特許 7708051 燃料噴射装置の異常検出装置

(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】

(24)【登録日】2025-07-07

(45)【発行日】2025-07-15

(54)【発明の名称】燃料噴射装置の異常検出装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20250708BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20250708BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 369

F02D43/00 301

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2022144663

(22)【出願日】2022-09-12

(65)【公開番号】P2024039923

(43)【公開日】2024-03-25

【審査請求日】2024-07-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】成田 航平

【審査官】村山 美保

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－６６１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１０８８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１８９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１７７６６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｄ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の燃焼室へ燃料を供給する燃料噴射装置の異常検出装置であって、
予め定められた規定期間内に、燃料タンクから前記燃料噴射装置へと供給される燃料の消費量の積算値を消費積算量として算出する第１積算処理と、
前記規定期間内に、前記燃料噴射装置から前記燃焼室へ噴射する要求噴射量の積算値を要求積算量として算出する第２積算処理と、
前記消費積算量から前記要求積算量を減算した差分の絶対値を、前記規定期間で除算した値を判定値としたとき、前記判定値が予め定められた閾値以上であるとき、前記燃料噴射装置の異常を検出する検出処理と、
を実行する
燃料噴射装置の異常検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料噴射装置の異常検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、内燃機関の燃焼室へ燃料を供給する燃料噴射装置と、内燃機関の制御装置と、が記載されている。特許文献１における内燃機関の制御装置は、空燃比センサが検出する空燃比を目標空燃比とすべく、燃料噴射装置からの要求噴射量をフィードバック制御する。そして、制御装置は、要求噴射量が許容値以上の場合には、フィードバック制御での補正値に基づいて異常検出を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１７２６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のような内燃機関では、吸入空気量を調整するスロットルバルブが劣化等することによって、スロットルバルブの動作に異常が発生することがある。また、内燃機関へ外気を吸入するための吸気通路に、デポジット等の異物が堆積して吸気通路に異常が発生することがある。これらの場合、燃料噴射装置そのものには異常がなくても、空燃比センサの値が異常値となり得る。そのため、特許文献１に記載されている技術では、スロットルバルブ等が異常状態であるにも拘らず、燃料噴射装置の異常を誤検出してしまう虞がある。よって、吸入空気量及びその影響を受ける空燃比の値を必ずしも要しないで、燃料噴射装置の異常を検出する技術が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するため、本発明は、内燃機関の燃焼室へ燃料を供給する燃料噴射装置の異常検出装置であって、予め定められた規定期間内に、燃料タンクから前記燃料噴射装置へと供給される燃料の消費量の積算値を消費積算量として算出する第１積算処理と、前記規定期間内に、前記燃料噴射装置から前記燃焼室へ噴射する要求噴射量の積算値を要求積算量として算出する第２積算処理と、前記消費積算量から前記要求積算量を減算した差分の絶対値を、前記規定期間で除算した値を判定値としたとき、前記判定値が予め定められた閾値以上であるとき、前記燃料噴射装置の異常を検出する検出処理と、を実行する燃料噴射装置の異常検出装置である。

【0006】

上記構成によれば、判定値は、消費積算量と要求積算量とから算出される。そして、消費積算量と要求積算量との差分は、吸入空気量の大小に影響を受けない。よって、仮に、吸入空気量を調整するスロットルバルブ等に異常が発生して吸入空気量が変動したとしても、それに起因して燃料噴射装置の異常が検出されることはない。一方で、消費積算量と要求積算量との差分は、燃料噴射装置及び燃料噴射装置への燃料の供給経路の異常に影響を受ける。したがって、吸入空気量及びその影響を受ける値を要さずとも、燃料噴射装置の異常を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、内燃機関を示す概略図である。

【図2】図２は、異常検出の一連の処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（一実施形態）
以下、燃料噴射装置の異常検出装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。

【0009】

＜内燃機関の概要＞
図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２と、ピストン１３と、気筒１４と、を備えている。気筒１４は、シリンダブロック１１の内部に区画されている円柱状の空間である。気筒１４の軸方向における両側は、シリンダブロック１１の外部に開口している。ピストン１３は、気筒１４に配置されている。ピストン１３の頂面は、気筒１４の軸方向の第１端を向いている。シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１１に連結している。シリンダヘッド１２の外面は、凹部１５を有している。凹部１５は、気筒１４の軸方向で、当該気筒１４と向かい合っている。気筒１４を区画するシリンダブロック１１の壁面、凹部１５の壁面、及びピストン１３の頂面は、燃焼室Ｒを区画している。

【0010】

内燃機関１０は、コネクティングロッド１６と、クランク軸１７とを備えている。コネクティングロッド１６は、ピストン１３に連結している。コネクティングロッド１６は、ピストン１３を挟んでシリンダヘッド１２とは反対方向に延びている。クランク軸１７は、コネクティングロッド１６に連結している。クランク軸１７及びコネクティングロッド１６は、ピストン１３の往復運動を回転運動に変換する。

【0011】

シリンダヘッド１２は、吸気ポート１８を有している。吸気ポート１８は、シリンダヘッド１２の内部に区画されている空間である。吸気ポート１８の第１端は、凹部１５に向けて開口している。吸気ポート１８の第２端は、シリンダヘッド１２の外部に向けて開口している。

【0012】

シリンダヘッド１２は、排気ポート１９を有している。排気ポート１９は、シリンダヘッド１２の内部に区画されている空間である。排気ポート１９の第１端は、凹部１５に向けて開口している。排気ポート１９の第２端は、シリンダヘッド１２の外部に向けて開口している。

【0013】

内燃機関１０は、吸気バルブ２０と、排気バルブ２１とを備えている。吸気バルブ２０は、吸気ポート１８の第１端を開閉する弁である。排気バルブ２１は、排気ポート１９の第１端を開閉する弁である。

【0014】

なお、図１では、燃焼室Ｒと、燃焼室Ｒに連結している吸気ポート１８及び排気ポート１９とを１組のみ図示しているが、内燃機関１０は、燃焼室Ｒと、燃焼室Ｒに連結している吸気ポート１８及び排気ポート１９等と、を複数組備えている。

【0015】

内燃機関１０は、外気を吸入するための吸気通路３１を備えている。吸気通路３１は、吸気ポート１８の第２端に接続している。吸気通路３１は、スロットルバルブ３２を収容している。スロットルバルブ３２は、弁開度の変更を通じて、吸気通路３１を流れる空気の流量である吸入空気量ＧＡを調整する。吸気通路３１から吸入された空気は、吸気ポート１８を介して、燃焼室Ｒに流れ込む。

【0016】

内燃機関１０は、燃料噴射装置３３を備えている。燃料噴射装置３３は、シリンダヘッド１２に取り付けられている。そのため、燃料噴射装置３３は、吸気通路３１のスロットルバルブ３２よりも下流側の部分に位置している。燃料噴射装置３３は、吸気ポート１８に燃料を噴射する。これにより、燃料噴射装置３３は、燃焼室Ｒに燃料を供給する。

【0017】

内燃機関１０は、点火プラグ３５を備えている。点火プラグ３５は、シリンダヘッド１２に取り付けられている。点火プラグ３５は、吸気ポート１８と排気ポート１９との間に位置している。点火プラグ３５は、燃焼室Ｒに導入された混合気をスパークにより点火する。

【0018】

内燃機関１０は、燃焼室Ｒでの燃焼により生じた排ガスの排出路である排気通路４１を備えている。排気通路４１は、排気ポート１９の第２端に接続している。排気通路４１は、排気浄化触媒４２を収容している。排気浄化触媒４２は、排気中の例えば一酸化炭素や窒素酸化物を浄化する。

【0019】

また、内燃機関１０は、燃料供給装置５０を備えている。燃料供給装置５０は、燃料タンク５１と、燃料供給路５２と、燃料ポンプ５３と、を備えている。
燃料タンク５１は、燃料を貯留するタンクである。燃料供給路５２の第１端は、燃料タンク５１内に位置している。また、燃料供給路５２の第２端は、燃料噴射装置３３に接続している。そして、燃料ポンプ５３は、燃料供給路５２の途中に位置している。燃料ポンプ５３は、燃料タンク５１から燃料を汲み上げて、燃料噴射装置３３に供給する。

【0020】

内燃機関１０は、クランク角センサ９１を備えている。クランク角センサ９１は、クランク軸１７の近傍に位置している。クランク角センサ９１は、クランク軸１７の回転位相ＳＣを検出する。

【0021】

内燃機関１０は、エアフロメータ９２を備えている。エアフロメータ９２は、吸気通路３１におけるスロットルバルブ３２よりも上流側に位置している。エアフロメータ９２は、吸気通路３１を流通する空気の流量である吸入空気量ＧＡを検出する。

【0022】

内燃機関１０は、燃料流量センサ９３を備えている。燃料流量センサ９３は、燃料供給路５２に位置している。燃料供給路５２は、燃料供給路５２を流通する燃料の流量である燃料流量ＦＡを検出する。なお、燃料流量ＦＡは、単位時間あたりに燃料タンク５１から燃料噴射装置３３へ供給される燃料の消費量である。

【0023】

内燃機関１０を搭載している車両は、制御装置１００を備えている。制御装置１００は、内燃機関１０を制御対象としている。制御装置１００は、クランク軸１７の回転位相ＳＣを示す信号を、クランク角センサ９１から取得する。制御装置１００は、吸入空気量ＧＡを示す信号を、エアフロメータ９２から取得する。制御装置１００は、燃料流量ＦＡを示す信号を、燃料流量センサ９３から取得する。

【0024】

制御装置１００は、ＣＰＵ１０１、周辺回路１０２、ＲＯＭ１０３、記憶装置１０４、及びバス１０５を備えている。バス１０５は、ＣＰＵ１０１、周辺回路１０２、ＲＯＭ１０３、及び記憶装置１０４を互いに通信可能に接続している。周辺回路１０２は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路、電源回路、リセット回路等を含む。ＲＯＭ１０３は、ＣＰＵ１０１が各種の制御を実行するための各種のプログラムを予め記憶している。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３に記憶された各種のプログラムを実行することにより、内燃機関１０の燃料噴射装置３３を制御する。特に、ＲＯＭ１０３は、燃料噴射装置３３の異常を検出するための異常検出プログラムを記憶している。また、ＣＰＵ１０１は、検出及び算出した値を、予め定められた期間分だけ、記憶装置１０４に時系列データとして記憶する。そして、制御装置１００は、燃料噴射装置３３の異常検出装置として機能する。

【0025】

制御装置１００は、燃料噴射装置３３を制御対象として、噴射制御処理を実行する。噴射制御処理では、ＣＰＵ１０１は、先ず、１回の燃焼に供される燃料の量である要求噴射量を算出する。ＣＰＵ１０１は、機関負荷及び機関回転速度に基づいて要求噴射量を算出する。なお、本実施形態では、機関負荷として、吸入空気量ＧＡを機関回転速度によって除算した値が用いられる。ＣＰＵ１０１は、クランク角センサ９１から取得した回転位相ＳＣに基づいて機関回転速度を算出する。

【0026】

＜異常検出に関する一連の処理＞
ＣＰＵ１０１は、内燃機関１０が駆動している状態では、予め定められた頻度で、ＲＯＭ１０３に記憶された異常検出プログラムを繰り返し実行する。

【0027】

図２に示すように、ＣＰＵ１０１は、異常検出プログラムを開始すると、先ずステップＳ１１の処理を行う。ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０１は、第１積算処理を行う。第１積算処理では、ＣＰＵ１０１は、消費積算量ＣＶを算出する。消費積算量ＣＶは、予め定められた規定期間ＲＴ内に、燃料タンク５１から燃料噴射装置３３へと供給される燃料の消費量の積算値である。具体的には、ＣＰＵ１０１は、現在時刻から予め定められた一定時間前の時刻までを規定期間ＲＴとする。そして、ＣＰＵ１０１は、記憶装置１０４が記憶している燃料流量ＦＡの時系列データを参照して、規定期間ＲＴ内の燃料流量ＦＡを積算し、これを消費積算量ＣＶとする。その後、ＣＰＵ１０１は、処理をステップＳ１２へ進める。

【0028】

ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０１は、第２積算処理を行う。第２積算処理では、ＣＰＵ１０１は、要求積算量ＤＶを算出する。要求積算量ＤＶは、規定期間ＲＴ内に、燃料噴射装置３３から燃焼室Ｒへ噴射する要求燃料量の積算値である。具体的には、ＣＰＵ１０１は、記憶装置１０４が記憶している要求噴射量の時系列データを参照して、規定期間ＲＴ内の要求噴射量を積算し、これを要求積算量ＤＶとする。なお、ステップＳ１２での規定期間ＲＴは、ステップＳ１１での規定期間ＲＴと同一の時間である。その後、ＣＰＵ１０１は、処理をステップＳ１３へ進める。

【0029】

ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０１は、判定値算出処理を行う。判定値算出処理では、ＣＰＵ１０１は、判定値ＪＶを算出する。判定値ＪＶは、消費積算量ＣＶから要求積算量ＤＶを減算した差分Ｄの絶対値を、規定期間ＲＴで除算した値である。具体的には、ＣＰＵ１０１は、消費積算量ＣＶから要求積算量ＤＶを減算して差分Ｄを算出する。次に、ＣＰＵ１０１は、差分Ｄの絶対値を規定期間ＲＴで除算して判定値ＪＶを算出する。したがって、判定値ＪＶは常に正の値である。その後、ＣＰＵ１０１は、処理をステップＳ１４へ進める。

【0030】

ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０１は、判定値ＪＶが予め定められた閾値ＴＨ以上であるか否かを判定する。閾値ＴＨは、燃料噴射装置３３が劣化等によって、正常に機能しなくなっている状態、つまり異常状態となったときの差分Ｄの絶対値を規定期間ＲＴで除算した値として予め試験やシミュレーションによって定められている。判定値ＪＶが閾値ＴＨ未満であったとき（Ｓ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、今回の一連の処理を終了する。一方で、判定値ＪＶが閾値ＴＨ以上であったとき（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、処理をステップＳ１５へ進める。

【0031】

ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０１は、検出処理を行う。検出処理では、ＣＰＵ１０１は、燃料噴射装置３３の異常を検出する。具体的には、記憶装置１０４に記憶している燃料噴射装置３３の状態パラメータを、異常状態を示す状態とする。その後、ＣＰＵ１０１は、今回の一連の処理を終了する。

【0032】

なお、ＣＰＵ１０１は、記憶装置１０４に記憶している燃料噴射装置３３の状態パラメータが異常状態を示す状態となると、例えば、異常状態を示す警告をユーザに行う。具体的には、内燃機関１０が搭載されている車両のディスプレイに、異常状態を示すメッセージを表示する。そして、ディーラなどによって燃料噴射装置３３が交換等された場合に、記憶装置１０４に記憶している燃料噴射装置３３の状態パラメータは、正常状態を示す状態に変更される。

【0033】

（実施形態の作用）
上記実施形態によれば、劣化等によって燃料噴射装置３３が想定よりも多い燃料を噴射したり、想定よりも少ない燃料を噴射したりするようになる。この場合、判定値ＪＶは、燃料噴射装置３３が劣化するほど、大きな値となる。そして、ステップＳ１４において肯定判定されたとき、すなわち判定値ＪＶが閾値ＴＨ以上であるとき、ＣＰＵ１０１は、検出処理を行う。

【0034】

（実施形態の効果）
上記実施形態によれば、判定値ＪＶは、消費積算量ＣＶと要求積算量ＤＶとから算出される。そして、消費積算量ＣＶと要求積算量ＤＶとの差分Ｄは、吸入空気量ＧＡの大小に影響を受けない。よって、仮に、吸入空気量ＧＡを調整するスロットルバルブ３２に異常が発生して吸入空気量ＧＡが変動したとしても、それに起因して燃料噴射装置３３の異常が検出されることはない。また、仮に、吸気通路３１に、デポジット等の異物が堆積して吸気通路３１に異常が発生して吸入空気量ＧＡが変動したとしても、それに起因して燃料噴射装置３３の異常が検出されることはない。一方で、消費積算量ＣＶと要求積算量ＤＶとの差分Ｄは、燃料噴射装置３３及び燃料噴射装置３３への燃料供給路５２の異常に影響を受ける。したがって、吸入空気量ＧＡ及びその影響を受ける値を要さずとも、燃料噴射装置３３の異常を検出できる。

【0035】

（その他の実施形態）
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0036】

・判定値ＪＶの算出の仕方は、上記実施形態の例に限られない。例えば、消費積算量ＣＶを規定期間ＲＴで除算した値から、要求積算量ＤＶを規定期間ＲＴで除算した値を減算して算出してもよい。

【0037】

・消費積算量ＣＶの算出の仕方は、上記実施形態の例に限られない。例えば、燃料タンク５１に貯留されている燃料の重量を測定する質量センサによって、燃料の質量を検出するとする。このとき、規定期間ＲＴ内に、質量センサが検出した燃料の質量の変化量を、消費積算量ＣＶとして算出してもよい。

【0038】

・判定値ＪＶが閾値ＴＨ未満である場合において、判定値ＪＶと閾値ＴＨとの差分Ｄに基づいて、燃料噴射装置３３の寿命を推定してもよい。この変更例において、判定値ＪＶと閾値ＴＨとの差分Ｄが小さいほど、燃料噴射装置３３の寿命を短く推定すればよい。

【0039】

・判定値ＪＶが閾値ＴＨ未満である場合において、判定値ＪＶと閾値ＴＨとの差分Ｄの絶対値が一定の値を上回った場合に、車両のユーザに注意喚起を行ってもよい。
・燃料噴射装置３３は、吸気ポート１８に燃料を噴射する装置に限られない。例えば、燃料噴射装置３３は、燃焼室Ｒへ直接燃料を噴射する装置であってもよい。

【0040】

・燃料噴射装置３３の異常検出装置は、内燃機関１０の制御装置１００とは別の装置であってもよい。

【符号の説明】

【0041】

１０…内燃機関 ３３…燃料噴射装置 ５１…燃料タンク ＣＶ…消費積算量 Ｄ…差分 ＤＶ…要求積算量 ＪＶ…判定値 Ｒ…燃焼室 ＲＴ…規定期間 ＴＨ…閾値

【図1】

【図2】