(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介して内燃機関へ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、前記コモンレールの圧力が、前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサの検出信号に基づいて制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置における圧力センサ故障診断方法であって、
前記燃料噴射弁の各々の燃料噴射時間を計測し、前記計測された燃料噴射時間の全てが、所定の標準噴射時間範囲外である場合に、前記圧力センサが故障、又は、異常であると診断し、前記計測された燃料噴射時間の一部が、所定の標準噴射時間範囲外である場合に、当該標準噴射時間範囲外の燃料噴射時間が計測された燃料噴射弁が故障、又は、異常であると診断することを特徴とする圧力センサ故障診断方法。
【請求項２】
前記燃料噴射時間は、前記燃料噴射弁への通電開始時から前記燃料噴射弁のノズルの閉弁までの時間であること特徴とする請求項１記載の圧力センサ故障診断方法。
【請求項３】
前記燃料噴射時間は、前記燃料噴射弁のノズルの開弁から閉弁までの時間であることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ故障診断方法。
【請求項４】
前記標準噴射時間範囲は、目標噴射量及び目標レール圧との相対関係に基づいて定められるものであることを特徴とする請求項２、又は請求項３記載の圧力センサ故障診断方法。
【請求項５】
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介して内燃機関へ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、電子制御ユニットにより前記コモンレールの圧力が、前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサの検出信号に基づいて制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記燃料噴射弁の各々の燃料噴射時間を計測し、前記計測された燃料噴射時間の全てが、所定の標準噴射時間範囲外か否かを判定し、前記燃料噴射時間の全てが、所定の標準噴射時間範囲外であると判定された場合に、前記圧力センサが故障、又は、異常であると診断し、前記燃料噴射時間の一部が、所定の標準噴射時間範囲外であると判定された場合に、当該標準噴射時間範囲外の燃料噴射時間が計測された燃料噴射弁が故障、又は、異常であると診断するよう構成されてなることを特徴とするコモンレール式燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記電子制御ユニットは、前記燃料噴射弁への通電開始時から前記燃料噴射弁のノズルの閉弁までの時間を、前記燃料噴射時間として計測するよう構成されてなることを特徴とする請求項５記載のコモンレール式燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記電子制御ユニットは、前記燃料噴射弁のノズルの開弁から閉弁までの時間を、前記燃料噴射時間として計測するよう構成されてなることを特徴とする請求項５記載のコモンレール式燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記電子制御ユニットは、
前記標準噴射時間範囲を、目標噴射量及び目標レール圧との相対関係に基づいて設定するよう構成されてなることを特徴とする請求項６、又は、請求項７記載のコモンレール式燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コモンレール式燃料噴射制御装置におけるレール圧を検出する圧力センサの故障診断に係り、特に、診断の迅速性、信頼性の向上等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるコモンレール式燃料噴射制御装置において、圧力センサは、レール圧制御において必要とされる実レール圧の検出のため必須のものであり、その故障は、レール圧制御に大きな影響を与えるため、従来から種々の診断方法、装置などが、提案、実用化されている。
例えば、コモンレールの燃料圧が大気圧まで低下していると判断される状態において圧力センサの検出信号を得ると共に、その検出信号に対応する燃料圧力を算出し、算出された燃料圧力と大気圧との差が所定以上ある場合に圧力センサの故障と判断するいわゆるオフセットテストと称される方法などが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４２３３２号公報（第３−６頁、図１−図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のオフセットテストは、その処理の実行タイミングが、車両の動作開始時、又は、車両動作停止時に限定されるため、車両走行中における圧力センサの故障発生を極力時間の遅延なく検出することができず、迅速性、即応性に欠けるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、圧力センサの故障の有無を、極力遅滞なく、高精度で診断可能な圧力センサの故障診断方法、及び、コモンレール式燃料噴射装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る圧力センサ故障診断方法は、
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介して内燃機関へ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、前記コモンレールの圧力が、前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサの検出信号に基づいて制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置における圧力センサ故障診断方法であって、
前記燃料噴射弁の各々の燃料噴射時間を計測し、前記計測された燃料噴射時間の全てが、所定の標準噴射時間範囲外である場合に、前記圧力センサが故障、又は、異常であると診断するよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るコモンレール式燃料噴射制御装置は、
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続されたインジェクタを介して内燃機関へ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、電子制御ユニットにより前記コモンレールの圧力が、前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサの検出信号に基づいて制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記燃料噴射弁の各々の燃料噴射時間を計測し、前記計測された燃料噴射時間の全てが、所定の標準噴射時間範囲外か否かを判定し、前記燃料噴射時間の全てが、所定の標準噴射時間範囲外であると判定された場合に、前記圧力センサが故障、又は、異常であると診断するよう構成されてなるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料噴射弁の燃料噴射時間を用いて圧力センサの故障の有無を診断可能としたので、従来と異なり、診断の実行が特定のタイミングや特定の動作条件に限定されることがなく、故障発生を極力遅滞無く知ることができ、その結果、迅速な対応を可能とし、装置動作の信頼性、安全性の確保に寄与することができるという効果を奏するものである。
また、従来と異なり、圧力センサの出力レベルが故障診断の安定性、確実性に基本的に影響を与えることが無いので、従来に比してより高精度で安定性のある故障診断を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態における圧力センサ故障診断方法が適用されるコモンレール式燃料噴射制御装置の構成例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるコモンレール式燃料噴射制御装置において実行される圧力センサ故障診処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。
【図３】燃料噴射弁の通電とノズルニードルの変位との相対関係を説明する模式図であって、図３（Ａ）は燃料噴射弁の通電電流の変化波形を模式的に示す模式図、図３（Ｂ）は燃料噴射弁のノズルニードルの変位を模式的に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における圧力センサ故障診断方法が適用されるコモンレール式燃料噴射制御装置の構成例について図１を参照しつつ説明する。
このコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧燃料の圧送を行う高圧ポンプ装置５０と、この高圧ポンプ装置５０により圧送された高圧燃料を蓄えるコモンレール１と、このコモンレール１から供給された高圧燃料をエンジン３の気筒へ噴射供給する複数の燃料噴射弁２−１〜２−ｎと、燃料噴射制御処理や後述するレール圧制御処理などを実行する電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）４を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる構成自体は、従来から良く知られているこの種の燃料噴射制御装置の基本的な構成と同一のものである。
【００１０】
高圧ポンプ装置５０は、供給ポンプ５と、調量弁６と、高圧ポンプ７とを主たる構成要素として構成されてなる公知・周知の構成を有してなるものである。
かかる構成において、燃料タンク９の燃料は、供給ポンプ５により汲み上げられ、調量弁６を介して高圧ポンプ７へ供給されるようになっている。調量弁６には、電磁式比例制御弁が用いられ、その通電量が電子制御ユニット４に制御されることで、高圧ポンプ７への供給燃料の流量、換言すれば、高圧ポンプ７の吐出量が調整されるものとなっている。
【００１１】
なお、供給ポンプ５の出力側と燃料タンク９との間には、戻し弁８が設けられており、供給ポンプ５の出力側の余剰燃料を燃料タンク９へ戻すことができるようになっている。
また、供給ポンプ５は、高圧ポンプ装置５０の上流側に高圧ポンプ装置５０と別体に設けるようにしても、また、燃料タンク９内に設けるようにしても良いものである。
燃料噴射弁２−１〜２−ｎは、エンジン３の気筒毎に設けられており、それぞれコモンレール１から高圧燃料の供給を受け、電子制御ユニット４による噴射制御によって燃料噴射を行うようになっている。
【００１２】
本発明のコモンレール１には、余剰高圧燃料をタンク９へ戻すリターン通路（図示せず）に、電磁式比例制御弁による圧力制御弁１２が設けられており、調量弁６と共にレール圧の制御に用いられるようになっている。
本発明の実施の形態においては、エンジン３の動作状態に応じて、調量弁６と圧力制御弁１２のそれぞれの動作状態を適宜変えることで、適切なレール圧制御の実現が図られるようになっている。
【００１３】
電子制御ユニット４は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁２−１〜２−ｎを駆動するための駆動回路（図示せず）や、調量弁６や圧力制御弁１２への通電を行うための通電回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる電子制御ユニット４には、コモンレール１の圧力を検出する圧力センサ１１の検出信号が入力される他、エンジン回転数やアクセル開度、また、燃料温度などの各種の検出信号が、エンジン３の動作制御や燃料噴射制御に供するために入力されるようになっている。
かかる構成自体は、従来から知られているこの種のコモンレール式燃料噴射制御装置の基本的な構成と同一のものである。
【００１４】
次に、電子制御ユニット４により実行される本発明の実施の形態における圧力センサ故障診断処理の手順について図２を参照しつつ説明する。
電子制御ユニット４による処理が開始されると、燃料噴射システムが安定動作しているか否かの判定が行われる（図２のステップＳ１０２参照）
すなわち、燃料噴射制御動作が安定状態にあるか否かが判定される。如何なる動作状態を安定とするかは、コモンレール式燃料噴射制御装置の具体的な仕様や車両の具体的な仕様を考慮して、試験結果やシュミレーション結果に基づいて定めるのが好適である。
【００１５】
例えば、通常、コモンレール式燃料噴射制御装置におけるレール圧制御においては、いわゆるＰＩＤ制御が用いられているが、かかるＰＩＤ制御の制御状態が安定か否かを燃料噴射制御動作が安定か否かの判断指標の一つとすることが考えられる。すなわち、具体的には、ＰＩＤ制御における単位時間当たりのレール圧の変化量が所定の範囲内にあるか否かを判断指標とし、レール圧の変化量が所定の範囲内にある場合には、安定状態にあるとするものである。
なお、燃料噴射制御動作が安定か否かの判断には、一つの判断指標に依存するよりも複数の判断指標を用いて総合的に判断するのが好適である。  
例えば、目標噴射量や目標レール圧が異常な指示値となっていないかや、その変化量が所定の変化量を超えていないか等の判断条件を加味するようにしても好適である。
【００１６】
しかして、ステップＳ１０２において、燃料噴射制御動作は安定していると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１０４の処理へ進む一方、燃料噴射制御動作は安定していないと判定された場合（ＮＯの場合）には、以後の処理を実行するに適した状態ではないとして、一連の処理が終了され、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。
【００１７】
ステップＳ１０４、及び、ステップＳ１０６においては、各燃料噴射弁２−１〜２−ｎの燃料噴射時間が順次測定される。
すなわち、予め定められた測定順に従って、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの燃料噴射時間がそれぞれ測定され（図２のステップＳ１０４参照）、その測定終了毎に、全ての燃料噴射弁２−１〜２−ｎの燃料噴射時間が測定されたか否かが判定され（図２のステップＳ１０６参照）、未だ全て測定されていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、次の測定順に該当する燃料噴射弁２−１〜２−ｎについてステップＳ１０４の処理が実行される一方、全ての燃料噴射弁２−１〜２−ｎの燃料噴射時間が測定されたと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１０８の処理へ進むこととなる。
【００１８】
ステップＳ１０８においては、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの各々について測定された燃料噴射時間のいずれもが、予め定められた標準噴射時間範囲外にあるか否かが判定される。
ここで、燃料噴射時間は、燃料噴射弁２−１〜２−ｎにより燃料が噴射されている時間であるが、具体的な燃料噴射時間の規定の仕方としては、燃料噴射の開始時点と燃料噴射の終了時点の捉え方によって、次述するように２通りの規定を採ることが可能である。本発明の実施の形態における圧力センサ故障診断方法においては、これら２つの燃料噴射時間の規定のいずれを採るかは、任意であり、いずれか一方に限定されるものではない。
【００１９】
燃料噴射時間の具体的な規定の仕方の一つは、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの電磁弁への通電開始からノズルの閉弁（ノズルニードルの着座）までの時間とする規定の仕方である。
ここで、通電開始のタイミングは、電子制御ユニット４において従来同様実行される燃料噴射制御処理において把握されるものであり、ステップＳ１０８において改めて取得する必要はなく、燃料噴射制御処理において取得されるデータを流用すれば足りるものである。
【００２０】
また、ノズルの閉弁タイミングは、 すなわち、燃料噴射弁２−１〜２−ｎのノズルニードル（図示せず）が弁座（図示せず）に着座した時点の取得は、従来から良く知られている手法を用いることで可能であり、特定の手法に限定される必要はなく、車両の具体的な仕様やコモンレール式燃料噴射制御装置の具体的な仕様等を考慮して、任意に選定されるべきものである。
【００２１】
なお、閉弁タイミングを知る従来から良く知られている手法としては、例えば、ノズルニードルの変位を圧電素子で検知し、閉弁時間（閉弁タイミング）を取得する方法等がある（例えば、特表２０１３−５４２３７３号公報）。なお、このノズルニードルの変位を用いた閉弁タイミングの取得方法について、補足すれば、この方法は、ノズルニードルの弁座への着座、離間を補助するため、弁座に着座するノズルニードルの端部と反対側の端部近傍に、高圧燃料の流入、流出が制御可能に形成された制御室における圧力の変化を圧電素子により検出するようにしたものである。すなわち閉弁直前のノズルニードルが弁座へ向かって下降している段階では、燃料がノズルから出ているため、上述の制御室の圧力はほぼ一定である。その後、ノズルニードルが弁座に着座して閉弁すると、ノズルから燃料が噴射されなくなるため制御室の圧力が上昇するようになっており、制御室内の圧力の変化に従ってノズルニードルの軸方向で変位可能に設けられた柱状部材による圧電素子へ対する押圧力の違いを圧電素子により検出することで、ノズルニードルが弁座に着座して閉弁したタイミングが閉弁タイミングとして検出されるものとなっている。
【００２２】
次に、燃料噴射時間の第２の規定の仕方は、ノズルの開弁から閉弁までの時間とする規定の仕方である。
ここで、ノズルの開弁のタイミングは、次述するように把握され得るものである。
図３には、燃料噴射弁２−１〜２−ｎによる燃料噴射のために通電を行った場合の通電電流波形を模式的に示した図（図３（Ａ）参照）と共に、その際のノズルニードルの変位を模式的に示した図（図３（Ｂ）参照）が、それぞれ示されており、以下、同図を参照しつつ、ノズルの開弁のタイミングについて説明する。
まず、ノズルニードルは、通常、燃料噴射弁２−１〜２−ｎへの通電開始（図３（Ａ）参照）の時点から、個々の燃料噴射弁２−１〜２−ｎの電気的特性によって定まるある時間Ｔだけ遅れた時点で上昇を開始するが、この遅れ時間Ｔは、試験やシミュレーションによって事前に把握できるものである。
一般に、ノズルの開弁タイミングは、燃料噴射開始タイミングに一致するので、上述のように予め開弁タイミングを取得し、電子制御ユニット４の適宜な記憶領域に記憶し、燃料噴射時間の算出に用いることができる。
【００２３】
また、標準噴射時間範囲は、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの特性のばらつきや劣化等を考慮して、燃料噴射時間として正常値と判断できる時間範囲である。
かかる標準噴射時間範囲は、燃料噴射量とレール圧に依存してその適正な範囲が変化する。換言すれば、標準噴射時間範囲と燃料噴射量及びレール圧との間には一定の相対関係があり、具体的な値は、車両の具体的な仕様やコモンレール式燃料噴射制御装置の具体的な仕様を考慮して、試験結果やシミュレーション結果に基づいて定めるのが好適である。
【００２４】
本発明の実施の形態においては、標準噴射時間範囲の上限値を、便宜的に標準最大噴射時間と定義し、また、標準噴射時間範囲の下限値を、便宜的に標準最小噴射時間と定義し、これら標準最大噴射時間と標準最小噴射時間として適切な値を、ステップＳ１０８の実行の際に、予め設定された標準噴射時間読み出しマップからその都度読み出して標準噴射時間範囲が定められるようにしている。
【００２５】
すなわち、標準噴射時間読み出しマップは、種々の目標燃料噴射量と目標レール圧との組み合わせに対して、試験結果やシミュレーション結果等に基づいて選定された適切な標準最小噴射時間、及び、標準最大噴射時間を、目標燃料噴射量と目標レール圧を入力として読み出し可能に構成されたもので、電子制御ユニット４の適宜な記憶領域に記憶、保持させ、ステップＳ１０８の処理実行において用いられるようにしたものである。
【００２６】
なお、目標燃料噴射量、及び、目標レール圧は、電子制御ユニット４において、別個に従来同様実行される燃料噴射制御処理において演算算出されるものである。したがって、ステップＳ１０８においては、改めて演算算出する必要はなく、燃料噴射制御処理において算出された値を、上述のマップによる標準最小噴射時間、及び、標準最大噴射時間の読み出しに流用すれば良いものである。
また、上述のような標準噴射時間読み出しマップに代えて、目標燃料噴射量と目標レール圧に応じた標準最小噴射時間、及び、標準最大噴射時間を算出する演算式を設定し、それを用いるようにしても好適である。
【００２７】
しかして、ステップＳ１０８において、全ての燃料噴射弁２−１〜２−ｎの各々の燃料噴射時間が、標準噴射時間範囲外である、すなわち、換言すれば、標準最小噴射時間を上回り、かつ、標準最大噴射時間を下回る範囲に無いと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、圧力センサ１１が故障（又は異常）であると診断され（図２のステップＳ１１０参照）、一連の処理が終了されて、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。
【００２８】
なお、上述のように全ての燃料噴射弁２−１〜２−ｎの各々の燃料噴射時間が、標準噴射時間範囲外にある場合に、圧力センサ１１が故障、異常と診断できる根拠は、通常、全ての燃料噴射弁２−１〜２−ｎの燃料噴射時間が、ほぼ同時に標準噴射時間範囲外となるような故障状態、又は、異常な動作状態となることは希であり、寧ろ圧力センサ１１が故障、異常状態である結果、不適切なレール圧が検出結果とされ、その不適切な検出レール圧に基づいて目標噴射量が演算算出され、その算出結果に基づいて燃料噴射制御が実行された結果、全ての燃料噴射弁２−１〜２−ｎの燃料噴射時間が本来の範囲を超えたと推察することが至当であると考えられることにある。
【００２９】
なお、図示されないメインルーチンにおいては、圧力センサ１１が故障、異常と診断された場合に、表示素子の点灯や鳴動素子の鳴動等による警報処理が従来同様実行されるようになっており、ステップＳ１１０の診断結果に基づいて、所定の警報処理が実行されることとなる。
【００３０】
一方、ステップＳ１０８において、燃料噴射弁２−１〜２−ｎのそれぞれの燃料噴射時間が、いずれも、標準噴射時間範囲外にある状態ではないと判定された場合（ＮＯの場合）、換言すれば、いずれかの燃料噴射弁の燃料噴射時間が、標準噴射時間範囲内にある場合、あるいは、全ての燃料噴射弁の燃料噴射時間が、標準噴射時間範囲内にある場合、圧力センサ１１は正常であると診断され（図２のステップＳ１１２参照）、一連の処理が終了されて、図示されないメインルーチンへ一旦戻ることとなる。
なお、燃料噴射時間が、標準噴射時間範囲外にある燃料噴射弁は、故障、異常状態である可能性が高いと考えることができる。
このように、個々の燃料噴射弁の診断結果により異常と判定されたものに対しては、噴射量を減少させることによりトルク制限を行いつつ、警告ランプの点灯や鳴動素子の鳴動等による警報処理を行うようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
圧力センサの迅速で、高精度の故障診断が所望されるコモンレール式燃料噴射制御装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１…コモンレール
２−１〜２−ｎ…燃料噴射弁
４…電子制御ユニット
１１…圧力センサ
１２…圧力制御弁
【図１】
0006498000.tif 000002
【図２】
0006498000.tif 000003
【図３】
0006498000.tif 000004