(57)【要約】【課題】  燃料噴射弁の劣化を短時間かつ高精度で判定する劣化判定装置を提供する。【解決手段】  劣化判定部５５は、ステップＳ１４で各気筒の実ＩＭＥＰを目標ＩＭＥＰで除した値Ｖｘが０．９５と１．０５との間にあるか否かを判定する。そして、いずれかの気筒の燃料噴射弁９が過剰噴射側あるいは過小噴射側に劣化し、ステップＳ１４の判定がＮｏとなった場合、劣化判定部５５は、ステップＳ１５でその気筒に対する噴射量補正係数Ｋｘを算出し、燃料噴射制御部５２に出力する。これにより、各燃料噴射弁９ａ〜９ｄの駆動時間が減量側あるいは増量側に補正され、実ＩＭＥＰの目標ＩＭＥＰからの乖離が殆ど無くなり、有害排出ガス成分の増加や機関出力の低下等が効果的に抑制される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒に装着された燃料噴射弁の劣化を判定する劣化判定装置であって、
前記各気筒にそれぞれ設置され、当該気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段の検出結果に基づき、前記内燃機関の運転時における各気筒の実有効平均圧をそれぞれ算出する実有効平均圧算出手段と、
前記内燃機関の要求トルクと前記実有効平均圧との相関を実データとして各気筒ごとに算出する実データ算出手段と、
前記内燃機関の要求トルクと目標有効平均圧との相関を規範データとして設定する規範データ設定手段と、
現在の実データと前記規範データとを各気筒ごとに比較するデータ比較手段と
を備え、
ある気筒についての前記データ比較手段の比較結果に基づき、当該気筒の前記燃料噴射弁の劣化を判定することを特徴とする燃料噴射弁の劣化判定装置。
【請求項２】
前記各気筒に前記筒内圧検出手段を設置した状態で算出された第１の有効平均圧と、前記各気筒の前記筒内圧検出手段を交換したうえで算出された第２の有効平均圧とに基づき、前記筒内圧検出手段の補正に供される補正値を算出する補正値算出手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１に記載された燃料噴射弁の劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁の劣化を短時間かつ高精度で判定する劣化判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のディーゼルエンジンでは、有害排出ガス成分の低減や機関出力の向上等を図るべく、高圧の燃料を蓄えるコモンレールと電子制御式の燃料噴射弁とを採用し、燃焼行程や膨張行程で複数（パイロット、プリ、メイン、ポスト等）の燃料噴射を行うものが主流となってきている。このような多段階の燃料噴射を行う場合、燃焼室に供給される燃料の量を極めて高精度に制御する必要があるため、噴射時間の設定にあたっては燃料噴射弁の経年劣化による過剰噴射や過小噴射を考慮する（劣化補正を行う）ことが望ましい。
【０００３】
燃料噴射弁の劣化に対応する補正方法としては、アイドル運転時における燃料噴射量の推移に基づいて燃料噴射弁の劣化度合いの指標値を求め、この指標値に応じて噴射量指令値を補正するものが公知となっている（特許文献１参照）。一方、ディーゼルエンジンでは、筒内圧を常時検出する筒内圧センサを備え、最大筒内圧および圧力変化から燃焼状態と着火状態とを把握してパイロット噴射量を制御する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−８９３３３号公報
【特許文献２】特開平６−１５９１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１の方法には、個々の燃料噴射弁の劣化を判定することができないことから、一部の燃料噴射弁が過剰噴射側に劣化し、他の燃料噴射弁が過小噴射側に劣化している場合等に正確な劣化判定が行えない問題があった。また、特許文献２の方法でも、検出された着火時期が正常な範囲にあるか否かを判定する基準が無いため、正確な燃料噴射制御を行うことができなかった。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、燃料噴射弁の劣化を短時間かつ高精度で判定する劣化判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、内燃機関の各気筒に装着された燃料噴射弁の劣化を判定する劣化判定装置であって、前記各気筒にそれぞれ設置され、当該気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、前記筒内圧検出手段の検出結果に基づき、前記内燃機関の運転時における各気筒の実有効平均圧をそれぞれ算出する実有効平均圧算出手段と、前記内燃機関の要求トルクと前記実有効平均圧との相関を実データとして各気筒ごとに算出する実データ算出手段と、前記内燃機関の要求トルクと目標有効平均圧との相関を規範データとして設定する規範データ設定手段と、現在の実データと前記規範データとを各気筒ごとに比較するデータ比較手段とを備え、ある気筒についての前記データ比較手段の比較結果に基づき、当該気筒の前記燃料噴射弁の劣化を判定することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る燃料噴射弁の劣化判定装置において、前記各気筒に前記筒内圧検出手段を設置した状態で算出された第１の有効平均圧と、前記各気筒の前記筒内圧検出手段を交換したうえで算出された第２の有効平均圧とに基づき、前記筒内圧検出手段の補正に供される補正値を算出する補正値算出手段を更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、ある気筒の燃料噴射弁が過剰噴射側あるいは過小噴射側に劣化すると、内燃機関の要求トルクと有効平均圧との相関が変化して規範データと実データとが乖離し、例えば、データ比較手段の比較結果が正常判定範囲から逸脱することによってその気筒の燃料噴射弁が劣化したと判定される。これにより、エンジンの運転制御装置では、その気筒における燃料噴射時間を燃料噴射弁の劣化状況に応じて減量側あるいは増量側に補正し、有害排出ガス成分の増加や機関出力の低下等を効果的に抑制することができる。また、請求項２の発明によれば、各筒内圧センサ間で検出値のばらつきが存在しても、例えば、第１の実データと第２の実データとの中央値を基準とすることにより、ばらつきに起因する判定精度の低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明が適用された自動車用エンジンシステムの一実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図であり、図２は実施形態に係るエンジンＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【００１０】
≪実施形態の構成≫
＜エンジンシステムの全体構成＞
図１に示すように、エンジンシステム１は、自動車のエンジンルーム（図示せず）に搭載された直列４気筒のディーゼルエンジン（内燃機関）Ｅを中核に、エアクリーナ２や吸気管３、インタークーラ４、吸気マニホールド５等からなる吸気系と、排気マニホールド６や排気管７等からなる排気系と、コモンレール８や電子制御式の燃料噴射弁９等からなる燃料供給系とを備えている。本実施形態では、車室内にエンジンシステム１を統括制御するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit：以下、単にＥＣＵと記す）１０が設置される一方、運転席には運転者によって操作されるアクセルペダル１１が設置されている。なお、エンジンＥには、クランク角度を検出するクランク角センサ１２、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１３、インタークーラの下流側における吸気温度を検出する吸気温センサ１４、エンジン水温を検出する水温センサ１５等が設置されている。また、アクセルペダル１１には、その踏込量を検出するアクセルセンサ１６が付設されている。
【００１１】
吸気管３と排気管７との間には可変容量型ターボチャージャ（Variable Geometry Turbocharger:以下、ＶＧターボと記す）２１が設置され、排気ガスのエネルギーによって加圧された空気がエンジンＥに常に供給される。また、吸気管３の管路には電子制御式のスロットル弁２２が設置され、所定の運転領域でエンジンＥの吸気量が絞られる。また、吸気管３と吸気マニホールド５との間には、低回転低負荷運転域等で流路断面積を絞って吸気流速が高めるべく、スワールコントロール弁２３が設けられている。なお、吸気管３には、ＶＧターボ２１の上流側に吸気流量を検出する吸気流量センサ２４が設置され、ＶＧターボ２１の下流側に過給圧を検出する過給圧センサ２５が設置されている。また、スロットル弁２２には、その開度を検出するスロットル開度センサ２６が付設されている。
【００１２】
吸気マニホールド５と排気マニホールド６とは、高温の排気ガスを燃焼室に導くべく、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと記す）通路３１を介して互いに連結されている。ＥＧＲ通路３１には、燃焼室に流入させる排気ガス（ＥＧＲガス）の量を調節するＥＧＲ弁３２が設けられている。また、排気管７の管路には、ディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下、ＤＯＣと記す）４１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと記す）４２と、リーンＮＯｘ触媒（Lean NOx Catalyst：以下、ＬＮＣと記す）４３とが排気の流れに沿って設置されている。
【００１３】
＜エンジンＥＣＵ＞
ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路等から構成されており、図２に示すように、入力インタフェース５１と、燃料噴射制御部５２と、駆動電流生成部５３と、出力インタフェース５４と、劣化判定部５５と、補正値算出部（補正値算出手段）６０とを備えている。
【００１４】
入力インタフェース５１には、クランク角センサ１２やアクセルセンサ１６、各筒内圧センサ１３ａ〜１３ｄ等からの検出信号が入力する。燃料噴射制御部５２では、入力インタフェース５１から入力した各種検出信号や各種制御プログラム等に基づき、各燃料噴射弁９ａ〜９ｄの目標駆動タイミング（すなわち、目標噴射時期および目標噴射時間）が設定される。駆動電流生成部５３では、燃料噴射制御部５２で設定された目標駆動タイミングに基づき、各燃料噴射弁９ａ〜９ｄの駆動電流が生成される。出力インタフェース５４からは、駆動電流生成部５３で生成された駆動電流が各燃料噴射弁９ａ〜９ｄに出力される。
【００１５】
劣化判定部５５は、有効平均圧算出部５６や実データ算出部５７，規範データ設定部５８、データ比較部５９等から構成されており、クランク角センサ１２やアクセルセンサ１６、各筒内圧センサ１３ａ〜１３ｄからの検出信号に基づき各燃料噴射弁９ａ〜９ｄの劣化を判定し、その判定結果を燃料噴射制御部５２に出力する。燃料噴射制御部５２では、劣化判定部５５から入力した判定結果に基づき、適正な噴射時期や噴射時間を実現すべく、各燃料噴射弁９ａ〜９ｄの目標駆動タイミングを補正する。また、補正値算出部６０は、劣化判定部５５から入力した有効平均圧情報等に基づき各気筒の筒内圧補正値を算出し、これを劣化判定部５５に出力する。
【００１６】
≪実施形態の作用≫
＜組立時学習制御＞
自動車の製造ラインにおいて、自動車の組立完了後にイグニッションスイッチがＯＮ操作されると、ＥＣＵ１０は、図３のフローチャートにその手順を示す組立時学習制御を所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）で繰り返し実行する。
【００１７】
ＥＣＵ１０は、組立時学習制御を開始すると、先ず、図３のステップＳ１で学習開始条件が成立したか否かを判定し、この判定がＮｏであれば以降の処理を行わずにスタートに戻る。なお、学習開始条件としては、例えば、燃料噴射弁９にマーキングされたバーコードを読み取ることで、各気筒の燃料噴射弁９ａ〜９ｄごとにその噴射特性の入力がなされたこと等が挙げられる。
【００１８】
学習開始条件が成立してステップＳ１の判定がＹｅｓになると、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２でスタートスイッチがＯＮ操作されたか否かを判定し、この判定がＮｏであれば以降の処理を行わずにスタートに戻る。
【００１９】
組立作業者によってスタートスイッチがＯＮ操作されて、ステップＳ２の判定がＹｅｓになると、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３でエンジンＥを始動した後、ステップＳ４で初期値０の第１測定完了フラグＦｆｔが０であるか否かを判定する。自動車の組み立て完了直後にはステップＳ４の判定がＹｅｓとなるため、ＥＣＵ１０は、ステップＳ５で、エンジンＥをアイドリング状態で運転させながら、各気筒の筒内圧センサ１３ａ〜１３ｄの検出結果から各気筒のＩＭＥＰ（Indicated Mean Effective Pressure：有効平均圧）を測定し、その測定結果を第１測定値Ｔ１Ａ〜Ｔ１Ｄとして記憶する。しかる後、エンジンＥは、ステップＳ６で第１測定完了フラグＦｆｔを１としてスタートに戻る。
【００２０】
組立作業者は、エンジンＥを一旦停止させた後、各気筒間で筒内圧センサ１３の交換（例えば、筒内圧センサ１３ａと筒内圧センサ１３ｂとを交換し、筒内圧センサ１３ｃと筒内圧センサ１３ｄとを交換する）を行った後、ＥＣＵ１０にその情報（筒内圧センサ交換情報）を入力する。
【００２１】
組立作業者によってイグニッションスイッチが再びＯＮ操作されると、ＥＣＵ１０は、組立時学習制御を再開してステップＳ１，Ｓ２の判定を行い、スタートスイッチがＯＮ操作されていた場合にはステップＳ３でエンジンＥを始動した後、ステップＳ４で第１測定完了フラグＦｆｔが０であるか否かを判定する。２回目以降の始動後にはステップＳ４の判定がＮｏとなるため、ＥＣＵ１０は、ステップＳ７で筒内圧センサ１３の交換情報が入力されているか否かを判定し、この判定がＮｏ（すなわち、組立作業者が筒内圧センサ１３の交換や交換情報の入力を行わない状態でエンジンＥを再始動させた場合）であれば、以降の処理を行わずにスタートに戻る。
【００２２】
筒内圧センサ１３の交換情報が入力済みであり、ステップＳ７の判定がＹｅｓになった場合、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８で、エンジンＥをアイドリング状態で運転させながら、各気筒の筒内圧センサ１３ａ〜１３ｄの検出結果から各気筒のＩＭＥＰを測定し、その測定結果を第２測定値Ｔ２Ａ〜Ｔ２Ｄとして記憶する。
【００２３】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ９で、第１測定値Ｔ１Ａ〜Ｔ１Ｄと第２測定値Ｔ２Ａ〜Ｔ２Ｄとに基づき、各気筒の筒内圧補正値Ｃα〜Ｃδを算出／記憶して組立時学習制を終了する。例えば、筒内圧センサ１３ａと筒内圧センサ１３ｂとが第１気筒と第２気筒との間で交換され、筒内圧センサ１３ｃと筒内圧センサ１３ｄとが第３気筒と第４気筒との間で交換されていた場合、第１気筒については、第１測定値Ｔ１Ａが実際のＩＭＥＰに筒内圧センサ１３ｂの検出値ばらつきを加えた値となり、第２測定値Ｔ２Ａが実際のＩＭＥＰに筒内圧センサ１３ａの検出値ばらつきを加えた値となる。したがって、第１気筒の筒内圧補正値Ｃαは、第１測定値Ｔ１Ａと第２測定値Ｔ２Ａとの中央値（Ｔ２Ａ＋Ｔ２Ｂ）／２を基準として、
Ｃα＝（Ｔ１Ａ＋Ｔ２Ａ）／２−Ｔ２Ａ
となり、第２気筒の筒内圧補正値Ｃｂは、
Ｃβ＝（Ｔ１Ｂ＋Ｔ２Ｂ）／２−Ｔ２Ｂ
となる。
また同様に、第３気筒の筒内圧補正値Ｃγは、
Ｃγ＝（Ｔ１Ｃ＋Ｔ２Ｃ）／２−Ｔ２Ｃ
となり、第４気筒の筒内圧補正値Ｃδは、
Ｃδ＝（Ｔ１Ｄ＋Ｔ２Ｄ）／２−Ｔ２Ｄ
となる。
【００２４】
＜劣化判定制御＞
自動車が実走行を開始すると、ＥＣＵ１０内の劣化判定部５５は、図４のフローチャートにその手順を示す劣化判定制御を所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）で繰り返し実行する。
【００２５】
劣化判定部５５は、劣化判定制御を開始すると、先ず、図４のステップＳ１１で筒内圧センサ１３ａ〜１３ｄの検出結果を筒内圧補正値Ｃα〜Ｃδを用いて補正したうえで、各気筒の実ＩＭＥＰを測定する。次に、劣化判定部５５は、ステップＳ１２でアクセルセンサ１６の検出結果等からエンジンＥの要求トルクＴｄを算出した後、ステップＳ１３で要求トルクＴｄに対する目標ＩＭＥＰを図５に示す要求トルク−目標ＩＭＥＰマップから検索する。
【００２６】
次に、劣化判定部５５は、ステップＳ１４で各気筒の実ＩＭＥＰを目標ＩＭＥＰで除した値Ｖｘが０．９５と１．０５との間にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればスタートに戻って処理を繰り返す。
【００２７】
いずれかの気筒の燃料噴射弁９が過剰噴射側あるいは過小噴射側に劣化し、ステップＳ１４の判定がＮｏとなった場合、劣化判定部５５は、ステップＳ１５でその気筒に対する噴射量補正係数Ｋｘを算出し、燃料噴射制御部５２に出力する。これにより、各燃料噴射弁９ａ〜９ｄの駆動時間が減量側あるいは増量側に補正され、実ＩＭＥＰの目標ＩＭＥＰからの乖離が殆ど無くなり、有害排出ガス成分の増加や機関出力の低下等が効果的に抑制される。
【００２８】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態はディーゼルエンジンを中核とするエンジンシステムに本発明を適用したものであるが、ガソリンエンジン等を中核とするエンジンシステムにも当然に適用可能である。また、上記実施形態における組立時学習制御では、筒内圧補正値の算出にあたり、第１気筒と第２気筒との間および第３気筒と第４気筒との間で筒内圧センサを交換し、２気筒ごとに中央値からのずれを求めるようにしたが、２つの中央値を用いて４気筒の中央値を算出し、その中央値からのずれを求めるようにしてもよい。また、上記実施形態における劣化判定制御では、マップから検索した目標ＩＭＥＰに基づく規範データと実データとを比較し、その比較結果が所定の範囲から逸脱した場合にのみ噴射量補正係数を算出するようにしたが、比較結果に応じて噴射量補正係数を常時算出するようにしてもよい。また、規範データについては、マップから検索した目標ＩＭＥＰを用いず、製造時におけるＩＭＥＰから算出するようにしてもよい。その他、エンジンシステムやエンジンＥＣＵの具体的構成を始め、組立時学習制御や劣化判定制御の具体的手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】実施形態に係るエンジンＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る組立時学習制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】実施形態に係る劣化判定制御の手順を示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係る要求トルク−目標ＩＭＥＰマップである。
【符号の説明】
【００３０】
１      エンジンシステム
９      燃料噴射弁
１０    ＥＣＵ
１３    筒内圧センサ
５５    劣化判定部
５６    有効平均圧算出部
５７    実データ算出部
５８    規範データ設定部
５９    データ比較部
６０    補正値算出部
Ｅ      エンジン
【図１】
2008196361.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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