JP2005076618A - 蓄圧式燃料噴射内燃機関及びその燃料制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの試運転によるデータ取得を不要として、人手を要することなく簡単な手段でコモンレール内の圧力制御を可能とするとともに、予期せぬ外乱が作用しても該外乱即応してコモンレール内の圧力制御を可能とし、さらにはエンジンの全運転域で高精度のコモンレール内の圧力制御を実現できる蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法及びその装置を提供する。
【解決手段】 蓄圧式燃料噴射内燃機関において、コモンレール内の燃料圧力を検出して該燃料圧力検出値（Ｐ_１）と予め設定された前記燃料圧力の目標値（Ｐ_０）との差圧(ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_０)を算出し、前記差圧(ΔＰ)の一部を前記エンジンの所定のクランク角毎に記憶、蓄積してフィードフォワード量(δＰ_ｉ)とし、該フィードフォワード量(δＰ_ｉ)を前記差圧(ΔＰ)の残部にＰＩＤ（比例、積分、微分）制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)に加算することをエンジンのクランク角に対応して繰り返して前記コモンレール内圧力の均等化制御を行うことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、蓄圧式燃料噴射ディーゼル機関に適用され、燃料ポンプにより加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧し、該コモンレールとエンジン（内燃機関）の燃料噴射弁とを接続する燃料噴射管に設けられた電磁弁を開閉制御することにより、前記コモンレール内の加圧燃料を燃料噴射弁からエンジンの燃焼室に噴射可能に構成された蓄圧式燃料噴射内燃機関及び該内燃機関の燃料制御方法に関する。

燃料ポンプにより加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧し、該コモンレール内の高圧燃料を燃料噴射管を介してエンジン（内燃機関）の燃料噴射弁に送り、前記燃料噴射管に設けられた電磁弁を開閉して該燃料噴射弁からエンジンの燃焼室への燃料噴射タイミング及び噴射量を制御するようにした蓄圧式燃料噴射ディーゼル機関は、高い熱効率と低ＮＯｘを併せて実現可能なエンジンとして、近年多く採用されてきている。

かかる蓄圧式燃料噴射ディーゼル機関においては、燃料ポンプのプランジャの往復動による脈動、エンジンの各シリンダに設けられた燃料噴射弁からの燃料噴射による圧力変動、該コモンレール内における衝撃波移動（音速）による圧力変動等によって、コモンレール内の燃料圧力が大きく変動する。
かかるコモンレール内の燃料圧力の変動を抑制して均一な燃料圧力を得る手段の１つとして、特許文献１（特開２００３−１０６２０８号公報）の技術が提供されている。
特許文献１においては、コモンレール内における前記プランジャの往復動による脈動、燃料噴射による圧力変動、衝撃波移動による圧力変動等による圧力変動の影響を排除して、該コモンレール内の燃料圧力を均一化し、燃料噴射弁からの燃料噴射を高精度に制御可能としており、その制御ブロック図を図１１に示す。

図１１において、０４はコモンレール内の圧力を検出するレール圧センサ、０８はコモンレールからエンジンの燃料噴射弁へ圧送される高圧燃料の圧力を検出する燃料噴射圧力センサ、０６は燃料ポンプ出口の燃料圧力を検出するポンプ圧力センサであり、前記レール圧センサ０４からのコモンレール内の衝撃波移動による圧力変動の検出値、前記燃料噴射圧力センサ０８からの燃料噴射による圧力変動検出値、及び前記ポンプ圧力センサ０６からの燃料プランジャの往復動による脈動圧力変動検出値、つまり外乱は加算器０１６に入力されて、該加算器０１６において加算されて後述する加、減算器０１４に入力される。

１０は前記レール圧センサ０４で検出されてフィードバックされたコモンレール内の圧力（以下レール圧という）検出値Ｐ_１と、予め設定されている基準レール圧であるレール圧の目標値Ｐ_０との差圧ΔＰ(ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_０)を算出する。該差圧ΔＰはＰＩＤ制御部１１に入力され、該ＰＩＤ制御部１１においてＰＩＤ（比例、積分、微分）演算が施される。
０２０は多次元マップで、エンジンの負荷、回転数、給気温度、排気温度等のエンジン運転条件に対応してフィードフォワード量が設定されており、エンジンの試運転によって前記各エンジン運転条件に適応したフィードフォワード量を求めてマップ化したものである。

０１４は加、減算器で、前記外乱Ｓと前記ＰＩＤ制御部１１からのフィードバック出力ΔＰ_p及び前記多次元マップ０２０からのフィードフォワード量ΔＰ_ｆとを加、減算して前記外乱Ｓを盛り込んだ前記コモンレール内圧力Ｐ_１の補正量ΔＰ_ｃを算出し、電磁弁コントローラ０１５に入力する。
該電磁弁コントローラ０１５においては、前記補正量ΔＰ_ｃに相当するコモンレール内圧力制御用の電磁弁０１０９の制御電流調整量を算出して該電磁弁０１０９に伝送し、該電磁弁０１０９の開度は前記補正量ΔＰ_ｃに相当する開度に調整される。これにより、前記コモンレール内圧力Ｐ_１は前記目標値Ｐ_０に保持され、前記外乱Ｓの影響による圧力変動が除去される。

特開２００３−１０６２０８号公報

コモンレール内の圧力を目標値Ｐ_０に制御する場合において、レール圧の検出値Ｐ_１と目標値Ｐ_０との差圧ΔＰをＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を施し、該ＰＩＤ演算後のフィードバック出力ΔＰ_pと外乱Ｓとの差による補正量ΔＰ_ｃを求めて電磁弁の開度を調整するフィードバックを行う場合、ＰＩＤ演算後のフィードバック出力の応答速度がコモンレール内の圧力変動の周期よりも遅いため、該コモンレール内の圧力制御を精度良く行うことはできない。
しかるに前記特許文献１の技術においては、エンジン運転条件に対応してフィードフォワード量が設定された多次元マップを用いて、該フィードフォワード量をＰＩＤ演算後のフィードバック出力に多次元マップに設定されたフィードフォワード量を足し込んで行くため、ＰＩＤ演算によるフィードバック出力の応答速度の遅れを補完できて、前記のようなコモンレール内の圧力制御に関する不具合は解消できる。

しかしながら、特許文献１の技術にあっては、エンジンの試運転によってエンジンの負荷、回転数、給気温度、排気温度等のエンジン運転条件に適応したフィードフォワード量を求めて多次元マップ化しているため、エンジンの試運転をしながら人手作業によって多次元マップの具体的数値を求める必要があり、多次元マップの作成に多大な労力を要する。
また、かかる従来技術（特許文献１の技術）にあっては、多次元マップの作成時に、想定していなかった要因で周期的外乱が発生している場合には対応できず、かかる周期的外乱発生時にはコモンレール内の圧力制御の制御性能が大幅に低下する。
さらに、かかる従来技術にあっては、エンジンの強度面からの限界全運転域での多次元マップの作成データの取得は不可能であるため、エンジンの全運転域における多次元マップの作成は実質的に困難となる。
等の問題点を有している。

従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジンの試運転によるデータ取得を不要として、人手を要することなく簡単な手段でコモンレール内の圧力制御を可能とするとともに、予期せぬ外乱が作用しても該外乱即応してコモンレール内の圧力制御を可能とし、さらにはエンジンの全運転域で高精度のコモンレール内の圧力制御を実現できる蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、燃料ポンプにより加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧し、該コモンレールとエンジン（内燃機関）の燃料噴射弁とを接続する燃料噴射管に設けられた電磁弁を燃料噴射制御装置により開閉制御することにより、前記コモンレール内の加圧燃料を前記燃料噴射弁からエンジンの燃焼室に噴射可能に構成された蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法において、前記コモンレール内の燃料圧力を検出して該燃料圧力検出値（Ｐ_１）と予め設定された前記燃料圧力の目標値（Ｐ_０）との差圧(ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_０)を算出し、前記差圧(ΔＰ)の一部を前記エンジンの所定のクランク角毎に記憶、蓄積してフィードフォワード量(δＰ_ｉ)とし、該フィードフォワード量(δＰ_ｉ)を前記差圧(ΔＰ)の残部にＰＩＤ（比例、積分、微分）制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)に加算することをエンジンのクランク角に対応して繰り返して前記コモンレール内圧力の均等化制御を行うことを特徴とする。

かかる発明において、好ましくは、前記コモンレール及びこれに接続される燃料系統に作用する燃料圧力変動等の外乱（Ｓ）に、前記ＰＩＤ制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)及び前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)を加、減算して前記外乱を盛り込んだ前記コモンレール内圧力の補正量を算出する。
さらに好ましくは、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)と前記ＰＩＤ制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)との和を一定とし、該フィードフォワード量(δＰ_ｉ)とフィードバック出力(ΔＰ_p)との割合（δＰ_ｉ／ΔＰ_p）を、制御の当初に大きく時間の経過とともに小さくせしめる。

また、かかる方法発明を実施する装置の発明として、コモンレールを備えた蓄圧式燃料噴射内燃機関において、前記コモンレール内の燃料圧力を検出するレール圧センサと、該レール圧センサから入力される燃料圧力検出値（Ｐ_１）と予め設定された前記燃料圧力の目標値（Ｐ_０）との差圧(ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_０)を算出する加、減算器、該加、減算器から出力される前記差圧(ΔＰ)の一部をフィードフォワード量(δＰ_ｉ)として前記エンジンの所定のクランク角毎に記憶、蓄積する累積バッファ蓄積部、前記差圧(ΔＰ)の残部にＰＩＤ（比例、積分、微分）制御を施すＰＩＤ制御部、及び前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)を前記ＰＩＤ制御部からのフィードバック出力(ΔＰ_p)に加、減算する第２の加、減算器を備えて、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)と前記ＰＩＤ制御部からのフィードバック出力(ΔＰ_p)との加、減算をエンジンのクランク角に対応して繰り返して前記コモンレール内の圧力の均等化制御を行うコモンレール圧制御装置とを有してなることを特徴とする。
そして、好ましくは、前記コモンレール圧制御装置は、前記コモンレール及びこれに接続される燃料系統に作用する燃料圧力変動等の外乱（Ｓ）が入力されるとともに、第２の加、減算器を前記外乱（Ｓ）と前記フィードバック出力(ΔＰ_p)及びフィードフォワード量(δＰ_ｉ)とを加、減算して前記外乱を盛り込んだ前記コモンレール内圧力の補正量を算出するように構成する。

前記コモンレール内の圧力制御を行って該コモンレール内の圧力変動を抑制するにあたっては、該コモンレール内の圧力変動が数十ｍｓｅｃであるため、制御周期は数ｍｓｅｃで行うことを要するのに対し、コモンレール内の圧力調整手段である電磁弁の時定数が８０〜１００ｍｓｅｃと遅いため、ＰＩＤ制御部によるＰＩＤ（比例、積分、微分）制御のみでは応答速度が遅く、コモンレール内の圧力制御を行うのが実質的に不可能となる。

然るに、かかる方法及び装置発明によれば、第１の加、減算器において算出したコモンレール内の燃料圧力検出値（Ｐ_１）と予め設定された前記燃料圧力の目標値（Ｐ_０）との差圧(ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_０) の一部を、フィードフォワード量(δＰ_ｉ)として、累積バッファ蓄積部にエンジンの所定のクランク角毎に記憶、蓄積しておく。
そして、第２の加、減算器において、ＰＩＤ制御部で前記差圧(ΔＰ)の残部にＰＩＤ（比例、積分、微分）制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)に前記累積バッファ蓄積部に記憶、蓄積しているフィードフォワード量(δＰ_ｉ)をクランク角毎に足し込み、前記コモンレール内圧力の補正量を算出する。この際において、好ましくは、前記フィードバック出力(ΔＰ_p)にフィードフォワード量(δＰ_ｉ)を足し込んだ値に、コモンレール及びこれに接続される燃料系統に作用する燃料圧力変動等の外乱（Ｓ）を加、減算してコモンレール内圧力の補正量とする。

かかる、フィードバック出力(ΔＰ_p)へのフィードフォワード量(δＰ_ｉ)のクランク角毎の足し込み時における該フィードフォワード量(δＰ_ｉ)とフィードバック出力(ΔＰ_p)との割合（δＰ_ｉ／ΔＰ_p）を、ＰＩＤ制御による遅れが大きいサイクルの前期に大きくして該ＰＩＤ制御による遅れを補完する。そして前記ＰＩＤ制御による遅れの影響が小さくなるサイクルの後期になるに従い前記割合（δＰ_ｉ／ΔＰ_p）を小さくして行く。
このような制御を行うことにより、ＰＩＤ制御による遅れを、累積バッファ蓄積部に記憶、蓄積しているフィードフォワード量(δＰ_ｉ)のＰＩＤ制御のフィードバック出力(ΔＰ_p)への足し込みによって解消することが可能となる。

また、かかる発明によれば、コモンレール内の燃料圧力検出値（Ｐ_１）と燃料圧力の目標値（Ｐ_０）との差圧(ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_０) の一部を、フィードフォワード量(δＰ_ｉ)として、累積バッファ蓄積部にエンジンの所定のクランク角毎に記憶、蓄積しておき、該フィードフォワード量(δＰ_ｉ)を、前記差圧(ΔＰ)の残部にＰＩＤ制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)にクランク角毎に足し込み、前記コモンレール内圧力の補正量を算出するので、特許文献１の技術のように、エンジンの試運転を行い該試運転データから多次元マップを作成するという多大な労力や時間を要する人手作業を不要としてフィードフォワード量を得ることができ、きわめて簡単な手段でコモンレール内の圧力制御ができる。

また、かかる発明によれば、コモンレール内の圧力制御中に予期せぬ外乱が入ってきても、特許文献１の技術のように予め多次元マップを作成しておくためかかる外乱に対応不能に陥り、コモンレール内の圧力制御の制御性能が大幅に低下することがなく、累積バッファ蓄積部に記憶、蓄積しているフィードフォワード量(δＰ_ｉ)のゲインを進めていくことによって、該外乱に自在に対応した制御ができる。
さらには、前記従来技術のように、エンジンの試運転を行い該試運転データから多次元マップを作成することを必要とせず、エンジンの運転中に、累積バッファ蓄積部にエンジンの所定のクランク角毎に記憶、蓄積したフィードフォワード量(δＰ_ｉ)をＰＩＤ制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)にクランク角毎に足し込みコモンレール内圧力の補正量を算出することにより、エンジンの全運転域におけるコモンレール内の圧力制御が容易にできる。

また、かかる発明において、次の第１ないし第５の手段のように構成するのがよい。
即ち第１の手段は、前記差圧(ΔＰ)の初期値を記憶しておき、前記燃料圧力検出値（Ｐ_１）が周期的変化になる一定時間後に、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)及びＰＩＤ制御によるフィードバック出力(ΔＰ_p)の算出を開始する。
第１の手段によれば、エンジンの起動時等の、制御電源を入れた直後の初期時においてはコモンレール内圧力が不安定で過大な制御偏差が発生し易いことから、前記差圧(ΔＰ)の初期値を記憶しておき、制御電源を入れてから一定時間後に前記燃料圧力検出値（Ｐ_１）が周期的変化になってから、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)及びＰＩＤ制御によるフィードバック出力(ΔＰ_p)の算出を開始してコモンレール内の圧力制御に移行するので、初期時における過大な制御偏差のコモンレール内圧力制御に与える影響を回避できる。

第２の手段は、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)と１サイクル前のフィードフォワード量(δＰ_ｉ−１)とのずれ量Ｅ_ｒ（＝δＰ_ｉ−δＰ_ｉ−１）を算出し、コモンレール圧制御の原点位置検出時に前記ずれ量を０に近づける（Ｅ_ｒ←０）ように初期化して、前記原点位置におけるフィードフォワード量(δＰ_ｉ)の連続性を保持する。
第２の手段によれば、クランク角に対応して累積バッファ蓄積部に記憶、蓄積されるフィードフォワード量の原点検出直後と原点検出直前との間に形成される１サイクル分のずれを、原点位置検出時に前記ずれ量を０に近づける（Ｅ_ｒ←０）ように初期化することによって修正し、原点位置におけるフィードフォワード量(δＰ_ｉ)の連続性を保持して制御性能の低下を防止できる。

第３の手段は、前記差圧(ΔＰ)の、過去の複数サイクルにおける二乗和（ΣΔＰ）を算出し、該二乗和（ΣΔＰ）が増加傾向に転じたとき、前記コモンレール内の圧力の均等化制御を中断する。
第３の手段によれば、過去の複数サイクルにおける差圧(ΔＰ)の二乗和（ΣΔＰ）が基準値を超えて増加傾向になったとき、コモンレール内の圧力の均等化制御を中断することにより、外乱による制御値の発散を回避可能となって、コモンレール内圧力制御を安定化できる。

第４の手段は、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)の一定クランク角おきにサンプリングした２点の値を用いて、該２点間の補間演算により前記ＰＩＤ制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)の時間対応クランク角を算出する。
第４の手段によれば、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)の一定クランク角おきにサンプリングした２点の値を用いて、該２点間の補間演算によって、ＰＩＤ制御のフィードバック出力(ΔＰ_p)の時間対応クランク角を算出して、該フィードバック出力(ΔＰ_p)の時間を補正することにより、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)の変化をクランク角ベース、フィードバック出力(ΔＰ_p)の変化が時間ベースであることの時間的なずれを解消できる。

第５の手段は、前記目標値（Ｐ_０）の時間変化率（ΔＰ_０／Δｔ）を算出するとともに、該時間変化率（ΔＰ_０／Δｔ）に基づきフィードフォワード量の補正値（δＰ_ｓｉ）を算出し、該補正値（δＰ_ｓｉ）を前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)に加算する。
第５の手段によれば、前記目標値（Ｐ_０）の時間変化率（ΔＰ_０／Δｔ）を算出して該時間変化率（ΔＰ_０／Δｔ）に基づきフィードフォワード量（δＰ_ｓｉ）の補正量を求め、該補正量のフィードフォワード量（δＰ_ｓｉ）への足し込みを行うことにより、エンジンの急激な負荷投入、急速な起動等の過渡期においてコモンレール内圧力の上限が徐々に増大するのに対応して、目標値（Ｐ_０）もエンジンの挙動状態によって変化させることができ、該目標値（Ｐ_０）のステップ応答、ランプ応答等の過渡状態においても、コモンレール内圧力の繰り返し制御の追従性を良好に保持できる。

本発明によれば、ＰＩＤ制御による遅れを、累積バッファ蓄積部に記憶、蓄積しているフィードフォワード量(δＰ_ｉ)のＰＩＤ制御のフィードバック出力(ΔＰ_p)への足し込みによって解消することが可能となり、高精度でコモンレール内の圧力制御を行うことができる。
また、本発明によれば、累積バッファ蓄積部に記憶、蓄積しているフィードフォワード量(δＰ_ｉ)のＰＩＤ制御のフィードバック出力(ΔＰ_p)への足し込み、コモンレール内圧力の補正量を算出するので、従来技術のような、エンジンの試運転データから多次元マップを作成するというような多大な労力や時間を要する人手作業を不要としてフィードフォワード量を得ることができることとなり、きわめて簡単な手段でコモンレール内の圧力制御ができる。

また、コモンレール内の圧力制御中に予期せぬ外乱が入ってきても、累積バッファ蓄積部に記憶、蓄積しているフィードフォワード量(δＰ_ｉ)のゲインを進めていくことによって、該外乱に自在に対応した制御ができて、良好なコモンレール内圧力制御性能を維持できる。
さらには、エンジンの運転中に、累積バッファ蓄積部にエンジンの所定のクランク角毎に記憶、蓄積したフィードフォワード量(δＰ_ｉ)をＰＩＤ制御のフィードバック出力(ΔＰ_p)にクランク角毎に足し込みコモンレール内圧力の補正量を算出して、コモンレール内の圧力制御を行うので、エンジンの全運転域におけるコモンレール内の圧力制御が容易にできる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の実施例に係る蓄圧式燃料噴射ディーゼル機関の燃料制御装置の全体構成図、図２は前記実施例におけるコモンレール内燃料圧力制御装置の制御ブロック図である。図３はＰＩＤ制御のフローチャート、図４はフィードフォワード量制御のフローチャート、図５は初期化設定のフローチャートである。図６（Ａ）、（Ｂ）はフィードフォワード量の不連続調整の説明用線図、図７（Ａ）、（Ｂ）はＰＩＤ制御とフィードフォワード制御との時間差調整の説明用線図、図８はコモンレール内燃料圧力変動の説明用線図である。図９は差圧の二乗和を用いたコモンレール内の圧力の均等化制御中断動作のフローチャートを示す。図１０はコモンレール内圧力の目標値制御を加えた他の実施例の制御ブロック図である。

本発明の実施例に係る燃料制御装置を示す図１において、１００はエンジン（ディーゼル機関）、１０３は該エンジン１００のピストン、１０４はクランク軸、１０２は該ピストン１０３の上方空間に形成された燃焼室である。１０１は燃料噴射弁で、高圧燃料の圧力により針弁１０１ｂを押し上げて該燃料を噴孔１０１ａから前記燃焼室１０２内に燃料を噴射するように構成された公知の多噴孔型燃料噴射弁である。
１０５は高圧側の燃料が蓄圧される高圧コモンレール、１０６は低圧側の燃料が蓄圧される低圧コモンレールである。

１２７は燃料タンクである。１０７は高圧ポンプで、前記燃料タンク１２７内の燃料を高圧側燃料管１２２を介して吸入して高圧に加圧し、高圧吐出管１２３を介して前記高圧コモンレール１０５内に押し込むものである。１０８は低圧ポンプで、前記燃料タンク１２７内の燃料を低圧側燃料管１２４を介して吸入して前記高圧ポンプ１０７よりも低圧に加圧し、低圧吐出管１２５を介して前記低圧コモンレール１０６内に押し込むものである。
１０９は前記高圧側燃料管１２２に設けられた高圧側絞り弁で、後述するコモンレール圧制御装置１からの制御信号によって、前記高圧ポンプ１０７の燃料流量を制御するものである。１１０は前記低圧側燃料管１２４に設けられた低圧側絞り弁で、後述するコモンレール圧制御装置１からの制御信号によって、前記低圧ポンプ１０８の燃料流量を制御するものである。

２は後述する制御を行う燃料噴射制御装置である。１１２は高圧側噴射制御弁で、入口ポートが前記高圧コモンレール１０５出口側に接続される高圧噴射管１１５に接続され、出口ポートが高圧噴射管１１６を介して前記燃料噴射弁１０１側に接続され、前記燃料噴射制御装置２からの制御信号１２０によって前記入口ポートと出口ポートとの接続を切り換えることにより、前記高圧コモンレール１０５に蓄圧された高圧燃料の燃料噴射弁１０１からの噴射を制御するようになっている。

１１３は低圧側噴射制御弁で、入口ポートが前記低圧コモンレール１０６出口側に接続される低圧噴射管１１９に接続され、出口ポートが低圧噴射管１１６ａを介して前記燃料噴射弁１０１側に接続され、前記燃料噴射制御装置２からの制御信号１２１によって前記入口ポートと出口ポートとの接続を切り換えることにより、前記低圧コモンレール１０６に蓄圧された高圧燃料の燃料噴射弁１０１からの噴射を制御するようになっている。また、該低圧側噴射制御弁１１３は、これのドレンポートがドレン管１２６を介して前記燃料タンク１２７に接続され、前記燃料噴射制御装置２からの制御信号によって前記入口ポートと出口ポートとの接続、及び前記燃料噴射弁１０１側出口ポートとドレンポートとの接続を切り換えることにより、前記低圧コモンレール１０６に蓄圧された低圧燃料の燃料噴射弁１０１からの噴射を制御するようになっている。
１１４は前記低圧噴射管１１９に設けられて、前記低圧コモンレール１０６側から低圧側噴射制御弁１１３側への燃料の流れのみを許容する逆止弁である。１１１は前記ドレン管１２６に設けられて、前記低圧側噴射制御弁１１３側から燃料タンク１２７側への燃料の流れのみを許容する逆止弁である。

４は前記高圧コモンレール１０５内の圧力を検出する高圧レール圧センサ、５は前記低圧コモンレール１０６内の圧力を検出する低圧レール圧センサである。該高圧レール圧センサ４からの高圧コモンレール１０５内の圧力検出値及び該低圧レール圧センサ５からの低圧コモンレール１０６内の圧力検出値は、つまり前記高圧コモンレール１０５内の衝撃波移動による圧力変動の検出値及び前記低圧コモンレール１０５内の衝撃波移動による圧力変動の検出値はコモンレール制御装置１に入力される。

８は前記燃料噴射弁１０１入口の燃料噴射圧力を検出する燃料噴射圧力センサ、６は前記高圧ポンプ１０７出口の燃料圧力を検出する高圧ポンプ圧力センサ、７は前記低圧ポンプ１０８出口の燃料圧力を検出する低圧ポンプ圧力センサであり、前記高圧ポンプ圧力センサ６からの高圧ポンププランジャの往復動による脈動圧力変動検出値、及び前記低圧ポンプ圧力センサ７からの低圧ポンププランジャの往復動による脈動圧力変動検出値は前記コモンレール制御装置１に入力される。
３はエンジン１００のクランク角を検出するクランク角センサであり、該クランク角センサ３からのクランク角検出値は前記コモンレール制御装置１及び前記燃料噴射制御装置２に入力される。

次に、図１〜図１０に基づきかかる燃料制御装置の動作について説明する。
前記高圧レール圧センサ４からの高圧コモンレール１０５内の衝撃波移動による圧力変動の検出値、あるいは前記低圧レール圧センサ５からの低圧コモンレール１０６内の衝撃波移動による圧力変動の検出値Ｐｄはコモンレール制御装置１の加算器１６に入力される。
また、前記燃料噴射圧力センサ８からの燃料噴射による圧力変動検出値Ｐｐ、及び前記高圧ポンプ圧力センサ６からの高圧ポンプ１０７のプランジャの往復動による脈動圧力変動検出値、あるいは前記低圧ポンプ圧力センサ７からの低圧ポンプ１０８のプランジャの往復動による脈動圧力変動検出値Ｐｓは前記加算器１６に入力される。
該加算器１６においては、前記衝撃波移動による圧力変動の検出値Ｐｄ、燃料噴射による圧力変動検出値Ｐｐ、及び脈動圧力変動検出値Ｐｓを加算して周期性外乱Ｓ（Ｓ＝Ｐｄ＋Ｐｐ＋Ｐｓ）を算出し、後述する加、減算器１４に入力する。

以下の動作説明は、高圧コモンレール１０５側のコモンレール圧を制御する場合について行うが、低圧コモンレール１０６側についても前記高圧コモンレール１０５側と同様な動作を行う。
図８に示すように、前記絞り弁１０９（高圧側絞り弁）はＢのように開閉動作し、前記コモンレール圧Ｐ_１は前記周期性外乱ＳによりＡのような圧力変動を生起する。かかる実施例においては、以下に示す繰り返し制御によって前記コモンレール圧力Ｐ_１の変動を除去する。
先ず、エンジンの起動時等の、制御電源を入れた直後の初期時におけるコモンレール内圧力不安定による制御偏差の発生を回避するため、図５に示すように、前記差圧ΔＰによるフィードフォワード量（累積バッファ）の初期値Ｆｆｂｕｆ（ｉ）を記憶しておき、前記燃料圧力検出値（Ｐ_１）が周期的変化になる一定時間後に、前記フィードフォワード量及びＰＩＤ制御によるフィードバック出力の算出を開始する。
これにより、制御電源を入れてから一定時間後に前記燃料圧力検出値Ｐ_１が周期的変化になってから、前記フィードフォワード量及びＰＩＤ制御によるフィードバック出力の算出を開始してコモンレール内の圧力制御に移行するので、エンジンの起動時等の、制御電源を入れた直後の初期時における過大な制御偏差のコモンレール内圧力制御に与える影響を回避できる。

前記エンジン１００の運転条件により予め設定されている基準レール圧である高圧レール圧の目標値Ｐ_０及び前記高圧レール圧センサ４で検出されてフィードバックされた高圧コモンレール１０５内の圧力（以下レール圧という）検出値Ｐ_１はコモンレール圧制御装置１の加、減算器１０に入力される（図３のステップ（１））。
該加、減算器１０においては、前記レール圧検出値Ｐ_１と前記高圧レール圧の目標値Ｐ_０との差圧ΔＰ(ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_０)を算出する（図３のステップ（２））。
該差圧ΔＰの一部はフィードフォワードゲイン設定部１２に入力され、残部はＰＩＤ制御部１１に後述のような演算によって入力される（図３のステップ（３））。

前記ＰＩＤ制御部１１においては、前記差圧ΔＰの残部に、次の（１）式によりＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行い、フィードバック出力ΔＰ_pを算出する。
ΔＰ_p＝ＫＰ×ΔＰ＋ＫＩ×∫（ΔＰ）＋ＫＤ（ｄΔＰ／ｄｔ） （１）
ここで、ＫＰ、ＫＩ、ＫＤはＰＩＤゲイン
前記フィードフォワードゲイン設定部１２においては、原点探知（図４のステップ（１））を行った後、次の（２）式により、クランク角毎にフィードフォワード量δＰ_ｉを算出する（図４のステップ（２））。
δＰ_ｉ＝ΔＰ×ＫＦ （２）
ここで、ＫＦはフォワードゲイン
このフィードフォワード量δＰ_ｉは、累積バッファ蓄積部１３に、次の（３）、（４）式により累積バッファＦｖａｌとして、所定のクランク角毎に記憶、蓄積される（図４のステップ（３）、（４））。
Ｆｂｕｆ（ｉ）←δＰ_ｉ＋Ｆｂｕｆ（ｉ） （３）
Ｆｖａｌ←Ｆｂｕｆ（ｉ） （４）

前記フィードバック出力ΔＰ_p及び累積バッファＦｖａｌ（フィードフォワード量）は、加、減算器１４に、時々刻々入力されて、該加、減算器１４において、フィードバック出力ΔＰ_pに累積バッファＦｖａｌを、次の（５）式によりクランク角毎に足し込み、前記コモンレール内圧力Ｐ_１の補正量Ｕを算出する（図３のステップ（４））。
Ｕ←ΔＰ_p＋Ｆｖａｌ （５）
さらに、前記加、減算器１４においては、次の（６）式により、前記周期性外乱Ｓ（Ｓ＝Ｐｄ＋Ｐｐ＋Ｐｓ）により、前記コモンレール内圧力Ｐ_１の補正量Ｕを補正して、電磁弁コントローラ１５に入力する。
Ｕ←ＳーＵ （６）
該電磁弁コントローラ１５においては、前記補正量Ｕに相当するコモンレール内圧力制御用の電磁弁１０９の制御電流調整量を算出して該電磁弁１０９に伝送する。これにより、該電磁弁１０９の開度は前記補正量Ｕに相当する開度に調整され、前記コモンレール内圧力Ｐ_１は前記目標値Ｐ_０に保持され、前記周期性外乱Ｓの影響による圧力変動が除去される。

以上のような、燃料制御装置におけるコモンレール内圧力制御において、かかる実施例においては、前記フィードバック出力ΔＰ_pへの累積バッファＦｖａｌ即ちフィードフォワード量のクランク角毎の足し込み時における、該累積バッファＦｖａｌ（フィードフォワード量）とフィードバック出力ΔＰ_pとの割合（Ｆｖａｌ／ΔＰ_p）を、ＰＩＤ制御部１１におけるＰＩＤ制御演算による遅れが大きいサイクルの前期に大きくして該ＰＩＤ制御による遅れを補完する。そして前記ＰＩＤ制御による遅れの影響が小さくなるサイクルの後期になるに従い前記割合（Ｆｖａｌ／ΔＰ_p）を小さくして、最終的には、前記フィードバック出力ΔＰ_pが前記周期性外乱Ｓと等しくなるように制御する。
このような制御を行うことにより、ＰＩＤ制御による遅れを、累積バッファ蓄積部１３に記憶、蓄積している累積バッファＦｖａｌ（フィードフォワード量)のＰＩＤ制御のフィードバック出力ΔＰ_pへの足し込みによって解消することが可能となる。
また、かかる実施例によれば、前記外乱Ｓが予期せぬ時期に入ってきても、累積バッファ蓄積部１３に記憶、蓄積している累積バッファＦｖａｌ（フィードフォワード量）のゲインを進めていくことによって、該外乱Ｓに自在に対応した制御ができ、コモンレール内圧力制御の制御性能の低下を防止できる。

次に、前記燃料制御装置におけるコモンレール内圧力制御において、図６に示されるように、クランク角に対応して累積バッファ蓄積部１３に記憶、蓄積される累積バッファＦｖａｌ（フィードフォワード量）の原点検出直後（Ｆｂｕｆ（０））と原点検出直前（Ｆｂｕｆ（ｎ−１））との間に形成される1サイクル分のずれが生ずる。
これに対処するため、前記原点検出直後の累積バッファ（フィードフォワード量）（Ｆｂｕｆ（０））と1サイクル前の累積バッファ（フィードフォワード量）（Ｆｂｕｆ（ｎ−１））とのずれ量Ｅ_ｒ（＝Ｆｂｕｆ（０）−Ｆｂｕｆ（ｎ−１））を算出し、コモンレール圧制御の原点位置検出時に前記ずれ量を０に近づける（Ｅ_ｒ←０）ように初期化して、前記原点位置におけるフィードフォワード量の連続性を保持することにより制御性能の低下を防止する。

また、前記燃料制御装置におけるコモンレール内圧力制御において、前記のような繰り返し制御が永久に行われると、制御の感度が高くなり、累積バッファに制御系の外乱の影響等でコモンレール内圧力が微小変動するのを抑制するため、次のような制御を行う。
即ち、前記差圧ΔＰの、過去の複数サイクルにおける二乗和（ΣΔＰ）を算出し、該二乗和（ΣΔＰ）が増加傾向に転じたとき、前記コモンレール内の圧力の圧力制御を中断する。
具体的には、図９に示されるように、図９のステップ（１）にて算出されるコモンレール１０５内の圧力変動の二乗和σＰが許容範囲σＰｅｒｒｏｒ内か（σＰ＜σＰｅｒｒｏｒ）を判定し、許容範囲σＰｅｒｒｏｒ内であれば、繰り返し制御を中断する。
このように制御することにより、外乱による制御値の発散を回避可能となって、コモンレール内圧力制御を安定化できる。

また、前記燃料制御装置におけるコモンレール内圧力制御において、ＰＩＤ制御は時間関数による制御であるのに対し、フィードフォワード量の累積バッファはクランク角毎に記憶、蓄積されることから、両者に時間的なずれが生ずるのを修正するため、次のような制御を行う。
即ち、図７に示されるように、（Ａ）に示されるクランク角に対する累積バッファＦｂｕｆの変化から、一定クランク角おきにサンプリングした２点の値Ｆｂｕｆ（ｉ）及びＦｂｕｆ（ｉ＋１）を用いて、（Ｂ）のように、該２点間を直線に置き換え補間演算によってＰＩＤ制御時間対応クランク角を算出する。
このように制御することにより、前記バッファフィードフォワード量の累積バッファ変化がクランク角ベース、フィードバック出力の変化が時間ベースであることの時間的なずれを解消できる。

また、前記燃料制御装置におけるコモンレール内圧力制御において、エンジンの急激な負荷投入、急速な起動等の過渡期においてはコモンレール内圧力の上限が徐々に増大するため、目標値Ｐ_０も変化させることを要することから、次のような目標値の補正制御を行う。
即ち、図１０に示すように、目標値補正部３０において、目標値Ｐ_０（ＮＷ）の時間変化率即ち微分値ｄＰ_０／ｄｔ及び２次微分値ｄ^２Ｐ_０／ｄｔ^２を算出する。
そして、累積バッファ修正値
Ｆｔｒａｎｓ＝ｆ（ｄＰ_０／ｄｔ，ｄ^２Ｐ_０／ｄｔ^２ ） （７）
を算出し、加算器３１にて前記累積バッファ蓄積部１３からの累積バッファＦｖａｌと前記累積バッファ修正値Ｆｔｒａｎｓとを加算して、この加算値（Ｆｖａｌ＋Ｆｔｒａｎｓ）を前記加、減算器１４に送り、該加、減算器１４において、図２の実施例と同様に、前記ＰＩＤ制御部１１からのフィードバック出力ΔＰ_p及び外乱Ｓと加、減算して次の（８）式で補正量Ｕを算出し、
Ｕ←Ｓ―（ΔＰ_p＋Ｆｖａｌ＋Ｆｔｒａｎｓ）
該補正量Ｕを電磁弁コントローラ１５に入力する。

このように構成せれば、前記目標値Ｐ_０の時間変化率を算出して該時間変化率に基づき累積バッファ（フィードフォワード量）の補正量Ｆｔｒａｎｓを求め、該補正量の累積バッファ（フィードフォワード量）への足し込みを行うことにより、エンジンの急激な負荷投入、急速な起動等の過渡期においてコモンレール内圧力Ｐ_１の上限が徐々に増大するのに対応して、目標値Ｐ_０もエンジンの挙動状態によって変化させることができ、該目標値Ｐ_０のステップ応答、ランプ応答等の過渡状態においても、コモンレール内圧力の繰り返し制御の追従性を良好に保持できる。

本発明によれば、エンジンの試運転によるデータ取得に伴う人手を要することなく簡単な手段でコモンレール内圧力の均圧化制御を行うことが可能となるとともに、予期せぬ外乱が作用しても該外乱即応してコモンレール内の圧力制御を制御性能を低下することなく行うことが可能となり、エンジンの全運転域で高精度のコモンレール内の圧力制御を実現できる蓄圧式燃料噴射内燃機関を提供することができる。

本発明の実施例に係る蓄圧式燃料噴射ディーゼル機関の燃料制御装置の全体構成図である。 前記実施例におけるコモンレール内燃料圧力制御装置の制御ブロック図である。 ＰＩＤ制御のフローチャートである。 フィードフォワード量制御のフローチャートである。 初期化設定のフローチャートである。 （Ａ）、（Ｂ）はフィードフォワード量の不連続調整の説明用線図である。 （Ａ）、（Ｂ）はＰＩＤ制御とフィードフォワード制御との時間差調整の説明用線図である。 コモンレール内燃料圧力変動の説明用線図である。 差圧の二乗和を用いたコモンレール内の圧力の均等化制御中断動作のフローチャートを示す。 コモンレール内圧力の目標値制御を加えた他の実施例の制御ブロック図である。 従来技術を示す図１対応図である。

符号の説明

１ コモンレール制御装置
２ 燃料噴射制御装置
３ クランク角センサ
４ 高圧レール圧センサ
５ 低圧レール圧センサ
６ 高圧ポンプ圧力センサ
７ 低圧ポンプ圧力センサ
８ 燃料噴射圧力センサ
１０ 加、減算器
１１ ＰＩＤ制御部
１２ フィードフォワードゲイン設定部
１３ 累積バッファ蓄積部
１４ 加、減算器
１５ 電磁弁コントローラ
１６ 加算器
１００ エンジン（ディーゼル機関）
１０１ 燃料噴射弁
１０２ 燃焼室
１０４ クランク軸
１０５ 高圧コモンレール
１０６ 低圧コモンレール
１０７ 高圧ポンプ
１０８ 低圧ポンプ
１０９ 高圧側絞り弁
１１０ 低圧側絞り弁
１１２ 高圧側噴射制御弁
１１３ 低圧側噴射制御弁

Claims (10)

1. 燃料ポンプにより加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧し、該コモンレールとエンジン（内燃機関）の燃料噴射弁とを接続する燃料噴射管に設けられた電磁弁を燃料噴射制御装置により開閉制御することにより、前記コモンレール内の加圧燃料を前記燃料噴射弁からエンジンの燃焼室に噴射可能に構成された蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法において、前記コモンレール内の燃料圧力を検出して該燃料圧力検出値（Ｐ_１）と予め設定された前記燃料圧力の目標値（Ｐ_０）との差圧(ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_０)を算出し、前記差圧(ΔＰ)の一部を前記エンジンの所定のクランク角毎に記憶、蓄積してフィードフォワード量(δＰ_ｉ)とし、該フィードフォワード量(δＰ_ｉ)を前記差圧(ΔＰ)の残部にＰＩＤ（比例、積分、微分）制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)に加算することをエンジンのクランク角に対応して繰り返して前記コモンレール内圧力の均等化制御を行うことを特徴とする蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法。
2. 前記コモンレール及びこれに接続される燃料系統に作用する燃料圧力変動等の外乱（Ｓ）に、前記ＰＩＤ制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)及び前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)を加、減算して前記外乱を盛り込んだ前記コモンレール内圧力の補正量を算出することを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法。
3. 前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)と前記ＰＩＤ制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)との和を一定とし、該フィードフォワード量(δＰ_ｉ)とフィードバック出力(ΔＰ_p)との割合（δＰ_ｉ／ΔＰ_p）を、制御の当初に大きく時間の経過とともに小さくせしめることを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法。
4. 前記差圧(ΔＰ)の初期値を記憶しておき、前記燃料圧力検出値（Ｐ_１）が周期的変化になる一定時間後に、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)及びＰＩＤ制御によるフィードバック出力(ΔＰ_p)の算出を開始することを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法。
5. 前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)と1サイクル前のフィードフォワード量(δＰ_ｉ−１)とのずれ量Ｅ_ｒ（＝δＰ_ｉ−δＰ_ｉ−１）を算出し、コモンレール圧制御の原点位置検出時に前記ずれ量を０に近づける（Ｅ_ｒ←０）ように初期化して、前記原点位置におけるフィードフォワード量(δＰ_ｉ)の連続性を保持することを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法。
6. 前記差圧(ΔＰ)の、過去の複数サイクルにおける二乗和（ΣΔＰ）を算出し、該二乗和（ΣΔＰ）が増加傾向に転じたとき、前記コモンレール内の圧力の均等化制御を中断することを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法。
7. 前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)の一定クランク角おきにサンプリングした２点の値を用いて、該２点間の補間演算により前記ＰＩＤ制御を施したフィードバック出力(ΔＰ_p)の時間対応クランク角を算出することを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法。
8. 前記目標値（Ｐ_０）の時間変化率（ΔＰ_０／Δｔ）を算出するとともに、該時間変化率（ΔＰ_０／Δｔ）に基づきフィードフォワード量の補正値（δＰ_ｓｉ）を算出し、該補正値（δＰ_ｓｉ）を前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)に加算することを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射内燃機関の燃料制御方法。
9. 燃料ポンプにより加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧し、該コモンレールとエンジン（内燃機関）の燃料噴射弁とを接続する燃料噴射管に設けられた電磁弁を燃料噴射制御装置により開閉制御することにより、前記コモンレール内の加圧燃料を前記燃料噴射弁からエンジンの燃焼室に噴射可能に構成された蓄圧式燃料噴射内燃機関において、前記コモンレール内の燃料圧力を検出するレール圧センサと、該レール圧センサから入力される燃料圧力検出値（Ｐ_１）と予め設定された前記燃料圧力の目標値（Ｐ_０）との差圧(ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_０)を算出する加、減算器、該加、減算器から出力される前記差圧(ΔＰ)の一部をフィードフォワード量(δＰ_ｉ)として前記エンジンの所定のクランク角毎に記憶、蓄積する累積バッファ蓄積部、
   前記差圧(ΔＰ)の残部にＰＩＤ（比例、積分、微分）制御を施すＰＩＤ制御部、及び前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)を前記ＰＩＤ制御部からのフィードバック出力(ΔＰ_p)に加、減算する第２の加、減算器を備えて、前記フィードフォワード量(δＰ_ｉ)と前記ＰＩＤ制御部からのフィードバック出力(ΔＰ_p)との加、減算をエンジンのクランク角に対応して繰り返して前記コモンレール内の圧力の均等化制御を行うコモンレール圧制御装置とを有してなることを特徴とする蓄圧式燃料噴射内燃機関。
10. 前記コモンレール圧制御装置は、前記コモンレール及びこれに接続される燃料系統に作用する燃料圧力変動等の外乱（Ｓ）が入力されるとともに、第２の加、減算器を前記外乱（Ｓ）と前記フィードバック出力(ΔＰ_p)及びフィードフォワード量(δＰ_ｉ)とを加、減算して前記外乱を盛り込んだ前記コモンレール内圧力の補正量を算出するように構成したことを特徴とする請求項９記載の蓄圧式燃料噴射内燃機関。

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