JP6429530B2 - レール圧制御方法及びコモンレール式燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、コモンレール式燃料噴射制御装置におけるレール圧制御に係り、特に、ＰＩＤ制御に基づくレール圧制御の安定性、信頼性の向上等を図ったものに関する。

いわゆるコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧ポンプによって燃料を加圧して蓄圧器であるコモンレールへ圧送して蓄圧し、その蓄圧された高圧燃料を燃料噴射弁へ供給することにより、燃料噴射弁による内燃機関への高圧燃料の噴射を可能として、燃費やエミッション特性等に優れるものとして良く知られているものである。

かかるコモンレール式燃料噴射制御装置において、レール圧制御は、いわゆるＰＩＤ制御に基づくフィードバック制御によるものが一般的であるが、ＰＩＤ制御においては、目標レール圧の急激な変化が生じた場合等に、制御システムにおいて生ずる制御の遅延に伴って発生するレール圧偏差によって、特に積分項の値が不用意に増減する場合が多く、そのため、レール圧のオーバーシュートやアンダーシュートが生ずることがあることは従来から知られている通りである。

このようなＰＩＤ制御における積分項のデメリットを解決する方策として、例えば、目標レール圧の変化量、又は、負荷率の変化量が所定値以上となった場合に、積分項の作用を強制的に停止させて、制御の安定性向上を図ったもの等が、種々提案、実用化されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００６−１１２３７１号公報（第４−１２頁、図１−図７）

しかしながら、上述の特許文献１に開示された方法にあっては、積分項に起因するレール圧のオーバーシュートやアンダーシュートの発生は、確かに回避できるものの、積分項の作用をオン・オフさせるだけのものであるため、制御状態を突然切り替えることとなり、レール圧制御の安定性という点では、必ずしも適切な手法とは言い難いものである。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、車両の動作状態の急変の際に、レール圧制御状態を不安定な状態とすることなく、レール圧のオーバーシュートやアンダーシュートの発生を低減、抑圧可能なレール圧制御方法及びコモンレール式燃料噴射制御装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るレール圧制御方法は、
コモンレールへ高圧燃料を圧送する高圧ポンプへの燃料流入量を調整可能に設けられた流入量調整用の電磁弁を、前記コモンレールのレール圧を目標レール圧とすべく、前記コモンレールの実レール圧と目標レール圧との偏差に応じたＰＩＤ制御によって駆動制御することにより前記高圧ポンプの吐出量を制御して前記コモンレールのレール圧を目標レール圧に制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置におけるレール圧制御方法であって、
前記ＰＩＤ制御における積分項の積分ゲインを積分修正係数を用いて修正し、その修正後の積分ゲインをＰＩＤ制御に供し、
前記積分修正係数は、レール圧の制御状態に応じて定まる高圧ポンプを通過せしめる必要がある燃料の量である必要通過流量が所定の適正範囲外にある場合、又は、前記必要通過流量が所定の適正範囲にあって、前記必要通過流量の単位時間当たりの変化率が所定変化範囲外にある場合、いずれかにおいて零に初期化され、前記積分項の機能を強制的に停止せしめる一方、
前記算出された変化率が所定変化範囲にある場合には、前記変化率の増加に応じて予め設定された相関関係に基づいて算定され、前記積分項を機能せしめるよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るコモンレール式燃料噴射制御装置は、
コモンレールへ高圧燃料を圧送する高圧ポンプへの燃料流入量を調整可能に設けられた流入量調整用の電磁弁を、電子制御ユニットにより、前記コモンレールのレール圧を目標レール圧とすべく、前記コモンレールの実レール圧と目標レール圧との偏差に応じたＰＩＤ制御により駆動制御し、前記高圧ポンプの吐出量を制御して前記コモンレールのレール圧を目標レール圧に制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記ＰＩＤ制御における積分項の積分ゲインを積分修正係数を用いて修正し、その修正後の積分ゲインをＰＩＤ制御に供し、
当該電子制御ユニットは、レール圧の制御状態に応じて定まる高圧ポンプを通過せしめる必要がある燃料の量である必要通過流量を演算算出し、算出された必要通過流量が所定の適正範囲にある場合、前記必要通過流量の単位時間当たりの変化率を算出し、算出された変化率が所定変化範囲外にある場合、又は、前記必要通過流量が適正範囲外にある場合、いずれかにおいて前記積分修正係数を零に初期化する一方、
前記算出された変化率が所定変化範囲にある場合には、変化率の増加に応じて予め設定された相関関係に基づいて積分修正係数を算定するよう構成されてなるものである。

本発明によれば、高圧ポンプに流量の変化率に応じて修正された積分ゲインをＰＩＤ制御に供するようにしたので、従来と異なり、ＰＩＤ制御における積分項の作用が過度となることがなく、特に、車両の動作状態の急変の際における従来のような積分項の作用に起因するレール圧のオーバーシュートやアンダーシュートの発生を低減、抑圧することができ、より安定性、信頼性の高いレール圧制御を提供することができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態におけるレール圧制御方法が適用されるコモンレール式燃料噴射制御装置の構成例を示す構成図である。 図１に示されたコモンレール式燃料噴射制御装置を構成する電子制御ユニットによる本発明の実施の形態におけるレール圧制御処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。 必要通過流量Ｑsetの変化率ｄＦの絶対値に対する積分項修正係数Ｋi_corの変化例を示す特性線図である。 必要通過流量Ｑsetの変化率ｄＦに対する積分項修正係数Ｋi_corの変化例を示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるコモンレール式燃料噴射制御装置について、図１を参照しつつ説明する。
このコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧燃料の圧送を行う高圧ポンプ装置５０と、この高圧ポンプ装置５０により圧送された高圧燃料を蓄えるコモンレール１と、このコモンレール１から供給された高圧燃料をエンジン３の気筒へ噴射供給する複数の燃料噴射弁２−１〜２−ｎと、燃料噴射制御処理や後述するレール圧制御処理などを実行する電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）４を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる構成自体は、従来から良く知られているこの種の燃料噴射制御装置の基本的な構成と同一のものである。

高圧ポンプ装置５０は、供給ポンプ５と、調量弁６と、高圧ポンプ７とを主たる構成要素として構成されてなる公知・周知の構成を有してなるものである。
かかる構成において、燃料タンク９の燃料は、供給ポンプ５により汲み上げられ、調量弁６を介して高圧ポンプ７へ供給されるようになっている。調量弁６には、電磁式比例制御弁が用いられ、その通電量が電子制御ユニット４に制御されることで、高圧ポンプ７への供給燃料の流量、換言すれば、高圧ポンプ７の吐出量が調整されるものとなっている。

なお、供給ポンプ５の出力側と燃料タンク９との間には、戻し弁８が設けられており、供給ポンプ５の出力側の余剰燃料を燃料タンク９へ戻すことができるようになっている。
また、供給ポンプ５は、高圧ポンプ装置５０の上流側に高圧ポンプ装置５０と別体に設けるようにしても、また、燃料タンク９内に設けるようにしても良いものである。
燃料噴射弁２−１〜２−ｎは、エンジン３の気筒毎に設けられており、それぞれコモンレール１から高圧燃料の供給を受け、電子制御ユニット４による噴射制御によって燃料噴射を行うようになっている。

電子制御ユニット４は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁２−１〜２−ｎを駆動するための駆動回路（図示せず）や、調量弁６への通電を行うための通電回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる電子制御ユニット４には、コモンレール１の圧力を検出する圧力センサ１１の検出信号が入力される他、エンジン回転数やアクセル開度、また、外気温度や大気圧などの各種の検出信号が、エンジン３の動作制御や燃料噴射制御、また、後述する本発明の実施の形態におけるレール圧制御等に供するために入力されるようになっている。

次に、本発明の実施の形態におけるレール圧制御処理について、図２に示されたサブルーチンフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施の形態におけるコモンレール式燃料噴射制御装置は、従来同様に、レール圧制御のための高圧ポンプ７の吐出量が、指示噴射量及びエンジン回転数によって定まるプレコントロール量と、圧力センサ１１により検出された実際のレール圧（実レール圧）と目標レール圧との差に基づいて行われるいわゆるＰＩＤ制御によるフィードバック制御により定まる量（以下、説明の便宜上「フィードバック制御量」と称する）との和となるように制御されるようになっているものであることを前提としている。

図２に示されたサブルーチン処理は、電子制御ユニット４において種々実行されるレール圧制御処理に関するサブルーチン処理の１つとして実行されるもので、特に、ＰＩＤ制御における積分項の処理に関するものである。
以下、具体的に説明すれば、まず、電子制御ユニット４による処理が開始されると、最初に、必要通過流量Ｑsetの算出が行われる（図２のステップＳ１０２参照）。
ここで、必要通過流量Ｑsetは、車両の動作状態、換言すれば、レール圧の制御状態に応じて高圧ポンプ７を通過させる必要があるとされる燃料の量であり、エンジン３の回転数や目標レール圧等に基づいて、予め設定された演算式によって算出されるものとなっている。

なお、かかる必要通過流量Ｑsetは、図示されないメインルーチンにおいて従来同様に実行される燃料噴射制御処理において算出されるものであり、このステップＳ１０２においては、メインルーチンでの算出結果を流用するようにすれば良く、改めて算出する必要はないものである。

次いで、上述のようにして算出された必要通過流量Ｑsetが、適正範囲外にあるか否かが判定され（図２のステップＳ１０４）、適正範囲外にあると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０６の処理へ進み、適正範囲外ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１０８の処理へ進むこととなる。
ここで、適正範囲を如何に定めるかは、装置の具体的な仕様等を考慮し、試験結果やシミュレーション結果に基づいて定めるのが好適である。
例えば、高圧ポンプ７の動作仕様に基づいて、最小通過流量と最大通過流量を用いて適正範囲を定めても良い。

ステップＳ１０６においては、必要通過流量Ｑsetが適正範囲外にあることに対応して、後述する積分項修正係数が初期化、すなわち、零に設定されることとなる。
一方、ステップＳ１０８においては、必要通過流量Ｑsetが適正範囲外ではない、すなわち、適正範囲にあることに対応して、必要通過流量Ｑsetの変化率ｄＦの算出が行われる。ここで、変化率ｄＦは、単位時間当たりに変化した必要通過流量Ｑsetの量である。

次いで、算出された必要通過流量Ｑsetの変化率ｄＦが所定変化範囲外にあるか否かが判定され（図２のステップＳ１１０参照）、所定変化範囲外にあると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０６の処理へ進む一方、所定変化範囲外にはない、すなわち、換言すれば、所定変化範囲にあると判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１１２の処理へ進むこととなる。

ステップＳ１１２においては、積分項修正係数Ｋi_corの算出が行われる。
ＰＩＤ制御においては、比例項（Ｐ項）、積分項（Ｉ項）、微分項（Ｄ項）の各々に、ゲインと称される係数が設定されて、制御に用いられることは良く知られている通りである。本発明の実施の形態においては、本来のＰＩＤ制御における積分項の積分ゲインＫを、レール圧の制御状態に応じて修正することで、従来装置では得られなかったＰＩＤ制御によるレール圧制御の安定性、信頼性を得るため、積分ゲインＫを修正する積分項修正係数を新たに設定し、修正された積分ゲインＫをＰＩＤ制御に供するようにしている。

かかる積分修正係数Ｋi_corは、必要通過流量Ｑsetの変化率ｄＦの関数として定義したものが好適である。
すなわち、具体的には、例えば、図３に実線の特性線で示されたように、変化率ｄＦの絶対値の増加に対して積分修正係数Ｋi_corが負の比例定数を持つ直線のような相関関係に設定するのが好適である。この場合、積分修正係数Ｋi_corは、０を超え、１以下の範囲（０＜Ｋi_cor≦１）に設定されることとなる。
また、上述のように、変化率ｄＦの絶対値の増加に対して積分修正係数Ｋi_corの変化が必ずしも直線関係に限定される必要はなく、図３において、点線の特性線ａ又ｂで示されたように、変化率ｄＦの絶対値の増加に対して積分修正係数Ｋi_corの減少の割合が、直線関係の場合よりも速くなるように設定しても良く、また、逆に遅くなるように設定しても良い。

なお、変化率ｄＦの絶対値の増加に対する積分修正係数Ｋi_corの変化をどの程度に設定するかは、特定の値に限定されるものではなく、車両の具体的な仕様等を考慮して、試験結果やシミュレーション結果に基づいて定めるのが好適である。
上述のように定められた変化率ｄＦの絶対値の増加に対する積分修正係数Ｋi_corの変化との相関関係は、変化率ｄＦの絶対値に対して積分修正係数Ｋi_corが求められるように演算式化、又は、いわゆるマップ化したものを、予め電子制御ユニット１０１に記憶させ、ステップＳ１１２において変化率ｄＦの絶対値を入力として積分修正係数Ｋi_corが算定されるようにすると好適である。

また、積分項修正係数Ｋi_corは、上述のように、変化率ｄＦの絶対値に対して算定するようにすることに代えて、変化率ｄＦそのものに対して算定するようにしても良い。
例えば、図４に示されたように、変化率ｄＦの正負いずれの領域においても、変化率ｄＦの増加に対して積分項修正係数Ｋi_corが直線関係となるよう定めても良い。
この場合、変化率ｄＦの負側の最大値ｄＦ(lower)と正側の最大値ｄＦ(upper)を、先のステップＳ１１０における所定変化範囲の上下の限界値と一致させることにより、ステップＳ１１０の判定と、次述するステップＳ１０６における積分項修正係数Ｋi_corの零への初期化を兼ねることができ、これらのステップを省略することができる。

なお、図３において説明したと同様に、変化率ｄＦの増加に対する積分項修正係数Ｋi_corの変化は直線関係に限定される必要はなく、図４において、符号ａ１，ｂ２，ａ２，ｂ２で示されたように、変化率ｄＦの増加に対する積分項修正係数Ｋi_corの変化が、直線関係の場合に比して、急であっても、又、緩慢であっても、いずれでも良い。

ステップＳ１０６においては、積分修正係数Ｋi_corの初期化が行われる。すなわち、積分修正係数Ｋi_cor＝０とされる。
これは、ステップＳ１０４において、必要通過流量Ｑsetが適正範囲外にあると判定され、又は、ステップＳ１１０において、必要通過流量Ｑsetの変化率ｄＦが所定変化範囲外にあると判定されたことに対応して、かかる場合には、積分項を機能停止とするためである。

次いで、ステップＳ１１４においては、積分ゲイン算出、換言すれば、積分ゲインの修正が行われる。
すなわち、このステップＳ１１４において、積分ゲインは、本来の積分ゲインＫiに対して、ステップＳ１０６で初期化された積分修正係数Ｋi_cor、又は、ステップＳ１１２において算出された積分修正係数Ｋi_corが乗ぜられ、その乗算結果が、改めて積分ゲインＫiとして設定されることとなる。このようにして積分ゲインＫiが算定された後は、図示されないメインルーチンへ戻り、ＰＩＤ制御に供されることとなる。

その結果、ステップＳ１０６の処理の後に、ステップＳ１１４が実行された場合には、Ｋi×Ｋi_cor＝Ｋi×０と演算されるので、積分ゲインＫiは零となるため、ＰＩＤ制御における積分項の機能が強制的に停止せしめられた状態となる。
先に説明したように積分修正係数Ｋi_corが零とされる状態は、必要通過流量Ｑsetが適正範囲外にある場合や、必要通過流量Ｑsetの変化率ｄＦが所定変化範囲外にある場合であり、このような場合には、従来同様、積分項の機能をむしろ強制的停止させることにより、レール圧が目標値に対してオーバーシュートしたり、アンダーシュートすることが抑圧、回避されることとなる。

一方、ステップＳ１１２の処理の後に、ステップＳ１１４が実行された場合には、積分修正係数Ｋi_corはステップＳ１１２において０＜Ｋi_cor＜１と設定されるため、ステップＳ１０６を経た場合と異なり、Ｋi×Ｋi_cor≠０となり、積分ゲインは、必要通過流量Ｑsetの変化率ｄＦに応じた値に設定されてＰＩＤ制御における積分項として機能せしめられることとなる。
したがって、ＰＩＤ制御において、積分項の作用が過度となることなく、必要通過流量Ｑsetの変化率ｄＦに応じて適度に作用するため、従来に比して、より安定したレール圧制御がなされることとなる。

車両の運転状態が急変に関わらず、レール圧のオーバーシュートやアンダーシュートの発生の低減、抑圧が所望されるコモンレール式燃料噴射制御装置に適用できる。

１…コモンレール
３…エンジン
４…電子制御ユニット

Claims (2)

1. コモンレールへ高圧燃料を圧送する高圧ポンプへの燃料流入量を調整可能に設けられた流入量調整用の電磁弁を、前記コモンレールのレール圧を目標レール圧とすべく、前記コモンレールの実レール圧と目標レール圧との偏差に応じたＰＩＤ制御によって駆動制御することにより前記高圧ポンプの吐出量を制御して前記コモンレールのレール圧を目標レール圧に制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置におけるレール圧制御方法であって、
   前記ＰＩＤ制御における積分項の積分ゲインを積分修正係数を用いて修正し、その修正後の積分ゲインをＰＩＤ制御に供し、
   前記積分修正係数は、レール圧の制御状態に応じて定まる高圧ポンプを通過せしめる必要がある燃料の量である必要通過流量が所定の適正範囲外にある場合、又は、前記必要通過流量が所定の適正範囲にあって、前記必要通過流量の単位時間当たりの変化率が所定変化範囲外にある場合、いずれかにおいて零に初期化され、前記積分項の機能を強制的に停止せしめる一方、
   前記算出された変化率が所定変化範囲にある場合には、前記変化率の絶対値の増加に応じて小さくなる様予め設定された相関関係に基づいて算定され、前記積分項を機能せしめることを特徴とするレール圧制御方法。
2. コモンレールへ高圧燃料を圧送する高圧ポンプへの燃料流入量を調整可能に設けられた流入量調整用の電磁弁を、電子制御ユニットにより、前記コモンレールのレール圧を目標レール圧とすべく、前記コモンレールの実レール圧と目標レール圧との偏差に応じたＰＩＤ制御により駆動制御し、前記高圧ポンプの吐出量を制御して前記コモンレールのレール圧を目標レール圧に制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置であって、
   前記電子制御ユニットは、
   前記ＰＩＤ制御における積分項の積分ゲインを積分修正係数を用いて修正し、その修正後の積分ゲインをＰＩＤ制御に供し、
   当該電子制御ユニットは、レール圧の制御状態に応じて定まる高圧ポンプを通過せしめる必要がある燃料の量である必要通過流量を演算算出し、算出された必要通過流量が所定の適正範囲にある場合、前記必要通過流量の単位時間当たりの変化率を算出し、算出された変化率が所定変化範囲外にある場合、又は、前記必要通過流量が適正範囲外にある場合、いずれかにおいて前記積分修正係数を零に初期化する一方、
   前記算出された変化率が所定変化範囲にある場合には、前記変化率の絶対値の増加に応じて小さくなる様予め設定された相関関係に基づいて積分修正係数を算定するよう構成されてなることを特徴とするコモンレール式燃料噴射制御装置。

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