JP4088627B2

JP4088627B2 - 内燃機関の燃料圧力制御装置

Info

Publication number: JP4088627B2
Application number: JP2005015580A
Authority: JP
Inventors: 俊明伊達; 隆彦大野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2025-01-24
Also published as: DE102005040502B4; JP2006200505A; DE102005040502A1; US7066149B1

Description

この発明は、内燃機関の燃料圧力制御装置に関し、特に、筒内燃料噴射式内燃機関の燃料噴射弁に供給する燃料の圧力を制御するのに好適な内燃機関の燃料圧力制御装置に関するものである。

筒内燃料噴射式内燃機関においては一般的に蓄圧式燃料噴射制御装置が使用されている。即ち、燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、燃料を吸入し蓄圧室へ燃料を吐出する高圧燃料ポンプと、蓄圧室に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の各気筒に噴射供給するインジェクタと、燃料の噴射時期や噴射量および高圧燃料ポンプの吐出量などを制御する制御手段などから構成され、また、高圧燃料ポンプは、シリンダと、内燃機関の回転軸、例えばカム軸に設けられたポンプ駆動用カムに駆動され、シリンダ内を往復運動して吸入行程では増圧室内に燃料を吸入し、吐出行程では増圧室内の燃料を蓄圧室に吐出するポンプピストンと、増圧室内の増圧された燃料を所定のタイミングで低圧側に逃すことにより、増圧室から蓄圧室への吐出量を制御し、蓄圧室の燃料圧力を所定の圧力に制御するスピル弁などから構成されている。
そして、増圧室から蓄圧室への燃料吐出量は、インジェクタから各気筒への燃料供給と同量の燃料に相当するフィードフォワード量と、目標値と実測値との偏差に基づき、比例、積分、微分演算を行う周知のＰＩＤ制御により演算されるフィードバック量により決定され、決定された燃料吐出量と運転状態に基づきスピル弁を駆動するタイミングが決まる。（例えば、特許文献１参照）

このような蓄圧式燃料噴射制御装置においては、燃料ポンプの吐出効率の経時的変化あるいは燃料ポンプの機体差や燃料配管系の容量差により燃料噴射量が変動するといった問題がある。この問題に対し、例えば、特許文献２では以下の対策を行っている。
即ち、目標燃料圧力と計測燃料圧力との差に比例・積分・微分（ＰＩＤ）演算を行って燃料ポンプの吐出量を制御するような周知の燃料圧力制御装置において、ＰＩＤ演算の積分項が所定の範囲を逸脱したときに、ＰＩＤ演算に使用される比例定数を変更する学習を実行し、積分項が所定の範囲となるように調整する学習手段を設けている。
また、燃料噴射弁から各気筒に供給される燃料量と同量の燃料を燃料ポンプにより燃料蓄圧室に供給することで燃料圧力を目標圧力に維持するようなフィードフォワード演算行う周知の燃料圧力制御装置において、燃料蓄圧室に供給すべき燃料量に補正係数を乗算して燃料ポンプが吐出すべき燃料量を求めるとともに、積分補正を行って燃料ポンプの吐出量を制御するための制御量を決定する制御量決定手段を備え、積分補正燃料量が所定の範囲を逸脱したときに補正係数を変更する学習を実行して積分補正燃料量が所定の範囲となるように調整する学習手段を設けている。

一方、前記の通りスピル弁はポンプ駆動用カムのリフトに応じて所定のタイミングで制御する必要があるため、ポンプ駆動用カム位置を示すものとして回転信号を用いてスピル弁は制御される。そして、例えば特許文献３に開示されているように、回転信号としてクランク角回転センサの信号を用いたものがある。この場合、ポンプ駆動用カムとクランク軸の取付誤差が問題となるため、ポンプ駆動用カムが取り付けられたカム角回転センサの信号と、クランク角回転センサの信号の位相差より上記取付誤差を補償している。

特許第２８９０８９８号特許第３１３６９３８号特許第２８３６２８２号

しかしながら、特許文献２における燃料圧力制御装置は、燃料ポンプの吐出効率の経時的変化あるいは燃料ポンプの機体差や燃料配管系の容量差による燃料噴射量の変動、即ち、燃料ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきと、例えば、カム角回転センサの出力公差、プレートエッジの加工公差、回転信号に対する燃料ポンプとポンプ駆動カム間の取り付け誤差などスピル弁の駆動タイミングに影響を及ぼすような変動やばらつき、との両方を正確に補償することは困難である。

より詳細に述べると、特許文献２における燃料圧力制御装置は、ＰＩＤ演算の積分項が所定の範囲を逸脱したときにＰＩＤ演算に使用される比例定数を変更する学習を実行するものであり、その操作量は吐出量、もしくは、駆動タイミングのいずれか一方である。
即ち、例えば、特許文献２における燃料圧力制御装置の操作量が駆動タイミングであったとして具体例を述べると、スピル弁の駆動タイミングに影響を及ぼすような変動やばらつきは、所定の範囲内の積分項により補正され、燃料ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきは、比例定数を変更する学習により補正されることとなる。ところが、ＰＩＤ演算の結果である操作量はスピル弁の駆動タイミングであるため、運転ポイントが比例定数を変更する学習を行ったポイントから変化した場合、燃料ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきを正確に補償することは困難である。これは、例えば、図１１に示すように、一般的に吐出量と駆動タイミングが非線形な関係にあるためである。

また、特許文献３におけるシステムでは、単にカム角回転センサの信号とクランク角回転センサの信号の位相差を検出しているため、ポンプ駆動用カムとクランク軸の取付誤差は補償できるが、例えば、回転信号に対する燃料ポンプとポンプ駆動カム間の取り付け誤差までは補償することが出来ず、吐出燃料量に誤差を生ずる懸念がある。

吐出燃料量に誤差が生じると、蓄圧室内の燃料圧力が所定の圧力に制御されなくなるため、燃料噴射弁から噴射される燃料が最適な状態から外れ、狙いの混合気状態が得られなくなる恐れがある。その結果、内燃機関の燃焼が悪化し、車両の走行性や排気ガスの悪化が懸念される。

この発明は、上記のような従来装置の問題点に鑑みなされたものであって、カム角回転センサの出力公差、プレートエッジの加工公差、回転信号に対する燃料ポンプとポンプ駆動カム間の取り付け誤差など、スピル弁の駆動タイミングに影響を及ぼすような変動やばらつきを学習することで正確に補償するとともに、燃料ポンプの吐出効率の経時的変化あるいは燃料ポンプの機体差や燃料配管系の容量差による燃料噴射量の変動といった燃料ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきも抑制することで、精度良くスピル弁を制御し、吐出燃料量の誤差を低減する内燃機関の燃料圧力制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる内燃機関の燃料圧力制御装置は、燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、
燃料を吸入し前記蓄圧室へ燃料を圧送する高圧燃料ポンプおよび該高圧燃料ポンプの増圧室と低圧側とを連通する燃料逃し通路を開閉するスピル弁を有する燃圧制御手段と、前記蓄圧室に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の各気筒に噴射供給するインジェクタと、前記蓄圧室の燃料の圧力を燃圧として検出する燃圧センサと、前記燃圧センサにより検出された燃圧情報に基づいて前記燃圧制御手段の制御量を演算し、前記燃圧制御手段のスピル弁を駆動制御して前記インジェクタに供給される燃料の圧力を可変設定する制御手段を備え、
前記制御手段により演算される制御量（ＳＰＬ―ＡＮＧ）は、第一のフィードバック量
（ＱＦｓｐｌ１）と第二のフィードバック量（ＰＦＦＢ―ＬＲＮ）とによって構成されるものであり、上記第一のフィードバック量（ＱＦｓｐｌ１）は、高圧燃料ポンプによって蓄圧室に供給される燃料量に対応したものであって、少なくとも目標燃圧（ＰＦ₀）と、実際の燃圧（ＰＦ）と、フィードバックの積分項の上限閾値（ＸＰＦＨ）及び下限閾値（ＸＰＦＬ）によって演算され、さらに、燃料逃し通路を開閉するスピル弁の駆動タイミングに対応した制御量（ＰＦＦＢ―ＡＮＧ１）に変換されるものであり、上記第二のフィードバック量（ＰＦＦＢ―ＬＲＮ）は、燃料逃し通路を開閉するスピル弁の駆動タイミングに対応した制御量であって、少なくとも、目標燃圧（ＰＦ₀）と、実際の燃圧（ＰＦ）、及び、第一のフィードバック量（ＱＦｓｐｌ１）から変換された制御量（ＰＦＦＢ―ＡＮＧ１）によって演算されるものである。

この発明によれば、高圧燃料ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきを抑制できるとともに、スピル弁により燃料逃がし通路を開または閉するタイミングに影響を及ぼすような変動やばらつきも抑制可能となり、蓄圧室内の燃料圧力を正確に所定の圧力に制御することが可能となる。

実施の形態１．
以下、図に基づいて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による筒内燃料噴射式内燃機関の燃料圧力制御装置を概略的に示す構成図であり、たとえば車両に搭載される内燃機関の制御装置により構成した場合を示している。
また、図２はこの発明の実施の形態１による筒内燃料噴射式内燃機関の燃料圧力制御装置の燃料系を示すブロック構成図である。

図１において、筒内燃料噴射式内燃機関を構成するエンジン１０は、複数の気筒を有し、各気筒の燃焼室１１内には、蓄圧室（以下燃料レールともいう。）１２を介して高圧の燃料が直接噴射されるように構成されている。ここでは、図面の煩雑さを回避するため、代表的に１つの気筒のみに関連した構成を示している。
エンジン１０のクランクシャフトにはクランク角センサ１３が設けられ、カムシャフトにはカム角センサ１４が設けられている。
クランク角センサ１３は、エンジン１０の回転速度Ｎｅに対応したパルス信号を出力する。
気筒毎の各燃焼室１１内には、燃料を直接噴射するためのインジェクタ１５と、燃料を燃焼させるための火花を発生する点火プラグ１６とが設けられている。
また、エンジン１０の排気弁（または、吸気弁）用のカムシャフトには、カムシャフトと一体で回転するポンプカム１７が設けられている。

ポンプカム１７に関連して設けられた燃圧制御手段１８は、出力ポートが燃料レール１２に連通された高圧燃料ポンプを備え、燃料レール１２内の燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦｏと一致するよう駆動される。（詳細は後述する）
ここで、燃料レール１２内の燃圧ＰＦは、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）３０により、平均、もしくは、フィルタリング処理されたものである。
また、目標燃圧ＰＦｏは、たとえば、エンジン１０の回転速度Ｎｅまたは負荷情報などに基づいて可変設定される。
燃料レール１２には、燃料レール１２内の燃圧ＰＦをフィードバック情報として出力するための燃圧センサ１９が設けられている。
燃圧制御手段１８の入力ポートには、燃料タンク２０が連通されている。
燃料タンク２０内には、燃料を汲み上げるためのフィードポンプ２１が設けられている。フィードポンプ２１の出力側には、燃料を浄化するためのフィルタ２２と、燃圧制御手段１８への供給燃料の圧力を調整するためのレギュレータ２３とが設けられている。

図２においては、燃料タンク２０からの燃料系に関連させて、燃圧制御手段１８および燃料レール１２の具体的構成が示されている。
インジェクタ１５、燃圧制御手段１８および燃料タンク２０内のフィードポンプ２１は、ＥＣＵ３０により駆動制御される。

図２において、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ１３からの出力情報に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを検出するとともに、カム角センサ１４からの出力情報に基づいて各気筒を判別する。
また、ＥＣＵ３０は、各気筒の燃料噴射および点火タイミングなどを演算し、各種アクチュエータを駆動制御する。さらに、ＥＣＵ３０は、燃圧センサ１９からの出力情報（燃圧ＰＦ）に基づいて、燃料レール１２内の燃圧ＰＦを目標燃圧にフィードバック制御する。

燃圧制御手段１８は、ポンプカム１７により上下運動するピストン３１と、ピストン３１と連動する増圧室３２と、燃料レール１２への燃料圧送量を調整するスピル弁３３とを備えている。
スピル弁３３は、コイル３４と、コイル３４の下端部に設けられコイル３４の通電時に上方移動する弁体３６と、弁体３６を下方に付勢するスプリング３５とにより構成されている。

増圧室３２の入力ポート側および燃料レール１２への出力ポート側には、それぞれ逆止弁３７Ａおよび逆止弁３７Ｂが挿入されている。
また、燃料レール１２にはリリーフ弁３８が設けられており、リリーフ弁３８は、燃料レール１２内の燃圧ＰＦがリリーフ弁３８の開弁圧に達すると開弁し、燃料レール内の燃料を燃料タンク２０に戻すように構成されている。

図１および図２において、ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅおよび負荷情報などに基づいて目標燃圧ＰＦｏを設定し、燃圧制御手段１８を駆動制御して、燃料レール１２内の燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦｏとなるように制御する。
また、ＥＣＵ３０は、気筒毎のインジェクタ１５および点火プラグ１６を個別に制御し、各気筒の燃料噴射および点火タイミングを制御する。このとき、各インジェクタ１５および各点火プラグ１６は、ＥＣＵ３０から出力されるインジェクタ駆動信号および点火信号により駆動される。

次に、図１および図２を参照しながら、ＥＣＵ３０および燃圧制御手段１８による通常の燃圧フィードバック制御動作（インジェクタ１５への供給燃料の圧力設定動作）について説明する。
まず、フィードポンプ２１により燃料タンク２０内から汲み上げられた燃料は、フィルタ２２を通過した後、レギュレータ２３で燃圧調整されて、燃圧制御手段１８に導入される。
燃圧制御手段１８内のピストン３１は、カムシャフトと一体で回転するポンプカム１７により上下運動しており、これにより増圧室３２の容積が変化し、増圧室３２により圧縮された燃料は、逆止弁３７Ｂを介して燃料レール１２に導入されるように構成されている。（即ち、高圧燃料ポンプにより燃料が燃料レールに圧送される）
但し、燃料吐出期間中の燃料レール１２への燃料圧送量は、スピル弁３３の弁体３６（以下、単に「スピル弁３３」と称す）の開弁／閉弁期間を制御することにより調整される。

スピル弁３３内の弁体３６は、ＥＣＵ３０からコイル３４への通電信号により上方移動し、スプリング３５の付勢力に打ち勝って、増圧室３２に関連した下端部の通路を開く。弁体３６が上方移動して通路が開くと、増圧室３２が吸入ポート側と連通し、増圧室３２内の燃料が吸入ポート側に戻るので、燃料レール１２に燃料が送出されなくなる。したがって、燃料が、燃圧制御手段１８（高圧燃料ポンプ）から燃料レール１２に吐出されることはない。
一方、コイル３４への通電が遮断されると、弁体３６は、スプリング３５の付勢力により下方移動して該通路を閉じるので、燃圧制御手段１８から燃料レール１２に高圧燃料が吐出される。
このとき、リリーフ弁３８は、燃圧ＰＦが開弁圧に達すると開弁して、燃料レール内の燃料を燃料タンク２０に戻す。

ここで、スピル弁３３が開弁／閉弁するタイミングは、カム角センサ（または、クランク角センサ）の基準信号（例えば、燃圧制御手段１８内のピストン３１の下死点に相当する基準信号）からの角度として設定される。

燃圧センサ１９は、燃料レール１２内の燃圧ＰＦを検出してＥＣＵ３０に送信し、ＥＣＵ３０による燃圧フィードバック制御に寄与する。
こうして燃圧制御された燃料レール１２内の高圧燃料は、インジェクタ１５から燃焼室１１内に直接噴射される。

以上の燃圧制御は、燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦｏとなるように燃料レール１２への燃料圧送量を調節する処理動作（いわゆる、低圧スピル方式の可変燃圧制御）の例を示している。

また、この発明の実施の形態１においては、燃料吐出期間中の前半にスピル弁３３を閉弁して燃圧制御手段１８から燃料レール１２に高圧燃料を吐出する方法（いわゆる、前半吐出後半リリーフ）、または、燃料吐出期間中の後半にスピル弁３３を閉弁して燃圧制御手段１８から燃料レール１２に高圧燃料を吐出する方法（いわゆる、前半リリーフ後半吐出）のいずれに適用されてもよい。

次に、図３の制御ブロック図を参照しながら、制御手段であるＥＣＵ３０および燃圧制御手段１８による本発明における燃圧フィードバック制御の構成について説明する。

図３において、燃圧フィードバック制御は、ＥＣＵ３０の制御量演算部、即ち、フィードフォワード量演算部１００、ＰＩＤ制御部２００、第一のフィードバック量演算部３００、ポンプ吐出量／駆動タイミング変換部４００、第二のフィードバック量演算部５００、スピル弁駆動タイミング演算部６００によって行なわれる。
フィードフォワード量演算部１００では、燃料噴射弁から各気筒に供給される燃料量と同量の燃料がフィードフォワード量ＱＦｉｎｊとして設定され、ＰＩＤ制御部２００では目標燃圧ＰＦｏと燃圧ＰＦに基づいてフィードバック量ＱＦｓｐｌ２が算出される。
フィードバック量ＱＦｓｐｌ２のうち、高圧燃料ポンプの燃料圧送量相当で記憶する第一のフィードバック量ＱＦｓｐｌ１が第一のフィードバック量演算部３００で算出される。

また、ポンプ吐出量／駆動タイミング変換部４００では、算出されたフィードバック量ＱＦｓｐｌ２と、第一のフィードバック量ＱＦｓｐｌ１に、それぞれフィードフォワード量を加算し、予めＥＣＵ３０に記憶しているＭＡＰにより、高圧燃料ポンプの目標燃料圧送量に相当する量をスピル弁の駆動タイミング相当の量に変換する。

次に、第二のフィードバック量演算部５００では、スピル弁の駆動タイミング相当の量に変換したフィードバック量ＰＦＦＢ＿ＡＮＧ２のうち、スピル弁駆動タイミング相当で記憶する第二のフィードバック量ＰＦＦＢ＿ＬＲＮを算出する。最後に、スピル弁駆動タイミング演算部６００にて、スピル弁の駆動タイミング相当の量に変換した第一のフィードバック量ＰＦＦＢ＿ＡＮＧ１と、第二のフィードバック量ＰＦＦＢ＿ＬＲＮを加算してスピル弁駆動タイミングＳＰＬ＿ＡＮＧを算出する。

以下、図４のフローチャートを参照しながら、図３における各演算部（ＰＩＤ制御部２００、第一のフィードバック量演算部３００、ポンプ吐出量／駆動タイミング変換部４００、第二のフィードバック量演算部５００、スピル弁駆動タイミング演算部６００）の処理を詳細に説明する。

まず、ステップＳ４０１で、燃圧センサ１９により燃圧ＰＦを検出する。
次に、ステップＳ４０２〜Ｓ４０７で、燃圧ＰＦを目標燃圧ＰＦｏに一致させるべく、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）演算を行ういわゆるＰＩＤ制御を行う（図３のＰＩＤ制御部２００）。

即ち、まずステップＳ４０２で、比例項ＰＦＦＢ＿Ｐを次式により算出する。

ＰＦＦＢ＿Ｐ＝Ｋｐ×（ＰＦｏ−ＰＦ）・・・・・・・・（１）

ここで、Ｋｐは比例定数である。

次にステップＳ４０３で、ステップＳ４０１で検出した燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦｏより大きいか否かを判定する。
ここで燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦｏより大きい場合（即ち、ＹＥＳ）、ステップＳ４０４で積分項ＰＦＦＢ＿Ｉを次式により算出する。

ＰＦＦＢ＿Ｉ＝ＰＦＦＢ＿Ｉ[ｉ−１]−Ｋｉ−（ＱＦｓｐｌ２−ＱＦｓｐｌ１）
・・・（２）

ここで、ＰＦＦＢ＿Ｉ[ｉ−１]はこの演算前のＰＦＦＢ＿Ｉの値、Ｋｉは積分定数である。
一方、ステップＳ４０３で燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦｏより大きくない場合（即ち、ＮＯ）、ステップＳ４０５で積分項ＰＦＦＢ＿Ｉを次式により算出する。

ＰＦＦＢ＿Ｉ＝ＰＦＦＢ＿Ｉ[ｉ−１]＋Ｋｉ−（ＱＦｓｐｌ２−ＱＦｓｐｌ１）
・・・（３）

ここで、（ＱＦｓｐｌ２−ＱＦｓｐｌ１）を減じるのは、最終的に（ＱＦｓｐｌ２−ＱＦｓｐｌ１）分が第二のフィードバック量として学習されるためである。

次にステップＳ４０６で微分項ＰＦＦＢ＿Ｄを次式により算出する。

ＰＦＦＢ＿Ｄ＝Ｋｄ×（ＰＦ[ｉ]−ＰＦ[ｉ−１]）・・・・・・・（４）

ここで、ＰＦ[ｉ]はステップＳ４０１で検出した燃圧ＰＦ、ＰＦ[ｉ−１]はステップＳ４０１で検出する前の燃圧である。また、Ｋｄは微分定数である。

上記ＰＩＤ制御は一例を述べたものであり、例えば、比例定数Ｋｐ、積分定数Ｋｉ、微分定数Ｋｄを運転状態に応じて可変にしても問題ない。

また、例えば、積分項ＰＦＦＢ＿Ｉを次式により算出するといった一般的なＰＩＤ制御の他の手法であっても問題ない。

ＰＦＦＢ＿Ｉ＝Ｋｉ×（ＰＦｏ−ＰＦ）・・・・・・・（５）

さらに、上記ＰＩＤ制御は比例、積分、微分演算を行うものについて述べているが、本発明においては、比例、積分演算のみを行うものであってもよい。即ち、少なくとも積分演算を行うものであればよい。

ステップＳ４０７で高圧燃料ポンプの目標吐出量ＱＦｓｐｌ２を次式により算出する。
ＱＦｓｐｌ２＝ＰＦＦＢ＿Ｐ＋ＰＦＦＢ＿Ｉ＋ＰＦＦＢ＿Ｄ・・・・・・・（６）

次に、ステップＳ４０８〜ステップＳ４１２で、第一のフィードバック量ＱＦｓｐｌ１を算出する（図３の第一のフィードバック量演算部３００）。

即ち、まず、ステップＳ４０８で、積分項ＰＦＦＢ＿Ｉが後述の式（Ａ）より大きいかを判定する。ここで積分項ＰＦＦＢ＿Ｉが式（Ａ）より大きいとき（即ち、ＹＥＳ）、ステップＳ４０９で次式により、しきい値１ＸＰＦＨ以上の量を除いた目標吐出量ＱＦｓｐｌ１を算出する。

ＱＦｓｐｌ１＝ＰＦＦＢ＿Ｐ＋ＸＰＦＨ＋ＰＦＦＢ＿Ｄ・・・・・・（７）

一方、ステップＳ４０８で積分項ＰＦＦＢ＿Ｉが式（Ａ）より大きくないとき（即ち、ＮＯ）、ステップＳ４１０で積分項ＰＦＦＢ＿Ｉが後述の式（Ｂ）より小さいかを判定する。ここで積分項ＰＦＦＢ＿Ｉが式（Ｂ）より小さいとき（即ち、ＹＥＳ）、ステップＳ４１１で次式により、しきい値２ＸＰＦＬ以下の量を除いた目標吐出量ＱＦｓｐｌ１を算出する。

ＱＦｓｐｌ１＝ＰＦＦＢ＿Ｐ＋ＸＰＦＬ＋ＰＦＦＢ＿Ｄ・・・・・・（８）

一方、ステップＳ４１０で積分項ＰＦＦＢ＿Ｉが式（Ｂ）より小さくないとき（即ち、ＮＯ）、ステップＳ４１２で次式により目標吐出量ＱＦｓｐｌ１を算出する。

ＱＦｓｐｌ１＝ＰＦＦＢ＿Ｐ＋ＰＦＦＢ＿Ｉ＋ＰＦＦＢ＿Ｄ・・・・・（９）

ここで、ステップＳ４１２で演算される目標吐出量ＱＦｓｐｌ１はステップＳ４０７で演算される目標吐出量ＱＦｓｐｌ２と同値である。

前述の式（Ａ）、式（Ｂ）は次の通りである。
しきい値１ＸＰＦＨ＋ＸＰＦ＿ＬＲＮ・・・・・・・（Ａ）
しきい値２ＸＰＦＬ−ＸＰＦ＿ＬＲＮ・・・・・・・（Ｂ）

ここで、しきい値１ＸＰＦＨ、及び、しきい値２ＸＰＦＬは、燃料ポンプの吐出効率の経時的変化あるいは燃料ポンプの機体差や燃料配管系の容量差による燃料噴射量の変動といった燃料ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきに相当する量を設定する。
また、ＸＰＦ＿ＬＲＮは、第一のフィードバック量のうち、第二のフィードバック量に変換する所定量を設定する。但し、ＸＰＦ＿ＬＲＮはスピル弁駆動タイミング相当の第二のフィードバック量に変換した際に、スピル弁を駆動するための不感帯以上の値であることが望ましい。（例えば、第二のフィードバック量に変換後の値が１ｄｅｇＣＡ以上）。

次に、ステップＳ４１３〜ステップＳ４１４（ポンプ吐出量／駆動タイミング変換部４００）で、目標吐出量を達成するに必要なスピル弁駆動タイミングを算出する。

ステップＳ４１３では、第一のフィードバック量ＱＦｓｐｌ１とフィードフォワード量ＱＦｉｎｊを加算した目標吐出量を高圧燃料ポンプにより吐出するに必要なスピル弁駆動タイミングＱＦＦＢ＿ＡＮＧ１を、予めＥＣＵ３０に記憶されたＭＡＰを参照することにより決定する。
ここでＭＡＰは、目標吐出量のほか、内燃機関の回転速度Ｎｅや目標燃圧ＰＦｏなど他の運転状態を引数として参照してもよい。即ち、ＱＦＦＢ＿ＡＮＧ１は目標吐出量のほか、内燃機関の回転速度Ｎｅや目標燃圧ＰＦｏなど他の運転状態によって決めてもよい。また、フィードフォワード量ＱＦｉｎｊはインジェクタから各気筒への燃料供給と同量の燃料に相当する量である。

ステップＳ４１４では、フィードバック量ＱＦｓｐｌ２とフィードフォワード量ＱＦｉｎｊを加算した目標吐出量を高圧燃料ポンプにより吐出するに必要なスピル弁駆動タイミングＱＦＦＢ＿ＡＮＧ２を、予めＥＣＵ３０に記憶されたＭＡＰを参照することにより決定する。ここでＭＡＰは、ステップＳ４１３で使用したＭＡＰと同一のものである。

次に、ステップＳ４１５（第二のフィードバック量演算部５００）で、目標吐出量ＱＦｓｐｌ２から目標吐出量ＱＦｓｐｌ１を除算した値を次式により第二のフィードバック量ＰＦＦＢ＿ＬＲＮとして学習する。

ＰＦＦＢ＿ＬＲＮ＝ＰＦＦＢ＿ＬＲＮ［ｉ−１］＋（ＰＦＦＢ＿ＡＮＧ２−ＰＦＦＢ＿ＡＮＧ１）・・・・・・・・・・（１０）

ここで、ＰＦＦＢ＿ＬＲＮ［ｉ−１］は第二のフィードバック量ＰＦＦＢ＿ＬＲＮを演算する前の値である。

なお、第二のフィードバック量ＰＦＦＢ＿ＬＲＮは、図２に示すように、内燃機関を制御する電子制御ユニットＥＣＵ３０の電源ＯＦＦ時にも、バッテリ３９から供給される電力によって常時記憶保持可能なバッテリバックアップメモリ４０に記憶されるよう構成されている。

ステップＳ４１６（スピル弁駆動タイミング演算部６００）で、最終的に目標吐出量ＱＦｓｐｌ２だけ高圧ポンプにより吐出するに必要なスピル弁駆動タイミングＳＰＬ＿ＡＮＧを次式により算出する。

ＳＰＬ＿ＡＮＧ＝ＰＦＦＢ＿ＡＮＧ１＋ＰＦＦＢ＿ＬＲＮ・・・・・・・（１１）

ここで、図５の動作説明図を参照しながら、図３、及び、図４のように構成された筒内燃料噴射式内燃機関の燃料圧力制御装置における第一のフィードバック量と第二のフィードバック量の具体的な動作例について説明する。
即ち、図５において、第一のフィードバック量が、前述の式（Ａ）で演算される値より大きくなったときに、しきい値１ＸＰＦＨ以上の量を第二のフィードバック量に変換、もしくは、第一のフィードバック量が前述の式（Ｂ）で演算される値より小さくとなったときに、しきい値２ＸＰＦＬ以下の量を第二のフィードバックに変換するものである。

次に、図６の動作説明図を参照しながら、図３のように構成された筒内燃料噴射式内燃機関の燃料圧力制御装置における第一のフィードバック量と第二のフィードバック量の図５とは別の動作方法について説明する。
図６において、まず、第一のフィードバック量が前述の式（Ａ）で演算される値より大きくなったときに、しきい値１ＸＰＦＨ以上の量が、第二のフィードバック量に変換される。
次に、第一のフィードバック量が、後述の式（Ｃ）で演算される値より小さくなり、かつ、第二のフィードバック量が正のとき、式（Ｃ）で演算される値より小さくなった分だけ、第二のフィードバック量を第一のフィードバック量に戻す。
その後、第一のフィードバック量が減少する状態が継続し、第二のフィードバック量が０になった場合、第一のフィードバック量のみで補正される。

即ち、ＥＣＵ３０の制御量演算部で演算されるフィードバック量が所定の範囲内の場合、制御量は、第一のフィードバック量のみとし、所定の範囲外の場合、第一のフィードバック量と第二のフィードバック量の両方が使用される。

ここで、前述の式（Ｃ）は、次の通りである。

しきい値１ＸＰＦＨ−ＸＰＦ＿ＬＲＮ・・・・・・・（Ｃ）

なお、図５、及び、図６においては、燃料吐出期間中の前半にスピル弁３３を閉弁して燃圧制御手段１８から燃料レール１２に高圧燃料を吐出する方法（いわゆる、前半吐出後半リリーフ）の場合について示している。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、制御手段（ＥＣＵ３０）によって演算されるフィードバック量を、燃料ポンプの吐出効率の経時的変化あるいは燃料ポンプの機体差や燃料配管系の容量差による燃料噴射量の変動といった、燃料ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきに対しては、燃料ポンプの燃料圧送量をフィードバックする第一のフィードバック量で、また、カム角回転センサの出力公差、プレートエッジの加工公差、回転信号に対する燃料ポンプとポンプ駆動カム間の取り付け誤差など、スピル弁の駆動タイミングに影響を及ぼすような変動やばらつきに対しては、スピル弁により燃料逃がし通路を開または閉するタイミングをフィードバックする第二のフィードバック量で学習することにより、高圧燃料ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきを抑制できるとともに、スピル弁により燃料逃がし通路を開または閉するタイミングに影響を及ぼすような変動やばらつきも抑制可能となる。その結果、蓄圧室内の燃料圧力を正確に所定の圧力に制御可能となり、内燃機関の燃焼が悪化し車両の走行性や排気ガスの悪化することを防止することができる。

また、第一のフィードバック量が所定の範囲外になった場合に、第一のフィードバック量のうち、所定量だけ第二のフィードバック量に変換することにより、燃料ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきと、スピル弁の駆動タイミングに影響を及ぼすような変動やばらつきを明確に区別して学習することができ、結果、蓄圧室内の燃料圧力を正確に所定の圧力に制御可能となり、内燃機関の燃焼が悪化し車両の走行性や排気ガスの悪化することを防止することができる。

また、第一のフィードバック量及び第二のフィードバック量を、制御手段によって演算される元のフィードバック量のうち、少なくとも積分項に相当する量、即ち、特にＰＩＤ制御の積分項とすることにより、制御手段を複雑にすることなく、蓄圧室内の燃料圧力を正確に所定の圧力に制御可能となり、内燃機関の燃焼が悪化し車両の走行性や排気ガスの悪化することを防止することができる。

また、第二のフィードバック量をバッテリバックアップメモリに記憶することにより、過渡的な変動やばらつきを第一のフィードバック量で、また、初期ばらつき等の定常的な変動やばらつきを第二のフィードバック量で補正することができ、結果、蓄圧室内の燃料圧力を正確に所定の圧力に制御可能となり、内燃機関の燃焼が悪化し車両の走行性や排気ガスの悪化することを防止することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、式（Ａ）、式（Ｂ）により設定される所定の範囲（第一のフィードバック量が所定の範囲外になったことを判定するための所定の範囲）について言及しなかったが、所定の範囲を機関回転速度、高圧ポンプの吐出量、燃圧のうち、少なくとも１つに基づいて変更してもよい。
以下、図７〜図９を参照しながら、この発明の実施の形態２による動作について説明する。

まず、所定の範囲が機関回転速度に基づき変更される場合、しきい値１ＸＰＦＨ、しきい値２ＸＰＨＬは、例えば図７のように設定される。
即ち、燃料ポンプ吐出量の初期公差、劣化公差といった変動やばらつきは低回転ほど影響が大きくなる傾向があるため、しきい値１ＸＰＦＨ、しきい値２ＸＰＨＬで設定される範囲も低回転ほど広くなるように設定される。

また、しきい値１ＸＰＦＨ、しきい値２ＸＰＨＬを、例えば図８のように設定してもよい。即ち、機関回転速度に対する高圧ポンプの吐出効率は一般的に図１２のようになっている。図１２において、機関回転速度が高回転または低回転のときは高圧ポンプの吐出効率が低くなっている。この吐出効率が低くなることによる吐出量の低下分を第一のフィードバック量で補正するため、図８の通り、しきい値１ＸＰＦＨ、しきい値２ＸＰＨＬで設定される範囲も高回転及び低回転ほど広くなるように設定される。

次に、所定の範囲が高圧ポンプの吐出量に基づき変更される場合、しきい値１ＸＰＦＨ、しきい値２ＸＰＨＬは、例えば図９のように設定される。
即ち、スピル弁駆動タイミングに対する高圧ポンプの吐出量は一般的に図１１のようになっている。ここで、図１１は燃料吐出期間中の前半にスピル弁３３を閉弁して燃圧制御手段１８から燃料レール１２に高圧燃料を吐出する方法（いわゆる、前半吐出後半リリーフ）の場合を示している。図１１において、高圧ポンプ吐出量が大、または、小のとき、スピル弁駆動タイミングの変化量に対し高圧ポンプ吐出量の変化量が小さい。即ち、吐出量に起因する変動やばらつきが発生している際、スピル弁駆動タイミングへの影響（変動やばらつき）がより大きくなる。このため、高圧ポンプの吐出量が大または小ほど、しきい値１ＸＰＦＨ、しきい値２ＸＰＨＬで設定される範囲も広くなるように設定される。

次に、所定の範囲が燃圧に基づき変更される場合、しきい値１ＸＰＦＨ、しきい値２ＸＰＨＬは、例えば図１０のように設定される。
即ち、燃圧ＰＦに対する高圧ポンプの吐出効率は一般的に図１２のようになっている。
図１２において、燃圧ＰＦが高いほど吐出効率が低くなっている。この吐出効率が低くなることによる吐出量の低下分を第一のフィードバック量で補正するため、図１０の通り、しきい値１ＸＰＦＨ、しきい値２ＸＰＨＬで設定される範囲も燃圧ＰＦが高いほど広くなるように設定される。

ここで、上記、しきい値１ＸＰＦＨ、しきい値２ＸＰＨＬは、図７〜図１０をそれぞれテーブルにして参照してもよいし、図７〜図１０をまとめマップとして参照してもよい。

また、所定の範囲を機関回転速度、高圧ポンプの吐出量、燃圧のうち、２つ以上に基づいて設定される場合、それぞれの上記条件により決定した所定の範囲のうち最大値、もしくは最小値、もしくは最大値と最小値の中間値などから選択すればよい。即ち、高圧ポンプの吐出量に起因する変動やばらつきの影響を抑制するためには最大値、スピル弁の駆動タイミングに起因する変動やばらつきの影響を抑制するためには最小値を選択し、また、この間で重み付けし設定することが可能である。

このように、この発明の実施の形態２によれば、所定の範囲を機関回転速度、高圧ポンプの吐出量、燃圧のうち、少なくとも１つに基づいて変更することにより、運転状態に応じて第一のフィードバック量と第二のフィードバック量の切り分けが可能となり、結果、蓄圧室内の燃料圧力を正確に所定の圧力に制御可能となり、内燃機関の燃焼が悪化し車両の走行性や排気ガスの悪化することを防止できる。

実施の形態３．
上記実施の形態１、２において、第二のフィードバック量が予め想定された通常ありうる所定の範囲を逸脱したときに燃料系が異常であると判定してもよい。
以下、図１〜図５とともに図１３を参照しながら、この発明の実施の形態３による動作について説明する。

図１３において、まず、ステップＳ１３０１で、第二のフィードバック量がしきい値３ＸＰＦＨＦより大きいかを判定する。ここで、大きいとき（即ち、ＹＥＳ）、ステップＳ１３０３で燃料系の故障と判定し、ステップＳ１３０４でフェールセーフを実行する。
一方、ステップＳ１３０１で第二のフィードバック量がしきい値３ＸＰＦＨＦより大きくないとき（即ち、ＮＯ）、ステップＳ１３０２で第二のフィードバック量がしきい値４ＸＰＦＬＦより小さいかを判定する。ここで、小さいとき（即ち、ＹＥＳ）、ステップＳ１３０３で燃料系の故障と判定し、ステップＳ１３０４でフェールセーフを実行する。一方、ステップＳ１３０２で第二のフィードバック量がしきい値４ＸＰＦＬＦより小さくないとき、故障判定を行わず終了する。

次に図１４の動作説明図を参照しながら、上記のように構成された筒内燃料噴射式内燃機関の燃料圧力制御装置における第二のフィードバック量の挙動について説明する。
即ち、図１４において、第一のフィードバック量が前述の式（Ａ）で演算される値より大きくなったときに、しきい値１ＸＰＦＨ以上の量を第二のフィードバック量に変換、もしくは、第一のフィードバック量が前述の式（Ｂ）で演算される値より小さくとなったときに、しきい値２ＸＰＦＬ以下の量を第二のフィードバックに変換する。
ここで、図１４において、第二のフィードバック量がしきい値４ＸＰＦＬＦより小さくなっている箇所で燃料系の故障と判定し、この期間フェールセーフを実行する。
なお、図１４においては、燃料吐出期間中の前半にスピル弁３３を閉弁して燃圧制御手段１８から燃料レール１２に高圧燃料を吐出する方法（いわゆる、前半吐出後半リリーフ）の場合について示している。

このように、第二のフィードバック量が予め想定された通常ありうる所定の範囲を逸脱したときに燃料系が異常であると判定しフェールセーフを実行することにより、誤補正による異常燃圧となることを防止できるため、内燃機関の燃焼が悪化し車両の走行性や排気ガスの悪化を防止することができる。

なお、前記実施の形態１〜３で述べた高圧燃料ポンプは、燃料の吸入通路と逃し通路が別個に設けられたものであるが、この発明はこれに限らず、燃料の吸入通路と逃し通路が一体に設けられ、プランジャロッドによりスピル弁が開閉されるような高圧燃料ポンプにも適用可能である。

また、この発明は、実施の形態１〜３で述べた筒内噴射式の火花点火式ガソリン機関に限らず、種々の内燃機関、例えば、圧縮着火式ディーゼル機関などにも適用可能である。

この発明の実施の形態１による筒内燃料噴射式内燃機関の燃料圧力制御装置を概略的に示す構成図である。この発明の実施の形態１による筒内燃料噴射式内燃機関の燃料圧力制御装置の燃料系を示すブロック構成図である。この発明の実施の形態１による筒内燃料噴射式内燃機関の燃料圧力制御装置の制御ブロック図である。この発明の実施の形態１による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による動作を示す動作説明図である。この発明の実施の形態１による動作を示す動作説明図である。この発明の実施の形態２による機関回転速度に対するしきい値の設定例である。この発明の実施の形態２による機関回転速度に対するしきい値の設定例である。この発明の実施の形態２による高圧ポンプの吐出量に対するしきい値の設定例である。この発明の実施の形態２による燃料圧力に対するしきい値の設定例である。この発明の実施の形態２によるスピル弁駆動タイミングと高圧ポンプ吐出量の関係を示す図である。この発明の実施の形態２による機関回転速度及び燃圧と高圧ポンプ吐出効率の関係を示す図である。この発明の実施の形態３による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３による動作を示す動作説明図である。

符号の説明

１０エンジン（筒内燃料噴射式内燃機関）、１１燃焼室、１２蓄圧室（燃料レール）、１３クランク角センサ、１４カム角センサ、１５インジェクタ、１６点火プラグ、１７ポンプカム、１８燃圧制御手段（高圧燃料ポンプ）、１９燃圧センサ、２０燃料タンク、３０ＥＣＵ、３３スピル弁、３６弁体、１００フィードフォワード量演算部、２００ＰＩＤ演算部、３００第一のフィードバック量演算部、４００ポンプ吐出量／駆動タイミング変換部、５００第二のフィードバック量演算部、６００スピル弁駆動タイミング演算部。

Claims

燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、
燃料を吸入し前記蓄圧室へ燃料を圧送する高圧燃料ポンプおよび該高圧燃料ポンプの増圧室と低圧側とを連通する燃料逃し通路を開閉するスピル弁を有する燃圧制御手段と、
前記蓄圧室に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の各気筒に噴射供給するインジェクタと、
前記蓄圧室の燃料の圧力を燃圧として検出する燃圧センサと、
前記燃圧センサにより検出された燃圧情報に基づいて前記燃圧制御手段の制御量を演算し、前記燃圧制御手段のスピル弁を駆動制御して前記インジェクタに供給される燃料の圧力を可変設定する制御手段を備え、
前記制御手段により演算される制御量（ＳＰＬ―ＡＮＧ）は、第一のフィードバック量
（ＱＦｓｐｌ１）と第二のフィードバック量（ＰＦＦＢ―ＬＲＮ）とによって構成されるものであり、上記第一のフィードバック量（ＱＦｓｐｌ１）は、高圧燃料ポンプによって蓄圧室に供給される燃料量に対応したものであって、少なくとも目標燃圧（ＰＦ₀）と、実際の燃圧（ＰＦ）と、フィードバックの積分項の上限閾値（ＸＰＦＨ）及び下限閾値（ＸＰＦＬ）によって演算され、さらに、燃料逃し通路を開閉するスピル弁の駆動タイミングに対応した制御量（ＰＦＦＢ―ＡＮＧ１）に変換されるものであり、上記第二のフィードバック量（ＰＦＦＢ―ＬＲＮ）は、燃料逃し通路を開閉するスピル弁の駆動タイミングに対応した制御量であって、少なくとも、目標燃圧（ＰＦ₀）と、実際の燃圧（ＰＦ）、及び、第一のフィードバック量（ＱＦｓｐｌ１）から変換された制御量（ＰＦＦＢ―ＡＮＧ１）によって演算されるものであることを特徴とする内燃機関の燃料圧力制御装置。
前記制御手段により演算される制御量は、フィードバックの積分項の値が所定の範囲内の場合は前記第一のフィードバック量のみとし、所定の範囲外の場合は、前記第一のフィードバック量と前記第二のフィードバック量の両方とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。
前記フィードバックの積分項の値が所定の範囲外になった場合、前記第一のフィードバック量のうち、所定量だけ第二のフィードバック量に変換することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。
前記所定の範囲は、機関回転速度、高圧ポンプの吐出量、燃圧のうち、少なくとも１つに基づいて変更することを特徴とする請求項２〜請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。
前記制御手段は、バッテリから供給される電力によって常時記憶保持可能なバッテリバックアップメモリを備え、少なくとも、前記第二のフィードバック量は、前記バッテリバックアップメモリに記憶されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。
前記制御手段は、前記第二のフィードバック量が予め想定された所定の範囲を逸脱したときに燃料系が異常であると判定する異常判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。