JP5003796B2 - 燃料噴射状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射に伴い燃料供給経路内で生じる燃料圧力の変化を表した圧力波形を燃圧センサで検出し、検出した圧力波形に基づき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。

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（噴射開始時期や噴射量等）を検出する技術が開示されている。このように実際の噴射状態を検出できれば、その検出結果に基づき噴射状態を精度良く制御することができる。

例えば特許文献２には、燃圧センサにより検出される圧力波形を取得し、その圧力波形中に現れる変化点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（図２（ｃ）参照）を検出し、これらの変化点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の出現時期及び圧力値に基づき、実際の噴射状態（噴射開始時期Ｒ１、噴射終了時期Ｒ４、噴射量Ｑ等）を算出している。

特開２０１０−３００４号公報 特開２００９−５７９２４号公報

しかしながら、燃圧センサにより検出された圧力波形は噴射状態をそのまま反映している訳ではなく、噴射状態とは無関係に生じる脈動が圧力波形に現れていることが、本発明者らが実施した各種試験により明らかとなった。

先ず、上記試験に用いた燃料噴射弁の構造について、図１の拡大図である図３を参照して以下に説明する。燃料噴射弁１０が有する弁体１２にはシート面１２ａが形成されており、このシート面１２ａがボデー１１の着座面１１ｅに着座すると（図１参照）、高圧通路１１ａが閉鎖されて噴孔１１ｂが閉弁されることとなり噴射率はゼロになる。一方、シート面１２ａが着座面１１ｅから離座すると（図３参照）、高圧通路１１ａが開放されて噴孔１１ｂが開弁されることとなる。

そして、弁体１２がフルリフト位置まで開弁作動した状態（図３（ａ）参照）では、高圧通路１１ａの流路面積は噴孔１１ｂの部分で最小となり、噴射燃料の流量は噴孔１１ｂで絞られた噴孔絞り状態になる。そして、閉弁作動の開始後、弁体１２のストローク量（リフトアップ量）が所定量に達するまでは、噴孔絞り状態が継続する（図３（ｂ）参照）。一方、弁体１２のストローク量が所定量未満になると、高圧通路１１ａの流路面積はシート面１２ａの部分で最小となり、シート面１２ａで流量が絞られるシート絞り状態になる（図３（ｃ）参照）。

つまり、フルリフト位置にある弁体１２が閉弁位置へ向けて移動を開始すると、噴孔絞り状態からシート絞り状態へ移行し、この移行時点Ｒ３（図２（ｂ）参照）で、実際の噴射率（単位時間当たりに噴射される量）は低下を開始する。そして、弁体１２が閉弁位置へ達したＲ４時点で噴射率はゼロになる。

この点を鑑みると、圧力波形が上昇を開始するのは、噴孔絞り状態からシート絞り状態へ移行した時点であると当初では想定していた。しかし、実際に試験した圧力波形には、シート絞り状態へ移行する直前に僅かに圧力上昇する脈動（図２（ｃ）中の一点鎖線Ｂ参照）が生じることが分かった。このように脈動Ｂが生じるメカニズムを本発明者は次のように考察した。

すなわち、弁体１２がフルリフト位置から閉弁位置へ向けて移動すると、高圧通路１１ａのうち弁体１２を収容する弁体収容室１１ｆの容積が小さくなっていく。すると、その容積縮小分だけ高圧通路１１ａ内の燃料圧力は僅かに上昇することとなり、この上昇が前記脈動Ｂとなって圧力波形に現れる。要するに、弁体１２が閉弁位置へ向けて移動を開始すると、弁体収容室１１ｆの容積縮小に起因して、噴孔絞り状態であるにも拘わらずＰ３ａ時点で圧力が僅かに上昇する脈動Ｂが生じる。その後、シート絞り状態へ移行したことに起因してＰ３時点で圧力上昇を開始する。ちなみに、弁体１２が閉弁位置に達した後も圧力はそのまま上昇していく。

以上の考察に基づけば、圧力波形のうちＰ３時点以降の圧力上昇は噴射率の下降を表しているものの、上記脈動Ｂは、噴射率が変化していないにも拘わらず生じるものであり、噴射以外の影響による波形であると言える。したがって、上記脈動Ｂが含まれた状態の圧力波形に基づき噴射率を算出する特許文献１，２の手法では、実際の噴射率（噴射状態）を高精度で検出できない。

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、実際の噴射状態を高精度で検出可能な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、噴孔を開閉する弁体を開弁作動させることにより、内燃機関で燃焼させる燃料を前記噴孔から噴射する燃料噴射弁と、前記噴孔に至るまでの燃料供給経路内の燃料圧力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、前記燃圧センサの検出値に基づき、燃料噴射に伴い前記燃料供給経路内で生じる燃料圧力の変化を表した圧力波形を取得する圧力波形取得手段と、前記弁体が閉弁位置へ向けて移動することに伴い生じる前記圧力波形中の脈動を、複数種類のパターンにモデル化した脈動モデルが予め記憶された脈動モデル記憶手段と、前記複数種類の脈動モデルの中から、前記圧力波形中に現れる実際の脈動に類似する脈動モデルを選択する脈動モデル選択手段と、前記脈動モデル選択手段により選択された脈動モデルを前記圧力波形から差し引いて脈動消し波形を算出する脈動消し手段と、前記脈動消し波形に基づき、前記噴孔からの燃料噴射状態を推定する噴射状態推定手段と、を備えることを特徴とする。

上記発明は要するに、弁体が閉弁位置へ向けて移動することに伴い生じる圧力波形中の脈動を、複数種類のパターンにモデル化して記憶させておく。そして、実際の脈動に類似する脈動モデルを選択し、選択した脈動モデルを圧力波形から差し引いて脈動消し波形を算出する。そのため、噴射以外の影響による脈動が圧力波形から除去されるので、補正後の圧力波形（脈動消し波形）と噴射状態との相関を高めることができる。そして、相関が高くなった脈動消し波形に基づき噴射状態を推定するので、噴射状態を高精度で検出できる。

請求項２記載の発明では、前記脈動モデル選択手段は、前記燃料噴射弁へ供給される燃料の供給圧力に基づき、前記脈動モデルを選択することを特徴とする。

先述した通り、前記脈動は、弁体収容室１１ｆの容積が縮小することに起因して燃料圧力が僅かに上昇する現象である。そして、このように生じる脈動の形は、その時に燃料噴射弁へ供給されている燃料の圧力（供給圧力）が異なれば異なる形になる、との知見を発明者は得た。この知見を鑑みた上記発明によれば、供給圧力に基づき脈動モデルを選択するので、実際の脈動に類似する脈動モデルを高精度で選択できる。よって、脈動消し波形の算出精度を向上でき、ひいては燃料噴射状態の推定精度を向上できる。

請求項３記載の発明では、前記燃料噴射弁は多気筒内燃機関の各気筒に設けられ、前記燃圧センサは、複数の前記燃料噴射弁の各々に対して設けられており、前記脈動モデル選択手段は、複数の前記燃圧センサのうち噴射していない燃料噴射弁に対応する燃圧センサにより検出された圧力を前記供給圧力とみなして、前記選択を実施することを特徴とする。

非噴射気筒の燃圧センサにより検出された圧力は供給圧力を表していると言える。よって上記発明によれば、例えば燃料ポンプから供給される燃料を蓄圧して複数の燃料噴射弁へ分配供給する分配容器に、供給圧力を検出する専用の燃圧センサを設けることを不要にできる。

請求項４記載の発明では、前記脈動消し手段は、噴射終了指令信号を前記燃料噴射弁へ出力した時点に基づき前記圧力波形の位相と前記脈動モデルの位相を関連付けし、その関連付けした状態で前記圧力波形から前記脈動モデルを差し引いて前記脈動消し波形を算出することを特徴とする。

脈動モデルを圧力波形から差し引いて脈動消し波形を算出するにあたり、圧力波形の位相と脈動モデルの位相を精度良く関連付けして合わせ込んだ状態で前記算出を実施しなければ、脈動消し波形の精度が低下してしまう。この課題に対し本発明者は、噴射終了指令信号を出力した時点と脈動が現れる時点とは相関が高いことに着目して上記発明を想起した。すなわち、噴射終了指令信号の出力時点に基づき圧力波形の位相と脈動モデルの位相を関連付けするので、脈動消し波形の算出精度を向上でき、ひいては燃料噴射状態の推定精度を向上できる。

本発明の一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。 （ａ）は図１に示す燃料噴射弁への噴射指令信号、（ｂ）は噴射指令信号に伴い生じる燃料噴射率の変化を表す噴射率波形、（ｃ）は図１に示す燃圧センサにより検出された検出圧力の変化を表す圧力波形を示すタイムチャート。 （ａ）は弁体がフルリフト位置にある状態を示し、（ｂ）は噴孔絞り状態を示し、（ｃ）はシート絞り状態を示す断面図。 （ａ）は噴射時圧力波形Ｗ及び非噴射時圧力波形ＰＣを示し、（ｂ）は噴射時圧力波形Ｗから非噴射時圧力波形ＰＣを差し引いて得られた波形Ｗ−ＰＣを示し、（ｃ）は波形Ｗ−ＰＣから脈動モデルＭを差し引いて得られた波形Ｗ−ＰＣ−Ｍ示す図。 図４（ｃ）に示す波形Ｗ−ＰＣ−Ｍを算出して噴射率波形を算出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一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の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。

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間欠的に燃料は圧送される。

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。

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により検出した燃圧変化を表した圧力波形と、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。

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、噴射率の変化に伴い生じる検出圧力の変化（噴射時圧力波形）を示す。噴射時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、検出された噴射時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たことに伴い、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。

ちなみに、噴射時圧力波形のうち一点鎖線Ａに示す部分の脈動は、燃料噴射に伴い生じた高圧通路１１ａ内の燃料減少分を補うべく、最大噴射率に達した直後にコモンレール４２から高圧通路１１ａへ燃料供給されることに起因して生じるものである。また、噴射時圧力波形のうち一点鎖線Ｂに示す部分の脈動は、先述したように、図３（ｂ）の噴孔絞り状態の期間中に弁体１２が閉弁位置へ向けて移動することに伴い、弁体収容室１１ｆの容積が縮小したことに起因して生じるものである。

以上説明したように、噴射時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、噴射時圧力波形を噴射率波形に変換することで噴射状態を検出できる。

ところで、コモンレール４２から燃料噴射弁１０へ分配供給される燃料の圧力（分配供給圧力ＰＣ）は刻々と変化する。例えば、図４（ａ）中の実線は噴射気筒に対応する圧力波形Ｗを示すのに対し、図４（ａ）中の点線は、前記圧力波形Ｗと同時期に検出された分配供給圧力ＰＣの変化を示す。なお、分配供給圧力ＰＣの変化は、噴射していない燃料噴射弁１０に対応する燃圧センサ２０を用いて検出している。したがって、例えば＃１気筒の燃料噴射弁１０（＃１）から燃料を噴射して、＃２気筒の燃料噴射弁１０（＃２）からは噴射を停止している時には、＃１気筒の燃圧センサ２０による検出圧力が噴射時圧力波形Ｗに相当し、＃２気筒（裏気筒）の燃圧センサ２０による検出圧力が、分配供給圧力ＰＣの変化を示す非噴射時圧力波形に相当する。

図４（ａ）に例示する非噴射時圧力波形が、噴射開始に伴い徐々に低下していく波形になっている理由は、コモンレール４２から噴射気筒の燃料噴射弁１０へ分配供給した分だけ分配供給圧力ＰＣが低下することによる。ちなみに、燃料噴射中に高圧ポンプ４１によるポンプ圧送が行われると、分配供給圧力ＰＣは燃料噴射中であっても上昇していく。

要するに、噴射時圧力波形Ｗは分配供給圧力ＰＣの変化（非噴射時圧力波形）の影響を受けているので、噴射時圧力波形Ｗから非噴射時圧力波形を差し引けば、噴射時圧力波形Ｗから分配供給圧力ＰＣの変化による影響が除去される。図４（ｂ）中の実線は、このように差し引く補正を実施した後の噴射時圧力波形Ｗ−ＰＣを示している。なお、図２（ｃ）に例示される噴射時圧力波形Ｗは、分配供給圧力ＰＣが変化していないと仮定した場合の波形であり、差し引いた後の波形Ｗ−ＰＣと噴射時圧力波形Ｗとが同じ波形になっていると仮定したものである。

次に、燃圧センサ２０の検出値（噴射時圧力波形Ｗ）に基づき、図２（ｂ）に示す噴射率波形を算出する手順について説明する。

図５は、ＥＣＵ３０が有するマイクロコンピュータによる噴射率波形の算出処理手順を示すフローチャートであり、当該処理は、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして起動した後、所定周期で繰り返し実行される。

先ず、図５に示すステップＳ１０（圧力波形取得手段）において、燃料噴射中の気筒＃１の燃料噴射弁１０に対応する燃圧センサ２０により検出された、先述の圧力波形Ｗ（図４（ａ）中の実線参照）を取得する。続くステップＳ２０では、噴射していない気筒＃２の燃料噴射弁１０に対応する燃圧センサ２０により検出された、先述の非噴射時圧力波形ＰＣを取得する（図４（ａ）中の破線参照）。続くステップＳ３０では、ステップＳ１０で取得した噴射時圧力波形Ｗから、ステップＳ２０で取得した非噴射時圧力波形ＰＣを差し引いて、噴射時圧力波形Ｗを補正する（図４（ｂ）中の実線参照）。これにより、噴射時圧力波形Ｗに含まれている非噴射気筒（裏気筒）の波形成分（供給圧ＰＣの変化）が、噴射時圧力波形から除去される。

ここで、先述した脈動Ｂは、図２（ｃ）中の符号Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に例示される如く複数種類のパターンに予めモデル化されている。これらの脈動モデルＭ１〜Ｍ３は、脈動の形状が異なっており、具体的には圧力上昇量を示す脈動の高さ（振幅）、及び圧力上昇期間を示す脈動長さ（周期）がそれぞれ異なるようにモデル化されている。そして、これら複数種類の脈動モデルＭ１〜Ｍ３は、ＥＣＵ３０（脈動モデル記憶手段）が有するＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに予め記憶されている。

そして、図５のステップＳ４０（脈動モデル選択手段）では、補正後の噴射時圧力波形Ｗ−ＰＣ中に現れる実際の脈動Ｂに最も近い脈動モデル（最適脈動モデルＭ）を、複数種類の脈動モデルＭ１〜Ｍ３の中から選択する。具体的には、供給圧力ＰＣと最適脈動モデルとの関係を予めマップ等の形式でＥＣＵ３０に予め記憶させておく。そして、ステップＳ２０で取得した供給圧力ＰＣに基づき前記マップを参照して、実際の脈動Ｂの波形形状とその形状が最も類似する最適脈動モデルＭを選択する。供給圧力ＰＣに応じて脈動モデルの形状は変化する。例えば、供給圧力ＰＣが高いほど脈動モデルの脈動高さは大きくなり、また、供給圧力ＰＣが高いほど脈動モデルの脈動長さは長くなる。したがって、供給圧力ＰＣに基づけば、最適脈動モデルＭを選択できる。

例えば、脈動モデルＭ１〜Ｍ３と脈動Ｂとのずれ量（各々の時刻における圧力差の総和）が最小となる脈動モデルが選択されるように、供給圧力ＰＣと最適脈動モデルとの関係を設定しておけば、最も類似する最適脈動モデルＭを選択する上で好適である。或いは、脈動モデルＭ１〜Ｍ３と脈動Ｂとの振幅差及び周波数差の少なくとも一方が最小となる脈動モデルが選択されるように、供給圧力ＰＣと最適脈動モデルとの関係を設定しておいてもよい。

なお、上記選択に用いる供給圧力ＰＣには、噴射開始前の圧力Ｐ０（図２（ｃ）参照）を用いてもよいが、噴射終了指令信号を出力したｔ２時点以降の供給圧力ＰＣを用いることが望ましい。例えば、脈動Ｍが現れる期間Ｔ２０（図４（ｂ）参照）の供給圧力ＰＣを用いればよく、詳細には、前記期間Ｔ２０中の供給圧力ＰＣの平均を用いればよい。なお、噴射終了指令信号を出力したｔ２時点から所定時間Ｔ１０（図２（ａ）参照）が経過した時点を前記期間Ｔ２０の開始時点ｔ３とすればよい。或いは、上記選択に用いる供給圧力ＰＣに、前記ｔ２時点の供給圧力ＰＣを用いてもよいし、前記ｔ３時点の供給圧力ＰＣを用いてもよい。

続くステップＳ５０（脈動消し手段）では、ステップＳ３０で算出した圧力波形Ｗ−ＰＣから、ステップＳ４０で選択した脈動モデルＭを差し引く処理（脈動消し処理）を実施して、図４（ｃ）に示す脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍを算出する。このようにして算出された脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍには、脈動Ｂの影響が除去されることとなる。

この脈動消し処理を実施するにあたり、圧力波形Ｗ−ＰＣの位相と脈動モデルＭの位相を精度良く関連付けして合わせ込んだ状態で前記処理を実施しなければ、脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍの精度が低下してしまう。そこで本実施形態では、噴射終了指令信号の出力時点に基づき圧力波形の位相と脈動モデルの位相を関連付けする。例えば、脈動モデルＭの開始時点を前記ｔ３時点に合わせ込んで関連付けすればよい。これにより、脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍの算出精度向上を図ることができる。

続くステップＳ６０（噴射状態推定手段）では、ステップＳ５０で算出した脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍに基づき、図２（ｂ）に示す噴射率波形を推定する。例えば、脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍ中に現れる各種変化点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ５、傾きＰα，Ｐβ、及びＰ１からＰ２までの圧力降下量等と、噴射率波形の各種変化点Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、傾きＲα，Ｒβ、及び最大噴射率Ｒｈとの相関を予めＥＣＵ３０に記憶させておき、その相関に基づき、脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍから噴射率波形を推定する。ちなみに、図２（ｂ）の例では噴射率波形を台形形状に推定しているが、噴射指令期間Ｔｑが短く噴射量が少ない場合には、噴射率波形の形状は三角形になる。

以上により、本実施形態によれば、弁体１２が閉弁位置（着座面１１ｅへの着座位置）へ向けて移動することに伴い生じる圧力波形中の脈動Ｂを、複数種類のパターンにモデル化して記憶させておく。そして、複数種類の脈動モデルＭ１〜Ｍ３の中から、実際の脈動Ｂに最も類似する脈動モデルＭを選択し、選択した脈動モデルＭを圧力波形Ｗ−ＰＣから差し引いて脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍを算出する。そのため、噴射以外の影響による脈動Ｂが圧力波形Ｗから除去されるので、補正後の圧力波形（脈動消し波形）と実際の噴射率変化との相関を高めることができる。そして、相関が高くなった脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍに基づき噴射率波形を推定するので、噴射率波形（噴射状態）を高精度で検出できる。

また、その時の供給圧力ＰＣに基づいて、実際の脈動Ｂに最も類似する脈動モデルＭを選択するので、実際の脈動Ｂに最も類似する脈動モデルＭを高精度で選択できる。よって、脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍの算出精度を向上でき、ひいては燃料噴射状態の推定精度を向上できる。

また、非噴射気筒の燃圧センサ２０により噴射時圧力波形Ｗと同時期に検出された波形（非噴射時圧力波形）は分配供給圧力ＰＣの変化を表していることに着目し、前記選択に用いる供給圧力ＰＣを非噴射時圧力波形に基づき取得するので、供給圧力を検出する専用の燃圧センサをコモンレール４２に設けることを不要にできる。

さらに、本実施形態によれば、分配供給圧力ＰＣの変化を表す波形を噴射時圧力波形Ｗから差し引いて補正するので、噴射時圧力波形Ｗから分配供給圧力ＰＣの変化による影響が除去される。よって、脈動消し波形Ｗ−ＰＣ−Ｍと実際の噴射率変化との相関を高めることができるので、噴射率波形の算出精度向上を促進できる。

（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。

・上記実施形態では、供給圧力ＰＣに基づき最適脈動モデルＭを選択しているが、複数種類の脈動モデルＭ１〜Ｍ３の全てについて、圧力波形Ｗ−ＰＣとのずれ量を算出するマッチング処理を実施し、前記ずれ量が最も小さい脈動モデルを選択するようにしてもよい。なお、前記ずれ量は、例えば最小二乗法により算出すればよい。

・上記実施形態では、非噴射気筒の燃圧センサ２０により検出された圧力波形に基づき分配供給圧ＰＣを取得しているが、コモンレール４２に燃圧センサ（図示せず）を搭載して、その燃圧センサにより検出された圧力波形に基づき分配供給圧ＰＣを取得してもよい。

・上記実施形態では、噴射時圧力波形Ｗから非噴射時圧力波形を差し引いて補正し、補正後の噴射時圧力波形Ｗ−ＰＣから脈動モデルＭを差し引く処理を実施しているが、上記補正を廃止して、噴射時圧力波形Ｗから脈動モデルＭを差し引く処理を実施してもよい。

・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「燃料供給経路」に相当する。

１０…燃料噴射弁、１１ｂ…噴孔、１２…弁体、２０…燃圧センサ、３０…ＥＣＵ（脈動モデル記憶手段）、４２…コモンレール（分配容器）、Ｓ１０…圧力波形取得手段、Ｓ４０…脈動モデル選択手段、Ｓ５０…脈動消し手段、Ｓ６０…噴射状態推定手段。

Claims (4)

1. 噴孔を開閉する弁体を開弁作動させることにより、内燃機関で燃焼させる燃料を前記噴孔から噴射する燃料噴射弁と、
   前記噴孔に至るまでの燃料供給経路内の燃料圧力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、
   前記燃圧センサの検出値に基づき、燃料噴射に伴い前記燃料供給経路内で生じる燃料圧力の変化を表した圧力波形を取得する圧力波形取得手段と、
   前記弁体が閉弁位置へ向けて移動することに伴い生じる前記圧力波形中の脈動を、複数種類のパターンにモデル化した脈動モデルが予め記憶された脈動モデル記憶手段と、
   前記複数種類の脈動モデルの中から、前記圧力波形中に現れる実際の脈動に類似する脈動モデルを選択する脈動モデル選択手段と、
   前記脈動モデル選択手段により選択された脈動モデルを前記圧力波形から差し引いて脈動消し波形を算出する脈動消し手段と、
   前記脈動消し波形に基づき、前記噴孔からの燃料噴射状態を推定する噴射状態推定手段と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射状態検出装置。
2. 前記脈動モデル選択手段は、前記燃料噴射弁へ供給される燃料の供給圧力に基づき、前記脈動モデルを選択することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射状態検出装置。
3. 前記燃料噴射弁は多気筒内燃機関の各気筒に設けられ、前記燃圧センサは、複数の前記燃料噴射弁の各々に対して設けられており、
   前記脈動モデル選択手段は、複数の前記燃圧センサのうち噴射していない燃料噴射弁に対応する燃圧センサにより検出された圧力を前記供給圧力とみなして、前記選択を実施することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射状態検出装置。
4. 前記脈動消し手段は、噴射終了指令信号を前記燃料噴射弁へ出力した時点に基づき前記圧力波形の位相と前記脈動モデルの位相を関連付けし、その関連付けした状態で前記圧力波形から前記脈動モデルを差し引いて前記脈動消し波形を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射状態検出装置。

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