JP2006112371A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標燃圧または負荷率の変化等により目標燃圧と実燃圧との偏差が過渡的に大きくなった場合には、フィードバック制御の積分項が無駄に更新されることを防止する。
【解決手段】実燃圧が目標燃圧になるように高圧燃料ポンプの吐出量をフィードバック制御するにあたり、目標燃圧の変化量（ｄｌｐｒｒｅｑ）または負荷率の変化量（ｄｌｋｌｆｗｄ）が所定値以上となって目標燃圧と実燃圧との偏差が過渡的に変化したときには、フィードバック制御の積分項の更新を、前記過渡的な変化が発生した状態で算出したポンプデューティに応じた燃料吐出が完了するまで停止することで、目標燃圧と実燃圧との偏差が過渡的に大きくなったときの積分項の無駄な更新を防止して燃圧オーバーシュートを的確に抑制する。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射する直噴内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

一般に、燃焼室に燃料を直接噴射する筒内直噴内燃機関においては、燃料噴射弁に供給する燃料を高圧燃料ポンプで加圧して、燃料圧力を燃焼室内の圧力よりも高くすることにより燃料噴射を行うことが可能な値（目標燃圧）まで上昇させるようにしている。

このような燃料圧力の制御は、燃料配管内の実際の燃料圧力（以下、実燃圧という）と目標燃圧との偏差に基づいて算出される制御量に応じて、その実燃圧が目標燃圧に近づくように高圧燃料ポンプの吐出量（ポンプデューティ）をフィードバック制御することによって行われる。また、高圧燃料ポンプの駆動制御に用いられる上記制御量は、目標燃圧と実燃圧との偏差に応じて更新される積分項、及び、実燃圧と目標燃圧との偏差を「０」にすべく増減する比例項等から算出される。

このような高圧燃料ポンプのフィードバック制御において、内燃機関が高回転で運転され、高圧燃料ポンプの吐出量制御の算出周期よりも吐出行程の周期が短くなるときには燃圧のオーバーシュートが発生する。これを解消する方法として、高圧燃料ポンプの吐出行程の周期が短くなる高回転時にフィードバックゲインを小さくすることで、実燃圧のオーバーシュートを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、直噴内燃機関の燃料噴射制御において、内燃機関の始動時など、要求される燃料噴射量が多いにも関わらず燃料圧力が低い状態のときには、高圧燃料ポンプの燃料吐出量を最大値近傍の値にして燃料圧力を速やかに目標燃圧まで上昇させている。このとき、燃料圧力を上昇させるべく積分項を大きくしても、燃料吐出量が増加しないことから燃料圧力が速やかに上昇せずに積分項が誤って過度に大きい値にされてしまう。この積分項は実燃圧が目標燃圧を超えて上昇した後に低下し始めるが、こうした積分項の低下はゆっくりであるため、積分項が誤って過度に大きくなってしまい、実燃圧が目標燃圧に達した後において、高圧燃料ポンプの燃料吐出量を制御するための制御量は、要求される値に対して燃料吐出量を多くする側にずれてしまう。その結果、燃圧が目標燃圧を超えて上昇するオーバーシュートが発生し、内燃機関の燃焼状態が悪化するなどの不具合が生じる。

このような問題を解消する方法として、高圧燃料ポンプの吐出量が最大値近傍のときには積分項の更新を禁止することで、積分項が誤って燃料吐出量を多くする側に過度に変化することを回避し、オーバーシュートの発生を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、高圧燃料ポンプのフィードバック制御において、燃圧制御の応答性を良好に維持する方法として、燃料カット中で実燃圧が目標燃圧よりも高いときにはフィードバック制御の積分項の更新を禁止する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２０００−２８２９２７号公報 特開２００１−２６３１４４号公報 特開２０００−２０５０１８号公報

ところで、内燃機関の燃料噴射制御においては、目標燃圧の変化量が急激に変化して目
標燃圧と実燃圧との偏差が過渡的に大きくなった場合、フィードバック制御の［比例項］＋［積分項］で実燃圧を目標燃圧に対して追従させている。しかしながら、目標燃圧と実燃圧からポンプデューティの算出をしていても、実際に高圧燃料ポンプが駆動して燃料を吐出するまでに遅れがあり、その遅れの間に次のポンプデューティ算出のタイミングがきてしまうと、積分項は遅れの間に成長してしまう。その結果として、実燃圧が目標燃圧を超えて上昇するオーバーシュートが発生し、内燃機関の燃焼状態が悪化するという問題が発生する。

また、直噴内燃機関においては、高圧燃料ポンプの吐出行程の周期よりも燃料噴射のサイクルの方が短くなるように設定されており、このため、目標燃圧が一定であっても、負荷の変動により実燃圧が大きく低下した場合、次のポンプデューティ算出のときに負荷の変化（実燃圧の低下）が組み込まれないので、この場合も、実燃圧と目標燃圧とのずれが増大してしまい、フィードバック制御の積分項が成長してオーバーシュートが発生する。

このような目標燃圧や負荷が過渡的に変化したときに発生するオーバーシュートについては、上記した特許文献１〜３では考慮されておらず、これら特許文献に記載されている方法、例えば高回転時にフィードバックゲインを小さくする方法や、高圧燃料ポンプの吐出量が最大値近傍のとき、あるいは、燃料カット中で実燃圧が目標燃圧よりも高いときには積分項の更新を禁止する方法では解消することはできない。

なお、直噴内燃機関の燃料噴射制御においては、ポンプデューティが０％未満になったり、ポンプデューティが１００％よりも大きくなることを防止するために、上下限ガードによりポンプデューティをガードするという処理（例えば、特許文献２参照。）が行われているが、このような上下限ガード処理においては、ポンプデューティがガードされている場合であっても、フィードバック制御の積分項が更新されているため、ポンプデューティＤＴが０％＜ＤＴ＜１００％になったときに燃圧のオーバーシュートが発生していた。

本発明は、以上のようなポンプデューティの算出から燃料吐出までに遅れがある状況で目標燃圧と実燃圧との偏差が過渡的に大きくなったときの問題を解消するためになされたもので、例えば目標燃圧または負荷率などが過渡的に変化した場合であっても、フィードバック制御の積分項が無駄に更新されることを防ぐことができ、これによって燃圧オーバーシュートを抑制することが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、直噴内燃機関において実燃圧が目標燃圧になるように高圧燃料ポンプの吐出量を、積分項を含む制御動作でフィードバック制御する内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記目標燃圧と実燃圧との偏差が所定値以上であるときには、フィードバック制御の積分項の更新を停止する積分項更新制御手段を備えていることを特徴としている。より具体的には、目標燃圧の変化量または内燃機関の負荷率の変化量が所定値以上であるときに、フィードバック制御の積分項の更新を停止することを特徴としている。

本発明によれば、目標燃圧または負荷率の急激な変化などにより、目標燃圧と実燃圧との偏差が所定値以上となる過渡的な変化が生じたときには、フィードバック制御の積分項の更新を停止しているので、目標燃圧または負荷率などが過渡的に変化した場合であっても、積分項が無駄に更新されることを防ぐことができ、燃圧オーバーシュートを抑制することができる。

本発明において、フィードバック制御の積分項の更新復帰は、フィードバック制御の制御量であるポンプデューティの算出から燃料吐出までの遅れを考慮し、燃料吐出が積分項
により制御可能となったときに行う。具体的には、目標燃圧と実燃圧との偏差に基づいてポンプデューティを算出する算出手段を設け、目標燃圧と実燃圧との偏差が所定値以上（目標燃圧の変化量または負荷率の変化量が所定値以上）であると判定した後、実燃圧と目標燃圧との偏差に基づいて算出したポンプデューティに応じた吐出が完了してから積分項の更新を復帰する。

本発明において、ポンプデューティが０％または１００％のときに、フィードバック制御の積分項の更新を禁止するようにしてもよい。このような構成を採用すると、上述した上下限ガード処理にてポンプデューティがガードされている場合において、ポンプデューティがガードの上限値（１００％）または下限値（０％）に張り付いているときには、積分項の無駄な更新が抑制されるので、燃圧オーバーシュートを小さくすることができる。

本発明によれば、実燃圧が目標燃圧になるように高圧燃料ポンプの吐出量をフィードバック制御するにあたり、目標燃圧と実燃圧との偏差が所定値以上となる過渡的な変化が生じたときには、フィードバック制御の積分項の更新を停止しているので、ポンプデューティの算出から燃料吐出までに遅れがある状況で目標燃圧と実燃圧との偏差が過渡的に変化したときに発生する積分項成長の問題を解消することができ、燃圧オーバーシュートを的確に抑制することができる。その結果、目標燃圧と実燃圧との偏差が過渡的に大きくなった場合であっても、内燃機関の燃焼状態を良好に維持することができる。

以下、本発明を直噴型多気筒（４気筒）ガソリンエンジンに適用した例を図１〜図３に基づいて説明する。

−エンジン−
本発明を適用するエンジンの構造を図２に示す。なお、図２にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

図２に示すエンジン１は、燃焼室１０を形成するピストン１１及び出力軸であるクランクシャフト１３を備えている。ピストン１１はコネクティングロッド１２を介してクランクシャフト１３に連結されており、ピストン１１の往復運動がコネクティングロッド１２によってクランクシャフト１３の回転へと変換される。

クランクシャフト１３には、外周面に複数の突起１４ａ・・１４ａを有するシグナルロータ１４が取り付けられている。シグナルロータ１４の側方近傍にはクランクポジションセンサ１５が配置されている。クランクポジションセンサ１５は、クランクシャフト１３が回転する際にシグナルロータ１４の突起１４ａに対応するパルス状の信号を出力する。

エンジン１の燃焼室１０には吸気通路２と排気通路３が接続されている。吸気通路２と燃焼室１０との間に吸気弁２１が設けられており、この吸気弁２１を開閉駆動することにより、吸気通路２と燃焼室１０とが連通または遮断される。また、排気通路３と燃焼室１０との間に排気弁３１が設けられており、この排気弁３１を開閉駆動することにより、排気通路３と燃焼室１０とが連通または遮断される。これら吸気弁２１及び排気弁３１の開閉駆動は、クランクシャフト１３の回転が伝達される吸気カムシャフト２２及び排気カムシャフト３２の各回転によって行われる。

吸気カムシャフト２２には突起２２ａが形成されている。また、吸気カムシャフト２２の側方近傍にはカムポジションセンサ２３が配置されている。カムポジションセンサ２３は、吸気カムシャフト２２の回転に伴って上記突起２２ａがカムポジションセンサ２３の
近傍を通過する毎に検出信号を出力する。

吸気通路２の上流部分にはエンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ２４が配置されている。スロットルバルブ２４はスロットルモータ２５によって駆動される。スロットルバルブ２４の開度は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル２６の踏込操作に応じてスロットルモータ２５を駆動制御することにより調整される。なお、アクセルペダル２６の踏み込み量（アクセル踏込量）はアクセルポジションセンサ２７によって検出される。さらに、吸気通路２には、スロットルバルブ２４の下流側に吸気通路２内の圧力（吸気圧）を検出するバキュームセンサ２８が配置されている。

そして、エンジン１には、燃焼室１０内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁４が各気筒ごとに設けられている。各気筒毎の燃料噴射弁４には、後述する燃料供給装置１００によって高圧燃料が供給され、その各燃料噴射弁４から燃料を燃焼室１０内に直接噴射することにより、燃焼室１０内で空気と燃料とが混合された混合気が形成され、その混合気が燃焼室１０内で燃焼される。この混合気の燃焼室１０内での燃焼によりピストン１１が往復運動してクランクシャフト１３が回転する。

−燃料供給装置−
図１は燃料供給装置の構造を模式的に示す図である。

この例の燃料供給装置１００は、燃料タンク１０１から燃料を送り出すフィードポンプ１０２と、そのフィードポンプ１０２によって送り出された燃料を加圧して各気筒（４気筒）の燃料噴射弁４・・４に向けて吐出する高圧燃料ポンプ１０３とを備えている。

高圧燃料ポンプ１０３は、シリンダ１３０、プランジャ１３１、加圧室１３２及び電磁スピル弁１３３を備えている。プランジャ１３１は、排気カムシャフト３２に取り付けられたカム３２１の回転によって駆動され、シリンダ１３０内を往復移動する。このプランジャ１３１の往復移動により加圧室１３２内の容積が増大または縮小する。

加圧室１３２はプランジャ１３１及びシリンダ１３０によって区画されている。加圧室１３２は、低圧燃料通路１０４を介してフィードポンプ１０２に連通しており、また、高圧燃料通路１０５を介してデリバリパイプ１０６内に連通している。デリバリパイプ１０６には燃料噴射弁４・・４が接続されているとともに、パイプ内の燃料圧力（実燃圧）を検出する燃圧センサ１６１が配置されている。

なお、低圧燃料通路１０４には、フィルタ１４１及びプレッシャレギュレータ１４２が設けられている。また、高圧燃料通路１０５には、高圧燃料ポンプ１０３から吐出された燃料が逆流することを阻止するための逆止弁１５１が設けられている。

高圧燃料ポンプ１０３には、低圧燃料通路１０４と加圧室１３２との間を連通または遮断する電磁スピル弁１３３が設けられている。電磁スピル弁１３３は電磁ソレノイド１３３ａを備えており、その電磁ソレノイド１３３ａへの通電を制御することにより電磁スピル弁１３３が開閉動作する。電磁スピル弁１３３は、電磁ソレノイド１３３ａへの通電が停止されているときには圧縮コイルばね１３３ｂの弾性力により開弁する。この電磁スピル弁１３３の開閉動作を図３を参照しながら具体的に説明する。

まず、電磁ソレノイド１３３ａに対する通電が停止された状態のときには、電磁スピル弁１３３が圧縮コイルばね１３３ｂの弾性力によって開弁し、低圧燃料通路１０４と加圧室１３２とが連通した状態になる。この状態において、加圧室１３２の容積が増大する方向にプランジャ１３１が移動するとき（吸入行程）には、フィードポンプ１０２から送り
出された燃料が低圧燃料通路１０４を介して加圧室１３２内に吸入される。

一方、加圧室１３２の容積が収縮する方向にプランジャ１３１が移動するとき（吐出行程）において、電磁ソレノイド１３３ａへの通電により電磁スピル弁１３３が圧縮コイルばね１３３ｂの弾性力に抗して閉弁すると、低圧燃料通路１０４と加圧室１３２との間が遮断され、加圧室１３２内の燃料が高圧燃料通路１０５を通じてデリバリパイプ１０６内に吐出される。

そして、高圧燃料ポンプ１０３における燃料吐出量の調整は、電磁スピル弁１３３の閉弁開始時期を制御し、吐出行程での電磁スピル弁１３３の閉弁期間を調整することによって行われる。すなわち、電磁スピル弁１３３の閉弁開始時期を早めて閉弁期間を長くすると燃料吐出量が増加し、電磁スピル弁１３３の閉弁開始時期を遅らせて閉弁期間を短くすると燃料吐出量が減少するようになる。このように、高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量を調整することにより、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力が制御される。

ここで、高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量（電磁スピル弁１３３の閉弁開始時期）を制御するための制御量であるポンプデューティＤＴについて説明する。

ポンプデューティＤＴは、０〜１００％という値の間で変化する値であって、電磁スピル弁１３３の閉弁期間に対応する排気カムシャフト３２のカム３２１のカム角度に関係した値である。

具体的には、カム３２１のカム角度に関して、図３に示すように、電磁スピル弁１３３の最大閉弁期間に対応したカム角度（最大カム角度）をθ０とし、その最大閉弁期間の目標燃圧に対応するカム角度（目標カム角度）をθとすると、ポンプデューティＤＴは、最大カム角度θ０に対する目標カム角度θの割合（ＤＴ＝θ／θ０）で表される。従って、ポンプデューティＤＴは、目標とする電磁スピル弁１３３の閉弁期間（閉弁開始時期）が最大閉弁期間に近づくほど１００％に近い値となり、目標とする閉弁期間が「０」に近づくほど０％に近い値となる。

そして、ポンプデューティＤＴが１００％に近づくほど、ポンプデューティＤＴに基づいて調整される電磁スピル弁１３３の閉弁開始時期は早められ、電磁スピル弁１３３の閉弁期間は長くなる。その結果、高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量が増加して実燃圧が上昇するようになる。また、ポンプデューティＤＴが０％に近づくほど、ポンプデューティＤＴに基づいて調整される電磁スピル弁１３３の閉弁開始時期は遅らされ、電磁スピル弁１３３の閉弁期間は短くなる。その結果、高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量が減少して実燃圧が低下するようになる。

−燃料噴射制御装置−
図４は、本発明の燃料噴射制御装置に制御系の一例を示すブロック図である。

この例の燃料噴射制御装置は、エンジン１の運転状態を制御するためのＥＣＵ（電子制御ユニット）５を備えている。ＥＣＵ５は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３及びバックアップＲＡＭ５４などを備えている。

ＲＯＭ５２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。

ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に
記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ５４は、エンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ５２、ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５３及びバックアップＲＡＭ５４は、バス５７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路５５及び外部出力回路５６と接続されている。

外部入力回路５５には、クランクポジションセンサ１５、カムポジションセンサ２３、アクセルポジションセンサ２７、バキュームセンサ２８及び燃圧センサ１６１等が接続されている。一方、外部出力回路５６には、燃料噴射弁４及び電磁スピル弁１３３等が接続されている。

ＥＣＵ５は、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬ等に基づいて、燃料噴射弁４から噴射される燃料の量を制御するのに用いられる最終燃料噴射量Ｑｆｉｎを算出する。

ここで、エンジン回転数ＮＥは、クランクポジションセンサ１５の検出信号から求められる。また、負荷率ＫＬは、エンジン１の最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値であって、エンジン１の吸入空気量に対応するパラメータとエンジン回転数ＮＥとから算出される。なお、吸入空気量に対応するパラメータとしては、バキュームセンサ２８の検出信号から求められる吸気圧ＰＭや、アクセルポジションセンサ２７の検出信号から求められるアクセル踏込量ＡＣＣＰ等が挙げられる。

そして、ＥＣＵ５は、上記演算にて算出された最終燃料噴射量Ｑｆｉｎに基づいて燃料噴射弁４を駆動制御し、燃料噴射弁４から噴射される燃料の量を制御する。燃料噴射弁４から噴射される燃料の量（燃料噴射量）は、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力（燃圧）と燃料噴射時間によって定まるため、燃料噴射量を適正にするためには上記燃圧を適正な値に維持する必要がある。これを達成するために、ＥＣＵ５は、燃圧センサ１６１の検出信号から求められる実燃圧Ｐが機関運転状態に応じて設定される目標燃圧Ｐ０に近づくように、高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量をフィードバック制御して燃圧を適正値に維持する。なお、高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量は、後述するポンプデューティＤＴに基づいて電磁スピル弁１３３の閉弁期間（閉弁開始時期）を調整することによってフィードバック制御される。

−ポンプデューティ算出−
次に、ＥＣＵ５において実行するポンプデューティＤＴの算出手順を、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。このポンプデューティ算出ルーチンは、所定時間毎の時間割り込み処理にて実行される。

まず、ポンプデューティＤＴは、ステップＳ１０４の処理により下記の式（１）に基づいて算出される。

ＤＴ＝ＦＦ＋ＤＴｐ＋ＤＴｉ・・・（１）
ここで、ＦＦ：フィードフォワード項、ＤＴｐ：比例項、ＤＴｉ：積分項である。

式（１）において、フィードフォワード項ＦＦは、要求される燃料噴射量に見合った量の燃料を予めデリバリパイプ１０６に供給し、機関過渡時等においても速やかに燃圧Ｐを目標燃圧Ｐ０へと近づけるためのものである。このフィードフォワード項ＦＦはステップＳ１０１の処理で算出される。

また、式（１）において、比例項ＤＴｐは、実燃圧Ｐを目標燃圧Ｐ０に近づけるためのものである。積分項ＤＴｉは、燃料漏れや高圧燃料ポンプ１０３の個体差等に起因するポンプデューティＤＴのばらつきを抑制するためのものである。比例項ＤＴｐは、ステップ
Ｓ１０２の処理で算出され、積分項ＤＴｉはステップＳ１０３の処理で算出される。

ＥＣＵ５は、式（１）を用いて算出したポンプデューティＤＴに基づいて、電磁スピル弁１３３の電磁ソレノイド１３３ａに対する通電開始時期すなわち電磁スピル弁１３３の閉弁開始時期を制御する。このようにして電磁スピル弁１３３の閉弁開始時期が制御されることにより、電磁スピル弁１３３の閉弁期間が変化して高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量が調整され、燃圧Ｐが目標燃圧Ｐ０に近づくように変化する。

次に、ポンプデューティ算出ルーチンの手順をステップ毎に説明する。

ステップＳ１０１の処理において、ＥＣＵ５は、最終燃料噴射量Ｑｆｉｎ及びエンジン回転数ＮＥ等の機関運転状態に基づいてフィードフォワード項ＦＦを算出する。このフィードフォワード項ＦＦは、要求される燃料噴射量が多くなるほど大きい値となり、ポンプデューティＤＴを１００％側、すなわち高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量を多くする側へと変化させる。

ステップＳ１０２の処理において、ＥＣＵ５は、実燃圧Ｐ及び目標燃圧Ｐ０等に基づいて下記の式（２）を用いて比例項ＤＴｐを算出する。

ＤＴｐ＝Ｋ１・（Ｐ０−Ｐ）・・・（２）
ここで、Ｋ１：係数である。

式（２）から分かるように、実燃圧Ｐが目標燃圧Ｐ０よりも小さい値であって、その両者の差［Ｐ０−Ｐ］が大きい値になるほど、比例項ＤＴｐは大きい値になり、ポンプデューティＤＴを１００％側すなわち高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量を多くする側へと変化させる。逆に、実燃圧Ｐが目標燃圧Ｐ０よりも大きい値であって、その両者の差［Ｐ０−Ｐ］が小さい値になるほど、比例項ＤＴｐは小さい値になり、ポンプデューティＤＴを０％側すなわち高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量を少なくする側へと変化させる。

ステップＳ１０３の処理において、ＥＣＵ５は積分項ＤＴｉの算出を行う。積分項ＤＴｉは、例えば下記の式（３）を用いて、前回の積分項ＤＴｉ、実燃圧Ｐ、及び目標燃圧Ｐ０に基づいて算出される。

ＤＴｉ＝ＤＴｉ＋Ｋ２・（Ｐ０−Ｐ）・・・（３）
ここで、Ｋ２：係数である。

式（３）から分かるように、実燃圧Ｐが目標燃圧Ｐ０よりも小さい値である間は、その両者の差［Ｐ０−Ｐ］に対応した値が所定周期毎に積分項ＤＴｉに加算される。その結果、積分項ＤＴｉは、徐々に大きい値へと更新され、ポンプデューティＤＴを徐々に１００％側（高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量を多くする側）へと変化させる。逆に、燃圧Ｐが目標燃圧Ｐ０よりも大きい値である間は、その両者の差［Ｐ０−Ｐ］に対応した値が所定周期毎に積分項ＤＴｉから減算される。その結果、積分項ＤＴｉは、徐々に小さい値に更新され、ポンプデューティＤＴを徐々に０％側（高圧燃料ポンプ１０３の燃料吐出量を少なくする側）へと変化させる。

ステップＳ１０４の処理において、ＥＣＵ５は上記式（１）を用いてポンプデューティＤＴを算出する。さらに、ステップＳ１０５の処理において、ＥＣＵ５は、ポンプデューティＤＴが０％未満になったり、１００％よりも大きくなったりしないように、上下限ガード処理を実行する。その後、ＥＣＵ５は、ポンプデューティ算出ルーチンを一旦終了する。

−積分項更新判定制御−
次に、積分項更新判定制御について説明する。

まず、エンジン１の燃料噴射制御においては、目標燃圧Ｐ０の変化量が急激に変化して目標燃圧Ｐ０と実燃圧Ｐとの偏差が過渡的に大きくなった場合、フィードバック制御の［比例項］＋［積分項］で実燃圧Ｐを目標燃圧Ｐ０に対して追従させている。しかし、目標燃圧Ｐ０と実燃圧ＰとからポンプデューティＤＴの算出をしていても、実際に高圧燃料ポンプ１０３が駆動して燃料を吐出するまでに遅れがあり、その遅れの間に次のポンプデューティ算出のタイミングがきてしまうと、フィードバック制御の積分項ＤＴｉが成長してしまう。

例えば、図３に示すように、ポンプデューティＤＴをＴ１、Ｔ２・・・の計算タイミングで算出しているとすると、計算タイミングＴ１で算出されたポンプデューティＤＴでの吐出は、ポンプＴＤＣ１（高圧燃料ポンプ１０３のピストン上死点）で完了するので、計算タイミングＴ１でのポンプデューティＤＴの算出から実際の燃料吐出までには遅れがある。このため、例えば、計算タイミングＴ１の直後のｔ１の時点で、スロットルバルブ２４の開度が変化して目標燃圧Ｐ０が過渡的に大きくなったとすると、次の計算タイミングＴ２がポンプＴＤＣ１の前であるので、その計算タイミングＴ２の算出時には実燃圧Ｐが上昇しておらず、実燃圧Ｐと目標燃圧Ｐ０とのずれが増大してしまい、フィードバック制御の積分項ＤＴｉが成長する。その結果として、実燃圧Ｐが目標燃圧Ｐ０を超えて上昇するオーバーシュートが発生してエンジン１の燃焼状態が悪化する。

また、高圧燃料ポンプ１０３の吐出行程の周期よりも燃料噴射のサイクルの方が短くなるように設定されており、このため、目標燃圧Ｐ０が一定であっても、負荷の変動により燃圧が大きく低下する場合があり、その燃圧の低下が、例えば、図３の計算タイミングＴ１の直後のｔ１の時点で発生すると、計算タイミングＴ２でのポンプデューティＤＴの算出に負荷の変化（燃圧の低下）が組み込まれないので、この場合も、実燃圧Ｐと目標燃圧Ｐ０とのずれが増大してしまい、フィードバック制御の積分項ＤＴｉが成長してオーバーシュートが発生する。

そこで、この実施形態では、目標燃圧Ｐ０または負荷率ＫＬが過渡的に変化したときに、フィードバック制御の積分項ＤＴｉが無駄に更新されることを防止することで、オーバーシュートを抑制してエンジン１の燃焼状態を良好に維持する。

その具体的な制御の一例を図６のフローチャートを参照しながら説明する。この図６に示す積分項更新判定制御ルーチンは、図５に示したポンプデューティ算出ルーチンにおいてステップＳ１０３（積分項ＤＴｉの算出）に進む毎に実行される。

積分項更新判定制御ルーチンにおいて、ステップＳ２０３の処理により、上記の式（３）に基づいて積分項ＤＴｉが算出（更新）される。また、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２の処理では、式（３）に基づく積分項ＤＴｉの更新を停止すべきか否かが判定される。

この例の積分項更新判定制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ５は、ステップＳ２０１の処理において、目標燃圧Ｐ０の過渡変化量（ｄｌｐｒｒｅｑ）が、目標燃圧変化量大判定値（ＤＬＰＲＨ）以上［条件Ｊ１：ｄｌｐｒｒｅｑ≧ＤＬＰＲＨ］である否か、または、負荷率ＫＬの過渡変化量（ｄｌｋｌｆｗｄ）が負荷率変化量大判定値（ＤＬＫＬＨ）以上［条件Ｊ２：ｄｌｋｌｆｗｄ≧ＤＬＫＬＨ］であるか否かを判定する。

ステップＳ２０１での判定が否定判定であるとき、つまり、目標燃圧Ｐ０の過渡変化量（ｄｌｐｒｒｅｑ）が目標燃圧変化量大判定値（ＤＬＰＲＨ）未満であり、かつ、負荷率ＫＬの過渡変化量（ｄｌｋｌｆｗｄ）が負荷率変化量大判定値（ＤＬＫＬＨ）未満であるときにはステップＳ２０３に進み、上記の式（３）に基づいて積分項ＤＴｉを更新する。その後、ＥＣＵ５は、この積分項更新判定制御ルーチンを一旦終了して処理をポンプデューティ算出ルーチン（図５）に戻す。

ステップＳ２０１での判定が肯定判定つまり［ｄｌｐｒｒｅｑ≧ＤＬＰＲＨ］または［ｄｌｋｌｆｗｄ≧ＤＬＫＬＨ］であるときにはステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２においては、［ｄｌｐｒｒｅｑ≧ＤＬＰＲＨ］と判定した後、または、［ｄｌｋｌｆｗｄ≧ＤＬＫＬＨ］と判定した後に、算出したポンプデューティＤＴに応じた吐出が完了したか否かを判定する。

このステップＳ２０２の判定が肯定判定であるときには、ステップＳ２０３に進み、上記の式（３）に基づいて積分項ＤＴｉを更新する。その後、ＥＣＵ５は、この積分項更新判定制御ルーチンを一旦終了して処理をポンプデューティ算出ルーチン（図４）に戻す。

一方、ステップＳ２０２の判定が否定判定であるときには、ＥＣＵ５は、積分項ＤＴｉの更新を行うことなく、積分項更新判定制御ルーチンを一旦終了して処理をポンプデューティ算出ルーチン（図５）に戻す。

以上のステップＳ２０１〜ステップＳ２０３の処理により、目標燃圧Ｐ０または負荷率ＫＬに過渡的な変化が発生したときには、フィードバック制御の積分項ＤＴｉの更新が、目標燃圧Ｐ０または負荷率ＫＬに過渡的な変化が発生した状態のときに算出されたポンプデューティＤＴに応じた燃料吐出が完了するまで停止されるので、目標燃圧Ｐ０または負荷率ＫＬが過渡的に変化したとき、つまり目標燃圧Ｐ０と実燃圧Ｐとの偏差が過渡的に大きくなったときには、積分項ＤＴｉが無駄に更新されることを防ぐことができ、燃圧オーバーシュートを抑制することができる。

ここで、この例の積分項更新制御において、積分項更新を復帰するタイミングは、図３において、例えば計算タイミングＴ１の直後のｔ１の時点で、目標燃圧Ｐ０（または負荷率ＫＬ）が過渡的に大きくなったとすると、その目標燃圧Ｐ０（または負荷率ＫＬ）の過渡的な変化は、計算タイミングＴ２において組み込まれることになるので、その計算タイミングＴ２で算出されたポンプデューティＤＴが反映された吐出が完了した後のタイミングとなるが、計算タイミングＴ３のときには、計算タイミングＴ２で算出されたポンプデューティＤＴが反映された吐出（ポンプＴＤＣ２の吐出）が完了していないので、次の計算タイミングＴ４において積分項ＤＴｉの更新が復帰されることになる。

また、積分項更新を停止する判定条件（ステップＳ２０１の判定処理に用いる条件）である、Ｊ１：目標燃圧変化量大判定値（ＤＬＰＲＨ）、または、Ｊ２：負荷率変化量大判定値（ＤＬＫＬＨ）については、例えば、目標燃圧Ｐ０または負荷率ＫＬに過渡的な変化があったときに、積分項ＤＴｉで追随した場合には、実燃圧Ｐが目標燃圧Ｐ０に達した後において必ずオーバーシュートが発生する値（目標燃圧Ｐ０の過渡的な変化値または負荷率ＫＬの過渡的な変化値）を、予め計算もしくは実験等により調べておき、その結果に基づいてオーバーシュートを抑制することが可能な閾値を判定値（例えばＤＬＰＲＨ＝４ＭＰａ、例えばＤＬＫＬＨ＝５０％）として採用すればよい。

−積分項更新判定制御の他の例−
次に、積分項更新判定制御の他の例を図７のフローチャートを参照しながら説明する。

この図７に示す積分項更新判定制御ルーチンは、図５に示したポンプデューティ算出ルーチンにおいてステップＳ１０３（積分項ＤＴｉの算出）に進む毎に実行される。

この例の積分項更新判定制御ルーチンにおいて、ステップＳ３０５の処理により、上記の式（３）に基づいて積分項ＤＴｉが算出（更新）される。また、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０４の処理では、式（３）に基づく積分項ＤＴｉの更新を停止すべきか否かが判定される。

この例の積分項更新判定制御ルーチンにおいて、ステップＳ３０１及びステップＳ３０２の各処理は、前記した図６のフローチャートのステップＳ２０１及びステップＳ２０２と基本的に同じ処理であり、ステップＳ３０１の判定が否定判定である場合、すなわち、目標燃圧Ｐ０の過渡変化量（ｄｌｐｒｒｅｑ）が目標燃圧変化量大判定値（ＤＬＰＲＨ）未満であり、かつ、負荷率ＫＬの過渡変化量（ｄｌｋｌｆｗｄ）が負荷率変化量大判定値（ＤＬＫＬＨ）未満であるときにはステップＳ３０３に進む。

また、ステップＳ３０１及びステップＳ３０２の判定がいずれも肯定判定である場合、すなわち、［ｄｌｐｒｒｅｑ≧ＤＬＰＲＨ］または［ｄｌｋｌｆｗｄ≧ＤＬＫＬＨ］であると判定し、かつ、その判定を行った後に算出したポンプデューティＤＴに応じた吐出が完了した後に、ステップＳ３０３に進む。なお、ステップＳ３０２の判定が否定判定であるときには、ＥＣＵ５は、積分項ＤＴｉの更新を行うことなく、積分項更新判定制御ルーチンを一旦終了して処理をポンプデューティ算出ルーチン（図５）に戻す。

ステップＳ３０３の処理において、ＥＣＵ５は、ポンプデューティＤＴが０％または１００％であるか否かを判定し、続いて、ステップＳ３０４の処理においてポンプデューティＤＴが［０％＜ＤＴ＜１００％］であるか否かを判定する。

これらステップＳ３０３及びステップＳ３０４の判定がいずれも肯定判定である場合、ステップＳ３０５に進む。また、ステップＳ３０３の判定が否定判定である場合、ステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５の処理において、ＥＣＵ５は、上記の式（３）に基づいて積分項ＤＴｉを更新する。その後、ＥＣＵ５は、この積分項更新判定制御ルーチンを一旦終了して処理をポンプデューティ算出ルーチン（図５）に戻す。

一方、ステップＳ３０３の判定が肯定判定であり、かつ、ステップＳ３０４の判定が否定判定である場合、ＥＣＵ５は、積分項ＤＴｉの更新を行うことなく、積分項更新判定制御ルーチンを一旦終了して処理をポンプデューティ算出ルーチン（図５）に戻す。

以上の図７に示す積分項更新制御処理によれば、目標燃圧Ｐ０または負荷率ＫＬに過渡的な変化が発生したときには、積分項ＤＴｉの更新が、目標燃圧Ｐ０または負荷率ＫＬに過渡的な変化が発生した状態のときに算出されたポンプデューティＤＴに応じた燃料吐出が完了するまで停止されるので、目標燃圧Ｐ０または負荷が過渡的ＫＬに変化した場合であっても、積分項ＤＴｉが無駄に更新されることを防ぐことができ、燃圧オーバーシュートを抑制することができる。

しかも、ポンプデューティＤＴが０％または１００％であるときには、積分項ＤＴｉの更新が必ず禁止されるので、ポンプデューティＤＴの上下限ガード処理（ポンプデューティ算出ルーチン（図５）におけるステップＳ１０５の処理）を行っている場合において、ポンプデューティＤＴがガードの上限値（１００％）または下限値（０％）に張り付いているときには、フィードバック制御の積分項ＤＴｉの無駄な更新が抑制されるので、ポンプデューティＤＴが０％＜ＤＴ＜１００％になったときの燃圧オーバーシュートを小さくすることができる。

なお、以上の実施形態では、本発明を筒内直噴４気筒ガソリンエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ガソリンエンジンなど他の任意の気筒数のガソリンエンジンにも適用できる。また、ガソリンエンジンに限られることなく、ディーゼルエンジンなどの他の内燃機関の燃料噴射制御にも本発明を適用することは可能である。

本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射する直噴内燃機関の燃料噴射制御において、ポンプデューティの算出から燃料吐出までに遅れがある状況で、目標燃圧や負荷率が過渡的に変化したときに発生する積分項の成長の問題を解消して、燃圧オーバーシュートを抑制するのに有効に利用することができる。

本発明の燃料噴射制御装置を適用するエンジンの燃料供給装置の一例を示す概略構成図である。 筒内直噴ガソリンエンジンの概略構成図である。 電磁スピル弁の開閉動作及びポンプデューティの計算タイミング等を示すタイミングチャートである。 本発明の燃料噴射制御装置に制御系の一例を示すブロック図である。 ポンプデューティの算出手順を示すフローチャートである。 積分項更新判定制御の処理内容の一例を示すフローチャートである。 積分項更新判定制御の処理内容の他の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
１０ 燃焼室
２ 吸気通路
２１ 吸気弁
２２ 吸気カムシャフト
３ 排気通路
３１ 排気弁
３２ 排気カムシャフト
３２１ カム
４ 燃料噴射弁
５ ＥＣＵ
１００ 燃料供給装置
１０１ 燃料タンク
１０２ フィードポンプ
１０３ 高圧燃料ポンプ
１３０ シリンダ
１３１ プランジャ
１３２ 加圧室
１３３ 電磁スピル弁
１３３ａ 電磁ソレノイド
１３３ｂ 圧縮コイルばね
１０４ 低圧燃料通路
１０５ 高圧燃料通路
１０６ デリバリパイプ
１６１ 燃圧センサ

Claims (4)

1. 直噴内燃機関において実燃圧が目標燃圧になるように高圧燃料ポンプの吐出量を、積分項を含む制御動作でフィードバック制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記目標燃圧と実燃圧との偏差が所定値以上であるときには、前記フィードバック制御の積分項の更新を停止する積分項更新制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記積分項更新制御手段は、前記目標燃圧の変化量または内燃機関の負荷率の変化量が所定値以上であるときに、前記フィードバック制御の積分項の更新を停止することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 目標燃圧と実燃圧との偏差に基づいて前記高圧燃料ポンプのフィードバック制御の制御量であるポンプデューティを算出する算出手段を備え、前記積分項更新制御手段は、前記目標燃圧と実燃圧との偏差が所定値以上であると判定した後、前記算出手段で算出されたポンプデューティに応じた前記高圧燃料ポンプによる吐出が完了してから前記フィードバック制御の積分項の更新を復帰することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記積分項更新制御手段は、前記ポンプデューティが０％または１００％のときに、前記フィードバック制御の積分項の更新を禁止することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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