KR101752582B1 - 연료 분사 장치 - Google Patents

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Abstract

인젝터의 이상 발생의 유무, 인젝터의 분사 구멍 부식의 유무를 적절하게 판단하는 것을 과제로 한다. 연료 분사 장치는, 엔진의 통 내로 연료를 분사하는 인젝터와, 상기 인젝터에 의해 분사된 연료 분사량을 취득하는 연료 분사량 취득부와, 상기 인젝터에 의해 분사되어 착화된 연료의 발열량을 취득하는 발열량 취득부와, 상기 연료 분사량 취득부에 의해 취득된 연료 분사량과 기준 연료 분사량의 차가 소정 범위 내이고, 또한 상기 발열량 취득부에 의해 취득된 발열량이 상기 기준 연료 분사량에 대응하는 기준 발열량보다도 크다고 판단한 경우에, 인젝터 이상이 발생되어 있다고 판단하는 제어부를 구비한다.

Description

연료 분사 장치 {FUEL INJECTION DEVICE}
본 발명은, 연료 분사 장치에 관한 것이다.
최근, 엔진에 사용되는 연료에 포함되는 경우가 있는 황(S)의 대책이 다양하게 검토되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 연료 분사 밸브(인젝터)의 부식을 고려하여 SO3이 허용값 이상으로 되는 경우에 EGR(Exhaust Gas Recirculation)량을 저감시키는 것이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2010-255462호 공보
그런데, 인젝터, 특히 분사 구멍이 형성되어 있는 노즐 선단부에 산 성분이 결로되면, 분사 구멍 부식이 발생할 가능성이 있다. 분사 구멍 부식이 발생하면 분무가 영향을 받아, 스모크가 발생할 가능성이 있다. 이로 인해, 분사 구멍 부식이 발생한 경우에는, 분사 구멍 부식에 대한 무언가의 대책을 강구할 필요가 있다. 분사 구멍 부식에 대한 대책을 강구하기 위해서는, 분사 구멍 부식의 유무를 적절하게 판단하는 것이 요구된다.
그러나, 상기 특허문헌 1의 제안에서는, 인젝터의 부식의 진행을 억제할 수는 있다고 생각되지만, 실제로 인젝터에 이상이 발생되어 있는 것, 구체적으로 분사 구멍 부식이 발생되어 있는지 여부를 정확하게 파악할 수는 없다.
따라서, 본 명세서에 개시된 연료 분사 장치는, 인젝터의 이상 발생의 유무, 인젝터의 분사 구멍 부식의 유무를 적절하게 판단하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 명세서에 개시된 연료 분사 장치는, 엔진의 통 내로 연료를 분사하는 인젝터와, 상기 인젝터에 의해 분사된 연료 분사량을 취득하는 연료 분사량 취득부와, 상기 인젝터에 의해 분사되어 착화된 연료의 발열량을 취득하는 발열량 취득부와, 상기 연료 분사량 취득부에 의해 취득된 연료 분사량과 기준 연료 분사량의 차가 소정 범위 내이고, 또한 상기 발열량 취득부에 의해 취득된 발열량이 상기 기준 연료 분사량에 대응하는 기준 발열량보다도 크다고 판단한 경우에, 인젝터 이상이 발생되어 있다고 판단하는 제어부를 구비한다.
기준 연료 분사량과의 차가 소정 범위 내이고, 연료 분사량에 차이가 확인되지 않음에도 불구하고, 발열량이 다른 경우는, 연료 분사 장치에 무언가의 이상이 발생되어 있다고 생각된다. 특히, 발열량이 크게 되어 있는 경우는, 인젝터 이상이라고 판단된다. 인젝터 이상, 특히 분사 구멍 부식이 발생한 경우나 분사 구멍에 실시된 도금이 박리된 경우에는, 연료 분사량이 변화되지 않음에도 불구하고, 연료의 분사 형태의 변화에 기인하여 발열량이 증가한다. 이 현상을 포착함으로써, 인젝터 이상을 판단한다. 분사 구멍 부식이 발생하거나, 분사 구멍에 실시된 도금이 박리된 경우는, 분사 구멍 출구 단부의 직경이 커지므로, 분무 관철력이 약해져, 통 내(연소실)의 중심 부근에서 연소된다. 이 결과, 발열량이 증대된다. 이로 인해, 발열량의 증대가 관측된 경우는, 분사 구멍 부식이나 도금 박리가 발생되어 있다고 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 파일럿 분사에 있어서의 연료 분사량과 상기 기준 연료 분사량의 비교 및 상기 파일럿 분사에 있어서의 발열량과 상기 기준 발열량의 비교를 행하여 인젝터 이상의 발생의 유무를 판단할 수 있다. 파일럿 분사에 있어서의 발열량은, 그 전후의 통 내 환경 변화의 영향을 받기 어려워, 발열량을 고정밀도로 파악할 수 있다. 이 경우의 기준 연료 분사량은, 예를 들어 인젝터의 출하 상태에 있어서, 파일럿 분사와 동일한 조건에서 분사되었을 때의 연료 분사량으로 할 수 있다.
상기 제어부는, 퓨얼 컷 제어 실행시에 행하는 단발 연료 분사에 있어서의 연료 분사량과 상기 기준 연료 분사량의 비교 및 상기 단발 분사에 있어서의 발열량과 상기 기준 발열량의 비교를 행하여 인젝터 이상의 발생의 유무를 판단할 수 있다. 퓨얼 컷 제어 실행시에 행하는 단발 연료 분사는, 그 전후에서 연료 분사가 되지 않는 타이밍에 행할 수 있고, 통 내 환경의 변화의 영향을 받기 어렵기 때문에 발열량을 고정밀도로 파악할 수 있다. 이 경우의 기준 연료 분사량은, 예를 들어 인젝터의 출하 상태에 있어서, 단발 연료 분사와 동일한 조건에서 분사되었을 때의 연료 분사량으로 할 수 있다.
상기 발열량 취득부는, 통 내압에 기초하여 상기 착화된 연료의 발열량을 취득할 수 있다. 통 내압은, 발열량과 상관성을 가지므로, 통 내압에 기초하여 착화된 연료의 발열량을 취득할 수 있다.
상기 발열량 취득부는, 상기 인젝터에 도입되는 연료의 압력 변동에 기초하여 상기 착화된 연료의 발열량을 취득할 수 있다. 통 내압의 변화는, 인젝터가 구비하는 니들 밸브의 동작에 영향을 미쳐, 인젝터에 도입되는 연료의 압력, 즉, 연료 입구 압력이 변동된다. 이로 인해, 이 연료 입구 압력의 변동을 참조함으로써, 발열량을 파악할 수 있다.
본 명세서에 개시된 연료 분사 장치에 따르면, 인젝터의 이상 발생의 유무, 인젝터의 분사 구멍 부식의 유무를 적절하게 판단할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 연료 분사 장치가 조립된 엔진의 개략 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2는 인젝터에 있어서의 분사 구멍 부식에 의한 분사 특성의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 분사 구멍 부식의 유무에 의한 발열량의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 4는 제1 실시 형태의 연료 분사 장치의 제어의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 5의 (A)는 저회전수일 때에 통 내가 고온으로 되는 기간을 나타내는 그래프이고, 도 5의 (B)는 고회전수일 때에 통 내가 고온으로 되는 기간을 나타내는 그래프이다.
도 6은 연료의 분사량과 엔진 회전수의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7의 (A)는 파일럿 발열량 판정 불가인 연소 상태의 일례를 나타내는 그래프, 도 7의 (B)는 파일럿 발열량 판정 가능한 연소 상태의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8의 (A)는 통 내압의 변화의 일례를 나타내는 그래프, 도 8의 (B)는 열발생률의 변화의 일례를 나타내는 그래프, 도 8의 (C)는 열발생량의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제2 실시 형태의 연료 분사 장치의 제어의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 퓨얼 컷 제어에 있어서의 엔진 회전수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 제3 실시 형태의 연료 분사 장치가 조립된 엔진의 개략 구성을 도시하는 설명도이다.
도 12는 파일럿 분사와 메인 분사를 행하였을 때의 통 내압의 변화를, 분사 구멍 부식이 있는 경우와 없는 경우를 비교하여 나타내는 그래프의 일례이다.
도 13은 통 내압과 분사율의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 14는 통 내압의 분사 거동(니들 속도, 니들 리프트량 및 분사 기간)에의 영향의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 15는 평균 통 내압의 산출 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 16은 연료 입구 압력 파형의 측정 결과의 예를 나타내는 설명도이다.
도 17은 평균 통 내압을 취득하기 위해 참조되는 맵의 일례이다.
도 18은 제4 실시 형태에 있어서의 밸브 개방시의 통 내압의 산출 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 19는 연료 입구 압력의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 20은 밸브 개방시의 통 내압을 취득하기 위해 참조되는 맵의 일례이다.
도 21은 메인 분사가 행해질 때의 밸브 개방시의 통 내압 Pcly_op를 분사 구멍 부식이 있는 경우와 없는 경우를 비교하여 나타내는 그래프의 일례이다.
도 22는 제5 실시 형태의 연료 분사 장치의 제어의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 23은 연료 분사에 의한 연소압의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 도면 중, 각 부의 치수, 비율 등은, 실제의 것과 완전히 일치하도록 도시되어 있지는 않은 경우가 있다. 또한, 도면에 따라서는 세부가 생략되어 묘화되어 있는 경우도 있다.
(제1 실시 형태)
도 1은 실시 형태의 연료 분사 장치(1)가 조립된 엔진(100)의 개략 구성을 도시하는 설명도이다.
엔진(100)은, 통 내 분사를 행하는 엔진, 보다 구체적으로는 디젤 엔진이다. 엔진(100)은 4기통이다. 엔진(100)은, 엔진 본체(101)를 구비하고, 그 엔진 본체(101)에 ＃1 기통∼＃4 기통을 구비한다. 연료 분사 장치(1)는, 이 엔진(100)에 조립되어 있다. 연료 분사 장치(1)는, ＃1 기통∼＃4 기통에 대응하여, ＃1 인젝터(107-1)∼＃4 인젝터(107-4)를 구비한다. 구체적으로, ＃1 기통에는, ＃1 인젝터(107-1)가 장착되고, ＃2기통에는 ＃2 인젝터(107-2)가 장착되어 있다. ＃3기통에는 ＃3 인젝터(107-3)가 장착되고, ＃4 기통에는 ＃4 인젝터(107-4)가 장착되어 있다. ＃1 인젝터(107-1)∼＃4 인젝터(107-4)는 각각 커먼 레일(120)에 접속되고, 커먼 레일(120)로부터 고압의 연료가 공급된다. 커먼 레일(120)에는, 레일압 센서(121)가 장착되어 있다. 레일압 센서(121)에 의해, 연료의 분사압이 취득된다.
엔진(100)은, 엔진 본체(101)에 장착된 흡기 매니폴드(102), 배기 매니폴드(103)를 구비한다. 흡기 매니폴드(102)에는, 흡기관(104)이 접속되어 있다. 배기 매니폴드(103)에는 배기관(105)이 접속됨과 함께, EGR 통로(108)의 일단부가 접속되어 있다. EGR 통로(108)의 타단부는, 흡기관(104)에 접속되어 있다. EGR 통로(108)에는, EGR 쿨러(109)가 설치되어 있다. 또한, EGR 통로(108)에는, 배기 가스의 유통 상태를 제어하는 EGR 밸브(110)가 설치되어 있다. 흡기관(104)에는, 에어 플로우 미터(106)가 접속되어 있다. 에어 플로우 미터(106)는, ECU(111)에 전기적으로 접속되어 있다. ECU(111)에는, 인젝터(107-i)(i는 기통 번호를 나타냄), 구체적으로, ＃1 인젝터(107-1)∼＃4 인젝터(107-4)가 전기적으로 접속되어 있다. ECU(111)는, ＃1 인젝터(107-1)∼＃4 인젝터(107-4)에 대해, 별개로 엔진 정지 중 연료 분사를 지시할 수 있다.
ECU(111)에는, 흡기온을 측정하는 흡기온 센서(112), 냉각수의 수온을 측정하는 수온 센서(113), 연료의 온도를 측정하는 연료 온도 센서(114)가 전기적으로 접속되어 있다. 엔진(100)이 구비하는 ＃1 기통∼＃4 기통에는, 각각, 연소압, 즉, 통 내압을 측정하는 통 내압 센서(CPS; Combustion Pressure Sensor)(115)가 장착되어 있다. 이 통 내압 센서(115)는, ECU(111)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, ECU(111)에는, 크랭크각을 측정하는 크랭크각 센서(116)가 전기적으로 접속되어 있다. ECU(111)는, 엔진 주변의 다양한 제어를 행한다. 또한, 상술한 레일압 센서(121)도 ECU(111)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 연료 분사 장치(1)는 흡기 매니폴드(102)에 배치된 흡기압 센서(118)를 구비한다. 흡기압 센서(118)는 흡기 매니폴드 압력 Pim을 취득한다.
ECU(111)는, 제어부로서 기능한다. 또한, ECU(111)는, 통 내압 센서(115)와 함께, 인젝터(107)에 의해 분사되어 착화된 연료의 발열량을 취득하는 발열량 취득부에 포함된다. 구체적으로, ECU(111)는, 통 내압 센서(115)에 의해 계측된 통 내압에 기초하여 통 내(연소실 내)에서 착화된 연료의 발열량을 취득한다. 통 내압은, 착화된 연료의 발열량과 상관성을 가지므로, 통 내압을 관측함으로써, 발열량을 파악할 수 있다. 또한, ECU(111)는, 크랭크각 센서(116)와 함께, 인젝터(107)에 의해 분사된 연료 분사량을 취득하는 연료 분사량 취득부에 포함된다. 구체적으로, 크랭크각 센서(116)에 의해 계측된 회전 변동으로부터 그 회전 변동에 대응하는 토크 상당량을 산출함으로써 분사된 연료 분사량을 파악할 수 있다.
이하, 연료 분사 장치(1)의 제어의 일례에 대해 설명하지만, 우선, 도 2를 참조하여, 분사 구멍 부식에 의한 분사 특성의 변화에 대해 설명한다. 또한, 도 3을 참조하여, 분사 구멍 부식의 유무에 의한 발열량의 차이에 대해 설명한다. 도 2를 참조하면, 파선으로 나타내어진 분사 구멍 부식이 없는 상태의 인젝터(107)의 분사 특성과, 실선으로 나타내어진 분사 구멍 부식이 있는 상태의 인젝터(107)의 분사 특성이 묘화되어 있다. 도 3을 참조하면, 파선으로 나타내어진 분사 구멍 부식이 없는 상태의 인젝터(107)에 있어서의 발열량과, 실선으로 나타내어진 분사 구멍 부식이 있는 상태의 인젝터(107)에 있어서의 발열량이 묘화되어 있다. 이하, 도 2를 참조하면서, 분사 구멍 부식이 있는 인젝터(107)의 분사 특성과, 분사 구멍 부식이 없는 인젝터(107)의 분사 특성을, 비교하면서 설명한다. 여기서, 양자에 대한 분사 지령은 동일한 것이 전제이다. 분사 구멍 부식이 있는 인젝터(107)의 최대 분사율 dQ1은, 분사 구멍 부식이 없는 인젝터(107)의 최대 분사율 dQ0과 비교하여 크게 되어 있다. 또한, 분사 구멍 부식이 있는 인젝터(107)의 분사 기간 t1은, 분사 구멍 부식이 없는 인젝터(107)의 분사 기간 t0과 비교하여 단축되어 있다. 이들 현상은, 분사 구멍 부식에 의한 분사 구멍 직경의 확대에 기인하고 있다. 분사 기간의 단축에 대해서는, 최대 분사율 dQ의 증대에 기인하여 인젝터(107)가 구비하는 니들 밸브를 밀어올리는 힘으로서 작용하는 압력이 조기에 저하되어, 니들 밸브의 폐쇄 속도가 상승하는 것이 이유로 된다. 또한, 분사된 연료 분사량 자체는, 변화되어 있지 않고, 분사 구멍 부식이 있는 경우, 최대 분사율 dQ가 증가되어 있는 만큼, 분사 기간이 단축되어, 1회에 분사되는 연료 분사량은 분사 구멍 부식이 없는 경우와 동량으로 되어 있다. 이와 같이, 분사 구멍 부식이 있는 경우는, 분사 구멍 부식이 없는 경우와 동일한 분사 지령에 대해, 최대 분사율 dQ가 증가하여, 분사 기간이 단축되는 현상이 관찰된다. 한편, 도 3을 참조하면, 발열량의 2개의 피크가 확인된다. 앞의 피크는, 파일럿 분사에 의한 것, 뒤의 피크는, 메인 분사에 의한 것이다. 어느 피크에 있어서도, 분사 구멍 부식이 있는 경우의 발열량이, 분사 구멍 부식이 없는 경우의 발열량과 비교하여 크게 되어 있다. 이것은, 분사 구멍 부식이 있는 경우, 분사 구멍 출구 단부의 직경이 커지므로, 분무 관철력이 약해져, 통 내(연소실)의 중심 부근에서 연소된다. 이 결과, 발열량이 증대된다. 제1 실시 형태의 연료 분사 장치(1)는, 분사 구멍 부식의 유무에 의해 발생하는 이들 현상의 차이를 관측함으로써, 인젝터 이상의 유무를 판단한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 인젝터 이상의 주 원인은 분사 구멍 부식으로 되지만, 연료 분사 장치(1)에 있어서의 판단에 있어서, 최종적으로 분사 구멍 부식이라고 판단하는 것까지 요구되는 것은 아니다. 요는, 상술한 현상을 포착함으로써, 인젝터 이상의 발생의 유무를 판단할 수 있으면 된다. 또한, 본 명세서에 있어서 분사 구멍 부식의 개념에는, 분사 구멍에 실시된 도금의 박리도 포함되는 것으로 한다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 연료 분사 장치(1)는, 연료 분사량이 동등한 것을 포착하게 되지만, 연료 분사량이 완전히 동일한 것을 보장하는 것은 현실적이지 않다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 형태에 있어서, 비교하는 연료 분사량의 차가 소정 범위 내이면, 연료 분사량은 동일한 것으로서 취급할 수 있다.
도 4에 나타내는 흐름도를 참조하면, 우선, 스텝 S1에 있어서, 미소 Q 학습 조건을 충족하고 있는지 여부를 판단한다. 여기서, 미소 Q 학습 조건이라 함은, 분사된 연료 분사량을 고정밀도로 파악하기 위한 조건이며, 예를 들어 엔진 회전수가, 소정 회전수 이하인 것이 요구된다. 여기서, 도 5의 (A), (B)를 참조하여, 미소 Q 학습 조건에 대해 설명한다. 도 5의 (A)는 저회전수인 경우의 통 내 온도의 추이를 나타내고 있다. 저회전수인 경우는, 크랭크 앵글의 변화가 완만하므로, 통 내가 고온으로 유지되는 고온 기간이 장기로 된다. 즉, 연료가 고온에 노출되는 기간이 길기 때문에, 분사된 연료의 전량이 착화되어, 연소된다. 한편, 도 5의 (B)는 고회전의 경우의 통 내 온도의 추이를 나타내고 있다. 고회전의 경우는, 크랭크 앵글의 변화가 급하여, 통 내 온도가 고온으로 유지되는 고온 기간이 단기로 된다. 즉, 연료가 고온에 노출되는 기간이 짧기 때문에, 분사된 연료의 일부만이 착화되어, 연소된다. 분사된 연료 분사량을 크랭크각 센서에 의해 취득되는 토크 상당량으로서 파악하는 경우, 분사된 연료의 전량이 착화되어, 연소되는 것이 요구된다. 따라서, 미소 Q 학습 조건은, 분사된 연료의 전량이 착화되어, 연소되는 저회전수인 것으로 된다. 또한, 감속시의 퓨얼 컷 제어 실행 중인 것도 미소 Q 학습 조건에 포함된다. 퓨얼 컷 제어 실행 중이면, 연료 분사량을 평가할 만큼의 목적의 연료 분사를 행할 수 있어, 연료 분사량을 파악하는 데 있어서 적합하다.
스텝 S1에서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 처리는, 복귀로 된다. 한편, 스텝 S1에서 "예"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S2로 진행한다. 스텝 S2에서는, 실제로 연료 분사량 Qv[㎣/st]를 취득한다. 구체적으로, 크랭크각 센서(116)에 의해, 연료 분사에 기초하는 회전 변동을 파악하고, 그 토크 상당량으로부터 연료 분사량 Qv[㎣/st]를 취득한다. 즉, 도 6 중, 점선으로 나타내는 바와 같이, 퓨얼 컷 제어 실행 중의 기간에 미량의 연소 분사를 행한다. 이와 같이, 미량의 연소 분사를 행하면, 분사된 연료의 발열에 기인하여 도 6 중, 점선으로 나타내는 바와 같이 엔진 회전수의 변동이 일어난다. 이 회전수 변동을 크랭크각 센서(116)에 의해 검출한다. 엔진의 회전수 변동이 파악되면, 이 회전수 변동을 일으키는 토크 상당량의 연료 분사량 Qv[㎣/st]가 취득된다. 회전수 변동값으로부터 연료 분사량 Qv[㎣/st]를 판정하기 위해서는, 맵이 사용된다. 여기서, 미량의 연료 분사를 행하는 분사 지령은 이하의 방침으로 설정되어 있다. 즉, 분사 지령은, 분사 구멍 부식이 없다고 가정하였을 때, 이후에 설명하는 스텝 S6에 있어서 비교되는 기준 연료 분사량 Qvref를 분사하도록 설정되어 있다.
스텝 S2에 이어서 행해지는 스텝 S3에서는, 분사 구멍 부식 판정 조건이 충족되어 있는지 여부를 판단한다. 제1 실시 형태에서는, 이후에 상세하게 서술하는 바와 같이, ECU(111)는, 파일럿 분사에 있어서의 연료 분사량과 기준 연료 분사량의 비교 및 파일럿 분사에 있어서의 발열량과 기준 발열량의 비교를 행하여 인젝터 이상의 발생의 유무를 판단한다. 이로 인해, 분사 구멍 부식 판정 조건으로서, 흡기 압력, 흡기 온도가 각각 특정 범위 내인 것, 연료 성상, 구체적으로 세탄가가 소정 범위 내인 것 등을 설정할 수 있다. 흡기 온도는 흡기온 센서(112)에 의해, 흡기 압력은 흡기압 센서(118)에 의해 취득된다. 흡기 온도나 흡기 압력에 관한 조건은, 이하의 이유에 의해, 요구된다. 파일럿 분사에 대한 착화, 연소는, 자기발화이며, 연료가 착화되는 장소가 고온, 고압일수록 자기 발화되기 쉬워진다. 즉, 자기 발화에 있어서의 발화 지연은, 연료가 착화되는 장소의 온도, 압력에 의존한다. 그 때문에, 발열량의 예측에는, 온도, 압력의 정보가 필요해지는 것을 고려하였기 때문이다. 연료 성상에 대해서는, 예를 들어 상술한 바와 같은 미소 Q 학습을 급유 전후에 행함으로써 미소 Q 학습값에 변화가 없는 것이 확인된 경우에는, 연료 성상이 소정 범위 내에 있다고 판단할 수 있다. 또한, 연료 성상 센서를 사용하여, 연료에 변화가 없는 것을 보장하도록 해도 된다. 또한, 파일럿 분사의 연소 기간 및 발열량의 산출이 용이해지도록, 파일럿 분사에 의해 분사된 연료의 발열량을 명확하게 산출할 수 있는 적합 조건인 것을 분사 구멍 부식 판정 조건에 포함해도 된다. 도 7의 (A)는 파일럿 발열량 판정 불가인 연소 상태의 일례를 나타내는 그래프, 도 7의 (B)는 파일럿 발열량 판정 가능한 연소 상태의 일례를 나타내는 그래프이다. 제1 실시 형태에 있어서의 분사 구멍 부식 판정은, 도 7의 (B)에 나타내는 바와 같이, 파일럿 분사에 의한 피크와 메인 분사에 의한 피크가 명확하게 나타나는 타이밍에 행해진다. 이에 의해, 오판정을 억제할 수 있다.
스텝 S3에 있어서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 처리는 복귀로 된다. 한편, 스텝 S3에서 "예"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S4로 진행한다. 스텝 S4에서는, 통 내압 센서(115)에 의해, 통 내압 P(θ)를 취득한다. 그리고, 스텝 S4에 이어서 행하는 스텝 S5에서는, 통 내압 센서(115)에 의해 측정된 통 내압 P(θ)의 이력으로부터, 발열량 Q(θ)를 산출한다. 도 8의 (A)는 통 내압 P(θ)의 변화의 일례를 나타내는 그래프, 도 8의 (B)는 열발생률 dQ(θ)의 변화의 일례를 나타내는 그래프, 도 8의 (C)는 발열량 Q(θ)의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
우선, 식 1에 의해 통 내압 P(θ)로부터 열발생률 dQ(θ)를 산출한다. 식 1에 있어서, V(θ)는 어느 크랭크 각도에 있어서의 통 내 용적이고, κ는, 상수이다.
식 1
Figure 112015093170044-pct00001
그리고, 식 2에 의해, 열발생률 dQ(θ)를 적산하여, 발열량 Q(θ)를 산출한다.
식 2
Figure 112015093170044-pct00002
그리고, 파일럿 분사에 의한 발열량 Qpl을 산출한다. 여기서, 상술한 분사 구멍 부식 판정 조건에 파일럿 분사와 메인 분사의 발열량을 명확하게 분리할 수 있는 조건을 포함해 둠으로써, 도 8의 (C)에 나타내는 바와 같이 파일럿 분사에 의해 분사된 연료의 발열량을 파악할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 상사점 0℃A에 있어서의 값 Q(0)를 파일럿 발열량 Qpl로 할 수 있다. 즉, Q(0)＝Qpl로 할 수 있다. 또한, 열발생률 dQ(θ)로부터 파일럿 분사의 연소 기간을 판정하고, 직접 발열량을 산출해도 된다.
스텝 S5에 이어서 행해지는 스텝 S6에서는, 스텝 S2에서 취득한 연료 분사량 Qv가 기준 연료 분사량 Qvref와 동등한지 여부를 판단한다. 이것은, 연료 분사량이 동일한 것을 확인하고, 파일럿 분사에 있어서의 연료 분사량이, 스텝 S7에 있어서의 파일럿 발열량 Qpl과 기준 발열량 Qplref의 비교의 전제로서 적절한 것을 보장하는 것이다. 기준 연료 분사량 Qvref는, 분사 구멍 부식이 없는 상태의 연료 분사량으로서, 퓨얼 컷 제어 실행 중인 기간에 행해지는 미량의 연소 분사에 의해 분사되는 연료 분사량 Qv[㎣/st]와 비교할 수 있는 연료 분사량이다. 제1 실시 형태에서는, 출하시의 상태에 있어서의 연료 분사량을 채용하고 있다. 또한, 연료 분사량이 동등하다는 판단은, 상술한 바와 같이 완전히 일치하는 경우뿐만 아니라, 오차 등을 고려하여 어느 정도의 폭을 갖게 할 수 있다.
스텝 S6에서 "예"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S7로 진행한다. 스텝 S7에서는, 스텝 S5에서 취득한 파일럿 발열량 Qpl이 기준 발열량 Qplref보다도 큰지 여부를 판단한다. 기준 발열량 Qplref는, 기준 연료 분사량 Qvref에 대응하는 발열량이다. 기준 발열량 Qplref는, 스텝 S3에서 판단한 분사 구멍 부식 판정 조건에 포함되는 조건과 대등한 조건하에서 기준 연료 분사량 Qvref를 분사한 경우의 발열량이다.
스텝 S7에서 "예"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S8로 진행한다. 스텝 S8에서는, 분사 구멍 부식이 있다고 판단한다. 분사 구멍 부식이 발생되어 있을 때에 특유의 연료 분사량에 변화가 없는 상태에서 연료의 발열량이 증가하고 있다고 판단되었으므로, 인젝터 이상이 발생되어 있다고, 보다 구체적으로, 분사 구멍 부식이 발생되어 있다고 결론짓는다. 이에 의해, 유저는, 인젝터 교환 등의 조치를 취할 수 있다.
스텝 S6에서 "아니오"라고 판단하였을 때, 스텝 S7에서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 모두 스텝 S9로 진행한다. 스텝 S9에서는, 분사 구멍 부식은 없다고 판단하고, 처리는 복귀로 된다. 또한, 스텝 S6에서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 적어도, 연료 분사 장치(1)에 무언가의 이상이 발생되어 있다고 판단할 수 있다. 이로 인해, 스텝 S6에서 "아니오"라고 판단하였을 때, 경고등의 점등을 할 수도 있다. 분사 구멍 부식의 발생 이외에 생각되는 이상의 원인으로서는, 예를 들어 인젝터(107)가 구비하는 니들 밸브의 마모나, 미끄럼 이동 불량, 막힘 등이 생각된다.
이와 같이, 제1 실시 형태의 연료 분사 장치(1)에 의하면, 인젝터(107)의 이상 발생의 유무, 보다 구체적으로 인젝터(107)의 분사 구멍 부식의 유무를 적절하게 판단할 수 있다.
또한, 도 4에 나타내는 흐름도는, 일례이며, 각 스텝에 있어서의 조치는, 적절하게 바꾸어 실시할 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 제2 실시 형태에 대해, 도 9, 도 10을 참조하면서 설명한다. 도 9는 제2 실시 형태의 연료 분사 장치의 제어의 일례를 나타내는 흐름도이다. 또한, 제2 실시 형태의 연료 분사 장치(1)의 개략 구성은, 제1 실시 형태와 공통되어 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 단, 제2 실시 형태에서는, 크랭크각 센서(116)와 ECU(111)가 협동하여 발열량 취득부로서 기능시키고 있다. 또한, 제2 실시 형태에 있어서의 연료 분사량 취득부의 기능은, ECU(111)가 담당한다. 즉, ECU(111)는, 분사 구멍 부식의 유무를 판단할 때, 미리 정해진 기준 연료 분사량을 분사하도록 분사 지령을 행한다. 또한, 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와는, 이하의 점에서 다르다. 즉, 제1 실시 형태에서는, 파일럿 분사 발열량 Qpl을 사용하여 분사 구멍 부식의 유무를 판단하고 있는데, 제2 실시 형태에서는, 퓨얼 컷 제어 실행시에 행하는 단발 연료 분사에 있어서의 발열량을 사용하여 분사 구멍 부식의 유무를 판단한다.
우선, 스텝 S11에서는, 분사 구멍 부식 판정 조건으로서 엔진 회전수(NE)가 역치로서 미리 정해진 소정 회전수보다도 높은지 여부를 판단한다. 본 실시 형태에서는, 그 역치의 일례로서 2000rpm이 설정되어 있고, 엔진 회전수(NE)가 2000rpm보다도 높은지 여부를 판단한다. 여기서, 엔진 회전수(NE)가 2000rpm보다도 높다는 조건은, 엔진이 고회전수 상태인 것을 판정하는 것이다. 도 10을 참조하면, 엔진(100)의 상태는, 퓨얼 컷 제어(감속 F/C) 개시 후의 고회전수 상태로부터 서서히 저회전수 상태로 이행한다. 고회전수의 경우, 상술한 바와 같이 분사된 연료가 고온에 노출되는 기간이 짧기 때문에, 분사된 연료의 일부만이 착화되어, 연소된다(난착화 조건). 한편, 저회전수의 경우, 분사된 연료가 고온에 노출되는 기간이 길기 때문에, 분사된 연료의 전량이 착화되어, 연소된다(이착화 조건).
스텝 S11에서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 처리는 복귀로 된다. 스텝 S11에서 "예"라고 판단하였을 때에는 스텝 S12로 진행한다. 스텝 S12에서는, 미소량 분사를 실시한다. 이때, ECU(111)는, 미리 정해진 기준 연료 분사량을 분사한다. 스텝 S12에 이어서 행해지는 스텝 S13에서는, 회전 변동을 검출한다. 구체적으로, 크랭크각 센서(116)에 의해 회전 변동을 검출한다. 그리고, 스텝 S14에 있어서, 검출된 회전 변동의 값으로부터 난착화 조건에 있어서의 발열량 QH를 산출한다.
스텝 S15에서는, 분사 구멍 부식 판정 조건으로서, 엔진 회전수(NE)가, 상술한 바와 같이 미리 역치의 일례로서 정해진 2000rpm보다도 높은지 여부를 판단한다. 즉, 이착화 조건인지 여부를 판단한다. 스텝 S15에서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 처리는 복귀로 된다. 스텝 S15에서 "예"라고 판단하였을 때에는 스텝 S16으로 진행한다. 스텝 S16에서는, 미소량 분사를 실시한다. 이때, ECU(111)는, 미리 정해진 기준 연료 분사량을 분사한다. 즉, 스텝 S12에서 분사한 연료 분사량과 동량의 분사량으로 한다. 스텝 S16에 이어서 행해지는 스텝 S17에서는, 회전 변동을 검출한다. 구체적으로, 크랭크각 센서(116)에 의해 회전 변동을 검출한다. 그리고, 스텝 S18에 있어서, 검출된 회전 변동의 값으로부터 이착화 조건에 있어서의 발열량 QL을 산출한다. 이 발열량 QL은, 기준 연료 분사량에 대응하는 기준 발열량이라 간주할 수 있다. 이착화 조건에 있어서는, 상술한 바와 같이, 분사된 연료의 전량이 착화된다. 이로 인해, 분사 구멍 부식이 있는 경우의 발열량 QL과 분사 구멍 부식이 없는 경우의 발열량 QL은 동등하다고 생각되어, 기준 연료 분사량에 대응하는 기준 발열량으로서 위치를 부여할 수 있다.
스텝 S19에서는, 발열량 차분 ΔQ＝QL-QH를 산출한다. 즉, 난착화 조건에 있어서 행해진 단발 분사에 있어서의 발열량과 기준 발열량의 비교를 행한다. 여기서, QL과 QH를 비교하면, 이착화 조건에서는 전량의 분사 연료가 착화, 연소되므로 QL의 쪽이 커진다.
스텝 S20에서는, 발열량 차분 ΔQ가 역치 β보다도 작은지 여부를 판단한다. 여기서, 역치 β는, 인젝터(107)에 분사 구멍 부식이 발생되어 있지 않아 이상이 없는 것이 보장되어 있는 상태에서, 난착화 조건 및 이착화 조건에서 각각 기준 연료 분사량을 분사하였을 때의 발열량의 차분이다.
인젝터(107)에 분사 구멍 부식이 발생되어 있지 않은 경우, 난착화 조건에 있어서의 발열량은 작다. 이로 인해, ΔQ는 커진다. 이에 반해, 인젝터(107)에 분사 구멍 부식이 발생되어 있는 경우, 분사된 연료는, 통 내의 중심부에서 연소되므로 발열량이 커진다. 따라서, ΔQ가 작아진다. 이와 같이, ΔQ를 역치 β와 비교함으로써, 난착화 조건에 있어서의 발열량의 변화를 파악할 수 있다.
따라서, 스텝 S20에서 "예"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S21로 진행하여, 분사 구멍 부식이 있다는 판정을 행한다. 또한, 스텝 S20에서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S21로 진행하여, 분사 구멍 부식이 없다는 판정을 행한다. 스텝 S21, 스텝 S22를 거친 후에는, 처리는, 모두 복귀로 된다.
이상과 같은 처리를 거침으로써, 인젝터의 이상 발생의 유무, 인젝터의 분사 구멍 부식의 유무를 적절하게 판단할 수 있다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 스텝 S12와 스텝 S16에 있어서, 동량의 연료 분사 지령을 행함으로써, 난착화 조건에 있어서의 연료 분사량과 기준 연료 분사량이 동량인 것을 담보하고 있다. 이 대신에, 예를 들어 이후의 실시 형태에 있어서 설명하는 연료 도입 경로에 배치된 압력계(117)를 사용하여 검출되는 인젝터(107)에 도입되는 연료의 압력 변동으로부터 실제의 연료 분사량을 파악하고, 비교하도록 해도 된다.
(제3 실시 형태)
다음으로, 제3 실시 형태에 대해, 도 11∼도 17을 참조하면서 설명한다. 도 11은, 제3 실시 형태의 연료 분사 장치(201)가 조립된 엔진(200)의 개략 구성을 도시하는 설명도이다. 제3 실시 형태의 연료 분사 장치(201)는, 이하의 점에서 제1 실시 형태의 연료 분사 장치(1)와 다르다. 즉, 연료 분사 장치(201)는 연료 분사 장치(1)가 구비하는 통 내압 센서(115) 대신에, 인젝터(107)에 연료를 도입하는 연료 도입 경로에 배치된 압력계(117)를 구비한다. 압력계(117)는, 인젝터(107)에 도입되는 연료의 압력 변동을 검출할 수 있다. ECU(111)는, 압력계(117)에 의해 취득된 압력 변동에 기초하여 착화된 연료의 발열량을 취득한다. 또한, 다른 구성 요소는, 제1 실시 형태와 다른 부분이 없으므로, 공통되는 구성 요소에 대해서는, 도면 중, 동일한 참조 번호를 부여하여 그 상세한 설명은 생략한다.
도 12는, 파일럿 분사와 메인 분사를 행하였을 때의 분사율과 통 내압의 시간 변화를, 분사 구멍 부식이 있는 경우와 없는 경우에서 비교하여 나타내는 그래프의 일례이다. 도 13은, 통 내압과 분사율의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 도 12를 참조하면, 통 내압 변화는, 피스톤의 압축 동작에 의한 통 내압의 변화와, 파일럿 분사나 메인 분사에 의한 통 내압의 변화가 합산된 값으로 된다. 여기서, 통 내압과 인젝터(107)가 구비하는 니들 밸브의 거동의 관계에 대해 설명한다. 통 내압은, 통 내측으로부터 니들 밸브를 밀어올리는 힘으로서 니들 밸브에 작용한다. 따라서, 통 내압이 높아지면, 통 내측으로부터 니들 밸브에 작용하는 힘이 강해진다. 니들 밸브에 작용하는 힘은, 밸브 개방시에는, 니들 밸브를 밀어올리는 어시스트력으로서 작용하고, 밸브 폐쇄시에는, 니들 밸브가 폐쇄되려고 하는 힘에 대향하는 힘으로서 작용한다. 이로 인해, 통 내압은, 니들 밸브의 개방 밸브 속도를 빠르게 하고, 폐쇄 밸브 속도를 느리게 한다.
여기서, 파일럿 분사시의 통 내압 변화에 대해 설명한다. 파일럿 분사시의 통 내압은, 그 이전에 행해지는 분사의 영향을 받고 있지 않다. 이로 인해, 파일럿 분사시의 니들 밸브의 밸브 개방 거동은, 분사 구멍 부식의 유무에 관계없이, 거의 일정해진다. 그러나, 분사 구멍 부식이 있는 경우의 파일럿 분사의 발열량은, 분사 구멍 부식이 없는 경우의 파일럿 분사의 발열량과 비교하여 많다. 이것은, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 분사 구멍 부식이 있는 경우, 분사 구멍 출구 단부의 직경이 커지므로, 분무 관철력이 약해져, 통 내(연소실)의 중심 부근에서 연소되는 것에 기인한다. 이로 인해, 분사 구멍 부식이 있는 경우, 파일럿 분사가 행해진 것에 의한 통 내압의 변화는, 분사 구멍 부식이 없는 경우와 비교하여 커져, 분사 구멍 부식이 있는 경우의 통 내압이 높아진다. 파일럿 분사에 의한 이러한 통 내압의 상승은, 파일럿 분사에 계속해서 행해지는 메인 분사에 있어서의 니들 밸브의 거동에 영향을 미친다.
다음으로, 메인 분사시의 통 내압 변화에 착안한다. 상술한 바와 같이 분사 구멍 부식이 있는 인젝터(107)에 의한 파일럿 분사가 행해짐으로써, 메인 분사시의 통 내압은 분사 구멍 부식이 없는 경우와 비교하여 높게 되어 있다. 이로 인해, 도 13에 나타내는 바와 같이, 통 내압이 높은 경우의 니들 밸브 개방 속도는 통 내압이 낮은 경우와 비교하여 빨라진다. 또한, 통 내압이 높은 경우의 니들 밸브 폐쇄 속도는 통 내압이 낮은 경우와 비교하여 느려진다. 또한, 통 내압이 높은 경우의 최대 분사율은 통 내압이 낮은 경우와 비교하여 낮아진다. 이와 같이, 분사 구멍 부식의 유무에 의해, 메인 분사시의 니들 밸브의 거동에 차이가 보인다. 이러한 메인 분사시의 니들 밸브의 차이를 해석함으로써, 파일럿 분사의 발열량을 추정할 수 있다.
구체적으로, 니들 밸브의 거동에 대해, 도 14를 참조하여 해석하면, 통 내압이 다른 것에 기인하여 니들 속도, 니들 리프트량 및 분사 기간 tinj에 차이가 보이는 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 메인 분사시의 통 내압이 높아지면, 통 내측으로부터 인젝터(107)가 구비하는 니들 밸브에 작용하는 힘이 강해진다. 이 결과, 메인 분사의 니들 리프트량이 증가함과 함께, 분사 기간 tinj에 차이가 보인다. 이러한 니들 밸브의 움직임은, 인젝터(107)에 도입되는 연료의 압력, 즉, 연료 입구 압력의 변동이라고 하는 형태로 파악할 수 있다. 따라서, 압력계(117)에 의해 취득되는 연료 입구 압력의 변동을 참조함으로써, 발열량을 파악한다. 즉, 제3 실시 형태에 있어서, ECU(111)와 압력계(117)가 발열량 취득부로서 기능한다. 압력계(117)에 의해 취득된 값을 사용함으로써, 평균 통 내압 Pcly_ave를 추정할 수 있다. 평균 통 내압 Pcly_ave는, 제1 실시 형태에 있어서의 통 내압 P(θ) 대신에, 발열량의 평가에 사용할 수 있다. 따라서, 제3 실시 형태에서는, 기본적으로 도 4에 나타내는 흐름도에 기초하는 제어가 행해지고, 도 4에 있어서의 스텝 S4의 조치를 대신하는 조치로서, 도 15에 나타내는 흐름도에 기초하는 조치를 취한다. 구체적으로, 기준의 분사 조건으로 분사가 행해졌을 때, 압력계(117)에 의해 실 분사 기간 tinj_i를 계측하고, 기준의 분사 기간 tinj_0과 비교한다. 그리고, 분사 기간 중의 평균 통 내압 Pcly_ave를 얻는다. 이하, 평균 통 내압 Pcly_ave에 대해 설명한다.
우선, 스텝 S41에서는, 기준의 분사 조건이 충족되어 있는지 여부를 판단한다. 구체적으로, 통 내 압력 추정에 필요해지는 기준의 분사 압력, 분사량에 의해 분사가 행해지는 상태인지 여부를 판단한다. 또한, 운전 상태로서는, 통상 운전시에, 즉, 통상 주행시에 행할 수 있지만, 예를 들어 무언가의 이상이 검출된 경우는, 통 내 압력 추정이 용이한 분사 조건으로 변경해도 된다. 구체적으로, 저분사 압력으로 고분사량의 조건하에서 평균 통 내압 Pcly_ave의 추정을 실시하도록 해도 된다. 스텝 S41에서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 처리는 복귀로 된다.
스텝 S41에서 "예"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S42로 진행한다. 스텝 S42에서는, 압력계(117)에 의해 연료 입구 압력 파형을 취득한다. 도 16은 연료 입구 압력 파형의 측정 결과의 예를 나타내는 설명도이다. 스텝 S43에서는, 이 파형을 해석함으로써, 실 분사 기간 tinj_i를 취득한다.
스텝 S44에서는, 분사 기간 차분 Δtinj를 산출한다. 구체적으로 식 3의 연산을 행한다.
식 3
Figure 112015093170044-pct00003
또한, 첨자 i는 계측값인 것을 나타내고, 첨자 0은 기준의 값인 것을 나타낸다.
스텝 S45에서는, 분사압 Pcr을 취득한다. 분사압 Pcr은, 레일압 센서(121)의 계측값으로서 취득된다. 스텝 S46에서는, 도 17에 나타내는 맵이 참조되고, 평균 통 내압 Pcly_ave가 추정된다. 도 17을 참조하면, 횡축이 통 내압 Pcly로 되고, 종축이 분사 기간 차분 Δtinj로 되어 있다. 이러한 맵으로부터, 우선, 분사압 Pcr의 값에 의해, 참조할 선분이 선택된다. 선분은, 분사압 Pcr이 낮을수록 기울기가 커, 분사 기간 차분 Δtinj의 영향을 받기 쉽게 되어 있다. 참조해야 할 선분이 선택된 후에는 스텝 S44에서 취득한 분사 기간 차분 Δtinj를 적용함으로써, 평균 통 내압 Pcly_ave를 산출할 수 있다. 즉, 선택된 선분에 적용된 분사 기간 차분 Δtinj에 대응하는 통 내압 Pcly가 평균 통 내압 Pcly_ave로서 추정된다.
이상과 같이 산출, 추정된 평균 통 내압 Pcly_ave를 도 4에 나타내는 통 내압 P(θ) 대신에 채용하고, 연산을 행함으로써 파일럿 발열량 Qpl을 산출할 수 있다.
(제4 실시 형태)
다음으로, 제4 실시 형태에 대해, 도 18 내지 도 21을 참조하면서 설명한다. 제4 실시 형태는, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 제1 실시 형태에 있어서의 통 내압 P(θ) 대신에, 밸브 개방시의 통 내압 Pcly_op를 채용하는 형태이다. 통 내압 Pcly_op는, 제3 실시 형태와 마찬가지로 압력계(117)에 의해 취득되는 연료 입구 압력 파형을 해석함으로써 취득된다.
우선, 스텝 S51에서는, 밸브 개방시의 통 내 압력 추정이 필요한지 여부를 판단한다. 구체적으로, 과도 운전시의 과급 지연의 학습이나 과급기의 열화 등에 의한 이상을 판정하는 타이밍인지 여부를 판단한다. 스텝 S51에서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 처리는 복귀로 된다.
스텝 S51에서 "예"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S52로 진행한다. 스텝 S52에서는, 압력계(117)에 의해 연료 입구 압력 파형을 취득한다. 도 16은 연료 입구 압력 파형의 측정 결과의 예를 나타내는 설명도이다. 스텝 S53에서는, 이 파형을 해석함으로써, 초기 압력 강하량 α를 취득한다. 도 19는 연료 입구 압력의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 이 그래프를 참조하면, 초기 압력 강하량 αi, 최대 분사율 dQmax 및 분사 기간 tinj를 파악할 수 있다.
스텝 S54에서는, 분사압 Pcr을 취득한다. 분사압 Pcr은, 레일압 센서(121)의 계측값으로서 취득된다. 그리고, 스텝 S55에서는, 기준의 초기 압력 강하량 α0을 산출한다. 기준의 초기 압력 강하량 α0은, 스텝 S54에서 취득된 분사압 Pcr의 1차원 맵으로부터 취득된다.
스텝 S56에서는, 초기 압력 강하량의 차분 Δα를 산출한다. 구체적으로 식 4의 연산을 행한다.
식 4
Figure 112015093170044-pct00004
또한, 첨자 i는 계측값인 것을 나타내고, 첨자 0은 기준의 값인 것을 나타낸다.
스텝 S57에서는, 도 20에 나타내는 밸브 개방시의 통 내압 Pcly_op를 취득하기 위해 참조되는 맵을 참조하여 밸브 개방시의 통 내압 Pcly_op가 산출된다. 도 20을 참조하면, 우선, 분사압 Pcr의 값에 의해, 참조할 선분이 선택된다. 선분은, 분사압 Pcr이 낮을수록 기울기가 커, 초기 압력 강하량의 차분 Δα의 영향을 받기 쉽게 되어 있다. 참조해야 할 선분이 선택된 후에는 Δα를 적용함으로써, 밸브 개방시의 통 내압 Pcly_op를 산출할 수 있다.
이상과 같이 산출, 추정된 밸브 개방시의 통 내압 Pcly_op를 도 4에 나타내는 통 내압 P(θ) 대신에 채용하고, 도 4에 나타내는 스텝 S5에 있어서 연산을 행함으로써 파일럿 발열량 Qpl을 산출할 수 있다. 여기서, 도 12에 나타내는 정보에, 파일럿 분사와 메인 분사에 의한 열발생률의 시간 변화의 정보를 겹쳐 나타내는 도 21을 참조하면서, 파일럿 발열량 Qpl의 산출에 대해 설명한다. 도 21을 참조하면, 메인 분사시의 통 내압 Pcly_op는, 피스톤의 압축 동작에 의한 압력 상승분과, 파일럿 분사에 의한 압력 상승분으로 나눌 수 있다. 도 21 중, 파일럿 분사에 의한 압력 상승분에 착안하면, 분사 구멍 부식이 있는 경우의 파일럿 분사분은, 분사 구멍 부식이 없는 경우의 파일럿 분사분과 비교하여 압력 상승 폭이 크다. 이것은, 도 21에 열발생률의 변화를 나타내는 바와 같이, 분사 구멍 부식의 유무에 의해 파일럿 발열량 Qpl이 다르기 때문이다. 파일럿 발열량 Qpl이 다른 것은, 분사 구멍 부식이 있는 경우, 분사 구멍 출구 단부의 직경이 커지므로, 분무 관철력이 약해져, 통 내(연소실)의 중심 부근에서 연소되는 것에 기인한다. 즉, 분사 구멍 부식이 있을 때에는, 파일럿 분사에 의한 발열량이 증가하고, 그 파일럿 발열량 Qpl의 증가가 통 내압의 변화로 되어, 통 내압 Pcly_op의 값으로 나타난다. 따라서, 메인 분사시의 통 내압 Pcly_op를 취득하고, 스텝 S5에 있어서, 취득한 통 내압 Pcly_op와, 분사 구멍 부식이 없는 경우의 통 내압 Pcly_op를 비교함으로써 파일럿 발열량 Qpl을 추정할 수 있다. 이후, 스텝 S6 이하의 처리를 행함으로써, 분사 구멍 부식의 유무를 판정할 수 있다.
(제5 실시 형태)
다음으로, 제5 실시 형태에 대해, 도 22, 도 23을 참조하면서 설명한다. 제5 실시 형태는, 제3 실시 형태나 제4 실시 형태와 마찬가지의 연료 분사 장치(201)를 구비한다. 제5 실시 형태는, 제3 실시 형태나 제4 실시 형태와 분사 구멍 부식의 유무 판정 프로세스가 다르다.
우선, 스텝 S101에서는, 압력계(117)에 의해, 연료 입구 압력 파형을 취득한다. 그리고, 스텝 S102에서는, 제4 실시 형태와 마찬가지로 초기 압력 강하량 αi를 취득한다. 그리고, 스텝 S103에서는, 도 18에 나타낸 흐름도에 있어서의 스텝 S57과 마찬가지로, 메인 분사의 밸브 개방시의 통 내압 Pcly_op를 산출한다. 여기서, 통 내압 Pcly_op에는, 파일럿 연소에 의한 압력 상승분이 포함되어 있다.
그리고, 스텝 S104에서는, 흡기압 센서(118)에 의해 흡기 매니폴드 압력 Pim을 취득한다. 또한, 스텝 S105에서는, 메인 분사의 시기, 즉, 메인 분사 시기 θinj를 취득한다. 그리고, 스텝 S106에 있어서, 스텝 S104에서 취득한 흡기 매니폴드 압력 Pim과 스텝 S105에서 취득한 메인 분사 시기 θinj로부터 메인 분사시의 통 내압 Pcly_cal을 산출한다. 여기서, 통 내압 Pcly_cal은, 파일럿 분사에 의한 압력 상승이 고려되지 않는 값으로서 산출된다.
또한, 스텝 S107에서는, 스텝 S103에서 취득한 밸브 개방시의 통 내압 Pcly_op와 스텝 S106에서 산출한 메인 분사시의 통 내압 Pcly_cal로부터, 파일럿 분사에 의한 압력 상승 Pcomb_pl을 산출한다. 즉, 파일럿 분사에 의한 압력 상승이 반영되어 있는 연료 입구 압력 파형으로부터 산출되는 통 내압 Pcly_op와 파일럿 분사에 의한 압력 상승이 고려되는 일 없이 산출된 통 내압 Pcly_cal로부터, 파일럿 분사에 의한 압력 상승 Pcomb_pl이 산출된다.
스텝 S108에서는, 파일럿 분사량 Qpl을 추정한다. 파일럿 분사량 Qpl은, 도 23에 해칭으로 나타낸 바와 같이, 압력계(117)에 의해 취득한 연료 입구 압력의 저하분으로서 파악된다.
스텝 S109에서는, 스텝 S108에서 취득한 파일럿 분사량 Qpl과 스텝 S104에서 취득한 흡기 매니폴드 압력 Pim으로부터 파일럿 분사에 의한 압력 상승 Pcomb_pl_cal을 산출한다. 즉, 분사 구멍 부식이 발생되어 있지 않은 상태에서 파일럿 분사량 Qpl이 착화되어, 연소되었을 때의 계산상의 이론값으로서 압력 상승 Pcomb_pl_cal을 산출한다. 이 스텝 S109에 있어서의 연산에 사용되는 파일럿 분사량 Qpl은, 기준 연료 분사량으로서의 의의를 갖는 것으로 된다. 또한, 통 내압은, 발열량과 상관성을 가지므로, 압력 상승 Pcomb_pl_cal은, 기준 발열량으로서의 의의를 갖는 것으로 된다.
그리고, 스텝 S110에서는, 파일럿 분사량 Qpl에 변화가 없는지 여부를 확인한다. 구체적으로, 분사 구멍 부식이 없는 상태일 때의 파일럿 분사량으로서 미리 기억되어 있는 파일럿 분사량 Qpl과 비교하여 차이가 확인되지 않는지 여부를 확인한다. 스텝 S110에서 "아니오"라고 판단하였을 때에는, 처리는 복귀로 된다. 스텝 S110에서 "예"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S111로 진행한다. 스텝 S111에서는, 스텝 S107에서 산출한 압력 상승 Pcomb_pl이 스텝 S109에서 산출된 압력 상승 Pcomb_pl_cal보다도 크게 되어 있는지 여부를 판단한다. 스텝 S111에서 "예"라고 판단하였을 때에는, 스텝 S112로 진행하여, 분사 구멍 부식이 발생되어 있다고 판단한다. 즉, 연료 분사량의 차이가 확인되지 않는 경우에, 실측된 압력 상승 Pcomb_pl이 크게 되어 있는 경우는, 인젝터 이상이 발생되어 있다고, 보다 구체적으로, 분사 구멍 부식이 발생되어 있다고 판단한다. 분사 연료량이 동일함에도 불구하고, 압력이 높아지는, 즉, 발열량이 커지는 현상은, 분사 구멍 부식이 발생되어 있을 때에 특유의 현상이기 때문이다.
이상 설명한 바와 같이, 제5 실시 형태에 의해서도, 인젝터(107)의 이상 발생의 유무, 인젝터(107)의 분사 구멍 부식의 유무를 적절하게 판단할 수 있다.
또한, 압력 상승 Pcomb_pl과, 압력 상승 Pcomb_pl_cal이 다른 경우는, 파일럿 연소 이상이 발생되어 있다고 판단할 수 있다. 이와 같이, 압력 상승 Pcomb_pl과, 압력 상승 Pcomb_pl_cal의 비교는, 파일럿의 연소 상태의 추정에 사용할 수 있다.
상기 실시 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예에 불과하고, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니며, 이들 실시예를 다양하게 변형하는 것은 본 발명의 범위 내이고, 또한 본 발명의 범위 내에 있어서, 다른 다양한 실시예가 가능한 것은 상기 기재로부터 자명하다.
1 : 연료 분사 장치
100 : 엔진
101 : 엔진 본체
102 : 흡기 매니폴드
103 : 배기 매니폴드
104 : 흡기관
105 : 배기관
107 : 인젝터
111 : ECU
115 : 통 내압 센서
116 : 크랭크각 센서
117 : 압력계
120 : 니들 리프트 센서

Claims (5)

  1. 엔진의 통 내로 연료를 분사하는 인젝터와,
    상기 인젝터에 의해 분사된 연료 분사량을 취득하는 연료 분사량 취득부와,
    상기 인젝터에 의해 분사되어 착화된 연료의 발열량을 취득하는 발열량 취득부와,
    상기 연료 분사량 취득부에 의해 취득된 연료 분사량과 기준 연료 분사량의 차가 소정 범위 내에 있어서 상기 취득된 연료 분사량과 상기 기준 연료 분사량이 동일하다고 취급되는 경우에, 상기 발열량 취득부에 의해 취득된 발열량이 상기 기준 연료 분사량에 대응하는 기준 발열량보다도 크다고 판단되면, 상기 인젝터가 구비한 분사 구멍의 분사 구멍 출구 직경이 확대되는 인젝터 이상이 발생되어 있다고 판단하는 제어부를 구비하는, 연료 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 파일럿 분사에 있어서의 연료 분사량과 상기 기준 연료 분사량의 비교 및 상기 파일럿 분사에 있어서의 발열량과 상기 기준 발열량의 비교를 행하여 상기 인젝터 이상의 발생의 유무를 판단하는, 연료 분사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 퓨얼 컷 제어 실행시에 행하는 단발 연료 분사에 있어서의 발열량과 상기 기준 발열량의 비교를 행하여 상기 인젝터 이상의 발생의 유무를 판단하는, 연료 분사 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열량 취득부는, 통 내압에 기초하여 상기 착화된 연료의 발열량을 취득하는, 연료 분사 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열량 취득부는, 상기 인젝터에 도입되는 연료의 압력 변동에 기초하여 상기 착화된 연료의 발열량을 취득하는, 연료 분사 장치.
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