JP2014152658A - 燃料噴射状態推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射状態推定装置において、燃料噴射状態の推定精度が低下することを抑制する。
【解決手段】ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁１０による燃料の噴射時に燃圧センサ２０により検出される燃料圧力に基づいて、燃料圧力の変化を表す第１波形を取得し、予め作成されたモデルに基づいて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射時にコモンレール４２から燃料配管４２ｂを通じて燃料噴射弁１０へ供給される燃料によって発生する供給脈動の波形を演算し、演算された供給脈動の波形を第１波形から除去した第２波形を取得し、取得された第２波形に基づいて、燃料の噴射状態を推定し、取得された第１波形のうち、燃料圧力が最小となる点から燃料圧力が上昇して一定となる点までの所定部分に基づいて、モデルを更新する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料噴射時に燃圧センサにより検出される燃料圧力に基づき燃料圧力の変化を表す第１波形を取得し、取得した第１波形に基づき燃料噴射状態を推定する燃料噴射状態推定装置に関する。

従来、この種の装置において、コモンレールの吐出口から燃料配管を通じて燃料噴射弁へ流れ込む燃料の流れによって発生する供給脈動の波形を上記第１波形から差し引いた波形に基づいて、燃料噴射状態を推定するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、供給脈動の波形を予めモデル化しており、このモデルに基づいて供給脈動の波形を演算している。

特開２０１２−７７６５３号公報

しかしながら、コモンレール及び燃料配管の製造ばらつきや特性の経時変化等により、実際の供給脈動の波形と上記モデルの波形とがずれるおそれがある。その場合、モデルに基づく供給脈動の波形を第１波形から差し引いた波形が、燃料噴射状態を正確に反映しなくなるため、燃料噴射状態を推定する精度が低下するおそれがある。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、燃料噴射状態推定装置において、燃料噴射状態の推定精度が低下することを抑制することにある。

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記載の発明は、燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記燃料を噴射孔から噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器から前記噴射孔まで前記燃料を流通させる燃料通路と、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、を備える燃料噴射システムに適用される燃料噴射状態推定装置であって、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記燃圧センサにより検出される前記燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力の変化を表す第１波形を取得する第１波形取得部と、予め作成されたモデルに基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記蓄圧容器から前記燃料通路を通じて前記燃料噴射弁へ供給される燃料によって発生する供給脈動の波形を演算する演算部と、前記演算部により演算される前記供給脈動の波形を前記第１波形から除去した第２波形を取得する第２波形取得部と、前記第２波形取得部により取得される前記第２波形に基づいて、前記燃料の噴射状態を推定する推定部と、前記第１波形取得部により取得される前記第１波形のうち、燃料圧力が最小となる点から燃料圧力が上昇して一定となる点までの所定部分に基づいて、前記モデルを更新する更新部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、蓄圧容器に燃料が蓄圧保持され、燃料通路を通じて蓄圧容器から燃料噴射弁の噴射孔まで燃料が流通させられる。燃料通路内の燃料圧力が燃圧センサにより検出される。

燃料噴射弁による燃料の噴射時に燃圧センサにより検出される燃料圧力に基づいて、燃料圧力の変化を示す第１波形が取得される。また、予め作成されたモデルに基づいて、燃料噴射弁による燃料の噴射時に蓄圧容器から燃料通路を通じて燃料噴射弁へ供給される燃料によって発生する供給脈動の波形が演算される。そして、第１波形から供給脈動の波形が除去されて第２波形が取得される。この第２波形に基づいて、燃料の噴射状態が推定される。このため、燃料の噴射状態の推定において、供給脈動の影響による誤差が生じることを抑制することができる。なお、上記モデルは、上記特許文献１に記載されたモデルと同一であってもよいし、異なっていてもよい。

ここで、供給脈動の波形を反映する第１波形に基づいてモデルが更新される。このため、実際の供給脈動の波形に合わせてモデルを更新することができる。さらに、本願発明者は、第１波形のうち、燃料圧力が最小となる点から燃料圧力が上昇して一定となる点までの所定部分に、実際の供給脈動の波形が直接的に反映されることを見出した。この点、第１波形のうち特にこの所定部分に基づいてモデルが更新されるため、モデルにより供給脈動の波形を演算する精度を向上させることができる。その結果、蓄圧容器及び燃料通路の製造ばらつきや特性の経時変化等が生じたとしても、燃料噴射状態の推定精度が低下することを抑制することができる。

燃料噴射システムの概略を示す模式図。 （ａ）噴射指令信号、（ｂ）燃料噴射率、及び（ｃ）検出圧力を示すタイムチャート。 噴射脈動及び供給脈動の発生メカニズムを説明する模式図。 センサ波形の補正手順及び噴射率波形の推定手順を示すフローチャート。 （ａ）センサ波形Ｗ及び供給脈動波形Ｗａ、（ｂ）供給脈動波形のモデル波形Ｗｍ、及び（ｃ）補正後のセンサ波形Ｗ’を示すタイムチャート。 モデル波形Ｗｍを演算する手順を示すフローチャート。 モデル波形Ｗｍを補正する手順を示すフローチャート。

以下、車載ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ディーゼルエンジン（内燃機関）は、４つの気筒＃１〜＃４を備えており、気筒内に高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させる。

図１は、燃料噴射システムの概略を示す模式図である。まず、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、燃料ポンプ４１によりコモンレール４２（蓄圧容器）に圧送されて蓄圧保持される。コモンレール４２には、各燃料配管４２ｂを介して、各気筒の燃料噴射弁１０（#1〜#4）が接続されている。コモンレール４２内の燃料は、各吐出口４２ａから各燃料配管４２ｂを通じて、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、所定の順序で燃料の噴射を行う。本実施形態では、＃１→＃３→＃４→＃２の順番で繰り返し噴射することを想定している。

なお、燃料ポンプ４１にはプランジャポンプが用いられており、プランジャの往復動に同期して燃料が圧送される。そして、燃料ポンプ４１は、エンジン出力を駆動源としてクランク軸により駆動され、＃１→＃３→＃４→＃２の順番で噴射される期間中に、決められた回数だけ燃料を圧送する。

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及び電動アクチュエータ１３等を備えている。ボデー１１は、内部に高圧通路１１ａを形成するとともに、燃料を噴射する噴射孔１１ｂを形成している。弁体１２は、ボデー１１内に収容されて噴射孔１１ｂを開閉する。なお、上記燃料配管４２ｂ及び高圧通路１１ａによって、コモンレール４２から噴射孔１１ｂまで燃料を流通させる燃料通路が構成されている。

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。電動アクチュエータ１３は、高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄと背圧室１１ｃとの連通状態を切り換えるように、制御弁１４を作動させる。電動アクチュエータ１３の駆動は、ＥＣＵ３０により制御される。

背圧室１１ｃが低圧通路１１ｄと連通するよう制御弁１４を作動させると、背圧室１１ｃ内の燃料圧力は低下して弁体１２はリフトアップ（開弁作動）し、噴射孔１１ｂが開かれる。その結果、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、噴射孔１１ｂから燃焼室へ噴射される。一方、背圧室１１ｃが高圧通路１１ａと連通するよう制御弁１４を作動させると、背圧室１１ｃ内の燃料圧力は上昇して弁体１２はリフトダウン（閉弁作動）し、噴射孔１１ｂが閉じられて燃料噴射が停止される。

燃圧センサ２０は、以下に説明するステム２１（起歪体）及び圧力センサ素子２２等を備えている。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ＥＣＵ３０へ出力する。燃圧センサ２０は、全ての燃料噴射弁１０に搭載されている。

ＥＣＵ３０（電子制御装置）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、及び入出力インターフェイス等を備える周知のマイクロコンピュータである。ＥＣＵ３０は、車両の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ＮＥ等に基づき目標噴射状態（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を、噴射状態マップにして記憶させておく。そして、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（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、噴射孔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により検出された燃料圧力のセンサ波形（第１波形）に基づき燃料の噴射率波形を演算して噴射状態を推定する。推定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により検出されたセンサ波形（図２（ｃ）参照）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（図２（ｂ）参照）との相関について説明する。

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が通電作動して噴射孔１１ｂが開弁する。すなわち、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）により噴射孔１１ｂの開弁時間を制御することで、噴射量Ｑが制御される。

図２（ｂ）は、上記噴射指令に伴って、噴射孔１１ｂから噴射される燃料の噴射率の変化（噴射率波形）を示す。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により検出された燃料圧力の変化（第１波形）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。まず、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Ｃ３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推定できる。

ただし、燃圧センサ２０により検出されたセンサ波形は噴射状態をそのまま反映している訳ではなく、以下に説明する供給脈動の波形がセンサ波形に重畳しているため、この供給脈動の波形成分をセンサ波形から除去する補正を実施して、その補正後のセンサ波形（第２波形）に基づき噴射状態を推定することが要求される。

図３は、コモンレール４２の吐出口４２ａから、燃料配管４２ｂ及び燃料噴射弁１０の高圧通路１１ａを通じて噴射孔１１ｂに至るまでの燃料通路を模式化した図である。以下、「噴射脈動」及び「供給脈動」の発生メカニズム等について図３を用いて説明する。

まず、噴射孔１１ｂからの燃料噴射が開始されると、高圧通路１１ａのうち噴射孔１１ｂの近傍部分では、燃圧低下の脈動（噴射脈動Ｍａ）が発生する（図３（ａ）参照）。その後、発生した噴射脈動Ｍａは、高圧通路１１ａ内をコモンレール４２へ向けて伝播していく（図３（ｂ）参照）。そして、燃圧センサ２０のダイヤフラム部２１ａに噴射脈動Ｍａが到達した図３（ｃ）の時点で、センサ波形は下降を開始する（すなわち変化点Ｐ１が現れる）。

その後、コモンレール４２の吐出口４２ａに噴射脈動Ｍａが到達した図３（ｄ）の時点で、コモンレール４２内の高圧燃料が吐出口４２ａから燃料配管４２ｂへ供給されることとなる。このように燃料供給が開始されると、燃料配管４２ｂ内のうち吐出口４２ａの近傍部分では、燃圧上昇の脈動（供給脈動Ｍｂ）が発生する（図３（ｅ）参照）。その後、発生した供給脈動Ｍｂは、高圧通路１１ａ内を噴射孔１１ｂへ向けて伝播していく（図３（ｆ）参照）。そして、燃圧センサ２０のダイヤフラム部２１ａに供給脈動Ｍｂが到達した図３（ｇ）の時点で、センサ波形は上昇を開始する（すなわち変化点Ｐ２が現れる）。

その後、高圧通路１１ａ内のうち燃圧センサ２０近傍部分において、コモンレール４２から供給される燃料の流量と、噴射孔１１ｂから噴射される燃料の流量とが釣り合った時点（図２（ｃ）に示す変化点Ｐ２ａ時点）で、センサ波形の上昇は停止して一定の値（平衡圧）に維持される。

要するに、センサ波形には噴射脈動Ｍａによる波形成分に、供給脈動Ｍｂによる波形成分（図２（ｃ）中の変化点Ｐ２〜Ｐ２ａの部分）が重畳していると言える。なお、センサ波形のうち変化点Ｐ２時点までの部分は、供給脈動Ｍｂが未だ燃圧センサ２０に伝播していないため、噴射脈動Ｍａのみを表した波形であって供給脈動Ｍｂが重畳していないと言える。

そこで本実施形態では、供給脈動Ｍｂの波形成分を予め作成されたモデルに基づいて演算し（図５（ｂ）参照）、演算したモデル波形Ｗｍをセンサ波形Ｗから差し引いて除去する補正を実施する。そして、その補正後のセンサ波形Ｗ’（第２波形）に基づき噴射状態を推定している。

次に、上記補正の手順、及び補正後のセンサ波形Ｗ’から噴射率波形を推定する手順の一例を、図４のフローチャートを用いて説明する。なお、図４に示す一連の処理は、ＥＣＵ３０（燃料噴射状態推定装置）によって、燃料の噴射を１回実施する毎に実行される。

まず、図４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から所定のサンプリング周期で出力された複数の検出値（センサ波形Ｗ）を取得する。なお、図５（ａ）中の実線はセンサ波形Ｗを示し、点線は供給脈動波形Ｗａを示す。続くステップＳ２０では、供給脈動波形Ｗａのモデル波形Ｗｍ（図５（ｂ）参照）を演算する。この演算手法については後に詳述する。続くステップＳ３０では、供給脈動波形Ｗａのモデル波形Ｗｍを学習値により補正する。この補正手法（更新手法）については後に詳述する。

続くステップＳ４０では、演算したモデル波形Ｗｍをセンサ波形Ｗから差し引いて、供給脈動波形Ｗａが除去されたセンサ波形Ｗ’を演算する（Ｗ’＝Ｗ−Ｗｍ）。図５（ｃ）中の点線は、補正前のセンサ波形Ｗ（第１波形）を示し、実線は、補正後のセンサ波形Ｗ’（第２波形）を示す。

続くステップＳ５０では、補正後のセンサ波形Ｗ’のうち、弁体１２の開弁作動開始に伴い圧力下降していく部分である下降波形Ｗ(P1-P2)（Ｐ１〜Ｐ２の部分の波形）の近似直線Ｌａを演算する（図２（ｃ）参照）。次のステップＳ６０では、補正後のセンサ波形Ｗ’のうち、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Ｗ(P3-P5)（Ｐ３〜Ｐ５の部分の波形）の近似直線Ｌｂ（モデル化した上昇波形）を演算する（図２（ｃ）参照）。これらの近似直線Ｌａ，Ｌｂは、例えば下降波形Ｗ(P1-P2)又は上昇波形Ｗ(P3-P5)を構成する複数の検出値を最小二乗法により直線近似して算出してもよいし、下降波形Ｗ(P1-P2)のうち微分値が最小となる点での接線を直線モデルとして算出してもよいし、上昇波形Ｗ(P3-P5)のうち微分値が最大となる点での接線を直線モデルとして算出してもよい。

次に、ステップＳ７０において、補正後のセンサ波形Ｗ’のうち圧力下降を開始する直前（変化点Ｐ１の直前）の圧力（基準圧Ｐbase）を算出し、この基準圧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、噴射指令信号の出力開始（パルスオン時期ｔ１）から変化点Ｐ１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、噴射指令信号の出力開始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。この所定量は、変化点Ｐ１での圧力から変化点Ｐ２での圧力への圧力下降量ΔＰ(P1-P2)が大きいほど、或いは噴射指令信号のパルスオン期間（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Ｓ８０では、基準直線Ｌｃと近似直線Ｌａとの交点を算出する（図２（ｃ）参照）。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Ｌａ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、この交点に基づき噴射開始時期Ｒ１を算出する。続くステップＳ９０では、基準直線Ｌｄと近似直線Ｌｂ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、この交点に基づき噴射終了時期Ｒ４を算出する（図２（ｃ）参照）。

続くステップＳ１００では、噴射率が上昇する部分の傾きＲα（図２（ｂ）参照）と近似直線Ｌａの傾きとは相関性が高いことに着目し、近似直線Ｌａの傾きに基づき噴射率波形の上昇の傾きＲαを算出する。また、噴射率が下降する部分の傾きＲβ（図２（ｂ）参照）と近似直線Ｌｂの傾きとは相関性が高いことに着目し、近似直線Ｌｂの傾きに基づき噴射率波形の下降の傾きＲβを算出する。続くステップＳ１１０では、変化点Ｐ１での圧力から変化点Ｐ２での圧力への圧力下降量ΔＰ(P1-P2)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、圧力下降量ΔＰ(P1-P2)に基づき最大噴射率Ｒｈを算出する。

以上による図４の処理によれば、噴射開始時期Ｒ１、噴射終了時期Ｒ４、噴射率上昇の傾きＲα、噴射率下降の傾き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することができる。なお、ステップＳ１０の処理が第１波形取得部としての処理に相当し、ステップＳ２０の処理が演算部としての処理に相当し、ステップＳ３０の処理が更新部としての処理に相当し、ステップＳ４０の処理が第２波形取得部としての処理に相当し、ステップＳ５０〜Ｓ１１０の処理が推定部としての処理に相当する。

次に、上記ステップＳ２０において、供給脈動波形Ｗａのモデル波形Ｗｍ（図５（ｂ）参照）を演算する手法を説明する。

図５（ａ）に示すように、実際の供給脈動波形Ｗａは、ｔａ時点までは圧力ゼロであり、重畳を開始するｔａ時点から徐々に圧力上昇し、ｔｂ時点でその圧力上昇が停止して一定の圧力になる。したがって、重畳開始するｔａ時点、ｔａ時点からｔｂ時点までの圧力上昇の傾きＰγ、及び圧力上昇量ΔＰが推定できれば、供給脈動波形Ｗａのモデル波形Ｗｍ（図５（ｂ）参照）を規定できると言える。本実施形態では、これらの重畳開始時期ｔａ、傾きＰγ、上昇量ΔＰを以下の手法により算出することで、モデル波形Ｗｍを演算している。

供給脈動波形Ｗａの傾きＰγ（上昇速度）は、下降波形Ｗ(P1-P2)の傾きＰα（下降速度）と相関がある。両傾きＰγ，Ｐαは比例関係にあり、下降波形Ｗ(P1-P2)の下降速度が速いほど、供給脈動波形Ｗａの上昇速度が速くなる。この比例関係の式を予め試験して取得しておき、検出したセンサ波形Ｗから下降波形Ｗ(P1-P2)の傾きＰαを演算し、演算した傾きＰαを比例関係の式に代入して供給脈動波形Ｗａの傾きＰγを算出する。なお、下降波形Ｗ(P1-P2)の傾きＰαは、先述した近似直線Ｌａ（図２（ｃ）参照）の傾きをそのまま用いればよい。

次に、重畳開始時期ｔａの算出手法を説明する。先ず、下降開始時期Ｔｓｔａから重畳開始時期ｔａまでに要する時間（供給脈動伝播時間Ｔａ）を演算する。詳しくは、燃圧センサ２０の位置（正確にはダイヤフラム部２１ａの位置）から吐出口４２ａまでの経路長Ｌ、及び噴射脈動Ｍａ及び供給脈動Ｍｂの伝播速度ａ（音速）に基づいて、供給脈動伝播時間Ｔａを演算する。伝播速度ａは、その時の燃料圧力に応じて変化するため、例えば先述した基準圧Ｐbaseに基づき伝播速度ａを算出すればよい。経路長Ｌは設計値、ａは基準圧Ｐbaseに基づき算出可能である。供給脈動伝播時間Ｔａは、経路長Ｌの２倍を伝播速度ａで割って算出する（Ｔａ＝２Ｌ／ａ）。Ｔｓｔａはセンサ波形Ｗから算出可能である。そして、このように演算した供給脈動伝播時間Ｔａを下降開始時期Ｔｓｔａに加算すれば、重畳開始時期ｔａを算出できる（ｔａ＝Ｔｓｔａ＋Ｔａ）。

次に、圧力上昇量ΔＰの算出手法を説明する。下降開始時期Ｔｓｔａでの圧力及び重畳開始時期ｔａでの圧力をセンサ波形Ｗから検出し、これらの圧力に基づいて圧力上昇量ΔＰを演算する（詳細は特許文献１参照）。

図６は、上述の如く供給脈動波形Ｗａのモデル波形Ｗｍを演算する手順の一例を示すフローチャートであり、図４中のステップＳ２０のサブルーチン処理である。ここで、下降波形Ｗ(P1-P2)の傾きＰαとモデル波形Ｗｍの傾きＰγとの相関を示す相関式、基準圧Ｐbaseと供給脈動伝播時間Ｔａとの関係を示すマップ、圧力上昇量ΔＰを演算する式が、予めメモリに記憶されている。

まず、図６のステップＳ２１において、下降波形のＷ(P1-P2)の傾きＰαをセンサ波形Ｗから検出し、メモリに記憶された相関式に、検出した傾きＰαを代入して、モデル波形Ｗｍの上昇の傾きＰγを演算する。

続くステップＳ２２では、基準圧Ｐbaseに基づき、供給脈動伝播時間Ｔａとの関係を示すマップを参照して供給脈動伝播時間Ｔａを算出する。続くステップＳ２３では、センサ波形Ｗから検出した下降開始時期Ｔｓｔａに、ステップＳ２２で算出した供給脈動伝播時間Ｔａを加算することで、重畳開始時期ｔａを算出する。

続くステップＳ２４では、センサ波形Ｗから検出される下降開始時期Ｔｓｔａでの圧力及び重畳開始時期ｔａでの圧力の値に基づいて、圧力上昇量ΔＰを算出する。続くステップＳ２５では、ステップＳ２１，Ｓ２３，Ｓ２４で算出した傾きＰγ、重畳開始時期ｔａ及び上昇量ΔＰに基づき、図５（ｂ）に例示される供給脈動波形Ｗａのモデル波形Ｗｍを規定（演算）する。

ここで、コモンレール４２及び燃料配管４２ｂの製造ばらつきや特性の経時変化等により、実際の供給脈動波形Ｗａとモデル波形Ｗｍ（モデルに基づき演算した供給脈動波形）とがずれるおそれがある。その場合、モデル波形Ｗｍをセンサ波形Ｗから差し引いたセンサ波形Ｗ’が、燃料噴射状態を正確に反映しなくなるため、燃料噴射状態を推定する精度が低下するおそれがある。この点、本実施形態では、供給脈動波形のモデル波形Ｗｍと実際の供給脈動波形Ｗａとのずれ量を算出し、このずれ量に基づいてモデル波形Ｗｍを更新する。

詳しくは、燃料噴射弁１０による燃料の噴射中は、燃料配管４２ｂ及び高圧通路１１ａ内を流通する燃料が噴射孔１１ｂによって絞られ、一定流量の燃料が噴射孔１１ｂから噴射される状態となる。このため、仮に供給脈動波形Ｗａがセンサ波形Ｗに重畳しないとすると、センサ波形Ｗは最小値に到達した後にその最小値で一定期間維持されると考えられる（図５（ｃ）の除去補正後のセンサ波形Ｗ’参照）。これに対して、実際のセンサ波形Ｗが最小値に到達した後に、最小値で一定期間維持されず上昇しているのは（図５（ａ）のセンサ波形Ｗ参照）、供給脈動波形Ｗａがセンサ波形Ｗ’に重畳したことによると考えられる。

こうした考察から、本願発明者は、センサ波形Ｗのうち燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２の出現時期は、供給脈動波形Ｗａがセンサ波形Ｗに重畳開始する時期ｔａと略一致することを見出した（図５（ａ）参照）。また、本願発明者は、センサ波形Ｗのうち、燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２から燃料圧力が上昇する部分（変化点Ｐ２から変化点Ｐ２ａまでの部分）の傾きは、供給脈動波形Ｗａのうち上昇部分の傾きに略一致することを見出した。さらに、本願発明者は、センサ波形Ｗのうち燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２から燃料圧力が上昇して一定となる変化点Ｐ２ａまでの上昇量ΔＰは、供給脈動波形Ｗａの上昇量ΔＰと略一致することを見出した。

本実施形態では、供給脈動波形のモデル波形Ｗｍと実際の供給脈動波形Ｗａとのずれ量を表す学習値により、モデル波形Ｗｍを補正する。図７は、モデル波形Ｗｍを補正する手順を示すフローチャートであり、図４中のステップＳ３０のサブルーチン処理である。

まず、図７のステップＳ３１において、センサ波形Ｗのうち、燃料圧力が最小となる点から燃料圧力が上昇する部分の傾きに基づいて、供給脈動波形Ｗａの上昇の傾きＰγを算出する。詳しくは、図５（ａ）において、センサ波形Ｗのうち変化点Ｐ２から変化点Ｐ２ａまでの近似直線を最小二乗法により算出し、この近似直線の傾きを供給脈動波形Ｗａの傾きＰγとして算出する。なお、上昇波形Ｗ(P2-P2a)において微分値の最大値を、供給脈動波形Ｗａの傾きＰγとして算出してもよい。

続くステップＳ３２では、図６に示した処理により演算したモデル波形Ｗｍの傾きＰγと、上記ステップＳ３１で算出した実際の傾きＰγとの差分量を算出する。

続く、ステップＳ３３において、センサ波形Ｗのうち、燃料圧力が最小となる点の出現時期に基づいて、供給脈動波形Ｗａがセンサ波形Ｗに重畳開始する時期ｔａを算出する。詳しくは、図５（ａ）において、センサ波形Ｗにおける変化点Ｐ２の出現時期を、センサ波形Ｗへの供給脈動波形Ｗａの重畳開始時期ｔａとして算出する。

続くステップＳ３４では、図６に示した処理により演算したモデル波形Ｗｍの重畳開始時期ｔａと、上記ステップＳ３３で算出した実際の重畳開始時期ｔａとの差分量を算出する。

続くステップＳ３５では、センサ波形Ｗのうち、燃料圧力が最小となる点から燃料圧力が上昇して一定となるまでの上昇量に基づいて、供給脈動波形Ｗａの上昇量ΔＰを算出する。詳しくは、図５（ａ）において、センサ波形Ｗのうち変化点Ｐ２から変化点Ｐ２ａまでの上昇量ΔＰを、供給脈動波形Ｗａの上昇量ΔＰとして算出する。

続くステップＳ３６では、図６に示した処理により演算したモデル波形Ｗｍの上昇量ΔＰと、上記ステップＳ３５で算出した実際の上昇量ΔＰとの差分量を算出する。

続くステップＳ３７では、ステップＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３６で算出した各差分量を、傾きＰγ，重畳開始時期ｔａ，上昇量ΔＰの各学習値としてメモリに記憶させる。

続くステップＳ３８では、ステップＳ３７でメモリに記憶させた各学習値に基づいて、モデル波形Ｗｍを補正する。詳しくは、モデル波形Ｗｍの傾きＰγ，重畳開始時期ｔａ，上昇量ΔＰに、それぞれの学習値を加算して、補正後のモデル波形Ｗｍを算出する（モデル波形Ｗｍを更新する）。

なお、ステップＳ３１〜Ｓ３８の処理が、更新部としての処理に相当する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・供給脈動波形Ｗａを反映するセンサ波形Ｗに基づいてモデル波形Ｗｍが更新される。このため、実際の供給脈動波形Ｗａに合わせてモデル波形Ｗｍを更新することができる。さらに、本願発明者は、センサ波形Ｗのうち、燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２から燃料圧力が上昇して一定となる変化点Ｐ２ａまでの所定部分に、実際の供給脈動波形Ｗａが直接的に反映されることを見出した。この点、センサ波形Ｗのうち特にこの所定部分に基づいてモデル波形Ｗｍが補正（更新）されるため、供給脈動波形Ｗａのモデル波形Ｗｍを演算する精度を向上させることができる。その結果、コモンレール４２、燃料配管４２ｂ、及び高圧通路１１ａの製造ばらつきや特性の経時変化等が生じたとしても、燃料噴射状態の推定精度が低下することを抑制することができる。

・本願発明者は、センサ波形Ｗのうち燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２の出現時期は、供給脈動波形Ｗａがセンサ波形Ｗに重畳開始する時期ｔａと略一致することを見出した。この点、センサ波形Ｗのうち燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２の出現時期に基づいて、モデル波形Ｗｍがセンサ波形Ｗに重畳開始する時期ｔａが補正（更新）されるため、モデル波形Ｗｍを演算する精度を向上させることができる。

・本願発明者は、センサ波形Ｗのうち、燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２から燃料圧力が上昇する部分の傾きは、供給脈動波形Ｗａのうち上昇部分の傾きに略一致することを見出した。この点、センサ波形Ｗのうち、燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２から燃料圧力が上昇する部分の傾きに基づいて、モデル波形Ｗｍのうち上昇部分の傾きＰγが補正（更新）されるため、モデル波形Ｗｍを演算する精度を向上させることができる。

・本願発明者は、センサ波形Ｗのうち燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２から燃料圧力が上昇して一定となる変化点Ｐ２ａまでの上昇量は、供給脈動波形Ｗａの上昇量ΔＰと略一致することを見出した。この点、センサ波形Ｗのうち、燃料圧力が最小となる変化点Ｐ２から燃料圧力が上昇して一定となる変化点Ｐ２ａまでの上昇量に基づいて、モデル波形Ｗｍの上昇量ΔＰが補正（更新）されるため、モデル波形Ｗｍを演算する精度を向上させることができる。

・モデル波形Ｗｍを更新する量が学習値として記憶され、この学習値に基づいてモデル波形Ｗｍが補正される。したがって、実際の供給脈動波形Ｗａに合わせてモデル波形Ｗｍを補正するのみならず、補正前のモデル波形Ｗｍ（基準となるモデル波形Ｗｍ）からのずれ量を学習値として把握することができる。

なお、上記実施形態に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。

・上記実施形態では、供給脈動波形Ｗａの重畳開始時期ｔａ、傾きＰγ、上昇量ΔＰを演算してモデル波形Ｗｍを規定しているが、予め複数のパターンのモデルを記憶させておき、下降波形Ｗ(P1-P2)（例えば下降開始時期Ｔｓｔａや傾きＰα等）に基づき複数パターンのモデルから最適モデルを選択するようにしてもよい。

・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、燃圧センサはコモンレール４２の吐出口４２ａから噴射孔１１ｂに至るまでの燃料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、例えば燃料配管４２ｂに燃圧センサを搭載してもよい。

・上記実施形態では、図７のステップＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３６で算出した各差分量を、傾きＰγ，重畳開始時期ｔａ，上昇量ΔＰの各学習値としてメモリに記憶させ、モデル波形Ｗｍの傾きＰγ，重畳開始時期ｔａ，上昇量ΔＰに、それぞれの学習値を加算して、補正後のモデル波形Ｗｍを算出した。しかしながら、これに代えて図７のステップＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３６において、モデル波形Ｗｍに対する傾きＰγ，重畳開始時期ｔａ，及び上昇量ΔＰのそれぞれの比を各学習値としてメモリに記憶させ、モデル波形Ｗｍの傾きＰγ，重畳開始時期ｔａ，上昇量ΔＰに、それぞれの学習値を乗算して、補正後のモデル波形Ｗｍを算出してもよい。

・上記実施形態では、モデル波形Ｗｍを更新する量を学習値として記憶し、この学習値に基づいてモデル波形Ｗｍを補正した。しかしながら、各学習値が反映されるようにモデル波形Ｗｍを更新した上で、この更新されたモデル波形Ｗｍに基づいて供給脈動波形Ｗａを演算するようにしてもよい。

・上記実施形態では、図６に示す手順によりモデル波形Ｗｍを演算した。しかしながら、図７に示す手順により、基準となる燃料噴射システム（マスタ燃料噴射弁等）について傾きＰγ、重畳開始時期ｔａ、及び上昇量ΔＰを算出し、これらに基づいて基準となるモデル波形Ｗｍを作成することもできる。

・ディーゼルエンジンに限らず、デリバリパイプを備える直噴ガソリンエンジンに、本実施形態の噴射状態推定装置を適用することもできる。

１０…燃料噴射弁、１１ａ…高圧通路、１１ｂ…噴射孔、２０…燃圧センサ、３０…ＥＣＵ、４２…コモンレール、４２ｂ…燃料配管。

Claims (5)

1. 燃料を蓄圧保持する蓄圧容器（４２）と、前記燃料を噴射孔（１１ｂ）から噴射する燃料噴射弁（１０）と、前記蓄圧容器から前記噴射孔まで前記燃料を流通させる燃料通路（４２ｂ、１１ａ）と、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサ（２０）と、を備える燃料噴射システムに適用される燃料噴射状態推定装置（３０）であって、
   前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記燃圧センサにより検出される前記燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力の変化を表す第１波形を取得する第１波形取得部と、
   予め作成されたモデルに基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に前記蓄圧容器から前記燃料通路を通じて前記燃料噴射弁へ供給される燃料によって発生する供給脈動の波形を演算する演算部と、
   前記演算部により演算される前記供給脈動の波形を前記第１波形から除去した第２波形を取得する第２波形取得部と、
   前記第２波形取得部により取得される前記第２波形に基づいて、前記燃料の噴射状態を推定する推定部と、
   前記第１波形取得部により取得される前記第１波形のうち、燃料圧力が最小となる点から燃料圧力が上昇して一定となる点までの所定部分に基づいて、前記モデルを更新する更新部と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射状態推定装置。
2. 前記更新部は、前記第１波形取得部により取得される前記第１波形のうち、燃料圧力が最小となる点の出現時期に基づいて、前記モデルにおける前記供給脈動の波形が前記第１波形に重畳開始する時期を更新する請求項１に記載の燃料噴射状態推定装置。
3. 前記更新部は、前記第１波形取得部により取得される前記第１波形のうち、燃料圧力が最小となる点から燃料圧力が上昇する部分の傾きに基づいて、前記モデルにおける前記供給脈動の波形のうち上昇部分の傾きを更新する請求項１又は２に記載の燃料噴射状態推定装置。
4. 前記更新部は、前記第１波形取得部により取得される前記第１波形のうち、燃料圧力が最小となる点から燃料圧力が上昇して一定となるまでの上昇量に基づいて、前記モデルにおける前記供給脈動の波形の上昇量を更新する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射状態推定装置。
5. 前記更新部は、前記モデルを更新する量を学習値として記憶し、前記学習値に基づいて前記モデルを補正する請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射状態推定装置。

Images