JP6160454B2 - 噴射特性取得装置、及び噴射特性取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射システムの噴射特性を取得する装置及び方法に関する。

従来、燃料噴射システムの噴射特性を取得する装置として、密閉された状態の圧力容器内に燃料噴射弁により燃料を噴射し、圧力容器内の圧力変化、燃料噴射弁の燃料通路内の圧力変化、及び噴射された燃料の体積を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置では、燃料通路内の圧力変化と燃料の体積とにより取得された実噴射率のモデルを、圧力容器内の圧力変化と燃料の体積により取得された実噴射率のモデルによって補正している。

特開２０１２−９７６７２号公報

ところで、特許文献１に記載の噴射特性取得装置において、圧力容器からの燃料漏れ等の異常が生じるおそれがある。また、燃料通路内の圧力変化を検出する圧力センサや、燃料噴射弁の組み付け状態等に異常が生じるおそれがある。これらのいずれか１つでも異常が生じた場合、燃料通路内の圧力変化と燃料の体積とにより取得された実噴射モデルが、正しく補正されないおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑み、異常があるか否かを判定するとともに、異常がある場合には異常の種類を推定することが可能な噴射特性取得装置を提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器から前記噴孔までの燃料通路内の燃料圧力を検出する第１圧力センサと、を備える燃料噴射システムに適用される噴射特性取得装置であって、密閉された状態で内部に前記燃料噴射弁により前記燃料が噴射される圧力容器と、前記圧力容器内の圧力を検出する第２圧力センサと、前記燃料噴射弁に含まれる組み付け部品の寸法を入力する入力部と、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に、前記第１圧力センサにより検出される前記燃料圧力の変化波形に基づいて、前記燃料の第１噴射率波形を取得する第１噴射率取得部と、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に、前記第２圧力センサにより検出される前記圧力の変化波形に基づいて、前記燃料の第２噴射率波形を取得する第２噴射率取得部と、前記入力部により入力された前記寸法に基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時における前記燃料の推定噴射率波形を取得する推定噴射率取得部と、前記第１噴射率波形、前記第２噴射率波形、及び前記推定噴射率波形の比較に基づいて、異常があるか否か判定するとともに、異常があると判定された場合には異常の種類を推定する判定部と、を備える。

請求項１に記載の発明によれば、燃料が蓄圧容器に蓄圧保持され、燃料が燃料通路を通じて蓄圧容器から燃料噴射弁の噴孔まで流通させられる。そして、燃料噴射弁により、燃料が密閉された状態の圧力容器の内部へ噴射される。燃料通路内の燃料圧力が第１圧力センサにより検出され、圧力容器内の圧力が第２圧力センサにより検出される。また、燃料噴射弁に含まれる組み付け部品の寸法が入力部により入力される。

さらに、第１圧力センサにより検出される燃料圧力の変化波形に基づいて、燃料の第１噴射率波形が取得され、第２圧力センサにより検出される圧力容器内の圧力の変化波形に基づいて、燃料の第２実噴射率波形が取得される。また、入力部により入力された組み付け部品の寸法、例えば噴孔径やノズルシート径等の寸法に基づいて、燃料噴射弁による燃料の噴射時における燃料の推定噴射率波形が取得される。

燃料噴射システム及び噴射特性取得装置に異常がない場合は、第１噴射率波形、第２噴射率波形、及び推定噴射率波形は、ほぼ等しい波形になる。一方、燃料噴射システム及び噴射特性取得装置に異常がある場合は、上記３つの波形が異常の種類に応じて正常時と異なる波形になる。よって、第１噴射率波形、第２噴射率波形、及び推定噴射率波形を比較することにより、異常があるか否かを判定できるとともに、異常がある場合には異常の種類を推定することができる。

また、請求項８に記載の発明は、燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器から前記噴孔までの燃料通路内の燃料圧力を検出する第１圧力センサと、を備える燃料噴射システムの噴射特性を取得する噴射特性取得方法であって、密閉された状態で内部に前記燃料噴射弁により前記燃料が噴射される圧力容器と、前記圧力容器内の圧力を検出する第２圧力センサと、を用意し、前記燃料噴射弁に含まれる組み付け部品の寸法を入力する入力工程と、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に、前記第１圧力センサにより検出される前記燃料圧力の変化波形に基づいて、前記燃料の第１噴射率波形を取得する第１噴射率取得工程と、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に、前記第２圧力センサにより検出される前記圧力の変化波形に基づいて、前記燃料の第２噴射率波形を取得する第２噴射率取得工程と、前記入力工程において入力された前記寸法に基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時における前記燃料の推定噴射率波形を取得する推定噴射率取得工程と、前記第１噴射率波形、前記第２噴射率波形、及び前記推定噴射率波形の比較に基づいて、異常があるか否か判定するとともに、異常があると判定された場合には異常の種類を推定する判定工程と、を備える。

請求項１と同様の効果を奏する。

燃料噴射システムの概略を示す図。 燃料噴射システムの制御装置の概略を示すブロック図。 噴射特性取得装置を示す模式図。 噴射率モデルを作成する手順の概要を示す図。 噴射率モデル作成の処理手順を示すフローチャート。 圧力容器での噴射率モデル作成の処理手順を示すフローチャート。 組み付け部品の寸法と推定するパラメータとの対応を示す表。 燃料噴射弁の圧力センサによる噴射率モデル、圧力容器での噴射率モデル、及び推定噴射率モデルの比較を示す図。 異常が反映された噴射率モデルと推定される異常の種類との対応を示す表。 異常の有無及び異常の種類を判定する処理手順を示すフローチャート。

以下、噴射特性取得装置を具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る噴射特性取得装置は、例えばディーゼルエンジンを対象にしたコモンレール式燃料噴射システムに適用される。

まず、図１を参照して、噴射特性取得装置を適用する燃料噴射システムについて説明する。この燃料噴射システムは、ディーセルエンジンのシリンダ内に、高圧燃料（例えば噴射圧力「１０００気圧」以上の軽油）を直接噴射する。なお、エンジンとしては、自動車用の４気筒エンジンを想定している。

燃料噴射システム５０は、エンジンの各気筒＃１〜＃４に搭載された燃料噴射弁１０、燃圧センサ２０（第１圧力センサ）、温度センサ１７、コモンレール４２（蓄圧容器）、燃料ポンプ４１を備え、ＥＣＵ３０（電子制御装置）により制御される。

燃料ポンプ４１は、エンジンのクランク軸に連動して駆動し、燃料タンク内の燃料をコモンレール４２へ圧送する。圧送された燃料はコモンレール４２内に蓄圧保持される。コモンレール４２内に蓄圧された燃料は、燃料通路４２ｂを通って、各気筒の燃料噴射弁１０へ分配されて供給される。各気筒の燃料噴射弁１０は、予め設定された順番で順次燃料を噴射する。

燃料噴射弁１０は、ボデー１１と、ニードル弁１２と、電磁コイルやピエゾ素子等のアクチュエータ１３とを備えて構成される。ボデー１１は、内部に、高圧の燃料通路１１ａと、低圧の燃料通路１１ｄと、高圧の燃料通路１１ａと繋がる噴孔１１ｂとが形成されている。コモンレール４２から供給された燃料は、高圧の燃料通路１１ａを通って噴孔１１ｂから噴射される。ニードル弁１２は、ボデー内部に収容されて噴孔１１ｂを開閉する。

また、ニードル弁１２の先端外周面とボデー１１の先端内周面との間には、高圧室１８が形成されている。さらに、ボデー１１の内部には、ニードル弁１２に背圧を付与する背圧室１６と、背圧室１６の燃料圧力を制御する制御室１５が形成されている。制御室１５は、インオリフィス１１ｆを介して高圧の燃料通路１１ａと接続しているとともに、アウトオリフィス１１ｇを介して低圧の燃料通路１１ｄと接続している。そして、高圧の燃料通路１１ａ及び低圧の燃料通路１１ｄと制御室１５との連通状態は、制御室１５に収納されている制御弁１４により切り替えられる。

ニードル弁１２には、高圧室１８の燃料圧力と背圧室１６の燃料圧力との差に相当する燃料圧力が印加される。印加される燃料圧力がノズルスプリング１２ｂの付勢力より大きくなると、ニードル弁１２は噴孔１１ｂを開く。

アクチュエータ１３へ通電されると、制御弁１４は噴孔１１ｂ側へ押し下げられる。それにより、背圧室１６は低圧の燃料通路１１ｄと連通した状態となるので、背圧室１６内の燃料圧力は低下し、ニードル弁１２を噴孔１１ｂ側に押し付ける背圧が低下する。その結果、ニードル弁１２のシート面１２ａが、噴孔１１ｂと繋がるように形成されたボデー１１のシート面１１ｅから離座するので、噴孔１１ｂから燃料が噴射される。

一方、アクチュエータ１３への通電をオフにすると、制御弁１４はアクチュエータ１３側に押し上げられる。それにより、背圧室１６は高圧の燃料通路１１ａと連通した状態となるので、背圧室１６内の燃料圧力は上昇し、ニードル弁１２を噴孔１１ｂ側に押し付ける背圧が上昇する。その結果、ニードル弁１２のシート面１２ａが、ボデー１１のシート面１１ｅに着座するので、噴孔１１ｂからの燃料噴射が停止される。

燃圧センサ２０は、各燃料噴射弁１０に搭載されており、コモンレール４２から噴孔１１ｂまでの燃料通路４２ｂ，１１ａ内の燃料圧力を逐次検出する。燃圧センサ２０は、ステム２１（起歪体）と圧力センサ素子２２とを備える。ステム２１は、ボデー１１に取り付けられており、ダイヤフラム部２１ａを有している。ダイヤフラム部２１ａは、燃料通路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の弾性変形量に応じた圧力信号をＥＣＵ３０へ送信する。

温度センサ１７は、燃料通路１１ａの燃料取り込み口の近傍に設けられている。温度センサ１７は、燃料取り込み口の近傍において、燃料通路１１ａ内の燃料の温度を検出する。なお、温度センサ１７は、燃料噴射弁１０内の燃料の温度と等しい温度を検出するものであればよく、例えば燃料通路４２ｂ内の燃料の温度やコモンレール４２内の燃料の温度を検出するものであってもよい。

ＥＣ３０は、車両に搭載された燃料噴射弁１０による燃料の噴射を制御する。ＥＣＵ３０は、各種の演算を行うＣＰＵ、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ、プログラムメモリとしてのＲＯＭ、入出力ポート等によって構成されたコンピュータである。そして、ＲＯＭには、噴射特性取得や噴射指令補正に係るプログラムや制御マップ等が予め格納されている。また、データ保存用メモリには、対象エンジンの設計データをはじめとする各種の制御データ等が予め格納されている。

図２に示すように、ＥＣＵ３０は、随時入力される各種のセンサ出力（検出信号）に基づいて、その時々にエンジンの出力軸に生成すべきトルク（要求トルク）、ひいてはその要求トルクを満足するための要求燃料噴射量Ｑ及び要求噴射開始時期Ｔを算出する。例えば、燃圧センサ２０により、コモンレール４２と燃料噴射弁１０の噴孔１１ｂとの間の燃料通路４２ｂ，１１ａ内の実圧力Ｐｃが検出される。ＥＣＵ３０は、時々のエンジン運転状態や運転者によるアクセルペダルの操作量等に応じて、要求燃料噴射量Ｑ及び要求噴射開始時期Ｔを算出する。

そして、要求燃料噴射量Ｑ、要求噴射開始時期Ｔ、及び実圧力Ｐｃを、ＥＣＵ３０の備える噴射率モデルＭに適用することにより、指令噴射期間Ｔｑ及び指令噴射開始時期Ｔｃが算出される。その結果、これらの指令噴射期間Ｔｑ及び指令噴射開始時期Ｔｃに基づいて、燃料噴射弁１０により燃料の噴射が行われ、対象エンジンの出力トルクが目標値へ制御される。

この噴射時において、燃圧センサ２０により燃料の実圧力Ｐｃが検出され、その実圧力Ｐｃの推移に基づいて、噴射率モデルＭにより実燃料噴射量Ｑｒ及び実噴射開始時期Ｔｒ等を推定する。この実燃料噴射量Ｑｒ及び実噴射開始時期Ｔｒに基づいて、次回以降の燃料噴射を制御してもよいし、実圧力Ｐｃに基づいて燃料噴射と同時にその実噴射率を把握して、実行中の燃料噴射を制御してもよい。

次に、上記の噴射率モデルＭを作成する処理の概要について説明する。本実施形態では、燃圧センサ２０により検出される燃料の実圧力Ｐｃに基づいて、燃料噴射弁１０の燃料噴射に係る噴射開始時刻ｔｓｔａ、噴射開始傾きＲα、噴射終了傾きＲβ、噴射終了時刻ｔｅｎｄ、及び最大噴射率Ｒｍａｘを、噴射率モデルＭのパラメータとして学習する。噴射開始傾きＲαは、噴射が開始されてから最大噴射率に到達するまでの噴射率の上昇傾きである。噴射終了傾きＲβは、最大噴射率から噴射が終了するまでの噴射率の下降傾きである。

入力処理部Ｉは、実圧力Ｐｃをローパスフィルタに通すフィルタリング処理を行い、その出力から高周波ノイズを除去する。そして、処理後のデータに対して、燃料ポンプ４１の燃料圧送による圧力の上昇成分を除去する（裏気筒補正）。また、入力処理部Ｉは、燃料噴射弁１０による噴射開始（ノズル開弁）に伴って発生する圧力脈動を、燃圧センサ２０の出力から除去する（開弁圧力脈動補償）。さらに、１回の燃焼行程において燃料噴射弁１０により複数段の噴射を行う場合には、前段の噴射により生じた圧力脈動を除去する（前段噴射圧力脈動補償）。

解析部Ａは、上記のように処理された圧力推移（圧力の変化波形）に基づいて、燃料噴射に係る各種の時刻を検出する。まず、解析部Ａは、上記圧力推移について各時刻における１階微分値及び２階微分値を算出する。そして、２階微分値が負の閾値Ｋよりも小さい場合に、その時の時刻を噴射開始時刻ｔｓｔａとして検出する。その際には、噴射開始から燃圧センサ２０に圧力が伝播するまでの期間を考慮する（圧力伝播遅れ戻し）。また、解析部Ａは、１階微分値の前回値が正であり、且つ１階微分値（今回値）が負の閾値よりも小さい場合に、その時刻を噴射終了時刻ｔｅｎｄとして検出する。この際には、噴射終了から燃圧センサ２０に圧力が伝播するまでの期間を考慮する（圧力伝播遅れ戻し）。さらに、解析部Ａは、１階微分値の前回値が負であり、且つ１階微分値（今回値）が正の閾値よりも大きい場合に、その時刻を噴射率最大到達時刻ｔｉｎｃとして検出する。なお、解析部Ａは、噴射終了時刻ｔｅｎｄから所定時間前の時刻を、噴射率降下開始時刻ｔｄｅｃとして検出する。上記の各時刻を検出する方法は、これらの方法に限定されず、種々の方法を用いることができる。

学習部Ｌは、これらのパラメータ、噴射開始時刻ｔｓｔａ、噴射率最大到達時刻ｔｉｎｃ、噴射率降下開始時刻ｔｄｅｃ、噴射終了時刻ｔｅｎｄを学習（保存）する。そして、これらのパラメータに基づいて、相対噴射率の変化波形を取得する。この相対噴射率は、燃料の噴射率に対応するものであり、燃圧センサ２０により検出される燃料の実圧力Ｐｃの変化に応じて変化する相対的な値である。さらに、学習部Ｌは、燃圧センサ２０により検出される圧力と燃料の実噴射率との相関関係に基づいて、相対噴射率の変化波形を実噴射率の変化波形に変換して、最大噴射率Ｒｍａｘを学習（保存）する。また、学習部Ｌは、噴射開始時刻ｔｓｔａ、噴射率最大到達時刻ｔｉｎｃ、及び最大噴射率Ｒｍａｘから噴射開始傾きＲαを算出し、噴射終了時刻ｔｅｎｄ、噴射率降下開始時刻ｔｄｅｃ及び最大噴射率Ｒｍａｘから噴射終了傾きＲβを算出して学習（保存）する。これらの実噴射率の変化波形及び最大噴射率Ｒｍａｘは、実際の噴射率の大きさを表す絶対的な値である。なお、燃圧センサ２０により検出される圧力と燃料の実噴射率との相関関係は、予め工場等で取得されているものであり、詳しくは後述する。

ＥＣＵ３０は、学習部Ｌで学習されたパラメータを反映して、噴射率モデルＭを作成する。すなわち、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の変化波形、及び予め取得されている上記相関関係に基づいて噴射率モデルＭを作成し、作成した噴射率モデルＭを用いて燃料噴射制御を実行する。

次に、燃料噴射システム５０に適用する噴射特性取得装置６０について説明する。図３は、燃料噴射システム５０及び噴射特性取得装置６０を示す模式図である。噴射特性取得装置６０は、圧力容器６２、誘導配管６５、流量計６６、及びＰＣ（Personal Computer）６４を備えている。各圧力容器６２には、圧力センサ６１（第２圧力センサ）及び排出弁６３が設けられている。また、各流量計６６には、温度センサ６７が設けられている。なお、噴射特性取得装置６０による噴射特性の取得は、燃料噴射システム５０の出荷前に工場等において行われる。

圧力容器６２は、高圧に耐えることのできる中空の容器であり、その内部の圧力が外部に漏れないように密閉されている。圧力容器６２の内部に燃料噴射弁１０の噴孔１１ｂ（先端）が露出しており、燃料噴射弁１０により圧力容器６２の内部へ燃料が噴射される。圧力容器６２の内部へ噴射された燃料は、圧力容器６２の内壁を伝って下部へ収集される。

各圧力容器６２の下部には、各誘導配管６５の上端が接続されており、各誘導配管６５の下端は流量計６６に接続されている。そして、圧力容器６２の下部へ収集された燃料は、誘導配管６５を通じて流量計６６へ誘導される。

圧力センサ６１は、圧力容器６２内の圧力を検出する。圧力容器６２は密閉されているため、燃料噴射弁１０から圧力容器６２内へ燃料が噴射されることにより、圧力容器６２内の圧力が変化する。したがって、圧力センサ６１により、燃料噴射弁１０による燃料噴射に伴う圧力容器６２内の圧力変化が検出される。排出弁６３は、圧力容器６２内の圧力が規定値よりも高くなった場合に開いて、圧力容器６２内の圧力を解放する弁である。

流量計６６は、微小流量を検出可能な流量計であり、流量計６６を通過する流体の体積流量を検出する。流量計６６は、誘導配管６５を通じて流量計６６へ誘導される燃料、すなわち燃料噴射弁１０から噴射される燃料の体積流量を検出する。

温度センサ６７は、流量計６６を通過する燃料の温度を検出する。すなわち、温度センサ６７は、流量計６６により燃料の流量を検出する際に、その燃料の温度を検出する。なお、温度センサ６７は、流量計６６内の燃料の温度と等しい温度を検出するものであればよく、例えば誘導配管６５内の燃料の温度を検出するものであってもよい。

ＰＣ６４は、公知のコンピュータである。ＰＣ６４は、各種の演算を行うＣＰＵ、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ、プログラムメモリとしてのＲＯＭ、データ保存用の記憶装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート、キーボード等の入力インターフェース（入力部）等から構成されている。

ＰＣ６４は、燃圧センサ２０、温度センサ１７、圧力センサ６１、流量計６６、及び温度センサ６７の各出力を受信する。ＰＣ６４は、流量計６６により検出される燃料の流量を積分することにより、流量計６６を通過した燃料の体積を検出する。さらに、流量計６６を通過する燃料の温度と、燃料噴射弁１０により噴射される燃料の温度とは異なっているため、ＰＣ６４は、上記各種センサの出力に基づいて、流量計６６により検出した燃料の体積を燃料噴射弁１０により噴射された燃料の体積に換算する。

また、ＰＣ６４は、図２で示したＥＣＵ３０による噴射率モデルＭの学習と同様にして、燃料噴射弁１０による燃料の噴射時に、燃圧センサ２０により検出される圧力の変化波形（図４の上側の破線）に基づいて、相対噴射率の変化波形（図４の右側の破線）を取得する。そして、ＰＣ６４は、取得した相対噴射率の変化波形、及び換算された燃料の体積に基づいて、燃料の実噴射率の推移を示す噴射率モデルＭ２（第１噴射率波形）を取得する。また、ＰＣ６４は、燃圧センサ２０により検出される圧力と燃料の実噴射率との相関関係を取得する。ＰＣ６４により取得されたこの相関関係が、ＥＣＵ３０で用いられる。

また、ＰＣ６４は、圧力センサ６１により検出される圧力の変化波形、及び換算された燃料の体積に基づいて、燃料の実噴射率の推移を示す噴射率モデルＭ３（第２噴射率波形）を取得する。詳しくは、燃料噴射弁１０により燃料の噴射が行われると、圧力容器６２に設けられた圧力センサ６１により、図４の下側に実線で示すような圧力の変化波形が検出される。すなわち、密閉された圧力容器６２内に燃料噴射弁１０から燃料が噴射されることにより、噴射された燃料の体積に応じて圧力容器６２内の圧力が上昇する。

ここで、圧力容器６２内の圧力の上昇量（総変化量）と圧力容器６２内に噴射された燃料の体積（総噴射体積）とは、比例関係を有している。このため、圧力容器６２内の圧力の微分値と、燃料の体積の微分値である噴射率とは比例関係を有している。したがって、圧力の微分値の変化波形は、図４の右側に実線で示すような燃料の相対噴射率の変化波形を表すこととなる。

そして、燃料の相対噴射率の積分値（曲線よりも下側部分の面積）は燃料の体積を表すため、これに換算された燃料の体積を適用することにより、燃料の実噴射率の推移を示す噴射率モデルＭ３を取得する。

図５は、噴射率モデルＭ２，Ｍ３を作成する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、燃料噴射弁１０による所定の噴射条件（指令噴射期間Ｔｑ，指令噴射開始時期Ｔｃ、燃料圧力）における燃料の噴射時に、ＰＣ６４により実行される。

まず、燃料噴射弁１０の燃圧センサ２０の出力に基づいて相対噴射率の変化波形を取得するとともに、燃圧センサ２０の温度センサ１７により燃料の温度を検出する（Ｓ１１）。続いて、圧力容器６２の圧力センサ６１の出力に基づいて、相対噴射率の変化波形を取得する（Ｓ１２）。圧力センサ６１の出力に基づく相対噴射率の変化波形の取得については後述する。

続いて、流量計６６の温度センサ６７により流量計６６を通過する燃料の温度を検出するとともに、流量計６６の出力に基づいて流量計６６を通過した燃料の体積を検出する（Ｓ１３）。流量計６６で検出された燃料の体積を、燃料噴射弁１０から噴射された燃料の体積に換算する（Ｓ１４）。詳しくは、燃料の種類により定まる燃料の熱膨張率（温度変化に対する体積変化率）と、流量計６６の温度センサ６７により検出される燃料の温度と、燃料噴射弁１０の温度センサ１７により検出される燃料の温度とに基づいて、燃料の体積を換算する。

上記換算された燃料の体積を用いて、燃料噴射弁１０の燃圧センサ２０の出力に基づく相対噴射率の単位を実噴射率の単位に換算し、噴射率モデルＭ２を作成する（Ｓ１５、第１噴射率取得工程）。詳しくは、換算された燃料の体積と、Ｓ１１で取得した相対噴射率の変化波形の積分値とが等しいとして、相対噴射率の推移を実噴射率の推移に変換する。これにより、燃圧センサ２０の出力に基づいて、燃料噴射弁１０の燃料の噴射における実噴射率や最大噴射率Ｒｍａｘが算出される。さらに、燃圧センサ２０により検出される圧力と実噴射率との相関関係が取得される。

さらに、上記換算された燃料の体積を用いて、圧力容器６２の圧力センサ６１の出力に基づく相対噴射率の単位を実噴射率の単位に換算し、噴射率モデルＭ３を作成する（Ｓ１６、第２噴射率取得工程）。詳しくは、換算された燃料の体積と、Ｓ１２で取得した相対噴射率の変化波形の積分値とが等しいとして、相対噴射率の推移を実噴射率の推移に変換する。これにより、圧力センサ６１により検出される圧力と実噴射率との相関関係が取得される。その後、この一連の処理を終了する。

図６は、圧力容器６２での相対噴射率の変化波形を取得する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、燃料噴射弁１０による燃料噴射時にＰＣ６４により実行される。

まず、圧力容器６２の圧力センサ６１の出力をローパスフィルタ処理し（Ｓ１２１）、処理されたデータを微分処理する（Ｓ１２２）。

続いて、微分処理した曲線の頂上に沿って水平線Ｈを引く（Ｓ１２３）。さらに、曲線の最大上昇部分及び最大下降部分において、それぞれ頂上に対して第１の割合の高さの点と第２の割合の高さの点とを直線で結ぶ（Ｓ１２４）。例えば、最大上昇部分において、頂上（水平線Ｈ）に対して２５％の高さの点と７５％の高さの点とを直線Ｌ１で結ぶ。また、最大下降部分において、頂上（水平線Ｈ）に対して２５％の高さの点と７５％の高さの点とを直線Ｌ２で結ぶ。

そして、直線Ｌ１，Ｌ２と０点との交点、及び直線Ｌ１，Ｌ２と水平線Ｈとの交点を算出する（Ｓ１２５）。これらの交点は、それぞれ噴射開始時刻ｔｓｔａ、噴射率最大到達時刻ｔｉｎｃ、噴射率降下開始時刻ｔｄｅｃ、噴射終了時刻ｔｅｎｄに相当する。そして、これらの時刻に基づいて、相対噴射率の推移を取得する。その後、この一連の処理を終了する。

また、ＰＣ６４は、燃料噴射弁１０に含まれる組み付け部品の寸法に基づいて、推定噴射率波形を取得する。詳しくは、ＰＣ６４に、組み付け部品の規定の寸法を入力する。入力は、手動で行ってもよいし、記録媒体から読み込んでもよい。入力する組み付け部品の寸法は、例えば、シート面１１ｅの径（ノズルシート径）、ノズルスプリング１２ｂのばね定数（ノズルセット荷重）、インオリフィス１１ｆの径、アウトオリフィス１１ｇの径、噴孔１１ｂの径などである。

図７に、各組み付け部品の寸法と、各組み付け部品の寸法から推定されるパラメータとの対応の一例を示す。ノズルシート径が小さくノズルセット荷重が軽いほど、噴射指令後に噴孔１１ｂから早く燃料が噴射される。よって、ノズルシート径及びノズルセット荷重から、噴射開始時刻ｔｓｔａを推定する。また、アウトオリフィス１１ｇの径が大きいほど、背圧室１６の燃料圧力の低下速度が速くなり、ニードル弁１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面１１ｅから離れる速度が速くなる。その結果、噴射率０から最大噴射率になるまでの時間が短くなり、噴射開始傾きＲαが急になる。よって、アウトオリフィス１１ｇの径から噴射開始傾きＲαを推定する。

また、噴孔１１ｂの径が大きいほど最大噴射率Ｒｍａｘは大きくなる。よって、噴孔１１ｂの径から最大噴射率Ｒｍａｘを推定する。また、インオリフィス１１ｆの径が大きいほど、背圧室１６の燃料圧力の上昇速度が速くなり、ニードル弁１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面１１ｅに近付く速度が速くなる。その結果、最大噴射率から噴射率０になるまでの時間が短くなり、噴射終了傾きＲβが急になる。よって、インオリフィス１１ｆの径から噴射終了傾きＲβを推定する。

このようにして、ＰＣ６４は、入力された各組み付け部品の寸法、及び噴射率モデルＭ２，Ｍ３を取得した際の所定の噴射条件に基づいて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射時における推定噴射率モデルＭ１（推定噴射率波形）を取得する。

なお、ＰＣ６４は、上記組み付け部品の寸法に限らず、他の組み付け部品の寸法に基づいて、推定噴射率モデルＭ１を取得してもよい。また、ＰＣ６４は、予め、基準となる各組み付け部品の寸法に基づいて、基準となる推定噴射率モデルを作成して保存しておいてもよい。この場合、ＰＣ６４には、基準となる各組み付け部品の寸法とのずれ量を入力し、ＰＣ６４は、各ずれ量と基準となる推定噴射率モデルとから、推定噴射率モデルＭ１を作成してもよい。

ＰＣ６４は、図８に示すように、推定噴射率モデルＭ１、燃圧センサ２０の出力による噴射率モデルＭ２、圧力容器６２での噴射率モデルＭ３を作成した後、作成した３つのモデルを互いに比較する。詳しくは、噴射開始時刻ｔｓｔａ、噴射開始傾きＲα、噴射終了傾きＲβ、噴射終了時刻ｔｅｎｄ、最大噴射率Ｒｍａｘのそれぞれのパラメータについて、３つのモデルを比較する。そして、ＰＣ６４は、比較結果に基づいて、燃料噴射システム５０及び噴射特性取得装置６０に異常があるか否か判定するとともに、異常がある場合には、異常の種類を推定する。

燃料噴射システム５０及び噴射特性取得装置６０に異常がない場合は、推定噴射率モデルＭ１、噴射率モデルＭ２、及び噴射率モデルＭ３は、ほぼ等しい波形になる。一方、燃料噴射システム５０及び噴射特性取得装置６０に異常がある場合は、３つのモデルＭ１，Ｍ２，Ｍ３が異常の種類に応じて正常時と異なる波形になる。詳しくは、図９に示すように、推定噴射率モデルＭ１、噴射率モデルＭ２、噴射率モデルＭ３のそれぞれの差が全て閾値よりも小さい場合は、ＰＣ６４は異常なしと判定する。これ以外の場合、ＰＣ６４は異常ありと判定する。

噴射率モデルＭ２と噴射率モデルＭ３の差が閾値よりも小さく、且つ、噴射率モデルＭ２及び噴射率モデルＭ３の少なくとも一方と、推定噴射率モデルＭ１との差が閾値よりも大きい場合は、推定噴射率モデルＭ１に異常が反映されている。この場合、組み付け部品の寸法から推定される燃料噴射弁１０の作動状態が、実際の燃料噴射弁１０の作動状態と異なっているので、ＰＣ６４は、異常の種類を燃料噴射弁１０の作動状態に関する異常と推定する。具体的には、ＰＣ６４は、異常の種類を、入力された組み付け部品の寸法の間違い、組み付け部品の実際の寸法が入力された規定の寸法と異なる寸法異常、圧力容器６２に対する燃料噴射弁１０の組み付け異常、及び組み付け部品の組み付け異常の少なくとも１つであると推定する。

また、推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ３との差が閾値よりも小さく、且つ、推定噴射率モデルＭ１及び噴射率モデルＭ３の少なくとも一方と、噴射率モデルＭ２との差が閾値よりも大きい場合は、噴射率モデルＭ２に異常が反映されている。噴射率モデルＭ２は、燃圧センサ２０により検出された圧力の変化波形に基づいて取得されるモデルであるため、ＰＣ６４は、異常の種類を、燃圧センサ２０に関する異常と推定する。具体的には、ＰＣ６４は、異常の種類を、燃圧センサ２０自体の異常、及び燃圧センサ２０に供給される電源電圧の異常の少なくとも１つであると推定する。

また、推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ２との差が閾値よりも小さく、且つ、推定噴射率モデルＭ１及び噴射率モデルＭ２の少なくとも一方と、噴射率モデルＭ３との差が閾値よりも大きい場合は、噴射率モデルＭ３に異常が反映されている。噴射率モデルＭ３は、圧力容器６２内の圧力の変化波形に基づいて取得されるモデルであるため、ＰＣ６４は、異常の種類を、圧力容器６２に関する異常と推定する。具体的には、ＰＣ６４は、異常の種類を、圧力センサ６１の異常、圧力容器６２の燃料漏れ、及び排出弁６３の異常（圧力容器６２内の圧力解放異常）の少なくとも１つであると推定する。

また、ＰＣ６４は、推定噴射率モデルＭ１、噴射率モデルＭ２、噴射率モデルＭ３のそれぞれの差が全て閾値よりも大きい場合に、上記各異常とは異なる異常が発生していると推定する。あるいは、ＰＣ６４は、燃料噴射弁１０の作動状態に関する異常、燃圧センサ２０に関する異常、及び圧力容器６２に関する異常のうち、複数の異常が同時に発生していると推定する。

なお、ＰＣ６４のＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより、第１噴射率取得部、第２噴射率取得部、推定噴射率取得部、及び判定部の機能が実現される。

図１０は、異常の有無を判定するとともに、異常の種類を推定する処理手順を示すフローチャートである。Ｓ２０及びＳ２１の処理は人により工場内で実行され、Ｓ２２〜Ｓ３４の処理はＰＣ６４により工場内で実行される。

まず、コモンレール４２及び燃料ポンプ４１に接続された燃料噴射弁１０を、噴射特性取得装置６０の圧力容器６２に組み付ける（Ｓ２０）。続いて、工場のＰＣ６４に各組み付け部品の寸法を入力する（Ｓ２１、入力工程）。続いて、入力された各組み付け部品の寸法に基づいて、推定噴射率モデルＭ１を作成する（Ｓ２２、推定噴射率取得工程）。

続いて、燃料噴射弁１０から圧力容器６２内へ燃料を噴射する（Ｓ２３）。続いて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射時に、燃圧センサ２０により検出された圧力の変化波形に基づいて、噴射率モデルＭ２を作成する（Ｓ２４、第１噴射率取得工程）。続いて、燃料噴射弁１０による燃料の噴射時に、圧力センサ６１により検出された圧力の変化波形に基づいて、噴射率モデルＭ３を作成する（Ｓ２５、第２噴射率取得工程）。

続いて、Ｓ２６〜Ｓ３４の処理では、異常の有無の判定、及び異常の種類の推定を行う（判定工程）。Ｓ２６〜Ｓ３４の処理は、各パラメータについてそれぞれ行い、少なくとも１つのパラメータについて異常ありと判定した場合は、燃料噴射システム５０及び噴射特性取得装置６０に異常ありとする。異常ありとした場合は、燃圧センサ２０により検出された圧力と実噴射率との相関関係の学習を実施しない。

まず、推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ２との差分が閾値よりも小さいか否か判定する（Ｓ２６）。閾値よりも小さい場合は（Ｓ２６：ＹＥＳ）、続いて推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ３との差分が閾値よりも小さいか否か判定する（Ｓ２７）。閾値よりも小さい場合は（Ｓ２７：ＹＥＳ）、異常なし、すなわち正常と判定して、通常の噴射特性の学習を実施する（Ｓ２８）。すなわち、燃圧センサ２０により検出された圧力と実噴射率との相関関係の学習を実施する。

一方、推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ３との差分が閾値よりも大きい場合は（Ｓ２７：ＮＯ）、異常ありと判定するとともに、噴射率モデルＭ３に異常が反映されているため、異常の種類を圧力容器６２に関する異常と推定する（Ｓ２９）。

推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ２との差分が閾値よりも大きい場合は（Ｓ２６：ＮＯ）、推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ３との差分が閾値よりも小さいか否か判定する（Ｓ３０）。閾値よりも小さい場合は（Ｓ３０：ＹＥＳ）、異常ありと判定するとともに、噴射率モデルＭ２に異常が反映されているため、異常の種類を燃圧センサ２０に関する異常と推定する（Ｓ３１）。一方、推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ３との差分が閾値よりも大きい場合は（Ｓ３０：ＮＯ）、噴射率モデルＭ２と噴射率モデルＭ３との差分が閾値よりも小さいか否か判定する（Ｓ３２）。閾値よりも小さい場合は（Ｓ３２：ＹＥＳ）、異常ありと判定するとともに、推定噴射率モデルＭ１に異常が反映されているため、異常の種類を燃料噴射弁１０の作動状態に関する異常と推定する。

噴射率モデルＭ２と噴射率モデルＭ３との差分が閾値よりも大きい場合は（Ｓ３２：ＮＯ）、３つの噴射率モデルのそれぞれの差分がすべて閾値よりも大きいので、異常ありと判定するとともに、異常の種類を、その他の異常又は複数種類の異常の同時発生と推定する（Ｓ３３）。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

・燃料噴射システム５０及び噴射特性取得装置６０に異常がない場合は、推定噴射率モデルＭ１、噴射率モデルＭ２、及び噴射率モデルＭ３が、ほぼ等しい波形になる。一方、燃料噴射システム５０及び噴射特性取得装置６０に異常がある場合は、推定噴射率モデルＭ１、噴射率モデルＭ２、及び噴射率モデルＭ３が、異常の種類に応じて正常時と異なる波形になる。よって、推定噴射率モデルＭ１、噴射率モデルＭ２、及び噴射率モデルＭ３を比較することにより、異常があるか否かを判定できるとともに、異常がある場合には異常の種類を推定することができる。

・噴射率モデルＭ２と噴射率モデルＭ３との差が閾値よりも小さく、且つ、噴射率モデルＭ２及び噴射率モデルＭ３の少なくとも一方と、推定噴射率モデルＭ１との差が閾値よりも大きい場合は、推定噴射率モデルＭ１に異常が反映されている。推定噴射率モデルＭ１は、燃料噴射弁１０に含まれる組み付け部品の寸法に基づいて取得されるモデルのため、推定噴射率モデルＭ１に反映される異常の種類は、組み付け部品の寸法異常や燃料噴射弁１０の組み付け不良等による燃料噴射弁１０の作動状態に関する異常と推定できる。詳しくは、異常の種類は、入力された組み付け部品の寸法の異常、組み付け部品の実際の寸法の異常、燃料噴射弁１０の組み付け異常、及び組み付け部品の組み付け異常の少なくとも１つと推定できる。

・推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ３との差が閾値よりも小さく、且つ、推定噴射率モデルＭ１及び噴射率モデルＭ３の少なくとも一方と、噴射率モデルＭ２との差が閾値よりも大きい場合は、噴射率モデルＭ２に異常が反映されている。噴射率モデルＭ２は、燃圧センサ２０により検出される燃料通路４２ｂ，１１ａ内の燃料圧力の変化波形に基づいて取得される波形のため、噴射率モデルＭ２に反映される異常の種類は、燃圧センサ２０に関する異常と推定できる。詳しくは、異常の種類は、燃圧センサ２０及び燃圧センサ２０に供給される電源電圧の少なくとも１つと推定できる。

・推定噴射率モデルＭ１と噴射率モデルＭ２との差が閾値よりも小さく、且つ、推定噴射率モデルＭ１及び噴射率モデルＭ２の少なくとも一方と、噴射率モデルＭ３との差が閾値よりも大きい場合は、噴射率モデルＭ３に異常が反映されている。噴射率モデルＭ３は、圧力容器６２内の圧力の変化波形に基づいて取得される波形のため、噴射率モデルＭ３に反映される異常の種類は、圧力容器６２に関する異常と推定できる。詳しくは、異常の種類は、圧力センサ６１の異常、圧力容器６２の燃料漏れ、及び圧力容器６２の排出弁６３の異常の少なくとも１つと推定できる。

（他の実施形態）
・相対噴射率の変化波形を、最大噴射率Ｒｍａｘが推定噴射率モデルＭ１の最大噴射率Ｒｍａｘとなるように実噴射率の変化波形に変換し、噴射率モデルＭ２、噴射率モデルＭ３を取得してもよい。この場合、各モデルの最大噴射率Ｒｍａｘ以外のパラメータを比較することで、異常の有無の判定、及び異常の種類の推定を行うことができる。

・Ｓ２６〜Ｓ３４の処理は、各パラメータについてそれぞれ行わなくてもよい。任意の数のパラメータについて行ってもよい。

１０…燃料噴射弁、１１ａ，４２ｂ…燃料通路、１１ｂ…噴孔、２０…燃圧センサ、４２…コモンレール、５０…燃料噴射システム、６０…噴射特性取得装置、６１…圧力センサ、６２…圧力容器。

Claims (8)

1. 燃料を蓄圧保持する蓄圧容器（４２）と、前記燃料を噴孔（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孔までの燃料通路（１１ａ，４２ｂ）内の燃料圧力を検出する第１圧力センサ（２０）と、を備える燃料噴射システム（５０）に適用される噴射特性取得装置（６０）であって、
   密閉された状態で内部に前記燃料噴射弁により前記燃料が噴射される圧力容器（６２）と、
   前記圧力容器内の圧力を検出する第２圧力センサ（６１）と、
   前記燃料噴射弁に含まれる組み付け部品の寸法を入力する入力部と、
   前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に、前記第１圧力センサにより検出される前記燃料圧力の変化波形に基づいて、前記燃料の第１噴射率波形を取得する第１噴射率取得部と、
   前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に、前記第２圧力センサにより検出される前記圧力の変化波形に基づいて、前記燃料の第２噴射率波形を取得する第２噴射率取得部と、
   前記入力部により入力された前記寸法に基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時における前記燃料の推定噴射率波形を取得する推定噴射率取得部と、
   前記第１噴射率波形、前記第２噴射率波形、及び前記推定噴射率波形の比較に基づいて、異常があるか否か判定するとともに、異常があると判定された場合には異常の種類を推定する判定部と、を備えることを特徴とする噴射特性取得装置。
2. 前記判定部は、前記第２噴射率波形と前記推定噴射率波形との差が閾値よりも小さく、且つ、前記第２噴射率波形及び前記推定噴射率波形の少なくとも一方と前記第１噴射率波形との差が前記閾値よりも大きい場合に、前記異常の種類を前記第１圧力センサに関する異常と推定する請求項１に記載の噴射特性取得装置。
3. 前記判定部は、前記第１噴射率波形と前記第２噴射率波形との差が閾値よりも小さく、且つ、前記第１噴射率波形及び前記第２噴射率波形の少なくとも一方と前記推定噴射率波形との差が前記閾値よりも大きい場合に、前記異常の種類を前記燃料噴射弁の作動状態に関する異常と推定する請求項１又は２に記載の噴射特性取得装置。
4. 前記判定部は、前記第１噴射率波形と前記推定噴射率波形との差が閾値よりも小さく、且つ前記第１噴射率波形及び前記推定噴射率波形の少なくとも一方と前記第２噴射率波形との差が前記閾値よりも大きい場合に、前記異常の種類を前記圧力容器に関する異常と推定する請求項１〜３のいずれかに記載の噴射特性取得装置。
5. 前記第１圧力センサに関する異常は、前記第１圧力センサの異常、及び前記第１圧力センサに供給される電源電圧の異常の少なくとも１つである請求項２に記載の噴射特性取得装置。
6. 前記燃料噴射弁の作動状態に関する異常は、前記入力部により入力された前記寸法の間違い、前記部品の実際の寸法異常、前記燃料噴射弁の組み付け異常、及び前記部品の組み付け異常の少なくとも１つである請求項３に記載の噴射特性取得装置。
7. 前記圧力容器に関する異常は、前記第２圧力センサの異常、前記圧力容器の燃料漏れ、及び前記圧力容器内の圧力解放異常の少なくとも１つである請求項４に記載の噴射特性取得装置。
8. 燃料を蓄圧保持する蓄圧容器（４２）と、前記燃料を噴孔（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孔までの燃料通路（１１ａ，４２ｂ）内の燃料圧力を検出する第１圧力センサ（２０）と、を備える燃料噴射システム（５０）の噴射特性を取得する噴射特性取得方法であって、
   密閉された状態で内部に前記燃料噴射弁により前記燃料が噴射される圧力容器（６２）と、前記圧力容器内の圧力を検出する第２圧力センサ（６１）と、を用意し、
   前記燃料噴射弁に含まれる組み付け部品の寸法を入力する入力工程と、
   前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に、前記第１圧力センサにより検出される前記燃料圧力の変化波形に基づいて、前記燃料の第１噴射率波形を取得する第１噴射率取得工程と、
   前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時に、前記第２圧力センサにより検出される前記圧力の変化波形に基づいて、前記燃料の第２噴射率波形を取得する第２噴射率取得工程と、
   前記入力工程において入力された前記寸法に基づいて、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射時における前記燃料の推定噴射率波形を取得する推定噴射率取得工程と、
   前記第１噴射率波形、前記第２噴射率波形、及び前記推定噴射率波形の比較に基づいて、異常があるか否か判定するとともに、異常があると判定された場合には異常の種類を推定する判定工程と、を備えることを特徴とする噴射特性取得方法。

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