JP4579955B2 - 高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents

高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置に係り、特に、高圧燃料ポンプを駆動するカムシャフトに可変バルブ機構を備えた筒内噴射式内燃機関の高圧燃料系の制御装置に関する。
筒内噴射式内燃機関では、燃料を目標圧まで昇圧し筒内に噴射する。このとき高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置では、燃料噴射量と燃圧に応じて高圧燃料系の高圧燃料ポンプの吐出量を調整する。また、筒内噴射式内燃機関の制御装置のインジェクタ制御装置では、燃圧に応じてインジェクタの開弁時間を補正して噴射量を調整する。
この高圧燃料系では、フューエルレールでの燃圧脈動が大きくなると燃圧センサの検知値と噴射時の燃圧とに差が生じる。このためインジェクタの燃圧補正が正しく働かず噴射量がストイキからずれて排気悪化を引き起こす恐れがあった。また噴射量がずれることで大きな脈動が発生し、高圧燃料系の信頼性を脅かす要因となっていた。
このような脈動を防止し、燃圧を目標値に制御する従来技術としては、燃圧検出値をポンプ吐出量にフィードバックする技術（例えば、下記特許文献１）が開示されている。特許文献１には、更に、可変バルブ機構に対応しており、カム角センサでカム位相を検知し、その検知値をポンプ制御の制御要素に用いることで、カム位相変化に基づく吐出量変化を防止している。
特許３５６２３５１号公報
しかし、前記した従来技術では、高圧燃料ポンプを駆動するカムシャフトの位相振れ（カム位相振れ）については、十分な考慮がなされていない。カム位相振れとは、クランク角とカム角との位相ずれを示すもので、カムシャフトの回転負荷となる吸気弁をリフトする際のリフト抵抗、高圧燃料ポンプのプランジャを駆動するためのポンプリフト抵抗、あるいはカム位相を変化させるカム位相機構がその要因となって発生する。
このために、カム角センサで検知したカム位相には検知誤差が生じ、検知したカム位相をそのまま用いても、ポンプ吐出量にばらつきが生じるという課題があった。更に、燃圧フィードバック制御においては、カム位相振れが外乱となるが、このカム位相振れが数Ｈｚのオーダの周期で発生すると、ＰＩ制御などの単純なフィードバック制御では、脈動を抑制できないという問題もあった。
図１４は、従来の高圧燃料ポンプの制御の一例を示したものである。該制御において、ＦＦ制御手段５０１では、燃料系プラント５０４のフューエルレールでの燃料収支を一定に保つため噴射量に応じて高圧燃料ポンプ５０３のＯＦＦ角度を算出する。ＦＢ制御手段５０２では、フューエルレールでの燃圧と目標燃圧の差を算出して吐出(噴射)誤差分ＯＦＦ角度を補正する。更にカム位相補正として、後述するカム角センサによりカム位相を検知し、検知したカム位相変化に応じてＯＦＦ角度を補正するものである。
前記従来の高圧燃料ポンプの制御において、高圧燃料ポンプの吐出量を制御して燃圧を一定に保つ際には、前述の燃圧脈動が制御ノイズとなる。従来制御では、このノイズを除去するため平均処理などを行うが、このため数Ｈｚの位相振れに対して脈動抑制が困難となっている。
また、通常これら電磁弁信号や噴射パルス信号のタイミングは、クランク角を基準として設定される。このため可変バルブ機構によりカムシャフトの位相が変化する場合には、カム位相に応じた補正がおこなわれるが、カム角センサは、カム位相振れの一瞬しか検知できないため、脈動が発生する要因となっている。
この従来技術の問題については、図１５〜図２０を用いて、さらに詳細に説明する。
図１５は、カムシャフトに取り付けられたカムの位相を可変する可変バルブ制御装置の一例である。コントロールユニット６０１に実装された可変バルブ制御装置６０２は、カムシャフト６１０に取り付けられたカムプレート６０９からカム角センサ６１１によりカム位相を検知する。可変バルブ制御装置６０２は、検知したカム位相が目標のカム位相になるようにオイルコントロールバルブ６０３への指令値（DUTY）を制御する。
オイルコントロールバルブ６０３は、ＤＵＴＹに応じて可変バルブ機構６０４に流入する油の量を調整することで、カム位相を変化させる。この時、高圧燃料ポンプ５０３のカムリフト６０５の位相は、弁リフト６０６,６０７,６０８の位相と同時に変化する。このためにカム位相の変化に応じたＯＦＦ角度補正が行われないと、吐出量が狂い、燃圧脈動が発生する。
次に、従来技術のように、カム位相をカム角センサ６１１で検知して、その値を用いるだけでは、正確な高圧燃料ポンプ１１１の吐出量制御が実現できない理由について、以下に説明する。
図１６は、カムとクランク角との関係の一例を示したものである。この図１６では、クランク角７２０degの間に、３回弁をリフトする（Ｖ６エンジンの片バンクに相当）。また、カムシャフトの位相を検知するために、カムプレート６０９がカムシャフト６１０に取り付けられ、このプレート６０９の切欠きから吸気カムの位相を検知する。この切欠きをカム基準（ＣＡＭＲＥＦ）としクランク角度の基準(ＣＲＡＮＫＲＥＦ)からＣＡＭＲＥＦを検知するまでの時間遅れ(Ｔ１あるいはＴ２)からカム位相を算出する。
ここでは、吸気弁のリフト抵抗により、カムシャフト６１０の回転速度（CAM速度）は、クランク回転速度の１/２（カムはクランクの半分の速度で回転）を中心に変動する。このためＴ１から位相を算出するとＣＡＭリフト２を下る途中なのでカム回転速度が速くなり、カム位相が真値よりも遅角して算出される。その逆にＴ２から位相を算出するとＣＡＭリフト1を昇る途中なので速度が遅くなり、カム位相が真値よりも進角して算出される。このように、カム角速度変動によりカム角センサ６１１で検知したカム位相には、カム位相振れの大きさに応じた検知誤差が生じる。このためカム位相検知値の値をそのまま用いると、検知誤差に応じた脈動が発生する。
図１７は、カムとクランクの角速度差（角速度差）と検知誤差との関係を示したものである。図１７に示すように、検知誤差は、角速度差が大きいほど大きくなる。この角速度差は、主にカム回転におけるリフト抵抗が主原因であるが、カムを駆動するチェーンの共振や同じチェーンで駆動する別のカムシャフトの回転変動も角速度差の要因となる。
図１８は、角速度と位相振れとの関係を示したものである。クランク角速度／２とカム角速度の差（Δ）を積算したものが、クランクからみたカム位相の変動（位相振れ）である。このために、位相振れは、角速度差が大きいほど大きくなる。
以上説明した検知誤差と位相振れは、いずれもカムシャフトの角速度変化が原因で発生したものであり、検知誤差や位相振れは、運転状態（エンジン回転数）によって変化し、その大きさは、クランク角度で大体１〜４degである。この検知誤差や位相振れは、可変バルブによる吸気量制御においては、問題ないレベルであるために、これまで見過ごされてきたが、高圧燃料ポンプ制御では、１degの位相振れが０．５Ｍ程度の圧力変動になる場合もあり、非常に大きな問題である。
次に、この吸気弁のリフト以外の位相振れ要因について説明する。
図１９は、カムとクランク角の関係の別の一例を示したものである。図１６に加えて、高圧燃料ポンプのプランジャリフトを示した。ポンプカムのリフト抵抗は、これまで説明した吸気カムとは異なる。ポンプカムのリフト抵抗は、高圧燃料ポンプの吐出量やフューエルレールの燃圧によって大きく変化する。即ち、燃圧が高く、吐出量が多いほど、高圧燃料ポンプのプランジャを押す抵抗が大きくなる。なお、ここではポンプのリフト抵抗が吸気弁リフト抵抗によるカム角速度変化を打ち消すように設定してあり、位相振れは、吐出量が大きいほど小さくなる様子を示している。
図２０は、カム位相制御時のタイムチャートの一例を示したものである。ここでは、図１６に示した遅角側に算出されたＴ２によるカム位相に基づきポンプＯＦＦ角度を制御した場合を示している。通常の可変位相機構は、無制御時にデフォルト位置（通常は最遅角）に戻るように設計されており、さらに前記で説明したリフト抵抗により、クランク速度の１／２よりも、僅かながら遅くなる。また油圧で可変機構を動作させている場合には、油漏れもある。これらの要因により、カム位相が目標値から徐々に遅角し、その遅角が検知される度にカムを進角させるという動作を繰り返すが、この周期が数Ｈｚになると、燃圧脈動の要因となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、カム位相振れによる燃料脈動を抑制することで、内燃機関の排気悪化を防止して、高圧燃料ポンプを用いた高圧燃料系の信頼性を向上させる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにあり、具体的にはカム位相振れを推定し、推定したカム位相振れを用いて高圧燃料ポンプのポンプ制御角を補正する高圧燃料系の筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。
前記目的を達成すべく、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、燃料を昇圧してフューエルレールに吐出する高圧燃料ポンプと、前記フューエルレールに蓄えられた燃料の圧力を検出する燃圧センサと、を備え、前記燃圧センサで検出した燃料の圧力に基づいて前記高圧燃料ポンプを制御する筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、前記高圧燃料ポンプを駆動する内燃機関のカムシャフトの位相のクランクシャフトの角速度と前記カムシャフトの角速度との差から算出される位相振れを推定するカム位相推定手段を備え、該カム位相推定手段によって算出された位相振れ推定値に基づいて前記高圧燃料ポンプの制御量を補正することを特徴としている。本発明によれは、カムシャフトの位相振れによる吐出誤差を減らし、燃圧脈動が低減できる。
そして、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置の具体的な態様は、前記カム位相推定手段が、前記高圧燃料ポンプからの燃料吐出量、もしくは、前記内燃機関の吸気又は排気の可変バルブの状態の内の少なくとも一つに基づいて前記カムシャフトの前記位相振れを推定することを特徴としている。本発明によれば、正確に位相振れが推定でき、より燃圧脈動を低減できる。
また、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置の他の具体的な態様は、前記可変バルブの状態が、リフト量、カム位相の進角量のいずれか一つであることを特徴としている。
更に、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記高圧燃料ポンプの吐出量に基づいて推定された前記位相振れ推定値と前記カムシャフトのカム位相センサの検出値との差を前記高圧燃料ポンプの燃料吐出量が増加するほど小さくし、前記可変バルブのリフト量に応じて位相を推定し、該位相推定値とカム位相センサの検出値との差を前記リフト量が大きくなるほど大きくし、更に、前記可変バルブの位相の進角量に応じて位相を推定し、該位相推定値とカム位相センサとの差を位相の進角量が最遅角である時に最少とすることを特徴としている。本発明は、前記構成により、簡易な方法で燃圧脈動を低減できる。
更にまた、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記制御装置が、位相外乱補正手段を備え、該位相外乱補正手段が、前記高圧燃料ポンプへの制御指令値と前記燃圧センサの検出値とに基づいて位相外乱を算出して前記高圧燃料ポンプの制御量を補正することを特徴としている。本発明は、前記構成により、位相推定に多少の狂いが生じても、位相外乱として検知して補正するため、燃圧脈動の増加を防止できる。
更にまた、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置の他の態様は、燃料を昇圧してフューエルレールに吐出する高圧燃料ポンプと、前記フューエルレールに蓄えられた燃料の圧力を検出する燃圧センサと、を備え、該燃圧センサで検出した燃料の圧力に基づいて前記高圧燃料ポンプを制御する筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関が前記高圧ポンプを駆動するカムシャフトに取り付けられた吸気もしくは排気弁のカムリフト量を可変とする可変リフト機構と前記カムリフト量を検出するリフトセンサとを備え、前記制御装置が前記高圧燃料ポンプを駆動する前記内燃機関のカムシャフトの位相のクランクシャフトの角速度と前記カムシャフトの角速度との差から算出される位相振れを、前記リフトセンサで検出された前記カムリフト量に基づいて推定し、該カムリフト量に基づいて前記高圧燃料ポンプの制御量を補正することを特徴としている。本発明は、前記構成により、リフトセンサの値を用いることで簡易に位相振れを推定することが可能となる。
本発明は、高圧燃料ポンプを駆動するカムシャフトの角速度変化（カム位相振れ）に対して、ロバストな高圧燃料ポンプの吐出量制御が実現でき、フューエルレール等の燃圧脈動が低減し、該脈動が小さく（低減）なるのでフューエルレール等の高圧系部品の信頼性が向上する。このため、フューエルレール等の目標燃圧をより高圧に設定できると共に、内燃機関の排気悪化の低減や燃焼効率を改善することができる。
以下、本発明の高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態が適用される高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の全体構成図である。
図１において、内燃機関１０７のエアクリーナ１０２の入口部１０２ａから取り入れられる吸入空気は、内燃機関１０７の運転状態計測手段の一つである空気流量計（エアフロセンサ）１０３を通り、更に吸気流量を制御する電制スロットル弁１０５ａが収容されたスロットルボディ１０５を通ってコレクタ１０６に入り、該コレクタ１０６に吸入された空気は、内燃機関１０７の各シリンダ１０７ｂに接続された各吸気管１０１に分配された後、前記シリンダ１０７ｂ内の燃焼室１０７ｃに導かれる。
一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク１０８から燃料ポンプ１０９により一次加圧されて燃料圧力レギュレータ１１０により一定の圧力に調圧されるとともに、高圧燃料ポンプ（高圧燃料ポンプ）１１１でより高い圧力に二次加圧されて、フューエルレール２０５へ圧送される。前記高圧燃料は、各シリンダ１０７ｂに設けられているインジェクタ１１２から燃焼室１０７ｃに噴射される。該燃焼室１０７ｃに噴射された燃料は、点火コイル１１３で高電圧化された点火信号により点火プラグ１１４で着火されて燃焼する。
前記燃焼室１０７ｃで燃焼した燃料の排気ガスは、排気管１１９に導かれて触媒１２０を介して外部に排気される。
内燃機関１０７の各シリンダ１０７ｂには、吸気側に吸気弁１２５が排気側に排気弁１２６が設けられ、該吸気弁１２５と排気弁１２６とは、各カムシャフト１２９、１３０のカム１２７、１２８により駆動されて開閉する。
内燃機関１０７には、制御装置であるコントロールユニット１１５が付設され、前記エアフロセンサ１０３からの吸気流量を表す信号がコントロールユニット１１５に出力され、前記スロットルボディ１０５には、電制スロットル弁１０５ａの開度を検出する内燃機関１０７の運転状態計測手段の一つであるスロットルセンサ１０４が取り付けられ、その信号もコントロールユニット１１５に出力されるようになっている。
また、排気弁１２６のカムシャフト１３０に取り付けられたカム角センサ１１６は、カムシャフトの位相を検出してその検出信号をコントロールユニット１１５に出力する。ここで、カム角センサ１１６は、吸気弁１２５側のカムシャフトの取り付けてもよい。また、内燃機関１０７のクランクシャフト１０７ｄの回転と位相を検出するためにクランク角センサ１１７をクランクシャフト１０７ｄの軸上に設けて、その出力をコントロールユニット１１５に入力する。
更に、フューエルレール２０５に設けた燃料の燃圧センサ１２１は、燃料の燃圧を検出してその検出信号をコントロールユニット１１５に出力し、排気管１１９の触媒１２０の上流に設けられた空燃比センサ１１８も、排気ガス中の酸素を検出して、その検出信号をコントロールユニット１１５に出力する。
図２は、内燃機関１０７の燃料制御系の概要を示す構成図である。コントロールユニット１１５は、インジェクタ制御装置２０２と高圧燃料ポンプ制御装置２０３とを備えており、インジェクタ制御装置２０２は、空気量、空燃比、エンジン回転数等に基づいて各インジェクタ１１２の燃料噴射を制御するもので、目的の燃料量を内燃機関１０７のシリンダ１０７ｂ内の燃焼室１０７ｃに噴射する。高圧燃料ポンプ制御装置２０３では、燃料タンク１０８から燃料ポンプ１０９により吸い上げられた燃料をフューエルレール２０５に設置された燃圧センサ１２１および高圧燃料ポンプ１１１を駆動するカム１２８のカム角センサ１１６から得られる出力にもとづいて、高圧燃料ポンプ１１１を制御するものである。
図３は、高圧燃料ポンプ１１１の一例を示したものである。該例では、プランジャ３０１の上下動によってタンク１０８側の燃料配管から供給される燃料が、吸入逆止弁３０３を介してポンプ室３０２へ吸入され、排気逆止弁３０５を介してフューエルレール２０５側の燃料配管へと吐出される。この高圧燃料ポンプ１１１の吐出量調整は、プランジャ３０１の上昇中に、吸入逆止弁３０３を電磁弁３０４で押し開けて、燃料を燃料タンク１０８側に逆流させることで行なわれる。このため高圧燃料ポンプ１１１のポンプ吐出量を正確に制御するには、カムシャフト１３０の位相を正確に把握し、適切なタイミングで電磁弁３０４に通電することが必要となる。なお、本発明は、図示した如きの単気筒ポンプ１１１に限らず、多気筒ポンプの構成にしても、適用可能である。
図４は、（ａ）のプランジャ３０１のリフト量に対する、（ｂ）の高圧燃料ポンプ１１１の駆動信号（電磁弁信号）と、（ｃ）のインジェクタの駆動信号（噴射パルス信号）と、（ｄ）のフューエルレールで測定される燃圧と、の関係を模式的に示したタイムチャートである。高圧燃料ポンプ１１１は、プランジャ３０１が上死点から下死点へと移動する間に、燃料を吸入し、下死点から上死点から移動する間に燃料を吐出する。
燃料吐出量は、主に電磁弁３０４の閉まるタイミング（OFF角度）により決まり、電磁弁３０４のＯＦＦ角度が下死点から遅れるほど吐出量は減少する。一方インジェクタ１１２は、噴射パルス信号に応じてその噴射弁を開弁し、同じ燃圧であれば、噴射パルス信号の開時間が長いほど噴射量は多くなる。このときフューエルレール２０５で測定される燃圧は、高圧燃料ポンプ１１１の吐出によって上昇し、インジェクタ１１２の噴射によって下降する現象を生じることになり、燃圧の脈動を発生させる。
［第一の実施形態］
図５は、本発明の高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置の第一の実施形態の概要を示すブロック図である。
本発明の第一の実施形態の制御装置は、図１４の従来技術のように、カム位相検知値を直接用いず、吐出量、可変バルブ制御量、燃圧、ＦＦ制御手段１２０２で算出されＯＦＦ角度のいずれかを用いて、位相振れを推定するカム位相推定手段１２０１を備え、これにより位相振れを補正する構成としている。このような構成とすることで、カム角センサ１１６により検知できない位相振れを補正し、より高精度な吐出量制御が実現できる。なお、その他のＦＦ制御手段１２０２、ＦＢ制御手段１２０３、高圧燃料ポンプ１１１、燃料プラント１２０５に関しては、図１４の従来技術と同一なので、ここでは説明を省略する。
図６は、位相振れ補正の具体的な例を示したものである。図６の（ａ）では、吐出量×燃圧が高いほど、位相振れ（ΔΘ）を小さくする。これは、ポンプカムリフトの回転抵抗が、吐出量や燃圧が高いほど大きくなるためであり、カムリフトの回転抵抗による位相振れを補正して正確な燃料吐出で脈動を低減できる。
図６の（ｂ）では、位相が最遅角値から進角するほどΔΘを大きくする。これは、最遅角状態では、カム位相がロックされるため最遅角での位相振れは、ロックされていない時よりも小さいためであり、カム位相位置による位相振れの差を補正して正確な燃料吐出が可能となり脈動を低減できる。なお、ここで、カム位相は、カム角センサから算出したカム位相でも、後述するカム制御量から推定した推定値でも良い。
図６の（ｃ）では、吸気弁カムのリフト量が大きいほどΔΘを大きくする。カムリフトが大きくなれば、回転抵抗が大きくなり位相振れは大きくなる。そこで、カムリフト量をカムリフトの制御信号から推定し、これによりカムリフト量が変化した場合でも吸気(あるいは排気)弁のリフト抵抗による位相振れを補正することで、正確な燃料吐出が可能となり脈動を低減できる。
ここでは、連続的にリフト量が変化する場合について示したが、本発明は、これに限らず、２段リフト量変化の場合にも適用できる。
図７は、本実施形態の制御装置を実装する際の詳細な構成を示した一実施例である。本実施例の制御装置は、吸気弁や高圧燃料ポンプのプランジャのリフトによる位相振れ分を算出するリフト変動算出手段１４０１と、リフト変動による検知誤差を算出する検知誤差算出手段１４０２と、ＶＶＴ動作時の位相を推定するＶＶＴ位相推定手段１４０３と、から位相振れを考慮してカム位相を推定する。
リフト変動算出手段１４０１は、高圧燃料ポンプの吸入弁が閉じるＯＦＦ角度における位相振れを、角速度差から予め求めておいたMAPに基づき算出する。検知誤差算出手段１４０２では、ＣＡＭＲＥＦ通過時の角速度差から予め求めた値に基づき各ＣＡＭＲＥＦを通過する毎に変化するＣＡＭカウンターに応じて検知誤差を算出する。ＶＶＴ位相推定手段１４０３については、後述する方法によりカム位相を推定する。また角速度差は、図１３で説明したように、カム位相、カムリフト量、吐出量×燃圧によって大きさが変化するため、これらに応じてＭＡＰを準備し、適時切り替えるなどをしても良い。
図８は、ＶＶＴ位相推定手段の概要を示したブロック図である。カム進角速度算出手段１５０１は、位相制御量（ＤＵＴＹ）から進角速度を算出する。ここでは、ＤＵＴＹに応じた進角速度ＭＡＰに基づいて、進角速度を算出する。なお好ましくは、進角速度を前記の位相振れ要因である吸気弁のリフト抵抗やポンププランジャのリフト抵抗に応じて補正を行っても良い。この場合には、前記リフト抵抗が増加したら進角速度を小さくするように補正する。
ダイナミクス推定手段１５０２は、可変位相機構の動的遅れ分を推定する。ここでは、可変バルブのダイナミクスを単純な一次遅れで表現し、時定数τ（１００ｍｓ程度）をカム動作の応答に応じて設定する。
位相算出手段１５０３は、カム速度を積算することでカム位相を算出し、上下限リミッタ１５０４は、カム角センサで検知したカム位相に対して所定の範囲に収まるように、リミッタを掛けることで位相推定値の発散を防止する。
図９は、図１５の詳細なブロック図を適用した際のタイムチャートの一例を示したものである。従来制御では、燃圧が一定であっても、カム角センサで検知されたカム位相が遅角すると、その位相に応じてＯＦＦ角度が進角する。本実施形態では、制御ＤＵＴＹから位相を推定するため、位相が一定である区間aでも、所定の割合でＯＦＦ角度が遅角される。ＤＵＴＹが変化した区間Bでは、ＯＦＦ角度がＤＵＴＹに応じて進角するようになる。本実施例では、カム位相制御による位相振れを補正することで、吐出量を正確に制御することが可能となる。
図１０は、本実施形態を適用した際のタイムチャートの他の例を示したものである。燃圧が一定であってもリフト量を大きくした際の位相振れがカム位相で検知されると、従来制御では検知されたカム位相に応じてＯＦＦ角度が遅角される。このカム位相変化は、リフト量が大きくなり位相振れが大きくなったために生じたものであるために、従来技術では、これを速やかに補正することは困難であった。本実施形態では、リフト量変化にともなう位相振れを補正することができる。その結果、カム位相が同じであっても、区間aと区間a’のＯＦＦ角度変化が異なり、リフト量が大きいほどリフト抵抗が大きく速く遅角するためΔＡ<ΔＡ’となる。又、位相進角中のΔＣ’も同じＤＵＴＹに対する変化に対して小さい値となる。この結果リフト量変化による位相振れを補正でき、正確な燃料吐出により脈動を防止できる。
［第二の実施形態］
次に、本発明の高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置の第二の実施形態を説明する。つまり、図１１と図１２を用いて位相振れの推定誤差に対してロバストなポンプ制御について説明するものである。
図１１は、第二の実施形態の概要を示すブロック図であり、図５との違いは、位相外乱（推定誤差）補正手段１８０４を備えていることである。推定誤差補正手段１８０４では、燃圧とＯＦＦ角度から位相振れの推定誤差（Δθerr）を算出する。その他の位相振れ推定手段１８０１、ＦＦ制御手段１８０２、ＦＢ制御手段１８０３、高圧燃料ポンプ１８０５、燃料系プラント１８０６は、図５、図１１と同一なので、説明を省略する。
図１２は、推定誤差補正手段１８０４の一例を示したものである。まず、燃料系プラント逆モデル１９０１を用いて燃圧からポンプの吐出量を算出する。次にポンプ逆モデル１９０２を用いて吐出量からＯＦＦ角度を算出する。遅れ要素手段１９０４では、ＯＦＦ角度から実際に用いたＯＦＦ角度を吐出タイミングに応じて所定の遅れだけ遅らせる。
そして、ポンプ逆モデル１９０２から算出したＯＦＦ角度と遅れ要素１９０３で算出された遅れＯＦＦ角度の差を所定のフィルタ１９０４を通すことで、位相振れの推定誤差を算出する。例えば、ここでは、一次遅れフィルタを用い、εは、設計パラメータとなる。この構成により、モデルによる燃圧推定値と実際の燃圧測定値からカム位相推定手段１８０１での推定誤差がある場合でも、その誤差分を補償でき、より位相振れにロバストなポンプ制御が実現できる。
［第三の実施形態］
最後に、高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置の第三の実施形態を説明する。本実施形態は、可変リフト機構を持つカムシャフトで高圧燃料ポンプを駆動する場合におけるポンプ制御について説明である。
図１３は、本実施形態の可変リフト機構を持つエンジンシステムにおけるポンプ制御装置２０１０とリフト制御装置２０１１との構成を示したものである。ポンプカム２００２を駆動するカムシャフト２００４に取り付けられた吸気弁（あるいは排気弁）のリフト機構２００３は、リフトコントロールシャフト２００６に取り付けられたリフト調整機構２００５によってリフト量が制御される。
リフト制御装置２０１１は、コントロールシャフト制御機構２００８に制御信号を送り所定の方法(例えば油圧)でリフトコントコントロールシャフト２００６の角度を調整するものである。弁のリフト量は、コントロールシャフト２００６の角度で制御できる。
リフト制御機構２００８で制御したリフトコントロールシャフト２００６の角度は、角度センサ２００７で検知し、この値を用いてリフト制御装置２０１１は、リフト量を目標値に制御する。ポンプ制御装置２０１０では、このリフト量をリフトコントロールシャフト２００６の角度センサ２００７を用いて検知し、位相振れを推定してポンプのＯＦＦ角度を補正する。このような構成とすることで、リフト抵抗変化による位相振れを正確に推定でき、より正確な吐出量制御が実現できるようになる。
本発明の実施形態が適用される高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の全体構成図。 図１の実施形態の燃料制御系の構成図。 図１の高圧燃料ポンプの具体的な一例を示した図。 図１の本発明の実施形態の高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置の燃流制御系の動作の一例を示すタイムチャート。 図１の本発明の第一の実施形態の高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置のポンプ制御の概要を示すブロック図。 図５の制御装置の位相振れ補正の具体例を示したもので、（ａ）はポンプ吐出量×燃圧、（ｂ）はカム位相、（ｃ）はカムリフト量との関係を各々示す図。 図５の本発明の第一の実施形態の制御装置のポンプ制御の詳細を示すブロック図。 図５の本発明の第一の実施形態の制御装置の位相推定手段の詳細を示すブロック図。 図５の本発明の第一の実施形態の制御装置の制御のタイムチャート。 図５の本発明の第一の実施形態の制御装置の他の実施例の制御のタイムチャート。 本発明の第二の実施形態の高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置の位相振れの推定誤差補正を持ったポンプ制御の概要を示すブロック図。 図１１の制御装置の推定誤差補正の詳細ブロック図。 本発明の第三の実施形態の高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置の可変リフト機構に適用した構成の概要を示す図。 従来の高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置のポンプ制御の概要を示すブロック図。 図１４の高圧燃料ポンプを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置の可変バルブ制御の概要を示す図。 図１４の筒内噴射式内燃機関の制御装置のカムシャフトの角速度変化の一例を示す図。 図１６の筒内噴射式内燃機関の制御装置のカムシャフトの検知誤差と角速度差の関係を示す図。 図１６の筒内噴射式内燃機関の制御装置のカムシャフトの角速度と位相変動の関係を示す図。 図１６の筒内噴射式内燃機関の制御装置のカムシャフトの吐出量変化時における角速度変化の一例を示す図。 図１６の筒内噴射式内燃機関の制御装置のカムシャフトの位相制御時における角速度変化の一例を示す図。
符号の説明
１０１ ・・・吸気管
１０２ ・・・エアクリーナ
１０３ ・・・エアフロセンサ
１０４ ・・・スロットルセンサ
１０５ ・・・スロットルボディ
１０６ ・・・コレクタ
１０７ ・・・筒内噴射内燃機関
１０９ ・・・燃料ポンプ
１１１ ・・・高圧燃料ポンプ
１１２ ・・・インジェクタ
１１３ ・・・点火コイル
１１４ ・・・点火プラグ
１１５ ・・・コントロールユニット
１１６ ・・・カム角センサ
１１７ ・・・クランク角センサ
１１８ ・・・空燃比センサ
１２１ ・・・燃圧センサ
２０２ ・・・インジェクタ制御装置
２０３ ・・・高圧燃料ポンプ制御装置
２０５ ・・・フューエルレール
１２０１・・・カム位相推定手段
１２０２・・・ＦＦ制御手段
１２０３・・・ＦＢ制御手段
１２０５・・・燃料系プラント
１８０４・・・推定誤差補正手段

Claims (8)

  1. 燃料を昇圧してフューエルレールに吐出する高圧燃料ポンプと、前記フューエルレールに蓄えられた燃料の圧力を検出する燃圧センサと、を備え、該燃圧センサで検出した燃料の圧力に基づいて前記高圧燃料ポンプを制御する筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、
    該制御装置は、前記高圧燃料ポンプを駆動する前記内燃機関のカムシャフトの位相のクランクシャフトの角速度と前記カムシャフトの角速度との差から算出される位相振れを推定するカム位相推定手段を備え、該カム位相推定手段によって算出された前記位相振れ推定値に基づいて前記高圧燃料ポンプの制御量を補正することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
  2. 前記カム位相推定手段は、前記高圧燃料ポンプからの燃料吐出量、もしくは、前記内燃機関の吸気又は排気の可変バルブの状態の内の少なくとも一つに基づいて前記カムシャフトの前記位相振れを推定することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
  3. 前記可変バルブの状態は、リフト量、カム位相の進角量のいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
  4. 前記高圧燃料ポンプの吐出量に基づいて推定された前記位相振れ推定値と前記カムシャフトのカム位相センサの検出値との差を、前記高圧燃料ポンプの燃料吐出量が増加するほど小さくすることを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
  5. 前記可変バルブのリフト量に応じて前記位相振れを推定し、該位相振れ推定値とカム位相センサの検出値との差を、前記リフト量が大きくなるほど大きくすることを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
  6. 前記可変バルブの位相の進角量に応じて前記位相振れを推定し、該位相振れ推定値とカム位相センサとの差を、位相の進角量が最遅角である時に最少とすることを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
  7. 前記制御装置は、位相外乱補正手段を備え、該位相外乱補正手段は、前記高圧燃料ポンプへの制御量の指令値と前記燃圧センサの検出値とに基づいて位相外乱を算出して前記高圧燃料ポンプの制御量を補正することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
  8. 燃料を昇圧してフューエルレールに吐出する高圧燃料ポンプと、前記フューエルレールに蓄えられた燃料の圧力を検出する燃圧センサと、を備え、該燃圧センサで検出した燃料の圧力に基づいて前記高圧燃料ポンプを制御する筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、
    前記内燃機関は、前記高圧ポンプを駆動するカムシャフトに取り付けられた吸気もしくは排気弁のカムリフト量を可変とする可変リフト機構と前記カムリフト量を検出するリフトセンサとを備え、
    前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプを駆動する前記内燃機関のカムシャフトの位相のクランクシャフトの角速度と前記カムシャフトの角速度との差から算出される位相振れを、前記リフトセンサで検出された前記カムリフト量に基づいて推定し、該カムリフト量に基づいて前記高圧燃料ポンプの制御量を補正することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
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