JP2002371940A - コモンレール式燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コモンレール圧の圧力過渡時において目標コ
モンレール圧に対する実際のコモンレール圧の追従性を
高める。 【解決手段】 本発明に係るコモンレール式燃料噴射制
御装置は、コモンレールに接続され、コモンレール内の
燃料をリークさせてコモンレール圧を減圧するための減
圧弁９を備える。減圧弁９は実際のコモンレール圧が目
標コモンレール圧より所定値以上高くなったとき作動さ
れ、これによって圧力過渡上昇時のオーバーシュートや
圧力過渡下降時の圧力差及びアンダーシュートが防止さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
に適用されるコモンレール式燃料噴射制御装置に係り、
特にコモンレール圧制御における過渡特性を向上させた
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】コモンレール式ディーゼルエンジンでは
通常コモンレール圧のフィードバック制御、特にＰＩ制
御を行っている。この場合、所定の制御タイミング毎
に、目標コモンレール圧（以下目標圧ともいう）に比例
項（以下Ｐ項ともいう）と積分項（以下Ｉ項ともいう）
とを加算して次回のコモンレール圧を演算決定し、順次
実際のコモンレール圧（以下実圧ともいう）を補正しな
がら目標コモンレール圧に近づけている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、過渡圧力制御
時においても通常時と同じ制御定数（比例項及び積分
項）を用いるため、過渡圧力制御時において目標圧と実
圧との差が生じたり、顕著なオーバーシュートやアンダ
ーシュートが生じるという問題があった。

【０００４】即ち、目標圧はエンジン運転状態、例えば
アクセル開度に応じて増減されるものである。一方、図
７に示すように、アクセル開度が０％となり目標圧が低
下した後にアクセル開度を急激に増やし（I）、この後
アクセルを一定にした場合(II）、比較的大きなオーバ
ーシュートｂが生じる。さらにこの後アクセル開度を急
激に減少すると（III） 、目標圧の下降に実圧の下降が
追いつかず（実圧−目標圧＞０）、比較的大きな圧力差
ｃが生じる。さらにこの後アクセル開度を一定にしても
（IV）、比較的大きなアンダーシュートｄが生じる。以
上の圧力差ｃやオーバーシュートｂ及びアンダーシュー
トｄにより、シフトアップ時やフリーアクセル（空ぶか
し）時のようにコモンレール圧が過渡的に変化する場合
には、違和感や異音が生じることがあった。

【０００５】より詳しく述べると、例えば圧力過渡下降
時（III）では、目標圧に対し実圧が徐々に上回ってい
くことから、Ｉ項の値もマイナス側にどんどん大きくな
り、実圧をどんどん下げようとする制御を行う。

【０００６】しかし、アクセル開度が定常となった時
（IV)、Ｉ項の値が大きいマイナス値に累積増大してい
るため、アクセル開度を定常に戻したとしても、そのア
クセル開度に見合った目標圧に実圧をなかなか復帰させ
ることができず、結果的に圧力のアンダーシュートｄが
発生する。同様の理由で、圧力過渡上昇（I）後の定常
時（II）にもオーバーシュートｂが発生する。

【０００７】もっとも、実際のコモンレール圧の上昇は
サプライポンプにより比較的容易に行うことができ、圧
力過渡上昇時（I）の圧力差及びその後（II）のオーバ
ーシュートｂは比較的小さいもので済む。しかし、実際
のコモンレール圧を積極的に減圧する手段はなく、その
減圧は専らインジェクタからの燃料噴射による燃料消費
や、インジェクタにおける所謂空打ち制御（燃料噴射を
伴わない制御バルブのスイッチングリーク）に頼ってい
た。しかし、燃料噴射による燃料消費では限界がある
し、空打ち制御ではインジェクタ制御バルブの作動回数
増による耐久性低下、ＥＤＵの負担増及びこれに伴う制
約という問題がある。従って、従来は実際のコモンレー
ル圧を目標コモンレール圧に下げてやるのが困難であ
り、特に上記オーバーシュートｂ及び圧力差ｃの解消が
困難であった。

【０００８】そこで、以上の問題に鑑みて本発明は創案
され、その目的はコモンレール圧の圧力過渡時において
目標コモンレール圧に対する実際のコモンレール圧の追
従性を高めることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るコモンレー
ル式燃料噴射制御装置は、コモンレールに接続され、コ
モンレール内の燃料をリークさせてコモンレール圧を減
圧するための減圧弁を備えたものである。

【００１０】また、実際のコモンレール圧を検出するた
めのコモンレール圧検出手段と、エンジン運転状態に基
づいて目標コモンレール圧を決定するための目標コモン
レール圧決定手段と、実際のコモンレール圧が目標コモ
ンレール圧に近づくよう実際のコモンレール圧をフィー
ドバック制御するコモンレール圧制御手段と、実際のコ
モンレール圧が目標コモンレール圧より所定値以上高く
なったとき減圧弁を作動させる減圧弁制御手段とをさら
に備えるのが好ましい。

【００１１】また、上記目標コモンレール圧決定手段
が、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて目標コモ
ンレール圧を決定するものであり、上記コモンレール圧
制御手段が、実際のコモンレール圧と目標コモンレール
圧との差に基づいて比例項及び積分項を決定し、これら
比例項及び積分項を上記目標コモンレール圧に加算して
次回制御すべき実際のコモンレール圧とするものである
のが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００１３】本実施形態に係るコモンレール式燃料噴射
制御装置の全体構成を図６に示す。ディーゼルエンジン
１においては各気筒毎にインジェクタ２から燃料が噴射
され、その燃料はコモンレール３に高圧状態で蓄圧され
ている。コモンレール３に対してはサプライポンプ４か
ら燃料が圧送され、圧力制御弁５が電子制御ユニット
（以下ＥＣＵという）６により適宜圧送側とリーク側と
に切り替えられてコモンレール３への供給燃料圧が制御
される。実際のコモンレール圧はコモンレール３に設け
られたコモンレール圧センサ７で検出され、ＥＣＵ６に
よりフィードバック制御される。ＥＣＵ６は、燃料噴射
制御を司るものであり、インジェクタ２の通電時間等を
制御して燃料噴射量等を制御する。ＥＣＵ６は、図示す
るコモンレール圧センサ７、エンジン回転センサ８及び
アクセル開度センサ１１の他、水温センサ、大気温セン
サ等の各種センサを通じて運転状態に関わる各種情報を
検出する。

【００１４】サプライポンプ４は、エンジン１に1/2の
回転比で同期駆動されて燃料の圧送のみを行い、その圧
送燃料の供給圧が圧力制御弁５により制御される。圧力
制御弁５が圧送側に切り替えられている時間がＥＣＵ６
によりフィードバック制御され、この時間に応じた分だ
けコモンレール圧が昇圧される。コモンレール圧フィー
ドバック制御の制御対象は圧力制御弁５である。コモン
レール３側からすれば、サプライポンプ４及び圧力制御
弁５によっては圧力が加えられるだけである。

【００１５】しかしながら、本実施形態では実際のコモ
ンレール圧を積極的に減圧する手段として減圧弁９が設
けられている。減圧弁９はコモンレール３に接続され、
作動（開）時にコモンレール３内の燃料を直接燃料タン
ク１０にリークさせてコモンレール圧を減圧する。当然
ながら非作動（閉）時にはコモンレール３からのリーク
を行わない。減圧弁９の作動・非作動はＥＣＵ６により
切り換えられる。

【００１６】次に、コモンレール圧のフィードバック制
御方法を説明する。図４には基本コモンレール圧Ｐ0 の
算出マップを示す。図示するようにマップは三次元マッ
プの形式で与えられ、予めＥＣＵ６に記憶されている。
このマップにより基本コモンレール圧Ｐ0 がエンジン回
転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑとから一義的に定められる。エ
ンジン回転数Ｎｅが高い程、また燃料噴射量Ｑが多い程
基本コモンレール圧Ｐ0は高くなる場合が多い。この基
本コモンレール圧Ｐ0の値はそのまま目標コモンレール
圧Ｐt の値となる。燃料噴射量Ｑは別マップに従って主
にエンジン回転数とアクセル開度とから一義的に定めら
れる。従って目標コモンレール圧Ｐtはアクセル開度の
関数ともなる。

【００１７】実際には、エンジンの使用条件の違い等に
より実際のコモンレール圧ＰN が目標コモンレール圧Ｐ
tに一致しない場合が多い。よって目標（基本）コモン
レール圧Ｐt（Ｐ0）に比例項（Ｐ項）ＰP 及び積分項
（Ｉ項）ＰI を加算し、実際のコモンレール圧ＰNを補
正しつつ目標コモンレール圧Ｐtに近付けている。この
ような補正がフィードバック制御の実質的内容である。
フィードバック制御は所定の制御タイミング毎に行い、
今回値に基づき次回制御すべき最終値としてのコモンレ
ール圧Ｐnを式Ｐn＝Ｐ0＋ＰP＋ＰI により演算する。な
お本実施形態では所定のエンジンクランク位相（ex.120
°CA）毎に制御を行う。

【００１８】Ｐ項はＥＣＵ６に記憶された図２に示す２
次元マップから求められる。即ち、Ｐ項の値ＰPは、実
際のコモンレール圧ＰNと目標コモンレール圧Ｐt との
差、より正確には実際のコモンレール圧ＰNから目標コ
モンレール圧Ｐtを減じたときの差ΔＰに基づいて一義
的に定められる。ＰP は、ΔＰが０付近では０であり、
ここからΔＰが大きくなるほど小さく（つまりマイナス
側に大きく）なり、逆にΔＰが小さくなるほど大きく
（つまりプラス側に大きく）なる。Ｐ項ＰP は、いわば
コモンレール圧の増減の傾きを変えるような役割を果た
し、各制御タイミング毎に毎回新たな値をとるものであ
る。

【００１９】Ｉ項はＥＣＵ６に記憶された図３に示す２
次元マップから求められる。Ｉ項の値ＰI もＰ項同様、
ΔＰに基づいて一義的に定められる。ＰIはいわゆるゼ
ロクロスであり、ΔＰが０のときのみ０である。ここか
らΔＰが大きくなるほど小さく（つまりマイナス側に大
きく）なり、逆にΔＰが小さくなるほど大きく（つまり
プラス側に大きく）なる傾向にある。

【００２０】Ｉ項ＰI は、実際のコモンレール圧ＰNが
目標コモンレール圧Ｐtに到達したときに実際のコモン
レール圧ＰNを目標コモンレール圧Ｐtに収束させるよう
な役割を果たす。そして各制御タイミング毎に新たな値
をとるが、毎回加算されていくものである。

【００２１】次に、減圧弁９の制御方法を図１のフロー
チャートと図５のタイムチャートとを用いて説明する。
図１のフローは各制御タイミング毎にＥＣＵ６により繰
り返し実行されるものである。図５のタイムチャートは
図７同様、例えばフリーアクセル等において、アクセル
開度を低い値（例えば０＝アイドル時）から急激に上昇
させ（I）、この後一定値とし（II）、さらに急激に下
降させ（III）、下降後一定値とした（IV）場合、即ち
コモンレール圧を過渡的に上昇・下降させた場合の例で
ある。

【００２２】図１のフローにおいて、最初のステップ１
０１では、コモンレール圧センサ７により検出される実
際のコモンレール圧ＰNの値を取り込むと共に、図４の
マップに従って基本コモンレール圧Ｐ0 即ち目標コモン
レール圧Ｐtの値を取り込む。次に、ステップ１０２に
進んで実際のコモンレール圧ＰNと目標コモンレール圧
Ｐtとの圧力差Ｐfd＝ＰN−Ｐtを計算する。次に、ステ
ップ１０３において、圧力差Ｐfdが、減圧弁作動上側し
きい値Ｐdu以上か否か判断する。ここで作動しきい値と
してはこの上側しきい値Ｐduと、ステップ１０６に示す
下側しきい値Ｐddとが予め設定される。Ｐdu＞Ｐddであ
り、このような二種類の値を設定するのはヒステリシス
を設けるためである。

【００２３】圧力差Ｐfdがしきい値Ｐdu以上のときは、
ステップ１０４に進んで減圧弁９を作動させる。これに
よりコモンレール圧が直ちに減圧される。この後ステッ
プ１０５で減圧弁作動フラグFlugをセット（＝１）と
し、フローを終える。

【００２４】一方、ステップ１０３で圧力差Ｐfdがしき
い値Ｐdu未満のときは、ステップ１０６に進んで圧力差
Ｐfdが減圧弁作動下側しきい値Ｐdd以下か否か判断す
る。圧力差Ｐfdがしきい値Ｐdd以下ならステップ１０８
に進んで減圧弁９を非作動とし、減圧弁作動フラグFlug
をリセット（＝０）して本フローを終える。なお本フラ
グの初期値は０である。

【００２５】ステップ１０６において、圧力差Ｐfdが下
側しきい値Ｐddより大きいときは、ステップ１０７に進
んで減圧弁作動フラグFlugが１か否か判断する。１なら
ばステップ１０４に進み、０ならばステップ１０８に進
む。

【００２６】これによれば、図５に示すように、圧力が
過渡上昇（I）から定常（II）に移行したときオーバー
シュートが発生する。過渡上昇時に目標圧に対する実圧
の遅れが生じ、これによってＩ項ＰIがプラス側に累積
増大するため（図２参照）、定常時に目標圧が定常に移
行しても実圧が即座に追従できないからである。もっと
も、過渡上昇時はサプライポンプ４によってコモンレー
ル圧の補充が高応答で可能なため、目標圧Ｐtに対する
実圧ＰNの遅れは少なく、Ｉ項ＰI の累積も少ない。従
ってオーバーシュートの程度は小さい。

【００２７】ここで、オーバーシュートによる圧力差Ｐ
fdが上側しきい値Ｐduに達すると減圧弁９が作動し（ス
テップ１０３，１０４）、実際のコモンレール圧が直ち
に減圧される。これによりオーバーシュートを最小限に
抑えることができる。

【００２８】次に、圧力過渡下降時（III） では、従来
は目標圧Ｐtの下降に対し実圧ＰNが大きく遅れていた
が、本実施形態では圧力差Ｐfd が上側しきい値Ｐdu に
達すると直ちに減圧弁９が作動する（ステップ１０３，
１０４）ので、実圧ＰNが直ちに減圧され、目標圧Ｐtの
下降に追従できるようになる。このように実圧ＰNの追
従性が優れることから、Ｉ項ＰI の累積も少なくなり、
この後定常（IV）に移行してもアンダーシュートの発生
を免れられるか、小さく抑えることができる。

【００２９】ここで図１のフローのヒステリシスについ
て説明すると、一旦圧力差Ｐfdが上側しきい値Ｐduに達
して（ステップ１０３でYes）減圧弁が作動すると（ス
テップ１０４）フラグFlugが１となり（ステップ１０
５）、この後圧力差ＰfdがＰdd＜Ｐfd＜Ｐduを満たす値
に落ち込んでも（ステップ１０６でNo）、フラグFlugは
１のままなのでステップ１０７でYesとなり減圧弁は作
動し続ける（ステップ１０４）。この後さらに圧力差Ｐ
fdがＰfd≦Ｐddを満たす値まで落ち込めば（ステップ１
０６でYes）、減圧弁は非作動となり（ステップ１０
８）フラグFlugが０となる（ステップ１０９）。この後
たとえ圧力差ＰfdがＰdd＜Ｐfd＜Ｐduを満たす値まで上
昇したとしても（ステップ１０６でNo）、フラグFlugが
０なので（ステップ１０７でNo）減圧弁は非作動のまま
である（ステップ１０８）。以降減圧弁が作動するのは
Ｐdu≦Ｐfdが満たされたときである（ステップ１０３で
Yes）。

【００３０】このように、本実施形態によれば、コモン
レール圧の圧力過渡時において目標コモンレール圧に対
する実際のコモンレール圧の追従性を高めることがで
き、圧力差やオーバーシュート、アンダーシュートを防
止できる。従ってコモンレール圧制御の過渡特性が良好
となり、シフトアップ時やフリーアクセル時等において
違和感や異音を無くし、エンジン回転数のバラツキ等も
最小限に抑えられる。

【００３１】なお、本発明の実施の形態は上述のものに
限られず、様々な変更が可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば次の如き優
れた効果が発揮される。 （１） コモンレール圧の圧力過渡時において目標コモ
ンレール圧に対する実際のコモンレール圧の追従性を高
めることができる。 （２） 圧力過渡時の圧力差やオーバーシュート、アン
ダーシュートを防止でき、違和感や異音を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の減圧弁制御方法を示すフローチャ
ートである。

【図２】Ｐ項の算出マップである。

【図３】Ｉ項の算出マップである。

【図４】基本（目標）コモンレール圧の算出マップであ
る。

【図５】本実施形態の圧力過渡特性と減圧弁の作動方法
とを示すタイムチャートである。

【図６】本実施形態のコモンレール式燃料噴射制御装置
を示す構成図である。

【図７】従来の圧力過渡特性を示すタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１ エンジン ３ コモンレール ６ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） ７ コモンレール圧センサ ８ エンジン回転センサ ９ 減圧弁 １１ アクセル開度センサ Ｎｅ エンジン回転数 Ｑ 燃料噴射量 Ｐ0 基本コモンレール圧 ＰP 比例項（Ｐ項） ＰI 積分項（Ｉ項） ＰN 実際のコモンレール圧 Ｐt 目標コモンレール圧 Ｐfd 圧力差 Ｐdu 減圧弁作動上側しきい値 Ｐdd 減圧弁作動下側しきい値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA19 BA22 BA51 CB07U CB15 CE21 DA06 DB16 DB17 DC04 DC09 DC11 DC14 DC18 3G301 HA02 JA03 JA07 JA37 KA11 KA22 LB06 LB11 LC01 MA11 NA03 NA04 NC02 ND01 NE17 NE19 PA09Z PB08A PB08Z PE01Z PE08Z PF03Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コモンレールに接続され、コモンレール
   内の燃料をリークさせてコモンレール圧を減圧するため
   の減圧弁を備えたことを特徴とするコモンレール式燃料
   噴射制御装置。
2. 【請求項２】 実際のコモンレール圧を検出するための
   コモンレール圧検出手段と、エンジン運転状態に基づい
   て目標コモンレール圧を決定するための目標コモンレー
   ル圧決定手段と、実際のコモンレール圧が目標コモンレ
   ール圧に近づくよう実際のコモンレール圧をフィードバ
   ック制御するコモンレール圧制御手段と、実際のコモン
   レール圧が目標コモンレール圧より所定値以上高くなっ
   たとき減圧弁を作動させる減圧弁制御手段とをさらに備
   えた請求項１記載のコモンレール式燃料噴射制御装置。
3. 【請求項３】 上記目標コモンレール圧決定手段が、エ
   ンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて目標コモンレー
   ル圧を決定するものであり、上記コモンレール圧制御手
   段が、実際のコモンレール圧と目標コモンレール圧との
   差に基づいて比例項及び積分項を決定し、これら比例項
   及び積分項を上記目標コモンレール圧に加算して次回制
   御すべき実際のコモンレール圧とするものである請求項
   ２記載のコモンレール式燃料噴射制御装置。