(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転状態を検出する手段と、エンジン運転状態に応じて目標とする燃料噴射時期を設定する手段と、
燃料噴射時期を制御するタイミングコントロールバルブと、実際の燃料噴射時期を演算する手段と、目標噴射時期と実際の噴射時期との偏差に基づいてタイミングコントロールバルブを駆動して燃料噴射時期をフィードバック制御する手段とを備えた内燃機関の燃料噴射時期制御装置において、
制御デューティが大きくなるほどバルブストローク量が大きくなり、かつ制御デューティが大きくなるほどバルブストロークの相対変化量が大きくなる、タイミングコントロールバルブのストローク量を算出する手段と、
前記バルブストローク量が大きくなるほど前記フィードバック制御手段の定数を小さくする補正手段とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射時期制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、タイミングコントロールバルブの最大ストローク量を算出する手段と、現在のストローク量を算出する手段とを含み、これらの比率に応じてフィードバック制御定数を変化させる請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射時期制御装置。
【請求項３】
前記補正手段は、タイミングコントロールバルブの最大ストローク量に対する現在のストローク量の比率が大きくなるほどフィードバック制御定数の補正量を小さくする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射時期制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、タイミングコントロールバルブの作動を指令してから実際に作動するまでの遅れ量をエンジン運転状態に応じて算出する手段と、この遅れ量に応じてタイミングコントロールバルブのストローク量の算出値を修正する手段とを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射時期制御装置。
【請求項５】
目標噴射時期の設定手段は、エンジン運転状態に応じて目標噴射時期を算出する手段と、この目標噴射時期をエンジン冷却水温に応じて修正する手段とを含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射時期制御装置。
【請求項６】
噴射時期の演算手段は、実際の噴射時期を検出する手段と、運転状態に基づいて実際の噴射時期の検出遅れ量を演算する手段とからなり、両方の値に基づいて実際の噴射時期を演算する請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関、とくにディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射時期を正確に制御するために、従来、例えば特開昭５９−１５３９３７号公報にもあるように、燃料噴射時期をフィードバック制御し、かつこのフィードバック制御定数を加速運転時に変化（フィードバック制御定数を大きくする）させることで、噴射時期を目標値に応答よく収束させるようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この場合にはフィードバック制御定数は、定常と過渡とで切換わるのみであり、必ずしも要求に対応しているものとはならいないことがあった。運転条件によっては、定常状態であっても要求されるフィードバック制御定数を大きく、あるいは過渡状態であっても逆に小さくなることもある。また、同じ定常状態にあっても、燃料噴射ポンプの状態によってはフィードバック制御定数を変える必要があることもある。
【０００４】
この発明は要求に応じてフィードバック制御定数を適切に変化させ、常に目標とする燃料噴射時期に正確に制御することを可能とした燃料噴射時期制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図１５に示すように、エンジンの運転状態を検出する手段２１と、エンジン運転状態に応じて目標とする燃料噴射時期を設定する手段２２と、燃料噴射時期を制御するタイミングコントロールバルブ（３）と、実際の燃料噴射時期を演算する手段２４と、目標噴射時期と実際の噴射時期との偏差に基づいてタイミングコントロールバルブ（３）を駆動して燃料噴射時期をフィードバック制御する手段２５とを備えた内燃機関の燃料噴射時期制御装置において、制御デューティが大きくなるほどバルブストローク量が大きくなり、かつ制御デューティが大きくなるほどバルブストロークの相対変化量が大きくなる、タイミングコントロールバルブ（３）のストローク量を算出する手段２６と、前記バルブストローク量が大きくなるほど前記フィードバック制御手段２５の定数を小さくする補正手段２７とを備える。
【０００６】
第２の発明は、前記補正手段が、タイミングコントロールバルブの最大ストローク量を算出する手段と、現在のストローク量を算出する手段とを含み、これらの比率に応じてフィードバック制御定数を変化させる。
【０００７】
第３の発明は、前記補正手段が、タイミングコントロールバルブの最大ストローク量に対する現在のストローク量の比率が大きくなるほどフィードバック制御定数の補正量を小さくする。
【０００８】
第４の発明は、前記補正手段が、タイミングコントロールバルブの作動を指令してから実際に作動するまでの遅れ量をエンジン運転状態に応じて算出する手段と、この遅れ量に応じてタイミングコントロールバルブのストローク量の算出値を修正する手段とを含む。
【０００９】
第５の発明は、目標噴射時期の設定手段が、エンジン運転状態に応じて目標噴射時期を算出する手段と、この目標噴射時期をエンジン冷却水温に応じて修正する手段とを含む。
【００１０】
第６の発明は、噴射時期の演算手段が、実際の噴射時期を検出する手段と、運転状態に基づいて実際の噴射時期の検出遅れ量を演算する手段とからなり、両方の値に基づいて実際の噴射時期を演算する。
【００１１】
【発明の効果】
第１の発明において、目標噴射時期と実際の噴射時期との偏差にしたがって、タイミングコントロールバルブの制御デューティが算出され、燃料噴射時期が制御される。この場合、タイミングコントロールバルブのストローク感度は、ストローク量が大きくなるほど高く、したがって、このストローク量に応じてフィードバック制御定数を補正することにより、タイミングコントロールバルブの過剰な応答を抑制し、常にあらゆる制御領域において、過渡、定常を問わず、安定的に目標とする燃料噴射時期に制御でき、燃費の改善、排気エミッションの低減に効果を生じる。
【００１２】
第２の発明では、タイミングコントロールバルブの最大ストローク量と、現在のストローク量との比率に応じてフィードバック制御定数を変化させるので、その燃料噴射ポンプの状態に対応した適正な補正が可能となる。
【００１３】
第３の発明では、タイミングコントロールバルブの最大ストローク量に対する現在のストローク量の比率が大きくなるほどフィードバック制御定数の補正量を小さくするので、ストローク感度が低い領域では補正を大きく、同じく感度が高い領域では補正を小さくし、タイミングコントロールバルブの応答性を全領域において適正かつ安定に維持できる。
【００１４】
第４の発明では、タイミングコントロールバルブが、燃料噴射指令から実際に作動するまでの遅れ量を求め、これに応じてタイミングコントロールバルブのストローク量を修正するので、ストローク量の算出精度の応答性が良好で、ストローク量が変化する過渡時などでも、フィードバック制御定数の補正が適正に行われる。
【００１５】
第５の発明では、エンジン運転状態に応じて設定した目標噴射時期を冷却水温に応じて修正するので、暖機中、暖機後のいずれにおいても、適正な噴射時期に設定することができる。
【００１６】
第６の発明では、噴射時期の機械的な検出遅れ分を含むように実際の噴射時期を修正するので、噴射時期の検出精度が高まり、それだけフィードバック制御性能が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１において、１は分配型の燃料噴射ポンプであり、２はこの燃料噴射時期を制御するためのタイマピストン、３はタイマピストン２に作用する圧力（フィードポンプからの低圧燃料圧力）を調整することによりその位置を変位させるタイミングコントロールバルブで、コントローラ５からのデューティ信号に基づいて作動が制御される。
【００１８】
４は燃料噴射ポンプ１から圧送される高圧燃料をエンジン燃焼室内に噴射する燃料噴射ノズルで、実際の噴射時期を検出するために針弁リフトセンサ６が設けられ、このリフトセンサ６の出力がコントローラ５にフィードバックされる。また、コントローラ５にはエンジン回転数センサ７、アクセル開度センサ８、エンジン冷却水温センサ９、スタートスイッチ１０などからの運転状態を代表する各種の検出信号が入力し、これらに基づいて目標とする燃料噴射時期が設定され、実際の噴射時期がこの目標噴射時期と一致するようにフィードバック制御が実行される。
【００１９】
このフィードバック制御定数をあらゆる運転条件において最適に制御し、燃料噴射時期制御についての過渡運転時の追従性を高めると共に定常運転時の安定性を確保するため、コントローラ５では図２以下のフローチャートに示すような手順に従って制御が行われる。
【００２０】
まず、図２によってコントローラ５からタイミングコントロールバルブ３に出力される制御デューティの演算動作を説明する。
【００２１】
ステップ１では目標とする噴射時期Ｉｔｓｏｌを演算し、ステップ２で実際の噴射時期Ｉｔｉｓｔを演算する。ただし、これらの演算方法については後で詳しく説明する。また、ステップ３でフィードバック制御定数Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄの設定を行う。この設定方法についても後で詳しく説明する。そして、ステップ４では、通常のＰＩＤ制御のように、Ｉｔｓｏｌ、Ｉｔｉｓｔの差分からＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを用いてタイミングコントロールバルブ３の制御デューティ値ＴＣＶｄｕｔｙを算出する。
【００２２】
図３は目標噴射時期Ｉｔｓｏｌを演算するためのフローチャートである。
【００２３】
ステップ１１ではエンジン回転数、アクセル開度等に対応する燃料噴射量Ｑｓｏｌ、スタートスイッチ信号、冷却水温Ｔｗなど運転状態を読み込む。ステップ１２で現在スタートスイッチがＯＮかどうか、つまり始動中かどうかを判定し、ＯＮならばステップ１３以下、またＯＦＦならばステップ１５以下に進む。
【００２４】
ステップ１２で始動中と判断されたならば、ステップ１３では冷却水温Ｔｗに基づいて、例えば図４に示すようなテーブルから始動時噴射時期補正値Ｉｔ＿ｔｗｓを検索する。この場合、冷却水温が高いほど補正値は小さくなる。ステップ１４では始動後の噴射時期補正値Ｉｔ＿ｔｗをゼロとする。
【００２５】
これに対して、始動が終了した状態にあるときは、ステップ１５で冷却水温Ｔｗから、図５に示すようなテーブルから始動後の噴射時期補正値Ｉｔ＿ｔｗを検索し、ステップ１６では始動時の噴射時期補正値Ｉｔ＿ｔｗｓをゼロとする。
【００２６】
次いでステップ１７ではエンジン回転数Ｎｅと噴射量Ｑｓｏｌとから、図６に示すようなマップから目標噴射時期Ｉｔ＿ｌｄを検索する。
【００２７】
そして、ステップ１８ではこの噴射時期Ｉｔ＿ｌｄに対して、その補正値Ｉｔ＿ｔｗｓとＩｔ＿ｔｗとを加算し、このようにして目標とする噴射時期Ｉｔｓｏｌを求め、その処理を終了する。
【００２８】
次に図７は実際の噴射時期を演算するためのフローチャートであり、まず、ステップ２１でエンジン回転数Ｎｅや燃料噴射量Ｑｓｏｌなどの運転状態を代表する信号を読み込み、ステップ２２でこれらＮｅとＱｓｏｌとにより、図８に示すようなマップから噴射時期検知遅れ量Ｉｔｉｓｔ＿ｄを検索する。
【００２９】
これは、実際の噴射時期に対して、これを検出する際のハード的な検知遅れを実験的に求めたもので、ＮｅとＱｓｏｌに応じて変動する。
【００３０】
ステップ２３では実際の噴射時期を検出するリフトセンサ６からの噴射時期Ｉｔｉｓｔ＿ｄｌｙを読み込み、ステップ２４でこの検出した噴射時期Ｉｔｉｓｔ＿ｄｌｙに、遅れ量Ｉｔｉｓｔ＿ｄを加算し、このようにしてリフトセンサ６による検出時期を修正し、実際の噴射時期Ｉｔｉｓｔを求める。
【００３１】
次に図９のフローチャートにしたがって、フィードバック制御定数の設定動作について説明する。
【００３２】
ステップ３１でエンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｓｏｌなどから運転状態を読み込み、ステップ３２では燃料噴射時期制御の指令からタイミングコントロールバルブ３の実際の作動までの遅れ量Ｉｔｄを演算する。
【００３３】
この遅れ量Ｉｔｄは、図１０のエンジン回転数Ｎｅに対応しての遅れ分Ｉｔｄｎｅと、図１１に示す燃料噴射量（負荷）に対応しての遅れ分Ｉｔｄｑｆとを加算して求める。この場合、遅れ量は回転数Ｎｅが高くなるほど大きく、また噴射量Ｑｓｏｌが大きくなるほど大きくなる。
【００３４】
ステップ３３では前述のようにして求めた実際の噴射時期Ｉｔｉｓｔを読み込み、ステップ３４でこのＩｔｉｓｔに遅れ量Ｉｔｄを加算して実静的噴射時期Ｉｔｉｓｔｓを算出する。なお、この実静的噴射時期Ｉｔｉｓｔｓに対して実際の噴射時期Ｉｔｉｓｔを実動的噴射時期と称する。
【００３５】
次いで、ステップ３５において、タイミングコントロールバルブ３の現在のストローク量Ｔｃｖｓを、Ｔｃｖｓ＝（Ｉｔｉｓｔｓ−ＩＴＳＥＴ＃）／ＤＥＧ＿Ｐ＿ＭＭ＃として算出する。ただし、ここでＩＴＳＥＴ＃はポンプセット角、ＤＥＧ＿Ｐ＿ＭＭ＃はＴＣＭ（タイミングコントロールバルブ）の１ｍｍストローク当たりの進角量を意味する。
【００３６】
ステップ３６ではそのときのエンジン回転数Ｎｅに基づいて図１２に示すようなテーブルからタイミングコントロールバルブ３の最大ストローク量Ｔｃｖｓｍを検索する。
【００３７】
そしてステップ３７においてこれらＴｃｖｓとＴｃｖｓｍとを用いて、図１３に示すようなフィードバック制御定数の補正ゲインＧｐｉｄを検索する。この補正ゲインＧｐｉｄは、タイミングコントロールバルブ３の最大ストロークＴｃｖｓｍに対する現在のストロークＴｃｖｓが小さいほど大きな値をとり、現在ストロークが最大ストロークに近づくほど、つまり、ストロークが増大するほど小さくなる。
【００３８】
図１４にタイミングコントロールバルブ３の代表的な進角特性を示すが、同一の制御デューティに対するタイミングコントロールバルブ３のストロークは、ポンプ回転数（エンジン回転数／２）が高くなるのに応じて増加するが、制御デューティが大きくなるほど、ストロークは相対的に増加する。そして、この場合、制御デューティが大きくなるほど、タイミングコントロールバルブ３のストロークの相対変化量は大きくなり、換言すると、ストロークが増大するにつれてデューティに対する感度が大きくなる。
【００３９】
したがって、フィードバック制御定数の補正ゲインＧｐｉｄとしては、タイミングコントロールバルブ３のストロークが大きい領域では、過敏な感度による過剰応答を防ぐためにも、補正ゲインを小さくする必要がある。
【００４０】
ステップ３８ではこのようにして求めたＧｐｉｄを、フィードバック制御定数の基本値に乗じてフィードバック制御定数Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄを求める。なお、フィードバック制御定数の基本値としては、現在の制御値とフィードバック値とに応じてそれぞれ求められる、比例係数基本値のＫＰＢ、積分係数基本値のＫＩＢ、微分係数基本値のＫＤＢがあり、これらにＧｐｉｄを乗ずることにより、Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄが算出されるのである。
【００４１】
次に作用について説明する。
【００４２】
コントローラ５ではそのときの運転状態、つまりエンジン回転数、燃料噴射量などに基づいて求めた噴射時期を、そのときの冷却水温に基づいて補正し、目標とする燃料噴射時期Ｉｔｓｏｌを算出する。また、燃料噴射ノズル４の実際のリフト状態から検出した噴射時期を、リフトセンサ６の検出遅れ分を考慮して修正し、実動的噴射時期Ｉｔｉｓｔを演算する。
【００４３】
そして、この実動的噴射時期Ｉｔｉｓｔに、タイミングコントロールバルブ３の作動応答遅れ分を加算して実静的噴射時期Ｉｔｉｓｔｓを求め、この値を基にして現在のタイミングコントロールバルブ３のストローク位置を算出する。
【００４４】
この現在のストローク位置と、回転数に応じて決まるタイミングコントロールバルブ３の最大ストローク位置との関係から、フィードバック制御定数Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄの補正ゲインＧｐｉｄを演算し、この補正ゲインに基づいてフィードバック制御定数を補正する。
【００４５】
このようにして求めたフィードバック制御定数Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄを用いて、通常のフィードバック制御、つまりＰＩＤ制御により、目標噴射時期Ｉｔｓｏｌと、実際の噴射時期Ｉｔｉｓｔの偏差にしたがって、タイミングコントロールバルブ３の制御デューティ値ＴＣＶｄｕｔｙを算出する。
【００４６】
この制御デューティにより、タイミングコントロールバルブ３のストローク位置が決まり、制御デューティが大きいほどストローク位置も大きくなり、これに応じてタイマピストン２に作用する圧力が変化し、タイマピストン２の位置が変わり、燃料噴射時期が制御される。
【００４７】
タイミングコントロールバルブ３のストローク感度は、制御デューティが大きい領域ほど大きく、したがって、フィードバック制御定数の補正ゲインＧｐｉｄを、タイミングコントロールバルブ３のストローク位置が大きくなるほど小さくすることで、過剰な応答を抑制し、このようにして、常にあらゆる制御領域において、過渡、定常を問わず、安定的に目標とする燃料噴射時期に精度よく制御することが可能となる。また、これらの結果、燃料噴射ポンプの固体差、経時変化等があっても、常に排気エミッションを良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】タイミングコントロールバルブの制御デューティの演算動作を示すフローチャートである。
【図３】目標燃料噴射時期の演算動作を示すフローチャートである。
【図４】始動時燃料噴射時期の補正特性を水温との関係で示す特性図である。
【図５】暖機後の燃料噴射時期の補正特性を水温との関係で示す特性図である。
【図６】目標噴射時期の設定特性をエンジン回転数と燃料噴射量との関係で示す特性図である。
【図７】実噴射時期の演算動作を示すフローチャートである。
【図８】噴射時期検出遅れ特性をエンジン回転数と燃料噴射量との関係で示す特性図である。
【図９】フィードバック制御定数の演算動作を示すフローチャートである。
【図１０】噴射時期制御遅れ特性をエンジン回転数との関係で示す特性図である。
【図１１】噴射時期制御遅れ特性を燃料噴射量との関係で示す特性図である。
【図１２】タイミングコントロールバルブの最大ストローク量の特性をエンジン回転数との関係で示す特性図である。
【図１３】フィードバック制御定数の補正特性をタイミングコントロールバルブのストローク比との関係で示す特性図である。
【図１４】タイミングコントロールバルブによる燃料噴射時期の進角特性を示す特性図である。
【図１５】本発明の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１  燃料噴射ポンプ
２  タイマピストン
３  タイミングコントロールバルブ
４  燃料噴射弁
５  コントローラ
６  リフトセンサ
７  回転数センサ
８  アクセル開度センサ
９  エンジン冷却水温センサ
【図１】
0003714373.tif 000002
【図２】
0003714373.tif 000003
【図３】
0003714373.tif 000004
【図４】
0003714373.tif 000005
【図５】
0003714373.tif 000006
【図６】
0003714373.tif 000007
【図７】
0003714373.tif 000008
【図８】
0003714373.tif 000009
【図９】
0003714373.tif 000010
【図１０】
0003714373.tif 000011
【図１１】
0003714373.tif 000012
【図１２】
0003714373.tif 000013
【図１３】
0003714373.tif 000014
【図１４】
0003714373.tif 000015
【図１５】
0003714373.tif 000016