JP2012062848A - 燃料噴射状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射状態を高精度で推定できる燃料噴射状態検出装置を提供する。
【解決手段】所定のサンプリング周期で燃圧センサから出力された複数の検出値による圧力波形のうち、燃料噴射開始に伴い圧力降下していく部分である降下波形、又は噴射終了に伴い圧力上昇していく部分である上昇波形を直線に近似するにあたり、先ず、降下波形又は上昇波形を表した複数の検出値Ｄ１〜Ｄ１１を最小二乗法により近似して最小二乗近似直線Ｌａ１を演算する（第１近似手段Ｓ２２）。次に、複数の検出値Ｄ１〜Ｄ１１のうち前記近似直線Ｌａ１に対する差分が大きい検出値であるほど、大きい重みｗ１〜ｗ１１を付与する（重み付け手段Ｓ２３，Ｓ２４）。そして、重みｗ１〜ｗ１１が付与された複数の重み付き検出値Ｄｗ１〜Ｄｗ１１を最小二乗法により近似して、重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２を演算する（第２近似手段Ｓ２５）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、燃料噴射弁から燃料を噴射させることに起因して生じた燃料圧力を検出し、その検出値による圧力波形に基づいて、噴射開始時期や噴射終了時期等の燃料噴射状態を推定する燃料噴射状態検出装置に関する。

特許文献１には、燃料噴射弁からの燃料噴射に伴い生じる燃料圧力の変化を燃圧センサで検出し、検出した圧力波形に基づき、噴射開始時期や噴射終了時期等の燃料噴射状態を推定する燃料噴射状態検出装置が記載されている。そして、このように圧力波形から噴射状態を推定する具体的な手法を、本出願人は特願２００９−０７４２８３にて先に出願しており、以下にその手法を説明する。

図２（ｃ）に例示するように、先ず、圧力波形のうち噴孔の開弁開始に伴い圧力降下していく部分（降下波形）から、微分値が最小となる点（符号Ｐｄ参照）を演算する。次に、演算した微分最小点Ｐｄでの接線を降下波形の近似直線Ｌａとして演算する。そして、噴射開始前の圧力Ｐbaseに基づき設定した基準直線Ｌｃと近似直線Ｌａとの交点を、噴射開始に伴い現れる圧力の変化点Ｐ１として算出し、変化点Ｐ１の出現時刻から所定の遅れ時間Ｃ１だけ早めた時刻を噴射開始時期Ｒ１（図２（ｂ）参照）として算出する。

噴射終了時期Ｒ４についても同様の算出手法であり、圧力波形のうち噴孔の閉弁開始に伴い圧力上昇していく部分（上昇波形）から、微分値が最大となる点（符号Ｐｅ参照）を演算する。そして、微分最大点Ｐｅでの接線（近似直線Ｌｂ）と、噴射開始前の圧力Ｐbaseに基づき設定した基準直線Ｌｄとの交点を示す時刻から所定の遅れ時間だけ早めた時刻を噴射終了時期Ｒ４として算出する。

特開２００９−９７３８５号公報

しかし、上述の如く微分最小点Ｐｄでの接線Ｌａに基づき噴射開始時期Ｒ１を算出する場合には、符号Ｔｄに示すように演算した微分最小点Ｐｄが真値から僅かにずれただけで、算出される噴射開始時期が実際の噴射開始時期から大きくずれることになる。よって、噴射開始時期Ｒ１を高精度で算出することが困難である。噴射終了時期Ｒ４についても同様であり、符号Ｔｅに示すように演算した微分最大点Ｐｅが真値から僅かにずれただけで、算出される噴射終了時期が大きくずれることになるので、噴射終了時期Ｒ４を高精度で算出することが困難である。

なお、最大噴射率到達時期Ｒ２や噴射量等の噴射状態についても近似直線Ｌａ，Ｌｂを用いて算出できるが、この場合であっても同様に近似直線Ｌａ，Ｌｂがずれるので、噴射状態を高精度で算出することは困難である。

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、燃料噴射状態を高精度で推定できる燃料噴射状態検出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、蓄圧容器で蓄圧した燃料を燃料噴射弁から噴射する燃料噴射システムに適用された燃料噴射状態検出装置において、前記蓄圧容器の吐出口から前記燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に配置され前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、所定のサンプリング周期で前記燃圧センサから出力された複数の検出値により表される圧力波形のうち前記噴孔の開弁開始に伴い圧力降下していく部分である降下波形又は前記噴孔の閉弁開始に伴い圧力上昇していく部分である上昇波形を直線に近似する直線近似手段と、前記直線近似手段により近似された直線に基づいて燃料噴射状態を推定する噴射状態推定手段と、を備える。

そして、前記直線近似手段は、前記降下波形又は前記上昇波形を表した前記複数の検出値を最小二乗法により近似して最小二乗近似直線を演算する第１近似手段と、前記複数の検出値のうち前記最小二乗近似直線に対する差分が大きい検出値であるほど大きい重みを付与する重み付け手段と、前記重み付け手段により重みが付与された複数の検出値を最小二乗法により近似して重み付き最小二乗近似直線を演算する第２近似手段と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、直線近似手段を備えることにより降下波形又は上昇波形を最小二乗法で近似するので、前記先願（特願２００９−０７４２８３）の如く、微分最小点Ｐｄや微分最大点Ｐｅが真値からずれることによる近似直線Ｌａ，Ｌｂの精度悪化、といった問題を回避できる。しかも、本発明によれば、重み付け手段及び第２近似手段を備えることにより重み付けした検出値を直線近似するので、以下に説明する理由により、噴射率の変化を示す噴射率波形と相関の高い近似直線を得ることができ、ひいては燃料噴射状態を高精度で推定できるようになる。

図５（ａ）中の実線に例示する降下波形のうち微分最小点Ｐｄで引いた接線Ｌａ０は、噴射率波形との相関が高い。そのため、この接線Ｌａ０を近似直線として演算できることが望ましい。但し、先願の如く微分最小点Ｐｄを算出し、その算出点で接線を引こうとすると、一点鎖線Ｘ１，Ｘ２に示すように所望する接線Ｌａ０から大きくずれてしまい高精度で演算できないことは先述した通りである。また、降下波形のうち微分最小点Ｐｄから離れた部分（符号Ｄａ，Ｄｂの近傍部分）の接線の傾きは所望する接線Ｌａ０の傾きより大きくなっている。そのため、重みが付与されていない検出値を最小二乗法で近似した最小二乗近似直線（点線Ｌａ１参照）のままでは、降下波形のうち符号Ｄｃ，Ｄｄの部分の影響を大きく受けることに起因して、所望する接線Ｌａ０よりも傾きが大きい近似直線Ｌａ１となってしまう。

ここで、図５（ａ）にて例示されるように、降下波形のうち微分最小点Ｐｄから離れた部分には、第１近似手段により演算された最小二乗近似直線Ｌａ１に対する差分が大きい箇所（符号Ｄａ，Ｄｂ参照）が存在する。そして、この箇所Ｄａ，Ｄｂでの差分を小さくするよう最小二乗近似直線Ｌａ１を修正（矢印Ｙ１，Ｙ２参照）すれば、降下波形のうちＤｃ，Ｄｄ部分の影響が緩和されて、Ｄａ，Ｄｂ部分の影響を大きく受けることにより、近似直線Ｌａ１の傾きが所望する接線Ｌａ０の傾きに近づくよう修正されることとなる。

上昇波形を直線近似する場合についても同様であり、上昇波形のうち微分最大点Ｐｅから離れた部分には、第１近似手段により演算された最小二乗近似直線Ｌｂ１（図示せず）に対する差分が大きい箇所が存在し、この箇所での差分を小さくするよう最小二乗近似直線Ｌｂ１を修正すれば、近似直線Ｌｂ１の傾きが所望する接線Ｌｂ０（微分最大点Ｐｅでの接線）の傾きに近づくよう修正されることとなる。

これらの点を鑑みた上記発明では、最小二乗近似直線Ｌａ１，Ｌｂ１との差分が大きい検出値であるほど大きい重みを付与して、重みが付与された検出値について再び最小二乗法で近似する。すると、このように演算された重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２，Ｌｂ２は、降下波形又は上昇波形のうち微分最小点Ｐｄ又は微分最大点Ｐｅから離れた部分での差分が小さくなるよう修正され、その結果、最小二乗近似直線Ｌａ１，Ｌｂ１の傾きが所望する接線Ｌａ０，Ｌｂ０の傾きに近づくよう修正されることとなる。

要するに、先願では点（微分最小点Ｐｄ、微分最大点Ｐｅ）から近似直線を見つけるのに対し、本発明では、線（最小二乗近似直線Ｌａ１，Ｌｂ１）から近似直線（重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２，Ｌｂ２）を見つけており、所望する接線Ｌａ０，Ｌｂ０（微分最小点Ｐｄ及び微分最大点Ｐｅでの接線）の傾きに近づくよう修正される。

以上により、第１近似手段、重み付け手段及び第２近似手段を備える上記発明によれば、噴射率波形と相関の高い近似直線（重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２，Ｌｂ２）を得ることができ、ひいては燃料噴射状態を高精度で推定できるようになる。

請求項２記載の発明では、蓄圧容器で蓄圧した燃料を燃料噴射弁から噴射する燃料噴射システムに適用された燃料噴射状態検出装置において、前記蓄圧容器の吐出口から前記燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に配置され前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、所定のサンプリング周期で前記燃圧センサから出力された複数の検出値により表される圧力波形のうち前記噴孔の開弁開始に伴い圧力降下していく部分である降下波形又は前記噴孔の閉弁開始に伴い圧力上昇していく部分である上昇波形を直線に近似する直線近似手段と、前記直線近似手段により近似された直線に基づいて燃料噴射状態を推定する噴射状態推定手段と、を備える。

そして、前記直線近似手段は、前記降下波形のうち降下の傾きが最小となる微分最小点又は前記上昇波形のうち上昇の傾きが最大となる微分最大点を算出する算出手段と、前記降下波形又は前記上昇波形を表した前記複数の検出値のうち前記微分最小点又は前記微分最大点の近くに位置する検出値であるほど大きい重みを付与する重み付け手段と、前記重み付け手段により重みが付与された複数の検出値を最小二乗法により近似して重み付き最小二乗近似直線を演算する重み付き近似手段と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、直線近似手段を備えることにより降下波形又は上昇波形を最小二乗法で近似するので、前記先願（特願２００９−０７４２８３）の如く、微分最小点Ｐｄや微分最大点Ｐｅが真値からずれることによる近似直線Ｌａ，Ｌｂの精度悪化、といった問題を回避できる。しかも、本発明によれば、重み付け手段及び重み付き近似手段を備えることにより重み付けした検出値を直線近似するので、以下に説明する理由により、噴射率の変化を示す噴射率波形と相関の高い近似直線を得ることができ、ひいては燃料噴射状態を高精度で推定できるようになる。

図５（ａ）を用いて上述した通り、降下波形のうち微分最小点Ｐｄで引いた接線Ｌａ０を近似直線として演算できることが望ましい。そして、重みが付与されていない検出値を最小二乗法で近似した最小二乗近似直線Ｌａ１のままでは、所望する接線Ｌａ０よりも傾きが大きい近似直線Ｌａ１となってしまう。

そこで上記発明では、微分最小点Ｐｄの近くに位置する検出値であるほど大きい重みを付与して、重みが付与された検出値について最小二乗法で近似する。そのため、このように演算された重み付き最小二乗近似直線は、降下波形のうち微分最小点Ｐｄから離れた部分Ｄｃ，Ｄｄよりも、微分最小点Ｐｄに近い部分の影響を大きく受けた近似直線になる。その結果、最小二乗近似直線Ｌａ１の傾きが所望する接線Ｌａ０の傾きに近づくよう修正されることとなる。

上昇波形を直線近似する場合についても同様であり、微分最大点Ｐｅの近くに位置する検出値であるほど大きい重みを付与して、重みが付与された検出値について最小二乗法で近似して重み付き最小二乗近似直線を演算する。そのため、このように演算された重み付き最小二乗近似直線は、上昇波形のうち微分最大点Ｐｅに近い部分の影響を大きく受けた近似直線になる。その結果、最小二乗近似直線Ｌｂ１の傾きが所望する接線Ｌｂ０（図示せず）の傾きに近づくよう修正されることとなる。

以上により、重み付け手段及び重み付き近似手段を備える上記発明によれば、噴射率波形と相関の高い近似直線（重み付き最小二乗近似直線）を得ることができ、ひいては燃料噴射状態を高精度で推定できるようになる。

本発明の第１実施形態にかかる燃料噴射状態検出装置が適用される、燃料噴射システムの概略を示す図。 第１実施形態において、（ａ）は燃料噴射弁への噴射指令信号、（ｂ）は噴射率波形、（ｃ）は燃圧センサにより検出された圧力波形、（ｄ）は（ｃ）に示す圧力波形の微分値を示す図。 第１実施形態において、圧力波形から噴射率波形を推定する処理手順を示すフローチャート。 図３のサブルーチン処理であって、重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２を演算する処理手順を示すフローチャート。 図４の処理により演算された最小二乗近似直線Ｌａ１、及び微分最小点Ｐｄでの接線Ｌａ０等を示す図。 図４の処理により演算された重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２を模式的に示す図。 本発明の第２実施形態において、重み付き最小二乗近似直線を演算する処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明に係る燃料噴射状態検出装置を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する燃料噴射状態検出装置は、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。

（第１実施形態）
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、各々の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０、及び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。

先ず、燃料噴射弁１０を含むエンジンの燃料噴射システムについて説明する。燃料タンク４０内の燃料は、高圧ポンプ４１（燃料ポンプ）によりコモンレール４２（蓄圧容器）に圧送されて蓄圧され、各気筒の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）へ分配供給される。複数の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）は、予め設定された順番で燃料の噴射を順次行う。なお、高圧ポンプ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へ通電して制御弁１４を図１の下方へ押し下げ作動させると、背圧室１１ｃは低圧通路１１ｄと連通して背圧室１１ｃ内の燃料圧力は低下する。その結果、弁体１２へ付与される背圧力が低下して弁体１２は開弁作動する。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の上方へ作動させると、背圧室１１ｃは高圧通路１１ａと連通して背圧室１１ｃ内の燃料圧力は上昇する。その結果、弁体１２へ付与される背圧力が上昇して弁体１２は閉弁作動する。

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の開閉作動が制御される。これにより、コモンレール４２から高圧通路１１ａへ供給された高圧燃料は、弁体１２の開閉作動に応じて噴孔１１ｂから噴射される。例えばＥＣＵ３０は、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状態を算出し、算出した目標噴射状態となるようアクチュエータ１３へ噴射指令信号を出力して、燃料噴射弁１０の作動を制御する。

ＥＣＵ３０は、アクセル操作量等から算出されるエンジン負荷やエンジン回転速度に基づき目標噴射状態を算出する。例えば、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（噴射段数、噴射開始時期、噴射終了時期、噴射量等）を噴射状態マップにして記憶させておく。そして、現時点で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目標噴射状態を算出する。そして、算出した目標噴射状態に基づき噴射指令信号ｔ１、ｔ２、Ｔｑ（図２（ａ）参照）を設定する。例えば、目標噴射状態に対応する噴射指令信号を指令マップにして記憶させておき、算出した目標噴射状態に基づき、指令マップを参照して噴射指令信号を設定する。以上により、エンジン負荷及びエンジン回転速度に応じた噴射指令信号が設定され、ＥＣＵ３０から燃料噴射弁１０へ出力される。

ここで、噴孔１１ｂの磨耗等、燃料噴射弁１０の経年劣化に起因して、噴射指令信号に対する実際の噴射状態は変化していく。そこで、後に詳述するように燃圧センサ２０により検出された圧力波形に基づき燃料の噴射率波形を演算して噴射状態を検出し、検出した噴射状態と噴射指令信号（パルスオン時期ｔ１、パルスオフ時期ｔ２及びパルスオン期間Ｔｑ）との相関関係を学習し、その学習結果に基づき、指令マップに記憶された噴射指令信号を補正する。これにより、実噴射状態が目標噴射状態に一致するよう、燃料噴射状態を高精度で制御できる。

次に、燃圧センサ２０のハード構成について説明する。燃圧センサ２０は、以下に説明するステム２１（起歪体）、圧力センサ素子２２及びモールドＩＣ２３等を備えて構成されている。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。圧力センサ素子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出力する。

モールドＩＣ２３は、圧力センサ素子２２から出力された圧力検出信号を増幅する増幅回路や、圧力検出信号を送信する送信回路等の電子部品を樹脂モールドして形成されており、ステム２１とともに燃料噴射弁１０に搭載されている。ボデー１１上部にはコネクタ１５が設けられており、コネクタ１５に接続されたハーネス１６により、モールドＩＣ２３及びアクチュエータ１３とＥＣＵ３０とはそれぞれ電気接続される。そして、増幅された圧力検出信号はＥＣＵ３０に送信されて、ＥＣＵ３０が有する受信回路により受信される。この送受信にかかる通信処理は、各気筒の燃圧センサ２０毎に実施される。

ここで、噴孔１１ｂから燃料の噴射を開始することに伴い高圧通路１１ａ内の燃料の圧力（燃圧）は低下し、噴射を終了することに伴い燃圧は上昇する。つまり、燃圧の変化と噴射率（単位時間当たりに噴射される噴射量）の変化とは相関があり、燃圧変化から噴射率変化（実噴射状態）を検出できると言える。そして、検出した実噴射状態が目標噴射状態となるよう先述した噴射指令信号を補正する。これにより、噴射状態を精度良く制御できる。

次に、燃料噴射中の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０により検出された圧力の波形（圧力波形）と、その燃料噴射弁１０にかかる燃料噴射率の変化を表した噴射率波形との相関について、図２を用いて説明する。なお、燃圧センサ２０は所定のサンプリング周期で燃圧の検出値を逐次出力しており、１回の噴射中に出力された複数の検出値により表される波形が、前記圧力波形に相当する。つまり圧力波形は、所定のサンプリング周期で出力された複数の検出値の集合である。

図２（ａ）は、燃料噴射弁１０のアクチュエータ１３へＥＣＵ３０から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アクチュエータ１３が通電作動して噴孔１１ｂが開弁する。つまり、噴射指令信号のパルスオン時期ｔ１により噴射開始が指令され、パルスオフ時期ｔ２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Ｔｑ）により噴孔１１ｂの開弁時間を制御することで、噴射量Ｑを制御している。

図２（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（噴射率波形）を示し、図２（ｃ）は、燃料噴射中の燃料噴射弁１０に設けられた燃圧センサ２０により検出された圧力波形を示す。なお、図２（ｄ）は、圧力波形の傾き（微分値）の変化を示す。

圧力波形と噴射率波形とは以下に説明する相関があるため、検出された圧力波形から噴射率波形を推定（検出）することができる。すなわち、先ず、図２（ａ）に示すように噴射開始指令がなされたｔ１時点の後、噴射率がＲ１の時点で上昇を開始して噴射が開始される。一方、検出圧力は、Ｒ１の時点で噴射率が上昇を開始してから遅れ時間Ｃ１が経過した時点で、変化点Ｐ１にて下降を開始する。その後、Ｒ２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Ｐ２にて停止する。次に、Ｒ３の時点で噴射率が下降を開始してから遅れ時間が経過した時点で、検出圧力は変化点Ｐ３にて上昇を開始する。その後、Ｒ４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Ｐ５にて停止する。

以上説明したように、圧力波形と噴射率波形とは相関が高い。そして、噴射率波形には、噴射開始時期（Ｒ１出現時期）や、噴射終了時期（Ｒ４出現時期）、噴射量（図２（ｂ）中の網点部分の面積）が表されているので、圧力波形から噴射率波形を推定することで噴射状態を検出できる。

次に、圧力波形から噴射率波形を推定する手順の一例を、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、図３に示す処理は、ＥＣＵ３０が有するマイクロコンピュータにより、燃料の噴射を１回実施する毎に実行される処理である。

先ず、図３に示すステップＳ１０において、１回の燃料噴射期間中に噴射気筒の燃圧センサ２０から出力された複数の検出値（圧力波形）を取得する。続くステップＳ２０（直線近似手段）では、弁体１２の開弁作動開始に伴い圧力降下していく部分である降下波形（Ｐ１〜Ｐ２の部分の波形）の近似直線Ｌａ２を演算し、次のステップＳ３０では、弁体１２の閉弁作動開始に伴い圧力上昇していく部分である上昇波形（Ｐ３〜Ｐ５の部分の波形）の近似直線Ｌｂ２を演算する。なお、これらの近似直線Ｌａ２，Ｌｂ２の演算手法については後に詳述する。

次に、ステップＳ４０において、圧力波形のうち圧力降下を開始する直前（変化点Ｐ１の直前）の圧力（基準圧Ｐbase）に基づき、以降の処理で用いる基準直線Ｌｃ，Ｌｄ（図２（ｃ）参照）を算出する。なお、噴射指令信号ｔ１を出力してからＰ１変化点が現れるまでの期間における圧力の平均値を、前記基準圧Ｐbaseとして算出すればよく、例えば、噴射指令信号ｔ１を出力してから所定時間が経過するまでの圧力平均値を基準圧Ｐbaseとして算出すればよい。基準直線Ｌｃには基準圧Ｐbaseと同じ値が採用されている。基準直線Ｌｄには、基準圧Ｐbaseよりも所定量だけ圧力低下させた値が採用されている。前記所定量は、Ｐ１圧力からＰ２圧力への圧力落込量ΔＰが大きいほど、或いは噴射指令期間Ｔｑが長いほど大きい値に設定される。

続くステップＳ５０では、基準直線Ｌｃと近似直線Ｌａ２との交点を算出する。この交点が示す時期は変化点Ｐ１の出現時期と殆ど一致する。したがって、基準直線Ｌｃと近似直線Ｌａ２との交点が示す時期は噴射開始時期Ｒ１との相関が高いため、前記交点に基づき噴射開始時期Ｒ１を算出する。続くステップＳ６０では、基準直線Ｌｄと近似直線Ｌｂ２との交点を算出する。この交点が示す時期は噴射終了時期Ｒ４との相関が高いため、前記交点に基づき噴射終了時期Ｒ４を算出する。

続くステップＳ７０では、噴射率が上昇する傾きＲα（図２（ｂ）参照）と近似直線Ｌａ２の傾きとは相関性が高いことに着目し、近似直線Ｌａ２の傾きに基づき噴射率上昇の傾きＲαを算出する。また、噴射率が降下する傾きＲβ（図２（ｂ）参照）と近似直線Ｌｂ２の傾きとは相関性が高いことに着目し、近似直線Ｌｂ２の傾きに基づき噴射率降下の傾きＲβを算出する。続くステップＳ８０では、Ｐ１圧力からＰ２圧力への圧力落込量ΔＰと最大噴射率Ｒｈ（図２（ｂ）参照）とは相関性が高いことに着目し、圧力落込量ΔＰに基づき最大噴射率Ｒｈを算出する。

以上による図３の処理によれば、ステップＳ５０〜Ｓ８０（噴射状態推定手段）において、噴射開始時期Ｒ１、噴射終了時期Ｒ４、噴射率上昇の傾きＲα、噴射率降下の傾きＲβ、及び最大噴射率Ｒｈが算出される。よって、図２（ｂ）に例示される噴射率波形を推定できる。

図４は、図３のステップＳ２０において降下波形から近似直線Ｌａ２を演算する手順を示すフローチャートであり、ステップＳ２０のサブルーチン処理としてＥＣＵ３０のマイクロコンピュータにより実行される。なお、図５（ａ）中の実線は、圧力波形のうち噴射に伴い圧力が降下していく部分の波形である降下波形を示す。

先ず、図４に示すステップＳ２１において、近似対象となる降下波形を圧力波形から抽出する。具体的には、図５（ａ）に示す圧力波形のうち近似範囲Ｔａに位置する圧力の検出値を抽出する。図６は、抽出した複数の検出値Ｄ１〜Ｄ１１を模式的に示す図であり、図６の縦軸は燃圧（検出値）を示す。また、図６の横軸は経過時間を示しており、複数の検出値Ｄ１〜Ｄ１１の時間間隔は先述したサンプリング周期となっている。

なお、近似範囲Ｔａの始期は、噴射指令信号ｔ１の出力から所定時間（噴射遅れに相当）が経過した時点とすればよく、近似範囲Ｔａの終期は、前記始期から所定時間（弁体１２のリフトアップに要する時間に相当）が経過した時点とすればよい。或いは、図２（ｄ）の如く圧力波形の微分値を演算し、噴射指令信号ｔ１の出力後に微分値が最初に第１閾値ＴＨ１より小さくなった時点を図２（ｃ）のＰ１時点とみなして近似範囲Ｔａの始期とし、さらにその後、微分値が第２閾値ＴＨ２より大きくなった時点を図２（ｃ）のＰ２時点とみなして近似範囲Ｔａの終期としてもよい。

続くステップＳ２２（第１近似手段）では、抽出した複数の検出値Ｄ１〜Ｄ１１を最小二乗法により近似して最小二乗近似直線Ｌａ１を演算する。つまり、各々の検出値Ｄ１〜Ｄ１１との縦軸方向の距離（圧力の差分）の総和が最小となるような直線を、最小二乗近似直線Ｌａ１として演算する。図５（ａ）中の点線及び図６中の実線が最小二乗近似直線Ｌａ１に相当する。そして、図５（ｂ）中の符号Ｄｅｒ１は、圧力波形の微分値の変化を示す波形であり、ステップＳ２２で演算された直線Ｌａ１の傾きは、近似範囲Ｔａにおける微分値Ｄｅｒ１の平均Ａｖｅ１であると言える。換言すれば、降下波形の接線の傾きの平均が微分値Ｄｅｒ１の平均Ａｖｅ１である。

続くステップＳ２３（重み付け手段）では、複数の検出値Ｄ１〜Ｄ１１の各々について、最小二乗近似直線Ｌａ１との距離（差分ｅ１〜ｅ１１）に応じた重みｗ１〜ｗ１１を算出する。具体的には、差分ｅ１〜ｅ１１が大きいほど重みｗ１〜ｗ１１を大きく設定しており、差分ｅ１〜ｅ１１の大きさと重みｗ１〜ｗ１１の大きさとは比例するように設定する。そして、続くステップＳ２４（重み付け手段）では、ステップＳ２３で算出した重みｗ１〜ｗ１１を各々の検出値Ｄ１〜Ｄ１１に付与する。具体的には、重みｗ１〜ｗ１１の値を検出値Ｄ１〜Ｄ１１に乗じて、重み付き検出値Ｄｗ１〜Ｄｗ１１を算出する。したがって、図６の例では、差分ｅ３，ｅ８が大きい検出値Ｄ３，Ｄ８については、最小二乗近似直線Ｌａ１に対する差分がさらに大きくなるように修正（重み付け）されると言える。

続くステップＳ２５（第２近似手段）では、ステップＳ２４で算出された重み付き検出値Ｄｗ１〜Ｄｗ１１を最小二乗法により近似して、重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２を演算する。つまり、各々の重み付き検出値Ｄｗ１〜Ｄｗ１１との距離（差分）の総和が最小となるような直線を、重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２として演算する。図６中の点線が重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２に相当する。

このように、重み無しの直線Ｌａ１を重み有りの直線Ｌａ２に修正すると、図６中の実線が点線に示すように修正され、重み無しの直線Ｌａ１との差分ｅ３，ｅ８が大きかった検出値Ｄ３，Ｄ８は、重み有りの直線Ｌａ２との差分が小さくなる。図５（ａ）の例で言うと、直線Ｌａ１は検出値Ｄａ，Ｄｂに近づくように修正される。その結果、矢印Ｙ１，Ｙ２に示すように直線Ｌａ１は修正される。

一方、図６に示すように、差分ｅ３，ｅ８が大きかった検出値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ１０，Ｄ１１のうち、微分最小点Ｐｄから遠い位置の検出値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１０，Ｄ１１については重み有りの直線Ｌａ２との差分が大きくなるものの、微分最小点Ｐｄから遠い位置の検出値Ｄ５，Ｄ６については重み有りの直線Ｌａ２との差分が小さくなる。図５（ａ）の例で言うと、直線Ｌａ１は、微分最小点Ｐｄ近傍に位置する検出値からは離れることなく、検出値Ｄｃ，Ｄｄからは遠ざかるように修正される。

また、図５（ｂ）中の符号Ｄｅｒ２は、重み付き検出値Ｄｗ１〜Ｄｗ１１により表される波形の微分値の変化を示す波形であり、ステップＳ２５で演算された直線Ｌａ２の傾きは、近似範囲Ｔａにおける微分値Ｄｅｒ２の平均Ａｖｅ２であると言える。換言すれば、重み付き検出値Ｄｗ１〜Ｄｗ１１により表される波形の接線の傾きの平均が微分値Ｄｅｒ２の平均Ａｖｅ２である。そして、微分値Ｄｅｒ２の平均Ａｖｅ２は、微分値Ｄｅｒ１の平均Ａｖｅ１よりも小さくなる。このことは、重み有りの直線Ｌａ２の傾きが、重み無しの直線Ｌａ１の傾きよりも小さくなっていることを意味する。

ここで、降下波形のうち微分最小点Ｐｄでの接線はその傾きが最小となっている。そして、降下波形のうち微分最小点Ｐｄから離れた部分には、微分最小点Ｐｄでの傾きに比べて極めて大きい傾き（図５中の検出値Ｄａ〜Ｄｃの傾き、及びＤｂ〜Ｄｄの傾き参照）となっている箇所が存在する。したがって、重み無しの直線Ｌａ１の傾きは、これらの箇所（Ｄａ〜Ｄｃ及びＤｂ〜Ｄｄ）の傾きの影響を受けて、微分最小点Ｐｄでの接線の傾きに比べて大きくなってしまう。これに対し、重み有りの直線Ｌａ２の傾きは、上述したように小さくなるよう修正されるので、重み有りの直線Ｌａ２の傾きは微分最小点Ｐｄでの接線Ｌａ０の傾きに近づくことになる。

なお、図３のステップＳ３０のサブルーチン処理も、ステップＳ２０と同様の思想に基づき実施する。すなわち、圧力波形から、燃料噴射に伴い上昇する部分の上昇波形の検出値を抽出し、抽出した複数の検出値を最小二乗法により近似して最小二乗近似直線Ｌｂ１を演算する（第１近似手段）。次に、上昇波形を表した複数の検出値の各々について、最小二乗近似直線Ｌｂ１との距離（差分）に応じた重みを算出して、各々の検出値に付与する（重み付け手段）。次に、重み付けされた複数の検出値を最小二乗法により近似して、重み付き最小二乗近似直線Ｌｂ２を演算する（第２近似手段）。

そして、上昇波形にかかる重み付き最小二乗近似直線Ｌｂ２も、降下波形にかかる重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２と同様にして、微分最小点Ｐｄでの接線Ｌｂ０に近づくことになる。すなわち、重み無しの直線Ｌｂ１の傾きは、微分最大点Ｐｅでの接線Ｌｂ０の傾きに比べて小さくなってしまう。これに対し、重み有りの直線Ｌｂ２の傾きは、重み無しの直線Ｌｂ１の傾きよりも大きくなるよう修正されるので、重み有りの直線Ｌｂは、重み無しの直線Ｌｂ１に比べて接線Ｌｂ０に近づく。

以上により、本実施形態によれば、降下波形の最小二乗近似直線Ｌａ１に対する差分が大きい検出値であるほど大きい重みを付与し、このように重み付けられた降下波形の検出値を最小二乗法により再び近似して、重み付き最小二乗近似直線Ｌａ２に近似直線Ｌａ１を修正する。よって、微分最小点Ｐｄでの接線Ｌａ０に近い近似直線Ｌａ２を演算することができる。上昇波形についても同様にして、微分最大点Ｐｅでの接線Ｌｂ０に近い近似直線Ｌｂ２を演算できる。よって、このように演算された降下波形及び上昇波形の近似直線Ｌａ２，Ｌｂ２を用いて、噴射開始時期Ｒ１、噴射終了時期Ｒ４、噴射率上昇の傾きＲα及び噴射率降下の傾きＲβを算出するので、噴射率波形（燃料噴射状態）を高精度で推定できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図４のステップＳ２３において、検出値Ｄ１〜Ｄ１１と近似直線Ｌａ１との差分ｅ１〜ｅ１１に基づき重みｗ１〜ｗ１１を算出している。これに対し、本実施形態では、検出値Ｄ１〜Ｄ１１の検出時刻と、微分最小点Ｐｄ又は微分最大点Ｐｅの出現時刻ｔＰｄ（図５及び図６参照）との時間差に基づき重みｗ１〜ｗ１１を算出している。つまり、図５又は図６の横軸上で、複数の検出値Ｄ１〜Ｄ１１，Ｄａ〜ＤｄのうちｔＰｄ時刻の近くに位置する検出値であるほど大きい重みに設定している。つまり、図６の例では、微分最小点Ｐｄに近い検出値Ｄ５，Ｄ６の重みを、検出値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１０，Ｄ１１よりも大きく設定している。また、図５の例では、微分最小点Ｐｄの近傍の検出値の重みを検出値Ｄａ，Ｄｂよりも大きく設定し、検出値Ｄａ，Ｄｂの重みを検出値Ｄｃ，Ｄｄよりも大きく設定している。

図７は、本実施形態において降下波形から近似直線を演算する手順を示すフローチャートであり、以下、図４との違いを中心に説明する。図７に示すステップＳ２１及びＳ２２では、図４と同様にして、圧力波形から抽出した降下波形の検出値Ｄ１〜Ｄ１１を最小二乗法により近似して最小二乗近似直線Ｌａ１を演算する。

続くステップＳ２３ａ（重み付け手段）では、抽出した降下波形における微分最小点Ｐｄの出現時刻ｔＰｄを算出する。続くステップＳ２３ｂ（重み付け手段）では、検出値Ｄ１〜Ｄ１１の検出時刻と出現時刻ｔＰｄとの時間差に応じた重みｗ１〜ｗ１１を算出する。具体的には、時間差が小さいほど重みｗ１〜ｗ１１を大きく設定しており、前記時間差と重みｗ１〜ｗ１１の大きさとは反比例するように設定する。

そして、続くステップＳ２４（重み付け手段）では、ステップＳ２３ｂで算出した重みｗ１〜ｗ１１を各々の検出値Ｄ１〜Ｄ１１に付与する。具体的には、重みｗ１〜ｗ１１の値を検出値Ｄ１〜Ｄ１１に乗じて、重み付き検出値Ｄｗ１〜Ｄｗ１１を算出する。

続くステップＳ２５（重み付き近似手段）では、ステップＳ２４で算出された重み付き検出値Ｄｗ１〜Ｄｗ１１を最小二乗法により近似して、重み付き最小二乗近似直線を演算する。つまり、各々の重み付き検出値Ｄｗ１〜Ｄｗ１１との距離（差分）の総和が最小となるような直線を、重み付き最小二乗近似直線として演算する。

このように、重み無しの直線Ｌａ１を重み有りの直線に修正すると、修正後の重み付き最小二乗近似直線は、微分最小点Ｐｄ近傍の検出値による影響を大きく受けるとともに、微分最小点Ｐｄから離れた箇所の検出値Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄから受ける影響が小さくなる。よって、図５（ａ）の矢印Ｙ１，Ｙ２に示すように直線Ｌａ１は所望する接線Ｌａ０に近づくように修正される。

なお、上昇波形の近似直線についても、図７と同様の思想に基づき演算する。すなわち、圧力波形から抽出した上昇波形の検出値を最小二乗法により近似して最小二乗近似直線Ｌｂ１を演算する。次に、抽出した上昇波形における微分最大点Ｐｅの出現時刻ｔＰｅ（図示略）を算出する。次に、微分最大点Ｐｅの出現時刻ｔＰｅに近い検出時刻の検出値であるほど大きい重みを付与する。次に、重みが付与された検出値を最小二乗法により近似して、重み付き最小二乗近似直線を演算する。このように、重み無しの直線Ｌａ１を重み有りの直線に修正すると、修正後の重み付き最小二乗近似直線は、微分最大点Ｐｅ近傍の検出値による影響を大きく受けるとともに、微分最大点Ｐｅから離れた箇所の検出値から受ける影響が小さくなる。よって、直線Ｌｂ１は所望する接線Ｌｂ０に近づくように修正される。

以上により、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様にして、降下波形中の微分最小点Ｐｄでの接線Ｌａ０に近い近似直線を演算できる。また、上昇波形についても同様にして微分最大点Ｐｅでの接線Ｌｂ０に近い近似直線を演算できる。よって、このように演算された降下波形及び上昇波形の近似直線を用いて、噴射開始時期Ｒ１、噴射終了時期Ｒ４、噴射率上昇の傾きＲα及び噴射率降下の傾きＲβを算出するので、噴射率波形（燃料噴射状態）を高精度で推定できる。

（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。

・図１に示す上記実施形態では、燃圧センサ２０を燃料噴射弁１０に搭載しているが、本発明にかかる燃圧センサはコモンレール４２の吐出口４２ａから噴孔１１ｂに至るまでの燃料供給経路内の燃圧を検出するよう配置された燃圧センサであればよい。よって、例えばコモンレール４２と燃料噴射弁１０とを接続する高圧配管４２ｂに燃圧センサを搭載してもよい。つまり、コモンレール４２及び燃料噴射弁１０を接続する高圧配管４２ｂと、ボデー１１内の高圧通路１１ａとが「蓄圧容器の吐出口から燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路」に相当する。

・上記第１実施形態において差分に応じた重みを設定するにあたり、降下波形及び上昇波形の傾きに影響を与えるパラメータ（例えば燃料温度や燃料性状等）に応じて、同じ差分であっても異なる重みとなるように設定してもよい。

・上記第２実施形態において、微分最小点Ｐｄ及び微分最大点Ｐｅの出現時刻ｔＰｄ，ｔＰｅとの時間差に応じた重みを設定するにあたり、降下波形及び上昇波形の傾きに影響を与えるパラメータ（例えば燃料温度や燃料性状等）に応じて、同じ時間差であっても異なる重みとなるように設定してもよい。

１０…燃料噴射弁、２０…燃圧センサ、Ｓ２０…直線近似手段、Ｓ２３，Ｓ２３ｂ，Ｓ２４…重み付け手段、Ｓ２３ａ…算出手段、Ｓ２５…第２近似手段、重み付き近似手段、Ｓ５０〜Ｓ８０…噴射状態推定手段。

Claims (2)

1. 蓄圧容器で蓄圧した燃料を燃料噴射弁から噴射する燃料噴射システムに適用された燃料噴射状態検出装置において、
   前記蓄圧容器の吐出口から前記燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に配置され、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、
   所定のサンプリング周期で前記燃圧センサから出力された複数の検出値により表される圧力波形のうち、前記噴孔の開弁開始に伴い圧力降下していく部分である降下波形、又は前記噴孔の閉弁開始に伴い圧力上昇していく部分である上昇波形を直線に近似する直線近似手段と、
   前記直線近似手段により近似された直線に基づいて燃料噴射状態を推定する噴射状態推定手段と、
   を備え、
   前記直線近似手段は、
   前記降下波形又は前記上昇波形を表した前記複数の検出値を最小二乗法により近似して、最小二乗近似直線を演算する第１近似手段と、
   前記複数の検出値のうち前記最小二乗近似直線に対する差分が大きい検出値であるほど、大きい重みを付与する重み付け手段と、
   前記重み付け手段により重みが付与された複数の検出値を最小二乗法により近似して、重み付き最小二乗近似直線を演算する第２近似手段と、
   を有することを特徴とする燃料噴射状態検出装置。
2. 蓄圧容器で蓄圧した燃料を燃料噴射弁から噴射する燃料噴射システムに適用された燃料噴射状態検出装置において、
   前記蓄圧容器の吐出口から前記燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に配置され、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、
   所定のサンプリング周期で前記燃圧センサから出力された複数の検出値により表される圧力波形のうち、前記噴孔の開弁開始に伴い圧力降下していく部分である降下波形、又は前記噴孔の閉弁開始に伴い圧力上昇していく部分である上昇波形を直線に近似する直線近似手段と、
   前記直線近似手段により近似された直線に基づいて燃料噴射状態を推定する噴射状態推定手段と、
   を備え、
   前記直線近似手段は、
   前記降下波形のうち降下の傾きが最小となる微分最小点、又は前記上昇波形のうち上昇の傾きが最大となる微分最大点を算出する算出手段と、
   前記降下波形又は前記上昇波形を表した前記複数の検出値のうち前記微分最小点又は前記微分最大点の近くに位置する検出値であるほど、大きい重みを付与する重み付け手段と、
   前記重み付け手段により重みが付与された複数の検出値を最小二乗法により近似して、重み付き最小二乗近似直線を演算する重み付き近似手段と、
   を有することを特徴とする燃料噴射状態検出装置。

Images