WO2018051682A1 - 弁体作動推定装置 - Google Patents

Abstract

弁体作動推定装置としてのＥＣＵ（２０）は、サンプリング部（６１）、バラツキ演算部（６３）およびタイミング推定部（６４）を備える。サンプリング部（６１）は、所定の基準タイミングを基準に設定されるサンプリング期間に、電磁コイルの電圧値および電流値の少なくとも一方を、所定時間間隔でサンプル値として取得する。バラツキ演算部（６３）は、サンプリング期間に取得された複数のサンプル値のバラツキ度合を演算する。タイミング推定部（６４）は、基準タイミングを異ならせることに伴うバラツキ度合の変化を表わすバラツキ波形のうち、基準タイミングを遅くしていくとバラツキ度合が低下していきその後上昇に転ずる点を上昇開始点とし、上昇開始点での基準タイミングに基づき、弁体の作動タイミングを推定する。

Description

弁体作動推定装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１６年９月１３日に出願された日本特許出願番号２０１６－１７８７７０号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、燃料噴射弁の噴孔を開閉させる弁体の、閉弁開始タイミング、閉弁完了タイミング、開弁開始タイミング、及び開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定する弁体作動推定装置に関する。

　従来の一般的な燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔を形成するボデーと、ボデーの着座面に離着座することで噴孔を開閉させる弁体と、弁体の開弁力としての電磁吸引力を生じさせる電磁コイルと、を有する。そして、電磁コイルへの通電オン開始から開弁遅れ時間が経過したタイミングで弁体は開弁し、通電オフ開始から閉弁遅れ時間が経過したタイミングで弁体は閉弁する。したがって、これらの遅れ時間を考慮して、所望する噴射量に対応する通電時間を設定することを要する。

　但し、上記遅れ時間は、燃料噴射弁の経年劣化、環境、駆動回路のバラツキ、個体バラツキ等の影響で変化する。そこで特許文献１には、閉弁遅れ時間をオンボードで推定する推定装置が開示されており、その推定結果を用いて通電時間を設定することで、高精度で噴射量を制御できるようにすることを図っている。

　上記推定の手法を以下に説明する。電磁コイルへの通電をオフさせると、電磁コイルの電圧値は、通電オフ時のフライバックで一時的に増大し、その後、徐々に低下していく。但し、通電オフに伴い弁体が着座面に向けて移動（閉弁作動）する際に、電磁力で吸引されていた可動コアが弁体とともに移動することによって誘導起電力が生じ、その影響により通電オフ後の電圧低下は緩慢になる。そして、弁体が着座する直前では可動コアの移動速度が最大になるが、着座と同時に移動速度が急激に小さくなる。つまり、閉弁作動の着座時点で可動コアの移動速度が急激に変化する。その結果、誘導起電力の影響で電圧低下が緩慢になる度合いが着座時点で急激に変化し、電磁コイルの電圧値の時間変化を表した電圧波形に変曲点が現れる。

　そこで上記推定装置は、電磁コイルの電圧値を検出して上記電圧波形を取得し、上記変曲点を含む微動波形が電圧波形に出現したタイミングを、弁体が着座する閉弁完了タイミングとして推定している。

　しかしながら、先述した誘導起電力の変化によって生じる電圧の変化量は微小であり、上述した微動波形の大きさは極めて小さい。また、弁体のリフト量がフルリフトに達する前に弁体が閉弁作動を開始するパーシャルリフト噴射の場合には、閉弁作動開始時のリフト量が小さいことに起因して着座時点での可動コアの移動速度変化が小さくなるので、微動波形は特に小さくなる。そのため、電圧波形から微動波形を精度良く抽出することは困難であり、閉弁完了タイミングを高精度で推定することは困難である。

　開弁タイミングを推定する場合についても同様であり、弁体の開弁作動が完了するタイミングで微動波形が出現するが、その微動波形は極めて小さい。したがって、弁体の作動に伴い出現する微動波形を精度良く抽出して、弁体の作動タイミングを高精度で推定することは困難である。

　特許文献１には、閉弁完了タイミングを以下の手法で推定する旨が開示されている。先ず、電圧波形から微動波形を除去するように電圧波形になまし処理を施す。なまし処理後の電圧波形を基準波形と呼ぶ。次に、電圧波形と基準波形との差分である差分波形を算出する。差分波形のうち変曲点となる箇所が、微動波形の出現タイミングであり、閉弁完了タイミングとして推定できる。

　しかしながら、基準波形を算出するためのなまし処理を施すにあたり、なまし係数を最適な値に設定することは極めて困難である。特に、先述したパーシャルリフト噴射の場合とフルリフト噴射の場合とでは、リフト量の違いに応じて閉弁時の電圧波形が大きく異なってくるので、なまし係数の最適値も異なってくる。そのため、リフト量に影響する駆動条件毎になまし係数を適合する必要があり、その適合作業は極めて困難である。

特開２０１５－９６７２０号公報

本開示は、基準波形を用いることなく弁体の作動タイミングを高精度で推定可能な、弁体作動推定装置を提供することを目的とする。

　本開示の一態様によれば、弁体作動推定装置は、燃料を噴射する噴孔を形成するボデーと、ボデーの着座面に離着座することで噴孔を開閉させる弁体と、弁体の開弁力としての電磁吸引力を生じさせる電磁コイルと、を有する燃料噴射弁に適用される。

　弁体作動推定装置は、電磁コイルへの通電オフ開始に伴い弁体が閉弁作動を開始する閉弁開始タイミング、閉弁作動が完了する閉弁完了タイミング、電磁コイルへの通電オン開始に伴い弁体が開弁作動を開始する開弁開始タイミング、及び開弁作動が完了する開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定する。

　弁体作動推定装置は、所定の基準タイミングを基準に設定されるサンプリング期間に、電磁コイルの電圧値および電流値の少なくとも一方を、所定時間間隔でサンプル値として取得するサンプリング部と、サンプリング期間に取得された複数のサンプル値のバラツキ度合を演算するバラツキ演算部と、基準タイミングを異ならせることに伴うバラツキ度合の変化を表わすバラツキ波形のうち、基準タイミングを遅くしていくとバラツキ度合が低下していきその後上昇に転ずる点を上昇開始点とし、上昇開始点での基準タイミングに基づき、閉弁開始タイミング、閉弁完了タイミング、開弁開始タイミング、及び開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定するタイミング推定部と、を備える。

　上記の態様によれば、サンプリング期間における電圧値および電流値の少なくとも一方についてバラツキ度合を演算する。そして、基準タイミングとバラツキ度合との関係を表わすバラツキ波形の上昇開始点での基準タイミングに基づき、閉弁開始タイミング、閉弁完了タイミング、開弁開始タイミング、及び開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定する。本発明者は、これらのタイミングと、バラツキ波形の上昇開始点における基準タイミングとは相関があることを見出しており、このような相関を持つ上昇開始点はバラツキ波形の中で顕著に現れる。そして、バラツキ波形に対する上昇開始点の顕著性つまり抽出容易性は、従来の電圧波形に対する微動波形の顕著性に比べて高い。よって、上記の態様によれば、バラツキ波形に出現する上昇開始点を精度良く抽出でき、ひいては、弁体の作動タイミングを高精度で推定できる。しかも、特許文献１で用いる基準波形を不要にできるので、なまし係数の適合作業を不要にしつつ、上記作動タイミングの推定を実現できる。

　本開示の他の態様によれば、弁体作動推定装置は、燃料を噴射する噴孔を形成するボデーと、ボデーの着座面に離着座することで噴孔を開閉させる弁体と、弁体の開弁力としての電磁吸引力を生じさせる電磁コイルと、を有する燃料噴射弁に適用される。

　弁体作動推定装置は、電磁コイルへの通電オフ開始に伴い弁体が閉弁作動を開始する閉弁開始タイミング、閉弁作動が完了する閉弁完了タイミング、電磁コイルへの通電オン開始に伴い弁体が開弁作動を開始する開弁開始タイミング、及び開弁作動が完了する開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定する。

　弁体作動推定装置は、所定の基準タイミングを基準に設定されるサンプリング期間に、電磁コイルの電圧値および電流値の少なくとも一方を、所定時間間隔でサンプル値として取得するサンプリング部と、サンプリング期間に取得された複数のサンプル値のバラツキ度合を演算するバラツキ演算部と、基準タイミングを異ならせることに伴うバラツキ度合の変化を表わすバラツキ波形のうち、基準タイミングを遅くしていくとバラツキ度合が低下していきその低下が停止する点を低下停止点とし、低下停止点での基準タイミングに基づき、閉弁開始タイミング、閉弁完了タイミング、開弁開始タイミング、及び開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定するタイミング推定部と、を備える。

　上記の態様によれば、サンプリング期間における電圧値および電流値の少なくとも一方についてバラツキ度合を演算する。そして、基準タイミングとバラツキ度合との関係を表わすバラツキ波形の低下停止点での基準タイミングに基づき、閉弁開始タイミング、閉弁完了タイミング、開弁開始タイミング、及び開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定する。本発明者は、これらのタイミングと、バラツキ波形の低下停止点における基準タイミングとは相関があることを見出しており、このような相関を持つ低下停止点はバラツキ波形の中で顕著に現れる。そして、バラツキ波形に対する低下停止点の顕著性つまり抽出容易性は、従来の電圧波形に対する微動波形の顕著性に比べて高い。よって、上記態様によれば、バラツキ波形に出現する低下停止点を精度良く抽出でき、ひいては、弁体の作動タイミングを高精度で推定できる。しかも、特許文献１で用いる基準波形を不要にできるので、なまし係数の適合作業を不要にしつつ、上記作動タイミングの推定を実現できる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
図１は、本開示の第１実施形態に係る弁体作動推定装置を備えた燃料噴射システムを示す図。 図２は、図１に示す燃料噴射弁の断面図。 図３は、図１のサンプリング部によりサンプリングされた電圧の波形と、その電圧波形に基づくバラツキ波形との関係を示す図。 図４は、図３の電圧波形に係るサンプル値と、サンプル値のバラツキ度合との関係を示す図。 図５は、図２に示す弁体のリフト量に応じた、電圧波形およびバラツキ波形の違いを示す図。 図６は、図１のサンプリング部によりサンプリングされた電流の波形と、その電流波形に基づくバラツキ波形との関係を示す図。 図７は、図１の駆動ＩＣが閉弁タイミングおよび開弁タイミングを推定する処理の手順を示すフローチャート。 図８は、本開示に対する比較例による閉弁タイミングの推定手法を説明するための図であって、電圧波形、電圧波形をなました基準波形、および電圧波形と基準波形との差分である差分波形を示す図。 図９は、図８の基準波形および弁体のリフト量が異なることに応じた、差分波形の違いを示す図。 図１０は、本開示の第２実施形態に係る弁体作動推定装置による、閉弁タイミングおよび開弁タイミングを推定する処理の手順を示すフローチャート。 図１１は、本開示の第３実施形態に係る弁体作動推定装置による、電圧波形およびバラツキ波形を示す図。 図１２は、本開示の第７実施形態に係る微分波形を示す図。

　以下、図面を参照しながら本開示の複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

　（第１実施形態）
　図１に示す燃料噴射システム１００は、複数の燃料噴射弁１０、及び電子制御装置（ＥＣＵ２０）を含んで構成される。ＥＣＵ２０は、複数の燃料噴射弁１０の開閉を制御し、内燃機関Ｅの燃焼室２への燃料噴射を制御する。さらにＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１０の開閉弁タイミングを推定する弁体作動推定装置としても機能する。燃料噴射弁１０は、点火式の内燃機関Ｅ、たとえばガソリンエンジンに複数搭載されており、内燃機関Ｅの複数の燃焼室２のそれぞれに直接燃料を噴射する。燃焼室２を形成するシリンダヘッド３には、シリンダの軸線Ｃと同軸の貫通する取付け穴４が形成されている。燃料噴射弁１０は、先端が燃焼室２に露出するように取付け穴４に挿入されて固定されている。

　燃料噴射弁１０へ供給される燃料は、図示しない燃料タンクに貯蔵されている。燃料タンク内の燃料は、低圧ポンプ４１によりくみ上げられ、高圧ポンプ４０により燃圧が高められてデリバリパイプ３０へ送られる。デリバリパイプ３０内の高圧燃料は、各気筒の燃料噴射弁１０へ分配して供給される。シリンダヘッド３うち、燃焼室２に臨む位置に点火プラグ６が取り付けられている。また点火プラグ６は、燃料噴射弁１０の先端の近傍に配置されている。

　次に、燃料噴射弁１０の構成に関して、図２を用いて説明する。図２に示すように、燃料噴射弁１０は、ボデー１１、弁体１２、電磁コイル１３、固定コア１４、可動コア１５、およびハウジング１６を含んで構成される。ボデー１１は、磁性材料で形成されている。ボデー１１の内部には、燃料通路１１ａが形成されている。

　またボデー１１の内部には、弁体１２が収容されている。弁体１２は、金属材料によって全体として円柱状に形成されている。弁体１２は、ボデー１１の内部で軸方向に往復変位可能である。ボデー１１は、先端部に弁体１２が着座する着座面１７ｂ、および燃料を噴射する噴孔１７ａが形成された噴孔体１７を有して構成されている。噴孔１７ａは、ボデー１１の内側から外側に向けて放射状に複数設けられている。噴孔１７ａを通じて、高圧の燃料が燃焼室２内に噴射される。

　弁体１２の本体部は、円柱形状である。弁体１２の先端部は、本体部の噴孔１７ａ側先端から噴孔１７ａに向けて延びる円錐形状である。弁体１２のうち着座面１７ｂに着座する部分がシート面１２ａである。シート面１２ａは、弁体１２の先端部に形成されている。

　シート面１２ａを着座面１７ｂに着座させるよう弁体１２を閉弁作動させると、燃料通路１１ａが閉鎖されて噴孔１７ａからの燃料噴射が停止される。シート面１２ａを着座面１７ｂから離座させるよう弁体１２を開弁作動させると、燃料通路１１ａが開放されて噴孔１７ａから燃料が噴射される。

　電磁コイル１３は、可動コア１５に開弁方向の磁気吸引力を付勢する。電磁コイル１３は、樹脂製のボビン１３ａに巻き回して構成され、ボビン１３ａと樹脂材１３ｂにより封止されている。つまり、電磁コイル１３、ボビン１３ａおよび樹脂材１３ｂにより、円筒形状のコイル体が構成されている。固定コア１４は、磁性材料にて円筒形状に形成され、ボデー１１に固定されている。固定コア１４の円筒内部には、燃料通路１４ａが形成されている。

　さらに、電磁コイル１３を封止する樹脂材１３ｂの外周面は、ハウジング１６により覆われている。ハウジング１６は、金属製の磁性材料にて円筒形状に形成されている。ハウジング１６の開口端部には、金属製の磁性材料にて形成される蓋部材１８が取り付けられている。これにより、コイル体は、ボデー１１、ハウジング１６および蓋部材１８により取り囲まれることとなる。

　可動コア１５は、弁体１２の駆動方向に相対変位可能に弁体１２に保持される。可動コア１５は、金属製の磁性材料にて円盤形状に形成され、ボデー１１の内周面に挿入されている。ボデー１１、弁体１２、コイル体、固定コア１４、可動コア１５およびハウジング１６は、各々の中心線が一致するように配置されている。そして、可動コア１５は、固定コア１４に対して噴孔１７ａの側に配置されており、電磁コイル１３への非通電時には固定コア１４と所定のギャップを有するよう、固定コア１４に対向配置されている。

　前述のように、コイル体を取り囲むボデー１１、ハウジング１６、蓋部材１８および固定コア１４は、磁性材料により形成されるため、電磁コイル１３への通電により生じた磁束の通路となる磁気回路を形成することとなる。固定コア１４、可動コア１５および電磁コイル１３等の部品は、弁体１２を開弁作動させる電気アクチュエータＥＡに相当する。

　可動コア１５には貫通孔１５ａが形成されており、この貫通孔１５ａに弁体１２が挿入配置されることで、弁体１２は可動コア１５に対して摺動して相対移動可能に組み付けられている。弁体１２の図２の上方側である反噴孔側端部には、本体部から拡径した係止部１２ｄが形成されている。可動コア１５が固定コア１４に吸引されて上方側に移動する際には、係止部１２ｄが可動コア１５に係止された状態で移動するので、可動コア１５の上方への移動に伴い弁体１２も移動する。可動コア１５が固定コア１４に接触した状態であっても、弁体１２は可動コア１５に対して相対移動してリフトアップすることが可能である。

　弁体１２の反噴孔側にはメインスプリングＳＰ１が配置され、可動コア１５の噴孔１７ａ側にはサブスプリングＳＰ２が配置されている。メインスプリングＳＰ１の弾性力は、調整パイプ１０１からの反力として弁体１２へ図２の下方側である閉弁方向に付与される。サブスプリングＳＰ２の弾性力は、ボデー１１の凹部１１ｂからの反力として可動コア１５へ吸引方向に付与される。

　弁体１２は、メインスプリングＳＰ１と着座面１７ｂとの間に挟まれており、可動コア１５は、サブスプリングＳＰ２と係止部１２ｄとの間に挟まれている。そして、サブスプリングＳＰ２の弾性力は、可動コア１５を介して係止部１２ｄに伝達され、弁体１２へ開弁方向に付与されることとなる。したがって、メイン弾性力からサブ弾性力を差し引いた弾性力が、弁体１２へ閉弁方向に付与されている。

　燃料通路１１ａ内の燃料の圧力は開弁状態では弁体１２の表面全体に作用しているが、弁体１２のうちシート面１２ａよりも下流側部分の面については、閉弁状態では燃圧が作用しない。そして、開弁とともに、先端部に流れ込む燃料の圧力が徐々に上昇して、先端部を開弁側に押す力が増大する。したがって、開弁とともに先端部近傍の燃圧が上昇し、その結果、燃圧閉弁力が低下していく。以上の理由により、燃圧閉弁力の大きさは、閉弁状態で最大であり、弁体１２の開弁移動量が大きくなるに連れて徐々に小さくなっていく。

　次に電磁コイル１３への通電による挙動について説明する。電磁コイル１３へ通電して固定コア１４に電磁吸引力を生じさせると、この電磁吸引力により可動コア１５が固定コア１４に引き寄せられる。その結果、可動コア１５に連結されている弁体１２は、メインスプリングＳＰ１の弾性力および燃圧閉弁力に抗して開弁作動する。一方、電磁コイル１３への通電を停止させると、メインスプリングＳＰ１の弾性力により、弁体１２は可動コア１５とともに閉弁作動する。

　次に、ＥＣＵ２０の構成について説明する。ＥＣＵ２０は、駆動ＩＣ２１、昇圧回路２２、電圧検出部２３、電流検出部２４、スイッチ部２５、およびマイクロコンピュータを有する。ＥＣＵ２０は各種のセンサからの情報を取得する。たとえば燃料噴射弁１０への供給燃圧は、図１に示すように、デリバリパイプ３０に取り付けられた燃圧センサ３１により検出され、ＥＣＵ２０に検出結果が出力される。ＥＣＵ２０は、燃圧センサ３１の検出結果に基づいて高圧ポンプ４０の駆動を制御する。

　マイクロコンピュータ２６は、プロセッサ、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）および揮発性メモリ（ＲＡＭ）等を有し、内燃機関Ｅの負荷および機関回転速度に基づき、燃料の要求噴射量および要求噴射開始時期を算出する。駆動ＩＣ２１は、燃料噴射弁１０の駆動を制御する駆動用の集積回路であり、マイクロコンピュータ２６から出力された指令信号にしたがって昇圧回路２２およびスイッチ部２５の作動を制御することで、電磁コイル１３への電力供給状態を制御する。

　具体的には、電磁コイル１３への通電時間Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を示す噴射特性を予め試験してＲＯＭに記憶させておく。マイクロコンピュータ２６は、その噴射特性にしたがって、要求噴射量に対応する通電時間Ｔｉのパルス信号を、噴射指令信号として駆動ＩＣ２１へ出力する。駆動ＩＣ２１は、噴射指令信号にしたがって通電時間Ｔｉを制御することで噴射量Ｑを制御する。つまり、噴射指令信号のパルスオン期間（パルス幅）により、電磁コイル１３への通電時間が制御される。

　電圧検出部２３および電流検出部２４は、電磁コイル１３に印加された電圧および電流の値を検出し、検出結果を駆動ＩＣ２１へ出力する。電圧検出部２３は、電磁コイル１３のプラス端子とマイナス端子との電位差をコイル電圧として検出する。電磁コイル１３に供給される電流を遮断すると、電磁コイル１３にフライバック電圧が生じる。さらに電磁コイル１３には、電流を遮断して弁体１２および可動コア１５が閉弁方向に変位することによる誘導起電力が生じる。したがって、電磁コイル１３への通電オフに伴い、誘導起電力による電圧と低下していくフライバック電圧とが重畳した電圧が、電磁コイル１３に生じる。よって、電圧検出部２３は、電磁コイル１３に供給される電流を遮断して弁体１２および可動コア１５が閉弁方向に変位することによる誘導起電力の変化を電圧値として検出していると言える。さらに電圧検出部２３は、着座面１７ｂと弁体１２とが接触してから可動コア１５が弁体１２に対して相対変位することによる誘導起電力の変化についても電圧値として検出する。

　駆動ＩＣ２１は、弁体１２の閉弁完了タイミング並びに開弁完了タイミングを推定する。閉弁完了タイミングとは、電磁コイル１３への通電オフ開始に伴い弁体１２が閉弁作動を開始し、その閉弁作動が完了したタイミング、つまりシート面１２ａが着座面１７ｂに当接したタイミングである。開弁完了タイミングとは、電磁コイル１３への通電オン開始に伴い弁体１２が開弁作動を開始し、その開弁作動が完了したタイミング、つまり可動コア１５が固定コア１４に当接して両コア間のギャップが最小になったタイミングである。これらのタイミングの推定手法については、後に詳述する。

　駆動ＩＣ２１は、充電制御部５１、放電制御部５２、電流制御部５３、サンプリング部６１、サンプル値保持部６２、バラツキ演算部６３およびタイミング推定部６４を有する。昇圧回路２２およびスイッチ部２５は、駆動ＩＣ２１から出力された駆動指令信号に基づき作動する。駆動指令信号は、燃料噴射弁１０の電磁コイル１３への通電状態を指令する信号であり、マイクロコンピュータ２６から出力された先述の噴射指令信号に基づき設定される。

　昇圧回路２２は、昇圧したブースト電圧を電磁コイル１３に印加する。昇圧回路２２は、昇圧コイル、コンデンサおよびスイッチング素子を備え、バッテリ１０２のバッテリ端子から印加されるバッテリ電圧が昇圧コイルにより昇圧されて、コンデンサに蓄電される。このように昇圧されて蓄電された電力の電圧がブースト電圧に相当する。

　放電制御部５２は、昇圧回路２２が放電するように所定のスイッチング素子をオン作動させると、燃料噴射弁１０の電磁コイル１３へブースト電圧が印加される。放電制御部５２は、電磁コイル１３への電圧印加を停止させる場合には、昇圧回路２２の所定のスイッチング素子をオフ作動させる。

　電流制御部５３は、電流検出部２４の検出結果を用いて、スイッチ部２５のオンオフを制御して、電磁コイル１３に流れる電流を制御する。スイッチ部２５は、オン状態になるとブースト電圧またはバッテリ電圧を電磁コイル１３に印加し、オフ状態になると電圧印加を停止する。電流制御部５３は、たとえば駆動指令信号により指令される電圧印加開始時期に、スイッチ部２５をオンにしてブースト電圧を印加して通電を開始する。すると、通電開始に伴いコイル電流が上昇する。上昇したコイル電流が第１目標値に達したことを電流検出部２４が検出すると、電流制御部５３は通電をオフさせる。その後、電流制御部５３は、ブースト電圧からバッテリ電圧に切り替え、第１目標値よりも低い値に設定された第２目標値にコイル電流が維持されるように制御する。要するに、初回の通電によるブースト電圧印加により、第１目標値までコイル電流を上昇させるように制御し、その後、第２目標値にコイル電流を保持させる。

　図３（ａ）に示す実線は、電圧検出部２３により検出されたコイル電圧の変化を示す電圧波形Ｗａである。この電圧波形Ｗａは、実際に検出された電圧波形になまし処理を施してノイズを除去した状態の波形である。図示されるように、通電時間Ｔｉの終了タイミングである通電終了時Ｔｏｆｆに、フライバック電圧によりコイル電圧は上昇し、その後、徐々に低下してゼロに収束する。このように電圧低下する期間において、通電終了時Ｔｏｆｆから応答遅れ時間が経過した閉弁開始タイミングＴｃｌａで、弁体１２とともに可動コア１５が移動を開始する。すると、可動コア１５が移動することによって誘導起電力が生じ、その影響により通電オフ後の電圧低下は緩慢になる。つまり、電圧波形Ｗａは、点線に示す仮想波形Ｗｘのようには低下せず、その仮想波形Ｗｘに誘導起電力を加算した波形となる。そして、弁体１２が着座する直前では可動コア１５の移動速度が最大になるが、弁体１２が着座した閉弁完了タイミングＴｃｌで、可動コア１５の移動速度は急激に小さくなる。つまり着座時点で、可動コア１５の移動速度が急激に変化して、その変化に伴い誘導起電力も急激に変化する。その結果、誘導起電力の影響で電圧低下が緩慢になる度合いが着座時点で急激に変化し、閉弁完了タイミングＴｃｌで電圧波形Ｗａに変曲点が現れる。

　なお、上記誘電起電力は、図３中に示す閉弁開始タイミングＴｃｌａで生じ始める。また、可動コア１５は弁体１２に対して相対移動可能に組み付けられているので、閉弁完了タイミングＴｃｌ以降も可動コア１５は移動を続け誘電起電力は生じ続ける。但し、閉弁完了タイミングＴｃｌ以降では、サブスプリングＳＰ２の弾性力が可動コア１５に作用することで、可動コア１５の移動速度は急激に低減し、誘電起電力も急激に減少していく。

　サンプリング部６１は、通電終了時Ｔｏｆｆの後の所定期間Ｌａにおいて、コイル電圧の値を所定時間Ｌ（図４参照）間隔で取得する。この所定時間Ｌ間隔は、例えば１μｓｅｃであり、マイクロコンピュータ２６の演算周期よりも短い時間に設定されている。

　サンプル値保持部６２は、サンプリング部６１で取得した複数の電圧値を一時的に記憶保持する。具体的には、次回の燃料噴射に係る所定期間Ｌａでの電圧値を取得するまでには記憶を消去させる。例えば、次回の電圧値を今回の電圧値に上書きしていく。図４（ａ）に示すように、所定期間Ｌａの中で基準タイミングＴｘを任意に設定し、その基準タイミングＴｘを基準に設定されるサンプリング期間Ｌｓに取得された電圧値をサンプル値とする。具体的には、基準タイミングＴｘ以前のサンプリング期間Ｌｓに含まれる電圧値をサンプル値とする。図４の例では、８個のサンプル値Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７が得られるようにサンプリング期間Ｌｓが設定されている。

　バラツキ演算部６３は、サンプリング期間Ｌｓでの複数のサンプル値Ｄ０～Ｄ７のバラツキ度合を演算する。具体的には、複数のサンプル値Ｄ０～Ｄ７の分散を、バラツキ度合として演算する。より具体的には、複数のサンプル値Ｄ０～Ｄ７の平均値を演算し、その平均値と各々のサンプル値との偏差を演算し、各々の偏差の二乗を加算した値をサンプル数（８個）で除算して、上記分散の値を演算する。

　図４（ｂ）は、複数のサンプル値Ｄ０～Ｄ７のバラツキ度合を可視化したものであり、図中の符号Ｗａ１、Ｗａ２、Ｗａ３、Ｗａ４、Ｗａ５、Ｗａ６、Ｗａ７の各々は、図３（ｂ）に示す擬似波形Ｗａ１～Ｗａ７を拡大したものである。擬似波形Ｗａ１～Ｗａ７は、電圧検出部２３により検出された電圧波形Ｗａを所定時間Ｌずつずらした波形である。これらの擬似波形Ｗａ１～Ｗａ７および電圧波形Ｗａのうち、基準タイミングＴｘでの電圧値がサンプル値Ｄ０～Ｄ７に相当する。したがって、基準タイミングＴｘをずらしていけば、サンプル値Ｄ０～Ｄ７が変化してバラツキ度合も変化する。

　図３（ｃ）は、基準タイミングＴｘを異ならせることに伴う分散値の変化を表わすバラツキ波形Ｗｂを示す。所定期間Ｌａに対応する部分のバラツキ波形Ｗｂには、基準タイミングＴｘが遅くなるにつれ分散値が低下していきその低下が停止する点であって、その低下停止の後に上昇に転ずる点である上昇開始点Ｐｂが含まれている。要するに、図３に例示するバラツキ波形Ｗｂは極小点を有する形状である。

　タイミング推定部６４は、上昇開始点Ｐｂでの基準タイミングＴｘに基づき、閉弁完了タイミングＴｃｌを推定する。上昇開始点Ｐｂでの基準タイミングＴｘは閉弁完了タイミングＴｃｌと相関が高いことに鑑み、タイミング推定部６４は、上昇開始点Ｐｂでの基準タイミングＴｘを閉弁完了タイミングＴｃｌとみなして推定する。具体的には、図３（ｄ）に示すように、タイミング推定部６４は、分散値が閾値ＴＨ１以下にまで低下した低下点Ｐｂ１と、低下点Ｐｂ１以降に分散値が閾値ＴＨ１以上にまで上昇した上昇点Ｐｂ２とを抽出する。そして、上昇点Ｐｂ２での基準タイミングＴｘに基づき、上昇開始点Ｐｂでの基準タイミングＴｘつまり閉弁完了タイミングＴｃｌを算出する。例えば、上昇点Ｐｂ２での基準タイミングＴｘから予め設定した所定時間だけ減算したタイミングを、閉弁完了タイミングＴｃｌとして算出する。或いは、上昇点Ｐｂ２での基準タイミングＴｘに予め設定した係数を乗算したタイミングを、閉弁完了タイミングＴｃｌとして算出する。

　通電時間Ｔｉと噴射量との関係を表わす噴射特性マップは、通電時間Ｔｉが比較的長くなるフルリフト領域と、通電時間Ｔｉが比較的短くなるパーシャルリフト領域とに区分される。フルリフト領域では、弁体１２のリフト量がフルリフト位置、すなわち可動コア１５が固定コア１４に突き当たる位置に到達するまで弁体１２が開弁作動し、その突き当たった位置から閉弁作動を開始する。しかしパーシャルリフト領域では、弁体１２のリフト量がフルリフト位置に到達しないパーシャルリフト状態、すなわち可動コア１５が固定コア１４に突き当たる手前の位置まで弁体１２が開弁作動し、パーシャルリフト位置から閉弁作動を開始する。

　図３に例示する電圧波形Ｗａが、パーシャルリフト領域での噴射時に取得した波形であるのに対し、図５（ａ）に示す電圧波形Ｗａ４０は、フルリフト領域での噴射時に取得した波形である。また、電圧波形Ｗａ１０、Ｗａ２０、Ｗａ３０は、パーシャルリフト領域での噴射時に取得した波形である。電圧波形Ｗａ３０、Ｗａ２０、Ｗａ１０の順に通電時間Ｔｉが短くなり弁体１２のリフト量が小さくなっている。図５（ｂ）に示すバラツキ波形Ｗｂ１０、Ｗｂ２０、Ｗｂ３０、Ｗｂ４０の各々は、電圧波形Ｗａ１０、Ｗａ２０、Ｗａ３０、Ｗａ４０の各々に対応する。

　パーシャルリフト領域でのバラツキ波形Ｗｂ１０、Ｗｂ２０、Ｗｂ３０を比較して分かるように、リフト量が大きいほど、極小となる上昇開始点Ｐｂ近傍での波形の傾きが緩やかになる。そして、フルリフト領域でのバラツキ波形Ｗｂ４０では、極小を有する波形とは異なり、低下が停止した状態が継続する部分を含む波形となる。バラツキ波形Ｗｂ４０の場合、基準タイミングＴｘを遅くしていくと分散値が低下していきその低下が停止する点を低下停止点Ｐｂｙとし、基準タイミングＴｘをさらに遅くしていくと分散値が上昇に転ずる変化点を上昇開始点Ｐｂｘとする。

　上昇開始点Ｐｂｘでの基準タイミングＴｘは閉弁完了タイミングＴｃｌと相関が高いことに鑑み、タイミング推定部６４は、上昇開始点Ｐｂｘでの基準タイミングＴｘを閉弁完了タイミングＴｃｌとみなして推定する。具体的な推定手法は、図３（ｄ）を用いて説明した手法と同じであり、分散値が閾値ＴＨ１以下にまで低下した低下点Ｐｂ１と、低下点Ｐｂ１以降に分散値が閾値ＴＨ１以上にまで上昇した上昇点Ｐｂ２とを抽出する。この上昇点Ｐｂ２と上昇開始点Ｐｂｘとは相関が高いため、上昇点Ｐｂ２での基準タイミングＴｘに基づき閉弁完了タイミングＴｃｌを算出する。

　駆動ＩＣ２１は、図３～図５に示す手法で閉弁完了タイミングＴｃｌを推定することに加え、以下に説明する手法で開弁完了タイミングＴｏｐも推定する。つまり、駆動ＩＣ２１は、閉弁タイミングの推定と開弁タイミングの推定とを切り替えて実行する。

　図６（ａ）に示す実線は、電流検出部２４により検出されたコイル電流の、経過時間に対する変化を示す電流波形Ｗｃである。この電流波形Ｗｃは、実際に検出された電流波形になまし処理を施してノイズを除去した状態の波形である。図示されるように、通電時間Ｔｉの開始タイミングである通電開始時Ｔｏｎとともにコイル電流は上昇する。その後、コイル電流が先述した第１目標値Ｉ１に達すると、ブースト電圧からバッテリ電圧に切り替えられて先述した第２目標値Ｉ２にコイル電流は保持される。この電流保持の期間中に開弁完了タイミングＴｏｐが現れる。なお、開弁開始タイミングＴｏｐａについては、図６の例では電流保持の期間中に現れているが、第１目標値Ｉ１までの電流上昇期間中に現れる場合もある。

　図６（ｂ）に示す擬似波形Ｗｃ１～Ｗｃ７は、電流検出部２４により検出された電流波形Ｗｃを所定時間Ｌずつずらした波形である。図６（ｃ）は、基準タイミングＴｘを異ならせることに伴う分散値の変化を表わすバラツキ波形Ｗｄを示す。所定期間Ｌｃに対応する部分のバラツキ波形Ｗｄには、基準タイミングＴｘが遅くなるにつれ分散値が低下し、その後上昇に転ずる上昇開始点Ｐｄが含まれている。要するに、図６に例示するバラツキ波形Ｗｄは極小値を有する形状であり、この極小値がバラツキ波形Ｗｄの上昇開始点Ｐｄでの分散値に相当する。

　開弁タイミング推定時のサンプリング部６１は、コイル電圧ではなく、コイル電流の値を取得する。具体的には、図６に示すように、通電開始時Ｔｏｎの後の所定期間Ｌｃにおいて、コイル電流の値を所定時間Ｌ間隔（例えば１μｓｅｃ）で取得する。

　開弁タイミング推定時のサンプル値保持部６２は、サンプリング部６１で取得した複数の電流値を一時的に記憶保持する。具体的には、次回の燃料噴射に係る所定期間Ｌｃでの電流値を取得するまでには記憶を消去させる。例えば、次回の電流値を今回の電流値に上書きしていく。図４（ａ）と同様にして、所定期間Ｌｃの中で基準タイミングＴｘを任意に設定し、その基準タイミングＴｘを基準に設定されるサンプリング期間Ｌｓに取得された電流値をサンプル値とする。具体的には、基準タイミングＴｘ以前のサンプリング期間Ｌｓに含まれる電流値をサンプル値とする。

　開弁タイミング推定時のバラツキ演算部６３は、サンプリング期間Ｌｓでの複数のサンプル値のバラツキ度合を、閉弁タイミング推定時と同様にして演算する。具体的には、複数のサンプル値の分散をバラツキ度合として演算する。

　開弁タイミング推定時のタイミング推定部６４は、上昇開始点Ｐｄでの基準タイミングＴｘに基づき、開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。上昇開始点Ｐｄでの基準タイミングＴｘは開弁完了タイミングＴｏｐと相関が高いことに鑑み、タイミング推定部６４は、上昇開始点Ｐｄでの基準タイミングＴｘを開弁完了タイミングＴｏｐとみなして推定する。具体的には、タイミング推定部６４は、分散値が閾値ＴＨ２以下にまで低下した低下点Ｐｄ１と、低下点Ｐｄ１以降に分散値が閾値ＴＨ２以上にまで上昇した上昇点Ｐｄ２とを抽出する。そして、上昇点Ｐｄ２での基準タイミングＴｘに基づき、上昇開始点Ｐｄでの基準タイミングＴｘつまり開弁完了タイミングＴｏｐを算出する。例えば、上昇点Ｐｄ２での基準タイミングＴｘから予め設定した所定時間だけ減算したタイミングを、開弁完了タイミングＴｏｐとして算出する。或いは、上昇点Ｐｄ２での基準タイミングＴｘに予め設定した係数を乗算したタイミングを、開弁完了タイミングＴｏｐとして算出する。

　次に、閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐを駆動ＩＣ２１が推定する処理の手順を、図７を用いて説明する。駆動ＩＣ２１は、所定のプログラムを記憶するメモリと、そのプログラムに従って演算処理するプロセッサとを有しており、このプロセッサが図７の処理を実行する。

　先ず、図７のステップＳ１０において、電圧波形Ｗａを検出する電圧検出モードと、電流波形Ｗｃを検出する電流検出モードとを切り替える。本実施形態では、電圧検出モードを実行する頻度が電流検出モードを実行する頻度よりも多くなるように切り替えている。開弁タイミングは、通電時間Ｔｉの長さの違いの影響を大きく受けないのに対し、閉弁タイミングは、通電時間Ｔｉの長さの違いの影響を大きく受けるので、高頻度で推定することが望ましいからである。

　続くステップＳ２０では、ステップＳ１０で設定された検出モードにしたがって、電圧波形Ｗａまたは電流波形Ｗｃを取得する。ステップＳ２０の処理を実行している時の駆動ＩＣ２１はサンプリング部６１に相当し、例えば１μｓｅｃ間隔といった高速処理により電圧値または電流値を取得することで、電圧波形Ｗａまたは電流波形Ｗｃを取得する。

　続くステップＳ３０では、タイミング推定の実行条件を満たしているか否かを判定する。実行条件とは、通電時間Ｔｉと噴射量との関係に与える影響が小さい条件であり、例えば、以下に例示する物理量の変動が所定範囲内であることを実行条件とする。上記物理量には、燃料噴射弁１０へ供給される燃料の圧力、内燃機関Ｅの回転速度、内燃機関Ｅの負荷、燃料噴射量等が挙げられる。

　続くステップＳ４０では、ステップＳ２０で取得した電圧波形Ｗａを構成する複数の電圧値、または電流波形Ｗｃを構成する複数の電流値を、駆動ＩＣ２１が有するメモリに記憶する。このメモリは、図１に示すサンプル値保持部６２に相当する。前回の噴射に係る電圧値または電流値がメモリに記憶されている場合には、今回値を前回値に上書きして記憶する。

　続くステップＳ５０では、先述したサンプリング期間Ｌｓにおける複数のサンプル値の平均値を算出する。具体的には、メモリに記憶された複数の電圧値または電流値の中から、任意の基準タイミングＴｘに対応するサンプリング期間Ｌｓに含まれる値を抽出し、抽出された複数の値の平均値を算出する。抽出された複数の値は、先述したサンプル値Ｄ０～Ｄ７に相当する。そして、基準タイミングＴｘを所定時間Ｌだけずらしてサンプリング期間Ｌｓをずらしていき、各々のサンプリング期間Ｌｓに対応する平均値を算出する。

　続くステップＳ６０では、ステップＳ５０で算出した平均値を用いて、サンプリング期間Ｌｓ毎に抽出された複数のサンプル値Ｄ０～Ｄ７の分散値を算出する。具体的には、ステップＳ５０で算出された平均値と各々のサンプル値Ｄ０～Ｄ７との偏差を演算し、各々の偏差の二乗を加算した値をサンプル数で除算して分散値を算出する。分散値の算出は、各々のサンプリング期間Ｌｓに対して行われる。ステップＳ５０、Ｓ６０の処理を実行している時の駆動ＩＣ２１はバラツキ演算部６３に相当し、ステップＳ６０で算出された分散値はバラツキ度合に相当する。

　続くステップＳ７０では、基準タイミングＴｘと分散値との関係を表したバラツキ波形Ｗｂ、Ｗｄにおいて、分散値が閾値ＴＨ１、ＴＨ２未満から閾値ＴＨ１、ＴＨ２以上に上昇する上昇点Ｐｂ２、Ｐｄ２を算出する。ステップＳ１０で電圧検出モードに切り替えられている場合には、電圧波形Ｗａに基づく閾値ＴＨ１を用いて上昇点Ｐｂ２を算出し、電流検出モードに切り替えられている場合には、電流波形Ｗｃに基づく閾値ＴＨ２を用いて上昇点Ｐｄ２を算出する。

　続くステップＳ８０では、ステップＳ１０で電圧検出モードに切り替えられている場合には、ステップＳ７０で算出した上昇点Ｐｂ２に基づき、閉弁完了タイミングＴｃｌを推定する。一方、ステップＳ１０で電流検出モードに切り替えられている場合には、ステップＳ７０で算出した上昇点Ｐｄ２に基づき、開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。具体的には、上昇点Ｐｄ２での基準タイミングＴｘに対して所定時間を減算または所定係数を乗算したタイミングを、開弁完了タイミングＴｏｐとして算出する。ステップＳ７０、Ｓ８０の処理を実行している時の駆動ＩＣ２１はタイミング推定部６４に相当する。

　なお、上述の如く推定された閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐは、通電時間Ｔｉと噴射量との関係を示すマップの値を補正することに用いられる。このマップは、目標噴射量に対する通電時間Ｔｉの設定に用いられるので、オンボードで推定された開閉弁タイミングに基づきマップを補正することで、噴射量を高精度で制御できるようになる。

　以上により、本実施形態によれば、サンプリング期間Ｌｓにおける電圧値のバラツキ度合を示す分散値を演算する。そして、基準タイミングＴｘと分散値との関係を表わすバラツキ波形Ｗｂの上昇開始点Ｐｂでの基準タイミングＴｘに基づき、閉弁完了タイミングＴｃｌを推定する。上記上昇開始点Ｐｂにおける基準タイミングＴｘは閉弁完了タイミングＴｃｌと相関があり、このような相関を持つ上昇開始点Ｐｂはバラツキ波形Ｗｂの中で顕著に現れる。よって、本実施形態によれば、バラツキ波形Ｗｂに出現する上昇開始点Ｐｂを精度良く抽出でき、ひいては、閉弁完了タイミングＴｃｌを高精度で推定できる。

　ここで、パーシャルリフト領域での噴射の場合には、通電時間Ｔｉに応じてリフト量が変化し、リフト量の変化に応じて閉弁時の電圧波形Ｗａが大きく異なってくる。そのため、以下に説明する比較例としての推定装置では、閉弁完了タイミングを精度良く推定することが極めて困難となっていた。

　上記比較例に係る推定装置では、先ず図８（ａ）に示すように電圧波形Ｗａを取得する。電圧波形Ｗａに含まれる微動波形の出現タイミングが閉弁完了タイミングＴｃｌであるため、微動波形の出現タイミングを抽出できれば閉弁完了タイミングＴｃｌを推定できることとなる。そこで先ず、電圧波形Ｗａから微動波形を除去するように電圧波形Ｗａになまし処理を施した基準波形Ｗｎ（図８（ｂ）参照）を算出する。次に、電圧波形Ｗａと基準波形Ｗｎとの差分である差分波形ＷＤ１（図８（ｂ）参照）を算出する。上記差分が最も大きい箇所が、微動波形の出現タイミングと言える。つまり、差分波形ＷＤ１の極値となる点が微動波形の出現タイミングであり、閉弁完了タイミングＴｃｌであると言える。

　図８の例では、差分波形ＷＤ１の極値となる点を精度良く抽出するために、以下の処理をさらに施している。すなわち、差分波形ＷＤ１になまし処理を施した基準波形ＷＤ１ｎ（図８（ｃ）参照）を算出する。次に、差分波形ＷＤ１と基準波形ＷＤ１ｎとの差分である差分波形ＷＤ２（図８（ｃ）参照）を算出する。上記差分が最も大きい箇所が、差分波形ＷＤ１の極値となる点Ｆ（図８（ｄ）参照）と言える。つまり、差分波形ＷＤ２の極値となる点Ｆが差分波形ＷＤ１の極値となるタイミングであり、そのタイミングは微動波形の出現タイミングであり、閉弁完了タイミングＴｃｌであると言える。

　但し、この比較例に係る推定装置では、基準波形Ｗｎ、ＷＤ１ｎを算出するためのなまし処理を施すにあたり、なまし係数を最適な値に設定することが困難である。特に、先述したようにリフト量の変化に応じて閉弁時の電圧波形Ｗａは大きく異なってくるので、リフト量に応じてなまし係数の最適値も異なってくるので、なまし係数の設定は極めて困難である。

　例えば、図９（ａ）に示す電圧波形Ｗａ１０、Ｗａ２０、Ｗａ３０、Ｗａ４０は、図５（ａ）と同様の波形である。しかし、これらの電圧波形に対して第１なまし係数を用いた場合と第２なまし係数を用いた場合とで、生成される基準波形Ｗｎ、ＷＤ１ｎの形状は異なる。

　そして、第１なまし係数を用いた基準波形Ｗｎ、ＷＤ１ｎによる差分波形ＷＤ１０～ＷＤ４０の場合、図９（ｂ）に示すように、低リフト時においては極値Ｆ１が顕著に現れるので閉弁完了タイミングＴｃｌを高精度で推定できる。しかし、高リフト時においては、極値Ｆ２が顕著に現れないので閉弁完了タイミングＴｃｌを高精度で推定できない。

　一方、第２なまし係数を用いた基準波形Ｗｎ、ＷＤ１ｎによる差分波形ＷＤ１０～ＷＤ４０の場合、図９（ｃ）に示すように、高リフト時においては極値Ｆ３が顕著に現れるので閉弁完了タイミングＴｃｌを高精度で推定できる。しかし、低リフト時においては、極値Ｆ４が顕著に現れないので閉弁完了タイミングＴｃｌを高精度で推定できない。

　以上に説明した通り、比較例に係る推定装置では、リフト量に応じた最適な値になまし係数を設定することは困難であり、パーシャルリフト領域では閉弁完了タイミングＴｃｌを高精度で推定できないといった問題がある。この問題に対し、バラツキ波形Ｗｂに基づき推定する本実施形態では、図５に示した通り、リフト量が異なってもバラツキ波形Ｗｂ１０～Ｗｂ４０に顕著な上昇開始点Ｐｂまたは低下停止点Ｐｂｙが現れる。よって、パーシャルリフト領域であっても、閉弁完了タイミングＴｃｌを高精度で推定できる。しかも、基準波形Ｗｎ、ＷＤ１ｎを不要にできるので、なまし係数の適合作業を不要にしつつ、上記タイミングの推定を実現できる。

　さらに本実施形態では、サンプリング期間Ｌｓにおける電流値のバラツキ度合を示す分散値を演算する。そして、基準タイミングＴｘと分散値との関係を表わすバラツキ波形Ｗｄの上昇開始点Ｐｄでの基準タイミングＴｘに基づき、開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。上記上昇開始点Ｐｄにおける基準タイミングＴｘは開弁完了タイミングＴｏｐと相関があり、このような相関を持つ上昇開始点Ｐｄはバラツキ波形Ｗｄの中で顕著に現れる。よって、本実施形態によれば、バラツキ波形Ｗｄに出現する上昇開始点Ｐｄを精度良く抽出でき、ひいては、開弁完了タイミングＴｏｐを高精度で推定できる。

　ここで、通電オフ直後の閉弁作動時における電磁コイル１３のマイナス端子は、グランドとの電気接続が切り離された状態になっており、電磁コイル１３を含む電気回路はグランドから切り離されている。そのため、通電オフ直後には電流は殆ど変化せず、電流に比べると電圧の方が変化しやすい。したがって、閉弁に伴い電圧波形Ｗａに生じる変化は、電流波形Ｗｃに生じる変化に比べて顕著に現れる。この点を鑑みた本実施形態では、サンプリング部６１は電圧値をサンプル値として取得し、そのサンプル値を用いてタイミング推定部６４は閉弁完了タイミングＴｃｌを推定する。具体的には、電圧検出モードの場合に閉弁完了タイミングＴｃｌを推定する。そのため、電流をサンプル値とした電流波形Ｗｃを用いて閉弁完了タイミングＴｃｌを推定する場合に比べて、推定精度を向上できる。

　一方、通電オン直後の開弁作動時における電磁コイル１３のマイナス端子は、グランドと電気接続された状態になっており、電磁コイル１３を含む電気回路はグランドおよび電源に電気接続されている。そのため、通電オン直後には電圧は電源の電圧で安定しやすく、電磁コイル１３のインダクタンスに応じたコイル電流の方が、電圧に比べると変化しやすい。したがって、開弁に伴い電流波形Ｗｃに生じる変化は、電圧波形Ｗａに生じる変化に比べて顕著に現れる。この点を鑑みた本実施形態では、サンプリング部６１は電流値をサンプル値として取得し、そのサンプル値を用いてタイミング推定部６４は開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。具体的には、電流検出モードの場合に開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。そのため、電圧をサンプル値とした電圧波形Ｗａを用いて開弁完了タイミングＴｏｐを推定する場合に比べて、推定精度を向上できる。

　さらに本実施形態では、バラツキ演算部６３は、サンプリング期間Ｌｓに取得された複数のサンプル値Ｄ０～Ｄ７の平均値と各々のサンプル値Ｄ０～Ｄ７との偏差に基づき、バラツキ度合を演算する。これによれば、平均値を用いてバラツキ度合を演算するので、例えばサンプル値Ｄ０～Ｄ７の中から代表値を選び、代表値との偏差に基づきバラツキ度合を演算するといった、平均値を用いることなく演算する場合に比べて、バラツキ度合を高精度で演算できる。特に、平均値を用いることによりノイズに対するロバスト性を向上できる。

　（第２実施形態）
　上記第１実施形態では、図７のステップＳ１０において、電圧検出モードと電流検出モードとに切り替えている。これに対し本実施形態では、電圧検出モードと電流検出モードとを平行して同時に実行する。具体的には、図１０に示すように、先ずステップＳ２１において、電圧波形Ｗａおよび電流波形Ｗｃの両方を取得する。ステップＳ２１の処理を実行している時の駆動ＩＣ２１はサンプリング部６１に相当し、例えば１μｓｅｃ間隔といった高速処理により電圧値および電流値の両方を取得することで、電圧波形Ｗａおよび電流波形Ｗｃを取得する。

　要するに、図１に示す駆動ＩＣ２１は、電圧検出部２３および電流検出部２４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を１つ有している。これに対し本実施形態に係る駆動ＩＣは、電圧検出部２３および電流検出部２４の各々に対してＡＤ変換器を有している。

　続くステップＳ３０では、図７と同様にしてタイミング推定の実行条件を満たしているか否かを判定する。続くステップＳ４１では、ステップＳ２１で取得した電圧波形Ｗａを構成する複数の電圧値、および電流波形Ｗｃを構成する複数の電流値の両方を、駆動ＩＣ２１が有するメモリに記憶する。このメモリは、図１に示すサンプル値保持部６２に相当する。

　続くステップＳ５１では、サンプリング期間Ｌｓにおける複数のサンプル値の平均値を算出する。具体的には、メモリに記憶された複数の電圧値の中から、任意の基準タイミングＴｘに対応するサンプリング期間Ｌｓに含まれる電圧値を抽出し、抽出された複数の電圧値の平均値を算出する。同様にして、メモリに記憶された複数の電流値の中から、任意の基準タイミングＴｘに対応するサンプリング期間Ｌｓに含まれる電流値を抽出し、抽出された複数の電流値の平均値を算出する。そして、基準タイミングＴｘを所定時間Ｌだけずらしてサンプリング期間Ｌｓをずらしていき、各々のサンプリング期間Ｌｓに対応する電圧値の平均および電流値の平均を算出する。

　続くステップＳ６１では、ステップＳ５１で算出した電圧値および電流値の平均値を用いて、サンプリング期間Ｌｓ毎に抽出された複数のサンプル値の分散値を算出する。分散値の算出は、各々のサンプリング期間Ｌｓに対して行われる。ステップＳ５１、Ｓ６１の処理を実行している時の駆動ＩＣ２１はバラツキ演算部６３に相当し、ステップＳ６１で算出された電圧値および電流値の分散値はバラツキ度合に相当する。

　続くステップＳ７１では、基準タイミングＴｘと分散値との関係を表したバラツキ波形Ｗｂ、Ｗｄにおいて、分散値が閾値ＴＨ１、ＴＨ２未満から閾値ＴＨ１、ＴＨ２以上に上昇する上昇点Ｐｂ２、Ｐｄ２を算出する。続くステップＳ８１では、ステップＳ７１で算出した上昇点Ｐｂ２に基づき閉弁完了タイミングＴｃｌを推定するとともに、ステップＳ７１で算出した上昇点Ｐｄ２に基づき開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。

　以上により、本実施形態によれば、電圧波形Ｗａおよび電流波形Ｗｃを同時に取得して、閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐを同時に推定できるので、推定頻度を向上できる。また、１回の噴射に対する開閉弁タイミングを推定できるので、同じ噴射に対して閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐを推定できる。よって、通電時間Ｔｉと噴射量との関係を示す先述のマップを高精度で補正できる。

　（第３実施形態）
　本実施形態では、上記第１実施形態に係るバラツキ波形Ｗｂ１０～Ｗｂ４０（図５参照）を、上昇開始点Ｐｂの分散値をゼロにするように補正する（図１１参照）。そして、補正後のバラツキ波形Ｗｂ１０～Ｗｂ４０を用いて、閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。

　これによれば、補正後のバラツキ波形Ｗｂ１０～Ｗｂ４０に、上昇開始点Ｐｂ、および低下停止点Ｐｂｙがより一層顕著に現れるようになるので、閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐの推定精度を向上できる。

　（第４実施形態）
　上記第１実施形態に係るタイミング推定部６４は、電圧波形Ｗａから生成されるバラツキ波形Ｗｂの上昇開始点Ｐｂの基準タイミングＴｘに基づき閉弁開始タイミングＴｃｌａを推定している。これに対し、本実施形態に係るタイミング推定部６４は、高リフト時のバラツキ波形Ｗｂ４０（図５参照）を取得した場合には、上記バラツキ波形Ｗｂの低下停止点Ｐｂｙの基準タイミングＴｘに基づき閉弁完了タイミングＴｃｌを推定する。例えば、これらの基準タイミングＴｘから予め設定した所定時間だけ減算、或いは、予め設定した係数を乗算したタイミングを、閉弁完了タイミングＴｃｌとして算出する。

　（第５実施形態）
　上記第１実施形態に係るタイミング推定部６４は、電圧波形Ｗａから生成されるバラツキ波形Ｗｂに基づき閉弁完了タイミングＴｃｌを推定している。これに対し、本実施形態に係るタイミング推定部６４は、上記バラツキ波形Ｗｂに基づき閉弁開始タイミングＴｃｌａ（図３および図５参照）を推定する。閉弁開始タイミングＴｃｌａとは、電磁コイル１３への通電オフ開始に伴い弁体１２が閉弁作動を開始するタイミングのことである。

　具体的には、タイミング推定部６４は、バラツキ波形Ｗｂの上昇点Ｐｂ２での基準タイミングＴｘから予め設定した所定時間だけ減算したタイミングを、閉弁開始タイミングＴｃｌａとして算出する。或いは、上昇点Ｐｂ２での基準タイミングＴｘに予め設定した係数を乗算したタイミングを、閉弁開始タイミングＴｃｌａとして算出する。

　また、タイミング推定部６４は、図５（ｂ）に示す低リフト時のバラツキ波形Ｗｂ１０、Ｗｂ２０、Ｗｂ３０の場合には、上述の如く上昇開始点Ｐｂの基準タイミングＴｘに基づき閉弁開始タイミングＴｃｌａを推定する。一方、高リフト時のバラツキ波形Ｗｂ４０の場合には、低下停止点Ｐｂｙの基準タイミングＴｘに基づき閉弁開始タイミングＴｃｌａを推定する。例えば、これらの基準タイミングＴｘから予め設定した所定時間だけ減算、或いは、予め設定した係数を乗算したタイミングを、閉弁開始タイミングＴｃｌａとして算出する。

　（第６実施形態）
　上記第１実施形態に係るタイミング推定部６４は、電流波形Ｗｃから生成されるバラツキ波形Ｗｄに基づき開弁完了タイミングＴｏｐを推定している。これに対し、本実施形態に係るタイミング推定部６４は、上記バラツキ波形Ｗｄに基づき開弁開始タイミングＴｏｐａ（図６参照）を推定する。開弁開始タイミングＴｏｐａとは、電磁コイル１３への通電オン開始に伴い弁体１２が開弁作動を開始するタイミングのことである。

　具体的には、タイミング推定部６４は、第４実施形態と同様にして、バラツキ波形Ｗｄの上昇点での基準タイミングＴｘから予め設定した所定時間だけ減算したタイミングを、開弁開始タイミングＴｏｐａとして算出する。或いは、バラツキ波形Ｗｄの上昇点での基準タイミングＴｘに予め設定した係数を乗算したタイミングを、開弁開始タイミングＴｏｐａとして算出する。

　また、タイミング推定部６４は、低リフト時のバラツキ波形Ｗｄの場合には、上述の如く上昇開始点の基準タイミングＴｘに基づき開弁開始タイミングＴｏｐａを推定する。一方、高リフト時のバラツキ波形Ｗｄの場合には、バラツキ波形Ｗｄの低下停止点の基準タイミングＴｘに基づき開弁開始タイミングＴｏｐａを推定する。例えば、これらの基準タイミングＴｘから予め設定した所定時間だけ減算、或いは、予め設定した係数を乗算したタイミングを、開弁開始タイミングＴｏｐａとして算出する。

　（第７実施形態）
　上記第１実施形態では、図７のステップＳ７０において、バラツキ波形Ｗｂ、Ｗｄにおける分散値が閾値ＴＨ１、ＴＨ２未満から閾値ＴＨ１、ＴＨ２以上に上昇する上昇点Ｐｂ２、Ｐｄ２を算出する（図３および図６参照）。そして、算出した上昇点Ｐｂ２、Ｐｄ２に基づき、閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。これに対し、本実施形態では、バラツキ波形Ｗｂ、Ｗｄの傾きを演算し、その傾きの値が上昇して所定の閾値に達した点での基準タイミングＴｘに基づき、閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。

　本実施形態を説明する図１２（ａ）、１２（ｂ）、１２（ｃ）は、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）と同一であり、図１２（ｄ）は、図１２（ｃ）に示すバラツキ波形Ｗｂを微分した微分波形ΔＷｂを示す。なお、図１２（ｄ）に示す微分波形ΔＷｂではマイナスの値が削除されている。

　そして、本実施形態に係るタイミング推定部６４は、取得したバラツキ波形Ｗｂを微分して微分波形ΔＷｂを演算する。微分波形ΔＷｂのうち、通電終了時Ｔｏｆｆ以降において、基準タイミングＴｘを遅くしていくと偏差の微分値が上昇していき所定の閾値ＴＨ３に達する点を傾き増大点Ｐｃとして算出する。そして、算出した傾き増大点Ｐｃに基づき、閉弁完了タイミングＴｃｌを推定する。

　傾き増大点Ｐｃは、上昇開始点Ｐｂの僅かに遅れたタイミングで出現し、上昇開始点Ｐｂとの相関がある。つまり、傾き増大点Ｐｃでの基準タイミングＴｘは閉弁完了タイミングＴｃｌと相関がある。この点を鑑み、タイミング推定部６４は、微分波形ΔＷｂから傾き増大点Ｐｃを検出し、傾き増大点Ｐｃでの基準タイミングＴｘに基づき、閉弁完了タイミングＴｃｌを推定する。例えば、傾き増大点Ｐｃでの基準タイミングＴｘから予め設定した所定時間だけ減算したタイミングを、閉弁完了タイミングＴｃｌとして算出する。或いは、傾き増大点Ｐｃでの基準タイミングＴｘに予め設定した係数を乗算したタイミングを、閉弁完了タイミングＴｃｌとして算出する。

　なお、傾き増大点Ｐｃの算出に用いる微分波形ΔＷｂには、バラツキ波形Ｗｂを微分した波形をそのまま用いてもよいし、バラツキ波形Ｗｂを微分した波形になまし処理を施した波形を用いてもよい。

　上記説明では、電圧波形Ｗａから算出したバラツキ波形Ｗｂの微分波形ΔＷｂを演算し、その微分波形ΔＷｂを用いて閉弁完了タイミングＴｃｌを推定しているが、開弁完了タイミングＴｏｐの推定についても同様に推定する。すなわち、図６に示す電流波形Ｗｃから算出したバラツキ波形Ｗｄの値を微分して微分波形を演算し、その微分波形のうち所定の閾値にまで上昇した傾き増大点を算出し、算出された傾き増大点での基準タイミングに基づき開弁完了タイミングＴｏｐを推定する。

　要するに本実施形態では、バラツキ波形Ｗｂ、Ｗｄの上昇開始点Ｐｂ、Ｐｄでの基準タイミングＴｘに基づき閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐを推定するにあたり、バラツキ波形Ｗｂ、Ｗｄの傾き（微分波形）から推定する。

　（他の実施形態）
　以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　上記第１実施形態に係るバラツキ演算部６３は、複数のサンプル値Ｄ０～Ｄ７のバラツキ度合として分散を用いているが、バラツキ度合は分散に限るものではない。例えば、平均値と各々のサンプル値Ｄ０～Ｄ７との偏差を演算し、各々の偏差の絶対値を加算し、その加算した値を所定値で除算し、その除算した値を二乗した値を、バラツキ度合として算出してもよい。

　図７に示す例では、電圧検出モード時に閉弁タイミングを推定しているが、電圧検出モード時に開弁タイミングを推定してもよい。具体的には、電圧波形Ｗａから生成されるバラツキ波形Ｗｂに基づき開弁タイミングを推定してもよい。また、図７に示す例では、電流検出モード時に開弁タイミングを推定しているが、電流検出モード時に閉弁タイミングを推定してもよい。具体的には、電流波形Ｗｃから生成されるバラツキ波形Ｗｄに基づき閉弁タイミングを推定してもよい。

　上記第７実施形態では、バラツキ波形Ｗｂ、Ｗｄの傾き（微分波形）から閉弁完了タイミングＴｃｌおよび開弁完了タイミングＴｏｐを推定している。これに対し、閉弁開始タイミングＴｃｌａおよび開弁開始タイミングＴｏｐａについても同様にして、バラツキ波形Ｗｂ、Ｗｄの傾き（微分波形）から推定してもよい。

　図７のステップＳ１０では、検出モードの切り替えを、電圧検出モードを実行する頻度が電流検出モードを実行する頻度よりも多くなるように切り替えている。これに対し、同じ頻度となるように切り替えてもよい。例えば、燃料噴射弁１０による燃料噴射が１回為される毎に検出モードを切り替えてもよいし、所定回数噴射が為される毎に切り替えてもよい。また、内燃機関Ｅの運転状態に応じて検出モードを切り替えてもよいし、通電時間Ｔｉの長さに応じて切り替えてもよいし、燃料噴射弁１０へ供給される燃料の圧力に応じて切り替えてもよい。

　上記第１実施形態では、ブースト電圧による電流上昇期間によりコイル電流を第１目標値Ｉ１にまで上昇させた後、バッテリ電圧による電流保持期間によりコイル電流を第２目標値Ｉ２に保持させている。これに対し、電流保持期間では第２ブースト電圧を印加して第２目標値Ｉ２に保持させてもよい。この場合、電流上昇期間でのブースト電圧を第１ブースト電圧とし、第２ブースト電圧を第１ブースト電圧よりも小さい値に設定してもよいし、第２ブースト電圧を第１ブースト電圧と同じ値に設定してもよい。

　上記第１実施形態では、電流保持期間において、電圧印加をオフさせることなく継続してオン状態に制御しつつ、コイル電流を第２目標値Ｉ２に保持させることを実現させている。これに対し、電流保持期間において、電圧印加をデューティ制御することでコイル電流を第２目標値Ｉ２に保持させてもよい。但し、電流値をサンプリング値として開弁完了タイミングまたは開弁開始タイミングを推定する場合には、上記デューティ制御を廃止して、電流保持期間では電圧印加を継続してオンさせることが望ましい。図２に示す燃料噴射弁１０は、弁体１２と可動コア１５とが別体の構成であったが、弁体１２と可動コア１５とが一体に構成であってもよい。一体であると、可動コア１５が吸引されると、弁体１２も可動コア１５と一緒に開弁方向に変位して開弁する。また、図２に示す燃料噴射弁１０は、可動コア１５の移動開始と同時に弁体１２も移動を開始するように構成されているがこのような構成に限るものではない。たとえば可動コア１５の移動を開始しても弁体１２は開弁を開始せず、可動コア１５が所定量移動した時点で可動コア１５が弁体１２に係合して開弁を開始する構成であってもよい。

　図１に示す電圧検出部２３は、電磁コイル１３のマイナス端子電圧を検出してもよいし、プラス端子電圧を検出してもよいし、プラス端子とマイナス端子との端子間電圧を検出してもよい。

　ＥＣＵ２０が提供する手段および／または機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

 

Claims (5)

1. 　燃料を噴射する噴孔（１７ａ）を形成するボデー（１１）と、前記ボデーの着座面（１７ｂ）に離着座することで前記噴孔を開閉させる弁体（１２）と、前記弁体の開弁力としての電磁吸引力を生じさせる電磁コイル（１３）と、を有する燃料噴射弁（１０）に適用された弁体作動推定装置であって、
   　前記電磁コイルへの通電オフ開始に伴い前記弁体が閉弁作動を開始する閉弁開始タイミング（Ｔｃｌａ）、前記閉弁作動が完了する閉弁完了タイミング（Ｔｃｌ）、前記電磁コイルへの通電オン開始に伴い前記弁体が開弁作動を開始する開弁開始タイミング（Ｔｏｐａ）、及び前記開弁作動が完了する開弁完了タイミング（Ｔｏｐ）の少なくとも１つを推定する弁体作動推定装置において、
   　所定の基準タイミング（Ｔｘ）を基準に設定されるサンプリング期間（Ｌｓ）に、前記電磁コイルの電圧値および電流値の少なくとも一方を、所定時間（Ｌ）間隔でサンプル値（Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７）として取得するサンプリング部（６１）と、
   　前記サンプリング期間に取得された複数の前記サンプル値のバラツキ度合を演算するバラツキ演算部（６３）と、
   　前記基準タイミングを異ならせることに伴う前記バラツキ度合の変化を表わすバラツキ波形（Ｗｂ、Ｗｄ）のうち、前記基準タイミングを遅くしていくと前記バラツキ度合が低下していきその後上昇に転ずる点を上昇開始点（Ｐｂ、Ｐｂｘ、Ｐｄ）とし、前記上昇開始点での前記基準タイミングに基づき、前記閉弁開始タイミング、前記閉弁完了タイミング、前記開弁開始タイミング、及び前記開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定するタイミング推定部（６４）と、
   を備える弁体作動推定装置。
2. 　燃料を噴射する噴孔（１７ａ）を形成するボデー（１１）と、前記ボデーの着座面（１７ｂ）に離着座することで前記噴孔を開閉させる弁体（１２）と、前記弁体の開弁力としての電磁吸引力を生じさせる電磁コイル（１３）と、を有する燃料噴射弁（１０）に適用された弁体作動推定装置であって、
   　前記電磁コイルへの通電オフ開始に伴い前記弁体が閉弁作動を開始する閉弁開始タイミング（Ｔｃｌａ）、前記閉弁作動が完了する閉弁完了タイミング（Ｔｃｌ）、前記電磁コイルへの通電オン開始に伴い前記弁体が開弁作動を開始する開弁開始タイミング（Ｔｏｐａ）、及び前記開弁作動が完了する開弁完了タイミング（Ｔｏｐ）の少なくとも１つを推定する弁体作動推定装置において、
   　所定の基準タイミング（Ｔｘ）を基準に設定されるサンプリング期間（Ｌｓ）に、前記電磁コイルの電圧値および電流値の少なくとも一方を、所定時間（Ｌ）間隔でサンプル値（Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７）として取得するサンプリング部（６１）と、
   　前記サンプリング期間に取得された複数の前記サンプル値のバラツキ度合を演算するバラツキ演算部（６３）と、
   　前記基準タイミングを異ならせることに伴う前記バラツキ度合の変化を表わすバラツキ波形（Ｗｂ、Ｗｄ）のうち、前記基準タイミングを遅くしていくと前記バラツキ度合が低下していきその低下が停止する点を低下停止点（Ｐｂｙ）とし、前記低下停止点での前記基準タイミングに基づき、前記閉弁開始タイミング、前記閉弁完了タイミング、前記開弁開始タイミング、及び前記開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定するタイミング推定部（６４）と、
   を備える弁体作動推定装置。
3. 　前記サンプリング部は、前記電圧値を前記サンプル値として取得し、
   　前記タイミング推定部は、前記閉弁開始タイミング及び前記閉弁完了タイミングの少なくとも１つを推定する請求項１または２に記載の弁体作動推定装置。
4. 　前記サンプリング部は、前記電流値を前記サンプル値として取得し、
   　前記タイミング推定部は、前記開弁開始タイミング及び前記開弁完了タイミングの少なくとも１つを推定する請求項１～３のいずれか１つに記載の弁体作動推定装置。
5. 　前記バラツキ演算部は、前記サンプリング期間に取得された複数の前記サンプル値の平均値と各々の前記サンプル値との偏差に基づき、前記バラツキ度合を演算する請求項１～４のいずれか１つに記載の弁体作動推定装置。
   
    

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