JP2009167981A - 蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧室圧力制御方法および制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃圧センサ46によって検出される実際の蓄圧室圧力と蓄圧室の目標圧力との圧力差に基づいて燃料ポンプのポンプ吐出指令値を算出するフィードバック制御部42と、燃料ポンプへのポンプ吐出指令値と蓄圧室に作用する外乱圧力と蓄圧室圧力とを燃料ポンプの伝達関数を用いて数値モデル化し、該数値モデルより外乱圧力を推定し、該外乱を補償する補償値を導出する外乱オブザーバ制御部44とを備え、フィードバック制御部42からの出力を前記外乱オブザーバ制御部44からの外乱補償値によって補正する。
【選択図】図3
Description
各気筒への燃料噴射量は蓄圧室内の圧力と、各気筒に設けられた燃料噴射弁(インジェクタ)への通電時間で一義的に決まる。
従って、蓄圧室圧力を正確に制御することにより、高精度な燃料噴射制御が可能になる。
そして、フィードバック制御部01の出力と、フィードフォワード制御部02の出力とが加算されて、ポンプ吐出指令値、例えばポンプ03がプランジャ式ポンプの場合には、ポンプ吐出指令値として、プランジャのストローク量を指令して、ポンプ03を駆動し、コモンレール04に供給して、該コモンレール04内の圧力を所定の目標圧力に保持するように制御している。
この特許文献1には、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用する技術が示され、コモンレール内の燃料圧力を検出して予め設定された目標燃料圧力との差圧を算出し、該差圧の一部をフィードフォワード量とし出力し、残部にフィードバック制御を施し、該フィードバック出力に前記フィードフォワード量を加算することをエンジンのクランク角に対応して繰り返して、コモンレール内の圧力の均等化を行っている。
燃圧センサによって検出される実際の蓄圧室圧力と蓄圧室の目標圧力との圧力差に基づいて前記燃料ポンプのポンプ吐出指令値をフィードバックによって算出し、燃料ポンプの吐出指令値と蓄圧室に作用する外乱圧力と蓄圧室圧力とを燃料ポンプの伝達関数を用いて数値モデル化し、該数値モデルより外乱圧力を推定し、該外乱を補償する補償値を外乱オブザーバによって導出し、前記フィードバックによって算出された出力を前記外乱オブザーバによる外乱補償値によって補正することを特徴とする。
前記制御手段が、燃圧センサによって検出される実際の蓄圧室圧力と蓄圧室の目標圧力との圧力差に基づいて前記燃料ポンプのポンプ吐出指令値をフィードバックによって算出するフィードバック制御部と、燃料ポンプへのポンプ吐出指令値と蓄圧室に作用する外乱圧力と蓄圧室圧力とを燃料ポンプの伝達関数を用いて数値モデル化し、該数値モデルより外乱圧力を推定し、該外乱を補償する補償値を導出する外乱オブザーバ制御部とを備え、前記フィードバック制御部からの出力を前記外乱オブザーバ制御部からの外乱補償値によって補正することを特徴とする。
すなわち、外乱自体を数値モデルより導出して推定するため、予めマップに外乱を条件として設定する場合に比べて外乱に対する制御精度が向上する。
さらに、外乱条件を付加して多次元のマップを作成するという多大な労力や時間を不要とでき、極めて簡単な手段で蓄圧室内の圧力制御ができる。
このように外乱オブザーバ出力に制限を設けることで、著しく大きな外乱が発生した場合にオブザーバ制御出力が発散しないようにして、蓄圧室や燃料ポンプを保護することがするため、外乱オブザーバ制御による補償機能の信頼性が向上する。
なお、制限を超える出力が一定時間連続して継続された場合に出力を遮断するようにすることで一過性的に外乱による制御停止を防ぐことが出来る。
図1から図3を参照して本発明の第1実施形態について説明する。
図1は本発明にかかる蓄圧式燃料噴射装置1をディーゼルエンジン3に適用した全体構成図である。蓄圧式燃料噴射装置1は、加圧燃料を貯留するコモンレール(蓄圧室)5と、該コモンレール5内の燃料をディーゼルエンジン3の燃焼室内に噴射する燃料噴射弁7と、コモンレール5に燃料を圧送する高圧燃料ポンプ11(燃料ポンプ)と、コモンレール5内の燃料圧力が目標圧力になるように高圧燃料ポンプ11のポンプ吐出量を制御する制御手段13を備えて構成されている。
リリーフ弁17は、燃料供給ポンプ15が所定圧より高い圧力で燃料を供給したときに圧力を逃がして、燃料供給管21から燃料タンク23へ燃料を逃がす。また逆止弁19は高圧燃料ポンプ11のプランジャ27の上昇時に燃料供給管21を遮断して逆流を防止する。また逆止弁25は蓄圧室5から高圧燃料が高圧燃料ポンプ11へ逆流するのを防止する。
そして、制御手段13にはコモンレール5の実際の圧力を検出する燃圧センサ46からの信号が入力され、該実際の圧力と、エンジン回転数、目標燃料噴射量指令値(エンジン負荷)が入力されている。
図2は、高圧燃料ポンプの有効ストローク(Ap)を入力として、すなわちポンプ吐出量を入力とし、ポンプとコモンレール系の伝達特性(G(s))を通過後に、外乱圧力(PD)が作用したときの出力圧力を示すシステムである。なお、ポンプ、コモンレール系の伝達特性(G(s))とはポンプの伝達関数であり、プランジャポンプの有効ストロークに対するコモンレールの圧力の相関関係を表す関数である。
図2システムを数式化すると式(1)のようになる。
外乱圧力を推定するには、コモンレール圧力とポンプ有効ストロークが検出できなければならない。コモンレール圧力はセンサにより検出可能であるが、ポンプ有効ストロークは検出困難なため、ポンプ有効ストロークAP≒ポンプ有効ストローク指令値ARとして
換算は、線形ポンプ伝達関数GP(s)の逆関数GP −1(s)を利用して、式(4)のようになる。
図3に示す制御ロジックのブロック図のように、運転条件から予め設定された目標コモンレール圧力と、実際のコモンレール圧力の燃圧センサ46検出値とが、減算器48を介してフィードバック制御部42に入力され、そのフィードバック制御部42の出力値のポンプ有効ストローク(ポンプ吐出指令値)に対して、前記した外乱オブザーバ制御部44の出力値である帯域処理されたポンプ有効ストローク補償値A´が減算器50に入力されて、フィードバック制御部42の出力値を補正する。
そして、ポンプ伝達関数の逆関数部52を掛け合わせ、その結果に対して加減算器54においてポンプ有効ストローク指令値ARを減算し、その結果に対して帯域ωDの振動周波数帯域のフィルタ処理部56を掛けて、ノイズ分の高周波成分を除去した式(5)に基づいてポンプ有効ストローク補償値A´を求める。
そして、減算器50において、フィードバック制御部42からの出力を補正して補正後のポンプ有効ストローク指令値をポンプとコモンレール系の伝達特性部58に入力する。
実際には高圧燃料ポンプ11のプランジャストロークを指令して吐出量を制御する。
すなわち、外乱自体を数値モデルより導出して推定するため、予めマップに外乱を条件として設定する場合に比べて外乱に対する制御精度が向上する。
さらに、外乱条件を付加して多次元のマップを作成するという多大な労力や時間を不要とでき、極めて簡単な手段で蓄圧室内の圧力制御ができる。
次に、図4を参照して第2実施形態について説明する。
この第2実施形態は、第1実施形態に対してさらに、フィードフォワード制御部40を追加するものである。制御手段13に入力されるエンジン回転数、目標燃料噴射量指令値(エンジン負荷)のエンジンの運転条件により予め設定されている目標とするコモンレール圧力を設定すると共に、このフィードフォワード制御部40において、エンジン回転数と目標燃料噴射量指令値と目標蓄圧室圧力に基づいて、予め実験に基づいてマップ化されたポンプ有効ストローク指令値を算出する。
次に、図5を参照して第3実施形態について説明する。
第3実施形態は、第1実施形態に対して外乱オブザーバ制御が発散しないようにリミッタ65を外乱オブザーバ制御部67に設けたものである。その他の構成については第1実施形態と同様である。
次に、図6を参照して第4実施形態について説明する。
第4実施形態は、第2実施形態と第3実施形態を合わせ備えた構成であり、図6に示すように、フィードフォワード制御部40を追加するとともに、外乱オブザーバ制御のリミッタ65を設けた制御構成である。
3 ディーゼルエンジン
5 コモンレール(蓄圧室)
7 燃料噴射弁
11 高圧燃料ポンプ(燃料ポンプ)
13 制御手段
40 フィードフォワード制御部
42 フィードバック制御部
44、67 外乱オブザーバ制御部
46 燃圧センサ
65 リミッタ
Claims (6)
- 加圧燃料を貯留する蓄圧室と、該蓄圧室内の燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧室に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧室内の燃料圧力が目標圧力になるように前記燃料ポンプのポンプ吐出量を制御する蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧室圧力制御方法において、
燃圧センサによって検出される実際の蓄圧室圧力と蓄圧室の目標圧力との圧力差に基づいて前記燃料ポンプのポンプ吐出指令値をフィードバックによって算出し、
燃料ポンプの吐出指令値と蓄圧室に作用する外乱圧力と蓄圧室圧力とを燃料ポンプの伝達関数を用いて数値モデル化し、該数値モデルより外乱圧力を推定し、該外乱を補償する補償値を外乱オブザーバによって導出し、
前記フィードバックによって算出された出力を前記外乱オブザーバによる外乱補償値によって補正することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧室圧力制御方法。 - 内燃機関がディーゼルエンジンからなり、目標圧力、エンジン回転数、燃料噴射量指令値に基づいて予め設定されたポンプ吐出指令値を算出するフィードフォワード制御部からの出力を前記フィードバック出力にさらに加算することを特徴とする請求項1記載の蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧室圧力制御方法。
- 前記外乱オブザーバは導出した外乱補償値が一定の範囲を超える場合に、該外乱補償値の出力を遮断することを特徴する請求項1または2のいずれかに記載の蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧室圧力制御方法。
- 加圧燃料を貯留する蓄圧室と、該蓄圧室内の燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧室に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧室内の燃料圧力が目標圧力になるように前記燃料ポンプのポンプ吐出量を制御する制御手段とを備えた蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧室圧力制御装置において、
前記制御手段が、燃圧センサによって検出される実際の蓄圧室圧力と蓄圧室の目標圧力との圧力差に基づいて前記燃料ポンプのポンプ吐出指令値をフィードバックによって算出するフィードバック制御部と、
燃料ポンプへのポンプ吐出指令値と蓄圧室に作用する外乱圧力と蓄圧室圧力とを燃料ポンプの伝達関数を用いて数値モデル化し、該数値モデルより外乱圧力を推定し、該外乱を補償する補償値を導出する外乱オブザーバ制御部とを備え、
前記フィードバック制御部からの出力を前記外乱オブザーバ制御部からの外乱補償値によって補正することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧室圧力制御装置。 - 内燃機関がディーゼルエンジンからなり、目標圧力、エンジン回転数、燃料噴射量指令値に基づいて予め設定されたポンプ吐出指令値を算出するフィードフォワード制御部をさらに有し、該フィードフォワード出力を前記フィードバック出力に加算することを特徴とする請求項1記載の蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧室圧力制御装置。
- 前記外乱オブザーバ制御部には導出した外乱補償値が一定の範囲を超えたときに、該外乱補償値の出力を遮断するリミッタを設けたことを特徴する請求項4または5のいずれかに記載の蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧室圧力制御装置。
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