JP2007218144A - 筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置 - Google Patents

筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】筒内噴射エンジンの停止中の油密を低減する。
【解決手段】燃圧制御手段35は、目標燃圧と実燃圧との偏差に応じてフィードバック制御量(F/B制御量)を設定するフィードバック制御部36と、要求燃料噴射量とエンジン回転速度Neに応じてフィードフォワード制御量(F/F制御量)を設定するフィードフォワード制御部37とを有する。エンジン運転状態が非アイドル状態のときには、フィードフォワード制御部37の出力(F/F制御量)を有効化して、F/F制御量をF/B制御量に加算して高圧ポンプ14の制御量を設定するF/F−F/B併用制御を実行する。一方、エンジン運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、フィードフォワード制御部37の出力(F/F制御量)を無効化して、フィードバック制御部36の出力(F/B制御量)のみを使用するF/B単独制御に切り換える。
【選択図】図3

Description

本発明は、高圧燃料を燃料噴射弁に供給する高圧ポンプの吐出量をフィードフォワード制御とフィードバック制御とにより制御する筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置に関する発明である。
気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンは、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射エンジンと比較して、噴射から燃焼までの時間が短く、噴射燃料を霧化させる時間を十分に稼ぐことができないため、噴射圧力を高圧にして噴射燃料を微粒化する必要がある。そのため、筒内噴射エンジンでは、燃料タンクから低圧ポンプで汲み上げた燃料を、エンジンのカム軸で駆動する高圧ポンプにより高圧にして燃料噴射弁へ圧送すると共に、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力(以下「燃圧」という)を燃圧センサで検出して、その検出燃圧を目標燃圧に一致させるように高圧ポンプの吐出量(燃圧制御弁の閉弁時間)を制御するようにしている。
近年の筒内噴射エンジンは、図4に示すように、運転領域毎に目標燃圧を設定して燃圧を広範囲に制御するようになっており、エンジン停止直前のアイドル状態でも燃圧が8MPa程度の高圧に維持されるようになっている。このため、エンジン停止中に燃料噴射弁から漏れる燃料(油密)が多くなり、その漏れ燃料が筒内に溜まって次の始動時に未燃焼のまままま排出されてしまい、始動時の排気エミッションが悪化するという問題が発生する。図6に示すように、油密は燃圧が高くなるほど増加するため、油密を低減するには、エンジン停止時の燃圧を低下させることが効果的である。
一般に、筒内噴射エンジンは、高圧ポンプの吐出1回当たり燃料噴射弁の噴射が2〜3回行われるため、燃圧制御(高圧ポンプの吐出量制御)をフィードバック制御のみで行ったのでは過渡時の目標燃圧の変化に対する実燃圧の追従性を確保できない可能性がある。そこで、特許文献1(特許第3633388号公報)に記載されているように、目標燃圧と実燃圧との偏差に応じて制御量を設定するフィードバック制御に加え、要求燃料噴射量に応じて制御量を予測して設定するフィードフォワード制御を併用することで、過渡時の目標燃圧の変化に対する実燃圧の追従性を向上させるようにしたものがある。
しかし、この構成では、エンジン停止直前にフィードフォワード制御により高圧ポンプが噴射2〜3回分の燃料を吐出した直後に噴射が実行されずにエンジンが停止されると、図7に示すように、エンジン停止直前の高圧ポンプの吐出により燃圧が大きく上昇した状態でエンジンが停止されてしまうことになる。これにより、油密が益々増加するという問題が発生する。
この対策として、特許文献2(特開2005−133649号公報)に記載されているように、燃料噴射弁に高圧燃料を分配するデリバリパイプに、電磁リリーフ弁を介してリターン配管を接続して、エンジン停止信号が検知されたときに、電磁リリーフ弁を開放してデリバリパイプ内の燃料をリターン配管を通して燃料タンク内に戻すことで、燃圧を低下させるようにしたものがある。
しかし、この構成では、電磁リリーフ弁やその駆動回路とリターン配管を設ける必要があるため、コストアップの問題が避けられない。しかも、デリバリパイプ内の高圧の燃料が電磁リリーフ弁の開放により急激に大気圧付近(燃料タンク内圧)まで減圧されて燃料タンク内に戻されることになるため、燃料タンク内に戻される燃料にベーパ(気泡)が発生しやすくなり、次の始動時に燃料ポンプのベーパ吸い込みの問題が発生する。
また、特許文献3(特開2004−293354号公報)に記載されているように、エンジン停止条件が成立した後も、燃料噴射を継続して、実燃圧が目標燃圧まで低下してから、燃料噴射を停止してエンジンを停止させるようにしたものがある。
しかし、この構成では、エンジン停止条件が成立してから実際にエンジンが停止するまでに時間遅れが生じるため、運転者に違和感を感じさせる懸念がある。
特許第3633388号公報(第3頁〜第4頁等) 特開2005−133649号公報(第5頁〜第7頁等) 特開2004−293354号公報(第1頁)
上述したように、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用するF/F−F/B併用制御により高圧ポンプの吐出量を制御するシステムにおいて、油密の問題を改善しようとする従来技術では、コストアップ、ベーパ発生、エンジン停止時期の遅れの問題が発生する。
そこで、本発明の目的は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用するF/F−F/B併用制御により高圧ポンプの吐出量を制御するシステムにおいて、従来の油密低減技術におけるコストアップ、ベーパ発生、エンジン停止時期の遅れの問題を解決しながら内燃機関の停止中の油密を低減することができる筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、高圧ポンプから燃料噴射弁に供給される燃料の圧力(以下「燃圧」という)を検出する燃圧検出手段と、内燃機関の運転状態に応じて目標燃圧を設定する目標燃圧設定手段と、前記燃圧検出手段の検出燃圧を前記目標燃圧に一致させるように前記高圧ポンプの吐出量をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用するF/F−F/B併用制御により制御する燃圧制御手段とを備えたものにおいて、内燃機関の運転状態がアイドル状態のときには前記フィードフォワード制御を使用せずに前記フィードバック制御のみで高圧ポンプの吐出量を制御するF/B単独制御を実行するようにしたものである。
要するに、内燃機関が停止する際には、アイドル状態を経て停止するため、アイドル状態のときにF/B単独制御を実行すれば、内燃機関の停止直前にフィードフォワード制御により高圧ポンプが噴射2〜3回分の燃料を吐出することを未然に防止できて、内燃機関の停止時の燃圧を従来よりも低下させることができる。これにより、内燃機関の停止中の油密(燃料噴射弁からの燃料漏れ)を低減して始動時の排気エミッションを改善することができると共に、従来の油密低減技術におけるコストアップ、ベーパ発生、エンジン停止時期の遅れの問題を解決することができる。
この場合、請求項2のように、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、目標燃圧を通常よりも低圧側に設定してF/B単独制御を実行するようにしても良い。このように、アイドル状態のときに実行するF/B単独制御の目標燃圧を低下させれば、内燃機関の停止時の燃圧をより確実に低下させることができ、内燃機関の停止中の油密をより確実に低減することができる。
ところで、アイドル時であっても、例えば、内燃機関の未暖機時やエアコン等の補機類の負荷増大時のように、目標アイドル回転速度を上昇させるアイドルアップ制御が実行されることがあるが、このアイドルアップ制御実行時には、目標燃圧(要求燃料噴射量)が通常のアイドル時よりも上昇するため、フィードバック制御のみでは、アイドルアップ制御開始時の目標燃圧の変化に対する実燃圧の追従性が遅くなる可能性がある。また、非アイドル状態からアイドル状態に移行した直後は、まだ実燃圧が高くて、アイドル時の目標燃圧と実燃圧との偏差が大きいために、フィードバック制御のみでは、アイドル時の目標燃圧に対する実燃圧の追従性が遅くなる可能性がある。
この対策として、請求項3のように、内燃機関の運転状態がアイドル状態で、且つ、目標燃圧又は燃圧検出手段の検出燃圧が所定値以下のときにF/B単独制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、アイドル時であっても、アイドルアップ制御実行時のように、目標燃圧(要求燃料噴射量)が通常のアイドル時よりも上昇する場合、又はアイドル状態からアイドル状態に移行した直後でアイドル時の目標燃圧と実燃圧との偏差が大きい場合は、非アイドル時と同様にF/F−F/B併用制御を実行することができ、目標燃圧の変化に対する実燃圧の追従性を確保できる。
また、内燃機関の運転状態がアイドル状態から非アイドル状態に移行したときには、急速に燃圧を上昇させる必要があるが、F/B単独制御の実行中にフィードフォワード制御の制御量の演算を完全に停止すると、F/B単独制御からF/F−F/B併用制御に切り換えたときに、F/F−F/B併用制御の開始当初はフィードフォワード制御の制御量が有効に働かず、その分、燃圧上昇が遅れる可能性がある。
この対策として、請求項4のように、内燃機関の運転状態がアイドル状態でF/B単独制御を実行している期間も、フィードフォワード制御の制御量を演算する処理を続行し、内燃機関の運転状態がアイドル状態から非アイドル状態に移行したときに、その直前に演算したフィードフォワード制御の制御量を使用してF/F−F/B併用制御を直ちに開始するようにしても良い。このようにすれば、アイドル状態から非アイドル状態に移行したときに、F/F−F/B併用制御の開始当初からフィードフォワード制御の適正な制御量が有効に働き始めるため、急速に燃圧を上昇させることができ、加速性やドライバビリティを向上させることができる。
また、請求項5のように、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、フィードフォワード制御の制御量を徐々に減少させる徐変制御を暫く行った後にF/B単独制御に移行するようにしても良い。このようにすれば、F/F−F/B併用制御からF/B単独制御に切り換える際の高圧ポンプの制御量の急変を避けることができて、アイドル状態移行初期の燃圧安定性や内燃機関の回転安定性を向上させることができる。
また、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行した直後は過渡状態で燃圧や内燃機関の回転状態が不安定に変動している場合があることを考慮して、請求項6のように、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行してから所定期間が経過するまでF/F−F/B併用制御を継続し、当該所定期間が経過した後にF/B単独制御に移行するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の運転状態がアイドル状態に移行してから燃圧制御状態や内燃機関の回転状態が安定するのを待ってF/F−F/B併用制御からF/B単独制御に切り換えることができ、F/B単独制御に切り換える際の燃圧安定性や内燃機関の回転安定性を向上させることができる。
また、請求項7のように、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、燃圧検出手段の検出燃圧と目標燃圧との偏差に応じてフィードバック制御の比例ゲインを設定してF/B単独制御を開始するようにしても良い。このようにすれば、検出燃圧と目標燃圧との偏差が大きくなるほど、比例ゲインを大きくしてF/B単独制御を実行できるので、F/B単独制御実行時の目標燃圧に対する実燃圧(検出燃圧)の追従性を向上させることができる。
また、フィードバック制御実行時(F/B単独制御実行時)に、少なくとも比例項と積分項を演算して制御量を求める場合は、請求項8のように、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、フィードフォワード制御の制御量をフィードバック制御の積分項の初期値にセットしてF/B単独制御を開始するようにしても良い。このようにすれば、F/F−F/B併用制御からF/B単独制御に切り換える際に、その切り換えの前後で高圧ポンプの制御量が急変することを回避することができ、安定した燃圧制御が可能となる。
更に、請求項9のように、内燃機関の運転状態がアイドル状態から非アイドル状態に移行したときに、フィードバック制御の積分項の値をフィードフォワード制御の制御量の初期値にセットしてF/F−F/B併用制御を開始するようにしても良い。このようにすれば、アイドル状態から非アイドル状態に移行したときに、F/F−F/B併用制御開始当初からフィードフォワード制御の適正な制御量が有効に働き始めるため、急速に燃圧を上昇させることができ、加速性やドライバビリティを向上させることができる。
また、請求項10のように、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行し、且つ、燃圧検出手段の検出燃圧と目標燃圧との偏差が所定値以内になったときに、フィードフォワード制御の制御量をフィードバック制御の積分項の初期値にセットしてF/B単独制御を開始するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の運転状態がアイドル状態に移行してから燃圧制御状態が安定するのを待ってF/F−F/B併用制御から適正な積分項を持つF/B単独制御に切り換えることができ、F/B単独制御に切り換える際の燃圧安定性を更に向上させることができる。
また、請求項11のように、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、フィードバック制御の積分項の初期値をその時の運転状態や燃圧に応じて設定してF/B単独制御を開始するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、その時の運転状態や燃圧に適合したF/B単独制御を実行することができ、安定した燃圧制御が可能となる。
また、請求項12のように、内燃機関の始動からの経過時間が所定時間以内の場合、又は、内燃機関の冷却水温が所定温度以下の場合は、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行しても、F/B単独制御に移行せず、F/F−F/B併用制御を継続するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の始動直後の回転状態が不安定な時期や、内燃機関の暖機が完了していない時期に、F/F−F/B併用制御からF/B単独制御に切り換えられることを未然に防止でき、安定した燃圧制御が可能となる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
本発明の実施例1を図1乃至図9に基づいて説明する。
まず、図1に基づいて筒内噴射エンジンの燃料供給システム全体の構成を説明する。
燃料を貯溜する燃料タンク11内には、燃料を汲み上げる低圧ポンプ12が設置されている。この低圧ポンプ12は、バッテリ(図示せず)を電源とする電動モータ(図示せず)によって駆動される。この低圧ポンプ12から吐出される燃料は、燃料配管13を通して高圧ポンプ14に供給される。燃料配管13には、プレッシャレギュレータ15が接続され、このプレッシャレギュレータ15によって低圧ポンプ12の吐出圧(高圧ポンプ14への燃料供給圧力)が所定圧力に調圧され、その圧力を越える燃料の余剰分は燃料戻し管16により燃料タンク11内に戻されるようになっている。
図2に示すように、高圧ポンプ14は、円筒状のポンプ室18内でピストン19を往復運動させて燃料を吸入/吐出するピストンポンプであり、ピストン19は、エンジンのカム軸20に嵌着されたカム21の回転運動によって駆動される。この高圧ポンプ14の吸入口23側には、常開型の電磁弁からなる燃圧制御弁22が設けられている。高圧ポンプ14の吸入行程(ピストン19の下降時)においては、燃圧制御弁22が開弁されてポンプ室18内に燃料が吸入され、吐出行程(ピストン19の上昇時)においては、燃圧制御弁22の閉弁時間(閉弁開始時期からピストン19の上死点までの閉弁状態の時間)を制御することで、高圧ポンプ14の吐出量を制御して燃圧(吐出圧力)を制御する。
つまり、燃圧を上昇させるときには、燃圧制御弁22の閉弁開始時期(通電時期)を進角させることで、燃圧制御弁22の閉弁時間を長くして高圧ポンプ14の吐出量を増加させ、逆に、燃圧を低下させるときには、燃圧制御弁22の閉弁開始時期(通電時期)を遅角させることで、燃圧制御弁22の閉弁時間を短くして高圧ポンプ14の吐出量を減少させる。
一方、高圧ポンプ14の吐出口24側には、吐出した燃料の逆流を防止する逆止弁25が設けられている。図1に示すように、高圧ポンプ14から吐出された燃料は、高圧燃料配管26を通してデリバリパイプ27に送られ、このデリバリパイプ27からエンジンのシリンダヘッドに気筒毎に取り付けられた燃料噴射弁28に高圧の燃料が分配される。高圧燃料配管26には、燃圧を検出する燃圧センサ29(燃圧検出手段)が設けられ、エンジンのシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ32が設けられている。
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)30に入力される。このECU30は、マイクロコンピュータを主体として構成され、図4に示すように、要求トルクとエンジン回転速度Neで区分された運転領域毎に目標燃圧を設定する目標燃圧設定手段として機能すると共に、燃圧センサ29の検出燃圧(実燃圧)を目標燃圧に一致させるように高圧ポンプ14の吐出量(燃圧制御弁22の通電時期)を制御する燃圧制御手段35として機能する。
図3に示すように、燃圧制御手段35は、燃圧センサ29の検出燃圧(実燃圧)と目標燃圧との偏差に応じてフィードバック制御量(F/B制御量)を設定するフィードバック制御部36と、要求燃料噴射量とエンジン回転速度Neに応じて図5のマップによりフィードフォワード制御量(F/F制御量)を設定するフィードフォワード制御部37と、燃圧制御モードをF/F−F/B併用制御とF/B単独制御との間で切り換える制御切換部38とから構成されている。
制御切換部38は、エンジン運転状態が非アイドル状態(アイドル信号OFF)のときには、フィードフォワード制御部37の出力(F/F制御量)を有効化して、このフィードフォワード制御部37の出力(F/F制御量)をフィードバック制御部36の出力(F/B制御量)に加算して高圧ポンプ14の制御量を設定するF/F−F/B併用制御に切り換え、エンジン運転状態がアイドル状態(アイドル信号ON)のときには、フィードフォワード制御部37の出力(F/F制御量)を無効化して、フィードバック制御部36の出力(F/B制御量)のみを使用するF/B単独制御に切り換える。この際、F/F制御量の無効化は、フィードフォワード制御部37の演算動作を完全に停止させても良いし、F/F制御量の演算を停止させずに、F/F制御量をF/B制御量に加算する処理のみを停止させるようにしても良い。
ここで、エンジン運転状態が非アイドル状態(アイドル信号OFF)からアイドル状態(アイドル信号ON)に移行したときに、高圧ポンプ14の吐出量制御(燃圧制御)をF/F−F/B併用制御からF/B単独制御に切り換える理由を説明する。
筒内噴射エンジン11は、高圧ポンプ14の吐出1回当たり燃料噴射弁28の噴射が2〜3回行われるため、高圧ポンプ14の吐出量制御をフィードバック制御のみで行ったのでは過渡時の目標燃圧の変化に対する実燃圧の追従性を確保できない可能性がある。この対策として、本実施例1では、燃料噴射量が多くなる非アイドル時(アイドル信号OFF時)には、目標燃圧と実燃圧との偏差に応じて制御量を設定するフィードバック制御に加え、要求燃料噴射量等に応じて制御量を予測して設定するフィードフォワード制御を併用するF/F−F/B併用制御を実行するようにしている。
従来システムでは、エンジン停止直前にフィードフォワード制御により高圧ポンプが噴射2〜3回分の燃料を吐出した直後に噴射が実行されずにエンジンが停止されることがあり、その結果、図7に一点鎖線で示すように、エンジン停止直前の高圧ポンプの吐出により燃圧が大きく上昇した状態でエンジンが停止されてしまうことがある。このため、エンジン停止中に燃料噴射弁から漏れる燃料(油密)が多くなり、その漏れ燃料が筒内に溜まって次の始動時に未燃焼のまままま排出されてしまい、始動時の排気エミッションが悪化するという問題が発生する。図6に示すように、油密は燃圧が高くなるほど増加するため、油密を低減するには、エンジン停止時の燃圧を低下させることが効果的である。
そこで、本実施例1では、エンジンが停止する際には、アイドル状態(アイドル信号ON)を経て停止することに着目して、エンジン運転状態が非アイドル状態(アイドル信号OFF)からアイドル状態(アイドル信号ON)に移行したときに、フィードフォワード制御部37の出力(F/F制御量)を無効化して、フィードバック制御部36の出力(F/B制御量)のみを使用するF/B単独制御に切り換える。このようにすれば、エンジン停止直前にフィードフォワード制御により高圧ポンプ14が噴射2〜3回分の燃料を吐出することを未然に防止できて、エンジン停止時の燃圧を従来よりも低下させて油密を低減させることができる。
更に、本実施例1では、図6に示すように、エンジン停止中の燃圧が高くなるほど油密が増加するという事情を考慮して、エンジン運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、目標燃圧を通常よりも低圧(例えば4MPa程度)に設定してF/B単独制御を実行するようにしている。これにより、エンジン停止時の燃圧をより確実に低下させることができ、エンジン停止中の油密をより確実に低減することができる。
以上説明した本実施例1の高圧ポンプ14の吐出量制御(燃圧制御)は、ECU30によって図8及び図9の各ルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。
[目標燃圧演算ルーチン]
図8の目標燃圧演算ルーチンは、ECU30の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう目標燃圧設定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、エンジン回転速度Neを読み込んだ後、ステップ102に進み、運転者が要求するエンジントルクである要求トルクを読み込む。
この後、ステップ103に進み、アイドル時であるか否かを判定する。その結果、アイドル時ではないと判定されたときには、ステップ104に進み、図4に示す通常の目標燃圧のマップを参照して、現在のエンジン回転速度Neと要求トルクに応じた通常の目標燃圧を算出する。この通常の目標燃圧のマップは、エンジン回転速度Neが高くなるほど又は要求トルクが大きくなるほど目標燃圧が高くなるように設定されている。例えば、低回転・低負荷領域では目標燃圧が例えば8MPaに設定され、中回転・中負荷領域では目標燃圧が例えば10MPaに設定され、高回転・高負荷領域では目標燃圧が例えば12〜14MPaに設定されている。
一方、上記ステップ103で、アイドル時と判定されたときには、ステップ105に進み、アイドル時の目標燃圧を設定する。このアイドル時の目標燃圧は、非アイドル時の燃圧制御範囲(例えば8〜14MPa)よりも低い燃圧(例えば4MPa)に設定されている。
[高圧ポンプ制御ルーチン]
図9の高圧ポンプ制御ルーチンは、ECU30の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう燃圧制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、アイドル時であるか否かを判定する。その結果、アイドル時ではないと判定されれば、F/F−F/B併用制御を実行するために、ステップ202に進み、燃圧センサ29の検出燃圧(実燃圧)と目標燃圧との偏差に応じてF/B制御量を設定するフィードバック制御(F/B制御)を実行すると共に、次のステップ203で、要求燃料噴射量とエンジン回転速度Neに応じて図5のマップによりF/F制御量を設定するフィードフォワード制御(F/F制御)を実行する。
これに対して、上記ステップ201で、アイドル時であると判定されれば、ステップ204に進み、フィードバック制御のみで高圧ポンプ14の制御量を設定するF/B単独制御を実行する。
以上説明した本実施例1によれば、アイドル時にフィードバック制御のみで高圧ポンプ14の制御量を設定するF/B単独制御に切り換えるため、エンジン停止直前にフィードフォワード制御により高圧ポンプ14が噴射2〜3回分の燃料を吐出することを未然に防止できて、エンジン停止時の燃圧を従来よりも低下させことができる(図7参照)。これにより、エンジン停止中の油密を低減して始動時の排気エミッションを改善することができると共に、従来の油密低減技術におけるコストアップ、ベーパ発生、エンジン停止時期の遅れの問題を解決することができる。
ところで、上記実施例1では、アイドル時にF/B単独制御に切り換えるようにしたが、アイドル時であっても、例えばエンジン未暖機時やエアコン等の補機類の負荷増大時のように、目標アイドル回転速度を上昇させるアイドルアップ制御が実行されるときには、目標燃圧(要求燃料噴射量)が通常のアイドル時よりも上昇するため、フィードバック制御のみでは、アイドルアップ制御開始時の目標燃圧の変化に対する実燃圧の追従性が遅くなる可能性がある。また、非アイドル状態からアイドル状態に移行した直後は、まだ実燃圧が高くて、アイドル時の目標燃圧と実燃圧との偏差が大きいために、フィードバック制御のみでは、アイドル時の目標燃圧に対する実燃圧の追従性が遅くなる可能性がある。
そこで、本発明の実施例2では、F/B単独制御の実行条件を、(1) アイドル時で、且つ(2) 目標燃圧(又は燃圧センサ29の検出燃圧)が所定値未満とすることで、アイドル時であっても、目標燃圧(又は燃圧センサ29の検出燃圧)が所定値以上であれば、F/B単独制御に切り換えずにF/F−F/B併用制御を実行するようにしている。
本実施例2で実行する図10の高圧ポンプ制御ルーチンは、前記実施例1で説明した図9の高圧ポンプ制御ルーチンのステップ201の次にステップ201aの判定処理を追加したものであり、その他の各ステップの処理は同じである。
図10の高圧ポンプ制御ルーチンでは、ステップ201でアイドル時と判定されると、ステップ201aに進み、目標燃圧(又は燃圧センサ29の検出燃圧)が所定値よりも低いか否かを判定する。ここで、所定値は、例えば、通常のアイドル時の目標燃圧よりも少し高い燃圧で、アイドルアップ制御実行時の目標燃圧よりも低い燃圧に設定されている。そして、このステップ201aで、目標燃圧(又は燃圧センサ29の検出燃圧)が所定値以上と判定されれば、ステップ202、203に進み、アイドル時であっても、非アイドル時と同様にF/F−F/B併用制御を実行する。
これに対して、上記ステップ201aで、目標燃圧(又は燃圧センサ29の検出燃圧)が所定値よりも低いと判定されれば、ステップ204に進み、F/B単独制御を実行する。
以上説明した本実施例2によれば、アイドル時であっても、アイドルアップ制御実行時のように、目標燃圧(要求燃料噴射量)が通常のアイドル時よりも上昇する場合(又はアイドル状態からアイドル状態に移行した直後でアイドル時の目標燃圧と実燃圧との偏差が大きい場合)には、非アイドル時と同様にF/F−F/B併用制御を実行することができ、目標燃圧に対する実燃圧の追従性を確保できる。
本発明の実施例3で実行する図11の高圧ポンプ制御ルーチンは、前記実施例2で説明した図10の高圧ポンプ制御ルーチンのステップ201の前に2つのステップ199、200の判定処理を追加したものであり、その他の各ステップの処理は同じである。
本ルーチンが起動されると、まずステップ199で、エンジン始動から所定時間以上経過したか否かを判定する。ここで、所定時間は、例えば温間再始動後(暖機状態のエンジンを再始動した後)にエンジン回転状態が安定するまでに必要な経過時間に相当する時間に設定されている。このステップ199で、エンジン始動から所定時間以上経過していないと判定されれば、エンジン回転状態が安定していないと判断して、アイドル状態であるか否かを問わず、ステップ202、203に進み、F/F−F/B併用制御を実行する。
一方、上記ステップ199で、エンジン始動から所定時間以上経過していると判定されれば、ステップ200に進み、冷却水温センサ32で検出した冷却水温が暖機完了温度に相当する所定水温よりも高いか否かで、エンジンの暖機が完了しているか否かを判定する。その結果、冷却水温が所定水温以下と判定されれば、エンジンの暖機が完了していないと判断して、ステップ202、203に進み、F/F−F/B併用制御を実行する。
これに対して、上記ステップ200で、冷却水温が所定水温よりも高いと判定されれば、エンジンの暖機が完了していると判断して、ステップ201に進み、アイドル時であるか否かを判定し、アイドル時であれば、ステップ201aに進み、目標燃圧(又は燃圧センサ29の検出燃圧)が所定値よりも低いか否かを判定し、目標燃圧(又は燃圧センサ29の検出燃圧)が所定値よりも低ければ、ステップ204に進み、F/B単独制御を実行する。
要するに、本実施例3のF/B単独制御の実行条件は、次の(1) 〜(4) の条件を全て満たすことである。
(1) エンジン始動から所定時間以上経過していること(始動直後のエンジン回転が不安定な時期を過ぎていること)
(2) 冷却水温が所定水温よりも高いこと(エンジンの暖機が完了していること)
(3) アイドル時であること
(4) 目標燃圧(又は燃圧センサ29の検出燃圧)が所定値よりも低いこと
これら4つの条件(1) 〜(4) のうち1つでも満たさない条件があれば、F/B単独制御の実行条件が不成立となり、F/F−F/B併用制御を実行し、4つの条件(1) 〜(4) を全て満たしたときのみ、F/B単独制御を実行する。
以上説明した本実施例3によれば、アイドル時であっても、始動直後でエンジン回転が不安定な状態であったり、アイドルアップ制御実行時のように、目標燃圧(要求燃料噴射量)が通常のアイドル時よりも上昇する場合(又はアイドル状態からアイドル状態に移行した直後でアイドル時の目標燃圧と実燃圧との偏差が大きい場合)には、非アイドル時と同様にF/F−F/B併用制御を実行することができ、目標燃圧に対する実燃圧の追従性を確保できる。
エンジン運転状態がアイドル状態(アイドル信号ON)から非アイドル状態(アイドル信号OFF)に移行したときには、急速に燃圧を上昇させる必要があるが、F/B単独制御の実行中にフィードフォワード制御の制御量(F/F制御量)の演算を完全に停止すると、F/B単独制御からF/F−F/B併用制御に切り換えたときに、F/F−F/B併用制御の開始当初はフィードフォワード制御の制御量(F/F制御量)が有効に働かず、その分、燃圧上昇が遅れる可能性がある。
この対策として、図12に示す本発明の実施例4では、エンジン運転状態がアイドル状態(アイドル信号ON)でF/B単独制御を実行している期間も、F/F制御量を内部的に演算する処理を続行し、エンジン運転状態がアイドル状態(アイドル信号ON)から非アイドル状態(アイドル信号OFF)に移行した時点t1 で、その直前に演算したF/F制御量を使用してF/F−F/B併用制御を直ちに開始するようにしている。このようにすれば、アイドル状態から非アイドル状態に移行したときに、F/F−F/B併用制御の開始当初から適正なF/F制御量が有効に働き始めるため、急速に燃圧を上昇させることができ、加速性やドライバビリティを向上させることができる。
図13に示す本発明の実施例5では、エンジン運転状態が非アイドル状態(アイドル信号OFF)からアイドル状態(アイドル信号ON)に移行した時点t1 で、F/F制御量を徐々に減少させる徐変制御を実行し、この徐変制御を所定時間Δtだけ行った時点t2 で、F/B単独制御に移行するようにしている。このようにすれば、F/B単独制御に切り換える前後でF/B制御量の急変を避けることができて、アイドル状態移行初期の燃圧安定性やエンジンの回転安定性を向上させることができる。
尚、徐変制御の実行時間はタイマで設定しても良いし、F/F制御量が所定値以下(又はほぼ0)に減少するまで徐変制御を実行するようにしても良い。
図14に示す本発明の実施例6では、エンジン運転状態が非アイドル状態(アイドル信号OFF)からアイドル状態(アイドル信号ON)に移行してから所定のディレイ時間Δtが経過するまでF/F−F/B併用制御を継続し、当該ディレイ時間Δtが経過した時点t2 で、F/B単独制御に移行するようにしている。このようにすれば、エンジン運転状態がアイドル状態に移行してから燃圧制御状態やエンジン回転状態が安定するのを待ってF/F−F/B併用制御からF/B単独制御に切り換えることができ、F/B単独制御に切り換える際の燃圧安定性やエンジンの回転安定性を向上させることができる。
尚、ディレイ時間Δtは予め設定した一定時間であっても良いし、非アイドル状態からアイドル状態に移行した時の燃圧やエンジン運転状態(エンジン回転速度等)に基づいて燃圧制御状態やエンジン回転状態が安定するまでに要する時間を予測して、それをディレイ時間Δtに設定するようにしても良い。
図15及び図16に示す本発明の実施例7では、エンジン運転状態が非アイドル状態(アイドル信号OFF)からアイドル状態(アイドル信号ON)に移行した時点t1 で、目標燃圧をアイドル時の目標燃圧(例えば4MPa)に低下させると共に、目標燃圧と実燃圧(燃圧センサ29の検出燃圧)との偏差に応じてフィードバック制御の比例ゲインを図16のマップにより設定して、フィードバック制御のみを使用するF/B単独制御を開始し、このF/B単独制御の実行中も目標燃圧と実燃圧との偏差に応じて図16のマップにより比例ゲインを設定するようにしている。図16のマップの特性は、目標燃圧と実燃圧との偏差(絶対値)が大きくなるほど比例ゲインが大きくなるように設定されている。
この場合、フィードバック制御(F/B単独制御)は、比例項(P項)と積分項(I項)を演算するPI制御を用いたり、或は、比例項(P項)と積分項(I項)に微分項(D項)を加えたPID制御を用いても良い。PI制御、PID制御のいずれの場合も、P項は、比例ゲインに目標燃圧と実燃圧との偏差を乗算して求められる。
P項=比例ゲイン×(目標燃圧−実燃圧)
PI制御によるF/B制御量=P項+I項
PID制御によるF/B制御量=P項+I項+D項
この構成では、非アイドル状態からアイドル状態に移行した時点t1 では、目標燃圧と実燃圧との偏差(絶対値)が大きいため、F/B単独制御開始時の比例ゲインが大きな値に設定される。これにより、F/B単独制御開始当初からフィードバック制御(F/B単独制御)のP項が大きくなってF/B制御量が大きくなるため、F/B単独制御開始当初から十分なF/B制御量(高圧ポンプ14の制御量)を確保できて、F/B単独制御実行時の目標燃圧に対する実燃圧(検出燃圧)の追従性を向上させることができる。
本発明の実施例8を図17及び図18に基づいて説明する。本実施例8では、フィードバック制御(F/B単独制御)をPI制御又はPID制御により実行するシステムにおいて、図17に示すように、エンジン運転状態が非アイドル状態(アイドル信号OFF)からアイドル状態(アイドル信号ON)に移行した時点t1 で、フィードフォワード制御の制御量(F/F制御量)をフィードバック制御のI項の初期値にセットしてF/B単独制御を開始する。その後、図18に示すように、エンジン運転状態がアイドル状態(アイドル信号ON)からアイドル状態(アイドル信号OFF)に移行した時点t2 で、フィードバック制御(F/B単独制御)のI項の値をフィードフォワード制御の制御量(F/F制御量)の初期値にセットしてF/F−F/B併用制御を開始する。
本実施例8によれば、F/F−F/B併用制御からF/B単独制御に切り換える際に、F/F制御量をフィードバック制御のI項の初期値にセットしてF/B単独制御を開始するようにしたので、F/F−F/B併用制御からF/B単独制御に切り換える際に、その切り換えの前後で高圧ポンプ14の制御量が急変することを回避することができ、安定した燃圧制御が可能となる。
また、F/B単独制御からF/F−F/B併用制御に切り換える際に、フィードバック制御(F/B単独制御)のI項の値をフィードフォワード制御の制御量(F/F制御量)の初期値にセットしてF/F−F/B併用制御を開始するようにしたので、F/F−F/B併用制御開始当初から適正なF/F制御量が有効に働き始めるようになる。これにより、F/F−F/B併用制御開始後に、急速に燃圧を上昇させることができ、加速性やドライバビリティを向上させることができる。
図19に示す本発明の実施例9では、エンジン運転状態が非アイドル状態(アイドル信号OFF)からアイドル状態(アイドル信号ON)に移行した時点t1 で、目標燃圧をアイドル時の目標燃圧(例えば4MPa)に低下させるが、F/F−F/B併用制御を暫く継続する。そして、目標燃圧と実燃圧(燃圧センサ29の検出燃圧)との偏差が所定値以内になった時点t2 で、その時のF/F制御量をフィードバック制御のI項の初期値にセットしてF/F−F/B併用制御からF/B単独制御に切り換える。
このようにすれば、エンジン運転状態がアイドル状態に移行してから燃圧制御状態が安定するのを待ってF/F−F/B併用制御から適正なI項を持つF/B単独制御に切り換えることができ、F/B単独制御に切り換える際の燃圧安定性を更に向上させることができる。
図20に示す本発明の実施例9では、エンジン運転状態が非アイドル状態(アイドル信号OFF)からアイドル状態(アイドル信号ON)に移行した時点t1 で、フィードバック制御のI項の初期値をその時のエンジン運転状態(エンジン回転速度Ne等)や燃圧に応じて図21のI項マップにより設定してF/B単独制御を開始する。図21のI項マップは、予め、適合工程等で作成したものを使用すれば良い。
このようにすれば、エンジン運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、その時のエンジン運転状態や燃圧に適合したF/B単独制御を実行することができ、安定した燃圧制御が可能となる。
本発明の実施例1における燃料噴射システム全体の概略構成を示す図である。 高圧ポンプの構成図である。 燃圧制御手段の機能を説明するブロック図である。 通常の目標燃圧のマップの一例を概念的に示す図である。 要求燃料噴射量等に応じてF/F制御量を設定するマップの一例を概念的に示す図である。 燃圧と油密(燃料漏れ量)との関係を示す図である。 エンジン停止後の燃圧挙動の一例を示すタイムチャートである。 実施例1の目標燃圧演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例1の高圧ポンプ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例2の高圧ポンプ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例3の高圧ポンプ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例4の制御例を示すタイムチャートである。 実施例5の制御例を示すタイムチャートである。 実施例6の制御例を示すタイムチャートである。 実施例7の制御例を示すタイムチャートである。 目標燃圧と実燃圧との偏差に応じて比例ゲインを設定するマップの一例を概念的に示す図である。 実施例8の制御例を示すタイムチャートである(その1)。 実施例8の制御例を示すタイムチャートである(その2)。 実施例9の制御例を示すタイムチャートである。 実施例10の制御例を示すタイムチャートである。 エンジン回転速度Neと燃圧に応じてI項を設定するマップを概念的に示す図である。
符号の説明
11…燃料タンク、12…低圧ポンプ、14…高圧ポンプ、19…ピストン、20…カム軸、21…カム、22…燃圧制御弁、25…逆止弁、26…高圧燃料配管、27…デリバリパイプ、28…燃料噴射弁、29…燃圧センサ(燃圧検出手段)、30…ECU(目標燃圧設定手段,燃圧制御手段)、31…イグニッションスイッチ、32…冷却水温センサ、35…燃圧制御手段、36…フィードバック制御部、37…フィードフォワード制御部、38…制御切換部

Claims (12)

  1. 高圧ポンプにより燃料を高圧にして燃料噴射弁に供給し、この燃料噴射弁から燃料を気筒内に直接噴射する筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置において、
    前記高圧ポンプから前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力(以下「燃圧」という)を検出する燃圧検出手段と、
    内燃機関の運転状態に応じて目標燃圧を設定する目標燃圧設定手段と、
    前記燃圧検出手段の検出燃圧を前記目標燃圧に一致させるように前記高圧ポンプの吐出量をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用するF/F−F/B併用制御により制御する燃圧制御手段とを備え、
    前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態がアイドル状態のときには前記フィードフォワード制御を使用せずに前記フィードバック制御のみで前記高圧ポンプの吐出量を制御するF/B単独制御を実行することを特徴とする筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  2. 前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、前記目標燃圧設定手段により前記目標燃圧を通常よりも低圧側に設定して前記F/B単独制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  3. 前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態がアイドル状態で、且つ、前記目標燃圧又は前記燃圧検出手段の検出燃圧が所定値以下のときに前記F/B単独制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  4. 前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態がアイドル状態で前記F/B単独制御を実行している期間も、前記フィードフォワード制御の制御量を演算する処理を続行し、内燃機関の運転状態がアイドル状態から非アイドル状態に移行したときに、その直前に演算した前記フィードフォワード制御の制御量を使用して前記F/F−F/B併用制御を直ちに開始することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  5. 前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、前記フィードフォワード制御の制御量を徐々に減少させる徐変制御を暫く行った後に前記F/B単独制御に移行することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  6. 前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行してから所定期間が経過するまで前記F/F−F/B併用制御を継続し、当該所定期間が経過した後に前記F/B単独制御に移行することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  7. 前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、前記燃圧検出手段の検出燃圧と前記目標燃圧との偏差に応じて前記フィードバック制御の比例ゲインを設定して前記F/B単独制御を開始することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  8. 前記フィードバック制御では、少なくとも比例項と積分項を演算して制御量を求め、
    前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、前記フィードフォワード制御の制御量を前記フィードバック制御の積分項の初期値にセットして前記F/B単独制御を開始することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  9. 前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態がアイドル状態から非アイドル状態に移行したときに、前記フィードバック制御の積分項の値を前記フィードフォワード制御の制御量の初期値にセットして前記F/F−F/B併用制御を開始することを特徴とする請求項8に記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  10. 前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行し、且つ、前記燃圧検出手段の検出燃圧と前記目標燃圧との偏差が所定値以内になったときに、前記フィードフォワード制御の制御量を前記フィードバック制御の積分項の初期値にセットして前記F/B単独制御を開始することを特徴とする請求項8に記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  11. 前記フィードバック制御では、少なくとも比例項と積分項を演算して制御量を求め、
    前記燃圧制御手段は、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行したときに、前記フィードバック制御の積分項の初期値をその時の運転状態や燃圧に応じて設定して前記F/B単独制御を開始することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
  12. 前記燃圧制御手段は、内燃機関の始動からの経過時間が所定時間以内の場合、又は、内燃機関の冷却水温が所定温度以下の場合は、内燃機関の運転状態が非アイドル状態からアイドル状態に移行しても、前記F/B単独制御に移行せず、前記F/F−F/B併用制御を継続することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置。
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