JPS6189961A - 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】 １１友ｌ乱 ［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装置に関する。

［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号公報の燃料噴射
ポンプの吐出量調整装置）。第７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サ群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の実位置を電気的な位置検出手段４によって検出し
、実位置を示すこの検出信号を電子制御回路２に入力し
、両信号より電子制御回路２において、内燃機関の運転
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、即ち実位置と目標位置との備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、この他偏差の積分量（１）や微分子ｆｉ（Ｄ）
等を適宜帰還して所謂ＰＩＤ制御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］ かかる従来技術としてのフィードバック制御においては
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、時には発掘現象を引きおこすことさえあり、燃
料噴射量が最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
渡特性を改善しようとする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）、積分
子ｆｉ（ｒ）、微分子ｆｉ（Ｄ＞を適当に変化させて実
際の制御を実行するいわば試行錯誤、に頼らざるを得ず
、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、設計か容易で
過渡特性の優れた燃料噴射ポンプの噴射量制御ｉｌＩ装
置を提供することにある。

１にｌ又 ［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、 燃料噴射ポンプ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■例えばスピルリングと、 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１　　　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ｔｆＯｆｆｉ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
リロ手段Ｖと、 を備えた燃料噴射ポンプの噴射量制！ＪｌＩ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、 予め記憶された前記燃料噴射ポンブエの溢流時期調整部
材■の位置を制御する系のダイナミックモデルに基づき
、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
を表わず適当な次数の状態変数量を推定する状態観測部
ｖｆ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Ｖｌｌ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か
ら、前記溢流時期調整部材■を目標位置に制御する為の
アクチュエータｍの制ｆ１１を決定するフィードバック
ゲイン設定部■と、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
噴射ボンブ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
ることは君うまでもない。

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
、これを溢流時期調整部材の位置として扱うことも、制
御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、即ち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負荷
、吸入空気量、暖機状態、吸気温麿あるいは加減速状態
等のうちすくなくともひとつあるいはその内の幾つかの
組合わＶを考えることができ、本発明の燃料噴射ポンプ
の噴射量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、例えば空燃比制御装置等として構成し、機関
の各種センサの出力信号に基づいて溢流時期調整の目標
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
る構成とすればよい。

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制
御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ＲＯＭ、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■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措定して用いればよい。

［作用１ 上記構成を有す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渦流時期
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づ
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御２ｔｌ吊とから状態観測
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ＩＩ調整部材の目標位置と
実位置との偏差の累積値とから、フィードバックゲイン
設定部によってアクチュエータの制御ωを決定して、溢
流時期調整部材を制御している。

この制御系を第２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制御
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はフィードバックゲイ
ン設定部である。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上記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，ｙ
、ｔＡ、Ｃ１，にｌ、ｕ。

［）、ＩＭ、Ｐはベクトル量（行列）を示し、ＡＴの如
き添字Ｔは行列の転置を、Ａ−１の如き添字−１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、オブザーバと呼ぶンで扱われている
市であることを、ｙ本の如き記号８は目標値であること
を、各々示している。

第２図において、Ｖｋ木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、Ｖｋは溢流時期調整部材の実位置を、ｅｋは目標
位置Ｖｋ本と実位置ｙｂの差分（ｙｋ本−ｙｋ）を、Ｚ
ｋｌ、を累積部１６で求められた上記の差分ｅｋの累積
値（Ｚｋ＝Ｚｋ−１＋Ｔ−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ｆｆ１（ここでは印加
電圧）を、Ｘｋは実位置ｙｋと制御量ｕｋとからオブザ
ーバ１４によって推定された状態変数Ｍを、「はフィー
ドバックゲイン設定部１８で設定された最適フィードバ
ックゲインを、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は現在制御が行なわれている時点を、ｋ−１は
前回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。制御対堅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　＋Ｅ３・υに−１・・・（１）
ｙｋ−１＝ｃ　−Ｘｋ−１・＝　（２）と導かれる。ｕ
ｋ−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を、この系では印加電圧
を示している。又、ｙ　ｋ−１は制御対象の出りを意味
する制御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
材の実位置を示す量（例えば電圧値）である。第２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ｆｉｕｋ〈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Ｘｋの要素として、制御対象（ア
クチュエータ）に流れる電流値ＩＤｋと制御対象（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ｙｋは推定する必要はな
く、位置検出手段の出力ｙｋ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）における行列Ａ、Ｅ！。

Ｃは制御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２図に示すようにレギュレータ１２はＡブザーバ１４
によって制御対象の状態変数Ｘｋ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は離散的にサンプリングが行なわれるような
場合にはＸ（ｋＴ）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
Ｇ−リに−１・・・（３） 式（３）において６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　　−
Ｘｋｌ１ｍ］　　＝　　（Ａ−Ｇ−Ｃ）　　［Ｘｋ−１
−Ｘｋ−１］　　・・・　〈４） を（ｑる。従りて（Ａ−Ｇ−Ｃ）なる行列の固有値が単
位円内にある様に行列６を選択すればに→ψでＸｋ→Ｘ
ｋとなり、制御対象の内部の状態変数ｆｆ１Ｘｋを入力
制御ベクトルｕｋと出力制御ベクトルｙｈとの過去から
の系列ｕ　ｌ：）　、　％　（＊）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ビ
ナスの設訓法などが、知られている。そこでＸｋを以侵
、状態推定量と呼ぶことにし、Ｘｋ＝［ＩＤｋ　　ＶＳ
ｋ　　ＶＰｋコ１とする。

状態変ｖｌｆｆｉ　Ｘ　ｋが推定できれば基本的には制
御可能となるが、ここで取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、サーボ系の制御となる。

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’（９，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最な
のでｕｋとする。

・・・（５） ここで、［Ｘｋ　　ＺｋｌＴ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１ａ　（印加電圧）ｕｋ＝「・［Ｘｋ　　Ｚ
ｋｌ”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”
　　−０１−ＣＸｋｋ、４ ＋Ｚｋ　　Ｔ　−Ｑ２　　・　Ｚｋ　　＋Ｕｋ　　”　
　−Ｒ−ｕｋ　　）・・・　（６） 尚、式（６）において０１は重みパラメータ行列、Ｑ２
．Ｒはスカラ最の重みパラメータ、ｋは制御開始時点を
零とするナンブ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「ｐＡ形
副制御系設計理論」　（昭和５３年）財団法人計測自動
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［ＥＩＴＯ］　７１
’Ｃ・・・（７）として得る。但し、ここで皿はりカッ
チ方程式、の解を、Ｒ−１は重みパラメータＲの逆数を
意味している。

従って最終的な出力値（印加電圧）ｕｋはｕｋ＝［ＰＩ
　　Ｆ２　　Ｆ３　　Ｆ４］［ＩＤｋＶＳｋ　　ＶＰｋ
　　Ｚｋ　］”・・・（９）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Ｑｌ
、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）を解いて得られた肛を用
いて、最適フィードバックゲイン「を式（７）によって
計算し、これ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本と実位置ｙｋとの
偏差の累積値Ｚｋ及びオブザーバ１４によって推定され
た状態変数量、即ち状態推定量Ｘｋから式（９）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１ｉＩ定ｆｆ１Ｘｋは、オブヂーバ１４の設計
において、制御入力ｆｆ１ｕｋと制御出力ｆｆ１ｙｋを
用い、オブザーバ内の状態変ＩａＦｆｉ！ＶｉＩｋを措
定することによって記述される、 ！Ｗｋ＝Ｐ−ｔＷｋ−１＋ＩＭ−（ｙｋ−１ｕｋ−１＞
・・・（１０） の２つの式の各行列Ｐ、ＪＭ、Ｃ，［）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する。

第３図は、本発明一実施例としての燃料噴射ポンプの噴
射量制御装置の概略構成を、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
はデリバリパルプを、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、電子制御回路５８は周知のＣＰＵ８１．ＲＯＭ８
２．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ポート８５．差動トラ
ンス５６の検出信号を入力する入力ポート８７．ＣＰＬ
Ｉ８１仙の素子・ポ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。

イ 次に第３図に示す制御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Ｍ４築する。第
４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３図の可動２λ心７０に相当する質ｆｆ１
Ｍ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、［１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υｊ御する出力ポート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−ｄ２ｘ／ｄｔ２＋ｆ　　−ｄｘ／
ｄｔ＋に−Ｘ・・・（１２） 又、コイルＬ１に流れる電流Ｉ　（ｔ　）と電圧の関係
は、 Ｖ−Ｌ−ｄ　Ｉ　（ｔ　）／ｄｔ　＋Ｒ−１（ｔ　）・
・・（１３） 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　）・・・（１４）とする
。ここでに１は定数である。式（１２）で求められる力
Ｆ２　（ｔ　）と式（１４）で表わした力Ｆｌ　（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Ｖを位置Ｘの一回微分量、 Ｖ＝Ｘ　　　　　　　　・・・（１５〉又、その出力方
程式は と表わすことができる。

以上、式（１４）、（１５）で構築した物理モデルから
、［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、重みパラメーター２゜Ｒを与えてリカツチ方程式
（８）を解き、評価関数Ｊ　（ｕｋ　）　　（式（６）
）を（ｑてその結果をシュミレーションし、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、　ＩＭ　（式（１０）９式（１１））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、を
ＩＮＦだ。又、最適フィードバックゲイン［として、Ｆ
＝［ＰＩ　　Ｆ２　　Ｆ３　　Ｆ４］＝　［３７，１ｇ
２　０．００３９５　０．４２　　３１０］・・・（２
２）を得た。

そこでこれらの結果を７クチユ工−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ｙｈを用いて逐次
、リニア・ソレノイド５４の駆動電圧ｕｋを針線すれば
、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５図のフローチャートに拠って、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。ｃｐｕｓ　ｉは予めＲＯＭ８２内に格納された
前記Ｃ，［）、ＩＰ、ＩＭの値を用い、既述の方程式（
１０）、（１１）に従って計算を繰返しており、まずス
テップ１０ｏ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
値を入力ポート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
ち燃料用１＞Ｊ　ＩＴｉ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の目標位置ｙｋ−１本を、
入力ポート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１３０では、ステップ１１０で読み込んだスピルリ
ング５２の実位置Ｖ　ｋ−１とステップ１２０で読み出
した目標位置ｙｋ−１本との偏差を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５図処理の繰返し時間を王として、Ｚｋ　＝Ｚ
ｋ−１＋Ｔ　−ｅｋ　　　　　−（２３）により求める
。

続くステップ１５０．１６０は状態推定ｆｆ１Ｘｋを算
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（１日）、（１９）、（
２０＞、（２１＞を用いて式（１０）、（１１）により
状態推定量Ｘｋ＝［ＩＤｋＶＳｋ　　ＶＰｋ　］”が求
められる。即ち、ステップ１５０において、 ｘｌに＝Ｐ１１−　ｘｌｋ−１＋Ｐ１２−　ｘ２に一１
＋Ｍ１１−　ｕｋ−１＋Ｍ１２−　ｙｋ−１ｘ　２に＝
　Ｆ２１−　ｘ　１に−１＋　Ｆ２２−　ｘ　２に一１
＋Ｍ２１−　　ｕｋ−１＋Ｍ２２−　　ｙｋ−１として
オブザーバの内部の変数ｘ１に、ｘ２ｋを算出し、続く
ステップ１６０において、 ＩＤｋ　＝ｘｌｋ＋ＤＩ　　−ｙｋ ＶＳｋ　＝ｘ２に＋Ｑ２　・ｙｋ ＶＰｋ＝ｙｋ として状態推定ｆｆ１ｘｋ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ｙｂより直接求めている。

ステップ１６０に続くステップ１７０では、上記の計算
によ−り求めた状態推定量Ｘｋ及び累積値Ｚｋと既に求
められＲＯＭ８２内に格納しておかれた最適フィードバ
ックゲイン、ここでは式（２２）の値とを用いて、出力
電圧ｕｋが、ｕｋ　＝Ｆ１　−　ＩＤｋ　＋Ｆ２−ＶＳ
ｋ＋　Ｆ　３　・ＶＰｋ　＋Ｆ４　・Ｚｋとして算出さ
れる。続くステップ１８０では、サンプリング・演痺・
制御の回数を示している添字ｋを１だけインクリメント
（更新）し、ステップ１００へ戻って、上述のステップ
１００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の制御の実際を第６図
（Ａ）、（Ｂ）に、従来のフィードバック制御と比較し
て示す。今、スピルリング５２の目標位置が値２．０６
だけ変更された場合について説明する。目標位置の変更
が行なわれた時を時間０として、第６図（Ａ）はりニア
ソレノイド５４に与えられる操作量（電圧に対応する値
であって、ここでは第６図（Ｂ）との対応を示す為、位
置と同じスケールで示した）を示しており、第６図（Ｂ
）は差動トランス５６の出力、即らスピルリング５２の
実位置である。

第６図（Ａ＞において一点鎖線Ｒは与えられた１−１１
！；’、位位置、実線Ｇは本実施例による操作量（（１
ｋ）を、破線には従来のフィードバック制御による操作
量を、各々示しており、−力筒６図（Ｂ）の−魚類ａｒ
は与えられた目標位置を、実線９は本実施例によって制
御されたスピルリング５２の実位置を、破線には従来の
フィードバック制御によって制御されたスピルリングの
実位置を、各々示している。

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応答性く立ら上がり〉を実現し
た上で、オーバーシュート、ダウンシュ−トもほとんど
なく、スピルリング５２を目標位置へ駆動することがで
きている。系が安定する時ｒ１で比較すれば、本実施例
では、立ち上がりが速いにもかかわらず１桁以上の改善
を実現していることがわかる。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。

応答性と安定性を共に従来と較べて１衝程度改善してい
るのぐ、内燃機関の運転条イ′１の急変ヤ）ぞの繰返し
にも充分追従することができ、あらゆる条件下での燃料
噴射量を緻密に制御することができる。この結果、燃料
噴射量の制御の追従遅れ、オーバーシュート、ダウンシ
ュート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
、ことごとく解決される。

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、制御対象の状態、即ち未来への影響
を予測するために必要十分な系の過去の履歴に関する情
報を推定し、これを用いて制御を行なっていることによ
っている。従って、過制御による偏差が生じてからこれ
を修正するといった従来のフィードバック制御に対して
、あたかも過制御を予測しこれに先立って操作量を変更
してゆくように制御が行なわれている。

ここではステップ入力に対する過渡応答の結果のみを示
したが、目標位置と実位置との偏差の累積値Ｚｋを制御
に取込んでいるので、サーボ機能においでも充分な特性
が得られている。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこの
実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しく９る
ことは勿論である。

１１匹１ｌ 以上詳述したように、本発明の燃料噴射ポンプの噴射量
制御装置によれば、溢流時期調整部材の位置の制御系の
ダイナミックモデルを構築し、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
ｗ１調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、過制御による溢流時期調
整部材の位置のオーバーシュートやダウンシュートを生
じることなく、且つ優れた応答性・追従性を実現し、し
かも系の物理モデルに従って最適の解を得て、溢流時期
調整部材の位置を制御することができるので、燃料噴射
看の制御を精密かつ速い店外性・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
燃比制御に適用す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ティの望まざる変動等を生じ
ることもないといった如く、内燃機関の燃料噴射量制御
全般に回って、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図は本発明の基本的構成図、第２図は本発明の詳細
な説明する制御ブロック図、第３図は本発明実施例の構
成を示す概略構成図、第４図は実施例の制御対象の物理
モデルを説明する模式図、第５図は実施例における制御
例を示すフローチャート、第６図（Ａ）、（Ｂ）は各々
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７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・・・オプデーバ １６・・・累積部 １８・・・フィードバックゲイン設定部５２・・・スビ
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、 予め記憶された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き、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から、前記溢流時期
   調整部材を目標位置に制御する為のアクチュエータの制
   御量を決定するフィードバックゲイン設定部と、 を備え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
   とによっ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。