JP5327197B2 - 燃料噴射装置の噴射特性取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置の噴射特性を取得する装置に関する。

従来、各インジェクタの燃料取込み口に燃料圧力センサを設け、その燃料圧力センサにより検出された燃料圧力に基づいて、各インジェクタの燃料噴射に係る一連の動作における種々のタイミングを検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載のものでは、燃料圧力センサにより検出される燃料圧力の推移に基づいて、噴射開始タイミング、最大噴射率到達タイミング、噴射終了タイミング等を検出している。

特開２００９−５７９２４号公報

ところで、特許文献１に記載のものにおいて、燃料噴射時に、燃料圧力センサにより検出される燃料圧力の推移に基づいて燃料噴射量や燃料噴射率を算出しようとすると、燃料圧力の推移と燃料噴射量や燃料噴射率との関係を予め試験装置等により取得しておく必要がある。

しかしながら、インジェクタにおいて噴射される燃料の状態と、試験装置において検出される燃料の状態とが相違することが考えられ、燃料圧力の推移と燃料噴射量や燃料噴射率との関係を正確に取得することができないおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、燃料噴射装置の噴射特性を正確に取得することのできる噴射特性取得装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

請求項１に記載の発明は、高圧燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記蓄圧容器に対して燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧容器内に蓄圧保持された高圧燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射される燃料を密閉された状態で収集する収集容器と、前記収集容器内の圧力を検出する第１圧力センサと、前記収集容器により収集された燃料の体積を検出する体積検出手段と、前記体積検出手段により体積が検出される燃料の温度と等しい温度を検出する温度センサと、前記温度センサにより検出された燃料の温度に基づいて、前記体積検出手段により検出された燃料の体積を、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の温度における燃料の体積又は質量に換算する換算手段と、前記第１圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移を取得する第１推移取得手段と、前記第１推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と前記換算手段により換算された燃料の体積又は質量とに基づいて前記相対噴射率を実噴射率に変換し、前記第１圧力センサにより検出される圧力と前記燃料噴射弁から噴射される燃料の前記実噴射率との関係を取得する第１特性取得手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、燃料ポンプから蓄圧容器に燃料が圧送され、蓄圧容器内に蓄圧保持された高圧燃料が燃料噴射弁により噴射される。燃料噴射弁から噴射される燃料は、密閉された状態の収集容器により収集される。このとき、密閉された状態の収集容器内の圧力が、燃料噴射弁から噴射される燃料の体積に応じて変化する。この収集容器内の圧力変化は、第１圧力センサにより検出される。

さらに、収集容器により収集された燃料の体積が、体積検出手段により検出される。このとき、体積検出手段での燃料の温度は、燃料噴射弁から噴射される燃料の温度から変化している。これに対して、体積検出手段により燃料の体積が検出される燃料の温度と等しい温度が温度センサにより検出される。そして、温度センサにより検出される燃料の温度に基づいて、体積検出手段により検出された燃料の体積が、燃料噴射弁から噴射される燃料の温度における燃料の体積又は質量に換算される。したがって、実際に燃料噴射弁から噴射される燃料の体積又は質量に相当する、燃料の体積又は質量を算出することができる。なお、燃料噴射弁から噴射される燃料の体積又は質量に換算する際には、燃料噴射弁から噴射される燃料の温度の推定値を用いてもよいし、温度センサ等による検出値を用いてもよい。

ここで、本願発明者らは、第１圧力センサにより検出される収集容器内の圧力の推移と、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率の推移とが、相関関係を有していることを見出した。この相関関係から、第１推移取得手段により、第１圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移が取得される。この相対噴射率は、燃料の噴射率に対応するものであり、第１圧力センサにより検出される圧力の変化に応じて変化する相対的な値である。

そして、第１推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と上記換算された燃料の体積又は質量とに基づいて相対噴射率が実噴射率に変換され、第１圧力センサにより検出される圧力と燃料噴射弁から噴射される燃料の実噴射率との関係が取得される。すなわち、燃料の噴射率に対応する相対的な値である相対噴射率に対して、実際に燃料噴射弁から噴射される燃料の体積又は質量に相当する、上記換算された燃料の体積又は質量を適用することにより、第１圧力センサにより検出される圧力と燃料の実噴射率との関係を正確に取得することができる。

上述したように、本願発明者らは、第１圧力センサにより検出される収集容器内の圧力の推移と、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率の推移とが、相関関係を有していることを見出した。詳しくは、収集容器内の圧力の上昇量と収集容器内に噴射される燃料の体積とは比例関係にあり、ひいては収集容器内の圧力の微分値と収集容器内に噴射された燃料の噴射率とが比例関係にあることを見出した。

この点、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記第１推移取得手段は、前記第１圧力センサにより検出される圧力の微分値の推移を、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移として取得するといった構成を採用している。したがって、燃料の相対噴射率を簡易かつ正確に取得することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記蓄圧容器と前記燃料噴射弁の噴射孔との間の燃料通路内の圧力を検出する第２圧力センサと、前記第２圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移を取得する第２推移取得手段と、前記第２推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と前記換算手段により換算された燃料の体積又は質量とに基づいて前記相対噴射率を実噴射率に変換し、前記第２圧力センサにより検出される圧力と前記燃料噴射弁から噴射される燃料の前記実噴射率との関係を取得する第２特性取得手段と、を備える。

上記構成によれば、蓄圧容器と燃料噴射弁の噴射孔との間の燃料通路内の圧力が、第２圧力センサにより検出される。このとき、この燃料通路内の圧力は、燃料噴射弁による燃料の噴射特性を反映するものとなる。詳しくは、第２圧力センサにより検出される燃料通路内の圧力の推移と、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率の推移とは、相関関係を有している。この相関関係から、第２推移取得手段により、第２圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移が取得される。この相対噴射率は、燃料の噴射率に対応するものであり、第２圧力センサにより検出される圧力の変化に応じて変化する相対的な値である。

そして、第２推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と上記換算された燃料の体積又は質量とに基づいて相対噴射率が実噴射率に変換され、第２圧力センサにより検出される圧力と燃料噴射弁から噴射される燃料の実噴射率との関係が取得される。すなわち、燃料の噴射率に対応する相対的な値である相対噴射率に対して、上記換算された燃料の体積又は質量を適用することにより、第２圧力センサにより検出される圧力と燃料の実噴射率との関係を正確に取得することができる。

さらに、燃料噴射時に第２圧力センサにより検出される燃料通路内の圧力に基づいて、燃料噴射と同時にその実噴射率を把握することができる。その結果、燃料噴射装置において、実噴射率を把握しつつ緻密な噴射制御を行うことが可能となる。

第１圧力センサにより検出される収集容器内の圧力は、第２圧力センサにより検出される燃料通路内の圧力よりも、燃料噴射弁による燃料噴射の影響を直接的に反映すると考えられる。したがって、第１圧力センサにより検出される収集容器内の圧力と実噴射率との関係の精度は、第２圧力センサにより検出される燃料通路内の圧力と実噴射率との関係の精度よりも高くなる。

この点、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記第１特性取得手段により取得された圧力と実噴射率との前記関係に基づいて、前記第２特性取得手段により取得された圧力と実噴射率との前記関係を補正する補正手段を備えるといった構成を採用している。したがって、第２圧力センサにより検出される圧力と燃料の実噴射率との関係を、より精度が向上するように補正することができる。

請求項５に記載の発明は、高圧燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記蓄圧容器に対して燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧容器内に蓄圧保持された高圧燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射される燃料を密閉された状態で収集する収集容器と、前記蓄圧容器と前記燃料噴射弁の噴射孔との間の燃料通路内の圧力を検出する第２圧力センサと、前記収集容器により収集された燃料の体積を検出する体積検出手段と、前記体積検出手段により体積が検出される燃料の温度と等しい温度を検出する温度センサと、前記温度センサにより検出された燃料の温度に基づいて、前記体積検出手段により検出された燃料の体積を、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の温度における燃料の体積又は質量に換算する換算手段と、前記第２圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移を取得する第２推移取得手段と、前記第２推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と前記換算手段により換算された燃料の体積又は質量とに基づいて前記相対噴射率を実噴射率に変換し、前記第２圧力センサにより検出される圧力と前記燃料噴射弁から噴射される燃料の前記実噴射率との関係を取得する第２特性取得手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、請求項３に記載の発明と同様の構成を備えているため、請求項３に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記蓄圧容器と前記燃料噴射弁の噴射孔との間の燃料通路内の圧力を検出する第２圧力センサと、前記第２圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移を取得する第２推移取得手段と、前記第２推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と前記第１特性取得手段により取得された前記関係とに基づいて、前記第２圧力センサにより検出される圧力と前記燃料噴射弁から噴射される燃料の実噴射率との関係を取得する第３特性取得手段と、を備える。

上記構成によれば、請求項３に記載の発明と同様にして、蓄圧容器と燃料噴射弁の噴射孔との間の燃料通路内の圧力が、第２圧力センサにより検出される。そして、第２推移取得手段により、第２圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移が取得される。

ここで、上述したように、第１特性取得手段により、第１圧力センサにより検出される収集容器内の圧力と燃料の実噴射率との関係が取得される。この第１特性取得手段により取得される圧力と燃料の実噴射率との関係の精度は、第２圧力センサにより検出される燃料通路内の圧力に基づいて、第２特性取得手段により算出される圧力と燃料の実噴射率との関係の精度よりも高くなる。したがって、燃料の噴射率に対応する相対的な値である相対噴射率に対して、第１特性取得手段により取得された圧力と燃料の実噴射率との関係を適用することにより、第２圧力センサにより検出される圧力と燃料の実噴射率との関係を正確に取得することができる。

噴射特性取得装置の適用される制御装置を示すブロック図。 燃料噴射装置及び噴射特性取得装置を示す模式図。 噴射特性取得装置の一部を示す模式図。 噴射率モデルを学習する手順の概要を示す図。 噴射率モデル学習の処理手順を示すフローチャート。 圧力容器での噴射率モデル作成の処理手順を示すフローチャート。 噴射率モデルを作成する態様を示す図。

以下、噴射特性取得装置を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の装置は、例えばディーゼルエンジンを対象にしたコモンレール式燃料噴射システム（高圧噴射燃料供給システム）に適用される。この装置は、ディーゼルエンジンのシリンダ内の燃焼室に直接的に高圧燃料（例えば噴射圧力「１０００気圧」以上の軽油）を噴射供給（直噴供給）する燃料噴射システムに適用される。

はじめに、図１を参照して、本実施形態に係るコモンレール式燃料噴射制御システム（車載エンジンシステム）の制御装置の概略について説明する。なお、本実施形態のエンジンとしては、自動車用の多気筒（例えば直列４気筒）エンジンを想定している。詳しくは、４ストロークのレシプロ式ディーゼルエンジンである。

同図に示すように、この制御装置（Electric Control Unit）は、各種センサからのセンサ出力（検出結果）を取り込み、それら各センサ出力に基づいて燃料供給系を構成する各装置の駆動を制御するように構成されている。制御装置（エンジン制御用ＥＣＵ）は、周知のマイクロコンピュータを備えて構成され、各種センサの検出信号に基づいて対象エンジンの運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じてエンジンの吸入調整弁やインジェクタ等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジンに係る各種の制御を行う。

制御装置に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）やバックアップＲＡＭ（ＥＣＵの主電源停止後も車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているメモリ）、さらにはＡ／Ｄ変換器やクロック発生回路等の信号処理装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、信号処理装置、通信装置、及び電源回路等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、噴射特性取得や噴射指令補正に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）には、対象エンジンの設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。

制御装置は、随時入力される各種のセンサ出力（検出信号）に基づいて、その時にエンジンの出力軸に生成すべきトルク（要求トルク）、ひいてはその要求トルクを満足するための要求燃料噴射量Ｑ及び要求噴射開始時期Ｔを算出する。例えば、エンジンのインジェクタ内に設けられた燃圧センサにより、コモンレールとインジェクタの噴射孔との間の燃料通路内の実圧力Ｐｃが検出される。制御装置は、時々のエンジン運転状態や運転者によるアクセルペダルの操作量等に応じて、要求燃料噴射量Ｑ及び要求噴射開始時期Ｔを算出する。

そして、要求燃料噴射量Ｑ、要求噴射開始時期Ｔ、及び実圧力Ｐｃを、制御装置の備える噴射率モデルＭに適用することにより、指令噴射期間Ｔｑ及び指令噴射開始時期Ｔｃが算出される。その結果、これらの指令噴射期間Ｔｑ及び指令噴射開始時期Ｔｃに基づいて、インジェクタにより燃料の噴射が行われ、対象エンジンの出力トルクが目標値へ制御される。

この噴射時において、燃圧センサにより実圧力Ｐｃが検出され、その実圧力Ｐｃの推移に基づいて、噴射率モデルＭにより実燃料噴射量Ｑｒ及び実噴射開始時期Ｔｒ等を推定することができる。この実燃料噴射量Ｑｒ及び実噴射開始時期Ｔｒに基づいて、次回以降の燃料噴射を制御してもよいし、実圧力Ｐｃに基づいて燃料噴射と同時にその実噴射率を把握して、実行中の燃料噴射を制御してもよい。

次に、上記の噴射率モデルＭを作成する処理の概要について説明する。

本実施形態では、燃圧センサにより検出される実圧力Ｐｃに基づいて、インジェクタの燃料噴射に係る一連の動作における所定時刻、詳しくは噴射開始時刻ｔｓｔａ、噴射率最大到達時刻ｔｉｎｃ、噴射率が最大になった後の噴射率降下開始時刻ｔｄｅｃ、噴射終了時刻ｔｅｎｄ、及び最大噴射率ｄＱｍａｘを学習する。

入力処理部Ｉは、燃圧センサの出力（実圧力Ｐｃ）をローパスフィルタに通すフィルタリング処理を行い、その出力から高周波ノイズを除去する。そして、処理後のデータに対して、ポンプの燃料圧送による圧力の上昇成分を除去する（裏気等補正）。詳しくは、エンジンにおいて、１つの気筒で燃料噴射が行われている時に、燃料噴射が行われていない気筒での燃料圧力の上昇分を、燃料噴射が行われている気筒での燃料圧力から差し引く。また、入力処理部Ｉは、インジェクタによる噴射開始（ノズル開弁）に伴って発生する圧力脈動を、燃圧センサの出力から除去する（開弁圧力脈動補償）。さらに、１回の燃焼行程においてインジェクタにより複数段の噴射を行う場合には、前段の噴射により生じた圧力脈動を除去する（前段噴射圧力脈動補償）。

解析部Ａは、上記のように処理された圧力推移に基づいて、燃料噴射に係る各時刻を検出する。まず、解析部Ａは、上記圧力推移について各時刻における１階微分値及び２階微分値を算出する。そして、２階微分値が負の閾値Ｋよりも小さい場合に、その時の時刻を噴射開始時刻ｔｓｔａとして検出する。その際には、噴射開始から燃圧センサに圧力が伝播するまでの期間を考慮する（圧力伝播遅れ戻し）。また、解析部Ａは、１階微分値の前回値が正であり、且つ１階微分値（今回値）が負の閾値よりも小さい場合に、その時刻を噴射終了時刻ｔｅｎｄとして検出する。この際には、噴射終了から燃圧センサに圧力が伝播するまでの期間を考慮する（圧力伝播遅れ戻し）。さらに、解析部Ａは、１階微分値の前回値が負であり、且つ１階微分値（今回値）が正の閾値よりも大きい場合に、その時刻を噴射率最大到達時刻ｔｉｎｃとして検出する。なお、解析部Ａは、噴射終了時刻ｔｅｎｄから所定時間前の時刻を、噴射率降下開始時刻ｔｄｅｃとして検出する。上記の各時刻を検出する方法は、これらの方法に限定されず、種々の方法を用いることができる。

学習部Ｌは、これらの噴射開始時刻ｔｓｔａ、噴射率最大到達時刻ｔｉｎｃ、噴射率降下開始時刻ｔｄｅｃ、噴射終了時刻ｔｅｎｄを学習（保存）する。そして、これらの時刻に基づいて、相対噴射率の推移を取得する。この相対噴射率は、燃料の噴射率に対応するものであり、燃圧センサにより検出される実圧力Ｐｃの変化に応じて変化する相対的な値である。さらに、学習部Ｌは、後述する噴射率モデル学習に基づいて、相対噴射率を実噴射率に変換して、最大噴射率ｄＱｍａｘを学習（保存）する。これらの実噴射率及び最大噴射率ｄＱｍａｘは、実際の噴射率の大きさを表す絶対的な値である。

制御装置は、学習部Ｌで学習されたパラメータ（各時刻及び最大噴射率）を反映して、噴射率モデルＭを作成する。そして、燃料噴射装置の燃料噴射制御において、噴射率モデルＭが用いられる。

図２は、燃料噴射装置及び噴射特性取得装置を示す模式図である。同図に示すように、燃料噴射装置１０は、燃料ポンプ１１、コモンレール１２、燃料配管１３、及びインジェクタ１４を備えている。

燃料ポンプ１１は、高圧ポンプ及び低圧ポンプを有し、低圧ポンプによって燃料タンクから汲み上げられた燃料を、高圧ポンプにて加圧して吐出するように構成されている。燃料ポンプ１１により燃料タンクから汲み上げられた燃料は、コモンレール１２（蓄圧容器）へ加圧供給（圧送）される。そして、コモンレール１２は、その燃料ポンプ１１から圧送された燃料を高圧状態で蓄えて、エンジンのシリンダに対応して設けられた各燃料配管１３（高圧燃料通路）を通じて、各シリンダに対応する各インジェクタ１４（燃料噴射弁）へそれぞれ供給する。

なお、コモンレール１２と燃料配管１３との接続部分には、燃料配管１３を通じてコモンレール１２へ伝播される燃料脈動を軽減するオリフィス（燃料配管１３の絞り部）が設けられている。このため、コモンレール１２内の圧力脈動を低減して、安定した圧力で各インジェクタ１４へ燃料を供給することができる。また、インジェクタ１４の燃料排出口は、それぞれ余分な燃料を燃料タンクへ戻すための配管とつながっている。

噴射特性取得装置２０は、圧力容器２１、誘導配管２２、及び流量計２３を備えている。各圧力容器２１（収集容器）には、各インジェクタ１４が接続されている。圧力容器２１は、高圧に耐えることのできる中空の容器であり、その内部の圧力が外部に漏れないように密閉されている。圧力容器２１の内部にインジェクタ１４の先端（噴射孔）が露出しており、インジェクタ１４により圧力容器２１の内部へ燃料が噴射される。圧力容器２１の内部へ噴射された燃料は、圧力容器２１の内壁を伝って下部へ収集される。

各圧力容器２１の下部には、各誘導配管２２の上端（一端）が接続されており、各誘導配管２２の下端（他端）は流量計２３に接続されている。そして、圧力容器２１の下部へ収集された燃料は、誘導配管２２を通じて流量計２３へ誘導される。

図３は、噴射特性取得装置２０の一部を示す模式図である。同図に示すように、噴射特性取得装置２０は、各圧力容器２１に設けられた第１圧力センサ２６、各インジェクタ１４に設けられた第２圧力センサ１６及び第２温度センサ１７、各流量計２３に設けられた第１温度センサ２７、並びにＰＣ（Personal Computer）２５を備えている。

第２圧力センサ１６（第２圧力センサ）は、インジェクタ１４において上記燃料配管１３に接続された燃料取込み口の近傍に設けられている。第２圧力センサ１６は、この燃料取込み口における燃料の圧力を検出する。なお、第２圧力センサ１６は、燃料取込み口近傍の圧力を検出するものに限らず、上記コモンレール１２とインジェクタ１４の噴射孔との間の燃料通路内の圧力を検出するものであればよい。

第２温度センサ１７は、インジェクタ１４において上記燃料取込み口の近傍に設けられている。第２温度センサ１７は、この燃料取込み口における燃料の温度を検出する。なお、インジェクタ１４内の燃料の温度と等しい温度の燃料が流通する部分であれば、第２温度センサ１７は、燃料取込み口近傍に限らず、例えば燃料配管１３やコモンレール１２に設けられていてもよい。

第１圧力センサ２６（第１圧力センサ）は、圧力容器２１内に設けられている。第１圧力センサ２６は、圧力容器２１内の圧力を検出する。圧力容器２１は密閉されているため、インジェクタ１４から圧力容器２１内へ燃料が噴射されることにより、圧力容器２１内の圧力が変化する。したがって、第１圧力センサ２６により、インジェクタ１４による燃料噴射に伴う圧力変化を検出することができる。

流量計２３は、微小流量を検出可能な流量計であり、流量計２３を通過する流体の体積流量を検出する。流量計２３は、誘導配管２２を通じて流量計２３へ誘導される燃料、すなわちインジェクタ１４から噴射される燃料の体積流量を検出する。

第１温度センサ２７（温度センサ）は、流量計２３の内部に設けられており、流量計２３を通過する燃料の温度を検出する。すなわち、第１温度センサ２７は、流量計２３により燃料の流量を検出する際に、その燃料の温度を検出する。なお、流量計２３内の燃料の温度と等しい温度の燃料が流通する部分であれば、第１温度センサ２７は、流量計２３の内部に限らず、例えば誘導配管２２に設けられていてもよい。

ＰＣ２５は、試験装置を構成するコンピュータであり、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ、プログラムメモリとしてのＲＯＭ、データ保存用の記憶装置、さらにはＡ／Ｄ変換器やクロック発生回路等の信号処理装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、信号処理装置、通信装置、及び電源回路等によって構成されている。

上記の第２圧力センサ１６、第２温度センサ１７、第１圧力センサ２６、流量計２３、及び第１温度センサ２７の各出力は、ＰＣ２５へ入力される。ＰＣ２５は、流量計２３により検出される燃料の流量を積分することにより、流量計２３を通過した燃料の体積、すなわちインジェクタ１４により噴射された燃料の体積を検出する。このように、流量計２３及びＰＣ２５により、圧力容器２１により収集された燃料の体積を検出する体積検出手段が構成される。

また、ＰＣ２５は、上記の各種センサの出力に基づいて、流量計２３で検出された燃料の体積をインジェクタ１４から噴射される燃料の体積に換算するとともに、インジェクタ１４から噴射される燃料の相対噴射率を取得する。そして、これらの相対噴射率の推移と換算された燃料の体積とに基づいて、第１圧力センサ２６により検出される圧力とインジェクタ１４から噴射される燃料の実噴射率との関係（噴射率モデル）を取得する。

図４は、こうした噴射率モデルを学習する手順の概要を示す図である。インジェクタ１４により燃料噴射が行われると、インジェクタ１４に設けられた第２圧力センサ１６では、同図の上側に示すような圧力の推移が検出される。そして、図１を参照して説明したように、この圧力推移に基づいて、噴射開始時刻ｔｓｔａ、噴射率最大到達時刻ｔｉｎｃ、噴射率降下開始時刻ｔｄｅｃ、噴射終了時刻ｔｅｎｄを学習する。そして、これらの時刻に基づいて、相対噴射率の推移（同図の右側の破線）を取得する。

また、インジェクタ１４により燃料噴射が行われると、圧力容器２１に設けられた第１圧力センサ２６では、同図の下側に示すような圧力の推移が検出される。すなわち、密閉された圧力容器２１内にインジェクタ１４から燃料が噴射されることにより、噴射された燃料の体積に応じて圧力容器２１内の圧力が上昇する。

ここで、本願発明者らは、圧力容器２１内の圧力の上昇量（総変化量）と圧力容器内に噴射された燃料の体積（総噴射体積）とが、比例関係にあることを見出した。このため、圧力容器２１内の圧力の微分値と、燃料の体積の微分値である噴射率とは比例関係にある。したがって、圧力の微分値の変化は、噴射率の相対的な変化、すなわち相対噴射率を表すこととなる（同図の右側の実線）。

そして、相対噴射率の積分値（曲線よりも下側部分の面積）は燃料の体積を表すため、これに流量計２３で検出された燃料の体積を適用することにより、上記の各相対噴射率を実噴射率に変換する。このとき、流量計２３を通過する燃料の温度と、インジェクタ１４により噴射される燃料の温度とは異なっている。したがって、燃料の温度変化に起因して燃料の体積が変化することから、流量計２３で検出された燃料の体積を相対噴射率の積分値にそのまま適用した場合には、取得される実噴射率が不正確になるおそれがある。

そこで、本実施形態では、流量計２３に設けられた第１温度センサ２７の検出値と、インジェクタ１４に設けられた第２温度センサ１７との検出値に基づいて、流量計２３で検出された燃料の体積を、インジェクタ１４から噴射される燃料の体積に換算する。そして、この換算された燃料の体積を相対噴射率の積分値に適用して、各相対噴射率を実噴射率に変換する。したがって、インジェクタ１４に設けられた第２圧力センサ１６により検出される圧力と燃料の実噴射率との関係、及び圧力容器２１に設けられた第１圧力センサ２６により検出される圧力と燃料の実噴射率との関係を正確に取得することができる。

図５は、こうした噴射率モデル学習の処理手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、インジェクタ１４による燃料噴射時にＰＣ２５により実行される。

まず、インジェクタ１４の第２圧力センサ１６の出力に基づいて噴射率モデルを作成するとともに、インジェクタ１４の第２温度センサ１７により燃料の温度を検出する（Ｓ１１）。詳しくは、図１を参照して説明したように、燃料噴射に係る各時刻に基づいて相対噴射率の推移を取得する。続いて、圧力容器２１の第１圧力センサ２６の出力に基づいて噴射率モデル（相対噴射率の推移）を作成する（Ｓ１２）。この噴射率モデルを作成する処理の詳細については後述する。

流量計２３の第１温度センサにより流量計２３を通過する燃料の温度を検出するとともに、流量計２３の出力に基づいてインジェクタ１４により噴射される燃料の体積を検出する（Ｓ１３）。詳しくは、流量計２３により検出される流量を積分することにより、流量計２３を通過する燃料の体積、すなわちインジェクタ１４により噴射される燃料の体積を検出する。

そして、流量計２３で検出された燃料の体積を、インジェクタ１４から噴射される燃料の体積に換算する（Ｓ１４）。詳しくは、燃料の種類により定まる燃料の熱膨張率（温度変化に対する体積変化率）と、流量計２３の第１温度センサ２７により検出される燃料の温度と、インジェクタ１４の第２温度センサ１７により検出される燃料の温度とに基づいて、燃料の体積を換算する。

続いて、この換算された燃料の体積を用いて、圧力容器２１の第１圧力センサ２６の出力に基づく噴射率モデルの単位を実噴射率の単位に換算する（Ｓ１５）。詳しくは、換算された燃料の体積を圧力容器２１での相対噴射率の積分値（曲線よりも下側部分の面積）に適用して、相対噴射率を実噴射率に変換する。すなわち、インジェクタ１４の燃料噴射における実噴射率や最大噴射率を算出する。さらに、第１圧力センサ２６により検出される圧力と、上記実噴射率との関係を取得する。

上記換算された燃料の体積を用いて、インジェクタ１４の第２圧力センサ１６の出力に基づく噴射率モデルの単位を実噴射率の単位に換算する（Ｓ１６）。詳しくは、換算された燃料の体積をインジェクタ１４での相対噴射率の積分値（曲線よりも下側部分の面積）に適用して、相対噴射率を実噴射率に変換する。すなわち、インジェクタ１４の燃料噴射における実噴射率や最大噴射率を算出する。さらに、第２圧力センサ１６により検出される圧力と、上記実噴射率との関係を取得する。その後、この一連の処理を終了する。

なお、Ｓ１１の処理が第２推移取得手段としての処理に相当し、Ｓ１２の処理が第１推移取得手段としての処理に相当し、Ｓ１４の処理が換算手段としての処理に相当し、Ｓ１５の処理が第１特性取得手段としての処理に相当し、Ｓ１６の処理が第２特性取得手段としての処理に相当する。

図６は、圧力容器での噴射率モデル作成の処理手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、インジェクタ１４による燃料噴射時にＰＣ２５により実行される。

まず、圧力容器２１の第１圧力センサ２６の出力をローパスフィルタ処理し（Ｓ１２１）、処理されたデータを微分処理する（Ｓ１２２）。これにより、図７の上側に示す圧力推移の曲線から、同図の下側に示す圧力の微分値推移の曲線が得られる。

続いて、微分処理した曲線の頂点に沿って水平線を引く（Ｓ１２３）。すなわち、図７に示すように、曲線の頂点の平均的な高さを通るように水平線Ｈを引く。なお、水平線Ｈの引き方として、圧力の微分値推移の曲線において、それを微分した値が正の値から０又は負の値に変化する点を通るように引いてもよいし、微分した値が０又は正の値から負の値に変化する点を通るように引いてもよいし、それらの点を結ぶように引いてもよい。

さらに、頂点に対して２５％の高さの点と７５％の高さの点とを直線で結ぶ（Ｓ１２４）。すなわち、図７に示すように、頂点（水平線Ｈ）に対して、２５％の高さの点Ｐ１１と７５％の高さの点Ｐ１２とを直線Ｌ１で結ぶとともに、２５％の高さの点Ｐ２１と７５％の高さの点Ｐ２２とを直線Ｌ２で結ぶ。なお、これらの点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２は、曲線において直線部分の両端の点を便宜的に求めたものであり、各々の点の位置はインジェクタ１４の仕様や実験結果等に基づいて設定される。このため、これらの点の位置は、２５％，７５％の高さに限らず３０％，７０％等の高さが用いられることもある。また、圧力の微分値推移の曲線において、その変曲点を求めてそれぞれ点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２としてもよい。

そして、直線Ｌ１，Ｌ２と０点との交点、及び直線Ｌ１，Ｌ２と水平線Ｈとの交点を算出する（Ｓ１２５）。図７に示すように、直線Ｌ１と０点との交点Ｐ１３、直線Ｌ１と水平線Ｈとの交点Ｐ１４、直線Ｌ２と０点との交点Ｐ２３、及び直線Ｌ２と水平線Ｈとの交点Ｐ２４を算出する。これらの点Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ２４、Ｐ２３は、それぞれ噴射開始時刻ｔｓｔａ、噴射率最大到達時刻ｔｉｎｃ、噴射率降下開始時刻ｔｄｅｃ、噴射終了時刻ｔｅｎｄに相当する。そして、これらの時刻に基づいて、相対噴射率の推移を取得する。その後、この一連の処理を終了する。なお、Ｓ１２１〜Ｓ１２５の処理が、第１推移取得手段としての処理に相当する。

以上詳述した本実施形態は以下の利点を有する。

・インジェクタ１４から噴射される燃料は、密閉された状態の圧力容器２１により収集される。このとき、密閉された状態の圧力容器２１内の圧力が、インジェクタ１４から噴射される燃料の体積に応じて変化し、この変化が第１圧力センサ２６により検出される。さらに、圧力容器２１により収集された燃料の体積が、流量計２３により検出される。流量計２３により燃料の体積が検出される際に、その燃料の温度が第１温度センサ２７により検出される。そして、第１温度センサ２７により検出される燃料の温度に基づいて、流量計２３により検出された燃料の体積が、インジェクタ１４から噴射される燃料の体積に換算される。したがって、実際にインジェクタ１４から噴射される燃料の体積に相当する、燃料の体積を算出することができる。

・第１圧力センサ２６により検出される圧力容器２１内の圧力の推移と、インジェクタ１４から噴射される燃料の噴射率の推移とが、相関関係を有している。この相関関係から、第１圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、インジェクタ１４から噴射される燃料の相対噴射率の推移が取得される。そして、取得された相対噴射率の推移と上記換算された燃料の体積とに基づいて、第１圧力センサ２６により検出される圧力とインジェクタ１４から噴射される燃料の実噴射率との関係が取得される。すなわち、燃料の噴射率に対応する相対的な値である相対噴射率に対して、実際にインジェクタ１４から噴射される燃料の体積に相当する、上記換算された燃料の体積を適用することにより、第１圧力センサ２６により検出される圧力と燃料の実噴射率との関係を正確に取得することができる。

・圧力容器２１内の圧力の上昇量と圧力容器２１内に噴射される燃料の体積とは比例関係にあり、ひいては圧力容器２１内の圧力の微分値と圧力容器２１内に噴射された燃料の噴射率とが比例関係にある。この点、第１圧力センサ２６により検出される圧力の微分値の推移を、インジェクタ１４から噴射される燃料の相対噴射率の推移として取得している。したがって、燃料の相対噴射率を簡易かつ正確に取得することができる。

・第２圧力センサ１６により検出されるインジェクタ１４内の圧力の推移と、インジェクタ１４から噴射される燃料の噴射率の推移とは、相関関係を有している。この相関関係から、第２圧力センサ１６により検出される圧力の推移に基づいて、インジェクタ１４から噴射される燃料の相対噴射率の推移が取得される。そして、取得された相対噴射率の推移と上記換算された燃料の体積とに基づいて、第２圧力センサ１６により検出される圧力とインジェクタ１４から噴射される燃料の実噴射率との関係が取得される。すなわち、燃料の噴射率に対応する相対的な値である相対噴射率に対して、上記換算された燃料の体積を適用することにより、第２圧力センサ１６により検出される圧力と燃料の実噴射率との関係を正確に取得することができる。

・燃料噴射時に第２圧力センサ１６により検出されるインジェクタ１４内の圧力に基づいて、燃料噴射と同時にその実噴射率を把握することができる。その結果、燃料噴射装置１０において、実噴射率を把握しつつ緻密な噴射制御を行うことが可能となる。

上記実施形態に限定されず、例えば次のように実施することもできる。

・上記実施形態では、インジェクタ１４内の燃料の温度を第２温度センサ１７により検出したが、燃料の圧力等に基づいてインジェクタ１４内の燃料の温度を推定してもよい。

・上記実施形態では、換算された燃料の体積を圧力容器２１での相対噴射率の積分値に適用して、相対噴射率を実噴射率に変換する処理（図５のＳ１５）と、換算された燃料の体積をインジェクタ１４での相対噴射率の積分値に適用して、相対噴射率を実噴射率に変換する処理（図５のＳ１６）とを実行した。しかしながら、これらの処理のうち、いずれか一方のみを実行するようにしてもよい。

・第１圧力センサ２６により検出される圧力容器２１内の圧力は、第２圧力センサ１６により検出されるインジェクタ１４内の圧力よりも、インジェクタ１４による燃料噴射の影響を直接的に反映すると考えられる。したがって、第１圧力センサ２６により検出される圧力容器２１内の圧力と実噴射率との関係の精度は、第２圧力センサ１６により検出されるインジェクタ１４内の圧力と実噴射率との関係の精度よりも高くなる。

この点、第１圧力センサ２６の出力に基づく噴射率モデルにより取得された圧力と実噴射率との関係に基づいて、第２圧力センサ１６の出力に基づく噴射率モデルにより取得された圧力と実噴射率との関係を補正するといった構成を採用するとよい。こうした構成によれば、第２圧力センサ１６により検出される圧力と燃料の実噴射率との関係を、より精度が向上するように補正することができる。具体的には、最大噴射率を補正したり、平均噴射率を補正したり、噴射率を部分的に補正したりすることが有効である。

・上記実施形態では、第１圧力センサ２６により検出される圧力容器２１内の圧力と燃料の実噴射率との関係が取得される。そして、この圧力と燃料の実噴射率との関係の精度は、第２圧力センサ１６により検出されるインジェクタ１４内の圧力に基づいて算出される圧力と燃料の実噴射率との関係の精度よりも高くなる。したがって、燃料の噴射率に対応する相対的な値である相対噴射率に対して、第１圧力センサ２６の出力に基づく噴射率モデルにより取得された圧力と燃料の実噴射率との関係を適用することにより、第２圧力センサ１６により検出される圧力と燃料の実噴射率との関係を正確に取得することができる。

・上記実施形態では、第１温度センサ２７により検出された燃料の温度に基づいて、流量計２３により検出された燃料の体積を、インジェクタ１４から噴射される燃料の体積に換算したが、インジェクタ１４から噴射される燃料の質量に換算してもよい。その際には、燃料の密度及び熱膨張率を用いる。そして、取得された相対噴射率の推移と換算された燃料の質量とに基づいて、第２圧力センサ１６により検出される圧力とインジェクタ１４から噴射される燃料の実噴射率（質量噴射率）との関係を取得してもよい。

・上記実施形態では、コモンレール１２を備える燃料噴射装置１０に具体化したが、直噴ガソリンエンジンのデリバリパイプを備える燃料噴射装置に具体化することもできる。

１０…燃料噴射装置、１１…燃料ポンプ、１２…コモンレール（蓄圧容器）、１４…インジェクタ（燃料噴射弁）、２０…噴射特性取得装置、２１…圧力容器（収集容器）、２３…流量計、２５…ＰＣ、２６…第１圧力センサ、２７…第１温度センサ（温度センサ）。

Claims (6)

1. 高圧燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、
   前記蓄圧容器に対して燃料を圧送する燃料ポンプと、
   前記蓄圧容器内に蓄圧保持された高圧燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁から噴射される燃料を密閉された状態で収集する収集容器と、
   前記収集容器内の圧力を検出する第１圧力センサと、
   前記収集容器により収集された燃料の体積を検出する体積検出手段と、
   前記体積検出手段により体積が検出される燃料の温度と等しい温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサにより検出された燃料の温度に基づいて、前記体積検出手段により検出された燃料の体積を、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の温度における燃料の体積又は質量に換算する換算手段と、
   前記第１圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移を取得する第１推移取得手段と、
   前記第１推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と前記換算手段により換算された燃料の体積又は質量とに基づいて前記相対噴射率を実噴射率に変換し、前記第１圧力センサにより検出される圧力と前記燃料噴射弁から噴射される燃料の前記実噴射率との関係を取得する第１特性取得手段と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射装置の噴射特性取得装置。
2. 前記第１推移取得手段は、前記第１圧力センサにより検出される圧力の微分値の推移を、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移として取得する請求項１に記載の燃料噴射装置の噴射特性取得装置。
3. 前記蓄圧容器と前記燃料噴射弁の噴射孔との間の燃料通路内の圧力を検出する第２圧力センサと、
   前記第２圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移を取得する第２推移取得手段と、
   前記第２推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と前記換算手段により換算された燃料の体積又は質量とに基づいて前記相対噴射率を実噴射率に変換し、前記第２圧力センサにより検出される圧力と前記燃料噴射弁から噴射される燃料の前記実噴射率との関係を取得する第２特性取得手段と、
   を備える請求項１又は２に記載の燃料噴射装置の噴射特性取得装置。
4. 前記第１特性取得手段により取得された圧力と実噴射率との前記関係に基づいて、前記第２特性取得手段により取得された圧力と実噴射率との前記関係を補正する補正手段を備える請求項３に記載の燃料噴射装置の噴射特性取得装置。
5. 高圧燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、
   前記蓄圧容器に対して燃料を圧送する燃料ポンプと、
   前記蓄圧容器内に蓄圧保持された高圧燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁から噴射される燃料を密閉された状態で収集する収集容器と、
   前記蓄圧容器と前記燃料噴射弁の噴射孔との間の燃料通路内の圧力を検出する第２圧力センサと、
   前記収集容器により収集された燃料の体積を検出する体積検出手段と、
   前記体積検出手段により体積が検出される燃料の温度と等しい温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサにより検出された燃料の温度に基づいて、前記体積検出手段により検出された燃料の体積を、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の温度における燃料の体積又は質量に換算する換算手段と、
   前記第２圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移を取得する第２推移取得手段と、
   前記第２推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と前記換算手段により換算された燃料の体積又は質量とに基づいて前記相対噴射率を実噴射率に変換し、前記第２圧力センサにより検出される圧力と前記燃料噴射弁から噴射される燃料の前記実噴射率との関係を取得する第２特性取得手段と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射装置の噴射特性取得装置。
6. 前記蓄圧容器と前記燃料噴射弁の噴射孔との間の燃料通路内の圧力を検出する第２圧力センサと、
   前記第２圧力センサにより検出される圧力の推移に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の相対噴射率の推移を取得する第２推移取得手段と、
   前記第２推移取得手段により取得された相対噴射率の推移と前記第１特性取得手段により取得された前記関係とに基づいて、前記第２圧力センサにより検出される圧力と前記燃料噴射弁から噴射される燃料の実噴射率との関係を取得する第３特性取得手段と、
   を備える請求項１又は２に記載の燃料噴射装置の噴射特性取得装置。

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