JP4600371B2

JP4600371B2 - 燃料噴射制御装置

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Publication number: JP4600371B2
Application number: JP2006244507A
Authority: JP
Inventors: 浩人藤井; 豊盛立木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: DE102007000712B4; DE102007000712A1; JP2008064053A

Description

本発明は、例えばディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御システム等に採用されるような、エンジン出力による動力で駆動される燃料ポンプと、該燃料ポンプの駆動により圧送される燃料をエンジンへ噴射供給する燃料噴射弁とを備える燃料供給システムを対象として、燃料噴射弁の燃料噴射圧力をその目標値と測定値との偏差（圧力偏差）に基づいてフィードバック制御する燃料噴射制御装置に関するものである。

この種の燃料噴射制御装置としては、例えば特許文献１に記載される装置がある。この装置は、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御システムに搭載され、エンジン筒内へ直接的に燃料を噴射供給（直噴）する燃料噴射弁の燃料噴射圧力についてこれを、コモンレール内の圧力（レール圧力）として測定しつつ、その目標値と一致する（又は一致に近づける）ようにフィードバック制御するものである。なお、この燃料噴射圧力のフィードバック制御に際しては、ＰＩＤ制御を採用している。以下、図１１及び図１２を参照して、この燃料噴射圧力のフィードバック制御について説明する。なお、図１１は、この制御の処理手順を示すフローチャートである。

同図１１に示されるように、この一連の処理においては、まずステップＳ２１で、目標レール圧力ＰＰ及び実レール圧力ＮＰを読み込み、続くステップＳ２２で、それら両者の差分として圧力偏差ＤＰ（＝ＮＰ−ＰＰ）を算出する。さらに続くステップＳ２３１〜Ｓ２３３では、エンジン運転状態や圧力偏差ＤＰの大小を判断して、それらに続くステップＳ２４１〜Ｓ２４４で、それら判断結果に応じた各異なるゲインＧ１〜Ｇ４に基づいてＰＩＤ定数を取得、設定するようにしている。これにより、アイドル運転状態ではゲインＧ１が、また非アイドル運転状態では、圧力偏差ＤＰが閾値ＤＰＴＨ２１よりも大きい（ＤＰ＞ＤＰＴＨ２１）場合にゲインＧ２が、圧力偏差ＤＰが閾値ＤＰＴＨ２２よりも小さい（ＤＰ＜ＤＰＴＨ２２）場合にゲインＧ３が、圧力偏差ＤＰが閾値ＤＰＴＨ２１以下で且つ閾値ＤＰＴＨ２２以上になる（ＤＰＴＨ２１≧ＤＰ≧ＤＰＴＨ２２）場合にゲインＧ４がそれぞれ使用されることになる。

この装置では、こうしてＰＩＤ定数を求め、比例動作（Ｐ制御）、積分動作（Ｉ制御）、微分動作（Ｄ制御）によって補正量を得る。図１２に、これら各ゲインと補正量との関係を示す。同図１２に示されるように、非アイドル運転状態では、圧力偏差ＤＰが大きい場合にはより大きなゲインＧ２，Ｇ３を用い、圧力偏差ＤＰが小さい場合にはより小さなゲインＧ４を用いる。またアイドル運転状態では、さらに小さなゲインＧ１を用いるようにしている。

この装置では、こうして得た補正量を目標レール圧力ＰＰに加えて同目標レール圧力ＰＰを補正し、実レール圧力ＮＰをその補正後の目標レール圧力ＰＰに調圧すべく、圧力制御弁の駆動を制御するための制御電流信号（デューティ比）を算出するようにしている。
特開平１１−２３６８４７号公報

このように、上記特許文献１に記載の装置では、予め閾値ＤＰＴＨ２１，ＤＰＴＨ２２を適切な箇所に設定することにより、圧力偏差ＤＰの大きさに応じてより好ましいゲインを選択し、それをレール圧力のフィードバック制御に用いることが可能になる。すなわち、例えば定常運転時（レール圧力の測定値が目標値近辺にある時）においては、小さなゲイン値（圧力偏差ＤＰの単位変化量あたりの補正量が小さいゲイン）により安定性の高い制御を行い、また目標レール圧力値が変更された時（過渡期）においては、大きなゲイン値（圧力偏差ＤＰの単位変化量あたりの補正量が大きいゲイン）によりその目標レール圧力値の変化に対して高い応答性で追従させる制御を行うことが可能になる。

しかしながら、この装置では、確かに過渡期の応答性は高められるものの、圧力偏差ＤＰのみについてゲインの最適化が図られているにすぎず、まだ改善の余地を残すものとなっている。

例えば安定性を重視して閾値ＤＰＴＨ２１，ＤＰＴＨ２２を設定した場合には、目標値の変化に対する応答性に劣るものとなってしまうことが、発明者によって確認されている。例えば図１３は、エンジン高速運転時とエンジン低速運転時との両方の場合について、目標レール圧力値が変更された時（過渡期）の目標値への追従態様を概略的に示すタイムチャートである。なお、同図１３において、特性線Ｌ５１はエンジン高速運転時の圧力特性、特性線Ｌ５２はエンジン低速運転時の圧力特性をそれぞれ示している。

同図１３に示されるように、この場合には、タイミングｔ５０で目標レール圧力が変更された時、この目標値の変化に対する応答性は、エンジン低速運転時よりもエンジン高速運転時の方が優れる。このため、こうした装置では、エンジン高速運転時については十分な応答性が得られたものの、エンジン低速運転時については十分な応答性が得られないという問題が起こり得ると考えられる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、例えばエンジン低速運転時の目標値の変化に対する応答性を高めるなど、都度の状況に応じてより好ましいかたちで燃料噴射制御を行うことを可能とする燃料噴射制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。

請求項１に記載の発明では、エンジン出力による動力で駆動される燃料ポンプと、該燃料ポンプの駆動により圧送される燃料をエンジンへ噴射供給する燃料噴射弁とを備える燃料供給システムを対象として、前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力を、その目標値と測定値との偏差である圧力偏差に基づいてフィードバック制御する燃料噴射制御装置において、前記圧力偏差と共に、前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータも加味して、前記燃料噴射圧力のフィードバック制御に係るゲインを可変設定するゲイン設定手段を備え、前記ゲイン設定手段は、各異なる複数のゲインから１つを選択するための閾値を、前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータに基づいて可変とするものであることを特徴とする。

発明者は、エンジン低速運転時における上記応答性の低下が、レール圧力（燃料噴射圧力）の脈動（圧力脈動）に起因していること、ひいては該圧力脈動がそのレールに対して燃料を送る燃料ポンプの実圧送量に相関することを見出し、上記構成を発明した。詳しくは、燃料噴射圧力の脈動レベル（振幅）は、制御上これ以上調整することのできない限界、すなわちフィードバック制御可能な圧力偏差の最小値（最小の圧力範囲）に相当する。したがって定常運転時は、この差圧範囲内に安定的に収めるような小さなゲイン（単位時間あたりの補正量）で燃料噴射圧力をフィードバック制御することが望ましい。発明者は、エンジン出力による動力で駆動される燃料ポンプでは、この圧力の脈動レベルがエンジン回転速度（ＮＥ）に応じたものとなる点、すなわちエンジン回転速度が大きくなるほど脈動レベルが大きくなる点に着目した。詳しくは、燃料ポンプでは、プランジャの摺動部分（詳しくはハウジングとの隙間）で微量な燃料の流出（図３参照）が生じる。そして、この燃料の流出量が、燃料噴射圧力に影響を与える。特にエンジン出力による動力で駆動される燃料ポンプにおいては、エンジン回転速度が大きくなると、高速で動作するプランジャと固定のハウジングとの隙間を流通する燃料の流体特性でその隙間が実質的に狭くなることにより燃料の流出量が少なくなり、これによりポンプの実圧送量が増加し、圧力脈動レベルが大きくなる。発明者は、こうした原理（メカニズム）を考え出し、上記のように、圧力偏差に加え、エンジン回転速度をはじめとする燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータも加味して、燃料噴射圧力のフィードバック制御に係るゲインを可変設定する構成、すなわちゲイン設定手段を備える構成を発明した。こうした構成であれば、都度の状況に応じてゲインを可変として、より好ましいかたちで燃料噴射制御を行うことが可能になる。

そして、前記ゲイン設定手段によるゲインの設定態様（変更態様）としては、請求項１や２，３に記載の態様が有効である。

すなわち請求項１に記載の発明では、前記ゲイン設定手段を、各異なる複数のゲイン（例えば圧力偏差レベルに応じて設定された複数のゲイン）から１つを選択するための閾値を前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータに基づいて可変とするものとして構成する。

また請求項２，３に記載の発明では、前記ゲイン設定手段を、前記圧力偏差と前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータとに応じて各異なる複数のゲイン領域（例えば定常運転領域、プラス側変更領域、マイナス側変更領域の３領域）が設けられてそれら各異なる複数の領域から１つの領域を選択するための閾値が前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータに対して一定ではない態様で設定されたゲイン設定マップに基づき、前記燃料噴射圧力のフィードバック制御に係るゲインを設定するものとして構成する。

これらの構成であれば、都度の状況に応じてゲインを的確に可変とすることが可能になる。例えば、フィードバック制御可能（調整可能）な差圧範囲（脈動レベル）の小さい場合（例えばエンジン低速運転時）には、圧力偏差のより小さい時期にフィードバック制御に用いるゲインをより大きな値に変更することで、燃料噴射圧力の目標値が変更された場合にも、基本的には定常運転時の安定制御を損なうことなく（高い制御性を維持しつつ）、目標値の変化に対する応答性を高めることができるようになる。

また、前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータとしては、請求項４〜８に記載のパラメータを用いることが有効である。例えば請求項４に記載の発明のように、
・前記エンジンの回転速度。
あるいは請求項５に記載のように、
・前記燃料ポンプの吐出量（例えば吐出量の測定値（実吐出量）又は要求吐出量等）。
あるいは請求項６に記載のように、
・前記燃料噴射圧力の目標値（目標燃料噴射圧力）。
あるいは請求項７に記載のように、
・前記燃料ポンプにより圧送される燃料の粘性に係るパラメータ。
などが有効である。これらのパラメータは、燃料噴射圧力（例えばレール圧力）の脈動レベルとよく相関する。まず前述したように、エンジンの回転速度が大きくなるほどプランジャの摺動部分での燃料の流出量（漏れ量）が少なくなり、燃料噴射圧力の脈動レベルが大きくなる。また、燃料ポンプの吐出量（目標値に基づき制御）が多くなると、燃料ポンプによる１圧送あたりの燃料圧送量が多くなり、ひいては１回の吸入行程における加圧室の体積（容積）変動が大きくなることで、脈動レベルが大きくなる。また、燃料噴射圧力（目標値に基づき制御）が大きくなると、圧送される燃料が硬くなり（より密になり）、脈動レベルが大きくなる。また、圧送される燃料の粘性が高くなると、プランジャの摺動部分で燃料が漏れにくくなり、燃料の流出量が少なくなることにより、脈動レベルが大きくなる。

そして、特に請求項７に記載の装置において、前記燃料ポンプにより圧送される燃料の粘性に係るパラメータとしては、請求項８に記載の発明のように、同燃料の温度を用いることが有効である。一般に、燃料（特に液体燃料）の温度が高いほど燃料の粘性（粘度）は低くなる。

請求項９に記載の発明では、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置において、前記燃料ポンプの燃料圧送量が、同ポンプの燃料吸入側で調量されることを特徴とする。

前記燃料ポンプが燃料吐出側で燃料圧送量の調量を行うものであれば、その調量時に、すなわち燃料吐出（燃料圧送）時に、燃料噴射圧力の脈動レベルを調整する（減らしたり増やしたりする）ことが可能となる。したがってこの場合には、上記請求項１〜８のいずれか一項に記載の構成の必要性は低い。これに対し、上記構成のように、前記燃料ポンプが燃料吸入側（ポンププランジャによる燃料圧送の前）で燃料圧送量の調量を行うものである場合には、上述のように、調量後の燃料圧送時に脈動レベルの生じる可能性が高い。このため、こうした構成では、上記請求項１〜８のいずれか一項に記載の発明が特に重要となる。

請求項１０に記載の発明では、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置において、前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力はディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御システムにおけるコモンレール内の圧力であり、前記燃料噴射圧力のフィードバック制御はＰＩＤ制御であり、前記ゲイン設定手段は、ＰＩＤ定数を前記ゲインとして設定するものであることを特徴とする。

現状において上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の発明の実用性を考えると、これらは、先の特許文献１に記載の装置と同様、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御システムにおける燃料噴射圧力（レール圧力）のＰＩＤ制御（フィードバック制御）に用いて特に有益である。なお、ＰＩＤ定数のうち、応答性を高めるために特に重要となるものは、Ｐ定数（比例ゲイン）とＩ定数（積分時間）である。

以下、本発明に係る燃料噴射制御装置を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の装置は、例えば自動車用エンジンとしてのレシプロ式ディーゼルエンジンを制御対象にしたコモンレール式燃料噴射制御システム（高圧噴射燃料供給システム）に搭載されている。すなわちこの装置は、先の特許文献１に記載の装置と同様、ディーゼルエンジン（内燃機関）のエンジン筒内の燃焼室に直接的に高圧燃料（例えば噴射圧力「１４００気圧」程度の軽油）を噴射供給（直噴供給）する際に、その燃料噴射圧力を目標値に対してフィードバック制御（ＰＩＤ制御）するために用いられる、いわばディーゼルエンジン用の燃料噴射制御装置である。

まず図１を参照して、本実施形態に係るコモンレール式燃料噴射制御システムの概略について説明する。なお、本実施形態のエンジンとしては、自動車用の多気筒（例えば４気筒）エンジンを想定している。

同図１に示されるように、このシステムは、大きくは、ＥＣＵ（電子制御ユニット）３０が、各種センサからのセンサ出力（検出結果）を取り込み、各センサ出力に基づいて燃料供給装置の駆動を制御するように構成されている。ＥＣＵ３０は、燃料供給装置の駆動を制御することで、例えばディーゼルエンジンの出力（回転速度やトルク）を制御すべく、同エンジンに対する燃料噴射圧力（レール圧力）を目標値（目標燃圧）にフィードバック制御している。

ここで、燃料供給装置を構成する諸々の装置は、燃料上流側から、燃料タンク１０、燃料フィルタ１２、燃温センサ１３、及び燃料ポンプ１４の順に配設されている。すなわち、燃料タンク１０内の燃料は、燃料ポンプ１４によって汲み上げられ、燃料フィルタ１２及び燃温センサ１３を通じて、コモンレール１６へ加圧供給（圧送）される。そして、コモンレール１６は、燃料ポンプ１４から圧送された燃料を高圧状態で蓄えてこれを、シリンダごとに設けられた高圧燃料通路１８を通じて、各シリンダのインジェクタ（燃料噴射弁）２０へそれぞれ供給する。また、このコモンレール１６には、コモンレール１６内の燃圧（レール圧力）を検出するための燃圧センサ２２が設けられており、レール圧力の検出や管理が可能とされている。このシステムでは、燃料ポンプ１４の駆動により圧送される燃料を各インジェクタ２０により直接的にエンジンの各筒内（シリンダ内）へ噴射供給（直噴供給）するようになっている。

また、図示しない車両には、上記各センサのほかにもさらに、車両制御のための各種のセンサが設けられている。例えばクランク軸２４には、所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）クランク角信号を出力するクランク角度センサ２６が、同クランク軸２４の回転角度位置や回転速度等を検出するために設けられている。また、アクセルペダルには、同ペダルの状態（変位量）に応じた電気信号を出力するアクセルセンサ２８が、運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するために設けられている。

次に、図２を参照して、燃料ポンプ１４の詳細構成について説明する。

同図２に示されるように、この燃料ポンプ１４は、基本的には、フィードポンプ４０によって上記燃料タンク１０から汲み上げられた燃料を高圧ポンプ５０にて加圧して吐出するように構成されている。そしてこの際、高圧ポンプ５０に送られる燃料圧送量は、同ポンプ１４の燃料吸入側（特に高圧ポンプ５０による燃料圧送の前）に設けられた吸入調整弁６０（ＳＣＶ：Suction Control Valve）によって調量されるようになっている。

ここで、フィードポンプ４０は、外側にアウタロータ、内側にインナロータを有し、それら各ロータによって作られるスペースを各ロータの回転に応じて増減させ、その増減に合わせて燃料の吸入及び吐出を行う、いわゆるトロコイド式のポンプである。このポンプ４０は、駆動軸４１により駆動され、上記燃料タンク１０の燃料を入口４２から吸引して高圧ポンプ５０へ送る低圧供給ポンプとして機能する。なお、駆動軸４１は、クランク軸２４（図１）と連動しており、エンジン出力による動力で駆動されるようになっている。すなわちこの駆動軸４１は、クランク軸２４の回転に伴い回転駆動され、例えばクランク軸２４の１回転に対して「１／１」又は「１／２」等の比率で回転する。

このフィードポンプ４０により吸い上げられた燃料は、燃料フィルタ４２ａを通り、吸入調整弁６０へ送られる。この際、フィードポンプ４０の吐出圧（燃圧）は、レギュレータバルブ４３により所定圧以下に制限（調節）される。レギュレータバルブ４３は、フィードポンプ４０の吐出圧が所定圧以上となる場合にフィードポンプ４０の吐出側と供給側とを連通させるものである。

吸入調整弁６０は、リニアソレノイド式の電磁弁を備えて構成され、高圧ポンプ５０への吸入燃料量を調節するものである。ＥＣＵ３０（図１）によりこの吸入調整弁６０に対する通電時間を制御することで、フィードポンプ４０から燃料通路４４を通じて高圧ポンプ５０へ吸入される燃料量を調節することができるようになっている。すなわち、フィードポンプ４０により送られた燃料は、この吸入調整弁６０によって必要吐出量（燃料圧送量）に調整され、吸入弁５３（サクションバルブ）を通って高圧ポンプ５０へ入ることになる。

高圧ポンプ５０は、吸入調整弁６０によって調量された燃料を加圧して外部へ吐出するプランジャポンプである。この高圧ポンプ５０は、大きくは、駆動軸４１によって往復駆動されるプランジャ５１と、ハウジング５２の内壁５２ｂとプランジャ５１の頂面との間に形成される加圧室５２ａとを備えて構成され、加圧室５２ａ（プランジャ室）は、プランジャ５１の軸方向への往復動によってその体積（容積）が変化する。

プランジャ５１は、偏心カム５５（エキセントリックカム）の周囲に装着されたリングカム５６にスプリング５７によって押し付けられている。図示されていないが、詳しくは、直方体形状のリングカム５６の中心には、駆動軸４１を組み付けるための円柱状のシャフト孔が形成されている。また、駆動軸４１には、そのシャフト孔の形状に対応した円柱状の偏心カム５５が偏心するように取り付けられている。そうして、偏心カム５５のシャフト孔を駆動軸４１が貫通する態様で、ちょうど駆動軸４１の偏心カム５５上にリングカム５６が組み付けられることによって、それら駆動軸４１とリングカム５６とが偏心カム５５を介して連結されている。この高圧ポンプ５０では、駆動軸４１が回転すると偏心カム５５が偏心して回転し、リングカム５６がそれに追従して変位することにより上記プランジャ５１を軸方向に押して（又は引いて）変位させる。こうして２本のプランジャ５１が圧送上死点から圧送下死点までの間を往復動するようになっている。

上述のように、この高圧ポンプ５０の吸入側には、加圧室５２ａと上記フィードポンプ４０側とを連通又は遮断する吸入弁５３が配設されている。これに対し、この高圧ポンプ５０の吐出側にも同様に、同加圧室５２ａと上記コモンレール１６側とを連通又は遮断する吐出弁５４が設けられている。すなわち、プランジャ５１の下降により加圧室５２ａ内の圧力が低下すると、吐出弁５４が閉弁するとともに吸入弁５３が開弁する。そしてこれにより、吸入調整弁６０を介してフィードポンプ４０から加圧室５２ａ内に燃料が供給される。また逆に、プランジャ５１の上昇により加圧室５２ａ内の圧力が上昇すると、今度は吸入弁５３が閉弁する。そして、加圧室５２ａ内の圧力が所定圧力に達すると吐出弁５４が開弁して加圧室５２ａ内で加圧された高圧燃料が上記コモンレール１６へ向けて供給されることになる。

ところで、こうした燃料ポンプ１４では、例えば燃圧センサ２２のセンサ出力から算出されるレール圧力（燃料噴射圧力）に脈動（圧力脈動）が生じており、その脈動レベル（振幅）は都度の状況に応じたものとなる。以下、図３及び図４を参照して、様々な状況における圧力脈動レベルの相違について説明する。なお、図３は、燃料ポンプ１４におけるプランジャ５１の摺動部分を拡大して示す模式図、図４は、最高圧力Ｐ０近傍におけるレール圧力の脈動レベルδＰ１，δＰ２を示すタイムチャートである。同図４において、（ａ）はエンジン低速運転時における圧力脈動レベル、（ｂ）はエンジン高速運転時における圧力脈動レベルをそれぞれ示している。

まず図３に示すように、燃料ポンプ１４では、プランジャ５１の摺動部分、詳しくはプランジャ５１の外周壁とハウジング５２の内壁５２ｂとの隙間で、微量な燃料の流出ＬＫが生じる。そして、この燃料の流出量がレール圧力に影響を与える。特に上記システムに用いられる燃料ポンプ１４のように、エンジン出力による動力で駆動されるポンプにおいては、エンジン回転速度が大きくなると、高速で動作するプランジャ５１と固定のハウジング５２との隙間を流通する燃料の流体特性でその隙間が実質的に狭くなることにより燃料の流出量が少なくなり、これにより燃料ポンプ１４の実圧送量が増加し、圧力脈動レベルが大きくなる。

具体的には、プランジャ５１の上昇により到達する最高圧力Ｐ０近傍におけるレール圧力の脈動は、エンジン低速運転時及びエンジン高速運転時において、それぞれ図４（ａ）及び（ｂ）に示すような形態となる。すなわち、エンジン低速運転時における圧力脈動レベル（振幅）δＰ１（差圧範囲Ｐ０〜Ｐ１）は、エンジン高速運転時における圧力脈動レベル（振幅）δＰ２（差圧範囲Ｐ０〜Ｐ２）よりも小さくなる。

このように、エンジン回転速度ＮＥが大きくなるほどプランジャ５１の摺動部分での燃料の流出量（漏れ量）が少なくなり、レール圧力の脈動レベルが大きくなる。また、エンジン回転速度ＮＥだけでなく、燃料ポンプ１４に対する要求吐出量ＱＦＩＮ（吐出量の目標値に相当）、レール圧力の目標値（目標レール圧力ＰＰ）、及び燃料温度ＴＨＦの値も、同様にレール圧力の脈動レベルとよく相関する。例えば要求吐出量ＱＦＩＮ、ひいては燃料ポンプ１４の吐出量（要求値（目標値）に基づき制御）が多くなると、燃料ポンプ１４による１圧送あたりの燃料圧送量が多くなり、ひいては１回の吸入行程における加圧室５２ａの体積変動（容積変動）が大きくなることで、脈動レベルが大きくなる。また、目標レール圧力ＰＰ、すなわち燃料噴射圧力（目標値に基づき制御）が大きくなると、圧送される燃料が硬くなり（より密になり）、脈動レベルが大きくなる。また、燃料温度ＴＨＦが低くなると、燃料の粘性が高くなり、ひいてはプランジャの摺動部分で燃料が漏れにくくなり、燃料の流出量が少なくなることにより、脈動レベルが大きくなる。

本実施形態の燃料噴射制御装置では、これらのパラメータに基づいて、各異なる複数のゲインから１つを選択するための閾値ＤＰＴＨ（制御パラメータの１つ）を可変設定するようにしている。そしてこの際、電子制御ユニットとして主体的に制御を行う部分がＥＣＵ３０である。このＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、エンジンの運転状態やユーザの要求を検出する各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で上記インジェクタ２０等の各種アクチュエータを操作することにより、上記エンジンに係る各種の制御を行うものである。また、このＥＣＵ３０に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）等といった各種の演算装置及び記憶装置によって構成されている。そしてＲＯＭには、燃料噴射制御をはじめとするエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）には、エンジンの設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。

図５に、ＥＣＵ３０に搭載された燃料噴射圧力のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）に係る各種の機能をブロック図として示す。なお、これら各種の機能は、先に列記した圧力脈動レベルと相関するパラメータ等に基づいて閾値ＤＰＴＨを可変設定するとともに、この閾値ＤＰＴＨに応じたゲインに基づいてＰＩＤ定数（比例ゲイン、積分時間、微分時間）を設定するものである。

同図５に示されるように、このＥＣＵ３０では、３つのマップＭ１〜Ｍ３を用いて閾値ＤＰＴＨを算出する（可変設定する）。詳しくは、例えばマップＭ１を参照しつつ、エンジン回転速度ＮＥと要求吐出量ＱＦＩＮとに基づいて燃料温度・圧力補正前閾値ＢＤＰＴＨを算出する。なお、要求吐出量ＱＦＩＮは、要求燃料噴射量に対応するものであり、運転者の要求（例えばアクセルペダルの操作量）等に基づいて算出、設定される。図６に、この閾値ＢＤＰＴＨの算出に用いるマップＭ１の一例を示す。

同図６に示されるように、このマップＭ１では、エンジン回転速度ＮＥ（単位は「rpm」）及び要求吐出量ＱＦＩＮ（単位は「cc/min」）の各値が定まればそれに対応する閾値ＢＤＰＴＨが一意的に定められるようになっている。これにより、エンジン回転速度ＮＥが大きくなるほど、また要求吐出量ＱＦＩＮが多くなるほど、閾値ＢＤＰＴＨ、ひいては上記閾値ＤＰＴＨがより大きな値に設定されることになる。

また、別のマップＭ２を参照しつつ、例えば燃温センサ１３（図１）のセンサ出力から算出される燃料温度ＴＨＦに基づいて、上記閾値ＢＤＰＴＨに対する補正値ＫＴＨＦ（燃料温度による補正値）を算出する。そして、補正部３１により、この補正値ＫＴＨＦを先の閾値ＢＤＰＴＨと掛け合わせる（補正演算する）ことで、上記閾値ＤＰＴＨの算出過程として燃料温度ＴＨＦによる補正を行うようにしている。図７に、この補正値ＫＴＨＦの算出に用いるマップＭ２の一例を示す。

同図７に示されるように、このマップＭ２では、燃料温度ＴＨＦ（単位は「deg C」）の値が定まればそれに対応する補正値ＫＴＨＦが一意的に定められるようになっている。これにより、燃料温度ＴＨＦが大きくなるほど、補正値ＫＴＨＦ、ひいては上記閾値ＤＰＴＨがより小さな値に設定されることになる。ちなみに、上記補正値ＫＴＨＦは、動粘度（絶対粘度を密度で割ったもの、単位「m^2/s」）と同様の傾向で可変設定されることになる。

また、さらに別のマップＭ３を参照しつつ、目標レール圧力ＰＰに基づいて補正値ＫＰＰ（目標レール圧力による補正値）を算出する。そして、補正部３２により、この補正値ＫＰＰを上記補正値ＫＴＨＦで補正された先の閾値と掛け合わせる（補正演算する）ことで、上記閾値ＤＰＴＨの算出過程としてさらに目標レール圧力ＰＰによる補正を行うようにしている。なお、目標レール圧力ＰＰは、例えばエンジン回転速度ＮＥや目標燃料噴射量等に基づいて算出、設定される。図８に、補正値ＫＰＰの算出に用いるマップＭ３の一例を示す。

同図８に示されるように、このマップＭ３では、目標レール圧力ＰＰ（単位は「MPa」）の値が定まればそれに対応する補正値ＫＰＰが一意的に定められるようになっている。これにより、目標レール圧力ＰＰが大きくなるほど、補正値ＫＰＰ、ひいては上記閾値ＤＰＴＨがより大きな値に設定されることになる。ちなみに、上記補正値ＫＰＰは、燃料のヤング率と同様の傾向で可変設定されることになる。

このように、ＥＣＵ３０では、上記３つのマップＭ１〜Ｍ３を用いることにより、先に列記した圧力脈動レベルと相関するパラメータに基づいて、各異なる複数のゲインから１つを選択するための閾値ＤＰＴＨを可変設定するようにしている。そして、ゲイン設定部３３（ゲイン設定手段）により、閾値ＤＰＴＨに基づいて、その時のエンジン回転速度ＮＥ、及び、圧力偏差ＤＰ（目標レール圧力ＰＰと実レール圧力ＮＰとの偏差）に応じたゲインを選択するとともに、このゲインに基づいてＰＩＤ定数を取得、設定するようにしている。なおこの際、ゲイン設定部３３は、ＰＯＳゲイン（ポジティブ、プラス側変更用ゲイン）、ＮＯＭゲイン（ノーマル、定常運転用ゲイン）、ＮＥＧゲイン（ネガティブ、マイナス側変更用ゲイン）という３種類から１つのゲインを選択する。また、圧力偏差ＤＰは、圧力偏差算出部３４により所定の演算（ここでは減算）が行われることで、目標レール圧力ＰＰと実レール圧力ＮＰ（燃圧センサ２２による検出値）との差分（ＤＰ＝ＮＰ−ＰＰ）として算出される。

次に、図９を参照して、上記システムにより実行される燃料噴射制御のうち、特に燃料噴射圧力のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）に係る処理について詳述する。なお、図９は、同フィードバック制御のゲイン設定に係る処理の処理手順を示すフローチャートである。この図９の一連の処理は、基本的には、ＥＣＵ３０によりＲＯＭに記憶されたプログラムが実行されることによって、所定クランク角度ごとに又は所定時間周期で逐次行われる。そして、この図９の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばＥＣＵ３０に搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。

同図９に示されるように、この一連の処理においては、まずステップＳ１１で、先に列記した圧力脈動レベルと相関するパラメータ、すなわちエンジン回転速度ＮＥ、要求吐出量ＱＦＩＮ、燃料温度ＴＨＦ、目標レール圧力ＰＰ、及び実レール圧力ＮＰを取得する。そして、続くステップＳ１２で、上述のように、圧力偏差ＤＰ（＝ＮＰ−ＰＰ）及び閾値ＤＰＴＨを算出する。さらに続くステップＳ１３〜Ｓ１４では、圧力偏差ＤＰの大小を判断して、それらに続くステップＳ１５１〜Ｓ１５３で、それら判断結果に応じた各異なるゲイン（ＰＯＳゲイン、ＮＯＭゲイン、ＮＥＧゲイン）に基づいてＰＩＤ定数を取得するようにしている。なお、これらＰＯＳゲイン、ＮＯＭゲイン、ＮＥＧゲインは、それぞれ先の図１２に例示したゲインＧ３，Ｇ４，Ｇ２に準ずるものである。すなわちこれにより、圧力偏差ＤＰが閾値ＤＰＴＨの正数「ＤＰＴＨ」以上である（ＤＰ≧ＤＰＴＨ）場合にＰＯＳゲイン（正側に大きなゲイン）が、圧力偏差ＤＰが閾値ＤＰＴＨの負数「−ＤＰＴＨ」以下である（ＤＰ≦−ＤＰＴＨ）場合にＮＥＧゲイン（負側に大きなゲイン）が、圧力偏差ＤＰが「ＤＰＴＨ」よりも小さくて且つ「−ＤＰＴＨ」よりも大きい（ＤＰＴＨ＞ＤＰ＞−ＤＰＴＨ）場合にＮＯＭゲイン（上記２つのゲインよりも小さい安定ゲイン）がそれぞれ使用されることになる。

図１０は、このゲインの選択態様を示すグラフであり、詳しくはこのグラフは、ゲイン設定部３３（図５）でゲインの設定に用いられるマップ（ゲイン設定マップ）に相当するものである。なおここでは、比較のため、エンジン回転速度ＮＥに対して一定に設定された閾値Ｌ２１，Ｌ２２（例えば先の図１２に例示した閾値ＤＰＴＨ２１，ＤＰＴＨ２２）も破線にて図中に示している。

同図１０に示されるように、このマップでは、圧力偏差ＤＰとエンジン回転速度ＮＥとに応じて各異なる３つのゲイン領域（定常運転領域Ａ、プラス側変更領域Ｂ、マイナス側変更領域Ｃ）が設けられ、それら各異なる３つの領域Ａ〜Ｃから１つの領域を選択するための閾値Ｌ１１，Ｌ１２（「ＤＰＴＨ」及び「−ＤＰＴＨ」）が、エンジン回転速度ＮＥに対して一定ではない態様で設定されている。詳しくは、エンジン低速運転時には、エンジン回転速度ＮＥが小さいほど、より小さな圧力偏差ＤＰで、安定ゲインとしてのＮＯＭゲイン（領域Ａ）からより大きなゲイン（正の偏差ならＰＯＳゲイン（領域Ｂ）、負の偏差ならＮＥＧゲイン（領域Ｃ））へ、使用ゲインが変更されるようになっている。この装置（ＥＣＵ３０）では、こうしたマップを用いてゲインを可変設定する。そして、例えば図１２に例示したマップに準ずるマップを用いて、使用ゲインに応じた補正量を取得する。すなわち、こうしたマップによりゲインを設定すれば、目標レール圧力ＰＰが変更された場合にも、基本的には定常運転時の安定制御を損なうことなく（高い制御性を維持しつつ）、目標値の変化に対する応答性を高めることができるようになる。

すなわちこの装置でも、こうして補正量を得た後は、これを目標レール圧力ＰＰに加えて同目標レール圧力ＰＰを補正し、実レール圧力ＮＰをその補正後の目標レール圧力ＰＰに調圧すべく、圧力制御弁（吸入調整弁６０）の駆動を制御するための制御電流信号（デューティ比）を算出することになる。ちなみに、レール圧力のマイナス側への制御（減圧制御）は、例えばインジェクタ２０の空打ち（燃料は噴射せずに空気のみを噴射）や、図示しない適宜の減圧弁（例えばオン／オフ制御式のソレノイド電磁弁）の開閉等により行う。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

（１）エンジン出力による動力で駆動される燃料ポンプ１４等により構成される燃料供給システムを対象として、インジェクタ２０の燃料噴射圧力（レール圧力）を、その目標値（目標レール圧力ＰＰ）と測定値（実レール圧力ＮＰ）との偏差である圧力偏差ＤＰに基づいてフィードバック制御する。このような燃料噴射制御装置（ＥＣＵ３０）として、圧力偏差ＤＰと共に、エンジン回転速度ＮＥ、要求吐出量ＱＦＩＮ、燃料温度ＴＨＦ、及び目標レール圧力ＰＰも加味して、レール圧力のフィードバック制御に係るゲインを可変設定するプログラム（ゲイン設定手段、図９）を備える構成とした。これにより、都度の状況に応じてゲインを可変として、より好ましいかたちで燃料噴射制御を行うことが可能になる。

（２）各異なる複数のゲイン（ＰＯＳゲイン、ＮＯＭゲイン、ＮＥＧゲイン）から１つを選択するための閾値ＤＰＴＨを、上記エンジン回転速度ＮＥ、要求吐出量ＱＦＩＮ、燃料温度ＴＨＦ、及び目標レール圧力ＰＰに基づいて可変とするようにした。これにより、都度の状況に応じてゲインを的確に可変とすることが可能になる。

（３）圧力偏差ＤＰとエンジン回転速度ＮＥとに応じて各異なる複数のゲイン領域（定常運転領域Ａ、プラス側変更領域Ｂ、マイナス側変更領域Ｃの３領域）が設けられ、それら各異なる３つの領域Ａ〜Ｃから１つの領域を選択するための閾値ＤＰＴＨが、エンジン回転速度ＮＥに対して一定ではない態様で設定されたゲイン設定マップ（図１０）に基づき、レール圧力のフィードバック制御に係るゲインを可変設定するようにした。詳しくは、エンジン低速運転時には、エンジン回転速度ＮＥが小さいほどより小さな圧力偏差ＤＰで、安定ゲインとしてのＮＯＭゲインからより大きなゲインへ使用ゲインが変更されるようにした。これにより、目標レール圧力ＰＰが変更された場合にも、基本的には定常運転時の安定制御を損なうことなく（高い制御性を維持しつつ）、目標値の変化に対する応答性を高めることができるようになる。

（４）３つのゲイン領域（定常運転領域Ａ、プラス側変更領域Ｂ、マイナス側変更領域Ｃ）を選択するための２つの閾値（領域Ａから領域Ｂへ又はその逆に変更するための閾値Ｌ１１と領域Ａから領域Ｃへ又はその逆に変更するための閾値Ｌ１２）を、圧力偏差ＤＰの基準（ここでは「０」）を対称軸として線対称（符号のみ逆）になるように設定した。こうすることで、１つの閾値ＤＰＴＨの算出によりそれら２つの閾値Ｌ１１，Ｌ１２（「ＤＰＴＨ」及び「−ＤＰＴＨ」）を設定することが可能になり、ひいては閾値の算出が容易（演算処理の負荷軽減）になる。

（５）燃料ポンプ１４の燃料圧送量が同ポンプ１４の燃料吸入側で調量される構成とした。用途によっては、ポンプ１４の燃料吸入側で調量した方が都合の良い場合がある。こうした場合にも、上記構成であれば、都度の状況に応じてゲインを可変として、より好ましいかたちで燃料噴射制御を行うことが可能になる。

（６）ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御システムにおけるコモンレール１６内の圧力（レール圧力）のフィードバック制御をＰＩＤ制御として行い、ゲインとしてＰＩＤ定数を設定するようにした。これにより、燃料噴射圧力を的確に制御することが可能になる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

・先の特許文献１に記載の装置に準ずるかたちで、エンジン運転モード（例えばアイドル運転状態）等も併せ加味して、ゲインを可変設定するようにしてもよい。

・燃料ポンプ１４の燃料圧送量が同ポンプ１４の燃料吸入側で調量される構成であることは必須の条件とはならず、例えば燃料ポンプ１４を、燃料吐出側で燃料圧送量の調量が行われるものとしてもよい。

・上記実施形態では、閾値ＤＰＴＨを補正（可変設定）する際に燃料温度ＴＨＦの値を用いる（加味する）ようにしたが、これに限られず、燃料ポンプ１４により圧送される燃料の粘性に係るパラメータであれば、他のパラメータを用いた場合も、前記（１）の効果に準ずる効果は得られるようになる。

・ゲイン領域を選択するための２つの閾値Ｌ１１，Ｌ１２を、圧力偏差ＤＰの基準を対称軸として線対称になるように設定したが、これに限られず、それぞれ算出して非対称に設定するようにしてもよい。

・図１０に示したゲイン設定マップでは、３領域で３種類のゲインを使い分けるようにしたが、２領域にしても、また４領域以上にしても、前記（２）や（３）の効果に準ずる効果は得られるようになる。

・上記実施形態では、エンジン運転状態（エンジン回転速度ＮＥ及び要求吐出量ＱＦＩＮ）に基づいて算出した基準閾値（燃料温度・圧力補正前閾値ＢＤＰＴＨ）に対して、燃料温度ＴＨＦ及び目標レール圧力ＰＰによって補正を行うようにした。しかし、これに限定されることはなく、例えばこれらパラメータの全てについて各々ゲインとの関係を示すマップを用いて、最適なゲインを設定するようにしてもよい。また、別々にマップを設けて、都度の状況の別にそれらを切り替えて、必要なパラメータだけを選択的に用いて（加味して）ゲインを選択するようにしてもよい。さらに、用途等に応じて必要のないパラメータについては割愛するようにしてもよい。要は、それらパラメータの少なくとも１つに基づいて、レール圧力のフィードバック制御に係るゲインを可変設定する構成であれば、前記（１）の効果に準ずる効果は得られるようになる。

・上記実施形態では、各種のソフトウェア（プログラム）を用いるようにしたが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。

・上記実施形態では、一例としてディーゼルエンジンのコモンレールシステムに本発明を適用した場合について言及したが、例えば火花点火式のガソリンエンジン（特に直噴エンジン）等についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。

本発明に係る燃料噴射制御装置の一実施形態について、該装置の適用されたコモンレール式燃料噴射制御システムの概略を示す構成図。燃料ポンプの詳細構成を示す構成図。燃料ポンプにおけるプランジャの摺動部分を拡大して示す模式図。最高圧力近傍におけるレール圧力の脈動レベルについて、（ａ）はエンジン低速運転時における圧力脈動レベルを示すタイムチャート、（ｂ）はエンジン高速運転時における圧力脈動レベルを示すタイムチャート。上記燃料噴射制御装置に搭載された燃料噴射圧力のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）に係る各種の機能を示すブロック図。ゲインの設定に用いられるマップ。ゲインの設定に用いられるマップ。ゲインの設定に用いられるマップ。ゲインの設定に係る処理の処理手順を示すフローチャート。ゲインの選択態様を示すグラフ。従来の燃料噴射制御装置の一例について、同装置による燃料噴射圧力のフィードバック制御に係る処理の処理手順を示すフローチャート。同従来の装置で用いられる各ゲインと補正量との関係を示すグラフ。エンジン高速運転時とエンジン低速運転時との両方の場合について、同従来の装置で目標レール圧力値が変更された時（過渡期）の目標値への追従態様を概略的に示すタイムチャート。

符号の説明

１０…燃料タンク、１３…燃温センサ、１４…燃料ポンプ、１６…コモンレール、２０…インジェクタ、２２…燃圧センサ、３０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）、５０…高圧ポンプ、５１…プランジャ、６０…吸入調整弁。

Claims

エンジン出力による動力で駆動される燃料ポンプと、該燃料ポンプの駆動により圧送される燃料をエンジンへ噴射供給する燃料噴射弁とを備える燃料供給システムを対象として、前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力を、その目標値と測定値との偏差である圧力偏差に基づいてフィードバック制御する燃料噴射制御装置において、
前記圧力偏差と共に、前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータも加味して、前記燃料噴射圧力のフィードバック制御に係るゲインを可変設定するゲイン設定手段を備え、
前記ゲイン設定手段は、各異なる複数のゲインから１つを選択するための閾値を、前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータに基づいて可変とするものであることを特徴とする燃料噴射制御装置。
前記ゲイン設定手段は、前記圧力偏差と前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータとに応じて各異なる複数のゲイン領域が設けられてそれら各異なる複数の領域から１つの領域を選択するための閾値が前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータに対して一定ではない態様で設定されたゲイン設定マップに基づき、前記燃料噴射圧力のフィードバック制御に係るゲインを可変設定するものである請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
エンジン出力による動力で駆動される燃料ポンプと、該燃料ポンプの駆動により圧送される燃料をエンジンへ噴射供給する燃料噴射弁とを備える燃料供給システムを対象として、前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力を、その目標値と測定値との偏差である圧力偏差に基づいてフィードバック制御する燃料噴射制御装置において、
前記圧力偏差と共に、前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータも加味して、前記燃料噴射圧力のフィードバック制御に係るゲインを可変設定するゲイン設定手段を備え、
前記ゲイン設定手段は、前記圧力偏差と前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータとに応じて各異なる複数のゲイン領域が設けられてそれら各異なる複数の領域から１つの領域を選択するための閾値が前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータに対して一定ではない態様で設定されたゲイン設定マップに基づき、前記燃料噴射圧力のフィードバック制御に係るゲインを可変設定するものであることを特徴とする燃料噴射制御装置。
前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータの１つは、前記エンジンの回転速度である請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータの１つは、前記燃料ポンプの吐出量である請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータの１つは、前記燃料噴射圧力の目標値である請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
前記燃料噴射圧力の脈動レベルに係るパラメータの１つは、前記燃料ポンプにより圧送される燃料の粘性に係るパラメータである請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
前記燃料の粘性に係るパラメータの１つは、同燃料の温度である請求項７に記載の燃料噴射制御装置。
前記燃料ポンプの燃料圧送量は、同ポンプの燃料吸入側で調量される請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力はディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御システムにおけるコモンレール内の圧力であり、前記燃料噴射圧力のフィードバック制御はＰＩＤ制御であり、前記ゲイン設定手段は、ＰＩＤ定数を前記ゲインとして設定するものである請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。