JP2012002173A - 燃圧波形取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多段噴射のうち２段目以降のいずれかの噴射を対象噴射とし、その対象噴射に起因した圧力波形を多段噴射時検出波形から高精度で抽出することを図った燃圧波形取得装置を提供する。
【解決手段】多段噴射を実施している時に燃圧センサにより検出される圧力波形を、多段噴射時検出波形Ｗとして取得する検出波形取得手段と、単段噴射を実施している時の圧力波形の規範となるモデル波形ＣＡＬｍが記憶されたモデル波形記憶手段と、多段噴射のうち２段目以降のいずれかの噴射を対象噴射（ｎ回目噴射）とし、モデル波形ＣＡＬｍのうち対象噴射よりも前段の噴射（ｎ−１回目噴射）を表した波形ＣＡＬｎを多段噴射時検出波形Ｗから差し引いて、対象噴射に起因した圧力波形を抽出する波形抽出手段Ｓ３５と、その抽出に用いるモデル波形ＣＡＬｎを、対象噴射の噴射期間Ｔｑｎが長いほど減衰度合いの大きい波形に補正する補正手段Ｓ３４と、を備える。
【選択図】 図７

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁から燃料を噴射させることに伴い生じる燃料圧力の変化を、圧力波形として取得する燃圧波形取得装置に関する。

内燃機関の出力トルク及びエミッション状態を精度良く制御するには、燃料噴射弁の噴孔から噴射される燃料の噴射量及び噴射開始時期等、その噴射状態を精度良く制御することが重要である。そこで特許文献１，２等には、噴孔に至るまでの燃料供給経路内で噴射に伴い生じる燃料圧力の変化を燃圧センサで検出することで、実際の噴射状態を検出する技術が開示されている。

例えば、噴射に伴い燃圧が下降を開始した時期を検出することで実際の噴射開始時期を検出したり、噴射に伴い生じた燃圧の下降量を検出することで実際の噴射量を検出することを図っている。このように実際の噴射状態を検出できれば、その検出値に基づき噴射状態を精度良く制御することができる。

特開２０１０−３００４号公報 特開２００９−５７９２４号公報

ところで、１燃焼サイクルあたりに燃料噴射を複数回行う多段噴射を実施する場合には次の点に留意する必要がある。すなわち、図５（ｂ）は、多段噴射を実施している時に燃圧センサにより検出された検出波形Ｗ（多段噴射時検出波形）を表すものであるが、この検出波形Ｗのうちｎ回目噴射に対応する部分の波形（図５（ｂ）中の一点鎖線参照）には、ｎ回目より前のｍ回目噴射（図５の例ではｍ＝n−１）に起因して生じる波形成分の余波（図５（ｄ）中の一点鎖線に示すうねり波形）が重畳している。

そこで上記特許文献１では、ｍ回目噴射を単段で実施している時の圧力波形を数式で表したモデル波形ＣＡＬｎ−１（図５（ｄ）参照）を予め記憶させておき、図５（ｅ）の如く検出波形Ｗからモデル波形ＣＡＬｎ−１を差し引くことで、ｎ回目噴射に起因した圧力波形Ｗｎ（図５（ｆ）参照）を抽出し、その抽出した圧力波形Ｗｎに基づき実際の噴射状態を検出している。

しかしながら、本発明者らが各種試験を実施したところ、上述の如く検出波形Ｗから単純にモデル波形ＣＡＬｎ−１を差し引くだけでは、ｎ回目噴射（対象噴射）に起因した圧力波形Ｗｎを精度良く抽出できていないことが分かった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、多段噴射のうち２段目以降のいずれかの噴射を対象噴射とし、その対象噴射に起因した圧力波形を多段噴射時検出波形から高精度で抽出することを図った燃圧波形取得装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、内燃機関で燃焼させる燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁と、前記噴孔から燃料を噴射させることに伴い前記噴孔に至るまでの燃料供給経路内で生じる燃料圧力の変化を検出する燃圧センサと、を備えた燃料噴射システムに適用されることを前提とする。

そして、前記内燃機関の１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射する多段噴射を実施している時に前記燃圧センサにより検出される圧力波形を、多段噴射時検出波形として取得する検出波形取得手段と、多段噴射のうち２段目以降のいずれかの噴射を対象噴射とした場合に、前記対象噴射を実施することなく前記対象噴射よりも前段の噴射を実施している時の、圧力波形の規範となるモデル波形が記憶されたモデル波形記憶手段と、前記モデル波形を前記多段噴射時検出波形から差し引いて、前記対象噴射に起因した圧力波形を抽出する波形抽出手段と、前記抽出に用いる前記モデル波形を、前記対象噴射の噴射期間が長いほど減衰度合いの大きい波形に補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。

本発明者らは、図５に例示するように多段噴射時検出波形Ｗからモデル波形ＣＡＬｎ−１を差し引いて抽出された圧力波形Ｗｎの精度について、以下に説明する試験１，２を実施して検証した。

試験１では先ず、多段噴射した時の検出波形Ｗを取得する（図９（ｂ）参照）。次に、前記多段噴射のうちｎ回目の噴射のみを単段噴射し、その時の検出波形Ｗ０ｎを取得する（図９（ｃ）参照）。そして、多段噴射時検出波形Ｗからｎ回目単段噴射時検出波形Ｗ０ｎを差し引く演算を実施して、図９（ｄ）に示す波形Ｗ０ｎ−１を取得する。

このようにして得られた波形Ｗ０ｎ−１は、ｎ−１回目の噴射のみを単段噴射した時の検出波形を表していると当初では想定していた。しかしながら前記波形Ｗ０ｎ−１は、ｎ−１回目単段噴射を表したモデル波形ＣＡＬｎ−１（図９（ｅ）参照）と、次の点で異なる波形になっていることが明らかとなった。すなわち、「検出波形Ｗ０ｎ−１のうちｎ回目噴射を開始した以降の部分に相当する波形の脈動振幅Ａ１は、モデル波形ＣＡＬｎ−１の脈動振幅Ａ２よりも小さくなっている」。

さらに、以下の試験２を実施したことにより、「ｎ回目噴射の噴射期間Ｔｑｎが長いほど検出波形Ｗ０ｎ−１の脈動振幅Ａ１が小さくなる」ことが明らかとなった。

試験２では、試験１により得られる脈動振幅の比率Ａ１／Ａ２が、ｎ回目の噴射期間を異ならせるとどのように変化していくかを試験しており、図１０は、その試験結果を示すグラフである。なお、図中の複数の実線は、燃料噴射弁へ供給する燃料の圧力を２００ＭＰａ、１４０ＭＰａ、８０ＭＰａ、４０ＭＰａと異ならせて試験した結果をそれぞれ表している。

図１０の試験結果は、供給燃圧がいくつであろうと、ｎ回目噴射の噴射期間Ｔｑｎが長いほど検出波形Ｗ０ｎ−１の脈動振幅Ａ１は小さくなっていくことを表している。ちなみに、ｎ回目噴射を実施しなかった場合（噴射期間Ｔｑｎの値がゼロ）には振幅比Ａ１／Ａ２は１となっており、このことは、ｎ回目噴射を実施したことによる影響で検出波形Ｗ０ｎ−１の脈動振幅Ａ１が小さくなっていることを表している。

このような現象が生じるメカニズムを本発明者らは次のように考察した。燃料供給経路内を伝播していく燃圧波動は噴孔へ向かって伝播した後、その燃圧波動の一部は噴孔部分で反射して燃圧センサへ向かって伝播していく。そして、このように反射してきた燃圧波動の影響を受けて、燃圧センサで検出される燃圧波形にうねり波形（図６（ｃ）（ｄ）中の漸近線ｋ１，ｋ２に沿った波形）が現れる。そして、燃料噴射を停止させるべく噴孔を閉弁させている時には、噴孔部分で燃圧波動が反射する度合いが大きくなるため脈動の振幅は大きくなる。

一方、燃料を噴射させるべく噴孔を開弁させている時には、前記燃圧波動の一部は噴孔から抜け出ていくので、前記反射の度合いが小さくなる。そのため、燃料噴射時には噴射停止時に比べて燃圧波形に含まれる脈動（うねり波形）の振幅が小さくなる。そして、開弁時間が長いほど、前記反射の量が少なくなるため脈動の振幅は小さくなる。

上記発明は、以上の試験１，２及び考察に基づき想起されたものであり、要するに、図５に例示する場合において、ｎ−１回目噴射に対応するモデル波形ＣＡＬｎ−１を多段噴射時検出波形Ｗから差し引いて、ｎ回目噴射（対象噴射）に起因した圧力波形Ｗｎを抽出するにあたり、前記モデル波形ＣＡＬｎ−１を、ｎ回目噴射の噴射期間が長いほど減衰度合いの大きい波形に補正するものである。

これによれば、多段噴射時検出波形Ｗからｎ回目単段噴射時検出波形Ｗ０ｎを差し引いて得られる実際の検出波形Ｗ０ｎ−１に、モデル波形ＣＡＬｎ−１を近づけることができるので、ｎ回目噴射（対象噴射）に起因した圧力波形Ｗｎを多段噴射時検出波形Ｗから高精度で抽出することができる。

請求項２記載の発明では、前記多段噴射のうちのｎ回目の噴射を前記対象噴射とした場合において、前記モデル波形記憶手段には、前記モデル波形として少なくともｎ−１回目の噴射による圧力波形を表すｎ−１回目モデル波形、及びｎ−２回目の噴射による圧力波形を表すｎ−２回目モデル波形が記憶されており、前記波形抽出手段は、前記多段噴射時検出波形から少なくとも前記ｎ−１回目モデル波形及び前記ｎ−２回目モデル波形を差し引くことで、前記ｎ回目の噴射に起因した圧力波形を抽出することを特徴とする。

ここで、図５及び図９の例示では、ｎ回目噴射の直前の噴射（ｎ−１回目噴射）に対応するモデル波形ＣＡＬｎ−１を検出波形Ｗから差し引いて圧力波形Ｗｎを抽出している。これに対し上記発明では、モデル波形ＣＡＬｎ−１のみならず、ｎ−２回目噴射に対応するモデル波形ＣＡＬｎ−２を検出波形Ｗからさらに差し引いて圧力波形Ｗｎを抽出する（図６参照）。圧力波形Ｗｎには、ｎ−１回目噴射に起因した波形のみならず、ｎ−２回目噴射に起因した波形も重畳しているので、検出波形Ｗからモデル波形ＣＡＬｎ−１及びモデル波形ＣＡＬｎ−２を差し引いて圧力波形Ｗｎを抽出する上記発明によれば、より一層高精度に圧力波形Ｗｎを抽出できる。

請求項３記載の発明では、前記補正手段は、前記ｎ−１回目モデル波形についてはｎ回目の噴射期間に基づき減衰度合いを補正し、前記ｎ−２回目モデル波形についてはｎ回目の噴射期間及びｎ−１回目の噴射期間に基づき減衰度合いを補正することを特徴とする。

図６（ｃ）に例示されるｎ−２回目モデル波形ＣＡＬｎ−２の脈動振幅Ａｎ−２の大きさは、ｎ回目の噴射期間Ｔｑｎが長いほど、かつ、ｎ−１回目の噴射期間Ｔｑｎ−１が長いほど小さくなる。この点を鑑みた上記発明によれば、Ｔｑｎ＋Ｔｑｎ−１に応じてｎ−２回目モデル波形ＣＡＬｎ−２の減衰度合いを補正するので、ｎ−２回目の噴射のみを単段噴射した時の検出波形にモデル波形ＣＡＬｎ−２を高精度で近づけることができる。よって、圧力波形Ｗｎを高精度で抽出することを促進できる。

請求項４記載の発明では、前記補正手段による減衰度合いを前記対象噴射の噴射期間が長いほど増大させるとともに、その噴射期間が長いほど、前記増大の変化率を小さくしていくことを特徴とする。

図８中の実線は、モデル波形の減衰度合いと対象噴射の噴射期間Ｔｑとの関係を例示するグラフであり、図８の縦軸は、モデル波形の減衰係数ｋに対する補正値ｃでありｋ×ｃが減衰度合いの補正量に相当し、図８の横軸は噴射期間Ｔｑを表す。そして、補正値ｃの値が大きいほど前記補正量（減衰度合い）が大きいことを示す。

上記発明は図８中の実線に例示される如く、噴射期間Ｔｑが長いほど減衰係数ｋを大きくするよう補正するとともに、噴射期間Ｔｑが長いほど減衰係数ｋの変化率を小さくする。要するに、上記発明にかかる減衰度合いと噴射期間の関係は、図８中の一点鎖線に示す直線とは異なり、減衰度合いを大きくする側に凸となる曲線データである。図１０の試験結果から明らかなように、噴射期間が長くなると振幅比Ａ１／Ａ２の変化率は小さくなる。この点に鑑みた上記発明によれば、噴射期間が長いほど、減衰度合いを増大させる変化率を小さくするので、多段噴射時検出波形Ｗからｎ回目単段噴射時検出波形Ｗ０ｎを差し引いて得られる検出波形Ｗ０ｎ−１にモデル波形ＣＡＬｎ−１を高精度で近づけることができる。よって、圧力波形Ｗｎを高精度で抽出することを促進できる。

請求項５記載の発明では、前記燃料噴射弁は、前記噴孔を開閉する弁体と、閉弁する向きに前記弁体へ燃料の背圧を付与する背圧室が形成されたボデーとを有し、前記背圧室の燃料をリークさせることにより前記弁体を開弁作動させるよう構成されているとともに、前記弁体を開弁作動させている噴射期間中には前記背圧室の燃料を常時リークさせるよう構成されたものであることを特徴とする。

上述した考察に基づけば、背圧室の燃料をリークさせている時には、前述した燃圧波動の一部はリーク通路から抜け出ていくので、燃圧波形に含まれる脈動の振幅はさらに小さくなる筈である。したがって、噴射期間中に背圧室の燃料を常時リークさせるよう構成された燃料噴射弁においては、上記請求項１記載の補正手段による補正を実施しなければ、図９（ｄ）に例示する検出波形Ｗ０ｎ−１とモデル波形ＣＡＬｎ−１とのずれは極めて大きくなってしまい、圧力波形Ｗｎを高精度で抽出できなくなるといった問題が顕著となる。

この点を鑑みた上記請求項５記載の発明によれば、燃料を常時リークさせる燃料噴射弁に請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明を適用させるので、補正手段による補正を実施することによる「圧力波形Ｗｎを高精度で抽出できる」といった効果が好適に発揮される。

本発明の一実施形態にかかる燃圧波形取得装置が適用された、燃料噴射システムの概略を示す構成図。 図１のシステムに係る燃料噴射制御処理の基本的な手順を示すフローチャート。 図１の燃圧センサの検出圧力に基づく、燃料噴射状態検出の処理手順を示すフローチャート。 図１の燃圧センサによる検出圧力の波形と噴射率推移波形との関係を示す、単段噴射実行時におけるタイミングチャート。 図３のうねり消し処理Ｓ２３を説明する図。 図３のうねり消し処理Ｓ２３を説明する図。 図３のうねり消し処理Ｓ２３の詳細手順を示すフローチャート。 減衰係数ｋに対する補正値ｃと噴射期間Ｔｑとの関係を示す図。 本発明者らが実施した試験１の結果を示す試験データ。 本発明者らが実施した試験２の結果を示す試験データ。

以下、本発明にかかる燃圧波形取得装置を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の燃圧波形取得装置は、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に搭載された燃料噴射弁１０、燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０、車両に搭載された電子制御装置であるＥＣＵ３０、等を示す模式図である。燃料噴射弁１０を含むエンジンの燃料噴射システムでは、燃料タンク４０内の燃料は、高圧ポンプ４１によりコモンレール４２（蓄圧容器）に圧送されて蓄圧され、高圧配管４３を通じて各気筒の燃料噴射弁１０へ分配供給される。

燃料噴射弁１０は、以下に説明するボデー１１、ニードル１２（弁体）及び電磁ソレノイド１３（アクチュエータ）等を備えて構成されている。ボデー１１の内部には高圧通路１１ａが形成されており、コモンレール４２から燃料噴射弁１０へ供給される燃料は、高圧通路１１ａを通じて噴孔１１ｂから噴射される。また、高圧通路１１ａ内の燃料の一部は、ボデー１１内部に形成された背圧室１１ｃへ流通する。背圧室１１ｃのリーク孔１１ｄは制御弁１４により開閉され、その制御弁１４は電磁ソレノイド１３により開閉作動する。ニードル１２には、スプリング１５の弾性力及び背圧室１１ｃの燃料圧力が閉弁側へ付与されるとともに、高圧通路１１ａに形成された燃料溜まり部１１ｆの燃料圧力が開弁側へ付与される。

コモンレール４２から噴孔１１ｂに至るまでの燃料供給経路（例えば高圧配管４３又は高圧通路１１ａ）には、燃料圧力を検出する燃圧センサ２０が取り付けられている。図１の例では、高圧配管４３とボデー１１との接続部分に取り付けられている。或いは、図１中の一点鎖線に示すようにボデー１１に取り付けてもよい。また、燃圧センサ２０は、複数の燃料噴射弁１０（＃１）〜（＃４）の各々に対して設けられている。

次に、上記構成による燃料噴射弁１０の作動を説明する。電磁ソレノイド１３へ通電していない時には、制御弁１４はスプリング１６の弾性力により閉弁作動する。すると、背圧室１１ｃ内の燃料圧力が上昇してニードル１２は閉弁作動し、噴孔１１ｂからの燃料噴射が停止されることとなる。一方、電磁ソレノイド１３へ通電すると、制御弁１４はスプリング１６の弾性力に抗して開弁作動する。すると、背圧室１１ｃ内の燃料圧力が下降してニードル１２は開弁作動し、噴孔１１ｂから燃料が噴射されることとなる。

ちなみに、電磁ソレノイド１３へ通電して燃料噴射させている時には、高圧通路１１ａから背圧室１１ｃへ流入した燃料はリーク孔１１ｄから１１ｅへ排出される（リークする）。つまり、燃料の噴射期間中には、高圧通路１１ａの燃料は、背圧室１１ｃを通じて低圧通路１１ｅへ常時リークすることとなる。

ＥＣＵ３０は、電磁ソレノイド１３の駆動を制御することで、ニードル１２の開閉作動を制御して噴射状態を制御する。例えば、エンジン出力軸の回転速度及びエンジン負荷等に基づき、噴射開始時期、噴射終了時期及び噴射量等の目標噴射態様を算出し、その目標噴射態様となるよう、電磁ソレノイド１３の駆動を制御する。

次に、ＥＣＵ３０が電磁ソレノイド１３の駆動を制御することで燃料噴射状態を制御する手順について、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。

図２の処理においては、まずステップＳ１１で、エンジン運転状態を表す所定のパラメータ、例えばその時のエンジン回転速度、エンジン負荷、燃料噴射弁１０へ供給される燃料の圧力等を読み込む。

続くステップＳ１２では、上記ステップＳ１１で読み込んだ各種パラメータに基づいて噴射パターンを設定する。例えば、各種パラメータに応じた最適な噴射パターンを噴射制御用マップ等に予め記憶させておき、ステップＳ１１で読み込んだパラメータに基づき、前記マップを参照して最適な目標噴射パターンを設定する。なお、目標噴射パターンは、例えば噴射段数（１燃焼サイクル中の噴射回数）、噴射開始時期、噴射時間（噴射量に相当）等のパラメータにより定められるものである。こうして、上記噴射制御用マップは、それらパラメータと最適噴射パターンとの関係を示すものとなっている。

続くステップＳ１３では、ステップＳ１２で設定された目標噴射パターンに基づき、燃料噴射弁１０の電磁ソレノイド１３へ噴射指令信号を出力する。これにより、ステップＳ１１で取得した各種パラメータ（エンジン運転状態）に応じた最適な噴射パターンとなるよう、燃料噴射制御される。

但し、燃料噴射弁１０の経年劣化や燃料噴射弁１０の機差ばらつき等が原因で、噴孔１１ｂから噴射される実際の噴射パターンは目標噴射パターンからずれることが懸念される。この懸念に対し、燃圧センサ２０の検出値に基づけば、後述する手法により実際の噴射パターン（実噴射状態）を検出できるので、その検出した実噴射パターンを目標噴射パターンに一致させるように噴射指令信号を補正する。また、その補正内容を学習して、次回の噴射指令信号の算出にその学習値を用いる。

次に、燃圧センサ２０の検出値に基づき実噴射状態を検出（算出）する処理について、図３を用いて説明する。

図３に示す一連の処理は、所定周期（例えば先述のＣＰＵが行う演算周期）又は所定のクランク角度毎に、ＥＣＵ３０のマイコンにより実行される。まずステップＳ２１（検出波形取得手段）で、燃圧センサ２０の出力値（検出圧力）を取り込む。この取り込み処理は複数の燃圧センサ２０の各々について実行される。また、取り込んだ検出圧力に対し、高周波ノイズ等を除去するフィルタ処理を施すことが望ましい。

以下、ステップＳ２１の取り込み処理について、図４を用いて詳細に説明する。

図４（ａ）は、図３のステップＳ１３にて燃料噴射弁１０に出力される噴射指令信号を示しており、この指令信号のパルスオンにより電磁ソレノイド１３が作動して噴孔１１ｂが開弁する。つまり、噴射指令信号のパルスオン時期Ｉｓにより噴射開始が指令され、パルスオフ時期Ｉｅにより噴射終了が指令される。よって、指令信号のパルスオン期間（噴射指令期間）により噴孔１１ｂの開弁時間Ｔｑを制御することで、噴射量Ｑを制御している。図４（ｂ）は、上記噴射指令に伴い生じる噴孔１１ｂからの燃料噴射率の変化（推移）を示し、図４（ｃ）は、噴射率の変化に伴い生じる燃圧センサ２０の出力値（検出圧力）の変化（圧力波形）を示す。なお、図４は噴孔１１ｂを１回開閉させた場合の各種変化の一例である。

そしてＥＣＵ３０は、図３の処理とは別のサブルーチン処理により、燃圧センサ２０の出力値を検出しており、そのサブルーチン処理では燃圧センサ２０の出力値を、該センサ出力で圧力推移波形の軌跡（図４（ｃ）にて例示される軌跡）が描かれる程度に短い間隔（図３の処理周期よりも短い間隔）にて逐次取得している。具体的には、５０μｓｅｃよりも短い間隔（より望ましくは２０μｓｅｃ）でセンサ出力を逐次取得し、このように逐次取得した値を上記ステップＳ２１では取り込んでいる。

燃圧センサ２０により検出される圧力波形と噴射率の変化とは以下に説明する相関があるため、検出波形から噴射率の推移波形を推定することができる。

図４（ｂ）に示す噴射率の変化について説明すると、先ず、符号Ｉｓの時点で電磁ソレノイド１３への通電を開始した後、噴孔１１ｂから燃料が噴射開始されることに伴い、噴射率は変化点Ｒ３にて上昇を開始する。つまり実際の噴射が開始される。その後、変化点Ｒ４にて最大噴射率に到達し、噴射率の上昇は停止する。これは、Ｒ３の時点でニードル弁２０ｃがリフトアップを開始してＲ４の時点でリフトアップ量が最大になったことに起因する。

なお、本明細書における「変化点」は次のように定義される。すなわち、噴射率（又は燃圧センサ２０の検出圧力）の２階微分値を算出し、その２階微分値の変化を示す波形の極値（変化が最大となる点）、つまり２階微分値波形の変曲点が、噴射率又は検出圧力の波形の変化点である。

次に、符号Ｉｅの時点で電磁ソレノイド１３への通電を遮断した後、変化点Ｒ７にて噴射率は下降を開始する。その後、変化点Ｒ８にて噴射率はゼロとなり、実際の噴射が終了する。これは、Ｒ７の時点でニードル弁２０ｃがリフトダウンを開始し、Ｒ８の時点で完全にリフトダウンして噴孔１１ｂが閉弁されたことに起因する。

図４（ｃ）に示す燃圧センサ２０の検出圧力の変化について説明すると、変化点Ｐ１以前の圧力Ｐ０は噴射指令開始時点Ｉｓでの燃料供給圧力であり、先ず、駆動電流が電磁ソレノイド１３に流れた後、噴射率がＲ３の時点で上昇を開始する前に、検出圧力は変化点Ｐ１にて下降する。これは、Ｐ１の時点で制御弁１４がリーク孔１１ｄを開放し、背圧室１１ｃが減圧処理されることに起因する。その後、背圧室１１ｃが十分に減圧された時点で、変化点Ｐ２にてＰ１からの下降が一旦停止する。これは、リーク孔１１ｄが完全に開放されたことで、リーク量がリーク孔１１ｄの径に依存して一定となることに起因する。

次に、Ｒ３の時点で噴射率が上昇を開始したことに伴い、検出圧力は変化点Ｐ３にて下降を開始する。その後、Ｒ４の時点で噴射率が最大噴射率に到達したことに伴い、検出圧力の下降は変化点Ｐ４にて停止する。なお、変化点Ｐ３からＰ４までの降下量は、Ｐ１からＰ２までの降下量に比べて大きい。

次に、検出圧力は変化点Ｐ５にて上昇する。これは、Ｐ５の時点で制御弁１４がリーク孔１１ｄを閉塞し、背圧室１１ｃが増圧処理されることに起因する。その後、背圧室１１ｃが十分に増圧された時点で、変化点Ｐ６にてＰ５からの上昇が一旦停止する。

次に、Ｒ７の時点で噴射率が下降を開始したことに伴い、検出圧力は変化点Ｐ７にて上昇を開始する。その後、Ｒ８の時点で噴射率がゼロになり実際の噴射が終了したことに伴い、検出圧力の上昇は変化点Ｐ８にて停止する。なお、変化点Ｐ７から変化点Ｐ８までの上昇量はＰ５からＰ６までの上昇量に比べて大きい。Ｐ８以降の検出圧力は、一定の周期Ｔ１０で下降と上昇を繰り返しながら減衰する。

以上により、燃圧センサ２０による検出圧力の変動のうち変化点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ７及びＰ８を検出することで、噴射率の上昇開始時点Ｒ３（実噴射開始時期）、最大噴射率到達時点Ｒ４、噴射率下降開始時点Ｒ７及び下降終了時点Ｒ８（実噴射終了時期）等を推定することができる。また、以下に説明する検出圧力の変動と噴射率の変化との相関関係に基づき、検出圧力の変動から噴射率の変化を推定できる。

つまり、検出圧力の変化点Ｐ３からＰ４までの圧力下降率Ｐαと、噴射率の変化点Ｒ３からＲ４までの噴射率上昇率Ｒαとは相関がある。変化点Ｐ７からＰ８までの圧力上昇率Ｐγと変化点Ｒ７からＲ８までの噴射率下降率Ｒγとは相関がある。変化点Ｐ３からＰ４までの圧力降下量Ｐβ（最大圧力降下量）と変化点Ｒ３からＲ４までの噴射率上昇量Ｒβ（最大噴射率）とは相関がある。よって、燃圧センサ２０による検出圧力の変動から圧力下降率Ｐα、圧力上昇率Ｐγ及び最大圧力降下量Ｐβを検出することで、噴射率上昇率Ｒα、噴射率下降率Ｒγ及び最大噴射率Ｒβを推定することができる。以上の如く噴射率の各種状態Ｒ３,Ｒ４,Ｒ７,Ｒ８,Ｒα,Ｒβ,Ｒγを推定することができ、よって、図４（ｂ）に示す燃料噴射率の変化（推移波形）を推定することができる。

さらに、実噴射開始から終了までの噴射率の積分値（斜線を付した符号Ｓに示す部分の面積）は噴射量Ｑに相当する。そして、検出圧力の変動波形のうち実噴射開始から終了までの噴射率変化に対応する部分（変化点Ｐ３〜Ｐ８の部分）の圧力の積分値と噴射率の積分値Ｓとは相関がある。よって、燃圧センサ２０による検出圧力の変動から圧力積分値を算出することで、噴射量Ｑに相当する噴射率積分値Ｓを推定することができる。以上により、燃圧センサ２０は、燃料噴射弁１０に供給される燃料の圧力を噴射状態に関連する物理量として検出する噴射状態センサとして機能していると言える。

図３の説明に戻り、先述のステップＳ２１に続くステップＳ２２において、検出対象となっている噴射が多段噴射のうち２段目以降の噴射であるか否かを判定する。２段目以降の噴射であると判定された場合には（Ｓ２２：ＹＥＳ）、続くステップＳ２３において、ステップＳ２１で取得した検出圧力値の波形（圧力波形）に対して以下に説明するうねり消し処理を行う。

図５において、（ａ）は、多段（２回）噴射するよう噴射指令信号を出力した時に電磁ソレノイド１３に流れる駆動電流を示すタイムチャートであり、（ｂ）は、（ａ）の指令信号を出力した時に検出された燃圧の波形（検出波形Ｗ）を示す。また、（ｃ）は、単段噴射するよう噴射指令信号を出力した時に電磁ソレノイド１３に流れる駆動電流を示すタイムチャートであり、（ｄ）は、（ｃ）の指令信号を出力した時に検出された圧力波形を示す。

（ｂ）に示す検出波形Ｗのうちｎ回目噴射に対応する部分の波形（（ｂ）中の一点鎖線参照）には、ｎ回目より前の噴射（n−１回目噴射、ｎ−２回目噴射、ｎ−３回目噴射・・・）に起因して生じる余波が重畳している。図５（ｄ）に示すn−１回目噴射の余波を例に説明すると、ｎ−１回目噴射が終了した後にも、ｎ−１回目噴射の余波として、所定周期（図４の場合Ｔ１０の周期）で下降と上昇を繰り返しながら減衰していくうねり波形（（ｄ）中の一点鎖線参照）が現れる。この余波（うねり波形）が、ｎ回目噴射の検出波形Ｗのうちｎ回目噴射に対応する部分の波形（（ｂ）中の一点鎖線参照）に重畳している。そのため、検出波形Ｗをそのまま用いてｎ回目噴射にかかる噴射率変化（図４（ｂ）に例示する噴射率の推移波形）を推定しようとすると、その推定誤差は極めて大きくなる。

そこで、上記ステップＳ２３のうねり消し処理では、検出波形Ｗから前段噴射の余波（うねり波形）を差し引いてｎ回目噴射に起因した圧力波形Ｗｎ（図５（ｆ）参照）を抽出する処理を実施している。具体的には、予め各種態様の単段噴射を試験して、それら態様毎のうねり波形を取得しておく。前記各種態様の具体例としては、図４のＰ０（或いはＰ２）に相当する噴射開始時燃圧（供給燃圧）や、開弁時間Ｔｑに相当する噴射量等の噴射条件を種々異ならせておくことが挙げられる。上記試験により得られたうねり波形、又はその得られたうねり波形を数式で表した波形は「モデル波形」に相当し、各種態様毎のモデル波形をＥＣＵ３０のメモリ（モデル波形記憶手段）に予め記憶させておく。

なお、本実施形態では、以下の数式１で例示されるうねり波形を、上記モデル波形として記憶させている。数式１中のｐはモデル波形の値（燃圧センサ２０による検出圧力の規範値）を示す。数式１のＡ，ｋ，ω，θは、減衰振動における振幅、減衰係数、周波数、位相をそれぞれ示すパラメータを示す。数式１中のｔは経過時間を示す。そして、経過時間ｔを変数として検出圧力の規範値ｐが数式１で特定され、上記各パラメータＡ，ｋ，ω，θが噴射態様（例えば噴射開始時燃圧や噴射量等）に応じて異なる値に設定されている。

ｐ＝Ａexp（−ｋｔ）sin（ωｔ＋θ）・・・〔数式１〕
そして、例えばｎ−１回目噴射の余波（うねり波形）の規範となるモデル波形を取得したい場合には、ｎ−１回目噴射の噴射開始時燃圧や噴射量等の噴射態様に基づき、メモリに記憶された各種態様毎のモデル波形の中から最も近い噴射態様のモデル波形を選択し、その選択したモデル波形を、ｎ−１回目噴射の余波（うねり波形）の規範となるモデル波形ＣＡＬｎ−１として取得する。例えば、図５（ｅ）中の点線はモデル波形ＣＡＬｎ−１を表し、図５（ｅ）中の実線は（ｂ）の検出波形Ｗを表す。そして、検出波形Ｗからモデル波形ＣＡＬｎ−１を差し引く演算を実施して、図５（ｆ）に示す圧力波形Ｗｎを抽出する。このように抽出された圧力波形Ｗｎは、前段噴射のうねり波形成分が除去されているので、ｎ回目噴射に起因した噴射率変化との相関が高い圧力波形となっている筈である。

図５（ｅ）（ｆ）の例では、ｎ−１回目噴射のうねり波形を表すモデル波形ＣＡＬｎ−１のみを検出波形Ｗから差し引いているが、ｎ−２回目噴射以前の複数のうねり波形についても同様にモデル波形を取得して、取得した複数のモデル波形を検出波形Ｗから差し引くようにしてもよい。ちなみに、図６の例では、ｎ−１回目噴射及びｎ−２回目噴射のうねり波形（モデル波形ＣＡＬｎ−１，ＣＡＬｎ−２）を検出波形Ｗから差し引いている。

図９及び図１０を用いて先述したように、「ｎ回目噴射の噴射期間Ｔｑｎが長いほど検出波形Ｗ０ｎ−１の脈動振幅Ａ１が小さくなる」との知見を本発明者らは得ている。この知見を鑑みた本実施形態では、上述の如く選択したモデル波形ＣＡＬｎ−１，ＣＡＬｎ−２を、ｎ回目噴射の噴射期間Ｔｑｎが長いほど減衰度合いの大きい波形に補正している。この「減衰度合い」とは、数式１に記載の減衰係数ｋに相当するものである。

図６（ｃ）（ｄ）の例で説明すると、図中の実線に示すモデル波形ＣＡＬｎ−１，ＣＡＬｎ−２は、減衰度合いを大きくするよう補正した後の波形を示している。そして、図中の点線ｋ１は補正後のモデル波形のピーク値に沿った漸近線を表しており、図中の一点鎖線ｋ２は補正前のモデル波形のピーク値に沿った漸近線を表している。そして、数式１中の減衰係数ｋを変化させると、漸近線ｋ１，ｋ２の傾きが変化する。すなわち、「減衰度合い」を大きくさせるべく減衰係数ｋを大きくする補正を行うと、補正前の漸近線ｋ２はｋ１に示す如くその傾きが大きくなるように補正される。

図３の説明に戻り、うねり消し処理Ｓ２３に続くステップＳ２４においては、検出対象となっている噴射が１段目の噴射であると判定されている場合には（Ｓ２２：ＮＯ）、ステップＳ２１で取得した検出圧力値（圧力波形）を微分演算することにより、圧力微分値の波形を取得する。２段目以降の噴射の場合には（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２３にてうねり消し処理が施された後の検出圧力値（圧力波形）を微分演算する。

続くステップＳ２５〜Ｓ２８では、ステップＳ２４にて取得した圧力微分値を用いて、図４（ｂ）に示す各種噴射状態を算出する。つまり、ステップＳ２５では燃料の噴射開始時期Ｒ３を、ステップＳ２６では噴射終了時期Ｒ８を、ステップＳ２７では最大噴射率到達時期Ｒ４及び噴射率下降開始時期Ｒ７を、ステップＳ２８では最大噴射率Ｒβをそれぞれ算出する。なお、噴射量が少ない場合には、最大噴射率到達時期Ｒ４及び噴射率下降開始時期Ｒ７は一致することとなる。

そして、続くステップＳ２９では、ステップＳ２５〜Ｓ２８にて算出した噴射状態Ｒ３，Ｒ８，Ｒβ，Ｒ４，Ｒ７に基づき、実噴射開始から終了までの噴射率の積分値（斜線を付した符号Ｓに示す部分の面積）を算出し、その算出結果を実際の噴射量Ｑとする。前記面積Ｓは、噴射量が多い場合には台形に近い形状となり、噴射量が少ない場合には三角形に近い形状となる。なお、上記噴射状態Ｒ３，Ｒ８，Ｒβ，Ｒ４，Ｒ７の他に、噴射率の上昇率Ｒα及び噴射率の下降率Ｒγを圧力波形から算出し、これらの上昇率Ｒα及び下降率Ｒγを加味して噴射率の積分値Ｓ（噴射量Ｑ）を算出するようにしてもよい。

次に、上述したうねり消し処理Ｓ２３の手順について、図７のフローチャートを用いて説明する。当該処理は、図４のステップＳ２３に相当するサブルーチン処理であり、先ずステップＳ３１にてｍ段目の噴射開始時燃圧Ｐ０ｍと、噴射量Ｑｍを取得する。なお、噴射量Ｑｍは、図３のステップＳ２９で算出した噴射量を用いてもよいし、噴射指令信号による開弁時間Ｔｑｍから推定される噴射量を用いてもよい。

続くステップＳ３２では、ステップＳ３１で取得した噴射開始時燃圧Ｐ０ｍ及び噴射量Ｑｍに基づき、メモリに記憶されている各種態様毎のモデル波形の中から、最も近い噴射態様のモデル波形ＣＡＬｍを選択する。続くステップＳ３３では、ｎ段目の噴射指令信号に基づき、ｎ段目の噴射期間Ｔｑｎを取得する。続くステップＳ３４（補正手段）では、ステップＳ３３で取得した噴射期間Ｔｑｎに基づき、ステップＳ３２で選択したモデル波形ＣＡＬｍの減衰係数ｋを補正する。

より詳細に説明すると、図８は、減衰係数ｋに対する補正値ｃと噴射期間Ｔｑとの関係（補正データ）を示しており、図８に示す特性マップは、予め実施した試験等に基づき設定されてＥＣＵ３０のメモリに記憶されている。そして、ステップＳ３３で取得した噴射期間Ｔｑｎに基づき、図８の特性マップを参照して補正値ｃを決定する。そして、数式１中の減衰係数ｋをｋ×ｃとなるよう補正して、モデル波形ＣＡＬｎ−１を補正する。図８の特性マップは、噴射期間Ｔｑが長いほど減衰係数ｋを大きくするよう補正するとともに、噴射期間が長いほど減衰係数ｋの上昇率を小さくしていると言える。

また、ｎ回目噴射に起因した圧力波形Ｗｎを抽出するにあたり、検出波形Ｗからｎ−２回目モデル波形ＣＡＬｎ−２を差し引く場合には、ｎ−２回目モデル波形ＣＡＬｎ−２を補正するにあたり、ｎ回目の噴射期間Ｔｑｎにｎ−１回目の噴射期間Ｔｑｎ−１を加算した値に基づき図８の特性マップを参照して、ｎ−２回目モデル波形ＣＡＬｎ−２の減衰係数ｋに対する補正値ｃを決定する。

続くステップＳ３５（波形抽出手段）では、図３のステップＳ２１で取得した検出波形Ｗから、ステップＳ３４で補正した後のモデル波形ＣＡＬｍ（図６の例ではＣＡＬｎ−１，ＣＡＬｎ−２）を減算する。この減算により得られた波形は、図５（ｆ）又は図６（ｅ）に例示されるｎ回目噴射に起因した圧力波形Ｗｎに相当する。

以上により、本実施形態によれば、「ｎ回目噴射の噴射期間Ｔｑｎが長いほど検出波形Ｗ０ｎ−１の脈動振幅Ａ１が小さくなる」との上記知見に基づき、ｎ回目噴射（対象噴射）に起因した圧力波形Ｗｎを抽出するにあたり、モデル波形ＣＡＬｎ−１の減衰係数ｋをｎ回目噴射の噴射期間Ｔｑｎに応じて補正する。また、モデル波形ＣＡＬｎ−２の減衰係数ｋを、ｎ回目噴射の噴射期間Ｔｑｎ及びｎ−１回目噴射の噴射期間Ｔｑｎ−１に応じて補正する。

よって、多段噴射時検出波形Ｗからｎ回目単段噴射時検出波形Ｗ０ｎを差し引いて得られる図９（ｄ）の検出波形Ｗ０ｎ−１に、モデル波形ＣＡＬｎ−１を近づけることができるので、ｎ回目噴射（対象噴射）に起因した圧力波形Ｗｎを多段噴射時検出波形Ｗから高精度で抽出することができる。よって、実噴射状態Ｒ３，Ｒ８，Ｒβ，Ｒ４，Ｒ７，Ｑを高精度で検出でき、エンジンの出力トルク及びエミッション状態を高精度で制御できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態によるモデル波形ＣＡＬは数式１で表されており、経過時間ｔを変数として検出圧力の規範値ｐが数式１から算出できるよう、各パラメータＡ，ｋ，ω，θを噴射態様（例えば噴射開始時燃圧や噴射量等）に応じて異なる値に設定して記憶させている。これに対し、経過時間ｔに対する検出圧力の規範値ｐをそのままマップ等に記憶させておき、当該マップを噴射態様如く記憶させてモデル波形として用いるようにしてもよい。

・上記実施形態が適用される燃料噴射弁１０は、制御弁１４に２方弁を採用することに起因して、ニードル１２を開弁作動させている噴射期間中には背圧室１１ｃの燃料を常時リークさせる構成のものである。しかし本発明は、制御弁１４に３方弁を採用した燃料噴射弁であって、噴射期間中であっても背圧室１１ｃの燃料をリークさせない構成の燃料噴射弁にも適用できる。

１０…燃料噴射弁、１１…ボデー、１１ｃ…背圧室、１２…ニードル（弁体）、２０…燃圧センサ、３０…ＥＣＵ（モデル波形記憶手段）、Ｓ２１…検出波形取得手段、Ｓ３４…補正手段、Ｓ３５…波形抽出手段、ＣＡＬｎ−１…ｎ−１回目モデル波形、ＣＡＬｎ−２…ｎ−２回目モデル波形。

Claims (5)

1. 内燃機関で燃焼させる燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁と、前記噴孔から燃料を噴射させることに伴い前記噴孔に至るまでの燃料供給経路内で生じる燃料圧力の変化を検出する燃圧センサと、を備えた燃料噴射システムに適用され、
   前記内燃機関の１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射する多段噴射を実施している時に前記燃圧センサにより検出される圧力波形を、多段噴射時検出波形として取得する検出波形取得手段と、
   多段噴射のうち２段目以降のいずれかの噴射を対象噴射とした場合に、前記対象噴射を実施することなく前記対象噴射よりも前段の噴射を実施している時の、圧力波形の規範となるモデル波形が記憶されたモデル波形記憶手段と、
   前記モデル波形を前記多段噴射時検出波形から差し引いて、前記対象噴射に起因した圧力波形を抽出する波形抽出手段と、
   前記抽出に用いる前記モデル波形を、前記対象噴射の噴射期間が長いほど減衰度合いの大きい波形に補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする燃圧波形取得装置。
2. 前記多段噴射のうちのｎ回目の噴射を前記対象噴射とした場合において、
   前記モデル波形記憶手段には、前記モデル波形として少なくともｎ−１回目の噴射による圧力波形を表すｎ−１回目モデル波形、及びｎ−２回目の噴射による圧力波形を表すｎ−２回目モデル波形が記憶されており、
   前記波形抽出手段は、前記多段噴射時検出波形から少なくとも前記ｎ−１回目モデル波形及び前記ｎ−２回目モデル波形を差し引くことで、前記ｎ回目の噴射に起因した圧力波形を抽出することを特徴とする請求項１に記載の燃圧波形取得装置。
3. 前記補正手段は、前記ｎ−１回目モデル波形についてはｎ回目の噴射期間に基づき減衰度合いを補正し、前記ｎ−２回目モデル波形についてはｎ回目の噴射期間及びｎ−１回目の噴射期間に基づき減衰度合いを補正することを特徴とする請求項２に記載の燃圧波形取得装置。
4. 前記補正手段による減衰度合いを前記対象噴射の噴射期間が長いほど増大させるとともに、その噴射期間が長いほど、前記増大の変化率を小さくしていくことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃圧波形取得装置。
5. 前記燃料噴射弁は、
   前記噴孔を開閉する弁体と、閉弁する向きに前記弁体へ燃料の背圧を付与する背圧室が形成されたボデーとを有し、
   前記背圧室の燃料をリークさせることにより前記弁体を開弁作動させるよう構成されているとともに、
   前記弁体を開弁作動させている噴射期間中には前記背圧室の燃料を常時リークさせるよう構成されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃圧波形取得装置。

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