(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を直接筒内に噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、
前記制御装置は、噴射パルス幅、噴射パルス補正値、燃圧センサ出力及び燃圧補正値のうちの少なくともいずれか一つによる診断と、リーン運転及び／又はストイキ運転の回転変動による診断とに基づいて前記燃料噴射弁の異常を診断する診断手段を備え、前記噴射パルス幅、噴射パルス補正値、燃圧センサ出力及び燃圧補正値のうちの少なくともいずれか一つによる診断が正常で、前記回転変動による診断が異常と判定されたときは、少なくとも燃料圧力の増加、燃焼温度の上昇、及び、燃料噴射量の増加のうちの１つ以上の再生制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、噴射パルス幅、噴射パルス補正値、燃圧センサ出力、燃圧補正値のうち少なくともいずれか一つが異常と判定されたときは、燃料噴射弁の異常を警報することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記診断手段は、前記再生制御の所定時間後、再び、前記燃料噴射弁の異常を診断し、
前記制御装置は、異常と診断されれば、前記燃料噴射弁の異常を警報することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記診断手段は、内燃機関の回転数及び／又はトルクが急変しているときには、前記燃料噴射弁の異常を診断することを中止することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記診断手段は、リーン運転とストイキ運転との間で燃焼状態が切り替わる際に、前記燃料噴射弁の異常を診断することを中止することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁を診断する手段を備えた制御装置に関し、特に、燃料を直接燃焼室内に噴射するいわゆる直噴式内燃機関や、希薄空燃比で燃焼を行うリーンバーン内燃機関の燃料噴射弁を診断するのに好適な診断手段を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
従来から内燃機関の燃費を低減させるために理論空燃比（以下、ストイキと云う）よりも空気を過剰にして燃料を希薄燃焼（以下、リーンバーンと云う）させる技術があり、該技術は、現今の環境保護の気運の広がりや、そのような環境保護の法的規制とともに、種々の技術開発がなされており、更に普及する傾向にある。前記リーンバーンでは、ポンピング損失や熱拡散を低減することができるので、燃費を低減することができる。
【０００３】
一方、ガソリンを燃料とする内燃機関においては、吸気ポート部で燃料を噴射する、いわゆるポート噴射で空燃比を２０〜２５程度の希薄燃焼を実現させる方式と、燃焼室内に直接燃料を噴射（以下、筒内噴射方式と云う）して空燃比４０〜５０程度の極めて希薄な燃焼を実現させる方式とがある。
【０００４】
筒内噴射方式の内燃機関においては、燃料の噴射タイミングや、スワール制御弁、タンブル制御弁等の吸入空気流動の強化手段や、ピストン上面のキャビティ形状等の機構によって、空気流動を積極的に発生させ、該空気流動を利用して、燃焼室内での燃料の分布を、一部分（点火プラグ近傍）に偏らせることにより、極めて希薄な燃焼（以下、成層燃焼と云う）を可能としている。
【０００５】
成層燃焼では、燃料を最適なタイミングで点火プラグの近傍に搬送しなければならない。これには、前記機構による空気流動に加えて、噴射される燃料の流量や噴霧形状といった燃料噴射弁の特性が、重要になっている。
【０００６】
筒内噴射式内燃機関では、燃料噴射弁が、高温・高圧の燃焼室内に配置されているために、従来のポート噴射式の内燃機関に比べて、カーボンなどの付着により噴射口に目詰まりが発生したり、摩耗し易いなどの経年変化に弱い一面がある。また、内燃機関の気筒毎の燃料噴射弁の個体差が、燃焼状態に与える影響もポート噴射式内燃機関に比べると大きくなりがちである。
【０００７】
前記の如く燃料噴射弁に目詰まりが発生すると、噴射される燃料の噴霧形状が損なわれ、燃焼が不安定になることがある。その場合、燃料の一部が燃焼せずに排気されたり、ＮＯｘやＣＯ等の好ましくないガスが発生し易くなってしまう。
【０００８】
内燃機関から排気されるこれらの好ましくないガスが、通常より極端に増加すると、排気系に設けられている触媒等の排気浄化手段での浄化が不十分となり、最終的には、大気に放出される前記ＮＯｘやＣＯ等のガスが増大することになる。
【０００９】
また、前記の如く状態になると、内燃機関にトルク変動が発生して、振動を生じたり、未燃焼の燃料が、触媒内で燃焼することにより触媒を焼損したり、燃料消費量が増えたりもする。特に、ＮＯｘやＣＯ等のガスの増大を生じるような異常状態については、これを車載のコントロールユニットにて自己診断することが法規により求められている。この自己診断に関する法規は、米国で実施されており、欧州や日本でも実施が検討されている。
【００１０】
更に、前記の如きの内燃機関の異常を検出する技術、例えば、噴霧形状の変化や噴射量の減少を検出し、噴射弁の異常を警告したり、自己復元を行う技術が、特開平１０−３３９１９６号公報に開示されている。該技術は、空燃比を、燃料量を調節することによって制御するものであって、該燃料量の補正値の大きさから燃焼状態を判定するものである。
【００１１】
〔発明の開示〕
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、前記従来技術は、噴射弁の異常に対する自己復元処理としては、燃料圧力（以下、燃圧という）を上昇したり、噴射時期を吸気行程中で早めるなどの操作をするものであるが、この処理自体がＮＯｘやＣＯ等のガスの増大を招いてしまう結果となっている。このことは、燃料噴射弁の異常を検出する精度が低いと、燃料噴射弁の特性が、正常範囲であるにもかかわらず、自己復元処理を行って、排気成分を悪化させる結果となることがある。
【００１２】
また、従来技術の燃料量を調整して空燃比を制御する方式では、燃料量の調節値が所定の範囲を超えたことを検出し、該検出に基づいて、噴霧形状の変化など燃料噴射弁の異常を検出しているが、燃料量の調節値で直接検出できるのは、噴射量の特性の変化である。従って、噴射量が大きく変化する程に大量のカーボンが噴口に付着したり、該噴口が摩耗すれば、噴霧形状も劣化し燃焼が不安定になるのは明らかであるが、この場合は自己復元処理をしても復元が十分に行えないおそれがある。
【００１３】
本発明は、前記の如き問題点に着目してなされたものであって、その目的とするところは、燃料噴射弁の異常検出の精度を向上し、必要なときのみ燃料噴射弁を再生させる制御を行うことのできる噴射装置の診断手段を備えた内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１４】
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、燃料を直接筒内に噴射する燃料噴射弁と該燃料噴射弁の診断手段を備え、各気筒に供給される空気量と燃料量との比率を、燃料噴射量を調整することで所定値に制御するものであって、該診断手段が、燃料噴射量の補正量と前記内燃機関の回転変動とに基づいて、前記燃料噴射弁の異常を診断することを特徴としている。
【００１５】
前記各気筒に供給される空気量と燃料量との比率を、燃料噴射量を調整することで所定値に制御するフィードフォワード制御においては、燃料噴射のパルス幅と、各気筒の補正量の大きさを比べれば、各気筒が流量の仕様からどれぐらい乖離しているかが分かる。補正量の絶対値や、燃料噴射弁の仕様に基づくパルス幅に対する割合が、所定時間以上、所定値を超えた場合には、その気筒の燃料噴射弁は、なんらかの原因で流量が異常であると判断することができる。
【００１６】
また、内燃機関の回転変動は、回転数の分散として求められ、燃焼状態が悪化して、ＨＣ（未燃炭化水素）の排出量が増加すると、各気筒の発生するトルクがばらつき、回転変動も増加する。また、排気悪化をもたらす燃焼状態の悪化は、燃料噴射弁の異常とみることができ、該燃料噴射弁の異常は、噴射量に加えて噴霧形状の異常があり、具体的には、噴霧角、噴霧到達距離、噴霧粒径などがある。
【００１７】
このように、本発明は、燃料噴射量の補正量と前記内燃機関の回転変動とに基づいて診断する診断手段を備えたことによって、燃料噴射弁の異常を診断することができる。
【００１８】
また、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、燃料を所定の圧力に加圧して噴射できるように、燃料圧力を調整可能な燃料ポンプ及びレギュレータと、燃料圧力を測定する圧力センサと、燃料を直接筒内に噴射する燃料噴射弁と、診断手段と、を備え、該診断手段が、各気筒の燃料噴射時の前記圧力センサからの信号に基づいて、各気筒の前記燃料噴射弁の燃料噴射量が異常であることを診断することを特徴としている。
【００１９】
燃料噴射時には、加圧された燃料通路の一部が解放されるので、燃料噴射弁の開弁中は、燃圧が一時的に低下する。その燃料噴射弁の燃圧の低下は、個体差や、カーボンなどの堆積物の付着状態が、気筒毎に異なるために、各気筒の燃圧低下は、同じ噴射パルス幅に対しても異なるパターンとなる。従って、噴射時の燃圧低下が仕様から予想される燃圧低下から大きく異なる状態が、所定時間以上、所定値を超えた場合、その気筒の燃料噴射弁は、何等かの原因で流量が、異常であると判断することができる。
【００２０】
このように、本発明は、燃料の圧力に基づいて診断する診断手段を備えたことによって、燃料噴射弁の異常を診断することができる。
【００２１】
更に、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記圧力センサからの燃料噴射時の燃料圧力に基づいて燃料噴射圧力を変更することで、各気筒に供給される空気量と燃料量との比率を、所定値にすることを特徴としている。
【００２２】
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記診断手段が、燃料噴射時における前記燃料圧力の気筒毎の補正量に基づいて各気筒の燃料噴射弁の燃料噴射量が異常であることを診断することを特徴としている。
【００２３】
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、燃料を直接筒内に噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、噴射パルス幅、噴射パルス補正値、燃圧センサ出力及び燃圧補正値のうちの少なくともいずれか一つによる診断と、リーン運転及び／又はストイキ運転の回転変動による診断とに基づいて前記燃料噴射弁の異常を診断する診断手段を備え、前記噴射パルス幅、噴射パルス補正値、燃圧センサ出力及び燃圧補正値のうちの少なくともいずれか一つによる診断が正常で、前記回転変動による診断が異常と判定されたときは、少なくとも燃料圧力の増加、燃焼温度の上昇、及び、燃料噴射量の増加のうちの１つ以上の再生制御を行うことを特徴としている。
【００２４】
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、添付図面を参照しながら本発明の燃料噴射弁の診断手段を備えた内燃機関の制御装置の一実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係わる燃料噴射弁の診断手段を備えた制御装置（空燃比制御装置を含む）を有する筒内噴射式内燃機関のシステム構成図である。
内燃機関１００は、その燃焼室６に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７と点火プラグ８とを備えている。また、内燃機関１００の吸気系には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１、吸入空気量を調整するスロットル弁２、スロットル弁駆動回路３、スロットル開度センサ４、及び、吸気弁５が備えられている一方、内燃機関の排気系には、排気弁９、空燃比センサ１０、触媒１１が備えられている。
【００２６】
更に、内燃機関１００は、そのクランク軸（図示省略）に取り付けられたリングギア１２と、そのリングギア１２の突起部を検出することで、内燃機関１００の回転数を測定するクランク角度センサ１３と、アクセルペダル１４ａの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ１４を備えている。
【００２７】
前記各センサの検出値は、電子制御装置１５（以下ＥＣＵと云う）に入力される。ＥＣＵ１５は、アクセル踏み込み量、吸入空気量、回転速度、クランク角度、スロットル開度等を検出又は演算する。該検出又は演算結果に基づいて、ＥＣＵ１５は、内燃機関１００に供給する燃料の量とタイミングとを演算し、駆動パルスを出力して、燃料噴射弁７を制御したり、スロットル弁２が適当な開度になるようにスロットル弁駆動回路３を介して、スロットル弁２作動したりする。また、点火の時期もＥＣＵ１５で演算して、点火装置駆動回路２３に点火信号を出力する。
【００２８】
燃料は、燃料タンク３０から低圧燃料ポンプ１６ａで圧送されて高圧燃料ポンプ１６ｂで更に加圧されると共に、燃圧センサ１７の出力に基づいて燃圧レギュレータ１８にて所定の圧力（５〜１５ＭＰａ程度）に保持され、燃料噴射弁７に供給される。ＥＣＵ１５によって演算されて出力される駆動パルスにより所定のタイミングで所定量の燃料が、燃焼室６に直接噴射される。内燃機関１００は、均質運転時には、吸気行程で燃料を噴射して空気との混合を行い、成層運転時には、圧縮行程で燃料を噴射して、点火プラグ８近傍に燃料を集めるようにしている。
【００２９】
内燃機関１００の運転時には、スロットル弁２にて調整された吸入空気は、吸気弁５を通って燃焼室内６に流入する一方、燃料噴射弁７から燃料が燃焼室６内に直接噴射される。燃焼室６内の燃料と吸入空気との混合気は、点火プラグ８にて点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは、排気弁９を通って内燃機関１００から排出され、さらに触媒１１に流入し、排気ガス中のＮＯｘやＣＯ等の成分のガスが浄化される。
【００３０】
触媒１１は、ストイキ運転時での排気浄化性能を確保するためのいわゆる三元触媒性能と、リーン運転時でのＮＯｘ還元性能を確保するためのＮＯｘ吸着性能を併せ持つものか、それぞれの機能を持つ２つの触媒から構成されている。
【００３１】
空燃比センサ１０は、燃焼後の排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する。ＥＣＵ１５は、空燃比センサ１０にて検出した実空燃比に基づいて、内燃機関１００に供給する混合気の空燃比が目標空燃比となるように、フィードバック制御している。例えば、空燃比センサ１０がストイキ付近で、２値的な値を出力するタイプの場合、ストイキ運転時のみ空燃比をフィードバック制御している。
【００３２】
なお、排気系から吸気系には、図示しない通路と該通路に設けたＥＧＲバルブが配置されている。特に、内燃機関の成層運転時には、ＮＯｘの発生を抑えるためと、速すぎる燃焼速度を抑えるために、多量のＥＧＲガス（排気ガス）を吸気側に導入している。
【００３３】
図２は、ＥＣＵ（電子制御装置）１５の内部構成を示したものである。ＥＣＵ１５は、入力回路２０、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ１９、ＲＡＭ２７、及び、出力回路２２を備えている。内燃機関１００の前記エアフローセンサ１、スロットル弁開度センサ４、空燃比センサ１０、クランク角度センサ１３の信号が、ＥＣＵ１５内の入力回路２０に入力する。ＣＰＵ１５は、ＲＯＭ１９に記憶されたプログラムや定数に基づいて、これらの入力信号を入力回路２０から読み込み、ＣＰＵ２１が演算処理を行う。さらに、演算処理の結果としての点火時期、インジェクタ駆動パルス幅およびタイミング、スロットル弁開度指令が、出力回路２２を介して点火駆動回路２３、燃料噴射弁駆動回路２４、スロットル弁駆動回路２５、燃料ポンプ駆動回路２６に出力されて、点火プラグ８、燃料噴射弁７、スロットル弁２、および燃料ポンプ１６ａ、１６ｂの制御が実行される。ＲＡＭ２７は、入力信号の値や演算結果等の記憶に用いられる。
【００３４】
内燃機関１００の空燃比制御においては、空燃比センサ１０が、ストイキ付近で２値的な値を出力するタイプの場合には、ストイキ運転時のみ空燃比をフィードバック制御するが、リニアな空燃比センサ１０の場合には、広い範囲の空燃比でフィードバック制御が可能となる。
【００３５】
いずれのセンサ空燃比センサを備えた内燃機関１００でも、空燃比制御は、エアフローセンサ１にて検出した吸入空気量と空燃比センサ１０の出力に基づいて、気筒内の混合気が、そのときの運転条件での望ましい空燃比になるように燃料量を気筒毎に調整して噴射する。
【００３６】
燃料は、燃圧センサ１７の出力に基づいて、燃料ポンプ１６ａ、１６ｂと燃圧レギュレータ１８より所定の圧力に加圧されている。インジェクタ駆動回路２４にパルス状の信号を加えると、燃料噴射弁７は、そのパルス幅の時間だけ開弁し、加圧された燃料が噴射される。噴射される燃料の量と開弁時間（パルス幅）は、基本的には、線形な関係があるので、燃料量は、パルス幅で調節することができる。
【００３７】
燃料量により空燃比を制御する場合、フィードフォワード制御とフィードバック制御の２つの方式がある。フィードフォワード制御は、空気量を測定し、噴射弁の特性の仕様に基づいて、所望の空燃比になるようにパルス幅を設定するものであり、噴射弁の個体差、気筒による差、カーボンの付着や磨耗などの影響を受けやすい。前述の２値的な空燃比センサ１０を備えた内燃機関を、ストイキ以外の空燃比で運転する場合は、空燃比の測定はできず、空燃比制御は必然的にフィードフォワード制御になる。
【００３８】
一方、フィードバック制御は、フィードフォワード制御に付加する制御で、フィードフォワード制御によるパルス幅をさらに空燃比センサ１０の出力で逐次補正し、空燃比の精度を向上するものである。２値的なセンサ１０を用いてストイキ近傍で制御する場合や、広範囲で線形性のある空燃比センサ１０を用いる場合、フィードバック制御が適用できる。
【００３９】
図３は、多気筒の内燃機関１００の気筒別（＃１、＃２、＃３、＃４）の空燃比制御を利用して、各気筒の燃料噴射弁の流量特性を診断する方式を示したものである。
【００４０】
通常、多気筒内燃機関においては、空燃比センサ１０は、排気管の集合部に１つ装着されているだけなので、各気筒の空燃比の検出はセンサ出力を時分割に処理することで行う。目標となる空燃比は、各気筒とも、普通、同じ値であるので、パルス幅を気筒ごとに補正することで、各気筒の空燃比を精度良く揃えることができる。
【００４１】
図３から理解されるように、フィードフォワード制御によるパルス幅αと、各気筒の補正量Δα１、Δα２、・・・の大きさを比べれば、各気筒が流量の仕様からどれぐらい乖離しているかが分かる。補正量の絶対値や、燃料噴射弁７の仕様に基づくパルス幅に対する割合が、所定時間以上、所定値を超えた場合、その気筒の燃料噴射弁７は、なんらかの原因で流量が異常であると判断することができる。
【００４２】
図４は、燃料噴射系の構成図を示したものである。
燃料は、燃料タンク３０から低圧燃料ポンプ１６ａによって吸い上げら高圧ポンプ１６ｂで更に加圧されて、各気筒の燃料噴射弁７に供給されるが、燃圧センサ１７と燃料レギュレータ１８に基づいて、所定の燃圧になるように制御されている。
【００４３】
図５は、燃圧センサ１７を用いて燃料噴射弁７の流量特性を診断する方式を示したものである。まず、噴射パルス幅あるいはその補正値は、全気筒同じとする。燃料噴射時には、加圧された燃料通路の一部が解放されるので、燃料噴射弁７の開弁中は、燃圧が一時的に低下する。あるパルス幅αに対応して、その時間に仕様通りの燃料が、噴射された場合に起こる燃圧低下をΔＰとすると、両者は比例するはずであるが、実際には、図５の燃圧（ａ）に示すように、燃料噴射弁７の個体差や、カーボンなどの堆積物の付着状態が、気筒毎に異なるために、各気筒の燃圧低下ΔＰ１、ΔＰ２、・・・は、同じ噴射パルス幅αに対しても異なるパターンとなる。
【００４４】
気筒＃１の燃圧低下ΔＰ１は、仕様から予想される燃圧低下ΔＰより大きく、この場合、燃料噴射弁７の磨耗などによりパルス幅に対する流量が増加したと判断することができる。
逆に、気筒＃２の燃圧低下ΔＰ２は、仕様から予想される燃圧低下ΔＰより小さく、噴射孔の一部が堆積物により塞がるなどの理由により流量が減少していると考えられる。
【００４５】
気筒＃３および気筒＃４の噴射時の燃圧低下はΔＰに近く、噴射量は、仕様に近い値である。従って、噴射時の燃圧低下が仕様から予想される燃圧低下から大きく異なる状態が、所定時間以上、所定値を超えた場合、その気筒の燃料噴射弁は、何等かの原因で流量が、異常であると判断することができる。
【００４６】
噴射時の燃圧低下を利用すれば、図５の燃圧（ｂ）に示すように、燃圧を制御して気筒毎に噴射量を補正することもできる。即ち、気筒＃１のように、流量が増加した場合、噴射パルスを補正して燃料量を調整する代わりに、燃圧レギュレータ１８と燃圧センサ１７を用いて、燃圧を所定量ΔＱ１だけ減少させ噴射量を正常範囲に制御することができる。気筒＃２のように、流量が減少しているときは、燃圧を所定量ΔＱ２だけ増加させ、噴射量を正常範囲に制御する。
【００４７】
燃圧の制御は、まず、各気筒の噴射時の燃圧を数回サイクルにわたってサンプリングし、気筒毎に噴射パルス幅に対する燃圧低下の平均値を求める。この平均値が、例えば、図６に示されているように、あらかじめ定めた関係（ａ）と（ｂ）の範囲外にあれば、前記燃圧に関する制御を、該当する気筒の燃料噴射弁が噴射する直前に行うことで、噴射量を補正し、気筒毎の空燃比を望ましい値にすることができる。更に、この燃圧を気筒別に制御する方法では、前記パルス幅の制御に基づく診断と類似の方法で、燃料噴射弁の診断が可能である。即ち、燃圧の補正量を監視し、補正量が所定の時間にわたって所定の範囲を超えた場合、大きな補正量を必要とする程、噴射量のパルス幅に対する特性が変化したと見て、燃料噴射量の異常を検出する方法である。
【００４８】
他方、内燃機関運転において、燃焼状態が反映するパラメータとして回転変動がある。該内燃機関の回転変動は、通常の内燃機関に装着されている回転センサで測定することができる。回転センサは内燃機関が一定の角度、例えば１度回転すると１つパルスが発生するようになっているので、発生したパルスの積算し、これの差分を一定時間毎に求めれば、回転数が測定できる。
【００４９】
回転変動は、回転数の分散として求められる。即ち、燃焼状態が悪化して、ＨＣ（未燃炭化水素）の排出量が増加すると、各気筒が発生するトルクがばらつき、図７に示すように、回転変動も増加することが分かっている。
【００５０】
また、排気悪化をもたらす燃料噴射弁の異常は、噴射量に加えて噴霧形状の異常があり、具体的には、噴霧角、噴霧到達距離、噴霧粒径などがある。
【００５１】
筒内噴射内燃機関のリーン領域での運転では、圧縮行程に燃料を噴射し、その直後に点火するので、燃料量のみならず、最適な噴霧形状を確保することが燃焼の安定にとって重要である。図８に示すように、燃料噴射弁は、ＨＣやＮＯｘの排出が最小になる噴霧形状を作れるように、各部の仕様が定められているが、経時劣化により前記のパラメータが変化して排気が悪化することがあり、これが回転変動に反映する。
【００５２】
ストイキ領域の運転では、吸気行程で燃料を噴射するので点火する圧縮行程の終わりまでには、混合気は比較的均質なものとなり噴霧形状の差異による燃焼の変化はリーン領域に比べると少なくなる。
【００５３】
以上述べた特定の運転状態での、パルス補正幅と回転変動（リーン、ストイキ）との正常、異常の認定結果をまとめると、図９に示す表を作ることができる。この表の組み合わせを検討することによって、燃料噴射弁７の異常を、噴射量の異常と噴霧形状の異常とに分けて検出することができる。
【００５４】
パルス補正値、燃圧センサ出力または燃圧補正値からは、燃料の噴射量の異常を検出することができる。正常な燃料噴射弁は、使用時間が増えるに従って、燃焼しなかった物質が付着したり、稼動部が磨耗したりして劣化してゆく。このことから、はじめに噴霧形状が変化し、次いで流量の異常につながると考えることができる。従って、流量異常を検出した場合、すでに噴霧形状も異常であると、予じめ想定できる。
【００５５】
噴霧形状の変化は、まず、リーン運転の回転変動として現れ、劣化が進むとストイキでも回転変動が増加する。パルス補正値、燃圧センサ出力または燃圧補正値で、流量の異常を検出した場合、噴霧形状も変化しているのでリーン領域でも異常となり、流量および噴霧形状の異常が検出したことになる。また流量の異常は検出されず、リーン運転での回転変動が増加した場合、噴霧形状のみが異常であり、その程度は、ストイキ運転でも回転変動が大きいかどうかで判断する。
【００５６】
前記噴射量および噴霧形状の診断方式としては、パルス幅の補正量を監視する診断方法と、燃圧センサ出力を監視する方法と、燃圧を気筒別に制御する方法と、回転変動に基づく方法とについて説明した。いずれの方法も診断をする運転条件としては、回転数や内燃機関のトルクが急変しているときや、リーンとストイキといった燃焼状態が切り替わるときを避けるのが望ましい。内燃機関の定常運転においても、センサで測定する値は、サイクル毎に変動するので、診断のときは数サイクルの値を平均化する必要があり、運転条件が大きく変化するときは、診断の制度が低下するのがその理由である。
【００５７】
燃料噴射弁７の噴射孔に、カーボンが付着して噴霧形状が変化し、排気中の有害成分が増加した場合は、適当な再生制御を施すことで、カーボンが焼失し再び正常な燃焼に戻せることがある。再生制御によって再生可能な燃料噴射弁７を用いることで、交換する無駄を省くことができる反面、この再生制御によって、ＨＣやＮＯｘ排出量の増加を招くことになる。
【００５８】
再生制御の第一の方法は、燃圧を上昇させて燃料噴射弁の噴射孔の目詰まりを除く方法であり、この場合、燃圧を上昇した分だけ、噴射パルス幅を補正し、該当する気筒の空燃比が変化しないようにする。燃圧の上昇は、噴霧形状が異常である気筒の噴射タイミングにあわせてもよいし、燃圧レギュレータ１８の応答性が不足する場合は、所定時間、全気筒一律に燃圧を上げてもよい。
【００５９】
再生制御の第二の方法は、燃焼温度を上昇させてカーボンを燃焼させる方法である。これは、点火時期を遅らせたり、排気ガスを吸気管内に還流させるＥＧＲを中止することで実現できる。点火時期の調整は、気筒毎に可能であるが、ＥＧＲは全気筒に関するものである。
【００６０】
再生制御の第三の方法は、燃焼に必要な量を上回る燃料を噴射し、燃料で噴射孔を洗浄する方法であるが、排気悪化を最小限に抑えるために、噴霧が変化している気筒のみで実施するのが望ましい。
【００６１】
図１０は、本実施形態の制御装置の制御処理のフローチャートである。
ステップＳ１では、内燃機関の各種のセンサからの信号に基づいて運転状態を検出し、ステップＳ２では、その運転状態で診断が可能であるかどうかを判断する。本実施形態の診断は、気筒毎の噴射パルスの大きさ、燃圧変化、及び、回転変動に基づくものであるので、急加速時など運転状態が大きく変化しているときは診断が困難である。したがって、内燃機関の回転数や噴射パルスの変化率が所定値以上の時は、診断を行わない。
【００６２】
ステップＳ３では、前述の方法で、燃料噴射弁の流量を診断し、流量が異常な場合は、ステップＳ４で燃料噴射弁が異常である旨の警報を発する。
【００６３】
一方、ステップＳ３で、流量の異常が検出されなかった場合には、噴霧形状の診断に移ることになる。まず、ステップＳ５では、運転状態を検出して、その評価をすることである。ここでは、運転状態に大きな変化がないということに加えて、ストイキ燃焼かリーン燃焼かを検出・評価する。
【００６４】
ステップＳ６では、前記検出した運転状態が診断可能か否かを判断するところであり、運転状態が変化しているときは、診断精度が悪化するので診断を見合わせる。また、流量が正常なときに、噴霧形状が劣化しても、ストイキ燃焼では排気悪化につながりにくいので、感度の高いリーン燃焼のときに、噴霧形状の診断をする。ステップＳ７では、噴霧状態が異常であるか否かを判断する。噴霧異常が検出されなかったときは、燃料噴射弁の診断を終了する。
【００６５】
噴霧異常が検出されたときは、ステップＳ８に進み、燃圧または燃焼温度の上昇、噴射量の増加といった燃料噴射弁の再生処理をする。ステップＳ９では、再生処理後の運転状態を、再び確認し、ステップＳ１０では、診断に適した条件か否かを判断する。ステップＳ１１では、噴霧異常か否かを判断する。噴霧異常と判断された場合には、既に再生制御は行っているので、再生不可能な異常と判断し、ステップＳ１２で燃料噴射弁が異常であるとの警報を発する。これら一連の手続きを所定時間毎に繰り返す。
【００６６】
以上、本発明の燃料噴射装置の診断手段を備えた内燃機関の制御装置の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本件の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で変更できるものである。
【００６７】
〔産業上の利用可能性〕
以上の説明から理解されるように、本発明の燃料噴射弁の診断手段を備えた内燃機関の制御装置は、各気筒の燃料噴射量の補正量と前記内燃機関の回転変動とに基づいて、あるいは、燃料圧力に基づいて、燃料噴射弁の異常を容易に診断することができる。
【００６８】
また、燃料噴射弁の噴射量が異常と診断されれば、直ちに燃料噴射弁の異常を警報でき、燃料噴射弁の噴霧形状のみが異常と診断されれば、再生の可能性があるので再生処理をしてから診断をするので、排気悪化のおそれのある再生処理は必要なときのみ行うことができる。
更に、本発明の診断手段を備えた内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁の異常検出の精度を向上させることができ、無駄な部品交換を防ぐことができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の燃料噴射弁の診断手段を備えた内燃機関の制御装置は、各気筒の燃料噴射量の補正量と前記内燃機関の回転変動とに基づいて、あるいは、燃料圧力に基づいて、燃料噴射弁の異常を容易に診断することができる。また、燃料噴射弁の噴射量が異常と診断されれば、直ちに燃料噴射弁の異常を警報でき、燃料噴射弁の噴霧形状のみが異常と診断されれば、再生の可能性があるので再生処理をしてから診断をするので、排気悪化のおそれのある再生処理は必要なときのみ行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる内燃機関の構成図。
【図２】ＥＣＵの構成図。
【図３】噴射パルスの大きさに基づく噴射量の診断方式を表す概念図。
【図４】燃圧変化に基づく噴射量の診断方式を表す概念図。
【図５】噴射パルスの大きさと燃圧変化との関係を表す概念図。
【図６】燃料噴射系の構成図。
【図７】排気と回転変動の関係を表すグラフ。
【図８】噴霧角と排気の関係を表すグラフ。
【図９】噴射パルスまたは燃圧変化と回転変動の組み合わせから噴射弁を診断する方法を示す表。
【図１０】本発明の処理フローを示す制御フローチャート。
【符号の説明】
７…燃料噴射弁、１０…空燃比センサ、１３…クランク角度センサ、１５…電子制御装置、１６ａ…低圧燃料ポンプ、１６ｂ…高圧燃料ポンプ、１７…燃圧センサ、２４…燃料噴射弁駆動回路、２６…燃料ポンプ駆動回路、３５…回転数演算装置、４５…警報ランプ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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