JPS61101653A - 燃料噴射ポンプの噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １」仄１乱 Ｅ産業上の利用分野］ 本発明は燃料噴射ポンプの噴射量制御装置に関し、詳し
くは燃料噴射ポンプの溢流時期調整部材の位置を制御す
るアクチュエータを、系のダイナミックモデルに基づい
て制御する燃料噴射ポンプの噴射量制御′４装置に関す
る。

し従来の技術］ 内燃機関、特にディーゼルエンジンの燃料噴射を行なう
燃料噴射ポンプの噴射量制御装置として、従来より分配
（ＶＥ）型等の燃料噴射ポンプが知られているが、燃料
噴射量を内燃機関の運転条件に応じて緻密に制御する為
に、その溢流時期調整部材、例えばスピルリングを電気
的なアクチュエータによって制御するものが提案されて
いる（例えば特開昭５８−６７９３２号公報に記載の燃
料噴射ポンプの吐出量調整装置）。第１３図はこうした
燃料噴射ポンプの制御系を示したものである。

これは、内燃機関の運転条件を検出する各種センナ群１
の信号出力をアクチュエータ制御手段としての電子制御
ｆｆ回路２に入力すると共に、燃料噴射ポンプの溢流時
期調整部材３、例えば分配型燃料噴射ポンプにおいて回
転運動及び往復運動を同時に行なうポンププランジャに
外嵌されたスピルリング３の実位置を゛心気的な位置検
出手段４によって検出し、実位置を示づこの検出信号を
電子１ｉ４１罪回路２に入力し、両信号より電子制御回
路２において、内燃載量の運転条件より定まる最適な燃
料噴射量となるよう溢流時期調整部材３の目標位置、即
ち燃料噴射終了タイミングを求め、アクチュエータ５を
介して溢流時期調整部材（スピルリング）３を目標位置
まで駆動・制御するような制御系である。

こうした制御系では、従来アクチュエータ５によって制
御された溢流時期調整部材３の実位置をフィードバック
して、即ら実位置と目標位置との偏差が小さくなる様に
アクチュエータ５を制御していた。フィードバックによ
る帰還の大きさを決めるのが所謂ゲイン（Ｐ、増幅度）
であり、この他偏差の積分子ｆｉ（Ｉ）や微分量（Ｄ）
等を適宜帰還して所謂ＰｒＤＩＩＩＩＤを行なうものも
知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ かかる従来技術どしてのフィードバック制す１１におい
ては次のような問題が存在した。即ち、（１）従来のフ
ィードバック制御では基本的には、目標値と実位置との
偏差に応じて制御量を求めている。そこで、応答性を良
好にしようとするには帰還量の大きさであるゲイン（Ｐ
）を上げることになるが、ゲインを大きくすると過制御
となってしまい、大きなオーバーシュート、ダウンシュ
ートを生じ、時には発振現象を引きおこすことさえあり
、燃料噴射量がＲ適な燃料噴射量からはずれてしまうこ
とがあるという問題があった。

（２）一方、制御の安定性を充分なものとする為にゲイ
ンを下げれば応答性が悪くなってしまい、内燃機関の運
転条件の変化に燃料噴射量が追従せず、空燃比が適正値
から大きくはずれて失火や黒煙発生を招いたり、出力が
要求に追従せずドライバビリティが悪化するなど種々の
問題を生じることがあった。

（３）そこで、応答性を満足する為に微分量を加えたり
安定性を良好とする為に積分量を加えるなどして系の過
渡特性を改善しよ゛）と】るＰＩＤ制御も提案されてい
るが、実際の制御系において過渡特性を充分なものとす
る為の一般的な評価の方法がなく、ゲイン（Ｐ）、１分
Ｍ（ｒ）、微分子ｆｉ（Ｄ）を適当に変化させて実際の
制す１１を実行するいわば試行錯誤に頼らざるを得す、
しかも必ずしも要求する燃料噴射量の過渡特性が実現で
きるとは限らないので取扱いが困難であるという問題が
あった。

本発明の目的はこれらの問題を解決して、設計が容易で
過渡特性の優れた燃料噴射ポンプの噴射量制御装置を提
供することにあり、特に、応答性と追従性を同時に改善
した装置を提供することにある。

＆」し久囚」（ ［問題点を解決するための手段］ 上記の問題を解決して発明の目的を達成する為に、第１
図に示すように、 燃料噴射ボンブエの圧送される燃料の溢流時期を調整す
る溢流時期調整部材■例えばスビルリングと、 該溢流時期調整部材を駆動して燃料噴射量の調整を行な
うリニアソレノイド等のアクチュエータ■と、 該溢流時期調整部材■の実位置を検出する位置検出手段
ＩＶ、例えば差動トランスと、内燃機関の運転条件、例
えば空燃比や負荷の大きさ等に基づいて定まる燃料噴射
量に対応した・前記溢流時期調整部材■の目標位置と前
記検出された溢流時期調整部材■の実位置とに基づき、
前記目標位置に前記溢流時期調整部材■を制御する為の
前記アクチュエータ■の制御量を求め、これをアクチュ
エータ■に出力するアクチュエータｆｌｉｌｌ　ｔｉｌ
１手段Ｖ手段 を備えた燃料噴射ポンプの噴射量制曲装置において、 前記アクチュエータ制御手段として、従来のフィードバ
ック制御の構成に替えて、次のような構成がとられた。

即ち、本発明のうち第１の発明においては、 前記燃料噴射ポンプ■の溢流時！ＩＩ調整部材■の位置
を制御する系のダイナミックモデルに基づくパラメータ
と前記溢流時期調整部材■の実位置とアクチュエータ■
に出力される前記制御量とから、該系の動的な内部状態
を表わす適当な次数の状態変数量を推定する状態観測部
Ｖｌと、 前記溢流時期調整部材■の目標位置と実位置との偏外の
積分値または累積値を求める累積部■と、前記推定され
た状態変数量と前記求められた累積値と系のダイナミッ
クモデルに基づき予め設定されたフィードバックゲイン
とから前記制ｏｎｅの一部を定めるフィードバック制御
徴決定部■と、前記目標位置と系のダイナミック［デル
に基づき予め設定されたフィードフォワードゲインとか
ら前記制御量の残り部分を定めるフィードフォワード制
御量決定部■と、 前記フィードバック制ｔｌｌｆｆｉ決定部■による制御
量と前記フィードフォワード制御量決定部ｔＸによる制
御ｌ量とを加算し、この加算による制御量を前記アクチ
ュエータ■に出力する出力部Ｘと、を具備してなり、所
謂線形制御理論に塁づく制御を行なうアクチュエータ制
御手段の構成がそれである。

ここで燃料噴射ポンプとしては分配型（ＶＥ型）の燃料
噴射ポンプの他、朝型燃料噴射ポンプであっても差支え
ない。分配型の燃料噴射ポンプでは溢流時期調整部材が
スピルリングであり、一方列型燃料噴射ポンプではコン
トロールラックが溢流時期調整部材にあたる。緻密な制
御を実現するためには質量が小さく慣性の小さなスピル
リングを制御する方が良いが、アクチュエータの駆動力
を大きくするなどすれば朝型燃料噴射ポンプのコントロ
ールラックの制御を正確に行なえることは言うまでもな
い。

アクチュエータとしては、リニアソレノイド〈プランジ
ャ）型の他、ロータリソレノイド型のもの、あるいは各
種のサーボモータや、負圧を制御してダイアフラムの変
位により溢流時期調整部材を駆動するようなアクチュエ
ータ等も使用することができる。あるいは特開昭５８−
２１７７５５号の如く、スピルリングを直接ロータリソ
レノイドの可動部とするようなアクチュエーター溢流時
期調整部材の構成をとることも何ら差支えない。

この場合、スピルリングとアクチュエータが一体化され
ているので燃料噴射ポンプが小型化できるという利点が
存在する。

又、このアクチュエータによって駆動される溢流時期調
整部材の実位置を検出する位置検出手段としては、差動
トランスの他、ポテンショメータやその他各種の位置測
定センサを使用することができる。更に燃料噴射量を流
量センサやノズルの閉弁時間を知ることによって検出し
、これを溢流時ｔｌｌｊ調整部材の位置として扱うこと
も、制り■の精度を向上させる上で有効である。

溢流時期調整部材の目標位置、叩ら燃料噴射量を定める
内燃機関の運転条件としては、内燃機関の空燃比や角荷
、吸入空気量、暖救状態、吸気温度あるいは加減速状態
等のうらすくなくともひとつあるいはその内の幾つかの
組合わせを考えることができ１本発明の燃料噴射ポンプ
の噴射吊制御装置が用いられる内燃機関の態様に合わせ
て選択し、例えば空燃比制ｍ＋装置等として構成し、機
関の各種センサの出力信号に阜づいて溢流時期調整部材
の目標位置を本発明におけるアクチュエータ制御手段に
入力する構成とづればよい。

次にアクチュエータ制御手段であるが、後で作用・実施
例の各項で詳述するように、溢流時期調整部材の位置を
検出しつつアクチュエータによってこれを目標位置へ１
ｌｉｌｌ　ＩＩＩする系のダイナミックモデルを構築し
、これに従って導かれる状態変数量を用いて制御を行な
うものであって、通常マイクロコンピュータを用いＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ等の周辺素子と共に構成される。状態変数量
としてはアクチュエータの挙動を最も適確に制御するも
のとして、その実位置の他にアクチュエータに流れる電
流や駆動速度を用いることができるが、必ずしも具体的
な物理量に対応させる必要はなく、系の構築されたダイ
ナミックモデルを記述する適当な変数を指定して用いれ
ばよい。

更に、本発明のうち第２の発明においては、第２図に承
りように、 燃料の粘性を検出する粘性センサＸＩを設けると共に、 前記アクチュエータ制ゆ１手段が、 前記燃料噴射ポンプＩの溢流時期調整部材■の装置を制
御する系のダイナミックモデルに基づくパラメータと前
記溢流時期調整部材■の実位置とアクチュエータ■に出
力される前記υｊ御吊とから、咳系の動的な内部状態を
表わす適当な次数の状態変数量を推定する状態観測部Ｖ
ｌと、 前記溢流時期調整部材■の目標位置と実位置との偏差の
積分値または累積値を求める累積部■と、前記推定され
た状態変数量と前記求められた累積値と系のダイナミッ
クモデルに基づき予め設定されたフィードバックゲイン
とから前記制御量の一部を定めるフィードバック制′ｎ
聞決定部■と、前記目標位置と系のダイナミックモデル
に塁づき予め設定されたフィードフォワードゲインとか
ら前記制御量の残り部分を定めるフィードフォワード制
６Ｉｌ量決定部ＩＸと、 前記フィードバック制御量決定部■によるｆｒｉｌｌ　
１３１１量と前記フィードフォワード制御吊決定部ＩＸ
による制御Ｉ量とを加算し、この加算による制御ｌ聞を
前記アクチュエータ■に出力する出力部Ｘと、を具備し
、かつ前記粘性センサＸＩによる検出信号に応じて前記
パラメータ、フィードバックゲインおよびフィードフォ
ワードゲインを切換選択する構成とした ところに特徴を有する。

［作用］ 上記構成による本発明の燃料噴射ポンプの噴射量制御装
置は、燃料噴射量を定める燃料噴射ポンプの溢流時期調
整部材を駆動・制御するに際して、その実位置を検出す
ると共に、予め記憶された溢流時期調整部材を制御Ｉ′
する系のダイナミックモデルに基づき溢流時期調整部材
の実位置とアクチュエータの制ｔｉｎとから状態観測部
によって推定された適当な次数の状態変数量と、累積部
によって求められた溢流時期調整部材の目標位置と実位
置との肩差の累ｆｉｉ値とから、フィードバック制御は
決定部によってアクチュエータの制御量の一部を決定し
、残りをフィードフォワード制御吊決定部によって決定
し、この両者の加算値を制御３０Ｊｊｌとして定め溢流
時期調整部材を制御している。

更に、燃料の粘性に応じて、フィードバックゲイン、フ
ィードフォワードゲインなどを切換選択できるようにし
、粘性に適した燃料噴射量が得られるべく溢流時期調整
部材を制御している。

第１の発明の制御系を第３図に示す。図において１０は
アクチュエーター溢流時期調整部材−位置検出手段を有
する１ＩＩＩＯ１１対象としての燃料噴射ポンプ、１２
はアクチュエータ制御手段として以下の構成を有するレ
ギュレータ、１４は状態観測部、１６は累積部、１８は
フィードバラクイ１す御吊決定部、２０はフィードフォ
ワード制ｔｉｌｌ　ｆｆｉ決定部、２２は出力部として
の加暮部である。ここでは各部をブロックで示したが、
これは制御系のモデルであってハード的な構成を示すも
のではない。

以下に、本発明において取扱う燃料噴射ポンプのアクチ
ュエーター溢流時期調整部材−位置検出手段からなる制
御対象のダイナミックモデルと、Ｌ閉制御系とについて
詳述するが、以下の説明においてＦ、Ｘ、Ａ、Ｂ、Ｃ，
ｓ、ｕ、Ｇ、Ｑ、［。

［）、Ｅ、　ＴＭ、Ｐはベクトル吊（行列）を示し、Ａ
Ｔの如き添字Ｔは行列の転置を、Ａ−１の如き添字″！
は逆行列を、更にＸの如き添字　はそれが推定値である
ことを、Ｃの如き記号　は制御対象とは別の系、ここで
は状態観測部１４（以下、オブザーバと呼ぶ）で扱われ
ているＭであることを、ｙ８の如き記号本は目標値であ
ることを、各々示している。

第３図において、ｙｋ＊は内燃機関の運転条件より定め
られる燃料噴射量に対応する溢流時期調整部材の目標位
置を、ｙｈは溢流時期調整部材の実位置を、ｅｋは目標
位置ｙｋ”と実位置ｙｋの差分（ｙｋ　”−ｙｋ　）　
ヲ、ＺｋＧｔ累積部１６で求められた上記の差分ｅｋの
累積値（Ｚｋ−Ｚｋ−１十王−ｅｋ−１）を、王はサン
プリング周期を、Ｕｋは溢流時期調整部材を駆動・制御
するアクチュエータへ出力される制御量（ここでは印加
電圧）を、Ｘｋは実位置ｙｋと制す１１量ｕｋとからＡ
ブ１ｆ−バ１４によって推定された状態変数量を、「は
フィードバック制御量決定部１８で設定される最適フィ
ードバックゲインを、岡はフィードフォワード制０１１
吊決定部２０で設定される最適フィードフォラ−１ζゲ
インを、各々表わしている。尚、添字には初期状態から
のサンプリング回数を示しており、ｋは制御が行なわれ
ている現時点を、ｋ−１は前回のサンプリングが行なわ
れた時点を、意味している。

次に上記構成を有するレギュレータ１２の設計と制御に
ついて説明する。制御対象の動的な挙動を表わす状態変
数モデルは、状態方程式と出力方程式とを用いて Ｘｋ　＝Ａ−Ｘｋ−１　＋ｌ［３・υに−１・・・（１
）ｙｋ−１＝Ｃ−Ｘｋ−１・　（２） と導かれる。ｕｋ−１は制御対象、ここではアクチュエ
ーター溢流時期調整部材−位置検出手段の被　　　　・
制御系にとっての制御入力ベクトルであって、ある時点
から線形近似が成立する範囲内で制御対象に加える制御
量（この系では印加電圧）を示している。又、％１ｋ−
１は制御対象の出力を意味する制御Ｏ出力ベクトルであ
って、通常の多変数制御系ではひとつ以上の出力値を示
す。ここでは溢流時期調整部材の実位置を示ｔｍ＜例え
ば電圧値）である。第３図に示した系では制御対象にと
っての制御入力ベクトルｕｋ、制御出力ベクトルｙｋは
各々ひとつの変数しかもたないので、スカシｆｆ１ｕｋ
（印加電圧）、ｙｋ（実位置信号）とすることができる
。更に、式（１）、（２）においてＸｋは状態変数ベク
トルであって、一般には制御対象の内部状態を示す要素
から成るベクトルである。ここでは状態変数ベクトルＸ
ｋの要素として、制御ＩＩ対象（アクチュエータ）に流
れる電流値ＩＤｋと石す罪対象（溢流時期調整部材）の
動く速度ＶＳｋとを各状態変数としてとらえている。又
、実位置信号ｙｈはｌｉｔ定する必要はなく、位置検出
手段の出力ｙ＋＜をそのまま用いて状態変数ＶＰｋとす
ることができる。

上述の式（１）、（２ンにおける行列Ａ、　Ｆ３゜Ｃは
ｖｌｔｌｌ系の物理モデルに従ってその諸元の形が定ま
り、更に実験によって具体的な値を求めることができ、
結果的に定数行列として算出される。

第３図に示すようにレギュレータ１２はオブザーバ１４
によって制御対象の状態変ｌ１Ｘｋを推定する。これが
オブザーバ１４の出力Ｘｋであって、推定された状態変
数ｆｆ１Ｘｋはｌ１１ｉ改的にサンプリングが行なわれ
るような場合にはＸ　（ｋ　Ｔ）とも表わせる。

ここで、オブザーバ１４が推定する状態変数ベクトルＸ
ｋを制御において実際の状態変数ベクトルとして扱うこ
とができるという根拠は次の点にある。今、オブザーバ
の出力Ｘｋを次式（３）のように構成したとする。

Ｘｋ　＝　（Ａ−Ｇ−Ｃ）　Ｘｋ−１＋Ｂ−ｕｋ−１十
〇−Ｖｋ−１　　・・・（３） 式（３）においてＧは任意に与えられる行列である。式
（１）、（２）、（３）より変形すると、［Ｘｋ　　−
Ｘｋ　　］　　＝　　（Ａ−Ｇ−Ｃ）　　　［Ｘｋ−１
−Ｘｋ−１］・・・（４） を１″Ｊる。従って（Ａ−Ｇ−Ｃ）なる行列の固有値が
単位円内にある様に行列Ｇを選択すればに→■でＸｋ−
＋Ｘｋとなり、制御対象の内部の状態変数ＩＸｋを入力
制御ベクトルｕｋと出力制御ベクトルＶｋとの過去から
の系列ｕ　（＊）　、　１４　（＊）を用いて正しく推
定することができる。こうしたオブザーバの設計にはゴ
ピナスの設計法などが、知られている。そこでＸｋを以
後、状態推定量と呼ぶことにし、Ｘｋ−［ＩＤｋ　　Ｖ
Ｓｋ　　ＶＰｋ　］とする。

状態変数ｆｆ１Ｘｋが推定できれば基本的には制御可能
となるが、ここで取り上げている制御対象は溢流時期調
整部材の目標位置が内燃機関の運転条件によって変更さ
れる為、サーボ系Ｑ制御となる。

一般にサーボ系の制御においては目標値と実際の制御値
との定常偏差を消去するような制御が必要となり、これ
は伝達関数において１／Ｓ（１次の積分）を含む必要が
あるとされる。本発明においては立＝１、即ち一次型の
積分を考慮すればよく、これが累積部１６による累積値
Ｚｋに反映されている。つまり目標値に対してそれまで
の実位置との偏差を加えて制御することにより、サーボ
系の定常偏差の問題は解決される。そこでｚｋを加味し
て系を拡大し、式（１）を次のように記述する。

尚、式（１）におけるｕｋは前述したようにスカラ量な
のでｕｋとする。

Ｘｋ　　Ａ　　　０Ｘｋ−Ｉ　　Ｂ　　　　　Ｏ＝　　
　　　　　　＋　　ｕｋ−１＋　　　ｙｋ−ｉ＊Ｚｋ　
　ＴＣＩＺｋ−１０−Ｔ ・・・（５） ここで、［Ｘｋ　　ｚｋ］丁を拡大された新たな系の状
態変数ベクトルと考え、式（５）と次式（６）で表わさ
れる評価関数を基にして、評価関数Ｊ（ｕｋ　）を最小
にする出力値（印加電圧）ｕｋ−「・［Ｘｋ　　Ｚｋ］
Ｔを求めることが、本発明の制御系に関する付加積分型
最適レギュレータとしての制御問題を解くことになる。

Ｊ　（ｕｋ　）−Σ（Ｘｋ　Ｔ　−Ｃ”　−Ｑｌ　　−
ＣＸｋ＋Ｚｋ”−Ｑ２−Ｚｋ＋ｕｋ”−Ｒ−ｕｋ）・・
・（６） 尚、式（６）においてＱｌは重みパラメータ行列、Ｑ２
　、Ｒはスカラ吊の重みパラメータ、ｋは制御開始時点
を零とするサンプル回数を意味している。

この問題の解は伊藤正美、木村英紀、細江繁幸ｒ線形制
御系の設計理論」　（昭和５３年）財団広大計測自動制
御学会等に詳しいのでここでは詳述しないが、これを解
いて最適フィードバックゲインＦ＝［ＰＩ　　　Ｆ２　
　Ｆ３　　Ｆ４］を、Ｆ＝Ｒ−１［ＩＢ”　０１　［・
・・〈７）として１りる。但し、ここで皿はリカツチ方
程式、Ａ　　ＯＡＴ　Ｃ” 几　　　＋　　　　　罷 ｃｏｏ　　　。

−［Ｒ−１［Ｂ”　　Ｏ］罷 Ｃ”ＱＣＯ ＋　　　　　　　　　　＝Ｏ・・・（８）　　　Ｑ２ の解を、Ｒ−１は重みパラメータ［くの逆数を意味して
いる。

また、フィードフォワードゲインＭは次のようにして求
める。

つまり、フィードフォワードを付加したシステムの状態
方程式は ｘ　＝Ａｘ　＋Ｂｕ　　　　　−（９）ｙ＝ｃｘ　　　
　　　　　・・・（１０）ｅｋ＝ｙ　−ｙ　＊　　　　
　　・・・（１１）ｕ　＝　Ｆ５ｘ＋　Ｆ４ｚ＋ＭＹ本
−（１２）となる。ここｒＦ５は行列［ＰＩ　Ｆ２　Ｆ
　３］”ヲ表わしている。。

式（１２）を式（９）に代入すると、 Ｘ　＝Ａｘ　十ｓ　（Ｆ５ｘ＋Ｆ４ｚ＋Ｍｙ　”　）＝
　（Ａ＋ＢＦ５　）ｘ　＋ＢＦ４ｚ＋ＢＭｙ　”・・・
（１３） が得られる。

また、７本がランプ関数であるとき、定常状態（ｊ　−
＋　Ｏｏ　）で、ｙがｙ＊に誤差なく追従する条件は、 ｙ　　＝ｙ　　本　　　　　　　　　　・・・　（１４
）かつ ｘ＝Ｏ・・・（１５） である。

そしてＭは式（１３）、（１４）、（１５）から次のよ
うに求められる。

式（１３）を微分すると、 Ｘ　−（Ａ＋Ｂ　Ｆ５　）　Ｘ　＋Ｂ　Ｆ４ｚ＋ｓＭｙ
　”＝　（Ａ＋ＢＦ５　）ｘ　＋　（Ａ＋ＢＦ５　）Ｂ
Ｆ４Ｚ＋　（Ａ＋ＢＦ５　）ＢＭＶ　”　＋ＢＦ４ｚ＋
ＢＭｙ　”　　　　　　　・・・（１６）となる。また
式（１４）より ｚ＝ｙ−ｙ”＝ｏ　　　　・・・（１７）である。更に
ｚ−０とすれば、式（１５）、式（１７）より （Ａ＋Ｂ　Ｆ５　）　ｘ　＋　（Ａ＋Ｂ　Ｆ４　）　Ｂ
Ｍｙ　＊＋、ＢＭｙ”＝Ｏ・・・（１８） である。更に式（１０）、式（１４）よりｙ”−ｙ＝Ｃ
ｘ　　　　　・・・（１９）が得られる。これを式（１
８）に代入すると、（Ａ＋ＢＦ５　　）　　（Ａ＋ＢＦ
５　　＋ＢＭＣ）ｘ　　＋ＢＭｙ　＊＝０　　　　　　
　　・・・　（２０）が１ｑられる。そして式（１０）
、（１３）、（１％式％ ］ が得られる。この式（２１）を式（２０）に代入づると
、 （Ａ＋ＢＦ５　＋ＢＭＣ）ｘ　＝Ｏ−（２２＞となり、
従ってＭは Ｍ＝−Ｂ’　（Ａ＋ＢＦ５　）’　Ｃ−’・・・（２３
）と求まる。

このフィードフォワードゲインＭとフィードバックゲイ
ン「とに基づいて、最終的な出力値（印加電圧）ｕｋは ｕｋ＝［ＦＩ　　Ｆ２　　Ｆ３　　Ｆ４　］　［ＩＤｋ
ＶＳｋ　　ＶＰｋ　　Ｚｋ　］”＋ＩＭｙ”・・・（２
４） より求められる。

この積分型最適レギュレータを求めるのに用−いた評価
関数Ｊ　（ｕｋ　）は、制御対象にとっての制御入力値
（アクチュエータへの印加電圧）ｕｋの動きを制約しつ
つ、その制御出力（溢流時期調整部材）　ｙ　（＊）を
目標位置ｙ＊に如何に近づけるかを評価する意図を持つ
ものであって、その制約の重みづけは重みパラメータ行
列０１．重みパラメータＱ２．Ｒの値によって変更する
ことができる。従ってシミュレーション等によって適当
なＱｌ、Ｑ２．Ｒを選択し、制御対象、ここではアクチ
ュエーター溢流時期調整部材−位置検出手段からなる燃
料噴射ポンプのダイナミックモデルを物理モデルに従っ
て構築し、予めリカツチ方程式（８）を解いて得られた
北を用いて、最適フィードバックゲイン「を式（７）に
よって、最適フィードフォワードゲインＭを式（２３）
よって計算し、これらをアクチュエータ制御手段内に記
憶しておき、溢流時期調整部材の目標位置ｙ＊と実位置
ｙｔ＋との備差の累ｆｅ１１ａ　Ｚ　ｋ及びオブザーバ
１４によって推定された状態変数向、即ち状態推定量Ｘ
ｋから式（２４）によって最適制御入力値としてのアク
チュエータへの印加電圧ｕｋを容易に求めることができ
ることになる。

尚、状態推定量Ｘｋは、オブザーバ１４の設計において
、制御入力１ｕｋと制御出力＠ｙｋを用い、オブザーバ
内の状態変数ｆｆ１Ｖｌｌｋを措定することによって記
述される次の２つの式 ％式％） の各行列Ｐ、Ｅ、Ｃ，Ｄを求めておくことができること
から、予めこれをアクチュエータ制御手段内に記憶して
おき、計算することによって容易に求めることができる
。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づいて、説明づる。

第４図は、本発明一実施例としての燃料噴射ポンプの噴
射ｆｉ’ｔｔｌＪ陣装置の概略構成を、電子制御回路の
内部ブロック図と共に示す概略構成図である。

図において、５０は燃料噴射ポンプ、５２は溢流時期調
整部材としてのスピルリング、５４はアクチュエータと
してのりニアソレノイド、５６は位置検出手段としての
差動トランス、５８はアクチュエータ制御手段としての
電子制御回路、を各々示している。また、６０は燃料圧
送ポンプのプランジャ６２を往復動させるカムを、６４
はデリバリバルブを、６６はプランジャ６２により加圧
された燃料を図示しないシリンダ内に噴射するノズルを
、表わしている。燃料噴射ポンプ５０のスピルリング５
２は、クランク６８を介してリニアソレノイド５４の可
動鉄心７０により駆動される構成となっており、リニア
ソレノイド５４のコイル７２に供給される電力とスプリ
ング７４とによってバランスする位置に可動鉄心７０は
制御され、その位置は差動トランス５６により検出され
る。

一方、電子１ｔｌＪ　Ｉｎ回路５８は周知のＣＰＵ８１
．ＲＯＭ８２．ＲＡＭ８３．及びリニアソレノイドのコ
イル７２に供給する電力信号を出力する出力ボート８５
．差動トランス５６の検出信号を入力する入力ポート８
７．ＣＰＵ８１他の素子・ボートを相互に接続するバス
８９等より構成され、後述のフローチャートに従ってス
ピルリング５２の位置の制御を行ない、燃料噴射量を制
御している。

次に第４図に示す１１罪対象としての燃料噴射ポンプに
おいて、状態方程式をその物理モデルより構築する。第
５図はこの制御系の物理モデルを示している。図におい
て、Ｐｌは第４図の可動鉄心７０に相当する質ｆｆ１Ｍ
の鉄心、Ｓ　１は同じくスピルリング７４に相当する弾
性係数にのバネ、Ｌｌはリニアソレノイド５４のコイル
に相当しリアクタンスＬのコイル、Ｒ１は抵抗値Ｒの限
流抵抗器、ＴｒはコイルＬｌ、限流抵抗器Ｒ１に流れる
電流を制御する出力ボート８５内のトランジスタ、を各
々示している。今、スピルリング５２が燃料油中にある
ことから燃料の粘性をｆとすると、鉄心Ｐ１の位置をＸ
として次の運動方程式を得る。

Ｆ２　（ｔ　）＝Ｍ−ｄｘ／ｄｔ　＋ｆ　−ｄｘ／ｄｔ
＋に−Ｘ・・・（２７） 又、コイルＬ１に流れる電流１　（ｔ　）と電圧の関係
は、 Ｖ−Ｌ−ｄ　Ｉ　　（ｔ　）／ｄｔ　＋Ｒ−Ｉ　　（ｔ
　）・・・（２８） で与えられる。そこで鉄心Ｐ１に働く力Ｆ１　（ｔ　）
を線形に近似して、 Ｆｌ（ｔ）−に１・Ｉ　　（ｔ　）・・・（２９）とす
る。ここでに１は定数である。式（２７）で求められる
力Ｆ２　（ｔ　’）と式（２９）で表わした力Ｆ１（ｔ
）とがバランスした所で鉄心Ｐ１は停止すると考えれば
、鉄心Ｐ１の移動速度■を位置Ｘの一回微分量、 ｖ−ｘ　　　　　　　　・・・（３０）と置いて次の状
態方程式（５）を得る。

１（ｔ　　−Ｒ／Ｌ　　　ＯＯＩ（ｔ）ｖ　　　−に１
／Ｍ　　−ｆ／Ｍ　　−に／Ｍ　　Ｖ×　　　　０　　
　１　　０　　　　×１／し 十　　　　　〇　　　　　　［Ｖ］　　・・・　（３１
）又、その出力方程式は １（ｔ）　　　　　１００　　１（ｔ）ｘ　　　　　＝
　　　００１　　　Ｖ　　　　　　　　・・・（３２）
ｖ　　　　　　　　　０１０　　　Ｘ と表わすことができる。

以上、式（２９）、（３０）で構築した１カ理モデルか
ら、［作用］の項で説明したように、例えばゴビナスの
設計法に従ってオブザーバを設計し、重みパラメータ行
列Ｑｌ、重みパラメータ０２　。

Ｒを与えてリカッチ方程式（８）を解き、評価関数Ｊ　
（ｕｋ　）　　（式（６））を得てその結果をシミュレ
ーションし、望ましい過渡特性が得られるように、オブ
ザーバの各行列Ｃ，［）、Ｐ、Ｅ　（式（２５＞、式（
２６＞）を求める。本実施例では、オーバシュートを低
く押さえて最も応答性の良い制御を行なうオブーザーバ
の諸元として、Ｐｌｌ　　Ｆ１２　　　　−５２　０．
１３Ｐ＝　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（３
３）Ｆ２１　　Ｆ２２　　　−２０００　−７８Ｅｌｌ
　　　Ｅ１２　　　　　　　　７８　　　１Ｅ＝　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・　
（３４）Ｅ２１　　　Ｅ２２　　　　　−３２００　１
９６０Ｃ＝　　０１　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　・・・　（３５）［）ｉ　　　　　　　−０，１
４ ［）＝　　　（）２　　　＝　　　　　３．６　　　　
　　　　　　　・・・　（３６）［）３　　　　　　　
　１ を得た。又、最適フィードバックゲイン「として、Ｆ＝
［ＰＩ　　Ｆ２　　Ｆ３　　Ｆ４］−［３７，１８２０
，００３９５０，４２３１６］・・・（３７）を得た。

又、最適フィードフォワードゲインＭとして ＩＭ＝　［４，２２５］ を得た。

そこでこれらの結果をアクチュエータ制御手段としての
電子制御回路５８内のＲＯＭ８２に予め格納しておき、
測定されたスピルリング５２の実位置ｙｋを用いて逐次
、リニアソレノイド５４の駆動電圧ｕｋをｈＩ陣すれば
、スピルリング５２の最適な制御を行なうことができる
ことになる。

そこで、次に第６図のフローチャートにＩｌｌ￥つて、
電子制御回路５８の行なう燃料噴射量制御ルーチンにつ
いて説明する。ＣＰＵ８１は予めＲＯＭ８２内に格納さ
れた前記Ｃ，［）、Ｐ、Ｅの値を用い、既述の方程式（
２５＞、（２６＞に従って計算を繰返しており、まずス
テップ１００ではりニアソレノイド５４へ電圧ｕ　ｋ−
１を出力する。ここで電圧ｕ　ｋ−１とは、前回、以下
に説明する一連の演算が行なわれた結果を意味している
。続くステップ１１０では差−動トランス５６の出力信
号値を入力ボート８７を介して入力し、リニアソレノイ
ド５４の鉄心７０の位置（スピルリング５２の位置）、
即ち燃料噴射量を検出する。これが実位置Ｖ　ｋ−１で
ある。ステップ１２０では内燃機関の運転条件より定ま
るスピルリング５２の目標位３（ｙｋ−１１を、人力ポ
ート８７を介して読み込んだ内燃機関の運転条件、例え
ば内燃機関の吸入空気量や回転数等から知って、マツプ
等を用いて読み出す処理が行なわれる。続くステップ１
３０では、ステップ１１０で読み込んだスピルリング５
２の実位置ｙｔ＋−１とステップ１２０ｒ読み出した目
標位置ｙｋ−１木との偏差をｅｋ　＝　ｙｋ−１”　−
ｙｋ−１として求め、次のステップ１４０では、この偏
差ｅｋの過去からの累積値Ｚｋを求める処理が行なわれ
る。

即ち、第６図の処理の繰返し時間をＴとして、Ｚｋ　＝
Ｚｋ−１＋Ｔ　−ｅｋ　　　　　−（３８）により求め
る。

続くステップ１５０．１６０は状態推定量Ｘｋを弾出す
る処理であって、前述のオブザーバの設計によって求め
たベクトル、ここでは、式（３３）、（３４）、（３５
）、（３６）を用いて式（２５）、（２６）により状態
推定量Ｘｋ＝［ｌ［）ｋＶＳｋ、ＶＰｋ　］　Ｔが求め
られる。即ち、ステップ１５０において１ 、ｘｌｋ＝Ｐ１１−　ｘｌに一１＋Ｐ１２−　ｘ２に−
１−）−２１１−ｕｋ−１＋Ｅ１２−　　　ｙｋ−１ｘ
２ｋ　−Ｆ２１−　ｘ　１に−１＋　Ｆ２２・ｘ２に一
１十Ｅ２１・ｕｋ−１＋Ｅ２２・ｙｋ−１としてオブザ
ーバの内部の変数Ｘ　１に、　Ｘ　２に＠Ｎ出し、続く
ステップ１６０において、 ＩＤｋ＝Ｘ１に＋ＤＩ　　・ｙｋ ＶＳｋ　−ｘ２に＋０２−　ｙｋ ＶＰｋ＝ｙｋ として状態推定量Ｘｋを求める。尚、ここでスピルリン
グ５２の位置は推定せずに、差動トランス５６の出力ｙ
ｔ＋より直接求めている。

ステップ１６０に続くステップ１７０では、上記目標位
ｆｔ１ｙ＊と、上記の計算により求めた状態推定ｆｆ１
Ｘｋ及び累積値Ｚｋと既に求められＲＯＭ８２内に格納
しておかれ１＝最適フイードバツクゲイン、ここでは式
（２２）の値と、最適フィードフォワードゲインのｌａ
とを用いて、出力電圧ｕｋが、 ｕｋ　＝Ｆ１　・ＩＤｋ　＋Ｆ２−ＶＳｋ＋Ｆ３−ＶＰ
ｋ　＋Ｆ４−Ｚｋ　＋Ｍ−ｙ　＊として粋出される。続
くステップ１８０では、サンプリング・演算・制御の回
数を示している添字りを１だけインクリメン１−（更Ｉ
ｙｉ）Ｌ、ステップ１００へ戻って、上述のステップ１
００ないしステップ１８０の処理を再び繰返す。

本実施例によるスピルリング５２のυ１１２１１の実際
を第７図（Ａ）、（Ｂ）に、従来のフィードバック制御
例と比較して示す。第７図（Ａ＞は従来制御例による目
標値変化に対するセンサ出力の追従波形、第７図（Ｂ）
は本実施例によるセンサ追従波形を表わしている。

両図から明白なように、本実施例によれば、従来のフィ
ードバック制御より速い追従性を実現し、スピルリング
５２を連続的に変化する目標位置へ確実に駆動すること
ができている。従って、燃料噴射ポンプ５０において、
燃料噴射量のきわめて迅速かつ正確な制御が可能となっ
ており、空燃比の精密なコントロール等、広い範囲に応
用することができる。この結果、燃料噴射量の制御の追
従遅れ等に起因する空燃比の変動や黒煙の発生、失火、
もたつきや息つぎ等のドライバビリティの低下の問題は
、充分に解決される。

これは、本発明の実施例の制御では、制御対象系の物理
モデルを解析して、制ｔｉｌｌ対象の状態、即ち未来へ
の形管を予測するために必要十分な系の過去の履歴にｌ
３ＩＪ′ｒｊる情報を３１定し、これを用いて制御を行
なっていることによっている。

ここではランプ入力に対Ｊる追従性の結果のみを示した
が、目標位置と実位置との偏差の累積値Ｚｋを制御に取
込ｌυでいるのぐ、サーボは能においても充分な特性が
得られている。

以上第１の発明の実施例について説明した。次に第２の
発明の実施例について説明する。

第８図はこの実施例の作用を説明する制御ブロック図、
第９図は構成を示す概略構成図、第１０図は制御例を示
すフローチャート、第１１図（Ａ＞、（Ｂ）、（Ｃ）、
（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ実施例による制御と
従来技術による制御との比較を示すグラフである。

第８図の制御ブロック図において、粘性センサ２４の検
出信号がオブザーバ１４、フィードバック制ＯＩＩ　ｍ
決定部１８およびフィードフォワード制御囚決定部２０
に入力され、粘性に応じてパラメータ、最適フィードバ
ックゲインおよび最適フィードフォワードゲインを切り
換える。

第９図の構成図において、粘性センサ２４の検出信号が
入力ポート８７に入力されるよう接続する以外は第４図
に示す第１の発明の実施例の構成と同様である。

また第１０図のフローチャートに示すように、粘性セン
サから粘度を取り込むステップ１９０１この粘度が前回
取り込んだ粘度と比べて大きく異なるかどうかを判定す
るステップ２００、および、大きく異なると判定した場
合に、マツプから粘度に対応するＦｌ、Ｆ　２．Ｐ、Ｅ
、Ｃ，Ｄ、Ｍを読み出し、従来のものと置き換えるステ
ップ２１０を、ステップ１００の前処理とした以外は第
６図に示したフローチャートと同様である。

この実施例においては、粘性の変化によって制御対象の
ダイナミックスが大きく変わっても、予めその状態で充
分な追従性が得られるようＲ適な制御パラメータを決め
ている。

従って、本実施例によれば、第１１図（Ａ）。

（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に示づように
、従来のものに比べて早い応答性が得られる。ここで第
１１図（Ａ）は従来制すロ例で制御した場合の常温設定
時のステップレスポンス、第１１図（Ｂ）はその環境温
度が高温になった時のステップレスポンス、第１１図（
Ｃ）はその環ＩＮ温度が低温になった時のステップレス
ポンス、第１１図（Ｄ）は本実施例で制御した場合の當
温時のステップレスポンス、第１１図（Ｅ）はその高温
時のステップレスポンス、第１１図（Ｆ）はその低温時
のステップレスポンスを示している。

１１列１ｌ 以上詳述したように、本発明の燃料ｇｎ射ポンプの噴射
量制御装置によれば、溢流時期調整部材の位置のルリ御
系のダイナミック七デルを構築し、系の制御に必要十分
な情報、所謂状態を知って制御を行なっているので、溢
流時ＩＩｖＡ整部材の位置と目標位置との偏差に基づ〈
従来のフィードバック制御と較べて優れた応答性・追従
性を実現し、しかも系の物理モデルに従ってＲ適の解を
得て、溢流時期調整部材の位置を一す御することができ
るので、燃料噴ＯＡ吊の制御を精密かつ速い応答性・追
従性のもとに行なうことができるという優れた効果を奏
する。この結果、空燃比制御に適用ずれば空燃比の不慮
の変動を生じることはなく、他方、黒煙の発生やドライ
バビリディの望まざる変動等を生じることもないといっ
た如く、内燃別間の燃料噴（ト）量制御全般に亘って、
その制御特性の格段の向上に資することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ第１の発明および第２の
発明の基本的構成図、第３図は第１の発明の詳細な説明
する制御ブロック図、第４図は第１の発明の実茄例の構
成を示す概略構成図、第５図はこの実施例の制御対象の
物理モデルを説明する模式図、第６図はこの実施例にお
ける制御例を示すフローチャート、第７図（Ａ＞、（Ｂ
）は各々この実施例による制御と従来技術による制御と
の比較を示す実験結果のグラフ、第８図は第２の発明の
詳細な説明する制御ブロック図、第９図は第２の発明の
実施例の構成を示す概略構成図、第１０図はこの実施例
における制御例を示すフローチャート、第１１図（Ａ）
、（Ｂ）、（Ｃ）。 （Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は各々この実施例による制御と
従来技術による制御との比較を示すグラフ、第１２図は
従来の燃料噴射量の制御のモデルを示すブロック図であ
る。 １０．５０・・・燃料噴射ポンプ １４・・・Ａブザーバ １６・・・累積部 １８・・・フィードバックゲイン設定部２４・・・粘性
センサ ５２・・・スピルリング ５４・・・リニアソレノイド ５６・・・差動トランス ５８・・・電子制御回路 ８１・・・ＣＰＵ ８２・・・ＲＯＭ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃料噴射ポンプの圧送される燃料の溢流時期を調整
   する溢流時期調整部材と、 該溢流時期調整部材を駆動して燃料噴射量の調整を行な
   うアクチュエータと、 該溢流時期調整部材の実位置を検出する位置検出手段と
   、 内燃機関の運転条件に基づいて定まる燃料噴射量に対応
   した前記溢流時期調整部材の目標位置と前記検出された
   溢流時期調整部材の実位置とに基づき、前記目標位置に
   前記溢流時期調整部材を制御する為の前記アクチュエー
   タの制御量を求め、これをアクチュエータに出力するア
   クチュエータ制御手段と、 を備えた燃料噴射ポンプの噴射量制御装置において、 前記アクチュエータ制御手段が、 前記燃料噴射ポンプの溢流時期調整部材の位置を制御す
   る系のダイナミックモデルに基づくパラメータと前記溢
   流時期調整部材の実位置とアクチュエータに出力される
   前記制御量とから、該系の動的な内部状態を表わす適当
   な次数の状態変数量を推定する状態観測部と、 前記溢流時期調整部材の目標位置と実位置との偏差の積
   分値または累積値を求める累積部と、前記推定された状
   態変数量と前記求められた累積値と系のダイナミックモ
   デルに基づき予め設定されたフィードバックゲインとか
   ら前記制御量の一部を定めるフィードバック制御量決定
   部と、前記目標位置と系のダイナミックモデルに基づき
   予め設定されたフィードフォワードゲインとから前記制
   御量の残り部分を定めるフィードフォワード制御量決定
   部と、 前記フィードバック制御量決定部による制御量と前記フ
   ィードフォワード制御量決定部による制御量とを加算し
   、この加算による制御量を前記アクチュエータに出力す
   る出力部と、 を具備してなることを特徴とする燃料噴射ポンプの噴射
   量制御装置。 ２　前記燃料噴射量を定める内燃機関の運転条件が、内
   燃機関の吸入空気量，負荷，空燃比，暖機状態，吸気温
   度，加減速状態のすくなくともひとつを含む特許請求の
   範囲第１項記載の燃料噴射ポンプの噴射量制御装置。 ３　前記系のダイナミックモデルが、溢流時期講整部材
   を制御する系の物理的なモデルから状態方程式を導くこ
   とによつて構築される特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の燃料噴射ポンプの噴射量制御装置。 ４　前記状態観測部が、状態変数量として電気的に制御
   されるアクチュエータに流れる電流とアクチュエータの
   駆動速度とを推定する特許請求の範囲第１項ないし第３
   項のいずれかの項に記載の燃料噴射ポンプの噴射量制御
   装置。 ５　燃料噴射ポンプの圧送される燃料の溢流時期を調整
   する溢流時期調整部材と、 該溢流時期調整部材を駆動して燃料噴射量の調整を行な
   うアクチュエータと、 該溢流時期調整部材の実位置を検出する位置検出手段と
   、 内燃機関の運転条件に基づいて定まる燃料噴射量に対応
   した前記溢流時期調整部材の目標位置と前記検出された
   溢流時期調整部材の実位置とに基づき、前記目標位置に
   前記溢流時期調整部材を制御する為の前記アクチュエー
   タの制御量を求め、これをアクチュエータに出力するア
   クチユエータ制御手段と、 を備えた燃料噴射ポンプの噴射量制御装置において、 燃料の粘性を検出する粘性センサを設けると共に、 前記アクチュエータ制御手段が、 前記燃料噴射ポンプの溢流時期調整部材の位置を制御す
   る系のダイナミックモデルに基づくパラメータと前記溢
   流時期調整部材の実位置とアクチユエータに出力される
   前記制御量とから、該系の動的な内部状態を表わす適当
   な次数の状態変数量を推定する状態観測部と、 前記溢流時期調整部材の目標位置と実位置との偏差の積
   分値または累積値を求める累積部と、前記推定された状
   態変数量と前記求められた累積値と系のダイナミックモ
   デルに基づき予め設定されたフィードバックゲインとか
   ら前記制御量の一部を定めるフィードバツク制御量決定
   部と、前記目標位置と系のダイナミックモデルに基づき
   予め設定されたフィードフォワードゲインとから前記制
   御量の残り部分を定めるフィードフォワード制御量決定
   部と、 前記フィードバック制御量決定部による制御量と前記フ
   ィードフォワード制御量決定部による制御量とを加算し
   、この加算による制御量を前記アクチュエータに出力す
   る出力部と、 を具備し、かつ前記粘性センサによる検出信号に応じて
   前記パラメータ、フィードバックゲインおよびフィード
   フォワードゲインを切換選択する構成とした ことを特徴とする燃料噴射ポンプの噴射量制御装置。 ６　前記燃料噴射量を定める内燃機関の運転条件が、内
   燃機関の吸入空気量，負荷，空燃比，暖機状態，吸気温
   度，加減速状態のすくなくともひとつを含む特許請求の
   範囲第５項記載の燃料噴射ポンプの噴射量制御装置。 ７　前記系のダイナミックモデルが、溢流時期調整部材
   を制御する系の物理的なモデルから状態方程式を導くこ
   とによつて構築される特許請求の範囲第５項または第６
   項記載の燃料噴射ポンプの噴射量制御装置。 ８　前記状態観測部が、状態変数量として電気的に制御
   されるアクチュエータに流れる電流とアクチュエータの
   駆動速度とを推定する特許請求の範囲第５項ないし第７
   項のいずれかの項に記載の燃料噴射ポンプの噴射量制御
   装置。