JP5617827B2 - ポンプ制御装置 - Google Patents
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Description
吸入調量式の燃料供給ポンプにおいては、例えば特許文献2に開示されているように、コモンレール内の目標圧力とコモンレール内の実際の圧力である実圧力との圧力偏差に基づいて調量弁の通電量をフィードバック制御し、アイドル運転時におけるフィードバック制御の積分項に基づいて調量弁に対する通電量を学習して通電量を制御することにより、目標圧力に実圧力を追従させるように圧送量を調量することが知られている。
段が判定すると制御指令値の学習を中止する。
また、積分項およびエンジン回転数の少なくともいずれか一方が所定の変動範囲から外れている場合は学習を中止するので、変動の大きい積分項またはエンジン回転数に基づいて制御指令値を誤学習することを防止できる。
(燃料供給システム10)
燃料供給システム10は、例えば、自動車用の4気筒のディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」ともいう。)2に燃料を噴射供給するためのものである。燃料供給システム10は、燃料供給ポンプ20と、コモンレール40と、燃料噴射弁50と、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)60とを備えている。
ECU60は、エンジン回転数やアクセル開度等に基づいて取得されたエンジン2の運転状態、および予めROMに記憶されているマップ等に基づいて、コモンレール圧の目標圧力を決定し、コモンレール圧が目標圧力となるように、PID制御により調量弁30および減圧弁44を開閉制御する。
ECU60は、燃料噴射時に燃料噴射弁50から噴射されるべき燃料の噴射量と、今回の燃料噴射時に燃料噴射弁50で発生する燃料の漏れ量と、コモンレール圧の目標圧力と圧力センサ42により検出されるコモンレール圧の実圧力との圧力偏差ΔPとに基づいて必要流量を決定する。
また、ECU60は、燃料噴射弁50の噴射期間、ならびに燃料の温度および圧力等をパラメータとしてROMに記憶されているマップ等に基づいて、燃料噴射時に燃料噴射弁50で発生する燃料の漏れ量を決定する。燃料噴射弁50で発生する燃料の漏れ量とは、燃料噴射弁50のノズルニードルとそれを摺動保持するボデーとの摺動隙間から低圧側の空間へ僅かに流出する燃料量や、燃料噴射弁50の制御室から低圧側に燃料を逃がすことでノズルニードルを開弁させる際の制御室から流出する燃料量等をいう。
コモンレール40に燃料が供給されるとコモンレール40内の燃料圧力は上昇し、逆に、コモンレール40から燃料が排出されるとコモンレール40内の圧力が低下することから、ECU60は、コモンレール圧の圧力変化量、ならびに燃料噴射弁50における燃料消費量に基づいて実流量を検出する。
本実施形態では、必要流量と実流量との差分に基づいて、コモンレール圧を目標圧力とするためのF/B流量を決定し、F/B流量を必要流量に加算した流量指令値になるように、燃料供給ポンプ20の圧送開始タイミングを特性マップから取得する。そして、調量弁30の閉弁応答遅れを考慮して、圧送開始タイミングよりも閉弁応答遅れ時間前に調量弁30への通電を開始する。
エンジン回転数が変化してもカム14の回転位相差のずれは変化しないので、角度誤差により生じる圧送量の誤差はエンジン回転数に関わらず一定である。
=時間誤差×NE×6 ・・・(1)
通常、フィードバック制御の対象となるシステムのばらつきは、フィードバック制御における積分項により解消されるので、積分項の値に着目すれば燃料供給ポンプ20の圧送量の誤差を解析できる。
=a×NE+b ・・・(2)
エンジン回転数が0のとき、時間誤差は0であるから、切片bは角度誤差を表わし、エンジン回転数に応じて変化する積分項から角度誤差を減算した値が時間誤差を表わしている。したがって、式(2)を求めれば、エンジン回転数に対する燃料供給ポンプ20の圧送量の誤差特性を求めることができる。式(2)の算出方法を図4の(A)、(B)に示す。
b=積分項2−a×NE2 ・・・(4)
図4の(B)では、エンジン回転数と、そのときの積分項の値とを3点以上で測定し、3点以上の座標から最小二乗法で式(2)を求める。
必要流量にF/B流量を加算して燃料供給ポンプ20に指令する流量指令値1、2と積分項1、2とに基づき、積分項1、2に相当する角度変換値1、2は次式(5)、(6)から求められる。式(5)、(6)は、流量で表わされる積分項により角度がどれだけ変化したか、すなわち積分項を角度変換した値を表わしている。流量の角度変換は、前述した圧送開始タイミング(角度)と圧送量との相関を表す特性マップにより行う。
・・・(5)
角度変換値2=角度変換(流量指令値2)−角度変換(流量指令値2−積分項2)
・・・(6)
式(5)、(6)で求めた角度変換値1、2をそれぞれ式(3)の積分項1、2に代入することにより角度変換後の傾き(a)が求められ、式(4)に傾き(a)と積分項2に代えて角度変換値2を代入することにより角度変換後の切片(b)が求められる。切片(b)が角度誤差学習値であり、角度変換された積分項から切片(b)を減算した値(角度変換値2−角度誤差学習値)が角度で表わされた時間誤差学習値である。
時間誤差学習値={(角度変換値2−角度誤差学習値)/360}×(60/NE2)
=(角度変換値2−角度誤差学習値)/(6×NE2) ・・・(7)
このようにして求められた角度誤差学習値および時間誤差学習値に基づいて調量弁30への通電を制御する場合、必要流量にF/B流量を加算した流量指令値を実現するための燃料供給ポンプ20の圧送開始タイミングは、特性マップに設定された理論値であるから変更しない。
次に、調量弁30に対する制御指令値である通電開始タイミングの学習処理について、図5のフローチャートに基づいて説明する。図5のフローチャートは常時実行される。
(1)燃料供給ポンプ20の経時劣化を想定し、前回からの走行距離が所定距離に達したか、あるいは燃料供給ポンプ20の駆動回数が所定回数に達した。
(2)F/B積分項が所定値以上に達したために、燃料供給ポンプ20が実際に劣化していると考えられる。
(3)初期学習のために、外部ツールから学習要求がある。
(1)今回、車両の電源をオンしてからまだ学習を実行していない。
(2)車両の運転状態が以下に示す条件をすべて満たしている学習可能状態である。
(b)始動終了
(c)電源オン
(d)燃料供給ポンプ20、圧力センサ42、エンジン回転数センサ等の学習関連装置が正常。
(3)コモンレール圧が目標コモンレール圧に適切に追従している。(|目標コモンレール圧−実コモンレール圧|≦所定値)
(4)上記(1)〜(3)のデータ取得条件が所定回数以上成立。
(1)コモンレール圧積算値=コモンレール圧
(2)エンジン回転数積算値=エンジン回転数
(3)燃料噴射量積算値=燃料噴射量
(4)F/B積分項積算値=F/B積分項
(5)流量指令値積算値=流量指令値
(6)積算回数=1
(7)MAX値、MIN値の初期化
(a)コモンレール圧MAX値/MIN値=コモンレール圧
(b)エンジン回転数MAX値/MIN値=エンジン回転数
(c)燃料噴射量MAX値/MIN値=燃料噴射量
(d)F/B積分項MAX値/MIN値=F/B積分項
前回、データ取得条件が成立し(S404:Yes)、燃料供給ポンプ20に対する流量指令値が0より大きく燃料供給ポンプ20を駆動している場合(S406:Yes)、ECU60は、以下に示すデータ積算処理を実行する(S408)。
(1)コモンレール圧積算値=コモンレール圧積算値+コモンレール圧
(2)エンジン回転数積算値=エンジン回転数積算値+エンジン回転数
(3)燃料噴射量積算値=燃料噴射量積算値+燃料噴射量
(4)F/B積分項積算値=F/B積分項積算値+F/B積分項
(5)流量指令値積算値=流量指令値積算値+流量指令値
(6)積算回数=積算回数+1
(7)MAX値の更新
(a)コモンレール圧MAX値=MAX(コモンレール圧、コモンレール圧MAX値)
(b)エンジン回転数MAX値=MAX(エンジン回転数、エンジン回転数MAX値)
(c)燃料噴射量MAX値=MAX(燃料噴射量、燃料噴射量MAX値)
(d)F/B積分項MAX値=MAX(F/B積分項、F/B積分項MAX値)
(8)MIN値の更新
(a)コモンレール圧MIN値=MIN(コモンレール圧、コモンレール圧MIN値)
(b)エンジン回転数MAX値=MIN(エンジン回転数、エンジン回転数MIN値)
(c)燃料噴射量MAX値=MIN(燃料噴射量、燃料噴射量MIN値)
(d)F/B積分項MIN値=MIN(F/B積分項、F/B積分項MIN値)
次に、ECU60は、S408で実行するデータ積算処理の対象となるデータについて、以下の条件がすべて成立し、データが安定しているか否かを判定する(S410)。
(1)コモンレール圧MAX値−コモンレール圧MIN値≦圧力安定判定値
(2)エンジン回転数MAX値−エンジン回転数MIN値≦回転数安定判定値
(3)燃料噴射量MAX値−燃料噴射量MIN値≦噴射量安定判定値
(4)F/B積分項MAX値−F/B積分項MIN値≦F/B積分項安定判定値
データが安定していない場合(S410:No)、ECU60は前述したデータ初期化処理を実行し(S424)、本処理を終了する。
(1)コモンレール圧平均値[n]=コモンレール圧積算値/積算回数
(2)エンジン回転数平均値[n]=エンジン回転数平均値/積算回数
(3)燃料噴射量平均値[n]=燃料噴射量積算値/積算回数
(4)F/B積分項平均値[n]=F/B積分項積算値/積算回数
(5)流量指令値平均値[n]=流量指令値積算値/積算回数
ここで、各パラメータの添え字[n]は、データの平均値を記憶しておくための配列のインデックスを表わしており0から開始され、S414を実行する毎に+1される。nの値が配列数以上になると0に戻り、前に記憶されたデータが更新される。
また、S402のデータ取得条件が頻繁に成立すると、配列にデータを記憶する場合には記憶するデータの値があまり変化せず近い値になる可能性が高くなる。式(2)の算出精度の観点からは、エンジン回転数と積分項との関係を示す式(2)を算出するために使用する複数のエンジン回転数の差が大きい方が算出精度は高くなる。
(1)配列に記憶する場合
(a)コモンレール圧の偏差が所定圧力偏差以下
|コモンレール圧平均値[n1]−コモンレール圧平均値[n2]|≦所定圧力偏差
(b)エンジン回転数の偏差が所定回転数偏差以上
|エンジン回転数平均値[n1]−エンジン回転数平均値[n2]|≧所定回転数偏差
(c)燃料噴射量の偏差が所定噴射量偏差以下
|燃料噴射量平均値[n1]−燃料噴射量平均値[n2]|≦所定噴射量偏差
(2)領域に記憶する場合
エンジン回転数とコモンレール圧とで領域を分けた場合を例示する。
次の(b)、(c)の条件でデータを選択するときに、コモンレール圧の偏差が小さい、つまりコモンレール圧の同じ圧力範囲の領域に記憶されているデータを採用する。
エンジン回転数の領域が異なるデータを選択する。尚、隣接している領域同士ではエンジン回転数平均値の偏差が小さいので、次の条件のいずれかが成立する場合にエンジン回転数の偏差が大きいと判断してもよい。
・|エンジン回転数平均値[n1]−エンジン回転数平均値[n2]|≧所定回転数偏差
(c)燃料噴射量の偏差が小さい
|燃料噴射量平均値[n1]−燃料噴射量平均値[n2]|≦所定噴射量偏差
S416の学習値算出条件が成立する場合(S416:Yes)、ECU60は、式(2)〜(7)に基づいて学習値を算出し(S418)、算出した学習値を反映して、調量弁30の通電開始タイミングを補正する(S420)。具体的には、以下の(1)〜(3)の処理を行う。
(1)学習値の反映タイミングと積分項の補正
F/B積分項に加えて学習値をそのまま採用すると、F/B積分項および学習値の両方の反映により通電開始タイミングが急変し、圧送量が急変するおそれがある。その結果、コモンレール圧の急変、それに伴うトルク急変により衝撃が発生するおそれがあるので、学習値の反映を調整する必要がある。
学習値の誤学習、ならびにF/B積分項から学習値への切り換えによる通電開始タイミングの急激な変化を考慮し、F/B積分項による制御をすべて学習値に切り換えることは避ける。したがって、F/B積分項と学習値とを所定の比率で配分して制御する。例えば、F/B積分項を30%、学習値を70%にする。これにより、通電開始タイミングの急激な変化を抑制し、トルクの急変による衝撃の発生を低減する。
車両の電源をオンにしてからオフにするまでの車両走行の1トリップ終了時にはエンジンを停止するので、学習値を反映してもトルク急変は生じない。1トリップ終了時に学習値をEEPROMまたはSRAM(スタンバイRAM)等のトリップが終了してもデータを保持する記憶部に記憶しておくことにより、次回のトリップ開始時に学習値を反映できる。
F/B積分項に対する学習値の比率を徐々に増加して100%まで上昇させる。これにより、トルク変化を抑制できる。
(2)角度誤差学習値の反映先
調量弁30の通電開始タイミングを角度誤差学習値で補正する。
(3)時間誤差学習値の反映先
調量弁30の基準応答遅れ時間を時間誤差学習値で補正して、通電開始タイミングを補正する。
また、本実施形態では、調量弁30への通電開始タイミングが本発明の調量弁に対する制御指令値に相当する。
図6に、図5のS420において学習値を反映して調量弁30の通電開始タイミングを補正する具体的な補正処理のフローチャートを示す。
以上説明した上記実施形態では、フィードバック制御の積分項が表わす圧送量の誤差を、エンジン回転数に関わらずに変化しない角度誤差と、エンジン回転数に応じて変化する時間誤差とに分離して通電開始タイミングを学習するので、コモンレール圧を目標圧力とするための調量弁30への通電開始タイミングを、エンジン回転数に対応して高精度に学習できる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
また、必要流量と実流量との差分ではなく、目標圧力と実圧力との圧力偏差に基づいて、コモンレール圧を目標圧力とするためのF/B量を流量または角度で算出してもよい。
Claims (4)
- 燃料供給ポンプが圧送する燃料をコモンレールで蓄圧し、コモンレールから供給される燃料を燃料噴射弁から内燃機関に噴射し、前記燃料供給ポンプの圧送行程における圧送期間を調量弁で制御して燃料の圧送量を調量する燃料供給システムに適用されるポンプ制御装置において、
前記コモンレール内の圧力を前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される目標圧力とするためのフィードバック量に基づいて前記調量弁に対する制御指令値を設定するフィー
ドバック制御手段と、
前記フィードバック量の積分項を、前記燃料供給ポンプを駆動するカムとクランク軸との回転位相差のずれである角度誤差と、前記調量弁を開閉駆動するときの応答時間のずれである時間誤差とに分離し、前記角度誤差と前記時間誤差とに基づいて前記制御指令値を学習する学習手段と、
前記学習手段が学習した学習値により前記制御指令値を補正する補正手段と、
を備え、
前記積分項はエンジン回転数に対して一次式で表わされ、
前記学習手段は、前記一次式の切片を前記角度誤差とし、前記一次式から前記角度誤差を減算した値を前記時間誤差として学習する、
ことを特徴とするポンプ制御装置。 - 前記コモンレール内の圧力を前記目標圧力とするために必要な前記燃料供給ポンプから圧送される必要流量を決定する必要流量決定手段と、
前記燃料供給ポンプから実際に圧送される実流量を検出する実流量検出手段と、
を備え、
前記フィードバック制御手段は、前記必要流量決定手段が決定する前記必要流量と前記実流量検出手段が検出する前記実流量との差分に基づいて、前記コモンレール内の圧力を前記目標圧力とするための前記フィードバック量としてフィードバック流量を決定し、前記フィードバック流量を前記必要流量に加算した流量となるように前記制御指令値を設定し、
前記学習手段は、前記フィードバック流量の前記積分項を前記角度誤差と前記時間誤差とに分離し、前記角度誤差と前記時間誤差とに基づいて前記制御指令値を学習し、
前記補正手段は、前記学習手段が前記フィードバック流量の前記積分項から学習した学習値により前記制御指令値を補正する、
ことを特徴とする請求項1に記載のポンプ制御装置。 - 燃料供給ポンプが圧送する燃料をコモンレールで蓄圧し、コモンレールから供給される燃料を燃料噴射弁から内燃機関に噴射し、前記燃料供給ポンプの圧送行程における圧送期間を調量弁で制御して燃料の圧送量を調量する燃料供給システムに適用されるポンプ制御装置において、
前記コモンレール内の圧力を前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される目標圧力とするためのフィードバック量に基づいて前記調量弁に対する制御指令値を設定するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック量の積分項を、前記燃料供給ポンプを駆動するカムとクランク軸との回転位相差のずれである角度誤差と、前記調量弁を開閉駆動するときの応答時間のずれである時間誤差とに分離し、前記角度誤差と前記時間誤差とに基づいて前記制御指令値を学習する学習手段と、
前記学習手段が学習した学習値により前記制御指令値を補正する補正手段と、
前記コモンレール内の圧力を前記目標圧力とするために必要な前記燃料供給ポンプから圧送される必要流量を決定する必要流量決定手段と、
前記燃料供給ポンプから実際に圧送される実流量を検出する実流量検出手段と、
を備え、
前記フィードバック制御手段は、前記必要流量決定手段が決定する前記必要流量と前記実流量検出手段が検出する前記実流量との差分に基づいて、前記コモンレール内の圧力を前記目標圧力とするための前記フィードバック量としてフィードバック流量を決定し、前記フィードバック流量を前記必要流量に加算した流量となるように前記制御指令値を設定し、
前記学習手段は、前記フィードバック流量の前記積分項を前記角度誤差と前記時間誤差とに分離し、前記角度誤差と前記時間誤差とに基づいて前記制御指令値を学習し、
前記補正手段は、前記学習手段が前記フィードバック流量の前記積分項から学習した学習値により前記制御指令値を補正する、
ことを特徴とするポンプ制御装置。 - 前記積分項および前記エンジン回転数がそれぞれ所定の変動範囲内であるか否かを判定する判定手段を備え、
前記学習手段は、前記積分項および前記エンジン回転数がそれぞれ所定の前記変動範囲内であると前記判定手段が判定すると前記制御指令値の学習を実行し、前記積分項および前記エンジン回転数の少なくともいずれか一方が所定の前記変動範囲から外れていると前記判定手段が判定すると前記制御指令値の学習を中止する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のポンプ制御装置。
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