CN101657631B - 蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制方法以及控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过观测控制来推定作用于构成在柴油发动机等中使用的蓄能型燃料喷射装置的蓄能室(共轨)的干扰压力，根据补偿该推定干扰压力的补偿值来修正泵喷出指令，从而即使存在干扰，蓄能室压力的控制性能也不恶化的压力控制方法以及压力控制装置。设置有：反馈控制部(42)，其根据由燃料压力传感器(46)检测的实际的蓄能室压力和蓄能室的目标压力的压力差，算出燃料泵的泵喷出指令值；干扰观测器控制部(44)，其使用燃料泵的传递函数将向燃料泵的泵喷出指令值、作用于蓄能室的干扰压力和蓄能室压力数值模型化，并根据该数值模型推定干扰压力，导出对该干扰进行补偿的补偿值，其中，将来自反馈控制部(42)的输出通过来自所述干扰观测器控制部(44)的干扰补偿值进行修正。

Description

蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制方法以及控制装置
技术领域
本发明涉及一种构成在柴油发动机等使用的蓄能型燃料喷射装置的蓄能室(共轨)内的压力控制方法以及压力控制装置。
背景技术
蓄能型(共轨式)燃料喷射装置通过由发动机驱动的高压燃料供给泵，将燃料向共用的蓄能室压送，在该蓄能室上连接各气缸的燃料喷射阀，将储存在蓄能室内的高压燃料向内燃机的各气缸喷射。
对各气缸的燃料喷射量主要由蓄能室内的压力和对设于各气缸的燃料喷射阀(喷射器)的通电时间来决定。
因此，通过准确控制蓄能室压力，能够实现高精度的燃料喷射控制。
一般，从燃料供给泵向蓄能室的燃料压送控制，如图7所示，多同时设置反馈控制部01和前馈控制部02，在前馈控制部02中，前馈量由与目标压力、燃料喷射量指令值、发动机转速的各组合的映像求得。
并且，将反馈控制部01的输出和前馈控制部02的输出相加，并作为泵喷出指令值、例如当泵03为柱塞型泵的情况下作为泵喷出指令值，来指令柱塞的冲程量，对泵03进行驱动，而供给共轨04，控制该共轨04内的压力保持在规定的目标压力。
在所述前馈控制部02中使用的映像多有预先由试验求出的情况。另外，作为其他手段，也有根据泵、共轨算式模型的反向特性求出前馈量的情况。
例如，关于共轨内压力的控制，已知专利文献1(日本特开2005-76618号公报)、专利文献2(日本特开2005-301764号公报)的技术。
在该专利文献1中，给出并用前馈控制和反馈控制的技术，检测共轨内的燃料压力并计算与预先设定的目标燃料压力的压力差，将该压力差的一部分作为前馈量输出，对剩余部分实施反馈控制，在该反馈输出中相加所述前馈量，这样的动作与发动机的曲轴角对应反复操作，从而进行着共轨内的压力的均等化。
另外，专利文献2中，制作共轨系统的动态模型，根据该模型来计算与目标燃料压力对应的控制量，由此实行前馈控制。
但是，在图7所示的前馈控制部02中，由于前馈量由与目标压力、燃料喷射量指令值、发动机转速的组合来决定，所以当产生目标压力、燃料喷射量指令值、发动机转速以外作用的干扰的情况下，由于不是控制对象，所以不能控制，使控制性能恶化。另外，若要制作包括目标压力、燃料喷射量指令值、发动机转速以外的要素在内的多次映像，则存在试验案件增多、需要极大劳力的问题。
另外，在专利文献1的技术中，并用前馈控制部02和反馈控制部01，通过前馈控制来增补反馈控制的延迟响应，但非预期的干扰作用的情况下的控制不充分，另外，在专利文献2所示的技术中，制作共轨系统的动态模型时的条件以外的干扰作用时的控制性能也不充分。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种通过观测控制来推定作用于构成在柴油发动机等中使用的蓄能型燃料喷射装置的蓄能室(共轨)的干扰压力，根据补偿该推定干扰压力的补偿值来修正泵喷出指令，从而即使存在干扰，蓄能室压力的控制性能也不恶化的压力控制方法以及压力控制装置。
为了解决上述问题，本发明第一方面提供一种蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制方法，该蓄能型燃料喷射装置具有：储存加压燃料的蓄能室、将该蓄能室内的燃料向内燃机喷射的燃料喷射阀；对所述蓄能室压送燃料的燃料泵；并且所述蓄能型燃料喷射装置控制所述燃料泵的泵喷出量以使所述蓄能室内的燃料压力为目标压力，所述控制方法的特征在于，
根据由燃料压力传感器检测的实际的蓄能室压力和蓄能室的目标压力的压力差，反馈算出所述燃料泵的泵喷出指令值，使用燃料泵的传递函数将燃料泵的喷出指令值、作用于蓄能室的干扰压力和蓄能室压力数值模型化，根据该数值模型推定干扰压力，并通过干扰观测器导出对该干扰进行补偿的补偿值，将由所述反馈算出的输出通过基于所述干扰观测器的干扰补偿值进行修正。
另外，本发明第二方面提供一种蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制装置，该蓄能型燃料喷射装置具有：储存加压燃料的蓄能室、将该蓄能室内的燃料向内燃机喷射的燃料喷射阀；对所述蓄能室压送燃料的燃料泵；控制所述燃料泵的泵喷出量以使所述蓄能室内的燃料压力为目标压力的控制机构，所述蓄能室压力控制装置的特征在于，
所述控制机构具有：反馈控制部，其根据由燃料压力传感器检测的实际的蓄能室压力和蓄能室的目标压力的压力差，反馈算出所述燃料泵的泵喷出指令值；干扰观测器控制部，其使用燃料泵的传递函数将向燃料泵的泵喷出指令值、作用于蓄能室的干扰压力和蓄能室压力数值模型化，并根据该数值模型推定干扰压力，导出对该干扰进行补偿的补偿值，其中，将来自所述反馈控制部的输出通过来自所述干扰观测器控制部的干扰补偿值进行修正。
根据该第一方面的控制方法以及第二方面的控制装置的发明，通过实施干扰观测器控制，从而使用燃料泵的传递函数将燃料泵的喷出指令值、作用于蓄能室的干扰压力和蓄能室压力数值模型化，根据该数值模型推干扰压力，导出对该干扰进行补偿的补偿值，通过该补偿值来修正反馈控制的输出值，所以与如以往技术所示在反馈控制上并用前馈控制的控制相比，对干扰的补偿性能提高。
即，由于干扰本身根据数值模型导出推定，所以与预先在映像中作为条件设定干扰的情况相比，更能够提高对干扰的控制精度。
另外，不需要添加干扰条件而制作多次的映像这样的极大劳力和时间，而能以极简单的手段对蓄能室内进行压力控制。
另外，在第一方面中优选：内燃机由柴油发动机构成，将来自算出根据目标压力、发动机转速、燃料喷射量指令值预先设定的泵喷出指令值的前馈控制部的输出，进一步与所述反馈输出相加。另外，在第二方面中优选：内燃机由柴油发动机构成，还设置有算出根据目标压力、发动机转速、燃料喷射量指令值预先设定的泵喷出指令值的前馈控制部，将该前馈输出与所述反馈输出相加。
根据该第一方面的控制方法以及第二方面的控制装置的结构，通过增加前馈控制的高响应性，从而能够通过前馈控制确保高响应性，并且通过干扰观测器控制进行干扰补偿，从而进一步提高控制性能。
另外，在第一方面中优选：所述干扰观测器在导出的干扰补偿值超过一定范围的情况下，遮断该干扰补偿值的输出，另外，在第二方面中优选：在所述干扰观测器控制部上设置有当导出的干扰补偿值超过一定范围时遮断该干扰补偿值的输出的限幅器。
根据该第一方面以及第二方面的结构，在干扰补偿值超过一定范围的情况下，遮断干扰补偿值的输出，不使干扰观测器控制起作用，仅通过反馈控制或通过反馈控制和前馈控制的并用来进行。
这样通过在干扰观测器输出中设置限制，从而在发生显著大的干扰的情况下不会使观测控制输出发散，保护蓄能室和高压燃料泵，所以提高干扰观测器控制的补偿功能的可靠性。
另外，当超过限制的输出连续在一定时间继续的情况下将输出遮断，则能够防止一时性产生的干扰导致的控制停止。
根据本发明，能够提供通过观测控制来推定作用于构成在柴油发动机等中使用的蓄能型燃料喷射装置的蓄能室(共轨)的干扰压力，根据补偿该推定干扰压力的补偿值来修正泵喷出指令，从而即使存在干扰，蓄能室压力的控制性能也不恶化的压力控制方法以及压力控制装置。
附图说明
图1是本发明的蓄能型燃料喷射装置适用于柴油发动机的整体结构图。
图2是通过干扰观测器控制而数值模型化的系统概要的说明图。
图3是表示第一实施方式的控制逻辑的方块图。
图4是表示第二实施方式的控制逻辑的方块图。
图5是表示第三实施方式的控制逻辑的方块图。
图6是表示第四实施方式的控制逻辑的方块图。
图7是说明以往技术的控制逻辑的方块图。
具体实施方式
以下，参照附图，举例详述本发明的优选实施方式。但是，该实施方式中所记载的构成部件的尺寸、材质、形状以及其相对配置等只要没有特定记述，则不代表将本发明的权利保护范围限定于此，只不过是说明例。
(第一实施方式)
参照图1～图3，说明本发明的第一实施方式。
图1是本发明的蓄能型燃料喷射装置1适用于柴油发动机3的整体结构图。蓄能型燃料喷射装置1具有：储存加压燃料的共轨(蓄能室)5、将该共轨5内的燃料向柴油发动机3的燃烧室内喷射的燃料喷射阀7、向共轨5压送燃料的高压燃料泵11(燃料泵)和控制高压燃料泵11的泵喷出量以使共轨5内的燃料压力成为目标压力的控制机构13。
另外，经由燃料供给泵15、安全阀17、逆止阀19、燃料供给管21从燃料罐23向高压燃料泵11供给燃料，又从高压燃料泵11经由逆止阀25、连通管26向共轨5供给高压燃料。
安全阀17当燃料供给泵15以比规定压力高的压力供给燃料时释放压力，使燃料从燃料供给管21向燃料罐23释放。另外，逆止阀19当高压燃料泵11的柱塞27上升时遮断燃料供给管21而防止逆流。另外，逆止阀25防止高压燃料从蓄能室5向高压燃料泵11逆流。
高压燃料泵11例举柱塞型泵。柱塞27在柱塞室29内通过由柴油发动机3驱动的凸轮31而上下往复运动，从而将燃料加压。并且，根据来自后述的控制机构13的信号，对凸轮轮廓进行变更等，控制柱塞27的有效冲程，从而控制供给共轨5的燃料喷出量，将共轨5内的燃料压力控制在恒定。
来自共轨5的高压燃料经由供给管路33向各气缸的燃料喷射阀7供给，并由设于各气缸的燃料喷射阀7上的电磁阀35的开闭控制来控制燃料向各气缸的喷射定时、喷射量。另外，没有从燃料喷射阀7喷射而残留的燃料通过燃料返回管37而返回燃料罐23。
在如以上构成的蓄能型燃料喷射装置1中，控制机构13具有前馈控制部40和反馈控制部42和干扰观测器控制部44而构成。
并且，对控制基板13输入检测共轨5的实际压力的燃料压力传感器46的信号，输入该实际的压力和发动机转速、目标燃料喷射量指令值(发动机负载)。
在反馈控制部42中，根据由发动机的运转条件(转速、负载)预先设定的作为目标的共轨5的压力与由燃料压力传感器46检测的实际的共轨5的压力的压力差，通过PID控制来计算反馈控制量，计算泵喷出指令值。
另外，在干扰观测器控制部44中，制作图2所示的系统的算式化模型来预测干扰。
图2是以高压燃料泵的有效冲程(Ap)作为输入，即以泵喷出量作为输入，通过泵和共轨系统的传递特性(G(s))后，表示干扰压力(PD)作用时的输出压力的系统图。另外，泵、共轨系统的传递特性(G(s))是指泵的传递函数，表示共轨相对于柱塞泵的有效冲程的压力的相关函数。
将图2的系统算式化，则如式(1)所示。
PR＝G(s)AP+PD(1)
PR  ：共轨压力
PD  ：干扰压力
AP  ：泵有效冲程
因此，干扰压力PD能够由式(2)推定。
PD＝PR-G(s)AP    (2)
为了推定干扰压力，必须需要检测共轨压力和泵有效冲程。共轨压力能够由传感器检测，但是泵有效冲程的检测是困难的，所以作为泵有效冲程AP≈泵有效冲程指令值AR，以干扰压力推定值
Figure G2008800110682D00061
作为式(3)导出。
P ^ D = P R - G ( s ) A R - - - ( 3 )
对于补偿干扰压力，能够通过改变泵有效冲程来进行。并且，将干扰压力推定值转换为泵有效冲程补偿值AH。
对于换算，利用线形泵传递函数GP(s)的逆函数GP -1(s)，如式(4)所示。
A H = G P - 1 ( s ) P ^ D = G P - 1 ( s ) P R - A R - - - ( 4 )
逆函数GP -1(s)中若存在微分项，则共轨压力信号内的噪声信号也被微分，有可能引起振动，所以导入观测的频带ωD，进行过滤处理式的结果示于式(5)。
A ′ = ( G P - 1 ( s ) P R - A R ) ω D S + ω D - - - ( 5 )
根据如以上导出的被频带处理的泵有效冲程补偿值A′，对来自所述反馈控制部42(图3)的输出进行补偿。
如图3所示的控制逻辑的方块图所示，根据运转条件预先设定的目标共轨压力和实际的共轨压力的燃料压力传感器46检测值经由减法器48输入给反馈控制部42，与该反馈控制部42的输出值的泵有效冲程(泵喷出指令值)相比，作为所述的干扰观测器控制部44的输出值的被频带处理的泵有效冲程补偿值A′输入减法器50，对反馈控制部42的输出进行修正。
在该干扰观测器控制部44中，作用于共轨5的干扰压力、即从燃料喷射阀7向各气缸内的燃料喷射引起的共轨5内压力变动、含有基于燃料喷射阀7的喷射引起的机械振动的压力变动等的实际的共轨压力PR从燃料压力传感器46输入。
然后，使泵传递函数的逆函数部52相乘，针对其结果，在加减法器54中减去泵有效冲程指令值AR，针对其结果，乘以频带ωD的振动频带的过滤处理部56，根据除去噪音成分的高频成分的式(5)求得泵有效冲程补偿值A′。
然后，在减法器50中，修正来自反馈控制部42的输出，将修正后的泵有效冲程指令值输入泵和共轨系统的传递特性部58。
实际上，指令高压燃料泵11的柱塞冲程来控制喷出量。
根据以上的第一实施方式，在干扰观测器控制部44中，根据泵有效冲程指令值和实际的共轨压力来推定干扰压力，对该干扰压力进行补偿，导出使干扰压力为零的泵有效冲程补偿值，修正来自反馈控制部42的输出，算出泵有效冲程指令值，所以比以往技术那样在反馈控制中并用前馈控制，更能够提高对干扰的补偿性能。
即、由于干扰本身根据数值模型导出推定，所以与预先在映像中设定干扰作为条件的情况相比，更能够提高对干扰的控制精度。
另外，不需要添加干扰条件而制作多次的映像这样的极大劳力和时间，而能以极简单的手段实现蓄能室内的压力控制。
(第二实施方式)
接着，参照图4说明第二实施方式。
该第二实施方式，相对于第一实施方式，增加了前馈控制部40。根据输入控制机构13的发动机转速、目标燃料喷射量指令值(发动机负载)的发动机的运转条件预先设定作为目标的共轨压力，并在该前馈控制部40中，根据发动机转速和目标燃料喷射量指令值和目标蓄能室压力，来算出预先基于试验映像化的泵有效冲程指令值。
然后，在前馈控制部40中算出的泵有效冲程指令值在加减法器60中与来自反馈控制部42的指令值相加，并减去由第一实施方式说明的干扰观测器控制部44导出的泵有效冲程补偿值A′而进行修正，算出泵有效冲程指令值。
因此，通过前馈控制部40增加高的响应性，从而能够通过前馈控制部40确保高响应性，并通过干扰观测器控制部44进行干扰补偿，从而进一步提高控制性能。
(第三实施方式)
接着，参照图5说明第三实施方式。
第三实施方式，与第一实施方式相比，为不使干扰观测器控制发散而在干扰观测器控制部67中设置限幅器65。其他结构与第一实施方式相同。
如图5所示，当从干扰观测器控制部44输出的泵有效冲程补偿值A′超过一定范围H的情况下，限幅器65动作，设于输出线路上的开关69变为断开状态，遮断来自干扰观测器控制部67的输出。
这样通过在干扰观测器输出中设置限制，从而在发生显著大的干扰的情况下不会使观测控制输出发散，保护共轨5和高压燃料泵11，所以提高干扰观测器控制部44的泵有效冲程补偿值A′的可靠性。
另外，当超过限制的输出连续在一定时间继续的情况下遮断输出，则能够防止一时性产生的干扰导致的控制停止，更能够提高干扰观测器控制部44的可靠性。
(第四实施方式)
接着，参照图6说明第四实施方式。
第四实施方式是组合第二实施方式和第三实施方式的结构，如图6所示，为增加了前馈控制部40并设置有干扰观测器控制部的限幅器65的控制结构。
根据这样的第四实施方式，能够确保基于前馈控制部40的高响应性，并由于设置有限幅器65，所以提高干扰观测器控制部40的动作可靠性，相对于干扰压力，可靠性和控制性能都得以提高。
产业上的可利用性
根据本发明，通过观测控制推定作用于构成在柴油发动机等中使用的蓄能型燃料喷射装置的蓄能室(共轨)上的干扰压力，通过补偿该推定干扰压力的补偿值修正泵喷出指令，即使存在干扰，也能够防止蓄能室压力的控制性能的恶化，所以适用于柴油发动机等蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制方法和压力控制装置时是有益的。

Claims (6)

1.一种蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制方法，该蓄能型燃料喷射装置具有：储存加压燃料的蓄能室、将该蓄能室内的燃料向内燃机喷射的燃料喷射阀；对所述蓄能室压送燃料的燃料泵，并且所述蓄能型燃料喷射装置控制所述燃料泵的泵喷出量以使所述蓄能室内的燃料压力为目标压力，
所述蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制方法的特征在于，
根据由燃料压力传感器检测的实际的蓄能室压力和蓄能室的目标压力的压力差，反馈算出所述燃料泵的泵喷出指令值，
使用燃料泵的传递函数将燃料泵的喷出指令值、作用于蓄能室的干扰压力和蓄能室压力数值模型化，使用该数值模型根据燃料泵的喷出指令值和实际的蓄能室压力来推定干扰压力，并通过干扰观测器导出对该干扰进行补偿的补偿值，
将由所述反馈算出的输出通过基于所述干扰观测器的干扰补偿值进行修正。
2.如权利要求1所述的蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制方法，其特征在于，
内燃机由柴油发动机构成，将来自算出根据目标压力、发动机转速、燃料喷射量指令值预先设定的泵喷出指令值的前馈控制部的输出，进一步与所述反馈输出相加。
3.如权利要求1或2所述的蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制方法，其特征在于，
所述干扰观测器在导出的干扰补偿值超过一定范围的情况下，遮断该干扰补偿值的输出。
4.一种蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制装置，该蓄能型燃料喷射装置具有：储存加压燃料的蓄能室、将该蓄能室内的燃料向内燃机喷射的燃料喷射阀；对所述蓄能室压送燃料的燃料泵；控制所述燃料泵的泵喷出量以使所述蓄能室内的燃料压力为目标压力的控制机构，
所述蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制装置的特征在于，
所述控制机构具有：
反馈控制部，其根据由燃料压力传感器检测的实际的蓄能室压力和蓄能室的目标压力的压力差，反馈算出所述燃料泵的泵喷出指令值；
干扰观测器控制部，其使用燃料泵的传递函数将向燃料泵的泵喷出指令值、作用于蓄能室的干扰压力和蓄能室压力数值模型化，并使用该数值模型根据燃料泵的喷出指令值和实际的蓄能室压力来推定干扰压力，导出对该干扰进行补偿的补偿值，
其中，
将来自所述反馈控制部的输出通过来自所述干扰观测器控制部的干扰补偿值进行修正。
5.如权利要求4所述的蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制装置，其特征在于，
内燃机由柴油发动机构成，
该蓄能室压力控制装置还具有算出根据目标压力、发动机转速、燃料喷射量指令值预先设定的泵喷出指令值的前馈控制部，并将该前馈输出与所述反馈输出相加。
6.如权利要求4或5所述的蓄能型燃料喷射装置的蓄能室压力控制装置，其特征在于，
在所述干扰观测器控制部上设置有当导出的干扰补偿值超过一定范围时遮断该干扰补偿值的输出的限幅器。
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