JP3752880B2 - コモンレール式燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高圧燃料ポンプから吐出された燃料をコモンレールに蓄圧状態に貯留し、コモンレールから供給される燃料をインジェクタから燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの燃料噴射に関して、噴射圧力の高圧化を図り、燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する方式として、コモンレール燃料噴射システムが知られている。コモンレール燃料噴射システムは、燃料ポンプによって所定圧力に加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧状態に貯留し、貯留された加圧燃料を燃料噴射量及び燃料噴射時期等のエンジンの運転状態に応じてコントローラが求めた最適な燃料噴射条件で複数の気筒にそれぞれ配置された各インジェクタから燃焼室内に噴射するシステムである。コモンレールから燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に形成された噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧が作用しており、各インジェクタは燃料供給管を通じて供給される燃料を通過又は遮断する制御を行うため電磁弁を備えている。コントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁弁の作動とを制御している。コモンレール燃料噴射システムには、電磁弁の作動によって高圧燃料の一部を作動流体として利用してインジェクタを作動させる形式のものがある。
【０００３】
図６は、コモンレール燃料噴射システムの概要を示す図である。コモンレール燃料噴射システムにおいて、燃料タンク４内の燃料は、フィルタ５及びフィードポンプ６を経た後、燃料管７を通じて、例えばプランジャ式の可変容量式高圧ポンプである燃料ポンプ８に供給される。燃料ポンプ８は、エンジン出力によって駆動されるものであり、燃料を要求される所定圧力に昇圧し、燃料管９を通じてコモンレール２に供給する。燃料ポンプ８には、コモンレール２における燃料圧を所定圧力に維持するため流量制御弁１４が配設されている。燃料ポンプ８からリリーフされた燃料は、戻し管１０を通じて燃料タンク４に戻る。コモンレール２内の燃料は、燃料供給管３を通じて複数のインジェクタ１に供給される。燃料供給管３からインジェクタ１に供給された燃料のうち、燃焼室への噴射に費やされなかった燃料は、戻し管１１を通じて燃料タンク４に戻る。
【０００４】
電子制御ユニットであるコントローラ１２には、エンジンの気筒判別センサ、エンジン回転数Ｎｅや上死点（ＴＤＣ）を検出するためのクランク角センサ、アクセルペダル踏込み量Ａｃを検出するためのアクセル開度センサ、冷却水温度を検出するための水温センサ、吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ等の、エンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号が入力される。コモンレール２には圧力センサ１３が設けられており、圧力センサ１３によって検出されたコモンレール２内の燃料圧力（以下、コモンレール圧力という）の検出信号もコントローラ１２に入力される。コントローラ１２は、これらの信号に基づいて、エンジン出力が運転状態に即した最適出力になるように、インジェクタ１による燃料の噴射条件、即ち、燃料の噴射時期（噴射開始時期と期間）及び噴射量等を制御する。インジェクタ１が燃料を噴射することでコモンレール２内の燃料が消費され、コモンレール内の燃料圧は低下するが、コントローラ１２は、コモンレール２内の燃料圧が一定となるように或いはエンジンの運転状態に応じて必要とされる燃料噴射圧力を得るため、燃料ポンプ８の流量制御弁１４を制御して吐出圧を制御する。図示の例では、エンジンは、４気筒エンジンであるが、６気筒等の他の気筒数であってもよい。
【０００５】
図７は、コモンレール式燃料噴射システムに用いられるインジェクタの一例を示す縦断面図である。インジェクタ１は、図示が省略されたシリンダヘッド等のベースに設けられた穴部にシール部材によって密封状態に取付けられる。インジェクタ１の上側側部には燃料入口継手２０を介して燃料供給管３が接続されている。インジェクタ１の本体内部には、燃料通路２１，２２が形成されており、燃料供給管３及び燃料通路２１，２２から燃料流路が構成されている。燃料流路を通じて供給された燃料は、燃料溜まり２３及び針弁２４の周囲の通路を通じて、針弁２４のリフト時に開く噴孔２５から燃焼室内に噴射される。
【０００６】
インジェクタ１には、針弁２４のリフトを制御するため、バランスチャンバ式の針弁リフト機構が設けられている。インジェクタ１の最上部には電磁弁を構成する電磁アクチュエータ２６が設けられており、コントローラ１２のコマンドパルスに応じた制御電流が信号線２７を通じて電磁アクチュエータ２６のソレノイド２８に送られる。ソレノイド２８が励磁されると、アーマチュア２９が上昇して燃料路３１の端部に設けられた開閉弁３２を開くので、燃料流路からバランスチャンバ３０に供給された燃料の燃料圧が燃料路３１を通じて解放される。インジェクタ１の本体内部に形成された中空穴３３内には、コントロールピストン３４が昇降可能に設けられている。低下したバランスチャンバ３０内の圧力に基づく力とリターンスプリング３５のばね力とによってコントロールピストン３４に働く押下げ力よりも、燃料溜まり２３に臨むテーパ面３６に作用する燃料圧に基づいてコントロールピストン３４を押し上げる力が勝るため、コントロールピストン３４は上昇する。その結果、針弁２４がリフトし、噴孔２５から燃料が噴射される。燃料噴射時期は針弁２４のリフト時期によって定められ、燃料噴射量は燃料流路内の燃料圧と針弁２４のリフト（リフト量、リフト期間）とによって定められる。
【０００７】
インジェクタの一つの形式として、圧力制御弁のピストンを大径部、小径部及び連結部で構成し、大径部と小径部とのそれぞれの一側に形成され且つ蓄圧室から高圧の燃料が供給される高圧部と、大径部と小径部との間に形成され且つ減圧された燃料圧力が作用する低圧部とを備え、大径部と小径部とに対する高圧燃料の圧力作用に基づいて圧力制御弁のピストンに増圧作用を持たせるものがある（一例として、特開平９−１７７５８６号公報参照）。この形式のインジェクタでは、燃料噴射時に圧力制御弁のピストンを作動させるために高圧燃料がリークすると共に、燃料噴射後の無噴射時にも低圧部を通って燃料がリークしている。前者の燃料のリークは、所謂、動的リークと称されており、後者の燃料のリークは、燃料噴射の動作に関わらず、即ち、燃料噴射が行われない燃料噴射後においても燃料がインジェクタからリークするという、所謂、静的リークと称されている。動的リークは燃料噴射時に存在するのみであるが、静的リークは、存在するとすれば、常に生じているので、燃料ポンプによって高圧燃料が供給されるまで、コモンレールにおける燃料圧力を継続的に低下させる。
【０００８】
インジェクタの別の形式として、低圧部を形成せず、静的リークを生じさせない或いは殆ど静的リークを生じさせない形式のインジェクタがある。静的リークが生じないインジェクタでは、コモンレールから供給され且つ消費される燃料量は、噴孔から燃焼室内に噴射される燃料噴射量と動的リーク量とからなる。コモンレールにおける燃料圧力は、燃料噴射時にのみ次第に低下し、燃料噴射後には次の燃料ポンプによる高圧燃料の供給まで事実上低下することがない。
【０００９】
一般に、インジェクタ１の燃料噴射量とコントローラ１２が出力するコマンドパルスのパルス幅との関係が、コモンレール圧力Ｐｒ（燃料噴射直前のコモンレール２内の燃料圧力）をパラメータとしたマップによって定められており、コントローラ１２内にメモリとして記憶されている。コモンレール圧力Ｐｒを一定とすると、パルス幅が大きいほど燃料噴射量は多くなり、同じパルス幅であっても、コモンレール圧力Ｐｒが大であるほど燃料噴射量は大きくなる。噴射すべき燃料噴射量と燃料噴射直前のコモンレール圧力Ｐｒとに応じて、コントローラ１２が出力するコマンドパルスのパルス幅が算出される。一方、燃料噴射は、コマンドパルスの立ち下がり時刻と立ち上がり時刻に対して一定時間遅れて開始又は停止されるので、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期を制御することによって、噴射タイミングを制御することが可能である。基本噴射量とエンジン回転数との間には、アクセルペダル踏込み量をパラメータとして一定の関係が基本噴射量特性マップとして予め与えられており、燃焼サイクル毎の燃料噴射量は、エンジンの運転状態に応じて基本噴射量特性マップから計算によって求められる。
【００１０】
インジェクタの噴射特性（特に、噴射時期，噴射量）には、インジェクタ毎に特性が異なる個体バラツキと、同じインジェクタであっても各部に生じる劣化等に起因して時間の経過と共に変化する径年変化とがある。コモンレール圧力とインジェクタを駆動させるためにコントローラがオンとして出力するコマンドパルスのパルス幅とが同じであっても、個々のインジェクタの燃料噴射量は異なり、また、同じインジェクタであっても、インジェクタの燃料噴射特性が変化し、時間の経過と共に燃料噴射量が変化することがある。燃料噴射量それ自体が大きな値であるときには各インジェクタの噴射量に多少の差はあっても大きな問題となることはないが、アイドル運転状態又はパイロット噴射時のような目標噴射量が少ない場合には、燃料噴射量のバラツキによる燃焼への影響は顕著になり、多量の燃料が噴射されたり全く燃料噴射が行われないという事態に至ることがあり得る。また、排気ガス中でのスモークの発生やエンジンの振動・騒音等のエンジン性能に対しても悪影響を及ぼす。
【００１１】
ところで、コモンレール式の燃料噴射システムにおいては、上記のように、インジェクタの針弁の昇降はコモンレールの燃料圧力に基づいて制御されており、インジェクタの電磁アクチュエータへの通電とその遮断とにより、コモンレールからインジェクタ内の圧力制御室（バランスチャンバ）に供給されている燃料の外部へのリークのオン・オフ制御を行い、針弁を昇降させている。
【００１２】
コントローラからのコマンドパルスに応じた制御信号を受けて作動する電磁アクチュエータはソレノイドやリターンスプリングを備えており、圧力制御室内の圧力を解放する通路の開閉を行う開閉弁は電磁アクチュエータによって燃料路を開閉する弁ステムと弁フェースを備えた構造である。このような構造であると、リターンスプリングの作動不良や開閉弁の弁ステムの引っ掛かり等に起因して、目標噴射量の燃料を噴射するための期間が経過したにもかかわらず、開閉弁が完全に戻らなかたり、開閉弁が閉弁位置にありながら開閉弁の弁フェースと弁シートとが片当たりして燃料のリークを生じるという、電磁弁の作動不良が生じることがある。このような状態になると、燃料噴射量が異常に増加し、エンジンに致命的な損傷を与えかねないと共に、電磁弁からインジェクタ作動中にリークする動的リーク量が増加することによりコモンレール圧力が急激に低下するなどの問題が生じ、高圧ポンプからコモンレールへの供給が困難になるなど、他の気筒の燃焼にも大きな影響を与えてしまう。
【００１３】
検出されたコモンレール圧力が所定の範囲内にあるか否かを判断し、コモンレール圧力が所定の範囲から外れたときには、警報を発するか、或いは対応するインジェクタに具備される電磁弁を閉じて、当該インジェクタが設けられる気筒を休筒した減筒運転を行う燃料噴射装置が提案されている（特開平２−９５７７０号公報）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、低圧部による静的リークがある形式のインジェクタでは、燃料噴射終了後にも燃料のリークがあるので、インジェクタの不良に起因して燃料噴射終了時期に経過後において生じるコモンレール圧力の低下との区別が付きにくいが、低圧部による静的リークのないインジェクタでは、燃料噴射終了時期の経過後であって燃料ポンプが高圧燃料を吐出してコモンレールに燃料を供給してコモンレールの燃料圧力が回復するまでの間では、基本的にはコモンレール圧力に変化は無いことに着目して、コモンレール圧力を監視することでインジェクタの作動不良の判断をする点で解決すべき課題がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、高圧燃料ポンプから吐出された燃料を蓄圧状態にコモンレールに貯留し、コモンレールから供給された燃料をインジェクタが燃焼室に噴射し、コントローラがエンジンの運転状態を検出する検出手段からの検出信号に応じて求められる燃料の目標噴射量に基づいてインジェクタからの燃料噴射を制御しているコモンレール式燃料噴射装置において、燃料噴射終了時期の経過後におけるコモンレールの燃料圧力の変化を監視することにより、開閉弁や針弁の戻り異常等のインジェクタの作動不良を速やかに検出し、エンジンへの重大な損傷を未然に防止するとともに、乗員の安全を確保し、インジェクタの作動不良の程度に応じて最低限のエンジンの作動を可能にするバクアップ制御を行うことを可能にするコモンレール式燃料噴射装置を提供することである。
【００１６】
前記目的を達成するため、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置は、高圧燃料ポンプから吐出された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給される燃料を燃焼室に噴射するインジェクタ、エンジンの運転状態を検出する検出手段、前記コモンレールの燃料圧力を検出する圧力センサ、及び前記検出手段からの検出信号に応じて前記インジェクタから噴射すべき燃料の目標噴射量及び目標噴射時期を求め、前記目標噴射量及び前記目標噴射時期に基づいて前記インジェクタからの燃料噴射を制御するコントローラを具備し、前記コントローラは、前記目標噴射時期に応じた燃料噴射終了時期の経過後で且つ前記燃料ポンプによる前記コモンレールへの燃料の供給前の圧力判定期間における前記コモンレールの燃料圧力の降下速度が過大であることに応答して、前記インジェクタが作動不良であると判定するものであるコモンレール式燃料噴射装置において、前記コントローラは、前記圧力判定期間において前記圧力センサの検出信号に基づいて複数のサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力を求め、隣り合うサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の差である圧力降下量を前記降下速度として求め、連続する二つの前記圧力降下量が予め決められた閾値を超えていることに応答して前記コモンレールの燃料圧力の降下速度が過大であると判定するものであることを特徴とする。
【００１７】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、コントローラは、燃料噴射時期に応じた燃料噴射終了時期の経過後で且つ燃料ポンプによるコモンレールへの燃料の供給前の圧力判定期間において、コモンレールの燃料圧力を検出する。燃料噴射終了時期までの燃料噴射を行っている期間では、インジェクタから燃焼室への燃料噴射とその燃料噴射を行うための動的リークとがあるため、コモンレールの燃料圧力は低下する。インジェクタの開閉弁が閉弁した後においては、燃料噴射と動的リークがなくなり、次の燃料ポンプからの燃料の供給があるまで基本的には圧力上昇がないので、コモンレール式の燃料圧力の降下があるとすると、非作動状態にあるにもかかわらずインジェクタからの燃料リーク（静的リーク）が存在することに起因した圧力降下である。圧力判定期間におけるコモンレールの燃料圧力の降下状態が過大であるときには、インジェクタにおける静的リーク量が過大であることが想定されるので、コントローラは、当該インジェクタが作動不良であると判定する。
【００１８】
インジェクタの作動不良の判定は、この予め判定時期における圧力降下が適正な圧力降下の範囲内に有るか否かを判断することによってなされる。このコモンレール式燃料噴射装置において、前記コモンレールの燃料圧力の降下状態は、前記コモンレールの燃料圧力の降下速度とされる。また、前記コモンレールの燃料圧力の降下状態は、前記燃料噴射終了時期における前記コモンレールの燃料圧力からの圧力降下量であるとすることも可能である。圧力降下が適正な圧力降下の範囲内でなければ、インジェクタからの静的リークが過多であると判定される。
【００１９】
前記コモンレールの燃料圧力の降下状態を、前記コモンレールの燃料圧力の降下速度とした場合、前記コントローラは、前記圧力判定期間において前記圧力センサの検出信号に基づいて複数のサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力を求め、隣り合うサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の差である圧力降下量を前記降下速度として求め、連続する二つの前記圧力降下量が予め決められた閾値を超えていることに応答して前記コモンレールの燃料圧力の降下状態が過大であると判定する。即ち、隣り合うサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の差である圧力降下量が、二度続けて予め決められた閾値を超えているときは、インジェクタの作動不良とするに充分な根拠となる。前記閾値は、前記サンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の大きさ等のエンジンの運転状態に応じて予め決めることも可能である。
【００２０】
前記コントローラは、作動不良であると判定した前記インジェクタからの燃料噴射を禁止する。燃料噴射終了時期の経過後にも燃料噴射を継続するようなインジェクタが作動し続けるとエンジン自体の損傷にもつながるため、作動不良であると判定されたインジェクタからの燃料噴射を行わない。前記インジェクタの型式の一つとして、前記コモンレールから供給される燃料の一部が導入される圧力制御室、前記圧力制御室内の燃料の圧力作用に基づいて昇降して前記インジェクタの先端部に形成された燃料を噴射する噴孔を開閉する針弁、前記圧力制御室内の燃料を排出することにより前記圧力制御室内の燃料圧力を解放する開閉弁、及び前記開閉弁を作動するため前記コントローラが出力するコマンドパルスに応じた駆動信号により駆動されるアクチュエータを具備する型式のものがある。この型式のインジェクタでは、コントローラがアクチュエータを作動させると、開閉弁が開いて、コモンレールから供給された圧力制御室内の燃料を排出して圧力制御室内の燃料圧力を解放する。圧力制御室内の燃料の圧力が低下することにより、燃料圧力に基づいて針弁が上昇し、インジェクタの先端部に形成された噴孔が開いて燃料を燃焼室に噴射する。
【００２１】
前記コントローラは、作動不良であると判定した前記インジェクタからの燃料噴射を禁止するため、次回以降の燃焼サイクルにおいて当該インジェクタに対応して出力する前記コマンドパルスのパルス幅を零とする。コマンドパルスのパルス幅を零とするときは、コマンドパルスに応じたインジェクタへの駆動信号が発せられないことと同義であるので、次回の燃焼サイクル以降の当該インジェクタから燃料噴射は行われない。エンジンは、所謂、減筒運転とされ、残りの気筒における燃料の噴射と燃焼のみが実行されて、少なくとも最少限のエンジンの運転が確保される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置の実施例を説明する。図１はこの発明のよるコモンレール式燃料噴射装置において、インジェクタのコマンドパルス（駆動信号）とコモンレール圧力との時間変化を示すグラフであり、図２は燃料ポンプの１回転の範囲に渡って、ポンプ吐出量、インジェクタの駆動パルス、及びコモンレール圧力の検出タイミングを示すグラフである。
【００２３】
コモンレール式燃料噴射システム及びこのシステムに用いられるインジェクタは、それぞれ図６及び図７に示したシステム及びインジェクタをそのまま適用することができる。即ち、インジェクタ１について言えば、コモンレール２から供給される燃料の一部が導入される圧力制御室としてのバランスチャンバ３０、バランスチャンバ３０内の燃料の圧力作用に基づいて昇降してインジェクタ１の先端部に形成された燃料を噴射する噴孔２５を開閉する針弁２４、バランスチャンバ３０内の燃料を排出することによりバランスチャンバ３０内の燃料圧力を解放する開閉弁３２、及び開閉弁３２を作動させる電磁アクチュエータ２６を有しており、このインジェクタ１の構造については、図７に示すインジェクタ１と同様であって良く、その他の細部についての再度の詳細な説明を省略する。エンジンは、図６に示すように多気筒エンジンであるので、コントローラ１２は、インジェクタ１からの燃料噴射の制御を各気筒別に行っている。
【００２４】
図１に示すグラフを参照すると，あるインジェクタ１の燃料噴射に対応して、燃料ポンプ８のプランジャは時刻ｔ0 に下死点（ＢＤＣ）に到達する。噴射すべき燃料噴射量とコモンレール圧力Ｐｒとに基づいてコントローラ１２が算出したパルス幅に対応して、時刻ｔ0 から時間Ｔ0 後の時刻ｔ1 に，インジェクタ１にコマンドパルス（駆動信号）が立ち下がり，インジェクタ１が燃料噴射のための作動を開始する。インジェクタ１から燃料が噴射され，コマンドパルスの立ち下がり時刻ｔ1 からの時間Ｔｄ（駆動信号の立ち上がり時刻ｔ2 よりも時間遅れがある）の後の時刻ｔ3 に燃料噴射が終了する。コモンレール圧力Ｐｒは，インジェクタ１からの燃料噴射が開始されてから若干の時間遅れを伴って降下し始め，噴射終了後には，燃焼順序に従って次に燃焼が行われる気筒での燃料噴射のために高圧燃料ポンプ８からの燃料の吐出に応じて回復するというサイクルを繰り返している。燃料噴射終了時期ｔ3 は、コモンレール圧力Ｐｒの変化を監視し、燃料噴射に伴うコモンレール圧力Ｐｒの脈動が落ち着いた時期とすることによって知ることができるが、コマンドパルスの立ち下がり（ＯＮ）時期から、コモンレール圧力Ｐｒと目標噴射量から定められる所定期間の経過後としてもよい。燃料噴射の終了時期の決定方法は、これらの方法以外にも考えられ、特に限定されるものではない。
【００２５】
燃料噴射を行っている間は、開閉弁３２を開いてバランスチャンバ３０の燃料圧を解放するために、インジェクタ１から燃焼室への燃料噴射とバランスチャンバ３０内の燃料が燃料路３１を通じてリークされるという動的リークがある。燃料噴射の直前と燃料噴射終了後との間で生じるコモンレールの燃料圧力の圧力降下量，即ち，コモンレール圧力差ΔＰｒは，燃料噴射の直前（例えば、コマンドパルスの立ち下がり時刻ｔ1 ）に圧力センサ１３が検出する圧力降下前の圧力Ｐｒｈと，圧力降下後の圧力Ｐｒｌとの差ΔＰ1 （＝Ｐｒｈ−Ｐｒｌ）である。コモンレール圧力Ｐｒにおける圧力降下量ΔＰ1 は、噴孔２５から燃焼室に実際に噴射された実燃料噴射量とバランスチャンバ３０からリークする動的リーク量との和に対応して低下した圧力降下量である。
【００２６】
低圧部を有しない形式のインジェクタでは意図的な燃料のリークは本来存在しないので、インジェクタ１の開閉弁３２の閉弁時期が経過した後は、燃料噴射と動的リークとがなくなる。インジェクタ１には動的リーク以外に静的リークによる燃料リークがあると、インジェクタ１が非作動状態にあっても、コモンレール圧力Ｐｒが低下する。開閉弁３２が、例えば、燃料路３１の出口端をばね力によって外側から塞ぐ構造を有している場合には、正常に機能しているインジェクタ１であっても、開閉弁３２が閉弁時であるにもかかわらず、燃料路３１の開口端を完全に閉鎖できずに、バランスチャンバ３０から開閉弁３２を通じた静的リークが発生することがある。このような場合には、コモンレール圧力Ｐｒには、燃料噴射終了時期ｔ3 の経過後であっても、開閉弁３２を通じた静的リークに対応して、圧力降下量ΔＰ2 が生じる。しかしながら、この種の静的リークによる圧力降下量ΔＰ2 は、燃料噴射による圧力降下量ΔＰ1 と比較して少なく、無視できる場合が多い。
【００２７】
燃料噴射等に起因して低下したコモンレール圧力Ｐｒは、燃料ポンプ８からの高圧燃料の吐出によって、燃焼順序に従って次に噴射すべき気筒での燃料噴射において要求される所定のレベルにまで回復される。燃料ポンプ８のサイクルには、プランジャの下死点に対応した時刻ｔ0 からのポンプの無駄押しのけ容積ストローク期間Ｔａと、その後の全吐出時吐出期間Ｔｐｏとが含まれる。全吐出時吐出期間Ｔｐｏは、エンジンの最高負荷に対応しており、吐出可能なすべての範囲に渡って燃料を吐出する期間である。エンジンが部分負荷の状態にある場合には、全吐出時吐出期間Ｔｐｏに渡って燃料を吐出する必要がないので、燃料は、全吐出時吐出期間Ｔｐｏのうち当初の所定の期間においては、燃料ポンプ８の吐出側に配設された流量制御弁１４によって戻し管１０を通じて燃料タンク４にリークされ、全吐出時吐出期間Ｔｐｏの終了までの一部の期間である吐出期間Ｔｐにおいて、燃料管９を通じてコモンレール２に供給される。吐出期間Ｔｐは、次に燃焼が行われる気筒での燃料噴射で要求される要求吐出量とコモンレール圧力とによって算出される。吐出期間Ｔｐ中においては燃料が燃料管９を通じてコモンレール２に供給されるので、コモンレール圧力Ｐｒは、静的リークによる圧力降下量ΔＰ2 を含めて、図１に示すように次第に回復する。
【００２８】
インジェクタ１の非作動状態において生じる静的リークとして、開閉弁３２の片当たり等に起因して出口端を完全に閉鎖できない状態となってバランスチャンバ３０に供給されていた燃料が燃料路３１を通じて大きく流出することや、或いは針弁２４が閉鎖状態へ戻る時にインジェクタ本体に引っ掛かる状態となるか、或いは針弁２４を閉弁位置に復帰させるリターンスプリング３５の作動不良になること等に起因した静的リークがある。このような静的リーク過多が生じると、針弁２４の戻り作動が緩慢になり、コントローラ１２が算出した燃料噴射終了時期ｔ3 が経過しているにもかかわらず、燃料がインジェクタ１の噴孔２５から噴射され続けることになり、インジェクタ１の作動は正常に機能していないとは言えない状態になる。
【００２９】
かかる異常な静的リークが生じた場合には、コモンレール圧力Ｐｒは、図１において圧力降下量ΔＰ3 に示すように、燃料噴射終了時期ｔ3 後にも比較的大きく次第に低下し続ける。したがって、燃料噴射開始前と比較して、コモンレール圧力Ｐｒの圧力降下量ΔＰｒはΔＰ1 ＋ΔＰ2 ＋ΔＰ3 となる。このような場合、燃料ポンプ８からの高圧燃料がコモンレール２に供給されても、コモンレール圧力Ｐｒは吐出期間Ｔｐを経過後に所定の圧力まで充分回復しないことがある。
【００３０】
燃料噴射開始後においては、コモンレール圧力Ｐｒは、次の燃料ポンプ８からの供給があるまで基本的には昇しないため、燃料噴射終了時期が経過してからの所定の期間において、コモンレール圧力Ｐｒを検出し、この期間中に圧力降下があっても適正な圧力降下の範囲内に有るか否かを判定することによって、インジェクタ１の作動は正常に機能していないと言える程度の静的リークが生じているか否かが判断される。静的リークの発生を判断するためのコモンレール圧力Ｐｒの検出期間は、コモンレール圧力Ｐｒの回復のために、燃料ポンプ８による燃料のコモンレール２への供給が開始されてコモンレール圧力Ｐｒが上昇を開始するまでの期間とするのが適当である。即ち、インジェクタ１の作動不良を判定するため、コモンレール圧力Ｐｒを検出すべき圧力判定期間は、燃料噴射の終了時刻ｔ3 （ｔ0 ＋Ｔ0 ＋Ｔｄ）から吐出期間Ｔｐの開始時期ｔ4 （ｔ0 ＋Ｔａ＋Ｔｐｆ−Ｔｐ）までの期間、即ち、図２のＡで示す期間内とされる。コモンレール圧力Ｐｒの検出は複数回のサンプリングによって行われる。
【００３１】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料噴射制御について、図３及び図４に示すフローチャートに基づいて、以下に説明する。図３はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料噴射制御のメインルーチンを示すフローチャートであり、図４は燃料噴射における静的リーク発生判定ルーチンを示すフローチャートである。ここでは、エンジンの運転状態を検出する検出手段として、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサと、エンジンへの負荷を表すものとしてアクセルペダル踏込み量のようなアクセル操作量Ａｃを検出するアクセル操作量センサがある。
【００３２】
図３に示すように、エンジンの運転状態として、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数センサによって検出され（ステップ１）、アクセル操作量Ａｃがアクセル操作量センサによって検出される（ステップ２）。ステップ１及びステップ２で検出されたエンジン回転数Ｎｅとアクセル操作量Ａｃとに基づいて、予め決められたマップデータ（図示せず）を参照することにより、目標噴射量Ｑｔ及び目標噴射時期ｔi が求められる（ステップ３、ステップ４）。目標噴射時期ｔi は、コマンドパルスの立ち下がり時期ｔ1 の後で且つコモンレール圧力Ｐｒの降下開始時期より前の時期となる。コモンレール圧力Ｐｒが圧力センサ１３のサンプリング検出信号から算出される（ステップ５）。ステップ３で求められた目標噴射量Ｑｔを得るために必要な目標コモンレール圧力Ｐｒ0 が決定される（ステップ６）。高圧燃料ポンプ８の流量制御弁１４の開閉を定める割合（例えば、電磁弁のデューティ比）を制御することにより、コモンレール圧力Ｐｒが目標コモンレール圧力Ｐｒ0 となるように制御される（ステップ７）。
【００３３】
圧力センサ１３によって検出されたコモンレール圧力Ｐｒそれ自体はノイズを含んでおりそのまま使用できないので、移動平均等の適宜の平滑化処理を施して平滑化されたコモンレール圧力を求める。以後、コモンレール圧力Ｐｒというときは、この平滑化されたコモンレール圧力を指す。図４に示すルーチンは、燃料噴射を行なう各気筒について逐次実行される。コモンレール圧力Ｐｒは、各気筒の燃料噴射の終了から燃料ポンプ８による燃料の吐出の開始までの圧力判定期間Ａにおいて、例えば、一定のサンプリング周期ΔＴ（例えば、１ｍｓ）毎のサンプリング時期ｔn ，ｔn + 1 ，ｔn + 2 にコモンレール圧力Ｐｒが求められる（ステップ１０）。
【００３４】
サンプリングされたコモンレール圧力Ｐｒのうち、ｎをサンプリング番号としたとき、連続する３つのコモンレール圧力Ｐｒ（ｎ），Ｐｒ（ｎ＋１），Ｐｒ（ｎ＋２）が取り込まれる（ステップ１１）。隣り合う２つのサンプリング時期ｔn とｔn + 1 とにおけるコモンレール圧力Ｐｒの差ΔＰｒ（ｎ），及び隣り合う２つのサンプリング時期ｔn + 1 とｔn + 2 とにおけるコモンレール圧力Ｐｒの差ΔＰｒ（ｎ＋１）を求める（ステップ１２）。即ち、
ΔＰｒ（ｎ） ＝Ｐｒ（ｎ）−Ｐｒ（ｎ＋１）
ΔＰｒ（ｎ＋１）＝Ｐｒ（ｎ＋１）−Ｐｒ（ｎ＋２）
ΔＰｒ（ｎ）とΔＰｒ（ｎ＋１）とが、予め定められた閾値ΔＰｓ（＞０）と比較される（ステップ１３）。圧力降下が正常か否かを判定する基準値としての閾値ΔＰｓは、圧力降下量ΔＰ2 程度の降下速度では、超えることがない値に設定されている。この閾値ΔＰｓは、一定値であってもよいが、コモンレール圧力Ｐｒそれ自体の高さによって当然に静的リーク量も変化するので、コモンレール圧力Ｐｒ等のエンジンの運転状態に応じて閾値ΔＰｓを変化させてもよい。なお、適当なサンプリング時期を設定すれば、サンプリングを３回のみ（ｎ＝１）とすることも可能である。
【００３５】
ステップ１３においてΔＰｒ（ｎ）とΔＰｒ（ｎ＋１）とが予め定められた閾値ΔＰｓより大であると判断されると、インジェクタ１には過大な静的リークが発生しているという異常判定がされる（ステップ１４）。即ち、燃料噴射終了時期ｔ3 以降の連続するサンプリング時間におけるコモンレール圧力Ｐｒの差分が予め定められた閾値ΔＰｓより大であるときは、コモンレール圧力Ｐｒが二度連続して閾値ΔＰｓ以上に減少しているため、インジェクタ１には過大な静的リークが発生していると判定される。このような異常判定がされると、次回の燃焼サイクルにおいて、コントローラ１２は電磁アクチュエータ２６を駆動するためのコマンドパルスのパルス幅を零に設定することにより、当該インジェクタ１からの燃料噴射が停止される（ステップ１５）。この場合、エンジンは、当該インジェクタ１が設けられている気筒で燃焼が行われない、所謂、減筒運転となる。このようなエンジンの減筒運転状態はエンジンの損傷にも至り得る本来好ましくない運転状態であるので、異常モニタ信号を発信して運転者等に減筒運転状態に至ったことを知らせる（ステップ１５）。
【００３６】
ステップ１３においてΔＰｒ（ｎ）及びΔＰｒ（ｎ＋１）が予め定められた閾値ΔＰｓより大であるとは判断されない、即ち、ΔＰｒ（ｎ）とΔＰｒ（ｎ＋１）との少なくとも一方が予め定められた閾値ΔＰｓ以下であると判断されたときには、当該インジェクタ１には静的リークが発生していないという正常判定がされる（ステップ１７）。したがって、この場合には、当該インジェクタ１が設けられている気筒は減筒されることはない。
【００３７】
図５は、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力Ｐｒ、各インジェクタへのコマンドパルス、及び燃料ポンプの流量制御弁への指令信号の時間経過を示すグラフである。気筒番号＃１に設けられているインジェクタのみが、燃料噴射終了時期の経過後もコモンレール圧力Ｐｒを降下させているように静的リークを発生させており、異常であるとして、グラフ上では実線で示されている。気筒番号＃２〜気筒番号＃４に設けられているインジェクタは正常であるとする。大きく降下したコモンレール圧力Ｐｒを回復させるため、燃料ポンプ８に付設されている流量制御弁１４に対する指令値は、燃料ポンプ８の全吐出量をコモンレール２に供給するために、略１００％となっている。以後、気筒番号＃３，＃４，＃２の順に燃料の噴射と燃焼とが行われ、コモンレール圧力Ｐｒの降下量及び次に噴射すべき燃料の燃料圧力に応じて、コントローラ１２は流量制御弁１４への指令値を設定している。
【００３８】
図４に示すフローチャートによるインジェクタの異常判定ルーチンの処理の結果、コモンレール圧力Ｐｒの所定値を超える降下量が連続して発生したことから、気筒番号＃１に設けられているインジェクタ１が異常であると判定されると、次回以降の燃焼サイクルにおいては、気筒番号＃１に設けられているインジェクタ１への燃料噴射指令であるコマンドパルスのパルス幅は、零に設定される。したがって、インジェクタ１燃料噴射が行われず、流量制御弁１４への指令も行われない。なお、気筒番号＃１に設けられているインジェクタ１が正常に機能していると判定された場合には、点線のグラフにで示すように、コマンドパルスのパルス幅は有限の幅に設定され、且つ１００％以下の指令値で流量制御弁１４への指令が発せられる。
【００３９】
圧力判定期間におけるコモンレール圧力Ｐｒの降下状態としては、燃料噴射が終了した直後におけるコモンレール圧力Ｐｒｌからの、圧力判定期間におけるコモンレール圧力Ｐｒ（サンプル値）の予め降下量とすることができる。コモンレール圧力Ｐｒｌからの圧力降下量が、予め決められた閾値を超えた場合には、コモンレール圧力Ｐｒの降下状態が過大であり、静的リーク量が多く、インジェクタ１は作動不良と判定することができる。
【００４０】
【発明の効果】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、高圧燃料ポンプから吐出された燃料は蓄圧状態にコモンレールに貯留され、コモンレールから供給された燃料がインジェクタから燃焼室に噴射され、コモンレールの燃料圧力が圧力センサによって検出され、コントローラは、エンジンの運転状態を検出する検出手段からの検出信号に応じて求められる目標噴射量及び目標噴射時期に基づいてインジェクタからの燃料噴射を制御しており、コントローラは、目標噴射時期に応じた燃料噴射終了時期の経過後で且つ高圧燃料ポンプによるコモンレールへの燃料の供給前の圧力判定期間におけるコモンレールの燃料圧力の降下速度を監視して、燃料圧力の降下速度が過大であることに応答して、インジェクタが作動不良であると判定しているので、開閉弁や針弁の戻り異常等のインジェクタの作動不良が速やかに検出でき、エンジンへの重大な損傷が未然に防止して、乗員の安全を確保することができる。また、インジェクタの作動不良の程度に応じて、該当するインジェクタが設けられている気筒のみを休筒にして減筒運転をし、最低限のエンジンの作動を可能にするバクアップ制御を行うことができる。更に、インジェクタの作動不良に起因したエンジンの回転変動、振動・騒音や排気ガス特性の悪化等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のよるコモンレール式燃料噴射装置において、インジェクタのコマンドパルス（駆動信号）とコモンレール圧力との時間変化を示すグラフである。
【図２】燃料ポンプの１回転の範囲に渡って、ポンプ吐出量、インジェクタの駆動パルス、及びコモンレール圧力の検出タイミングを示すグラフである。
【図３】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料噴射制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図４】燃料噴射における静的リーク発生判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力、各インジェクタへのコマンドパルス、及び燃料ポンプの流量制御弁への指令信号の時間経過を示すグラフである。
【図６】従来のコモンレール式燃料噴射システムを示す概略図である。
【図７】図６に示すコモンレール式燃料噴射システムに用いられるインジェクタの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ
２ コモンレール
３ 燃料供給管
８ 高圧燃料ポンプ
１２ コントローラ
１３ 圧力センサ
２４ 針弁
２５ 噴孔
２６ 電磁アクチュエータ
３０ バランスチャンバ
３２ 開閉弁
Ｐｒ コモンレール圧力
Ａ 圧力判定期間
ｔn ，ｔn + 1 ，ｔn + 2 サンプリング時期
Ｐｒ（ｎ），Ｐｒ（ｎ＋１），Ｐｒ（ｎ＋２）サンプリング時期におけるコモンレール圧力
ΔＰｓ 閾値
【発明の属する技術分野】
この発明は、高圧燃料ポンプから吐出された燃料をコモンレールに蓄圧状態に貯留し、コモンレールから供給される燃料をインジェクタから燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの燃料噴射に関して、噴射圧力の高圧化を図り、燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する方式として、コモンレール燃料噴射システムが知られている。コモンレール燃料噴射システムは、燃料ポンプによって所定圧力に加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧状態に貯留し、貯留された加圧燃料を燃料噴射量及び燃料噴射時期等のエンジンの運転状態に応じてコントローラが求めた最適な燃料噴射条件で複数の気筒にそれぞれ配置された各インジェクタから燃焼室内に噴射するシステムである。コモンレールから燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に形成された噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧が作用しており、各インジェクタは燃料供給管を通じて供給される燃料を通過又は遮断する制御を行うため電磁弁を備えている。コントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁弁の作動とを制御している。コモンレール燃料噴射システムには、電磁弁の作動によって高圧燃料の一部を作動流体として利用してインジェクタを作動させる形式のものがある。
【０００３】
図６は、コモンレール燃料噴射システムの概要を示す図である。コモンレール燃料噴射システムにおいて、燃料タンク４内の燃料は、フィルタ５及びフィードポンプ６を経た後、燃料管７を通じて、例えばプランジャ式の可変容量式高圧ポンプである燃料ポンプ８に供給される。燃料ポンプ８は、エンジン出力によって駆動されるものであり、燃料を要求される所定圧力に昇圧し、燃料管９を通じてコモンレール２に供給する。燃料ポンプ８には、コモンレール２における燃料圧を所定圧力に維持するため流量制御弁１４が配設されている。燃料ポンプ８からリリーフされた燃料は、戻し管１０を通じて燃料タンク４に戻る。コモンレール２内の燃料は、燃料供給管３を通じて複数のインジェクタ１に供給される。燃料供給管３からインジェクタ１に供給された燃料のうち、燃焼室への噴射に費やされなかった燃料は、戻し管１１を通じて燃料タンク４に戻る。
【０００４】
電子制御ユニットであるコントローラ１２には、エンジンの気筒判別センサ、エンジン回転数Ｎｅや上死点（ＴＤＣ）を検出するためのクランク角センサ、アクセルペダル踏込み量Ａｃを検出するためのアクセル開度センサ、冷却水温度を検出するための水温センサ、吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ等の、エンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号が入力される。コモンレール２には圧力センサ１３が設けられており、圧力センサ１３によって検出されたコモンレール２内の燃料圧力（以下、コモンレール圧力という）の検出信号もコントローラ１２に入力される。コントローラ１２は、これらの信号に基づいて、エンジン出力が運転状態に即した最適出力になるように、インジェクタ１による燃料の噴射条件、即ち、燃料の噴射時期（噴射開始時期と期間）及び噴射量等を制御する。インジェクタ１が燃料を噴射することでコモンレール２内の燃料が消費され、コモンレール内の燃料圧は低下するが、コントローラ１２は、コモンレール２内の燃料圧が一定となるように或いはエンジンの運転状態に応じて必要とされる燃料噴射圧力を得るため、燃料ポンプ８の流量制御弁１４を制御して吐出圧を制御する。図示の例では、エンジンは、４気筒エンジンであるが、６気筒等の他の気筒数であってもよい。
【０００５】
図７は、コモンレール式燃料噴射システムに用いられるインジェクタの一例を示す縦断面図である。インジェクタ１は、図示が省略されたシリンダヘッド等のベースに設けられた穴部にシール部材によって密封状態に取付けられる。インジェクタ１の上側側部には燃料入口継手２０を介して燃料供給管３が接続されている。インジェクタ１の本体内部には、燃料通路２１，２２が形成されており、燃料供給管３及び燃料通路２１，２２から燃料流路が構成されている。燃料流路を通じて供給された燃料は、燃料溜まり２３及び針弁２４の周囲の通路を通じて、針弁２４のリフト時に開く噴孔２５から燃焼室内に噴射される。
【０００６】
インジェクタ１には、針弁２４のリフトを制御するため、バランスチャンバ式の針弁リフト機構が設けられている。インジェクタ１の最上部には電磁弁を構成する電磁アクチュエータ２６が設けられており、コントローラ１２のコマンドパルスに応じた制御電流が信号線２７を通じて電磁アクチュエータ２６のソレノイド２８に送られる。ソレノイド２８が励磁されると、アーマチュア２９が上昇して燃料路３１の端部に設けられた開閉弁３２を開くので、燃料流路からバランスチャンバ３０に供給された燃料の燃料圧が燃料路３１を通じて解放される。インジェクタ１の本体内部に形成された中空穴３３内には、コントロールピストン３４が昇降可能に設けられている。低下したバランスチャンバ３０内の圧力に基づく力とリターンスプリング３５のばね力とによってコントロールピストン３４に働く押下げ力よりも、燃料溜まり２３に臨むテーパ面３６に作用する燃料圧に基づいてコントロールピストン３４を押し上げる力が勝るため、コントロールピストン３４は上昇する。その結果、針弁２４がリフトし、噴孔２５から燃料が噴射される。燃料噴射時期は針弁２４のリフト時期によって定められ、燃料噴射量は燃料流路内の燃料圧と針弁２４のリフト（リフト量、リフト期間）とによって定められる。
【０００７】
インジェクタの一つの形式として、圧力制御弁のピストンを大径部、小径部及び連結部で構成し、大径部と小径部とのそれぞれの一側に形成され且つ蓄圧室から高圧の燃料が供給される高圧部と、大径部と小径部との間に形成され且つ減圧された燃料圧力が作用する低圧部とを備え、大径部と小径部とに対する高圧燃料の圧力作用に基づいて圧力制御弁のピストンに増圧作用を持たせるものがある（一例として、特開平９−１７７５８６号公報参照）。この形式のインジェクタでは、燃料噴射時に圧力制御弁のピストンを作動させるために高圧燃料がリークすると共に、燃料噴射後の無噴射時にも低圧部を通って燃料がリークしている。前者の燃料のリークは、所謂、動的リークと称されており、後者の燃料のリークは、燃料噴射の動作に関わらず、即ち、燃料噴射が行われない燃料噴射後においても燃料がインジェクタからリークするという、所謂、静的リークと称されている。動的リークは燃料噴射時に存在するのみであるが、静的リークは、存在するとすれば、常に生じているので、燃料ポンプによって高圧燃料が供給されるまで、コモンレールにおける燃料圧力を継続的に低下させる。
【０００８】
インジェクタの別の形式として、低圧部を形成せず、静的リークを生じさせない或いは殆ど静的リークを生じさせない形式のインジェクタがある。静的リークが生じないインジェクタでは、コモンレールから供給され且つ消費される燃料量は、噴孔から燃焼室内に噴射される燃料噴射量と動的リーク量とからなる。コモンレールにおける燃料圧力は、燃料噴射時にのみ次第に低下し、燃料噴射後には次の燃料ポンプによる高圧燃料の供給まで事実上低下することがない。
【０００９】
一般に、インジェクタ１の燃料噴射量とコントローラ１２が出力するコマンドパルスのパルス幅との関係が、コモンレール圧力Ｐｒ（燃料噴射直前のコモンレール２内の燃料圧力）をパラメータとしたマップによって定められており、コントローラ１２内にメモリとして記憶されている。コモンレール圧力Ｐｒを一定とすると、パルス幅が大きいほど燃料噴射量は多くなり、同じパルス幅であっても、コモンレール圧力Ｐｒが大であるほど燃料噴射量は大きくなる。噴射すべき燃料噴射量と燃料噴射直前のコモンレール圧力Ｐｒとに応じて、コントローラ１２が出力するコマンドパルスのパルス幅が算出される。一方、燃料噴射は、コマンドパルスの立ち下がり時刻と立ち上がり時刻に対して一定時間遅れて開始又は停止されるので、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期を制御することによって、噴射タイミングを制御することが可能である。基本噴射量とエンジン回転数との間には、アクセルペダル踏込み量をパラメータとして一定の関係が基本噴射量特性マップとして予め与えられており、燃焼サイクル毎の燃料噴射量は、エンジンの運転状態に応じて基本噴射量特性マップから計算によって求められる。
【００１０】
インジェクタの噴射特性（特に、噴射時期，噴射量）には、インジェクタ毎に特性が異なる個体バラツキと、同じインジェクタであっても各部に生じる劣化等に起因して時間の経過と共に変化する径年変化とがある。コモンレール圧力とインジェクタを駆動させるためにコントローラがオンとして出力するコマンドパルスのパルス幅とが同じであっても、個々のインジェクタの燃料噴射量は異なり、また、同じインジェクタであっても、インジェクタの燃料噴射特性が変化し、時間の経過と共に燃料噴射量が変化することがある。燃料噴射量それ自体が大きな値であるときには各インジェクタの噴射量に多少の差はあっても大きな問題となることはないが、アイドル運転状態又はパイロット噴射時のような目標噴射量が少ない場合には、燃料噴射量のバラツキによる燃焼への影響は顕著になり、多量の燃料が噴射されたり全く燃料噴射が行われないという事態に至ることがあり得る。また、排気ガス中でのスモークの発生やエンジンの振動・騒音等のエンジン性能に対しても悪影響を及ぼす。
【００１１】
ところで、コモンレール式の燃料噴射システムにおいては、上記のように、インジェクタの針弁の昇降はコモンレールの燃料圧力に基づいて制御されており、インジェクタの電磁アクチュエータへの通電とその遮断とにより、コモンレールからインジェクタ内の圧力制御室（バランスチャンバ）に供給されている燃料の外部へのリークのオン・オフ制御を行い、針弁を昇降させている。
【００１２】
コントローラからのコマンドパルスに応じた制御信号を受けて作動する電磁アクチュエータはソレノイドやリターンスプリングを備えており、圧力制御室内の圧力を解放する通路の開閉を行う開閉弁は電磁アクチュエータによって燃料路を開閉する弁ステムと弁フェースを備えた構造である。このような構造であると、リターンスプリングの作動不良や開閉弁の弁ステムの引っ掛かり等に起因して、目標噴射量の燃料を噴射するための期間が経過したにもかかわらず、開閉弁が完全に戻らなかたり、開閉弁が閉弁位置にありながら開閉弁の弁フェースと弁シートとが片当たりして燃料のリークを生じるという、電磁弁の作動不良が生じることがある。このような状態になると、燃料噴射量が異常に増加し、エンジンに致命的な損傷を与えかねないと共に、電磁弁からインジェクタ作動中にリークする動的リーク量が増加することによりコモンレール圧力が急激に低下するなどの問題が生じ、高圧ポンプからコモンレールへの供給が困難になるなど、他の気筒の燃焼にも大きな影響を与えてしまう。
【００１３】
検出されたコモンレール圧力が所定の範囲内にあるか否かを判断し、コモンレール圧力が所定の範囲から外れたときには、警報を発するか、或いは対応するインジェクタに具備される電磁弁を閉じて、当該インジェクタが設けられる気筒を休筒した減筒運転を行う燃料噴射装置が提案されている（特開平２−９５７７０号公報）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、低圧部による静的リークがある形式のインジェクタでは、燃料噴射終了後にも燃料のリークがあるので、インジェクタの不良に起因して燃料噴射終了時期に経過後において生じるコモンレール圧力の低下との区別が付きにくいが、低圧部による静的リークのないインジェクタでは、燃料噴射終了時期の経過後であって燃料ポンプが高圧燃料を吐出してコモンレールに燃料を供給してコモンレールの燃料圧力が回復するまでの間では、基本的にはコモンレール圧力に変化は無いことに着目して、コモンレール圧力を監視することでインジェクタの作動不良の判断をする点で解決すべき課題がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、高圧燃料ポンプから吐出された燃料を蓄圧状態にコモンレールに貯留し、コモンレールから供給された燃料をインジェクタが燃焼室に噴射し、コントローラがエンジンの運転状態を検出する検出手段からの検出信号に応じて求められる燃料の目標噴射量に基づいてインジェクタからの燃料噴射を制御しているコモンレール式燃料噴射装置において、燃料噴射終了時期の経過後におけるコモンレールの燃料圧力の変化を監視することにより、開閉弁や針弁の戻り異常等のインジェクタの作動不良を速やかに検出し、エンジンへの重大な損傷を未然に防止するとともに、乗員の安全を確保し、インジェクタの作動不良の程度に応じて最低限のエンジンの作動を可能にするバクアップ制御を行うことを可能にするコモンレール式燃料噴射装置を提供することである。
【００１６】
前記目的を達成するため、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置は、高圧燃料ポンプから吐出された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給される燃料を燃焼室に噴射するインジェクタ、エンジンの運転状態を検出する検出手段、前記コモンレールの燃料圧力を検出する圧力センサ、及び前記検出手段からの検出信号に応じて前記インジェクタから噴射すべき燃料の目標噴射量及び目標噴射時期を求め、前記目標噴射量及び前記目標噴射時期に基づいて前記インジェクタからの燃料噴射を制御するコントローラを具備し、前記コントローラは、前記目標噴射時期に応じた燃料噴射終了時期の経過後で且つ前記燃料ポンプによる前記コモンレールへの燃料の供給前の圧力判定期間における前記コモンレールの燃料圧力の降下速度が過大であることに応答して、前記インジェクタが作動不良であると判定するものであるコモンレール式燃料噴射装置において、前記コントローラは、前記圧力判定期間において前記圧力センサの検出信号に基づいて複数のサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力を求め、隣り合うサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の差である圧力降下量を前記降下速度として求め、連続する二つの前記圧力降下量が予め決められた閾値を超えていることに応答して前記コモンレールの燃料圧力の降下速度が過大であると判定するものであることを特徴とする。
【００１７】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、コントローラは、燃料噴射時期に応じた燃料噴射終了時期の経過後で且つ燃料ポンプによるコモンレールへの燃料の供給前の圧力判定期間において、コモンレールの燃料圧力を検出する。燃料噴射終了時期までの燃料噴射を行っている期間では、インジェクタから燃焼室への燃料噴射とその燃料噴射を行うための動的リークとがあるため、コモンレールの燃料圧力は低下する。インジェクタの開閉弁が閉弁した後においては、燃料噴射と動的リークがなくなり、次の燃料ポンプからの燃料の供給があるまで基本的には圧力上昇がないので、コモンレール式の燃料圧力の降下があるとすると、非作動状態にあるにもかかわらずインジェクタからの燃料リーク（静的リーク）が存在することに起因した圧力降下である。圧力判定期間におけるコモンレールの燃料圧力の降下状態が過大であるときには、インジェクタにおける静的リーク量が過大であることが想定されるので、コントローラは、当該インジェクタが作動不良であると判定する。
【００１８】
インジェクタの作動不良の判定は、この予め判定時期における圧力降下が適正な圧力降下の範囲内に有るか否かを判断することによってなされる。このコモンレール式燃料噴射装置において、前記コモンレールの燃料圧力の降下状態は、前記コモンレールの燃料圧力の降下速度とされる。また、前記コモンレールの燃料圧力の降下状態は、前記燃料噴射終了時期における前記コモンレールの燃料圧力からの圧力降下量であるとすることも可能である。圧力降下が適正な圧力降下の範囲内でなければ、インジェクタからの静的リークが過多であると判定される。
【００１９】
前記コモンレールの燃料圧力の降下状態を、前記コモンレールの燃料圧力の降下速度とした場合、前記コントローラは、前記圧力判定期間において前記圧力センサの検出信号に基づいて複数のサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力を求め、隣り合うサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の差である圧力降下量を前記降下速度として求め、連続する二つの前記圧力降下量が予め決められた閾値を超えていることに応答して前記コモンレールの燃料圧力の降下状態が過大であると判定する。即ち、隣り合うサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の差である圧力降下量が、二度続けて予め決められた閾値を超えているときは、インジェクタの作動不良とするに充分な根拠となる。前記閾値は、前記サンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の大きさ等のエンジンの運転状態に応じて予め決めることも可能である。
【００２０】
前記コントローラは、作動不良であると判定した前記インジェクタからの燃料噴射を禁止する。燃料噴射終了時期の経過後にも燃料噴射を継続するようなインジェクタが作動し続けるとエンジン自体の損傷にもつながるため、作動不良であると判定されたインジェクタからの燃料噴射を行わない。前記インジェクタの型式の一つとして、前記コモンレールから供給される燃料の一部が導入される圧力制御室、前記圧力制御室内の燃料の圧力作用に基づいて昇降して前記インジェクタの先端部に形成された燃料を噴射する噴孔を開閉する針弁、前記圧力制御室内の燃料を排出することにより前記圧力制御室内の燃料圧力を解放する開閉弁、及び前記開閉弁を作動するため前記コントローラが出力するコマンドパルスに応じた駆動信号により駆動されるアクチュエータを具備する型式のものがある。この型式のインジェクタでは、コントローラがアクチュエータを作動させると、開閉弁が開いて、コモンレールから供給された圧力制御室内の燃料を排出して圧力制御室内の燃料圧力を解放する。圧力制御室内の燃料の圧力が低下することにより、燃料圧力に基づいて針弁が上昇し、インジェクタの先端部に形成された噴孔が開いて燃料を燃焼室に噴射する。
【００２１】
前記コントローラは、作動不良であると判定した前記インジェクタからの燃料噴射を禁止するため、次回以降の燃焼サイクルにおいて当該インジェクタに対応して出力する前記コマンドパルスのパルス幅を零とする。コマンドパルスのパルス幅を零とするときは、コマンドパルスに応じたインジェクタへの駆動信号が発せられないことと同義であるので、次回の燃焼サイクル以降の当該インジェクタから燃料噴射は行われない。エンジンは、所謂、減筒運転とされ、残りの気筒における燃料の噴射と燃焼のみが実行されて、少なくとも最少限のエンジンの運転が確保される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置の実施例を説明する。図１はこの発明のよるコモンレール式燃料噴射装置において、インジェクタのコマンドパルス（駆動信号）とコモンレール圧力との時間変化を示すグラフであり、図２は燃料ポンプの１回転の範囲に渡って、ポンプ吐出量、インジェクタの駆動パルス、及びコモンレール圧力の検出タイミングを示すグラフである。
【００２３】
コモンレール式燃料噴射システム及びこのシステムに用いられるインジェクタは、それぞれ図６及び図７に示したシステム及びインジェクタをそのまま適用することができる。即ち、インジェクタ１について言えば、コモンレール２から供給される燃料の一部が導入される圧力制御室としてのバランスチャンバ３０、バランスチャンバ３０内の燃料の圧力作用に基づいて昇降してインジェクタ１の先端部に形成された燃料を噴射する噴孔２５を開閉する針弁２４、バランスチャンバ３０内の燃料を排出することによりバランスチャンバ３０内の燃料圧力を解放する開閉弁３２、及び開閉弁３２を作動させる電磁アクチュエータ２６を有しており、このインジェクタ１の構造については、図７に示すインジェクタ１と同様であって良く、その他の細部についての再度の詳細な説明を省略する。エンジンは、図６に示すように多気筒エンジンであるので、コントローラ１２は、インジェクタ１からの燃料噴射の制御を各気筒別に行っている。
【００２４】
図１に示すグラフを参照すると，あるインジェクタ１の燃料噴射に対応して、燃料ポンプ８のプランジャは時刻ｔ0 に下死点（ＢＤＣ）に到達する。噴射すべき燃料噴射量とコモンレール圧力Ｐｒとに基づいてコントローラ１２が算出したパルス幅に対応して、時刻ｔ0 から時間Ｔ0 後の時刻ｔ1 に，インジェクタ１にコマンドパルス（駆動信号）が立ち下がり，インジェクタ１が燃料噴射のための作動を開始する。インジェクタ１から燃料が噴射され，コマンドパルスの立ち下がり時刻ｔ1 からの時間Ｔｄ（駆動信号の立ち上がり時刻ｔ2 よりも時間遅れがある）の後の時刻ｔ3 に燃料噴射が終了する。コモンレール圧力Ｐｒは，インジェクタ１からの燃料噴射が開始されてから若干の時間遅れを伴って降下し始め，噴射終了後には，燃焼順序に従って次に燃焼が行われる気筒での燃料噴射のために高圧燃料ポンプ８からの燃料の吐出に応じて回復するというサイクルを繰り返している。燃料噴射終了時期ｔ3 は、コモンレール圧力Ｐｒの変化を監視し、燃料噴射に伴うコモンレール圧力Ｐｒの脈動が落ち着いた時期とすることによって知ることができるが、コマンドパルスの立ち下がり（ＯＮ）時期から、コモンレール圧力Ｐｒと目標噴射量から定められる所定期間の経過後としてもよい。燃料噴射の終了時期の決定方法は、これらの方法以外にも考えられ、特に限定されるものではない。
【００２５】
燃料噴射を行っている間は、開閉弁３２を開いてバランスチャンバ３０の燃料圧を解放するために、インジェクタ１から燃焼室への燃料噴射とバランスチャンバ３０内の燃料が燃料路３１を通じてリークされるという動的リークがある。燃料噴射の直前と燃料噴射終了後との間で生じるコモンレールの燃料圧力の圧力降下量，即ち，コモンレール圧力差ΔＰｒは，燃料噴射の直前（例えば、コマンドパルスの立ち下がり時刻ｔ1 ）に圧力センサ１３が検出する圧力降下前の圧力Ｐｒｈと，圧力降下後の圧力Ｐｒｌとの差ΔＰ1 （＝Ｐｒｈ−Ｐｒｌ）である。コモンレール圧力Ｐｒにおける圧力降下量ΔＰ1 は、噴孔２５から燃焼室に実際に噴射された実燃料噴射量とバランスチャンバ３０からリークする動的リーク量との和に対応して低下した圧力降下量である。
【００２６】
低圧部を有しない形式のインジェクタでは意図的な燃料のリークは本来存在しないので、インジェクタ１の開閉弁３２の閉弁時期が経過した後は、燃料噴射と動的リークとがなくなる。インジェクタ１には動的リーク以外に静的リークによる燃料リークがあると、インジェクタ１が非作動状態にあっても、コモンレール圧力Ｐｒが低下する。開閉弁３２が、例えば、燃料路３１の出口端をばね力によって外側から塞ぐ構造を有している場合には、正常に機能しているインジェクタ１であっても、開閉弁３２が閉弁時であるにもかかわらず、燃料路３１の開口端を完全に閉鎖できずに、バランスチャンバ３０から開閉弁３２を通じた静的リークが発生することがある。このような場合には、コモンレール圧力Ｐｒには、燃料噴射終了時期ｔ3 の経過後であっても、開閉弁３２を通じた静的リークに対応して、圧力降下量ΔＰ2 が生じる。しかしながら、この種の静的リークによる圧力降下量ΔＰ2 は、燃料噴射による圧力降下量ΔＰ1 と比較して少なく、無視できる場合が多い。
【００２７】
燃料噴射等に起因して低下したコモンレール圧力Ｐｒは、燃料ポンプ８からの高圧燃料の吐出によって、燃焼順序に従って次に噴射すべき気筒での燃料噴射において要求される所定のレベルにまで回復される。燃料ポンプ８のサイクルには、プランジャの下死点に対応した時刻ｔ0 からのポンプの無駄押しのけ容積ストローク期間Ｔａと、その後の全吐出時吐出期間Ｔｐｏとが含まれる。全吐出時吐出期間Ｔｐｏは、エンジンの最高負荷に対応しており、吐出可能なすべての範囲に渡って燃料を吐出する期間である。エンジンが部分負荷の状態にある場合には、全吐出時吐出期間Ｔｐｏに渡って燃料を吐出する必要がないので、燃料は、全吐出時吐出期間Ｔｐｏのうち当初の所定の期間においては、燃料ポンプ８の吐出側に配設された流量制御弁１４によって戻し管１０を通じて燃料タンク４にリークされ、全吐出時吐出期間Ｔｐｏの終了までの一部の期間である吐出期間Ｔｐにおいて、燃料管９を通じてコモンレール２に供給される。吐出期間Ｔｐは、次に燃焼が行われる気筒での燃料噴射で要求される要求吐出量とコモンレール圧力とによって算出される。吐出期間Ｔｐ中においては燃料が燃料管９を通じてコモンレール２に供給されるので、コモンレール圧力Ｐｒは、静的リークによる圧力降下量ΔＰ2 を含めて、図１に示すように次第に回復する。
【００２８】
インジェクタ１の非作動状態において生じる静的リークとして、開閉弁３２の片当たり等に起因して出口端を完全に閉鎖できない状態となってバランスチャンバ３０に供給されていた燃料が燃料路３１を通じて大きく流出することや、或いは針弁２４が閉鎖状態へ戻る時にインジェクタ本体に引っ掛かる状態となるか、或いは針弁２４を閉弁位置に復帰させるリターンスプリング３５の作動不良になること等に起因した静的リークがある。このような静的リーク過多が生じると、針弁２４の戻り作動が緩慢になり、コントローラ１２が算出した燃料噴射終了時期ｔ3 が経過しているにもかかわらず、燃料がインジェクタ１の噴孔２５から噴射され続けることになり、インジェクタ１の作動は正常に機能していないとは言えない状態になる。
【００２９】
かかる異常な静的リークが生じた場合には、コモンレール圧力Ｐｒは、図１において圧力降下量ΔＰ3 に示すように、燃料噴射終了時期ｔ3 後にも比較的大きく次第に低下し続ける。したがって、燃料噴射開始前と比較して、コモンレール圧力Ｐｒの圧力降下量ΔＰｒはΔＰ1 ＋ΔＰ2 ＋ΔＰ3 となる。このような場合、燃料ポンプ８からの高圧燃料がコモンレール２に供給されても、コモンレール圧力Ｐｒは吐出期間Ｔｐを経過後に所定の圧力まで充分回復しないことがある。
【００３０】
燃料噴射開始後においては、コモンレール圧力Ｐｒは、次の燃料ポンプ８からの供給があるまで基本的には昇しないため、燃料噴射終了時期が経過してからの所定の期間において、コモンレール圧力Ｐｒを検出し、この期間中に圧力降下があっても適正な圧力降下の範囲内に有るか否かを判定することによって、インジェクタ１の作動は正常に機能していないと言える程度の静的リークが生じているか否かが判断される。静的リークの発生を判断するためのコモンレール圧力Ｐｒの検出期間は、コモンレール圧力Ｐｒの回復のために、燃料ポンプ８による燃料のコモンレール２への供給が開始されてコモンレール圧力Ｐｒが上昇を開始するまでの期間とするのが適当である。即ち、インジェクタ１の作動不良を判定するため、コモンレール圧力Ｐｒを検出すべき圧力判定期間は、燃料噴射の終了時刻ｔ3 （ｔ0 ＋Ｔ0 ＋Ｔｄ）から吐出期間Ｔｐの開始時期ｔ4 （ｔ0 ＋Ｔａ＋Ｔｐｆ−Ｔｐ）までの期間、即ち、図２のＡで示す期間内とされる。コモンレール圧力Ｐｒの検出は複数回のサンプリングによって行われる。
【００３１】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料噴射制御について、図３及び図４に示すフローチャートに基づいて、以下に説明する。図３はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料噴射制御のメインルーチンを示すフローチャートであり、図４は燃料噴射における静的リーク発生判定ルーチンを示すフローチャートである。ここでは、エンジンの運転状態を検出する検出手段として、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサと、エンジンへの負荷を表すものとしてアクセルペダル踏込み量のようなアクセル操作量Ａｃを検出するアクセル操作量センサがある。
【００３２】
図３に示すように、エンジンの運転状態として、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数センサによって検出され（ステップ１）、アクセル操作量Ａｃがアクセル操作量センサによって検出される（ステップ２）。ステップ１及びステップ２で検出されたエンジン回転数Ｎｅとアクセル操作量Ａｃとに基づいて、予め決められたマップデータ（図示せず）を参照することにより、目標噴射量Ｑｔ及び目標噴射時期ｔi が求められる（ステップ３、ステップ４）。目標噴射時期ｔi は、コマンドパルスの立ち下がり時期ｔ1 の後で且つコモンレール圧力Ｐｒの降下開始時期より前の時期となる。コモンレール圧力Ｐｒが圧力センサ１３のサンプリング検出信号から算出される（ステップ５）。ステップ３で求められた目標噴射量Ｑｔを得るために必要な目標コモンレール圧力Ｐｒ0 が決定される（ステップ６）。高圧燃料ポンプ８の流量制御弁１４の開閉を定める割合（例えば、電磁弁のデューティ比）を制御することにより、コモンレール圧力Ｐｒが目標コモンレール圧力Ｐｒ0 となるように制御される（ステップ７）。
【００３３】
圧力センサ１３によって検出されたコモンレール圧力Ｐｒそれ自体はノイズを含んでおりそのまま使用できないので、移動平均等の適宜の平滑化処理を施して平滑化されたコモンレール圧力を求める。以後、コモンレール圧力Ｐｒというときは、この平滑化されたコモンレール圧力を指す。図４に示すルーチンは、燃料噴射を行なう各気筒について逐次実行される。コモンレール圧力Ｐｒは、各気筒の燃料噴射の終了から燃料ポンプ８による燃料の吐出の開始までの圧力判定期間Ａにおいて、例えば、一定のサンプリング周期ΔＴ（例えば、１ｍｓ）毎のサンプリング時期ｔn ，ｔn + 1 ，ｔn + 2 にコモンレール圧力Ｐｒが求められる（ステップ１０）。
【００３４】
サンプリングされたコモンレール圧力Ｐｒのうち、ｎをサンプリング番号としたとき、連続する３つのコモンレール圧力Ｐｒ（ｎ），Ｐｒ（ｎ＋１），Ｐｒ（ｎ＋２）が取り込まれる（ステップ１１）。隣り合う２つのサンプリング時期ｔn とｔn + 1 とにおけるコモンレール圧力Ｐｒの差ΔＰｒ（ｎ），及び隣り合う２つのサンプリング時期ｔn + 1 とｔn + 2 とにおけるコモンレール圧力Ｐｒの差ΔＰｒ（ｎ＋１）を求める（ステップ１２）。即ち、
ΔＰｒ（ｎ） ＝Ｐｒ（ｎ）−Ｐｒ（ｎ＋１）
ΔＰｒ（ｎ＋１）＝Ｐｒ（ｎ＋１）−Ｐｒ（ｎ＋２）
ΔＰｒ（ｎ）とΔＰｒ（ｎ＋１）とが、予め定められた閾値ΔＰｓ（＞０）と比較される（ステップ１３）。圧力降下が正常か否かを判定する基準値としての閾値ΔＰｓは、圧力降下量ΔＰ2 程度の降下速度では、超えることがない値に設定されている。この閾値ΔＰｓは、一定値であってもよいが、コモンレール圧力Ｐｒそれ自体の高さによって当然に静的リーク量も変化するので、コモンレール圧力Ｐｒ等のエンジンの運転状態に応じて閾値ΔＰｓを変化させてもよい。なお、適当なサンプリング時期を設定すれば、サンプリングを３回のみ（ｎ＝１）とすることも可能である。
【００３５】
ステップ１３においてΔＰｒ（ｎ）とΔＰｒ（ｎ＋１）とが予め定められた閾値ΔＰｓより大であると判断されると、インジェクタ１には過大な静的リークが発生しているという異常判定がされる（ステップ１４）。即ち、燃料噴射終了時期ｔ3 以降の連続するサンプリング時間におけるコモンレール圧力Ｐｒの差分が予め定められた閾値ΔＰｓより大であるときは、コモンレール圧力Ｐｒが二度連続して閾値ΔＰｓ以上に減少しているため、インジェクタ１には過大な静的リークが発生していると判定される。このような異常判定がされると、次回の燃焼サイクルにおいて、コントローラ１２は電磁アクチュエータ２６を駆動するためのコマンドパルスのパルス幅を零に設定することにより、当該インジェクタ１からの燃料噴射が停止される（ステップ１５）。この場合、エンジンは、当該インジェクタ１が設けられている気筒で燃焼が行われない、所謂、減筒運転となる。このようなエンジンの減筒運転状態はエンジンの損傷にも至り得る本来好ましくない運転状態であるので、異常モニタ信号を発信して運転者等に減筒運転状態に至ったことを知らせる（ステップ１５）。
【００３６】
ステップ１３においてΔＰｒ（ｎ）及びΔＰｒ（ｎ＋１）が予め定められた閾値ΔＰｓより大であるとは判断されない、即ち、ΔＰｒ（ｎ）とΔＰｒ（ｎ＋１）との少なくとも一方が予め定められた閾値ΔＰｓ以下であると判断されたときには、当該インジェクタ１には静的リークが発生していないという正常判定がされる（ステップ１７）。したがって、この場合には、当該インジェクタ１が設けられている気筒は減筒されることはない。
【００３７】
図５は、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力Ｐｒ、各インジェクタへのコマンドパルス、及び燃料ポンプの流量制御弁への指令信号の時間経過を示すグラフである。気筒番号＃１に設けられているインジェクタのみが、燃料噴射終了時期の経過後もコモンレール圧力Ｐｒを降下させているように静的リークを発生させており、異常であるとして、グラフ上では実線で示されている。気筒番号＃２〜気筒番号＃４に設けられているインジェクタは正常であるとする。大きく降下したコモンレール圧力Ｐｒを回復させるため、燃料ポンプ８に付設されている流量制御弁１４に対する指令値は、燃料ポンプ８の全吐出量をコモンレール２に供給するために、略１００％となっている。以後、気筒番号＃３，＃４，＃２の順に燃料の噴射と燃焼とが行われ、コモンレール圧力Ｐｒの降下量及び次に噴射すべき燃料の燃料圧力に応じて、コントローラ１２は流量制御弁１４への指令値を設定している。
【００３８】
図４に示すフローチャートによるインジェクタの異常判定ルーチンの処理の結果、コモンレール圧力Ｐｒの所定値を超える降下量が連続して発生したことから、気筒番号＃１に設けられているインジェクタ１が異常であると判定されると、次回以降の燃焼サイクルにおいては、気筒番号＃１に設けられているインジェクタ１への燃料噴射指令であるコマンドパルスのパルス幅は、零に設定される。したがって、インジェクタ１燃料噴射が行われず、流量制御弁１４への指令も行われない。なお、気筒番号＃１に設けられているインジェクタ１が正常に機能していると判定された場合には、点線のグラフにで示すように、コマンドパルスのパルス幅は有限の幅に設定され、且つ１００％以下の指令値で流量制御弁１４への指令が発せられる。
【００３９】
圧力判定期間におけるコモンレール圧力Ｐｒの降下状態としては、燃料噴射が終了した直後におけるコモンレール圧力Ｐｒｌからの、圧力判定期間におけるコモンレール圧力Ｐｒ（サンプル値）の予め降下量とすることができる。コモンレール圧力Ｐｒｌからの圧力降下量が、予め決められた閾値を超えた場合には、コモンレール圧力Ｐｒの降下状態が過大であり、静的リーク量が多く、インジェクタ１は作動不良と判定することができる。
【００４０】
【発明の効果】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、高圧燃料ポンプから吐出された燃料は蓄圧状態にコモンレールに貯留され、コモンレールから供給された燃料がインジェクタから燃焼室に噴射され、コモンレールの燃料圧力が圧力センサによって検出され、コントローラは、エンジンの運転状態を検出する検出手段からの検出信号に応じて求められる目標噴射量及び目標噴射時期に基づいてインジェクタからの燃料噴射を制御しており、コントローラは、目標噴射時期に応じた燃料噴射終了時期の経過後で且つ高圧燃料ポンプによるコモンレールへの燃料の供給前の圧力判定期間におけるコモンレールの燃料圧力の降下速度を監視して、燃料圧力の降下速度が過大であることに応答して、インジェクタが作動不良であると判定しているので、開閉弁や針弁の戻り異常等のインジェクタの作動不良が速やかに検出でき、エンジンへの重大な損傷が未然に防止して、乗員の安全を確保することができる。また、インジェクタの作動不良の程度に応じて、該当するインジェクタが設けられている気筒のみを休筒にして減筒運転をし、最低限のエンジンの作動を可能にするバクアップ制御を行うことができる。更に、インジェクタの作動不良に起因したエンジンの回転変動、振動・騒音や排気ガス特性の悪化等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のよるコモンレール式燃料噴射装置において、インジェクタのコマンドパルス（駆動信号）とコモンレール圧力との時間変化を示すグラフである。
【図２】燃料ポンプの１回転の範囲に渡って、ポンプ吐出量、インジェクタの駆動パルス、及びコモンレール圧力の検出タイミングを示すグラフである。
【図３】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料噴射制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図４】燃料噴射における静的リーク発生判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力、各インジェクタへのコマンドパルス、及び燃料ポンプの流量制御弁への指令信号の時間経過を示すグラフである。
【図６】従来のコモンレール式燃料噴射システムを示す概略図である。
【図７】図６に示すコモンレール式燃料噴射システムに用いられるインジェクタの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ
２ コモンレール
３ 燃料供給管
８ 高圧燃料ポンプ
１２ コントローラ
１３ 圧力センサ
２４ 針弁
２５ 噴孔
２６ 電磁アクチュエータ
３０ バランスチャンバ
３２ 開閉弁
Ｐｒ コモンレール圧力
Ａ 圧力判定期間
ｔn ，ｔn + 1 ，ｔn + 2 サンプリング時期
Ｐｒ（ｎ），Ｐｒ（ｎ＋１），Ｐｒ（ｎ＋２）サンプリング時期におけるコモンレール圧力
ΔＰｓ 閾値
Claims (5)
- 高圧燃料ポンプから吐出された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給される燃料を燃焼室に噴射するインジェクタ、エンジンの運転状態を検出する検出手段、前記コモンレールの燃料圧力を検出する圧力センサ、及び前記検出手段からの検出信号に応じて前記インジェクタから噴射すべき燃料の目標噴射量及び目標噴射時期を求め、前記目標噴射量及び前記目標噴射時期に基づいて前記インジェクタからの燃料噴射を制御するコントローラを具備し、前記コントローラは、前記目標噴射時期に応じた燃料噴射終了時期の経過後で且つ前記燃料ポンプによる前記コモンレールへの燃料の供給前の圧力判定期間における前記コモンレールの燃料圧力の降下速度が過大であることに応答して、前記インジェクタが作動不良であると判定するものであるコモンレール式燃料噴射装置において、
前記コントローラは、前記圧力判定期間において前記圧力センサの検出信号に基づいて複数のサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力を求め、隣り合うサンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の差である圧力降下量を前記降下速度として求め、連続する二つの前記圧力降下量が予め決められた閾値を超えていることに応答して前記コモンレールの燃料圧力の降下速度が過大であると判定するものであることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。 - 前記コントローラは、前記閾値を、前記サンプリング時期における前記コモンレールの燃料圧力の大きさ等のエンジンの運転状態に応じて予め決めているものであることを特徴とする請求項１に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
- 前記コントローラは、作動不良であると判定した前記インジェクタからの燃料噴射を禁止するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
- 前記インジェクタは、前記コモンレールから供給される燃料の一部が導入される圧力制御室、前記圧力制御室内の燃料の圧力作用に基づいて昇降して前記インジェクタの先端部に形成された燃料を噴射する噴孔を開閉する針弁、前記圧力制御室内の燃料を排出することにより前記圧力制御室内の燃料圧力を解放する開閉弁、及び前記開閉弁を作動するため前記コントローラが出力するコマンドパルスに応じた駆動信号により駆動されるアクチュエータを具備するものであることを特徴とする請求項３に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
- 前記コントローラは、作動不良であると判定した前記インジェクタからの燃料噴射を禁止するため、次回以降の燃焼サイクルにおいて当該インジェクタに対応して出力する前記コマンドパルスのパルス幅を零とするものであることを特徴とする請求項４に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
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