(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射弁と、
燃料を蓄圧して前記燃料噴射弁へ供給する蓄圧容器と、
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メイン通路から分岐する分岐通路に設けられ、前記分岐通路内の燃料の圧力を検出する燃圧センサと、
前記分岐通路内の燃料の温度を検出する燃温センサと、
を備える燃料噴射システムに適用され、
前記燃圧センサにより検出された圧力の変化を表した燃圧波形を取得する燃圧波形取得手段と、
前記燃圧波形に含まれている波形成分であって、前記メイン通路内を伝播する圧力の振動に起因したメイン波形成分を前記燃圧波形から抽出するメイン波形抽出手段と、
前記燃圧波形に含まれている波形成分であって、前記分岐通路内を伝播する圧力の振動に起因した分岐波形成分を前記燃圧波形から抽出する分岐波形抽出手段と、
前記分岐波形成分に基づき、前記分岐通路内の圧力伝播速度である分岐伝播速度を算出する分岐伝播速度算出手段と、
前記メイン波形成分に基づき、前記メイン通路内の圧力伝播速度であるメイン伝播速度を算出するメイン伝播速度算出手段と、
前記燃圧波形に基づき、前記燃料噴射弁へ供給される燃料の平均圧力を算出する平均圧力算出手段と、
前記燃温センサにより検出された前記分岐通路内の温度、前記分岐伝播速度、前記メイン伝播速度および前記平均圧力に基づき、前記メイン通路内の温度を推定するメイン温度推定手段と、
を備えることを特徴とする燃料状態推定装置。
【請求項２】
前記メイン温度推定手段は、
前記燃温センサにより検出された前記分岐通路内の温度、前記分岐伝播速度、および前記平均圧力に基づき、燃料の性状を推定する性状推定手段を有しており、
前記性状推定手段により推定された燃料性状、前記メイン伝播速度および前記平均圧力に基づき、前記メイン通路内の温度を算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料状態推定装置。
【請求項３】
前記燃料噴射弁は、前記メイン通路の一部および前記噴孔が形成された下流側ボデーと、前記分岐通路が形成された上流側ボデーとを有して構成されており、
前記下流側ボデーが前記内燃機関のシリンダヘッドに挿入配置されているのに対し、前記上流側ボデーは前記シリンダヘッドの外部に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料状態推定装置。
【請求項４】
前記分岐波形抽出手段は、前記燃圧波形取得手段により取得された燃圧波形のうち、燃料の噴射終了に伴い圧力上昇が終了した直後の期間における燃圧波形の中から前記抽出を実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料状態推定装置。
【請求項５】
前記燃料噴射弁には、前記内燃機関の第１気筒に備えられた第１燃料噴射弁、および第２気筒に備えられた第２燃料噴射弁があり、
前記燃圧センサには、前記第１燃料噴射弁に対して設けられた第１燃圧センサ、および前記第２燃料噴射弁に対して設けられた第２燃圧センサがあり、
前記第１燃料噴射弁での燃料噴射時に前記第１燃圧センサにより検出される燃圧波形を噴射気筒波形とし、前記第１燃料噴射弁での燃料噴射時に前記第２燃圧センサにより検出される燃圧波形を非噴射気筒波形とした場合において、
前記分岐波形抽出手段は、前記噴射気筒波形から前記非噴射気筒波形を差し引いて得られた燃圧波形を用いて、前記抽出を実施することを特徴とする請求項４に記載の燃料状態推定装置。
【請求項６】
内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射弁と、
燃料を蓄圧して前記燃料噴射弁へ供給する蓄圧容器と、
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メイン通路から分岐する分岐通路に設けられ、前記分岐通路内の燃料の圧力を検出する燃圧センサと、
前記分岐通路内の燃料の温度を検出する燃温センサと、
を備える燃料噴射システムに適用され、
前記燃圧センサにより検出された圧力の変化を表した燃圧波形を取得する燃圧波形取得手段と、
前記燃圧波形に含まれている波形成分であって、前記分岐通路内を伝播する圧力の振動に起因した分岐波形成分を前記燃圧波形から抽出する分岐波形抽出手段と、
前記分岐波形成分に基づき、前記分岐通路内の圧力伝播速度である分岐伝播速度を算出する分岐伝播速度算出手段と、
前記燃圧波形に基づき、前記燃料噴射弁へ供給される燃料の平均圧力を算出する平均圧力算出手段と、
前記燃温センサにより検出された前記分岐通路内の温度、前記分岐伝播速度、および前記平均圧力に基づき、燃料の性状を推定する性状推定手段と、
を備え、
前記分岐波形抽出手段は、前記燃圧波形取得手段により取得された燃圧波形のうち、燃料の噴射終了に伴い圧力上昇が終了した直後の期間における燃圧波形の中から前記抽出を実施し、
前記燃料噴射弁には、前記内燃機関の第１気筒に備えられた第１燃料噴射弁、および第２気筒に備えられた第２燃料噴射弁があり、
前記燃圧センサには、前記第１燃料噴射弁に対して設けられた第１燃圧センサ、および前記第２燃料噴射弁に対して設けられた第２燃圧センサがあり、
前記第１燃料噴射弁での燃料噴射時に前記第１燃圧センサにより検出される燃圧波形を噴射気筒波形とし、前記第１燃料噴射弁での燃料噴射時に前記第２燃圧センサにより検出される燃圧波形を非噴射気筒波形とした場合において、
前記分岐波形抽出手段は、前記噴射気筒波形から前記非噴射気筒波形を差し引いて得られた燃圧波形を用いて、前記抽出を実施することを特徴とする燃料状態推定装置。
【請求項７】
前記分岐波形抽出手段は、特定の周波数帯域の波形成分を抽出するバンドパスフィルタであり、前記燃温センサにより検出された温度および前記平均圧力の少なくとも一方に基づき、前記特定の周波数帯域を可変設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料状態推定装置。
【請求項８】
前記分岐波形抽出手段は、前記内燃機関の運転状態が特定の運転状態になっている時に取得された燃圧波形を用いて、前記抽出を実施することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃料状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁から噴射する燃料の温度や燃料の性状を推定する燃料状態推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜５等には、燃料噴射弁へ供給される燃料の圧力を燃圧センサで検出することで、燃料噴射に伴い生じた圧力の変化（燃圧波形）を検出し、その燃圧波形に基づき燃料の噴射状態を算出する発明が開示されている。例えば、燃料の噴射開始に伴い燃圧波形は圧力降下を開始するので、その圧力降下開始時期を検出すれば、燃料の噴射開始時期（噴射状態）を算出することができる。これによれば、算出した噴射状態に基づき燃料噴射弁の作動をフィードバック制御することで、噴射状態が所望の状態になるように高精度で噴射制御できる。
【０００３】
特許文献１〜５記載の燃料噴射弁のボデーには、コモンレール（蓄圧容器）から分配されてくる燃料の供給口、燃料を噴射する噴孔、供給口から噴孔に至るまでの燃料の通路（メイン通路）、およびメイン通路から分岐する分岐通路が形成されている。そして、先述した燃圧センサは分岐通路内の燃圧を検出するように配置されている。したがって、例えば噴孔からの燃料噴射を開始させると、メイン通路のうち噴孔近傍部分で燃圧が低下し、その燃圧変化がメイン通路および分岐通路を伝播して燃圧センサに達し、燃圧センサはその伝播された燃圧変化を燃圧波形として検出することとなる。
【０００４】
しかし、燃料の温度が変化すると、メイン通路内および分岐通路内を燃圧変化が伝播していく速度（伝播速度）が変化するため、燃圧波形と噴射状態との相関が変化する。例えば、噴射開始時期から先述した圧力降下開始時期までの遅れ時間は、燃温変化に伴い変化する。
【０００５】
そこで、特許文献１〜５記載の燃料噴射弁では、分岐通路内の燃料の温度を検出する燃温センサを搭載している。そして、燃温センサで検出した燃料温度に応じて、燃圧波形から算出した噴射状態を補正することで、噴射状態を精度よく算出することを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２８５８８７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８５８８９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８６２８０号公報
【特許文献４】特開２０１１−１８４２号公報
【特許文献５】特開２０１１−１９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、メイン通路のうち噴孔の近傍部分における燃料は、内燃機関の熱を受けて高温になっている。そのため、燃温センサにより検出される分岐通路内の燃料温度と、噴孔近傍部分の燃料温度とに乖離が生じる。したがって、メイン通路内の燃料温度（燃料状態）を燃温センサは高精度で検出しているとは言えず、燃温センサで検出した燃料温度に基づいて燃圧波形から算出した噴射状態を補正すると、温度の乖離が生じている場合には前記補正の精度が悪くなってしまい、噴射状態を精度よく算出できなくなる。
【０００８】
さらに、燃料の種類（性状）が変化することによっても、通路内を燃圧変化が伝播していく伝播速度は変化する。そのため、想定していた性状と異なる性状の燃料を給油した場合にも、燃圧波形と噴射状態との相関が変化してしまい、噴射状態を精度よく算出できなくなる。なお、燃料の性状を検出する専用の性状センサを搭載させることは、大幅なコストアップを招くため望ましくない。
【０００９】
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、メイン通路から分岐する分岐通路に設けられた燃圧センサおよび燃温センサの検出値に基づいて、メイン通路内の燃料温度や燃料性状を推定する燃料状態推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
第１の発明では、内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料を蓄圧して前記燃料噴射弁へ供給する蓄圧容器と、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メイン通路から分岐する分岐通路に設けられ、前記分岐通路内の燃料の圧力を検出する燃圧センサと、前記分岐通路内の燃料の温度を検出する燃温センサと、を備える燃料噴射システムに適用されることを前提とする。
【００１２】
そして、前記燃圧センサにより検出された圧力の変化を表した燃圧波形を取得する燃圧波形取得手段と、前記燃圧波形に含まれている波形成分であって、前記メイン通路内を伝播する圧力の振動に起因したメイン波形成分を前記燃圧波形から抽出するメイン波形抽出手段と、前記燃圧波形に含まれている波形成分であって、前記分岐通路内を伝播する圧力の振動に起因した分岐波形成分を前記燃圧波形から抽出する分岐波形抽出手段と、前記分岐波形成分に基づき、前記分岐通路内の圧力伝播速度である分岐伝播速度を算出する分岐伝播速度算出手段と、前記メイン波形成分に基づき、前記メイン通路内の圧力伝播速度であるメイン伝播速度を算出するメイン伝播速度算出手段と、前記燃圧波形に基づき、前記燃料噴射弁へ供給される燃料の平均圧力を算出する平均圧力算出手段と、前記燃温センサにより検出された前記分岐通路内の温度、前記分岐伝播速度、前記メイン伝播速度および前記平均圧力に基づき、前記メイン通路内の温度を推定するメイン温度推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
ここで、本発明者らが得た知見を、図６等を用いて以下に説明する。図６は、蓄圧容器（コモンレール４２）の吐出口４２ａから燃料噴射弁の噴孔１１ｂに至るまでのメイン通路１１ａ，４２ｂ、および分岐通路１５をモデル化した模式図であり、メイン通路１１ａ，４２ｂは、燃料噴射弁内部に形成されている高圧通路１１ａと、燃料噴射弁と蓄圧容器とを接続する高圧配管４２ｂ内の通路とから構成されている。
【００１４】
そして、メイン通路内を伝播していく圧力変化の脈動は、流量が制限される箇所である吐出口４２ａと噴孔１１ｂとで反射を繰り返す。そのため、メイン通路内を振動する波形成分（メイン波形成分ＷＬ（図７（ａ）参照））は、メイン通路内の燃料温度ＴＬやメイン通路長ＬＬ等に起因した周波数ＦＬの波形となる。
【００１５】
一方、分岐通路内を伝播していく圧力変化の脈動は、分岐通路１５の流入口（分岐口１５ａ）と分岐通路１５の最下流部１５ｂとで反射を繰り返す。そのため、分岐通路内を振動する波形成分（分岐波形成分ＷＳ（図７（ｂ）参照））は、分岐通路内の燃料温度ＴＳや分岐通路長ＬＳ等に起因した周波数ＦＳの波形となる。
【００１６】
さらに、袋小路となっている分岐通路内の燃料には、メイン波形成分ＷＬの加振力が分岐口１５ａから伝達される。そのため、分岐通路内の燃料は、分岐波形成分ＷＳとメイン波形成分ＷＬとが重畳した波形で振動することとなる。したがって、燃圧センサ２２で検出される燃圧波形には、これらの分岐波形成分ＷＳとメイン波形成分ＷＬとが含まれることとなる。
【００１７】
ここで、燃料の体積弾性係数Ｅおよび燃料の密度ρは、燃料の性状に起因して特定される物理量であり、これら体積弾性係数Ｅと密度ρの比率Ｅ／ρは、通路内の圧力伝播速度、通路内の圧力、および燃料温度をパラメータとして理論上算出できる。つまり、これらのパラメータを取得できれば、燃料の性状を特定することができる。
【００１８】
そして、分岐通路内の状態について言えば、分岐通路内の燃料温度ＴＳは燃温センサ２３により取得でき、分岐通路内の伝播速度（分岐伝播速度ＣＳ）は分岐波形成分ＷＳの周波数ＦＳおよび分岐通路長ＬＳから算出でき、分岐通路内の圧力Ｐ０は燃圧波形の平均圧力Ｐ０ａｖｅで代用できる。したがって、これらのパラメータＴＳ，ＣＳ，Ｐ０ａｖｅに基づけば燃料性状を特定できる。要するに、分岐波形成分ＷＳは、燃温センサ２３で検出した温度ＴＳに起因した波形になっているため、分岐波形成分ＷＳから求められる分岐伝播速度ＣＳ、検出温度（分岐通路内温度ＴＳ）、および平均圧力Ｐ０ａｖｅに基づけば、燃料性状Ｅ／ρを特定できる（図５中の符号５４参照）。
【００１９】
次に、メイン通路内の状態について言えば、メイン通路内の伝播速度（メイン伝播速度ＣＬ）はメイン波形成分ＷＬの周波数ＦＬおよびメイン通路長ＬＬから算出でき、燃料性状Ｅ／ρは先述したパラメータＰ０ａｖｅ，ＴＳ，ＣＳに基づき特定でき、メイン通路内の圧力Ｐ０は燃圧波形の平均圧力Ｐ０ａｖｅで代用できる。したがって、これらのパラメータＣＬ，Ｅ／ρ，Ｐ０ａｖｅに基づけば、メイン通路内の燃料温度ＴＬを算出できる。要するに、メイン波形成分ＷＬは、燃温センサ２３で検出した温度ＴＳとは異なるメイン通路内温度ＴＬに起因した波形になっているものの、先述したように分岐伝播速度ＣＳや検出温度ＴＳ等から燃料性状Ｅ／ρを特定できるので、その燃料性状Ｅ／ρを用いれば、メイン波形成分ＷＬから求められるメイン伝播速度ＣＬ、および平均圧力Ｐ０ａｖｅに基づきメイン通路内温度ＴＬを算出できる（図５中の符号５５参照）。
【００２０】
以上により、結局、燃温センサにより検出された分岐通路内の温度ＴＳ、分岐伝播速度ＣＳ、メイン伝播速度ＣＬおよび平均圧力Ｐ０ａｖｅを取得できれば、これらの値ＴＳ，ＣＳ，ＣＬ，Ｐ０ａｖｅをパラメータとしてメイン通路内の温度ＴＬを算出（推定）できると言える（図１５中の符号５６および図５中の符号５５参照）。
【００２１】
上記発明は、以上に説明した知見に鑑みて想起されたものであり、要するに、分岐波形成分ＷＳおよびメイン波形成分ＷＬを燃圧波形から抽出し、抽出したこれらの波形成分から分岐伝播速度ＣＳおよびメイン伝播速度ＣＬを算出し、燃温センサにより検出された温度ＴＳ、分岐伝播速度ＣＳ、メイン伝播速度ＣＬおよび平均圧力Ｐ０ａｖｅに基づき、メイン通路内の温度ＴＬを推定する。そのため、燃料の性状を検出する専用のセンサを必要とすることなく、メイン通路の温度ＴＬ（燃料状態）を推定できる。
【００２２】
第２の発明では、前記メイン温度推定手段は、前記燃温センサにより検出された前記分岐通路内の温度、前記分岐伝播速度、および前記平均圧力に基づき、燃料の性状を推定する性状推定手段を有しており、前記性状推定手段により推定された燃料性状、前記メイン伝播速度および前記平均圧力に基づき、前記メイン通路内の温度を算出することを特徴とする。
【００２３】
燃温センサによる検出温度ＴＳ、分岐伝播速度ＣＳおよび平均圧力Ｐ０ａｖｅに基づけば、燃料性状Ｅ／ρを推定できることは先述した通りである。この点を鑑みた上記発明では、これらの値ＴＳ，ＣＳ，Ｐ０ａｖｅに基づき燃料性状Ｅ／ρを推定する性状推定手段を有する。そのため、メイン通路内温度ＴＬの算出過程で燃料性状Ｅ／ρを推定するので、メイン通路内温度ＴＬのみならず、燃料性状を検出する専用のセンサを必要とすることなく燃料性状Ｅ／ρの値も取得できる。
【００２４】
よって、例えば燃料性状Ｅ／ρの値を用いて燃料噴射弁の作動を制御する等、各種制御に燃料性状Ｅ／ρの値を用いることができる。特に、燃料性状が変化するとメイン伝播速度および分岐伝播速度も変化するため、燃圧波形と噴射状態との相関が変化する。よって、上記発明により取得した燃料性状を用いて燃圧波形から噴射状態を推定すれば、その推定精度を向上できる。
【００２５】
第３の発明では、内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料を蓄圧して前記燃料噴射弁へ供給する蓄圧容器と、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メイン通路から分岐する分岐通路に設けられ、前記分岐通路内の燃料の圧力を検出する燃圧センサと、前記分岐通路内の燃料の温度を検出する燃温センサと、を備える燃料噴射システムに適用されることを前提とする。
【００２６】
そして、前記燃圧センサにより検出された圧力の変化を表した燃圧波形を取得する燃圧波形取得手段と、前記燃圧波形に含まれている波形成分であって、前記分岐通路内を伝播する圧力の振動に起因した分岐波形成分を前記燃圧波形から抽出する分岐波形抽出手段と、前記分岐波形成分に基づき、前記分岐通路内の圧力伝播速度である分岐伝播速度を算出する分岐伝播速度算出手段と、前記燃圧波形に基づき、前記燃料噴射弁へ供給される燃料の平均圧力を算出する平均圧力算出手段と、前記燃温センサにより検出された前記分岐通路内の温度、前記分岐伝播速度、および前記平均圧力に基づき、燃料の性状を推定する性状推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００２７】
燃温センサによる検出温度ＴＳ、分岐伝播速度ＣＳおよび平均圧力Ｐ０ａｖｅに基づけば、燃料性状Ｅ／ρを推定できることは先述した通りである。この点を鑑みた上記発明では、これらの値ＴＳ，ＣＳ，Ｐ０ａｖｅに基づき燃料性状Ｅ／ρを推定する性状推定手段を有するので、燃料性状を検出する専用のセンサを必要とすることなく燃料性状を取得できる。よって、例えば、燃料性状Ｅ／ρの値を用いて燃料噴射弁の作動を制御する等、各種制御に燃料性状Ｅ／ρの値を用いることができる。
【００２８】
特に、燃料性状が変化すると燃圧波形と噴射状態との相関が変化するので、上記発明により取得した燃料性状を用いて燃圧波形から噴射状態を推定すれば、その推定精度を向上できる。
【００２９】
第４の発明では、前記燃料噴射弁は、前記メイン通路の一部および前記噴孔が形成された下流側ボデーと、前記分岐通路が形成された上流側ボデーとを有して構成されており、前記下流側ボデーが前記内燃機関のシリンダヘッドに挿入配置されているのに対し、前記上流側ボデーは前記シリンダヘッドの外部に位置していることを特徴とする。
【００３０】
このように、分岐通路が形成された上流側ボデーがシリンダヘッドの外部に位置している場合には、燃温センサによる検出温度ＴＳとメイン通路内温度ＴＬとの乖離が大きくなっている。そのため、燃圧波形から算出した噴射状態を検出温度ＴＳに基づいて補正すると前記補正の精度が悪くなる、といった課題が顕著となる。したがって、メイン温度推定手段によりメイン通路内温度ＴＬを推定できる、といった先述の効果が好適に発揮される。
【００３１】
第５の発明では、前記分岐波形抽出手段は、前記燃圧波形取得手段により取得された燃圧波形のうち、燃料の噴射終了に伴い圧力上昇が終了した直後の期間における燃圧波形の中から前記抽出を実施することを特徴とする。
【００３２】
ここで、燃料の噴射期間中に検出した燃圧波形には、噴射に伴い生じた波形成分（噴射波形成分）が含まれているので、このような噴射期間中の燃圧波形から抽出した分岐波形成分に基づき分岐伝播速度を算出しようとすると、その算出精度が悪くなる。この点を鑑みた上記発明によれば、燃料噴射終了に伴い圧力上昇が終了した直後の期間における燃圧波形から分岐波形成分を抽出するので、噴射波形成分が含まれていない燃圧波形から抽出することとなり、分岐伝播速度の算出精度悪化を抑制できる。
【００３３】
また、燃料噴射終了に伴い圧力上昇が終了した直後の期間であれば、メイン通路および分岐通路内を伝播する圧力の振動強度が大きくなっているので、分岐波形成分の抽出精度を向上でき、分岐伝播速度の算出精度を向上できる。
【００３４】
第６の発明では、前記燃料噴射弁には、前記内燃機関の第１気筒に備えられた第１燃料噴射弁、および第２気筒に備えられた第２燃料噴射弁があり、前記燃圧センサには、前記第１燃料噴射弁に対して設けられた第１燃圧センサ、および前記第２燃料噴射弁に対して設けられた第２燃圧センサがあり、前記第１燃料噴射弁での燃料噴射時に前記第１燃圧センサにより検出される燃圧波形を噴射気筒波形とし、前記第１燃料噴射弁での燃料噴射時に前記第２燃圧センサにより検出される燃圧波形を非噴射気筒波形とした場合において、前記分岐波形抽出手段は、前記噴射気筒波形から前記非噴射気筒波形を差し引いて得られた燃圧波形を用いて、前記抽出を実施することを特徴とする。
【００３５】
ここで、噴射気筒波形には、メイン通路および分岐通路内を伝播する圧力の振動に起因した成分の他にも、各種成分（例えば燃料ポンプから蓄圧容器へ燃料を圧送したことにより圧力が上昇していくポンプ圧送成分）が重畳している。ただし、このようなポンプ圧送成分は、噴射気筒波形および非噴射気筒波形にも同様に重畳するものであるため、噴射気筒波形から非噴射気筒波形を差し引けば、ポンプ圧送成分等の各種成分が除去された燃圧波形を取得できる。この点を鑑みた上記発明では、噴射気筒波形から非噴射気筒波形を差し引いて得られた燃圧波形から、分岐波形成分を抽出するので、その抽出精度を向上でき、ひいては分岐伝播速度の算出精度を向上できる。
【００３６】
第７の発明では、前記分岐波形抽出手段は、特定の周波数帯域の波形成分を抽出するバンドパスフィルタであり、前記燃温センサにより検出された温度および前記平均圧力の少なくとも一方に基づき、前記特定の周波数帯域を可変設定することを特徴とする。
【００３７】
図８〜図１０の試験結果に示されるように、燃料温度が変化すれば、分岐波形成分の周波数帯域も変化する。また、燃料の圧力によっても分岐波形成分の周波数帯域も変化する。この点を鑑みた上記発明では、燃温センサにより検出された温度および平均圧力の少なくとも一方に基づき、バンドパスフィルタによる特定の周波数帯域を可変設定するので、分岐波形成分を高精度で抽出できるようになる。
【００３８】
ちなみに、前記バンドパスフィルタは、デジタル信号に変換された燃圧波形から分岐波形成分を抽出するデジタル式のフィルタであってもよいし、アナログ信号の燃圧波形から分岐波形成分を抽出するアナログ式のフィルタであってもよい。
【００３９】
第８の発明では、前記分岐波形抽出手段は、前記内燃機関の運転状態が特定の運転状態になっている時に取得された燃圧波形を用いて、前記抽出を実施することを特徴とする。
【００４０】
これによれば、抽出に用いる燃圧波形は、燃料の温度や圧力が所定範囲内である時に取得したものとなるため、特定の周波数帯域の可変設定範囲を小さくできる。或いは、その可変設定を不要にできる。よって、分岐波形抽出手段のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる燃料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である。
【図２】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である。
【図３】第１実施形態において、噴射率パラメータの学習及び噴射指令信号の設定等の概要を示すブロック図である。
【図４】噴射気筒波形Ｗａ、非噴射気筒波形Ｗｕ、噴射波形Ｗｂを示す図である。
【図５】図３に示す燃料状態推定装置を示すブロック図である。
【図６】図１に示すメイン通路および分岐通路をモデル化した模式図である。
【図７】図５に示すフィルタにより抽出された、メイン波形成分ＷＬおよび分岐波形成分ＷＳを示す図である。
【図８】本発明者らが実施した試験結果を示す図である。
【図９】本発明者らが実施した試験結果を示す図である。
【図１０】本発明者らが実施した試験結果を示す図である。
【図１１】第１実施形態において、燃料性状Ｅ／ρの算出に用いるマップを示す図である。
【図１２】第１実施形態において、高圧通路内温度ＴＬの算出に用いるマップを示す図である。
【図１３】第１実施形態において、燃料性状Ｅ／ρの算出処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】第１実施形態において、高圧通路内温度ＴＬの算出処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第２実施形態にかかる燃料状態推定装置を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３実施形態において、燃料状態推定装置が適用される燃料噴射弁の各種変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する燃料状態推定装置は、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。
【００４３】
（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に搭載されたセンサ装置２０、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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と連通して背圧室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。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。
【００４７】
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。
【００４８】
高圧通路１１ａには、インジェクタボデー４の反噴孔側に分岐する分岐通路１５が形成されている。この分岐通路１５により、高圧通路１１ａ内の燃料はセンサ装置２０に導入される。なお、コモンレール４２の吐出口４２ａから噴孔１１ｂに至るまでの燃料通路が「メイン通路」に相当する。具体的には、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内の通路、およびボデー１１内部に形成された高圧通路１１ａがメイン通路に相当する。
【００４９】
また、ボデー１１の噴孔側部分は、エンジンのシリンダヘッドＥ１に形成された挿入穴Ｅ２に挿入配置されており、噴孔１１ｂが燃焼室に露出するように配置されている。ボデー１１のうちシリンダヘッドＥ１に挿入されている部分が「下流側ボデー」に相当し、ボデー１１のうちシリンダヘッドＥ１の外部に位置する部分が「上流側ボデー」に相当する。そして、分岐通路１５は上流側ボデーの部分に位置している。
【００５０】
センサ装置２０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。
【００５１】
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、分岐通路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。
【００５２】
モールドＩＣ２４は、燃圧センサ２２や燃温センサ２３から出力された検出信号を増幅する増幅回路や、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。
【００５３】
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。
【００５４】
また、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）参照）として検出し、検出した燃圧波形に基づき、燃料の単位時間当たりの噴射量変化を表した噴射率波形（図２（ｂ）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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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Ｃα１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の傾きに所定の係数Ｃβ２を掛けて算出する。
【００５８】
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（噴射終了遅れ時間ｔｅ）を算出する。
【００５９】
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。
【００６０】
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。また、燃圧波形のうち、噴射開始に伴い燃圧が降下を開始するまでの期間に対応する部分の波形（基準波形）に基づき、その基準波形の平均燃圧を基準圧力Ｐbaseとして算出する。
【００６１】
なお、上記「小噴射」とは、最大噴射率に達する前に閉弁作動を開始させる場合の噴射であり、噴射率波形は三角形となる（図２（ｂ）中の点線参照）。一方、上記「大噴射」とは、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の噴射であり、噴射率波形は台形となる（図２（ｂ）中の実線参照）。
【００６２】
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。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。
【００６３】
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。
【００６４】
以上により、燃圧波形から噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出することができる。そして、これらの噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘの学習値に基づき、噴射指令信号（図２（ａ）参照）に対応した噴射率波形（図２（ｂ）参照）を算出することができる。なお、このように算出した噴射率波形の面積（図２（ｂ）中の網点ハッチ参照）は噴射量に相当するので、噴射率パラメータに基づき噴射量を算出することもできる。
【００６５】
図３は、これら噴射率パラメータの学習及び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３１，３２，３３，３４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、図２を用いて先述したように噴射率パラメータｔｄ，ｔｅ，Ｒα，Ｒβ，Ｒｍａｘを算出する。
【００６６】
ここで、燃料の性状や燃料の温度が変化すれば、燃圧波形と噴射率波形（噴射状態）との相関が変化する。具体的には、先述した所定の遅れ時間Ｃα，Ｃβや係数Ｃα１，Ｃβ２、相関係数Ｃγが変化する。そこで、後に詳述する燃料状態推定装置５０は、燃圧センサ２２による検出圧力および燃温センサ２３による検出温度に基づいて、燃料性状および燃料温度（燃料状態）を推定する。そして、噴射率パラメータ算出手段３１は、燃料状態推定装置５０により推定した燃料性状および燃料温度に基づいて、各種相関値Ｃα，Ｃβ，Ｃα１，Ｃβ２，Ｃγを補正した上で、噴射率パラメータを算出している。
【００６７】
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。なお、噴射率パラメータは、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３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。
【００６８】
設定手段３３（制御手段）は、現状の燃圧に対応する噴射率パラメータ（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を算出する。
【００６９】
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）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、噴射率パラメータに基づき噴射指令期間Ｔｑを設定するよう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。
【００７０】
以下の説明では、燃料噴射弁１０から燃料を噴射させている気筒を噴射気筒（表気筒）、この噴射気筒が燃料を噴射している時に燃料噴射させていない気筒を非噴射気筒（裏気筒）とし、かつ、噴射気筒に対応する燃圧センサ２２を噴射時燃圧センサ、非噴射気筒に対応する燃圧センサ２２を非噴射時燃圧センサと呼ぶ。なお、噴射時燃圧センサは第１燃圧センサに相当し、非噴射時燃圧センサは第２燃圧センサに相当する。また、噴射気筒の燃料噴射弁１０は第１燃料噴射弁に相当し、非噴射気筒の燃料噴射弁１０は第２燃料噴射弁に相当する。
【００７１】
噴射時燃圧センサにより検出された燃圧波形である噴射気筒波形Ｗａ（図４（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気筒波形Ｗａは全体的に圧力が高くなった波形となる。つまり、噴射気筒波形Ｗａ（図４（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４（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４（ｂ）中の実線Ｗｕ参照）とが含まれていると言える。
【００７２】
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、噴射気筒波形Ｗａは全体的に圧力が低くなった波形となる。つまり、噴射気筒波形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４（ｂ）中の点線Ｗｕ’参照）の成分とが含まれていると言える。
【００７３】
そこで本実施形態では、非噴射気筒センサにより検出される非噴射気筒波形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気筒波形Ｗａから、非噴射気筒センサによる非噴射気筒波形Ｗｕ（Ｗｕ’）を差し引く処理（裏消し処理）を実施して、噴射波形Ｗｂを演算している。なお、図２（ｃ）に示す燃圧波形は噴射波形Ｗｂである。
【００７４】
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、非噴射気筒波形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。
【００７５】
次に、図３にて先述した燃料状態推定装置５０について、図５を用いて詳細に説明する。この推定装置５０は、ＥＣＵ３０に備えられた各種の入力処理回路、出力処理回路、マイクロコンピュータ等から構成されており、図５は推定装置５０の機能ブロック図である。
【００７６】
推定装置５０は、燃圧センサ２２により検出された燃圧波形Ｐ０を取得する。ここで取得する燃圧波形Ｐ０は、先述した裏消し処理（噴射気筒波形Ｗａ−非噴射気筒波形Ｗｕ）や、うねり消し処理（噴射気筒波形Ｗａ−脈動Ｗｃ）を実施して得られた噴射波形Ｗｂ（図４（ｃ）参照）であることが望ましい。また、噴射波形Ｗｂのうち、燃料の噴射終了に伴い圧力上昇が終了した直後の期間における燃圧波形、つまり変曲点Ｐ５以降の期間における波形であることが望ましい。例えば、先述したうねり消し処理で用いる脈動Ｗｃ（図２（ｃ）参照）を燃圧波形Ｐ０として用いればよい。なお、このように燃圧波形Ｐ０を取得するよう機能しているときのＥＣＵ３０は、「燃圧波形取得手段」に相当する。
【００７７】
図６は、コモンレール４２の吐出口４２ａから燃料噴射弁の噴孔１１ｂに至るまでのメイン通路１１ａ，４２ｂ、および分岐通路１５をモデル化した模式図である。ちなみに、高圧配管４２ｂ内の通路の直径は、高圧通路１１ａの直径よりも大きい。
【００７８】
この模式図に示す全通路のうち、噴孔１１ｂ、分岐口１５ａおよび吐出口４２ａの箇所が、圧力振動が伝播されにくい箇所であり、伝播してきた圧力振動の多くがこれらの箇所で反射する。そのため、先に説明したメイン波形成分ＷＬ（図７（ａ）参照）は、メイン通路１１ａの通路長ＬＬおよび通路容積等に起因した振動周期ＣｙｃｌｅＬ（＝１／周波数ＦＬ）で振動する波形となる。また、先に説明した分岐波形成分ＷＳ（図７（ｂ）参照）は、分岐通路１５の通路長ＬＳおよび通路容積等に起因した振動周期ＣｙｃｌｅＳ（＝１／周波数ＦＳ）で振動する波形となる。但し、燃料温度や燃料性状が変化すると、これらの周波数ＦＬ，ＦＳも変化する。
【００７９】
なお、噴孔１１ｂ、分岐口１５ａおよび吐出口４２ａの他にも、例えば高圧配管４２ｂと燃料噴射弁１０との接続部等の箇所において、伝播してきた圧力振動が反射する。したがって、上述したメイン波形成分ＷＬおよび分岐波形成分ＷＳの他にも、種々の波形成分が通路内では発生している。しかし、種々の波形成分のうち、メイン波形成分ＷＬおよび分岐波形成分ＷＳが主要な波形成分であると言える。
【００８０】
さらに、袋小路となっている分岐通路内の燃料には、メイン波形成分ＷＬの加振力が分岐口１５ａから伝達される。そのため、分岐通路内の燃料は、分岐波形成分ＷＳとメイン波形成分ＷＬとが重畳した波形で振動することとなる。したがって、取得した燃圧波形Ｐ０には、これらの分岐波形成分ＷＳとメイン波形成分ＷＬとが含まれることとなる。
【００８１】
図５の説明に戻り、推定装置５０は、取得した燃圧波形Ｐ０からメイン波形成分ＷＬを抽出するローパスフィルタ５１（メイン波形抽出手段）と、取得した燃圧波形Ｐ０から分岐波形成分ＷＳを抽出するバンドパスフィルタ５２（分岐波形抽出手段）とを有している。これらのフィルタ５１，５２は、デジタル信号に変換された燃圧波形Ｐ０から波形成分ＷＬ，ＷＳを抽出するデジタル式のフィルタである。
【００８２】
図８は、燃圧波形Ｐ０の強度（圧力）の周波数分布を示した試験結果である。メイン波形成分ＷＬに起因するピーク強度ＰｅａｋＬは、図中の符号Ｆ１以下の周波数領域に現れる。分岐波形成分ＷＳに起因するピーク強度ＰｅａｋＳは、図中の符号Ｆ２〜Ｆ３の周波数帯に現れる。したがって、ローパスフィルタ５１のフィルタリング周波数は、この試験結果から得られる周波数Ｆ１（例えば１０００Ｈｚ）に設定すればよい。また、バンドパスフィルタ５２のフィルタリング周波数帯は、この試験結果から得られるＦ２〜Ｆ３の周波数帯（例えば６０００Ｈｚ〜７５００Ｈｚ）に設定すればよい。
【００８３】
ちなみに、メイン通路内では、メイン波形成分ＷＬの振動にともない、メイン波形成分ＷＬの周波数を基本波とした高次波の波形成分の振動も生じている。したがって、図８中に現れるピーク強度Ｐｅａｋ１，Ｐｅａｋ２は、前記高次波の波形成分に起因するものである。
【００８４】
図５の説明に戻り、推定装置５０は、抽出したメイン波形成分ＷＬに基づき、メイン通路内の圧力伝播速度であるメイン伝播速度ＣＬを算出するメイン伝播速度算出手段５１ａを有している。例えば、抽出したメイン波形成分ＷＬの振動周期ＣｙｃｌｅＬを算出し、その振動周期ＣｙｃｌｅＬから周波数ＦＬを算出し（ＦＬ＝１／ＣｙｃｌｅＬ）、その周波数ＦＬに所定の係数ＫＬを乗算してメイン伝播速度ＣＬを算出すればよい。前記係数ＫＬは、メイン通路長ＬＬやその通路容積に基づき決定されるものである。
【００８５】
また、推定装置５０は、抽出した分岐波形成分ＷＳに基づき、分岐通路内の圧力伝播速度である分岐伝播速度ＣＳを算出する分岐伝播速度算出手段５２ａを有している。例えば、抽出した分岐波形成分ＷＳの振動周期ＣｙｃｌｅＳを算出し、その振動周期ＣｙｃｌｅＳから周波数ＦＳを算出し（ＦＳ＝１／ＣｙｃｌｅＳ）、その周波数ＦＳに所定の係数ＫＳを乗算して分岐伝播速度ＣＳを算出すればよい。前記係数ＫＳは、分岐通路長ＬＳやその通路容積に基づき決定されるものである。
【００８６】
推定装置５０は、取得した燃圧波形Ｐ０の平均圧力Ｐ０ａｖｅを算出する平均圧力算出手段５３。例えば、燃圧波形Ｐ０を形成する複数の圧力サンプリング値の平均値を平均圧力Ｐ０ａｖｅとすればよい。
【００８７】
ここで、ボデー１１のうち、シリンダヘッドＥ１に挿入されている下流側ボデーは、シリンダヘッドＥ１や燃焼室からの受熱により高温になっているのに対し、シリンダヘッドＥ１の外部に位置して分岐通路１５を形成する上流側ボデーは、下流側ボデーに比べて低温になっている。そのため、分岐通路内の燃料は高圧通路内の燃料に比べて低温になっている。しかも、分岐通路１５は袋小路の形状であるため高圧通路内の燃料が分岐通路１５に流入する量は少ないので、分岐通路内の燃料と高圧通路内の燃料とでは温度の乖離が大きくなっている。
【００８８】
図９（ａ）（ｂ）は、これらのフィルタ５１，５２により抽出したメイン波形成分ＷＬおよび分岐波形成分ＷＳに対する、強度（圧力）の周波数分布を示した試験結果である。そして、図８および図９中の実線は、このような温度の乖離を想定して実施した試験の結果であり、分岐通路内温度ＴＳ（７０℃）をメイン通路内温度ＴＬ（３０℃）よりも高くした場合の試験結果を示す。一方、図中の点線は、メイン通路内の燃料温度（メイン通路内温度ＴＬ）と分岐通路内の燃料温度（分岐通路内温度ＴＳ）を同じ温度（３０℃）にした場合の試験結果を示す。
【００８９】
図示されるように、メイン通路内温度ＴＬを３０℃から７０℃に上昇させると、分岐波形成分ＷＳに起因するピーク強度ＰｅａｋＳの周波数帯域が変化するのに対し、メイン波形成分ＷＬに起因するピーク強度ＰｅａｋＬの周波数帯域は変化しない、との知見が得られる。
【００９０】
図１０は、上記知見を裏付ける試験の結果であり、メイン通路内温度ＴＬを一定温度（３０℃）に維持させつつ、分岐通路内温度ＴＳを基準温度（７０℃）に対して変化させる試験の結果である。図中の横軸は、分岐通路内温度ＴＳの基準温度に対する差分を示し、図中の縦軸は、図８中の６０００Ｈｚ〜７０００Ｈｚの範囲に現れるピーク強度の周波数の変化率を示す。この試験結果によれば、メイン通路内温度ＴＬを変化させた場合に、分岐波形成分ＷＳに起因するピーク強度ＰｅａｋＳの周波数が変化するのに対し、メイン波形成分ＷＬに起因するピーク強度ＰｅａｋＬの周波数帯域は変化しない、といった上記知見が確認される。
【００９１】
なお、バンドパスフィルタ５２のフィルタリング周波数帯は、図１０の試験結果に基づいて、分岐波形成分ＷＳに起因するピーク強度ＰｅａｋＳの周波数が変化する周波数範囲を含むように、Ｆ２〜Ｆ３の周波数帯を設定することが望ましい。
【００９２】
図５の説明に戻り、推定装置５０は燃料の性状を算出して推定する性状推定手段５４を有しており、この性状推定手段５４は、算出した分岐伝播速度ＣＳおよび平均圧力Ｐ０ａｖｅと、燃温センサ２３による検出温度である分岐通路内温度ＴＳとに基づき、図１１に示すマップを用いて燃料の性状を算出する。
【００９３】
図１１のマップ中に示す実線は、平均圧力Ｐ０ａｖｅと分岐伝播速度ＣＳとの関係を示す特性線であり、この特性線は、燃料の種類（性状）および燃料温度に応じて異なる特性線になる。図１１の例では、燃料種の違いによる複数本の特性線を示したマップが、燃料温度毎に設けられている。
【００９４】
したがって、性状推定手段５４は、先ず、燃温センサ２３の検出温度ＴＳに基づき複数のマップの中から該当するマップを選択する。次に、選択したマップにおける、分岐伝播速度ＣＳと平均圧力Ｐ０ａｖｅとの交点を算出し、その交点に最も近い特性線の燃種（燃料性状）を、使用燃料の種類であると特定する。
【００９５】
なお、燃料の体積弾性率Ｅおよび密度ρは、燃料の種類によって特定される。本実施形態では、体積弾性率Ｅと密度ρの比率Ｅ／ρを、燃料性状を定量的に表す値として用いている。
【００９６】
図５の説明に戻り、推定装置５０はメイン通路内温度ＴＬを算出して推定するメイン温度推定手段５５を有しており、このメイン温度推定手段５５は、算出したメイン伝播速度ＣＬおよび平均圧力Ｐ０ａｖｅと、性状推定手段５４により特定した燃料性状Ｅ／ρとに基づき、図１２に示すマップを用いてメイン通路内温度ＴＬを算出する。
【００９７】
図１２のマップ中に示す実線は、メイン通路内温度ＴＬとメイン伝播速度ＣＬとの関係を示す特性線であり、この特性線は、平均圧力Ｐ０ａｖｅおよび燃料性状Ｅ／ρに応じて異なる特性線になる。図１２の例では、燃料種の違いによる複数本の特性線を示したマップが、燃種毎に設けられている。
【００９８】
したがって、メイン温度推定手段５５は、先ず、特定した燃料性状Ｅ／ρに基づき複数のマップの中から該当するマップを選択する。次に、選択したマップ中に記憶されている複数本の特性線のうち、平均圧力Ｐ０ａｖｅに該当する特性線を選択する。そして、選択した特性線のうちメイン伝播速度ＣＬに該当する温度を、メイン通路内温度ＴＬであると特定する。
【００９９】
以上により、推定装置５０は、燃圧センサ２２の検出値である燃圧波形Ｐ０と、燃温センサ２３お検出値である分岐通路内温度ＴＳとに基づいて、燃料性状Ｅ／ρとおよびメイン通路内温度ＴＬを燃料状態として推定する。
【０１００】
図１３は、ＥＣＵ３０が有するマイクロコンピュータにより実施される、燃料性状の推定手順を示すフローチャートであり、当該処理は、所定周期で繰り返し実行される。
【０１０１】
先ず、図１３に示すステップＳ１０において、バンドパスフィルタ５２から分岐波形成分ＷＳを取得する。続くステップＳ１１では、分岐伝播速度算出手段５２ａによる処理を実施する。つまり、取得した分岐波形成分ＷＳから分岐伝播速度ＣＳを算出する。続くステップＳ１２では、平均圧力算出手段５３による処理を実施する。つまり、燃圧波形Ｐ０から平均圧力Ｐ０ａｖｅを算出する。続くステップＳ１３では、燃温センサ２３の検出値（分岐通路内温度ＴＳ）を取得する。続くステップＳ１４では、性状推定手段５４による処理を実施する。つまり、分岐伝播速度ＣＳ、平均圧力Ｐ０ａｖｅ、および分岐通路内温度ＴＳに基づき燃料性状Ｅ／ρを算出する。
【０１０２】
図１４は、ＥＣＵ３０が有するマイクロコンピュータにより実施される、メイン通路内温度の推定手順を示すフローチャートであり、当該処理は、所定周期で繰り返し実行される。
【０１０３】
先ず、図１４に示すステップＳ２０において、ローパスフィルタ５１からメイン波形成分ＷＬを取得する。続くステップＳ２１では、メイン伝播速度算出手段５１ａによる処理を実施する。つまり、取得したメイン波形成分ＷＬからメイン伝播速度ＣＬを算出する。続くステップＳ２２では、平均圧力算出手段５３による処理を実施する。つまり、燃圧波形Ｐ０から平均圧力Ｐ０ａｖｅを算出する。続くステップＳ２３では、図１３の処理で得られた燃料性状Ｅ／ρを取得する。続くステップＳ２４４では、メイン温度推定手段５５による処理を実施する。つまり、メイン伝播速度ＣＬ、平均圧力Ｐ０ａｖｅ、および燃料性状Ｅ／ρに基づきメイン通路内温度ＴＬを算出する。
【０１０４】
以上により、本実施形態によれば、燃料状態推定装置５０により推定した燃料性状Ｅ／ρおよびメイン通路内温度ＴＬに基づいて、各種相関値Ｃα，Ｃβ，Ｃα１，Ｃβ２，Ｃγを補正した上で、噴射波形Ｗｂから噴射率パラメータを算出する。そのため、想定していた性状と異なる性状の燃料を給油した場合であっても、或いは、燃温センサ２３による検出温度（分岐通路内温度ＴＳ）とメイン通路内温度ＴＬとの乖離が大きくなっている場合であっても、噴射率パラメータを高精度で算出できる。よって、燃料噴射状態を目標の状態にすることを高精度で実現できる。
【０１０５】
しかも、本実施形態によれば、燃圧センサ２２により検出した燃圧波形Ｐ０から、分岐波形成分ＷＳおよびメイン波形成分ＷＬを抽出し、抽出したこれらの波形成分から分岐伝播速度ＣＳおよびメイン伝播速度ＣＬを算出し、これらの速度ＣＳ，ＣＬ、燃温センサ２３の検出値、および燃圧波形Ｐ０の平均圧力Ｐ０ａｖｅに基づいて、燃料性状Ｅ／ρおよびメイン通路内温度ＴＬを推定する。そのため、各種相関値Ｃα，Ｃβ，Ｃα１，Ｃβ２，Ｃγの補正に用いるＥ／ρ，ＴＬを、専用のセンサを必要とすることなく取得できるので、コストダウンを図ることができる。
【０１０６】
また、燃料の噴射終了に伴い圧力上昇が終了したＰ５時点の直後の期間における燃圧波形を、分岐波形成分ＷＳおよびメイン波形成分ＷＬの抽出に用いる燃圧波形Ｐ０として用いるので、メイン伝播速度ＣＬおよび分岐伝播速度ＣＳを高精度で算出できる。
【０１０７】
また、裏消し処理やうねり消し処理が為された燃圧波形を、分岐波形成分ＷＳおよびメイン波形成分ＷＬの抽出に用いる燃圧波形Ｐ０として用いるので、メイン伝播速度ＣＬおよび分岐伝播速度ＣＳを高精度で算出できる。
【０１０８】
（第２実施形態）
上記第１実施形態に係る推定装置５０では、図５に示す性状推定手段５４およびメイン温度推定手段５５を備えており、メイン温度推定手段５５は、性状推定手段５４により算出された燃料性状Ｅ／ρを用いてメイン通路内温度ＴＬを算出している。これに対し、本実施形態に係る推定装置５０Ａ（図１５参照）では、性状推定手段５４を廃止している。
【０１０９】
より詳細に説明すると、図５の推定装置５０では、ＣＳ，Ｐ０ａｖｅ，ＴＳをパラメータとして性状推定手段５４がＥ／ρを算出し、メイン温度推定手段５５では、ＣＬ，Ｐ０ａｖｅ，Ｅ／ρをパラメータとしてＴＬを算出している。このことは、ＣＳ，Ｐ０ａｖｅ，ＴＳおよびＣＬをパラメータとすれば、ＴＬを算出できることを意味する。
【０１１０】
この点に着目し、図１５に示す本実施形態の推定装置５０Ａが有するメイン温度推定手段５６では、メイン伝播速度算出手段５１ａで算出したメイン伝播速度ＣＬ、分岐伝播速度算出手段５２ａで算出した分岐伝播速度ＣＳ、平均圧力算出手段５３で算出した平均圧力Ｐ０ａｖｅ、燃温センサ２３の検出値（分岐通路内温度ＴＳ）に基づき、メイン通路内温度ＴＬを算出する。
【０１１１】
なお、上記第１実施形態では、図１１および図１２に示すマップを用いてＥ／ρ，ＴＬを算出しているが、先述したＣＳ，Ｐ０ａｖｅ，ＴＳ，ＣＬをパラメータとしてＴＬを算出する演算式をマイクロコンピュータのメモリに予め記憶させておき、当該演算式にパラメータＣＳ，Ｐ０ａｖｅ，ＴＳ，ＣＬを代入してＴＬを算出してもよい。或いは、パラメータＣＳ，Ｐ０ａｖｅ，ＴＳ，ＣＬとＴＬとが関連付けされたマップを予め記憶させておき、当該マップを用いてＴＬを算出してもよい。
【０１１２】
そして、このように算出したメイン通路内温度ＴＬに基づき各種相関値Ｃα，Ｃβ，Ｃα１，Ｃβ２，Ｃγを補正する。なお、本実施形態においては、燃料性状を専用のセンサで検出し、その検出値に基づき各種相関値Ｃα，Ｃβ，Ｃα１，Ｃβ２，Ｃγを補正してもよいし、想定していた性状と大きく異なる性状の燃料が給油される可能性は低い、との設計思想に基づき、燃料性状に基づく上記補正を廃止してもよい。
【０１１３】
以上により、本実施形態にかかる推定装置５０Ａでは、性状推定手段５４を廃止しつつメイン通路内温度ＴＬの推定を可能にするので、性状推定手段５４が実施する演算処理の負荷分を軽減できる。
【０１１４】
（第３実施形態）
図１６（ａ）は、図１に示す燃料噴射弁１０の模式図であるが、本発明の推定装置５０，５０Ａが適用される燃料噴射弁は図１６（ａ）に示すものに限られるものではなく、例えば、図１６（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す燃料噴射弁１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに適用される推定装置であってもよい。以下、本実施形態に係る燃料噴射弁１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄについて、燃料噴射弁１０との違いを中心に説明する。
【０１１５】
（ａ）に示す燃料噴射弁１０の高圧通路１１ａは、第１通路１１ａ１および第２通路１１ａ２から構成されている。第１通路１１ａ１は、円柱形状のボデー１１の軸線方向に延びる形状であり、第２通路１１ａ２は、第１通路１１ａ１と交差する向きに延びる形状である。そして、分岐通路１５は第１通路１１ａ１から分岐して延びる形状である。
【０１１６】
これに対し、（ｂ）（ｃ）に示す燃料噴射弁１０Ｂ，１０Ｃでは、第１通路１１ａ１および第２通路１１ａ２の接続箇所から分岐通路１５が分岐している。そして、燃料噴射弁１０Ｂにおいては、第１通路１１ａ１の延長線上に分岐通路１５が位置しており、燃料噴射弁１０Ｃにおいては、第２通路１１ａ２の延長線上に分岐通路１５が位置している。
【０１１７】
また、（ｄ）に示す燃料噴射弁１０Ｄでは、高圧配管４２ｂとの接続がボデー１１の反噴孔側の端部に位置しており、ボデー１１内部の高圧通路を、軸線方向に延びる形状に形成している。つまり、第２通路１１ａ２が第１通路１１ａ１の延長線上に位置していると言える。そして、高圧通路から分岐する分岐通路１５は、ボデー１１の径方向に延びる形状に形成されている。
【０１１８】
要するに、図１６（ａ）〜（ｄ）に例示するいずれの態様であっても、メイン通路１１ａから分岐する分岐通路１５にセンサ装置２０が搭載されている燃料噴射弁であれば、本発明にかかる推定装置を適用できる。
【０１１９】
（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。
【０１２０】
・上記各実施形態では、図５および図１５に示すバンドパスフィルタ５２のフィルタリング周波数帯域（特定の周波数帯域）を、予め実施した試験の結果に基づき設定した値に固定している。これに対し、燃温センサ２３の検出温度ＴＳおよび平均圧力Ｐ０ａｖｅの少なくとも一方に基づき、フィルタリング周波数帯域を可変設定するようにしてもよい。これによれば、温度や圧力の変化に伴いピーク強度ＰｅａｋＳの周波数が変化しても、その変化に応じたフィルタリング周波数帯域で分岐波形成分ＷＳを抽出するので、その抽出精度を向上できる。
【０１２１】
・上記各実施形態では、図１３および図１４による推定処理を、エンジン運転期間中に所定周期で繰り返し実施させているが、エンジン運転状態が特定の運転状態（例えばアイドル運転や定常運転）になっている時に取得された燃圧波形Ｐ０を用いて、前記推定処理を実施するようにしてもよい。これによれば、温度や圧力が想定値になっている時に燃圧波形Ｐ０を取得するので、前記フィルタリング周波数帯域を、前記想定値に応じた帯域に設定しておくことができる。よって、上述の如くフィルタリング周波数帯域を可変設定することを不要にしつつ、分岐波形成分ＷＳの抽出精度を向上できる。
【０１２２】
・燃料温度はエンジンの運転期間中に大きく変化するが、燃料性状は給油が為されていなければ変化しない。そこで、図１３による燃料性状推定処理の演算周期を、図１４による温度推定処理の演算周期よりも長くして、演算処理負荷の軽減を図ることが望ましい。
【０１２３】
・図１に示す燃料噴射弁１０では、センサ装置２０がシリンダヘッドカバー（図示せず）の外部に位置することを想定しているが、シリンダヘッドカバーの内側にセンサ装置２０が位置する場合であっても本発明を適用できる。但し、シリンダヘッドカバーの外側にセンサ装置２０が位置する場合の方が、燃温センサ２３による検出温度ＴＳとメイン通路内温度ＴＬとの乖離が大きくなっている。そのため、シリンダヘッドカバーの外側にセンサ装置２０が位置する場合の方が、各種相関値Ｃα，Ｃβ，Ｃα１，Ｃβ２，ＣγをＴＬに基づき補正することによる本発明の効果が好適に発揮される。
【０１２４】
・図１に示す燃料噴射弁１０では、ボデー１１のうちシリンダヘッドＥ１に挿入されている部分（下流側ボデー）に分岐通路１５が位置しているが、シリンダヘッドＥ１の外部に位置する部分（上流側ボデー）に分岐通路１５が位置していてもよい。
【０１２５】
・図１に示す実施形態では、燃温センサ２３および燃圧センサ２２を同一の部材（ステム２１）に取り付けて一体化させているが、燃温センサ２３をステム２１以外の部位に取り付けてもよい。
【０１２６】
・上記各実施形態では、噴射気筒波形Ｗａに基づく燃圧波形を用いて、分岐波形成分ＷＳおよびメイン波形成分ＷＬを抽出しているが、噴射波形Ｗｂに基づく燃圧波形を用いて前記抽出を実施してもよい。
【０１２７】
・上記各実施形態では、噴射気筒波形Ｗａに基づく噴射波形Ｗｂのうち、噴射終了に伴い圧力上昇が終了した直後の期間における燃圧波形を、前記抽出に用いているが、噴射開始に伴い圧力下降が開始するＰ１時点の直前の期間における燃圧波形を前記抽出に用いてもよい。
【０１２８】
・図１に示す上記実施形態では、センサ装置２０を燃料噴射弁１０に搭載しているが、高圧配管４２ｂに分岐配管を接続し、その分岐配管にセンサ装置を取り付けてもよい。
【０１２９】
・図５および図１５に示すローパスフィルタ５１およびバンドパスフィルタ５２は、デジタル信号に変換された燃圧波形から分岐波形成分を抽出するデジタル式のフィルタであるが、アナログ信号の燃圧波形から分岐波形成分を抽出するアナログ式のフィルタであってもよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…燃料噴射弁、１１…ボデー（下流側ボデー、上流側ボデー）、１１ａ…高圧通路（メイン通路）、１５…分岐通路、２２…燃圧センサ、２３…燃温センサ、４２…コモンレール（蓄圧容器）、３０…ＥＣＵ（燃圧波形取得手段）、４２ｂ…高圧配管（メイン通路）、５０，５０Ａ…燃料状態推定装置、５０，５０Ａ…燃料状態推定装置、５１…ローパスフィルタ（メイン波形抽出手段）、５１ａ…メイン伝播速度算出手段、５２…バンドパスフィルタ（分岐波形抽出手段）、５２ａ…分岐伝播速度算出手段、５３…平均圧力算出手段、５４…性状推定手段、５５，５６…メイン温度推定手段、Ｅ１…シリンダヘッド、ＣＳ…分岐伝播速度、ＣＬ…メイン伝播速度、ＷＬ…メイン波形成分、ＷＳ…分岐波形成分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005394432.tif 000016
【図１６】
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