JP2017072113A - 燃料噴射状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃圧の脈動が継続する場合にも対応したモデル波形を作成し、実際に検出された燃圧波形から作成したモデル波形を除去することで、より正確に燃料の噴射状態を推定することを可能とした燃料噴射状態検出装置を提供する。【解決手段】燃料ポンプ（４１）から供給される燃料を蓄圧する蓄圧容器（４２）と、蓄圧容器の吐出口（４２ａ）に接続される燃料配管（４２ｂ）と、噴孔（１１ｂ）を開閉する弁体（１２）を有する燃料噴射弁（１０）と、燃圧センサ（２０）と、を備えた燃料噴射システムに適用され、供給脈動の波形を、センサ波形に基づいて、所定周期で変動するモデル波形として作成するモデル波形作成部と、作成されたモデル波形をセンサ波形から除去するように、センサ波形を補正する脈動補正部と、除去補正されたセンサ波形に基づき、噴孔からの燃料噴射状態を推定する噴射状態推定部と、を備えることを特徴とする燃料噴射状態検出装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、燃圧センサにより燃料噴射に伴い生じる燃料圧力（燃圧）の変化を燃圧波形として取得し、取得した燃圧波形に基づいて燃料噴射状態を推定する燃料噴射状態検出装置に関する。

内燃機関の出力トルク及びエミッション状態を精度良く制御するには、燃料噴射弁の噴孔から噴射される燃料の噴射開始時期や噴射終了時期等、その噴射状態を精度良く制御することが重要である。例えば、ディーゼルエンジンにおいて、気筒内への燃料噴射に伴い生じるインジェクタ内の燃圧低下の脈動（噴射脈動）とコモンレールからインジェクタへ燃料供給されるに伴い生じる燃圧上昇の脈動（供給脈動）が重畳する場合を想定する。このような場合、燃圧センサにより取得した波形から噴射状態を推定しようとすると、供給脈動の影響により推定誤差が生じるおそれがある。そこで特許文献１では、燃圧センサにより検出される燃料圧力の変化（第１波形）を取得し、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込む燃料の流れによって発生する供給脈動の波形を第１波形から除去した波形（第２波形）を算出する。そして第２波形に基づいて、燃料の噴射状態を推定している。

特開２０１４−１５２６５８号公報

上述した特許文献１に記載の技術では、噴射脈動に供給脈動が重畳することで燃圧が上昇するが、その後重畳による圧力上昇が収まりその時点から圧力が一定となることを前提として供給脈動の波形が作成されている。しかしながら、コモンレールからインジェクタまでの燃料供給経路内に備わるオリフィスの径やコモンレールから流れ込む燃料の流量によっては、供給脈動が大きくなり燃圧の変動が継続することを本願発明者は見出した。

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、燃圧の脈動が継続する場合にも対応したモデル波形を作成し、実際に検出された燃圧波形から作成したモデル波形を除去することで、より正確に燃料の噴射状態を推定することを可能とした燃料噴射状態検出装置を提供することにある。

本発明は、燃料噴射状態検出装置であって、燃料ポンプから供給される燃料を蓄圧する蓄圧容器と、前記蓄圧容器の吐出口に接続される燃料配管と、前記燃料配管を通じて前記蓄圧容器から供給される燃料を噴射させる噴孔、及び前記噴孔を開閉する弁体を有する燃料噴射弁と、前記吐出口から前記噴孔に至るまでの燃料供給経路に設けられて燃料圧力を検出し、燃料噴射に伴い生じる燃料圧力の変化を表したセンサ波形を出力する燃圧センサと、を備えた燃料噴射システムに適用され、前記吐出口から前記燃料配管を通じて前記燃料噴射弁へ流れ込む燃料の流れによって発生する供給脈動の波形を、前記センサ波形に基づいて、所定周期で変動するモデル波形として作成するモデル波形作成部と、前記モデル波形作成部により作成された前記モデル波形を前記センサ波形から除去するように、前記センサ波形を補正する脈動補正部と、前記脈動補正部により除去補正された前記センサ波形に基づき、前記噴孔からの燃料噴射状態を推定する噴射状態推定部と、を備えることを特徴とする。

上記構成の燃料噴射システムにおいて、燃料噴射に伴い生じる燃料供給経路内の燃圧低下の脈動（噴射脈動）と蓄圧容器から燃料供給経路へ燃料供給されるに伴い生じる燃圧上昇の脈動（供給脈動）とが重畳する場合を想定する。このような場合、燃圧センサにより取得した燃圧波形から噴射状態を推定しようとすると、供給脈動の影響により推定誤差が生じるおそれがある。特に、蓄圧容器から燃料噴射弁までの燃料供給経路内に備わるオリフィスの径や蓄圧容器から流れ込む燃料の流量によっては、供給脈動が大きくなり燃圧の変動が継続することがあり、この場合、従来制御では補正することができず、燃料の噴射量制御が悪化するおそれがある。

この燃圧変動を補正するために、本燃料噴射状態検出装置にはモデル波形作成部が設けられている。モデル波形作成部では、燃圧センサにより出力されるセンサ波形に基づいて、供給脈動の波形が所定周期で変動するモデル波形として作成される。このため、燃料圧力の脈動が収まらない場合においても、モデル波形を燃圧センサにより出力された実際のセンサ波形から除去することで供給脈動の影響を抑制することができ、噴射状態推定部により、燃料噴射状態を精度高く推定することが可能となる。

本実施形態に係る燃料噴射システムの概略を示す模式図である。 噴射脈動及び供給脈動の発生メカニズムを説明する模式図である。 従来の燃料噴射状態検出装置が実施する圧力波形の補正処理を示した図である。 本実施形態に係る燃料噴射状態検出装置が実施する圧力波形の補正処理を示した図である。 本実施形態に係る噴射率波形の推定手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係るモデル波形を作成する手順を示すフローチャートである。 図６の供給圧力変動波形をモデル化する手順を示すフローチャートである。 燃圧センサより出力された圧力波形からモデル波形を作成するための方法を模式的に示した図である。 別例に係る供給圧力変動波形をモデル化する手順を示すフローチャートである。 燃圧センサより出力された圧力波形からモデル波形を作成するための方法を模式的に示した図である。

以下、車載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一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ディーゼルエンジン（内燃機関）は、４つの気筒＃１〜＃４を備えており、気筒内に高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させる。

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、燃料噴射弁１０を含むエンジン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。本実施形態では、＃１→＃３→＃４→＃２の順番で繰り返し噴射することを想定している。

なお、燃料ポンプ４１にはプランジャポンプが用いられており、プランジャの往復運動に同期して燃料が圧送される。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され、＃１→＃３→＃４→＃２の順番で噴射される期間中に、決められた回数だけ燃料を圧送する。

燃料噴射弁１０は、以下に説明するボデー１１、ニードル形状の弁体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。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、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供給経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。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の駆動は、ＥＣＵ３０により制御される。

背圧室１１ｃが低圧通路１１ｄと連通するよう制御弁１４を作動させると、背圧室１１ｃ内の燃料圧力は低下して弁体１２はリフトアップ（開弁作動）し、噴射孔１１ｂが開かれる。その結果、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、噴射孔１１ｂから燃焼室へ噴射される。一方、背圧室１１ｃが高圧通路１１ａと連通するよう制御弁１４を作動させると、背圧室１１ｃ内の燃料圧力は上昇して弁体１２はリフトダウン（閉弁作動）し、噴射孔１１ｂが閉じられて燃料噴射が停止される。

燃圧センサ２０は、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（電子制御装置）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、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ＮＥ等に基づき目標噴射状態（噴射段数、噴射開始時期、噴射終了時期、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。

そして、算出した目標噴射状態に基づき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。

本実施形態において、ＥＣＵ３０は、モデル波形作成部と、脈動補正部と、噴射状態推定部とに該当する。

燃料噴射弁１０から燃料が噴射された場合に生じる「噴射脈動」及び「供給脈動」の発生メカニズム等について、図２及び図３（ａ）を用いて説明する。図２は、コモンレール４２の吐出口４２ａから、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。また、図３（ａ）は、燃料噴射弁１０より燃料が噴射された際に気筒内で変化した燃料圧力を示したグラフである。

まず、噴射孔１１ｂからの燃料噴射が開始されると、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（図２（ａ）参照）。その後、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（図２（ｂ）参照）。そして、燃圧センサ２０のダイヤフラム部２１ａに噴射脈動Ｍａが到達した図２（ｃ）の時点で、センサ波形は下降を開始する（すなわち図３（ａ）における変化点Ｐ１が現れる）。

その後、コモンレール４２の吐出口４２ａに噴射脈動Ｍａが到達した図２（ｄ）の時点で、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へ供給されることとなる。このように燃料供給が開始されると、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（供給脈動Ｍｂ）が発生する（図２（ｅ）参照）。その後、発生した供給脈動Ｍｂは、高圧通路１１ａ内を噴射孔１１ｂへ向けて伝播していく（図２（ｆ）参照）。そして、燃圧センサ２０のダイヤフラム部２１ａに供給脈動Ｍｂが到達した図２（ｇ）の時点で、センサ波形は上昇を開始する（すなわち図３（ａ）における変化点Ｐ２が現れる）。

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３（ａ）における変化点Ｐ２ａ）で、センサ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、図３（ａ）に記載のセンサ波形Ｗには噴射脈動Ｍａによる波形成分に、供給脈動Ｍｂによる波形成分（変化点Ｐ２〜Ｐ２ａの部分）が重畳していると言える。なお、センサ波形Ｗのうち変化点Ｐ２時点までの部分は、供給脈動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供給脈動Ｍｂが重畳していないと言える。

そこで従来では、図３（ｂ）に記載されるように供給脈動Ｍｂの波形成分を予め作成されたモデルに基づいて演算し、図３（ｃ）に記載されるように演算したモデル波形Ｗｍをセンサ波形Ｗから差し引いて除去する補正を実施していた。このモデル波形Ｗｍについて、供給脈動Ｍｂが重畳する期間ｔａ〜ｔｂにおける燃圧の上昇波形Ｐγを算出し、時間ｔｂ以降は、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い、センサ波形Ｗの上昇は停止するとして、一定の値としていた。このことについて、コモンレール４２の供給口４２ａ付近に設けられたオリフィスの径や、コモンレール４２から燃料配管４２ｂへ流入する燃料の流量によっては、供給脈動Ｍｂが大きくなり、燃料の噴射による燃圧低下の脈動と燃料の供給による燃圧上昇の脈動とが平衡状態にならず、図４（ａ）に記載されるように以降も所定周期で燃料圧力の変動が続くことがある。

そこで本実施形態では、燃料噴射弁１０から燃料が噴射されることで減少する燃料圧力の最小値を始点にコモンレール４２からの燃料供給により燃料圧力が上昇する燃圧上昇成分を近似した上昇近似直線を作成する。そして、燃圧センサ２０からコモンレール４２までの圧力伝播による燃圧変動成分を近似した変動近似曲線を作成し、上昇近似直線の後に変動近似曲線を合成する。これにより、供給脈動Ｍｂが大きいために所定周期で燃料圧力の変動が続く場合にも対応可能なモデル波形Ｗｍ２を作成することができる（図４（ｂ））。作成したモデル波形Ｗｍ２を図４（ｃ）に記載されるようにセンサ波形Ｗから差し引いて除去する補正を実施する。そして、その補正後のセンサ波形Ｗ’２に基づき、図４（ｄ）に記載されるように噴射率波形を作成し、作成した噴射率波形から噴射状態を推定する。

次に、ＥＣＵ３０により実行する噴射率波形を推定する手順の一例を、図５のフローチャートを用いて説明する。なお、図５に示す一連の処理は、ＥＣＵ３０が電源オンしている期間中にＥＣＵ３０によって所定周期で繰り返し実行される。

まず、図５に示すステップＳ１０において、１回の燃料噴射期間中に噴射気筒の燃圧センサ２０から所定のサンプリング周期で出力された複数の検出値（図４（ａ）に記載されるセンサ波形Ｗ）を取得する。続くステップＳ２０では、供給脈動Ｍｂのモデル波形Ｗｍ２を演算する（図４（ｂ）に記載されるモデル波形Ｗｍ２）。この演算手法については後に詳述する。続くステップＳ３０では、演算したモデル波形Ｗｍ２をセンサ波形Ｗから差し引くことで、図４（ｃ）に記載されるような供給脈動Ｍｂが燃料圧力に与える影響を除去したセンサ波形Ｗ’２を演算する（Ｗ’２＝Ｗ−Ｗｍ２）。

続くステップＳ４０では、補正後のセンサ波形Ｗ’２のうち、弁体１２の開弁作動開始に伴い圧力下降していく部分である下降波形Ｗ（Ｐ１１−Ｐ１２）（Ｐ１１〜Ｐ１２の部分の波形）の近似直線Ｌａを演算する（図４（ｃ）参照）。次のステップＳ５０では、補正後のセンサ波形Ｗ’２のうち、弁体１２の閉弁作動開始に伴い圧力上昇していく部分である上昇波形Ｗ（Ｐ１３−Ｐ１５）（Ｐ１３〜Ｐ１５の部分の波形）の近似直線Ｌｂ（モデル化した上昇波形）を演算する（図４（ｃ）参照）。これらの近似直線Ｌａ，Ｌｂは、例えば下降波形Ｗ（Ｐ１１−Ｐ１２）又は上昇波形Ｗ（Ｐ１３−Ｐ１５）を構成する複数の検出値を最小二乗法により直線近似して算出してもよいし、下降波形Ｗ（Ｐ１１−Ｐ１２）のうち微分値が最小となる点での接線を直線モデルとして算出してもよいし、上昇波形Ｗ（Ｐ１３−Ｐ１５）のうち微分値が最大となる点での接線を直線モデルとして算出してもよい。

次に、ステップＳ６０において、補正後のセンサ波形Ｗ’２のうち圧力下降を開始する直前（変化点Ｐ１１の直前）の圧力（基準圧Ｐｂａｓｅ）を算出し、この基準圧Ｐｂａｓｅに基づき、以降の処理で用いる基準直線Ｌｃ，Ｌｄ（図４（ｃ）参照）を算出する。なお、噴射指令信号の出力開始から変化点Ｐ１１が現れるまでの期間における圧力の平均値を、基準圧Ｐｂａｓｅとして算出すればよい。詳しくは、噴射指令信号の出力開始から所定時間が経過するまでの圧力平均値を基準圧Ｐｂａｓｅとして算出すればよい。基準直線Ｌｃには基準圧Ｐｂａｓｅと同じ値が採用されている。基準直線Ｌｄには、基準圧Ｐｂａｓｅよりも所定量だけ圧力低下させた値が採用されている。この所定量は、変化点Ｐ１１での圧力から変化点Ｐ１２での圧力への圧力下降量ΔＰ（Ｐ１１−Ｐ１２）が大きいほど、或いは噴射指令期間が長いほど大きい値に設定される。

続くステップＳ７０では、基準直線Ｌｃと近似直線Ｌａとの交点を算出する（図４（ｃ）参照）。この交点が示す時期は変化点Ｐ１１の出現時期と殆ど一致する。したがって、基準直線Ｌｃと近似直線Ｌａとの交点が示す時期は噴射開始時期Ｒ１との相関が高いため、この交点に基づき、噴射開始時期Ｒ１（図４（ｄ）参照）を算出する。続くステップＳ８０では、基準直線Ｌｄと近似直線Ｌｂとの交点を算出する。この交点が示す時期は噴射終了時期Ｒ２との相関が高いため、この交点に基づき噴射終了時期Ｒ２（図４（ｄ）参照）を算出する。

続くステップＳ９０では、噴射率が上昇する部分の傾きＲα（図４（ｄ）参照）と近似直線Ｌａの傾きとは相関性が高いことに着目し、近似直線Ｌａの傾きに基づき噴射率波形の上昇の傾きＲαを算出する。また、噴射率が下降する部分の傾きＲβ（図４（ｄ）参照）と近似直線Ｌｂの傾きとは相関性が高いことに着目し、近似直線Ｌｂの傾きに基づき噴射率波形の下降の傾きＲβを算出する。続くステップＳ１００では、変化点Ｐ１１での圧力から変化点Ｐ１２での圧力への圧力下降量ΔＰ（Ｐ１１−Ｐ１２）と最大噴射率Ｒｈ（図４（ｄ）参照）とは相関性が高いことに着目し、圧力下降量ΔＰ（Ｐ１１−Ｐ１２）に基づき最大噴射率Ｒｈを算出する。

以上による図５の処理によれば、噴射開始時期Ｒ１、噴射終了時期Ｒ４、噴射率上昇の傾きＲα、噴射率下降の傾きＲβ、及び最大噴射率Ｒｈが算出される。よって、図４（ｄ）に例示される噴射率波形を推定することができる。

次に、上記ステップＳ２０において、供給脈動Ｍｂのモデル波形Ｗｍ２を演算する際の制御を図６に記載のフローチャートを用いて説明する。

コモンレール４２から燃料配管４２ｂ及び高圧通路１１ａに燃料が供給される量は、燃料噴射システムを構成する部品が同じものである限り工場出荷後に大きく変動することは考えにくい。したがって、工場出荷時に供給脈動Ｍｂのモデル波形Ｗｍ２を作成しておけば、以後はモデル波形Ｗｍ２を作成する必要性は低い。また、工場出荷後に大きく変動する可能性として、コモンレール４２が例えば事故などで損傷したことを受けて交換された場合、コモンレール４２の吐出口４２ａ付近に設けられたオリフィスの径が変更されるなど、供給脈動Ｍｂの影響に差異が生じる可能性がある。このため、蓄圧容器が交換される場合等には、供給脈動Ｍｂのモデル波形Ｗｍ２を改めて作成する必要がある。したがって、ステップＳ２１では、供給脈動Ｍｂのモデル波形Ｗｍ２を作成すべき条件として設定されたモデル波形作成条件が成立したか否かを判定する。ここで、モデル波形作成条件の成立とは、後述する条件（１）〜（２）の内少なくとも一つが成立した場合を指す。
（１）工場出荷時である。
（２）コモンレール４２が新しいコモンレール４２に交換された。

モデル波形作成条件が成立しなかった場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、モデル波形Ｗｍ２を作成すべき状況ではないとして、本制御を終了する。モデル波形作成条件が成立した場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、モデル波形Ｗｍ２を作成すべき状況であるとして、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、モデル波形Ｗｍ２を作成するための学習実行条件を設定する。このとき、学習実行条件として、燃料噴射弁１０から噴射される燃料の噴射量や燃料の噴射タイミングなどが設定される。本実施形態では、燃料の噴射量が最大量となるように学習実行条件を設定する。燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴射量が最大であるとき、供給脈動Ｍｂが生じる期間が最も長くなる。したがって、燃料噴射量が最大である場合のセンサ波形Ｗからモデル波形Ｗｍ２を作成しておけば、燃料噴射量が最大ではなかった場合のモデル波形Ｗｍ２は最大燃料噴射量に対しての比に応じて、既に作成済みの燃料噴射量が最大である場合のモデル波形Ｗｍ２から一部抜粋して使用すればよい。

ステップＳ２３では、ステップＳ２２で設定した学習実行条件を基に燃料噴射弁１０に燃料噴射を実施させる。そして、ステップＳ２４で、燃圧センサ２０から図８に記載されるセンサ波形Ｗを取得する。

ステップＳ２５では、ステップＳ２４で取得したセンサ波形Ｗを基に、供給脈動Ｍｂのモデル波形Ｗｍ２を演算（供給圧力変動波形をモデル化）する。この演算手法については後に詳述する。そして、本制御を終了する。

次に、上記ステップＳ２５において、供給脈動Ｍｂのモデル波形Ｗｍ２を演算する際の制御を図７に記載のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ２５１では、図６のステップＳ２４で取得したセンサ波形Ｗから、燃料噴射弁１０により燃料が噴射されることで下降する燃圧の最小値Ｐｍｉｎを検出する。この最小値Ｐｍｉｎが検出されることで、コモンレール４２から燃料配管４２ｂへ燃料供給することで生じる供給脈動Ｍｂが伝達開始されたことが分かるため、最小値Ｐｍｉｎからモデル波形Ｗｍ２の演算を開始する。

ステップＳ２５２では、コモンレール４２から燃料配管４２ｂへの燃料供給が開始されるに伴い、圧力上昇していく部分である上昇波形Ｗ（Ｐ２１−Ｐ２２）（Ｐ２１〜Ｐ２２の部分の波形）の近似直線Ｌｅ（モデル化した上昇波形）を演算する。そして、ステップＳ２５３において、噴射孔１１ｂを閉じ始めるまでの期間のセンサ波形Ｗ（Ｐ２２−Ｐ２３）（Ｐ２２―Ｐ２３の部分の波形）を正弦波で近似させる（図８に記載の近似曲線Ｓａ）。なお、本実施形態では、近似直線Ｌｅ及び近似曲線Ｓａは、例えば上昇波形Ｗ（Ｐ２１−Ｐ２２）又はセンサ波形Ｗ（Ｐ２２−Ｐ２３）を構成する複数の検出値を最小二乗法により近似して算出するものとする。図８では、複数のセンサ波形Ｗが記載されているが、本実施形態ではその内一つのセンサ波形Ｗを用いて近似直線Ｌｅ及び近似曲線Ｓａを算出している。

そして、ステップＳ２５４では、演算した近似直線Ｌｅの後に近似曲線Ｓａを合成することでモデル波形Ｗｍ２を作成し、メモリにモデル波形Ｗｍ２を記憶することで本演算手法を終了する。

上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。

・燃圧センサ２０により出力されるセンサ波形Ｗに基づいて、供給脈動Ｍｂの波形が所定周期で変動するモデル波形Ｗｍ２として作成される。このため、燃料圧力の脈動が収まらない場合においても、モデル波形Ｗｍ２を燃圧センサ２０により出力された実際のセンサ波形Ｗから除去することで供給脈動Ｍｂの影響を抑制することができ、除去補正されたセンサ波形Ｗに基づいて燃料噴射状態を精度高く推定することが可能となる。

・燃料噴射弁１０から燃料が噴射されると、高圧通路１１ａ内の燃料圧力が減圧される。この減圧を補うために、コモンレール４２から燃料供給される。この燃料供給に伴う燃圧上昇成分を近似した近似直線Ｌｅ（図８参照）の後に、燃圧センサ２０からコモンレール４２までの圧力伝播により生じる燃圧変動成分を近似した近似曲線Ｓａを合成する。これにより、コモンレール４２から燃料供給されることにより生じる燃料圧力への影響をより正確に反映するモデル波形Ｗｍ２を作成することが可能となる。

・燃料噴射量が最大である場合のセンサ波形Ｗからモデル波形Ｗｍ２を作成しておけば、燃料噴射量が最大ではなかった場合のモデル波形Ｗｍ２は、最大燃料噴射量に対しての比に応じて、既に作成済みの燃料噴射量が最大である場合のモデル波形Ｗｍ２から一部抜粋して使用すればよい。これにより、モデル波形Ｗｍ２の作成処理を簡略化することが可能となる。

・工場出荷時又はコモンレール４２が交換される時以外では、モデル波形Ｗｍ２を作成しない。これにより、モデル波形Ｗｍ２を作成する処理頻度を少なくすることができる。

上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・モデル波形Ｗｍ２は、工場出荷時又は、コモンレール４２が交換される時にのみ作成されることとしていたが、それに限らず、例えば内燃機関が始動されるたびにモデル波形Ｗｍ２を作成し直してもよい。

・本実施形態では、学習実行条件として燃料噴射量を最大に設定し、最大噴射量で燃料噴射弁１０から燃料を噴射した際に燃圧センサ２０により出力されたセンサ波形Ｗに基づいて、モデル波形Ｗｍ２を作成していた。このことについて、燃料噴射量を必ず最大に設定する必要はない。例えば、噴射頻度の最も多い燃料噴射量に学習実行条件を設定し、その噴射量で燃料噴射弁１０から燃料を噴射した際に燃圧センサ２０により出力されたセンサ波形Ｗに基づいて、モデル波形Ｗｍ２を作成してもよい。

・上記実施形態では、図８に記載のセンサ波形Ｗ（Ｐ２２−Ｐ２３）を正弦波で近似し、近似曲線Ｓａを算出していた。この近似曲線Ｓａについて、時間の経過に伴って振幅幅が減衰する曲線としてもよい。

・図６のステップＳ２５について、近似直線Ｌｅ及び近似曲線Ｓａを演算し、近似直線Ｌｅの後に近似曲線Ｓａを合成することでモデル波形Ｗｍ２を作成していた。モデル波形Ｗｍ２の作成手法は、前述の手法に限らず、例えば図９に記載される手法でモデル波形Ｗｍ２を作成してもよい。

まずステップＳ３０１では、燃圧センサ２０より取得したセンサ波形Ｗから、燃料噴射弁１０より燃料を噴射することで下降する燃圧の最小値Ｐｍｉｎを検出する（図１０参照）。この最小値Ｐｍｉｎをモデル波形Ｗｍ３の記憶開始点として設定する。

そして、ステップＳ３０２では、噴射孔１１ｂを閉じることに伴って、コモンレール４２から高圧通路１１ａへの燃料供給が与える燃料圧力への影響が相対的に大きくなることで、燃圧が上昇する上昇波形Ｗ（Ｐ３３−３５）の近似直線Ｌｆを演算する（図１０参照）。

ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２で演算された近似直線Ｌｆと実際のセンサ波形Ｗとの偏差を、上昇波形Ｗ（Ｐ３３−３５）の時間を遡って演算する。ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３で演算された偏差が所定値を超えて大きくなったか否かを判定する。演算された偏差が所定値を超えて大きくなっていない場合には（ステップＳ３０４：ＮＯ）、センサ波形Ｗと近似直線Ｌｆとに差はなく、燃料圧力は大きく上昇している。このため、ステップＳ３０３に戻る。演算された偏差が所定値を超えて大きくなっている場合には（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、センサ波形Ｗと近似直線Ｌｆとに差が生じており、燃料噴射弁１０による燃料噴射が燃料圧力に与える影響は依然大きい。したがって、ステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５では、演算された偏差が所定値を超えて大きくなった時点（図１０における変化点Ｐ３３）をモデル波形Ｗｍ３の記憶終了点と設定する。ステップＳ３０６では、ステップＳ３０１により記憶開始点として設定されたＰｍｉｎからステップＳ３０５により記憶終了点として設定されたＰ３３までの波形をモデル波形Ｗｍ３としてメモリに記憶し、本演算手法を終了する。

このように作成されたモデル波形Ｗｍ３を用いて出力された実際のセンサ波形Ｗを補正することで、噴射脈動Ｍａに供給脈動Ｍｂが重畳した際に燃料圧力の脈動が収まらず継続する燃料噴射システムであっても、供給脈動Ｍｂの影響を抑制することができる。

本別例では、記憶開始点として設定されたＰｍｉｎから記憶終了点として設定されたＰ３３までの波形をモデル波形Ｗｍ３としてメモリに記憶していた。このことについて、記憶開始点として設定されたＰｍｉｎから記憶終了点として設定されたＰ３３までのセンサ波形Ｗを複数記憶し、記憶したセンサ波形Ｗを平均化処理することで得られた波形をモデル波形Ｗｍ３としてメモリに記憶してもよい。複数のセンサ波形Ｗを平均化することで作成されたモデル波形Ｗｍ３は、供給脈動Ｍｂのばらつきを抑制することができる。したがって、このモデル波形Ｗｍ３を使用することにより、センサ波形Ｗをより正確に補正することが可能となる。

・デリバリパイプ（蓄圧容器）にガソリン（燃料）を蓄圧状態で保持し、燃料噴射弁により気筒内にガソリンを直接噴射して点火する直噴ガソリンエンジンに、上記実施形態を適用することもできる。

１０…燃料噴射弁、１１ａ…高圧通路、１１ｂ…噴射孔、１２…弁体、２０…燃圧センサ、３０…ＥＣＵ、４１…燃料ポンプ、４２ａ…吐出口、４２ｂ…燃料配管。

Claims (7)

1. 燃料ポンプ（４１）から供給される燃料を蓄圧する蓄圧容器（４２）と、
   前記蓄圧容器の吐出口（４２ａ）に接続される燃料配管（４２ｂ）と、
   前記燃料配管を通じて前記蓄圧容器から供給される燃料を噴射させる噴孔（１１ｂ）、及び前記噴孔を開閉する弁体（１２）を有する燃料噴射弁（１０）と、
   前記吐出口から前記噴孔に至るまでの燃料供給経路（１１ａ、４２ｂ）に設けられて燃料圧力を検出し、燃料噴射に伴い生じる燃料圧力の変化を表したセンサ波形を出力する燃圧センサ（２０）と、
   を備えた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、
   前記吐出口から前記燃料配管を通じて前記燃料噴射弁へ流れ込む燃料の流れによって発生する供給脈動の波形を、前記センサ波形に基づいて、所定周期で変動するモデル波形として作成するモデル波形作成部と、
   前記モデル波形作成部により作成された前記モデル波形を前記センサ波形から除去するように、前記センサ波形を補正する脈動補正部と、
   前記脈動補正部により除去補正された前記センサ波形に基づき、前記噴孔からの燃料噴射状態を推定する噴射状態推定部と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射状態検出装置。
2. 前記モデル波形作成部は、前記噴孔から燃料が噴射されることで減少する前記燃料圧力の最小値を始点に前記蓄圧容器からの燃料供給により前記燃料圧力が上昇する燃圧上昇成分を近似した第一上昇近似直線の後に、前記燃圧センサから前記蓄圧容器までの圧力伝播による燃圧変動成分を近似した変動近似曲線を合成することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射状態検出装置。
3. 前記モデル波形作成部は、前記燃圧センサにより出力された前記センサ波形のうち、前記噴孔から燃料が噴射されることで減少する前記燃料圧力の最小値から、前記噴孔を閉じ始め前記燃料圧力が上昇を始める上昇開始点までの期間の前記センサ波形を前記モデル波形として作成することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射状態検出装置。
4. 前記モデル波形作成部は、前記噴孔から燃料を噴射することで減少する前記燃料圧力の最小値から、前記噴孔が閉じ始め前記燃料圧力が上昇を始める上昇開始点までの期間の前記センサ波形を複数記憶し、記憶した複数の前記センサ波形を平均化処理することで前記モデル波形を作成することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射状態検出装置。
5. 前記上昇開始点は、前記噴孔を閉じていくことで上昇を開始する前記燃料圧力の上昇成分を近似した第二上昇近似直線と、前記燃圧センサにより出力される前記センサ波形との偏差が所定値よりも大きくなる点であることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料噴射状態検出装置。
6. 前記センサ波形は、前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴射量が最大である場合に前記燃圧センサにより出力された最大センサ波形であり、
   前記モデル波形作成部は、最大噴射量と実際に前記噴孔から噴射された前記燃料噴射量との比率に基づいて、前記最大センサ波形から前記モデル波形を抽出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料噴射状態検出装置。
7. 前記モデル波形作成部は、工場出荷時又は前記蓄圧容器が交換される時に前記モデル波形を作成し、工場出荷時又は前記蓄圧容器が交換される時以外では、前記モデル波形を作成しないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料噴射状態検出装置。