JP6044524B2 - 燃料噴射状態解析装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に設けられた燃料噴射弁による燃料の噴射状態を解析する装置に関する。

従来、燃料噴射弁による燃料噴射に伴い生じた燃料通路内の燃料圧力の変化を燃圧センサにより検出し、その圧力変化に基づき燃料の噴射状態を解析するものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、検出された圧力変化の波形から外乱成分（ノイズ成分）を取り除いて目的の周波数成分を抽出し、抽出した目的の周波数成分に基づき燃料の噴射状態を解析している。

特開２００８−１４４７４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、圧力変化の波形から外乱成分を取り除く際に、圧力波形の微小成分も取り除かれることとなる。このため、検出される圧力波形の微小成分に基づいて、燃料噴射弁が噴射可能な最小噴射量を検出しようとしても、最小噴射量を正確に検出できないおそれがある。

なお、燃料噴射弁の最小噴射量に限らず、微小量の燃料を噴射した時の燃料圧力の変化に基づき検出する噴射率パラメータであれば、こうした実情は概ね共通したものとなる。

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、その主たる目的は、微少量の燃料を噴射する時であっても、燃料の噴射状態を解析する精度が低下することを抑制することのできる燃料噴射状態解析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。

本発明は、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解析装置であって、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示す圧力波形を取得する波形取得部と、前記燃料噴射弁により噴射させるように要求される要求噴射量が所定噴射量よりも多い場合に、前記波形取得部により取得される前記圧力波形から外乱成分を取り除いて目的成分を抽出する第１フィルタ部と、外乱成分を取り除く能力が前記第１フィルタ部よりも低くなっており、前記要求噴射量が前記所定噴射量よりも少ない場合に、前記波形取得部により取得される前記圧力波形から外乱成分を取り除いて目的成分を抽出する第２フィルタ部と、前記抽出された前記目的成分に基づいて、前記燃料噴射弁による燃料の噴射状態を解析する解析部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、蓄圧容器により燃料が蓄圧保持され、蓄圧容器から燃料噴射弁の噴射孔まで燃料通路により燃料が流通させられる。そして、燃料噴射弁により燃料が噴射され、燃料通路内の燃料圧力が燃圧センサにより検出される。さらに、波形取得部によって、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圧力波形が取得される。

ここで、波形取得部により取得された圧力波形は、燃料噴射弁により噴射させるように要求される要求噴射量が所定噴射量よりも多い場合に第１フィルタ部により外乱成分が取り除かれ、要求噴射量が同所定噴射量よりも少ない場合に第２フィルタ部により外乱成分が取り除かれる。第２フィルタ部の外乱成分を取り除く能力は、第１フィルタ部の外乱成分を取り除く能力よりも低くなっている。このため、要求噴射量が所定噴射量よりも少ない場合に第２フィルタ部により外乱成分を取り除くことで、圧力波形の微小成分が取り除かれることを抑制することができる。したがって、微少量の燃料を噴射する時であっても、燃料圧力の変化を目的成分に精度良く反映することができ、燃料の噴射状態を解析する精度が低下することを抑制することができる。

また、要求噴射量が所定噴射量よりも多い場合には、第１フィルタ部により外乱成分を取り除くことで、圧力波形から不要な微小成分を取り除くことができる。その結果、圧力波形の目的成分を適切に抽出することができ、燃料の噴射状態を解析する精度を向上させることができる。

燃料噴射システムの概略を示す模式図。 噴射指令信号に対応する噴射率および燃圧の変化を示すタイムチャート。 燃料噴射弁に対する噴射指令信号の設定等の概要を示すブロック図。 噴射率パラメータ算出の処理手順を示すフローチャート。 燃圧波形の原波形及びフィルタ後波形を示すタイムチャート。 最小噴射量の検出態様を示すタイムチャート。 最小噴射量検出の処理手順を示すフローチャート。 最小噴射量制限の処理手順を示すフローチャート。 フィルタ部の変更例を示すブロック図。

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、車両に搭載されたエンジン（内燃機関）の燃料噴射システムとして具体化している。このエンジンとしては、複数の気筒について高圧燃料を噴射して、圧縮自着火燃焼させる多気筒の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（＃１〜＃４）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５０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）に圧送されて蓄圧状態で保持され、高圧配管４２ｂを通じて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。本実施形態では、＃１→＃３→＃４→＃２の順番で噴射することを想定している。

なお、燃料ポンプ４１（ポンプ）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。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するので、１燃焼サイクル中に決められた回数だけ燃料ポンプ４１から燃料を圧送することとなる。

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、燃料を噴射する噴射孔１１ｂを形成する。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、高圧配管４２ｂ及び高圧通路１１ａによって、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。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いる。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はリフトアップ（開弁作動）する。これにより、弁体１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面１１ｅから離座して、噴射孔１１ｂから燃料が噴射される。

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内の燃料圧力が上昇する。その結果、弁体１２へ付与される背圧力が上昇して弁体１２はリフトダウン（閉弁作動）する。これにより、弁体１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面１１ｅに着座して、噴射孔１１ｂからの燃料噴射が停止される。

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射孔１１ｂから噴射される。

燃圧センサ２０は、全ての燃料噴射弁１０に搭載されており、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たアナログの圧力検出信号をＥＣＵ３０へ出力する。

詳しくは、圧力センサ素子２２は、モールドＩＣ２４に接続されている。モールドＩＣ２４は、圧力センサ素子２２から出力される検出信号を増幅する増幅回路や、圧力センサ素子２２に電圧印加する回路等を備えている。電圧印加回路から電圧印加された圧力センサ素子２２は、ダイヤフラム部２１ａにて生じた歪の大きさに応じて抵抗値が変化するブリッジ回路を構成している。これにより、ダイヤフラム部２１ａの歪に応じてブリッジ回路の出力電圧が変化し、この出力電圧が高圧燃料の圧力検出値としてモールドＩＣ２４の増幅回路に出力される。増幅回路は、圧力センサ素子２２（ブリッジ回路）から出力されるアナログの圧力検出値を増幅し、増幅したアナログ信号（連続値）をＥＣＵ３０へ出力する。

ＥＣＵ３０（燃料噴射状態解析装置）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、アクセルセンサ５２により検出されるアクセルペダル５１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（例えば噴射段数、噴射開始時期、噴射終了時期、要求噴射量等）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。また、ＥＣＵ３０は、コモンレール４２内の燃料圧力が、目標噴射状態に応じた燃料圧力となるように燃料ポンプ４１の吐出量を制御する。そして、ＥＣＵ３０は、算出した目標噴射状態に対応する噴射指令信号ｔ１、ｔ２、ｔｑ（図２（ａ）参照）を、後に詳述する噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘに基づき設定し、燃料噴射弁１０へ出力することで燃料噴射弁１０の作動を制御する。なお、ＥＣＵ３０によって、記憶部３４、波形取得部３５、フィルタ部３６（第１フィルタ部、第２フィルタ部）、解析部３７、及び制限部３８が構成されている。

次に、燃料噴射弁１０から燃料を噴射させる場合における噴射制御の手法について、図２，３を用いて説明する。

ＥＣＵ３０は、燃圧センサ２０から出力されるアナログの圧力検出値を、設定されたサンプリングレートでサンプリングする。そして、ＥＣＵ３０は、サンプリングした値を、デジタルの圧力検出値に変換する。ＥＣＵ３０は、このデジタルの圧力検出値に基づき、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を燃圧波形（図２（ｃ）参照）として検出する。以上の処理が波形取得部３５としての処理に相当する。さらに、ＥＣＵ３０のフィルタ部３６は、波形取得部３５により取得された燃圧波形から外乱成分を取り除いて目的成分を抽出する。なお、図２（ｃ）は、フィルタ部３６により外乱成分を取り除いた後の燃圧波形である。

ＥＣＵ３０の解析部３７は、抽出した目的成分（燃圧波形）に基づいて、燃料の噴射率変化を表した噴射率波形（図２（ｂ）参照）を演算して、噴射状態を検出する。そして、検出した噴射率波形（噴射状態）を特定する噴射率パラメータＲα，Ｒβ，Ｒｍａｘを学習するとともに、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）と噴射状態との相関関係を特定する噴射率パラメータｔｄ，ｔｅを学習する。また、ＥＣＵ３０の記憶部３４には、工場出荷時の噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘが記憶されている。

図３は、これら噴射率パラメータの学習、及び燃料噴射弁１０へ出力する噴射指令信号の設定等の概要を示すブロック図であり、ＥＣＵ３０により機能する各手段３１，３２，３３について以下に説明する。噴射率パラメータ算出手段３１（解析部３７）は、燃圧センサ２０により検出された燃圧波形に基づいて、噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出する。

学習手段３２は、算出した噴射率パラメータをＥＣＵ３０の記憶部３４に記憶更新して学習する。なお、噴射率パラメータは、その時の供給燃圧（コモンレール４２内の圧力）に応じて異なる値となるため、供給燃圧又は後述する基準圧力Pbase（図２（ｃ）参照）と関連付けて学習させることが望ましい。図３の例では、燃圧に対応する噴射率パラメータの値を噴射率パラメータマップＭに記憶させている。

設定手段３３は、現状の燃圧に対応する噴射率パラメータ（学習値）を、噴射率パラメータマップＭから取得する。そして、取得した噴射率パラメータに基づき、目標噴射状態に対応する噴射指令信号ｔ１、ｔ２、ｔｑを設定する。そして、このように設定した噴射指令信号にしたがって燃料噴射弁１０を作動させた時の燃料圧力を、燃圧センサ２０で検出する。噴射率パラメータ算出手段３１は、検出された燃料圧力（アナログ値）をサンプリングしてデジタル値に変換し、このデジタル値に基づき燃圧波形を検出する。そして、噴射率パラメータ算出手段３１は、検出した燃圧波形から外乱成分を取り除いた目的成分に基づいて、噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出する。

要するに、噴射指令信号に対する噴射状態（つまり噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘ）を検出して学習し、その学習値に基づき、目標噴射状態に対応する噴射指令信号を設定する。そのため、検出された噴射状態に基づき噴射指令信号がフィードバック制御されることとなり、経年劣化等が進行しても、検出される噴射状態が目標噴射状態に一致するよう高精度で制御できる。特に、検出される噴射量が目標噴射量となるように、噴射率パラメータに基づき噴射指令期間ｔｑを設定するようフィードバック制御することで、検出される噴射量が目標噴射量となるように補償している。

次に、噴射率パラメータを算出する手順について、図４のフローチャート及び図２を参照して説明する。なお、図４に示す処理は、ＥＣＵ３０（波形取得部３５、フィルタ部３６、解析部３７）により、繰り返し実行される。

まず、燃料噴射弁１０に噴射を要求する要求噴射量が、最小検出噴射量よりも多いか否か判定する（Ｓ６０５）。ここで、最小検出噴射量（所定噴射量）は、要求噴射量が噴射率パラメータを精度良く検出することのできる噴射量であるか否か判定するための値であり、標準的な燃料噴射弁１０が噴射可能な最小噴射量よりも若干多い噴射量に設定されている。すなわち、要求噴射量が最小検出噴射量よりも多ければ、全ての燃料噴射弁１０で燃料の噴射を行うことが可能であり、且つ噴射に伴い生じる燃料圧力の変化の大きさが噴射率パラメータを検出可能な大きさとなる。

要求噴射量が最小検出噴射量よりも多くないと判定した場合（Ｓ６０５：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、要求噴射量が最小検出噴射量よりも多いと判定した場合（Ｓ６０５：ＹＥＳ）、噴射率パラメータの算出に用いる燃圧波形の目的成分Ｗｂを、燃圧センサ２０の検出値に基づき算出する（Ｓ６１０）。詳しくは、波形取得部３５は、燃圧センサ２０から出力されるアナログの圧力検出値をサンプリングし、サンプリング値をデジタルの圧力検出値に変換する。波形取得部３５は、このデジタルの圧力検出値に基づいて、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を示す燃圧波形を取得する。フィルタ部３６（第１フィルタ部）は、波形取得部３５により取得された燃圧波形を、通常用なまし係数ｎ１（第１なまし係数）によりなましてフィルタ後波形（目的成分Ｗｂ）を算出する。例えば、Ｐｋ＝Ｐｋ−１×（１−ｎ１）＋Ｐｋ×ｎ１の式により、なまし演算を行う。Ｐｋは対象とする点のなまし後の圧力値であり、Ｐｋ−１はＰｋよりも１つ前の点のなまし後の圧力値であり、通常用なまし係数ｎ１は０＜ｎ１＜１を満たす値である。通常用なまし係数ｎ１は、要求噴射量が最小検出噴射量よりも多い場合に、波形取得部３５により取得された燃圧波形から、適切に外乱成分を取り除いて目的成分Ｗｂを抽出することのできる値に設定されている。なお、なまし演算の式としては、その他の任意の式を用いることができる。

続いて、目的成分Ｗｂのうち、噴射開始に伴い燃圧が降下を開始するまでの期間に対応する部分の波形である基準波形に基づき、その基準波形の平均燃圧を基準圧力Pbaseとして算出する（Ｓ６１１）。

続いて、目的成分Ｗｂのうち、噴射率増大に伴い燃圧が降下していく期間に対応する部分の波形である降下波形に基づき、その降下波形の近似直線Ｌαを算出する（Ｓ６１２）。

続いて、目的成分Ｗｂのうち、噴射率減少に伴い燃圧が上昇していく期間に対応する部分の波形である上昇波形に基づき、その上昇波形の近似直線Ｌβを算出する（Ｓ６１３）。

続いて、基準圧力Pbaseに基づき基準値Ｂα，Ｂβを算出する（Ｓ６１４）。例えば、基準圧力Pbaseより所定量だけ低い値を基準値Ｂα，Ｂβとして算出すればよい。

続いて、近似直線Ｌαのうち基準値Ｂαとなる時期（ＬαとＢαの交点時期ＬＢα）を算出し、交点時期ＬＢαに基づき噴射開始時期Ｒ１を算出する（Ｓ６１５）。例えば、交点時期ＬＢαよりも所定の遅れ時間Ｃαだけ前の時期を、噴射開始時期Ｒ１として算出すればよい。

続いて、近似直線Ｌβのうち基準値Ｂβとなる時期（ＬβとＢβの交点時期ＬＢβ）を算出し、交点時期ＬＢβに基づき噴射終了時期Ｒ４を算出する（Ｓ６１６）。例えば、交点時期ＬＢβよりも所定の遅れ時間Ｃβだけ前の時期を、噴射終了時期Ｒ４として算出すればよい。

続くステップＳ６１７では、図２（ｂ）に示す噴射率波形のうち噴射増加を示す直線Ｒαの傾きを、近似直線Ｌαの傾きに基づき算出する。例えば、Ｌαの傾きに所定の係数を掛けてＲαの傾きを算出すればよい。なお、Ｓ６１５で算出した噴射開始時期Ｒ１とＳ６１７で算出したＲαの傾きに基づき、噴射指令信号に対する噴射率波形の上昇部分を表した直線Ｒαを特定することができる。さらに、Ｓ６１７では、噴射率波形のうち噴射減少を示す直線Ｒβの傾きを、近似直線Ｌβの傾きに基づき算出する。例えば、Ｌβの傾きに所定の係数を掛けてＲβの傾きを算出すればよい。なお、Ｓ６１６で算出した噴射終了時期Ｒ４とＳ６１７で算出したＲβの傾きに基づき、噴射指令信号に対する噴射率波形の降下部分を表した直線Ｒβを特定することができる。

続いて、Ｓ６１７で算出した噴射率波形の直線Ｒα，Ｒβに基づき、噴射終了を指令したことに伴って、弁体１２がリフトダウンを開始する時期（閉弁作動開始時期Ｒ２３）を算出する（Ｓ６１８）。具体的には、両直線Ｒα，Ｒβの交点を算出し、その交点時期を閉弁作動開始時期Ｒ２３として算出する。

続くＳ６１９では、Ｓ６１５で算出した噴射開始時期Ｒ１の噴射開始指令時期ｔ１に対する遅れ時間（噴射開始遅れ時間ｔｄ）を算出する。さらに、Ｓ６１９では、Ｓ６１８で算出した閉弁作動開始時期Ｒ２３の噴射終了指令時期ｔ２に対する遅れ時間（噴射終了遅れ時間ｔｅ）を算出する。

続いて、基準圧力Pbaseと交点圧力Ｐαβとの圧力差ΔＰγが所定値ΔＰγｔｈ（＞０）未満であるか否かを判定する（Ｓ６２０）。ΔＰγ＜ΔＰγｔｈと判定した場合（Ｓ６２０：ＹＥＳ）には、続くＳ６２１において、小噴射（噴射率が一定の最大値となる前に終了する噴射）であるとみなして、圧力差ΔＰγに基づき最大噴射率Ｒｍａｘを算出する（Ｒｍａｘ＝ΔＰγ×Ｃγ）。一方、ΔＰγ≧ΔＰγｔｈと判定した場合（Ｓ６２０：ＮＯ）には、続くＳ６２２において、基準圧力Pbaseからの最大圧力降下量ΔＰに基づき最大噴射率Ｒｍａｘを算出する（Ｒｍａｘ＝ΔＰ×Ｃγ）。なお、Ｓ６２２において、予め設定しておいた値（設定値Ｒγ）を最大噴射率Ｒｍａｘとして算出してもよい。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。なお、Ｓ６１１〜Ｓ６２２の処理が、解析部３７としての処理に相当する。

ここで、図５に、要求噴射量が最小検出噴射量と同程度に少ない場合について、燃圧波形の原波形及びフィルタ後波形を示す。

図５（ａ）に示すように、燃料噴射弁１０にパルスオン期間ｔｑの通電電流が出力されると、燃料噴射弁１０が駆動されて燃料の噴射が行われる。図５（ｂ）は、燃圧センサ２０から出力されるアナログの圧力検出値をデジタルの圧力検出値に変換して、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を示す燃圧波形の原波形を取得したものである。燃圧波形の原波形は、フィルタ部３６により外乱成分を取り除く前の波形であるため、圧力の微小な上昇及び下降を含んでいる。したがって、この原波形をそのまま用いると、噴射率パラメータを精度良く検出することができない。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）の原波形を、フィルタ部３６によって、通常用なまし係数ｎ１によりなましてフィルタ後波形を算出したものである。このフィルタ後波形では、圧力の微小な上昇及び下降が取り除かれているものの、矢印で示すように燃料の噴射による燃料圧力の落ち込み量が原波形と比較して小さくなっている。すなわち、最小検出噴射量よりも少ない噴射量では、噴射時に燃圧センサ２０により検出される燃料圧力の変化が小さい。このため、通常用なまし係数ｎ１を用いて原波形をなますと、最小噴射量（噴射率パラメータ）の検出に必要な圧力波形の微小成分が取り除かれたり、縮小されたりするおそれがある。

図５（ｄ）は、図５（ｂ）の原波形を、フィルタ部３６によって、微小域用なまし係数ｎ２（第２なまし係数）によりなましてフィルタ後波形を算出したものである。微小域用なまし係数ｎ２は、通常用なまし係数ｎ１よりも大きい値（０＜ｎ１＜ｎ２＜１）であり、すなわち通常用なまし係数ｎ１よりもなまし度合いの小さいなまし係数である。微小域用なまし係数ｎ２は、要求噴射量が最小検出噴射量よりも少ない場合に、波形取得部３５により取得された燃圧波形から、適切に外乱成分を取り除いて目的成分Ｗｂを抽出することのできる値に設定されている。そこで、本実施形態では、要求噴射量が最小検出噴射量よりも少ない場合に、フィルタ部３６は、波形取得部３５により取得された燃圧波形を、微小域用なまし係数ｎ２によりなまして目的成分Ｗｂを算出する。そして、この目的成分Ｗｂに基づいて、各燃料噴射弁１０の最小噴射量を検出する。

図６は、最小噴射量を検出する態様を示すタイムチャートである。

図６（ａ）に示すように、時刻ｔ１１において、アクセルペダル５１の操作量が０になると、すなわちアクセルがＯＮからＯＦＦになると、最小噴射量の検出処理が開始される。そして、図６（ｂ）に示すように、車両やエンジンの振動が大きくなることを抑制するために、要求噴射量が徐々に減少させられる。これに伴って、図６（ｄ）に示すように、噴射指令期間ｔｑが徐々に短くされる。その結果、図６（ｃ）に示すように、噴射に伴う燃料圧力の落ち込み量が徐々に小さくなる。

時刻ｔ１２において、図６（ｃ）に示すように、噴射に伴う燃料圧力の落ち込み量が０になり、以降は落ち込み量が０の状態となっている。このため、時刻ｔ１２又はその直前での要求噴射量を最小噴射量として検出することができる。なお、最小噴射量を特定するパラメータとして、時刻ｔ１２又はその直前での噴射指令期間ｔｑを検出してもよい。さらに、これらの要求噴射量及び噴射指令期間ｔｑと併せて、その時の燃料圧力を検出してもよい。また、微小域用なまし係数ｎ２を用いて図４の噴射率パラメータ算出処理を行い、図２（ｂ）に示す噴射率波形の面積から最小噴射量を算出してもよい。

図７は、最小噴射量検出の処理手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、ＥＣＵ３０より所定の周期で繰り返し実行される。

まず、アクセルがＯＮからＯＦＦに変わったか否か判定する（Ｓ１０）。具体的には、アクセルセンサ５２により検出されるアクセルペダル５１の操作量が、０よりも多い状態から０に変化したか否か判定する（Ｓ１０）。

Ｓ１０の判定において、アクセルがＯＮからＯＦＦに変わったと判定した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、燃料を噴射する要求があるか否か判定する（Ｓ１１）。具体的には、要求噴射量が０よりも大きいか否か判定する。図６（ｂ）に示したように、アクセルがＯＮからＯＦＦに変化した場合に要求噴射量は徐々に減少される。なお、Ｓ１０の判定において一度ＹＥＳと判定されてアクセルのＯＦＦ状態が続いている場合、要求噴射量が０になるまでＳ１０の判定ではＹＥＳと判定される。

Ｓ１１の判定において、燃料を噴射する要求がないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。すなわち、要求噴射量が徐々に減少されて０になった場合や、アクセルがＯＮからＯＦＦに変化した時の要求噴射量が少なく、要求噴射量が直ちに０にされた場合は、この一連の処理を一旦終了する。一方、Ｓ１１の判定において、燃料を噴射する要求があると判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、要求噴射量が最小検出噴射量以下であるか否か判定する（Ｓ１２）。

Ｓ１０の判定において、アクセルがＯＮからＯＦＦに変わっていないと判定した場合（Ｓ１０：ＮＯ）、又はＳ１２の判定において、要求噴射量が最小検出噴射量以下でないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、フィルタ部３６で用いるなまし係数として通常用なまし係数ｎ１を設定する（Ｓ１３）。そして、図４に示した噴射率パラメータ算出処理を実行する（Ｓ１４）。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ１２の判定において、要求噴射量が最小検出噴射量以下であると判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、フィルタ部３６で用いるなまし係数として微小域用なまし係数ｎ２を設定する（Ｓ１５）。そして、図４に示した噴射パラメータ算出処理と同様に、基準圧力Pbaseからの最大圧力降下量ΔＰを検出する（Ｓ１６）。なお、要求噴射量が最小検出噴射量以下である場合、最大圧力降下量ΔＰは基準圧力Pbaseと交点圧力Ｐαβとの圧力差ΔＰγに一致する。続いて、噴射に伴う燃料圧力の落ち込みがあるか否か判定する（Ｓ１７）。具体的には、検出された最大圧力降下量ΔＰが判定値よりも大きいか否か判定する。この判定値は、最大圧力降下量ΔＰが外乱成分によるものではなく、噴射によるものであると判定することのできる値に設定されている。

Ｓ１７の判定において、噴射に伴う燃料圧力の落ち込みがあると判定した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、記憶されている最小噴射量よりも要求噴射量が小さいか否か判定する（Ｓ１８）。詳しくは、最小噴射量は、各燃料噴射弁１０について記憶部３４に記憶されている。そして、噴射が行われている燃料噴射弁１０の最小噴射量よりも、噴射が行われている燃料噴射弁１０の要求噴射量が小さいか否か判定する。

Ｓ１８の判定において、記憶されている最小噴射量よりも現在の要求噴射量が小さいと判定した場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、要求噴射量を最小噴射量として記憶する（Ｓ１９）。詳しくは、噴射が行われている燃料噴射弁１０の要求噴射量を、噴射が行われている燃料噴射弁１０の最小噴射量として記憶部３４に記憶する。

また、Ｓ１７の判定において、噴射に伴う燃料圧力の落ち込みがないと判定した場合（Ｓ１７：ＮＯ）、又はＳ１８の判定において、記憶されている最小噴射量よりも要求噴射量が小さくないと判定した場合（Ｓ１８：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。なお、Ｓ１６〜Ｓ１９の処理が、解析部３７としての処理に相当する。

複数の燃料噴射弁１０において、それぞれ噴射可能な最小噴射量が異なることがある。このため、複数の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）に共通の要求噴射量が、燃料噴射弁１０（＃１）の最小噴射量よりも大きく、燃料噴射弁１０（＃２）の最小噴射量よりも小さいことがある。この場合に、複数の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）により共通の要求噴射量を噴射させようとすると、燃料噴射弁１０（＃１）では噴射が行われ、燃料噴射弁１０（＃２）では噴射が行われないこととなる。その結果、エンジンにおいて、燃料の燃焼による騒音や振動が大きくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、検出した最小噴射量を用いて要求噴射量を制限する処理を行っている。

図８は、検出した最小噴射量を用いて要求噴射量を制限する処理の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、ＥＣＵ３０により所定の周期で繰り返し実行される。

まず、燃料噴射弁１０による噴射が復帰されるか否か判定する（Ｓ２０）。具体的には、要求噴射量が０の状態（噴射が要求されない状態）から、要求噴射量が０よりも大きい状態になったか否か判定する。

Ｓ２０の判定において、燃料噴射弁１０による噴射が復帰されると判定した場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、解析部３７により検出された各燃料噴射弁１０の最小噴射量のうち最大の最小噴射量を制限噴射量Ｑｍｉｎｃとして設定する（Ｓ２１）。詳しくは、記憶部３４に記憶された各燃料噴射弁１０の最小噴射量を読み込み、それらの最大値を制限噴射量Ｑｍｉｎｃとして設定する。

続いて、要求噴射量が制限噴射量Ｑｍｉｎｃよりも小さいか否か判定する（Ｓ２２）。具体的には、噴射が行われる燃料噴射弁１０の要求噴射量が、制限噴射量Ｑｍｉｎｃよりも小さいか否か判定する。なお、Ｓ２０の判定において一度ＹＥＳと判定されて噴射が復帰した状態が続いている場合、要求噴射量が制限噴射量Ｑｍｉｎｃ以上となるまでＳ２０の判定ではＹＥＳと判定される。

Ｓ２２の判定において、要求噴射量が制限噴射量Ｑｍｉｎｃよりも小さいと判定した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、制限噴射量Ｑｍｉｎｃを要求噴射量として設定する（Ｓ２３）。すなわち、燃料噴射弁１０の要求噴射量が制限噴射量Ｑｍｉｎｃよりも少なく且つ０以下でない場合に、燃料噴射弁１０の要求噴射量を制限噴射量Ｑｍｉｎｃとする。そして、通常の噴射設定処理を行う（Ｓ２４）。具体的には、燃料噴射弁１０から要求噴射量の燃料が噴射されるように、燃料噴射弁１０を駆動する。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

また、Ｓ２０の判定において、燃料噴射弁１０による噴射が復帰されないと判定した場合（Ｓ２０：ＮＯ）、又はＳ２２の判定において、要求噴射量が制限噴射量Ｑｍｉｎｃよりも小さくないと判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、そのまま通常の噴射設定処理を行う（Ｓ２４）。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。なお、Ｓ２１〜Ｓ２３の処理が、制限部３８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。

・波形取得部３５により取得された圧力波形は、燃料噴射弁１０により噴射させるように要求される要求噴射量が最小検出噴射量よりも多い場合に通常用なまし係数ｎ１を用いて（第１フィルタ部により）外乱成分が取り除かれ、要求噴射量が同最小検出噴射量よりも少ない場合に微小域用なまし係数ｎ２を用いて（第２フィルタ部により）外乱成分が取り除かれる。第２フィルタ部の外乱成分を取り除く能力は、第１フィルタ部の外乱成分を取り除く能力よりも低くなっている。このため、要求噴射量が最小検出噴射量よりも少ない場合に第２フィルタ部により外乱成分を取り除くことで、圧力波形の微小成分が取り除かれることを抑制することができる。したがって、微少量の燃料を噴射する時であっても、燃料圧力の変化を目的成分Ｗｂに精度良く反映することができ、燃料の噴射状態を解析する精度が低下することを抑制することができる。

・要求噴射量が最小検出噴射量よりも多い場合には、第１フィルタ部により外乱成分を取り除くことで、圧力波形から不要な微小成分を取り除くことができる。その結果、圧力波形の目的成分Ｗｂを適切に抽出することができ、燃料の噴射状態を解析する精度を向上させることができる。

・解析部３７は、第２フィルタ部により抽出された目的成分Ｗｂに基づいて、燃料噴射弁１０により噴射可能な最小噴射量を検出する。したがって、圧力波形から目的とする微小成分が取り除かれたり、縮小されたりすることを抑制することができ、最小噴射量を検出する精度が低下することを抑制することができる。

・車両のアクセルペダル５１の操作量が０になると、要求噴射量が０まで減少される。この際に、解析部３７により最小噴射量が検出されるため、最小噴射量を検出するための特別な噴射制御を行う必要がなく、容易に最小噴射量を検出することができる。

・解析部３７により、第２フィルタ部により抽出された目的成分Ｗｂに基づいて、複数の燃料噴射弁１０によりそれぞれ噴射可能な最小噴射量が検出される。そして、解析部３７により検出された最小噴射量のうち最大の最小噴射量を制限噴射量Ｑｍｉｎｃとし、要求噴射量が制限噴射量Ｑｍｉｎｃよりも少なく且つ０以下でない場合に、燃料噴射弁１０により制限噴射量Ｑｍｉｎｃが噴射される。したがって、最小噴射量程度の燃料を噴射する際に、全ての燃料噴射弁１０により燃料の噴射を行うことができ、燃料の燃焼による騒音や振動が大きくなることを抑制することができる。

なお、上記実施形態に限らず、以下のように変更して実施してもよい。

・燃料噴射弁１０の最小噴射量を検出する際の噴射は、パイロット噴射やポスト噴射でもよいし、メイン噴射でもよい。ただし、要求噴射量としては、パイロット噴射に要求される要求噴射量、ポスト噴射に要求される要求噴射量、及びメイン噴射に要求される要求噴射量をそれぞれ用いる。

・最小噴射量を検出する際に算出した噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを、噴射量０に対応する噴射率パラメータとして、記憶部３４に記憶させてもよい。そして、要求噴射量が最小検出噴射量よりも少ない場合に、それらの噴射率パラメータを用いて噴射状態を制御（補間）してもよい。

・図９に示すように、圧力センサ素子２２から出力される圧力検出値から、第１周波数よりも高い周波数成分を取り除く第１フィルタ回路２５（第１フィルタ部）、及び第２周波数よりも高い周波数成分を取り除く第２フィルタ回路２６（第２フィルタ部）を、モールドＩＣ２４に設けることもできる。第２周波数は、第１周波数よりも高く設定されている。そして、ＥＣＵ３０は、要求噴射量が最小検出噴射量よりも多い場合に、第１フィルタ回路２５の出力値に基づいて燃料の噴射状態を解析し、要求噴射量が最小検出噴射量よりも少ない場合に、第２フィルタ回路２６の出力値に基づいて燃料の噴射状態を解析する。こうした構成によっても、微少量の燃料を噴射する時であっても、燃料の噴射状態を解析する精度が低下することを抑制することができる。なお、モールドＩＣ２４及びＥＣＵ３０により、燃料噴射状態解析装置が構成されている。また、第１フィルタ回路２５及び第２フィルタ回路２６を、ＥＣＵ３０に設けることもできる。

１０…燃料噴射弁、１１ａ…高圧通路、１１ｂ…噴射孔、２０…燃圧センサ、２４…モールドＩＣ、２５…第１フィルタ回路、２６…第２フィルタ回路、３０…ＥＣＵ、３５…波形取得部、３６…フィルタ部、３７…解析部、４２…コモンレール、４２ｂ…高圧配管、５０…燃料噴射システム。

Claims (6)

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（５０）に適用される燃料噴射状態解析装置（３０、２４）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示す圧力波形を取得する波形取得部（３５）と、
   前記燃料噴射弁により噴射させるように要求される要求噴射量が所定噴射量よりも多い場合に、前記波形取得部により取得される前記圧力波形から外乱成分を取り除いて目的成分を抽出する第１フィルタ部（３６、２５）と、
   外乱成分を取り除く能力が前記第１フィルタ部よりも低くなっており、前記要求噴射量が前記所定噴射量よりも少ない場合に、前記波形取得部により取得される前記圧力波形から外乱成分を取り除いて目的成分を抽出する第２フィルタ部（３６、２６）と、
   前記抽出された前記目的成分に基づいて、前記燃料噴射弁による燃料の噴射状態を解析する解析部（３７）と、
   を備え、
   前記解析部は、前記第２フィルタ部により抽出された前記目的成分に基づいて、前記燃料噴射弁により噴射可能な最小噴射量を検出することを特徴とする燃料噴射状態解析装置。
2. 前記燃料噴射システムは前記燃料噴射弁を複数備え、
   前記解析部は、前記第２フィルタ部により抽出された前記目的成分に基づいて、複数の前記燃料噴射弁によりそれぞれ噴射可能な最小噴射量を検出し、
   前記解析部により検出された最小噴射量のうち最大の最小噴射量を制限噴射量とし、前記燃料噴射弁により噴射させるように要求される要求噴射量が、前記制限噴射量よりも少なく且つ０以下でない場合に、前記燃料噴射弁により前記制限噴射量を噴射させる制限部（３８）を備える請求項１に記載の燃料噴射状態解析装置。
3. 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（５０）に適用される燃料噴射状態解析装置（３０、２４）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示す圧力波形を取得する波形取得部（３５）と、
   前記燃料噴射弁により噴射させるように要求される要求噴射量が所定噴射量よりも多い場合に、前記波形取得部により取得される前記圧力波形から外乱成分を取り除いて目的成分を抽出する第１フィルタ部（３６、２５）と、
   外乱成分を取り除く能力が前記第１フィルタ部よりも低くなっており、前記要求噴射量が前記所定噴射量よりも少ない場合に、前記波形取得部により取得される前記圧力波形から外乱成分を取り除いて目的成分を抽出する第２フィルタ部（３６、２６）と、
   前記抽出された前記目的成分に基づいて、前記燃料噴射弁による燃料の噴射状態を解析する解析部（３７）と、
   を備え、
   前記燃料噴射システムは前記燃料噴射弁を複数備え、
   前記解析部は、前記第２フィルタ部により抽出された前記目的成分に基づいて、複数の前記燃料噴射弁によりそれぞれ噴射可能な最小噴射量を検出し、
   前記解析部により検出された最小噴射量のうち最大の最小噴射量を制限噴射量とし、前記燃料噴射弁により噴射させるように要求される要求噴射量が、前記制限噴射量よりも少なく且つ０以下でない場合に、前記燃料噴射弁により前記制限噴射量を噴射させる制限部（３８）を備えることを特徴とする燃料噴射状態解析装置。
4. 前記燃料噴射システムは車両に搭載されるものであり、
   前記解析部は、前記車両のアクセルペダル（５０）の操作量が０になって前記要求噴射量が０まで減少される際に、前記最小噴射量を検出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射状態解析装置。
5. 前記第１フィルタ部（３６）は、前記波形取得部により取得される前記圧力波形を、第１なまし係数によりなまし、
   前記第２フィルタ部（３６）は、前記波形取得部により取得される前記圧力波形を、前記第１なまし係数よりもなまし度合いの小さい第２なまし係数によりなます請求項１〜４のいずれか1項に記載の燃料噴射状態解析装置。
6. 前記第１フィルタ部（２５）は、前記波形取得部により取得される前記圧力波形から、第１周波数よりも高い周波数成分を取り除き、
   前記第２フィルタ部（２６）は、前記波形取得部により取得される前記圧力波形から、前記第１周波数よりも高く設定された第２周波数よりも高い周波数成分を取り除く請求項１〜４のいずれか1項に記載の燃料噴射状態解析装置。