JP3865767B2 - 内燃機関高圧噴射装置用噴射制御装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は内燃機関高圧噴射装置用噴射制御装置に関する。
背景技術
高圧噴射装置は実質的に燃料タンク及び高圧インジェクタ供給回路を有し、該供給回路は燃料を高圧でマニホルドに供給し該マニホルドは複数のインジェクタに供給を行う。ポンプは燃料を所定圧力で供給するためのソレノイド弁を有する。
パワー、消費、発熱（限界）レベル、排気及びドライバビリティに関して最良の性能のためエンジンの動作を制御して、燃料の適正量が最適なタイミング及び圧力を以て各噴射ごとに噴射されることを確保しなければならない。殊に噴射圧は次のような幾つかの噴射パラメータに悪影響を及ぼす。即ち所定噴射時間に対する燃料噴射量；燃料噴射プラン（単位時間当たりの容積、体積）燃料噴霧化、噴射侵入（ｊｅｔ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）、実際の噴射時間；電気信号の持続時間のようなパラメータに悪影響を及ぼす。それらのパラメータはエンジン性能に著しく悪影響を及ぼす、殊に出力、排出（エギゾースト）、ノイズレベル、ドライバビリティに悪影響を及ぼす。
発明の開示
本発明の目的とするところは燃料噴射量、噴射時期早め（進角）（タイミング）、噴射圧力を高い分解能及び融通性を以て、エンジン状態（スピード、温度、圧力、負荷値により指示されるような）及びパワー要求（アクセルペダルの位置により指示されるような）に依存して電子的に制御することにある。
本発明によれば、内燃機関高圧噴射装置用噴射制御装置であって、上記噴射装置は噴射制御量に基づいて燃料を高圧で噴射するため複数インジェクタを有している当該制御装置において、エンジンパラメータに基づいて噴射制御量を調整する値を生成するための調整（値）生成手段が設けられており、また、当該の調整値に基づき噴射制御量を利用するための制御手段が設けられいるのである。
【図面の簡単な説明】
本発明の有利な実施例を図を用いて説明する。
ここで図１は本発明の制御装置を適用する噴射装置の液圧系を示す。
図２は図１の装置の圧力調整器の詳細を示す。
図３〜図６は本発明による被制御量の制御の様子を示すブロックダイヤグラムである。
本発明の実施の最良の手法を示す。
図１に関連して、内燃機関に対する高圧噴射装置について一般的な説明を行う。１により示される当該装置１は大気圧におかれているタンク２を有し、該タンクは送出配管によりラジアルピストンポンプ６に連続されており、該ポンプは圧力調整ソレノイド弁（又は圧力調整器）７を有する。該弁７は排出配管８を介してタンク８に連結されている。
ポンプ６は燃料を高圧で配管１１に沿ってマニホルド１０へ供給し、上記マニホルドによってはインジェクタへ燃料が供給せしめられ、そして圧力変動（これはポンプの動作及びインジェクタの開放により生ぜしめられる）が減衰される。マニホルド１０は平行六面体の形態のスティールボディからなり、ここにおいてはマニホルドの長さに沿って延びるシリンダ状のキャビティが形成されている。該キャビティは中央孔１２を介して配管１１に連結されている。マニホルド１０もマニホルドの長さに沿って間隔をおいて設けられた４つの孔１３を有し、これらの４つの孔はエンジン１６の４つのインジェクタ１５の高圧（１５００バールまで）供給導管１４に接続されている。各インジェクタ１５は又ドライブ弁作動燃料をタンク２中に再循環するための導管１７に接続されている。
マニホルド１０は一端にて公知の圧力センサ１８を備えている。
圧力調整器７は図２に示すように有利に構成されており、球状シャッタ２２に対する円錐座２１を形成するボディ２０を有する。プッシュロッド２３を用いて、シャッタ２２はばね２４とソレノイド弁２５の組合された（結合された）力を受ける。上記ソレノイド２５はプッシュロード２３と一体的なロッド２７と一体的なコア２６と共働する。ソレノイド２５への電流供給を変化させることにより、閉成方向に球状シャッタ２２に及ぼされる力が制御され、故にポンプ６の出口圧力が制御される。
圧力はソレノイド２５に所定電流を供給することにより及び閉制御ループを用いることにより調整される。上記所定電流のデューディ比は固定発振周波（ＰＷＭ−パルス幅変調）にて変調される。上記閉制御ループは以下説明する図３に示す要に圧力センサ１８により測定される実際の圧力を考慮する。
さて、本発明による制御装置について説明し、ここで、当該制御装置は下記の認識に立脚に基づく、即ち、エンジンの動作における各瞬時（特性）は所与のエンジン速度及び負荷（トルク）により特徴付けられているという認識に基づく。一方負荷は各噴射にて噴射される燃料の量に関連しているので、燃料噴射量を制御することによりエンジンのパワーの制御が行われる。
エンジンの動作中各ポイントにて噴射される燃料の量と負荷との関係はエンジンをベンチテスト（台上試験）により、及び同時に負荷、燃費の測定により決定され得る。ベンチテストによっても最良の噴射圧力、噴射時期早め（進角）、噴射時期調整（状態）が決定され、而して、制御マップが負荷及びエンジン速度との依存性、即ち燃料量及びエンジン速度との依存性を含むものとして達成される。
本発明によれば、エンジンの動作はそのようなマップを用いて制御される。則ちユーザによるパワー要求、及びこれを充足するのに必要な燃料量を求めると制御装置はマップを用いてエンジンの適正な動作を確保するためになされるべき調整（度）を求める。
燃料噴射量Ｑは図３に示すように計算される。もっと特定的に云えばスタートアップ中マップ４０が使用され、入力としてエンジン速度Ｎおよびエンジンの温度（例えば冷却剤のそれ）又は空冷エンジンの場合におけるオイルの温度の供給を受ける。出力ＱＯはどのようにも制限されず、アクセルペダルの位置から独立している。
安定（定常）速度ではＱＣＡＲＢは最初、調整マップと呼ばれるマップ４２を用いて計算され（通常の機械的ポンプ調整器と同じ機能を実施することにより）、そして、上記マップ４２の入力となっているのはエンジン速度Ｎ及び量Ｖａ（これはアクセルペダルの位置にのみ関連する）である。閉ループアイドリング速度制御が作用状態におかれ、エンジン速度が所定閾値以下になると、エンジンを零のパワー要求及び低いエンジン速度の状態に持続するのに必要な燃料量ＱＣＭＩＮの並行的（並列的）計算がなされる。ＱＣＭＩＮはターゲットアイドリング速度とエンジン速度Ｎとの間のエラーに基づいて比例、積分（ＰＩ）−閉ループ制御アルゴリズムを用いて計算される；エラーに依存して、ターゲット速度を回復するのに必要な燃料量ＱＣＭＩＮの計算がなされる。制御アルゴリズムは図３中アイドリング速度ブロック４３により表される。それに引き続いて、ＱＣＡＲＢ値はブロック４４にてＱＣＭＩＮと比較されて、両値の内の大きい方の値に相応する値Ｑ１が送出される。
加速の際（ターボスーパーチャージーディーゼルエンジンにより要求されるように）エギゾースト（排気装置）における発熱限界レベル（スモークレベル）を制御するために、ターボスーパーチャージャのイナーシャの高い度合いにより惹起されるスーパーチャージ圧力の適合調整上の遅延に基づき、燃料量を制限するための手法が提供される；当該の制限（値）は発熱限界マップ４５を用いて計算され、上記マップ４５の入力は各サイクルごとの吸入空気ＱＡ（これは吸入口にて装置により測定される）及びエンジン速度Ｎである。マップ４５の出力ＱＣＭＡＸはブロック４６にてＱ１と比較されて、当該両値のうちの小さいほうの値に相応する値Ｑ２が送出される。
燃料量は入力としてエンジン速度Ｎを有する１次元の（パワー制限）マップ４７を用いて最終的に制限され、上記マップ４７中には高出力（完全に踏み込まれたアクセルペダルの状態）にて最大の受容可能な燃料量が記憶されている。マップ４７の出力ＱＣＰＯＷはブロック４８にてＱ２と比較されて、当該両値のうちの小さいほう（これは定常状態の燃料噴射量を表す）が選択される。量Ｑ３は定常状態中図３に略示するようにスイッチ４１により使用され、当該スイッチによっては理想的にはエンジンの作動状態（スタートアップ又は定常状態）に応じての値ＱＯ又はＱ３の選択の様子が表される。図３は勿論、それぞれスタートアップ／定常状態において実施される２つの処理動作の原理的動作を示すに過ぎない。ここにおいて、ＱＯ及びＱ３は決して同時に計算されず、スイッチ４１は実施される処理動作の形式による動作可能性を表しているに過ぎない。
既述のように、燃料量Ｑはエンジン調整のため使用され、該調整は噴射圧の調整（状態）、噴射時期早め（進角）、噴射時間の調整機能を包含し、それについては図４〜図６に関連して説明する。
図４に示すように、噴射圧調整装置は全体として３０で示されており、エンジンの状態に相関する基準圧力を計算するための一対のマップ３１、３２を有する。もっと特定的にはマップ３１によってはエンジン速度Ｎ及び燃料噴射量Ｑに基づいて定常状態−基準圧力Ｐ_R1の計算が行われる（図３に関連して述べたような計算された定常状態値Ｑ３に相応）。一方、マップ３２によってはエンジン温度Ｔ及びエンジン速度Ｎに依存してスタートアップ基準圧力Ｐ_R2の計算が行われて、異なったスタートアップ温度におけるエンジンの各要求が考慮される。
理想スイッチＴ３３を介してはマップ３１、３２の出力側は選択的にエラー比較器３４の非反転入力側に接続され、そしてそれの反転入力側はフィルタ３５の出力側に接続されている。フィルタ３５はマニホルド１０に取り付けられているセンサ１８により測定された実際の圧力に相関する信号の供給を受ける。
比較器３４の出力側はここからエラー信号に送出し、調整素子３６の入力側及びメモリ３７に接続されており、メモリ３７の出力側は調整素子３６に接続されている。基準、実際圧力間のエラー及び比例−積分制御アルゴリズムに基づき、調整素子３６によってはソレノイド２５（図２）への供給電流のデューティサイクルの制御がなされる。実際上調整素子３６の出力側はメモリ３７に接続されており、また、ソレノイド２５に関連するアクチュエータ３８を制御する。
センサ１８の出力側は有利に５ｍｓごとに読出される；読出された圧力信号はフィルタ３５によりフィルタリングされ、そして、マップ３２又は３１からの基準圧力値と比較される（エンジンがそれぞれスタートアップ又は定常状態におかれているかに応じて）。実際、基準圧力値間のエラー（偏差）Ｅは調整器３６及びメモリ３７に供給され、このメモリ３７によっては後続のサイクルに使用のため記憶される。調整器３６は比例−積分アルゴリズムに基づいてデューティーサイクルを計算する。
もっと特定的には調整素子は新たなデューティーサイクル％値（１〜９％）を決定し、該％値によってはソレノイド２５により球状シャッタ２２に生ぜしめられ加えられる力が影響を受ける。殊に、エラーＥの符号及び値によってはデューティーサイクルの変化される度合い、大きさが決定される、上記デューティーサイクルによっては所要の圧力値（マップによりセットされた）を達成するような変化圧力が生ぜしめられる。ソレノイド２５への電流供給のデューティーサイクルが増大されると、シャッタ２２へ及ぼされる力、従って液圧回路（導管１１、１４、マニホルド１０）内の圧力が増大される。同様にデューティーサイクルにおける減少によっては圧力の減少が行われる。
噴射時期早め（進角）は図５に示すように決定される。もっと特定的に云えばスタートアップ中噴射進角はマップ５０（スタートアップ進角マップ）により決定され、該マップ５１はその入力がエンジン速度Ｎ及びエンジン温度Ｔであり、出力値ＡＮＴＯを生成する。
定常速度にて噴射進角は２つのマップにより計算される；ベースマップ５１及び補正マップ５２。ベースマップ５１は入力が燃料噴射量Ｑ（図３に関連して述べたように計算される定常状態値Ｑ３に相応）及びエンジン速度Ｎであって、そして通常エンジンの高温作動のため使用されるベース進角値を生成する。一方、補正マップ５２は入力がエンジン速度Ｎ及びエンジン温度Ｔであって、そして、入力量に依存してエンジンの低温作動のための進角補正を行わせる。
マップ５１、５２の出力ＡＮＴ１，ＡＮＴ２は加算ブロックにて加えられて、値ＡＮＴ３が生ぜしめられ、該出力値は図５中スイッチ５４により略示するように定常作動中用いられる。上記スイッチによっては理想的にエンジンの作動条件（スタートアップ又は定常状態）に応じてＡＮＴ０はＡＮＴＴ１の選択が表される。
噴射時間ＥＴは図６に示すように決定される。もっと特定的に云えば、スタートアップ中噴射時間は燃料噴射量Ｑ（図３中値ＱＯに相応）及び噴射直前に測定された圧力Ｐ（図４中フィルタ３５の出力）に依存してマップ６０（スタートアップマップＥＴマップ）を用いて決定される。上記マップ６０は出力値ＥＴ０を送出する。ＥＴ０が零に等しくなる場合、燃料は何等噴射されない。ＥＴＯが最大許容可能な値（例えば３０００μｓ）を越えると噴射時間は最大許容値（図６には示されていない手法で）に制限される。
定常速度では噴射時間は燃料噴射量Ｑ（図３における値Ｑ３に相応）及び噴射直前に測定された圧力Ｐに依存してマップ６１を用いて決定され、該マップ６１は出力値ＥＴ１を送出する。この場合においてもＥＴ１が０に等しくなると、燃料は何等噴射されず（カットオフ状態）、最大噴射時間は図示されていないように最大許容可能値（例えば１５００μｓ）に制限される。
この場合においても、ＥＴ０及びＥＴ１値はスイッチ６２により略示されているようにエンジンがスタートアップ又は定常状態であるかに応じて選択的に計算される。
上述の制御装置によっては被制御噴射変量がエンジンの作動条件に適合化されて、様々の噴射パラメータの最良値、例えば噴霧化、噴射侵入（ｊｅｔ ｐｅｎｅｅｒａｔｉｏｎ）、噴射プランの最良値が各噴射に対して確保される。
上述の装置によっては高い信頼度が得られ、又、噴射装置に対して大きな変更なしに実施、実現容易なソフトウエアを用いて上述の装置は実現され得る。
殊に他の量を制限するため極めて重要な噴射圧力はいつでも最良値が達成されるのを確保するために閉ループ制御される。
明らかに本発明の範囲を逸脱することなく図示の装置に変更を加え得る。例えば、本発明の全般的な技術思想における変更を行うことなくエンジンの当別な作動条件を考慮するため一切の調整機能を修整し得る。

Claims (10)

1. 内燃機関高圧噴射装置（１）用噴射制御装置（３０）であって、上記噴射装置は、噴射制御量である燃料噴射量（Ｑ）、噴射圧（Ｐ）、噴射時期進角（ＡＮＴ）及び噴射時間（ＥＴ）のうちの少なくとも１つに基づいて燃料を高い噴射圧（Ｐ）で噴射するため複数インジェクタ（１５）と、エンジンパラメータであるエンジン速度（Ｎ）、パワー要求（Ｖα）、エンジン温度（Ｔ）及び吸入空気（ＱＡ）のうちの少なくとも１つに基づいて前記噴射制御量を調整する値を生成するための調整値生成手段と、当該の調整値に基づき噴射制御量を制御するための制御手段（３６〜３８）と、実際の噴射圧を検出するための圧力検出手段（１８）と、エラー（偏差）検出手段（３４）とを有しており、該エラー検出手段（３４）は基準圧力値と前記の実際噴射圧力値との差に関連するエラー信号を生成するものであり、前記エラー信号は前記基準圧力値に等しい噴射圧力値を得るため前記制御手段（３６〜３８）に供給されるものである形式の内燃機関高圧噴射装置用噴射制御装置において、
   前記調整値生成手段は、それぞれエンジンパラメータに関する信号が供給される入力側を備えた第１及び第２調整値生成手段（３１，３２）を含んでおり、更に、前記制御手段（３６〜３８）に接続された出力を有するスイッチング手段（３３）が設けられており、該スイッチング手段によっては選択的に前記エンジンの作動条件に応じて前記第１及び第２調整値生成手段は前記制御手段に接続され、
   前記第１及び第２調整値生成手段（３１，３２）はそれぞれエンジンの定常及びスタートアップ状態に関連しており、前記エンジンパラメータには、前記第１調整値生成手段に対するエンジン速度及び燃料噴射量、ならびに、第２調整値生成手段に対するエンジン速度及びエンジン温度が含まれている、ことを特徴とする内燃機関高圧噴射装置用噴射制御装置。
2. 前記インジェクタ（１５）への供給を行う高圧ポンプ（６）の圧力を調整するソレノイド弁（７）を有する噴射制御装置において、前記制御手段（３６〜３８）は前記ソレノイド弁の供給電流のデューティーサイクルを変化させる、請求の範囲１記載の装置。
3. 前記噴射装置は前記ポンプ（６）と前記インジェクタ（１５）との間に挿入接続されたマニホルド（１０）を有している当該装置において、前記圧力検出手段は前記マニホルド（１０）に取り付けられた圧力センサ（１８）を有している請求の範囲１又は２記載の装置。
4. 前記エラー検出手段（３４）は前記圧力検出手段の出力側に接続された第１入力側と、前記調整値生成手段（３１，３２）に接続された第２入力側とを有しており、前記制御手段（３６〜３８）は比例−積分制御器（３６）を有する請求の範囲１から３までのうちいずれか１項記載の装置。
5. 前記制御手段（３６〜３８）はメモリ手段を含んでおり、該メモリ手段は前記エラー検出手段（３４）及び前記比例−積分制御器（３６）に接続された入力側を有し、更に、前記比例−積分制御器（３６）に接続された出力側を有し、前記メモリ手段によっては先行のエラー信号が記憶されるように構成されている請求の範囲４記載の記載。
6. 前記圧力検出手段（１８）と前記エラー検出手段（３４）との間に挿入接続されたフィルタ手段（３５）を有する請求の範囲４又は５記載の装置。
7. 前記調整値生成手段は、エンジン速度及びエンジン温度に依存して第１の燃料噴射量値を生成するためのスタートアップ生成手段（４０）と、エンジン速度及びパワー要求に依存して第２燃料噴射量値を生成するための調整値生成手段（４２）と、エンジン速度及びエンジン温度に依存して最小量を制御するため閉ループ制御手段（４３）と、吸入空気及びエンジン速度に依存して加速度発熱限界値を生成するための発熱限界生成手段（４５）と、エンジン速度に依存してパワー制限値を生成するための手段（４７）と、前記第２の値及び最小量のうちの大きい方の値を選択する第１選択手段（４４）と、前記第１選択手段の出力及び加速発熱限界値のうちの小さい方の値を選択する第２選択手段（４６）と、前記第２選択手段の出力及び前記パワー制限値のうちの小さい方の値を選択する第３選択手段（４８）とを含んでいる、請求の範囲１から６までのうちいずれか１項記載の装置。
8. 前記調整値生成手段は、エンジン温度及びエンジン温度に依存して第１進角値を生成するスタートアップ進角生成手段（５０）と、燃料噴射量及びエンジン速度に依存して第２進角値を生成するベース進角生成手段（５１）と、エンジン温度及びエンジン速度に依存して補正値を生成する補正値生成手段（５２）と、前記第２進角値及び前記補正値を加算する補正手段（５３）とを含んでいる、請求の範囲７記載の装置。
9. 前記調整値生成手段は、燃料噴射量及び噴射圧に依存して第１噴射時間値を生成するスタートアップ噴射時間生成手段（６０）と、燃料噴射量及び噴射圧に依存して、第２噴射時間を生成する定常状態噴射時間生成手段（６１）とを含んでいる、請求の範囲７記載の装置。
10. 前記調整値生成手段は記憶されたマップを有する請求の範囲１から９までのうちいずれか１項記載の装置。

Images