JP6915364B2 - 燃圧モデル波形算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、インジェクタにより、一燃焼サイクル中に燃料噴射を複数回行う多段噴射を実行させたときの、２段目以降の燃料噴射による燃料圧力の変動を示す燃圧モデル波形を算出する燃圧モデル波形算出装置に関する。

例えば、特許文献１には、燃圧センサが検出する燃圧波形をモデル式により表したモデル波形の実燃圧波形に対する近似度を高めるべく、モデル式に含まれる複数のパラメータの値を学習する学習装置が記載されている。特許文献１のモデル式は、複数の減衰振動方程式を重ね合わせることによって求められる。複数の減衰振動方程式には、燃料噴射によって生じた燃圧脈動が、噴射孔から燃圧センサに伝播する際にインジェクタ内部で減衰する減衰振動を表す第１減衰振動方程式、噴射孔からインジェクタとコモンレールとを繋ぐ高圧配管に設けられたオリフィスにて反射され燃圧センサまで伝播する際の減衰振動を表す第２減衰振動方程式、及び、噴射孔からコモンレールを経由して他のインジェクタの燃圧センサまで伝播する際の減衰振動を表す第３減衰振動方程式が含まれる。これら複数の減衰振動方程式は、方程式の形式は共通であるが、振幅、減衰係数、周波数、位相などのパラメータが異なっている。

そして、特許文献１の学習装置では、燃料噴射を停止させてエンジン回転速度が減速している期間に、微小量の燃料を一燃焼サイクル中に１回だけ噴射する単段微小噴射を実施する。この単段微小噴射に伴って燃圧センサが検出する燃圧波形を学習規範値として、モデル式に含まれる各減衰振動方程式の複数のパラメータの値を学習する。

また、特許文献２には、ｎ段目噴射に起因した燃圧波形を多段噴射時検出波形から高精度に抽出する燃圧波形取得装置について記載されている。この燃圧波形取得装置では、単段の燃料噴射による圧力脈動をうねり波形として、単一の減衰振動方程式からなるモデル式によって表す。そして、噴射開始時燃圧や噴射量等の噴射条件を種々異ならせた各種の態様での単段噴射によるうねり波形のモデル式を取得してＥＣＵのメモリに記憶させておく。

特許文献２の装置では、多段噴射が行われたときに、メモリに記憶されているうねり波形のモデル式の中から、ｎ−１段目噴射の噴射開始時燃圧や噴射量等の噴射態様に基づき、その噴射態様に最も近い噴射態様に対応するうねり波形のモデル式を選択し、ｎ−１段目噴射のうねり波形とする。このｎ−１段目噴射のうねり波形を、ｎ段目噴射時に燃圧センサが検出する燃圧波形から差し引くことにより、ｎ段目噴射に起因した燃圧波形を求める。

特開２０１０−３００４号公報 特開２０１２−２１７４号公報

特許文献２におけるうねり波形をより高精度なものとするために、そのうねり波形のモデル式を、特許文献１に記載されたような複数の減衰振動方程式を重ね合わせたモデル式とすることが考えられる。しかし、特許文献２のうねり波形のモデル式として、特許文献１のモデル式を採用した場合、以下に説明するような懸念が生じる虞がある。

すなわち、特許文献２の手法に従うと、うねり波形のモデル式に含まれる第１〜第３減衰振動方程式のそれぞれについて、燃料を噴射するインジェクタにおける噴射開始時燃圧や噴射量等の噴射態様に応じて、メモリから選択することになる。しかしながら、多段噴射が行われているインジェクタにおける燃圧は、燃料の噴射によって大きく変動する。このため、その燃圧変動の影響により、噴射開始時燃圧として、例えば、別のインジェクタに対応して設けられた燃圧センサによって検出される燃圧とは異なる燃圧を検出する可能性を否定できない。

ここで、上記の第１〜第３減衰振動方程式の内、第３減衰振動方程式は、燃料噴射を行ったインジェクタの噴孔から、コモンレールを経由して、他のインジェクタの噴孔までの経路で、繰り返し伝播される圧力脈動を模擬したものである。従って、燃料噴射を行ったインジェクタに対応して設けられた燃圧センサが検出する燃圧が、噴射による燃圧変動の影響を受けている場合、その燃圧は、第３減衰振動方程式が対象とする経路全体から見て、実際の圧力脈動に対応する圧力レベルからずれている可能性がある。そのような場合、選択された第３減衰振動方程式により模擬される圧力脈動と、実際の圧力脈動との間に誤差が生じ、結果として、第１〜第３減衰振動方程式を含むモデル式によって表されるモデル波形の精度が低下してしまう。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、多段噴射の２段目以降の燃料噴射による燃料圧力の変動を示す燃圧モデル波形をより高精度に算出することが可能な燃圧モデル波形算出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による燃圧モデル波形算出装置は、内燃機関に搭載されたインジェクタ（２０）により、一燃焼サイクル中に燃料噴射を複数回行う多段噴射を実行させたときの、２段目以降の燃料噴射による燃料圧力の変動を示す燃圧モデル波形を算出するものであって、
内燃機関は、複数の気筒を有し、
インジェクタは、複数の気筒にそれぞれ設けられ、それら複数のインジェクタには、燃料噴射のために同じコモンレール（１２）から高圧燃料が導入され、複数の気筒の燃焼サイクルは相互に位相がずらされており、
複数の前記インジェクタの内の第１インジェクタ（２０_１）及び第２インジェクタ（２０_２）に対応してそれぞれ設けられ、第１及び第２インジェクタに導入される燃料圧力を個々に検出する第１燃圧センサ（２０ａ_１）及び第２燃圧センサ（２０ａ_２）と、
第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を実行したとき、第１燃圧センサによって検出される燃料圧力の変化に基づいて、第１インジェクタが実行した燃料噴射における噴射率の変化の推移を示すモデル噴射率を算出するモデル噴射率算出部（Ｓ２８０）と、
第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を開始する際に第１燃圧センサによって検出される燃料圧力と、モデル噴射率算出部によって算出されたモデル噴射率とに基づいて、第１インジェクタの噴孔から第１インジェクタの高圧燃料導入孔までの経路で発生する圧力脈動を示す第１減衰波形成分を定める第１設定部（Ｓ４１０）と、
第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を開始する際に第１燃圧センサによって検出される燃料圧力と、モデル噴射率算出部によって算出されたモデル噴射率とに基づいて、第１インジェクタの噴孔からコモンレールに至るまでの経路で発生する圧力脈動を示す第２減衰波形成分を定める第２設定部（Ｓ４２０）と、
第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を開始する際に第２燃圧センサによって検出される燃料圧力と、モデル噴射率算出部によって算出されたモデル噴射率とに基づいて、第１インジェクタの噴孔からコモンレールを介して第２インジェクタの噴孔に至るまでの経路で発生する圧力脈動を示す第３減衰波形成分を定める第３設定部（Ｓ４３０）と、
第１減衰波形成分、第２減衰波形成分及び第３減衰波形成分を合成して、多段噴射の２段目以降の燃料噴射による燃料圧力の変動を示す燃圧モデル波形を算出する燃圧モデル波形算出部（Ｓ４４０）と、を備える。

上述したように、本発明による燃圧モデル波形算出装置においても、特許文献１と同様に、第１〜第３減衰波形成分を合成して（重ね合わせて）、燃圧モデル波形を算出する。

そして、本発明による燃圧モデル波形算出装置では、第１及び第２減衰波形成分は、燃料噴射を実行する第１インジェクタに対応して設けられた第１燃圧センサによって検出される、燃料噴射開始の際の燃料圧力と、その燃料噴射における噴射率変化を示すモデル噴射率とに基づいて、それぞれ設定される。しかしながら、第３減衰波形成分は、燃料を噴射していない第２インジェクタに対応して設けられた第２燃圧センサによって検出される、燃料噴射開始の際の燃料圧力と、上述したモデル噴射率とに基づいて設定される。

第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を実行したときに、第２燃圧センサによって検出される燃料圧力に対する、それ以前の第１インジェクタの燃料噴射による燃料圧力の変動の影響は僅かに留まる。従って、第２の燃圧センサにより、第３減衰波形成分が対象とする経路全体として、第１インジェクタの２段目以降の燃料噴射による実際の圧力脈動に対応するレベルの燃圧を検出することができる。その結果、設定される第３減衰波形成分の精度を高めることができ、ひいては、第１〜第３減衰波形成分から算出される、多段噴射の２段目以降の燃料噴射による燃圧モデル波形の精度を高めることができる。

上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。

また、上述した特徴以外の、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。

実施形態による燃圧モデル波形算出装置が適用された燃料噴射制御システムの全体構成を示す構成図である。 第１〜第３減衰波形成分について説明するための説明図である。 第１〜第３減衰波形成分及びそれらの成分から算出される燃圧モデル波形の一例を示す波形図である。 多段噴射が行われたときの、噴射制御対象インジェクタでの燃料圧力の変化と、非噴射制御対象インジェクタでの燃料圧力の変化の様子の一例を示すタイムチャートである。 各インジェクタによる燃料噴射を制御するための処理を示すフローチャートである。 噴射制御対象インジェクタから燃料噴射が行われたときに、対応する燃圧センサによって検出される燃料圧力に基づき、実際に噴射された噴射量を推定するための処理を示すフローチャートである。 以前の燃料噴射に起因する圧力脈動の影響を除去するためのうねり消し処理を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る燃圧モデル波形算出装置の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態による燃圧モデル波形算出装置が適用された燃料噴射制御システムの全体構成を示す構成図である。なお、図１には、本実施形態による燃料噴射制御システム５０を４気筒ディーゼルエンジンに適用した場合の構成を示している。また、本実施形態に係る燃料噴射制御システム５０は、コモンレール式燃料噴射システムであり、ディーゼルエンジンの各気筒の燃焼室内に、直接的に高圧燃料（例えば噴射圧力「１０００気圧」以上の軽油）を噴射することが可能なものである。

図１に示すように、本実施形態の燃料噴射制御システム５０は、ディーゼルエンジンの各気筒に噴射供給する燃料を高圧に保持（蓄圧）するコモンレール１２と、燃料タンク１０から吸入した燃料を加圧してコモンレール１２内に燃料供給管を介して圧送する燃料ポンプ１１と、コモンレール１２内の高圧燃料をディーゼルエンジンの各気筒の燃焼室内に直接的に噴射供給する複数個（本実施形態では４個）のインジェクタ２０と、燃料ポンプ１１および複数個のインジェクタ２０などを電子制御する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）３０と、を備えている。

燃料ポンプ１１は、燃料フィルタ１０ｂが設けられた配管１０ａを介して、燃料タンク１０に接続されている。燃料ポンプ１１は、高圧ポンプ１１ａと、高圧ポンプ１１ａのフィードポンプとして機能する低圧ポンプ１１ｂとを有している。低圧ポンプ１１ｂは、燃料タンク１０から燃料を汲み上げ、その汲み上げられた燃料を高圧ポンプ１１ａに圧送する。高圧ポンプ１１ａは、低圧ポンプ１１ｂによって圧送された燃料をさらに加圧して、吐出する。なお、高圧ポンプ１１ａ及び低圧ポンプ１１ｂは、ともに、ディーゼルエンジンにより駆動されて回転する駆動軸１１ｄによって駆動される。

燃料ポンプ１１の燃料吸入側には、ＥＣＵ３０によって開度が制御される吸入調整弁（ＳＣＶ：Suction Control Valve）１１ｃが設けられている。この吸入調整弁１１ｃにより、燃料ポンプ１１に吸入される燃料量が調整される。それにより、低圧ポンプ１１ｂから高圧ポンプ１１ａへの燃料の圧送量、ひいては燃料ポンプ１１の燃料吐出量が調量される。従って、ＥＣＵ３０は、吸入調整弁１１ｃの開度制御を通じて、コモンレール１２に蓄圧される高圧燃料の圧力を目標とする圧力に一致するように制御することができる。

燃料ポンプ１１を構成する２種のポンプのうち、低圧ポンプ１１ｂは、例えばトロコイド式のフィードポンプとして構成され得る。これに対し、高圧ポンプ１１ａは、例えばプランジャポンプからなり、図示しない偏心カムにてプランジャを軸方向に往復動させることにより、加圧室に導入された燃料を加圧して圧送する。この結果、コモンレール１２内の燃料圧力は、高圧ポンプ１１ａから燃料の圧送が行われるごとに、徐々に上昇することになる。

コモンレール１２は、高圧状態で蓄えた燃料を、気筒毎に設けられた高圧配管１４を通じて、第１気筒（＃１）〜第４気筒（＃４）の各インジェクタ２０_１〜２０_４へ供給する。以後の説明では、それぞれのインジェクタ２０_１〜２０_４に共通する事項を説明する場合、単に、インジェクタ２０と表記する。

コモンレール１２と各高圧配管１４との間には、それぞれ、コモンレール１２から高圧配管１４へ伝播する燃料の圧力脈動を減衰させるオリフィス１２ａが設けられている。さらに、コモンレール１２には、コモンレール１２内に蓄圧された燃料圧力を測定するための燃料圧センサ（図示せず）が設けられている。

それぞれのインジェクタ２０は、ディーゼルエンジンの各気筒のシリンダヘッドに取り付けられている。各インジェクタ２０は、ＥＣＵ３０からの駆動信号（噴射指令パルス信号）に応じて各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射する、電磁弁を備えた電磁式燃料噴射弁である。これらのインジェクタ２０からの燃料噴射は、例えば、電磁弁が開弁している間、コモンレール１２に蓄圧された高圧燃料が噴射供給されることで成される。この場合、インジェクタ２０の電磁弁の開弁時間が長い程、噴射される燃料量が多くなり、電磁弁の開弁時間が短い程、噴射される燃料量が少なくなる。

各インジェクタ２０は、高圧配管１４と接続された燃料流入口側に燃圧センサ２０ａをそれぞれ備えている。燃料流入口の近傍には、フィルタが設けられており、各インジェクタ２０内部への異物の流入を防止している。また、各インジェクタ２０は燃料排出口２１を有し、それら燃料排出口２１は、燃料タンク１０に接続された配管１８と繋がっている。

各インジェクタ２０に設けられた燃圧センサ２０ａは、インジェクタ２０内に導入されている燃料圧力に応じた検出圧力信号を出力する。燃圧センサ２０ａの設置位置については、例えば、図１に示すように、インジェクタ２０の燃料流入口２２と高圧配管１４とを治具で連結させつつ、この治具に燃圧センサ２０ａを設けることができる。ただし、燃圧センサ２０ａは、インジェクタ２０の内部に設けても良いし、オリフィス１２ａよりもインジェクタ２０側の高圧配管１４に設けても良い。いずれの位置であっても、インジェクタ２０の噴射動作に伴う燃料圧力の変動が高い精度で検出可能なためである。

図１に示した燃料噴射制御システム５０は、燃圧センサ２０ａの他に、ディーゼルエンジンのクランク位置や回転数を検出するクランク角センサ４３、アクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサ４４、燃料を噴射する対象となる気筒を判別するための気筒判別センサ、コモンレール１２内の燃料圧を検出する燃料圧センサ、車速センサ、冷却水温センサ等、ディーゼルエンジンの運転状態を検出する各種センサを備えている。

なお、クランク角センサ４３は、ディーゼルエンジンのクランクシャフトに対応して回転するシグナルロータ（クランクシャフトが１回転する間に１回転する回転体）４１と、シグナルロータ４１の外周に形成された突起の接近と離間に応じた信号を出力する電磁ピックアップ４２とを有している。シグナルロータ４１の外周には、クランク角検出用の歯（突起部）が多数（例えば、３６歯）形成されている。これらの歯の接近と離間によって、電磁ピックアップ４２は、シグナルロータ４１が１回転（クランクシャフトが１回転）する間に複数のクランク角信号を出力する。なお、特定のクランク角信号は、＃１〜＃４気筒のピストンの上死点（ＴＤＣ）の位置に対応している。そして、ＥＣＵ３０は、クランク角信号の間隔時間を計測することによってエンジン回転速度を検出する。

気筒判別センサも、クランク角センサ４３と同様に、ディーゼルエンジンのカムシャフトに対応して回転するシグナルロータ（クランクシャフトが２回転する間に１回転する回転体）と、シグナルロータの外周に形成された突起の接近と離間に応じた信号を出力する電磁ピックアップとを有している。シグナルロータの外周には、各気筒に対応した気筒歯（突起部）が形成されている。電磁ピックアップは、これらの気筒歯の接近と離間によって気筒判別信号を出力する。

上述した各種センサの検出結果は、燃料噴射制御システム５０のＥＣＵ３０に取り込まれる。ＥＣＵ３０には、演算処理を行うＣＰＵ、ＣＰＵが演算処理を行う上で必要となるデータを一時的に保存するＲＡＭ、及び各種プログラムやデータを保存するＲＯＭなどを備えたマイコン、ＥＣＵ３０内の各部に動作電圧を供給する電源回路、インジェクタ２０に対して噴射指令パルス信号を出力するインジェクタ駆動回路等が設けられている。さらに、ＥＣＵ３０は、Ａ／Ｄ変換器を含み、燃圧センサ２０ａからの検出圧力信号や、その他の各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ３０に内蔵されたマイコンに入力される。

ＥＣＵ３０は、各種センサの検出結果に基づき、燃料ポンプ１１やインジェクタ２０等、ディーゼルエンジンの各種アクチュエータを操作するための処理を実行する。例えば、ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度、アクセル開度、エンジン負荷等のエンジン運転情報から目標燃料噴射圧力を算出する。そして、ＥＣＵ３０は、コモンレール１２内の燃料圧力が目標燃料噴射圧力となるように、燃料ポンプ１１の駆動状態を制御する。

また、ＥＣＵ３０は、各気筒のインジェクタ２０から噴射される燃料噴射量をそれぞれ制御する。本実施形態では、燃料噴射制御システムが、４気筒を有するディーゼルエンジンに適用されており、このディーゼルエンジンの４気筒の燃焼サイクルは相互に１８０ＣＡずつ位相がずれている。このため、噴射制御の対象となるインジェクタ２０は、クランク角度が１８０ＣＡ進むごとに切り替えられる。

ここで、本実施形態の燃料噴射制御システム５０では、ＥＣＵ３０が、各気筒のインジェクタ２０を、吸入、圧縮、爆発、排気からなる１燃焼サイクル中に、燃料を複数回噴射するように駆動可能に構成されている（多段噴射）。例えば、多段噴射には、燃料の噴射量が最も大きく設定されたメイン噴射と、メイン噴射より前のタイミングで少量の燃料を噴射するパイロット噴射とが含まれる。メイン噴射やパイロット噴射は、それぞれ分割噴射として複数回行われることもある。さらに、メイン噴射の後に、少量の燃料を噴射するアフター噴射が行われる場合もある。パイロット噴射に係るパイロット燃焼により、ＮＯｘ低減を図ることができ、アフター噴射に係るアフター燃焼により、黒煙排出量の低減を図ることができる。

ＥＣＵ３０は、噴射制御の対象となっているインジェクタ２０により多段噴射を実行させるため、エンジン回転数やエンジン負荷などに基づき、燃料の噴射状態制御量に関する各種目標値を算出する。噴射状態制御量には、噴射時期、噴射量、多段噴射の回数およびインターバルが含まれる。例えば、噴射時期の目標値は、以下のようにして算出することができる。まず、エンジン回転数およびエンジン負荷と、噴射時期の最適値との関係を試験を通じて取得し、その取得した最適値を、エンジン回転数及びエンジン負荷と関連付けてマップ化する。そして、そのマップ（噴射時期マップ）を、ＥＣＵ３０のメモリに記憶させておく。ＥＣＵ３０は、各時点でのエンジン回転数及びエンジン負荷に対応する噴射時期の最適値を噴射時期マップから取得し、目標噴射時期として設定する。同様にして、ＥＣＵ３０は、噴射量、多段噴射の回数およびインターバルの目標値を設定し、それらの目標値に基づいて、駆動信号である噴射指令パルス信号を生成する。

さらに、ＥＣＵ３０は、噴射制御の対象となっているインジェクタ２０から燃料噴射が行われたときに、そのインジェクタ２０に対応して設けられた燃圧センサ２０ａによって検出される燃料圧力に基づいて、インジェクタ２０から噴射された実際の噴射量を推定する。この際、ＥＣＵ３０は、図４に示すように、燃圧センサ２０ａによって検出される燃料圧力の変化に基づいて、インジェクタ２０が実行した燃料噴射における噴射率の変化の推移を示すモデル噴射率を算出する。そして、ＥＣＵ３０は、例えば経年劣化などによって、目標とする噴射量と実際の噴射量とにずれが生じたことを検出した場合、そのずれを小さくするための補正データ（補正量、補正係数など）を算出し、その算出した補正データにより目標噴射量を補正する。

ここで、図２に示すように、４つのインジェクタ２０の内、第１インジェクタ２０_１が、多段噴射における２段目以降の燃料噴射を行った場合、その第１インジェクタ２０_１に対応して設けられた第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出される燃料圧力は、それ以前の燃料噴射による圧力脈動の影響を受けることになる。例えば、２段目の噴射が行われた場合、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出される燃料圧力は、１段目の噴射による圧力脈動の影響を受ける。また、３段目の噴射が行われた場合には、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出される燃料圧力は、１段目の噴射及び２段目の噴射による圧力脈動の影響を受ける。この前段以前の噴射による圧力脈動を模擬した燃圧モデル波形は、特許文献１と同様に、以下の第１〜第３減衰波形成分によって表される波形を重ね合わせることにより、高い精度で求めることができる。

第１減衰波形成分は、図２において、噴射を行った第１インジェクタ２０_１の噴孔から、第１インジェクタ２０_１の高圧燃料導入孔までの経路（図２のＡの範囲）で発生する圧力脈動を示すものである。第１インジェクタ２０_１の噴孔が開いた状態から閉じた状態に変化すると、高圧燃料の流れが遮断されるため、いわゆるウオーターハンマー現象により、第１インジェクタ２０_１の噴孔付近の燃料圧力が上昇する。この上昇した燃料圧力は、第１インジェクタ２０_１の内部を通じて高圧燃料導入孔まで伝播する。上述したように、第１インジェクタ２０_１の高圧燃料導入孔には、フィルタが設けられている。また、高圧配管１４と第１インジェクタ２０_１の内部の燃料通路とは通路径が相違している。これらの理由により、伝播した圧力は高圧燃料導入孔にて反射される。その結果、インジェクタ２０の噴孔から高圧燃料導入孔までの経路で、圧力脈動が発生する。この圧力脈動を示す第１減衰波形成分は、図３に示すように、以下の数式１によって表すことができる。
（数１）
第１減衰波形成分＝Ａ_１ｅｘｐ（−ｋ_１ｔ）ｓｉｎ（ω_１ｔ＋θ_１）
なお、数式１において、Ａ_１は減衰波形の振幅、ｋ_１は減衰係数、ω_１は周波数、θ_１は位相を示すパラメータであり、ｔは経過時間を示している。

数式１における各パラメータは、第１インジェクタ２０_１が実行した燃料噴射における噴射率の変化の推移を示すモデル噴射率と、第１インジェクタ２０_１が燃料噴射を開始する際に第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出される燃料圧力（噴射開始時燃圧）とに基づいて定めることができる。例えば、モデル噴射率と噴射開始時燃圧との種々の組合せに対してどのような圧力脈動が発生するかを事前に測定し、その測定した圧力脈動に対応する各パラメータを決定して、ＥＣＵ３０内のメモリに保存しておく。これにより、ＥＣＵ３０は、算出したモデル噴射率と、測定した噴射開始時燃圧とに基づいて、第１インジェクタ２０_１の噴孔から高圧燃料導入孔までの経路で発生する圧力脈動を模擬する第１減衰波形成分を決定することができる。

第２減衰波形成分は、図２において、噴射を行った第１インジェクタ２０_１の噴孔から、コモンレール１２に至るまでの経路（図２のＢの範囲）で発生する圧力脈動を示すものである。上述したように、コモンレール１２から分岐する高圧配管１４には、その分岐点にオリフィス１２ａが設けられている。このため、第１インジェクタ２０_１の噴孔から伝播した圧力はオリフィス１２ａで反射される。その結果、第１インジェクタ２０_１の噴孔からコモンレール１２に至るまでの経路で、圧力脈動が発生する。この圧力脈動を示す第２減衰波形成分は、図３に示すように、以下の数式２によって表すことができる。
（数２）
第２減衰波形成分＝Ａ_２ｅｘｐ（−ｋ_２ｔ）ｓｉｎ（ω_２ｔ＋θ_２）
この第２減衰波形成分における各パラメータも、第１減衰波形成分の各パラメータと同様に、第１インジェクタ２０_１が実行した燃料噴射に対応するモデル噴射率と、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出される噴射開始時燃圧とに基づいて定めることができる。

第３減衰波形成分は、図２において、噴射を行った第１インジェクタ２０_１の噴孔から、コモンレール１２を介して第２インジェクタ２０_２の噴孔に至るまでの経路（図２のＣの範囲）で発生する圧力脈動を示すものである。第１インジェクタ２０_１が噴射制御の対象となっているとき、第２インジェクタ２０_２の噴孔は閉じられている。そのため、第１インジェクタ２０_１の噴孔から伝播した圧力は、第２インジェクタ２０_２の噴孔にてすべて反射される。この結果、インジェクタ２０_１の噴孔から、コモンレール１２を介して第２インジェクタ２０_２の噴孔に至るまでの経路で、圧力脈動が発生する。

なお、この第３減衰波形成分は、図３に示すように、第１インジェクタ２０_１が燃料噴射を行った場合に、その燃料噴射に起因する燃料圧力の変動を示す燃圧モデル波形を算出する上で、無視できない程度の大きさを示す。これは、第３減衰波形成分が、第２インジェクタ２０_２だけでなく、その他の第３インジェクタ２０_３や第４インジェクタ２０_４の噴孔にて反射される圧力の影響も受けていることも一因と考えられる。

第３波形成分は、図３に示すように、以下の数式３によって表すことができる。
（数３）
第３減衰波形成分＝Ａ_３ｅｘｐ（−ｋ_３ｔ）ｓｉｎ（ω_３ｔ＋θ_３）
この第３減衰波形成分の各パラメータは、第１減衰波形成分及び第２減衰波形成分とは異なり、第１インジェクタ２０_１が実行した燃料噴射に対応するモデル噴射率と、第２インジェクタ２０_２に対応して設けられた第２燃圧センサ２０ａ_２によって検出される噴射開始時燃圧とに基づいて定める。

第１インジェクタ２０_１が多段噴射を行うと、図４に示すように、２段目噴射以降、燃料噴射を行った第１インジェクタ２０_１に対応する第１燃圧センサ２０ａ_１が検出する燃圧は、それ以前の噴射による燃圧変動の影響を受ける。そのため、第１燃圧センサ２０ａ_１が検出する燃圧が、必ずしも、第３減衰波形成分が対象とする経路全体から見て、実際の圧力脈動に対応する圧力レベルに合致していない可能性がある。一方、図４に示すように、第１インジェクタ２０_１が多段噴射の２段目以降の燃料噴射を実行したときに、第２燃圧センサ２０ａ_２によって検出される燃料圧力に対する、それ以前の第１インジェクタ２０_１の燃料噴射による燃料圧力の変動の影響は僅かに留まる。

そのため、本実施形態では、噴射制御の対象とはなっていない第２インジェクタ２０_２に対応して設けられた第２燃圧センサ２０ａ_２によって検出される噴射開始時燃圧を用いて、第３減衰波形成分の各パラメータを定めることとした。これにより、第３減衰波形成分が対象とする経路全体として、第１インジェクタ２０_１の２段目以降の燃料噴射による実際の圧力脈動に対応するレベルの燃圧を精度良く検出することができる。従って、設定される第３減衰波形成分の精度を高めることができる。

そして、ＥＣＵ３０は、図３に示すように、第１減衰波形成分、第２減衰波形成分及び第３減衰波形成分を合成して（重ね合わせて）、多段噴射の２段目以降の燃料噴射による燃料圧力の変動を示す燃圧モデル波形を算出する。さらに、ＥＣＵ３０は、算出した燃圧モデル波形を、多段噴射における次の（３段目以降の）燃料噴射に対応するモデル噴射率を算出する際に、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出された燃料圧力の変化から差し引く。これにより、以前の燃料噴射による圧力脈動の影響を低減することができるので、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出される燃料圧力の変化に基づいて、３段目以降の燃料噴射に対応するモデル噴射率を精度良く算出することができる。

次に、ＥＣＵ３０において実行される詳細な制御処理を、図５〜図７のフローチャートを参照して説明する。なお、以下においては、説明の便宜のため、第１インジェクタ２０_１が制御対象となったものとして説明する。

図５は、各インジェクタ２０による燃料噴射を制御するための処理を示すフローチャートである。この図５のフローチャートに示す処理は、制御対象となるインジェクタ２０が切り換えられるごとに実行される。

まず、最初のステップＳ１００では、ディーゼルエンジンの運転状態を検出する各種センサからの検出信号を入力する。続くステップＳ１１０では、入力した各種センサの検出信号から把握されるエンジン回転数及びエンジン負荷などに基づき、マップを参照して、燃料の噴射状態制御量に関する各種目標値を算出する。そして、ステップＳ１２０において、算出した噴射状態制御量の各種目標値に従って噴射指令パルス信号を生成し、制御対象となっている第１インジェクタ２０_１に対して出力する。

図６は、噴射制御の対象となっている第１インジェクタ２０_１から燃料噴射が行われたときに、対応する第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出される燃料圧力（燃圧検出値）に基づき、実際に噴射された噴射量を推定するための処理を示すフローチャートである。

ステップＳ２００では、第１燃圧センサ２０ａ_１の燃圧検出値を取り込む。この燃圧検出値の取り込みは、例えば、第１インジェクタ２０_１による各段の燃料噴射が終了するまで継続的に行われる。また、取り込んだ燃圧検出値に対して、高周波ノイズ等を除去するフィルタ処理を施すことが望ましい。続くステップＳ２１０では、第１インジェクタ２０_１によって行われた燃料噴射の段数ｍが１よりも大きいか否かを判定する。噴射段数ｍが１よりも大きい、すなわち、２段目以降の燃料噴射であると判定した場合には、ステップＳ２２０に進んで、それ以前の燃料噴射に起因する圧力脈動の影響を除去するためのうねり消し処理を実行する。このうねり消し処理については、後に、図７のフローチャートに基づき詳細に説明する。うねり消し処理の実行後、ステップＳ２３０の処理に進む。一方、噴射段数ｍが１よりも大きくない、すなわち、１段目の燃料噴射であると判定した場合には、直接、ステップＳ２３０の処理に進む。

ステップＳ２３０では、１段目の燃料噴射であると判定されている場合、ステップＳ２００で取得した燃圧検出値（燃圧波形）を微分演算することにより、燃圧検出値の微分値を算出する。２段目以降の燃料噴射の場合には、ステップＳ２２０にてうねり消し処理が施された後の燃圧検出値（燃圧波形）を対象として、微分演算が行われる。

ここで、図４に示すように、第１インジェクタ２０_１によって燃料噴射が行われると、その燃料噴射によって噴射された燃料の分だけ、第１インジェクタ２０_１内に導入されている燃料圧力は低下する。つまり、第１インジェクタ２０_１による燃料の噴射率の変化と、第１燃圧センサ２０ａ_１による燃圧検出値の変化とは相関している。このため、燃圧検出値の微分値を演算することにより、インジェクタ２０_１による燃料の噴射率の変化点、すなわち、噴射率の上昇開始時点（噴射開始時期）、最大噴射率到達時期、噴射率下降開始時期、及び噴射率下降終了時点（噴射終了時期）を特定することができる。ステップＳ２４０〜Ｓ２６０では、燃圧検出値の微分結果から、これらの噴射率の変化点をそれぞれ算出する。すなわち、ステップＳ２４０では、噴射率の上昇開始時点、すなわち噴射開始時期を算出する。ステップＳ２５０では、噴射率下降終了時点、すなわち噴射終了時期を算出する。そして、ステップＳ２６０では、最大噴射率到達時期及び噴射率下降開始時期を算出する。さらに、ステップＳ２７０では、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出される、噴射開始時期から最大噴射率到達時期までの燃圧低下の大きさに基づいて、最大噴射率を算出する。

最後に、ステップＳ２８０において、ステップＳ２４０〜Ｓ２７０にて算出した、噴射開始時期、噴射終了時期、最大噴射率到達時期、噴射率下降開始時期、及び最大噴射率に基づいて、図４に示すように、噴射開始から終了までの噴射率の変化の推移を示すモデル噴射率を算出する。そして、算出したモデル噴射率に対して積分演算を施すことにより、実際の噴射量に相当する噴射量を算出する。これにより、ＥＣＵ３０は、算出した噴射量に基づき、目標通りの噴射量を噴射できているかどうかを検証することができる。

次に、うねり消し処理について、図７のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップ３００では、噴射段数ｍが２よりも大きいか否かを判定する。噴射段数ｍが２よりも大きくない、すなわち、２段目の燃料噴射であると判定した場合には、ステップＳ３１０の処理に進み、噴射段数ｍが２よりも大きい、すなわち、３段目以降の燃料噴射であると判定した場合には、ステップＳ３８０に進む。

ステップＳ３１０では、１段目の噴射の噴射率の変化の推移を示すモデル噴射率Ｑ_１を取得する。つまり、１段目の噴射が行われて、前述した図６のフローチャートに示す処理が実行されることで、ステップＳ２８０において１段目の噴射のモデル噴射率Ｑ_１が算出されている。ステップＳ３１０では、そのモデル噴射率Ｑ_１を取得する。

続くステップＳ３２０では、噴射制御の対象となっている第１インジェクタ２０_１に対応する第１燃圧センサ２０ａ_１によって、１段目の噴射の噴射開始時期に検出された噴射開始時燃圧ＰＯ_１を取得する。より具体的には、上述した図６のフローチャートに示す処理により、１段目の噴射の噴射開始時期が算出されているため、その噴射開始時期もしくはその前後の所定時期に、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出された燃料圧力を、噴射開始時燃圧ＰＯ_１として取得する。

ステップＳ３３０では、取得されたモデル噴射率Ｑ_１と噴射開始時燃圧ＰＯ_１とに基づいて、第１減衰波形成分の各パラメータを定めることにより、第１減衰波形成分を設定する。同様にして、モデル噴射率Ｑ_１と噴射開始時燃圧ＰＯ_１とに基づき、ステップＳ３４０では第２減衰波形成分を設定し、ステップＳ３５０では第３減衰波形成分を設定する。

１段目の噴射が行われるまでは、圧力脈動は発生していないため、図４に示すように、噴射制御の対象となっている第１インジェクタ２０_１における燃料圧力も、噴射制御の対象となっていない他のインジェクタにおける燃圧と同様に、安定した状態を保っている。従って、１段目の噴射に起因する燃圧モデル波形を算出するための第１〜第３減衰波形成分は、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出される噴射開始時燃圧ＰＯ_１を用いて、高精度に算出することができる。

ただし、１段目の噴射の場合も、後述する２段目以降の噴射の場合と同様に、第３減衰波形成分に関しては、モデル噴射率Ｑ_１と、噴射制御の対象となっていない第２インジェクタ２０_２に対応する第２燃圧センサ２０ａ_２によって検出される噴射開始時燃圧ＰＯ_２とに基づいて設定するようにしても良い。あるいは、１段目の噴射の場合、第１〜第３減衰波形成分の全部を、モデル噴射率Ｑ_１と、第２燃圧センサ２０ａ_２によって検出される噴射開始時燃圧ＰＯ_２とに基づいて設定するようにしても良い。

ステップＳ３６０では、第１〜第３減衰波形成分を重ね合わせることにより、１段目の噴射の燃圧モデル波形を算出する。そして、ステップＳ３７０において、２段目の噴射が行われたときに、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出された燃圧検出値（燃圧波形）から、算出した１段目の噴射の燃圧モデル波形を減算することにより、２段目の噴射が行われたときの燃圧検出値（燃圧波形）を補正する。これにより、１段目の噴射による圧力脈動の影響を低減することができるので、補正した燃圧検出値から算出される２段目の噴射のモデル噴射率の精度を向上することができる。

一方、噴射段数ｍが３段目以降の場合に実行されるステップＳ３８０では、ｍ−１段目の噴射の噴射率の変化の推移を示すモデル噴射率Ｑ_ｍ−１を取得する。続くステップＳ３９０では、噴射制御の対象となっている第１インジェクタ２０_１に対応する第１燃圧センサ２０ａ_１によって、ｍ−１段目の噴射の噴射開始時期に検出された噴射開始時燃圧ＰＯ_ｍ−１を取得する。さらに、ステップＳ４００において、噴射制御の対象となっていない第２インジェクタ２０_２に対応する第２燃圧センサ２０ａ_２によって、ｍ−１段目の噴射の噴射開始時期に検出された噴射開始時燃圧ＰＮ_ｍ−１を取得する。

ステップＳ４１０では、取得されたモデル噴射率Ｑ_ｍ−１と噴射開始時燃圧ＰＯ_ｍ−１とに基づいて、第１減衰波形成分の各パラメータを定めることにより、第１減衰波形成分を設定する。そして、ステップＳ４２０において、第１減衰波形成分の設定と同様に、モデル噴射率Ｑ_ｍ−１と噴射開始時燃圧ＰＯ_ｍ−１とに基づき、第２減衰波形成分を設定する。

しかし、第３減衰波形成分に関しては、ステップＳ４４０において、モデル噴射率Ｑ_ｍ−１と、噴射制御の対象となっていない第２インジェクタ２０_２に対応する第２燃圧センサ２０ａ_２によって検出される噴射開始時燃圧ＰＮ_ｍ−１とに基づいて設定する。これにより、設定される第３減衰波形成分の精度を高めることができる。

ステップＳ４４０では、第１〜第３減衰波形成分を重ね合わせることにより、ｍ−１段目の噴射の燃圧モデル波形を算出する。そして、ステップＳ４５０において、ｍ段目の噴射が行われたときに、第１燃圧センサ２０ａ_１によって検出された燃圧検出値（燃圧波形）から、算出したｍ−１段目の噴射の燃圧モデル波形を減算することにより、ｍ段目の噴射が行われたときの燃圧検出値（燃圧波形）を補正する。これにより、ｍ−１段目の噴射による圧力脈動の影響を低減することができるので、補正した燃圧検出値から算出されるｍ段目の噴射のモデル噴射率の精度を向上することができる。なお、ｍ−１段目よりも以前に噴射が行われている場合には、その以前の噴射による燃圧モデル波形も減算して、ｍ段目の噴射が行われたときの燃圧検出値（燃圧波形）を補正するようにしても良い。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

例えば、噴射制御の対象となっている第１インジェクタ２０_１以外の任意のインジェクタに対応する燃圧センサを、第２燃圧センサ２０ａ_２としても良いが、第１インジェクタ２０_１の次に噴射制御の対象となる予定のインジェクタに対応して設けられた燃圧センサを第２燃圧センサ２０ａ_２とすることが好ましい。第１インジェクタ２０_１の次に噴射制御の対象となるインジェクタにおける燃圧は、噴射が終了してから最も時間が経過しているため、最も燃圧波形が安定していると考えられるためである。

また、噴射制御の対象となっていない第２インジェクタ２０_２に対応する第２の燃圧センサによって検出される燃圧に基づいて定めされる噴射開始時燃圧ＰＮｍ−１は、特定のタイミングで検出される燃圧ではなく、ｍ−１段目の燃料噴射を開始する前後の所定期間に渡って第２燃圧センサ２０ａ_２によって検出された燃圧の平均値を用いても良い。

また、上述した実施形態では、燃圧センサ２０ａをすべてのインジェクタ２０に対応してそれぞれ設けた例を説明したが、燃圧センサ２０ａは、少なくとも２個のインジェクタ２０に対応して設けるようにしても良い。

さらに、上述した実施形態では、本発明による燃圧モデル波形算出装置を、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御システムに適用した例について説明したが、本発明による燃圧モデル波形算出装置は、ガソリンエンジンの各気筒に直接噴射する燃料を制御する燃料噴射制御システムに適用することも可能である。

１０ ：燃料タンク、
１１ ：燃料ポンプ
１２ ：コモンレール
１２ａ ：オリフィス
２０ ：インジェクタ
２０ａ ：燃圧センサ
３０ ：ＥＣＵ
４３ ：クランク角センサ
４４ ：アクセルセンサ
５０ ：燃料噴射制御システム

Claims (5)

1. 内燃機関に搭載されたインジェクタ（２０）により、一燃焼サイクル中に燃料噴射を複数回行う多段噴射を実行させたときの、２段目以降の燃料噴射による燃料圧力の変動を示す燃圧モデル波形を算出する燃圧モデル波形算出装置であって、
   前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
   前記インジェクタは、複数の前記気筒にそれぞれ設けられ、それら複数の前記インジェクタには、燃料噴射のために同じコモンレール（１２）から高圧燃料が導入され、複数の前記気筒の燃焼サイクルは相互に位相がずらされており、
   複数の前記インジェクタの内の第１インジェクタ（２０_１）及び第２インジェクタ（２０_２）に対応してそれぞれ設けられ、前記第１及び第２インジェクタに導入される燃料圧力を個々に検出する第１燃圧センサ（２０ａ_１）及び第２燃圧センサ（２０ａ_２）と、
   前記第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を実行したとき、前記第１燃圧センサによって検出される燃料圧力の変化に基づいて、前記第１インジェクタが実行した燃料噴射における噴射率の変化の推移を示すモデル噴射率を算出するモデル噴射率算出部（Ｓ２８０）と、
   前記第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を開始する際に前記第１燃圧センサによって検出される燃料圧力と、前記モデル噴射率算出部によって算出された前記モデル噴射率とに基づいて、前記第１インジェクタの噴孔から前記第１インジェクタの高圧燃料導入孔までの経路で発生する圧力脈動を示す第１減衰波形成分を定める第１設定部（Ｓ４１０）と、
   前記第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を開始する際に前記第１燃圧センサによって検出される燃料圧力と、前記モデル噴射率算出部によって算出された前記モデル噴射率とに基づいて、前記第１インジェクタの噴孔から前記コモンレールに至るまでの経路で発生する圧力脈動を示す第２減衰波形成分を定める第２設定部（Ｓ４２０）と、
   前記第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を開始する際に前記第２燃圧センサによって検出される燃料圧力と、前記モデル噴射率算出部によって算出された前記モデル噴射率とに基づいて、前記第１インジェクタの噴孔から前記コモンレールを介して前記第２インジェクタの噴孔に至るまでの経路で発生する圧力脈動を示す第３減衰波形成分を定める第３設定部（Ｓ４３０）と、
   前記第１減衰波形成分、前記第２減衰波形成分及び前記第３減衰波形成分を合成して、多段噴射の２段目以降の燃料噴射による燃料圧力の変動を示す燃圧モデル波形を算出する燃圧モデル波形算出部（Ｓ４４０）と、を備える燃圧モデル波形算出装置。
2. 前記モデル噴射率算出部は、多段噴射の３段目以降の燃料噴射に対応する前記モデル噴射率を算出する際に、前記燃圧モデル波形算出部によって算出された、前記モデル噴射率の算出対象となる燃料噴射よりも以前の燃料噴射による燃料圧力の変動を示す燃圧モデル波形を差し引いた、前記第１燃圧センサによって検出される燃料圧力の変化に基づいて、前記３段目以降の燃料噴射に対応する前記モデル噴射率を算出する請求項１に記載の燃圧モデル波形算出装置。
3. 多段噴射の１段目の燃料噴射による燃料圧力の変動を示す１段目燃圧モデル波形を算出する１段目燃圧モデル波形算出部を備え、
   前記１段目燃圧モデル波形算出部は、前記第１インジェクタが実行した１段目の燃料噴射における噴射率の変化の推移を示す１段目モデル噴射率と、前記第１インジェクタが１段目の燃料噴射を開始する際に前記第１燃圧センサ又は前記第２燃圧センサによって検出される燃料圧力とに基づいて設定される前記第１〜第３減衰波形成分を合成して１段目燃圧モデル波形を算出するものであり、
   前記モデル噴射率算出部は、多段噴射の２段目の燃料噴射における前記モデル噴射率を算出する際に、前記１段目燃圧モデル波形算出部によって算出された１段目燃圧モデル波形を差し引いた、前記第１燃圧センサによって検出される燃料圧力の変化に基づいて、前記２段目の燃料噴射における前記モデル噴射率を算出する請求項１に記載の燃圧モデル波形算出装置。
4. 燃圧センサは全ての前記インジェクタに対応して設けられ、
   前記第３設定部は、前記第１インジェクタの次に噴射制御の対象となる予定の前記インジェクタに対応して設けられた前記燃圧センサを、前記第２燃圧センサとして用いる請求項１乃至３のいずれかに記載の燃圧モデル波形算出装置。
5. 前記第３設定部は、前記第３減衰波形成分を算出する際、前記第１インジェクタが多段噴射の２段目以降の燃料噴射を開始する前後の所定期間に渡って前記第２燃圧センサによって検出された燃料圧力の平均値を用いる請求項１乃至４のいずれかに記載の燃圧モデル波形算出装置。

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