JP4420240B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、燃料リターン経路のない燃料ポンプ制御系を備えた内燃機関制御装置に関し、特に燃料ポンプに対する駆動制御の新規な改良技術に関するものである。

一般に、内燃機関制御装置においては、燃料配管を構成するデリバリパイプに燃料噴射弁を取り付けるとともに、燃料噴射弁を内燃機関の吸気ポートに配置し、吸入空気量に応じて燃料噴射弁の開弁時間を制御することにより、内燃機関への燃料噴射量を制御している。
このとき、デリバリパイプに対しては、燃料タンク内に取り付けられた燃料ポンプから燃料が圧送される。

また、デリバリパイプには、圧力レギュレータが設けられており、デリバリパイプ内の燃圧と吸気ポート内の吸気圧との差（燃料噴射弁の内外圧力差）が一定に保持されるようになっている。
また、一般に、燃料ポンプは、内燃機関の要求燃料量によらず、常に最大能力で駆動されており、余分な燃料は、圧力レギュレータから燃料リターン経路を介して燃料タンクへ戻されている。

上記の一般的な内燃機関制御装置構成において、圧力レギュレータから燃料リターン経路を通って戻された燃料は、運転中の内燃機関の発熱によって温度上昇しているので、燃料タンク内の温度を上昇させる一因となり、燃料タンク内に燃料の蒸散ガスを発生させる原因になっていた。
また、燃料ポンプを常に最大能力で駆動しているので、燃費悪化の原因となっていた。

そこで、燃料リターン経路を不要とし、吸気圧および燃圧をそれぞれ検出する圧力センサを設けるとともに、吸気管内の吸気圧と燃料配管内の燃圧との圧力差を一定に維持するようにＰＩＤ演算するフィードバック制御手段により、燃料ポンプの供給電力をデューティ制御する燃料ポンプ制御システムを備えた内燃機関制御装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載の燃料リターン経路のない燃料ポンプ制御システムにおいては、内燃機関の負荷変動時に、吸気圧が急増した場合には、燃料ポンプの吐出量を増加させて燃圧と吸気圧との圧力差を一定に保つことができる。
しかしながら、燃圧の変化は、燃料配管に流入する燃料流量と燃料配管から排出される燃料流量との差（燃料噴射量と燃料ポンプ吐出量との差）によって生じるので、燃料リターン経路がない状態で、内燃機関の負荷変動により吸気圧が急減した場合には、空燃比Ａ／Ｆを一定にしなければならない制約から、燃料噴射量をむやみに増量することができず、燃圧と吸気圧との圧力差を一定に保つことができなくなる可能性があった。

また、量産される燃料ポンプの吐出能力にはばらつきが多いので、積分器を用いて補償する必要があるが、特許文献１においては、すべての運転領域で吸気圧と燃圧との圧力差を一定にするために、積分器のゲインを比較的大きい値に設定している。
しかしながら、燃料配管は、もともと燃圧に対して積分器的な作用を有しているので、積分器のゲインを大きく設定すると、逆に制御系が不安定になって燃圧が安定せず、正確に燃料噴射量を制御することができず、排ガスやドライバビリティを損なう可能性があった。

特許第３１１１１３０号公報

従来の内燃機関制御装置では、特許文献１のように、燃料リターン経路のない燃料ポンプ制御システムを用いた場合、内燃機関の負荷変動により吸気圧が急減したときには、吸気管内圧力との圧力差を一定に保つことができないという課題があった。
また、燃料ポンプのばらつき補償用の積分器のゲインを大きくした場合には、制御系が不安定になって、燃圧および燃料噴射量を正確に制御することができなくなるので、排ガスやドライバビリティを損なうという課題があった。

また、最近では、燃費向上のために、始動時や加速時にオルタネータによる発電をカットし、その後、徐々に発電量を元に戻すという発電制御が一般的になってきているが、発電カット時には燃料ポンプへの供給電圧が約１４．５Ｖから約１３Ｖに低下するので、供給電圧の低下に応じて燃料ポンプの吐出量も減少して燃圧が低下してしまうという課題があった。

さらに、燃料ポンプへの供給電圧を検出する際には、ノイズ除去を目的として、一般に比較的大きい定数のローパスフィルタが用いられるが、始動時における燃料ポンプへの供給電圧は、スタータ駆動によって大きく低下した後、内燃機関が自立回転を開始した時点で急復帰するので、フィルタ処理後の供給電圧が実際の供給電圧よりも小さくなり、燃料ポンプの吐出量が不足して燃圧が低下してしまうという課題があった。

この発明はこのような課題を解消するためになされたものであり、燃料リターン経路のない燃料ポンプ制御系の安定性を確保して、燃料ポンプからの燃料吐出量の安定化を実現した内燃機関制御装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、燃料ポンプへの供給電圧の変動に対しても吐出量の安定化を実現した内燃機関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制御装置は、燃料タンクから燃料配管を介して供給された燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁と、燃料タンク内の燃料を燃料配管に圧送する燃料ポンプと、燃料配管内の燃圧を検出する燃圧センサと、少なくとも積分器演算を行い、燃圧の検出値が目標燃圧と一致するように燃料ポンプの吐出量を制御する燃料ポンプフィードバック制御手段と、燃料ポンプへの供給電圧を検出する供給電圧検出手段とを備えた内燃機関制御装置において、燃料ポンプフィードバック制御手段は、燃圧の検出値が、燃料ポンプのフィードバック制御領域の下限値に対応した第１の燃圧基準値以下を示す場合には、燃料ポンプを最大能力で駆動し、燃圧の検出値が、フィードバック制御領域の上限値に対応した第２の燃圧基準値以上を示す場合には、燃料ポンプを停止させ、燃圧の検出値が、第１の燃圧基準値と第２の燃圧基準値との間のフィードバック制御領域内に存在することを示す場合には、燃圧の検出値に応じて燃料ポンプをフィードバック制御するとともに、供給電圧に応じて燃料ポンプの操作量を調整し、供給電圧検出手段は、互いに回路定数の異なる複数のフィルタを含み、内燃機関の始動時に、複数のフィルタのうちの、応答性を重視した小さいフィルタゲインのフィルタを選択するものである。

この発明によれば、燃圧が常に目標燃圧を含む所定範囲内に維持されるので、燃料ポンプフィードバック制御用の積分ゲインを小さく設定することができ、制御系の安定化を図るとともに、積分器によって燃料ポンプのばらつきを補償することができるので、燃料ポンプの吐出量を正確に制御することができ、排ガスやドライバビリティの悪化を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はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関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（以下、「エンジン」ともいう）１は、たとえば４気筒のうちの１気筒のみに関して代表的に示されている。

エンジン１の燃焼室には、吸気弁を介して吸気管５が連通されており、エアフィルタでごみが取り除かれた空気が、吸気管５を介して吸入される。
吸気管５には、吸気管圧力を検出する吸気圧センサ２と、エンジン１に供給する空気量を調整するスロットルバルブ３と、デリバリパイプ１４から供給された燃料を噴射する燃料噴射弁１３とが設けられている。
スロットルバルブ３には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサが内蔵されている。

エンジン１のクランク軸には、クランク角度およびエンジン１の回転速度を検出するクランク角センサ４が設置されている。
また、エンジン１には、燃焼室内の混合気を爆発させるための点火プラグ１８が設けられるとともに、排気弁を介して排気ガスを排出するための排気管１９が連通されている。

デリバリパイプ１４には、燃圧Ｆｐを検出する燃圧センサ１５が設けられるとともに、燃料流路１２が連通されている。
デリバリパイプ１４および燃料流路１２は、燃料を燃料噴射弁１３に供給するための燃料配管を構成している。

燃料流路１２は、燃料フィルタ８、燃料ポンプ１０およびストレーナ１１を介して、燃料タンク９に接続されている。
これにより、燃料タンク９内の燃料は、ストレーナ１１を介して燃料ポンプ１０に送られ、燃料ポンプ１０から吐出されて燃料流路１２に圧送され、デリバリパイプ１４を介して燃料噴射弁１３に供給されるようになっている。

エンジン１への供給燃料が貯留された燃料タンク９内には、燃料を吐出する燃料ポンプ１０と、ストレーナ１１とが付設されている。
具体的には、燃料ポンプ１０内には、ブラケット（図示せず）により燃料タンク９内の燃料を吐出するために、直流モータにより回転駆動される羽根車（図示せず）が設けられている。これにより、燃料ポンプ１０に通電が開始されると、燃料ポンプ１０内の直流モータが駆動して羽根車が回転し、燃料タンク９内に貯留された燃料は、ストレーナ１１を介して燃料ポンプ１０に導入されて、燃料流路１２に圧送される。

燃料ポンプ１０は、エンジン制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１６によって制御される燃料ポンプ駆動装置７により駆動される。
燃料ポンプ駆動装置７は、バッテリ６（または、オルタネータ１７）からの給電によって燃料ポンプ１０に印加される供給電圧（以下、「バッテリ電圧」ともいう）ＶＢｒを、後述するように、ＥＣＵ１６からの駆動信号に基づいて調整する。

燃料ポンプ１０から吐出される燃料量は、直流モータに印加される電圧、つまり直流モータにより回転駆動される羽根車の回転速度によって決定される。
また、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐは、燃料ポンプ１０から吐出される燃料量と、燃料噴射弁１３から噴射される噴射燃料量Ｑｆとの差分により決定される。

このとき、バッテリ６（または、オルタネータ１７）から燃料ポンプ１０内の直流モータに印加される電圧に応じて、羽根車の回転速度が変化するので、燃料ポンプ１０に供給されるバッテリ電圧ＶＢｒの調整によって燃料ポンプ１０から吐出される燃料量を操作することができる。
デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐは、燃料ポンプ１０からの燃料吐出流量が燃料噴射弁１３からの燃料噴射量よりも多ければ増加し、逆に、燃料ポンプ１０からの燃料吐出流量が燃料噴射弁１３からの燃料噴射量よりも少なければ減少する。

燃料ポンプ１０の駆動に応じて燃料タンク９から吐出された燃料は、燃料フィルタ８で燃料中のごみが取り除かれた後、燃料流路１２を通って、一端に燃圧センサ１５が設けられたデリバリパイプ１４に送られ、デリバリパイプ１４に接続されかつエンジン１の燃焼室に指向して設置された燃料噴射弁１３からエンジン１へと供給される。
以下、エンジン１の燃焼室に送られた空気と燃料との混合ガスは、点火プラグ１８の放電火花により着火燃焼し、排気ガスとなって排気管１９から排出される。

吸気圧センサ２、スロットルバルブ３内のスロットル開度センサ、クランク角センサ４、燃圧センサ１５および他のセンサ（図示せず）は、エンジン１の運転状態を検出するための各種センサを構成しており、各種センサの検出情報（運転状態）は、ＥＣＵ１６に入力されている。
なお、図示しないセンサとしては、たとえば、吸気管５内の吸気量を検出するエアフローセンサやエンジン１の冷却水温を検出する水温センサなどがあげられる。

また、燃料ポンプ駆動装置７、燃料噴射弁１３、点火プラグ１８および他のアクチュエータは、エンジン１を駆動するための各種アクチュエータを構成しており、各種アクチュエータは、ＥＣＵ１６の制御下で駆動される。

ＥＣＵ１６は、周知のように、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２１と、ＲＯＭ（リードオンメモリ）２２と、入出力インタフェース２３と、駆動回路２４とを備えている。
ＥＣＵ１６において、ＣＰＵ２０は、クランク角センサ４や吸気圧センサ２などからの検出信号に応じて、各種の演算を実行する。ＲＡＭ２１は、ＣＰＵ２０での演算結果を一時的に格納する。

ＲＯＭ２２には、ＣＰＵ２０の演算に必要なプログラムおよび各種定数などに加えて、燃料ポンプ１０への印加電圧を制御する燃料ポンプ駆動装置７に対する制御プログラムおよび定数が格納されている。
入出力インタフェース２３は、燃圧センサ１５などの検出信号をＣＰＵ２０に入力するとともに、ＣＰＵ２０で演算された燃料ポンプ駆動装置７に対する駆動信号などを出力する。
入出力インタフェース２３から出力される駆動信号のうち、気筒ごとの燃料噴射弁１３および点火プラグ１８に対する駆動信号は、駆動回路２４を介して出力される。

このとき、クランク角センサ４などの各種センサからの検出信号は、入出力インタフェース２３を介してＥＣＵ１６に入力され、ＣＰＵ２０において演算処理が施され、エンジン１の運転状態の判定に寄与する。

すなわち、ＥＣＵ１６内のＣＰＵ２０は、エアフローセンサおよび水温センサなど（図示せず）からの検出信号に基づいて、ＲＯＭ２２内の各種定数を読み出すとともに、ＣＰＵ２０で演算した各種の演算結果をＲＡＭ２１から読み出して、たとえば燃料噴射弁１３の開弁時間などを演算する。
開弁時間の演算結果は、燃料噴射用の駆動信号として、駆動回路２４を介して燃料噴射弁１３に印加され、燃料噴射弁１３の開弁駆動時間を決定する。

一方、燃料ポンプ駆動装置７に対する駆動信号は、制御デューティ信号からなり、制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒは、デリバリパイプ１４の一端に設けられた燃圧センサ１５からの燃圧Ｆｐの検出値に応じて設定される。
燃料ポンプ駆動装置７から燃料ポンプ１０に供給されるバッテリ電圧ＶＢｒは、ＥＣＵ１６から燃料ポンプ駆動装置７に送られた制御デューティ信号に基づいて調整され、燃料ポンプ１０を駆動する。

燃料ポンプ駆動装置７は、ＥＣＵ１６からの制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒにしたがって、バッテリ６（または、オルタネータ１７）から供給されるバッテリ電圧ＶＢｒをオン・オフ出力することにより、燃料ポンプ１０に供給されるバッテリ電圧ＶＢｒ（燃料ポンプ１０の駆動力）を制御し、燃料ポンプ１０から燃料流路１２への吐出燃料量を調整して、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐを制御する。

次に、図２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１に関連した参考例１による動作について説明する。
まず、クランク角センサ４、燃圧センサ１５、スロットルバルブ３内のスロットル開度センサなどの各種センサからの検出信号は、入出力インタフェース２３を介して、ＥＣＵ１６に取り込まれ、ＥＣＵ１６内のＣＰＵ２０は、上述したように、燃料噴射弁１３の開弁時間、つまり燃料噴射弁１３からの噴射燃料流量Ｑｆを演算する。
このとき、ＥＣＵ１６は、燃圧センサ１５による燃圧Ｆｐの検出値に基づいて、図２の処理ルーチンを実行する。

図２において、ＥＣＵ１６は、まず、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐ（燃圧センサ１５の検出値）を読み込み（ステップＳ１）、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐと、燃料ポンプ１０のフィードバック制御領域の下限値に対応した第１の燃圧基準値ＦｐＬとを比較し、Ｆｐ＞ＦｐＬの関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において、Ｆｐ≦ＦｐＬ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、たとえばエンジン１が冷機始動時の状態で、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐが所定制御領域を逸脱して低下していると見なされるので、エンジン１の始動時の初回燃料噴射弁１３からの燃料噴射までに、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐを早急に目標燃圧Ｆｐｏｂｊまで上昇させる必要がある。

したがって、燃圧Ｆｐが第１の燃圧基準値ＦｐＬ以下を示す場合には、燃料ポンプ１０への供給電圧をバッテリ電圧ＶＢｒに一致させて、燃料ポンプ１０の駆動力を最大にするために、燃料ポンプ駆動装置７に対する制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを、１００［％］に設定し（ステップＳ４）、図２の処理ルーチンを終了してリターンする。
これにより、ＥＣＵ１６で演算される要求燃料量以上の燃料が燃料ポンプ１０から吐出されるので、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐを素早く昇圧させることができる。

一方、ステップＳ２において、Ｆｐ＞ＦｐＬ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐと、燃料ポンプ１０のフィードバック制御領域の上限値に対応した第２の燃圧基準値ＦｐＵとを比較し、Ｆｐ＜ＦｐＵの関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、Ｆｐ≧ＦｐＵ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐが所定制御領域を逸脱して上昇していると見なされるので、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐを素早く低下させる必要がある。
したがって、燃圧Ｆｐが第２の燃圧基準値ＦｐＵ以上を示す場合には、燃料ポンプ駆動装置７への制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを０［％］に設定して（ステップＳ６）、図２の処理ルーチンを終了してリターンする。

このように、燃料ポンプ駆動装置７への制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを０［％］に設定することにより、エンジン１の駆動中は、フューエルカットなどの特別な条件下の場合を除けば、絶えず燃料噴射弁１３から燃料が噴射されるので、速やかにデリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐを低下させることができる。

一方、ステップＳ３において、Ｆｐ＜ＦｐＵ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐが、第１の燃圧基準値ＦｐＬよりも高く、かつ第２の燃圧基準値ＦｐＵよりも低い所定制御領域内（燃料ポンプ１０のフィードバック制御領域）に存在することを示すので、燃料ポンプ１０のフィードバック制御による燃圧Ｆｐのフィードバック制御（ステップＳ５）を実行し、図２の処理ルーチンを終了してリターンする。

次に、図１、図３および図４を参照しながら、図２内のステップＳ５について、さらに具体的に説明する。
図３はＥＣＵ１６内の燃料ポンプフィードバック制御手段（図２内のステップＳ５）を示す機能ブロック図である。
また、図４は図３内のデューティ値演算テーブル３２を示す説明図であり、噴射燃料流量Ｑｆと基本デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｂとの関係を示している。

図３において、燃料ポンプフィードバック制御手段（ＥＣＵ１６）は、基本デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｂを演算する基本デューティ値演算部３０と、エンジン１の運転状態に基づいて目標燃圧Ｆｐｏｂｊを設定する目標燃圧演算部３３と、目標燃圧Ｆｐｏｂｊと燃圧Ｆｐとの圧力差ΔＦｐ（＝Ｆｐｏｂｊ−Ｆｐ）を演算する減算器３４と、圧力差ΔＦｐに基づいてフィードバック演算を行うフィードバック制御部３５と、フィードバック制御部３５の出力値と基本デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｂとを加算して制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを演算する加算器３９とを備えている。

基本デューティ値演算部３０は、エンジン１の運転状態に基づいて噴射燃料流量Ｑｆを演算する噴射燃料流量演算部３１と、噴射燃料流量Ｑｆから基本デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｂを演算するデューティ値演算テーブル３２とを備えている。
デューティ値演算テーブル３２は、図４に示すようなテーブルからなり、あらかじめＥＣＵ１６内ＲＯＭ２２に格納されている。

フィードバック制御部３５は、圧力差ΔＦｐから比例補正係数ＦＰＫＰを算出する比例器３６と、圧力差ΔＦｐから積分補正係数ＦＰＫＩを算出する積分器３７と、比例補正係数ＦＰＫＰと積分補正係数ＦＰＫＩとを加算して出力値を生成する加算器３８とを備えている。

図３に示した燃料ポンプフィードバック制御手段において、まず、減算器３４は、目標燃圧Ｆｐｏｂｊと、燃圧センサ１５により検出されたデリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐとの圧力差ΔＦｐ（＝Ｆｐｏｂｊ−Ｆｐ）を算出する。

続いて、フィードバック制御部３５内の比例器３６および積分器３７は、圧力差ΔＦｐに基づく比例演算および積分演算を行い、比例補正係数ＦＰＫＰおよび積分補正係数ＦＰＫＩを算出する。
また、加算器３８は、比例補正係数ＦＰＫＰと積分補正係数ＦＰＫＩとを加算し、フィードバック補正係数として出力する。

一方、基本デューティ値演算部３０において、噴射燃料流量演算部３１は、燃料噴射弁１３の開弁時間とエンジン回転数とに基づいて、燃料噴射弁１３から噴射される単位時間あたりの噴射燃料流量Ｑｆを算出する。
また、デューティ値演算テーブル３２は、図４に示す噴射燃料流量Ｑｆと基本デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｂとの関係から、噴射燃料流量Ｑｆに応じた基本デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｂを、テーブル参照により算出する。

加算器３９は、基本デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｂとフィードバック補正係数（＝ＦＰＫＰ＋ＦＰＫＩ）とを加算して、制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを算出し、燃料ポンプ駆動装置７に出力する。

以下、燃料ポンプ駆動装置７は、ＥＣＵ１６からの制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒに応じて、燃料ポンプ１０に供給されるバッテリ電圧ＶＢｒをデューティ制御し、燃料ポンプ１０の吐出量を調整して、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐを目標燃圧Ｆｐｏｂｊに一致させる。
このとき、燃料ポンプ１０の吐出量にばらつきがあっても、フィードバック制御部３５内の積分演算によってフィードバック補償されるので、正確に燃料吐出量を制御することができる。

以上のように、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐが、燃料ポンプ１０のフィードバック制御領域の下限値に対応した第１の燃圧基準値ＦｐＬよりも高く、かつフィードバック制御領域の上限値に対応した第２の燃圧基準値ＦｐＵよりも低い所定制御領域内を示す場合には、燃料ポンプ１０による燃圧Ｆｐのフィードバック制御を行う。

一方、所定制御領域から逸脱し、燃圧Ｆｐが第１の燃圧基準値ＦｐＬ以下の場合には、燃料ポンプ駆動装置７の制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを１００［％］に設定し、また、燃圧Ｆｐが第２の燃圧基準値ＦｐＵ以上の場合には、燃料ポンプ駆動装置７の制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを０［％］に設定する。
このように、燃料ポンプ１０からの燃料吐出量を最大（＝１００％）、または最小（＝０％）に設定することにより、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐが目標燃圧Ｆｐｏｂｊに対して圧力差が生じた時でも素早く目標燃圧Ｆｐｏｂｊに戻すことができる。

次に、図１〜図４とともに、図５のタイミングチャートを参照しながら、参考例１による燃圧Ｆｐの制御動作について、さらに具体的に説明する。
図５において、最初の時刻ｔ１までの期間では、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐが燃料ポンプ１０のフィードバック制御領域内（ＦｐＬ＜Ｆｐ＜ＦｐＵ）にあるので、燃料ポンプ１０のフィードバック制御が行われ、燃圧Ｆｐは目標燃圧Ｆｐｏｂｊ（破線参照）に維持される。このとき、燃料ポンプ制御フラグは、「１」にセットされた状態である。

一方、時刻ｔ１において、何らかの原因でデリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐが上昇し、燃圧Ｆｐが第２の燃圧基準値ＦｐＵ（２点鎖線参照）以上に達すると、燃料ポンプ制御フラグは「０」にリセットされた状態となり、燃料ポンプ１０の制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒは０［％］に設定される。
以下、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間では、燃料ポンプ１０から吐出される燃料が停止するので、燃料噴射弁１３からの燃料噴射が繰り返されることによって、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐは速やかに低下する。

その後、燃圧Ｆｐの低下により、時刻ｔ２において、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐが第２の燃圧基準値ＦｐＵを下回ると、燃料ポンプ制御フラグが「１」にセットされ、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐが目標燃圧Ｆｐｏｂｊと一致するように、燃料ポンプ１０のフィードバック制御が再開される。燃料ポンプ１０のフィードバック制御は、時刻ｔ３まで継続する。

ここで、たとえばエンジン１の要求燃料量の増大などに起因して燃料噴射量が増大すると、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐは低下する。
そして、時刻ｔ３において、燃圧Ｆｐが第１の燃圧基準値ＦｐＬ（１点鎖線参照）以下まで低下すると、燃料ポンプ制御フラグは「０」にリセットされた状態となり、燃料ポンプ１０の制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒは、最大値（＝１００［％］）に設定される。

以下、燃圧Ｆｐが第１の燃圧基準値ＦｐＬを越える時刻ｔ４までの期間にわたって、制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒが１００［％］に維持され、燃料ポンプ１０は、最大能力で駆動される。
その後、時刻ｔ４において、燃圧Ｆｐが第１の燃圧基準値ＦｐＬを越えると、再び燃料ポンプ制御フラグが「１」にセットされ、燃料ポンプ１０のフィードバック制御が行われる。

図５に示したように、参考例１によれば、燃圧Ｆｐが目標燃圧Ｆｐｏｂｊを中心とした所定のフィードバック制御領域内（ＦｐＬ＜Ｆｐ＜ＦｐＵ）を示す場合のみにおいて、燃料ポンプ１０による燃圧Ｆｐのフィードバック制御が行われる。
一方、燃圧Ｆｐがフィードバック制御領域の逸脱（Ｆｐ≦ＦｐＬ、Ｆｐ≧ＦｐＵ）を示す場合には、燃料ポンプ１０のフィードバック制御を停止して、燃料ポンプ駆動装置７の制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを強制的に１００［％］または０［％］に設定する。

つまり、燃圧Ｆｐが所定範囲を逸脱して低下または上昇した場合には、燃料ポンプ１０に供給されるバッテリ電圧ＶＢｒに対する制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを、最大値（＝１００［％］）または最小値（＝０［％］）に設定することにより、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐを目標燃圧Ｆｐｏｂｊに素早く復帰させることができる。

したがって、燃圧Ｆｐが常に目標燃圧Ｆｐｏｂｊを含む所定範囲内に維持されるので、燃料ポンプ１０のフィードバック制御用の積分ゲインを比較的小さい値に設定して、制御系の安定化を実現することができる。
また、図３に示したように、フィードバック制御部３５内の積分器３７によって、燃料ポンプ１０のばらつきを補償することができるので、燃料ポンプ１０の吐出量を正確に制御することができ、排ガスやドライバビリティの悪化を防止することができる。
さらに、燃料ポンプ１０を最大能力で駆動しなくても、エンジン１の要求噴射量に合わせて燃料ポンプ１０を駆動することができるので、燃料ポンプ１０の消費電力を低減することができ、燃費を向上させることができる。

以上のように、参考例１によれば、燃料タンク９から燃料配管を介して供給された燃料を内燃機関１に噴射する燃料噴射弁１３と、燃料タンク９内の燃料を燃料配管に圧送する燃料ポンプ１０と、燃料配管内の燃圧Ｆｐを検出する燃圧センサ１５と、少なくとも積分器演算を行い、燃圧Ｆｐの検出値が目標燃圧Ｆｐｏｂｊと一致するように燃料ポンプ１０の吐出量を制御する燃料ポンプフィードバック制御手段とを備え、燃料ポンプフィードバック制御手段は、燃圧Ｆｐの検出値が、燃料ポンプ１０のフィードバック制御領域の下限値に対応した第１の燃圧基準値ＦｐＬ以下を示す場合には、燃料ポンプ１０を最大能力で駆動し、燃圧Ｆｐの検出値が、フィードバック制御領域の上限値に対応した第２の燃圧基準値ＦｐＵ以上を示す場合には、燃料ポンプ１０を停止させ、燃圧Ｆｐの検出値が第１の燃圧基準値ＦｐＬと第２の燃圧基準値ＦｐＵとの間のフィードバック制御領域内に存在することを示す場合には、燃圧Ｆｐの検出値に応じて燃料ポンプ１０をフィードバック制御する。

すなわち、燃料配管内の燃圧Ｆｐが、燃料ポンプ１０のフィードバック制御領域の下限値以下を示す場合には、燃料配管の積分機能を利用して、燃料ポンプ駆動装置７の制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを最大値（＝１００［％］）に設定し、燃圧Ｆｐが上限値以上を示す場合には、制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒを最小値（＝０［％］）に設定する。

これにより、目標燃圧Ｆｐｏｂｊを含む所定範囲のみで燃料ポンプ１０のフィードバック制御を行い、燃料配管内の燃圧Ｆｐが目標燃圧Ｆｐｏｂｊから外れた場合に、速やかに目標燃圧Ｆｐｏｂｊに復帰させ、目標燃圧Ｆｐｏｂｊを含む所定範囲内に燃圧Ｆｐを常に維持させることができる。
また、燃圧Ｆｐがフィードバック制御領域を逸脱しても、素早くフィードバック制御領域に復帰させて目標燃圧Ｆｐｏｂｊに戻すことができるので、要求燃料量通りの燃料量を噴射することができ、空燃比Ａ／Ｆを過度にリーン化、またはリッチ化することがない。

また、燃料ポンプ１０のフィードバック制御用の積分ゲインを小さく設定し、制御系の安定化を実現するとともに、積分器３７によって燃料ポンプ１０のばらつきを補償できるので、燃料ポンプ１０の吐出量を正確に制御して、排ガスやドライバビリティの悪化を防止することができる。
また、燃料ポンプ１０を最大能力で駆動せずに、エンジン１の要求噴射量に合わせて燃料ポンプ１０を駆動することができるので、燃料ポンプ１０の消費電力を低減して燃費を向上させることができる。

上記参考例１では、燃料ポンプ駆動装置７に供給されるバッテリ電圧ＶＢｒの変動について考慮しなかったが、バッテリ電圧ＶＢｒに応じて燃料ポンプ１０の操作量を調整することが望ましい。
次に、供給電圧に応じて制御デューティ値を補正するように構成したこの発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置について説明する。

図６はこの発明の実施の形態１に係るＥＣＵ１６Ａ（燃料ポンプフィードバック制御手段）を示す機能ブロック図である。
図６において、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
この場合、ＥＣＵ１６Ａは、前述（図１、図３参照）のＥＣＵ１６に対応しており、燃料ポンプフィードバック制御手段に供給電圧補償部４０が追加された点を除けば、前述の図３の構成と同一である。

供給電圧補償部４０は、燃料ポンプ１０への供給電圧（バッテリ電圧ＶＢｒ）を検出する供給電圧検出手段と、供給電圧補償デューティ値演算部４４とを備えている。
供給電圧補償部４０内の供給電圧検出手段は、スイッチ４１により選択的に有効化され、互いに回路定数の異なる複数のフィルタとして、エンジン１の始動時と始動時以外とに対応して個別に機能する始動用フィルタ４２および通常用フィルタ４３を含む。

供給電圧補償部４０内の供給電圧補償デューティ値演算部４４は、加算器３９の出力端に挿入されており、始動用フィルタ４２または通常用フィルタ４３を介してフィルタ処理されたバッテリ電圧ＶＢｆに応じて、供給電圧補償デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｍを算出して燃料ポンプ駆動装置７に出力する。

すなわち、燃料ポンプフィードバック制御手段は、供給電圧（バッテリ電圧ＶＢｒ）に応じた供給電圧補償デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｍにより、燃料ポンプ駆動装置７の操作量（制御デューティ値）を調整し、供給電圧の変動によらず燃料ポンプ１０による燃圧Ｆｐの制御量を補償する。

以下、図６に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
なお、燃料ポンプ１０のフィードバック制御動作については、前述と同様なので説明を省略し、供給電圧補償部４０の動作に注目して説明する。

図１に示したように、バッテリ６およびオルタネータ１７は、互いに並列に接続されており、燃料ポンプ駆動装置７のみならず、ＥＣＵ１６Ａへの供給電源としても機能しているので、ＥＣＵ１６Ａ内の供給電圧検出手段は、バッテリ電圧ＶＢｒをＡ／Ｄ変換することにより、供給電圧として直接読み込むことができる。

まず、エンジン１の始動時クランキングからエンジン１が自立回転してスタータ負荷が抜けるまでの所定期間において、供給電圧補償部４０内の供給電圧検出手段は、スイッチ４１により始動用フィルタ４２を選択して、応答性重視の比較的小さいフィルタゲインに設定する。
その後、エンジン１が自立回転を開始すれば、スイッチ４１により通常用フィルタ４３を選択して、ノイズ除去重視の比較的大きいフィルタゲインに切り換える。

すなわち、供給電圧検出手段は、始動後の所定期間においては、スイッチ４１を介して始動用フィルタ４２にバッテリ電圧ＶＢｒを入力する。これにより、フィルタゲインＫを通常時よりも小さく設定し、以下の式（１）のローパスフィルタ演算式を用いて、フィルタ処理後のバッテリ電圧ＶＢｆ（ｉ）を算出する。

ＶＢｆ（ｉ）＝Ｋ×ＶＢｆ（ｉ−１）＋（１−Ｋ）×ＶＢｒ（ｉ） ・・・（１）

ただし、式（１）において、（ｉ）は今回値、（ｉ−１）は前回値を示す。
その後、所定期間が経過してエンジン１が自立回転を開始すると、供給電圧検出手段は、スイッチ４１を介して通常用フィルタ４３にバッテリ電圧ＶＢｒを入力することにより、フィルタゲインＫを通常値に戻す。

供給電圧補償デューティ値演算部４４は、フィルタ処理後のバッテリ電圧ＶＢｆと、バッテリ電圧ＶＢｒの比較基準値ＶＢｒ０（たとえば、ＶＢｒ０＝１４［Ｖ］）との比率（＝ＶＢｒ０／ＶＢ）を演算し、制御デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｒに対して、以下の式（２）のように補正演算を行い、供給電圧補償デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｍを算出する。

Ｄｕｔｙ＿Ｍ＝（ＶＢｒ０／ＶＢｒ）×Ｄｕｔｙ＿Ｒ ・・・（２）

以下、式（２）で算出した供給電圧補償デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｍを燃料ポンプ駆動装置７に入力することにより、供給電圧補償デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｍに応じた能力で燃料ポンプ１０を駆動させる。

次に、図１および図６とともに、図７、図８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１による動作について説明する。
図７はバッテリ電圧ＶＢｒが急低下した場合の補償動作を示し、図８はバッテリ電圧ＶＢｒが急上昇した場合の補償動作を示している。

まず、図７において、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間で、たとえば発電カットによりバッテリ電圧ＶＢｒが急激に低下すると、燃料ポンプ１０に実際に供給されるバッテリ電圧ＶＢｒも低下する。
このとき、仮に供給電圧補償部４０が設けられていない場合には、制御デューティ値（破線参照）が特に補償されないので、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐ（破線参照）は低下してしまう。

しかし、図６のように供給電圧補償部４０が設けることにより、上記式（２）で増大補正された供給電圧補償デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｍが燃料ポンプ駆動装置７に入力される。
したがって、燃料ポンプ１０に実際に供給される電圧が増大補償されるので、バッテリ電圧ＶＢｒが低下しても、燃料ポンプ１０への供給電圧（実線参照）は実質的に低下しない。

この結果、発電カット時などにおいて、バッテリ電圧ＶＢｒが急低下しても、正確に燃料ポンプ１０の吐出量を所望量に制御して、燃圧Ｆｐ（実線参照）を目標燃圧Ｆｐｏｂｊ（１点鎖線参照）に維持することができる。

次に、図８を参照しながら、バッテリ電圧ＶＢｒが急激に増加した場合の補償動作について説明する。
まず、図８内の時刻ｔ２１において、エンジン１の始動時にスタータなどの駆動が停止して、スタータ負荷抜けが発生すると、バッテリ電圧ＶＢｒが急激に増加する。

このとき、仮に通常用フィルタ４３（フィルタゲインが大きい）を選択したとすると、フィルタ処理後のバッテリ電圧ＶＢｆ（点線参照）は、バッテリ電圧ＶＢｒの変化に追従せず、式（２）による補償演算は過補正状態となり、制御デューティ値（点線参照）が補償されることはない。
この結果、燃圧Ｆｐ（点線参照）は、目標燃圧Ｆｐｏｂｊ（１点鎖線参照）よりも大きくなるので、燃料噴射量に誤差が生じて、空燃比Ａ／Ｆがリッチ化して排ガスが悪化してしまう。

しかし、供給電圧補償部４０の始動用フィルタ４２（フィルタゲインが小さい）を選択することにより、フィルタ後のバッテリ電圧ＶＢｆ（実線参照）は、バッテリ電圧ＶＢｒの変化に追従する。
したがって、供給電圧補償デューティ値Ｄｕｔｙ＿Ｍ（実線参照）が速やかに減少し、デリバリパイプ１４内の燃圧Ｆｐは、ほぼ目標燃圧Ｆｐｏｂｊ（１点鎖線参照）に制御され、燃料ポンプ１０への供給電圧が変動しても燃料吐出量を安定させることができる。

このように、燃料ポンプ駆動装置７への供給電圧（バッテリ電圧ＶＢｒ）の検出値に対し、始動時と始動時以外とに対応した少なくとも２つのフィルタ（始動用フィルタ４２、通常用フィルタ４３）を設け、始動時と始動時以外とに応じて選択して個別に機能させることにより、ノイズを除去しつつ、かつ始動時のスタータ負荷が抜けるときの大きな電圧変化（急上昇）に対しても、正確に燃料ポンプ１０の吐出量を制御して、燃圧Ｆｐを目標燃圧Ｆｐｏｂｊに維持することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、燃料ポンプ１０への供給電圧（バッテリ電圧ＶＢｒ）を検出する供給電圧検出手段を備え、燃料ポンプフィードバック制御手段は、供給電圧に応じて燃料ポンプ１０の操作量を調整するので、始動時のスタータ駆動や発電制御の発電カットによるバッテリ電圧ＶＢｒの低下に対しても、燃料ポンプ１０の吐出量を正確に制御して、燃圧Ｆｐを目標燃圧Ｆｐｏｂｊに維持することができる。

また、供給電圧検出手段は、互いに回路定数（フィルタゲイン）の異なる複数のフィルタとして、始動時に対応した始動用フィルタ４２と、始動時以外に対応した通常用フィルタ４３とを含み、各フィルタ４２、４３は、始動時または始動時以外に対応して、個別に選択されて機能するので、ノイズを除去しつつ、かつ始動時のスタータ負荷が抜けるときの大きなバッテリ電圧ＶＢｒの急上昇に対しても、燃料ポンプ１０の吐出量を正確に制御して、燃圧Ｆｐを目標燃圧Ｆｐｏｂｊに維持することができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置を概略的に示すブロック構成図である。 この発明に関連した参考例１による燃圧制御動作を示すフローチャートである。 参考例１に係る燃料ポンプフィードバック制御手段を示す機能ブロック図である。 図３内のデューティ値演算テーブルの具体例として噴射燃料量と制御デューティとの関係を示す説明図である。 参考例１による燃圧制御動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係る燃料ポンプフィードバック制御手段を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１による供給電圧低下時の燃圧制御動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１による供給電圧上昇時の燃圧制御動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）、２ 吸気圧センサ、３ スロットルバルブ、４ クランク角センサ、５ 吸気管、６ バッテリ、７ 燃料ポンプ駆動装置、９ 燃料タンク、１０ 燃料ポンプ、１２ 燃料流路、１３ 燃料噴射弁、１４ デリバリパイプ、１５ 燃圧センサ、１６、１６Ａ ＥＣＵ、３５ フィードバック制御部、３７ 積分器、４０ 供給電圧補償部、４１ スイッチ、４２ 始動用フィルタ、４３ 通常用フィルタ、４４ 供給電圧補償デューティ値演算部、Ｆｐ 燃圧、Ｆｐｏｂｊ 目標燃圧、ＦｐＬ 第１の燃圧基準値、ＦｐＵ 第２の燃圧基準値、Ｄｕｔｙ＿Ｍ 供給電圧補償デューティ値、Ｄｕｔｙ＿Ｒ 制御デューティ値。

Claims (1)

1. 燃料タンクから燃料配管を介して供給された燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料タンク内の燃料を前記燃料配管に圧送する燃料ポンプと、
   前記燃料配管内の燃圧を検出する燃圧センサと、
   少なくとも積分器演算を行い、前記燃圧の検出値が目標燃圧と一致するように前記燃料ポンプの吐出量を制御する燃料ポンプフィードバック制御手段と、
   前記燃料ポンプへの供給電圧を検出する供給電圧検出手段と
   を備えた内燃機関制御装置において、
   前記燃料ポンプフィードバック制御手段は、
   前記燃圧の検出値が、前記燃料ポンプのフィードバック制御領域の下限値に対応した第１の燃圧基準値以下を示す場合には、前記燃料ポンプを最大能力で駆動し、
   前記燃圧の検出値が、前記フィードバック制御領域の上限値に対応した第２の燃圧基準値以上を示す場合には、前記燃料ポンプを停止させ、
   前記燃圧の検出値が、前記第１の燃圧基準値と前記第２の燃圧基準値との間の前記フィードバック制御領域内に存在することを示す場合には、前記燃圧の検出値に応じて前記燃料ポンプをフィードバック制御するとともに、
   前記供給電圧に応じて前記燃料ポンプの操作量を調整し、
   前記供給電圧検出手段は、
   互いに回路定数の異なる複数のフィルタを含み、
   前記内燃機関の始動時に、前記複数のフィルタのうちの、応答性を重視した小さいフィルタゲインのフィルタを選択することを特徴とする内燃機関制御装置。

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