JP2007023801A - 内燃機関の燃料圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧燃料ポンプの駆動制御に用いられるフィードフォワード項を、燃料噴射弁から噴射される燃料量に見合った量の燃料を予め燃料配管に供給することを意図した値として、適切な値となるよう算出する。
【解決手段】目標燃圧Ｐ0 の大きさによって、その目標燃圧Ｐ0 に向けて実際の燃料圧力を制御するのに必要な高圧燃料ポンプ４の仕事量が変化し、それに応じてフィードフォワード項ＦＦにおける上記意図を有する値としての適切な値も変化する。このことを考慮して、フィードフォワード項ＦＦを算出するに際し、指示値Ｑ及び機関回転速度だけでなく目標燃圧Ｐ0 も加味される。このため、目標燃圧Ｐ0 の大きさに応じてフィードフォワード項ＦＦにおける上記意図を有する値としての適切な値が変化したとしても、算出されるフィードフォワード項ＦＦを上記適切な値の変化に応じて変化させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料圧力制御装置に関するものである。

内燃機関の燃料圧力制御装置として、例えば特許文献１に示されるように、燃料噴射弁に繋がる燃料配管に向けて燃料を吐出する高圧燃料ポンプを駆動指令値に基づき駆動制御し、その駆動制御を通じて同ポンプからの燃料吐出量を調整することにより、燃料配管内の燃料圧力を目標燃圧に制御するものが知られている。

同装置での燃料圧力制御に用いられる高圧燃料ポンプの駆動指令値は、フィードフォワード項、比例項、及び積分項に基づき算出される。ここで、比例項は、燃料配管内の実際の燃料圧力を目標燃圧に近づけるべく、それら両者の偏差に基づき増減する値である。また、積分項は、上記比例項だけでは除去しきれない実際の燃料圧力と目標燃圧との残留偏差をなくすべく、それら実際の燃料圧力と目標燃圧との偏差を累積して得られる値である。フィードフォワード項は、機関過渡運転時等においても実際の燃料圧力を速やかに目標燃圧に収束させるべく、燃料噴射弁から噴射される燃料量に見合った量の燃料を予め燃料配管に供給することを意図した値である。

上記のようにフィードフォワード項、比例項、及び積分項に基づき高圧燃料ポンプの駆動指令値を算出することで、その駆動指令値に基づき高圧燃料ポンプを駆動制御するとき、実際の燃料圧力が速やかに且つ的確に目標燃圧へと制御される。

ここで、駆動指令値に含まれるフィードフォワード項は、上述した意図のもと、燃料噴射弁から噴射される燃料量の指示値に基づき算出される。また、フィードフォワード項を算出する際には、高圧燃料ポンプの燃料吐出効率が機関回転速度に応じて変化する等の理由により、上記指示値に加えて機関回転速度も加味されることとなる。なお、高圧燃料ポンプの燃料吐出効率が機関回転速度に応じて変化するのは、高圧燃料ポンプの駆動が機関回転に基づき行われるためである。

上述したようにフィードフォワード項を算出することで、機関回転速度の変化に応じた高圧燃料ポンプの燃料吐出効率の変化等から影響を受けることなく、当該フィードフォワード項を、上記意図を有する値として、適切なものとすることができるようになる。従って、フィードフォワード項等を含む駆動指令値に基づき高圧燃料ポンプを駆動制御し、その駆動制御を通じて同ポンプからの燃料吐出量を調整することにより、機関過渡運転時等においても実際の燃料圧力を目標燃圧に速やかに収束させることが可能になる。
特開２００１−２６３１４４公報

ところで、上述したように燃料噴射弁から噴射される燃料量の指示値、及び機関回転速度に基づきフィードフォワード項を算出したとしても、そのフィードフォワード項が上記意図を有する値として必ずしも適切な値になるとは限らないことが確認された。

これは、目標燃圧の大きさによって、その目標燃圧に向けて実際の燃料圧力を制御するのに必要な高圧燃料ポンプの仕事量が変化し、それに応じてフィードフォワード項についての上記適切な値も変化することが関係している。すなわち、このように目標燃圧の大きさによって上記適切な値が変化するのに対し、上述したフィードフォワード項の算出の仕方では、算出されるフィードフォワード項を上記適切な値の変化に対応して変化させることができない。このことが上記不具合の発生原因と推測される。

従って、目標燃圧の大きさによっては、算出されるフィードフォワード項が上記意図を有する値として不適切になり、フィードフォワード項等を含む駆動指令値に基づき高圧燃料ポンプを駆動制御したとき、実際の燃料圧力を目標燃圧に速やかに収束させることが困難になる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高圧燃料ポンプの駆動制御に用いられるフィードフォワード項を、燃料噴射弁から噴射される燃料量に見合った量の燃料を予め燃料配管に供給することを意図した値として、適切な値となるよう算出することのできる内燃機関の燃料圧力制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関の燃料噴射弁に繋がる燃料配管に向けて燃料を吐出する高圧燃料ポンプを備え、その高圧燃料ポンプの駆動指令値に含まれるフィードフォワード項を前記燃料噴射弁から噴射される燃料量の指示値及び機関回転速度に基づき算出し、前記駆動指令値に基づく前記高圧燃料ポンプの駆動制御を通じて同ポンプからの燃料吐出量を調整することにより、前記燃料配管内の実際の燃料圧力を前記目標燃圧に制御する内燃機関の燃料圧力制御装置において、前記フィードフォワード項を前記燃料噴射弁から噴射される燃料量の指示値及び前記機関回転速度に加え前記目標燃圧を加味して算出する算出手段を備えた。

高圧燃料ポンプの駆動指令値に含まれるフィードフォワード項は、燃料噴射弁から噴射される燃料量に見合った量の燃料を予め燃料配管に供給することを意図した値として算出される。こうしたフィードフォワード項の算出を、燃料噴射弁から噴射される燃料量、及び、機関回転速度のみから行うと、そのときの目標燃圧の大きさによっては、算出されたフィードフォワード項が上記意図を有する値として不適切になる。これは、目標燃圧の大きさによって、その目標燃圧に向けて実際の燃料圧力を制御するのに必要な高圧燃料ポンプの仕事量が変化し、それに応じてフィードフォワード項についての適切な値も変化するが、上述したフィードフォワード項の算出の仕方では、上記適切な値の変化に対応して、算出されるフィードフォワード項を変化させられないことが原因である。しかし、上記構成によれば、フィードフォワード項が上記指示値及び機関回転速度に基づき算出されるだけでなく、それらに加えて目標燃圧も加味して算出されるため、目標燃圧の大きさに応じた上記適切な値の変化に対応して、算出されるフィードフォワード項を変化させることができる。従って、算出されるフィードフォワード項は、目標燃圧の大きさの変化から影響を受けることなく、上記意図を有する値として適切な値とされるようになる。そして、このフィードフォワード項が含まれる駆動指令値に基づき高圧燃料ポンプを駆動制御するとき、実際の燃料圧力を目標燃圧に速やかに収束させることができるようになる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記算出手段は、前記目標燃圧が大になるほど前記フィードフォワード項を増加させるとともに、前記目標燃圧が小になるほど前記フィードフォワード項を減少させるものとした。

目標燃圧が大となるほど、実際の燃料圧力を目標燃圧に制御するのに必要な高圧燃料ポンプの仕事量が大となり、それに応じてフィードフォワード項における上記意図を有する値としての適切な値は大となる。また、目標燃圧が小となるほど、実際の燃料圧力を目標燃圧に制御するのに必要な高圧燃料ポンプの仕事量が小さくてすみ、それに応じてフィードフォワード項における上記意図を有する値としての適切な値は小となる。上記構成によれば、目標燃圧が大になるほどフィードフォワード項を増加させ、目標燃圧が小になるほどフィードフォワード項を減少させることができるため、目標燃圧の大きさに応じてフィードフォワード項における上記適切な値が変化する際、その適切な値の変化に対応して、算出されるフィードフォワード項を的確に変化させることができる。

請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記算出手段は、前記指示値に対し係数を乗算することにより前記フィードフォワード項を算出し、前記係数を機関回転速度及び目標燃圧に応じて可変とするものとした。

上記構成によれば、係数を目標燃圧に応じて変化させることで、その係数を指示値に乗算して得られるフィードフォワード項を、目標燃圧に応じて的確に変化させることができるようになる。

請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記算出手段は、前記フィードフォワード項を算出するに際し、前記指示値として機関負荷に応じて求められるベース値に対し各種補正を加えて得られたものを用いることを要旨とした。

燃料噴射弁から噴射される燃料量は機関負荷や各種補正に応じて変わってくるため、燃料噴射弁から噴射される燃料量に見合った量の燃料を予め燃料配管に供給することを意図した値として算出されるフィードフォワード項も、上記機関負荷や各種補正に応じて変化させる必要がある。上記構成によれば、フィードフォワード項の算出に用いられる指示値、すなわち燃料噴射弁から噴射される燃料量の指示値が機関負荷に応じて求められるベース値に対し各種補正を加えることによって求められる。従って、算出されるフィードフォワード項を、機関負荷及び各種補正に応じて変化させることができ、同フィードフォワード項を上記意図を有する値として適切な値とすることができる。

以下、本発明を自動車用の筒内噴射式内燃機関に適用した一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１は、上記内燃機関の燃料供給系全体を示す略図である。同図に示されるように、この燃料供給系には、燃料タンク１から燃料を送り出すフィードポンプ２と、そのフィードポンプ２によって送り出された燃料を加圧して内燃機関の燃料噴射弁３に繋がるデリバリパイプ１３に向けて吐出する高圧燃料ポンプ４とが設けられている。

上記高圧燃料ポンプ４は、内燃機関のカムシャフト５に取り付けられたカム６の回転及びコイルスプリング７の付勢力に基づき、シリンダ９内で往復移動するプランジャ８を備えている。また、高圧燃料ポンプ４には、プランジャ８及びシリンダ９により区画されて同プランジャ８の往復移動に伴い容積の変化する加圧室１０が形成されている。そして、上記カム６の回転に伴い、プランジャ８が加圧室１０を拡大する方向に移動する吸入行程と、同プランジャ８が加圧室１０を縮小する方向に移動する圧送行程とが、交互に繰り返される。上記吸入行程はフィードポンプ２からの燃料が吸入通路１１を介して加圧室１０に吸入される行程であり、上記圧送行程は加圧室１０内の燃料が加圧されて吐出通路１２に吐出される行程である。この圧送行程で高圧燃料ポンプ４から吐出された高圧燃料は、吐出通路１２を介して、燃料噴射弁３に燃料を分配するためのデリバリパイプ１３に供給される。

高圧燃料ポンプ４には、吸入通路１１と加圧室１０との間を連通・遮断すべく開閉動作する電磁スピル弁１４が設けられている。この電磁スピル弁１４は、電磁ソレノイド１５を備え、同ソレノイド１５への電圧印加を制御することにより開閉動作するものである。即ち、電磁ソレノイド１５に対する通電が停止された状態にあっては、電磁スピル弁１４がコイルスプリング１７の付勢力によって開き、吸入通路１１と加圧室１０とが連通した状態になる。また、電磁ソレノイド１５に対する通電が行われると、電磁スピル弁１４がコイルスプリング１７の付勢力に抗して閉弁され、吸入通路１１と加圧室１０とが遮断された状態になる。

そして、高圧燃料ポンプ４において、吸入行程では電磁スピル弁１４が開弁され、これにより吸入通路１１から加圧室１０内への燃料の流入が許可される。また、圧送行程においては、電磁スピル弁１４が所定の期間だけ閉弁されることになり、同スピル弁１４の開弁中は加圧室１０内の燃料が吸入通路１１に溢流し、同スピル弁１４の閉弁中は上記溢流が禁止される。このように燃料の溢流が禁止されているとき、加圧室１０内の燃料が加圧された状態で吐出通路１２に吐出される。従って、圧送行程での電磁スピル弁１４の閉弁時間を制御し、加圧室１０から吸入通路１１に溢流される燃料の量を調節することで、高圧燃料ポンプ４の燃料吐出量を調節することができる。

こうした高圧燃料ポンプ４の駆動制御は、内燃機関に搭載された各種機器の制御を行う電子制御装置１８により実施される。電子制御装置１８は、上記制御に係る各種演算を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置１８の入力ポートには、以下に示されるセンサを含む各種センサが接続されている。
・デリバリパイプ１３内の燃料圧力（燃料噴射弁３に供給される燃料の圧力）を検出する燃圧センサ１９。

・内燃機関のクランクシャフトの回転に対応した信号を出力し、機関回転速度の検出等に用いられるクランクポジションセンサ２０。
・内燃機関のカムシャフト５の回転に対応して、同シャフト５の回転位置に対応した信号を出力するカムポジションセンサ２１。

・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダルの踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ２２。
・内燃機関のスロットルバルブの開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ２３。

・内燃機関の燃焼室に吸入される空気の流量（吸入空気流量）を検出するエアフローメータ２４。
電子制御装置１８の出力ポートには、燃料噴射弁３や電磁スピル弁１４といった各種機器の駆動回路が接続されている。

電子制御装置１８は、上記各種センサからの検出信号により把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各種機器の駆動回路に指令信号を出力し、それら機器の制御を実行する。こうして内燃機関の燃料噴射量制御、及び、デリバリパイプ１３内の燃料圧力制御といった各種制御が電子制御装置１８により実施される。

ここで、上記燃料噴射量制御では、燃料噴射弁３から噴射される燃料量の指示値Ｑを例えば以下の式（１）に基づき算出し、その指示値Ｑに基づき燃料噴射弁３を駆動制御して当該指示値Ｑに対応する量の燃料を燃料噴射弁３から噴射させることによって実現される。

Ｑ＝ＫＬ・Ｈ・Ｑmax …（１）
Ｑ ：指示値
ＫＬ ：負荷率
Ｈ ：補正係数
Ｑmax ：全負荷噴射量
式（１）で用いられる全負荷噴射量Ｑmax は、最大機関負荷（全負荷）時に燃料噴射弁３から噴射すべき燃料量の理論値であって、内燃機関に応じて予め定められる固定値である。また、式（１）の負荷率ＫＬは、最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値であって、内燃機関の１サイクル当たりに燃焼室に吸入される空気の量に基づき算出される。なお、この空気の量は、アクセル踏込量、スロットル開度、及び吸入空気流量といったパラメータ、並びに、機関回転速度に基づき求められる。この負荷率ＫＬと全負荷噴射量Ｑmax とを乗算した値「ＫＬ・Ｑmax 」は、指示値Ｑのベース値であって、機関負荷に対応した値ということになる。また、式（１）の補正係数Ｈは、上記ベース値「ＫＬ・Ｑmax 」に対し各種補正を加えるためのものであり、当該補正のために機関運転状態に応じて増減される。

上記デリバリパイプ１３内の燃料圧力制御は、高圧燃料ポンプ４を駆動する際の駆動指令値であるポンプデューティＤＴに基づき同ポンプ４を駆動制御し、その駆動制御を通じて同ポンプ４からの燃料吐出量を調整することによって実現される。より詳しくは、ポンプデューティＤＴに基づき高圧燃料ポンプ４の圧送行程中における電磁スピル弁１４の閉弁時間が制御され、これにより高圧燃料ポンプ４からの燃料吐出量が調整されてデリバリパイプ１３内の燃料圧力が制御されるようになる。

ここで、上記ポンプデューティＤＴについて図２を参照して説明する。
この図は、高圧燃料ポンプ４のプランジャ８をリフトさせるカム６のカム角の変化に対し、そのプランジャ８のリフト量がどのように変化するかを示すグラフである。同図において、「θ0 」は高圧燃料ポンプ４の圧送行程全体に対応するカム６のカム角度（最大カム角度）を表し、「θ」上記圧送行程中における電磁スピル弁１４の閉弁時間の目標値に対応するカム６のカム角度（目標カム角度）を表している。上記ポンプデューティＤＴは、最大カム角度θ0 に対する目標カム角度θの割合を示すものであり、０〜１００％という値の間で変化するものである。

このポンプデューティＤＴが「０％」に近づくほど、同ポンプデューティＤＴに基づいて制御される電磁スピル弁１４の圧送行程中における閉弁時間が短くなる。その結果、高圧燃料ポンプ４からの燃料吐出量が少なくなり、デリバリパイプ１３の燃料圧力が低下する。逆に、ポンプデューティＤＴが「１００％に近づくほど、同ポンプデューティＤＴに基づいて制御される電磁スピル弁１４の圧送行程中における閉弁時間が短くなる。その結果、高圧燃料ポンプ４からの燃料吐出量が多くなり、デリバリパイプ１３の燃料圧力が上昇する。

次に、ポンプデューティＤＴの算出手順について説明する。
ポンプデューティＤＴは、フィードフォワード項ＦＦ、比例項ＤＴp 、及び積分項ＤＴi に基づき、以下の式（２）を用いて算出される。

ＤＴ＝ＦＦ＋ＤＴp ＋ＤＴi …（２）
ＤＴ ：ポンプデューティ
ＦＦ ：フィードフォワード項
ＤＴp ：比例項
ＤＴi ：積分項
この式（１）で用いられるフィードフォワード項ＦＦ、比例項ＤＴp 、及び積分項ＤＴi については、それぞれ次のようにして算出される。

［比例項ＤＴp ］
比例項ＤＴp は、燃圧センサ１９によって検出されるデリバリパイプ１３内の実際の燃料圧力Ｐを、機関運転状態に基づき算出される目標燃圧Ｐ0 に近づけるべく、それら両者の偏差（圧力差）に基づき増減する値である。この比例項ＤＴp の算出として具体的には、燃料圧力Ｐ及び目標燃圧Ｐ0 等に基づき以下の式（３）を用いて当該比例項ＤＴp の算出が行われる。

ＤＴp ＝Ｋ２・（Ｐ0 −Ｐ） …（３）
ＤＴp ：比例項
Ｋ２ ：係数
Ｐ0 ：目標燃圧
Ｐ ：実際の燃料圧力
この式（３）の係数Ｋ２は、実際の燃料圧力Ｐと目標燃圧Ｐ0 との圧力差「Ｐ0 −Ｐ」というパラメータを、ポンプデューティＤＴに対応するパラメータへと変換するためのものである。

また、式（３）で用いられる目標燃圧Ｐ0 は機関負荷及び機関回転速度に基づき算出される。なお、ここでの機関負荷としては、内燃機関の１サイクル当たりに燃焼室に吸入される空気の量が用いられることとなる。そして、上記のように算出された目標燃圧Ｐ0 については、図３に示されるように、機関負荷が大となるほど大きい値になるとともに、機関回転速度が大となるほど大きい値となる。

なお、機関負荷が大となるほど目標燃圧Ｐ0 を大きい値にしているのは、機関負荷が大となるほど燃料噴射弁３からの燃料噴射量が多くなってデリバリパイプ１３内に存在する燃料が多く消費されることから、それに対応してデリバリパイプ１３への燃料供給量を多くする必要があるためである。一方、機関回転速度が大となるほど目標燃圧Ｐ0 を大きい値にしているのは、機関回転速度が大となるほど内燃機関の１サイクル中における燃料噴射弁３からの燃料噴射が可能な期間が短くなることに対応して、より短時間で指示値Ｑ分の燃料を燃料噴射弁３から噴射できるようデリバリパイプ１３内の燃料圧力を高めておくためである。

式（３）から分かるように、実際の燃料圧力Ｐが目標燃圧Ｐ0 よりも低い状態にあっては、その目標燃圧Ｐ0 に対し実際の燃料圧力Ｐが低くなるほど、比例項ＤＴp は大きい値になり、ポンプデューティＤＴを１００％側に変化させることになる。従って、この場合には高圧燃料ポンプ４の圧送行程中における電磁スピル弁１４の閉弁時間が長くなって同ポンプ４の燃料吐出量が多くされ、実際の燃料圧力Ｐが目標燃圧Ｐ0 に向けて上昇させられる。一方、実際の燃料圧力Ｐが目標燃圧Ｐ0 よりも高い状態にあっては、その目標燃圧Ｐ0 に対し実際の燃料圧力Ｐが高くなるほど、比例項ＤＴp は小さい値になり、ポンプデューティＤＴを０％側に変化させることになる。従って、この場合には高圧燃料ポンプ４の圧送行程中における電磁スピル弁１４の閉弁時間が短くなって同ポンプ４の燃料吐出量が少なくされ、実際の燃料圧力Ｐが目標燃圧Ｐ0 に向けて低下させられる。

［積分項ＤＴi ］
積分項ＤＴi は、上記比例項ＤＴp だけでは除去しきれない実際の燃料圧力Ｐと目標燃圧Ｐ0 との残留偏差をなくすべく、それら燃料圧力Ｐと目標燃圧Ｐ0 との偏差を累積して得られる値である。この積分項ＤＴi の算出として具体的には、前回の積分項ＤＴi 、燃料圧力Ｐ及び目標燃圧Ｐ0 等に基づき以下の式（４）を用いて積分項ＤＴi の算出が行われる。

ＤＴi ＝前回のＤＴi ＋Ｋ２・（Ｐ0 −Ｐ） …（４）
ＤＴi ：積分項
Ｋ２ ：係数
Ｐ0 ：目標燃圧
Ｐ ：実際の燃料圧力
なお、式（４）の係数Ｋ３としては、上述した式（２）の係数Ｋ２よりも小さい値が用いられる。

式（４）から分かるように、積分項ＤＴi には実際の燃料圧力Ｐと目標燃圧Ｐ0 との偏差「Ｐ0 −Ｐ」に係数Ｋ３を乗算した値が加算されてゆくことになる。従って、実際の燃料圧力Ｐが目標燃圧Ｐ0 よりも低い値である間については、積分項ＤＴi が偏差「Ｐ0−Ｐ」を累積した値として徐々に大きい値へと更新され、その積分項ＤＴi によってポンプデューティＤＴが１００％側に変化させられる。実際の燃料圧力Ｐが目標燃圧Ｐ0 よりも高い値である間については、積分項ＤＴi が偏差「Ｐ0−Ｐ」を累積した値として徐々に小さい値へと更新され、その積分項ＤＴi によってポンプデューティＤＴが０％側に変化させられる。以上のように、積分項ＤＴi に基づきポンプデューティＤＴを変化させ、それに応じて高圧燃料ポンプ４の圧送行程中における電磁スピル弁１４の閉弁時間を調整することで、同比例項ＤＴp では除去しきれない実際の燃料圧力Ｐと目標燃圧Ｐ0 との残留偏差をなくすことが可能になる。

［フィードフォワード項ＦＦ］
フィードフォワード項ＦＦは、機関過渡運転時等においても実際の燃料圧力Ｐを速やかに目標燃圧Ｐ0 に収束させるべく、燃料噴射弁３から噴射される燃料量に見合った量の燃料を予めデリバリパイプ１３に供給することを意図した値である。このフィードフォワード項ＦＦの算出として具体的には、上述した意図のもと、燃料噴射弁から噴射される燃料量の指示値Ｑ等に基づき以下の式（５）を用いてフィードフォワード項ＦＦの算出が行われる。

ＦＦ＝Ｑ・Ｋ１ …（５）
ＦＦ：フィードフォワード項
Ｑ ：燃料噴射弁から噴射される燃料量の指示値
Ｋ１：係数
なお、式（５）の係数Ｋ１は、指示値Ｑという燃料噴射量に対応するパラメータをポンプデューティＤＴに対応するパラメータへと変換するためのものであり、機関回転速度に応じて可変設定される。この係数Ｋ１を機関回転速度に応じて変化させるのは、内燃機関の回転に基づき動作する高圧燃料ポンプ４の燃料吐出効率が機関回転速度に応じて変化することを考慮し、こうしたの燃料吐出効率の変化等が生じたとしても、フィードフォワード項ＦＦが上述した意図を有する値として適正な値となるようにするためである。

上述した比例項ＤＴp 、積分項ＤＴi 、及びフィードフォワード項ＦＦに基づきポンプデューティＤＴを算出することで、そのポンプデューティＤＴに基づき高圧燃料ポンプ４を駆動制御したとき、実際の燃料圧力Ｐを速やかに且つ的確に目標燃圧Ｐ0 へと制御することができるようになる。

次に、ポンプデューティＤＴにフィードフォワード項ＦＦを含めた場合の効果について、含めない場合との比較のもと、図４のタイムチャートを参照して説明する。
同図の実線は、フィードフォワード項ＦＦを含めずにポンプデューティＤＴを算出し、そのポンプデューティＤＴに基づき高圧燃料ポンプ４を駆動制御した場合の目標燃圧Ｐ0 に対する実際の燃料圧力Ｐの推移を示している。この場合、燃料噴射弁３からの燃料噴射に基づきデリバリパイプ１３内の燃料が消費され、その分だけ燃料圧力Ｐが目標燃圧Ｐ0 に対し低下した後、それら両者の偏差「Ｐ0 −Ｐ」が比例項ＤＴp 等に反映される。そして、その比例項ＤＴp での上記偏差「Ｐ0 −Ｐ」の反映分だけ、高圧燃料ポンプ４の燃料吐出量が多くなり、実際の燃料圧力Ｐが目標燃圧Ｐ0 に向けて近づけられる。

ただし、この場合は燃料噴射弁３からの燃料噴射が行われた後、それに起因して燃料圧力Ｐが変化してからでないと、燃料圧力Ｐを目標燃圧Ｐ0 に制御するための高圧燃料ポンプ４からの燃料吐出量増量がなされず、目標燃圧Ｐ0 に対する燃料圧力Ｐの収束性が悪くなる。このため、燃料噴射弁３からの燃料噴射毎に燃料圧力Ｐが目標燃圧Ｐ0 に対して乱れることになり、特に機関過渡運転時など燃料噴射弁３からの燃料噴射量に大きな変化が生じやすい状況のもとでは、上記燃料圧力Ｐの目標燃圧Ｐ0 に対する乱れが大きくなる傾向がある。こうした燃料圧力Ｐの目標燃圧Ｐ0 に対する乱れについては、フィードフォワード項ＦＦを含めてポンプデューティＤＴを算出することで抑制されるようになる。

図４の破線は、フィードフォワード項ＦＦを含めてポンプデューティＤＴを算出し、そのポンプデューティＤＴに基づき高圧燃料ポンプ４を駆動制御した場合の目標燃圧Ｐ0 に対する実際の燃料圧力Ｐの推移を示している。この場合、燃料噴射弁３からの燃料噴射に先立ち、その燃料噴射弁３から噴射される燃料量の指示値Ｑに基づき、フィードフォワード項ＦＦが当該燃料量に見合った量の燃料を予めデリバリパイプ１３に供給することを意図した値として算出される。従って、フィードフォワード項ＦＦを含めてポンプデューティＤＴを算出した場合の高圧燃料ポンプ４からの燃料吐出量は、燃料噴射弁３から噴射される燃料量の分だけデリバリパイプ１３内の燃料圧力Ｐが低下することを見越して、その分だけ多くされることになる。これにより、燃料噴射弁３からの燃料噴射に起因した燃料圧力Ｐの目標燃圧Ｐ0 に対する乱れを、図４に破線で示されるように抑制することが可能になる。

ところで、上述したようにフィードフォワード項ＦＦを算出したとしても、そのフィードフォワード項ＦＦを上記意図、すなわち燃料噴射弁３から噴射される燃料量に見合った量の燃料を予めデリバリパイプ１３に供給するという意図を有する値として、必ずしも適切な値になるとは限らないとことが確認された。

これは、目標燃圧Ｐ0 については図４の矢印で示されるように大きさが変化するものであり、当該目標燃圧Ｐ0 の大きさによって、その目標燃圧Ｐ0 に向けて実際の燃料圧力を制御するのに必要な高圧燃料ポンプ４の仕事量が変化し、それに応じてフィードフォワード項ＦＦについての上記適切な値も変化することが関係している。すなわち、このように目標燃圧Ｐ0 の大きさによって上記適切な値が変化するのに対し、上述したフィードフォワード項ＦＦの算出の仕方では、算出されるフィードフォワード項ＦＦを上記適切な値の変化に対応して変化させることができない。このことが上記不具合の発生原因と推測される。

従って、目標燃圧Ｐ0 の大きさによっては、算出されるフィードフォワード項ＦＦが上記意図を有する値として不適切になり、フィードフォワード項ＦＦを含めて算出されるポンプデューティＤＴに基づき高圧燃料ポンプ４を駆動制御したとき、実際の燃料圧力Ｐを目標燃圧Ｐ0 に速やかに収束させることが困難になる。特に、内燃機関の始動開始直後やフューエルカットからの復帰直後など特殊な運転条件下では、上述した燃料圧力Ｐの目標燃圧Ｐ0 に対する収束性の低下が顕著になる。

次に、上述した不具合を抑制すべく行われる本実施形態のフィードフォワード項ＦＦの算出について、フィードフォワード項算出ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して詳しく説明する。なお、このフィードフォワード項算出ルーチンは、電子制御装置１８を通じて、例えば所定クランク角毎の角度割り込みにて実行される。

同ルーチンにおいては、まず燃料噴射弁３から噴射される燃料量の指示値Ｑが上記式（１）に基づき算出される（Ｓ１０１）。続いて、係数Ｋ１が機関回転速度及び目標燃圧Ｐ0 に基づき算出される（Ｓ１０２）。そして、それら指示値Ｑ及び係数Ｋ１に基づき上記式（５）を用いてフィードフォワード項ＦＦが算出される。このフィードフォワード項ＦＦは、係数Ｋ１の増加に伴い大きい値になるとともに、係数Ｋ１の減少に伴い小さい値になる。

上記ステップＳ１０２では、係数Ｋ１を算出する際、機関回転速度を加味するだけでなく、目標燃圧Ｐ0 も加味されている。このため、フィードフォワード項ＦＦは、指示値Ｑ及び機関回転速度に加え、目標燃圧Ｐ0 も加味して算出されることとなる。このようにフィードフォワード項ＦＦを算出することで、目標燃圧Ｐ0 の大きさに応じてフィードフォワード項ＦＦにおける上記意図を有する値としての適切な値が変化したとしても、その変化に対応して、算出されるフィードフォワード項ＦＦを変化させることができる。従って、算出されるフィードフォワード項ＦＦは、目標燃圧Ｐ0 の大きさの変化から影響を受けることなく、上記意図を有する値として適切な値とされるようになる。

ちなみに、上記係数Ｋ１は、図６に示されるように目標燃圧Ｐ0 の増大に伴い大きい値となり、目標燃圧Ｐ0 の減少に伴い小さい値となるよう、ステップＳ１０２で算出されることとなる。

ここで、目標燃圧Ｐ0 が大になるほど、実際の燃料圧力Ｐを目標燃圧Ｐ0 に制御するのに必要な高圧燃料ポンプ４の仕事量が大となり、それに応じてフィードフォワード項ＦＦにおける上記意図を有する値としての適切な値は大となる。また、目標燃圧Ｐ0 が小になるほど、実際の燃料圧力Ｐを目標燃圧Ｐ0 に制御するのに必要な高圧燃料ポンプ４の仕事量は小さくてすみ、それに応じてフィードフォワード項ＦＦにおける上記意図を有する値としての適切な値は小となる。

これに対し、上記のように算出されるフィードフォワード項ＦＦは、図６に示される目標燃圧Ｐ0 の変化に対する係数Ｋ１の変化に基づき、目標燃圧Ｐ0 の上昇に応じて増加するとともに、目標燃圧Ｐ0 の低下に応じて減少するようになる。従って、目標燃圧Ｐ0 の大きさに応じてフィードフォワード項ＦＦにおける上記適切な値が変化する際、その適切な値の変化に対応して、算出されるフィードフォワード項ＦＦを的確に変化させることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）フィードフォワード項ＦＦを算出するに際して、指示値Ｑ及び機関回転速度だけでなく目標燃圧Ｐ0 も加味される。このため、目標燃圧Ｐ0 の大きさに応じてフィードフォワード項ＦＦにおける上記意図を有する値としての適切な値が変化したとしても、算出されるフィードフォワード項ＦＦを上記適切な値の変化に応じて変化させることができる。より詳しくは、目標燃圧Ｐ0 が大になって上記適切な値が大となるときにはフィードフォワード項ＦＦをそれに応じて大きくし、目標燃圧Ｐ0 が小になって上記適切な値が小となるときにはフィードフォワード項ＦＦをそれに応じて小さくすることができる。以上により、フィードフォワード項ＦＦは、目標燃圧Ｐ0 の大きさの変化から影響を受けることなく、上記意図を有する値として適切な値とされるようになる。そして、このフィードフォワード項ＦＦが含まれるポンプデューティＤＴに基づき高圧燃料ポンプ４を駆動制御するとき、実際の燃料圧力Ｐを目標燃圧Ｐ0 に速やかに収束させることができる。

（２）フィードフォワード項ＦＦは、指示値Ｑに対し、目標燃圧Ｐ0 に応じて可変とされる係数Ｋ１を乗算することによって算出されるものである。従って、この目標燃圧Ｐ0 に応じた上記係数Ｋ１の可変により、フィードフォワード項ＦＦを目標燃圧Ｐ0 の大きさに応じて的確に変化させることができる。

（３）燃料噴射弁３から噴射される燃料量は機関負荷や各種補正に応じて変わってくるため、上記燃料量に見合った量の燃料を予めデリバリパイプ１３に供給することを意図した値であるフィードフォワード項ＦＦも、機関負荷や各種補正に応じて変化させる必要がある。この点を考慮して、フィードフォワード項ＦＦの算出に用いられる上記燃料量の指示値Ｑを、式（１）に示されるように上記機関負荷に応じた値となるベース値「ＫＬ・Ｑmax 」に対し、上記各種補正を行うための補正係数Ｈを乗算することによって得るようにしている。従って、算出されるフィードフォワード項ＦＦを、上記機関負荷及び各種補正に応じて変化させることができ、上記意図を有する値として適切な値とすることができるようになる。

なお、上記実施形態については、例えば以下のように変更することもできる。
・フィードフォワード項ＦＦの算出について、必ずしも式（５）を用い手行う必要はなく、他の手順を用いて行うことも可能である。

・指示値Ｑの算出について、必ずしも式（１）を用いて行う必要はなく、他の手順を用いて行うことも可能である。
・フィードフォワード項ＦＦの算出に用いられる係数Ｋ１について、目標燃圧Ｐ0 の変化に対する係数Ｋ２の推移傾向を、必ずしも図６に示されるような直線的な傾向とする必要はなく、その他の傾向、例えば二次曲線状の傾向をとるようにしてもよい。

・ポンプデューティＤＴに積分項ＤＴi を必ずしも含める必要はない。

本実施形態の燃料圧力制御装置が適用された内燃機関の燃料供給系全体を示す略図。 カム角の変化に対する高圧燃料ポンプのプランジャリフト量の推移を示すタイミングチャート。 機関負荷及び機関回転速度の変化に対する目標燃圧の推移傾向を示すグラフ。 実際の燃料圧力を目標燃圧に制御する際、その実際の燃料圧力がどのように推移するかを示すタイムチャート。 フィードフォワード項の算出手順を示すフローチャート。 機関回転速度一定の条件下で目標燃圧Ｐ0 が変化したとき、フィードフォワード項の算出に用いられる係数Ｋ１がどのように推移するかを示すグラフ。

符号の説明

１…燃料タンク、２…フィードポンプ、３…燃料噴射弁、４…高圧燃料ポンプ、５…カムシャフト、６…カム、７…コイルスプリング、８…プランジャ、９…シリンダ、１０…加圧室、１１…吸入通路、１２…吐出通路、１３…デリバリパイプ、１４…電磁スピル弁、１５…電磁ソレノイド、１７…コイルスプリング、１８…電子制御装置（算出手段）、１９…燃圧センサ、２０…クランクポジションセンサ、２１…カムポジションセンサ、２２…アクセルポジションセンサ、２３…スロットルポジションセンサ、２４…エアフローメータ。

Claims (4)

1. 内燃機関の燃料噴射弁に繋がる燃料配管に向けて燃料を吐出する高圧燃料ポンプを備え、その高圧燃料ポンプの駆動指令値に含まれるフィードフォワード項を前記燃料噴射弁から噴射される燃料量の指示値及び機関回転速度に基づき算出し、前記駆動指令値に基づく前記高圧燃料ポンプの駆動制御を通じて同ポンプからの燃料吐出量を調整することにより、前記燃料配管内の実際の燃料圧力を目標燃圧に制御する内燃機関の燃料圧力制御装置において、
   前記フィードフォワード項を前記燃料噴射弁から噴射される燃料量の指示値及び前記機関回転速度に加え前記目標燃圧を加味して算出する算出手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の燃料圧力制御装置。
2. 前記算出手段は、前記目標燃圧が大になるほど前記フィードフォワード項を増加させるとともに、前記目標燃圧が小になるほど前記フィードフォワード項を減少させる
   請求項１記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。
3. 前記算出手段は、前記指示値に対し係数を乗算することにより前記フィードフォワード項を算出し、前記係数を機関回転速度及び目標燃圧に応じて可変とするものである
   請求項１又は２記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。
4. 前記算出手段は、前記フィードフォワード項を算出するに際し、前記指示値として機関負荷に応じて求められるベース値に対し各種補正を加えて得られたものを用いる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。

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