JP2007205193A - 内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置 - Google Patents

内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】燃圧のフィードバック制御時に、積分演算項が過大または過小になったり不適正値のまま更新禁止されることによる燃圧のオーバーシュートやアンダーシュートを回避して、燃焼状態や排ガスの悪化を防止した内燃機関の高圧燃料ポンプの制御装置を得る。
【解決手段】目標圧力POと燃圧PFとの圧力偏差ΔPFに基づく比例積分演算により高圧燃料ポンプの燃料吐出フィードバック量QFBを演算するフィードバック量演算手段602と、目標燃料吐出量QOに基づいて流量制御弁10の駆動タイミングTDを設定する流量制御弁制御手段603と、圧力偏差ΔPFの符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数に達したときに、積分演算項QFBIの更新を禁止し、その後に圧力偏差ΔPFの符号が反転したときに、積分演算項QFBIの更新を再開させる積分演算更新禁止手段とを備えている。
【選択図】図2

Description

この発明は、目標圧力と蓄圧室内の燃圧との圧力偏差が「0」になるようにフィードバック制御する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置に関するものである。
一般に、燃焼室内に直接燃料を噴射供給するタイプの内燃機関においては、高圧燃料ポンプを用いて燃料噴射弁に供給される燃料を加圧することにより、燃焼状態にとって最適な圧力(目標圧力)まで燃圧を上昇させている。
この種の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置においては、目標圧力と燃圧センサで検出された畜圧室内の燃圧との圧力偏差に基づいて燃料吐出フィードバック量を算出し、燃料吐出フィードバック量に基づいて流量制御弁の駆動タイミングを決定して、高圧燃料ポンプの燃料吐出量を調整することにより、畜圧室内の燃圧が目標圧力と一致するように制御が行われる。
なお、流量制御弁の駆動タイミングの決定に用いられる燃料吐出フィードバック量は、内燃機関の運転状態に基づいて設定された目標圧力と燃圧センサで検出された畜圧室内の燃圧との圧力偏差に基づく比例積分演算などを実行することによって算出される。
以下、燃料吐出フィードバック量と燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量とを加算して、高圧燃料ポンプの目標燃料吐出量(=燃料吐出フィードバック量+燃料噴射量)を求め、さらに、駆動タイミングマップを用いて、目標燃料吐出量を流量制御弁の駆動タイミングに変換する。
最後に、マップ変換された駆動タイミングで流量制御弁を駆動することにより、畜圧室内の燃圧を目標圧力に一致させるために必要な燃料吐出量が高圧燃料ポンプから畜圧室内へと供給される。
なお、高圧燃料ポンプの目標燃料吐出量を求めるための燃料噴射量は、燃料噴射弁から燃料が噴射されることによって畜圧室から流出する燃料の量であり、畜圧室内の燃圧を維持するために必要な燃料吐出量に相当する。
また、高圧燃料ポンプの目標燃料吐出量を求めるための燃料吐出フィードバック量は、目標圧力と畜圧室内の燃圧との圧力偏差を「0」にするために必要な燃料吐出量分に相当し、圧力偏差に応じて増減する。
たとえば、圧力偏差>0(燃圧が目標圧力よりも低い)ときには、燃料吐出フィードバック量が増加することにより、高圧燃料ポンプの燃料吐出量が増加して畜圧室内の燃圧が上昇する。
反対に、圧力偏差<0(燃圧が目標圧力よりも高い)ときには、燃料吐出フィードバック量が減少することにより、高圧燃料ポンプの燃料吐出量が減少して畜圧室内の燃圧が下降する。
このようにして、圧力偏差=0、となる(すなわち、畜圧室内の燃圧が目標圧力と等しくなる)ように高圧燃料ポンプの燃料吐出量がフィードバック制御される。
ところで、圧力偏差>0のときには、燃料吐出フィードバック量における積分演算項を増加させて畜圧室内の燃圧を目標圧力まで上昇させようとするが、圧力偏差>0の状態が長引くと、積分演算項が過度に大きくなってしまう。
このように積分演算項が大きくなり過ぎると、畜圧室内の燃圧が目標圧力に達した後の燃料吐出量が過多となって、畜圧室内の燃圧を目標圧力に維持することができずに燃圧が上昇し、いわゆるオーバーシュートが発生することが知られている。
そこで、高圧燃料ポンプの燃料吐出量が最大値近傍の値となったときに、積分演算項の更新を禁止するように構成した内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の従来装置によれば、畜圧室内の燃圧を目標圧力まで上昇させる際に積分演算項が過度に大きくなることが回避されるので、前述のオーバーシュートの発生が抑制される。
一方、圧力偏差<0のときには、燃料吐出フィードバック量における積分演算項を減少させて畜圧室内の燃圧を目標圧力まで下降させようとするが、圧力偏差<0の状態が長引くと、積分演算項が過度に小さくなってしまう。
このように積分演算項が小さくなり過ぎると、畜圧室内の燃圧が目標圧力に達した後の燃料吐出量が過少となって、畜圧室畜圧室内の燃圧を目標圧力に維持することができずに、燃圧が下降していわゆるアンダーシュートが発生することが知られている。
そこで、目標圧力よりも畜圧室内の燃圧が所定以上高くなったときに、積分演算項の更新を禁止するように構成した内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。
特許文献2に記載の従来装置によれば、畜圧室内の燃圧を目標圧力まで下降させる際に積分演算項が過度に小さくなることが回避されるので、前述のアンダーシュートの発生が抑制される。
特開2001−263144号公報 特開平6−137199号公報
従来の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置では、たとえば特許文献1の場合には、圧力偏差>0(燃圧が目標圧力よりも低い)状態が長引いたときに積分演算項が誤って過度に大きくなることが回避されることから、畜圧室内の燃圧が目標圧力に達した後のオーバーシュートの発生を抑制可能であるが、高圧燃料ポンプの燃料吐出量が最大値近傍の値に達したことが判定されるまでの間にわたって、積分演算項の更新が禁止されずに増加し続けるので、燃料吐出量が最大値近傍の値に達しなかった場合や燃料吐出量が最大値近傍の値に達するまでに長い時間を要した場合には、積分演算項の増加を禁止することが遅れてしまい、十分なオーバーシュートの抑制効果が得られずに、燃焼状態や排ガスの悪化を招くという課題があった。
また、特許文献2の場合には、圧力偏差<0(燃圧が目標圧力よりも高い)状態が長引いたときに積分演算項が誤って過度に小さくなることが回避されることから、畜圧室内の燃圧が目標圧力に達した後のアンダーシュートの発生を抑制可能であるが、目標圧力よりも畜圧室内の燃圧が所定以上高い値に達したことが判定されるまでの間にわたって、積分演算項の更新が禁止されずに減少し続けるので、目標圧力よりも畜圧室内の燃圧が所定以上高い値に達しなかった場合や目標圧力よりも畜圧室内の燃圧が所定以上高い値に達するまでに長い時間を要した場合には、積分演算項の減少を禁止することが遅れてしまい、十分なアンダーシュートの抑制効果が得られずに、燃焼状態や排ガスの悪化を招くという課題があった。
さらに、特許文献1および特許文献2のいずれの場合も、積分演算項の更新が禁止された時点の積分演算項の値が、積分演算項の更新再開時の運転状態にとって不適切な値であった場合には、積分演算項の更新が再開されたときに燃圧のオーバーシュートやアンダーシュートが発生するので、燃焼状態や排ガスの悪化を招くという課題があった。
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、目標圧力と畜圧室内の燃圧との圧力偏差を「0」にするためのフィードバック制御時に、積分演算項が過大または過小になることや、不適切な値のまま更新が禁止されることによる燃圧のオーバーシュートやアンダーシュートの発生を確実に回避することにより、燃焼状態や排ガスの悪化を防止した高圧燃料ポンプの制御装置を得ることを目的とする。
この発明による内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する各種センサと、吸入された低圧の燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプと、駆動タイミングが設定されることにより高圧燃料ポンプから吐出される燃料量を調整する流量制御弁と、高圧燃料ポンプから吐出された燃料を畜圧する畜圧室と、畜圧室内の燃料を内燃機関の各燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁と、蓄圧室内の燃圧を検出する燃圧センサと、運転状態に基づいて畜圧室内の目標圧力を設定する目標圧力設定手段と、目標圧力と燃圧センサで検出された燃圧との圧力偏差に基づく比例積分演算により高圧燃料ポンプの燃料吐出フィードバック量を演算するフィードバック量演算手段と、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量と燃料吐出フィードバック量とを加算して求めた目標燃料吐出量に基づいて流量制御弁の駆動タイミングを設定する流量制御弁制御手段と、を備えた内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、積分演算更新禁止手段をさらに備え、積分演算更新禁止手段は、圧力偏差の符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量の演算回数が第1の所定回数に達したときに、燃料吐出フィードバック量における積分演算項の更新を禁止し、その後に圧力偏差の符号が反転したときに、積分演算項の更新を再開させるものである。
この発明によれば、燃圧のフィードバック制御時に、燃料吐出フィードバック量における積分演算項が過大または過小になったり、不適切な値のまま更新が禁止されることを速やかに回避することが可能となり、燃圧のオーバーシュートやアンダーシュートが抑制されて、燃焼状態や排ガスの悪化を確実に防止することができる。
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
図1はこの発明に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置を概略的に示すブロック構成図である。
図1において、内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、燃料供給系統として、ソレノイド12を有する常開式の流量制御弁10と、シリンダ21、プランジャ22および加圧室23を有する高圧燃料ポンプ20と、ポンプカム25を有するカム軸24と、燃料が充填された燃料タンク30と、低圧燃料ポンプ31および低圧レギュレータ32を介して燃料タンク30に接続された低圧通路33と、高圧燃料ポンプ20の加圧室23に接続された高圧通路(吐出通路)34と、吐出弁(逆止弁)35を介して高圧通路34に接続された蓄圧室36と、リリーフ弁37を介して蓄圧室36と燃料タンク30との間を接続するリリーフ通路38と、蓄圧室36内に蓄積された燃料を内燃機関40の各燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁39とを備えている。
また、高圧燃料ポンプ制御装置は、制御系統として、電磁弁からなる流量制御弁10のソレノイド12の励磁(流量制御弁10の閉弁)駆動タイミングを制御するECU60を備えている。
ECU60は、後述するように、目標圧力設定手段、フィードバック量演算手段、流量制御弁制御手段、フィードバック状態判定手段、積分演算更新禁止手段および燃料噴射量演算手段などを含む。また、ECU60には、燃圧センサ61、クランク角センサ62、アクセルポジションセンサ63などの各種センサからの検出信号が内燃機関40の運転情報として入力されている。
低圧燃料ポンプ31は、燃料タンク30内の燃料を汲み上げて低圧通路33に吐出し、高圧燃料ポンプ20は、低圧燃料ポンプ31から吐出された燃料を加圧室23内に吸入して吐出する。
低圧通路33は、流量制御弁10を介して高圧燃料ポンプ20内の加圧室23の上流側に接続されている。すなわち、流量制御弁10は、低圧通路33と加圧室23とを接続する燃料通路中に配置されている。
吐出弁35は、加圧室23と蓄圧室36とを接続する高圧通路34中に配置されている。
燃料噴射弁39は、蓄圧室36内の高圧燃料を、内燃機関40の気筒ごとの各燃焼室内に直接噴射して供給する。
燃圧センサ61は、蓄圧室36内の燃圧PFを検出してECU60に出力する。
燃料供給系統の低圧通路33側において、低圧燃料ポンプ31から吐出された燃料は、低圧レギュレータ32により所定の低圧値に調整されており、プランジャ22がシリンダ21内で下動する際に、流量制御弁10を通して加圧室23内に導入される。
高圧燃料ポンプ20内のプランジャ22は、内燃機関40の回転に同期してシリンダ21内で往復動作する。これにより、高圧燃料ポンプ20は、プランジャ22の下動期間中においては低圧通路33から流量制御弁10を介して加圧室23内に燃料を吸入し、プランジャ22の上動期間中においては流量制御弁10の閉弁駆動中に加圧室23内の燃料を高圧に加圧し、吐出弁35を介して蓄圧室36に供給する。
加圧室23は、シリンダ21の内周壁面とプランジャ22の上端面とにより区画形成されている。
プランジャ22の下端は、内燃機関40のカム軸24に設けられたポンプカム25に圧接され、カム軸24の回転に連動してポンプカム25が回転することにより、プランジャ22がシリンダ21内を往復動作して、加圧室23内の容積が拡大/縮小変化するようになっている。
加圧室23の下流側に接続された高圧通路34は、加圧室23から蓄圧室36に向かう燃料の流通のみを許す逆止弁からなる吐出弁35を介して、蓄圧室36に接続されている。
蓄圧室36は、加圧室23から吐出された高圧の燃料を蓄積保持するとともに、内燃機関40の各燃料噴射弁39に対して共通に接続されて、蓄積した高圧の燃料を燃料噴射弁39に分配する。
蓄圧室36に接続されたリリーフ弁37は、所定の燃圧(開弁圧設定値)以上で開弁する常閉弁からなり、蓄圧室36内の燃圧がリリーフ弁37の開弁圧設定値以上に上昇しようとしたときに開弁する。これにより、開弁圧設定値以上に上昇しようとした蓄圧室36内の燃料は、リリーフ通路38を通して燃料タンク30に戻され、蓄圧室36内の燃圧が過大になることはない。
低圧燃料ポンプ31と加圧室23とを接続する低圧通路33に設けられた流量制御弁10は、ECU60の制御下で閉弁(ソレノイド12の励磁)駆動タイミングが制御され、高圧燃料ポンプ20から蓄圧室36への燃料吐出量を調整する。
高圧燃料ポンプ20において、プランジャ22がシリンダ21内で上動(加圧室23の容積が縮小)する際に、流量制御弁10が開弁(ソレノイド12の消磁)制御されている間は、加圧室23に吸入されている燃料が、加圧室23から流量制御弁10を通じて低圧通路33に戻されるので、蓄圧室36に高圧燃料が供給されることはない。
一方、プランジャ22がシリンダ21内で上動中の所定タイミングのときに流量制御弁10を閉弁した後は、加圧室23で加圧された燃料が吐出通路34に吐出され、吐出弁35を通して蓄圧室36に供給される。
ECU60は、燃圧センサ61で検出される蓄圧室36内の燃圧PFと、クランク角センサ62で検出される内燃機関40の回転速度NEと、アクセルポジションセンサ63で検出されるアクセルペダル(図示せず)の踏込量APなどを、各種運転状態情報として取り込む。
ECU60は、クランク角センサ62で検出される回転速度NEとアクセルポジションセンサ63で検出されるアクセルペダル踏込量APとに基づいて目標圧力POを決定し、蓄圧室36内の燃圧PFを目標圧力POに一致させるために必要な目標燃料吐出量QOを演算し、目標燃料吐出量QOに応じて流量制御弁10の閉弁駆動(ソレノイド12の励磁駆動)タイミングTDを設定し、高圧燃料ポンプ20から畜圧室36に吐出される燃料量を制御する。
次に、図2の機能ブロック図を参照しながら、この発明に係るECU60の制御機能を実現するための具体的な構成について説明する。
なお、図2はECU60の機能構成を示しており、関連要素10、12、61〜63については、前述の図1と同一符号を付して詳述を省略する。
図2において、ECU60には、蓄圧室36内の燃圧PFを検出する燃圧センサ61と、内燃機関40の回転速度NEを検出するクランク角センサ62と、アクセルペダル踏込量APを検出するアクセルポジションセンサ63とが接続されている。
ECU60は、上記センサ手段61〜63を含む各種センサの検出情報に基づいて、流量制御弁10の閉弁(ソレノイド12の励磁)駆動タイミングを制御する。
ECU60は、目標圧力マップを含む目標圧力設定手段601と、フィードバック量演算手段602と、流量制御弁制御手段603と、積分演算更新禁止手段605とを備えている。
また、詳述を省略するが、ECU60は、内燃機関の制御手段としても機能しており、燃料噴射弁39から噴射される燃料噴射量QINJを演算する燃料噴射量演算手段604を備えているとともに、燃料噴射弁39や点火コイル(図示せず)などの各種アクチュエータを駆動制御する手段(図示せず)も備えている。
フィードバック量演算手段602は、目標圧力POと検出された燃圧PFとの圧力偏差ΔPFを算出する減算器621と、圧力偏差ΔPFを用いた比例演算部622および積分演算部623と、比例演算項QFBPおよび積分演算項QFBIを加算して燃料吐出フィードバック量QFBを算出する加算器624とを備えている。
流量制御弁制御手段603は、燃料吐出フィードバック量QFBおよび燃料噴射量QINJを加算して目標燃料吐出量QOを算出する加算器631と、回転速度NEおよび目標燃料吐出量QOを用いて駆動タイミングTDを設定する駆動タイミング設定手段632とを備えている。駆動タイミング設定手段632は、駆動タイミングマップを含む。
ECU60において、目標圧力設定手段601には、クランク角センサ62で検出される内燃機関40の回転速度NEと、アクセルポジションセンサ63で検出されるアクセルペダル踏込量APとが入力される。
目標圧力設定手段601は、回転速度NEおよびアクセルペダル踏込量APに基づく目標圧力マップ演算により、畜圧室36内の目標圧力POを設定してフィードバック量演算手段602に入力する。
フィードバック量演算手段602内の減算器621は、目標圧力POと燃圧センサ61で検出された畜圧室36内の燃圧PFとを入力情報として、目標圧力POと燃圧PFとの圧力偏差△PF(=PO−PF)を演算し、比例演算部622および積分演算部623に入力する。
比例演算部622および積分演算部623は、圧力偏差△PFに基づく比例演算および積分演算を実行し、比例演算項QFBPおよび積分演算項QFBIを算出する。
以下、加算器624は、比例演算項QFBPと積分演算項QFBIとを加算し、高圧燃料ポンプ20の燃料吐出フィードバック量QFB(=QFBP+QFBI)を算出して、流量制御弁制御手段603内の加算器631に入力する。
一方、燃料噴射量演算手段604は、燃料噴射弁39から噴射される燃料噴射量QINJを演算して、流量制御弁制御手段603内の加算器631に入力する。
なお、フィードバック量演算手段602内の比例演算部622で算出される比例演算項QFBPは、圧力偏差△PFに基づいて、たとえば以下の式(1)のように演算される。
QFBP=△PF×KP ・・・(1)
ただし、式(1)において、KPは比例係数である。
すなわち、比例演算項QFBPは、PO>PF(圧力偏差△PFの符号が「+(プラス)」)の場合には、圧力偏差△PFに比例した正の値となり、反対に、PO<PF(圧力偏差△PFの符号が「−(マイナス)」)の場合には、圧力偏差△PFに比例した負の値となる。
また、フィードバック量演算手段602内の積分演算部623で算出される積分演算項QFBIは、圧力偏差△PFの符号の向き(「+」または「−」)に応じて、たとえば、以下の式(2)、式(3)のいずれか一方の式が選択されて演算される。
△PF≧0(符号が「+」)のとき、
QFBI=QFBI(前回値)+KI ・・・(2)
△PF<0(符号が「−」)のとき、
QFBI=QFBI(前回値)−KI ・・・(3)
ただし、式(2)、式(3)において、KIは積分係数である。
すなわち、積分演算項QFBIは、PO≧PF(圧力偏差△PFの符号が「+」または△PF=0)の場合には、式(2)により積分係数KIだけ大きな値となり、反対に、PO<PF(圧力偏差△PFの符号が「−」)の場合には、式(3)により積分係数KIだけ小さな値となる。
また、フィードバック量演算手段602内の減算器621で演算される圧力偏差△PFは、積分演算更新禁止手段605へも出力される。
さらに、フィードバック量演算手段602内の積分演算部623は、積分演算更新禁止手段605から積分演算項QFBIの更新禁止要求があったとき、すなわち、積分演算更新禁止フラグFS=1が入力されたときには、積分演算項QFBIの更新を禁止して積分演算項QFBIの前回値を保持する機能も備えている。
流量制御弁制御手段603において、加算器631は、燃料吐出フィードバック量QFBと、燃料噴射量演算手段604で演算された燃料噴射量QINJとを加算し、目標燃料吐出量QO(=QFB+QINJ)を算出して流量制御弁制御手段603に入力する。
流量制御弁制御手段603は、目標燃料吐出量QOおよび回転速度NEを入力情報として、駆動タイミングマップに基づき流量制御弁10の駆動タイミング(ソレノイド12の励磁タイミング)TDを決定し、駆動タイミングTDを流量制御弁10(ソレノイド12)に出力する。
流量制御弁10においては、流量制御弁制御手段603にて決定された駆動タイミングTDで流量制御弁10が閉弁駆動されるようにソレノイド12が通電される。
この結果、前述のように、目標燃料吐出量QOに相当する燃料が高圧燃料ポンプ20から畜圧室36内に供給され、畜圧室36内の燃圧PFは、目標圧力POと一致するように制御される。
次に、この発明の実施の形態1の特徴部である積分演算更新禁止手段605の機能動作について具体的に説明する。
なお、積分演算更新禁止手段605の演算処理は、フィードバック量演算手段602と同一の制御周期で実行されるものとする。
積分演算更新禁止手段605は、フィードバック量演算手段602から入力された圧力偏差△PFの符号が反転しないまま演算処理回数が第1の所定回数に達したときに、積分演算更新禁止フラグFSを「1」にセットし、FS=1にセットされた以降に、圧力偏差△PFの符号が反転したことが検出された時点で、積分演算更新禁止フラグFSを「0」にリセットする。
なお、図2内の破線矢印で示すように、積分演算更新禁止手段605には、燃圧PFの検出値も入力され得る(後述する実施の形態3参照)。
積分演算更新禁止フラグFSは、フィードバック量演算手段602内の積分演算部623に入力されており、FS=1に保持されている期間にわたって、積分演算項QFBIの更新を禁止して、積分演算項QFBIの前回値を保持するようになっている。
以下、図1および図2とともに、図3のタイミングチャートを参照しながら、積分演算更新禁止手段605から積分演算項623への更新禁止フラグFSの設定動作および積分演算部623による制御動作について説明する。
図3において、横軸は時間の経過を示しており、各制御動作の要所となる時刻位置のみに対してt0〜t10の符号が付されている。
また、時刻t1〜t2、時刻t6〜t7で示す期間N1は、燃料吐出フィードバック量QFBの演算が第1の所定回数K1だけ実行されるのに要する時間を示している。
また、図3内の縦軸は、上から順番に、目標圧力PO(2点鎖線)および燃圧PF(実線)、圧力偏差△PF(=PO−PF)、積分演算更新禁止フラグFS、積分演算項QFBIの各制御状態を示している。
さらに、図3内の燃圧PF、圧力偏差△PFおよび積分演算項QFBIに関して、この発明の実施の形態1が適用されたときの各動作は実線で示されており、この発明の実施の形態1が適用されなかったときの各動作は点線で示されている。
まず、図3内の時刻t0〜t1の期間においては、燃圧PFが目標圧力POとほぼ一致した状態で適正にフィードバック制御されているので、圧力偏差△PF(=PO−PF)の符号も、フィードバック制御に同期して「+」と「−」との反転を繰り返している。
すなわち、積分演算項QFBIは、圧力偏差△PFの符号の反転に同期して、前述の式(2)、式(3)が逐次切替えられて演算されており、この状態においては、圧力偏差△PFの符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1に達することはない。
したがって、時刻t0〜t1の期間に積分演算更新禁止フラグFSが「1」にセットされることはない。
ところが、時刻t1においては、目標圧力POが大きな値に変更されたことによって、変更された目標圧力POと検出された燃圧PFとの間に「+符号」の大きな圧力偏差△PFが発生する。このため、時刻t1の直後では、圧力偏差△PFが「+符号」を示す状態がしばらく継続する。
このとき、仮に、この発明の実施の形態1が適用されなかった場合には、燃圧PFが上昇して目標圧力POに達するまでの間(すなわち、圧力偏差△PFが「−符号」に転じるまでの間)、積分演算部623による積分演算項QFBIの演算処理として、前述の式(2)が選択され続ける。
したがって、時刻t1〜t3までの期間にわたって、積分演算項QFBIは、図3内の点線で示したように、過度の増加を続ける。また、燃圧PFが上昇して目標圧力POに達した後(すなわち、圧力偏差△PFが「0」を下回って「−符号」に転じた後)において、燃圧PFは、目標圧力POを上回って、オーバーシュートを開始する(時刻t3の直後の点線参照)。
このようなオーバーシュートの発生中(図3内の点線参照)では、燃圧PFが目標圧力POよりも高くなっているので、圧力偏差△PF(=PO−PF)が「−符号」となり、積分演算項QFBIの演算処理は、前述の式(3)が選択され続ける。
したがって、積分演算項QFBIは、減少しながら、時刻t5において、ようやく正しい値に戻り着くようになる(時刻t3〜t5の期間内の点線で示す燃圧PF、圧力偏差△PF、積分演算項QFBIの動作参照)。
一方、この発明の実施の形態1が適用された場合には、目標圧力POが大きな値に変更された時刻t1の直後では、前述と同様に、圧力偏差△PFが「+符号」となって、積分演算項QFBIの演算処理として前述の式(2)が選択されることから、積分演算項QFBIが増加を開始するものの、圧力偏差△PFの符号が「+符号」から「−符号」に反転しないまま、燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1に達した(時間に換算して、期間N1が経過した)ことが判定された時点(時刻t2)で、積分演算更新禁止フラグFSが「1」にセットされるので、積分演算項QFBIの更新が禁止される。
この結果、積分演算項QFBIの更新が禁止された時点から、燃圧PFが上昇して目標圧力POに達するまでの間(すなわち、圧力偏差△PFが「−符号」に転じるまでの間)にわたって、積分演算項QFBIの更新が禁止されて、時刻t2の時点での値が保持される(時刻t2〜t3の期間内の実線で示す燃圧PF、圧力偏差△PFおよび積分演算項QFBIの動作参照)。
続いて、圧力偏差△PFが「0」を下回って「−符号」に転じた時点(時刻t3)で、積分演算更新禁止フラグFSが「0」にリセットされることにより、積分演算項QFBIの更新が再開されることになる。
したがって、積分演算項QFBIが過度に大きくなることが無くなるので、燃圧PFが上昇して目標圧力POに達した後に大きなオーバーシュートが発生することもなく、積分演算項QFBIが速やかに適正値に戻り着くようになる(時刻t3〜t4の期間内の実線で示す燃圧PF、圧力偏差△PFおよび積分演算項QFBIの動作参照)。
続いて、図3内の時刻t5〜t6の期間においては、前述の時刻t0〜t1の期間と同様に、燃圧PFが目標圧力POとほぼ一致した状態で、適正にフィードバック制御されているので、圧力偏差△PF(=PO−PF)の符号も、フィードバック制御に同期して「+」および「−」の反転を繰り返している。
すなわち、積分演算項QFBIは、圧力偏差△PFの符号の反転に同期して、前述の式(2)、式(3)が逐次切替えられて演算されており、この状態においては、圧力偏差△PFの符号が反転しないまま、燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1に達することはない。
したがって、時刻t5〜t6の期間に積分演算更新禁止フラグFSが「1」にセットされることはない。
ところが、時刻t6の時点では、目標圧力POが小さな値に変更されたことによって、変更された目標圧力POと燃圧PFとの間に「−符号」の大きな圧力偏差△PFが発生する。
したがって、時刻t6の直後においては、圧力偏差△PFが「−符号」を示す状態がしばらく継続する。
ここで、仮に、この発明の実施の形態1を適用しなかった場合には、燃圧PFが下降して目標圧力POに達するまで(時刻t6〜t8)の期間(すなわち、圧力偏差△PFが「+符号」に転じるまでの期間)にわたって、積分演算項QFBIの演算処理として前述の式(3)が選択され続けるので、図3内の点線で示すように、積分演算項QFBIは過度の減少を続ける。そして、燃圧PFが下降して目標圧力POに達した後(すなわち、圧力偏差△PFが「0」を上回って「+符号」に転じた後)には、燃圧PFが目標圧力POを下回ってアンダーシュートを開始する(時刻t8の直後の点線で示す燃圧PFを参照)。
このとき、時刻t8の直後のアンダーシュートの発生中は、燃圧PFが目標圧力POよりも低くなっていることから、圧力偏差△PFが「+符号」となり、積分演算項QFBIの演算処理として前述の式(2)が選択され続けるので、積分演算項QFBIは、増加しながら、時刻t10の時点でようやく正しい値に戻り着くようになる(時刻t8〜t10の期間内の点線で示した燃圧PF、圧力偏差△PF、積分演算項QFBIの動作参照)。
一方、この発明の実施の形態1を適用した場合には、目標圧力POが小さな値に変更された時刻t6の直後では、圧力偏差△PFが「−符号」となって、積分演算項QFBIの演算処理として前述の式(3)が選択されることから、積分演算項QFBIが減少を開始するものの、圧力偏差△PFの符号が「−符号」から「+符号」に反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1に達した(時間に換算して、期間N1が経過した)ことが判定された時点(時刻t7)で、積分演算更新禁止フラグFSが「1」にセットされるので、QFBIの更新が禁止される。
この結果、積分演算項QFBIの更新が禁止された時点(時刻t6)から燃圧PFが下降して目標圧力POに達するまでの時刻t7〜t8の期間(すなわち、圧力偏差△PFが「+符号」に転じるまでの期間)にわたって、積分演算項QFBIの更新が禁止され積分演算項QFBIは、時刻t7の時点の値に保持される(図3内の実線で示した燃圧PF、圧力偏差△PF、積分演算項QFBIの動作参照)。
続いて、圧力偏差△PFが「0」を上回って「+符号」に転じた時点(時刻t8)で、積分演算更新禁止フラグFSが「0」にリセットされることにより、積分演算項QFBIの更新が再開されることになる。
このように、この発明の実施の形態1を適用した場合には、積分演算項QFBIが過度に小さくなることが無くなり、燃圧PFが下降して目標圧力POに達した時刻t8の後に大きなアンダーシュートが発生することもなく、積分演算項QFBIが速やかに適正値に戻り着くようになる(時刻t8〜t9の期間内の実線で示した燃圧PF、圧力偏差△PF、積分演算項QFBIの動作参照)。
次に、図4のフローチャートを参照しながら、図2に示したこの発明の実施の形態1によるECU60の基本的な制御動作について説明する。
まず、図4において、ECU60は、クランク角センサ62で検出された回転速度NEを読み込むとともに(ステップS101)、アクセルポジションセンサ63で検出されたアクセルペダル踏込量APを読み込み(ステップS102)、目標圧力設定手段(目標圧力マップ)601により、回転速度NEおよびアクセルペダル踏込量APに応じた目標圧力POを決定する(ステップS103)。
続いて、燃圧センサ61で検出された畜圧室36内の燃圧PFを読み込み(ステップS104)、フィードバック量演算手段602内の減算器621により、圧力偏差△PF(=PO−PF)を演算する(ステップS105)。
また、圧力偏差ΔPFに基づいて、比例演算部622により、前述の式(1)を用いた比例演算を行い、比例演算項QFBPを演算する(ステップS106)。
続いて、積分演算更新禁止フラグFSが「0」(リセット)の状態であるか否かを判定する(ステップS107)。なお、積分演算更新禁止フラグFSの具体的な設定処理については後述する(図5参照)。
ステップS107において、FS=0(すなわち、YES)と判定されれば、圧力偏差ΔPFに基づいて、前述の式(2)または式(3)を用いた積分演算を行い、積分演算項QFBIを更新する(ステップS108)。
一方、ステップS107において、FS=1(すなわち、NO)と判定されれば、積分演算項QFBIの更新を禁止し、今回の積分演算項QFBIの値を前回の積分演算項QFBIoldの値に保持(QFBI=QFBIold)する(ステップS109)。
次に、加算器624により、比例演算項QFBPと積分演算項QFBIとを加算して、燃料吐出フィードバック量QFB(=QFBP+QFBI)を演算し(ステップS110)、流量制御弁制御手段603内の加算器631により、燃料吐出フィードバック量QFBと燃料噴射量QINJとを加算して、目標燃料吐出量QO(=QFB+QINJ)を演算する(ステップS111)。
続いて、目標燃料吐出量QOおよび回転速度NEに基づき、駆動タイミング設定手段632により、駆動タイミングマップを用いて流量制御弁10の駆動タイミングTDを設定し(ステップS112)、図4の処理ルーチンを抜け出る。
以下、流量制御弁10においては、駆動タイミングTDによって閉弁駆動されるようにソレノイド12が通電制御される。
次に、図5のフローチャートを参照しながら、ECU60内の積分演算更新禁止手段605による積分演算更新禁止フラグFS(判定ステップS107で用いられる)の設定処理について、具体的に説明する。
なお、積分演算更新禁止手段605は、圧力偏差△PFの符号が反転しない状態の継続時間(演算回数K1に対応)を計測するためのカウンタC1を有している。
図5において、積分演算更新禁止手段605は、まず、図4内のステップS105で演算された圧力偏差△PFの符号が、前回演算実行時に演算された圧力偏差前回値△PFoldの符号に対して同一(ΔPFoldの符号=ΔPF)であったか否か(反転したか)を判定する(ステップS201)。
ステップS201において、「△PFoldの符号=△PFの符号」(すなわち、YES)と判定されれば、圧力偏差△PFの符号が反転していないので、カウンタC1の値をC1=C1+1にインクリメントする(ステップS202)。
一方、ステップS201において、「△PFoldの符号≠△PFの符号」(すなわち、NO)と判定されれば、圧力偏差△PFの符号が反転しているので、カウンタC1の値をC1=0にリセットする(ステップS203)。
続いて、カウンタC1が所定値K1に達したか否かを判定し(ステップS204)、C1≧K1(すなわち、YES)と判定されれば、図3内の所定期間N1が経過したので、FS=1にセットして(ステップS205)、図5の処理ルーチンを抜け出る。
一方、ステップS204において、C1<K1(すなわち、NO)と判定されれば、FS=0にリセットして(ステップS206)、図5の処理ルーチンを抜け出る。
以下、積分演算更新禁止フラグFSは、フィードバック量演算手段602に入力され、積分演算部623においては、積分演算更新禁止フラグFSの状態の判定処理(図4内のステップS107)が実行される。
すなわち、FS=0の場合には、積分演算項QFBIが更新され(ステップS108)、FS=1の場合には、積分演算項QFBIの更新が禁止され(ステップS109)、これに続いて、前述のステップS110〜S112の処理が実行される。
以上のように、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、内燃機関40の運転状態を検出する各種センサ62、63と、吸入された低圧の燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプ20と、駆動タイミングTDが設定されることにより高圧燃料ポンプ20から吐出される燃料量を調整する流量制御弁10と、高圧燃料ポンプ20から吐出された燃料を畜圧する畜圧室36と、畜圧室36内の燃料を内燃機関40の各燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁39と、蓄圧室36内の燃圧PFを検出する燃圧センサ61と、運転状態に基づいて畜圧室36内の目標圧力POを設定する目標圧力設定手段601と、目標圧力POと燃圧センサ61で検出された燃圧PFとの圧力偏差ΔPFに基づく比例積分演算により高圧燃料ポンプ20の燃料吐出フィードバック量QFBを演算するフィードバック量演算手段602と、燃料噴射弁39から噴射される燃料噴射量QINJと燃料吐出フィードバック量QFBとを加算して求めた目標燃料吐出量QOに基づいて流量制御弁10の駆動タイミングTDを設定する流量制御弁制御手段603と、積分演算更新禁止手段605とを備えている。
積分演算更新禁止手段605は、圧力偏差ΔPFの符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1(期間N1に相当)に達したときに、燃料吐出フィードバック量QFBにおける積分演算項QFBIの更新を禁止し、その後に圧力偏差ΔPFの符号が反転したときに、積分演算項QFBIの更新を再開させるようになっている。
これにより、目標圧力POと畜圧室39内の燃圧PFとの圧力偏差ΔPFを「0」にするためのフィードバック制御時に、積分演算項QFBIが過大または過小になることや、不適切な値のまま更新が禁止されることにより、燃圧PFのオーバーシュートやアンダーシュートが発生することを確実に回避することが可能となり、内燃機関40の燃焼状態や排ガスの悪化を防止することができる。
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、圧力偏差ΔPFの符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数(所定期間N1)に達したときに、燃料吐出フィードバック量QFBにおける積分演算項QFBIの更新を禁止し、その後に圧力偏差ΔPFの符号が反転したときに、積分演算項QFBIの更新を再開したが、積分演算項QFBIの更新を禁止した時点から、圧力偏差ΔPFの符号が一度も反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第2の所定回数(所定期間N2>N1)に達したときには、圧力偏差△PFの符号が反転しなくても積分演算項QFBIの更新を再開してもよい。
以下、図1および図2とともに、図6〜図9を参照しながら、この発明の実施の形態2に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置について説明する。
なお、この発明の実施の形態2の概略構成およびECU60の制御機能については、前述の図1および図2と同様なので、ここでは説明を省略し、この発明の実施の形態2を特徴付けるECU60内の積分演算更新禁止手段605に追加された機能動作のみに注目して説明する。
この発明の実施の形態2による積分演算更新禁止手段605は、フィードバック量演算手段602から入力された圧力偏差△PFの符号が反転しないまま演算処理回数が第1の所定回数(所定期間N1)に達したことにより、積分演算更新禁止フラグがFS=1にセットされてQFBIの更新が禁止された時点から、圧力偏差△PFの符号が一度も反転しないままフィードバック量演算手段602の演算回数が第2の所定回数(所定期間N2)に達したときには、圧力偏差△PFの符号が反転していなくても、積分演算更新禁止フラグFSを「0」にリセットして、積分演算項QFBIの更新を再開させる。
図6はこの発明の実施の形態2における積分演算更新禁止手段605による積分演算更新禁止フラグFSの設定動作および積分演算部623による制御動作を示すタイミングチャートである。
図6において、横軸は時間経過を示し、各制御動作の要所となる時刻位置のみに対してt10〜t15の符号が付されている。
また、時刻t11〜t12で示す期間N1は、前述(図3参照)と同様に、燃料吐出フィードバック量QFBの演算が第1の所定回数K1だけ実行されるのに要する時間を示している。
一方、時刻t12〜t14で示す期間N2は、燃料吐出フィードバック量QFBの演算が第2の所定回数K2(>K1)だけ実行されるのに要する時間を示している。
なお、第2の所定回数K2は、後述するように、積分演算項QFBIの更新を禁止した時点(時刻t12)の圧力偏差ΔPFに応じた異なる値に設定される(図8参照)。
また、図6内の縦軸は、前述と同様に、上から順番に、目標圧力PO(2点鎖線)および燃圧PF(実線)、圧力偏差△PF(=PO−PF)、積分演算更新禁止フラグFS、積分演算項QFBIの各制御状態を示している。
さらに、図6内の燃圧PF、圧力偏差△PF、積分演算更新禁止フラグFSおよび積分演算項QFBIに関して、前述の実施の形態1のみを適用したとき(この発明の実施の形態2が適用されなかった場合)の各動作は点線で示され、前述の実施の形態1にこの発明の実施の形態2を追加適用したときの各動作は実線で示されている。
図6において、まず、時刻t10〜t11の期間では、燃圧PFが目標圧力POとほぼ一致した状態で適正にフィードバック制御されているので、圧力偏差△PF(=PO−PF)の符号も、フィードバック制御に同期して「+」および「−」の反転を繰り返している。
すなわち、積分演算項QFBIは、圧力偏差△PFの符号の反転に同期して、前述の式(2)、式(3)を逐次切替えられて演算されており、この状態においては、圧力偏差△PFの符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1に達することはない。
したがって、時刻t10〜t11の期間に積分演算更新禁止フラグFSが「1」にセットされることはない。
また、前述(図3内の時刻t1)と同様に、時刻t11の時点では、目標圧力POが大きな値に変更されたことによって、変更された目標圧力POと燃圧PFとの間に「+符号」の大きな圧力偏差△PFが発生するので、時刻t11の直後では、圧力偏差△PFが「+符号」の状態がしばらく継続する。
また、目標圧力POが大きな値に変更された時刻t11の直後では、圧力偏差△PFが「+符号」となり、積分演算項QFBIの演算処理として前述の式(2)が選択されることから、積分演算項QFBIが増加を開始するものの、圧力偏差△PFの符号が「+符号」から「−符号」に反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1に達した(時間に換算して、期間N1が経過した)ことが判定された時点(時刻t12)で、積分演算更新禁止フラグFSが「1」にセットされるので、積分演算項QFBIの更新が禁止されて、積分演算項QFBIが過大になることはない。
ところが、流量制御弁10の特性のばらつき、カム25の磨耗、低圧通路33と加圧室23とを接続する燃料通路の目詰まりなどにより、高圧燃料ポンプ20の燃料吐出量の特性が正規の特性から変化していた場合には、積分演算項QFBIの値が適正値でない状態で更新が禁止されてしまい、燃圧PFが目標圧力POに到達しなくなる可能性も想定される。
すなわち、積分演算項QFBIの更新が禁止された時点(時刻t12)での積分演算項QFBIの値は、時刻t11よりも以前の運転状態のときには適正値であったが、目標圧力POが変化した後の運転状態にとっては適正値でないという場合が、実際問題として起こり得る。
たとえば、図6のように、積分演算項QFBIの更新が禁止された時点(時刻t12)での積分演算項QFBIの値が、時刻t12の以降の運転状態に対する適正値よりも少な過ぎる場合には、積分演算項QFBIの更新が禁止されていても、比例演算項QFBPによって、ある程度までPFが上昇するものの、更新禁止状態での積分演算項QFBIの値が小さ過ぎることから、たとえば時刻t13の時点で燃料吐出フィードバック量QFBが不足して、目標圧力POに達する前に燃圧PFが飽和してしまうことが起こり得る。
ここで、前述の実施の形態1による積分演算更新禁止手段605の制御機能のみを適用した場合には、圧力偏差△PFの符号が反転するまで、積分演算更新禁止フラグFSが「0」にリセットされることはない。
したがって、時刻t13の以降の点線で示すように、燃圧PF、圧力偏差△PF、積分演算更新禁止フラグFS、積分演算項QFBIの動作は、積分演算項QFBIの更新が再開されない状態を継続することになる。
そこで、この発明の実施の形態2では、積分演算項QFBIの更新を禁止した時点(時刻t12)から、フィードバック量演算手段602の演算回数が第2の所定回数K2(<K1)に達した(時間に換算して、期間N2が経過した)とき(時刻t14)には、圧力偏差△PFの符号が一度も反転していなくても、積分演算更新禁止フラグFSを「0」にリセットして、積分演算項QFBIの更新を再開させる。
この結果、時刻t14〜t15の期間内の実線で示す燃圧PF、圧力偏差△PF、積分演算更新禁止フラグFSおよび積分演算項QFBIの動作のように、積分演算項QFBIの更新が再開されて、適正値(すなわち、燃圧PFが目標圧力POに達するのに必要な値)に達するまで積分演算項QFBIが増加され、燃圧PFと目標圧力POとが一致するようになる。
次に、図7のタイミングチャートおよび図8のK2設定マップの説明図を参照しながら、この発明の実施の形態2における積分演算更新禁止手段605による第2の所定時間K2の設定動作について説明する。
図7は一般的なフィードバック制御特性を示しており、図7において、横軸は時間経過を示し、縦軸は目標圧力PO(2点鎖線)および燃圧PF(実線)の各制御状態を示している。
また、図8は図7の制御特性を圧力偏差△PFと演算回数K2との関係で示している。
周知のように、適切なフィードバック制御状態において、圧力偏差△PFが大きな値になるにつれて、燃圧PFが目標圧力POに達するまでに要する時間は長くなり、多くのフィードバック演算回数を要することになる。このようなフィードバック制御特性は、たとえば、図7のように示される。
すなわち、目標圧力POが第1の目標圧力PO1に増大変化して、圧力偏差△PFが第1の圧力偏差△P1となったときには、燃圧PFが上昇して第1の目標圧力PO1と一致するまでに時間T1を要する。
一方、目標圧力POが第2の目標圧力PO2(>PO1)に増大変化して、圧力偏差△PFが第2の圧力偏差△P2(>ΔP1)となったときには、燃圧PFが上昇して第2の目標圧力PO2と一致するまでに時間T2(>T1)を要する。
ここで、図7のフィードバック制御特性を、圧力偏差△PFと演算回数K2との関係として示すと、図8内の破線特性のように表すことができる。
そこで、この発明の実施の形態2においては、図8内の破線特性をあらかじめ実験的に計測しておき、この特性値に基づいてK2設定マップ(図8内の実線特性参照)をECU60内に記憶させておく。
なお、図8内の実線で示すK2設定マップは、あらかじめ実験的に計測した圧力偏差△PFと演算回数との関係(図7に基づく破線特性)に対して、所定演算回数Mだけ加算した値として設定される。
これにより、圧力偏差△PFに応じて積分演算項QFBIの更新禁止期間が不要に長引かない演算回数K2が適切に設定され、積分演算項QFBIが不適切な値で更新禁止されたことに起因して燃圧PFが目標圧力POに一致しなくなったときでも、迅速に積分演算項QFBIの更新を再開させることが可能になる。
次に、図9のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態2における積分演算更新禁止手段605による積分演算更新禁止フラグFS(前述の判定ステップS107で用いられる)の設定処理について、具体的に説明する。
この場合、積分演算更新禁止手段605は、圧力偏差△PFの符号が反転しない状態の継続時間(演算回数K2に対応)を計測するためのカウンタC2を有している。
図9において、積分演算更新禁止手段605は、まず、前述(図5参照)のフローチャートで前回演算実行時に設定された積分演算更新禁止フラグFSの前回値FSoldが「0」であって、かつ、今回の演算実行時に設定された積分演算更新禁止フラグFSが「1」であるか否かを判定する(ステップS301)。
ステップS301において、「FSold=0、かつ、FS=1」(すなわち、YES)と判定されれば、K2設定マップ(図8内の実線特性で示すマップデータ)を用いて、圧力偏差△PFに対応する第2の所定演算回数K2を決定し(ステップS302)、次の判定処理(ステップS303)に進む。
一方、ステップS301において、「FSold≠0、または、FS=0」(すなわち、NO)と判定されれば、直ちにステップS303に進む。
続いて、ステップS303においては、積分演算更新禁止フラグFSの状態が「1」にセットされているか否かを判定する。
ステップS303において、FS=1(すなわち、YES)と判定されれば、積分演算項QFBIの更新が禁止されているので、カウンタC2の値をC2=C2+1にインクリメントして(ステップS304)、次の判定処理(ステップS306)に進む。
また、ステップS303において、FS=0(すなわち、NO)と判定されれば、積分演算項QFBIの更新が許可されているので、カウンタC2の値をC2=0にリセットして(ステップS305)、直ちに図9の処理ルーチンを抜け出る。
一方、カウンタC2のインクリメント処理(ステップS304)に続くステップS306においては、カウンタC2の値が所定値K2に達したか否かを判定する。
ステップS306において、C2≧K2(すなわち、YES)と判定されれば、積分演算更新禁止フラグFSを「0」にリセットして(ステップS307)、図9の処理ルーチンを抜け出る。
一方、ステップS306において、C2<K2(すなわち、NO)と判定されれば、直ちに図9の処理ルーチンを抜け出る。
以下、積分演算更新禁止フラグFSの判定処理(図4内のステップS107)が実行される。
すなわち、FS=0の場合には、積分演算項QFBIが更新され(図4内のステップS108)、FS=1の場合には、積分演算項QFBIの更新が禁止され(図4内のステップS109)、これに続いて、図4のステップS110〜S112の処理が実行される。
以上のように、この発明の実施の形態2に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、積分演算更新禁止手段605は、圧力偏差ΔPFの符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1に達し、かつ積分演算項QFBIの更新を禁止した時点から圧力偏差ΔPFの符号が一度も反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBIの演算回数が第2の所定回数K2(期間N2に相当)に達したとき、積分演算項QFBIの更新を再開させる。
また、第2の所定回数K2は、圧力偏差ΔPFの符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBIの演算回数が第1の所定回数K1に達したことに応答して、積分演算項QFBIの更新を禁止した時点(時刻t12)の圧力偏差の大きさに応じた異なる値に設定される。
これにより、前述の実施の形態1の効果に加えて、積分演算項QFBIの更新禁止時点での圧力偏差△PFに応じて、積分演算項QFBIの更新禁止期間が不要に長引かない演算回数K2が適切に設定され、積分演算項QFBIが不適切な値で更新禁止されたことに起因して燃圧PFが目標圧力POに一致しなくなったときでも、迅速に積分演算項QFBIの更新を再開させることができる。
実施の形態3.
なお、上記実施の形態1、2では、圧力偏差ΔPFのみに基づいて、積分演算更新禁止フラグFSを設定したが、圧力偏差ΔPFのみならず、燃圧PFを参照して、積分演算更新禁止フラグFSを設定してもよい。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態3に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置について説明する。
この場合、ECU60内の積分演算更新禁止手段605は、圧力偏差ΔPFの符号が反転しないまま、燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第3の所定回数K3だけ経過する間における畜圧室36内の燃圧PFの変化量が所定量以上の変化を示していなかったときに、FS=1として、燃料吐出フィードバック量QFBにおける積分演算項QFBIの更新を禁止し、その後に圧力偏差ΔPFの符号が反転したときに、FS=0として、積分演算項QFBIの更新を再開させる。
なお、この発明の実施の形態3の概略構成およびECU60の制御機能については、前述(図1、図2)に示した通りなので、ここでは詳述を省略し、この発明の実施の形態3を特徴付ける積分演算更新禁止手段605の追加機能動作のみについて説明する。
すなわち、この発明の実施の形態3に係る積分演算更新禁止手段605には、燃圧センサ61で検出される燃圧PFが追加入力されており、前述の実施の形態1、2の機能に加えて、燃圧PFに基づく積分演算更新禁止フラグFSの設定機能が追加されている。
次に、図1および図2とともに、図10のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態3における積分演算更新禁止手段605による積分演算更新禁止フラグFSの設定動作および積分演算部623による制御動作について説明する。
図10において、横軸は時間経過を示し、各制御動作の要所となる時刻位置のみに対してt20〜t25までの符号が付されている。
また、時刻t21〜t22で示す期間N1は、前述(図3、図6参照)と同様に、燃料吐出フィードバック量QFBの演算が第1の所定回数K1だけ実行されるのに要する時間を示し、時刻t22〜t24で示す期間N2は、燃料吐出フィードバック量QFBの演算が第2の所定回数K2(>K1)だけ実行されるのに要する時間を示している。
一方、時刻t24〜t25で示す期間N3は、燃料吐出フィードバック量QFBの演算が第3の所定回数K3だけ実行されるのに要する時間を示している。
また、図10内の縦軸は、前述と同様に、上から順番に、目標圧力PO(2点鎖線)および燃圧PF(実線)、圧力偏差△PF(=PO−PF)、積分演算更新禁止フラグFS、積分演算項QFBIの各制御状態を示している。
さらに、図10内の積分演算更新禁止フラグFSおよび積分演算項QFBIに関して、この発明の実施の形態3を適用したときの各動作は実線で示され、この発明の実施の形態3が適用されなかったときの各動作は点線で示されている。
図10において、まず、時刻t20〜t21の期間では、前述と同様に、燃圧PFが目標圧力POとほぼ一致した状態で適正にフィードバック制御されているので、△PF(=PO−PF)の符号もフィードバック制御に同期して「+」および「−」の反転を繰り返している。
すなわち、積分演算項QFBIは、圧力偏差△PFの符号の反転に同期して、前述の式(2)、式(3)を逐次切替えられて演算されており、この状態においては、圧力偏差△PFの符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1に達することはない。
したがって、時刻t20〜t21の期間に積分演算更新禁止フラグFSが「1」にセットされることはない。
また、前述(図6内の時刻t11)と同様に、時刻t21の時点では、目標圧力POが大きな値に変更されたことにより、変更された目標圧力POと燃圧PFとの間に「+符号」の大きな圧力偏差△PFが発生するので、時刻t21の直後においては、圧力偏差△PFが「+符号」の状態がしばらく継続する。
また、目標圧力POが大きな値に変更された時刻t21の直後では、圧力偏差△PFが「+符号」となり、積分演算項QFBIの演算処理として前述の式(2)が選択されることから、積分演算項QFBIが増加を開始するものの、圧力偏差△PFの符号が「+符号」から「−符号」に反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が第1の所定回数K1に達した(時間に換算して、期間N1が経過した)ことが判定された時点(時刻t22)で、積分演算更新禁止フラグFSが「1」にセットされて、積分演算項QFBIの更新が禁止されるので、積分演算項QFBIが過大になることはない。
また、前述(図6内の時刻t13)と同様に、時刻t23の時点で燃圧PFの上昇が飽和してしまった場合には、たとえば前述の実施の形態2のように、積分演算項QFBIの更新を禁止した時点(時刻t22)からフィードバック量演算手段602の演算回数が第2の所定回数K2に達したとき(時間に換算して、期間N2が経過したとき)に、圧力偏差△PFの符号が一度も反転していなくても、時刻t24の時点で、FS=0にリセットして積分演算項QFBIの更新を再開させることにより、積分演算項QFBIが適正値に移行させることが有効である。
しかしながら、時刻t24の時点で積分演算項QFBIの更新を再開したとしても、燃圧PFおよび圧力偏差△PFの動作(図10内の時刻t24の以降の点線参照)で示すように、燃圧PFの上昇が再開されない可能性も想定される。
このような場合としては、前述のように、流量制御弁10の特性のばらつき、カム25の磨耗、または、低圧通路33と加圧室23とを接続する燃料通路の目詰まりなどにより、高圧燃料ポンプ20の燃料吐出量特性が正規特性よりも低下した場合が考えられる。
また、内燃機関40が高負荷運転に向かう過渡状態において、燃圧PFを上昇させるために必要な燃料吐出フィードバック量QFBが増加しているにもかかわらず、燃料噴射量QINJの増加量が多いことによって、燃料吐出量のほとんどが燃料噴射量QINJとして消費されてしまい、燃圧PFが目標圧力POに一致するのに要する時間が長くなってしまう場合が考えられる。
これらの場合では、図10内の時刻t25の以降の点線で示すように、積分演算項QFBIの更新再開後に、圧力偏差△PFが「+符号」のままであることに起因して、積分演算項QFBIが過度に増加してしまうことが予想される。
そこで、この発明の実施の形態3では、図10内の時刻t25の以降の実線で示した燃圧PF、圧力偏差△PF、積分演算更新禁止フラグFSおよび積分演算項QFBIの各動作で示すように、圧力偏差△PFの符号が反転しないまま、フィードバック量演算手段602の演算回数が第3の所定回数K3だけ経過する間(時間に換算して、期間N3が経過する間)における燃圧PFの変化量が所定量OFST以上の変化を示していなかったときには、積分演算更新禁止フラグFSを「1」にセットして、積分演算項QFBIの更新を禁止する。
また、図10には示されていないが、その後に、圧力偏差△PFの符号が反転したときに、積分演算更新禁止フラグFSを「0」にリセットして、積分演算項QFBIの更新を再開させる。
このように、この発明の実施の形態3を適用した場合には、高圧燃料ポンプ20の燃料吐出量が最大値近傍であるか否かにかかわらず、燃圧PFの上昇が飽和してしまったときの積分演算項QFBIが過度に増加することを回避することができる。
次に、図2とともに、図11のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態3における積分演算更新禁止手段605による積分演算更新禁止フラグFS(判定ステップS107で用いられる)の設定処理について、具体的に説明する。
この場合、積分演算更新禁止手段605は、圧力偏差△PFの符号が反転しない状態の継続時間(第3の演算回数K3に対応)を計測するためのカウンタC3と、圧力偏差△PFの符号が反転したときの燃圧PFの現在値を一時記憶するメモリMEMとを有している。
図11において、積分演算更新禁止手段605は、まず、図4内のステップS105で今回演算した圧力偏差△PFの符号が、前回演算実行時に演算された圧力偏差前回値△PFoldの符号に対して同一であるか否か(反転したか)を判定する(ステップS401)。
ここで、「△PFoldの符号=△PFの符号」(すなわち、YES)と判定されれば、圧力偏差△PFの符号が反転していないので、カウンタC3をC3=C3+1にインクリメントして(ステップS402)、次の判定処理(ステップS403)に進む。
一方、ステップS401において、「△PFoldの符号≠△PFの符号」(すなわち、NO)と判定されれば、圧力偏差△PFの符号が反転しているので、カウンタC3をC3=0にリセットして(ステップS406)、燃圧PFの現在値をメモリMEMに一時記憶し(ステップS407)、積分演算更新禁止フラグFSを「0」にリセットして(ステップS408)、図11の処理ルーチンを抜け出る。
また、カウンタC3のインクリメント処理(ステップS402)に続くステップS403においては、カウンタC3が所定値K3に達したか否かを判定する。
ステップS403において、C3≧K3(すなわち、YES)と判定されれば、圧力偏差△PFの符号が反転しないまま第3の所定回数K3が経過したものと見なして、次の判定処理(ステップS404)に進む。
さらに、ステップS403において、C3<K3(すなわち、NO)と判定されれば、ステップS408に進み、積分演算更新禁止フラグFSを「0」にリセットして、図11の処理ルーチンを抜け出る。
一方、ステップS403において、C3≧K3(すなわち、YES)と判定された場合には、燃圧PFの現在値が、メモリMEMに一時記憶されている値(演算回数K3だけ前に演算された圧力偏差△PFの値)に所定のオフセット値OFSTを加算した値(MEM+OFST)よりも小さいか否かを判定する(ステップS404)。
なお、オフセット値OFSTは、第3の所定回数K3だけ積分演算項QFBIが増加したときに、燃圧PFが増加するであろうと推定される圧力変化分に基づいて、あらかじめ設定されている値である。
ステップS404において、PF<MEM+OFST(すなわち、YES)と判定されれば、圧力偏差△PFの符号が反転しないままフィードバック量演算手段602の演算回数が第3の所定回数K3だけ経過する間における燃圧PFの変化量が、オフセット値OFST以上の変化を示していない(すなわち、積分演算項QFBIの増加が燃圧PFの増加に反映されていない)ものと見なし、積分演算更新禁止フラグFSを「1」にセットして(ステップS405)、図11の処理ルーチンを抜け出る。
一方、ステップS404において、PF≧MEM+OFST(すなわち、NO)と判定されれば、圧力偏差△PFの符号が反転しないまま、フィードバック量演算手段602の演算回数が第3の所定回数K3だけ経過する間における燃圧PFの変化量がオフセット値OFST以上の変化を示した(すなわち、積分演算項QFBIの増加に応じて燃圧PFが上昇している)ものと見なし、ステップS408に進んで、積分演算更新禁止フラグFSを「0」にリセットして、図11の処理ルーチンを抜け出る。
以下、図4内のステップS107による積分演算更新禁止フラグFSの判定処理が行われる。
すなわち、FS=0の場合には積分演算項QFBIが更新され(ステップS108)、FS=1の場合には積分演算項QFBIの更新が禁止され(ステップS109)、続いて、ステップS110〜S112の処理が実行される。
このように、この発明の実施の形態3による積分演算更新禁止手段605は、圧力偏差△PFの符号が反転しないまま演算処理回数が第3の所定回数K3だけ経過する期間N3における燃圧PFの変化量が所定量以上の変化を示していなかったときに、積分演算更新禁止フラグFSを「1」にセットして積分演算項QFBIの更新を禁止し、その後に圧力偏差△PFの符号が反転したときに積分演算更新禁止フラグFSを「0」にリセットして積分演算項QFBIの更新を再開させるので、前述の実施の形態1の効果に加えて、高圧燃料ポンプ20の燃料吐出量が最大値近傍であるか否かにかかわらず、燃圧PFの上昇が飽和してしまったときの積分演算項QFBIが過度に増加することを回避することができる。
なお、上記実施の形態3では、前述の実施の形態1、2の構成に組み合わせた場合について説明したが、各種センサ62、63と、高圧燃料ポンプ20と、流量制御弁10と、畜圧室36と、燃料噴射弁39と、燃圧センサ39と、目標圧力設定手段601と、フィードバック量演算手段602と、流量制御弁制御手段603とを備えた内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置に対して、積分演算更新禁止手段605を設け、圧力偏差ΔPFの符号が反転しないまま燃料吐出フィードバック量QFBの演算回数が所定回数K3だけ経過する間における畜圧室36内の燃圧PFの変化量が所定量以上の変化を示していなかったときに、燃料吐出フィードバック量QFBにおける積分演算項QFBIの更新を禁止し、その後に圧力偏差ΔPFの符号が反転したときに、積分演算項QFBIの更新を再開させてもよい。
これにより、前述と同様に、燃圧PFのオーバーシュートやアンダーシュートの発生を回避するとともに、高圧燃料ポンプ20の燃料吐出量が最大値近傍であるか否かにかかわらず、燃圧PFの上昇が飽和してしまったときの積分演算項QFBIが過度に増加することを回避することができる。
この発明の実施の形態1〜3に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置を概略的に示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態1〜3に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置におけるECUを具体的に示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態1による制御動作を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1による制御動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1による積分演算更新禁止フラグの設定処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態2による制御動作を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態2による第2の所定回数を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態2による第2の所定回数の設定マップデータを示す説明図である。 この発明の実施の形態2による積分演算更新禁止フラグの設定処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態3による制御動作を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態3による積分演算更新禁止フラグの設定処理を示すフローチャートである。
符号の説明
10 流量制御弁、12 ソレノイド、20 高圧燃料ポンプ、36 蓄圧室、39 燃料噴射弁、40 内燃機関、60 ECU、61 燃圧センサ、62 クランク角センサ、63 アクセルポジションセンサ、601 目標圧力設定手段、602 フィードバック量演算手段、603 流量制御弁制御手段、604 燃料噴射量演算手段、605 積分演算更新禁止手段、621 減算器、622 比例演算部、623 積分演算部、631 加算器、632 駆動タイミング設定手段、AP アクセルペダル踏込量、FS 積分演算更新禁止フラグ、K1 第1の所定回数、K2 第2の所定回数、K3 第3の所定回数(所定回数)、NE 回転速度、PF 燃圧(燃圧センサ61の検出値)、PO 目標圧力、ΔPF 圧力偏差、QFBP 比例演算項、QFBI 積分演算項、QFB 燃料吐出フィードバック量、QINJ 燃料噴射量、QO 目標燃料吐出量、TD 駆動タイミング。

Claims (5)

  1. 内燃機関の運転状態を検出する各種センサと、
    吸入された低圧の燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプと、
    駆動タイミングが設定されることにより前記高圧燃料ポンプから吐出される燃料量を調整する流量制御弁と、
    前記高圧燃料ポンプから吐出された燃料を畜圧する畜圧室と、
    前記畜圧室内の燃料を前記内燃機関の各燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁と、
    前記蓄圧室内の燃圧を検出する燃圧センサと、
    前記運転状態に基づいて前記畜圧室内の目標圧力を設定する目標圧力設定手段と、
    前記目標圧力と前記燃圧センサで検出された燃圧との圧力偏差に基づく比例積分演算により前記高圧燃料ポンプの燃料吐出フィードバック量を演算するフィードバック量演算手段と、
    前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量と前記燃料吐出フィードバック量とを加算して求めた目標燃料吐出量に基づいて前記流量制御弁の駆動タイミングを設定する流量制御弁制御手段と、
    を備えた内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、
    積分演算更新禁止手段をさらに備え、
    前記積分演算更新禁止手段は、
    前記圧力偏差の符号が反転しないまま前記燃料吐出フィードバック量の演算回数が第1の所定回数に達したときに、前記燃料吐出フィードバック量における積分演算項の更新を禁止し、
    その後に前記圧力偏差の符号が反転したときに、前記積分演算項の更新を再開させることを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
  2. 前記積分演算更新禁止手段は、
    前記圧力偏差の符号が反転しないまま前記燃料吐出フィードバック量の演算回数が前記第1の所定回数に達し、かつ前記積分演算項の更新を禁止した時点から前記圧力偏差の符号が一度も反転しないまま前記燃料吐出フィードバック量の演算回数が第2の所定回数に達したときに、
    前記積分演算項の更新を再開させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
  3. 前記第2の所定回数は、
    前記圧力偏差の符号が反転しないまま前記燃料吐出フィードバック量の演算回数が前記第1の所定回数に達したことに応答して、前記積分演算項の更新を禁止した時点の前記圧力偏差の大きさに応じた異なる値に設定されることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
  4. 前記積分演算更新禁止手段は、
    前記圧力偏差の符号が反転しないまま前記燃料吐出フィードバック量の演算回数が第3の所定回数だけ経過する間における前記畜圧室内の燃圧の変化量が所定量以上の変化を示していなかったときに、前記燃料吐出フィードバック量における積分演算項の更新を禁止し、
    その後に前記圧力偏差の符号が反転したときに、前記積分演算項の更新を再開させることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
  5. 内燃機関の運転状態を検出する各種センサと、
    吸入された低圧の燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプと、
    駆動タイミングが設定されることにより前記高圧燃料ポンプから吐出される燃料量を調整する流量制御弁と、
    前記高圧燃料ポンプから吐出された燃料を畜圧する畜圧室と、
    前記畜圧室内の燃料を前記内燃機関の各燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁と、
    前記蓄圧室内の燃圧を検出する燃圧センサと、
    前記運転状態に基づいて前記畜圧室内の目標圧力を設定する目標圧力設定手段と、
    前記目標圧力と前記燃圧センサで検出された燃圧との圧力偏差に基づく比例積分演算により前記高圧燃料ポンプの燃料吐出フィードバック量を演算するフィードバック量演算手段と、
    前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量と前記燃料吐出フィードバック量とを加算して求めた目標燃料吐出量に基づいて前記流量制御弁の駆動タイミングを設定する流量制御弁制御手段と、
    を備えた内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、
    積分演算更新禁止手段をさらに備え、
    前記積分演算更新禁止手段は、
    前記圧力偏差の符号が反転しないまま前記燃料吐出フィードバック量の演算回数が所定回数だけ経過する間における前記畜圧室内の燃圧の変化量が所定量以上の変化を示していなかったときに、前記燃料吐出フィードバック量における積分演算項の更新を禁止し、
    その後に前記圧力偏差の符号が反転したときに、前記積分演算項の更新を再開させることを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
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