JP2005113704A - コモンレール式燃料噴射装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レール圧の過渡時制御を、フィードバック制御によりエンストを生じさせることなく安定に行えるようにする。
【解決手段】 コモンレール２のレール圧を目標レール圧に制御するため、コモンレール２内の実レール圧と目標レール圧との偏差ΔＰに応じたフィードバック制御によりコモンレール２内に高圧燃料を供給する高圧ポンプ３の吐出量の制御を行うようにした内燃機関用のコモンレール式の燃料噴射装置１において、内燃機関１０がアイドル運転状態か否かを判別し、アイドル運転状態にあるときの高圧ポンプ３の吐出量に応じた所定の制御パラメータとして制御積分項の値を学習して学習値を得、偏差ΔＰが所定値になったときにフィードバック制御において用いられている制御積分項の値を学習値に置き換えるようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両用内燃機関のためのコモンレール式燃料噴射装置及びその制御方法に関する。

高圧ポンプから圧送された燃料をコモンレール内に一旦蓄積しておき、電気的に演算され、設定された噴射タイミングでコモンレール内に蓄積された高圧燃料を燃料噴射弁から内燃機関の気筒内に噴射するように構成されたコモンレール式の内燃機関用燃料噴射装置が近年広く採用されるに到っている。従来のコモンレール式燃料噴射装置は、コモンレール内の高圧燃料の圧力がそのときの機関の運転状態に見合った値となるようにするため、機関回転数及びアクセル操作量に従ってそのときのドライバーの要求噴射量を演算し、この演算結果に応じてコモンレールの目標レール圧を決定し、コモンレール内の燃料圧がこの目標レール圧となるようにフィードバック制御が行われる構成となっている。

ところで、上述の如きコモンレール式燃料噴射装置を車両において使用する場合は、ブレーキペダルを急速に踏み込むなどして車両が急減速すると、目標レール圧は急激に小さくなる。そこで、レール圧制御のためのフィードバック制御系においては、目標レール圧の急減に応答して実レール圧を早急にこの目標レール圧に整定させるためのフィードバック制御動作が実行されることになる。しかし、実際には、このレール圧整定動作時に目標レール圧と実レール圧との偏差が零となってからも過制御が行われ、実レール圧が目標レール圧よりも大きく低下してしまう、所謂アンダーシュート現象が生じる傾向がある。このアンダーシュート現象により実レール圧が所定の下限値以下の低い値となると、内燃機関の気筒への燃料噴射が予定通り行われず、エンストに到る場合が生じる。また、車速が徐々に減少するような場合、目標レール圧も徐々に低下するので、偏差は小さく、ＰＩＤ制御系では制御積分項がフリーズせず、アンダーシュートが生じやすくなる。

このような不具合が生じるのを防止するため、特許文献１には、目標レール圧と実レール圧との偏差が所定値になったときには、その偏差に基づくフィードバック制御に代えて、アイドル時に学習した司令値を用いたオープンループ制御に切り換えるようにした構成が開示されている。
特許第３３０１０９５号明細書

しかし、この提案された技術によると、
（１）オープンループ制御を用いるため目標値との偏差の解消がフィードバック制御より劣ったものとなる。
（２）オープンループ制御を用いるため学習司令値（制御値）を用いたとしてもフィードバック制御の場合よりは劣ったものとなる。
（３）目標とするアイドル時レール値に誤差が生じてしまうと、パイロット噴射量等の誤差によってエンジン振動の増加、排気エミッションの悪化等の原因になる。
（４）オープンループ制御からフィードバック制御に戻した場合には、フィードバック・オープンループ・フィードバックのように切り換える必要があり、制御が複雑になる。
という別の問題を生じることになる。

本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる、コモンレール式燃料噴射装置及びその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、目標レール圧と実レール圧との間の偏差が所定値に達した場合に、フィードバック制御系において、その制御の積分項をアイドル運転時に学習した積分項に置き換えてフィードバック制御によりレール圧の整定を図るようにしたものである。このように、レール圧の整定のためのフィードバック制御を維持するので、良好な制御特性で、アンダーシュートを引き起こすことなく、レール圧を安定に制御できる。

請求項１の発明によれば、コモンレールのレール圧を所要の目標レール圧に制御するため、前記コモンレール内の実レール圧と前記目標レール圧との偏差に応じたフィードバック制御により前記コモンレール内に高圧燃料を供給する高圧ポンプの吐出量の制御を行うようにした内燃機関用のコモンレール式燃料噴射装置において、内燃機関のアイドル運転時の前記高圧ポンプの吐出量に応じた所定の制御パラメータの値を学習して学習値を得る手段と、前記偏差が所定値になったときに前記フィードバック制御において用いられている前記制御パラメータの値を前記学習値に置き換える手段とを備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置が提案される。

請求項２の発明によれば、コモンレールのレール圧を所要の目標レール圧に制御するため、前記コモンレール内の実レール圧と前記目標レール圧との偏差に応じたフィードバック制御により前記コモンレール内に高圧燃料を供給する高圧ポンプの吐出量の制御を行うようにした内燃機関用のコモンレール式燃料噴射装置の制御方法において、内燃機関のアイドル運転時の前記高圧ポンプの吐出量に応じた所定の制御パラメータの値を学習して学習値を得るステップと、前記偏差が所定値になったときに前記フィードバック制御において用いられている前記制御パラメータの値を前記学習値に置き換えるステップとを備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置の制御方法が提案される。

所定の制御パラメータの値は適宜に選ぶことができる。例えば、制御積分項、高圧ポンプの燃料吐出量の目標値、高圧ポンプの調量弁のアクチュエータの電流値等とすることができる。制御パラメータの値の学習のタイミングは、所定の条件を定め、この所定の条件が成立したときに随時実行する構成とすることができる。また、これに限定されず、機関始動後の安定運動確立の条件下で一度のみ実行する構成とすることもできる。

以上のようにして得られた学習値への置き換えの条件は偏差の値が所定値より小さくなったときとすることができるほか、適宜に定めることができる。なお、機関の始動後、学習が実行される前に過渡制御が必要とされる場合には、前回の機関停止前に保存された学習値を利用することができる。

学習値は、学習したときの温度等の雰囲気条件に応じて補正された値を保存するのが好ましい。

本発明によれば、レール圧の過渡時制御を、フィードバック制御によりエンストを生じさせることなく安定に行うことができる。

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。

図１は、本発明によりコモンレールのレール圧を制御するように構成された車両用内燃機関のためのコモンレール式燃料噴射装置の一実施形態を示す概略構成図である。燃料噴射装置１は、内燃機関車両の内燃機関に燃料を噴射供給するためのコモンレール式の内燃機関用燃料噴射装置であり、コモンレール２と、コモンレール２に高圧燃料を供給するための高圧ポンプ３と、コモンレール２内に蓄積された高圧燃料をＮ気筒のディーゼル機関１０の各気筒１１−１〜１１−Ｎの燃焼室内へ噴射するための複数のインジェクタ４−１〜４−Ｎとを備えている。

これらのインジェクタ４−１〜４−Ｎはそれぞれ燃料噴射制御用の電磁弁Ｖ１〜ＶＮを備えており、これらの電磁弁Ｖ１〜ＶＮは、制御ユニット７から後述するようにして出力される開閉制御信号ＳＶ１〜ＳＶＮに応答して動作することによりそれぞれ独立して開閉制御され、対応する気筒内に高圧燃料が所要のタイミングにおいて所要量だけ噴射されるように構成されている。

高圧ポンプ３は、ディーゼル機関１０によって駆動される高圧ポンプ本体３１と、フューエルメタリングユニット３２と、インレット・アウトレットバルブ３３とが一体に組み立てられて成っている。フューエルメタリングユニット３２には燃料タンク５からの燃料がフィードポンプ６によって供給されている。フューエルメタリングユニット３２における燃料供給量の調節は、フューエルメタリングユニット３２内に設けられた電磁弁３４の開閉制御によって行われる。

電磁弁３４は、コモンレール２内の燃料圧力が内燃機関のそのときの要求噴射量に従う圧力となるよう制御ユニット７からの駆動制御信号ＳＶＸによって開閉制御される構成となっている。制御ユニット７には、コモンレール２内の実際の燃料圧力（実レール圧）を検出する圧力センサ８からの実圧力信号ＰＡが入力信号として入力されているほか、回転数センサ９Ａからはディーゼルエンジン１０の回転数を示す回転数信号Ｎが入力され、アクセルペダル（図示せず）の操作量を示すアクセル信号Ａがアクセルセンサ９Ｂから入力されている。

電磁弁３４を開閉制御させるため制御ユニット７から出力される駆動制御信号ＳＶＸはパルス信号となっており、そのデューティ比は制御ユニット７において電磁弁３４を制御するための出力値として定められる。駆動制御信号ＳＶＸにより高圧ポンプ本体３１からコモンレール２へ流れる高圧燃料の流量を調節することができ、この流量調節によってコモンレール２内の高圧燃料の圧力を所定の圧力（目標レール圧）に制御できるようになっている。なお、電磁弁３４をこのようにデューティ比制御によって開閉動作せしめ、これにより燃料の流量調節を行う高圧ポンプ３の構成それ自体は公知であるから、高圧ポンプ３についての詳しい説明は省略する。

図２には、制御ユニット７の構成を示すブロック図が示されている。ここでは、レール圧制御系統のみが示されており、インジェクタ４−１〜４−Ｎの駆動のための制御系統については図示するのが省略されている。

図２に示されているレール圧制御部４０の構成について説明すると、レール圧制御部４０は、回転数信号Ｎと指示噴射量Ｑとから目標レール圧を示す目標レール圧データＤ１を演算出力する目標レール圧演算部４１と、目標レール圧データＤ１と実圧力信号ＰＡとを比較して目標レール圧に対する実レール圧の偏差ΔＰを示す偏差データＤ２を演算出力する偏差演算部４２と、偏差データＤ２に応答し偏差ΔＰが零となるように電磁弁３４の開度をＰＩＤフィードバック制御するための演算を実行するＰＩＤ制御演算部４３とを備えている。指示噴射量Ｑは、回転数信号Ｎ及びアクセル信号Ａとに基づくドライバー要求噴射量の演算結果、またはアイドル制御の噴射量である。

ＰＩＤ制御演算部４３からは、ＰＩＤ制御演算部４３での演算結果に従って電磁弁３４の開度を制御するのに必要な駆動制御信号ＳＶＸのデューティ比を示すデューティ比データＤ３が出力され、デューティ比データＤ３は電磁弁駆動回路４４に入力される。電磁弁駆動回路４４からはデューティ比データＤ３により示されるデューティ比の駆動制御信号ＳＶＸが出力され、吐出量制御のための電磁弁３４が駆動制御信号ＳＶＸによってオン、オフ駆動され、コモンレール２内の燃料圧力（実レール圧）を目標レール圧データＤ１により示される圧力（目標レール圧）に整定するためのフィードバック制御が実行される。

符号４５で示されるのは、内燃機関１０のアイドル運転時の高圧ポンプ３の吐出量に応じた所定の制御パラメータの値を学習して学習値を得ることができるように構成された学習演算部である。

本実施の形態では、所定の制御パラメータの値として、ＰＩＤ制御演算部４３の制御に用いられる積分項の値が選ばれている。このため、ＰＩＤ制御演算部４３からは、そのときの積分項の値を示す積分項データＤ４が学習演算部４５に与えられている。学習演算部４５には、回転数信号Ｎ、アクセル信号Ａ、実圧力信号ＰＡが入力されており、内燃機関１０がアイドル運転状態にある場合に、積分項データＤ４で示される積分項の値を取得し、これに基づいてアイドル運転時の積分項の値を学習により得る構成となっている。

このようにして得られた積分項の学習値を示す学習値データＤ５が学習演算部４５からＰＩＤ制御演算部４３に与えられている。ここで、所定の制御パラメータの値は適宜に選ぶことができる。例えば、制御積分項以外に、高圧ポンプ３の燃料吐出量の目標値、高圧ポンプ３の調量弁である電磁弁３４の電流値等とすることができる。制御パラメータの値の学習のタイミングは、所定の条件を定め、この所定の条件が成立したときに随時実行する構成とすることができる。また、これに限定されず、機関始動後の安定運動確立の条件下で一度のみ実行する構成とすることもできる。

ＰＩＤ制御演算部４３では、偏差データＤ２により示されるΔＰの値が所定値になったときに、フィードバック制御において用いられている積分項の値を、学習値データＤ５によって示される学習値に置き換える構成となっている。

このように、ΔＰの値が所定値になったときのＰＩＤ制御演算部４３における制御積分項の値を、予め学習により得ている内燃機関１０のアイドリング運転時の制御積分値に置き換える構成とすると、ΔＰの値が更に小さくなった場合でもＰＩＤ制御演算部４３で用いられる制御積分値はその学習値のままである。

したがって、アクセルペダルを急激に解放するなどして車両が急減速状態に入り、目標レール圧が急激に小さくなった場合、これに追従するように実レール圧が低下してΔＰの値が小さくなり所定値になったときに、制御積分項の値が学習値に固定されることになる。この結果、このような過渡制御時に生じやすい実レール圧のアンダーシュート現象の発生が有効に抑えられ、エンスト等の不具合が生じるのを防止することができる。このため、過渡運転時における機関の安定運転を確保できる。

上述した目標レール圧演算部４１、偏差演算部４２、ＰＩＤ制御演算部４３、及び学習演算部４５の各演算は、制御ユニット７内のマイクロコンピュータ７１に所定のプログラムを実行させることにより行われるように構成されている。

図３は、学習演算部４５における演算のための制御量学習プログラム８０を示すフローチャートである。制御量学習プログラム８０は、レール圧の制御周期毎に実行されるプログラムであり、プログラムの実行が開始されると、ステップＳ１で内燃機関１０がアイドリング運転中であるか否かが判別される。

図４は、図３のステップＳ１でのアイドリング判別処理の詳細フローチャートである。先ず、ステップＳ１１でレール圧制御中であるか否かが判別され、レール圧制御中であると判別されると、ステップＳ１１の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ１２に進む。一方、ステップＳ１１でレール圧制御中でないと判別されると、ステップＳ１１の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、アイドリング中ではないと判別され、アイドリング判別処理を終了する。

ステップＳ１２では機関回転数が規定の範囲内であるか否かが判別され、規定の範囲内であると判別されると、ステップＳ１２の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ１３に進む。一方、ステップＳ１２で機関回転数が規定の範囲内でないと判別されると、ステップＳ１２の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１３では内燃機関１０の冷却水の水温が規定の範囲内であるか否かが判別され、規定の範囲内であると判別されると、ステップＳ１３の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ１４に進む。一方、ステップＳ１３で水温が規定の範囲内でないと判別されると、ステップＳ１３の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１４では噴射量が規定の範囲内であるか否かが判別され、規定の範囲内であると判別されると、ステップＳ１４の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ１５に進む。一方、ステップＳ１４で噴射量が規定の範囲内でないと判別されると、ステップＳ１４の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１５では目標レール圧が規定の範囲内であるか否かが判別され、規定の範囲内であると判別されると、ステップＳ１５の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ１６に進む。一方、ステップＳ１５で目標レール圧が規定の範囲内でないと判別されると、ステップＳ１５の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１６では目標レール圧と実レール圧の偏差が規定値以内であるか否かが判別され、規定値以内であると判別されると、ステップＳ１６の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ１７に進む。一方、ステップＳ１６で偏差が規定値以内でないと判別されると、ステップＳ１６の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１７ではレール圧制御のＰＩＤ計算実行中であるか否かが判別され、実行中であると判別されると、ステップＳ１７の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８ではアイドリング中であると判別され、アイドリング判別処理を終了する。一方、ステップＳ１７で実行中でないと判別されると、ステップＳ１７の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１９に進む。

このように、ステップＳ１１〜Ｓ１７の判別はいずれもＹＥＳの場合にのみ内燃機関がアイドリング運転中であると判別される。一方、ステップＳ１１〜Ｓ１７の判別が一つでもＮＯの場合にはアイドリング運転中でないと判別される。

図３に戻ると、ステップＳ１でアイドリング中でないと判別された場合には、ステップＳ１の判別結果はＮＯとなり、この制御量学習プログラム８０の実行を終了する。ステップＳ１でアイドリング中であると判別されると、ステップＳ１の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ２に入る。

ステップＳ２では、このときＰＩＤ制御演算部４３で実行されているＰＩＤ制御における制御積分項の値を変数Ａに代入する。

ステップＳ３では、前回までにおける制御積分項の学習値Ｂと変数Ａとを用いて新しい学習値を計算する。ここでは、Ｂ＝（Ｂ＋Ａ）／２の式に基づき、新しい学習値Ｂを計算し、これにより得られた新しい学習値をＢとして記憶する。このときの水温及び燃料温度も一緒に記憶する。

なお、内燃機関１０の始動後に初めて学習を行う場合には、Ｂ＝Ａとして計算を行う。

次のステップＳ４では、学習済みフラグをセットし、制御量の学習処理を終了する。

図５及び図６は、ＰＩＤ制御演算部４３で実行されるＰＩＤ制御において、所定の条件下でその制御積分項の値を学習演算部４５で演算されたアイドル運転時の制御積分項の値に置き換えるための制御量補正プログラムを示すフローチャートである。

制御量補正プログラム９０について説明すると、ステップＳ３１ではレール圧制御中であるか否かが判別され、レール圧制御中であると判別されると、ステップＳ３１の判別結果がＹＥＳとなりステップＳ３２に進む。一方、ステップＳ３１でレール圧制御中でないと判別されると、ステップＳ３１の判別結果はＮＯとなり制御量補正プログラム９０の実行を終了する。

ステップＳ３２では実レール圧＞判定閾値であるか否かが判別され、実レール圧＞判定閾値であると判別されると、ステップＳ３２の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では補正可能フラグをセットし、制御量の補正処理を終了する。補正を繰り返し行うとレール圧制御が不安定になるので、一度ある圧力まで上昇し、その後圧力が下がってきたときだけ補正を行うようにするためである。

一方、ステップＳ３２で実レール圧＞判定閾値でないと判別されると、ステップＳ３２の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４では学習済みフラグがセットされているか否かが判別され、セットされていると判別されると、ステップＳ３４の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ３５に進む。一方、ステップＳ３４で学習済みフラグがセットされていないと判別されると、ステップＳ３４の判別結果はＮＯとなり、制御量補正プログラム９０の実行を終了する。

ステップＳ３５では補正可能フラグがセットされているか否かが判別され、セットされていると判別されると、ステップＳ３５の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ３６に進む。一方、ステップＳ３５で補正可能フラグがセットされていないと判別されると、ステップＳ３５の判別結果はＮＯとなり、制御量補正プログラム９０の実行を終了する。

ステップＳ３６では目標レール圧が規定の範囲内であるか否かが判別され、範囲内であると判別されると、ステップＳ３６の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ３７に進む。一方、ステップＳ３６で目標レール圧が規定の範囲内でないと判別されると、ステップＳ３６の判別結果はＮＯとなり、制御量補正プログラム９０の実行を終了する。

ステップＳ３７では実レール圧が目標レール圧より低くなったか否かが判別され、低くなったと判別されると、ステップＳ３７の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ３８に進む。一方、ステップＳ３７で実レール圧が目標レール圧より低くなっていないと判別されると、ステップＳ３７の判別結果はＮＯとなり、制御量補正プログラム９０の実行を終了する。

ステップＳ３８では制御積分項の計算値が学習値より低いか否かが判別され、低いと判別されると、ステップＳ３８の判別結果がＹＥＳとなり、ステップＳ３９に進む。ステップＳ３９では制御積分項に学習値をセットする。ここで、学習値を記憶するときに同時に記憶した水温と燃料温度（ステップＳ３）に対し、現在の水温及びまたは燃料温度に差がある場合は、その差に応じた係数を学習値に掛けてから制御積分項にセットする。そして、ステップＳ４０では補正可能フラグをクリアし、制御量補正プログラム９０の実行を終了する。なお、水温及びまたは燃料温度の補正は行うのが好ましいが、省略することも可能である。

一方、ステップＳ３８で制御積分項の計算値が学習値より低くないと判別されると、ステップＳ３８の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ４０に進む。これは制御積分項の計算値が学習値より大きい場合にはＰＩＤ制御が良好に行われていると考えられるので、制御積分項の補正を行う必要がないからである。

そして、ステップＳ４０で補正可能フラグをクリアし、制御量補正プログラム９０の実行を終了する。これは不必要に補正を繰り返し行うとレール圧制御が不安定になるので、一度補正を行ったら再度補正を実行する条件が整うのを待つためである。

本発明によるコモンレール式燃料噴射装置の一実施形態を示す概略構成図。 図１に示す制御ユニットのレール圧制御部の構成を示すブロック図。 レール圧制御のための制御用学習プログラムを示すフローチャート。 図３のアイドリング判別ステップの詳細フローチャート。 レール圧制御のための制御量補正プログラムを示す一部フローチャート。 レール圧制御のための制御量補正プログラムを示す一部フローチャート。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
２ コモンレール
３ 高圧ポンプ
７ 制御ユニット
８ 圧力センサ
１０ 内燃機関
４０ 目標噴射量演算部
４１ 目標レール圧演算部
４２ 偏差演算部
４３ ＰＩＤ制御演算部
４４ 電磁弁駆動回路
４５ 学習演算部
８０ 制御量学習プログラム
９０ 制御量補正プログラム
Ａ アクセル信号
Ｄ１ 目標レール圧データ
Ｄ２ 偏差データ
Ｄ３ デューティ比データ
Ｄ４ 積分項データ
Ｄ５ 学習値データ
Ｎ 回転数信号
ＰＡ 実圧力信号
ＳＶＸ 駆動制御信号

Claims (2)

1. コモンレールのレール圧を所要の目標レール圧に制御するため、前記コモンレール内の実レール圧と前記目標レール圧との偏差に応じたフィードバック制御により前記コモンレール内に高圧燃料を供給する高圧ポンプの吐出量の制御を行うようにした内燃機関用のコモンレール式燃料噴射装置において、
   内燃機関のアイドル運転時の前記高圧ポンプの吐出量に応じた所定の制御パラメータの値を学習して学習値を得る手段と、
   前記偏差が所定値になったときに前記フィードバック制御において用いられている前記制御パラメータの値を前記学習値に置き換える手段と
   を備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
2. コモンレールのレール圧を所要の目標レール圧に制御するため、前記コモンレール内の実レール圧と前記目標レール圧との偏差に応じたフィードバック制御により前記コモンレール内に高圧燃料を供給する高圧ポンプの吐出量の制御を行うようにした内燃機関用のコモンレール式燃料噴射装置の制御方法において、
   内燃機関のアイドル運転時の前記高圧ポンプの吐出量に応じた所定の制御パラメータの値を学習して学習値を得るステップと、
   前記偏差が所定値になったときに前記フィードバック制御において用いられている前記制御パラメータの値を前記学習値に置き換えるステップと
   を備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置の制御方法。

Images