JP2016061166A - 燃料噴射状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射終了点を正確に検出するための適合工程を不要とすることが可能な燃料噴射状態検出装置を提供する。
【解決手段】コモンレール４２と、燃料を噴射孔１１ｂから噴射する燃料噴射弁１０と、燃料通路４２ｂ，１１ａと、燃料通路４２ｂ，１１ａ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に適用される燃料噴射状態検出装置３０であって、燃料噴射時に燃圧センサ２０により検出される燃料圧力に基づいて、噴射時波形を取得する噴射時波形取得手段と、噴射時波形のうち、噴射終了直後に相当する部分である噴射後脈動波形から、噴射後脈動波形の周期に同期した周期的な特徴点の時間情報を取得するタイミング取得手段と、取得された特徴点の時間情報を用い、噴射時波形において特徴点から噴射後脈動波形又はそれに対応する噴射後脈動モデルの周期の所定倍遡った時点に基づいて、噴射終了点を算出する噴射終了点算出手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料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、燃料噴射状態を検出する燃料噴射状態検出装置に関する。

燃料噴射時の燃料圧力の変化を表す燃圧波形は、噴射に起因する燃料圧力の変化を表す波形に、コモンレールの吐出口から燃料配管を通じて燃料噴射弁へ流れこむ燃料の流れによって発生する開弁脈動波形が重畳されたものとなる。そのため、燃料噴射状態を高精度に検出するためには、燃圧波形から開弁脈動波形を差し引いて、噴射に起因する燃料圧力の変化を表す波形を算出する必要がある。

特許文献１では、開弁脈動波形を予めモデル化し、燃圧波形から開弁脈動モデルを差し引いて、噴射に起因する燃料圧力の変化を表す波形を算出している。噴射に起因する燃料圧力の変化を表す波形は、燃料噴射状態と相関があるため、この波形から燃料噴射状態を検出することができる。

特開２０１２−７７６５３号公報

ハードウェアのばらつきに応じて、実際の開弁脈動波形と開弁脈動モデルとには差が生じる。そして、実際の開弁脈動波形と開弁脈動モデルとの差に起因して、検出される噴射終了点にはずれが生じる。本来、実際の噴射終了点は、開弁脈動波形の影響を受けないとみなせるものである。それゆえ、開弁脈動波形のばらつきに適合した補正量を算出して、噴射終了点を補正する必要があり、適合に多くの工数を要する。

本発明は、上記実情に鑑み、噴射終了点を正確に検出するための適合工程を不要とすることが可能な燃料噴射状態検出装置を提供することを主たる目的とする。

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検出装置であって、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表す噴射時波形を取得する噴射時波形取得手段と、前記噴射時波形取得手段により取得された前記噴射時波形のうち、前記燃料噴射弁による噴射終了直後に相当する部分である噴射後脈動波形から、前記噴射後脈動波形の周期に同期した周期的な特徴点の時間情報を取得するタイミング取得手段と、前記タイミング取得手段により取得された前記時間情報を用い、前記噴射時波形において前記特徴点から、前記噴射後脈動波形又は前記噴射後脈動波形に対応する噴射後脈動モデルの周期の所定倍遡った時点に基づいて、噴射終了点を算出する噴射終了点算出手段と、を備える。

本発明によれば、蓄圧容器に燃料が蓄圧保持され、燃料通路を通じて蓄圧容器から燃料噴射弁の噴孔まで燃料が流通させられ、燃料通路内の燃料圧力が燃圧センサにより検出される。そして、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、噴射時の燃料圧力の変化を表す噴射時波形が取得される。

噴射時波形のうち、燃料噴射弁による噴射終了直後に相当する部分である噴射後脈動波形は、燃料噴射弁の閉弁に伴う脈動波形である。蓄圧容器と燃料通路とを繋ぐオリフィスのばらつきに起因して、噴射後脈動波形の振幅等にはばらつきが生じる。しかしながら、本発明者は、噴射後脈動波形において、噴射後脈動波形に同期した周期的な特徴点が表れるタイミングは、オリフィスのばらつきによる影響を受けないとみなせることに着目した。

そこで、噴射後脈動波形から、噴射後脈動波形の周期に同期した周期的な特徴点の時間情報が取得され、特徴点の時間情報に基づいて、特徴点から噴射後脈動波形又はそれに対応する噴射後脈動モデルの周期の所定倍遡った時点が算出される。特徴点から上記周期の所定倍遡った時点はオリフィスのばらつきの影響を受けない時点とみなせ、この時点は噴射終了点と相関がある。よって、特徴点から上記周期の所定倍遡った時点に基づいて、オリフィスのばらつきの影響を受けない噴射終了点を算出できる。したがって、噴射終了点を正確に検出するための適合工程を不要とすることができる。

燃料噴射システムの構成を示す模式図。 （ａ）噴射指令信号、（ｂ）燃料噴射率、（ｃ）燃料圧力、及び（ｄ）噴射率モデルを示すタイムチャート。 噴射脈動及び開弁脈動の発生メカニズムを説明する模式図。 噴射時波形、噴射後脈動波形及び特徴点を示す図。 噴射終了点を算出する処理手順を示すフローチャート。

以下、燃料噴射状態検出装置を、４気筒のディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムに適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、燃料噴射システムの概略を示す模式図である。まず、エンジン（内燃機関）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、燃料ポンプ４１によりコモンレール４２（蓄圧容器）に圧送されて蓄圧保持される。コモンレール４２には、各燃料配管４２ｂを介して、各気筒の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）が接続されている。コモンレール４２の吐出口４２ａと各燃料配管４２ｂとの接続部には、圧力脈動を減衰させるオリフィス４２ｃが設けられている。コモンレール４２内の燃料は、各吐出口４２ａから各燃料配管４２ｂを通じて、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、所定の順序で燃料の噴射を行う。燃料ポンプ４１は、例えばプランジャポンプであり、エンジン出力を駆動源としてクランク軸により駆動され、燃料をコモンレール４２へ圧送する。

燃料噴射弁１０は、以下に説明するボデー１１、ニードル形状のニードル弁１２及び電動アクチュエータ１３等を備えている。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を形成している。ニードル弁１２は、ボデー１１内に収容されて噴射孔１１ｂを開閉する。なお、上記燃料配管４２ｂ及び高圧通路１１ａによって、コモンレール４２から噴射孔１１ｂまで燃料を流通させる燃料通路が構成されている。

ボデー１１内にはニードル弁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。電動アクチュエータ１３は、高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄと背圧室１１ｃとの連通状態を切り換えるように、制御弁１４を作動させる。

電動アクチュエータ１３の通電をオンにすると、制御弁１４が噴口１１ｂ側へ押し下げられ、背圧室１１ｃが低圧通路１１ｄと連通する。その結果、ニードル弁１２にかかる背圧は低下して、ニードル弁１２はリフトアップして噴射孔１１ｂと繋がるように形成されたシート面から離座し、噴射孔１１ｂから燃焼室へ燃料が噴射される。一方、電動アクチュエータ１３の通電をオフにすると、制御弁１４が電動アクチュエータ１３側へ押し上げられ、背圧室１１ｃが高圧通路１１ａと連通する。その結果、ニードル弁１２にかかる背圧は上昇して、ニードル弁１２はリフトダウンしてシート面に着座し、噴射孔１１ｂが閉じられて燃料噴射が停止される。電動アクチュエータ１３の通電は、ＥＣＵ３０により制御される。

燃圧センサ２０は、以下に説明するステム２１及び圧力センサ素子２２等を備えている。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ＥＣＵ３０へ出力する。燃圧センサ２０は、全ての燃料噴射弁１０に搭載されている。

ＥＣＵ３０（燃料噴射状態検出装置）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＩ／Ｏ等を備える周知のマイクロコンピュータである。ＣＰＵがＲＯＭに記憶されている各種プログラムを実行することにより、後述する噴射時波形取得手段、タイミング取得手段、噴射終了点算出手段、開弁脈動モデル算出手段、噴射後脈動モデル算出手段、及び噴射状態算出手段の機能を実現する。

ＥＣＵ３０は、車両のアクセルペダルの操作量やエンジン負荷、エンジン回転速度等に基づき目標噴射状態（噴射段数、噴射開始点、噴射終了点、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、記憶装置に記憶させておく。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。

そして、算出した目標噴射状態に基づいて、図２（ａ）に示すような噴射指令信号を設定する。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、記憶装置に記憶させておき、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、噴射孔１１ｂの摩耗等、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、後述するように燃圧センサ２０により検出された燃料圧力の変化を表す噴射時波形に基づき、燃料の噴射率モデルを演算して燃料噴射状態を検出する。検出した燃料噴射状態と噴射指令信号（パルスオン時点ｔ１、パルスオフ時点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に、燃料噴射状態を高精度に制御できる。

次に、図２を参照して、噴射時波形に基づき燃料噴射状態を検出する手法について説明する。図２（ａ）は、燃料噴射弁１０の電動アクチュエータ１３へＥＣＵ３０から送信される噴射指令信号を示す。噴射指令信号のパルスオン時点ｔ１において、噴射開始が指令され、燃料噴射弁１０の電動アクチュエータ１３が通電作動して噴射孔１１ｂが開く。そして、噴射指令信号のパルスオフ時点ｔ２において、噴射終了が指令され、燃料噴射弁１０の電動アクチュエータ１３が通電作動を停止して噴射孔１１ｂが閉じる。よって、指令信号のパルスオン期間Ｔｑ、すなわち電動アクチュエータの通電期間により噴射孔１１ｂの開弁期間を制御することで、噴射量Ｑが制御される。

図２（ｂ）は、単位時間当たりの噴射量である燃料噴射率の実測値の変化を表す噴射率波形を示す。噴射率の実測値は、燃料噴射弁１０から圧力容器内へ燃料を噴射させて、圧力容器内の圧力を検出した検出値に対応する。図２（ｃ）は、燃料噴射時に燃料噴射弁１０の燃圧センサ２０により検出された噴射時波形を、実線、破線及び一点鎖線で示し、後述する開弁脈動モデルを二点鎖線で示す。図２（ｄ）は、図２（ｃ）の噴射時波形に基づいて演算した噴射率モデルを示す。図２（ｄ）の実線、破線及び一点鎖線は、図２（ｃ）の実線、破線及び一点鎖線に対応する。噴射率モデルは、噴射率波形をモデル化したものとなる。

噴射時波形取得手段は、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に基づいて、燃料圧力の変化を表す噴射時波形を取得する。噴射時波形取得手段により取得された噴射時波形と噴射率波形とは相関が高い。詳しくは、噴射孔１１ｂが開弁して噴射率が上昇を開始した時点から第１所定時間経過した時点で、燃料圧力は下降を開始する。その後、噴射率が最大噴射率に到達したことに伴い、燃料圧力の下降はＰ１時点で停止する。次に、ニードル弁１２の下降開始に伴い噴射率が下降を開始した時点から、第２所定時間経過したＰ３時点で、燃料圧力は上昇を開始する。その後、噴射孔１１ｂが閉じて噴射率がゼロになり実際の噴射が終了したことに伴い、燃料圧力の上昇はＴｐｋ時点で停止する。

そのため、噴射時波形において圧力降下を開始する噴射開始相関点Ｔｓと、実際の噴射開始点とには相関がある。また、噴射時波形において噴射開始相関点Ｔｓの直前の圧力を基準圧Ｐbaseとし、基準圧Ｐbaseよりも所定圧だけ低下させた圧力を検出基準圧Ｐｄとする。基準圧Ｐbaseは、例えば、噴射指令信号のパルスオン時点ｔ１から所定時間経過するまでの圧力平均値とすればよい。所定圧は、例えば、噴射指令信号のパルスオン期間Ｔｑが長いほど大きい値に設定される。検出基準圧Ｐｄ及び噴射時波形の交点である噴射終了相関点Ｔｅと、実際の噴射終了点とには相関がある。また、噴射時波形における燃圧下降の傾きと噴射率が上昇する部分の噴射率上昇傾きとには相関があり、噴射時波形においてＰ３時点からの燃圧上昇の傾きと噴射率が下降する部分の噴射率下降傾きとには相関がある。さらに、噴射開始相関点Ｔｓにおける燃料圧力からＰ１時点における燃料圧力までの圧力降下量と最大噴射率とには相関がある。

よって、これらの相関関係に基づいて、噴射時波形から噴射率モデルを演算できる。噴射率モデルの内部の面積は噴射量Ｑに相当する。噴射開始点Ｒｓ、噴射率上昇傾きＲα、噴射率下降傾きＲβ、噴射終了点Ｒｅ、最大噴射率Ｒｈ及び噴射量Ｑは、噴射率モデルを特定するパラメータであり燃料噴射状態を表す。

ただし、噴射量Ｑが所定量以上の場合、燃圧センサ２０により検出された噴射時波形は、噴射状態をそのまま反映しているわけではなく、以下に説明する開弁脈動波形が噴射に起因する波形に重畳したものとなっている。そのため、この開弁脈動波形の成分を噴射時波形から差し引いた補正波形に基づいて、燃料噴射状態を検出することが要求される。

図３は、コモンレール４２の吐出口４２ａから、オリフィス４２ｃ、燃料配管４２ｂ及び燃料噴射弁１０の高圧通路１１ａを通じて噴射孔１１ｂに至るまでの燃料通路を模式化した図である。以下、「噴射脈動」及び「開弁脈動」の発生メカニズム等について図３を用いて説明する。

まず、噴射孔１１ｂからの燃料噴射が開始されると、図３（ａ）に示すように、高圧通路１１ａのうち噴射孔１１ｂの近傍部分では、燃圧低下の脈動（噴射脈動Ｍａ）が発生する。その後、図３（ｂ）に示すように、発生した噴射脈動Ｍａは、高圧通路１１ａ内をコモンレール４２へ向けて伝播していく。そして、図３（ｃ）に示すように、燃圧センサ２０の搭載部分に噴射脈動Ｍａが到達した時点で、噴射時波形は下降を開始する。

その後、図３（ｄ）に示すように、コモンレール４２の吐出口４２ａに噴射脈動Ｍａが到達した時点で、コモンレール４２内の高圧燃料が吐出口４２ａから燃料配管４２ｂへ供給され始める。このように燃料供給が開始されると、図３（ｅ）に示すように、燃料配管４２ｂ内のうち吐出口４２ａの近傍部分では、燃圧上昇の脈動（開弁脈動Ｍｂ）が発生する。その後、図３（ｆ）に示すように、発生した開弁脈動Ｍｂは、高圧通路１１ａ内を噴射孔１１ｂへ向けて伝播していく。そして、図３（ｇ）に示すように、燃圧センサ２０の搭載部分に開弁脈動Ｍｂが到達した時点（図２（ｃ）のＰ１時点）で、噴射時波形は上昇を開始する。

その後、高圧通路１１ａ内のうち燃圧センサ２０近傍部分において、コモンレール４２から供給される燃料の流量と、噴射孔１１ｂから噴射される燃料の流量とが釣り合った時点（図２（ｃ）のＰ２時点）で、噴射時波形の上昇は停止して一定の値（平衡圧）に維持される。

要するに、噴射時波形には噴射脈動Ｍａによる波形成分に、開弁脈動Ｍｂによる波形成分（図２（ｃ）中の点Ｐ１〜Ｐ２の部分）が重畳していると言える。なお、噴射時波形のうちＰ１時点までの部分は、開弁脈動Ｍｂが未だ燃圧センサ２０に伝播していないため、噴射脈動Ｍａのみを表した波形であって開弁脈動Ｍｂが重畳していないと言える。噴射量Ｑが所定量よりも少ない場合、開弁脈動Ｍｂが燃圧センサ２０に伝播する前に噴射が終了するため、噴射時波形に開弁脈動波形は重畳しない。

そこで、本実施形態では、噴射量Ｑが所定量以上の場合は、図２（ｃ）に二点鎖線で示すように、開弁脈動モデル算出手段により、燃料噴射弁１０の開弁作動に伴い発生する開弁脈動波形に対応する開弁脈動モデルを算出する。噴射状態算出手段は、噴射時波形取得手段により取得された噴射時波形から開弁脈動モデルを差し引いた補正波形に基づいて、燃料噴射状態を算出する。

ただし、燃料噴射システムに応じてオリフィス４２ｃにはばらつきが生じる。開弁脈動波形はオリフィス４２ｃの形状に依存するため、燃料噴射システムによって開弁脈動波形の平衡圧等にもばらつきが生じる。図２（ｃ）に、実線、破線、一点鎖線で示す噴射時波形は、それぞれ異なる燃料噴射システムＡ、Ｂ、Ｃにおいて、同じ供給圧及び目標噴射量で燃料を噴射した場合における噴射時波形である。図２（ｃ）に示すように、燃料噴射システムによって、異なる開弁脈動波形が重畳されており、噴射時波形における噴射終了相関点Ｔｅは、燃料噴射システムごとに異なる点となりばらついている。また、図２（ｄ）に示すように、噴射時波形から標準的な開弁脈動モデルを差し引いた補正波形に基づいて算出した噴射率モデルパラメータの噴射終了点Ｒｅは、燃料噴射システムごとに異なる点となりばらついている。

異なる燃料噴射システムＡ、Ｂ、Ｃにおいて、それぞれ同じ供給圧及び目標噴射量で燃料を噴射した場合、実測した噴射率波形は、図２（ｂ）に示すように同じ波形とみなせるものとなり、噴射終了点Ｒｅは同じとみなせる。すなわち、本来、噴射終了点Ｒｅ及びその相関点である噴射終了相関点Ｔｅは、開弁脈動波形の影響を受けないとみなせるものである。しかしながら、燃料噴射システムによってばらつく開弁脈動波形を標準的な開弁脈動モデルで近似すると、噴射時波形から開弁脈動モデルを差し引いた補正波形の噴射終了相関点Ｔｅは、検出誤差が含まれるものとなる。その結果、噴射終了相関点Ｔｅに基づいて算出した噴射率モデルパラメータの噴射終了点Ｒｅも、検出誤差が含まれるものとなる。

そのため、噴射終了点Ｒｅを正確に検出する方法として、開弁脈動モデルをオリフィス４２ｃのばらつきに適合したモデルとする方法や、開弁脈動波形のばらつきに適合した補正量を算出して、噴射終了点Ｒｅを補正する方法が考えられる。しかしながら、いずれの方法でも、適合に多くの工数を要する。

これに対し、本発明者は、噴射後脈動波形において、噴射後脈動波形の周期に同期した特徴点が表れるタイミングは、オリフィス４２ｃのばらつきの影響を受けないとみなせることに着目した。噴射後脈動波形は、燃料噴射弁１０の閉弁作動に伴い発生する脈動波形である。詳しくは、ニードル弁１２のリフトダウンに伴いシート径が絞られ、燃料通路内の燃料圧力が上昇する。そして、ニードル弁１２がシート面に着座して完全に閉弁すると、圧力波が発生し、圧力波が燃料通路内を往復伝播して噴射後脈動波形となる。噴射後脈動波形は、時間の経過とともに減衰する脈動波形であり、噴射時波形のうちの燃料噴射弁１０による噴射終了直後に相当する部分である。

オリフィス４２ｃのばらつきによる噴射後脈動波形の圧力差は供給圧に対して十分に小さいため、圧力差に応じた伝播速度差は伝播速度に対して十分に小さい。そして、燃料通路の経路長は、伝播速度差に対して十分に短い。そのため、特徴点が表れるタイミング、すなわち特徴点が燃圧センサ２０まで伝播するのに要する時間は、オリフィス４２ｃのばらつきに関わらず略同じとみなせる。

そこで、タイミング取得手段は、噴射後脈動波形から特徴点の時間情報を取得する。そして、噴射終了点算出手段は、タイミング取得手段により取得された時間情報を用い、噴射時波形において特徴点から、噴射後脈動モデルの周期の所定倍遡った時点に基づいて、噴射終了点を算出する。噴射終了点の算出に用いる周期を噴射後脈動モデルの周期とするのは、取得した噴射後脈動波形を周波数解析して周期を算出するよりも簡易で、安定して精度がよいからである。なお、燃料噴射システムが多段噴射を行うシステムの場合、噴射後脈動モデルは、後段の燃料噴射時に、後述する前段噴射後脈動モデルになる。

特徴点は、例えば、噴射後脈動波形の極大値（図４に示す噴射後脈動波形の丸印の点）、又は極小値（図４に示す噴射後脈動波形の四角印の点）とすると、特徴点の時間情報を高精度に取得できる。特に、特徴点を噴射後脈動波形の１番目の極大値すなわち最大値、又は１番目の極小値すなわち最小値とすると、特徴点の時間情報をより高精度に取得できる。

詳しくは、噴射終了点算出手段は、噴射後脈動モデルの周期をＴｗ、特徴点をＮ（Ｎは自然数）番目の極大値とした場合、特徴点から（Ｎ−３／４）Ｔｗ遡った時点に基づいて、噴射終了点Ｒｅを算出する。極大値の時点から（Ｎ−３／４）Ｔｗ遡った時点は、噴射後脈動波形の起点であり、噴射終了相関点Ｔｅに相当する。よって、噴射終了相関点Ｔｅと噴射終了点Ｒｅとの相関関係から、噴射終了点Ｒｅを算出できる。特徴点を最大値とした場合は、１／４Ｔｗ遡った時点を噴射終了相関点Ｔｅとする。

また、噴射終了点算出手段は、特徴点をＭ（Ｍは自然数）番目の極小値とした場合、特徴点から（Ｍ−１／４）Ｔｗ遡った時点に基づいて、噴射終了点Ｒｅを算出する。極小値の時点から（Ｍ−１／４）Ｔｗ遡った時点は、噴射後脈動波形の起点であり、噴射終了相関点Ｔｅに相当する。よって、噴射終了相関点Ｔｅと噴射終了点Ｒｅとの相関関係から、噴射終了点Ｒｅを算出できる。特徴点を最小値とした場合は、３／４Ｔｗ遡った時点を、噴射終了相関点Ｔｅとする。このように算出した噴射終了点Ｒｅは、オリフィス４２ｃのばらつきによる影響を受けない点となる。

また、燃料噴射システムが多段噴射を行うシステムの場合、後段の噴射時波形は、前段噴射に伴い発生する噴射後脈動波形が重畳したものとなる。よって、噴射後脈動モデル算出手段は、前段噴射に伴い発生する噴射後脈動波形に対応する前段噴射後脈動モデルを算出する。このとき、噴射後脈動モデル算出手段は、前段噴射後脈動モデルの起点を、前段噴射の噴射時波形において特徴点から周期Ｔｗの所定倍遡った時点、すなわち前段噴射の噴射終了相関点Ｔｅとする。噴射状態算出手段は、噴射時波形から前段噴射後脈動モデルを差し引いた補正波形に基づいて、燃料噴射状態を算出する。多段噴射を行う燃料噴射システムにおいて、噴射量Ｑが所定量以上の場合は、噴射状態算出手段は、噴射時波形から開弁脈動モデル及び前段噴射後脈動モデルを差し引いた補正波形に基づいて、燃料噴射状態を算出する。

次に、噴射終了点Ｒｅを算出する処理手順について、図５に示すフローチャートを参照しつつ説明する。本処理手順は、ＥＣＵ３０が繰り返し実行する。

まず、噴射時に燃圧センサ２０により逐次検出された圧力値を取り込む（Ｓ１０）。すなわち、噴射時波形を含む燃料圧力の時間変化を取得する。続いて、Ｓ１０で取り込んだ圧力値を微分して、圧力微分値の時間変化を算出し（Ｓ１１）、噴射開始相関点Ｔｓ（圧力微分値が負側に急増している点）を検出する。多段噴射を行っている場合は、噴射開始相関点Ｔｓが複数検出される。続いて、検出済噴射数を初期化して０に設定し（Ｓ１２）、以下の処理（Ｓ１３〜Ｓ２１）を、最も早いタイミングの噴射開始相関点Ｔｓから順次行う。続いて、噴射開始相関点Ｔｓから始まる噴射時波形について、検出対象の噴射が先頭噴射か２段目以降の噴射かを判定する（Ｓ１３）。具体的には、検出済噴射数が０か否かにより判定し、０であれば先頭噴射、０より大であれば２段目以降の噴射と判定する。最も早いタイミングで検出された噴射開始相関点Ｔｓから始まる噴射時波形の検出対象は、先頭噴射となる。

２段目以降の噴射であると判定した場合は、噴射後脈動補正を行う（Ｓ１４）。すなわち、Ｓ１０で取得した噴射時波形から前段噴射後脈動モデルを差し引いた補正波形を算出する。このとき、前段噴射後脈動モデルの起点は、前段噴射時に、本フローチャートにより算出した噴射終了相関点Ｔｅとする。

続いて、先頭噴射であると判定した後又は噴射後脈動補正を行った後、噴射量Ｑが所定量以上か否か判定する（Ｓ１５）。噴射量Ｑが所定量以上の場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、開弁脈動補正を行う（Ｓ１６）。すなわち、Ｓ１０で取得した噴射時波形から開弁脈動モデルを差し引いた補正波形を算出する。Ｓ１４で噴射後脈動補正を行っている場合は、Ｓ１４で算出した補正波形からさらに開弁脈動モデルを差し引いた波形を、補正波形として算出する。噴射量Ｑが所定量よりも少ない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、開弁脈動補正は行わずに、次の噴射率モデルパラメータの検出処理に進む。

続いて、噴射率モデルパラメータである噴射開始点Ｒｓ、噴射率上昇傾きＲα、噴射率下降傾きＲβ、噴射終了点Ｒｅ、最大噴射率Ｒｈ及び噴射量Ｑを算出する（Ｓ１７）。Ｓ１４での噴射後脈動補正及びＳ１６での開弁脈動補正の少なくとも一方を行った場合は、補正波形から噴射率モデルパラメータを算出する。一方、Ｓ１４での噴射後脈動補正及びＳ１６での開弁脈動補正のどちらも行っていない場合、すなわち、先頭噴射で噴射量Ｑが所定量よりも少ない場合は、Ｓ１０で取得した噴射時波形から噴射率モデルパラメータを算出する。

続いて、Ｓ１０で取得した噴射時波形のうちの噴射後脈動波形の最大値の時間情報、すなわち噴射後圧力のピークタイミングＴｐｋを取得する（Ｓ１８）。

続いて、Ｓ１８で取得したピークタイミングＴｐｋを用いて、噴射終了点Ｒｅを算出する（Ｓ１９）。具体的には、噴射後脈動波形において、ピークタイミングＴｐｋから、噴射後脈動波形に対応する噴射後脈動モデルの（１／４）Ｔｗ遡った時点Ｔｐｋ−（１／４）Ｔｗを、噴射終了相関点Ｔｅとして算出する。そして、噴射終了相関点Ｔｅと噴射終了点Ｒｅとの相関関係を用いて、噴射終了相関点Ｔｅから噴射終了点Ｒｅを算出する。さらに、Ｓ１７で算出した噴射終了点Ｒｅを、Ｓ１９で算出した噴射終了点Ｒｅにより置き換える。

続いて、検出済噴射数を１カウントアップする（Ｓ２０）。続いて、検出済噴射数が、予め設定されている総噴射数となったか否か判定する（Ｓ２１）。検出済噴射数が総噴射数になっていない場合は（Ｓ２１：ＮＯ）、Ｓ１３の処理に戻り、後段の噴射についてＳ１３〜Ｓ２１の処理を行う。一方、検出済噴射数が総噴射数になっている場合は（Ｓ２１：ＹＥＳ）、本処理を終了する。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

・噴射後脈動波形の周期に同期した周期的な特徴点の時間情報が取得され、取得された時間情報を用いて、特徴点から噴射後脈動モデルの周期Ｔｗの所定倍遡った時点が算出される。噴射後脈動波形において特徴点が表れるタイミングは、オリフィス４２ｃのばらつきによる影響を受けないとみなせる。そのため、特徴点から周期Ｔｗの所定倍遡った時点である噴射終了相関点Ｔｅは、オリフィス４２ｃの影響を受けない時点となる。すなわち、開弁脈動波形のばらつきによる誤差を含まない噴射終了相関点Ｔｅを検出できる。噴射終了相関点Ｔｅは噴射終了点Ｒｅと相関があるため、噴射終了相関点Ｔｅから開弁脈動波形のばらつきによる誤差を含まない噴射終了点Ｒｅを算出できる。したがって、噴射終了点Ｒｅを正確に検出するための適合工程を不要とすることができる。

・特徴点を噴射後脈動波形のＮ番目の極大値とした場合、特徴点の時間情報を精度よく取得できる。この場合、特徴点から（Ｎ−３／４）Ｔｗ遡った時点である噴射終了相関点Ｔｅに基づいて、噴射終了点Ｒｅを算出できる。

・特徴点を噴射後脈動波形のＭ番目の極小値とした場合、特徴点の時間情報を精度よく取得できる。この場合、特徴点から（Ｎ−１／４）Ｔｗ遡った時点である噴射終了相関点Ｔｅに基づいて、噴射終了点Ｒｅを算出できる。

・特徴点を噴射後脈動波形の最大値すなわち１番目の極大値とした場合、特徴点を２番目以降の極大値とした場合よりも高精度に特徴点の時間情報を取得できる。

・特徴点を噴射後脈動波形の最小値すなわち１番目の極小値とした場合、特徴点を２番目以降の極小値とした場合よりも高精度に特徴点の時間情報を取得できる。

・開弁脈動波形に対応する開弁脈動モデルが算出され、噴射時波形から開弁脈動モデルを差し引いた補正波形に基づいて、噴射終了点Ｒｅを含む燃料噴射状態が算出される。オリフィス４２ｃのばらつきに起因して実際の開弁脈動波形と開弁脈動モデルとには差が生じるため、補正波形に基づいて算出した燃料噴射状態のうちの噴射終了点Ｒｅにもばらつきが生じる。これに対して、噴射後脈動波形の特徴点の時間情報に基づいて算出した噴射終了点Ｒｅは、オリフィス４２ｃのばらつきによる影響を受けない。そこで、補正波形に基づいて算出した噴射終了点Ｒｅを、噴射後脈動波形の特徴点の時間情報に基づいて算出した噴射終了点Ｒｅに置き換えることで、燃料噴射状態を高精度に検出できる。

・前段噴射に伴い発生する噴射後脈動波形に対応する前段噴射後脈動モデルが算出され、噴射時波形から前段噴射後脈動モデルを差し引いた補正波形に基づいて、燃料噴射状態が算出される。このとき、前段噴射後脈動モデルの起点が、前段噴射における噴射後脈動波形の特徴点の時間情報に基づいて算出された噴射終了相関点Ｔｅとされる。そのため、前段噴射後脈動モデルの起点の精度を向上させることができ、ひいては、燃料噴射状態を高精度に検出できる。

（他の実施形態）
・周期Ｔｗは、噴射後脈動波形に対応する噴射後脈動モデルの周期ではなく、噴射後脈動波形を周波数解析して算出した周期としてもよい。

・噴射後脈動波形において振幅が閾値よりも小さくなったレベルをゼロレベルとした場合に（図４参照）、特徴点を、噴射後脈動波形のＬ（Ｌは０以上の整数）番目のゼロクロス点としてもよい。この場合、特徴点から（Ｌ／２）Ｔｗ遡った時点に基づいて、噴射終了点Ｒｅを算出する。なお、閾値は、噴射後脈動波形の振幅が十分に減衰したと判定できる値である。このようにした場合、ゼロクロスの時点から（Ｌ／２）Ｔｗ遡った時点は、噴射後脈動波形の起点であり噴射終了相関点Ｔｅに相当する。よって、噴射終了点Ｒｅを算出できる。

１０…燃料噴射弁、１１ａ…高圧通路、１１ｂ…噴射孔、２０…燃圧センサ、３０…ＥＣＵ、４０…コモンレール、４２ｂ…燃料配管。

Claims (8)

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に適用される燃料噴射状態検出装置（３０）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表す噴射時波形を取得する噴射時波形取得手段と、
   前記噴射時波形取得手段により取得された前記噴射時波形のうち、前記燃料噴射弁による噴射終了直後に相当する部分である噴射後脈動波形から、前記噴射後脈動波形の周期に同期した周期的な特徴点の時間情報を取得するタイミング取得手段と、
   前記タイミング取得手段により取得された前記時間情報を用い、前記噴射時波形において前記特徴点から、前記噴射後脈動波形又は前記噴射後脈動波形に対応する噴射後脈動モデルの周期の所定倍遡った時点に基づいて、噴射終了点を算出する噴射終了点算出手段と、を備えることを特徴とする燃料噴射状態検出装置。
2. 前記特徴点は、前記噴射後脈動波形のＮ（Ｎは自然数）番目の極大値であり、
   前記所定倍は、（Ｎ−３／４）倍である請求項１に記載の燃料噴射状態検出装置。
3. 前記特徴点は、前記噴射後脈動波形のＭ（Ｍは自然数）番目の極小値であり、
   前記所定倍は、（Ｍ−１／４）倍である請求項１に記載の燃料噴射状態検出装置。
4. 前記特徴点は、前記噴射後脈動波形において振幅が閾値よりも小さくなったレベルをゼロレベルとした場合に、前記噴射後脈動波形のＬ（Ｌは０以上の整数）番目のゼロクロス点であり、
   前記所定倍は、（Ｌ／２）倍である請求項１に記載の燃料噴射状態検出装置。
5. 前記特徴点は、前記噴射後脈動波形の最大値であり、
   前記所定倍は、（１／４）倍である請求項１又は２に記載の燃料噴射状態検出装置。
6. 前記特徴点は、前記噴射後脈動波形の最小値であり、
   前記所定倍は、（３／４）倍である請求項１又は３に記載の燃料噴射状態検出装置。
7. 前記燃料噴射弁の開弁に伴い発生する開弁脈動波形に対応する開弁脈動モデルを算出する開弁脈動モデル算出手段と、
   前記噴射時波形取得手段により取得された前記噴射時波形から前記開弁脈動モデル算出手段により算出された前記開弁脈動モデルを差し引いた補正波形に基づいて、噴射終了点を含む燃料噴射状態を算出する噴射状態算出手段と、を備え、
   前記噴射状態算出手段により算出された前記噴射終了点を、前記噴射終了点算出手段により算出された噴射終了点により置き換える請求項１〜６のいずれかに記載の燃料噴射状態検出装置。
8. 前記噴射状態検出装置は、多段噴射を行う前記燃料噴射システムに適用されるものであって、
   前段噴射に伴い発生する噴射後脈動波形に対応する前段噴射後脈動モデルを算出する噴射後脈動モデル算出手段と、
   前記噴射時波形取得手段により取得された前記噴射時波形から前記噴射後脈動モデル算出手段により算出された前記前段噴射後脈動モデルを差し引いた補正波形に基づいて、燃料噴射状態を算出する噴射状態算出手段と、を備え、
   前記噴射後脈動モデル算出手段は、前記前段噴射後脈動モデルの起点を、前記前段噴射の前記噴射時波形において前記特徴点から前記周期の所定倍遡った時点とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料噴射状態検出装置。

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