JP5718829B2 - 燃料供給系の異常判定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の各気筒に燃料を供給する燃料供給系における燃料漏れ異常の判定を行う燃料供給系の異常判定装置に関するものである。
各気筒の内部に燃料を直接噴射供給するいわゆる直噴式の内燃機関の燃料供給系は、ポンプによる圧送によって昇圧された状態の燃料を蓄える蓄圧配管(コモンレールやデリバリパイプ)と、気筒毎に設けられて蓄圧容器に各別に接続された燃料噴射弁とを備える。これら燃料噴射弁の開弁駆動を各別に実行することにより、内燃機関の各気筒の内部に任意のタイミングで燃料が噴射供給される。
ここで上記燃料供給系においてその内部から外部に燃料が漏れるといった異常(燃料漏れ異常)が発生することがある。従来、そうした燃料漏れ異常の有無を判定する異常判定装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。上記燃料漏れ異常が発生すると、燃料噴射弁が開弁駆動されていないときにおいても燃料供給系内の燃料圧力が低下するようになるため、燃料漏れ異常が発生していないときと比較して、燃料供給系の内部の燃料圧力の低下速度が速くなる。上記特許文献1に記載の装置は、そうした燃料供給系(詳しくは、蓄圧配管)の内部の燃料圧力が検出されて、同燃料圧力の低下度合いが大きいときに燃料漏れ異常が発生していると判定される。
特開平6−213051号公報
内燃機関の運転に際しては、各燃料噴射弁がそれぞれ間欠的に開弁駆動されて燃料供給系(詳しくは、燃料噴射弁)内から各気筒の内部に燃料が噴射供給される。そのため燃料供給系内の燃料圧力は、そうした間欠的な燃料噴射の実行に起因して脈動するようになる。したがって内燃機関の運転中において燃料供給系内の燃料圧力は、各燃料噴射弁からの燃料噴射に伴う低下と同燃料噴射の間欠的な実行に伴う脈動とによって変動していると云える。
こうしたことから、燃料漏れ異常の有無を判定するべく燃料供給系内の燃料圧力を検出した結果、同燃料圧力の低下度合いが大きくなっていた場合であっても、その低下が、燃料漏れ異常の発生および燃料供給系内の圧力脈動のいずれに起因して生じたものであるのかを判別することが難しい。したがって、単に蓄圧配管内の燃料圧力を検出しても、高い精度で燃料漏れ異常の発生を判定することは困難であると云える。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料圧力の低下態様に基づいて漏れ異常発生の有無を精度良く判定することのできる燃料供給系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説明する。
請求項1に記載の装置は、昇圧された状態の燃料を蓄える蓄圧容器と直噴式の内燃機関の気筒毎に設けられて蓄圧容器に各別に接続された燃料噴射弁とを有する燃料供給系に適用されて、同燃料供給系についての燃料漏れ異常の判定を行う。
燃料噴射弁の開弁時においては燃料供給系内の燃料圧力が一時的に低下する。また、燃料噴射弁が閉弁されると、そうした燃料噴射に伴う燃料圧力の低下が停止するものの、直後において燃料圧力の脈動が発生して燃料供給系内の燃料圧力の変動がしばらく続いてしまう。ただし、一つの気筒(特定気筒)に燃料を噴射する燃料噴射弁と蓄圧配管とを繋ぐ部分の燃料圧力のみに着目すると、同燃料噴射弁の閉弁駆動直後において圧力脈動が生じるものの、その圧力脈動は再び同燃料噴射弁が開弁駆動されるタイミング(具体的には点火順序が直前の気筒[直前気筒]の圧縮上死点と特定気筒の圧縮上死点との中間にあたるタイミング)になるまでにほぼ収束するようになる。
請求項1に記載の装置では、内燃機関の気筒毎に、燃料供給系の内部における蓄圧容器より燃料噴射弁側の部位と同燃料噴射弁の噴射孔との間の部位(特定部位)の燃料圧力を検出するための圧力検出部が設けられている。そのため、それら圧力検出部によって各燃料噴射弁と蓄圧配管とを繋ぐ部分の燃料圧力を各別に検出することができる。
そして、請求項1に記載の装置では、点火順序が連続する二つの気筒(例えば、上記直前気筒および特定気筒)の圧縮上死点の中間からそれら気筒のうちの点火順序の遅い気筒(同特定気筒)への燃料噴射が開始される直前までの検出期間において、同点火順序の遅い気筒に対応して設けられた圧力検出部による上記特定部位の燃料圧力の検出が行われる。そして、その検出された特定部位の燃料圧力の低下態様に基づいて燃料供給系の燃料漏れ異常の判定が行われる。そのため、燃料噴射弁からの燃料噴射に起因する燃料圧力の変動が収束して小さくなった期間における上記特定部位の燃料圧力を検出して燃料供給系の燃料漏れ異常の判定に用いることができる。これにより、燃料漏れ異常の発生に起因する燃料圧力の低下を的確に捉えることができるようになるために、燃料圧力の低下態様に基づいて漏れ異常発生の有無を精度良く判定することができる。
請求項2に記載の装置では、前記低下態様として前記検出期間における燃料圧力の低下速度が算出されるとともに、同低下速度が予め定めた判定速度より高いときに燃料漏れ異常が発生したと判定される。そのため、燃料供給系内からの燃料の漏れに起因して燃料圧力の低下速度が速くなっていることをもって、燃料漏れ異常が発生していると判定することができる。
検出期間における燃料圧力の低下速度を算出する際に、燃料圧力の検出値のうちの一つに一定の誤差が生じたと仮定した場合、その誤差による影響は検出期間が短いときほど大きくなる。したがって検出期間が短いときには、同検出期間が長いときと比較して、燃料漏れ異常の発生の判定精度が低くなると云える。
請求項3に記載の装置では、そうした検出期間の長さに基づいて同検出期間における燃料圧力の低下速度が変更される。そのため、例えば検出期間が短いときには上記低下速度への影響が大きいために同低下速度を低い速度に変更して燃料漏れ異常ありと判定され難くするなどといったように、検出期間の長さによる上記低下速度への影響の度合いに応じたかたちで同低下速度を変更することができ、変更後の低下速度に基づいて燃料漏れ異常の発生の有無の判定を好適に実行することができる。
検出期間における燃料圧力の絶対値が高いときほど同検出期間における燃料圧力の低下速度は高くなる。
請求項4に記載の装置では、検出期間における燃料圧力の絶対値に基づいて同検出期間における燃料圧力の低下速度が変更される。そのため、例えば検出期間における燃料圧力の絶対値が高いときには上記低下速度が高くなるために同低下速度を低い速度に変更して燃料漏れ異常ありと判定され難くするなどといったように、燃料圧力の絶対値と変更前の低下速度との関係に応じたかたちで同低下速度を変更することができ、変更後の低下速度に基づいて燃料漏れ異常の発生の有無の判定を好適に実行することができる。
前述したように検出期間が短いときには、同検出期間が長いときと比較して、燃料漏れ異常の発生の判定精度が低くなる。したがって、検出期間が長くなるときほど燃料漏れ異常の発生の判定精度が高くなると云える。燃料噴射弁からの燃料噴射を一時的に停止する燃料カット制御の実行時においては、同燃料噴射弁が開弁駆動されないために、その開弁駆動に起因する燃料圧力の変動が生じない。そのため検出期間を長い期間に設定したとしても燃料噴射弁からの燃料噴射に起因する判定精度の低下を招くことはない。
この点、請求項5に記載の装置では、そうした燃料カット制御の実行時における検出期間として、点火順序が特定気筒の直前の気筒の圧縮上死点と同特定気筒の圧縮上死点との中間を始点とし且つ特定気筒の圧縮上死点と点火順序が同特定気筒の直後の気筒の圧縮上死点との中間を終点とする期間が定められる。そして、この検出期間において特定気筒に対応して設けられた圧力検出部による燃料圧力の検出が行われるとともに、その検出した燃料圧力の低下態様に基づいて燃料供給系の燃料漏れ異常の判定が行われる。
こうした装置によれば、燃料カット制御の実行時における検出期間として、燃料噴射弁からの燃料噴射に起因する判定精度の低下を招くことのない期間であり且つ同燃料カット制御の非実行時と比較して長い期間を定めることができる。したがって、燃料漏れ異常の発生を高い精度で判定することができる。
請求項6に記載の装置では、前記圧力検出部としての圧力センサが燃料噴射弁に取り付けられるために、各圧力センサそれぞれにより、同圧力センサが取り付けられている燃料噴射弁の噴射孔に近い部位の燃料圧力であって、且つ他の燃料噴射弁の噴射孔から遠い部位の燃料圧力を検出することができる。そのため、各圧力センサにより検出される燃料圧力として、他の気筒に対応して設けられた燃料噴射弁の開閉駆動に伴う燃料圧力の変動による影響を小さく抑えた値を検出することができる。こうしたことから請求項6に記載の装置では、燃料噴射弁から離れた部位の燃料圧力を検出する装置と比較して、前記検出期間における燃料圧力の変動が小さくなるために、燃料漏れ異常の判定を精度良く行うことができる。
本発明を具体化した一実施の形態にかかる異常判定装置が適用される内燃機関の概略構成を示す略図。 燃料噴射弁の断面構造を示す断面図。 [A]〜[C]駆動パルスと燃料圧力との関係の一例を示すタイミングチャート。 [A]〜[C]パイロット噴射の実行時における駆動パルスと燃料圧力との関係の一例を示すタイミングチャート。 [A]〜[C]燃料カット制御の実行時における駆動パルスと燃料圧力との関係の一例を示すタイミングチャート。 判定処理の実行手順を示すフローチャート。
以下、本発明を具体化した一実施の形態にかかる燃料供給系の異常判定装置について説明する。
図1に示すように、内燃機関10の気筒11には吸気通路12が接続されている。内燃機関10の気筒11内には吸気通路12を介して空気が吸入される。なお、この内燃機関10としては複数(本実施の形態では四つ[♯1〜♯4])の気筒11を有するディーゼル機関が採用されている。内燃機関10には、気筒11毎に、同気筒11内に燃料を直接噴射する直噴式の燃料噴射弁20が取り付けられている。この燃料噴射弁20の開弁駆動によって噴射された燃料は内燃機関10の気筒11内において圧縮加熱された吸入空気に触れて着火および燃焼する。そして内燃機関10では、気筒11内における燃料の燃焼に伴い発生するエネルギによってピストン13が押し下げられてクランクシャフト14が強制回転されるようになる。内燃機関10の気筒11において燃焼した燃焼ガスは排気として内燃機関10の排気通路15に排出される。
各燃料噴射弁20は分岐通路31aを介してコモンレール34に各別に接続されており、同コモンレール34は供給通路31bを介して燃料タンク32に接続されている。この供給通路31bには、燃料を圧送する燃料ポンプ33が設けられている。本実施の形態では、燃料ポンプ33による圧送によって昇圧された燃料がコモンレール34に蓄えられるとともに各燃料噴射弁20の内部に供給される。
燃料ポンプ33は、内燃機関10のカムシャフトによって駆動されて、カムシャフトが一回転する度に(二つの気筒11において燃料噴射が実行される毎に)燃料を一回圧送する構造になっている。この燃料ポンプ33からの燃料の圧送は、燃料噴射弁20からの燃料噴射が完了した直後の期間において行わ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が接続されており、同リターン通路35はそれぞれ燃料タンク32に接続されている。このリターン通路35を介して燃料噴射弁20の内部の燃料の一部が燃料タンク32に戻される。なお本実施の形態では、コモンレール34が蓄圧容器として機能し、各燃料噴射弁20、各分岐通路31a、供給通路31b、およびコモンレール34により燃料供給系が構成される。また本実施の形態では、燃料ポンプ33の作動に起因する燃料供給系内部の燃料圧力の変動が、クランク角(°CA)がATDC90°CA(圧縮上死点を0°CAとした場合における90°CA)になるまでにはごく小さくなる。
以下、燃料噴射弁20の内部構造について説明する。図2に、燃料噴射弁20の断面構造を示す。
図2に示すように、燃料噴射弁20のハウジング21の内部にはニードル弁22が設けられている。このニードル弁22はハウジング21内において往復移動(同図の上下方向に移動)することの可能な状態で設けられている。ハウジング21の内部には上記ニードル弁22を噴射孔23側(同図の下方側)に常時付勢するスプリング24が設けられている。またハウジング21の内部には、上記ニードル弁22を間に挟んで一方側(同図の下方側)の位置にノズル室25が形成されており、他方側(同図の上方側)の位置に圧力室26が形成されている。
ノズル室25には、その内部とハウジング21の外部とを連通する噴射孔23が形成されており、導入通路27を介して上記分岐通路31a(コモンレール34)から燃料が供給されている。圧力室26には連通路28を介して上記ノズル室25および分岐通路31a(コモンレール34)が接続されている。また圧力室26は排出路30を介してリターン通路35(燃料タンク32)に接続されている。
上記燃料噴射弁20としては電気駆動式のものが採用されており、そのハウジング21の内部には駆動信号の入力によって伸縮する圧電素子(例えばピエゾ素子)が積層された圧電アクチュエータ29が設けられている。この圧電アクチュエータ29には弁体29aが取り付けられており、同弁体29aは圧力室26の内部に設けられている。そして、圧電アクチュエータ29の作動による弁体29aの移動を通じて、連通路28(ノズル室25)と排出路30(リターン通路35)とのうちの一方が選択的に圧力室26に連通されるようになっている。
この燃料噴射弁20では、圧電アクチュエータ29に閉弁信号が入力されると、圧電アクチュエータ29が収縮して弁体29aが移動し、連通路28と圧力室26とが連通された状態になるとともに、リターン通路35と圧力室26との連通が遮断された状態(図2に示す状態)になる。これにより、圧力室26内の燃料のリターン通路35(燃料タンク32)への排出が禁止された状態で、ノズル室25と圧力室26とが連通されるようになる。そのため、ノズル室25と圧力室26との圧力差がごく小さくなり、ニードル弁22がスプリング24の付勢力によって噴射孔23を塞ぐ位置に移動して、このとき燃料噴射弁20は燃料が噴射されない状態(閉弁状態)になる。
一方、圧電アクチュエータ29に開弁信号が入力されると、圧電アクチュエータ29が伸長して弁体29aが移動し、連通路28と圧力室26との連通が遮断された状態になるとともに、リターン通路35と圧力室26とが連通された状態になる。これにより、ノズル室25から圧力室26への燃料の流出が禁止された状態で、圧力室26内の燃料の一部がリターン通路35を介して燃料タンク32に戻されるようになる。そのため圧力室26内の燃料の圧力が低下して同圧力室26とノズル室25との圧力差が大きくなり、この圧力差によってニードル弁22がスプリング24の付勢力に抗して移動して噴射孔23から離れて、このとき燃料噴射弁20は燃料が噴射される状態(開弁状態)になる。
燃料噴射弁20には、上記導入通路27の内部の燃料圧力PQに応じた信号を出力する圧力センサ41が一体に取り付けられている。そのため、例えばコモンレール34(図1参照)内の燃料圧力などの燃料噴射弁20から離れた位置の燃料圧力が検出される装置と比較して、燃料噴射弁20の噴射孔23に近い部位の燃料圧力を検出することができる。なお、上記圧力センサ41は各燃料噴射弁20に一つずつ、すなわち内燃機関10の気筒11毎に設けられている。そのため、それら圧力センサ41により、内燃機関10の気筒11毎に設けられた燃料噴射弁20内部の燃料圧力PQを各別に検出することができる。
図1に示すように、内燃機関10には、その周辺機器として、運転状態を検出するための各種センサが設けられている。それらセンサとしては、上記圧力センサ41の他、例えば吸気通路12を通過する空気の量(通路空気量GA)を検出するための吸気量センサ42や、クランクシャフト14の回転速度(機関回転速度NE)を検出するためのクランクセンサ43が設けられている。その他、アクセル操作部材(例えばアクセルペダル)の操作量(アクセル操作量ACC)を検出するためのアクセルセンサ44なども設けられている。
また内燃機関10の周辺機器としては、例えばマイクロコンピュータを備えて構成された電子制御ユニット40なども設けられている。この電子制御ユニット40は各種センサの出力信号を取り込んでいる。本実施の形態の装置では、電子制御ユニット40への圧力センサ41の出力信号の取り込みがごく短い周期(例えば、数マイクロ秒〜十数マイクロ秒)で実行されている。電子制御ユニット40は、各種センサの出力信号をもとに各種の演算を行い、その演算結果に応じて燃料噴射弁20の作動制御(燃料噴射制御)や燃料ポンプ33の作動制御(燃料圧力制御)などの内燃機関10の運転にかかる各種制御を実行する。
本実施の形態の燃料噴射制御は次のように実行される。すなわち先ず、通路空気量GAや機関回転速度NE、燃料圧力PQ、アクセル操作量ACCなどの機関運転状態に基づいて、噴射パターンが選択されるとともに同噴射パターンの各噴射についての各種制御目標値が算出される。そして、それら制御目標値に応じたかたちで各燃料噴射弁20が各別に開弁駆動される。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から噴射されて内燃機関10の各気筒11内に供給されるようになる。なお本実施の形態では、メイン噴射やパイロット噴射など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、燃料噴射制御の実行に際してはそれら噴射パターンのうちの一つが選択される。また各種の制御目標値としては、メイン噴射やパイロット噴射などといった各噴射の燃料噴射量についての制御目標値、メイン噴射の噴射時期やパイロットインターバルなどといった各種噴射の燃料噴射時期についての制御目標値が算出される。
また本実施の形態では、内燃機関10にトルクを出力させる必要のない状況であるとき(例えば減速運転時など)に、内燃機関10の運転のための、すなわちトルクを発生させるための同内燃機関10に対する燃料供給を一時的に停止する制御、いわゆる燃料カット制御が実行される。この燃料カット制御は、アクセル操作部材が操作されていない状態(アクセル操作量ACC=「0」)で機関回転速度NEが低下していることなどといった条件が満たされたときに実行される。
また本実施の形態では燃料圧力制御が次のように実行される。すなわち先ず、通路空気量GAおよび機関回転速度NEに基づいてコモンレール34内の燃料圧力についての制御目標値(目標燃料圧力)が算出されるとともに、実際の燃料圧力が目標燃料圧力になるように燃料ポンプ33の作動量(燃料圧送量または燃料戻し量)が調節される。こうした燃料ポンプ33の作動量の調節を通じて、コモンレール34内の燃料圧力、換言すれば、燃料噴射弁20の燃料噴射圧力が機関運転状態に応じた圧力に調節されるようになる。
ここで、本実施の形態の装置では燃料供給系の内部から外部に燃料が漏れる異常(燃料漏れ異常)が発生することがあり、同燃料漏れ異常が発生した場合にはこれに適切に対処する必要がある。
図3に、燃料噴射弁20に出力される駆動パルスと同燃料噴射弁20に取り付けられた圧力センサ41により検出される燃料圧力PQとの関係の一例を示す。なお図3において[A]は駆動パルスの出力態様を示し、[B]は燃料漏れ異常が発生していない場合における燃料圧力PQの推移を示し、[C]は燃料漏れ異常が発生した場合における燃料圧力PQの推移を示す。
図3[A]および[C]に示すように、燃料漏れ異常が発生すると、燃料噴射弁20の閉弁時においても燃料圧力PQが低下するようになるため、同図[A]および[B]に示す燃料漏れ異常が発生していないときと比較して、燃料圧力PQの低下速度が速くなる。そのため本実施の形態の装置では、基本的に、燃料圧力PQの低下速度が予め定めた判定速度JVより速いときに上記燃料漏れ異常が発生していると判定するようにしている。
ところで、内燃機関10の運転中においては各燃料噴射弁20が間欠的に開弁駆動されて、燃料供給系の内部から気筒11の内部に燃料が噴射供給される。そのため燃料供給系内の燃料圧力は、そうした間欠的な燃料噴射の実行に起因して脈動するようになる。したがって内燃機関10の運転中における燃料供給系内の燃料圧力は、燃料噴射弁20からの燃料噴射に伴う低下と同燃料噴射の間欠的な実行に伴う脈動とによって変動していると云える。こうしたことから、燃料漏れ異常の有無を判定するべく燃料圧力PQを検出した結果、同燃料圧力PQの低下速度が判定速度より速くなっていた場合であっても、その低下が、燃料漏れ異常の発生および燃料供給系内の圧力脈動のいずれに起因して生じたものであるのかを判別することが難しい。したがって、単に燃料圧力PQを検出しても、高い精度で燃料漏れ異常の発生を判定することは困難であると云える。
この点をふまえて本実施の形態では、燃料漏れ異常の判定に用いる燃料圧力PQを検出する検出期間として、点火順序の連続する二つの気筒11の圧縮上死点の中間からそれら気筒11のうちの点火順序が遅い気筒11(特定気筒)への燃料噴射が開始される直前までの期間(図3に示す例では、時刻t11〜t12)を定めている。そして、その検出期間において、上記特定気筒に対応して設けられた圧力センサ41(すなわち特定気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射弁20に取り付けられた圧力センサ41)による燃料圧力PQの検出が行われるとともに、同燃料圧力PQの低下速度に基づいて燃料漏れ異常の判定が行われる。
上記内燃機関10は四つの気筒11を備えるとともに、その点火順序が「気筒11[♯1]→気筒11[♯3]→気筒11[♯4]→気筒11[♯2]」と定められている。そのため、上述した「点火順序の連続する二つの気筒」を気筒11[♯1],[♯3]とした場合には、「点火順序の連続する二つの気筒11の圧縮上死点の中間」は、気筒11[♯1]のATDC90°CA、または気筒11[♯3]のBTDC90°CA(圧縮上死点[TDC]を0°CAとした場合における−90°CA)になる。また、この場合、上述した「点火順序が遅い気筒11への燃料噴射が開始される直前」は気筒11[♯3]への燃料噴射が開始される直前(具体的には、気筒11[♯3]に取り付けられた燃料噴射弁20に電子制御ユニット40から駆動パルスが出力されるタイミング)になる。
燃料噴射弁20の開弁時(図3の時刻t12〜t13)においては燃料圧力PQが一時的に低下する。また、燃料噴射弁20が閉弁駆動されると、そうした燃料噴射に伴う燃料圧力PQの低下が停止するものの、直後において燃料圧力PQの脈動が発生して同燃料圧力PQの変動がしばらく続いてしまう。
ここで、一つの気筒(特定気筒)に対応して設けられた圧力センサ41により検出される燃料圧力PQのみに着目すると、特定気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射弁20が閉弁駆動された直後においては燃料圧力PQに脈動が生じてしまう(時刻t13以降)。ただし、この燃料圧力PQの脈動は、特定気筒以外の三つの気筒に対する燃料噴射を経て再び同特定気筒に燃料を噴射するタイミングになるまでに、具体的には特定気筒のBTDC90°CA(時刻t11)になるまでにほぼ収束するようになる。
本実施の形態の装置では、特定気筒のBTDC90°CAから同特定気筒への燃料噴射が開始される直前までの検出期間(時刻t11〜t12)において、同特定気筒に対応して設けられた圧力センサ41による燃料圧力PQの検出が行われるとともに、その燃料圧力PQの低下速度に基づいて燃料供給系の燃料漏れ異常の判定が行われる。そのため、燃料噴射弁20からの燃料噴射に起因する燃料圧力PQの変動が収束して小さくなった期間において燃料圧力PQを検出して燃料供給系の燃料漏れ異常の判定に用いることができる。これにより、燃料漏れ異常の発生に起因する燃料圧力PQの低下を的確に捉えることができるようになるために、燃料圧力PQの低下速度に基づいて漏れ異常発生の有無を精度良く判定することができる。
本実施の形態の装置では、圧力センサ41が燃料噴射弁20に一体に各別に取り付けられているために、各圧力センサ41それぞれにより、一体に取り付けられている燃料噴射弁20の噴射孔23に近い部位の燃料圧力PQであって、且つ他の燃料噴射弁20の噴射孔23から遠い部位の燃料圧力を検出することができる。そのため、各圧力センサ41により検出される燃料圧力PQとして、他の気筒11に対応して設けられた燃料噴射弁20の開閉駆動に伴う燃料圧力の変動による影響を小さく抑えた値を検出することができる。こうしたことから本実施の形態の装置では、燃料噴射弁20から遠い部位の燃料圧力を検出する装置と比較して、上記検出期間における燃料圧力PQの変動が小さくなるために、燃料漏れ異常の判定を精度良く行うことができる。
燃料漏れ異常の判定に際しては先ず、上記検出期間における燃料圧力PQの単位期間あたりの低下量(低下速度V)が算出される。具体的には、特定気筒に対応する燃料噴射弁20に駆動パルスが出力されて検出期間の長さが決まると、同検出期間において互いのクランク角間隔がほぼ等しくなる複数(例えば5つ)の検出点が定められるとともに、それら検出点における燃料圧力PQがそれぞれ読み込まれる。その後、それら燃料圧力PQそれぞれとの差が最も小さくなる一次関数が最小二乗法を用いて求められとともに、この一次関数の傾き(具体的には、クランク角の変化に対する燃料圧力PQの低下速度に相当する値)が燃料圧力PQの低下速度Vとして算出されて記憶される。
そして本実施の形態の装置では、この低下速度Vが予め定めた判定速度JVより高いときに燃料漏れ異常が発生したと判定される。これにより、燃料供給系内からの燃料の漏れに起因して燃料圧力PQの低下速度Vが速くなっていることをもって、燃料漏れ異常が発生していると判定することができる。なお、こうした燃料漏れ異常の発生の有無の判定にかかる制御構造は、電子制御ユニット40への各圧力センサ41の出力信号の取り込みがごく短い周期で実行されているために実現することができる。
また本実施の形態の装置では、燃料圧力PQの低下速度Vと判定速度JVとの比較に先立ち、低下速度Vが上記判定期間の長さと判定期間(具体的には、BTDC90°CA)における燃料圧力PQの絶対値とに基づいて変更するようにしている。これは以下のような理由による。
図4に、パイロット噴射の実行時において燃料噴射弁20に出力される駆動パルスと同燃料噴射弁20に取り付けられた圧力センサ41により検出される燃料圧力PQとの関係の一例を示す。なお図4において[A]は駆動パルスの出力態様を示し、[B]は燃料漏れ異常が発生していない場合における燃料圧力PQの推移を示し、[C]は燃料漏れ異常が発生した場合における燃料圧力PQの推移を示す。
図4[A]〜[C]に示すように、メイン噴射(時刻t26〜t27)の実行に先立ちパイロット噴射(時刻t22〜t23,t24〜t25)が実行される場合の前記検出期間(時刻t21〜t22)は、同パイロット噴射が実行されない場合の検出期間(図3の時刻t11〜t12参照)と比較して短くなる。このように本実施の形態の装置では、検出期間の長さが内燃機関10の運転状態に応じて異なる。
上述のように検出期間における燃料圧力PQの低下速度Vを算出する際に、その算出に用いる燃料圧力PQの検出値のうちの一つに一定の誤差が生じたと仮定した場合、その誤差による低下速度Vへの影響(具体的には、適正な値からのずれの度合い)は検出期間が短いときほど大きくなる。したがって検出期間が短いときには、同検出期間が長いときと比較して、燃料漏れ異常の発生の判定精度が低くなると云える。
この点をふまえて本実施の形態では、検出期間が短いときほど上記低下速度Vが低くなるように同低下速度Vが変更される。そのため、検出期間が短く上記低下速度Vへの影響が大きいときほど同低下速度Vを低い速度に変更して燃料漏れ異常ありと判定され難くすることができる。これにより、実際には燃料漏れ異常が発生していないのにも関わらず同燃料漏れ異常が発生していると誤って判定されることを抑えることができる。このように本実施の形態によれば、検出期間の長さによる上記低下速度Vへの影響の度合いに応じたかたちで同低下速度Vを変更することができ、変更後の低下速度Vに基づいて燃料漏れ異常の発生の有無の判定を好適に実行することができる。
また、検出期間における燃料圧力PQの絶対値が高いときには、同燃料圧力PQの絶対値が低いときと比較して検出期間における燃料圧力PQの実際の低下速度が高くなるために、上述したように複数の検出点における燃料圧力PQに基づいて低下速度Vを算出すると、同低下速度Vとして高い速度が算出されてしまう。そのようにして低下速度Vとして高い速度が算出されてしまうと、本実施の形態の装置では燃料圧力PQの低下速度Vが判定速度JVより高くなったときに燃料漏れ異常が発生したと判定されるために、燃料漏れ異常が発生したと判定されやすくなってしまう。
この点をふまえて本実施の形態では、検出期間(具体的には、同検出期間の始点[BTDC90°CA])における燃料圧力PQが高いときほど上記低下速度Vが低くなるように同低下速度Vが変更される。これにより、検出期間における燃料圧力PQが高いために変更前の上記低下速度Vが高くなるときほど、燃料漏れ異常ありと判定され難くなる低い速度に同低下速度Vを変更することができる。このように本実施の形態によれば、検出期間における燃料圧力PQの絶対値と変更前の低下速度Vとの関係に応じたかたちで同低下速度Vを変更することができ、変更後の低下速度Vに基づいて燃料漏れ異常の発生の有無の判定を好適に実行することができる。
さらに本実施の形態では、燃料カット制御の実行時においては、以下のように検出期間を定めるようにしている。
図5に、燃料カット制御の実行時において特定気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射弁20に出力される駆動パルスと同燃料噴射弁20に取り付けられた圧力センサ41により検出される燃料圧力PQとの関係の一例を示す。なお図5において、[A]は駆動パルスの出力態様を示し、[B]は燃料漏れ異常が発生していない場合における燃料圧力PQの推移を示し、[C]は燃料漏れ異常が発生した場合における燃料圧力PQの推移を示す。
図5[A]〜[C]に示すように、燃料カット制御の実行時には、点火順序が特定気筒の直前の気筒の圧縮上死点と同特定気筒の圧縮上死点との中間(BTDC90°CA)を始点とし且つ特定気筒の圧縮上死点と点火順序が同特定気筒の直後の気筒の圧縮上死点との中間(ATDC90°CA)を終点とする期間が、上記検出期間として定められる。なお、仮に「点火順序が特定気筒の直前の気筒」を気筒11[♯1]、「特定気筒」を気筒11[♯3]、「点火順序が特定気筒の直後の気筒」を気筒11[♯4]とすると、「点火順序が特定気筒の直前の気筒の圧縮上死点と同特定気筒の圧縮上死点との中間」は気筒11[♯3]のBTDC90°CAになる。また、この場合には上記「特定気筒の圧縮上死点と点火順序が同特定気筒の直後の気筒の圧縮上死点との中間」が気筒11[♯3]のATDC90°CAになり、検出期間が気筒11[♯3]のBTDC90°CAから同気筒11[♯3]のATDC90°CAまでの期間になる。
前述したように検出期間が短いときには、同検出期間が長いときと比較して、燃料漏れ異常の発生の判定精度が低くなる。このことから、検出期間を長くするほど燃料漏れ異常の発生の判定精度を高くすることが可能になると云える。燃料カット制御の実行時においては、燃料噴射弁20が開弁駆動されないために、その開弁駆動に起因する燃料圧力PQの変動が生じない。そのため検出期間を長い期間に設定したとしても燃料噴射弁20からの燃料噴射に起因する判定精度の低下を招くことはない。
この点をふまえて本実施の形態の装置では、そうした燃料カット制御の実行時における検出期間として、特定気筒のBTDC90°CAからATDC90°CAまでの期間が設定される。そして、この検出期間において特定気筒に対応して設けられた圧力センサ41により検出された燃料圧力PQの低下速度Vに基づいて燃料供給系の燃料漏れ異常の判定が行われる。そのため、燃料カット制御の実行時における検出期間として、各燃料噴射弁20からの燃料噴射に起因する判定精度の低下を招くことのない期間であり且つ同燃料カット制御の非実行時と比較して長い期間を定めることができる。したがって、燃料漏れ異常の発生を高い精度で判定することができる。
以下、燃料漏れ異常の発生の有無を判定する判定処理の実行手順(作用)について、図6に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。なお、このフローチャートに示される一連の処理は、電子制御ユニット40により、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。この判定処理は、各気筒11に対応して設けられた圧力センサ41を用いて気筒11毎に各別に実行される。
図6に示すように、この処理では先ず、圧力センサ41に異常が発生していないか否かが判断される(ステップS101)。そして、圧力センサ41に異常が発生している場合には(ステップS101:NO)、以下の処理を実行することなく本処理は一旦終了される。一方、圧力センサ41が正常である場合には(ステップS101:YES)、燃料カット制御が実行されているか否かが判断される(ステップS102)。
そして、燃料カット制御が実行されていないときには(ステップS102:NO)、以下の[条件イ]が満たされているか否かが判断される(ステップS103)。
[条件イ]燃料噴射弁20からの燃料噴射が完了していること。
この[条件イ]が満たされていない場合には(ステップS103:NO)、以下の処理を実行することなく本処理は一旦終了される。その後において本処理が繰り返し実行されて、[条件イ]が満たされると(ステップS103:YES)、燃料噴射弁20からの燃料噴射が完了しているために前記検出期間が既に定まっており且つ検出期間において検出された燃料圧力PQに基づく同燃料圧力PQの低下速度Vの算出が未だ実行されていないとして、低下速度Vの算出が実行される(ステップS104)。
一方、燃料カット制御が実行されているときには(ステップS102:YES)、以下の[条件ロ]が満たされているか否かが判断される(ステップS105)。
[条件ロ]クランク角がATDC90°CAより大きい角度になっていること。
この[条件ロ]が満たされていない場合には(ステップS105:NO)、以下の処理を実行することなく本処理は一旦終了される。その後において本処理が繰り返し実行されて、[条件ロ]が満たされると(ステップS105:YES)、クランク角がATDC90°CAより大きい角度になっているために前記検出期間が既に定まっており且つ検出期間において検出された燃料圧力PQに基づく同燃料圧力PQの低下速度Vの算出が未だ実行されていないとして、低下速度Vの算出が実行される(ステップS106)。
そして、このようにして燃料圧力PQの低下速度Vが算出された後(ステップS104またはステップS106)、その低下速度Vが判定期間の長さと同判定期間(具体的には、BTDC90°CA)における燃料圧力PQの絶対値とに基づいて変更される(ステップS107)。本実施の形態の装置では、変更前の低下速度Vと判定期間の長さと判定期間における燃料圧力PQの絶対値と変更後の低下速度Vとの関係として、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに燃料漏れ異常の発生を精度良く判定することの可能な関係が予め求められて、電子制御ユニット40に記憶されている。ステップS107の処理では、この関係をもとに変更後の低下速度Vが算出される。具体的には、検出期間が短いときほど、また検出期間における燃料圧力PQの絶対値が高いときほど、変更後の低下速度Vとして低い速度が算出される。
その後、そのようにして変更された低下速度Vが判定速度JVより高いか否かが判断される(ステップS108)。なお本実施の形態の装置では上記判定速度JVとして、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに燃料供給系の燃料漏れ異常の発生の有無を的確に判定することの可能な一定の値が予め求められて、電子制御ユニット40に記憶されている。
そして燃料圧力PQの低下速度Vが判定速度JVより高いときには(ステップS108:YES)、燃料漏れ異常が発生したと判定される(ステップS109)。ちなみに、この場合には、燃料漏れ異常が発生した履歴が電子制御ユニット40に記憶されるとともに警告灯(図示略)が点灯される。一方、燃料圧力PQの低下速度Vが判定速度JV以下であるときには(ステップS108:NO)、燃料漏れ異常が発生していないと判定される(ステップS110)。このようにして燃料漏れ異常の有無が判定された後、本処理は一旦終了される。
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
(1)各燃料噴射弁20に、燃料圧力PQを検出するための圧力センサ41を各別に取り付けた。また燃料漏れ異常の判定に用いる燃料圧力PQを検出する検出期間として、点火順序の連続する二つの気筒11の圧縮上死点の中間からそれら気筒11のうちの点火順序が遅い気筒11(特定気筒)への燃料噴射が開始される直前までの期間を定めた。そして、その検出期間において上記特定気筒に対応して設けられた圧力センサ41により検出された燃料圧力PQの低下速度Vに基づいて燃料漏れ異常の判定を行うようにした。そのため、燃料噴射弁20からの燃料噴射に起因する燃料圧力PQの変動が収束して小さくなった期間において燃料圧力PQを検出して燃料供給系の燃料漏れ異常の判定に用いることができる。これにより、燃料漏れ異常の発生に起因する燃料圧力PQの低下を的確に捉えることができるようになるために、燃料圧力PQの低下速度に基づいて漏れ異常発生の有無を精度良く判定することができる。
(2)検出期間における燃料圧力PQの低下速度Vを算出するとともに、同低下速度Vが予め定めた判定速度JVより高いときに燃料漏れ異常が発生したと判定するようにした。そのため、燃料供給系内からの燃料の漏れに起因して燃料圧力PQの低下速度Vが速くなっていることをもって、燃料漏れ異常が発生していると判定することができる。
(3)燃料圧力PQの低下速度Vと判定速度JVとの比較に先立ち、同低下速度Vを判定期間の長さに基づき変更するようにした。そのため、検出期間の長さによる上記低下速度Vへの影響の度合いに応じたかたちで同低下速度Vを変更することができ、変更後の低下速度Vに基づいて燃料漏れ異常の発生の有無の判定を好適に実行することができる。
(4)燃料圧力PQの低下速度Vと判定速度JVとの比較に先立ち、同低下速度Vを判定期間における燃料圧力PQの絶対値に基づき変更するようにした。そのため、検出期間における燃料圧力PQの絶対値と変更前の低下速度Vとの関係に応じたかたちで同低下速度Vを変更することができ、変更後の低下速度Vに基づいて燃料漏れ異常の発生の有無の判定を好適に実行することができる。
(5)燃料カット制御の実行時における検出期間として特定気筒のBTDC90°CAからATDC90°CAまでの期間を設定するとともに、同検出期間において特定気筒に対応して設けられた圧力センサ41により検出された燃料圧力PQの低下速度Vに基づいて燃料供給系の燃料漏れ異常の判定を行うようにした。そのため、燃料カット制御の実行時における検出期間として、各燃料噴射弁20からの燃料噴射に起因する判定精度の低下を招くことのない期間であり且つ同燃料カット制御の非実行時と比較して長い期間を定めることができる。したがって、燃料漏れ異常の発生を高い精度で判定することができる。
(6)圧力センサ41を燃料噴射弁20に一体に各別に取り付けるようにした。そのため、各圧力センサ41により検出される燃料圧力PQとして、他の気筒11に対応して設けられた燃料噴射弁20の開閉駆動に伴う燃料圧力の変動による影響を小さく抑えた値を検出することができる。したがって、燃料噴射弁20から遠い部位の燃料圧力を検出する装置と比較して、上記検出期間における燃料圧力PQの変動が小さくなるために、燃料漏れ異常の判定を精度良く行うことができる。
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・検出期間における燃料圧力PQの絶対値として、検出期間の始点(BTDC90°CA)における燃料圧力PQを用いることに代えて、検出期間における任意のクランク角(例えば、前記複数の検出点のずれか)における燃料圧力PQを用いることや、検出期間における燃料圧力PQの平均値を用いることが可能である。
・検出期間の長さと同検出期間における燃料圧力PQの絶対値とに基づいて燃料圧力PQの低下速度Vを変更することに代えて、あるいは併せて、判定速度JVを変更するようにしてもよい。この場合には、例えば検出期間が短いときほど、あるいは検出期間における燃料圧力PQの絶対値が高いときほど燃料漏れ異常が発生したと判定され難くなるように、判定速度JVを高い速度に変更するようにすればよい。
・図6のステップS107の処理を任意に変更したり省略したりすることができる。詳しくは、検出期間の長さによる影響が小さいのであれば、同検出期間の長さに基づいて低下速度Vまたは判定速度JVを変更する処理を省略してもよい。また、検出期間における燃料圧力PQの絶対値による影響が小さいのであれば、同絶対値に基づいて低下速度Vまたは判定速度JVを変更する処理を省略することができる。
・判定期間において検出した燃料圧力PQのうちの二つを読み込むとともに、それら燃料圧力PQを繋ぐ直線の傾きを算出し、その求めた傾きを燃料圧力PQの低下速度として用いるようにしてもよい。なお二つの燃料圧力PQとしては、例えば、燃料カット制御の非実行時においてはBTDC90°における燃料圧力PQと駆動パルスの出力時における燃料圧力PQとを採用することができ、燃料カット制御の実行時においてはBTDC90°における燃料圧力PQとATDC90°における燃料圧力PQとを採用することができる。また、検出期間において検出した燃料圧力PQの低下速度Vを算出することに代えて、検出期間における燃料圧力PQの低下量を算出するようにしてもよい。この場合には、検出期間における燃料圧力PQの低下量が予め定めた判定量より大きいことをもって、燃料供給系に燃料漏れ異常が発生したと判定することができる。要は、検出期間において検出した燃料圧力PQの低下態様に基づいて燃料漏れ異常の発生の有無を精度良く判定することができるように、同低下態様の指標値と同指標値の比較対照になる判定値とを定めればよい。
・上記実施の形態では「点火順序の連続する二つの気筒11の圧縮上死点の中間」や、「点火順序が特定気筒の直前の気筒の圧縮上死点と同特定気筒の圧縮上死点との中間」、「特定気筒の圧縮上死点と点火順序が同特定気筒の直後の気筒の圧縮上死点との中間」として、いずれかの気筒11のBTDC90°CAやATDC90°CAを設定した。これに限らず、それらBTDC90°CAやATDC90°CAと若干異なるクランク角を設定するようにしてもよい。
・燃料カット制御の非実行時における検出期間の終点として、駆動パルスが出力されるタイミングを設定することに限らず、同タイミングより若干前のタイミングや若干後のタイミングを設定してもよい。要は、燃料噴射弁20からの燃料噴射が開始される直前、言い換えれば、燃料噴射弁20の開弁に伴う燃料圧力PQの低下が始まる直前のタイミングを上記終点として設定することができればよい。
・燃料カット制御の実行時において燃料漏れ異常の発生の判定を実行しないようにしてもよい。
・上記実施の形態では判定処理(図6)を各気筒11について各別に実行するようにしたが、予め定めた一つの気筒11についてのみ実行するようにしてもよい。
・圧力センサ41の取り付け位置は、燃料供給系内部におけるコモンレール34より燃料噴射弁20側の部位と同燃料噴射弁20の噴射孔23との間の部位の燃料圧力を検出することができるのであれば、例えば分岐通路31aなど、任意に変更することができる。
・圧電アクチュエータにより駆動されるタイプの燃料噴射弁に代えて、例えばソレノイドコイルなどを備えた電磁アクチュエータによって駆動されるタイプの燃料噴射弁を採用することもできる。
・四つの気筒を有する内燃機関に限らず、二つの気筒を有する内燃機関や、三つの気筒を有する内燃機関、あるいは五つ以上の気筒を有する内燃機関にも、本発明は適用することができる。
・本発明は、ディーゼル機関に限らず、ガソリン燃料を用いるガソリン機関や天然ガス燃料を用いる天然ガス機関にも適用することができる。
10…内燃機関、11…気筒、12…吸気通路、13…ピストン、14…クランクシャフト、15…排気通路、20…燃料噴射弁、21…ハウジング、22…ニードル弁、23…噴射孔、24…スプリング、25…ノズル室、26…圧力室、27…導入通路、28…連通路、29…圧電アクチュエータ、29a…弁体、30…排出路、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…圧力センサ(圧力検出部)、42…吸気量センサ、43…クランクセンサ、44…アクセルセンサ。

Claims (6)

  1. 昇圧された状態の燃料を蓄える蓄圧容器と直噴式の内燃機関の気筒毎に設けられて前記蓄圧容器に各別に接続された燃料噴射弁とを有する燃料供給系の燃料漏れ異常の判定を行う異常判定装置であって、
    前記気筒毎に設けられて、前記燃料供給系の内部における前記蓄圧容器より前記燃料噴射弁側の部位と同燃料噴射弁の噴射孔との間の部位の燃料圧力を検出する圧力検出部を備え、
    点火順序が連続する二つの気筒の圧縮上死点の中間からそれら気筒のうちの点火順序の遅い気筒への燃料噴射が開始される直前までの検出期間において前記点火順序の遅い気筒に対応して設けられた前記圧力検出部による燃料圧力の検出を行い、その検出した燃料圧力の低下態様に基づいて前記燃料漏れ異常の判定を行う
    ことを特徴とする燃料供給系の異常判定装置。
  2. 請求項1に記載の燃料供給系の異常判定装置において、
    当該装置は、前記検出期間における前記燃料圧力の低下速度を前記低下態様として算出するとともに同低下速度が予め定めた判定速度より高いときに前記燃料漏れ異常が発生したと判定する
    ことを特徴とする燃料供給系の異常判定装置。
  3. 請求項2に記載の燃料供給系の異常判定装置において、
    当該装置は、前記検出期間の長さに基づいて前記低下速度を変更する
    ことを特徴とする燃料供給系の異常判定装置。
  4. 請求項2または3に記載の燃料供給系の異常判定装置において、
    当該装置は、前記検出期間における前記燃料圧力の絶対値に基づいて前記低下速度を変更する
    ことを特徴とする燃料供給系の異常判定装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料供給系の異常判定装置において、
    当該装置は、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を一時的に停止する燃料カット制御の実行時においては、点火順序が特定気筒の直前の気筒の圧縮上死点と同特定気筒の圧縮上死点との中間を始点とし且つ前記特定気筒の圧縮上死点と点火順序が同特定気筒の直後の気筒の圧縮上死点との中間を終点とする期間を前記検出期間とし、同検出期間において前記特定気筒に対応して設けられた前記圧力検出部による燃料圧力の検出を行い、該検出した燃料圧力の低下態様に基づいて前記燃料漏れ異常の判定を行う
    ことを特徴とする燃料供給系の異常判定装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料供給系の異常判定装置において、
    前記圧力検出部は、前記燃料噴射弁に取り付けられた圧力センサである
    ことを特徴とする燃料供給系の異常判定装置。
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