JP5343877B2

JP5343877B2 - 噴射異常検出装置

Info

Publication number: JP5343877B2
Application number: JP2010017289A
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: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: JP2011153610A

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁に生じた燃料噴射の異常を検出する噴射異常検出装置に関する。

コモンレール式のディーゼル機関や、直噴式のガソリン機関には、高圧配管にて蓄圧された燃料を気筒内に直接噴射する筒内噴射用の燃料噴射弁が設けられており、従来から、このような燃料噴射弁に生じる燃料の噴射異常、例えば燃料の噴射孔の詰まりなどを検出する装置が種々提案されている。

例えば、燃料の噴射異常を検出する装置の一つとして、特許文献１に記載のような装置がある。特許文献１に記載の噴射異常検出装置には、コモンレールから供給される燃料を噴射孔から噴射する燃料噴射弁と、それら噴射弁の別に燃料圧力を検出する燃圧センサと、燃料の噴射態様を指令する信号を出力する指令信号出力手段と、指令された噴射態様で燃圧センサの検出圧力が変動しているか否かを判定する噴射異常判定手段とが設けられている。これにより、例えば、指令信号出力手段から燃料の噴射指令が出されてから所定の時間以内に燃圧センサの検出圧力が下降しないことを噴射異常判定手段を通じて判定することによって、燃料が噴射されてない噴射異常を検出することができるようになる。

特開２００９−０８５１６４号公報

ところで近年、異常診断機能の向上が要求される中、上記燃料噴射弁についてもその異常部位の絞り込みによりこれを特定することが望まれるようになってきている。しかしながら、特許文献１に記載の装置では、実際に燃料が噴射されたか否かに基づいて燃料の噴射異常が判定されるのみであり、燃料噴射弁のどの部位に異常が生じているのか、これを絞り込んで特定することはできなかった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、噴射異常の生じた燃料噴射弁からその異常部位の絞り込みを行なってこれを特定することのできる噴射異常検出装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するため、請求項１及び請求項２に記載の発明は、蓄圧配管に蓄圧された高圧燃料が供給されている燃料噴射弁に対する駆動指令の印加に伴い開閉弁の開放を通じて圧力室内の燃料をリークすることによりニードルをリフトさせて噴射孔から前記高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射システムの噴射異常の発生を検出する噴射異常検出装置であって、前記燃料噴射弁に供給されている高圧燃料の燃料圧力を検出する燃圧センサを当該燃料噴射弁に設けて、その検出値から前記駆動指令の印加に伴う燃料圧力の圧力変動を監視し、該監視する圧力変動の経時的な推移から前記燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位を個別に異常判定しつつ噴射異常の発生を検出することを要旨とする。

このような構成によれば、燃料噴射システムにおける噴射異常の発生の有無についての
検出はもとより、燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位を個別に異常判定することができるようになる。これにより、噴射異常の原因となっている部位の特定が容易となり、ひいては異常診断系としてのその後の対処も容易となる。すなわち、燃料噴射毎に噴射異常の発生検出とその異常を生じさせる部位の個別の異常判定を行なうことから、燃料噴射弁に生じた噴射異常の原因となる個別の部位が早期に特定され、当該異常への迅速な対応が可能となる。

また、燃料噴射弁に燃圧センサが設けられることとなるため、駆動指令の印加に応じて当該燃料噴射弁内に生じる燃料圧力の圧力変動を高い精度で検出できるようになる。すなわち、噴射異常検出装置にて行なわれる燃料圧力の圧力変動に基づく噴射異常の検出とその噴射異常の原因となる部位の特定とにかかる精度の向上が図られるようになる。

とくに、請求項１に記載の発明は、前記監視する圧力変動の経時的な推移から前記燃料のリークに対応する圧力変動が検出されないとき、前記燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位のうち、前記開閉弁を開放するアクチュエータもしくは該アクチュエータに前記駆動指令を送る駆動回路が異常であるとしてこれを個別に判定することを要旨とする。

上記構成の燃料噴射弁にあっては、通常、アクチュエータ及び駆動回路が正常であれば、少なくとも燃料のリークも正常に生じるようになる。この点、上記構成によるように、圧力変動の経時的な推移を監視することにより、燃料のリークに対応する圧力変動が検出されないとき、ピエゾ素子や電磁弁などのアクチュエータや、当該アクチュエータに電力を供給して駆動させる駆動回路の異常が個別に判定されるようになる。これにより、燃料の噴射異常の発生に併せて、その異常の原因となる部位が具体的に絞り込まれる。

とくに、請求項２に記載の発明は、前記監視する圧力変動の経時的な推移から前記燃料のリークに対応する圧力変動が検出されてかつ、その後の燃料噴射に対応する圧力変動が検出されないとき、前記燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位のうち、前記ニードルもしくは前記噴射孔が異常であるとしてこれを個別に判定することを要旨とする。

上記構成の燃料噴射弁にあっては、通常、ニードル及び噴射孔が正常であれば、ニードルをリフトさせるために開放される開閉弁を通じて圧力室内の燃料がリークされるようになることから、開閉弁が正常に開放されることに伴う正常な燃料のリークが生じることによってニードルのリフトに伴い燃料も正常に噴射されるようになる。この点、上記構成によるように、燃料のリークが生じた後、圧力変動の経時的な推移を監視することにより、燃料噴射弁のニードルが移動しない異常（例えば、摺動異常や固着異常）、もしくは、噴射孔の孔詰まりが生じたことが個別判定されるようになる。これによっても、燃料の噴射異常の発生に併せて、その異常の原因となる部位が具体的に絞り込まれる。

請求項３に記載の発明は、前記内燃機関は多気筒内燃機関であるとともに、前記燃料噴射弁及び前記燃圧センサはそれら全ての気筒に対応して設けられ、前記燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位の個別の異常判定を伴う前記噴射異常の発生の検出がそれら気筒の別に行われることを要旨とする。

このような構成によれば、噴射異常の生じた燃料噴射弁とともにその燃料噴射弁に対応する気筒も判別されるようになるので、これらの判別結果に基づいて、内燃機関の運転の可否や、気筒の使用・不使用などの判断を行えるようにもなる。これにより、このような噴射異常検出装置が適用された燃料噴射システムを有する自動車などにとって、その信頼性や退避走行等にかかる安定性が向上されるようにもなる。

請求項４に記載の発明は、前記内燃機関がディーゼル機関であり、前記蓄圧配管がコモンレールであることを要旨とする。
そして、このような噴射異常検出装置は、例えば請求項４に記載のように、前記内燃機関がディーゼル機関であり、前記蓄圧配管がコモンレールである燃料噴射システムに適用して特に有効である。

本発明に係る噴射異常検出装置の一実施形態が適用される燃料噴射システムについてそのシステム構成を示すブロック図。同実施形態の装置において異常検出の対象となる燃料噴射弁についてその断面構造を示す断面図であって、（ａ）は燃料噴射以前の状態を示す断面図、（ｂ）は燃料噴射中の状態を示す断面図。（ａ）〜（ｅ）は上記燃料噴射弁の動作例、並びに同実施形態の装置による異常検出態様を示すタイミングチャート。同実施形態の装置による噴射異常検出の検出手順を示すフローチャート。

以下、本発明に係る噴射異常検出装置の一実施形態について図に従って説明する。
図１に、内燃機関としての４気筒のディーゼル機関２に適用される燃料噴射システムの構成を模式的に示す。本実施形態の噴射異常検出装置は、この燃料噴射システムにあって、噴射異常の発生を検出するものである。

図１に示すように、ディーゼル機関２の各気筒毎に設けられた各燃料噴射弁２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはコモンレール４から各別の高圧燃料供給路５を介して高圧燃料を分配されている。コモンレール４へはフィードポンプ７にて燃料タンク８から汲み上げられた燃料が、さらにディーゼル機関２により駆動される高圧燃料ポンプ６により高圧化されて供給されている。

コモンレール４は、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄに供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器である。コモンレール４は、高圧燃料配管６ａを介して高圧燃料ポンプ６の吐出口側と接続されており、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄへの燃料供給圧として高圧（レール圧Ｐｃ）を蓄圧させる高圧燃料が高圧燃料配管６ａを介して圧送される。高圧燃料ポンプ６内に発生する高圧燃料の内で、レール圧Ｐｃ調節用として高圧燃料配管６ａに供給されない過剰な燃料は、高圧燃料ポンプ６内部に設けられたポンプ制御弁により燃料戻し管６ｂを介して燃料タンク８に戻される。

リリーフ管４ａは、コモンレール４から燃料タンク８へ燃料を戻すためのものであり、コモンレール４とリーク管１０とを接続させている。リリーフ管４ａには、圧力安全弁として機能するプレッシャリミッタ４ｂが取り付けられ、コモンレール４内の燃料圧が限界設定圧を超えると開弁して、余剰圧力に対応する量の燃料を排出させてコモンレール４の燃料圧を限界設定圧以下に抑える。

各燃料噴射弁２ａ〜２ｄからのリーク燃料はリーク管１０に排出されて燃料タンク８に戻される。なお、リーク管１０の途中には燃料噴射弁２ａ〜２ｄのリーク側の燃料圧を一定に維持するためのチェックバルブ１１が設けられており、チェックバルブ１１によりリーク側の燃料圧が、レール圧Ｐｃよりも低い圧力であるリーク圧に維持されている。これにより、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄに供給された高圧燃料の一部からなるリーク燃料が圧力の相対的に低いリーク管１０に排出される。

各燃料噴射弁２ａ〜２ｄは、各気筒内に燃料を噴射供給するものであり、コモンレール４にて蓄圧された高圧燃料を各気筒にそれぞれの燃料噴射タイミングにて噴射供給する。
各燃料噴射弁２ａ〜２ｄには、当該燃料噴射弁のアクチュエータとしてのピエゾアクチュエータＰＺと、供給された高圧燃料の圧力変動を検出する燃圧センサ２６とが設けられている。ピエゾアクチュエータＰＺは、ピエゾ素子が積層された構造を有しており（図２参照）、電圧が印加されて電荷が蓄えられると上下方向に伸長し、蓄えられた電荷が放電されると収縮する特性を有している。そして各燃料噴射弁２ａ〜２ｄは、ピエゾアクチュエータＰＺの伸長または収縮に伴ってその燃料の噴射と停止とが切換えられるようになっている。

各燃料噴射弁２ａ〜２ｄには、制御装置１２が接続されている。
制御装置１２は、各種制御演算を行うＣＰＵ、各種制御演算のためのプログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）、入出力回路、電源回路やポンプ駆動回路等の駆動回路を含んだマイクロコンピュータとして構成されている。そして制御装置１２に読み込まれた各種センサ類（図示略）の信号に基づいて各種の演算処理を行っている。また本実施形態では、制御装置１２には、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄの燃料の噴射に生じた異常を検出するための噴射異常検出プログラムとともに当該プログラムの実行に必要とされる各種設定値が予め記憶されており、当該プログラムに基づく噴射異常検出が実行される。

制御装置１２に接続されるセンサ類には、図１に示すように、回転数センサ１４、燃温センサ１９及び前記燃圧センサ２６が存在し、これ以外にも制御装置１２は運転者による操作状態を検出するセンサ、例えばアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１７等の他のセンサ類からの信号も読み込んでいる。なお、回転数センサ１４はディーゼル機関２のクランク軸の回転数を内燃機関回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）として検出している。燃温センサ１９は高圧燃料ポンプ６から燃料戻し管６ｂへ排出される位置での燃料温度ＴＨＦを検出し、上述のように、各燃圧センサ２６は対応する燃料噴射弁２ａ〜２ｄに供給されている高圧燃料の圧力変動をそれぞれ検出している。

制御装置１２は、燃料の各噴射タイミング毎にＲＯＭに記憶されたプログラムとＲＡＭに読み込まれたデータや演算結果とに基づいて現在の運転状態に応じた要求噴射量（燃料噴射量Ｑｉｎｊ）と各燃料噴射弁２ａ〜２ｄの各要求噴射タイミングを求める。

制御装置１２には、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄのピエゾアクチュエータＰＺを各別に駆動させる各別のインジェクタ駆動回路１８がそれぞれ接続されている。制御装置１２は上記求められた要求噴射量と要求噴射タイミングに基づく駆動信号を各インジェクタ駆動回路１８に伝達し、各インジェクタ駆動回路１８に当該駆動信号に基づく駆動電力を出力させて、当該駆動電力によりピエゾアクチュエータＰＺを伸縮駆動させる。これにより、制御装置１２は、各要求噴射タイミングにて要求噴射量に応じた燃料噴射を各燃料噴射弁２ａ〜２ｄに実行させている。

次に、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄの構造及びその動作について図２に従って説明する。
図２は、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄの縦断構造を示す図であり、（ａ）は燃料噴射以前の状態の断面構造を示す図、（ｂ）は燃料噴射中の状態の断面構造を示す図である。なお、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄは、それぞれ同様の構造を有していることから、以下では燃料噴射弁２ａについてのみ説明することとし、説明の便宜上、必要な場合を除いて各燃料噴射弁２ｂ〜２ｄについての説明を割愛する。

図２に示すように、燃料噴射弁２ａのハウジング２０内部には、軸方向先端側（図２において下側）から、ノズル室２１、燃料溜まり２２、摺動孔２３、圧力制御室２４、シリンダ室２８が連続して形成されている。また燃料噴射弁２ａは、シリンダ室２８の上方に前記ピエゾアクチュエータＰＺを備え、燃料噴射弁２ａの上部に前記燃圧センサ２６を備
えている。

ノズル室２１には、燃料溜まり２２を介して高圧燃料通路２５が接続されている。高圧燃料通路２５は、燃料噴射弁２ａのハウジング２０の外部に設けられる高圧燃料供給路５に接続されており、その高圧燃料供給路５を介してコモンレール４にてレール圧Ｐｃとされた高圧燃料をノズル室２１に供給させている。また高圧燃料通路２５は、燃料噴射弁２ａの先端側とは反対側の上側に分岐されており、その分岐された高圧燃料通路２５の端部が燃圧センサ２６に接続されている。燃圧センサ２６は、燃料噴射弁２ａの上部に設けられることによって同燃料噴射弁２ａのノズル室２１等に供給されている高圧燃料に生じた燃圧の変動を高い精度で検出することができるようになっている。

ノズル室２１から摺動孔２３にかけては、ニードル３０が配置されている。ニードル３０は、略円柱状の胴体の先端側（図２において下側）に円錐状の先端を有しており、胴体の中程に設けられたフランジ３２から先端側を先端部３１、同フランジ３２から基端側をシリンダ部３３としている。ニードル３０のフランジ３２と摺動孔２３の下端面との間にはスプリング３４が配置され、同スプリング３４がフランジ３２を介してニードル３０に下方への弾性力を付与している。これにより、図２（ａ）に示すように、下方に移動されているニードル３０の先端部３１は、先端の円錐側面がノズル室２１先端のシート部２１Ａへ付勢されるとともに、シート部２１Ａに密接されるようになる。

一方、ニードル３０のシリンダ部３３は、摺動孔２３に進退可能に挿入されている。ニードル３０のシリンダ部３３の後端面３３ａには、摺動孔２３に供給される燃料圧力が付与されるようになっている。摺動孔２３は、燃料の相互が流通可能な通路にて圧力制御室２４に連通されている。

圧力制御室２４には、燃料溜まり２２に連通されている連通路２７と、低圧燃料通路４５に連通されているシリンダ室２８とが接続されている。圧力制御室２４は、連通路２７を介して燃料溜まり２２からレール圧Ｐｃとされた高圧燃料が供給される。低圧燃料通路４５はリーク管１０に連通されており、その燃料圧力がレール圧Ｐｃよりも低いリーク圧に維持されている。これにより、圧力制御室２４の高圧燃料がシリンダ室２８を介して低圧燃料通路４５に排出されるようになっている。

圧力制御室２４には、連通路２７の出口とシリンダ室２８の入口との間を往復移動可能に設けられているとともに、連通路２７の出口及びシリンダ室２８の入口のいずれか一方を閉鎖する開閉弁４０が配設されている。開閉弁４０は、先端側（図２において上側）にドーム部４３、基端側（図２において下側）に軸部４１、ドーム部４３と軸部４１との間にフランジ４２を備えている。開閉弁４０のフランジ４２と、連通路２７の出口との間にはスプリング４４が設けられている。スプリング４４は、シリンダ室２８の方向（図２において上側）への弾性力をフランジ４２を介して開閉弁４０に付勢しており、当該付勢によりドーム部４３がシリンダ室２８の入口に当接することで圧力制御室２４との間が閉鎖されるようになっている（図２（ａ）参照）。例えばこのように、シリンダ室２８の入口が閉鎖された圧力制御室２４の燃料圧力は、燃料だまり２２の圧力（レール圧Ｐｃ）と略同様の圧力に調整される。なお、本実施形態では、圧力制御室２４とシリンダ室２８との間を閉鎖させる開閉弁４０の状態を開閉弁４０が閉鎖されているとし、圧力制御室２４とシリンダ室２８との間を開放させる開閉弁４０の状態を開閉弁４０が開放されているとしている。

ドーム部４３の先端部には、シリンダ室２８内を進退移動可能なシリンダ４７の先端が当接されている。シリンダ４７の基端は、ピエゾアクチュエータＰＺの伸縮端に接続されており、ピエゾアクチュエータＰＺの伸縮に基づいてシリンダ室２８内を進退移動する。
すなわち、開閉弁４０は、ピエゾアクチュエータＰＺが収縮すると、図２（ａ）に示すように、スプリング４４の弾性力によりシリンダ室２８の入口に当接してこれを封鎖する一方で、連通路２７の出口と軸部４１とを離間させ同出口を開放させる（開閉弁４０の閉鎖）。逆に、開閉弁４０は、ピエゾアクチュエータＰＺが伸長すると、図２（ｂ）に示すように、シリンダ４７の押圧によりスプリング４４が収縮されてドーム部４３がシリンダ室２８の入口から離間されてこの入口を開放する一方で、軸部４１が連通路２７の出口に当接してこの出口を閉鎖する（開閉弁４０の開放）。例えばこのように、連通路２７の出口が閉鎖された圧力制御室２４の燃料圧力は、シリンダ室２８の圧力（リーク圧）と略同様の圧力に調整される。

このように、圧力制御室２４の燃料圧力が調整され、この調整された燃料が摺動孔２３に供給されて、その調整された燃料圧力に基づく圧力がニードル３０のシリンダ部３３の後端面３３ａに印加されるようになっている。

次に、燃料噴射弁２ａの動作について、図３も併せて参照して説明する。
図３（ａ）〜（ｅ）は、燃料噴射弁の動作例、並びに同実施形態の装置による異常検出態様を示すタイミングチャートである。

まず、燃料噴射前の燃料噴射弁２ａ（図２（ａ）参照）において、制御装置１２が駆動タイミング（図３（ａ）において噴射指令信号の信号レベル「Ｈ」）に基づく駆動信号をインジェクタ駆動回路１８に与える。これにより、インジェクタ駆動回路１８はピエゾアクチュエータＰＺに噴射パルス（図３（ｂ）において０より高いピエゾ駆動電流）を供給する（図３の時刻ｔ１）。このことにより、ピエゾアクチュエータＰＺが伸長して開閉弁４０にシリンダ室２８の入口を開放させ（図２（ｂ）参照）、圧力制御室２４の燃料圧力の低下が開始される。このとき、図３（ｃ）に実線にて示す高圧燃料圧力のように、圧力制御室２４に連通する燃料溜り２２（高圧燃料通路２５）の燃料圧力が圧力Ｐ１から圧力Ｐ２へ変化する（図３の時刻ｔ２〜時刻ｔ４）。圧力制御室２４の圧力が燃料噴射弁２ａの開弁圧力以下まで低下すると、ニードル３０がスプリング３４の付勢力に抗して上昇を開始して（図３の時刻ｔ４）、ニードル３０の先端部３１がシート部２１Ａから離間する。ニードル３０の先端部３１がシート部２１Ａから離間すると、ノズル室２１とハウジング２０の先端にある噴射孔２９とが連通して、噴射孔２９からノズル室２１や燃料溜まり２２の高圧燃料の燃料噴射が開始される。そして、ニードル３０の上昇に従って噴射率が上昇するとともに、図３（ｃ）の点線に示すように、高圧燃料の燃料圧力が圧力Ｐ２よりも低下する（図３の時刻ｔ４以降）。

なお、このように、図３の時刻ｔ２（開閉弁４０の開放開始）から時刻ｔ４（燃料噴射開始）までの間にて、開閉弁４０のドーム部４３の開弁により低圧燃料通路４５を介してのリーク管１０への燃料のリーク（燃料リーク）が動的リークであり、そのリーク量が動的リーク量Ｑｄである。そしてこの動的リークのとき、燃圧センサ２６の検出する燃料圧力には圧力Ｐ１が圧力Ｐ２まで下降する経時的な圧力変動を生じ、その圧力変動における圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差が圧力差ΔＰ１２として検出される。

そして、燃料噴射中の燃料噴射弁２ａ（図２（ｂ）参照）において、制御装置１２が停止タイミング（図３（ａ）において信号レベル「Ｌ」）に基づく駆動信号をインジェクタ駆動回路１８に与えると、インジェクタ駆動回路１８がピエゾアクチュエータＰＺに停止パルス（図３（ｂ）において０より低いピエゾ駆動電流）を供給する（図３の時刻ｔ７）。このことにより、ピエゾアクチュエータＰＺが収縮して開閉弁４０にシリンダ室２８の入口を閉鎖させ（図２（ａ）参照）、圧力制御室２４の燃料圧力の上昇が開始される。圧力制御室２４の燃料圧力、すなわち摺動孔２３内の燃料圧力が燃料噴射弁２ａの閉弁圧以上まで上昇すると、ニードル３０が下降を開始する。ニードル３０が下降してその先端部
３１がシート部２１Ａに着座すると、ノズル室２１と噴射孔２９との連通が遮断されて、噴射孔２９からの燃料噴射が停止される（図３の時刻ｔ７以降）。そして、図３（ｃ）に点線にて示すように、一定期間の過渡的な振動を経た後に圧力Ｐ１に維持されるようになる。

なお、このように開閉弁４０が閉弁状態の時に、燃料噴射弁２ａ内の摺動部（ニードル３０と摺動孔２３との間）や閉塞部（開閉弁４０がシリンダ室２８の入口を閉鎖している部分）を介してのリーク管１０への燃料のリークが静的リーク量Ｑｓである。

上述のように、正常な動作をする燃料噴射弁２ａは、燃圧センサ２６により検出される燃圧変動には、燃料噴射前の動的リークに基づいて圧力Ｐ１が圧力Ｐ２に低下する変動が生じる（時刻ｔ２から時刻ｔ４の間に実線で示される変化）。また燃圧変動には、燃料噴射に基づいて圧力Ｐ２が圧力Ｐ３に低下する変動（時刻ｔ４から時刻ｔ６の間に点線で示される変化）と、燃料噴射の停止により回復する過渡的な変動（時刻ｔ７以降に点線で示される変化）が生じる。なお圧力Ｐ３は、圧力Ｐ２よりも低い圧力であり、圧力Ｐ１との間に差ΔＰ１３の圧力差を有している。

一方、ピエゾアクチュエータＰＺやインジェクタ駆動回路１８が故障しているような場合、開閉弁４０が動作しないため動的リークが生じない。このため、駆動タイミング後であっても燃料噴射弁２ａの燃圧センサ２６により検出される燃料圧力には、燃料噴射前の動的リークに基づく圧力変動が生じず、図３（ｃ）の細線に示されるように、時刻ｔ２以降も圧力Ｐ１が維持される。このことから燃料圧力として、燃料噴射が正常であれば圧力Ｐ２の検出される時刻ｔ４において、燃料圧力が圧力Ｐ１のまま、もしくは、圧力Ｐ２に達していないときには開閉弁４０が動作しない異常が生じていることをその燃料圧力の経時的な変化から判定することができる。そこで、本実施形態では、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との間に動的リークが生じたか否かを判定するための値として判定圧力ＴＨａを設ける。すなわち燃料噴射が正常であれば、時刻ｔ２と時刻ｔ４の間の、例えば時刻ｔ３に燃料圧力は、判定圧力ＴＨａに到達する。このことから、例えば、噴射指令信号が「Ｈ」とされた時刻ｔ１から燃料圧力が圧力Ｐ２に到達するべき時刻ｔ４までの間に、燃料圧力が判定圧力ＴＨａより低下されないことを条件として、時刻ｔ４において燃料噴射弁２ａの駆動系の部位のうちピエゾアクチュエータＰＺやインジェクタ駆動回路１８に異常が生じたことを判別することができる。すなわち、図３（ｄ）に示すように、制御装置１２は、時刻ｔ１以降であって時刻ｔ４までに燃料圧力が判定圧力ＴＨａまで低下されていないとき、ピエゾ部または駆動回路の異常検出フラグの信号レベルを、正常を示す「Ｌ」から異常を示す「Ｈ」に変化させる。

また一方、ニードル３０が故障して移動しないために噴射孔２９が開かれない場合や噴射孔２９が詰まっている場合、燃料の噴出が生じない。このため、動的リークが生じたあとであっても燃料噴射弁２ａの燃圧センサ２６により検出される燃圧変動には、燃料噴射に基づく燃圧変動が生じず、図３（ｃ）の実線に示されるように、時刻ｔ４以降も圧力Ｐ２が維持される。このことから燃料圧力として、燃料噴射が正常であれば、時刻ｔ４にて圧力Ｐ２となった後に低下して最低値である圧力Ｐ３に達する時刻ｔ６において、燃料圧力が圧力Ｐ２のまま、もしくは、圧力Ｐ３に達していないこときには燃料が噴射されていない異常が生じていることを燃料圧力の経時的な変化から判定することができる。そこで、本実施形態では、圧力Ｐ２と圧力Ｐ３との間に燃料が噴射されたか否かを判定するための値として判定圧力ＴＨｂを設ける。すなわち燃料噴射が正常であれば、時刻ｔ４と時刻ｔ６の間の、例えば時刻ｔ５に燃料圧力は、判定圧力ＴＨｂに到達する。このことから、例えば、動的リークの終了した時刻ｔ４から燃料圧力が圧力Ｐ３に到達する予定の時刻ｔ６までの間に、燃料圧力が判定圧力ＴＨｂより低下されないことを条件として、時刻ｔ６において燃料噴射弁２ａの駆動系の部位のうちニードル３０や噴射孔２９の異常を判別す
ることができる。すなわち、図３（ｅ）に示すように、制御装置１２は、時刻ｔ４の動的リーク以降であって時刻ｔ６までに燃料圧力が判定圧力ＴＨｂまで低下していないとき、ニードルまたは噴射孔の異常検出フラグの信号レベルを、正常を示す「Ｌ」から異常を示す「Ｈ」に変化させる。

なお、各判定圧力ＴＨａ，ＴＨｂは、制御装置１２のＲＯＭ等に予め設定されていてもよいし、各種センサの検出情報に基づいて算出するようにしてもよい。また、一旦「Ｈ」に変化された上記各異常検出フラグの信号レベルは、確認作業など所定の条件などによって「Ｌ」に変化されるようになっている。

次に、噴射異常の検出動作について図４に従って説明する。図４は、燃料の噴射処理において噴射異常を検出する検出手順を含むフローチャートである。なお、制御装置１２は、ディーゼル機関２が運転されているとき、ディーゼル機関２の内燃機関回転数Ｎｅなどに基づいて算出される燃料噴射弁２ａの燃料噴射周期毎に燃料の噴射処理を実行するようになっている。

すなわち、燃料噴射弁２ａの燃料噴射周期の始期になると、図４に示すように、制御装置１２は、噴射処理を開始して、噴射タイミングになることに基づいて噴射指示としての噴射指令信号が噴射停止を示すレベル「Ｌ」から噴射開始を示すレベル「Ｈ」に変更されたか否かを判断する（ステップＳ１）。燃料カットなどにより噴射タイミングとならず、噴射指示が噴射停止を示すレベル「Ｌ」のままの場合（ステップＳ１にてＮＯ）、制御装置１２は噴射処理を終了する。

一方、噴射タイミングとなり噴射指令信号が噴射開始を示すレベル「Ｈ」となる場合（ステップＳ１にてＹＥＳ）、制御装置１２は、ピエゾアクチュエータＰＺを伸長させるためのピエゾ駆動電流を出力させる（ステップＳ２）とともに、燃圧センサ２６の検出する燃料圧力を逐次取得する（ステップＳ３）。そして、制御装置１２は、逐次取得される燃料圧力の経時的な圧力変動を監視して、噴射タイミングから予め定められた所定の時刻（例えば、図３の時刻ｔ４）までに、動的リークに基づく圧力変動が生じたか否かを判断する（ステップＳ４）。動的リークに基づく圧力変動は、上述の所定の時刻までに、燃料圧力が判定圧力ＴＨａよりも低下することにより判断される。燃料圧力が判定圧力ＴＨａ以下にならない場合（ステップＳ４でＮＯ）、制御装置１２は、動的リークに基づく圧力変動が生じていないと判定して、燃料噴射弁２ａのピエゾアクチュエータＰＺ（ピエゾ部）やインジェクタ駆動回路１８に異常が生じたことを検出する（ステップＳ５）。そして、噴射処理を終了する。

一方、所定の時刻までに燃料圧力が判定用圧力ＴＨａ以下となった場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御装置１２は、動的リークに基づく圧力変動が生じたと判断するとともに、その後、正常な燃料噴射に基づく圧力変動が生じたか否かを判断する（ステップＳ６）。正常な燃料噴射に基づく圧力変動は、動的リークが検出された後、所定の時刻（例えば、図３の時刻ｔ６）までに、燃料圧力が判定圧力ＴＨｂよりも低下することにより判断される。燃料圧力が判定圧力ＴＨｂ以下にならない場合（ステップＳ６でＮＯ）、制御装置１２は、動的リーク後に正常な燃料噴射に基づく圧力変動が生じていないと判定して、燃料噴射弁２ａのニードル３０や噴射孔２９に異常が生じたことを検出する（ステップＳ７）。そして、噴射指令信号がレベル「Ｌ」へ変化されてから所定の終了処理を行なった後に噴射処理が終了される。

一方、燃料圧力が判定用圧力ＴＨｂ以下になる場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、制御装置１２は、動的リーク後に正常な燃料噴射に基づく圧力変動が生じていると判定して、その後、噴射指令信号がレベル「Ｌ」へ変化されてから所定の終了処理を行なった後に噴射
処理を終了する。

これにより、燃圧センサ２６の検出する燃料圧力に基づいて、燃料噴射弁２ａに生じた燃料の噴射異常が燃料噴射弁２ａのピエゾアクチュエータＰＺ（ピエゾ部）等の部位に生じたのか、燃料噴射弁２ａのニードル３０や噴射孔２９の部位に生じたのかが判別されるようになる。

以上説明したように、本実施形態の噴射異常検出装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）燃料噴射システムにおける噴射異常の発生の有無についての検出はもとより、燃料噴射弁２ａ〜２ｄの駆動系を構成する複数の部位を個別に異常判定するようにした。これにより、噴射異常の原因となっている部位の特定が容易となり、ひいては異常診断系としてのその後の対処も容易となる。すなわち、燃料噴射毎に噴射異常の発生検出とその異常を生じさせる部位の個別の異常判定を行なうことから、燃料噴射弁２ａ〜２ｄに生じた噴射異常の原因となる個別の部位が早期に特定され、当該異常への迅速な対応が可能となる。

（２）燃料噴射弁２ａ〜２ｄに燃圧センサ２６を設けるとともに当該燃圧センサ２６を噴射孔２９に至る高圧燃料通路２５に接続させているため、駆動指令の印加に応じて燃料噴射弁２ａ〜２ｄ内に生じる燃料圧力の圧力変動を高い精度で検出できる。すなわち、噴射異常検出装置にて行なわれる燃料圧力の圧力変動に基づく噴射異常の検出とその噴射異常の原因となる部位の特定とにかかる精度の向上が図られるようになる。

（３）上記構成の燃料噴射弁２ａ〜２ｄにあっては、通常、アクチュエータ及び駆動回路が正常であれば、少なくとも燃料の動的リークも正常に生じる。この点、上記構成によるように、圧力変動の経時的な推移を監視することにより、燃料の動的リークに対応する圧力変動が検出されないとき、ピエゾ素子からなるピエゾアクチュエータＰＺや、当該ピエゾアクチュエータＰＺに電力を供給して駆動させるインジェクタ駆動回路１８の異常が個別に判定されるようになる。これにより、燃料の噴射異常の発生に併せて、その異常の原因となる部位が具体的に絞り込まれる。

（４）これに加え、通常、ニードル３０及び噴射孔２９が正常であれば、シリンダ室２８に対して開閉弁４０が圧力制御室２４を開放させることに基づいて燃料の動的リークが正常に生じることで、ニードル３０のリフトに伴い燃料も正常に噴射される。この点、上記構成によるように、燃料の動的リークが生じた後、圧力変動の経時的な推移を監視することにより、燃料噴射弁２ａ〜２ｄのニードル３０が移動しない異常（例えば、摺動異常や固着異常）、もしくは、噴射孔２９の孔詰まりが生じたことが個別判定されるようになる。これによっても、燃料の噴射異常の発生に併せて、その異常の原因となる部位が具体的に絞り込まれる。

（５）噴射異常の生じた燃料噴射弁２ａ〜２ｄとともにその燃料噴射弁２ａ〜２ｄに対応する気筒も判別されるようになるので、これらの判別結果に基づいて、ディーゼル機関２の運転の可否や、気筒の使用・不使用などの判断を行えるようにもなる。これにより、このような噴射異常検出装置が適用された燃料噴射システムを有する自動車などにとって、その信頼性や退避走行等にかかる安定性が向上されるようにもなる。

（６）すなわち、このような噴射異常検出装置は、コモンレールにより蓄圧された燃料の供給されるディーゼル機関に適用して特に有効である。
なお、上記実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。

・上記実施形態では、ディーゼル機関２の気筒数が４気筒である場合について例示したが、これに限らず、気筒数は、４気筒未満でも、５気筒以上でもよい。
・上記実施形態では、開閉弁４０がピエゾアクチュエータＰＺにより開放される場合について例示した。しかしこれに限らず、開閉弁は、圧力制御室の開閉を行なうことができるものであれば、電磁弁などその他のアクチュエータから構成されたものであってもよい。

・上記実施形態では、検出される燃圧が判定圧力ＴＨａやＴＨｂよりも低下することに基づいて動的リークに生じたこと、燃料が噴射されたことを判断するようにした。しかしこれに限らず、燃圧の変化量などにより動的リークの有無や燃料が噴射されたか否かを判断するようにしてもよい。

・上記実施形態では、燃料噴射弁２ａ（２ｂ〜２ｄ）の上側に燃圧センサ２６を設ける場合について例示した。しかしこれに限らず、燃圧センサの配置位置は、各燃料噴射弁の別に燃料の動的リークや噴射に伴う燃圧の変動を検出することができれば、燃料噴射弁２ａの任意の位置を選択することができる。また、コモンレールからノズル室までの間の任意の位置に設けることもできる。

・上記実施形態では、コモンレール４に圧力センサを設けない場合について例示した。しかしこれに限らず、コモンレールに高圧燃料の圧力（レール圧）を検出するためのレール圧センサを設けてもよい。

・上記実施形態では、判定圧力ＴＨａ，ＴＨｂは、予め設定されている場合について例示した。しかしこれに限らず、判定圧力ＴＨａ，ＴＨｂは、各種センサ、例えば燃温センサにより検出される油温（燃料温度）や、燃料の粘度などに基づいて可変としてもよい。例えば、油温（燃料温度）が高い、もしくは燃料の粘度が低いために燃料が流れやすいような場合、判定圧力を下げる（判定を厳しくする）ようにするようにしてもよい。これにより、異常検出の精度を高めることができるようになる。

・上記実施形態では、内燃機関がディーゼル機関２である場合について例示した。しかしこれに限らず、燃料噴射弁により気筒内に燃料を噴射する内燃機関であれば、いわゆる直噴式のガソリン機関など、その他の内燃機関の燃料噴射システムにも本発明を適用することはできる。

２…ディーゼル機関、２ａ〜２ｄ…燃料噴射弁、４…蓄圧配管としてのコモンレール、４ａ…リリーフ管、４ｂ…プレッシャリミッタ、５…高圧燃料供給路、６…高圧燃料ポンプ、６ａ…高圧燃料配管、６ｂ…燃料戻し管、７…フィードポンプ、８…燃料タンク、１０…リーク管、１１…チェックバルブ、１２…制御装置、１４…回転数センサ、１７…アクセル開度センサ、１８…インジェクタ駆動回路、１９…燃温センサ、２０…ハウジング、２１…ノズル室、２１Ａ…シート部、２２…燃料溜り、２３…摺動孔、２４…圧力制御室、２５…高圧燃料通路、２６…燃圧センサ、２７…連通路、２８…シリンダ室、２９…噴射孔、３０…ニードル、３１…先端部、３２…フランジ、３３…シリンダ部、３３ａ…後端面、３４…スプリング、４０…開閉弁、４１…軸部、４２…フランジ、４３…ドーム部、４４…スプリング、４５…低圧燃料通路、４７…シリンダ、ＰＺ…ピエゾアクチュエータ。

Claims

蓄圧配管に蓄圧された高圧燃料が供給されている燃料噴射弁に対する駆動指令の印加に伴い開閉弁の開放を通じて圧力室内の燃料をリークすることによりニードルをリフトさせて噴射孔から前記高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射システムの噴射異常の発生を検出する噴射異常検出装置であって、
前記燃料噴射弁に供給されている高圧燃料の燃料圧力を検出する燃圧センサを当該燃料噴射弁に設けて、その検出値から前記駆動指令の印加に伴う燃料圧力の圧力変動を監視し、該監視する圧力変動の経時的な推移から前記燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位を個別に異常判定しつつ噴射異常の発生を検出し、
前記監視する圧力変動の経時的な推移から前記燃料のリークに対応する圧力変動が検出されないとき、前記燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位のうち、前記開閉弁を開放するアクチュエータもしくは該アクチュエータに前記駆動指令を送る駆動回路が異常であるとしてこれを個別に判定する
ことを特徴とする噴射異常検出装置。
蓄圧配管に蓄圧された高圧燃料が供給されている燃料噴射弁に対する駆動指令の印加に伴い開閉弁の開放を通じて圧力室内の燃料をリークすることによりニードルをリフトさせて噴射孔から前記高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射システムの噴射異常の発生を検出する噴射異常検出装置であって、
前記燃料噴射弁に供給されている高圧燃料の燃料圧力を検出する燃圧センサを当該燃料噴射弁に設けて、その検出値から前記駆動指令の印加に伴う燃料圧力の圧力変動を監視し、該監視する圧力変動の経時的な推移から前記燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位を個別に異常判定しつつ噴射異常の発生を検出し、
前記監視する圧力変動の経時的な推移から前記燃料のリークに対応する圧力変動が検出されてかつ、その後の燃料噴射に対応する圧力変動が検出されないとき、前記燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位のうち、前記ニードルもしくは前記噴射孔が異常であるとしてこれを個別に判定する
ことを特徴とする噴射異常検出装置。
前記内燃機関は多気筒内燃機関であるとともに、前記燃料噴射弁及び前記燃圧センサはそれら全ての気筒に対応して設けられ、前記燃料噴射弁の駆動系を構成する複数の部位の個別の異常判定を伴う前記噴射異常の発生の検出がそれら気筒の別に行われる
請求項１または２に記載の噴射異常検出装置。
前記内燃機関がディーゼル機関であり、前記蓄圧配管がコモンレールである
請求項１〜３のいずれか一項に記載の噴射異常検出装置。