JP2606292B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばディーゼルエンジン用燃料噴射ポン
プの燃料調節部材を電気的に調節して燃料量を制御する
燃料噴射制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の燃料噴射制御装置のうち、スピル型の
燃料噴射ポンプの燃料量を調節する装置として、特開昭
59−180043号公報に記載されているものが知られてい
る。すなわち、本装置では、燃料噴射ポンプの燃料調節
部材の作動量を検出するセンサを設け、このセンサから
の実位置信号をフィードバックして生成された制御信号
に応じて燃料調節部材を目標位置に制御するものであ
る。

この技術におけるフィードバック制御では、高度な制
御の必要性からコンピュータによるディジタル演算処理
が実施されており、また、安定性や速応性を改善するた
めに、微分補償や積分補償を付加した制御（PID制御）
が行われている。すなわち、コンピュータ内での演算処
理は、サンプリング周期Ｔにてセンサからの実位置信号
を読み込み、現在の実位置信号Ｐ（ｋ）と前回の実位置
信号Ｐ（ｋ−１）との差分量を求め、次式（１）により
この差分量をサンプリング周期Ｔにて除算することによ
り微分値を求める。そして、この微分値、実位置信号を
用いるとともに、積分値も加えてPID制御を行ってい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の制御では、微分値を上式（１）に基づ
いたディジタル演算処理から求めている。このような制
御において制御性能の向上を図ろうと制御速度を高める
ためには、サンプリングを周期Ｔを短くする必要がある
が、該周期Ｔを短くすると、差分量｛Ｐ（ｋ）−Ｐ（ｋ
−１）｝が小さくなり、センサの分解能やノイズの影響
やディジタル化に伴う量子化誤差の影響を受けやすくな
る。したがって、差分量のサンプリング誤差が大きくな
り、正確な微分信号が得られなくなる。このため、フィ
ードバック制御信号自体もノイズ等により精度が低下す
るという問題点がある。

本発明は、上記従来の技術の問題点を解消するために
なされたもので、燃料噴射ポンプの燃料調節部材のフィ
ードバック制御に用いる微分信号として、アナログ処理
した信号を使用することにより、高速、かつ高精度を両
立させた燃料噴射装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためになされた本発明は、第１
図に示すように、 燃料噴射ポンプM1に設けられた燃料調節部材M2を、目
標位置にフィードバック制御することによりエンジンM3
の燃料量を調節する燃料噴射制御装置において、 燃料調節部材M2の作動位置に応じた実位置信号に応じ
たアナログ信号を出力する位置検出手段M4と、 この位置検出手段M4からの実位置信号に応じたアナロ
グ信号を微分処理して微分信号を出力する微分回路M5
と、 エンジンM1の運転状態に基づいて目標燃料量を算出
し、該算出結果に基づいて燃料調節部材M2の目標位置信
号を出力する目標位置出力手段M6と、 この目標位置信号、上記位置検出手段M4からの実位置
および微分回路M5からの微分信号に基づいて、燃料調節
部材M2を目標位置にフィードバック制御するための燃料
調節部材M2の駆動量を算出する駆動制御手段M7とを備
え、 上記微分回路M5を抵抗及びコンデンサを含むアナログ
回路から構成するとともに、上記目標位置出力手段M6及
び駆動制御手段M7をデジタル演算回路にて構成したこと
を特徴とする。

［作用］ 本発明の構成により、エンジンの燃料量は、燃料噴射
ポンプM1の燃料調節部材M2をエンジンの運転状態に応じ
て算出された目標位置にフィードバック制御することに
より行われる。すなわち、目標位置出力手段M6にて、エ
ンジンの運転状態に基づいた目標燃料量が算出され、こ
の算出結果に応じた燃料調節部材M2の目標位置信号が駆
動制御手段M7に出力される。一方、位置検出手段M4によ
って検出された燃料調節部材M2の実位置信号は、駆動制
御手段M7に直接入力されるとともに、アナログ回路で構
成された微分回路M5にも入力される。微分回路M5では、
実位置信号を微分した微分信号をアナログ信号として駆
動制御手段M7に出力する。駆動制御手段M7は、この微分
信号、実位置信号および目標位置信号を用いて燃料調節
部材M2が目標位置になるようにフィードバック制御す
る。

したがって、本発明によれば、燃料調節部材M2の作動
位置をフィードバック制御する際に用いる微分信号とし
て、微分回路M5からのアナログ信号を用いているので、
サンプリング周期を短くとって制御の高速化を図って
も、ノイズの影響の少ない微分信号が得られる。よっ
て、この微分信号を用いることにより、高速、かつ高精
度に燃料噴射制御が行えることになる。

［実施例］ 以下の本発明の燃料噴射制御装置の実施例の構成につ
いて説明する。第２図は本発明による第１実施例として
の燃料噴射制御装置全体のブロック構成図を示す。

本実施例は、ディーゼルエンジンの列型燃料噴射ポン
プに適用した例であり、燃料噴射ポンプのガバナＧおよ
びこれを制御する電子式の制御装置Ｅとを制御の主要な
構成としている。電子制御装置Ｅ内６の噴射量演算部１
は、エンジン回転数、アクセル開度等の運転状態から基
本噴射量を求め、これを水温等の他のパラメータにより
補正して目標噴射量を演算し、これを目標位置信号Prと
して出力する。この目標位置信号Prは、駆動制御手段を
なすサーボコントローラ２に入力される。サーボコント
ローラ２は、後述するガバナＧ内のコントロールラック
（燃料調節部材）５の位置を検出するラック位置検出セ
ンサ６からの実位置信号Ｐ、およびこの実位置信号Ｐを
微分する微分演算部７からの微分信号を入力として、
目標位置信号Prに一致するように比例・微分補償を行
い、電流指令値Irを電流サーボ部８に出力するものであ
る。すなわち、サーボコントローラ２は、目標位置信号
Prと、実位置信号Ｐとの差分量ｅを減算器11aにて求め
て、この算出結果に所定のゲインKpを乗算することによ
り比例補償の演算値Kp・ｅを求め、さらに微分信号に
所定ゲインKdを乗算することにより、微分補償の演算値
Kd・を求め、そして、減算器11bにてKp・ｅからKd・
を減算することにより、微分補償を行った電流指令値
Irを求め、これを電流サーボ部８へ出力する。

電流サーボ部８は、電流指令値Irに従ってパルス幅変
調（PWM）を行うとともに、該電流をフィードバックす
ることにより燃料噴射ポンプのガバナＧのリニアソレノ
イド12への電流Ｉを指令値Irに一致させるものである。

この燃料噴射ポンプのガバナＧは、第３図に示す構成
を備えている。第３図において、ケーシング21内の図示
上部には、電流装置23が設けられている。この電磁装置
23は、リニアソレノイド12間にプランジャ25が貫挿さ
れ、このプランジャ25の先端には、連結部材27を介して
燃料噴射量の調節を行う上述したコントロールラック５
が連結されている。また、コントロールラック５の一端
には、レバー29を介してラック位置検出センサ６の位置
検出部材31が連結されている。この連結部材31は、コイ
ル33内を摺動自在に可動する。

したがって、電流サーボ部８からリニアソルノイド12
に電流指令値Irとなるように電流が出力されると、リニ
アソレノイド12にそれに応じた電磁力を発生する。この
電磁力によりプランジャ25は、この電磁力とばね35の復
元力につり合う位置まで移動し、プランジャ25に連結さ
れたコントロールラック５を動かす。そして、コントロ
ール５が直線方向ａへ移動して燃料噴射量を調節する。

コントロールラック５が可動すると、その一端に連結
されたレバー29が軸37を中心に回動し、ラック位置検出
センサ６の位置検出部材31を矢印方向ｂへ移動させる。
この移動によりコイル33からコントロールラック５の移
動位置に応じた実位置信号Ｐが出力され、これによりコ
ントロールラック５の移動位置を検出することができ
る。

上記微分演算部７は、第４図に示すように、コンデン
サ41および抵抗43を有し、抵抗43からの出力信号をコン
デンサ45、抵抗47および演算増幅器49からなる回路によ
り帰還させることにより広域ノイズをカットした微分信
号を出力する微分回路51を備えている。この微分回路51
からの出力信号は、抵抗53、55および反転増幅器57によ
り増幅された微分信号Ｐとしてサーボコントローラ２に
出力される。したがって、端子59から入力された実位置
信号Ｐは、微分回路51および反転増幅器57等からなる微
分演算部７により信号処理されて微分信号Ｐに変換され
て出力される。

なお、本実施例の構成では、一点鎖線で囲まれる部分
Ｃ、すなわち、噴射量演算部１とサーボコントローラ２
は、実際の処理では図示しないマイクロコンピュータに
よりデジタル処理され、一方、電流サーボ８と微分演算
部７はアナログ回路によりアナログ処理される。

第２図のブロック図の制御は、実際には、マイクロコ
ンピュータにより処理されるのであるが、この処理を第
５図のフローチャートにしたがって説明する。

第５図の処理は、所定時間毎（例えば100μｓ）に行
われる。なお、以下の説明において、ｋはサンプリング
時刻を示す添字である。

まず、最初のステップ100にて、位置検出センサ６か
らの検出信号に基づいた実位置信号Ｐ（ｋ）を読み込
み、次のステップ105にて微分演算部７から出力される
微分信号（ｋ）を取り込む。続くステップ110では、
他のルーチンにて求められた目標噴射量に対応する目標
位置信号Pr（ｋ）を読み込む。この目標位置信号Pr
（ｋ）は、上述したように各種センサからの検出信号で
あるエンジン回転数、アクセル開度等の運転状態から基
本噴射量を求め、これを水温等により補正して目標噴射
量を演算し、これに対応した値をマップ等で求めた信号
である。

次のステップ115では、ステップ100およびステップ11
0にて読み込まれた実位置信号Ｐ（ｋ）および目標位置
信号Pr（ｋ）に基づいて、次式（２）により差分量ｅ
（ｋ）を演算する。

ｅ（ｋ）＝Pr（ｋ）−Ｐ（ｋ） ……（２） さらに、次のステップ115にて電流指令値Ir（ｋ）を
次式（３）により求める。

Ir＝Kp・ｅ（ｋ）−Kd・（ｋ） ……（３） 続くステップ125にて、ステップ120で求めた電流指令
値Ir（ｋ）を電流サーボ部８に出力してコントロールラ
ック５を目標位置に調節して燃料噴射量を制御する。

したがって、本実施例によれば、コントロールラック
５の位置をフィードバック制御する際に用いる微分信号
として、アナログ回路で構成した微分演算部７からの算
号を用いている。よって、微分信号は、従来の技術で説
明したマイクロコンピュータ内部でディジタル演算処理
するものと比べて、サンプリング周期を1ms以下に短く
しても、ノイズの少ない正確な信号であるから、該信号
により微分補償を行うフィードバック制御を精度の高い
ものとすることができる。

しかも、微分信号は、コンピュータと別体の演算回路
により求めているために、従来の技術にように高速の演
算周期のコンピュータを用いる必要がなく、よってコス
トダウンを実現することができる。さらに、微分演算の
処理の分だけ、コンピュータの演算処理を省くことがで
きることから、コンピュータが過負荷になることも少な
い。

次に第２の実施例について第６図および第７図を用い
て説明する。第２の実施例は、第１の実施例に対して積
分補償が追加されたものである。

すなわち、第２の実施例のサーボコントローラ２は、
減算器11aから出力される差分量ｅを積分し（1/sは積分
演算子を示す。）、その演算結果に所定ゲインKiを乗算
した後に加算器11cにて加算する積分補償を有してお
り、他の構成は第１の実施例と同様である。

第２の実施例によれば、第１の実施例と比べて、目標
位置信号Prと実位置信号Ｐとの差分量ｅが累積されて、
定常的に零になるように制御される積分補償機能が付加
されているから、より一層精度を高めることができる。

このような制御は、第７図のフローチャートにしたが
って実行される。

第７図のフローチャートは、第５図のものと比べてス
テップ220および225が異なり、他のステップはほぼ同様
である。

すなわち、ステップ200〜ステップ215は、第５図のス
テップ100〜115と同様な処理を行った後、ステップ220
にて差分量の積分による累積値iei（ｋ）を演算する処
理、つまり、前回の累積値ie（ｋ−１）に、今回の差分
量ｅ（ｋ）を加え、今回の累積値ie（ｋ）とする演算処
理を行う。

続くステップ225では、ステップ215で求めた差分量ｅ
（ｋ）、累積値ie（ｋ）および微分信号（ｋ）を用い
て、これらに所定ゲインKp、Ki、Kdをそれぞれ乗算して
電流指令値Irを次式により求める。

Ir（ｋ）＝Kp・ｅ（ｋ）＋Ki・ie（ｋ）−Kd・（ｋ）
……（４） この電流指令値Irは、ステップ230にてリニアソレノ
イド12に出力され、コントロールラック５が目標位置に
可動させることにより燃料噴射量が制御される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、燃料量を調節
する燃料調節部材を備えた燃料噴射制御装置において、
燃料調節部材を目標位置にフィードバック制御する際に
用いる微分信号として、アナログ回路で構成した微分回
路から出力されたものを用いているので、従来の技術の
ようにサンプリング周期を短くとっても、ノイズの少な
い正確な微分信号となる。したがって、この微分信号に
より微分補償を行う燃料量のフィードバック制御を、高
速かつ高精度で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料噴射制御装置の基本的構成の一例
を示す構成図、第２図は本発明による第１実施例として
の燃料噴射制御装置全体のブロック構成図、第３図は燃
料噴射ポンプのガバナの周辺を示す断面図、第４図は微
分回路を示す回路図、第５図は燃料噴射制御処理を示す
フローチャート、第６図は第２の実施例の燃料噴射制御
装置全体のブロック構成図、第７図は第２の実施例のフ
ローチャートである。 M1……燃料噴射ポンプ、M2……燃料噴射量調節部材、M3
……エンジン、M4……位置検出部材 M5……部分回路、M6……目標位置出力手段 M7……駆動制御手段 Ｅ……電子制御装置、Ｇ……ガバナ １……燃料噴射量演算部、２……サーボコントローラ ６……ラック位置検出センサ、７……微分演算部 12……リニアソレノイド、23……電磁装置 51……微分回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−142840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−25047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−180043（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−210334（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−153838（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−153841（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−76265（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料噴射ポンプに設けられた燃料調節部材
   を、目標位置にフィードバック制御することによりエン
   ジンの燃料量を調節する燃料噴射制御装置において、 燃料調節部材の作動位置に応じた実位置信号に応じたア
   ナログ信号を出力する位置検出手段と、 この位置検出手段からの実位置信号に応じたアナログ信
   号を微分処理して微分信号を出力する微分回路と、 エンジンの運転状態に基づいて目標燃料量を算出し、該
   算出結果に基づいて燃料調節部材の目標位置信号を出力
   する目標位置出力手段と、 この目標位置信号、上記位置検出手段からの実位置およ
   び微分回路からの微分信号に基づいて、燃料調節部材を
   目標位置にフィードバック制御するための燃料調節部材
   の駆動量を算出する駆動制御手段とを備え、 上記微分回路を抵抗及びコンデンサを含むアナログ回路
   から構成するとともに、上記目標位置出力手段及び駆動
   制御手段をデジタル演算回路にて構成したことを特徴と
   する燃料噴射制御装置。