特許 6615517 燃料噴射装置の故障診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6615517

(24)【登録日】2019年11月15日

(45)【発行日】2019年12月4日

(54)【発明の名称】燃料噴射装置の故障診断装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/22 20060101AFI20191125BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20191125BHJP

【ＦＩ】

   F02D41/22 380M

   F02D45/00 362P

   F02D45/00 370B

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-139723(P2015-139723)

(22)【出願日】2015年7月13日

(65)【公開番号】特開2017-20441(P2017-20441A)

(43)【公開日】2017年1月26日

【審査請求日】2018年6月25日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116920

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 光

(74)【代理人】

【識別番号】100165526

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 寛

(72)【発明者】

【氏名】中野 豊

(72)【発明者】

【氏名】松岡 靖彦

【審査官】 丸山 裕樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０６９６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４００１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ２９／００ − ２９／０６

Ｆ０２Ｄ４１／００ − ４５／００

Ｆ０２Ｍ３９／００ − ７１／０４

Ｇ０１Ｍ１５／００ − １５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの燃焼室内にディーゼル燃料を噴射する燃料噴射装置の故障を診断する故障診断装置であって、
燃料噴射量の指示値及び前記エンジンの回転数に基づいて、前記エンジンの回転数の増加に利用される燃料噴射量分を示す診断用指数を演算する演算部と、
前記エンジンの回転数の角加速度を検出する角加速度検出部と、
前記角加速度及び前記診断用指数に基づいて、前記燃料噴射装置が故障しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記演算部は、下記式（１）を用いて、前記診断用指数を演算する、
燃料噴射装置の故障診断装置。
Ｑ_Ｄ＝Ｆ_ｉｎ−（Ｒ_ａｖｅ−Ｒ_ｎｏｒ）×α…（１）
ただし、前記式（１）において、
Ｑ_Ｄは前記診断用指数、Ｆ_ｉｎは前記燃料噴射量の指示値、Ｒ_ａｖｅは前記エンジンの回転数の平均値、Ｒ_ｎｏｒは前記エンジンの基準回転数、αはエンジンの慣性モーメントに関する係数である。

【請求項2】

前記判定部は、前記角加速度と前記診断用指数についてのマップを用いて故障の判定を行い、前記角加速度と前記診断用指数を前記マップに当てはめて前記燃料噴射装置が故障しているか否かを判定する、
請求項１に記載の故障診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料噴射装置の故障診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンには、燃焼室内に燃料を噴射するための燃料噴射装置が設けられている。噴射された燃料噴射量を算出するものとして、特許文献１に記載の技術がある。この特許文献１では、外乱がないとした場合の燃料噴射量に対して、誤差分に相当する補正量を加算または減算して、燃料噴射量を算出している。誤差分としては、アクセル開度等によって定まる目標のエンジン回転数と、回転数センサ等によって検出されたエンジン回転数との誤差を適用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−３４００１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃焼室内に噴射された実際の燃料噴射量は測定できないため、燃料噴射量が指示値に対して正しく噴射されているか否かを判定することは容易ではない。エンジン回転数の増減に関わる角加速度と、エンジンＥＣＵからの燃料噴射量の指示値とを用いて、燃料噴射量が正しく噴射されているか否かを判定することが考えられている。しかしながら、エンジンの回転数が変化すると、エンジンの回転数の維持に消費される燃料消費量も異なるため、燃料噴射量が正しく噴射されているか否かを判定することは困難であった。

【0005】

本発明は、エンジンの回転数の変動による影響を抑えて、燃料噴射装置の故障の判定精度を向上させることが可能な燃料噴射装置の故障診断装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の燃料噴射装置の故障診断装置は、エンジンの燃焼室内にディーゼル燃料を噴射する燃料噴射装置の故障を診断する故障診断装置であって、燃料噴射量の指示値及びエンジンの回転数に基づいて、エンジンの回転数の増加に利用される燃料噴射量分を示す診断用指数を演算する演算部と、エンジンの回転数の角加速度を検出する角加速度検出部と、角加速度及び診断用指数に基づいて、燃料噴射装置が故障しているか否かを判定する判定部と、を備える。

【0007】

この燃料噴射装置の故障診断装置では、エンジンの回転数の増加に利用される燃料噴射量分を示す指標として診断用指数を算出する。燃料噴射量の一部は、エンジンの回転数の維持のために消費され、残りの燃料噴射量分は、エンジンの回転数の増加に利用される。この故障診断装置では、エンジンの回転数の増加に利用される燃料噴射量分を示す診断用指数と、エンジンの回転数の変化に関わる角加速度とに基づいて、燃料噴射装置が故障しているか否かを判定する。そのため、エンジンの回転数の変動によらず、エンジンの回転数の増加に利用される燃料噴射量分を考慮して、燃料噴射装置の故障を判定することができる。

【0008】

演算部は、下記式（１）を用いて、診断用指数を演算する。
Ｑ_Ｄ＝Ｆ_ｉｎ−（Ｒ_ａｖｅ−Ｒ_ｎｏｒ）×α…（１）
ただし、式（１）において、Ｑ_Ｄは診断用指数、Ｆ_ｉｎは燃料噴射量の指示値、Ｒ_ａｖｅはエンジンの回転数の平均値、Ｒ_ｎｏｒはエンジンの基準回転数、αはエンジンの慣性モーメントに関する係数である。

【0009】

この構成の燃料噴射装置の故障診断装置では、エンジンの回転数の平均値とエンジンの基準回転数の差分を取ることで、エンジンの回転数の変動を抑制して、診断用指数を演算することができる。また、エンジンの慣性モーメントに関する係数を用いて、式（１）を簡略化することができるので、計算負荷を低減することができる。

【0010】

また、演算部は、アイドル運転時における燃料噴射量の指示値及びエンジンの回転数に基づいて、診断用指数を演算する構成でもよい。このようにアイドル運転時におけるデータを用いることで、エンジン回転数の変動による影響を一層抑えることができ、故障判定の精度を向上させることができる。
また、判定部は、角加速度と診断用指数についてのマップを用いて故障の判定を行い、角加速度と診断用指数をマップに当てはめて燃料噴射装置が故障しているか否かを判定してもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、エンジンの回転数の変動による影響を抑えて、燃料噴射装置の故障の判定の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態の故障診断装置を示すブロック構成図である。

【図2】故障診断装置による故障診断の手順を示すフローチャートである。

【図3】燃料噴射装置の故障の有無を判定するために使用されるマップを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0014】

図１は、燃料噴射装置の故障診断装置を示すブロック構成図である。この故障診断装置１は、ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）２の燃焼室の内部にディーゼル燃料（例えば軽油）を噴射する燃料噴射装置３の故障の有無を判定するものである。

【0015】

エンジン２は、車両の駆動源として利用されるものである。エンジン２が搭載される車両は、特に限定されず、例えばトラック、バスもしくは重機等の大型車両や中型車両、普通乗用車、小型車両又は軽車両等であってもよい。また、エンジン２は、例えば船舶、鉄道、その他の発電設備等に適用されるものでもよい。また、ディーゼル燃料として、重油、バイオ燃料などその他の燃料を用いてもよい。

【0016】

燃料噴射装置３は、エンジンＥＣＵ４から出力された指示値に応じて、燃焼室内に噴射する燃料噴射量を調整する。

【0017】

エンジン２には、エンジン２の回転数を検出する回転数センサ５が設けられている。この回転数センサ５は、例えば、エンジン２のカムシャフトの回転パルスを検出する。回転数センサ５は、その他のクランクプーリー、フライホイール、中間軸などの回転パルスを検出してもよい。

【0018】

エンジンＥＣＵ４は、エンジン２の制御を司る電子制御ユニットであり、エンジン２と電気的に接続されている。エンジンＥＣＵ４は、例えば、エンジン２のアイドル運転を制御する。エンジンＥＣＵ４は、アイドル運転時において、一定の回転数（アイドル回転数）となるように、燃料噴射量を制御する。

【0019】

故障診断装置１は、電子制御ユニットによって構成され、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。故障診断装置１は、エンジンＥＣＵ４及び回転数センサ５と電気的に接続されている。

【0020】

故障診断装置１は、回転数検出部１１、角加速度検出部１２、演算部１３、判定部１４、及び記憶部１５を備える。

【0021】

回転数検出部１１は、回転数センサ５から出力された信号に基づいて、現在のエンジン２の回転数を算出する。角加速度検出部１２は、エンジン２から出力された信号に基づいて、エンジン２の回転数の角速度の変化を検出して、角加速度を算出する。

【0022】

演算部１３は、アイドル運転時における燃料噴射量の指示値及びエンジン２の回転数に基づいて、エンジン２の回転数の増加に利用される燃料噴射量分を示す指標として、診断用指数を演算する。燃料噴射量の指示値は、燃料噴射装置３に対する指示値であり、エンジンＥＣＵ４から出力される値である。

【0023】

診断用指数Ｑ_Ｄは、例えば、下記式（１）を用いて演算される。

【0024】

Ｑ_Ｄ＝Ｆ_ｉｎ−（Ｒ_ａｖｅ−Ｒ_ｎｏｒ）×α…（１）

【0025】

ただし、式（１）において、Ｆ_ｉｎは燃料噴射量の指示値、Ｒ_ａｖｅはエンジン２の回転数の平均値、Ｒ_ｎｏｒはエンジン２の基準回転数、αはエンジンの慣性モーメントに関する係数である。

【0026】

エンジン２の基準回転数は、任意の数値とすることができ、例えば、７５０［ｒｐｍ］とすることができる。エンジン２の慣性モーメントに関する係数αは、図３に示されるように、診断用指数Ｑ_Ｄとエンジン２の回転数の角加速度との関係を１次関数で表現することが可能な係数であり、エンジン２の回転の要素と慣性モーメントの要素とが含まれている。エンジン２の基準回転数に関するデータ及び慣性モーメントに関する係数αに関するデータは、記憶部１５に格納されている。

【0027】

図３は、燃料噴射装置の故障の有無を判定するために使用されるマップである。図３では、横軸に診断用指数Ｑ_Ｄ［ｍｍ^３／ｓｔ．ｃｙｌ．］を示し、縦軸にエンジン２の回転数の角加速度［ｒ／ｓ^２］（ｒ：回転数）を示している。診断用指数Ｑ_Ｄ［ｍｍ^３／ｓｔ．ｃｙｌ．］は、１気筒１ストローク当たりの燃料噴射量分である。

【0028】

図３中の直線Ｌ１は、正常領域Ａ_Ｎと故障領域Ａ_１との境界を示す線であり、エンジン２の回転数の角加速度が直線Ｌ１で示される境界を下回る場合には、故障領域Ａ_１に含まれる。図３中の直線Ｌ２は、正常領域Ａ_Ｎと故障領域Ａ_２の境界を示す線であり、エンジン２の回転数の角加速度が直線Ｌ２で示される境界を上回る場合には、故障領域Ａ_２に含まれる。そして、直線Ｌ１，Ｌ２で挟まれた領域は、正常領域Ａ_Ｎである。直線Ｌ１，Ｌ２は、例えば、車両から排出される排ガスを規制するための法規に基づいて設定することができる。

【0029】

また、図３中のグラフＧ１は、診断用指数Ｑ_Ｄとエンジン２の回転数の角加速度との関数であり、下記式（２）で表現される。
角加速度Ｆ_Ａ＝ａ×Ｑ_Ｄ＋ｂ…（２）

【0030】

次に、αの設定について説明する。まず、正常な燃料噴射装置を用いて実験を行い、燃料噴射量の指示値［ｍｍ^３／ｓｔ．ｃｙｌ．］とエンジンの回転数の角加速度の実測値［ｒ／ｓ^２］との関係をプロットする。このプロットされたグラフについて補正を行い、上記（２）で示される１次関数を作成する。そして、この式（２）を満たすＱ_Ｄとなるように、αを算出する。

【0031】

判定部１４は、エンジン２の回転数の角加速度及び診断用指数Ｑ_Ｄに基づいて、燃料噴射装置３が故障しているか否かを判定する。具体的には、図３に示すマップを参照して、判定を行う。図３に示すマップは、記憶部１５に格納されている。判定部１４は、演算部１３で演算された診断用指数Ｑ_Ｄと、角加速度検出部１２で検出された角加速度とを、図３に示すマップに当てはめて、何れの領域に該当するかを判断する。

【0032】

例えば、診断用指数Ｑ_Ｄが２５［ｍｍ^３／ｓｔ．ｃｙｌ．］であるときに、角加速度が１９０［ｒ／ｓ^２］以上２５０［ｒ／ｓ^２］以下である場合には、正常領域Ａ_Ｎに含まれる。診断用指数Ｑ_Ｄが２５［ｍｍ^３／ｓｔ．ｃｙｌ．］であるときに、角加速度が１９０［ｒ／ｓ^２］未満である場合には、故障領域Ａ_２に含まれる。この場合には、燃料噴射量の指示値に対して、実際の燃料噴射量が少ないので、検出された角加速度は低い値となる。診断用指数Ｑ_Ｄが２５［ｍｍ^３／ｓｔ．ｃｙｌ．］であるときに、角加速度が２５０［ｒ／ｓ^２］を超える場合には、故障領域Ａ_１に含まれる。この場合には、燃料噴射量の指示値に対して、実際の燃料噴射量が多いので、検出された角加速度が高い値となる。

【0033】

また、故障診断装置１には、表示部６が接続されている。表示部６は、例えば、液晶表示装置でもよく、警告ランプでもよい。燃料噴射装置３が故障している場合に、表示部６に表示することで、判定結果を運転者に報知する。

【0034】

次に、図２に示すフローチャートを参照して、故障診断装置１による故障診断の手順について説明する。

【0035】

まず、故障診断装置１は、エンジンＥＣＵ４から出力された信号に基づいて、アイドル運転中であるか否かを判定する。故障診断装置１は、アイドル運転中において、燃料噴射装置３の故障診断を行う。

【0036】

故障診断装置１は、燃料噴射装置３に対する燃料噴射量の指示値を、エンジンＥＣＵ４から入力する（ステップＳ１）。次に、故障診断装置１は、回転数検出部１１によって、エンジン２の回転数を検出する（ステップＳ２）。具体的には回転数センサ５から出力された回転パルスに関する信号を入力して、エンジン２の回転数を演算する。なお、回転数検出部１１はエンジンＥＣＵ４から出力された信号に基づいて、エンジン２の回転数を検出してもよい。

【0037】

次に、故障診断装置１の演算部１３は、燃料噴射量の診断用指数Ｑ_Ｄを演算する（ステップＳ３）。演算部１３は、下記式（１）を用いて、診断用指数Ｑ_Ｄを演算する。
Ｑ_Ｄ＝Ｆ_ｉｎ−（Ｒ_ａｖｅ−Ｒ_ｎｏｒ）×α…（１）

【0038】

次に、故障診断装置１は、角加速度検出部１２によって、エンジン２の回転数の角加速度を検出する（ステップＳ４）。具体的には回転数センサ５から出力された回転パルスに関する信号を入力して、エンジン２の回転数の角加速度を演算する。なお、角加速度検出部１２はエンジンＥＣＵ４から出力された信号に基づいて、エンジン２の回転数を検出してもよい。

【0039】

次に、故障診断装置１は、判定部１４によって、燃料噴射装置３が故障しているか否かを判定する（ステップＳ５）。判定部１４は、図３に示すマップを参照して、診断用指数Ｑ_Ｄに対して、エンジン２の回転数の角加速度が、マップ上の何れの領域（故障領域Ａ_１，Ａ_２、正常領域Ａ_Ｎ）に含まれるか判定し、燃料噴射装置３が故障しているか否かを判定する。正常領域Ａ_Ｎに含まれる場合には、燃料噴射装置は正常であると判定し（ステップＳ５：ＮＯ）、ここでの処理を終了する。故障領域Ａ_１，Ａ_２に含まれる場合には、燃料噴射装置３は故障していると判定し（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ６に進む。

【0040】

ステップＳ６では、故障診断装置１は、表示部６に指令信号を送信して、表示部６を用いて、燃料噴射装置３が故障していることを報知する。例えば、警告灯である表示部６を点灯する。

【0041】

この故障診断装置１では、エンジン２の回転数の増加に利用される燃料噴射量分を示す指標として診断用指数Ｑ_Ｄを算出している。燃料噴射量の一部は、エンジン２の回転数の維持のために消費され、残りの燃料噴射量分は、エンジン２の回転数の増加に利用される。この故障診断装置１では、エンジン２の回転数の増加に利用される燃料噴射量分を示す診断用指数Ｑ_Ｄと、エンジン２の回転数の変化に関わる角加速度とに基づいて、燃料噴射装置３が故障しているか否かを判定する。そのため、エンジン２の回転数が変動した場合であっても、エンジン２の回転数の増加に利用される燃料噴射量分を考慮して、燃料噴射装置３の故障の有無を判定することができる。その結果、エンジン２の回転数の変動による影響を抑えて、故障判定の精度を向上させることができる。

【0042】

また、故障診断装置１では、式（１）を用いて診断用指数Ｑ_Ｄを演算するので、エンジン２の回転数の平均値とエンジン２の基準回転数の差分を取ることで、エンジン２の回転数の変動を抑制して、診断用指数Ｑ_Ｄを演算することができる。また、エンジン２の慣性モーメントに関する係数αを用いて、式（１）を簡略化することができるので、計算負荷を低減することができる。その結果、処理能力が比較的低いＣＰＵを用いて演算することができる。

【0043】

また、故障診断装置１では、アイドル運転時におけるデータを用いて、故障判定を行っているので、エンジン回転数の変動を一定の範囲内に抑えることができ、回転数の変化による影響が抑制される。そのため、故障判定の精度が向上される。

【0044】

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

【0045】

上記実施形態では、エンジンＥＣＵ４とは、別に、故障診断装置１を備える構成としているが、故障診断装置１はエンジンＥＣＵ４に搭載された構成でもよい。

【0046】

また、演算部１３は、上記（１）を用いて、エンジン２の回転数の増加に利用される燃料噴射量分を示す診断用指数Ｑ_Ｄを演算しているが、その他の式を用いて、診断用指数Ｑ_Ｄを演算してもよい。また、エンジン２の回転数に応じて、診断用指数Ｑ_Ｄを算出するためのマップを算出しておき、このマップが記憶部に記憶されている構成でもよい。この場合には、演算部１３は記憶部に記憶されたマップを参照して、エンジン２の回転数に応じた診断用指数Ｑ_Ｄを演算する。

【符号の説明】

【0047】

１…故障診断装置（燃料噴射装置の故障診断装置）、２…ディーゼルエンジン、３…燃料噴射装置（ディーゼル燃料噴射装置）、４…エンジンＥＣＵ、５…回転数センサ、６…表示部、１１…回転数検出部、１２…角加速度検出部、１３…演算部、１４…判定部、１５…記憶部。

【図1】

【図2】

【図3】