JP4968319B2

JP4968319B2 - 燃料噴射弁の異常判定装置

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Publication number: JP4968319B2
Application number: JP2009292235A
Authority: JP
Inventors: 啓裕古谷; 嘉康伊藤; 猛宮浦; 牧男土山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: BR112012004534B1; DE112010004995B4; BR112012004534A2; CN102483006B; DE112010004995T5; JP2011132864A; CN102483006A; WO2011078153A1

Description

この発明は燃料噴射弁の異常判定装置に関し、特に内燃機関の各気筒に対してそれぞれ設けられた燃料噴射弁における開固着の発生を判定する異常判定装置に関する。

燃料噴射弁が開弁したまま閉弁しない状態になる開固着の発生を判定する方法として、コモンレールやデリバリパイプ内の燃料の圧力であるレール圧の変化や、機関回転速度の変化を監視し、これらの変化態様に基づいて閉弁指令に反して燃料が噴射され続けていることを検知して噴射弁が開固着していることを判定する方法が知られている。

しかしながら、こうした方法では、開固着が発生してからその影響によってレール圧や機関回転速度に変動が生じるまでは開固着の発生を判定することができないため、開固着の発生を判定するまでに時間がかかってしまう。また、各気筒に対してそれぞれ設けられた燃料噴射弁のうち、どの噴射弁に開固着が発生しているのかを判別することが難しい。

そこで、特許文献１に記載の燃料噴射弁の異常判定装置にあっては、各気筒に対してそれぞれ設けられた噴射弁に、同噴射弁に供給されている燃料の圧力を検出する圧力センサを個別に設けるようにしている。そして、噴射に伴う燃料圧力の変化を噴射弁毎に監視し、その変化態様に基づいて各噴射弁の異常を判定するようにしている。

こうした構成によれば、噴射弁の開閉に伴う燃料圧力の小さな変動も各噴射弁に設けられた圧力センサによって速やかに検出することができるようになる。そのため、例えば、燃料噴射の終了に伴い燃料圧力が上昇するはずであるにも拘わらず、その噴射弁における燃料圧力が上昇していないことが検知されたときに、これに基づいて当該噴射弁に開固着が発生していることを判定することができる。すなわち、レール圧や機関回転速度の変化に基づいて開固着の発生を判定する場合と比較して、速やかに開固着の発生を判定することができるとともに、どの噴射弁に開固着が発生しているのかを容易に判別することができるようになる。

特開２００９‐８５１６４号公報

ところが、上記のように燃料噴射が終了しているにも拘わらずその噴射弁における燃料圧力が上昇していないことが検知されたときにこれに基づいて即座に開固着の発生を判定するようにした場合には、燃料圧力の検出値へのノイズの重畳等に起因して開固着が発生している旨の誤判定が生じるおそれがある。また、こうした誤判定の発生を抑制するために燃料圧力の判定閾値を変更する等して開固着判定の判定基準を厳しく、すなわち開固着判定がなされにくくなるようにすると、実際には開固着が発生しているにも拘わらず、開固着判定がなされなくなってしまう。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は誤判定の発生を抑制しつつ、速やかに且つ高い精度で開固着の発生を判定することのできる燃料噴射弁の異常判定装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の各気筒に対してそれぞれ設けられる燃料噴射弁に、同燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を検出する圧力センサをそれぞれ設け、同圧力センサによって検出される燃料圧力の変化態様に基づいて前記燃料噴射弁の異常を判定する燃料噴射弁の異常判定装置において、燃料を噴射した燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に同燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認する第１の確認手段と、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認する第２の確認手段とを備え、前記第１の確認手段及び前記第２の確認手段の双方によって燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことが確認されていることに基づいて燃料を噴射した燃料噴射弁に開固着が発生したことを判定することをその要旨とする。

内燃機関の各気筒に対してそれぞれ設けられた燃料噴射弁のうち、いずれかの噴射弁から燃料が噴射された場合には、コモンレールやデリバリパイプ等の燃料供給通路を介して連結されている他の燃料噴射弁に供給されている燃料の圧力にもその影響が伝播する。具体的には、いずれかの噴射弁から燃料が噴射されると、噴射された燃料の分だけ同噴射弁に設けられた圧力センサによって検出される燃料圧力が低下するとともに、燃料供給通路を介して連結された他の噴射弁に設けられた圧力センサによって検出される燃料圧力も低下するようになる。そのため、燃料を噴射しなかった噴射弁における燃料圧力の変化態様を監視することによっても、燃料を噴射した噴射弁に開固着が発生したか否かを推定することができる。

上記請求項１に記載の構成によれば、燃料を噴射した噴射弁における燃料圧力の変化態様のみならず、燃料を噴射しなかった噴射弁における燃料圧力の変化態様も参照した上で燃料を噴射した燃料噴射弁に開固着が発生したことの判定がなされるようになる。したがって、別々のセンサによって検出された燃料圧力の変化態様から総合的に開固着が発生したことが判定されるため、圧力センサの検出値へのノイズの重畳等による誤判定の発生が抑制されるようになる。また、こうした構成を採用すれば、燃料を噴射した噴射弁における燃料圧力の変化態様のみに基づいて噴射弁の開固着を判定する異常判定装置のように、誤判定を抑制するために燃料圧力の判定閾値を変更する等して開固着判定の判定基準を厳しく、すなわち開固着判定がなされにくくなるようにしなくてもよいため、開固着の発生時にこれを速やかに判定することができるようになる。すなわち、上記請求項１に記載の発明によれば、誤判定の発生を抑制しつつ、速やかに且つ高い精度で開固着の発生を判定することができるようになる。

燃料を噴射している燃料噴射弁に閉弁指令がなされた場合には、燃料噴射弁が閉弁されて燃料の噴射が停止されるため、燃料ポンプからの燃料の圧送に伴って同燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出される燃料圧力が上昇するようになる。これに対して閉弁指令がなされたにも拘わらず同燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力に上昇する傾向がみられない場合には、閉弁指令に反して噴射弁が開弁しており燃料が噴射され続けていることが推定される。すなわちこの場合には燃料噴射弁に開固着が発生していることが推定される。

また、燃料を噴射していない燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出される燃料圧力は、他の燃料噴射弁での燃料の噴射が終了すると若干遅れて上昇するようになる。これに対して、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力に、燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられない場合には、閉弁指令に反して燃料を噴射した燃料噴射弁において燃料が噴射され続けていることが推定される。すなわち、この場合にも燃料を噴射した燃料噴射弁に開固着が発生していることが推定される。

そこで、具体的には、燃料を噴射した燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に同燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認する第１の確認手段と、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認する第２の確認手段とを設け、前記第１の確認手段及び前記第２の確認手段の双方によって圧力上昇がみられないことが確認されていることに基づいて燃料を噴射した燃料噴射弁に開固着が発生したことを判定するようにする。

こうした構成によれば、第１の確認手段と第２の確認手段の双方によって閉弁に伴う圧力上昇がみられないことが確認されていることを条件に、燃料を噴射した燃料噴射弁において開固着が発生したことが判定されるようになるため、高い精度で開固着の発生を判定することができるようになる。

燃料の噴射に伴い開固着が発生した場合には、閉弁指令後も燃料が噴射され続けるため、燃料を噴射した燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出される燃料圧力が閉弁指令後も上昇せずに低下し続けることとなる。

そのため、第１の確認手段として具体的には、請求項２に記載されているように燃料を噴射した燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力が、同燃料噴射弁への閉弁指令がなされた後に、開弁期間から推定される最小燃料圧力よりも小さな第１の閾値以下になっているか否かを判定する構成を採用してもよい。

こうした構成によれば、燃料圧力が第１の閾値以下まで低下していることに基づいて閉弁指令後も燃料圧力が低下し続けたことを判定することができるため、これに基づいて燃料噴射弁の閉弁による燃料圧力の上昇がみられないことを確認することができるようになる。

尚、第１の閾値は、閉弁指令がなされた後に燃料圧力が同第１の閾値以下になっていることに基づいて、閉弁指令後も燃料圧力が低下し続けたことを判定することができるようにその大きさが設定されていればよい。具体的には、燃料を噴射した燃料噴射弁の開弁期間から推定される同燃料噴射弁における燃料圧力の最小値、すなわち燃料噴射弁が正しく閉弁した場合の燃料圧力の最小値である最小燃料圧力よりも小さな値に設定されていればよい。尚、第１の閾値を上記最小燃料圧力に近い値に設定するほど、閉弁指令後も燃料圧力が低下し続けた旨の判定がなされやすくなり、開固着判定がなされやすくなる。

燃料の噴射に伴い開固着が発生した場合には、燃料を噴射した燃料噴射弁から閉弁指令後も燃料が噴射され続けるため、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出される燃料圧力も上昇せずに低下し続けることとなる。

そのため、第２の確認手段として具体的には、請求項３に記載されているように燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出される燃料圧力が、燃料を噴射した燃料噴射弁への閉弁指令がなされた後に、その燃料噴射に伴う開弁期間から推定される最小燃料圧力よりも小さな第２の閾値以下になっているか否かを判定する構成を採用してもよい。

こうした構成によれば、燃料圧力が第２の閾値以下まで低下していることに基づいて閉弁指令後も燃料圧力が低下し続けたことを判定することができるため、これに基づいて燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による燃料圧力の上昇がみられないことを確認することができるようになる。

尚、第２の閾値は、上記第１の閾値と同様に、閉弁指令がなされた後に燃料圧力が同第２の閾値以下になっていることに基づいて、閉弁指令後も燃料圧力が低下し続けたことを判定することができるようにその大きさが設定されていればよい。具体的には、燃料を噴射した燃料噴射弁の開弁期間から推定される燃料を噴射しなかった燃料噴射弁における燃料圧力の最小値、すなわち燃料噴射弁が正しく閉弁した場合の燃料圧力の最小値である最小燃料圧力よりも小さな値に設定されていればよい。尚、第２の閾値を上記最小燃料圧力に近い値に設定するほど、閉弁指令後も燃料圧力が低下し続けた旨の判定がなされやすくなり、開固着判定がなされやすくなる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁の異常判定装置において、前記第２の確認手段は、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサのうち、燃料を噴射した燃料噴射弁の次に燃料を噴射する燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様を監視し、同圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認するものであることをその要旨とする。

燃料を噴射した燃料噴射弁の次に燃料を噴射する燃料噴射弁は、内燃機関の各気筒に対してそれぞれ設けられた燃料噴射弁のうち、前回燃料を噴射してから最も長い時間が経過している噴射弁である。そのため、燃料を噴射した燃料噴射弁の次に燃料を噴射する燃料噴射弁にあっては、同燃料噴射弁における前回の噴射に伴う燃料圧力の変動の影響が小さくなっており、同燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出される燃料圧力は検出値が安定している。

したがって、燃料を噴射した燃料噴射弁の次に燃料を噴射する燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出される燃料圧力の変化態様を監視する第２の確認手段を備える上記請求項４に記載の発明によれば、同燃料噴射弁における前回の噴射に伴う燃料圧力の変動の影響を受けずに燃料圧力の変化態様に閉弁による圧力上昇がみられないことを確認することができるようになり、判定の精度をさらに向上させることができる。

この発明の一実施形態にかかる燃料噴射装置の概略構成を示す模式図。同実施形態にかかる燃料噴射弁の断面図。燃料を噴射した燃料噴射弁における燃料圧力の変化態様と、燃料を噴射しなかったその他の燃料噴射弁における燃料圧力の変化態様との関係を示すタイムチャート。同実施形態にかかる開固着判定処理の一連の処理の流れを示すフローチャート。

以下、この発明にかかる燃料噴射弁の異常判定装置を、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に適用した一実施形態について、図１〜４を参照して説明する。尚、図１はこの発明にかかる燃料噴射弁の異常判定装置が適用された燃料噴射装置の概略構成を示す模式図である。

図１に示されるように本実施形態にかかる燃料噴射装置は、ディーゼルエンジンの各気筒に対して１つずつ、合計４つの燃料噴射弁２０を備えている。各燃料噴射弁２０は、それぞれ分岐通路３１ａを介してコモンレール３４に接続されている。

コモンレール３４は、供給通路３１ｂを介して燃料タンク３２に接続されており、供給通路３１ｂの途中には燃料ポンプ３３が設けられている。これにより、この燃料ポンプ３３によって圧送された燃料が、コモンレール３４内に蓄えられ、コモンレール３４及び分岐通路３１ａを介して各燃料噴射弁２０に供給されるようになっている。

また、各燃料噴射弁２０には、リターン通路３５が接続されている。リターン通路３５は燃料タンク３２に接続されており、燃料噴射弁２０から噴射されなかった燃料の一部がこのリターン通路３５を通じて燃料タンク３２に戻されるようになっている。

このように構成された本実施形態にかかる燃料噴射装置は、ディーゼルエンジンを統括的に制御する電子制御ユニット４０によって制御される。電子制御ユニット４０には、機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４１、機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ４２、ディーゼルエンジンの吸入空気量ＧＡを検出する吸気量センサ４３、車速ＳＰＤを検出する車速センサ４４、運転者によるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ４５等が接続されている。

また、図１に示されるように本実施形態にかかる燃料噴射装置の各燃料噴射弁２０には、燃料噴射弁２０に供給されている燃料の圧力である燃料圧力ＰＱを検出する圧力センサ４６がそれぞれ設けられており、電子制御ユニット４０にはこの圧力センサ４６もそれぞれ接続されている。

電子制御ユニット４０は、これら各種センサ４１〜４６から出力される信号を取り込み、その信号に基づいて各種演算を行う。そして、その演算結果に応じて燃料噴射制御を実行する。

例えば、吸入空気量ＧＡや機関回転速度ＮＥ、燃料圧力ＰＱ、アクセル操作量ＡＣＣＰ等に基づいて、噴射パターンを選択し、同噴射パターンに即した噴射時期及び噴射量となるように各燃料噴射弁２０の開閉時期の目標値をそれぞれ算出する。そして、これらの目標値に対応するように各燃料噴射弁２０に噴射指令として開弁指令及び閉弁指令を出力し、各燃料噴射弁２０を各別に開閉駆動する。これにより、そのときどきの機関運転状態に適した噴射パターンで同機関運転状態に見合う量の燃料が各燃料噴射弁２０から噴射されるようになる。

尚、本実施形態にかかる燃料噴射装置にあっては、メイン噴射やパイロット噴射、アフター噴射等を組み合わせた複数の噴射パターンが予め設定されて電子制御ユニット４０に記憶されており、燃料噴射制御に際してそのときどきの機関運転状態に適した噴射パターンが、予め記憶された噴射パターンの中から選択されるようになっている。

次に図２を参照して本実施形態にかかる燃料噴射弁２０の内部構造及び圧力センサ４６の取り付け位置について説明する。尚、図２は本実施形態にかかる燃料噴射弁２０の断面図である。

図２の下方に示されるように、燃料噴射弁２０のハウジング２１の内部には、ニードル弁２２を収容する収容空間２１ａが形成されている。また、ハウジング２１の先端部には、ハウジング２１を貫通して外部に連通する噴孔２１ｂが設けられている。

収容空間２１ａには、ニードル弁２２がその軸方向、すなわち図２における上下方向に摺動可能に収容されている。また、収容空間２１ａには、コモンレール３４に接続された分岐通路３１ａと連通している導入通路２１ｃが接続されており、コモンレール３４側から供給される燃料がこの導入通路２１ｃを通じて収容空間２１ａに導入される。図２の上方に示されるように、圧力センサ４６は燃料噴射弁２０の上部に設けられており、この導入通路２１ｃ内の燃料の圧力を燃料圧力ＰＱとして検出する。

尚、図２に示されるようにニードル弁２２は、スプリング２３によって図２の下方に向かって常に付勢されている。そして、図２に示されるようにニードル弁２２の先端部がハウジング２１の先端側の内周面に着座しているときには、収容空間２１ａ側から噴孔２１ｂ側への燃料の導入が停止され、燃料の噴射が停止されるようになっている。

ハウジング２１内におけるニードル弁２２の後端側の部分には、背圧室２１ｄが設けられている。この背圧室２１ｄは図２に示されるように制御室２１ｅを介して収容空間２１ａに連通されている。

制御室２１ｅには、リターン通路３５に接続された排出通路２１ｇに連通する排出孔２１ｆが設けられており、制御室２１ｅにはこの排出孔２１ｆを閉塞する制御弁２４が収容されている。尚、制御弁２４はスプリング２５によって排出孔２１ｆを閉塞する方向に常に付勢されている。

ハウジング２１内における排出孔２１ｆを挟んで制御弁２４と対向する位置には、圧電効果によって伸縮するピエゾ素子を積層したピエゾ素子アクチュエータ２６が配設されており、ピエゾ素子アクチュエータ２６の先端部２６ａが、排出孔２１ｆの内部で制御弁２４に当接している。ピエゾ素子アクチュエータ２６は、図示しない駆動回路に電荷が充電されることによって伸長する一方、駆動回路に蓄えた電荷が放電されることによって収縮するアクチュエータであり、電子制御ユニット４０によって操作される駆動電流に応じて伸縮する。

駆動回路に電荷が蓄えられていないときには、ピエゾ素子アクチュエータ２６は収縮しており、図２に示されるように制御弁２４がスプリング２５の付勢力によって排出孔２１ｆを閉塞する位置に保持されている。これにより、導入通路２１ｃを通じて導入された燃料は収容空間２１ａ、制御室２１ｅ、背圧室２１ｄに充填されるようになり、ニードル弁２２の収容空間２１ａ側の部分に作用する燃料の圧力と、背圧室２１ｄ側の部分に作用する燃料の圧力がともに高い状態に保持される。

このとき、ニードル弁２２の収容空間２１ａ側の部分に作用する燃料の圧力と、ニードル弁２２の背圧室２１ｄ側の部分に作用する燃料の圧力との間には大きな差は生じないため、ニードル弁２２はスプリング２３の付勢力によってハウジング２１に着座した状態に保持される。

燃料噴射弁２０から燃料を噴射するときには、電子制御ユニット４０は開弁指令としてピエゾ素子アクチュエータ２６の駆動回路に電荷を充電するように駆動電流を操作する。その結果、ピエゾ素子アクチュエータ２６が伸長し、ピエゾ素子アクチュエータ２６の先端部２６ａによって押圧された制御弁２４がスプリング２５の付勢力に抗して開弁側に変位し、排出孔２１ｆを介して制御室２１ｅと排出通路２１ｇとが連通されるようになる。こうして制御室２１ｅと排出通路２１ｇとが連通されると、制御室２１ｅと連通している背圧室２１ｄの燃料が制御室２１ｅの燃料とともに排出通路２１ｇを通じてリターン通路３５に排出され、背圧室２１ｄの燃料の圧力が低下する。こうして背圧室２１ｄの燃料の圧力が低下すると、ニードル弁２２に作用している燃料の圧力のバランスが崩れて、ニードル弁２２がスプリング２３の付勢力に抗して背圧室２１ｄの容積を減少させる方向、すなわち図２における上方に変位するようになる。こうしてニードル弁２２が変位することにより、ニードル弁２２の先端とハウジング２１の先端側の内周面との間に生じた隙間を通じて収容空間２１ａ側の燃料が噴孔２１ｂ側に流れ込み、噴孔２１ｂを通じて燃料が噴射されるようになる。

一方、燃料の噴射を停止するときには、電子制御ユニット４０は閉弁指令としてピエゾ素子アクチュエータ２６の駆動回路から電荷を放電するように駆動電流を操作する。その結果、ピエゾ素子アクチュエータ２６が収縮し、ピエゾ素子アクチュエータ２６の先端部２６ａによって押圧されていた制御弁２４がスプリング２５の付勢力によって閉弁側に変位し、排出孔２１ｆが制御弁２４によって閉塞される。こうして排出孔２１ｆが閉塞されることにより、制御室２１ｅ及び背圧室２１ｄからの燃料の排出が停止され、背圧室２１ｄの燃料の圧力が上昇し、ニードル弁２２が背圧室２１ｄの容積を増大させる方向、すなわち図２における下方に変位するようになる。こうしてニードル弁２２が変位し、ニードル弁２２の先端部がハウジング２１の先端側の内周面に着座することにより、収容空間２１ａ側から噴孔２１ｂ側への燃料の導入が停止され、燃料の噴射が停止されるようになる。

次に、各燃料噴射弁２０に設けられた圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱの変化態様について、図３を参照して説明する。尚、図３は燃料を噴射した燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの変化態様と、燃料を噴射しなかったその他の燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの変化態様との関係を示すタイムチャートである。

燃料噴射制御を通じて４つの燃料噴射弁２０のうちの１つに噴射指令がなされ、図３の上段に示されるように駆動電流が充電側、放電側に操作されると、これに伴って上述したように噴射指令がなされた燃料噴射弁２０のニードル弁２２が駆動され、燃料噴射弁２０が開閉される。

燃料噴射弁２０が開弁されると、同燃料噴射弁２０から燃料が噴射され、燃料を噴射した燃料噴射弁２０に設けられた圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱは、図３の中段に示されるように噴射された燃料の分だけ低下する（時刻ｔ１〜ｔ２）。そして、燃料噴射弁２０が閉弁されると、燃料の噴射が停止されるため、燃料圧力ＰＱの低下が停止し、コモンレール３４側からの燃料の供給に伴って燃料圧力ＰＱが上昇し、燃料圧力ＰＱが元の水準に近い水準まで回復するようになる（時刻ｔ２〜ｔ３）。

尚、駆動電流が操作されてから燃料噴射弁２０のニードル弁２２が変位し、燃料が噴射されるまでには若干の遅れが伴う。そのため、図３に示されるように燃料圧力ＰＱは駆動電流の変化に対して若干の遅れを伴って変動する。また、燃料噴射に伴うこうした燃料圧力ＰＱの変動の影響により、燃料噴射を行った直後の燃料圧力ＰＱには図３の中段右側に示されるように脈動が生じるようになる（時刻ｔ３〜）。尚、この脈動は時間の経過とともに次第に収束する。

また、燃料噴射制御を通じて噴射指令がなされず、燃料を噴射しなかったその他の燃料噴射弁２０に設けられた圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱは、上記の燃料噴射によるコモンレール３４内の燃料圧力の低下の影響を受けて図３の下段に示されるように変動する。具体的には、上記の燃料噴射に伴うコモンレール３４内の燃料圧力の低下に伴って圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱが低下する（時刻ｔ４〜ｔ５）。そして、燃料噴射の停止に伴うコモンレール３４内の燃料圧力の上昇に伴って燃料圧力ＰＱが上昇し、噴射前の水準とほぼ等しい水準まで回復する（時刻ｔ５〜ｔ６）。

尚、いずれか１つの燃料噴射弁２０において燃料噴射が実行されてからコモンレール３４を介して接続されたその他の燃料噴射弁２０にその影響による圧力変動が伝播するまでには、若干の時間がかかる。そのため、燃料を噴射しなかったその他の燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱに上記の燃料噴射の影響による変動が生じるまでには図３に示されるように若干の遅れが伴う。また、燃料を噴射していないその他の燃料噴射弁２０に設けられた圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱにあっても、燃料噴射直後には図３の下段右側に示されるように燃料圧力ＰＱの変動の影響によって脈動が生じるようになる（時刻ｔ６〜）。

ところで、燃料噴射の実行に伴ってニードル弁２２等の可動部分に異物が噛み混んだりすることにより、燃料噴射弁２０が開弁状態のまま閉弁しなくなる開固着が発生した場合には、閉弁指令がなされて駆動電流が放電側に操作されたにも拘わらず、燃料が噴射され続けることとなる。そのため、こうした開固着が発生した場合には、図３の中段及び下段に二点鎖線で示されるように各圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱが噴射前の水準に向かって上昇せずに低下し続けることとなる。

したがって、駆動電流が放電側に操作され、閉弁指令がなされたにも拘わらず各圧力センサ４６によって検出された燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁に伴う圧力上昇がみられない場合には、閉弁指令に反して燃料噴射弁２０が開弁し続けていることが推定される。すなわちこの場合には燃料噴射弁２０に開固着が発生していることが推定される。

本実施形態の燃料噴射装置にあっては、この関係を利用して各燃料噴射弁２０に設けられた圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱの変化態様に基づいて燃料噴射弁２０に開固着が発生したことを判定する開固着判定処理を実行するようにしている。

以下、図４を参照して本実施形態にかかる開固着判定処理について説明する。尚、図４は開固着判定処理にかかる一連の処理の流れを示すフローチャートである。この開固着判定処理は、各燃料噴射弁２０から燃料が噴射されるたびに電子制御ユニット４０によって繰り返し実行される。

尚、電子制御ユニット４０は、燃料噴射実行後にその燃料噴射に伴う燃料圧力ＰＱの変化態様を参照し、次回の燃料噴射時に各目標値を補正することができるように機関運転に伴って各圧力センサ４６から出力される燃料圧力ＰＱの値をメモリに逐次記憶している。本実施形態にかかる開固着判定処理にあっては、メモリに記憶されている燃料圧力ＰＱの変化態様を参照して燃料噴射弁２０に開固着が発生したか否かを判定する。

具体的には、電子制御ユニット４０は、いずれかの燃料噴射弁２０において燃料噴射が実行されると、図４に示される開固着判定処理を実行する。そして、まずステップＳ１００において、燃料を噴射した燃料噴射弁２０に設けられた圧力センサ４６によって検出された燃料圧力ＰＱの変化態様を読み出し、読み出した燃料圧力ＰＱの変化態様に燃料噴射弁２０の閉弁に伴う圧力上昇がみられないことを確認する。

尚、燃料圧力ＰＱの変化態様に燃料噴射弁２０の閉弁に伴う圧力上昇がみられないことを確認する方法としては、様々な方法を採用することができる。本実施形態にかかる開固着判定処理にあっては、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱが、閉弁指令がなされた後に第１の閾値Ｘ以下になったか否かを判定し、この判定結果に基づいて圧力上昇がみられないことを確認するようにしている。

すなわち、本実施形態の開固着判定処理にあっては、読み出した燃料圧力ＰＱの変化態様を参照し、燃料圧力ＰＱが閉弁指令がなされた後に第１の閾値Ｘ以下になっているか否かを判定し、図３の中段に実線で示されるように第１の閾値Ｘ以下になっていない場合には、この燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁に伴う圧力上昇がみられる旨を判定する。一方、図３の中段に二点鎖線で示されるように閉弁指令がなされた後に燃料圧力ＰＱが第１の閾値Ｘ以下になっている場合には、これに基づいてこの燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁に伴う圧力上昇がみられない旨を判定する。

尚、第１の閾値Ｘは、閉弁指令がなされた後に燃料圧力ＰＱが同第１の閾値Ｘ以下になっていることに基づいて、閉弁指令後も燃料圧力ＰＱが低下し続けたことを判定することができるようにその大きさが設定されていればよい。そこで、本実施形態にあっては、第１の閾値Ｘを、燃料噴射に伴う燃料噴射弁２０の開弁期間から推定される同燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの最小値、すなわち図３の中段に示されるように燃料噴射弁２０が正しく閉弁した場合の燃料圧力ＰＱの最小値である最小燃料圧力Ｐ１よりも僅かに小さな値に設定している。尚、第１の閾値Ｘを最小燃料圧力Ｐ１に近い値に設定するほど、圧力上昇がみられない旨の判定がなされやすくなる。

ステップＳ１００において、燃料を噴射した燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁に伴う圧力上昇がみられない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）には、ステップＳ２００へと進む。

そして、電子制御ユニット４０は、燃料を噴射しなかったその他の３つの燃料噴射弁２０のうち、次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０に設けられた圧力センサ４６によって検出された燃料圧力ＰＱの変化態様を読み出し、読み出した燃料圧力ＰＱの変化態様に、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の閉弁に伴う圧力上昇がみられないことを確認する。

このように燃料を噴射しなかった３つの燃料噴射弁２０のうち、次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱの変化態様を参照して閉弁に伴う圧力上昇がみられないことを確認するのは、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０にあっては圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱが最も安定しているためである。これは、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０は、各気筒に対してそれぞれ設けられた燃料噴射弁２０のうち、前回燃料を噴射してから最も長い時間が経過している噴射弁であるためである。そのため、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０にあっては、同燃料噴射弁２０における前回の噴射に伴う燃料圧力ＰＱの脈動が収束しており、同燃料噴射弁２０に設けられた圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱは検出値が安定している。

尚、本実施形態にかかる開固着判定処理にあっては、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱが、閉弁指令がなされた後に第２の閾値Ｙ以下になったか否かを判定し、この判定結果に基づいて圧力上昇がみられないことを確認するようにしている。

すなわち、本実施形態の開固着判定処理にあっては、読み出した燃料圧力ＰＱの変化態様を参照し、燃料圧力ＰＱが閉弁指令がなされた後に第２の閾値Ｙ以下になっているか否かを判定し、図３の下段に実線で示されるように第２の閾値Ｙ以下になっていない場合には、この燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁に伴う圧力上昇がみられる旨を判定する。一方、図３の下段に二点鎖線で示されるように閉弁指令がなされた後に燃料圧力ＰＱが第２の閾値Ｙ以下になっている場合には、これに基づいてこの燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁に伴う圧力上昇がみられない旨を判定する。

尚、第２の閾値Ｙは、上記第１の閾値Ｘと同様に、閉弁指令がなされた後に燃料圧力ＰＱが同第２の閾値Ｙ以下になっていることに基づいて、閉弁指令後も燃料圧力ＰＱが低下し続けたことを判定することができるようにその大きさが設定されていればよい。そこで、本実施形態にあっては、第２の閾値Ｙを、燃料噴射に伴う燃料噴射弁２０の開弁期間から推定されるこの燃料圧力ＰＱの最小値、すなわち図３の下段に示されるように燃料噴射弁２０が正しく閉弁した場合の燃料圧力ＰＱの最小値である最小燃料圧力Ｐ２よりも僅かに小さな値に設定している。尚、第２の閾値Ｙを最小燃料圧力Ｐ２に近い値に設定するほど、圧力上昇がみられない旨の判定がなされやすくなる。

ステップＳ２００において、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁に伴う圧力上昇がみられない旨の判定がなされた場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）には、ステップＳ３００へと進む。

そして、ステップＳ３００において、電子制御ユニット４０は、燃料を噴射した燃料噴射弁２０に開固着が発生した旨を判定し、その判定結果を異常判定値としてメモリに記憶する。こうして開固着が発生したことを判定すると電子制御ユニット４０は、この処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ１００において、燃料を噴射した燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁に伴う圧力上昇がみられる旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＮＯ）には、電子制御ユニット４０はステップＳ２００及びステップＳ３００をスキップしてこの処理を一旦終了する。

また、ステップＳ１００において閉弁による圧力上昇がみられない旨の判定がなされた（ステップＳ１００：ＹＥＳ）ものの、ステップＳ２００において閉弁による圧力上昇がみられる旨の判定がなされた場合（ステップＳ２００：ＮＯ）には、電子制御ユニット４０はステップＳ３００をスキップし、この処理を一旦終了する。

すなわち、本実施形態にかかる開固着判定処理にあっては、ステップＳ１００及びステップＳ２００の双方において閉弁による圧力上昇がみられないことが確認されたことを条件に、燃料を噴射した燃料噴射弁２０に開固着が発生したことが判定されるようになっている。

本実施形態にかかる燃料噴射装置にあっては、このような開固着判定処理を通じて各燃料噴射弁２０に設けられた圧力センサ４６によって検出される燃料圧力ＰＱに基づいて燃料を噴射した燃料噴射弁２０に開固着が発生したか否かを判定するようにしている。

以上説明した本実施形態の燃料噴射装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）燃料を噴射した燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの変化態様のみならず、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの変化態様も参照した上で燃料を噴射した燃料噴射弁２０に開固着が発生したか否かの判定を行うようにしている。したがって、別々の圧力センサ４６によって検出された燃料圧力ＰＱの変化態様から総合的に開固着が発生したか否かが判定されるため、圧力センサ４６の検出値へのノイズの重畳等による誤判定の発生が抑制される。また、燃料を噴射した燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの変化態様のみに基づいて燃料噴射弁２０の開固着を判定する異常判定装置のように、誤判定を抑制するために燃料圧力ＰＱの判定閾値を変更する等して開固着判定の判定基準を厳しく、すなわち開固着判定がなされにくくなるようにしなくてもよくなる。そのため、開固着の発生時にこれを速やかに判定することができる。すなわち、誤判定の発生を抑制しつつ、速やかに且つ高い精度で開固着の発生を判定することができる。

（２）燃料を噴射した燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱの変化態様と、燃料を噴射した同燃料噴射弁２０の次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱの変化態様との双方に閉弁に伴う圧力上昇がみられないことが確認されていることを条件に、燃料を噴射した燃料噴射弁２０において開固着が発生したことを判定するようにしている。そのため、高い精度で開固着の発生を判定することができる。

（３）各気筒に対して設けられた４つの燃料噴射弁２０のうち、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱの変化態様に基づいて燃料を噴射しなかった燃料噴射弁２０における燃料圧力の変化態様に閉弁による圧力上昇がみられないことを確認するようにしている。そのため、同燃料噴射弁２０における前回の噴射に伴う燃料圧力ＰＱの脈動の影響を受けずに閉弁による圧力上昇がみられないことを確認することができるようになり、開固着判定の精度を向上させることができる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態にあっては、開固着判定処理を通じて開固着が発生したことが判定された場合に、その判定結果を異常判定値としてメモリに記憶する構成を示した。これに対して開固着が発生したことが判定されたときに警告灯を点灯させる等して開固着の発生を報知する構成を採用することもできる。

・上記実施形態の開固着判定処理にあっては、まず第１の確認手段であるステップＳ１００を実行し、ステップＳ１００において燃料を噴射した燃料噴射弁２０における燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁による圧力上昇がみられない旨の判定がなされたときに、第２の確認手段であるステップＳ２００を実行する構成を示した。これに対して開固着判定処理におけるステップＳ１００とステップＳ２００の順番は入れ替えてもよい。

すなわち、開固着判定処理は、第１の確認手段と第２の確認手段との双方によって閉弁に伴う圧力上昇がみられないことが確認されていることを条件に、燃料を噴射した燃料噴射弁２０において開固着が発生したことが判定されるようになっていればよく、その処理手順は適宜変更することができる。

・また、第２の確認手段としてのステップＳ２００は、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁による圧力上昇がみられないことを確認するものであればよい。そのため、ステップＳ２００は、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の次に燃料を噴射する燃料噴射弁２０に替えて、燃料を噴射しなかったその他の燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱを監視して、燃料を噴射した燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱの変化態様に圧力上昇がみられないことを確認するものであってもよい。

・また、その他、第２の確認手段としてのステップＳ２００は、燃料を噴射しなかった複数の燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱの平均値を監視して、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱの平均値の変化態様に燃料を噴射した燃料噴射弁２０の閉弁に伴う圧力上昇がみられないことを確認するものであってもよい。

更には、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁２０の中にいずれか一つでも閉弁による圧力上昇がみられないものがあった場合に、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱに閉弁による圧力上昇がみられない旨を判定するものであってもよい。

また、燃料を噴射しなかった全ての燃料噴射弁２０において燃料圧力ＰＱに閉弁による圧力上昇がみられなかった場合に、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁２０の燃料圧力ＰＱに閉弁による圧力上昇がみられない旨を判定するものであってもよい。

・上記実施形態にあっては、ステップＳ１００及びステップＳ２００において、燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁による圧力上昇がみられないことを確認する手段として、閉弁指令がなされた後に燃料圧力ＰＱが第１の閾値Ｘ又は第２の閾値Ｙ以下になったか否かを判定する構成を採用した例を示した。これに対して燃料圧力ＰＱの変化態様に閉弁による圧力上昇がみられないことを確認するための具体的な手段は適宜変更することができる。

その他に燃料圧力ＰＱの変化態様に燃料噴射弁２０の閉弁に伴う圧力上昇がみられないことを確認する方法としては、例えば、燃料圧力ＰＱの微分値を算出し、その微分値が正の値になっていないことに基づいて閉弁に伴う圧力上昇がみられない旨を判定する構成を採用することができる。また、閉弁指令から所定期間経過するまでの間に燃料圧力ＰＱが所定の閾値以上にならない場合に閉弁に伴う圧力上昇がみられない旨を判定する構成等を採用することもできる。

・上記実施形態にあっては、燃料噴射弁２０の上部に圧力センサ４６を設ける構成を例示したが、各燃料噴射弁２０に供給されている燃料の圧力を個別に検出することのできる構成であれば、圧力センサ４６の配設位置は適宜変更することができる。

・上記実施形態にあっては、ピエゾ素子アクチュエータ２６を備えるピエゾ式の燃料噴射弁２０を採用している燃料噴射装置において、燃料噴射弁２０の開固着を判定する構成を例示した。これに対して、本発明はピエゾ式の燃料噴射弁に限定されるものではないため、ピエゾ式の燃料噴射弁２０に替えて、ソレノイドコイルにより駆動されるソレノイド式の燃料噴射弁を採用している燃料噴射装置に本発明を適用することもできる。

・上記実施形態にあっては、電子制御ユニット４０によって開固着判定処理を実行する構成を採用し、燃料噴射装置に本発明の異常判定装置としての機能を持たせる構成を例示した。これに対して、電子制御ユニット４０とは別に開固着判定処理を実行するための電子制御装置を新たに設け、燃料噴射装置とは別に、この電子制御装置と圧力センサ４６とによって本発明にかかる燃料噴射弁の異常判定装置を構成するようにしてもよい。

・４つの気筒を有するディーゼルエンジンに限らず、２つの気筒を有するディーゼルエンジン、３つの気筒を有するディーゼルエンジン、あるいは５つ以上の気筒を有するディーゼルエンジンにも、本発明にかかる燃料噴射弁の異常判定装置を適用することができる。

・上記実施形態にあっては、本発明にかかる燃料噴射弁の異常判定装置をディーゼルエンジンの燃料噴射装置に適用した例を示したが、本発明にかかる燃料噴射弁の異常判定装置は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンや天然ガスエンジンにも適用することができる。

２０…燃料噴射弁、２１…ハウジング、２１ａ…収容空間、２１ｂ…噴孔、２１ｃ…導入通路、２１ｄ…背圧室、２１ｅ…制御室、２１ｆ…排出孔、２１ｇ…排出通路、２２…ニードル弁、２３…スプリング、２４…制御弁、２５…スプリング、２６…ピエゾ素子アクチュエータ、３１ａ…分岐通路、３１ｂ…供給通路、３２…燃料タンク、３３…燃料ポンプ、３４…コモンレール、３５…リターン通路、４０…電子制御ユニット、４１…水温センサ、４２…回転速度センサ、４３…吸気量センサ、４４…車速センサ、４５…アクセルセンサ、４６…圧力センサ。

Claims

内燃機関の各気筒に対してそれぞれ設けられる燃料噴射弁に、同燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を検出する圧力センサをそれぞれ設け、同圧力センサによって検出される燃料圧力の変化態様に基づいて前記燃料噴射弁の異常を判定する燃料噴射弁の異常判定装置において、
燃料を噴射した燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に同燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認する第１の確認手段と、
燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認する第２の確認手段とを備え、
前記第１の確認手段及び前記第２の確認手段の双方によって燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことが確認されていることに基づいて燃料を噴射した燃料噴射弁に開固着が発生したことを判定する
ことを特徴とする燃料噴射弁の異常判定装置。
請求項１に記載の燃料噴射弁の異常判定装置において、
前記第１の確認手段は、燃料を噴射した燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力が、同燃料噴射弁への閉弁指令がなされた後に、開弁期間から推定される最小燃料圧力よりも小さな第１の閾値以下になっていることに基づいて
燃料を噴射した燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に同燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認する
ことを特徴とする燃料噴射弁の異常判定装置。
請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁の異常判定装置において、
前記第２の確認手段は、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力が、燃料を噴射した燃料噴射弁への閉弁指令がなされた後に、その燃料噴射に伴う開弁期間から推定される最小燃料圧力よりも小さな第２の閾値以下になっていることに基づいて
燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認する
ことを特徴とする燃料噴射弁の異常判定装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁の異常判定装置において、
前記第２の確認手段は、燃料を噴射しなかった燃料噴射弁に設けられた圧力センサのうち、燃料を噴射した燃料噴射弁の次に燃料を噴射する燃料噴射弁に設けられた圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様を監視し、同圧力センサによって検出された燃料圧力の変化態様に燃料を噴射した燃料噴射弁の閉弁による圧力上昇がみられないことを確認するものである
ことを特徴とする燃料噴射弁の異常判定装置。