JP2000303883A

JP2000303883A - 内燃機関の制御方法および装置

Info

Publication number: JP2000303883A
Application number: JP2000105295A
Authority: JP
Inventors: Christof Hammel; ハンメルクリストフ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2000-10-31
Also published as: DE19916101A1

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧ポンプ１２５が燃料を低圧領域から蓄圧
器に吐出しかつ該蓄圧器における圧力を検出し、圧力を
調整設定するための第１の状態において少なくとも１つ
の第１の圧力調整手段を使用しかつ圧力を調整設定する
ための第２の状態において少なくとも１つの第２の圧力
調整手段を使用する内燃機関の制御方法を改良して効率
および圧力調整の質が高められるようにする。【解決手段】状態を目標圧力と実際圧力との間の少な
くとも１つの調整偏差２１０によって区別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、独立請求項の上位
概念に記載の内燃機関、例えばコモン・レール・システ
ムを有する内燃機関の制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような内燃機関の制御方法および装
置は、ＤＥ１９５４８２７８号から公知である。そこに
は、内燃機関、殊にコモン・レール・システムを有する
内燃機関の制御方法および装置が記載されている。少な
くとも１つのポンプが燃料を蓄圧器に搬送する。蓄圧器
内の圧力が検出されかつ調整器を用いて前以て決められ
ている目標値に調整される。蓄圧器を燃料タンクに接続
する弁は、圧力調整手段として用いられ、更に、制御さ
れるプレフィールドポンプは第２の圧力調整手段として
用いられる。

【０００３】更に、圧力を調整するために１つの弁が使
用されるにすぎない系が公知である。この手法には非常
に高い損失電力が発生するという欠点がある。というの
は、ポンプは、それが常時、最大の所要燃料量を吐出し
かつ過剰な燃料量が圧力調整弁を介して放出されるよう
に設計されているからである。この損失電力に基づい
て、非常に高い燃料温度が発生する。この手法におい
て、実際圧力が非常に迅速かつ正確に調整されることは
有利である。

【０００４】圧力調整のために制御可能な高圧ポンプを
装備しているにすぎない系は、高圧ポンプの品質に非常
に高い要求が課せられなければないないという欠点を有
している。ここで問題なのは殊に、高い圧力目標値から
低い圧力目標値への移行である。すなわち、例えばエン
ジンブレーキ作動への移行の際に高められた騒音放出が
発生する可能性がある。というのは無負荷作動またはエ
ンジンブレーキ作動において必要な、蓄圧器における低
い圧力が比較的長い遅延時間の後漸く実現されるからで
ある。この手法において有利なのは、効率が高いことお
よびこれに結び付いて、燃料温度が比較的低いことであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の内燃機関の制御方法および装置におい
て、圧力調整を改善することである。殊に、効率が高め
られかつ圧力調整の品質が改善されるようにしたい。

【０００６】

【課題を解決するための手段および利点】本発明の手法
により、圧力調整のための２つのストラテジーそれぞれ
の欠点に目をつぶる必要もなく、２つのストラテジーの
利点を活かすことができる。このことは、内燃機関を制
御するための方法において、圧力を調整設定するための
第１の状態において少なくとも１つの第１の圧力調整手
段が使用されかつ圧力を調整設定するための第２の状態
において少なくとも１つの第２の圧力調整手段が使用さ
れ、その際これらの状態は目標圧力と実際圧力との間の
少なくとも調整偏差によって定義されている。

【０００７】

【発明の実施の形態】第１の状態が調整偏差が正の場合
に生じ、かつ２の状態が調整偏差が負の場合に生じるよ
うにすれば有利である。このことは、これら状態が調整
偏差に依存して切り換えられることを意味している。調
整偏差の極性が異なっている場合、調整回路に対する異
なった要求が存在する。それ故に、調整偏差の極性に依
存して異なった圧力調整手段を使用すれば有利である。

【０００８】第２の圧力調整手段として、蓄圧器を低圧
領域に接続する弁を使用すると特別有利である。この種
の弁によって、実際圧力が目標圧力より大きいとき、一
層迅速な圧力低下を実現することができる。

【０００９】第１の圧力調整手段として、制御信号に依
存して低圧領域から蓄圧器への燃料流量を可能にする高
圧ポンプを使用すると特別有利である。この種の高圧ポ
ンプによって、実際値が目標値より小さいとき、一層迅
速な圧力形成を実現することができる。

【００１０】弁をクロックにより制御可能とすれば特別
有利である。その際制御信号のオンオフ比および／また
は周波数に依存して、蓄圧器から低圧領域への所定の燃
料流量が調整設定される。この手法により、単に開放さ
れているかまたは閉鎖されているという２つの状態しか
有していないコストの面で有利な放圧弁を使用すること
ができる。しかし、圧力低減のために１つの圧力調整弁
を使用するようにすることもできる。この種の圧力調整
弁は、弁を流れる電流に依存して弁が所望の圧力を調整
設定するように実現されている。

【００１１】付加的に、圧力調整手段の少なくとも１つ
を通る燃料流量を特徴付ける少なくとも１つの信号に依
存して、圧力調整手段を選択することによって、２つの
圧力調整手段間で持続的な切換が生じるのを防止しかつ
調整回路を安定化することができる。

【００１２】有利でかつ効果的な形態および改良例は従
属請求項に記載されている。

【００１３】

【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。

【００１４】図１には、本発明の理解のために重要であ
る、高圧噴射部を備えた内燃機関の燃料供給系の構成部
分が図示されている。図示の系は通例、コモン・レール
・システムと称される。

【００１５】１００で示されているのは、燃料貯蔵容器
である。これは第１のフィルタ１０５、プレフィールド
ポンプ１１０を介して第２のフィルタ手段１１５に接続
されている。第２のフィルタ手段１１５から燃料は導管
を介して高圧ポンプ１２５に達する。フィルタ手段１１
５と高圧ポンプ１２５との間の接続導管は低圧制限弁１
４５を介して貯蔵容器１００に接続されている。高圧ポ
ンプ１２５はレール１３０に接続されている。レール１
３０は蓄圧器とも称されかつ燃料導管を介して種々のイ
ンジェクタ１３１に接続されている。放圧弁または圧力
調整弁１３５を介してレール１３０は燃料貯蔵容器１０
０に接続可能である。放圧弁１３５はコイル１３６を用
いて制御可能である。

【００１６】高圧ポンプ１２５の出口と圧力調整弁１３
５の入口との間の導管は高圧領域と称される。この領域
において、燃料は高圧下にある。高圧領域における圧力
はセンサ１４０を用いて検出される。タンク１００と高
圧ポンプ１２５との間の導管は低圧領域と称される。

【００１７】制御部１６０は、高圧ポンプ１２５に制御
信号ＡＰを供給し、インジェクタ１３１に制御信号Ａを
供給しおよび／または放圧弁１３５に制御信号ＡＶを供
給する。制御部１６０は種々のセンサ１６５の種々の信
号を処理する。これら信号は、内燃機関および／または
内燃機関を駆動する車両の作動状態を特徴付けている。
この種の作動状態は例えば、内燃機関の回転数Ｎであ
る。

【００１８】この装置は次のように動作する：貯蔵容器
に存在している燃料がプレフィールドポンプ１１０から
フィルタ手段１０５および１１５を通って搬送される。

【００１９】低圧領域における圧力が許容できないほど
高い値に上昇すると、低圧制限弁１４５は開放されかつ
プレフィールドポンプ１１０の出口と貯蔵容器１００と
の間が接続されるようにする。

【００２０】高圧ポンプ１２５は燃料Ｑ１を低圧領域か
ら高圧領域に吐出する。高圧ポンプ１２５はレール１３
０に非常に高い圧力を形成する。通例、外部点火される
内燃機関に対する系において、約３０ないし１００ｂａ
ｒの圧力値が実現されかつ内部点火される内燃機関に対
する系において、約１０００ないし２０００ｂａｒの圧
力値が実現される。インジェクタ１３１を介して燃料は
高圧下で内燃機関の個別シリンダに対して調量すること
ができる。

【００２１】センサ１４０を用いて、レールないし高圧
領域全体における圧力Ｐが検出される。制御可能な高圧
ポンプ１２５および放圧弁１３５を用いて、高圧領域に
おける圧力が調整される。

【００２２】プレフィールドポンプ１１０として、通
例、電気燃料ポンプが使用される。殊に商用車において
必要である比較的高い吐出量に対しては、複数の並列に
接続されたプレフィールドポンプを使用することもでき
る。

【００２３】相応の燃料調量系に対して通例の調整スト
ラテジーでは、実質的にＰＩ調整器によって動作する。
調整器の操作量は、燃料の、高圧領域への供給を調整設
定する第１の操作部材に対するものおよび／または高圧
領域から低圧領域への放出量を調整設定する第２の操作
部材に対するものがある。量Ｑ１を介しての圧力調整
は、レールにおいて圧力形成が行われるときおよび／ま
たは噴射量が０より大きいときにだけ可能である。これ
に対してレールにおける圧力低減が所望されかつ噴射量
が非常に小さければ、量Ｑ１を介しての圧力調整は制限
されてしか可能ではない。というのは、この量は、負の
値をとることができず、それ故に圧力は非常に緩慢にし
か低減されないからである。

【００２４】この作動領域において、放圧弁１３５は開
放され、その結果放出量Ｑ２によって圧力低下を実現す
ることができるように設定されている。放圧弁１３５の
制御は、これが、調整差が所定の負のしきい値を下回る
ときにだけ開放されかつ調整差が今度は別の負のしきい
値を上回るときに再び閉鎖されるように行われる。しか
しこの方法は、平均の流量が調整設定されないという欠
点を有している。この流量Ｑ２は絞り開口および瞬時の
レール圧力にのみ依存している。それ故に、圧力低下速
度は作動状態に依存しておりかつ操作部材によって影響
を受けることはない。

【００２５】図２には、２つの操作部材を調整するため
の調整ストラクチャが図示されている。図１で既に説明
したエレメントには対応する参照番号が付されている。

【００２６】目標値設定部２００は圧力目標値ＰＳを正
の極性を以て結合点２１０に送出する。結合点の第２の
入力側に、実際値として圧力センサ１４０の出力信号Ｐ
が負の極性を以て加わる。結合点の出力信号は切換手段
２０５に達する。切換手段はその入力側２を該切換手段
の出力側０または１に選択的に接続する。切換手段２０
５の出力側１は第１の調整器２２０の入力側に接続され
ている。第１の調整器の出力信号Ｑ１Ｓは第１の特性マ
ップ２３０に供給される。第１の特性マップ２３０は結
合点２４０に電流目標値ＩＳを供給する。結合点２４０
の第２の入力側に、第１の操作部材１２５を流れる電流
の実際値に関する信号Ｉが加えられる。結合点２４０は
電流調整器２５０に信号を供給する。この信号はパルス
幅変調部２６０に供給される。パルス幅変調部２６０の
出力側には、第１の操作部材１２５に対する制御信号Ａ
Ｐが現れる。

【００２７】切換手段２０５の第２の出力側０は第２の
調整器２２５の入力側に接続されている。第２の調整器
は結合点２４５に信号Ｑ２Ｓを供給する。結合点２４５
の第２の入力側に、第２の特性マップ２３５の出力信号
が加わる。第２の特性マップ２３５には、圧力センサ１
４０の出力信号Ｐが供給される。結合点２４５の出力側
には信号ＴＶが現れる。この信号によって第２のパルス
幅変調部２６５は制御される。第２のパルス幅変調部２
６５の出力側には、第２の操作部材１３５を制御するた
めの信号ＡＶが現れる。

【００２８】結合点２１０の出力信号は更に切換部２０
８に達する。切換部は切換手段２０５を選択的に位置０
または１に操作する。

【００２９】レール圧力に対する目標値ＰＳと実際値Ｐ
との差から出発して、結合点２１０は調整偏差を決定す
る。調整偏差は切換手段２０５を介して選択的に第１の
調整器または第２の調整器に送られる。第１の調整器２
２０は、この調整偏差から出発して、所望の目標値を調
整設定するために必要である必要な量Ｑ１Ｓを決定す
る。第１の特性マップ２３０にはこのために必要な電流
ＩＳがファイルされている。すなわち、量Ｑ１Ｓがポン
プ１２５から吐出されるように、操作部材１２５に加え
られなければならない電流である。

【００３０】電流ＩＳに対するこの目標値は結合点２４
０において実際の電流値Ｉと比較される。この比較から
出発して、調整器２５０は操作量を決定する。この操作
量はパルス幅変調部２６０においてクロック制御される
制御信号に変換され、変換された信号が第１の操作部材
１２５に供給される。

【００３１】相応に第２の調整器２２５は、相応の圧力
値を調整設定するために必要である量Ｑ２Ｓを決定す
る。圧力調整弁が使用されている場合、第２の調整器
は、相応の圧力値を調整設定するために必要である弁電
流を決定する。

【００３２】量Ｑ２Ｓは結合点２４５において第２に特
性マップ２３５の出力と結合される。この特性マップ値
は、結合点２４５の出力側において、操作部材１３５を
制御するオンオフ比が現れるように選択されている。こ
のオンオフ比はパルス幅変調部２６５において相応の制
御信号ＡＶに変換される。

【００３３】レール圧力を高い精度でその目標値ＰＳに
追従することができるようにするために、量Ｑ２が調整
設定される。このために、放圧弁１３５を介して低圧領
域に放出される量Ｑ２が所望の平均値に調整設定され
る。この量Ｑ２は放圧弁１３５のクロック制御によって
調整設定される。圧力調整弁が使用されている場合、こ
のことは圧力調整弁の相応の電流供給によって行われ
る。所望の圧力に適合する電磁弁電流を設定することに
よって、圧力調整弁それ自体を流れる流量Ｑ２が調整設
定される。

【００３４】放圧弁１３５は固定の周波数によって開放
および閉鎖され、その際開放持続時間は可変である。こ
れにより、放圧弁１３５の機械的なパルス幅変調される
制御が実現される。パルス幅変調される信号のオンオフ
比を介して平均流量Ｑ２が調整設定される。

【００３５】完全な圧力低減調整を実現するために、Ｐ
Ｉ調整器２２５が使用される。その操作値は所望の平均
流量Ｑ２Ｓに相応している。ＰＩ調整器の伝達特性は有
利には、放圧弁１３５から成っている調整区間のパラメ
ータに整合されている。

【００３６】流量Ｑ２の圧力依存性は特性曲線２３５に
よって考慮される。すなわち、所望の量の流量およびそ
の時点の圧力Ｐから出発して、特性曲線２３５の出力信
号によって、放圧弁１３５を制御することができるオン
オフ比が生じる。

【００３７】本発明によれば、少なくとも調整偏差から
出発して、少なくとも１つの第１の作動状態と第２の作
動状態とが区別される。第１の調整器２２０は正の調整
偏差の場合、すなわち圧力形成の場合にだけ使用され、
第２の調整器２２５は圧力低減の場合にだけ使用され
る。このことは切換手段２０５によって象徴的に示され
ている。調整偏差に依存して、切換部２０８は切換手段
２０５を相応の位置に切り換える。

【００３８】本発明によれば、その時点のアクティブな
調整器が設定値０に達したとき、すなわち量Ｑ１Ｓまた
は量Ｑ２Ｓが値０に達したとき、切換が行われる。不必
要な往復切換を妨げるために、有利な実施の形態におい
ては、付加的な条件として更に、調整差に対して最小し
きい値が使用されるようにすることができる。相応の構
成は図３に示されている。

【００３９】図３には、切換部２０８の実施例の詳細な
構成が示されている。図１および図２において既に説明
したエレメントには対応する参照符号が示されている。
保持素子３００は切換手段２０５に制御信号を供給す
る。制御信号は実質的に２つの信号値０または１をと
る。出力側Ｑに現れる、保持素子の出力信号は更に、一
方で否定素子３１０を介して第１のＡＮＤゲート３２０
の第１の入力側に達し、他方で第２のＡＮＤゲート３３
０の第１の入力側に達する。第１のＡＮＤゲート３２０
の第２の入力側には、第１の質問部３４０の出力信号が
加わる。相応に、第２のＡＮＤゲート３３０の第２の入
力側には、第２の質問部３５０の出力信号が加わる。更
に、第１のＡＮＤゲート３２０の第３の入力側には、第
１の比較器３６０の出力信号が加わりかつ第２のＡＮＤ
ゲート３３０の第３の入力側には、第２の比較器３７０
の出力信号が加わる。

【００４０】第１の比較器３６０の入力側ａには結合点
２１０の出力信号が加えられる。同じことは第２の調整
器３７０に対しても当てはまる。第１の比較器３６０の
入力側ｂには第１のしきい値設定部３８０の出力信号Ｓ
１が加わる。第２の比較器３７０の入力側ｂには第２の
しきい値設定部３９０の出力信号Ｓ２が加わる。

【００４１】第１のＡＮＤゲート３２０は保持素子３０
０の入力側Ｓを制御する。第２のＡＮＤゲート３３０は
保持素子３００の入力側Ｒを制御する。

【００４２】保持素子の出力信号が値１をとるのであれ
ば、切換手段２０５は１で示されている位置にありかつ
第１の操作素子２２５は燃料圧力を調整する。保持素子
の出力信号が値０をとるのであれば、切換手段２０５は
第２の位置にありかつ放圧弁１３５が燃料圧力を決定す
る。

【００４３】保持素子３００の出力側Ｑに信号１が現れ
ると、すなわち第１の操作素子１２５がアクティブであ
れば、このことは、第１のＡＮＤゲート３２０の第１の
入力側に、比較的低い信号レベルが加わりかつ第１のＡ
ＮＤゲート３２０の出力信号が低いレベルをとるように
作用する。これに対して、第２のＡＮＤゲート３３０の
第１の入力側には比較的高い信号レベルが加わる。そこ
で質問部３５０が、目標値Ｑ１Ｓが０になること、すな
わち高圧ポンプから燃料がもはや吐出されるべきではな
いことを検出し、かつ点２１０における調整偏差がしき
い値Ｓ２より小さければ、第２のＡＮＤゲート３３０の
出力側に高い信号レベルが現れる。このことの結果とし
て、保持素子はＲ入力側を介してリセット信号を得かつ
保持素子の出力側が０に移行するようになる。この結果
として更に、切換手段２０５は接続端子０に切り換えら
れかつ第２の調整器、ひいては放圧弁または圧力調整弁
がアクティブになることになる。

【００４４】このことは、第１の調整器が投入されてい
る状態で、ポンプによって吐出される量が０になりかつ
同時に、調整偏差がしきい値Ｓ２より小さくなるとき、
第２の調整器への切換が行われることを意味している。

【００４５】簡単化された形態では、比較器３７０を省
略することもできる。

【００４６】出力側Ｑが低い信号レベルをとるとき、Ａ
ＮＤゲート３３０の第１の入力側に低いレベルが加わり
かつ第２のＡＮＤゲート３３０の出力信号は常に低いレ
ベルをとる。否定素子３１０によって、第１のＡＮＤゲ
ート３２０の第１の入力側に今や、高いレベルが加わる
ようになる。

【００４７】圧力低減が所望される限り、すなわち目標
値Ｑ２Ｓが０より大きい、すなわち放圧弁１３５を介し
て所定量の燃料が放出されるべきであれば、質問部３５
０の出力側は１ではなくかつ第２のＡＮＤゲート３３０
の出力信号は低い値をとる。この結果として、保持素子
３００の出力側Ｑにおける出力信号は変化しないことに
なる。しきい値が新しい値に達したとき、すなわち放圧
弁１３５を介してこれ以上の燃料が放出されるべきでは
ないとき、値Ｑ２Ｓは０に等しくなりかつ第１のＡＮＤ
ゲート３２０の出力側は正の値をとる。

【００４８】この手法の重要な利点は、放圧弁によって
も、連続的な圧力低下が可能であるということにある。
横断面、すなわち放圧弁１３５を通して放出することが
できる最大の燃料量を大きく選択することもできる。と
いうのは、オンオフ比による流量制御を任意の値に調整
設定することができるからである。これにより圧力低減
速度を比較的大きな領域において調整設定することがで
きる。特性曲線２３５を用いて圧力に依存している流量
を補償するようにすれば、圧力低減に対する制御区間
は、公知の制御技術方法に対して使用することができる
線形の系として振る舞う。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置のブロック線図である。

【図２】圧力調整部のブロック線図である。

【図３】異なった調整の選択を説明するブロック線図で
ある。

【符号の説明】

１００燃料貯蔵容器、１０５，１１５フィルタ、
１１０プレフィールドポンプ、１２５高圧ポン
プ（操作部材）、１３０レール、１３１インジェ
クタ、１３５放圧弁（操作部材）、１４０，１６
５センサ、１６０制御部、２０５切換手段、
２０８切換部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの高圧ポンプが燃料を低
圧領域から蓄圧器に吐出しかつ該蓄圧器における圧力を
検出し、圧力を調整設定するための第１の状態において
少なくとも１つの第１の圧力調整手段を使用しかつ圧力
を調整設定するための第２の状態において少なくとも１
つの第２の圧力調整手段を使用する内燃機関を制御する
ための方法において、前記状態を目標圧力と実際圧力と
の間の少なくとも１つの調整偏差によって区別すること
を特徴とする方法。
【請求項２】第１の状態は調整偏差が正の場合であり
かつ第２の状態は調整偏差が負の場合である請求項１記
載の方法。
【請求項３】制御信号のオンオフ比および／または周
波数に依存して、蓄圧器から低圧領域への所定の燃料流
量を調整設定する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】前記状態を付加的に、圧力調整手段の少
なくとも１つを通る燃料流量を特徴付ける少なくとも１
つの信号に依存して検出する請求項１から３までのいず
れか１項記載の方法。
【請求項５】圧力を調整設定するための第１の状態に
おいて、第１の圧力調整手段だけを使用し、かつ圧力を
調整設定するための第２の状態において、第２の圧力調
整手段だけを使用する請求項１から４までのいずれか１
項記載の方法。
【請求項６】少なくとも１つの高圧ポンプが燃料を低
圧領域から蓄圧器に吐出しかつ該蓄圧器における圧力が
検出され、圧力を調整設定するための第１の状態におい
て少なくとも１つの第１の圧力調整手段が使用されかつ
圧力を調整設定するための第２の状態において少なくと
も１つの第２の圧力調整手段が使用される内燃機関を制
御するための装置において、前記状態を目標圧力と実際
圧力との間の少なくとも１つの調整偏差によって区別す
る手段が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項７】第２の圧力調整手段は、蓄圧器を低圧領
域に接続する弁である請求項６記載の装置。
【請求項８】第１の圧力調整手段は、制御信号に依存
して、低圧領域から蓄圧器への所定の燃料流量を実現す
る高圧ポンプである請求項６または７記載の装置。
【請求項９】弁はクロックにより制御可能である請求
項６から８までのいずれか１項記載の装置。