JP6984433B2 - 燃料噴射弁の異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の燃料噴射弁を備える燃料噴射システムにおいて、燃料噴射弁の交換の要否を判定可能な燃料噴射弁の異常判定装置に関する。

特許文献１には、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化（燃圧波形）から燃料噴射弁の異常を判定する技術が開示されている。燃圧波形は噴射率波形（噴射状態）と相関があるため、燃圧波形から噴射状態を特定する所定のパラメータが算出される。算出された各パラメータを予め定められた閾値と比較することで、燃料噴射弁の異常の有無が判定される。そして、燃料噴射弁に異常があると判定された場合には、燃料噴射弁の異常原因を取り除くため、燃料噴射弁の交換などの対応が実施される。

特開２０１３−２５６９２２号公報

燃料噴射弁では、噴孔のデポジットの堆積により噴射状態にずれが生じることがあり、これに伴い、内燃機関の運転期間に対応して、要求噴射量に対する噴射量のずれ（以下、噴射ずれ量という）が単調増加することがある。この場合、内燃機関の各気筒の燃料噴射弁について、噴射ずれ量が、燃料噴射弁の交換指標となる閾値よりも大きくなることに基づいて、燃料噴射弁が交換される。また、一般に、噴射ずれ量が閾値よりも大きくなった場合には、全ての燃料噴射弁がまとめて交換されるか、又は、該当する燃料噴射弁のみが交換される。

しかしながら、全ての燃料噴射弁がまとめて交換される場合には、交換される必要がない燃料噴射弁が無駄に交換される不都合が生じる。また、該当する燃料噴射弁のみが交換される場合には、近い将来、他の燃料噴射弁も交換する必要が生じ、燃料噴射弁の交換が高頻度となる不都合が生じる。燃料噴射弁の交換の要求を適切に判定可能な技術が求められている。なお、このような課題は、噴孔のデポジットの堆積に限られず、内燃機関の運転期間に対応して噴射ずれ量が単純増加する燃料噴射弁の異常に共通の課題である。

本発明は、燃料噴射弁の交換の要求を適切に判定可能な燃料噴射弁の異常判定装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料噴射弁の異常判定装置は、内燃機関に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁を備える燃料噴射システムに適用され、前記燃料噴射弁ごとに、燃料噴射の実施時における実噴射量を算出する実噴射量算出部と、前記燃料噴射弁ごとに、前記実噴射量と要求噴射量との差分又はその相関値を噴射ずれ量として算出するずれ量算出部と、前記燃料噴射弁ごとに、前記噴射ずれ量が第１閾値よりも大きいことに基づいて、当該燃料噴射弁を交換する旨を判定する第１判定部と、前記複数の燃料噴射弁のいずれかについて前記第１判定部により交換する旨が判定された場合に、その燃料噴射弁以外の燃料噴射弁について、前記噴射ずれ量が、前記第１閾値よりも小さい第２閾値よりも大きければ、当該燃料噴射弁を交換する旨を判定し、前記噴射ずれ量が、前記第２閾値よりも小さければ、当該燃料噴射弁を交換しない旨を判定する第２判定部と、を備える。

燃料噴射弁は、噴孔のデポジットの堆積等により燃料噴射量のずれが生じることがあり、そのずれ量である噴射ずれ量は内燃機関の運転期間に対応して単調増加すると考えられる。そのため、ある燃料噴射弁の噴射ずれ量が第１閾値よりも大きい場合には、他の燃料噴射弁の噴射ずれ量も第１閾値近くまで増加していることがある。この場合に、噴射ずれ量が第１閾値よりも大きい燃料噴射弁のみが交換されると、近い将来、他の燃料噴射弁も交換する必要が生じ、燃料噴射弁の交換が高頻度となるおそれがある。他方で、噴射ずれ量の増加には燃料噴射弁ごとに個体差があるため、ある燃料噴射弁の噴射ずれ量が第１閾値よりも大きい場合でも、他の燃料噴射弁の噴射ずれ量が第１閾値近くまで増加していないことがある。この場合に、全ての燃料噴射弁が交換されると、他の燃料噴射弁が無駄に交換されるおそれがある。

この点、ある燃料噴射弁の噴射ずれ量が第１閾値よりも大きく、当該燃料噴射弁を交換する旨が判定された場合には、他の燃料噴射弁の噴射ずれ量が第１閾値よりも小さい第２閾値よりも大きければ、当該燃料噴射弁を交換する旨を判定する。これにより、噴射ずれ量が第１閾値近くまで増加している燃料噴射弁をまとめて交換することができ、燃料噴射弁の交換頻度を抑制できる。また、他の燃料噴射弁の噴射ずれ量が第２閾値よりも小さければ、当該燃料噴射弁を交換しない旨を判定する。これにより、噴射ずれ量が第１閾値近くまで増加していない燃料噴射弁が無駄に交換されることを抑制できる。これにより、燃料噴射弁の交換の要否を適切に判定することができる。

燃料噴射システムの構成を示す模式図。 駆動信号、噴射率、及び圧力波形を示すタイムチャート。 第１実施形態の異常検出処理の手順を示すフローチャート。 学習マップを説明する模式図。 第１実施形態の交換判定処理の手順を示すフローチャート。 異常判定処理の判定結果を示す表。 異常判定処理の判定結果を示すグラフ。 噴射補正時間の経年変化を示すグラフ。 第２実施形態の異常判定処理の手順を示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る燃料噴射弁の異常判定装置（以下、単に異常判定装置という）を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。以下に説明する異常判定装置は、車両用のエンジン（内燃機関）に搭載されたものであり、当該エンジンには、複数の気筒＃１〜＃４について高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させるディーゼルエンジンを想定している。

図１は、上記エンジンの各気筒＃１〜＃４に搭載された複数の燃料噴射弁１０、各々の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０、及び異常判定装置であるＥＣＵ３０等を備えた燃料噴射システム１００を示す模式図である。燃料噴射システム１００は、車両用のエンジンに搭載されている。

燃料噴射システム１００は、コモンレール式の燃料噴射システムであり、燃料タンク４０内の燃料が、燃料ポンプ４１により汲み上げられてコモンレール４２に圧送されて高圧状態で貯留され、コモンレール４２のオリフィス４２ａから燃料配管４２ｂを介して各気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁１０に分配供給される。複数の燃料噴射弁１０は、予め設定された順番で燃料の噴射を順次行う。なお、燃料ポンプ４１にはプランジャポンプが用いられているため、プランジャの往復動に同期して燃料は圧送される。

燃料噴射弁１０は、以下に説明するボデー１１、ニードル形状の弁体１２及びアクチュエータ１３等を備えて構成されている。ボデー１１は、内部に高圧通路１１ａを形成するとともに、燃料を噴射する噴孔１１ｂを形成する。弁体１２は、ボデー１１内に収容されて噴孔１１ｂを開閉する。

ボデー１１内には弁体１２に背圧を付与する背圧室１１ｃが形成されており、高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄは背圧室１１ｃと接続されている。高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄと背圧室１１ｃとの連通状態は制御弁１４により切り替えられており、電磁コイルやピエゾ素子等のアクチュエータ１３に通電して制御弁１４を図１の下方に押し下げ駆動させると、背圧室１１ｃは低圧通路１１ｄと連通して背圧室１１ｃ内の燃料圧力Ｐは低下する。その結果、弁体１２に付与される背圧力が低下して弁体１２はリフトアップ（開弁駆動）する。これにより、弁体１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面１１ｅから離座して、噴孔１１ｂからエンジンに燃料が噴射される。

一方、アクチュエータ１３への通電をオフして制御弁１４を図１の上方に駆動させると、背圧室１１ｃは高圧通路１１ａと連通して背圧室１１ｃ内の燃料圧力Ｐは上昇する。その結果、弁体１２に付与される背圧力が上昇して弁体１２はリフトダウン（閉弁駆動）する。これにより、弁体１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面１１ｅに着座して、噴孔１１ｂからの燃料噴射が停止される。

したがって、ＥＣＵ３０がアクチュエータ１３への通電を制御することで、弁体１２の開閉駆動が制御される。これにより、コモンレール４２から高圧通路１１ａに供給された高圧燃料は、弁体１２の開閉駆動に応じて噴孔１１ｂから噴射される。

燃圧センサ２０は、各々の燃料噴射弁１０に搭載されており、燃料噴射弁１０に供給される燃料の圧力を検出する。燃圧センサ２０は、以下に説明するステム２１（起歪体）及び燃圧センサ素子２２を備える。ステム２１はボデー１１に取り付けられており、ステム２１に形成されたダイヤフラム部２１ａが、高圧通路１１ａを流通する高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する。燃圧センサ素子２２はダイヤフラム部２１ａに取り付けられており、ダイヤフラム部２１ａで生じた弾性変形量に応じて圧力検出信号をＥＣＵ３０に出力する。

ＥＣＵ３０は、アクセルペダルの操作量やエンジン負荷、エンジン回転速度等に基づき要求噴射状態として、例えば要求噴射量Ｑｋや噴射時間ＴＱを算出する。噴射時間ＴＱは、噴射パルスとして出力される駆動信号Ｓｍ（図２（ａ）参照）のオン時間（すなわち通電時間）の長さを示す時間である。例えば、ＥＣＵ３０は、エンジン負荷及びエンジン回転速度に対応する最適噴射状態が記憶された噴射状態マップを記憶している。ＥＣＵ３０は、現状のエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づき、噴射状態マップを参照して要求噴射状態を算出する。ＥＣＵ３０は、算出した要求噴射状態に対応する要求噴射量Ｑｋを実現する駆動信号Ｓｍを生成し、燃料噴射弁１０に出力することで燃料噴射弁１０の駆動を制御する。

また、図２に示すように、ＥＣＵ３０は、燃圧センサ２０の検出値に基づき、燃料圧力Ｐの変化を圧力波形Ｐｗとして検出し、噴射に伴い生じた燃料の圧力降下量に基づき燃料の噴射率波形Ｑｗを算出する。圧力降下量は、所定の要求燃料圧力Ｐｔｇからの圧力の降下量を意味する。ＥＣＵ３０は、算出した噴射率波形Ｑｗから実噴射量Ｑｒを算出する。

ところで、燃料噴射弁１０では、噴孔１１ｂのデポジットの堆積等により、要求噴射量Ｑｋと実噴射量Ｑｒとに差分（ずれ）ΔＱが生じることがあり、その差分ΔＱを補正するために、噴射時間ＴＱの補正値である噴射補正時間ΔＴＱが算出される。この場合、要求噴射量Ｑｋに基づいて算出された噴射時間ＴＱが噴射補正時間ΔＴＱにより補正され、補正後の噴射時間ＴＱに基づいて駆動信号Ｓｍが設定される。そして、算出された噴射補正時間ΔＴＱが所定の第１閾値Ｌｅ１よりも大きくなった場合には、対応する燃料噴射弁１０に異常があると判定され、この燃料噴射弁１０を交換する旨が判定される。本実施形態において、噴射補正時間ΔＴＱが「相関値」及び「噴射ずれ量」に相当する。

噴射補正時間ΔＴＱはエンジンの運転期間に対応して単調増加すると考えられる。そのため、エンジンに設けられた複数の燃料噴射弁１０の１つに異常があると判定された場合には、他の燃料噴射弁１０の噴射補正時間ΔＴＱも第１閾値Ｌｅ１近くまで増加していることが想定される。この場合に、異常があると判定された燃料噴射弁１０のみが交換されると、近い将来、他の燃料噴射弁１０を交換する必要が生じ、燃料噴射弁１０の交換が高頻度となるおそれがある。

他方で、噴射補正時間ΔＴＱの増加には燃料噴射弁１０ごとに個体差があるため、複数の燃料噴射弁１０の１つに異常があると判定された場合であっても、他の燃料噴射弁１０の噴射補正時間ΔＴＱが第１閾値Ｌｅ１近くまで増加していないことがある。この場合に、全ての燃料噴射弁１０が交換されると、燃料噴射弁１０が無駄に交換される。

本実施形態のＥＣＵ３０は、上記問題を解決するために異常判定処理を実施する。異常判定処理は、複数の燃料噴射弁１０のいずれかについて交換する旨が判定された場合に、その燃料噴射弁１０以外の燃料噴射弁１０について、噴射補正時間ΔＴＱが、第１閾値Ｌｅ１よりも小さい第２閾値Ｌｅ２よりも大きければ、当該燃料噴射弁１０を交換する旨を判定し、噴射補正時間ΔＴＱが、第２閾値Ｌｅ２よりも小さければ、当該燃料噴射弁１０を交換しない旨を判定する処理である。これにより、燃料噴射弁１０の交換の要否を適切に判定することができる。

異常判定処理は、異常検出処理と、交換判定処理とを含む。以下では、異常検出処理、交換判定処理の順に説明する。

まず、異常検出処理について説明する。異常検出処理は、交換判定処理のトリガーとなる燃料噴射弁１０の異常を検出する処理である。異常検出処理は、ＥＣＵ３０により、エンジンの駆動中に繰り返し実施される。

図３は、異常検出処理の手順を示すフローチャートである。異常検出処理を開始すると、まずステップＳ１０において、エンジンが運転中であるかを判定する。エンジンを搭載された車両のＩＧスイッチがオンされている場合に、エンジンが運転中であると判定する。ステップＳ１０で否定判定すると、異常検出処理を終了する。

ステップＳ１０で肯定判定すると、ステップＳ１２で、燃料噴射弁１０ごとに、各燃料噴射弁１０の燃料圧力Ｐが所定の要求燃料圧力Ｐｔｇで安定状態であるかを判定する。所定の要求燃料圧力Ｐｔｇは、要求噴射状態に対応する燃料圧力Ｐであり、安定状態とは、一定の期間に亘って、燃料圧力Ｐが要求燃料圧力Ｐｔｇを中心とする所定範囲内にあることを意味する。複数の燃料噴射弁１０のいずれかについて安定状態でないと判定された場合に否定判定する。ステップＳ１２で否定判定すると、異常検出処理を終了する。

一方、複数の燃料噴射弁１０の全てについて安定状態であると判定された場合に肯定判定する。ステップＳ１２で肯定判定すると、ステップＳ１４で、燃料噴射弁１０による燃料噴射の実施時において燃圧センサ２０により検出された圧力波形Ｐｗを取得する。

ステップＳ１６において、燃料噴射弁１０ごとに、実噴射量Ｑｒを算出する。図２に示すように、燃圧センサ２０により検出された圧力波形Ｐｗより噴射率波形Ｑｗを算出し、算出した噴射率波形Ｑｗを噴射率波形Ｑｗの変動期間に亘って積分することで実噴射量Ｑｒを算出する。なお、噴射率波形Ｑｗの算出は、公知の方法に従って行うことができる。本実施形態において、ステップＳ１６の処理が「実噴射量算出部」に相当する。

ステップＳ１８において、燃料噴射弁１０ごとに、差分ΔＱを算出する。続くステップＳ２０において、燃料噴射弁１０ごとに、噴射補正時間ΔＴＱを算出する。本実施形態において、ステップＳ１８の処理が「ずれ量算出部」に相当する。噴射補正時間ΔＴＱは、例えば、前回の異常検出処理で算出された噴射補正時間ΔＴＱである前回噴射補正時間ΔＴＱｐと、ステップＳ１８で算出された差分ΔＱに相当するずれ時間ΔＴＺとを用いて、以下のように算出することができる。
ΔＴＱ＝（ｎ−１）／ｎ×ΔＴＱｐ＋ΔＴＺ（ｎ：自然数）・・・（式１）
なお、燃料噴射システム１００では、要求噴射量Ｑｋと実噴射量Ｑｒとが一致するようにフィードバック制御が実施されており、ステップＳ２０で算出された噴射補正時間ΔＴＱは、要求噴射量Ｑｋと実噴射量Ｑｒとを一致させるためのフィードバック制御の補正量として使用される。

ステップＳ２２において、燃料噴射弁１０ごとに、ステップＳ２０で算出された噴射補正時間ΔＴＱを内部のＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等に記憶する。噴射補正時間ΔＴＱは、噴射補正時間ΔＴＱが算出された噴射における要求噴射量Ｑｋ及び燃料圧力Ｐ（例えば、要求燃料圧力Ｐｔｇ）に関連つけて記憶される。本実施形態において、ステップＳ２２の処理が「記憶部」に相当する。

噴射補正時間ΔＴＱの記憶には、学習マップが用いられる。図４に示すように、学習マップでは、噴射補正時間ΔＴＱの記憶領域が、要求噴射量Ｑｋに対応させて複数の領域に区分されているとともに、燃料圧力Ｐに対応させて複数の領域に区分されている。噴射補正時間ΔＴＱは、要求噴射量Ｑｋ及び燃料圧力Ｐにより定められた複数の領域ごとに記憶される。

ステップＳ２４において、燃料噴射弁１０ごとに、ステップＳ２０で算出された噴射補正時間ΔＴＱが所定の第１閾値Ｌｅ１よりも大きいかを判定する。所定の第１閾値Ｌｅ１は、エンジンの正常運転が可能な最大の噴射時間ＴＱｍａｘに基づいて定められる。複数の燃料噴射弁１０の全てについて噴射補正時間ΔＴＱが第１閾値Ｌｅ１よりも小さい場合に否定判定する。ステップＳ２４で否定判定すると、異常検出処理を終了する。

一方、複数の燃料噴射弁１０のいずれかについて、噴射補正時間ΔＴＱが第１閾値Ｌｅ１よりも大きい場合に肯定判定する。ステップＳ２４で肯定判定すると、ステップＳ２６でＭＩＬ（Malfunction Indicator Lump）を点灯させ、異常検出処理を終了する。これにより、車両がユーザにより修理工場等のサービスステーションに持ち込まれ、サービスステーションにおいて交換判定処理が実施される。

図５は、交換判定処理の手順を示すフローチャートである。交換判定処理は、燃料噴射弁１０の異常の発生に伴い、交換対象の燃料噴射弁１０（以下、単に交換対象という）を判定する処理である。交換判定処理は、サービスステーションにおける専用の制御装置（図示せず）からの指示を受けたＥＣＵ３０により実施される。なお、交換判定処理は、車両を停止させ、かつ、エンジンを運転させた状態、つまり、アイドル状態において実施される。

交換判定処理を開始すると、まずステップＳ４０において、各燃料噴射弁１０の燃料圧力Ｐを所定の第１要求燃料圧力Ｐｔｇ１に設定する。所定の第１要求燃料圧力Ｐｔｇ１は、車両のアイドリング時の燃料圧力Ｐであり、例えば３０ＭＰａである。続くステップＳ４２で、燃料噴射弁１０ごとに、各燃料噴射弁１０の燃料圧力Ｐが第１要求燃料圧力Ｐｔｇ１で安定状態であるかを判定する。複数の燃料噴射弁１０のいずれかについて安定状態でないと判定された場合に否定判定する。ステップＳ４２で否定判定すると、ステップＳ４４で第１異常が発生していると判定し、交換判定処理を終了する。

ここで、第１異常とは、例えば燃料配管４２ｂの凹みや亀裂により、燃料噴射弁１０の燃料圧力Ｐに脈動が生じたり、燃料噴射弁１０の燃料圧力Ｐが十分に上昇しない異常である。第１異常が発生している場合には、燃料噴射弁１０に異常が発生していなくても、燃料噴射弁１０が正常な噴射をすることができない。この場合、第１異常の原因が除去された後に、再び異常判定処理が実施され、燃料噴射弁１０の異常が判定される。

一方、複数の燃料噴射弁１０の全てについて安定状態であると判定された場合に肯定判定する。ステップＳ４２で肯定判定すると、ステップＳ４６で、燃料噴射弁１０による燃料噴射の実施時において燃圧センサ２０により検出された圧力波形Ｐｗを取得する。

ステップＳ４８において、燃料噴射弁１０ごとに、燃圧センサ２０により検出された圧力波形Ｐｗに噴射波形が含まれているかを判定する。具体的には、圧力波形Ｐｗに、燃料噴射弁１０の駆動信号Ｓｍに対応する立ち下がり波形Ｗｄ、及び、立ち上がり波形Ｗｕ（図２参照）が観測されるかを判定する。図２（ｃ）に破線Ｆ１で示すように、複数の燃料噴射弁１０のいずれかについて圧力波形Ｐｗに噴射波形が含まれていない場合に否定判定する。ステップＳ４８で否定判定すると、ステップＳ５０で第２異常が発生していると判定し、交換判定処理を終了する。本実施形態において、ステップＳ４８の処理が「波形判定部」に相当する。

ここで、第２異常とは、例えばＥＣＵ３０と燃料噴射弁１０とを接続する信号線の断線や、燃料噴射弁１０への異物の混入等の突発的な異常である。第２異常が発生している場合には、燃料噴射弁１０が噴射をすることができない。この場合、第２異常の原因が除去された後に、再び異常判定処理が実施され、他の燃料噴射弁１０の異常が判定される。

一方、図２（ｃ）に実線Ｆ２で示すように、複数の燃料噴射弁１０の全てについて圧力波形Ｐｗに噴射波形が含まれている場合に肯定判定する。ステップＳ４８で肯定判定すると、ステップＳ５２で各燃料噴射弁１０の燃料圧力Ｐを所定の第２要求燃料圧力Ｐｔｇ２に設定する。所定の第２要求燃料圧力Ｐｔｇ２は、所定の高速走行状態の燃料圧力Ｐであり、例えば１７０ＭＰａである。なお、所定の高速走行状態は、車速が所定速度（例えば８０ｋｍ／ｈ）以上となる状態を意味する。

続くステップＳ５４〜５８において、燃料噴射弁１０から燃料を噴射させ、噴射に伴う圧力波形Ｐｗに噴射波形が含まれているかを判定する。なお、ステップＳ５４〜５８の処理は、前述のステップＳ４２、４６、４８の処理と略同一の処理であり、重複した説明を省略する。ステップＳ４８、Ｓ５８において、複数の燃料噴射弁１０の全てについて圧力波形Ｐｗに噴射波形が含まれていることを条件に、ステップＳ６０に進み、燃料噴射弁１０の交換の要否を判定する。

ステップＳ６０において、燃料噴射弁１０ごとに、噴射補正時間ΔＴＱの代表値ΔＴＱｒを選択する。代表値ΔＴＱｒは、学習マップにおける複数の領域に記憶されている噴射補正時間ΔＴＱから選択される。具体的には、領域ごとに記憶された複数の噴射補正時間ΔＴＱのうち、最も大きい噴射補正時間ΔＴＱｍａｘを代表値ΔＴＱｒとして選択する。

ステップＳ６２において、燃料噴射弁１０ごとに、ステップＳ６０で選択された代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きいかを判定する。複数の燃料噴射弁１０の全てについて代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも小さい場合に否定判定する。ステップＳ６２で否定判定すると、交換判定処理を終了する。

一方、複数の燃料噴射弁１０のいずれかについて代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きい場合に肯定判定する。ステップＳ６２で肯定判定すると、ステップＳ６３に進み、ステップＳ６２で代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きいと判定された燃料噴射弁１０を、交換対象と判定する。つまり、代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きいことに基づいて、当該燃料噴射弁１０を交換する旨を判定する。本実施形態において、ステップＳ６２の処理が「第１判定部」に相当する。

続くステップＳ６４において、ステップＳ６２で代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きいと判定された燃料噴射弁１０以外の燃料噴射弁（以下、非異常燃料噴射弁という）１０について、ステップＳ６０で選択された代表値ΔＴＱｒが所定の第２閾値Ｌｅ２よりも大きいかを判定する。所定の第２閾値Ｌｅ２は、第１閾値Ｌｅ１よりも小さい期間であって、車両が所定期間（例えば半年、又は、車両が１００００ｋｍ走行する期間）使用された場合に、代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きくなることが予想される期間である。

ステップＳ６４では、非異常燃料噴射弁１０ごとに、代表値ΔＴＱｒが第２閾値Ｌｅ２よりも大きいかを判定し、この判定に基づいて、非異常燃料噴射弁１０ごとに、交換対象とするかを判定する（Ｓ６６、Ｓ６８）。具体的には、ステップＳ６４で肯定判定すると、ステップＳ６６で、ステップＳ６４で代表値ΔＴＱｒが第２閾値Ｌｅ２よりも大きいと判定された非異常燃料噴射弁１０を、交換対象と判定し、交換判定処理を終了する。つまり、代表値ΔＴＱｒが、第２閾値Ｌｅ２よりも大きければ、当該燃料噴射弁１０を交換する旨を判定する。

一方、ステップＳ６４で否定判定すると、ステップＳ６８で、ステップＳ６４で代表値ΔＴＱｒが第２閾値Ｌｅ２よりも小さいと判定された非異常燃料噴射弁１０を、交換対象でない燃料噴射弁１０（以下、非交換対象という）と判定し、交換判定処理を終了する。つまり、代表値ΔＴＱｒが第２閾値Ｌｅ２よりも小さければ、当該燃料噴射弁１０を交換しない旨を判定する。本実施形態において、ステップＳ６６、Ｓ６８の処理が「第２判定部」に相当する。

続いて、図６に、異常判定処理の判定結果の一例を示す。図６では、（ａ）、（ｂ）で示された２つの場合の判定結果が示されている。図６では、各気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁１０に対応する代表値ΔＴＱｒが閾値Ｌｅ１、Ｌｅ２よりも大きいものが「〇」と示されており、閾値Ｌｅ１、Ｌｅ２よりも小さいものが「×」と示されており、判定対象でないものが「−」と示されている。また、図６では、各気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁１０が交換対象と判定されたものが「〇」と示されており、非交換対象と判定されたものが「×」と示されている。

図６（ａ）には、各気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁１０の噴射補正時間ΔＴＱの増加速度にあまり差がない場合の判定結果を示す。この場合、図７（ａ）に示すように、気筒＃１に対応する代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きく、気筒＃２〜＃４に対応する代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりもわずかに小さく、かつ、第２閾値Ｌｅ２よりも大きい（図８のタイミングｔ参照）。

図８に示すように、噴射補正時間ΔＴＱは、エンジンの運転期間に対応して単調増加する。したがって、図６（ａ）に示す場合において、気筒＃１の燃料噴射弁１０のみが交換されると、図７（ａ）に破線で示されるように、車両が所定期間使用された場合に、気筒＃２〜＃４に対応する代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きくなり、気筒＃２〜＃４の燃料噴射弁１０を交換する必要が生じる。つまり、燃料噴射弁１０の交換が高頻度となる。

本実施形態によれば、図６（ａ）に示す場合において、気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁１０の全てが交換対象と判定されるので、燃料噴射弁１０の交換が高頻度となることが抑制される。

図６（ｂ）には、各気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁１０の噴射補正時間ΔＴＱの増加速度に差がある場合の判定結果を示す。この場合、図７（ｂ）に示すように、気筒＃１に対応する代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きく、気筒＃２〜＃４に対応する代表値ΔＴＱｒが第２閾値Ｌｅ２よりも小さい。

そのため、図７（ｂ）に破線で示されるように、車両が所定期間使用された場合でも、気筒＃２〜＃４に対応する代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きくならない。したがって、図６（ｂ）に示す場合において、気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁１０の全てが交換されると、気筒＃２〜＃４の燃料噴射弁１０がまだ使用できるのにもかかわらず、無駄に交換されることとなる。

本実施形態によれば、図６（ｂ）に示す場合において、気筒＃１の燃料噴射弁１０のみが交換対象と判定されるので、燃料噴射弁１０が無駄に交換されることが抑制される。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

本実施形態では、ある燃料噴射弁１０の噴射補正時間ΔＴＱが第１閾値Ｌｅ１よりも大きく、当該燃料噴射弁１０を交換する旨が判定された場合には、非異常燃料噴射弁１０の噴射補正時間ΔＴＱが第２閾値Ｌｅ２よりも大きければ、当該非異常燃料噴射弁１０を交換する旨を判定する（図６（ａ）参照）。これにより、噴射補正時間ΔＴＱが第１閾値Ｌｅ１近くまで増加している燃料噴射弁１０をまとめて交換することができ、燃料噴射弁１０の交換頻度を抑制できる。また、非異常燃料噴射弁１０の噴射補正時間ΔＴＱが第２閾値Ｌｅ２よりも小さければ、当該非異常燃料噴射弁１０を交換しない旨を判定する（図６（ｂ）参照）。これにより、噴射補正時間ΔＴＱが第１閾値Ｌｅ１近くまで増加していない燃料噴射弁１０が、無駄に交換されることを抑制できる。これにより、燃料噴射弁１０の交換の要否を適切に判定することができる。

ここで、噴射補正時間ΔＴＱは、要求噴射量Ｑｋ及び燃料圧力Ｐにより異なる。本実施形態では、噴射補正時間ΔＴＱが、要求噴射量Ｑｋ及び燃料圧力Ｐにより定められた複数の領域ごとに記憶される。そのため、要求噴射量Ｑｋ及び燃料圧力Ｐに対応した噴射補正時間ΔＴＱに基づいて、燃料噴射弁１０の交換の要否を適切に判定することができる。

特に本実施形態では、複数の領域に記憶されている噴射補正時間ΔＴＱのうち、最も大きい噴射補正時間ΔＴＱを代表値ΔＴＱｒとして選択し、この代表値ΔＴＱｒに基づいて、燃料噴射弁１０の交換の要否を判定する。そのため、最も大きい噴射補正時間ΔＴＱに基づいて、燃料噴射弁１０の交換の要否を正確に判定することができる。

噴射補正時間ΔＴＱは、実噴射量Ｑｒから算出される。そのため、異物混入等により燃料噴射弁１０に開異常又は閉異常が生じている場合には、燃料噴射弁１０から燃料を噴射することができないため、実噴射量Ｑｒを算出することができず、噴射補正時間ΔＴＱを算出することができない。

本実施形態では、圧力波形Ｐｗに立ち下がり波形Ｗｎや立ち下がり波形Ｗｄ等の噴射波形が観測されると判定されたことを条件に、燃料噴射弁１０の交換の要否を判定する。

要求噴射量Ｑｋと実噴射量Ｑｒとの差分ΔＱは、噴孔１１ｂのデポジットの堆積による噴孔１１ｂの詰まり以外を要因として生じることも考えられる。この場合、噴孔１１ｂの詰まり以外を要因とする場合には、燃料噴射に伴う圧力波形Ｐｗが正しく観測されないことがあると考えられる。

この点、本実施形態では、燃料噴射弁１０の交換の要否を判定する条件を、圧力波形Ｐｗに立ち下がり波形Ｗｎや立ち下がり波形Ｗｄ等の噴射波形が観測されると判定されたこと、とした。これにより、噴孔１１ｂの詰まりに起因して差分ΔＱが生じている状況において、燃料噴射弁１０の交換の要否を正確に判定することができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態に係る燃料噴射システム１００について図９を用いて説明する。第２実施形態に係る燃料噴射システム１００は、第１実施形態に係る燃料噴射システム１００と比べて、異常判定処理が異なる。以下では、第２実施形態の異常判定処理について説明する。

図９に示すように、第２実施形態の異常判定処理が、第１実施形態の異常判定処理と異なる点は、異常判定処理が異常検出処理と交換判定処理とに分かれておらず、１つの連続した処理である点、及び、第１異常及び第２異常を判定しない点である。なお、図９において、先の図３、５で説明した内容と同一の内容については、説明を省略する。

異常検出処理は、ＥＣＵ３０により、エンジンの駆動中に繰り返し実施される。異常検出処理において、ステップＳ２６でＭＩＬが点灯させると、ステップＳ６０に進み、燃料噴射弁１０の交換の要否を判定する。ＭＩＬの点灯により、車両がユーザによりサービスステーションに持ち込まれると、サービスステーションにおける専用の制御装置は、ＥＣＵ３０から、異常判定処理の判定結果を読み出し、交換対象を特定する。

以上説明したように、本実施形態では、車両がユーザによりサービスステーションに持ち込まれる前に、交換対象を判定することができる。これにより、燃料噴射弁１０の交換の要否を早期に判定することができる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

実噴射量Ｑｒが、噴射率波形Ｑｗから算出される例を示したが、これに限られない。例えば、気筒＃１〜＃４ごとの燃焼に伴い生じるシリンダ容積の増減変化に伴うエンジン回転速度（瞬時回転速度）から、実噴射量Ｑｒを算出してもよい。

噴射補正時間ΔＴＱが、要求噴射量Ｑｋと実噴射量Ｑｒとの差分ΔＱに相関する噴射時間ＴＱの補正値である例を示したが、これに限られない。噴射補正時間ΔＴＱは、差分ΔＱそのものであってもよければ、差分ΔＱに相関する燃料圧力Ｐの補正値であってもよい。

燃料噴射弁１０ごとに、代表値ΔＴＱｒが第１閾値Ｌｅ１よりも大きいかを判定することは、各燃料噴射弁１０における代表値ΔＴＱｒのそれぞれを第１閾値Ｌｅ１と比較することに限られない。例えば、燃料噴射弁１０ごとに選択された複数の代表値ΔＴＱｒから、最も大きい代表値ΔＴＱｒを選択しておき、この最も大きい代表値ΔＴＱｒを第１閾値Ｌｅ１と比較してもよい。これにより、各燃料噴射弁１０における代表値ΔＴＱｒのそれぞれを第１閾値Ｌｅ１と比較する場合に比べて、異常判定処理の処理負担を軽減することができる。

学習マップが、要求噴射量Ｑｋ及び燃料圧力Ｐにより定められた複数の領域に区分されている例を示したが、これに限られない。学習マップは、要求噴射量Ｑｋ及び燃料圧力Ｐの一方により定められた複数の領域に区分されていてもよい。

代表値ΔＴＱｒが、要求噴射量Ｑｋ及び燃料圧力Ｐにより定められた複数の領域ごとに記憶された複数の噴射補正時間ΔＴＱのうち、最も大きい噴射補正時間ΔＴＱである例を示したが、これに限られない。代表値ΔＴＱｒは、複数の領域ごとに記憶された複数の噴射補正時間ΔＴＱの平均値でもよければ、中間値でもよい。

また、代表値ΔＴＱｒは、複数の領域のうちの所定の特定領域に記憶された複数の噴射補正時間ΔＴＱのうち、最も大きい噴射補正時間ΔＴＱであってもよい。所定の特定処理は、例えば高速走行状態など、車両においてユーザにより使用される頻度が高い領域である。これにより、ユーザにより高頻度に使用される特定領域の噴射補正時間ΔＴＱに基づいて、燃料噴射弁１０の交換の要否を正確に判定することができる。

交換判定処理が、サービスステーションにおける専用の制御装置からの指示を受けたＥＣＵ３０により実施される例を示したが、これに限られない。例えば、交換判定処理が、サービスステーションにおける専用の制御装置により実施されてもよい。この場合、ＥＣＵ３０とサービスステーションにおける専用の制御装置とをあわせたものが、異常判定装置に相当する。

ΔＴＱ…噴射補正時間、１０…燃料噴射弁、１００…燃料噴射システム、Ｌｅ１…第１閾値、Ｌｅ２…第２閾値、Ｑｋ…要求噴射量、Ｑｒ…実噴射量。

Claims (4)

1. 内燃機関に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁（１０）を備える燃料噴射システム（１００）に適用され、
   前記燃料噴射弁ごとに、燃料噴射の実施時における実噴射量（Ｑｒ）を算出する実噴射量算出部（Ｓ１６）と、
   前記燃料噴射弁ごとに、前記実噴射量と要求噴射量（Ｑｋ）との差分又はその相関値を噴射ずれ量（ΔＴＱ）として算出するずれ量算出部（Ｓ２０）と、
   前記燃料噴射弁ごとに、前記噴射ずれ量が第１閾値（Ｌｅ１）よりも大きいことに基づいて、当該燃料噴射弁を交換する旨を判定する第１判定部（Ｓ６３）と、
   前記複数の燃料噴射弁のいずれかについて前記第１判定部により交換する旨が判定された場合に、その燃料噴射弁以外の燃料噴射弁について、前記噴射ずれ量が、前記第１閾値よりも小さい第２閾値（Ｌｅ２）よりも大きければ、当該燃料噴射弁を交換する旨を判定し、前記噴射ずれ量が、前記第２閾値よりも小さければ、当該燃料噴射弁を交換しない旨を判定する第２判定部（Ｓ６６、Ｓ６８）と、
   を備える燃料噴射弁の異常判定装置。
2. 前記燃料噴射弁ごとに、前記ずれ量算出部により算出された前記噴射ずれ量を、前記要求噴射量及び燃料圧力の少なくとも一方により定められた複数の領域のうち該当する領域に記憶する記憶部（Ｓ２２）を備え、
   前記第１判定部及び前記第２判定部は、前記記憶部により記憶された前記噴射ずれ量に基づいて、前記燃料噴射弁の交換の要否を判定する請求項１に記載の燃料噴射弁の異常判定装置。
3. 前記第１判定部及び前記第２判定部は、前記複数の領域に記憶されている前記噴射ずれ量のうち、最も大きい噴射ずれ量（ΔＴＱｒ）に基づいて、前記燃料噴射弁の交換の要否を判定する請求項２に記載の燃料噴射弁の異常判定装置。
4. 前記燃料噴射システムは、前記燃料噴射弁ごとに設けられ、各前記燃料噴射弁に供給される燃料圧力を検出する燃圧センサ（２０）を備えており、
   前記燃料噴射弁ごとに、前記燃圧センサにより検出された燃料圧力の圧力波形（Ｐｗ）を取得し、その圧力波形において、前記燃料噴射弁の駆動信号に対応する立ち上がり波形及び立ち下がり波形が観測されるかを判定する波形判定部（Ｓ４８、Ｓ５８）を備え、
   前記第１判定部及び前記第２判定部は、前記複数の燃料噴射弁の全てについて、前記波形判定部により、前記駆動信号に対応する前記立ち下がり波形及び立ち下がり波形が観測されると判定されたことを条件に、前記燃料噴射弁の交換の要否を判定する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁の異常判定装置。

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