JP5430770B2 - 制御部材の制御処理装置、圧力制御処理装置、egr制御処理装置及び過給圧制御処理装置 - Google Patents

制御部材の制御処理装置、圧力制御処理装置、egr制御処理装置及び過給圧制御処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関を制御するためのシステムに備えられた制御部材の制御処理装置、圧力制御処理装置、EGR制御処理装置及び過給圧制御処理装置に関する。特に、制御部材の目標制御操作量をフィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて求めるように構成された制御部材の制御処理装置、圧力制御処理装置、EGR制御処理装置及び過給圧制御処理装置に関する。
従来、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関への燃料噴射制御に用いられる装置として、蓄圧式燃料噴射制御装置が広く用いられている。この蓄圧式燃料噴射制御装置は、主として、燃料タンク内の燃料を高圧ポンプに供給する低圧フィードポンプと、低圧フィードポンプから供給された燃料を加圧して圧送する高圧ポンプと、高圧ポンプにより圧送された燃料を蓄積するコモンレールと、コモンレールから供給された燃料を内燃機関の気筒へ噴射供給する複数の燃料噴射弁と、燃料噴射制御を実行する電子制御処理装置(ECU:Electronic Control Unit)とを備えている。
このような蓄圧式燃料噴射制御装置において、コモンレールの圧力(以下「レール圧」と称する。)は燃料噴射圧力に直接関連する要素であるために、内燃機関の燃焼性を良好なものとするためにはレール圧を精度よく制御することが重要となっている。このレール圧の制御は、高圧ポンプからコモンレールに向けて圧送される燃料の流量を調節したり(入口制御)、コモンレールから低圧側に戻す燃料の流量を調節したり(出口制御)、さらにはこれらの流量制御を併用したりすることによって行われる。
燃料の流量の調節は、一般的に電磁比例式の調量弁によって行われ、調量弁の目標制御操作量は、目標レール圧と実レール圧との偏差を用いたフィードバック制御によって求められるようになっている(例えば、特許文献1を参照)。
また、調量弁のフィードバック制御を実行するにあたり、調量弁の制御に対するレール圧の応答性を向上させるために、フィードバック制御量のみに基づいて目標制御操作量を定めるのではなく、目標燃料噴射量等に基づいて所定のプレコントロールマップから求められるプレコントロール量とフィードバック制御量との合計量に基づいて調量弁の目標制御操作量を求める制御も行われている(例えば、特許文献2を参照。)。
特開2005−113704号公報 (全文、全図) 国際公開WO2009/125807A1 (段落[0030]、図2)
ところで、蓄圧式燃料噴射制御装置においては、高圧ポンプあるいは調量弁の効率の変化やばらつきがレール圧の制御性に影響を与えるようになっている。この効率は、高圧ポンプや調量弁、さらには制御処理装置等の各構成部品における個体差によってばらつくだけでなく、使用する燃料の種類や燃料温度等の違いによっても変化し得る。
例えば、同じ構成部品を用いた場合であっても、燃料の種類や燃料温度の違いによって燃料の粘度が異なると、燃料通過経路に存在する微細な隙間からの燃料リーク量が変わり、高圧ポンプの見た目の圧送効率が変化する。具体的には、燃料の粘度が低い場合には、燃料リーク量が増加するために高圧ポンプの見た目の圧送効率は低下し、高圧ポンプはより多くの燃料を圧送しなければレール圧を維持することができなくなる。逆に、燃料の粘度が高い場合には、燃料リーク量が減少するために高圧ポンプの見た目の圧送効率が上昇してレール圧が上昇しやすくなり、場合によってはレール圧が上昇しすぎてコモンレール等の高圧系の部品にストレスを与えるおそれがある。
このように高圧ポンプの見た目の圧送効率にばらつきが生じると、製品出荷時にあらかじめ設定された演算式によって目標制御操作量を求めて調量弁の制御を行ったとしても、レール圧を安定的に制御することができなくなる。
例えば、上述の特許文献1においては、目標レール圧と実レール圧との偏差に基づくフィードバック制御量のみに基づいて調量弁の目標制御操作量が定められるものであるために、高圧ポンプの圧送効率の変化やばらつきについてもフィードバック制御量の演算に頼らざるを得ないものである。したがって、調量弁の操作制御に対するレール圧の応答性が悪くなるおそれがある。
また、上述の特許文献2においては、応答性の向上を目的として、調量弁の目標制御操作量をフィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるようになっているが、このうちのプレコントロール量は、目標レール圧と実レール圧との偏差に基づいて求められるものではなく、指示噴射量と機関回転数とに応じてプレコントロールマップから得られる値となっている。すなわち、プレコントロール量は高圧ポンプの見た目の圧送効率の変化やばらつきに対応することができない値である。
したがって、高圧ポンプの見た目の圧送効率の変化やばらつきについては結局フィードバック制御量の演算のみに頼らざるを得ず、この圧送効率の変化やばらつきによってフィードバック制御が担当する比率が変化しやすくなっている。その結果、レール圧を安定的に制御しにくいものとなるおそれがある。
このような問題は、内燃機関の排気の一部を吸気側に循環させる排気還流(EGR:Exhaust Gas Recirculation)システムにおけるEGR弁の操作制御や、内燃機関の過給圧を制御するための過給機(ターボチャージャ)における過給圧調節手段の操作制御においても同様に生じ得る。例えば、EGR弁の効率は内燃機関の吸気量の制御性に影響を与え、過給圧調節手段の効率は過給圧の制御性に影響を与える。
本発明の発明者は、このような問題にかんがみて、制御部材の目標制御操作量をフィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて求めるようにするとともに、制御対象状態量の安定状態における合計量のうちのフィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるようにプレコントロール量を補正することでこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。したがって、本発明は、制御部材の操作制御に関連する効率の変化やばらつきを学習して、制御対象状態量の応答性を良好なものとしつつ、常に安定的に制御対象状態量を制御することができる制御部材の制御処理装置を提供することを目的とする。また、本発明の別の目的は、そのような制御処理装置として構成された圧力制御処理装置、EGR制御処理装置及び過給圧制御処理装置を提供することにある。
本発明によれば、所定の制御対象状態量を目標制御対象状態量に制御するための制御部材の目標制御操作量をフィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された制御部材の制御処理装置であって、制御対象状態量を検出する制御対象状態量検出手段と、目標制御対象状態量を演算する目標制御対象状態量演算手段と、目標制御対象状態量と制御対象状態量との偏差を用いてフィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、所定の状態量に応じたプレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、フィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、を備えた制御部材の制御処理装置において、制御対象状態量の安定状態を検出する安定状態検出手段と、安定状態における合計量のうちのフィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるようにプレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、を備え、プレコントロール量補正手段は、安定状態が検出された時のプレコントロール量の比率の実際値と当該比率の目標値との偏差に基づいてプレコントロール量の補正量を算出することを特徴とする制御部材の制御処理装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
すなわち、本発明の制御部材の制御処理装置によれば、制御部材の操作制御に関連する効率の変化やばらつきに応じてプレコントロール量が補正されるようになるために、効率の変化やばらつきが生じた場合であっても、フィードバック制御が担当する比率を所定範囲に維持させることができる。したがって、制御部材の操作制御に対する制御対象状態量の応答性を良好なものとしつつ、安定的に制御対象状態量を制御することができるようになる。また、補正量を比率の偏差に基づいて算出することにより、実際に生じている効率の変化やばらつきに応じてプレコントロール量を補正することができる。
また、本発明の別の態様は、所定の制御対象状態量を目標制御対象状態量に制御するための制御部材の目標制御操作量をフィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された制御部材の制御処理装置であって、制御対象状態量を検出する制御対象状態量検出手段と、目標制御対象状態量を演算する目標制御対象状態量演算手段と、目標制御対象状態量と制御対象状態量との偏差を用いてフィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、所定の状態量に応じたプレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、フィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、を備えた制御部材の制御処理装置において、制御対象状態量の安定状態を検出する安定状態検出手段と、安定状態における合計量のうちのフィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるようにプレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、を備え、プレコントロール量補正手段は、プレコントロール量の比率の実際値と比率の目標値との大小関係に応じて、プレコントロール量を所定量増減することを特徴とする制御部材の制御処理装置である。
補正量を比率の大小関係に応じて所定量増減することにより、効率の変化やばらつきに応じて徐々にプレコントロール量が補正されるようになり、制御処理装置への負担を低減することができる。
また、本発明の制御部材の制御処理装置を構成するにあたり、少なくとも制御対象状態量とは異なる所定の状態量に応じて比率の目標値を設定する目標比率設定手段を備えることが好ましい。比率の目標値を所定の状態量に応じて設定することにより、制御部材がおかれている現在の環境条件に応じてプレコントロール量の目標比率が設定されるようになり、環境条件にかかわらず実際にフィードバック制御が担当する比率を所定範囲に維持させることができる。
また、本発明の制御部材の制御処理装置を構成するにあたり、制御部材の制御処理装置の出荷時においては、制御部材が備えられるシステムの個体差に基づいて補正量の初期値が設定されることが好ましい。補正量の初期値を出荷時のシステムの個体差に基づいて設定することにより、システムの個体差のばらつきに応じてプレコントロール量が補正され、使用開始直後から制御対象状態量の応答性を良好なものとしつつ、安定的に制御対象状態量を制御することができる。
また、本発明の別の態様は、内燃機関の気筒への燃料噴射制御に用いられる蓄圧式燃料噴射制御装置に備えられたコモンレールの圧力を制御するための調量弁の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された圧力制御処理装置において、コモンレールの圧力を検出するレール圧検出手段と、コモンレールの圧力の目標値を演算する目標レール圧演算手段と、目標値とコモンレールの圧力との偏差を用いてフィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、内燃機関の運転状態に応じたプレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、フィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、コモンレールの圧力の安定状態を検出する安定状態検出手段と、安定状態における合計量のうちのフィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるようにプレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、を備え、プレコントロール量補正手段は、安定状態が検出された時のプレコントロール量の比率の実際値と当該比率の目標値との偏差に基づいてプレコントロール量の補正量を算出することを特徴とする圧力制御処理装置である。
また、本発明の別の態様は、内燃機関の気筒への燃料噴射制御に用いられる蓄圧式燃料噴射制御装置に備えられたコモンレールの圧力を制御するための調量弁の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された圧力制御処理装置において、コモンレールの圧力を検出するレール圧検出手段と、コモンレールの圧力の目標値を演算する目標レール圧演算手段と、目標値とコモンレールの圧力との偏差を用いてフィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、内燃機関の運転状態に応じたプレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、フィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、コモンレールの圧力の安定状態を検出する安定状態検出手段と、安定状態における合計量のうちのフィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるようにプレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、を備え、プレコントロール量補正手段は、プレコントロール量の比率の実際値と比率の目標値との大小関係に応じて、プレコントロール量を所定量増減することを特徴とする圧力制御処理装置である。
すなわち、本発明の圧力制御処理装置によれば、調量弁の目標制御操作量の基礎となる目標制御流量のうちのプレコントロール量が高圧ポンプの見た目の圧送効率の変化やばらつきに応じて補正されるようになる。そのため、この圧送効率の変化やばらつきが生じた場合であっても、目標制御流量のうちのフィードバック制御量が担当する比率を所定範囲に維持することができる。したがって、調量弁の操作制御に対するレール圧の応答性を良好なものとしつつ、安定的にレール圧制御を実行することができるようになる。
また、本発明のさらに別の態様は、内燃機関の排気の一部を吸気側に戻すことによって内燃機関のEGR量又はEGR率を制御するEGR装置におけるEGR弁の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成されたEGR制御処理装置において、EGR量又はEGR率を検出するEGR値検出手段と、EGR量又はEGR率の目標値を演算する目標EGR値演算手段と、目標値とEGR量又はEGR率との偏差を用いてフィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、内燃機関の運転状態に応じたプレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、フィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、EGR量又はEGR率の安定状態を検出する安定状態検出手段と、安定状態における合計量のうちのフィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるようにプレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、を備え、プレコントロール量補正手段は、安定状態が検出された時のプレコントロール量の比率の実際値と当該比率の目標値との偏差に基づいてプレコントロール量の補正量を算出することを特徴とするEGR制御処理装置である。
また、本発明のさらに別の態様は、内燃機関の排気の一部を吸気側に戻すことによって内燃機関のEGR量又はEGR率を制御するEGR装置におけるEGR弁の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成されたEGR制御処理装置において、EGR量又はEGR率を検出するEGR値検出手段と、EGR量又はEGR率の目標値を演算する目標EGR値演算手段と、目標値とEGR量又はEGR率との偏差を用いてフィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、内燃機関の運転状態に応じたプレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、フィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、EGR量又はEGR率の安定状態を検出する安定状態検出手段と、安定状態における合計量のうちのフィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるようにプレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、を備え、プレコントロール量補正手段は、プレコントロール量の比率の実際値と比率の目標値との大小関係に応じて、プレコントロール量を所定量増減することを特徴とするEGR制御処理装置である。
本発明のEGR制御処理装置によれば、EGR弁の制御操作量のうちのプレコントロール量がEGR弁の効率の変化やばらつきに応じて補正されるようになるために、このEGR弁の効率の変化やばらつきが生じた場合であっても、フィードバック制御が担当する比率を所定範囲に維持することができる。したがって、EGR弁の操作制御に対するEGR量又はEGR率の応答性を良好なものとしつつ、安定的にEGR量又はEGR率を制御することができる。
さらに、本発明のさらに別の態様は、内燃機関の過給圧を制御するための過給機における過給圧調節手段の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された過給圧制御処理装置において、過給圧を検出する過給圧検出手段と、過給圧の目標値を演算する目標過給圧演算手段と、目標値と過給圧との偏差を用いてフィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、内燃機関の運転状態に応じたプレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、フィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、内燃機関の安定状態を検出する安定状態検出手段と、安定状態における合計量のうちのフィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるようにプレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、を備え、プレコントロール量補正手段は、安定状態が検出された時のプレコントロール量の比率の実際値と当該比率の目標値との偏差に基づいてプレコントロール量の補正量を算出することを特徴とする過給圧制御処理装置である。
さらに、本発明のさらに別の態様は、内燃機関の過給圧を制御するための過給機における過給圧調節手段の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された過給圧制御処理装置において、過給圧を検出する過給圧検出手段と、過給圧の目標値を演算する目標過給圧演算手段と、目標値と過給圧との偏差を用いてフィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、内燃機関の運転状態に応じたプレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、フィードバック制御量及びプレコントロール量の合計量に基づいて目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、内燃機関の安定状態を検出する安定状態検出手段と、安定状態における合計量のうちのフィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるようにプレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、を備え、プレコントロール量補正手段は、プレコントロール量の比率の実際値と比率の目標値との大小関係に応じて、プレコントロール量を所定量増減することを特徴とする過給圧制御処理装置である。
本発明の過給圧制御処理装置によれば、過給圧調節手段の制御操作量のうちのプレコントロール量が過給圧調節手段の効率の変化やばらつきに応じて補正されるようになるために、この過給圧調節手段の効率の変化やばらつきが生じた場合であっても、フィードバック制御が担当する比率を維持することができる。したがって、過給圧調節手段の操作制御に対する過給圧の応答性を良好なものとしつつ、安定的に過給圧を制御することができる。
なお、本明細書において、制御部材や構成部材の「効率」とは、制御処理装置に設定された演算式を設定する際の基準としての当該部材がなす仕事量(理想的な仕事量)に対する現在の仕事量の比率を意味するものとする。
第1の実施の形態にかかる制御部材の制御処理装置(圧力制御処理装置)が備えられる蓄圧式燃料噴射制御装置の全体的構成の一例を示す図である。 第1の実施の形態にかかる圧力制御処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 閉ループ制御の対象となる調量弁の通電量の演算方法の一例を説明するための図である。 プレコントロール量の補正方法の一例を説明するための図である。 圧力制御処理装置によって実行される調量弁の駆動制御方法の一例を示すフローチャート図である。 レール圧の安定状態を判定する方法の一例を示すフローチャート図である。 プレコントロール量の補正方法の一例を示すフローチャート図である。 第2の実施の形態にかかる制御部材の制御処理装置(EGR制御処理装置)が備えられるEGR装置の全体的構成の一例を示す図である。 第2の実施の形態にかかるEGR制御処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 EGR制御処理装置によって実行されるEGR弁の駆動制御方法の一例を示すフローチャート図である。 EGR値(EGR量)の安定状態を判定する方法の一例を示すフローチャート図である。 プレコントロール量の補正方法の一例を示すフローチャート図である。 第3の実施の形態にかかる制御部材の制御処理装置(過給圧制御処理装置)が備えられる過給機(ターボチャージャ)の全体的構成の一例を示す図である。 第3の実施の形態にかかる過給圧制御処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 過給圧制御処理装置によって実行される過給圧調節手段の駆動制御方法の一例を示すフローチャート図である。 過給圧の安定状態を判定する方法の一例を示すフローチャート図である。 プレコントロール量の補正方法の一例を示すフローチャート図である。
以下、本発明の制御部材の制御処理装置、圧力制御処理装置、EGR制御処理装置及び過給圧制御処理装置に関する実施の形態について、適宜図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下の実施の形態は本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号が付されているものは同一の要素を示しており、適宜説明が省略されている。
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態にかかる制御部材の制御処理装置は、内燃機関の気筒への燃料噴射制御に用いられる蓄圧式燃料噴射制御装置に備えられ、調量弁の操作制御を行うことによってレール圧制御を実行するように構成された圧力制御処理装置である。
1.蓄圧式燃料噴射制御装置の全体的構成
図1は、本実施形態の圧力制御処理装置としてのECU50を備えた蓄圧式燃料噴射制御装置10の全体的構成の概略を示している。この蓄圧式燃料噴射制御装置10は、燃料タンク1内の燃料を高圧ポンプ13へ供給する低圧フィードポンプ11と、低圧フィードポンプ11から供給された燃料を加圧して圧送する高圧ポンプ13と、高圧ポンプ13により圧送された燃料を蓄積するコモンレール15と、コモンレール15から供給された燃料を図示しない内燃機関の気筒へ噴射供給する複数の燃料噴射弁17と、燃料噴射制御処理やレール圧制御処理等が実行されるECU50とを備えている。それぞれの構成要素は、ECU50を除いて、燃料通路31,33,35で接続されている。
また、低圧フィードポンプ11と高圧ポンプ13とを接続する燃料通路31には入口側調量弁19が備えられ、高圧ポンプ13に供給する燃料の流量を調節することができるようになっている。また、燃料通路31には、入口側調量弁19よりもさらに上流側において、オーバーフローバルブ21が備えられたリターン通路37が接続されており、余剰の燃料が燃料タンク1へと戻されるようになっている。
また、コモンレール15には圧力センサ25が設けられるとともに、出口側調量弁23が備えられたリターン通路38が接続され、コモンレール15から燃料タンク1へと戻す燃料の流量を調節することができるようになっている。さらに、燃料噴射弁17には、噴射制御に利用される背圧燃料や、燃料噴射弁17からリークするリーク燃料を燃料タンク1へと戻すリターン通路39が接続されている。
入口側調量弁19及び出口側調量弁23は、ECU50によって通電制御が行われるようになっており、通電量に応じて弁開度が比例制御され、通過する燃料の流量が調節されるようになっている。この蓄圧式燃料噴射制御装置10においては、入口側調量弁19又は出口側調量弁23を用いて、あるいはこれらの調量弁を併用して、圧力センサ25によって検出される実レール圧Pactが目標レール圧Ptargetとなるようにレール圧の制御が実行されるようになっている。レール圧の制御を入口側調量弁19を用いて行うか、出口側調量弁23を用いて行うか、あるいはこれらの調量弁を併用して行うかは、主として内燃機関の運転状態に応じて切り分けられている。ただし、入口側調量弁19又は出口側調量弁23のいずれか一方の調量弁が省略されていても構わない。
2.ECU(圧力制御処理装置)
次に、本実施形態において圧力制御処理装置として機能するECU50の具体的構成について説明する。
図2は、ECU50の構成のうちのレール圧制御に関連する部分を機能的なブロックで表したものである。このECU50は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、レール圧検出手段51と、目標噴射量演算手段53と、目標レール圧演算手段55と、圧力制御モード選択手段57と、プレコントロール量演算手段59及びフィードバック制御量演算手段61により構成される目標制御流量演算手段63と、目標制御操作量演算手段65と、安定状態検出手段67と、プレコントロール量補正手段69とを主たる要素として備えている。具体的に、これらの各手段は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものとなっている。
また、ECU50には、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等の図示しない記憶素子や、入口側調量弁19や出口側調量弁23への通電を行うための図示しない駆動回路、燃料噴射弁17を駆動するための図示しない駆動回路等が備えられている。記憶素子には、制御プログラムやマップ情報があらかじめ記憶され、あるいは、上記した各手段による演算結果等が書き込まれるようになっている。さらに、ECU50には、圧力センサ25の検出信号Spが入力される他、機関回転数Neやアクセル開度Acc、車速V、燃料温度Tfなどの各種の検出信号が入力されるようになっている。
レール圧検出手段51は、本発明における制御対象状態量検出手段を構成するものであり、コモンレール15に設けられた圧力センサ25の検出信号Spに基づいて実レール圧Pactを検出するように構成されている。
目標噴射量演算手段53は、機関回転数Ne及びアクセル開度Acc等の内燃機関の運転状態に関連する情報に基づき、噴射量マップを用いて内燃機関の気筒に噴射すべき目標燃料噴射量Qを算出するように構成されている。
目標レール圧演算手段55は、本発明における目標制御対象状態量演算手段を構成するものであり、目標噴射量演算手段53で算出された目標燃料噴射量Q及び機関回転数Neに基づき、レール圧マップを用いて目標レール圧Ptargetを算出するように構成されている。
圧力制御モード選択手段57は、アクセル開度Accや機関回転数Ne、車速V、燃料温度Tf等の情報に基づき、制御モードマップを用いて、レール圧制御を入口側調量弁19を用いて実行するか(入口制御)、出口側調量弁23を用いて実行するか(出口制御)、あるいは、入口側調量弁19及び出口側調量弁23を併用して実行するか(入口出口制御)を切り替えるように構成されている。
レール圧制御を入口制御によって実行する場合には、出口側調量弁23が開ループで制御される一方、入口側調量弁19が閉ループで制御されるようになっている。この入口制御において、出口側調量弁23は基本的に全閉状態とされ、コモンレール15からの燃料排出は行われないため、出口側調量弁23によるレール圧制御は実質的に行われない。一方、入口側調量弁19の弁開度は、目標レール圧Ptargetと実レール圧Pactとの偏差ΔPに基づいて制御される。その結果、高圧ポンプ13からコモンレール15に圧送される燃料流量が調節されて、レール圧が制御される。
また、レール圧制御を出口制御によって実行する場合には、入口側調量弁19が開ループで制御される一方、出口側調量弁23が閉ループで制御されるようになっている。入口側調量弁19の弁開度は、全開にされるか、あるいは、機関回転数Ne等に応じて定められており、高圧ポンプ13からコモンレール15に圧送される燃料の流量は定量化されている。このときにコモンレール15に圧送される燃料の流量は、目標レール圧Ptargetを達成するために必要な流量以上となるように定められている。そして、出口側調量弁23の弁開度が、目標レール圧Ptargetと実レール圧Pactとの偏差ΔPに基づいて制御される。その結果、コモンレール15から排出される燃料流量が調節されて、レール圧が制御される。
また、レール圧制御を入口出口制御によって実行する場合には、入口側調量弁19及び出口側調量弁23がともに閉ループで制御されるようになっている。この入口出口制御においては、入口側調量弁19及び出口側調量弁23の弁開度が、それぞれ目標レール圧Ptargetと実レール圧Pactとの偏差ΔPに基づいて制御され、高圧ポンプ13からコモンレール15に圧送される燃料流量及びコモンレール15から排出される燃料流量がバランスをとりながら調節されて、レール圧が制御される。
なお、蓄圧式燃料噴射制御装置10が、入口側調量弁19及び出口側調量弁23のうちのいずれか一方の調量弁のみを備えている場合には、圧力制御モード選択手段57は省略される。
目標制御流量演算手段63のうちのプレコントロール量演算手段59は、圧力制御モード選択手段57で選択された制御モードにおける閉ループ制御の対象となる調量弁のプレコントロール量Fffを、機関回転数Neと目標噴射量演算手段53で算出された目標燃料噴射量Qとに基づき、プレコントロールマップを用いて求めるように構成されている。このプレコントロール量Fffは、閉ループ制御が実行される調量弁を通過する燃料流量である。
プレコントロールマップは、機関回転数Neと目標燃料噴射量Qとを基に、後述するPID(比例、積分、微分)制御におけるPID定数とレール圧の変化を考慮してシミュレーションによって定められるものであるが、個々のプレコントロール量Fffは、シミュレーションにより求められた必要燃料流量よりも少な目の値に設定されたものとなっている。プレコントロール量Fffを必要燃料流量よりも少な目の値とするのは、その不足分をPID制御によって補償するようにしているためである。
なお、本実施形態では、所定の状態量として、機関回転数Ne及び目標燃料噴射量Qに基づいてプレコントロール量Fffを求めるように構成されているが、目標燃料噴射量Qのみに基づいてプレコントロール量Fffを求めたり、アクセル開度Acc等、内燃機関の運転状態を表す他の情報に基づいてプレコントロール量Fffを求めたりすることもできる。
また、目標制御流量演算手段63のうちのフィードバック制御量演算手段61は、目標レール圧演算手段55で算出された目標レール圧Ptargetとレール圧検出手段51で検出された実レール圧Pactとの偏差ΔPが零となるようにPID(比例、積分、微分)演算を行い、圧力制御モード選択手段57で選択された制御モードにおける閉ループ制御の対象となる調量弁のフィードバック制御量Ffbを算出するように構成されている。
そして、目標制御流量演算手段63では、フィードバック制御量Ffbがプレコントロール量Fffに加算されることで、プレコントロール量Fffの値だけでは不足する燃料流量が補償された目標制御流量Ftargetが得られるようになっている。ただし、本実施形態のECU50の場合には、後述するプレコントロール量補正手段69によってプレコントロール量の補正が行われた状態で目標制御流量Ftargetが求められるようになっている。
目標制御操作量演算手段65は、算出された目標制御流量Ftargetに基づき、流量電流特性マップを用いて閉ループ制御の対象となる調量弁の通電量Icurrentを求め、調量弁の駆動回路に対して通電の指示を出力するように構成されている。
ここで、図3は、閉ループ制御の対象となる調量弁の通電量Icurrentの演算方法の一例を示している。この図3の例は、フィードバック制御量Ffb及びプレコントロール量Fffにプレコントロール量の補正量Fff_Cが加算されて目標制御流量Ftargetが算出されるとともに、通電量Icurrentが求められるようにされたものである。
具体的に説明すれば、アクセル開度Acc及び機関回転数Neに基づき、噴射量マップを用いて目標燃料噴射量Qが求められると、この目標燃料噴射量Q及び機関回転数Neに基づき、レール圧マップを用いて目標レール圧Ptargetが求められる。そして、求められた目標レール圧Ptargetと、圧力センサ25を用いて検出される実レール圧Pactとの偏差ΔPが零となるようにPID演算によってフィードバック制御量Ffbが求められる。
一方で、目標燃料噴射量Qと機関回転数Neとに基づき、プレコントロールマップを用いてプレコントロール量Fffが求められると、フィードバック制御量Ffbにプレコントロール量Fffを加算する。この加算された値に対して、後述するプレコントロール量の補正量Fff_Cをさらに加算することによって、目標制御流量Ftargetが求められる。目標制御流量Ftargetが求められると、流量電流特性マップを用いて調量弁の通電量Icurrentが求められる。
本実施形態のECU50は、安定状態検出手段67によってレール圧の安定状態が検出されている間に、プレコントロール量補正手段69によってプレコントロール量の補正量Fff_Cを学習するように構成されている。
安定状態検出手段67は、レール圧検出手段51で検出される実レール圧Pactが安定した状態となっているか否かを判別するように構成されている。具体的な構成は特に制限されるものではないが、例えば、偏差ΔPが所定範囲内となっている状態で所定時間以上経過したときに安定状態であると判定されるように構成することができる。この他にも、実レール圧Pactあるいは目標レール圧Ptargetの前回値と今回値との差分が所定の閾値以下となっている状態で所定時間以上経過したときに安定状態であると判定されるように構成することもできる。
プレコントロール量補正手段69は、安定状態検出手段67によってレール圧の安定状態が検出されている間に、現在の目標制御流量Ftargetのうちのプレコントロール量Fffの比率Rffが目標比率R1となるようにプレコントロール量Fffの補正を行うことで、フィードバック制御量Ffbの比率Rfbが所定範囲に維持されるように構成されている。レール圧の安定状態においては、偏差ΔPが安定的に推移していることから、ここで求められる補正量Fff_Cによって、高圧ポンプ13の見た目の圧送効率の変化やばらつきが補償されることとなる。
具体的には、レール圧の安定状態における目標制御流量Ftargetのうちのプレコントロール量Fffの目標比率R1が設定され、プレコントロール量補正手段69は、現在の目標制御流量Ftargetに目標比率R1を乗算した値Fff_targetとプレコントロール量Fffとを比較して、その差分ΔFffが所定範囲に収まっていない場合にプレコントロール量Fffの補正を行うように構成されている。
このときのプレコントロール量Fffの目標比率R1は、レール圧制御におけるプレコントロール量Fffが担当する比率Rffを設定するためのもの、換言すれば、レール圧制御におけるフィードバック制御が担当する比率を設定するためのものである。この目標比率R1は固定値であってもよいが、機関回転数Ne、目標燃料噴射量Q等の内燃機関の運転状態や、燃料温度Tf等の環境条件に応じてマップを用いて求められる可変値とすることもできる。目標比率R1を可変値とすることにより、環境条件にかかわらず実際にフィードバック制御が担当する比率を所定範囲に維持させることができるようになる。
また、プレコントロール量Fffの補正の方法に関し、あらかじめ記憶されているプレコントロールマップの値を更新したり、プレコントロールマップを用いて求められる値に、補正量に応じた係数を乗算したりすることができる。あるいは、あらかじめ記憶されているプレコントロール量Fffに対して、補正量Fff_Cを加減算するようにしてもよい。係数を乗算したり、一定の補正量Fff_Cを加減算したりするように構成した場合には、あらかじめ記憶されたマップを変更する必要がないために、ECU50の負荷が軽減されるようになる。
また、目標制御流量Ftargetに対するプレコントロール量Fffの比率Rffが目標比率R1となるようにプレコントロール量Fffを一度に補正するようにしてもよいし、現在の比率Rffと目標比率R1との大小関係に応じて、補正を行うごとに所定量ずつプレコントロール量Fffを加減算するようにしてもよい。所定量ずつ加減算するように構成した場合には、ECU50の演算処理の負荷が軽減されるようになる。
ここで、図4は、プレコントロール量の補正方法の具体例を示すものであって、図3に示す通電量Icurrentの演算方法におけるプレコントロール量の補正量Fff_Cの算出方法の一例を示している。
具体的に説明すると、直前の演算で求められた目標制御流量Ftargetに対してプレコントロール量Fffの目標比率R1を乗算した値Fff_targetと、そのときのプレコントロール量Fffとの差分ΔFffが求められると、この差分ΔFffが零となるようにPID演算が行われてプレコントロール量の補正量Fff_Cが算出されるようになっている。
この補正量Fff_Cが、以降の通電量Icurrentの演算において目標制御流量Ftargetを求める際に加算されるようになるため、フィードバック制御量Ffbはこれまでと同じ比率で維持されることになり、安定的にレール圧制御を実行することができるようになる。
3.フローチャートの具体例
次に、本実施形態の圧力制御処理装置としてのECU50によって実行される調量弁の駆動制御方法(圧力制御方法)の一例を図5〜図7のフローチャートに沿って説明する。
まず、図5のフローチャート図において、ECU50は、ステップS1において、各種センサの検出信号に基づき機関回転数Neやアクセル開度Acc、実レール圧Pact、燃料温度Tf等を検出する。次いで、ECU50は、ステップS2において、機関回転数Ne及びアクセル開度Acc等に基づき、噴射量マップを用いて目標燃料噴射量Qを算出する。
次いで、ECU50は、ステップS3において、機関回転数Ne及び目標燃料噴射量Q等の情報に基づき、プレコントロールマップを用いてプレコントロール量Fffを算出する。さらに、ECU50は、ステップS4において、機関回転数Ne及び目標燃料噴射量Q等に基づき、レール圧マップを用いて目標レール圧Ptargetを算出した後、ステップS5において、目標レール圧Ptargetと実レール圧Pactとの偏差ΔPが零となるようにPID演算を行い、フィードバック制御量Ffbを算出する。
次いで、ECU50は、ステップS6において、算出されたプレコントロール量Fff、フィードバック制御量Ffb、さらに現在設定されているプレコントロール量の補正量Fff_Cを加算して、調量弁を通過する燃料の目標制御流量Ftargetを算出する。このときの補正量Fff_Cの初期値はゼロであってもよいし、蓄圧式燃料噴射制御装置10の出荷時における個体差のばらつきに応じた値が設定されていてもよい。
その後、ECU50は、ステップS7において、目標制御流量Ftargetに基づき、流量電流特性マップを用いて調量弁の目標制御操作量Icurrentを算出した後、ステップS8において、調量弁の駆動回路に通電の指示を行い、調量弁の通電制御を実行する。
ここまでのステップS1〜ステップS8によって調量弁の通電制御が実行されると、今度はECU50は、ステップS9において、レール圧が安定状態にあるか否かの判別を行う。図6は、レール圧が安定状態にあるか否かを判定するためのフローチャートの一例を示している。
図6の例では、ECU50は、ステップS11において、ステップS5で求められた偏差ΔPの絶対値が、あらかじめ定められた所定の閾値ΔP0以内となっているか否かを判別する。偏差ΔPの絶対値が閾値ΔP0以内の場合には、ECU50は、ステップS12に進みタイマTをカウントアップした後、ステップS13において、タイマTの値があらかじめ定められた所定の閾値Taに到達したか否かを判別する。
タイマTの値が閾値Taに到達していればレール圧が安定状態にあると判別されるため、ECU50は、ステップS14でフラグをセットして、安定状態判定のフローを終了する。一方、タイマTの値が閾値Taに到達していなければレール圧が安定状態にあるとは判別できないため、ECU50は、ステップS16でフラグをリセットして、安定状態判定のフローを終了する。
また、ステップS11において、偏差ΔPの絶対値が閾値ΔP0を超えている場合においてもレール圧が安定状態にあるとは判別できないため、ECU50は、ステップS15に進みタイマTをリセットした後、ステップS16においてフラグをリセットして、安定状態判定のフローを終了する。
なお、図6のフローチャート図は、偏差ΔPに基づいてレール圧の安定状態を判定するものであるが、上述したように、実レール圧Pactや目標レール圧Ptargetに基づいてレール圧の安定状態を判定することもできる。
図5に戻り、ステップS9においてレール圧が安定状態にないと判別された場合にはそのまま本ルーチンを終了してステップS1に戻るが、ステップS9においてレール圧が安定状態にあると判別された場合には、ステップS10に進んで、ECU50は、プレコントロール量の補正量Fff_Cを演算する。
図7は、プレコントロール量の補正量Fff_Cを算出するためのフローチャートの一例を示している。
この図7の例では、ECU50は、ステップS21において、内燃機関の運転状態や環境条件に基づき、目標制御流量Ftargetのうちのプレコントロール量Fffの目標比率R1を設定する。次いで、ECU50は、ステップS22において、ステップS6で算出された目標制御流量Ftargetに目標比率R1を乗算して、プレコントロール量の目標値Fff_targetを算出する。
次いで、ECU50は、ステップS23において、目標値Fff_targetからステップS3で求められたプレコントロール量Fffを減算して差分ΔFffを求めた後、ステップS24において、差分ΔFffがあらかじめ定められた上限閾値Xを超えているか否かを判別する。この上限閾値Xは正の値である。差分ΔFffが上限閾値Xを超えている場合には、ECU50は、ステップS25において、プレコントロール量Fffを増量補正する必要があるものと判定する。
一方、差分ΔFffが上限閾値X以下の場合には、今度は、ECU50は、ステップS26において、差分ΔFffが下限閾値Yを下回っているか否かを判別する。この下限閾値Yは負の値である。差分ΔFffが下限閾値Yを下回っている場合には、ECU50は、ステップS27において、プレコントロール量Fffを減量補正する必要があるものと判定する。
プレコントロール量Fffを増量又は減量させる必要があると判定されてステップS28に進むと、ECU50は、補正量Fff_Cを算出するとともに、現在の補正量Fff_Cの設定を更新して、補正量演算のフローを終了する。補正量Fff_Cは、マップを用いて算出したり、差分ΔFffが零となるようにPID演算を行って算出したりすることができる。あるいは、増量又は減量の必要に応じて加減算する所定量を固定値として定めておくこともできる。
一方、ステップS26において、差分ΔFffが下限閾値Y以上となっている場合には、目標制御流量Ftargetのうちのプレコントロール量Fffの比率Rffが所定範囲に収まっていることから、プレコントロール量の補正量Fff_Cを更新することなく補正量演算のフローを終了する。
以上説明した本実施形態の圧力制御処理装置(ECU)50によれば、レール圧を調節するための調量弁の目標制御操作量が、プレコントロール量とフィードバック制御量との合計量に基づいて求められるとともに、蓄圧式燃料噴射制御装置10を構成する各構成部材の個体差や経時劣化による高圧ポンプ13の見た目の圧送効率の変化やばらつきに応じてプレコントロール量Fffが補正され、フィードバック制御が担当する比率が常に一定に維持されるようになる。したがって、調量弁の操作制御に対するレール圧の応答性を良好なものとしつつ、安定的にレール圧制御を実行することができるようになる。
また、本実施形態の圧力制御処理装置50では、プレコントロール量の補正量Fff_Cが、調量弁の目標制御流量Ftargetのうちのプレコントロール量Fffの比率Rffが目標比率R1となるようにPID演算によって算出されるようになっているため、実際の高圧ポンプ13の見た目の圧送効率の変化やばらつきに応じてプレコントロール量Fffを補正することができる。したがって、より安定的にレール圧制御を実行することができるようになる。
[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態にかかる制御部材の制御装置は、内燃機関の吸気量を制御するEGR装置に備えられ、EGR弁の操作制御を実行するように構成されたEGR制御処理装置である。
1.EGR装置の全体的構成
図8は、本実施形態のEGR制御処理装置としてのECU130を備えたEGR装置110の全体的構成の概略を示している。
このEGR制御装置110は、内燃機関111の吸気通路113に備えられたスロットル弁119及びエアフローメータ127の下流側と排気通路115とを接続する排気循環通路117と、排気循環通路117の途中に設けられたEGR弁121と、排気循環制御が実行されるECU130とを備えている。
このEGR装置110は、EGR弁121の開度に応じて排気の一部を吸気側に還流させ、新気と排気との混合気が内燃機関111の気筒に吸気されるようにするものとなっている。内燃機関111は、その運転状態に応じて燃料噴射量や燃料噴射時期が制御されて、内燃機関111の空燃比が所望の空燃比となるように制御が実行されるようになっているとともに、所定の運転領域においては、EGR装置110によって、例えば機関回転数Neや目標燃料噴射量Qに基づいてEGR量又はEGR率の目標値Etargetが設定されてEGR弁121の開度が制御されるようになっている。
このEGR装置110において、EGR弁121よりも吸気側の排気循環通路117には実EGR量Fegr_actを検出するための流量センサ123が備えられ、排気循環通路117との接続箇所よりも下流側の吸気通路113には内燃機関111への実吸気量Fin_actを検出するための流量センサ125が備えられている。これらの流量センサを備える代わりに、ECU130による演算によって実EGR量Fegr_actや実吸気量Fin_actが求められるようになっていてもよい。
なお、本実施形態において、EGR弁121は、弁体のリフト量に応じてEGR弁121の開度が決定される構成のものとなっているが、EGR弁121の構成は特に制限されるものではない。
2.ECU(EGR制御処理装置)
次に、本実施形態においてEGR制御処理装置として機能するECU130の具体的構成について説明する。
図9は、ECU130の構成のうちの排気循環制御に関連する部分を機能的なブロックで表したものである。このECU130は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、EGR値検出手段131と、目標EGR値演算手段133と、プレコントロール量演算手段135及びフィードバック制御量演算手段137により構成される目標制御操作量演算手段139と、安定状態検出手段141と、プレコントロール量補正手段143とを主たる要素として備えている。具体的に、これらの各手段は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものとなっている。
このECU130には、第1の実施の形態のECU50と同様に、RAMやROM等の図示しない記憶素子や、EGR弁121への通電を行うための図示しない駆動回路等が備えられている。また、ECU130には、上述した流量センサ123,125やエアフローメータ127をはじめとする各種のセンサによる検出信号が入力されるようになっている。
EGR値検出手段131は、本発明における制御対象状態量検出手段を構成するものであり、流量センサ123の検出信号Segrに基づき実EGR量Fegr_actを検出できるように、あるいは、流量センサ123,125の検出信号Segr,Sfinに基づき実EGR率(内燃機関111への実吸気量Fin_actのうちの実EGR量Fegr_actの割合)Eactを検出できるように構成されている。流量センサ123,125が備えられていない場合には、演算により実EGR量Fegr_act又は実EGR率Eactを求めるように構成される。
目標EGR値演算手段133は、本発明における目標制御対象状態量演算手段を構成するものであり、例えば、内燃機関111の目標燃料噴射量Q及び機関回転数Ne等の内燃機関111の運転状態に関連する情報に基づき、EGRマップを用いて目標EGR量Fegr_target又は目標EGR率Etargetを求めるように構成されている。このEGRマップは、目標燃料噴射量Q及び機関回転数Neと目標EGR量Fegr_target又は目標EGR率Etargetとの関係を示すマップであって、実験等に基づき予め設定されている。なお、目標燃料噴射量Qは、機関回転数Neやアクセル開度Acc等に基づき把握される。
目標制御操作量演算手段139のうちのプレコントロール量演算手段135は、EGR弁121のプレコントロール量(通電量)Iffを、機関回転数Ne及びアクセル開度Acc等、所定の状態量としての内燃機関111の運転状態に基づき、プレコントロールマップを用いて求めるように構成されている。このプレコントロールマップは、機関回転数Neとアクセル開度Acc等を基に、後述するPID(比例、積分、微分)制御におけるPID定数とEGR量又はEGR率の変化を考慮してシミュレーションによって定められるものであるが、個々のプレコントロール量Iffは、シミュレーションにより得られる目標開度の通電量よりも小さ目の値に設定されたものとなっている。プレコントロール量Iffを目標開度の通電量よりも小さ目の値とするのは、その不足分をPID制御によって補償するようにしているためである。
また、目標制御操作量演算手段139のうちのフィードバック制御量演算手段137は、目標EGR値演算手段133で算出された目標EGR量Fegr_target又は目標EGR率EtargetとEGR値検出手段131で検出された実EGR量Fegr_act又は実EGR率Eactとの偏差ΔFegr,ΔEが零となるようにPID(比例、積分、微分)演算を行い、EGR弁121のフィードバック制御量(通電量)Ifbを算出するように構成されている。
そして、目標制御操作量演算手段139では、フィードバック制御量Ifbがプレコントロール量Iffに加算されることで、プレコントロール量Iffの値だけでは不足するEGR量又はEGR率が補償された目標制御操作量Icurrentが得られるようになっている。ただし、本実施形態のECU130の場合には、後述するプレコントロール量補正手段143によってプレコントロール量の補正が行われた状態で目標制御操作量Icurrentが求められるようになっている。そして、目標制御操作量演算手段139は、算出された目標制御操作量Icurrentに基づき、EGR弁の駆動回路に対して通電の指示を出力するように構成されている。
ここで、本実施形態のECU130は、安定状態検出手段141によってEGR量又はEGR率の安定状態が検出されている間に、プレコントロール量補正手段143によってプレコントロール量の補正量Iff_Cを学習するように構成されている。
安定状態検出手段141は、EGR量又はEGR率が安定した状態となっているか否かを判別するように構成されている。具体的な構成は特に制限されるものではないが、例えば、EGR量又はEGR率の偏差ΔFegr,ΔEが所定範囲内となっている状態で所定時間以上経過したときに安定状態であると判定するように構成することができる。この他にも、実EGR量Fegr_act又は実EGR率Eactあるいは目標EGR量Fegr_target又は目標EGR率Etargetの前回値と今回値との差分が所定の閾値以下となっている状態で所定時間以上経過したときに安定状態であると判定するように構成することもできる。
プレコントロール量補正手段143は、安定状態検出手段141によってEGR量又はEGR率の安定状態が検出されている間に、現在の目標制御操作量Icurrentのうちのプレコントロール量Iffの比率Rffが目標比率R1となるようにプレコントロール量Iffの補正を行うことで、フィードバック制御量Ifbの比率Rfbが所定範囲に維持されるように構成されている。EGR量又はEGR率の安定状態においては、EGR量又はEGR率の偏差ΔFegr,ΔEが安定的に推移していることから、ここで求められる補正量Iff_Cによって、EGR弁121の見た目の効率の変化やばらつきが補償されることとなる。プレコントロール量補正手段143の具体的な構成は、第1の実施の形態におけるプレコントロール量補正手段69と同様とすることができるため、ここでの詳細な説明は省略する。
また、図10〜図12は、本実施形態のECU130によって実行されるEGR弁121の駆動制御方法(EGR制御方法)の一例を示すフローチャート図である。このフローチャート図の例では、EGR値としてEGR量が用いられている。
図10〜図12のフローチャート図に示されるEGR弁121の駆動制御方法は、基本的に第1の実施の形態における図5〜図7のフローチャートに沿って実施することができる。ただし、図10のフローチャート図では、ステップS36においてEGR弁121の通電量Icurrentが求められるようになっているために、図5のフローチャート図におけるステップS7が省略されたものとなっている。
以上説明した本実施形態のEGR制御処理装置(ECU)130によれば、EGR量又はEGR率を調節するためのEGR弁121の目標制御操作量Icurrentが、プレコントロール量Iffとフィードバック制御量Ifbとの合計量に基づいて求められるとともに、EGR装置110を構成する各構成部材の個体差や経時劣化によるEGR弁121の見た目の効率の変化やばらつきに応じてプレコントロール量Iffが補正され、フィードバック制御が担当する比率が常に一定に維持されるようになる。したがって、EGR弁121の操作制御に対するEGR量又はEGR率の応答性を良好なものとしつつ、安定的にEGR量又はEGR率の制御を実行することができるようになる。
また、本実施形態のEGR制御処理装置130では、プレコントロール量の補正量Iff_Cが、EGR弁121の目標制御操作量Icurrentのうちのプレコントロール量Iffの比率Rffが目標比率R1となるようにPID演算によって算出されるようになっているため、実際のEGR弁121の見た目の効率の変化やばらつきに応じてプレコントロール量Iffを補正することができる。したがって、より安定的にEGR量又はEGR率の制御を実行することができるようになる。
[第3の実施の形態]
本発明の第3の実施の形態にかかる制御部材の制御装置は、内燃機関の過給圧を制御するための過給機における過給圧調節手段の操作制御を実行するように構成された過給圧制御処理装置である。
1.過給機(ターボチャージャ)の全体的構成
図13は、本実施形態の過給圧制御処理装置としてのECU180を備えたターボチャージャ160の全体的構成の概略を示している。
このターボチャージャ160は、内燃機関151の排気通路155を流れる排気によって回転するタービンホイール161と、吸気通路153に配置され、ロータシャフト163を介してタービンホイール161に一体回転可能に連結されたコンプレッサホイール165と、過給圧制御が実行されるECU180とを備えている。
このターボチャージャ160では、タービンホイール161に排気が吹き付けられて当該タービンホイール161が回転する。この回転は、ロータシャフト163を介してコンプレッサホイール165に伝達される。その結果、内燃機関151では、ピストンの移動に伴って気筒152内に発生する負圧によって空気が気筒152に吸入されるだけでなく、その空気がコンプレッサホイール165の回転によって強制的に気筒152に送り込まれる。このようにして、気筒152への空気の充填効率が高められるようになっている。
また、本実施形態のターボチャージャ160は、いわゆる可変ブレード式のターボチャージャとして構成されており、タービンホイール161の外周を囲うように、タービンホイール161の回転方向に沿って排気経路が形成されている。このため、排気は排気経路を通過し、タービンホイール161の軸線に向かって吹付けられるようになっている。この排気経路には、弁機構からなる可変ブレード機構が過給圧調節手段167として設けられており、可変ブレード機構が開閉動作することで、排気経路の排気通過面積を変更し、タービンホイール161に吹き付けられる排気の流速が変えられるようになっている。その結果、タービンホイール161の回転速度が調節され、気筒に強制的に送り込まれる空気の量及び圧力(過給圧)が調節される。
なお、過給圧調節手段167は、可変ブレード機構に限られるものではなく、例えば、タービンホイール161に吹き付けられる排気の流速がウェイストゲートバルブによって変えられるウェイストゲートバルブ機構をはじめとする他の手段によって構成することもできる。
2.ECU(過給圧制御処理装置)
次に、本実施形態において過給圧制御処理装置として機能するECU180の具体的構成について説明する。
図14は、ECU180の構成のうちの過給圧制御に関連する部分を機能的なブロックで表したものである。このECU180は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、過給圧検出手段181と、目標過給圧演算手段183と、プレコントロール量演算手段185及びフィードバック制御量演算手段187により構成される目標制御操作量演算手段189と、安定状態検出手段191と、プレコントロール量補正手段193とを主たる要素として備えている。具体的に、これらの各手段は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものとなっている。
このECU180には、第1の実施の形態のECU50と同様に、RAMやROM等の図示しない記憶素子や、過給圧調節手段167への通電を行うための図示しない駆動回路等が備えられている。また、ECU180には、内燃機関151の吸気マニホールドに備えられた過給圧センサ157をはじめとする各種のセンサによる検出信号が入力されるようになっている。
過給圧検出手段181は、本発明における制御対象状態量検出手段を構成するものであり、過給圧センサ157の検出信号Sbpに基づき実過給圧BPactを検出できるように構成されている。
目標過給圧演算手段183は、本発明における目標制御対象状態量演算手段を構成するものであり、例えば、機関回転数Ne及びアクセル開度Acc等の内燃機関151の運転状態に関連する情報に基づき、過給圧マップを用いて目標過給圧BPtargetを求めるように構成されている。この過給圧マップは、機関回転数Ne及びアクセル開度Accと目標過給圧BPtargetとの関係を示すマップであって、実験等に基づき予め設定されている。
目標制御操作量演算手段189のうちのプレコントロール量演算手段185は、過給圧調節手段167のプレコントロール量(通電量)Iffを、機関回転数Neとアクセル開度Acc等、所定の状態量としての内燃機関151の運転状態に基づき、プレコントロールマップを用いて求めるように構成されている。このプレコントロールマップは、機関回転数Neとアクセル開度Acc等を基に、後述するPID(比例、積分、微分)制御におけるPID定数と過給圧の変化を考慮してシミュレーションによって定められるものであるが、個々のプレコントロール量Iffは、シミュレーションにより得られる目標開度の通電量よりも小さ目の値に設定されたものとなっている。プレコントロール量Iffを目標開度の通電量よりも小さ目の値とするのは、その不足分をPID制御によって補償するようにしているためである。
また、目標制御操作量演算手段189のうちのフィードバック制御量演算手段187は、目標過給圧演算手段183で算出された目標過給圧BPtargetと過給圧検出手段181で検出された実過給圧BPactとの偏差ΔBPが零となるようにPID(比例、積分、微分)演算を行い、過給圧調節手段167のフィードバック制御量(通電量)Ifbを算出するように構成されている。
そして、目標制御操作量演算手段189では、フィードバック制御量Ifbがプレコントロール量Iffに加算されることで、プレコントロール量Iffの値だけでは不足する過給圧が補償された目標制御操作量Icurrentが得られるようになっている。ただし、本実施形態のECU180の場合には、後述するプレコントロール量補正手段193によってプレコントロール量の補正が行われた状態で目標制御操作量Icurrentが求められるようになっている。そして、目標制御操作量演算手段189は、算出された目標制御操作量Icurrentに基づき、過給圧調節手段の駆動回路に対して通電の指示を出力するように構成されている。
ここで、本実施形態のECU180は、安定状態検出手段191によって過給圧の安定状態が検出されている間に、プレコントロール量補正手段193によってプレコントロール量の補正量Iff_Cを学習するように構成されている。
安定状態検出手段191は、過給圧が安定した状態となっているか否かを判別するように構成されている。具体的な構成は特に制限されるものではないが、例えば、過給圧の偏差ΔBPが所定範囲内となっている状態で所定時間以上経過したときに安定状態であると判定するように構成することができる。この他にも、実過給圧BPact又は目標過給圧BPtargetの前回値と今回値との差分が所定の閾値以下となっている状態で所定時間以上経過したときに安定状態であると判定するように構成することもできる。
プレコントロール量補正手段193は、安定状態検出手段191によって過給圧の安定状態が検出されている間に、現在の目標制御操作量Icurrentのうちのプレコントロール量Iffの比率Rffが目標比率R1となるようにプレコントロール量Iffの補正を行うことで、フィードバック制御量Ifbの比率Rfbが所定範囲に維持されるように構成されている。過給圧の安定状態においては、過給圧の偏差ΔBPが安定的に推移していることから、ここで求められる補正量Iff_Cによって、過給圧調節手段167の見た目の効率の変化やばらつきが補償されることとなる。プレコントロール量補正手段193の具体的な構成は、第1の実施の形態におけるプレコントロール量補正手段69と同様とすることができるため、ここでの詳細な説明は省略する。
また、図15〜図17は、本実施形態のECU180によって実行される過給圧調節手段167の駆動制御方法(過給圧制御方法)の一例を示すフローチャート図である。図15〜図17のフローチャート図に示される過給圧調節手段167の駆動制御方法は、基本的に第1の実施の形態における図5〜図7のフローチャートに沿って実施することができる。ただし、図15のフローチャート図では、図5のフローチャート図における目標燃料噴射量Qを演算するステップS2が省略されるとともに、ステップS65において過給圧調節手段167の通電量Icurrentが求められるようになっているために、図5のフローチャート図におけるステップS7が省略されたものとなっている。
以上説明した本実施形態の過給圧制御処理装置(ECU)180によれば、過給圧を調節するための過給圧調節手段167の目標制御操作量Icurrentが、プレコントロール量Iffとフィードバック制御量Ifbとの合計量に基づいて求められるとともに、ターボチャージャ160を構成する各構成部材の個体差や経時劣化による過給圧調節手段167の見た目の効率の変化やばらつきに応じてプレコントロール量Iffが補正され、フィードバック制御が担当する比率が常に一定に維持されるようになる。したがって、過給圧調節手段167の操作制御に対する過給圧の応答性を良好なものとしつつ、安定的に過給圧の制御を実行することができるようになる。
また、本実施形態の過給圧制御処理装置180では、プレコントロール量の補正量Iff_Cが、過給圧調節手段167の目標制御操作量Icurrentのうちのプレコントロール量Iffの比率Rffが目標比率R1となるようにPID演算によって算出されるようになっているため、実際の過給圧調節手段167の見た目の効率の変化やばらつきに応じてプレコントロール量Iffを補正することができる。したがって、より安定的に過給圧の制御を実行することができるようになる。

Claims (10)

  1. 所定の制御対象状態量を目標制御対象状態量に制御するための制御部材の目標制御操作量をフィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された制御部材の制御処理装置であって、
    前記制御対象状態量を検出する制御対象状態量検出手段と、
    前記目標制御対象状態量を演算する目標制御対象状態量演算手段と、
    前記目標制御対象状態量と前記制御対象状態量との偏差を用いて前記フィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、
    所定の状態量に応じた前記プレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、
    前記フィードバック制御量及び前記プレコントロール量の合計量に基づいて前記目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、
    を備えた制御部材の制御処理装置において、
    前記制御対象状態量の安定状態を検出する安定状態検出手段と、
    前記安定状態における前記合計量のうちの前記フィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるように前記プレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、
    を備え
    前記プレコントロール量補正手段は、前記安定状態が検出された時の前記プレコントロール量の比率の実際値と当該比率の目標値との偏差に基づいて前記プレコントロール量の補正量を算出することを特徴とする制御部材の制御処理装置。
  2. 所定の制御対象状態量を目標制御対象状態量に制御するための制御部材の目標制御操作量をフィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された制御部材の制御処理装置であって、
    前記制御対象状態量を検出する制御対象状態量検出手段と、
    前記目標制御対象状態量を演算する目標制御対象状態量演算手段と、
    前記目標制御対象状態量と前記制御対象状態量との偏差を用いて前記フィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、
    所定の状態量に応じた前記プレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、
    前記フィードバック制御量及び前記プレコントロール量の合計量に基づいて前記目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、
    を備えた制御部材の制御処理装置において、
    前記制御対象状態量の安定状態を検出する安定状態検出手段と、
    前記安定状態における前記合計量のうちの前記フィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるように前記プレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、
    を備え、
    前記プレコントロール量補正手段は、前記プレコントロール量の比率の実際値と前記比率の目標値との大小関係に応じて、前記プレコントロール量を所定量増減することを特徴とする制御部材の制御処理装置。
  3. 少なくとも前記制御対象状態量とは異なる所定の状態量に応じて前記比率の目標値を設定する目標比率設定手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の制御部材の制御処理装置。
  4. 前記制御部材の制御処理装置の出荷時においては、前記制御部材が備えられるシステムの個体差に基づいて前記補正量の初期値が設定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の制御部材の制御処理装置。
  5. 内燃機関の気筒への燃料噴射制御に用いられる蓄圧式燃料噴射制御装置に備えられたコモンレールの圧力を制御するための調量弁の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された圧力制御処理装置において、
    前記コモンレールの圧力を検出するレール圧検出手段と、
    前記コモンレールの圧力の目標値を演算する目標レール圧演算手段と、
    前記目標値と前記コモンレールの圧力との偏差を用いて前記フィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、
    前記内燃機関の運転状態に応じた前記プレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、
    前記フィードバック制御量及び前記プレコントロール量の合計量に基づいて前記目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、
    前記コモンレールの圧力の安定状態を検出する安定状態検出手段と、
    前記安定状態における前記合計量のうちの前記フィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるように前記プレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、
    を備え、
    前記プレコントロール量補正手段は、前記安定状態が検出された時の前記プレコントロール量の比率の実際値と当該比率の目標値との偏差に基づいて前記プレコントロール量の補正量を算出することを特徴とする圧力制御処理装置。
  6. 内燃機関の気筒への燃料噴射制御に用いられる蓄圧式燃料噴射制御装置に備えられたコモンレールの圧力を制御するための調量弁の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された圧力制御処理装置において、
    前記コモンレールの圧力を検出するレール圧検出手段と、
    前記コモンレールの圧力の目標値を演算する目標レール圧演算手段と、
    前記目標値と前記コモンレールの圧力との偏差を用いて前記フィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、
    前記内燃機関の運転状態に応じた前記プレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、
    前記フィードバック制御量及び前記プレコントロール量の合計量に基づいて前記目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、
    前記コモンレールの圧力の安定状態を検出する安定状態検出手段と、
    前記安定状態における前記合計量のうちの前記フィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるように前記プレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、
    を備え
    前記プレコントロール量補正手段は、前記プレコントロール量の比率の実際値と前記比率の目標値との大小関係に応じて、前記プレコントロール量を所定量増減することを特徴とする圧力制御処理装置。
  7. 内燃機関の排気の一部を吸気側に戻すことによって前記内燃機関のEGR量又はEGR率を制御するEGR装置におけるEGR弁の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成されたEGR制御処理装置において、
    前記EGR量又は前記EGR率を検出するEGR値検出手段と、
    前記EGR量又は前記EGR率の目標値を演算する目標EGR値演算手段と、
    前記目標値と前記EGR量又は前記EGR率との偏差を用いて前記フィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、
    前記内燃機関の運転状態に応じた前記プレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、
    前記フィードバック制御量及び前記プレコントロール量の合計量に基づいて前記目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、
    前記EGR量又は前記EGR率の安定状態を検出する安定状態検出手段と、
    前記安定状態における前記合計量のうちの前記フィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるように前記プレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、
    を備え
    前記プレコントロール量補正手段は、前記安定状態が検出された時の前記プレコントロール量の比率の実際値と当該比率の目標値との偏差に基づいて前記プレコントロール量の補正量を算出することを特徴とするEGR制御処理装置。
  8. 内燃機関の排気の一部を吸気側に戻すことによって前記内燃機関のEGR量又はEGR率を制御するEGR装置におけるEGR弁の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成されたEGR制御処理装置において、
    前記EGR量又は前記EGR率を検出するEGR値検出手段と、
    前記EGR量又は前記EGR率の目標値を演算する目標EGR値演算手段と、
    前記目標値と前記EGR量又は前記EGR率との偏差を用いて前記フィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、
    前記内燃機関の運転状態に応じた前記プレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、
    前記フィードバック制御量及び前記プレコントロール量の合計量に基づいて前記目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、
    前記EGR量又は前記EGR率の安定状態を検出する安定状態検出手段と、
    前記安定状態における前記合計量のうちの前記フィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるように前記プレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、
    を備え、
    前記プレコントロール量補正手段は、前記プレコントロール量の比率の実際値と前記比率の目標値との大小関係に応じて、前記プレコントロール量を所定量増減することを特徴とするEGR制御処理装置。
  9. 内燃機関の過給圧を制御するための過給機における過給圧調節手段の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された過給圧制御処理装置において、
    前記過給圧を検出する過給圧検出手段と、
    前記過給圧の目標値を演算する目標過給圧演算手段と、
    前記目標値と前記過給圧との偏差を用いて前記フィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、
    前記内燃機関の運転状態に応じた前記プレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、
    前記フィードバック制御量及び前記プレコントロール量の合計量に基づいて前記目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、
    前記内燃機関の安定状態を検出する安定状態検出手段と、
    前記安定状態における前記合計量のうちの前記フィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるように前記プレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、
    を備え、
    前記プレコントロール量補正手段は、前記安定状態が検出された時の前記プレコントロール量の比率の実際値と当該比率の目標値との偏差に基づいて前記プレコントロール量の補正量を算出することを特徴とする過給圧制御処理装置。
  10. 内燃機関の過給圧を制御するための過給機における過給圧調節手段の目標制御操作量を、フィードバック制御量とプレコントロール量との合計量に基づいて求めるように構成された過給圧制御処理装置において、
    前記過給圧を検出する過給圧検出手段と、
    前記過給圧の目標値を演算する目標過給圧演算手段と、
    前記目標値と前記過給圧との偏差を用いて前記フィードバック制御量を演算するフィードバック制御量演算手段と、
    前記内燃機関の運転状態に応じた前記プレコントロール量を求めるプレコントロール量演算手段と、
    前記フィードバック制御量及び前記プレコントロール量の合計量に基づいて前記目標制御操作量を求める目標制御操作量演算手段と、
    前記内燃機関の安定状態を検出する安定状態検出手段と、
    前記安定状態における前記合計量のうちの前記フィードバック制御量の比率が所定範囲に維持されるように前記プレコントロール量を補正するプレコントロール量補正手段と、
    を備え、
    前記プレコントロール量補正手段は、前記プレコントロール量の比率の実際値と前記比率の目標値との大小関係に応じて、前記プレコントロール量を所定量増減することを特徴とする過給圧制御処理装置。
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