔｃのホールドが実行
される。

【００２３】図８に示すステップ１２２においては、ノ
ック信号処理回路７８内のサブＥＣＵ８４にホールドさ
れたＷｏ，Ｔｏ，Ｗｃ，Ｔｃのデータが、対応のポート
６８−４，６８−５，６８−６及び６８−７より読み込
まれる。ステップ１２４ではステップ１２２において読
み込まれたデータによって燃料噴射弁２０の動作が正常
か否かの判断がなされる。この異常判断は、ＯＮ判定期
間Ｌ_２においてセンサ出力のピーク間振幅値Ｗｏの値が
所定値以上であり、かつＯＮ信号の出力時刻からピーク
が起こる時刻までの経過時間Ｔｏが所定の時間内である
こと、及びＯＦＦ判定期間Ｌ_３においてセンサ出力のピ
ーク間振幅値Ｗｃの値が所定値以上であり、かつＯＦＦ
信号の出力時刻からピークが起こる時刻までの経過時間
Ｔｃが所定の時間内であることによって判定することが
できる。燃料噴射弁２０の作動が正常に行われたと判断
されたときはステップ１２６に進み、燃料噴射実行及び
点火実行処理が行われる。即ち、ステップ１０４におい
て算出された燃料噴射量が得られるように、燃料噴射弁
２０の駆動回路７７へ信号が供給され、また、ステップ
１０４において算出されステップ１１４又は１１６にお
いて修正された点火時期が得られるように点火信号が形
成され、所期の点火時期に点火火花が点火栓１９の電極
部に形成される。

【００２４】ステップ１２４において燃料噴射弁２０の
動作が異常と判断された場合はステップ１２８に進み、
燃料噴射弁２０の異常処理が実行される。このステップ
１２８の詳細は図９に示される。即ち、ステップ１２８
−１では異常の程度が大きいか否かが判定される。異常
の程度が小さい場合としては、振幅値が正常値よりも減
少してはいるが、その減少の程度が小さい場合や、ピー
クを発生する位置が正常な場合よりも遅れているが、そ
の遅れが小さい場合などがあげられる。異常の程度が小
さいと判定されたときはステップ１２８−２へ進み、燃
料噴射量の演算値が調整される。即ち、ステップ１０２
において計算された正常の燃料噴射量を補正する処理が
行われると共に、点火時期が調整される。つまり、ステ
ップ１０４において計算された値よりも遅角側への修正
が行われることになる。ここでは噴射量の補正処理によ
って対応しているが、本発明においては燃料噴射弁２０
の駆動電圧の調整や、燃料圧力の調整によっても対応す
ることができる。ステップ１２８−１において異常の程
度が大きいと判断された場合はステップ１２８−３に進
み、筒内噴射からポート噴射に切り替えられる。即ち、
燃焼室１６に開口する燃料噴射弁２０は停止させる一
方、吸気ポート２２に開口する補助燃料噴射弁４２より
燃料噴射が実行される。ステップ１２８−４においては
警報ランプ８０の点灯信号が出力されて運転者に報知さ
れるので、運転者は燃料噴射弁の交換・修理を促される
ことになる。

【００２５】本発明の第２の実施例を図１１に示す。第
２実施例においては燃料噴射弁２０の異常をコモンレー
ル３６に設けた燃圧センサ（燃料圧力センサ）８０によ
り検出する。すなわち図１２に示す様に、燃料噴射弁２
０の開弁時及び閉弁時の振動は、コモンレール３６の燃
料圧力の振動として伝達される為、コモンレール３６に
設けた燃圧センサ８０によっても、燃料噴射弁２０の異
常を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施例としての検出装置
が装着される内燃機関の全体概略図である。

【図２】図２は図１における燃焼室付近の拡大図であ
る。

【図３】図３は図１における燃料噴射弁の詳細図であ
る。

【図４】図４は図１における制御回路の構成を示す概略
図である。

【図５】図５は圧縮−爆発行程における筒内圧力とノッ
クセンサからの信号波形を示す図である。

【図６】図６は燃料噴射弁の動作異常判別のためのノッ
クセンサ信号の取込を説明するタイミングチャートであ
る。

【図７】図７は第１実施例における燃料噴射弁の異常判
別動作を説明するフローチャートの第１の部分である。

【図８】図８は図７に後続するフローチャートの第２の
部分を示す。

【図９】図９は図８の燃料噴射弁異常処理の詳細を示す
フローチャートである。

【図１０】図１０は内燃機関の作動サイクル中における
ノック判定期間と燃料噴射弁動作判定区間との関係を説
明するタイミングチャートである。

【図１１】図１１は第２実施例の構成を示す概略図であ
る。

【図１２】図１２は第２実施例の作動を説明するタイミ
ングチャートである。

【符号の説明】

２０…燃料噴射弁５０…噴口６８…制御回路７６…ノックセンサ７８…信号処理回路Ｌ_１…ノッキング判定期間Ｌ_２…燃料噴射弁開動作判定期間Ｌ_３…燃料噴射弁閉動作判定期間Ｗｏ…燃料噴射弁開動作時の振動判定レベルＷｃ…燃料噴射弁閉動作時の振動判定レベル

フロントページの続き (72)発明者郷野武愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開平８−232816（ＪＰ，Ａ) 特開平７−279799（ＪＰ，Ａ) 特開平７−119586（ＪＰ，Ａ) 特開平５−39744（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−16247（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02M 65/00 F02M 69/46 G01M 15/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射内燃機関において、内燃機関の
振動状態に応じた信号を検出する信号検出手段と、前記
信号検出手段より燃料噴射弁の開閉に関連した信号を取
り出すことにより燃料噴射弁の異常を判別する手段とを
具備すると共に、前記異常を判別する手段には、前記燃
料噴射弁の正常な作動状態において燃料噴射のＯＮ信号
が発生した時刻から前記燃料噴射弁のニードルが最大リ
フト位置に達したことが前記信号検出手段の検出する振
動状態に応じた前記信号から把握される時刻までのＯＮ
判定期間、及び前記燃料噴射弁の正常な作動状態におい
て燃料噴射のＯＦＦ信号が発生した時刻から前記ニード
ルが着座位置に達したことが前記信号検出手段の検出す
る振動状態に応じた前記信号から把握される時刻までの
ＯＦＦ判定期間が設定される内燃機関の燃料噴射弁異常
検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の発明において、内燃機
関の振動状態に応じた信号を検出する前記信号検出手段
がノックセンサである内燃機関の燃料噴射弁異常検出装
置。
【請求項３】請求項１に記載の発明において、内燃機
関の振動状態に応じた信号を検出する前記信号検出手段
が燃圧センサである内燃機関の燃料噴射弁異常検出装
置。
【請求項４】請求項１に記載の発明において、前記燃
料噴射弁が異常と判別されたときに前記内燃機関の運転
制御因子を変更する手段を更に具備した内燃機関の燃料
噴射弁異常検出装置。
【請求項５】請求項１に記載の発明において、前記燃
料噴射弁が異常と判別されたときに前記燃料噴射弁の異
常を運転者に知らせるための警報手段を更に具備した内
燃機関の燃料噴射弁異常検出装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の発
明において、前記内燃機関が燃料を直接に筒内へ噴射す
る筒内直接噴射式内燃機関である内燃機関の燃料噴射弁
異常検出装置。