(57)【要約】【課題】特別な検出手段を必要とせずに閉弁用コイルの状態を診断できる燃料噴射弁の診断装置を提供する。【解決手段】開弁用コイル３ｃと閉弁用コイル３ｄとを有する燃料噴射弁３と、内燃機関１の運転状態に応じて前記燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を決定する噴射量決定手段６と、決定した前記燃料量が噴射されるように前記開弁用コイル及び前記閉弁用コイルの励磁動作を制御するコイル制御手段６と、前記内燃機関から排出された排気ガスの空燃比を取得する空燃比取得手段５と、前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの制御を実行させた状態で前記空燃比取得手段が取得した第１の空燃比と前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの制御を禁止させた状態で前記空燃比取得手段が取得した第２の空燃比とに基づいて前記閉弁用コイルを診断する診断手段６とを診断装置に設ける。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開弁用コイルと閉弁用コイルとを有する燃料噴射弁と、内燃機関の運転状態に応じて前記燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を決定する噴射量決定手段と、決定した前記燃料量が噴射されるように前記開弁用コイル及び前記閉弁用コイルの励磁動作を制御するコイル制御手段と、前記内燃機関から排出された排気ガスの空燃比を取得する空燃比取得手段と、前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの制御を実行させた状態で前記空燃比取得手段が取得した第１の空燃比と前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの制御を禁止させた状態で前記空燃比取得手段が取得した第２の空燃比とに基づいて前記閉弁用コイルを診断する診断手段とを備えたことを特徴とする燃料噴射弁の診断装置。
【請求項２】
前記診断手段は、前記第２の空燃比が前記第１の空燃比に対して所定の変化を示したか否かを判断し、変化していないと判断したときに前記閉弁用コイルを故障と診断することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の診断装置。
【請求項３】
前記コイル制御手段は、前記閉弁用コイルが故障と診断されたときに、以降の前記閉弁用コイルの励磁動作を禁止することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁の診断装置。
【請求項４】
前記診断手段は、前記第２の空燃比の前記第１の空燃比に対する変化の状態に基づいて前記閉弁用コイルの劣化度を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開弁用コイル及び閉弁用コイルを有する燃料噴射弁の診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料噴射弁としては、内部に設けられた開弁用コイルを励磁して弁体を開き、開弁用コイルの励磁を解除してばねによって弁体を閉じるものが一般に使用されている。しかし、近年、燃料噴射圧の高圧化に伴い閉弁用コイルの磁力を利用して弁体を閉じる燃料噴射弁が利用されつつある。この燃料噴射弁においては閉弁用コイルが故障した場合、弁体を閉じる力が変化して燃料の噴射量の制御特性が変化し、その影響で燃料噴射量の制御精度が劣化することがある。
【０００３】
そこで、燃料噴射弁のコイルの故障を診断する装置が提案されている。例えば、燃料噴射弁を開弁する電磁石のコイルに通電してから所定時間経過後のコイルに流れている電流値によって故障を判定する装置が提案されている（特許文献１参照）。また、開弁用コイルと保持用コイルとを有する燃料噴射弁の断線を診断する装置において、コイルの起電力を用いて誤診断を防止する装置が提案されている（特許文献２参照）。その他、開弁コイル及び保持コイルを備えた燃料噴射弁の故障を、コイルに流れるピーク電流値により診断する装置も提案されている（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２７６９８号公報
【特許文献２】
特開２００２−８１３４０号公報
【特許文献３】
特開２００２−２２１０６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の診断装置では、電流又は起電力を検出する検出手段が必要である。また、誤診断を防止するには複雑な制御が必要になる。
【０００６】
そこで、本発明は、特別な検出手段を必要とせずに閉弁用コイルの状態を診断できる燃料噴射弁の診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料噴射弁の診断装置は、開弁用コイルと閉弁用コイルとを有する燃料噴射弁と、内燃機関の運転状態に応じて前記燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を決定する噴射量決定手段と、決定した前記燃料量が噴射されるように前記開弁用コイル及び前記閉弁用コイルの励磁動作を制御するコイル制御手段と、前記内燃機関から排出された排気ガスの空燃比を取得する空燃比取得手段と、前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの制御を実行させた状態で前記空燃比取得手段が取得した第１の空燃比と前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの制御を禁止させた状態で前記空燃比取得手段が取得した第２の空燃比とに基づいて前記閉弁用コイルを診断する診断手段とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
閉弁用コイルが正常である場合、コイル制御手段により閉弁用コイルを励磁させて弁体を閉じれば、燃料噴射弁は噴射量決定手段が決定した燃料量を適正に噴射する。この状態でコイル制御手段による制御を禁止し、閉弁用コイルを励磁させないで弁体を閉じるようにすれば、弁体を閉じる力が変化して、燃料噴射量に影響が生じる。その影響は、第１の空燃比に対する第２の空燃比の変化として現れる。一方、閉弁用コイルが正常でない場合、コイル制御手段により閉弁用コイルを励磁させても、閉弁用コイルに正常な磁力が発生しない。この状態でコイル制御手段による制御を禁止した場合、禁止する前の制御の状態がコイルの正常なときとはすでに異なっているので、弁体を閉じる力の変化が正常時とは異なるものとなる。これにより、第１の空燃比に対する第２の空燃比の変化も、閉弁用コイルが正常であるときとは異なる変化を示す。例えば、閉弁用コイルが断線している場合は、コイル制御手段が閉弁用コイルを励磁させようとしてもコイルに電流が流れず磁力が発生しないので、コイル制御手段による制御を禁止しても燃料噴射量は変化せず、第１の空燃比に対する第２の空燃比の変化が現れない。従って、第２の空燃比の第１の空燃比に対する変化から、閉弁用コイルの状態を診断することができる。
【０００９】
本発明の診断装置において、前記診断手段は、前記第２の空燃比が前記第１の空燃比に対して所定の変化を示したか否かを判断し、変化していないと判断したときに前記閉弁用コイルを故障と診断してもよい（請求項２）。閉弁用コイルが励磁不能であれば、コイル制御手段により閉弁用コイルの励磁を行ってもコイルに磁力が発生しないので、コイル制御手段による制御を実行したときと禁止したときとで弁体を閉じる力に変化が生じない。そのため、第２の空燃比が第１の空燃比に対して変化を示さなければ、閉弁用コイルが励磁不能に故障していると判断することができる。
【００１０】
前記コイル制御手段は、前記閉弁用コイルが故障と診断されたときに、以降の前記閉弁用コイルの励磁動作を禁止してもよい（請求項３）。このように励磁を止めることにより、消費電力を低減することができる。
【００１１】
前記診断手段は、前記第２の空燃比の前記第１の空燃比に対する変化の状態に基づいて前記閉弁用コイルの劣化度を判定してもよい（請求項４）。閉弁用コイルは、内部の部分的な短絡等により性能が劣化することがある。これにより、弁体を閉じる力が低下し、劣化していないときと比較して燃料の噴射精度が悪化し、その影響が空燃比に現れる。一般の内燃機関では空燃比を適正に維持すべく空燃比の変化に合わせて燃料量をフィードバック補正しており、燃料の噴射量に対する閉弁用コイルの劣化の影響はその補正によって相殺され、制御を実行しているときの第１の空燃比が適正範囲から明確にずれたまま放置されることはない。
【００１２】
このような状態において閉弁用コイルの制御を禁止すれば、燃料の噴射量に対する閉弁用コイルの影響が第２の空燃比の変化として現れる。その第２の空燃比の変化は閉弁用コイルの劣化度によって異なる状態を示す。例えば、閉弁用コイルが殆ど劣化していない（劣化度が小さい。）場合には、補正量も小さく、閉弁用コイルの励磁を禁止した場合の影響が大きいので、第２の空燃比の第１の空燃比に対する変化も大きい。これに対し、閉弁用コイルが劣化した（劣化度が大きい。）場合、燃料量に対する補正量が大きく、閉弁用コイルの励磁を禁止したときの影響は小さいので、第２の空燃比の第１の空燃比に対する変化は小さくなる。このような関係を利用すれば、第１の空燃比に対する第２の空燃比の変化から閉弁用コイルの劣化の程度を把握することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかる診断装置を組み込んだ内燃機関の要部を示している。内燃機関１は複数の気筒２を備え、気筒２にはそれぞれ燃料噴射弁３が設けられている。図２に示すように燃料噴射弁３は、燃料を噴射する噴孔３ａと、燃料噴射弁３内部を移動して燃料の噴孔３ａを開閉する弁体３ｂと、励磁により弁体の位置を移動させる磁力を発生する開弁ソレノイド（開弁用コイル）３ｃ及び閉弁ソレノイド（閉弁用コイル）３ｄと、噴孔３ａを閉じる方向の力を弁体３ｂに付与するコイルばね３ｅとを有している。内燃機関１の排気通路４には、空燃比取得手段として、排気ガスの空燃比に対応した信号を出力する空燃比センサ５が設けられている。
【００１４】
燃料噴射弁３の開弁ソレノイド３ｃ及び閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６により制御されている。ＥＣＵ６は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転状態に応じた燃料噴射量に空燃比センサ５等から入力された信号による補正を加えて燃料噴射弁３から噴射すべき燃料量を決定するとともに、その燃料噴射量が各気筒２に対して所定のタイミングで供給されるように開弁ソレノイド３ｃ及び閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を制御する。これらの動作制御を行うことにより、ＥＣＵ６はコイル制御手段及び噴射量決定手段として機能する。なお、これらの具体的な動作は公知のものと同様でよく、ここでは詳細を省略する。燃料の噴射は、開弁ソレノイド３ｃの励磁によって発生した磁力により弁体３ｂが噴孔３ａから離れることにより開始される。燃料の噴射の停止は、開弁ソレノイド３ｃの励磁を停止するとともに閉弁ソレノイド３ｄを励磁させることにより噴孔３ａを塞ぐ位置に弁体３ｂを駆動して実現される。なお、故障等により閉弁用コイル３ｄが磁力を発生しない場合は、弁体３ｂはコイルばね３ｅによって噴孔３ａを塞ぐ位置に移動し、燃料の噴射が停止する。
【００１５】
ＥＣＵ６は、図３に示す故障診断制御ルーチンを実行することにより本発明の診断手段として機能する。図３のルーチンは、内燃機関１の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００１６】
図３のルーチンにおいて、ＥＣＵ６はまずステップＳ１１で診断条件が成立しているか否かを判断する。診断条件は、例えば内燃機関１の運転状態が所定の状態（例えば、アイドル運転）を所定時間継続している場合に成立するように定められている。診断条件が成立していないと判断した場合は、今回のルーチンを終了する。診断条件が成立していると判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ６は閉弁ソレノイド３ｄの励磁が行われないように励磁動作の制御を禁止する。続くステップＳ１３において、閉弁ソレノイド３ｄの励磁が行われない場合の排気ガスの空燃比（第２の空燃比）を空燃比センサ５により取得する。
【００１７】
次のステップＳ１４においてＥＣＵ６は、第２の空燃比が閉弁ソレノイド３ｄの励磁が行われた場合の排気ガスの空燃比（第１の空燃比）以上か否かを判断する。第１の空燃比は、その時点の制御目標空燃比である。閉弁ソレノイド３ｄが正常に動作している場合、閉弁ソレノイド３ｄの励磁が行われないときは、弁体３ｂを閉じる力が低下して燃料を噴射する時間が延長されるので、第２の空燃比は低くなる（リッチ側に変化する）と考えられる。そのため、第２の空燃比が第１の空燃比以上である（第２の空燃比が低くならない。従って閉弁ソレノイド３ｄは故障している。）と判断した場合、ステップＳ１５に進み、ＥＣＵ６は以降の閉弁ソレノイド３ｄの励磁が行われないように全ての気筒２の励磁動作の制御を禁止する。続くステップＳ１６においてＥＣＵ６はインパネ内の異常ランプを点灯して運転者に故障を警告し、今回のルーチンを終了する。
【００１８】
一方、第２の空燃比が第１の空燃比以上ではない（第２の空燃比が低くなった。従って閉弁ソレノイド３ｄは動作している。）と判断した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ６は閉弁ソレノイド３ｄの励磁が行われるように励磁動作の制御を許可する。続くステップＳ１８においてＥＣＵ６は異常ランプを消灯状態とし、今回のルーチンを終了する。
【００１９】
図４は、図３のルーチンを実行した場合に第２の空燃比が第１の空燃比に対して示した変化の一例である。閉弁ソレノイド３ｄが正常に動作している場合、第２の空燃比（図４のＢ）は、第１の空燃比（図４のＡ）よりも低くなる（リッチ側に変化する）。これは、閉弁ソレノイド３ｄの励磁制御を禁止したことで弁体３ｂを閉じる力が弱まり、噴射時間が延長されて気筒２内に噴射された燃料量が増加したことによる。その後、燃料噴射量に行われる補正により、徐々に第１の空燃比に近づいていく。一方、閉弁ソレノイド３ｄが故障して磁力を発生していない場合の第２の空燃比（図４のＣ）は、閉弁ソレノイド３ｄの励磁が行われないように励磁制御を禁止しても弁体３ｂを閉じる力が変化しないので、第２の空燃比は第１の空燃比に対して変化しない。
【００２０】
このように、第２の空燃比の第１の空燃比に対する変化より、閉弁ソレノイド３ｄの故障を診断することができる。また、閉弁ソレノイド３ｄが故障していると判断した場合は、以降の閉弁ソレノイド３ｄの励磁を禁止することにより、消費電力を低減することができる。
【００２１】
以上の実施形態では故障（断線の有無）を判別したが、本発明はそれに限らず劣化度を診断することもできる。図５は、ＥＣＵ６をそのような診断手段として機能させた場合のルーチンを示している。このルーチンは、内燃機関１の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図５において図３と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００２２】
図５のルーチンにおいて、ＥＣＵ６はステップＳ１１で診断条件が成立しているか否かを判断し、成立していないと判断した場合は今回のルーチンを終了する。成立していると判断した場合はステップＳ２１に進み、計測フラグがオンの状態であるか否かを判断する。オンの状態ではないと判断した場合、ステップＳ２２に進み、タイマーを起動する。このタイマーは、閉弁ソレノイド３ｄの制御を禁止してから所定時間が経過したか否かを判断するために使用する。続くステップＳ２３において計測フラグをオンにした後、ステップＳ１２に進む。なお、ステップＳ２１において計測フラグがオンの状態であると判断した場合は、ステップＳ２２、Ｓ２３をスキップしてステップＳ１２に進む。
【００２３】
ステップＳ１２では、ＥＣＵ６は閉弁ソレノイド３ｄの励磁が行われないように励磁動作の制御を禁止し、続くステップＳ１３において第２の空燃比を空燃比センサ５により取得する。次のステップＳ２４では、ＥＣＵ６はタイマーがタイムアップしたか否かを判断する。タイムアップしていないと判断した場合は、今回のルーチンを終了する。
【００２４】
一方、ステップＳ２４にてタイムアップと判断した場合、ステップＳ２５においてＥＣＵ６は閉弁ソレノイド３ｄの劣化度を判定する。劣化度は、閉弁ソレノイド３ｄが正常に動作している場合に第２の空燃比が第１の空燃比に対して示した変化（例えば、図４におけるＢの空燃比変化）を基準とし、この基準となる変化と取得した第２の空燃比が第１の空燃比に対して示した変化とを比較することにより判定する。判定には、閉弁ソレノイド３ｄの励磁制御を禁止してから燃料量のフィードバック補正により励磁制御を禁止する前の空燃比に戻るまでの時間（復帰時間）を用いる。閉弁ソレノイド３ｄが劣化している場合、閉弁ソレノイド３ｄの励磁制御を禁止しても燃料量への影響は小さいので排気ガスの空燃比の変化も小さい。そのため、復帰時間は短くなる。従って、取得した第２の空燃比の復帰時間と閉弁ソレノイド３ｄが正常な場合における第２の空燃比の復帰時間との差ΔＴ、又はそれらの復帰時間の比から劣化度を診断することができる。例えば、取得した第２の空燃比が図４のＤの変化を示した場合、復帰時間Ｔ１とＴ２との差であるΔＴ、又はＴ１とＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）を用いて劣化度を診断する。その他に劣化度は、基準となる変化の空燃比と取得した第２の空燃比とにおいて、第２の空燃比が第１の空燃比に対して示した変化量ΔＡ／Ｆを比較することでも診断することができる。例えば図４のＤの変化では、基準となる変化Ｂの変化量ΔＡ／Ｆ１とＤの空燃比の変化量ΔＡ／Ｆ２とを比較することにより、劣化度を診断する。
【００２５】
次のステップＳ２６では、ＥＣＵ６は閉弁ソレノイド３ｄに対して劣化度に応じた処理を行う。例えば、閉弁ソレノイド３ｄの発生する磁力が正常に動作していたときと比較して低下している場合、閉弁ソレノイド３ｄの励磁時期をその磁力低下の程度に応じて変更することで燃料噴射時間を調整することができる。続くステップＳ２７においてＥＣＵ６は、計測フラグのリセットを行った後、今回のルーチンを終了する。
【００２６】
このように、図５のルーチンを実行することにより、閉弁ソレノイド３ｄの劣化度を診断することができる。また劣化度以外にも、各閉弁ソレノイド３ｄの個体差を検出することができる。その他、励磁回路の故障を診断することができる。例えば、取得した第２の空燃比が図４のＥの変化を示した場合、基準となる変化Ｂと比較して弁体３ｂを閉じる力に及ぼす閉弁ソレノイド３ｄの影響が大きいことを示している。そのため、励磁回路の抵抗が破損し、閉弁ソレノイド３ｄに過度の電流が流れることにより、正常なときと比較して強い磁力が閉弁ソレノイド３ｄに発生していると考えられる。
【００２７】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、空燃比取得手段は空燃比センサ５に限定されず、Ｏ２センサを使用することができる。その他、燃料噴射量の変化によって内燃機関の回転数も変化するので、クランク角センサを使用して診断することもできる。また本発明は、燃料を直接気筒に噴射するいわゆる直噴型の内燃機関に限定されず、燃料噴射弁を吸気ポートに設けた内燃機関に適用することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、一般に車両に搭載されているセンサを使用し、簡単な制御ルーチンを実行することにより閉弁用コイルの故障を診断することができる。また、閉弁用コイルが故障と診断された場合は、以降の励磁制御を禁止することで、消費電力を低減することができる。さらに、閉弁用コイルの励磁制御を禁止することによって生じる排気ガスの空燃比の変化より、閉弁用コイルの劣化度を診断することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる診断装置を組み込んだ内燃機関の要部を示す図。
【図２】図１の内燃機関に取り付けられた燃料噴射弁の縦断面図。
【図３】故障診断制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】診断制御ルーチンが実行されたときの排気ガスの空燃比の変化の一例を示す図。
【図５】劣化度診断制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１  内燃機関
３  燃料噴射弁
３ｃ  開弁ソレノイド（開弁用コイル）
３ｄ  閉弁ソレノイド（閉弁用コイル）
５  空燃比センサ（空燃比取得手段）
６  エンジンコントロールユニット（噴射量決定手段、コイル制御手段、診断手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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