JP2013007341A - 燃料噴射状態推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射率波形の算出精度向上を図った燃料噴射状態推定装置を提供する。
【解決手段】コモンレール（蓄圧容器）で蓄圧した燃料を噴射する燃料噴射弁と、コモンレールの吐出口から燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、を備えた燃料噴射システムに適用されることを前提とする。そして、燃圧センサの検出値に基づき、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を表した燃圧波形を検出する燃圧波形検出手段と、検出した燃圧波形に基づき、噴射率の変化を表した噴射率波形を算出する噴射率波形算出手段と、を備える。そして、前記噴射率波形算出手段は、前記噴射率波形のうち噴射開始に伴い噴射率が上昇していく部分である上昇波形部分（Ｒ１からＲｙの部分）を、その上昇速度が途中から遅くなる形状（屈曲点Ｒｘを有する形状）に算出する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、燃料の噴射率の変化を表した噴射率波形を算出する燃料噴射状態推定装置に関する。

特許文献１〜４等には、コモンレール（蓄圧容器）の吐出口から燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に燃圧センサを配置して、燃料噴射に伴い生じた圧力変化（燃圧波形）を検出する技術が開示されている。これによれば、検出した燃圧波形に基づき、時間経過に伴い変化する噴射率の値を表した噴射率波形を算出することができるので、例えば噴射率波形の面積（図２（ｂ）中の網点部分）から噴射量を推定したり、噴射率の上昇開始時点から噴射開始時期を推定したりする等、噴射率波形に基づき噴射状態を推定できるようになる。

また、上記従来技術では、噴射率波形が以下に説明する台形になることを前提としている。すなわち、噴射率上昇開始点Ｒ１、噴射率上昇終了点Ｒ２（最大噴射率に達した点）、噴射率下降開始点Ｒ３、噴射率下降終了点Ｒ４の４点を直線で結ぶ台形にモデル化して、噴射率波形を算出している。

特開２０１０−２２３１８２号公報 特開２０１０−２２３１８３号公報 特開２０１０−２２３１８４号公報 特開２０１０−２２３１８５号公報

しかし、燃料噴射弁によっては、実際の噴射率の変化（噴射率波形）が先述した台形よりも、以下に説明する５角形に近いものもある。なお、図３は、５角形に近い噴射率波形の計測結果を示すグラフ（噴射率波形）であり、図中の符号（１）〜（７）は、噴射量を各々２ｍｍ^３、２５ｍｍ^３、５０ｍｍ^３、７５ｍｍ^３、１００ｍｍ^３、１２５ｍｍ^３、１５０ｍｍ^３と変化させた場合の計測結果である。

この計測結果によれば、符号ＢＰに示す付近から噴射率上昇の速度が遅くなることが分かる。つまり、図４の模式図に示すように、噴射率上昇終了点に達するまでに、噴射率の上昇速度が途中（屈曲点Ｒｘ）から遅くなっており、計測した噴射率波形は、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の４点を直線で結ぶ台形よりも、Ｒ１，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒ３，Ｒ４の５点を直線で結ぶ５角形に近い形状であると言える。

したがって、噴射率波形を台形にモデル化する従来技術では、噴射率波形を高精度で算出できているとは言えず、そのため、その噴射率波形に基づき噴射状態を推定するにあたり、その推定精度を十分に向上できない。特に、噴射率波形の面積から噴射量を推定する際に、噴射量を高精度で推定できない。

なお、上述の如く上昇速度が途中（屈曲点Ｒｘ）から遅くなる一例を以下に述べる。一般的な燃料噴射弁は、噴孔を開閉するニードル弁と、ニードル弁を閉弁方向に付勢する圧力（背圧）を生じさせる背圧室と、背圧室の流出口を開閉する制御弁と、背圧室内の高圧燃料が流出口から低圧側へ流出する時の流量を制限するオリフィスと、を備えて構成されている。そして、燃料噴射を開始させる場合には、制御弁を開弁させて背圧を低下させることにより、ニードル弁を開弁作動させる。

ところが、制御弁を開弁させてから最大噴射率に達するまでの途中で、オリフィスの開口面積が見かけ上小さくなるように変化する、といった特性を有する燃料噴射弁がある。この場合、背圧の低下速度が途中で遅くなるため、ニードル弁の開弁速度が途中から遅くなり、その結果、噴射率の上昇速度が途中から遅くなるのである。

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、その目的は、噴射率波形の算出精度向上を図った燃料噴射状態推定装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、蓄圧容器で蓄圧した燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器の吐出口から前記燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に配置され、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、を備えた燃料噴射システムに適用されることを前提とする。

そして、前記燃圧センサの検出値に基づき、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を表した燃圧波形を検出する燃圧波形検出手段と、検出した前記燃圧波形に基づき、噴射率（単位時間当たりの燃料噴射量）の変化を表した噴射率波形を算出する噴射率波形算出手段と、を備え、前記噴射率波形算出手段は、前記噴射率波形のうち噴射開始に伴い噴射率が上昇していく部分である上昇波形部分を、その上昇速度が途中から遅くなる形状に算出することを特徴とする。

これによれば、燃圧波形に基づき噴射率波形を算出するにあたり、噴射率波形の上昇波形部分を、上昇速度が途中から遅くなる形状に算出するので、実際の噴射率波形の形状（先述した図３および図４に示す５角形の形状）に近い形状となるよう噴射率波形を算出できるようになる。よって、算出した噴射率波形に基づき、噴射量等の噴射状態を推定するにあたり、その推定精度を向上できる。

請求項２記載の発明では、前記上昇波形部分のうち噴射率の上昇が遅くなり始める点を屈曲点とし、噴射率上昇開始から前記屈曲点が現れるまでの時間を屈曲開始時間とした場合において、前記燃料噴射システムは、試験により得られた前記屈曲開始時間が予め記憶された記憶手段を有しており、前記噴射率波形算出手段は、前記記憶手段に記憶されている前記屈曲開始時間に基づき、前記上昇波形部分を算出することを特徴とする。

ここで、燃圧波形には各種ノイズが重畳しているためノイズを除去する処理が必要となるが、このようなノイズ除去を実施しなければ、燃圧波形のうち噴射開始に伴い降下していく部分である燃圧降下波形部分に、途中で降下速度が遅くなる点（燃圧屈曲点）が出現する可能性が有る。しかし、燃圧屈曲点とノイズを見分けることは極めて困難であり、一方、ノイズ除去を実施すると、ノイズとともに燃圧屈曲点も消滅する。したがって、内燃機関の運転中に燃圧屈曲点を検出して噴射率波形の屈曲点を取得することは極めて困難である。

この点を鑑みた上記発明によれば、屈曲開始時間を試験により予め取得しておき、その試験結果に基づき上昇波形部分を算出するので、上昇波形部分の算出を容易に実現できるようになる。

請求項３記載の発明では、前記燃料噴射弁への燃料の供給圧力を基準圧力とした場合において、前記記憶手段には、前記基準圧力に応じた前記屈曲開始時間が記憶されており、前記噴射率波形算出手段は、前記燃圧波形を検出した時の前記基準圧力に対応した前記屈曲開始時間を前記記憶手段から取得し、その取得した前記屈曲開始時間に基づき前記上昇波形部分を算出することを特徴とする。

ここで、燃料噴射弁への燃料の供給圧力（基準圧力）が異なれば、屈曲開始時間も異なる値になる、との知見を本発明者は得た。この知見を鑑みた上記発明では、基準圧力に応じた屈曲開始時間を試験により予め取得しておき、取得した試験結果のうち基準圧力に応じた屈曲開始時間に基づいて上昇波形部分を算出するので、上昇波形部分の算出を高精度にできる。

請求項４記載の発明では、前記上昇波形部分のうち噴射率の上昇が遅くなっている部分の傾きを、屈曲後傾きとした場合において、前記燃料噴射システムは、試験により得られた前記屈曲後傾きの値が予め記憶された記憶手段を有しており、前記噴射率波形算出手段は、前記記憶手段に記憶されている前記屈曲後傾きに基づき、前記上昇波形部分を算出することを特徴とする。

ここで、燃圧波形から燃圧屈曲点を検出することが困難であることは先述した通りであり、同様にして、燃圧波形から屈曲後傾きを検出することも極めて困難である。この点を鑑みた上記発明によれば、屈曲後傾きを試験により予め取得しておき、その試験結果に基づき上昇波形部分を算出するので、上昇波形部分の算出を容易に実現できるようになる。

請求項５記載の発明では、前記燃料噴射弁への燃料の供給圧力を基準圧力とした場合において、前記記憶手段には、前記基準圧力に応じた前記屈曲後傾きが記憶されており、前記噴射率波形算出手段は、前記燃圧波形を検出した時の前記基準圧力に対応した前記屈曲後傾きを前記記憶手段から取得し、その取得した前記屈曲後傾きに基づき前記上昇波形部分を算出することを特徴とする。

ここで、燃料噴射弁への燃料の供給圧力（基準圧力）が異なれば、屈曲後傾きも異なる値になる、との知見を本発明者は得た。この知見を鑑みた上記発明では、基準圧力に応じた屈曲後傾きを試験により予め取得しておき、取得した試験結果のうち基準圧力に応じた屈曲後傾きに基づいて上昇波形部分を算出するので、上昇波形部分の算出を高精度にできる。

請求項６記載の発明では、前記噴射率波形のうち噴射率の上昇が遅くなり始める点を屈曲点とした場合において、前記噴射率波形算出手段は、噴射率上昇開始点、前記屈曲点、噴射率上昇終了点、噴射率下降開始点、噴射率下降終了点の５点を直線で結ぶ５角形にモデル化して、前記噴射率波形を算出することを特徴とする。これによれば、各点を結ぶ線を曲線にした場合に比べて、噴射率波形の算出処理負荷を軽減できる。

本発明の第１実施形態にかかる燃料噴射状態推定装置が適用される、燃料噴射システムの概略を示す図。 噴射指令信号に対応する噴射率および燃圧の変化を示す図。 本発明者が実施した試験結果を示すグラフ。 第１実施形態にかかる噴射率波形（５角形）を示す図。 第１実施形態において、燃料噴射弁に対する噴射指令信号の設定等の概要を示すブロック図。 噴射時燃圧波形Ｗａ、非噴射時燃圧波形Ｗｕ、噴射波形Ｗｂを示す図。 第１実施形態において、６角形の噴射率波形を算出する手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態にかかる噴射率波形（６角形）を示す図。

以下、本発明にかかる燃料噴射状態推定装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する燃料噴射状態推定装置は、車両用のエンジン（内燃機関）に搭載されたものであり、当該エンジンには、複数の気筒＃１〜＃４について高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させるディーゼルエンジンを想定している。

（第１実施形態）
図１は、上記エンジンの各気筒に搭載された燃料噴射弁１０、各々の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２２、及び車両に搭載された電子制御装置であるＥＣＵ３０等を示す模式図である。

先ず、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）に圧送されて蓄圧され、各気筒の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）へ分配供給される。複数の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）は、予め設定された順番で燃料の噴射を順次行う。

なお、燃料ポンプ４１にはプランジャポンプが用いられているため、プランジャの往復動に同期して燃料は圧送される。そして、当該燃料ポンプ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するので、１燃焼サイクル中に決められた回数だけ燃料ポンプ４１から燃料を圧送することとなる。

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及びアクチュエータ１３等を備えて構成されている。ボデー１１は、内部に高圧通路１１ａを形成するとともに、燃料を噴射する噴孔１１ｂを形成する。弁体１２は、ボデー１１内に収容されて噴孔１１ｂを開閉する。

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。高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄと背圧室１１ｃとの連通状態は制御弁１４により切り替えられており、電磁コイルやピエゾ素子等のアクチュエータ１３へ通電して制御弁１４を図１の下方へ押し下げ作動させると、背圧室１１ｃは低圧通路１１ｄと連通し、背圧室１１ｃ内の燃料圧力は低下する。その結果、弁体１２へ付与される背圧力が低下して弁体１２はリフトアップ（開弁作動）する。これにより、弁体１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面から離座して、噴孔１１ｂから燃料が噴射される。

一方、アクチュエータ１３への通電をオフして制御弁１４を図１の上方へ作動させると、背圧室１１ｃは高圧通路１１ａと連通して背圧室１１ｃ内の燃料圧力は上昇する。その結果、弁体１２へ付与される背圧力が上昇して弁体１２はリフトダウン（閉弁作動）する。これにより、弁体１２のシート面１２ａがボデー１１のシート面に着座して、噴孔１１ｂからの燃料噴射が停止される。

したがって、ＥＣＵ３０がアクチュエータ１３への通電を制御することで、弁体１２の開閉作動が制御される。これにより、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、弁体１２の開閉作動に応じて噴孔１１ｂから噴射される。なお、背圧室１１ｃの流出口にはオリフィス１１ｅが設けられている。これにより、背圧室１１ｃ内の高圧燃料が低圧通路１１ｄへ流出する時の流量が、所定流量未満となるように制限される。ちなみに、制御弁１４を開弁させてから最大噴射率に達するまでの途中で、オリフィス１１ｅの開口面積が見かけ上小さくなるように変化する、といった特性を燃料噴射弁１０は有している。

燃圧センサ２２は、各々の燃料噴射弁１０に搭載されており、以下に説明するステム２１（起歪体）、燃圧センサ２２、燃温センサ２３及びモールドＩＣ２４等を備えて構成されている。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。圧力センサ素子により構成される燃圧センサ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。

また、ダイヤフラム部２１ａには、温度センサ素子により構成される燃温センサ２３が取り付けられている。この燃温センサ２３により検出された温度は、高圧通路１１ａ内の燃料の温度とみなすことができる。つまり、センサ装置２０は燃温センサの機能を備えていると言える。

モールドＩＣ２４は、不揮発性のメモリ２４ａ（記憶手段）や、燃圧センサ２２および燃温センサ２３から出力された検出信号を増幅する増幅回路、検出信号を送信する送信回路等の電子部品を樹脂モールドして形成されており、ステム２１とともに燃料噴射弁１０に搭載されている。モールドＩＣ２４はＥＣＵ３０と電気接続されており、増幅された検出信号はＥＣＵ３０に送信される。

ＥＣＵ３０は、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（例えば噴射段数、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対応する噴射指令信号ｔ１、ｔ２、Ｔｑ（図２（ａ）参照）を、後に詳述する噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘや屈曲開始時間ｔｘ、屈曲後傾きΔｔｂに基づき設定し、燃料噴射弁１０へ出力することで燃料噴射弁１０の作動を制御する。

次に、燃料噴射弁１０から燃料を噴射させる場合における、噴射制御の手法について、図２〜図７を用いて以下に説明する。

例えば＃２気筒の燃料噴射弁１０（＃２）で燃料噴射した時には、その燃料噴射弁１０（＃２）に搭載されている燃圧センサ２２の検出値に基づき、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を燃圧波形（図２（ｃ）中の実線参照）として検出する。そして、検出した燃圧波形に基づき単位時間当たりの燃料噴射量の変化を表した噴射率波形（図２（ｂ）および図４参照）を演算して噴射状態を検出する。そして、検出した噴射率波形（噴射状態）を特定する噴射率パラメータＲα，Ｒβ，Ｒｍａｘを学習するとともに、噴射指令信号（パルスオン時期ｔ１、パルスオフ時期ｔ２及びパルスオン期間Ｔｑ）と噴射状態との相関関係を特定する噴射率パラメータｔｄ，ｔｅを学習する。

具体的には、燃圧波形のうち、噴射開始に伴い燃圧降下を開始する変曲点Ｐ１から降下が終了する変曲点Ｐ２までの降下波形を、最小二乗法等により直線に近似した降下近似直線Ｌαを算出する。そして、降下近似直線Ｌαのうち基準値Ｂαとなる時期（ＬαとＢαの交点時期ＬＢα）を算出する。この交点時期ＬＢαと噴射開始時期Ｒ１とは相関が高いことに着目し、交点時期ＬＢαに基づき噴射開始時期Ｒ１を算出する。例えば、交点時期ＬＢαよりも所定の遅れ時間Ｃαだけ前の時期を噴射開始時期Ｒ１として算出すればよい。要するに、燃圧波形に含まれる降下波形に基づき噴射開始時期Ｒ１を算出する。

また、燃圧波形のうち、噴射終了に伴い燃圧上昇を開始する変曲点Ｐ３から降下が終了する変曲点Ｐ５までの上昇波形を、最小二乗法等により直線に近似した上昇近似直線Ｌβを算出する。そして、上昇近似直線Ｌβのうち基準値Ｂβとなる時期（ＬβとＢβの交点時期ＬＢβ）を算出する。この交点時期ＬＢβと噴射終了時期Ｒ４とは相関が高いことに着目し、交点時期ＬＢβに基づき噴射終了時期Ｒ４を算出する。例えば、交点時期ＬＢβよりも所定の遅れ時間Ｃβだけ前の時期を噴射終了時期Ｒ４として算出すればよい。要するに、燃圧波形に含まれる上昇波形に基づき噴射終了時期Ｒ４を算出する。

次に、降下近似直線Ｌαの傾きと噴射率増加の傾きとは相関が高いことに着目し、図２（ｂ）に示す噴射率波形のうち噴射増加を示す直線Ｒαの傾きを、降下近似直線Ｌαの傾きに基づき算出する。例えば、Ｌαの傾きに所定の係数を掛けてＲαの傾きを算出すればよい。同様にして、上昇近似直線Ｌβの傾きと噴射率減少の傾きとは相関が高いので、噴射率波形のうち噴射減少を示す直線Ｒβの傾きを、上昇近似直線Ｌβの傾きに基づき算出する。

次に、噴射率波形の直線Ｒα，Ｒβに基づき、噴射終了を指令したことに伴い弁体１２がリフトダウンを開始する時期（閉弁作動開始時期Ｒ２３）を算出する。具体的には、両直線Ｒα，Ｒβの交点を算出し、その交点時期を閉弁作動開始時期Ｒ２３として算出する。また、噴射開始時期Ｒ１の噴射開始指令時期ｔ１に対する遅れ時間（噴射開始遅れ時間ｔｄ）を算出する。また、閉弁作動開始時期Ｒ２３の噴射終了指令時期ｔ２に対する遅れ時間（閉弁開始遅れ時間ｔｅ）を算出する。

また、降下近似直線Ｌα及び上昇近似直線Ｌβの交点に対応した圧力を交点圧力Ｐαβとして算出し、後に詳述する基準圧力Ｐbaseと交点圧力Ｐαβとの圧力差ΔＰγを算出し、この圧力差ΔＰγと最大噴射率Ｒｍａｘとは相関が高いことに着目し、圧力差ΔＰγに基づき最大噴射率Ｒｍａｘを算出する。具体的には、圧力差ΔＰγに相関係数Ｃγを掛けることで最大噴射率Ｒｍａｘを算出する。但し、圧力差ΔＰγが所定値ΔＰγｔｈ未満である小噴射の場合には、上述の如くＲｍａｘ＝ΔＰγ×Ｃγとする一方で、ΔＰγ≧ΔＰγｔｈである大噴射の場合には、予め設定しておいた値（設定値Ｒγ）を最大噴射率Ｒｍａｘとして算出する。

なお、上記「小噴射」とは、噴射率がＲγに達する前に弁体１２がリフトダウンを開始する態様の噴射を想定しており、シート面１２ａで燃料が絞られて噴射量が制限されている時の噴射率が最大噴射率Ｒｍａｘとなる。一方、上記「大噴射」とは、噴射率がＲγに達した後に弁体１２がリフトダウンを開始する態様の噴射を想定しており、噴孔１１ｂで燃料が絞られて噴射量が制限されている時の噴射率が最大噴射率Ｒｍａｘとなる。要するに、噴射指令期間Ｔｑが十分に長く、最大噴射率に達した以降も開弁状態を継続させる場合においては、噴射率波形は、図２（ｂ）中の実線に示す台形を、図４中の点線の如く補正して得られた５角形となる。一方、最大噴射率に達する前に閉弁作動を開始させるような小噴射の場合には、噴射率波形は図２（ｂ）中の点線に示す三角形となる。

大噴射時の最大噴射率Ｒｍａｘである上記設定値Ｒγは、燃料噴射弁１０の経年変化に伴い変化していく。例えば、噴孔１１ｂにデポジット等の異物が堆積して噴射量が減少するといった経年劣化が進行すると、図２（ｃ）に示す圧力降下量ΔＰは小さくなっていく。また、シート面１２ａが磨耗して噴射量が増大するといった経年劣化が進行すると、圧力降下量ΔＰは大きくなっていく。なお、圧力降下量ΔＰとは、噴射率上昇に伴い生じた検出圧力の降下量のことであり、例えば、基準圧力Ｐbaseから変曲点Ｐ２までの圧力降下量、又は、変曲点Ｐ１から変曲点Ｐ２までの圧力降下量のことである。

そこで本実施形態では、大噴射時の最大噴射率Ｒｍａｘ（設定値Ｒγ）と圧力降下量ΔＰとは相関が高いことに着目し、圧力降下量ΔＰの検出結果から設定値Ｒγを算出して学習する。つまり、大噴射時における最大噴射率Ｒｍａｘの学習値は、圧力降下量ΔＰに基づく設定値Ｒγの学習値に相当する。

以上により、燃圧波形から噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出できる。また、図２（ｂ）の実線および図４の実線に示す台形形状の噴射率波形を算出できる。但し、このように算出した台形形状を以下に説明する５角形に補正している。

図３は、実際の噴射率の変化（噴射率波形）を試験装置で計測した結果を示すグラフ（噴射率波形）であり、図中の符号（１）〜（７）は、噴射量を各々２ｍｍ^３、２５ｍｍ^３、５０ｍｍ^３、７５ｍｍ^３、１００ｍｍ^３、１２５ｍｍ^３、１５０ｍｍ^３と変化させた場合の計測結果である。

この計測結果によれば、符号ＢＰに示す付近から噴射率上昇の速度が遅くなることが分かる。つまり、図４の模式図に示すように、噴射率上昇終了点Ｒ２に達するまでに、噴射率の上昇速度が途中（屈曲点Ｒｘ）から遅くなっており、計測した噴射率波形は、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の４点を直線で結ぶ台形よりも、Ｒ１，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒ３，Ｒ４の５点を直線で結ぶ５角形に近い形状であると言える。

この点を鑑み、上述した噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを用いて算出した台形形状を、後に詳述する手法により５角形に補正する。この５角形の噴射率波形は、噴射指令信号（図２（ａ）参照）に対応した噴射率波形である。そして、このように算出した５角形の噴射率波形の面積（図４中の網点ハッチ参照）は噴射量に相当するので、当該面積を算出することで噴射量を算出する。

図５は、これら噴射率パラメータの学習、及び燃料噴射弁１０へ出力する噴射指令信号の設定等の概要を示すブロック図であり、ＥＣＵ３０により機能する各手段３１，３２，３３について以下に説明する。噴射率パラメータ算出手段３１は、燃圧センサ２２により検出された燃圧波形に基づき噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出する。

学習手段３２は、算出した噴射率パラメータをＥＣＵ３０のメモリに記憶更新して学習する。また、算出した噴射率パラメータから生成される台形形状の噴射率波形を５角形に補正し、補正後の噴射率波形の面積を算出して得られた噴射量も、ＥＣＵ３０のメモリに記憶更新して学習する。

なお、噴射率パラメータおよび噴射量は、その時の供給燃圧（コモンレール４２内の圧力）に応じて異なる値となるため、供給燃圧又は後述する基準圧力Ｐbase（図２（ｃ）参照）と関連付けて学習させることが望ましい。図５の例では、燃圧に対応する噴射率パラメータの値を噴射率パラメータマップＭに記憶させている。

設定手段３３は、現状の燃圧に対応する噴射率パラメータおよび噴射量の学習値を、噴射率パラメータマップＭから取得する。そして、取得した噴射率パラメータおよび噴射量に基づき、目標噴射状態に対応する噴射指令信号ｔ１、ｔ２、Ｔｑを設定する。そして、このように設定した噴射指令信号にしたがって燃料噴射弁１０を作動させた時の燃圧波形を燃圧センサ２２で検出し、検出した燃圧波形に基づき噴射率パラメータ算出手段３１は噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘおよび噴射量を算出する。

要するに、噴射指令信号に対する実際の噴射状態（つまり噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘおよび噴射量）を検出して学習し、その学習値に基づき、目標噴射状態に対応する噴射指令信号を設定する。そのため、実際の噴射状態に基づき噴射指令信号がフィードバック制御されることとなり、先述した経年劣化が進行しても、実噴射状態が目標噴射状態に一致するよう燃料噴射状態を高精度で制御できる。特に、実噴射量が目標噴射量となるように噴射指令期間Ｔｑをフィードバック制御することで、実噴射量が目標噴射量となるように補償している。

ところで、噴射気筒に設けられた燃圧センサ２２（噴射気筒センサ）により検出された燃圧波形である噴射時燃圧波形Ｗａ（図６（ａ）参照）は、噴射による影響のみを表しているわけではなく、以下に例示する噴射以外の影響で生じた波形成分をも含んでいる。すなわち、燃料タンク４０の燃料をコモンレール４２へ圧送する燃料ポンプ４１がプランジャポンプの如く間欠的に燃料を圧送するものである場合には、燃料噴射中にポンプ圧送が行われると、そのポンプ圧送期間中における噴射時燃圧波形Ｗａは全体的に圧力が高くなった波形となる。つまり、噴射時燃圧波形Ｗａ（図６（ａ）参照）には、噴射による燃圧変化を表した燃圧波形である噴射波形Ｗｂ（図６（ｃ）参照）と、ポンプ圧送による燃圧上昇を表した燃圧波形（図６（ｂ）中の実線Ｗｕ’参照）とが含まれていると言える。

また、このようなポンプ圧送が燃料噴射中に行われなかった場合であっても、燃料を噴射した直後は、その噴射分だけ噴射システム内全体の燃圧が低下する。そのため、噴射時燃圧波形Ｗａは全体的に圧力が低くなった波形となる。つまり、噴射時燃圧波形Ｗａには、噴射による燃圧変化を表した噴射波形Ｗｂの成分と、噴射システム内全体の燃圧低下を表した燃圧波形（図６（ｂ）中の点線Ｗｕ参照）の成分とが含まれていると言える。

そこで本実施形態では、噴射していない気筒に設けられた燃圧センサ２２（非噴射気筒センサ）により検出される非噴射時燃圧波形Ｗｕ’（Ｗｕ）はコモンレール内の燃圧（噴射システム内全体の燃圧）の変化を表していることに着目し、噴射気筒センサにより検出された噴射時燃圧波形Ｗａから、非噴射気筒センサによる非噴射時燃圧波形Ｗｕ’（Ｗｕ）を差し引いて噴射波形Ｗｂを演算する処理（裏消し処理）を実施している。なお、図２（ｃ）に示す燃圧波形は噴射波形Ｗｂである。

また、多段噴射を実施する場合には、前段噴射にかかる燃圧波形の脈動Ｗｃ（図２（ｃ）参照）が燃圧波形Ｗａに重畳する。特に、前段噴射とのインターバルが短い場合には、燃圧波形Ｗａは脈動Ｗｃの影響を大きく受ける。そこで、非噴射時燃圧波形Ｗｕ’（Ｗｕ）に加えて脈動Ｗｃを燃圧波形Ｗａから差し引く処理（うねり消し処理）を実施して、噴射波形Ｗｂを算出することが望ましい。

次に、台形の噴射率波形を５角形に補正する手順について、図７のフローチャートを用いて説明する。なお、図７に示す処理は、ＥＣＵ３０が有するマイクロコンピュータにより、所定周期で繰り返し実行される。

先ず、図７に示すステップＳ１０において、燃料噴射弁１０から燃料が噴射されたか否かを判定し、噴射実施と肯定判定されれば、次のステップＳ１１（燃圧波形検出手段）に進み、先述した裏消し処理およびうねり消し処理が施された燃圧波形を取得する。続くステップＳ１２では、ステップＳ１１で取得した燃圧波形に基づき、先述した噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出する。続くステップＳ１３では、これらの噴射率パラメータに基づき、台形形状の噴射率波形を算出する。

ここで、以下の説明では、噴射率波形のうち噴射開始に伴い噴射率が上昇していく部分を上昇波形部分と呼び、上昇波形部分のうち噴射率の上昇が遅くなり始める点を屈曲点Ｒｘと呼ぶ。そして、噴射率上昇開始から屈曲点Ｒｘが現れるまでの時間を屈曲開始時間ｔｘと呼ぶ。また、上昇波形部分のうち屈曲点Ｒｘが現れるまでの部分の傾きを屈曲前傾きΔｔａと呼び、屈曲点Ｒｘが現れた後の部分の傾きを屈曲後傾きΔｔｂと呼ぶ。

そして、燃料噴射弁１０を内燃機関に搭載する前に、図３に示す試験結果から得られた屈曲開始時間ｔｘおよび屈曲後傾きΔｔｂを、燃料噴射弁１０に備えられたメモリ２４ａ（記憶手段）に予め記憶させておく。なお、噴射時の基準圧力Ｐbaseが異なれば、これらの屈曲開始時間ｔｘおよび屈曲後傾きΔｔｂも異なる値となる。そこで本実施形態では、基準圧力Ｐbaseに応じた屈曲開始時間ｔｘおよび屈曲後傾きΔｔｂを試験により予め取得しておき、図７に示すマップＭ１，Ｍ２に示す如く基準圧力Ｐbaseと関連付けて屈曲開始時間ｔｘおよび屈曲後傾きΔｔｂをメモリ２４ａに記憶させている。

図７の説明に戻り、続くステップＳ１４では、ステップＳ１１で取得した燃圧波形から基準圧力Ｐbaseを算出し、その基準圧力Ｐbaseに応じた屈曲開始時間ｔｘをマップＭ１から取得する。続くステップＳ１５では、噴射率上昇開始時点Ｒ１から、ステップＳ１４で算出した屈曲開始時間ｔｘが経過した時点が、最大噴射率Ｒｍａｘとなる時点以降であるか否かを判定する。

つまり、先述した小噴射の場合には噴射率波形が３角形になるので、この場合には屈曲点Ｒｘが現れない。したがって、屈曲開始時間ｔｘが経過した時点が最大噴射率Ｒｍａｘとなる時点以降であれば、屈曲点Ｒｘが現れる前に噴射率の降下が開始する小噴射（３角形の噴射率波形）であると言える。よって、屈曲開始時間ｔｘが経過した時点が、最大噴射率Ｒｍａｘとなる時点以降であると判定されれば（Ｓ１５：ＹＥＳ）、台形を５角形に補正する以降の処理Ｓ１６，Ｓ１７を実施しない。

一方、屈曲開始時間ｔｘが経過した時点が、最大噴射率Ｒｍａｘとなる時点以降でないと判定されれば（Ｓ１５：ＮＯ）、続くステップＳ１６において、基準圧力Ｐbaseに応じた屈曲後傾きΔｔｂをマップＭ２から取得する。続くステップＳ１７（噴射率波形算出手段）では、ステップＳ１４，Ｓ１６で算出した屈曲開始時間ｔｘおよび屈曲後傾きΔｔｂを用いて、ステップＳ１３で算出した台形の噴射率波形を５角形に補正する。つまり、図４中の実線に示す台形を点線に示す５角形に補正する。

続くステップＳ１８では、補正後の５角形の噴射率波形の面積（図４の網点ハッチ部分の面積）、または小噴射時における３角形の噴射率波形の面積を、噴射量として算出する。そして、算出した噴射量を基準圧力Ｐbaseと関連付けて、学習手段３２により学習する。なお、図５に示す設定手段３３では、ステップＳ１８で学習した噴射量に基づいて、噴射指令期間Ｔｑを設定する。

以上により、本実施形態によれば、台形に算出した噴射率波形の上昇波形部分（図４中のＲ１〜Ｒｙの部分）を、屈曲点Ｒｘを有した形状に補正して５角形の噴射率波形を算出する。そのため、実際の噴射率波形の形状に近づけることができるので、噴射量を高精度で算出（推定）できる。

また、屈曲点Ｒｘを有した形状への補正に必要な屈曲開始時間ｔｘおよび屈曲後傾きΔｔｂを、基準圧力Ｐbaseと関連付けてメモリ２４ａ記憶させておくので、５角形の噴射率波形を高精度に算出できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、噴射率の上昇速度が途中（屈曲点Ｒｘ）から遅くなることを鑑みて５角形の噴射率波形を算出している。これに対し本実施形態では、燃料噴射弁１０の制御弁１４を開弁作動させて弁体１２をリフトダウンさせることに伴い噴射率が下降する時の、その下降速度についても途中（図８中の屈曲点Ｒｖ参照）で変化する場合があることに着目している。

以下の説明では、噴射率波形のうち閉弁作動開始に伴い噴射率が下降していく部分を下降波形部分（図８中のＲ３〜Ｒｗの部分）と呼び、下降波形部分のうち噴射率の下降が速くなり始める点を屈曲点Ｒｖと呼ぶ。そして、噴射率下降開始から屈曲点Ｒｖが現れるまでの時間を屈曲開始時間ｔｖと呼ぶ。また、下降波形部分のうち屈曲点Ｒｖが現れるまでの部分の傾きを屈曲前傾きΔｔｃと呼び、屈曲点Ｒｖが現れた後の部分の傾きを屈曲後傾きΔｔｄと呼ぶ。

そして、上述した着目点を鑑みた本実施形態では、下降波形部分を、その下降速度が途中までは遅くなる形状に算出する。つまり、降下開始点Ｒ３から屈曲点Ｒｖまでの下降速度（屈曲前傾きΔｔｃ）が、屈曲点Ｒｖから噴射終了点Ｒｗまでの下降速度Δｔｄ（屈曲後傾きΔｔｄ）よりも遅くなるように、噴射率波形を補正する。

この下降波形部分の補正は、上昇波形部分の補正と同様にして、屈曲開始時間ｔｖおよび屈曲前傾きΔｔｃを、基準圧力Ｐbaseと関連付けて試験しておき、その試験結果をメモリ２４ａに予め記憶させておけばよい。これによれば、圧力波形を取得した時の基準圧力Ｐbaseに応じた屈曲開始時間ｔｖおよび屈曲前傾きΔｔｃを、メモリ２４ａから取得して、屈曲点Ｒｖを有する形状に下降波形部分を補正すればよい。すなわち、図８中の実線に示す台形を点線に示す６角形の形状に補正する。そして、この６角形の噴射率波形の面積（図８中の網点を付した部分の面積）を噴射量として算出する。

以上により、本実施形態によれば、台形に算出した噴射率波形の下降波形部分（図４中のＲ３〜Ｒｗの部分）を、屈曲点Ｒｖを有した形状に補正する。そのため、実際の噴射率波形の形状に近づけることができるので、噴射量を高精度で算出（推定）できる。

また、屈曲点Ｒｖを有した形状への補正に必要な屈曲開始時間ｔｖおよび屈曲前傾きΔｔｃを、基準圧力Ｐbaseと関連付けてメモリ２４ａ記憶させておくので、６角形の噴射率波形を高精度に算出できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・噴射時の燃料温度が異なれば、屈曲開始時間ｔｘ、屈曲後傾きΔｔｂ、屈曲開始時間ｔｖおよび屈曲前傾きΔｔｃも異なる値となるので、燃料温度に応じた屈曲開始時間ｔｘ、屈曲後傾きΔｔｂ、屈曲開始時間ｔｖおよび屈曲前傾きΔｔｃを予め試験により取得しておき、燃料温度と関連付けてメモリ２４ａに記憶させるようにしてもよい。そして、燃圧波形を検出した時の燃料温度に対応した屈曲開始時間ｔｘ、屈曲後傾きΔｔｂ、屈曲開始時間ｔｖおよび屈曲前傾きΔｔｃをメモリ２４ａから取得して、５角形または６角形への補正に用いればよい。なお、燃料温度は燃温センサ２３の検出値を用いて取得すればよい。

・上記実施形態では、屈曲点Ｒｘ，Ｒｖ等の各点を直線で結んだ５角形または６角形に噴射率波形を算出しているが、本発明は直線で結んだ形状に限られるものではなく、例えば、屈曲点Ｒｘから最大噴射率到達点Ｒｙまでを、図３の計測結果に基づき予め記憶させておいた曲線の波形を合わせ込んで、屈曲点Ｒｘからの上昇速度が遅くなる噴射率波形を算出するようにしてもよい。

・上記第２実施形態では、２つの屈曲点Ｒｘ，Ｒｖ（図８参照）を有する６角形にモデル化して噴射率波形を算出しているが、上昇速度が途中で遅くなる屈曲点Ｒｘを廃止して、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒｖ，Ｒｗの５点を結ぶ５角形にモデル化して噴射率波形を算出してもよい。

・図１に示す上記第１実施形態では、燃圧センサ２２を燃料噴射弁１０に搭載しているが、本発明にかかる燃圧センサは、コモンレール４２の吐出口４２ａから噴孔１１ｂに至るまでの燃料供給経路内の燃圧を検出するよう配置された燃圧センサであればよい。よって、例えばコモンレール４２と燃料噴射弁１０とを接続する高圧配管４２ｂに燃圧センサを搭載してもよい。つまり、コモンレール４２及び燃料噴射弁１０を接続する高圧配管４２ｂと、ボデー１１内の高圧通路１１ａとが「燃料通路」に相当する。

１０…燃料噴射弁、２２…燃圧センサ、２４ａ…メモリ（記憶手段）、Ｓ１１…燃圧波形検出手段、Ｓ１７…噴射率波形算出手段、Ｐbase…基準圧力、ｔｘ…屈曲開始時間、Δｔｂ…屈曲後傾き。

Claims (6)

1. 蓄圧容器で蓄圧した燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記蓄圧容器の吐出口から前記燃料噴射弁の噴孔に至るまでの燃料通路に配置され、前記燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、
   を備えた燃料噴射システムに適用され、
   前記燃圧センサの検出値に基づき、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を表した燃圧波形を検出する燃圧波形検出手段と、
   検出した前記燃圧波形に基づき、噴射率の変化を表した噴射率波形を算出する噴射率波形算出手段と、
   を備え、
   前記噴射率波形算出手段は、前記噴射率波形のうち噴射開始に伴い噴射率が上昇していく部分である上昇波形部分を、その上昇速度が途中から遅くなる形状に算出することを特徴とする燃料噴射状態推定装置。
2. 前記上昇波形部分のうち噴射率の上昇が遅くなり始める点を屈曲点とし、噴射率上昇開始から前記屈曲点が現れるまでの時間を屈曲開始時間とした場合において、
   前記燃料噴射システムは、試験により得られた前記屈曲開始時間が予め記憶された記憶手段を有しており、
   前記噴射率波形算出手段は、前記記憶手段に記憶されている前記屈曲開始時間に基づき、前記上昇波形部分を算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射状態推定装置。
3. 前記燃料噴射弁への燃料の供給圧力を基準圧力とした場合において、
   前記記憶手段には、前記基準圧力に応じた前記屈曲開始時間が記憶されており、
   前記噴射率波形算出手段は、前記燃圧波形を検出した時の前記基準圧力に対応した前記屈曲開始時間を前記記憶手段から取得し、その取得した前記屈曲開始時間に基づき前記上昇波形部分を算出することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射状態推定装置。
4. 前記上昇波形部分のうち噴射率の上昇が遅くなっている部分の傾きを、屈曲後傾きとした場合において、
   前記燃料噴射システムは、試験により得られた前記屈曲後傾きの値が予め記憶された記憶手段を有しており、
   前記噴射率波形算出手段は、前記記憶手段に記憶されている前記屈曲後傾きに基づき、前記上昇波形部分を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射状態推定装置。
5. 前記燃料噴射弁への燃料の供給圧力を基準圧力とした場合において、
   前記記憶手段には、前記基準圧力に応じた前記屈曲後傾きが記憶されており、
   前記噴射率波形算出手段は、前記燃圧波形を検出した時の前記基準圧力に対応した前記屈曲後傾きを前記記憶手段から取得し、その取得した前記屈曲後傾きに基づき前記上昇波形部分を算出することを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射状態推定装置。
6. 前記噴射率波形のうち噴射率の上昇が遅くなり始める点を屈曲点とした場合において、
   前記噴射率波形算出手段は、噴射率上昇開始点、前記屈曲点、噴射率上昇終了点、噴射率下降開始点、噴射率下降終了点の５点を直線で結ぶ５角形にモデル化して、前記噴射率波形を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料噴射状態推定装置。

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